[发明专利]有源矩阵温度控制器阵列

说明书

技术领域

本发明涉及一种驱动温度控制单元阵列的方法，以及温度控制单元阵列。

背景技术

温度控制单元阵列，也称为温度处理阵列，通常被应用于多个单元的温度控制独立于其他单元的温度控制的设备中。一种示例性应用是生物芯片方面的应用。这种生物芯片，例如可以适于进行化学反应。该单元则可以代表反应室，由此该单元可以包括密封的或可密封的隔室，并且该阵列可以用于加热，并用于控制生物芯片上的每个反应室的温度。可替换地，该单元可以代表较大的隔室中的不同区域，其需要被单个地控制温度。流体可以流过隔室或在隔室之间流动。

一个示例性应用是在DNA扩增(amplification)期间，诸如聚合酶链式反应(PCR)，利用用于热循环的温度处理阵列。这是用于核酸分子的温度控制和酶中介扩增技术，通常包括三个反应步骤的周期性重复：在大约92-96℃的变性(denaturing)步骤，在大约37-65℃的退火步骤和在大约72℃的延伸步骤。有效扩增的基本要求是快速热传递，其使温度控制成为微PCR系统的重要特点。

US2002/0048765公开一种集成的微阵列设备，具有多个温度控制反应阱。每个阱可以配备温度控制芯片。每个芯片通过两条地址线被单独驱动，从而比较复杂并且设计昂贵。

发明目的

需要提供一种简单并廉价的温度控制单元阵列。

发明内容

在第一方面，本发明提供一种驱动温度控制单元阵列的方法，每个单元包括具有加热元件、开关元件和温度传感器的热控制器件，并且该阵列进一步包括驱动电路，该方法包括：

-为了连接单元的热控制器件至驱动电路，提供地址信号用于控制单元的开关元件；

-利用温度传感器确定实际温度；

提供来自驱动电路的数据信号至热控制器件；以及

-提供与数据信号对应的能量。

每个单元配备有多个元件。加热元件被提供以进行加热。加热元件可以是任何适合的加热元件，诸如电阻加热元件，珀耳帖(peltier)元件，红外加热器等。此外，该单元可以包括多个加热元件。加热元件可以更进一步结合冷却元件，诸如珀耳帖元件。在一个实施例中，单元可以包括加热元件和冷却元件，其可以被分别控制。

提供温度传感器以确定在测量时代表单元的温度的实际温度。该温度传感器可以是任何合适的温度传感器。更进一步，为了进行上述方法，在每个单元中提供开关元件。开关元件的功能在以下详述。

温度控制单元阵列更进一步包括至少一个驱动电路。驱动电路适于尽可能地响应通过温度传感器确定的实际温度，驱动至少一个温度控制单元，即控制加热元件。

在上述方法中，给单元提供控制信号。该控制信号控制单元的开关元件。由于该控制信号，开关元件切换，由此连接单元的热控制器件至阵列的驱动电路。

温度传感器确定温度控制单元中的实际温度。可以在开关元件已经连接热控制器件至驱动电路之后进行确定。然而，也可以是连续动作或可以在该方法期间的任何适合的时刻进行。温度传感器可以输出实际温度信号。在一个实施例中，实际温度信号被提供给数据驱动电路，并且该数据驱动电路确定与实际温度信号对应的数据信号。

驱动电路被配置为提供数据信号给热控制器件。数据信号表示通过驱动电路确定的设定参数(setting)。该设定参数可以是加热周期，其表示加热元件被用于加热该单元的周期；该设定参数可以是加热功率，其表示给加热元件供能以加热该单元的功率。其他种类的设定参数也可以是适合的。特别地，设定参数可以包括一组温度，即在各个单元中获得或保持的温度。设定参数可以存储在下述的存储元件中。

在一个实施例中，阵列中的温度控制单元按行和列布置。行和列可以基本上垂直设置，但是也可以以别的方式设置，例如六边形，或圆形设置。单元可以是与基本上垂直布置的行和列单元对应的矩形形状，或者该单元可以具有不同形状，诸如六边形或圆形。

在一个实施例中，热控制器件包括存储元件。存储元件可以存储由驱动电路提供的设定参数。当该设定参数被存储在存储元件中时，控制信号可以被结束并且控制存储元件可以从驱动电路断开，在该点数据信号被结束。然后，能量可以提供给加热元件。能量的量和/或提供周期与存储在存储元件中的设定参数对应。

同时，当对应设定参数驱动加热元件，至少阵列的一个其他行的温度控制单元可以被提供控制信号和数据信号。因此，阵列的温度控制单元被驱动，使得它们在短时间内被控制，而能够几乎连续地提供热量至单元。