改进的冷却器/加热器排布.pdf

本发明的主题是用于以受控方式加热和冷却物体的装置，其允许在热块体、用于加热和冷却的元件和受热器之间的良好的热接触，而不需要使用热界面材料；包含这样的装置的仪器；和使用该装置传导热分布的方法。

1.  一种用于以受控方式加热和冷却物体的装置，所述装置以下述顺序从上到下以一层在另一层之上的层叠方式包括：
-热块体(1)
-用于加热和冷却的元件(4)，和
-受热器(5)
其特征在于，所述热块体面向所述用于加热和冷却的元件的表面(1a)和/或所述用于加热和冷却的元件面向所述热块体的表面(4a)被覆盖有固体膜润滑剂。

2.  权利要求1的用于加热和冷却的装置，其中所述用于加热和冷却的元件面向所述受热器的表面(4b)和/或所述受热器面向所述用于加热和冷却的元件的表面(5a)也被覆盖有固体膜润滑剂。

3.  权利要求1或2的任一项的用于加热和冷却的装置，其中所述固体膜润滑剂选自含有聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺、聚对二甲苯F、氟化乙烯丙烯(FEP)或其他含氟聚合物或任何它们的组合的均质膜；微晶金刚石或类金刚石碳(DLC)；包含具有有机或无机润滑剂颗粒的有机基体的非均质膜。

4.  权利要求1至3的任何一项的用于加热和冷却的装置，其中彼此相对的两个表面被涂布有不同的固体膜润滑剂。

5.  权利要求1至4的任何一项的用于加热和冷却的装置，其中彼此相对的两个表面被涂布有相同的固体膜润滑剂。

6.  一种进行热循环的仪器，其至少包括权利要求1至5的任何一项的用于加热和冷却的装置。

7.  权利要求6的仪器，其中所述装置位于所述仪器内的方式使得，当容器被插入到仪器中并与所述装置接触时，所述装置与所述容器具有限定的和预定的物理相互作用。

8.  权利要求6和7的任何一项的仪器，其进一步包含热控制器。

9.  一种传导热分布的方法，其包括：
-在权利要求1至5的任何一项的用于加热和冷却的装置的热块体上提供容器，
-在所述容器中提供要被加热和/或冷却的流体，
-使用所述用于加热和冷却的元件向在所述容器中的所述流体施加热或冷。

10.  权利要求9的方法，其中所述热分布含有重复的热循环。

11.  权利要求9或10的任何一项的方法，其中所述热分布适合进行聚合酶链反应，且所述要被加热的流体是含有要被扩增的核酸样品的、用于进行聚合酶链反应的反应混合物。

改进的冷却器/加热器排布
发明领域
本发明的主题是用于以受控方式加热和冷却物体的装置、用于进行热循环的仪器和用于传导热分布(thermal profile)的方法。
发明背景
本发明在保健领域以及生物学和医学的研究中，特别是在需要可靠地分析样品中所含成分的核酸分析、基因量化(quantification)和基因型分型中特别有用。用于扩增核酸的方法和装置在本领域中是熟知的。
一种使用包括变性步骤和扩增步骤的反应循环的方法是聚合酶链反应(PCR)。通过提供工具以将具有特定序列的核酸的量从可忽略量增加至可检测量，此技术已使核酸处理领域(特别是核酸的分析)发生了革命性的变化。PCR在例如EP 0 201 184和EP 0 200 362中有描述。已开发出了更多的新近改进的和更强大的PCR技术。定量实时PCR是用来同时扩增和定量给定DNA分子的特定部分的实验室技术。它被用来确定在样品中是否存在特定的序列，且如果存在，则可量化样品中的拷贝的数目。量化的两种普遍方法是使用插入双链DNA中的荧光染料和被修饰的DNA寡核苷酸探针(当与互补DNA杂交时发荧光)。这样的方法在例如EP 0 512 334中有描述。
而且，已开发出了多重PCR，其使得能够在单个反应管中平行地扩增两种或多种产物。它被广泛用在基因型分型应用和研究实验室、法医学实验室和诊断实验室中的不同领域的DNA测试中。使用来自多种真核来源和原核来源的cDNA作为起始模板，多重PCR还可被用于定性的和半定量的基因表达分析。
在EP 0 236 069中公开了一种利用加热和冷却延伸的金属块体而以受控方式对在管中的样品进行热循环的仪器。另外，各种用于进行、检测和监测这种方法的仪器在本领域中是已知的，例如在EP 0 953837中描述的Roche仪器和Roche Lightcycler 480仪器。
在大多数这些仪器中使用了热循环仪，热循环仪具有包含凹部的热块体(thermal block)，容纳PCR反应混合物的容器可被插在凹部中。在不连续的、预编程的步骤中升高和降低块体的温度，现在主要使用主动(active)加热和冷却的Peltier元件来完成。Peltier元件是固态主动热泵(active heat pump)，其在消耗电能的情况下将热从装置的一侧逆着温度梯度转移至另一侧。通常，它由两个瓦片(tile)构成，在两个瓦片之间放置有携带方形的p型掺杂的(p-dotted)和n型掺杂的(n-dotted)半导体立方体(cube)的传导通道。施加连续的电流导致Peltier元件一侧上的热量吸收，导致此侧上的温度减少，而在另一侧热量被释放导致温度增加。一旦颠倒电流的方向，热传输的方向也可被改变。另外，热循环仪包含受热器，用于利用热接触从另一个物体吸收和分散热量。
为了获得有效率的热转变(transition)，利用高机械力将Peltier元件的一个主要表面连结至热块体，将在相对侧面的另一个主要表面连结至受热器。为了补偿物理接触(physical contact)的各个表面的不均匀性(导致产生减少了的接触和增加的传热阻力)，使用了热界面材料(thermal interface materials)。这种热界面材料通常是例如在US2006/0086118中公开的由石墨制成的膜或是例如在US 6 164 076中公开的在两个主要表面上具有人造钻石(diamante)层的额外改进的膜。
但是，因为许多热分布在这样的热循环仪上进行，所以增加了热界面材料可例如通过摩擦而被损害、降解或移位(displace)的风险，特别是当Peltier元件和热块体的尺寸非常不相等，使得所施加的热量引起的Peltier元件和热块体的膨胀不同时，在应用热分布的时候会出现上述情况。
因此，本发明的目的是提供一种以受控方式加热和冷却物体的装置，该装置允许热块体和Peltier元件间的良好的热接触，而不需要使用热界面材料。
另外的特点和实施方式将由于说明书和附图而变得显而易见。将要理解的是，以上提及的特点和下文描述的特点可不仅以所指定的组合使用，而且可以其他组合或独立使用，而不违背本公开内容的范围。
各种实施方式在附图中被示意性地阐释，并在下文参考附图详细解释。要理解的是，之前概括性的描述和以下各种实施方式的描述都仅是示例性的和解释性的，并非是限制性的或用来限制权利要求。附图(作为本说明书的构成部分)阐释了一些实施方式，且与说明书一起用来解释本文描述的实施方式的原则(principle)。
发明概述
本发明的第一个主题是用于以受控方式加热和冷却物体的装置，所述装置以下述顺序从上到下以一层在另一层之上的层叠方式包括
-热块体(1)，
-用于加热和冷却的元件(4)，和
-受热器(5)，
特征是热块体面向用于加热和冷却的元件的表面(1a)和/或用于加热和冷却的元件面向热块体的表面(4a)被覆盖有固体膜润滑剂。
本发明的第二个主题是用于进行热循环的仪器，其至少包括本发明的用于加热和冷却的装置。
本发明的第三个主题是传导热分布的方法，其包括：
-在本发明的用于加热和冷却的装置的热块体上提供容器，
-在所述容器中提供要被加热和/或冷却的流体，
-使用所述用于加热和冷却的元件向在所述容器中的所述流体施加热或冷。

附图简述
以下经由实施例，参考附图描述本发明的优选实施方式，其中：
图1显示了本领域中已知的用于加热和冷却的装置，其具有热块体(1)、用于加热和冷却的元件(4)和受热器(5)，其中在热块体和用于加热和冷却的元件之间存在传热膜(2)以及在用于加热和冷却的元件和受热器之间存在传热膜(3)。
图2展示本发明的用于加热和冷却的装置，其具有热块体(1)、用于加热和冷却的元件(4)和受热器(5)，其中热块体面向用于加热和冷却的元件的表面(1a)(图2A)、用于加热和冷却的元件面向热块体的表面(4a)(图2B)或者两个表面(1a和4a)(图2C)被覆盖有固体膜润滑剂，而用于加热和冷却的元件面向受热器的表面(4b)和受热器面向用于加热和冷却的元件的表面(5a)未被覆盖有固体膜润滑剂。
图3图示了本发明的用于加热和冷却的装置，其具有热块体(1)、用于加热和冷却的元件(4)和受热器(5)，其中热块体面向用于加热和冷却的元件的表面(1a)和受热器面向用于加热和冷却的元件的表面(5a)(图3A)、用于加热和冷却的元件面向热块体的表面(4a)和受热器面向用于加热和冷却的元件的表面(5a)(图3B)、热块体面向用于加热和冷却的元件的表面(1a)和用于加热和冷却的元件面向受热器的表面(4b)(图3C)、或用于加热和冷却的元件的两个主要表面(4a和4b)(图3D)被覆盖有固体膜润滑剂。
图4显示了本发明的用于加热和冷却的装置，其具有热块体(1)、用于加热和冷却的元件(4)和受热器(5)，其中所有彼此相对的主要表面(1a/4a和4b/5a)(图4A)，或一个界面的两个主要表面和另一个界面的一个主要表面(1a、4b/5a；1a/4a、5a；4a、4b/5a；1a/4a、4b)(图4B-E)被覆盖有固体膜润滑剂。
图5展示了本发明的用于加热和冷却的装置，其具有热块体(1)、用于加热和冷却的元件(4)和受热器(5)，其中热块体面向用于加热和冷却的元件的表面(1a)(图5A)、用于加热和冷却的元件面向热块体的表面(4a)(图5B)，或两个表面(1a和4a)(图5C)被覆盖有固体膜润滑剂，且其中传热膜(3)存在于用于加热和冷却的元件(4)和受热器(5)之间。
为了清楚起见，附图显示了在部件之间的空隙，而实际上该空隙不存在。
发明详述
本发明涉及用于以受控方式加热和冷却物体的装置和包含这样的装置的仪器。该装置以一层在另一层之上的层叠方式包括热块体、用于加热和冷却的元件和受热器。“热块体”形成了热循环仪的能够传热至容纳反应混合物的容器的部分。在某些实施方式中，热块体包含用于容纳含有反应混合物的管的凹部。但是，各种“容器”在本领域是已知的，且通常由塑料材料或玻璃制成，包括单管、联管(tube strip)、以圆形、直线或其他几何排列形式的单管的特定排布、毛细管以及多孔板(MWP)。因此，热循环仪的热块体的主体通常适合所使用的容器，以获得加热能(heating energy)或冷却能(cooling energy)的快速且有效率的转变(transition)。热块体通常由具有高热导率的材料制成。优选的材料是金属，在某些实施方式中，该金属是铝或银，其中银具有改善的热导率，而铝更有成本效益。
热块体的温度通过不连续的、预编程的步骤，使用“用于加热和冷却的元件”来升高和降低。这种元件在本领域是熟知的。示例性的用于加热和冷却的元件是Peltier元件。Peltier元件使用Peltier效应在两种不同类型材料的接合处间产生热流，提供热电加热和冷却。Peltier元件是小的固态装置，其起热泵的作用。通常，Peltier元件为几毫米厚乘以几平方毫米至几平方厘米。它是夹层结构，由两个陶瓷板形成，在两个陶瓷板之间具有小的碲化铋立方体的阵列。当施加直流电时，热从装置的一侧传输到另一侧。冷的一侧常用来冷却电子装置。当逆转电流时，该装置成为了极好的加热器。
热通过“受热器”在一侧被移除。受热器通过有效率地将热能从高温物体转移至具有大得多的热容的较低温的第二个物体而起作用。这种热能的快速转移很快导致第一个物体与第二个物体的热平衡，降低第一个物体的温度，实现受热器作为冷却装置的作用。受热器的有效率的功能依赖于热能从第一个物体向受热器的快速转移。受热器最普通的设计是具有许多片状物(fin)的金属装置。金属的高热导率结合其大的表面积导致热能向周围的快速转移。另外，可使用风扇来另外地冷却受热器。受热器的其他实施方式包括通常与热交换表面(例如金属片状物和风扇)结合的热管。
为了让热有效率地从Peltier元件转移至热块体和/或受热器，在本领域中使用了“热界面材料”。这种热界面材料可以膜、油脂、环氧树脂(epoxies)和垫片的形式被施用，且根据它们的热导率和电导率、操作温度范围和膨胀系数而被选择。它被用来填充传热表面间的空隙，例如Peltier元件与受热器间的空隙以及Peltier元件与热块体之间的空隙，以增加传热效率。这些间隙通常充满空气，而空气是非常差的热导体。热界面材料最常见以白色糊状物或热脂的形式被提供，通常为填充有氧化铝、氧化锌、氮化硼、银粉、金粉或氧化铍的硅油。而且，在本领域中使用了石蜡/铝垫片、氮化硼硅酮薄片、石墨垫片、粘性聚合物薄片和硅酮/纤维玻璃垫片。
这种在本领域已知的可用在热循环仪中的用于加热和冷却的装置被图示在图1中，该装置含有热块体(1)、用于加热和冷却的元件(4)和受热器(5)，另外包含用于冷却受热器(5)的风扇(6)，其中在热块体和用于加热和冷却的元件之间存在传热膜(2)，且在用于加热和冷却的元件和受热器之间存在传热膜(3)。为了获得有效率的传热，构成装置的元件在机械力的作用下被彼此连接。
这种本领域已知的用于加热和冷却的装置的特殊问题是，在此循环仪上进行了许多热分布，且热块体(1)和传热膜(2)具有不同的热膨胀系数。由铝制成的热块体的热膨胀系数α已知为约23×10^-6/K，而包含氧化铝的Peltier元件的陶瓷板的热膨胀系数α为约6×10^-6/K。这导致当每次施加热时，热块体和Peltier元件具有明显不同的膨胀，从而在膜上和Peltier元件本身产生高剪切力。因此，这些剪切力很可能可导致膜的破裂和碎裂或位移，从而导致不均匀的传热。而且，如果膜由石墨(其能够传导电流)制成，还可能发生电气故障。对于需要存在不止一个用于加热和冷却的元件以在整个热块体提供均匀的温度分布的大热块体来说，此问题变得特别明显。在这样的实施方式中，在Peltier元件和热块体之间出现了相对高差别的热膨胀，如果剪切力超出了Peltier元件的稳定性，这可损坏Peltier元件。通过减小将热块体压在Peltier元件上的力，或通过使用具有低摩擦的热界面材料，可减小剪切力。
在本发明的用于加热和冷却的装置中，此问题通过以下方式解决，即省略由热界面材料制成的传热膜，并使用固体膜润滑剂来涂布至少是热块体面向用于加热和冷却的元件的表面和/或用于加热和冷却的元件面向热块体的表面。通过使用固体膜润滑剂来涂布至少一个当用于加热和冷却的装置被组装时物理接触的表面，热块体和用于加热和冷却的元件之间的摩擦力被显著减小。因此，用于加热和冷却的元件和/或热块体的表面破坏的风险被显著减小。
此文中，术语“固体膜润滑剂”是指在约环境温度至130℃的最大温度时，从气相或从液相施用至表面的材料，该材料的特点是低摩擦系数。而且，这种固体膜润滑剂含有有机化合物或由有机化合物组成，其中有机化合物可用作基料(base material)的粘附伴侣(partner)和/或用作结构基体和/或用作低摩擦伴侣。这种聚合物由聚四氟乙烯(poly-tetrafluoroethene)或聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺、聚对二甲苯F、氟化乙烯丙烯(FEP)或其他含氟聚合物或它们的任何混合物制成。固体膜润滑剂可以是均相的，或可含有有机或无机润滑剂颗粒，例如石墨、氟化石墨(graphite-fluoride)和/或钼化合物(如MoS₂)。但是，具有例如镍聚四氟乙烯(Ni-PTFE)的无机基体的涂层不被认为是本发明范围内的固体膜润滑剂。固体膜润滑剂可以是硬的或软的。当固体膜润滑剂被施用在玻璃基底上，并且具有4H的硬度的铅笔在表面刻划将不会产生明显的凹痕时，则称固体膜润滑剂是硬的。硬固体膜润滑剂的例子有类金刚石碳(DLC)膜或微晶金刚石膜，它们从气相或溶胶-凝胶涂层SC 95(Surface Contacts GmbH Saarbrücken，Germany)被施用。软固体膜润滑剂例如有聚对二甲苯F膜，从气相或含PTFE涂层SC11(Surface Contacts GmbH Saarbrücken，Germany)被施用。
与由石墨制成的通常的热界面材料的约150μm厚度相比，具有固体膜润滑剂的涂层展现出0.2-25μm的低厚度，因而仅最低程度地影响传热。甚至可显示出，当与由石墨制成的传热膜的传热阻力相比，具有固体膜润滑剂的涂层的传热阻力明显被减小。因此，本发明的装置除了减小电气故障或热故障的风险以外，在从用于加热和冷却的元件快速传热至热块体(反之亦然)方面以及从用于加热和冷却的元件快速传热至受热器(反之亦然)方面，也是有利的。
在特定的实施方式中，发现在较软的表面上使用软固体膜润滑剂或在较硬的表面上使用硬固体膜润滑剂是有利的。如果用于加热和冷却的元件是Peltier元件，那么在Peltier元件的陶瓷板上的固体膜润滑剂优选为硬固体膜润滑剂。通常，热块体是由铝或银制成的，因而构成了较不硬的基底。因此，当涂布面向用于加热和冷却的元件的热块体表面时，优选使用软固体膜润滑剂。在软表面(例如铝)上使用像例如DLC一样的硬固体膜润滑剂也是可行的，但某种程度上可能承担损坏固体膜的风险，这就可能有损(compromise)预期的摩擦减小作用。
在某些实施方式中，仅在热块体的表面上，特别是在如图2A中所示的面向用于加热和冷却的元件的表面(1a)上，使用固体膜润滑剂涂层就足够了。这种实施方式是有利的，因为热块体和用于加热和冷却的元件之间的摩擦阻力被减小，而用于加热和冷却的元件可保持未被涂布。优选地，整个热块体被涂布软固体膜润滑剂，这又导致反应容器从热块体的可移动性的改善。
在另一个实施方式中，如图2B所示，固体膜润滑剂涂层仅施用在用于加热和冷却的元件面向热块体的表面(4a)上。此实施方式是有利的，因为与热块体的体积相比，用于加热和冷却的元件具有相对小的体积，这使得在涂布步骤时的大规模生产相对简单。
在又一个实施方式中，如图2C所示，固体膜润滑剂涂层被施用在热块体面向用于加热和冷却的元件的表面(1a)上以及用于加热和冷却的元件面向热块体的表面(4a)上。在此实施方式中，两个相互作用表面都有助于摩擦的减小。
在图2所示的实施方式中，在用于加热和冷却的元件面向受热器的表面上以及受热器面向用于加热和冷却的元件的表面上都没有涂布固体膜润滑剂。除此之外，在用于加热和冷却的元件和受热器之间没有放置热界面材料。如果相关的表面恰好非常平坦且平滑，并且如果剩余的冷却力(excess cooling power)使得在两个表面之间仅形成微小的温度差异，那么这是可行的。为了获得更加耐用的(robust)实施方式，优选地，如图3A-D和4A-D所示，将固体膜润滑剂施用在用于加热和冷却的元件和受热器彼此相对的相关表面的一个或两个上，或者如图5A-C所示，在用于加热和冷却的元件和受热器彼此相对的表面之间放置热界面材料。
在特定的实施方式中，当装置被组装时彼此物理接触的两个表面被涂布有不同的固体膜润滑剂。例如，热块体面向用于加热和冷却的元件的表面可被涂布有软层的固体膜润滑剂(例如，基于聚四氟乙烯(PTFE)的涂层)，而用于加热和冷却的元件面向热块体的表面可被涂布有硬层的固体膜润滑剂(例如类金刚石碳(DLC))。
在其他实施方式中，当装置被组装时彼此物理接触的两个表面都被涂布有相同的固体膜润滑剂。例如，热块体面向用于加热和冷却的元件的表面和用于加热和冷却的元件面向热块体的表面可都被涂布有软层的固体膜润滑剂(例如基于聚四氟乙烯(PTFE)的涂层)或可都被涂布有硬层的固体膜润滑剂(例如类金刚石碳(DLC))。
这些实施方式是有利的，因为被涂布的用于加热和冷却的元件由于减小的摩擦阻力而表现出改善的耐久性。而且，用于加热和冷却的元件的主要表面的涂布可通过本领域非常熟知的方法进行。
用于进行热循环的仪器通常包含热块体，所述热块体具有上表面和与所述上表面连通(communicate)的、用于容纳塑料反应容器的多个凹部，其中反应混合物可被包含在所述塑料反应容器中。热块体的足迹(footprint)在若干平方厘米的范围。在特定的实施方式中，足迹适合于多孔板形式的多个容器。每个容器的开口是闭合的，优选具有透明的封闭物(closure)，其允许例如通过测量由荧光染料发出的光发射来检验容器内容物。将具有相应孔洞的框架放置在所述多个容器的上方并朝着热块体按压，使得塑料容器与热块体中的凹部的表面密切接触。在优选的实施方式中，框架被加热，以加热封闭物并避免液体在封闭物处冷凝。
如在图2-5中示意性显示的，热块体被叠放在用于加热和冷却的元件和受热器的上方。使用固定装置(例如负载弹簧的螺钉(springloaded screw))将叠层压在一起。
将流体与受热器的热交换表面接触，以传走剩余的热量。优选地，所述流体为空气，且至少一个风扇将空气吹过受热器的片状物。
热块体中的传感器测量热块体的温度，且可编程的电子单元控制加热和冷却元件的加热和冷却，以实施在反应容器内的反应混合物中的温度分布(temperature profile)。
为监测反应容器中的反应的进程，仪器的优选实施方式包含连续的或半连续的工作检测系统和数据处理单元，所述数据处理单元包含现有技术的录入单元、显示单元、存储单元和辅助单元以处理、存储、取回和显示检测数据和其他可用形式的处理数据。检测系统的优选形式是本领域熟知的荧光检测。
本发明的仪器包含上述用于加热和冷却的装置，其中热块体和/或用于加热和冷却的元件的表面的至少一个被涂布有固体膜润滑剂。用于加热和冷却的装置以一定的方式位于仪器中，该方式使得当容器被插入仪器中并与所述装置接触时允许与所述容器的限定的和预定的物理相互作用。在某些实施方式中，仪器包括热控制器。另外，本发明的仪器可进一步包括外罩、电源、其他如冷却空气和/或压缩空气和/或冷却水和/或真空的媒介的供应装置和处理装置、用于操纵反应容器的和用于控制和维护的辅助装置。
上述用于加热和冷却的装置也可被用在用于传导热分布的方法中，该方法包括：在本发明的用于加热和冷却的装置的热块体上提供容器，在所述容器中提供要被加热和/或冷却的流体，和使用所述用于加热和冷却的元件向所述容器中的所述流体施加热或冷。所述热分布可包括重复的热循环，其在某些方面适合于进行聚合酶链反应，且其中要被加热的流体是含有要被扩增的核酸样品的、用于进行聚合酶链反应的反应混合物。
实施例
实施例1
将硬固体膜润滑剂施用在热块体上
由铝制成的热块体的背侧(能够与Peltier元件物理接触)在真空条件下被涂布有类金刚石碳(DLC)以形成具有0.5μm的厚度的层，而热块体的温度为约130℃。
实施例2
将硬固体膜润滑剂施用在用于加热和冷却的装置上
与实施例1类似，Peltier元件(Marlow Industries，Inc.Dallas，TX，USA)的表面在真空条件下被涂布有类金刚石碳(DLC)以形成具有0.5μm的厚度的层，而Peltier元件的温度未被升至125℃以上。
实施例3
将硬固体膜润滑剂施用至热块体上
使用本领域已知的喷涂法，利用溶胶-凝胶硬涂层SC 95(SurfaceContacts GmbH Saarbrücken，Germany)来涂布由铝制成的热块体的背侧(能够与Peltier元件物理接触)，以形成具有6μm的厚度的层。施用后，热块体上的涂层在125℃烤(stove)0.5小时。
实施例4
将硬固体膜润滑剂施用至用于加热和冷却的装置上
与实施例3类似，使用本领域已知的喷涂法，利用溶胶-凝胶硬涂层SC 95(Surface Contacts GmbH Saarbrücken，Germany)来涂布供热的Peltier元件(Marlow Industries，Inc.Dallas，TX，USA)的表面，以形成具有6μm的厚度的层。施用后，热块体上的涂层在125℃烤0.5小时。
实施例5
将软固体膜润滑剂施用在热块体上
使用本领域已知的喷涂法，利用SC 11(Surface Contacts GmbHSaarbrücken，Germany)(一种含有聚四氟乙烯(PTFE)的固体膜润滑剂)涂布由铝制成的热块体的背侧(能够与Peltier元件物理接触)，以形成具有约16μm的厚度的层。施用后，将涂层在280℃干燥0.5小时。
实施例6
将软固体膜润滑剂施用至用于加热和冷却的装置上
与实施例5类似，使用本领域已知的喷涂法，利用SC 11(SurfaceContacts GmbH Saarbrücken，Germany)(一种含有聚四氟乙烯(PTFE)的固体膜润滑剂)涂布供热的Peltier元件(Marlow Industries，Inc.Dallas，TX，USA)的表面，以形成具有约16μm的厚度的层。施用后，将涂层在125℃干燥6小时。
实施例7
本领域已知的用于加热和冷却的装置的分析
使用提供700N/cm²的表面压力(surface compression)的螺钉，按上述顺序组装用于加热和冷却的装置，该装置包含用于接纳微孔板(microtiter plate)形式的反应容器的热块体、六个Peltier元件(MarlowIndustries，Inc.Dallas，TX，USA)、具有约160μm的厚度且由石墨制成的传热膜，和受热器。另外，热块体被覆盖有厚度为约25μm的、由镍聚四氟乙烯(Ni-PTFE)制成的涂层。使用电子控制器，用于加热和冷却的装置经受类似通常PCR循环的重复热循环。约1000次循环后，传热膜被从其在热块体和Peltier元件之间的原始位置移位，导致Peltier元件的电源的短路。
实施例8
无传热膜的用于加热和冷却的装置的分析
提供如在实施例7中描述的组件，但不加入传热膜。使用电子控制器，用于加热和冷却的装置经受类似通常PCR循环的重复热循环。在少于1000次循环后，热块体显示出与Peltier元件接触的表面的大量分解，具有深达约0.5mm的深度。
实施例9
用于快速热循环模拟的组件
为了实现用于加热和冷却的元件的耐久性和使用期限的快速检验，将热块体、Peltier元件、石墨膜热界面材料和受热器按所述顺序以一层在另一层之上的方式安装成在700N/cm²的压力(tension)下的堆垛体(piling)。为了检验各种度量(measure)对改善用于加热和冷却的元件的使用期限的影响，以2Hz的频率和95℃的恒定温度，平行于Peltier元件的主要表面机械地来回移动Peltier元件0.5mm。在此组件中，一个来回移动代表在PCR的一个热循环期间Peltier元件相对热块体的相对移动的模拟，所述相对移动是由不同热膨胀系数引起的。
实施例10
使用用于快速热循环模拟的组件分析无传热膜的用于加热和冷却的装置
本领域已知的且如在实施例7和8中所描述的用于加热和冷却的元件，如在实施例9中概述的，在用于快速热循环模拟的组件中经受处理。在少于1000次循环后，热块体显示出与Peltier元件接触的表面的大量分解，具有深达约0.5mm的深度，证实了在实施例8中概述的结果。
实施例11
使用用于快速热循环模拟的组件分析本发明的用于加热和冷却的装置
如在实施例5中所述的用于加热和冷却的装置，如在实施例9中概述的，在用于快速热循环模拟的组件中经受处理。由铝制成的热块体的面向Peltier元件并能够与Peltier元件物理接触的表面被涂布有SC 11(Surface Contacts GmbH Saarbrücken，Germany)。在Peltier元件和热块体之间不存在传热膜。在102000次循环后，分析了相互作用的表面。除了固体膜润滑剂SC 11从热块体面向Peltier元件的表面少量地转移(carry over)至Peltier元件面向热块体的表面以外，没有检测到表面的分解。在额外的实验中，再现了所述结果且在多达200000次循环时没有检测到表面的分解。
使用包含实施例1或3的热块体以及包含实施例2、4或6的Peltier元件的用于加热和冷却的装置，获得了相似的结果。
实施例12
使用用于快速热循环模拟的组件分析本发明的用于加热和冷却的装置
包含如实施例5中所述的热块体和如实施例4中所述Peltier元件的用于加热和冷却的装置，如在实施例9中所概述的，在用于快速热循环模拟的组件中经受处理。由铝制成的热块体面向Peltier元件的并能够与Peltier元件物理接触的表面，被涂布有SC 11(Surface ContactsGmbH Saarbrücken，Germany)，而Peltier元件面向热块体的表面被涂布有溶胶-凝胶硬涂层SC 95(Surface Contacts GmbH Saarbrücken，Germany)。在Peltier元件和热块体之间不存在传热膜。在100000次循环后，分析了相互作用的表面。除了固体膜润滑剂SC 11从热块体面向Peltier元件的表面少量地转移至Peltier元件面向热块体的表面以外，没有检测到表面的分解。除此之外，与实施例11中使用的用于加热和冷却的装置相比，摩擦力被进一步降低，因为组件中的致动器的功率输入(用来指示存在于组件中的摩擦力)被减少。
附图标记