用于控制热循环仪的方法和热循环仪技术

本发明专利技术涉及一种用于控制热循环仪的方法和一种热循环仪，在所述热循环仪中，通过使用调温计划数据和运行时间数据的评估程序求出至少一个温度变化速度，由此特别是能在较快的热循环仪上模拟较慢的热循环仪的调温行为。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制热循环仪的方法和热循环仪
本专利技术涉及一种用于确定温度变化速度以控制热循环仪的调温装置的方法。本专利技术还涉及一种热循环仪，该热循环仪的控制器设置用于执行这种方法。
技术介绍
热循环仪是一种实验室仪器，其能够将至少一个实验室样本的温度按时间依次设定到预先确定的温度并且在预定的持续时间内保持在这个温度级上。这个温度控制的流程是循环的。这就是说，重复执行预先确定的温度循环，即至少两个温度级、典型地三个温度级的序列。这种方法通常用于执行聚合酶链式反应(PCR)。在用PCR执行DNS复制时，用户为了最优的结果依赖于如下事实，即，样本在由用户预定的调温计划的时间变化曲线内被精确和可重复地调温。用户通过大多直接在仪器的操作装置处设定调温计划来预定热循环仪的温度循环。示例性地示出了这种循环，其具有在图2a中参考示例性的按本专利技术的热循环仪的屏幕指示的设定可能性。在此，由用户设定一个循环的每个温度级的高度和所述温度级的保持时间以及有待完成的循环的总数。热循环仪的控制器负责尽可能准确地根据这些预定实施调温计划。用户大多不能准确地求出，仪器控制器在此使用的与在热循环仪中使用的硬件部件匹配的特定的控制参数。在热循环仪的调温装置中大多用作用于对样本块(热块)调温的调温元件的珀耳帖元件尤其具有不同的功率值。此外，调温的结果由热循环仪的所有对从液态的实验室样本到珀耳帖元件的热传输、即热量输入和热量排出产生影响的硬件和材料参数确定。热循环仪的重要的功率参数是能用来对热循环仪的热块调温的最大的加热速率和最大的冷却速率。在图2b和图2c中示例性地示出了这种功率值。另一个功率特征是在借助温度调节设定热块的温度级时的稳定化行为(Einschwingverhalten)。这些功率值表征一个热循环仪或一类热循环仪。稳定化行为通常优化用于快速达到温度级。温度调节的相应的构造方案是特定于仪器的并且用户是不知道。针对最大的加热速率和最大的冷却速率的值由制造商大多在仪器说明书中说明。在热循环仪的热块处的真正的温度变化曲线或在液态的样本中的温度变化曲线(其最终决定了与温度相关的反应序列(例如PCR)的结果)，不仅取决于用户定义的调温计划，而且也取决于所述的特定于硬件的功率值。现在在本专利技术所基于的针对商用热循环仪的研究中表明，大多达不到或仅暂时达到最大的温度变化速度或变温速率。如在图3c中示出的那样，对在图中作为最陡的直线2示出的最大的温度变化速度的认识，不可以直接推断出在此称为Δts_cool的温度切换的时间间隔。换句话说，温度曲线在所述时间间隔的范围内的最大的微分2，不等于在所述时间间隔内的差商1。在所述时间间隔内的差商接下来也称为有效的温度变化速度或有效的加热速率/有效的速冷却率。差商，从第一时间点t1(第一温度级结束的时间点)和第二时间点t2(第二温度级开始的时间点)以及第一温度T1(t1)和第二温度T2(t2)起，被定义为(T2(t2)–T1(t1))/(t2-t1)。在研究中证实，孤立地考虑制造商说明的变温速率通常不完全具有说服力并且甚至可能导致在特定的热循环仪的实际的PCR运行时间的计算评估方面的错误的结论。特定的热循环仪的运行时间部分明显比根据制造商的技术说明中所说明的变温速率预计的要更长。原则上可能基于环境因素(例如室温、仪器位置等)在直至PCR结束的时间中出现了轻微的偏差。但多次重复运行证明，这种差异仅在几秒内。得出的结论是，更确切地说，下列方面强烈地造成了所观察到的差异：对不同的热循环仪而言，在从一个温度到下一个温度的变温过程期间的不同的时间段内达到了技术手册中说明的最大的变温速率，但在特定的热循环仪中仅在每个变温阶段期间的短暂的时间内达到了技术手册中说明的最大的变温速率。温度调节方式或反应体积的设定也能显著影响变温行为。这甚至可能导致，在将PCR系统从一个热循环仪转移到另一个热循环仪时必须重新优化反应。执行PCR时用户大多没有注意到特定于硬件的参数。取而代之的是(例如借助梯度)优化温度，以便获得最优的产出率。在PCR转移到另一类热循环仪上时，这个产出率大多变小。这不仅仅是因为相比原始仪器有所偏离的温度，而且尤其也是因为在动态特性中的偏差，这就是说在变温时和稳定化期间。许多用户针对重复实验避免切换到另一台仪器，因为该另一台仪器尽管被相同地编程并且使用同样的调温计划，但并不会产生相同的结果。在例如由于故障或仪器库存的更新而更换仪器时，特别是在仪器类型改变时，需要耗费的重新资格验证，以便用改变后的硬件再现更早的PCR结果。因为热循环仪的操作程序仅提供有限的可能性来影响控制程序和对硬件部件的驱控，所以为了重新资格验证也可能需要对控制器的程序设计进行耗费的调整。
技术实现思路
基于本专利技术的任务是，当重新使用用户定义的调温计划时，特别是在特定于硬件的功率值已经改变的状况下，在热循环仪中重现温度变化曲线，如在更换热循环仪的情形中那样。在本专利技术的一种优选的设计方案中，应当由此解决该任务，即，使用户更方便从一个热循环仪更换到有其它功率值的另一个热循环仪。为此，热循环仪尤其按照本专利技术的定义进行构造。本专利技术分别通过按照权利要求1所述的方法和按照权利要求9所述的热循环仪以及按照权利要求12所述的程序代码解决这个任务。本专利技术的优选的设计方案是从属权利要求的主题并且此外可以从本专利技术的说明书和附图得出。本专利技术此外基于这样的观察，即，对用户而言能简单地求出并且通常也记录在相应的热循环仪上实施的调温计划的总的运行时间。用户注意到了这个运行时间，因为这个运行时间在发展调温计划时为了确定总反应时间或者为了优化参量是重要的参数。按照本专利技术，由用户说明预先已知的调温计划和这个调温计划的预先已知的运行时间。通过使用本专利技术提高了成功重现温度变化曲线的概率。特别是模仿或模拟原始热循环仪的特别是包含了变温速率和稳定化行为的动态的行为，而不会由此给用户带来形式为试验和大量参数的输入的巨大耗费。由在热循环仪上进行的调温计划的运行时间可以确定温度变化速度、即特别是加热和冷却速率，热循环仪的调整装置使用这些温度变化速度以达到相应的温度级。运行时间然后包含了调温计划的至少一个温度级的至少一个保持时间和至少一个时间间隔，在该时间间隔期间根据至少一个温度变化速度设定该至少一个温度级。若人们例如基于此，即，热循环仪总是使用相同的冷却速率在相应的温度级之间冷却并且总是使用相同的加热速率在相应的温度级之间加热，那么由重复相同的温度循环构成的调温计划的运行时间T由加热的时间间隔ΔtS_heat和在这个较高的温度级上的保持时间TS_heat以及由冷却的时间间隔ΔtS_cool和在这个低的温度级上的保持时间TS_cool得出：在此，rH是温度变化速度(加热速率)，以便使调温块加热了温度差ΔS_heat，并且rC是温度变化速度(冷却速率)，以便使调温块冷却了温度差ΔS_cool。在本专利技术的范畴内，倘若没有另行说明，术语加热速率、冷却速率和温度变化速度分别指的是有效的加热速率、有效的冷却速率和有效的温度变化速度，并且不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定至少一个温度变化速度以控制热循环仪的调温装置的方法(200)，其中，控制器按照调温计划对热循环仪的容纳样本的热块调温以在这些样本中执行聚合酶链式反应，在调温计划期间以如下方式在温度级之间切换，即，温度以温度变化速度发生改变，该方法具有下列步骤：/n-提供调温计划数据，其确定了调温计划的至少一个温度级的保持时间和温度；(201)/n-提供运行时间数据，运行时间数据确定了在热循环仪上实施调温计划所需的运行时间，(202)/n-通过使用调温计划数据和运行时间数据的评估程序求出至少一个温度变化速度；(203)/n-提供至少一个之前求出的温度变化速度用于根据该至少一个温度变化速度控制热循环仪的调温装置。(204)/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180921 EP 18195975.01.一种用于确定至少一个温度变化速度以控制热循环仪的调温装置的方法(200)，其中，控制器按照调温计划对热循环仪的容纳样本的热块调温以在这些样本中执行聚合酶链式反应，在调温计划期间以如下方式在温度级之间切换，即，温度以温度变化速度发生改变，该方法具有下列步骤：
-提供调温计划数据，其确定了调温计划的至少一个温度级的保持时间和温度；(201)
-提供运行时间数据，运行时间数据确定了在热循环仪上实施调温计划所需的运行时间，(202)
-通过使用调温计划数据和运行时间数据的评估程序求出至少一个温度变化速度；(203)
-提供至少一个之前求出的温度变化速度用于根据该至少一个温度变化速度控制热循环仪的调温装置。(204)


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述调温计划数据确定了所述调温计划的第一温度级的至少一个第一保持时间和第一温度以及第二温度级的至少一个第二保持时间和第二温度，其中，第一温度高于第二温度，其中，按照所述调温计划以如下方式在温度级之间切换，即，从第一温度起以第一温度变化速度(冷却速度)冷却并且从第二温度起以第二温度变化速度(加热速度)加热，
并且其中，通过所述评估程序由所述调温计划数据和所述运行时间数据求出用作用于设定第二温度级的冷却速度的至少一个第一温度变化速度和用作用于设定第一温度级的加热速度的至少一个第二温度变化速度，
其中，该至少一个冷却速度和至少一个加热速度提供用于控制所述热循环仪的调温装置。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述调温计划的一个循环期间存在至少一个时间间隔，在该时间间隔期间使用至少一个恒定不变的温度变化速度并且该时间间隔包含了稳定化时间周期，稳定化时间周期由在存在稳定的温度变化速度和存在有待设定的温度级之间的时间段确定，其中，在这个时间段期间，通过控制所述热循环仪的调温装置执行稳定化过程，该稳定化过程是热循环仪的温度调节的组成部分，所述方法具有步骤：
-提供稳定化数据，稳定化数据包含了有关至少一个稳定化时间周期的信息，
其中，在通过评估程序求出该至少一个温度变化速度时也使用稳定化数据。


4.根据权利要求3所述的方法，该方法包含步骤：
-通过用户在数据处理装置的用户接口装置处的输入提供稳定化数据，借助所述稳定化数据实施所述评估程序。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述运行时间包含滞后时间间隔，在滞后时间间隔期间，在调温计划开始时先将在执行聚合酶链式反应期间遮盖热循环仪的包含样本的调温块的能加热的盖设定到额定温度，其中，所述运行时间数据也包含了有关这个滞后时间间隔的信息。


6.用于控制热循环仪的调温装置的方法(300)，其中，该方法包含根据权利要求1至5中任一项所述的、求出了至少一个温度变化速度的方法，
其中，热循环仪具有调温装置以对容纳样本的热块调温从而按照在根据权利要求1至5中任一项所述的方法中定义的调温计划在这些样本中执行聚合酶链式反应，并且热循环仪还具有电子的控制装置，该电子的控制装置设置用于借助控制参数控制调温装置，
并且该方法具有根据权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤和下列步骤：
-使用至少一个之前所求出的至少一个温度变化速度以确定控制参数，控制参数包含该至少一个温度变化速度并且控制参数确定了对应调温计划的调温控制计划；(301)
-借助控制参数和电子的控制装置控制调温装置，以便在使用该至少一个温度变化速度的情况下实施这个调温控制计划。(302)


7.用于通过模拟第二热循环仪的调温行为控制第一热循环仪的调温装置的方法，其中，该方法包含根据权利要求1至5中任一项所述的、求出了至少一个温度变化速度的方法，至少一个温度变化速度表征第二热循环仪的调温行为，
其中，第一热循环仪能用是冷却速度或加热速度的第一最大温度变化速度运行，并且其中，第二热循环仪能用是冷却速度或加热速度的第二最大温度变化速度运行，其中，第一最大温度变化速度大于或等于第二最大温度变化速度，
其中，第一热循环仪具有调温装置以对容纳样本的热块调温从而按照在根据权利要求1至5中任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·维尔德，柯尔斯顿·席克，
申请(专利权)人：埃佩多夫股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE