KR100236506B1 - 폴리머라제 연쇄 반응 수행 장치 - Google Patents

Abstract

마이크로티터 트레이 포맷의 샘플 블록을 이용하여 고도의 정확한 PCR을 수행하는 장치. 샘플 블록은 로컬 균형 및 로컬 대칭을 이룬다. 블록을 통과하는 냉각 흐름을 게이트하기 위해 컴퓨터에 의해 제어되는 램프 냉각 솔레노이드 밸브 및 컴퓨터에 의해 제어되는 3개의 존 막 가열기는 블록 온도를 제어한다. 일정한 바이어스 냉각은 작은 변화를 위해 이용된다. 샘플 온도는 측정 대신에 계산된다. 가열된 커버는 튜브를 위치시키기 위한 최소 허용가능한 임계력을 인가하기 위해 플라스틱 캡을 변형시키고, 그것을 열적으로 격리한다. 제어 소프트웨어는 진단을 포함한다. 인스톨 프로그램은 장치를 테스트하고 특성짓는다. 새로운 사용자 인터페이스가 사용된다. 샘플 튜브에 개별적 자유를 주기 위해 일회용, 멀티피스 플라스틱 마이크로티터 트레이가 제시된다.

Description

폴리머라제 연쇄 반응 수행 장치

제1도는 본 발명에 따른 열 사이클의 블록 다이어그램.

제2도는 본 발명에 따른 샘플 블록의 평면도.

제3도는 바이어스 및 램프(ramp) 냉각 채널을 나타내는 샘플 블록의 측단면도.

제4도 및 제5도는 샘플 블록의 정면도.

제6도는 제2도의 라인 6-6´을 따라 절취된 샘플의 단면도.

제7도는 제2도의 라인 7-7´을 따라 절취된 샘플의 단면도.

제8도는 제2도의 라인 8-8´을 따라 절취된 샘플의 단면도.

제9도는 3-존 막 가열기 및 블록 지지부의 조립 후 샘플 블록 구조의 단면도.

제10도는 3-존 막 가열기의 전력 제어를 나타내는 전력 라인 전압의 그래프.

제11도는 대표적인 3배양 온도 PCR 프로토콜을 나타내는 온도 그래프.

제12도는 로컬 영역 개념을 나타내는 샘플 블록의 단면도.

제13도는 3-존 가열기의 평면도.

제14도는 너무 낮은 힘 F에 위치하는 샘플 튜브 r의 효과를 나타내는 샘플 온도 대 시간의 그래프.

제15도는 샘플 블록에 위치된 샘플 튜브 및 캡(cap)의 단면도.

제16(a)도는 RC 회로의 임펄스 응답 그래프.

제16(b)도는 임펄스 여기 펄스의 그래프.

제16(c)도는 블록의 열 히스토리 및 열 임펄스의 콘볼루션(convolution)이 계산된 샘플 온도를 제공하는 방법을 나타내는 그래프.

제16(d)도는 샘플 블록/샘플 튜브 시스템의 열 응답의 전기 아날로그를 나타내는 도시도.

제17도는 3-영역 가열기의 제어에 사용되는 항등식의 비례 상수가 적정하게 설정될 때 여섯 개의 다른 샘플의 계산된 온도가 서로 0.5℃ 내에서 어떻게 목표 온도에 전부 수렴되는가를 나타내는 도시도.

제18도는 변성 목표 온도가 발생된 DNA 양에 어떻게 영향을 주는가를 나타내는 그래프.

제19도는 슬라이딩 커버와 가열 플래튼(platen)의 단면도.

제20도는 가열된 플래튼을 낮게 하는데 사용되는 노브와, 샘플 블록 및, 슬라이딩 커버의 투시도.

제21(a)도는 샘플 블록상에 위치될 때 프레임, 리테이너(retainer), 샘플 튜브의 한 실시예의 조립체의 단면도.

제21(b)도는 샘플 블록상에 위치될 때 프레임, 리테이너, 샘플 튜브 및 캡의 양호한 실시예의 조립체의 단면도.

제22도는 마이크로티터 플레이트에 대해 플라스틱, 배치 가능한 프레임의 상부 평면도.

제23도는 프레임의 하부 평면도.

제24도는 프레임의 단부 정면도.

제25도는 프레임의 다른 단부 정면도.

제26도는 제22도의 라인 26-26´에 따라 절취한 프레임의 단면도.

제27도는 제22도의 라인 27-27´에 따라 절취한 프레임의 단면도.

제28도는 프레임의 엣지 정면도 및 부분도.

제29도는 양호한 샘플 튜브의 단면도.

제30도는 샘플 튜브의 상부 단면도.

제31도는 캡 스트립의 부분 정면도.

제32도는 캡 스트립의 부분 평면도.

제33도는 96 웰 마이크로티터 트레이의 배치 가능한 리테이너 부분의 평면도.

제34도는 리테이너의 부분 단면을 나타내는 측면 정면도.

제35도는 리테이너의 단부 정면도.

제36도는 제33도의 라인 36-36´을 따라 절취된 리테이너의 단면도.

제37도는 제33도의 라인 37-37´을 따라 절취된 리테이너의 단면도.

제38도는 96 웰 마이크로티터 트레이의 배치 가능한 지지 베이스의 평면도.

제39도는 베이스의 하부 평면도.

제40도는 베이스의 측면 정면도.

제41도는 베이스의 단부 정면도.

제42도는 제38도의 라인 42-42´을 따라 절취된 지지 베이스의 단면도.

제43도는 제38도의 라인 43-43´을 따라 절취된 지지 베이스의 단면도.

제44도는 제38도의 라인 44-44´을 따라 절취된 베이스의 단면도.

제45도는 샘플 튜브와 캡을 갖는 마이크로티터 트레이를 구비하는 아이템의 투시도.

제46도는 제1도의 냉각 제어 시스템(24)의 다이어그램.

제47(a)도 및 제47(b)도는 본 발명에 따른 제어 전자의 블록 다이어그램.

제48도는 대표적인 제너 온도 센서의 개략적인 도시도.

제49도는 대표적인 샘플 주기의 시간 라인 다이어그램.

제50도는 길고 얇은 벽으로 된 샘플 튜브의 정단면도.

제51도는 얇은 벽으로 된 샘플 튜브 및 두꺼운 벽으로 된 종래의 튜브 사이에서 응답 시 차이를 나타내는 그래프.

제52도는 샘플 튜브 및 캡의 평면도.

제53도 및 제54도는 파워-업 테스트 순차의 플로우 챠트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

12 : 샘플 블록 16 : 터미널

20 : 중앙 처리 장치 24 : 냉각제 제어 시스템

34 : 열 교환기 49 : 바이어스 냉각 채널

본 발명은 폴리머라제 연쇄 반응(polymerase chain reaction)(이후 PCR로 기재됨)을 수행하는 컴퓨터 제어장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 각 샘플에 대해 얻어진 결과에 따라 고정밀도를 갖는 다수의 샘플상에서 동시에 폴리머라제 연쇄 반응을 수행하는 자동 장치에 관한 것이다. 이러한 고정밀도는 다른 여러 장치에서 “양적 PCR”을 수행하는 능력을 제공한다.

PCR 프로세서를 사용하는 DNA(디옥시리보핵산)을 증폭하기 위하여, 여러 가지의 다른 온도 배양 주기를 포함하는 PCR 프로토콜을 통해 특별히 구성된 액체 반응 혼합물을 순환시키는 것이 필요하다. 반응 혼합물은 증폭될 DNA와, 증폭될 DNA의 신장 생성물을 발생할 수 있을 때 샘플 DNA에 충분히 보상할 수 있는 예정된 방법으로 선택된 최소한 두 개의 프라이머로 구성된다. 반응 혼합물은 dATP, dCTP, dGTP, dTTP 같은 다수의 디옥시리보뉴클리오사이드 삼인산염과, 여러 가지의 효소 및 다른 시약을 포함한다. 일반적으로, 프라이머는 핵산 가닥에 상보적인 프라이머 신장 생성물의 합성이 유도되는 조건 즉, 뉴클레오티드 및 적절한 온도와 pH에서 내열성 DNA 폴리머라제 같은 유도제의 존재하에 놓여질 때 합성의 개시점으로 작용할 수 있는 올리고뉴클레오티드이다.

폴리머라제 연쇄 반응(PCR)은 유전 분석에 대해 양호하게 성공한 기술이다. 왜냐하면, 그것은 단순하고 비교적 저비용을 요구하기 때문이다. PCR의 중요한 키는, 용융 DNA를 변경하는 단계. 나머지 단일 가닥에 쇼트 프라이머를 어닐링하는 단계 및 이중 가닥의 DNA의 새로운 카피를 만들도록 상기 프라이머를 신장하는 단계같은 열순환 단계에 있다. 열순환 단계에서, PCR 반응 혼합물은 DNA를 용융하고 고온도(>90℃)로부터 프라이머 어닐링 및 신장을 위한 저온도(40℃ 내지 70℃)까지 반복적으로 순환된다. 폴리머라제 연쇄 반응에서 요구되는 열순환을 수행하는 상업적인 시스템. 즉, 페르킨-엘머 세투스 DNA 열 순환기는 1987년에 도입되었다.

PCR 기술은 기술 연구로부터 다양하게 사용되는 응용으로 개발중에 있다. 이러한 영역은 특징 조사, 바이오 조제학 발달, 유전분석 및 환경 테스트를 포함한다. 이러한 영역에서 사용자는 높은 수행성, 빠른 턴-라운드 시간, 및 재생가능한 결과를 제공하는 고수행성 PCR 시스템을 양호하게 사용한다. 상기 영역에서 사용자는 샘플-대-샘플로부터, 런-대-런(run-to-run), 랩-대-랩(lab-to-lab) 및 장비-대-장비까지 재생성을 보장해야 한다.

예를 들면, 휴먼 게놈 프로젝트(Human Genome project)에서 물리적 맵핑 프로세스는 순차 태그된 사이트를 사용함으로써 크게 단순화될 수도 있다. STS는 PCR에 의해 쉽게 증폭되는 짧은 단일 시퀀스이며, 염색체상의 위치를 식별한다. 게놈 맵을 형성하도록 상기 사이트에 대한 검색은 완전히 재생할 수 있는 프로토콜로 짧은 시간내에 샘플수를 증폭시키는 것을 요구한다.

PCR 샘플 수가 증가할 때, 샘플 준비와 포스트-증폭 분석을 사용하여 증폭을 일체화하는 것은 중요하다. 샘플 용기는 빠른 열 순환뿐만 아니라, 용매 추출 및 원심분리법 같은 동작의 자동 조정을 허용한다. 상기 샘플 용기는 작은 용적으로 시약 비용을 다운시킨다.

일반적으로, PCR 열 순환은 다른 온도에서 최소한 두 배양을 포함한다. 이러한 배양중 하나는 프라이머 교배 및 프라이머 신장 반응이다. 다른 한 배양은 변성 즉, 다음 교배 및 연장 배양 간격에 사용하기 위한 단일 가닥 모형 내로 이중 가닥 신장 생성물을 분리시키는 것이다.

폴리머라제 연쇄 반응, 온도 순환 및 PCR에 필요한 반응 조건과 반응을 수행하는데 필요한 여러 가지의 효소 및 시약의 상세한 설명은 미합중국 특허 제4,683,202호, 제4,683,195호 및 EPO 공보 제 258,017호 및 제4,889,818호(태그 폴리머라제 효소 특허)에 기술되었으며, 다른 PCR 특허는 세투스 코포레이션에 양도되었으며 참고로 본원에 포함된다.

폴리머라제 연쇄 반응의 표적은 초기에 제공된 적은 용적의 “시드(seed)” DNA와 동일한 대량의 DNA를 제조하는 것이다.

상기 반응은 DNA의 가닥을 복제하여 연속 사이클로 다른 카피를 발생하도록 카피를 사용하는 것을 포함한다. 동일 조건하에서, 각 사이클은 DNA의 양을 두 배로 하여, 반응 혼합물에 존재하는 “목표” 또는 “시드” DNA 가닥의 카피 용적에서 기하학적으로 전달한다.

대표적인 PCR 온도 사이클은 반응 혼합물이 규정된 시간동안 각 배양 온도에서 정확하게 유지되고, 동일 사이클 및 유사 사이클은 많은 시간동안 반복되는 것을 요구한다.

대표적인 PCR 프로그램은 30초 동안 94℃의 샘플 온도에서 반응 혼합물이 변성하도록 한다. 그때, 반응 혼합물의 온도는 37℃로 낮아지고 프라이머 교배를 허용하도록 1분 동안 유지된다. 그 다음, 반응 혼합물의 온도는 50℃ 내지 72℃ 온도 범위에 상승되어 신장 생성물의 합성이 촉진되도록 2분 동안 유지된다. 다음의 PCR 사이클은 이전 사이클(변성)에서 형성된 신장 생성물의 가닥 분리를 위해 반응 혼합물의 온도를 94℃로 상승시킴으로써 시작한다. 일반적으로, 사이클은 25 내지 30번 반복된다.

여러 이유 때문에 가능한 빨리 샘플 온도를 다음 온도로 변화시키는 것은 바람직하다. 첫째로, 화학 반응은 각 스테이지에 대해 최적한 온도를 가진다. 그러므로, 최적한 온도에서 소비된 시간은 양호한 화학적 결과가 달성되는 것을 의미한다. 다른 이유는 각 배양 온도에서 반응 혼합물을 유지하는 최소 시간이 상기 배양 온도가 도달된 후 요구되는 것이다. 이러한 최소 배양 시간은 “플로어” 또는 한 사이클을 완료하는데 걸리는 최소 시간을 설정한다. 샘플 배양 온도 사이의 임의의 시간 변이는 상기 최소 사이클 시간에 부가되는 시간이다. 사이클 수가 공평하게 증가함으로 상기 부가적인 시간은 상기 증폭을 종료시키는데 필요한 총 시간을 불필요하게 늘린다.

종래의 자동 PCR 장치에서, 반응 혼합물은 캡으로 밀폐된 플라스틱 튜브에 저장된다. 이러한 튜브의 대표적인 샘플 용적은 대략 100 마이크로리터이다. 일반적으로 상기 장치는 금속 블록에서 샘플 웰로 불리우는 구멍내로 삽입된 샘플 DNA 및 반응 혼합물로 채워진 이러한 튜브에 사용된다. PCR 프로세스를 수행하기 위하여, 금속 블록의 온도는 PCR 프로토콜 파일에서 사용자에 의해 지정된 규정 온도 및 시간에 따라 제어된다. 컴퓨터 및 연결된 전자 기기는, 시간, 온도 사이클 수 등을 한정하는 PCR 프로토콜 파일에서 사용자에 제공된 데이터에 따라 금속 블록의 온도를 제어한다.

금속 블록의 온도에 따라 변화할 때, 여러 튜브에서의 샘플은 유사한 온도 변화에 따른다. 그러나, 종래 장치에서 샘플 전체는 동일한 온도 사이클을 갖지 못한다. 이러한 종래 기술에 따른 PCR 장치에서, 샘플 온도에서의 에러는 금속 블록내에 존재하는 온도 변화, 즉, 금속 샘플 블록내의 한 곳으로부터 다른 곳까지 온도의 비균일성에 의해 발생되어, 몇몇 샘플이 사이클내의 특정 시간에서 다른 샘플보다 큰 온도를 갖도록 한다. 또한, 샘플 블록으로부터 샘플까지 열 전달을 할 때 지연이 있으나, 그러나, 상기 지연은 전체 샘플에 대해 동일하지 않다. PCR 프로세스를 성공적이고 효율적으로 수행하기 위하여, 그리고, “양적” PCR이 가능하도록 상기 시간 지연 및 온도 에러는 최소화되어야 한다.

샘플 액체로 열 전달동안 시간 지연을 최소로 하고 금속 블록상의 여러 포인트에서 온도의 비균일성과 온도 변화에 기인하여 온도 에러를 최소화시키는 문제점은 샘플을 포함하는 영역 크기가 크게 될 때 매우 심각해질 수 있다. PCR 장치가 산업 표준 마이크로티터 플레이트의 포맷에 배열되는 96 샘플 튜브를 수용하기에 충분히 큰 금속 블록을 갖는 것이 바람직하다.

마이크로티터 플레이트는 생화학, 생물공학 분야에서 작은 샘플의 큰 수를 조정, 처리 및 분석을 위해 폭넓게 사용되는 수단이다. 대표적으로, 마이크로티터 플레이트는 3 5/8인치 폭과 5인치 길이인 트레이이며, 9 밀리미터 중심상의 12웰 구형 어레이에서 96 동일한 샘플 웰을 포함한다. 비록 마이크로티터 플레이트가 다양한 사용에서 재료, 형태, 샘플 웰의 용적을 최적으로 이용 가능하다 할지라도 모든 마이크로티터 플레이트는 9밀리미터 중심상에서 동일한 8×12 어레이 웰과 동이한 전체 외부 차원을 가진다. 다양한 장치는 표준 마이크로티터 플레이트 포맷에서 샘플의 조정, 처리 및 분석을 자동으로 할 수 있다.

일반적으로, 마이크로티터 플레이트는 접합 금형 및 진공 형태 플라스틱으로 제조되며 저가이다. 일회성은 사용 후 마이크로티터 플레이트의 세척 및 건조의 어려움과 크로스 오염 때문에 발생할 수 있는 합법적인 책임 때문에 아주 바람직한 특성을 나타낸다.

그러므로, PCR 장치가 96 샘플까지 PCR 반응을 수행하는 것은 고도의 바람직한 특성이며, 동시에 상기 샘플은 마이크로티터 플레이트 포맷에 배열된다.

물론, 9 밀리미터 중심상의 8×12 웰 어레이에서 96 샘플을 가열 및 냉각시키는데 필요한 금속 블록의 크기는 크다. 이렇게 큰 영역 블록은 샘플 사이의 온도 변화동안 매우 적은 내구성을 갖으며, 0℃와 100℃ 사이의 온도 범위에서 매우 빠르게 상기 블록을 가열 및 냉각시킬 수 있는 PCR 장치의 설계시 여러 문제점을 발생한다. 첫째로, 블록의 큰 열 질량은 매우 빠른 동작 범위의 상하로 블록 온도를 이동시키는 것을 어렵게 한다. 두 번째로 냉각제 공급 및 추출을 위한 사본 및 연결된 다른 주변 장치같은 여러 외부 디바이스에 블록을 부착하기 위한 필요성은 내구 제한을 초과하는 블록을 가로질러 존재하는 온도 변화율의 전위를 발생시킨다. 다수의 샘플의 정확한 온도 사이클을 요구하는 반응 또는 PCR 반응의 자동 수행의 열 사이클 시스템의 설계시 여러 가지의 상반되는 점이 발생한다. 예를 들면, 금속 블록의 온도를 빠르게 변화시키기 위하여, 큰 열량은 짧은 주기 시간동안 샘플 블록에 부가 또는 제거되어야 한다. 열은 전기 저항 가열기로부터 부가되고 블록에 접촉하여 가열된 액체에 흐른다. 열은 블록에 접촉하여 냉각된 액체가 흐름으로써 빠르게 제거될 수 있다. 그러나, 블록의 여러 곳에서 큰 온도 차이를 야기시키는 것 없이 상기 수단에 의해 금속 블록에서 빠르게 큰 열량을 부가 또는 제거하는 것은 불가능하며, 샘플 사이에서 온도 비균일성에 따른 온도 변화를 형성한다.

열의 부가 또는 제거 프로세스가 종료된 후에, 온도 변화는 거리 제곱에 비례하는 시간동안 지속하며, 블록의 여러 지점에 저장된 열은 온도 변화를 제거하기 위해 더 차가운 지역으로 이동한다. 그러므로, 금속 블록이 더 많은 샘플을 수용하도록 크게 될 때 블록에 존재하는 온도 변화는 더 길게 된다. 이것은 전체 샘플 사이에서 온도 균일성을 유지하면서 샘플 온도 사이클을 빠르게 하는 것을 어렵게 한다.

온도 변화에 요구되는 시간 때문에, 블록의 긴 거리를 걸쳐 연장하는 온도 변화를 발생을 방지하는 고수행 PCR 장치가 필요하다. 금속 부분과 블록에 부착된 다른 주변 장치 사이의 기계적 경계로 이동하는 열이 가능한 많이 전달되지 못하도록 하는 것이 필요하다. 결합 부분의 어느 곳에나 균일한 높은 열 전달을 보장하는 방법으로 금속 부분을 결합하기는 어렵다. 열 전달의 비균일성은 원하지 않는 온도 변화를 발생한다.

본 발명에 따라서, 샘플 블록의 샘플 온도 변화와 반응 혼합물의 온도에서 대응 변화사이의 지연을 감소시키는 얇은 벽으로 된 샘플 튜브가 개시된다. 두 개의 다른 샘플 튜브 크기가 기술되며, 각각은 샘플 블록의 원추형 리세스에 적합한 얇은 벽으로 된 원추형 단면을 가진다. 일반적으로, 세로축에 대해 17℃ 각을 갖는 원추형이 샘플 블록에서 튜브를 찌그러뜨리지 않고 적합하게 결합되는데 사용된다. 다른 형태 및 각도도 또한 본 발명의 실행시 양호하게 사용될 수도 있다.

액체 튜브, 오븐 등등 같은 샘플 블록이 아닌 다른 형태의 열 교환기가 또한 사용될 수도 있다. 그러나, 열 교환에 사용되는 샘플 튜브의 단면벽부 두께는 가능한 얇아야 하며, 정상적인 사용 강도 및 PCR 사이클의 열 강도에 충분히 견디어낼 수 있어야 한다. 일반적으로, 샘플 튜브는 플러스 또는 마이너스 0.001 인치이고, 0.009 내지 0.012 인치의 범위에서 원추형 단면의 벽부 두께를 갖는 히몬트 PD701 같은 오토클레이브 폴리프로필렌으로 만들어진다. 특히, 벽부 두께는 0.012인치이다.

양호한 실시예에서, 샘플 튜브는 원추형 단면과 결합하는 더 두꺼운 벽으로 된 실린더 단면을 가진다. 상기 원추형 단면은 PCR 프로세스 후 부가될 수도 있는 효소 또는 최초의 반응 혼합물을 억제한다.

제50도에 도시된 샘플 튜브는 다른 PCR 시스템에서 얇은 벽부를 제외하고는 표준 산업 구성을 가진다. 제15도의 샘플 튜브는 본원에 기술된 시스템에 사용될 수 있는 더 짧은 튜브이다. 얇은 벽으로 된 샘플 튜브가 사용되는 시스템이 훨씬 양호한 것은 이후 간단하게 요약된다.

매우 빠른 온도 싸이클 PCR 프로토콜 수행동안 마이크로티터 플레이트 포맷에 배열되는 다수의 샘플에 매우 정확한 온도 제어를 달성하기 위한 방법 및 장치가 기술된다.

본 발명의 기술은 샘플 블록, 샘플 튜브를 지지 장착하는 새로운 구조체, 냉각 및 가열장치. 제어 전자 기기 및 소프트웨어 새로운 사용자 인터페이스 및 PCR 프로토콜을 수행하기 위해 상기 장치를 사용하는 새로운 방법을 나타낸다.

본원에 기술된 장치는 전체 샘플에서 매우 정확한 온도 제어를 갖는 96 샘플까지 PCR 증폭을 이루도록 설계된다.

이것은 다른 샘플을 포함하는 다른 벽부 사이에서 온도 차이가 거의 없게 동시에 전체 샘플의 온도를 상하로 이동시키는 것을 의미하며, 이것은 폴리머라제 연쇄 반응 사이클을 통해 이루어진다. 또한, 본원에 기술된 장치는 각 샘플 웰에서 증발 및 응축 프로세스의 제어를 통해 반응 혼합물 농도를 매우 정확하게 제어할 수 있다. 게다가, 본원에 기술된 장치는 샘플 웰 사이의 오염이 없으며 다른 도너 소스로부터 100 마이크로리터의 96 샘플까지 처리할 수 있다.

본 발명의 기술은 표준 96-웰 마이크로티터 플레이트 포맷에서 샘플을 열적으로 순환시키기 위해 알루미늄 샘플 블록을 가열 및 냉각시키는 새로운 방법을 특징으로 하며 파워 라인 전압 및 냉각제 온도같은 다른 동작 조건에서 제어되지 않은 가변 순환 온도 및 변화, 빠른 열 순환율에도 불구하고 양호한 샘플-대-샘플 균일성은 존재한다.

또한, 본 발명의 기술은 열 순환 DNA를 포함하는 96 각각의 샘플 튜브까지 수용하기 위해 이용 가능한 플라스틱 96-웰 마이크로티터 플레이트의 새로운 설계를 특징으로 하며 여기서, 각 샘플 튜브는 가열된 커버로부터 압력하에서 샘플 블록에 가장 적합한 각각의 이동 자유도를 가진다. 플라스틱 샘플 튜브와 금속 블록 사이에서 다른 열 팽창이 존재하며, 마이크로티터 플레이트 구조체가 샘플 튜브의 중심-대-중심 거리에 비례하여 샘플 블록의 웰에서 중심-대-중심 크기를 변화시킨다 할지라도 각각의 튜브가 가장 양호하게 배치되는 마이크로티터 플레이트는 샘플 블록으로부터 각 샘플 튜브까지 높고 일정한 열 전도성을 제공한다.

본 발명의 기술은 상기 온도를 직접 측정하는 것 없이 처리되는 샘플 온도를 계속적으로 계산 및 표시하는 능력을 가진 PCR 장치를 제어할 수 있는 새로운 방법 및 장치를 특징으로 한다. 이렇게 계산된 온도는 샘플이 배양 온도에 대해 주어진 온도 범위 내에서 유지되는 시간을 제어하는데 사용된다. 제어 시스템은 샘플 블록에 열적으로 연결된 세 개의 존 가열기를 제어하며, 샘플 블록의 삽입된 램프 냉각 채널을 통해 액체 흐름을 게이트하며, 샘플 블록을 통해 냉각제의 일정한 바이어스 냉각 유동에 결합될 때, 사용자에 의해 지정된 표적 온도에서 정밀한 온도 제어와 빠른 온도 변화를 달성한다. 세 개의 존 가열기를 제어하는 방법 및 장치는, 세 개의 존 가열기의 여러 지역에 제공되는 전기 에너지를 계산하는 블록 온도, 냉각제 온도, 순환 온도 등과 같은 여러 가지를 고려하는 장치를 포함한다. 상기 가열기는 샘플 블록의 “가드 밴드” 또는 엣지하에서 분리 제어할 수 있는 존을 가지며, 샘플 블록의 엣지에 부착된 주변 장치를 통해 초과한 열 손실은 보상될 수 있다. 이것은 열 변화가 형성되는 것을 방지한다.

본 발명에 따른 장치는 샘플이 비등점 근처의 온도에서 배양될 때 반응 혼합물로부터 용매 손실을 방지하는 방법 및 장치를 포함한다. 가열된 플래튼은 샘플 튜브의 상부를 커버하고, 각 샘플 튜브에 대해 가스가 새지 않는 밀봉(gas-tight seal)을 제공하는 각각의 캡에 연결된다. 플레튼으로부터의 열은 상기 농축 점위의 온도 각 샘플 튜브와 캡의 상부를 가열하며 농축 및 유속은 임의의 샘플 튜브내에서 발생하지 않는다. 농축은 비교적 큰 열 전달을 표시한다. 왜냐하면 증기열과 동일한 열량이 제공되기 때문이다. 이것은 농축이 일정하게 발생하지 않으면, 샘플로부터 샘플까지 큰 온도 변화를 야기시킨다. 가열된 플래튼은 임의의 샘플 튜브에서 농축이 발생하는 것을 방지하여, 포텐셜 온도 에러를 최소화시킨다. 가열된 플레튼의 사용은 효소 소비를 감소시킨다.

또한, 가열된 플레튼은 각 튜브에 대해 균일한 블록-대-튜브 열 전도성을 설정 및 유지하기 위하여 온도 제어된 샘플 블록내로 압축되는 전체 샘플 튜브를 유지하는데 필요한 최소 힘을 초과하는 아랫방향으로의 힘을 각 샘플 튜브에 제공한다.

균일한 열전도성은 튜브로부터 튜브까지의 길이, 직경, 각도 또는 다른 차원 에러에 관계없이 설정된다.

가열된 플래튼은 각 캡의 플라스틱을 경화시키나 캡 탄성을 파괴시키지 않는다. 그러므로, 최소힘은 튜브로부터 튜브까지 튜브 높이 차이에 관계없이 각 튜브에 연속적으로 인가된다.

본원에 기술된 장치는 2 또는 그 이상의 사이클 시간을 감소시키며, 20uh 아래로 PCR 용적을 수용함으로써 시약 비용을 감소시키며, 산업 표준인 0.5ml 튜브에 겸용할 수 있다.

제1도는 본 발명에 따라 PCR을 수행하는 컴퓨터 제어장치의 한 실시예의 주요 시스템 소자의 블록 다이어그램이다. 확대될 DNA 또는 DNA를 포함하는 샘플 혼합기는 온도-프로그램 샘플 블록(12)에 위치되며 가열된 커버(14)에 의해 덮혀진다.

사용자는 키보드 및 디스플레이를 포함하는 터미널(16)을 통해 요구된 PCR 프로토콜의 시간 및 온도 매개변수를 한정하는 데이터를 제공한다. 키보드 및 디스플레이는 버스(8)를 통해 제어 컴퓨터(20)(이후 때때로 중앙 처리 장치 또는 CPU로 기술됨)에 접속된다. 상기 중앙 처리 장치는 이후 기술될 제어 프로그램과, 이후 기술될 필요한 PCR 프로토콜 및 임의의 보정 상수를 한정하는 데이터를 기억하는 메모리를 포함한다. 제어 프로그램은 CPU(20)로 하여금 샘플 블록(12)의 온도 주기를 제어하도록 하며, 사용자에게 임의의 디스플레이를 제공하며 터미널(16)의 키보드를 통해 사용자에 의해 입력되는 데이터를 수신하는 사용자 인터페이스를 이행하도록 한다.

실시예에서, 중앙 처리 장치는 일반적으로 (20)으로 표시되고, 실제 제어 프로그램은 부록 C에 제공된다. 전자 기기의 블록 다이어그램은 이후 상세히 기술된다. 선택적 실시예에서, 여러 가열기 및 장치의 다른 전자-기계적 시스템을 제어하며 여러 센서가 판독할 수 있는 중앙 처리 장치 및 그것에 연결된 주변 전자 기기는 적절히 프로그램된 퍼스털 컴퓨터 또는 마이크로 컴퓨터 같은 일반적으로 사용되는 컴퓨터이다.

샘플(10)은 이후 기술된 플라스틱 배치 가능한 트레이에 접촉하여 샘플 튜브가 위치되는 가열되고 포위된 박스를 형성하는 가열된 커버(14)에 의해 주위 공기로부터 열적으로 분리되고 샘플 블록(12)에 위치되는 캡된 배치 가능한 튜브에 저장된다.

가열된 커버는 증발, 압축 및 샘플 튜브의 내측으로 역류에 의해 샘플 혼합기로부터 불필요한 열전달을 감소시키는데 사용된다.

또한, 상기 커버는 캡 드라이의 내측에서 유지됨으로써 오염의 기회가 감소되어 튜브가 언캡될 때 에어로졸(aerosol) 형성을 방지한다. 가열된 커버는 샘플 튜브 캡에 접촉하여, 반응 혼합기의 여러 소자의 압축점 위 또는 대략 104℃ 온도로 가열 상태를 유지한다.

중앙 처리 장치(20)은 가열된 커버(14)의 온도를 감지하여 그 속에서 전기 저항 가열기를 제어하여 예정된 온도로 커버(14)를 유지하는 전용 전자 기기를 포함한다. 가열된 커버(14)의 온도 감지 및 저항 가열기의 제어는 온도 센서(도시되지 않음) 및 버스(22)를 통해 달성된다.

냉각 제어 시스템(24)은 입력 튜브(26) 및 출력 튜브(28)을 통해 샘플 블록(12)의 바이어스 냉각 채널(도시되지 않음)을 거쳐 부동액 및 물의 자동 혼합같은 냉각제를 계속적으로 순환시킨다. 냉각제 제어 시스템(24)은 샘플 블록(12)에서 더 높은 용적 램프 냉각 유체 통로를 통하여 유체 유동을 제어한다. 램프 냉각 채널은 비교적 높은 유동율로 블록을 통하여 차가운 액체 냉각제의 큰 용적을 펌프함으로써 샘플 블록(12)의 온도를 빠르게 변화시키는데 사용된다. 램프 액체 냉각제는 튜브(30)를 통해 샘플 블록(12)으로 인입하고 튜브(32)를 통해 샘플 블록에서 나온다. 냉각제 제어 시스템의 상세도는 제46도에 도시된다. 냉각제 제어 시스템은 제어 시스템의 소프트웨어 및 전자 기기의 설명에서 상세히 기술된다.

일반적으로, 샘플 블록(12)을 차갑게 하는데 사용되는 액체 냉각제는 물 및 에틸렌 글리콜의 혼합물로 이루어진다.

액체 냉각제는 입력 튜브(36)를 통해 샘플 블록(12)으로부터 열을 추출하는 액체 냉각제를 수신하는 열교환기(34)에 의해 차갑게 된다. 상기 열 교환기(34)는 냉각제 유닛(40)으로부터 입력 튜브(38)를 통해 압축된 액체 프레온 냉각제를 수용한다. 상기 냉각제 유닛(40)은 압축기(도시되지 않음). 팬(42) 및 핀 튜브 열방사기(44)를 포함한다. 상기 냉각제 유닛(40)은 튜브(46)를 통해 열교환기(34)로부터 수용된 프레온 기체를 압축한다.

상기 기체 프레온은 냉각되고 핀 튜브 응축기(44)에서 액체로 액화된다. 액체 프레온의 압력은 유동 제한 모세관에 의해 핀 튜브 응축기의 증기 압력위로 유지된다. 상기 모세관의 출력은 튜브(38)를 통해 열교환기(34)의 입력에 접속된다. 열 교환기에서, 프레온의 압력은 프레온 증기 압력 아래로 강하가 허용되며, 프레온은 팽창한다. 팽창 처리에 있어서, 열은 열 교환기에서 순환하는 따뜻한 액체 냉각제로부터 흡수되고 상기 열은 프레온에 전달되어 프레온을 끓게 한다. 따뜻한 프레온은 튜브(46)를 통해 열 교환기로부터 추출되고, 핀 튜브 응축기(44)를 통해 압축되고 다시 순환된다. 팬(42)은 핀 튜브 응축기(44)를 통해 공기를 보내 튜브(46)로부터 프레온에서의 열이 순환 공기와 교환되도록 한다. 냉각제 유닛(40)은 본 발명에 따라 빠른 온도 사이클을 지지할 수 있도록 액체 냉각제로부터 10℃에서 100 와트 열 및 30℃에서 400와트 열을 추출할 수 있어야 한다.

양호한 실시예에서, 제1도의 장치는 하우징(도시되지 않음) 내에 둘러싸여 있다. 주변 대기에서 나오는 열(48)은 상기 하우징 내에서 유지되어, 차가워진 액체 냉각제 또는 프레온을 한 곳에서 다른 곳으로 운반하는 다수의 튜브들에 발생하는 어떤 응결의 증발에 도움을 준다. 상기 응결은 유닛이나 전자 회로에 사용된 금속을 부식시키므로 반드시 제거되어야 한다. 열(48)을 인클로우저(enclosure)의 내부에서 방출하면 응결을 증발시키므로써 부식을 방지할 수 있다.

열을 프레온으로 교환하고 나면, 액체 냉각제는 튜브(50)를 통해 열 교환기(34)를 빠져 나가 냉각제 제어 시스템으로 다시 들어오고, 상기 냉각제 제어 시스템에서는, 사용자가 단말기(16)를 이용해서 입력시킨 데이터에 의해 규정된 PCR 주기 중 급속하게 냉각되는 부분 동안 샘플 블록에 대해 필요에 따라 상기 액체 냉각제가 게이트된다.

상술한 바와 같이, 상기 PCR 프로토콜에는 적어도 두 가지 상이한 온도 및 종종 세 가지 상이한 온도에서 잠복기(incubation)가 있다. 제11도는 통상적인 PCR 주기를 도시하며, 이 주기에는, 94℃ 근처에서 실시된 변성 잠복기(denaturation incubation)(170)와, 실내 온도(25℃-37℃) 근처에서 실시된 하이브리디제이션 잠복기(hybridization incubation)(122)와, 50℃ 근처에서 실시된 신장 잠복기(extension incubation)(174)가 있다. 이들 온도는 실질적으로 상이하며, 그러므로, 모든 샘플의 반응 혼합물의 온도를 어떤 한 온도에서 다른 온도로 급속하게 옮기기 위한 방법이 제안되어야 한다. 상기 방법이 램프 냉각 시스템(ramp cooling system)이며, 이 시스템에 의해 샘플 블록(12)의 온도는, 고온의 변성 잠복기를 저온의 하이브리디제이션 및 신장 잠복기로 급속하게 떨어뜨린다. 통상적으로 냉각제 온도의 범위는 10-20℃이다. 냉각제가 20℃에 있으면, 샘플 블록으로부터 약 400 와트의 열을 펌프할 수 있다. 통상적으로, 램프 냉각 채널 치수, 냉각제 온도, 및 냉각제 흐름 속도는, 초 당 5℃-6℃의 피크 냉각이 동작 범위(100℃)의 높은 부분에서 달성되도록, 또한 샘플 블록 온도가 94℃에서 37℃로 내려갈 때 초 당 2.5℃의 평균 냉각 속도가 달성되도록 설정된다.

몇 가지 실시예에서, 상기 샘플 블록 온도가 목표 잠복기 온도에서 또는 그 근처에서 유지되도록 상기 램프 냉각 시스템이 적용될 수도 있다. 그렇지만, 양호한 실시예에서, 목표 잠복기 온도를 유지하기 위해, 샘플 블록(12)의 온도를 낮은 방향으로 적게 변화시키는 것이 바이어스 냉각 시스템(bias cooling system)에 의해 실시된다.

제46도에서 알 수 있는 바와 같이, 펌프(41)는 1/2˝ 파이프를 통해 필터/저장소(39)(130 밀리미터 용량)로부터 냉각제를 일정하게 펌프해서 그것을 1/2˝ 파이프를 통해 브랜칭 인터섹션(branching intersection)(47)으로 보낸다. 펌프(41)는 분 당 1-1.3 갤런의 일정한 흐름 속도로 파이프(45)에 냉각제를 제공한다. 상기 인터섹션(45)에서는, 튜브(45) 내에서의 흐름의 일부가 상기 바이어스 냉각 채널(49)을 통해 일정한 흐름으로 전환된다. 튜브(45) 내에서의 흐름의 다른 일부는 흐름 제한기(51)를 통해 출력 튜브(38)로 전환된다. 흐름 제한기(51)는 시스템에서 충분한 압력을 유지하여, 버스(54)를 통한 CPU(20)의 제어 하에 두 가지 상태의 솔레노이드 동작 밸브(55)의 입력(53)에 포지티브 압력이 존재한다. 램프 냉각을 낮은 방향의 온도 변화로 급속하게 실행시키고자 한다면, CPU(20)는 상기 솔레노이드 동작 밸브(55)를 개방시켜 상기 램프 냉각 채널(57)을 통해 냉각제를 흐르게 한다. 각각의 램프 냉각 채널을 통한 흐름 속도는 분 당 약 1/8 갤런이므로, 8개의 램프 냉각 채널이 존재한다. 상기 바이어스 냉각 채널들을 통한 흐름 속도는 단면적이 크게 제한되어 있기 때문에 훨씬 낮다.

상기 바이어스 냉각 시스템은 바이어스 냉각 채널(49)을 통해 차가운 냉각제의 작은 일정 흐름을 샘플 블록(12)에 제공한다. 이에 의해 샘플 블록(12)에서는 일정한 약간의 열 손실이 발생하고, 이 열 손실은 잠복기 세그먼트를 위해 샘플 블록(12)에 열적으로 결합되어 있는 멀티존 히터(156)에 의해 보상되며, 여기에서 상기 샘플 블록의 온도는 일정한 값으로 유지되어 있다. 바이어스 냉각 흐름에 의한 일정한 약간의 열 손실로 인해, 제어 시스템은 상하 양 방향으로 비례하는 온도 제어를 약간의 온도 범위에서 실시하게 된다. 이것은, 예측 가능한, 제어된 작은 속도에서의 가열 및 냉각 모두를 온도 서보 시스템에 대해 유용 가능하게 해서, 블록 온도로 하여금 사용자가 입력시킨 PCR 온도 프로파일을 신뢰성 있게 추적하도록 블록 온도 에러를 정정한다는 것을 의미한다. 다른 방식으로는 막 가열기에 대한 전원을 차단시킨 다음, 블록 온도가 매우 높게 되었을 때, 온도를 방사 및 환류에 의해 주위로 내보내서 샘플 블록이 냉각되도록 하는 것이 있다. 이것은 양적인 PCR 주기(quantitative PCR cycling)에 대해 온도 제어를 확실하게 하기에는 너무 느리고 예측 가능하지 못하다.

제1도에 도시된 멀티-존 히터(156)는 버스(52)를 통해 CPU(20)에 의해 제어되며, 샘플 블록(12)의 온도가 낮은 잠복기 온도에서 높은 잠복기 온도로 급속하게 상승하게 하는 수단임과 동시에 바이어스 냉각을 보상하고 온도를 추적하는 동안 그리고 잠복기 동안 온도 에러를 위 방향으로 정정하는 수단이다.

대안의 실시예에서는 바이어스 냉각을 생략할 수 있거나 또는, 샘플 블록의 금속으로 형성된 냉각 팬 및 냉각 핀, 펠티에 접합, 또는 일정하게 환류하는 탭 물을 사용하는 것과 같은 다른 방식으로 대체할 수도 있다. 그렇지만, 이 대안의 실시예에 있어서는, 몇몇 샘플의 온도가 다른 샘플의 온도로부터 벗어나고 이에 의해 몇몇 샘플 튜브에서 다른 샘플 튜브에서와는 다른, 상이한 PCR 증폭이 생기게 되는 온도 기울기가 샘플 블록에서 생기지 않도록 주의를 기울여야만 한다. 양호한 실시예에서, 바이어스 냉각은 블록 온도와 냉각제 온도간의 차이에 비례한다.

CPU(20)는 제1도에 도시된 온도 센서(21)와 버스(52)를 통해 샘플 블록의 금속 온도를 감지하고, 냉각제 제어 시스템의 버스(54)와 온도 센서를 통해 환류 냉각제 액체의 온도를 감지하여 샘플 블록(12)의 온도를 제어한다. 상기 냉각제의 온도 센서가 제46도에 도면 부호 61로서 도시되어 있다. CPU는 또한 제1도에 도시된 주위 대기 온도 센서를 이용해서 시스템의 하우징 내의 내부 주위 대기 온도를 감지한다. 또한, CPU(20)는 도면 부호 63으로 표시된 센서를 이용해서 라인(58) 상의 입력 전원에 대한 라인 전압을 감지한다. 잠복기에 대한 목표 온도 및 시간과 같은 소망하는 PCR 프로토콜을 규정하기 위해 사용자가 입력하는 데이터 항목과 함께 모든 이들 데이터 항목들은 후술된 제어 프로그램에 의해 사용된다. 상기 제어 프로그램은 전원의 양을 산출하여 멀티존 샘플 블록 막 가열기(156)의 여러 존으로 버스(52)를 통해 제공하며, 냉각제 제어 신호를 발생하여 냉각제 제어 시스템(24)의 솔레노이드 동작 밸브(55)를 버스(54)를 통해 개폐시킴으로써, 샘플 블록의 온도를 사용자가 입력한 데이터에 의해 규정된 PCR 프로토콜에 따르게 한다.

제2도를 참조하면, 샘플 블록(12)의 평면도가 도시되어 있다. 샘플 블록(12)의 목적은 얇은 벽으로 된 샘플 튜브의 어레이를 기계적으로 지지하고 열 교환소자를 제공하는 것이며, 여기에서, 각각의 샘플 튜브에 있는 샘플 액체와, 바이어스 냉각에 흐르고 샘플 블록(12)에 형성된 램프 냉각 채널에 흐르는 액체 냉각제간에 열이 교환된다. 또한, 샘플 블록(12)의 기능은 상기 열 교환이 샘플 웰(sample wells)의 여러 웰간에 큰 온도 기울기 없이 이루어지게 함으로써, 상기 어레이의 모든 샘플 혼합물에 대해 비록 공간적으로 떨어져 있을지라도 동일한 PCR 주기가 실시되도록 하는 것이다. 본 명세서에 기재되어 있는 PCR 인스트루먼트의 모든 총체적인 목적은 임의의 샘플 액체가 PCR 사이클의 임의의 포인트에서 다른 웰 내의 임의의 다른 샘플 액체의 온도로부터 상당하게(대략 플러스 또는 마이너스 0.5℃) 변화하지 않도록 다수의 샘플들에 있어서 샘플 액체의 온도를 매우 타이트하게 제어하는 것이다.

“양적” PCR이라 부르는 PCR 기술의 신흥 부문이 있다. 이 기술에 있어서, 그 목적은 타겟 DNA의 양을 사이클마다 정확하게 두 배로 함으로써 가능한 만큼 정밀하게 PCR 증배를 실행하는 것이다. 사이클마다 정확하게 두 배로 하는 것은 어렵거나 또는 불가능하지만, 타이트한 온도 제어는 도움이 된다.

PCR 사이클의 실패가 한 사이클 동안 타겟 DNA(하기에서 DNA는 RNA라고도 함)의 양을 정확하게 두 배로 되게 하는 오류들의 소스들이 많이 있다. 예컨대 몇몇 PCR 증배에 있어서, 그 처리는 타겟 DNA의 단일 셀로 시작한다. 쉽게 발생할 수 있는 오류는 이러한 단일 셀이 샘플 튜브의 웰에 고착되고 제1의 몇몇 사이클 내에서 증배하지 않을 때 나타난다.

다른 유형의 오류는 반응 혼합물 안으로 “이질적”인 타겟 DNA를 공격하는 이질적인 뉴클레아제가 들어가는 것이다. 모든 셀들은 셀 내에서 느슨한 이질적인 DNA를 공격하는 몇몇 비특정 뉴클레아제를 갖는다. 이러한 것이 발생할 때, 뉴클레아제는 복제 과정을 방해하거나 또는 멈춘다. 따라서 타액 또는 비듬 또는 다른 샘플 혼합물로부터의 물질이 부주의하게 샘플 혼합물 안으로 들어가면, 이러한 셀들 내의 뉴클레아제는 타겟 DNA를 공격할 수 있고 증배 과정에서 오류를 야기할 수 있다. 크로스 오염의 모든 그러한 소스들을 제거하는 것이 매우 바람직하다.

오류의 다른 소스는 다수의 다른 샘플들 중 복수의 것들 간에서와 같이 샘플 혼합 온도를 정확하지 않게 제어하는 것이다. 예컨대 만약 모든 샘플들이 신장 인큐베이션에 있어서 적합한 어닐링 온도(통상 50-60℃의 범위 내에서 사용자가 선택한 온도)를 갖도록 정밀하게 제어되지 않으면, DNA의 임의의 형태들은 적합하게 신장되지 않을 것이다. 이것은 온도가 너무 낮으면 신장 과정에 사용된 프라이머들이 잘못된 DNA에 어닐링하기 때문에 발생한다. 만약 어닐링 온도가 너무 높으면, 프라이머들은 타겟 DNA에 전혀 어닐링하지 않을 것이다.

PCR 증배가 HIV 항체, 간염의 존재 또는 겸상 적혈구 빈혈증 등과 같은 유전병의 존재와 같은 것을 진단하기 위한 테스트의 일부분일 때, PCR 증배 과정을 정확하게 실행한 결과를 쉽게 상상할 수 있다. 거짓 포지티브 또는 거짓 네가티브는 그러한 진단상의 테스트가 비참한 개인적 및 법률적인 결과들을 가질 수 있다. 따라서 본 명세서에 기재되어 있는 PCR 인스트루먼트의 설계 목적은 산업 표준 96-웰 마이크로티터 플레이트 포맷과 호환성이 있는 인스트루먼트를 제공하면서 크로스오염 또는 열등한 온도 제어와 같이, 가능한 오류들의 이러한 소스들을 가능한 한 많이 제거하는 것이다. 인스트루먼트는 간단한 사용자 인터페이스를 갖는 유연한 방식으로 PCR을 빠르게 실행해야 한다.

양호한 실시예에서 샘플 블록(12)은 비교적 순수하지만 6061 알루미늄 합금과 같은 부식에 저항력이 있는 알루미늄의 고체 블록으로부터 가공된다. 알루미늄의 고체 블록으로부터 블록 구조를 가공하는 것은 더욱 열적으로 균등한 구조를 나타낸다. 주조된 알루미늄 구조는 매우 타이트한 원하는 온도 제어 명세를 만족시키는데 필요한 만큼 열적으로 균등하지 않는 경향이 있다.

샘플 블록(12)은 블록의 열적 크기가 낮게 유지되기 때문에 온도의 빠른 변화가 가능하다. 이것은 많은 냉각 통로, 샘플 웰들, 그루브들, 다른 스레디드 및 언스레디드(threaded and unthreaded) 홀들이 블록 내에 형성됨으로써 행해진다. 이러한 몇몇 홀들은 매니폴드 및 스필리지 트레이들과 같은 외부 장치들을 부착하고, 지지하기 위한 블록을 부착하는데 사용된다.

샘플 블록의 구조의 “허니콤(honeycomb)” 특성을 가장 인식하기 위해 독자는 샘플 블록의 정면도 및 전략적으로 위치된 단면도를 나타내는 제3도 내지 제8도 뿐만 아니라 평면도로 된 블록을 도시하는 제2도를 동시에 참조해야 한다. 예컨대 제3도는 제2도의 뷰라인 3-3´의 측면으로부터 취해진 냉각 채널 위치들을 나타내는 측정면도이다. 샘플 블록(12)의 정면도는, 반대쪽 끝에서 볼 때, 동일하다. 제4도는 제2도의 뷰라인 4-4´의 시각에서 본 샘플 블록(12)의 가장 자리의 정면도이다. 제5도는 제2도의 뷰라인 5-5´의 시각에서 본 샘플 블록(12)의 정면도이다. 제6도는 제2도의 섹션라인 6-6´을 따라 자른 한 샘플 블록(12)의 단면도이다. 제7도는 제2도의 섹션 라인 7-7´을 따라 자른 샘플 블록(12)의 단면도이다. 제8도는 제2도의 섹션 라인 8-8´을 따라 자른 샘플 블록(12)의 단면도이다.

샘플 블록(12)의 정상 표면은 전형적인 웰들(66 및 68)을 가진, 원뿔형의 샘플 웰들의 8×12 어레이로 구멍 뚫어진다. 각각의 샘플 웰의 원뿔형 구성은 제8도에 가장 잘 도시되어 있다. 각각의 샘플 웰의 벽들은 각각의 샘플 튜브의 원뿔형 부분의 각도와 매치되도록 17°의 각도로 구멍 뚫어진다. 이것은 제8도에서 직경 Dw를 가진 파일럿 홀을 구멍 뚫으므로써 행해진다. 그 다음 17° 카운터싱크가 사용되어 원뿔형 월(67)을 형성시킨다.

각각의 샘플의 바닥은 샘플 튜브 팁의 관통 깊이를 초과하는 깊이를 갖는 섬프(sump)(70)를 포함한다. 섬프(70)는 파일럿 구멍에 의해 만들어져 샘플 튜브가 대응하는 샘플 웰에 위치될 때, 샘플 튜브 아래에 작은 개방된 공간을 제공한다. 이 섬프는 각각의 샘플 튜브의 타이트한 피트를 방해하지 않으면서 존재하도록 웰 벽들 상에 형성되는 응결과 같은 액체를 위한 공간을 제공한다. 이러한 타이트한 피트는 웰 벽으로부터 샘플 액체로의 열적 전도가 각각의 샘플 튜브에 있어서 균일하고 높아야 한다. 한 튜브에 있어서 헐거운 피트를 야기시키는 웰 내의 임의의 오염은 어레이의 열적 전도의 균일성을 파괴시킬 것이다. 즉, 액체가 샘플 튜브들을 샘플 웰 내에 위치시키는데 필요로 되는 압력으로는 실질적으로 압축 불가능하기 때문에, 섬프(70)가 없었다면 샘플 웰의 바닥 내의 액체의 존재는 샘플 튜브가 그 샘플 웰 내에 완전하게 위치하는 것을 방지할 수 있다. 더욱이 섬프(70)는 섬프(70) 내에 존재하는 임의의 액체의 기체 상태가, 섬프(70)가 없을 때 존재하는 그러한 확장의 큰 힘들이 샘플 웰과의 플러쉬 접촉 밖으로 튜브를 밀어내기 위해 샘플 튜브에 인가되지 않도록, 높은 온도의 인큐베이션 동안 확장될 수 있는 공간을 제공한다.

각각의 샘플 튜브는 대응하는 샘플 웰과 플러쉬 접촉을 하는 것이 중요하고 임의의 최소 임계력은 각각의 샘플 튜브에 인가되어 샘플 웰과 반응 혼합물 사이의 열전도성을 어레이 전체에서 균일하게 유지시킨다는 것을 실험을 통해 알아내었다. 이러한 최소 임계 수용력(seating force)은 제15도에서 힘 벡터 F로 도시되고 한 샘플 튜브의 벽들을 통한 열전도성이 블록 내의 다른 곳에 위치된 다른 샘플 튜브의 벽들을 통한 열전도성과 다르게 되는 것을 방지하는 중요한 요소이다. 최소 임계 수용력 F는 30그램이며 양호한 힘 레벨은 50 및 100그램 사이에 있다.

샘플 웰들의 어레이는 두 기능들을 갖는 홈(78)에 의해 실질적으로 완전하게 둘러싸여 있으며, 제2도, 제6도, 제8도에 가장 잘 도시되어 있다. 주요 기능은 샘플 블록의 중앙 영역으로부터 블록의 가장자리로의 열전도성을 감소시키는 것이다.

그루브(78)는 샘플 블록의 두께를 통해 약 2/3 연장된다. 이러한 그루브는 지지 핀, 매니폴드 등의 블록으로의 필요한 기계적 연결에 의한 피할 수 없는 열적 기울기의 영향을 최소화한다. 두 번째 기능은 샘플 블록(12)의 온도가 좀더 빨리 변경되게 하기 위해 및 “가드 밴드”라 불리는 엣지 영역의 웰의 행을 시뮬레이트하기 위해 샘플 블록(12)으로부터 열 질량을 제거하는 것이다. 제2도에서 포인트(80과 82) 사이에 있는 그루브(78)의 부분에 의해 제거된 금속의 양은 8개의 샘플 웰(83 내지 90)의 인접한 열에 의해 제거된 금속의 양과 실질적으로 같도록 설계된다. 이것의 목적은 가드 밴드의 열 질량을 인접한 “로컬 존”의 열 질량에 매치시키는 것이고, 이 용어는 이하에서 좀더 완전히 설명될 것이다.

제3도, 제6도, 제8도를 참조하면, 샘플 블록(12)의 금속에 형성된 다양한 바이어스 냉각 및 램프 냉각 채널의 수와 상대 위치가 도시되어 있다. 참조 번호 91 내지 99로 표시된 9개의 바이어스 냉각 채널이 있다. 비슷하게, 참조 번호 100 내지 107로 표시된 8개의 램프 냉각 채널이 있다.

이러한 바이어스 냉각 및 램프 냉각 채널의 각각의 샘플 블록의 알루미늄을 통해서 건 드릴된다(gun drilled). 건 드릴링 프로세스는 공지되어 있고, 샘플 블록(12)의 하부 표면(110)에 가능한 가까운 길고, 매우 똑바른 홀을 구멍내는 능력을 제공한다. 건 드릴링 프로세스는 똑바른 구멍을 내기 때문에 홀을 구멍내는 능력을 제공한다. 건 드릴링 프로세스는 똑바른 구멍을 내기 때문에 이러한 프로세스는, 임의의 바이어스 냉각 또는 램프 냉각 채널이 드릴링 프로세스 동안 스트레이하거나 샘플 블록의 하부 표면(110)을 관통하거나 또는 나머지 냉각 채널에 대한 그것의 상대적인 위치를 변경하는 것을 방지하기 위해 바람직하다. 그러한 잘못된 위치 설정은 로컬 존의 “로컬 밸런스” 및 “로컬 대칭”을 방해하므로써 바람직하지 못한 온도 기울기를 일으킬 수 있다.

홀(128)의 관통 범위 및 홈(78)에 대한 온도 센서의 상대적인 위치 및 샘플 웰들의 인접한 열은 제2도에 가장 잘 도시되어 있다. 이러한 개념들은 이하에서 설명될 것이고, 지금 독자는 이러한 관념 및 그들을 구현하는 구조는 상이한 샘플 웰들 사이에서처럼 과도한 온도 에러를 발생하는 것 없이 96 샘플까지의 신속한 온도 사이클링을 달성하는 열쇠이다.

바이어스 냉각 채널 91 내지 99는 바이어스 냉각 채널의 벽을 가로지르는 열 전도율을 감소시키기 위해 바람직한 실시예에서 실리콘 고무로 늘어 세워진다. 바이어스 냉각 채널의 채널 벽을 가로지르는 열전도율을 감소시키는 것은 멀티존 히터(156)가 턴오프될 때 및 샘플 블록(12)의 열 손실이 주로 바이어스 냉각 채널을 통할 때 샘플 블록(12)의 온도의 너무 급속한 변화를 방지하기 위해 바람직하다. 이것은 샘플 블록 온도가 의도하는 타겟 인큐베이션 온도 약간 위를 스트레이할 때 및 제어 시스템이 샘플 블록 온도를 사용자 지정된 인큐베이션 온도로 내리려고 시도할 때 수행되는 제어 프로세스 동안의 상황이다. 이러한 상황에서 너무 빠른 냉각 속도는, 이하에서 설명될 “제어된 오버슈트” 알고리즘이 사용되더라도 제어 시스템의 서보 피드백 루프가 응답할 수 있기 전에 의도하는 인큐베이션 온도의 오버슈트를 발생시킬 수 있다. 블록 온도 서보 피드백 루프는 자극에 반응하는 시상수를 가지기 때문에, 제어 시스템이 온도 에러에 응답할 수 있는 것보다 더 빠른 속도에서 샘플 블록 온도를 변화시키지 않으므로써 오버슈트가 최소화되도록 가열 및 냉각 및 샘플 블록의 온도 변화의 결과 속도의 양을 제어하는 것이 바람직하다.

바람직한 실시예에서, 바이어스 냉각 채널은 직경으로 4 밀리미터이고, 실리콘 고무 튜브는 직경내에 1 밀리미터 및 1.5 밀리미터 벽 두께를 가진다. 이것은, 블록이 동작 범위 즉, 100도 근처의 높은 끝에 있을 때 대략 초당 0.2도의 바이어스 냉각 속도 및 샘플 블록(12)이 동작 범위의 아래 끝 온도에 있을 때 대략 초당 0.1 도의 바이어스 냉각 속도를 제공한다. 제1도의 냉각 제어 시스템(24)는 램프 냉각 채널 100 내지 107을 통해 액체 냉각제에 대한 흐름 속도의 대략 1/20 내지 1/30의 바이어스 냉각 채널의 냉각제에 대한 흐름 속도를 일으킨다. 바이어스 냉각 및 램프 냉각 채널은 동일한 크기 즉, 직경으로 4 밀리미터이고, 샘플 블록(12)을 통해 완전히 신장된다.

바이어스 냉각 채널은 바이어스 냉각 채널을 통해서 그것의 끝에 있는 훅으로 단단한 와이어를 삽입하므로써 및 4 밀리미터보다 약간 더 큰 외부 직경을 가진 실리콘 고무 튜브의 끝에 있는 홀을 통해서 그것을 훅하므로써 일렬로 늘어서진다. 와이어의 훅은 실리콘 고무 튜브의 홀을 통해 위치되고, 실리콘 튜브는 바이어스 냉각 채널을 통해서 당겨지고 샘플 블록(12)의 끝 표면과의 플러시를 컷 오프한다.

스레디드 홀(threaded hole)(108 내지 114)는 냉각 매니폴드를 샘플 블록(12)의 각 측면에 볼트하는데 사용된다. 블록의 각 끝에 볼트되는 냉각 매니폴드가 있다. 이러한 두 개의 냉각 매니폴드는 제1도의 냉각 채널(26,28,30,32)에 결합되고, 매니폴드와 샘플 블록 금속사이에 위치된 개스킷(gaskit) 재료(도시되지 않음)로 샘플 블록(12)에 고정된다. 이러한 개스킷은 냉각제의 샘을 방지하고, 샘플 블록(12)과 열 싱크(heat sink)를 나타내는 매니폴드사이의 열 전도율을 제한한다.

상기 언급된 목적의 역할을 하는 임의의 개스킷 재료는 본 발명을 실행하는 데 충분하다.

그루브(78)의 위치에 상대적인 바이어스 냉각 및 램프 냉각 채널의 위치는 제6도의 부분도에 잘 도시되어 있다. 샘플 웰의 위치에 상대적인 바이어스 냉각 및 램프 냉각 채널의 위치는 제8도에 잘 도시되어 있다. 바이어스 냉각 및 램프 냉각 채널은 일반적으로 샘플 웰들의 팁의 위치사이에 위치된다. 또한, 제8도는 채널(106,97)과 같은 바이어스 냉각 및 램프 냉각 채널이 하나 이상의 샘플 웰의 벽을 관통하는 위험없이 양의 z방향으로 아주 멀리 이동될 수 없다는 것을 나타낸다. 비슷하게, 냉각 채널은 샘플 블록(12)의 하부 표면(116)을 관통하는 가능성을 만들지 않고 음의 z방향으로 아주 멀리 이동될 수 없다. 분명하게 하기 위해, 바이어스 및 램프 냉각 채널의 위치는 샘플 웰 및 다른 구조들의 위치에 상대적으로 제2도의 숨겨진 라인으로 도시되어 있지 않다. 그러나, 샘플 웰의 모든 열 사이에 바이어스 냉각 및 램프 냉각 채널이 있다.

제2도를 참조하면, 홀(118,119,120,121)은 스레드되고, 다양한 홀 및 그것에 형성된 그루브들을 가공하는데 사용되는 기구에 샘플 블록(12)을 부착하는데 사용된다. 제2도, 제4도, 제5도에서, 홀(124,125,126,127)은 아래에서 좀더 자세히 설명될 제9도에 도시된 지지 브래킷에 샘플 블록(12)을 부착하는데 사용된다. 스틸 볼트는 샘플 블록(12)의 기계적 지지부를 제공하기 위해 스레드된 홀 124 내지 127로 이러한지지 브래킷을 통해서 신장된다. 이러한 스틸 볼트는 또한 샘플 블록(12)에 열 질량을 더하고, 샘플 블록(12)과 주변 환경사이에 열 에너지를 전달하는 부가의 통로를 제공하기 쉬운 열 싱크 및 열 소오스를 또한 나타낸다. 이러한 지지 핀들 및 매니폴드들은 이러한 주변 구조들 전후로 전달되는 열 에너지가 이러한 샘플 온도에 영향주는 것을 방지하기 위해 가드 밴드에 대한 필요성을 발생하는데 두 가지 중요한 요소이다.

제5도를 참조하면, 홀(128,130,132)은 홀(128)을 통해서 샘플 블록으로 삽입되고, 스레드된 홀(130,132)에 고정되는 볼트에 의해 고정되는 집적 회로 온도 센서(도시되지 않음)에 대한 장착 홀이다. 홀(128)의 관통의 정도 및 그루브(78)에 대한 온도 센서의 상대적인 위치 및 샘플 웰의 인접한 열이 제2도에 잘 도시되어 있다.

제2도를 참조하면, 홀(134 내지 143)은 스필 칼라(spill collar : 147)(도시되지 않음)를 장착하는데 사용되는 장착 홀이다. 상기 스필 칼라(147)는 가열된 테이블(14), 슬라이딩 커버(316) 및 리드 스크류 어셈블리(312)를 나타내는 제19도에 도시되어 있다. 상기 스필 칼라의 목적은 샘플 튜브로부터 흘러나온 액체가 부식을 일으킬 수 있는 기계의 케이스 내부로 들어가는 것을 막는 것이다.

제9도는 상기 샘플 블록(12)에 대한 지지 시스템 및 멀티존 히터(156) 구성의 단면도이다. 상기 샘플 블록(12)은 통상적인 네 개의 볼트(146)에 의해 지지된다. 이들 네 개의 볼트는 강철 지지 브래킷(148)의 수직 부재를 통과한다. 상기 지지 브래킷(148)의 수평 부분과 강철 압력판(154) 사이에는 두 개의 대형 코일 스프링(150 및 152)이 압축되어 있다. 상기 스프링(150 및 152)은 막 가열기(156)를 상기 샘플 블록(12)의 바닥 표면(116)으로 압축하도록 양의 z방향으로 대략 스퀘어 인치당 300파운드의 힘을 공급하도록 충분히 압축된다. 이 3층 막 가열기의 구조는 멀티존 막 가열기(156), 실리콘 고무 패드(158) 및 에폭시 수지 폼(160)으로 구성된다. 양호한 실시예에서, 상기 막 가열기(156)는 세 개의 개별적으로 제어 가능한 존을 갖는다. 상기 막 가열기(156)의 목적은 제1도의 CPU(20)의 제어하에서 상기 샘플 블록(12)에 열을 공급하는 것이다. 상기 실리콘 고무 패드(158)의 목적은 상기 막 가열기층(156)으로부터 하위 구조로 갈수록 열전도도를 낮추는 것이다. 이러한 구조는 불필요한 열 에너지가 상기 샘플 블록(12)으로 전달되거나 상기 샘플 블록으로부터 전달되는 열 흡수 및 열원으로 작용한다. 몇몇 막 가열기는 니크롬선을 포함하고 있어 완전히 평평하지 않을 수도 있는데, 상기 실리콘 고무 패드(158)는 상기 막 가열기(156)의 표면 불규칙성을 보상하는 부가적인 기능을 갖는다.

상기 강철판(154) 및 에폭시 수지 폼(160)의 목적은 가능한 한 동일 높이가 되도록 상기 막 가열기를 상기 샘플 블록의 바닥 표면(116)까지 압축하기 위하여 상기 스프링(150 및 152)으로부터 상기 실리콘 고무 패드(158) 및 멀티존 막 가열기(156)로 힘을 전달하는 것이다. 상기 에폭시 수지 폼은 스프링의 힘에 의해 부서지지 않는 강도를 가지는 한편 양호한 절연체여야 하며 낮은 열 질량, 즉, 밀도가 낮은 구조를 갖는다. 일 실시예에서, 상기 폼(160)은 상표명 ECKO 폼에서 제조된다. 다른 실시예에서, 다른 구조가 상기 실리콘 고무층(158) 또는 상기 에폭시 수지 폼층(160)을 대신할 수도 있다. 예를 들면, 비행기 제작에 사용되는 단단한 벌집 구조가 절연층이 개재되어 있는 압력판(154)과 상기 막 가열기(156) 사이에 위치할 수 있다. 상기 블록이 가열되고 있는 동안에 층(158 및 160)에 사용되는 어떠한 구조도 상기 샘플 블록(12)으로부터 상당한 량의 열을 흡수하지 않고, 상기 블록이 냉각될 때 상당한 량의 열을 상기 샘플 블록(12)으로 전달하지 않는다. 그러나, 상기 블록을 둘러싸는 구조들로부터 상기 블록을 완전히 절연시키는 것은 실질적으로 불가능하다. 가능한 한 상기 블록의 열 질량을 최소화하는 환경으로부터 상기 샘플 블록을 열적으로 절연시키고 상기 샘플 블록 및 그 안에 저장되어 있는 샘플 혼합물의 급속한 온도 변화를 가능하게 하기 위해 상기 샘플 블록(12)과 접촉하는 다른 구조를 설계하기 위한 총력이 기울여졌다.

제9도의 멀티-존 막 가열기(156)에 의해 상기 샘플 블록에 가해진 열의 양을 제어함으로서 제1도의 CPU(20)에 의해 상기 샘플 블록 온도를 정확하게 제어할 수 있다. 상기 막 가열기는 수정된 형태의 펄스 폭 변조를 이용하여 구동될 수 있다. 먼저, 전력선으로부터 120 볼트의 파형이 정류되어 동일 극성의 반 사이클만 유지된다. 그 다음에 각각의 반 사이클 부분이 상기 포일 히터(foil heater)의 적절한 영역으로 제어되고, 상기 포일 히터의 여러 영역에 인가되는 각 반 사이클의 비율은 상기 CPU(20)에 의해 제어된다.

제10도는 상기 막 가열기(156)에 대한 전력 제어 개념의 일 실시예를 나타낸다. 제10도는 공급선 전압의 전압 파형의 다이어그램이다. 음의 반 사이클(162)을 제거하는 정류가 행해진다. 단지 양의 반 사이클만 남게 되며, 이 반 사이클(164)은 통상적이다. CPU(20) 및 여기에 결합된 주변 전자 회로는, 각 존에 대하여 아래에 주어진 식에 의거하여 각 존에 대해 계산된 전력 레벨에 따라서 인가하도록 각 반 사이클 부분을 선택하므로서, 상기 막 가열기(156)의 여러 영역에 인가되는 각각의 반 사이클 부분을 제어한다. 즉, 분할선(166)이 시간축을 따라서 전후로 움직여 각 존에 대한 특정 식과 관련되는 다수의 인자에 의거하여 상기 막 가열기에 대한 전력량을 제어한다. 양의 반 사이클(164) 아래의 직교 빗금 영역은 상기 도시된 분할선(166)의 위치에 대하여 상기 막 가열기(156)에 인가된 전력량을 나타낸다. 상기 분할선(166)은 오른쪽으로 이동하면, 더 많은 전력이 상기 막 가열기에 공급되며, 상기 샘플 블록(12)은 더 뜨거워지게 된다. 상기 분할선이 시간축을 따라서 왼쪽으로 이동하면, 상기 직교 빗금 영역은 더 작아지고 더 적은 전력이 상기 막 가열기에 인가된다. CPU(20) 및 여기에 결합된 소프트웨어 및 주변 회로가 블록(12)의 온도를 제어하는 방법은 하기에 보다 상세히 설명하기로 한다.

상기 막 가열기에 인가된 전력량은 0에서 600와트까지 연속적으로 가변한다. 다른 실시예에서는, 막 가열기(156)에 인가된 전력량이 DC 막 가열기를 통하여 흐르는 전류 또는 DC 막 가열기에 인가된 전압을 통한 컴퓨터 제어와 같은 다른 구조를 이용하여 제어되거나, 또는 후술하는 제로 크로싱 스위칭 구조에 의해 제어될 수 있다.

다른 실시예에서는, 상기 샘플 블록(12)의 가열 제어가 상기 샘플 블록(12)의 금속을 통하여 형성되는 가열 제어 채널을 통해 제어되는 뜨거운 기체 또는 뜨거운 액체의 흐름 속도 또는 온도를 통한 제어에 의해 행해질 수 있다. 물론 이들 대안적인 실시예에서, 제2도 내지 제8도에 도시된 샘플 블록(12)에는 부가적인 가열 채널을 위한 공간이 없으므로, 블록 내 샘플 웰의 수는 감소되어야 한다. 예를 들어, 만약 모든 다른 웰이 제거되어 샘플 블록의 가열 채널을 위한 공간이 마련되면, 이와 같은 대안적인 실시예는 상기 96-웰 마이크로티티 플레이트 포맷과 호환성을 제공한다. 이것은 단지 마이크로티터 플레이트의 크기에 대해서만 호환성을 제공하고 96개의 상이한 샘플의 동시 처리에 대해서는 호환성을 제공하지 않는다. 이들 대안적인 실시예에서 국부적인 밸런스 및 국부적인 대칭을 유지하는 데에 주의해야 한다.

본 명세서에 설명된 실시예에서, 막 가열기를 통하여 상기 블록으로 전달될 수 있는 최대 전력은 1100 와트이다. 이 한계는 블록/가열기 인터페이스의 열 전도도로부터 발생한다. 실험에 의하면, 대략 1100와트 이상을 상기 막 가열기(156)에 공급하면 상기 장치의 자기 파괴를 번번히 일으킨다.

타겟 잠복 온도 근방으로 블록 온도를 제어할 때, 가열 또는 냉각에 대한 통상적인 전력은 플러스 또는 마이너스 50 와트의 범위내에 있다.

제11도에는 통상적인 PCR 프로토콜의 시간대 온도 곡선이 나타나 있다. 블록 온도의 큰 하락 변화는 제1도의 온도 센서(21)에 의해 샘플 블록 온도를 검사하는 동안 램프 냉각 채널을 통한 냉각된 액체 냉각제를 제어하므로서 수행된다. 전형적으로 이러한 빠른 하강 온도 변화는, 변성 인큐베이션(170)에 후속하는 램프 기간 동안에 하이브리디제이션 인큐베이션(172)의 온도까지 떨어지게 된다. 전형적인 경우에, 램프 레그(leg)와 인큐베이션 레그 간의 순환식 교차에 의해 심볼화된 체크 포인트의 온도/시간 평면 상에서의 위치를 CPU(20)에 전하기 위해, 사용자는 1개 형태 또는 다른 형태로 온도와 시간을 정의하는 것에 의해 프로토콜을 구체화할 필요가 있다. 통상, 인큐베이션 레그는 참조번호(170,172,174)로 표시되고, 램프는 참조번호(176,178,180)로 표시되어 있다. 인큐베이션 기간 동안에는 단일 온도를 유지하는 것이 보통이나, 대안적인 실시예에서는, 포함되어 있는 PCR 사이클의 특정 부분을 실행하기에 충분한 온도 범위 내에서, 단계적으로 또는 순차적으로 온도를 램프(ramp)시켜도 좋다. 즉, 변성 인큐베이션(170)은, 제11도에 도시된 바와 같이, 단일 온도에서 행해질 필요가 없으며, 변성 과정에 충분한 온도 범위 내에서 여러 개의 다른 온도 중 한 온도를 택하여 행하여도 좋다. 어떤 실시예에서, 사용자는 온도 또는 각 인큐베이션 기간과 온도만을 설정할 수 있도록 되어 있기 때문에, 상기 기구가, 샘플 블록의 온도를, 한 인큐베이션의 종료와 다른 인큐베이션의 시작 시의 인큐베이션 온도 범위로 가능한 빠르게 변화시킬 것이다. 양호한 실시예에서, 사용자는, 온도와 인큐베이션 시간, 또는 그 중 하나를 사이클마다 상이하게 하거나 사이클마다 자동적으로 증대할 수 있다.

95℃의 변성 인큐베이션에서 35℃의 하이브리디제이션 인큐베이션으로 옮겨가는 동안 램프를 냉각하기 위한 평균 전력은 전형적인 경우 1(kilowatt) 이상으로 되어 있기 때문에, 샘플 블록의 온도는, 그 블록 온도가 작용 범위의 높은 끝에 있을 때, 초당 대략 4-6℃씩 변화하고, 블록 온도가 작용 범위의 낮은 끝에 있을 때에는 초당 대략 2℃씩 변화한다. 일반적인 경우, 램프 냉각시의 냉각 비율은 가능한 높게 하는 것이 소망된다.

램프를 냉각 처리하는 동안에, 샘플 블록으로부터는 많은 열이 제거되기 때문에, 샘플 블록 전체에서의 온도 증감이, 램프 냉각 채널의 일단으로부터 다른 단에, 발생할 수 있다. 이것을 방지하고 이러한 타입의 온도 증감을 최소화하기 위해서, 램프 냉각 채널은 지향적으로 교차되고 있다. 즉, 제3도에서, 램프 냉각 채널(100,102,104)을 통해 흐르는 냉각제의 방향은, 이들 램프 냉각 채널 구멍의 내측에 X로 표시한 바와 같은 면(page)으로 향하게 되어 있다. 교차된 램프 냉각 채널(101,103,105,107)에 흐르는 램프 냉각제는, 이들 램프 냉각 채널 구멍의 중앙에서 1점으로 나타낸 바와 같이, 면 밖으로 흘러나가 버린다. 이와 같이 교차 방식을 채택하고 또한 램프 냉각 채널을 통한 유동 속도(rate)를 높게 하면, 그렇지 않은 경우에 채널의 뜨거운 쪽과 차가운 쪽 간의 거리가 작아지게 되기 때문에 발생하게 되는 온도의 증감들을 최소화하게 된다. 유동 속도를 느리게 하면 열은 진행 중에 처음 1 인치(inch) 정도 쯤에서 열의 대부분이나 그 열 전체가 샘플 블록으로부터 발산되어 버리게 되며, 이것은 블록의 입력 측 온도가 블록의 출력 측의 온도보다도 낮게 된다는 것을 의미한다. 그러나, 유동 속도를 높게 하면 채널 상에서의 온도 증감이 최소화된다. 인터레이싱(interacing)이라 함은, 한 방향으로 뻗쳐 있는 채널의 뜨거운 쪽을 채널의 차가운 쪽 부분으로 “샌드위치” 시킨다는 것을 의미하며, 여기서 냉각제의 유동 방향은 상기 방향과는 반대 방향으로 된다. 이렇게 하면 거리가 채널의 길이 보다도 짧아지게 된다. 이에 따라, 열이 전도되어야 하는 거리가 감소되기 때문에, 온도의 증감이 저감된다. 이것은, 램프 채널에서의 냉각 처리에 의해 발생되는 온도의 증감이, 어떤 샘플들을 차별적으로 가열하기 전에, 빠르게 제거될 수 있도록 한다. 인터레이싱을 채택하지 않은 경우에는, 샘플 블록의 한 측이 다른 측보다도 1℃ 더 뜨겁게 될 것이나, 인터레이싱에 의하면, 이러한 온도 증감은 대략 15초 이하에서 사라져 버릴 것이다.

블록에 대해서 추가로 출입하는 열의 양을 정확하게 추정하기 위해서, CPU(20)는 제1도의 온도 센서(21)를 사용하여 블록 온도를 측정하고 제1도의 버스(54)에 결합되어 있는 제46도의 온도 센서(61)를 사용하여 냉각제의 온도를 측정한다. 대기 온도도 제1도의 온도 센서(56)에 의해 측정되며, 버스(52)를 통해 막 가열기에 가해지는 파워를 제어하는, 파워 회전 전압도 측정된다. 샘플 블록으로부터 대기에 전도되는 열과 샘플 블록으로부터 냉각제로 전달되는 열은, 시스템의 제어 파라미터를 설정하기 위한 초기 공정 동안에 이루어진 측정의 결과로서, CPU(20)에 알려지게 된다.

샘플군의 양호한 온도 균일성 때문에, 일정한 온도에서, 샘플 블록에 대해 출입하는 열은 존재하지 않는다. 그러나, 뜨거운 곳으로부터 차가운 곳으로 흐르는 부분적인 열의 흐름에 의한 온도의 증감이 블록 내에 발생할 수 있으며, 상기 차가운 곳은 블록의 가장자리를 기준으로 하여 열 전도율이 제로가 되는 곳이다. 예컨대, 한 쪽은 가열되고 다른 쪽은 냉각되는 재료로 된 슬랩(slab)은, 블록 내로 전달되는 순수한 열의 량이 제로가 되는 경우, 일정한 평균 온도로 유지된다. 그러나, 이러한 상황에서는, 뜨거운 가장자리 부분에서 차가운 가장자리 부분으로 열이 전달되기 때문에, 현저한 온도 불균형, 즉 온도의 증감이 슬랩 내에서 발생할 수 있다. 블록의 가장자리에서의 가열과 냉각이 중지될 때, 뜨거운 가장자리 부분으로부터 차가운 가장자리 부분으로의 열 전달에 의한 온도의 증감이 사라져 버리게 되고, 이 때문에 블록 전체의 온도가 일정한 온도로 유지되며, 그 온도는, 열이 전달되기 시작할 때의 뜨거운 온도와 차가운 온도의 평균 온도이다.

슬랩이, 단면적(A)과 길이(L)로 되어 있고 일정한 열 전도율(K)을 가지고 있으며, 열 소스(Q_in)로부터 유입되는 열량과 열 싱크(Q_out)로 유출되는 열량이 일치하여 일정한 평균 온도로 유지되고 있다면, 열 전도에 의해 발생하는 정상 상태(steady state)에서의 온도 속성은 다음과 같다.

여기서, 델타 T=온도의 기울기

L=열 경로 길이

A=열 경로의 면적

K=열 경로를 통한 열 전도율

일반적으로, 열 전도가 균일한 어떤 물질 내에서, 온도의 기울기는 단위 면적 마다의 열 유동량에 비례하여 설정될 것이다. 그러므로, 열 유동량과 온도의 불균형은 밀접한 관계를 갖는다.

즉, 샘플 블록에 대해 출입하는 열이 없다면, 그 블록의 온도를 제어하는 것은 불가능하다. 콜드 바이어스(cold bias) 제어에 의한 냉각은, 바이어스 냉각 채널을 통해 흐르는 냉각제에 의해 제거된 열의 균형을 맞추기 위해, 스트립 히터로부터 흘러 들어오는 어떤 열을 필요로 하게 되며, 블록의 온도는 안정한 값의 온도로 유지되게 된다. 이들 조건에서 샘플 블록 온도를 일정하게 하기 위해서는, 정적으로 그리고 동적으로, 열 소스와 열 싱크 양자의 “부분적인 균형 관계” 및 “부분적인 대칭 관계”를 갖는 기하학적 구조가 매우 중요하며, 이 기하학적 구조는, 가까운 거리에서는 뜨거운 곳으로부터 차가운 곳으로 전달되는 어떤 열도 발생되지 않도록 배열되어 있다.

요약하면, “스태틱 로컬 밸랜스(static local balance)”의 개념은, 총 열 입력이 총 열 출력과 같은 일정한 온도의 블록에 있어서는, 열 소스와 열 싱크가, 상기 블록에 대해 출입하는 열에 관하여, 열 소스 전체가 열 싱크에 의해 완전히 밸런스(balance) 되도록 별개의 부분 영역 내에 배열되어 있다는 것을 의미한다. 따라서, 각 부분 영역은, 그들이 분리되어 있는 경우에, 일정한 온도로 유지될 것이다.

“정적 로컬 대칭성”의 개념은 로컬 영역 및 일정 온도에서 다량의 열 소스의 중심이 다량의 열 싱크와 일치하는 것을 의미한다. 이것이 각 로컬 영역 내에서의 경우가 아니라면, 인접 로컬 영역의 온도 기울기에 부가될 수 있는 각 로컬 영역의 온도 기울기가 존재할 수 있고 그에 의해 각 로컬 영역내의 로컬 대칭성이 존재할지라도 로컬 대칭성의 결여 때문에 단일 로컬 영역의 크기의 두 배인 샘플 블록의 기울기를 일으킨다. 로컬 밸런스와 로컬 대칭성의 개념은 샘플 블록의 온도가 예를 들어 잠복 기간 동안 일정 레벨로 유지되는 경우의 정적 온도 밸런스를 성취하는데 중요하다.

샘플 블록에서의 빠른 온도 변화가 발생하는 정적인 경우에 있어서, 열 질량 또는 각 로컬 영역의 열 용량이 중요하게 된다. 이는 온도를 변화시키기 위해 각 로컬 영역으로 흘러야만 하는 열의 양이 그 영역의 열 질량에 비례하기 때문이다.

그러므로, 정적 로컬 밸런스의 개념은, 로컬 영역이 총 열 소스와 열 싱크의 X 퍼센트를 포함한다면 그것이 존재할 “동적 로컬 밸런스”에 대한 열 질량의 X 퍼센트를 또한 포함해야만 한다는 것을 필요로 함으로써 동적인 경우로 확대될 수 있다. 마찬가지로, “동적 로컬 대칭성”은 열 용량의 질량 중심이 동적 열 소스 및 열 싱크의 질량 중심과 일치되는 것을 필요로 한다. 이것이 의미하는 것은 간단히 표현하면, 샘플 블록의 열 질량이 그의 금속이고, 샘플 블록의 매칭은 각 로컬 존내의 금속의 총 질량이 동일하도록 대칭적이고 균형을 유지해야만 한다. 게다가, 각 로컬 존 내의 금속의 질량 중심이 동적 열 소스의 질량 중심과 일치되어야 한다. 따라서, 멀티존 가열기(156)의 질량 중심 즉 그의 기하학적 중심과, 바이어스와 램프 냉각 채널의 기하하적 중심이 일치해야만 한다. 제2도 내지 제9도의 검토로부터, 정적 및 동적 밸런스와 로컬 대칭성이 샘플 블록(12)에 존재한다는 것을 다음의 보다 상세한 설명을 통해 알 수 있다.

제12도는 본 발명의 개시에 따른 샘플 블록(12)의 설계를 위한 나란한 두 개의 로컬 영역을 설명하고 있다. 제12도에서, 2개의 로컬 영역(200,202)의 경계는 점선(204,206,208)으로 표시되어 있다. 제12도는 가드 밴드에 있지 않은 각 로컬 영역이 다음의 2개의 샘플 웰 칼럼, 즉 히터의 총 영역중 1/8번째가 될 포일(foil) 히터(156)의 부분과, 램프 냉각 채널(210,212) 등의 하나의 램프 냉각 채널과 하나의 바이어스 냉각 채널을 포함하고 있다는 것을 도시한다. 로컬 대칭성을 유지하기 위해서, 각 로컬 영역은 그의 램프 냉각 채널상의 중심에 두어지며, 각 경계에서 바이어스 냉각 채널상의 절반을 갖는다. 예를 들면, 로컬 영역(200)은 램프 냉각 채널(210) 및 바이어스 냉각 채널(214,216)을 가지며, 로컬 영역 경계(204,206)에 의해 각각 절개된다. 그러므로 램프 냉각 채널의 질량 중심(그의 중간)은 바이어스 냉각 채널의 질량 중심(로컬 영역의 중심)과 (수평으로) 일치하고, 각 로컬 영역에 결합된 막 가열기 부분의 질량 중심과 일치한다. 정적 로컬 밸런스는 램프 냉각 및 바이어스 냉각 채널에 의해 제거되는 열 에너지의 양과 같은 열 에너지의 양을 입력하기 위해 CPU(20)가 막 가열기(156)에 작용될 때 각 로컬 영역에 존재할 것이다. 96 샘플 혼합물이 존재하는 경우의 블록의 중심부의 각 로컬 영역이 전체 샘플 블록의 총 열 질량의 대략 1/8번째를 포함하고 바이어스 냉각 채널의 총 수의 1/8번째를 포함하기 때문에, 각 로컬 영역의 동적 로컬 밸런스가 존재한다. 동적 로컬 대칭성은 각 로컬 영역에 대해 존재하는데, 이는 각 로컬 영역의 금속의 질량 중심이 로컬 영역 밑에 있는 막 가열기부의 중심과 일치하고, 램프 냉각 채널의 중심과 일치하고, 2개의 절반의 바이어스 냉각 채널의 질량 중심과 일치하기 때문이다.

정적 및 동적 로컬 밸런스와 로컬 대칭성을 특징으로 하는 이러한 물리적 특성에 의해, 샘플 블록은 종래 기술의 열 순환기(thermal cycler)보다 더 균일하게 모집단의 모든 샘플들을 가열시키고 냉각시킨다.

제2도를 참조하면, 로컬 영역의 경계의 평면도가 점선(217 내지 225)으로 표시되어 있다. 제2도는 96 샘플 웰의 중심부가 경계(218 내지 224)에 의해 바운드되는 6개의 인접한 로컬 영역으로 나누어진다. 부가하여, 두 가드 밴드 로컬 영역은 각 엣지에 부가된다. 네거티브 X 좌표를 갖는 엣지 로컬 영역은(본원에서 로컬 영역은 때때로 로컬 존으로 기술된다) 경계 라인(217 및 218)에 의해 바운드 된다.

포지티브 X 좌표를 갖는 엣지 로컬 영역은 경계 라인(224,225)으로 바운드된다. 엣지 로컬 영역은 샘플 웰 칼럼을 포함하지 않고 칼럼 웰을 나타내는 홈(78)을 포함한다.

홈(78)의 깊이 및 폭은 칼럼 웰로써 동일한 금속 매체를 제거하도록 설계되고 동적 로컬 대칭성을 보존한다. 그러므로, 엣지 로컬 존은 샘플 블록의 중심부의 6개의 로컬 존보다 열 질량이 다르다(상기 영역은 매니폴드 및 지지핀과 같은 외부 접속에 의해 부가적인 열 질량을 갖는다). 이러한 차이는 상기 멀티존 가열기의 분리 제어가능한 존을 갖는 엣지 로컬 존 또는 가드 밴드를 가열함으로써 무시되어 더 많은 에너지가 블록의 중심 존보다 가드 밴드로 인입될 수 있다.

블록의 각 엣지에서의 로컬 영역은 6개의 중심으로 위치된 로컬 영역의 열 특성과 정확히 일치하지는 않는다.

엣지 로컬 영역은 “가드 밴드” 영역으로 불리운다.

왜냐하면, 상기 로컬 영역은 샘플 블록(12)의 주변장치 주위에서 동작하는 가드 밴드를 완성한다. 이러한 가드 밴드의 타켓트는, 샘플 블록(12)에 기계적으로 부착되는 지지핀, 매니폴드, 드립 칼라 및 다른 장치같은 이러한 장치에 의해 블록에 기계적 접속되어 사용되는 비제어된 열싱크 및 소스로부터 96 샘플 웰을 포함하는 샘플 블록의 중심부에서 열 분리를 제공하는 것이다. 예를들면, 제2도에서, 샘플 블록의 엣지 표면(228,230)은 램프 및 바이어스 통로에 냉각제를 흐르게 하도록 부착된 플라스틱 매니폴드를 가진다. 엣지(228,230)에 따른 가드 밴드는 엣지(228,230)에 평행한 슬롯(78) 부분으로 구성된다.

홈(78)의 깊이는 홈의 하부가 바이어스 및 램프 냉각 채널의 주변 길이에 근접하도록 한다. 상기 깊이에 연결되는 홈(78)의 폭은 제2도의 포인트(82,232) 사이에서 슬롯(78)에 의해 제거되는 금속 체적이 샘플 웰(234)에서 시작하여 샘플 웰(83)에서 종료되는 샘플 웰의 인접한 로우에 의해 제거되는 금속 체적과 동일하도록 한다. 또한, 블록의 주변길이 전체에서의 슬롯(78)은, 샘플 웰의 주기적인 패턴이 각 방향의 웰 칼럼 및 로우에 의해 연장된다면, 웰의 부가적인 로우가 있는 것에 위치된다.

지지 접속이 샘플 블록에서 이루어지는 엣지(250,252)를 따라, 가드 밴드 로컬 영역은, 슬롯(78)의 부분에 부가하여 다수의 냉각 채널의 전체 길이를 포함한다. 제3도에 있어서, 상기 영역은 전체 바이어스 냉각 채널을 형성하도록 인접한 로컬 영역의 인접한 1/2 바이어스 냉각 채널에 일체되는 1/2 바이어스 냉각 채널(예를들면, 92), 램프 냉각 채널(예를들면, 100), 전체 바이어스 냉각 채널(예를들면, 91)을 포함한다. 엣지(250)의 엣지 로컬 영역에 있어서, 이러한 냉각 채널은 107,198,99이다.

가드 밴드의 전체 바이어스 냉각 채널은 블록의 엣지로부터 조금 안쪽에 위치된다. 이러한 전체 바이어스 냉각 채널이 사용되는 이유는 “1/2” 냉각 채널이 비실용적이기 때문이다. 바이어스 냉각 채널이 두꺼운 벽으로 된 고무 링잉을 요구하기 때문에, “1/2” 바이어스 냉각 채널의 링잉을 통해 구멍을 개구상태로 유지하는 것은 어렵다. 엣지 로컬 영역에서의 비대칭성은 엣지 가드 밴드 로컬 영역으로부터 약간 초과한 열손실을 야기시킨다. 그러나, 샘플 온도 비균일성이 작은 샘플 웰을 포함하는 샘플 블록의 중심 영역으로부터 충분히 멀리 떨어져 있다. 또한, 이러한 작은 비대칭성의 결과는 예측할 수 있으므로 상기 결과는 각 가드 밴드 하에서 멀티 존 가열기 시스템의 분리 제어 가능한 존의 사용에 의해 최소화될 수 있다.

제13도는 제9도의 막 가열기층(156) 내에서 세 개의 분리 제어된 존을 도시한다. 이러한 분리 제어된 존은 지지 브래킷(148)에 접속되는 샘플 블록(12)의 노출된 엣지에 위치되는 엣지 가열기 존을 포함한다. 가드 밴드 아래에서 냉각제 매니폴드에 부착되는 엣지(228,230)에 위치되는 분리 제어되는 매니폴드 가열기가 있다. 마지막으로, 샘플 웰 아래에 중심 가열기 존이 있다. 이들 존 각각에 인가되는 파워는 CPU(20) 및 제어 소프트웨어에 의해 분리 제어된다.

막 가열기(156)는 인코넬(Inconel)같은 얇은 금속 합금을 에칭함으로써 형성되는 전기 전도체의 패턴으로 구성된다. 선택된 금속 합금은 가열을 위해 고전기 저항을 가진다. 이렇게 에칭된 전도체 패턴은 캐프톤(Kapton^TM)같은 전기 절연 중합체 물질의 얇은 층사이에 결합된다. 어떠한 물질이 전기 저항 가열 소자를 절연시키기 위해 사용된다 할지라도 물질은 고온도에서 저항이며 고절연 세기 및 양호한 기계적 안정성을 가진다.

막 가열기의 중심 존(254)은 가드 밴드 내측에서 샘플 블록의 중심부와 동일한 크기를 가진다. 중심 영역(254)은 일정한 파워 밀도를 샘플 웰 영역으로 전달한다.

엣지 가열기 영역(256)은 엣지 가드 밴드만큼의 폭이지만, 그만큼 길지는 않다.

매니폴드 가열기 영역(250,262)은 제2도의 엣지(228,230)의 가드 밴드 아래에 위치한다.

매니폴드 가열기 존(250,262)은 하나의 분리 제어가능한 가열기 존을 형성하기 위해 함께 전기적으로 접속된다. 또한, 엣지 가열기 영역(256,258)은 제2의 분리 제어가능한 가열기 존을 형성하도록 함께 전기적으로 접속된다.

제3의 분리 제어가능한 가열기 존은 중심 영역(254)이다.

이들 세 개의 분리 제어가능한 가열기 존 각각은 분리된 전기 리드를 가지며 각 존은 양호한 실시예에 이루어지는 바와 같이 분리 마이크로프로세서 또는 공유 CPU로 동작되는 분리 제어 알고리즘에 의해 제어된다.

엣지 가열기 존(256,258)은 지지 브래킷에서 손실된 열을 보상하도록 구동된다. 상기 열 손실은 샘플 블록(12)과 샘플 블록을 둘러싸는 대기 사이의 온도 차이에 비례한다.

엣지 가열기 존(256,258)은 블록의 각 엣지에서 샘플 블록으로부터 바이어스 냉각 채널까지 초과한 열손실을 보상한다. 상기 열 손실은 상기 바이어스 냉각 채널을 통해 흐르는 냉각제와 샘플 블록(12) 사이의 온도차이에 비례한다.

매니폴드 가열기 영역(250,262)은 샘플 블록(12)의 엣지에 부착된 플라스틱 냉각제 매니폴드(266,268)의 열 손실을 보상하도록 구동된다. 매니폴드 가열기 영역(250,262)의 파워는 샘플 블록과 대기사이, 그리고 샘플 블록과 냉각제 사이의 온도차이에 비례하는 열 손실을 보상한다.

실제적인 이유로, 중심 가열기 영역(254)에 놓이는 샘플 웰을 포함하는 로컬 영역의 열매체에 가드 밴드 로컬 영역의 열 매체를 매칭시키는 것은 불가능하다. 예를들면, 플라스틱 냉각제 매니폴드(266,268)는 가드 밴드로부터 열전달 뿐만 아니라 부착되는 가드 밴드 로컬 영역에 임의의 열매체를 부가한다. 결과적으로 빠른 블록 온도 변화동안, 가드 밴드 온도의 상승,하강율은 샘플 웰 로컬 영역의 상승,하강율에 매칭되지 않는다. 이것은 가드 밴드와 샘플 웰 사이의 동적 온도 변화를 발생하며, 큰 온도변화가 허용되면 내구성보다 더 긴 시간을 허용한다. 상기 온도 변화는 블록 온도의 변화율에 비례하며, 블록 온도의 변화율에 비례하는 비율에서 각각의 가드 밴드 로컬 존으로부터 열을 부가 또는 삭제함으로써 최소화된다.

가드 밴드 존 가열기의 비례 계수는 시스템의 비교적 안정 가능한 특성을 나타내며, 표준 측정을 함으로써 결정된다.

이러한 비례 계수의 값은 등식(3) 내지 (5)를 통해 아래와 같이 주어진다.

상기 등식은 선택적 실시예에서 매니폴드 가열기 존에 인가되는 파워량과, 엣지 가열기 영역과 중심 영역을 각각 정의한다. 양호한 실시예에 사용되는 등식은 소프트웨어(등식 (46)-(48). 영역에 의해 분배된 파워)의 기술로 아래 주어진다.

여기서, P_m=매니폴드 가열기 존(250,262)에 제공된 파워

A_m=매니폴드 가열기 존의 영역

P=블록 온도가 PCR 열 사이클 프로토콜의 임의의 특정 온도에서 필요한 온도로 정지 및 이동시키는데 필요한 파워

K_M1=0watts/degree 켈빈과 동등하고 매니폴드를 통해 순환 공기로 초과한 열 손실을 보상하도록 실험적으로 결정된 비례상수

K_M2=0.4watts/degree 켈빈과 동등하고, 냉각제로 초과 열손실을 보상하도록 실험적으로 결정된 비례상수

K_M3=66.6watts/degree 켈빈과 동등하고, 플라스틱 매니폴드의 부착에 의해 야기된 매니폴드 엣지 가드 밴드의 부가 열량을 보상하도록 초과 파워가 제공되는 실험적으로 결정된 비례상수

T_BLK=샘플 블록(12)의 온도

T_AMB=대기의 온도

T_COOL=냉각제의 온도

dt_BLK/dt=유니트 시간당 샘플 블록 온도의 변화

여기서, P_E=엣지 가열기 존에 인가되는 장치

A_E=엣지 가열기 존의 영역

K_E1=0.5watts/degree 켈빈과 동등하고 매니폴드를 통해 대기로 초과 열 손실을 보상하도록 실험적으로 결정된 비례상수

K_E2=0.15watts/degree 켈빈과 동등하고, 냉각제로 초과 열손실을 보상하도록 실험적으로 결정된 비례상수

K_E3=15.4watt-sec/degree 켈빈과 동등하고, 지지핀 및 브래킷, 온도 센서에 샘플 블록(12)의 부착에 의해 야기된 노출된 엣지 가드 밴드의 부가적인 열량을 보상하도록 초과 파워가 제공되는 실험적으로 결정된 비례상수

여기서, P_C=멀티-존 가열기의 중심 존(254)에 인가된 파워

A_C=중심 존(254)의 영역

각각의 등식(3) 내지 (5)에서, 파워 항인 P는 사용자 정의된 세트 포인트를 판독하며, 사용자에 의해 메모리에 기억된 시간 및 온도 세트포인트에 의해 정의된 PCR 온도 프로토콜을 이행하기 위하여 샘플 블록 온도가 적절한 온도가 되거나 또는 적절한 온도에 머무르기 위해 다음에 무엇을 해야 하는지를 결정하는 제1도의 CPU(20)에 의해 수행되는 제어 알고리즘 한 부분에 의해 계산되는 변수이다. 세트포인트가 판독되고 파워 밀도가 계산되는 방법은 이후 상세히 기술된다.

제1도의 CPU(20)에 의해 실행되는 제어 알고리즘은 제1도의 버스(52) 및 제1도 및 제9도의 온도 센서(21)를 통해 샘플 블록의 온도를 감지한다. 상기 온도는 샘플 블록(12)의 온도 변화율을 유도하도록 구별된다. CPU는 제1도에 온도 센서(50)를 통해 대기의 온도를 측정하며, 제46도에 도시된 냉각제 제어 시스템(24)의 온도 센서(61)를 통해 냉각제 온도를 측정한다. 그때, CPU(20)는 이행되는 PCR 프로토콜의 특정 세그먼트에 대응하는 파워 계수를 계산하고, 다수의 가열기 존의 영역(비휘발성 메모리에 기억됨)과 제어 프로그램의 특정 반복에 대한 파워 계수 P, 비례상수(비휘발성 메모리에 기억됨), 모두 측정된 온도를 플러그함으로써 등식(3), (4) 및 (5)에 따라 세가지 계산을 한다. 파워 계수는 전류 레벨로부터 세트포인트를 통해 사용자에 의해 지정되는 온도 레벨까지 블록 온도를 이동시키는데 필요한 총 파워이다. 가열 및 냉각을 제어하기 위해 CPU에 의해 수행되는 계산상의 상세한 점은 제어 소프트웨어 “PID 태스크”의 기술로 아래에 주어진다.

가열기(156)의 세 존의 각각에 인가되는 필요한 파워가 계산된 후, 또 다른 계산은 몇몇 실시예에서 각 존에 인가되는 입력 파워의 반 사이클동안 이루어진다. 이후 기술될 양호한 실시예에서, 계산 모드는 200 밀리세컨드 샘플 주기동안 발생하는 반 사이클의 총수가 각 존에 인가되는 방법이나 이러한 프로세스는 제어 소프트웨어의 “PID 태스크” 및 제47a 및 47b도(이후 제47도로 기술됨)의 기술과 연관되어 아래에 기술된다. 제10도에 의해 표시된 실시예에서, 컴퓨터는 제10도의 분배 라인(156)의 위치와 각 존을 계산한다. 상기 계산이 수행된 후, 적절한 제어 신호는 멀티 존 가열기(156)의 공급 전압이 발생하도록 스위치되고 각 존의 계산된 파워는 가열기에 인가된다.

선택적 실시예에서, 가드 밴드의 단지 하나의 존에 대해 하나 또는 두 개의 부가적인 막 가열기가 부가되고, 전체 샘플 블록에 일정한 파워 밀도를 전달하는 단일막 가열기를 사용하는 멀티-존 가열기가 이용된다. 상기 부가된 가열기는 전체 샘플 블록을 커버하는 단일막 가열기를 걸쳐 중첩된다.

상기 실시예에서, 가드 밴드 손실을 보상하는데 필요한 파워는 부가된 막 가열기에 전달된다.

등식(3) 내지 (5)에서 파워 계수 P는 사용자에 의해 지정된 램프 시간과 세트포인트를 기초로하여 PCR 온도 프로토콜상의 여러 포인트에서 CPU에 의해 계산된다. 그러나, 상기 언급된 존 가열기의 최대 파워 이동 용량성은 제한된다.

등식(3) 내지 (5)의 비례상수는 일정한 온도의 가드 밴드에서 초과한 열손실을 적절히 보상하도록 설정된다.

제17도는 실질적으로 낮은 온도로부터 94℃의 변성 배양 표적 온도를 향하여 샘플 블록의 온도를 상승시키기 위하여 블록 온도의 스텝 온도에 응답하여 다수의 다른 샘플의 계산된 샘플 온도 사이의 차이를 나타내는 그래프이다. 또한 제17도는 등식(3) 내지 (5)를 통해 한정된 비례상수를 사용하는 멀티-존 가열기(156)가 적절히 관리될 때 계산된 샘플 액체 온도를 도시한다. 제17도의 그래프를 유도하도록 사용되는 여러 가지의 웰은 단일 문자 및 수의 조합에 의해 표시된다. 제2도를 나타내는 8×12 웰 어레이는 문자 칼럼 및 숫자 로우에 의해 코드된다. 그러므로, 예를들면, 샘플 웰(90)은 샘플 웰(A12)로 표시되고, 반면에 샘플 웰(89)은 샘플 웰(B12)로 표시된다. 유사하게, 샘플 웰(68)은 또한 샘플 웰(D6)로 표시된다. 웰 온도는 온도 변화를 제거하기 위해 본원에 기술된 전체 열 디자인 때문에 상호 0.5℃ 내의 온도에서 점진적으로 고정된다.

이후 설명은 블록 온도가 일정하게 제어되고 빠르게 변화 가능한 방법을 기술한다. 그러나, PCR 프로세스에서, 샘플 반응 혼합물의 온도는 프로그램된 블록 온도가 아니다. 본 발명에 따른 양호한 실시예에서, 사용자는 샘플 액체 자체에 대해 일련의 표적 온도를 지정하며, PCR 프로세스의 각 단에서 상기 표적 온도의 샘플 액체에 대한 배양 시간을 지정한다. 그때, CPU(20)는 지정된 표적 배양 온도에서 샘플 반응 혼합물을 얻으며 지정된 배양시간의 표적 온도에서 샘플 혼합물을 유지하도록 샘플 블록 온도를 관리한다. CPU에 의해 수행된 사용자 인터페이스 코드는 상기 프로세스의 전체단에서 터미널(16)의 현재 계산된 샘플 액체 온도를 표시한다.

실제 측정된 샘플 온도를 표시하는 어려움은 반응 혼합물의 실제 온도가 온도 측정 프로브의 삽입을 요구하는데 있다. 프로브의 열량은 임의의 특정 웰에서의 샘플 반응 혼합물이 종종 100마이크로리터일 때 위치되는 임의의 웰의 온도를 변경시킨다. 그러므로, 반응 혼합물내로 온도 프로브의 삽입은 온도 변화로 하여금 반응 혼합물과 이웃하는 혼합물 사이에서 존재하도록 한다. 온도 센서의 초과한 열량은 열량이 부족한 다른 웰의 반응 혼합물의 온도로부터 가라앉은 반응 혼합물을 발생시켜 온도를 측정함으로써 단순 증폭에서 에러를 발생시킨다.

그러므로, 본원의 기술된 장치는 시스템의 열시간 상수와 블록 온도 히스토리 같은 공지된 계수로부터 샘플 온도를 계산하여, 디스플레이상에 상기 샘플 온도를 디스플레이한다.

본원에 기술된 시스템에 있어서, 샘플 튜브가 양호한 실시예에서 사용되는 샘플 튜브의 크기 및 형태에 대해 최소한 최소 임계력 F를 갖는 샘플 웰내로 프레스되면, 열적으로 이동되는 대류는 샘플 반응 혼합물 내에서 발생하고 시스템은 열적으로 단일 시상수 선형 시스템과 같이 작용한다. 각 샘플 튜브는 웰로부터 웰까지 열전달을 위해 50g의 힘으로 밀려진다. 이후 기술된 가열된 플레튼은 약 100g의 힘으로 각 샘플 튜브에 밀려지도록 설계된다.

제15도에서 벡터 힘 F로 표시되는 이러한 최소 힘은 다수의 샘플 튜브와, 샘플 블록의 다수 샘플 웰 사이에서 크기의 차이에 상관없이 각 튜브가 일정한 열 전도성을 보장하는데 필요하다.

매우 정확한 몇몇의 샘플 튜브와, 대응 샘플 웰에서 루스한 상태를 갖는 몇몇 샘플을 갖는 설계는 일정하지 않은 열 전도성 때문에 모든 튜브에 대해 정확한 온도 제어를 달성할 수 없다. 충분치 못한 힘 레벨 F는 제14도의 (286)에 도시된 바와 같이 블록 온도의 스텝 변화에서 샘플 액체의 온도 응답에 따른다. 적절한 힘 레벨 F는 (282)에 도시된 온도 응답의 결과를 가져온다.

본 발명에 따라 구성된 장치에 의해 달성된 결과로써, 새로운 온도로 변이 동안 샘플이 물리적으로 혼합된다 할지라도 각 샘플 혼합물의 온도가 양호한 상태를 가진다. 실제로 각 샘플 혼합물에서 야기된 대류 전류 때문에, 각 샘플 튜브에서의 샘플 반응 혼합물은 양호하게 혼합된다.

놀라운 결과로써, 전체 시스템의 열 작용은 블록 온도와 샘플 온도 사이의 차이에서 반주기 붕괴의 약 1.44배인 9초 단일 시상수를 갖는 전기 RC 회로와 같다. 50 밀리미터의 샘플로 채워진 GeneAmp^TM샘플 튜브는 23초 단일 시상수를 가진다.

다른 한편 샘플 블록의 온도 변화동안, 반응 혼합물의 온도는 전압원 V의 전압 출력에서 스텝 변화에 응답하여 제16D도에 도시된 것과 같은 직렬 RC 전기회로내의 캐패시터 C상에서 전압 상승과 같은 작용을 한다.

이러한 개념을 설명하기 위하여, 제14도는 블록 온도의 스텝 변화에서 샘플 액체의 다른 온도 응답을 도시하며, 제15도는 샘플 웰/샘플 튜브 결합을 통과하는 단면을 도시한다. 샘플 액체(276)의 용적은 대략 100 마이크로리터이며, 튜브의 차원에서, 요철 렌즈(278)는 샘플 블록(12)의 상부 표면(280) 아래에 위치되고 샘플 웰 내로 샘플 튜브를 밀어넣은 힘 F는 최소한 30g이며, 제15도에 도시된 시스템의 열 시상수 τ(tau)는 0.009인치인 원추형의 샘플 튜브 벽두께에 대해 대략 9초 정도이다. 이러한 여러 조건 때문에, 열 시상수는 샘플 튜브 절두체(원추형)에 대한 벽 두께에서 0.001인치 변화마다 1초씩 변화한다. 20 내지 100마이크로리터의 샘플을 포함할 때, 본원에 기술된 얇은 벽으로 된 샘플 튜브는 약 5 내지 14초의 열 시상수를 가진다. 더 두꺼운 튜브 벽부는 더 긴 시상수를 나타내며, 샘플 액체 온도에서의 변화와 샘플 블록 온도에서의 변화 사이가 더 지연된다.

수학적으로, 샘플 블록의 온도 변화 대 샘플 액체 온도의 열응답 표현식은 다음과 같다.

여기서, T_sample=샘플 액체의 온도

ΔT=샘플 액체의 온도와 샘플 블록(12)의 온도 사이의 온도차

t=경과된 시간

τ=샘플 웰 벽부로부터 샘플 액체까지 열 전도에 의해 나누어진 샘플의 열용량 또는 시스템의 열 시상수

제14도에서, 샘플 튜브에 미는 힘 F가 충분히 높을 때, 곡선(282)은 샘플 블록 온도의 이론적인 스텝 변화 대 수학적인 온도 응답을 표시한다. 샘플 블록의 온도 변화는 함수(284)로써 도시되고 시간 T₁에서 온도 변화가 빠르게 시작한다. 샘플 액체의 온도는 스텝 변화에 응답하여 증가하며, 최종 샘플 블록 온도에 접근한다. 위에서 간단히 언급된 바와 같이, 제15도에서 하향하는 힘 F가 불충분하여 샘플 웰의 벽부(290)와 샘플 튜브의 원추형 사이에서 불완전한 접속을 할 때 곡선(286)은 열 응답을 표시한다. 일반적으로, 힘 F가 30g보다 적다면 열 응답은 곡선(286)으로 표시된다. 비록 제15도가 샘플 웰 벽부와 샘플 튜브의 원추형 사이에서 작은 공기 층을 도시한다 할지라도 이것은 필요한 상황과 정반대이다. 왜냐하면 공기는 양호한 절연체이고, 시스템의 열 시상수를 실질적으로 증가시킨다.

열 시상수 τ는 직렬 RC 회로에서 RC 시상수와 유사하며, 여기서 R은 샘플 액체와 샘플 웰의 벽부 사이의 열 저항에 대응하며, C는 샘플 액체의 열 용량이다. 열 저항은 watts/degree 켈빈으로 표시되는 열 전도의 역과 같다.

제15도의 샘플 액체에 도시된 대류 전류(292) 때문에, 반응 혼합물이 있는 어느 곳에나 샘플 액체는 거의 동일한 온도 근처에 있으며, 블록과 샘플사이의 열 흐름은 샘플 블록과 샘플 반응 혼합물 사이의 온도차이에 비례한다. 비례상수는 반응 혼합물과 샘플 블록(12)에서의 샘플 웰 벽부사이에서의 열 전도를 나타낸다. 다른 샘플 용적 또는 다른 튜브, 즉, 다른 벽부 두께 또는 물질 때문에 열 시상수는 다르다. 이러한 경우, 지정된 PCR 프로토콜에 의해 사용자는 샘플 용적 또는 튜브 형태를 기입하며, 기계는 샘플 온도를 계산하기 위해 사용하는 보정 열 시상수를 자동적으로 조사한다. 몇몇 실시예에서, 사용자는 실제 시상수를 기입할 수도 있으며, 기계는 상기 시상수를 샘플 온도 계산을 하는데 사용한다.

가능한 열 시상수를 유지하기 위하여, 샘플 튜브의 원추형 벽부는 가능한 얇아야 한다. 양호한 실시예에서, 상기 원추형 벽부는 0.009인치 두께이며, 샘플 튜브의 실린더 부분 벽부는 0.030인치 두께이다. 샘플 튜브의 원추형 형태는 샘플 혼합물의 용적에서 샘플 웰 벽부의 금속과 접촉하는 비교적 큰 표면 영역을 제공한다.

샘플 튜브의 주형은 “콜드 런너(cold runner)” 시스템을 사용하여 만들어지며, 4개의 샘플 튜브 같은 4개의 캐비티 주형은 각각의 삽입시 형성된다. 용해된 플라스틱은 샘플 튜브 원추형의 티프에서 주입되고, 나머지 플라스틱은 샘플 웰의 티프와 샘플 튜브의 티프 사이의 캐비티(291)내로 주입된다.

이것은 튜브와 웰 사이에서 불필요한 간섭을 중지한다. 0.030인치의 최대 제한치는 임의의 나머지 플라스틱의 크기상에 위치된다.

여러 실시예에서, 각각 다른 장점을 갖는 3개의 다른 크기의 폴리프로필렌이 사용된다. 양호한 폴리프로필렌은 히몬트사의 제품인 PD701이다. 그러나, 상기 플라스틱은 저용해도를 갖기 때문에 용해시키기에 어렵다. 상기 플라스틱은 분자 밀도 9와 용해도 35를 가진다. PD701는 부분적으로 어느 정도의 부조화를 발생하나, 원추형의 티프 대신에 주형의 두꺼운 벽으로된 부분에 주입된다면 양호하다. 일반적으로, 260℉에서 오토클레이브 프로세스의 열 스트레스하에서 파손 또는 고장을 방지하며 양호한 세기를 유지하기 위하여 고분자 밀도와 고용해도를 갖는 것은 바람직하다. 또한, 아메리칸 훽세트의 PPW1780 같은 플라스틱은 용해도 75와 분자 밀도 9를 가지며 오토클레이브 가능하다. 몇몇 실시예에 사용되는 또다른 플라스틱은 히몬트 444이며, 상기 플라스틱은 오토클레이브하지 않고 또다른 방법으로 제거하는데 필요하다.

선택적 실시예에서, 튜브는 “핫 런너” 또는 “핫 노즐” 시스템을 사용하여 주형되며, 용해된 플라스틱의 온도는 주형의 게이트까지 제어된다. 또한 몇몇 실시예에서, 다수의 게이트가 사용될 수도 있다. 그러나, 이러한 것에 상관없이 현재 사용되고 “콜드 런너” 시스템보다 더욱 양호하게 사용된다.

시스템이 단일 시상수 RC 회로와 같이 열적으로 작용하는 사실은 중요한 결과이다. 왜냐하면, 이것은 샘플 블록으로부터 샘플 반응 혼합물까지의 열 전도가 균일하다면, 샘플 혼합물의 열 응답이 공지되고 균일하다는 것을 의미하기 때문이다. 샘플 반응 혼합물의 열량이 공지되고 일정하기 때문에, 샘플 반응 혼합물의 온도는 블록 온도의 측정된 히스토리만을 사용하여 정확하게 계산된다. 이것은 샘플 온도를 측정할 필요성을 제거하며, 프로브 웰의 샘플의 열량을 변화시킨다.

상기 계산을 하는 알고리즘은 단일 시상수 직렬 R-C 전기 회로에서 시스템의 열 동작의 모델이 된다. 상기 모델은 샘플 블록으로부터 샘플 반응 혼합물까지 열 전도에 의해 분배되는 액체 샘플의 열 용량 비율을 사용한다. 샘플 반응 혼합물의 열 용량은 액체량의 특정 가열과 동일하다. 열 저항은 샘플 블록으로부터 샘플 튜브 벽부를 통해 액체 반응 혼합물까지 열 전도를 걸쳐 1과 동일하다. 열 전도에 의해 나누어진 열 용량의 비율이 일정한 단위로 표시될 때 상기 비율은 시간 차원을 가진다. 모든 샘플 웰과 고정된 열전도성이 동일한 고정된 샘플 용적과 고정된 샘플 합성에 있어서, 상기 비율은 모든 샘플 웰에 대해 일정하고 시스템의 열 시상수로 불리운다. 블록 온도의 갑작스러운 스텝 변화 후, 샘플 블록에 필요한 시간은 블록 온도의 36.8% 내에 있다.

시스템의 임펄스 응답을 안다면, 필터 또는 다른 선형 시스템의 출력 응답을 계산하는 것이 가능하다. 상기 임펄스 응답은 전달 함수로 공지된다. 직렬 RC 회로의 경우에서, 임펄스 응답은 제16a도에 도시된 바와 같이 지수 함수이다. 제16a도의 응답을 야기시키는 임펄스 자극은 제16b도에 도시된 것과 같다. 상기와 연관된 수학 원칙은 다음과 같은 상태를 유지한다. 이러한 선형 시스템의 출력 임펄스는 가중 함수와 입력 신호의 회선을 계산함으로써 결정되고, 가중 함수는 시간이 반전된 시스템의 임펄스 응답이다. 비록 회선이 무한대의 작은 스텝 크기를 계산하는 개념이고 반면에 러닝 가중 평균이 별개의 스텝 크기, 즉, 다수의 샘플을 가진다 할지라도 상기 회선은 러닝 가중 평균으로 공지된다. 제16d도에 도시된 직렬 RC 회로의 임펄스 응답에서 전압 발생기 V의 전압이 제16b도에 도시된 바와 같이 전압 스파이크에 따라 상승 및 하강될 때, 캐패시터 C상의 전압은 제16b도에 도시된 임펄스의 피크 전압과 같은 제16a도의 (294)에서 피크로 갑자기 상승하여, 안정상태 전압 V₁에 역으로 감소된다. 결과로 나오는 가중 함수는 (385)에서 제16도에 도시된 바와 같은 시간상 방향이 바뀌는 제16a도의 임펄스 응답이다.

제16c도에 스텝 온도 변화동안 샘플 블록(12)의 온도에 대해 대표적인 온도 히스토리를 표시하는 가상의 곡선이 중첩된다. 또한 제16c도에서의 중첩은 T₁내지 T₅로 표시되는 5온도 샘플 주기의 시간이다. 본 발명에 따라서, 샘플 온도는 특정 온도 시간에서 가중 함수의 값에 의해 시간 T₁내지 T₅중 한 곳의 온도를 곱셈함으로써 계산되고 전체 계산된 값을 합산하고 그것을 5로 나눈다. 열 시스템이 단일 시상수 선형 회로로 작용하는 사실은 상기 복잡한 열 시스템의 열 전달 복잡성을 기초로 한다.

한 실시예에서, 샘플 온도의 계산은 블록 온도 센서 및 샘플 액체에서 다른 열 통로 길이에 의해 야기된 전송 래그를 계산하도록 짧은 지연에 의해 조정된다. 계산된 샘플 온도는 제1도에 도시된 터미널(16)상에 사용자의 정보에 의해 표시된다.

제17도는 교배/신장 온도 범위에서의 비교적 낮은 온도로부터 변성에 사용되는 대략 94℃의 비교적 높은 온도까지 샘플 블록 온도의 스텝 변화동안 96 웰 샘플 블록을 통해 6개의 다른 웰의 온도 응답 결과를 도시한다. 제17도의 그래프는 시스템이 제16d도에 도시된 직렬 RC 회로와 유사하다면 샘플 온도에서 예상된 지수 상승의 크기를 도시하며, 6개의 샘플 웰의 온도가 상호 매우 근접하며, 대략 0.5℃인 변성 온도 “허용” 밴드내에 있을 때 일정한 온도 응답을 도시한다.

한 실시예에서, 열 개의 가장 최근의 블록 온도 샘플은 러닝 가중 평균을 위해 사용되며, 다른 실시예에서, 다른 다수의 온도 히스토리 샘플이 사용될 수도 있다. 이론적으로 예상된 결과는 열 대류 전류가 혼합된 샘플 액체 웰에서 만들어지는 사실로부터 유도되며, 시스템은 선형 형태로 작용한다.

96 웰 어레이를 통해 확장된 다수의 샘플 웰 온도에서의 균일성은 본원에 상세히 기술된 전체의 다른 열 설계 인수 및 샘플 블록 구조체의 동적 및 정지 로컬 밸런스 및 로컬 대칭성에서 유래한다. 빠른 온도 변화동안, 사용자가 샘플 액체의 동일 양을 갖는 각 샘플 웰에 로드되면 모든 샘플 웰은 상호 0.5℃ 내의 온도를 가진다. 다른 웰에서의 불균등한 양은 빠른 변화동안 안정상태의 온도를 동일하게 하고 조건을 변화시키지 않는다. 각 웰에서의 샘플 액체량은 각 샘플의 열 용량을 결정하는 계수이며, 특정 샘플 웰에 대한 열 시상수의 계수이다.

전체 샘플 웰의 샘플 액체가 일정한 온도로 상하 사이클을 가지며 상호 비슷한 온도 즉, 0.5℃의 표적 온도로 안정화시키는 능력은 제15도의 힘 F에 따른다. 상기 힘은 샘플 웰의 유사한 량으로 로드된 전체 샘플 웰의 열 시상수가 동일한 시상수를 갖기 전에 최소 임계력을 초과한다. 상기 최소 임계력은 본원에 기술된 바와 같이 샘플 튜브 및 샘플 웰에 대해 30g으로 결정된다. 더 높은 레벨에 있어서, 제15도의 최소 임계력 F는 최소한 50g으로 설정되며, 상기 기술된 바와 같이 부가적인 안전 마진에 대해 100g으로 설정될 수도 있다.

샘플 웰 온도에서의 열 균일성의 중요성은 제18도에서 인정된다. 상기 도면은 DNA의 임의의 세그먼트 증폭을 위한 변성 기간동안 실제 샘플 온도와, PCR 사이클에서 발생되는 DNA량 사이의 관계를 도시한다. 섭씨 온도 93도와 95도 사이의 함수(298)의 기울기는 DNA 및 프라이머의 특정 세그먼트에 대해 섭씨 도당 대략 8%이다. 제18도는 증폭에 의해 발생된 DNA 량에 관계하는 곡선의 일반적인 형태를 도시하며, 상세한 곡선 형태는 프라이머 및 DNA 표적이 다른 경우에 변화한다. 97℃의 변성 온도는 일반적으로 너무 뜨거우며, 변성온도 증가동안 증폭을 감소시킨다.

제18도는 약 93℃의 온도에서의 안정된 특정 DNA 표적을 갖는 임의의 샘플 웰은 94℃ 이하의 대표적인 PCR 프로토콜 과정에서 발생된 8% 이하의 DNA를 가진 것을 도시하고 있다. 이와 같이, 95℃의 변성 온도에서 안정화하는 이러한 혼합액의 샘플 용액은 94℃의 변성 온도에서 안정화하는 샘플 웰에서 발생된 것보다도 8% 이상의 DNA를 가지는 것 같다. 상기 특성 곡선은 동일한 일반적인 형태를 가지기 때문에, 샘플 온도를 균일하게 하는 것이 중요하다.

상기 계산된 샘플 온도는 제어 알고리즘이 사용되어서, 가열기와 램프 냉각 채널을 제어하여 샘플이 여러 목표 온도에 얼마동안 유지할 것인가를 결정한다. 제어 알고리즘은 각 배양 기간에 대해서 소정의 시간과 비교하기 위하여 이들 시간을 사용한다. 시간이 매칭될 때, 제어 알고리즘은 적정 단계를 취하여, 샘플 블록을 사용자가 정의한 목표 온도로 가열 또는 냉각한다.

계산된 샘플 온도가 설정점의 1도 범위에 있을 때에, 제어 프로그램은 타이머를 개시한다. 상기 타이머는 사용자에 의해 특정 간격에서 종료되도록 계수를 부여한다. 타이머는 제로가 될 때에 CPU가 다음 세그먼트의 PCR 프로토콜을 행하기 위하여 동작된다. 특정 간격에 대한 시간에 관한 방법은 본 발명을 실행하는데 충분하다.

임의의 특정 온도에 대한 허용범위는 ±0.5℃이다.

목표 온도에 도달하면, 컴퓨터는 바이어스 냉각 채널과 막 가열기를 사용하여 목표 온도로 샘플 블록에서 유지하여, 모든 샘플들은 특별 간격에 대해 목표 온도와 긴밀하게 유지된다.

본원에 기술된 열적 시스템에 있어서, 샘플 블록에서 각 샘플까지의 열전도는 알 필요가 있으며, 허용 오차 범위내에 있어야 한다. 반면에, 모든 샘플이 타이머가 개시되었을 때에 목표 온도의 허용 오차에 있지 않을 때에 모든 샘플은 목표 온도에서 동일 배양 간격에 있지 않다.

또한, 이러한 열 시스템에 있어서, 모든 샘플 튜브는 주위 온도의 변동과 무관하다. 즉, 드래프트에 의한 냉각은 좋지 않은 반면에, 여러 물리적 위치에서의 다른 샘플 튜브는 냉각 효과가 없다. 균형성을 위하여, 모든 샘플에 관한 온도는 샘플 블록에 의하여 정해지는 것이 좋다.

주위로부터 튜브의 격리 및 최소 임계력 F에 대한 응용은 샘플 튜브와 샘플 블록에 걸쳐서 가열에 의하여 달성된다.

샘플 용액이 온도 제어형 금속 블록에 가압된 샘플 튜브에 있더라도, 샘플은 이들 열을 냉각한다. 특히 샘플이 매우 높은 온도에 있을 때에, 샘플 용액은 수증기의 순환으로 상당량의 열을 손실한다. 이러한 과정에서, 물은 뜨거운 샘플 용액 표면에서 증발하여 캡의 내부벽과 샘플 블록의 상부면에서 샘플 튜브의 냉각기 상부에 응축한다. 샘플량이 많을 경우에, 응축은 계속되며, 샘플 튜브의 벽을 반응 혼합물로 보낸다. 이러한 “역류” 공정은 단위 그램당 약 2300주울에서 실행된다. 이 공정은 100 마이크로리터 반응 혼합물의 표면 온도에서 몇도 낮추어서, 반응 효율을 줄어들게 된다.

반응 혼합물이 작을 경우에, 예컨대 20 마이크로리터이고 샘플 튜브가 샘플 블록의 상부면 이상으로 비교적 표면적이 큰 경우에, 반응 혼합물내의 수증기가 증발된다. 이러한 물은 샘플 튜브의 상부에 응축되고, 고온중에서 표면 장력이 유지된다.

종래의 PCR 사이클러에서, 이러한 역류 문제는 반응 문제를 오일 또는 용융 왁스층으로서 처리할 수 있다. 오일 또는 왁스의 작은 층은 수용액 혼합물상에 유동하여, 신속한 증발을 방지한다. 그러나, 처리 비용을 상승시키는 오일을 추가하여야 한다. 또한 오일은 다음 단계의 처리를 방해하며, 샘플의 오염 가능성을 야기한다. 실제로, 상업용의 미네랄 오일은 과거에 잘 알 수 없는 물질로 샘플을 오염시켰다.

샘플 블록 이상으로 용적을 채우는 본 발명의 기법에 따르면 오일층의 문제를 배제시켰으며, 증발과 예측할 수 없는 열 효과에 의한 열 손실과 반응 혼합물의 농축문제도 해결된다.

제19도는 샘플 튜브를 내포하고, 하향으로 힘을 가하여 제15도에 도시한 최소 임계힘 F를 공급하도록 하는데 사용되는 구조체의 단면도이다. 가열된 플래튼은 리드 스크류(312)와 접속되어서 리드 스크류(312) 회전 방향을 따라 화살표(314)로 표시된 축을 따라 상하로 이동시킨다. 리드 스크류는 슬라이딩 커버(316)내의 개구를 통해 밀어져서 노브(318)에 의해 회전된다. 플래튼(314)은 컴퓨터(20)의 제어를 받는 저항 가열기(도시하지 않음)에 의해 물의 끓는점 이상으로 가열된다.

슬라이딩 커버(316)는 레일(320,322)상에서 X축을 따라 전후로 경사진다. 커버(316)는 수직축(317,319)과 샘플 블록(12)과 샘플 튜브를 포함하는 X-Y 평면(도시하지 않음)과 평행한 수직축을 가진다. 이 구조는 샘플 튜브에 작용한 것으로부터 드래프트를 상당히 방지한다.

제20도는 슬라이딩 커버(316)와 샘플 블록에 접근을 방지하는 샘플 블록(12)의 투시도이다. 슬라이딩 커버(316)는 사각형 박스의 리드와 비슷하며, 수직벽(328)은 슬라이딩 커버(316)가 샘플 블록(12)에 미끄러지게 이동하는 부분(330)을 가진다. 슬라이딩 커버는 샘플 블록(12)의 중심에 올 때까지 제20도의 Y축을 따라 이동한다. 사용자는 노브(318)상의 마크(332)가 플레이트(336)상의 마크(334)선상에 있을 때까지 노브(318)를 가열 플래튼(14)으로 돌린다. 몇몇 실시예에서 플레이트(336)는 슬라이딩 커버(316)의 상부면에 고정된다. 또 다른 실시예에서, 플레이트(336)는 회전 가능하여, 다양한 규격의 샘플 튜브가 사용될 때에 표시부(334)가 여러 위치에 있을 수 있다. 달리 말하면, 더 높은 샘플 튜브가 사용될 경우에, 가열 플래튼(14)은 제15도의 최소 임계 힘 F가 가해지기 위해서 낮아질 필요가 없다. 사용자는 표시부가 선상에 있을 때까지에 플래튼(14)을 낮추기 위해 스크류(318)를 돌린다. 사용자는 최소 임계력 F가 각 샘플 튜브에 인가됨을 알 수 있다.

제15, 19도와 더불어, 제19도내에 가열 플래튼(14)을 낮추기 전에 각 샘플 튜브에 대한 플라스틱 캡(338)은 9mm 중심부상에 8×12 어레이 내에 모든 샘플 튜브를 보유하는 플라스틱 트레이(340)의 상부면상에서 약 0.5mm까지 연장된다. 샘플 웰 어레이는 100μL 용량의 96 MicroAmp PCR 튜브 또는 0.5ml 용량의 48 GeneAmp을 보유할 수 있다. 상기 트레이에 관한 상술은 이하에서 설명한다. 트레이(340)는 샘플 튜브에 대한 8×12 어레이의 홀을 갖는 평면이다. 상기 평면은 제19도의 샘플 튜브(324,326)를 양분하는 수평선으로서 제15,19도에 도시하였다. 트레이(340)는 4개의 수직벽을 가지며, 이중 2개는 제19도에서 (342,344)로서 도시되었다.

제15도의 수직벽 상부는 기준 평면을 설정하는 4각형 박스이다.

제15도에 도시된 바와 같이, 모든 샘플 튜브에 대한 캡(338)은 상기 기준면상에서 캡(338)을 연화시키도록 약간 돌출한다. 양호한 실시예에서, 가열된 플레튼(14)는 제1도의 CPU(20)에 의해 105℃ 온도에서 유지되며, 버스(22)는 플레튼(14)의 저항 가열기에 접속된다. 양호한 실시예에서, 샘플 튜브의 캡(338)은 폴리프로필린으로 만들어진다. 상기 캡은 가열 플래튼(14)과 접속된 후에 신속히 연화된다. 캡이 연화됨에 따라 연화되어 변형되지만, 탄성력은 상실되지 않는다. 캡이 접속된 후에, 가열 플래튼은 기준면에 도달할 때까지 하향으로 향한다. 캡(338)은 기준면(346)으로 돌출하고, 가열 플래튼(14)은 기준면(346)에 의존할 때에 잔여 탄성력이 있도록 설계되어서, 약 50그램, 양호하게는 100그램의 최소 임계 힘 F는 모든 샘플 튜브에 대해 실현된다.

가열된 플래튼(14)과 트레이(340)의 4개 수직벽 및 평면은 플래튼(14)이 트레이의 상부 엣지와 접속될 때에 가열된 구획을 형성한다. 트레이(340)의 플라스틱은 열 전도율이 작다. 가열 플래튼(14)과 캡(338)과 접속하고, 샘플 블록(12)의 상부 레벨(280)에서 열 전도율이 약한 재질의 벽으로 분리되었음을 실험적으로 알 수 있다. 이러한 구조에 있어서, 튜브와 캡의 전체 상부 부분은, 가열 플래튼이 물의 끓는점 이상으로 유지하기 때문에 튜브, 캡의 내부면상에 응축이 생기지 않을 정도의 온도로 된다. 이것은 제15도에 도시된 샘플 용액(276)이 자신의 끓는점 근처의 온도까지 가열될 때에도 맞는다. 이것은 샘플 혼합물(276)의 상부에 유동하는 오일이나 왁스와 같은 재질층의 필요를 제거하여, PCR 반응에 포함되는 노동량을 줄이고, 샘플의 오염을 방지한다. 가열 커버의 고온과 샘플 블록(12)과 근접했음에도 불구하고, 저온 및 고온에서 신속한 순환에는 전혀 영향이 없다.

가열 플래튼(14)은 앞서의 역류 공정에 의하여 생각을 방지하는데, 이는 캡의 온도를 물의 응축점 이상으로 유지하기 때문이다. 이것은 캡이 튜브에서 제거될 때에 에어졸의 형성을 방지한다.

또 다른 실시예에서, 제15도의 최소 힘 F는 샘플 튜브의 수와 관계없이 각 샘플에 인가할 수 있으며, 응축, 역류 및 냉각도 본 발명을 행하는데 충분하다. 이러한 하향 힘 F의 인가와, 역류와 좋지 않은 샘플 용액을 방지하기 위한 열의 사용은 양호한 실시예에서와 동일한 시스템에 의해 제작할 필요가 있다.

샘플 튜브는 전체 길이에서 수천분의 1인치 변환한다.

또한, 샘플 튜브에 대한 캡도 수천분의 1인치 높다. 또한, 샘플 블록(12) 내의 각 원추형 샘플 벽은 동일 깊이로 관통되지 않으며, 샘플 블록내의 각 원추형 샘플 벽은 각도와 직경이 약간 다르게 관통된다. 따라서, 봉입 튜브가 대응 샘플 웰 내에 위치하도록 샘플 블록에 위치될 때에, 캡의 상부는 높이가 동일할 필요가 없다. 이러한 높이에 대한 최악의 경우는 최고에서 최저까지 0.5mm이다.

만일 가열되지 않은 플래튼(14)이 장착되어서, 캡의 어레이상에서 자신의 위치를 찾는 것이 가능한 경우에, 제일 먼저 최장의 관과 접속한다. 추가의 힘이 가해지고 최상의 튜브가 어느 정도 압축됨에 따라, 플래튼은 하부 튜브의 캡과 접속하기 시작한다. 튜브와 캡 어셈블리가 맞지 않는다면, 최장의 튜브는 최단의 튜브가 전혀 접촉되기 전에 손상을 입을 가능성이 있다. 이와는 달리, 최단의 튜브가 접촉되도록 모든 튜브를 압축하는데 필요한 힘은 장치에 대해 너무 커서 적용하기 힘들다. 2가지 경우에, 한 개 이상의 짧은 튜브는 하향으로 압축되지 않거나, 열-시상수가 모든 튜브에 대해 열 시상수와 같게 하기 위하여 약한 힘으로 압축된다. 이것은 다양한 열 시간 상수를 갖는 튜브는 계단 형태가 아니기 때문에 샘플 블록 내의 모든 튜브에 대해서 동일한 PCR 사이클을 실행하는데 실패한다. 플래튼을 가열하여 캡을 연화시키면, 캡은 인자에 따라 다양한 튜브 높이를 유도하는 제조 허용 오차를 제거하는 위험을 배제한다.

또 다른 실시예에 있어서, 전체 가열 플래튼(14)은 고무층으로 피복된다. 가열된 플래튼상의 고무층은 높이 허용 오차 문제를 해결하지만, 가열된 플래튼에서 튜브 캡으로의 열 전달을 지연시키는 열 차단층으로서 동작한다. 또한 고온에서 장시간 사용함으로서, 대부분의 고무는 변형된다. 따라서 가열 플래튼 표면이 금속이거나 양호한 열전도체인 것이 좋다.

또 다른 실시예에 있어서, 96 개의 개별 스프링은 플래튼상에 합재되어서, 각 스프링은 단일 샘플 튜브에서 압력을 받는다. 이것은 복잡하고 비용 상승을 초래하지만 플래튼이 기계적으로 정확하게 튜브 어레이상에 배열된다.

양호한 실시예에서 각 샘플에 대한 필요한 것은 플라스틱 캡을 사용하여 공급된다. 제15도에 도시된 샘플 튜브 캡(338)에서, 표면(350)은 니크, 플래시 및 커트가 자유롭기 때문에, 샘플 튜브(288)의 내벽(352)으로 용접 밀폐를 제공할 수 있다. 양호한 실시예에서, 캡에 대한 재질은 폴리머필린이다. 적합한 재료로는 Himont 사에 제조한 HH-444 또는 PD705이거나 American Hoescht 사에서 제조한 PPW1780이다. 양호한 실시예에서, 캡의 돔 부분에 대한 내벽의 두께는 0.130+.000 -0.005인치이다. 쇼울더 부분(356)의 두께는 0.025인치이며, 캡의 돔형 부분의 폭은 양호한 실시예에서 0.203인치이다.

모든 샘플 튜브에 인가될 제15도의 최소 임계 힘 F를 가하는 캡에 대한 재질과 구성은, 농축과 역류를 방지하기 위하여 고온에서도 유지되어야 한다. 돔형의 캡(338)은 캡의 변형을 가세하기 위해 얇은 벽이다. 가열된 플래튼은 고온에서 유지되어야 하기 때문에, 돔형 캡의 벽두께는 주입 성형에 의하여 용이하게 제조할 수 있어야 한다.

물의 끓는점은 100℃이기 때문에 역류를 방지하기 위해서는 100℃-110℃가 적합하지만, 본 발명의 기법에 따르면 플래튼이 94℃-110℃ 온도에 유지해도 된다.

이러한 온도 범위에서, 캡은 파괴되기에 충분한 약 1mm 정도만 연화되었음을 알 수 있다. 사용된 폴리프로필렌의 탄성은 이러한 온도 범위에서 완전히 소실되지 않는다. 즉, 가열된 플래튼이 캡의 영구적 변형을 일으키더라도, 캡의 재질은 실온에서 탄성력이 유지되며, 최소의 임계힘 F가 각 샘플 튜브에 인가된다. 가열된 플래튼은 캡의 연화로 인해 샘플 블록내의 많은 튜브에도 불구하고 과도한 힘 없이 접촉하는 모든 캡을 표시한다.

캡 온도가 전체 PCR 사이클 기간에 물의 끓는점 이상이기 때문에, 각 캡의 내면은 완전 건조 상태이다.

따라서, PCR 공정 마지막에서, 샘플이 샘플 블록에서 제거되기 전에 실온까지 냉각되고, 각 샘플 튜브상의 캡이 개방될 경우에, 오염을 초래하는 샘플 튜브 내용의 에어졸 스프레이를 생성할 가능성이 없다. 시일이 파괴되었을 경우에 튜브에서 튜브 시일까지 액체가 없다.

이것은 최대의 장점이 되는데, 이는 증식 DNA를 갖는 에어졸의 입자를 실험실에 오염시킬 수 있기 때문에 고장을 진단할 수 있다. PCR 증폭 공정의 사용자는 다른 샘플을 오염시킬 수 있는 어떠한 에어졸로 생성되지 않기 때문에 최고의 관심이 된다.

플라스틱 아이템의 시스템은 개별적 샘플 튜브를 마이크로티터 플레이트 포맷 실험 기구인 8×12 어레이로 변환시키는데 사용되어서, 시스템 부품의 열적 팽창 차이를 보상하기 위하여 개별적 이동성을 부여한다. 제21a도는 상기 시스템과 캡과의 관계를 도시한 것으로서 샘플 블록을 단면적으로 표시한 것이며, 샘플 튜브에 위치한 2개의 샘플 튜브가 플라스틱 96 웰 마이크로티터 트레이의 한 실시예와 조합하여 위치한다. 제21b도는 시스템의 다양한 플라스틱 항목의 단면 구조도이다. 사각형 플라스틱 96 웰 마이크로티터 플레이트 트레이(342)는 샘플 블록의 표면상에 있다. 프레임(342)의 상부 엣지(346)는 캡의 높이보다 작은 0.5mm이다. 모든 봉입 튜브는 프레임(342)의 엣지(346)보다 높게 돌출한다. 프레임(342)은 하향 신장 릿지(366)가 기어 밴드 홈(78)까지 연장되도록 구성된다. 프레임(342)은 제2도의 평면도 및 제7도의 단면도에 대한 홈(78)내의 갭에 대응하는 갭을 가진다.

상기의 기준면(346)은 프레임(342)의 상부에 설정된다.

기준면은 가열 플래튼과 상호 작용한다. 조정 공정은 제20도의 실행 플래튼(336)상에서 표시 마크의 위치시키는데 이용된다. 상기 조정은 제21도의 프레임(342)을 샘플 블록상의 위치에 고정함으로서 개시된다. 프레임(342)은 비어 있거나, 샘플 튜브가 어떠한 캡도 갖지 않는다. 노브(318)는 가열 플래튼(14)이 전체 파라미터 주변에 프레임(342)의 상부 엣지(346)와 견고하게 접촉할 때까지 회전한다. 노브(318)가 회전하여 가열된 플래튼이 기준면에 의존하고, 샘플 블록 상부면(28)에 대해 프레임(342)에 가압할 때에, 양호한 실시예의 회전 가능 방패(336)는 방패상의 표시부가 노브(318)상의 표시부(332)와 일치할 때까지 회전한다. 그 후 노브(318)는 플래튼(14)을 상승시키도록 반시계 방향으로 회전하며, 제19도의 커버(316)는 V 방향으로 경사져서 프레임(342)과 샘플 블록(12)을 노출시킨다. 샘플 혼합액으로 채워진 캡을 갖는 샘플 튜브는 프레임(342)내의 위치에 고정된다. 이때 가열된 커버(316)는 샘플 블록상에 위치하며, 노브(318)는 표시부(332)가 표시부(334)와 동일 선상에 있을 때까지 회전한다. 표시부의 사용은 사용자에 단순함을 제공한다.

위치내에 몇 개의 샘플 튜브만이 있을 경우에, 표시부(332,334)와 일치하기 위해서는 약간의 토크만이 필요하다. 만일 튜브가 많을 경우에, 노브(318)상에 더 많은 토크가 필요할 것이다. 이것은 각 튜브가 변형됨에 따라 가열 플래튼(14)의 하향 이동한다. 그러나 가열된 플래튼이 프레임(342) 상부 엣지(346)에 대해 경고히 부착된다.

또 다른 실시예에서는, 표시부(332,334)가 필요 없으며, 노브(318)는 반시계 방향으로 회전한다. 상기 상태는 가열된 플래튼(314)이 상부 엣지에 도달하거나 기준면(346)과 플라스틱 프레임(342)이 가열 플래튼의 하향 이동을 중지할 때에 일어난다. 양호한 실시예에 있어서, 플라스틱 프레임(342)은 두께 0.05인치인 셀린 나이론(1503)이다.

상기 시스템의 장점은 사용할 수 있는 다양한 높이의 샘플 튜브를 여러 높이들을 갖는 프레임(342)을 이용하여 단순화할 수 있다는 것이다. 프레임(342)의 높이는 팁의 면보다 짧은 약 0.5mm이다. 양호한 실시예에서, 서로 다른 2개의 튜브가 사용된다. 제19도에서 가열 플래튼(14)을 구동하는 리드 스크류(312)의 이동범위는 사용된 여러 규격의 모든 샘플에 대해 충분하여야 한다. 물론, 특정의 PCR 처리 사이클 기간에, 모든 튜브의 높이는 동일하여야 한다.

상기 시스템은 샘플 블록의 균일한 온도, 블록에서 샘플까지 균일한 열적 컨덕턴스, 및 주위 환경의 변동으로부터 샘플 튜브의 격리를 제공한다. 마이크로티터 플레이트 포맷내에는 최대 96개의 샘플 튜브가 배열된다. 이 시스템은 샘플 온도를 정확히 측정하지 않고서도 모든 샘플에 대해 가시적 표시를 가능하게 하고, 대량의 샘플에 대해서도 정확한 온데 제어를 가능하게 한다.

PCR 반응용 컨테이너와 같이, 종래 기술에서는 마이크로 원심분리기 용으로 설계된 폴리프로필린 튜브를 사용하는 것이 일반적이었다. 종래의 튜브는 상부가 스냅-온 캡으로 밀폐된 원통 단면부를 가진다. 종래의 튜브는 약 17℃ 각도의 원추형의 절두체인 하부를 가진다.

이러한 원추형 샘플 튜브는 공동체인 샘플 블록 벽 방향으로 압축될 때와, 튜브 내에서 샘플 혼합물이 원추형체 안과, 상부면 하부에 있을 때에, 블록과 액체간의 열 전도율은 전체 배열을 통해 샘플 온도의 양호한 균일성을 위하여 정확한 예측이 가능하다. 샘플 블록과 샘플 혼합액간의 정확한 열 전도율을 제어하기 위하여, 원추형 튜브와 샘플 벽의 각도들은 매치되어야 하며, 튜브와 벽의 원추면은 평탄하게 되어야 한다.

또한, 최소의 임계력 F는 각 샘플 튜브에 인가하여 각 튜브를 샘플 벽에 가압하기 때문에 열 처리시에 벽에서 압축하거나 느슨하게 하지 않는다. 마지막으로 각 튜브는 동일 양의 샘플 용액으로 채워져야만 한다. 상기의 상태들과 부합될 경우에, 각 튜브에서 샘플 블록과 샘플 용액간의 열 전도율은 제15도의 원추형 플라스틱 벽(368)과 샘플 용액의 전도층간의 전도율로 미리 정할 수 있다.

플라스틱 튜브 벽의 열 전도율은 튜브의 성형 주입법으로 정확히 제어할 수 있는 이들 두께로 정할 수 있다. 모든 샘플 튜브내의 샘플 용액은 동일한 열 특성을 가진다.

성형된 한편의 96 벽 마이크로티터 플레이트는, 알루미늄과 플라스틱의 차가 샘플 용액에 대한 균일한 열 전도성을 파괴할 수 있는 규격 변동을 야기할 수 있기 때문에 PCR에 대해 가용적이다. 즉 한편의 플레이트내에서 각 벽은 플레이트 표면을 통해서 서로 접속되기 때문에, 벽과의 거리는 플레이트의 처음 제작시에 정해진다. 금속 샘플 블록내에서 샘플 벽간의 거리도, 알루미늄이 상기 플라스틱과 다른 열팽창 계수를 갖기 때문에 샘플 블록의 온도에 좌우된다. 열전도율을 좋게 하기 위하여 한 편의 96-벽 마이크로티터 플레이트내의 각 샘플 벽은 모든 온도에서 동일 블록 내의 대응벽과 완전히 일치한다. 샘플 블록의 온도는 광범위한 온도 범위에 변동하기 때문에, 샘플 블록에서 샘플 벽간의 거리는 PCR 주기에서 원통형으로 변한다. 플라스틱과 알루미늄의 열 팽창 계수는 서로 다르기 때문에, 샘플 블록에서 벽의 이격거리는 변동 온도에 따라 변한다.

PCR 온도 범위에 걸쳐 샘플 튜브와 대응 샘플 벽간의 완전 정합을 위한 임계치로서, 96-벽 어레이내의 각 샘플은 수평적으로 이동이 자유로우며, 각 튜브는 수직 가압이 자유롭게 될 필요가 있다.

본 발명에서 사용된 샘플 튜브는, 샘플 튜브의 원추형 절두체 위치의 벽 두께가 신속한 열 전도를 위해 훨씬 얇다는 점에서 종래의 마이크로 워심분리기와 다르다. 이들 튜브의 상부면은 원추 부분보다 두꺼운 벽이다. 제15도에서, 원통형 부분(288) 내의 벽 두께는 0.030인치이지만, 원추형 벽(368)의 두께는 0.009인치이다. 주입 성형 공정시에, 얇은 부분의 냉각 속도가 두꺼운 부분보다 빠르기 때문에, 얇은 부분이 냉각되기 전에 성형 완료를 하는 것이 중요하다.

샘플 튜브의 재질은 PCR과 화학적으로 반응하여야 한다.

글래스는 PCR 호환 물질이 아닌데, 이는 DNA가 글래스와 부착하기 때문이다. 양호한 재질로서 폴리프로필린이 사용된다. 적합한 폴리프로필린 형태로 상기에서 언급한 3가지 형태가 있다. 몇몇 플라스틱은 PCR 공정과 호환되지 않는데, 이는 DNA가 플라스틱 벽에 고착되기 때문이다.

폴리프로필린은 근래에 잘 알려진 플라스틱이다.

주입 성형을 위해 종래의 주입 성형 기법과 성형 제조기법은 본 발명을 실시하는데 충분하다.

원추형 샘플 튜브의 사용은 제조 허용 오차를 상당히 크게 한다. 예컨대, 샘플 각도에 대한 각도 오차는 튜브가 샘플 블록에 있을 때에 최고치로 전환되는데, 이는 튜브 벽 각도와 샘플 웰 벽 각도간의 비정함 때문이다. 이와 같이, 원추형 규격에 있어서 직경 오차는 튜브의 원추형 부분이 상당히 깊어지기 때문에 최고 에러치로 전환된다.

배열체 양단에 균일한 열적 전도성을 위하여, 샘플 튜브와 샘플 웰간의 양호한 정합은 열 팽창율을 무시하고 0-100℃ 전체 온도 범위에서 96 웰에 대해 존재하여야 한다. 또한, 각 샘플 튜브는 매우 정확한 벽두께를 가진다. 샘플 혼합물이 채워진 각 샘플은 반응물로부터 수증기의 손실을 방지하는 가스가 새지 않는 캡과 일치하며, 이때 상기 혼합물은 줄어들지 않는 정도의 끓는점에 있다. 모든 이들 계수는 한 편의 마이크로티터 판과 96 샘플 벽과 일체를 이루게한다.

샘플 튜브 벽에 대해 필요한 개별 수평 및 수직 자유도를 제공하는 구조는 본 발명의 실시 목적에 적합할 것이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 4조각의 플라스틱 시스템을 이용하여 필요조건을 만족시킬 수 있다. 이 시스템은 열 팽창의 속도를 다르게 하는 것을 보상하기 위해 모든 필요한 방향으로 이동의 충분한 자유를 각 샘플 튜브에 부여하며, 사용자 편의 및 산업 표준 96-웰 마이크로티터 플레이트와 적합한 다른 실험기구와의 호환성을 위해 96 웰 마이크로티터 플레이트 포맷에 96 샘플 튜브까지 보유할 수 있다. 멀티-피스 일회성 플라스틱 시스템은 제조 허용 오차가 크며, 다양한 열팽창 계수는 PCR 열 사이클링 동안 접하는 광범위한 온도범위에 있게 된다.

제21a도, 제21b도는 다양한 열팽창율을 고려하여 이동이 자유로운 이들 샘플벽 내에서 복수 샘플 튜브를 유지하도록 조립된 4개의 플라스틱 시스템 성분에 대한 또다른 실시예이다. 제45도는 플라스틱 마이크로티터 시스템의 모든 부분을 도시한다. 상기 도면은 부분들이 마이크로티터 플레이트를 형성하기 위하여, 8×12 마이크로티터 플레이트 포맷 96 웰 배열에서 느슨하게 유지된 모든 샘플들과 어떻게 매치하는지를 도시하고 있다. 제22도는 본 발명에 따른 마이크로티터 플레이트 프레임(342)의 평면도로서, 제21a, 제21b도의 단면을 도시하고 있다. 제24도는 제22도의 24-24´선을 취한 프레임(342)의 종단면도이다. 제25도는 제22도에서 25-25´단선을 취한 프레임(342)의 종단면도이다. 제26도는 제22도의 단선 26-26´선을 취한 프레임(342)의 단면도이다. 제27도는 제22도에서 27-27´선을 취한 프레임(342)의 단면도이다. 제28도는 제22도에서 28-28´선을 취한 프레임(342)의 측면도이다.

제21a도, 제21b도 및 제22-28도를 참조하며, 프레임(342)은 표준 마이크로티터 플레이트 포맷에서 9mm 중심부상에 놓인 96 홀이 형성된 수평 플라스틱 플레이트(372)로 구성된다.

여기에는 A-H의 8개 행과, 1-12의 12개 열이 있다. 행 D에서 374 홀은, 열(7)에서 대표적인 홀이다. 프레임(342)내의 각 홀에서, 제15도에 도시한 샘플 튜브(376)와 같은 원추형 샘플 튜브가 위치한다. 각 샘플 튜브는 0.7mm인 홀보다도 직경이 작다. 그래서 홀에서 느슨하게 고정된다. 이것은 제21a, 21b도도에서 내부 엣지(378)와 측벽(380)간의 거리를 관측함으로서 잘 알 수 있다. 제21a, 21b도의 도면부호(382)는 샘플 튜브의 원통형 부분의 외벽과 이격된 홀의 대향 엣지를 도시한다.

각 샘플 튜브는 제15도, 제21a도, 제21b도에 도시된 쇼울더를 가진다. 상기 쇼울더는 각 샘플 튜브의 원통형 부분의 전체 주변에 성형된다. 상기 쇼울더(384)의 직경은 충분히 커서 프레임(342)의 홀을 통과하지 못하며, 그러나 인접 튜브의 쇼울더와는 접촉하지 않는다.

모든 튜브가 프레임(342)내의 홀에 위치하면, 플라스틱 용기(386, 제21a도, 제21b도, 제45도 참조)는 프레임 내의 구멍내에 삽입된다. 이 용기의 용도는 프레임(342)에 그들의 헐거움을 방해하지 않으면서 그들이 프레임(342)으로부터 떨어져나갈 수 없도록 모든 튜브를 고정하는 것이다. 용기(386)는 프레임(342)과 맞추어져, 각 샘플 튜브는 프레임(342)과 접하는 튜브의 쇼울더(384)전까지 수직적 상하방향으로 이동한다. 따라서, 프레임과 용기는 96 샘플 튜브까지 마이크로티터 플레이트를 제공하지만, 충분한 수평, 수직 이동성을 제공하며, 각 튜브는 모든 온도에서 정합이 자유롭다. 제29도 및 제30도는 일반 샘플 튜브의 단면도이다.

이하에서 상술될 플라스틱 돔형 캡은 제29도에 도시한 샘플 튜브에 삽입된다. 샘플 튜브의 내벽에 형성된 릿지(392)는 돔형 캡에 대한 차단부로서 작용하여, 돌출되는 것을 방지한다. 일반적으로, 돔형 캡은 웨브와 접속된 스트립으로 된다.

제31도는 웨브(394)와 접속되고 탭(396)에서 종단된 3개의 캡을 도시한다. 탭은 사용자가 전체 행의 캡을 단일 풀로 이동하는데 도움을 준다. 일반적으로 웨브(394)는 샘플 튜브의 상면(398)에 의존하여 캡이 돌출하는 것을 방지한다. 각 캡은, 캡과 내벽간의 용접 밀폐를 형성하는 릿지(400)를 가진다. 제32도는 스트립 형태인 3개 갭의 상면도이다.

제33도 내지 제37도는 용기의 상세도이다. 제33도는 플라스틱 용기의 정면도이다. 제34도는 제33도의 34-34´선을 취한 용기의 평면도이다. 제35도는 제33도의 35-35´선을 취한 용기의 평면도이다. 제36도는 제33도의 36-36´선을 취한 단면도이다. 제37도는 제33도의 37-37´선을 위한 용기의 단면도이다.

제33도-37도에 도시한 바와 같이, 용기(386)는 수직벽으로 감싼 단일 수평 플라스틱 평면(402)으로 구성된다. 평면은 8×12 배열의 96 홀을 가지며, 이것은 그룹당 4개씩 24개의 그룹으로 분할되어 있다. 각 홀의 직경은 D로서 제29도의 D₁직경보다 크고, D₂보다 작다. 이것은 용기가 샘플 튜브에서 경사지게 하며, 쇼울더(384)가 너무 커서 홀(410)을 통과하지 못하게 하기 때문에 샘플 튜브가 프레임 밖으로 이탈되는 것을 방지한다.

플라스틱 탭은 제23도에 도시된 프레임에서 슬롯(416,418)으로 밀어진다. 여기에는 2개의 플라스틱 튜브가 있으며, 하나는 용기의 긴 엣지이다. 제33도에서 2개의 플라스틱 튜브는 414a와 414b로 표시하였다. 제22-28도의 프레임(342)은 제21(a)도, 제21(b)도에 도시한 바와 같이 PCR 처리용 샘플 블록에 위치할 수 있는 단일 장치를 형성한다.

처리 후에 모든 튜브는 프레임(342)을 샘플 블록 밖으로 분리시킴으로서 동시에 제거된다. 샘플 튜브와 용기를 가진 프레임(342)은 다른 플라스틱 부품내에 삽입된다. 제38도는 베이스(420)의 평면도이며, 제39도는 베이스의 하면도이다.

제40도는 제38도에서 40-40´선을 취한 베이스의 평면도이다. 제41도는 제38도에서 41-41´선을 취한 종단면도이며, 제42도는 제38도에서 42-42´선을 취한 베이스의 단면도이며, 제43도는 제38도의 43-43´선을 취한 단면도이다. 제44도는 제38도의 44-44´선을 취한 단면도이다.

베이스(420)는 8×12 홀 배열이 있는 플라스틱(422)의 평면(422)을 가진다. 이들 홀은 프레임(342)이 베이스에 위치할 때에 샘플 튜브의 하부가 베이스의 원추 홀과 정합하기 때문에, 샘플 튜브는 프레임(342)에 대해 동일한 관계를 유지한다.

홀(424)은 제38,44,43도와 같이 베이스에 형성된 96 홀이다. 각 샘플 튜브는 견고하게 고정되고, 프레임이 베이스에 삽입되었을 때에 이동할 수 없다. 제44도는 베이스에 고정된 대표적인 샘플 튜브(424)를 도시하고 있다.

즉, 프레임, 샘플 튜브 및 용기가 베이스에 고정될 때에 전체 어셈블리는 표준의 96-웰 마이크로티터 플레이트와 등가이며, 다른 처리를 위하여 96-웰 산업 표준 마이크로티터 플레이트에 대해 자동화된다. 샘플 튜브가 증폭될 DNA로 채워진 후에 봉입된다. 제31,32도에 도시된 캡 스트립에 관한 또다른 실시예에서, 96 갭의 전체 매트는 8×12 어레이와 접속되어 사용된다. 제31도에 도시된 웨브(394)는 충분히 채워지기 때문에 캡은 샘플 튜브가 약간의 이동도 되지 않아서, 샘플 튜브는 모든 온도 범위에서 작은 블록의 원추형 벽과 완전히 일치하여야 한다.

튜브, 캡 프레임 용기 및 베이스의 조립체는 튜브가 채워진 후에 열 사이클러로 간다. 프레임, 봉입 튜브 및 용기 플레이트는 유닛으로서 베이스에서 제거된다. 상기 유닛은 샘플 블록(12)에 위치하여 제21(a)도 또는 제21(b)도의 어셈블리가 샘플 블록내의 원추형 벽에 느슨하게 고정된다. 제21도에 도시된 바와 같이, 프레임(342)은 가드 밴드(guardband)의 상부면(280) 상에 위치한다. 양호한 실시예에서, 릿지(366)는 가드 밴드의 홈(78)으로 향할 수 있다.

다음에, 가열 커버는 샘플 튜브로 경사지고, 가열 플래튼은 앞서 설명과 같이 프레임(342)의 상부 엣지(346)와 접속할 때까지 나사 결합한다.

제19도의 가열 플래튼(14)이 캡과 접촉하고 난 몇 초 후 내에, 캡은 연화되기 시작하여 리드 스크류(312)로부터 하향 방향으로 압력이 가해진다. 사용자는 제20도의 표시부(332,334)가, 모든 샘플 튜브가 최소의 임계 압력 F로 가압될 때까지 노브(318)를 계속 회전시키며, 프레임(342)의 샘플 블록과 탑 엣지(346)는 밀폐된다. 샘플 튜브는 완전히 밀폐되며, 온도의 제어의 정확한 주기를 시작할 수 있다.

PCR 프로토콜 단부에서, 가열된 플래튼(14)은 상향 이동되어서 샘플 튜브에서 이격되며, 가열 커버(316)는 프레임(342)과 샘플 튜브를 노출시키도록 경사진다. 그후 샘플 튜브, 용기는 제거되고 빈 베이스로 교체된 후 캡이 제거된다. 각 캡을 플 오프하며, 용기는 트레이의 이격으로부터 튜브를 유지한다. 베이스에 형성된 립(제38-44도에 도시하지 않음)은 제33도에 도시된 용기 탭(414a,414b)과 접속하여, 캡을 제거함으로서 튜브에 약해진 힘은 용기(386)에 가압하지 못한다.

프레임(342)의 갯수는 설계에 따라 96개 이하로 할 수 있다. 또한, 용기(386)를 사용하지 않을 수 있다.

한번에 몇 개의 튜브만을 사용하고 이들 튜브를 개별적으로 사용하고자 하는 사람은 샘플 블록상에 용기 없이도 빈 프레임(342)을 위치시킬 수 있다. 사용자는 “테스트 튜브 랙(test tube rack)”으로서 베이스를 사용하며, 몇 개의 튜브를 설정한다. 이들 튜브는 수동적으로 채워서 각 캡을 봉입한다. 그 후 사용자는 튜브를 샘플 블록내의 웰로 이동한 후에, 가열 커버를 폐쇄하고 가열 플래튼(14)을 아래로 돌린다. 사이클링이 완결된 후에, 커버(316)는 제거되고, 샘플 튜브는 허용 베이스내에 개별적으로 위치할 수 있다. 용기는 이러한 유형의 사용에 필요하지 않다.

제47(a)도,제47(b)도에서는, 제1도의 CPU 블록(10)으로 표시된 제어 시스템의 분류에서, 제어 시스템에 관한 전자 회로적 블록도이다. 제47도의 전자 회로의 목표는 소정의 PCR 프로토콜을 정의하는 사용자 입력 데이터를 수신하여 저장하고, 다양한 온도 센서를 판독하고, 샘플 온도를 계산하고, 계산 샘플 온도를 소정의 온도로 비교하고, 전원선 전압을 감시하고, 막 가열기 존과 램프 냉각 밸브를 제어하여 사용자 정의 PCR 프로토콜의 소정 온도를 행하는 것이다.

마이크로프로세서(CPU, 450)는 소오스 코드 형태인 자료 C에 기재된 제어 프로그램을 실행한다. 실시예에서 CPU(450)는 OKI CMOS 8085이다. CPU는 제47도에 도시된 여러 회로에 의하여 어드레스 버스(452)를 구동한다. CPU는 제47도 내의 여러 소자에 전송된 데이터에 의하여 데이터 버스(454)를 구동한다.

참고자료 C와 시스템 상수의 제어 프로그램은 EPROM(456)에 저장된다. 사용자 입력 데이터와 그밖의 시스템 상수 및 특성치는 밧데리 백업 RAM(458)에 저장된다. 시스템 클럭/캘린더(460)는 CPU(450)에 데이터 및 시간 정보를 CPU(450)에 공급하며, 이는 PCR 실행시의 이벤트 내력을 기록하기 위해서이다.

어드레스 디코더(462)는 어드레스 버스(452)로부터 어드레스를 받아서 해독하여, 칩 선택 버스(464)에서 적당한 칩 선택 라인을 작동시킨다.

사용자는 표시기(468)상에 CPU가 정보에 응답하여 PCR 프로토콜 데이터를 키보드(466)를 통해 입력한다. 사용자와 CPU(450)간의 쌍방 통신은 제어 소프트웨어에 관한 사용자 인터페이스 부분에서 상술되어 있다. 키보드 인터페이스 회로(470)는 사용자 키스트로크(keystrokes)를 데이터 버스(454)를 통해 CPU로 판독된 데이터로 전환한다.

2개의 프로그램 가능한 간격 타이머(472,474) 각각은 카운터를 갖고 있어서, 전력이 여러 막 가열기 존에 가열되는 동안에 인터벌을 제어한다.

인터럽트 제어기(476)는 제어 소프트웨어에 기재된 PID 업무를 실행하기 위하여 200ms 마다 인터럽트 요청을 CPU(450)로 보낸다. 상기 업무는 온도 센서를 판독하여 자신의 전류 레벨을 사용자가 설정한 범위로 샘플 온도를 이동하는데 필요한 가열 또는 냉각 온도를 계산한다.

UART(478)는 RS232 인터페이스 회로(480)에 기여하여, RAM(480)에 저장된 데이터는 프린터로 출력된다. 제어 소프트웨어는, PCR 프로토콜이 사용자 정의 PCR 프로토콜에 대응하여 실행되는 동안에, 여러 시간에 존재하는 실제 온도에 대해 행해진 각 PCR 실행 기록을 유지한다. 또한 특정 PCR 프로토콜 기간에 정해진 특정 온도와 정의한 사용자 입력 데이터도 저장된다. 상기 데이터와 그밖의 데이터도 CPU(450)가 판독하여 UART(478)를 통해 접속된 프린터로 출력된다. RS232 인터페이스는 검사를 위하여 외부 컴퓨터가 어드레스 및 데이터 버스의 제어를 가능하게 한다.

주변 인터페이스 칩(PIC, 482)은 4입출력 레지스터의 프로그램 가능 세트로서 기여한다. 전원 투입시에, CPU(450)는 어드레스 디코더(462)와 칩 선택 버스(464)를 통해 PIC(482)를 선택한다. 그때에 CPU는 데이터 워드를 PIC에 기입한다.

그리고, CPU(450)는 출력 레지스터를 이용하여 CPU에 의해 기입된 데이터 워드를 저장한다.

PAL(484)은 복수개의 입출력 신호를 갖는 상태 기계이다. 일반적인 PAL은 다양한 상태를 갖는 논리 배열을 가진다. 각 상태는 입력측에서 논리 상태의 어레이 또는 벡터로 정해지며, 각 상태는 출력측에서 논리 상태의 다양한 어레이 또는 벡터로 초래된다. 이하에서 서술된 CPU(480), PIC(482), PAL(484) 및 그밖의 회로는, PAL(484)로부터 여러 출력신호에 관한 여러 상태를 발생하기 위해 공조한다. 이들 다양한 상태 또는 관련 출력 신호는 이하에서 서술된 제47도에 도시된 전자적 동작을 제어한다.

12비트의 A/D 컨버터(A/D, 486)는 선로(488, 490)상의 아날로그 전압을 데이터 버스(454)상에서 디지털 신호로 전환한다. A/D 컨버터에 대한 어드레스를 발생함으로서 CPU가 판독하여, A/D컨버터의 칩 선택 입력에 접속된 버스(464)상의 칩 선택 신호는 컨버터를 작동, 비작동시킨다. 라인(488,490)상에 아날로그 신호는 2개의 멀티플렉서(492,494)의 출력선상에 있다. 멀티플렉서(492)는 두 개의 신호선을 각각 갖는 4개의 입력 포트를 가진다. 각 이들 포트는 시스템에서 4개의 온도 센서중의 하나와 접속된다. 제1포트는 샘플 블록 온도 센서와 접속된다. 제2,3포트는 각각 냉각 센서와 주위 센서에 접속되며, 제4포트는 가열 커버 온도 센서에 접속된다. 제48도는 이들 온도 센서의 회로도이다. 20,000옴 레지스터(496)는 노드(497)에서 규정된 +15V를 받는다. +15V의 직류 신호는 제너 다이오드(500)를 역 바이어스한다. 제너 다이오드 양단의 역 바이어스 전압, 전류 강하는 온도의 함수이다. 다이오드 양단의 전압 강하는 라인(502,504)을 통해 멀티플렉서(292)에 입력된다. 각 온도 센서는 멀티플렉서(292)와 동일하게 접속된다.

멀티플렉서(494)는 4개의 입력 포트를 가지며, 이중 세 개가 접속된다. 제1입력 포트는 조정 전압 발생기(506)에 접속된다. 상기 전압 발생기는 정밀 제어된 전압이 멀티플렉서 입력측으로 출력되며, 열적으로 매우 안정하다. 즉 전압원(506)의 출력한 기준 전압은 모든 온도에서 약간만 변동한다.

이 전압은 CPU(450)가 시시각각 판독되어서 상기 기준 전압을 표시하는 저장된 상수와 비교된다. 만일 기준 전압이 설치시에 기준 전압과 차이가 있을 경우에, 온도 감지를 위한 전자 회로가 변동하였음을 인지하여, 온도 측정 공정시에 정확한 제어를 위하여 이들 출력을 제어한다.

멀티플렉서(494)의 그 밖의 입력은 라인(510)을 통해서 RMS-to-DC 컨버터 회로(512)에 접속된다. 이 회로는 스텝-다운 변환기(516)에 접속된 입력(514)을 가지며, 교류 전원 입력(518)에서 기존의 전압에 비례하는 입력측의 교류 전압을 받는다.

RMS-to-DC 컨버터(512)는 교류 전압을 정류하여, 라인(518)상의 교류 입력 전압에 비례하는 라인(510)상의 직류 전압을 발생하기 위하여 그것을 평활화한다.

4개의 구동기(530,532,534)는 3개의 막 가열기 존중의 하나에 대한 전력을 제어한다. 이들 가열기 존은 블록(254,260/262,250/258)으로 표시된다. 구동기(536)는 열 차단 스위치(546)를 통하여 블록(544)으로 표시된 가열 커버에 대한 전원을 제어한다. 막 가열기의 가열기 존은 블록 열 차단 스위치(548)에 의해 보호된다. 열 차단 스위치의 목표는 구동기의 결함 리드가 불완전한 간격에 있는 경우에, 가열 커버상의 막 가열기/샘플 블록 용융을 방지하는 것이다. 만일 용융이 있는 경우에, 열 차단 스위치는 열 상태를 감지하여 구동기를 라인(552 또는 554)상의 신호를 분로한다.

막 가열기의 메인 가열기 존은 360와트가 가해지는 반면에, 매니폴드 및 엣지 가열기 존은 각각 180와트, 170와트가 가해진다. 구동기는 모토로라 MAC15A10 15 앰프이다.

각 가열기 존은 2개의 전기적 절연부로 분산된다. 2개의 밸브는 150 볼트 RMS보다 작은 518 볼트 RMS에서 라인 전압과 병렬 접속된다. 이보다 큰 라인 전압에 대하여, 2개의 밸브는 직렬 접속한다. 이와 또다른 접속은 “개별적” 플러그(550)를 통해 실현된다.

막 가열기 존에 대한 교류 전원은 라인(559)이다. 가열 커버에 대한 교류 전원은 라인(560)이다.

제로 교차 검출기(566)는 교류 전원의 각 제로 교차점에서 라인(568)에 펄스를 발생하여 기본 시스템 타이밍을 제공한다. 제로 교차 검출기는 아날로그 접지로 언급된 National IM 311N이며, 25mV 히스테리시스를 가진다. 제로 교차 검출기는 교류 신호를 0에서 5.52볼트로 출력한 변압기(516)로부터 자신의 입력을 취한다.

전력 변압기(570)는 교류 전력을 램프 및 바이어스 냉각 채널을 통해 냉각을 펌프하는 펌프(41)로 교류 전류를 공급한다. 냉각장치(40)는 플러그(50)를 통해 변압기(570)로부터 자신의 전력을 받는다. 변압기(550)는 전력을 3개의 조정된 전원(572,574)과 조정되지 않은 전원(576)에 공급한다.

온도의 정확한 조정을 위하여, 조정 전압 발생기(506)는 박막의 온도 드리프트 20KΩ 레지스터를 사용한다. 저항기는 디지털 값으로 전환하기 전에 선택 온도 센서로부터 출력 전압을 증폭하는 아날로그 증폭기의 이득을 설정하는데 사용된다. 이들 저항은 5ppm/℃만 표류한다.

온도 센서들은 이들을 40℃에서 온도 제어형 용기에 설치함으로서 멀티플렉서(492)의 입력측에서 실제 출력 전압을 측정한다. 온도 센서는 95℃의 용기에 위치하며, 이들 출력 전압은 동일 위치에서 측정된다. 조정 전압 발생기(506)의 출력 전압은 멀티플렉서(494)의 입력측에서 측정된다. 각 온도에 대하여, 각 온도 센서 출력치와 조정 전압 발생기(506)의 조정 전압으로 발생된 전압에서 초래된 디지털 출력치와의 디지털 출력차이가 측정된다. 온도의 변동에 대한 조정을 위하여 각 온도 센서에 대한 조정 상수가 계산된다.

샘플 블록 온도 센서는 또다른 눈금 측정 과정이 이루어진다. 이러한 절차는 샘플 블록을 2개 온도차를 포함한다. 각 온도 레벨에서, 16개의 다양한 샘플벽에서 실제 온도는 0.02℃ 범위까지 정확한 16RTD 열쌍 프로브를 이용하여 측정된다. 블록의 온도에 대한 평균 프로파일이 발생되어서, A/D 컨버터(464)의 출력이 샘플 블록 내에 있는 블록 온도 센서로서 측정된다. RTD 프로브에서 측정된 실제 블록 온도로부터, 추가 조정 인수가 조정된다. 발생된 조정 인수는 밧데리 백업 RAM(458)에 저장된다. 이들 조정 계수가 시스템에 대해 조정하면, 시스템이 조정 시간에 누락된 전기적 특성에서 표류하지 않는다. 따라서, 낮은 드리프트 회로를 선택하고 극소의 드리프트 저항을 사용하는 것이 중요하다.

CPU(450)가 샘플 블록 온도를 제어하는 방식은 이하의 제어 프로그램을 참조하면 용이하게 이해할 수 있다. 제47도의 전자 회로를 참조하여 PCR 프로토콜을 실행하는 제어 소프트웨어를 설명한다.

제로 교차 검출기(566)는 출력 버스(568)내에 2개의 출력을 가진다. 이들 출력중의 하나는 A.C 신호의 양방향 이동에 대해 음의 펄스를 출력한다. 나머지 출력은 제로 기준 전압의 A.C 신호의 음방향 이동에 따라 음의 펄스를 발생한다.

도면번호(580)로 표시된 2개의 펄스는 하나의 완전 주기이다. 그것은 20ms 샘플 주기를 한정하는 버스(568)상의 펄스열이다.

제49도는 대표적인 샘플 주기이다. 제49도에서 각 “틱(tick)” 표시는 한 주기를 표시한다. 각 200msec 동안에, CPU(450)는 사용자 설정의 샘플 블록 온도를 유지하는데 필요한 냉각, 가열 온도를 계산한다. 각 막 가열기 존에서 필요한 전력량은 하프 사이클의 수로 전환되며, 각 가열기 존은 다음의 200msec 샘플 기간동안 오프를 유지한다. 계산이 행해지는 현재 샘플 기간에 전후하여, CPU(450)는 PIT(472)에서 4개 타이머 각각을 지정한다. CPU는 하프 사이클을 표시하는 “현재” 계수치의 데이터를 기록한다. 제49도에서, 상기 데이터는 다음 샘플 기간의 개시시간(592)전에 타이머를 기록한다. 94℃까지의 램프는 시간(592),(594)간의 샘플 간격을 포함하는 간격에 대해 사용자 설정 데이터를 호출한다.

따라서, 막 가열기는 최대 기간일 것이다. 이 경우, CPU(450)는 간격(590)에 중심 존 가열기와 관계된 PIT(472)의 카운터에 3을 기록한다. 이러한 기록 동작은 타이머로 하여금 “셔트 오프” 신호를 상기 가열기를 제어하는 버스(592)의 특정 제어 라인상에 자동적으로 발송하게 한다. 이러한 “셔트 오프” 신호는 PAL(484)로 하여금 중심 존과 관련된 버스(538)의 신호라인중의 특정한 하나에 “셔트 오프” 신호를 발송하게 한다. 트리액 구동기(530)는 그후 다음 제로 크로싱 즉, 시간(592)에서 셔트 오프한다. PIT는 PAL(484)로부터 라인(594) 상의 양방향 펄스열을 받는다. 중심막 가열기 존과 관계된 PIT(472)의 타이머는 라인(594)상의 사이클 표시 펄스를 이용하여 현재 계수치에서 감산해간다. 제3의 하프 사이클의 종단에서, 상기 타이머는 0에 도달하고, 버스(592)상의 출력 신호 라인을 변경시킨다. 오프에서 온으로의 변동을 제49도의 (596)으로 표시하였다. 이 변동치는 PAL(484)와 교신하여, 버스(538)에서 적정한 출력 신호의 상태를 변경시키고, 제3 제로-교차점에서 구동기(530)을 전환한다. 이것은 무선 주파수의 간섭이나 잡음을 최소화한다. 계산된 양의 전력에 따라 막 가열기에 대한 각 하프 사이클 부분을 스위칭하는 기법으로 또다른 실시예를 구성할 수 있음을 주목하자.

PIT(472,474)의 그밖의 타이머는 가열기 존과 CPU가 계산된 전력에 따라 가열 커버에 인가된 전력을 관리하는 방식과 유사하다.

램프 냉각은 주변 인터페이스(482)를 통해 CPU(450)가 직접 제어한다. 각 샘플 기간에 행해진 가열/냉각 전력 계산이 램프 냉각 전력이 필요한 것으로 계산될 때에, CPU(450)는 주변 인터페이스 제어기(PIC, 482)를 지정한다. 데이터 워드는 출력선(600)을 하이 상태로 하기 위하여 레지스터에 기록한다. 이 출력선은 한 쌍의 단안정 멀티바이브레이터(602,604)를 트리거하여, 라인(606,608)에 단일 펄스를 각각 발생한다. 이들 각 펄스는 1 암페어 이하, 약 100ms 기간에서 피크 전류를 가진다. 이들 펄스의 목표는 램프 냉각 유속을 신속히 전환하기 위하여 램프 냉각 채널을 통해 흐르는 유속을 제어하는 솔레노이드 밸브 코일을 구동하는 것이다. 라인(606)의 펄스는 구동기(610)가 솔레노이드 작동 밸브중의 하나에 대한 솔레노이드 한편에 접속된 라인(612)을 접지시키도록 한다. 코일(614)의 그밖의 단자는 전원(576)으로부터 +24V DC에서 전원 “레일”(616)에 접속된다. 하나의 쇼트(602)는 한 방향에 대해 램프 냉각 솔레노이드를 제어한다.

동시에, 라인(600)상의 RCOOL 신호의 작용은 구동기(618)를 작동시킨다. 구동기(5)는 전류 제한 레지스터(620)를 통해 라인(612)을 접지시킨다. 상기 전류 제한 레지스터의 값은 라인(622)에 흐르는 전류가 솔레노이드 밸브(614)를 개방하는데 필요한 홀드 전류와 같게 된다.

솔레노이드 코일은 솔레노이드 동작 밸브를 온시키는데 필요한 전달 특성을 가진다. 라인(606)상의 100msec 펄스가 발생될 때에, 구동기(612)는 전류를 보유하기 위하여 레지스터(620), 구동기(618)와 접지를 통해서 라인(612)을 접지시킨다.

솔레노이드 밸브(614)는 1/2 램프 냉각 튜브에서 샘플 블록을 통해 램프 냉각제의 유속을 제어한다. 그밖의 솔레노이드 동작 밸브(624)는 반대 방향으로 샘플 블록을 통해서 냉각제 유속을 제어한다. 상기 밸브(614)는 구동(626,628), 샷(604), 라인(608)에 의해 솔레노이드 구동 밸브로서 정확히 구동된다.

램프 냉각은 모든 샘플 기간에 필수적이다. 제어 소프트웨어의 PID 업무가 블록 온도를 측정하여 블록 온도와 비교할 때에, 라인(600) 상의 RCOOL 신호가 동작하지 않는다.

이것은 PIC(482)를 어드레싱하고 PIC(482) 내의 레지스터내의 비트 상태를 역전시키는 데이터의 기록을 CPU(450)가 행함으로써 행해진다.

PIT(474)는 20Hz 인터럽트를 측정하는 2개의 타이머와, 샘플 블록이 가열될 때에 표시하는 가열 LED를 가진다.

시스템은 비퍼 원 샷(630)와 비퍼(632)를 가져서, 부정확한 키스트로크가 있을 때에 사용자에게 경고한다.

프로그램 가능 인터럽트 제어기(476)는 7개의 인터럽트, 즉 레벨 1-테스트; 레벨 2-20Hz; 레벨 3-전송 준비; 레벨 4-수신준비; 레벨 5-키보드 인터럽트; 레벨 6-메인 가열기 턴 온; 레벨 7-A.C. 라인 제로 크로싱을 검출하는데 사용된다.

주변 인터페이스 제어기(482)는 멀티플렉서(492,494)를 제어하기 위한 4개의 출력을 가진다. 이들 신호 MUX1 EN, MUX2 EN은 2개의 멀티플렉서(492,494)를 동작시키며, 신호 MUX0, MUX1은 증폭기(578)에 입력을 위해 선택될 채널을 제어한다. 신호는 2개의 멀티플렉서에서 한 채널만이 임의의 시간에 선택되도록 관리된다.

RLTRIG^*신호는 TIMEOUT EN^*를 통해 가열기를 작동시키기 전에 대기하는 소정의 간격을 가진다. CPU(450)는 PIC(482)를 어드레스하고 데이터를 레지스터에 기입을 행하여, 라인(634)상의 신호가 하나의 샷(632)를 트리거한다.

PIC(482)가 가열된 커버와 샘플 블록 가열기를 인에이블하기 위한 출력 COVHTR EN^*과 BLKHTREN^*를 가진다. 이들 신호는 액티브 로우이며, CPU(450)에 의해 제거된다. 이들은 버스(636)를 통해 PAL(484)로 출력한다.

PIC(482)는 비퍼 원 샷(630)을 제어하기 위하여 버스(640)상에 BEEP, BEEPCLR^*신호를 출력한다.

PIC(482)는 EPROM(456)의 하이 어드레스 선택과 밧데리 RAM(458)의 로우 어드레스 선택간에 페이지를 전환하는데 사용되는 MEM1 신호를 출력한다. 2개의 PAGE SEL0, PAGE SEL1 신호는 EPROM 내의 4개의 16페이지를 선택하기 위해 출력된다.

4개의 온도 센서는 National LM 13 제너 다이오드형 센서로서, 제너 전압/온도는 100mV/°K이다. 제너 다이오드는 20K 레지스터(496)를 통해 조정된 전압 공급원(498)으로부터 추출된다. 제너 다이오드에 흐르는 전류 0℃-100℃ 작동 범위에서 약 500-615μA로 변한다. 제너 다이오드 열은 상기 범위에서, 1.68mW-2.10mV로 변한다.

멀티플렉서(492,494)는 DG409 아날로그 스위치이다.

라인(488,490)상의 전압은 전달함수 V_out=3*V_IN-7.5인 AD625KN 증폭기로 증폭된다. A/D 컨버터(486)는 0-5V 입력 범위인 AD7632이다. 0℃-100℃에서 2.73-3.73V인 제어 온도 센서에서, 증폭기(578)의 출력은 A/D 입력 범위에서 안정된 0.69V-3.69V이다. 매우 정확한 시스템 성능의 핵심은 주위 온도의 변동에 대해 낮은 드리프트를 가져야 한다. 이러한 목표는 정확한 기준 전압원 즉, 조정 전압 발생기(506)를 사용하고, 계속해서 온도 센서의 출력과 라인(510)상의 AC 라인 전압을 모니터하는데 사용되는 동일한 체인의 전자회로를 통하여 그것의 출력을 모니터하므로써 달성된다.

조정 전압 발생기(506)의 조정 전압은 라인(650),(652)상에 2개의 정밀 전압을 출력한다. 하나의 전압은 3.75V, 다른 전압은 3.125V이다. 이 전압은 레지스터간에 0.05%의 정합율과 5ppm/degree 온도의 집적된 박막 레지스터를 이용하여 조정 공급 전압에 의하여 구해진다. 조정 전압 발생기는 A/D 컨버터 전압으로 -5V, 증폭기 오프셋으로서 -7.5V를 발생한다. 이들 2개의 전압은 A/D 486 및 증폭기(578)와 교신한다. 이들 2개의 음전압은 박막 레지스터 네트워크와 OP 27 GZ 연산 증폭기를 이용하여 발생된다. 연산 증폭기(578)에 대한 이득 설정 레지스터는 드리프트가 작고 박막의 정합 레지스터이다.

본 발명의 소프트웨어는 프로그램을 용이하게 하면서 복잡한 PCR 열주기 프로토콜을 제어하기 위해 개발되었다. 또한 전원 불량시 샘플의 집적도를 제공한다.

제53,54도의 전원 자체 검사는 운용자가 시스템을 최적으로 사용하게 한 후에, 본 발명의 사용자 인터페이스는 샘플, 상부 메뉴를 제공하며, 실행, 편집등을 할 수 있다. 여기서는 사전 디폴트 파일이 튜브용 시간과 온도로 신속히 편집되기 때문에 프로그래밍이 필요하다. 파일 보호 장치는 임의의 사용자에게 변동되는 것을 방지한다. 파일은 소정의 온도를 유지하기 위해 일군의 명령어로 구성된다. 복잡한 프로그램은 방법을 행하기 위해 파일을 서로 연결시킴으로서 생성된다. 4℃ 배양기와 같은 일반 파일은 다른 사용자에 의해 생성된 방법과 겸용할 수 있다. 새로운 형태의 파일, 즉 AUTO 파일은 사용자가 파라미터를 제어하기 위해 특정 형태의 변동을 지정하는 PCR 사이클링 프로그램이다. 정확한 제어와 신뢰성있는 방법으로서, 온도는 0.1℃로 안정되고, 시간은 짧은 시간으로 프로그램된다. 본 발명은 리젠트 추가 또는 특정 사이클에서 튜브의 제거 기간에 설정점에서 예약 정지를 할 수 있다.

본 발명의 시스템은 500 레코드 내력 파일을 기록할 수 있다. 이것은 사용자가 각 사이클에서 각 단계를 검토하고, 비정상과 관계된 특정 상태와 에러 메시지를 플래그한다.

최적의 프린터에 있어서, 파일, 하드카피와 방법 파라미터, 실행시간/온도 데이터, 구성 파라미터 및 저장 파일 디렉토리를 제공한다.

재생 열 사이클링을 위하여, 계산된 샘플 온도는 각 사이클의 램프 및 홀도 세그먼트 기간에 표시된다. 설정온도 보다 낮은 온도는 램프시간 클럭과 홀드시간 클럭을 트리거하는데 사용된다.

진단 검사는 가열 및 냉각 시스템 상태를 검사하기 위하여 사용자가 할 수 있다. 또한 시스템 성능 프로그램은 보조 시스템 평가를 수행하고, 요약 상태 레포트를 발생한다.

제어 펌웨어는 다음 목록으로 구성된다.

-진단

-측정

-설치

-실시간 작동 시스템

-시스템이 관리하는 9개 우선 순위 태스크

-개시 순서

-사용자 인터페이스

다양한 부분의 하드웨어가 문자 표현 또는 유도 코드로 기술할 수 있다.

펌웨어의 특징은 다음과 같다.

1. +/-0.1℃ 범위에서 평균 샘플 블록 온도를 관리하고, +/-0.5℃ 범위에서 온도 불균일성을 유지하는 제어 시스템.

2. 라인 전압 변동과 전자 온도 드리프트를 위해 측정 및 보상하는 온도 제어 시스템.

3. 시스템 부품의 작동 결정을 위한 전원 진단장치.

4. 최고의 성능을 위해 가열 및 냉각 시스템을 개선하는 설치 프로그램 진단 장치.

5. 작동자 매뉴얼에 따라 설치 동작을 허용하는 메뉴 구동 시스템을 채용한 논리 구성 사용자 인터페이스.

6. 17PCR 프로토콜까지 연결.

7. 150PCR 프로토콜을 저장.

8. 이전 실행의 500 이벤트까지 기록하는 히스토리 파일.

9. 최대 온도 정확성을 위해 실행의 시작에서 반응 용적 및 튜브 크기 형태를 한정하고, PID 태스크에서 tau(튜브 시상수)를 변경하고 사용자 인터페이스의 일부분으로서 제어하는 능력.

10. 전원 불량을 개선하기 위해, 시스템은 샘플 블록을 4℃까지 올려서 샘플 칸막이에 있는 샘플을 저장한다. 분석기는 절차에 따라 기간을 작성한다.

11. 인쇄 태스크로서 “실행시간” 파라미터 및 저장 PCR 프로토콜 파라미터인 히스토리 파일 내용 인쇄.

12. 임의의 휴지 상태동안 장치가 되돌아 가도록 구성하는 능력.

13. 세트포인트 온도가 합당한 양의 시간으로 도달했는지를 체크하는 능력.

14. RS 232 포트를 통해 장치를 원격으로 제어하는 능력.

이하에 진단의 여러 레벨이 있다.

일련의 파워-업 테스트가 장치가 개시되는 매번 자동적으로 수행된다. 그들은 사용자 중재없이 하드웨어의 임계 영역을 평가한다. 부품 고장을 검출하는 임의의 태스크도 다시 실행될 것이다. 테스트가 두 번 실패한다면, 오류 메시지가 디스플레이되고 키보드는 사용자가 계속하는 것을 막기 위해 전자적으로 잠겨진다.

다음 영역이 테스트된다.

프로그래머블 주변 인터페이스 장치

배터리 RAM 장치

배터리 RAM 체크섬

EPROM 장치

프로그래머블 인터페이스 타이머 장치

클럭/칼렌다 장치

프로그래머블 인터럽트 제어기 장치

아날로그 디지털 섹션 온도 센서

적당한 구성 플러그 검사

일련의 서비스 중 진단만이 숨겨진 키스트로크 순서(즉, 고객에게 알려지지 않은)를 통해 제조업자의 위치에 있는 최종 테스터 또는 필드 서비스 엔지니어에게 이용 가능하다. 많은 테스트들이 그들이 99번까지 연속해서 실행될 수 있다는 것을 제외하고는 개시 진단에 있는 것과 동일하다.

다음 영역들이 테스트된다.

프로그래머블 주변 인터페이스 장치

배터리 RAM 장치

배터리 RAM 체크섬

EPROM 장치

프로그래머블 인터페이스 타이머 장치

클럭/칼렌다 장치

프로그래머블 인터럽트 제어기 장치

아날로그 디지털 섹션

RS-232 섹션

디스플레이 섹션

키보드

비퍼

램프 냉각 밸브

EPROM 비정합을 체크

펌웨어(Firmware) 버젼 레벨

배터리 RAM 체크썸 및 초기화

자동개시 프로그램 플래그

클리어 조정 플래그

가열된 커버 가열기 및 제어 회로

엣지 가열기 및 제어 회로

매니폴드 가열기 및 제어 회로

중앙 가열기 및 제어 회로

샘플 블록 열 컷오프 테스트

가열된 커버 열 컷오프 테스트

사용자 진단은 또한 사용자로 하여금 빠른 냉.온 램프 확인 테스트 및 가열 및 냉각 시스템의 다방면에 걸친 확인을 실행하게 하는데 유용하다. 이들 진단은 또한 사용자로 하여금 히스토리 파일을 검토하게 해주며, 상기 히스토리 파일은 이전 실행에서 발생된 사전의 연속적인 기록이다. 상기 기록은 시간, 온도, 세트포인트 수, 사이클 수, 프로그램 수 및 상태 메시지를 포함한다.

원격 진단은 RS-232 포트를 경유하여 외부 컴퓨터로부터 시스템 제어를 허용하기에 유용하다. 제어는 서비스 진단 및 장치 조정에만 제한된다.

가열기 저항등과 같이 다양한 파라미터를 결정하기 위한 조정이 실행된다. 조정 스크린에 대한 접근은 “숨겨진” 키 시퀀스(즉, 고객에게 공지되지 않은)에 의해 제한된다. 다음의 파라미터가 조정된다.

구성 플러그는 급냉 유니트, 샘플 블록 가열기, 냉각 펌프 및 적절한 전압 및 주파수(100V/50Hz, 100/60Hz, 120/60Hz, 220/50Hz 또는 230/50Hz)를 위한 전원을 리와이어하는 모듈이다. 상기 사용자는 설치된 구성 플러그의 형태를 기입한다. 상기 펌웨어는 샘플 블록 가열기의 등가 저항을 계산하는데 이 정보를 사용한다. 파워-업에 따라, 상기 시스템은 선택된 상기 구성 플러그가 현재의 라인 전압 및 주파수와 일치하도록 해준다.

상기 가열기 저항은 전달된 가열기 파워의 정확한 계산이 이루어질 수 있도록 조정 공정에서 결정되어야만 한다. 상기 사용자는 여섯 개의 샘플 블록 가열기(두 개의 메인 가열기, 두 개의 매니폴드 가열기 및 두 개의 엣지 가열기)의 실제 저항을 기입한다. 상기 구성 플러그는 물리적으로 220-330 VAC에 대해 가열기를 직렬로 와이어링하며 100-120 VAC 동작에 대해 병렬로 와이어링한다. 상기 펌웨어는 이하의 공식에 의해 세 개의 가열기 각각의 등가 저항을 계산한다.

상기 등가 저항은 샘플 블록에 대한 가열 파워의 정확한 량(파워=전압²×저항)을 전달하는데 사용된다.

A/D 회로의 칼리브레이션은 온도가 정확히 측정될 수 있도록 하는데 필요하다. 이것은 두 개의 테스트 포인트 전압(CPU 보드상에서의 TP6 및 TP7)을 측정하고 이 측정된 전압을 기입하므로써 실행된다. 각각의 전압에서 A/D의 출력은 2 포인트 칼리브레이션 곡선의 기초를 형성한다. 이들 전압은 5volt 정밀 소스로부터 취해지며 정확한 온도와 무관하다. 각 런의 개시에서, 이들 전압은 A/D 출력에서의 모든 변화가 아날로그 체인(멀티플렉서, 아날로그 증폭기 및 A/D 컨버터)에 있어서의 온도 의존상태에 의해 기인되기 때문에 온도로 인한 전자 드리프트를 측정하도록 본 시스템에 의해 판독된다.

네 개의 온도 센서(샘플 블록, 대기, 냉각제 및 가열된 커버)의 칼리브레이션이 정확한 온도 측정을 위해 실행된다. 장치 설치에 앞서 대기, 냉각제 및 가열된 커버 온도 센서가 그들의 출력이 기록되는 중탕 냄비(XX.X℃ 및 YYYY mV) 안에 위치하게 된다. 그때 이들 값은 본 시스템으로 기입된다. 이 영역에서의 온도의 정확도가 결정적이지 못하기 때문에, 1포인트 칼리브레이션 곡선이 사용된다.

상기 샘플 블록 센서는 상기 장치안에서 칼리브레이트 된다. 15 정밀 온도 프로브의 어레이는 양호한 실시예에 있어서 샘플 블록 안에 전략적으로 위치하게 된다. 상기 온도 프로브의 출력은 컴퓨터에 의해 집중되고 균분된다. 펌웨어는 상기 블록이 40℃로 가게 한다. 짧은 안정 기간후 사용자는 15 프로브에 의해 판독된 바와 같은 평균 블록 온도를 기입한다. 이 과정은 95℃에서 반복되며, 2포인트 칼리브레이션 곡선을 형성한다.

AC/DC 라인 전압 샘플링 회로의 칼리브레이션은 두 개의 주어진 AC 입력 전압에 대한 AC/DC 회로의 출력을 본 시스템에 기입하므로써 실행되며, 2포인트 칼리브레이션 곡선을 형성한다. 상기 회로의 출력은 원하는 범위(90 내지 260VAC)에 걸쳐 선형이 아니므로 그에 따라 각 단부(100 및 120, 220 및 240VAC)에서 2포인트를 필요로 하나, 단지 현재의 입력 전압에 기초한 한 세트만을 사용한다.

AC 전압의 정확한 측정은 샘플 블록으로 정확한 량의 파워(파워=전압²×저항)를 전달하는데 필요하다.

인스톨(Install) 프로그램은 냉각 및 가열 시스템의 광범위한 테스트를 실행하는 진단 도구이다. 인스톨은 제어 냉각 컨덕턴스, 10℃ 및 18℃에서의 램프 냉각 컨덕턴스, 10℃ 및 20℃에서의 냉각 파워, 샘플 블록 열적 및 냉각 능력 및 샘플 블록 센서 랙을 측정 및 계산한다. 인스톨의 타켓트는 세 개로 볼 수 있다.

1. 최저 또는 불완전한 부품을 발견하기 위해,

2. 주어진 장치에 대한 제어 시스템을 완벽하게 활용하도록 배터리가 충전된 RAM 안에 저장된 시스템 상수로써 측정된 몇몇 값을 사용하기 위해,

3. 시간이 지남에 따라 가열 및 냉각 시스템의 성능 저하를 측정하기 위해,

인스톨은 본 시스템이 적재되기 전에 한번 실행되고 사용전이나 또는 주요 콤포넌트가 대체될 때면 언제나 턴되어야만 한다. 상기 인스톨 프로그램은 사용자 진단하에서 사용자에 의해 또한 수행될 수도 있다.

상기 가열기 핑(ping) 테스트는 현재의 라인 전압에 대해 상기 가열기가 적절하게 구성되게 해준다(즉, 90-132 VAC에 대해서는 병렬로 구성되고, 208-264 VAC에 대해서는 직렬로 구성된다). 상기 펌웨어는 샘플 블록에 대해 파워 버스트를 제공한 후 10초의 시간 주기동안 온도 상승을 모니터한다.

상기 온도 상승이 일일이 지정된 램프 레이트 윈도우 밖에 존재할 경우, 상기 가열기는 현재의 라인 전압에 대해 부정확하지 와이어링되고 상기 인스톨 공정은 종결된다.

상기 제어 냉각 컨덕턴스 테스트는 제어 냉각 통로에 대한 샘플 블록 양단의 열 컨덕턴스 Kcc를 측정한다. 이 테스트는 샘플 블록 온도를 60℃까지 구동하고(램프 밸브가 닫혀짐) 30초 시간 주기에 걸쳐 60℃에서 상기 블록을 유지하는데 필요한 가열기 파워를 조정하므로써 실행된다.

상기 조정된 파워는 상기 구간에 걸쳐 상기 블록과 냉각 온도 사이의 차의 합계에 의해 분배된다.

대표적인 값은 1.40 내지 1.55watts/℃이다. 낮은 Kcc는 차단된 라이너를 나타낸다. 높은 Kcc는 완전히 닫혀지지 않은 램프 밸브, 라이너의 외부 직경으로의 냉각제의 누출, 또는 시프트되는 라이너 등을 초래할 수도 있다.

블록 열 용량(Blk Cp) 테스트는 우선 블록을 35℃에서 제어한 후 최대 파워를 20초 동안 가열기에 인가시키므로써 샘플 블록의 열 용량을 측정한다. 상기 블록 열 용량은 블록 온도에 있어서의 차만큼 분배된 전체 파워에 일치한다. 정확도를 증가시키기 위해, 바이어스 냉각 파워의 결과는 전체 파워로부터 감산된다.

여기서,

램프시간=20초

가열기 파워=500watts

제어냉각=(Σ블록-냉각 온도)*Kcc

델타온도=TBlock_t=20-TBlock_t=0

블록 Cp의 대표값은 540watt-seconds/℃±30이다.

표준 kcc값을 가정했을 경우, 블록 열 용량에 있어서의 증가는 폼 백킹(foam backing)에 있어서 수분, 샘플 블록 주위의 절연 손실과 같은 열 부하의 증가, 또는 여섯 개의 가열기 존중 하나의 감퇴 또는 가열기 존을 구동하는 전자 회로의 감퇴와 같은 가열기 파워에 있어서의 감소, 또는 부정확하게 와이어링된 전압구성 모듈을 초래하게 된다.

급냉기 테스트는 10℃ 및 18℃에서 Watts로 시스템 냉각 출력을 측정한다. 소정의 온도에서 시스템 냉각 파워, 또는 급냉기 출력은 상기 온도에서의 열부하의 합계에 일치한다. 주요 콤포넌트는 1. 주어진 온도에서 블록을 유지하는데 필요한 가열 파워, 2. 본 시스템 주위의 냉각제를 순환시키는데 사용되는 펌프에 의해 분산되는 파워, 및 3. 주위에 대한 냉각 라인에 있어서의 손실을 들 수 있다. 상기 급냉기 파워 파라미터는 10℃ 또는 18℃에서 냉각 온도를 제어하거나 32초 동안에 걸쳐 일정한 냉각 온도를 유지하기 위해 샘플 블록에 인가된 파워를 적분시키므로써 측정될 수 있다. 상기 블록과 냉각 온도 사이의 차이는 주위 온도에 대한 손실을 계산하도록 통합된다.

여기서, 가열 파워=32초의 시간동안 10℃ 또는 18℃에서 냉각을 유지하는데 필요한 가열 파워의 합

펌프 파워=순환 펌프, 12와트

Kamb=주위, 20watts/℃에 대한 컨덕턴스

블록-냉각 온도=32초의 시간동안 블록 및 냉각 온도에 있어서의 차의 합

급냉기 파워에 대한 대표값은 10℃에서 230Watts±40이고, 18℃에서 370Watts±30이다. 낮은 급냉기 파워는 팬 경로, 불완전 팬 또는 최저 또는 결점이 많은 급냉기 유니트에 있어서의 차단으로 인해 초래될 수 있다. 그것은 또한 잘못 와이어링된 전압 구성 플러그로 인해 초래될 수 있다.

램프 냉각 컨덕턴스(Kc) 테스트는 램프 및 제어 냉각 통로에 대해 샘플 블록 양단에 10℃ 및 18℃의 열 컨덕턴스를 측정한다. 이 테스트는 10℃ 또는 18℃에서의 냉각 온도를 우선 제어하고 30초 시간동안 이 시간 간격 동안의 블록과 냉각 온도의 차이에 의해 분배된 소정의 온도에서 냉각제를 유지하는데 인가된 가열 파워를 적분하므로써 실행된다.

Kc에 대한 대표값은 10℃에서 28watts/℃±3이고 18℃에서 31watts/℃±3이다. 낮은 Kc가 폐쇄되거나 차단된 램프 밸브, 비틀린 냉각 터빙, 약한 펌프 또는 단단한 물/프레스톤 혼합물로 인해 초래될 수 있다.

센서 랙(lag) 테스트는 우선 35℃에 대한 블록 온도를 제어하고 2초 동안 500watts의 가열기 파워를 인가시킨 후 1℃ 상승시키는데 블록에 필요한 시간을 측정하므로써 블록 센서 랙을 측정한다. 대표값은 13 내지 16 유니트이며, 이때 각 유니트는 200ms에 일치한다. 느리거나 또는 긴 센서 랙이 열 그리스의 부족, 빈약하게 기계처리된 센서 공동 또는 불량 센서와 같은 센서와 블록 사이의 불량 인터페이스로 인해 초래될 수 있다.

나머지 인스톨 테스트는 일반적으로 상기 인스톨 프로그램에 의해 실시되지만 그것이 계산된 값이라는 사실로 인해 제한된 진단 타켓트를 가지게 되며 또는 그것의 결과가 문제의 소스를 정확하게 결정하지 못하는 많은 변수의 함수가 된다.

상기 인스톨 프로그램은 18℃와 10℃ 사이에서 램프 냉각 컨덕턴스(Sc)의 경사도를 계산한다. 이것은 컨덕턴스 곡선의 선형성의 측정치이다. 그것은 또한 0℃에서의 램프 냉각 컨덕턴스를 어림하는데 사용된다. 대표값은 0.40±0.2이다. 값에 있어서의 전개는 그것이 근사치라는 사실을 증명한다.

상기 인스톨 프로그램은 냉각 컨덕턴스 Kco를 계산한다. Kco는 0℃에서 냉각 컨덕턴스의 근사치이다. 상기 값은 10℃에서의 실제 컨덕턴스로부터 외삽된다. 대표값은 23Watts/℃±5이다. 사용된 공식은 다음과 같다.

상기 인스톨 프로그램은 전체 냉각 스트림(냉각제, 플러밍 라인, 열 교환기, 및 밸브)의 열 용량의 근사치인 냉각제 용량(Cool Cp)을 계산한다. 상기 냉각제 용량은 상기 냉각제에 대해 열을 제공하는 콤포넌트 마이너스 상기 냉각제로부터 열을 제거하는 콤포넌트에 일치한다. 이들 콤포넌트를 측정하고 계산하는데 사용된 기계 장치는 복잡하며 소스 코드 기술부에 있어서 상세하게 기술된다. 이 측정에 있어서, 상기 냉각제는 10℃에서 안정된다. 128초의 주기동안 최대 가열기 파워가 샘플 블록에 인가된다.

-Block Cp^*(Tblock_t=0-Tblock_t=128)

-Tcool_t=0와 Tcool_t=128사이의 평균 급냉기 파워

{ }안의 문자는 소스 코드에 사용된 이름이다.

[가열기-핑 테스트 의사 코드]

가열기 핑 테스트는 가열기가 현재의 라인 전압에 대해 적절하게 와이어링되게 해준다.

공지된 안정 포인트에 대해 샘플 블록 및 냉각제를 취한다.

램프 냉각 밸브를 턴 온.

5℃로 내려갈 때까지 블록 및 냉각제를 기다림.

램프 냉각 밸브를 턴 오프.

10초 시간 간격동안 블록 온도 강하를 측정하므로써 제어 냉각의 냉각 효과를 측정한다. 측정을 하기 전에 안정을 위해 10초간 기다린다.

10초 대기

temp1=블록 온도

10초 대기

temp2=블록 온도

{tempa}=temp2-temp1

실제로 측정된 라인 전압을 포함하는 변수 {라인볼트}를 검사한다. 190V보다 큰 라인 전압에 대해 75watts를 가진 펄스가 가열기에 제공되고 140V 보다 적을 경우 300Watt가 제공된다.

if({라인볼트}>190볼트) then

175Watts를 가열기에 전달

else 300Watts를 가열기에 전달

10초 시간 간격동안 온도 상승을 측정한다. 상기 결과는 0.01°/second에 있어서 평균 열 속도이다.

temp1=블록 온도

10초 대기

temp2=블록 온도

{tempb}=temp2-temp1

참 가열 속도를 계산하기 위해 제어 냉각 이펙트(effect)로부터 평균 열 속도{tempb}를 감산한다.

열 속도를 계산한다. 220V-230V에 대해, 가열 속도는 0.30°/second보다 작아야 한다. 100V-120V에 대해, 가열 속도는 0.30°/second보다 커야 한다.

if(라인 전압=220V 및 가열-속도>0.30°/second)

then 에러->120으로 와이어된 가열기

키보드 잠금

if(라인 전압 120V 및 가열-속도>0.30°/second)

then 에러->220으로 와이어된 가열기

키보드 잠금

[KCC 테스트 의사 코드]

이 테스트는 Kcc로 공지된 제어 냉각 컨덕턴스를 측정한다. Kcc는 60℃의 블록 온도에서 측정된다.

블록을 60℃로 구동

블록 온도를 300초 동안 60℃에서 유지

30초 시간 주기에 걸쳐 샘플 블록 가열기에 인가된 파워를 적분한다. 블록 온도를 제어 냉각 바이어스로 유지하는데 필요한 파워를 측정 및 적분한다.

메인 가열기 및 보조 가열기에 인가된 파워를 축적한다. 실제 코드는 PID제어 작업에 존재하며 그에 따라 매 200ms마다 합산된다.

온도 합계에 의해 파워 합계를 분배하므로써 컨덕턴스를 계산한다. 상기 유니트가 10mW/℃임을 주목해야 한다.

[블록 Cp 테스트 의사 코드]

이 테스트는 샘플 블록 열 용량을 측정한다.

상기 블록을 35℃로 구동.

블록 온도를 35℃에서 5초 동안 제어하고 초기 온도를 기록.

초기-온도=블록 온도

최대 파워를 가열기에 대해 20초 동안 전달하는 반면 가열기 파워는 물론 냉각 온도에 대해 블록의 차를 합산한다.

500Watts를 전달

{dt-sum}=0

for (카운트=1 내지 20초)에 대해

{dt-sum}={dt-sum}+(블록 온도-냉각 온도)

1초 대기

펌프동안 발생하는 제어 냉각으로 인한 냉각 파워에 있어서 joules을 계산.

메인 가열기 및 제어 냉각으로부터 블록에 인가된 전체 줄을 계산한다. 열 용량을 계산하기 위해 상기 구간에 걸쳐 온도 변화만큼 분배한다.

여기서, 램프 타임=20초

가열기 파워=500Watts

COOL_PWR_10 :

이 테스트는 10℃에서 급냉기 파워를 측정한다.

10℃에서의 냉각 온도를 제어하고 120초 동안 안정화시킨다.

카운트=120

(카운트 !=0)동안 do

if (냉각제 온도=10±0.5℃) then 카운트=카운트-1

else

카운트=120

1초 대기

이 포인트에서, 상기 냉각제는 120초 동안 10℃를 유지하고 안정화된다. 10℃의 냉각제 온도를 유지하기 위해 인가된 파워를 32초 동안 적분한다.

메인 및 보조 가열기에 인가된 파워를 축적한다. 실제 코드는 제어 작업에 존재한다.

적분 간격동안 냉각 매스에 인가된 에너지의 줄을 계산한다. “(냉각제 온도-cool_init)”는 적분 간격동안 냉각제 온도에 있어서의 변화이다. 550은 줄에 의한 냉각제의 Cp이며, 그에 따라 계산 결과는 줄로 표시된다.

이것은 적분 간격동안의 세트 포인트로부터 그것을 드리프트시키는 냉각제에 인가된 여분의 열을 나타낸다. 이 에러는 냉각 파워를 계산하기 전에 인가된 전체 열로부터 아래로 감산된다.

32초 안에 분산된 줄을 얻기 위해 보조 가열기 합에 메인 파워 합을 가산한다. 평균 joules/sec를 계산하기 위해 32로 분할.

모든 급냉기 파워 성분을 합하므로써 10℃에서의 급냉기 파워를 계산한다.

여기서, {main_pwr_sum}=임의의 간격동안 가열기 파워 합계

PUMP PWR=12Watts, 냉각제를 순환하는 펌프

delta_temp_sump=임의의 구간에서의 amb-냉각제의 합

K_AMB=20Watts/K, 주위에 대한 냉각으로부터의 열 컨덕턴스

[KC 10 테스트 의사 코드]

이 테스트는 10℃에서 램프 냉각 컨덕턴스를 측정한다. 10±0.5에서 냉각제 온도를 제어하고 그것을 10초 동안 안정화시킨다.

이 포인트에서 냉각제는 세트 포인트에 있으며 제어된다. 30초 시간 간격동안 10℃에서 냉각제를 유지하기 위해 가열기에 인가된 파워를 적분한다.

메인 가열기 및 보조 가열기에 인가된 파워를 축적한다. 실제 코드는 PID 제어 작업에 존재한다.

합산 주기에 걸쳐 블록에 전달된 에너지를 joules로 계산한다. 유니트는 0.1Watts에 존재한다.

100mW/K의 램프 냉각 컨덕턴스를 얻기 위해 파워 합을 블록-냉각제 온도합으로 나눈다.

[COOL PWR 18 테스트 의사 코드]

이 테스트는 18℃에서 급냉기 파워를 측정한다.

공지된 안정 포인트에 대해 샘플 블록 및 냉각제를 취한다. 18℃에서 상기 냉각제 온도를 제어하고 128초 동안 안정시킨다.

카운트=128

(카운트 !=0)동안 do

if (냉각제 온도=18℃±0.5) then 카운트=카운트-1

else

카운트=120

1초 대기

이 포인트에서, 냉각제는 120초 동안 18℃에서 유지되고 안정된다. 18℃의 냉각제 온도를 유지하는데 인가된 파워를 32초에 걸쳐 적분한다.

메인 가열기 및 보조 가열기에 인가된 파워를 축적한다. 실제 코드는 제어 작업에 존재한다.

적분 구간동안 냉각제에 부가된 에너지의 joule 수를 계산한다. “(냉각제 온도-cool_init)”는 상기 적분 구간동안 냉각제 온도에 있어서의 변화이다. 550은 냉각제의 Cp를 줄로 나타낸 것이며, 따라서 계산 결과는 줄로 표시된다. 그것은 적분 구간동안 세트포인트에서 그것을 드리프트시키는 냉각제에 부가된 여분의 열을 나타낸다. 이 에러는 냉각 파워를 계산하기 전에 인가된 전체 열로부터 아래로 감산된다.

32초 이내에 분산된 joules을 얻기 위해 보조 가열기 합에 메인 파워 합을 부가시킨다. 평균 joules/sec를 얻기 위해 32로 나눈다.

모든 급냉기 파워 성분을 더하므로써 18℃에서의 급냉기 파워를 계산한다.

여기서,

[KC 18 테스트 의사 코드]

이 테스트는 18℃에서 램프 냉각 컨덕턴스를 측정한다.

18℃±0.5에서 냉각제 온도를 제어하고 10초 동안 그것을 안정시킨다.

이 포인트에서, 상기 냉각제는 세트포인트에 존재하여 제어된다. 18℃에서 냉각제를 유지하기 위해 가열기에 인가된 파워를 30초 시간 구간동안 적분한다. 블록과 냉각제 온도사이의 차를 합한다.

메인 및 보조 가열기에 인가된 파워를 축적한다. 실제 코드는 제어작업에 존재한다.

합산 주기에 걸쳐 블록에 전달된 에너지를 줄로 계산한다.

유니트는 0.1Watts에 존재한다.

100mV/K의 램프 컨덕턴스를 얻기 위해 블록-냉각제 온도 합으로 파워 합을 나눈다.

[SENLAG 테스트 의사 코드]

이 테스트는 샘플 블록 센서 랙을 측정한다. 블록을 35℃로 구동한다. 20초 동안 0.2℃안에서 홀딩하고 블록 온도를 기록한다.

{tempa}=블록 온도

500Watts의 파워를 샘플 블록으로 이동시킨다. 다음 2초 동안 500Watts의 파워를 인가하고 1℃ 증가시키기 위해 블록 온도에 대해 루우프를 통해 반복량을 카운트한다. 각각의 루우프 반복은 매 200ms마다 실행하며, 그에 따라 실제 센서 랙이 카운트^*200ms에 일치한다.

현재의 값(약 10℃)으로부터 18℃까지 냉각제 온도를 램프시키기 위해 PID 제어 작업으로 메시지를 보낸다.

냉각제 Cp 램프가 항상 동일한 온도에서 시작하고 명확하게 램핑을 시작하기 위해 12℃를 크로스하도록 냉각제를 기다린다. 초기 주위 및 블록 온도를 주목한다.

다음 2분 동안, 냉각제 온도가 18℃로 램핑되는 반면 냉각제 온도와 주위 및 냉각제 온도사이의 차를 합한다.

2분 주기에 걸쳐 온도에 있어서의 변화를 계산한다.

10℃ 내지 20℃의 냉각제 범위에 걸쳐 냉각제 온도와 함께 급냉기 파워의 변화율, 즉 Kchill을 계산한다.

유니트가 Watts/10℃에 존재함을 주목한다.

램프 냉각 도전율 대 18℃ 내지 10℃ 온도 범위의 경사진 Sc를 계산한다. 유니트는 Watts/10℃/10℃에 존재한다.

0℃로 외삽된 램프 냉각 컨덕턴스 Kc_0을 계산한다.

냉각제의 Cp, 즉 , Cp_cool을 계산한다.

여기서,

HEATPOWER=500W, 블록을 워밍하는데 인가된 가열기 파워, 따라서 냉각제를 가열한다. 이것은 가열 구간이 128secs임을 따라 128로 곱해진다.

PUMP-PWR=12W, 128초만큼 곱해진 냉각제를 순환하는 펌프의 파워.

Pwr_0℃=128초만큼 곱해진 0℃에서의 급냉기 파워.

Block_Cp=샘플 블록의 열 용량.

blk_delta=가열 주기에 따른 블록 온도에 있어서의 변화.

K_AMB=200Watts/k, 냉각으로부터 주위로의 열 컨덕턴스.

temp_sum=상기 구간동안 주위-냉각제 온도의 초당 합.

h20_delta=가열(약 6℃) 주기동안 냉각제 온도에 있어서의 변화.

Kchill=급냉기 파워 대 냉각제 온도의 경사

cool_sum=가열 주기에 걸친 초당 냉각제 온도의 합.

[실시간 오퍼레이팅 시스템-CRETIN]

CRETIN은 태스크로 불리우는 다른 소프트웨어 모듈에 시스템 서비스를 제공하는 독립형의 멀티태스킹 커널이다.

태스크는 인텔 8085 어셈블러안에 기록된 임계 영역에 종종 “C” 언어로 기록된다. 각각의 태스크는 우선 레벨을 가지며 독립적인 기능을 제공한다. CRETIN은 로우 메모리에 존재하며 개시 진단후 런이 성공적으로 실행된다.

CRETIN은 태스크 스케쥴링을 처리하며 단지 하나의 태스크가 한번에 런하게 해준다. CRETIN은 모든 하드웨어 인터럽트를 수신하며 그에 따라 적절한 인터럽트가 수신될 때 런하기 위해 대기 태스크를 인에이블한다. CRETIN은 과업을 정해진 이벤트동안 대기시키거나 또는 공지된 주기동안 멈추게 하기 위해 실시간 클럭을 제공한다. CRETIN은 메시지 노드 시스템을 통해 인터테스크(intertask) 통신을 제공한다.

펌웨어를 아래의 우선 순위로 간단히 기술될 아홉 개의 태스크로 구성된다. 차후 섹션은 보다 상세히 각각의 태스크를 기술할 것이다.

1. 제어 태스크(PID)는 샘플 블록 온도 제어를 책임진다.

2. 키보드 태스크는 키보드로부터의 키보드 입력 처리를 책임진다.

3. 타이머 태스크는 1/2초 하드웨어 인터럽트동안 대기하고 웨이크 업 메시지를 시퀀스와 디스플레이 태스크에 보낸다.

4. 시퀀스 태스크는 사용자 프로그램을 실행시킨다.

5. 포즈(pause) 태스크는 프로그램이 턴될 때 프로그래밍된 키패드 포즈를 처리한다.

6. 디스플레이 태스크는 디스플레이를 실시간으로 갱신한다.

7. 프린터 태스크는 RS-232 포트 통신 및 프린팅을 처리한다.

8. LED 태스크는 LED 가열 구동을 책임진다. 그것은 또한 인스톨을 실행하는 동안 냉각제 온도를 제어하는데 사용된다.

9. 링크 태스크는 키스트로크(keystroke)를 시뮬레이팅 함에 의한 방식으로 함께 연결된 파일을 시작한다.

[블록 온도 제어 프로그램(PID 태스크)]

비례 미.적분(PID) 태스크는 절대 샘플 블록 온도를 0.1℃로 제어함은 물론, 보호 밴드 엣지를 통한 손실을 보상하기 위해 블록의 주변에 보다 많은 가열 파워를 인가시키므로써 ±0.5℃ 이하로 샘플 블록 온도 비균일성(TNU, 가장 뜨거운 웰 온도-가장 차가운 웰 온도로 정의)을 제어하는 것을 책임진다. 상기 PID 작업은 또한 비교적 덜 정확한 정도로 가열된 커버의 온도를 제어하는 것을 이 태스크를 초당 5번 실행하며 가장 높은 우선순위를 갖는다.

샘플 블록에 전달된 가열 또는 냉각량은 세트포인트로 불리는 메모리안에 저장된 사용자 지정 샘플 온도와 현재 계산된 샘플 온도 사이의 차이 또는 “에러”로부터 취해진다. 이 조직은 표준 루우프 제어 실행을 따른다. 직접적으로 현재의 에러, 즉 비례 성분, (세트포인트 온도-샘플 블록 온도)에 비례하는 필름 가열기에 대한 파워의 기여에 부가하여, 계산된 파워는 모든 정지 상태 에러(세트포인트 온도 0.5℃ 이하의 블록 온도)를 클로즈 아웃시키는 적분항을 통합한다. 이 성분은 적분 성분으로 지칭된다. 적분한 누산 또는 “와인드-업”을 피하기 위해 적분에 대한 기여도는 세트포인트 온도 주위의 작은 밴드로 제한된다. 상기 비례 및 적분 성분 이득은 주의깊게 선택되고 테스트되며, 그에 따라 블록 센서 및 샘플 튜브와 포함된 시간 상수가 엄격하게 시스템의 위상 여유분을 제한하며, 그에 따라 루우프 불안정도에 대한 퍼텐셜을 발생시킨다. 상기 비례식항 이득은 아래 공식 (46)에서 P이고 적분항 이득은 아래 공식(48)에서 Ki이다.

상기 PID 태스크는 “제어된 오버슛트 연산”을 사용하며 이때 블록 온도는 가능한한 빨리 원하는 온도에 샘플 온도가 도달하도록 마지막 정지 상태 값을 오버슛트한다. 오버슛트 연산의 사용은 조절된 방식으로 블록 온도를 오버슛트하지만 샘플 온도는 오버슛트시키지 않는다. 이것은 파워를 세이브시키지 않으며 PCR 기계 설치에 있어서 새롭게 될 것이다.

원하는 램프 속도를 얻기 위해 샘플 블록의 모든 가열기에 전달된 전체 파워는 다음식에 의해 주어진다.

여기서,

CP=블록의 열적 질량

bias=바이어스 또는 제어 냉각 파워

ramp_rate=T_final-T_initial/원하는 램프 속도

이 파워는 안정을 위해 가열 파워의 최대 500Watts까지 클램프된다.

태스크의 매번 반복에 따라(200ms마다) 본 시스템은 다음의 연산에 기초하여 가열 또는 램프 냉각 파워(필요한 경우)를 인가시킨다.

상기 제어 시스템은 계산된 샘플 온도에 의해 구동된다. 상기 샘플 온도는 샘플 블록(차후 “블록”으로 지칭됨)의 웰중 하나안에 위치된 얇은 벽으로 된 플라스틱 샘플 튜브안의 액체의 평균 온도로 정의된다. 시스템의 시간 상수(샘플 튜브 및 그것의 내용)는 튜브 타입 및 용적의 함수이다.

런의 시작시, 사용자는 튜브 타입 및 반응 용적량을 기입시킨다. 상기 시스템은 최종 시상수(τ 또는 타우(tau))를 계산한다. 반응 용적의 MicroAmp^TM튜브 및 100 마이크로리터에 대해, 타우는 약 9초이다.

여기서,

상기 에러 신호 또는 온도는 간단히 다음과 같다.

모든 폐 루우프 시스템에 있어서와 같이, 보정 동작(가열 또는 냉각 파워)이 현재의 에러 부분을 클로즈하는데 적용된다. 아래의 공식(45)에 있어서, F는 한 샘플 주기(200ms)안에서 클로즈 아웃되는 에러 신호의 분율이다.

여기서, SP=사용자 세트포인트 온도.

시스템 안에서의 큰 랙(긴 튜브 시상수)으로 인해, 상기 분율 F는 낮게 세트된다.

공식(42) 및 (44)를 결합한 결과,

블록 온도 전동을 제한하고 시스템 안정성을 향상시키기 위해 공식(4)과 (45)를 결합하고 항 P(비교항 이득)을 부가시킨 결과,

여기서,

P=비례 항 이득

T=0.2초의 샘플 주기(200msec)

P/T=양호한 실시예에 있어서 1

식(46)은 보호 밴드 등을 통한 주위로의 손실을 설명하지 않고 블록 온도를 원하는 값으로 이동시키는데 필요한 파워(Pwr)를 제공하는 이론식이다.

상기 블록을 구동하는데 필요한 파워가 일단 공식(46)에 의해 결정되면, 이 파워는 이들 존의 영역에 의해 각기 세 개의 가열기 존으로 전달될 파워로 분배된다. 그때 상기 복사에 대한 손실이 결정되며 이들 손실을 보상하는데 충분한 크기를 가진 파워 항이 복사 가열기 존에 전달된 파워량에 인가된다. 마찬가지로, 블록 서포트 핀, 블록 온도 센서 및 주위에 대해 소모된 파워를 보상하는데 충분한 다른 파워 항이 엣지 가열기 존에 전달될 파워에 인가된다. 이들 부가된 항 및 상기 존 영역에 의한 파워 분배는 공식(46)을 위에서 주어진 공식(3),(4) 및 (5)로 변환시킨다.

공식(46)은 샘플 블록에 대해 요구된 가열 또는 냉각 파워를 결정하기 위해 제어 시스템의 양호한 실시예에 의해 사용된 공식이다.

위에서 계산된 샘플 온도가 “적분 밴드” 안에 존재할 때, 즉 표적 온도(SP) 주위의 ±0.5℃일 때 비교항의 이득은 나머지 에러를 클로즈 아웃하기에는 너무 적다. 그러므로 적분항이 작은 에러를 클로즈 아웃하기 위해 비교항에 인가된다. 상기 적분항은 큰 에러가 축적되는 것을 막기 위해 적분 밴드밖에서 디스에이블된다. 상기 “적분 밴드” 안의 연산은 다음과 같다.

여기서,

Int_sum=SP와 T_samp온도사이의 차이의 샘플

Ki=양호한 실시예에 있어서 적분 이득(512)

일단 가열 파워가 계산되면, 제어 소프트웨어는 양호한 실시예에 있어서 영역에 기초한 제13도의 세 개의 필름 가열기 존(254,262 및 256)으로 파워를 분배한다. 상기 엣지 가열기는 블록 온도와 주이 온도 사이의 차이에 의거하여 추가된 파워를 수신한다. 마찬가지로, 복사 가열기는 블록 온도와 냉각제 온도 사이의 차이에 의거하여 추가된 파워를 수신한다.

[PID 의사 코드]

시스템 파워 업 또는 리세트에 따라

램프 냉각을 턴 오프

모든 가열기를 턴 오프

가열기 저항을 계산

Do forever-매 200ms마다 실행한다.

If (블록 온도>105) then

가열기를 턴 오프

램프 밸브를 턴 온

에러 메시지를 디스플레이

라인 전압 판독 {라인 볼트}

냉각제 센서 판독 및 온도 {h20 temp}로 변환

주위 센서 판독 및 온도 {ambtemp}로 변환

가열된 커버 센서 판독 및 온도 {cvrtemp}로 변환

샘플 블록 센서를 판독 및 온도 {blk temp}로 변환

이 코드 부분은 온도 안정 전압 기준을 판독하고 상기 전압을 기기의 칼리브레이션 동안 결정된 기준 전압에 비교한다. 그들 사이에 불일치가 존재할 경우, 일렉트로닉스는 드리프트하고 온도 센서로부터의 전압 판독을 정확한 온도 판독을 얻기 위해 조정된다.

샘플 온도 {tubetemths} 또는 저역 통과 디지털 필터를 사용하여 디스플레이된 온도를 계산한다.

여기서,

TT_n-1=최종 샘플 온도 {tubetenths}

TB_n=현재 블록 센서 온도 {blktenths}

T=초로 계산된 샘플 간격=200ms tau=tau tube {cf_tau}-tau 센서 {cf_lag}

공식(49)은 위의 공식(6)으로 주어진 계산된 샘플 온도를 정의하는 지수의 테일러 급수 전개의 제1항을 나타낸다.

가상 질량으로 공지된 {phantenths} 샘플 블록 아래의 폼 백킹의 온도를 계산한다. 가상 질량의 온도는 블록에 전달된 파워를 가상 질량 안과 그것으로부터의 열 유출을 설명하기 위해 조절하는데 사용된다. 상기 온도는 소프트웨어로 실행된 저역 통과 디지털 필터를 사용하여 계산된다.

여기서, TT_n-1=최종 샘플 온도 {tubetenths}

TB_n=현재 블록 센서 온도 {blktenths}

T=초로 표현된 샘플 간격=200ms

tau_foam=폼 블록의 tau=30secs

샘플 온도 에러(샘플 온도와 세트포인트 온도사이의 차이) {abs_tube_err}를 계산한다.

램프 방향 {빠른_램프} 결정=UP_램프 또는 DN_램프 If (샘플 온도가 세트포인트(SP)의 ERR 안에 있을 경우) then

PID는 빠른 변이 모드에 있지 않음. {빠른-램프}=OFF

여기서, ERR=“적분 밴드”. 즉 표적 또는 세트포인트 온도를 둘러싸고 있는 에러 밴드의 온도 폭

얼마나 많은 열이 바이어스 냉각 채널로 소모되는지를 결정하기 위해 현재의 제어 냉각 파워 {cool_ctrl}를 계산한다.

현재의 램프 냉각 파워 {cool_램프}를 계산한다.

{cool_brkpt}를 계산. {cool_brkpt}는 언제 아랫쪽 램프상에서의 냉각을 제어하기 위해 램프로부터 변이가 이루어지는 지를 결정하는데 사용되는 냉각 파워이다. 이것은 블록 및 냉각제 온도의 함수이다.

제어 냉각 파워 {cool_ctrl} 및 램프 냉각 파워 {cool_램프}는 램프 냉각 솔레노이드 동작 밸브를 얼마나 오랫동안 개방시킬 수 있는지를 계산하는 것, 즉, 아래쪽 온도 램프를 제어하는 방법을 CPU가 알아야 하는 모든 인자이다.

상기 제어 냉각 파워는 상기 블록으로부터 바이어스 냉각 채널로의 열 컨덕턴스 곱하기 냉각제의 온도 플러스 임의의 상수에 일치한다. 마찬가지로, 램프 냉각 파워는 상기 블록으로부터 램프 냉각 채널의 열 컨덕턴스 곱하기 상기 블록 온도와 냉각제 온도 사이의 차에 일치한다. 냉각 파열 포인트는 블록과 냉각제 사이의 온도차에 임의의 상수를 곱한 것에 일치한다.

상기 블록 온도를 현재의 온도로부터 원하는 세트포인트(SP) 온도로 이동시키는데 필요한 가열 또는 냉각 파워 {int_pwr}를 계산한다.

여기서, KP=비례 이득=공식(46)에 있어서의 P/T=양호한 실시예에 있어서 약 1

CP=블록의 열 질량

SP=온도 세트포인트

T_SAMP=샘플 온도

T_BLK=블록 온도

cf_kd=Tau^*Kd/Delta_t 이때 tau는 공식 (49)에 사용된 것과 동일한 tau이며 Kd는 부록 C에 주어진 상수이고, Delta_t는 200msec 샘플 주기이다.

If(샘플 온도가 세트포인트의 {cf_iband} 안에 있다)

then 샘플 에러 {i_sum) 적분

else

적분항 파워를 계산한다.

우선적으로 가상 질량 파워를 찾고 그것을 파워 {int_pwr)에 인가시키므로써 가상 질량(폼 백킹)의 효과로 인한 가열 부하를 보상하도록 파워를 조절.

다음 공식에 의해 가상 질량 파워 {phaut_pwr} 계산.

여기서, C=폼 백킹(1.0W/K)의 열 질량

가열기 파워 조절

여러 가지 가열기에 필요한 파워 {aux1_파워}를 계산하며, 이 파워는 샘플 블록으로부터 그것을 통해 유출되는 냉각제를 가진 다양한 엣지로의 손실을 보충할 것이다. 본 시스템이 아랫쪽 램프에 있을 경우 {aux1_파워}=0임을 주목해라. 요구된 다양한 존 파워가 아래에 기술된다.

여기서, K1=계수 {cf_1coeff}

K2=계수 {cf_2coeff}

K5=계수 {cf_5coeff}

dT/dt=램프 속도

T_BLK=블록 온도

T_AMB=주위 온도

T_COOL=냉각제 온도

샘플 블록의 엣지로부터 주위로의 손실을 보상하는 엣지 가열기 {aux2_파워}에 필요한 파워를 계산. 아래쪽 램프 {aux2_파워}=0가 존재하는지 여부를 주목한다. 요구된 엣지 존 파워가 아래에 기술된다.

여기서, K3=계수 {cf_3coeff}

K4=계수 {cf_4coeff}

K6=계수 {cf_6coeff}

dT/dt=램프 속도

T_BLK=블록 온도

T_AMB=주위 온도

T_COOL=냉각제 온도

메인 가열기 및 냉각기에 의해 제공되어야만 하는 전체 파워를 얻기 위해 다양한 {aux1_파워} 및 엣지 가열기 파워 {aux2_파워} 및 엣지 가열기 파워 {aux2_파워}의 기여도를 삭제한다.

램프 냉각이 인가되어야만 하는지 여부를 결정. {cool_brkpt}가 램프 냉각으로부터 제어 냉각으로의 파열 포인트로써 사용된다.

블록 온도가 램프 냉각이 요구된 세트포인트 온도보다 훨씬 높은지 여부를 결정하기 위해 if(int_pwr<cool_brkpt 및 아랫쪽 램프를 실행시킨다)

then 램프 밸브를 턴온

else 램프 밸브를 턴 오프시키고 바이어스 냉각에 의존

이 포인트에서, {int_pwr}은 전체 가열기 파워를 포함하고 {aux1_파워} 및 {aux2_파워}는 블록으로부터 엣지로의 손실을 포함한다. 보조 가열기에 제공된 파워는 두 개의 성분 즉, aux_파워 및 int_파워로 구성된다. 상기 파워는 영역에 의존하여 메인 및 보조 가열기로 분배된 {int_pwt}이다.

적절한 량의 파워를 가열기로 보내기 위해 각각의 엔드 존 및 제어 루우프의 반복시 트라이액(triac)을 전도시키기 위해 1/2 사이클 수를 계산, 이 루우프는 매 1/5 초마다 한번 실행하고, 그에 따라 60Hz에서 120/5=24 1/2 사이클 또는 50Hz에서 100/5=20이 존재한다. 1/2 사이클 수는 요청된 파워 {int_pwr}. 현재의 라인 전압 {라인 볼트} 및 가열기 저항의 함수이다. 요구된 정확한 파워가 매 루우프마다 전달될 수 없기 때문에 최종 루우프로부터 무엇을 포함하는지를 추정하기 위해 나머지가 계산된다 {delta_파워}.

트라이액을 온시키기 위해 1/2 사이클 수를 계산한다. 트라이액을 온시키기 위해 인덱스는 사이클 수에 일치한다.

여기서, 공식(61)이 각 가열기 존에 대해 한번 실행되고 메인 가열기 존에 대해 “파워”=int_pwr이 실행되며 여러 가열기 존에 대해 aux1_pwr이, 엣지 가열기 존에 대해 aux2_pwr이 실행된다. 전달된 실제 파워의 량을 계산한다.

다음번에 가산될 나머지를 계산.

{aux1_pwr} 및 {aux2_pwr}을 공식(60)에 대입하므로써 메인 가열기에 대해 기술된 동일한 기술을 사용하여 엣지 및 다양한 가열기에 대해 1/2 사이클 수를 계산한다.

계산된 카운트를 메인, 매니폴드 및 엣지 트라이액을 제거하는 카운터로 로드시킨다.

가열된 커버 센서를 보아라. 가열된 커버가 100℃보다 작을 경우, 500Watts의 파워를 제공하기 위해 가열된 커버 카운터를 로드시킨다.

샘플 온도를 보아라. 그것이 50℃보다 클 경우, 사용자에게 블록을 터치하지 말 것을 경고하기 위해 HOT LED를 턴 온 시킨다.

FOREVER LOOP의 끝

[키보드 태스크]

키보드 태스크의 표적은 사용자가 키패드상의 키를 누르기를 기다리고, 이 키를 현재 상태에 대해 확실한 키스트로크의 디스크에 비교하고, 상기 확실한 키와 조합된 명령 기능을 실행하고 새로운 상태로 변환시키는 것이다.

이것은 취해진 동작이 사용자 인터페이스의 현재 상태에 의존하기 때문에 “구동된 상태”라 한다.

[키보드 태스크 의사 코드]

키보드 태스크 변수를 초기화시킨다.

커서를 턴 오프시킨다.

If (인스톨 플래그가 세트되지 않음)

then 인스톨 프로그램을 런

가열된 커버를 턴 온시키기 위해 pid 작업으로 메시지를 보낸다.

If(사용자가 프로그램을 턴시키는 동안 파워가 공급되지 않음)

then 파워가 오프되는 동안의 분 수를 계산 및 디스플레이

파워 고장 상태를 기록을 히스토리 파일에 기재

4℃ 흡수를 시작하기 위해 메시지를 시퀀스 태스크에 전송

사용자에게 히스토리 파일을 검토할 선택권을 부여

If(사용자가 히스토리 파일을 검토할 것을 요청)

then 히스토리 파일 디스플레이로 간다.

상측 레벨 스크린 디스플레이

Do Forever

이 태스크가 키패드로부터 하드웨어 인터럽트를 기다리는 시스템으로 메시지를 전송

이 인터럽트가 수신될 때까지 슬립으로 간다.

깨어났을 때, 키패드로부터 키를 판독 및 디코딩한다.

현재 상태에 대해 확실한 키 리스트를 취한다.

상기 키를 유효 키 리스트와 비교한다.

If (상기 키가 이 상태에 대해 분명함)

then 이 키에 대한 “액션” 및 다음 상태 정보를 취한다.

이 상태에 대한 “액션”(명령 기능)을 실행한다.

다음 상태로 간다.

Else

불확실한 키에 대한 신호 발신 장치를 울린다.

forever loop의 끝

[타이머 태스크 오버뷰]

타이머 태스크의 목표는 0.5초마다 시퀀스 및 실시간 디스플레이 태스크를 웨이크업(wake up)시키는 것이다.

타이머 태스크는 클럭/카렌다 디바이스에 의해 발생되는 0.5초 하드웨어 인터럽트가 수신될 때마다 시스템(CRETIN)이 웨이크업하게 요청한다. 타이머 태스크는 그 때 번갈아 그 웨이크업 메시지를 제각기 시퀀스 태스크 및 실시간 디스플레이 태스크로 전송시킨다. 이런 중간 태스크는 CRETIN이 인터럽트마다 한 태스크만을 서비스하여, 더욱 더 우선 순위 태스크(시퀀스 태스크)만이 실행하므로 필요하다.

[타이머 태스크 의사 코드(Pseudocode)]

Do Forever

이런 태스크가 클럭/카렌다 디바이스로부터 하드웨어 인터럽트를 기대하는 시스템으로 메시지를 전송한다.

이런 인터럽트가 수신될 때까지 휴지 상태(sleep)로 진행한다.

깨어났을 때, 시퀀스 및 실시간 디스플레이 태스크로 메시지를 전송한다.

Forever Loop 종료

[시퀀스 태스크 오버뷰]

시퀀스 태스크의 목표는 사용자 정의된 프로그램의 내용물(contents)을 실행시키는 것이다. 이는 램프 및 홀드 세그먼트로 이루어지는 사이클의 각 세트포인트(setpoint)를 통해 스텝시키며, 샘플 블록의 온도를 번갈아 제어하는 피드(pid) 태스크로 세트포인트 온도 메시지를 전송한다. 각 세그먼트의 종료시에, 이는 디스플레이를 스위치할 실시간 디스플레이 태스크로 메시지를 전송하며, 또한 세그먼트의 런타임(runtime) 정보를 프린트할 프린터 태스크로 메시지를 전송한다. 사용자는 키패드상의 PAUSE 키를 누름으로써 실행 프로그램을 일시 정지시켜, START 키를 누름으로써 프로그램을 다시 개시시킨다. 사용자는 STOP 키를 누름으로써 프로그램을 일찍 정지시킬 수 있다. 이런 태스크는 타이머 태스크에 의해 동작될시에 0.5초마다 실행시킨다.

[시퀀스 태스크 의사 코드]

Do Forever

시퀀스 태스크 변수를 개시.

한 방법에서 다음 프로그램이 실행할 준비가 되어 있는 링크 태스크로부터 메뉴 또는 메시지로부터 START 키 또는 선택된 START를 사용자가 누르는 키보드 태스크로부터 메시지를 기다린다.

이런 메시지가 수신될 때까지 휴지 상태로 진행한다.

깨어났을 때, 아날로그 회로의 어느 드리프트를 설명할 ADC 칼리브레이션(calibration) 판독을 갱신한다.

If(4℃ 파워 불능 소우크(soak) 시퀀스를 개시하지 않음)

then PE 타이틀 라인, 시스템 시간 및 날짜, 프로그램 구성 파라미터, 프로그램형 및 그의 숫자를 프린트할 프린터 태스크로 메시지를 전송한다.

If(HOLD 프로그램을 개시함)

then {hold_tp}에서 온도를 홀드함.

{hold_time} 동안 몇초 홀드함.

If(3℃ 이상으로 램프 다운하고, {hold_tp}>45℃)

then 중간 세트포인트를 포스트함.

Else 최종 세트포인트 {hold_tp}를 포스트함.

While (홀드 시간 {hold_time}을 카운트 다운)

타이머 태스크로부터 0.5초 웨이크업 메시지를 기다림.

개방 또는 단락시에 블록 센서를 체크함.

If(키보드 태스크가 PAUSE 키를 검출)

then 전류 샘플 온도의 세트포인트를 포스트함.

일시 정지 태스크를 웨이크 업하도록 메시지를 전송함.

일시 정지 태스크에 의해 동작될 때까지 휴지 상태로 진행함.

선-일시정지 세트포인트를 포스트함.

If(중간 세트포인트가 포스트됨)

then 최종 세트포인트를 포스트함.

If(세트포인트 온도가 주변온도 이하이고, 4min 이상)

then 가열된 커버를 턴오프할 피드 태스크에서 알릴 플래그를 설정함.

0.5초 홀드시간 카운터를 증가시킴 {store_time}.

중간 세트포인트가 도달되기 전에 홀드시간이 만료되는 경우에 다시 최종 세트포인트를 포스트하며, 이는 교정 세트 포인트가 히스토리 화일에 기록되게 함.

데이터 레코드를 히스토리 화일에 기록함.

HOLD info를 프린트할 프린터 태스크로 메시지를 전송함. HOLD 프로그램의 종료.

Else If (CYCLE 프로그램을 개시)

then 장치 램프 시간과 사용자 프로그램된 램프 및 홀드시간을 고려한 사이클의 전체 초 {secs_in_run}를 가산함.

프로그램의 사이클 수 {num_cyc}만큼 사이클의 몇 초를 증배함으로써 프로그램의 전체 초를 설정함.

전체 {secs_in_run}=사이클 당 {num_cyc}*{secs_in_run}

While (사이클 수 {num_cyc}를 카운트 다운)

While (세트포인트수 {num-seg}를 카운트 다운)

램프시간 {ramp_time}을 설정한다.

최종 세트포인트 온도 {t_final}을 설정한다.

홀드시간 {local_time}을 설정한다.

램프 세그먼트 정보를 디스플레이할 실시간 디스플레이 태스크로 메시지를 전송한다.

If(사용자가 램프 시간을 프로그램)

then 아래와 같은 프로그램된 램프 시간 및 실제 램프 시간 사이의 에러 {ramp_err}를 계산한다. 이런 식은 실험적인 데이터에 의거한 것이다.

여기서,

주의 : ‘-1’은 세트포인트의 1℃ 내에서 클럭이 개시하기 때문이다.

While (샘플 온도가 사용자 구성된 세트포인트의 온도 {cf_clk_dev} 내에 있지 않음)

타이머 태스크로부터 0.5초 웨이크업 메시지를 기다린다.

0.5초 램프 타임 카운터를 증가시킨다.

개방 또는 단락에 대해 블록 센서를 체크한다.

If (검출된 키보드 태스크가 PAUSE 키)

then 현재 샘플 온도의 세트포인트를 포스트

일시정지 태스크를 깨우기 위하여 메시지 전송

일시정지 태스크에 의해 깨워질 때까지 휴지상태로 진행

선 일시정지 세트포인트 포스트

램프 정보를 인쇄하기 위해 프린터 태스크로 메시지 전송

램프 세그먼트의 종료를 시그날하기 위해 비퍼를 울림

램프 세그먼트 정보를 디스플레이하기 위해 실시간 디스플레이 태스크로 메시지 전송

램프 세그먼트 정보를 디스플레이

While (홀드 타임을 카운트 다운)

타이머 태스크로부터 0.5초 웨이크업 메시지 기다림

0.5초 홀드 타임 카운터 증가시킴

개방 또는 단락에 대해서 블록 센서 체크

If (검출된 키보드 태스크가 PAUSE 키)

then 현재 샘플 온도의 세트포인트 포스트

일시정지 태스크를 깨우기 위해 메시지 전송

일시정지 태스크에 의해 깨워질 때까지 휴지 상태로 진행

선-일시정지 세트포인트 포스트

히스토리 파일에 데이터 기록 기입

홀드 정보를 인쇄하기 위해 프린터 태스크로 메시지 전송

If (최종 세트포인트 온도가 사용자 구성 가능한 양 {cf_temp_dev} 보다 더 많이 드리프트됨)

then 히스토리 파일에 에러 기록을 기입

프로그램된 일시정지를 체크

다음 세그먼트로 진행

사이클 메시지의 종료를 인쇄하기 위해 프린터 태스크로 메시지 전송

다음 사이클로 진행

사이클로 프로그램의 종료

Else if (AUTO-CYCLE 프로그램 개시)

then 각 사이클마다 프로그램된 양에 의해 자동적으로 증가되거나 감소될 수 있는 사용자 프로그램된 홀드 타임과 장치 램프 타임을 고려하는 각 프로그램 {secs_in_run}에서 초의 총수를 가산

While(사이클의 수 {num_cyc}를 카운트 다운)

While (세트포인트의 수 {num_seg}를 카운트 다운)

최종 세트포인트 온도 {t_final} 획득

홀트 타임 {time_hold} 획득

사용자가 세트포인트 온도의 자동 증가 또는 감소를 프로그램했는지 및 그에 따라 그들을 조정하는지를 체크

If (온도의 자동 증가 또는 감소가 세트포인트를 0℃ 이하 또는 99.9℃ 이상으로 가게 함)

then 에러 기록이 히스토리 파일에 기입됨

세트포인트가 0℃ 또는 99.9℃에서 캡됨

램프 세그먼트 정보를 디스플레이하기 위해 실시간 디스플레이 태스크에 메시지 전송

If(3℃ 이상과 {t_final}>45℃를 램프 다운)

then 중간 세트포인트를 포스트

While (샘플 온도가 사용자 구성된 세트포인트의 온도 {cf_clk_dev} 내에 있지 않음

타이머 태스크로부터 0.5초 웨이크업 메시지를 기다린다.

0.5초 램프 타임 카운터를 증가시킨다.

개방 또는 단락동안 블록 센서를 체크한다.

If (키보드 태스크가 PAUSE 키를 검출)

then 현재 샘플 온도의 세트포인트를 포스트

일시정지 태스크를 웨이크업하기 위해 메시지를 전송

일시정지 태스크에 의해 깨워질 때까지 휴지 상태로 진행

선-일시정지 세트포인트를 포스트

최종 세트포인트를 포스트

While (샘플 온도가 사용자 구성된 세트포인트의 온도 {cf_clk_dev} 내에 있지 않음)

타이머 태스크로부터 0.5초 웨이크업 메시지를 기다린다.

0.5초 램프 타임 카운터를 증가시킨다.

개방 또는 단락동안 블록 센서를 체크한다.

If (키보드 태스크가 PAUSE 키를 검출)

then 현행 샘플 온도의 세트포인트를 포스트

일시정지 태스크를 웨이크업할 메시지를 전송한다.

일시정지 태스크에 의해 깨워질 때까지 휴지 상태로 진행한다.

선-일시정지 세트포인트를 포스트

램프 정보를 인쇄하기 위해 프린터 태스크로 메시지를 전송

램프 세그먼트의 종료를 신호 표시할 비퍼(beeper)를 비프

램프 세그먼트 정보를 디스플레이할 실시간 디스플레이 태스크로 메시지를 전송

While (홀드 시간을 카운트 다운할)

타이머 태스크로부터 0.5초 웨이크업 메시지를 기다린다.

0.5초 홀드 타임 카운터를 증가시킨다.

개방 또는 단락동안 블록 센서를 체크한다.

If (키보드 태스크가 PAUSE 키를 검출)

then 현행 샘플 온도의 세트포인트를 포스트

일시정지 태스크를 웨이크업할 메시지를 전송

일시정지 태스크에 의해 깨워질 때까지 휴지 상태로 진행

선-일시정지 세트포인트를 포스트

히스토리 화일로 데이터 레코드를 기록

홀드 정보를 인쇄할 프린터 태스크로 메시지를 전송

If (최종 세트포인트 온도가 사용자 구성가능한 양 {cf_temp_dev} 이상으로 드리프트함)

then 에러 기록을 히스토리 화일에 기입

다음 세그먼트로 진행

사이클 메시지의 종료를 인쇄할 프린터 태스크로 메시지를 전송한다.

다음 사이클로 진행

AUTO-CYCLE 프로그램의 종료.

Else if (POWER FAILURE 순서 개시)

then 4℃의 세트포인트를 포스트

피드 태스크가 가열된 커버를 차단하도록 플래그 {subamb_hold}를 세트

DO FOREVER

타이머 태스크로부터 0.5초 웨이크업 메시지를 기다린다.

0.5초 홀드 타임 카운터를 증가시킨다.

END FOREVER LOOP

POWER FAILURE 순서 종료

실행 종료 상태 레코드를 히스토리 파일에 기록

If (방법을 실행)

링크 태스크가 다음 프로그램 런닝을 개시할 시퀀스

다음 프로그램 실행을 개시하기 위해 링크 태스크가 순서 태스크로 메시지를 보내는 것을 알 수 있도록 플래그 {weird_flag}를 세트

Else

사용자 인터페이스를 휴지 상태 디스플레이로 복귀

FOREVER LOOP 종료.

[일시정지 태스크 오버뷰]

일시 정지 태스크의 목표는 사용자가 키패드상의 PAUSE 키를 누를 때의 일시 정지나 CYCLE 프로그램에서 사용자가 프로그램하는 일시 정지를 조정하는 것이다.

시퀀스 태스크가 CYCLE 프로그램을 실행할 시에 프로그램된 일시 정지와 부딪힐 때, 일시 정지 태스크를 휴지하거나 동작 상태로 진행한다. 일시 정지 태스크는 번갈아 사용자가 일시 정지를 요청하는 시간을 감소시키고 연속 디스플레이할 실시간 디스플레이 태스크로 메시지를 전송한다.

일시 정지 타이머가 타임 아웃할 때에, 일시 정지 태스크는 메시지를 전송하여, 시퀀스 태스크를 동작시켜, 휴지 상태로 진행시킨다. 사용자는 키패드상의 START 키를 누름으로써 프로그램을 너무 일찍 개시시키거나, STOP 키를 누름으로써 프로그램을 너무 일찍 흡수시킬 수 있다.

키보드 태스크가 프로그램이 실행할 동안 PAUSE 키를 검출할 때에, 플래그 {pause flag}를 세트시켜, 이를 긍정 응답하도록 시퀀스 태스크를 기다린다. 시퀀스 태스크가 이런 플래그 세트를 찾을 때에, 긍정 응답 메시지를 키보드 태스크로 다시 전송시켜, 휴지 상태로 놓는다. 키보드 태스크가 이런 메시지를 수신할 때에, 이는 일시 정지 태스크를 동작시킨다.

일시 정지 태스크는 프로그램이 일시 정지되는 시간량을 증가시키고, 연속 디스플레이할 실시간 디스플레이 태스크로 메시지를 전송시킨다. 타이머는 구성 섹션에서 사용자에 의해 세트된 일시 정지 리미트에 도달할 때에 타임 아웃시킨다.

사용자는 키패트상의 START 키를 누름으로써 프로그램을 개시시키거나, STOP 키를 누름으로써 프로그램을 흡수시킨다.

[일시 정지 태스크 의사 코드]

DO Forever

키패드 일시 정지를 나타내는 키보드 태스크로부터의 메시지나, 사용자 프로그램된 일시 정지를 나타내는 시퀀스 태스크로부터의 메시지를 기다림

메시지가 수신될 때까지 휴지 상태로 진행

깨워졌을 때, 개시된 일시정지 형에 대한 플래그를 체크

If (이것이 프로그램된 일시 정지임)

then 일시 정지 타이머 카운팅업을 디스플레이하기 위해 실시간 디스플레이 태스크로 메시지를 전송

Else

일시정지 타이머 카운팅다운을 디스플레이하기 위해 실시간 디스플레이 태스크로 메시지를 전송

While (타임 아웃 카운터를 카운트 다운)

0.5초 동안 이런 태스크를 서스펜드하기 위해 시스템으로 메시지 전송

일시 정지 정보를 인쇄하기 위해 프린터 태스크로 메시지를 전송

If (이것이 프로그램된 일시 정지임) then

일시 정지는 타임 아웃하여, 시퀀스 태스크를 웨이크업 하도록 메시지를 전송

일시정지 디스플레이를 정지시키기 위해 실시간 디스플레이 태스크로 메시지를 전송

실행 프로그램 디스플레이를 재개하기 위해 실시간 디스플레이 태스크로 메시지를 전송

Else (이것이 키패드 일시정지임)

일시 정지는 타임 아웃하고, 프로그램은 중단되어, 시퀀스 태스크를 정지시키기 위해 시스템으로 메시지를 전송시켜, 그것을 그것의 FOREVER 루프의 최상부로 다시 전송

If (실행 프로그램이 HOLD 프로그램임)

홀드 정보를 인쇄하기 위해 프린터 태스크로 메시지를 전송

상태 레코드를 히스토리 화일로 기록

사용자 인터페이스를 그것의 휴지 상태로 복귀

중단 메시지를 디스플레이

FOREVER LOOP 종료.

[디스플레이 태스크 오버뷰]

실시간 디스플레이 태스크의 목표는 온도, 타이머, 센서 판독, ADC 채널 판독 및 다른 파라미터를 디스플레이하는 것으로, 이는 0.5초마다 연속적으로 갱신될 필요가 있다.

[디스플레이 태스크 의사 코드]

디스플레이 태스크 변수를 초기화

Do Forever

타이머 태스크로부터 매 0.5초마다 메시지를 기다림

메시지가 수신될 때까지 휴지 상태로 진행

깨워졌을 때, 또다른 태스크가 디스플레이를 위한 파라미터의 리스트 또는 현재 갱신을 정지시키기 위한 플래그를 전송했는지를 체크

0.5초 플래그 {half_sec}를 토글

If (디스플레이할 파라미터의 리스트가 있음) then

다른 어떤것도 디스플레이를 갱신하지 못하도록 세마포어(semaphore)를 세트

커서를 턴 오프함

While (파라미터의 리스트를 통해 스텝) then

If (그것이 시간 파라미터임) then

시간을 디스플레이

If (0.5 초 플래그 {half_sec}가 세트됨) then

시간 변수를 증가시키거나 감소시킴

Else if (그것이 십진수임) then

십진수를 디스플레이

Else if (그것이 정수임) then

정수를 디스플레이

Else if (그것이 ADC 채널 판독임) then

ADC 채널로부터 카운트를 판독

If (mV로서 디스플레이될 필요가 있음) then

카운트를 mV로 변환시킴

그 값을 디스플레이

Else if (그것이 전력 디스플레이임) then

와트로 전력을 디스플레이

Else if (그것이 파라미터로 남겨진 시간임) then

초를 시간의 10분의 1로 변환시킴

시간이 10분의 1로 된 시간을 디스플레이

If (0.5초 플래그 {half_sec}가 세트됨) then

초 변수를 감소시킴

If (커서가 온되었음) then

그것을 다시 온시킴

배터리 RAM 내에 현행 시스템 시간을 저장

디스플레이를 해제하도록 세마포를 삭제시킴

Forever Loop의 종료

[프린터 태스크 오버뷰]

프린터 태스크의 타켓트는 런타임 프린팅을 조정하는 것이다. 이는 낮은 우선순위 태스크이고, 다른 시간 임계 태스크를 방해해서는 안된다.

[프린터 태스크 의사 코드]

Do Forever

프린트를 원하는 다른 태스크로부터 메시지를 기다림

메시지가 수신될 때까지 휴지 상태로 진행

깨워졌을 때, 전역 변수의 로컬 카피를 인쇄

프린터 애크놀리지먼트 메시지를 포스트

If (상태 또는 메시지를 프린트할 필요가 있음) then

현재 히스토리 레코드내에 포함된 정보를 인쇄

Else if (페이지 헤더를 인쇄할 필요가 있음) then

회사명, 장치 ID, 펌웨어 버전수, 현재 시스템 시간 및 날짜를 인쇄

Else if (프로그램 헤더를 인쇄할 필요가 있음) then

프로그램의 형태 및 그 번호를 인쇄

Else if (프로그램 구성 파라미터를 인쇄할 필요가 있음) then

튜브 형, 반응 용적, 클럭을 개시하는 세트포인트로부터 샘플 온도 변화를 인쇄

Else if (사이클 정보의 종료를 인쇄할 필요가 있음) then

종료 시간 및 온도를 인쇄

Else if (세그먼트 정보를 인쇄할 필요가 있음) then

램프나 홀드 세그먼트 정보를 인쇄

Else if (일시정지 상태 메시지를 인쇄할 필요가 있음) then

어떤 온도에서 및 어떤 시간동안 일시정지된 시간량을 인쇄

Forever Loop의 종료.

[LED 태스크 오버뷰]

LED 태스크의 타켓트는 주 가열기에 인가된 전력을 “가열” LED가 반사시킴을 설명하는 것이다. 이는 일 초에 한번 실행하는 낮은 우선순위 태스크이다.

[LED 태스크 의사 코드]

LED 태스크 변수를 초기화한다.

Do Forever

매 초마다 이런 태스크를 깨우기 위해 시스템으로 메시지를 전송

휴지 상태로 진행

깨워졌을 때, 아래와 같이 주 가열기에 인가된 전력을 반사시키는 값을 PIC 타이머 A의 카운터 2에 로드

값={k_htled}*{ht_led}을 카운터에 로드

여기서, {k_htled}은 가열 LED를 일시 정지시킬 시간을 계산할 상수를 유지하며, 15200/500과 같다. 15200은 14.4kHz의 PIC 클럭보다 약간 크며, 이는 LED를 일정하게 유지하도록 타이머내에 로드된 값이다.

{ht_led}은 0 및 500 사이의 값이고, 주가열기에 인가된 와트와 같다.

Forever Loop의 종료

[링크 태스크 오버뷰]

링크 태스크의 타켓트는 키패드상의 START 키를 누른 사용자를 시뮬레이트 하는 것이다. 이런 태스크는 프로그램이 사용자 중재없이(방법에서와 같이) 번갈아 실행될 필요가 있다.

링크 태스크는 시퀀스 태스크를 웨이크 업하고, START 키가 눌려지는 것처럼 다음 프로그램을 실행하기 시작한다.

[링크 태스크 의사 코드]

링크 태스크 변수를 초기화

Do Forever

If (플래그 {weird_flag}가 세트되고, 그것이 방법의 제1화일이 아님) then

웨이크업할 시퀀스 태스크로 메시지를 전송

Forever Loop의 종료

[시퀀스의 개시]

[시퀀스의 전력 가동]

장치에 대한 전력이 턴온되거나, 소프트웨어가 RESET를 실행할 시에, 다음 시퀀스가 일어난다. 아래의 번호는 플로우 챠트상의 번호에 대응한다.

1. RS-232 프린터 포트를 통해 ctrl-G(십진수 7) 문자를 전송한다. 적어도 1초 동안 RS-232 포트를 폴(poll)하며, ctrl-G가 수신될 경우, 외부 컴퓨터는 전력 가동 시퀀스가 키패드로부터 RS-232 포트로 재지정될 동안 모든 통신 및 포트에 부착된다. ctrl-G가 수신되지 않을 경우, 전력 가동 시퀀스는 정상적으로 계속한다.

2. MORE 키가 눌려지는 지를 체크한다. 눌려진 경우, 서비스-온리 하드웨어 진단(diagnostics)으로 바로 진행한다.

3. 다음 3 테스트는 청각/시각을 체크하며, 에러를 보고하지 않으며, 1) 비퍼는 비프하며, 2) 열, 냉각 및 키패드상의 가열 LED는 플래쉬되며, 3) 디스플레이의 각 픽셀은 하이라이트된다. 카피라이트 및 장치 ID 스크린은 전력 가동 진단이 실행될 시에 디스플레이된다.

4. 에러가 한 전력 가동 진단에서 일어날 경우, 불능된 부품의 명칭은 디스플레이되고, 키패드는 서비스만의 하드웨어 진단에 접근하는 코드 ‘MORE 999’를 제외하고는 로크된다.

5. 자동화된 테스트 비트가 풀로우(pull low)되는 지를 알도록 PPI-B 디바이스의 채널 0을 체크한다. 그럴 경우, UART 테스크를 런한다. 테스트가 패스할 경우, 비퍼를 연속적으로 비프한다.

6. 우선 순위 레벨에 의해 각 테스크를 번갈아 개시하는 CRETIN 동작 시스템을 개시한다.

7. 장치가 칼리브레이트(calibrate)되는 지를 알도록 바테리 RAM 내의 플래그를 체크한다. 그렇지 않을 경우, 에러 메시지를 디스플레이하고 서비스-온리 칼리브레이션 테스트에 접근하는 코드 ‘MORE 999’를 제외하고는 키패드를 로크한다.

8. 전압 및 라인 주파수를 측정하는 테스트를 런하고, 이들 두 값이 장치를 칼리브레이트할 시에 선택된 구성 플러그에 배치하는 지를 본다. 그렇지 않을 경우, 에러 메시지를 디스플레이하고, 서비스-온리 칼리브레이션 테스트에 접근하는 코드 ‘MORE 999’를 제외하고는 키패드를 로크한다.

9. 설치부에 기술된 바와 같이 가열기 핑(ping) 테스트를 수행한다. 가열기가 잘못 와이어될 경우, 에러 메시지를 디스플레이하고, 서비스-온리 칼리브레이션 테스트에 접근하는 코드 ‘MORE 999’를 제외하고는 키패드를 로크한다.

10. 장치가 설치되는 지를 알도록 바테리 RAM 내의 플래그를 체크한다. 그렇지 않을 경우, 에러 메시지를 디스플레이하고, 설치 루틴에 접근하는 코드 ‘MORE 999’를 제외하고는 키패드를 로크한다.

11. 원격 모드에 있지 않을 경우, 장치가 실행할 동안 전력 불능이 있는지를 알도록 배터리 RAM 내의 플래그를 체크한다. 그럴 경우, 4℃ 소크(soak)를 개시하고, 전력이 오프되는 시간량을 디스플레이한다. 전력이 오프될 시에 얼마나 실행 상태에 있는지를 사용자에게 말하는 히스토리 파일을 관찰하기를 바랄 경우 사용자에 요구한다. 예를 선택할 경우, 사용자 진단으로 곧바로 진행한다.

12. 비퍼를 비프하고, 원격 모드 플래그를 삭제하여, 모든 통신문이 키패드를 통해 되돌아간다.

13. 자동으로 개시된 테스트 프로그램을 제작하는지를 알도록 바테리 RAM 내의 플래그를 체크한다. 그럴 경우, 프로그램 실행을 개시하여, 행해진 후 장치를 리세트한다.

14. 최상 레벨 사용자 인터페이스 스크린을 디스플레이한다.

제50도에서, 상표 MAXIAMP 하에 더욱 큰 용적, 마킷된 엷은 벽 반응 튜브의 단면도가 도시되어 있다. 이런 튜브는 PCR 반응에 유용하며, 반응물 또는 다른 재료는 200 마이크로리터보다 큰 전체 용적을 가진 반응 혼합기에 가산될 필요가 있다. 제50도에 도시된 더욱 큰 튜브는 Himont PD7이 폴리프로필렌 또는 Valtec HH-444 폴리프로필렌으로 제조되고, 샘플 블록과 접촉한 엷은 벽을 가지고 있다. 선택된 어떤 재료도 벽에 대한 타겟트 DNA 스틱을 가짐으로써 PCR 반응 처리를 손상하지 않고 모사하지 않도록 PCR 반응 혼합기의 DNA 및 다른 부품과 양립할 수 있다. 글라스는 일반적으로 DNA가 글라스튜브의 벽에 대한 스틱으로 알려져 있기 때문에 양호한 선택물이 아니다.

제50도의 크기 A는 통상적으로 0.012±0.001 인치이고, 튜브의 길이 방향축에 대한 벽 각도는 통상적으로 17°이다. 17° 벽 각도의 잇점은 하향력이 샘플 블록과 양호한 열 접촉을 유발시킬 동안에 튜브가 샘플 웰내에 잼(jam)하지 않는다는 것이다. 엷은 벽의 잇점은 샘플 블록의 온도 변화와, 반응 혼합물의 온도의 대응 변화사이의 지연을 최소화하는 것이다. 이는 사용자가 변성(denaturation) 세그먼트에서 5초 동안 94℃의 1℃ 내에 남을 반응 혼합물을 원하고 이들 파라미터에서 프로그램할 경우, 더욱 두꺼운 벽을 가진 통상적인 튜브보다 더욱 적은 시간 래그로 5초 변질 구간을 얻는다. 5초 변질 소우크와 같은 짧은 소우크 구간을 프로그램하여, 정확히 프로그램된 시간동안 프로그램된 온도에서 소우크를 얻을 수 있는 그런 수행 특성은 타이머를 제어하도록 계산된 샘플 온도의 사용으로 인에이블 된다.

여기에 기술된 시스템에서, 배양 또는 소우크 구간을 타임할 타이머는 계산된 샘플 온도가 프로그램된 소우크 온도에 도달할 때까지 개시되지 않는다.

더욱이, 얇은 벽 샘플 튜브로, 종래의 두꺼운 벽 마이크로 원심분리기 튜브로 타켓트 온도의 1℃ 내에서 얻을 샘플 혼합물에 대해 약 2분의 1 내지 3분의 2를 취하며, 이는 제50도에 도시된 tall MAXIAMP 튜브와, 제15도에 도시된 더욱 작은 엷은 벽 MICROAMP 튜브에 적용된다.

MAXIAMP 및 MICROAMP 튜브의 벽 두께는 적당한 구조세기에 가능한 순응할 정도로 엷도록 제조 공정에서 약간 제어된다. 통상적으로, 폴리프로필렌에 대해, 이는 0.009 내지 0.012 인치이다. 폴리프로필렌보다 강한 외국산 재질은 PCR 반응을 가속하는 잇점을 갖는데에 이용되고, 벽 두께는 적당한 세기가 양호한 열 접촉과 정상 이용의 다른 스트레스를 가질 하향력에 견디게 된다. 1.12 인치의 높이(제50도의 크기 B), 0.780 인치의 크기 C와, 0.395 인치의 상부 벽두께(크기 D)로, MAXIAMP 튜브의 시상수는 파일 시간에 정확히 측정되지 않음에도 불구하고 대략 14초이다. 제15도에 도시된 짧은 튜브에 대한 MICROAMP 튜브 시상수는 0.009 인치 ± 0.001 인치의 원추부의 튜브 벽두께로는 통상적으로 대략 9.5 초이다.

제51도는 엷은 벽 MICROAMP 튜브의 이용의 결과치이다. 타켓트 온도의 유사한 가속 달성은 엷은 벽 MAXIAMP 튜브의 사용으로 유발된다.

제51도에서, 72℃의 개시 온도로부터 94℃의 타켓트 변질 온도의 1℃ 내의 온도에 도달할 종래 튜브에 대한 시간대 MICROAMP 튜브의 계산된 샘플 온도에 대한 상대 시간의 그래프가 도시된다. 제51도에서, 100 마이크로리터 샘플은 각 튜브내에 제공된다. 개방 박스에 의해 표시된 데이터 포인트를 가진 곡선은 9.5초 응답 시간 및 0.009 인치 벽두께를 가진 MICROAMP 튜브에 대해 계산된 샘플 온도 응답이다.

X´s로 표시된 데이터 포인트를 가진 곡선은 0.030 인치 벽두께를 가진 종래 두꺼운 벽 마이크로 원심분리기관내에 100 마이크로리터 샘플에 대한 계산된 샘플 온도를 제공한다. 이런 그래프는, 엷은 벽 MICROAMP 튜브 샘플이 종래 튜브가 약 73초를 취할 동안 대략 36초내의 94℃ 타켓트 소우크 온도의 1℃내의 계산된 온도에 도달하는 것을 나타낸 것이다. 이는 중요한데, 그 이유는 소우크 온도가 거의 성취될 때까지 타이머를 개시하지 않는 장치내에서, 종래 튜브는 각 PCR 사이클이 최소한 두 램프 및 소우크를 갖고, 수행된 매우 많은 사이클이 있다는 사실에 비추어 고려될 시에 전체 처리 시간을 증가시킬 수 있기 때문이다. 그래서, 종래 튜브를 이용함으로써 각 램프에 대한 램프 시간의 더블링(Doubling)은 처리 시간을 상당히 증가시킬 수 있다. 실제 샘플 온도에 관계없이 블록/배쓰/오픈 온도에 의해 시간을 개시하는 시스템에서, 블록/배쓰/오븐 온도의 변화와, 샘플 혼합 온도의 대응 변화사이의 긴 지연은 매우 네가티브한 결과를 가질 수 있다.

이런 문제는 긴 지연이 반응 혼합물이 소우크 동안 프로그램된 온도에 있는 시간으로 차단할 수 있다. 최종 PCR 처리가 일반적인 매우 짧은 소우크 동안, 반응 혼합물은 가열/냉각 시스템이 반응 혼합 온도를 변화시키도록 개시하기 전에 프로그램된 소우크 온도에 실제 도달할 수 없다.

제50도는 플라스틱 웨브(652)에 의해 MAXIAMP 샘플 튜브에 연결된 폴리프로필렌 캡(650)을 도시한 것이다. 캡의 외측 크기 E와, 튜브 상부의 내측 크기 F는 0.002 및 0.005 인치사이의 간섭 피트(fit)에 사이즈된다. 튜브의 내측 표면(654)은 플래쉬, 닉 및 스크래치가 없어, 캡에 따른 기밀한 봉입이 이루어질 수 있다.

제52도는 튜브(651), 캡(650) 및 웨브(652)의 평면도를 도시한 것이다. 어깨부(656)는 캡이 튜브로 너무 푸시 다운되지 않게 하고, 가열된 플래턴과 접촉하는 샘플 튜브의 상부 엣지 위에 캡을 충분히 돌출하게 한다. 이는 또한 제15도의 최소 허용가능한 힘 F이 캡의 변형으로 인가될 수 있을 정도로 충분히 캡을 변형시킨다.

양호한 실시예에 있어서, 튜브 및 캡은 15분까지의 시간동안 126℃까지의 온도에서 자동 결합 가능한 Himont PD7이 폴리프로필렌으로 제조된다. 이는 처분가능한 튜브가 사용전에 고갈되게 한다. 캡이 가열된 플래턴으로 머신의 사용으로 영구히 변형되므로, 튜브는 한번 사용으로 설계되어 있다.

MICROAMP 튜브에 대한 캡은 8 또는 12 캡의 연결된 스트립으로 이용할 수 있으며, 각 캡은 숫자화되어 있다. 캡의 단일 로우가 이용될 수 있고, 로우는 바라는 바만큼 약간 쉽게 짧아질 수 있으며, 각 캡은 스트립을 차단할 수 있다. MAXIAMP 튜브에 대한 캡은 제50도에 도시된 바와 같이 부착되거나, 각 캡을 분리될 수 있다.

MICROAMP 튜브상에서 혼합할 포스트-PCR 반응 첨가제에 대한 최대 용적은 200 마이크로리터이고, MAXIAMP 튜브에 대해 500 이하 마이크로리터이다. 온도 한계는 -70℃ 내지 126℃이다.

응답 시간은 샘플의 용적에 의존한다. 응답은 블록이 온도를 갑작스럽게 변화시킬 시에 신규 온도의 37% 내에 도달하도록 샘플에 대한 시간으로서 측정된다. 50 마이크로리터 충전을 위한 통상적인 응답 시간은 7.0초이고, 20 마이크로리터 충전을 위한 응답 시간은 5.0 초이다.

[부록]

[사용자 인터페이스]

GeneAmp PCR 시스템 9600 사용자 인터페이스의 타켓트는 PCR을 수행하는 프로그램을 개발하여 실행시키는 간단한 방식을 제공하는 것이다.

이용 가능한 세 가지 형의 프로그램이 있다. HOLD 프로그램은 한 세트의 시간 또는 무한정 시간동안 유지되고, STOP 키에 의해 종료되는 단일 세트포인트로 이루어진다. CYCLE 프로그램은 타임된 램프 및 프로그램 가능한 일시 정지의 특징을 갖는다. 이런 프로그램은 9 이하의 세프포인트와 99 이하의 사이클을 갖고 있다. AUTO 프로그램은 사용자가 적절한 정도의 사이클에서 세트포인트 시간 및온도를 증가시키거나 감소시킨다. 이런 프로그램은 또한 9 이하의 세트포인트와 99이하의 사이클을 갖고 있다. METHOD 프로그램은 17 이하의 홀드, 사이클 또는 자동 프로그램을 함께 링크하는 방식을 제공한다.

전체 150 프로그램은 1 내지 150의 수로 저장될 수 있다. 프로그램은 발생되고, 저장되며, 보호되며, 프린트되거나 삭제될 수 있다. 저장된 프로그램의 디렉토리는 관찰되거나 프린트될 수 있다.

RUN : 프로그램 디스플레이로부터 프로그램 실행을 개시하거나, 프로그램되거나 또는 키패드 일시 정지를 재개시함.

MORE : 런타임 디스플레이를 토글하고, 또한(다음에 코드 999가 나온다면) 서비스-온리 기능을 액세스함.

BACK : 동일 스크린내의 이전 필드로 이동한다. 제1필드상에 현재 위치될 경우, 이전 스크린으로 이동함.

STEP : 다음 스크린의 제1필드로 하향 이동함.

PAUSE : 수동 인터럽션에 대해 일시정지된 아웃을 개시함.

OPTION : (맨좌측 옵션으로 롤링 오버하는) 메뉴 항목을 통해 커서를 좌-우측으로 이동시키거나, YES/NO 응답을 토글시킴.

STOP : 실행 프로그램을 중단하거나, 사용자 인터페이스 내의 한 레벨위로 사용자가 이동시킴.

CE : 유효하지 않은 수 엔트리를 삭제함.

ENTER : 현재 수 엔트리를 받아들이고, 메뉴 항목을 받아들이며, YES/NO 응답을 받아들이거나, 디스플레이의 다음 필드로 스킵함. 수 엔트리가 최종 디스플레이일 경우, ENTER는 다음 디스플레이로 스텝함.

[공통 시스템 9600 디스플레이]

Prog : HOLD, CYCL, AUTO 또는 METH의 어느 하나임.

### : 아직 저장되지 않았을 경우, 프로그램 #(1-150) 또는 ??? 임.

Msg : Done, Error, Abort 또는 blank의 어느 하나임.

Temp : 현행 샘플 온도임.

Menu : 이용 가능한 옵션임.

Action : ‘Hold at xx.xc’ 또는 ‘Ramp to xx.xc’ 임.

Temp : 현행 샘플 온도임.

Timer : 홀드 또는 램프 시간을 카운트 다운하거나, FOREVER의 홀드 시간을 카운트 업함.

Prog/cyc : HOLD 화일에 대해서는 ‘Prog xxx’이고, CYCL 또는 AUTO 화일에 대해서는 ‘CYCLE XX’-카운트 업함.

Setpt : 현행 세트포인트 #(1-9)-카운트 업함.

Tot Cyc : 현행 프로그램의 사이클(1-99)의 전체 #임.

Timer : hrs 내의 프로그램의 시간 레프트-카운트 다운함.

Prog : 현행 프로그램 #(1-50)임.

Prog : HOLD, CYCL, AUTO 또는 METH의 어느 하나임.

### : 아직 저장되지 않았을 경우, 프로그램 #(1-150) 또는 ??? 임.

Temp : 현행 샘플 온도임.

Timer : 구성 가능한 일시 정지 시간-카운트 다운함.

[최상 레벨 사용자 인터페이스]

프로그램은 CREATE 디스플레이의 프로그램형을 선택함으로써 형성된다. 사용자는 프로그램의 제1디스플레이를 직접 편집시킨다.

저장된 프로그램은 RUN, EDIT 또는 프로그램 디스플레이로부터 숫자 1 내지 150를 입력시킴으로써 복원된다. RUN 디스플레이로부터의 유효 프로그램의 입력은 런을 가동시킨다. EDIT 또는 프로그램 디스플레이로부터의 유효 프로그램 수의 입력은 사용자가 프로그램의 제1디스플레이를 편집되게 한다.

프로그램은 (스크린으로 하향 이동한) STEP, (이전 필드로 이동한) BACK 또는 (다음 필드로 이동하는) ENTER를 누름으로써 편집된다.

프로그램은 RUN-STORE-PRINT-HOME 메뉴를 선택하거나, 키패드상의 RUN 키를 누름으로써 실행된다. 사용자는 각 런에 요구된 2 파라미터를 먼저 입력시킨다.

OPTION 키는 MICRO(MicroAmp 튜브)으로부터 THIN(엷은 벽 GeneAmp 튜브)으로 튜브형을 토글시킨다. 사용자가 특정 튜브를 구성할 경우, OTHER의 옵션이 가산된다. 서로 다른 반응 용적은 입력된다. 이런 파라미터는 이런 프로그램으로 저장된다. ENTER은 이런 값을 허용한다.

사용자가 런타임 프린터 ON를 구성시키고, 사이클, 자동 또는 방법 프로그램을 런닝할 경우, 후행 프린터 선택물이 제공된다. 프로그램은 개시된다. CYCLE는 사이클의 종료와 동시에만 메시지를 프린트한다. SETPOINT는 모든 세트포인트에 대한 런타임 데이터(ramp/hold time 및 temps)를 프린트한다.

사용자가 런타임 프린터 ON를 구성하고 홀드 프로그램을 실행할 경우, 후행 프린터 선택물이 제공된다.

가열된 커버가 100℃ 이하일 경우, 다음 스크린이 디스플레이된다. 사용자는 가열된 커버가 100℃에 도달할 시에 이런 디스플레이를 온할 경우, 런은 자동으로 개시한다. 사용자가 프로그램 디스플레이로 복귀하도록 STOP를 히트시킬 경우, 런은 수동으로 재개시된다.

프로그램을 저장하지 않고 RUN-STORE-PRINT-HOME 메뉴에서 HOME를 허용하는 것은 스크린을 디스플레이한다.

[홀드 프로그램]

사용자는 무한정 소우크 또는 시간 제한 홀드 사이에서 선택할 수 있다.

비퍼는 일초에 한 번 소리낼 것이다.

[사이클 프로그램]

결함(default)은 3이다. 이는 이런 프로그램의 세트포인트 수를 결정한다. 1 내지 9 세트포인트가 허용된다.

입력된 세트포인트 수는 얼마나 많은 세트포인트 편집 디스플레이가 제공되는 지를 결정한다. 사용자는 각 세트포인트동안 램프 및 홀드 시간을 입력시킬 수 있다. 홀드 타이머는 샘플 온도가 세트포인트의 사용자 구성 가능한 온도내에 설정할 시에 개시한다.

사용자가 일시 정지하기를 원하지 않을 경우, 다음 3 디스플레이는 스킵된다. 1 내지 99 사이클은 허용된다.

세트포인트 수에 대한 0의 입력은 사용자가 일시 정지를 원하지 않는 것을 의미한다. 그래서, 다음 2 디스플레이가 스킵된다.

사이클 수는 입력된 사이클의 전체 수로 제한된다.

디폴트 일시 정지 시간은 사용자 구성에서 설정된다.

[자동 프로그램]

디폴트는 3이다. 이는 이런 프로그램내의 세트포인트들의 수를 결정한다. 1 내지 9 세트포인트가 허용된다.

입력된 세트포인트 수는 얼마나 많은 세트포인트 편집 디스플레이가 제공되는지를 결정한다. 램프 시간이 제공되지 않아, 장치가 가능한 빨리 램프한다. 홀드 타이머는 샘플 온도가 세트포인트의 사용자 구성 가능한 온도내에 설정될 때에 개시한다.

사용자가 사이클마다 시간 및 온도를 증가 또는 감소시키기를 원할 경우, 다음 디스플레이가 제공된다.

OPTION 키는 화살표를 토글 업시키거나(사이클마다 증가), 토글 다운시킨다(사이클마다 감소). 감소된 최대 시간은 세트포인트 홀드 시간으로 제한된다.

99 이하의 사이클이 허용된다.

[방법 프로그램]

17 이하의 프로그램은 방법내에 링크될 수 있다. 사용자가 비존재 프로그램 #을 입력시킬 경우, 메시지 “Prog does not exist”가 디스플레이된다. 사용자가 다른 방법을 링크할 경우, 메시지 “Cannot link a method”가 디스플레이된다.

[방법 프로그램-런타임 디스플레이]

RUNTIME, MORE 및 PAUSE 디스플레이는 현재 런닝하는 프로그램의 디스플레이이다. 두 부가적인 MORE 디스플레이는 프로그램 실행이 방법으로 링크될 시에 제공된다.

현재 실행하고 있는 프로그램의 수는 플래쉬할 것이다.

METHOD : 그 방법으로 링크된 각 프로그램의 헤더를 프린트함.

PROGRAM DATA : 방법내에 링크된 각 프로그램의 내용 및 헤드를 프린트함.

[STORING A PROGRAM]

STORE가 RUN-STORE-PRINT-HOME 메뉴로부터 선택될 시에, 프로그램을 저장하는 루틴은 파일 및 방법에 대해 동일하다. 프로그램 보호는 프로그램이 사용자 수의 인식없이 전면에 기록되거나 삭제되지 않는 사용자를 보장한다. 다른 사용자는 그 방법으로 보호된 파일을 관찰, 편집, 런 및 링크할 수 있지만, 저장된 버전을 변경할 수 없다.

는 1 내지 150의 제1 이용가능한 프로그램수이다.

사용자는 보호된 프로그램의 #을 입력시킨다. 정확한 사용자 #는 이런 프로그램을 덮어 쓰도록 입력된다.

잘못된 사용자 #가 입력된다. 이런 디스플레이는 이전의 디스플레이로 복귀하기 전에 5초 동안 머문다. 사용자는 정확한 #를 입력시킬 3 기회가 주어진다.

사용자가 방법내에 링크되는 프로그램을 덮어쓰려고 할 경우, 사용자는 계속하거나 그렇지 않은 옵션이 통고되고 주어진다.

사용자가 다른 방법과 함께 한 방법내에 링크되는 프로그램 덮어 쓰려고 하는 경우, 에러 메시지가 주어진다.

사용자는 프로그램을 보호할 뿐만 아니라 앞서 보호된 프로그램을 보호하지 않을 기회가 주어진다.

사용자는 프로그램을 보호하길 원해, 사용자 #를 입력시킨다.

이용 가능한 슬롯내에 프로그램을 저장할 준비가 되어 있다. 사용자 #는 프로그램이 보호될 경우에만 나타난다.

현존하는 프로그램을 덮어 쓸 준비가 됨. 사용자 #는 프로그램이 보호되는 경우에만 나타남.

DIR : 프로그램수, 사용자 수 또는 프로그램형에 의해 저장된 프로그램의 디렉토리를 사용자가 관찰하거나 프린트하게 함.

CONFIG : 사용자가 특정 필요성에 대한 장치 사용을 하게 함.

DIAG : 런타임 문제를 진단하고, 장치의 성능을 검증하는 수단을 사용자에게 제공함.

DEL : 프로그램 수, 사용자 수 또는 프로그램형에 의해 사용자가 저장된 프로그램을 삭제하게 함.

UTIL-DIRECTORY

프로그램은 소정수에서 개시하는 수순위로 리스트된다. STEP 및 BACK 키는 디렉토리 디스플레이를 통해 이동한다. 비퍼는 프로그램 리스트의 시초 또는 종료에서 소리가 난다.

STOP는 사용자를 상기 디스플레이로 복귀시킨다.

프로그램 수는 프로그램의 선택형에 대해 리스트된다.

주어진 사용자 수 아래에 저장된 온도 프로그램이 리스트된다.

사용자는 디렉토리가 상기 관찰된 바와 같은 식으로 리스트한 디렉토리를 하드 카피한다.

UTIL-USER CONFIGURATION

구성 화일은 메뉴로부터 EDIT를 허용하거나, STEP 키를 누름으로써 편집될 수 있다. PRINT는 이 이러한 화일의 내용을 프린트한다.

사용자는 시스템 시간 및 화일을 세트시킬 수 있다.

런타임 프린터가 ON일 경우, 사용자는 각 런의 시초로서 프린터 옵션으로 촉진된다. 런타임 비퍼가 ON일 경우, 비프는 프로그램을 런닝할 동안(시퀀스의 램프 또는 홀드부 후에) 각 세그먼트의 단부에서 소리가 난다.

이런 시간은 프로그램이 실패되기 전에 일시 중지할 수 있는 최대량의 시간을 나타낸다. 이는 키패드 일시 중지에만 속한다.

이런 시간은 실제 샘플 온도가 에러 플래그되기 전에 세트포인트로부터 변하는 정도의 수를 나타낸다.

이런 세트포인트는 항상 제공되는 제어 냉각 전력의 균형을 맞추는 데에 유용하다. 샘플 온도는 장치가 휴지일 때마다 휴지 상태 세트포인트에서 유지된다.

런닝 프로그램의 홀드 세그먼트를 타임한 클럭은 샘플 온도내에서 설정할 시에 트리거되도록 구성된다. 명목값은 1.0℃이다.

사용자가 MicroAmp 또는 Thin-Walled GeneAmp 튜브와 다른형의 튜브를 사용하기를 원할 경우, 이런 옵션을 YES로 세트시켜, 최소한 3 쌍의 반응 용적 및 튜브 시상수 데이터를 입력시킨다. 이런 곡선은 런의 시점에서 사용자에 의해 입력된 반응 용적에 의존하는 특정 튜브를 이용하여 각 런에 대해 정확한 Tau(튜브 시상수)을 외삽하는 데에 이용된다.

반응 용적 및 튜브 시상수 데이터. 이 곡선은 실행의 시작에서 사용자에 의해 입력된 반응 용적에 의존하는 이러한 특별한 튜브를 사용하여 각 실행에 대해 정확한 타우(튜브 시상수)를 외삽하는데 사용될 것이다.

UTIL-USER CONFIGURATION(cont)

이런 3세트의 스크린은 사용자가 “Special tube?”을 YES로 세트시킬 경우에 제공된다.

[UTIL-DELETE]

모든 프로그램(화일 및 방법)은 수만큼 삭제될 수 있다.

프로그램은 한 방법으로 링크될 경우에 삭제될 수 없다.

사용자는 보호된 프로그램 #을 입력시킨다. 정확한 사용자 #는 이런 프로그램을 삭제하도록 입력된다.

잘못된 사용자 #는 입력된다. 이런 디스플레이는 이전의 디스플레이로 복귀하기 전에 5초 동안 머문다. 사용자는 정확한 #을 입력시킬 3번의 기회가 주어진다.

프로그램을 삭제할 준비가 되어 있다. 사용자 #는 프로그램이 보호될 경우에만 나타난다.

프로그램은 주어진 사용자 번호하에 삭제될 수 있다.

프로그램이 주어진 사용자 #에 존재하지 않을 경우, 다음 메시지가 디스플레이된다.

프로그램은 방법내에 링크될 경우에 삭제될 수 있다. STEP 키는 링크된 프로그램의 리스트를 통해 사이클한다.

UTIL-DELETE(cont)

링크된 프로그램의 리스트는 프로그램이 링크되는 어느 방법을 나타낸 것이다.

이는 링크되지 않은 주어진 사용자 # 하에 모든 프로그램을 삭제한다.

이는 보호된 방법내에 링크되지 않은 모든 보호되지 않는 프로그램을 삭제한다.

UTIL-USER DIAGNOSTICS

어느 진단 테스트를 실행할 동안, STOP 키는 항상 사용자를 최상 레벨 진단 스크린으로 복귀시켜, 다음 테스트에 대한 테스트수 및 이름을 자동으로 증가시키는 이는 유용한 진단을 통해 수동 사이클링을 용이하게 한다.

사용자는 실행할 진단수를 입력시키거나, 유용한 테스트를 통해 사이클할 STEP 또는 BACK 키를 사용할 수 있다. STEP 또는 BACK 키가 눌려질 때마다, 테스트 수는 증가 또는 감소되며, 관련 테스트 이름은 디스플레이된다. 이런 특성은 각 테스트와 관련된 수를 메모리하도록 사용자의 욕구를 해소한다.

히스토리 화일은 최종 런의 500 이하의 레코드를 저장할 수 있는 바테리 RAM 내의 원형 버퍼이다. 버퍼가 충전할 시에, 가장 오래된 엔트리는 덮어써진다. 버퍼는 프로그램이 실행되기 전에 자동 삭제된다.

히스토리 파일 헤더는 파일(‘nnn’) 내의 현행 레코드수를 디스플레이한다. ALL은 모든 레코드를 관찰하고, STAT는 상태 레코드만을 관찰한다. ERRORS는 에러 메시지를 가진 레코드만을 관찰하며, PRNT는 히스토리 파일의 모두 또는 부분을 프린트한다.

두 형태의 레코드, 즉 1) 프로그램에 대한 정보를 제공하는 상태 레코드와, 2) 프로그램의 각 홀드 및 램프 세그먼트에 대한 정보를 제공하는 데이터 레코드이다. 홀드 프로그램은 한 홀드 세그먼트로서 처리되며, 데이터 레코드는 화일 종료시에 저장된다.

수백개의 엔트리(50 사이클×6세트포이트=350 엔트리)가 있으므로, 화일을 통해 고속 양방향으로 이동될 수 있다. 대부분의 PCR 프로그램은 3 또는 6 세트포인트 및 40 사이클 또는 그 이하이다. 엔트리는 반대 순서로 재관찰되어, 보여진 제1레코드는 기록된 최종 레코드가 된다.

사용자가 관찰할 레코드 행을 선택할 경우, STEP 또는 BACK은 선택된 형의한 엔트리에 의해 버퍼를 상하향으로 이동시킨다. 수가 STEP 또는 앞섬으로써, 제2라인은 “skip #xxx 엔트리”로 대체된다. 사용자는 수를 입력시켜, 값을 억셉트 하도록 ENTER을 누르며, 엔트리의 수는 순방향(STEP) 또는 배향(BACK)으로 스킵된다.

RUN 키가 STEP 또는 BACK에 앞섬으로써, 사용자는 선택된 형의 최대 레코드 #(최신 레코드) 또는 레코드 #1(가장 오래된 레코드)로 신속히 이동할 수 있다.

STOP는 관찰 모드를 종료하고, 파일 헤더를 디스플레이한다.

STATUS RECORD

‘ffff’는 HOLD, CYCL 또는 AUTO 임. ‘xxx’는 프로그램수임. ‘/mmm’는 링크된 프로그램의 방법수임. ‘nnn’은 레코드수임. ‘message’은 아래와 같은 것중 하나임.

Status messages

tube Type: xxxxx 런내에 이용된 샘플 관형.

Reaction vol: xxxuL 런내에 이용된 반응 용적.

Clk starts w/in x.xC 홀드 클록은 세트포인트 온도내에서 개시함.

Start xx/xx/xx xx:xx 런 개시의 시간 및 날짜.

End xx/xx/xx xx:xx 런 종료의 시간 및 날짜.

Meth Complete 방법 내에 링크된 모든 프로그램은 완료함.

Pause xx:xx at xx.xC 프로그램은 이런 온도에서 이런 시간동안 일시 정지됨.

Fatal status message

Sensor Error 센서는 로우내에서 10번 판독함.

Power fail xxx.x hrs 전력은 이런 량의 시간동안 오프함.

User Abort 사용자는 런동안 STOP 키를 누름.

Pause Timeout xx:xx 키패드는 구성가능한 시간 한계에 도달함.

Fatal Setpoint Error 세트포인트가 계산된 량의 시간내에 도달하지 않을 경우에 프로그램을 실패할 요건이 있다. 개시 램프 온도(10℃ 증가의 0℃ 내지 100℃)대 종료 램프 온도(같은 축 라벨링)의 10×10 조사표는 TC2가 소정량을 램프 업 또는 다운시키는 평균시간을 유지한다. 파일은 세트포인트가 아래와 같이 계산된 시간량에 도달되지 않을 경우에 실패된다.

프로그램된 램프시간 + (2 조사표값) + 10분

DATA RECORD

‘f’는 HOLD, CYCL 또는 AUTO임.

‘xxx’는 프로그램수임.

‘mm’은 링크된 프로그램에 대한 방법수임. ‘ddd.d’은 종단 세트포인트 온도임.

‘nnn’은 레코드수임.

‘yy’은 사이클수임.

‘z’은 세트포인트수임.

‘mmm:ss’은 세트포인트 시간임.

사이클 및 세트포인트수 필드는 홀드 프로그램에 생략된다.

DATA ERROR RECORD

‘ddd.d’은 종단 세트포인트 온도임.

‘nnn’은 레코드수임.

‘yy’은 사이클수임.

‘z’은 세트포인트수임.

‘mmm:ss’은 세트포인트 시간임.

‘message’은 아래와 같은 중요하지 않은 에러를 나타낸다.

Non-fatal Error messages

Setp Error : 세트포인트는 계산된 시간, 즉 프로그램된 램프 시간 + (2 조사표 값).

Prog Error : 자동 프로그램은 홀드 시간이 부로 진행하게 하거나, 온도가 0.1℃ 내지 100℃의 범위로 진행하게 한 세트포인트 온도 또는 시간을 자동으로 증가시키고 감소시킨다.

Temp Error : 세그먼트의 단부에서, 세트포인트 온도는 사용자 구성가능한 량을 +/-로 드리프트한다. 홀드 프로그램에 대해, 사이클 및 세트포인트 필드는 생략된다.

PRINTING THE HISTORY FILE

히스토리 화일 프린트 루틴에 대한 억세스는 히스토리 화일 헤더 메뉴를 통한다. OPTION 키는 옵션을 통해 커서를 사이클한다.

커서가 PRNT 하에 위치될 시에 ENTER 키의 누름은 프린트 스크린을 디스플레이한다.

ALL : 화일내의 모든 레코드를 프린트함.

STAT : 상태 레코드만을 프린트함.

ERRORS : 에러 메시지를 가진 레코드만을 프린트함. 한 프린트 옵션이 선택될 시에, 아래와 같은 스크린이 디스플레이된다.

제1(최신) 프로그램수는 결함 프로그램이다.

사용자는 프로그램수를 개시 프린팅으로 변화시킬 수 있다.

프린팅 동안, 아래의 스크린이 디스플레이된다.

프린팅 종료시에, 프린트 히스토리 메뉴는 다시 디스플레이된다.

가열 테스트는 온도가 35℃에서 65℃로 상승할 시에 샘플 블록의 가열율을 계산한다. 아래의 스크린은 블록 온도가 35℃되게 할시에 디스플레이된다.

온도가 안정화할 시에, 모든 가열기는 전체 전력이 턴온된다. 디스플레이는 “going to 65℃”를 판독하고, 블록 온도는 50℃를 통과한 후에 20초 동안 모니터된다. 20초 후에, 통과 또는 불능 메시지는 디스플레이된다.

냉각기 테스트는 온도가 35℃에서 15℃로 떨어질 시에 샘플 블록의 냉각율을 계산한다. 아래의 스크린은 블록 온도가 35℃로 될시에 디스플레이된다.

온도가 안정화할 시에, 냉각기는 온한다. 디스플레이는 “going to 15℃”를 판독하며, 블록 온도는 25℃를 통과한 후에 20초 동안 모니터된다. 20초 후에, 통과 또는 불능 메시지가 디스플레이된다.

Claims (170)

1. 공지된 용적의 액체 샘플 혼합물을 함유하는 적어도 하나의 샘플 튜브에서의 폴리머라제 연쇄 반응의 자동 수행을 위한 장치를 제어하는 장치에 있어서, 상기 적어도 하나의 샘플 튜브에 대한 적어도 하나의 웰(well)을 가진 샘플 블록과, 계산 장치로서, 시간에 따라 상기 샘플 블록의 온도의 함수로써 상기 액체 샘플 혼합물의 온도를 결정하는 수단과, 상기 샘플 튜브와 상기 샘플 혼합물의 용적에 대응하는 제1열 시상수(thermal time constant)에 관련된 하나 또는 그 이상의 값을 저장하는 수단과, 상기 블록 온도 센서에 대응하는 제2열 시상수의 기억 장치를 포함하는 계산 장치와, 상기 샘플 블록의 온도를 변화시키는 장치로서 상기 계산 장치에 의해 제어되는 가열 및 냉각 수단과, 상기 샘플 블록에 열적으로 결합되며, 시간에 따라 상기 샘플 블록의 온도를 상기 계산 장치에 제공하는 블록 온도 센서를 포함하며, 시간에 따라 상기 샘플 블록의 온도의 함수로써 상기 샘플 온도를 결정하는 상기 수단은, 상기 제1 및 제2열 시상수의 함수로써 상기 샘플 온도를 결정하는 수단을 포함하며, 상기 계산 장치는, T_sampn=T_sampn+(T_Bn-T_sampn-1)*t_interval/tau에 의해 현재 시간 n에서의 현재 샘플 간격으로 상기 샘플 온도를 결정하며, 여기서, T_sampn은 시간 n에서의 샘플 온도이고, T_sampn-1은 시간 n-1에서 발생된 바로 선행하는 샘플 간격에서의 샘플 온도이고, T_Bn은 시간 n에서의 블록 온도이고, t_interval은 샘플 간격사이의 시간(초)이고, tau는 상기 제1열 시상수에서 상기 제2열 시상수를 뺀 값이 되는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1열 시상수는 약 5초와 14초 사이에 있는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
3. 제2항에 있어서, 홀드 시간/온도 프로파일을 규정하는 사용자 정의 세트포인트(setpoint)를 수신하는 입력 장치를 더 포함하고, 상기 계산 장치는 상기 사용자 정의 세트포인트와 상기 샘플 온도의 함수로써 상기 가열 및 냉각 수단을 제어하는 수단을 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 세트포인트 온도가 목표 샘플 온도가 되는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
5. 제1항에 있어서, 홀드 시간/온도 프로파일을 규정하는 사용자 정의 세트포인트를 수신하는 입력 장치를 더 포함하고, 상기 계산 장치는 상기 사용자 정의 세트포인트와 상기 샘플 온도의 함수로써 상기 가열 및 냉각 수단을 제어하는 수단을 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 샘플 블록은, 상기 샘플 튜브를 유지하는 샘플 웰의 어레이를 상부 표면에 포함하는 중앙 영역과, 대기와 열적으로 접촉하는 상기 블록의 반대 단부에서 2개의 단부 엣지를 포함하는 단부 엣지 영역과, 상기 블록의 반대 쪽에 두 개의 매니폴드(manifold) 엣지를 포함하는 매니폴드 영역으로 이루어지고, 상기 각 매니폴드 엣지는 매니폴드에 열적으로 결합되는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 가열 수단은, 상기 중앙 영역에 열적으로 결합되는 중앙 가열 존과, 상기 엣지 영역에 열적으로 결합되는 단부 엣지 가열 존과, 상기 매니폴드 영역에 열적으로 결합되는 매니폴드 가열 존을 구비하는 가열기인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 계산 장치는, a. 전력 손실을 고려하지 않고 상기 현재 샘플 간격에서 상기 블록에 인가하기 위한 총 전력을 나타내는 이론상 제2전력을 결정하고, b. 상기 이론상 제2전력을 상기 현재 샘플 간격에서 각각의 상기 개별 존에 인가될 이론상 전력들로 분할하고, c. 상기 현재 샘플 간격에서 상기 영역에 의한 전력 손실을 결정하고, d. 상기 현재 샘플 간격에서 상기 각 개별 존에 인가되게 하기 위해 실제 제3전력을 결정하고, 상기 제3전력은 상기 영역에 의한 전력 손실을 고려하는 것에 의해, 상기 현재 샘플 간격에서 상기 가열 존으로 인가되는 제1전력을 결정하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 사용자 정의 세트포인트중 하나는 미리 선택된 램프 비율(ramp rate)로 상기 샘플 온도를 램핑한 후의 목표 샘플 온도가 되며, 상기 계산 장치는 상기 모든 존에 인가될 상기 이론상 제2전력을 결정하는 수단을 포함하고 있으며, 상기 결정 수단은, a. 상기 미리 선택된 램프 비율을 실현하기 위해 모든 가열 존에 대한 총계의 제4전력을 결정하는 수단과, b. 상기 제4전력의 함수로써 상기 현재 샘플 간격에서 샘플 블록의 상기 온도를 결정하는 수단과, c. 상기 현재 샘플 간격에서 상기 샘플 온도를 결정하는 수단과, d. 램핑후의 목표 샘플 온도와 상기 현재 샘플 간격에서 이루어지게 될 상기 바로 선행하는 샘플 간격에서의 샘플 온도사이의 차이의 프랙션(fraction)을 결정하는 수단과, e. 상기 현재 샘플 간격에서 상기 프랙션을 계산하기 위해 상기 이론상 제2전력을 결정하는 수단을 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 샘플 블록에 일정하게 인가되는 바이어스 냉각 장치를 더 포함하고, 상기 계산 장치는, Power=CP/ramp_rate+bias에 따라 원하는 램프 비율을 실현하기 위해 모든 가열 존에 대한 총계의 제4전력을 결정하는 수단을 포함하며, 여기서 Power은 원하는 램프 비율을 실현하기 위한 모든 가열 존에 대한 상기 총 전력이고, CP는 상기 블록의 열 질량이며, bias는 상기 바이어스 냉각 장치의 냉각 전력이고, ramp_rate는 램핑후의 목표 샘플 온도와 미리 선택된 램프 비율에 의해 분할되는 램핑의 개시점에서의 샘플 온도 사이의 차이인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 계산 장치는 T_Bn=T_Bn-1+Power* (t_interval/ CP)에 따라 상기 현재 샘플 간격에서 상기 샘플 블록의 상기 온도를 결정하고, 여기서, T_Bn-1은 시간 n-1에서의 상기 블록의 온도이고, t_interval은 샘플 간격사이의 초단위의 시간이며, CP는 상기 블록의 열 질량이며, Power는 상기 제4전력인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
12. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 계산 장치는CP/t_interval*((SP-T_sampn-1)*F*tau/t_interval+T_sampn-1-T_Bn)의 함수로써 상기 현재 샘플 간격에서의 상기 프랙션을 계산하기 위해 상기 이론상 제2전력을 결정하고, 여기서 Pwr은 상기 현재 샘플 간격에서 상기 프랙션을 계산하기 위해 인가되는 상기 이론상 제2전력이며, CP는 상기 블록의 열 질량이며, SP는 램핑 후의 상기 목표 샘플 온도이고, F는 램핑 후의 상기 목표 온도와 상기 현재 샘플 간격에 형성될 상기 샘플 온도간의 차이의 프랙션인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
13. 제11항에 있어서, t_interval은 대략 0.2인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
14. 제1항에 있어서, 상기 공지된 용적의 액체 샘플 혼합물은 대략 20 내지 100 마이크로리터의 범위내에 있는 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
15. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 계산 장치는, 잔여 에러를 처리하기 위해, 상기 바로 선행하는 샘플 간격에서의 상기 샘플 온도가 램핑후의 상기 목표 샘플 온도의 전체 대역내에 존재할 때, 상기 현재 샘플 간격에서 상기 프랙션을 계산하기 위해 상기 이론상 제2전력을 조정하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
16. 제9 또는 제10항에 있어서, 상기 전체 대역이 대략 +/- 0.5℃인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
17. 제9 또는 제10항에 있어서, 상기 계산 장치는, 물리적 제한 때문에, 이전의 샘플 간격에 양도되지 않았던 전력을 설명하기 위해, 전력 조정 항, int_sum_n=int_sum_n-1+(SP-T_sampn-1) pwr_adj=Ki*int-sum_n을 부가하므로써 상기 현재 샘플 간격에 상기 프랙션을 계산하도록 상기 이론상 제2전력을 조정하며, 여기서 pwr_adj는 상기 파워 조정 항이며, int_sum_n은 n에서 누적된 적분 항의 값이며, int_sum_n-1은 시간 n-1에서 누적된 적분 항의 값이며, SP는 램핑후의 상기 목표 샘플 온도이고, T_sampn-1는 시간 n-1에서 상기 샘플의 온도와 동일하고, ki는 인테그랄 이득 상수(integral gain constant)인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 인테그랄 이득 상수는 대략 512인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
19. 제8항에 있어서, 상기 계산 장치는 상기 이론상 제2전력을 상기 존의 상대 영역에 비례하는 각 상기 개별 존에 인가되는 이론상의 전력으로 나누는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
20. 제8항에 있어서, 상기 계산 장치는, a. 상기 현재 샘플 간격의 상기 샘플 블록상의 폼 백킹(foam backing)으로 손실된 전력을 결정하고, b. 상기 현재 샘플 간격의 상기 매니폴드에 손실된 전력을 결정하고, c. 상기 현재 샘플 간격에서 대기로 상기 단부 엣지 영역에 손실된 전력을 결정하는 것에 의해 전력 손실을 결정하는 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
21. 제20항에 있어서, 상기 계산 장치는, a. 상기 현재 샘플 간격에 상기 폼 백킹의 온도를 결정하고, b. 상기 현재 샘플 간격에 상기 블록 온도를 결정하고, c. 상기 현재 샘플 간격에서 상기 폼 백킹의 상기 온도와, 상기 현재 샘플 간격의 상기 블록의 온도와, 상기 폼 백킹의 열 시상수의 함수로써 상기 폼 백킹에 손실된 상기 전력을 결정하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
22. 제21항에 있어서, 상기 계산 장치는, T_foamn=T_foamn-1+(T_Bn-T_foamn)* t_interval/ tau2에 따라서 상기 현재 샘플 간격 T_foamn에서 폼 백킹의 온도를 결정하고, 여기서 T_foamn은 시간 n에서의 상기 폼의 온도이고, T_foamn-1은 시간 n-1에서의 폼 온도이고, tau2는 상기 폼 백킹의 상기 열 시상수인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
23. 제22항에 있어서, tau2는 대략 30초이고 t_interval은 대략 0.2인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
24. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 계산 장치는 T_Bn=T_Bn-1+Power*(t_interval/CP)에 따라서 상기 현재 샘플 간격에서의 상기 샘플 블록의 상기 온도를 결정하고, 여기서 T_Bn-1는 시간 n-1에서의 블록의 온도이고, t_interval은 샘플 간격사이의 초 단위의 시간이며, CP는 상기 블록의 열 질량이고, Power는 상기 미리 선택된 램프 비율을 달성키 위해 모든 가열 존에 대한 총 제4전력인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
25. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 계산 장치는, foam-pwr=C*(T_Bn-T_foamn)에 따라서 상기 폼 백킹의 상기 온도의 함수로써 상기 폼 백킹에 손실된 전력을 결정하고, 여기서, foam-pwr은 시간 n에서 상기 폼 백킹에 손실된 전력이고, T_foamn는 시간 n에서 폼의 온도이고, C는 폼 백킹의 열 질량인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
26. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샘플 블록에 일정하게 공급된 바이어스 냉각제를 전달하는 수단을 부가적으로 포함하고, 상기 계산 장치는, manifold_loss=KA(T_Bn-T_An)+KC(T_Bn+T_Cn)+TM(dT/dt)에 따라서 상기 현재 샘플 간격의 상기 매니폴드(manifold)에 손실된 전력을 결정하고, manifold_loss는 상기 전류 샘플 간격에서 상기 매니폴드에 손실된 상기 전력이고, KA는 단부 엣지 영역-대-대기 콘덕턴스 상수이고, T_An는 시간 n에서 대기 온도이고, T_Cn는 시간 n에서 상기 바이어스 냉각제의 온도이고, KC는 샘플 블록-대-냉각제 컨덕턴스 상수이고, TM은 상기 매니폴드의 열 질량이고, dT/dt는 상기 미리 선택된 램프(ramp) 비율인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
27. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 자동화된 폴리머라제 연쇄 반응을 수행하는 상기 장치는 닫혀진 대기를 한정하는 상기 샘플 블록에 대한 인클로져(enclosure)를 포함하고, 상기 계산 장치는, ambient_loss=K2A(T_Bn-T_Am)+K2C(T_Bn-T_Cn)+TM2(dT/dt)에 따라서 상기 현재 샘플 간격의 대기에 손실된 전력을 결정하고, 여기서, ambient_loss는 상기 현재 샘플 간격에서 상기 대기에 손실된 상기 전력이고, K2A는 단부 엣지 영역-대-대기 컨덕턴스 상수이고, T_An은 시간 n에서 대기 온도이고, K2C는 단부 엣지 영역-대-냉각제 상수이고, T_Cn은 시간 n에서 냉각제 온도이고, TM2는 상기 포위된 대기의 열 질량이고, dT/dt는 상기 미리 선택된 램프 비율인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
28. 제8항에 있어서, 상기 계산 장치는, central_pwr=pwr*cper manifold_pwr=pwr*mper+manifold_loss edge-pwr=pwr*eper+ambient_loss에 따라서 상기 현재 샘플 간격에서 각 상기 개별 존에 인가되는 상기 실제 전력을 결정하고, 여기서, pwr은 상기 이론적인 전력이고, manifold_loss은 상기 현재 샘플 간격에서 상기 매니폴드에 손실된 전력이고, ambient_loss은 상기 현재 샘플 간격의 상기 대기에 상기 엣지 영역에 손실된 전력이고, central_pwr은 상기 현재 샘플 간격에서 상기 중심 열 존으로 공급되는 전력이고, manifold_pwr은 상기 현재 샘플 간격에서 상기 매니폴드 열 존에 공급되는 전력이고, dege-pwr은 상기 현재 샘플 간격에서 상기 단부 열존에 공급되는 전력이고, cper은 상기 중심 영역에서 샘플 블록 구역의 프랙션이고, mper은 상기 매니폴드 영역에서 샘플 블록 구역의 프랙션이고, eper은 상기 엣지 영역에서 샘플 블록 구역의 프랙션인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
29. 제10항에 있어서, cper이 대략 .66이고, mper이 대략 .20이고 cper이 대략 .14인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
30. 제6항에 있어서, 상기 샘플 블록은 다수의 횡단 램프 냉각 채널과 교대하는 다수의 횡단 바이어스 냉각 채널을 포함하고, 상기 바이어스 및 램프 냉각 채널은 상기 상부 표면에 평행하고, 상기 장치는 상기 바이어스 냉각 채널을 통해 냉각된 냉각제를 일정하게 펌프하는 수단과 상기 램프 냉각 채널을 통해 냉각된 냉각제를 선택적으로 펌프하도록 상기 계산 장치에 의해 제어되는 밸브 수단을 더 포함하는 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
31. 제30항에 있어서, 상기 계산 장치가 상기 블록에 공급되는 이론적인 냉각 전력을 결정하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
32. 제31항에 있어서, 상기 계산 장치는 상기 냉각 전력을 결정하는 수단을 포함하고, 상기 결정 수단은, a. 의도하는 하향 램프 비율을 이루기 위해 상기 블록에 총 제5전력을 결정하는 수단과, b. 상기 제5전력의 함수로써 상기 현재 샘플 간격에서 샘플 블록의 상기 온도를 결정하는 수단과, c. 상기 현재 샘플 간격에서 상기 샘플 온도를 결정하는 수단과, d. 하향 램핑후의 목표 샘플 온도와 상기 현재 샘플 간격에서 이루어지는 상기 바로 선행하는 샘플 간격에서의 샘플 온도 사이의 차이의 프랙션을 결정하는 수단과, e. 상기 현재 샘플 간격에서 상기 프랙션을 계산하기 위해 상기 이론적 냉각 전력을 결정하는 수단을 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
33. 제32항에 있어서, 상기 샘플 블록에 일정하게 인가되는 바이어스 냉각을 부가적으로 포함하고, 상기 계산 장치는, Power=CP/ramp_rate+bias에 따라서 의도하는 램프 비율을 이루기 위해 모든 가열 존에 대해 총 제4전력을 결정하는 수단을 포함하고, 여기서, Power는 의도하는 램프 비율을 달성하기 위해 상기 블록에 대한 상기 총 전력이며, CP는 상기 블록의 열 질량과 같으며, bias는 상기 바이어스 냉각의 냉각 전력이고, ramp_rate는 램핑후의 목표 샘플 온도와 미리 선택된 램프 비율에 의해서 분할된 램핑 개시점에서의 샘플 온도간의 차이인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
34. 제33항에 있어서, 상기 계산 장치는, CP/t_interval*((SP-T_sampn-1)*F*tau/_interval+T_sampn-1-T_Bn)의 함수로서 상기 현재 샘플 간격의 상기 프랙션을 계산하기 위해 상기 이론적 냉각 전력을 결정하며, 여기서 pwr은 상기 현재 샘플 간격의 상기 프랙션을 보상하도록 가해질 상기 이론상 냉각 전력이며, CP는 상기 블록의 열 질량과 같으며, SP는 램핑 후의 상기 목표 샘플 온도와 같고, F는 램핑후의 상기 목표 온도와 상기 현행 샘플 간격으로 보상될 상기 샘플 온도간의 차의 상기 프랙션인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
35. 제34항에 있어서, 상기 계산 장치는, manifold_loss=KA(T_Bn-T_An)+KC (T_Bn-T_Cn)+TM(dT/dt)에 따라서 상기 현재 샘플 간격의 상기 매니폴드에 손실된 전력을 결정하며, 여기서 manifold_loss는 상기 현재 샘플 간격의 상기 매니폴드에 손실된 상기 전력이며, KA는 단부 엣지 영역-대-대기 콘덕턴스 상수이며, T_An는 시간 n에서의 대기 온도이고, T_Cn은 시간 n에서의 상기 바이어스 냉각제의 온도이며, KC는 샘플 블록-대-냉각제 콘덕턴스 상수이고, TM은 상기 매니폴드의 열 질량이고, dT/dt는 상기 미리 선택된 램프 비율인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
36. 제35항에 있어서, 자동 폴리머라제 연쇄 반응을 수행하는 상기 장치는 밀폐된 대기를 규정하는 상기 샘플 블록에 대한 인클로져를 포함하고, 상기 계산 장치는, ambient_loss=K2A(T_Bn-T_An)+K2C(T_Bn-T_Cn)+TM2(dT/dt)에 따라서 상기 현재 샘플 간격에서 대기에 손실된 전력을 결정하며, 여기서 ambient_loss는 상기 현재 샘플 간격의 상기 대기에 손실된 전력이며, K2A는 단부 엣지 영역 대 대기 콘덕턴스 상수이며, T_An은 시간 n에서의 대기 온도이고, K2C는 단부 엣지 영역 대 냉각제 상수이고, T_Cn은 시간 n에서의 냉각제 온도이고, TM2는 상기 밀폐된 대기의 열 질량이고, dT/dt는 상기 미리 선택된 램프 비율인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
37. 제36항에 있어서, 상기 계산 장치는 상기 현재 샘플 간격에서 상기 블록을 냉각하는 상기 채널을 개방하는 밸브 수단을 포함하며, 상기 밸브 수단은, a. 램프 방향의 하향인지를 결정하는 수단과, b. 상기 이론상의 냉각 전력으로부터 상기 매니폴드 및 대기에 손실된 전력에 대한 값을 감산함으로써 중간 전력 값을 결정하는 수단과, c. 상기 블록 온도와 상기 냉각제 온도의 함수로써 냉각 브레이크 포인트를 결정하는 수단과, d. 상기 램프 냉각 채널이 상기 중간 전력 및 상기 냉각 브레이크 포인트의 함수로서 개방될 것인지를 결정하는 수단을 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행장치의 제어장치.
38. 제37항에 있어서, 상기 냉각 브레이크 포인트는 상기 현재 샘플 간격에서의 상기 블록 온도와 상기 현재 샘플 간격에서의 상기 냉각제 유체의 상기 온도 사이의 차이의 함수인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행장치의 제어장치.
39. 제38항에 있어서, 상기 램프 냉각 채널은 상기 중간 전력이 상기 냉각 브레이크 포인트보다 낮을 때 개방하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행장치의 제어장치.
40. 제4항에 있어서, 상기 가열 및 냉각 수단을 상기 사용자 정의 세트포인트로 제어하는 것은 상기 프로파일을 프로파일 런으로 실행하도록 구성하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
41. 제40항에 있어서, 상기 계산 장치는 사용자가 상기 프로파일 런을 유도하도록 허용하는 수단을 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
42. 제41항에 있어서, 상기 입력 장치는 각 상기 프로파일에 대해 사용자 정의 사이클 계수를 수신하는 수단을 더 포함하고, 상기 사이클 계수는 프로파일 런이 유도될 때 상기 프로파일이 실행되는 시간들의 수를 구성하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
43. 제42항에 있어서, 상기 계산 장치는 프로토콜을 형성하기 위해 다수의 프로파일을 링크하는 수단을 더 포함하고, 상기 프로토콜은 실행된 상기 프로파일의 순서를 정의하고, 프로파일의 상기 순서가 실행되도록 유도하는 것은 상기 프로토콜을 프로토콜 런으로 실행하도록 구성하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
44. 제43항에 있어서, 상기 계산 장치는 단일 프로토콜에서 다수회 단일 프로파일을 링크하는 수단을 더 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
45. 제43 또는 44항에 있어서, 상기 계산 장치는 다수의 프로토콜을 저장하는 수단을 더 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
46. 제43 또는 제44항에 있어서, 상기 계산 장치는 상기 다수의 프로토콜에서 상기 임의의 프로파일을 포함하는 수단을 구비하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
47. 제43 또는 제44항에 있어서, 상기 계산 장치는 임의 프로토콜에 포함된 프로파일이 삭제 또는 중복 기록되는 것을 방지하는 수단을 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
48. 제40항에 있어서, 상기 장치를 동작시키기 위한 전기적 전력이 상기 프로파일의 실행동안 소모되었는지를 결정하는 수단을 더 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
49. 제48항에 있어서, 상기 전기적 전력이 회복될 때 상기 전기적 전력 정전의 기간을 보고하는 수단을 더 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
50. 제48 또는 제49항에 있어서, 상기 전기적 전력이 회복하면 소크(soak)를 자동적으로 개시하는 수단을 더 포함하고, 상기 소크의 온도는 상기 샘플을 절약하는 기회를 최대화하도록 선택되는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
51. 제50항에 있어서, 상기 샘플을 절약하기 위한 상기 온도는 4℃인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
52. 제42,43,44,48,49항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사이클 계수에서 사이클마다 임의의 또는 모든 세트포인트의 홀드 시간을 증가시키는 수단을 더 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
53. 제52항에 있어서, 사이클로마다 임의의 또는 모든 세트포인트의 홀드 시간을 자동적으로 증가시키는 상기 수단의 활성화는 상기 입력 장치를 통해서 사용자 레벨 옵션으로서 선택 가능한, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
54. 제52항에 있어서, 사이클마다 임의의 또는 모든 세트포인트의 홀드 시간의 상기 자동 증가는 상기 입력 장치를 통해서 입력된 제1사용자 정의 값들에 의한 것인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
55. 제54항에 있어서, 사이클마다 홀드시간의 상기 자동 증가는 상기 제1사용자 정의 값들에 기초한 선형(linear)인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
56. 제54항에 있어서, 사이클마다 홀드 시간의 상기 자동 증가는 상기 제1사용자 정의 값들에 기초한 기하형(geometric)인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
57. 제42,43,44,47,49항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사이클 계수에서 사이클마다 임의의 또는 모든 세트포인트의 홀드 시간을 자동적으로 감소시키는 수단을 더 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
58. 제57항에 있어서, 사이클마다 임의의 또는 모든 세트포인트의 홀드 시간을 자동적으로 감소시키는 상기 수단의 활성화는 상기 입력 장치를 통해서 사용자 레벨 옵션으로 선택가능한, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
59. 제57항에 있어서, 사이클마다 임의의 또는 모든 세트포인트의 홀드 시간의 상기 자동 감소는 상기 입력 장치를 통해서 입력된 제2사용자 정의 값들에 의한 것인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
60. 제59항에 있어서, 사이클마다 홀드 시간의 상기 자동 감소는 상기 제2사용자 정의 값에 선형 기초하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
61. 제59항에 있어서, 사이클마다 홀드 시간의 상기 자동 감소는 제2사용자 정의 값에 기하형 기초하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
62. 제42,43,44,48,49항중 어느 한 항에 있어서, 상기 사이클 계수에서 사이클마다 임의의 또는 모든 세트포인트의 세트포인트 온도를 자동적으로 감소시키는 수단을 더 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
63. 제62항에 있어서, 사이클마다 임의의 또는 모든 세트포인트의 세트포인트 온도를 자동적으로 증가시키는 상기 수단의 활성화는 상기 입력 장치를 통해서 사용자 레벨 옵션으로 선택가능한, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
64. 제62항에 있어서, 사이클마다 임의의 또는 모든 세트포인트의 세트포인트 온도에서의 상기 자동 증가는 상기 입력 장치를 통해 입력된 제3사용자 정의 값에 의한 것인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
65. 제64항에 있어서, 사이클마다 세트포인트 온도의 자동 증가는 상기 제3사용자 정의 값에 선형 기초하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
66. 제64항에 있어서, 사이클마다 세트포인트 온도의 자동 증가는 상기 제3사용자 정의 값에 기하형으로 기초하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
67. 제42,43,44,48,49항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사이클 계수에서 사이클마다 임의의 또는 모든 세트포인트의 세트포인트 온도를 자동적으로 감소시키는 수단을 더 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
68. 제67항에 있어서, 사이클마다 임의의 또는 모든 세트포인트의 세트포인트 온도를 자동적으로 감소시키는 수단의 활성화는 상기 입력 장치를 통해 사용자 레벨 옵션으로 선택가능한, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
69. 제67항에 있어서, 사이클마다 임의의 또는 모든 세트포인트의 세트포인트 온도의 상기 자동 감소는 상기 입력 장치를 통해 입력된 제4사용자 정의 값에 의한 것인, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
70. 제69항에 있어서, 사이클마다 세트포인트 온도의 상기 자동 감소는 상기 제4사용자 정의 값에 선형 기초하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
71. 제69항에 있어서, 사이클마다 온도의 상기 자동 감소는 상기 제4사용자 정의 값에 기하형 기초하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
72. 제40,41,42,43,44,48,49항 중 어느 한 항에 있어서, 사용자 정의된 시간 주기동안 실행을 자동적으로 정지하는 프로그램된 일시 정지 옵션 수단을 더 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
73. 제72항에 있어서, 상기 일시 정지 옵션 수단은 임의의 또는 모든 사이클동안 및 프로토콜의 임의 또는 모든 프로파일이 실행된 후, 임의의 또는 모든 세트포인트가 완료된 후 상기 실행을 정지시키는 수단을 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
74. 제4 내지 10,14,19 내지 23,28 내지 44,48,49항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샘플 온도가 상기 세트포인트 온도의 온도 범위내에 있을 때 상기 세트포인트 홀드 시간이 시작되도록, 사용자로 하여금 상기 입력 장치를 통해서 온도 범위를 정의하게 하는 수단을 더 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
75. 제1항에 있어서, 튜브형 및 반응 용적을 수신하는 입력 장치를 더 포함하고, 상기 계산 장치는 상기 튜브형 및 상기 반응 용적의 함수로서 상기 반응 튜브에 대한 상기 열 시상수를 결정하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
76. 제7항에 있어서, 상기 가열 수단의 진단 검사를 수행하는 수단을 더 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
77. 제76항에 있어서, 상기 검사는 하나 이상의 가열기 핑 테스트(heater ping test), 블록 열 용량 테스트, 램프 냉각 콘덕턴스 테스트, 센서 래그 테스트(sensor lag test)를 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
78. 제30항에 있어서, 상기 냉각 수단의 진단 검사를 수행하는 수단을 더 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
79. 제78항에 있어서, 상기 검사는 하나 이상의 제어 냉각 콘덕턴스 테스트, 블록 열용량 테스트, 칠러 테스트(chiller test), 램프 냉각 콘덕턴스 테스트, 센서 래그 테스트, 냉각 용량 테스트를 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
80. 제1항에 있어서, 사용자 요구 및/또는 시스템 개시에 따라 자동적으로 하드웨어 진단을 수행하는 수단을 더 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
81. 제52항에 있어서, 상기 하드웨어 진단은 하나 이상의 프로그램 가능한 주변 인터페이스 장치, 베터리 RAM 장치, 배터리 RAM 체크섬, EPROM 장치, 프로그램 가능한 인터페이스 타이머 장치, 클럭/칼렌다 장치, 프로그램 가능한 인터럽트 제어기 장치, 아날로그 대 디지털 섹션, RS-232 섹션, 디스플레이부 섹션, 키보드, 비퍼, 램프 냉각 밸브, EPROM 미스매치, 펌웨어 버전 레벨, 배터리 RAM 체크섬 및 초기화, 자동 개시 프로그램 플래그, 클리어 칼리브레이션 플래그, 가열된 커버 히터 및 제어 회로, 엣지 가열기 및 제어회로, 매니폴드 가열기 및 제어회로, 중앙 가열기 및 제어 회로, 샘플 블록 열 컷오프, 가열 커버 열 컷오프의 테스트를 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
82. 제40항에 있어서, 아날로그 회로로 드리프트를 설명하는 온도 센서 판독을 적응시키는 수단을 더 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
83. 제82항에 있어서, 아날로그 회로의 드리프트를 설명하는 온도 센서 판독을 적응시키는 상기 수단은, a. 제어 상태하에서 하나 이상의 테스트 전압을 측정하고, b. 전기적 드리프트를 측정하기 위해 각 런의 개시에서 상기 전압을 판독하는 것에 의해 상기 드리프트를 결정하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
84. 제43항에 있어서, 상기 계산 장치는 실행 동안, 한 프로파일 및/또는 실행 프로토콜에서 실행되기 위해 남겨진 모든 프로파일들의 실행에 남겨진 대략의 시간의 양을 디스플레이하는 수단을 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
85. 제40항 내지 44항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 계산 장치는 실행 동안 실행에 어떤 주어진 시간에서 샘플 온도를 디스플레이하는 수단을 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
86. 제4항에 있어서, 상기 세트포인트 홀드 시간의 끝에서의 상기 샘플 온도와 상기 세트포인트의 상기 세트포인트 샘플 온도사이의 제1차이를 주어진 세트포인트에 대해서 결정하는 수단을 더 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
87. 제86항에 있어서, 상기 입력 장치는 사용자 정의 온도 차이를 수신하는 수단을 더 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
88. 제87항에 있어서, 상기 계산 장치는 상기 사용자 정의 온도 차이가 상기 제1차이보다 더 크다면 에러를 보고하는 수단을 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
89. 제4항에 있어서, 임의의 휴지 상태동안 상기 장치가 되돌아가는 온도를 구성하는 수단을 더 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
90. 제4항에 있어서, 상기 세트포인트 샘플 온도가 소정 시간의 양에 도달되었는지 검사하는 수단을 더 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
91. 제62항에 있어서, 상기 자동적으로 수정된 세트포인트 샘플 온도가 100℃를 초과하지 않았는지 및/또는 0℃ 이하로 내려가지 않았는지를 검사하는 수단을 더 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
92. 제52항에 있어서, 상기 자동적으로 수정된 세트포인트 홀드 시간이 네가티브가 아닌지를 검사하는 수단을 더 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
93. 제1항에 있어서, 상기 블록 센서를 연속적으로 모니터하고 상기 센서 판독 값이 소정의 회수에서 소정의 도수만큼 상기 블록에 대해 최대로 바람직한 온도를 초과한다면, 중단 절차를 유도하는 수단을 더 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
94. 제93항에 있어서, 상기 중단 절차는 하나 이상의 실행 프로파일 중단, 히스토리 파일내의 에러를 플래그, 사용자에게 경보 메시지를 디스플레이, 상기 히터를 디스에이블시키는 것을 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
95. 제40 내지 44항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템 내에 기억된 정보를 인쇄하는 수단을 더 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
96. 제95항에 있어서, 상기 정보는 프로파일의 내용, 프로토콜의 내용, 생성된 프로파일의 리스트, 생성된 프로토콜의 리스트, 구성 파라미터, 시스템 칼리브레이션 파라미터 중 적어도 하나를 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
97. 제1 내지 10,14,19 내지 23,28 내지 44,48,49,75 내지 80,82 내지 84,86 내지 90,93,94항 중 어느 한 항에 있어서, 모든 이용 가능한 사용자 인터페이스 기능을 원격으로 수행하는 능력을 더 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
98. 제1 내지 10,14,19 내지 23,28 내지 44,48,49,75 내지 80,82 내지 84,86 내지 90,93,94항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 계산 장치는 사용자가 기록된 매뉴얼에 의존하는 것을 감소시키도록 사용자 인터페이스에 의해 구동되는 메뉴를 디스플레이하는 수단을 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
99. 제40항 내지 44항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 계산 장치는 통합성 체크 및 에러 분석을 위해 의도된 상기 이전 실행의 세부사항들을 포함하는 바로 이전의 실행의 히스토리 파일을 유지하는, 폴리머라제 연쇄 반응 자동 수행 장치의 제어장치.
100. 계산 장치와, 적어도 하나의 샘플 튜브에 대한 적어도 하나의 웰을 가지는 샘플 블록과, 상기 샘플 블록에 열적 결합된 블록 온도 센서와, 상기 샘플 블록의 온도를 변경시키기 위해 상기 계산 장치에 의해 제어되는 가열 및 냉각 수단을 포함하는 컴퓨터 제어식 열순환기에 의해 알려진 용적의 액체 샘플 혼합물을 포함하는 적어도 하나의 샘플 튜브의 폴리머라제 연쇄 반응의 자동화된 실행을 컴퓨터 제어하는 방법으로서, 상기 계산 장치에 의하여 소정 시간들에서 블록 온도를 판독하는 단계와, 시간에 따른 상기 샘플 블록의 온도의 함수로서 상기 액체 샘플 혼합물의 온도를 결정하는 단계와, 상기 샘플 온도의 함수로서 상기 가열 및 냉각 수단을 제어하는 단계를 포함하며, 상기 액체 샘플의 온도를 결정하는 상기 단계는, (i) 상기 적어도 하나의 샘플 튜브 및 상기 액체 샘플 혼합물의 용적에 대한 제1열 시상수를 결정하는 단계와, (ii) 상기 블록 온도 센서에 대한 제2열 시상수를 결정하는 단계와, (iii) 현재 시간 n에서 현재 샘플 간격의 샘플 온도를, T_sampn=T_sampn-1+(T_Bn-T_sampn-1)*t_interval/tau에 따라 결정하는 단계를 포함하며, 여기서, T_sampn는 시간 n에서의 샘플 온도이고, T_sampn-1는 시간 n-1에서 발생되는 바로 이전의 샘플 간격에서의 샘플 온도이며, t_interval은 샘플 간격 사이의 시간(초)이며, tau는 상기 제1열 시상수에서 상기 제2열 시상수를 뺀 값인, 폴리머라제 연쇄 반응의 컴퓨터 제어 방법.
101. 제100항에 있어서, 상기 샘플 블록은 상기 적어도 하나의 웰을 포함하는 중앙 영역과, 대기에 열적으로 접촉하는 단부 엣지 영역과, 적어도 하나의 매니폴드에 열적으로 결합된 매니폴드 영역을 포함하고, 상기 가열 수단은 상기 영역들의 각각에 존을 포함하고, 상기 가열 수단을 제어하는 단계는, (iv) 전력 손실을 고려하지 않고 현재 시간 n에서 현재 샘플 간격의 상기 블록으로 인가하기 위해 총 전력을 나타내는 이론상 제2전력을 결정하는 단계와, (v) 상기 이론상 제2전력을 이론상 전력들로 분할하는 단계로서, 각각은 상기 가열 존의 각각에 인가되는, 분할하는 단계와, (vi) 상기 현재 샘플 간격에서 상기 영역에 의한 전력 손실을 결정하는 단계와, (vii) 상기 존 각각에 의한 전력 손실을 고려하여 상기 현행 샘플 간격의 상기 존 각각에 대한 실제 제3전력을 결정하는 단계를 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응의 컴퓨터 제어 방법.
102. 제101항에 있어서, 상기 열순환기는 상기 샘플 블록에 일정하게 인가되는 바이어스 냉각을 부가적으로 포함하며, 상기 컴퓨터 제어 냉각 수단은 냉각 유체를 상기 샘플 블록에 선택적으로 전달하는 선택적으로 동작가능한 램프 냉각 수단을 포함하며, 상기 선택적으로 동작가능한 램프 냉각 수단을 제어하는 단계는, (viii) 샘플 온도 램프 방향이 하향되도록 결정하는 단계와, (ix) 상기 냉각 유체의 온도를 결정하는 단계와, (x) 전력 손실을 고려하지 않고 상기 현재 샘플 간격에서 상기 블록에 인가하기 위한 총 냉각 전력을 상기 샘플 온도의 함수로 결정하는 단계와, (xi) 상기 적어도 하나의 매니폴드 및 대기에 손실된 전력을 상기 총 냉각 전력으로부터 빼므로써 중간 냉각 전력을 결정하는 단계와, (xii) 현재 샘플 간격에서 블록 온도와 상기 냉각 유체의 온도 사이의 차이의 함수로 냉각 브레이크포인트를 결정하는 단계와, (xiii) 상기 중간 냉각 전력과 상기 냉각 브레이크포인트간의 차이의 함수로 상기 램프 냉각 수단을 선택적으로 동작시키는 단계를 포함하는, 폴리머라제 연쇄 반응의 컴퓨터 제어 방법.
103. 폴리머라제 연쇄 반응의 자동 수행에 적합한 열순환기 장치에 있어서, a. 주 상부 표면 및 주 하부 표면을 갖는 금속 샘플 블록과, b. 상기 주 상부 표면에 형성된 분리 이격된 샘플 웰의 어레이와, c. 35 내지 100℃ 범위내의 온도에서 외부 열이 공급되지 않는다면 적어도 약 0.1℃/초의 비율로 균일하게 상기 블록을 냉각시키는 충분한 비율로 상기 샘플 블록에 일정하게 인가되는 바이어스 냉각과, d. 상기 바이어스 냉각율보다 큰 비율로 상기 블록의 온도를 균일하게 상승시킬 수 있는 상기 컴퓨터 시스템에 응답하는 컴퓨터 제어 가능한 열 수단을 포함하며, 상기 열순환기는 컴퓨터 제어하에서 약 ±0.5℃의 허용 폭내에서 35 내지 100℃의 범위에서 샘플 웰의 어레이를 일정하게 유지시키는, 열순환기.
104. 제103항에 있어서, 상기 어레이가 분리 이격된 샘플 웰의 행을 갖는 직사각형 어레이를 포함하는, 열순환기.
105. 제104항에 있어서, 상기 어레이가 공업 표준 마이크로티터 플레이트 포맷과 호환할 수 있는 중심-대 중심 샘플 웰 간격을 8×12 직사각형 어레이를 포함하는, 열순환기.
106. 제105항에 있어서, 상기 샘플 블록이 ℃당 약 500 내지 600 와트-초의 블록 열용량을 갖는, 열순환기.
107. 제104항에 있어서, 상기 샘플 블록이 상기 상부 표면과 평행하고 웰의 행과 평행하고 그로부터 이격된 상기 블록을 통과하는 다수의 트랜스버스(transverse) 바이어스 냉각 채널을 포함하며, 상기 바이어스 냉각 채널을 통해 냉각 유체를 펌프하므로써 바이어스 냉각이 인가되는, 열순환기.
108. 제107항에 있어서, 상기 바이어스 냉각 채널은 단열되는, 열순환기.
109. 제103항에 있어서, 상기 컴퓨터-제어 가능한 열 수단이 상기 블록에 대해 다수의 개별적으로 제어가능한 가열 존을 포함하며, 상기 블록의 일부에 대해서 적어도 하나의 제1존은 샘플 웰의 어레이를 포함하고, 상기 블록의 주변 부분에 대해서 적어도 하나의 제2존은 상기 어레이 바깥에 있는, 열순환기.
110. 제109항에 있어서, 상기 컴퓨터-제어 가능한 가열 수단이 상기 주 하부 표면과 열 접촉하는 멀티존 막 가열기를 구비하는 열순환기.
111. 제103항에 있어서, 상기 샘플 블록은 어레이를 포함하는 블록 부분과 유사한 열 특성을 갖는 가드 밴드(guard band)를 그 샘플 블록의 주변에 포함하고, 상기 가드 밴드가 바이어스 냉각되고 제어 가능하게 가열되는, 열순환기.
112. 제111항에 있어서, 상기 가드 밴드가 상기 어레이 주위에 실질적으로 연장되어, 어레이를 포함한 블록부와 가드 밴드간의 열전도율을 감수시키는, 상기 상부 표면에 형성된 그루브를 포함하는, 열순환기.
113. 제111항에 있어서, 상기 컴퓨터-제어 가능한 가열 수단이 상기 블록에 대해 다수의 개별적으로 제어 가능한 가열 존을 포함하며, 적어도 하나의 제1존은 샘플 웰의 어레이를 포함하는 블록의 부분에 대한 것이고, 적어도 하나의 제2존은 상기 가드 밴드에 대한 것인, 열순환기.
114. 제113항에 있어서, 상기 컴퓨터-제어 가능한 가열 수단은 상기 주 하부 표면과 열 접촉하는 멀티존 막 가열기를 포함하는, 열순환기.
115. 제103항에 있어서, 100℃로부터 적어도 초당 약 4℃의 속도 및 40℃로부터 적어도 초당 약 2℃ 속도로 상기 블록의 온도를 하강시킬 수 있는 컴퓨터-제어 가능한 램프 냉각 수단을 더 포함하는, 열순환기.
116. 제115항에 있어서, 상기 어레이는 분리 이격된 샘플 웰의 행을 포함하는 직사각형 어레이를 포함하고, 상기 샘플 블록은 다수의 트랜스버스 램프 냉각 채널과 교대하는 다수의 트랜스버스 바이어스 냉각 채널을 포함하고, 상기 바이어스 냉각 및 상기 램프 냉각은 상기 램프 냉각 채널 및 상기 바이어스 냉각 채널을 통해 냉각 유체를 펌프하므로써 인가되는, 열순환기.
117. 제116항에 있어서, 연속 램프 냉각 채널의 반대 단부로 냉각 유체를 전달하는 수단을 더 포함하는, 열순환기.
118. 제115항에 있어서, 상기 컴퓨터-제어 가능한 가열 수단은 램프 가열할 수 있는, 열순환기.
119. 제118항에 있어서, 상기 제어가능한 가열 수단은 상기 블록에 대해 다수의 개별적으로 제어가능한 가열 존(zone)을 포함하며, 적어도 하나의 제1블록은 샘플 웰의 어레이를 포함하는 블록의 일부에 대한 것이고, 적어도 하나의 제2존은 어레이의 외부에 있는 블록의 일부에 대한 것인. 열순환기.
120. 제119항에 있어서, 상기 컴퓨터-제어 가능한 가열 수단은 상기 주 하부 표면과 열 접촉하는 멀티존 막 가열기를 포함하는, 열순환기.
121. 제103항에 있어서, 상기 튜브의 표면과 상기 웰의 표면 사이에 스너그(sung), 플러쉬 피트(flush fit)를 위해 충분한 각각의 샘플 튜브 상에 수용력으로 동일하지 않는 높이의 상기 어레이 샘플 튜브내의 웰로 수용시키는 수단을 더 포함하는, 열순환기.
122. 제121항에 있어서, 상기 수용 수단은 상기 샘플 튜브용의 변경 가능하고, 유연하고, 가스가 새지 않는 캡, 수직으로 변위가능한 플래튼(platen)과, 각 튜브에 대한 캡상에 상기 수용력을 유지하기 위해 상기 플래튼을 힘을 가해 낮추는 제어 가능한 수단을 포함하는, 열순환기.
123. 제122항에 있어서, 상기 플래튼은 94 내지 110℃의 범위의 가열 온도로 유지되는, 열순환기.
124. 제123항에 있어서, 상기 플래튼은 100 내지 110℃의 범위의 온도로 유지되는, 열순환기.
125. 제103항 내지 제124항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 수단을 제어하는 컴퓨터 시스템을 더 포함하는, 열순환기.
126. 제115항 내지 제120항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컴퓨터 시스템은 상기 램프 냉각 수단을 제어하는, 열순환기.
127. 폴리머라제 연쇄 반응의 자동, 고속 실행에 적당한 열순환 장치에 있어서, a. 주 상부 표면과 주 하부 표면을 갖는 낮은 열 질량의 열적으로 동종인 금속 샘플 블록을 포함하고, 상기 블록은 산업 표준 마이크로티터 플레이트 포맷과 호환가능한 중앙-대-중앙 간격을 갖는 샘플 웰의 8×12 직사각형 어레이를 상기 블록의 상부 표면의 중앙 영역에 포함하고, 상기 블록은 또한 상기 어레이를 둘러 싸는 주변 영역을 포함하고, 상기 주변 영역은 상기 중앙 영역의 열적 특성과 유사한 열적 특성을 갖는 가드 밴드를 포함하며, b. 35 내지 100℃ 범위내의 온도에서, 외부의 열이 공급되지 않는다면 적어도 약 0.1℃/sec의 속도로 상기 블록을 균일하게 냉각시키기에 충분한 바이어스 냉각 속도로 상기 샘플 블록을 일정하게 냉각시키는 바이어스 냉각 시스템과, c. 다수의 반응 사이클을 정의하는 시간과 온도에 관한 사용자 데이터를 수신하고 저장하는 컴퓨터 시스템과, d. 100℃로부터 적어도 약 4℃/sec 및 40℃로부터 적어도 약 2℃/sec의 램프 냉각 속도로 상기 샘플 블록을 선택적으로 냉각시키는, 상기 컴퓨터 시스템에 의해 제어되는 램프 냉각 시스템과, e. 블록의 중앙 영역에 대한 가열 존과 가드 밴드에 대한 가열 존을 갖는 상기 컴퓨터 시스템에 의해 제어되는 멀티존 가열 시스템을 포함하고, 상기 가열 시스템은 35 내지 100℃의 범위의 일정한 온도에서 상기 샘플 블록을 유지하는데 필요한 열을 제공할 수 있고, 또한, 그 블록에 램프 가열을 제공하며, f. 상기 샘플 블록 위에 수직으로 변위가능한 프레싱 커버(pressing cover)와, g. 상기 커버를 올리고 상기 커버를 낮추며, 적어도 약 3000 그램의 저항력에 대해 그 수직 위치를 유지시키는 커버 변위 수단을 포함하고, 상기 열순환 장치는 플러스 또는 마이너스 0.5℃의 허용폭 내의 35 내지 100℃ 범위의 일정한 온도에서 샘플 웰의 어레이를 유지할 수 있는, 열순환기.
128. 제127항에 있어서, 상기 프레싱 커버는 94 내지 110℃ 범위의 온도에서 유지 가능한 가열된 플래튼을 포함하는, 열순환기.
129. 제127항에 있어서, 상기 멀티존 가열 시스템은 상기 샘플 블록의 하부 표면과 열 접촉하는 막 가열기를 포함하는, 열순환기.
130. 제129항에 있어서, 상기 바이어스 냉각 시스템은 상기 상부 표면에 평행하고, 웰의 행으로부터 이격되고 그에 평행한 상기 블록을 통해 일련의 바이어스 냉각 채널과, 상기 바이어스 냉각 채널을 통해 냉각 유체를 펌프하는 펌프 수단을 포함하는, 열순환기.
131. 제130항에 있어서, 상기 램프 냉각 시스템은 바이어스 냉각 채널에 평행하고, 웰의 행으로부터 이격된 일련의 램프 냉각 채널과, 상기 램프 냉각 채널으로 통해서 연속 램프 냉각 채널의 반대 단부에 들어가는 냉각 유체를 펌프하는 펌프 수단을 포함하는, 열순환기.
132. 제131항에 있어서, 샘플 웰의 대략 각 행에 하나의 바이어스 냉각 채널과 하나의 램프 냉각 채널이 있는, 열순환기.
133. 제127항에 있어서, 미리 선택된 디자인의 96 마이크로티터 샘플 튜브까지 헐겁게 유지하는 2-조각 플라스틱 홀더로서, 각각은 그것의 상부에 개방되는 원통형 모양의 상부 섹션과 그것으로부터 하향으로 연장되는 닫혀지고, 가늘어지는 하부 섹션을 가지고, 각 튜브는 원형 횡단면이고, 상기 홀더의 개방 단부 아래에 상기 상부 섹션상의 위치에서 상기 상부 섹션으로부터 바깥으로 연장되는 원주의 쇼울더를 가지는, 2-조각 플라스틱 홀더에 있어서, a. 1-조각 트레이 부재를 포함하고, 상기 1-조각 트레이 부재는, 산업 표준 마이크로티터 플레이트 포맷과 호환가능한 8×12 장방형 어레이 내에 96홀을 포함하는 플랫형, 수평 플레이트 섹션으로서, 상기 홀은 상기 튜브의 상부 섹션의 외부 직경보다 약간 더 크고, 상기 쇼울더(shoulder)의 외부 직경보다 더 작은, 플랫형, 수평 플레이트 섹션과, 상기 홀들 중 하나에 있는 튜브의 높이보다 더 높은 높이로 위로 연장되는 상기 플레이트의 완전히 주위에 있는 제1수직 트레이 측벽 섹션과, 상기 홀들중 하나에 있는 튜브의 상부 섹션의 바닥까지 대략 아래로 연장되는 상기 플레이트 주위의 제2수직 트레이 측벽 섹션을 포함하고, b. 상기 트레이내에 존재하는 임의의 샘플 튜브 위에 상기 트레이 내부에서 분리될 수 있도록 맞물릴 수 있는 1-조각 리테이너(retainer)를 포함하고, 상기 리테이너는, 산업 표준 마이크로티터 플레이트 포맷과 호환가능한 8×12 장방형 어레이에 96홀을 포함하는 플랫형, 수평 플레이트 섹션으로, 상기 홀은 상기 튜브의 상부 섹션의 외부 직경보다 약간 더 크고, 상기 쇼울더의 외부 직경보다 더 작은, 수평 플레이트 섹션과, 상기 플레이트로부터 위로 연장되는 상기 리테이너 플레이트 섹션 주위의 수직 리테이너 측벽 섹션을 포함하며, 상기 리테이너가 상기 트레이 내에서 맞물려질 때, 상기 리테이너 플레이트 섹션은 상기 트레이내에 존재하는 튜브의 쇼울더의 약간 위에 위치하며, 상기 제1트레이 측벽 섹션은 상기 리테이너 측벽 섹션과 거의 같은 높이이며, 이것에 의해 상기 트레이 내에 존재하는 튜브는 수직으로 및 수평으로 헐겁게 유지되는, 2-조각 플라스틱 홀더를 더 포함하고, 상기 2-조각 플라스틱 홀더는 상기 홀더내에 96 마이크로티터 샘플 튜브와, 가스가 새지 않는 밀봉을 형성하기 위해 상기 튜브에 96 변형가능한 캡을 더 포함하고, 상기 각 캡은 상기 각 튜브와 가스가 새지 않는 밀봉을 형성하도록 아랫방향으로 매달린 원통형 플랜지(flange)와 상기 플랜지가 소정 포인트 아래 상기 튜브에 위치되는 것을 방지하는 상기 플랜지로부터 바깥으로 연장되는 원주의 쇼울더를 구비하며, 상기 아랫방향으로 매달린 플랜지의 외부 원주가 상기 튜브의 내부 원주와 가스가 새지 않는 밀봉을 형성하도록 꼭 맞게 적합되며, 상기 2-조각 플라스틱 홀더는 상기 금속 샘플 블록에 위치된 96 마이크로티터 샘플 튜브를 유지하고, 상기 변형 가능한 캡의 상부가 상기 2-조각 플라스틱 홀더의 최상위 엣지보다 약간 더 위로 돌출하는, 열순환기.
134. 제133항에 있어서, 상기 커버의 하향 변위는 그 변위가 상기 2-조각의 플라스틱 홀더의 최상위 엣지까지 멈출 때까지 아래쪽으로 상기 캡의 상부를 변형시키는, 열순환기.
135. 제134항에 있어서, 상기 2-조각의 플라스틱 홀더의 상기 최상위 엣지는 상기 엣지의 전체 주변 둘레에 상기 커버의 아래쪽을 접촉하고 따라서 가스가 새지 않는 밀봉(seal)을 형성하는, 열순환기.
136. 제127항에 있어서, 가드 밴드에 대해 적어도 두 개의 가열 존을 포함하는, 열순환기.
137. 미리 선택된 디자인의 96 마이크로티터 샘플 튜브까지 헐겁게 유지하는 2-조각 플라스틱 홀더로서, 각각은 그것의 상부에 개방되는 원통형 모양의 상부 섹션과 그것으로부터 하향으로 연장되는 닫혀지고, 가늘어지는 하부 섹션을 가지고, 각 튜브를 원형 횡단면이고, 상기 홀더의 개방 단부 아래에 상기 상부 섹션상의 위치에서 상기 상부 섹션으로부터 바깥으로 연장되는 원주의 쇼울더를 가지는, 2-조각 플라스틱 홀더에 있어서, a. 1-조각 트레이 부재를 포함하고, 상기 1-조각 트레이 부재는, 산업 표준 마이크로티터 플레이트 포맷과 호환가능한 8×12 장방형 어레이 내에 96 홀을 포함하는 플랫형, 수평 플레이트 섹션으로서, 상기 홀은 상기 튜브의 상부 섹션의 외부 직경보다 약간 더 크고, 상기 쇼울더의 외부 직경보다 더 작은, 플랫형, 수평 플레이트 섹션과, 상기 홀들 중 하나에 있는 튜브의 높이보다 더 높은 높이로 위로 연장되는 상기 플레이트의 완전히 주위에 있는 제1수직 트레이 측벽 섹션과, 상기 홀들중 하나에 있는 튜브의 상부 섹션의 바닥까지 대략 아래로 연장되는 상기 플레이트 주위의 제2수직 트레이 측벽 섹션을 포함하고, b. 상기 트레이내에 존재하는 임의의 샘플 튜브 위에 상기 트레이 내부에서 분리될 수 있도록 맞물릴 수 있는 1-조각 리테이너(retainer)를 포함하고, 상기 리테이너는, 산업 표준 마이크로티터 플레이트 포맷과 호환가능한 8×12 장방형 어레이에 96홀을 포함하는 플랫형, 수평 플레이트 섹션으로, 상기 홀은 상기 튜브의 상부 섹션의 외부 직경보다 약간 더 크고, 상기 쇼울더의 외부 직경보다 더 작은, 수평 플레이트 섹션과, 상기 플레이트로부터 위로 연장되는 상기 리테이너 플레이트 섹션 주위의 수직 리테이너 측벽 섹션을 포함하며, 상기 리테이너가 상기 트레이 내에서 맞물려질 때, 상기 리테이너 플레이트 섹션은 상기 트레이내에 존재하는 튜브의 쇼울더의 약간 위에 위치하며, 상기 제1트레이 측벽 섹션은 상기 리테이너 측벽 섹션과 거의 같은 높이이며, 이것에 의해 상기 트레이 내에 존재하는 튜브는 수직으로 및 수평으로 헐겁게 유지되는, 2-조각 플라스틱 홀더.
138. 제137항에 있어서, 상기 트레이 섹션 내의 홀이 그 간격을 넓히며 상기 튜브의 쇼울더의 아랫측에 대응해서 기울어지는, 2-조각 플라스틱 홀더.
139. 제138항에 있어서, 상기 트레이 플레이트 섹션과 상기 리테이너 플레이트 섹션내의 홀이 상기 튜브보다 직경으로 약 0.7mm만큼 더 큰, 2-조각 플라스틱 홀더.
140. 제137항에 있어서, 상기 트레이 부재는 홀의 행들 사이에 트레이 플레이트 부재의 아랫측을 따라 연장되는 다수의 지지 리브를 더 포함하고, 상기 리브는 상기 제2수직 트레이 측벽 섹션과 동일한 정도로 아랫 방향으로 연장되는, 2-조각 플라스틱 홀더.
141. 제137항에 있어서, 상기 트레이 부재가 적어도 부분적으로는 상기 트레이 플레이트 섹션 주위에 연장되고 상기 섹션으로부터 수직으로 매달린 스커어트 섹션을 포함하며, 상기 스커어트 섹션은 열순환기 샘플 블록의 가드 밴드 그루브에 적합되도록 적응되는, 2-조각 플라스틱 홀더.
142. 제137항에 있어서, 상기 트레이 플레이트 섹션이 그 안에 제공된 적어도 두 개의 개구를 가지며, 상기 리테이너 플레이트 섹션이 동일한 수의 수직 태브를 가지며, 이 태브는 상기 리테이너 플레이트로부터 아래로 연장되어, 상기 리테이너가 상기 트레이와 조립될 때 상기 태브는 상기 개구를 통해 돌출되고 상기 트레이에 분리 가능하도록 맞물리는, 2-조각 플라스틱 홀더.
143. 제142항에 있어서, 상기 태브는 적어도 부분적으로 상기 트레이 플레이트 섹션 주위에 아랫방향으로 연장되는 스커어트 섹션의 일부를 형성하도록 위치되고, 상기 태브는 열순환기 샘플 블록의 가드 밴드 그루브에 적합되도록 적응되는, 2-조각 플라스틱 홀더.
144. 제143항에 있어서, 상기 개구 및 상기 태브가 맞물려질 때 상기 리테이너 및 상기 트레이가 서로에 대해 단지 한 쪽으로만 방향 설정될 수 있도록 상기 개구 및 상기 태브가 위치 설정되는, 2-조각 플라스틱 홀더.
145. 제142항에 있어서, 상기 태브가 상기 개구와 정렬되도록 측면 방향으로 휘어질 수 있는, 2-조각 플라스틱 홀더.
146. 제137항에 있어서, 상기 홀더내에 96 마이크로티터 샘플 튜브까지 더 포함하는, 2-조각 플라스틱 홀더.
147. 제146항에 있어서, 가스가 새지 않는 밀봉을 형성하기 위해 상기 튜브상에 96 변형 가능한 캡을 더 포함하는, 2-조각 플라스틱 홀더.
148. 제147항에 있어서, 상기 각 캡은 상기 각 튜브와 가스가 새지 않는 밀봉을 형성하도록 아랫방향으로 매달린 원통형 플랜지와, 상기 플랜지가 소정 포인트 아래 상기 튜브에 위치되는 것을 방지하는 상기 플랜지로부터 바깥으로 연장되는 원주의 쇼울더를 구비하는, 2-조각 플라스틱 홀더.
149. 제148항에 있어서, 상기 아랫방향으로 매달린 플랜지의 외부 원주가 상기 튜브의 내부 원주와 가스가 새지 않는 밀봉을 형성하도록 꼭 맞게 적합된, 2-조각 플라스틱 홀더.
150. 제147항에 있어서, 상기 캡의 12그룹이 상기 12 튜브와 가스가 새지 않는 밀봉을 형성하도록 적절하게 이격된 캡의 단일 스트랜드(strand)를 형성하도록 함께 링크되는, 2-조각 플라스틱 홀더.
151. 제137항에 있어서, 8×12 장방형 어레이로 배열된 96 웰을 가진 플라스틱 베이스를 더 포함하며, 상기 웰은 96까지 상기 샘플 튜브의 하부 섹션을 꼭맞게 수용하도록 규격화되며, 상기 베이스는 상기 트레이와 조립가능하며, 마이크로티터 플레이트(microtiter plate)를 형성하는 96 튜브는 산업 표준 마이크로티터의 풋프린트(footprint)를 가지는, 2-조각 플라스틱 홀더.
152. 제147항에 있어서, 상기 캡은 상기 제1수직 트레이 측벽 섹션위에 돌출하고, 상기 섹션의 높이까지 아랫방향으로 변경가능한, 2-조각 플라스틱 홀더.
153. 제152항에 있어서, 상기 캡은 열 및 수직 하방력에 의해 변경가능한, 2-조각 플라스틱 홀더.
154. 제152항에 있어서, 상기 캡은 탄성적으로 변형가능한, 2-조각 플라스틱 홀더.
155. 폴리머라제 연쇄 반응을 수행하기 적합한 열순환기 장치에 있어서, 열순환기 장치는 각각이 내면을 갖는 공간 이격된 샘플 웰의 어레이를 가지는 금속 샘플 블록을 포함하고, 상기 웰은 하나 이상의 캡이 씌워진 샘플 튜브가 제공되고, 각 샘플 튜브는 최상위 엣지를 가지는 마이크로티터 플레이트에 위치된 샘플 혼합물을 포함하며, 상기 플레이트는 상기 샘플 블록에 위치되고, 상기 캡이 씌어진 샘플 튜브를 둘러싸는 커버를 포함하고, 상기 커버는 플랫형, 수평 장방형 부분과 그것의 주변을 따라서 아랫방향으로 돌출한 스커어트 부분을 포함하고, 상기 수평 부분의 적어도 아래측면을 가열시키는 장치를 더 포함하고, 상기 샘플 튜브상에 있는 캡의 상부가 열 및 상기 커버상에 아랫방향으로의 힘의 인가에 의해 변형될 때 상기 커버는 상기 샘플 블록을 접촉하고 상기 마이크로티터 플레이트와 캡이 씌어진 샘플 튜브를 둘러싸도록 크기가 설정되는, 열순환기 장치.
156. 제155항에 있어서, 상기 커버의 아랫측면이, 커버가 플레이트를 둘러싸는 것과 같이, 상기 마이크로티터 플레이트의 최상위 엣지를 접촉하는 것과 실질적으로 동시에 상기 스커어트 부분이 상기 샘플 블록을 접촉하도록 상기 측면 부분들이 크기 설정되는, 열순환기 장치.
157. 제156항에 있어서, 아래쪽으로 향하는 힘이 각 샘플 튜브의 하부와 상기 부분을 포함하는 웰의 내부 표면사이에서 꼭맞는 접촉이 보장되도록 충분한, 열순환기 장치.
158. 제155항에 있어서, 한 높이에서 다른 높이로 상기 커버를 낮추기 위한 손잡이와 나사 수단을 더 포함하며, 상기 손잡이와 나사 수단은 상기 커버가 상기 최상위 엣지를 접촉하는 커버 높이에 대응하는 손잡이 위치를 식별하기 위한 표시 수단을 포함하는, 열순환기 장치.
159. 제155항에 있어서, 캡 및 샘플 웰 위에 위치된 샘플 튜브의 부분을 상기 하나 이상의 튜브에 있는 샘플 혼합물로부터의 수증기의 응결점위의 온도까지 가열시키기 위해 상기 캡이 씌어진 샘플 튜브로 충분한 열을 제공하는, 열순환기 장치.
160. 샘플 혼합물을 포함하는 적어도 하나의 캡이 씌어진 플라스틱 샘플 튜브가 위치된 샘플 웰을 가지는 폴리머라제 연쇄 반응을 수행하기 적합한 열순환기 장치에 있어서, 개선이 상기 적어도 하나의 샘플 튜브와 상기 샘플 웰 사이의 플러시 접촉(flush contact)를 제공하는데 있어 도움을 주는 가열된 커버를 포함하는, 열순환기 장치.
161. 원추형의 제1벽부분과 실질적으로 원통형의 제2벽 부분을 포함하는 일회용 반응 용기에 있어서, 상기 제1벽부분은 열교환기의 대응 형태 부분과 그의 전체 외부 표면을 따라 접촉하도록 적응되며, 상기 제1벽 부분은 벽 횡단면에서 상기 제2벽 부분보다 실질적으로 더 얇은, 일회용 반응 용기.
162. 제161항에 있어서, 상기 반응 용기는 상기 원통형 제2벽 부분 위에서 맞물릴 때 가스가 새지 않는 밀봉을 형성하는 캡을 받아들이도록 적응되는, 일회용 반응 용기.
163. 제161항에 있어서, 상기 반응 용기 및 실질적으로 원추형의 제1벽 부분을 통하는 길이방향축에 의해 정의되는 각도는 약 17°인, 일회용 반응 용기.
164. 제163항에 있어서, 상기 제1벽부분은 벽 횡단면으로 약 0.009 내지 약 0.012인치인, 일회용 반응 용기.
165. 제164항에 있어서, 상기 제2벽부분은 벽 횡단면으로 약 0.030인치인, 일회용 반응 용기.
166. 제164항에 있어서, 상기 반응 용기는 오토클레이브 플라스틱(autoclavable plastic)으로 만들어지는, 일회용 반응 용기.
167. 제166항에 있어서, 상기 반응 용기는 폴리프로필렌으로 만들어지는, 일회용 반응 용기.
168. 제161항에 있어서, 상기 반응 용기에 웨브(web)에 의해 연결되며, 상기 제2벽 부분의 상부 부분과 가스가 새지 않는 밀봉을 형성할 수 있는 캡을 부가적으로 포함하는, 일회용 반응 용기.
169. 제168항에 있어서, 상기 캡이 상기 제2벽 부분의 상부 부분 꼭대기에 놓일 때, 상기 캡으로의 하방력의 인가를 지탱하기 충분한 힘을 가지고, 상기 힘은 캡을 변형시키도록 인가되는, 일회용 반응 용기.
170. 제161항에 있어서, 상기 제2벽 부분의 외부로 연장되는 환형의 플랜지를 부가적으로 포함하는, 일회용 반응 용기.