DE102006030380A1 - Cool stamp arrangement for adjusting temperature profile in process area for reaction chamber of assay-processor-cartridge for biological sample analysis, comprises cool stamp, isolated metal body and Peltier element arranged on the stamp - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezeichnet eine Kühlstempeleinrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Temperaturprofils in einem Prozessraum, vorrangig einer Reaktionskammer einer Assay-Prozessor-Kartusche (AP-Kartusche), auch als Biokartusche bezeichnet.The Invention refers to a cooling stamp device and a method of controlling a temperature profile in one Process chamber, primarily a reaction chamber of an assay processor cartridge (AP cartridge), also referred to as biochar.
Der Biochip, ein fingernagelgroßes Mikrolabor mit zahlreichen winzigen Reaktionsfeldern ist ein wichtiges Zukunftwerkzeug für die Analyse biologischer Proben.Of the Biochip, a fingernail-sized one Microlaboratory with numerous tiny reaction fields is an important one Future tool for the analysis of biological samples.
Auf einem Biochip lässt sich innerhalb kürzester Zeit eine Probe auf das Vorhandensein einer Vielzahl nachzuweisender Moleküle überprüfen.On a biochip lets within the shortest possible time Time a sample for the presence of a variety to be detected Check molecules.
Zum Prozessieren ist der Biochip im Probenraum einer Kartusche eingeschlossen, wo er entsprechend der Untersuchungen in definierter Weise beheizt werden kann. Die Einkopplung und Abführung der Wärme in den Reaktionsraum kann auf unterschiedliche Arten erfolgen, wie zum Beispiel durch interne oder externe Widerstandsheizung, interne Induktionsschleifen oder -flächen, durch Wasserkühlung und -heizung, durch Bestrahlung mit Licht, insbesondere IR-Licht, über externe Mikrowellenstrahlung, durch Luftkühlung und/oder -heizung, durch Reibung, durch Temperaturstrahler sowie durch Peltierelemente einzubringen.To the Processing, the biochip is enclosed in the sample space of a cartridge, where he heated according to the investigations in a defined manner can be. The coupling and removal of heat in the reaction space can be done in different ways, such as by internal or external resistance heating, internal induction loops or Areas, by water cooling and heating, by irradiation with light, in particular IR light, via external Microwave radiation, by air cooling and / or heating, by friction, introduced by thermal radiators and by Peltier elements.
Zum schnelleren Abkühlen eines beheizten Prozessraumes, wie zum Beispiel der Reaktionskammer einer AP-Kartusche, sind verschiedene Kühleinrichtungen bekannt.To the faster cooling a heated process space, such as the reaction chamber an AP cartridge, various cooling devices are known.
So
wird die Kühlung
der Reaktionskammer über
Luftstrom (Raumluft oder Druckluft), direkt auf eine Wand des Reaktionsgefäßes geblasen,
z.B. erzeugt mit 12V-Radiallüfter.
Einsatz u.a. bei den Biochip-bestückten AP-Kartuschen (Assay
Processor) in den POC-Readern, wie sie zum Beispiel in der
Bekannt sind weiter Kühlung/Heizung eines Metallblockes mit Peltierelementen, wobei in dem Metallblock eine komplette Mikrotiterplatte mit Tubes steckt (einzelne Tubes, Streifen). Die konischen Tubes tauchen dabei in entsprechend geformte Bohrungen im Metallblock für maximal mögliche Berührungsfläche ein. Zu finden ist diese Technologie in den meisten Thermocyclern (z.B. Eppendorf, Biometra, Labtech).Known are further cooling / heating a metal block with Peltier elements, wherein in the metal block a complete microtiter plate with tubes is inserted (individual tubes, Stripes). The conical tubes dive into correspondingly shaped Holes in the metal block for maximum possible Touchpad on. This technology can be found in most thermal cyclers (e.g. Eppendorf, Biometra, Labtech).
Analog dazu wird bei RotorGene der Metallblock mit den Tubes über Luftstrom gekühlt. Kühlung/Heizung können auch durch abwechselndes Andrücken eines Metallblockes mit Tubes oder Mikrotiterplaten an andere verschieden temperierte Metallblöcke erfolgen. Die den Block mit den Proben umgebenden Metallblöcke werden entsprechend auf die Temperaturen geregelt, die für die biologischen Prozesse nötig sind.Analogous At RotorGene, the metal block with the tubes is air-flowed cooled. Cooling / heating can also by alternating pressing a metal block with tubes or microtiter plates to others different tempered metal blocks respectively. The metal blocks surrounding the block with the samples become according to the temperatures regulated for the biological processes are necessary.
Weiterhin sind in diesem Zusammenhang die Kühlung/Heizung der Probenflüssigkeit beim Durchfließen von dünnen Kapillaren, Röhrchen oder Schläuchen, die sich in unterschiedlich tempe rierten Umgebungen befinden (Flüssigkeiten, Luft, Metallblöcke etc.) bekannt.Farther are in this context the cooling / heating of the sample liquid when flowing through of thin Capillaries, tubes or hoses, which are in different tempered environments (liquids, Air, metal blocks etc.).
Nachteile mancher dieser bekannten Einrichtungen sind unter anderem ungenügende Kühlraten, hoher technischer und finanzieller Aufwand bei der Realisierung, hoher Energieeinsatz und/oder nicht reproduzierbare Kühlraten.disadvantage Some of these known devices are, inter alia, insufficient cooling rates, high technical and financial effort in the realization, high energy input and / or non-reproducible cooling rates.
Das Abkühlen eines Körpers über vorbeistreichende kühlere Luft ist generell sehr viel träger, als durch Berührung mit einem kühleren festen Körper oder flüssigen Medium. Um ähnlich schnell kühlen zu können, muss die Luft mit hoher Geschwindigkeit und möglichst frontal auf den Körper geblasen werden (z.B. Druckluft aus Düsen).The cooling down of a body passing by cooler Air is generally very sluggish, as by touch with a cooler solid body or liquid Medium. To similar cool quickly to be able to the air must be blown on the body at high speed and as frontally as possible (e.g., compressed air from nozzles).
Die technische Umsetzung der Druckluftbereitstellung in einem portablen Gerät bei angestrebter Unabhängigkeit von Druckluft-Hausnetzen ist mit wesentlich höherem Aufwand verbunden, als wenn andere Kühlprinzipien eingesetzt würden (z.B. Peltier-Elemente).The technical implementation of compressed air supply in a portable Device at aspired independence Compressed air home networks is associated with much higher cost than if other cooling principles would be used (e.g., Peltier elements).
Dies gilt besonders dann, wenn Temperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur angestrebt sind, die Druckluft demnach auch noch gekühlt werden müsste.This especially applies when temperatures below ambient temperature are sought, the compressed air therefore also be cooled would.
Bei der Kühlung über Berührung mit einem kühleren (aktiv gekühlten) Körper (oder Medium)
- – muss ein dauerhafter Kontakt des Probenraumes mit einem beheizbaren/kühlbaren Körper/Medium während des gesamten Prozesses hergestellt werden, um den zu temperierenden Körper abwechselnd exakt auf die unterschiedlichen benötigten Temperaturen zu heizen/kühlen, oder
- – es müssen mehrere exakt auf die verschiedenen Zieltempera turen gebrachte Körper/Medien abwechselnd mit dem Probenraum in Berührung gebracht werden.
- - A permanent contact of the sample chamber with a heatable / coolable body / medium must be made during the entire process in order to heat / cool the body to be tempered alternately exactly to the different temperatures required, or
- - It must be brought exactly to the different target tempera tures body / media alternately with the sample space in contact to be brought.
Bei der ersten Variante braucht man wegen der thermischen Trägheit des beheizbaren/kühlbaren Körpers/Mediums und dem ständigen Wechsel zwischen Heizen und Kühlen sehr viel Energie, um die gewünschte Dynamik zu erreichen.at The first variant is needed because of the thermal inertia of the heatable / coolable body / medium and the permanent Change between heating and cooling a lot of energy to the desired To achieve dynamics.
Beim Heizen und Kühlen mit Peltierelementen bedeutet das, falls die gewünschte Schnelligkeit überhaupt wegen der zusätzlichen Trägheit der Peltiers beim Umpolen erreichbar ist, einen extrem hohen Stromverbrauch.At the Heating and cooling with Peltier elements that means, if the desired speed at all because of the extra inertia the Peltiers at Umpolen is reached, an extremely high power consumption.
Bei Variante 2 ist die Kühlung mit einem auf Zieltemperatur geregelten Körper am Anfang zwar schnell, wird aber immer langsamer, je näher sich die Ist-Temperatur der Zieltemperatur nähert, je geringer also der Temperaturunterschied der beiden Körper ist. Bis die Zieltemperatur also tatsächlich erreicht ist, können viele Sekunden verstrichen sein, was sich bei den üblicherweise nur Sekunden dauernden Haltezeiten pro Temperaturschritt und den vielen Wiederholungen bei manchen biologischen Prozessen schnell zu Minuten aufsummiert.at Variant 2 is the cooling with a target temperature controlled body at the beginning though quickly, but gets slower, the closer the actual temperature approaches the target temperature, the lower the so Temperature difference of the two bodies is. Until the target temperature So in fact is reached many seconds have passed, which is usually the case only seconds holding time per temperature step and the many repetitions in some biological processes quickly summed up to minutes.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Einrichtung und ein Verfahren zu schaffen, womit einerseits die Kühlrate deutlich verbessert und eine höhere Reproduzierbarkeit und Unabhängigkeit von Umgebungsbedingungen (Raumlufttemperatur) erreicht wird, und darüber hinaus das Reglerverhalten optimiert wird, mit minimalem Unterschreiten der Zieltemperaturen.task The present invention is therefore an apparatus and to provide a method whereby on the one hand, the cooling rate significantly improved and a higher Reproducibility and independence of ambient conditions (room air temperature) is achieved, and about that In addition, the controller behavior is optimized, with minimal underrun the target temperatures.
Die
Aufgabe wird durch eine Kühlstempeleinrichtung,
bestehend aus einem isoliertem Metallkörper (
Als Linearantrieb sind beispielsweise Schrittmotoren oder Servogetriebemotoren mit Spindel- oder Schneckengetriebe, Linearschrittmotoren, Piezolinearmotoren, Motor mit Ritzel und Zahnstange, Hubmagnet, Drehmagnet, Voice-Coil-Magnet, Motor mit Kurvenscheibe usw. geeignet. Bei Hub- und Drehmagneten muss gegebenenfalls die hohe Geschwindigkeit des Ankers gedämpft werden.When Linear drive are, for example stepper motors or servo geared motors with spindle or worm gear, linear stepper motors, piezolinear motors, Motor with pinion and rack, lifting magnet, rotary magnet, voice coil magnet, Motor with cam, etc. suitable. For lifting and rotary magnets If necessary, the high speed of the armature must be damped.
In einer besonderen Ausführung des Kühlstempels besteht der Kühlstempel aus zwei gegeneinander verschiebbaren Teilen a) und b), wobei
- – a)
den eigentlichen Kühlstempel
mit zentrischer Bohrung (
11 ) und seitlich wegführender Kühlfläche zum Anbringen des Peltierelementes darstellt und - – b)
einen in der zentrischen Bohrung (
13 ) zum Kühlstempel beweglich angeordneten stiftförmigen Sekundärstößel (14 ), der von oben durch eine Schraube (15 ) gehalten wird und mit ihm die gesamte Einheit des Kühlstempels zusammengehalten wird.
- A) the actual cooling die with centric bore (
11 ) and laterally dissipating cooling surface for attaching the Peltier element represents and - - b) one in the central bore (
13 ) to the cooling punch movably arranged pin-shaped secondary tappets (14 ) from above through a screw (15 ) is held and with him the entire unit of the cooling stamp is held together.
Alle gekühlten Flächen, außer der unteren Stempelfläche, werden idealerweise mit einem geeigneten Material (z.B. selbstklebender Schaumstoff oder Zellgummimatte) isoliert, um Kondenswasser in warmer feuchter Umgebung zu vermeiden und Energie zu sparen.All cooled surfaces, except the lower stamp surface, are ideally filled with a suitable material (e.g., self-adhesive Foam or cellular rubber mat) insulated to condensation in warm avoid damp environment and save energy.
Über eine
kleine Feder (
Beim Schrittmotor wurden nach einer Referenzfahrt (Initialisierung, Position 0) zwei Positionen programmiert: Eine für die Stellung „Kühlen", theoretisch kurz „hinter" der Fläche, die gekühlt werden soll (damit der Kühlstößel mit Federkraft angedrückt wird) und eine Position zwischen dieser und der Referenzlage, kurz (3-4 Zehntel Millimeter) vor der zu kühlenden Fläche.At the Stepper motor were after a reference travel (initialization, position 0) programmed two positions: one for the position "cooling", theoretically short "behind" the surface, the chilled should be (so that the cooling plunger with Spring force pressed will) and a position between this and the reference position, in short (3-4 tenths of a millimeter) in front of the surface to be cooled.
Außerdem wurde die Geschwindigkeit für die Bewegungen zwischen diesen beiden Positionen deutlich erhöht, da die Standardgeschwindigkeit im Funktionsmuster sonst sehr gering ist. Die Ansteuerung des Stößelmotors musste für diesen Versuch im POC-Funktionsmuster zusätzlich zur Regelung der Heizung im Chip der AP-Kartusche firmwareseitig in den Algorithmus für die Temperaturregelung eingebunden werden.It was also the speed for the movements between these two positions increased significantly, as the Standard speed in the functional pattern is otherwise very low. The control of the ram motor had to go for this experiment in the POC function pattern in addition to the control of the heating in the chip of the AP cartridge on the firmware side in the algorithm for the temperature control be involved.
Die Versuchsdurchführung des Ausführungsbeispiels, deren Ziel es hauptsächlich war, herauszufinden, wie gut ein Aluminiumstempel kühlen kann (Seriengeräte-relevantes Material), und ob er die auf den Siliziumchips der AP-Kartuschen aufgebrachten empfindlichen Heiz- und Sensorstrukturen beim Andrücken kurzschliessen oder beschädigen kann, wird weiter wie folgt beschrieben:
- – Es wurde ein mit einem PT100-Sensor im Probenraum ausgestatteter, mit Wasser gefüllter AP in das Funktionsmuster eingelegt und kontaktiert. Danach wurde der Kühlstempel auf 15°C geregelt und die für den verwendeten Siliziumchip gültigen Kalibrierwerte in der Software des Funktionsmusters eingegeben (damit der AP auf die korrekten Temperaturen geheizt werden kann). In einer in der Fumu-Software lauffähigen Scriptdatei wurde ein Dauertest programmiert (eigene Makrosprache), mit einem Temperaturverlauf, wie er für viele biologische Testsprozeduren typisch ist, zunächst mit 500 Zyklen.
- – Der interne Sensor (Probenraumtemperatur) wurde über einen PT100-Messverstärker (Greisinger Electronic) und ein USB-DAQ-Modul (digitales USB-Datenerfassungsmodul, Meilhaus Electronic) an einen PC angeschlossen und des sen Temperaturverlauf mit einer selbsterstellten Software (LabViewTM – Applikation) in einer Logdatei mitgeschrieben. Der geregelte Temperaturverlauf am Si-Chip und die Solltemperatur wurden von der Funktionsmuster-Software mitgeloggt.
- – Das Script wurde gestartet. Nach 500 erfolgreichen Zyklen wurde die AP-Kartusche neu befüllt, es hatten sich Luftblasen gebildet (die übliche Zyklenzahl eines biologisch relevanten Tests liegt bei 30-40). Die Zykluszahl wurde auf 1000 erhöht und der Dauertest erneut gestartet. Nach weiteren 770 Zyklen mit dem gleichen AP und Si-Chip wurde der Dauertest abgebrochen.
- - A water-filled AP equipped with a PT100 sensor in the sample room was placed in the functional pattern and contacted. Thereafter, the cooling stamp was adjusted to 15 ° C and the calibration values valid for the silicon chip used were entered in the software of the function pattern (so that the AP can be heated to the correct temperatures). In a run in the Fumu software script file a duration test was programmed (own macro language), with a temperature history, as it is typical for many biological test procedures, first with 500 cycles.
- - The internal sensor (sample chamber temperature) was connected to a PC via a PT100 measuring amplifier (Greisinger Electronic) and a USB-DAQ module (digital USB data acquisition module, Meilhaus Electronic) and its temperature profile with a self-created software (LabView TM application ) in a log file. The controlled temperature profile on the Si chip and the setpoint temperature were logged by the function pattern software.
- - The script has been started. After 500 successful cycles, the AP cartridge was refilled, air bubbles had formed (the usual number of cycles of a biologically relevant test is 30-40). The cycle number has been increased to 1000 and the endurance test restarted. After another 770 cycles with the same AP and Si chip, the endurance test was aborted.
Aus
In einem weiteren Laborversuch (nicht im Funktionsmuster) wurden ähnlich gute Kühlraten mit einem Kupferstempel erzielt.In another laboratory test (not in the functional sample) were similarly good cooling rates achieved with a copper stamp.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Steuerung eines Temperaturprofils in einem Prozessraum. Die Steuerung des Temperaturprofils eines Prozessraumes, wie zum Beispiel der Reaktionskammer einer AP-Kartusche, erfolgt durch das erfindungsgemäße Verfahren nach den Merkmalen des Anspruchs 10 und den nachgeordneten Unteransprüchen. Der Prozess- oder Probenraumes einer AP-Kartusche wird durch eine an sich bekannte Heizung mit Sensorelement beheizt. Die Steuerung der schnel leren und gezielten Abkühlung erfolgt erfindungsgemäß, indem ein mit Peltier gekühlter Kühlstempel, der deutlich kälter als die Zieltemperatur des Prozessraumes ist, mit einem definierten Druck durch einen linearen Stempelantrieb an die Kontaktoberfläche des Prozessraum gedrückt wird und bei Erreichen der Zieltemperatur von der Kontaktfläche wieder wegbewegt wird. In vorteilhafter Weise wird dazu ein schnell reagierender Antrieb verwendet, der zusätzlich definiert mit regelbarem Druck angedrückt werden kann. Der Weg von der Ruheposition des Kühlstempels bis zum zu kühlenden Körper bzw. der Kontaktfläche, kann dabei sehr klein sein, da der zu kühlende Körper aktiv beheizt wird und auch über einen sehr kleinen Luftspalt kaum Wärme übertragen wird. Es kann dafür ein preiswerter Antrieb (z.B. Hubmagnet) verwendet werden.The The invention also relates to a method for controlling a temperature profile in a process room. The control of the temperature profile of a process room, such as the reaction chamber of an AP cartridge by the method according to the invention according to the features of claim 10 and the dependent subclaims. Of the Process or sample space of an AP cartridge is indicated by a Heated heating with sensor element heated. The control of the faster and targeted cooling takes place according to the invention by a cooled with Peltier Cooling piston, the significantly colder as the target temperature of the process space is, with a defined Pressure by a linear punch drive to the contact surface of the Process room pressed is and upon reaching the target temperature of the contact surface again is moved away. Advantageously, this is a fast-reacting Drive used in addition defined can be pressed with adjustable pressure. The way of the rest position of the cooling stamp until cooled body or the contact area, can be very small, because the body to be cooled is actively heated and also over a very small air gap hardly transfers heat. It can be a cheaper one Drive (e.g., solenoid).
In einer beispielhaften Ausführung liegt die Stempeltemperatur des Metallkörpers bei 20°C, um bei einer Ist-Temperatur des Prozessraumes von 90°C diese auf die gewünschte Zieltemperatur von 50°C abzukühlen. Es ist darauf zu achten, dass vorteilhafter Weise der Kühlstempel nicht zu tief abgekühlt wird, damit daran das Wasser aus der Umgebungsluft nicht kondensieren kann. Die Messung der Temperatur erfolgt über einen geeigneten Temperatursensor, der sich zum Beispiel mit dem Heizelement in der Wand zum Prozessraum befindet. Dieser bewirkt auch in an sich bekannter Weise die Regelmechanismen zur Bewegung des Kühlstempels über den Stempelantrieb. Die Heizung in der Wand der Prozesskammer und der Antrieb des Kühlstempels werden vom selben Regler angesteuert. Das Peltierelement und damit die Temperatur des Kühlstempels wird von einem separaten Regler konstant gehalten.In an exemplary embodiment, the stamping temperature of the metal body is at 20 ° C to cool at an actual temperature of the process chamber of 90 ° C this to the desired target temperature of 50 ° C. It is important to ensure that advantageously the cooling stamp is not cooled too deep, so that the water from the ambient air can not condense. The measurement of the temperature via a suitable temperature sensor, which is located, for example, with the heating element in the wall to the process room. This also causes in a conventional manner, the control mechanisms for moving the Kühlstempels on the punch drive. The heating in the wall of the process chamber and the drive of the cooling stamp are controlled by the same regulator. The Peltier element and thus the temperature of the cooling plunger is kept constant by a separate controller.
Soll nach dem Heizen gekühlt werden, wird der Heizstrom abgeschaltet und gleichzeitig der Stempel an die Wand gedrückt (z.B. mit 10-20 N). Dieser zieht sehr schnell die Wärme aus der Wand und dem dahinterliegenden Prozessraum.Should cooled after heating be turned off, the heating current and at the same time the punch pressed against the wall (e.g., 10-20 N). This pulls out the heat very quickly the wall and the process room behind it.
In dem Moment, wo die Temperatur der Wand die Zieltemperatur erreicht hat, wird der Stempel wieder wegbewegt und die Heizung beginnt wieder, die Temperatur auszuregeln. Soll, wie bei manchen biologischen Tests notwendig, eine Temperatur unterhalb der Raumtemperatur im Reaktionsraum eingestellt werden, wird der Stempel rechtzeitig auf diese Temperatur gebracht und dann dauerhaft angedrückt. In besonderer Ausführung wird in begrenztem Umfang (bis zur Temperaturdifferenz von etwa 40-50°C) gegen den angedrückten 15°C kalten Kühlstempel geheizt.In the moment when the temperature of the wall reaches the target temperature the stamp is moved away again and the heating starts again, to correct the temperature. Should, as in some biological tests necessary to set a temperature below room temperature in the reaction space be, the stamp is timely brought to this temperature and then pressed permanently. In special execution is to a limited extent (up to the temperature difference of about 40-50 ° C) against the pressed 15 ° C cold cooling piston heated.
In einer weiteren besonderen bevorzugten Ausführung drückt der Linearantrieb in der zweiten Position nur den Kühlstößel über eine geeignete Feder gegen die Kammerwand eines Prozessraumes (z.B. gegen den Si-Chip der AP-Kartusche), bis die Zieltemperatur erreicht ist bzw. unterschritten wird.In In another particular preferred embodiment, the linear drive presses in the second position only the cooling plunger over a suitable spring against the chamber wall of a process space (e.g. the Si-chip of the AP cartridge) until the target temperature is reached or falls below.
In
einer dritten Position kurz hinter der zweiten wird der sich in
der zentrischen Bohrung (
Die Kammerwand des Probenraumes wird in einer weiteren Ausführungsform statt von dem bisherigen teuren Silizium-Chip mit aufwendig gefertigten separaten Heiz- und Sensorstrukturen von einer speziell konstruierten flexiblen Leiterplatte gebildet, die Gegenstand einer weiteren Erfindung des Anmelders ist. Diese besteht wie allgemein üblich aus einer sehr dünnen Kunststofffolie (z.B. 0,1 mm dick, Material Polyimid o.ä.) mit einer oder zwei übereinanderliegenden Kupferlagen. In der dem Probenraum abgewandten Kupferschicht ist eine mäanderförmige Struktur aus sehr dünnen Leiterbahnen eingeätzt, die zweite Lage auf der Probenraumseite ist eine durchgehende Kupferschicht zur besseren Wärmeverteilung (diese kann u.U. auch entfallen).The Chamber wall of the sample chamber is in a further embodiment instead of the previous expensive silicon chip with elaborately manufactured separate Heating and sensor structures of a specially designed flexible Printed circuit board formed, the subject of another invention of the Applicant is. As usual, this consists of a very thin plastic film (e.g., 0.1 mm thick, polyimide, or the like) with one or two superimposed Copper layers. In the copper sample chamber facing away from the sample space a meandering structure from very thin Conductor tracks etched, the second layer on the sample chamber side is a continuous copper layer for better heat distribution (this may also be omitted).
Durch eine speziell entwickelte Elektronik wird der Mäander sowohl als Heizung, als auch als Sensor verwendet und nach einer Kalibrierung gezielt auf bestimmte Temperaturen geheizt.By A specially developed electronics will meander the meander as well as heating also used as a sensor and targeted after a calibration heated certain temperatures.
Die flexible Leiterplatte ist wesentlich billiger, als der Si-Chip, mit ihr lassen sich noch bessere Kühlraten erreichen und man kann gegen den angedrückten Kühlstößel noch weiter hochheizen bei gleichzeitig geringerem Aufheizen des Kühlstößels hinter der Andruckfläche.The flexible circuit board is much cheaper than the Si chip, With it you can achieve even better cooling rates and you can against the pressed Cooling plunger still Continue to heat up at the same time less heating of the cooling plunger behind the pressure surface.
Außerdem wird deutlich weniger Kraft für das Stößeln zur Bildaufnahme benötigt, wodurch der Antrieb kleiner und preiswerter gestaltet werden kann.In addition, will significantly less power for the pestle to Image acquisition needed, whereby the drive can be made smaller and cheaper.
Claims (19)
Priority Applications (8)
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---|---|---|---|
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US12/306,362 US8151589B2 (en) | 2006-06-27 | 2007-06-27 | Cooling device for a reaction chamber for processing a biochip and method for controlling said cooling device |
PCT/EP2007/056420 WO2008000767A1 (en) | 2006-06-27 | 2007-06-27 | Cooling device for a reaction chamber for processing a biochip and method for controlling said cooling device |
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