ES2834174T3 - Sistema de reacciones bioquímicas - Google Patents

Abstract

Un sistema químico y/o bioquímico (1) que tiene al menos un recipiente de reacción (3) en el que pueden tener lugar reacciones químicas y/o bioquímicas, una temperatura de los recipientes de reacción (3) que se cicla entre al menos una temperatura predeterminada más alta y una temperatura predeterminada más baja, comprendiendo el sistema (1): un montaje térmico (4) para recibir el al menos un recipiente de reacción (3) en una primera superficie de este, donde el montaje térmico (4) tiene una segunda superficie, opuesta a la primera superficie; una primera capa (31) de adhesivo flexible que tiene una primera superficie y una segunda superficie opuesta a la primera superficie, donde la primera superficie de la primera capa (31) de adhesivo flexible está en contacto mecánico y térmico con la segunda superficie del montaje térmico (4); un módulo termoeléctrico (5) que tiene un primer lado térmicamente conductor (29) en contacto mecánico y térmico con la segunda superficie de la primera capa (31) de adhesivo flexible, y un segundo lado térmicamente conductor (30) opuesto al primer lado térmicamente conductor del módulo termoeléctrico (5), el módulo termoeléctrico (5) está provisto de un par de contactos eléctricos (33) a los que se conecta un par de cables eléctricamente conductores (34) para acoplarse a una fuente de energía (35); una segunda capa (32) de adhesivo flexible que tiene una primera superficie y una segunda superficie opuesta a la primera superficie, donde la primera superficie de la segunda capa (32) de adhesivo flexible está en contacto mecánico y térmico con el segundo lado térmicamente conductor (30) del módulo termoeléctrico (5), donde la primera (31) y la segunda (32) capas del adhesivo flexible se aplican en un espesor uniforme controlado para tener una conductividad térmica sustancialmente uniforme a través de estas; un disipador de calor (6) en contacto mecánico y térmico con la segunda superficie de la segunda capa (32) del adhesivo flexible, donde la primera capa (31) y la segunda capa (32) del adhesivo flexible comprenden una capa respectiva de adhesivo de silicona que tiene material térmicamente conductor dispersado en ella, ambas capas del adhesivo flexible son elásticas para proporcionar la "elasticidad" para permitir que el montaje térmico, la capa termoeléctrica y el disipador de calor se doblen durante el ciclo térmico sin causar daño mecánico, el adhesivo flexible es relativamente aislante térmicamente en comparación con los primer (29) y segundo (30) lados térmicamente conductores del módulo termoeléctrico (5), el adhesivo flexible es térmicamente anisotrópico por lo que la energía térmica se extiende preferentemente a través de los primer (29) y segundo (30) lados térmicamente conductores del módulo termoeléctrico (5) para reducir así los puntos calientes y/o fríos en los primer (29) y segundo (30) lados térmicamente conductores del módulo termoeléctrico (5) antes de que la energía térmica se transfiera a través de las primera (31) y segunda (32) capas del adhesivo flexible, y donde las primera (31) y segunda (32) capas del adhesivo flexible forman el único acoplamiento térmico y mecánico entre el primer lado conductor térmico (29) del módulo termoeléctrico (5) y la segunda superficie del montaje térmico (4) y entre el segundo lado térmicamente conductor (30) del módulo termoeléctrico (5) y el disipador térmico (6).

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de reacciones bioquímicas

[0001] La presente invención se refiere a mejoras en los sistemas para reacciones químicas y/o bioquímicas, tales como reacciones en cadena de polimerasa (PCR).

[0002] Se llevan a cabo muchas reacciones químicas y bioquímicas que requieren variaciones de temperatura controladas con gran precisión. A menudo, tales reacciones pueden necesitar pasar por varios, o incluso muchos, ciclos de temperatura variable para producir los efectos requeridos. Además, se llevan a cabo muchas de estas reacciones químicas y bioquímicas que producen una señal de luz detectable, tal como una señal fluorescente, quimioluminiscente o bioluminiscente, que ocurre o se modifica en determinadas condiciones de reacción. Dichas señales pueden emanar debido a los reactivos o resultados de la reacción o reacciones que emiten luz en determinadas condiciones, por ejemplo, debido a la energía de excitación que se aplica, o pueden emanar al ser generadas por la propia reacción.

[0003] La detección de estas señales de luz se puede usar de varias maneras. En particular, pueden permitir la detección de la aparición de una reacción, que puede ser indicativa de la presencia o ausencia de un reactivo particular en una muestra de prueba, o para proporcionar información sobre el progreso o cinética de una reacción particular. Aunque el término "luz" se usa generalmente para incluir luz visible, se apreciará que las señales ópticas que pueden emanar de reacciones y ser detectadas también pueden ocurrir en las partes infrarrojas y/o ultravioletas del espectro y se pretende que el término "luz" abarque todas las señales ópticas que pueden emanar de reacciones de cualquier longitud de onda que se pueda detectar.

[0004] Por supuesto, las mediciones fluorescentes precisas dependen de fuentes de luz de excitación precisas. Esto, a su vez, se basa en la fuente o fuentes de luz de excitación que se controlan cuidadosamente, pero también en el acoplamiento de luz de la o cada fuente al recipiente de reacción que se controla adecuadamente para ser uniforme y controlado en intensidad y longitud de onda. En los sistemas conocidos, falta dicho control de la fuente o fuentes y acoplamiento al recipiente de reacción.

[0005] Un ejemplo particular de una reacción donde se requiere una cantidad relativamente grande de ciclos variables de temperatura altamente controlados con precisión y donde se monitorean señales detectables y en particular señales fluorescentes se encuentra en técnicas de amplificación de ácido nucleico y en particular la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). La amplificación del ADN por reacción en cadena de la polimerasa (PCR) es una técnica fundamental para la biología molecular. La PCR es una técnica ampliamente utilizada y eficaz para detectar la presencia de ácidos nucleicos específicos dentro de una muestra, incluso cuando las cantidades relativas del ácido nucleico diana son bajas. Por lo tanto, es útil en una amplia variedad de campos, incluidos el diagnóstico y la detección, así como en la investigación.

[0006] El análisis de ácido nucleico por PCR requiere preparación de muestras, amplificación y análisis del producto. Aunque estas etapas generalmente se realizan secuencialmente, la amplificación y el análisis pueden ocurrir simultáneamente.

[0007] En el transcurso de la PCR, un ácido nucleico diana específico se amplifica mediante una serie de reiteraciones de un ciclo de etapas en las que los ácidos nucleicos presentes en la mezcla de reacción se desnaturalizan a temperaturas relativamente altas, por ejemplo, a 95 °C (desnaturalización), a continuación, la mezcla de reacción se enfría a una temperatura a la que los cebadores de oligonucleótidos cortos se unen al ácido nucleico diana monocatenario, por ejemplo, a 55 °C (recocido). Posteriormente, los cebadores se extienden usando una enzima de polimerasa, por ejemplo, a 72 °C (extensión), de modo que la secuencia de ácido nucleico original se ha replicado. Los ciclos repetidos de desnaturalización, recocido y extensión dan como resultado el aumento exponencial en la cantidad de ácido nucleico diana presente en la muestra.

[0008] Las variaciones de este perfil térmico son posibles, por ejemplo, mediante el ciclo entre la desnaturalización y las temperaturas de recocido solamente, o mediante la modificación de una o más de las temperaturas de ciclo a ciclo.

[0009] Muchas de estas reacciones químicas o bioquímicas tienen lugar en un aparato que tiene un número, a veces un gran número, de receptáculos dispuestos en una matriz. Para no afectar la reacción, los receptáculos a menudo se forman a partir de polipropileno como una matriz de pozos una placa. Los pozos se insertan en un bloque metálico que se controla térmicamente de modo que los pozos se controlan térmicamente mediante conductividad térmica a través de las paredes de los pozos. Se conocen varias formas de proporcionar el control térmico requerido. Una de las más comunes es el uso de módulos termoeléctricos, como los módulos Peltier, que se pueden utilizar para proporcionar calefacción o refrigeración (dependiendo de la dirección del flujo de corriente a través del módulo). Aunque los módulos Peltier son bien conocidos y no se describirán en detalle aquí, cabe señalar que un módulo Peltier consiste esencialmente en un par de placas cerámicas, térmicamente conductoras, entre las cuales los semiconductores se montan sucesivamente, para formar uniones p-n- y n-p-. Cada unión tiene un contacto térmico con placas térmicamente conductoras. Al encender una corriente de una polaridad, se forma una diferencia de temperatura entre las placas térmicamente conductoras: una de ellas se calienta y funciona como disipador de calor, la otra se enfría y funciona como refrigerador.

[0010] Sin embargo, los módulos Peltier proporcionan una serie de desventajas cuando se utilizan para un ciclo térmico preciso y repetitivo porque no están diseñados, en primer lugar, para dicho ciclo térmico. En primer lugar, debido a que el módulo Peltier es en sí mismo térmicamente conductor, hay una pérdida de energía a través del dispositivo. En segundo lugar, la inversión de corriente causa migración dopante a través de la unión semiconductora, que no es simétrica, por lo que la unión pierde efectivamente su función como una unión entre diferentes semiconductores con el tiempo.

[0011] Además, los cambios de temperatura repetitivos causan ciclos repetitivos de expansión y contracción, que no son en sí simétricos en un módulo Peltier. Dado que el módulo Peltier está en contacto térmico con el montaje térmico que sostiene los pozos y a menudo se forma con diferentes metales, que se expanden/contraen a diferentes velocidades, se desarrollan problemas mecánicos. Estos se mitigan sujetando mecánicamente los módulos a altas presiones, por ejemplo, mediante el uso de pernos que se extienden desde el montaje térmico que tiene los pozos, a través del módulo Peltier y hacia el disipador de calor, pero los problemas mecánicos aún existen. Además, los pernos mismos forman una trayectoria térmica que puede afectar negativamente el control preciso del ciclo térmico. Esto también se aplica a los cables que se utilizan para conectar eléctricamente una fuente de alimentación al módulo Peltier. Debido a que el módulo Peltier requiere una energía bastante alta durante la subida y bajada de la temperatura, se necesita una gran fuente de energía y, en consecuencia, se han utilizado cables grandes (gruesos) para conectar la fuente de alimentación al módulo Peltier. Estos cables también han proporcionado trayectorias térmicas no controladas hacia/desde el módulo Peltier. Por supuesto, las temperaturas de los bordes del módulo Peltier también son mucho menos controlables debido al hecho de que están rodeados de aire ambiente no controlado, que puede variar en su temperatura y otras características. Por último, debido a la naturaleza del funcionamiento del módulo Peltier, se forman puntos calientes y fríos en las superficies del mismo, que pueden mitigarse mediante la fijación a un disipador de calor masivo, térmicamente conductor, a menudo de aluminio, cobre o plata, y/o a un montaje masivo térmicamente conductor, generalmente de aluminio o cobre, para promediar el calentamiento, que nuevamente proporcionan problemas más mecánicos.

[0012] El documento US 2008/274511 describe un dispositivo para llevar a cabo reacciones químicas o biológicas con un elemento receptor del recipiente de reacción para recibir una placa de microtitulación con varios recipientes de reacción, donde el elemento receptor del recipiente de reacción tiene varias cavidades dispuestas en un patrón regular para recibir los recipientes de reacción respectivos, un dispositivo de calentamiento para calentar el elemento receptor del recipiente de reacción y un dispositivo de enfriamiento para enfriar el recipiente de reacción. El elemento receptor del recipiente de reacción se divide en varios segmentos. Los segmentos individuales se desacoplan térmicamente entre sí y a cada segmento se le asigna un dispositivo de calentamiento que puede accionarse independientemente de los demás. Mediante la segmentación del elemento receptor del recipiente de reacción, es posible que las zonas se establezcan y mantengan a diferentes temperaturas.

[0013] Por lo tanto, es un objetivo proporcionar mejoras a los sistemas químicos y/o bioquímicos para superar, o al menos reducir, algunos de los problemas anteriores. La reacción puede ser una reacción en cadena de polimerasa u otros tipos de reacciones químicas tales como, por ejemplo, reacción en cadena de ligasa, amplificación basada en secuencia de ácido nucleico, amplificación de círculo rodante, amplificación de desplazamiento de filamento, amplificación dependiente de helicasa o amplificación mediada por transcripción.

[0014] El alcance de la invención se limita por las reivindicaciones adjuntas. Cualquiera

[0015] Por consiguiente, en un primer aspecto, se proporciona un sistema químico y/o bioquímico que tiene al menos un recipiente de reacción en el que pueden tener lugar reacciones químicas y/o bioquímicas, donde una temperatura de los recipientes de reacción se cicla entre al menos una temperatura predeterminada más alta y una temperatura predeterminada más baja, donde el sistema comprende:

un montaje térmico para recibir el al menos un recipiente de reacción en una primera superficie de este, donde el montaje térmico tiene una segunda superficie, opuesta a la primera superficie;

una primera capa de adhesivo flexible que tiene una primera superficie y una segunda superficie opuesta a la primera superficie, donde la primera superficie de la primera capa de adhesivo flexible está en contacto mecánico y térmico con la segunda superficie del montaje térmico;

un módulo termoeléctrico que tiene un primer lado térmicamente conductor en contacto mecánico y térmico con la segunda superficie de la primera capa de adhesivo flexible, y un segundo lado térmicamente conductor opuesto al primer lado térmicamente conductor del módulo termoeléctrico, donde el módulo termoeléctrico está provisto de un par de contactos eléctricos a los que se conecta un par de cables eléctricamente conductores para acoplarse a una fuente de energía;

una segunda capa de adhesivo flexible que tiene una primera superficie y una segunda superficie opuesta a la primera superficie, donde la primera superficie de la segunda capa de adhesivo flexible está en contacto mecánico y térmico con el segundo lado térmicamente conductor del módulo termoeléctrico, donde las primera y segunda capas del adhesivo flexible se aplican en un espesor uniforme controlado para tener una conductividad térmica sustancialmente uniforme a través de estas;

un disipador de calor en contacto mecánico y térmico con la segunda superficie de la segunda capa del adhesivo flexible,

donde la primera capa y la segunda capa del adhesivo flexible comprenden una capa respectiva de adhesivo de silicona que tiene material térmicamente conductor dispersado en ella, ambas capas del adhesivo flexible son elásticas para proporcionar la "elasticidad" para permitir que el montaje térmico, la capa termoeléctrica y el disipador de calor se doblan durante el ciclo térmico sin causar daño mecánico, el adhesivo flexible es relativamente aislante térmicamente en comparación con los primer y segundo lados térmicamente conductores del módulo termoeléctrico, el adhesivo flexible es térmicamente anisotrópico por lo que la energía térmica se extiende preferentemente a través de los primer y segundo lados térmicamente conductores del módulo termoeléctrico para reducir así los puntos calientes y/o fríos en los primer y segundo lados térmicamente conductores del módulo termoeléctrico antes de que la energía térmica se transfiera a través de las primera y segunda capas del adhesivo flexible, y

donde las primera y segunda capas del adhesivo flexible forman el único acoplamiento térmico y mecánico entre el primer lado conductor térmicamente del módulo termoeléctrico y la segunda superficie del montaje térmico y entre el segundo lado conductor térmicamente del módulo termoeléctrico y el disipador de calor.

[0016] A continuación se describirán con mayor detalle, a modo de ejemplo, las realizaciones de un sistema que incorpora diversas mejoras con referencia a los dibujos, de los cuales:

La FIG. 1 muestra un diagrama esquemático de un sistema de PCR de acuerdo con una realización de la presente invención, que muestra una serie de mejoras con respecto a la técnica anterior;

La FIG. 2 muestra un diagrama esquemático de un sistema de PCR que muestra otras mejoras con respecto a la técnica anterior;

Las FIGs. 3 y 4 muestran una vista en planta esquemática de un módulo termoeléctrico que tiene otras mejoras con respecto a la técnica anterior;

La FIG. 5 muestra una vista en planta esquemática de un módulo termoeléctrico que tiene otras mejoras con respecto a la técnica anterior;

La FIG. 6 muestra una vista en planta esquemática de un módulo termoeléctrico que tiene otras mejoras con respecto a la técnica anterior;

La FIG. 7 muestra un diagrama esquemático de un sistema de PCR que muestra otras mejoras con respecto a la técnica anterior;

La FIG. 8 muestra un diagrama esquemático de un sistema de PCR que muestra otras mejoras con respecto a la técnica anterior;

La FIG. 9 muestra un diagrama esquemático de un sistema de PCR que muestra otras mejoras con respecto a la técnica anterior;

La FIG. 10 muestra un diagrama esquemático de los principales componentes de energía de un sistema de PCR que muestra otras mejoras con respecto a la técnica anterior; y

La FIG. 11 muestra los parámetros de dominio de tiempo del sistema de control de energía de la FIG. 10.

[0017] Por lo tanto, como se muestra en la Figura 1, un sistema de PCR 1 incluye una matriz 2 de recipientes 3. La matriz 2 se coloca en un montaje térmico 4 colocado en un calentador/enfriador termoeléctrico 5, tal como un módulo Peltier, del tipo conocido. Como es sabido, un

[0018] módulo Peltier se puede usar para calentar o enfriar y el módulo Peltier se coloca en un disipador de calor 6 para proporcionar almacenamiento de energía térmica, según sea necesario. El disipador de calor 6 está provisto de un ventilador 7 montado en un montaje de ventilador 8 en el lado inferior del disipador de calor 6 para facilitar la disipación de calor, según sea necesario.

[0019] El montaje térmico 4 está hecho de un material con buena conductividad térmica, densidad y capacidad térmica, generalmente metal, tal como aluminio o plata, aunque también es posible el cobre, y está provisto de depresiones o pozos, en los cuales los recipientes 3 encajan para que la temperatura en los recipientes 3 pueda controlarse controlando la temperatura del montaje térmico 4. Los recipientes están hechos convencionalmente de polipropileno. Cada recipiente 3 de la matriz 2 está formado en la forma general de un cono y tiene una abertura 9 que proporciona acceso al recipiente 3. La matriz 2 está cubierta por una película relativamente delgada 10, que se sella a los bordes de la abertura 9 de los recipientes 3 para mantener los reactivos y productos de reacción dentro de cada recipiente 3. Debido a que se pueden producir presiones sustanciales durante el curso de las reacciones en los recipientes 3, la película 10 se sujeta entre los bordes de la abertura 9 de los recipientes 3 y un miembro de sujeción superior 12, para reducir las posibilidades de que la película 10 se separe de los bordes de la abertura 9 bajo presiones más altas y permitir que los reactivos y/o reacción/productos escapen y/o se mezclen. Con el fin de permitir que los interiores de los recipientes se examinen durante el transcurso de las reacciones que tienen lugar, la película 10 está hecha de un material transparente o translúcido y el miembro de sujeción 12 está provisto de aberturas 13 registradas con las aberturas 9 de los recipientes 3 para proporcionar acceso visual a los interiores de cada uno de los recipientes 3. El miembro de sujeción 12 puede reemplazarse por una tapa calentada (no mostrada) colocada en él. La tapa calentada, que generalmente está dispuesta para proporcionar presión sobre el sello en los bordes de las aberturas de los recipientes de reacción, se calienta para reducir la condensación en el interior de la película 10 y también generalmente es transparente o está provista de aberturas apropiadas para permitir que la luz del recipiente de reacción escape. Estos elementos no se muestran ya que son bien conocidos.

[0020] Tal como se muestra en la Fig. 1, las fibras ópticas 14 están provistas de primeros extremos adyacentes a las aberturas 9 en los recipientes de reacción 3, para guiar la luz que emana de los recipientes de reacción 3 hacia un elemento de dispersión de luz, tal como un prisma 15. Los primeros extremos de las fibras ópticas 14 pueden montarse en una placa de montaje (no mostrada) posicionada sobre el miembro de sujeción 12 o la tapa calentada, o pueden estar dispuestos de otro modo adyacentes a la película 10 sellando las aberturas 9 de los recipientes de reacción 3. Los otros extremos de las fibras 14 se muestran montados en o en una abertura 16 proporcionada en una placa de matriz 17. Será evidente que las fibras ópticas 14 guían la luz desde cada uno de los recipientes de reacción y la dirigen en una matriz predeterminada hacia el prisma 15. La luz de los extremos de las fibras ópticas 14 en la placa de matriz 17 se dirige a lo largo de la trayectoria de luz 18 al prisma 15 (u otro elemento de dispersión de luz, tal como una rejilla de difracción), que dispersa la luz de cada fibra 14 (y por lo tanto de cada recipiente de reacción 3) en un espectro 19, como se muestra esquemáticamente en la Fig. 1, en un detector 20. Se toman imágenes de los espectros 19 en un plano de imagen 21 del detector 20. De esta manera, se proporcionan espectros de la luz que emana de los recipientes de reacción en el detector 20.

[0021] El detector 20 puede, en una realización, consistir en un sensor CMOS monocromo de 1/2" (12 mm), junto con la electrónica y el software adecuados que permiten capturar una trama "bruta" que proporciona los niveles de luz medidos reales para cada píxel. Esto se utiliza con un conjunto de lentes fotográficas de megapíxeles para formar una cámara que puede enfocar la luz de un plano en el espacio en el chip del sensor. Cabe señalar que "lente" se usa en esta invención indistintamente para significar ya sea una "lente óptica", una sola pieza de vidrio o una "lente fotográfica"/"ensamblaje de lente" que significa una o más lentes utilizadas como un conjunto para generar imágenes en un plano de sensor tal como el sensor CMOS. A continuación, la cámara se utiliza para obtener imágenes a través de una simple lente de vidrio y un prisma de vidrio sin recubrimiento de 30° en la matriz de fibra.

[0022] Los sensores que proporcionan un control de obturación global que proporciona intervalos de exposición sustancialmente equivalentes para cada píxel son adecuados para su uso con el sistema, ya que la exposición de toda la imagen durante el mismo período de tiempo significa que cada canal de cada espectro en esa imagen se ve afectado de la misma manera por cualquier condición que varíe en el tiempo, como la intensidad de excitación variable, etc. Para cada recipiente de reacción, cada canal también se ve afectado igualmente por cualquier condición que varíe en el tiempo en el recipiente de reacción, tal como condensación, temperatura, movimiento físico tal como formación y movimiento de burbujas, etc.

[0023] Los sensores que son adecuados para su uso con el sistema incluyen aquellos que proporcionan diferentes subconjuntos de píxeles a través de la matriz de sensores para ser capturados con diferentes parámetros, por ejemplo, parámetros electrónicos tales como ganancia y desplazamiento analógicos, voltaje de referencia ADC, barrera de potencial de píxeles y otros ajustes de captura comúnmente controlados. Los ejemplos incluyen sensores tales como el Micron MT9T001, donde los píxeles se agrupan en bloques 2x2, donde los píxeles superiores izquierdos de cada bloque pertenecen a un subconjunto, los píxeles superiores derecho pertenecen a otro subconjunto y de manera similar para los píxeles inferiores izquierdo e inferior derecho. Cada uno de estos subconjuntos de píxeles puede tener un parámetro de ganancia ADC diferente. Esto se puede utilizar para ampliar eficazmente el intervalo dinámico del sensor; por ejemplo, si se utiliza una ganancia de 4x en filas pares de la imagen, y se utiliza una configuración de ganancia de 8x en filas impares, la imagen espectral se adquirirá efectivamente como dos imágenes de media resolución con diferentes niveles de ganancia, donde la imagen de ganancia inferior tiene un nivel máximo de luz más alto en saturación, y la imagen de ganancia más alta proporciona una mayor precisión a niveles de luz bajos. Otro ejemplo es el sensor de imagen Aptina/Micron MT9V024, donde la imagen se puede dividir en una matriz de regiones rectangulares, y cada región rectangular puede tener ajustes de control de ganancia y ganancia digital individuales. La imagen espectral es particularmente adecuada para un sensor que tiene ganancia diferente en diferentes regiones, ya que las regiones pueden disponerse para que coincidan con las imágenes espectrales, dando diferentes ajustes de ganancia para diferentes áreas de los espectros y, por lo tanto, para diferentes regiones de longitud de onda. Esto se puede utilizar para adquirir regiones de los espectros que tienen diferentes niveles de intensidad para dar el mejor SNR y menos ruido de cuantificación para cada región.

[0024] Los sensores que proporcionan una respuesta no lineal en términos de códigos de salida al nivel de luz son adecuados para su uso con el sistema, particularmente cuando la respuesta del sensor puede programarse, por ejemplo, mediante múltiples regiones de respuesta lineal y/o compansión. Un ejemplo de dicho sensor es el Aptina/Micron MT9V024, que puede utilizar una compansión de 12 bits a 10 bits, y también se puede dar hasta 3 regiones si hay una respuesta lineal diferente, lo que resulta en un mayor intervalo dinámico. Por ejemplo, dichos sensores pueden configurarse de modo que produzcan una mayor luz para la ganancia de salida a niveles de luz bajos, proporcionando una buena SNR y sensibilidad a los niveles de luz asociados con la amplificación de PCR de ciclo temprano donde la precisión de medición es crítica, pero a continuación producen una ganancia menor a los niveles de luz más altos asociados con la PCR de ciclo medio y tardío en la fase de meseta, donde la precisión de medición es menos crítica. Una región final de ganancia aún menor a niveles de luz muy altos asociados con el reflejo de la luz de excitación puede usarse para permitir la medición de la luz reflejada sin la saturación que resultaría de un nivel de ganancia superior uniforme.

[0025] Las fibras ópticas 22 se proporcionan para llevar luz de excitación a los recipientes de reacción 3 al tener sus primeros extremos posicionados adyacentes a una o más fuentes de luz de excitación 23, 24 y sus otros extremos dispuestos adyacentes a las aberturas a los recipientes de reacción 3. Las fibras de excitación 22 se pueden unir en el extremo de aceptación de excitación, para hacer más fácil dirigir la luz hacia ellas. Esta puede ser una placa perforada 25, pero esto no es necesario, ya que a menudo es más fácil simplemente agrupar las fibras en un haz aproximadamente empaquetado hexagonalmente.

[0026] En esta realización, una fuente de luz de excitación puede ser un LED de alta intensidad azul 23, que tiene una lente asférica sobre este. La otra fuente de luz de excitación puede ser un LED verde 24. Los LED 23 y 24 están dispuestos a cada lado de un espejo dicroico 26 para combinar la luz de excitación de ambos LED 23 y 24 y dirigirla a un homogeneizador 27 (esencialmente un prisma hexagonal o cilindro de vidrio). El espejo dicroico 26 permite que la luz azul del LED azul 23 se transmita, y refleja la luz verde del LED verde 24 en el homogeneizador 27, que proporciona una iluminación más uniforme de cada guía de luz de excitación, al reflejar la luz de excitación múltiples veces dentro del homogeneizador 27. Esta combinación produce una iluminación espacialmente homogénea del extremo pulido del haz de fibras de excitación 22, de modo que cada recipiente de reacción 3 recibe una excitación bastante igual. Cabe señalar que el espejo dicroico 26 podría reemplazarse por algún otro medio para dirigir la luz de ambos LED hacia las fibras, por ejemplo, una guía de luz en forma de Y, o incluso simplemente al tener los LED en ángulo para que ambos brillen en un ángulo hacia las fibras.

[0027] Una realización puede tener 16 pares de fibras de emisión/excitación, montadas en férulas metálicas cilíndricas con una excitación y una emisión por férula. Las férulas se pueden colocar en los orificios de una tapa calentada convencional para su uso. Las fibras pueden estar hechas de plásticos resistentes al calor para tolerar el contacto con la tapa calentada a ~110 C.

[0028] Con el fin, entonces, de detectar los espectros de los recipientes de reacción, la fuente de excitación (azul o verde) se enciende, se deja reposar durante un corto tiempo, y a continuación se realiza una adquisición de una imagen de los extremos de fibra. Se pueden aplicar varios procedimientos de corrección a esta imagen; por ejemplo, corregir cualquier desplazamiento en la lectura restando una imagen "oscura" de la imagen adquirida. Esta imagen oscura se toma con el sensor expuesto a la menor cantidad de luz posible, para medir el desplazamiento constante que cada píxel da incluso sin luz (esta es una técnica de corrección óptica estándar). Otra etapa de procesamiento consiste en desechar los píxeles de la imagen que se considera que no proporcionan una medida fiable de la luz; por ejemplo, los llamados píxeles calientes que dan una lectura más alta debido a fugas de corriente u otros defectos de fabricación.

[0029] Para corregir las diferencias inevitables en el posicionamiento de la óptica y las fibras, se puede realizar una calibración. Esto debe ser necesario solo cuando el instrumento se haya fabricado por primera vez, o después de que haya sido perturbado - debido a un choque físico, desmontaje, etc. La calibración puede simplemente utilizar una matriz de recipientes vacíos para reflejar la luz de excitación en cada fibra. La imagen relativamente bien definida de los extremos de fibra en la imagen se puede ver entonces, ya que la luz de excitación tiene una banda de onda estrecha. La ubicación de cada punto brillante para los recipientes de reacción se puede encontrar manualmente o automáticamente, y esto se puede utilizar como punto de referencia fijo en el espectro para ese recipiente de reacción. A continuación se define una región rectangular (u otra forma) para el espectro de cada recipiente y se almacena junto con la calibración.

[0030] Finalmente, para interpretar una imagen dada, se extrae un espectro para cada recipiente. La región espectral para ese recipiente se busca desde la calibración, y el área espectral se escanea simplemente de izquierda a derecha, promediando la intensidad de los píxeles en cada área para dar una intensidad para el espectro mismo en la banda de ondas correspondiente a esos píxeles. Hay varios medios de conversión, pero una manera sencilla y adecuada es promediar todos los píxeles en cada columna vertical de la región espectral, dando más peso a los píxeles más brillantes en el centro del espectro verticalmente. Cada media de columna se convierte entonces en la intensidad de esa columna o canal de la lectura. Una etapa final de corrección sería mapear los canales a la longitud de onda real dispersa a esa columna de la imagen - esto se puede hacer modelando el comportamiento de dispersión del prisma o midiendo espectros conocidos, pero puede no ser siempre necesario, ya que es posible comparar espectros por canales en lugar de por longitud de onda.

[0031] Aunque en la descripción anterior, se ha demostrado que la luz que emana de los recipientes de reacción se emite desde un área en la parte superior del recipiente de reacción, por supuesto, será evidente que el área emisora puede estar en cualquier posición. Las fibras pueden disponerse adyacentes a cualquier posición del recipiente de reacción que sea transparente a la luz o de la que emane la luz. Por lo tanto, por ejemplo, el montaje térmico 4 puede tener agujeros perforados desde el fondo de los pozos 2. Los recipientes de reacción 3 pueden entonces formarse de modo que las áreas transparentes a la luz de los recipientes de reacción 3 se encuentren en un punto más bajo del recipiente de reacción cónico. Las fibras de excitación pueden entonces proporcionarse en una segunda abertura adyacente al fondo de cada pozo 2.

[0032] En configuraciones alternativas, las fibras receptoras de luz y/o las fibras de excitación pueden disponerse en agujeros en el montaje térmico 4 que dirigen los extremos de las fibras a un área transparente a la luz, que puede estar en los lados de los recipientes de reacción. Debe ser evidente que cualquier configuración adecuada es posible, siempre y cuando la luz de excitación se emita en los recipientes de reacción 3 y la luz que emana de los recipientes de reacción 3 se recoja y dirija al elemento de detección de luz. También se apreciará que el elemento de dispersión de luz puede no ser necesario, si el elemento de detección de luz se controla adecuadamente para monitorear y detectar la luz, dependiendo de la naturaleza de la detección que se requiere.

[0033] Como se mencionó anteriormente, el módulo Peltier 5 está provisto de una pluralidad de elementos semiconductores 28 acoplados entre sí alternativamente usando contactos eléctricos 33, como se muestra mejor en las Figuras 3 a 5 para proporcionar uniones semiconductoras. Los elementos semiconductores 28 están montados entre un par de placas térmicamente conductoras 29, 30.

Debido a que los módulos Peltier no están diseñados para ciclos térmicos muy precisos, lo que causa problemas mecánicos, como se mencionó anteriormente, es común proporcionar pernos a través del miembro de sujeción superior 12 (o tapa calentada), el montaje térmico 4, el módulo Peltier 5 y en el disipador de calor 6 para sujetar las respectivas placas térmicamente conductoras 29, 30 del módulo Peltier 5 al montaje térmico 4 y el disipador de calor 6 bajo presión suficiente para evitar sustancialmente la flexión relativa entre ellos. Sin embargo, los propios pernos proporcionan una trayectoria de disipación de calor para que se reduzca el control preciso del sistema. En otros sistemas conocidos, se puede colocar una estera de grafito entre las placas térmicamente conductoras 29, 30 y el montaje térmico 4 y el disipador de calor 6, para proporcionar una capa de compresión que puede ayudar a dispersar cualquier punto de calor que pueda ocurrir. En algunos casos, se puede usar una capa delgada de adhesivo sensible a la presión para mantener la estera de grafito en su lugar, ya que, de lo contrario, el módulo Peltier y la estera de grafito pueden moverse transversalmente entre sí. Alternativamente, también se sabe que se usa una resina epoxi para unir las respectivas placas térmicamente conductoras 29, 30 del módulo Peltier 5 al montaje térmico 4 y al disipador térmico 6. Sin embargo, dicha resina es rígida, cuando se cura, y puede verse afectada mecánicamente por las tensiones térmicas y la flexión relativa que se produce durante el ciclo térmico.

[0034] Por lo tanto, como se muestra en la Figura 1, según la presente invención, no se proporciona el mecanismo de sujeción de pernos, y las placas térmicamente conductoras 29, 30 del módulo Peltier 5 están conectadas únicamente al montaje térmico 4 y al disipador térmico 6 mediante capas 31, 32 de adhesivo flexible que es relativamente aislante térmicamente, en comparación con las placas térmicamente conductoras 29, 30, tal como un adhesivo de silicona que tiene material térmicamente conductor dispersado en este. El adhesivo debe ser elástico para proporcionar la "elasticidad" que permite que los diversos elementos se doblen durante el ciclo térmico, sin causar daños mecánicos, sin embargo, debe ser relativamente aislante térmicamente, lo que aún permite que el calor se transfiera entre las respectivas placas térmicamente conductoras 29, 30 del módulo Peltier 5 al montaje térmico 4 y el disipador de calor 6. El adhesivo se proporciona en un espesor uniforme controlado, de modo que proporciona una conductividad térmica uniforme a través de este. Sin embargo, debido a que es relativamente aislante térmicamente, en comparación con las placas conductoras térmicamente 29, 30 del módulo Peltier 5 y el montaje térmico 4 y el disipador de calor 6, la energía térmica se extiende preferentemente a través de las placas conductoras térmicamente en el plano X-Y para extenderse y eliminar cualquier punto caliente, antes de transferirse a través del adhesivo en la dirección Z. Los adhesivos adecuados son los fabricados por Arlon Silicone Technologies Limited bajo la marca registrada Thermabond®.

[0035] En la actualidad, la capa de unión que muchos profesionales utilizan, entre el módulo termoeléctrico y el montaje térmico está diseñada para ser físicamente conforme y térmicamente conductora. Para un experto en la materia es obvio que dicho material de interfaz debe ser conforme, para mantener un buen contacto térmico con los componentes adyacentes, y térmicamente conductor, para facilitar la transferencia eficiente de calor entre los componentes adyacentes. Sin embargo, en la presente invención, se ha encontrado que, en determinadas condiciones, el rendimiento térmico, específicamente, la uniformidad del montaje térmico se beneficiará de un elemento anisotrópico térmico ubicado entre el módulo termoeléctrico y el montaje térmico y/o el disipador de calor.

[0036] Varios factores pueden causar falta de uniformidad en la temperatura de la placa conductora del módulo termoeléctrico adyacente al montaje térmico. Estos factores incluyen: diferencias locales en la eficiencia del elemento Peltier, la conductividad y/o el contacto térmico con otros elementos del sistema (disipador de calor o cables). Para reducir el nivel de no homogeneidad causado en el montaje (típicamente isotrópico) por estas no uniformidades en la temperatura del módulo termoeléctrico, es deseable proporcionar una capa de dispersión de calor entre el módulo termoeléctrico y el montaje térmico y/o el disipador de calor. Dicho elemento de propagación de calor funcionará si es anisotrópico con respecto a la conductividad térmica. En comparación con el eje z, la conductividad térmica x y/o la conductividad del eje y deben ser altas. Por lo tanto, contraintuitivamente, mejora el rendimiento del sistema si la interfaz térmica es menos conductiva térmicamente en el eje z que puede ser posible, con el fin de proporcionar la interfaz térmica con propiedades anisotrópicas.

[0037] Volviendo a la Figura 2, por lo tanto, se muestra una realización alternativa, donde el adhesivo flexible, relativamente aislante térmicamente se proporciona en dos o más capas 31a, 31b, 32a, 32b entre las respectivas placas conductoras térmicamente 29, 30 del módulo Peltier 5 y el montaje térmico 4 y el disipador de calor 6. En este caso, se proporcionan una o más láminas delgadas 36 de material conductor térmicamente, tal como un metal, entre las capas 31a, 31b, 32a, 32b de adhesivo para formar una estructura laminada adhesiva formada por capas alternas de las láminas adhesivas y conductoras, donde las capas adhesivas son las capas externas del laminado para unirse a las placas conductoras térmicamente 29, 30 del módulo Peltier 5 y al montaje térmico 4 y al disipador térmico 6. Las láminas térmicamente conductoras 36 son ligeramente más conductoras térmicamente que el adhesivo (de manera similar a las placas térmicamente conductoras 29, 30), de modo que, nuevamente, la energía térmica se extiende preferentemente a través de las láminas térmicamente conductoras 36 en el plano X-Y para extenderse y eliminar cualquier punto caliente, antes de transferirse a través de las capas adhesivas en la dirección Z. Por lo tanto, lo que se proporciona es un elemento térmicamente anisotrópico entre las placas térmicamente conductoras 29, 30 del módulo Peltier 5 y el montaje térmico 4 y el disipador de calor 6.

[0038] Las Figuras 1 a 5 también muestran uno o dos contactos eléctricos de borde 33 proporcionados en una extensión 61 de las placas térmicamente conductoras 30 adyacentes al disipador de calor 6. Los cables eléctricos 34 están conectados desde los contactos eléctricos de borde 33 a una fuente de alimentación 35 para proporcionar energía al módulo Peltier 5. Tal como se mencionó anteriormente, el módulo Peltier requiere una energía bastante alta durante la subida y bajada de la temperatura. Por lo tanto, la fuente de alimentación 35 ha necesitado ser grande y, en consecuencia, se han utilizado cables grandes (gruesos) para conectar la fuente de alimentación 35 al módulo Peltier 5. Estos cables también han proporcionado trayectorias térmicas no controladas hacia/desde el módulo Peltier.

[0039] Sin embargo, se ha descubierto que los requisitos de alta energía del módulo Peltier solo están presentes durante la subida y bajada de la temperatura; mientras la temperatura se mantiene constante, se requiere una energía mucho menor. Por lo tanto, se puede usar una fuente de alimentación más pequeña y también se pueden usar cables más delgados 34. Los cables finos 34, aparte de reducir su disipación térmica, también tienen una resistencia más apreciable que los cables gruesos. Dicha resistencia produce el autocalentamiento de los cables 34 cuando pasan corriente. Al elegir cables con una resistencia adecuada y un nivel de autocalentamiento, se puede determinar que el calor generado es suficiente para reducir o incluso equilibrar sus características de disipación de calor, de modo que la pérdida de calor del módulo Peltier se reduce o elimina. Se apreciará que se puede lograr un efecto similar insertando una resistencia adecuada en serie entre las almohadillas de contacto 33 y los cables 34. Por lo tanto, las Figuras 3 y 4 muestran resistencias 11 en serie entre uno o ambos, respectivamente, contactos eléctricos 33 y los respectivos cables eléctricos 34.

[0040] Por supuesto, las temperaturas de los bordes de las placas térmicamente conductoras del módulo Peltier también son mucho menos controlables debido al hecho de que están rodeadas de aire ambiente no controlado, que puede variar en su temperatura y otras características. Las placas también son no simétricas cuando se tiene una extensión 61 en la que se montan las almohadillas de contacto 33. Por consiguiente, es deseable, de acuerdo con otra mejora, proporcionar una resistencia 11 en paralelo a través de las almohadillas de contacto 33 para proporcionar calentamiento localizado para equilibrar la pérdida de calor hacia abajo de los cables eléctricos y/o desde los bordes de las placas térmicamente conductoras, como se muestra en la Figura 5. En lugar de estas, o además, las fuentes de calor se pueden colocar en ubicaciones apropiadas alrededor de los bordes del módulo Peltier. Para controlar con precisión las características térmicas de los calentadores y/o resistencias, se pueden proporcionar sensores de temperatura 55, como se muestra en la Figura 6, para medir la temperatura en o cerca del centro de las placas térmicamente conductoras del módulo Peltier 5 y en los bordes de este, y los calentadores y/o resistencias pueden ser controlados por un controlador 56 para equilibrar las temperaturas, según sea necesario. Los cables eléctricos pueden estar hechos de un material que es térmicamente aislante, aunque eléctricamente conductor, para reducir la disipación de calor proporcionada por los cables.

[0041] Cuando las placas no son simétricas cuando se tiene una extensión 61 sobre la cual se montan las resistencias, también es deseable que la capa de adhesivo, o elemento anisotrópico, no se proporcione entre la extensión 61 del módulo termoeléctrico 5 y el disipador de calor 6. Como se puede observar en las Figuras 1 y 2, la uniformidad térmica se mejora al reducir la eficiencia del disipador de calor del módulo termoeléctrico 5 al disipador de calor 6 al final del módulo termoeléctrico 5 donde los cables 34 proporcionan una vía alternativa para que ocurra el disipador de calor. En efecto, la no unión del extremo del módulo termoeléctrico 5 al disipador de calor 6 adyacente a los cables 34 es para mitigar la no uniformidad térmica causada por el disipador de calor del módulo termoeléctrico 5 a los cables 34.

[0042] Otra mejora que se puede hacer para lograr un mejor control térmico del sistema es reemplazar el disipador de calor convencional 6 por un disipador de calor más pequeño y de alta eficiencia (no mostrado). Dicho disipador térmico tiene una pluralidad de varillas conductoras térmicamente que se extienden hacia abajo desde un bloque conductor térmicamente que está acoplado térmicamente al módulo Peltier. El uso de las varillas es más eficiente y produce una mayor disipación térmica que los disipadores de calor convencionales que tienen aletas para disipar la energía térmica.

[0043] Volviendo ahora a la Figura 7, se muestra esquemáticamente solo la parte óptica del sistema de las Figuras 1 y 2 con el montaje térmico 4 que tiene los recipientes de reacción 3 posicionados en este. Las fibras 14 y 22 se muestran con sus extremos adyacentes a las aberturas 9 de los recipientes 3 montados en las aberturas 37 en una placa 38 colocada sobre las aberturas 9 de los recipientes de reacción 3. El sello y otros elementos no se muestran en este dibujo. En este caso, solo se muestra un LED 23 y, como se puede ver, se proporciona una lente 39 para colimar la luz emitida desde el LED 23 en una abertura de entrada 40 del homogeneizador 27 a través de un filtro 41. El filtro se puede utilizar para seleccionar apropiadamente la (s) longitud (es) de onda precisa (s) de la luz requerida para la excitación si el ^lE^d no emite con precisión solo la (s) longitud (es) de onda deseada (s). Se apreciará que la misma configuración se puede utilizar para varios LED, con uno o más filtros, tal vez con un filtro separado asociado con cada LED. Cuando se proporciona más de un LED, pueden ser del mismo color o de diferentes colores, con los filtros que pasan longitudes de onda iguales o diferentes. Se pueden usar otros medios para colimar la luz, en lugar de, o así como, la lente 39. Por ejemplo, se podrían usar uno o más filtros de privacidad y la abertura de entrada del homogeneizador se puede usar como un elemento colimador.

[0044] La Figura 8 también muestra esquemáticamente solo la parte óptica del sistema de las Figuras 1 y 2 con el montaje térmico 4 que tiene los recipientes de reacción 3 posicionados en este. Las fibras 14 y 22 se muestran, como en las Figuras 1 y 2, con sus extremos posicionados en las aberturas 13 en la placa de sujeción 12 adyacente al sello 10 sobre las aberturas 9 de los recipientes 3. En este caso, se muestran ambos LED 23, 24, junto con el espejo dicroico 26. Sin embargo, un sensor de luz 42 está dispuesto para medir la intensidad de luz emitida por cada uno de los LED 23, 24. Se apreciará que se puede usar más de un sensor de luz, por ejemplo, uno por LED. El o los sensores están conectados a un controlador 43, que está conectado a cada uno de los lEd 23, 24 para controlarlos. Por lo tanto, los LED se encienden y apagan para proporcionar luz de excitación controlada con precisión a los recipientes de reacción 3. Cuando se ha detectado una cantidad predeterminada de luz de un LED, el controlador apaga ese LED, de modo que solo se proporciona una cantidad predeterminada de luz de excitación a los recipientes de reacción para cada ciclo. Por supuesto, el controlador podría controlar una abertura u otra "puerta" para controlar la cantidad de luz que se acopla desde el LED a las fibras 22. Por lo tanto, la excitación "activada" puede sincronizarse con el período de integración del sensor. El resultado es ruido reducido y señal mejorada al ruido.

[0045] En la Figura 9 se muestra un procedimiento alternativo para medir la intensidad luminosa emitida por los LED 23, 24.

donde una fibra óptica adicional 57 está montada en la placa 25 para recibir luz de la cara de salida del homogeneizador 27. La fibra 57 acopla la luz del homogeneizador 57 a un sensor de luz 58. El sensor de luz 58 está acoplado a un controlador de exposición 59 que monitorea los niveles de luz y está acoplado a un controlador LED 60 para apagar uno o ambos/todos los LED 23, 24. Así, el sistema opera con las siguientes etapas:

• Encienda el LED

• Monitoree el nivel de luz para dar una estimación continua de la luz total que se ha emitido (estimada porque solo se está monitoreando una porción representativa de la luz emitida)

• Apague el LED cuando la luz total estimada alcance un valor deseado,

• Repita si es necesario.

[0046] La Figura 10 muestra esquemáticamente los principales componentes eléctricos del sistema. Tal como se muestra, hay una fuente de alimentación principal de 24 voltios 44 que suministra energía a un controlador Peltier 45, una fuente de alimentación de bajo voltaje 46 para suministrar energía de bajo voltaje a, por ejemplo, los diversos dispositivos de procesamiento electrónico, un controlador LED 47 para suministrar energía a los LED, un controlador de ventilador 48 para suministrar energía al ventilador 7 y un controlador de tapa 49 para suministrar energía a un calentador 50 para la tapa calentada. En el dibujo se indican los requerimientos normales de energía de estos elementos. Como se puede ver, hay una variedad de cargas, algunas de las cuales consumen mucha corriente, y existe el potencial de que el requisito de energía exceda la disponibilidad de energía. En este caso, el sistema, como se muestra, incluye dos módulos Peltier 5a, 5b (Peltier-A y Peltier-B).

[0047] La energía proviene de una fuente de alimentación principal externa de 24 V 44. Se asume que la fuente de alimentación puede suministrar un máximo de 150 W (6,25 A). Sin embargo, puede actualizarse a un dispositivo de 220 W (9,16 A), si es necesario. La corriente y el voltaje (y por lo tanto la energía) se monitorean en varios puntos alrededor del sistema, como se muestra en los monitores 51. Cada monitor 51 está formado por un ADC de 12 bits de doble canal que proporciona información de velocidad de control a una matriz de compuertas programables en campo (FPGA), que a su vez impulsa los transistores de efecto de campo (FET) de control de energía.

[0048] Hay tres secciones de baja energía dentro del instrumento: el controlador de ventilador 48, el controlador LED 47 y la fuente de alimentación de bajo voltaje 46. Estos consumen una energía relativamente baja y constante de no más de un total de 30 W. El controlador de tapa calentado 49 puede consumir una corriente relativamente alta, pero solo funciona a plena potencia cuando los módulos Peltier 5a, 5b se encuentran en un modo de "retención" de baja energía. En este estado, la fuente de alimentación externa puede cumplir con el requisito de energía del calentador de tapa 50. En otros momentos, el calentador de tapa 50 se coloca en un modo de retención de baja energía que consume solo 20 W.

[0049] Los principales dispositivos de alta energía dentro del sistema son los dos módulos Peltier 5a, 5b, cada uno accionado desde un puente H regulador reductor independiente 52a, 52b. Teniendo en cuenta las figuras anteriores, una fuente de alimentación de 150 W puede ahorrar un máximo de 100 W para accionar los dispositivos de alta energía, y una fuente de alimentación de 220 W puede ahorrar un máximo de 170 W para accionar estos dispositivos.

[0050] Cada uno de los módulos Peltier 5a, 5b tiene una potencia nominal de 150 W a 12 V, con una corriente de pico correspondiente de 12,5 A. Por consiguiente, cuando se accionan ambos módulos Peltier 5a, 5b, hay un requisito de energía de 300 W con un consumo de corriente de 25 A. Por lo tanto, el requisito de energía pico de los módulos Peltier 5a, 5b excede significativamente la capacidad de fuente de alimentación de repuesto. Para accionar los módulos Peltier 5a, 5b a velocidades más allá de los medios de la fuente de alimentación externa, se proporciona un banco de supercondensadores 53 para proporcionar corrientes altas durante cantidades de tiempo relativamente cortas. Tanto los módulos Peltier 5a, 5b como los supercondensadores 53 se aíslan de la fuente de alimentación principal 44 mediante el controlador Peltier 45, que puede ser un regulador reductor que limita la corriente.

[0051] La Figura 11 muestra cómo los parámetros críticos del sistema de control de energía varían durante un ciclo de calentamiento de alta energía. En el estado de reposo (retención), los supercondensadores 53 se cargan a 24 V desde la fuente de alimentación principal 44 a través del controlador Peltier 45. Durante un ciclo de calentamiento, los 300 W de energía requeridos por los módulos Peltier 5a, 5b derivan de una combinación de los supercondensadores 53 y la fuente de alimentación principal 44. Suponiendo el uso de una fuente de alimentación de 150 W, se hace una contribución de 100 W. Esto está regulado por el FPGA del monitor 51 conectado a la entrada del controlador Peltier 45 asegurando que no más de 100 W/24 V=4,2 A fluya hacia el controlador Peltier 45. Al salir del estado de reposo (retención), tanto el voltaje de salida del controlador Peltier como los supercondensadores 53 están a 24 V. Cada Puente H 52a, 52b consume 6,25 A. A medida que se consume la corriente, los supercondensadores 53 se descargarán, y en cualquier otra circunstancia se consumirá más corriente de la fuente de alimentación principal 44 para mantenerlos recargados. Sin embargo, el controlador Peltier 45 ya está en el límite de corriente, por lo que reduce el voltaje de salida y, en consecuencia, no se hace ningún esfuerzo para recargar los supercondensadores 53. En efecto, el voltaje de salida del controlador Peltier 45 rastrea el voltaje de los supercondensadores 53 a medida que se descargan.

[0052] El controlador Peltier 45 es un regulador reductor en modo interruptor, y a medida que se reduce el voltaje de salida, su capacidad para proporcionar corriente de salida aumenta. Ignorando cualquier pérdida, la energía total (es decir, producto del voltaje de salida y la corriente de salida) permanece constante. Por lo tanto, la contribución de la principal fuente de alimentación 44 se mantiene estable. El extremo de la carrera está diseñado para coincidir con los supercondensadores 53 que se descargan a aproximadamente 12 V. A medida que el voltaje de salida del controlador Peltier 45 rastrea el voltaje hasta 12 V, su corriente de salida aumenta constantemente a 8,4 A. Cabe destacar que el suministro a los puentes H 52a, 52b varía de 24 V a 12 V. Esto no es un problema ya que los puentes H 52a, 52b son ellos mismos adaptables y convierten cualquier voltaje entrante a los 12 V requeridos para los módulos Peltier 5a, 5b.

[0053] Al volver a entrar en el estado de reposo (retención), la corriente extraída por los módulos Peltier 5a, 5b cae drásticamente y la corriente comienza a fluir desde el controlador Peltier 45 de vuelta a los supercondensadores 53. Estos se recargan a una velocidad limitada por la contribución de 100 W (24 V @ 4,2 A) de la fuente de alimentación principal 44. A medida que los supercondensadores 53 se cargan, el voltaje de salida del controlador Peltier 45 sigue en tándem, hasta que se alcanza el nivel de carga constante de 24 V. En este punto, el sistema está listo para otro ciclo de calentamiento.

[0054] Por lo tanto, se puede ver que el controlador de energía es capaz de suministrar corriente en una dirección para hacer que el módulo termoeléctrico transfiera calor en una dirección, y suministrar corriente en la dirección opuesta para hacer que el módulo termoeléctrico transfiera calor en la dirección opuesta, y donde el controlador puede usar el condensador como una fuente de corriente, descargándolo, o como un disipador de corriente, cargando el condensador, y donde el controlador puede usar la fuente de alimentación como una fuente de corriente. El funcionamiento de este controlador puede ser tal que durante una etapa de reposo del ciclo térmico, cuando el módulo termoeléctrico consume energía relativamente baja, el controlador utiliza una porción de la corriente de la fuente de alimentación para accionar el módulo termoeléctrico, y el resto de la corriente disponible de la fuente de alimentación para cargar el condensador, y durante una etapa de cambio de temperatura del ciclo térmico, cuando el módulo termoeléctrico consume energía relativamente alta, el controlador utiliza corriente tanto de la fuente de alimentación como del condensador para accionar el módulo termoeléctrico, descargando el condensador. El controlador puede proporcionar un medio para garantizar que la corriente nunca regrese a la fuente de alimentación, y que la corriente desde y hacia cada componente esté dentro de las especificaciones.

[0055] Todo el monitoreo de corriente opera en una escala de 0-16 A, por lo que 16 A es el límite máximo absoluto de medición. Sin embargo, la mayor corriente esperada en funcionamiento es de 12,5 A.

[0056] A grandes corrientes, las resistencias sensoriales de corriente de bajo valor tienen el potencial de disipar cantidades significativas de energía. Por consiguiente, se eligen resistencias de detección de corriente para que sean lo más bajas posible - 5 miliohmios, por ejemplo. En la práctica, se puede usar una resistencia calificada para energía continua de 1 W. Aunque la disipación de energía en el límite de medición es mayor que esto, la situación nunca debe encontrarse realmente en uso (aparte de posibles eventos transitorios). Los ADC de 12 bits se utilizan en los monitores de corriente, por lo que es posible una resolución teórica de poco menos de 4 mA.

[0057] La excepción a esto es en el caso del monitoreo de corriente Peltier, que es bipolar. Aquí la resolución se reduce a la mitad a aproximadamente 8 mA.

[0058] Se observará que aunque sólo se han descrito en detalle algunas realizaciones particulares de la invención, un experto en la materia puede realizar diversas modificaciones y mejoras sin apartarse del alcance de la presente invención. Por ejemplo, será evidente que la expresión "sensor térmico", tal como se usa en esta invención, pretende cubrir cualquier combinación de componentes que se pueden usar para medir la temperatura y puede incluir más de un sensor con las salidas de los sensores que se procesan de alguna manera para proporcionar una lectura de temperatura adecuada. De manera similar, un "sensor de luz", tal como se usa en esta invención, pretende cubrir cualquier combinación de componentes que se pueden usar para medir la luz y puede incluir más de un sensor con las salidas de los sensores que se procesan de alguna manera para proporcionar una lectura de luz adecuada.

Claims (17)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema químico y/o bioquímico (1) que tiene al menos un recipiente de reacción (3) en el que pueden tener lugar reacciones químicas y/o bioquímicas, una temperatura de los recipientes de reacción (3) que se cicla entre al menos una temperatura predeterminada más alta y una temperatura predeterminada más baja, comprendiendo el sistema (1):

un montaje térmico (4) para recibir el al menos un recipiente de reacción (3) en una primera superficie de este, donde el montaje térmico (4) tiene una segunda superficie, opuesta a la primera superficie;

una primera capa (31) de adhesivo flexible que tiene una primera superficie y una segunda superficie opuesta a la primera superficie, donde la primera superficie de la primera capa (31) de adhesivo flexible está en contacto mecánico y térmico con la segunda superficie del montaje térmico (4);

un módulo termoeléctrico (5) que tiene un primer lado térmicamente conductor (29) en contacto mecánico y térmico con la segunda superficie de la primera capa (31) de adhesivo flexible, y un segundo lado térmicamente conductor (30) opuesto al primer lado térmicamente conductor del módulo termoeléctrico (5), el módulo termoeléctrico (5) está provisto de un par de contactos eléctricos (33) a los que se conecta un par de cables eléctricamente conductores (34) para acoplarse a una fuente de energía (35);

una segunda capa (32) de adhesivo flexible que tiene una primera superficie y una segunda superficie opuesta a la primera superficie, donde la primera superficie de la segunda capa (32) de adhesivo flexible está en contacto mecánico y térmico con el segundo lado térmicamente conductor (30) del módulo termoeléctrico (5), donde la primera (31) y la segunda (32) capas del adhesivo flexible se aplican en un espesor uniforme controlado para tener una conductividad térmica sustancialmente uniforme a través de estas;

un disipador de calor (6) en contacto mecánico y térmico con la segunda superficie de la segunda capa (32) del adhesivo flexible,

donde la primera capa (31) y la segunda capa (32) del adhesivo flexible comprenden una capa respectiva de adhesivo de silicona que tiene material térmicamente conductor dispersado en ella, ambas capas del adhesivo flexible son elásticas para proporcionar la "elasticidad" para permitir que el montaje térmico, la capa termoeléctrica y el disipador de calor se doblen durante el ciclo térmico sin causar daño mecánico, el adhesivo flexible es relativamente aislante térmicamente en comparación con los primer (29) y segundo (30) lados térmicamente conductores del módulo termoeléctrico (5), el adhesivo flexible es térmicamente anisotrópico por lo que la energía térmica se extiende preferentemente a través de los primer (29) y segundo (30) lados térmicamente conductores del módulo termoeléctrico (5) para reducir así los puntos calientes y/o fríos en los primer (29) y segundo (30) lados térmicamente conductores del módulo termoeléctrico (5) antes de que la energía térmica se transfiera a través de las primera (31) y segunda (32) capas del adhesivo flexible, y

donde las primera (31) y segunda (32) capas del adhesivo flexible forman el único acoplamiento térmico y mecánico entre el primer lado conductor térmico (29) del módulo termoeléctrico (5) y la segunda superficie del montaje térmico (4) y entre el segundo lado térmicamente conductor (30) del módulo termoeléctrico (5) y el disipador térmico (6).

2. Un sistema según la reivindicación 1, que comprende un elemento térmicamente anisotrópico entre el primer lado térmicamente conductor del módulo termoeléctrico y la segunda superficie del montaje térmico y entre el segundo lado térmicamente conductor del módulo termoeléctrico y el disipador de calor.

3. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los cables eléctricamente conductores son delgados para tener una resistencia eléctrica que produce calor durante el funcionamiento del módulo termoeléctrico, el calor se utiliza para contrarrestar la energía térmica que es conducida por los cables desde el módulo termoeléctrico.

4. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde al menos una resistencia está acoplada en serie entre uno de los contactos eléctricos y el cable conductor eléctrico conectado a esta para producir calor durante el funcionamiento del módulo termoeléctrico, donde el calor producido por la resistencia se utiliza para contrarrestar la energía térmica que se conduce mediante los cables del módulo termoeléctrico.

5. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un controlador de energía acoplado entre los cables eléctricamente conductores y una fuente de energía y al menos un condensador acoplado al controlador de energía, donde el controlador de energía es capaz de suministrar corriente en una dirección para hacer que el módulo termoeléctrico transfiera calor en una dirección, y suministrar corriente en la dirección opuesta para hacer que el módulo termoeléctrico transfiera calor en la dirección opuesta, y donde el controlador de energía utiliza el condensador como una fuente de corriente al descargarlo, o como un disipador para corriente al cargar el condensador, y donde el controlador de energía puede utilizar la fuente de energía como un suministro de corriente.

6. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además al menos un condensador acoplado al módulo termoeléctrico y un controlador acoplado entre el condensador y la fuente de alimentación para controlar la energía suministrada desde la fuente de alimentación, donde, durante una etapa de reposo del ciclo térmico, cuando el módulo termoeléctrico consume energía relativamente baja, el condensador se carga desde la fuente de energía y durante una etapa de cambio de temperatura del ciclo térmico, cuando el módulo termoeléctrico consume energía relativamente alta, el condensador se descarga para proporcionar al menos parte del requisito de energía al módulo termoeléctrico.

7. Un sistema según la reivindicación 5 o la reivindicación 6, donde el al menos un condensador forma parte de un banco de condensadores acoplados al módulo termoeléctrico.

8. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además al menos una fuente de luz de excitación, al menos un filtro para filtrar la luz de excitación de la fuente de luz de excitación, un homogeneizador para homogeneizar la luz de excitación filtrada y una pluralidad de fibras ópticas dispuestas con los primeros extremos adyacentes al homogeneizador para recibir la luz de excitación filtrada homogeneizada y los segundos extremos respectivos adyacentes a los respectivos recipientes de reacción para dirigir la luz de excitación hacia los recipientes de reacción respectivos.

9. Un sistema según la reivindicación 8, donde el homogeneizador comprende un prisma hexagonal o cilindro de material de transmisión de luz para reflejar la luz de excitación varias veces dentro del homogeneizador a fin de proporcionar una iluminación más uniforme de cada fibra óptica.

10. Un sistema según la reivindicación 8 o la reivindicación 9, que comprende además al menos una segunda fuente de luz de excitación que proporciona luz de excitación de una banda de ondas diferente a la de la primera fuente de luz de excitación.

11. Un sistema según la reivindicación 10, donde el filtro es un espejo dicroico, que opcionalmente tiene un filtro adyacente a cada fuente de luz para filtrar la luz de excitación de esa fuente de luz, y opcionalmente comprende además un elemento colimador entre la fuente o fuentes de luz de excitación y el o los filtros para colimar la luz de excitación incidente en el o los filtros.

12. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además al menos una fuente de luz de excitación, al menos un sensor para detectar la luz de excitación de la fuente de luz de excitación, un controlador de fuente de luz acoplado al sensor y la fuente de luz de excitación para controlar la fuente de luz de excitación dependiendo de la cantidad de luz detectada por el sensor para apagar la fuente de luz de excitación cuando se ha detectado una cantidad predeterminada de luz.

13. Un sistema según la reivindicación 12, donde el sensor está dispuesto para recibir la luz de excitación de una fibra óptica que tiene un primer extremo dispuesto adyacente al extremo de salida del homogeneizador y un segundo extremo adyacente al sensor.

14. Un sistema según la reivindicación 12 o la reivindicación 13, donde el controlador de fuente de luz controla la fuente de luz de excitación de modo que se sincronice con un tiempo de integración del sensor.

15. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el recipiente de reacción o cada recipiente de reacción comprende una porción de receptáculo que tiene un área emisora desde la cual puede emanar luz, el sistema comprende al menos una fibra óptica para el recipiente de reacción o cada recipiente de reacción que está dispuesto para guiar la luz desde el área emisora a un dispositivo de detección de luz para detectar una o más longitudes de onda de luz en la luz que emana del área emisora.

16. Un sistema según la reivindicación 15, donde el dispositivo de detección de luz comprende uno o más filtros específicos de longitud de onda para seleccionar longitudes de onda o bandas de onda particulares en el espectro de luz recibida de la o las fibras ópticas.

17. Un sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el al menos un recipiente de reacción está configurado para permitir que se produzca una reacción en cadena de polimerasa dentro de este.