ES2913464T3 - Sistema de reacción bioquímica - Google Patents
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Abstract
Aparato químico y/o bioquímico (10) para recibir una pluralidad de recipientes de reacción (12) en los que pueden tener lugar reacciones químicas y/o bioquímicas, comprendiendo el aparato: un soporte térmico (14) de un material térmicamente conductor, teniendo el soporte térmico una pluralidad de pocillos (26) para recibir los recipientes de reacción (12), teniendo una parte superior de cada uno de los recipientes de reacción (12) una abertura superior cerrada de manera estanca por un cierre estanco superior respectivo; un módulo térmico (16) acoplado térmicamente al soporte térmico (14) para controlar térmicamente el soporte térmico (14); y una tapa (22) que tiene una estructura laminar que comprende una cubierta exterior (42), una placa calentada térmicamente conductora (44) que tiene una capa calefactora resistiva laminar (48) aplicada a una superficie superior de una placa térmicamente conductora (50) para calentar la placa calentada térmicamente conductora (44), y una capa de espuma comprimible (46) dispuesta entre la placa calentada térmicamente conductora (44) y al menos parte de la cubierta exterior (42), y una estructura de cierre (66), en la que la tapa (22) es completamente removible de manera que pueda colocarse y montarse en el resto del aparato en una dirección sustancialmente axial y está configurada para moverse entre una posición abierta y una posición cerrada, en la que, cuando está en la posición cerrada, la placa calentada térmicamente conductora (44) entra en contacto con los cierres estancos superiores de los recipientes de reacción (12) cuando están situados en la pluralidad de pocillos (26), y la capa de espuma comprimible (46) se comprime entre la cubierta exterior ( 42) y la placa calentada térmicamente conductora (44) para predisponer la placa calentada térmicamente conductora (44) contra los cierres estancos superiores de los recipientes de reacción (12), y en la que, a medida que se mueve la tapa (22) desde la posición abierta a la posición cerrada, la tapa (22) está configurada para poder moverse en una dirección para contactar sustancialmente de manera simultánea con todos los cierres estancos superiores de los recipientes de reacción (12) cuando están situados en la pluralidad de pocillos (26), y en la que, cuando la tapa (22) está en la posición cerrada, la estructura de cierre (66) bloquea la tapa (22) en la posición cerrada.
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema de reacción bioquímica
[0001] La presente invención se refiere a mejoras en sistemas de reacciones químicas y/o bioquímicas, tales como, Reacciones en Cadena de la Polimerasa (PCR).
[0002] Se llevan a cabo muchas reacciones químicas y bioquímicas, lo que requiere variaciones de temperatura controladas con alta precisión. A menudo, tales reacciones pueden necesitar pasar a través de varios, o incluso muchos, ciclos de temperatura variable para producir los efectos requeridos. Además, muchas de dichas reacciones químicas y bioquímicas se llevan a cabo produciendo una señal de luz detectable, tal como una señal fluorescente, quimioluminiscente o bioluminiscente, que tiene lugar o se modifica bajo determinadas condiciones de reacción. Tales señales pueden surgir debido a los reactivos o los resultados de la reacción o reacciones que producen luz bajo ciertas condiciones, por ejemplo, debido a la energía de excitación que se aplica, o pueden surgir generadas por la reacción en sí.
[0003] La detección de estas señales de luz puede utilizarse de varias formas. En particular, pueden permitir la detección de la existencia de una reacción, lo cual puede ser indicativo de la presencia o la ausencia de un reactivo particular en una muestra de prueba, o para proporcionar información sobre el progreso o la cinética de una reacción particular. Aunque el término «luz» se usa de manera general para incluir luz visible, se entenderá que las señales ópticas que pueden derivarse de reacciones y detectarse, pueden producirse en las regiones infrarroja y/o ultravioleta del espectro y se pretende que el término «luz» abarque todas las señales ópticas que pueden derivarse de reacciones de cualquier longitud de onda que puedan detectarse.
[0004] Naturalmente, las medidas fluorescentes precisas dependen de fuentes de luz de excitación precisas. Esto, a su vez, depende de la fuente o las fuentes de luz de excitación que se controlan cuidadosamente, pero también del acoplamiento de luz desde la fuente o cada fuente al recipiente de reacción que se controla adecuadamente para que sea uniforme y esté controlado en su intensidad y longitud de onda. En los sistemas conocidos, dicho control de fuente de la fuente o fuentes y acoplamiento con el recipiente de reacción está ausente.
[0005] Un ejemplo particular de una reacción, en la que se necesita un número relativamente grande de ciclos variables de temperatura controlada de manera muy precisa y en el que las señales detectables y, en particular, las señales fluorescentes se monitorizan es en las técnicas de amplificación de ácidos nucleicos y, en particular, la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). La amplificación de ADN mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) es una técnica fundamental en biología molecular. La PCR utilizada ampliamente y es una técnica 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, que incluye diagnóstico y detección, así como también en investigación. El documento US 5720406 A da a conocer un termociclador con una cubierta calentada con bisagras. El documento US 2009/209030 A1 da a conocer un termociclador que comprende dos unidades de calentamiento opuestos presionados hacía un soporte de muestra colocado en el centro mediante almohadillas de espuma.
[0006] El análisis de ácido nucleico utilizando la PCR requiere preparación de la muestra, amplificación y análisis del producto. Aunque normalmente estas etapas se llevan a cabo secuencialmente, la amplificación y el análisis pueden realizarse de manera simultánea.
[0007] En el transcurso de la PCR, se amplifica un ácido nucleico diana específico mediante una serie de reiteraciones de un ciclo de etapas en el 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 hasta una temperatura a la que los cebadores de oligonucleótidos cortos se unen al ácido nucleico diana monocatenario, por ejemplo, a 55°C (hibridación). A partir de entonces, los cebadores se extienden utilizando una enzima polimerasa, por ejemplo, a 72°C (extensión), de tal modo que la secuencia de ácido nucleico original se haya repplicado. Los ciclos repetidos de desnaturalización, hibridación 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 ciclado solamente entre temperaturas de desnaturalización y hibridación, o modificando una o más temperaturas entre ciclo y ciclo.
[0009] Muchas de dichas reacciones químicas y bioquímicas tienen lugar en un aparato que tiene un número, a veces un número grande, de contenedores dispuestos en una matriz. Para no afectar a la reacción, a menudo los contenedores están formados de polipropileno como una matriz de pocillos en una placa. Los pocillos se insertan en un soporte de metal que se controla térmicamente de tal modo que los pocillos se controlan térmicamente mediante conductividad térmica a través de las paredes de los pocillos. Se conocen varias maneras de proporcionar el control térmico requerido. Una de las más habituales es el uso de módulos termoeléctricos, tales como módulos de Peltier, que pueden utilizarse para proporcionar calentamiento o enfriamiento (dependiendo de la dirección del flujo de corriente a través del módulo). Aunque los módulos de Peltier son bien conocidos y no se describirán en detalle en el
presente documento, se debe señalar que un módulo de Peltier consiste esencialmente en un par de placas cerámicas, conductoras térmicamente, entre las cuales se montan de manera sucesiva semiconductores para formar uniones pn y n-p. Cada unión tiene un contacto térmico con placas conductoras térmicamente. Cuando se conecta a una corriente de una polaridad, se forma una diferencia de temperatura entre las placas conductoras térmicamente: una de ellas se calienta y funciona como un disipador de calor, la otra se enfría y funciona como un refrigerador.
[0010] Sin embargo, los módulos de Peltier proporcionan una serie de desventajas cuando se utilizan para ciclados térmicos precisos repetitivos, dado que no están diseñados, en primera instancia, para tal ciclado térmico. En primer lugar, dado que el módulo de Peltier es conductor térmicamente por sí mismos, existe una pérdida de potencia a través del dispositivo. En segundo lugar, la inversión de corriente provoca la migración de dopante a través de la unión semiconductora, que no es simétrica, por tanto, la unión pierde de manera eficaz su función como una unión entre diferentes semiconductores con el tiempo. Además, los cambios repetitivos de temperatura provocan ciclos de contracción y expansión repetitivos, que en sí no son simétricos en un módulo de Peltier. Dado que el módulo de Peltier se encuentra en contacto térmico con el soporte térmico que sostiene los pocillos y en sí está formado a menudo de diferentes metales, que se expanden/contraen a velocidades diferentes, se desarrollan problemas mecánicos. A menudo estos se reducen sujetando mecánicamente los módulos a presiones altas, por ejemplo, utilizando tornillos que se extienden desde el soporte térmico que tiene los pocillos, hasta el módulo de Peltier y en el disipador de calor, pero los problemas mecánicos aún permanecen. Además, los tornillos en sí forman una trayectoria térmica que puede afectar de manera adversa al control preciso del ciclo térmico. Lo mismo se puede decir de los cables que se utilizan para conectar eléctricamente una fuente de energía al módulo de Peltier. Dado que el módulo de Peltier necesita potencia bastante alta durante el incremento y disminución de la temperatura, se necesita una fuente de energía grande, y, consecuentemente, se han utilizado cables grandes (gruesos) para conectar la fuente de energía con el módulo de Peltier. Estos cables también han proporcionado trayectorias térmicas no controlados hacía/desde el módulo de Peltier. Naturalmente, las temperaturas de los bordes del módulo de Peltier son también mucho menos controlables debido al hecho que están rodeados por aire ambiental no controlado, que puede variar en su temperatura y otras características. Finalmente, debido a la naturaleza de la operación del módulo de Peltier, se forman zonas calientes y frías sobre la superficie del mismo, que se puede reducir mediante la unión a un disipador de calor masivo, térmicamente conductor, a menudo fabricado de aluminio, cobre o plata, y/o un soporte masivo térmicamente conductor, habitualmente fabricado de aluminio o cobre, para promediar el calentamiento, que de nuevo provocan más problemas mecánicos.
[0011] Por lo tanto un objetivo es proporcionar mejoras en sistemas químicos y/o bioquímicos para superar, o como mínimo reducir, algunos de los problemas anteriores. La reacción puede ser una Reacción en Cadena de la Polimerasa u otros tipos de reacciones químicas, tales como, por ejemplo, Reacción en Cadena de Ligasa, Amplificación Basada en Secuencias de Ácido Nucleico, Amplificación Circular, Amplificación con Desplazamiento de Hebra, Amplificación Dependiente de Helicasa o Amplificación Mediada por Transcripción.
[0012] Por consiguiente, un aspecto de la presente invención da a conocer un aparato tal como se define en la reivindicación independiente 1, con características opcionales definidas en la reivindicación 2.
[0013] A continuación, se describirán con más detalle realizaciones de la presente invención, a modo de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos que acompañan, en los que:
La Figura 1 muestra una vista en sección transversal parcial a través de un aparato químico y/o bioquímico de acuerdo con una realización de la presente invención que muestra un conjunto de aspectos diferentes de la presente invención para recibir una pluralidad de recipientes de reacción en los que pueden realizarse la PCR u otras reacciones químicas y/o bioquímicas;
La Figura 2 muestra una vista en sección transversal parcial en perspectiva a través del aparato de la Figura 1, con una tapa;
La Figura 3 muestra una vista en sección transversal parcial en perspectiva a través del aparato de la Figura 1, sin la tapa;
La Figura 4 muestra una vista lateral de una parte del aparato de la Figura 1;
La Figura 5 muestra una vista en sección transversal en la línea 5-5 de la Figura 4;
La Figura 6 muestra una vista desde arriba de la parte del aparato mostrado en la Figura 4;
La Figura 7 muestra una vista desde abajo de la parte del aparato mostrado en la Figura 4;
La Figura 8 muestra una vista aumentada de una parte del aparato de la Figura 1;
La Figura 9 muestra una vista aumentada similar de la parte del aparato de la Figura 8;
La Figura 10 muestra una vista aumentada de una tapa del aparato de la Figura 1;
La Figura 11 muestra una vista esquemática de la estructura utilizada para filtrar luz en un guía de ondas de luz en el aparato de la Figura 1;
La Figura 12 muestra un conjunto de fibras utilizado en el aparato de la Figura 1; y
La Figura 13 muestra una disposición de LED y sensor utilizados en el aparato de la Figura 1.
[0014] Tal como será evidente a partir de la explicación anterior, para muchas reacciones químicas y bioquímicas, la temperatura de la reacción tiene un efecto significativo sobre el progreso y los resultados de la reacción, y de este modo la precisión y la repetibilidad del control térmico son críticos para producir resultados precisos y repetibles. De manera particular, la reacción en cadena de la polimerasa necesita que la temperatura se repita en ciclos entre
temperaturas precisas para realizar la amplificación, y las desviaciones de estas temperaturas pueden producir una amplificación menos eficiente, reducir la especificidad de la amplificación y producir productos de reacción no deseados, o en casos extremos, impedir que la reacción continúe, o desnaturalizar los reactivos. Una técnica importante de análisis utilizada a menudo con la PCR es someter los productos de reacción a una rampa de temperatura controlada, en la que la temperatura aumenta lentamente de acuerdo con un perfil controlado, mientras se realizan lecturas ópticas para producir para cada reacción una o más curvas que tienen que relacionan la temperatura con mediciones ópticas. Para que los resultados obtenidos de estas curvas sean precisos, la temperatura de cada pocillo debe conocerse con exactitud en el momento de cada medición óptica. Como ejemplo, la curva de fluorescencia emitida por un colorante intercalado puede medirse frente a la temperatura. El nivel de fluorescencia indica la cantidad de ADN de doble cadena presente, y de este modo la temperatura a la que la fluorescencia disminuye más rápidamente con el aumento de temperatura es la «temperatura de fusión» del ADN presente. Esto a su vez proporciona información sobre la secuencia de ADN presente.
[0015] Por lo tanto, será evidente que sería ventajoso para un instrumento controlado térmicamente proporcionar para cada contenedor que esté lo más cerca posible de la misma temperatura en cada momento durante la ejecución, con el fin de proporcionar una buena uniformidad térmica en los contenedores. Los instrumentos existentes utilizan a menudo disposiciones de contenedores en las que cada contenedor tiene un entorno térmico diferente. Por ejemplo, en una disposición de rejilla rectangular, los contenedores en los bordes de la disposición se ven afectados por los «efectos de los bordes» debido a una mayor conexión térmica con el aire del ambiento, la carcasa del instrumento, y otras vías térmicas que pueden producir una temperatura diferente. De manera particular, los elementos de Peltier se ven afectados por tales efectos, tal como se describe anteriormente.
[0016] Por consiguiente, en un ejemplo, los contenedores en sí, y los elementos térmicos importantes del aparato, se disponen en una configuración rotacionalmente simétrica, de tal modo que cada contenedor puede disponerse con un entorno térmicamente equivalente. Tal como se puede ver en los dibujos, en dicho aparato rotacionalmente simétrico 10, cada contenedor 12 tiene sustancialmente la misma conexión térmica con elementos, tales como el soporte térmico 14, módulo termoeléctrico 16, disipador de calor 18 y tapa calentada 22, etc, que influyen de manera significativa en la temperatura de cada contenedor 12 durante la operación. De manera eficaz, cada contenedor 12 está sujeto todavía a efectos de los bordes, pero mediante la disposición para cada recipiente 12 para que esté sujeto a los mismos efectos de los bordes, se conserva la uniformidad. Una estructura de soporte inferior 134 soporta el resto del aparato y se apoya sobre patas 136.
[0017] Para conseguir esto en un aparato 10 que utiliza un módulo termoeléctrico 16, tal como un dispositivo de Peltier, el dispositivo puede construirse de tal modo que su diseño a gran escala es rotacionalmente simétrico. Es habitual que estos dispositivos consistan en una capa superior plana térmicamente conductora 24 para el acoplamiento térmico a los contenedores 12 o al soporte térmico 14 que contiene pocillos 26 que, a su vez, contendrán los contenedores 12, una capa inferior plana térmicamente conductora 28 para el acoplamiento térmico a un primer disipador de calor 18, y una capa entre estas dos capas de acoplamiento que contiene los elementos termoeléctricos 30. Normalmente estos elementos consisten en múltiples elementos semiconductores 30 conectados de tal modo que forman uno o más circuitos a través de los cuales puede pasar la corriente para provocar el bombeo de calor de una capa de acoplamiento a la otra, con la dirección del bombeo determinada por la dirección de la corriente.
[0018] De manera ideal, un módulo termoeléctrico 16 para su uso en un aparato rotacionalmente simétrico tendrá capas de acoplamiento térmico rotacionalmente simétricas 24, 28, y una disposición rotacionalmente simétrica de elementos semiconductores 30. Sin embargo, en la práctica puede ser necesario utilizar una disposición no rotacionalmente simétrica de elementos semiconductores 30, por ejemplo, para utilizar una disposición regular eficiente, tal como una rejilla para empaquetar los elementos en el área activa del módulo 16. En este caso, el módulo 16 aún puede proporcionar un efecto de bombeo de calor rotacionalmente simétrico a lo largo de un área activa rotacionalmente simétrica, rellenando este área tan rápidamente como sea posible con elementos semiconductores, donde los elementos 30 son relativamente pequeños en comparación con el tamaño de los contenedores 12.
[0019] Cuando se proporciona un entorno térmico rotacionalmente simétrico para los contenedores 12, también es ventajoso, en un ejemplo, proporcionar que el módulo termoeléctrico 16 se una a un disipador de calor rotacionalmente simétrico 18, por ejemplo, un disipador de calor cilíndrico con aletas radiales 32. Alternativamente se podría proporcionar un disipador de calor circular con proyecciones cilíndricas (pins) en la parte inferior (a veces referido como «disipador de calor con pin»), dispuesto de manera rotacionalmente simétrica. Dicho disipador de calor con pins podría proporcionarse también con pins dispuestos de una manera no rotacionalmente simétrica, pero que aún cubran un área activa que es sustancialmente rotacionalmente simétrica.
[0020] Cuando se insertan los contenedores 12 en los pocillos 26 en un soporte térmico 14, este soporte 14 también puede ser rotacionalmente simétrico, por ejemplo, en una realización que proporciona una disposición de pocillos 26 en los vértices de un polígono regular o alrededor de uno o más círculos concéntricos (tal como se observa mejor en la Figura 3), que puede aún proporcionar una distancia convencional de 9 mm entre contenedores. De manera particular, el acoplamiento térmico del soporte 14 a los medios de calentamiento y enfriamiento del soporte, tal como un módulo termoeléctrico 16 es preferiblemente rotacionalmente simétrico.
[0021] En un ejemplo, el soporte térmico 16 proporciona pocilios 26 para tubos contenedores utilizados de manera habitual 12, por ejemplo, tubos poliméricos utilizados de manera habitual para la PCR y otras reacciones bioquímicas, a los que a menudo se refiere como tubos de 0,2 ml. De manera particular, los pocillos 26 pueden disponerse en un espacio utilizado de manera habitual, por ejemplo, a una distancia de 9 mm de centro a centro. Dicha disposición puede permitir el uso de tiras utilizadas de manera habitual de 8 o 12 tubos contenedores 12, en la que las tiras pueden doblarse para insertar los tubos contenedores 12 alrededor de la disposición poligonal o circular de los pocillos 26 en el soporte térmico 14. Alternativamente, las tiras de tubos contenedores 12 pueden fabricarse para el uso en el aparato 10, que se diseñan de manera específica para formar parte de una circunferencia de un círculo que tiene el radio necesario, o que se diseñan para ser flexibles para poder ser suficientemente rectas, para utilizarse en un equipo disponible de manera habitual con filas rectas de pocillos, o doblarse con el radio correcto para su uso en una disposición poligonal o circular de contenedores. En un ejemplo particular de un aparato 10 con un número par de pocillos 26, puede fabricarse un conjunto de tubos contenedores 12 que consisten en un conjunto regular de tubos contenedores 12, donde los tubos contenedores 12 están espaciados de forma regular a lo largo de dos tiras, y estas tiras están unidas entre sí en cada extremo. Dicho conjunto podría colocarse en un equipo estándar cuando las tiras permanecen rectas con el fin de formar un conjunto rectilíneo, pero, a continuación, podría doblarse presionando los puntos donde las tiras se unen, con el objetivo de deformar las tiras en semicírculos, de tal modo que ambas tiras unidas juntas formen una disposición circular adecuada para colocarse en un conjunto circular de pocillos 26 en el soporte térmico 14.
[0022] Un ejemplo proporciona también un accesorio para el aparato 10 que consiste en un soporte separado (no se muestra) que comprende una placa con agujeros en posiciones y tamaños que corresponden a los pocillos en el aparato, en los que se pueden insertar recipientes contenedores individuales. El soporte y los recipientes pueden insertarse a continuación en el aparato, de tal modo que los recipientes se insertan en los pocillos, y el soporte se ajusta en un vacío proporcionado en el aparato, permitiendo que el aparato realice reacciones sin la necesidad de extraer el soporte. Esto facilita una carga más rápida y fácil del instrumento, y elimina la posibilidad de redisposición de forma involuntaria de recipientes individuales o su inserción en un orden incorrecto en el aparato. Preferiblemente, el soporte se marca con el fin de indicar el alineamiento necesario del soporte en el instrumento. Preferiblemente, el soporte se forma con características particulares que se emparejan con características correspondientes del aparato para reforzar una alineación rotacional particular del soporte, haciendo que sea difícil o imposible insertar el soporte y los recipientes en una alineación incorrecta.
[0023] Cuando el soporte térmico 14 se acopla térmicamente a un módulo termoeléctrico 16, el soporte térmico 14 y el módulo termoeléctrico 16 se forman preferiblemente con características físicas, de tal modo que el soporte térmico 14 y el módulo termoeléctrico 16 solamente pueden emparejarse en una alineación particular. En particular, la superficie del módulo térmico 14 que se acopla al módulo termoeléctrico 16 puede proporcionarse con una región indentada que corresponde con la forma de la superficie de acoplamiento del módulo termoeléctrico 16. Preferiblemente, la región indentada tiene una superficie plana 92 y el borde de la región se forma con un bisel 94, de tal modo que exista una pared en ángulo alrededor de la región, y de tal modo que cuando el módulo termoeléctrico 16 se acopla al soporte térmico 14, la pared en ángulo impide el contacto entre el soporte térmico 14 y el módulo termoeléctrico 16, excepto en la región plana de emparejamiento, en particular, impide el contacto térmico significativo entre la pared y el módulo termoeléctrico 16, reduciendo así el acoplamiento térmico fuera de la región plana de emparejamiento prevista.
[0024] Además, el módulo termoeléctrico 16 puede disponerse con una o más regiones planas en la circunferencia de un módulo circular, o la circunferencia interior o exterior de un módulo termoeléctrico anular 16, que son demasiado pequeñas para afectar de forma significativa en el rendimiento térmico, pero son suficientemente grandes para reforzar el alineamiento rotacional con la región de acoplamiento prevista del soporte térmico 14. Adicionalmente, el módulo termoeléctrico 16 puede acoplarse térmicamente con el disipador de calor 18 utilizando las mismas características de alineamiento rotacional.
[0025] Un ejemplo proporciona un soporte térmico 14 con un conjunto circular de pocillos 26, acoplado térmicamente a un módulo termoeléctrico circular o anular 16, donde un radio exterior del soporte térmico 14 es mayor que un radio exterior del módulo termoeléctrico 16, de manera que una región 34 del soporte térmico 14 sobresale del módulo termoeléctrico 16 y tiene orificios 36 en el soporte térmico 14 que se extienden desde los pocillos 26 a la región saliente 34, lo que permite una o más guías de ondas de luz 38 por pocillo 26 para atravesar el soporte térmico 14 y,por tanto, guiar la luz hacía y/o desde los recipientes correspondientes 12. Cuando el módulo termoeléctrico 16 es anular, la región saliente del soporte térmico 14 puede sobresalir del módulo termoeléctrico 16 en el interior de un radio interior del anillo de módulo termoeléctrico 16, proporcionando de nuevo orificios en el soporte térmico 14 que permiten que las guías de ondas de luz se dispongan adyacentes a los recipientes 12.
[0026] En un ejemplo particular, cuando la región saliente 34 del soporte térmico 14 sobresale del radio exterior del módulo termoeléctrico 16, el soporte térmico 14 puede proporcionar tiras verticales 40 que conectan una región del soporte térmico 14 adyacente a los pocillos 26 con una región del soporte térmico 14 adyacente al módulo termoeléctrico 16, de tal modo que proporcione acoplamiento térmico entre las regiones, así como también, una rigidez mecánica aumentada, a la vez que tiene una masa inferior que un soporte sólido. Esta masa inferior proporciona variaciones más rápidas de la temperatura en el soporte térmico 14 utilizando la misma potencia, o requisitos de
potencia inferior, o ambos, así como también, una reducción de los costes de materiales.
[0027] Será evidente que existen otros medios para proporcionar el entorno térmico rotacionalmente simétrico descrito mediante la utilización de diseños rotacionalmente simétricos con otros elementos térmicos conocidos. Adicionalmente, puede ser necesario proporcionar características del instrumento que no sean rotacionalmente simétricas, pero que no afecten de manera sustancial el entorno térmico de los recipientes 12 y así conserven las ventajas, por ejemplo, los elementos que estén presentes con fines mecánicos, tales como fijaciones, sujeciones, cierres exteriores, etc.
[0028] Los recipientes contenedores 12 utilizados para las reacciones químicas y bioquímicas a menudo consisten en una parte inferior que está insertada en un pocillo en el soporte que regula la temperatura de la reacción, y una parte superior que proporciona un entorno de cierre estanco para los reactivos en el recipiente. Por ejemplo, la parte superior puede consistir en un tapón o una tapa o un adhesivo o una película con cierre estanco con calor. En el transcurso de una reacción, y, en particular, cuando los reactivos se calientan, es ventajoso proporcionar fuerza a aplicar en la parte superior para retener la integridad del cierre estanco. Esto ayuda a evitar que tapones o tapas se vean forzados contra un mecanismo de ajuste con un gancho mecánico, y reduce la deformación de películas de cierre estanco el impedir que se forme una «burbuja». Adicionalmente, la fuerza puede mejorar el cierre estanco de la parte inferior del contenedor en el pocillo en el soporte térmico.
[0029] Cuando los recipientes contienen una sustancia volátil, por ejemplo, agua u otro disolvente, y cuando la parte inferior del recipiente está sometida a una variación de temperatura, la sustancia volátil puede evaporarse, y, a continuación, puede volver a condensarse en la parte superior del recipiente. Esto puede producir cambios no deseables en la concentración de los reactivos en la solución, así como también obstruir el acceso óptico a través de la parte superior del recipiente y llevar energía térmica desde los reactivos hasta la parte superior del recipiente. Esto puede reducirse disponiendo de una superficie calentada que está en contacto con la parte superior del recipiente, inhibiendo de este modo la condensación en la misma. Esta puede ser la misma superficie que proporciona fuerza sobre la parte superior para ayudar al cierre estanco. A menudo a esta superficie se hace referencia como una tapa calentada.
[0030] En una realización de la presente invención, una tapa calentada incluye una capa de espuma comprimible para proporcionar la fuerza descendente necesaria sobre la parte superior de los contenedores. Dicha capa tiene ventajas importantes sobre medios anteriores que proporcionan la fuerza de cierre estanco.
[0031] Por ejemplo, una disposición conocida es proporcionar una placa de tapa calentada que se conecta a una estructura de soporte (por ejemplo, una cubierta exterior), y en la que se disponen muelles de tal modo que se comprimen mediante una distancia controlada, produciendo de este modo una fuerza conocida sobre la placa de tapa calentada. Sin embargo, en tal disposición, existe un requisito de elementos mecánicos adicionales para retener la placa de tapa calentada, cuando la placa de tapa calentada no está en contacto con los recipientes contenedores, y para limitar el movimiento de la tapa calentada de tal modo que permanece centrada en los recipientes (por ejemplo, de tal modo que solamente puede moverse de manera significante en el eje vertical cuando se cierra). A menudo se utilizan múltiples muelles para proporcionar una fuerza a aplicar de manera uniforme entre los recipientes.
[0032] Sin embargo, utilizando una capa de espuma comprimible, de acuerdo con una realización de la presente invención, tal como se muestra mejor en la Figura 4, se puede producir una tapa calentada 22 con una estructura laminar mucho más simple, que consiste en una cubierta exterior 42, una capa térmicamente aislante opcional 96, una placa de tapa calentada 44 y una capa de espuma 46 entre ellas. La capa de espuma 46 proporciona una presión conocida a lo largo de la tapa calentada 22 y, de este modo, una distribución uniforme de fuerza, cuando se comprime mediante una distancia controlada, y, adicionalmente, previene el movimiento lateral significativo de la placa de tapa calentada 44 en relación con la cubierta exterior 42. La capa térmicamente aislante opcional 96 proporciona un soporte para la estructura laminar y los alrededores de la tapa calentada 22 de tal modo que se reduce la pérdida de calor.
[0033] La espuma utilizada debe seleccionarse para soportar múltiples ciclos de compresión, y para proporcionar la fuerza correcta a aplicar a la temperatura de operación esperada, que puede ser, por ejemplo, 95-110°C para su uso con instrumentos de PCR. Esto se puede conseguir utilizando un material de espuma escogido cuidadosamente, por ejemplo, una espuma de polímero, en particular, una espuma de silicona, con una estructura controlada, en particular, una estructura con celdas cerradas, por ejemplo, espuma de celdas cerradas de Bisco Silicone BF-2005.
[0034] La placa de tapa calentada 44 se construye a partir de una estructura laminar adicional, que tiene una capa calefactora resistiva laminar 48 aplicada a la superficie superior de una placa térmicamente conductora 50, donde la capa calefactora resistiva 48 puede ser una p Cb flexible que incorpora un elemento resistivo de cobre, NiCromo u otro, y un encapsulamiento eléctricamente aislante, por ejemplo, una capa de poliamida. La estructura laminar que incorpora la capa de espuma 46 puede ensamblarse utilizando adhesivo para unir la capa de espuma 46 a la cubierta exterior 42 y la placa de la tapa calentada 44, por ejemplo, cinta de doble cara 3M 9731.
[0035] Además, las tapas calentadas conocidas están fijadas con bisagras en una cara, con las conexiones eléctricas que pasan a través del área de bisagras. Sin embargo, cerrar una tapa con bisagras significa que los recipientes 12
más cercanos a la bisagra entran en contacto primero y tienen mayor fuerza distribuida sobre ellos, que los recipientes más alejados de las bisagras. Por consiguiente, la tapa calentada se fabrica como totalmente removible, de tal modo que puede colocarse y montarse con el resto del aparato en una dirección sustancialmente axial (verticalmente). La tapa calentada 22 y el resto del aparato se proporcionan con ajustes de bayoneta 66 adicionales, para que la tapa pueda presionarse hacia abajo y, a continuación, gire parcialmente hasta el cierre en la posición.
[0036] En un ejemplo, el aparato 10 contempla el uso de guías de ondas de luz 38 para guiar la luz emitida desde recipientes contenedores 12 a uno o más sensores de luz 52, que pueden montarse sobre una placa de circuito impreso (pcb) 54. Tales sensores de luz 52 pueden ser de varios tipos, por ejemplo, sensores individuales, tales como fotodiodos que producen un canal único de medición como voltaje de salida, señal de corriente o digital, tal como una frecuencia o un flujo de datos, o pueden contemplar múltiples canales de medición, por ejemplo, que tienen múltiples elementos sensibles a longitudes de ondas diferentes de luz que producen múltiples canales de medición como salidas de los tipos enumerados anteriormente, o pueden tener un conjunto de elementos sensibles a luz para producir una medición de luz en múltiples posiciones a lo largo del sensor o en múltiples colores, o ambos, tal como un sensor de imagen.
[0037] En el caso de un sensor 52 que proporciona una medición de un canal único o múltiples longitudes de ondas de luz, puede acoplarse ópticamente a una fibra única 38, para proporcionar mediciones de luz desde un recipiente contenedor único 12. Cuando un sensor 52 proporciona una medición en más de una posición a lo largo del sensor, por ejemplo, en el caso de un sensor de imagen monocromática o de color, puede acoplarse ópticamente a más de una fibra, para producir mediciones de múltiples recipientes contenedores utilizando múltiples elementos sensibles. En este caso, el acoplamiento óptico puede conseguirse mediante la disposición de las fibras 38 de tal modo que sus extremos que emiten luz pueden visualizarse sobre el área activa del sensor de imagen, por ejemplo, visualizando una disposición planar de extremos de fibras a través de una lente o un conjunto de lentes.
[0038] En un ejemplo, el aparato también permite conseguir el acoplamiento óptico mediante la disposición de los extremos que emiten luz de las fibras 38 en un conjunto sobre una superficie activa del sensor 52. Los extremos de las fibras 38 pueden disponerse en contacto directo con los elementos sensibles a la luz del conjunto, o pueden espaciarse de los elementos sensibles a la luz, en particular, cuando los elementos sensibles a la luz están encapsulados, por ejemplo, en un envase electrónico con un recubrimiento transparente como es el caso de muchos sensores de imagen, por ejemplo, sensores de imagen de CMOS y CCD. Un cable de alimentación 138 se muestra también en la Figura 1 pasando a un conector de alimentación 140 montado en la cara inferior de pcb 54.
[0039] Tal como se muestra en la Figura 12, es deseable que la luz emitida de cada fibra 38 caiga sobre el sensor 52 de tal modo que la contribución de cada fibra 38 puede distinguirse - cada elemento sensible a la luz puede recibir una proporción conocida de luz de múltiples fibras 38, y las proporciones conocidas pueden utilizarse para recuperar el nivel de luz de cada fibra 38, utilizando, por ejemplo, la deconvolución de matriz u otros procedimientos estándares de deconvolución. Preferiblemente, la disposición es tal que existen elementos sensibles a la luz, en los que una gran mayoría de la luz incidente sobre un subconjunto particular de los elementos sensibles a la luz procede de una fibra particular 38, de tal modo que aquellos elementos sensibles a la luz producen lecturas que corresponden con poca o ninguna corrección de la cantidad de luz emitida de la fibra correspondiente 38. Esto puede conseguirse disponiendo las fibras 38 de tal modo que cada una emita luz sobre una región 108 del sensor de imagen 52 y donde las regiones se disponen de tal modo que no se superpongan completamente. Se utiliza preferiblemente una disposición hexagonal de regiones para proporcionar el uso más eficaz de espacio, alternativamente puede utilizarse una disposición rectangular u otra, por ejemplo, para encajar mejor en el área activa del sensor de imagen particular utilizado. Preferiblemente existen además regiones 110 del área activa del sensor de imagen para cada fibra 38, donde existe luz incidente reducida sustancialmente de la fibra correspondiente 38, y ninguna luz significativa de cualquier otra fibra 38, y tales regiones 110 se utilizan para proporcionar un «nivel oscuro» para la lectura del sensor de imagen, que puede restarse de o utilizarse de otro modo para corregir las lecturas obtenidas de las áreas con luz incidente significativa de la fibra correspondiente 38 (el «nivel de luz») para reducir el efecto de señal térmica u otra oscura. Los niveles de oscuridad extraídos de esta manera pueden utilizarse para corregir los niveles de luz para la misma adquisición o imagen, o pueden utilizarse de manera alternativa individualmente o en combinación con los niveles de oscuridad de otras adquisiciones o imágenes para corregir los niveles de luz de una o más adquisiciones, en particular, pueden combinarse los niveles de oscuridad de múltiples imágenes obtenidas en puntos relativamente cercanos en el tiempo para crear un nivel de oscuridad uniforme o filtrado para cada imagen, para proporcionar una mejor señal con respecto a ruido para las lecturas de un nivel de oscuridad que cambia lentamente con el tiempo, como es el caso para un sensor de imagen con una temperatura que varía lentamente.
[0040] De manera particular, las regiones 110 utilizadas para el nivel de oscuridad pueden formar cada una un anillo alrededor de la región circular correspondiente en la que el nivel de luz se extrae de la fibra correspondiente. Las regiones 110 utilizadas para el nivel de oscuridad pueden ser también regiones dispuestas entre las regiones utilizadas para el nivel de luz, utilizándose una o más de dichas regiones para el nivel de oscuridad para cada fibra, de manera particular las regiones de nivel de oscuridad 110 pueden ser regiones circulares dispuestas con sus centros a distancias máximas de las regiones circulares de niveles de luz, dentro del conjunto de regiones de nivel de luz. La disposición de regiones puede formarse pasando las fibras a través de una placa con un conjunto apropiado de agujeros, preferiblemente, fijando las fibras en su sitio en este conjunto. La placa puede construirse de un material
opaco y no reflectante para reducir la dispersión de luz. Esta placa puede proporcionarse también con características para alinear el sensor de imagen, directamente o utilizando características en una pcb al que se suelda el sensor de imagen, preferiblemente, formando un cierre estanco hermético de luz alrededor del sensor de imagen para excluir la luz ambiental.
[0041] Preferiblemente las fibras 38 se disponen de tal modo que forman una disposición hexagonal en el sensor 52, en la que las regiones del nivel de luz 108 son círculos centrados en las posiciones de los extremos de fibras por encima del sensor de imagen 52, y la región del nivel de oscuridad para cada región del nivel de luz consiste en dos regiones circulares 110, en las que la suma de las áreas de las dos regiones del nivel de oscuridad es la misma que el área de la región del nivel de luz 108, y donde para cada región del nivel de luz 108 las regiones del nivel de oscuridad correspondiente 110 tienen centros en dos de los puntos medios entre el centro de la región de luz correspondiente 108 y un centro de la región de luz adyacente 108.
[0042] El disipador de calor 18, unido al soporte térmico 164 (o placa de soporte) con aletas 32 define un espacio interno 5, dentro del cual se disponen la pcb 54 y todos los elementos electrónicos relevantes, es decir, la fuente que emite la luz 62, el sensor de luz 52 y las guías de ondas de luz 38, 60. Esto permite a un instrumento compacto reducir el uso del espacio útil en un entorno de laboratorio, y también, reducir los costes de fabricación y transporte.
[0043] El espacio interior 5 puede comprender un límite superior definido por una superficie inferior del cuerpo del primer disipador de calor 18, sobre el cual se monta el módulo termoeléctrico 16, y uno o más límites laterales definidos por bordes interiores de las aletas térmicamente conductoras 32 del primer disipador de calor 18. El segundo disipador de calor 20 puede utilizarse, también, para formar un límite (por ejemplo, un límite inferior) del espacio interior 5 y, en algunos casos, pueden utilizarse, también, bordes interiores de las aletas 88 del segundo disipador de calor 20 para definir los límites laterales del espacio interior 5. Además, el cuerpo y los bordes superiores de las aletas 32 del disipador de calor superior 18 pueden definir un segundo espacio interior 15, en el que se sitúan el soporte térmico 14 y el módulo termoeléctrico 16. En tal disposición, sustancialmente todos los componentes funcionales (distintos de un cable de alimentación y la tapa) del aparato podrían situarse dentro de un perímetro lateral del aparato definido por los bordes exteriores de las aletas del primer disipador de calor y, en algunos casos, el segundo disipador de calor, de tal modo que el aparato deja una pequeña marca en un espacio de trabajo.
[0044] Un ejemplo proporciona dicha disposición mediante el uso de elementos de enfoque individuales, por ejemplo, lentes, tales como lentes de bola o de media bola, dispuestos sobre los extremos emisores de las fibras 38, de tal manera que guíen la luz emitida hacía una región más pequeña del sensor de imagen 52. Esto permite a las fibras 38 colocarse en cerca una de la otra sin aumentar la superposición de las regiones de luz emitida sobre el sensor 52.
[0045] Alternativamente, tal como se muestra mejor en la Figura 11, otro ejemplo proporciona la formación de guías de ondas de luz 38 a partir de dos secciones de guías de ondas de luz más cortas 38a y 38b, dispuestas de tal modo que la luz se emite desde los recipientes 12 hacía el primer extremo de una primera sección 38a de la guía de ondas correspondiente 38, y, a continuación, se emite desde el segundo extremo de la primera sección en un cono en un ángulo bastante amplio, tal como se muestra mediante las líneas discontinuas en ángulo 112, antes de entrar en el primer extremo de una segunda sección 38b de la guía de ondas 38, a continuación, finalmente se emite desde el segundo extremo de la segunda sección 38b de la guía de ondas 38 sobre el sensor 52. Alterando el espacio entre el segundo extremo de la primera sección 38a y el primer extremo de la segunda sección 38b, preferiblemente con estos dos extremos alineados con el mismo eje, solamente luz con un intervalo angular limitado, tal como se muestra mediante líneas discontinuas verticales 114, se aceptará por la segunda sección 38b, de tal modo (por ejemplo) que cualquiera de los rayos emitidos desde los bordes de la primera sección 38a solo se acepta si se encuentra en un ángulo más estrecho. Esto, a su vez, reduce el intervalo angular de luz emitida desde la segunda sección 38b hacía el sensor 52 y el tamaño de la región del sensor 52 sobre la que incide esta luz. Esto de nuevo permite a las fibras 38 colocarse próximas una de la otra sin aumentar la superposición de las regiones de luz emitida sobre el sensor 52.
[0046] Es particularmente ventajoso utilizar esta disposición cuando existe un requisito para filtrar la luz recibida desde los recipientes12, en particular permitir la eliminación de luz de excitación. En este caso, el filtro 98, por ejemplo, un filtro de absorción o un filtro dicroico, puede colocarse entre las dos secciones de la guía de ondas 38. Preferiblemente, el instrumento incorpora múltiples guías de ondas 38, donde cada contenedor se dispone con como mínimo una guía de onda 38 y se forma una disposición planar de segundos extremos de las primeras secciones 38a de cada guía de onda 38 fijando los extremos de guías de ondas en una primera placa de retención 116, se forma otra disposición planar de los primeros extremos de las segundas secciones 38b de cada guía de ondas 38 fijando los extremos de guías de ondas en una segunda placa de retención 118, donde las dos disposiciones formadas son tales que se colocan en caras opuestas de un filtro óptico planar 98, cada extremo en la primera placa 116 se encuentra opuesto al extremo en la segunda placa 118, y donde las placas se diseñan para sostener el filtro 98 en su sitio y proporcionar un recinto hermético de luz. Preferiblemente, el filtro 98 es un filtro dicroico. El aparato puede incluir alternativamente o adicionalmente una rueda de filtro, una matriz lineal o matriz en 2D (tal como una rejilla) que lleva múltiples filtros, que pueden trasladarse y/o rotarse para colocar cualquiera de los filtros entre la primera y la segunda secciones de las guías de ondas de luz.
[0047] Se utiliza un conjunto adicional de guías de ondas de luz 60 para guiar la luz de excitación desde una fuente
de luz de excitación en la pcb 54 a cada recipiente 12 y, también, puede fabricarse de una manera similar, en la que cada guía de ondas 60 tiene dos secciones con un filtro, rueda de filtro, matriz lineal o matriz en 2D de filtros entre las secciones, para proporcionar la filtración de longitud de onda de excitación. En este caso, la misma rueda de filtro o matriz pueden utilizarse para los dos filtros de excitación y emisión, donde las parejas correspondientes de filtros de excitación y emisión se disponen con una separación fija en la rueda de filtro o matriz, y las guías de ondas se disponen con una separación correspondiente, de tal modo que a medida que la rueda de filtro o matriz se trasladan o rotan, se alinean las parejas sucesivas de filtros de excitación y emisión con las guías de ondas de excitación y emisión.
[0048] Las disposiciones descritas anteriormente de guías de ondas de luz 38 para guiar la luz emitida desde cada recipiente12 a los sensores de luz correspondientes o posiciones sobre un sensor de luz único 52, pueden utilizarse también en paralelo, de tal modo que cada recipiente 12 tenga múltiples guías de ondas de luz proporcionadas para guiar parte de la luz emitida desde el recipiente 12 a diferentes sensores. Tales sensores podrían, por ejemplo, ser sensibles a diferentes longitudes de onda de luz, por ejemplo, intrínsecamente o como un resultado de filtros en la trayectoria de la luz, o podrían proporcionar un intervalo dinámico extendido mediante la medición de luz con diferentes configuraciones de sensibilidad o ganancia.
[0049] De manera similar, las disposiciones descritas anteriormente de guías de ondas de luz 60 para guiar la luz de excitación a cada recipiente contenedor 12 desde la fuente o fuentes de luz de excitación correspondientes 62, pueden utilizarse, también, en paralelo, de tal modo que cada recipiente 12 tiene múltiples guías de ondas de luz 60 que proporcionan la luz de excitación desde diferentes fuentes de luz de excitación. Tales fuentes de luz pueden escogerse, por ejemplo, para proporcionar la luz de excitación a diferentes longitudes de onda, y podrían habilitarse y deshabilitarse individualmente para variar el espectro de luz de excitación proporcionado para cada recipiente 12. Cuando los sensores de luz se proporcionan con respuestas diferentes a diferentes longitudes de ondas de luz, o la luz de excitación se proporciona a diferentes longitudes de onda, o ambos, pueden utilizarse las mediciones con diferentes longitudes de ondas de luz de excitación y/o a diferentes longitudes de onda de luz desde el mismo recipiente12 para obtener las cantidades o la actividad de una o más sustancias en las reacciones mediante deconvolución de las mediciones. Esta deconvolución puede ser mediante una deconvolución de matriz, que incluye multiplicación por una matriz inversa o pseudoinversa de emisiones de sustancias conocidas, análisis de componentes principales, deconvolución de mínimos cuadrados no negativos o técnicas similares.
[0050] Para proporcionar que los recipientes 12 se carguen con reactivos, por ejemplo, tubos o tiras de tubos, puede proporcionarse acceso físico a los recipientes 12 permitiendo que la tapa calentada 22 se mueva en relación a los recipientes 12, dejando libre el acceso a los recipientes 12. Tal como se ha mencionado anteriormente, de acuerdo con una realización, esto puede conseguirse trasladando, rotando o trasladando y rotando la tapa calentada 22 utilizando un ajuste de bayoneta 66 para fijar la tapa en su sitio. Esto puede conseguirse utilizando medios mecánicos activos, tales como un sistema motorizado o permitiendo al usuario mover la tapa calentada manualmente. La tapa calentada 22 se controlará a menudo eléctricamente utilizando elementos de calentamiento resistivos u otros elementos de calentamiento eléctricos y uno o más sensores de temperatura electrónicos.
[0051] Para permitir el movimiento de la tapa calentada 22 en relación a los recipientes 12, permitiendo a la vez conexiones eléctricas a los elementos de calentamiento 48 y sensores de temperatura en la tapa, se proporciona una conexión eléctrica flexible (por ejemplo, una pcb flexible, o cableado o cables flexibles), con un conector eléctrico para la tapa calentada 22 que puede desconectarse cuando la tapa 22 se extrae.
[0052] Un ejemplo proporciona un conector giratorio para proporcionar conexiones de energía y datos a la tapa calentada 22 permitiéndole funcionar de varias maneras, por ejemplo, utilizando solamente tres conexiones eléctricas diferentes 68, 70, 72. Estas conexiones 68, 70, 72 se configuran como una tierra eléctrica, una línea de datos y una línea de energía. En un sistema con una conexión eléctrica flexible, el uso de solamente tres conexiones posibilita una fiabilidad aumentada dado que las conexiones flexibles pueden ser propensas a fallar debido al movimiento repetitivo, así como también permite una conexión más compacta y rentable. En un sistema con una tapa removible 22, el uso de tres conexiones posibilita el uso de un rango más amplio de conectores, y, también, disminuye el coste y aumenta la fiabilidad, debido a la necesidad de pocas conexiones eléctricas propensas a fallos. En particular, esto facilita el uso de conectores capaces de rotación de los dos elementos conectados alrededor de un eje.
[0053] Por consiguiente, en un ejemplo, se utiliza un conector triaxial 74, que permite tres conexiones 68, 70, 72 proporcionando un enchufe 76 con dos contactos cilíndricos concéntricos en las caras interior y exterior de una pared exterior cilíndrica 78, y un contacto adicional en forma de un pin 80 en el eje de los contactos cilíndricos y una toma que se empareja 82 que tiene una ranura cilíndrica 84 para la pared exterior cilíndrica 78, que contiene contactos salientes para conectar con los dos contactos cilíndricos del enchufe 76, y una apertura central adicional 86 para aceptar los pin del enchufe 80 y proporcionar un contacto eléctrico a través de los contactos salientes adicionales. Otros conectores también son adecuados para utilizarse en tal sistema, por ejemplo, utilizando enchufes con múltiples contactos sustancialmente cilíndricos dispuestos a lo largo de un eje único, opcionalmente que tengan un contacto final que forma la punta del enchufe, y una toma correspondiente con la apertura que tiene contactos salientes dispuestos para formar conexiones con estos contactos.
[0054] El uso de un conector giratorio 74 permite una conexión más sencilla de una tapa calentada desprendible 22
permitiendo que la tapa 22 se cierre en diferentes ángulos. Adicionalmente, esto posibilita que la tapa se fije en su sitio utilizando un mecanismo de bayoneta o con rosca, eliminando la necesidad de un medio separado de fijación de la tapa. Un mecanismo de bayoneta 66, que puede formar parte de la capa aislante térmica 96 permite que la tapa 22 se ajuste presionando la tapa 22 a lo largo del eje del conector giratorio 74 para formar la conexión eléctrica y presionar la placa de la tapa calentada 50 contra el cierre estanco en la parte superior de los recipientes contenedores 12, y, a continuación, gire la tapa 22 alrededor del mismo eje para permitir que se emparejen las características en la tapa 22 y el cuerpo del aparato y, por lo tanto, aseguren la tapa 22. La tapa 22 se extrae utilizando el procedimiento inverso, girando la tapa 22 y, a continuación, extrayéndola con el eje del conector. El diseño de una placa de tapa calentada 50 para su uso en dicho sistema proporciona preferiblemente una superficie de baja fricción lisa que permite el giro de la placa 50 mientras esté en contacto con los cierres estancos de los recipientes 12. Por ejemplo, esto puede conseguirse utilizando una superficie metálica lisa, por ejemplo, un componente giratorio. Adicionalmente, la superficie puede chaparse o recubrirse, por ejemplo, con níquel o PTFe .
[0055] El aparato proporciona varios modos de funcionamiento de una tapa con tres conexiones. En una realización preferida, la tapa 22 contiene un elemento de calentamiento resistivo 48 conectado entre las líneas de tierra y eléctrica y se dispone para calentar la placa de la tapa calentada 50, y un sensor de temperatura capaz de funcionar en un modo de energía parasitaria conectado entre las líneas de datos y tierra y dispuesto para detectar la temperatura de la placa de la tapa calentada 50. Dicho sensor puede derivar energía para su funcionamiento desde la línea de datos utilizada para comunicarse con el sensor. Los ejemplos incluyen los sensores de temperatura 1-wire Dallas/Maxim 1, tales como el MAX31826 o cualquiera cantidad de aparatos similares. El aparato proporciona un freno resistivo permanente en la línea de datos para un voltaje adecuado para su uso con el aparato, por ejemplo, y, adicionalmente, puede leer el voltaje de la línea de datos, y puede atraerlo a tierra. A continuación, el aparato puede realizar la comunicación con el sensor de temperatura utilizando un protocolo de comunicación compatible con el aparato 1-wire. Preferiblemente, el aparato proporciona también un freno en cadena conmutable para el voltaje de la línea de datos, que está habilitado durante el funcionamiento para proporcionar energía adicional al aparato 1-wire, por ejemplo, durante las operaciones de conversión de temperatura. De manera preferida, el aparato utiliza un microcontrolador con un UART, USART u otro controlador de comunicación en serie que funciona en un modo de drenaje abierto, utilizando una configuración de software o la provisión de elementos electrónicos externos para convertir el periférico en un funcionamiento de drenaje abierto para implementar la comunicación compatible con wire-1, permitiendo reducir el coste y la complejidad de los elementos electrónicos. Alternativamente, el aparato puede utilizar un dispositivo principal 1-wire especializado, tal como el IC principal 1-wire DS2482. El aparato se comunica con el dispositivo 1-wire para detectar la presencia de una tapa válida, preguntando al dispositivo para extraer los datos, tales como número de serie, familia del dispositivo, contenidos de EEPROM y temperatura actual, y, a continuación puede preguntar al dispositivo repetidamente para determinar que la tapa sigue conectada y a qué temperatura se encuentra la placa de la tapa calentada actualmente. Preferiblemente, el elemento de calentamiento resistivo se fabrica como una PCB flexible, contemplando que el sensor de temperatura se suelde a los contactos en la pcb. El aparato se proporciona adicionalmente con un medio de variación de energía suministrada al elemento de calentamiento resistivo a través de la línea de energía, por ejemplo, midiendo y/o controlando el voltaje de la línea, la corriente que se permite que fluya a través de la tapa, o ambos. En una realización preferida, el aparato se proporciona con un suministro de energía de voltaje fijo que puede encenderse y apagarse para regular la potencia calefactora. De manera alternativa, el aparato incorpora un suministro de energía de voltaje variable, en el que el voltaje puede aumentarse o disminuirse para aumentar o disminuir la potencia calefactora. Esto puede ampliarse adicionalmente con un sensor de corriente que permite la medición y/o la regulación de la corriente calefactora o la potencia total.
[0056] Mediante la lectura repetitiva de la temperatura de la tapa de manera y utilizando las lecturas de temperatura para ajustar la potencia proporcionada a la tapa con el tiempo, el aparato puede provocar que la temperatura de la tapa calentada siga según perfil deseado. Por ejemplo, en el caso de una reacción PCR, la tapa calentada 22 puede calentarse hasta aproximadamente 100°C alrededor del inicio de la reacción, y mantenerse a esta temperatura durante la reacción.
[0057] En otro ejemplo, la tapa calentada 22 se proporciona adicionalmente con un microcontrolador que está alimentado con la línea eléctrica y líneas de tierra, y tiene un pin conectado a la línea de datos que es capaz de comunicarse utilizando un modo de operación de drenaje abierto, cuando el microcontrolador de la tapa puede leer el estado de la línea de datos y puede atraer la línea hasta tierra. En esta realización, el aparato proporciona energía a la tapa 22 durante la operación para permitir el funcionamiento del microcontrolador de la tapa, y se comunica con el microcontrolador de la tapa para permitir las funciones de la tapa. Es posible proporcionar un sensor de temperatura en la tapa que puede utilizarse por el microcontrolador de la tapa para medir la temperatura de la placa de la tapa calentada 50, así como también medios de control de la potencia suministrada al calefactor resistivo de la tapa calentada utilizando el microcontrolador, por ejemplo, proporcionando el cambio de voltaje desde la línea eléctrica hasta el elemento de calentamiento resistivo. En este modo de operación, el aparato puede pedir al microcontrolador de la tapa la lectura de la temperatura y proporcionar la respuesta para determinar la potencia de calentamiento necesaria, o puede simplemente proporcionar una temperatura deseada o perfil de temperatura para permitir que el microcontrolador de la tapa calentada regule la temperatura de la tapa calentada de manera autónoma. Adicionalmente, pueden existir funciones adicionales que se realizan por dicha tapa, que incluyen el suministro de elementos de visualización, tales como LED, pantallas LCD, pantallas OLED o pantallas e-papel que permiten la visualización de información de la tapa calentada 22 o aparato para el usuario, de manera particular, para visualización
del estado, tal como tipo actual de reacción, resultados y progreso de reacción, tiempo restante, información de error o advertencia, consejo para el usuario sobre el funcionamiento del instrumento, datos del instrumento, tales como número de serio o configuración, etc. Las funciones adicionales incluyen leer el estado de los dispositivos de entrada, por ejemplo, botones, teclados, mando direccional, micrófonos o sensores capacitivos utilizados por el usuario para configurar y controlar el aparato, sensores para detectar la presencia de tubos contenedores, conectores adicionales, tales como conectores USB o tarjetas SD, o interfaces de comunicación inalámbrica, tales como WiFi, bluetooth, o bluetooth de baja energía. En cada caso las funciones pueden proporcionarse directamente por el microcontrolador de la tapa calentada o por el aparato que controla la función utilizando la comunicación de la línea de datos.
[0058] La línea de datos puede utilizarse para mejorar la seguridad del aparato, asegurando que la potencia no se proporciona a la línea eléctrica hasta que el aparato identifique con éxito la presencia de una tapa conectada válida mediante la comunicación con un dispositivo alimentado de manera parasitaria conectado a la línea de datos en la tapa fijada 22. Esto puede prevenir los peligros potenciales que surgen de proporcionar un voltaje a la línea eléctrica, cuando puede ser accesible para el usuario, o puede tener un cortocircuito, por ejemplo, debido a un intento del usuario para insertar algo distinto de una tapa válida. Adicionalmente, la tapa puede contener dispositivos que contienen los datos que pueden utilizarse para identificar el tipo y la configuración de una tapa, que permiten la operación adecuada de la tapa.
[0059] Cuando una tapa se proporciona con un microcontrolador, la tapa contendrá, también, preferiblemente un dispositivo alimentado de manera parasitaria, que puede utilizarse para identificar la tapa antes de que se proporcione la potencia con la línea eléctrica, permitiendo el funcionamiento del microcontrolador de la tapa. Cuando el microcontrolador de la tapa está en funcionamiento, puede comunicarse con el aparato mediante un protocolo alternativo, por ejemplo, un protocolo UART de drenaje abierto estándar en vez de un protocolo compatible wire-1, proporcionando velocidades de datos mejoradas. Una ventaja de esta realización es que cualquier dispositivo 1-wire fijado también a la línea de datos no interferirá con las comunicaciones UART, dado que la velocidad de transmisión UART es suficientemente alta para evitar generar un pulso de reiniciación de 1-wire válido, por ejemplo, mediante el funcionamiento a 115200 baudios o más.
[0060] Preferiblemente, el aparato se proporciona con un microcontrolador que utiliza un UART u otro controlador en serie, tal como se ha descrito, que permite el uso de tapas de los tipos descritos anteriormente para ser utilizadas de manera intercambiable sin la necesidad de modificaciones del aparato.
[0061] Tal como se ha descrito anteriormente, el uso de un módulo termoeléctrico 16 para controlar la temperatura de los recipientes 12, por ejemplo, controlando la temperatura de un soporte termoeléctrico 14 que incluye los recipientes 12, a menudo implica el uso de un disipador de calor 18, donde el módulo termoeléctrico 16 se acopla térmicamente en una cara al soporte térmico 14 o recipientes 12, y en la otra cara al disipador de calor 18. En este caso, el disipador de calor 18 funciona como una fuente de energía térmica que se bombea a los recipientes 12 cuando se calientan, y como un disipador para energía térmica que se bombea desde los recipientes 12 cuando se enfrían. Adicionalmente, el disipador de calor 18 actúa como un disipador para el calor producido mediante calentamiento resistivo en el módulo termoeléctrico 16 durante el funcionamiento. Como consecuencia, el disipador de calor 18 debería recibir o disipar calor desde o hacia el entorno ambiental del aparato para mantener la temperatura del disipador de calor 18 dentro del intervalo de funcionamiento adecuado.
[0062] También puede proporcionarse un sensor térmico 104 en el soporte térmico 14 y conectarse al pcb 54 para permitir que la temperatura del soporte sea utilizado por el microcontrolador para controlar de manera correcta el módulo termoeléctrico 16, por ejemplo, controlando la corriente en la línea eléctrica 106 para provocar el calentamiento y enfriamiento del módulo termoeléctrico 16 de acuerdo con la dirección del flujo de corriente.
[0063] Mediante la disposición de un disipador de calor 18 que tenga aletas 32 u otras características de área superficial grande en sus superficies, es posible permitir un acoplamiento eficiente del disipador de calor 18 al entorno. De manera particular, un disipador de calor extruido 18 con aletas puede fabricarse convenientemente y proporcionar buen rendimiento, permitiendo características, tales como funcionamiento solamente con transferencia pasiva por convección, conducción y radiación de calor, sin necesidad de flujo de aire forzado, por ejemplo, utilizando un ventilador. Dicho disipador de calor 18 puede fabricarse también en una forma rotacionalmente simétrica, tal como se describió anteriormente, lo que permite una mayor uniformidad de temperatura. Adicionalmente, un disipador de calor puede fabricarse con un vacío axial central, lo que permite que el disipador de calor se use como el cuerpo del aparato 10. De manera preferida, el disipador de calor 18 se fabrica de un material térmicamente conductor, tal como un metal, por ejemplo, cobre y/o aluminio, o una aleación diseñada para una conductividad térmica alta, tal como una aleación de aluminio 6082-T6 o 6063-T6. De estas, la aleación 6082 proporciona propiedades mecánicas mejoradas, mientras que el 6063 proporciona una conductividad térmica alta, que es beneficiosa para el rendimiento del disipador de calor, y, también, para otros componentes en el sistema térmico, tal como el soporte y cualquier acoplamiento térmico, o la placa calentada en la tapa calentada.
[0064] Aunque el módulo termoeléctrico 16 es una fuente importante de calor en el sistema, particularmente, mientras los recipientes 12 se mantienen a temperatura alta, o se están calentando o enfriando rápidamente, existen también fuentes importantes de calor en los elementos electrónicos de un aparato típico, por ejemplo, en elementos
electrónicos de alimentación utilizados para proporcionar corriente al módulo termoeléctrico 16 y cualquier otro elemento de calentamiento 48, tal como aquellos utilizados en la tapa calentada 22, así como también la fuente de luz de excitación 52, tal como LED, lámparas, etc., y otros componentes electrónicos, tales como reguladores de potencia/voltaje, microcontroladores, etc. Típicamente, los componentes electrónicos son sensibles a variaciones de temperatura, y están indicados solamente para el uso en un intervalo limitado de temperaturas. De manera particular, los componentes utilizados para la medición y conversión de señal son sensibles a variaciones de temperatura, lo que puede provocar una medición imprecisa o variable, introducir ruido adicional a las mediciones, y tener otros efectos indeseables en la utilidad de mediciones producidas por los componentes. Por ejemplo, los dispositivos de conversión de analógico a digital utilizados para la medición de temperatura mediante los sensores conectados, tales como termopares, termopilas, termistores u otros sensores de temperatura resistivos, tales como RTD de platino u otros, pueden producir una relación de señal a ruido más baja a temperaturas elevadas, y pueden padecer, también, de «desviación», cuando la temperatura indicada para el sensor está influenciada también por la temperatura del dispositivo y los componentes asociados, tales como resistores, etc. Los sensores de imagen electrónica muestran, también, efectos, tales como corriente de oscuridad, en la que una señal se produce por el sensor en ausencia de luz, que se aumenta con la temperatura elevada.
[0065] Para eliminar el calor de los componentes electrónicos del aparato 10, los componentes y/o la placa o placas de circuito impreso 54 sobre los que están montados pueden acoplarse térmicamente a uno o más disipadores del calor. De manera particular, los componentes y/o pcb 54 pueden acoplarse al mismo disipador de calor 18 que está acoplado al módulo termoeléctrico 16 para reducir el número de componentes, el coste y la complejidad del aparato. Sin embargo, en un ejemplo, es posible, también, acoplar los componentes y/o pcb 54 a un segundo disipador de calor 20, que puede entonces estar diseñado para funcionar a una temperatura más baja que el disipador de calor 18 acoplado al módulo termoeléctrico 16, lo que permite un rendimiento mejorado de los componentes electrónicos, en particular, componentes de medición. De manera preferida, puede utilizarse la misma sección transversal de extrusión para formar tanto el disipador de calor del módulo termoeléctrico 18 y el disipador de calor de los elementos electrónicos 20, que tiene aletas radiales 88, donde las dos secciones de la extrusión del disipador de calor pueden disponerse sobre el mismo eje, con el módulo termoeléctrico 16 acoplado al primer disipador de calor 18, los componentes electrónicos/pcb 54 acoplados al segundo disipador de calor 20, con los dos disipadores de calor 18, 20 acoplados térmicamente de manera deficiente. Esto se puede conseguir de manera conveniente utilizando una construcción apilada, en la que los elementos del apilamiento (el ensamblaje del módulo termoeléctrico, el primer disipador de calor 18, los elementos electrónicos y el segundo disipador de calor 20) se ensamblan con un elemento térmicamente no conductor 90 entre los dos disipadores de calor 18, 20. De manera preferida, el apilamiento se construye, desde la parte inferior hasta la parte superior, utilizando el segundo disipador de calor 20, a continuación, un acoplamiento térmico al pcb de los elementos electrónicos 54 (por ejemplo, utilizando pasta térmica, una capa conformal, tal como grafito, un adhesivo térmico, etc.), a continuación, la pcb de los elementos electrónicos 54, a continuación, una capa de aislamiento térmico 90, a continuación, el primer disipador de calor 18, a continuación, un acoplamiento térmico al ensamblaje del módulo termoeléctrico (por ejemplo, pasta térmica u otros materiales enumerados anteriormente). El ensamblaje del módulo termoeléctrico incluye el módulo termoeléctrico 16 y, si es necesario, un medio para su acoplamiento al disipador de calor 18, tal como utilizando una placa térmicamente conductora. Mediante la disposición del disipador de calor de los elementos electrónicos 20 bajo el disipador de calor del módulo termoeléctrico 18, se arrastra un aire ambiental más frío por convección sobre el disipador de calor de los elementos electrónicos 20 antes del disipador de calor del módulo termoeléctrico 18, que conduce a una temperatura más baja del disipador de calor de los elementos electrónicos y un rendimiento mejorado.
[0066] Utilizando un disipador de calor pasivo, en el que el calor se transfiere hacia y desde el disipador de calor, del entorno ambiental sin utilizar un ventilador para proporcionar un flujo de aire forzado, la fiabilidad mecánica puede mejorarse debido a la reducción en las partes móviles falibles, el coste puede reducirse y la fiabilidad, los requisitos de mantenimiento y rendimiento del aparato en general pueden mejorarse evitando la contaminación del aparato por contaminantes (polvo, etc.) en un sistema enfriado con ventilador.
[0067] Utilizando más de un disipador de calor separado, los tamaños relativos de los disipadores de calor pueden ajustarse para proporcionar una capacidad térmica en cada disipador de calor que es apropiada para la disipación de potencia y la variación de temperatura de funcionamiento por encima de la temperatura ambiente necesaria para los componentes acoplados. Por ejemplo, es posible proporcionar un disipador de calor más grande para el módulo termoeléctrico y uno más pequeño para los elementos electrónicos, en el caso en el que, por ejemplo, el módulo termoeléctrico necesite disipar más energía que los elementos electrónicos.
[0068] También es posible proporcionar aire para forzar sobre los disipadores de calor 18, 20 descritos anteriormente, por ejemplo, proporcionando un ventilador u otros medios para mover aire sobre los disipadores de calor 18, 20, que incluyen, por ejemplo, sistemas de circulación de aire por conductos, etc, para mejorar la capacidad térmica de los disipadores de calor.
[0069] Tal como se describió anteriormente, muchos componentes electrónicos del aparato pueden generar un calor significativo durante el funcionamiento y así, de manera preferida, el aparato montará tales componentes sobre una pcb 54 diseñado para proporcionar un buen acoplamiento térmico de tales componentes al disipador de calor 20. Preferiblemente, los componentes se montarán cerca del disipador de calor 20. Preferiblemente, la pcb 54
proporcionará una conductividad térmica alta al área de acoplamiento desde la pcb 54 hasta el disipador de calor 20, por ejemplo, proporcionando múltiples capas que tienen rellenos de cobre que conectan los componentes al área de acoplamiento, preferiblemente, con capas de cobre relativamente gruesas. Preferiblemente la pcb 54 proporcionará la conducción entre las capas en las que están montados los componentes, las capas en las que se acopla el disipador de calor 20, y las capas en las que el calor se conduce desde los componentes hasta el área de acoplamiento del disipador de calor utilizando las vías chapadas entre las capas de la pcb 54.
[0070] Cuando una pcb 54 contiene un conjunto de componentes que genera calor significativo y un conjunto de componentes que son sensibles a la temperatura, tales como componentes de medición, la pcb 54 se diseña preferiblemente para aislar térmicamente estos conjuntos de componentes, por ejemplo, mediante la disposición de los componentes para aumentar la distancia entre los componentes en diferentes conjuntos, y reduciendo la conductividad térmica de la pcb 54 entre los componentes de diferentes conjuntos, por ejemplo, reduciendo el cobre presente en la pcb entre los componentes, y creando agujeros en la pcb 54, donde un hueco de aire proporcionará una conductividad térmica más baja que el cobre o el sustrato de pcb.
[0071] Estas técnicas hacen posible montar componentes que generan un calor significativo y componentes sensibles a la temperatura, sobre el mismo pcb 54 en el aparato, a la vez que proporcionan un rendimiento aceptable de los componentes sensibles a la temperatura. De manera particular, esto permite una pcb 54 compacta única para proporcionar de manera sustancial todos los requisitos electrónicos de un aparato 10, incluyendo temperatura y mediciones ópticas y accionando los elementos térmicos y/o el módulo termoeléctrico 16, lo que proporciona ventajas en términos de tamaño, fiabilidad, costes y complejidad del aparato.
[0072] Preferiblemente, dicho pcb 54 único incluye un microcontrolador único que proporciona todas las funciones de control, interfaz y mediciones del aparato 10. De manera particular, este microcontrolador puede supervisar la lectura de temperatura de los recipientes 10 y la tapa calentada 22, la ejecución de los algoritmos de control para producir niveles de salida deseados para los elementos de calentamiento y/o el módulo termoeléctrico 16 que controlan la temperatura de los recipientes 12 y la tapa calentada 22, la producción de estos niveles de salida, la regulación de los recipientes 12 y la tapa calentada 22 hasta el perfil deseado de temperatura, la lectura de mediciones ópticas de uno o más sensores de luz 52, el almacenamiento de los datos de mediciones, la disposición de interfaces de datos, tales como ethernet, interfaces en serie e inalámbricos, el accionamiento de dispositivos de visualización, tales como LED, LCD, OLED y pantallas e-papel, la producción de notificaciones de audio, etc. Esto permite al aparato 10 tener costes y complejidad reducidos y una fiabilidad aumentada en comparación con un aparato que comprende múltiples microcontroladores, tal como los que se encuentran en instrumentos existentes, tales como instrumentos de PCR. El microcontrolador puede proporcionar estas funciones utilizando un sistema de funcionamiento en tiempo real.
[0073] Aunque el uso de una pcb única puede ser ventajoso por las razones descritas, el aparato puede contener también múltiples pcbs. En este caso las ventajas de integración compacta de componentes tal como se han descrito todavía se aplican a los pcbs individuales en el aparato. Por ejemplo, puede ser útil combinar componentes que generan calor y sensibles a temperatura en una pcb principal única, a la vez que se utilizan también pcb adicionales para otras funciones. De manera general, el aparato puede incluir también múltiples pcb en otras disposiciones.
[0074] El aparato puede incluir elementos electrónicos y/o conexiones que permiten al aparato configurarse, controlarse y/o monitorizarse mediante un aparato externo, tal como un ordenador (PC, Macintosh, etc.), tableta, teléfono, etc. Dicho control podría incluir configurar parámetros o ajustes del aparato o reacciones, que incluyen perfiles de temperaturas, configuraciones ópticas, tiempos, etc., recibir datos generados, tales como lecturas de temperatura, datos ópticos, errores y advertencias, información del progreso y estado desde el aparato, tanto en tiempo real a medidad que se generan los datos o como un lote, monitorizar el estado del instrumento, realizar un mantenimiento y diagnóstico, etc. Dichos elementos electrónicos pueden permitir que el dispositivo externo se conecte mediante conexiones por cable, tales como conexiones en serie, conexiones de red, tales como Ethernet utilizando TCP/IP u otros protocolos, o mediante conexiones sin cable, tales como conexiones por radio que incluyen Bluetooth, Bluetooth de energía baja, WiFi, NFC, conexiones de datos telefónicos, tales como GPRS, 3G, 4G, etc. u otras conexiones sin cable que incluyen comunicaciones por infrarrojo u otras conexiones basadas en luz.
[0075] Cuando se incluye un microcontrolador en el aparato, este puede utilizarse también para facilitar el funcionamiento con un dispositivo externo, tal como se describe anteriormente.
[0076] En los instrumentos que proporcionan la excitación óptica de una muestra, por ejemplo, en fluorímetros y en particular en instrumentos de PCR, la intensidad de luz emitida de una reacción depende de la intensidad de la luz de excitación proporcionada, a menudo siendo directamente proporcional a la intensidad de excitación. En dichos instrumentos, es importante proporcionar una intensidad conocida de luz de excitación o alternativamente una cantidad total conocida de luz de excitación durante una medición durante un periodo de tiempo. Cualquier variación en la luz de excitación se reflejará en una variación de la luz emitida, y a menos que la variación en la luz de excitación se elimine o se conozca para que se pueda corregir, degradará la calidad de las mediciones realizadas.
[0077] Tal como se muestra en la Figura 13, un ejemplo proporciona un medio conveniente, preciso y económico de proporcionar una cantidad total conocida de la luz de excitación a proporcionar a la reacción durante una medición de
la luz emitida. Esto se consigue utilizando un sensor de luz de excitación 120 proporcionando una salida de frecuencia digital electrónica proporcional a la intensidad de luz incidente sobre el sensor, donde una parte de la luz de excitación de la fuente de luz de excitación 62 se dirige a aquel sensor 120 utilizando, por ejemplo, una guía de onda óptica 122, y donde la salida de frecuencia del sensor está conectada a un pin de entrada de un microcontrolador 124, y donde un pin de salida del microcontrolador está conectado a la fuente de luz de excitación 12 que se cierra con el estado del pin, de tal modo que el microcontrolador 124 puede establecer el estado del pin para habilitar o deshabilitar la producción de luz de excitación por la fuente de luz de excitación 62. El microcontrolador 124 se configura de tal modo que puede producir un pulso de luz con una cantidad total conocida de luz, primero activando la fuente de excitación, y, a continuación, contando los pulsos emitidos por la salida de frecuencia del sensor de luz hasta que se alcance un recuento de pulso predeterminado, en cuyo momento el microcontrolador 124 desactiva la fuente de luz 62. Dado que la frecuencia de la salida del sensor de luz es proporcional a la intensidad (o potencia, fotones por segundo, etc.) de la fuente de luz 62, el recuento producido durante un pulso de luz es proporcional a la cantidad de luz en ese pulso (energía, número de fotones, etc.). Dado que la energía de luz de excitación es fija, la energía de luz emitida es una medición directa de la reacción, que no requiere corrección ratiométrica. Sin embargo, también es posible obtener o medir la relación entre el número de pulsos emitidos por la salida de frecuencia del sensor de luz, y la energía, recuento de fotones, etc. de la luz de excitación, y así utilizar esta cantidad de excitación para producir una medición absoluta de fluorescencia.
[0078] En particular, el uso de un periférico o periféricos temporizador/contador de un microcontrolador 124 para contar los pulsos de salida del sensor de luz 62 facilita la implementación de dicho sistema. Utilizando un periférico habitual, se permite la utilización de microcontroladores comunes, rentables, sin la necesidad de componentes adicionales. Este sistema permite, también, una precisión alta mediante la utilización del periférico o periféricos temporizador/contador para controlar el proceso con una necesidad reducida de intervención desde el núcleo del microcontrolador, reduciendo la inestabilidad, la imprecisión y exigencias en el núcleo del microcontrolador. De manera preferida, el microcontrolador proporciona un temporizador/contador con un modo de «un pulso» de funcionamiento, en el que el temporizador/contador puede configurarse de tal modo que salida activada a la fuente de luz de excitación se desactivará cuando se alcance el recuento deseado, sin ninguna intervención en absoluto del núcleo del microcontrolador, permitiendo una mejor precisión y exigencia mínimas en el núcleo del microcontrolador. Tales periféricos son proporcionados por microcontroladores, tales como partes de STM32FX proporcionadas por ST Microelectronics, por ejemplo, la familia del microcontrolador STM32F4, que incluye los SFM32F407, STM32F427, etc.
[0079] Una disposición de ejemplo proporciona un medio de organización para la luz de excitación de un LED para acoplarse a un conjunto de guías de ondas de luz 60, tales como fibras ópticas, por ejemplo, ópticas de fibras de vidrio o polímero. El aparato comprende un LED 62, tal como un LED Philips LUXEON Rebel, una lente de colimación 64, un filtro óptico 100 y un conjunto de extremos de guías de ondas de luz. La lente de colimación 64 está adyacente al LED 62, y recoge de manera eficiente y colima la luz, que, a continuación, se dirige a través del filtro 100 adyacente a la lente 64, y, por lo tanto, a los extremos de las guías de ondas 60 adyacentes al filtro 100. La lente 64, el filtro 100 y el conjunto de extremos de guías de ondas se mantienen en una carcasa 102 para proporcionar una separación fija de los componentes para el funcionamiento óptimo. De manera preferida, la lente de colimación 64 es una lente de bola o media bola, aunque también son adecuados muchos otros tipos de lentes. Esta disposición proporciona un sistema de excitación compacto, rentable, capaz de una iluminación uniforme de los extremos de guías de ondas de luz.
[0080] El aparato 10 proporciona también la comunicación de información a un usuario del aparato, en una realización, de manera particular, el estado de comunicación, tal como el comienzo, el progreso y final de las reacciones, tipo actual de reacción, resultados de reacción, tiempo restante, información de error o advertencia, consejo al usuario sobre el funcionamiento del aparato, datos del instrumento, tales como número de serie o configuraciones, etc. De manera particular, esta información puede transmitirse mediante señales audibles y/o táctiles, tales como sonido y/o vibración, que incluye sonidos y/o palabras, y/o pantallas visibles, tales como LED 126 que incluyen LED RGB, pantallas LCD, pantallas OLED o pantallas de e-papel. De manera particular, las pantallas LED 126 pueden utilizar guías de luz para conducir la luz mostrada desde los LED 126 a una región de visualización del usuario. Tal como se muestra en la Figura 1, las guías de luz pueden formarse mediante una estructura Perspex cilíndrica 128 que tiene un borde superior adyacente a los LED 126, un borde inferior biselado 130 para reflejar la luz a 90°, y una estructura Perspex anular 132 que tiene un borde interior adyacente al borde inferior biselado 130 de la estructura 128 para reducir la luz reflejada y un borde exterior a través del cual puede emitirse la luz para que la vea el usuario.
[0081] Se entenderá que aunque se hayan descrito implementaciones en detalle, pueden realizarse varias modificaciones y mejoras por un experto en la técnica. Por ejemplo, aunque la descripción permite un aparato con dieciséis contenedores con un consumo bajo de energía eléctrica de aproximadamente 90W, pueden contemplarse otras implementaciones con mayores cantidades de pocillos y/o mayor consumo de energía, y en un aparato más grande.
Claims (2)
1. Aparato químico y/o bioquímico (10) para recibir una pluralidad de recipientes de reacción (12) en los que pueden tener lugar reacciones químicas y/o bioquímicas, comprendiendo el aparato:
un soporte térmico (14) de un material térmicamente conductor, teniendo el soporte térmico una pluralidad de pocillos (26) para recibir los recipientes de reacción (12), teniendo una parte superior de cada uno de los recipientes de reacción (12) una abertura superior cerrada de manera estanca por un cierre estanco superior respectivo; un módulo térmico (16) acoplado térmicamente al soporte térmico (14) para controlar térmicamente el soporte térmico (14); y
una tapa (22) que tiene una estructura laminar que comprende una cubierta exterior (42), una placa calentada térmicamente conductora (44) que tiene una capa calefactora resistiva laminar (48) aplicada a una superficie superior de una placa térmicamente conductora (50) para calentar la placa calentada térmicamente conductora (44), y una capa de espuma comprimible (46) dispuesta entre la placa calentada térmicamente conductora (44) y al menos parte de la cubierta exterior (42), y una estructura de cierre (66),
en la que la tapa (22) es completamente removible de manera que pueda colocarse y montarse en el resto del aparato en una dirección sustancialmente axial y está configurada para moverse entre una posición abierta y una posición cerrada, en la que, cuando está en la posición cerrada, la placa calentada térmicamente conductora (44) entra en contacto con los cierres estancos superiores de los recipientes de reacción (12) cuando están situados en la pluralidad de pocillos (26), y la capa de espuma comprimible (46) se comprime entre la cubierta exterior ( 42) y la placa calentada térmicamente conductora (44) para predisponer la placa calentada térmicamente conductora (44) contra los cierres estancos superiores de los recipientes de reacción (12), y en la que, a medida que se mueve la tapa (22) desde la posición abierta a la posición cerrada, la tapa (22) está configurada para poder moverse en una dirección para contactar sustancialmente de manera simultánea con todos los cierres estancos superiores de los recipientes de reacción (12) cuando están situados en la pluralidad de pocillos (26), y en la que, cuando la tapa (22) está en la posición cerrada, la estructura de cierre (66) bloquea la tapa (22) en la posición cerrada.
2. Aparato químico y/o bioquímico, según la reivindicación 1, en el que el módulo térmico (16) comprende una primera cara acoplada térmicamente al soporte térmico (14) y una segunda cara opuesta, y el aparato comprende, además, un disipador de calor (18) acoplado térmicamente a la segunda cara del módulo térmico (16).
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