JP2004313203A - 温度制御を用いたポリメラーゼ連鎖反応の自動実施装置 - Google Patents

温度制御を用いたポリメラーゼ連鎖反応の自動実施装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 所定量の液体試料混合物を収容した少なくとも１つの試料管内におけるポリメラーゼ連鎖反応の、制御装置付自動遂行装置の提供。
【解決手段】 所定量の液体試料混合物を収容した少なくとも１つの試料管内におけるポリメラーゼ連鎖反応の、制御装置付自動遂行装置であって、ａ）前記少なくとも１つの試料管用の少なくとも１つのウェルを備えた試料ブロック、ｂ）所定時間に亙る前記試料ブロックの温度の関数として前記液体試料混合物の温度を決定する手段を備えたコンピュータ、ｃ）前記試料ブロックの温度を変化させるために前記コンピュータによって制御される加熱及び冷却手段、及び、ｄ）前記試料ブロックへ熱的に連結され、前記所定時間に亙る該試料ブロックの温度を前記コンピュータへ送るブロック温度センサ、を具備した装置。
【選択図】 なし

Description

本発明は、ポリメラーゼ連鎖反応（以後ＰＣＲという）を実施するためのコン
ピュータ制御の計器の分野に関する。より詳しくは、本発明は、多数の試料につ
いてポリメラーゼ連鎖反応を同時に実施して、各試料についての結果を非常に高
い精度で得ることができる自動化計器に関する。この高い精度は、なかでも、い
わゆる「定量的ＰＣＲ」を実施する可能性を提供する。
ＰＣＲプロセスを使用してＤＮＡ（デオキシリボース核酸）を増幅するために
、特別に構成した液状反応混合物を、いくつかの異なる温度のインキュベーショ
ン期間を含むＰＣＲプロトコルを通してサイクルすることが必要である。反応混
合物は種々の成分、例えば、増幅すべきＤＮＡおよび少なくとも２つのプライマ
ーから構成され、前記プライマーは増幅すべきＤＮＡの伸長産生物をつくること
ができるように、試料のＤＮＡに対する十分に相補的であるように予め決定され
る。反応混合物は、種々の酵素および／または他の試料、ならびにいくつかのデ
オキシリボヌクレオシドトリホスフェート、例えば、ｄＡＴＰ，ｄＣＴＰ，ｄＧ
ＴＰおよびｄＴＴＰを包含する。一般に、プライマーはオリゴヌクレオチドであ
り、核酸の鎖に対する相補的であるプライマーの伸長産生物の合成を誘発する条
件下に、すなわち、ヌクレオチドおよび誘発因子、例えば、熱安定性ＤＮＡポリ
メラーゼの存在下に適当な温度およびpHにおいて、配置したとき、合成の開始点
として作用することができる。
ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）は、主として非常に簡単でありそして要求さ
れる設備のコストが比較的低いので、遺伝的分析に現象的に有望な技術であるこ
とが証明されている。ＰＣＲに対して重要なことは、サーモサイクリングの概念
である。すなわち、ＤＮＡを溶融し、短いプライマーを生ずる一本鎖に対してア
ニーリングし、そしてそれらのプライマーを伸長して二本鎖のＤＮＡの新しいコ
ピーをつくる、交互する工程である。サーモサイクリングにおいて、ＰＣＲ混合
物をＤＮＡを溶融するための高い温度（＞９０℃）から、プライマーのアニーリ
ングおよび伸長のためのより低い温度（４０℃〜７０℃）に反復してサイクリン
グする。ＰＣＲにおいて要求されるサーモサイクリングを実施するための最初の
商業的システムであるパーキン−エルマー・セツス・ＤＮＡ・サーマル・サイク
ラー（Perkin-ElmerCetus DNA Thermal Cycler ）は、１９８７年に導入された
。
ＰＣＲのための応用は、現在、基本的な研究から、多数の同様な増幅工程を日
常的に実施する応用へと動きつつある。これらの応用範囲は、診断の研究、生物
製剤学的開発、遺伝子の分析、および環境的試験を包含する。これらの応用範囲
におけるユーザは、高い処理量、迅速な回転時間、およひ再現性ある結果を提供
する高性能のＰＣＲシステムから利益を受けるであろう。また、これらの応用範
囲におけるユーザは、試料対試料、実験対実験、実験室対実験室、および計器対
計器からの再現性を保証されるにちがいない。
例えば、ヒトのゲノムのプロジェクトにおける物理学的マッピングのプロセス
は、配列標的部位（ＳＴＳ）を利用することによって、大きく簡素化することが
できる。ＳＴＳは、ＰＣＲにより容易に増幅され、そして染色体上の位置を同定
する短くかつ独特な配列である。このような部位を検査してゲノムの地図を作る
ことは、世界中を通じて再現性をもって実施することができるプロトコルを使用
して、短い時間で、多数の試料を増幅することを必要とする。
ＰＣＲの試料の数が増加するにつれて、増幅工程を試料の調製および増幅後の
分析と統合することがいっそう重要となる。試料の容器は急速なサーマルサイク
リングを可能とするばかりでなく、かつまた溶媒抽出および遠心等の操作のため
の自動化された取り扱いを可能としなくてはならない。容器は絶えず小さい体積
で働いて、試薬のコストを減少する。
一般に、ＰＣＲのサーマルサイクリングは異なる温度における少なくとも２回
のインキュベーションを含む。これらのインキュベーションの一方は、プライマ
ーのハイブリダイゼーションおよび触媒されたプライマーの伸長反応用のもので
ある。他方のインキュベーションは変性、すなわち、二本鎖の伸長産生物を次の
ハイブリダイゼーションおよび伸長インキュベーション間隔において使用するた
めの、一本鎖の鋳型に分離するためのものである。ＰＣＲの詳細、ＰＣＲに必要
な温度サイクルおよび反応条件、ならびにこの反応の実施に必要な種々の試薬お
よび酵素は、米国特許第４，６８３，２０２号、米国特許第４，６８３，１９５
号、ＥＰＯ公報２５８，０１７号および４，８８９，８１８号（Ｔａｇポリメラ
ーゼ酵素の特許）およびすべての他のＰＣＲの特許（出願人、セツス・コーポレ
ーション）に記載されている。
ＰＣＲの目的は、最初に供給した小さい体積の「種子」ＤＮＡと同一の、ＤＮ
Ａを大きい体積で調製することである。この反応は、ＤＮＡの鎖をコピーし、次
いで引き続くサイクルにおいてコピーを使用して他のコピーを発生することを包
含する。理想的な条件下に、各サイクルは存在するＤＮＡの量を２倍にし、これ
により幾何学的進行において、反応混合物の中に存在する体積の「標的」または
「種子」のＤＮＡの鎖を生ずる。
典型的なＰＣＲの温度サイクルにおいて、反応混合物を各インキュベーション
温度に規定した時間の間正確に保持すること、および同一のサイクルまたは同様
なサイクルを多数回反復することが必要である。典型的なＰＣＲプログラムを９
４℃の試料温度で開始して３０秒間保持して、反応混合物を変性する。次いで、
反応混合物の温度を３７℃に下げ、そして１分間保持してプライマーをハイブリ
ダイゼーションさせる。次に、反応混合物の温度を５０℃〜７２℃の範囲の温度
に上げ、ここでそれを２分間保持して伸長産生物の合成を促進する。これは１サ
イクルを完結する。次いで、前のサイクルにおいて形成する伸長産生物の鎖の分
離のために、反応混合物の温度を９４℃に上げることによって、次のＰＣＲサイ
クルを開始する（変性）。典型的には、サイクルは２５〜３０回反復する。
一般に、試料温度を次の温度にサイクルにおいて、いくつかの理由で出来るだ
け迅速に変化することが望ましい。第１に、化学的反応はその段階の各々につい
て最適な温度を有する。こうして、最適でない温度における消費時間が少ないこ
とは、よりよい化学的結果が達成されることを意味する。他の理由は、各インキ
ュベーション温度に到達後、各インキュベーション温度に反応混合物を保持する
時間を最小することが必要であるということである。これらの最小のインキュベ
ーション時間は、サイクルの完結に要する「床」または最小時間を確立する。試
料のインキュベーション時間の間の遷移時間は、この最小サイクル時間に付加さ
れる時間である。サイクルの数はかなり大きいであるので、この追加の時間は増
幅の完結に要する合計の時間を不必要に長くする。
いくつかの従来の自動化されたＰＣＲの計器において、反応混合物はキャップ
で閉じた、使い捨てプラスチック管の中に貯蔵された。このような管のための典
型的な試料の体積はほぼ１００μｌであった。典型的には、このような計器は試
料のＤＮＡを充填した多数のこのような管を使用し、そして反応混合物は金属の
ブロック中の試料のウェル（ｗｅｌｌ）と呼ぶ孔に挿入された。ＰＣＲプロセス
を実施するために、ＰＣＲプロトコルのファイルにおいてユーザにより特定され
た規定した温度および時間に従い、金属ブロックの温度を制御した。次いで、コ
ンピュータおよび関連するエレクトロニクスは、時間、温度およびサイクルの数
など規定するＰＣＲプロトコルのファイル中のユーザの供給したデータに従い、
金属ブロックの温度を制御した。しかしながら、これらの先行技術の計器におい
て、すべての試料が正確に同一の温度サイクルを経験したわけではなかった。こ
れらの先行技術の計器において、試料温度における誤差は金属の試料ブロック内
の場所対場所の温度の不均一性、すなわち、ブロックの金属内に存在する温度勾
配により発生し、これによりある試料はサイクルの特定の時間において他の試料
と異なる温度を有した。さらに、熱を試料ブロックから試料に移すときの遅延が
存在したが、遅延はすべての試料について同一ではなかった。ＰＣＲプロセスを
首尾よくかつ効率よく実施するために、かついわゆる「定量的」ＰＣＲを可能と
するために、これらの温度の遅延および温度の誤差は大きい程度に最小としなく
てはならない。
試料の液体の熱の出入りのための時間の遅延を最小にしそして金属ブロック上
の種々の点における温度勾配または温度の不均一性のための温度の誤差を最小に
するという問題は、試料を含有する領域の大きさが大きくなるとき、とくに重大
となる。工業的に標準のマイクロタイタープレートのフォーマットの中に配置さ
れた９６の試料管を収容するために十分に大きい金属ブロックを有することは、
ＰＣＲ計器にとって高度に望ましい属性である。
マイクロタイタープレートは、生化学およびバイオテクノロジーの分野におい
て多数の小さい試料を取り扱い、処理しそして分析するために、広く使用されて
いる手段である。典型的には、マイクロタイタープレートは、３＋５／８インチ
（９．２ｃｍ）幅および５インチ（１２．７ｃｍ）長さであり、そして９ｍｍの中央に
８ウェル×１２ウェルの長方形の列の中に９６の同一の試料ウェルを含有するト
レーである。マイクロタイタープレートは広範な種類の材料、形状および体積の
試料ウェルで入手可能であり、それらは多数の異なる使用について最適化され、
すべてのマイクロタイタープレートは同一の全体の外側寸法および９ｍｍの中央に
同一の８×１２のウェルの列を有する。この標準のマイクロタイタープレートの
フォーマットにおける試料の取り扱い、処理および分析を自動化するための、広
範な種類の装置は入手可能である。
一般に、マイクロタイタープレートは、射出成形または真空成形されたプラス
チックであり、そして安価であり、使い捨て可能であると考えられる。交差汚染
から生ずる法律上の責任および使用後のマイクロタイタープレートの洗浄および
乾燥の困難のために、使い捨て可能性は極めて望ましい。
したがって、マイクロタイタープレートのフォーマットで配置されている９６
までの試料について同時にＰＣＲ反応を実施できることは、ＰＣＲ計器について
極めて望ましい特性である。
もちろん、９ｍｍの中央上の８×１２ウェルの列の９６試料を加熱および冷却す
るために必要な金属ブロックの大きさは、かなり大きい。この大きい面積のブロ
ックは、一般に０〜１００℃の温度範囲に試料間の温度の変動についての許容度
を非常に小さくしてこのようなブロックを非常に急速に加熱および冷却できるＰ
ＣＲ計器の設計について、多数の対抗する工業的問題をつくる。これらの問題は
いくつかの原因から生ずる。第１に、ブロックの大きい熱的質量は、ブロックの
温度を操作範囲内で大きい速度で上下させることを困難とさせる。第２に、種々
の装置、例えば、冷却後の供給および抜き出しのためにマニホールド、ブロック
の支持取り付け点、および関連する他の周辺装置にブロックを取り付ける必要性
は、許容可能な限界を越えた温度勾配がブロックを横切って存在させる可能性を
つくる。
また、多数の試料の急速な、正確な温度サイクルを必要とするＰＣＲ反応また
は他の反応の自動化実施のための、サーマルサイクリングの設計における要件の
間に、多数の他の衝害が存在する。例えば、金属ブロックの温度を急速に変化さ
せるために、大量の熱を短い時間で試料ブロックから出入りさせなくてはならな
い。熱は電気抵抗ヒータからか、あるいは加熱された流体をブロックと接触させ
て流すことによって添加することができる。熱は冷却された流体をブロックと接
触させて流すことによって急速に除去できる。しかしながら、これらの手段によ
り、試料の間で温度の不均一性を生じる温度勾配を形成するような、ブロック中
の場所対場所で大きい温度差をつくらないで、金属ブロックに大量の加熱を出入
りさせることは不可能であるように思われる。
熱の添加または除去の停止後でさえ、ブロック中の種々の点において貯蔵され
た熱がより冷たい領域に移動して温度勾配を排除しなくてはならない距離の平方
にほぼ比例する時間の間、温度勾配は持続することができる。こうして、金属ブ
ロックをより多くの試料を収容するためにより大きく作るとき、温度変化がより
大きい寸法を横切って存在する温度勾配を引き起こした後、ブロックの中に存在
する温度勾配が消滅するために要する時間は顕著に長くなる場合がある。これは
、すべての試料の間で正確な温度の均一性を維持しながら、試料ブロックの温度
を急速にサイクルする困難を増加させる。
温度勾配を消散させるに要する時間に起因して、ブロック中の大きい距離にわ
たって存在する温度勾配の発生を防止するために、高い性能のＰＣＲ計器の設計
において、重要な必要性が発生した。他の必要性は、金属部分またはブロックに
取り付けられた他の周辺装置の間の機械境界を横切って熱が移動するという要件
を、出来るだけ非常に多く、回避することである。ジョイントを横切ってすべて
の場所で高い温度伝導性を均一に保証する方法で、金属部分を接合することは困
難である。熱伝導性の不均一性は望ましくない温度勾配を発生するであろう。
項目１ 所定量の液体試料混合物を収容した少なくとも１つの試料管
内におけるポリメラーゼ連鎖反応の、制御装置付自動遂行装置であって、
ａ）前記少なくとも１つの試料管用の少なくとも１つのウェルを備えた試料ブ
ロック、
ｂ）所定時間に亙る前記試料ブロックの温度の関数として前記液体試料混合物
の温度を決定する手段を備えたコンピュータ、
ｃ）前記試料ブロックの温度を変化させるために前記コンピュータによって制
御される加熱及び冷却手段、及び、
ｄ）前記試料ブロックへ熱的に連結され、前記所定時間に亙る該試料ブロック
の温度を前記コンピュータへ送るブロック温度センサ、
を具備した装置。
項目２ 所定量の液体試料混合物を収容した少なくとも１つの試料管
内におけるポリメラーゼ連鎖反応の、コンピュータ、前記少なくとも１つの試料
管用の少なくとも１つのウェルを備えた試料ブロック、該試料ブロックへ熱的に
連結されるブロック温度センサ、及び前記試料ブロックの温度を変化させるため
に前記コンピュータによって制御される加熱及び冷却手段、を備えたコンピュー
タ制御式熱循環装置による自動遂行を、コンピュータ制御するための方法であっ
て、
前記コンピュータは、
ａ）所定の時刻における前記試料ブロックの温度を読むステップ、
ｂ）所定時間に亙る前記試料ブロックの温度の関数として前記液体試料混合物
の温度を決定するステップ、及び、
ｃ）前記液体試料混合物の温度の関数として前記加熱及び冷却手段を制御する
ステップ、
を含む方法。
項目３ ポリメラーゼ連鎖反応の自動遂行に適した熱循環装置であっ
て、
ａ）主頂面及び主底面を備えた金属製試料ブロック、
ｂ）前記主頂面に形成される相互に離間した試料ウェル群の配列、
ｃ）前記試料ブロックが３５〜１００℃の範囲内の温度にあるときに、外熱の
供給がない限り少なくとも０．１℃／秒の率で該試料ブロックを一様に冷却する
のに充分な速度で、該試料ブロックに付与されるバイアス冷却、及び、
ｄ）コンピュータに応答して、前記バイアス冷却よりも高い割合で前記試料ブ
ロックの温度を一様に昇温できるコンピュータ制御可能な加熱手段、
を具備し、コンピュータの制御下で前記試料ウェルの配列を、３５〜１００℃の
範囲において±０．５℃の許容誤差で一定温度に維持可能な熱循環装置。
項目４ ポリメラーゼ連鎖反応の迅速自動遂行に適した熱循環装置で
あって、
ａ）主頂面及び主底面を備えた低熱体からなる熱的に均質な金属製試料ブロッ
クであって、上面の中心領域に配置され、工業規格のマイクロタイタープレート
のフォーマットに適合する中心間間隔を有した試料ウェル群の８×１２の長方形
配列と、該配列を包囲し、かつ前記中心領域の熱特性と類似の熱特性を有する保
護帯からなる周縁領域とを備えた試料ブロック、
ｂ）前記試料ブロックが３５〜１００℃の範囲内の温度にあるときに、外熱の
供給がない限り少なくとも０．１℃／秒の率で該試料ブロックを一様に冷却する
のに充分なバイアス冷却速度で、該試料ブロックを常に冷却するバイアス冷却装
置、
ｃ）複数の反応サイクルを決定する時間及び温度に関したユーザデータを受け
取りかつ記憶するコンピュータシステム、
ｄ）該コンピュータシステムに制御され、前記試料ブロックを、１００℃から
少なくとも４℃／秒、及び４０℃から少なくとも２℃／秒の傾斜冷却速度で選択
的に冷却する傾斜冷却装置、
ｅ）前記コンピュータシステムに制御され、前記試料ブロックの中心領域用の
加熱ゾーンと前記保護帯用の加熱ゾーンとを備え、前記試料ブロックを３５〜１
００℃の範囲内で一定温度に維持するのに必要な熱を供給可能で、かつ前記試料
ブロックに傾斜加熱を供給可能な多ゾーン加熱装置、
ｆ）前記試料ブロック上で鉛直に変位可能なプレスカバー、及び、
ｇ）該カバーを昇降させ、かつ少なくとも３００ｇの抵抗力に対抗して該カバ
ーの鉛直位置を保持するカバー変位手段、
を具備し、前記試料ウェルの配列を、３５〜１００℃の範囲において±０．５℃
の許容誤差で一定温度に維持可能な熱循環装置。
項目５ 上端で開放する円筒形の上方部分とそこから下方へ延びて閉
鎖するテーパ状の下方部分とを備え、円形断面を有し、かつ前記上方部分の前記
開放端の下方位置で前記上方部分から外側へ延びる包囲肩部を備えた所定構造の
マイクロタイター試料管を９６個まで非拘束に保持する２ピース構造のプラスチ
ック製ホルダであって、
ａ）１ピースのトレーは、
ｉ）工業規格のマイクロタイタープレートに適合する８×１２の長方形配列
に９６個の穴を備え、これらの穴が、前記試料管の前記上方部分の外径よりわず
かに大きくかつ前記肩部の外径より小さい径を有する平坦かつ水平なプレート部
分と、
ii) 該プレート部分を完全に包囲し、前記穴の１つに置かれた試料管の高さ
よりも高い位置まで上方へ延びる第１のトレー直立側壁と、
iii) 前記プレート部分を包囲し、前記穴の１つに置かれた試料管の上方部分
のほぼ底部まで下方へ延びる第２のトレー直立側壁とを具備し、
ｂ）前記トレー内に置かれた全ての試料管に亙って前記トレーの内部に着脱自
在に係合する１ピースのリテーナは、
ｉ）工業規格のマイクロタイタープレートに適合する８×１２の長方形配列
に９６個の穴を備え、これらの穴が、前記試料管の前記上方部分の外径より僅か
に大きくかつ前記肩部の外径より小さい径を有する平坦かつ水平なリテーナプレ
ート部分と、
ii) 該リテーナプレート部分を包囲して該リテーナプレート部分から上方へ
延びるリテーナ直立側壁とを具備し、
前記リテーナが前記トレーの内部に係合するとき、前記リテーナプレート部分
は、前記トレー内に置かれた試料管の肩部の僅かに上方に位置し、前記第１のト
レー直立側壁は前記リテーナ直立側壁とほぼ同一高さにあり、それにより前記ト
レー内に置かれた試料管は、鉛直方向及び横方向のいずれにも非拘束に保持され
るホルダ。
項目６ それぞれに内表面を有する相互に離間した試料ウェル群の配
列を備える金属製試料ブロックを具備し、前記試料ウェル群が、上端縁を有する
マイクロタイタープレート内に配置されかつそれぞれに試料混合物を収容する１
つ以上の有蓋試料管を備え、前記マイクロタイタープレートが前記試料ブロック
上に設置される、ポリメラーゼ連鎖反応の遂行に適した熱循環装置内で、前記有
蓋試料管を包囲するカバーであって、
平坦かつ水平な矩形部分、該矩形部分の周縁部に沿って下方へ突出するスカー
ト部分、及び前記矩形部分の少なくとも下面を加熱する装置を具備し、
前記試料管の蓋の頂部が、前記カバーに加わる熱及び下向きの力によって変形
するとき、前記試料管に接触し、かつ前記試料ブロック上の前記マイクロタイタ
ープレート及び試料管を包囲するように寸法決めされたカバー。
項目７ 試料混合物を収容する少なくとも１つのプラスチック製有蓋
試料管を配置する試料ウェルを備えた、ポリメラーゼ連鎖反応の遂行に適した熱
循環装置において、
前記少なくとも１つの試料管と前記との間に密な接触を与える被熱カバーを具
備した装置。
項目８ 略円錐形の第１壁部と略円筒形の第２壁部とを具備し、前記
第１壁部はその外面の略全体に亙り熱交換器の対応形状部分に接触するよう構成
され、かつ前記第１壁部は前記第２壁部よりも実質的に薄い壁断面を有する使い
捨て反応容器。
本発明によれば、試料ブロック中の試料温度の変化と反応混合物中の温度変化
との間の遅延を減少するための、薄い壁の試料管が開示される。２つの異なる大
きさの試料管を開示するが、各々は試料ブロック中の合致する円錐形のくぼみの
中に嵌合する薄壁の円錐形区画を有する。典型的には、縦軸に関して１７°の角
度をもつ円錐を使用して、試料ブロックの中への管のジャミングを防止するが、
すべりばめを可能とする。他の形状および角度も、本発明を実施するために十分
であろう。
また、試料ブロック以外の、例えば、液体浴、オーブンなどの、他の型の熱交
換器を使用することができる。しかしながら、何らかの熱交換器と接触する試料
管の区画の壁厚さは、ＰＣＲのサイクリングの熱的ストレスおよび通常の使用の
ストレスに十分に耐えられる範囲内で、出来るだけ薄くあるべきである。典型的
には、試料管はオートクレーブ処理可能なポリプロピレン、例えば、０．００９
〜０．０１２インチ±０．００１インチ（０．２３〜０．３０ｍｍ±０．０３ｍｍ）
の範囲の円錐形区画の壁厚さをもつＨｉｍｏｎｔ ＰＤ７０１から作られる。よ
り好ましくは、壁厚さは０．０１２インチ（０．３０ｍｍ）である。
好ましい実施態様において、試料管は、また、円錐形区画と接合する、より薄
い壁の円筒形区画を有する。この円錐形区画はもとの反応混合物またはＰＣＲプ
ロセス後に添加できる試薬を含有する。
図５１に示す試験管は、他のＰＣＲシステムにおける適合性のための薄い壁を
除外して、工業的に標準の形状を有する。図１５の試料管は、ここに開示するシ
ステムとともに使用できる、短い管である。薄い壁の試料管の使用が好ましいシ
ステム環境の他の実施態様を以下に要約する。
非常に急速な温度サイクルのＰＣＲプロトコルの実施の間に、マイクロタイタ
ープレートのフォーマットにおいて配置された非常に大きい数の試料について、
非常に正確な温度制御を達成する新規な方法および装置をさらに開示する。本発
明の教示は、試料ブロック、試料管および支持の取り付け、加熱および冷却装置
、制御エレクトロニクスおよびソフトウェアについての新規な構造、新規なユー
ザのインタフェースおよびＰＣＲプロトコルを実施するために前記装置を使用す
る新規な方法を包含する。
ここに開示される装置は、多数の試料を横切って温度制御の非常に緊密な許容
度で９６までの試料についてＰＣＲ遺伝子増幅を実施するように設計される。す
なわち、すべての試料は、異なる試料を含有する異なるウェルの間の温度差を非
常に小さくすると同時に、温度が上下する。これはポリメラーゼ連鎖反応のサイ
クルを通じて真実である。また、この装置は、各試料ウェル中の蒸発および凝縮
のプロセスの制御により、反応混合物の濃度を非常に厳密に制御することができ
る。さらに、この装置は、試料ウェルの間の交差汚染を実質的になくして、各々
が異なるドナーからの１００μｌの９６までの試料を処理することができる。
本発明は、標準の９６ウェルのマイクロタイタープレートのフォーマットにお
いてアルミニウムの試料ブロックを加熱および冷却して試料を熱的にサイクリン
グし、その結果、急速なサーマルサイクリング速度、制御しない変化する周囲温
度および他の操作条件、例えば、電力ラインの電圧および冷却液温度にかかわら
ず、きわめてすぐれた試料対試料の均一性が存在する新規な方法を包含する。
また、本発明は、各試料管が加熱されたカバーからの下降する圧力下に試料ブ
ロックと最良の嵌合を見いだすために十分な個々の動きの自由度を有するととも
に、サーマルサイクリングのためのＤＮＡを含有する９６までの個々の試料管を
収容する、使い捨てプラスチック９６ウェルのマイクロタイタープレートのため
の新規な構成を包含する。各管の最良の嵌合を可能とすることによって、試料ブ
ロックの金属と試料管およびマイクロタイタープレートの構造のプラスチックと
の間の熱的膨張および収縮の速度の差が、使い捨てマイクロタイタープレートの
構造において、試料管の中心対中心の距離に関して、試料ブロック中のウェルの
相対的中心対中心の寸法を変化させる場合でさえ、マイクロタイタープレートの
設計は試料ブロック対各試料管の高くかつ均一な熱伝導性を提供する。
さらに、本発明は、処理されている試料の温度を直接測定しないで、これらの
温度を連続的に計算しかつ表示する能力を有した、ＰＣＲ計器を制御する新規な
方法および装置を包含する。これらの計算された温度を使用して、試料が各標記
インキュベーション温度について所定の温度の許容度のバンド内に保持される時
間を制御する。この制御システムは、また、試料ブロックに熱的に連結した３ゾ
ーンのヒータを制御し、そして試料ブロック中の方向的に交錯したランプ冷却チ
ャンネルを通して流体の流れをゲート（ｇａｔｅ）し、流体の流れは、試料ブロ
ックを通る冷却液の一定のバイアス冷却流と組み合ったとき、ユーザが特定する
標的温度への急速な温度変化およびその温度における正確な温度制御を達成する
設備を提供する。３ゾーンのヒータを制御する方法および装置は、なかでも、３
ゾーンのヒータの種々のゾーンへ供給すべき電気的エネルギーの量を計算すると
き、ライン電圧、ブロック温度、冷却液温度および周囲温度を考慮する。このヒ
ータは、試料ブロックのへりまたは「ガードバンド」の下で別々に制御すること
ができ、こうして試料ブロックのへりへ取り付けられた周辺装置を通る周囲への
過剰の熱損失を補償できるようにする、ゾーンを有する。これは温度勾配の形成
を防止する。
さらに、本発明は、試料をそれらの沸点付近の温度においてインキュベーショ
ンするとき、反応混合物からの溶媒の損失を防止する新規な方法および装置を包
含する。加熱された定盤は試料管の上部をカバーし、そして個々のキャップと接
触し、これらのキャップは各試料管に気密シールを提供する。定盤からの熱は各
試料管およびキャップの上部を凝縮点より上の温度に加熱するので、試料管内で
凝縮および還流は起こらない。凝縮は比較的大きい熱移動を表す。なぜなら、蒸
発熱に等しい量の熱が水蒸気の凝縮に消費されるからである。これは、凝縮が均
一に起こらない場合、試料対試料の大きい温度の変動を引き起こすことがある。
加熱された定盤は、試料管中の凝縮の発生を防止し、これによりこの潜在的な温
度誤差源を最小にする。加熱された定盤の使用は、また、試薬の消費を減少する
。
すべての試料管を温度制御した試料ブロックの中にしっかりプレスして、各管
について均一なブロック対管の熱伝導を確立しかつ維持するために必要な、実験
的に決定した最小の下向きの力を越える下向きの力を各試料管を提供する。熱伝
導のこの均一性は、管対管の長さ、直径、角度または他の寸法の誤差の変動に無
関係に確立され、これらはそうでなければある試料管を他の試料管より対応する
試料ウェルの中によりきっちりと嵌合させる。
加熱された定盤は、各キャップのプラスチックを軟化するが、キャップの弾性
に完全に破壊しない。こうして、最小の限界の下向きの力を、管対管の管の高さ
の差にかかわらず、各管に連続的に加える。
ここに記載するＰＣＲ計器は、２倍またはそれ以上サイクル時間を減少し、そ
してＰＣＲ体積を２０ｕｈまで試薬のコストを下げるが、工業規格との適合性を
残す。
本発明によって、所定量の液体試料混合物を収容した少なくとも１つの試料管内
におけるポリメラーゼ連鎖反応の、制御装置付自動遂行装置が提供された。
図１を参照すると、本発明の教示に従いＰＣＲを実施するためのコンピュータ
制御の計器の１つの実施態様の主要なシステム成分のブロック線図が示されてい
る。増幅すべきＤＮＡまたはＲＮＡを含む試料混合物を温度プログラム可能な試
料ブロック１２の中に配置し、そして加熱されたカバー１４でカバーする。
ユーザは、キーボードおよびディスプレイを含む端末１６を経て、所望のＰＣ
Ｒプロトコルの時間および温度のパラメーターを定めるデータを供給する。キー
ボードおよびディスプレイはバス１８を経て制御コンピュータ２０（以後中央処
理装置またはＣＰＵと呼ぶ）に連結する。この中央処理装置２０は、下に記載す
る制御プログラム、所望のＰＣＲプロトコルおよび下に記載するある種の較正定
数を記憶する記憶装置を包含する。制御プログラムはＣＰＵ２０が試料ブロック
１２の温度サイクリングを制御するようにさせそしてユーザのインタフェースを
実施し、そしてユーザのインタフェースはある種のディスプレイをユーザに提供
し、そしてユーザにより端末１６のキーボードを経て入力されたデータを受けと
る。
好ましい実施態様において、中央処理装置２０はカスタム設計される。エレク
トロニクスのブロック線図は以下でより詳細に論ずる。他の実施態様において、
計器の種々のヒータおよび他の電気−機械的システムを制御しそして種々のセン
サーを読む中央処理装置２０および関連する周辺エレクトロニクスは、任意の汎
用コンピュータ、例えば、適当なプログラムによるパーソナルコンピュータまた
はマイクロコンピュータである。
試料１０を試料ブロック１２の中に配置されたキャップ付き使い捨て管の中に
貯蔵し、そして加熱されたカバー１４により周囲空気から隔離し、そして加熱さ
れたカバー１４は下に記載するプラスチックの使い捨てトレーと接触して、試料
管が内部に存在する加熱された箱体を形成する。加熱されたカバーは、なかでも
、試料管内の蒸発、凝縮および還流により、試料混合物を出入りする望ましくな
い熱移動を減少する働きをする。それは、また、キャップの内側を乾燥に保持し
、これにより管からキャップを取ったとき、エアゾールの形成を防止することに
よって、交差汚染の機会を減少する。加熱されたカバーを試料管のキャップと接
触させ、そしてそれらをほぼ１０４℃または反応混合物の種々の成分の凝縮点よ
り上に加熱して保持する。
中央処理装置２０は、加熱されたカバー１４の温度を感知しそしてその中の電
気抵抗ヒータを制御してカバー１４を所定の温度に維持するために、適当なエレ
クトロニクスを包含する。加熱されたカバー１４の温度の感知およびその中の抵
抗ヒータの制御は、温度センサー（図示せず）およびバス２２を経て達成される
。
冷却液制御システム２４は、冷却された冷却液、例えば、自動車のアンチフリ
ーズおよび水の混合物を、試料ブロック１２中のバイアス冷却チャンネル（図示
せず）を通して、入力管２６および出力管２８を経て、連続的に循環させる。冷
却液制御システム２４は、また、試料ブロック１２中のより高い体積のランプ冷
却流体の流路（図示せず）を通る流体の流れを制御する。ランプ冷却チャンネル
を使用して、試料ブロック１２を通して大きい体積の冷却された冷却液を比較的
高い流速で送ることによって、試料ブロック１２の温度を急速な変化させる。ラ
ンプ冷却冷却液は試料ブロック１２に管３０を通して入り、そして管３２を通し
て試料ブロック１２から出る。冷却液制御システムの詳細は図４６に示されてい
る。冷却液制御システムは、制御システムのエレクトロニクスおよびソフトウェ
アの説明において以下でより詳細に論ずる。
典型的には、試料ブロック１２の冷却に使用する冷却液は、主として水とエチ
レングリコールとの混合物から成る。冷却液は熱交換器３４により冷却され、そ
して熱交換器３４は試料ブロック１２から熱を抽出した冷却液を入力管３６から
受けとる。熱交換器３４は、冷却装置４０から入力管３８を経て圧縮された液体
のフレオン冷却剤を受けとる。この冷却装置４０はコンプレッサー（図示せず）
、ファン４２およびフィン管加熱ラジエーター４４を包含する。冷却装置４０は
、管４６を経て熱交換器３４から受けとったフレオンガスを圧縮する。気体のフ
レオンはフィン管凝縮器４４において冷却されそして液体に凝縮される。液体の
フレオンの存在は、絞り弁式毛管４７によりフィン管凝縮器中のその蒸気圧より
上に維持される。この毛管の出力は管３８を経て熱交換器３４の入力に連結され
る。熱交換器において、フレオンの圧力はフレオンの蒸気圧より下に低下し、そ
してフレオンが膨張する。この膨張プロセスにおいて、熱は熱交換器中を循環す
る加温された冷却液から吸収され、そしてこの熱はフレオンに移動し、これによ
りフレオンは沸騰するようになる。次いで、加温されたフレオンは熱交換器から
管１６を経て抽出され、そして圧縮されそして再びフィン管凝縮器４４を通して
循環される。ファン４２はフィン管凝縮器４４を通して矢印４８で示すように空
気を流して、フレオン中の熱を管４６から周囲の空気と交換させる。冷却装置４
０は３０℃において４００ワットの熱および１０℃において１００ワットの熱を
冷却液から抽出して、本発明の教示に従い急速な温度のサイクルを支持すること
ができる。
好ましい実施態様において、図１の装置はハウジング（図示せず）内に囲まれ
ている。周囲の空気へ追い出された熱４８はハウジング内に保持され、冷却され
た冷却液またはフレオンを１つの場所から他の場所に運ぶ種々の管上に起こる凝
縮の蒸発を促進する。凝縮は、装置またはエレクトロニクスの回路の構成におい
て使用した金属の腐食を引き起こすことがあり、したがって除去すべきものであ
る。囲いの内側の熱４８は、凝縮の蒸発を促進して腐食を防止する。
その熱をフレオンと交換した後、冷却液は熱交換器３４を管５０を経て出て、
冷却液制御システムに再び入り、ここで端末１６を経てユーザが入れたデータに
より定められるＰＣＲサイクルの急速な冷却部分の間、冷却液は必要に応じて試
料ブロックへゲートされる。
上記のように、ＰＣＲプロトコルは少なくとも２つの異なる温度およびしばし
ば３つの異なる温度におけるインキュベーションを包含する。典型的なＰＣＲサ
イクルは図１１に示されており、ここで変性インキュベーション１７０は９４℃
付近の温度において実施し、ハイブリダイゼーションインキュベーション１２２
は室温付近の温度（２５℃〜３７℃）において実施し、そして伸長インキュベー
ション１７４は５０℃付近の温度において実施する。これらの温度は十分に異な
り、したがって、すべての試料の反応混合物の温度を１つの温度から他の温度に
急速に動かす手段を準備しなくてはならない。ランプ冷却システムは、試料ブロ
ック１２の温度を高い温度の変性インキュベーションからより低い温度のハイブ
リダイゼーションインキュベーションおよび伸長インキュベーションの温度に急
速に低下させる手段である。典型的には、冷却液の温度は１０〜２０℃の範囲で
ある。冷却液が２０℃であるとき、それは約４００ワットの熱を試料ブロックか
ら送り出すことができる。典型的には、ランプ冷却チャンネルの寸法、冷却液の
温度および冷却液の流速は、５〜６℃／秒のピーク冷却が操作範囲の高い端（１
００℃）付近において達成され、かつ２．５℃／秒の平均の冷却速度が試料ブロ
ックの温度を９４℃から３７℃にするとき達成されるようにセットする。
ランプ冷却システムは、ある実施態様において、試料ブロックの温度を標的の
インキュベーション温度にまたはその付近に維持するために使用できる。しかし
ながら、好ましい実施態様において、標的インキュベーション温度を維持するた
めの下向き試料ブロック１２の小さい温度変化はバイアス冷却システムにより実
施される。
図４６に示すように、ポンプ４１は濾過貯留槽３９（１３０mlの容量）から１
／２インチ管を経て冷却液を絶えず送り、そしてそれを１／２インチ管を経て分
岐４７へ送る。ポンプ４１は冷却液をパイプ４５に１〜１．３ガロン／分の一定
の流速で供給する。分岐４７において、管４５中の流れの部分はバイアス冷却チ
ャンネル４９を通して一定の流れとして転向する。管４５中の流れの他の部分は
、絞り弁５１を通して出力管３８に転向する。絞り弁５１はこのシステムにおい
て十分な圧力を維持し、こうしてバス５４を経るＣＰＵ２０の制御下に２状態の
ソレノイド作動弁５５の入力５３において正の圧力が存在する。ランプ冷却は急
速な下向きの温度変化の実行に望むとき、ＣＰＵ２０はソレノイド作動弁５５を
開放し、冷却液をランプ冷却チャンネル５７を通して流れさせる。８つのランプ
冷却チャンネルが存在するので、各ランプ冷却チャンネルを通る流量は約１／８
ガロン／分である。バイアス冷却チャンネルを通る流量は、その大きく制限され
た断面積のために、非常に少ない。
バイアス冷却システムは、試料ブロック１２中のバイアス冷却チャンネル４９
を通して冷却された冷却液の小さい一定の流れを提供する。これは試料ブロック
１２から一定の小さい熱損失を引き起こし、これはマルチゾーンヒータ１５６に
より補償され、マルチゾーンヒータ１５６は試料ブロックの温度を安定した値に
維持すべきインキュベーションセグメントのために試料ブロック１２に熱的に連
結されている。バイアス冷却の流れにより引き起こされる一定の小さい熱損失は
、小さい温度のための温度の上下の比例的制御を制御システムに実行させる。こ
れが意味するように、両者の加熱および冷却を制御された予測可能な小さい速度
で温度サーボシステムは利用して、ブロック温度の誤差を補正してブロック温度
が信頼性をもって、ユーザが入れたＰＣＲ温度のプロフィルをたどるようにする
。別法はフィルムヒータへの電力をカットオフし、そしてブロック温度が高すぎ
たとき、試料ブロックが熱を放射および対流により周囲に放出するようにさせる
ことである。これは、定量的ＰＣＲサイクリングのための厳密な温度制御の規格
を満足するためには遅すぎそして予測不可能である。
このマルチゾーンヒータ１５６は図１においてＣＰＵ２０によりバス５２を経
て制御され、そして試料ブロック１２の温度をより低いインキュベーション温度
からより高いインキュベーション温度に急速に上昇させる手段であり、そしてバ
イアス冷却を補償しそしてインキュベーションの間の温度のトラッキングおよび
制御の間、温度誤差を上方に補正する手段である。
他の実施態様において、バイアス冷却は排除するか、あるいは他の手段、例え
ば、試料ブロックの金属の中に形成された冷却ファンまたは冷却フィン、ペルチ
エ接合または絶えず循環する水道水により供給することができる。しかしながら
、これらの他の実施態様において、温度勾配が試料ブロックの中につくられない
ように注意しなくてはならない。温度勾配はある試料の温度を他の試料の温度か
らそらせ、これによりある試料におけるＰＣＲ増幅の結果を他の試料のそれと異
ならせる。好ましい実施態様において、バイアス冷却はブロック温度と冷却液温
度との間の差に比例する。
ＣＰＵ２０は、図１において試料ブロック１２の金属の温度を温度センサー２
１および５２を経て感知することによって、冷却液制御システムにおいて循環冷
却液の温度をバス５４および温度センサーを経て感知することによって、試料ブ
ロック１２の温度を制御する。冷却液のための温度センサーは図４６において６
１に示されている。ＣＰＵは、また、図１においてシステムのハウジング内の内
部の周囲空気の温度を周囲空気温度センサー５６により感知する。さらに、ＣＰ
Ｕ２０はライン５８上の入力電力のためのライン電圧を感知６３を経て感知する
。データのすべてのこれらの項目は、所望のＰＣＲプロトコル、例えば、インキ
ュベーションのための標的の温度および時間を定めるユーザが入れたデータの項
目と一緒に、より詳細に後述する制御プログラムにより使用される。この制御プ
ログラムは、マルチゾーン試料ブロックフィルムヒータ１５６の種々のゾーンへ
バス５２を経て加える電力の量を計算し、そして冷却液制御システム２４におい
てソレノイド作動弁５５を開閉する冷却液制御信号をバス５４を経て発生して、
試料ブロックの温度がユーザが入れたデータにより定められるＰＣＲブロトコル
に従うようにさせる。
図２を参照すると、試料ブロック１２の上面図が存在する。試料ブロック１２
の目的は、薄い壁の試料管の列のための機械的支持および熱交換要素を提供する
ことであり、ここで各試料管中の試料の液体と試料ブロック１２の中に形成され
たバイアス冷却チャンネルおよびバイアス冷却チャンネルの中を流れる冷却液と
の間で熱が交換される。試料ウェルの種々のものの間で大きい温度勾配をつくら
ないでこの熱交換機能を提供し、こうして列中のすべての試料混合物が、空間的
に分離されていてさえ、同一ＰＣＲサイクルを経験するようにさせるのは、試料
ブロック１２の機能である。ここに記載するＰＣＲ計器の全体の目的は、複数の
試料について試料液体の温度を非常に厳密に制御し、こうしていずれの試料液体
の温度も他の試料ウェル中のいずれの他の試料液体の温度とＰＣＲサイクルのい
ずれの点においても感知しうるほど（ほぼ±０．５℃）変化しないようにするこ
とである。
「定量的」ＰＣＲと呼ばれるＰＣＲ技術の出現するブランチが存在する。この
技術において、この目的は標的ＤＮＡの量をサイクル毎に正確に２倍にすること
によってＰＣＲ増幅を出来るだけ正確に実施することである。サイクル毎の正確
な２倍は達成が困難であるか、あるいは不可能であるが、厳密な温度制御は役に
立つ。
多数の誤差源が存在し、これらのために、ＰＣＲサイクルはサイクルの間の標
的ＤＮＡ（以後ＤＮＡはまたＲＮＡを呼ぶと理解すべきである）の量を正確に２
倍にすることができないことがある。例えば、あるＰＣＲ増幅において、このプ
ロセスは標的ＤＮＡの単一の細胞を使用して開始する。この単一の細胞が試料管
の壁に粘着しそして最初の数サイクルにおいて増幅するとき、容易に起こりうる
誤差は生ずる。
誤差の他の型は、「外来」標的ＤＮＡを攻撃する外来ヌクレアーゼが反応混合
物の中に入ることである。すべての細胞は、細胞中で解放される外来ＤＮＡを攻
撃する非特異的ヌクレアーゼを有する。これが起こるとき、それは複製プロセス
を妨害するか、あるいは停止させる。こうして、１滴の唾液またはふけの粒子ま
たは他の試料混合物からの物質が試料混合物の中に偶発的に入る場合、これらの
細胞中のヌクレアーゼ物質標的ＤＮＡを攻撃しそして増幅プロセスにおいて誤差
を生ずる。すべてのこのような交差汚染源を排除することは高度に望ましい。
他の誤差源は、異なる試料の多重性の種々のものの間のように、試料混合物の
温度の制御が不正確さである。例えば、すべての試料が伸長インキュベーション
のために適切なアニーリング温度（通常５０〜６０℃の範囲のユーザが選択した
温度）を有するように正確に制御されない場合、ＤＮＡのある種の形態は適切に
伸長されないであろう。これが起こる理由は、温度が低すぎる場合、伸長プロセ
スにおいて使用するプライマーが誤ったＤＮＡにアニーリングすることである。
アニーリング温度が高すぎる場合、プライマーは標的ＤＮＡにまったくアニーリ
ングしないであろう。
ＰＣＲ増幅が診断試験、例えば、ＨＩＶ抗体、肝炎、または遺伝病、例えば、
鎌状赤血球貧血などの存在についての診断試験の一部分であるとき、ＰＣＲ増幅
プロセスの実施の結果を不正確に容易に想像することができる。このような診断
試験における誤った陽性または誤った陰性の結果は、不幸をもたらす人為的また
は法律的結果を有することがある。したがって、ここに記載するＰＣＲ計器の設
計の目的は、これらの起こりうる誤差源、例えば、交差汚染または劣った温度制
御の出来るだけ多くを排除すると同時に、工業的に標準の９６ウェルのマイクロ
タイタープレートのフォーマットと適合する計器を提供することである。この計
器は柔軟な方法で簡単なユーザのインタフェースを使用してＰＣＲを急速に実施
しなくてはならない。
好ましい実施態様において、試料ブロック１２は比較的純粋であるが、腐食抵
抗性のアルミニウム、例えば、６０６１アルミニウム合金から機械加工する。ア
ルミニウムの充実ブロックからブロック構造を機械加工すると、熱的により均質
な構造が生ずる。鋳造したアルミニウム構造体は、非常に厳密な所望の温度制御
の規格を満足するために必要なほど、熱的に均質である傾向はない。
試料ブロック１２は、このブロックの熱的質量は低く保持されているので、急
速な温度変化を行うことができる。これは多数の冷却通路、試料ウェル、みぞお
よび他のねじ孔または非ねじ孔をブロックの中に形成することによって実施され
る。これらの孔のいくつかを使用して、ブロックを支持体に取り付けそして外部
の装置、例えば、マニホールドおよびこぼれトレーを取り付ける。
試料ブロックの構造の「ハニカム」性質を最もよく理解するために、ブロック
を平面図で示す図２ならびに試料ブロックの正面図および断面図を示す図３〜図
８を同時に参照する。例えば、図３は図２の線３−３′の視点から取った冷却チ
ャンネルの位置を示す正面図である。反対側から見た、試料ブロック１２の溶媒
は同一である。図４は図２の線４−４′の斜視からの試料ブロック１２のへりの
正面図である。図５は図２の線５−５′の斜視からの試料ブロック１２のへりの
正面図である。図６は図２の線６−６′に沿って取った試料ブロック１２の断面
図である。図７は図２の線７−７′に沿って取った試料ブロック１２の断面図で
ある。図８は図２の線８−８′に沿って取った試料ブロック１２の断面図である
。
試料ブロック１２の上部表面は、円錐形試料ウェルの８×１２列が孔開けされ
ており、６６および６８のウェルは典型的である。各試料ウェルの円錐形の形状
は図８に最もよく示されている。各試料ウェルのウェルは１７°の角度で孔開け
されていて、各試料管の円錐形区画の角度と合致している。これは図８において
直径ＤWを有するパイロット孔を孔開けすることによって実施される。次いで、
１７°のカウンターシンクを使用して円錐形壁６７を形成する。
各試料ウェルの底は、試料管の先端の浸透深さを越える深さを有する溜７０を
含む。溜７０はパイロット孔によりつくられ、そして試料管が対応する試料ウェ
ルの中に配置されるとき、試料管より下に小さい開いた空間を提供する。この溜
は、試料ウェルの壁への各試料管の緊密な嵌合を妨害せずに、液体、例えば、ウ
ェル壁上に形成する凝縮物が存在するための空間を提供する。この緊密な嵌合は
、ウェル壁から試料液体への熱伝導性を各試料管について均一かつ高くすること
を保証する。１つの管についてゆるい嵌合を引き起こすウェル中の汚染は、列を
横切る熱伝導性のこの均一性を破壊するであろう。すなわち、試料ウェル中の試
料管の配置に関係する圧力で液体は実質的に圧縮されないので、溜７０が存在し
ない場合、試料ウェルの底中の液体の存在はその試料ウェル中の試料管の完全な
配置を妨害することがある。さらに、溜７０はある空間を提供し、この空間にお
いて、溜７０の中に存在する液体の気相は高い温度のインキュベーションの間に
膨張し、こうして溜７０が存在しない場合存在であろうこのような膨張の大きい
力が試料管に加えられて試料ウェルとの同一高さの接触から管は押して分離され
ることはない。
実験において、各試料管はその対応する試料ウェルと同一高さで接触すること
が重要であること、そしてある最小の限界の力を各試料管に加えて、試料ウェル
の壁と反応混合物との間の熱伝導性を列を通じて均一に保持されることが発見さ
れた。この最小の限界の配置力は、図１５に力のベクトルＦとして示されており
、そして１つの試料管の壁を通る熱伝導性がブロック中のどこかに位置する他の
試料管を通る熱伝導性と異なるのを防止するための、主要な因子である。最小の
限界の配置力Ｆは３０ｇであり、そして好ましい力のレベルは５０〜１００ｇで
ある。
試料ウェルの列は、図２、図６および図８において最もよく見られるように、
２つの機能を有するみぞ７８により実質的に完全に取り囲まれている。主な機能
は試料ブロックの中央区域からブロックのへりへの熱伝導性を減少することであ
る。みぞ７８は試料ブロックの厚さを約２／３通して延びる。このみぞは、支持
ピン、マニホールドなどのブロックへの必要な機械的接続により引き起こされる
、回避不可能な熱勾配の作用を最小とする。第２機能は熱的質量を試料ブロック
１２から除去して、試料ブロック１２の温度をより急速に変更し、そして「ガー
ドバンド」と呼ぶへり領域におけるウェルの列をシミュレーションすることであ
る。図２における点８０および８２の間のみぞ７８の部分により除去される金属
の量は、８つの試料ウェル８３〜９０の隣接する列により除去される金属の量に
実質的に等しいように設計される。この目的は、ガードバンドの熱的質量を隣接
する「局所的ゾーン」、下により完全に説明する用語、の熱的質量に合致させる
ことである。
図３、図６および図８をとくに参照すると、試料ブロック１２の金属の中に形
成された、種々のバイアス冷却チャンネルおよびランプ冷却チャンネルの数およ
び相対的位置が示されている。９つのバイアス冷却チャンネル９１〜９９が存在
する。同様に、８つのランプ冷却チャンネル１００〜１０７が存在する。
これらのバイアス冷却チャンネルおよびランプ冷却チャンネルの各々は試料ブ
ロックのアルミニウムを通してガン孔開けされる。ガン孔開け法はよく知られて
おり、そして試料ブロック１２の底表面１１０に出来るだけ近く存在する長い非
常に真っすぐな孔を開ける能力を提供する。ガン孔開け法は真っすぐな孔を開け
るので、この方法はバイアス冷却チャンネルまたはランプ冷却チャンネルが、孔
開けの間にそれることおよび試料ブロックの底表面１１０を貫くことを防止する
か、あるいは他の冷却チャンネルに対する相対的位置の変動を防止する。このよ
うな誤った位置は、局所的ゾーンの「局所的バランス」または「局所的対称性」
を覆すことによって、望ましくない温度勾配を引き起こすことがある。これらの
概念は以下で説明するが、それらを実行する概念および構造は、異なる試料ウェ
ルの間のように過度の温度誤差をつくらないで、９６までの試料の急速な温度サ
イクリングを達成するために重要であることを理解すべきである。
バイアス冷却チャンネル９１〜９９は、好ましい実施態様においてシリコーン
ゴムでライニングして、バイアス冷却チャンネルの壁を横切る熱伝導を減少する
。バイアス冷却チャンネル中の壁を横切る熱伝導を低下して、マルチゾーンヒー
タ１５６をオフにしそして試料ブロック１２からの熱損失が主としてバイアス冷
却チャンネルを通るとき、試料ブロック１２の急速過ぎる温度変化を防止するこ
とは好ましい。これは、試料ブロックの温度が所望の標的インキュベーション温
度よりわずかにずれ、そして制御システムが試料ブロックの温度をユーザが特定
したインキュベーション温度に下げて戻すとき、制御プロセスが実施される間の
場合である。この場合における冷却速度が速すぎると、制御システムのサーボフ
ィードバックループが応答することができる前に、所望のインキュベーションの
オーバーシュートを引き起こすことがあるが、「制御されたオーバーシュート」
は下に記載するように使用されるであろう。ブロック温度のサーボフィードバッ
クループは刺激に対する反応について時間定数を有するので、加熱および冷却の
量および試料ブロックの生ずる温度変化速度を制御し、こうして制御システムが
温度誤差に対して応答できるより速い速度で、試料ブロックの温度を変化させな
いことによって、オーバーシュートを最小にすることが望ましい。
好ましい実施態様において、バイアス冷却チャンネルは直径４ｍｍであり、そし
てシリコーンゴムの管は１ｍｍの内径および１．５ｍｍの壁厚さを有する。これは、
ブロックが操作範囲の高い端、すなわち、約１００℃であるとき、ほぼ０．２℃
／秒のバイアス冷却速度を与え、そして試料ブロック１２が操作範囲の下端の温
度であるとき、ほぼ０．１℃／秒のバイアス冷却速度を与える。図１における冷
却液制御システム２４は、バイアス冷却チャンネルにおいて、ランプ冷却チャン
ネル１００〜１０７を通る冷却液の流速のほぼ１／２０〜１／３０倍の冷却液の
流速を生ずる。バイアス冷却チャンネルおよびランプ冷却チャンネルは同一大き
さ、すなわち、４ｍｍの直径であり、そして試料ブロック１２を通して完全に延び
ている。
バイアス冷却チャンネルは、その端にフックをもつ剛性なワイヤをバイアス冷
却チャンネルの中に挿入しそしてそれを４ｍｍよりわずかに大きい外径を有するシ
リコーンゴム管の端の孔を通してフッキングすることによってライニングされる
。次いで、ワイヤ中のフッキングをシリコーンゴム管中の孔を通して配置し、そ
してシリコーンゴム管をバイアス冷却チャンネルを通して引き、そして試料ブロ
ック１２の端表面と同一平面に切る。
ねじ孔１０８〜１１４を使用して、冷却液のマニホールドを試料ブロック１２
の各側にボルト止めする。ブロックの各端にボルト止めされた冷却液のマニホー
ルドが存在する。これらの２つのマニホールドを図１において冷却チャンネル２
６，２８，３０および３１に連結され、そしてマニホールドと試料ブロックの金
属との間に介在するガスケット材料（図示せず）により試料ブロック１２に添付
されている。このガスケットは冷却液の漏れを防止し、そして試料ブロック１２
とヒートシンクを表すマニホールドとの間の熱伝導を制限する。前述の目的を実
行する任意のガスケット材料は本発明の実施のために十分である。
みぞ７８の位置に対するバイアス冷却チャンネルおよびランプ冷却チャンネル
の位置は、図６の断面図において最もよく見られる。試料ウェルの位置に対する
バイアス冷却チャンネルおよびランプ冷却チャンネルの位置は、図８の断面図に
おいて最もよく見られる。バイアス冷却チャンネルおよびランプ冷却チャンネル
は、一般に、試料ウェルの先端の位置の間に介在する。さらに、図８から明らか
なように、バイアス冷却チャンネルおよびランプ冷却チャンネル、例えば、チャ
ンネル１０６および９７は、１または２以上の試料ウェルの壁の危険な浸透なし
に、ポジティブのＺ方向に非常に遠く動くことができない。同様に、冷却チャン
ネルは、試料ブロック１２の底表面１１６を浸透する可能性をつくらないで、ネ
ガティブのｚ方向に非常に遠く動くことができない。明瞭のため、バイアス冷却
チャンネルおよびランプ冷却チャンネルの位置は、試料ウェルおよび他の構造の
位置に関して、図２に隠れた線で示されていない。しかしながら、試料ウェルの
すべてのカラムの間にバイアス冷却チャンネルまたはランプ冷却チャンネルが存
在する。
図２を参照すると、孔１１８，１１９，１２０および１２１にねじ山を形成し
、そしてそれらの孔を使用して、試料ブロック１２の中に形成する種々の孔およ
びみぞを機械加工するために使用する機械に試料ブロック１２を取り付ける。図
２、図４および図５において、孔１２４，１２５，１２６および１２７を使用し
て、下にさらに詳細に記載する図９に示す支持ブラケットに試料ブロック１２を
取り付ける。はがねのボルトはこの支持ブラケットを通してねじ孔１２４〜１２
７の中に延びて、試料ブロック１２の機械的支持を提供する。これらのはがねの
ボルトは、また、ヒートシンクまたは熱源を表し、これらは熱的質量を試料ブロ
ック１２に添加し、そして試料ブロック１２と取り囲む環境との間の熱的エネル
ギーの移動のための追加の通路を提供する。これらの支持ピンおよびマニホール
ドは、これらの周辺構造体に対して前後して移動する熱的エネルギーがこれらの
試料の温度に影響を与えるのを防止するためのガードバンドのための必要性をつ
くるとき、２つの重要な因子である。
図５を参照すると、孔１２８，１３０および１３２は集積回路の温度センサー
（図示せず）のための取り付け孔であり、この温度センサーは孔１２８を通して
試料ブロックの中に挿入され、そしてねじ孔１３０および１３２へ締結されるボ
ルトによりそれに固定される。孔１２８の浸透程度およびみぞ７８および試料ウ
ェルの隣接する列の相対的位置は、図２に最もよく示されている。
図２を参照すると、孔１３４〜１４３はスピルカラー１４７を取り付けるため
に使用する取り付け孔である（図示せず）。このスピルカラー１４７は図１９に
示されており、図１９は加熱された定盤１４、すべりカバー３１６およびレッド
スクリューアセンブリ３１２の構造を詳細に示す。スピルカラーの目的は、試料
管からこぼれた液体が腐食を引き起こす絶縁のケーシングの内側に入るのを防止
することである。
図９を参照すると、試料ブロック１２のための支持システムおよびマルチゾー
ンヒータ１５６の形状の断面図が示されている。試料ブロック１２は４つのボル
トにより支持され、それらのうちのボルト１４６は典型的である。これらの４つ
のボルトははがね支持ブラケット１４８の直立部材を通過する。２つの大きいコ
イルばね１５０および１５２は、支持ブラケット１４８の水平部分とはがね圧力
板１５４との間で圧縮されている。ばね１５０および１５２は、試料ブロック１
２の底にフィルムヒータ１５６を圧縮するボジティブＺ作用方向にほぼ３００ポ
ンド／平方インチを供給するために十分に圧縮されている。この３層のフィルム
ヒータは、マルチゾーンフィルムヒータ１５６、シリコーンゴムのパッド１５８
およびエポキシ樹脂フォームの層１６０から構成されている。好ましい実施態様
において、フィルムヒータ１５６は３つの別々の制御可能なゾーンを有する。フ
ィルムヒータの目的は、図１においてＣＰＵ２０の制御下に試料ブロック１２に
熱を供給することである。シリコーンゴムのパッドの目的は、フィルムヒータ層
１５６から下の構造体への熱伝導を低下することである。これらの下の構造体は
ヒートシンクおよび熱源として働き、それらの間で望ましくない熱エネルギーを
試料ブロック１２から出入りさせることができる。シリコーンゴムのパッド１５
８は、いくつかのフィルムヒータはニクロム線を有しそして完全に平らであるこ
とができるので、フィルムヒータ１５６中の表面の不規則性を補償するという追
加の機能を有する。
はがね板１５４およびエポキシ樹脂フォーム１６０の目的は、ばね１５０およ
び１５２からの力をシリコーンゴムのパッド１５８およびマルチゾーンのフィル
ムヒータ１５６に伝えて、フィルムヒータを出来るだけ同一平面の嵌合で試料ブ
ロックの底表面に圧縮することである。エポキシ樹脂フォームは剛性であって、
ばねの力の下に破壊しないが、すぐれた絶縁体でありそして低い熱的質量を有す
る、すなわち、密でない構造であるべきである。１つの実施態様において、フォ
ーム１６０は商標ＥＣＫＯフォームで製造されている。他の実施態様において、
他の構造体をシリコーンゴム層１５８および／またはエポキシ樹脂フォーム層１
６０の代わりに使用することができる。例えば、剛性のハネカム構造体、例えば
、航空機の構成に使用する構造体を圧力板１５４とフィルムヒータ１５６との間
にそれらの間に絶縁層を配置させて配置することができる。層１５８および１６
０のためにどんな構造体を使用しても、構造体は試料ブロック１２が加熱されて
いる間にそのブロックから実質的な量の熱を吸収してはならず、そして試料ブロ
ック１２が冷却されている間に、そのブロックに実質的な量を移動させてはなら
ない。しかしながら、その取り囲む構造体からのブロックの完全な隔離は事実上
不可能である。試料ブロック１２と接触して、試料ブロックをその環境から出来
るだけ多く隔離して、そのブロックの熱的質量を最小しかつ試料ブロックおよび
その中に貯蔵された試料混合物の急速な温度変化を可能とする、別の構造体を設
計するための努力をすべきである。
試料ブロックの温度の正確な制御は、図９におけるマルチゾーンフィルムヒー
タ１５６により試料ブロックへ供給される熱の量を制御することによって、図１
においてＣＰＵ２０により達成される。フィルムヒータはパルス幅の変調の変更
された形を使用して推進される。第１に、電力ラインからの１２０ボルトの波形
を整流して、同一極性のハーフサイクルのみを保存する。次いで、各ハーフサイ
クルの部分をフィルムヒータの適当なゾーンにゲートし、フィルムヒータの種々
のゾーンへ加えられる各ハーフサイクルの百分率はＣＰＵ２０により制御される
。
図１０はフィルムヒータ１５６についての電力制御の概念の１つの実施態様を
示す。図１０は供給ライン電圧の電圧波形の線図である。ネガティブハーフサイ
クル１６２を排除する整流が起こる。ポジティブハーフサイクルのみが残り、そ
のハーフサイクル１６４は典型的である。次いで、ＣＰＵ２０およびその関連す
る周辺電子回路は、フィルムヒータ１５６の種々のゾーンへ加えられる各ハーフ
サイクルの部分を、各ゾーンについて下に記載する方程式に基づいて各ゾーンに
ついて計算した電力レベルに従い、加える各ハーフサイクルの部分を選択するこ
とによって制御する。すなわち、分割線１６６は時間軸に沿って前後に動いて、
各ゾーンについて特別の方程式において関係づけられる因子の数に基づいて、フ
ィルムヒータへの電力の量を制御する。ポジティブのハーフサイクル１６４の下
の斜線区域は、分割線１６６の示した位置についてフィルムヒータ１５６へ加え
られた量を表す。分割線１６６が右に動くとき、より多くの電力がフィルムヒー
タへ加えられ、そして試料ブロック１２はより熱くなる。分割線が時間軸に沿っ
て左に動くとき、斜線区域はより小さくなり、そしてより少ない電力がフィルム
ヒータに加えられる。ＣＰＵ２０およびその関連するソフトウェアおよび周辺回
路がブロック１２の温度を制御する方法を、より詳細に下に記載する。
フィルムヒータへ供給される電力の量は、０から６００ワットに連続的変化す
ることができる。他の実施態様において、フィルムヒータ１５６へ供給される電
力の量は、他の機構、例えば、ＤＣフィルムヒータを通る電流またはそれに加え
られる電圧等のコンピュータ制御を使用して、あるいは下に記載する交差スイッ
チ機構により制御することができる。
他の実施態様において、試料ブロック１２の加熱制御は、試料ブロック１２の
金属を通して形成される加熱制御チャンネルを通してゲートされる、熱い気体ま
たは液体の流速および／または温度について実施することができる。もちろん、
このような他の実施態様において、ブロック中の試料ウェルの数を減少しなくて
はならないであろう。なぜなら、図２〜図８に示す試料ブロック１２中の追加の
加熱チャンネルのための余地が存在しないからである。このような他の実施態様
は、例えば、すべての他のウェルを除去して試料ブロック中の加熱チャンネルの
ための余地をつくる場合、９６ウェルのマイクロタイタープレートのフォーマッ
トと適合性であることができる。これは適合性をこのようなマイクロタイタープ
レートの寸法に関してのみ提供し、そして９６の異なる試料の同時の処理に関し
て提供しない。これらの他の実施態様において局所的バランスおよび局所的対称
性を保存するために注意しなくてはならない。
ここに記載する実施態様において、フィルムヒータを経てブロックに供給でき
る最大の電力は１１００ワットである。この制限はブロック／ヒータのインタフ
ェースの熱伝導性から生ずる。実験において、フィルムヒータ１５６へのほぼ１
１００ワットより多い供給は装置の自己破壊をしばしば引き起こすことが発見さ
れた。
ブロック温度を標的のインキュベーション温度またはその付近への加熱または
冷却のための典型的な電力は、±５０ワットの範囲内である。
図１１を参照すると、典型的なＰＣＲプロトコルの時間対温度のプロットが示
されている。ブロック温度の大きい下向きの変化は、冷却された冷却液をランプ
冷却チャンネルを通してゲートすると同時に図１において温度センサー２１によ
り試料ブロックの温度をモニターすることによって達成される。典型的には、こ
れらの下向きの温度変化は、ランプの間に変性インキュベーション１７０後ハイ
ブリダイゼーションインキュベーション１７２の温度に対して実施される。典型
的には、ユーザは、ランプのレグおよびインキュベーションのレグの間の円形の
交差により記号化されたチェックポイントの温度／時間の平面上の位置をＣＰＵ
２０に対して記載するために、１つの方法または他の方法において、温度および
時間を定めることによってプロトコルを特定しなくてはならない。一般に、イン
キュベーションのレグは参照数字１７０，１７２および１７４でマークし、そし
てランプは参照番号１７６，１７８および１８０でマークする。一般に、インキ
ュベーションの間隔は単一の温度において実施されるが、別の実施態様において
、それらは含まれるＰＣＲサイクルの特定の部分を実施するために許容されうる
温度範囲内の異なる温度に対して、段階的であるか、あるいは連続的に勾配をな
すことができる。すなわち、変性インキュベーション１７０は図１１に示すよう
に１つの温度において実施する必要はないが、変性のために許容されうる温度範
囲内の複数の異なる温度のいずれにおいても実施することができる。ある実施態
様において、ユーザはランプセグメント１７６，１７８および１８０の長さを特
定することができる。他の実施態様において、ユーザは各インキュベーション間
隔の１または２以上の温度および期間のみを特定することができ、次いで計器は
１つのインキュベーションの完結および他のインキュベーションの開始のときイ
ンキュベーション時間の間に出来るだけ急速に試料ブロックの温度を動かす。好
ましい実施態様において、ユーザは、また、各サイクルするための異なるか、あ
るいはすべてのサイクルについて自動的に増加する温度および／またはインキュ
ベーション時間を有することができる。
９５℃の変性インキュベーションから３５℃のハイブリダイゼーションインキ
ュベーションへの転移の間のランプ冷却の平均電力は、典型的には１キロワット
より大きい。これは、ブロック温度が操作範囲の高い端にあるとき、ほぼ４〜６
℃／秒、そしてブロック温度が操作範囲の低い端であるとき、ほぼ２℃／秒の試
料ブロックの温度変化を生ずる。一般に、ランプ冷却のために出来るだけ高い冷
却速度を有することが望ましい。
ランプ冷却の間に試料ブロックから非常に多くの熱が除去されるので、ランプ
冷却チャンネルの１つの端から他の端への試料ブロックを横切る温度勾配が発生
することがある。これを防止しかつこれらの型の温度勾配を最小とするために、
ランプ冷却チャンネルは方向的に交錯している。すなわち、図３において、ラン
プ冷却チャンネル１００，１０２，１０４および１０６を通る冷却液の流れの方
向は、これらのランプ冷却チャンネルの孔の内側においてｘで記号化されたペー
ジの中に入る。交錯するランプ冷却チャンネル１０１，１０３，１０５および１
０７中のランプ冷却の液体の流れは、これらのランプ冷却チャンネルの孔の中心
における単一の点により記号化されたページの中から外に出る。ランプ冷却チャ
ンネルを通るこの交錯＋高い流速は、そうでなければ非交錯の流れのパターンま
たはより低い流速を使用して起こることがある温度勾配を最小にする。なぜなら
、チャンネルの熱い端と冷たい端との間の距離はより小さくなるからである。よ
り遅い流速は移動の最初のインチなどにおけるブロックから取られる熱の大部分
またはすべてを生じ、これはブロックの入力側はブロックの出力側より低い温度
であるであろうことを意味する。高い流速はチャンネルに沿った温度勾配を最小
にする。交錯は１つの方向に走るチャンネルの熱い端がチャンネルの冷たい端の
間で「サンドイッチ」にされ、ここで流れが反対方向であることを意味する。こ
れはチャンネルの長さより小さい距離である。こうして、温度勾配を排除するた
めに熱が移動しなくてはならない距離が減少するので、温度勾配は減少される。
これは、ランプチャンネルがある試料を異なって加熱するが、他の試料をそのよ
うに加熱しない時間を有する前に急速に排除しなくてはならないランプチャンネ
ル中の冷却のために、形成する温度勾配を引き起こす。交錯しないと、試料ブロ
ックの１つの側は他の側よりほぼ１℃熱いであろう。交錯は、ほぼ１５秒より小
さい時間を生ずる温度勾配を消散する。
ブロックに添加またはそれから除去される熱の量を推定するために、ＣＰＵ２
０は図１における温度センサー２１を使用してブロック温度を測定し、そして図
１におけるバス５４に連結された図４６における温度センサー６１により冷却液
の温度を測定する。周囲空気の温度は、また、図１における温度センサー５６に
より測定し、そしてバス５２上でフィルムヒータに加えられる電力を制御する電
力ラインは、また、測定される。試料ブロックから周囲へのおよび試料ブロック
から冷却液への熱伝導は、システムの制御パラメータをセットするためにインキ
ュベーションプロセスの間になした測定の結果、ＣＰＵ２０へ知らされる。
試料の集団のすぐれた温度の均一性のために、ブロックは、一定温度において
、正味の出入りする熱の流れをもつことができない。しかしながら、温度勾配は
試料ブロック内で起こることがあり、熱いスポットからブロックの境界関係して
ゼロの正味の熱移動を有する冷たいスポットへの熱の局所的流れから生ずる。例
えば、１つの端で加熱されそして他の端において冷却される材料のスラブは、ブ
ロックの中への熱の流れがゼロである場合、一定の平均温度にある。しかしなが
ら、この場合において、有意の温度の不均一性、すなわち、温度勾配は、熱いへ
りから冷たいへりへの次のために、スラブ内で確立されることがある。ブロック
のへりの加熱および冷却が停止されるとき、熱いへりから冷たいへりへの熱の流
れはこの温度勾配を究極的に消散し、そしてブロックは熱の流れの開始のときの
熱い温度と冷たい温度との間の平均である均一な温度に全体を通じて到達する。
長さＬの断面区域Ａのスラブは均一な熱伝導性を有しそして、熱源から熱の入
る束Ｑinはヒートシンクへの熱の出る流れＱout と合致するので、スラブが一定
の平均温度に保持される場合、熱の流れから生ずる定常状態の温度は、次の通り
である：
（１）デルタＴ＝（Ｑin・Ｌ）／（Ａ・Ｋ）
ここで、
デルタＴ＝温度勾配、
Ｌ＝熱的通路の長さ、
Ａ＝熱的通路の面積、
Ｋ＝通路を通る熱伝導性、である。
一般に、均一な熱伝導性の物質内で、温度勾配は熱の流れ／単位面積に比例し
て確立される。こうして、熱の流れおよび温度の不均一性は緊密に連結される。
実際には、出入りする熱の流れが存在させないで試料ブロックの温度を制御す
ることは不可能である。冷たいバイアス制御の冷却は、ブロック温度を安定な値
に維持するためにバイアス冷却チャンネルを通して流れる冷却液により除去され
る熱をバランスさせるために、ストリップヒータからの多少の熱の流入を必要と
する。これらの条件下に均一な試料ブロックの温度に対して重要なことは、熱源
とヒートシンクの「局所的バランス」および「局所的対称性」を静力学的にかつ
動力学的に有し、そして熱いスポットから冷たいスポットへの熱の流れが短い距
離にわたって起こるように配置された、形状寸法である。
簡単に述べると、「静止の局所的バランス」の概念は、合計の熱入力が合計の
熱出力に等しい一定温度のブロックにおいて、明確な局所的領域内で、すべての
熱源がヒートシンクによりブロックを出入りする熱の流れで完全にバランスされ
るように熱源およびヒートシンクが配置されていることを意味する。したがって
、各局所的領域は、隔離されると、一定温度に維持されるであろう。
「静止の局所的対称性」の概念は、局所的領域内で一定温度について、熱源の
質量中心がヒートシンクの質量中心と一致することを意味する。そうでない場合
、各局所的領域内で、各局所的領域を横切る温度勾配は存在することができ、こ
れは隣接する局所的領域における温度勾配を添加し、これにより単一の局所的領
域の大きさの２倍である勾配を試料ブロックを横切って引き起こす。なぜなら、
各局所的領域内の局所的バランスを通してさえ局所的対称性の欠如が存在するか
らである。局所的バランスおよび局所的対称性の概念は、試料ブロックの温度が
、例えば、インキュベーション間隔の間に、一定レベルに維持されている、静止
の温度バランスの達成に対して重要である。
試料ブロック中の急速な温度変化が起こっている動力学的場合について、各局
所的領域の熱的質量または容量は重要になる。なぜなら、各局所的領域にその温
度を変化するために流入しなくてはならない熱の量はその領域の熱的質量に比例
するからである。
したがって、静止の局所的バランスの概念は、局所的領域が合計の熱源および
ヒートシンクのｘ％を含む場合、それはまた「動力学的局所的バランス」が存在
するために熱的質量のｘ％を含まなくてはならないことを必要とすることによっ
て、動力学的場合に拡張することができる。同様に、「動力学的局所的対称性」
は、熱容量の質量中心が動力学的熱源およびヒートシンクの質量中心と一致する
ことを必要とする。簡単な用語でこれが意味することは、試料ブロックの熱的質
量がその金属であり、そして各局所的ゾーン内の金属の合計の質量が同一である
ように、試料ブロックの機械加工が対称であるかつバランスされることである。
さらに、各局所的ゾーンにおける金属の質量中心は動力学的熱源およびヒートシ
ンクの質量中心と一致すべきである。こうして、マルチゾーンヒータの質量中心
、すなわち、その幾何学的中心、およびランプ冷却チャンネルの幾何学的中心は
一致しなくてはならない。図２〜図９の研究から、静力学的および動力学的の局
所的バランスおよび局所的対称性の両者が試料ブロック１２の中に存在すること
は、後述の説明から理解されるであろう。
図１２は、本発明の教示に従う試料ブロック１２の設計のための並列する２つ
の局所的領域を示す。図１２において、２つの局所的領域２００および２０２の
境界はダッシュ線２０４，２０６および２０８でマークされている。図１２は、
ガードバンドの中に存在しない各局所的領域が、次の構成成分から構成されてい
ることを示す。すなわち、試料ウェルの２つの列；ヒータの合計の面積の１／８
倍であるフォイルヒータ１５６の部分；１つのランプ冷却チャンネル、例えば、
ランプ冷却チャンネル２１０および２１２；および、１つのバイアス冷却チャン
ネルである。局所的対称性を保存するために、各局所的領域はそのランプ冷却チ
ャンネル上に中心が存在し、そして各境界においてバイアス冷却チャンネル上で
１／２を有する。例えば、局所的領域２００はランプ冷却チャンネル２１０の上
に中心を有し、そしてバイアス冷却チャンネル２１４および２１６は、それぞれ
、局所的領域の境界２０４および２０６により切られている。こうして、ランプ
冷却チャンネルの質量中心（その中心）は、バイアス冷却チャンネルの質量中心
（局所的領域の中心）および各局所的領域に連結するフィルムヒータ部分の質量
中心と一致する。ＣＰＵ２０がフィルムヒータ１５６を推進して、ランプ冷却チ
ャンネルおよびバイアス冷却チャンネルにより除去されている熱エネルギーの量
に等しい熱エネルギーの量を入力するとき、静力学的局所的バランスは存在する
であろう。９６の試料混合物が存在するブロックの中心部分の各局所的領域は、
全体の試料ブロックの合計の熱的質量のほぼ１／８を含有し、ランプ冷却チャン
ネルの合計の数の１／８を含有しそしてバイアス冷却チャンネルの合計の数の１
／８を含有するので、各局所的領域について動力学的局所的バランスが存在する
。各局所的領域の金属の質量中心は、水平的に、局所的領域の下に横たわるフィ
ルムヒータ部分の中心；ランプ冷却チャンネルの中心；および、２つの半分のバ
イアス冷却チャンネルの質量中心；と一致するので、動力学的局所的対称性は各
線形回帰について存在する。
静力学的および動力学的の局所的バランスおよび局所的対称性として特徴づけ
られるこれらの物理学的性質により、試料ブロックは、集団中のすべての試料を
、先行技術のサーマルサイクラーより非常にいっそう均一に加熱および冷却する
。
図２を参照すると、局所的領域の境界の平面図が鎖線２１７〜２２５により示
されている。図２を見ると明らかなように、９６の試料ウェルの中央領域は境界
２１８〜２２４により境界される６つの隣接する領域に分割されている。さらに
、２つのガードバンドおよび局所的領域が各へりに添加されている。最もネガテ
ィブのｘ座標を有するへりの局所的領域（局所的領域は時にはまた局所的ゾーン
と呼ぶ）は、境界線２１７および２１８により境界されている。最もポジティブ
のｘ座標を有するへりの局所的領域は、境界線２２４および２２５により境界さ
れている。各局所的領域は試料ウェルのカラムを含有しないが、ウェルのカラム
シミュレーションするみぞ７８を含有することが認められる。みぞ７８の深さお
よび幅は、ウェルのカラムと同一の金属質量を除去し、これにより動力学的局所
的対称性を多少保存ように設計されている。したがって、へりの局所的ゾーン試
料ブロックの中央部分における６つの局所的ゾーンと熱的質量が異なる（それら
は、また、外部の接続、例えば、マニホールドおよび支持ピンにより追加の熱的
質量を有する）。この差は、へりの局所的ゾーンまたはガードバンドを前記マル
チゾーンヒータの別々に制御可能なゾーンで加熱し、こうしてブロックの中央ゾ
ーンより多くのエネルギーをガードバンドの中に入れることができるようにして
、説明される。
ブロックの各へりにおける局所的領域は、６つの中央に位置する局所的領域の
熱的性質に近似するが、それと正確に合致しない。へりの局所的領域は、試料ブ
ロック１２の周辺の回りを走るガードバンドを完結するので、「ガードバンド」
領域と呼ぶ。このガードバンドの目的は、試料ブロック１２に機械的に添付しな
くてはならない支持ピン、マニホールド、ドリップカラーおよび他の装置のよう
なものによって、ブロックへの機械的接続部の中に本来埋め込まれる、制御され
ないヒートシンクおよび熱源から、９６の試料ウェルを含有する試料ブロックの
中央部分をある程度熱的に絶縁することである。例えば、図２において、試料ブ
ロックのへりの表面２２８および２３０は、ランプ冷却チャンネルおよびバイア
ス冷却チャンネルを出入りする冷却液を運ぶプラスチックのマニホールドを取り
付けて有する。へり２２８および２３０に沿ったガードバンドは、へり２２８お
よび２３０に対して並列でありかつそれに最も近くに存在するスロット７８の部
分から成る。みぞ７８の深さは、みぞの底がバイアス冷却チャンネルおよびラン
プ冷却チャンネルの周辺に、それらを実際に交差させないで可能であるように、
密接するような深さである。この深さと結合するみぞ７８の幅は、図２における
点８２および２３２の間のスロット７８により除去される金属の体積が、試料ウ
ェル２３４で出発しそして試料ウェル８３で終わる試料ウェルの隣接する列によ
り除去される金属の体積にほぼ等しいような幅である。また、試料ウェルの周期
的パターンが各方向においてウェルの１つの列またはカラムにより延長される場
合、このような試料ウェルの追加の列が存在する所に、ブロックの回りのスロッ
ト７８はほぼ位置する。
支持接続が試料ブロックについて作られているへり２５０および２５２に沿っ
て、ガードバンドの局所的領域は、スロット７８の部分に加えて、全長のいくつ
かの冷却チャンネルを含有する。図３を参照すると、これらは次のものを含む：
隣接する局所的領域の隣接する１／２のバイアス冷却チャンネルとともに没入し
て全体のバイアス冷却チャンネルを形成するバイアス冷却チャンネルの１／２（
例えば、９２）；ランプ冷却チャンネル（例えば、１００）；および全体のバイ
アス冷却チャンネル（例えば、９１）。へり２５０におけるへりの局所的領域に
ついて、これらの冷却チャンネルは１０７，１９８および９９である。
ガードバンドにおける全体のバイアス冷却チャンネルは、ブロックのへりから
内方にわずかに変位している。これらの全体のバイアス冷却チャンネルを使用す
る理由は、「半分の」冷却チャンネルの構成が実際的ではないことである。バイ
アス冷却チャンネルはこのような厚い壁をもつゴムのライニングを必要とするの
で、「半分の」バイアス冷却チャンネルのライニングを通る孔を信頼性をもって
開いて保持することは困難であろう。へりの局所的領域におけるこの非対称性は
へりのガードバンドの局所的領域から冷却液へ熱の小さい過剰の損失を引き起こ
すが、それは試料ウェルを含有する試料ブロックの中央領域から十分に離れてい
るので、試料温度の不均一性へのその寄与は小さい。また、この小さい非対称性
の温度の影響を予測可能であるので、この作用は各ガードバンドの下でマルチゾ
ーンヒータシステムの別々に制御可能なゾーンを使用することによってさらに最
小にすることができる。
図１３を参照すると、図９におけるフィルムヒータ層１５６内に３つの別々に
制御されるゾーンが存在する。これらの別々に制御されるゾーンは、支持ブラケ
ット１４８に連結された試料ブロック１２の露出したへりにガードバンドの下に
位置する、へりのヒータのゾーンを含む。冷却液のマニホールドに取り付けられ
たへり２２８および２３０のためのガードバンドの下に位置する、別々に制御さ
れるマニホールドのヒータゾーンが、また、存在する。最後に、試料ウェルの下
に横たわる中央ヒータゾーンが存在する。これらのゾーンの各々に加えられる電
力は、ＣＰＵ２０および制御ソフトウェアにより別々に制御される。
フィルムヒータ１５６は、金属合金、例えば、インコネル（登録商標）の薄い
板をエッチングすることによって形成された、導電体のパターンから構成される
。選択した金属合金は、高い電気抵抗およびすぐれた耐熱性を有すべきである。
そのようにエッチングされた導電体のパターンは、電気絶縁性ポリマー材料、例
えば、カプトン（登録商標）の薄いシートの間に結合される。電気抵抗加熱要素
を絶縁するためにどの材料を使用しても、この材料は高温に対する抵抗、高い静
電強さおよびすぐれた機械的安定性をもたなくてはならない。
フィルムヒータの中央ゾーン２５４は、ガードバンドの内側の試料ブロックの
中央部分とほぼ同一の寸法を有する。中央部分２５４は均一な電力密度を試料ウ
ェル区域に供給する。
へりヒータ領域２５６および２５８は、へりガードバンドとほぼ同一の幅を有
するが、それほど長くない。
マニホールドのヒータ領域２６０および２６２は、図２においてへり２２８お
よび２３０についてのガードバンドの下に横たわる。
マニホールドのヒータゾーン２６０および２６２は、電気的に一緒に接続して
、１つの別々に制御可能なヒータゾーンを形成する。また、されたヒータ区画２
５６および２５８は電気的に一緒に連結して、第２の別々に制御可能なヒータゾ
ーンを形成する。第３の別々に制御可能なヒータゾーンは中央区画２５４である
。これらの３つの別々に制御可能なヒータゾーンの各々は別の電気リード線を有
し、そして各ゾーンは別のマイクロプロセッサまたは好ましい実施態様において
実施されるような共有されるＣＰＵ２０で実行することができる、別の制御アル
ゴリズムにより制御される。
へりヒータゾーン２５６および２５８は、支持ブラケットへの熱損失を補償す
るために推進される。この熱損失は、試料ブロック１２とそれを取り囲む周囲空
気との間の温度差に対して比例する。へりヒータゾーン２５６および２５８は、
また、試料ブロックからブロックの各へりにおける完全なバイアス冷却チャンネ
ルへの過剰の熱損失を補償する。この熱損失は、試料ブロック１２とこれらのバ
イアス冷却チャンネルを通して流れる冷却液との間の温度差に対して比例する。
マニホールドのヒータ区画２６０および２６２は、また、試料ブロック１２の
へりに取り付けられた、図１３におけるプラスチックの冷却液マニホールド２６
６および２６８への熱損失を補償するために推進される。マニホールドのヒータ
区画２６０および２６２のための電力は、試料ブロックと冷却液との間の温度差
に主として、そして試料ブロックと周囲空気との間の温度差に少ない程度に、比
例する熱損失を補償する。
実際的理由で、中央のヒータ区画２５４の上に横たわる試料ウェルを包含する
局所的領域の熱的質量と、ガードバンドの局所的領域の熱的質量と合致させるこ
とは不可能である。例えば、プラスチックの冷却液マニホールド２６６および２
６８はガードバンドから離れる方向に熱を伝えるばかりでなく、かつまたある量
の熱的質量をそれらが取り付けられたガードバンドの局所的領域に添加する。そ
の結果、急速なブロック温度が変化する間に、ガードバンドの温度の上下の速度
は試料ウェルの局所的領域のそれに正確に合致しない。これはガードバンドと試
料ウェルとの間の動力学的温度勾配を発生し、これは大きくさせると、許容され
うるより長い時間持続することがあるであろう。この温度勾配の作用は、ブロッ
ク温度の変化速度に対しておおよそ比例し、そしてブロック温度の変化速度に対
して比例する速度で各ガードバンドの局所的ゾーンから熱を添加または除去する
ことによって最小にされる。
ガードバンドのゾーンについての比例定数は、システムの設計の比較的安定な
性質であり、そしてプロトタイプについての加工の測定値により決定される。比
例定数についての値は、方程式（３）〜（５）の項の定義に関して下に記載する
。これらの方程式は、別の実施態様における、それぞれ、マニホールドヒータゾ
ーンに加えられる電力の量、ヒータゾーンのへりおよび中央ゾーンを決定する。
好ましい実施態様において使用する方程式は、ソフトウェア（方程式（４６）〜
（４８）、区域により分布された電力）の説明において下に記載する。
（３）Ｐm＝Ａm Ｐ＋ＫM1（ＴBLK −ＴAMB ）＋ＫM2（ＴBLK −ＴCOOL）＋ＫM3
（ｄｔBLK／ｄｔ）
ここで、
Ｐm ＝マニホールドヒータゾーン２６０および２６２に供給された電力、
Ａm ＝マニホールドヒータゾーンの領域
Ｐ＝ブロック温度をＰＣＲ熱サイクルのプロトコルにおいて任意の特定の時間
において所望の温度に止まらせるか、あるいはそれに動かせるために必要な電力
、
ＫM1＝０ワット／°Ｋに等しい、マニホールドを通る周囲への過剰の熱損失を
補償するために実験的に決定した比例定数、
ＫM2＝０．４ワット／°Ｋに等しい、冷却液への過剰の熱損失を補償するため
に実験的に決定した比例定数、
ＫM3＝６６．６ワット−秒／°Ｋに等しい、プラスチックのマニホールドなど
により引き起こされるマニホールドのへりのガードバンドの追加の熱的質量を補
償するための余分の電力を提供する実験的に決定した比例定数、
ＴBLK＝試料ブロック１２の温度、
ＴAMB＝周囲空気の温度、
ＴCOOL＝冷却液の温度、
ｄｔBLK／ｄｔ＝試料ブロックの温度変化／単位時間、
（４）ＰE＝ＡE Ｐ＋ＫE1（ＴBLK −ＴAMB ）＋ＫE2（ＴBLK −ＴCOOL）＋ＫM3
（ｄｔBLK／ｄｔ）
ここで、
ＰE ＝へりヒータゾーンに加えるべき電力、
ＡE ＝へりヒータゾーンの領域、
ＫE1＝０．５ワット／°Ｋに等しい、マニホールドを通る周囲への過剰の熱損
失を補償するために実験的に決定した比例定数、
ＫE2＝０．１５ワット／°Ｋに等しい、冷却液への過剰の熱損失を補償するた
めに実験的に決定した比例定数、
ＫE3＝１５．４ワット−秒／°Ｋに等しい、支持ピンおよびブラケット、温度
センサーなどへの試料ブロック１２の取り付けにより引き起こされる露出された
ガードバンドの追加の熱的質量を補償するための余分の電力を提供する実験的に
決定した比例定数、
（５） ＰC ＝ＡC Ｐ
ここで、
ＰC ＝マルチゾーンヒータの中央ゾーン２５４に加えるべき電力、
ＡC ＝中央ゾーン２５４の領域。
方程式（３）〜（５）の各々において、電力の項Ｐは変数であり、これは図１
においてＣＰＵ２０により実行される制御アルゴリズムの部分により計算され、
この部分はユーザが定めた設定点を読みそして、次に、ユーザが記憶装置に記憶
させた時間および温度の設定点により定められるＰＣＲ温度のプロトコルを実行
するために適切な温度に試料ブロック温度を止まらせるか、あるいはそれにさせ
るために何を実施するかを決定する。設定点を読みそして電力密度を計算する方
法は、下に詳細に記載する。
図１のＣＰＵ２０により実行される制御アルゴリズムは、図１および図９にお
いて温度センサー２１および図１においてバス５２を経て、試料ブロックの温度
を感知する。この温度を異ならせて、試料ブロック１２の温度変化速度を推進す
る。次いで、ＣＰＵは図１において温度センサー５６を経て周囲空気の温度を測
定し、そして図４６に示す冷却液制御システム２４中の温度センサー６１を経て
冷却液の温度を測定する。次いで、ＣＰＵ２０は実行されているＰＣＲプロトコ
ルの特定のセグメントに相当する電力ファクターを計算し、そして３つの計算を
方程式（３），（４）および（５）に従い、すべての測定した温度、比例定数（
これらは持久記憶装置に記憶される）、制御プログラムおよび種々のヒータゾー
ンの区域の特定の相互作用についての電力ファクターＰ（これらは持久記憶装置
に記憶される）を差し込むことによってなされる。電力ファクターは、ブロック
温度をその電流レベルから設定点を経てユーザが特定した温度レベルに動かすた
めに必要な合計の電力である。加熱および冷却を制御するためにＣＰＵが実施す
る計算についてのさらに詳細は、制御ソフトウェア「ＰＩＤタスク」の説明にお
いて下に記載する。
ヒータ１５６の３つのゾーンの各に加えるべき要求される電力を計算した後、
いくつかの実施態様において各ゾーンへ加えるべき入力電力の各ハーフサイクル
の比率に関する、他の計算を行う。下に記載する好ましい実施態様において、計
算のモードは、２００ミリ秒の試料の期間の間に起こるハーフサイクルの合計の
数のどれだけ多くのハーフサイクルを各ゾーンに加えるべきかである。このプロ
セスは、図４７および図４８、および制御ソフトウェアの「ＰＩＤタスク」の説
明に関して下に記載する。図１０に示す別の実施態様において、コンピュータは
各ゾーンについて図１０における分割線１６６の位置を計算する。この計算を実
施した後、適当な制御信号を発生して、マルチゾーンヒータ１５６について電力
供給を適当なスイッチさせて、各について計算した量の電力を各ゾーンに加える
ようにする。
他の実施態様において、全体の試料ブロックに均一な電力密度を供給する単一
のフィルムヒータ、およびガードバンドについて個々に１つのみのゾーンをもつ
１または２つのマルチゾーンヒータを使用して、マルチゾーンヒータを実行する
ことができる。これらの追加のヒータを、全体の試料ブロックをカバーする単一
のフィルムヒータの上に重ねる。このような実施態様において、ガードバンドの
損失の構成に必要な電力のみを追加のヒータゾーンに加える。
方程式（３）〜（５）における電力ファクターＰは、ユーザが特定した設定点
およびランプ時間に基づくＰＣＲ温度プロトコル上の種々の点についてＣＰＵ２
０により計算される。しかしながら、前述のゾーンヒータの最大の電力供給能力
に基づいて制限が付与される。
方程式（３）〜（５）中の比例定数は、すぐれた温度の均一性のためのガード
バンドにおける過剰の熱損失を適切に補償するために、適切にセットしなくては
ならない。
図１７を参照すると、ブロック温度の段階的変化に応答して、試料ブロックの
温度を実質的に低い温度からほぼ９４℃の変性インキュベーションの標的温度に
向けて上昇させる、複数の異なる試料について計算した試料温度の間の差のグラ
フが示されている。図１７は、マルチゾーンヒータ１５６が方程式（３）〜（５
）について項の定義において前述の比例定数を使用して適切に管理されるとき、
計算した試料液体の温度を示す。図１７のグラフを誘導するために使用した種々
のウェルは、単一の文字および数の組み合わせがその上に示されている。図２を
示す８×１２のウェル列は、文字を付したカラムおよび番号を付した列によりコ
ード化されている。こうして、例えば、試料ウェル９０はまた試料ウェルＡ１２
と表示されているが、試料ウェル８９はまた試料ウェルＢ１２と表示されている
。同様に、試料ウェル６８はまた試料ウェルＤ６などと表示されている。ここに
記載する温度勾配を排除に対する全体の熱的設計をもつため、ウェル温度は互い
のほぼ０．５℃範囲内にある温度に漸近的に落着くことが理解されるであろう。
上の記載は試料ブロックの温度を均一に制御し、そして急速に変化させること
ができる方法を説明する。しかしながら、ＰＣＲプロセスにおいて、プログラミ
ングすべきであるのは試料反応混合物の温度であって、ブロック温度ではない。
本発明の教示に従う好ましい実施態様において、ユーザは試料液体それ自体につ
いての標的温度の順序を特定し、そしてＰＣＲプロセスにおける各段階について
これらの標的温度の各々における試料液体のためのインキュベーション時間を特
定する。次いで、ＣＰＵ２０は試料ブロックの温度を管理して試料の反応混合物
を特定した標的インキュベーション温度にし、そして試料混合物をそれらの標的
温度に特定した時間の間保持する。ＣＰＵ２０により実行されるユーザのインタ
フェースのコードは、このプロセスのすべての段階において、端末１６のディス
プレー上に現在の計算した試料液体の温度を表示する。
実際の測定した試料温度を表示する困難は、反応混合物の実際の温度の測定が
温度測定プローブをその中に挿入することを必要とすることである。プローブの
熱的質量はそれを配置したウェルの温度を有意に変更することがある。なぜなら
、任意の特定のウェル中の試料の反応混合物はしばしば体積がわずかに１００μ
ｌであるからである。こうして、反応混合物の中への温度プローブの単なる挿入
は、反応混合物と付近の混合物との間に温度勾配を存在させることがある。温度
センサーの余分な熱的質量はそれを浸漬した反応混合物の温度を、小さい熱的質
量を有する他のウェル中の反応混合物の温度から、低下させるので、誤差は温度
を測定しようと単に試みることによって増幅を生ずることができる。
したがって、ここに記載する計器は既知の因子、例えば、ブロック温度の履歴
およびシステムの熱的時間の定数から試料温度を計算し、そしてディスプレー上
にこの試料温度を表示する。試料管を試料ウェルの中に少なくとも最小の限界力
Ｆで下にプレスする場合、好ましい実施態様において使用した試料管の大きさお
よび形状およびほぼ１００μｌの試料体積について、熱的に推進される対流は試
料の反応混合物内で起こりそしてこのシステムは熱的に単一の時間一定の直線の
システムの熱的に類似して作用することが、ここに記載するシステムについて実
験的に発見された。実験において、各試料管はほぼ５０ｇの力ですぐれたウェル
−壁−対−流体の熱伝導性についてウェル対ウェルについて押し下げなくてはな
らないことが示された。下に記載する加熱された定盤を各試料管上に約１００ｇ
の力で押し下げるように設計される。図１５において力ベクトルＦで記号化され
た、この最小の力は、試料ブロックにおける変形試料管と種々の試料ウェルとの
間のような外部の寸法のわずかの差に無関係に、すべての試料管がすべりばめお
よび同一平面の嵌合を各管について保証し、均一な熱伝導性を保証するために十
分な力で押し下げされることを確保するために必要である。対応する試料ウェル
においてゆるい嵌合のある試料管および緊密な嵌合のある試料管を有する設計は
、熱伝導性が不均一であるために、すべての管について厳密な温度制御を達成す
ることができないであろう。不十分なレベルの力Ｆは、図１４に２８６で示すよ
うにブロック温度の段階的変化に対する試料液体の温度の応答を生ずる。適切な
レベルの力Ｆは２８２に示す温度の応答を生ずる。
本発明の教示に従い構成された装置により達成される結果は、各試料混合物の
温度が新しい温度への転移の間に、あたかも試料が物理的よく混合されるように
、挙動することである。事実、各試料混合物の中に引き起こされた対流のために
、各試料管中の試料の反応混合物はより混合されている。
驚くべき結果は、全体のシステムの熱的挙動が、ブロック温度と試料温度との
間の差の減衰の半減期の約１．４４倍である９秒の単一の時間定数をもつ、電気
ＲＣ回路に似るということである。５０mlの試料を充填したジェネアンプ（登録
商標）の試料管は、約２３秒の時間定数を有する。換言すると、試料ブロックの
温度の上方の変化の間、反応混合物の温度は、電圧源Ｖの電圧出力の段階的変化
に応答する、図１６Ｄに示すような直列のＲＣ電気回路中のコンデンサＣ上の電
圧の上昇に似たように作用する。
これらの概念を説明するために、ブロック温度の段階的変化に対する試料液体
の異なる応答を示す図１４および試料ウェル／試料管の組み合わせを通る断面を
示す図１５を参照する。実験において、試料液体２７６の体積がほぼ１００μｌ
であり、そしてメニスカス２７８が試料ブロック１２の上部表面２８０より下に
位置するような寸法を管がもち、そして試料管を試料ウェルの中に押し下げる力
Ｆが少なくとも３０ｇであるとき、図１５に示すシステムの熱的時間定数τ（タ
ウ）は０．００９インチ（０．２３ｍｍ）（寸法Ａ）の円錐形区画における試料管
壁厚さについてほぼ９秒であることが発見された。また、実験において、３つの
条件について、熱的時間定数τは試料管の切頭体（円錐）についての壁厚さの０
．００１インチ毎について約１秒だけ変化であることが発見された。ここで述べ
る壁の薄い試料管は、２０〜１００マイクロタイターの試料を収容する際に、約
５〜１４秒の熱時間定数を有することがわかっている。より厚い管壁は、試料ブ
ロックの温度の変化と試料液体温度の生ずる変化との間の、より長い時間定数お
よびより多い遅れを生ずることが発見された。
数学的に、試料ブロックの温度変化に対する試料液体温度の熱的応答について
式は、次の通りである：
（６） Ｔsample＝ΔＴ（１−ｅ-t/ τ）
ここで、
Ｔsample＝試料液体の温度、
ΔＴ＝試料ブロック１２の温度と試料液体の温度との間の温度差、
ｔ＝経過時間、
τ＝システムの熱的時間定数、または試料ウェルの壁から試料液体への熱伝導
性で割った試料の熱容量。
図１４において、曲線２８２は、試料管を押し下げる力Ｆが十分に高いとき、
試料ブロック温度の理論的段階的変化に対するこの指数の温度の応答を表す。試
料ブロックの温度の段階的変化は関数２８４として示されており、時間Ｔ1 にお
いて開始する温度の急速な上昇が存在する。試料液体の温度は段階的変化に応答
して指数的に増加し、そして最終の試料ブロック温度に慚近的に近付く方法に注
意すべきである。簡単に前述したように、曲線２８６は、図１５における下向き
の配置力Ｆが試料管の円錐と試料ウェルの壁２９０との間の同一平面のすべりば
めを引き起こすために不十分であるときの、熱的応答を表す。一般に、力Ｆが３
０ｇより小さい場合、曲線２８６の熱的応答は生ずるであろう。図１５は明瞭の
ために試料管の円錐と試料ウェルの壁との間の空気の小さい層を示すが、空気は
すぐれた絶縁体でありそしてこのシステムの熱的時間定数を実質的に増加するで
あろうので、これは所望の場合の正確に反対である。
熱的時間定数τは直列のＲＣ回路におけるＲＣ時間定数に類似し、ここでＲは
試料ウェルの壁と試料液体との間の熱的抵抗に相当し、そしてＣは試料液体の熱
容量である。熱的抵抗は、単位ワット−秒／°Ｋで表される熱伝導性の逆数であ
る。
図１５において試料液体の中に示す対流の流れ２９２のために、反応混合物中
のすべての場所で、試料液体は同一温度に非常に近くにあり、そしてブロックと
試料との間の熱の流れは試料ブロックと試料の反応混合物との間の温度差に非常
に近くに比例する。比例定数は、試料ブロック１２中の試料ウェルの壁と反応混
合物との間の熱伝導性である。異なる試料体積または異なる管、すなわち、異な
る壁厚さまたは材料について、熱的時間定数は異なる。このような場合において
、ユーザはＰＣＲプロトコルの彼の規格の一部分として、試料の体積または管の
型を入れることができ、そして機械は試料温度を計算するとき使用する正しい熱
的時間定数を自動的に見るであろう。ある実施態様において、ユーザは実際の時
間定数を入れることができ、そして機械は試料温度の温度の計算にそれを使用す
るであろう。
熱的時間定数を出来るだけ小さく保持するために、試料管の円錐形壁は出来る
だけ薄くあるべきである。好ましい実施態様において、これらの円錐形壁は０．
００９インチ（０．２３ｍｍ）の厚さであるが、試料管の円筒形部分の壁は０．０
３０（０．７６ｍｍ）の厚さである。試料管の円錐形の形状は、試料混合物の体積
に関して、試料ウェルの壁の金属との接触表面積を比較的大きくする。
試料管の成形は、４つの試料管が各射出で成形されるような、「常温ランナー
」システムおよび４つのキャビティを使用して実施される。成形されたプラスチ
ックは、残りのプラスチックが試料管の先端と試料ウェルの先端との間のキャビ
ティ２９１の中に突起するように、試料管の円錐の先端で射出される。これは残
部のプラスチックが管とウェルとの間の同一平面の嵌合を妨害するのを防止する
。０．０３０インチ（０．７６ｍｍ）の最小限界を残部のプラスチックの大きさに
置く。
種々の実施態様において、各々が異なる利点をもつ３つの異なる等級のポリプ
ロピレンを使用できる。好ましいポリプロピレンはヒモント（Ｈｉｍｏｎｔ）か
らのＰＤ７０１である。なぜなら、それはオートクレーブ処理可能であるからで
ある。しかしながら、このプラスチックは低いメルトインデックスをもつので、
成形が困難である。このプラスチックは３５のメルトインデックスおよび９の分
子密度を有する。ＰＤ７０１はばりを残す傾向があり、そして多少斑点がある品
質の部分をつくるが、現在実施されているように円錐形区画の先端における代わ
りに、成形物の厚い壁の部分に射出成形した場合、よりよく働く。一般に、成形
容易のために高いメルトインデックスを有するが、すぐれた強さ維持しかつ２６
０°Ｋにおけるオートクレーブ処理の熱ストレスの下でひび割れまたは割れを防
止するために、また、高い分子密度を有することが望ましい。他のプラスチック
、アメリカン・ヘスヒト（American Hoescht）からのＰＰＷ１７８０は、７５の
メルトインデックスおよび９の分子密度を有し、そしてオートクレーブ処理可能
である。ある実施態様において使用できる他のプラスチックはヒモント（Ｈｉｍ
ｏｎｔ）４４４である。このプラスチックはオートクレーブ処理可能ではなく、
そして他の方法で滅菌することが必要である。
他の実施態様において、溶融したプラスチックの温度が型のちょうどゲートま
で制御される場合、管は「ホットランナー」または「ホットノズル」システムを
使用して成形できる。また、ある実施態様において、多数のゲートを使用できる
。しかしながら、これらの技術のいずれも、充填の時間において、現在使用する
「常温ランナー」システムよりすぐれることが実験的に証明された。
このシステムは単一の時間定数のＲＣ回路のように熱的に作用するという事実
は重要結果である。なぜなら、それは試料ブロックから試料の反応混合物への熱
伝導性は既知でありかつ均一である場合、試料混合物の熱的応答は既知でありか
つ均一であることを意味するからである。試料の反応混合物の熱容量は既知であ
りかつ一定であるので、試料の反応混合物の温度はブロック温度の経時的に測定
した履歴のみを使用して正確に計算することができる。これは試料温度を測定す
る必要性を排除し、これにより無視できない熱的質量をもつプローブを試料ウェ
ルの中に入れて試料温度を直接測定し、これによりプロービングしたウェル中の
試料の熱的質量を変化させる誤差および困難を排除する。
この計算を行うアルゴリズムは、単一の温度定数の直列のＲＣ電気回路のよう
にシステムの熱的挙動を作る。このモデルは、液体試料の熱容量／試料ブロック
から試料の反応混合物への熱伝導性の比を使用する。試料の反応混合物の熱容量
は、低い比熱×液体の質量に等しい。耐熱性は１／試料ブロックから試料管壁を
通る液体反応混合物への熱伝導性に等しい。熱容量／熱伝導性の比は一致した単
位で表すとき、それは時間の次元を有する。固定した試料体積および試料の組成
、それらの両者はすべての試料ウェルにおいて同一である、および固定した熱伝
導性について、その比は、また、すべての試料ウェルについて一定であり、そし
てそのシステムの熱的時間定数と呼ばれる。それは、ブロック温度の急激な段階
的変化後、試料温度がブロック温度の３６．８％以内に来るために要する時間で
ある。
システムのインパルスの応答が知られている場合、フィルターまたは他の直線
のシステムの出力応答を計算することができるということを支持する、電子回路
の分析において使用される数学的理論が存在する。このインパルスの応答は、ま
た、移動関数として知られている。直列ＲＣ回路の場合において、インパルスの
応答は図１６Ａに示すように指数関数である。図１６Ａの応答を生ずるインパル
スの刺激は図１６Ｂに示されている通りである。このような直線のシステムの出
力応答は入力信号のたたみ込みおよび重み関数を計算することによって決定する
ことができ、ここで重み関数は時間を逆転したシステムのインパルス応答である
、ことを前述の数学的理論的は支持する。たたみ込みはそうでなければ連続加重
平均として知られているが、たたみ込みは初期に小さい段階的大きさをもつ微分
積分学における１つの概念であるが、連続加重平均明確な段階的大きさ、すなわ
ち、多数の試料を有する。図１６Ｄに示す直列ＲＣ回路のインパルス応答は次の
ようなものである。すなわち、電圧発生器Ｖの電圧が図１６Ｂに示すような電圧
のスパイクで急激に上下するとき、コンデンサーＣ上の電圧は図１６Ａにおいて
２９４におけるピークに上昇し、このピークは図１６Ｂに示すインパルスのピー
ク電圧に等しく、次いで指数的に減衰して定常状態の電圧Ｖ1 に戻る。生ずる重
み関数は、図１６Ｃにおいて３８５に示すように時間で回転する図１６Ａのイン
パルス応答である。
近似の温度の段階的変化についての試料ブロック１２の温度の典型的な温度履
歴を示す仮説の曲線３８７は、図１６Ｃ上に重ねられている。また、５つの試料
時間Ｔ1〜Ｔ5 の温度が図１６上に重ねられている。本発明の教示に従い、これ
らの時間Ｔ1 〜Ｔ5 の各１つをその特定の時間における重み関数の値を掛け、次
いですべてのそれらの積を合計し、そして５で割ることによって、試料温度は計
算される。熱的システムが単一の温度定数の直線回路のように作用するという事
実は、この複雑な熱的システムについての熱的熱移動の考慮の複雑さに基づく、
驚くべき結果である。
１つの実施態様において、試料温度の計算は、ブロック温度センサーおよび試
料液体への異なる熱的通路長さにより引き起こされる輸送遅れを説明する短い遅
延により調節される。計算した試料温度は、図１に示す端末１６上のユーザの情
報のために表示される。
図１７において、９６ウェルの試料ブロックを通る６つの異なるウェルの広が
りについて、ハイブリダイゼーション／伸長温度範囲における比較的低い温度か
ら変性のためのほぼ９６℃の比較的高い温度への試料ブロック温度の段階的変化
についての温度応答の結果が示されている。図１７のグラフが示すように、シス
テムが図１６Ｄに示す直列ＲＣ回路に好ましくは類似する場合、試料温度におけ
る予測された指数の上昇の間にすぐれた一致が存在し、そしてまた、温度応答の
きわめてすぐれた温度応答の均一性が存在し、ここでこの研究において使用した
６つの試料ウェルの温度は、互いに非常に密接する温度においておよびほぼ０．
５℃の幅である変性温度の「許容されうる」バンドにおいて漸近的に安定する。
１つの実施態様において、最も最近のブロック温度の試料を連続加重平均につ
いて使用したが、他の実施態様において、異なる数の温度履歴試料を使用するこ
とができる。理論的に予測された結果とのすぐれた一致は、熱的対流の流れが試
料液体をよく混合し、これによりこのシステムを直線方式で作用させるという事
実から由来する。
９６ウェルの列を通る種々のウェルの広がりにおける試料温度の間の均一性は
、試料ブロック構造における動力学的および静力学的局所的バランスおよび局所
的対称性ならびにここに詳細に記載する他の熱的設計因子から生ずる。しかしな
がら、急速な温度変化の間、ユーザが各試料ウェルに同一質量の試料液体を入れ
る場合にのみ、すべての試料ウェルは互いに０．５℃以内の温度を有するであろ
うことに注意すべきである。異なるウェルにおいて質量が等しくないとき、定常
状態で、条件が不変であり、急速な変化の間のみにおいて温度は等しくなくなる
ことはない。各ウェル中の試料液体の質量は、各試料の熱容量の決定において優
性因子であり、したがって、その特定の試料ウェルについて熱的時間定数におい
て優性因子である。
すべての試料ウェル中の試料液体を一致して上下の温度サイクルにかけ、そし
て標的温度を互いに非常に近くに、すなわち、わずかに０．５℃の幅である許容
度のバンドにおいて安定化する能力、また、図１５における力Ｆに依存するに注
意すべきである。この力は、同様な質量の試料液体を充填したすべての試料ウェ
ルの熱的時間定数が同一の温度定数を有する前に、最小の限界の力を越えなくて
はならない。最小の限界の力は、ここに記載する試料管および試料ウェルの形状
について３０ｇであることが実験的に決定された。より高いレベルの精度につい
て、図１５における最小の限界の力Ｆは、前述したように安全性の追加の限界に
ついて少なくとも５０ｇ、好ましくは少なくとも１００ｇであることが確立され
た。
試料ウェルの温度の熱的均一性の重要性は、図１８を参照すると理解すること
ができる。この図面は、ＤＮＡのある種のセグメントの増幅の１つの例について
の、ＰＣＲサイクルにおいて発生したＤＮＡの量と変性間隔の間実際の試料温度
との間の関係を示す。９３℃および９５℃の温度の間の関数２９８の傾斜は、こ
の特定のＤＮＡのセグメントおよびプライマーについてほぼ８％／℃である。図
１８は増幅により発生したＤＮＡの量に関係する曲線の一般の形状を示すが、こ
の曲線の形状の詳細はプライマーおよびＤＮＡ標的の各異なる場合とともに変化
する。９７℃以上の変性のための温度は一般に熱く、そして増加する変性温度に
ついて増幅を減少させる。９５℃および９７℃の間の温度は一般にちょうど正し
い。
図１８が例示するように、ほぼ９３℃の変性温度で安定化するこの特定のＤＮ
Ａ標的およびプライマーの組み合わせを含有する試料ウェルは、９４℃で変性し
たウェルより８％少ない典型的なＰＣＲプロトコルの過程で発生したＤＮＡを有
するように思われる。同様に、９５℃の変性温度で安定化するこの混合物の試料
液体は、９４℃の変性温度で安定化する試料ウェル中で発生したより８％多いそ
の中で発生したＤＮＡを有するように思われる。この性質のすべての曲線は同一
の一般形状を有するので、試料温度の均一性を有することは重要である。
前述したようにして計算した試料温度は、ヒータおよびランプ冷却チャンネル
を通して流れ制御し、そして種々の標的温度に試料が保持される長さを決定する
制御アルゴリズムにより使用される。制御アルゴリズムは、これらの時間を使用
して、ユーザが入れた各インキュベーション期間についての所望の時間と比較す
る。時間が合致するとき、制御アルゴリズムは次のインキュベーションについて
ユーザが定めた標的温度に向かう試料ブロックを加熱または冷却するために適当
な工程を取る。
計算した試料温度は設定点、すなわち、ユーザがプログラミングしたインキュ
ベーション温度の１℃内であるとき、制御プログラムはタイマを始動させる。こ
のタイマをプリセットして、セットした数をカウントダウンして、実施されてい
るインキュベーションについてユーザが特定した間隔をタイムアウトすることが
できる。計算した試料温度が１℃内にあるとき、タイマは始動してプリセットし
たカウントからカウントダウンする。タイマがゼロカウントに到達するとき、信
号は活性化され、これによりＣＰＵはＰＣＲプロトコルの次のセグメントを実行
する作用をする。特定された間隔の時間を定める方法は、本発明を実施する目的
について十分である。
典型的には、特定の標的温度付近の許容度のバンドは±０．５℃である。いっ
たん標的温度に到達すると、コンピュータはバイアス冷却チャンネルおよびフィ
ルムヒータを使用して試料ブロックを標的温度を保持し、こうしてすべての試料
は特定した間隔についての標的温度の近くに止まる。
よく働くとここに記載する熱的システムについて、試料ブロックから各試料へ
の熱伝導性は既知であり、そして非常に密接な許容度内に均一である。そうでな
ければ、タイマが始動するとき、すべての試料は標的温度の特定した許容度のバ
ンド内にあるわけではなく、そしてすべての試料が標的温度において同一のイン
キュベーション間隔を経験するわけではない。
また、この熱的システムがよく働くためには、すべての試料管は周囲環境にお
ける変動から隔離しなくてはならない。すなわち、ある試料管をドラフトにより
冷却し、一方物理的に異なる位置における他の試料管が同一冷却作用を経験しな
いようにすることは望ましくない。すぐれた均一性について、すべての試料の温
度を試料ブロックの温度によってのみ決定することは高度に望ましい。
周囲からの管の隔離、および試料管を押し下げる最小の限界の力Ｆを加えるこ
とは、試料管および試料ブロックの上の加熱されたカバーにより達成される。
試料液体は温度制御の金属ブロックの中に緊密にプレスした試料管の中に存在
させ、緊密にキャップをし、メニスカスを温度制御の金属ブロックの表面よりか
なり下にしてさえ、試料はなお対流により上方に熱を失う。有意には、試料が非
常に熱い（変性温度が典型的には試料液体の沸点付近にある）とき、試料液体は
水蒸気の還流により非常に有意な量の熱を失う。このプロセスにおいて、水は熱
い試料液体の表面から蒸発し、そしてキャップの内壁および試料ブロックの上部
表面より上の試料管のより冷たい上部の上に凝縮する。比較的大きい体積の試料
が存在する場合、凝縮は続き、そして凝縮物は蓄積しそして試料管の壁を下に流
れて反応混合物の中に入る。この「還流」プロセスは還流される水の１ｇ当たり
約２３００ジュールの熱を運ぶ。このプロセスは１００μｌの反応混合物の表面
温度を数度低下させ、これにより反応の効率を大きく減少する。
反応混合物が少ない、例えば、２０μｌでありそして試料管が試料ブロックの
上部表面より上で比較的大きい表面積を有する場合、反応混合物中の水の有意の
分画は蒸発することができる。次いで、この水は試料管の上の部分の内側で凝縮
し、そしてサイクルの高い温度の部分の残部の間に、表面張力によりそこに止ま
ることができる。これは残りの反応混合物をそのように濃縮することができるの
で、反応は障害されるか、あるいは完全に失敗する。
先行技術のＰＣＲ熱的サイクルにおいて、この還流の問題は反応混合物の上に
油または溶融した蝋の層を配置することによって処理された。この油または蝋の
不混和性層は水性反応混合物上に浮き、そして急速な蒸発を防止した。しかしな
がら、油の添加に労力を要し、これは処理のコストを上昇させる。さらに、油の
存在は処理および分析の後の工程を妨害し、そして試料の汚染の可能性をつくっ
た。事実、工業銘柄の鉱油は、過去において、ユーザに未知の油中の汚染因子の
未知の存在により試料を汚染することが知られている。
油のオーバーレイの必要性は排除され、そして熱損失および蒸発による反応混
合物の濃縮および還流により引き起こされる予測されない熱的作用の問題は、本
発明の教示に従い、試料管の上の部分がその中に突起する試料より上の体積を取
り囲み、そしてこの体積を上から加熱されたカバー（これは時には、また、定盤
と呼ぶ）により加熱することによって回避される。
図１９を参照すると、試料管を取り囲みそしてそれに下向きの力を加えて、図
１５において最小の限界力Ｆを供給する、構造体の断面図が示されている。加熱
された定盤１４をレッドスクリュー３１２に連結されていて、矢印３１４で示す
軸に沿ってレッドスクリュー３１２の回転で上下に動く。レッドスクリューはす
べりカバー３１６中の開口を通してねじ込められ、そしてノブ３１８により回転
する。定盤３１４はコンピュータ２０により制御される抵抗ヒータ（図示せず）
により水の沸点以上の温度に加熱される。
すべりカバー３１６はレール３２０および３２２上をＹ軸に沿って前後にすべ
る。カバー３１６は垂直側３１７および３１９を含みそして、また、試料ブロッ
ク１２および試料管を囲むＸ−Ｚ平面（図示せず）に対して平行な垂直側を含む
。この構造は試料管（それらの管３２４および３２６は典型的である）にドラフ
トが作用するのを実質的に防止する。
図２０は、すべりカバーが後退位置にあって試料ブロックへのアクセスを可能
とする、すべりカバー３１６および試料ブロック１２の斜視図である。すべりカ
バー３１６は長方形の箱の蓋に類似し、ここで垂直壁３２８は除去されてすべり
カバー３１６を試料ブロック１２の上にすべらせる部分３３０を有する。すべり
カバーは、図２０においてＹ軸に沿って、そのカバーが試料ブロック１２の上の
中央にくるまで動く。次いで、ユーザはノブ３１８をある方向に回して、ノブ３
１８上のマーク３３２が飾り板３３６上のマーク３３４と一直線上になるまで、
加熱された定盤１４を下げる。ある実施態様において、飾り板３３６はすべりカ
バー３１６の上部表面に永久的に添付することができ、こうして異なる大きさの
試料を使用するとき、インデックスマーク３３４は異なる位置に配置することが
できる。換言すると、より高い試料管を使用する場合、加熱された定盤１４は図
１５における最小の限界力Ｆを加えるほど多く下げる必要はない。使用において
、ユーザはスクリュー３１８をねじって、インデックスマークが一直線になるま
で、定盤１４を低下させる。次いで、ユーザは最小の限界力Ｆが各試料管に加え
られたことを知る。
図１５および図１９を一緒に参照すると、図１９における加熱された定盤１４
を下げる前に、各試料管のためのプラスチックキャップ３３８はプラスチックト
レー３４０（図１９）の壁の上部のレベルより上の約０．５ｍｍまで粘着し、そし
てプラスチックトレー３４０は９ｍｍの中心上でゆるい８×１２列ですべての試料
管を保持する。試料ウェルの列は１００μｌの容量の９６本までのマイクロアン
プ（登録商標）のＰＣＲ管または０．４mlの容量の４８本までのより大きいジェ
ネアンプ（登録商標）を保持することができる。このトレーは下においてより詳
細に論じられる。トレー３４０は試料管のための８×１２の列を有する平らな表
面を有する。この平らな表面は図１５および図１９の水平線として示されており
、この水平線は図１９において試料管３２４および３２６と交差する。トレー３
４０は、また、４つの垂直壁を有し、それらのうちの２つは図１９に３４２およ
び３４４で示されている。これらの垂直壁の上部のレベルは、図１５に３４６で
示されており、参考平面を定める長方形の箱を確立する。
図１５において最もよく見られるように、すべての試料管のキャップ３３８は
この参照平面３４６より上にある小さい量だきえ突起し、その量はキャップ３３
８を加熱された定盤１４により軟化および変形し、そして参照平面３４６のレベ
ルに下方に「押しつぶす」ように設計される。好ましい実施態様において、加熱
された定盤１４は図１におけるＣＰＵ２０および定盤１４中の抵抗ヒータ（図示
せず）に連結したバス２２により１０５℃の温度に保持される。好ましい実施態
様において、図１９におけるノブ３１８およびレッドスクリュー３１２は、加熱
された定盤１４が下降しそしてキャップ３３８の上部と接触するまで、回転され
る。好ましい実施態様において、試料管のためのキャップ３３８はポリプロピレ
ンから作られる。これらのキャップは加熱された定盤１４と接触するようになっ
た短い時間で軟化する。キャップは軟化するにつれて、変形するが、それらの弾
性のすべてを失うことはない。キャップと接触後、定盤は参照平面３４６上で配
置されるまでさらに下降する。これはそれ以上の下降はキャップ３３８を変形し
、そして少なくとも５０ｇの最小の限界力Ｆで各試料管を押し下げて、各試料管
を試料ウェルの中にしっかり配置させる。キャップ３３８が参照平面３４６より
上に突起する量、および加熱された定盤１４が参照平面３４６の上に静止すると
きの変形および残留弾性の量は、少なくとも５０ｇ、好ましくは１００ｇの最小
の限界力Ｆがすべての試料管について達成され、次いで加熱された定盤１４が参
照平面３４６のレベルの下降した後存在するように、設計される。
加熱された定盤１４およびトレー３４０の４つの垂直壁および平らな表面は、
定盤１４がトレーの上部へり３４６と接触するとき、加熱され、シールされた隔
室を形成する。トレー３４０のプラスチックは比較的劣った熱伝導性を有する。
実験において、加熱された定盤１４とキャップ３３８との接触および、比較的劣
った熱伝導性を有する材料の壁による試料ブロック１２の上部レベル２８７０よ
り上に突起する試料管２８８の部分の隔離は、有益な結果を有することが発見さ
れた。この構造体により、管およびキャップの上の部分全体は、管およびキャッ
プの内側表面上に凝縮物がほとんどまたはまったく形成しないように十分に高い
温度にされる。なぜなら、加熱された定盤は水の沸点より上の温度に保持される
からである。これは、図１５における試料液体２７６がその沸点付近の温度に熱
されるときでさえ、真実である。これは試料混合物２７６の上部の上に浮く不混
和性物質、例えば、油または蝋の層の必要性を排除し、これによりＰＣＲ反応に
関係する労働の量を減少し、そして試料の起こりうる汚染の１つの源を排除する
。
実験において、加熱されたカバーの非常に高い温度およびその試料ブロック１
２への密接性にかかわらず、高い温度および低い温度の間の正確なかつ急速なサ
イクルの試料ブロック１２の能力への影響がほとんどないことが発見された。
加熱された定盤１４は前述の還流プロセスにより試料の冷却を防止する。なぜ
なら、それはキャップの温度を水の沸点より上に保持し、これによりキャップの
内側を乾燥して保持するからである。これは、また、キャップが管から除去され
たとき、エアゾールの形成を防止する。
他の実施態様において、図１５における最小の許容されうる下向きの力Ｆを存
在する試料管の数に無関係に各個々の試料に加えることができ、そして凝縮およ
び還流および対流冷却を防止する手段は、本発明を実施する目的に十分であろう
。この下向きの力Ｆの適用および還流および望ましくない試料液体の濃縮を防止
する熱の使用の両者は、好ましい実施態様において実施するのと同一のシステム
により必ずしも実施する必要はない。
試料管はそれらの高さの数千分の１インチだけ変化することができる。さらに
、試料管のためのキャップは、また、高さが数千分の１インチだけ変化すること
ができる。また、試料ブロック１２中の各円錐形試料ウェルは同一深さに正確に
孔開けすることができなく、そして試料ブロック中の各円錐形試料ウェルはわず
かに異なる直径および角度に孔開けすることができる。こうして、キャップをし
た管の集団は試料ブロックの中に配置して対応する試料ウェルの中に静止させる
とき、キャップの上部はすべてが同一高さである必要はないであろう。この高さ
について最も悪い不一致は最も高い管から最も低い管で０．５ｍｍ程度に多くある
ことができるであろう。
完全に平らな非加熱定盤１４をそれがそれ自身の位置を自由に見いだすように
取り付け、これをこのようなキャップの列の上に押し下げた場合、それはまず３
つの一番高い管と接触するであろう。それ以上の圧力を加えそして一番高い管が
多少圧縮されるとき、定盤はより低い管のあるキャップと接触し始めるであろう
。管およびキャップのアセンブリーがしなやかでないかぎり、一番短い管が少な
くとも接触する前に、一番高い管は損傷を受けるという、明確な可能性が存在す
る。あるいは、すべての高い管を十分に圧縮して一番短い管を接触させるために
必要な力は、装置にそれを加えるのに大きすぎることがある。いずれの場合にお
いても、１または２以上の短い管はまったくプレスされないか、あるいはその管
の熱的時間定数がすべての他の管の熱的時間定数に等しいことを保証するために
不十分な力で押し下げられることがある。これは試料ブロック中のすべての管に
ついて同一のＰＣＲサイクルの達成を失敗させるであろう。なぜなら、異なる熱
的時間定数をもつ管は他の管と歩調をそろえないであろうからである。定盤を加
熱しそしてキャップを軟化すると、これらの危険は、１つの因子として管の高さ
を異ならせる製作の許容度の誤差を排除することによって、排除される。
他の実施態様において、全体の加熱された定盤１４はしなやかなゴム層でカバ
ーされる。加熱された定盤上のしなやかなゴムは高さ許容度の問題を解決するが
、また、加熱された定盤から管のキャップへの熱の流れを遅延させる熱的絶縁層
として作用するであろう。さらに、高温度における長時間の使用では、ほとんど
のゴム材料は劣化するか、あるいは堅くなる。したがって、加熱された定盤の表
面は金属および熱のすぐれた伝導体であることが望ましい。
他の別の実施態様において、９６の個々のばねを定盤に取り付けて、各ばねが
単一の試料管を押し下げるようにすることができる。これは複雑でありかつ費用
のかかる解決法であり、そして機械的精確さをもって定盤を管の列の上に整列さ
せることが必要であり、この達成は困難または面倒である。
好ましい実施態様における各試料管についての必要な個々のコンプライアンス
はプラスチックキャップの使用により供給され、これらのキャップは定盤からの
力の下で予測可能な方法でつぶれるが、つぶれたときでさえ、各試料管をそのウ
ェルの中にしっかり静止させて保持するために適切な下向きの力Ｆをなお発揮す
る。
図１５に示す試料管のキャップ３３８において、表面３５０はぎざぎざ、ばり
およびカットを含まず、こうして試料管２８８の内側壁３５２とハーメチックシ
ールを提供できるようにすべきである。好ましい実施態様において、キャップの
材料はポリプロピレンである。適当な材料は前述のヒモント（Ｈｉｍｏｎｔ）に
より製作されたヴァルティク（Ｖａｌｔｅｃ）ＨＨ−４４４またはＰＤ７０１ポ
リプロピレンまたはアメリカン・ヘスヒト（American Heoscht）によりＰＰＷ１
７８０であることができる。好ましい実施態様において、キャップのドーム部分
についての壁厚さは０．１３０±０．００５インチ（３．３０±０．１２ｍｍ）で
ある。好ましい実施態様において、肩部分３５６の厚さは０．０２５インチ（０
．６４ｍｍ）であり、そしてキャップのドーム形部分の幅は０．０２０３インチ（
０．５２ｍｍ）である。
図１５における最小の限界力Ｆをすべての試料管に加え、そしてキャップおよ
び試料管の上の部分を凝縮および還流を防止するために十分な高い温度に加熱さ
せる、キャップの材料および形状は、本発明を実施する目的に十分であろう。ド
ーム形のキャップ３３８はキャップの変形を促進する薄い壁を有する。加熱され
た定盤は高い温度に保持されるので、ドーム形のキャップの壁厚さは射出成形に
より容易に製造されるために十分に厚くあることができる。なぜなら、管の高さ
の差を説明するために必要なコンプライアンスは室温において不必要であるから
である。
定盤は本発明の教示に従い９４℃〜１１０℃の温度に保持することができるが
、水の沸点は１００℃であるので、１００℃〜１１０℃の範囲は還流の防止に好
ましい。この温度範囲において、キャップは１ｍｍ程度に多く容易につぶれるため
にちょうど十分に軟化することが実験的に発見された。研究において、使用する
ポリプロピレンの弾性は、これらの温度においてさえ、つぶれが完全には非弾性
的でないようなものであることが示された。すなわち、加熱された定盤はキャッ
プの永久的変形を引き起こすが、キャップの材料は、それらの室温の弾性率の有
意に十分な部分をなお保持するので、最小の限界力Ｆは各試料管に加えられる。
さらに、キャップの軟化のために、試料ブロックの中にいかに多くの管が存在す
るかに無関係に、過度の力を使用しないで、加熱された定盤はそれと接触するす
べてのキャップを一様な高さにする。
キャップの温度はＰＣＲサイクル全体の間に水の沸点より上であるので、各キ
ャップの内側表面は完全に乾燥して止まる。こうして、ＰＣＲプロセスの終わり
において、試料を試料ブロックから取り出す前に室温に冷却し、各試料管上のキ
ャップを開く場合、交差汚染を生じうる試料管の内容のエーロゾルの噴霧が発生
する可能性は存在しない。なぜなら、シールを破壊したとき、管のシールに対す
るキャップに液体が存在しないからである。
これはきわめて有利である。なぜなら、増幅した生成物のＤＮＡを含有するエ
アゾールの小さい粒子は実験室を汚染し、そして他の源、例えば、他の患者から
の試料を含有する試料管の中に入り、これにより非常に面倒である誤った陽性ま
たは陰性の診断結果を多分引き起こすからである。ＰＣＲ増幅プロセスのユーザ
は、他の試料を汚染しうるエアゾールの発生に極めて関心をもつ。
使い捨てプラスチック製品のシステムを使用して個々の試料管を８×１２列に
変換し、この８×１２列はマイクロタイタープレートのフォーマットの実験室の
装置と適合性であるが、十分な個々の動きの自由度を維持して、システムの成分
の熱膨張の種々の速度の差を補償する。熱的にしなやかなキャップの関係は試料
ブロック、およびキャップを所定位置にもつ２本の試料管の断面図である図２１
Ａにおいて最もよく見られ、そして試料管はプラスチックの９６ウェルのマイク
ロタイタートレーおよびリテイナーの１つの実施態様の組み合わせにより所定位
置に保持されている。図２１Ｂは、システムの種々の使い捨てプラスチック製品
のほとんどの構造および相互作用を示す、別の好ましい実施態様である。長方形
のプラスチックの９６ウェルのマイクロタイタープレートのトレー３４２は試料
ブロック１２の表面上に静止する。フレーム３４２の上部へり３４２は、キャッ
プ（その１例はキャップ３６４である）の高さよりほぼ０．５インチ（１２．７
ｍｍ）短い高さを有する。キャップ付き管のすべてはフレーム３４２のへり３４６
より高く突起する。フレーム３４２は、下向きに延びるうね３６６がその全長を
通してガードバンドみぞ７８の中に延びる。しかしながら、フレーム３４２はギ
ャップ（図示せず）を有し、このギャップは図２に平面図で示しそして図７に断
面図で示す温度センサーのためのみぞ７８中のギャップに相当する。
前述の参照平面３４６はフレーム３４２の上部により確立される。この参照平
面が加熱された定盤と相互作用する方法は次の通りである。図２０におけるノブ
３１８をねじ込んでインデックスマーク３３２および３３４に合致させて増幅実
験を開始する前に、目盛り定めプロセスを実施して図２０における飾り板３３６
上のマークの位置を決めた。この目盛り定めは図２１におけるフレーム３４２を
試料ブロックの位置に配置することによって開始する。しかしながら、フレーム
３４２は空であるか、あるいはその中の管は所定位置にキャップをもたないであ
ろう。次いで、ノブ３１８をねじ下げて、加熱された定盤１４をフレーム３４２
の上部へり３４６とその周辺全体の回りにしっかり接触させる。ノブ３８を十分
にねじ下げて加熱された定盤を参照平面３４６上に静止させそしてフレーム３４
２を試料ブロックの上部表面２８０に対してしっかりプレスしたとき、好ましい
実施態様の回転可能な飾り板３３６を回転させて、飾り板上のインデックスマー
ク３３４をノブ３１８上のインデックスマークと一致させる。次いで、ノブ３１
８を反時計回りに回転して定盤１４を上昇させ、そして図１９におけるカバー３
１６をネガティブＹ方向にすべらせて、フレーム３４２および試料ブロック１２
のカバーを取る。次いで、試料混合物を充填したキャップ付き試料管をフレーム
３４２中の所定位置に配置することができる。次いで、加熱されたカバー３１６
を試料ブロックの上に配置し戻し、そしてノブ３１８を時計回り回転して加熱さ
れた定盤１４を下げて、ノブ上のインデックスマーク３３２を前述したように位
置決めしたインデックスマーク３３４と一致させる。すべての管を最小の力Ｆで
しっかり静止させるというこの保証が適用された。インデックスマークの使用は
ユーザに簡単な、評価可能なタスクを実施させる。
わずかの試料管のみが所定位置に存在する場合、インデックスマーク３３２お
よび３３４を一致させるために、小さい量のトルクを必要とするだけである。し
かしながら、多数の管が存在する場合、インデックスマークを一致させるために
、ノブ３１８上により多くのトルクを必要とするであろう。なぜなら、各管はキ
ャップが変形するとき加熱された定盤１４の下向きの動き抵抗するからである。
しかしながら、インデックスマーク３３２および３３４が整列したとき、加熱さ
れた定盤はもう一度フレーム３４２の上部へり３４６に対して緊密に配置され、
そしてすべての管はそれに加えられた最小の限界力Ｆを有するであろうことを、
ユーザは保証される。これが事実上保証するように、すべての管の熱的時間定数
は実質的に同一である。
他の実施態様において、インデックスマーク３３２および３３４を省略し、そ
してノブ３１８をそれがそれ以上回転しなくなるまで単に回転することができる
。加熱された定盤１４が上部へりまたは参照平面３４６に到達し、そしてプラス
チックフレーム３４２が加熱された定盤１４のそれ以上の下向きの動きを停止さ
せたとき、上の状態は起こる。明らかなように、この実施態様において、および
前述のインデックスマークの実施態様において、フレーム３４２のプラスチック
は、それが加熱された定盤１４と接触するとき、フレーム３４２のプラスチック
の変形を防止するために十分に高い溶融温度を有するであろう。好ましい実施態
様において、フレーム３４２のプラスチックは０．０５インチ（１．２７ｍｍ）の
壁厚さをもつセラニーズナイロン１５０３である。
前述のシステムの利点は、異なる高さを有するフレーム３４２を単に使用する
ことによって、異なる高さの試料管を使用できるということである。フレーム３
４２は、それと管が試料ブロックの中に配置されているとき、キャップされた管
の先端の平面よりほぼ０．５ｍｍ短い高さを有すべきである。好ましい実施態様に
おいて、２つの異なる管高さを使用する。図１９において加熱された定盤１４を
推進させるレッドスクリュー３１２の動きの範囲は、使用すべき試料管のすべて
の異なる大きさについて十分でなくてはならない。もちろん、特定のＰＣＲ処理
サイクルの間、すべての管は同一高さでなくてはならない。
前述のシステムは、試料ブロックにおいて均一な温度、ブロックから試料への
均一な熱伝導性、および周囲環境の変動性からの管の絶縁を提供する。９６まで
の任意の数の試料管はマイクロタイタープレートのフォーマットで配列すること
ができる。このシステムは、非常に多数の試料についての正確な温度制御を提供
し、そして任意の試料の温度を実際に測定しないで、すべての試料についての試
料温度の視的指示を提供する。
ＰＣＲ反応のために容器として、先行技術において、マイクロ遠心器のために
本来設計されたポリプロピレン管が普通に使用されてきている。この先行技術の
管は円筒形の断面を有し、その上部は気密シールをつくるスナップ式キャップに
より閉じられていた。この先行技術の管は、ほぼ１７°の夾角をもつ円錐台形か
らなる底区画を有した。
このような円錐形試料管を同一夾角をもつ円錐形キャビティを有する試料ブロ
ックの試料ウェルの中に押し下げ、そしてこの管中の試料混合物が円錐形体積内
にかつ試料ブロックより下に完全に横たわるとき、ブロックと液体との間の熱伝
導は列を通る試料温度のすぐれた均一性について適切に予測可能にすることがで
きる。試料ブロックと試料混合物との間の熱伝導の適切な制御を達成するために
、円錐形管および試料ウェルの夾角は密接に合致しなくてはならず、そして管お
よびウェルの円錐形表面はなめらかでありかつ平らな関係で一緒に保持されなく
てはならない。さらに、最小の限界力Ｆを各試料管に加えて各管を試料ウェルの
中に緊密にプレスし、こうして熱的サイクリング、例えば、図１５において空間
２９１の中に捕捉された液体からの水蒸気の形成の間、なんらかの理由で試料管
が上昇またはゆるくならないようにしなくてはならない。最後に、各管に同一量
の試料液体を充填しなくてはならない。上に列挙した条件が満足される場合、試
料ブロックと各管中の試料液体との間の熱伝導性は、図１５における円錐形プラ
スチック壁３６８、および円錐形試料管壁の内側表面３７０における試料液体の
境界層（図示せず）の伝導性により、主として決定されるであろう。
プラスチック管壁の熱伝導性はそれらの厚さにより決定され、そしてそれらの
厚さは管製造の射出成形法により密接にコントロールすることができる。試料管
中の試料液体は事実上同一の熱的性質を有する。
実験により、および計算により、成形した９６ウェルのワンピース型マイクロ
タイタープレートはＰＣＲについて限界的にのみ可能であることが発見された。
なぜなら、アルミニウムとプラスチックとの間の熱膨張係数は、列を横切る試料
液体への熱伝導性の均一性を破壊しうる寸法変化に導くからである。すなわち、
このようなワンピース型プレート中の各ウェルはプレート表面を通して各他のウ
ェルに円錐形されるので、ウェル間の距離はプレートの初期の製造時に決定され
るが、プレートのプラスチックは有意に異なる熱膨張係数を有するので温度変化
とともに変化する。また、金属の試料ブロック１２中の試料ウェル間の距離は試
料ブロックの温度に依存する。なぜなら、アルミニウムは、また、プラスチック
の熱膨張係数と異なる、有意の熱膨張係数を有するからである。すぐれた熱伝導
性を有するためには、９６ウェルのワンピース型マイクロタイタープレート中の
各試料ウェルは、すべての温度において試料ブロック中の対応するウェルにおい
てほとんど完全に適合するであろう。試料ブロックの温度は非常に広い範囲の温
度にわたって変化するので、試料ブロック中の試料ウェルの間の距離はＰＣＲサ
イクルの間にサイクル的に変化する。プラスチックおよびアルミニウムの熱膨張
係数は実質的に異なるので、試料ブロック中のウェルの分離距離はプラスチック
の９６ウェルのワンピース型マイクロタイタープレートの試料ウェル間の距離に
ついてより変化する温度にわたって異なるように変化する。
こうして、ＰＣＲ温度範囲にわたる試料管と対応する試料ウェルとの間の完全
な適合のための重要な基準として、９６ウェルの列中の各試料管は個々に自由に
横方向に動くことが必要であり、そして試料ウェルの壁を平らな接触を行うため
にどんな量が必要であっても、各管は個々に自由に押し下げられなくてはならな
い。
本発明において使用する試料管は先行技術のマイクロ遠心器管と異なり、試料
管の円錐の切頭部分の壁厚さは試料液体に出入りする熱移動を速くするために非
常に薄い。これらの上の部分は円錐形部分より厚い壁厚さを有する。図１５にお
いて、円筒形部分２８８の壁厚さは一般に０．０３０インチ（０．７６ｍｍ）であ
るが、円錐形壁３６８の壁厚さは０．００９インチ（０．２３ｍｍ）である。薄い
部分は射出成形プロセスにおいて厚い部分より速く冷却するので、薄い部分が冷
却する前に完全な成形物を得ることが重要である。
試料管の材料は化学的にＰＣＲ反応と適合性でなくてはならない。ガラスはＰ
ＣＲの適合性材料ではない。なぜなら、ＤＮＡはガラスに粘着し、そして剥離せ
ず、ＰＣＲ増幅を妨害するからである。好ましくは、オートクレーブ処理可能な
ポリプロピレンを使用する。これらの型の適当なポリプロピレンは上に識別した
通りである。あるプラスチックは、プラスチックからのガス発生のためにあるい
はプラスチック壁へのＤＮＡが粘着するために、ＰＣＲプロセスと適合性ではな
い。ポリプロピレンはこの時点において最もよく知られているプラスチックのク
ラスである。
普通の射出成形技術および射出成形のために型製造技術は、本発明を実施する
目的に十分であろう。
円錐形の試料管の使用は、実質的にすべての製造の許容度の誤差を高さの誤差
、すなわち、試料管を試料ウェルの中に配置させたとき、キャップの先端対試料
ブロックの上部の高さの管毎の変動性に転換する。例えば、試料管壁の角度につ
いての角度の誤差は、管を試料ブロックの中に配置したとき、高さの誤差に変換
される。なぜなら、管壁の角度と試料ウェル壁の角度は一致しないからである。
同様に、円錐の寸法の直径の誤差は、また、高さの誤差に変換される。なぜなら
、管の円筒形部分はより深く侵入するか、あるいは適切な寸法の管ほど多く侵入
しないからである。
列を横切る熱伝導性のすぐれた均一性のために、試料管と試料ウェルとの間の
すぐれた適合は、熱膨張速度の差に無関係に、０〜１００℃の完全な温度範囲に
わたって、すべての９６ウェルについて存在しなくてはならないであろう。また
、９６の試料管の各々は非常に高い程度に均一である寸法および壁厚さをもつ壁
をもたなくてはならない。試料混合物を保持すべき各試料管は取り外し可能な気
密キャップを装備すべきであり、そしてこのキャップは気密シールをつくり、こ
の混合物がその沸点にその付近にあるとき、反応混合物からの水蒸気の損失を防
止し、こうして試料混合物の体積が減少しないようにする。すべてのこれらの因
子は組み合わって、すべての９６ウェルについて均一な熱伝導性を達成する方法
における、９６の個々の試料ウェルをもつワンピースのマイクロタイタープレー
トの製造を困難とする。
各試料管について必要な個々の横方向および垂直方向の自由度を提供する構造
は、本発明を実施する目的に十分であろう。
本発明の好ましい実施態様の教示に従い、すべての前述の要件は４ピースの使
い捨てプラスチックシステムの使用により達成された。このシステムは、異なる
熱膨張速度を補償するために必要なすべての方向における十分な自由度を各試料
管に与えそして、しかも、工業的標準の９６ウェルのマイクロタイタープレート
を使用して作業する大きさである他の実験室の装置との適合性およびユーザの便
利さのために、９６ウェルのマイクロタイタープレートのフォーマットで９６ま
での試料管を保持する。マルチピースの使い捨てプラスチックシステムは製造の
許容度の誤差およびＰＣＲ熱サイクルの間に直面する広い温度範囲にわたる異な
る熱膨張速度に対して非常に許容性である。
図２１Ａおよび２１Ｂは、異なる熱膨張速度を説明する十分な自由度で試料ウ
ェルの中に複数の試料管を保持するように組み立てられた、４ピースのプラスチ
ックシステムの成分の大部分の別の実施態様を断面図で示す。図４５は、使い捨
てプラスチックマイクロタイタープレートのエムレーションシステムのすべての
部分を分解図で示す。この図面は、すべての試料管が８×１２のマイクロタイタ
ープレートのフォーマットの９６ウェルの列でゆるく保持して、部分を通して適
合してマイクロタイタープレートを形成する方法を示す。図２２は、図２１Ａお
よび２１Ｂに部分的に断面図で示されている、本発明の教示に従うマイクロタイ
タープレートのフレーム３４２の平面図を示す。図２３はフレーム３４２の底平
面図を示す。図２４は図２２の線２４−２４′から取ったフレーム３４２の端面
図である。図２５は図２２の線２５−２５′から取ったフレーム３４２の端面図
である。図２６は図２２の線２６−２６′から取ったフレーム３４２の断面図で
ある。図２７は図２２の線２７−２７′から取ったフレーム３４２の断面図であ
る。図２８は図２２の線２８−２８′から取ったフレーム３４２の側面図であり
、部分的に切断して下に記載するリテイナーがフレーム３４２にクリップする位
置を詳細に示す。
図２１Ａ，２１Ｂおよび２２〜２８を一緒に参照すると、フレーム３４２は水
平のプラスチックプレート３７２から構成され、ここで標準のマイクロタイター
プレートのフォーマットで９ｍｍの中央に間隔を置いて９６の孔が形成されている
。８つの行Ａ〜Ｈおよび１２の列１〜１２が存在する。行Ｄ、列７における孔３
７４はこれらの孔の典型である。フレーム３４２中の各孔の中に、円錐形試料管
、例えば、図１５に示す試料管３７６が存在する。各試料管はそれが配置されて
いる孔より直径が約０．７ｍｍだけ小さいので、孔中のゆるい嵌合が存在する。こ
れは図２１Ａおよび２１Ｂにおいて、典型的な孔の内側へり３７８とその中に配
置された試料管の側壁３８０との間の距離を観察することによって最もよく理解
される。図２１Ａおよび２１Ｂ中の参照数字３８２は、試料管３７６の円筒形部
分の外側壁から、また、間隔を置いて位置する孔の対向するへりを示す。
各試料管は図１５，２１Ａおよび２１Ｂに３８４で示された肩を有する。この
肩は各試料管の円筒形部分２８８の全周囲の回りに成形される。この肩３８４の
直径は十分に大きいので、それはフレーム３４２中の孔を通過せず、しかも付近
の孔の中の隣接する管の肩に接触するほど大きくない。
いったんすべての管がフレーム中のそれらの孔の中に配置されると、プラスチ
ックリテイナー３８６（図２１Ａおよび２１Ｂおよび図４５に最もよく示されて
いる）はフレーム３４２中の開口の中に嵌合される。このリテイナーの目的はす
べての管を所定位置に配置し、こうしてそれらはフレーム３４２の中から外に落
下または押し出されることができず、またフレーム３４２中のゆるい適合を妨害
しない。各試料管がある程度垂直に上下した後、管の肩３８４がリテイナー３８
６またはフレーム３４２に直面するように、リテイナー３８６は大きさが決定さ
れかつフレーム３４２に適合する。こうして、フレームおよびリテイナーは、連
結されると、９６までの試料管をマイクロタイタープレートのフォーマットに提
供するが、図１５においてすべての管が最小の限界力Ｆの影響下にすべての温度
においてその最良の嵌合を自由に見いだすように、十分な水平および垂直の自由
度を提供する。
試料管および肩のより明瞭な外観は図２９および３０を参照すると得ることが
できる。図２９および３０は、それぞれ、典型的な試料管の肩部分の側面図およ
び部分的上部断面である。プラスチックのドーム形キャップ、例えば、下に詳細
に記載するキャップは、図２９に示す試料管の中に挿入し、そして試料管の上部
の内側壁３９０とハーメチックシールを形成する。試料管の内側壁の中に形成さ
れたうね３９２は、ドーム形キャップについてストップとして作用して、それ以
上の侵入を防止する。通常、ドーム形キャップはウェブにより接続されるストリ
ップとなる。
図３１はウェブ３９４により接続されそしてタブ３９６で終わる３つのキャッ
プを側面図で示す。このタブは単一の引きによりキャップの列全体を除去するの
を促進する。通常、ウェブ３９４は試料管の上部表面３９８上に位置し、そして
キャップが試料管の中にさらに侵入するのを防止する。各キャップはキャップと
試料管の内側壁との間にハーメチックシールを形成するうね４００を含む。図３
２は１２の接続されたキャップの典型的なストリップ中の３つのキャップの上面
図を示す。
リテイナーのより詳細な理解のために、図３３〜３７を参照する。図３３はプ
ラスチックのリテイナーの上面図である。図３４は図３３の線３４−３４′に沿
って取ったリテイナーの側面図である。図３５は図３３の線３５−３５′に沿っ
て取ったリテイナーの端面図である。図３６は図３３の線３６−３６′に沿って
取ったリテイナーの断面図である。図３７は図３３の線３７−３７′に沿って取
ったリテイナーの断面図である。
図３３〜３７を一緒に参照すると、リテイナー３８６は垂直壁４０４により取
り囲まれた単一の水平のプラスチック平面４０２から構成されている。平面４０
２はその中に形成され、４孔／群の２４群に分割された、８×１２列の９６孔を
有する。これらの群は平面４０２の中に形成されたうね、例えば、うね４０６お
よび４０８により区画されている。各孔、それらのうちの孔４１０は典型的であ
る、は直径Ｄを有し、この直径Ｄは図２９における直径Ｄ1 より大きく、そして
直径Ｄ2より小さい。これにより、リテイナーは試料管がフレーム３４２の中に
配置された後、試料管の上をすべることができるが、肩３８４は大き過ぎて孔４
１０を通過できないので、試料管がフレームから落下するのを防止する。
リテイナーはフレーム３４２の中に、図３４および３６に示すプラスチックタ
ブ４１４により嵌合する。これらのプラスチックタブは、図２３に示すように、
フレーム中のスロット４１６および４１８を通して押される。２つのプラスチッ
クタブが存在し、各々はリテイナーの長いへり上に存在する。これらの２つのプ
ラスチックのタブは図３３に４１４Ａおよび４１４Ｂとして示されている。
図２２〜２８のフレーム３４２は、その中に配置された９６までの試料管をも
ちそして所定位置に嵌合されたリテイナー３８６をもち、単一の単位、例えば、
図２１Ａおよび２１Ｂに示すような単位を形成し、これはＰＣＲ処理のために試
料ブロック１２の中に配置することができる。
処理後、フレーム３４２を試料ブロックの中から外に持ち上げることによって
、すべての管を同時に取り出すことができる。便利さおよび貯蔵のために、試料
管およびリテイナーを所定位置にしてフレーム３４２を、ベースと呼ぶ他のプラ
スチック成分の中に挿入することができる。ベースは標準の９６ウェルのマイク
ロタイタープレートの外側寸法およびフットプリント（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）を
有し、そして図３８〜４４に示されている。図３８はベース４２０の上面図であ
るが、図３９はベースの底面図である。図４０は図３８の線４０−４０′に沿っ
て取ったベースの側面図である。図４１は図３８の線４１−４１′に沿って取っ
たベースの端面図である。図４２は図３８の線４２−４２′に沿って取ったベー
スの断面図である。図４３は図３８の線４３−４３′に沿って取ったベースの断
面図である。図４４は図３８の線４４−４４′に沿って取ったベースの断面図で
ある。
ベース４２０はプラスチックの平らな平面４２２を含み、ここで傾斜したへり
をもつ８×１２列の孔が形成されている。フレーム３４２がベースの中に位置し
ているとき、試料管の底がベース中の円錐形孔の中に嵌合するような、寸法およ
び間隔をこれらの孔は有し、こうしてフレーム３４２を試料ブロックに取り付け
るとき、試料管が保持されるのと同一のフレーム３４２に対する関係で試料管は
保持されている。孔４２４はベースの中に形成された９６の孔の典型であり、そ
して図３８，４４および４３に示されている。個々の試料管は、トレーとリテイ
ナーとの間にゆるく捕捉されているが、フレームがベースの中に挿入されている
とき、しっかり位置し、そして不動となる。典型的な試料管４２４がベースの中
に嵌合される方法は図４４に示されている。
換言すると、フレーム、試料管およびリテイナーがベース４２０の中に位置す
るとき、全体のアセンブリーは工業的に標準の９６ウェルのマイクロタイタープ
レートの正確な機能的同等のものとなり、そしてそれ以上の処理のために９６ウ
ェルの工業的に標準のマイクロタイタープレートのための事実上任意の自動化ピ
ペッティングまたはサンプリングのシステムの中に配置することができる。
試料管は必要な試薬および増幅すべきＤＮＡで充填した後、試料管にキャップ
することができる。図３１および３２に示すキャップのストリップの他の実施態
様において、８×１２列でキャップを接続するしなやかなウェブをもつ９６キャ
ップのマット全体を使用することができる。これはウェブは、図３１に３９４で
示されており、十分にしなやかであり、こうしてキャップは試料管が小さい動き
を妨害されないようにしなくてはならず、これらの試料管はすべての温度におい
て試料管の円錐形壁の中に完全に嵌合しなくてはならない。
管、キャップのフレーム、リテイナーおよびベースのアセンブリーは、管の充
填後、サーマルサイクラーに入れる。そこで、フレーム、キャップ付き管および
リテイナーのプレートはベースから１単位として取り出される。次いで、この単
位を試料ブロック１２の中に配置して、図２１Ａおよび２１Ｂに示すアセンブリ
ーを作り、管は試料ブロック中の円錐形壁の中にゆるく保持されている。図２１
に示すように、フレーム３４２はガードバンドの上部表面上に位置する。好まし
い実施態様において、うね３６６はガードバンドのみぞ７８の中に下向きに延び
るが、これは必須ではない。
次に、加熱されたカバーは試料の上にすべり、そして加熱された定盤を前述し
たようにスクリューで下げて、フレーム３４２の上部へり３４６と接触させる。
図１９における加熱された定盤１４がキャップ接触した後、数秒以内で、キャ
ップは軟化し、そして図１９におけるレッドスクリュー３１２からの下向きの圧
力下に降伏する。次いで、ノブ３１８を回転して、図２０におけるインデックス
マーク３３２および３３４を合致させ、これはすべての試料管を試料ブロックの
中に、少なくとも最小の限界力Ｆおよび加熱された定盤１４の間のすべての空気
ギャップで、緊密にプレスさせ、試料ブロックおよびフレーム３４２の上部へり
３４６は緊密に閉じる。ここで、試料管は完全に閉じ、制御された環境の中にあ
り、そして温度の正確なサイクリングを開始することができる。
ＰＣＲプロトコルの終わりにおいて、加熱された定盤１４は上方に、試料管か
ら離れる方向に動き、加熱されたカバー３１６は道からはずれすべってフレーム
３４２および試料管を露出する。次いで、フレーム、試料管およびキャップを取
り出し、そして空のベースの中に再配置し、そしてキャップを除去することがで
きる。各キャップまたはキャップのひもを引き、リテイナーは管をトレーの中か
ら外に出ないように保持する。ベースの中に形成したリブ（図３８〜４４に示さ
れていない）は、図３３に示すリテイナータブ４１４Ａおよび４１４Ｂと接触し
てリテイナーを所定位置にスナップして保持し、こうしてキャップの除去により
管に加えられた力がリテイナー３６６を変位させないようにする。
明らかなように、フレーム３４２は、必要に応じて、９６より少ない管ととも
に使用することができる。また、リテイナー３８６は、必要に応じて、スナップ
を分離することによって、除去することができる。
一度に数本の管を使用し、そしてこれらの管を個々に取り扱とき、試料ブロッ
ク上にリテイナーを使用しないで、空のフレーム３４２を配置することができる
。次いで、ユーザは「試験管のラック」としてベースを使用し、そしてその中に
小さい数の管をセットする。次いで、管は手動で充填し、そして個々のキャップ
をすることができる。次いで、管を試料ブロック中のウェルの中に個々に入れ、
加熱されたカバーを閉じ、そして加熱された定盤１４をスクリューで下げて、マ
ークを合致させる。次いで、ＰＣＲサイクルを開始できる。サイクリングが完結
したとき、カバー３１６を除去し、そして試料管を有効なベースの中に個々に配
置する。リテイナーはこの型の使用において不必要である。
図４７および図４８を参照すると、図１においてＣＰＵブロック１０により表
される制御システムの好ましい実施態様のブロック線図が示される。図４７及び
図４８の制御エレクトロニクスの目的は、なかでも、所望のプロトコルを定める
ユーザの入力データを受けとりかつ記憶し、種々の温度センサーを読み、試料温
度を計算し、計算した試料温度をユーザが定めたＰＣＲプロトコルにより定めら
れた所望の温度と比較し、電力ラインの電圧をモニターし、そしてフィルムヒー
タゾーンおよびランプ冷却弁を制御して、ユーザが定めたＰＣＲプロトコルを実
施することである。
マイクロプロセッサ（以後ＣＰＵという）４５０は、下に記載しそしてソース
コードの形で付録Ｃに記載されている制御プログラムを実行する。好ましい実施
態様において、ＣＰＵ４５０は「ＯＫＩ ＣＭＯＳ ８０８５」である。ＣＰＵ
はアドレスバス４５２を推進し、これにより図４７及び図４８における他の回路
要素の種々のものがアドレスされる。ＣＰＵは、また、データバス４５２を推進
し、これによりデータは図４７及び図４８における他の回路要素の種々のものに
伝えられる。
付録Ｃの制御プログラムおよびあるシステム定数はＥＰＲＯＭ４５６に記憶さ
れる。ユーザが入れたデータおよびシステム定数および導入プロセスの間に測定
された特性（下に記載する導入プログラムの実行）はバッテリーバックアップＲ
ＡＭ４５８に記憶される。システムクロック／カレンダー４６０は、制御ソフト
ウェアの説明において下に記載する、ＰＣＲの実行および電力故障の間の事象の
履歴を記録する目的で、データおよび時間の情報をＣＰＵ４５０に供給する。
アドレスデコーダー４６２はアドレスバス４５２からのアドレスを受けとりそ
してデコードし、そしてチップ選択バス４６４上の適当なチップ選択ラインを活
性化する。
ユーザはディスプレイ４６８上のＣＰＵにより表示される情報に応答してキー
ボード４６６を経てＰＣＲプロトコルを入れる。ユーザとＣＰＵ４５０との間の
２ウェイ連絡は、制御ソフトウェアの説明のユーザのインタフェースの節におい
て以下で詳細に記載する。キーボードインタフェース回路４７０はユーザのキー
ボードを、データバス４５４を経てＣＰＵにより読まれるデータに変換する。
プログラム可能な間隔タイマー４７２および４７４の各々はカウンターを備え
、これらのカウンターはＣＰＵ４５０により計算されたカウントを負荷されて、
電力が種々のフィルムヒータゾーンに加えられる間隔を制御する。
割り込み制御装置４７６は、割り込み要求をＣＰＵ４５０に２００ミリ秒毎に
送って、制御ソフトウェアの説明において以下で記載するＰＩＤタスクをＣＰＵ
４５０に実行させる。このタスクは温度センサーを読みそして加熱または冷却の
電力を計算して試料温度を現在のレベルから、ユーザが望むレベルに動かし、こ
れはそのＰＣＲプロトコルにおける時点のために実行される。
ＵＡＲＴ４７８は、ＲＡＭ４８０に記憶されたデータをプリンタに出力できる
ように「ＲＳ２３２」インタフェース回路４８０にサービスする。制御ソフトウ
ェアは各ＰＣＲランのレコードを維持し、これは実際に実行されたＰＣＲプロト
コルがユーザが望むＰＣＲプロトコル対応したというユーザの評価の目的のため
のランの間に、種々の時間に存在した実際の温度に関して実施される。さらに、
特定のＰＣＲプロトコルの間に望む特定の時間および温度を定めるユーザが入れ
たデータが記憶される。すべてのこのデータおよび他のデータは、ＣＰＵ４５０
により同様によく読まれ、そしてＵＡＲＴ４７８を経てＲＳ２３２ポートに連結
されたプリンタに出力される。ＲＳ２３２インタフェースは、また、外部のコン
ピュータに試験の目的でアドレスおよびデータバスの制御をさせる。
周辺インタフェースチップ（以後ＰＩＣという）４８２は、４入力／出力レジ
スタのプログラム可能なセットとして働く。パワーアップにおいて、ＣＰＵ４５
０はアドレスデコーダー４６２およびチップ選択バス４６４を経てＰＩＣ４８２
を選択する。次いで、ＣＰＵはＰＩＣへのデータワードをデータバス４５４を経
て書いて、どのレジスタを出力ポートおよび入力ポートにすべきかに関して、Ｐ
ＩＣ４８２をプログラミングする。引き続いて、ＣＰＵ４５０は出力レジスタを
使用して、プログラム可能なアレイ論理チップ（ＰＡＬ）４８４の内部の論理状
態を制御するために、データバス４５４を経てＣＰＵによりその中に書かれたデ
ータワードを記憶する。
ＰＡＬ４８４は、複数の入力信号および複数の出力信号を有する状態装置であ
る。ＰＡＬは一般にある数の異なる状態を有する論理の列を含有する。各状態は
入力における論理状態の列またはベクトルにより定められ、そして各状態は出力
の論理状態の異なる列またはベクトルを生ずる。ＣＰＵ４５０，ＰＩＣ４８２，
ＰＡＬ４８４および下において定義するいくつかの他の回路は、共働してＰＡＬ
４８４からの種々の出力信号の異なる状態を発生する。これらの異なる状態およ
び関連する出力信号は、以下に記載するように図４７及び図４８に示すエレクト
ロニクスの作動を制御するものである。
１２ビットのアナログディジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ４８６は、ライン４８
８および４９０上のアナログ電圧をデータバス４５４上のディジタル信号に変換
する。これらはＣＰＵによりＡ／Ｄコンバータのためのアドレスを発生し、こう
してＡ／Ｄコンバータのチップ選択入力に連結したバス４６４上にチップ選択信
号が活性となりそしてコンバータを活性化するようにすることによって読まれる
。ライン４８８および４９０上のアナログ信号は、２つのマルチプレクサ４９２
および４９４の出力ラインである。マルチプレクサ４９２は４つの入力ポートを
有し、各々は２つの信号ラインを有する。これらのポートの各々はシステムにお
ける４つの温度センサーの１つに連結されている。第１のポートは試料ブロック
の温度センサーに連結されている。第２および第３のポートは、それぞれ、冷却
液および周囲の温度センサーに連結されており、そして第４ポートは加熱された
カバーの温度センサーに連結されている。これらの温度センサーの各１つのため
の典型的な回路は図４９に示されている。２，０００オームの抵抗器４９６は、
ノード４９７において、バス接続ライン（図示せず）を経て図４７及び図４８に
おける調整された＋１５ボルト電力供給４９８を受けとる。この＋１５ＤＣ信号
のリバースはゼンナーダイオード５００をバイアスする。リバースバイアス電流
およびゼンナーダイオードを横切る電圧低下は温度の関数である。ダイオードを
横切る電圧低下は、ライン５０２および５０４を経てマルチプレクサ２９２に入
力される。各温度センサーはマルチプレクサ２９２への同様な接続を有する。
マルチプレクサ４９４は、また、入力ポートを有するが、３つのみが接続され
ている。第１入力ポートは較正電圧発生器５０６に連結されている。この揮発性
発生器は、２つの精確に制御された電圧レベルをマルチプレクサの入力部に出力
し、そして非常に熱的に安定である。すなわち、電圧源５０６により参照電圧の
出力は、少なくとも温度とともに、ごくわずかにドリフトする。この電圧は時間
毎にＣＰＵ４５０により読まれ、そして、この参照電圧が下に記載する導入プロ
セスの実行の間に測定された既知の温度において有したレベルを表す、記憶され
た定数と比較される。参照電圧が測定されたレベルからドリフトしそして導入プ
ロセスの間に記憶された場合、種々の温度およびライン電圧を感知するための使
用した他の電子回路が、また、ドリフトし、そしてそれらの出力を調節し、相応
して温度測定プロセスにわたって非常に正確な制御を維持することをＣＰＵ４５
０は知る。
マルチプレクサ４９４への他の入力は、ライン５１０を経てＲＭＳ対ＤＣコン
バータ回路５１２へ連結される。この回路はステップダウントランス５１６に連
結された入力５１４を有し、そしてＡＣ電力入力５１８にそのとき存在するライ
ン電圧に対して比例するＡＣ電圧を入力５１４において受けとる。ＲＭＳ対ＤＣ
コンバータ回路５１２はＡＣ電圧を整流し、そしてそれを平均して、ライン５１
８上のＡＣ入力電圧に対して、また、比例するＤＣ電圧をライン５１０上に発生
する。
４つの光学的に連結されたトライアックドライバー５３０，５３２，５３４お
よび５３６は、ＰＡＬ論理４８４から制御バス５３８を経て制御信号を受けとる
。トライアックドライバー５３０，５３２および５３４の各々は、３つのフィル
ムヒータゾーンの１つへの電力を制御する。これらのヒータゾーンはブロック２
５４，２６０／２６２および２５６／２５８（図１３において使用したのと同一
の参照数字）により表される。トライアックドライバー５３６は、ブロック５４
４により表される加熱されたカバーへの電力を熱的カットアウトスイッチ５４６
を経て制御する。フィルムヒータのヒータゾーンはブロック熱的カットアウトス
イッチ５４８により保護される。熱的カットアウトスイッチの目的は、不安定な
間隔の間放置されているトライアックドライバーに導く破壊の場合において、加
熱されたカバー上にフィルムヒータ／試料ブロックの溶融を防止することである
。このような事象が起こった場合、熱的カットアウトスイッチは過度に熱い状態
を検出し、そしてライン５５２または５５４上のトライアックを遮断する。
フィルムヒータの主なヒータゾーンは３６０ワットの定格であるが、マニホー
ルドおよびへりのヒータゾーンは、それぞれ、１８０ワットおよび１７０ワット
の定格である。トライアックドライバーは「モトローラ ＭＡＣ １５Ａ１０
１５アンプトライアック」である。各ヒータゾーンは２つの電気的絶縁された区
画に分割され、各々は１／２の電力を消散する。２つの半分は１５０ボルトのＲ
ＭＳより低いライン電圧５１８について並列に接続されている。これより大きい
ライン電圧について、２つの半分は直列に接続されている。これらの別の接続は
「パーソナリティ」プラグ５５０を通して達成される。
フィルムヒータゾーンのためのＡＣ電力供給はライン５５９であり、そして加
熱されたカバーのためのＡＣ供給はライン５６０を経る。
ゼロ交差検出器５６６は、ライン５１８上のＡＣ電力の各ゼロ交差においてラ
イン５６８上にパルスを放射することによって、バイアスシステムのタイミング
を提供する。ゼロ交差検出器はアナロググラウンドに対して参照される「ナショ
ナル ＬＭ ３１１Ｎ」であり、そして２５mVのヒステリシスを有する。ゼロ交
差検出器はトランス５１６からその入力をとり、そしてトランス５１６は０〜２
４０ボルトのＡＣのＡＣ入力信号について０〜５．５２ボルトの出力ＡＣ信号を
出力する。
電力トランス５７０はＡＣ電力をポンプ４１に供給し、そしてポンプ４１はラ
ンプ冷却チャンネルおよびバイアス冷却チャンネルを通して冷却液を送る。冷却
装置４０は、また、そのＡＣ電力をトランス５７０からパーソナリティプラグ５
５０の他の部分を経て受けとる。トランス５５０は、また、３つの調整された電
力供給５７２，４９８および５７４および１つの非調整電力供給５７６に電力を
供給する。
温度を測定する正確な目的のために、較正電圧発生器５０６は１系列の非常に
精確な薄いフィルムの超低温度のドリフト２０Ｋｏｈｍの抵抗器（図４７及び図
４８には示さない）を使用する。これらの同一の超低ドリフト抵抗を使用して、
アナログ増幅器５７８のゲインをセットし、そしてアナログ増幅器５７８はディ
ジタル値への変換前に選択した温度センサーからの出力電圧を増幅する。これら
の抵抗器はわずかに５ppm ／℃ドリフトするだけである。
すべての温度センサーは、それらを（それらが温度を測定する構造体から分離
されている）をまず安定な攪拌された油の温度記憶の浴の中に４０℃において配
置し、そしてマルチプレクサ４９２への入力において実際のオプチクス電圧を測
定することによって較正される。次いで、温度センサーを９５℃の温度の浴の中
に配置し、そしてそれらの出力電圧を再び同一点において測定する。較正電圧発
生器４９４の出力電圧は、また、マルチプレクサ４９４の入力において測定され
る。各温度について、温度センサーの出力の各と較正電圧発生器５０６により発
生した電圧から生ずるディジタル出力との間のＡ／Ｄコンバータからのディジタ
ル出力の差を測定する。次いで、温度変化について各々を較正するための各温度
センサーのために較正定数を較正することができる。
次いで、試料ブロックの温度センサーをそれ以上の較正手順にかける。この手
順は試料ブロックを２つの異なる温度に推進することを包含する。各温度レベル
において、１６の異なる試料ウェル中のブロックの実際の温度は、１６のＲＴＤ
熱電対のプローブを使用して０．０２℃内で測定する。次いで、ブロックの温度
についての平均のプロフィルを発生させ、そしてＡ／Ｄコンバータ４６４の出力
は試料ブロック中のその場所においてブロック温度センサーを使用して測定する
。これは両者の温度レベルにおいて実施する。ＲＴＤプローブで測定した実際の
ブロック温度およびブロック温度センサーのためのＡ／Ｄ出力について、それ以
上の較正ファクターを計算することができる。そのように発生した温度の較正は
バッテリーバックアップＲＡＭ４５８の中に記憶される。いったんこれらの較正
ファクターがシステムのために決定されると、システムは較正の時に存在する電
気的特性から認めうるほどドリフトしないことが重要である。したがって、低い
ドリフトの回路を選択し、そして超低ドリフト抵抗器を使用することが重要であ
る。
ＣＰＵ４５０が試料ブロック温度を制御する方法は、制御プログラムについて
下に記載する選択を参照することによって最もよく理解することができる。しか
しながら、図４７及び図４８の電子回路が制御ソフトウェアと共働してＰＣＲプ
ロトコルを実施する方法を例示するために、次を考慮する。
ゼロ交差検出器５６６は出力バス５６８の中に２つの出力を有する。これらの
出力の１つは、ゼロ電圧参照を横切るＡＣ信号の各ポジティブに行く転移につい
てネガティブに行くパルスを放射する。他のものはゼロ参照電圧レベルを横切る
ＡＣ信号の各ポジティブに行く転移についてネガティブパルスを放射する。これ
らの２つのパルス、典型的には５８０で示す、は１つの完全なサイクルまたは２
つのハーフサイクルを定める。それは２００ミリ秒の試料の期間を定めるバス５
６８上のパルスのトレインである。米国におけるような６０サイクル／秒のＡＣ
について、２００ミリ秒は２４のハーフサイクルを含有する。
典型的なシステム期間は図５０に示す。図５０中の各「チック」マークは１つ
のハーフサイクルを表す。各２００ミリ秒の試料期間の間、ＣＰＵ４５０はユー
ザが定めた設定点またはインキュベーション温度に試料ブロック温度を維持する
ために、あるいはＰＣＲプロトコルの時間ラインにおいて特定の試料期間が存在
する場所に依存する新しい温度にブロック温度が動かすために、必要な加熱また
は冷却の電力を計算している。各フィルムヒータゾーンにおいて必要な電力のマ
ットは、各ヒータゾーンを次の２００ミリ秒の試料期間の間に止まるハーフサイ
クルに変換される。これらの計算を実施する現在の試料期間の終わり直前に、Ｃ
ＰＵ４５０はプログラム可能な間隔タイマ（ＰＩＴ）４７２中の４タイマの各々
をアドレスする。各タイマに、ＣＰＵはハーフサイクルの数を表す「現在の」カ
ウントを構成するデータを書き、そのタイマに関連する次の試料期間の中に止ま
る。図５０において、このデータは次の試料期間の開始時間５９２に直前間隔５
９０の間にタイマに対して書かれる。９４℃の変性温度までの急速なランプが、
時間５９２と５９４との間の試料の間隔を包含する間隔についてのユーザの設定
点データにより要求されると仮定する。したがって、フィルムヒータはその期間
のほとんどについてオンであろう。中央のゾーンヒータが試料期間の間の３つの
ハーフサイクルを除外してすべてについてオンであると仮定する。この場合にお
いて、ＣＰＵ４５０は、間隔５９０の間の中央のゾーンヒータに関連するＰＩＴ
４７２中のカウンターの中に３を書く。この書く操作は自動的にタイマに、中央
のゾーンヒータを制御するバス５９２の特定の制御ライン上の「シャットオフ」
信号を発生させる。この「シャットオフ」信号はＰＡＬ４８４に、中央のゾーン
に関連するバス５３８中の信号ラインの特定の１つ上に「シャットオフ」信号を
発生させる。次いで、トライアックドライバー５３０は次のゼロ交差、すなわち
、時間５９２においてシャットオフする。ＰＩＴはライン５９４上のポジティブ
ゴーイングパルスのパルスのトレーンをＰＡＬ４８４から受けとる。これらのパ
ルスはＰＡＬ４８４による２ラインバス５６８上でゼロ交差パルスの、ＰＡＬ４
８４によりすべてのゼロ交差パルス上のポジティブゴーイングパルスおよび単一
のライン、すなわち、ライン５９４上のすべてのゼロ交差においてポジティブゴ
ーイングパルスへの翻訳である。中央フィルムヒータゾーンに関連するＰＩＴ４
７２中のタイマは、そのクロックとしてライン５９４上のハーフサイクルマーキ
ングパルスを使用して３のその現在のカウントからカウントダウンを開始する。
第３ハーフサイクルの終わりにおいて、このタイマは０に到達し、そしてバス５
９２上のその出力信号が状態を変化するようにさせる。このオフからオンへの状
態の転移は図５０に５９６で示されている。この転移はＰＡＬ４８４に伝えられ
、これによりＰＡＬ４８４はバス５３８上の適当な出力信号の状態を変化させて
、第３ゼロ交差でトライアックドライバー５３０をオンにスイッチする。好まし
い実施態様におけるようにゼロ交差でトライアックをオンにスイッチすることに
よって、インジケータ（フィルムヒータの導体）を通して流れる高い電流のオフ
のスイッチングは回避されることに注意すべきである。これはラジオ周波数のイ
ンターフェレンスまたは他のノイズの発生を最小にする。各ハーフサイクルの位
置を要求される電力の計算量に従いフィルムヒータにスイッチする技術は、また
、別の実施態様として働くが、この技術により発生するノイズのために好ましく
ないことに注意すべきである。
ＰＩＴ４７２および４７４の他のタイマは、同様な方法において、働いて、他
のヒータゾーンおよび加熱されたカバーへ加えられる電力をＣＰＵにより計算さ
れた電力に従い管理する。
ランプ冷却は周辺インタフェース４８２を通して直接ＣＰＵ４５０により制御
される。各試料期間の間に実施された加熱／冷却電力の計算がランプ冷却電力を
必要とすることを示したとき、ＣＰＵ４５０は周辺インタフェース制御装置（Ｐ
ＩＣ）４８２をアドレスする。次いで、データワードは適当なレジスタの中に書
かれて出力ライン６００を高く推進する。この出力ラインは１対の単安定マルチ
バイブレータ６０２および６０４をトリガし、これにより各マルチバイブレータ
は、それぞれ、ライン６０６および６０８上の単一のパルスを放射する。これら
のパルスの各々は、ちょうど１アンペアおよびほぼ１００ミリ秒のパルス期間の
下でピーク電流を有する。これらのパルスの目的は、ランプ冷却流れを急速にオ
ンにすることが非常に困難であるランプ冷却チャンネルを通る流れを制御するソ
レノイド弁コイルを推進させることである。ライン６０６上のパルスは、ドライ
バー６１０に、ソレノイド作動弁の１つのソレノイドコイルの１つの側に連結さ
れたライン６１２を接地させる。コイル６１４の他方の端末は電力供給５７６か
らの＋２４ボルトのＤＣで電力供給「レール」６１６に連結されている。ワンシ
ョット６０２は１つの方向の流れのためのランプ冷却ソレノイド作動弁を制御し
、そしてワンショット６０４は反対方向の流れのためのランプ冷却ソレノイド作
動弁を制御する。
同時に、ライン６００上のＲＣＯＯＬ信号の活性化はドライバー６１８を活性
化する。このドライバーは電流制限抵抗６２０を通してライン６１２を接地させ
る。この電流制限抵抗の値は、ライン６２２を通して流れる電流がソレノイド弁
６１４を開かせて保持するために必要な保持電流に少なくとも等しいような値で
ある。ソレノイドコイルは、ソレノイド作動弁をオンするために大きい電流を必
要とするが、弁を開かせて保持するためには実質的に少ない電流を必要とすると
いう特性を有する。ライン６０６上の１００ミリ秒のパルスが止んだとき、保持
電流のために抵抗器６２０およびドライバー６１８を通る接地接続のみを残して
、ライン６１２を直接接地させる。
ソレノイド弁６１４は１／２ランプ冷却管、すなわち、試料ブロックを通して
１つの方向に冷却液を運ぶ管、のみにおいて試料ブロックを通るランプ冷却冷却
液の流れを制御する。他のソレノイド作動弁６２４は、対向する方向で試料ブロ
ックを通る冷却液の流れを制御する。この弁は、ドライバー６２６および６２８
、ワンショット６０４およびライン６０８により、ソレノイド作動弁６１４と正
確に同一の方法で駆動される。
ランプ冷却の必要性は試料期間毎に１回評価される。ブロック温度を測定しそ
してそれをランプ冷却がもはや必要ではない所望のブロック温度と比較すること
によって、制御ソフトウェアのＰＩＤタスクが決定されたとき、ライン６００上
のＲＣＯＯＬ信号が不活性化される。これは、ＣＰＵ４５０により、ＰＩＣ４８
２をアドレスし、そしてライン６００に連結されたＰＩＣ４８２中のレジスタ中
の適当なビットの状態を逆転するデータをそれに書き込むことによって実施され
る。
ＰＩＴ４７４は、また、２つの他のタイマを有し、これらは２０Hzの割り込み
および加熱ＬＥＤ加熱を計時し、加熱ＬＥＤは試料ブロックが熱くそして接触に
危険であるときを視的指示を与える。
システムは、また、ビーパーワンショット６３０およびビーパー６３２を含ん
で、不正確なキーストロークがなされたときをユーザに警告する。
プログラム可能な割り込み制御装置４７６を使用して、レベル１−テスト；レ
ベル２−２０Hz；レベル３−トランスミット・レディ；レベル４−レシーブ・レ
ディ；レベル５−キーボード・割り込み；レベル６−メインヒータ・ターンオン
；および、レベル７−ＡＣラインのゼロ交差からなる７の割り込みを検出する。
プログラム可能な割り込み制御装置４８２は、マルチプレクサ４９２および４
９４を制御するための４つの出力（図示せず）を有する。これらの信号「ＭＵＸ
１ ＥＮ」および「ＭＵＸ２ ＥＮ」は、マルチプレクサ４９２および４９４の
一方または双方を使用可能とするが、信号「ＭＵＶ０およびＭＵＶ１は増幅器５
７８への入力にどのチャンネルを選択するかを制御する。これらの信号は、２つ
のマルチプレクサからの１つのチャンネルのみを任意の１つの時間に選択できる
ように管理される。
「ＲＬＴＲＩＧ＊」信号は、ＣＰＵがクラッシする場合ＰＡＬ４８４への信号
「ＴＩＭＥＯＵＴ ＥＮ＊」の活性化を経てヒータを無能化するヒータのタイム
アウトワンショット６３２をリセットする。すなわち、ワンショット６３２は、
すべてのヒータゾーンを無能化する信号「ＴＩＭＥＯＵＴ ＥＮ＊」をそれが活
性化する前に、各トリガ後、それが待つ前以て決定した間隔を有する。ＣＰＵ４
５０はルーチンを周期的に実行し、これはＰＩＣ４８２をアドレスしそしてデー
タを適当なレジスタに書き込んで、ライン６３４上の信号を活性化してワンショ
ット６３２をトリガする。ＣＰＵ４５０がなんらかの理由で「クラッシ」しそし
てこのルーチンを実行しない場合、タイルアウトワンショット６３２はすべての
ヒータゾーンを無能化する。
ＰＩＣ４８２は、また、加熱されたカバーおよび試料ブロックのヒータを無能
化するための出力「ＣＯＶＨＴＲ ＥＮ＊」および「ＢＬＫＨＴＲＥＮ＊」（図
示せず）を有する。これらの信号の両者は低く活性化し、そしてそれらはバス６
３６を経るＰＡＬ４８４へ出力される。
ＰＩＣ４８２は、また、信号「ＢＥＥＰ」および「ＢＥＥＰＣＬＲ＊」をバス
６４０上に出力してビーパーワンショット６３０を制御する。
ＰＩＣ４８２は、また、信号「ＭＥＭＩ」（図示せず）を出力し、この信号は
ＥＰＲＯＭ４５６の高いアドレス区画とバッテリーＲＡＭ４５８の低いアドレス
との間のページをスイッチするために使用される。２つの他の信号「ＰＡＧＥ
ＳＥＬ０」および「ＰＡＧＥ ＳＥＬ１」（図示せず）は出力されて、ＥＰＲＯ
Ｍ４５６中の４つの１６Ｋページの間を選択する。
４つの温度センサーは、１０mV／°Ｋのゼンナー電圧／温度依存性をもつナシ
ョナル ＬＭ １３５ゼンナーダイオード型のセンサーである。ゼンナーダイオ
ードは２０Ｋの抵抗器４９６を通して調整された電力供給４９８から推進される
。ゼンナーを通る電流は、０℃〜１００℃の操作範囲にわたってほぼ５６０μＡ
〜６１５μＡの間で変化する。ゼンナーそれ自体の加熱は、同一範囲にわたって
１．６８mW〜２．１０mWの間で変化する。
マルチプレクサ４９２および４９４はＤＧ４０９アナログスイッチである。ラ
イン４８８および４９０上の電圧は、Ｖout ＝３＊Ｖin−７．５の移動関数をも
つＡＤ６２５ＫＮ計器増幅器により増幅される。０℃〜１００℃にわたって２．
７３〜３．７３のゼンナー温度センサーの出力で、増幅器５７８の出力は０．６
０ボルト〜３．６９ボルトであり、これはＡ／Ｄ入力範囲内にきっちり入る。
高度に精確なシステムの実施に対する重要なことは、すぐれた精度および周囲
温度の変化によるドリフトが低いことである。これらの目標の両者は、精確な電
圧参照源、すなわち、較正電圧発生器５０６を使用し、そして、温度センサーの
出力およびライン５１０上のＡＣライン電圧をモニターするために使用されるの
と同一のエレクトロニクスのチェインを通るその出力を連続的にモニターするこ
とによって達成される。
較正電圧発生器５０６はライン６５０および６５２上に２つの精確な電圧を出
力する。一方の電圧は３．７５ボルトであり、そして他方は３．１２５ボルトで
ある。これらの電圧は、抵抗器間の０．０５％の合致および抵抗器間の５ppm ／
℃の温度ドリフトをもつ、１ストリングの超低ドリフトの統合された薄いフィル
ムの抵抗器を使用して、調整された供給電圧を分割することによって得られる。
較正電圧発生器は、また、Ａ／Ｄコンバータ参照電圧について−５ボルトおよび
計器増幅器オフセットについて−７．５ボルトを発生する。これらの２つの電圧
はライン（図示せず）によりＡ／Ｄ４８６および増幅器５７８に伝えられる。こ
れらの負の電圧は、同一薄いフィルムの参照電圧のネットワークおよびＯＰ２７
ＧＺオペアンプ（図示せず）を使用して発生される。操作増幅器５７８のための
ゲイン設定抵抗器は、また、超低ドリフトの薄いフィルムの統合された合致抵抗
器である。
制御ファームウェア、制御エレクトロニクスおよびブロックの設計は、ＰＣＲ
プロトコルのウェル対ウェルおよび計器対計器の輸送性が可能であるように設計
される。
高い処理の実験室は、実験室の人員の広いスペクトルについて使用容易であり
そして必要とする訓練が最小である計器から利益を得る。本発明のためのソフト
ウェアは、複雑なＰＣＲサーモサイクリングのプロトコルを取り扱うと同時にプ
ログラムが容易であるように開発された。さらに、それは電力の中断の間の試料
の統合性を保証するような安全装置をもって提供され、そして安全な記憶装置の
中に各ランの詳細な事象を書き込むことができる。
システムが適切に作動していることを保証するために、図５４〜図５７に示し
たパワーアップ自己検査を完結した後、本発明のユーザのインタフェースは、フ
ァイルを実行し、つくりまたは編集し、またはユーティリティファンクションを
アクセスするようにユーザを招待する、簡単なトップレベルのメニューを提供す
る。プログラミングの技能は要求されない。なぜなら、前以て存在する不足のフ
ァイルは個別化した時間および温度を使用して編集し、次いで後の使用のために
記憶装置に記憶することができるからである。ファイルは、通常、所望の温度を
保持するか、あるいはサーモサイクリングするための命令の組から成る。複雑な
プログラムはファイルを一緒にリンクしてある方法を形成することによってつく
られる。普通に使用されるファイル、例えば、サーモサイクル後の４℃インキュ
ベーションは、他のユーザにより、記憶され、そして方法に組み込むことができ
る。新しい型のファイル、ＡＵＴＯファイルは、パラメータの制御にいくつかの
型の変化のどれが各サイクル：時間の増加（オートセグメントの伸長、収率の増
大するため）、時間の減少、または温度の増加または減少、を起こすかを特定で
きるようにする、ＰＣＲサイクリングのプログラムである。最高の制御の精度お
よび最も信頼性がある方法の転移のために、温度は０．１℃に安定であり、そし
て時間は最も近い秒にプログラミングされる。本発明は、ランの間の１または２
以上の設定点で特定したサイクルにおける試薬の添加および管の取り出しのため
の、計画を立てたＰＡＵＳＥをプログラミングする能力を有する。
本発明のシステムは、各ランのための５００の記録履歴を記憶する能力を有す
る。この特徴により、各サイクルにおいて個々のステップを概観し、そして不規
則性に関する特別の状態または誤まったメッセージをフラッグすることができる
。オプショナルのプリンタを使用して、本発明はファイルおよび方法のパラメー
タ、時間／日付のスタンプをもつラン−時間時間／温度のデータ、形状のパラメ
ータ、および分類されたファイルのディクショナリーのハードコピーのドキュメ
ンテーションを提供する。
再現性あるサーモサイクリングを保証するために、計算した試料の温度は各サ
イクルのランプおよび保持セグメントの間に表示される。セットした温度より１
°低い温度を通常使用してランプ−時間および保持−時間のクロックをトリガす
るが、これはユーザにより変更されることができる。管の型および体積について
の適切な時間を使用すると、試料は、常に、長いまたは短いインキュベーション
時間がプログラミングされるかどうかに無関係に、同一精度で所望の温度に到達
する。ユーザは変性されたプライマーの特殊化されたアニーリングの要件、また
は非常にＧＣに富んだ標的のための非常に短い（１〜５秒）高度の変性について
ゆっくりしたランプをプログラミングすることができる。知能の欠乏は２および
３温度のＰＣＲサイクルについて前以てプログラミングされる。
診断テストをアクセスして、加熱および冷却のシステムの状態をチェックする
ことができる。なぜなら、ソフトウェアはＰａｓｓ／Ｆａｉｌのレポートを与え
るからである。さらに、システム実行のプログラムは包括的なサブシステムの評
価を実施し、そして要約の状態のレポートを発生する。
制御ファームウェアは、以下に列挙するいくつかのセクションから構成される
：
− 診断
− 較正
− 導入
− 実時間オペレーション
− システムを管理する９つの優先化タスク
− スタートアップシーケンス
− ユーザのインタフェース
ファームウェアの種々のセクションを、テキスト的な記述、擬似符号または両
者で記述する。
ファームウェアの特徴は、次の通りである：
１．平均試料ブロック温度を＋／−０．１℃に管理しならびに試料ブロック中
のウェルの間のような温度の不均一性を＋／−０．５℃内に維持する制御システ
ム。
２．ライン電圧の変動およびエレクトロニック温度ドリフトを測定および補償
する温度制御システム。
３．システムの成分が働いているかどうかを決定する広範なパワーアップ診断
。
４．加熱および冷却のシステムが適切に働いているかを評価する導入プログラ
ムにおける包括的な診断。
５．オペレーターのメニューへの依存性を最小にして計器のオペレーションを
可能とするメニュー推進システムを使用する、論理および有機化されたユーザの
インタフェース。
６．１７までのＰＣＲプロトコルをリンクしそしてそれらを１つの方法として
記憶する能力。
７．１５０までのＰＣＲプロトコルおよび方法をユーザのインタフェースの中
に記憶する能力。
８．シーケンスタスクの一部分として前のランの５００までの事象をレコード
する履歴ファイル。
９．最大の温度の精度および制御のためにランの開始の反応体積および管の大
きさ型をユーザのインタフェースの一部分として定めそしてＰＩＤタスクにおけ
るタウ（管の時間定数）を変更する能力。
１０．電力破壊から回復したとき、システムは試料ブロックを４℃に推進して
、試料隔室の中に負荷できる試料を救う。アナライザーは、また、シーケンスタ
スクの一部分として電力破壊の期間をレポートする。
１１．履歴ファイルの内容、「ラン時間」パラメータおよび記憶されたＰＣＲ
プロトコルのパラメータをプリントタスクのパラメータとしてプリントする能力
。
下に記載する診断のいくつかのレベルが存在する：
１系列のパワーアップテストは、計器がオンにされる毎に、自動的に実施する
。それらはユーザの介在なしにハードウェアのクリティカル領域を評価する。成
分の故障を検出するテストを再び実行することができる。テストが２回失敗した
場合、エラーのメッセージは表示され、そしてキーボードは電子的にロックされ
て、ユーザが続けるのを防止する。
次の領域をテストする：
プログラム可能な周辺インタフェース装置、
バッテリーＲＡＭ装置、
バッテリーＲＡＭ検査合計、
ＥＰＲＯＭ装置、
プログラム可能なインタフェースタイマ装置、
クロック／カレンダー装置、
プログラム可能なインタフェース制御装置、
アナログ対ディジタルセクション、
温度センサー、
適切な構成プラグの検証。
１系列のサービスオンリー診断は、製造業者の場所における最後のテスターに
および「隠れた」キーストロークシーケンス（すなわち、カスタマーに未知の）
によるフィールドサービスエンジニアーにとって利用可能である。テストの多く
は、９９回まで連続的に実行することができる以外、診断を開始するときのテス
トと同一である。
次の領域をテストする：
プログラム可能な周辺インタフェース装置、
バッテリーＲＡＭ装置、
バッテリーＲＡＭ検査合計、
ＥＰＲＯＭ装置、
プログラム可能なインタフェースタイマ装置、
クロック／カレンダー装置、
プログラム可能なインタフェース制御装置、
アナログ対ディジタルセクション、
ＲＳ−２３２セクション、
ディスプレイセクション、
キーボード、
ビーパー、
ランプ冷却弁、
ＥＰＲＯＭ不一致のチェック、
ファームウェアのバージョンレベル、
バッテリーＲＡＭ検査合計および初期化、
自動開始プログラムフラッグ、
較正フラッグのクリア、
加熱されたカバーヒータおよび制御回路、
へりヒータおよび制御回路、
製造のヒータおよび制御回路、
中央ヒータおよび制御回路、
試料ブロックの熱的カットオフテスト、
加熱されたカバーの熱的カットオフテスト。
ユーザの診断を、また、使用して急速な冷却および加熱のランプの検証および
加熱および冷却システムの広範な確証を実施することができる。これらの診断、
また、使用して、前のランにおいて起こった事象の順次のレコードである、履歴
ファイルを見ることができる。レコードは、時間、温度、設定点の数、サイクル
の数、プログラムの数および状態のメッセージを含有する。
遠隔診断を使用して、ＲＳ−２３２ポートを経る外部のコンピュータからのシ
ステムを制御することができる。制御はサービスの診断および計器の較正のみに
限定される。
種々のプライマー、例えば、ヒータの抵抗などを決定するための較正を実施す
る。較正スクリーンに対してアクセスは、「隠れた」キーのシーケンス（すなわ
ち、カスタマーに未知である）により限定される。次のパラメータを較正する：
構成プラグは、冷却装置、試料ブロックヒータ、冷却液ポンプおよび適切な電
圧および周波数（１００Ｖ／５０Hz、１００／６０Hz、１２０／６０Hz、２２０
／５０Hzまたは２３０／５０Hz）のための電力供給を再配線するモジュールであ
る。ユーザは導入した構成プラグの型を入力する。ファームウェアはこの情報を
使用して試料ブロックのヒータの同等の抵抗を計算する。パワーアップすると、
システムは選択した構成プラグが電流ラインの電圧および周波数と一致すること
を検証する。
ヒータの抵抗は、供給されるヒータ電力の正確な較正を実施できるように、較
正プロセスにおいて決定しなくてはならない。ユーザは６つの試料ブロックヒー
タ（２つの主ヒータ、２つのマニホールドヒータおよび２つのへりヒータ）の実
際の抵抗を入力する。構成プラグはヒータを２２０〜２３０ＶＡＣオペレーショ
ンについて直列におよび１００〜１２０ＶＡＣオペレーションについて並列に配
線する。ファームウェアは、次の式により３つのヒータの各々の同等の抵抗を計
算する：
（７）１００〜１２０ＶＡＣについて：Ｒeq＝（Ｒ1 ＊Ｒ2 ）／Ｒ1 ＋Ｒ2
（８）２２０〜２３０ＶＡＣについて：Ｒeq＝Ｒ1 ＋Ｒ2
同等の抵抗を使用して試料ブロックへの加熱電力の正確な量を誘導する（電力
＝電圧2×抵抗）。
Ａ／Ｄ回路の較正は、温度が正確に測定できるようにするために必要である。
これは２つのテスト点の電圧（ＣＰＵボード上のＴＰ６およびＴＰ７）を測定し
、そして測定した電圧を入力することによって実施される。各電圧におけるＡ／
Ｄの出力は２点の検量線の基礎を形成する。これらの電圧は５ボルトの精度の源
から誘導され、そして正確でありそして温度依存性である。各ランの開始におい
て、これらの電圧は温度のための電子的ドリフトを測定するシステムにより読ま
れる。なぜなら、Ａ／Ｄ出力の変化はアナログチェイン（マルチプレクサ、アナ
ログ増幅およびＡ／Ｄコンバータ）における温度依存性のためからである。
４つの温度センサー（試料ブロック、周囲、冷却液および加熱されたカバー）
の較正は、正確な温度測定について実施される。計器の中への導入の前に、周囲
、冷却液および加熱されたカバーの温度センサーは水浴の中に配置され、ここで
それらの出力は記録される（ＹＹＹＹmVにおけるＸＸ．Ｘ℃）。次いで、これら
の値をシステムに入力する。これらの領域における温度の精度はクリティカルで
はないので、１点の検量線を使用する。
試料ブロックのセンサーを計器中で較正する。１５の正確な温度プローブの列
は、好ましい実施態様において試料ブロックの中に戦略的に配置する。温度プロ
ーブの出力を集め、そしてコンピュータにより平均する。ファームウェアはブロ
ックに４０℃に行くように命令する。短い安定化期間後、１５プローブにより読
まれるものとして平均のブロック温度を入力する。この手順を９５℃において反
復して２点の検量線を形成する。
ＡＣ対ＤＣライン電圧のサンプリング回路の較正は、２つの所定のＡＧ入力電
圧についてのＡＣ対ＤＣ回路の出力をシステムに入力し、２点の検量線を形成す
ることによって実施する。回路の出力は要求される範囲（９０〜２６０ＶＡＣ）
にわたって非直線であり、したがって各端において２点（１００および１２０、
２２０および２４０ＶＡＣ）を必要とし、そして電流入力電圧に基づいて１セッ
トを使用する。
ＡＣ電圧の正確な測定値は正確な量の電力を試料ブロックへ供給するために必
要である（電力＝電圧2 ×抵抗）。
導入プログラムは、冷却および加熱システムの広範なテストを実施する診断道
具である。導入の測定値および計算値は、冷却コンダクタンス、１０℃および１
８℃におけるランプ冷却コンダクタンス、１０℃および２０℃における冷却電力
、試料ブロックの熱的および冷却液の容量および試料ブロックのセンサー遅れを
制御する。導入の目的は３倍である：
１．限界のまたは故障の成分を暴露する。
２．測定された値のいくつかをバッテリーバックアップＲＡＭの中に記憶され
たシステム定数として使用して、所定の計器についての制御システムを最適化す
る。
３．経時的加熱および冷却システムの規模縮小を測定する。
システムを輸送する前に、導入を実行しそして、また、使用前にまたは主要な
成分が置換されたときはいつでも、実行すべきである。導入プログラムは、また
、ユーザの診断の下でユーザにより実行することができる。
ヒータのピングテストは、ヒータが電流ライン電圧のために適切に構成される
ことを検証する（すなわち、９０〜１３２ＶＡＣについて並列および２０８〜２
６４ＶＡＣについて直列）。ファームウェアは１バーストの電力を試料ブロック
に供給し、次いで１０秒の時間期間にわたる温度上昇をモニターする。温度上昇
が特定したランプ速度のウインドーの外側にある場合、ヒータは電流ライン電圧
について不正確に配線され、そして導入プロセスは停止される。
制御冷却コンダクタンステストは試料ブロックを横切る制御冷却パッセージへ
の熱コンダクタンスＫccを測定する。このテストはまず試料ブロック温度を６０
℃に推進し（ランプ弁を閉じる）、次いでブロックを６０℃に３０秒の時間期間
にわたって維持するために要求されるヒータ電力を積分する。積分された電力を
間隔にわたるブロック温度と冷却液温度との間の差の合計で割る。
（９）Ｋcc＝Σヒータ電力（６０℃）／Σ（ブロック−冷却液温度）
典型的な値は１．４０〜１．５５ワット／℃である。低いＫccはライナーの詰
まりを示す。高いＫccは完全に閉じていないランプ弁、ライナーの直径の外側へ
の冷却液の漏れ、またはシフトしたライナーのためであることがある。
ブロックの熱容量（Ｂｌｋ Ｃｐ）テストは、まずブロックを３５℃に制御し
、次いで最大電力をヒータへ２０秒間加えることによって、試料ブロックの熱容
量を測定する。試料ブロックの熱容量は、積分された電力／ブロック温度の差に
等しい。精度を増加するために、バイアス冷却の電力の作用は増加された電力か
ら減ずる。
（１０）Ｂｌｋ Ｃｐ＝ランプ時間＊（ヒータ−制御冷却電力）／Δ温度
ここで、
ランプ時間＝２０秒、
ヒータ電力＝５００ワット、
制御冷却＝（Σブロック−冷却液温度）＊Ｋcc
Δ温度＝ＴＢｌｏｃｋt=20−ＴＢｌｏｃｋt=0
Ｂｌｋ Ｃｐの典型的な値は５４０ワット−秒／℃±３０である。正常のＫcc
値を仮定するとき、ブロックの熱容量の増加は熱的負荷、例えば、フォームのバ
ッキング中の湿気、試料ブロックの回りの絶縁損失、またはヒータ電力の減少、
例えば、６のヒータゾーンの１つの故障またはヒータゾーンを推進する電子回路
の故障、または不正確さまたは不正確に配線されている電圧構成モジュールのた
めである。
冷却テストは１０℃および１８℃におけるシステム冷却出力（ワット）を測定
する。所定の温度におけるシステム冷却電力または冷却出力は、その温度におけ
る熱的負荷の合計に等しい。主な成分は次の通りである：１．所定の温度にブロ
ックを維持するために要求される加熱電力、２．システムの回りに冷却液を循環
させるために使用するポンプが消散する電力、および３．周囲への冷却液ライン
中の損失。電力パラメータは、冷却液の温度を１０℃または１８℃に制御し、そ
して３２秒の間隔にわたって一定の冷却液温度に維持するために加えられる積分
することによって測定させる。ブロック温度と冷却液温度との間の差は、また、
積分して周囲温度への損失をクリアする。
（１１）冷却温度＝Σ加熱電力＋ポンプ電力＋（Ｋａｍｂ＊Σ（ｂｌｋ−ｃｏｏ
ｌｔｅｍｐ））
ここで、
加熱電力＝冷却液を１０℃または１８℃に３２秒の時間にわたって維持するた
めに要求される加熱電力の合計、
ポンプ電力＝循環ポンプ、１２ワット、
Ｋａｍｂ＝周囲へのコンダクタンス、２０ワット／℃、
ｂｌｋ−ｃｏｏｌ ｔｅｍｐ＝３２秒の時間にわたるブロックおよび冷却液温
度の差の合計。
冷却電力のための典型的な値は、１０℃において２３０ワット±４０および１
８℃において３７０ワット±３０である。低い冷却電力は、ファン通路の障害、
欠陥のあるファン、または冷却装置の限界のまたは故障のためである。それは、
また、電圧構成プラグの配線の誤まりであることがある。
ランプ冷却コンダクタンス（Ｋc ）テストは、１０℃および１８℃における試
料ブロックを横切るランプおよび制御冷却通路への熱コンダクタンスを測定する
。このテストは、まず冷却液温度を１０℃または１８℃において制御し、次いで
、３０秒の時間の間隔にわたって、所定の温度に冷却液を維持するために要求さ
れる加熱電力／その時間にわたるブロック温度および冷却液温度の差を積分する
ことによって実施される。
（１２）Ｋc ＝Σ加熱電力／Σ（ブロック−冷却液温度）
Ｋc について典型的な値は１０℃において２８ワット／℃±１０℃および１８
℃において３１ワット／℃±３である。低いＫc は閉じたまたは障害されたラン
プ弁、キンクした冷却液管、弱いポンプまたは硬水／プレストン（登録商標）混
合物のためであることがある。
センサー遅れテストは、まずブロック温度を３５℃に制御し、次いで５００ワ
ットのヒータ電力を２秒間加え、そしてブロックを１℃上昇するために要求され
る時間を測定することによって、ブロックセンサー遅れを測定する。典型的な値
は１３〜１６単位であり、ここで各単位は２００ミリ秒に等しい。遅いまたは長
いセンサー遅れは、センサーとブロックとの間の劣った界面、例えば、熱的グリ
ースの欠如、センサーのキャビティの劣った機械加工またはセンサーの故障のた
めであることがある。
残りの導入テストは現在導入プログラムにより実行されるが、それらは計算さ
れた値であるか、あるいは多数の変数をもつので、それらの結果が問題の源を正
確に決定しない関数であるという事実のために、制限された診断の目的を有する
。
導入プログラムは１８℃と１０℃との間のランプ冷却コンダクタンス（Ｓc ）
の勾配を計算する。それはコンダクタンス曲線の直線性の測度である。それは、
また、０℃におけるランプ冷却コンダクタンスを概算するために使用する。典型
的な値は０．４０±０．２である。値の広がりは、それがちょうど近似値である
という事実を証明する。
（１３）Ｓc ＝（Ｋｃ １８°−Ｋｃ １０°）／（１８℃−１０℃）
導入プログラムは、また、冷却コンダクタンスＫc0を計算する。Ｋc0は０℃に
おける冷却コンダクタンスは１０℃における実際のコンダクタンスから外挿され
る。典型的な値は２３ワット／℃±５である。使用した式は次の通りである：
（１４）Ｋc0＝Ｋｃ １０−（Ｓｃ＊１０℃）
導入プログラムは、また、冷却液容量（Ｃｏｏｌ Ｃｐ）を計算し、この冷却
液容量は全体の冷却液の流れ（冷却液、ポンピングライン、熱交換器、および弁
）の熱容量の近似値である。冷却容量は、冷却液の中に熱を送る成分−冷却液か
ら熱を除去する成分に等しい。これらの成分を測定しそして計算するために使用
した機械は複雑であり、そして源コードの説明のセクションにおいて詳細に記載
する。この測定において、冷却液は１０℃において安定化されることができる。
最大ヒータ電力を１２８秒間試料ブロックに加える。
（１５）Ｃｏｏｌ Ｃｐ＝加熱源−冷却液源
（１６）Ｃｏｏｌ Ｃｐ＝加熱電力＋ポンプ電力＋Ｋａｍｐ＊（ΣＴａｍｐ−Σ
Ｔｃｏｏｌ）
− Ｂｌｏｃｋ Ｃｐ＊（Ｔｂｌｏｃｋt=0 −Ｔｂｌｏｃｋt=128 ）
− Ｔｂｌｏｃｋt=0 とＴｂｌｏｃｋt=128 との間の平均冷却電力
｛ ｝内に囲まれた文字は源コードにおいて使用した可変の名前を示す。

ヒータピンテスト擬似コード：
ヒータピンテストは、ヒータが電流ライン電圧のために適切に配線されている
ことを検証する。
試料ブロックおよび冷却液を既知のおよび安定な点にする。

ランプ冷却弁をオンにする
ブロックおよび冷却液が５℃以下になるのを待つ
ランプ冷却弁をオフにする

ブロック温度の低下を１０秒の時間間隔にわたって測定することによって、制
御冷却の冷却効果を測定する。測定を行う前に安定化のために１０秒待つ。

１０秒待つ
ｔｅｍｐ１＝ブロック温度
１０秒待つ
ｔｅｍｐ２＝ブロック温度
｛ｔｅｍｐａ｝＝ｔｅｍｐ２−ｔｅｍｐ１

実際に測定したライン電圧を含有する変数｛ライン電圧｝を検査する。１９０
Ｖより大きいライン電圧について７５ワットで、あるいは１４０Ｖより小さい場
合３００ワットでヒータをパルスする。

（｛ライン電圧｝＞１９０Ｖ）の場合、７５ワットをヒータに供給する
そのほかに
３００ワットをヒータに供給する

１０秒の時間の期間にわたる時間上昇を測定する。この結果は０．０１°／秒
の平均の熱速度である。

ｔｅｍｐ１＝ブロック温度
１０秒待つ
ｔｅｍｐ２＝ブロック温度
｛ｔｅｍｐｂ｝＝ｔｅｍｐ２−ｔｅｍｐ１

制御冷却効果から平均加熱速度｛ｔｅｍｐｂ｝を減じて真の加熱速度を計算す
る。

（１７）ｈｅａｔ ｒａｔｅ＝｛ｔｅｍｐｂ｝−｛ｔｅｍｐａ｝

ｈｅａｔ ｒａｔｅを評価する。２２０〜２３０Ｖについて、加熱速度は０．
３０°／秒より小さくあるべきである。１００〜１２０Ｖについて、加熱速度は
０．３０°／秒より大きくあるべきである。

（ライン電圧＝２２０Ｖおよびｈｅａｔ ｒａｔｅ＞０．３０°／秒）であ
る場合、
エラー−＞１２０について配線されたヒータ
ロックアップキーボード
（ライン電圧＝１２０Ｖおよびｈｅａｔ ｒａｔｅ＜０．３０°／秒）であ
る場合、
エラー−＞２２０について配線されたヒータ
ロックアップキーボード

ＫＣＣテスト擬似コード：
このテストはＫccとしてまた知られている制御冷却を測定する。
Ｋccは６０℃のブロック温度において測定した。

ブロックを６０℃に推進する
ブロック温度を６０℃に３００秒間を維持する

３０秒の時間の期間にわたって試料ブロックのヒータに加えられている電力を
積分する。ブロック温度を制御冷却バイアスで維持するために要求される電力を
測定および積分する。

｛ｄｔ ｓｕｍ｝＝０ （デルタ温度の合計）
｛ｍａｉｎ ｐｗｒ ｓｕｍ｝＝０（主ヒータ電力の合計）
｛ａｕｘ ｐｗｒ ｓｕｍ｝＝０ （補助ヒータの電力の合計）
（カウント＝１〜３０）
｛
｛ｄｔ ｓｕｍ｝＝｛ｄｔ ｓｕｍ｝＋（ブロック温度−冷却液温度）
１秒待つ

主ヒータおよび補助ヒータに加えられる電力を蓄積する。実際のコードはＰ
ＩＤ制御タスクにあり、したがって２００ミリ秒毎に合計する。

｛main pwr sum ｝＝｛main pwr sum ｝＋｛actual power ｝
｛aux pwr sum ｝＝｛aux pwr sum ｝＋｛aux1 actual｝＋｛aux2
actual｝
｝

電力の合計を温度の合計で割ることによってコンダクタンスを計算する。単位
は１０mV／℃であることに注意する。

（１８） Kcc＝（｛main pwr sum ｝＋｛aux pwr sum ｝）／｛dt su
m ｝

ＢＬＯＣＫ ＣＰテスト擬似コード：
このテストは試料ブロックの熱容量を測定する。

ブロックを３５℃に推進する
ブロック温度を３５℃に５秒間を制御し、そして初期温度を制御する。

ｉｎｉｔｉａｌ ｔｅｍｐ＝ブロック温度

最大電力をヒータに２０秒間供給し、その間ブロック温度対冷却液温度の差な
らびにヒータ電力を合計する。

５００ワットを推進する
｛ｄｔ ｓｕｍ｝＝０
（カウント＝１〜２０秒）
｛
｛ｄｔ ｓｕｍ｝＝｛ｄｔ ｓｕｍ｝＋（ブロック温度−冷却液温度）
１秒待つ
｝

（１９）ｄｅｌｔａ ｔｅｍｐ＝ブロック温度−ｉｎｉｔｉａｌ ｔｅｍｐ

ランプの間に起こる制御冷却のための冷却電力のジュールを計算する。

（２０）ｃｏｏｌ ｊｏｕｌｅ＝制御冷却コンダクタンス（Ｋcc）＊｛ｄｔ ｓ
ｕｍ｝

主ヒータおよび制御冷却からブロックへ加えられる合計のジュールを計算する
。間隔にわたる温度変化で割って熱容量を計算する。

（２１）Ｂｌｏｃｋ Ｃｐ＝ランプ時間＊（ヒータ電力−ｃｏｏｌ ｊｏｕｌｅ
）／ｄｅｌｔａ ｔｅｍｐ

ここで：ランプ時間＝２０秒
ヒータ電力＝５００ワット

ＣＯＯＬ ＰＷＲ １０：
このテストは冷却電力を１０℃で測定する。

冷却液温度を１０℃で制御し、そして１２０秒間安定化する。
カウント＝１２０
（カウント！＝０）の間実施する
｛
（冷却液温度＝１０±０．５℃）の場合、
カウント＝カウント−１
そのほかに
カウント＝１２０
１秒待つ
｝

この時点において、冷却液は１０℃に１２０秒間あり、そして安定化された。
３２秒にわたって、１２０℃の冷却液温度を維持するために加えていた電力を積
分する。

｛ｃｏｏｌ ｉｎｉｔ｝＝冷却液温度
｛ｍａｉｎ ｐｗｒ ｓｕｍ｝＝０
｛ａｕｘ ｐｗｒ ｓｕｍ｝＝０
｛ｄｅｌｔａ ｔｅｍｐ ｓｕｍ｝＝０
（カウント＝１〜３２）について
｛
主ヒータおよび補助ヒータ加えた電力を蓄積する。実際のコードは制御タス
クにある。
｛main pwr sum ｝＝｛main pwr sum ｝＋actual power
｛aux pwr sum ｝＝｛aux pwr sum ｝＋aux1 actual＋aux2 actu
al
delta temp sum＝delta temp sum ＋（周囲温度−冷却液温度）
１秒待つ
｝
積分間隔の間に冷却液質量に添加されたエネルギーのジュール数を計算する。
「（冷却液温度−ｃｏｏｌ ｉｎｉｔ）」は積分間隔の間の冷却液温度の変化で
ある。５５０は冷却液のＣｐ（ジュール）であり、こうして積はジュールである
。それは冷却液に添加され余分の熱を表し、これは冷却液を積分間隔の間に設定
点からドリフトさせる。このエラーは冷却液電力の計算前に加えられた合計の熱
から減ずる。

（２２）ｃｏｏｌ ｉｎｉｔ＝（冷却液温度−ｃｏｏｌ ｉｎｉｔ＊５５０Ｊ

主電力の合計を補助ヒータの合計に添加して、３２秒で消散したジュールを得
る。３２で割って平均ジュール／秒を得る。

（２３） ｛main pwr sum ｝＝（｛main pwr sum ｝＋｛aux pwr su
m ｝−cool init）／32

すべての冷却電力成分を合計することによって、１０℃における冷却電力を計
算する。

（２４）Power1０ ℃＝main power sum ＋PUMP PWR＋(K AMB * delta te
mp sum)

ここで：
｛ｍａｉｎ ｐｗｒ ｓｕｍ｝＝間隔にわたるヒータ電力の合計
ＰＵＭＰ ＰＷＲ＝１２ワット、冷却液を計算するポンプ
ｄｅｌｔａ ｔｅｍｐ ｓｕｍ＝間隔にわたる周囲−冷却液合計
Ｋ ＡＭＢ＝２０ワット／Ｋ、冷却から周囲への熱的コンダクタンス

ＫＣ １０テスト擬似コード：
このテストはランプ冷却コンダクタンスを１０℃で測定する。
冷却液温度を１０℃±０．５に制御し、そしてそれを１０秒間安定化する。
この時点において、冷却液は設定点にあり、そして制御されている。３０秒の
時間間隔にわたって、冷却液温度を１０℃に維持するためにヒータに加えられて
いる電力を積分する。ブロック温度を冷却液温度との間の差を合計する。

｛ｍａｉｎ ｐｗｒ ｓｕｍ｝＝０
｛ａｕｘ ｐｗｒ ｓｕｍ｝＝０
｛ｄｔ ｓｕｍ｝＝０
（カウント＝１〜３０）
｛
主ヒータおよび補助ヒータに加えられる電力を蓄積する。実際のコードはＰ
ＩＤ制御タスクにある。
｛main pwr sum ｝＝｛main pwr sum ｝＋actual power
｛aux pwr sum ｝＝｛aux pwr sum ｝＋aux1 actual＋aux2 actu
al
｛dt sum｝＝｛dt sum ｝＋（ブロック温度−冷却液温度）
１秒待つ
｝

合計期間にわたってブロックに供給されたエネルギー（ジュール）を計算する
。単位は０．１ワットである。

（２５）｛main pwr sum ｝＝｛main pwr sum ｝＋｛aux pwr sum ｝

電力合計をブロック温度−冷却液温度の合計で割って、ランプ冷却コンダクタ
ンス（１００mW／Ｋ）を得る。

（２６）Ｋｃ １０＝｛ｍａｉｎ ｐｗｒ ｓｕｍ｝／｛ｄｔ ｓｕｍ｝

ＣＯＯＬ ＰＷＲテスト擬似コード：
このテストは冷却電力を１８℃で測定する。
試料ブロックおよび冷却液を既知の安定な点にする。冷却液温度を１８℃で制
御し、そして１２８秒間安定化する。

カウント＝１２８
（カウント！＝０）の間に実施する
｛
（冷却液温度＝１８℃±０．５）の場合、カウント＝カウント−１
そのほかに
カウント＝１２０
１秒待つ
｝

この時点において、冷却液は１８℃に１２０秒間あり、そして安定化した。３
２秒にわたって、１８℃の冷却液温度を維持するために加えられる電力を積分す
る。

｛ｃｏｏｌ ｉｎｉｔ｝＝冷却液温度
｛ｍａｉｎ ｐｗｒ ｓｕｍ｝＝０
｛ａｕｘ ｐｗｒ ｓｕｍ｝＝０
｛ｄｅｌｔａ ｔｅｍｐ ｓｕｍ｝＝０
（カウント＝１〜３２）について
｛
主ヒータおよび補助ヒータに加えられる電力を蓄積する。実際のコードは
制御タスクにある。
｛main pwr sum ｝＝｛main pwr sum ｝＋actual power
｛aux pwr sum ｝＝｛aux pwr sum ｝＋aux1 actual＋aux2 ac
tual
delta temp sum＝delta temp sum ＋（周囲温度−冷却液温度）
１秒待つ
｝

積分間隔の間に冷却液質量に添加されたエネルギーのジュール数を計算する。
「（冷却液温度−ｃｏｏｌ ｉｎｉｔ）」は積分間隔の間の冷却液温度の変化で
ある。５５０は冷却液のＣｐ（ジュール）であり、こうして積はジュールである
。それは冷却液に添加され余分の熱を表し、これは冷却液を積分間隔の間に設定
点からドリフトさせる。このエラーは冷却液電力の計算前に加えられた合計の熱
から減ずる。

（２７）ｃｏｏｌ ｉｎｉｔ＝（冷却液温度−ｃｏｏｌ ｉｎｉｔ）＊５５０Ｊ

主電力の合計を補助ヒータの合計に添加して、３２秒で消散したジュールを得
る。３２で割って平均ジュール／秒を得る。
（２８） ｛main pwr sum ｝＝（｛main pwr sum ｝＋｛aux pwr su
m ｝−cool init）／32

すべての冷却電力成分を合計することによって、１８℃における冷却電力を計
算する。
（２９）Power1８ ℃＝main power sum ＋PUMP PWR＋(K AMB * delta te
mp sum)

ここで：
｛ｍａｉｎ ｐｗｒ ｓｕｍ｝＝間隔にわたるヒータ電力の合計
ＰＵＭＰ ＰＷＲ＝１２ワット、冷却液を計算するポンプ
ｄｅｌｔａ ｔｅｍｐ ｓｕｍ＝間隔にわたる周囲−冷却液合計
Ｋ ＡＭＢ＝２０ワット／Ｋ、冷却から周囲への熱的コンダクタンス

ＫＣ １８テスト擬似コード：
このテストはランプ冷却コンダクタンスを１８℃で測定する。
冷却液温度を１８℃±０．５に制御し、そしてそれを１０秒間安定化する。
この時点において、冷却液は設定点にあり、そして制御されている。３０秒の
時間間隔にわたって、冷却液温度を１８℃に維持するためにヒータに加えられて
いる電力を積分する。ブロック温度を冷却液温度との間の差を合計する。

｛ｍａｉｎ ｐｗｒ ｓｕｍ｝＝０
｛ａｕｘ ｐｗｒ ｓｕｍ｝＝０
｛ｄｔ ｓｕｍ｝＝０
（カウント＝１〜３０）
｛
主ヒータおよび補助ヒータに加えられる電力を蓄積する。実際のコードは制
御タスクにある。
｛main pwr sum ｝＝｛main pwr sum ｝＋actual power
｛aux pwr sum ｝＝｛aux pwr sum ｝＋aux1 actual＋aux2 actu
al
｛dt sum｝＝｛dt sum ｝＋（ブロック温度−冷却液温度）
１秒待つ
｝

合計期間にわたってブロックに供給されたエネルギー（ジュール）を計算する
。単位は０．１ワットである。

（３０）｛main pwr sum ｝＝｛main pwr sum ｝＋｛aux pwr sum ｝

電力合計をブロック温度−冷却液温度の合計で割って、ランプ冷却コンダクタ
ンス（１００mW／Ｋ）を得る。

（３１）Ｋｃ １８＝｛ｍａｉｎ ｐｗｒ ｓｕｍ｝／｛ｄｔ ｓｕｍ｝

ＳＥＮＬＡＧテスト擬似コード：
このテストは試料ブロックのセンサー遅れを測定する。
ブロックを２５℃に推進する。±０．２℃内に２０秒間保持し、次いでブロッ
ク温度をレコードする。

｛ｔｅｍｐａ｝＝ブロック温度

５００ワットの電力を試料ブロックに供給する。

次の２秒間５００ワットの電力を加え、そしてブロック温度を１℃増加するた
めのループを通る繰り返しの量をカウントする。各ループの繰り返しを２００ミ
リ秒毎に実行し、したがって実際のセンサー遅れはカウント＊２００ミリ秒に等
しい。

ｓｅｃｓ＝０
カウント＝０

（ＴＲＵＥ）の間に実施する
｛
（ｓｅｃｓ＞＝２秒）の場合、ヒータを遮断する
（ブロック温度−ｔｅｍｐａ＞１．０℃）の場合、ループの間に出る
カウント＝カウント＋１
｝
センサー遅れ＝カウント
の間に実施する

冷却液Ｃｐテスト擬似コード：
このテストはシステム全体の冷却液容量を計算する。

冷却液温度を１０℃±０．５に安定化する。

メッセージをＰＩＤ制御タスクに送って冷却液温度をその現在の値（約１０℃
）から１８℃にランプする。

冷却液が１２℃を横切るを待って、冷却液ＣＰランプが常に同一温度で開始し
、そして明瞭に開始されたランピングを有するようにする。初期周囲およびブロ
ック温度に注意する。

（冷却液温度＜１２℃）の間に実施する
｛
１秒を待つ
｝
｛ｂｌｋ ｄｅｌｔａ｝＝ブロック温度
｛ｈ２ｏ ｄｅｌｔａ｝＝冷却液温度

次の２分間、冷却液温度が１８℃にランピングする間、冷却液温度および周囲
温度と冷却液温度との間の差を合計する。

｛ｔｅｍｐ ｓｕｍ｝＝０
｛ｃｏｏｌ ｓｕｍ｝＝０
（カウント１〜１２８秒）について
｛
（３２）｛ｃｏｏｌ ｓｕｍ｝＝ｃｏｏｌ ｔｅｍｐ ｓｕｍ＋冷却液温度
（３３）｛ｔｅｍｐ ｓｕｍ｝＝周囲−冷却液温度
１秒待つ
カウント＝カウント＋１
｝

２分の期間にわたる温度変化を計算する。

（３４）｛ｂｌｋ ｄｅｌｔａ｝＝ブロック温度−｛ｂｌｋ ｄｅｌｔａ｝
（３５）｛ｈ２ｏ ｄｅｌｔａ｝＝冷却液温度−｛ｈ２ｏ ｄｅｌｔａ｝

ＫＣｈｉｌｌ、すなわち、１０℃〜２０℃の冷却液範囲にわたる冷却液温度を
もつ冷却電力の変化速度を計算する。単位はワット／１０℃であることに注意す
る。

（３６）ＫＣｈｉｌｌ＝（１８℃における冷却電力−１０℃における冷却電力）

ランプ冷却コンダクタンス対１８℃〜１０℃の温度範囲の勾配であるＳｃを計
算する。単位はワット／１０℃／１０℃である。

（３７）Ｓｃ＝（Ｋｃ １８−Ｋｃ８１０）／８

Ｋｃ ０、０℃に外挿したランプ冷却コンダクタンス、を計算する。

（３８）Ｋｃ ０＝Ｋｃ １０−（Ｓｃ＊１０）

Ｃｐ Ｃｏｏｌ、冷却液のＣｐ、を次の式により計算する：

（３９）Cp Cool＝(HEATPOWER＊128＋PUMP PWR ＊128
−Pwr ０℃＊128
−Block Cp＊blk delta
＋ K AMB ＊temp sum
−KChill＊cool temp sum)／h2o delta
ここで、
ＨＥＡＴＯＰＯＷＥＲ＝５００Ｗ、ブロックを加温し、こうして冷却液を加熱
するために加えたヒータ電力。熱間隔は１２８秒であったので、それに１２８を
掛ける、
ＰＵＭＰ ＰＷＲ＝１２Ｗ、冷却液を循環させるポンプの電力×１２８秒、
Ｐｗｒ ０℃＝０℃における冷却電力×１２８秒、
Ｂｌｏｃｋ Ｃｐ＝試料ブロックの熱容量、
ｂｌｋ ｄｅｌｔａ＝熱間隔にわたるブロック温度の変化、
Ｋ ＡＭＢ＝２０ワット／Ｋ、冷却から周囲への熱的コンダクタンス、
ｔｅｍｐ ｓｕｍ＝間隔にわたる周囲温度−冷却液温度の１回／秒の合計、
ｈ２ｏ ｄｅｌｔａ＝加熱（ほぼ６℃）の間隔にわたる冷却液温度の変化、
ＫＣｈｉｌｌ＝冷却電力対冷却液温度の勾配、
ｃｏｏｌ ｓｕｍ＝加熱間隔にわたる、冷却液温度、１回／秒、の合計。

実時間オペレーションシステム−ＣＲＥＴＩＮ
ＣＲＥＴＩＮは、タスクと呼ぶ他のソフトウェアのモジュールへシステムサー
ビスを提供するスタンドアロン、マルチタスキングのカーネルである。タスクは
Ｉｎｔｅｌ８０８５アセンブラーの中に書き込まれたある時間クリティカル領域
をもつ「Ｃ」ランゲージで書き込まれる。各タスクはプライオリティレベルを有
し、そして独立のファンクションを提供する。ＣＲＥＴＩＮは、スタートアップ
診断が首尾よく実行された後の、低い記憶およびランにある。

ＣＲＥＴＩＮはタスクのスケジューリングを取り扱い、そして一度に１タスク
／ランのみを可能とする。ＣＲＥＴＩＮは、すべてのハードウェアの割り込みを
受けとり、こうして適切な割り込みが受けとられたとき、待つタスクを実行させ
る。ＣＲＥＴＩＮは実時間クロックを提供して、タスクがタイムド事象を待つか
、あるいは既知の間隔の間ポーズすることができるようにする。ＣＲＥＴＩＮは
、また、メッセージノードのシステムを通るインタータスクのコミュニケーショ
ンを提供する。

ファームウェアは、下にプライオリティの順序で下に簡単に記載する９つのタ
スクから構成されている。引き続くセクションは各タスクをより詳細に記載する
。
１．制御タスク（ＰＩＤ）は試料ブロック温度を制御する。
２．キーボードタスクはキーパッドからのキーボードの入力を処理する。
３．タイマのタスクは半分の第２ハードウェアの割り込みを待ち、次いでウェ
イクアップメッセージを両者のシーケンスおよびディスプレイタスクに送る。
４．シーケンスのタスクはユーザのプログラムを実行する。
５．ポーズのタスクは、プログラムが実行されているとき、プログラミングし
た、キーパッドのポーズを取り扱う。
６．ディスプレイのタスクは実時間で表示を更新する。
７．プリンタのタスクはＲＳ−２３２のポートのコミュニケーションおよびプ
リントを取り扱う。
８．ＬＥＤタスクは加熱ＬＥＤを推進する。それは、また、導入を実行してい
るとき、冷却液温度の制御に使用される。
９．リンクのタスクはキーストロークをシミュレーションすることによってあ
る方法を一緒にリンクされるファイルを開始する。

ブロック温度制御プログラム（ＰＩＤ）
比例整数部差分（ＰＩＤ）タスクは、絶対試料ブロック温度を０．１℃に制御
しならびに、より多くの加熱電力をブロックの周辺に加えてガードバンドのへり
を通る損失を補償することによって、試料ブロック温度の不均一性（ＴＮＵ、最
も熱いウェルの温度−最も冷たいウェルの温度として定義される）を±０．５℃
に制御する。ＰＩＤのタスクは、また、加熱されたカバーの温度をより少ない精
度に制御する。このタスクは５回／秒を実行し、そして最高のプライオリティを
有する。
試料ブロックへ供給される加熱電力または冷却電力の量は、記憶装置に記憶さ
れたユーザが特定した試料温度、設定点と呼ぶ、と現在の試料温度の間の差また
は「誤差」から誘導される。この方式は標準のループ制御の実施を可能とする。
現在の誤差に直接比例するフィルムヒータへの電力の寄与、すなわち、比例成分
、（設定点の温度−試料ブロック温度）に加えて、計算した電力トランスは、ま
た、静止の誤差（設定点の温度−ブロック温度＜０．５℃）に近くなる働きをす
る整数項を組み込む。この成分は整数成分と呼ぶ。整数項を回避するために、整
数への蓄積または「ウィンドアップ」の寄与は設定点の温度付近の小さいバンド
に制限される。比例および整数成分のゲインは、注意して選択されそしてテスト
される。なぜなら、ブロックセンサーおよび試料管に関連する温度定数は、シス
テムの位相の限界をきびしく制限し、こうしてループの不安定性についての可能
性をつくるからである。比例項のゲインは下の方程式（４６）におけるＰであり
、そして整数項のゲインは下の方程式（４８）におけるＫｉである。
ＰＩＤタスクは「制御されたオーバーシュートのアルゴリズム」を使用し、こ
こで試料温度がその所望の温度に出来るだけ急速に到達するように、ブロック温
度はしばしばその最後の定常状態にオーバーシュートする。オーバーシュートの
アルゴリズムの使用は、制御された方法でブロック温度をオーバーシュートさせ
るが、試料温度をオーバーシュートさせない。これは電力を節約し、そしてＰＣ
Ｒ計器において新しいと信じられる。

所望のランプ速度を達成するために試料ブロックのすべてのヒータへ供給され
る合計の電力は、次の式により与えられる：

（４０）電力＝（ＣＰ／ｒｍｐ ｒａｔｅ）＋バイアス

ここで、
ＣＰ＝ブロックの熱的質量
バイアス＝バイアスまたは制御冷却電力
ｒｍｐ ｒａｔｅ＝Ｔfinal ＋Ｔinitial ／所望のランプ速度

この電力は安全性のために加熱電力５００ワットの最大にクランプされる。
タスクの繰り返し毎に（２００毎に）、システムは次のアルゴリズムに基づい
て加熱またはランプ冷却電力（必要に応じて）を供給する。
制御システムは計算された試料温度により推進される。試料温度は、試料ブロ
ックのウェルの１つ（以後「ブロック」）の中に配置された薄い壁のプラスチッ
ク試料管中の液体の平均温度として定義される。システム（試料温度およびその
内容）の温度定数は型および体積の関数である。ランの開始において、ユーザは
管の型および反応体積の量を入力する。システムは生ずる温度定数（τまたはｔ
ａｕ）を計算する。マイクロアンプ（登録商標）管および１００μｌの反応体積
について、ｔａｕはほぼ９秒である。

（４１）Ｔblk-new ＝Ｔblk ＋Ｐｏｗｅｒ＊（２００ms／ＣＰ）
（４２）Ｔsamp-new＝Ｔsamp＋（Ｔblk-new −Ｔsamp）＊２００ms／ｔａｕ
ここで、
Ｔblk-new＝現在のブロック温度
Ｔblk＝２００ミリ秒前のブロック温度
Ｐｏｗｅｒ＝ブロックに供給した電力
ＣＰ＝ブロックの熱的質量
Ｔsamp-new＝現在の試料温度
Ｔsamp＝２００ミリ秒前の試料温度
ｔａｕ＝センサーの遅れについて調節した、試料管の熱的時間定数（約１．５
）

エラーの信号または温度は、単に、次の通りである：

（４３）エラー＝設定点−Ｔampl-new

閉じたループのシステムとして、正しい作用（加熱または冷却電力）を現在の
エラーの部分を閉じる。下の方程式（４５）において、Ｆは１つの試料期間にお
いて閉じるエラー信号のフラクションである。

（４４）Ｔsamp-new＝Ｔsamp＋Ｆ＊（ＳＰ−Ｔsamp）

ここで、ＳＰ＝ユーザの設定点の温度
システムにおける大きい遅れ（長い管の温度定数）のために、フラクションの
Ｆは下にセットされる。

式（４２）および（４４）を組み合わせると：次の式が得られる：

（４５）Ｔsamp-new＝Ｔsamp＋（Ｔblk-new −Ｔsamp）＊．２／ｔａｕ＝Ｔsamp
＋Ｆ＊（ＳＰ−Ｔsamp）
式（４１）および（４５）を組み合わせ、そして項Ｐ（比例項のゲイン）を加
えて、ブロック温度の振動を制限し、そしてシステムの安定性を改良すると、次
の式が得られる：

（４６）Ｐｗｒ＝ＣＰ＊Ｐ／Ｔ＊（（ＳＰ−Ｔsamp）＊Ｆ＊Ｔａｕ／Ｔ＋Ｔsamp
−Ｔblk）
ここで、
Ｐ＝比例項のゲイン、
Ｔ＝０．２秒の試料期間（２００ミリ秒）、そして
Ｐ／Ｔ＝好ましい実施態様において１。

方程式（４６）は、ガードバンドなどを通して周囲への損失なしに、ブロック
温度をある所望の温度に動かすために必要な電力（Ｐｗｒ）を与える、理論的方
程式である。
いったんブロックを推進するために必要な電力が方程式（４６）を経て決定さ
れると、この電力は３つのヒータゾーンの面積によりこれらのゾーンの各々に供
給される電力に分割される。次いで、マニホールドへの損失は決定され、そして
これらの損失を補償するために十分な大きさを有する電力項はマニホールドのヒ
ータゾーンへ供給すべき電力量に加えられる。同様に、ブロックの支持ピン、ブ
ロック温度センサーおよび周囲への電力損失を補償するために十分な他の電力項
は、へりヒータゾーンへ供給すべき電力に加えられる。これらの追加の項および
ゾーンの面積により電力の分割は、方程式（４６）を前述の方程式（３），（４
）および（５）に変換する。
方程式（４６）は、試料ブロックに対して要求される加熱または冷却電力を決
定する好ましい実施態様により使用される式である。
計算された試料温度が「整数バンド」、標的温度（ＳＰ）付近の±０．５℃、
内にあるとき、比例項のゲインは残りのエラーを閉じるためには小さ過ぎる。し
たがって、整数項を比例項に加えて、小さいエラーを閉じる。整数項は整数項の
外側で無能化して、大きいエラー信号が蓄積するのを防止する。「整数バンド」
の内側のアルゴリズムは、次の通りである：

（４７）Ｉｎｔ ｓｕｍ（新しい）＝Ｉｎｔ ｓｕｍ（ｏｌｄ）＋（ＳＰ−Ｔsa
mp）
（４８）ｐｗｒ ａｄｊ＝Ｋｉ＊Ｉｎｔ ｓｕｍ（新しい）
ここで、
Ｉｎｔ ｓｕｍ＝ＳＰとＴSAMP温度との間の試料期間の合計、
Ｋｉ＝整数ゲイン（好ましい実施態様において５１２）。

いったん加熱電力が計算されると、制御ソフトウェアは、図１３における３つ
のヒータゾーン２５４，２６２および２５６に、好ましい実施態様において面積
に基づいて電力を分布させる。へり加熱はブロック温度と周囲温度との間の差に
基づいて追加の電力を受けとる。同様に、マニホールドのヒータはブロック温度
と冷却液温度との間の差に基づいて追加の電力を受けとる。

ＰＩＤ擬似コード
システムのパワーアップまたはリセットのとき、

ランプ冷却をオフにする
すべてのヒータをオフにする
ヒータの抵抗を計算する

フォエバー命令（ｄｏ ｆｏｒｅｖｅｒ）−２００ミリ秒毎に実行する

（ブロック温度＞１０５）の場合、
ヒータをオフにする
ランプ弁をオンにする
エラーメッセージを表示する

ライン電圧｛ｌｉｎｅｖｏｌｔｓ｝を読む

冷却液センサーを読みそして温度｛ｈ２ｏｔｅｍｐ｝に変換する
周囲センサーを読みそして温度｛ａｍｂｔｅｍｐ｝に変換する
加熱されたカバーのセンサーを読みそして温度｛ｃｖｒｔｅｍｐ｝に変換する

試料ブロックのセンサーを読みそして温度｛ｂｌｋｔｅｍｐ｝に変換する。コ
ードのこの部分は、また、温度安定性電圧参照を読み、そしてこの電圧を計器の
較正の間に決定された参照電圧と比較する。不一致が存在する場合、エレクトロ
ニクスはドリフトしそして温度センサーからの読みを相応して調節して、正確な
温度の読みを得る。

低パスディジタルフィルターを使用して表示された試料温度｛ｔｕｂｅｔｅｎ
ｔｈｓ｝または獲得温度を計算する。

（４９）ｔｕｂｅｔｅｎｔｈｓ＝ＴＴn-1 ＋（ＴＢn −ＴＴn-1 ）＊Ｔ／ｔａｕ

ここで、
ＴＴn-1＝最後の試料温度｛ｔｕｂｅｔｅｎｔｈｓ｝、
ＴＢn＝現在のブロックセンサー温度｛ｂｌｋｔｅｎｔｈｓ｝、
Ｔ＝試料間隔（秒）＝２００ミリ秒、
ｔａｕ＝ｔａｕ ｔｕｂｅ｛ｃｆ ｔａｕ｝−ｔａｕセンサー｛ｃｆ ｔａｕ
｝

方程式（４９）は、上の方程式（６）としてが与えられた計算した試料温度を
定義する指数のタイラー級数を表す。

試料ブロックより下のフォームのバッキングの温度、仮想質量として知られて
いる｛ｐｈａｎｔｅｎｔｈｓ｝、を計算する。仮想質量の温度を使用して、仮想
質量を出入りする熱の流れを説明するブロックへ供給される電力を調節する。こ
の温度はソフトウェアにおいて実施される低パルディジタルフィルターを使用し
て計算される。

（５０）ｐｈａｎｔｅｎｔｈｓ＝ＴＴn-1 ＋（ＴＢn −ＴＴn-1 ）＊Ｔ／ｔａｕ
ここで、
ＴＴn-1＝最後の仮想質量の温度｛ｐｈａｎｔｅｎｔｈｓ｝、
ＴＢn＝現在のブロックセンサー温度｛ｂｌｋｔｅｎｔｈｓ｝、
Ｔ＝試料間隔（秒）＝２００ミリ秒、
ｔａｕfoam＝フォームブロックのｔａｕ＝３０秒。
試料温度のエラー（試料温度と設定点温度との間の差）（ａｂｓ ｔｕｂｅ
ｅｒｒ）を計算する。

ランプ方向｛ｆａｓｔ ｒａｍｐ｝＝ＵＰ ＲＡＭＰまたはＤＮ ＲＡＭＰを
決定する

（試料温度が設定点（ＳＰ）のＥＲＲ内にある）場合、
ＰＩＤは速い転移モードではない。｛ｆａｓｔ ｒａｍｐ｝＝ＯＦＦ
ここでＥＲＲ＝「整数バンド」、すなわち、標的または設定点温度を取り囲む
温度の幅。

どれだけ多くの熱がバイアス冷却チャンネルへ損失されているかを決定する制
御冷却電力｛ｃｏｏｌ ｃｔｒｌ｝を計算する。
現在のランプ冷却電力｛ｃｏｏｌ ｒａｍｐ｝を計算する

｛ｃｏｏｌ ｂｒｋｐｔ｝を計算する。
ここで、
｛ｃｏｏｌ ｂｒｋｐｔ｝は、ランプを制御冷却に下向きのランプでいつ転移
させるかを決定するために使用する冷却電力である。それはブロック温度および
冷却液温度の関数である。

制御冷却電力｛ｃｏｏｌ ｃｔｒｌ｝およびランプ冷却電力｛ｃｏｏｌ ｒａ
ｍｐ｝のすべては、ＣＰＵが下向きの温度のランプを制御するために、すなわち
、ランプ冷却のソレノイド作動弁をどれだけ長く開いて保持するかを計算するた
めに、知らなくてはならないファクターである。制御冷却電力は、（定数＋回路
）×ブロックからバイアス冷却チャンネルへの熱的コンダクタンスに等しい。同
様に、ランプ冷却電力は、ブロック温度と冷却液温度との間の差×ブロックから
ランプ冷却コンダクタンスへの熱的コンダクタンスに等しい。冷却ブレークポイ
ントは、定数×ブロックと冷却液との間の温度差に等しい。
ブロック温度をその現在の温度から所望の設定点（ＳＰ）温度へ動かすために
必要な加熱または冷却電力｛ｉｎｔ ｐｗｒ｝を計算する。

（５１）｛ｉｎｔ ｐｗｒ｝＝ＫＰ＊ＣＰ＊〔（ＳＰ−ＴSAMP）＊｛ｃｆ ｋｄ
｝＋Ｔｓ−ＴBLK 〕
ここで、
ＫＰ＝比例ゲイン＝方程式（４６）中のＰ／Ｔ＝好ましい実施態様においてほ
ぼ１、
ＣＰ＝ブロックの熱的質量、
ＳＰ＝温度の設定点、
ＴSAMP＝試料温度、
ＴBLK＝ブロック温度、
ｃｆ ｋｄ＝ｔａｕ＊Ｋd ／ｄｅｌｔａ ｔ、ここでｔａｕは方程式（４９）
において使用したのと同一のｔａｕであり、そしてＫd は付録Ｃに記載する定数
であり、そしてｄｅｌｔａ ｔは２００ミリ秒の試料期間である。

（試料温度が設定点の｛ｃｆ ｉｂａｎｄ｝内にある）場合、試料エラーを積
分する｛ｉ ｓｕｍ｝
そのほかに
（５２）｛ｉ ｓｕｍ＝０｝をクリアする。

整数項電力を計算する。
（５３）整数項＝｛ｉ ｓｕｍ｝＊定数｛ｃｆ ｔｅｒｍ｝

整数項を電力に加える。
（５４）｛ｉｎｔ ｐｗｒ｝＝｛ｉｎｔ ｐｗｒ｝＋整数項

電力を調節して、仮想質量の作用（フォームのバッキング）のための加熱負荷
を、まず仮想質量の電力を見いだし、次いでそれを電力｛ｉｎｔ ｐｗｒ｝に加
えることによって補償する。

仮想質量の電力｛ｐｈａｎｔ ｐｗｒ｝を、次の式により計算する：
（５５）ｐｈａｎｔ ｐｗｒ＝Ｃ＊（ｂｌｋｔｅｎｈｓ−ｐｈａｎｔｅｎｔｈｅ
ｓ）／１０
ここで、
Ｃ＝フォームのバッキングの熱的質量（１．０Ｗ／Ｋ）。

ヒータ電力を調節する
｛ｉｎｔ ｐｗｒ｝＝｛ｉｎｔ ｐｗｒ｝＋｛ｐｈａｔ ｐｗｒ｝

試料ブロックからそれを通して流れる冷却液を有するマニホールドのへりの中
への損失を補償する、マニホールドのヒータにおいて必要な電力を計算する。シ
ステムが下向きのランプである場合、｛ａｕｘ１ ｐｏｗｅｒ｝＝０であること
に注意する。マニホールドゾーンの要求される電力を下に記載する：
（５７）｛ａｕｘ１ ｐｏｗｅｒ｝＝Ｋ１＊（ＴBLK −ＴAMB ）＋Ｋ２＊（ＴBL
K −ＴCOOL）＋Ｋ５＊（ｄＴ／ｄｔ）
ここで、
Ｋ１＝係数｛ｃｆ １ｃｏｅｆｆ｝
Ｋ２＝係数｛ｃｆ ２ｃｏｅｆｆ｝
Ｋ５＝係数｛ｃｆ ５ｃｏｅｆｆ｝
ｄＴ／ｄｔ＝ランプ速度
ＴBLK＝ブロック温度、
ＴAMB＝周囲温度、
ＴCOOL＝冷却液温度。
試料ブロックのへりから周囲への損失を補償するであろう、へりヒータにおい
て必要な電力｛ａｕｘ２ ｐｏｗｅｒ｝を計算する。下向きランプである場合、
｛ａｕｘ２ ｐｏｗｅｒ｝＝０であることに注意する。へりゾーンの要求される
電力を下に記載する：
（５８）｛ａｕｘ２ ｐｏｗｅｒ｝＝Ｋ３＊（ＴBLK −ＴAMB ）＋Ｋ４＊（ＴBL
K −ＴCOOL）＋Ｋ６＊（ｄＴ／ｄｔ）
ここで、
Ｋ３＝係数｛ｃｆ ３ｃｏｅｆｆ｝
Ｋ４＝係数｛ｃｆ ４ｃｏｅｆｆ｝
Ｋ６＝係数｛ｃｆ ６ｃｏｅｆｆ｝
ｄＴ／ｄｔ＝ランプ速度
ＴBLK＝ブロック温度、
ＴAMB＝周囲温度、
ＴCOOL＝冷却液温度。
マニホールド電力｛ａｕｘ１ ｐｏｗｅｒ｝およびへりヒータ電力｛ａｕｘ２
ｐｏｗｅｒ｝の寄与を消去して、主ヒータおよびクーラにより供給されなくて
はならない合計の電力を得る。
（５９）｛ｉｎｔ ｐｗｒ｝＝｛ｉｎｔ ｐｏｗｅｒ｝−｛ａｕｘ１ ｐｏｗｅ
ｒ｝−｛ａｕｘ２ ｐｏｗｅｒ｝
ランプ冷却を加えるべきかどうかを決定する。｛ｃｏｏｌ ｂｒｋｐｔ｝をラ
ンプ冷却から制御冷却へのブレークポイントとして使用する。

（ｉｎｔ ｐｗｒ＜ｃｏｏｌ ｂｒｋｐｔおよび下向きランプを実施して）設
定点温度より非常に高くてランプ冷却を必要とする場合、
ランプ弁をオンにする
そのほかに
ランプ弁をオフにし、そしてバイアス冷却に依存する

この時点において、｛ｉｎｔ ｐｗｒ｝は合計のヒータ電力を含有し、そして｛
ａｕｘ１ ｐｏｗｅｒ｝および｛ａｕｘ２ ｐｏｗｅｒ｝はブロックからへりへ
の損失を含有する。補助ヒータへ供給される電力は、２つの成分から構成される
：ａｕｘ ｐｏｗｅｒおよびｉｎｔ ｐｏｗｅｒ。電力は｛ｉｎｔ ｐｗｒ｝を
主ヒータおよび補助ヒータに面積に依存して分配する。
ｔｏｔａｌ ｐｗｒ＝ｉｎｔ ｐｗｒ
ｉｎｔ ｐｗｒ＝ｔｏｔａｌ ｐｗｒ＊６６％
ａｕｘ１ ｐｏｗｅｒ＝ｔｏｔａｌ ｐｗｒ＊２０％＋ａｕｘ１ ｐｏｗｅｒ
ａｕｘ２ ｐｏｗｅｒ＝ｔｏｔａｌ ｐｗｒ＊１４％＋ａｕｘ２ ｐｏｗｅｒ
各端ゾーンおよび適当な量の電力をヒータへ送るための制御ループの繰り返し
について実施すべきトライアックのためのハーフサイクルの数を計算する。この
ループは１／５秒毎に１回実行し、したがって、６０Hzにおいて１２０／５＝２
４ハーフサイクルまたは５０Hzにおいて１００／５＝２０ハーフサイクルが存在
する。ハーフサイクルの数は要求される電力｛ｉｎｔ ｐｗｒ｝、現在のライン
電圧｛ｌｉｎｅｖｏｌｔｓ｝およびヒータ抵抗の関数である。正確な必要な電力
は各ループに供給されないことがあるので、残部を計算して｛ｄｅｌｔａ ｐｏ
ｗｅｒ｝最後のループから含まれるもののトラックを保持する。

（６０）ｉｎｔ ｐｗｒ＝ｉｎｔ ｐｗｒ＋ｄｅｌｔａ ｐｏｗｅｒ

１／２サイクルの数を計算してトライアックをオンに保持する。ｉｎｄｅｘは
トライアックをオンに保持するためのサイクル取り付けられたに等しい。

（６１）ｉｎｄｅｘ＝電力＊主ヒータｏｈｍ＊〔２０または２４〕／ｌｉｎｅｖ
ｏｌｔｓの平方、ここで方程式（６１）は各ヒータゾーンについて１回実施し、
そして「電力」は主ヒータについてｉｎｔ ｐｗｒであり、マニホールドのヒー
タゾーンについてａｕｘ１ ｐｗｒであり、そしてへりのヒータゾーンについて
ａｕｘ２ ｐｗｒである。

供給された実際の電力の量を計算する。

（６２）ａｃｔｕａｌ ｐｏｗｅｒ＝ｌｉｎｅｖｏｌｔｓの平方＊ｉｎｄｅｘ／
主ヒータ抵抗

次の時に添加すべき残部を計算する。

（６３）ｄｅｌｔａ ｐｏｗｅｒ＝ｉｎｔ ｐｗｒ−ａｃｔｕａｌ ｐｏｗｅｒ

｛ａｕｘ１ ｐｗｒ｝および｛ａｕｘ２ ｐｗｒ｝を方程式（６０）の中に代
入することによって主ヒータについて記載したのと同一の技術を使用して、へり
およびマニホールドのヒータのための１／２サイクルの数を計算する。
主、マニホールドおよびへりのトライアックを制御するカウンターの中に計算
したカウントを負荷する。
加熱されたカバーのセンサーに気を付ける。加熱されたカバーが１００℃より
低いとき、加熱されたカバーのカウンターが５０ワットの電力を供給するように
負荷する。

試料温度に気を付ける。それが５０℃より高い場合、ＨＯＴ ＬＥＤをオンに
してユーザがそれに触れないように警告する。

フォエバーループの終わり。

キーボードタスク
キーボードタスクの目的は、ユーザがキーパッドのキーをプレスし、キーを現
在の状態について有効なキーストロークのリストと比較し、有効なキーに関連す
るコマンド機能を実行し、そして新しい状態に変化するために待つことである。
無効なキーストロークはビープで指示され、そして無視される。このタスクは状
態が推進したユーザのインタフェースの心臓である。それは「状態推進」である
。なぜなら、取られる動作はユーザのインタフェースの現在の状態に依存するか
らである。

キーボードタスクの擬似コード
キーボードタスクの変数を初期化する。
カーソルをオフにする。
（導入フラッグがセットされない）場合、導入プログラムを実行する。
メッセージをピッド（ｐｉｄ）タスクに送って加熱されたカバーをオンにする。
（ユーザがプログラムを実行している間に電力が故障した）場合、電力がオフに
なる分数を計算しそして表示する。
電力故障状態のレコードを履歴ファイルに書き込む。
あるメッセージをシーケンスタスクに送って４℃のソーキングを開始する。
履歴ファイルを概観するオプションをユーザに与える。
（ユーザが履歴ファイルを概観することを要求する）場合、履歴ファイルのデ
ィスプレイに行く。
トップレベルのスクリーンを表示する。

フォエバーの命令
このタスクがキーパッドからのハードウェアの割り込みを待つシステムにメッ
セージを送る。
この割り込みがレシーブされるまで、スリープ（ｓｌｅｅｐ）に行く。
起きたとき、キーをキーパッドから取りそしてデコードする。
現在の状態のために有効なキーのリストを得る。
キーを有効なキーと比較する。
（キーがこの状態に有効である）場合、「動作」およびこのキーのための次の
状態の情報を獲得する。
この状態のための「動作」（コマンド機能）を実行する。
次の状態に行く。
そのほかに
無効のキーのためのビーパーをビープする。
フォエバーループの終わり。

タイマタスクのオーバービュー
タイマタスクの目的は、１／２秒毎にシーケンスおよび実時間表示タスクをウ
ェイクアップすることである。クロック／カレンダー装置により発生された半分
のハードウェアの割り込みを受けとる毎に、タイマタスクはシステム（ＣＲＥＴ
ＩＮ）に要求してそれをウェイクする。次いで、タイマタスクは引き続いて２ウ
ェイクアップメッセージを、それぞれ、シーケンスタスクにおよび実時間ディス
プレイに送る。この中間のタスクは必要である。なぜなら、ＣＲＥＴＩＮは割り
込み当たり１タスクのみをサービスし、こうしてより高いプライオリティタスク
（シーケンスタスク）のみを実行するからである。

タイマタスクの擬似コード
フェエバーの命令
クロック／カレンダー装置からハードウェアの割り込みのために待つメッセー
ジをシステムに送る。
この割り込みをレシーブするまでスリープする。
アウェイク（ａｗａｋｅ）したとき、メッセージをシーケンスおよび実時間デ
ィスプレイタスクに送る。
フォエバーループを終わる。

シーケンスタスクのオーバービュー
シーケンスタスクの目的は、ユーザが定めたプログラムの内容を実行する。そ
れはランプおよび保持セグメントから成る、サイクル中の各設定点を通して順次
にステップし、そして設定点の温度のメッセージをピッドタスクに送り、ピッド
タスクは引き続いて試料ブロックの温度を制御する。各セグメントの終わりにお
いて、それは実時間ディスプレイタスクにディスプレイをスイッチするメッセー
ジおよびセグメントのルーチンの情報をプリントするメッセージをプリンタタス
クを送る。ユーザはキーパッド上のＰＡＵＳＥキーを押して実行しているプログ
ラムをポーズし、次いでＳＴＡＲＴキーを押してプログラムを再開する。ユーザ
はＳＴＯＰキーを押してプログラムを早期にアボートすることができる。このタ
スクは、タイマタスクによりアウェイクされるとき、１／２秒毎に実行する。

シーケンスタスクの擬似コード
フォエバーの命令
シーケンスタスクの変数を初期化する。
ユーザがＳＴＡＲＴキーを押すか、あるいはメニューから選択したキーボード
からのメッセージ、あるいはある方法における次のプログラムが実行のために準
備されたリンクタスクからのメッセージを待つ。
このメッセージがレシーブさるまでスリープする。
アウェイクしたとき、アナログ回路におけるドリフトを説明するＡＤＣ較正の
読みを更新する。
（４℃の電力故障のソークシーケンスを開始しない）場合、ＰＥタイトルライ
シ、システム時間および日付、プログラム構成パラメータ、プログラムの型およ
びその数をプリントするメッセージをプリンタへ送る。

（ＨＯＬＤプログラムを開始する）場合、｛ｈｏｌｄ ｔｐ｝に保持する温度
を得る。
｛ｈｏｌｄ ｔｉｍｅ｝の間保持する秒数を得る。
（３℃より大きくランピングダウンしそして｛ｈｏｌｄ ｔｐ｝＞４５℃）で
ある場合、中間の設定点を配置する。
最後の設定点｛ｈｏｌｄ ｔｉｍｅ｝を配置する。
（保持時間｛ｈｏｌｄ ｔｉｍｅ｝をカウントダウンする）間、タイマタスク
からの１／２秒のウェイクアップメッセージを待つ。
ブロックセンサーを開いていることまたはショートについてチェックする。
（キーボードタスクがＰＡＵＳＥキーを検出した）場合、現在の試料温度の設
定点を配置する。
ポーズタスクをウェイクアップするメッセージを送る。
ポーズタスクによりアウェイクされるまで、スリープする。
（中間の設定点が配置された）場合、最終の設定点を配置する。
（設定点温度が周囲温度より下でありそして４分より長い間存在する）場合、
加熱されたカバーをオフにすることをピッドタスクに伝えるフラッグをセットす
る。
１／２秒の保持時間のカウンター｛ｓｔｏｒｅ ｔｉｍｅ｝を増加する。
中間の設定点に到達する前に保持時間が経過した場合、最後の設定点を再び配
置する−これは正しい設定点が履歴ファイルに書き込まれることを保証する。
データレコードを履歴ファイルに書き込む。
ＨＯＬＤ情報をプリントするメッセージをプリンタタスクに送る。
ＨＯＬＤプログラムの終わり

そのほかに（ＣＹＣＬＥプログラムを開始する）場合、計器のランプ時間およ
びユーザがプログラミングしたランプおよび保持時間を考慮して、サイクルにお
いて合計の秒数｛ｓｅｃ ｉｎ ｒｕｎ｝を加える。
サイクルにおける秒数をプログラム中のサイクル数｛ｎｕｍ ｃｙｃ｝を掛け
ることによって、プログラム中の合計の秒数を得る。
合計の｛ｓｅｃ ｉｎ ｒｕｎ｝＝｛ｓｅｃ ｉｎ ｒｕｎ｝／サイクル＊｛
ｎｕｍ ｃｙｃ｝。
（サイクル｛ｎｕｍ ｃｙｃ｝の数をカウントダウンする）間、設定点の数｛
ｎｕｍ ｓｅｇ｝をカウントダウンする）間、
ランプ時間｛ｒａｍｐ ｔｉｍｅ｝を得る。
最終の設定点温度｛ｔ ｆｉｎａｌ｝を得る。
保持時間｛ｌｏｃａｌ ｔｉｍｅ｝を得る。
ランプセグメントの情報を表示するメッセージを実時間ディスプレイタスクに
送る。
（ユーザがランプ時間をプログラミングした）場合、プログラミングしたラン
プ時間と実際のランプ時間との間のエラー｛ｒａｍｐ ｅｒｒ｝を次のようにし
て計算する。この方程式は実験データに基づく。

｛ｒａｍｐ ｅｒｒ｝＝ｐｒｏｇ ｒａｍｐ ｒａｔｅ＊１５＋０．５（アップ
ランプ）
｛ｒａｍｐ ｅｒｒ｝＝ｐｒｏｇ ｒａｍｐ ｒａｔｅ＊６＋１．０（ダウンラ
ンプ）
ここで、
ｐｒｏｇ ｒａｍｐ ｒａｔｅ＝（ａｂｓ（Ｔf −Ｔc ）−１）／｛ｒａｍｐ
ｔｉｍｅ｝
Ｔf ＝設定点温度｛ｔ ｆｉｎａｌ｝、
Ｔc ＝現在のブロック温度｛ｂｌｋｔｅｍｐ｝、
ａｂｓ＝式の絶対値。

注：「−１」は設定点の１℃以内でクロックが開始するので存在する。

新しいｒａｍｐ ｔｉｍｅ＝古い｛ｒａｍｐ ｔｉｍｅ｝−｛ｒａｍｐ ｅｒ
ｒ｝
（新しいｒａｍｐ ｔｉｍｅ＞古い｛ｒａｍｐ ｔｉｍｅ｝）である場合、新
しいｒａｍｐ ｔｉｍｅ＝古い｛ｒａｍｐ ｔｉｍｅ｝
そのほかに
新しいｒａｍｐ ｔｉｍｅ＝０。
（試料時間がユーザの構成した設定点のｔｉｍｅ｛ｃｆ ｄｅｖ｝内にない）間
、タイマタスクからの１／２秒のウェイクアップを待つ。
新しいランプ設定点を毎秒配置する。
そのほかに（３℃より大きいランピングダウンおよび｛ｔ ｆｉｎａｌ｝＞４５
℃）の場合、中間の設定点を配置する。
（試料温度がユーザが構成した設定点のｔｉｍｅ｛ｃｆ ｃｌｋ ｄｅｖ｝内
にない）間、１／２秒のウェイクアップを待つ。
１／２秒のランプ時間のカウンターを増加する。
ブロックセンサーをオープンまたはショートをチェックする。
（キーボードのタスクがＰＡＵＳＥキーを検出した）場合、現在の試料時間の
設定点を配置する。
ポーズタスクをウェイクアップするメッセージを送る。
ポーズタスクによりアウェイクされるまで、スリープする。
ポーズ前の設定点を配置する。
最終の設定点を配置する。
（試料温度がユーザが構成した設定点のｔｉｍｅ｛ｃｆ ｃｌｋ ｄｅｖ｝内に
ない）間、１／２秒のウェイクアップを待つ。
１／２秒のランプ時間のカウンターを増加する。
ブロックセンサーをオープンまたはショートをチェックする。
（キーボードのタスクがＰＡＵＳＥキーを検出した）場合、現在の試料時間の
設定点を配置する。
ポーズタスクをウェイクアップするメッセージを送る。
ポーズタスクによりアウェイクされるまで、スリープする。
ポーズ前の設定点を配置する。
ランプの情報をプリントするメッセージをプリンタタスクに送る。
ランプセグメントの信号の終わりに対してビーパーをビープする。
ランプセグメントの情報を表示するメッセージを実時間ディスプレイタスクに
送る。
（保持時間をカウントダウンする）間、タイマタスクからの１／２秒のウェイ
クアップメッセージを待つ。
１／２秒のランプ時間のカウンターを増加する。
ブロックセンサーをオープンまたはショートをチェックする。
（キーボードのタスクがＰＡＵＳＥキーを検出した）場合、現在の試料時間の
設定点を配置する。
ポーズタスクをウェイクアップするメッセージを送る。
ポーズタスクによりアウェイクされるまで、スリープする。
ポーズ前の設定点を配置する。
データのレコードを履歴ファイルに書き込む。
保持の情報をプリントするメッセージをプリンタタスクに送る。
（最終の設定点温度がユーザの構成可能な｛ｃｆ ｔｅｍｐ ｄｅｖ｝より大
きい）場合、エラーのレコードを履歴ファイルに書き込む。
プログラム可能なポーズをチェックする。
次のセグメントに行く。
サイクルのメッセージの終わりをプリントするメッセージをプリンタタスクに
送る。
次のサイクルに行く。
ＣＹＣＬＥのプログラムの終わり。

そのほかに（ＡＵＴＯ−ＣＹＣＬＥプログラムを開始する）場合、増分のラン
プ時間とプログラム可能な量の各サイクルにより自動的に増加または減少するこ
とができるユーザがプログラミングした保持時間とを考慮して、各プログラム｛
ｓｅｃｓ ｉｎ ｒｕｎ｝の中に合計の数を加える。
（サイクルの数｛ｎｕｍ ｃｙｃ｝をカウントダウンする）間、
最終の設定点温度｛ｔ ｆｉｎａｌ｝を得る。
保持時間｛ｔｉｍｅ ｈｏｌｄ｝を得る。
ユーザが設定点温度および／または保持時間の自動的増加または減少をプログ
ラミングしたかどうかをチェックし、そしてそれに応じてそれらを調節する。
温度の自動的増加または減少が設定点を０℃以下または９９．９℃以上にする
）場合、エラーのレコードを履歴ファイルに書き込む。
設定点は０℃または９９．９℃でキャップ（ｃａｐ）される。
ランプセグメントの情報を表示するメッセージを実時間ディスプレイタスクに
送る。
（３℃より大きいランピングダウンおよび｛ｔ ｆｉｎａｌ｝＞４５℃）の場
合、中間の設定点を配置する。
（試料温度がユーザが構成した設定点のｔｅｍｐ｛ｃｆ ｃｌｋ ｄｅｖ｝内
にない）間、１／２秒のウェイクアップを待つ。
１／２秒のランプ時間のカウンターを増加する。
ブロックセンサーをオープンまたはショートをチェックする。
（キーボードのタスクがＰＡＵＳＥキーを検出した）場合、現在の試料時間の
設定点を配置する。
ポーズタスクをウェイクアップするメッセージを送る。
ポーズタスクによりアウェイクされるまで、スリープする。
ポーズ前の設定点を配置する。
最終の設定点を配置する。
（試料温度がユーザが構成した設定点のｔｅｍｐ｛ｃｆ ｃｌｋ ｄｅｖ｝内に
ない）間、１／２秒のウェイクアップを待つ。
１／２秒のランプ時間のカウンターを増加する。
ブロックセンサーをオープンまたはショートをチェックする。
（キーボードのタスクがＰＡＵＳＥキーを検出した）場合、現在の試料時間の
設定点を配置する。
ポーズタスクをウェイクアップするメッセージを送る。
ポーズタスクによりアウェイクされるまで、スリープする。
ポーズ前の設定点を配置する。
ランプの情報をプリントするメッセージをプリンタタスクに送る。
ランプセグメントの信号の終わりに対してビーパーをビープする。
ランプセグメントの情報を表示するメッセージを実時間ディスプレイタスクに
送る。
（保持時間をカウントダウンする）間、タイマタスクからの１／２秒のウェイ
クアップメッセージを待つ。
１／２秒のランプ時間のカウンターを増加する。
ブロックセンサーをオープンまたはショートをチェックする。
（キーボードのタスクがＰＡＵＳＥキーを検出した）場合、現在の試料時間の
設定点を配置する。
ポーズタスクをウェイクアップするメッセージを送る。
ポーズタスクによりアウェイクされるまで、スリープする。
ポーズ前の設定点を配置する。
データのレコードを履歴ファイルに書き込む。
保持の情報をプリントするメッセージをプリンタタスクに送る。
（最終の設定点温度がユーザの構成可能な｛ｃｆ ｔｅｍｐ ｄｅｖ｝より大
きい）場合、エラーのレコードを履歴ファイルに書き込む。
プログラム可能なポーズをチェックする。
次のセグメントに行く。
サイクルのメッセージの終わりをプリントするメッセージをプリンタタスクに
送る。
次のサイクルに行く。
ＡＵＴＯ−ＣＹＣＬＥのプログラムの終わり。

そのほかに（ＰＯＷＥＲ ＦＡＩＬＵＲＥを開始する）場合、
４℃の設定点を配置する。
ピッドタスクが加熱されたカバーをシャットオフするように、フラッグ｛ｓｕ
ｂａｍｂ ｈｏｌｄ｝をセットする。
フォエバーを命令する。
タイマタスクからの１／２秒のウェイクアップメッセージを待つ。
１／２秒の保持時間を増加する。
フォエバーループを終わる。
電力故障の終わり。

履歴ファイルに実行終わりの状態のレコードを書き込む。
（方法を実行している）場合、
リンクタスクが次のプログラムの実行を開始するメッセージをシーケンスタス
クを送ることを知るように、フラッグ｛ｗｅｉｒｅｄ ｆｌａｇ｝をセットする
そのほかに
ユーザのインタフェースをアイドル状態の表示に戻す。
フォエバーループの終わり。

ポーズタスクのオーバービュー
ボーズタスクの目的は、ユーザがＣＹＣＬＥプログラムの中にプログラミング
するポーズあるいはユーザがキーパッド上のＰＡＵＳＥキーを押すときのポーズ
を取り扱うことである。
ＣＹＣＬＥプログラムを実行する間シーケンスがプログラミングしたタスクに
直面するとき、ポーズタスクは、引き続いて、ユーザがポーズするように要求し
た時間の減少を連続的に表示するメッセージを実時間ディスプレイタスクに送る
。ポーズの時間を計るとき、ポーズタスクはシーケンスタスクをアウェイクし、
次いでスリーブするメッセージを送る。ユーザはキーパッド上のＳＴＡＲＴキー
を押すことによってプログラムを早期に再開することができるが、あるいはＳＴ
ＯＰキーを押すことによってプログラムをアボートすることができる。
プログラムが実行されている間キーボードタスクがＰＡＵＳＥキーを検出した
とき、それはフラッグ｛ｐａｕｓｅ ｆｌａｇ｝をセットし、次いでシーケンス
タスクがそれを肯定するのを待つ。シーケンスタスクはこのフラッグのセットを
見るとき、それは肯定応答メッセージをキーボードタスクに送り、次いでそれ自
体スリープする。キーボードタスクがこのメッセージを受けとるとき、それはポ
ーズタスクをアウェイクする。ポーズタスクは連続的にディスプレイしかつプロ
グラムがポーズする時間の量を増加するメッセージを実時間ディスプレイタスク
に送る。タイマは、構成のセクションにおいてユーザがセットしたポーズ時間の
限界に到達するときをタイムアウトする。ユーザは、キーパッド上のＳＴＡＲＴ
キーを押すことによってプログラムを再開するか、あるいはスパイクを押すこと
によってプログラムをアボートすることができる。

ボーズタスクの擬似コード
フォエバーを命令する
キーパッドのポーズを示すキーボードタスクからのメッセージ、あるいはユー
ザのプログラミングしたポーズを示すシーケンスからのメッセージを待つ。
メッセージが受けとられるまでスリープする。
アウェイクしたとき、示したポーズの型についてのフラッグをチェックする。
（それがプログラミングしたポーズである）場合、
タイマがカウントアップするポーズを表示するメッセージを実時間ディスプレ
イタスクに送る。
そのほかに
タイマがカウントダウンするポーズを表示するメッセージを実時間ディスプレ
イタスクに送る。
（タイムアウトカウンターをカウントダウンする）間、
このタスクを１／２秒間持続するメッセージをシステムに送る。
ポーズの情報をプリンタタスクに送る。
（それはプログラミングしたポーズである）場合、
ポーズはタイムアウトされているので、シーケンスタスクをウェイクアップす
るメッセージを送る。
ポーズの表示を中止するメッセージを実時間ディスプレイタスクに送る。
実行するプログラムの表示を再開するメッセージを実時間ディスプレイタスク
に送る。
そのほかに（それがキーパッドのポーズである）場合、
ポーズはタイムアウトされており、そしてプログラムはアボートされなくては
ならないので、シーケンスタスクを中止するメッセージをシステムに送りそして
それをそのＦＯＥＶＥＲループのトップに送り戻さなくてはならない。
（プログラムの実行がＨＯＬＤプログラムであった）場合、
保持情報をプリントするメッセージをプリンタタスクに送る。
状態のレコードを履歴ファイルに書き込む。
ユーザのインタフェースをそのアイドル状態に戻す。
アボートのメッセージを表示する。
フォエバーのループの終わり。

ディスプレイタスクのオーバービュー
実時間ディスプレイタスクの目的は、温度、タイマ、センサーの読み、ＡＤＣ
チャンネルの読み、および１／２秒毎に更新することが必要である他のパラメー
ターを表示することである。

ディスプレイタスクの擬似コード：
ディスプレイタスクの変数を初期化する。

フォエバーを命令する
１／２秒毎にタイマタクスからのメッセージを待つ。
メッセージが受けとられるまでスリープする。
アウェイクしたとき、他のタスクがディスプレイのパラメーターのリストまた
は現在の更新を中止するフラッグを送ったかどうかをチェックする。
１／２秒のフラッグ｛ｈａｌｆ ｓｅｃ｝をトグルする。
（ディスプレイのパラメーターのリストが存在する）場合、
誰もがディスプレイを更新しないように信号をセットする。
カーソルをオフにする。
（パラメーターのリストを通してステップする）間、
（それが時間のパラメーターである）場合、
時間をディスプレイする。
（１／２秒のフラッグ｛ｈａｌｆ ｓｅｃ｝がセットされる）場合、
時間変数を増加または減少する。
そのほかに（それが小数である）場合、
小数を表示する。
（それが整数である）場合、
整数を表示する。
そのほかに（それがＡＤＣチャンネルのリードアウトである）場合、
ＡＤＣチャンネルからのカウントを読む。
（それをmVとし表示することが必要である）場合、
カウントをmVに変換する。
その値を表示する。
そのほかに（それが電力のディスプレイである）場合、
電力をワットで表示する。
そのほかに（それが残った時間のパラメーターである）場合、
秒を時間の１／１０に変換する。
残った時間を１／１０時間で表示する。
（１／２秒のフラッグ｛ｈａｌｆ ｓｅｃ｝をセットする）場合、
秒の変数を減少する。
（カーソルがオンであった）場合、
それをオンにし戻す。
現在のシステム時間をバッテリーＲＡＭに記憶する。
信号をクリアしてディスプレイを解放する。
フォエバーのループの終わり。

プリンタタスクのオーバービュー
プリンタの目的は、実行時間を取り扱うことである。それは低いプライオリテ
ィのタスクであり、そして他の時間のクリティカルタスクを干渉しない。

プリンタタスクの擬似コード
フォエバーの命令
プリントを望むメッセージを他のタスクから待つ。
メッセージを受けとるまでスリープする。
アウェイクしたとき、広域変数の局所的比例定数をプリントする。
プリンタの肯定メッセージを配置する。
（状態またはエラーのメッセージをプリントすることが必要である）場合、
現在の履歴レコードの中に含まれている情報をプリントする。
そのほかに（ページヘッダをプリントすることが必要である）場合、
プログラムの型およびその数をプリントする。
そのほかに（プログラムの構成パラメーターをプリントすることが必要である
）場合、
クロックを開始する設定点からの管の型、反応値および試料温度の誘導をプリ
ントする。
そのほかに（サイクルの情報の終わりをプリントすることが必要である）場合
、
終わりの時間および温度をプリントする。
そのほかに（セグメントの情報をプリントすることが必要である）場合、
ランプおよび保持セグメントの場合をプリントする。
そのほかに（ポーズの状態のメッセージをプリントすることが必要である）場
合、
ポーズした時間および温度をプリントする。
フォエバーのループの終わり。

ＬＥＤタスクのオーバービュー
ＬＥＤタスクの目的は、「加熱」ＬＥＤの照明が主ヒータに加えた電力を反映
するようにさせることである。これは毎秒１回実行する低いプライオリティが存
在する。

ＬＥＤタスクの擬似コード：
ＬＥＤタスクの変数を初期化する。

フォエバーの命令
このタスクを毎秒をウェイクするメッセージをシステムに送る。
スリープする。
アウェイクしたとき、次のようにして主ヒータに加えた電力を反映する値をＰ
ＩＣタイマＡのカウンター２に負荷する：

カウンターに値＝｛Ｋ ｈｔｌｅｄ｝＊｛ｈｔ ｌｅｄ｝を負荷する
ここで、
｛Ｋ ｈｔｌｅｄ｝は加熱ＬＥＤをパルスする時間を計算するための定数であ
り、そして１５２００／５００に等しい。１５２００は１４．４KHz のＰＩＣの
クロックよりわずかに大きく、そしてこれはＬＥＤを絶えずオンに保持するため
にタイマに負荷する値である。５００は主ヒータの電力である。
｛ｈｔ ｌｅｄ｝は０〜５００の値であり、そして主ヒータに加えたワットに
等しくなる。
フォエバーのループの終わり

リンクタスクのオーバービュー
リンクタスクの目的は、キュパッド上のＳＴＡＲＴキーを押すユーザをシミュ
レーションすることである。ユーザの介在なしに１つずつ（方法におけるように
）プログラムを実行できるように、このタスクは必要である。リンクタスクはシ
ーケンスタスクをウェイクアップし、そしてＳＴＡＲＴキーが押されたように、
それは次のプログラムを実行を開始する。

リンクタスクの擬似コード：
リンクタスクの変数を初期化する。

フォエバーの命令
（フラッグ｛ｗｅｉｒｄ ｆｌａｇ｝はセットであり、そしてそれがその方法
における第１ファイルではない）場合、
ウェイクアップのメッセージをシーケンスタスクに送る。
フォエバーのループの終わり。

スタートアップシーケンス
パワーアップシーケンス
計器への電力がオンにされるか、あるいはソフトウェアがＲＥＳＥＴを命令す
るとき、次のシーケンスが起こる。注：以下の数はフローチャート上の数である
（図５４〜図５７参照）。
１．ＲＳ−２３２プリンタポートの中から外にＣｔｒｌ−Ｇ（１０進法の７）
の文字を転送する。ＲＳ−２３２ポートを少なくとも１秒間ポーリングしそして
Ｃｔｒｌ−Ｇがレシーブされる場合、外部のコンピュータをポートに取り付け、
そしてパワーアップシーケンスの間のすべてのコミュニケーションをキーパッド
からＲＳ−２３２ポートに再び向けると仮定する。Ｃｔｒｌ−Ｇがレシーブされ
ない場合、パワーアップシーケンスは正常として連続する。
２．ＭＯＲＥキーが押されたかどうかをチェックする。押された場合、サービ
スオンリーのハードウェアの診断に行く。
３．次の３テストはオーディオ／ビジュアルチェックであり、そしてエラーを
レポートすることができない：１）ビーパーはビープする、２）キーボード上の
熱い、冷却、および加熱ＬＥＤはフラッシする、３）ディスプレイの各絵素は輝
く。著者権および計器のＩＤスクリーンは、パワーアップ診断の実行として表示
される。
４．パワーアップ診断の１つにおいてエラーが起こると、破壊した成分の名前
は表示され、そしてサービスオンリーのハードウェアの診断へのアクセスを獲得
するコード「ＭＯＲＥ９９９」を除外して、キーパッドはロックされる。
５．ＰＰＩ−Ｂのチャンネル０をチェックして、自動化テストビットを低く引
かれるかどうかを見る。そうである場合、ＵＡＲＴテストを実行する。テストが
パスする場合、ビープを連続的にビープする。
６．ＣＲＥＴＩＮオペレーションシステムをスタートし、このシステムは引き
続いてプライオリティレベルにより各タスクをスタートする。
７．バッテリーＲＡＭ中のフラッグをチェックして、計器が較正されたかどう
かを見る。そうでない場合、エラーメッセージを表示し、そしてサービスオンリ
ーの較正テストへのアクセスを獲得するコード「ＭＯＲＥ９９９」を除外して、
キーパッドをロックする。
８．電圧およびラインの周波数を測定するテストを実行し、そして計器を較正
している間選択した構成プラグと両者のこれらの値が合致するかどうかを見る。
合致しない場合、エラーメッセージを表示し、そしてサービスオンリーの構成テ
ストへのアクセスを獲得するコード「ＭＯＲＥ９９９」を除外して、キーパッド
をロックする。
９．導入セクションにおいて記載したようにヒータピングテストを実施する。
ヒータは誤って配線されている場合、エラーメッセージを表示し、そしてサービ
スオンリーの較正テストへのアクセスを獲得するコード「ＭＯＲＥ９９９」を除
外して、キーパッドをロックする。
１０．バッテリーＲＡＭ中のフラッグをチェックして、計器が導入されたかど
うかを見る。そうでない場合、エラーメッセージを表示し、そして導入ルーチン
へのアクセスを獲得するコード「ＭＯＲＥ９９９」を除外して、キーパッドをロ
ックする。
１１．遠隔モードでない場合、バッテリーＲＡＭ中のフラッグをチェックして
、計器が実行されている間に電力の故障が存在したかどうかを見る。そうである
場合、４℃のソークを開始しそして電力がオフになっていた時間の量を表示する
。電力が消耗したとき、どれだけ長く実行されたかを正確に告げる履歴ファイル
を見たいかどうかをユーザに要求する。ユーザがｙｅｓを選択する場合、ユーザ
の診断に直接行く。
１２．ビーパーをビープし、そして遠隔モードフラッグをクリアし、こうして
すべてのコミュニケーションはここでキーパッドを通して戻される。
１３．バッテリーＲＡＭをチェックして、自動的に開始されたテストプログラ
ムを製作が欲するかどうかをみる。そうである場合、プログラムの実行を開始し
、そしてそれが実施されたのち計器をリセットする。
１４．トップレベルのユーザのインタフェースのスクリーンをディスプレイす
る。
図５１を参照すると、商標ＭＡＸＩＡＭＰで市販されている大きい体積の薄い
壁の反応管の断面図である。この管ＰＣＲ反応に有用であり、ここで合計の体積
を２００μｌより大きくする反応混合物に、試薬または他の物質を添加すること
が必要である。図５１に示されているより大きい管は、Ｈｉｍｏｎｔ ＰＤポリ
プロピレンまたはＶａｌｔｅｃ ＨＨ−４４４ポリプロピレンから作られており
、そして試料ブロックと接触する薄い壁を有する。選択した材料は何であっても
、ＤＮＡおよびＰＣＲ反応混合物の他の成分と適合性であって、例えば、標的Ｄ
ＮＡを壁に粘着させることによって処理するＰＣＲ反応を障害せずそして複製し
ないようにする。ガラスは一般にすぐれた選択物ではない。なぜなら、ＤＮＡは
ガラス管の壁に粘着することが知られているからである。

図５１中の寸法Ａは典型的には０．０１２±０．００１インチ（０．３０±０
．０３ｍｍ）であり、そして管の縦軸に関する壁の角度は典型的には１７°である
。１７°壁の角度の利点は、下向きの力が試料ブロックとすぐれた熱的接触し、
管は試料ウェル中で閉塞しないということである。薄い壁の利点は、それが試料
ブロックの温度変化と反応混合物の温度の対応する変化との間の遅延を最小にす
ることである。これが意味するように、ユーザが変性セグメントにおいて反応混
合物を９４℃の１℃内に５秒間止まらせ、そしてこれらのパラメーターでプログ
ラミングしようとする場合ユーザは５秒の変性間隔を獲得し、ここで時間遅れは
より厚い壁をもつ普通の管を使用する場合より少ない。短いソーク間隔、例えば
、５秒のソーク間隔をプログラミングし、そして正確にプログラミングした時間
の間プログラミングした温度におけるソークを獲得することができるという、こ
の実施の特性は、計算した試料温度を使用してタイマを制御することによって可
能である。ここに記載するシステムにおいて、計算した試料温度がプログラミン
グしたソーク温度に到達するまで、インキュベーションまたはソークの間隔を時
間決定するタイマはスタートしない。
さらに、薄い壁の試料管を使用するとき、試料混合物が標的温度の１℃内にす
るのに、この試料管は先行技術のマイクロ遠心器と比較して、約１／２〜２／３
の時間を要するのみであり、そしてこれは図５１に示す背の高いＭＡＸＩＡＭＰ
登録商標管および図１５に示すそれより小さい薄い壁のＭＩＣＲＯＡＭＰ登録商
標管の両者では真実である。
ＭＡＸＩＡＭＰ管およびＭＩＣＲＯＡＭＰの壁厚さは、適切な構造の強さと一
致するできるだけ薄いように製作プロセスにおいて緊密に制御される。典型的な
、ポリプロピレンについて、これはどこでも０．００９〜０．０１２インチ（０
．２３〜０．３０ｍｍ）である。新しい場合、ポリプロピレンより強いよりエキゾ
チックな材料を使用してＰＣＲ反応速度を大きくするという利点を達成し、適切
な強さが維持されてすぐれた熱的接続を保証する下向きの力および通常の使用の
他のストレスに耐える限り、壁厚さはなお薄くあることができる。１．１２イン
チ（２８．４ｍｍ）の高さ（図５１において寸法Ｂ）および０．７８０インチ（１
９．８ｍｍ）の寸法Ｃおよび０．３９５インチ（１０．０ｍｍ）の上の区画の壁厚さ
（Ｄの寸法）では、ＭＡＸＩＡＭＰ管の時間定数はほぼ１４秒であるが、これは
充填時間のように正確に測定されなかった。図１５に示すより短い管のためのＭ
ＩＣＲＯＡＭＰ管の時間定数は、典型的には、０．００９インチ±０．００１イ
ンチ（０．２３±０．０３ｍｍ）の円錐形区画における管壁厚さで、ほぼ９．５秒
である。
図５２はより薄い壁のＭＩＣＲＯＡＭＰ管の使用の結果を示す。標的温度の同
様な速度増加の達成は薄い壁のＭＡＸＩＡＭＰ管の使用から生ずるであろう。
図５２を参照すると、ＭＩＣＲＯＡＭＰ管中の計算した試料温度についての相
対的インキュベーション温度対７２℃の出発温度から９４℃の標的変性温度の１
℃内の温度に到達するための先行技術管についての時間のグラフが示されている
。図５２において、１００μｌの試料が各管の中に存在した。開いた箱によりマ
ークされたデータ点をもつ曲線は、９．５秒の応答時間および０．００９インチ
（０．２３ｍｍ）の壁厚さをもつＭＩＣＲＯＡＭＰ管についての計算した試料温度
応答である。×によりマークされたデータ点をもつ曲線は、先行技術の０．０３
０インチ（０．７６ｍｍ）の壁厚さをもつ厚い壁のマイクロ遠心器管中の１００μ
ｌの試料について計算した試料温度を表す。このグラフが示すように、薄い壁の
ＭＩＣＲＯＡＭＰ管はほぼ３６秒以内で９４℃の標的ソーク温度の１℃内の計算
した温度に到達するが、先行技術管は約７３秒を要する。これは重要である。な
ぜなら、ソーク温度に実質的に到達するまで、タイマをスタートさせない計器に
おいて、先行技術の管は、ことに各ＰＣＲサイクルが少なくとも２つのランプお
よびソークを有し、そして一般に実施する非常に多数のサイクルが存在するとい
う事実に照らして考慮したとき、全体のプロセシング時間を実質的に増加するこ
とがあるからである。実際の試料温度に無関係にブロック／浴／炉温度に基づい
てそれらの時間をスタートするシステムにおいて、ブロック／浴／炉温度の変化
と試料混合物の温度変化との間のこれらの長い遅延は重大なマイナスの結果を有
することがある。問題は、長い遅延を反応混合物がソークのためにプログラミン
グした温度に実際にある時間にカットできることである。最近のＰＣＲプロセス
において普通であるように非常に短いソークについて、加熱／冷却システムをス
タートして反応混合物の温度を変化させようとする前に、反応混合物はプログラ
ミングしたソーク温度に決して到達することができない。
図５１は、プラスチックウェブ６２５によりＭＡＣＩＡＭＰ試料管に接続され
たポリプロピレンのキャップを示す。キャップの外径Ｅおよび管の上の区画の内
径は０．００２インチ（０．０５ｍｍ）および０．００５インチ（０．１３ｍｍ）の
間の締り嵌めのための大きさである。管の内側表面６５４は、ばり、切り目およ
び引っ掻き傷が存在せず、こうしてキャップとの緊密なシールを形成できるよう
にすべきである。
図５３は、管６５１、キャップ６５０およびウェブ６５２の平面図を示す。肩
６５６はキャップが管の中に深く押し込まれるのを防止し、そして加熱された定
盤と接触させるための試料管の上部へりより上のキャップ十分な突起を可能とす
る。これは、また、十分な管の変形を可能とし、こうして図１５における最小の
許容されうる力Ｆはキャップの変形により加えることができる。
好ましい実施態様において、管およびキャップは、１５分までの間１２６℃ま
での温度でオートクレーブ処理可能であるＨｉｍｏｎｔ ＰＤ７０１ポリプロピ
レンから作られる。これにより、この使い捨て管を使用前に滅菌することができ
る。キャップは加熱された定盤をもつ機械の中の使用のとき永久的に変形するの
で、管はただ１回の使用のために設計される。
ＭＩＣＲＯＡＭＰ管のためのキャップは８または１２キャップの接続へりスト
リップで入手可能であり、各キャップは番号を付されているか、あるいは個々の
キャップに分割されている。キャップの単一の列を使用することができそして列
は必要に応じた小さい数に容易に短くすることができるか、あるいは個々のキャ
ップをストリップから切り取ることができる。ＭＡＸＩＡＭＰ管のためのキャッ
プは図５に示されているように取り付けられるか、あるいは分離された個々のキ
ャップである。
ＭＩＣＲＯＡＭＰ管上の混合を可能とするポス−ＰＣＲ試薬の添加のための最
小体積は、ＭＡＸＩＡＭＰ管について５００μｌまでである。温度の限界は−７
０℃〜１２６℃である。
応答時間は試料の値に依存する。ブロックが急激に温度を変化させたとき、応
答は新しい温度の３７％以内に試料がなる時間として測定される。典型的な応答
時間は、５０μｌの充填について７．０秒であり、そして２０μｌの充填につい
て５．０秒である。

付録Ａ
ユーザのインタフェース

ユーザのインタフェースのＧｅｎｅＡｍｐのＰＣＲシステム９６００の目的は
、ＰＣＲを実施するプログラムを開発しそして実行することである。
入手可能な３つの型のプログラムが存在する。ＨＯＬＤプログラムは、セット
した量の時間について保持されるか、あるいは無限量の時間について保持されそ
してＳＴＯＰキーにより停止される単一の設定点から成る。ＣＹＣＬＥプログラ
ムは時間決定したランプおよびプログラム可能なポーズの特徴を添加する。これ
はプログラムは９までの設定点および９９までのサイクルを可能とする。ＡＹＴ
Ｏプログラムにより、ユーザは設定点の時間および／または温度をサイクル毎に
固定した量で増加または減少することができる。このプログラムは、また、９ま
での設定点および９９までのサイクルを可能とする。ＭＥＴＨＯＤプログラムは
、１７の保持、サイクルまたはオートプログラムを一緒にリンクする方法を提供
する。
合計１５０のプログラムを１〜１５０の範囲の数で記憶することができる。プ
ログラムをつくり、記憶し、保護し、プリントし、または消去することができる
。記憶されたプログラムのディレクトリを見るか、あるいはプリントすることが
できる。

Figure 2004313203
ＲＵＮ：プログラムのディスプレイからプログラムの実行をスタートか、ある
いはプログラミングしたまたはキーパッドのｐｕｓを再スタートする。
ＭＯＲＥ：ランタイムのディスプレイをトグルしそして、また、サービスオン
リーファンクッションをアクセスする（コード９９９による場合）。
ＢＡＣＫ：同一のスクリーン内の前のフィールドに動かす。現在第１フィール
ドに位置している場合、それは前のスクリーンに動く。
ＳＴＥＰ：次のスクリーン中の第１フィールドに下に動く。
ＰＡＵＳＥ：マニュアル割り込みのためにポーズしたタイムアウトをスタート
する。
ＯＰＴＩＯＮ：メニューの項目を通してカーソルを左右に動かし（一番左のオ
プションへローリングオーバーする）か、あるいはＹＥＳ／ＮＯの応答をトグル
する。
ＳＴＯＰ：実行しているプログラムをアボートするか、あるいはユーザのイン
タフェースにおいて１レベル上に動かす。
ＣＥ：無効の入力をクリアする。
ＥＮＴＥＲ：現在の数の入力を受け取り、メニューの項目を受け取り、ＹＥＳ
／ＮＯの応答を受け取るか、あるいはディスプレイの次のフィールドにスキップ
する。数の入力がディスプレイの最後である場合、ＥＮＴＥＲは次のディスプレ
イにステップする。
普通のシステム９６００のディスプレイ
Figure 2004313203
Ｐｒｏｇ ＨＯＬＤ，ＣＹＣＬ，ＡＵＴＯまたはＭＥＴＨである
＃＃＃＃ プログラム＃（１〜１５０）またはそれがまだ記憶されない場合？
？？
Ｍｓｇ Ｄｎｅ，Ｅｒｒｏｒ，Ａｂｏｒｔまたはブランク
Ｔｅｍｐ 現在の試料温度
Ｍｅｎｕ 入手可能なオプション
Figure 2004313203
Ａｃｔｉｏｎ 「ｘｘ．ｘ℃において保持」または「ｘｘ．ｘ℃にランプ」
Ｔｅｍｐ 現在の試料温度
Ｔｉｍｅｒ 保持またはランプ時間をカウントダウンするか、あるいはＦ
ＯＲＥＶＥＲの保持時間までカウントアップする
Ｐｒｏｇ／Ｃｙｃ ＨＯＬＤファイルについて「Ｐｒｏｇ ｘｘｘ」である
ＣＹＣＬまたはＡＵＴＯファイルは「Ｃｙｃｌｅ ｘｘ」で
ある−カウントアップ

Figure 2004313203
Ｓｅｔｐｔ 現在の設定点＃（１〜９）−カウントアップ
Ｔｏｔ Ｃｙｃ 現在のプログラムにおけるサイクルの合計の＃（１〜９９）
Ｔｉｍｅｒ プログラムにおける残りの時間（時間）−カウントダウン
Ｐｒｏｇ 現在のプログラム＃（１〜１５０）
Figure 2004313203
Ｐｒｏｇ ＨＯＬＤ，ＣＹＣＬ，ＡＵＴＯまたはＭＥＴＨである
＃＃＃＃ プログラム＃（１〜１５０）またはそれがまだ記憶されない場合？
？？
Ｍｓｇ Ｄｏｎｅ，Ｅｒｒｏｒ，Ａｂｏｒｔまたはブランク
Ｔｅｍｐ 現在の試料温度
Ｔｉｍｅｒ 構成可能なポーズ時間−カウントダウン
トップレベルのユーザのインタフェース
Figure 2004313203
プログラムはＣＲＡＴＥのディスプレイ中のプログラムの型を選択することに
よってつくる。ユーザは編集すべきプログラムの最初のディスプレイに直接行く
。
記憶されたプログラムを、ＲＵＮ，ＥＤＩＴまたはプログラムディスプレイか
ら数１〜１５０を入力することによって検索する。ＲＵＮディスプレイから有効
なプログラムの数の入力はランを自動的に開始する。ＥＤＩＴまたはプログラム
のディスプレイから有効な数を入力すると、編集すべきプログラムの最初にディ
スプレイされる。
ＳＴＯＰ（スクリーンを下に動かす）またはＢＡＣＫ（前のフィールドに動く
）またはＥＮＴＥＲ（次のフィールドに動く）を押すことによって、プログラム
を編集する。
ＲＵＮ−ＳＴＯＲＥ−ＰＲＩＮＴ−ＨＯＭＥメニューのＲＵＮを選択するか、
あるいはキーパッド上のＲＵＮキーを押すことによって、プログラムを実行する
。
Figure 2004313203
ＯＰＴＩＯＮキーはＭＩＣＲＯ（ＭｉｃｒｏＡｍｐ管）からＴＨＩＮ（薄い壁の
ＧｅｎｅＡｍｐ管）に管の型をトグルする。ユーザが特別の管を構成した場合、
ＯＴＨＥＲのオプションを添加する。異なる反応体積を入力することができる。
これらのパラメータはこのプログラムとともに記憶される。ＥＮＴＥＲはこれら
の値を受け取る。

Figure 2004313203
ユーザがランタイムプリンタのオンを構成し、そしてサイクル、オートまたは方
法のプログラムを実行している場合、次のプリンタの選択を与えられる。ＣＹＣ
ＬＥはサイクルが完結したときのみメッセージをプリントする。ＳＥＴＰＯＩＮ
Ｔはすべての設定点（ランプ／保持時間および温度）についてのランタイムのデ
ータをプリントする。
Figure 2004313203
ユーザがランタイムプリンタのオンを構成し、そして保持のプログラムを実行し
ている場合、次のプリンタの選択を与えられる。
Figure 2004313203
加熱されたカバーが１００℃以下である場合、次のスクリーンが表示される。加
熱されたカバーが１００℃に到達したとき、ユーザがこのディスプレイをオンに
したとき、ランは自動的に開始する。ユーザがＳＴＯＰを打った場合、ランはマ
ニュアルで再スタートしなくてはならない。

プログラムをセーブしないでＲＵＮ−ＳＴＯＲＥ−ＰＲＩＮＴ−ＨＯＭＥメニュ
ーにおいてＨＯＭＥを受け取ると、スクリーンが表示される。
Figure 2004313203
保持プログラム
Figure 2004313203
ユーザは無限のソークまたは時間限定した保持の間を選択することができる。
Figure 2004313203
ビーパーは１秒毎に１回音を出す。
保持プログラム−ランタイムの表示
Figure 2004313203
保持プログラム−ランタイムのプリントアウト
ＰＥ Ｃｅｔｕｓ ＧｅｎｅＡｍｐ ＰＣＲシステム９６００ Ｖｅｒ ｘｘ．
ｘ １９９０年１１月１４日 ｘｘ：ｘｘ ＡＭ
管の型：ＭＩＣＲＯ 反応体積：１００μｌ 開始クロック 設定点のｘ．ｘ℃
以内

ＨＯＬＤプログラム＃ｘｘｘ
ＨＯＬＤプログラム：ｘｘ．ｘ℃ ｘｘｘ：ｘｘ 実際：ｘｘ．ｘ℃ ｘｘｘ
：ｘｘまたは
ＨＯＬＤプログラム：ｘｘ．ｘ℃ ＦＯＲＥＶＥＲ 実際：ｘｘ．ｘ℃ ｘｘ
ｘ：ｘｘ
ＨＯＬＤプログラム＃ｘｘｘ−ランの完結 １９９０年１１月１４日 ｘｘ：ｘ
ｘ ＡＭ

サイクルのプログラム
Figure 2004313203
不履行は３である。これはこのプログラムにおける設定点の数を決定する。１〜
９の設定点が許される。
Figure 2004313203
上で入力した設定点の数は、どれだけ多くの設定点の編集の表示されるかを決定
する。ユーザは各設定点のランプおよび保持時間を入力することができる。試料
温度が設定点のユーザが構成可能である温度内に入るとき、保持タイマはスター
トされるであろう。
Figure 2004313203
ユーザがポーズを欲しない場合、次の３つの表示がスキップされる。１〜９９サ
イクルは可能である。
Figure 2004313203
設定点の数について０を入力することは、ユーザがポーズを望まないことを意味
し、したがって次の２つの表示がスキップされる。
Figure 2004313203
サイクルの数は上で入力した合計の数に限定される。
Figure 2004313203
不履行のポーズ時間はユーザの構成の中にセットされる。

サイクルのプログラム−ランタイムのディスプレイ

Figure 2004313203
サイクルのプログラム−ランタイムのプリントアウト
ＰＥ Ｃｅｔｕｓ ＧｅｎｅＡｍｐ ＰＣＲシステム９６００ Ｖｅｒ ｘｘ．
ｘ １９９０年１１月１４日 ｘｘ：ｘｘ ＡＭ
管の型：ＭＩＣＲＯ 反応体積：１００μｌ 開始クロック 設定点のｘ．ｘ℃
以内

ＣＹＣＬプログラム＃ｘｘｘ
ＣＹＣＬ＃ｘｘ
Ｓｅｔｐｔ＃ｘ ＲＡＭＰプログラム：ｘｘ．ｘ℃ ｘｘ：ｘｘ 実際：ｘｘ
．ｘ℃ ｘｘ：ｘｘ
ＨＯＬＤプログラム：ｘｘ．ｘ℃ ｘｘ：ｘｘ 実際：ｘｘ．ｘ℃ ｘｘ：ｘ
ｘ
・
・ （９までの設定点）
・ ・
・ （９９までの設定点）
・
ＣＹＣＬプログラム＃ｘｘｘ−ランの完結 １９９０年１１月１４日 ｘｘ：ｘ
ｘ ＡＭ
ＣＹＣＬプログラム＃ｘｘｘ−ユーザのアボート １９９０年１１月１４日 ｘ
ｘ：ｘｘ ＡＭ（アボートの場合のみ）

オートプログラム
Figure 2004313203
不履行は３である。これはこのプログラムにおける設定点の数を決定する。１〜
９の設定点が許される。

Figure 2004313203
上で入力した設定点の数は、どれだけ多くの設定点の編集の表示されるかを決定
する。ランプ時間が与えられないと、計器は出来るだけ速くランプする。試料温
度が設定点のユーザが構成可能である温度内に入るとき、保持タイマはスタート
されるであろう。
Figure 2004313203
ユーザがサイクル毎に時間および／または温度の増加または減少しようとする場
合、次の表示が与えられる。

Figure 2004313203
ＯＰＴＩＯＮキーは矢印を上に（サイクル毎の増加）または下に（サイクル毎に
減少）トグルする。減少を可能とする最大時間は設定点の保持時間に限定される
。
Figure 2004313203
９９までのサイクルが許される。

オートプログラム−ランタイムのディスプレイ
Figure 2004313203
オートのプログラム−ランタイムのプリントアウト
ＰＥ Ｃｅｔｕｓ ＧｅｎｅＡｍｐ ＰＣＲシステム９６００ Ｖｅｒ ｘｘ．
ｘ １９９０年１１月１４日 ｘｘ：ｘｘ ＡＭ
管の型：ＭＩＣＲＯ 反応体積：１００μｌ 開始クロック 設定点のｘ．ｘ℃
以内

ＡＵＴＯプログラム＃ｘｘｘ
ＣＹＣＬ＃ｘｘ
Ｓｅｔｐｔ＃ｘ ＲＡＭＰプログラム：ｘｘ．ｘ℃ ｘｘ：ｘｘ 実際：ｘｘ
．ｘ℃ ｘｘ：ｘｘ
ＨＯＬＤプログラム：ｘｘ．ｘ℃ ｘｘ：ｘｘ 実際：ｘｘ．ｘ℃ ｘｘ：ｘ
ｘ
・
・ （９までの設定点）
・ ・
・ （９９までの設定点）
・
ＣＹＣＬプログラム＃ｘｘｘ−ランの完結 １９９０年１１月１２日 ｘｘ：ｘ
ｘ ＡＭ
ＣＹＣＬプログラム＃ｘｘｘ−ユーザのアボート １９９０年１１月１２日 ｘ
ｘ：ｘｘ ＡＭ（アボートの場合のみ）

方法のプログラム
Figure 2004313203
１７までのプログラムをある方法においてリンクすることができる。ユーザが存
在しないプログラム＃を入力しようとする場合、メッセージ「プログラムは存在
しない」が表示される。ユーザが他の方法を入力しようとする場合、メッセージ
「方法をリンクすることができない」が表示される。

Figure 2004313203
方法のプログラム−ランタイム
ＲＵＮＴＩＭＥ，ＭＯＲＥおよびＰＡＵＳＥの表示は、現在実行されているプロ
グラムのものであろう。実行されているプログラムがある方法においてリンクさ
れるとき、２つの追加のＭＯＲＥ表示が与えられる。
Figure 2004313203
現在実行されているプログラムの数はフラッシするであろう。

Figure 2004313203
方法のプログラム−ランタイムのプリントアウト
ＰＥ Ｃｅｔｕｓ ＧｅｎｅＡｍｐ ＰＣＲシステム９６００ Ｖｅｒ ｘｘ．
ｘ １９９０年１１月１４日 ｘｘ：ｘｘ ＡＭ
管の型：ＭＩＣＲＯ 反応体積：１００μｌ 開始クロック 設定点のｘ．ｘ℃
以内

ＭＥＴＨＯＤのプログラム＃ｘｘｘ −すべてのリンクされたプログラム
のデータに先行する
ＭＥＴＨＯＤのプログラム＃ｘｘｘ −方法の完結−すべてのリンクした
プログラムデータに従う

方法のプログラム−プリント

Figure 2004313203
ＭＥＴＨＯＤ この方法においてリンクした各プログラムのヘッダをプリントす
る。
ＰＲＯＧＲＡ ＤＡＴＡ この方法においてリンクした各プログラムのヘッダお
よび内容をプリントする。

プログラムの記憶
ＳＴＯＲＥがＲＵＮ−ＳＴＯＲＥ−ＰＲＩＮＴ−ＨＯＭＥメニューから選択され
るとき、プログラムを記憶するルーチンはファイルならびに方法についてと同一
である。プログラムを保護することによって、プログラムがユーザの数を知らな
いでオーバーライトするか、あるいは消去されることがないことが保証される。
他のユーザは彼らの方法において保護されたファイルを見、編集、実行し、そし
てリンクすることができるが、記憶されたバージョンを変更することができるで
あろう。

Figure 2004313203
ｘｘｘは１〜１５０の最初の利用可能なプログラムである。
Figure 2004313203
ユーザは保護されたプログラムの＃を入力した。正しいユーザの＃はこのプログ
ラムをオーバーライトするために入力されなくてはならない。

Figure 2004313203
誤ったユーザの＃が入力された。このディスプレイは５秒間止まった後、前のも
のに戻る。ユーザは正しい＃を入力するために３回のチャンスが与えられる。
Figure 2004313203
ユーザがある方法においてリンクされたプログラムをオーバーライトしようとす
る場合、ユーザは警告されそして連続するか、あるいはしないオプションを与え
られる。

Figure 2004313203
ユーザが他の方法においてリンクされたプログラムをオーバーライトしようとす
る場合、エラーの方法が与えられる。
Figure 2004313203
ユーザはプログラムを保護しならびに前に保護されたプログラムを脱保護するチ
ャンスを与えられる。

Figure 2004313203
ユーザはプログラムを保護し、したがってユーザ＃を入力しなくてはならない。
利用可能なスロットの中にプログラムを記憶できる状態にある。プログラムが保
護される場合のみ、ユーザ＃は現れる。
Figure 2004313203
存在するプログラムをオーバーライトできる状態にある。プログラムが保護され
る場合のみ、ユーザ＃は現れる。

実用性のファンクション
Figure 2004313203
ＤＩＲは、それらのプログラムの数、ユーザの数またはプログラムの型により
、記憶されたプログラムのディレクトリをユーザが見るか、あるいはプリントで
きるようにする。
ＣＯＮＦＩＧは、特別の必要性に計器の使用をユーザが調整できるようにさせ
る。
ＤＩＡＧは、ランタイムの問題を診断しそして計器の性能を評価する手段をユ
ーザに提供する。
ＤＥＬは、プログラムの数、ユーザの数またはプログラムの型により記憶され
たプログラムをユーザが消去できるようにする。

実用性−ディレクトリ

Figure 2004313203
プログラム数によるディレクトリ
Figure 2004313203
プログラムは所定の数でスタートする数の順序で記載されるであろう。ＳＴＥＰ
キーおよびＢＡＣＫキーをディレクトリ表示を通して動く。ビーパーは記載した
プログラムの開始または終わりにおいて音を発する。

Figure 2004313203
ＳＴＯＰはユーザに上の表示に戻るようにさせる。
プログラムタイプによるディレクトリ
Figure 2004313203
プログラムの数は、選択した型のプログラムについて記載されるであろう。

Figure 2004313203
ユーザ数によるディレクトリ
Figure 2004313203
所定のユーザの数の下に記憶されたすべてのプログラムは記載されるであろう。

Figure 2004313203
ディレクトリプリント
Figure 2004313203
ユーザはディレクトリが上で見られたのと同一の方法で記載されるディレクトリ
のハードコピーを得ることができる。

実用性−ユーザの構成

Figure 2004313203
ファイルの構成は、メニューからＥＤＩＴを受け取るか、あるいはＳＴＥＰキー
を押すことによって編集することができる。ＰＲＩＮＴはこのファイルの内容を
プリントする。
Figure 2004313203
ユーザはシステムの時間および日付をセットすることができる。

Figure 2004313203
ランタイムのプリンタがＯＮである場合、ユーザは各ランのスタートとしてプリ
ンタのオプションで促進される。ランタイムのビーパーがＯＮである場合、プロ
グラムを実行する間ビーパーは各セグメントの終わり（シーケンスのランプまた
は保持部分後）音を出す。
Figure 2004313203
この時間は、プログラムがアボート前にポーズすることができる時間の最大量を
表す。これはキーパッドのみに関する。

Figure 2004313203
この時間は、実際の試料温度がエラーがフラッグされる前に設定点から変化でき
る度数を表す。
Figure 2004313203
この設定点は、常に存在する制御の冷却電力をバランスするために有用である。
試料温度は、計器がアイドルであるときはいつでも、アイドル状態に維持される
。

Figure 2004313203
実行するプログラムのセグメントを時間決定するクロックは、それが試料温度の
この温度内を獲得するとき、トリガされるように構成することができる。通常の
値は１．０℃である。
Figure 2004313203
ユーザがＭｉｃｒｏＡｍｐまたは薄い壁のＧｅｎｅＡｍｐの管以外の異なる型を
使用しようとする場合、ユーザはＹＥＳに対してこのオプションをセットし、そ
して少なくとも３対の反対体積および管の時間定数のデータを入力しなくてはな
らない。この曲線を使用して、ランの開始のときユーザが入力した反応体積に依
存して、各ランについて正しいタウ（管の時間定数）を外挿することができる。
Figure 2004313203
ユーザが「特別の管」をＹＥＳにセットした場合、３組のスクリーンが与える。
実用性−消去
Figure 2004313203
プログラムによる消去

Figure 2004313203
すべてのプログラム（ファイルおよび方法）は数により消去することができる。
Figure 2004313203
プログラムはそれをある方法においてリンクした場合消去することができない。

Figure 2004313203
ユーザは保護されたプログラムの＃を入力した。正しいユーザの＃を入力して、
このプログラムを消去しなくてはならない。
Figure 2004313203
誤ったユーザの＃が入力された。この表示が５秒間止まった後、前の表示に戻る
。ユーザには正しい＃を入力する３回のチャンスを与えられる。

Figure 2004313203
プログラムの消去状態。ユーザ＃はプログラムが保護されたとき現われる。
ユーザによる消去
Figure 2004313203
所定のユーザの数が与えられた後、プログラムを消去することができる。

Figure 2004313203
所望のユーザの＃でプログラムが存在しない場合、次のメッセージが表示される
。
Figure 2004313203
プログラムがある方法においてリンクされる場合、プログラムを消去することが
できる。ＳＴＥＰキーリンクしたプログラムのリストを通してサイクルするであ
ろう。
Figure 2004313203
リンクしたプログラムのリストは、どの方法でプログラムをリンクしたかを示す
であろう。
Figure 2004313203
これはリンクされていない所定のユーザの＃のすべてのプログラムを消去しない
であろう。
全消去
Figure 2004313203
これは保護された方法でリンクされない、すべての保護されてないプログラムを
消去するであろう。

実用性−ユーザの診断
診断テストを実行している間、ＳＴＯＰキーはユーザをトップレベルの診断スク
リーンにユーザを常に戻し、そしてテストの数および名前を次のテストに自動的
に増加する。これは有効な診断を通るサイクリングをマニュアルに促進する。

Figure 2004313203
ユーザは診断を実行する数を入力することができるか、あるいはＳＴＥＰまたは
ＢＡＣＫキーを使用して有効なテストを通してサイクリングすることができる。
ＳＴＥＰまたはＢＡＣＫキーを押す毎に、テストの数は増減され、そして関連す
るテストの名前が表示される。この特徴は、ユーザが各テストに関連する数を記
憶する必要性を排除する。
履歴ファイルのレビュー
Figure 2004313203
履歴ファイルは、５００までの最近のランのレコードを記憶することができる、
バッテリーＲＡＭ中の循環バッファである。バッファが充満されているとき、最
も古い入力はオーバーライトされるであろう。バッファは自動的にクリアされた
後、プログラムは実行される。
Figure 2004313203
履歴ファイルのヘッダはファイル中の現在のレコードの数（「ｎｎｎ」）を表示
する。ＡＬＬはすべてのレコードを見る。
ＡＴＡＲＴは状態のレコードのみを見る。
ＥＲＲＯＲＳはエラーのメッセージをもつレコードのみを見る。
ＰＲＮＴは履歴ファイルのすべてまたは一部分をプリントする。

レコードの２つの型は、１）プログラムについての情報を与える状態のレコード
およびプログラムにおいて各保持およびランプセグメントについての情報を与え
るデータのレコードである。保持プログラムは１つの保持セグメントとして処理
され、そしてデータのレコードはファイルが終わるとき記憶されるであろう。

数百の入力（５０サイクル×６設定点＝３５０入力）が存在できるので、ファイ
ルを通る２方向の動きが要求される。ほとんどのプログラムはＰＣＲプログラム
は３または６設定点および４０以下のであろうことに注意する。入力は通常逆の
順序で外観され、こうして見られるレコードは書き込まれた最後のレコードであ
ろう。

ユーザが見るべきレコードの型を選択した場合、ＳＴＥＰまたはＢＡＣＫは選択
した型の１回の入力によりバッファを上下するであろう。ＳＴＥＰまたはＢＡＣ
Ｋの前にある数を置くことによって、第２ラインを「スキップ＃ｘｘｘ入力」で
置換する。ユーザはある数を入力し、そしてＥＮＴＥＲを押してその値を受け取
り、そして入力の数はスキップされ、前進（ＳＴＥＰ）または後進（ＢＡＣＫ）
する。

ＳＴＥＰまたはＢＡＣＫの前にＲＮＵキーを配置することによって、ユーザは選
択した型の最大のレコード＃（最新のレコード）またはレコード＃１（最も古い
レコード）に急速に動くことができる。

ＳＴＯＰは外観モードを停止し、そしてファイルのヘッダを表示する。

状態のレコード
Figure 2004313203
「ｆｆｆｆ」はＨＯＬＤ，ＣＹＣＬまたはＡＵＴＯである。
「ｘｘｘ」はプログラムの数である。
「／ｍｍｍ」はリンクしたプログラムについての方法の数、そのほかにである。
「ｎｎｎ」はレコードの数である。
「メッセージ」は次の１つである。

状態のメッセージ
管の型：ｘｘｘｘ ランにおいて使用した試料管の型
反応体積：ｘｘｘμｌ 反応において使用した反応体積
Ｃｌｋスタートｗ／ｘ．ｘ℃ 保持クロックは設定点のこの温度内でスター
トする
スタートｘｘ／ｘｘ／ｘｘ ランのスタートの時間および日付
ｘｘ：ｘｘ
終わりｘｘ／ｘｘ／ｘｘ：ｘｘ ランの終わりの時間および日付
方法の完結 方法にリンクしたすべてのプログラムは完結
する
ポーズｘｘ：ｘｘ，ｘｘ．ｘ℃ プログラムはこの温度においてこの時間の間
ポーズした

致命的なスタートのメッセージ
センサーのエラー センサーは１列で１０回の悪い読みを有した
電力の故障ｘｘｘ．ｘ時間 電力はこの量の時間の間オフであった
ユーザのアボート ユーザはＳＴＯＰキーをランの間に押す
ポーズ キーパッドのポーズはその構成可能な時間限
界に到達した。
致命的な設定点のエラー 計算した量の時間以内に設定点に到達しない
場合、プログラムをアボートするための要件
である。開始ランプ温度（０℃〜１００℃、
１０℃の増分）対終了のランプ温度（同一軸
のラベリング）の１０×１０のルックアップ
テーブルは、ＴＣ２が任意の所定量の度でラ
ンプを上下するために要する平均時間であろ
う。設定点が次のようにして計算した量の時
間で到達しない場合、ファイルはアボートさ
れるであろう。
プログラム可能なランプ時間＋（２＊ルックアップテーブルの値）＋１０分

データのレコード
「ｆ」はＨＯＬＤ，ＣＹＣＬまたはＡＵＴＯである
「ｘｘｘ」はプログラムの数である
Figure 2004313203
「／ｍｍｍ」はリンクしたプログラムそのほかにブランクについての方法の数で
ある
「ｄｄｄ．ｄ」は設定点の温度である
「ｎｎｎ」はレコードの数である
「ｙｙ」はサイクル数である
「ｚ」は設定点の数である
「ｍｍｍ．ｓｓ」は設定点の時間である

サイクルおよび設定点の数のファイルは保持プログラムのために省略されるであ
ろう。

データエラーのレコード
Figure 2004313203
「ｄｄｄ．ｄ」は終わりの設定点の時間である
「ｎｎｎ」はレコード数である
「ｙｙ」はサイクル数である
「ｚ」は設定点の数である
「ｍｍｍ．ｓｓ」は設定点の時間である
「メッセージ」は、次のように非致命的エラーを示す：

非致命的エラーのメッセージ
ステップのエラー 設定点は計算した時間で到達しなかった：
プログラム可能なランプ時間＋（２＊ルックアップテーブルの値）

プログラムのエラー 設定点の温度または時間の自動的プログラムの自動的増
加／減少は、保持時間をネガティブに進行させるか、あるいは時間を０．１〜１
００℃の中から外に進行させる。
温度のエラー セグメントの終わりにおいて、設定点の温度は＋／−ユーザの
構成量でドリフトした。

保持プログラムについて、サイクルおよび設定点のフィールドは省略されるであ
ろう。

履歴ファイルをプリントする
履歴ファイルのヘッダのメニューを通して、履歴ファイルのプリントのルーチン
にアクセスする。ＯＰＴＩＯＮのキーはオプションを通してカーソルをサイクル
する。
Figure 2004313203
ＰＲＮＴがプリントスクリーンを表示している位置にカーソルがあるとき、ＥＮ
ＴＥＲキーを押す：

Figure 2004313203
ＡＬＬ ファイル中のすべてのレコードをプリントする
ＳＴＡＴ 状態のレコードのみをプリントする
ＥＲＲＯＲＳ エラーのメッセージをもつレコードのみをプリントする

プリントのオプションの１つが選択されるとき、次のスクリーンが表示される：
Figure 2004313203
第１（最も最近）のプログラム数は不履行のプログラムであろう。ユーザはプリ
ントを開始すべきプログラムの数を変化させることができる。プリントの間、次
のスクリーンが表示される：
Figure 2004313203
プリントの終わりにおいて、プリントの履歴のメニューが再び表示される。

ヒータのテスト
Figure 2004313203
ヒータのテストは、その温度が３５℃から６５℃に上昇するとき試料ブロックの
加熱速度を計算する。それがブロック温度を３５℃に戻すとき、次のスクリーン
が表示される。
Figure 2004313203
温度が安定化したとき、すべてのヒータは全電力のオンにされる。ここで表示は
「６０℃に行く」を読み、そしてブロック温度はそれが５０℃を通過した後２０
秒間モニターされる。２０秒後、合格または不合格のメッセージが表示される。
Figure 2004313203
冷却テスト

Figure 2004313203
冷却テストは、試料ブロックの温度が３５℃から１５℃に低下するとき、試料ブ
ロックの冷却速度を計算する。それがブロック温度を３５℃にさせるとき、次の
スクリーンが表示される。
Figure 2004313203
温度が安定化されるとき、冷却はオンである。ここで「１５℃に行く」を読み、
そしてブロック温度はそれが２５℃を通過した後２０秒間モニターされる。２０
秒間、合格または不合格のメッセージが表示される。
Figure 2004313203
本発明の教示に従うサーマルサイクラーのブロック線図である。 本発明の教示に従う試料ブロックの平面図である。 バイアス冷却チャンネルおよびランプ冷却チャンネルを示す試料ブロックの側面図である。 試料ブロックの端面図である。 試料ブロックの端面図である。 図２中の切線６−６′に沿って取った試料ブロックの断面図である。 図２中の切線７−７′に沿って取った試料ブロックの断面図である。 図２中の切線８−８′に沿って取った試料ブロックの断面図である。 ３ゾーンのフィルムヒータおよびブロック支持体とのアセンブリー後、試料ブロックの構造の断面、側面図である。 ３ゾーンのフィルムヒータに対して電力制御の形態を示す電力ライン電圧のグラフである。 典型的な３インキュベーションＰＣＲプロトコルを示す温度のグラフである。 局所的ゾーンの概念を示す試料ブロックの断面図である。 ３ゾーンのヒータの平面図である。 低すぎる試料管配置力Ｆのτの作用を示す、試料温度対時間のグラフである。 試料ブロックの中に配置された試料管およびキャップの断面図である。 （Ａ）ＲＣ回路のインパルスの応答のグラフである。（Ｂ）インパルス励起パルスのグラフである。（Ｃ）ブロックの熱インパルスの応答および温度履歴の回旋が計算した試料温度を与える方法を示すグラフである。（Ｄ）試料ブロック／試料管システムの熱的応答の電気的アナログを示す。 ３ゾーンのヒータの制御に使用する方程式についての比例定数が適切にセットされるとき、６つの異なる試料のすべての計算した温度が標的温度上で互いに約０．５℃以内へ収束する仕方を示す。 変性標的温度が発生したＤＮＡの量に影響を与える方法を示すグラフである。 スライドカバーおよび加熱された定盤の断面図である。 スライドカバー、試料ブロックおよび加熱された定盤の下降に使用したノブの斜視図である。 （Ａ）試料ブロック上に配置されたときの、フレーム、リテイナー、試料管およびキャップの１つの実施態様のアセンブリーの断面図である。（Ｂ）試料ブロック上に配置されたときの、フレーム、リテイナー、試料管およびキャップの好ましい実施態様のアセンブリーの断面図である。 マイクロタイタープレートについてのプラスチックの使い捨てフレームの上、平面図である。 フレームの底、平面図である。 フレームの端、側面図である。 フレームの他の端、側面図である。 図２２における切線２６−２６′に沿って取ったフレームの断面図である。 図２２における切線２７−２７′に沿って取ったフレームの断面図である。 フレームのへりの側面図および部分断面図である。 好ましい試料管の断面図である。 試料管の上部の断面図である。 キャップのストリップの部分の側面図である。 キャップのストリップの一部分の上面図である。 ９６ウェルのマイクロタイタートレーのプラスチックの使い捨てリテイナー部分の上、平面図である。 リテイナーの部分的区画の側面図である。 リテイナーの端、側面図である。 図３３における切線３６−３６′に沿って取ったリテイナーの断面図である。 図３３における切線３７−３７′に沿って取ったリテイナーの断面図である。 ９６ウェルのマイクロタイタートレーのプラスチックの使い捨て支持体のベースの平面図である。 ベースの底平面図である。 ベースの側面図である。 ベースの端側面図である。 図３８において切線４２−４２′に沿って取った支持体のベースの断面図である。 図３８において切線４３−４３′に沿って取った支持体のベースの断面図である。 図３８において切線４４−４４′に沿って取った支持体のベースの断面図である。 いくつかの試料管およびキャップが所定位置にあるマイクロタイタートレーからなる、プラスチックの使い捨て物品の分解斜視図である。 図１における冷却液制御システム２４の線図である。 本発明に従う制御エレクトロニクスのブロック線図である。 本発明に従う制御エレクトロニクスのブロック線図である。 本発明に従う制御エレクトロニクスのブロック線図である。 典型的な試料期間の時間ライン線図である。 商品名ＭＡＸＩＡＭＰで市販されている、高い薄い壁の試料管の側面断面図である。 薄い壁の試料管および薄い壁の先行技術の管の間の応答時間の差を示すグラフである。 試料管およびキャップの平面図である。 パワーアップ試験順序のフローチャートである。 パワーアップ試験順序のフローチャートである。 パワーアップ試験順序のフローチャートである。 パワーアップ試験順序のフローチャートである。
符号の説明
１〜７…カラム
１０…試料
１２…試料ブロック
１４…加熱されたカバー
１６…端末
１８，２２…バス
２０…制御コンピュータ
２４…冷却液制御システム
２６…入力管
２８…出力管
３０，３２…管
３４…熱交換器
３６…入力管
３８…出力管
３９…溜
４０…冷却装置
４１…ポンプ
４２…ファン
４４…フィン管凝縮器
４５，４６…管
４７…分岐交差
４８…熱
４９…バイアス冷却チャンネル
５０…管
５１…レストリクター
５２，５４…バス
５３…入力
５５…２状態のソレノイド作動弁
５６…周囲空気温度センサー
５７…ランプ冷却チャンネル
５８…ライン
６１…温度センサー
６３…センサー
６７…円錐形壁
６８…試料ウェル
７０…溜
７８…みぞ、スロット
８２…点
８３，８９，９０…試料ウェル
９１，９３，９５，９７，９９…冷却チャンネル
１００〜１０７…ランプ冷却チャンネル
１１６…底面
１２２…ハイブリダイゼーションインキュベーション
１２８，１３０，１３２…孔
１３０，１３２…ねじ孔
１３４〜１４３…孔
１４６…ボルト
１４７…スピルカラー
１４８…はがね支持ブラケット
１５０，１５２…コイルばね
１５４…はがね圧力板
１５６…マルチゾーン試料ブロックフィルムヒータ
１５８…シリコーンゴムのパッド
１６０…エポキシ樹脂フォームの層
１６２…ネガティブのハーフサイクル
１６４…ポジティブのハーブサイクル
１６６…分割線
１７０…変性インキュベーション
１７２…ハイブリダイゼーションインキュベーション
１７４…伸長インキュベーション
１９８…冷却チャンネル
２００，２０２…局所的領域
２２８，２３０…へりの表面
２３４…試料ウェル
２５０，２５２…へり
２５４…中央ゾーン
２５６，２５８…へりヒータ領域
２６０，２６２…マニホールドヒータ領域
２６６，２６８…プラスチック冷却液マニホールド
２７６…試料混合物
２８２…温度応答曲線
２８８…試料管
２９２…対流の流れ
２９４…ピーク
３１２…レッドスクリューアセンブリー
３１６…すべりカバー
３１８…ノブ
３２０，３２２…レール
３２４，３２６…試料管
３３２，３３４…インデックスマーク
３３６…飾り板
３３８…プラスチックキャップ
３４０…プラスチックトレー
３４２…マイクロタイタープレートのフレーム
３４６…上部のへり
３６８…円錐形プラスチック壁
３７２…水平のプラスチックプレート
３７６…試料管
３７８…内側へり
３８２…孔の対向するへり
３８６…リテイナー
３９４…ウェブ
３９６…タブ
４０２…単一の水平のプラスチック平面
４１０…孔
４１４…プラスチックタブ
４１６，４１８…スロット
４２０…ベース
４２４…典型的な試料管
４５０…マイクロプロセッサ
４５２…アドレスバス
４５４…データバス
４５６…ＥＰＲＯＭ
４５８…バッテリーバックアップＲＡＭ
４６０…システムクロック／カレンダー
４６２…アドレスデコーダー
４６４…チップセレクトバス
４６６…キーボード
４６８…ディスプレイ
４７０…キーボードインタフェース回路
４７２，４７４…プログラム可能な間隔タイマ
４７６…割込みコントローラー
４７８…ＵＡＲＴ
４８０…ＲＡＭ
４８２…プログラム可能な割り込み制御装置（ＰＩＣ）
４８４…プログラム可能なアレイ論理チップ（ＰＡＬ）
４８６…１２ビットのアナログ対ディジタルコンバーター（Ａ／Ｄ）
４９２，４９４…マルチプレクサ
４９６…２，０００オームの抵抗器
４９８…＋１５ボルトの調整された電力供給
５００…ゼンナーダイオード
５０６…較正電圧発生器
５１２…ＲＭＳ対ＤＣコンバーター回路
５１６…ステップ−ダウントランス
５３０，５３２，５３４，５３６…光学的に連結されたトライアックドライバー
５３８…制御バス
５４６，５４８…熱的カットアウトスイッチ
５５０…「パーソナリティ」プラグ
５６６…ゼロ交差検出器
５６８…２ラインバス
５７０…電力トランス
５７２，５７４…調整された電力供給
５７６…非調整電力供給
５７８…アナログ増幅器
５９０…間隔
５９２…開始時間
５９４…時間
６００…出力ライン
６０２，６０４…単安定マルチバイブレータ
６１４…ソレノイドコイル
６１６…電力供給「レール」
６２０…電流制限抵抗器
６２４…ソレノイド作動弁
６３２…タイムアウトワンショット
６５０…ポリプロピレンのキャップ
６５２…プラスチックウェブ

Claims (8)

  1. 所定量の液体試料混合物を収容した少なくとも１つの試料管
    内におけるポリメラーゼ連鎖反応の、制御装置付自動遂行装置であって、
    ａ）前記少なくとも１つの試料管用の少なくとも１つのウェルを備えた試料ブ
    ロック、
    ｂ）所定時間に亙る前記試料ブロックの温度の関数として前記液体試料混合物
    の温度を決定する手段を備えたコンピュータ、
    ｃ）前記試料ブロックの温度を変化させるために前記コンピュータによって制
    御される加熱及び冷却手段、及び、
    ｄ）前記試料ブロックへ熱的に連結され、前記所定時間に亙る該試料ブロック
    の温度を前記コンピュータへ送るブロック温度センサ、
    を具備した装置。
  2. 所定量の液体試料混合物を収容した少なくとも１つの試料管
    内におけるポリメラーゼ連鎖反応の、コンピュータ、前記少なくとも１つの試料
    管用の少なくとも１つのウェルを備えた試料ブロック、該試料ブロックへ熱的に
    連結されるブロック温度センサ、及び前記試料ブロックの温度を変化させるため
    に前記コンピュータによって制御される加熱及び冷却手段、を備えたコンピュー
    タ制御式熱循環装置による自動遂行を、コンピュータ制御するための方法であっ
    て、
    前記コンピュータは、
    ａ）所定の時刻における前記試料ブロックの温度を読むステップ、
    ｂ）所定時間に亙る前記試料ブロックの温度の関数として前記液体試料混合物
    の温度を決定するステップ、及び、
    ｃ）前記液体試料混合物の温度の関数として前記加熱及び冷却手段を制御する
    ステップ、
    を含む方法。
  3. ポリメラーゼ連鎖反応の自動遂行に適した熱循環装置であっ
    て、
    ａ）主頂面及び主底面を備えた金属製試料ブロック、
    ｂ）前記主頂面に形成される相互に離間した試料ウェル群の配列、
    ｃ）前記試料ブロックが３５〜１００℃の範囲内の温度にあるときに、外熱の
    供給がない限り少なくとも０．１℃／秒の率で該試料ブロックを一様に冷却する
    のに充分な速度で、該試料ブロックに付与されるバイアス冷却、及び、
    ｄ）コンピュータに応答して、前記バイアス冷却よりも高い割合で前記試料ブ
    ロックの温度を一様に昇温できるコンピュータ制御可能な加熱手段、
    を具備し、コンピュータの制御下で前記試料ウェルの配列を、３５〜１００℃の
    範囲において±０．５℃の許容誤差で一定温度に維持可能な熱循環装置。
  4. ポリメラーゼ連鎖反応の迅速自動遂行に適した熱循環装置で
    あって、
    ａ）主頂面及び主底面を備えた低熱体からなる熱的に均質な金属製試料ブロッ
    クであって、上面の中心領域に配置され、工業規格のマイクロタイタープレート
    のフォーマットに適合する中心間間隔を有した試料ウェル群の８×１２の長方形
    配列と、該配列を包囲し、かつ前記中心領域の熱特性と類似の熱特性を有する保
    護帯からなる周縁領域とを備えた試料ブロック、
    ｂ）前記試料ブロックが３５〜１００℃の範囲内の温度にあるときに、外熱の
    供給がない限り少なくとも０．１℃／秒の率で該試料ブロックを一様に冷却する
    のに充分なバイアス冷却速度で、該試料ブロックを常に冷却するバイアス冷却装
    置、
    ｃ）複数の反応サイクルを決定する時間及び温度に関したユーザデータを受け
    取りかつ記憶するコンピュータシステム、
    ｄ）該コンピュータシステムに制御され、前記試料ブロックを、１００℃から
    少なくとも４℃／秒、及び４０℃から少なくとも２℃／秒の傾斜冷却速度で選択
    的に冷却する傾斜冷却装置、
    ｅ）前記コンピュータシステムに制御され、前記試料ブロックの中心領域用の
    加熱ゾーンと前記保護帯用の加熱ゾーンとを備え、前記試料ブロックを３５〜１
    ００℃の範囲内で一定温度に維持するのに必要な熱を供給可能で、かつ前記試料
    ブロックに傾斜加熱を供給可能な多ゾーン加熱装置、
    ｆ）前記試料ブロック上で鉛直に変位可能なプレスカバー、及び、
    ｇ）該カバーを昇降させ、かつ少なくとも３００ｇの抵抗力に対抗して該カバ
    ーの鉛直位置を保持するカバー変位手段、
    を具備し、前記試料ウェルの配列を、３５〜１００℃の範囲において±０．５℃
    の許容誤差で一定温度に維持可能な熱循環装置。
  5. 上端で開放する円筒形の上方部分とそこから下方へ延びて閉
    鎖するテーパ状の下方部分とを備え、円形断面を有し、かつ前記上方部分の前記
    開放端の下方位置で前記上方部分から外側へ延びる包囲肩部を備えた所定構造の
    マイクロタイター試料管を９６個まで非拘束に保持する２ピース構造のプラスチ
    ック製ホルダであって、
    ａ）１ピースのトレーは、
    ｉ）工業規格のマイクロタイタープレートに適合する８×１２の長方形配列
    に９６個の穴を備え、これらの穴が、前記試料管の前記上方部分の外径よりわず
    かに大きくかつ前記肩部の外径より小さい径を有する平坦かつ水平なプレート部
    分と、
    ii) 該プレート部分を完全に包囲し、前記穴の１つに置かれた試料管の高さ
    よりも高い位置まで上方へ延びる第１のトレー直立側壁と、
    iii) 前記プレート部分を包囲し、前記穴の１つに置かれた試料管の上方部分
    のほぼ底部まで下方へ延びる第２のトレー直立側壁とを具備し、
    ｂ）前記トレー内に置かれた全ての試料管に亙って前記トレーの内部に着脱自
    在に係合する１ピースのリテーナは、
    ｉ）工業規格のマイクロタイタープレートに適合する８×１２の長方形配列
    に９６個の穴を備え、これらの穴が、前記試料管の前記上方部分の外径より僅か
    に大きくかつ前記肩部の外径より小さい径を有する平坦かつ水平なリテーナプレ
    ート部分と、
    ii) 該リテーナプレート部分を包囲して該リテーナプレート部分から上方へ
    延びるリテーナ直立側壁とを具備し、
    前記リテーナが前記トレーの内部に係合するとき、前記リテーナプレート部分
    は、前記トレー内に置かれた試料管の肩部の僅かに上方に位置し、前記第１のト
    レー直立側壁は前記リテーナ直立側壁とほぼ同一高さにあり、それにより前記ト
    レー内に置かれた試料管は、鉛直方向及び横方向のいずれにも非拘束に保持され
    るホルダ。
  6. それぞれに内表面を有する相互に離間した試料ウェル群の配
    列を備える金属製試料ブロックを具備し、前記試料ウェル群が、上端縁を有する
    マイクロタイタープレート内に配置されかつそれぞれに試料混合物を収容する１
    つ以上の有蓋試料管を備え、前記マイクロタイタープレートが前記試料ブロック
    上に設置される、ポリメラーゼ連鎖反応の遂行に適した熱循環装置内で、前記有
    蓋試料管を包囲するカバーであって、
    平坦かつ水平な矩形部分、該矩形部分の周縁部に沿って下方へ突出するスカー
    ト部分、及び前記矩形部分の少なくとも下面を加熱する装置を具備し、
    前記試料管の蓋の頂部が、前記カバーに加わる熱及び下向きの力によって変形
    するとき、前記試料管に接触し、かつ前記試料ブロック上の前記マイクロタイタ
    ープレート及び試料管を包囲するように寸法決めされたカバー。
  7. 試料混合物を収容する少なくとも１つのプラスチック製有蓋
    試料管を配置する試料ウェルを備えた、ポリメラーゼ連鎖反応の遂行に適した熱
    循環装置において、
    前記少なくとも１つの試料管と前記との間に密な接触を与える被熱カバーを具
    備した装置。
  8. 略円錐形の第１壁部と略円筒形の第２壁部とを具備し、前記
    第１壁部はその外面の略全体に亙り熱交換器の対応形状部分に接触するよう構成
    され、かつ前記第１壁部は前記第２壁部よりも実質的に薄い壁断面を有する使い
    捨て反応容器。
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