JP2008543316A - 熱ブロックおよび加熱 - Google Patents
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Abstract
非金属材料を有する上部プレート(83)を含む熱システム用の装置および方法であって、ここで上部プレートは複数の加熱ウェル(85)を含み、各加熱ウェルは試料の入った複数の試料管を収納する大きさである。下部プレート(75)は上部プレート(83)に係合して熱ブロック(67)を形成する。複数の伝熱ピン(77)が下部プレート(75)から上部プレート(83)に向け伸張する。上部プレートの非金属材料は、伝熱ピン(77)を係合し加熱効率を増加させるために成形される。本発明はまた、熱伝導性材料を含む熱プレート(200)を含む熱ブロック(400)も含み、熱プレートは実質的平面領域および複数の試料管を収容するための複数の加熱ウェル(285)を有する主上面(283);および熱プレート(200)を係合するとともに熱プレート(200)の主上面(283)と接触する加熱プレート(300)を含む。熱ブロック(67または400)は、生物学的試料の効率的な熱サイクリングのために使用してもよい。
Description
関連出願の相互参照
本出願は、全体として参照することにより本明細書に含まれる、2005年6月16日付けで出願された米国仮特許出願第60/691,124号明細書に対する優先権を主張する。
本出願は、全体として参照することにより本明細書に含まれる、2005年6月16日付けで出願された米国仮特許出願第60/691,124号明細書に対する優先権を主張する。
本明細書に開示される実施形態は、生物学的材料の試料の加熱、およびより詳細には、ポリメラーゼ連鎖反応、定量的ポリメラーゼ連鎖反応、逆転写ポリメラーゼ連鎖反応、免疫ポリメラーゼ連鎖反応、または他の核酸増幅型の実験を遂行するためのDNA試料の加熱および熱サイクリングに関する。
DNA試料の熱サイクリングの技法は当該技術分野において周知である。ポリメラーゼ連鎖反応を実施することにより、DNAは増幅可能である。液状反応混合物中でDNAを成功裏に増幅するためには、特異的に構築した液状生物学的反応混合物を特定の期間および温度範囲を通じてサイクルに付すことが望ましい。熱サイクリングは、DNAを解離(melting)し、短鎖プライマーをアニール(anneal)して一本鎖とし、およびこれらのプライマーを伸長して二本鎖DNAの新しいコピーを作製する工程である。液状反応混合物は、高温で解離し、アニールし、および低温で伸長する、この工程に繰り返し供される。
典型的な熱サイクラーにおいて、DNAを含む生物学的反応混合物は熱ブロックアセンブリ上の多数の試料ウェルに提供される。DNAの試料は、熱サイクリング工程を通じて合理的に可能な限り均一な温度であることが望ましい。ある試料ウェルと別の試料ウェルとの間の小さな温度差であっても、実験の失敗または望ましからざる結果を引き起こす。例えば定量的PCRにおける1つの目的は、一般的にはDNA量を1サイクル毎に2倍となるよう増加させることにより、PCR増幅を可能な限り精密に実施することである;そうでなければ試料ウェル中の結果として得られる混合物量の間に望ましくない程度の不均衡があり得る。十分に均一な温度が試料ウェルで得られない場合、各サイクルで所望の倍加が起こるとは限らない。DNAの理論的倍加は実際上ほとんど起こらないが、増幅は可能な限り効率的に起きることが望ましい。
加えて、温度誤差により反応が不適切に起こり得る。例えば、試料が適切なアニール温度であるように制御されない場合、特定の型のDNAが適切に伸長しないことがある。これは結果として、反応混合物中のプライマーの不適当なDNAへのアニール、またはどれにも全くアニールしないことをもたらす。そのうえ、確実に全ての試料が均一に加熱されることにより、任意の温度における休止時間が短縮され、それにより総PCRサイクル時間が迅速化される。特定の温度でのこの休止時間を短縮することにより、酵素の耐用時間(lifetime)および増幅効率が増加する。それゆえ、望ましくない温度誤差および試料ウェル温度間の差異は減少すべきである。
先行技術の全金属製の熱ブロックは高価である。金属機械加工されたブロックまたは金属製で厚い基盤の電気的に形成されたブロックでは、加熱手段からウェル空洞に至る一次伝熱経路がウェルの壁領域により制限される。すなわち、熱はブロックの底面からウェル壁領域を通じて移動して、ウェル空洞を加熱しなければならない。熱分配を促進するためウェル壁が可能な限り薄く作製されることで、ウェル空洞あたりの加熱ランプの割合は最大化される。
上述の観点から、試料ウェルの温度均一性を向上させ試料の処理の効率性または精度を改善する、熱サイクリング装置および方法が必要である。従って当該技術分野において、複数の試料の熱サイクリングことを目的とした、非金属ブロック熱システムのための装置および方法が必要である。
本発明の一態様に従えば、非金属材料を有する上部プレートを含む非金属ブロック熱システム用の装置および方法が提供され、ここで上部プレートは複数の加熱ウェルを含み、各加熱ウェルは試料の入った複数の試料管を収容するのに適応した大きさである。下部プレートが上部プレートに係合して、熱ブロックを形成する。複数の伝熱ピンが、下部プレートから上部プレートに向けて伸張する。複数の伝熱ピンが、熱を複数の加熱ウェルに伝達する。上部プレートの非金属材料は、伝熱ピンを係合し加熱効率を増加させるために成形することができる。熱ブロックは、生物学的試料の効率的な熱サイクリングのために使用されてもよい。
本発明のこの態様に従う一熱ブロックは、非金属材料を含み、複数の試料管を収容するための複数の加熱ウェルを含む上部プレート;上部プレートに係合する下部プレート;および下部プレートから上部プレートに向け伸張して、熱を下部プレートから上部プレートに伝達する複数の伝熱ピンを含む。
本発明のこの態様に従う一熱ブロックは、外表面上に金属被膜を含む非金属芯を含む上部プレート、および金属を含む下部プレートを含む。
本発明はまた、試料保持体内に試料の入った複数の試料管を設置する工程、複数の加熱ウェルを含む熱ブロックの上部プレートを、回転式熱アセンブリを回転させて試料保持体の下に定置する工程;回転式熱アセンブリを上昇させ上部プレートの複数の加熱ウェルを複数の試料管と熱接触させる工程;熱ブロックを第1の温度まで第1の時間だけ加熱して、複数の試料管内試料の温度を制御する工程;および回転式熱アセンブリを降下させることで上部プレートの複数の加熱ウェルを複数の試料管とそれ以上熱接触させないようにする工程を含む、試料の熱サイクリング方法も提供する。
本発明はさらに、非金属材料を含む上部プレートおよび上部プレートの複数の加熱ウェルを係合する複数の伝熱ピンを含む下部プレートを有する熱ブロックを提供する工程;複数の加熱ウェルを複数の試料管と熱接触するように設置する工程;熱ブロックの下部プレートを加熱器で加熱する工程;および熱を下部プレートから複数の加熱ウェルに複数の伝熱ピンにより伝達する工程を含む、複数の加熱ウェルを加熱するための方法を提供する。
本発明の第2の態様に従えば、1つまたはそれ以上の熱伝導性材料を使用して熱ブロックの少なくとも1枚のプレートが形成される。本態様に従う一熱ブロックは、熱伝導性材料を含む熱プレートであって、実質的平面領域を有する主上面および複数の試料管を収容するための複数の加熱ウェルを含む熱プレート;および熱プレートを係合するとともに熱プレートの主上面と接触する加熱プレートを含む。
熱伝導性材料はアルミニウムである。
加えて、熱プレートは、空洞が内部に規定された突起を含むことで生物学的試料の温度反応を想定できる。あるいは、または加えて、熱ブロックの1個の加熱ウェルを使用して、模擬生体液試料の温度が計測可能である。
この第2の態様に従う一熱ブロックは、実質的に平面状の主上面および複数の試料管を収容するべく主上面内に規定される複数の加熱ウェルを有する第1のプレート;およびであって、本体部分が実質的に平面形状で、内部に形成された複数の開口を有する加熱プレートである、第1のプレートの主上面に当接する第2のプレート;複数の開口を包囲する絶縁部分;および加熱プレートにより担持され、その絶縁部分の間に配置される発熱素子を含む。
発熱素子は抵抗発熱素子、または加熱された流体を搬送するための管状導管であり得るとともに、第2のプレートの底面に固定されることで第1のプレートと接触するか、第2のプレートに埋設されるか、または第2のプレート内に形成される。
絶縁部分は熱的または電気的に絶縁される。
熱ブロックはまた、第2のプレートの発熱素子を熱エネルギー源に接続するための接続部分も含む。熱エネルギー源は、発熱素子に電流を供給するための電気エネルギー源または加熱された流体を発熱素子に供給するエネルギー源である。
好ましくは、第1のプレートは金属材料を含み、銅、アルミニウム、真鍮およびこれらの組み合わせを挙げることができる。熱ブロックの金属材料としてはまた、第2の金属で被膜される第1の金属も挙げることができる。
本発明はまた、熱伝導性材料を含み、実質的平面領域を有する主上面および複数の試料管を収容するための複数の加熱ウェルを含む熱プレートと、熱プレートと係合して熱プレートの主上面と接触する加熱プレートとを有する熱ブロックを提供する工程;複数の加熱ウェルを複数の試料管と熱接触するよう設置する工程;熱ブロックの熱プレートを加熱プレートで加熱する工程;および熱を熱プレートから複数の加熱ウェルへ伝導性熱伝達を通じて伝達する工程を含む、複数の加熱ウェルを加熱するための方法も提供する。
一実施形態において、熱ブロックの熱プレートは、複数の加熱ウェルを複数の試料管と熱接触するように設置する工程に先立ち加熱される。
本発明はまた、試料の入った複数の試料管を試料保持体内に設置する工程;上部プレートが複数の加熱ウェルを含む回転式熱アセンブリを回転させ、熱ブロックの上部プレートを試料保持体の下に定置する工程;回転式熱アセンブリを上昇させて、上部プレートの複数の加熱ウェルを複数の試料管と熱接触させる工程;熱ブロックを第1の温度まで第1の時間だけ加熱して、複数の試料管内試料の温度を制御する工程;および回転式熱アセンブリを降下させることで上部プレートの複数の加熱ウェルが複数の試料管とそれ以上熱接触しないようにする工程を含む、試料の熱サイクリング方法も提供するとともに、熱ブロックは、実質的に平面状の主上面および複数の試料管を収容するべく主上面内に画成される複数の加熱ウェルを有する第1のプレート;およびその内部に形成される複数の開口を有する本体部分を有する加熱プレートである、第1のプレートの主上面に当接する第2のプレート;複数の開口を包囲する絶縁部分;および加熱プレートにより担持され、その絶縁部分の間に配置される発熱素子を含む。
本熱ブロックは熱伝達を改善し、効率的に試料を処理し、および非金属材料を含む上部プレートの使用を通じて実質的な費用節減を可能にする。
本明細書に開示される実施形態は添付の図面の参照を伴いさらに説明され、ここで同様の構造は数枚の図にわたり同様の数字により参照される。図は必ずしも一定の縮尺とは限らず、むしろ本明細書に開示される実施形態の原理を図示することに、概して重点が置かれている。
上記に特定された図は本明細書に開示される実施形態を説明するが、他の実施形態もまた、考察において述べられるとおり企図される。本開示は例示的実施形態を代表例として、かつ限定なしに提供する。本明細書に開示される実施形態の原理の範囲および精神の範囲内に収まる数々の他の改変および実施形態が当業者により考案される。
熱ブロックは所望量の熱を均一かつ効率的に複数の試料に移送することができる。熱ブロックは金属および/または非金属材料を含むことにより試料の処理効率を増加させる一方で熱ブロックを構築する費用を低減する。
熱サイクラーはプログラム可能な加熱ブロックであり、PCRの単一サイクルを構成する温度に依存した3段階、すなわちテンプレート変性、プライマーアニーリング、およびプライマー伸長を通じて試料の温度を制御および維持する。これらの温度が最大40回またはそれ以上サイクルに付されることでDNA標的の増幅が得られる。熱サイクラーは、限定はされないが、ペルチェ加熱および冷却、抵抗加熱、およびパッシブエア(passive air)または水加熱を含む種々の技術を使用して温度変化を生じさせる。
DNAの熱サイクリングは、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、定量的ポリメラーゼ連鎖反応(qPCR)、逆転写ポリメラーゼ連鎖反応(RT−PCR)、逆転写−定量的ポリメラーゼ連鎖反応(RT−qPCR)、免疫ポリメラーゼ連鎖反応(I−PCR)、または他の核酸増幅型の実験を遂行できる。
図1において熱ブロックは概して67で示される。熱ブロック67は上部プレート83および下部プレート75を含む。この実施形態において、上部プレート83は非金属材料を含む。上部プレート83は、成形可能で構造的および温度上の要件を満たすのに十分な物理的特性を有する、任意のプラスチック材料を含んでもよい。上部プレート83は高温成形可能プラスチックを含む。上部プレート83はポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルイミド(PEI)または当業者に周知の他の同様の材料を含んでもよい。
特定の実施形態において、上部プレート83は非金属材料上に金属被膜を含んでもよい。金属被膜は上部プレート83の外表面上にある。金属被膜は摩耗表面として働くとともに上部プレート83の清掃を容易にする。金属被膜はまた、定量的データを得るために使用される場合、成形プラスチック表面と比較してより光学的に反射する表面を提供することにより、機器の感度も促進する。金属被膜またはめっきは、銅、ニッケル、クロム、金、または複数の金属の組み合わせまたは当業者に周知の他の金属を含んでもよい。金属被膜は、めっき浴、物理的、化学的、またはイオン蒸着、または当該技術分野において周知の他の被膜方法を含む、当該技術分野において周知の被膜方法を使用して適用されてもよいが、これらに限定されない。
下部プレート75は伝導性材料、好ましくは金属を含む。下部プレート75は、鋳造、機械加工、鍛造、金属射出成形または当該技術分野において周知の他の方法により製作されてもよい。一実施形態において、下部プレート75はアルミニウムを含む。下部プレート75は、銅、銀、アルミニウム合金、当業者に周知の他の鋳造可能合金または他の同様の材料を含んでもよい。下部プレート75は複数の金属を含んでもよい。下部プレートが、様々な伝導性材料を含むことおよび本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内にあり得ることを、当業者は認識しうる。
下部プレート75に対する上部プレート83の設計により、先行技術の熱ブロックの使用を通じて得られるものと比較して、熱が試料全体にわたりより均等に分配されることが可能となり、これはより均一で効率的かつ信頼性の高い結果につながる。上部プレート83への非金属材料の使用は費用効果が高い。多数の試料の処理にはしばしば多数の熱ブロックの使用が要求され、これは費用を増加させる。本明細書に開示される実施形態により、非金属上部プレートを有することができる熱ブロックを使用することによる実質的な費用節減が可能となる。かかるとおり、本明細書に開示される実施形態は費用節減および改善された結果の双方を提供する。
図1は熱ブロックの組立図を示し、ここで熱ブロック67の上部プレート83は熱ブロック67の下部プレート75から切り離されている。複数の伝熱ピン77が下部プレート75から伸張する。複数の伝熱ピン77は下部プレート75とともに形成されてもよい。あるいは、複数の伝熱ピン77は別個の下部プレート75に追加されてもよい。複数の伝熱ピン77は下部プレート75と異なる材料を含んでもよい。複数の伝熱ピン77は、正方形、矩形、円形、楕円形、および他の形を含む種々の形であってもよいが、これらに限定されない。複数の伝熱ピン77には、エッチング加工、粗面化、溝加工、ノッチ加工または成形が、各ピンの表面積が増加するような任意の他の表面効果を伴ってされてもよい。これは上部プレート83の複数のリブ87との機械的接続を促進するうえで有用である。
複数の伝熱ピン77は、熱を複数の加熱ウェル85に移送する。複数の伝熱ピン77が各々独立した試料に熱を均等に分配する。複数の伝熱ピン77は、複数の試料管39を包含する複数の加熱ウェル85の側面に熱を伝達する。複数の伝熱ピン77は、試料管39の全長に沿って熱を移送するための界面として働く。加熱ウェル85の側面への熱の移送は、加熱ウェル85の底部を通じてのみの試料への熱の移送より良好に熱を試料に分配する。加熱ウェル85が伝熱ピン77とより良好に係合し、それゆえ熱が加熱ウェル85に加熱ウェル85の側面から熱伝導を通じて効率的に移送されることが可能となるように、加熱ウェル85は成形される。伝熱ピン77を係合するための上部プレート83の非金属材料の可撓性および成形性は、試料に対し均一な加熱を提供し、処理効率性を増加させる。加熱ウェル85は、複数のリブ87を有して複数の伝熱ピン77を係合して均一な熱分配を促進してもよい。
加熱ランプ速度が使用者特性として重要であるのは、使用者が生物学的実験を行うことのできる速度に影響するためである。加熱量を低減するため加熱ウェル壁厚が低減されるにつれ、加熱経路の面積も同様に低減される。加熱ウェル壁厚が低減されるにつれ、単一の加熱ウェル空洞内の温度勾配が増加する。この単一ウェル温度勾配は、薄いウェル壁の試料ブロック全体にわたる温度勾配と同等またはそれ以上となり得る。上部プレート83と組み合わされる複数の伝熱ピン77により、加熱ウェル85の側面から加熱ウェル85に進入する伝熱経路が可能となる。熱は複数の伝熱ピン77から、加熱ウェル85を上部プレート83の下側に係合する複数のリブ87を通じて移動する。一実施形態において、加熱ウェル85は4個のリブ87を有する。別の実施形態において、製造および経費検討を考えて、より多数または少数のリブ、または他の形および方向性を備えるリブを使用して、熱を加熱ウェルに伝達してもよい。本明細書に開示される実施形態は、加熱手段から加熱ウェルへの有意な伝熱面積の増加を提供する。
上部プレート83に包含される複数のリブ87および下部プレート75内の複数の伝熱ピン77の配置を最適化して、単一ウェル温度の均一性およびな熱ブロック全体の温度の均一性の両方を促進してもよい。最適化はリブ抜き勾配のサイズおよび方向性、加熱ウェル位置に対するリブ厚さ、ピンサイズ、ピン抜き勾配、および他の設計寸法および特性により得られる。
ウェル位置と対比したリブ87接触面積に対するピン77の量が、熱ブロック全体の優れた温度均一性の設計の配置構成を形成する。一実施形態において、内部ウェルについて、4個のピン77が各加熱ウェルリブ87と接触し、4個のピン77は2個の加熱ウェルリブ87とそれぞれ接触を共有する。一実施形態においては、縁部ウェルについて、4個のピン77が各加熱ウェルリブ87と接触するが、3個のピン77のみが2個の加熱ウェルリブ87とそれぞれ接触を共有する。第4のピン77は別のウェルと接触を共有しないため、第4のピン77からの熱がより多く縁部加熱ウェル85に利用可能となり、加熱された矩形本体の本質的により冷たい縁部温度を補償するべく補助する。隅部加熱ウェル85は各加熱ウェルリブ87と接触する4個のピン77により利益を得る。ピン77のうち2個のみが別の加熱ウェルとの接触を共有する。他の2個のピン77は別のウェルとの接触を共有せず、さらに多くの熱が隅部ウェルに利用可能となり、加熱された矩形本体の本質的により冷たい隅部温度を補償する。当業者は、ピンおよびリブの数が変動してもよいこと、およびそれでもなお本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であることを認識しうる。
図1に示すように、下部プレート75は複数の凹部78を含む。複数の凹部78は様々な深さを有し、下部プレートに対して対称である。各凹部78は上部プレート83と係合される場合、熱ブロック全体にわたる温度均一性を促進するよう設計される。複数の凹部78は、機械加工、鋳造、または当該技術分野において周知の他の製造方法により効率的に形成されるため、温度均一性を促進する効率的な方法を形成する。別の実施形態において、凹部の他の形およびパターンが使用されても、または凹部が使用されなくてもよい。図2は、熱ブロック67の下部プレート75の斜視図を示す。図3は、熱ブロック67の上部プレートの上面斜視図を示す。図4は、熱ブロック67の上部プレート83の底面斜視図を示す。
図5に示すように、上部プレート83は下部プレート75を係合して熱ブロック67を形成する。上部プレート83は、糊剤、溶接、スナップ嵌め、焼嵌め、圧入、エポキシ樹脂、接着剤および当該技術分野において周知の他の機械的締め具を含む当該技術分野において周知の任意の機械的係合により下部プレート75に接続されるが、これらに限定されず、本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内である。別の構成では、下部プレートが成形インサートとして使用される場合の工程を利用可能である。このようにすれば、上部プレートが形成されるとともに成形工程中に下部プレートに付着される。
図1〜5に示される96個の加熱ウェルを有する熱ブロックの上部プレートに加え、熱ブロックは模擬生物学的流体試料の温度を計測するための1個または複数個の専用ウェル97を有してもよい。熱ブロックは、模擬生物学的流体試料の温度を計測するための、1、2、3、4個またはそれ以上の専用ウェル97を有してもよい。一実施形態において、模擬生物学的流体試料温度を計測するための専用ウェル97は熱ブロック67の縁部に沿って位置する。当業者は、模擬生物学的流体試料の温度を計測するための専用ウェル97が、縁部に沿って、中間部に、または熱ブロック67の上部プレート83内の他の位置に位置することを認識しうる。模擬生物学的流体の温度計測が、生物学的試料流体の温度間の正確な遷移を生じさせるのに使用する制御システムもまた使用される。
図1〜5は96ウェル構成を含む熱ブロック67を示すが、当業者は、48ウェル、384ウェル、1536ウェル、および他の複数個のウェルの熱ブロックが本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であることを認識しうる。
図6は、384ウェルプレートで使用する、熱ブロック67の別の実施形態を示す。非金属材料製である上部プレート83は、様々な形に成形されることで市販の試料容器サイズおよび構成と最良に適合される。384ウェル型はしばしばよりハイスループットなDNA試料に使用される。下部プレート75は鋳造するか、または様々な構成を支持するべく形成してもよい。
図7は、熱ブロック67を加熱するためのブロック加熱器107の図を示す。加熱器107は熱ブロック67の下部プレート75の下に定置される。熱は加熱器107により生成されて、下部プレート75に伝達される。次に下部プレート75の伝熱ピン77が、試料の入った試料管を保持する上部プレート83内の加熱ウェル85に熱を伝達する。加熱器107を下部プレート75の下に設置することにより、試料への熱の効率的かつ均一な伝達が提供される。加熱器107は、抵抗加熱、ペルチェ加熱および冷却パッシブエアまたは水加熱および当該技術分野において周知の他の加熱および冷却方法により試料を加熱してもよく、本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内である。
熱ブロック67は様々な方法で使用してもよい。熱ブロック67は複数の試料を処理するため分離して使用してもよい。あるいは、熱ブロック67は複数の追加的な熱ブロック67を伴い使用することで、様々な処理を実施してもよい(すなわち、第1の熱ブロックが熱を試料に第1の時間だけ移送し、第2の熱ブロックが熱を試料に第2の時間だけ移送し、第3の熱ブロックが熱を試料に第3の時間だけ移送する等)。
以下の考察はブロック67の一使用法を説明する。以下の考察は決して本明細書に開示される実施形態の加熱ブロックの使用法を限定することを意味するものではない。当業者は、加熱ブロックの様々な使用法が本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であることを認識しうる。
複数の熱ブロック67は、複数の試料を処理するため連動して使用してもよい。複数の熱ブロックは、各熱ブロックが異なる温度で操作される場合に、単一の処理において利用されてもよい。複数の熱ブロックが中心管に係合され、回転式熱アセンブリが構築される。回転式熱アセンブリは処理装置に係合してもよい。回転式熱アセンブリが回転することで、回転式熱アセンブリに係合される任意の熱ブロックが、試料の入った複数の試料管と平行に定置されてもよい。回転式熱アセンブリが上下に移動して、いずれの熱ブロックも複数の試料管と熱接触するようにしてもよい。本明細書に開示される実施形態は、本明細書に開示される実施形態の装置を使用して、複数の熱ブロックを迅速に複数の試料管と熱接触させ、およびそれらとの熱接触から離すとともに単一熱源の温度が上昇および降下する問題を回避することによりPCR効率を改善する方法を含む。
図8は一実施形態の斜視図を示し、ここでは複数の熱ブロックが中心管103に係合する。中心管103は円筒形の配置を含む。第1の熱ブロック、第2の熱ブロック、および第3の加熱ブロックが中心管103に係合してもよい。当業者は、中心管103が任意の様々な形および配置を有することおよび本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であり得ることを認識しうる。
図9は回転式熱アセンブリ65の斜視図を示し、ここでは複数の加熱ブロックが中心管103に係合する。図9において、第1の加熱ブロック67、第2の熱ブロック69、および第3の熱ブロック71が中心管103を係合して回転式熱ブロックアセンブリ65を形成する。回転式加熱ブロックアセンブリ65は、2、3、4個またはそれ以上の熱ブロックを含んでもよく、本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内である。当業者は、加熱ブロック67、69、71を中心管103に係合する様々な方法が、本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であり得ることを認識しうる。
回転式熱ブロックアセンブリ65は処理装置100に係合してもよい。回転式加熱ブロックアセンブリ65の使用法は、複数の熱ブロック67、69、71を含み、複数の試料が迅速かつ効率的に処理されることを可能にする。当業者は、様々な種類の処理アセンブリが本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であることを認識しうる。
ここで、特に注記されない限り、図10〜14において図示される実施形態を参照するものとする。図10〜14は、本発明に従った、第1のプレート200、加熱プレート300である第2の熱ブロックプレート、および完全熱ブロックアセンブリ400の別の実施形態を図示する。第1のプレート200は熱伝導性材料から作られるように構成することができ、実質的平面領域およびその内部に画成される複数の試料管を収容するための複数のウェル空洞または「加熱ウェル」285を有する主上面を含むことができる。用語「主上面」は、第1のプレート200の上面の一部を構成する上面を意味することを意図している。例えば、ウェル285は第1のプレート200内に形成され、および実質的に平面状である上面を妨害するため、ウェル285の間の空間を主上面283と呼ぶ。第1のプレートの目的は、上述の図1の上部プレート83などと一致する。しかしながら、明らかなように、その構成は多少異なる。
本実施形態に従う第1のプレート200は、好ましくは金属などの熱伝導性材料から作製される。しかしながら、金属皮膜高分子、または金属めっきされた金属を含む、金属皮膜材料が利用されるが、これらに限定されない。銅、ニッケル、クロム、金などの金属、他の適切な材料およびそれらの組み合わせが使用される。特定の実施形態において、第1のプレート200は金属材料上に金属被膜を含む。金属被膜は第1のプレート200の外表面にある。金属被膜は摩耗表面として働くとともに第1のプレート200の清掃を容易にする。金属被膜はまた、定量的データを得るために使用される場合、第1のプレート表面(これもまた光学的に反射性であり得る)と比較してより光学的に反射する表面を提供することにより、機器の感度を促進する。金属被膜またはめっきは、銅、ニッケル、クロム、金、または複数の金属の組み合わせまたは当業者に周知の他の金属を含んでもよい。金属被膜は、めっき浴、物理的、化学的、またはイオン蒸着、または当該技術分野において周知の他の被膜方法を含む、当該技術分野において周知の被膜方法の使用を適用してもよいが、これらに限定されない。
添付図において96個の加熱ウェル285を有するものとして示されるが、第1のプレート200は、48ウェル、384ウェル、1536ウェル、および他の複数個のウェル構成を備えてもよい。加えて、実質的に円形断面であるものとして示されるが、加熱ウェル285は熱サイクリングにおける第1のプレート200の使用に好適な任意の形であってもよい。
第2のプレート300は、加熱プレートの役割として構成されるとともに、第1のプレート200の主上面283に当接するべく、および/または第1のプレートを係合するべく構成される。第2のプレートは好ましくは、第1のプレート200のそれぞれのウェル285に対応するその内部に画成される複数の開口310を含む。第2のプレートはさらに、プレート300により担持される発熱素子320を含む。随意に、絶縁部分330が発熱素子320と各開口310の縁部との間に提供される。かかる絶縁体の目的は2点ある。第1に、絶縁体は熱を発熱素子320から分配する役割があり、開口310の縁部、およびそれと接触する任意の物体の温度を発熱素子320それ自体より緩徐に変化させる。さらに、絶縁体は熱の伝達がより遅いため、絶縁体は発熱素子320または全体的に第2のプレート300の任意の温度変動を抑える。発熱素子320が抵抗性電気発熱素子である場合、絶縁体はまた、通常試験管を通過しうる発熱素子320を流れる電流から、開口310の縁部を電気的に絶縁することも補助する。
この第1および第2のプレート200、300および合体した熱ブロックアセンブリ400の実施形態は、上述の実施形態および典型的な熱ブロックとは、加熱プレートである第2のプレート300が第1のプレートの上面と接触している点で異なる。これは典型的な熱ブロックを上回る特定の利点を提供する。具体的には、加熱ウェル285のウェル壁295が各ウェルの下端297に向かって縮径するため、各ウェル285の断面は、第1のプレート200の主上面283と熱的に直接連通しているウェル285の頂部近傍でより大きくなる。それゆえ、ウェル壁の上部はウェル壁の下部より多くの熱を伝導できる。この実施形態で構成される場合、熱は第1のプレート200の主上面283と接触している第2のプレートを介して加えられうるため、熱反対方向、すなわち加熱ウェルの底部297からその頂部である主上面283近傍に流れる場合より、熱は加熱ウェル285のその下端297である遠端まで効率的に流れる。統合された場合、改善されたウェル内部の熱均一性が実現される。
特定の典型的な加熱ブロックを上回るこの実施形態のさらなる利点は、第1のプレートの成形における負の抜き勾配が不要である点である。一部の典型的な熱プレートは、本第1のプレート200と同様の目的を果たすが、頂部より幅広の加熱ウェル底部壁を含むことでその底面に配置される発熱素子との接触をより良好にする。本発明は、かかる負の抜き勾配およびかかる部品を製造するうえで必要とされる厄介な製造工程を回避する。
図10〜14の実施形態のさらなる利点は、使用において対流熱損失が低減される点である。多くの典型的な加熱ブロックが加熱ブロックの底部に配置される発熱素子を提供するため、熱は周囲環境との対流を通じて失われる。本熱ブロック400の第2のプレート300は、使用において、意図的に加熱される第1のトレイ200と図16における処理装置100などの処理装置のカバーとの間に定置される。従って、第2のプレート300の部分は周囲環境にほとんどまたは全く曝露されないか、または実質的な対流熱損失に影響されない。結果として、第1のプレート200におけるウェル285間および全体としての加熱ブロック400の温度均一性は、曝露された発熱素子を有する加熱ブロックと比較して改善される。
2個の突起伸張体287は、熱ブロックの長い縁部282に沿って、主上面283から離れる向きに伸張し、支持フレームにおける熱ブロックの保持に使用される。これらの突起287は熱ブロック保持体450における切削部455と結合して(図14)、熱ブロック400を熱ブロックアセンブリ500内に維持および部分的に定置する。たとえバイアルまたは試験管壁を通じていても、第1のプレートの短い縁部284の片方または両方に沿って、加熱ウェル285と接触している生体物質混合物の温度反応をシミュレートするための温度センサと結合し、内部に規定されるキャビティ288を含む、1つまたは複数の突起289が使用される。図10〜14の実施形態は2個のかかる突起289および空洞288を含むが、2個より少数または多数が提供されてもよい。さらに、これらの空洞の正確な位置は他のシステム設計上の考慮を前提として変化し得るとともに、かかる温度センサは、図1〜5との関連において上述されるとおり、第1のトレイ200の1個または複数個のウェル285内に提供される。
図11は、本発明のこの実施形態に従う第1のトレイ200の下面を図示する。図に示すように、実質的に円筒形の凹部293が、主上面283の反対側の、第1のプレート200の底面291に提供される。これらの凹部293は、熱ブロック質量を水平面に分布させることにより、加熱ブロックの温度均一性を水平面において促進する。このような分布は後述で述べるように、然るべき直径、位置、深さまたは他の側面、または正方形、六角形などの多角形、または第2のプレート300の発熱素子の領域321などの双曲線形などの、他の形の使用を含む、凹部293に対する他の属性を選択することにより改良される。
主要部加熱ブロック400用の加熱プレートとして作動する第2のプレート300は、図12において最良に図示される。この加熱器はその内部に規定される開口310を含み、これらは第1のプレート200に提供される加熱ウェル285に対応する。このような使用において、バイアルまたは試験管などの試料管は、開口310の1個を通り、かつウェル285内へと通過できる。絶縁体330が開口310の周囲に提供されるとともに、発熱素子320が開口310の列と絶縁体330との間を実質的に蛇行する様式で通過する。図に示すように、発熱素子320は接続部分340a、340bの各端部を始端とする。そこから、発熱素子は開口310の各列を通過する経路に従い、反対側の端部に到達する。この構成は第2のプレート300および全体としての加熱ブロック400の全体にわたる温度均一性の促進を補助する。
この第2のプレート300と連動して使用され得る絶縁材料としては、シリコンゴム、ポリイミド(PI)、マイカ、ポリエステル、ノーメックス、および他の同様の材料が挙げられるが、これらに限定されない。かかる材料は、全体として参照することにより本明細書に含まれる、米国特許第6,878,905号明細書に記載される。絶縁材料は電気的に絶縁性、熱的に絶縁性、または電気的および熱的の双方において絶縁性である。
発熱素子320は、電気抵抗性加熱材料を含むか、または別の適切な種類の発熱素子であり得る。ペルチェ接点の高温側は第1のトレイ200の主上面283と接触するよう構成される。あるいは、ヒートポンプまたは高温水供給などの加熱または冷却流体用外部源と結合しうる流体搬送導管が提供される。
発熱素子320は、図で示すように、4個の開口310の間に位置する点に拡張した幅の領域を備え、かかる領域は実質的に双曲線形の境界を有する。従って、熱は開口310および加熱ウェル285の周囲近傍の領域に均等に供給される。接続部分340a、340bは、第2プレート300の発熱素子320の電源への電気的接続を可能にするように提供される。
所望であれば、発熱素子は加熱ブロックの所望の能力に依存して、熱を提供または熱を除去する、または/あるいは、熱を除去のみする素子と置換される。例えば、ペルチェ接点の低温側が抵抗発熱素子320の代わりに使用される。あるいはまだ、管状要素が調整流体、すなわち加熱または冷却流体を流動させるために提供される場合には、冷却液または冷媒などの低温流体が使用される。ヒートポンプシステムが利用される場合には、使用者には所望の温度の選択のみが必要とされ、システムは加熱ブロックを必要に応じて加熱または冷却する。
発熱素子320および/または冷却素子は、具体化される場合には、第2のプレート300の表面に付着されるか、またはその内部に埋設される。例えば、流体搬送管が第2のプレート300の上またはその内に提供される。加熱/冷却素子320および絶縁体330は双方とも基板により担持されるか、または第2のプレート300が実質的に平面状の上面および底面と平行にとられる断面の全体にわたり構成が一致するよう、基板なしに相互に接合される。
第1のプレート200および第2のプレート300は、上記のように、任意の適切な様式で接合される。すなわち、第1プレート200は、これらに限定はされないが、糊剤、溶接、スナップ嵌め、焼嵌め、圧入、エポキシ樹脂、接着剤および当該技術分野において周知の他の機械的締め具を含む、当該技術分野において周知の任意の機械的係合により第2のプレート300に接続されるとともに、本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であり得る。別の構成では、例えば鋳造または成形における場合の、プレートが一体形成される工程を利用しうる。
図14は、回転式熱ブロックアセンブリ500の斜視図を図示し、ここでは複数の熱ブロック400が、図9の実施形態と同様に、中心管103を係合する。回転式熱ブロックアセンブリ500は、2、3、4個またはそれ以上の熱ブロックを含み、および本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内である。当業者は、熱ブロック410a、410b、410cの中心管103への様々な係合方法が本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であることを認識しうる。
回転式熱ブロックアセンブリ500は処理装置100に係合できる(例えば、図15を参照)。複数の熱ブロック410a〜410cを含む回転式熱ブロックアセンブリ500の使用により複数の試料が迅速かつ効率的に処理されることが可能となる。当業者は、様々な種類の処理アセンブリが本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であることを認識しうる。図15、図16および図17は処理装置100の実施形態の様々な図を示す。図15は、処理装置100の一部としての回転式熱アセンブリ65の斜視図を示す。図15において、管カバー13は開放位置にある。管カバー13は管カバーハンドル11を含み、管カバー13を開放位置から閉鎖位置に移動させる。管カバー13は管カバー加熱器15を含んでもよい。試料保持体43は複数の試料ウェル38を包含し、複数の試料管39を収容する。複数の試料管39は複数の試料ウェル38内に設置される。試料ウェル38は、一般的に生物学的実験で使用される様々な型の試料管39を収納する手段を提供する。これらの試料管39の型の一部としては、8本管のストリップ、96本管のフランジ継手プレート、単一管、および当該技術分野において周知の他の管構成が挙げられるが、これらに限定されない。試料担体45は試料保持体43を支持する。
図15は、処理装置100と係合される回転式熱アセンブリ65を示す。回転式熱アセンブリ65は複数の熱ブロックを含む。図15において、回転式熱アセンブリ65は3個の熱ブロック、すなわち第1の熱ブロック67、第2の熱ブロック69および第3の熱ブロック71を含む。
第1の熱ブロック67は第1の温度に到達および維持する能力を有し、第2の熱ブロック69は第2の温度に到達および維持する能力を有し、および第3の熱ブロック71は第3の温度に到達および維持する能力を有する。第1の温度、第2の温度および第3の温度は同一であるか、または互いに異なる。いくつかの実施形態においては、第1の温度および第2の温度のみが異なり、第3の温度は第1の温度または第2の温度と同じである。当業者は、各熱ブロックが任意の温度に到達および維持してもよく、および本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であり得ることを認識しうる。
図15に示されるとおり、複数の熱ブロック67、69、71は中心管103と係合され、ここで中心管103は第1のスライド37から第2のスライド53に向け延伸し、中心管103の中心軸は実質的に水平である。
複数の熱ブロック67、69、71の各々は複数の加熱ウェル85を含む上部プレート83を有する。図は96個の加熱ウェル85を有する上部プレート83を含む熱ブロック67、69、71を示すが、当業者は、熱ブロックが48ウェル、384ウェル、1536ウェル、および他の数のウェルを有してもよいとともに本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であることを認識しうる。上部プレート83内の加熱ウェル85の数は試料保持体43内の試料ウェル38の数に対応する。
図15に示されるとおり、中心管103は中心管103に機械的に接続される回転モータ49により回転される。中心管103は回転するため、熱ブロック67、69または71の上部プレート83は、試料保持体43の下で実質的に平行に配列される。試料保持体43の各試料ウェル38は熱ブロック67、69または71の上部プレート83の加熱ウェル85の上方に定置される。以下でさらに詳細に考察するが、回転式熱アセンブリ65が上昇および降下することで、複数の試料ウェル38に支持される複数の試料管39が複数の加熱ウェル85の各々により収容されるようにしてもよい。かくして複数の試料管39が上部プレート83の複数の加熱ウェル85と熱接触する。
回転式熱アセンブリ65は、任意の所望の垂直位置まで上昇および降下してもよい。回転式熱アセンブリ65は手動またはモータ25を使用して自動で上昇および/または降下してもよい。当業者は、様々な機構および/またはモータを利用して、回転式熱アセンブリ65の熱ブロック67を上昇または降下してもよいことが、本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であることを認識しうる。
図16は、処理装置100の一部としての回転式熱アセンブリ65の拡大図を示す。図16は、試料保持体43の下からの図を示す。回転式熱アセンブリ65は処理装置100に係合される。第2の熱ブロック69の上部プレート83は、試料保持体43の下で実質的に平行に配列される。第2の熱ブロック69の複数の加熱ウェル85は、複数の試料管39の下に定置される。複数の試料管39は、試料保持体43の複数の試料ウェル38内に位置する。1個の試料流体センサ57または複数個の試料流体センサ57が試料保持体43に動作可能なように接続される。
回転式熱アセンブリ65は所望の位置まで回転されてもよい。図16に示すように、回転位置センサ63は回転式熱アセンブリ65と連通している。回転位置センサ63は回転式熱アセンブリ65の現在の回転位置を制御および/または表示する。回転式熱アセンブリ65は所望の垂直位置まで上昇または降下させてもよい。垂直位置センサ59は熱ブロック67の上部プレート83と連通している。垂直位置センサ59は回転式熱アセンブリ65の現在の垂直位置を制御および/または表示する。位置センサ59、63は反復可能な位置信号を提供する。位置センサ59、63は信頼性の高い動作に十分な位置分解能を支持するべく選択される。一実施形態において、位置センサ59、63は複数のワイヤハーネス接続用端子を含む。当業者は、当該技術分野において周知の様々な回転および/または垂直位置センサが本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であることを認識しうる。
図17は、処理装置100の一部としての回転式熱アセンブリ65の斜視図を示す。図17において、管カバー13は閉鎖位置まで降下された、試料保持体43および複数の試料管39を被覆する。管カバー13は管カバー加熱器15を含む(図15に示す)。管カバー13の閉鎖および管カバー加熱器15の作動により、複数の試料管39が加熱される。管カバー加熱器15は、熱を複数の試料管39に供給して所望の温度プロファイルを提供する。管カバー加熱器15は、複数の試料管39の処理中、一定温度または可変温度を提供してもよい。管カバー加熱器15が回転式熱アセンブリ65と連動して使用され、複数の試料管39の所望の温度プロファイルを実現してもよい。当業者は、様々な温度プロファイルが本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であることを認識しうる。
管カバー13はカバー温度を感知する温度センサを含んでおり、この温度は能動的に制御され得る。温度センサは管カバー13に係合されるサーミスタであってもよい。サーミスタは、管カバー13から出た、熱システムに動作可能に接続される複数のリードワイヤを有する。
温度センサは試料保持体43の試料ウェル38内の試料容器内に定置され、熱ブロック67の温度を計測する。温度センサからの温度データは制御器に送信され、次に熱源により供給される熱量を調節する。温度センサはサーミスタであってもよい。サーミスタは温度遷移に関与する構成部品を正確に制御する。当業者は、熱電対、抵抗温度検出器(RTD)または当該技術分野において周知の他の温度センサが本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であることを認識しうる。
本明細書に開示される実施形態は、少なくとも1本の試料管39を、処理アセンブリ100の主要フレームに係合される試料保持体43の少なくとも1個の試料ウェル38内に設置する工程を含む、熱サイクリングの実施方法を提供する。回転式熱アセンブリ65は回転するため、第1の熱ブロック67の上部プレート83は試料保持体43の下に定置される。上部プレート83は少なくとも1個の加熱ウェル85を含む。回転式熱アセンブリ65は上昇して加熱ウェル85を複数の試料管39と熱接触させ、加熱ウェル85が第1の時間だけ第1の温度で複数の試料管39と熱接触し続けることを可能にする。回転式熱アセンブリ65が降下して複数の加熱ウェル85を複数の試料管39から分離すると、加熱ウェル85および試料管39はそれ以上熱接触しない。
第2の熱ブロック69は第2の温度まで加熱され、第2の熱ブロック69は試料保持体43の下の位置へと回転される。回転式熱アセンブリ65が上昇して、第2の熱ブロック69を複数の試料管39と熱接触させる。複数の加熱ウェル85が複数の試料管39と第2の時間だけ第2の温度で熱接触し続けることにより、複数の試料管39内の試料が所望の温度プロファイルを獲得する。回転式熱アセンブリ65は、第2の熱ブロック69が複数の試料管39を十分な時間加熱した後、降下する。回転式熱アセンブリ65が降下して複数の加熱ウェル85を複数の試料管39から分離すると、加熱ウェル85および試料管39はそれ以上熱接触しない。
第3の熱ブロック71は第3の温度まで加熱され、第3の熱ブロック71は試料保持体43の下の位置へと回転する。回転式熱アセンブリ65が上昇して、第3の熱ブロック71を複数の試料管39と熱接触させる。複数の加熱ウェル85が複数の試料管39と第3の時間だけ第3の温度で熱接触し続けることにより、複数の試料管39内の試料は所望の温度プロファイルを獲得する。回転式熱アセンブリ65は、第3の熱ブロック71が複数の試料管39を十分な時間加熱した後、降下する。回転式熱アセンブリ65が降下して複数の加熱ウェル85を複数の試料管39から分離すると、加熱ウェル85および試料管39はそれ以上熱接触しない。
本方法は複数の熱ブロックで繰り返されてもよい。熱ブロックは、複数の試料管と熱的に連通しながら、一定温度または可変温度で動作してもよい。回転式熱アセンブリの熱ブロックは、試料が所望の温度プロファイルに到達するまで、さまざまな温度および時間だけ動作してもよい。
スライド、パーティション、ビーズ、チャネル、反応チャンバ、導管、表面、または試料を保持するための他の適切な器具などの他の試料保持構造が、本明細書に開示される実施形態で使用される。試料保持構造内に設置されるべき試料は生物学的反応混合物に限定されない。試料は、所望の細胞、組織、微生物または非生物学的産物などの、加熱および/または冷却することが所望される任意の種類の産物を含む。
各試料管39は、生物学的反応混合物を試料管内に維持するための、対応するキャップを有する。キャップは、典型的には試料管の上部の円筒形表面の内側に挿入される。キャップは比較的透明であるため、キャップを通じて光が透過される。試料管と同様に、キャップは典型的には成形ポリプロピレンから作製されるが、他の適切な材料も許容される。各キャップはキャップの上面に、薄く平坦なプラスチック製光学窓を有する。各キャップ内の光学窓は、サイクリングにおいて励起光などの放射線をDNA試料に伝達し、DNAからの放射蛍光を光学的検出システムに返送することを可能にする。
本発明に従う熱ブロックは、様々な製品およびひな型の熱サイクラーで使用され、また図8、9および14〜17に例示される熱サイクラーでの使用に限定されない。他の熱サイクラーシステムおよびPCR反応からの蛍光の検出方法もまた本明細書に開示される実施形態の熱ブロックから利益を得るであろう。例えば、加熱ブロックは、譲受人の米国特許第6,657,169号明細書に記載および当該特許の全体が参照することにより本明細書に含まれる、生物学的材料の熱サイクリング試料用の装置で使用される。熱ブロックはまた、光電子増倍管で検出される、各試料を連続的にプローブするタングステンハロゲン電球を使用して、Mx3000PリアルタイムPCRシステム(Real−Time PCR System)およびMx4000マルチプレックス定量PCRシステム(Multiplex Quantitative PCR System)(カリフォルニア州ラ・ホーヤ(La Jolla,CA)のストラタジーン・カリフォルニア(Stratagene California)から市販される)でも使用される。加えて、熱ブロックは次のうち任意のものまたは全てを組み込む熱サイクラーでも使用される:各試料を連続的にプローブするタングステンハロゲン電球;走査型光学モジュール;各ウェル用の固定発光ダイオード(LED)および全ウェル用のその検出器;固定試料、光源、および検出器;回転する試料を連続的にプローブするための固定LEDおよび検出器;プレート全体を照明するためのタングステンハロゲン電球およびプレート全体の電荷結合素子検出;回転する毛管を連続的にサンプリングする固定光源および複数の検出器;各試料から光を収集する独立した光ファイバーを使用して固定試料を連続的にプローブする固定レーザーおよび検出器;プレート全体を照明するためのタングステンハロゲン電球およびプレート全体の電荷結合素子検出、および当該技術分野において周知の他の熱サイクラー。
本明細書に引用される全ての特許、特許出願、および公開された参考文献は、本明細書によって全体として参照することにより含まれる。当然のことながら、上述で開示された、および他の様々な特徴および機能、またはそれらの代替策が、望ましくは多くの他の異なるシステムまたは適用に組み合わされる。本明細書において予見されない、または予期されない、特許請求の範囲に含まれることが意図される本明細書における様々な代替策、改変、変形、または改善が後に当業者によりなされてもよい。
Claims (44)
- 非金属材料を含む上部プレートであって、複数の試料管を収容するための複数の加熱ウェルを含む上部プレートと、
前記上部プレートを係合する下部プレートと、
前記下部プレートから前記上部プレートに伸張して、前記下部プレートから前記上部プレートに熱を伝達する複数の伝熱ピンと、
を含む熱ブロック。 - 前記下部プレートと熱的に接続される加熱器をさらに含む、請求項1に記載の熱ブロック。
- 前記上部プレートの前記非金属材料が成形プラスチックである、請求項1に記載の熱ブロック。
- 前記非金属材料が金属めっきで被膜される、請求項1に記載の熱ブロック。
- 前記下部プレートがアルミニウムを含む、請求項1に記載の熱ブロック。
- 少なくとも1個の加熱ウェルが、模擬生物学的流体試料の温度を計測する、請求項1に記載の熱ブロック。
- 外表面上に金属被膜を伴う非金属芯を含む上部プレートと、
複数の試料管を支持するため前記上部プレート内に形成される複数の加熱ウェルと、
金属を含み、前記上部プレートに係合される下部プレートと、
前記下部プレートから前記上部プレートに伸張して、熱ブロックを均一に加熱する複数の伝熱ピンと、
を含む熱ブロック。 - 前記下部プレートと熱接触する加熱器をさらに含む、請求項7に記載の熱ブロック。
- 前記上部プレートの前記非金属材料が成形プラスチックである、請求項7に記載の熱ブロック。
- 前記金属被膜がアルミニウムを含む、請求項7に記載の熱ブロック。
- 前記金属被膜が銅を含む、請求項7に記載の熱ブロック。
- 前記上部プレートが前記下部プレートをエポキシ樹脂で係合する、請求項7に記載の熱ブロック。
- 試料の入った複数の試料管を試料保持体内に設置する工程と、
複数の加熱ウェルを含む熱ブロックの上部プレートを、回転式熱アセンブリを回転させて前記試料保持体の下に定置する工程と、
前記回転式熱アセンブリを上昇させ、前記上部プレートの前記複数の加熱ウェルを前記複数の試料管と熱接触させる工程と、
前記熱ブロックを第1の温度まで第1の時間だけ加熱して、前記複数の試料管内の試料温度を制御する工程と、
前記回転式熱アセンブリを降下させることにより、前記上部プレートの前記複数の加熱ウェルを前記複数の試料管とそれ以上熱接触させないようにする工程と、
を含む、試料の熱サイクリング方法。 - 複数の加熱ウェルを含む第2の熱ブロックの上部プレートを、回転式熱アセンブリを回転させて前記試料保持体の下に定置する工程と、
前記回転式熱アセンブリを上昇させ、前記上部プレートの前記複数の加熱ウェルを前記複数の試料管と熱接触させる工程と、
前記加熱ブロックを第2の温度まで第2の時間だけ加熱して、前記複数の試料管内の試料温度を制御する工程と、
前記回転式熱アセンブリを降下させることにより、前記上部プレートの前記複数の加熱ウェルを前記複数の試料管とそれ以上熱接触させないようにする工程と、
をさらに含む、請求項13に記載の方法。 - 複数の加熱ウェルを含む第3の熱ブロックの上部プレートを、回転式熱アセンブリを回転させて前記試料保持体の下に定置する工程と、
前記回転式熱アセンブリを上昇させ、前記上部プレートの前記複数の加熱ウェルを前記複数の試料管と熱接触させる工程と、
前記熱ブロックを第3の温度まで第3の時間だけ加熱して、前記複数の試料管内の試料温度を制御する工程と、
前記回転式熱アセンブリを降下させることにより、前記上部プレートの前記複数の加熱ウェルを前記複数の試料管とそれ以上熱接触させないようにする工程と、
をさらに含む、請求項14に記載の方法。 - 前記第1の時間、第2の時間および第3の時間が各々異なる、請求項15に記載の方法。
- 前記第1の温度、第2の温度および第3の温度が各々異なる、請求項15に記載の方法。
- 非金属材料を含む上部プレート、および前記上部プレートの複数の加熱ウェルに係合する複数の伝熱ピンを含む下部プレートを有する熱ブロックを提供する工程と、
前記複数の加熱ウェルを複数の試料管と熱接触するように設置する工程と、
前記熱ブロックの前記下部プレートを加熱器で加熱する工程と、
前記複数の伝熱ピンにより、前記下部プレートから前記複数の加熱ウェルに熱を伝達する工程と、
を含む、複数の加熱ウェルを加熱するための方法。 - 前記上部プレートの前記非金属材料が成形プラスチックである、請求項18に記載の方法。
- 前記上部プレートの前記非金属材料が金属めっきで被膜される、請求項18に記載の方法。
- 前記下部プレートがアルミニウムを含む、請求項18に記載の方法。
- 前記複数の加熱ウェルから前記複数の試料管に熱を伝達する工程をさらに含む、請求項18に記載の方法。
- 模擬生物学的流体温度を計測して、生物学的試料の流体温度間の正確な遷移を生じさせる工程をさらに含む、請求項18に記載の方法。
- 熱伝導性材料を含む熱プレートであって、前記熱プレートが実質的平面領域および複数の試料管を収容するための複数の加熱ウェルを有する主上面を備える熱プレートと、
前記熱プレートを係合して、前記熱プレートの前記主上面に接触する加熱プレートと、
を含む熱ブロック。 - 前記熱伝導性材料がアルミニウムである、請求項24に記載の熱ブロック。
- 前記熱プレートが、生物学的試料の温度反応を想定する、空洞が内部に規定された突起を有する、請求項24に記載の熱ブロック。
- 少なくとも1個の加熱ウェルが、模擬生物学的流体試料の温度を計測する、請求項24に記載の熱ブロック。
- 実質的平面領域および複数の試料管を収容するための複数の加熱ウェルを有する主上面を含み、熱伝導性材料を含む熱プレートと、前記熱プレートに係合して、前記熱プレートの前記主上面に接触する加熱プレートとを有する熱ブロックを提供する工程と、
前記複数の加熱ウェルを前記複数の試料管と熱接触するよう設置する工程と、
前記熱ブロックの前記熱プレートを、前記加熱プレートで加熱する工程と、
伝導性熱伝達を通じて、前記熱プレートから前記複数の加熱ウェルに熱を伝達する工程と、
を含む、複数の加熱ウェルを加熱するための方法。 - 実質的に平面状の主上面および複数の試料管を収容するための、前記主上面に規定される複数の加熱ウェルを有する第1のプレートと、
前記第1のプレートの主上面に当接する加熱プレートであり、
複数の開口が内部に形成された本体部分と、
前記複数の開口を包囲する絶縁部分と、
前記加熱プレートにより保持され、その絶縁部分の間に配置される発熱素子と、
を有する第2のプレートと、
を含む熱ブロック。 - 前記第2のプレートの前記本体部分が実質的に平面形状である、請求項29に記載の熱ブロック。
- 前記発熱素子が抵抗発熱素子である、請求項29に記載の熱ブロック。
- 前記発熱素子が、加熱された流体を搬送するための管状導管である、請求項29に記載の熱ブロック。
- 前記発熱素子が前記第2のプレートの底面に固定されることで、前記第1のプレートと接触する、請求項29に記載の熱ブロック。
- 前記発熱素子が前記第2のプレートに埋設される、請求項29に記載の熱ブロック。
- 前記発熱素子が前記第2のプレート内に形成される、請求項29に記載の熱ブロック。
- 前記絶縁部分が熱的に絶縁性である、請求項29に記載の熱ブロック。
- 前記絶縁部分が電気的に絶縁性である、請求項29に記載の熱ブロック。
- 前記第2のプレートの前記発熱素子が熱エネルギー源に接続するための接続部分をさらに含む、請求項29に記載の熱ブロック。
- 前記熱エネルギー源が、電流を前記発熱素子に供給するための電気エネルギー源である、請求項36に記載の熱ブロック。
- 前記熱エネルギー源が、加熱された流体を前記発熱素子へ供給する熱エネルギー源である、請求項36に記載の熱ブロック。
- 前記第1のプレートが金属材料を含む、請求項29に記載の熱ブロック。
- 前記金属材料が、銅、アルミニウム、真鍮およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項41に記載の熱ブロック。
- 前記金属材料が、第2の金属で被膜される第1の金属を含む、請求項41に記載の熱ブロック。
- 前記熱ブロックが、
実質的に平面状の主上面および複数の試料管を収容するための前記主上面内に画成される複数の加熱ウェルを有する第1のプレートと、
前記第1のプレートの主上面に当接する第2のプレートであって、かつ加熱プレートであり、
複数の開口が内部に形成された本体部分と、
前記複数の開口を包囲する絶縁部と、
前記加熱プレートにより保持され、その絶縁部分の間に配置される発熱素子と、
を有する第2のプレートと、
を含む、請求項13に記載の熱サイクリング方法。
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