JP2013528359A - 生化学反応システム - Google Patents
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Abstract
Description
[発明の概要]
しかしながら、ペルチェモジュールはそもそも温度サイクルを目的にして設計されておらず、正確な繰り返しの熱サイクルのためには多数の欠点がある。第一に、ペルチェモジュールそのものが熱伝導性がよいので、そのデバイスを通して電力の損失が生じる。第二に、電流反転は、半導体の接合を通したドーパントの非対称的な移動を引き起こし、その結果、接合は、異なる半導体間の接合点としての機能を、実際上徐々に失う。
・放射された光の総量の連続的な推定を行うために光レベルを測定する(放射光の代表的な一部のみ測定されているので推定値である)
・光の総量の推定値が所定の値に達した場合、LEDのスイッチを切る
・必要に応じて繰り返す
図10はシステムの主な電気的な構成要素を概略的に示す。図に示されているように、ペルチェ制御部45に給電する24V主電源44と、例えば様々な電気処理装置に低圧電力を給電する低圧電源と、LEDに給電するLED駆動部47と、ファン7に給電するファン駆動部48と、熱蓋のヒータに給電する蓋駆動部49とが設けられている。これらの要素の通常の所要電力は図示されている。理解できるよう、いろいろな負荷があり、中には大電流が流れる場合もあり、所要電力が電力容量を超える可能性もある。この場合、システムは、図示されているように、二つのペルチェモジュール5a,5b(ペルチェA、ペルチェB)を含む。
Claims (47)
- 化学反応及び生化学反応またはそのいずれかが起こり得る少なくとも一つの反応容器を有する化学的及び生化学的またはそのいずれかのシステムであって、
前記反応容器の温度は、少なくとも最高の所定の温度と最低の所定の温度との間で循環し、
前記システムは、前記反応容器を支持するサーマルマウントを含み、
該サーマルマウントは、熱電モジュールの第一の熱伝導性側面と熱的に結合され、
前記熱電モジュールの第二の熱伝導性側面は、ヒートシンクと熱的に結合されるとともに、電源へ接続するための二つの導線が接続する二つの電気接点を有し、
前記熱電モジュールの前記第一の熱伝導性側面と前記サーマルマウントとの間と、前記熱電モジュールの前記第二の熱伝導性側面と前記ヒートシンクとの間とに、柔軟接着剤が設けられ、
前記柔軟接着剤は、前記第一と第二の熱伝導性側面と比較して断熱的であり、前記熱電モジュールと前記サーマルマウントとの間と、前記熱電モジュールと前記ヒートシンクとの間との、熱的又は機械的な唯一の結合を形成することを特徴とする化学的及び生化学的又はそのいずれかのシステム。 - 前記熱電モジュールは、ペルチェモジュールを含むことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記接着剤は、シリコーン接着剤の中に熱伝導性材料が分散された接着剤を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載のシステム。
- 前記接着剤は、熱的に異方性をもち、それによって、熱エネルギが前記接着剤を通って伝導される前に、熱エネルギはまず前記熱電モジュールの熱伝導性側面上に広がり、ホットスポット及びコールドスポットまたはそのいずれかを低減させることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記電気接点は、前記熱電モジュールの第二の熱伝導性側面の延長部に設けられ、
前記熱電モジュールの前記第二の熱伝導性側面の延長部と前記ヒートシンクとの間に、前記接着剤は設けられないことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記熱電モジュールと前記サーマルマウントとの間と、前記熱電モジュールと前記ヒートシンクとの間とに熱的異方性要素を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記熱的異方性要素は、接着剤積層構造を構成する、少なくとも一つの熱伝導性シートで隔てられる接着剤の少なくとも二つの層で形成されることを特徴とする請求項6に記載のシステム。
- 前記電気接点は、前記熱電モジュールの前記第二の熱伝導性側面の延長部に設けられ、前記熱電モジュールの前記第二の熱伝導性側面の延長部と前記ヒートシンクとの間に、前記熱的異方性要素は設けられないことを特徴とする請求項6または7に記載のシステム。
- 前記導線は細く、前記熱電モジュールの動作中に熱を生産するに十分な電気抵抗を有することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載のシステム。
- 化学反応及び生化学反応またはそのいずれかが起こり得る少なくとも一つの反応容器を有する化学的及び生化学的又はそのいずれかのシステムであって、
前記反応容器の温度は、少なくとも最高の所定温度と最低の所定温度の間で循環し、
前記システムは、前記反応容器を支持するサーマルマウントを含み、
前記サーマルマウントは、熱電モジュールの第一の熱伝導性側面と熱的に結合され、
前記熱電モジュールの第二の熱伝導性側面は、ヒートシンクと熱的に結合されるとともに電源へ接続するための二つの導線が接続する二つの電気接点を有し、
前記導線は細く、前記熱電モジュールの動作中に熱を生産するに十分な電気抵抗を有することを特徴とする化学的及び生化学的又はそのいずれかのシステム。 - 前記細い導線により生産される熱は、さもなければ前記導線によって前記熱電モジュールから伝導される熱エネルギを平衡させることを特徴とする請求項9又は10に記載のシステム。
- 前記導線は断熱性をもつことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載のシステム。
- 化学反応及び生化学反応またはそのいずれかが起こり得る少なくとも一つの反応容器を有する化学的及び生化学的またはそのいずれかのシステムであって、
前記反応容器の温度は、少なくとも最高の所定温度と最低の所定温度の間で循環し、
前記システムは、前記反応容器を支持するサーマルマウントを含み、
該サーマルマウントは、熱電モジュールの第一の熱伝導性側面と熱的に結合され、
前記熱電モジュールの第二の熱伝導性側面はヒートシンクと熱的に結合されるとともに電源へ接続するための二つの導線が接続する二つの電気接点を有し、
前記導線は断熱性をもつことを特徴とする化学的及び生化学的またはそのいずれかのシステム。 - 前記熱電モジュールの動作中に熱を生産するために、少なくとも一つの抵抗体が、少なくとも一つの前記電気接点に接続されることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一項に記載のシステム。
- 化学反応及び生化学反応またはそのいずれかが起こり得る少なくとも一つの反応容器を有する化学的及び生化学的またはそのいずれかのシステムであって、
前記反応容器の温度は、少なくとも最高の所定温度と最低の所定温度との間で循環し、 前記システムは、前記反応容器を支持するサーマルマウントを含み、
該サーマルマウントは、熱電モジュールの第一の熱伝導性側面と熱的に結合され、
前記熱電モジュールの第二の熱伝導性側面はヒートシンクと熱的に結合されるとともに、電源へ接続するための二つの導線が接続する二つの電気接点を有し、
前記熱電モジュールの動作中に熱を生産するために、少なくとも一つの抵抗体が、少なくとも一つの前記電気接点に接続されることを特徴とする化学的及び生化学的またはそのいずれかのシステム。 - 前記抵抗体は、前記熱電モジュールの動作中に熱を生産するために、前記電気接点のうち一つとそれに接続されている前記導線との間に直列接続されることを特徴とする請求項14又は15に記載のシステム。
- 前記熱電モジュールの動作中に熱を生産するために、二つの前記電気接点とそれに接続されている前記導線との間に直列接続された一対の抵抗体を有することを特徴とする、請求項14乃至16のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記抵抗体は、前記熱電モジュールの動作中に熱を生産するために、前記電気接点の間に並列接続されることを特徴とする請求項14又は15に記載のシステム。
- 前記抵抗体により生産される熱は、前記導線によって前記熱電モジュールから伝導される熱エネルギを平衡させることを特徴とする請求項14乃至18のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記抵抗体は、約500Ωから約1000Ωの値をもつことを特徴とする請求項14乃至18のいずれか一項に記載のシステム。
- 少なくとも一つの第一の温度センサ及び少なくとも一つの第二の温度センサを更に有するシステムであって、
前記第一の温度センサは、前記熱電モジュールの前記第一の熱伝導性側面の中心部またはその周辺の温度を測定するように設けられ、
前記第二の温度センサは、前記熱電モジュールの前記第一の熱伝導性側面の端部またはその周辺の温度を測定するように設けられ、
前記第一のセンサと第二のセンサとは温度制御部に接続され、
前記温度制御部は、前記熱電モジュールの端部に隣接して配置される熱エネルギ源に接続され、測定された温度に基づいて、前記熱電モジュールの前記第一の熱伝導性側面の端部と中心部とにおける温度の平衡を保つように熱エネルギ源を制御することを特徴とする請求項1乃至20のいずれか一項に記載のシステム。 - 化学及び生化学反応またはそのいずれかが起こり得る少なくとも一つの反応容器を有する化学的及び生化学的またはそのいずれかのシステムであって、
前記反応容器の温度は、少なくとも最高の所定温度と最低の所定温度との間で循環し、 前記システムは、前記反応容器を支持するサーマルマウントを含み、
該サーマルマウントは、熱電モジュールの第一の熱伝導性側面と熱的に結合され、
前記熱電モジュールの第二の熱伝導性側面はヒートシンクと熱的に結合されるとともに、電源へ接続するための二つの導線が接続する二つの電気接点を有し、
前記システムは更に、少なくとも一つの第一の温度センサ及び少なくとも一つの第二の温度センサを含み、
前記第一の温度センサは、前記熱電モジュールの前記第一の熱伝導性側面の中心部またはその周辺の温度を測定するように設けられ、
前記第二の温度センサは、前記熱電モジュールの前記第一の熱伝導性側面の端部またはその周辺の温度を測定するように設けられ、
前記第一センサおよび第二のセンサは温度制御部に接続され、
前記温度制御部は、前記熱電モジュールの端部に隣接して配置される熱エネルギ源に接続され、測定された温度に基づいて、前記熱電モジュールの前記第一の熱伝導性側面の端部と中心部とにおける温度の平衡を保つように前記熱エネルギ源を制御することを特徴とする化学的及び生化学的またはそのいずれかのシステム。 - 前記ヒートシンクは、小型かつ高効率のヒートシンクを含むことを特徴とする請求項1乃至22のいずれか一項に記載のシステム。
- 化学反応及び生化学反応またはそのいずれかが起こり得る少なくとも一つの反応容器を有する化学的及び生化学的またはそのいずれかのシステムであって、
前記反応容器の温度は、少なくとも最高の所定温度と最低の所定温度との間で循環し、 前記システムは、前記反応容器を支持するサーマルマウントを含み、
該サーマルマウントは、熱電モジュールの第一の熱伝導性側面と熱的に結合され、
前記熱電モジュールの第二の熱伝導性側面はヒートシンクと熱的に結合されるとともに、電源へ接続するための二つの導線が接続する二つの電気接点を有し、
前記ヒートシンクは、小型かつ高効率のヒートシンクを含むことを特徴とする化学的及び生化学的またはそのいずれかのシステム。 - 前記ヒートシンクは、熱伝導性プレートから伸びる複数の熱伝導性ロッドを含むことを特徴とする請求項23又は24に記載のシステム。
- 前記導線と電源との間に接続される電源制御部と、該電源制御部に接続される少なくとも一つの大容量コンデンサとを更に有し、
前記電源制御部は、一方向に電流を供給して一方向に熱を伝達させ、かつ逆方向に電流を供給して逆の方向に熱を伝達させることが可能であり、
前記電源制御部はさらに、コンデンサを放電することで電流源として使用し、又は前記コンデンサを充電することで電流シンクとして使用し、
前記電源制御部は前記電源を電流源として使用可能であることを特徴とする請求項1乃至25のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記熱電モジュールに接続された少なくとも一つの大容量コンデンサと、電源からの電力を制御するために前記大容量コンデンサと前記電源との間に接続された制御部とを更に有し、
前記熱電モジュールが比較的に低い電力を引き出す熱サイクルの静止期の間は、前記コンデンサは前記電源によって充電され、前記熱電モジュールが比較的に高い電力を引き出す熱サイクルの温度変化期の間は、前記コンデンサは放電して前記熱電モジュールに所要電力の少なくとも一部を供給することを特徴とする請求項1乃至26のいずれか一項に記載のシステム。 - 化学反応及び生化学反応が起こり得る少なくとも一つの反応容器を有する化学的及び生化学的またはそのいずれかのシステムであって、
前記反応容器の温度は、少なくとも最高の所定温度と最低の所定温度との間で循環し、 前記システムは、前記反応容器を支持するサーマルマウントを含み、
該サーマルマウントは、前記熱電モジュールの第一の熱伝導性側面と熱的に結合され、 前記熱電モジュールの第二の熱伝導性側面はヒートシンクと熱的に結合されるとともに、電源へ接続するための二つの導線が接続する二つの電気接点を有し、
前記システムは更に、前記熱電モジュールに電流源を提供する少なくとも一つの大容量コンデンサと、前記電源からの電力を制御するために前記大容量コンデンサと前記電源との間に接続された制御部とを含み、
熱サイクルの静止期の間、前記熱電モジュールが比較的小さい電力を引き出しているときに前記コンデンサは電源によって充電され、熱サイクルの温度変化期の間、前記熱電モジュールが比較的大きい電力を引き出しているときに前記コンデンサは放電して前記熱電モジュールの所要電力の少なくとも一部を供給することを特徴とする化学的及び生化学的またはそのいずれかのシステム。 - 化学反応及び生化学反応またはそのいずれかが起こり得る少なくとも一つの反応容器を有する化学的及び生化学的またはそのいずれかのシステムであって、
前記反応容器の温度は、少なくとも最高の所定温度と最低の所定温度との間で循環し、 前記システムは、前記反応容器を支持するサーマルマウントを含み、
該サーマルマウントは、熱電モジュールの第一の熱伝導性側面と熱的に結合され、前記熱電モジュールの第二の熱伝導性側面はヒートシンクと熱的に結合されるとともに電源へ接続するための二つの導線が接続する二つの電気接点を有し、
前記システムは更に、前記導線と前記電源との間に接続された電源制御部と、該電源制御部に接続された少なくとも一つの大容量コンデンサを含み、
前記電源制御部は、前記熱電モジュールに一方向に電流を供給して一方向に熱を伝達させ、かつ前記熱電モジュールに逆方向に電流を供給して逆の方向に熱を伝達させることが可能であり、
前記電源制御部はさらに、前記コンデンサを放電することで電流源として使用し、又は前記コンデンサを充電することで電流シンクとして使用し、
前記電源制御部は前記電源を電流源として使用できることを特徴とする化学的及び生化学的またはそのいずれかのシステム。 - 前記大容量コンデンサと前記熱電モジュールとの間に接続される降圧レギュレータHブリッジを更に含むことを特徴とする請求項26乃至29のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記熱電モジュールに接続された大容量コンデンサバンクを有することを特徴とする請求項26乃至30のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記大容量コンデンサは、50ファラドを超える容量を有することを特徴とする請求項26乃至31のいずれか一項に記載のシステム。
- 少なくとも一つの励起光源と、
前記励起光源からの励起光をフィルタリングする少なくとも一つのフィルタと、
フィルタリングされた励起光を均一化するホモジナイザと、
複数の光ファイバとを更に有し、
前記複数の光ファイバは、フィルタリングされ均一化された励起光を受光するために、第一の終端が前記ホモジナイザに隣接し、かつ前記励起光を前記反応容器それぞれへ導くために、第二の終端それぞれが前記反応容器それぞれに隣接して設けられることを特徴とする請求項1乃至32のいずれか一項に記載のシステム。 - 化学反応及び生化学反応またはそのいずれかが起こり得る少なくとも一つの反応容器を有する化学的及び生化学的またはそのいずれかのシステムであって、
前記反応容器の温度は、少なくとも最高の所定温度と最低の所定温度との間で循環し、 前記システムは、少なくとも一つの励起光源と、該励起光源からの励起光をフィルタリングする少なくとも一つのフィルタと、フィルタリングされた励起光を均一化するホモジナイザと、複数の光ファイバとを更に有し、
前記複数の光ファイバは、フィルタリングされ均質化された励起光を受光するために前記複数の光ファイバの第一の終端が前記ホモジナイザの出力端に隣接し、かつ、励起光をそれぞれの反応容器へ導くために前記複数の光ファイバの第二の終端それぞれが前記反応容器それぞれに隣接して設けられることを特徴とする化学的及び生化学的またはそのいずれかのシステム。 - 前記ホモジナイザは、各光ファイバをより均一に照明するために、前記ホモジナイザの中で励起光を複数回反射する、光を伝達する材料の六角プリズム又は円柱を含むことを特徴とする請求項33又は34に記載のシステム。
- 少なくとも一つの第二の励起光源を更に有し、
前記第二の励起光源は、前記第一の励起光源とは異なる波帯の励起光を供給することを特徴とする請求項33乃至35のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記フィルタは、ダイクロイックミラーであることを特徴とする請求項33乃至36のいずれか一項に記載のシステム。
- 各光源からの励起光をフィルタリングするために、前記各光源に隣接するフィルタを有することを特徴とする請求項33乃至37のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記フィルタに入射する励起光を平行化するために、前記励起光源と前記フィルタとの間にコリメータ要素を含むことを特徴とする請求項33乃至38のいずれか一項に記載のシステム。
- 少なくとも一つの励起光源と、前記励起光源からの励起光を検出する少なくとも一つのセンサと、前記センサと前記励起光源とに接続された光源制御部とを更に有し、
前記光源制御部は、前記センサに検出された光量に基づいて、所定の光量が検出された場合に前記励起光源を消灯するように制御することを特徴とする請求項1乃至39のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記センサは、第一の終端がホモジナイザの出力部に隣接し、かつ第二の終端が前記センサに隣接して設けられらた光ファイバからの励起光を受光するように配置されることを特徴とする請求項40に記載のシステム。
- 化学反応及び生化学反応またはそのいずれかが起こり得る少なくとも一つの反応容器を有する化学的及び生化学的またはそのいずれかのシステムであって、
前記反応容器の温度は、少なくとも最高の所定温度と最低の所定温度との間で循環し、 前記システムは、少なくとも一つの励起光源と、前記励起光源からの励起光を検出する少なくとも一つのセンサと、前記センサと前記励起光源とに接続された光源制御部とを有し、
該光源制御部は、前記センサに検出された光量に基づいて、所定の光量が検出された場合に前記励起光源を消灯するように制御することを特徴とする化学的及び生化学的またはそのいずれかのシステム。 - 前記光源制御部は、励起光を、前記センサの積分時間に同期するように制御することを特徴とする請求項40乃至42のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記の一つ又は複数の各反応容器は、光が放射可能な放射領域を有する受容部を含み、 前記システムは、一つ又は複数の各反応容器に対してそれぞれ少なくとも一つの光ファイバを有し、該光ファイバは、前記放射領域から放射される光中の一つ又は一つ以上の波長の光を検出するために、前記放射領域から光検出器へと光を導くように設けられることを特徴とする請求項1乃至43のいずれか一項に記載のシステム。
- 化学反応及び生化学反応またはそのいずれかが起こり得る少なくとも一つの反応容器を有する化学的及び生化学的またはそのいずれかのシステムであって、
前記反応容器の温度は、少なくとも最高の所定温度と最低の所定温度との間で循環し、
前記反応容器の各々は、光を放射可能な放射領域を有する受容器を含み、
前記システムは、前記反応容器各々に対して少なくとも一つの光ファイバを有し、該光ファイバは、前記放射領域から放射される光の中の一つ以上の波長の光を検出するために、前記放射領域から光検出器へと光を導くように設けられることを特徴とする化学的及び生化学的またはそのいずれかのシステム。 - 前記光検出器は、前記光ファイバから受光した光のスペクトルから特定の波長又は波帯を選択する一つ以上の特定波長用フィルタを含むことを特徴とする請求項44又は45に記載のシステム。
- 前記反応は、ポリメラーゼ連鎖反応であることを特徴とする請求項1乃至46のいずれか一項に記載のシステム。
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