JP3705606B2 - 加熱 - Google Patents

Description

発明の背景
本発明は、加熱、より詳細には、試験片キャリアの熱サイクリングに関する。
関連技術
多様な分野において、小さなサンプルに熱サイクルが施される様々な工程に、サポートブロック或いはプラターン（Plattern）形態の試験片キャリアが使用される。
特徴的な例は、ＤＮＡサンプルの複製のためのポリメラーゼ連鎖反応（しばしばＰＣＲと見故される）である。このようなサンプルは、迅速で、正確な熱サイクリングを必要とし、さらに、一般的にマルチウェルブロック（Multi-well block）に配置されて、予め設定された繰返しサイクルにおいて幾つかの選択された温度の間を反復する。
このような従来の試験片キャリアの加熱方法は、ウェルの周囲にコイリングされた抵抗ワイヤの使用か、ペルチェ効果装置か或いは高温空気方法の使用を含んで構成されていた。しかしながら、このような方法では、必要な精度での制御が困難であり、遅いサイクル時間を必要とし、熱的行過ぎ量が生じうる。
発明の開示
本発明は、金属試験片キャリアに直接の電気抵抗加熱を適用することによって、この問題を解決する。従って、本発明は、金属薄板形態の試験片キャリアを加熱し、該薄板に加熱電流を印加する方法を提供する。
金属薄板は、高い熱的及び電気的伝導性を有する銀であることが好ましい。該薄板は、一般的に厚さが０．３ｍｍ程度の薄い部分を有し、サンプルウェルのマトリックスが薄板に組み込まれる形態でよい。
金属薄板は、（ウェルを形成するキャビティを有する）銀の中実薄板か或いはブロックでよいが、代わりの手段は、溶着金属が抵抗性加熱素子を形成する、（印加されたウェルを有する）金属被覆プラスティックトレイを使用することである。
別の代わりの手段は、（印加されたウェルを有する）薄い金属トレイを電気鋳造して、該金属を生体適合性ポリマー（Bio-compatible polymer）によって被覆することである。
これらの方法は、金属加熱素子と生体適合性サンプルの容器との間で、密接な接触を達成できる。このことは、ウェル内の試薬の実際の温度を測定する場合に、温度制御と温度変動率とに関して、大幅に改良された熱的な性能を提供する。
プラスティックトレイは、概して、１回使用の使い捨てにできる品物である。加熱素子をプラスティックトレイに組み込むことは、そのコストを増大するが、ＰＣＲ反応のサイクリング時間の短縮により、使い捨て品のいかなる増大したコストを充分に埋め合わせる。
ファン冷却を用いる場合、複合トレイの底部が妨害されないことが必要である。ＰＣＲサイクルの終わりに、準大気冷却が必要とされる場合、複合トレイ或いはブロックのいずれかを用いて、冷却液体によるスプレイ冷却を行う。トレイ或いはブロックの金属上に液体が残留して加熱を遅らせることがないように、液体の沸点をＰＣＲサイクルの低点以下にすることが必要である。このことは、また、液体の蒸発による潜熱によって、冷却効果を増大させる。
加熱電流は、変換器の２次巻線から供給される交流電流である。これは、高電流装置により作動する際に発生する問題に直面することなく、都合の良い方法で、変換器の１次回路（高電圧、低電流）にサイクリング制御を適用することを可能にする。
変換器は、適宜な商用の１次巻線を有する環状コアと、コアを介してループされる、金属薄板と直列に接続して単巻き２次回路を形成する単一のバスバーと、を含んで構成される。
本発明の実施の形態を、添付の図面を参照して開示する。
【図面の簡単な説明】
図１は、加熱装置の側面立面図である。
図２は、図１の装置の平面図である。
発明を実施するための最良の形態
１１０ｍｍ×７５ｍｍの寸法であり、格子状に配列された９６個のウェル（２）を有するマルチウェルブロック（１）の形態をなす金属試験片キャリアが、表面を厚さ０．３ｍｍの銀で成形されている。これは、十分な断面積のバスバー（３）に取り付けられている。バスバーは、変換器（環状或いは方形状）であるコア（４）を介して一旦ループする。コア（４）は、用いられる商用電圧に適する１次巻線（５）を有する。変換器の１次電流は、二方向三極サイリスタ（Triac）装置（６）を使用して制御される。二方向三極サイリスタ装置は、交流電源からの電流を受け、ブロックの温度を感知するためにブロックの中央部下側領域に密着させた細いワイヤ熱伝対（８）を使用する温度制御回路（７）により制御される。温度制御回路は、手動により、或いはパーソナルコンピュータ（９）により操作される。
ブロックの冷却は、ブロック下方に設置されたファン（１０）により行われ、周囲の空気を、突出したウェル形状（２）に向けて吹き付け、該空気は、ブロックが設置されているエンクロージャにより指向される。前記ファンは、ヒータの二方向三極サイリスタ装置を駆動するものと同じ温度制御回路により制御される。
例示した装置の測定された性能は、１秒あたり６度を超える温度変動率と、５０−１００度の典型的なＰＣＲ作動範囲内における０．２５度以下の正／負の行過ぎ量をもたらす。
上記例は、キャビティを備えた銀製のブロックを使用しているが、前述したように、金属被覆されたプラスティックトレイインサートか、或いは電気鋳造された薄い金属トレイを使用することもできる。
上記のように、本システムは、幾つかの重要な利点を有する。
１．ブロックは、接続する熱源からの熱変換を必要とせず、直接加熱される。このことは、非常に効果的であって、銀の非常に低い比熱を伴い、非常に迅速な温度変動を可能にする。
２．直接加熱は、熱的なラグが全くないことを意味する。温度制御機能は即座であり、正或いは負の行過ぎ量が、わずかであるか或いは全くない温度においてブロックがサイクルされる。従って、温度制御は、本来的に正確である。
３．ブロックに取り付けられる妨害物或いは熱的障壁がないため、ブロックの背面（表面積が増大するように成形されている）の単純な強制空気冷却が、迅速で、制御可能な冷却を提供する。
４．厳密な温度測定及び制御を提供するために、細いワイヤ熱伝対がブロックに直接接合される。著しいセンサラグを生じない限り、他のいかなる温度測定装置も使用できる。
５．ブロック表面付近の温度分布は、加熱の均一性と、ブロックの熱伝導性とに依存する。銀の熱伝導性は非常に高く、ブロック付近の熱エネルギの分布は、加熱電流の分布に依存する。これは、マルチウェルブロックの形状寸法を変えることで調整できる。
ブロックは、変換器の大きな２次回路の一部であるため、必要とされる大電流は、容易に生成され、さらに制御される。ワインディングバーの断面積は、ブロックの断面積と比して相当に大きくされているため、ブロック内において著しい熱生成が生じるだけである。サイリスタか、二方向三極サイリスタか或いは他の装置を使用して、（電流が小さい）１次巻線において、電流を容易に制御できる。または、１次巻線は、高周波数スイッチモードの、制御可能な電源により駆動できる。このことは、ブロックを組み込む２次巻線において誘導される電流の同程度の制御を可能とするが、高周波数により、変換器におけるよりコンパクトなコアの使用を可能とし、さらに電流のオンオフ切り換え時における流入電流によるサージを減衰させる。

Claims (13)

1. 複数の試験片サイトを構成する複数のウェルが形成された金属薄板の形態の試験片キャリアを加熱する方法であって、前記薄板に電流を供給して、前記薄板の抵抗加熱を提供し、前記試験片サイトに保持される試験片を加熱することを含んで構成される方法。
2. 前記電流として、前記薄板の抵抗加熱を提供する交流電流を供給するとともに、この電流を加熱の反復サイクルが提供されるように制御する請求項１記載の方法。
3. 前記薄板を銀製の中実ブロックとする請求項１又は２記載の方法。
4. 前記薄板を金属被覆されたプラスティックトレイとする請求項１又は２記載の方法。
5. 前記薄板を電気鋳造された薄い金属トレイとする請求項１又は２記載の方法。
6. 前記試験片キャリアにおいて、前記複数の試験片サイトとして前記複数のウェルを形成し、このウェルに前記試験片を収容する請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
7. 複数の試験片サイトが設けられた、電気伝導性を有する金属薄板の形態の試験片キャリアと、電力供給手段と、前記電力供給手段と接続された１次巻線、及び前記薄板と直接接続された２次巻線を有する変換器と、を含んで構成され、前記電力供給手段により前記変換器を介して前記薄板に電流を供給し、前記薄板の抵抗加熱により前記試験片サイトに保持される試験片を加熱する請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法を実施するための装置。
8. 前記２次巻線が単巻きである請求項７記載の装置。
9. 前記電力供給手段に接続され、前記２次巻線に流れる電流を、前記試験片キャリアの制御加熱温度が維持される比率で調整する温度制御手段を含んで構成される請求項７又は８記載の装置。
10. 冷却空気を前記試験片キャリアの背面に向けるように配置されるとともに、前記温度制御手段に作動可能に接続されたファン冷却手段を含んで構成される請求項９記載の装置。
11. 前記薄板が銀製の中実ブロックである詰求項７〜１０のいずれか１つに記載の装置。
12. 前記薄板が金属被覆されたプラスティックトレイである請求項７〜１０のいずれか１つに記載の装置。
13. 前記薄板が電気鋳造された薄い金属トレイである請求項７〜１０のいずれか１つに記載の装置。

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