JP3878911B2 - 試料を収容するウェルプレートの熱伝達装置 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、ウェルプレートのウェル内に収容された試料を冷却または加熱する装置に関する。
【０００２】
（背景技術）
薬品、ゲノムおよびプロテオミック（proteomic）研究、薬品開発研究所および他のバイオテクノロジーの分野では、研究所の種々の手順で研究試料を取り扱うのに、自動液体ハンドラが使用されている。例えば、液体ハンドラは、バイオテクノロジーおよび薬液定量手順、試料調製および配合分配等に使用される。一般に、多くの試料収容リセプタクルすなわちウェルの配列を備えた試料収容プレートが使用される。例えば、広く使用されている１つの試料収容ウェルプレートは、８×１２のウェルパターンをなす９６個の深ウェルからなるＸ−Ｙ配列を有している。異なる配列の試料ウェルを備えた他のウェルプレートも知られている。一般に、プレートは、周囲のスカート壁と、頂壁と、該頂壁から垂下した多くの個々の試料収容ウェルであって、隣接ウェルから間隔を隔てているウェルとを備えた一体成形プラスチック構造を有している。
【０００３】
或る用途では、試料収容ウェル内の試料を低温または高温に維持することが望まれる。ウェルプレート内の試料に熱を供給しまたは試料から熱を除去するのに、ペルチェ効果を用いる装置が使用されている。ペルチェ効果では、熱は、電流の通過に応答して、２つの金属の接合部で発生されまたは吸収される。既知の装置では、ウェルプレートが、熱伝達ブロック上または１つ以上のペルチェ効果モジュールにより加熱または冷却されるプレート上に置かれる。ウェルプレートは、断熱カバーで覆うことができ、或いは第二熱伝達ブロックの下または１つ以上のペルチェ効果モジュールにより加熱または冷却されるプレートの下に置くことができる。
【０００４】
これらの既知のシステムは、ウェルプレート内の試料を有効にかつ一定して冷却または加熱することはできない。ウェルプレートのプラスチック材料は熱の優れた導体ではない。このため、ウェルプレートの頂部および／または底部の加熱または冷却されたプレートまたはブロックは、プレートウェル内の試料との優れた熱伝達関係を形成できない。熱は、主として垂直方向に伝達される。深いウェルプレートは約１．５インチの深さのウェルを有し、このため、収容された試料の一部と、プレートの上方または下方の熱源またはドレーンとの間には大きい垂直距離が生じる。ウェルプレートが周囲温度から高度に断熱される場合には、既知のシステムでも、最終的には試料をかなり一定の温度に維持できるが、熱伝達性能が劣るため、これには長時間を必要とする。これは、大量処理を妨げかつ分析のために調製される試料を劣化しまたは変質させるため、重大な欠点である。
【０００５】
（発明の開示）
本発明の主な目的は、ウェルプレートのウェル内の試料へのまたは試料からの熱伝達を行なう改善された装置を提供することにある。本発明の他の目的は、高度の均一性および比較的短時間で試料ウェルを加熱または冷却できるウェルプレート熱伝達装置を提供すること、垂直方向だけでなく、横方向すなわち水平方向にも試料ウェルにまたは試料ウェルから熱を伝達できる熱伝達装置を提供すること、および従来使用されているウェルプレート熱伝達装置の欠点を解消できるウェルプレート熱伝達装置を提供することにある。
【０００６】
概略的に、本発明によれば、互いに間隔を隔てて垂直方向に延びる複数の試料収容ウェルを備え、該ウェルがこの回りに所定の空間パターンをもつ配列をなしている形式のウェルプレートの熱伝達装置が提供される。本発明の熱伝達装置は、ベースパネルと、該ベースパネルに対して熱伝達関係をなして取り付けられた垂直方向に延びる複数のピンとを備えた熱伝達櫛状体を有している。ピンは、ウェルプレートのウェルの回りの前記所定の空間パターンに一致して配置されている。熱を供給または吸収する源は、熱伝達櫛状体に熱伝達できるように近接して配置されている。
【０００７】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明は、上記および他の目的および長所と共に、添付図面に示す本発明の好ましい実施形態について以下に述べる詳細な説明から最も良く理解されよう。
ここで図面、最初に図１および図２を参照すると、本発明の原理に従って構成された、全体を参照番号１０で示す熱伝達装置が示されている。装置１０は、ベースハウジング１２と、これに組み合わされるカバー１４とを有し、該カバー１４は、ハウジング１２内に取り付けられかつ全体を参照番号２０で示すサーマル組立体により冷却または加熱される、９６個のウェル２８を有する１対の深ウェル微量滴定プレート１８（図６）を収容できるウェルプレートチャンバ１６を収容する。
【０００８】
図６には１つのウェルプレート１８が示されている。ウェルプレート１８は一体成形プラスチック構造からなり、頂壁２２と、下縁部２６を備えた周囲面すなわちスカート壁２４とを有している。頂壁２２からは、上向きに開口した多数の試料収容ウェル２８が垂下している。各ウェル２８は円筒状側壁および閉鎖底壁を有している。ウェル２８は、各ウェルが隣接ウェルから均一に間隔を隔てた規則的配列をなしている。図示の構成では、熱伝達装置１０は２つのウェルプレート１８を収容し、ウェルプレート１８は約１．５インチの深さをもつウェル２８を有し、ウェル２８は、８×１２のウェルパターンをもつ９６個のＸ−Ｙ配列をなしている。本発明の原理は、より多数または少数のプレート１８からなる他の構成に適用でき、プレートは、例えばより多数または少数のウェル２８をもつ種々の構成にすることができる。各ウェル２８は、垂直方向に延びている４つの開空間３０により包囲されかつ側面が形成されている。ウェルプレート１８および各空間３０は、底が開放している。図示の８×１２のウェルパターンでは、空間３０は９×１３パターンをなしている。
【０００９】
サーマル組立体２０（図３）は、周囲フランジ３４を備えた全体として平板状の断熱ジャケット３２を有している。ジャケット３２の上面３８と下面４０との間には１対のモジュールソケット３６が延びている。ペルチェ効果モジュール４２が、各モジュールソケット３６内に座合されかつ上下のジャケット面３８、４０で露出されている。導電体４４が、モジュール４２と、該モジュール４２の頂面および下面との間で熱を上方または下方に選択的に伝達すべく作動する電源とを相互接続している。
【００１０】
ヒートシンク４６は平らな上面４８を有し、該上面４９は、ペルチェ効果モジュール４２の底面と熱伝達接触するようにしてジャケット３２の下面３８の下に配置される。ヒートシンク４６の表面積および放熱性能を増大させるため、フィン５０が上面４８から下方に延びている。
【００１１】
ファン組立体５２は、ファン５６と整合する中央開口を備えた棚すなわちシュラウド５４を有している。フィン５０は、ハウジング１２内で棚５４内に受け入れられる。ハウジング１２は、底壁５８と、端壁６０と、側壁６２とを有している。ファン５６が作動すると、空気は、端壁６０のフロー開口６４、開口５４、および端壁６０および側壁６２の通気開口６６および６８を通って移動する。フロー開口６４はフィン５０の端部に整合され（図１）、また、空気はフィン５０の表面を通って流れ、ヒートシンク４６から熱を除去しまたはヒートシンク４６に熱を供給する。
【００１２】
本発明によれば、熱伝達櫛状体７０が、ウェル２８へのまたはウェル２８からの熱伝達を行なう。櫛状体７０は、全体として平らなベースパネル７２および多数の直立ピン７４を有している。ベースパネル７２は、ジャケット３２の上面３８上かつ周囲フランジ３４内に受け入れられて、ペルチェ効果モジュール４２の上面と接触する。ピン７４は、ベースパネル７２と良好な熱伝達接触を行なう。図４に示すように、ベースパネル７２は孔７６の配列を有しており、好ましい実施形態では、ピン７４は孔７６内に圧嵌めされる。
【００１３】
ペルチェ効果モジュール４２が該モジュール４２の頂面から熱を除去するように作動されると、ピン７４を備えた櫛状体７０は、周囲温度より大幅に低い温度に冷却される。熱は、ヒートシンク４６により、およびファン５６により移動される空気により除去される。ペルチェ効果モジュール４２が該モジュール４２の頂面からピン７０に熱を移動させるように作動されると、ピン７０を含む櫛状体７０が、周囲温度より大幅に高い温度に加熱される。熱は、ヒートシンク４６により、およびファン５６により移動される空気により供給される。
【００１４】
熱伝達櫛状体７０のピン７４は、各試料収容ウェル２８に（または各試料収容ウェル２８から）迅速かつ有効に熱伝達するように配列される。ピン７４の配列は、空間３０の配列と同じである。ウェルプレート１８がウェルプレートチャンバ１６内に配置されるとき、ピン７４は各空間３０内へと上方に挿入される。各ウェル２８は側面で形成されかつ４つのピン７４により包囲され、ピン７４はウェル２８の本質的に垂直方向全深さに亘って垂直に配置される。ウェル２８内に収容される試料の全部分が４つの包囲ピンに近接して配置され、熱は、各試料ウェル２８の内容物とこれを包囲するピン７４との間の短い距離を水平方向に伝達される。短くて干渉が小さい水平方向の熱伝達経路は、収容された試料の迅速かつ均一な冷却または加熱を確保する。
【００１５】
ジャケット３２は、熱伝達櫛状体７０のベースパネル７２と接触する温度センサを保持できるパッド部分７８を有している。センサは、例えば熱伝達装置１０の作動のモニタリングに使用される信号を発生できる。
【００１６】
カバー１４はチャンバ１６内のウェルプレート１８上に置かれ、チャンバ１６からの熱の逃散（またはチャンバ１６への熱の侵入）を低減させかつウェル２８内の試料の冷却または加熱を補助する。カバー１４は、試料ウェル２８の開放頂部と整合する孔８０を有している。孔８０は、ウェル２８へのアクセス、例えば自動液体ハンドラのプローブまたは手動ピペットのチップへのアクセスを可能にする。
【００１７】
以上、添付図面に示した本発明の実施形態の細部に関連して本発明を説明したが、これらの細部は特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 試料収容ウェルプレート内の試料の冷却または加熱に使用される、本発明に従って構成された熱伝達装置を示す斜視図である。
【図２】 図１の熱伝達装置の構成要素を縮小して示す分解斜視図である。
【図３】 熱伝達装置のサーマル組立体を示す分解斜視図である。
【図４】 サーマル組立体の熱伝達櫛状体を示す分解斜視図である。
【図５】 サーマル組立体の断熱ジャケットを示す斜視図である。
【図６】 深ウェル試料プレートが所定位置に配置された熱伝達櫛状体を露出させるため、ウェルプレートの一部を破断した状態を示す斜視図である。

Claims (5)

1. 互いに間隔を隔てて垂直方向に延びる複数の試料収容ウェルを備え、該ウェルがこの回りに所定の空間パターンをもつ配列をなしている形式のウェルプレートの熱伝達装置において、
   ベースパネルと、該ベースパネルに対して熱伝達関係をなして取り外し可能に取り付けられた垂直方向に延びる複数のピンとを備えた熱伝達櫛状体を有し、
   前記ピンは、ウェルプレートのウェルの回りの前記所定の空間パターンに一致して配置され、
   熱を供給または吸収する源を更に有し、該源は熱伝達櫛状体と熱伝達できるように近接して配置されていることを特徴とする熱伝達装置。
2. 前記ウェルプレートは、各Ｘ行にｎ個のウェルがありかつ各Ｙ列にｍ個のウェルがある線型行列Ｘ−Ｙウェル配列を有し、前記ピンは、各Ｘ行に少なくとも（ｎ＋１）個のピンがありかつ各Ｙ列に少なくとも（ｍ＋１）個のピンがある線型行列配列をなしていることを特徴とする請求項１に記載の熱伝達装置。
3. 前記源は、ベースパネルの下面と熱伝達できるように接触するペルチェ効果モジュールを有していることを特徴とする請求項１または２に記載の熱伝達装置。
4. 前記ペルチェ効果モジュールの下面と熱伝達できるように接触するヒートシンクを更に有することを特徴とする請求項３に記載の熱伝達装置。
5. 前記熱を供給または吸収する源は、
   １以上のモジュールソケットを収容する断熱ジャケットと、
   前記モジュールソケット内に座合され、前記断熱ジャケットの頂部および底部に露出された上面および下面を有するペルチェ効果モジュールと、
   前記断熱ジャケットの上方または下方に設けられ、前記ペルチェ効果モジュールの下面または上面と熱伝達できるように近接しているヒートシンクと、を含み、
   さらに、前記熱伝達櫛状体のベースパネルは、前記ペルチェ効果モジュールの前記上面と熱伝達関係をなして前記断熱ジャケットの頂部で支持されていることを特徴とする請求項１に記載の熱伝達装置。

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