JPH03505543A - 生化学反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 生化学反応装置 ［発明の技術的背景］ 本発明は生化学反応装置に関するものである。生化学反応装置はコンピュータに より記憶された温度と時間のプログラムに基づく、加熱用及び冷却用試薬のため の装置である。

コンピュータを組合わせなこのような装置は、欧州特許ＥＰ−Ａ２−２０３０６ ９号公報に記載されている。この装置は、試薬に対して及び試薬からの熱を伝え るための反応板と、この反応板の一側の熱接触部に設けられた固体ヒートポンプ 及びこの固体ヒートポンプの他側の熱接触部に設けられたし−トシンクからなる 反応板冷却手段と、反応板加熱手段とがら構成されている。

［発明の構成コ 本発明の目的は、改良された生化学反応装置を提供することにある。

本発明の生化学反応装置においては、加熱手段はヒートポンプによってヒートシ ンクから伝わる熱とは反応板に直接熱を伝えるように設けられている。固体ヒー トポンプは複数のベルチェ装置から構成されている。

加熱手段は反応板に組み込まれた加熱用オーム電極線であることが望ましい。

加熱用オーム電極線は反応板内の各穴に周囲を絶縁して取り付けられてもよいが 、帯状の抵抗となっている場合には特にエポキシ接着剤によって確実に接触させ ることが望ましい。

電熱線は反応板の周辺に設けることができる。しかしながら、反応板の周辺部分 よりも大きな加熱範囲を供給するために、電熱線は反応板を横切るようにするこ とか望ましい８反応板の底面部のため、冷却手段への接触部に連続して熱を伝え るようにすることが望ましい。これは板の内部に延設する各電熱線に必要となる 。この理由としては、反応板はその上面底部あるいは下面頂部のいずれか、望ま しくは後者の各溝内に加熱用電熱線を有するようにして、便宜上２つの部分に分 けてもよいからである。

一例として、加熱用電熱線がシース抵抗線である場合には、反応板の底部表面に は蛇行溝を設けてもよい、この清の表面にベルチェ装置を直接接触させることが 可能になる。

反応板から反対に位置する側で、ベルチェ装置はヒートシンクと隣接する。より 好ましい実施例としては、ヒートシンクをひれ状に形成し、空気循環器はこのひ れ上に空気を通して、ヒートシンクを冷却するために設ける。また空気は反応板 の上を循環させてこの反応板の冷却を行わせてもよい。

一実施例として、この装置は反応板が加熱中には固体ヒートポンプ及び必要に応 じてファンをオフにし、加熱用オーム電熱線をオンにするととももに、板が冷却 中にはヒートポンプ及びファンをオンにし、加熱用電熱線をオフにする切り変え 手段を備えている。

他の実施例としては、この装置は板が加熱中の場合、ファンをオフにした冷却し ていない状態でヒートポンプを部分的にオンにし加熱用オーム電熱線をオンにす るとともに、反応板が冷却中の場合、ヒートポンプ及びファンをオフにして加熱 用電熱線をオフにする切り換え手段を備えている。この切り換え手段はこの実施 例ではメイン電圧から低電圧に変換するトランスと、低電圧用整流回路と直列抵 抗とを備えている。

切り換え手段は冷却中にその通常状態で一方の極の整流された低電圧を固定し− トボンプに供給するとともに加熱中にその切り換え状態で直列に接続された抵抗 とともに他方の極の整流された低電圧をヒートポンプに供給する極性反転及び効 率効果兼用リレースイッチと、この兼用リレースイッチとともにその通常状態で 冷却のためのトランスからの交流低電圧を整流回路に供給するための冷却用リレ ースイッチと、加熱のためにトランスからの交流低電圧と加熱用電熱線に供給す るための加熱用リレースイッチとを備えている。

本発明の理解を深めるために、明確な実施例が次に示される図面を参照しながら 詳述されることであろう。

［図面の簡単な説明］ 図１は制御用マイクロプロセッサを組合せた本発明による生化学反応装置の透視 図である。

図２はケースを外した図１の機械の透視図である。

図３は本装置の熱交換部の分解組立図である。

図４は本装置の反応板の下側正面図である。

図５は本装置の回路図である。

図６は本発明による他の生化学反応装置の分解組立図である。

図７は図６における装置の反応板下側部分の一部切欠き側面である 図８は図７に示す部分の一部切欠き正面図である。

図９は図６における装置の制御配置のブロック図である。

［実施例］ 第１実施例 最初に図１を参照すると、卿卵器としても知られている生化学反応装置１はマイ クロプロセッサ２を組合わせて用いられる。後者はその装置本体１の頂部に通常 位置し、制御用ケーブルによって接続された独自のユニットである。このマイク ロプロセッサ２のハードウェア内容に関しては簡単なため、さらなる詳述は省略 する。

図２に示すように、装置本体１は反応板５のためのカバー３を有している６本図 においてはその上側ケース４がない装置を示している。アルミニウム製の反応板 ５はその上面にある凹無７内の複数のエッペンドルフ管６（あるいは交互に設け たマイクロタイター板あるいはそれと同等のもの）が設けられ、ひれ状のアルミ ニウム製ヒートシンク８上に取付けられる０反応板は９０１１角、深さ１０ｎで ある。前部及び後部冷却ファン９，１０は、ヒートシンク８のフィン１１を冷却 するために空気を通すように配置されている。

図３を参照すると、反応板５は、この反応板とヒートシンクとの間にある４個の スペーサブロックをはさみ、ねじ１２によって熱交換器に面して固定される。良 好な熱接触を確保するなめに、シリコンセンサ１６はコンパウンドが各サンドイ ッチ状の継ぎ目に用いられる０反応板の凹部７を除く上側表面と側端部温度が２ °Ｃ〜８℃の範囲に維持された場合の圧縮を取り除くため熱絶縁体プラスチック 材料によって覆われている。

反応板の下側面はシース抵抗線としての熱電線１５が供給された蛇行溝１４を有 している。温度センサ１６は反応板５の一方の端部内の孔１７に設けられている 。

図２に示すように、電源及び制御回路はパネル１８によってヒートシンク８及び ファン９，１０から分離された仕切り内に取り付けへれている。このため、ケー スを取り付けると、これらの部分はケース内の各ファンにある前面及び後面開口 部を備えたそれぞれ独自の通風路が設けられ、この電源及び制御回路部の構成は 図２に示す通りであるが関係しない物理的な位置は便宜上のため単に配置され、 図５の回路図に示されるような各操作上の関係に従うことはない。

この回路はヒユーズ入りの電源ソケット２０、オン／オフスイッチ２１、電源ネ オン表示灯２２及び冷却ファン２３から構成されている。装置は２４Ｖ及び９■ のタップを有する低電圧用トランス２４によって、メイン電圧を介して作動する 。２４ｖ及び９ｖの電圧はインターフェース回路２５を動かし、これによりマイ クロプロセッサからリレー制御電流に制御信号を変換するべく都合のよい制御が 行われる。

３個の固体リレー２６．２７．２８はインターフェース２５の制御の下にあり、 さらにメニカルリレ−２９がリレー２８を介して間接的制御の下にある。

リレー２６はヒートシンク冷却ファン９．１０をオン及びオフに切り換える。冷 却ファンはメイン電圧が供給される。固体ヒートポンプなるベルチェ装置１３は メルニールＮｏ、ＣＰＬ４−１２７〜０４５Ｌ装置である。加熱用の電熱線１５ は２００　Ｗのヒータである。これらの各構成部はトランス２５からの２４Ｖが 供給されており、ベルチェ装置は整流口＃Ｉ３０を経由している。

リレー２７は整流回路へのＡ　Ｃ２４Ｖの供給及びリレー２９に接続されたベル チェ装置へのＤＣ２４Ｖの供給を切り換えている。

リレー２８はヒーター及びリレー２９の巻線３１へのＡ　Ｃ２４Ｖの供給を切り 換えている。

リレー２８の通常状態では、リレー２９は直列に巻回された４個のベルチェ装置 を、冷却モードにおいて操作によってＤＣ４Ａの電流を流すために整流回路につ なげる。リレー２８の切り換え状態では、リレーは１０Ω抵抗３２がベルチェ装 置と直列接続するように切り換えて極性を反転させる。これによって冷却を行わ ない場合は２Ａの電流が流れることになる。

使用状態では、反応板は通常ヒートシンクよりも熱くなっているために、ベルチ ェ装置の降下率及び反転がこのベルチェ装置を絶縁物にさせる。（静止状態では ベルチェ装置は熱を誘導する。）センサ１６は温度に関する情報を伝えるためイ ンターフェースに接続されている０例えば、ベルチェ装置、ヒータ電熱線、ヒー トシンク及びセンサなどの反応板への全接続は修理作業において板やヒートシン クアセンブリーを交換できるようにプラグ及びソケット３１を経由している。

使用時においては、マイクロプロセッサは４℃〜１０５℃の温度設定と１秒につ き１℃ずつの温度変化が可能な予め記憶された温度１時間プログラムに基づいて 、反応板がセンナ１Ｇにより必要以上に暖くなったり冷たくなったりした場合に 加熱及び冷却を命令する。もし冷却命令の場合には、リレー２６及び２７はファ ン９，１０及びベルチェ装［１３をオン状態に切り換える。もし加熱命令の場合 には、リレー２７．２８及びこれによりヒータ１５及びｌＩ流回路をオン状態に し、ベルチェ装置は反転して効率が下がる。

第２実施例 図面にある図６乃至図９を参照して説明すると、第２の反応装置はテスト用管Ｔ に入れる試薬用として上部表面に凹部１０２を有するアルミニウム製反応板１０ １からなる２つの部分を備え、各凹部は図４に示されている０本実施例において は、板１０１は全長及び食中９０１１１であり、２０個の１．５１管あるいはよ り小さな管を取り付けることが可能である。この板の上部１０３は深さ１０１１ であり、３．５ｍｍの深さをもつ下部１０４に図示しないボルトによって固定さ れている。この下部は表面を横切って深さ４ｎｎの複数の清１０５がある。各部 にはそれぞれ帯状抵抗１０６がエポキシ樹脂１０７によって固定されている。各 帯体はその両端を銅製コネクタ１０８によって直列に接続し、エポキシ樹脂から なる終端ブロック１０９で固定することで２００Ｗ以上のヒータとなる。各部１ ０３　、１０４は共にボルト締めされ、帯状ヒータは完全に反応板１０１内に組 み込まれる。

半導体温度センサ１１０は、板１０１の上部表面にエポキシ樹脂によって固定さ れている。

４個のベルチェヒートポンプ装置１１１は、板１０１及びフィン状ヒートシンク １１２間に両方の熱伝導接触部として設けられている。このベルチェヒートポン プ装置の総合能力は本装置が作動中の条件下において約１００Ｗである。

前記板１０１及びヒートシンク１１２の終端の一側方向には空気吹き出し用ファ ン１１３を有するとともに、他側方向には吸い収み用ファン１１４を有し、ヒー トシンクのひれ部１１５及び板１０１の上部表面上に空気を送り込むように設け られている。

このため板及びヒートシンクは図示しない開ロゲーシングとともに設けられてい る。

この装置はあらかじめ決められた温度／時間サイクルに基づいて、反応板１０１ 及び試薬の温度を上下させるようにプログラムさせることができるコントローラ １１６を備えている。

その温度サイクルが温度上昇を要求している場合には、帯状ヒータ１０６はオン 状態となり、ベルチェ装置１１１は並列接続されたファン１１３　、１１４とと もにオフ状態となる。温度下降を要求している場合には、ヒータはオフ状態とな りベルチェ装置１１１及びファン１１３　、　ｉ１４はオン状態となる０通常、 温度サイクルは周囲温度から３７℃あるいは４５°Ｃ〜７０°Ｃ移動し、適当な 時間で周囲温度に戻すように構成されている。この温度サイクルは同一温度又は 異なる温度で急激な変化をくり返すように構成されていてもよい、また発生する 各反応における正確な制御のために、安定した温度での各期間が加熱あるいは冷 却による短い期間によって切り離されていることが望ましい、前述の各装置は、 次に述べるような作用及び効果を有している。

１、加熱状態では、ベルチェ装置がたとえ第１実施例のように反転しなくても、 受動状態にある場合においては単に熱を適宜伝導するだけである。これはベルチ ェ装置が半導体活性部を間にはさむ電気的に絶縁されたセラミック材からなるた めである。このため急速な温度上昇による熱は管及び試薬とともにある反応板に よって制限される２通常、原型の板の場合には温度を４０℃から７０℃に上昇さ せるのに約１．４分かかる。

２、反応板の温度が上昇中にある場合、ヒートシンクはより低い温度で暖められ 、通常反応板の温度が７０℃の場合ヒートシンクの温度は５５℃となる。この加 熱するレベルはヒートシンクを７０℃に暖めるよりも少ないワット数を要求する 。さらに、反応板が一定温度に達するのに相対して、ヒートシンクを一定温度に するように時間差をもたせている。この時間差は反応板を素早く暖めることがで きるとともに、その後ベルチェ装置は反応板を暖めるために熱を徐々にヒートシ ンクに伝えるために、さらに加熱することによって温度を元に戻すことができる 。

３、冷却命令の場合、ベルチェ装置上におけるよりゆるやかな温度差はもし短時 間にベルチェ装置がそのブロックをヒートシンクからの熱の上昇によって暖めさ せるようにするよりも効果的に操作されるように設定されるものである。

４、ヒートシンクの初期定温度である５５℃及び冷却用の空気循環によって、ヒ ートシンクを反応板への温度を近ずける。

これによってヒートシンクが反応板よりも高くなった場合には、このヒートシン クの定温度状態後においても効果的に操作するベルチェ装置は、そのうちの１つ が反転状態になる。

５、第２実施例において、反応板の頂面上の空気循環は加熱する割合と冷却する 割合が同一の速さで作動しているときには、ベルチェヒートポンプを冷却する割 合を増加させる。

ＦＩＧ　、　１ 国際調査報告 国際調査報告

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．試薬に対し及び試薬からの熱を伝えるための反応板と、前記反応板の一側上 の熱接触部にある固体ヒートポンプとこの固体ヒートポンプの他側の熱接触部に あるヒートシンクとを備えた反応板冷却手段と、反応板加熱手段とからなり、前 記加熱手段は前記ヒートポンプによって前記ヒートシンクから伝わる熱とは独自 に、前記反応板に対して直接熱を伝えるように構成されたものであることを特徴 とする生化学反応装置。
2. ２．前記加熱手段は前記反応板に組み込まれた加熱用オーム電熱線から構成され たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の生化学反応装置。
3. ３．前記加熱用オーム電熱線は実質上前記反応板の端部から端部まで横切る複数 部から構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の生化学反応装置 。
4. ４．前記電熱線各部は蛇行するように設けられたことを特徴とする特許請求の範 囲第３項記載の生化学反応装置。
5. ５．前記加熱用オーム電熱線は前記反応板内の溝に設けられたシース抵抗線から 構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第２項乃至第４項記載の生化学反応 装置。
6. ６．前記加熱用オーム電熱線は前記反応板の溝に設けられた帯状抵抗からなり、 前記反応板及び前記帯状抵抗部材の間にエポキシ樹脂を充填させるように構成し たものであることを特徴とする特許請求の範囲第２項乃至第４項記載の生化学反 応装置。
7. ７．前記反応板は上側部分と下側部分とからなり、前記加熱用オーム電熱線が前 記上側部分と下側部分との間に設けられるように構成されたことを特徴とする特 許請求の範囲第２項乃至第６項記載の生化学反応装置。
8. ８．前記ヒートシンクからの熱を取り除くための手段を備えたことを特徴とする 特許請求の範囲第１項乃至第７項記載の生化学反応装置。
9. ９．前記放熱手段は少なくとも１個のファンを備え、前記ファンによる空気移動 で前記ヒートシンクからの熱を取り除くためにひれ状に形成されるように構成さ れたことを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の生化学反応装置。
10. １０．前記ファンは前記ヒートシンクから反対に位置する前記反応板の表面上を 冷却された空気が通るように設けられたものであることを特徴とする特許請求の 範囲第９項記載の生化学反応装置。
11. １１．前記反応板は前記試薬を載置する場所と前記固体ヒートポンプとを除く全 表面上を実質上絶縁したものから構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第 １項乃至第９項記載の生化学反応装置。
12. １２．前記反応板が加熱中の場合、前記固体ヒートポンプ及び必要に応じて前記 ファンをオフにし前記加熱用オーム電熱線をオンにするとともに、前記反応板が 冷却中の場合、前記固体ヒートポンプ及び前記ファンをオンにし、前記加熱用電 熱線をオフにする切り換え手段を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第２項 乃至第１１項記載の生化学反応装置。
13. １３．前記切り換え手段は前記反応板が加熱中の場合、必要に応じて前記ファン をオフにした冷却していない状態で前記ヒートポンプを部分的にオンし前記加熱 用オーム電熱線をオンにするとともに、前記反応板が冷却中の場合、前記ヒート ポンプ及び前記ファンをオンにし前記加熱用電熱線をオフにするように構成され たことを特徴とする特許請求の範囲第２項乃至第１１項記載の生化学反応装置。
14. １４．メイン電圧から低電圧に変換するトランスと、低電圧用整流回路と、直列 抵抗と、切り換え手段とを備え、前記切り換え手段は、冷却中にその通常状態で 一方の極の整流された低電圧を前記固体ヒートポンプに供給するとともに、加熱 中にその切り換え状態で直列に接続された前記抵抗とともに他方の極の整流され た低電圧を前記ヒートポンプに供給する極性反転及び効率降下用兼用リレースイ ッチと、前記兼用リレースイッチとともにその通常状態で冷却のために前記トラ ンスからの交流低電圧を前記整流回路に供給する冷却用リレースイッチと、加熱 のために前記トランスからの交流低電圧を前記加熱用電熱線に供給する加熱用リ レースイッチとから構成されることを特徴とする特許請求の範囲第１３項記載の 生化学反応装置。
15. １５．前記切り換え手段は冷却のために前記冷却用リレースイッチをオンにし、 加熱のために前記加熱用リレースイッチ及び前記冷却用リレースイッチをオンに し、前記加熱用リレースイッチがオンの時に前記兼用リレースイッチが切り換え 状態に変わるように接続されるための制御回路を備えたことを特徴とする特許請 求の範囲第１４項記載の生化学反応装置。
16. １６．前記制御回路は、外部冷却制御信号に対する応答で前記冷却用リレースイ ッチを動作させるとともに、外部加熱制御信号に対する応答で前記冷却用及び前 記加熱用リレースイッチを動作させるインターフェースから構成されることを特 徴とする特許請求の範囲第１５項記載の生化学反応装置。
17. １７．前記制御回路は前記反応板の温度センサと、温度表示信号を出力するよう な前記インターフェースとを備え、予め温度／時間プログラムが記憶されたマイ クロプロセッサにより、前記反応板が要求された温度よりも高い場合には前記冷 却制御信号を、また前記反応板が要求された温度よりも低い場合には前記加熱制 御信号を前記温度表示信号の応答として出力するように構成されたことを特徴と する特許請求の範囲第１６項記載の生化学反応装置。