KR100557721B1 - 시료 보존용 웰 플레이트의 열 전달 장치 - Google Patents

Abstract

열 전달 코움(70)은 웰 플레이트(18)의 시료 보존용 웰(28) 둘레와 그 사이의 공간(30)에 수용되는 복수 개의 상방 연장형 핀(74)을 포함한다. 펠티에 효과 모듈(42)은 상기 열 전달 코움(70)의 베이스 패널(72)과 접촉하여 열 전달 코움(70)에 열을 공급하거나 코움으로부터 열을 제거한다. 히트 싱크(46)와 팬(56)은 펠티에 효과 모듈(42)에 또는 모듈로부터 열을 전달한다.

Description

시료 보존용 웰 플레이트의 열 전달 장치{HEAT TRANSFER APPARATUS FOR SAMPLE CONTAINING WELL PLATES}

본 발명은 웰 플레이트의 웰에 보존된 시료를 냉각하거나 가열하는 장치에 관한 것이다.

약제, 게놈 및 단백질체학(proteomic) 연구와 약품 개발 실험에 있어서, 그리고 기타 생물 공학 용례에 있어서, 다양한 실험 절차에서 실험용 시료를 다루기 위해 자동화된 액체 취급기가 사용되고 있다. 액체 취급기는, 예컨대 생물 공학 및 약학에서의 액체 분석 절차, 시료 조제, 화합물 분배 등에 사용되고 있다. 통상, 다수의 시료 보존용 용기 또는 웰의 어레이가 있는 시료 보존용 플레이트가 사용되고 있다. 예컨대, 광범위하게 사용되는 시료 보존용 웰 플레이트 중 하나는 8 ×12 웰 패턴에 96개의 딥 웰(deep well)이 X-Y 어레이로 배열되어 있다. 상이한 시료 웰의 어레이를 갖는 다른 웰 플레이트도 알려져 있다. 통상, 플레이트는 일체로 성형된 플라스틱 구조로서, 주변의 스커트형 벽과, 상부의 정상벽 및 인접한 웰로부터 일정 간격을 두고 상기 정상벽에 매달려 있는 다수의 개별적인 시료 보존용 웰을 포함한다.

어떤 용례에 있어서는, 시료 보존용 웰에 있는 시료를 강하된 온도로 또는 상승된 온도로 유지하는 것이 요망된다. 웰 플레이트 내의 시료에 열을 공급하거나 시료로부터 열을 제거하는 데에는 펠티에 효과(peltier effect)를 이용하는 장치를 사용하였다. 펠티에 효과를 이용하면, 전류의 인가에 응하여 2개의 금속의 접합점에서 열이 발생되거나 흡수된다. 공지의 장치에서, 웰 플레이트는 하나 이상의 펠티에 효과 모듈에 의해 가열되거나 냉각되는 열전도성 블록 또는 플레이트 상에 배치된다. 상기 웰 플레이트는 단열 덮개에 의해 덮이거나 하나 이상의 펠티에 효과 모듈에 의해 가열 또는 냉각되는 제2 열전도성 블록 또는 플레이트 아래에 배치될 수 있다.

이러한 공지의 시스템들의 경우, 웰 플레이트 내의 시료를 효율적으로 일관되게 냉각하거나 가열하는 것이 불가능하였다. 웰 플레이트의 플라스틱 재료는 양호한 열전도체가 아니다. 그 결과, 웰 플레이트의 상부 및/또는 저부에서 가열되거나 냉각된 플레이트 또는 블록은 플레이트 웰 내의 시료와의 열 전달 관계가 좋지 않다. 열은 주로 수직 방향으로 전달된다. 딥 웰 플레이트는 약 1.5 인치 깊이의 웰을 갖고, 이 결과 보존된 시료 부분과 플레이트의 상부 또는 하부에 있는 열원 또는 열 드레인 사이의 수직 방향 간격이 크게 된다. 웰 플레이트가 대기 온도로부터 엄격히 격리되면, 공지의 시스템은 결국에는 시료를 아주 일정한 온도로 유지할 수 있지만, 열 전달이 좋지 않기 때문에 상당한 시간을 요한다. 이것이 심각한 단점인데, 그 이유는 시간 지연이 높은 처리 스루풋(throughput)을 방해하여, 분석을 위해 조제된 시료의 열화나 변성을 초래할 수 있기 때문이다.

본 발명의 주목적은 웰 플레이트의 웰 내에 있는 시료로 또는 시료로부터 열을 전달하는 장치를 개선하는 것이다. 다른 목적은 고도로 균일하게 그리고 비교적 짧은 시간 내에 시료 웰을 가열하거나 냉각할 수 있는 웰 플레이트 열 전달 장치를 제공하고, 수직 방향 뿐만 아니라 측방향이나 수평 방향으로도 시료 웰에 또는 웰로부터 열을 전달하는 열 전달 장치를 제공하며, 과거에 사용된 장치의 단점을 극복한 웰 플레이트 열 전달 장치를 제공하는 것이다.

간단히 말해서, 본 발명에 따르면, 웰 둘레에 예정된 패턴의 공간이 있는 어레이에 서로 일정 간격을 두고 배치된 복수 개의 수직 연장형 시료 보존용 웰을 갖는 타입의 웰 플레이트를 위한 열 전달 장치가 제공된다. 상기 열 전달 장치는 베이스 패널과 이 베이스 패널에 열 전달 관계로 부착된 복수 개의 수직 연장형 핀(pin)이 있는 열 전달 코움(comb)을 포함한다. 상기 핀은 웰 플레이트의 웰 둘레의 예정된 패턴의 공간과 일치하도록 배열된다. 열을 공급하거나 흡수하는 소스는 열 전달 상태로 열 전달 코움에 근접하여 있다.

본 발명은 상기 및 기타의 목적과 단점과 함께 도면에 예시된 본 발명의 바람직한 실시예의 이하의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해될 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 구성되어 시료 보존용 웰 플레이트 내의 시료를 냉각하거나 가열하는 데에 사용되는 열 전달 장치의 사시도.

도 2는 도 1의 열 전달 장치의 구성 요소를 축척으로 도시한 분해 사시도.

도 3은 열 전달 장치의 열 조립체의 분해 사시도.

도 4는 열 조립체의 열 전달 코움의 분해 사시도.

도 5는 열 조립체의 단열 재킷의 사시도.

도 6은 딥 웰 시료 플레이트가 적소에 있는 열 전달 코움의 일부 절취 사시도로서, 웰 플레이트의 일부를 제거하여 열 전달 코움을 나타내고 있다.

이제, 도면, 먼저 도 1과 도 2를 참조하면, 전체적으로 참조 번호 10으로 지시되고 본 발명의 원리에 따라 구성된 열 전달 장치가 도시되어 있다. 상기 열 전달 장치는 베이스 하우징(12)과 96개 웰의 딥 웰 마이크로티터(microtiter) 플레이트(18; 도 6)를 한 쌍 수용하도록 되어 있는 웰 플레이트 챔버(16)를 둘러싸는 정합용 덮개(14)를 포함하며, 상기 딥 웰 마이크로티터 플레이트는 전체적으로 참조 번호 20으로 지시되고 하우징(12) 내에 장착되는 열 조립체에 의해 냉각되거나 가열된다.

웰 플레이트(18) 중 1개가 도 6에 도시되어 있다. 웰 플레이트는 일체로 형성된 플라스틱 구조이며, 정상벽(22)과, 하부 에지(26)가 있는 주변 측부 또는 스커트형 벽(24)을 포함한다. 다수의 상부 개방식 시료 보존용 웰(28)은 정상벽(22)에 매달려 있다. 각 웰(28)에는 원통형 측벽과 폐쇄된 저부벽이 있다. 상기 웰(28)은 규칙적인 어레이에 있으며, 각 웰은 인접한 웰로부터 균일한 간격을 두고 있다. 예시된 구성에서, 열 전달 장치(10)는 약 1.5 인치의 깊이를 갖는 웰이 있는 2개의 플레이트(18)를 수용하며, 웰(28)은 8 ×12 웰 패턴에 96개 웰이 X-Y 어레이로 배열되어 있다. 본 발명의 원리는 플레이트가 더 많거나 적은 다른 구조에도 적용될 수 있으며, 상기 플레이트는 예컨대 더 많거나 적은 웰(28)을 갖는 다양한 구조일 수 있다. 각 웰(28)은 4개의 수직 연장형 개방 공간(30)에 의해 둘러싸여 그 측면에 위치한다. 웰 플레이트(18)와 각 공간(30)은 저부가 개방되어 있다. 예시된 8 ×12 웰 패턴에서, 상기 공간(30)은 9 ×13 패턴으로 되어 있다.

열 조립체(20; 도 3)는 주변 플랜지(34)가 있는 거의 평탄한 평면의 단열 재킷(32)을 포함한다. 한 쌍의 모듈 소켓(36)은 재킷(32)의 상부면(38)과 하부면(40) 사이에서 연장된다. 펠티에 효과 모듈(42)은 각 모듈 소켓(36)에 안착되며, 재킷의 상부면(38)과 하부면(40)에서 노출된다. 전도체(44)는 모듈(42)을 전원에 상호 접속시키며, 이 전원은 모듈(42)을 선택적으로 작동시켜 모듈(42)의 상부와 저부 사이에서 열을 상방 또는 하방으로 전달한다.

히트 싱크(46)에는 평탄한 상부면(48)이 있으며, 이 상부면은 펠티에 효과 모듈(42)의 저부와 열 전달 접촉 상태로 재킷(32)의 하부면(38) 아래에 위치한다. 상기 상부면(48)으로부터 하방으로 핀(fin; 50)이 연장되어 히트 싱크(46)의 표면적과 열 소산 능력을 증대시킨다.

팬 조립체(52)는 팬(56)과 정렬된 중앙 개구가 있는 선반 또는 덮개(54)를 포함한다. 상기 핀(50)은 하우징(12) 내에서 선반(54)에 수용된다. 하우징(12)은 저부벽(58), 단부벽(60) 및 측벽(62)을 포함한다. 팬(56)이 작동되면, 공기는 단부벽(60)의 유동 개구, 개구(54) 및 단부벽(60)의 배출 개구(66)와 측벽(62)의 배출 개구(68)를 통해 이동한다. 상기 유동 개구(64)는 핀(50; 도 1)의 단부와 정렬되며, 공기는 핀(50)의 표면을 가로질러 유동하여 히트 싱크(46)로부터 열을 제거 하거나 히트 싱크에 열을 제공한다.

본 발명에 따르면, 열 전달 코움(70)이 웰(28)에 열을 전달하거나 웰로부터 열을 전달한다. 상기 코움(70)은 거의 평탄한 베이스 패널(72)과 복수 개의 직립형 핀(pin; 74)을 포함한다. 베이스 패널(72)은 재킷(32)의 주변 플랜지(34) 내에서 상부면(38) 상에 수용되어 펠티에 효과 모듈(42)의 상부면과 접촉하게 된다. 핀(74)은 베이스 패널(72)과 양호한 열 전달 접촉 상태에 있다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 베이스 패널(72)은 구멍(76)의 어레이를 포함하고, 바람직한 구성에 있어서 상기 핀(74)은 구멍(76)내에 간섭 끼워맞춤으로 압입된다.

모듈(42)이 작동되어 모듈(42)의 상부로부터 멀어지게 열을 이동시키는 경우, 핀(74)을 포함하는 코움(70)은 대기 온도보다 충분히 낮은 온도로 급냉된다. 열은 히트 싱크(46)에 의해 그리고 팬(56)에 의해 이동된 공기에 의해 제거된다. 모듈(42)이 작동되어 모듈(42)의 상부를 향해 열을 이동시키는 경우, 핀(74)을 포함하는 코움(70)은 대기 온도보다 충분히 높은 온도로 가열된다. 열은 히트 싱크(46)에 의해 그리고 팬(56)에 의해 이동된 공기에 의해 공급된다.

열 전달 코움(70)의 핀(74)은 각 시료 보존용 웰(28)로 또는 웰로부터 빠르고 효율적으로 열을 전달하도록 배열되어 있다. 핀(74)의 배열은 공간(30)의 배열과 동일하다. 웰 플레이트(18)가 웰 플레이트 챔버(16) 내에 위치되는 경우, 핀(74)은 각 공간(30) 내로 상방 연장된다. 각 웰(28)은 4개의 핀(74)의 측면에 위치하여 그들에 의해 둘러싸이며, 핀은 웰(28)의 거의 전체 수직 깊이에 걸쳐 수직으로 연장된다. 웰(28) 내에 보존된 시료의 모든 부분은 주위의 4개의 핀(74)에 근접하게 되어, 열은 각 시료 웰(28)의 내용물과 그 주위의 핀(74) 사이의 단거리를 수평으로 전달된다. 거리가 짧고 간섭이 작은 수평의 열 전달 경로는 보존된 시료가 빠르고 균일하게 냉각되거나 가열되는 것을 보장한다.

재킷(32)은 열 전달 코움(70)의 베이스 패널(72)과 접촉하는 온도 센서를 유지할 수 있는 패드 부분(78)을 포함한다. 센서는, 예컨대 열 전달 장치(10)의 작동을 모니터링하는 데에 사용되는 신호를 제공할 수 있다.

덮개(14)는 챔버(16) 내의 웰 플레이트(18) 위에 위치되어 챔버(16)로부터의 열의 방출이나 챔버(16)로의 열의 유입을 감소시키고 웰(28) 내의 시료의 냉각이나 가열에 일조한다. 상기 덮개(14)에는 시료 웰(28)의 개방 상부와 정렬된 구멍(80)이 있다. 상기 구멍(80)은 웰(28), 예컨대 자동화된 액체 취급기의 프로브나 수동식 피펫(pipette)의 팁에 대한 통로를 제공한다.

본 발명을 도면에 도시된 본 발명의 실시예의 세부 구조를 참조하여 설명하였지만, 이들 세부 구조는 첨부된 청구 범위에서 청구된 본 발명의 범위를 한정하도록 의도된 것은 아니다.

Claims (14)

1. 웰 둘레에 예정된 패턴의 공간이 있는 어레이에 서로 소정 간격을 두고 배치된 복수 개의 수직 연장형 시료 보존용 웰을 갖는 타입의 웰 플레이트용 열 전달 장치로서,

   베이스 패널과, 이 베이스 패널에 열 전달 관계로 부착된 복수 개의 수직 연장형 열전도성 핀이 있는 열 전달 코움(comb)을 구비하며,

   상기 핀은 웰 플레이트의 웰 둘레에 예정된 패턴의 공간과 대응하도록 배치되고,

   열을 공급하거나 흡수하는 소스가 상기 열 전달 코움에 근접하여 열을 전달하는 것인 열 전달 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 웰 플레이트는 각 X행에 n개의 웰이 있고 각 Y열에 m개의 웰이 있는 직선의 행과 열의 X-Y 웰 어레이를 갖고, 상기 핀은 각 X행에는 n+1개 이상의 핀이, 그리고 각 Y열에는 m+1개 이상의 핀이 있는 직선의 행과 열 어레이로서 배열되어 있는 것인 열 전달 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 핀은 각 X행에는 n+1개의 핀이 있고 각 Y열에는 m+1개의 핀이 있는 어레이로 배열되어 있는 것인 열 전달 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소스는 상기 베이스 패널의 하부측과 열 전달 상태로 접촉하는 펠티에 효과 모듈을 구비하는 것인 열 전달 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 펠티에 효과 모듈의 하부측과 열 전달 상태로 접촉하는 히트 싱크를 더 구비하는 것인 열 전달 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 히트 싱크를 가로질러 공기를 이동시키는 팬을 더 구비하는 것인 열 전달 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 베이스 패널에는 소정 패턴의 구멍이 있고, 이 구멍 중 1개 이상에 상기 핀이 수용되는 것인 열 전달 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 핀은 상기 구멍 내로 압입되는 것인 열 전달 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 열을 공급 및 흡수하는 소스는,

   하나 이상의 모듈 소켓을 수용하는 단열 재킷과,

   상기 소켓 내에 안착되고, 상기 단열 재킷의 상부와 저부에 노출되는 상부면과 하부면이 있는 펠티에 효과 모듈과,

   상기 모듈의 하부면 또는 상부면에 근접하여 열 전달 상태로 상기 재킷의 하부 또는 상부에 있는 히트 싱크

   를 구비하며, 상기 열 전달 코움의 베이스 패널은 상기 펠티에 효과 모듈의 상부면과 열 전달 관계로 상기 단열 재킷의 상부에 지지되는 것인 열 전달 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 열 전달 코움을 둘러싸는 단열 덮개를 더 구비하는 것인 열 전달 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 단열 덮개에는 웰 플레이트의 웰에 대응하는 행과 열의 웰 진입용 개구가 있는 것인 열 전달 장치.
12. 제9항에 있어서, 상기 히트 싱크를 둘러싸는 베이스 하우징과, 상기 베이스 하우징을 통해 그리고 상기 히트 싱크를 가로질러 공기를 이동시키는 팬을 더 구비하는 것인 열 전달 장치.
13. 제8항에 있어서, 상기 단열 재킷 내에 온도 센서를 유지할 수 있는 패드 부분을 더 구비하는 것인 열 전달 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 온도 센서는 열 전달 상태로 상기 열 전달 코움에 근접해 있는 것인 열 전달 장치.

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