KR100696138B1 - 화학적 또는 생물학적 반응을 수행하기 위한 장치 - Google Patents

화학적 또는 생물학적 반응을 수행하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수개의 반응 용기를 갖는 마이크로타이터 판을 수용하기 위한 반응 용기 수용 부재로 화학반응 또는 생물학적 반응을 수행하기 위한 장치에 관한 것으로서 반응 용기 수용 부재는 개개의 반응 용기를 수용토록 규칙적인 패턴으로 배열된 수개의 오목부, 반응 용기 수용 부재를 가열하기 위한 가열 장치, 및 반응 용기 수용 부재를 냉각시키기 위한 냉각 장치를 갖고 있다.
본 발명은 반응 용기 수용 부재가 수개의 세그먼트로 분할되어 있는 것을 특징으로 한다. 개개의 세그먼트는 열적으로 서로 분리되어 있으며, 각각의 세그먼트는 다른 것과 무관하게 작동될 수 있는 가열 장치가 할당되어 있다.
반응 용기 수용 부재의 세그먼테이션에 의하여 대역이 상이한 온도로 설정되어 유지되는 것이 가능하다. 반응 용기 수용 부재는 표준 마이크로타이터 판에 적당하기 때문에, 본 발명에 따른 장치는 현존하는 공정 순서에 통합될 수도 있다.
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반응 용기, 반응 용기 수용 부재, 마이크로타이터 판

Description

화학적 또는 생물학적 반응을 수행하기 위한 장치{Device for carrying out chemical or biological reactions}
본 발명은 반응 용기를 수용하기 위한 반응 용기 수용 부재로 화학적 또는 생물학적 반응을 수행하기 위한 장치에 관한 것으로서, 상기 반응 용기 수용 부재는 반응 용기를 수용하기 위하여 규칙적인 패턴으로 배열된 수개의 오목부, 반응 용기 수용 부재를 가열하기 위한 가열장치, 및 반응 용기 수용 부재를 냉각시키기 위한 냉각 장치를 갖고 있다.
그와 같은 장치는 열순환 장치로서 기술되며 특정 온도 순환을 일으키기 위하여, 즉 반응 용기에서 예정된 온도를 설정하여 예정된 시간 간격을 유지하기 위하여 사용된다.
이러한 유형의 장치는 미국 특허 제5525300호에 알려져 있는데, 이 장치는 네개의 반응 용기 수용 부재를 갖고 있으며, 각각의 반응 용기 수용 부재는 규칙적인 패턴으로 배열된 오목부를 갖고 있다. 오목부의 패턴은 표준 마이크로타이터 판의 반응 용기의 공지 패턴에 해당하며, 반응 용기를 갖는 마이크로타이터 판은 오목부에 삽입될 수 있다.
반응 용기 수용 부재의 가열 및 냉각 장치는 반응 용기 수용 부재상으로 연 장되는 온도 기울기가 발생될 수 있도록 설계되어 있다. 이는 온도 순환동안 상이한 온도가 개개의 반응 용기에서 얻어질 수 있음을 의미한다. 이는 상이한 온도에서 동시에 일정한 실험을 수행하는 것을 가능하게 한다.
상기 온도 기울기는 PCR 반응의 최적 신장 온도, 최적 어닐링 온도 및 최적 변성 온도를 결정하는 데 사용된다. 이를 달성하기 위하여 동일한 반응 혼합물이 개개의 반응 용기에 주입되고, PCR 반응을 수행하는데 필요한 온도 순환이 실행된다. 그와 같은 온도 순환은 반응 혼합물을 통상 90-95℃인 변성 온도로 가열하고, 통상 40-60℃인 어닐링 온도로 냉각시키고, 통상 70-75℃인 신장 온도로 가열하는 것으로 구성되어 있다. 이러한 유형의 순환은 여러번 반복되어 예정된 DNA 서열의 증폭에 이르게 된다.
온도 기울기는 설정될 수 있기 때문에, 상이하지만 예정된 온도가 개개의 반응 용기에 설정된다. 순환의 종료후, 반응 생성물의 도움으로 PCR 반응이 사용자에게 최적결과를 주게되는 온도를 측정할 수 있다. 그 결과는 예컨대 생성물의 양 또는 생성물의 질에 대해서 최적화 될 수도 있다.
프라이머(primer)가 첨가되는 어닐링 온도는 그 결과에 강력한 영향을 끼친다. 그러나 신장 온도는 또한 그 결과에 유익한 효과 또는 역효과를 끼칠 수 있다. 높은 신장 온도에서, 염기의 첨가가 촉진되고, 오차 확률이 온도 상승에 따라 증가된다. 이 외에, 중합효소의 수명은 높은 신장 온도에서 짧다.
온도 기울기가 설정될 수 있는 열순환 장치는 반응 혼합물이 단일 열순환 장치에서 상이한 온도에서 동시에 순환을 겪을 수도 있기 때문에 소망하는 온도를 측 정하는 것을 보다 용이하게 한다.
PCR 반응의 성공을 위한 다른 중요한 파라미터는 변성, 어닐링 및 신장에 대한 개개의 온도에서의 잔류 시간, 및 온도 변화의 속도이다. 공지 장치에 의하면, 이들 파라미터는 개개의 반응 용기 홀더에 대한 시험 시리즈에서는 변경될 수 없다. 상이한 잔류시간 및 변화의 속도를 시험하고자 하는 경우, 이는 하나의 열순환 장치에서 연속적으로 또는 수개의 열순환 장치에서 동시에 행하는 수개의 시험 시리즈에서 이루어 질 수 있다.
이러한 목적을 위하여, 각각 냉각 장치, 가열 장치 및 제어 장치(미국 특허 제5525300호 참조)가 설치되어 있는 수개의 반응 용기 수용 부재를 갖는 소위 다중 블럭 열순환 장치가 있다. 시험하고자 하는 반응 혼합물은 서로 무관하게 시험하기 위하여 수개의 마이크로타이터 판에 분포되어야만 한다.
최적 잔류시간 및 온도변화의 속도를 측정하기 위하여, 수개의 열순환 장치 또는 다중 블럭 열순환장치를 가지거나 또는 수개의 연속 시험 시리즈에서 시험을 수행할 필요가 있다. 수개의 열순환 장치의 취득 또는 다중 블럭 열순환 장치의 취득에는 비용이 많이 소요되고 수개의 연속 시험 시리즈의 수행에는 지나치게 긴 시간이 걸린다. 이외에, 수개의 마이크로타이터 판의 반응 용기의 일부분만이 충전되는 경우 처리하기가 어려우며, 마이크로타이터 판의 각각은 시험되어 개개의 시험시리즈에서 최적화된다. 이는 자동적으로 조작되는 장치의 경우에 특히 불리한데, 이 경우 반응 혼합물은 수개의 마이크로타이터 판이 개별적으로 처리되어야만 하기 때문에 추가적인 조작을 받아야만 한다. 또한 마이크로타이터 판의 반응 용기의 일 부분만이 충전되는 경우 예컨대 반응 생성물을 전기 이동 장치에 이송하기 위한 샘플 코움(comb) 같은 추가적인 처리를 위한 장치가 마이크로타이터 판의 격자에 종종 배치되기 때문에 아주 실제적이 아니며 이는 마이크로타이터 판의 반응 용기의 일부분만이 사용되는 경우 추가적인 처리가 제한된다는 것을 의미한다.
미국 특허 제5819842호에는 수개의 샘플을 개별적으로 제어하면서 가열하기 위한 장치가 기술되어 있다. 이 장치는 장치 표면에 격자 패턴으로 배열되는 수개의 평탄한 가열부재를 갖고 있다. 가열부재의 아래에는 모든 가열부재상으로 연장되는 냉각장치가 형성되어 있다. 조작시, 특별하게 설계된 샘플판이 장치 표면에 위치된다. 이 샘플판은 필름에 의하여 아래쪽이 커버된 격자판을 갖고 있다. 샘플은 격자판의 오목부에 주입된다. 이 장치에 있어서 샘플은 오직 필름에 의해서만 분리된 개개의 가열부재에 놓인다. 이 수단에 의하여 직접 열전달이 달성된다. 그러나 이 장치의 단점은 일반적으로 입수 가능한 마이크로타이터 판이 사용될 수 없다는 점이다.
생물공학에 있어서 자동화의 증가로 인하여, 열순환 장치는 수개의 작업장소중의 하나로서 로보트와 함께 자동화 생산라인에서 점증적으로 사용되고 있다. 여기에서 샘플이 하나의 작업장소로부터 그 다음 작업장소까지 마이크로타이터 판으로 통과되는 것이 통례이다. 미국 특허 제5819842호에 따른 장치가 그와 같은 자동화 생산 공정에 사용되는 경우, 샘플이 온도 조절전에는 피펫에 의하여 마이크로타이터 판으로부터 특수하게 설계된 샘플판으로 그리고 온도 조절후에는 샘플판으로부터 마이크로타이터 판으로 옮겨지게 할 필요가 있게 된다. 이 경우 샘플이 오염될 위험이 있다. 따라서 이와 같이 특수하게 설계된 샘플판의 사용은 아주 불리한 것으로 고려되어야만 한다.
WO 98/20975 에는 서로 개별적으로 작동될 수 있는 네개의 세그먼트로 분활된 열순환 장치가 기술되어 있다. 개개의 대역은 상이하게 작동되며, 그 다음 온도 기울기가 열순환 장치의 광범위한 대역에 걸쳐 발생된다.
미국 특허 제 5716842호는 곡류 반응 체임버를 갖는 소형화 열순환 장치에 관한 것이다. 이 경우, 반응 체임버의 개개의 부분은 상이한 온도로 설정되므로 반응액이 반응 체임버를 통하여 흐르는 경우 반응액은 위치에 따라 온도 변화를 받게되고 예정된 온도 분포를 따른다. 이 온도 분포는 반응액이 PCR 공정을 수행하도록 설정된다.
미국 특허 제 4950608호는 수직 방향으로 가장 균일한 온도 분포가 보증되도록 히트 파이프가 통합되어 있는 온도 제어 블럭을 갖는 열순환 장치를 보여주고 있다. 상기 히트 파이프는 본 발명의 실시예에 기술되어 있는 히트 파이프에 해당하는 것으로서 온도 평형 부재로서 작용한다. 상기 온도 제어 블럭의 하측에는 가열 부재와 냉각 체임버가 제공되어 있으며, 이에 의하여 온도 제어 블럭이 적당히 가열되거나 냉각될 수 있다.
EP 0 488 769 A2 호에는 온도 제어 대역이 중앙 대역과 외측 대역으로 분할되어 있는 열순환 장치가 도시되어 있으며, 이 경우 외측 대역은 중앙 대역과 무관하게 작동될 수 있다. 일반적으로 외측 대역은 외측 대역에서 큰 열 유출을 보상하도록 중앙 대역보다 큰 가열 동력으로 작동된다. 이는 전체 온도 제어 대역에 걸쳐 균일한 온도 설정을 제공하여 준다.
본 발명은 상술한 단점이 회피되고 PCR 공정의 파라미터가 대단한 적응성으로 최적화 될 수 있는 그러한 방식으로 상술한 장치를 개발하고자 하는데 그 목적이 있다.
상술한 본 발명의 목적은 청구항 1에서 상세히 기재된 특징에 의하여 달성되며, 부가적인 특징은 종속항에 기재되어 있다.
본 발명은 반응 용기 수용 부재가 수개의 세그먼트로 분할되어 있고, 개개의 세그먼트는 열적으로 분리되고, 각각의 세그먼트는 독립적으로 작동될 수 있는 가열 장치가 제공되어 있다는 사실에 의하여 특징이 있다.
이와 같은 수단에 의하여, 장치의 개개의 세그먼트는 서로 독립하여 상이한 온도로 설정될 수 있다. 이는 세그먼트에서 상이한 온도 수준을 설정 가능하게 함은 물론 세그먼트가 시간의 길이를 변경시키도록 유지되거나 상이한 변화 속도로 변경되게 하는 것을 가능하게 한다. 따라서 본 발명에 따른 장치는 PCR 공정에 결정적인 모든 물리적 파라미터의 최적화를 가능하게 하며, 최적화 방법은 마이크로타이터 판이 삽입될 수 있는 단일 반응 용기 수용 부재에서 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 장치에 의하면, 상기 목적을 위하여 반응 혼합물을 상이한 마이크로타이터 판에 분포시킴이 없이 잔류시간과 온도 변화의 속도를 최적화 하는 것이 또한 가능하다.
본 발명에 따른 열순환 장치는 수개의 상이한 프라이머가 사용되는 다중 PCR 공정을 최적화 하는데 특히 적당하다.
본 발명에 따른 상기 목적, 특징 및 이점은 바람직한 실시예 및 첨부도면에 의하여 보다 잘 이해 할 수 있을 것이다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 화학 반응 또는 생물학적 반응을 수행하기 위한 본 발명의 장치의 단면도.
도 2 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 화학 반응 또는 생물학적 반응을 수행하기 위한 본 발명의 장치의 단면도.
도 3 은 도 2 의 장치의 개략적 평면도.
도 4 는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 장치의 개략적 평면도.
도 5 는 도 4 의 장치의 A-A 선 단면도.
도 6 - 9 는 상이한 세그먼테이션을 갖는 반응 용기 수용 부재의 개략적 평면도.
도 10 은 고정 프레임의 평면도.
도 11 은 반응 용기 수용 부재의 세그먼트가 도 10 에 따른 고정 프레임에 의하여 고정되어 있는 본 발명의 장치의 단면도.
도 12 는 반응 용기 수용 부재의 세그먼트가 도 10 에 따른 고정 프레임에 의하여 고정되어 있는 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치의 단면도.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 화학 반응 또는 생물학적 반응을 수행하기 위한 본 발명의 장치(1)의 개략적 단면도를 나타낸 것으로서, 상기 장치(1)는 저면(3)과 측벽(4)이 형성된 하우징(2)을 갖고 있다. 상기 저면(3)의 바로 위에서 저면(3)과 평행하게 설치되어 있는 것은 수개의 기부(5a)가 형성되어 있는 중간벽(5)이다. 도 1 에 도시한 실시예에서, 전체 여섯개의 기부(5a)가 세개씩 두줄로 배열되어 있다.
각각의 기부(5a)에는 열 교환기(6), 펠티에 부재(7) 및 반응 용기 수용 부재(9)의 세그먼트(8)가 설치되어 있다. 열 교환기(6)는 냉각 장치의 일부분이고, 펠티에 부재(7)는 결합된 가열 및 냉각 장치의 일부분이다. 기부(5a)에 설치된 부재(열 교환기, 펠티에 부재, 세그먼트)는 우수한 열전도성을 갖는 접착 수지에 의하여 결합되어 있다. 따라서 이들 부재 사이에는 양호한 열 전달이 실현된다. 또한 이들 부재는 세그먼트 부재(10)에 견고하게 연결되어 있다. 장치(1)는 그와 같은 세그먼트 부재(10)를 전부 여섯 개 갖고 있다. 접착 수지 대신에 열 전도성 필름 또는 열 전도성 페이스트가 또한 제공될 수도 있다.
반응 용기 수용 부재(9)의 세그먼트(8) 각각은 관상의 얇은 벽 반응 용기 홀더(12)가 일체로 형성되어 있는 기부판(11)을 갖고 있다. 도 1 에 도시한 실시예에서 각각의 경우 4 ×4 크기의 반응 용기 홀더(12)가 기부판(11)에 배열되어 있다. 인접하는 세그먼트(8) 사이의 거리는 모든 세그먼트(8)의 반응 용기 홀더(12)가 일정한 격자 간격(D)으로 일정한 패턴으로 배치되는 그러한 거리이다. 격자간격(D)은 표준화 마이크로타이터 판과 그의 반응 용기가 반응 용기 홀더(12)에 삽입될 수 있 도록 선택된다.
인접하는 세그먼트 사이에 거리(d)를 제공함으로서, 열적으로 세그먼트(8)와 세그먼트 부재(10)를 각각 분리하는 공기갭이 형성된다.
도 1 에 도시한 장치의 반응 용기 홀더(12)는 전체 96개의 반응 용기 홀더를 갖는 격자를 형성하며 반응 용기 홀더(12)가 12개씩 8줄로 배치되어 있다.
펠티에 부재(7)는 각각 제 1 제어 유니트(13)에 전기적으로 연결되어 있고, 열 교환기(6)의 각각은 분리된 냉각회로(14)를 경유하여 제 2 제어 유니트(15)에 연결되어 있다. 사용되는 냉각 매체는 예컨대 물이며, 이는 열 교환기(6) 중의 하나에 이송되기 전에 냉각 온도 제어 유니트에서 냉각된다.
제 1 제어 유니트 및 제 2 제어 유니트는 온도 순환이 장치에서 실행되도록 제어하는 중앙 제어 유니트(16)에 연결되어 있다. 각각의 냉각 회로(14)에는 제어밸브(19)가 삽입되어 있는데, 상기 제어 밸브(19)는 각각의 냉각 회로(14)를 개폐하도록 중앙 제어 유니트(16)에 의하여 제어된다.
하우징(2)에 피벗 가능하게 부착되어 있는 것은 펠티에 부재, 가열 필름 또는 반도체 가열 부재 형태의 추가적인 가열 부재(18)가 설치될 수 있는 커버(17)이다. 가열부재(18)는 커버 가열 부재를 형성하며, 각각의 커버 가열 부재는 세그먼트(8)가 제공되어 제 1 제어 유니트(13)에 개별적으로 연결되어 있어 각각의 가열부재(18)는 개별적으로 작동될 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 작동 모드를 상세히 설명하면 하기와 같다.
작동 모드에는 세가지가 있다.
제 1 작동 모드에서, 모든 세그먼트는 동일한 온도로 설정된다. 즉 동일한 온도 순환이 모든 세그먼트에 계속된다, 이 작동 모드는 통상적인 열순환 장치의 작동에 해당한다.
제 2 작동 모드에서, 세그먼트는 상이한 온도로 작동되는데, 이 경우 온도는 인접하는 세그먼트(8)의 온도 차이(△T)가 예컨대 5-15℃에 해당하는 예정된 값(K)이하가 되도록 제어된다. 상기 예정된 값(K)에 대하여 선택될 값은 열적 분리의 질에 달려 있다. 열적 분리가 양호하면 할수록 값(K)에 대하여 선택 될 수 있는 값은 그 만큼 크다.
사용자에 의하여 입력되는 온도 순환은 인접하는 세그먼트 사이의 온도 차이가 가능한 적게 유지되도록 중앙 제어 유니트(16)에 의하여 세그먼트(8)에 자동적으로 분배될 수 있다.
상기 제 2 작동 모드에는 사용자가 단일 온도 순환 또는 PCR 순환만을 입력하고 중앙 제어 유니트(16)는 상기 순환을 자동적으로 변경시키는 기능이 제공될 수도 있다. 예컨대 온도, 잔류시간 또는 온도 변화의 속도 같은 변경될 파라미터는 개별적으로 또는 혼합하여 사용자에 의하여 선택될 수도 있다. 파라미터의 변경은 직선 또는 S자형 분배에 의하여 달성된다.
제 3 작동 모드에서, 세그먼트의 일부분 만이 작동된다.
평면도(도3,4,6,7,8, 및 9)에서, 세그먼트(8)는 측변부(20)를 갖고 있다. 제 3 작동 모드에서, 작동된 세그먼트(8)의 측변부에 인접한 세그먼트(8)는 작동되지 않는다. 세그먼트(8) 자체가 규칙적인 패턴(도3,4,6,7, 및 8)을 형성하는 경우, 작 동된 세그먼트는 체스판 패턴으로 분배된다. 도 1 - 4에 도시한 실시예에서 여섯개의 세그먼트(8)중 세개의 세그먼트가 작동될 수 있다. 즉 일측 줄의 두개의 외측 세그먼트 및 타측 줄의 중간 세그먼트가 작동될 수 있다.
상기 작동 모드에서, 작동한 세그먼트는 다른 세그먼트에 의하여 영향을 받지 않으며, 그들의 온도는 다른 작동된 세그먼트와 완전히 무관하게 설정될 수도 있다. 이와 같은 수단에 의하여 예컨대 변성 온도까지 가열된 세그먼트 중의 하나 및 어닐링 온도로 유지된 세그먼트 중의 다른 하나에 대하여 아주 상이한 온도 순환을 운전하는 것이 가능하다. 따라서 잔류시간, 즉 변성 온도, 어닐링 온도 및 신장 온도가 유지되는 시간 간격, 또한 온도 변화의 속도가 소망하는 데로 설정되고 개개의 세그먼트에 대하여 동시에 운전되게 할 수 있다. 이와 같이하여 온도뿐만 아니라 잔류시간 및 온도 변화의 속도를 최적화 할 수 있다.
상기 작동 모드에서, 온도가 인접하는 작동된 세그먼크의 최하 온도 범위에 대략 놓이도록 작동되지 않은 세그먼트(8)를 조금 가열하는 것이 편리해 질수도 있다. 이는 작동된 세그먼트를 위한 열싱크를 형성하여 그들의 온도 분포에 악영향을 미치는 작동되지 않은 세그먼트를 회피하여 준다.
본 발명에 따른 장치의 제 2 실시예는 도 2 및 도 3 에 도시되어 있다. 기본적인 디자인은 도 1 의 디자인에 해당하므로 동일한 부품에는 동일한 번호를 부여 하였다.
제 2 실시예는 하우징(2)의 측벽(4)에 인접한 세그먼트(8)의 측변부(20)가 측벽(4)의 내측면의 둘레로 연속되는 슬로트(21)에 결합되어 예컨대 접착에 의하여 고정된다는 점에서 제 1 실시예와 다르다. 이 수단에 의하여 개개의 세그먼트 부재(10)는 적절히 고정되므로 세그먼트 부재(10) 사이의 갭의 형태에도 불구 하고 모든 반응 용기 홀더(12)가 마이크로타이터 판의 반응 용기의 패턴에 배열되는 것을 확실하게 하여준다. 하우징(2)의 측벽(4)은 열이 전도되지 않는 재료로 이루어진다. 또한 상기 실시예는 슬로트(21)가 하우징(2)으로부터 분리되어 형성된 프레임에 도입되도록 변형될 수도 있다. 삽입된 프레임 및 세그먼트는 제작중에 따로따로 취급될 수 있으며 가열 및 냉각 장치에 접착되는 부분을 형성한다.
제 3 실시예는 도 4 및 도 5에 개략적으로 도시되어 있다. 이 실시예에서, 열이 전도되지 않는 재료의 타이(tie)(22)는 세그먼트 부재(10) 사이의 대역 및 세그먼트 부재(10)와 하우징(2)의 측벽(4) 사이의 대역에서 세그먼트(8)의 기부판(11)의 약간 아래에 위치되어 있다. 세그먼트(8)의 측변부(20)와 기부판(11)의 측변부(20)는 하향 만곡되는 후크 부재(23)가 형성되어 있다. 이들 후크 부재(23)는 타이(22)의 대응하는 오목부에 결합되어 세그먼크(8)를 그들의 위치에 적절히 고정시킨다. 인접하는 세그먼트(8)의 후크 부재(23)는 서로에 대하여 오프셋 되어 있다. 따라서 타이(22)는 격자를 형성하고, 격자의 개구부의 각각에 세그먼트(8)가 삽입될 수 있다.
이와 같은 유형의 위치 고정은 세그먼트(8)와 타이(22) 사이의 경제 대역이 매우 적어 이에 대응하여 타이(22)를 경유하는 열 전달이 낮기 때문에 매우 유리하다. 더욱이 이와 같은 배치는 인접하는 세그먼트 부재 사이의 제한된 공간 상태에서 조차도 실현시키는 것이 용이하다.
도 6-9에서 평면도로 도시된 것은 본 발명에 따른 장치의 다른 변형을 나타내는 반응 용기 수용 부재(9)이다. 이들 반응 용기 수용 부재(9)에서, 개개의 세그먼트(8)는 단일 유니트를 형성토록 결합된 열 절연재료의 웨브(24)에 의하여 결합되어 있다. 타이(22)는 예컨대 접착에 의하여 고정되는 기부판(11)의 측변부(20) 사이에 배열되어 있다.
도 6의 반응 용기 수용 부재의 세그먼테이션은 4 ×4 크기의 반응 용기 홀더가 각각의 세그먼트(8)에 배치되어 있는 제 1 및 제 2 실시예(도 1-3)의 세그먼테이션에 해당한다.
도 7에 도시한 반응 용기 수용 부재(9)는 각각 4 ×4 크기의 반응 용기 홀더(12)를 갖는 24개의 세그먼트(8)로 구성되어 있으며, 한편 세그먼트(8)는 열 절연 웨브(24)에 의하여 연결되어 있다.
도 8에 도시한 반응 용기 수용 부재(9)에서, 각각의 세그먼트(8)는 단일 반응 용기 홀더(12)만을 갖고 있다.
비교적 세분된 반응 용기 수용 부재(9)를 위하여, 열순환 장치에 온도 센서를 통합하는 것이 편리하다. 이들 온도 센서는 세그먼트(8)의 온도가 온도 센서에 의하여 측정된 온도값에 기초하여 폐쇄 제어 루프에서 조절되도록 개개의 세그먼트의 온도를 검지한다.
예컨대 커버에 위치되는 온도 센서로서 예컨대 적외선 센서가 사용될 수도 있다. 이와 같은 센서 배치에 의하여 반응 혼합물의 온도를 직접 검지할 수 있다.
도 9는 평면도가 장방형인 여섯개의 세그먼트(8) 및 반응 용기 홀더(12)의 세개의 교차줄에 의하여 형성되는 이중 교차 형태인 세그먼트(8a)를 갖는 반응 용기 수용 부재(9)를 나타낸 것이다. 여섯개의 장방형 세그먼트(8)는 반응 용기 홀더의 줄 또는 행에 의하여 그 다음의 장방형 세그먼트로부터 각각 분리되어 있다. 이와 같은 세그먼테이션은 장방형 세그먼트(8)가 서로 접촉해 있지 않고 따라서 소망에 따라 동시에 작동될 수 있고 이중 교차 형태의 세그먼트(8a)만이 작동되지 않기 때문에 상술한 제 3 작동 모드에 대하여 특히 유리하다.
반응 용기 수용 부재(9)의 세그먼트(8)는 예컨대 알루미늄 같은 양호한 열전도 특성을 갖는 금속으로 제조된다. 열전도성이 없는 재료 또는 열절연 재료로서 상술한 재료는 플라스틱 또는 세라믹이다.
도 11은 본 발명에 따른 장치의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 이 실시예에서 반응 용기 수용 부재(9)의 개개의 세그먼트(8b)는 고정 프레임(25)(도10)에 의하여 적절히 고정되어 있다.
고정 프레임(25)은 격자 형상이며 종방향 타이(26) 및 크로스 타이(27)에 의하여 형성되며, 이 경우 타이(26, 27)는 개구부에 걸쳐있다. 이들 개구부를 통하여 세그먼트(8b)의 반응 용기 홀더(12)가 연장된다. 이 실시예에서, 타이(26, 27)는 예컨대 반응 용기 홀더(12)와 그리고 반응 용기 홀더로부터 돌출되는 기부판(11)과 포지티브 접촉을 이룬다. 고정 프레임(25)에는 구멍(28)이 형성되어 있으며 이를 통하여 고정 프레임을 열순환 장치(1)에 고정하기 위한 볼트(29)가 지나간다.
세그먼트(8b)의 각각의 아래에는 개별적으로 작동 가능한 펠티에 부재(7) 및 모든 세그먼트(8b)의 대역에 걸쳐 연장되는 냉각 부재(30)가 위치되어 있다. 냉각 부재(30)와 펠티에 부재(7) 사이 및 펠티에 부재(7)와 각각의 세그먼트(8b) 사이에는 열전도 호일(31)이 위치되어 있다. 냉각 부재(30)에는 구멍이 제공되어 있으며, 이를 통하여 볼트(29)가 연장되고 각각은 너트(32)에 의하여 반응 용기 수용 부재(9)로부터 멀리 떨어져 면하는 냉각 부재(30)의 측면에 고정되어 있다.
고정 프레임(25)은 열이 전도되지 않는 재료, 특히 POM 또는 폴리카보네이트로 제작된다. 따라서 반응 용기 수용 부재(9)의 세그먼트(8b)의 고정이 가능해진다. 이 경우 세그먼트(8b)와 냉각 부재(30) 사이의 개개의 부재가 장력하에 있으며, 이에 의하여 개개의 부재 사이에서 수직 방향으로 양호한 열전달이 확실해진다. 고정 프레임 자체는 빈약한 열전도 특성을 갖고 있기 때문에 인접하는 세그먼트(8b) 사이의 열 전달은 낮게 유지된다. 두개의 인접하는 세그먼트 사이의 추가적인 열전달의 감소를 위하여 세그먼트(8b)와 접촉하는 고정 프레임(25)의 표면에는 좁은 웨브가 형성되어 있어 상기 웨브에 인접하는 대역에서, 공기 갭이 고정 프레임(25)과 세그먼트(8b) 사이에 형성된다.
도 11에 도시한 실시예에서, 소위 히트 파이프(33)가 반응 용기 홀더(12)의 모든 두개의 줄 사이에 맞추어져 있다. 그와 같은 히트 파이프는 예컨대 미국의 더마코어 인터내셔날 회사에 의하여 배포되고 있다. 이것은 기밀 자켓으로 구성되며 소량의 유체만이 있다. 히트 파이프의 압력은 매우 낮아 액체 및 기체 집합 상태 사이에서 평형 상태에 있으며 따라서 히트 파이프의 뜨거운 부분에서 증발하고 차거운 부분에서 응축된다. 이 수단에 의하여 개개의 부분 사이의 온도는 평형을 이룬다. 사용되는 유체는 예컨대 물 또는 프레온이다.
반응 용기 수용 부재(9)의 세그먼트(8b)에서 그와 같은 히트 파이프의 통합을 통하여 온도 평형이 세그먼트(8b)에 걸쳐 달성된다. 이 수단에 의하여 동일한 온도가 전체 세그먼트(8b)에 걸쳐 존재하게 된다.
도 12에는 본 발명에 따른 열순환 장치(1)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 열순환 장치(1)의 디자인은 도 11의 것과 유사하며 따라서 유사한 부분은 동일한 참조 번호를 부여하였다.
그러나 열순환 장치(1)의 세그먼트(8c)는 히트 파이프를 갖고 있지 않다. 히트 파이프 대신에, 온도 평형판(34)이 세그먼트(8c)의 각각의 아래 대역에 제공되어 있다. 이들 온돈 평형판(34)은 세그먼트(8c) 중의 하나의 기준면에 해당하는 표면을 갖는 평탄한 부재이다. 이들 온도 평형판은 소량의 유체를 갖는 중공체이며, 히트 파이프와 동일한 원리로 작용한다. 이 수단에 의하여 세그먼트(8c)내에서 온도 변화가 없게 되는 것이 또 다시 확실해진다.
그러나 온도 평형판은 예컨대 동과 같은 매우 우수한 열전도 특성을 갖는 재료로 제작될 수도 있다. 추가적인 가열 부재 및/또는 냉각 부재, 예컨대 가열 호일, 가열 코일 또는 펠티에 부재가 그와 같은 온도 평형판에 통합될 수도 있다. 가열 및 냉각 부재는 균질성을 후원하며 보다 신속한 가열 및/또는 냉각 속도가 가능하게 한다. 일반적으로 균일한 온도 분포를 갖지 않는 펠티에 부재는 평탄한 가열부재와 결합되는 것이 바람직하다.
본 발명은 96개의 반응 용기를 갖는 마이크로타이터 판을 수용하도록 96개의 오목부를 갖는 실시예에 대하여 기술하였지만, 본 발명은 상기 오목부의 개수에 제 한되는 것이 아니다. 따라서 예컨대 반응 용기 수용 부재는 또한 대응하는 마이크로타이터 판을 수용하도록 384개의 오목부를 가질 수도 있다.
상술한 실시예에서 유체 냉각 매질을 갖는 냉각 장치가 사용되며, 본 발명의 범위내에서 유체 냉각 매질 대신에 기체 냉각 매질, 특히 공기 냉각 매질을 사용하는 것이 또한 가능하다.
상술한 반응 용기 수용 부재는 대략 관상인 반응 용기 홀더를 갖는 기부판으로 구성되어 있다. 본 발명의 범위내에서 마이크로타이터 판의 반응 용기를 수용하기 위한 오목부가 형성되는 금속 블럭을 사용하는 것이 또한 가능하다.

Claims (18)

  1. 수개의 반응 용기를 갖는 마이크로타이터 판을 수용하며, 개개의 반응 용기를 수용하도록 규칙적인 패턴으로 배치된 수개의 오목부와 반응 용기 수용 부재(9)를 가열하기 위한 가열 장치와, 반응 용기 수용 부재(9)를 냉각시키기 위한 냉각 장치를 갖는 반응 용기 수용 부재(9)로 화학 반응 또는 생물학적 반응을 수행하기 위한 장치에 있어서,
    a) 반응 용기 수용 부재(9)는 수개의 세그먼트(8)로 분할되어 있고,
    b) 각각의 세그먼트(8)는 서로 무관하게 작동될 수 있는 가열 장치가 제공되어 있고,
    c) 개개의 세그먼트(8)는 상이한 온도 수준이 두개의 인접한 세그먼트에 설정되어 유지될 수 있는 방식으로 열적으로 분리되어 있음을 특징으로 하는 화학적 또는 생물학적 반응을 수행하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 반응 용기 수용 부재(9)의 각각의 세그먼트(8)는 서로 무관하게 작동될 수 있는 냉각 장치가 제공되어 있음을 특징으로 하는 화학적 또는 생물학적 반응을 수행하기 위한 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 반응 용기 수용 부재(9)의 세그먼트(8)는 기부판(11)과 함께 단일편을 형성하는 하나 이상의 관상의 얇은 벽 반응 용기 홀더(12)를 갖는 기부판(11)으로 구성됨을 특징으로 하는 화학적 또는 생물학적 반응을 수행하기 위한 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 개개의 세그먼트(8)는 인접하는 세그먼트(8) 사이에 형성되는 공기 갭에 의하여 열적으로 분리됨을 특징으로 하는 화학적 또는 생물학적 반응을 수행하기 위한 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 개개의 세그먼트(8)는 인접하는 세그먼트(8) 사이에 형성되며 열절연체가 삽입되는 갭에 의하여 열적으로 분리됨을 특징으로 하는 화학적 또는 생물학적 반응을 수행하기 위한 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 가열 장치의 각각은 펠티에 부재(7)를 가지며, 반응 용기 수용 부재(9)의 세그먼트(8)는 펠티에 부재(7)가 제공되어 있고, 펠티에 부재(7)는 각각의 세그먼트(8)에 열적으로 연결되어 있음을 특징으로 하는 화학적 또는 생물학적 반응을 수행하기 위한 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 냉각 장치는 펠티에 부재(7)와 열 교환기(6)로 구성되고, 반응 용기 수용 부재(9)의 세그먼트(8)는 펠티에 부재(7)와 열 교환기(6)가 제공되어 있음을 특징으로 하는 화학적 또는 생물학적 반응을 수행하기 위한 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 열 교환기(6)에는 유체가 흐를 수 있는 냉각 덕트가 제공되어 있고, 개개의 열 교환기(6)의 유체 흐름은 서로 무관하게 제어될 수 있음을 특징으로 하는 화학적 또는 생물학적 반응을 수행하기 위한 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 유체는 냉각 유체, 특히 물임을 특징으로 하는 화학적 또는 생물학적 반응을 수행하기 위한 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 반응 용기 수용 부재(9)는 최소한 네개의 세그먼트(8)로 분할되어 있음으로 특징으로 하는 화학적 또는 생물학적 반응을 수행하기 위한 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 개개의 세그먼트(8)는 각각 동일한 개수의 오목부를 가짐을 특징으로 하는 화학적 또는 생물학적 반응을 수행하기 위한 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 측변부(20)에서 세그먼트(8)는 하향으로 면하는 후크 부재(23)를 갖고 있고, 이에 의하여 이들이 타이(22)에 지지됨을 특징으로 하는 화학적 또는 생물학적 반응을 수행하기 위한 장치.
  13. 제 5 항에 있어서, 각각의 세그먼트(8)는 관련 세그먼트(8)의 온도가 검지되는 온도 센서가 제공되어 있고, 세그먼트(8)의 온도는 개개의 센서에 의하여 검지되는 온도를 기초로 하여 제어됨을 특징으로 하는 화학적 또는 생물학적 반응을 수행하기 위한 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 각각의 세그먼트(8b, 8c)는 하나 이상의 온도 평형 부재(33, 34)가 제공되어 있음을 특징으로 하는 화학적 또는 생물학적 반응을 수행하기 위한 장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 가열 장치와 냉각 장치를 작동시키기 위한 제어 유니트를 가지며, 제어 유니트(15, 16)는 개개의 세그먼트(8)의 냉각 장치가 개별적으로 작동될 수 있도록 설계된 것을 특징으로 하는 화학적 또는 생물학적 반응을 수행하기 위한 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 하나의 작동 모드에서 제어 유니트(13, 15, 16)는 세그먼트의 일부분만을 작동시키며, 세그먼트(8)는 측변부(20)를 갖고 있고, 작동된 세그먼트(8)의 측변부(20)에 인접하는 세그먼트(8)는 작동되지 않음을 특징으로 하는 화학적 또는 생물학적 반응을 수행하기 위한 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 하나의 작동 모드에서 세그먼트는 인접하는 세그먼트(8) 사이의 온도차이가 예정된 온도차(△T) 보다 적도록 작동됨을 특징으로 하는 화학적 또는 생물학적 반응을 수행하기 위한 장치.
  18. 삭제
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