KR101288764B1 - 샘플 처리 장치 압축 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

샘플 처리 장치 내에 위치된 샘플 물질을 처리하기 위한 샘플 처리 시스템 및 이 시스템을 사용하는 방법이 개시된다. 샘플 처리 시스템은 시스템의 작동 동안에 샘플 처리 장치가 위치된 회전식 베이스 플레이트를 포함한다. 시스템은 또한 커버와, 샘플 처리 장치를 베이스 플레이트를 향해 가압하도록 설계된 압축 구조체를 포함한다. 바람직한 결과는, 샘플 처리 장치가 베이스 플레이트 상의 열 구조체와 접촉하도록 가압되는 것이다. 본 발명의 시스템 및 방법은 열 구조체와 샘플 처리 장치 사이의 열적 결합을 향상시키기 위해 하기의 특징부들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 형상화된 전달 표면, 자기 압축 구조체, 및 부유식으로 또는 탄성적으로 장착된 열 구조체. 본 방법은 바람직하게는 형상화된 전달 표면에 순응하도록 샘플 처리 장치의 일부분의 변형을 포함한다.
샘플 처리, 압축 구조체, 열 구조체, 자기 요소, 프로세스 챔버, 에너지원

Description

샘플 처리 장치 압축 시스템 및 방법{SAMPLE PROCESSING DEVICE COMPRESSION SYSTEMS AND METHODS}
본 발명은, 예를 들어 유전자 물질을 증폭하는 것 등을 위해 회전식 샘플 처리 장치를 사용하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
많은 다양한 화학적, 생화학적 및 기타 반응은 온도 변화에 민감하다. 유전자 증폭 분야에서의 열적 공정의 예로는 폴리머라아제 연쇄 반응(Polymerase Chain Reaction, PCR), 생거 서열결정(Sanger sequencing) 등을 들 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 다수의 샘플을 열에 의해 처리하는 시간 및 비용을 감소시키는 것에 대한 하나의 접근법은 하나의 샘플의 상이한 부분들 또는 상이한 샘플들이 동시에 처리될 수 있는 다중 챔버를 포함하는 장치를 사용하는 것이다. 정밀한 챔버간(chamber-to-chamber) 온도 제어, 동등한 온도 전이율(temperature transition rate), 및/또는 온도들 사이의 신속한 전이를 요구할 수도 있는 몇몇 반응의 예로는 예를 들어 유전 암호의 해독을 돕는 핵산 샘플의 조작을 들 수 있다. 핵산 조작 기술로는 폴리머라아제 연쇄 반응(PCR)과 같은 증폭 방법; 3SR(self-sustained sequence replication) 및 SDA(strand-displacement amplification)와 같은 목표 폴리뉴클레오티드 증폭(target polynucleotide amplification) 방법; "분지쇄" DNA 증폭과 같은, 목표 폴리뉴클레오티드에 부착된 신호의 증폭에 기초한 방법; 리가아제 연쇄 반응(ligase chian reaction, LCR) 및 QB 레플리카아제 증폭(QB replicase amplification, QBR)과 같은, 프로브(probe) DNA의 증폭에 기초한 방법; 라이게이션 활성화 전사(ligation activated transcription, LAT) 및 핵산 서열-기반 증폭(nucleic acid sequence-based amplification, NASBA)과 같은 전사-기반 방법; 및 RCR(repair chain reaction) 및 CPR(cycling probe reaction)과 같은 여러 다른 증폭 방법을 들 수 있다. 핵산 조작 기술의 다른 예로는, 예를 들어 생거 서열결정, 리간드-결합 분석(ligand-binding assay) 등을 들 수 있다.
회전식 샘플 처리 장치를 처리하는 데에 이용되는 몇몇 시스템이, 발명의 명칭이 "샘플 처리 장치를 사용하기 위한 모듈형 시스템 및 방법"(MODULAR SYSTEMS AND METHODS FOR USING SAMPLE PROCESSING DEVICES)인 미국 특허 출원 공개 제2003/0124506호와, 발명의 명칭이 "향상된 샘플 처리 장치 시스템 및 방법"(ENHANCED SAMPLE PROCESSING DEVICES SYSTEMS AND METHODS)인 미국 특허 제6,734,401호(베딩햄(Bedingham) 등)에서 설명될 수 있다.
본 발명은 시스템과는 별개인 샘플 처리 장치 내에 위치되는 샘플 물질을 처리하기 위한 샘플 처리 시스템 및 이 시스템을 사용하는 방법을 제공한다. 샘플 처리 시스템은 시스템의 작동 동안에 샘플 처리 장치가 위치된 회전식 베이스 플레이트(base plate)를 포함한다. 시스템은 또한 커버와, 샘플 처리 장치를 베이스 플레이트를 향해 가압하도록 설계된 압축 구조체를 포함한다. 바람직한 결과는, 샘플 처리 장치가 베이스 플레이트 상의 열 구조체(thermal structure)와 접촉하도록 가압되는 것이다.
본 발명의 시스템 및 방법은 열 구조체와 샘플 처리 장치 사이의 열적 결합을 향상시키기 위해 하기의 특징부들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 형상화된 전달 표면(shaped transfer surface), 자기 압축 구조체(magnetic compression structure), 및 부유식으로(floating) 또는 탄성적으로 장착된 열 구조체.
형상화된 열 구조체를 포함하는 실시예에서, 열 구조체에는 바람직하게 환상 링(annular ring) 형태의 전달 표면이 제공된다. 전달 표면이, 예를 들어 원환체(toroidal body)의 상부와 유사한 볼록한 곡률을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 커버와 압축 구조체와 관련하여 형상화된 전달 표면을 제공하는 것에 의해, 열 구조체와 샘플 처리 장치 사이의 열적 결합 효율이 개선될 수 있다. 커버는 샘플 처리 장치를 열 구조체의 형상화된 전달 표면에 순응하도록 가압하는 압축 링을 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
자기 압축 구조체를 포함하는 실시예에서, 커버 및 베이스 플레이트는 바람직하게는 자기 인력을 통해 커버를 베이스 플레이트를 향해 끌어당기는 자기 요소(magnetic element)를 포함할 수 있다. 샘플 처리 장치가 커버와 베이스 플레이트 사이에 위치된 때, 압축은 샘플 처리 장치와 열 구조체 사이의 열적 결합을 향상시킬 수 있다. 자석은 바람직하게 영구 자석일 수 있다. 자기 압축 시스템의 하나의 잠재적인 이점은 압축력이 비교적 작은 질량을 갖는 장치에서 얻어질 수 있다는 것이다 - 이는 회전식 시스템에서 유용할 수 있다.
부유식 또는 편의된(biased) 열 구조체를 포함하는 실시예에서, 열 구조체는 바람직하게는 커버를 향해 탄성적으로 편의되어, (예를 들어, 커버로부터) 열 구조체 상에서 하방으로 지향된 힘이 (바람직하게는 정지된 채로 유지될 수 있는) 베이스 플레이트의 나머지 부분에 대해 열 구조체를 이동시킬 수 있게 한다. 열 구조체는 예를 들어 하나 이상의 스프링을 사용하여 베이스 플레이트에 부착되어, 탄성 편의력(bias)을 제공하고 열 구조체를 베이스 플레이트에 구조적으로 결합시키는 것이 바람직할 수 있다.
일 태양에서, 본 발명은 샘플 처리 장치를 처리하기 위한 시스템으로서, 구동 시스템에 작동식으로 결합되고, z-축을 한정하는 회전축을 중심으로 구동 시스템에 의해 회전되는 베이스 플레이트; 베이스 플레이트의 제1 표면에 근접하여 노출된 전달 표면을 포함하고, 베이스 플레이트에 작동식으로 부착된 열 구조체; 내측 압축 링과 외측 압축 링을 포함하고, 전달 표면에 대면하는 커버; 커버에 작동식으로 부착되어 커버를 전달 표면을 향해 z-축을 따라 제1 방향으로 가압하는 압축 구조체; 및 베이스 플레이트가 회전축을 중심으로 회전하는 동안에 열 구조체에 열에너지를 전달하도록 된 에너지원을 포함하며, 내측 및 외측 압축 링이 커버와 전달 표면 사이에 위치된 샘플 처리 장치와 접촉하여 샘플 처리 장치를 전달 표면과 접촉하도록 가압하는 시스템을 제공한다.
다른 태양에서, 본 발명은 샘플 처리 장치를 처리하기 위한 시스템으로서, 구동 시스템에 작동식으로 결합되고, z-축을 한정하는 회전축을 중심으로 구동 시스템에 의해 회전되는 베이스 플레이트; 베이스 플레이트의 제1 표면에 근접하여 노출된 전달 표면을 포함하고, 베이스 플레이트에 작동식으로 부착된 열 구조체; 전달 표면에 대면하는 커버; 커버 및 베이스 플레이트에 작동식으로 부착된 하나 이상의 자기 요소들; 및 베이스 플레이트가 회전축을 중심으로 회전하는 동안에 열 구조체에 열에너지를 전달하도록 된 에너지원을 포함하며, 커버 및 베이스 플레이트에 부착된 하나 이상의 자기 요소들 사이의 자기 인력이 커버를 베이스 플레이트의 제1 표면을 향해 z-축을 따라 제1 방향으로 끌어당겨, 커버와 베이스 플레이트 사이에 위치된 샘플 처리 장치가 베이스 플레이트의 열 구조체와 접촉하도록 가압되게 하는 시스템을 제공한다.
다른 태양에서, 본 발명은 샘플 처리 장치를 처리하기 위한 시스템으로서, 구동 시스템에 작동식으로 결합되고, 회전축을 중심으로 구동 시스템에 의해 회전되는 베이스 플레이트; 베이스 플레이트의 제1 표면에 대면하는 커버; 커버에 작동식으로 부착되어 커버를 베이스 플레이트를 향해 가압하는 압축 구조체; 베이스 플레이트에 작동식으로 부착된 열 구조체; 커버 및 열 구조체 중 하나 또는 둘 다에 작동식으로 결합된 하나 이상의 탄성 부재; 및 베이스 플레이트가 회전축을 중심으로 회전하는 동안에 열 구조체에 열에너지를 전달하도록 된 에너지원을 포함하며, 하나 이상의 탄성 부재는 커버를 베이스 플레이트를 향해 가압하는 압축 구조체의 힘과 대항하는 편의력을 제공하고, 커버와 베이스 플레이트의 제1 표면 사이에 위치된 샘플 처리 장치의 일부분은 열 구조체와 접촉하도록 가압되는 시스템을 제공한다.
다른 태양에서, 본 발명은 샘플 처리 장치 내에 위치된 샘플 물질을 처리하는 방법으로서, 환상 처리 링 내에 위치된 하나 이상의 프로세스 챔버를 포함하는 샘플 처리 장치를 베이스 플레이트와 커버 사이에 위치시키는 단계 - 볼록한 전달 표면이 베이스 플레이트에 부착되며, 볼록한 전달 표면은 샘플 처리 장치 상의 환상 처리 링과 접촉하는 환상 링 형태임 - ; 커버 및 베이스 플레이트를 서로를 향해 가압함으로써 샘플 처리 장치의 환상 처리 링을 볼록한 전달 표면 상에서 변형시키는 단계; 및 환상 처리 링을 볼록한 전달 표면 상에서 변형시키는 동안에, 베이스 플레이트, 커버 및 샘플 처리 장치를 회전축을 중심으로 회전시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
본 발명의 장치, 시스템 및 방법의 상기 및 기타 특징 및 이점이 본 발명의 예시적인 실시예에 관하여 이하에 설명된다.
도 1은 샘플 처리 장치가 사이에 위치된 베이스 플레이트 및 커버를 도시하는, 본 발명에 따른 하나의 예시적인 시스템의 분해 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 베이스 플레이트 상의 자기 요소의 대안적인 배열의 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 탄성 편의된 열 구조체를 갖는 하나의 베이스 플레이트의 일부분의 사시 단면도.
도 4는 본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 하나의 예시적인 편의 부재의 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 열 구조체 상의 형상화된 전달 표면에 순응하도록 샘 플 처리 장치를 가압하는 커버의 확대 단면도.
도 6은 본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 하나의 예시적인 형상화된 열전달 표면의 반경방향 단면 프로파일을 도시하는 도면.
도 7은 본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 다른 예시적인 형상화된 열전달 표면의 반경방향 단면 프로파일을 도시하는 도면.
도 8A 내지 도8C는 본 발명에 따른 커버 상의 압축 링에 대한 대안적인 에지(edge) 구조들을 도시하는 도면.
도 9는 본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 샘플 처리 장치의 일부분의 단면도.
도 10은 도 9의 샘플 처리 장치의 일부분의 확대 평면도.
본 발명의 예시적인 실시예의 이하의 상세한 설명에서, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예들이 예로서 도시되고 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면을 참조한다. 기타 실시예들이 이용될 수 있고 본 발명의 범주를 벗어나지 않고도 구조적 변화가 행해질 수 있음을 이해해야 한다.
본 방법은 열적 처리, 예를 들어 민감한 화학적 공정, 예컨대 PCR 증폭, 리가아제 연쇄 반응(LCR), 3SR, 효소 반응속도 연구, 균질 리간드 결합 분석, 및 정밀한 열 제어 및/또는 신속한 열적 변화를 요구하는 보다 복잡한 생화학적 또는 기타 공정을 포함하는 방법에 사용될 수 있는 샘플 처리 장치를 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 샘플 처리 시스템은 샘플 처리 장치 상의 프로세스 챔버 내의 샘플 물질의 온도에 대한 제어 외에도 샘플 처리 장치의 동시 회전을 제공할 수 있다.
본 발명의 방법 및 시스템과 관련하여 사용될 수 있는 적합한 샘플 처리 장치의 몇몇 예가, 예를 들어 공동으로 양도된, 발명의 명칭이 "향상된 샘플 처리 장치 시스템 및 방법"인 미국 특허 제6,734,401호(베딩햄 등) 및 발명의 명칭이 "샘플 처리 장치"(SAMPLE PROCESSING DEVICES)인 미국 특허 출원 공개 제2002/0064885호에서 설명될 수 있다. 기타 사용가능한 장치 구성을, 예를 들어 2000년 6월 28일자로 출원되고 발명의 명칭이 "열적 처리 장치 및 방법"(THERMAL PROCESSING DEVICES AND METHODS)인 미국 가특허출원 제60/214,508호; 2000년 6월 28일자로 출원되고 발명의 명칭이 "샘플 처리 장치, 시스템 및 방법"(SAMPLE PROCESSING DEVICES, SYSTEMS AND METHODS)인 미국 가특허출원 제60/214,642호; 2000년 10월 2일자로 출원되고 발명의 명칭이 "샘플 처리 장치, 시스템 및 방법"(SAMPLE PROCESSING DEVICES, SYSTEMS AND METHODS)인 미국 가특허출원 제60/237,072호; 2001년 1월 6일자로 출원되고 발명의 명칭이 "샘플 처리 장치, 시스템 및 방법"(SAMPLE PROCESSING DEVICES, SYSTEMS AND METHODS)인 미국 가특허출원 제60/260,063호; 2001년 4월 18일자로 출원되고 발명의 명칭이 "향상된 샘플 처리 장치, 시스템 및 방법"(ENHANCED SAMPLE PROCESSING DEVICES, SYSTEMS AND METHODS)인 미국 가특허출원 제60/284,637호; 및 발명의 명칭이 "샘플 처리 장치 및 캐리어"(SAMPLE PROCESSING DEVICES AND CARRIERS)인 미국 특허 출원 공개 제2002/0048533호에서 볼 수 있다. 기타 잠재성 있는 장치 구성을, 예를 들어 발명의 명칭이 "샘플 처리 장치의 원심 충전"(CENTRIFUGAL FILLING OF SAMPLE PROCESSING DEVICES)인 미국 특허 제6,627,159호(베딩햄 등)에서 볼 수 있다.
본 발명의 샘플 처리 시스템은 바람직하게는 구동 시스템에 부착된 베이스 플레이트를 포함하고, 구동 시스템은 회전축을 중심으로 하는 베이스 플레이트의 회전을 제공하는 방식으로 작동한다. 샘플 처리 장치가 베이스 플레이트에 고정된 때, 샘플 처리 장치는 베이스 플레이트와 함께 회전된다. 베이스 플레이트는 샘플 처리 장치의 일부분을 가열하는 데 사용될 수 있는 적어도 하나의 열 구조체를 포함하고, 다양한 다른 구성요소, 예를 들어 온도 센서, 저항 히터, 열전기 모듈, 광원, 광 검출기, 송신기, 수신기 등을 또한 포함할 수 있다.
"상부", "저부", "위", "아래" 등과 같은 상대 위치 용어가 본 발명과 관련하여 사용될 수 있지만, 이들 용어는 이들의 상대적인 의미로만 사용됨을 이해하여야 한다. 예를 들어, 본 발명의 장치와 관련하여 사용될 때, "상부", "저부"는 베이스 플레이트의 반대면들을 의미하기 위해 사용될 수 있는데, 상부 표면은 전형적으로 샘플 처리 동안에 베이스 플레이트에 장착된 샘플 처리 장치에 가장 가깝게 위치된다.
실제 사용에 있어서, "상부" 또는 "저부"로서 설명된 요소는 임의의 배향 및 위치에서 볼 수 있으며, 방법, 시스템 및 장치를 임의의 특정 배향 또는 위치로 제한하는 것으로서 고려되어서는 안된다. 예를 들어, 샘플 처리 장치의 상부 표면은 실제로는 처리 동안에 샘플 처리 장치의 저부 표면 아래에 위치될 수 있다(하지만, 상부 표면은 저부 표면으로부터의 샘플 처리 장치의 반대면 상에서 여전히 보게 될 것이다).
하나의 예시적인 샘플 처리 시스템이 도 1의 분해 사시도에 개략적으로 도시되어 있다. 시스템은 회전축(11)을 중심으로 회전하는 베이스 플레이트(10)를 포함한다. 베이스 플레이트(10)는 바람직하게는 샤프트(shaft, 22)를 통해 구동 시스템(20)에 부착된다. 그러나, 베이스 플레이트(10)가 임의의 적합한 대안적인 장치, 예를 들어 베이스 플레이트(10)에 대해 직접적으로 작동하는 벨트 또는 구동 휠(wheel) 등을 통해 구동 시스템(20)에 결합될 수 있음을 이해할 것이다.
또한, 바람직하게는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 베이스 플레이트(10)와 관련하여 사용될 수 있는 샘플 처리 장치(50) 및 커버(60)가 도 1에 도시되어 있다. 대부분의 경우에, 샘플 처리 장치는 다양한 시험 등을 수행하기 위해 사용된 후 폐기되는 소모성 장치이기 때문에, 본 발명의 시스템은 샘플 처리 장치를 실제로 포함하지 않을 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 시스템은 다양한 여러 샘플 처리 장치와 사용될 수 있다.
도시된 베이스 플레이트(10)는 바람직하게는 베이스 플레이트(10)의 상부 표면(12) 상에 노출된 전달 표면(32)을 포함하는 열 구조체(30)를 포함한다. "노출된"은, 열 구조체(30)의 전달 표면(32)이 샘플 처리 장치(50)의 일부분과 물리적으로 접촉하도록 배치될 수 있어, 열 구조체(30)와 샘플 처리 장치가 전도(conduction)를 통해 열에너지를 전달하도록 열적으로 결합되게 함을 의미한다. 열 구조체(30)의 전달 표면(32)은 샘플 처리 동안에 샘플 처리 장치(50)의 선택된 부분 바로 아래에 위치되는 것이 바람직할 수 있다. 샘플 처리 장치(50)의 선택된 부분은 바람직하게는, 예를 들어 발명의 명칭이 "향상된 샘플 처리 장치 시스템 및 방법"인 미국 특허 제6,734,401호(베딩햄 등)에서 논의된 바와 같은 프로세스 챔버(52)를 포함할 수 있다.
본 명세서에 논의되는 바와 같이, 본 발명의 시스템은 바람직하게는, 베이스 플레이트와의 사이에 위치된 샘플 처리 장치를 베이스 플레이트(10)와 함께 압축하여 바람직하게는 베이스 플레이트 상의 열 구조체(30)와 샘플 처리 장치(50) 사이의 열적 결합을 향상시키는 커버(60)를 포함한다. 베이스 플레이트가 구동 시스템(20)에 의해 축(11)을 중심으로 회전됨에 따라 샘플 처리 장치(50) 및 커버(60) 둘 다가 베이스 플레이트(10)와 함께 회전하는 것이 바람직할 수 있다.
베이스 플레이트(10)와 커버(60) 사이에 발생되는 압축력은 다양한 여러 구조체를 사용하여 달성될 수 있다. 도 1의 실시예에 도시된 하나의 예시적인 압축 구조체는 커버(60) 상에 위치된 자기 요소(70) 및 베이스 플레이트(10) 상에 위치된 대응하는 자기 요소(72)이다. 자기 요소(70, 72)들 사이의 자기 인력은 커버(60) 및 베이스 플레이트(10)를 서로를 향해 끌어당기는 데에 사용되어, 이들 사이에 위치된 샘플 처리 장치(50)를 압축하거나 변형시킬 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "자기 요소"는 자기장을 나타내는 구조체 또는 물품이다. 자기장은 바람직하게는, 본 명세서에서 논의되는 바와 같은 샘플 처리 장치(50)와 베이스 플레이트(10)의 열 구조체(30) 사이의 열적 결합을 초래하는 원하는 압축력을 발생시키기에 충분한 세기의 것이다. 자기 요소는 바람직하게는 자성 재료, 즉 영구적인 자기장을 나타내거나 일시적인 자기장을 나타낼 수 있는 재료를 포함할 수 있다.
잠재적으로 적합한 자성 재료의 몇몇 예로는, 예를 들어 자성 페라이트 또는 철 및 하나 이상의 다른 금속의 혼합 산화물을 포함하는 물질인 "페라이트", 예를 들어 나노결정성 코발트 페라이트를 들 수 있다. 그러나, 다른 페라이트 재료가 사용될 수도 있다. 장치(50)의 구성에 이용될 수 있는 다른 자성 재료로는 (예를 들어, 플라스틱, 고무 등과 같은) 중합체성 물질과 조합될 수 있는 스트론튬 제일철 산화물로부터 제조된 가요성 자성 재료 및 세라믹; NdFeB(이 자성 재료는 또한 디스프로슘(Dysprosium)을 포함할 수 있다); 붕화네오디뮴(neodymium boride); SmCo(사마륨 코발트(samarium cobalt)); 및 알루미늄, 니켈, 코발트, 구리, 철, 티타늄 등의 조합뿐만 아니라 다른 재료를 들 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 자성 재료로는 또한, 예를 들어 스테인리스강 또는 충분한 전기장 및/또는 자기장을 겪게 함으로써 충분하게 자성으로 될 수 있는 다른 자화가능한 재료를 들 수 있다.
자기 요소(70, 72)는 도 1의 실시예(여기서, 자기 요소(70, 72)들은 디스크 형상의 물품임)에 도시된 바와 같이 커버(60) 및 베이스 플레이트(10)에 작동 가능하게 부착된 별개의 물품인 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 하나의 대안예에서, 베이스 플레이트(10), 열 구조체(30) 및/또는 커버(60)는 별개의 분리된 자기 요소들이 요구되지 않는 (예를 들어, 구성요소의 구성 내에 성형된 또는 달리 제공된) 충분한 자성 재료를 포함할 수 있다.
도 2는 바람직하게는 축(111)을 중심으로 회전할 수 있는 대안적인 베이스 플레이트(110) 상의 자기 요소(172)들의 하나의 대안적인 배열의 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 자기 요소(172)는 도 1에 도시된 시스템에서의 자기 요소보 다 더 작을 수 있다. 그러한 배열의 잠재적인 이점은 베이스 플레이트(110)의 원주 둘레(특히, 커버가 상보적인 자기 요소 배열을 포함하는 곳)에서의 자기력의 보다 균일한 분포에서 찾아볼 수 있다.
다른 대안예에서, 커버(60) 및/또는 베이스 플레이트(10)는 수동형(passive) 자기 요소 대신에 압축력의 제공이 필요해질 때 작동될 수 있는 전자석의 형태의 하나 이상의 자기 요소를 포함할 수 있다. 그러한 실시예에서, 샘플 처리 장치(50)의 회전 동안에 전자석에 전력이 제공되는 것이 필요할 것이다.
도 1에는 명확하게 도시되지 않았지만, 베이스 플레이트(10)는 바람직하게는 열 구조체(30)가 베이스 플레이트(10)의 상부 및 저부 표면(12, 14) 둘 다에서 노출되도록 구성될 수 있다. 베이스 플레이트(10)의 상부 표면(12) 상에서 열 구조체(30)를 노출시키는 것에 의해, 커버(60)와 베이스 플레이트(10) 사이에 위치된 샘플 처리 장치(50)와 열 구조체(30)의 전달 표면(32) 사이에서 보다 직접적인 열 경로가 제공될 수 있다.
또한, 열 구조체(30)는 바람직하게는 베이스 플레이트(10)의 저부 표면(14) 상에서 노출된다. 베이스 플레이트(10)의 저부 표면(14) 상에서 열 구조체(30)를 노출시키는 것은, 베이스 플레이트(10)의 저부 표면(14) 상으로 전자기 에너지를 지향시키는 공급원(source)에 의해 방출된 전자기 에너지에 의해 열 구조체(30)가 가열되어야 할 때 이점을 제공할 수 있다.
도 1의 시스템은 열 구조체에 열에너지를 전달하기 위해 전자기 에너지원을 포함하지만, 열 구조체의 온도는 열 구조체에 열에너지를 전달할 수 있는 임의의 적합한 에너지원에 의해 제어될 수 있다. 전자기 에너지원 이외의 본 발명과 관련하여 사용되는 잠재적으로 적합한 에너지원의 예로는, 예를 들어 펠티어 소자(Peltier element), 전기 저항 히터 등을 들 수 있다.
본 발명과 관련하여 사용되는 바와 같이, "전자기 에너지"라는 용어(및 그 변형)은 물리적 접촉이 없을 경우 공급원으로부터 원하는 위치 또는 재료로 전달될 수 있는 (파장/주파수에 무관한) 전자기 에너지를 의미한다. 전자기 에너지의 비제한적 예로는 레이저 에너지, 무선 주파수(radio-frequency)(RF), 마이크로파 방사, (자외선부터 적외선 스펙트럼을 포함하는) 광에너지 등을 들 수 있다. 전자기 에너지는 (가시 스펙트럼을 포함하는) 자외선 내지 적외선 방사의 스펙트럼 내에 속하는 에너지로 제한되는 것이 바람직할 수 있다.
전자기 에너지원(90)의 일 예가 도 1에 도시되어 있는데, 에너지원(90)에 의해 방출된 전자기 에너지는 베이스 플레이트(10)의 저부 표면(14) 및 베이스 플레이트(10)의 저부 표면(14) 상에서 노출된 열 구조체(30)의 부분 상으로 지향된다. 몇몇 적합한 전자기 에너지원의 예로는 레이저, 광대역 전자기 에너지원(예를 들어, 백색광) 등을 들 수 있지만 이로 한정되지 않는다.
열 구조체(30)가 원격 에너지원, 즉 직접 접촉에 의해 열 구조체에 열에너지를 전달하지 않는 에너지원에 의해 가열되어야 하는 경우, 열 구조체(30)는 바람직하게는 전자기 에너지를 흡수하고 흡수된 전자기 에너지를 열에너지로 변환하도록 구성될 수 있다. 열 구조체(30)에 사용되는 재료는 바람직하게는 충분한 열전도성을 갖고, 전자기 에너지원(90)에 의해 발생된 전자기 에너지를 충분한 속도로 흡수 한다. 게다가, 열 구조체(30)를 위해 사용되는 재료 또는 재료들이 충분한 열용량을 가져 열용량 효과를 제공하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 몇몇 적합한 재료의 예로는 알루미늄, 구리, 금 등을 들 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 열 구조체(30)가 자신이 전자기 에너지를 충분한 속도로 흡수하지 않는 재료로 구성된다면, 열 구조체(30)는 에너지 흡수를 향상시키는 재료를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 열 구조체(30)는 카본 블랙, 폴리피롤, 잉크 등과 같은 전자기 에너지 흡수성 재료로 코팅될 수 있다.
열 구조체(30)에 대한 적합한 재료의 선택 외에도, 전자기 에너지원(90)에 의해 방출된 전자기 에너지에 노출된 표면적의 양을 증가시키기 위해 전자기 에너지원(90)에 대면하는 홈(groove) 또는 다른 표면 구조물을 포함하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 에너지원(90)으로부터의 전자기 에너지에 노출된 열 구조체(30)의 표면적을 증가시키는 것은 열 구조체(30)에 의해 에너지가 흡수되는 속도를 증대시킬 수 있다. 열 구조체(30)에 사용되는 증가된 표면적은 또한 전자기 에너지 흡수 효율을 증가시킬 수 있다.
(만약 있다면) 열 구조체(30) 내의 열에너지의 제한된 양만이 베이스 플레이트(10)의 나머지 부분으로 전달되도록, 열 구조체(30)가 베이스 플레이트(10)의 나머지 부분으로부터 상대적으로 열적으로 격리되는 것이 또한 바람직할 수 있다. 그러한 열적 격리는, 예를 들어 열에너지의 제한된 양만을 흡수하는 재료, 예를 들어 중합체 등으로 된 베이스 플레이트(10)의 지지 구조체를 제조하는 것에 의해 달성될 수 있다. 베이스 플레이트(10)의 지지 구조체에 대한 몇몇 적합한 재료로는, 예를 들어 유리-충전 플라스틱(예를 들어, 폴리에테르에스테르케톤), 실리콘, 세라믹 등을 들 수 있다.
베이스 플레이트(10)가 실질적으로 연속적인 원형 링 형태의 열 구조체(30)를 포함하지만, 본 발명에 따른 시스템의 베이스 플레이트에 사용되는 열 구조체는 대안적으로 샘플 처리 장치(50) 상의 프로세스 챔버 아래에 위치된, 예를 들어 원, 정사각형의 일련의 비연속적인 열 요소로서 제공될 수도 있다. 그러나, 연속적인 링의 열 구조체(30)의 하나의 잠재적인 이점은, 열 구조체(30)의 온도가 가열 동안에 평형을 유지한다는 것이다. 샘플 처리 장치에서의 일군의 프로세스 챔버들이 열 구조체(30)의 전달 표면(32)과 직접적으로 접촉하도록 배치되면, 연속적인 열 구조체(30) 위에 위치된 모든 프로세스 챔버들에 대한 챔버간 온도 균일성을 향상시킬 가능성이 있다.
도시된 베이스 플레이트(10)는 단 하나의 열 구조체(30)를 포함하지만, 본 발명의 시스템에서의 베이스 플레이트는 그 위에 위치된 샘플 처리 장치 내의 선택된 프로세스 챔버로 또는 이로부터 열에너지를 전달하기 위해 필요한 임의의 개수의 열 구조체를 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 하나보다 많은 열 구조체가 제공된 경우, 상이한 열 구조체들이 서로로부터 독립적이어서 상당량의 열에너지가 상이한 독립적인 열 구조체들 사이에서 전달되지 않도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 독립적인 열 구조체들이 제공되는 대안예의 일 예는 동심 환상 링들의 형태일 수 있다.
도 3은 도 1의 선 3-3을 따라 취한, 도 1에 도시된 시스템의 베이스 플레이 트(10) 및 열 구조체(30)의 일부분의 사시 단면도이다. 베이스 플레이트(10)는 열 구조체(30)가 부착되는 본체(16)를 포함한다. 도 3에 도시되지는 않았지만, 본체(16)는 바람직하게는 베이스 플레이트(10)를 회전시키는 데에 사용되는 스핀들(spindle)에 고정 부착될 수 있다. 고정 부착에 의해, 본체(16)는 바람직하게는, 샘플 처리 장치가 시스템의 작동 동안에 커버(60)와 베이스 플레이트(10) 사이에서 가압될 때, 스핀들에 대해 이동하지 않는다는 것을 의미한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 열 구조체(30)는 바람직하게는 전달 표면(32) 아래에서 대체로 U자 형상이다. 그러한 형상화는 바람직하게는 많은 기능을 달성할 수 있다. 예를 들어, U자 형상의 열 구조체(30)는 전자기 에너지가 입사하는 표면적을 증가시켜, 에너지가 열 구조체(30)에 전달되는 양 및 속도를 잠재적으로 증가시킨다. 게다가, U자 형상의 열 구조체는 열 구조체(30)에 보다 낮은 열 질량(thermal mass)을 제공할 수 있다.
본 명세서에서 논의되는 바와 같이, 본 발명의 시스템의 하나의 선택적인 특징은 열 구조체(30) 및 커버(60)가 서로를 향해 탄성적으로 편의되도록 하는 열 구조체(30)의 부유식 또는 현수식 부착이다. 하나 이상의 탄성 부재가 압축 구조체(예를 들어, 자석)에 의해 인가되는 힘에 대항하는 편의력을 제공하는 상태에서, 열 구조체(30)가 하나 이상의 탄성 부재에 의해 베이스 플레이트(10)에 결합되는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 시스템에서, 열 구조체(30)가 베이스 플레이트(10)와 커버(60) 사이의 압축력에 응답하여 베이스 플레이트(10)의 본체(16)에 대해 이동할 수 있는 것이 바람직할 수 있다. 열 구조체(30)의 이동은 바람직하게 는 회전축과 정렬(바람직하게 회전축에 평행)되는 z-축 방향으로 제한될 수 있다.
열 구조체(30)의 탄성 결합은 샘플 처리 장치(50)의 표면과의 개선된 순응성을 제공함으로써 유리할 수 있다. 열 구조체(30)의 부유식 부착은, 예를 들어 평탄하지 않고 두께의 변동이 있는 등의 표면을 보상하는 데에 도움을 줄 수 있다. 열 구조체(30)의 탄성 결합은 또한, 샘플 처리 장치(50)가 커버(60)와 열 구조체(30) 사이에서 압축될 때, 이 2개의 구성요소들 사이에 발생된 압축력에 있어서의 균일성을 향상시킬 수 있다.
많은 다양한 메커니즘이 열 구조체(30)를 탄성적으로 결합시키기 위해 사용될 수 있다. 본체(16) 및 열 구조체(30)에 부착된 평탄 스프링(40) 형태의 하나의 예시적인 메커니즘이 도 3 및 도 4에 도시되어 있다. 도시된 평탄 스프링(40)은 내측 링(42), 및 외측 링(46)으로 연장하는 스프링 아암(44)을 포함한다. 내측 링(42)은 본체(16)에 부착되고, 외측 링(46)은 열 구조체(30) 상의 플랜지(36)에 부착된다. 스프링(40)의 부착은 임의의 적합한 기술 또는 기술들, 예를 들어 기계적 체결구(fastener), 접착제, 연납땜(solder), 경납땜(brazing), 용접 등에 의해 달성될 수 있다.
평탄 스프링(40)에 의해 발생되는 힘은, 스프링 아암(44)을 한정하는 절결부(45)의 길이의 변경, 스프링 아암(44)의 반경방향 폭의 변경, (z-축 방향으로의) 스프링 아암(44)의 두께의 변경, 스프링(40)에 대한 재료의 선택 등에 의해 조절될 수 있다.
베이스 플레이트(10) 및 커버(60)를 서로를 향해 가압하는 힘이, 열 구조 체(30)의 전달 표면(32)의 내측 에지에 의해 경계가 정해진 원 내에서 베이스 플레이트(10)의 본체(16)와 커버(60) 사이의 물리적 접촉을 초래하는 것이 바람직할 수도 있다. 다시 말하면, 도시된 실시예에서의 자기 인력은 바람직하게는 베이스 플레이트(10)의 본체(16)에 대항하여 커버(60)를 끌어당긴다. 결과적으로, 커버(60)와 전달 표면(32) 사이에 클램핑된 샘플 처리 장치(50)의 부분 상에 가해지는 힘은 평탄 스프링(40)(또는 만약 사용된다면 다른 탄성 부재)에 의해 가해진다. 다시 말하면, 클램핑력에 대한 제어는 바람직하게는 탄성 부재/평탄 스프링(40)에 의해 제어될 수 있다.
앞의 문단에 기재된 결과를 달성하기 위해, 커버(60)와 베이스 플레이트(10)의 본체(16) 사이에 발생된 클램핑력이 열 구조체(30)의 전달 표면(32)을 커버(60)를 향해 가압하도록 작용하는 편의력보다 큰 것이 바람직할 수 있다. 결과적으로, 커버(60)는 본체(16)와 접촉하도록 끌어당겨지고, 탄성 부재(예를 들어, 도시된 실시예에서의 평탄 스프링(40))는 커버(60)와 전달 표면 사이의 샘플 처리 장치(50)에 가해지는 힘을 제어한다.
도시된 실시예에서, 단열 요소(38)가 외측 링(46)과 플랜지(36) 사이에 위치된다. 단열 요소(38)는 많은 기능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 단열 요소(38)는 스프링(40)의 외측 링(46)과 열 구조체(30)의 플랜지(36) 사이의 열에너지 전달을 감소시킬 수 있다. 단열 요소(38)의 다른 잠재적인 기능은 스프링(40)에 예비 하중(pre-load)을 제공하여, 열 구조체(30)를 베이스 플레이트(10)의 상부 표면(12)을 향해 편의시키는 힘이 선택된 수준 이상이 되도록 한다. 보다 두꺼운 단 열 요소(38)는 전형적으로 예비 하중을 증가시킬 것으로 예상되는 반면에, 보다 얇은 단열 요소(38)는 전형적으로 예비 하중을 감소시킬 것으로 예상된다. 단열 요소를 위해 잠재적으로 적합한 몇몇 재료의 예로는 금속보다 낮은 열전도성을 갖는 재료, 예를 들어 중합체, 세라믹, 탄성중합체 등을 들 수 있다.
평탄 스프링(40)은 열 구조체(30)를 탄성적으로 결합시키기 위해 사용될 수 있는 탄성 부재의 일 예이지만, 도시된 평판 스프링(40) 대신에 또는 이에 더하여 많은 다른 탄성 부재가 사용될 수 있다. 잠재적으로 적합한 다른 몇몇 탄성 부재의 예로는, 예를 들어 판스프링, 탄성중합체 요소, 공압식 구조체(예를 들어, 피스톤, 블래더(bladder) 등) 등을 들 수 있다.
평탄 스프링(40) 및 베이스 플레이트(10)의 본체(16)가 도 1 및 도 3의 예시적인 실시예에서 별개의 구성요소로서 도시되어 있지만, 본체(16) 및 스프링(40)의 기능이 단일의 일체형 구성요소로 달성되는 대안예가 가능할 수도 있다.
본 발명의 샘플 처리 시스템의 다른 선택적인 특징의 일 예가, 열 구조체(230)와 커버(260) 사이에서 압축 하에 유지된 샘플 처리 장치(250)의 확대 단면도인 도 5와 관련하여 도시되어 있다.
도 5에 도시된 실시예에서, 열 구조체(230)의 전달 표면(232)은 바람직하게는 내측 에지(231)와 외측 에지(233) 사이에 상승 부분이 위치된 형상화된 표면이다(이 경우, 내측 에지(231)는 본 명세서에서 논의되는 바와 같이 열 구조체의 회전 중심이 되는 회전축에 가장 가깝다). 전달 표면(232)의 상승 부분은 바람직하게는, 샘플 처리 장치(250)가 커버(260)와 접촉되기 전에, 내측 및 외측 에지(231, 233)에서의 열 구조체의 부분들보다 커버(260)에 더 가까울 수 있다. 전달 표면(232)은 바람직하게는 도 5에 도시된 바와 같이 반경방향 단면에서 볼 때 볼록한 곡률을 갖는다. 볼록한 전달 표면(232)은 원형 곡선 또는 예를 들어 타원형 등의 임의의 다른 만곡 프로파일에 의해 한정될 수 있다.
도 6 및 도 7은 예를 들어 환상 링으로서 제공된 열 구조체와 관련하여 사용될 수 있는 대안적인 형상화된 전달 표면을 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같은 하나의 그러한 변형은 (프로파일을 예시하기 위해 단면으로 도시된) 열 구조체(330)를 포함한다. 열 구조체(330)는 내측 에지(331) 및 외측 에지(333)를 갖는 형상화된 전달 표면(332)을 포함한다. 내측 에지(331)는 본 명세서에서 논의된 바와 같이 열 구조체(330)의 회전 중심이 되는 회전축에 근접하여 위치된다. 회전축을 가로지르는 평면(301)(도 6에서 에지 상에 보임)이 또한 도시되어 있다.
도시된 실시예에서, 평면(301)은 형상화된 전달 표면(332)의 외측 에지(333)를 통해 연장한다. 내측 및 외측 에지(231, 233)가 동일 평면 상에 위치되는 도 5의 전달 표면(232)과는 달리, 전달 표면(332)의 내측 에지(331)는 바람직하게는 도 6에 도시된 바와 같이 기준 평면(301)으로부터 오프셋(o) 거리에 위치될 수 있다. 전달 표면(332)의 내측 에지(331)가 외측 에지(333)보다 커버(도시되지 않음)에 더 가깝게 위치되는 것이 바람직할 수 있다.
본 명세서에서 논의되는 바와 같이, 형상화된 전달 표면(332)은 바람직하게는 내측 에지(331)와 외측 에지(333) 사이에 상승 부분을 포함할 수 있다. 평면(301)에 대한 상승 부분의 높이(h)는 도 6에 도시되어 있으며, 높이(h)는 바람직 하게는 전달 표면(332)의 상승 부분의 최대 높이를 나타낸다.
도 5 및 도 6에 도시된 형상화된 전달 표면(232, 332)은 전달 표면의 내측 및 외측 에지 사이에 위치된 최대 높이를 갖는 상승 부분을 포함하지만, 상승 부분의 최대 높이는 대안적으로 전달 표면의 내측 에지에 위치될 수도 있다. 하나의 그러한 실시예가, 열 구조체(430)의 일부분의 단면도가 도시된 도 7에 도시되어 있다. 열 구조체(430)는 전술된 바와 같이 내측 에지(431) 및 외측 에지(433)를 갖는 형상화된 전달 표면(432)을 포함한다. 전달 표면(432)은 바람직하게는, 전달 표면(432)의 외측 에지(433)를 통해 연장하는 기준 평면(401) 위에서 높이(h)를 갖는 상승 부분을 포함한다.
그러나, 도 5 및 도 6의 전달 표면과는 달리, 전달 표면(432)의 상승 부분은 내측 에지(431)에 위치된 최대 높이(h)를 갖는다. 최대 높이(h)로부터, 전달 표면은 외측 에지(433)를 향해 볼록한 곡선으로 하방으로 만곡된다. 그러한 실시예에서, 내측 에지(431)는 높이(h)와 동일한, 기준 평면(401)으로부터의 오프셋(o) 거리에 위치된다.
전달 표면(232, 332, 432)이 평평한 표면으로부터 벗어난 양이 도 5 내지 도 7에서 과장되어 있을 수 있다. 높이(h)는 어떤 의미에서는 전달 표면의 내측 에지로부터 외측 에지까지의 반경반향 거리의 함수일 수 있다. 예를 들어 4㎝ 이하, 바람직하게는 2 ㎝ 이하, 심지어 1 ㎝ 이하의 반경방향 폭을 갖는 전달 표면에 대해, 높이(h)가 0보다 큰 작은 값, 바람직하게는 0.02 밀리미터(㎜) 이상, 더 바람직하게는 0.05 밀리미터 이상의 범위 내인 것이 바람직할 수 있다. 범위의 상한에 서, 높이(h)가 1 밀리미터 이하, 바람직하게는 0.5 ㎜ 이하, 심지어 0.25 ㎜ 이하인 것이 바람직할 수 있다.
도 5로 돌아가면, 본 발명의 커버(260) 및 압축 구조체와 관련하여 형상화된 전달 표면을 제공하는 것에 의해, 열 구조체(230)와 샘플 처리 장치(250) 사이의 열적 결합 효율이 향상될 수 있다. 커버(260)에 의해 가해진 힘과 조합하여, 형상화된 전달 표면(232)은 바람직하게는 샘플 처리 장치가 전달 표면(232)의 형상에 순응하도록 샘플 처리 장치(250)를 변형시킬 수 있다. 샘플 처리 장치(250)의 그러한 변형은, 그렇지 않은 경우로 변형의 부재시 균일한 접촉을 방해할 수도 있는 요철부를 전달 표면(232)에 대면하는 샘플 처리 장치(250)의 표면 또는 전달 표면(232) 자체가 포함할지라도, 접촉을 촉진함에 있어서 유용할 수 있다.
샘플 처리 장치(250)가 프로세스 챔버를 포함하면(예를 들어, 도 1의 샘플 처리 장치(50) 상의 챔버(52)를 참조), 커버(260)를 통한 전자기 에너지의 투과를 허용하는 광학 윈도우(optical window)(268)를 커버(260)에 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 전자기 에너지는, 예를 들어 프로세스 챔버를 감시하고, 프로세스 챔버에 질문하며, 프로세스 챔버를 가열하며, 프로세스 챔버 내의 물질을 여기시키는 것 등을 위해 사용될 수 있다. 광학 윈도우에 의해, 커버(260)의 선택된 부분이 선택된 파장을 갖는 전자기 에너지를 투과시키는 것이 의도된다. 그러한 투과는 커버(260)에서의 투과성 재료를 통해 또는 커버에 형성된 보이드(void)를 통해 있을 수 있다.
전달 표면(232)의 형상에 순응하도록 샘플 처리 장치(250)의 변형을 보다 촉 진하기 위해, 커버(260)에서 압축 링(262, 264)을 포함하여, 링(262, 264)이 샘플 처리 장치(250)와 접촉 - 본질적으로는 전달 표면(232)에 대면하는 샘플 처리 장치(250)의 부분 사이에 걸침 - 하는 것이 바람직할 수 있다. 커버(260)와 열 구조체(230) 사이의 실질적으로 모든 압축력 전달이 커버(260)의 내측 및 외측 압축 링(262, 264)을 통해 발생되는 것이 또한 바람직할 수 있다.
전달 표면(232)에 대한 샘플 처리 장치(250)의 순응성을 잠재적으로 더욱 증대시키기 위해, 내측 및 외측 압축 링(262, 264)이 에지 처리부(edge treatment)(266)를 포함하여, 여러 구성요소(커버, 샘플 처리 장치, 열 구조체 등)의 치수에 있어서의 작은 변화가 에지 처리부(266)에 의해 적어도 부분적으로 보상될 수 있게 하는 것이 바람직할 수 있다. 적당한 에지 처리부의 일 예는 샘플 처리 장치(250)와 압축 링(262, 264) 사이의 점 접촉(point contact)을 촉진하는 둥근 구조체일 수 있다. 잠재적으로 적합한 에지 처리부의 다른 잠재적인 예로는, 예를 들어 도 8A에 도시된 탄성 개스킷(gasket)(366a), 도 8B에 도시된 캔틸레버식 부재(cantilevered member)(366b), 및 도 8C에 도시된 바와 같은 삼각형 구조체(366c)를 들 수 있다.
다른 변형예에서, 도시된 시스템이 열 구조체를 베이스 플레이트에 결합시키는 탄성 부재를 포함하지만, 내측 및 외측 압축 링(262, 264)이 하나 이상의 탄성 부재에 의해 커버(260)에 탄성적으로 결합되는 대안적인 배열이 사용될 수 있음을 이해하여야 한다. 커버(260) 상에 압축 링(262, 264)을 탄성적으로 장착하는 것은 또한 예를 들어 평탄하지 않고 두께의 변동이 있는 등의 표면에 대해 시스템에서 얼마간의 보상을 제공하는 역할을 할 수 있다. 압축 링의 탄성 결합은 또한, 샘플 처리 장치(250)가 커버(260)와 열 구조체(230) 사이에서 압축될 때, 이 2개의 구성 요소들 사이에 발생된 압축력에 있어서의 균일성을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에서 논의되는 바와 같이, 전달 표면(232)(또는 다른 형상화된 전달 표면)과 접촉하는 샘플 처리 장치(250)의 부분은, 압축 하에서 샘플 처리 장치(250)가 전달 표면(232)의 형상에 순응할 수 있게 하는 얼마간의 순응성을 나타내는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 순응성은 전달 표면(232)과 접촉하여 위치된 샘플 처리 장치의 부분에 제한될 수 있다. 형상화된 열전달 표면에 순응하도록 된 순응성 부분(compliant portion)을 포함할 수 있는 몇몇 잠재적으로 적합한 샘플 처리 장치가, 예를 들어 2005년 7월 5일자로 출원되고 발명의 명칭이 "순응성 미세유체 샘플 처리 디스크"(COMPLIANT MICROFLUIDIC SAMPLE PROCESSING DISKS)인 미국 특허 출원 제11/174,680호, 및 2005년 7월 5일자로 출원되고 발명의 명칭이 "모듈형 샘플 처리 장치 및 방법"(MODULAR SAMPLE PROCESSING APPARATUS AND METHODS)인 미국 특허 출원 제11/174,756호에서 설명되어 있다.
앞의 문단에서 밝힌 문헌에서 논의된 바와 같이, 샘플 처리 장치의 순응성은, 코어 및 이에 감압 접착제를 이용하여 부착된 커버를 포함하는 복합 구조체로서 형성된 환상 처리 링을 장치가 포함한다면 증대될 수 있다. 그러한 하나의 복합 구조체의 일부분이 도 9에 도시되어 있는데, 복합 구조체는 접착제(바람직하게 감압 접착제)(484, 488)를 이용하여 커버(482, 486)가 (각각) 부착된 본체(480)를 갖는 장치(450)를 포함한다. 프로세스 챔버가 도 9에서 볼 수 있는 것과 같은 복 합 구조체에 의해 형성된 (도 1 및 도 3에 도시된 바와 같은) 원형 어레이(circular array)로 제공되는 경우, 프로세스 챔버 및 커버는 바람직하게는, 샘플 처리 디스크가 형상화된 열전달 표면에 대항하여 가압될 때, 아래에 놓인 열전달 표면의 형상에 순응하도록 된 순응성 환상 처리 링을 한정할 수 있다. 순응성은 바람직하게는 프로세스 챔버의 유체 보전을 유지하면서(즉, 누출을 야기함이 없이) 환상 처리 링의 얼마간의 변형에 의해 달성된다.
본체(480) 및 샘플 처리 장치의 (프로세스 챔버와 같은) 임의의 유체 구조체를 밀봉하는 데에 이용되는 여러 커버(482, 486)들은 임의의 적합한 재료 또는 재료들로 제조될 수 있다. 적합한 재료의 예로는, 예를 들어 중합체성 재료(예를 들어, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리에틸렌 등), 금속(예를 들어, 금속 포일) 등을 들 수 있다. 커버는 바람직하게는 예를 들어 금속 포일, 중합체성 재료, 다층 복합체 등의 대체로 평탄한 시트형 피스(sheet-like piece)로 제공될 수 있지만, 반드시 제공될 필요는 없을 수 있다. 디스크의 본체 및 커버를 위해 선택된 재료가 양호한 물 장벽 특성을 나타내는 것이 바람직할 수 있다.
커버(482, 486)들 중 적어도 하나가 선택된 파장의 전자기 에너지를 실질적으로 투과시키는 재료 또는 재료들로 구성되는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 커버(482, 486)들 중 하나가 프로세스 챔버 내에서의 형광 발광 또는 색상 변화의 시각적 또는 기계적 감시를 허용하는 재료로 구성되는 것이 바람직할 수 있다.
커버(482, 486)들 중 적어도 하나가 금속 층, 예를 들어 금속 포일을 포함하 는 것이 또한 바람직할 수 있다. 금속 포일로서 제공된다면, 커버는 바람직하게는 샘플 물질과 금속 사이의 접촉을 방지하기 위해 유체 구조체의 내부에 대면하는 표면 상에 패시베이션 층(passivation layer)을 포함할 수 있다. 그러한 패시베이션 층은 또한, 예를 들어 중합체의 고온 용융 접합에서 사용될 수 있는 접합 구조체로서 기능할 수 있다. 별개의 패시베이션 층에 대한 대안예로서, 커버를 본체(480)에 부착시키기 위해 사용되는 임의의 접착층이 또한 샘플 물질과 커버의 임의의 금속 사이의 접촉을 방지하기 위한 패시베이션 층으로서 작용할 수도 있다.
몇몇 실시예에서, 하나의 커버(482)는 바람직하게는 중합체성 필름(예를 들어, 폴리프로필렌)으로 제조될 수 있는 반면에, 장치(450)의 반대편의 커버(486)는 바람직하게는 금속 층(예를 들어, 알루미늄의 금속 포일 층 등)을 포함할 수 있다. 그러한 실시예에서, 커버(482)는 바람직하게는 선택된 파장, 예를 들어 가시 스펙트럼, 자외선 스펙트럼 등의 전자기 방사를 프로세스 챔버 내부로 및/또는 그 외부로 투과시키는 반면에, 커버(486)의 금속 층은 본 명세서에서 설명된 바와 같이 열 구조체/표면을 사용하여 프로세스 챔버 내부로의 및/또는 그 외부로의 열에너지 전달을 촉진한다.
커버(482, 486)는 임의의 적합한 기술 또는 기술들, 예를 들어 용융 접합, 접착제, 용융 접합 및 접착제의 조합 등에 의해 본체(480)에 부착될 수 있다. 용융 접합된다면, 용융 접합을 촉진하기 위해, 커버 및 커버가 부착되는 표면 둘 다는 예를 들어 폴리프로필렌 또는 몇몇 다른 용융 접합가능한 재료를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 커버(482, 486)는 감압 접착제를 사용하여 부착되는 것이 바람직할 수 있다. 감압 접착제는 커버와 본체(480)의 대향 표면 사이에 연속적인 끊김없는 층으로서 바람직하게 제공될 수 있는 감압 접착제의 층의 형태로 제공될 수 있다. 몇몇의 잠재적으로 적합한 부착 기술, 접착제 등의 예가, 예를 들어 발명의 명칭이 "향상된 샘플 처리 장치 시스템 및 방법"인 미국 특허 제6,734,401호(베딩햄 등) 및 발명의 명칭이 "샘플 처리 장치"인 미국 특허 출원 공개 제2002/0064885호에 설명되어 있다.
감압 접착제는 전형적으로, 커버가 부착되는 아래에 놓인 본체에 대한 커버의 얼마간의 이동을 바람직하게 허용할 수 있는 점탄성 특성을 나타낸다. 이동은, 예를 들어 본 명세서에서 설명된 바와 같이 형상화된 전달 표면에 순응하기 위한 환상 처리 링의 변형의 결과일 수 있다. 상대 이동은 또한 커버와 본체 사이의 상이한 열팽창률의 결과일 수 있다. 본 발명의 디스크에서 커버와 본체 사이의 상대 이동의 원인에 상관없이, 감압 접착제의 점탄성 특성이, 변형에도 불구하고, 프로세스 챔버 및 유체 구조체의 다른 유체 특징부들이 바람직하게 유체 보전(누출하지 않음)을 유지할 수 있게 하는 것이 바람직할 수 있다.
점탄성 감압 접착제로 본체에 부착된 커버를 사용하여 복합 구조체로서 형성된 환상 처리 링을 포함하는 샘플 처리 장치는, 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 환상 처리 링을 형상화된 전달 표면에 순응시키기 위해 가해진 힘에 응답하여 순응성을 나타낼 수 있다. 본 발명과 관련하여 사용된 샘플 처리 장치에 있어서의 환상 처리 링의 순응성은 대안적으로는, 예를 들어 대부분의 면적이 본체(480)의 보이드에 의해 점유되는 환상 처리 링에 (예를 들어, 원형) 어레이로 프로세스 챔버 를 위치시킴으로써 제공될 수 있다. 프로세스 챔버 자체는 바람직하게는 본체(480)에 부착된 커버(482, 486)에 의해 폐쇄된 본체(480) 내의 보이드에 의해 형성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 샘플 처리 장치의 하나의 주 표면의 일부분의 평면도이다. 도 10에 도시된 장치(450)의 부분은 외측 에지(485) 및 내측 에지(487)를 갖는 환상 처리 링의 일부분을 포함한다. 프로세스 챔버(452)는 환상 처리 링 내에 위치되고, 본 명세서에서 논의된 바와 같이 바람직하게는 본체(480)를 통해 연장하는 보이드로서 형성될 수 있는데, 커버(482, 486)는 보이드와 관련하여 프로세스 챔버(452)의 체적을 한정한다. 프로세스 챔버(452)에 의해 점유된 환상 처리 링의 순응성 또는 가요성을 향상시키기 위해, 프로세스 챔버(452)의 보이드가 환상 처리 링 내에 위치된 본체(480)의 체적의 50% 이상을 점유하는 것이 바람직할 수 있다.
내측 압축 링(도 6에서의 도면 부호 262 참조)이 환상 처리 링의 내측 에지(487)를 따라, 또는 내측 에지(487)와 프로세스 챔버(452)의 최내측 부분 사이에서 장치(450)와 접촉하는 것이 바람직할 수 있다. 외측 압축 링(도 6에서의 도면 부호 264 참조)이 환상 처리 링의 외측 에지(485)를 따라, 또는 외측 에지(485)와 프로세스 챔버(452)의 최외측 부분 사이에서 장치(450)와 접촉하는 것이 또한 바람직할 수 있다.
본 발명과 관련하여 사용된 샘플 처리 장치에 있어서의 환상 처리 링의 순응성은 바람직하게는, 점탄성 감압 접착제를 사용하여 복합 구조체로서 형성된 환상 처리 링 및 환상 처리 링 내에 위치된 보이드와의 조합에 의해 제공될 수 있다. 그러한 조합은 단독으로 취해진 어느 하나의 접근법보다 더 많은 순응성을 제공할 수 있다.
본 명세서 및 첨부된 청구의 범위에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태는 그 문맥이 명백하게 다르게 지시하지 않는 한 복수 형태를 포함한다. 따라서, 예를 들어 단수 구성요소에 대한 언급은 당업자에게 공지된 하나 이상의 구성요소 및 그 균등물을 포함할 수도 있다.
본 명세서에서 인용된 모든 참조문헌 및 공보는 전체로서 본 개시 내용에 참고로 명백히 포함된다. 본 발명의 예시적인 실시예가 논의되어 있으며, 본 발명의 범주 이내의 몇몇 가능한 변형예가 참조되었다. 본 발명에 있어서의 상기 및 다른 변형 및 변경이 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 당업자에게 명백하게 될 것이며, 본 발명이 본 명세서에서 나타낸 예시적인 실시예들로 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 따라서, 본 발명은 이하에 제공되는 청구의 범위 및 그 균등물에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims (39)

  1. 샘플 처리 장치를 처리하기 위한 시스템으로서,
    구동 시스템에 작동식으로 결합되고, z-축을 한정하는 회전축을 중심으로 구동 시스템에 의해 회전되는 베이스 플레이트;
    베이스 플레이트의 제1 표면에 근접하여 노출된 전달 표면을 포함하고, 베이스 플레이트에 작동식으로 부착된 열 구조체;
    내측 압축 링과 외측 압축 링을 포함하고, 전달 표면에 대면하는 커버;
    커버에 작동식으로 부착되어 커버를 전달 표면을 향해 z-축을 따라 제1 방향으로 가압하는 압축 구조체;
    커버 및 열 구조체 중 하나 또는 둘 다에 작동식으로 결합된 하나 이상의 탄성 부재; 및
    베이스 플레이트가 회전축을 중심으로 회전하는 동안에 열 구조체에 열에너지를 전달하도록 구성된 에너지원
    을 포함하고,
    내측 및 외측 압축 링이 커버와 전달 표면 사이에 위치된 샘플 처리 장치와 접촉하여 샘플 처리 장치를 전달 표면과 접촉하도록 가압하고,
    하나 이상의 탄성 부재는 커버를 베이스 플레이트를 향해 가압하는 압축 구조체의 힘과 대항하는 편의력을 제공하는 시스템.
  2. 샘플 처리 장치를 처리하기 위한 시스템으로서,
    구동 시스템에 작동식으로 결합되고, z-축을 한정하는 회전축을 중심으로 구동 시스템에 의해 회전되는 베이스 플레이트;
    베이스 플레이트의 제1 표면에 근접하여 노출된 전달 표면을 포함하고, 베이스 플레이트에 작동식으로 부착된 열 구조체;
    전달 표면에 대면하는 커버;
    커버 및 베이스 플레이트에 작동식으로 부착된 하나 이상의 자기 요소들;
    커버 및 열 구조체 중 하나 또는 둘 다에 작동식으로 결합된 하나 이상의 탄성 부재; 및
    베이스 플레이트가 회전축을 중심으로 회전하는 동안에 열 구조체에 열에너지를 전달하도록 구성된 에너지원
    을 포함하고,
    커버 및 베이스 플레이트에 부착된 하나 이상의 자기 요소들 사이의 자기 인력이 커버를 베이스 플레이트의 제1 표면을 향해 z-축을 따라 제1 방향으로 끌어당겨, 커버와 베이스 플레이트 사이에 위치된 샘플 처리 장치가 베이스 플레이트의 열 구조체와 접촉하도록 가압되게 하고,
    하나 이상의 탄성 부재는 커버를 베이스 플레이트의 제1 표면을 향해 끌어당기는 자기 인력과 대항하는 편의력을 제공하는 시스템.
  3. 샘플 처리 장치를 처리하기 위한 시스템으로서,
    구동 시스템에 작동식으로 결합되고, 회전축을 중심으로 구동 시스템에 의해 회전되는 베이스 플레이트;
    베이스 플레이트의 제1 표면에 대면하는 커버;
    커버에 작동식으로 부착되어 커버를 베이스 플레이트를 향해 가압하는 압축 구조체;
    베이스 플레이트에 작동식으로 부착된 열 구조체;
    커버 및 열 구조체 중 하나 또는 둘 다에 작동식으로 결합된 하나 이상의 탄성 부재; 및
    베이스 플레이트가 회전축을 중심으로 회전하는 동안에 열 구조체에 열에너지를 전달하도록 구성된 에너지원을 포함하며,
    하나 이상의 탄성 부재는 커버를 베이스 플레이트를 향해 가압하는 압축 구조체의 힘과 대항하는 편의력을 제공하고, 커버와 베이스 플레이트의 제1 표면 사이에 위치된 샘플 처리 장치의 일부분은 열 구조체와 접촉하도록 가압되는 시스템.
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