KR20160123356A - 스케일러블 유전자증폭기를 제공하고 열전 장치를 격리시키기 위한 장치, 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

일 양상에서, 샘플 블록 및 열전 장치를 포함하는 유전자증폭기 시스템이 개시되어 있다. 다양한 실시형태에서, 샘플 블록은 복수의 반응 용기를 수용하도록 구성된 제1 표면 및 대향하는 제2 표면을 가진다. 다양한 실시형태에서, 열전 장치는 샘플 블록의 제2 표면에 작동 가능하게 커플링된다. 다양한 실시형태에서, 열 제어 장치가 제공된다. 다양한 실시형태에서, 열 제어 장치는 컴퓨터 처리장치를 포함한다. 다양한 실시형태에서, 열 제어 장치는 전기 전류원을 포함한다. 다양한 실시형태에서, 열 제어 장치는 전기 케이블에 의해 열전 장치를 전기 전류원에 연결하도록 구성된 전기 인터페이스 부분을 또한 포함한다. 다양한 실시형태에서, 열 제어 장치는 샘플 블록 및 열전 냉각기와는 다른 평면에 배향된다.

Description

스케일러블 유전자증폭기를 제공하고 열전 장치를 격리시키기 위한 장치, 시스템 및 방법{APPARATUSES, SYSTEMS AND METHODS FOR PROVIDING SCALABLE THERMAL CYCLERS AND ISOLATING THERMOELECTRIC DEVICES}
본 개시내용은 일반적으로 스케일러블(scalable) 유전자증폭기(thermal cycler)를 제공하고 열전 장치를 격리시키기 위한 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
중합효소 연쇄 반응(Polymerase Chain Reaction: PCR)의 지원에서의 열 순환은 전세계에서 90% 초과의 분자 생물학 연구실에 걸쳐 발견되는 보편적 기술이다.
PCR 공정을 이용하여 DNA(Deoxyribose Nucleic Acid: 데옥시리보스 핵산)를 증폭시키는 것은 몇몇 상이한 온도 항온처리 기간에 걸친 특별히 구성된 액체 반응 혼합물의 순환을 수반한다. 반응 혼합물은 증폭시키고자 하는 DNA 및 증폭되는 DNA의 연장 생성물을 생성할 수 있는 샘플 DNA에 충분히 상보성인 적어도 2개의 프라이머를 포함하는 다양한 성분으로 이루어진다. PCR에 대한 키는 DNA의 변성, 생성된 단일 가닥에 대한 짧은 프라이머의 어닐링, 및 이 프라이머의 연장에 의한 이중 가닥 DNA의 새로운 카피의 제조의 교대하는 단계인 열 순환의 개념이다. 열 순환에서, PCR 반응 혼합물은 DNA의 변성을 위한 대략 95℃의 고온으로부터 프라이머 어닐링 및 연장을 위한 대략 50℃ 내지 70℃의 더 낮은 온도로 반복하여 순환된다.
몇몇 이전의 PCR 장치에서, 샘플 관은 금속 블록에서 샘플 웰에 삽입된다. PCR 공정을 수행하기 위해, 금속 블록의 온도는 PCR 프로토콜에서 사용자가 기술한 규정된 온도 및 시간에 따라 순환된다. 순환은 컴퓨터 및 연관 전자제품에 의해 제어된다. 금속 블록이 온도를 변화시키면서, 다양한 관에서의 샘플은 유사한 온도 변화를 경험한다. 그러나, 이 이전의 장치에서 전체 크기 또는 풋프린트(footprint)는 흔히 크고, 따라서 실험실 벤치에서 상당한 공간을 점유한다. 많은 실험실에서, 빈 벤치 공간은 흔히 발견하기 어렵다. 몇몇 이전의 장치에서, 비교적 큰 풋프린트에 대한 이유는 PCR 공정을 수행하기 위해 샘플을 순환시키기 위해 필요한 다양한 부품 및 하위조립체의 치수로 인할 수 있다.
장치의 전체 크기에 기여하는 부품은 금속 블록 및 궁극적으로 샘플의 열 제어를 제공하기 위해 사용된 인쇄 회로 기판(PCB)이다. 몇몇 이전의 장치에서, 2개의 인쇄 회로 기판이 포함된다. 인터페이스 보드라 때때로 불리는 PCB 중 하나는 열전 장치의 주연부 주위에 위치하고, 열전 장치, 열 센서 및 다른 필요한 전자장치에 전기 접속을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 증폭기 보드라 때때로 불리는 또 다른 PCB은 금속 블록의 원하는 또는 설정 온도 및 열 센서에 의해 검출된 금속 블록 또는 샘플의 온도에 의존하는 제어 방식으로 전기 전류를 열전 장치에 제공하기 위해 사용될 수 있다. 열전 장치는 장치의 일 측으로부터 또 다른 측으로 열을 펌프질하기 위해 펠티에(Peltier) 효과를 이용한다. 조작 시, 열전 장치에 전기 DC 전류가 제공된다. 전류는 TEC를 통해 흐르고, 일 표면이 뜨겁게 되게 하는 반면, 반대 표면이 차가워진다. 전류의 방향을 역전시킴으로써, 뜨거운 표면이 차가워지고, 차가운 표면이 뜨거워진다.
흔히 열전 장치는 축축한 환경에서 잘 수행되지 않는다. 수분은 장치 내의 전기 접속의 부식에 기여한다. 부식은 접속의 저항을 증가시키고, 결국 장치의 조기 실패, 및 장치의 낮은 신뢰도를 발생시킨다.
몇몇 이전의 장치에서, 열전 장치의 수 및 각각의 열전 장치의 크기는 클 수 있다. 몇몇 이전의 장치에서, 열전 장치의 수는 1개, 2개, 4개, 6개, 8개 또는 적용에 적합한 임의의 다른 수일 수 있다. 필요한 전기 접속을 제공하는 인터페이스 보드는 따라서 실질적일 수 있다. 추가로, PCB는 TEC의 주연부 주위에 위치하여서, 장치의 전체 크기에 추가로 기여한다.
몇몇 이전의 장치에서, 열전 장치는 열전 장치에 전력공급하기 위해 상당한 전기 전류를 필요로 한다. 장치에 따라, 필요한 전류는 10 암페어 초과일 수 있다. 이 규모의 전류의 제공은 흔히 필요한 전류를 제공하기 위해 큰 전기 부품, 예를 들어 인덕터의 사용을 필요로 한다. 전기 부품의 크기는 증폭기 보드의 크기에 영향을 미치고, 장치의 크기에 추가로 영향을 미친다.
소형, 스케일러블, 신뢰 가능한, 제공 가능한 고성능 장치에 작은 풋프린트를 제공하는 것은 따라서 전세계에서 과학자들이 원하고 있다.
스케일러블 유전자증폭기를 제공하고 열전 장치를 격리시키기 위한 장치, 시스템 및 방법이 개시되어 있다.
일 양상에서, 샘플 블록 및 열전 장치를 포함하는 유전자증폭기 시스템이 개시되어 있다. 다양한 실시형태에서, 샘플 블록은 복수의 반응 용기를 수용하도록 구성되고 제2 표면의 반대인 제1 표면을 가진다. 다양한 실시형태에서, 열전 장치는 샘플 블록의 제2 표면에 작동 가능하게 커플링된다. 다양한 실시형태에서, 열 제어 장치가 제공된다. 다양한 실시형태에서, 열 제어 장치는 컴퓨터 처리장치를 포함한다. 다양한 실시형태에서, 열 제어 장치는 전기 전류원을 포함한다. 다양한 실시형태에서, 열 제어 장치는 전기 케이블에 의해 열전 장치를 전기 전류원에 연결하도록 구성된 전기 인터페이스 부분을 또한 포함한다. 다양한 실시형태에서, 열 제어 장치는 샘플 블록 및 열전 냉각기와는 다른 평면에 배향된다.
또 다른 양상에서, 샘플 블록 및 2개 이상의 열 모듈(thermal module)을 포함하는 유전자증폭기 시스템이 개시되어 있다. 다양한 실시형태에서, 샘플 블록은 복수의 반응 용기를 수용하도록 구성된 제1 표면 및 대향하는 제2 표면을 가진다. 다양한 실시형태에서, 각각의 열 모듈은 열전 장치를 포함한다. 다양한 실시형태에서, 열전 장치는 샘플 블록의 제2 표면에 작동 가능하게 커플링된다. 다양한 실시형태에서, 각각의 열 모듈은 컴퓨터 처리장치를 포함한다. 다양한 실시형태에서, 열 제어 장치는 전기 전류원을 포함한다. 다양한 실시형태에서, 열 제어 장치는 전기 케이블에 의해 열전 장치를 전기 전류원에 연결하도록 구성된 전기 인터페이스를 또한 포함한다. 다양한 실시형태에서, 열 제어 장치는 샘플 블록 및 열전 냉각기와는 다른 평면에 배향된다.
또 다른 양상에서, 샘플 블록, 열전 장치, 드립 팬(drip pan), 히트 싱크(heat sink) 및 히트 싱크에 획정된 개구를 포함하는 유전자증폭기 장치가 개시되어 있다. 다양한 실시형태에서, 샘플 블록은 샘플 지지 장치를 수용하도록 구성된 제1 표면 및 대향하는 제2 표면을 가진다. 다양한 실시형태에서, 열전 장치는 샘플 블록의 제2 표면과 열 접촉으로 배치된다. 다양한 실시형태에서, 드립 팬은 샘플 블록의 주연부를 둘러싼다. 다양한 실시형태에서, 히트 싱크는 열전 장치와 열 접촉으로 배치된다. 다양한 실시형태에서, 히트 싱크 및 드립 팬은 밀폐 밀봉된다. 다양한 실시형태에서, 인서트(insert)는 히트 싱크에 획정된 개구에 배치된다. 다양한 실시형태에서, 인서트는 열전 장치로부터 유도되는 전기 접속을 밀폐 밀봉한다.
또 다른 양상에서, 샘플 블록, 열전 장치, 드립 팬, 히트 싱크, 히트 싱크에 획정된 개구, 제1 시일 및 제2 시일을 포함하는 유전자증폭기 장치가 개시되어 있다. 다양한 실시형태에서, 샘플 블록은 샘플 지지 장치를 수용하도록 구성된 제1 표면 및 대향하는 제2 표면을 가진다. 다양한 실시형태에서, 열전 장치는 샘플 블록의 제2 표면과 열 접촉으로 배치된다. 다양한 실시형태에서, 드립 팬은 샘플 블록의 주연부를 둘러싸고, 상부면 및 하부면을 가진다. 다양한 실시형태에서, 히트 싱크는 열전 장치와 열 접촉으로 배치된다. 다양한 실시형태에서, 히트 싱크는 제1 표면, 제2 표면, 및 제2 표면에 매달린 복수의 핀을 가지는 기부를 추가로 포함한다. 다양한 실시형태에서, 제1 시일은 열전 장치의 주연부를 획정한다. 다양한 실시형태에서, 제1 시일은 히트 싱크의 제1 표면을 추가로 격리시키고, 드립 팬의 하부면과의 밀폐 시일을 제공하도록 구성된다. 다양한 실시형태에서, 제2 시일은 샘플 블록의 제1 표면의 주연부를 격리시킨다. 다양한 실시형태에서, 제2 시일은 드립 팬의 하부면과의 밀폐 시일을 제공하도록 추가로 구성된다.
또 다른 양상에서, 유전자증폭기 장치는 샘플 블록, 열전 장치, 드립 팬, 히트 싱크, 제1 시일, 제2 시일, 제3 시일 및 제4 시일을 포함한다. 다양한 실시형태에서, 샘플 블록은 제1 표면 및 제2 표면을 가진다. 다양한 실시형태에서, 제2 표면은 샘플 지지 장치를 수용하도록 구성된다. 다양한 실시형태에서, 열전 장치는 샘플 블록의 제2 표면과 열 접촉으로 배치된다. 다양한 실시형태에서, 드립 팬은 샘플 블록의 주연부를 둘러싸고, 상부면 및 하부면을 가진다. 다양한 실시형태에서, 히트 싱크는 열전 장치와 열 접촉으로 배치되고, 제1 표면, 제2 표면, 제2 표면에 매달린 복수의 핀 및 히트 싱크에서의 개구를 가지는 기부를 포함한다. 다양한 실시형태에서, 제1 시일은 열전 장치의 주연부를 획정한다. 다양한 실시형태에서, 제1 시일은 히트 싱크의 제1 표면을 추가로 격리시키고, 드립 팬의 하부면과의 밀폐 시일을 제공하도록 구성된다. 다양한 실시형태에서, 제2 시일은 샘플 블록의 제1 표면의 주연부를 격리시킨다. 다양한 실시형태에서, 제2 시일은 드립 팬의 하부면과의 밀폐 시일을 제공하도록 구성된다. 다양한 실시형태에서, 제3 시일은 히트 싱크의 획정된 개구에 배치된다. 다양한 실시형태에서, 제3 시일은 열전 장치로부터 유도되는 전기 접속을 밀폐 밀봉하도록 구성된다. 다양한 실시형태에서, 제4 시일은 열전 장치에 부착된 하나 이상의 전기 리드의 단부에 배치된다.
또 다른 양상에서, 유전자증폭기 장치는 샘플 블록, 열전 장치, 드립 팬, 히트 싱크 및 복수의 밀봉 부재(sealing member)를 포함한다. 다양한 실시형태에서, 샘플 블록은 제1 표면 및 제2 표면을 가진다. 다양한 실시형태에서, 제1 표면은 샘플 지지 장치를 수용하도록 구성된다. 다양한 실시형태에서, 열전 장치는 샘플 블록의 제2 표면과 열 접촉으로 배치된다. 다양한 실시형태에서, 드립 팬은 샘플 블록의 주연부를 둘러싼다. 다양한 실시형태에서, 드립 팬은 상부면 및 하부면을 가진다. 다양한 실시형태에서, 히트 싱크는 열전 장치와 열 접촉으로 배치되고, 제1 표면, 제2 표면, 제2 표면에 매달린 복수의 핀 및 히트 싱크에 획정된 개구를 가지는 기부를 포함한다. 다양한 실시형태에서, 복수의 밀봉 부재는 샘플 블록과 히트 싱크 사이에 열전 장치를 밀폐 밀봉하도록 구성된다.
또 다른 양상에서, 열전 장치를 제어하는 방법은 하나 이상의 열 블록, 하나 이상의 열전 장치 및 하나 이상의 열 제어 장치를 포함하는 생물학적 샘플을 분석할 수 있는 장치를 제공하는 단계, 열전 장치로부터 떨어져 각각의 열 제어 장치를 배치하는 단계, 고유한 열 제어 장치를 열전 장치들 중 하나에 전기 접속시키는 단계 및 각각의 열전 장치의 온도를 제어하는 단계를 포함한다. 다양한 실시형태에서, 하나 이상의 열 블록은 각각 제1 표면 및 제2 표면을 가진다. 다양한 실시형태에서, 제1 표면은 샘플 지지 장치를 수용하도록 구성된다. 다양한 실시형태에서, 하나 이상의 열전 장치는 적어도 1개의 열 블록의 제2 표면에 작동 가능하게 커플링된다. 다양한 실시형태에서, 하나 이상의 열 제어 장치는 단일 열전 장치를 제어하도록 구성된다. 다양한 실시형태에서, 고유한 열 제어 장치를 열전 장치들 중 하나에 전기 접속시키는 것은 전기 케이블에 의해 수행된다. 다양한 실시형태에서, 각각의 열전 장치의 온도의 제어는 고유한 열 제어 장치에 의해 수행된다.
이들 특징 및 다른 특징은 본 명세서에 제공된다.
본 명세서에 개시된 원리 및 이의 이점을 더 완전히 이해하기 위해, 이제 첨부 도면과 함께 취해진 이하의 설명을 참조한다:
도 1은 선행 기술에 따른 샘플 블록 조립체를 예시하는 블록 다이어그램;
도 2는 선행 기술에 따라 샘플 블록 조립체의 온도를 제어하기 위해 사용된 다중 채널 전력 증폭기 시스템 배치를 예시하는 블록 다이어그램;
도 3은 다양한 실시형태에 따라 샘플 블록 조립체의 온도를 제어하기 위해 사용된 전력 증폭기 시스템 배치를 예시하는 블록 다이어그램;
도 4는 다양한 실시형태에 따라 샘플 블록 조립체의 온도를 제어하기 위해 사용된 다중 모듈 전력 증폭기 시스템 배치를 예시하는 블록 다이어그램;
도 5는 선행 기술에 따른 밀봉 기법을 예시하는 블록 다이어그램;
도 6a 내지 도 6c는 다양한 실시형태에 따른 밀봉 기법을 보여주는 블록 다이어그램;
도 7은 다양한 실시형태에 따라 다수의 열전 장치를 제어하는 데 다수의 열 제어 장치가 어떻게 사용될 수 있는지를 보여주는 예시적인 공정 흐름도.
스케일러블 유전자증폭기를 제공하고 열전 장치를 격리시키기 위한 장치, 시스템 및 방법의 실시형태가 본 명세서에 기재되어 있다. 본 명세서에 사용된 표제 부문은 오직 체계적 목적을 위한 것이고, 어떠한 방식으로든 기재된 대상을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
본 개시내용의 다양한 양상을 자세히 참조할 것이고, 이의 예는 첨부한 도면에 예시되어 있다. 가능할 때마다, 동일한 또는 유사한 부분을 언급하도록 도면에 걸쳐 동일한 참조 번호가 사용될 것이다.
다양한 실시형태의 이 상세한 설명에서, 설명의 목적을 위해, 다수의 구체적인 상세내용은 개시된 실시형태의 완전한 이해를 제공하도록 기재되어 있다. 그러나, 당해 분야의 당업자는 이 다양한 실시형태가 이 구체적인 상세내용과 함께 또는 이것 없이 실행될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 다른 경우에, 구조 및 장치는 블록 다이어그램 형태로 도시되어 있다. 게다가, 당해 분야의 당업자는 방법들이 제시되고 수행되는 구체적인 순서가 예시적이라는 것을 용이하게 이해할 수 있고, 순서가 변할 수 있고, 본 명세서에 개시된 다양한 실시형태의 정신 및 범위 내에 여전히 있는 것으로 고려된다.
달리 한정되지 않은 한, 본 명세서에 사용된 모든 기술 용어 및 과학 용어는 본 명세서에 기재된 다양한 실시형태가 속하는 분야의 당업자가 흔히 이해하는 것과 동일한 의미를 가진다. 인용된 참조문헌에서의 용어의 정의가 본 교시내용에 제공된 정의와 다르게 보일 때, 본 교시내용에 제공된 정의가 규제해야 한다.
본 교시내용에 기재된 온도, 농도, 시간 등의 앞에 암시적인 “약”이 존재할 수 있어서, 본 교시내용의 범위 내에 약간의 중요치 않은 편차가 있는 것으로 이해될 것이다. 본원에서, 단수의 사용은 구체적으로 달리 기재되지 않은 한 복수를 포함한다. 또한, "포함한다", "포함", "포함하는", "함유한다", "함유", "함유하는", "포괄한다", "포괄" 및 "포괄하는"의 사용은 제한인 것으로 의도되지 않는다. 상기 일반적인 설명 및 하기 상세한 설명 둘 다는 오직 예시적이고 서술적이며, 본 교시내용을 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 교시내용은 다양한 실시형태와 함께 기재되어 있지만, 본 교시내용이 이러한 실시형태에 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 반대로, 본 교시내용은 당해 분야의 당업자가 이해하는 것처럼 다양한 대안, 변형 및 등가물을 포함한다.
추가로, 다양한 실시형태를 기술하는 데 있어서, 명세서는 특정한 단계 순서로서 제시된 방법 및/또는 공정을 가질 수 있다. 그러나, 본 방법 또는 공정이 본 명세서에 제시된 특정 단계 순서에 의존하지 않는 정도로, 본 방법 또는 공정은 설명된 특정 단계 순서로 제한되어서는 안 된다. 당해 분야의 당업자가 이해하는 것처럼, 다른 단계 순서가 가능할 수 있다. 따라서, 명세서에 기재된 특정한 단계 순서는 청구항에 대한 제한으로서 해석되지 않아야 한다. 또한, 방법 및/또는 공정에 관한 청구항은 기재된 순서의 단계의 수행으로 제한되지 않아야 하고, 당해 분야의 당업자는 순서가 변할 수 있고, 다양한 실시형태의 정신 및 범위 내에 여전히 있다는 것을 용이하게 이해할 수 있다.
일반적으로, 생물학적 실험실에 대해 장치를 제공하는 경우에, 더 적은 물리적 크기의 장치가 적어도 하기 이유에 유리하다. 첫째로, 더 작은 실험실에서, 더 작은 장치가 제한된 이용 가능한 작업실로 인해 더 용이하게 일체화될 수 있다. 둘째로, 더 작은 물리적 크기의 장치는 과학자들이 다수의 장치를 획득하게 할 수 있고, 이 장치에서 이전에 작업실은 수용된 것만을 가질 수 있다.
선행 기술과 일치하는 장치 구성이 도 1에 도시되어 있다. 장치(100)는 열 블록(110), 인터페이스 보드(120), 증폭기(130) 및 주제어기 보드(main controller board)(140)를 포함한다. 열 블록(110)은 우수한 열 특성을 나타내는 재료로부터 제조될 수 있다. 열전 장치(비도시)는 열 블록 아래에 있고 열 블록에 열 커플링된다. 열전 장치는 장치에 부착된 전기 리드에 인가된 전류 또는 전압에 반응하여 일 측으로부터 또 다른 측으로 열을 펌프질하기 위해 펠티에 효과를 이용하는 솔리드 스테이트 장치이다. 열전 장치는 비교적 작은 공간을 점유하면서 샘플 블록의 가열 및 냉각 둘 다에 사용될 수 있다.
열전 장치는 예를 들어 땜납에 의해 인터페이스 보드(120)에 전기 접속될 수 있다. 인터페이스 보드(120)는 장치에 다양한 추가의 수준의 기능을 제공할 수 있다. 인터페이스 보드는 또한 예를 들어 열 센서, 아날로그 대 디지털 변환기, 디지털 대 아날로그 변환기, 메모리 장치에 대한 연결을 제공할 뿐만 아니라, 열전 장치를 밀폐 밀봉하기 위한 해결책에 기여할 수 있다.
인터페이스 보드는 증폭기 보드(130) 및 주제어기 보드(140)에 추가로 연결될 수 있다. 증폭기 보드(130)는 컴퓨터 판독 가능한 명령어 및 알고리즘을 실행함으로써 열전 장치에 의한 샘플 블록의 가열 및 냉각에 필요한 전압 또는 전류를 결정한다. 증폭기 보드는 주제어기 보드(140)에 또한 연결될 수 있다. 주제어기 보드(140)에 대한 연결은 주제어기에 열 센서 판독, 아날로그 대 디지털 변환기로부터의 디지털 데이터, 메모리 데이터를 제공하고, 디지털 대 아날로그 변환기를 주제어기에 제공할 수 있다. 기재된 기능 모두는 열전 장치에 대한 전류 또는 전압을 제어하는 주제어기에 의해 이용되어서 샘플 블록 및 생물학적 샘플에 대한 정확한 온도 제어가 가능하게 할 수 있다. 주제어기 보드(140)는 다양한 통신 인터페이스를 또한 제공할 수 있다. 이 인터페이스의 예는 RS232, RS422, RS485, CAN, 이더넷(Ethernet), 블루투스, IEE-488, 무선, USB 및 파이어와이어(Firewire)이다. 주제어기 보드(140)는 사용자 인터페이스, 예컨대 eGUI, 터치 스크린, 인쇄기, 마우스 및 키보드, 및 데이터 저장 장치에 대한 연결을 추가로 제공할 수 있다.
도 1의 선행 기술의 변형은 도 2에 도시되어 있다. 도 2는 또한 선행 기술을 대표한다. 장치(200)는 열 블록(210), 인터페이스 보드(220), 증폭기 보드(230) 및 메인 프로세서 보드(240)를 포함한다. 이 경우에, 열 블록(210)은 서로 단열된 3개의 동일한 크기의 단편으로 분할된다. 각각의 단편은 바로 밑의 전용 열전 장치(비도시)와 결부된다. 각각의 열전 장치는 증폭기 보드(230)에 배치된 3개의 독립적 증폭기 채널(230a 내지 230c) 중 하나에 의해 제어된다. 이 구성은 각각의 열전 장치의 독립적 제어가 가능하게 한다. 장치(200)가 사용자에게 더 큰 융통성을 제공하면서, 2개의 추가의 증폭기 채널 및 2개의 추가의 블록 단편의 추가는 인터페이스 보드(220) 및 증폭기 보드(230) 둘 다의 치수, 및 장치의 전체 복잡함을 증가시킬 수 있다. 더 큰 PCB 치수는 몇몇 실험실이 수용하기에 어려울 수 있는 물리적으로 더 큰 장치에 또한 기여할 수 있다.
도 3에 도시된 제1 실시형태는 도 1 및 도 2에 도시된 선행 기술 구성에 대한 명확한 개선이다. 장치(300)는 열 블록(310), 열 제어 장치(320) 및 주제어기(350)를 포함한다. 열 블록(310)은 샘플 지지 장치를 수용하도록 구성된 제1 표면을 가질 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 열 블록은 열 전도성 금속일 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 금속은 알루미늄, 구리, 은 또는 금일 수 있지만, 이들로 제한되지는 않는다. 몇몇 실시형태에서, 샘플 블록은 세라믹, 예컨대 탄화규소일 수 있다. 샘플 지지 장치는 당해 분야에 공지된 임의의 샘플 지지 장치, 예컨대 미량적정 플레이트, 개별 관, 관 스트립, 유리, 금속 또는 플라스틱 슬라이드 또는 생물학적 분석에 적합한 임의의 다른 지지 장치일 수 있다. 각각의 샘플 지지 장치는 다양한 샘플을 지지하도록 임의의 수의 위치를 함유할 수 있다. 샘플 위치의 수는 1개의 샘플로부터 수천 개의 샘플 위치일 수 있다. 예를 들어, 샘플 지지 장치는 1개, 4개, 8개, 12개, 16개, 24개, 32개, 48개, 96개, 384개, 1536개, 2048개, 3072개 또는 생물학적 분석에 필요한 임의의 다른 수의 샘플을 수용할 수 있다. 각각의 샘플 위치는 원형 또는 직사각형일 수 있다. 각각의 샘플 위치는 추가로 편평한 바닥, 오목한 바닥, 볼록한 바닥을 함유하거나 함유하지 않을 수 있다. 각각의 샘플 위치는 다양한 샘플 용적을 함유하도록 추가로 크기화될 수 있다. 샘플 용적은 예를 들어 5피코리터 내지 100마이크로리터일 수 있지만, 이 범위로 제한되지 않는다. 각각의 샘플 지지 장치는 추가로 다양한 기하구조, 예컨대 직사각형 또는 원형(그러나 이 기하구조로 제한되지 않음)일 수 있다.
열 블록(310)은 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 추가로 가질 수 있다. 제2 표면은 하나 이상의 열전 장치(비도시)에 열 커플링될 수 있다. 각각의 열전 장치는 하나 이상의 전기 리드를 포함할 수 있다. 열 커플링은 인터페이스 재료를 포함할 수 있다. 인터페이스 재료는 당해 분야에 널리 공지되어 있고, 예를 들어, 열 그리스, 흑연 시트 또는 페이스트, 페이스트 변화 코팅 호일, 알루미늄 또는 실리콘 옥사이드가 인퓨징된 패드 또는 임의의 수의 이용 가능한 열 접착제일 수 있다. 인터페이스 재료는 열 블록과 열전 장치 사이의 균일한 열 접촉을 보장하도록 샘플 블록과 열전 장치 사이에 순응성(compliance)을 추가로 제공할 수 있다.
열 블록(310)은 하나 이상의 열 센서(비도시)에 또한 열 커플링될 수 있다. 열 센서는 당해 분야에 널리 공지되어 있고, 다양한 형상 및 크기로 이용 가능하다. 열 센서는 예를 들어 저항 온도 장치(resistance temperature device: RTD), 서미스터, 열전쌍, 적외선(IR) 검출기 또는 실리콘 밴드갭 장치일 수 있다. 열 센서는 샘플 블록의 표면에 커플링되거나 샘플 블록으로 묻힐 수 있다. 열 센서는 열 접착제, 기계적 클립 또는 스프링, 열 그리스 또는 당해 분야에 공지된 임의의 다른 열 인터페이스에 의해 커플링될 수 있다.
열 제어 장치(320)는 전기 전력 공급 섹션(330) 및 인터페이스 섹션(340)을 포함할 수 있다. 전기 전력 공급 섹션(330) 및 인터페이스 섹션(340)의 열 제어 장치(320)와의 조합은 선행 기술에 의해 실행되는 바대로 2개의 PCB에 대한 필요를 제거한다. 전기 전력 공급 섹션(330)은 주로 전압원 또는 전류원일 수 있다. 전기 전력 공급 섹션은 열전 장치에 다양한 양의 전압 또는 전류를 제공하도록 추가로 조정 가능할 수 있다. 전기 전력 공급 섹션은 전기 제어 인터페이스(332)을 통해 열전 장치의 하나 이상의 전기 리드에 추가로 연결될 수 있다.
열 제어 장치(320)는 인터페이스 섹션(340)을 추가로 포함할 수 있다. 인터페이스 섹션(340)은 다양한 기능을 제공할 수 있다. 다양한 기능은 도 1의 인터페이스 보드(120)와 관련하여 이전에 기재된 기능을 포함할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 인터페이스는 예를 들어 지속성 메모리, 휘발성 메모리, 아날로그 대 디지털 데이터 변환, 디지털 대 아날로그 데이터 변환 및 통신을 제공할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 열 제어 장치(320)는 프로세서(360)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 인터페이스 섹션(340)은 프로세서를 포함할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 전기 전력 공급 섹션(330)은 프로세서를 포함할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 인터페이스 섹션(340) 및 전력 공급 섹션(330)은 각각 프로세서를 포함할 수 있다.
프로세서(360)는 샘플 블록에 열 제어를 제공할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 인터페이스(340)은 밀폐 루프 열 제어가 가능하게 센서 인터페이스(342)을 통해 열 블록에 커플링된 하나 이상의 열 센서(비도시)에 연결될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 밀폐 루프 열 제어는 비례, 비례적분 및 비례미분 부재(proportional, integral and derivative element: PID)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 밀폐 루프 열 제어는 오직 1개 또는 2개의 비례, 비례적분 및 비례미분 부재를 포함할 수 있다.
열 제어 장치(320)에서의 프로세서(360)는 장치(300)에 대해 통신 능력을 추가로 제공할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 통신이 인터페이스 섹션(340)과 전기 전력 공급 섹션(330) 사이에 있을 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 통신이 인터페이스 섹션(340)과 주제어기(350) 사이에 있을 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 통신이 인터페이스 섹션(340)과 열 센서(비도시) 사이에 있을 수 있다. 다른 실시형태에서, 통신이 인터페이스 섹션(340), 주제어기(350), 전기 전력 공급 섹션(330)과 열 센서 사이에 있을 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 통신은 단방향성일 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 통신은 양방향성일 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 통신은 단방향성과 양방향성의 조합일 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 통신은 표준 프로토콜을 포함할 수 있다. 표준 프로토콜은 예를 들어 RS232, RS422, IEEE 488, CAN, 이더넷, 블루투스, 파이어와이어 또는 당해 분야에 공지된 임의의 다른 프로토콜일 수 있다.
도 3을 추가로 참조하면, 장치(300)는 주제어기(350)를 또한 포함할 수 있다. 주제어기(350)는 프로세서(비도시)를 또한 포함할 수 있다. 주제어기(350)의 프로세서는 열 제어 장치(320)에 포함된 프로세서 이외이고 별개일 수 있다. 주제어기(350)의 프로세서는 열 제어 장치(320)의 프로세서로부터 별개이고 이것과 적합한 장치 기능을 제공할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 주제어기(350)의 프로세서는 열 제어 장치(320)의 프로세서에 연결되고 이것과 통신할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 통신은 단방향성일 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 통신은 양방향성일 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 통신은 단방향성과 양방향성의 조합일 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 통신은 표준 프로토콜을 포함할 수 있다. 표준 프로토콜은 예를 들어 RS232, RS422, IEEE 488, CAN, 이더넷, USB, 블루투스, 파이어와이어 또는 당해 분야에 공지된 임의의 다른 프로토콜일 수 있다.
가장 단순한 실시형태에서, 주제어기(350)는 장치(300)에 외부인 환경에 인터페이스를 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 주제어기(350)는 사용자와의 상호작용을 제공한다. 사용자는 입력 장치를 통해 장치(300)로 정보를 입력할 수 있다. 입력 장치의 예는 장치(300)로 일체화된 터치 스크린, 포인팅 장치, 예컨대 마우스, 외부 키보드, 하나 이상의 외부 컴퓨터 및 키패드를 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 사용자는 장치(300)로부터 정보를 또한 인출할 수 있다. 정보는 내장 디스플레이, 프린터, 점프 드라이버, 하나 이상의 외부 컴퓨터, 외부 하드 드라이브 및 클라우드 인터페이스(이들로 제한되지는 않음)를 포함하는 출력 장치에 의해 장치(300)로부터 인출될 수 있다. 입력 장치는 다양한 프로토콜에 의해 장치(300)와 통신하고 이것에 연결될 수 있고, 단방향성 또는 양방향성일 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 통신은 표준 프로토콜일 수 있다. 표준 프로토콜은 예를 들어 RS232, RS422, IEEE 488, CAN, 이더넷, USB, 블루투스, 파이어와이어 또는 당해 분야에 공지된 임의의 다른 프로토콜일 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 주제어기(350)는 열 제어 장치(320)와 통신할 수 있다. 열 제어 장치(320)와의 통신은 사용자가 장치(300)에 대한 제어 매개변수를 입력하게 할 수 있다. 사용자는 장치에 대한 프로토콜을 생성하기 위해 제어 매개변수를 이용할 수 있다. 프로토콜은 열 매개변수 및 광학 검출 매개변수를 포함할 수 있다. 제어 매개변수는 설정 온도, 유지 시간 또는 지체 시간, 열 상승 속도, 자동 시간 증가/감소, 자동 온도 증가/감소, 항온처리 온도, 온도 사이클의 수, 프로토콜의 데이터 수집 부분, 광학 필터의 수 및 광학 통합 시간을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다.
상기 기재된 바와 같은 프로토콜을 생성하는 것 이외에, 사용자는 장치로부터 정보를 또한 인출할 수 있다. 정보는 상기 기재된 임의의 출력 장치를 통해 인출될 수 있다. 사용자는 정보, 예컨대 장치의 상태를 인출할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 상태는 장치의 이용가능성을 포함할 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 인출된 정보는 장치의 실행 상태를 포함할 수 있다. 실행 상태는 실행되는 프로토콜의 명칭, 현재 온도, 실행되는 사이클 번호, 프로토콜의 마감 시간 및 실행 동안의 에러를 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다.
열 제어 장치(320)가 이 열 제어 장치(320)에서 선행 기술과 다르고, 따라서 인터페이스 시스템(340)이 열전 장치로부터 분리된다는 것에 주목해야 한다. 열전 장치로부터 떨어져 열 제어 장치(320)를 배치하는 것은 열 블록(310) 및 열전 장치가 선행 기술보다 작은 기하구조를 점유하게 허용할 수 있다. 열전 장치로부터 열 제어 장치(320)를 분리하는 것은 또한 범위성(scalability) 기회가 가능하게 할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 열 블록(310)은 다수의 블록 단편에서 구성될 수 있다. 각각의 블록 단편은 열전 장치 및 열 센서를 포함할 수 있다. 따라서, 장치는 하나 초과의 블록 단편으로 구성될 수 있고, 각각의 블록 단편은 전용 열 제어 장치와 상관된다. 이러한 장치는 도 4에 도시되어 있다.
장치(400)는 3개의 블록 단편(410a 내지 410c)을 포함한다. 각각의 블록 단편은 임의의 수의 샘플 위치를 포함할 수 있다. 각각의 샘플 위치는 샘플 용적을 함유할 수 있다. 각각의 블록 단편(410a 내지 410c)은 도 3의 장치(300)와 유사한 온도 센서 및 열전 장치에 또한 열 커플링될 수 있다. 장치(400)는 열 제어 장치(420a 내지 420c)를 또한 포함할 수 있다. 각각의 열 제어 장치(420a 내지 420c)는 도 3의 열 제어 장치(320)와 유사한 프로세서(비도시), 인터페이스 섹션(비도시) 및 전기 전력 공급 섹션(비도시)을 또한 포함할 수 있다. 각각의 열 제어 장치(420a 내지 420c)는 단일 블록 단편과 결부될 수 있다. 1개의 블록 단편과 1개의 열 제어 장치의 상관관계는 서로 독립적인 각각의 블록 단편의 열 제어를 허용할 수 있다. 블록 단편의 독립적 제어는 사용자에게 증가한 융통성을 제공할 수 있다. 이 융통성은 동일한 프로토콜에 의해 모든 블록 단편을 실행하는 것 및 각각의 단편에서 상이한 프로토콜을 실행할 수 있는 것을 포함할 수 있다. 장치(400)는 주제어기(450)를 추가로 포함한다. 증가한 융통성은 열전 장치로부터 떨어져 열 제어 장치(420a 내지 420c)를 배치함으로써 또한 실현될 수 있다. 증가한 융통성은 열전 장치와는 다른 평면에 열 제어 장치(420a 내지 420c)를 배치함으로써 또한 실현될 수 있다. 증가한 융통성은 추가의 블록 단편을 장치에 첨가할 때 추가로 실현될 수 있다. 추가의 블록 단편은 추가의 열 제어 장치를 포함하여서 예컨대 도 1의 선행 기술에 제시된 것처럼 인터페이스 보드의 재설계가 되지 않게 함으로써 실현될 수 있다. 주제어기(450)는 도 3의 주제어기(350), 도 2의 주제어기(240) 및 도 1의 주제어기(140)에 대해 상기 제시된 임의의 또는 모든 기능성을 포함할 수 있다. 당해 분야의 당업자는 3개의 블록 단편 및 3개의 열 제어 장치의 도식이 제한이 아니고 임의의 수의 단편이 포함될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
1개의 블록 단편을 1개의 열 제어 장치와 상관시키는 것의 추가의 이점은 장치가 모듈화될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 열 제어 장치에 커플링된 16개의 샘플을 함유할 수 있는 블록 단편은 추가의 블록 단편 및 이의 상응하는 열 블록 유닛을 첨가함으로써 장치의 패밀리에 대한 토대일 수 있다. 예를 들어, 열 제어 장치에 의해 16개의 샘플의 일반 구성을 이용함으로써 비용을 감소시키고 용이한 업스케일링 및 다운사이징을 허용하여서 고객 수요를 맞출 수 있다.
몇몇 실시형태에서, 도 4의 블록 단편(410a 내지 410c)은 서로에 인접하여서, 표준 미량적정 플레이트가 모든 단편에 걸쳐 수용될 수 있다. 이전에 제시된 바대로, 표준 미량적정 플레이트는 당해 분야에 공지되어 있고, 예를 들어 24웰, 48웰, 96웰 및 384웰을 포함할 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 블록 단편(410a 내지 410c)은 표준 미량적정 플레이트의 사용이 모든 단편에 걸쳐 수용되는 것을 막도록 서로로부터 분리될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 각각의 블록 단편은 열 독립적인 것으로 생각될 수 있다.
열전 장치로부터 떨어져 도 3의 열 제어 장치(320) 및 도 4의 열 제어 장치(420a 내지 420c)를 배치하는 것은 주변 조건으로부터 열전 장치를 격리시키는 것에 대한 도전을 또한 제시할 수 있다. 열전 장치가 수분에 민감하다는 것이 당해 분야에 공지되어 있다. 수분은 예를 들어 수증기로부터일 수 있다. 높은 습도를 가지는 주변 조건은 수증기를 제공할 수 있다. 수분에 대한 노출은 열전 장치의 열화를 발생시켜 조기 실패를 발생시킬 수 있다.
도 5는 선행 기술의 장치의 블록 다이어그램이다. 도 5는 주변 수분으로부터 열전 장치를 밀봉하는 기법을 도시한다. 장치(500)는 샘플 블록(510)과 히트 싱크(530) 사이에 배치된 열전 장치(520a 및 520b)를 포함한다. 히트 싱크(530)는 특히 열 블록의 냉각 동안 열 블록으로부터 과도한 열의 제거를 위한 열 경로를 제공할 수 있다. 히트 싱크(530)는 상기 기재된 바와 같은 열 전도성, 순응형 층(비도시)을 가지는 열전 장치(520a 및 520b)에 열 커플링될 수 있다. 열전 장치는 유사한 기법에 의해 열 블록(310)에 또한 열 커플링될 수 있다.
장치(500)는 인터페이스 보드(550)를 추가로 포함한다. 인터페이스 보드(550)는 열전 장치(520a 및 520b)와 전기 전원 사이에 필요한 전기 접속을 제공할 수 있다. 전기 전원은 증폭기로서 선행 기술에 공지되어 있고, 도 1에 참조번호 130으로 도시되어 있다. 장치(500)는 드립 팬(540)을 추가로 포함한다. 드립 팬(540)은 열 블록(510)의 주연부 주위에 배치될 수 있다. 드립 팬(540)은 열 블록(510)의 온도보다 낮은 온도일 수 있는 부품으로부터 열 블록(510)을 격리시키기 위해 단열 재료로 구성될 수 있다. 더 낮은 온도는 주변 온도일 수 있다. 단열은 열 블록(510)으로부터의 열이 열 블록(510)으로 전도되는 것을 방지하기에 유리할 수 있고, 이것은 열 블록(510)의 중간 구역보다 차가운 열 블록(510)의 엣지를 발생시킬 수 있다. 드립 팬(540)은 하기 기재된 바대로 주변으로부터 열전 장치(520a 및 520b)를 밀봉하는 것을 보조하는 데 있어서 패스너(비도시)를 또한 수용할 수 있다.
수분에 대한 노출로부터 열전 장치(520a 및 520b)를 격리시키는 것은 밀폐 시일에 의해 달성될 수 있다. 도 5에 도시된 밀폐 시일은 부품(560, 570 및 580)에 의해 달성될 수 있다. 도 5에 도시된 바대로, 수분은 열 블록(510)과 드립 팬(540), 드립 팬(540)과 인터페이스 보드(550) 및 인터페이스 보드(550)와 히트 싱크(530) 사이의 갭을 통해 열전 장치(520a 및 520b)와 접촉할 수 있다.
선행 기술에서, 밀봉 부재(560)는 인터페이스 보드(550)의 상부면에 배치된 접착제 백킹된 폼(foam) 기반 재료일 수 있다. 밀봉 부재(560)는 염료 컷 부재일 수 있다. 밀봉 부재(560)는 일반적으로 직사각형 형상으로 추가로 성형될 수 있고, 열전 장치(520a 및 520b)의 주연부를 획정할 수 있다. 밀봉 부재(560)는 드립 팬(540)의 하부면 및 인터페이스 보드(550)의 상부면에서의 불규칙성을 보상하기 위한 순응성을 추가로 제공할 수 있다. 밀봉 부재(560)는 드립 팬(540)과 인터페이스 보드(550) 사이의 갭을 통해 수분이 열전 냉각기(520a 및 520b)에 도달하는 것을 방지하도록 작용할 수 있다.
선행 기술에서, 밀봉 부재(570)는 밀봉 부재(560)에 유사하게 구성되고, 인터페이스 보드(550)의 하부면에서 밀봉 부재(560)에 대향하여 배치될 수 있다. 밀봉 부재(570)는 인터페이스 보드(550)의 하부면 및 히트 싱크(530)의 상부면에서의 불규칙성을 보상하기 위한 순응성을 추가로 제공할 수 있다. 밀봉 부재(570)는 인터페이스 보드(550)와 히트 싱크(530) 사이의 갭을 통해 수분이 열전 냉각기(520a 및 520b)에 도달하는 것을 방지하도록 작용할 수 있다.
선행 기술에서, 밀봉 부재(580)는 열전 장치(520a 및 520b)가 드립 팬(540)과 열 블록(510) 사이의 갭을 통해 수분에 노출되는 것을 막도록 일체화될 수 있다. 선행 기술에서, 밀봉 부재(580)는 2개의 기능을 제공할 수 있다. 하나의 기능은 수분이 열전 장치(520a 및 520b)와 접촉하면서 나오는 것을 막는 것일 수 있다. 제2 기능은 열 블록(510)으로부터 열이 열 블록(510)으로부터 전도하고 드립 팬(540)에 도달하는 것을 막는 것일 수 있다. 추가의 기능성 때문에, 밀봉 부재(580)는 선행 기술에서 밀봉 부재(560 및 570)와 다른 재료로 구성된다. 선행 기술에서, 밀봉 부재는 실리콘 고무와 같은 재료로 구성될 수 있다.
도 5에 도시되어 있지 않지만, 선행 기술의 장치는 밀봉 부재(580)가 사이에 배치될 수 있는 드립 팬(540) 및 열 블록(510)에 상보성 특징을 포함할 수 있다. 히트 싱크(530)에 드립 팬(540)을 고정하여서 밀봉 부재(560, 570 및 580)를 압박하여 수분으로부터 열전 부재(520a 및 520b)를 밀봉할 수 있는 패스너가 또한 선행 기술에서 제시되고, 도 5에 도시되어 있지 않다.
도 3 및 도 3의 이전의 설명을 이제 참조하면, 선행 기술의 인터페이스 보드의 작용성은 열 블록(310) 및 이의 결부된 열전 장치로부터 떨어져 이동한다. 그러므로, 주변 수분 조건으로부터 열전 장치를 밀폐 밀봉하는 것은 선행 기술에 기재된 바대로 달성될 수 없다.
도 6a 및 도 6b는 장치(600)에서 열전 장치를 밀폐 밀봉하는 개선된 기법의 블록 다이어그램이다. 장치(600)는 히트 싱크(630), 열 블록(610) 및 드립 팬(640)을 포함할 수 있다. 드립 팬(640)은 열 블록(610)의 상부 주연부를 둘러싸도록 구성될 수 있다. 드립 팬(640)은 드립 팬(640)을 히트 싱크(630)에 고정하기 위한 패스너를 수용하도록 추가로 구성될 수 있다. 열전 장치(620)는 열 블록(610)과 히트 싱크(630) 사이에 배치된다. 이전에 설명된 바대로, 열전 장치가 수분에 대한 노출에 의해 부정적으로 영향을 받는다는 것이 당해 분야에 널리 공지되어 있다. 수분은 열전 장치의 부식을 발생시킬 수 있어서, 증가한 전기 저항의 구역을 발생시킨다. 장치를 통해 흐르는 전기 전류와 함께 증가한 전기 저항은 장치에서 핫 스팟을 발생시킬 수 있고, 이는 결국 물리적 실패를 발생시킬 수 있다. 특히 조작 동안 열전 장치와 수분의 접촉을 최소화하는 것이 따라서 중요하다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바대로, 열전 장치(620)는 열 블록(610), 히트 싱크(630) 및 드립 팬(640)에 의해 결합된 공간 내에 배치된다. 따라서, 이 공간이 주변 조건으로부터 격리되는 것이 중요하다. 도 6b에 도시된 바대로, 열전 장치(620)는 하나 이상의 전기 리드(650)를 포함할 수 있다. 전기 리드(650)는 열전 장치(620)와 열 제어 장치(비도시) 사이의 전기 도관일 수 있다. 대표적인 열 제어 장치는 도 3에서 참조번호 320으로 도시되어 있다.
열전 장치(620)를 격리시키기 위해, 따라서, 도 6a 및 도 6b의 3개의 구역에 주목한다. 첫째로, 에어 갭은 드립 팬(640)과 열 블록(610)의 상부 주연부 사이에 존재할 수 있다. 둘째로, 에어 갭은 드립 팬(640)과 히트 싱크(630) 사이에 존재할 수 있다. 마지막으로, 열 제어 장치에 전기 리드(650)를 연결하는 것은 전기 리드(650) 주위에 갭을 발생시킬 수 있다.
도 6a를 참조하면, 제1 갭은 히트 싱크(630)의 상부면과 드립 팬(640)의 하부면 사이에 보일 수 있다. 제1 갭에 가깝게 제1 시일(670)을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 장치의 조작 동안, 열 블록(610)은 주변을 초과하는 빈번에 온도 변화에 처리될 수 있다. 반대로, 히트 싱크(630) 및 드립 팬(640)은 더 우수한 열 안정성을 나타내고 주변에 더 가까운 온도를 유지시키는 것으로 공지되어 있다. 추가로, 히트 싱크(630)의 상부면 및 드립 팬(640)의 하부면은 열 블록(610)의 온도에 대한 부정적인 효과를 갖지 않도록 열 블록(610)으로 떨어져 위치하는 것으로 공지되어 있다. 히트 싱크(630)와 드립 팬(640) 사이의 에어 갭을 충전하기에 적합한 재료는 순응형일 뿐만 아니라 또한 기밀이어야 하는 특성을 가져야 한다. 일 실시형태에서, 폼 기반 개스킷 재료는 히트 싱크(630)의 상부면과 드립 팬(640)의 하부면 사이의 제2 갭을 밀폐 밀봉하기 위해 제2 시일로서 적합할 수 있다. 편의를 위해, 폼 기반 개스킷 재료가 일 측 또는 양 측에 백킹된 접착제인 것이 또한 바람직할 수 있다. 이 실시형태에서 접착제 백킹된 폼 기반 개스킷의 제안이 제한으로 고려되지 않아야 한다는 것에 주목한다. 당해 분야의 당업자는 원하는 특성을 나타내는 임의의 재료가 적절한 재료일 것이라는 것을 이해할 것이다.
도 6a를 다시 참조하면, 열 블록(610)의 상부 주연부와 드립 팬(640)의 하부면 사이에 제2 갭이 보일 수 있다. 제2 갭에 가깝게 제2 시일(680)을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 장치의 조작 동안, 열 블록(610)은 빈번한 온도 변화로 처리될 수 있다. 열 블록(610)은 온도 변화에 반응하여 팽창하거나 수축할 수 있다. 열 블록(610)의 팽창 및 수축은 드립 팬(640)을 열 블록(610)에 확고히 고정하는 데 있어서 어려움을 발생시킬 수 있다. 추가로, 드립 팬(640)은 주변 조건에서 열 안정하고 열 블록(610)과 드립 팬(640) 사이에 온도 구배를 발생시킬 수 있다. 이 구역에서의 온도 구배는, 열 블록(610)으로부터 드립 팬(640)으로 열이 전도되면서, 열 블록의 중앙보다는 차갑게 되는 열 블록의 엣지를 발생시킬 수 있다. 열 블록(610)과 드립 팬(640) 사이의 에어 갭을 충전하기에 적합한 재료는 순응형 및 기밀일 뿐만 아니라 또한 열 저항성이어야 하는 특성을 가져야 한다. 일 실시형태에서, 중합체, 예컨대 실리콘 고무는 열 블록(610)의 상부 주연부와 드립 팬(640)의 하부면 사이의 제2 갭을 밀폐 밀봉하기 위해 제2 시일(680)로서 사용될 수 있다. 그러나, 이 실시형태에서 제2 시일(680)로서의 실리콘 고무의 제안이 제한으로 고려되지 않아야 한다는 것에 주목한다. 당해 분야의 당업자는 원하는 특성을 나타내는 임의의 재료가 적절한 재료일 것이라는 것을 이해할 것이다.
상기 기재된 바대로, 장치(600)는 도 3에 도시된 장치(300)와 유사성을 가지고, 선행 기술의 인터페이스 보드 기능성이 열 블록 및 연관 열전 모듈로부터 떨어져 배치된다는 점에서 도 1의 선행 기술과 다르다. 도 6에서의 인터페이스 보드의 부재는 열 제어 장치와 열전 장치(620)의 전기 리드(650) 사이의 연결 주위에 밀폐 시일을 보장하는 것에 대한 도전을 제시한다. 히트 싱크가 도 6a 및 도 6b에 도시된 장치와 같은 장치의 부품이라는 것이 당해 분야에 널리 공지되어 있다. 그러나, 당해 분야의 당업자는 도 6b에 도시된 히트 싱크(630)가 선행 기술에서 인식 가능한 기하구조일 수 없다는 것에 주목할 수 있다. 특히, 도 6b의 구역(632)은 선행 기술로부터의 히트 싱크(630)와 다르다.
도 6b의 구역(632)은 동공(cavity)(634), 및 획정된 개구(636)를 포함한다. 동공(634)은 전기 리드(650)가 획정된 개구(636)로 삽입되는 공간을 제공하도록 포함될 수 있다. 구역(632)에 도시된 것처럼, 획정된 개구(636)는 전기 리드(650)의 치수보다 실질적으로 클 수 있다. 그러므로, 제3 시일(690)은 전기 리드(650)가 점유하지 않은 획정된 개구(636)의 일부를 충전하기 위해 획정된 개구(636)에 배치될 수 있다. 제3 시일(690)이 획정된 개구(636)보다 약간 더 크도록 제3 시일(690)이 구성될 수 있다. 획정된 개구(636)를 충전하기에 적합한 재료는 순응형이어서 획정된 개구(636)의 내면에 대해 기밀 끼워맞춤(air tight fit)을 제공하는 특성을 가질 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 제3 시일(690)은 실리콘 고무로부터 제조될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 제3 시일(690)은 순응형 접착제로부터 제조될 수 있다. 그러나, 이 실시형태에서 제3 시일(690)에 적합한 재료로서 실리콘 고무 및 접착제의 제안이 제한으로 고려되지 않아야 한다는 것에 주목한다. 당해 분야의 당업자는 원하는 특성을 나타내는 임의의 재료가 적절한 재료일 것이라는 것을 이해할 것이다.
제3 시일(690)은 채널(692a 내지 692d)을 포함한다. 제3 시일(690)의 채널(692a 내지 692d)은 전기 리드(650), 및 열 센서 리드(비도시)를 수용할 수 있다. 일 실시형태에서, 채널(692a 내지 692d)은 전기 리드(650)의 외경 및 열 센서 리드(비도시)의 외경보다 약간 작게 치수화된 내경을 가질 수 있다. 이러한 치수화는 전기 리드(650) 및 열 센서 리드(비도시) 주위에 밀폐 시일을 제공할 수 있는 죔쇠 끼어맞춤(interference fit)을 제공할 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 채널(692a 내지 692d)은 전기 리드(650)의 외경 및 열 센서 리드(비도시)의 외경보다 약간 큰 내경을 가질 수 있다. 이러한 치수화는 전기 리드(650) 및 열 센서 리드(비도시)의 삽입이 수월하게 할 수 있지만, 에어 갭이 전기 리드 주위에 발생할 수 있다. 채널(692a 내지 692d)의 약간 더 큰 직경으로부터 생긴 에어 갭은 전기 리드(650) 및 열 센서 리드(비도시) 주위에 밀폐 끼워맞춤을 제공하기에 적합한 재료에 의해 충전될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 전기 리드(650) 및 열 센서 리드(비도시) 주위의 에어 갭은 순응형 접착제에 의해 충전될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 전기 리드(650) 및 열 센서 리드(비도시) 주위의 에어 갭은 열 그리스에 의해 충전될 수 있다. 이 실시형태에서 전기 리드(650) 및 열 센서 리드 주위의 에어 갭을 충전하기에 적합한 재료로서 순응형 접착제 및 열 그리스의 제안이 제한으로 고려되지 않아야 한다는 것에 주목한다. 당해 분야의 당업자는 원하는 특성을 나타내는 임의의 재료가 적절한 재료일 것이라는 것을 이해할 것이다.
제4 에어 갭이 또한 존재할 수 있다. 각각의 열전 장치(620)는 상기 기재된 바와 같은 하나 이상의 전기 리드(650)를 포함할 수 있다. 전기 리드(650)는 당해 분야에 널리 공지되어 있고, 전기 와이어를 포함할 수 있다. 전기 와이어는 절연의 층에 의해 둘러싸인 하나 이상의 전기 전도체를 포함할 수 있다. 절연은 전기 절연을 제공하는 특성을 가지는 임의의 재료를 포함할 수 있다. 전기 절연 재료는 당해 분야에 널리 공지되어 있고, 플라스틱, 고무, 테플론 및 폴리프로필렌을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지는 않는다. 하나 이상의 전기 전도체를 둘러싸는 절연은 전기 리드와 밀접히 근접하여 다른 전기 전도체로부터 하나 이상의 전기 전도체를 격리시키는 목적을 제공한다. 그러나, 절연은 전도체의 일 말단으로부터 다른 말단으로 기밀 채널을 제공하지 않는다. 따라서, 에어 갭은 절연과 하나 이상의 전기 전도체 사이에 존재할 수 있다. 이 에어 갭은 제4 시일(660)에 의해 밀봉될 수 있다. 제4 시일(660)은 열전 장치에 부착된 하나 이상의 전기 리드의 단부에 적용될 수 있는 임의의 재료일 수 있다. 실온 가황 실리콘(Room Temperature Vulcanizing silicone: RTV 실리콘)과 같은 재료는 각각의 하나 이상의 전기 전도체와 절연 사이에 용이하게 적용되고 분포되어서 기밀 시일을 형성할 수 있는 적합한 재료일 수 있다.
도 7은 다양한 실시형태에 따라 다수의 열전 장치를 제어하는 데 다수의 열 제어 장치가 어떻게 사용될 수 있는지를 보여주는 예시적인 공정 흐름도이다. 단계 702에서, 생물학적 샘플을 분석할 수 있는 장치가 제공된다. 다양한 실시형태에서, 장치는 하나 이상의 열 블록, 하나 이상의 열전 장치 및 하나 이상의 열 제어 장치를 포함할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 각각의 열 블록은 제1 표면 및 제2 표면을 포함할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 제1 표면은 샘플 지지 장치를 수용하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 각각의 열전 장치는 열 블록의 제2 표면에 작동 가능하게 커플링될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 각각의 열 제어 장치는 1개의 열전 장치를 제어할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 단계 703에서, 각각의 열 제어 장치는 열전 장치로부터 떨어져 배치될 수 있다.
다양한 실시형태에서, 단계 704에서, 열 제어 장치는 전기 케이블에 의해 고유한 열 제어 장치를 열전 장치들 중 하나에 전기 접속시킴으로써 열전 장치로부터 떨어져 배치될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 전기 케이블은 각각의 열 제어 장치의 위치가 장치에 의해 필요한 임의의 거리이게 함으로써 융통성을 제공할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 전기 케이블은 열전 장치와 관련하여 각각의 열 제어 장치가 임의의 배향으로 배치되게 함으로써 융통성을 제공할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 전기 케이블은 각각의 열 제어 장치의 위치가 열전 장치와 관련하여 임의의 배향 및 임의의 거리이게 함으로써 융통성을 제공할 수 있다.
다양한 실시형태에서, 단계 705에서, 열전 장치의 온도는 고유한 열 제어 장치에 의해 제어될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 고유한 열 제어 장치에 의한 열전 장치의 온도의 제어는 전기 케이블에 의해 부착된 열 제어 장치에 의해 각각의 열전 장치가 상이한 시간의 기간 동안 상이한 온도로 제어되게 함으로써 융통성을 제공할 수 있다.
이전 실시형태가 명확성 및 이해의 목적을 위해 약간 자세히 기재되어 있지만, 본 명세서에 개시된 실시형태의 진정한 범위를 벗어나지 않으면서 형태 및 상세사항에 다양한 변화가 이루어질 수 있다는 것이 이 개시내용을 읽어서 당해 분야의 당업자에게 명확할 것이다. 예를 들어, 상기 기재된 모든 기법, 장치, 시스템 및 방법은 다양한 조합으로 사용될 수 있다.

Claims (30)

  1. 유전자증폭기 시스템(thermal cycler system)으로서,
    제1 표면 및 대향하는 제2 표면을 가지는 샘플 블록으로서, 상기 제1 표면은 복수의 반응 용기를 수용하도록 구성된, 상기 샘플 블록;
    상기 샘플 블록의 상기 제2 표면에 작동 가능하게 커플링된 열전 장치; 및
    컴퓨터 처리장치, 전기 전류원, 및 전기 케이블에 의해 상기 전기 전류원을 상기 열전 장치에 연결하도록 구성된 전기 인터페이스 부분(electrical interface portion)을 포함하는 열 제어 장치로서, 상기 열전 장치로부터 떨어져 배치된, 상기 열 제어 장치를 포함하는, 유전자증폭기 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열 제어 장치는 열 센서를 추가로 포함하는, 유전자증폭기 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 샘플 블록은 금속을 포함하는, 유전자증폭기 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 표면은 샘플 지지 장치(sample support device)를 수용하기 위한 오목부를 포함하는, 유전자증폭기 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전기 전류 공급원은 조정 가능한, 유전자증폭기 시스템.
  6. 유전자증폭기 시스템으로서,
    제1 표면 및 대향하는 제2 표면을 가지는 샘플 블록으로서, 상기 제1 표면은 복수의 반응 용기를 수용하도록 구성된, 상기 샘플 블록; 및
    2개 이상의 열 모듈(thermal module)을 포함하되,
    각각의 열 모듈은,
    상기 샘플 블록의 상기 제2 표면에 작동 가능하게 커플링된 열전 장치, 및
    컴퓨터 처리장치, 전기 전류원, 및 전기 케이블에 의해 상기 전기 전류원을 상기 열전 장치에 연결하도록 구성된 전기 인터페이스 부분을 포함하는 열 제어 장치로서, 상기 열전 장치로부터 떨어져 배치된, 상기 열 제어 장치를 포함하는, 유전자증폭기 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 각각의 열 모듈은 열 센서를 추가로 포함하는, 유전자증폭기 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 상기 샘플 블록은 금속을 포함하는, 유전자증폭기 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 표면은 샘플 지지 장치를 수용하기 위한 오목부를 포함하는, 유전자증폭기 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제1 표면은 평면인, 유전자증폭기 시스템.
  11. 제6항에 있어서, 상기 전기 전류 공급원은 조정 가능한, 유전자증폭기 시스템.
  12. 제6항에 있어서, 각각의 열 모듈은 열 센서를 추가로 포함하는, 유전자증폭기 시스템.
  13. 제6항에 있어서, 각각의 열 모듈은 상기 열전 장치와 열 접촉으로 상기 샘플 블록의 구역의 독립적 열 제어를 제공하는, 유전자증폭기 시스템.
  14. 유전자증폭기 장치로서,
    제1 표면 및 제2 표면을 가지는 샘플 블록으로서, 상기 제1 표면은 샘플 지지 장치를 수용하도록 구성된, 상기 샘플 블록;
    상기 샘플 블록의 상기 제2 표면과 열 접촉으로 배치된 열전 장치;
    상기 샘플 블록의 주연부를 둘러싸는 드립 팬(drip pan);
    상기 열전 장치와 열 접촉으로 배치된 히트 싱크(heat sink)로서, 상기 히트 싱크와 상기 드립 팬은 밀폐 밀봉된, 상기 히트 싱크; 및
    상기 열전 장치로부터 유도되는 전기 접속을 밀폐 밀봉하는 인서트(insert)를 갖는 상기 히트 싱크에 획정된 개구를 포함하는, 유전자증폭기 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 인서트는 실리콘 고무를 포함하는, 유전자증폭기 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 인서트는 접착제를 포함하는, 유전자증폭기 장치.
  17. 제14항에 있어서, 상기 드립 팬은 단열 재료를 포함하는, 유전자증폭기 장치.
  18. 유전자증폭기 장치(thermal cycling device)로서,
    제1 표면 및 제2 표면을 가지는 샘플 블록으로서, 상기 제1 표면은 샘플 지지 장치를 수용하도록 구성된, 상기 샘플 블록;
    상기 샘플 블록의 상기 제2 표면과 열 접촉으로 배치된 열전 장치;
    상기 샘플 블록의 주연부를 둘러싸는 드립 팬으로서, 상부면 및 하부면을 가지는, 상기 드립 팬;
    상기 열전 장치와 열 접촉으로 배치되고, 제1 표면, 제2 표면 및 상기 제2 표면에 매달린 복수의 핀(fin)을 가지는 기부(base)를 포함하는 히트 싱크;
    상기 히트 싱크의 상기 제1 표면을 격리시키고, 상기 드립 팬의 상기 하부면과의 밀폐 시일을 제공하도록 구성된 제1 시일; 및
    상기 샘플 블록의 상기 제1 표면을 격리시키고, 상기 드립 팬의 상기 하부면과의 밀폐 시일을 제공하도록 구성된 제2 시일을 포함하는, 유전자증폭기 장치.
  19. 유전자증폭기 장치로서,
    제1 표면 및 제2 표면을 가지는 샘플 블록으로서, 상기 제1 표면은 샘플 지지 장치를 수용하도록 구성된 상기 샘플 블록;
    상기 샘플 블록의 상기 제2 표면과 열 접촉으로 배치된 열전 장치;
    상기 샘플 블록의 주연부를 둘러싸는 드립 팬으로서, 상부면 및 하부면을 가지는, 상기 드립 팬;
    상기 열전 장치와 열 접촉으로 배치되고, 제1 표면, 제2 표면, 상기 제2 표면에 매달린 복수의 핀 및 히트 싱크에 획정된 개구를 가지는 기부를 포함하는 상기 히트 싱크;
    상기 열전 장치의 주연부를 획정하고, 상기 히트 싱크의 상기 제1 표면을 절연시키고, 상기 드립 팬의 상기 하부면과의 밀폐 시일을 제공하도록 구성된 제1 시일;
    상기 샘플 블록의 상기 제1 표면의 주연부를 격리시키고, 상기 드립 팬의 상기 하부면과의 밀폐 시일을 제공하도록 구성된 제2 시일;
    상기 히트 싱크의 상기 획정된 개구에 배치되고, 상기 열전 장치로부터 유도되는 전기 접속을 밀폐 밀봉하도록 구성된 제3 시일; 및
    상기 열전 장치에 부착된 하나 이상의 전기 리드의 단부에 위치한 제4 시일을 포함하는, 유전자증폭기 장치.
  20. 유전자증폭기 장치로서,
    제1 표면 및 제2 표면을 가지는 샘플 블록으로서, 상기 제1 표면은 샘플 지지 장치를 수용하도록 구성된 상기 샘플 블록;
    상기 샘플 블록의 상기 제2 표면과 열 접촉으로 배치된 열전 장치;
    상기 샘플 블록의 주연부를 둘러싸는 드립 팬으로서, 상부면 및 하부면을 가지는, 상기 드립 팬;
    상기 열전 장치와 열 접촉으로 배치되고, 제1 표면, 제2 표면, 상기 제2 표면에 매달린 복수의 핀 및 히트 싱크에 획정된 개구를 가지는 기부를 포함하는 상기 히트 싱크; 및
    상기 샘플 블록과 상기 히트 싱크 사이에 상기 열전 장치를 밀폐 밀봉하도록 구성된 복수의 밀봉 부재(sealing member)를 포함하는, 유전자증폭기 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 열전 장치의 주연부를 획정하고, 상기 히트 싱크의 상기 제1 표면을 격리시키고, 상기 드립 팬의 상기 하부면과의 밀폐 시일을 제공하도록 구성된 제1 밀봉 부재, 상기 샘플 블록의 상기 제1 표면의 주연부를 격리시키고, 상기 드립 팬의 상기 하부면과의 밀폐 시일을 제공하도록 구성된 제2 밀봉 부재, 상기 히트 싱크의 상기 획정된 개구에 배치되고, 상기 열전 장치로부터 유도되는 전기 접속을 밀폐 밀봉하도록 구성된 제3 밀봉 부재 및 상기 열전 장치에 부착된 상기 하나 이상의 전기 리드의 단부에 배치된 제4 밀봉 부재를 포함하는, 유전자증폭기 장치.
  22. 열20항에 있어서, 상기 드립 팬은 단열 재료를 포함하는, 유전자증폭기 장치.
  23. 제20항에 있어서, 상기 샘플 블록은 금속을 포함하는, 유전자증폭기 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 제1 표면은 상기 샘플 지지 장치를 수용하기 위한 오목부를 포함하는, 유전자증폭기 장치.
  25. 제23항에 있어서, 상기 제1 표면은 평면인, 유전자증폭기 장치.
  26. 제20항에 있어서, 상기 제3 밀봉 부재는 실리콘 고무를 포함하는, 유전자증폭기 장치.
  27. 제20항에 있어서, 상기 제3 밀봉 부재는 접착제를 포함하는, 유전자증폭기 장치.
  28. 열전 장치를 제어하는 방법으로서,
    생물학적 샘플을 분석할 수 있는 장치를 제공하는 단계로서, 상기 장치는
    하나 이상의 열 블록으로서, 각각의 열 블록은 제1 표면 및 제2 표면을 가지고, 상기 제1 표면은 샘플 지지 장치를 수용하도록 구성된, 상기 열 블록,
    하나 이상의 열전 장치로서, 각각 적어도 하나의 열 블록의 상기 제2 표면에 작동 가능하게 커플링된 상기 열전 장치, 및
    하나 이상의 열 제어 장치로서, 각각 단일 열전 장치를 제어하도록 구성된 상기 열 제어 장치를 포함하는, 상기 장치를 제공하는 단계;
    상기 열전 장치로부터 떨어져 각각의 상기 열 제어 장치를 배치하는 단계;
    고유한 열 제어 장치를 전기 케이블에 의해 상기 열전 장치들 중 하나에 전기 접속시키는 단계; 및
    상기 고유한 열 제어 장치에 의해 각각의 열전 장치의 온도를 제어하는 단계를 포함하는, 열전 장치를 제어하는 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 샘플 블록은 금속을 포함하는, 열전 장치를 제어하는 방법.
  30. 제28항에 있어서, 상기 제1 표면은 상기 샘플 지지 장치를 수용하기 위한 오목부를 포함하는, 열전 장치를 제어하는 방법.
KR1020167025413A 2014-02-18 2015-02-04 스케일러블 유전자증폭기를 제공하고 열전 장치를 격리시키기 위한 장치, 시스템 및 방법 KR20160123356A (ko)

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