(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＣＲマイクロタイター反応容器を受容するための、金属製ロッドで形成された容器カップアセンブリであって、
前記マイクロタイター反応容器をぴったりと且つ取り外し可能に受容するように調整されたカップを備える反応容器受容部と、
加熱部と、
一定温度に保持されるように構成された基部を有する冷却部と、
を含み、
前記加熱部は、前記ロッド上に形成されたねじ溝を備え、かつ、前記ねじ溝内に巻き付けられ且つ嵌め込まれたワイヤーコイルの形状のヒーターを有し、前記ヒーターは、熱的に絶縁された材料で被覆され、かつ、前記反応容器受容部と少なくとも部分的にオーバラップしており、
前記反応容器受容部中に温度センサーも設けられている、
ことを特徴とする、容器カップアセンブリ。
【請求項２】
前記カップが、一定の壁厚さを有することを特徴とする、請求項１に記載の容器カップアセンブリ。
【請求項３】
前記カップの壁厚さが、その開口端に向かって先細りしていることを特徴とする、請求項１に記載の容器カップアセンブリ。
【請求項４】
前記カップの壁厚さが、２°から５°の間のテーパー角を有することを特徴とする、請求項３に記載の容器カップアセンブリ。
【請求項５】
前記カップの壁厚さがその縁部で０．３５〜０．４５ｍｍのオーダーであり、その底部で０．９〜１．１ｍｍのオーダーであることを特徴とする、請求項３または４に記載の容器カップアセンブリ。
【請求項６】
前記カップの底部と前記反応容器の基部との間に空隙が設けられていることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の容器カップアセンブリ。
【請求項７】
前記空隙が、２〜４ｍｍの深さを有することを特徴とする、請求項６に記載の容器カップアセンブリ。
【請求項８】
前記反応容器受容部が、反応物質を入れたスライドまたはカプセルを受容するように調整されたトレイを含むことを特徴とする、請求項１に記載の容器カップアセンブリ。
【請求項９】
前記反応容器受容部が、スライドの一部分に形成された反応チャンバーを受容するように調整されたスロットを規定することを特徴とする、請求項１に記載の容器カップアセンブリ。
【請求項１０】
前記スロットが、クレジットカード寸法のスライドに収容された反応チャンバーを受容するように調整されていることを特徴とする、請求項９に記載の容器カップアセンブリ。
【請求項１１】
前記ワイヤーコイルが、前記ワイヤーコイルを安定させ且つ外部と絶縁するように加熱処理され得る塗料で被覆されていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載の容器カップアセンブリ。
【請求項１２】
接着剤が、前記ワイヤーコイルを一定位置に保持するために使用されることを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載の容器カップアセンブリ。
【請求項１３】
前記ワイヤーコイルは、２４ボルトの電圧で駆動され、最大電流２．２アンペアを流すことができる直径０．２１ｍｍのニッケルクロムであることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の容器カップアセンブリ。
【請求項１４】
前記ワイヤーコイルの長さが、３６ｃｍのオーダーであることを特徴とする、請求項１１から１３のいずれかに記載の容器カップアセンブリ。
【請求項１５】
前記冷却部が、反応装置冷却アセンブリ内への干渉及び密封フィットとなるように形成されていることを特徴とする、請求項１から１４のいずれかに記載の容器カップアセンブリ。
【請求項１６】
前記冷却部が、固定及び密封を維持する助けとなるように、前記冷却部に対して横方向のリブまたは溝を組み入れることを特徴とする、請求項１５に記載の容器カップアセンブリ。
【請求項１７】
前記冷却部が、反応装置冷却アセンブリ内の冷却液ダクトに突出するように構成されたピンを含むことを特徴とする、請求項１から１６のいずれかに記載の容器カップアセンブリ。
【請求項１８】
前記ピンが、前記ピンの伝熱表面を最大限にするように、穴開けされ、またはリブが設けられていることを特徴とする、請求項１７に記載の容器カップアセンブリ。
【請求項１９】
前記冷却部が、ＴＥＣまたはペルチェ・セルに取り付けられるように構成されていることを特徴とする、請求項１から１４のいずれかに記載の容器カップアセンブリ。
【請求項２０】
前記冷却部が、前記ＴＥＣの表面に半田付けされ得る、幅広い底部を有する截頭円錐形状であることを特徴とする、請求項１９に記載の容器カップアセンブリ。
【請求項２１】
前記冷却部が、銅製の台を含むことを特徴とする、請求項１９または２０に記載の容器カップアセンブリ。
【請求項２２】
前記ロッドが、アルミニウムから形成されていることを特徴とする、請求項１から２１のいずれかに記載の容器カップアセンブリ。
【請求項２３】
前記ロッドが、陽極酸化されていることを特徴とする、請求項２２に記載の容器カップアセンブリ。
【請求項２４】
前記反応容器受容部は、前記温度センサーを受容するための隙間を有することを特徴とする、請求項１から２３のいずれかに記載の容器カップアセンブリ。
【請求項２５】
全体の寸法が、長さ２ｃｍ、最大直径０．７ｃｍのオーダーであり、０．４５ｃｍから０．３ｃｍへと先細りする反応部と、透明な蓋を受容するための漏斗入口部とを有する前記マイクロタイター反応容器を受容するように構成されていることを特徴とする、請求項１から２４のいずれかに記載の容器カップアセンブリ。
【請求項２６】
前記マイクロタイター反応容器が、最低熱伝導率１Ｗ／ＭＫを有する物質から形成されていることを特徴とする、請求項２５に記載の容器カップアセンブリ。
【請求項２７】
全体の寸法が、長さ２〜４ｃｍと直径０．４〜０．７ｍｍの積のオーダーであることを特徴とする、請求項１から２６のいずれかに記載の容器カップアセンブリ。
【請求項２８】
各アセンブリが、請求項１から２７のいずれかに記載された容器カップアセンブリであり、１２×８のウェルブロックの形態のマイクロタイター反応容器アレイを受容するように構成されていることを特徴とする、容器カップアセンブリのアレイ。
【請求項２９】
前記ウェルブロックが、ポリプロピレンから形成されることを特徴とする、請求項２８に記載のアレイ。
【請求項３０】
請求項１から２７のいずれかに記載の容器カップアセンブリを受容するように調整されていることを特徴とする、生物学的、化学的、または生化学的反応装置。
【請求項３１】
請求項１から２７のいずれかに記載の容器カップアセンブリを受容するように調整された冷却アセンブリを有することを特徴とする、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記冷却アセンブリが、冷却液のフローのために調整されたチャネルを有するブロックを含むことを特徴とする、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記冷却アセンブリが、前記冷却液を望ましい一定温度に加熱するためのヒーターを有することを特徴とする、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記冷却アセンブリが、余分な熱を大気中に放出するラジエータを組み入れることを特徴とする、請求項３１から３３のいずれかに記載の装置。
【請求項３５】
前記冷却アセンブリが、電気接触用のマニホールドまたはマウントを組み入れることを特徴とする、請求項３１から３４のいずれかに記載の装置。
【請求項３６】
前記マニホールドまたはマウントが、プリント回路基板（ＰＣＢ）を含むことを特徴とする、請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
容器カップアセンブリのための単一のステーションを有することを特徴とする、請求項３０から３６のいずれかに記載の装置。
【請求項３８】
ステーション内に、９６個またはその整数倍のマイクロタイター反応容器を長方形アレイにしてなる標準アレイを受容するように構成されていることを特徴とする、請求項３０から３７のいずれかに記載の装置。
【請求項３９】
前記冷却アセンブリが、少なくとも１つのペルチェ・セルを含むことを特徴とする、請求項３０から３８のいずれかに記載の装置。
【請求項４０】
ダイオードセンサーが、各ペルチェ・セルの中心に内蔵されていることを特徴とする、請求項３９に記載の装置。
【請求項４１】
前記ペルチェ・セルが、２、４、８、１６またはこれらを超える個別のダイ・セットを載せるように構成され、前記ペルチェ・セルのダイ・セットの各々が、隣接するペルチェ・セルとは別個の独自に独立した上部セラミック製プレートを有することを特徴とする、請求項３９または４０に記載の装置。
【請求項４２】
前記ペルチェ・セルが、加熱素子を組み入れたセラミック製のトップタイルを追加的に有することを特徴とする、請求項３９から４１のいずれかに記載の装置。
【請求項４３】
前記ペルチェ・セルが、温度測定素子を組み入れたセラミック製のトップタイルを追加的に有することを特徴とする、請求項４０または４１に記載の装置。
【請求項４４】
前記冷却アセンブリが、唯一つの容器カップアセンブリまたは容器カップアセンブリの小グループに対して１つだけ設けられていることを特徴とする、請求項３１から４３のいずれかに記載の装置。
【請求項４５】
各容器に対して個別に対処でき、望ましいランプ速度にて前記容器を制御できる電子制御回路を用いていることを特徴とする、請求項３１から４４のいずれかに記載の装置。
【請求項４６】
前記冷却アセンブリがプラットホームを含み、前記プラットホームには、単数または複数の前記容器カップアセンブリが納まり、反応物質が入った反応容器アレイと、単数または複数の蓋が配置され、前記プラットホームが、前記反応容器の蓋が押し込まれるプレートであって、反応物質が装置の光学機器から視認できるように穴の開いた前記プレートを含む作業ステーションまで上昇するように構成されていることを特徴とする、請求項３１から４５のいずれかに記載の装置。
【請求項４７】
熱サイクルプロセス、等温反応、または温度変化による生化学的もしくは化学的反応を行うように構成されていることを特徴とする、請求項３１から４６のいずれかに記載の装置。
【請求項４８】
ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行うように調整されていることを特徴とする、請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】
前記容器カップアセンブリが取り付けられ得るプラットホームであって、プロセスステーションへ上昇し、プロセスの終了に際して下降するように構成された前記プラットホームを含むことを特徴とする、請求項３１から４８のいずれかに記載の装置。
【請求項５０】
前記プラットホームが、冷却ステーションまたは冷却システムの一部分を組み入れ、前記容器カップアセンブリが、冷却システムの一部分をも含むことを特徴とする、請求項４９に記載の装置。
【請求項５１】
前記マイクロタイター反応容器または各マイクロタイター反応容器における反応をモニタリングするように構成された光学測定機器を組み入れることを特徴とする、請求項３１から５０のいずれかに記載の装置。
【請求項５２】
請求項１から２７のいずれかに記載の容器カップアセンブリを形成する方法であって、
適切な寸法の金属製ロッドを用意することと、
前記ロッドの一端に反応容器受容部を穴開けすることであって、前記反応容器受容部は、マイクロタイター反応容器をぴったりと且つ取り外し可能に受容するように調整されたカップを備えるように穴開けされる、ことと、
前記ロッドの指定された加熱部上にねじ溝を形成することであって、前記加熱部は前記反応容器受容部と少なくとも部分的にオーバラップしている、ことと、
前記反応容器受容部の基部に向かって温度センサー用の凹部を形成することと、
前記凹部内に前記温度センサーを取り付けることと、
前記ロッドを陽極酸化することと、
前記加熱部に接着剤を付けることと、
前記加熱部に加熱ワイヤーを巻くことと、
前記接着剤を硬化させることと、
前記加熱ワイヤーを、熱的に絶縁された材料で被覆することと、
一定温度に保持されるように構成された基部を有する冷却部を形成することと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５３】
前記容器カップアセンブリの前記冷却部の下に栓を保持することを含み、穴開け、回転、圧延、糊付け、ワイヤー巻きつけ、及び硬化の工程を行うために、前記栓によって前記ロッドが保持され、その後前記栓が除去されることを特徴とする、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
請求項１から２７のいずれかに記載の容器カップアセンブリを組み立てる方法であって、冷却部を冷却アセンブリに押し込むことを含むことを特徴とする方法。
【請求項５５】
前記反応容器受容部の内部底面に嵌め合うように加工したマンドレルを用いることを特徴とする、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
請求項１から２７のいずれかに記載の容器カップアセンブリを用いることを特徴とする、熱による生物学的、化学的、または生化学的反応を行う方法。
【請求項５７】
請求項３１から５１のいずれかに記載の装置を用いることを特徴とする、請求項５６に記載の方法。
【請求項５８】
前記反応が、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）であることを特徴とする、請求項５６または５７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応において熱サイクルが用いられる、生物学的または化学的反応のための装置に関する。等温反応に関する可能性も十分高いが、本発明は、特に、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）などの反応に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＣＲ処理については、米国特許第４，６８３，１９５号及び第４，６８３，２０２号において、詳細に記載されている。
【０００３】
一般に、低容量反応の多くが、同時に１つの装置内で、一度に複数の反応容器が１つの反応装置に受容されて行われている。しばしば、反応容器は、マイクロタイタープレートとして知られる、容器アレイから構成されるトレイ形状である。１つの標準的なマイクロタイタープレートにおいて、１アレイとして８×１２からなる９６の容器が形成される。反応を制御し、モニタリングするために、このような装置は、温度をモニタリングする手段と、反応容器内の物質に加える加熱パワーを制御する手段を含む。
【０００４】
複数の熱サイクルを含む反応において、サイクルの中の冷却パートは、水もしくは「フルイドＸＰ」のような非導電性の流体またはペルチェ装置によって電力供給された冷却ブロックによって、及び／または１つまたは複数の容器に冷気を吹き付けるファンによって生じさせることができる。冷却が継続して行われ、サイクルの中の加熱パートが、かかる継続冷却の状況下で行われることがある。したがって、例えば、従来のブロック熱サイクラーにおいては、加熱は熱マットなどの直接的なヒーターを用いて行われ、冷却は強制空気か、熱電ヒートポンプで積極的に行われることになる。その他の熱サイクル装置においては、加熱と冷却は、吹き込まれる熱風と、吹き込まれる冷風との間を往復させて行われる。
【０００５】
例えば危険な病原体が何であるかを同定することが必要な場合のように、こうした反応に要する時間を最小限にするのが極めて望ましい状況がある。サイクルの中の加熱パートに要する時間を最小限にするための装置が、同時係属の英国特許出願第０６０９７５０．５号及び第０６１０４３２．７号に記載されている。これらの出願において、導電性ポリマーが、反応容器の材料として、またはその一部として使用される。冷却は、強制空冷または外気によって行われる。
【０００６】
強制空気システム(forced air system)が低い熱質量を有する一方で、ブロックベースシステム(block based system)は、不可避的に比較的高い熱質量を有する。これにより、急速な加熱及び冷却を阻止することができる。
【０００７】
熱ショックまたは局所的な沸騰を避けながら、できる限り迅速に加熱を達成することが同様に重要である。再び、従来のブロックベースシステムでは、大きな熱質量、絶縁性、及び容器自体の形状により、制限を受ける。空気ベースシステム(air based system)も同様にこれらの容器の熱的特性によって制限を受ける。したがって、多くの手法において、これまでのところ、毎秒２．５℃程度しか容器を加熱できない状況である（これは、容器自体のレベルにて測定した場合の最大加熱速度であり、流体搬送における実状では、遥かに長くなり得る）。
【０００８】
しかしながら、急速な熱サイクル処理が機械に負荷を与え、物質の膨張係数や摩耗係数といったパラメータに注意しなければ、装置やその構成要素の寿命が短縮し得るという実態に合わせることも同様に重要である。
【０００９】
例えば、９６の容器アレイで熱サイクルを行う装置は、サイクルのための装置容器ステーション(apparatus vessel station)に容器アレイを提供し、その完了に際して、これを除去するように構成されてもよい。熱サイクルが、最も効果的かつ最も迅速に行われるときは、容器の各々と加熱・冷却システムとの接触が密になればなるほど、容器を継続的に反復して出し入れ(emplacement and withdrawal)することによって容器ステーションの機械的疲労の問題が益々起こりやすくなり、さらに、熱サイクルによって悪化する。こうして、１つまたは複数の容器ステーションの崩壊が生じ得る。容器受容ステーション(vessel receiving station)の構成要素の交換は、高価な作業となり得る。
【００１０】
本発明は、各容器ステーションの完全性が、少なくとも使用するうえで許容可能な期間にわたって維持されつつ、同時に生物学的反応または化学反応における熱サイクルが望ましい速度に維持される装置を提供する。
【００１１】
病原体のようなＤＮＡの種を迅速に検知するための、さらなる考察は、最小限の期間内で、単一検査において複数の種を正確に検査する能力に関するものである。例えば、９６ｎの容器アレイを個別に制御でき、モニタリングできる装置は、達成すべき複数の検査を同時に行うことができ、これにより、個別のモニタリング能力による、正確性の向上という重要な利益を付与しつつ、それ自体が比較的短い期間を提供することが可能になる。
【００１２】
ＰＣＲ処理や、その後のリアルタイムＰＣＲ（米国特許番号第６，１７１，７８５号）などの分子診断検査によって、多くの疾患の検出時間が大幅に短縮された。現在の技術は、その重要な目標が相変わらず検出時間を短縮することであるにも関わらず、その処理が達成され得る時間に下限を課してしまう処理の物理上の特性によって制限を受けている。一般的に用いられる９６ｎ（ここでｎは１より大きい）アレイに対してその他の手法は、空気ベース（米国特許第５，４５５，１７５号）の熱サイクラーなど、熱サイクル時間を短縮するために使用されてきた。これらの熱サイクラーは、同時に多くのサンプルをオートメーション処理し、スクリーニングすることに不向きという欠点を有する。
【００１３】
したがって、単一容器であるか、９６ｎのアレイアッセイを含む複数容器であるかにかかわらず、「液体」温度で平均毎秒摂氏５°Ｃを超える加熱・冷却双方の熱サイクルが可能なランプ速度を有するシステムを有することが極めて有利となるであろう。
【００１４】
このようなシステムは、通常許容される３ステップ、３０サイクルプロトコル（例えば、９５°Ｃにて０秒、５５°Ｃにて１秒、７２°Ｃにて５秒）用に、２０分未満でＰＣＲ処理を完了することができ、それゆえに、病原体の迅速な検出に極めて好適である。加えて、このような技術が任意数の容器に使用され、また同時に気にかかるときに携帯して使用されれば、極めて有利となるであろう。評価の基準として、現在設計・構築されている標準的な９６の容器熱サイクラーは、標準的な消耗品を用いた液体中で、平均速度が毎秒摂氏１．５°Ｃでサイクルさせることが可能である。
【００１５】
処理時間を短縮するうえで、克服すべき相互依存的な技術上の問題点が数多く存在している。
【００１６】
記載されている生物学的プロセスでは、結果データが再生可能となるためには、アレイ容器の各々が、まったく同一の熱プロファイルを受けていることを要する。標準的な９６の容器のブロックベースの熱サイクル装置は、少なくとも４つの位置で制御され、モニタリングされる。このようなシステムにおいて迅速な加熱が可能であれば、アレイにおける個別のセルは、その近隣のセルに対して加熱遅れを伴い得る。
【００１７】
そうすると、９６の容器の各々が個別に制御され、かつ、それらが等しく制御されることが極めて望ましい。かかる速度では、制御下の僅かな違いでさえ、幅広く異なる温度プロファイルをもたらし得ることが、当業者に自明な筈である。正確に摂氏０．５°Ｃであることが許容基準である。
【００１８】
既存の手法のさらなる欠点は、熱サイクルに要する質量である。熱サイクルに関する質量が最小化されていることが、熱サイクル速度を上げるうえでの必要条件である。したがって、マイクロタイター環境で有利な操作を行うためには、加熱・冷却に最も密に関連するハードウェアは、でき得る限り小さな体積と重量を有することが好ましい。
【００１９】
熱サイクルプロセスのエネルギー必要量が削減されていることも、流体中で毎秒５°Ｃを越える速度で熱サイクルを行うための必要条件である。
【００２０】
例えば、米国特許出願第１２／３８１，９５３号に示す蓄熱システムは、このような熱サイクル装置用に、エネルギー必要量を削減することができる。しかしながら、米国特許出願第１２／３８１，９５３号の明細書に記載した装置は、容器を駆動して、取り付けた熱電冷却器（ＴＥＣ）のＤｔ  ｍａｘが許容する温度よりも低温にすることができない。また、かかる文献に記載された熱除去モジュールは、高い冷却速度が達成されないように、要求される最低温度を超える温度で動作させる必要性を有する。加えて、例えば、外側エッジが大気に対してより多くの温度を失うため、たとえ１片の構成においても、ブロックの熱拡散速度が変化し得る。これは、制御電子装置によって埋め合わせされ得るが、より大きな熱サイクル速度を伴うものであり、問題を悪化させる虞がある。
【００２１】
本発明は、生物学的反応や化学反応において、既存の技術で達成可能なサイクル速度を大幅に上回るサイクル速度で、熱サイクルを行う装置であって、反応容器の各々が個別に制御される装置を提供する。
【発明の概要】
【００２２】
本発明の第１の態様によれば、化学的反応及び／または生物学的反応プロセス容器を受容するための、化学的及び／または生物学的反応装置用の容器カップアセンブリであって、上記容器が反応物を含み、かつ、その中で反応を処理し、上記容器カップアセンブリが、反応容器受容部、加熱部、冷却部を含み、このアセンブリが一体構成されているものが提供される。
【００２３】
本発明の第２の態様によれば、上記の容器カップアセンブリを受容するように構成された化学反応及び／または生物学的反応装置が提供される。
【００２４】
本発明の第３の態様によれば、前記の容器カップアセンブリと装置を利用する化学反応及び／または生物学的反応プロセスが提供される。
【００２５】
容器カップアセンブリは、一体構成とすることができる。冷却部は、アセンブリを化学反応及び／または生物学的反応装置において、またはかかる反応装置用に、冷却アセンブリ中の反応容器受容ステーションに固定(anchor)するアンカー部材として構成することができる。
【００２６】
反応容器受容部は、反応容器をぴったりと受容するカップを含むことができる。容器カップ中に反応容器がぴったりと納まることは、実質的な近接性と分離可能性の両方を意味する。
【００２７】
加熱部は、少なくとも部分的に反応容器と重複させてもよく、巻きつけたワイヤーコイルの形状をとり得るヒーターによって包囲され得る。コイルは、エナメル塗料などの塗料で被覆されてもよく、これは、コイルを安定させ外部と絶縁するために「加熱処理(cooked)」され得る。しかしながら、ワイヤーを一定位置に保持する特性も有する紫外線硬化性の接着剤などの接着剤が用いられることが好ましい。このようなワイヤーは、２４ボルトの電圧で駆動させた直径０．２１ｍｍで、最大電流２．２アンペアを流すことができるニッケルクロムとすることができる。本明細書で提案する毛管反応チャンバーを有するマイクロタイター容器の構成におけるワイヤーの長さは、３６ｃｍのオーダーである。その他の反応容器は、異なる要件を有する可能性が高い。
【００２８】
或いは、ヒーターは、（グラファイト、金属、またはこれらに類似するポリプロピレンやその類似物などの不活性なプラスチック製キャリアなどの導電性粒子を含む）導電性ポリマー(ecp)のシースや、金属膜のシースとすることができる。しかしながら、現在利用可能な導電性ポリマーは、その性能において予測ができないものになっている。
【００２９】
容器受容部は、その長さに沿って、またはその周囲の長さに沿って起きる温度変化であるホットスポットを回避するために、一定の壁厚さを有し得る。しかしながら、開口端に向かって先細りしているカップの壁が、嵌め合う反応容器の取り付け、ぴったりした納まり、及び取り外しを容易にすると同時に、熱フローを効果的に制御し、熱を均等に分配することがわかってきた。テーパー角は、２〜５°の間にあるのが適しているが、４°のオーダーであることが好ましい。例えば、カップ入口の壁厚さが０．３５〜０．４５のオーダーであり、好ましくは０．４ｍｍであり、カップ底部の壁厚さが０．９〜１．１のオーダーであり、好ましくは０．９５ｍｍである場合、壁厚さは、温度センサー受容凹部(recess)を形成するためのカップの長さに沿った便利な中間ステーションにおいて十分である。この凹部に、その後、熱制御のためのサーミスタなどの温度センサーが配置され得る。Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ  Ｌｔｄは、３ｍｍ未満の長さを有し、０．２ｍｍのオーダーの平均径を有する適切なベア・サーミスタを供給している。このようなサーミスタを凹部に確実に固定するために、テール・ワイヤーを容器受容部の周囲に２〜３回巻くことができる。サーミスタは、ヒーターの温度ではなく、カップの温度を測定することができるように、ヒーターの上に短い距離をおいて配置するのが好ましい。このように、サーミスタは、予測モードで動作するように、即ち、反応物質の温度がこういうものであると示されるように、また、数ミリ秒後に知られる数字で示されるように構成または調整され得る。
【００３０】
本明細書に記載されている容器カップアセンブリは、加熱部が加熱され、熱が必然的に上下方向へ流れると、容器受容部が加熱モードにありながら、下向きの流れが、冷却部の動作に対する障壁として機能するという極めて有利な点を有する。
【００３１】
センサー（サーミスタ）は、理想的には、その物性温度が試薬液の温度と完全に合致するように配置されるべきであり、次に、液自体によって起きた熱遅れに相応の再生可能かつ計算可能な熱遅れを課すように構成されるべきである。
【００３２】
また、特にカップ底部と反応容器底部との間に空隙を必ず設けるようにすることが、極めて価値が高いことが見出された。このことは、ホットスポットなどのように反応容器が下から加熱されることが殆どないことを確実にする。また、プラスチックの反応容器の製造において、容器の底部は、熱伝導のための容器底部との接触によって、１つの反応容器と別の反応容器との間でのプロセスの一貫性が欠けるため、寸法的に最も予測不能な傾向にある。一般的に、このような空隙として、２〜４ｍｍの隙間で足る。
【００３３】
マイクロタイター反応容器の構成において、本発明による容器カップアセンブリの全体寸法は、長さ２〜４ｃｍと直径０．４〜０．７ｍｍの積のオーダーであることが分かるだろう。容器カップアセンブリの容積は極めて小さく、熱が入ったり除かれたりするのが迅速に行われることが効果的、即ち、ランプ速度が、反応が許容可能な程度に実際に十分高くできることが効果的である。
【００３４】
例えば、機械加工できるアルミニウム合金から形成された容器カップアセンブリにおいて、上記寸法は、反応容器の抜き挿しを反復するうえで十分である。アルミニウムの代わりに銅や銀も使用され得るが、安価で、機械加工が容易で、陽極酸化を受け入れるため、アルミニウムが特に適している。陽極酸化は、コイル間での短絡可能性を減らし、腐食を抑制する。このように容器カップアセンブリが導電性コアを含む場合、この後者のアルミニウムは、ヒーターへの電力供給のための復路(return path)を構成し得る。
【００３５】
容器受容部と、加熱部は、直円柱を含み、ロッドから形成されることが好ましく、これによって加熱コイルの製造と曲げが、かかる加熱コイルの使用場面で容易になる。加熱部は、ワイヤーを着座させるため、外部にねじ状の溝を有していることが有利である。このことは、コイルの取り付けと保持を容易にすると同時に、加熱部とワイヤーが互いに接触する表面積を増加させる。ねじの外形は、ワイヤーの外形と合わせるために丸みを帯びていることが好ましいが、Ｖ形状の外形も許容可能であることが分かっている。例えば陽極酸化によって、ワイヤーが絶縁コートされず、かつ、加熱部が絶縁されている限り、ねじの外形において、ワイヤーの隣接するコイルが互いに接触しないようになるであろう。
【００３６】
したがって、容器カップアセンブリの形成方法は、好ましくは、適切な寸法のアルミニウム製のロッドである金属を用いることと、本明細書で記載するように、容器受容部の一端を穴開けすることと、その指定の加熱部にねじを形成することと、容器受容部の底部に向かって温度センサー凹部を形成することと、前記ロッドを陽極酸化することと、前記加熱部に接着剤を付けることと、前記加熱部に加熱ワイヤーを巻くことと、前記接着剤を硬化させることを含み得る。
【００３７】
接着剤は、ワイヤーの始点と終点とに、スポット的に使用することができる。断熱接着剤またはカバーが、コイルアセンブリに用いられ、その後硬化され得る。
【００３８】
製造プロセスは、ロッドが穴開け、回転、必要に応じて圧延、糊付け、ワイヤー巻きつけ、硬化のステップを行うために保持され、その後除去される、アセンブリの指定された冷却部の下の栓(spigot)を保持することによって支援され得る。冷却部が冷却剤中に突き出ている場合、栓は、突出部材の構成要素となることができ、或いは、その突出部材にフィンが形成される場合、栓は、その後除去するために突出部材の下に配置され得る。
【００３９】
ストップフランジ(stop flange)を加熱部と冷却部との間に有するアセンブリの好ましい実施形態において、製造プロセスは、ストップフランジの外径のロッドをカップ受容部、加熱部、及び冷却部まで低下させることを含む。
【００４０】
したがって、伝熱部は、冷却アセンブリ内の冷却液チャネル(channel)に突出するピンを含むことができる。ピンは、その伝熱表面を最大にするために穴開けされたり、リブを設けたりすることができる。ピンが、冷却液を通すための横向きの穴を有する場合、容器カップアセンブリは、主路(keyway)とまではいかなくても、正しい配列を確実にするインジケーターを組み入れることができる。冷却液通路へのピンの侵入について、液体の流速と併せて、ピンが一連のアレイに複数侵入すると、液体温度はその各々において実質同一であると通知される。
【００４１】
冷却部は、好ましくは、意図した冷却アセンブリ内の干渉及び密着フィットとして形成され、したがって、冷却アセンブリに正確に挿入するために、上記の環状のアンカーストップ(anchor stop)を組み入れることができる。したがって、容器カップアセンブリが、容器受容部の内側底部と嵌め合うような形状のマンドレルなどを用いて、冷却アセンブリに押し込み得るような構成が好ましい。干渉フィット(interference fit)は、当然ながら、伝導による熱伝達を支援する。この目的のために、冷却部と冷却アセンブリが同一の物質、好ましくは機械加工できるアルミニウムから形成されていることが特に有利である。このように、熱による膨張及び収縮は、干渉フィットに影響を与えるべきではなく、冷却部の周囲及び下で連続性を維持すること、言い換えれば、冷却部と冷却アセンブリとの間から空気を流出可能にする穴が冷却アセンブリ内に形成される場合を除き、冷却部が冷却液と接触しないことが好ましい。しかしながら、空気流出穴は、ブラインドホール（盲穴）であり、冷却部において上向きに形成されるか、冷却アセンブリにおいて下向きに形成されてもよい。
【００４２】
本発明のさらなる特徴によれば、冷却アセンブリは、その中に冷却液の流れに合わせて調整したチャネルを有するマトリックスを含み得る。マトリックスは、チャネルの半表面において対をなすように構成されたサブアセンブリから形成され得る。通常、このチャネルは、いりくんでおり(labyrinthine)、かつ、蛇行しているであろう。
【００４３】
冷却液が冷却部及び容器ステーションの装備品と接触する冷却アセンブリの構成において、冷却アセンブリに対する冷却部の組み立てが密着した状態であることが、より一層重要となる。また、Ｏリングや密封ジェルなどの取り替え可能な密封装置を回避すれば、コストと複雑さが最小限に抑えられ、また、それらを取り付けたことを忘れないためにも有利である。冷却部、したがって、容器カップアセンブリ、そしてつまりは冷却アセンブリには似た物質の使用が好ましいが、代替として、一方が他方よりも硬い物質を使用することができる。したがって、冷却アセンブリは、ポリプロピレン、樹脂、またはその他のかかる弾力性物質から構成されることができ、９６ウェルアレイ(a 96 well array)の場合、単一ブロックであることが好ましい。ピンのアセンブリは、液体チャネル中に突出する必要はなく、ブロック自体を通って流れる液体通路が、要求される速度で、余分な熱エネルギーを除去できる点に留意すべきである。
【００４４】
幸いなことに、熱サイクルに関連する生物学的反応または化学的反応に要求される低めの温度は、通常、大気よりも高い。しばしば、低めの温度が高めの温度同様に正確に制御されることがとにかく必要であることがある。したがって、このような反応を生じさせ、本発明に従う冷却アセンブリを組み入れる装置は、冷却剤を望ましい温度へ加熱するためのヒーターも有し得る。これにより、モジュールの外側に結露(condensation)が起きるのを防ぐという有利な点が加わる。
【００４５】
したがって、これらのアセンブリの冷却は、液体の冷却剤によって提供され得るが、好ましい実施形態において、かかる冷却剤は、「フルイドＸＰ」のような非導電性の流体である。冷却が一定に保たれるために、流体は、余分な熱を大気中に放出できるラジエータを組み入れた回路内に配置され得る。熱損失を最小限にするために、このラジエータは、熱の必要量のみ除去され、その後この流体が貯蔵タンク(reservoir)に戻るように制御され得る。
【００４６】
一般的に、ブロックに流入する流体温度は、熱交換器によって、２０〜４０°Ｃのオーダー、好ましくは室温即ち２５°Ｃ程度に調整される。この温度は、実際のところ、サイクルにおける最低温度を下回ることも可能だが、これより高い温度のほうが、一般にエネルギー必要量が小さくてすむ。本発明の９６の容器アレイによる実施形態において、熱交換器が１２の容器カップアセンブリを通過するように構成された８つの冷却剤チューブ(coolant tube)または８つの容器カップアセンブリを通過するように構成された１２の冷却剤チューブを供給するマニホールドがあってもよい。
【００４７】
上記の装置において、熱サイクルが、容器受容部の周囲にぴったり巻いた加熱コイルに流す電流を増加させて行われること及び、これが液体の継続的な冷却に逆らうものであることが理解されるであろう。冷却が必要なときは、電力がヒーターから除かれ、ロッドが冷却液の温度まで極めて迅速に下がることになる。反応チャンバーの真下に挿入した温度センサーが、どれだけの電流がコイルに供給が必要かを制御するために使用される。熱が均一に上方へと拡がり、容器受容部へ、そこから反応容器へと拡がる一方で、ヒーターから出た熱が、上方、下方の両方向へ、所与の制御速度で拡がり、結果として熱覆い(thermal blanket)が冷却部の上に形成されることが、本発明の好ましい実施形態の構成における重要な特徴である。
【００４８】
また、本発明の重要な利点は、冷却アセンブリに関する容器カップアセンブリの取り外し性(removability)及び交換性(replaceability)にあると言えることが理解されるであろう。この目的のために、容器カップアセンブリを冷却アセンブリ内に置くための挿入具が提供され得る。機能不全のアセンブリは、プライヤーなどの適切な保持装置によって、または、より高い可能性として、機能不全の容器カップアセンブリに穴を開けることによって取り外され得る。
【００４９】
冷却アセンブリは、ヒーターに電力供給するための、または熱センサー用などの電気接触用のマニホールドまたはマウントを組み入れることができる。マニホールドまたはマウントは、プリント回路基板（ＰＣＢ）を含んでいると便利であろう。
【００５０】
装置は、単一の反応容器に対して単一ステーションを用いる型とすることができる。或いは、装置は、複数のステーションを用いる型とすることができる。特に、装置は、ステーションにおいて、９６の標準アレイ、またはこの整数倍の、通常こうしたステーションの１２×８を含む、長方形アレイのマイクロタイター反応容器を受容するように配置することができる。さらに、装置は、例えば、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を行う熱サイクル装置とすることができる。
【００５１】
一般に、このような標準アレイは、９ｍｍ離れた長方形の中心に容器を有する。明らかに、このことは、本発明に係る装置構成に制限を課すものであり、このような構成が全体として実現可能であることが本発明の特徴である。
【００５２】
９６ｎアレイの構成用の反応容器は、一般には、今では幾分か標準的な構成を有するマイクロタイター容器である。この構成において、全体の寸法が長さ２ｃｍで、最大直径が０．７ｃｍのオーダーを有する容器は、約０．４５ｃｍから約０．３ｃｍへと先細りする反応部と透明な蓋を受容するための漏斗入口部(funnel entry portion)を有する。反応時間中は、容器がキャップにより密封され、かかるキャップが半透明または少なくともサンプルに隣接する部分では透明で、反応の進行が反応容器の外側にある光学システムによってモニタリングできるのが一般的である。
【００５３】
反応容器は、熱伝導のため、炭素粒子が入ったプラスチックから形成され得る。本発明に係る容器カップアセンブリにおいて、かかる容器を使用することによって、ＰＣＲ完了の目標時間が２０分未満で達成され得る。
【００５４】
別の反応容器は、実際に１２×８のウェルブロックの型である、単にポリプロピレンから形成され得る。これは、個別の、炭素が入った上記のウェルよりも製造費用が相当安価であり、これを用いて行ったＰＣＲプロセスは、２０分よりは少々長くなる。このことは、当然ながら一揃いの９６容器カップアセンブリを暗示する。これらのアセンブリは、冷却アセンブリに入っている場合と、上記の個別形成される反応容器の場合もあることが分かるであろう。後者は通常、予め形成されたトレイに取り付けられる。
【００５５】
本発明のその他の実施形態において、容器カップアセンブリ冷却部は、ＴＥＣまたはペルチェ・セルに取り付けられるように構成され得る。ＴＥＣに入り込む熱を迅速に取り除くために、冷却部は、ＴＥＣの表面に半田付けされ得る幅広い底部を有する截頭円錐形状(frusto-conical shape)とすることができる。底部全体に温度が均等に分布するように、気相オーヴン(vapour phase oven)内でＴＥＣ表面に付着する、低温のインジウム・ベースの半田が好ましい。
【００５６】
この構成の特別な利点は、カップ以外に入ってくる熱を極力少なくするように、ＴＥＣがサイクルの加熱パートで不活性になり得ることである。しかしながら、現在のところ、アルミニウムは、陽極酸化の有無を問わず、半田付けの影響を受けにくいため、冷却部は、例えばカシメなどによりアルミニウムに取り付けた後、半田付けによってＴＥＣに取り付けた銅などの金属製の台を含み得る。或いは、容器をＴＥＣ上に維持し、または銅をアルミニウムにねじ止めするための機械的なフレームを有することができる。
【００５７】
このようにして、各容器は、熱サイクルのエネルギー必要量をさらに減らすために質量と構成を最適化して、それぞれが個別の熱除去モジュールを有し得る。これらのモジュールは、互いに完全に独立しているが、必要に応じて同一反応プロセス用に、いくつかがグループにまとまっていてもよい。個別のエレメントが、それぞれ２×２または４×４のアレイである、４または１６までのアレイを構成することもできる。この配置は、習慣となっているメンテナンス目的のため、エレメントが個別に除去され得るという更なる利点を有する。単一の容器サイクルユニットでは、８ｍｍ×８ｍｍのＴＥＣ装置、それぞれ１７ｍｍ×１７ｍｍ、３５ｍｍ×３５ｍｍの寸法を有する装置を使用した４つ及び１６の容器を使用し得る。
【００５８】
こうしたＴＥＣの使用は、このシステムによって達成可能な冷却速度を大幅に増加させることができる一方で、同時に、迅速に加熱するためのシステムの能力を減じてしまう。この問題は、必要に応じて、及び必要時に、システムに供給される追加熱をもたらすペルチェ素子に直列につないだ第２加熱回路を備えることによって克服され得る。追加的加熱回路は、ＴＥＣ装置の上部に印刷されてもよいし、または、実際、ＴＥＣの上面としての機能を果たす２つのセラミック製プレートの間に挟まれてもよい。
【００５９】
これらの容器の迅速な熱サイクルは、システム内の個別の構成要素に多大なストレスをかけ得るため、特にＴＥＣは故障を起こしやすくなる。熱により引き起こされた機械的ストレスの影響を最小限にするためには、高い弾性係数を有する物質が特に有用である。したがって、ＴＥＣの上面及び底面は、インジウム・ベースの半田またはその他の高い熱伝導性、高い弾性係数を有する物質を用いて取り付けられ得る。装置の一方をインジウム・ベースの半田で半田付けし、もう一方を熱伝導性のシリコン「接着剤」で取り付けることも効果があると分かっている。しかし、好ましい構成方法は、インジウム・ベースの半田を、気相オーヴン内で、温度が半田の液化点に到達するよう制御され得るガリウム・ベースの液体を使用してアセンブリが構成されたＴＥＣの両面に半田付けすることである。簡便化のために、このＴＥＣ装置は、予め錫メッキにより「金属化されて」インジウム・ベースの半田に調和することができる表面を提供するようにするのが好ましい。
【００６０】
さらにアセンブリを保護するために、大気条件、特にＴＥＣピラーの短絡の原因となり得る水分凝縮や熱交換中の腐食／クラックなどの故障を防ぐために、アセンブリ全体またはその任意の構成要素部分が絶縁保護コーティング、好ましくはパリレンによって被覆され得る。
【００６１】
毎秒５°Ｃを超える熱サイクル速度を達成するために、十分な熱ポンプパワーを有するＴＥＣを組み入れることが必要である。制御されるべき熱除去モジュールのための最適温度は３５〜４５°Ｃであることが分かっており、かかる温度では、加熱能力に及ぼす影響を最小限に維持しつつ、追加的な冷却パワーとの最良のバランスが保たれる。
【００６２】
容器カップアセンブリから液体反応物質への熱自体の伝導に関して、構成要素が良好に嵌め合うこと(mating)が重要となる。したがって、反応容器の型部分のみならず反応容器受容部の内面は、十分に磨かれているであろう。プラスチック成形などの当業界において知られている構成技術や、最低熱伝導率１Ｗ／ＭＫを有する物質から構成されることに留意すると、反応容器の壁厚さが０．３ｍｍ未満であれば、毎秒５°Ｃを超えるランプ速度が達成され得る。好ましい実施形態において、容器は、容積重量６０％の炭素を含み、壁厚さが０．２ｍｍの高濃度ポリプロピレンから形成され得る。加えて、垂直方向の温度勾配を最小限にするために、管状容器において、反応液カラム全体が容器ホルダー部に封入されていることが好ましい。カップ自体は、最大限の性能を引き出すために、金メッキがなされていてもよい。このことと、インジウムの半田が提供する弾性率とが、サイクルシステムの構成要素部分の故障率を減少させる。装置の上面に個別に制御された加熱した圧縮リングを追加することによって、制御レベルをさらに高めることもできるが、これは２つの機能を提供する。まず、第一に容器が先細りした接続金具に押し込まれて確実に熱的接触を起こし、第二に、管の蓋に凝縮が形成されないようにするか、或いは、装置内で１００μｌを超える、大き目の容積が使用された場合に、温度勾配の形成を防ぐために、追加熱を追加する手段を提供する。
【００６３】
温度測定と制御を容易にするために、追加的なダイオードセンサーが、各ＴＥＣの中心に内蔵され得る。
【００６４】
＋／−０．５°Ｃ、さらには＋／−０．２°Ｃという温度精度を達成するために、装置は、個別に各容器に対処して、望ましいランプ速度で制御ができる電子制御回路を用いることが好ましい。制御装置は、例えば、故障が起きたかどうかを決定し、アレイ中の全てのＴＥＣ装置が加熱／冷却パワーのための最低必要条件を満たしているか評価するなど、ＴＥＣ装置の熱的性能にフィードバックを与えるように配置された回路中にダイオードを組み入れることができる。
【００６５】
さらなる実施形態において、ＴＥＣは、各々のＴＥＣのダイ一式がその隣接するＴＥＣとは別の独立した上部セラミック製プレートを有する、２、４、６、８、１６またはこれらを超える個別のダイ一式を取り付けるように配置された大き目のセラミック製のベースプレートを使用する。このようにして、ＴＥＣは、個別のＴＥＣのそれよりもより正確に取り付けが可能な、位置確認が容易にできるグループを形成する。各ＴＥＣはそれぞれ個別の温度プロファイルを維持している。
【００６６】
接続のためのワイヤーは、下部のセラミック製のベースプレートにおける穴によって導通されるか、ＰＣＢスルーホールメッキ技術によって形成されたビアによって導通され得る。これにより、電気的接続と熱的接続の両方を提供するサブアセンブリに押し込み、かかるサブアセンブリに半田で固定することが可能になる。追加熱が必要な場合は、これらのＴＥＣ装置は、加熱素子を組み入れたセラミック製トップタイルを追加してＴＥＣを構成することによって同様に調整され得る。２つのトップタイルは、その後、サンド・ウェッジ(sand wedge)内で貼り合わされ、加熱素子がセラミック製のサンド・ウェッジの間で保護されるようにする。加熱素子は、セラミック表面上にエッチングされるか、シルクスクリーン印刷され得る。この大き目のＴＥＣ装置は、さらに、温度測定素子を組み入れた追加的なトップセラミックタイルを組み入れることができ、この２つのトップタイルは、サーミスタや接合ダイオードなどの温度測定素子を封入するサンド・ウェッジを形成する。これにより、故障発生を示すなどの、ＴＥＣ自体の動作に対する温度フィードバックが可能になる。
【００６７】
伝熱モジュール(heat transfer module)（ＨＲＭ）が用いられる場合、ＨＴＭは、唯一つの反応容器または、４つから構成される１つのアレイ(an array of four)のように、高々その小グループ独自のものであることが好ましい。このように、特に９６ｎ容器の構成において、特定の容器または容器のグループの冷却が、その他の容器または容器のグループの冷却と並行して行われ、結果的に、より大きなグループを単一の熱除去モジュールで順次冷却する場合と比べて、ある程度、より着実に、おそらくは、より迅速に冷却が行われる。
【００６８】
適切な伝熱モジュールは、冷却液（水）の流入口と流出口を有するジャケット(jacket)と、ジャケット内にあるコアフィット（コア嵌め込み構造）を含み得るが、その周囲の冷却液チャンバーに向かって、コアは、しわの多い(rugose)、畝のような(ridged)、またはフィンのような(finned)表面を有する。ジャケットは、ワッフルにも似ており、１つの容器または１つの容器の小グループにつき１の、複数の冷却液流入口と、１つまたは複数の冷却液流出口マニホールドを有する。コアは、円筒型の胴部を有し、例えば正方形の頭部を有するボルトにも似ており、かかる胴部は封入可能で位置確認とジャケットからの除去が可能であり、しわの多い(rugose)、畝のような(ridged)、またはフィンのような(finned)表面を有し、頭部は、単一反応容器またはおそらくは４つのこうした容器のグループのための底部を含む。コアは、銅やアルミニウムなどの熱伝導性の高い金属から製造され、フィンなどは、頭部から遠位のその端部に向かってより際立たせるように(pronounced)して、頭部からの熱を除去(draw)する補助とすることができる。
【００６９】
コアは、電線管として用いるために穴を有するが、その穴は、おそらく軸方向穴であり、胴部(shank)の遠位端で、様々な電気的コマンド、制御、通信素子(communications elements)を支持するプリント回路基板（ｐｃｂ）をさらに支持することができる。
【００７０】
一般に、９６ｎマイクロタイター容器の構成におけるコアは、２ｃｍ２の頭部(head)を有し、全長は約３ｃｍを超えない。
【００７１】
ペルチェ・セル（ＴＥＣ）は、コア頭部に取り付けられ、サイクルの冷却パートが行われている間、反応容器からの熱除去を補助するために、周期的に開始されるよう、おそらくは極性反転によって、サイクルの加熱パートにおいて発生する熱の下方への流れに抵抗するよう、配置され得る。ペルチェ・セルは、特に９６ｎのマイクロタイター容器の構成において、４つの個別のセルの１グループまたは、おそらくは共通のベースプレートを有する単一セルと、容器１つにつき１つの動作用の上部プレート、即ち、４つの動作用の上部プレートを含み得る。この構成において、一般に、ペルチェ・セルは、１つの反応容器につき８ｍｍ２の大きさとすることができる。ペルチェ・セルは、電線管がその縁外ではなく、下方に向けて直通するように、そのベースプレートに１つまたは複数の穴を形成することができる。これは、電線管がＰＣＢに直接半田付けできるため、ペルチェ・セルがＰＣＢに取り付けられ、順にコア頭部に取り付けられる場合に特に有用である。
【００７２】
ペルチェ・セルの深さは、深ければ深いほど、熱膨張、熱収縮による層間剥離(delamination)に抵抗性を示すが、その重要度は、相対的には高くしなくてよい。しかしながら、一般に、プレートが０．３〜０．５ｍｍのオーダーの厚さを有する中で、その深さは２〜３ｍｍのオーダーとすることができる。
【００７３】
加熱プレートは、コア頭部とヒーターカップの間に配置され得るか、または、ヒーターカップの一部を形成し得るが、後者を採用する場合はペルチェ・セルの上となる。加熱プレートは、セラミック製のシートを含み得る。電線管の形態の加熱素子は、加熱プレートを本来の位置に接着したまま保持する、同様に蛇行した道の間の蛇行した道を有し得る。加熱プレートは、例えば４つの容器の中の１つの容器や１つのグループに特有のものとすることができる。
【００７４】
温度センサーは、加熱プレートの中央下に配置され得る。例えば２ｍｍ未満や１ｍｍといった極細のセンサーが使用可能であるが、加熱プレート内の凹部または穴により、センサーの位置が分かる。センサーは、コア胴部の下にあるＰＣＢと接続され得る。その他の構成としては、センサーが容器の真下にあるヒーターカップ内や加熱プレート上に取り付けられ、この場合は、上記のようにホットスポットを減じる空隙があることが好ましい。
【００７５】
ＰＣＢは、ペルチェ・セルに流れる電流の方向を制御するためのＨブリッジと、センサーへの参照を含む熱サイクルを制御するための手段を組み入れることができる。
【００７６】
ペルチェ・セルがＰＣＢに取り付けられる場合、コア部分にまで熱をより迅速に伝えることができるために、ＰＣＢ内に、またはＰＣＢの間に隙間があってもよい。或いは、ＰＣＢは、熱伝導物質を含む隙間を組み入れることもできる。
【００７７】
様々な素子を次々に取り付けることは、インジウム・ベースの半田によってなされ得るが、かかる半田は、熱伝導性が高いが機械的には柔軟な媒体から構成される。
【００７８】
本発明の別の実施形態において、容器受容部は、おそらくは、ほぼ平坦で長方形のトレイで、側壁が低いトレイを含み得る。これは、反応物質を入れたスライドやカプセルを受容するために調整され得る。
【００７９】
本発明のさらに別の実施形態において、容器受容部は、おそらくはクレジットカードの寸法と構成を有する、スライドの一部に形成される反応チャンバーを受容するように調整されたスロットを規定することができる。このようなスライドは、反応物質が、生物学的プロセス、化学プロセスまたは生化学プロセスの連続段階に供されるために、１つのステーションから別のステーションへと移される、囲いを備えたチャネル(enclosed channel)を組み入れることができる。
【００８０】
本発明に従う容器カップアセンブリの特別な利点は、容器カップアセンブリ、またはそのアレイが、化学、生物学または生化学プロセスを行うための装置に容易に組み入れられ得ることである。好ましい構成において、この装置は、容器カップアレイが取り付けられ得るプラットホームを備えており、このプラットホームは、その後、プロセスステーションへ上昇し、前記プロセスの終了に際して下降する。プラットホームは冷却ステーションや、冷却システムの一部を組み入れることができるが、かかる容器カップアセンブリは、特に付属のペルチェ・セルやＴＥＣなどの冷却システムの一部を含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
本発明の実施形態について、あくまでも例示として、添付の図面を参照して説明する。
【００８２】
【図１】図１は、本発明に係る容器カップアセンブリの第１の実施形態を示した略側面図である。
【図２】図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図であるが、定位置に配した反応容器を示している。
【図３】図３は、本発明に係る容器カップアセンブリの第２の実施形態を示した略側面図である。
【図４】図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】図５は、容器カップアセンブリのさらなる実施形態を示した側面図である。
【図６】図６は、図５におけるＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図７】図７は、平坦なカプセルまたはスライドの形態の反応容器を受容するために調整した容器カップアセンブリの側面図である。
【図８】図８は、図７におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。
【図９ａ】図９ａは、ペルチェ・セルの組立分解等角図である。
【図９ｂ】図９ｂは、図９ａのセルの組立側面図である。
【図９ｃ】図９ｃは、図９ｂにおけるＩＸ−ＩＸ断面図である。
【図９ｄ】図９ｄは、図９ｂに示すセルの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００８３】
図１及び図２には、上から下の順番で、容器受容部１００、加熱部１０１、及び冷却部１０２を有する容器カップアセンブリが例示されている。冷却部１０２と加熱部１０１の間には、環状のアンカーストップ(anchor stop)１０３がある。
【００８４】
容器受容部１００は、反応容器をぴったり受容するため、カップ形状である。カップウォールの壁は、約４°のテーパー角で、上部開口に向かって先細りする。カップ入口の壁厚さは、約０．４ｍｍであり、カップ底部の壁厚さは約０．９５ｍｍである。容器受容部１００の底部において、かかる底部と反応容器底部の間の間隙１００ａ用の余裕が持たされている。間隙１００ａは、その深さが２〜４ｍｍのオーダーであろう。
【００８５】
カップ１００の長さに沿った利便性の高い中間ステーションには、温度センサー受容凹部１０４がある。この凹部の中に、サーミスタ１０５が配置される。Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ  Ｌｔｄが、３ｍｍ未満の長さを有し、０．２ｍｍのオーダーの平均径を有する適切なベア（被覆されていない）サーミスタを供給している。このようなサーミスタ１０５を凹部１０４に確実に固定するために、サーミスタのテールワイヤーを容器受容部１００の周囲に２〜３回巻く。サーミスタ１０５は、ヒーターの温度ではなく、カップの温度を測定することができるように、ヒーターの上に短い距離をおいて配置する。サーミスタは、予測モードで動作するように構成される。
【００８６】
加熱部１０１は、（図５に示す）加熱ワイヤーコイル１０６を着座させるため、外部に、Ｖ形状の側面を有する、螺旋ねじ状の溝１０１ａを有している。ワイヤーは、２４ボルトの電圧で駆動され、最大電流２．２アンペアを流すように構成された直径０．２１ｍｍのニッケルクロムである。マイクロタイター容器構成におけるワイヤーの長さは、３６ｃｍである。ワイヤー１０６を一定位置に保持するため、紫外線硬化性の接着剤が用いられる。溝１０１ａは、ロッドが陽極酸化されたときに、隣接するワイヤーコイルが互いに接触しないように形成される。
【００８７】
冷却部１０２は、化学反応及び／または生物学的反応装置において、またはかかる装置用に、冷却アセンブリ中の反応容器受容ステーションにアセンブリを固定するアンカー部材として構成される。冷却部１０２は、縁部及び底部の両方で接触するように冷却アセンブリの構成において形成される。冷却アセンブリ冷却部受容ウェルの底部にある１．０ｍｍのブラインドホール（盲穴）は、互いの装備中に圧縮された空気を収容する役割を果たす。環状のアンカーストップ１０３が、冷却部が然るべき位置にあることを視認できるよう、冷却部の深さを制御する。
【００８８】
図２は、カップ１００内に反応容器２００を取り付けた様子を示す。容器２００は、反応チャンバー２０１と漏斗部(funnel portion)２０２を含むマイクロタイター反応容器である。反応チャンバー部は、反応容器の底部にて間に間隙１００ａを残して、容器受容部１００にぴったりと納まる。漏斗部２０２は、透明な物質の蓋を受容する。
【００８９】
図１及び図２に示す実施形態のいくつかにおいて、さらに、おそらくはフィン付きのプローブまたはピップ(pip)が、冷却部１０２の底部から伸びて、冷却剤の中に突出することができるが、冷却アセンブリは、当然ながら、こうした突出に対応させるべく構成されている。しかしながら、こうしたプローブまたはピップは、ワイヤーコイルを巻き、その後除去される栓としての役割を果たし得る。
【００９０】
図１及び図２に示す容器カップアセンブリは、電気絶縁の目的のため、アルミニウム合金製のロッドを、機械加工後に陽極酸化させて変質させることによって形成される。したがって、かかる容器カップアセンブリは、一体構成である。
【００９１】
図３及び図４に示す発明の実施形態において、図１及び図２に関して記載された実施形態と同様な容器受容部３００と加熱部３０１が備わっている。しかしながら、冷却部３０２は、冷却装置（この場合はペルチェ・セル３０３であり、その上部プレート３０４に冷却部３０２が取り付けられている）と接触する表面積を最大にするために、先端部より広い基部を有する截頭円錐形状を有する。少なくとも冷却部の基部（シュー(shoe)３０５）は、半田でより容易に取り付けられる銅から形成される。銅製のシュー３０５は、冷却部３０２にかしめられる。或いは、図３及び図４に示す容器カップアセンブリは、機械加工可能なアルミニウム製ロッドから形成される。
【００９２】
第２冷却ブロック３０７が、ペルチェ・セル３０３の下部プレート３０６に取り付けられる。図１及び図２に示した冷却部１０２と同様に、冷却ブロック３０７は、熱除去モジュールの中へきつく密着するように構成される、これにより、この例では、下部プレート３０６の温度を安定させることになる。
【００９３】
図５及び図６に示した容器カップアセンブリは、冷却ブロック３０７が、プローブ３０８の上に形成される以外は、図３及び図４に示した容器カップアセンブリと類似する。プローブ３０８は、熱除去モジュール（ＨＲＭ）内の冷却液ダクトの中に突出するように調整されたフィン３０９とともに形成される。
【００９４】
インジウム・ベースの半田は、シュー３０５をペルチェ・セル上部プレート３０４へ、及び下部プレート３０６を第２冷却ブロック３０７へ取り付けるために用いられる。
【００９５】
図７及び図８に示した容器カップアセンブリは、容器受容部７００を截頭円錐形状とした以外は、図３及び図４に示した容器カップアセンブリと同様である。容器受容部７００は、その中に形成されて、平坦なカプセルまたはスライドの形状の反応容器を受容するように調整された浅いトレイ７０１を有する。
【００９６】
図９ａ〜図９ｄに示すペルチェ・セル（ＴＥＣ）は、図３〜図６に示すセル３０３とすることができる。このペルチェ・セルは、セラミック製の加熱プレート９０１と、このプレート９０１とセル９００自体の間に挟まれた蛇行した加熱素子９０２を有する基本的なペルチェ・セル９００を含む。
【００９７】
マイクロタイター反応容器とともに使用するための図１〜図４に示す容器カップアセンブリは、全長２６ｍｍで、カップ外径（容器受容部１００、３００）が５．０ｍｍ、冷却部１０２が直径６．０ｍｍである。冷却部１０２にピップが残っている場合は、その寸法は、一般に長さ４．０ｍｍで直径３．０ｍｍである。
【００９８】
特に、図１及び図２に示す実施形態の場合において、容器カップアセンブリは、熱除去モジュール（ＨＲＭ）内の個別の受容ステーションに配置された８×１２＝９６のアレイのうちのただ１つである。受容ステーションは、１．０ｃｍの中心部（センター）に接した正方形のアレイになっている。熱除去モジュールは、冷却液用のいりくんだチャネルを組み入れた機械加工可能なアルミニウムブロックである。これは、チャネル深さの半分の箇所で嵌め合う別個のブロックとして形成される。熱除去モジュールは、冷却液の貯蔵タンクと、冷却液の温度を制御する手段も収納する反応装置の中に取り付けられる。熱除去モジュールの流入口、流出口マニホールドは、この貯蔵タンクに接続される。
【００９９】
ＨＲＭは、反応物質を含み、蓋が適合した反応容器のアレイの受容に使用可能な反応装置に配置されるプラットホームの一部を形成するが、かかるプラットホームは、付属のバネ付きの持ち上げ装置も有する。このようにして、装置は、反応プロセス中に、容器カップアセンブリと均等にぴったり密着する反応容器を維持するために、プラットホームを上昇させるように、また、圧力プレートに対して反応容器の蓋を介して反応容器を押すように構成される。圧力プレートは、反応物質が装置の光学機器からよりよく見えるように、蓋の中心部の隣接箇所に穴が開けられている。
【０１００】
各反応容器２００内のサンプルに対してＰＣＲを同時に行う反応装置において、容器がそのアレイに保持され、反応物質が充填されるホルダー部がある。その後、容器の蓋が配置され、ホルダー部が熱除去モジュール（ＨＲＭ）に供給される。
【０１０１】
ＨＲＭはエレベーターに取り付けられるが、その上面には、反応容器の蓋と合致する、小孔の開いた加熱プレートがある。このようにして、エレベーターが、内容物を入れたＨＲＭを反応ステーションに引き上げると、圧縮プレートによって、反応容器がその対応する容器カップアセンブリのカップ受容部にぴったりと密着するようにする。圧縮プレートの上には、光検査(optical interrogation)装置が配置される。
【０１０２】
反応がその後、開始する。ＰＣＲを行う場合、容器中の反応物質は、反応物質中のＤＮＡを変性させるため、温度上昇を受け、その温度で短時間保持され、中間のアニール温度に冷却され、その温度で短時間保持され、変性されたＤＮＡが伸びる、さらに低い温度へと冷却され、そこで短時間保持されるが、反応物質中に色の変化が検出されるまで、かかるサイクルが何度か反復される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ．９ｄ】
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【図９ｃ】
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