(57)【要約】  非金属材料を有する上部プレート（８３）を含む熱システム用の装置および方法であって、ここで上部プレートは複数の加熱ウェル（８５）を含み、各加熱ウェルは試料の入った複数の試料管を収納する大きさである。下部プレート（７５）は上部プレート（８３）に係合して熱ブロック（６７）を形成する。複数の伝熱ピン（７７）が下部プレート（７５）から上部プレート（８３）に向け伸張する。上部プレートの非金属材料は、伝熱ピン（７７）を係合し加熱効率を増加させるために成形される。本発明はまた、熱伝導性材料を含む熱プレート（２００）を含む熱ブロック（４００）も含み、熱プレートは実質的平面領域および複数の試料管を収容するための複数の加熱ウェル（２８５）を有する主上面（２８３）；および熱プレート（２００）を係合するとともに熱プレート（２００）の主上面（２８３）と接触する加熱プレート（３００）を含む。熱ブロック（６７または４００）は、生物学的試料の効率的な熱サイクリングのために使用してもよい。
2008543316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非金属材料を含む上部プレートであって、複数の試料管を収容するための複数の加熱ウェルを含む上部プレートと、
前記上部プレートを係合する下部プレートと、
前記下部プレートから前記上部プレートに伸張して、前記下部プレートから前記上部プレートに熱を伝達する複数の伝熱ピンと、
を含む熱ブロック。
【請求項２】
前記下部プレートと熱的に接続される加熱器をさらに含む、請求項１に記載の熱ブロック。
【請求項３】
前記上部プレートの前記非金属材料が成形プラスチックである、請求項１に記載の熱ブロック。
【請求項４】
前記非金属材料が金属めっきで被膜される、請求項１に記載の熱ブロック。
【請求項５】
前記下部プレートがアルミニウムを含む、請求項１に記載の熱ブロック。
【請求項６】
少なくとも１個の加熱ウェルが、模擬生物学的流体試料の温度を計測する、請求項１に記載の熱ブロック。
【請求項７】
外表面上に金属被膜を伴う非金属芯を含む上部プレートと、
複数の試料管を支持するため前記上部プレート内に形成される複数の加熱ウェルと、
金属を含み、前記上部プレートに係合される下部プレートと、
前記下部プレートから前記上部プレートに伸張して、熱ブロックを均一に加熱する複数の伝熱ピンと、
を含む熱ブロック。
【請求項８】
前記下部プレートと熱接触する加熱器をさらに含む、請求項７に記載の熱ブロック。
【請求項９】
前記上部プレートの前記非金属材料が成形プラスチックである、請求項７に記載の熱ブロック。
【請求項１０】
前記金属被膜がアルミニウムを含む、請求項７に記載の熱ブロック。
【請求項１１】
前記金属被膜が銅を含む、請求項７に記載の熱ブロック。
【請求項１２】
前記上部プレートが前記下部プレートをエポキシ樹脂で係合する、請求項７に記載の熱ブロック。
【請求項１３】
試料の入った複数の試料管を試料保持体内に設置する工程と、
複数の加熱ウェルを含む熱ブロックの上部プレートを、回転式熱アセンブリを回転させて前記試料保持体の下に定置する工程と、  
前記回転式熱アセンブリを上昇させ、前記上部プレートの前記複数の加熱ウェルを前記複数の試料管と熱接触させる工程と、
前記熱ブロックを第１の温度まで第１の時間だけ加熱して、前記複数の試料管内の試料温度を制御する工程と、
前記回転式熱アセンブリを降下させることにより、前記上部プレートの前記複数の加熱ウェルを前記複数の試料管とそれ以上熱接触させないようにする工程と、
を含む、試料の熱サイクリング方法。
【請求項１４】
複数の加熱ウェルを含む第２の熱ブロックの上部プレートを、回転式熱アセンブリを回転させて前記試料保持体の下に定置する工程と、
前記回転式熱アセンブリを上昇させ、前記上部プレートの前記複数の加熱ウェルを前記複数の試料管と熱接触させる工程と、
前記加熱ブロックを第２の温度まで第２の時間だけ加熱して、前記複数の試料管内の試料温度を制御する工程と、
前記回転式熱アセンブリを降下させることにより、前記上部プレートの前記複数の加熱ウェルを前記複数の試料管とそれ以上熱接触させないようにする工程と、
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
複数の加熱ウェルを含む第３の熱ブロックの上部プレートを、回転式熱アセンブリを回転させて前記試料保持体の下に定置する工程と、
前記回転式熱アセンブリを上昇させ、前記上部プレートの前記複数の加熱ウェルを前記複数の試料管と熱接触させる工程と、
前記熱ブロックを第３の温度まで第３の時間だけ加熱して、前記複数の試料管内の試料温度を制御する工程と、
前記回転式熱アセンブリを降下させることにより、前記上部プレートの前記複数の加熱ウェルを前記複数の試料管とそれ以上熱接触させないようにする工程と、
をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の時間、第２の時間および第３の時間が各々異なる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の温度、第２の温度および第３の温度が各々異なる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
非金属材料を含む上部プレート、および前記上部プレートの複数の加熱ウェルに係合する複数の伝熱ピンを含む下部プレートを有する熱ブロックを提供する工程と、
前記複数の加熱ウェルを複数の試料管と熱接触するように設置する工程と、
前記熱ブロックの前記下部プレートを加熱器で加熱する工程と、
前記複数の伝熱ピンにより、前記下部プレートから前記複数の加熱ウェルに熱を伝達する工程と、
を含む、複数の加熱ウェルを加熱するための方法。
【請求項１９】
前記上部プレートの前記非金属材料が成形プラスチックである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記上部プレートの前記非金属材料が金属めっきで被膜される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記下部プレートがアルミニウムを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記複数の加熱ウェルから前記複数の試料管に熱を伝達する工程をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
模擬生物学的流体温度を計測して、生物学的試料の流体温度間の正確な遷移を生じさせる工程をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
熱伝導性材料を含む熱プレートであって、前記熱プレートが実質的平面領域および複数の試料管を収容するための複数の加熱ウェルを有する主上面を備える熱プレートと、
前記熱プレートを係合して、前記熱プレートの前記主上面に接触する加熱プレートと、
を含む熱ブロック。
【請求項２５】
前記熱伝導性材料がアルミニウムである、請求項２４に記載の熱ブロック。
【請求項２６】
前記熱プレートが、生物学的試料の温度反応を想定する、空洞が内部に規定された突起を有する、請求項２４に記載の熱ブロック。
【請求項２７】
少なくとも１個の加熱ウェルが、模擬生物学的流体試料の温度を計測する、請求項２４に記載の熱ブロック。
【請求項２８】
実質的平面領域および複数の試料管を収容するための複数の加熱ウェルを有する主上面を含み、熱伝導性材料を含む熱プレートと、前記熱プレートに係合して、前記熱プレートの前記主上面に接触する加熱プレートとを有する熱ブロックを提供する工程と、
前記複数の加熱ウェルを前記複数の試料管と熱接触するよう設置する工程と、
前記熱ブロックの前記熱プレートを、前記加熱プレートで加熱する工程と、
伝導性熱伝達を通じて、前記熱プレートから前記複数の加熱ウェルに熱を伝達する工程と、
を含む、複数の加熱ウェルを加熱するための方法。
【請求項２９】
実質的に平面状の主上面および複数の試料管を収容するための、前記主上面に規定される複数の加熱ウェルを有する第１のプレートと、
前記第１のプレートの主上面に当接する加熱プレートであり、
複数の開口が内部に形成された本体部分と、
前記複数の開口を包囲する絶縁部分と、
前記加熱プレートにより保持され、その絶縁部分の間に配置される発熱素子と、
を有する第２のプレートと、
を含む熱ブロック。
【請求項３０】
前記第２のプレートの前記本体部分が実質的に平面形状である、請求項２９に記載の熱ブロック。
【請求項３１】
前記発熱素子が抵抗発熱素子である、請求項２９に記載の熱ブロック。
【請求項３２】
前記発熱素子が、加熱された流体を搬送するための管状導管である、請求項２９に記載の熱ブロック。
【請求項３３】
前記発熱素子が前記第２のプレートの底面に固定されることで、前記第１のプレートと接触する、請求項２９に記載の熱ブロック。
【請求項３４】
前記発熱素子が前記第２のプレートに埋設される、請求項２９に記載の熱ブロック。
【請求項３５】
前記発熱素子が前記第２のプレート内に形成される、請求項２９に記載の熱ブロック。
【請求項３６】
前記絶縁部分が熱的に絶縁性である、請求項２９に記載の熱ブロック。
【請求項３７】
前記絶縁部分が電気的に絶縁性である、請求項２９に記載の熱ブロック。
【請求項３８】
前記第２のプレートの前記発熱素子が熱エネルギー源に接続するための接続部分をさらに含む、請求項２９に記載の熱ブロック。
【請求項３９】
前記熱エネルギー源が、電流を前記発熱素子に供給するための電気エネルギー源である、請求項３６に記載の熱ブロック。
【請求項４０】
前記熱エネルギー源が、加熱された流体を前記発熱素子へ供給する熱エネルギー源である、請求項３６に記載の熱ブロック。
【請求項４１】
前記第１のプレートが金属材料を含む、請求項２９に記載の熱ブロック。
【請求項４２】
前記金属材料が、銅、アルミニウム、真鍮およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項４１に記載の熱ブロック。
【請求項４３】
前記金属材料が、第２の金属で被膜される第１の金属を含む、請求項４１に記載の熱ブロック。
【請求項４４】
前記熱ブロックが、
実質的に平面状の主上面および複数の試料管を収容するための前記主上面内に画成される複数の加熱ウェルを有する第１のプレートと、
前記第１のプレートの主上面に当接する第２のプレートであって、かつ加熱プレートであり、
複数の開口が内部に形成された本体部分と、
前記複数の開口を包囲する絶縁部と、
前記加熱プレートにより保持され、その絶縁部分の間に配置される発熱素子と、
を有する第２のプレートと、
を含む、請求項１３に記載の熱サイクリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、全体として参照することにより本明細書に含まれる、２００５年６月１６日付けで出願された米国仮特許出願第６０／６９１，１２４号明細書に対する優先権を主張する。
【０００２】
本明細書に開示される実施形態は、生物学的材料の試料の加熱、およびより詳細には、ポリメラーゼ連鎖反応、定量的ポリメラーゼ連鎖反応、逆転写ポリメラーゼ連鎖反応、免疫ポリメラーゼ連鎖反応、または他の核酸増幅型の実験を遂行するためのＤＮＡ試料の加熱および熱サイクリングに関する。
【背景技術】
【０００３】
ＤＮＡ試料の熱サイクリングの技法は当該技術分野において周知である。ポリメラーゼ連鎖反応を実施することにより、ＤＮＡは増幅可能である。液状反応混合物中でＤＮＡを成功裏に増幅するためには、特異的に構築した液状生物学的反応混合物を特定の期間および温度範囲を通じてサイクルに付すことが望ましい。熱サイクリングは、ＤＮＡを解離（ｍｅｌｔｉｎｇ）し、短鎖プライマーをアニール（ａｎｎｅａｌ）して一本鎖とし、およびこれらのプライマーを伸長して二本鎖ＤＮＡの新しいコピーを作製する工程である。液状反応混合物は、高温で解離し、アニールし、および低温で伸長する、この工程に繰り返し供される。
【０００４】
典型的な熱サイクラーにおいて、ＤＮＡを含む生物学的反応混合物は熱ブロックアセンブリ上の多数の試料ウェルに提供される。ＤＮＡの試料は、熱サイクリング工程を通じて合理的に可能な限り均一な温度であることが望ましい。ある試料ウェルと別の試料ウェルとの間の小さな温度差であっても、実験の失敗または望ましからざる結果を引き起こす。例えば定量的ＰＣＲにおける１つの目的は、一般的にはＤＮＡ量を１サイクル毎に２倍となるよう増加させることにより、ＰＣＲ増幅を可能な限り精密に実施することである；そうでなければ試料ウェル中の結果として得られる混合物量の間に望ましくない程度の不均衡があり得る。十分に均一な温度が試料ウェルで得られない場合、各サイクルで所望の倍加が起こるとは限らない。ＤＮＡの理論的倍加は実際上ほとんど起こらないが、増幅は可能な限り効率的に起きることが望ましい。
【０００５】
加えて、温度誤差により反応が不適切に起こり得る。例えば、試料が適切なアニール温度であるように制御されない場合、特定の型のＤＮＡが適切に伸長しないことがある。これは結果として、反応混合物中のプライマーの不適当なＤＮＡへのアニール、またはどれにも全くアニールしないことをもたらす。そのうえ、確実に全ての試料が均一に加熱されることにより、任意の温度における休止時間が短縮され、それにより総ＰＣＲサイクル時間が迅速化される。特定の温度でのこの休止時間を短縮することにより、酵素の耐用時間（ｌｉｆｅｔｉｍｅ）および増幅効率が増加する。それゆえ、望ましくない温度誤差および試料ウェル温度間の差異は減少すべきである。
【０００６】
先行技術の全金属製の熱ブロックは高価である。金属機械加工されたブロックまたは金属製で厚い基盤の電気的に形成されたブロックでは、加熱手段からウェル空洞に至る一次伝熱経路がウェルの壁領域により制限される。すなわち、熱はブロックの底面からウェル壁領域を通じて移動して、ウェル空洞を加熱しなければならない。熱分配を促進するためウェル壁が可能な限り薄く作製されることで、ウェル空洞あたりの加熱ランプの割合は最大化される。
【０００７】
上述の観点から、試料ウェルの温度均一性を向上させ試料の処理の効率性または精度を改善する、熱サイクリング装置および方法が必要である。従って当該技術分野において、複数の試料の熱サイクリングことを目的とした、非金属ブロック熱システムのための装置および方法が必要である。
【発明の開示】
【０００８】
本発明の一態様に従えば、非金属材料を有する上部プレートを含む非金属ブロック熱システム用の装置および方法が提供され、ここで上部プレートは複数の加熱ウェルを含み、各加熱ウェルは試料の入った複数の試料管を収容するのに適応した大きさである。下部プレートが上部プレートに係合して、熱ブロックを形成する。複数の伝熱ピンが、下部プレートから上部プレートに向けて伸張する。複数の伝熱ピンが、熱を複数の加熱ウェルに伝達する。上部プレートの非金属材料は、伝熱ピンを係合し加熱効率を増加させるために成形することができる。熱ブロックは、生物学的試料の効率的な熱サイクリングのために使用されてもよい。
【０００９】
本発明のこの態様に従う一熱ブロックは、非金属材料を含み、複数の試料管を収容するための複数の加熱ウェルを含む上部プレート；上部プレートに係合する下部プレート；および下部プレートから上部プレートに向け伸張して、熱を下部プレートから上部プレートに伝達する複数の伝熱ピンを含む。
【００１０】
本発明のこの態様に従う一熱ブロックは、外表面上に金属被膜を含む非金属芯を含む上部プレート、および金属を含む下部プレートを含む。
【００１１】
本発明はまた、試料保持体内に試料の入った複数の試料管を設置する工程、複数の加熱ウェルを含む熱ブロックの上部プレートを、回転式熱アセンブリを回転させて試料保持体の下に定置する工程；回転式熱アセンブリを上昇させ上部プレートの複数の加熱ウェルを複数の試料管と熱接触させる工程；熱ブロックを第１の温度まで第１の時間だけ加熱して、複数の試料管内試料の温度を制御する工程；および回転式熱アセンブリを降下させることで上部プレートの複数の加熱ウェルを複数の試料管とそれ以上熱接触させないようにする工程を含む、試料の熱サイクリング方法も提供する。
【００１２】
本発明はさらに、非金属材料を含む上部プレートおよび上部プレートの複数の加熱ウェルを係合する複数の伝熱ピンを含む下部プレートを有する熱ブロックを提供する工程；複数の加熱ウェルを複数の試料管と熱接触するように設置する工程；熱ブロックの下部プレートを加熱器で加熱する工程；および熱を下部プレートから複数の加熱ウェルに複数の伝熱ピンにより伝達する工程を含む、複数の加熱ウェルを加熱するための方法を提供する。
【００１３】
本発明の第２の態様に従えば、１つまたはそれ以上の熱伝導性材料を使用して熱ブロックの少なくとも１枚のプレートが形成される。本態様に従う一熱ブロックは、熱伝導性材料を含む熱プレートであって、実質的平面領域を有する主上面および複数の試料管を収容するための複数の加熱ウェルを含む熱プレート；および熱プレートを係合するとともに熱プレートの主上面と接触する加熱プレートを含む。
【００１４】
熱伝導性材料はアルミニウムである。
【００１５】
加えて、熱プレートは、空洞が内部に規定された突起を含むことで生物学的試料の温度反応を想定できる。あるいは、または加えて、熱ブロックの１個の加熱ウェルを使用して、模擬生体液試料の温度が計測可能である。
【００１６】
この第２の態様に従う一熱ブロックは、実質的に平面状の主上面および複数の試料管を収容するべく主上面内に規定される複数の加熱ウェルを有する第１のプレート；およびであって、本体部分が実質的に平面形状で、内部に形成された複数の開口を有する加熱プレートである、第１のプレートの主上面に当接する第２のプレート；複数の開口を包囲する絶縁部分；および加熱プレートにより担持され、その絶縁部分の間に配置される発熱素子を含む。
【００１７】
発熱素子は抵抗発熱素子、または加熱された流体を搬送するための管状導管であり得るとともに、第２のプレートの底面に固定されることで第１のプレートと接触するか、第２のプレートに埋設されるか、または第２のプレート内に形成される。
【００１８】
絶縁部分は熱的または電気的に絶縁される。
【００１９】
熱ブロックはまた、第２のプレートの発熱素子を熱エネルギー源に接続するための接続部分も含む。熱エネルギー源は、発熱素子に電流を供給するための電気エネルギー源または加熱された流体を発熱素子に供給するエネルギー源である。
【００２０】
好ましくは、第１のプレートは金属材料を含み、銅、アルミニウム、真鍮およびこれらの組み合わせを挙げることができる。熱ブロックの金属材料としてはまた、第２の金属で被膜される第１の金属も挙げることができる。
【００２１】
本発明はまた、熱伝導性材料を含み、実質的平面領域を有する主上面および複数の試料管を収容するための複数の加熱ウェルを含む熱プレートと、熱プレートと係合して熱プレートの主上面と接触する加熱プレートとを有する熱ブロックを提供する工程；複数の加熱ウェルを複数の試料管と熱接触するよう設置する工程；熱ブロックの熱プレートを加熱プレートで加熱する工程；および熱を熱プレートから複数の加熱ウェルへ伝導性熱伝達を通じて伝達する工程を含む、複数の加熱ウェルを加熱するための方法も提供する。
【００２２】
一実施形態において、熱ブロックの熱プレートは、複数の加熱ウェルを複数の試料管と熱接触するように設置する工程に先立ち加熱される。
【００２３】
本発明はまた、試料の入った複数の試料管を試料保持体内に設置する工程；上部プレートが複数の加熱ウェルを含む回転式熱アセンブリを回転させ、熱ブロックの上部プレートを試料保持体の下に定置する工程；回転式熱アセンブリを上昇させて、上部プレートの複数の加熱ウェルを複数の試料管と熱接触させる工程；熱ブロックを第１の温度まで第１の時間だけ加熱して、複数の試料管内試料の温度を制御する工程；および回転式熱アセンブリを降下させることで上部プレートの複数の加熱ウェルが複数の試料管とそれ以上熱接触しないようにする工程を含む、試料の熱サイクリング方法も提供するとともに、熱ブロックは、実質的に平面状の主上面および複数の試料管を収容するべく主上面内に画成される複数の加熱ウェルを有する第１のプレート；およびその内部に形成される複数の開口を有する本体部分を有する加熱プレートである、第１のプレートの主上面に当接する第２のプレート；複数の開口を包囲する絶縁部分；および加熱プレートにより担持され、その絶縁部分の間に配置される発熱素子を含む。
【００２４】
本熱ブロックは熱伝達を改善し、効率的に試料を処理し、および非金属材料を含む上部プレートの使用を通じて実質的な費用節減を可能にする。
【００２５】
本明細書に開示される実施形態は添付の図面の参照を伴いさらに説明され、ここで同様の構造は数枚の図にわたり同様の数字により参照される。図は必ずしも一定の縮尺とは限らず、むしろ本明細書に開示される実施形態の原理を図示することに、概して重点が置かれている。
【００２６】
上記に特定された図は本明細書に開示される実施形態を説明するが、他の実施形態もまた、考察において述べられるとおり企図される。本開示は例示的実施形態を代表例として、かつ限定なしに提供する。本明細書に開示される実施形態の原理の範囲および精神の範囲内に収まる数々の他の改変および実施形態が当業者により考案される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
熱ブロックは所望量の熱を均一かつ効率的に複数の試料に移送することができる。熱ブロックは金属および／または非金属材料を含むことにより試料の処理効率を増加させる一方で熱ブロックを構築する費用を低減する。
【００２８】
熱サイクラーはプログラム可能な加熱ブロックであり、ＰＣＲの単一サイクルを構成する温度に依存した３段階、すなわちテンプレート変性、プライマーアニーリング、およびプライマー伸長を通じて試料の温度を制御および維持する。これらの温度が最大４０回またはそれ以上サイクルに付されることでＤＮＡ標的の増幅が得られる。熱サイクラーは、限定はされないが、ペルチェ加熱および冷却、抵抗加熱、およびパッシブエア（ｐａｓｓｉｖｅ  ａｉｒ）または水加熱を含む種々の技術を使用して温度変化を生じさせる。
【００２９】
ＤＮＡの熱サイクリングは、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、定量的ポリメラーゼ連鎖反応（ｑＰＣＲ）、逆転写ポリメラーゼ連鎖反応（ＲＴ−ＰＣＲ）、逆転写−定量的ポリメラーゼ連鎖反応（ＲＴ−ｑＰＣＲ）、免疫ポリメラーゼ連鎖反応（Ｉ−ＰＣＲ）、または他の核酸増幅型の実験を遂行できる。
【００３０】
図１において熱ブロックは概して６７で示される。熱ブロック６７は上部プレート８３および下部プレート７５を含む。この実施形態において、上部プレート８３は非金属材料を含む。上部プレート８３は、成形可能で構造的および温度上の要件を満たすのに十分な物理的特性を有する、任意のプラスチック材料を含んでもよい。上部プレート８３は高温成形可能プラスチックを含む。上部プレート８３はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）または当業者に周知の他の同様の材料を含んでもよい。
【００３１】
特定の実施形態において、上部プレート８３は非金属材料上に金属被膜を含んでもよい。金属被膜は上部プレート８３の外表面上にある。金属被膜は摩耗表面として働くとともに上部プレート８３の清掃を容易にする。金属被膜はまた、定量的データを得るために使用される場合、成形プラスチック表面と比較してより光学的に反射する表面を提供することにより、機器の感度も促進する。金属被膜またはめっきは、銅、ニッケル、クロム、金、または複数の金属の組み合わせまたは当業者に周知の他の金属を含んでもよい。金属被膜は、めっき浴、物理的、化学的、またはイオン蒸着、または当該技術分野において周知の他の被膜方法を含む、当該技術分野において周知の被膜方法を使用して適用されてもよいが、これらに限定されない。
【００３２】
下部プレート７５は伝導性材料、好ましくは金属を含む。下部プレート７５は、鋳造、機械加工、鍛造、金属射出成形または当該技術分野において周知の他の方法により製作されてもよい。一実施形態において、下部プレート７５はアルミニウムを含む。下部プレート７５は、銅、銀、アルミニウム合金、当業者に周知の他の鋳造可能合金または他の同様の材料を含んでもよい。下部プレート７５は複数の金属を含んでもよい。下部プレートが、様々な伝導性材料を含むことおよび本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内にあり得ることを、当業者は認識しうる。
【００３３】
下部プレート７５に対する上部プレート８３の設計により、先行技術の熱ブロックの使用を通じて得られるものと比較して、熱が試料全体にわたりより均等に分配されることが可能となり、これはより均一で効率的かつ信頼性の高い結果につながる。上部プレート８３への非金属材料の使用は費用効果が高い。多数の試料の処理にはしばしば多数の熱ブロックの使用が要求され、これは費用を増加させる。本明細書に開示される実施形態により、非金属上部プレートを有することができる熱ブロックを使用することによる実質的な費用節減が可能となる。かかるとおり、本明細書に開示される実施形態は費用節減および改善された結果の双方を提供する。
【００３４】
図１は熱ブロックの組立図を示し、ここで熱ブロック６７の上部プレート８３は熱ブロック６７の下部プレート７５から切り離されている。複数の伝熱ピン７７が下部プレート７５から伸張する。複数の伝熱ピン７７は下部プレート７５とともに形成されてもよい。あるいは、複数の伝熱ピン７７は別個の下部プレート７５に追加されてもよい。複数の伝熱ピン７７は下部プレート７５と異なる材料を含んでもよい。複数の伝熱ピン７７は、正方形、矩形、円形、楕円形、および他の形を含む種々の形であってもよいが、これらに限定されない。複数の伝熱ピン７７には、エッチング加工、粗面化、溝加工、ノッチ加工または成形が、各ピンの表面積が増加するような任意の他の表面効果を伴ってされてもよい。これは上部プレート８３の複数のリブ８７との機械的接続を促進するうえで有用である。
【００３５】
複数の伝熱ピン７７は、熱を複数の加熱ウェル８５に移送する。複数の伝熱ピン７７が各々独立した試料に熱を均等に分配する。複数の伝熱ピン７７は、複数の試料管３９を包含する複数の加熱ウェル８５の側面に熱を伝達する。複数の伝熱ピン７７は、試料管３９の全長に沿って熱を移送するための界面として働く。加熱ウェル８５の側面への熱の移送は、加熱ウェル８５の底部を通じてのみの試料への熱の移送より良好に熱を試料に分配する。加熱ウェル８５が伝熱ピン７７とより良好に係合し、それゆえ熱が加熱ウェル８５に加熱ウェル８５の側面から熱伝導を通じて効率的に移送されることが可能となるように、加熱ウェル８５は成形される。伝熱ピン７７を係合するための上部プレート８３の非金属材料の可撓性および成形性は、試料に対し均一な加熱を提供し、処理効率性を増加させる。加熱ウェル８５は、複数のリブ８７を有して複数の伝熱ピン７７を係合して均一な熱分配を促進してもよい。
【００３６】
加熱ランプ速度が使用者特性として重要であるのは、使用者が生物学的実験を行うことのできる速度に影響するためである。加熱量を低減するため加熱ウェル壁厚が低減されるにつれ、加熱経路の面積も同様に低減される。加熱ウェル壁厚が低減されるにつれ、単一の加熱ウェル空洞内の温度勾配が増加する。この単一ウェル温度勾配は、薄いウェル壁の試料ブロック全体にわたる温度勾配と同等またはそれ以上となり得る。上部プレート８３と組み合わされる複数の伝熱ピン７７により、加熱ウェル８５の側面から加熱ウェル８５に進入する伝熱経路が可能となる。熱は複数の伝熱ピン７７から、加熱ウェル８５を上部プレート８３の下側に係合する複数のリブ８７を通じて移動する。一実施形態において、加熱ウェル８５は４個のリブ８７を有する。別の実施形態において、製造および経費検討を考えて、より多数または少数のリブ、または他の形および方向性を備えるリブを使用して、熱を加熱ウェルに伝達してもよい。本明細書に開示される実施形態は、加熱手段から加熱ウェルへの有意な伝熱面積の増加を提供する。
【００３７】
上部プレート８３に包含される複数のリブ８７および下部プレート７５内の複数の伝熱ピン７７の配置を最適化して、単一ウェル温度の均一性およびな熱ブロック全体の温度の均一性の両方を促進してもよい。最適化はリブ抜き勾配のサイズおよび方向性、加熱ウェル位置に対するリブ厚さ、ピンサイズ、ピン抜き勾配、および他の設計寸法および特性により得られる。
【００３８】
ウェル位置と対比したリブ８７接触面積に対するピン７７の量が、熱ブロック全体の優れた温度均一性の設計の配置構成を形成する。一実施形態において、内部ウェルについて、４個のピン７７が各加熱ウェルリブ８７と接触し、４個のピン７７は２個の加熱ウェルリブ８７とそれぞれ接触を共有する。一実施形態においては、縁部ウェルについて、４個のピン７７が各加熱ウェルリブ８７と接触するが、３個のピン７７のみが２個の加熱ウェルリブ８７とそれぞれ接触を共有する。第４のピン７７は別のウェルと接触を共有しないため、第４のピン７７からの熱がより多く縁部加熱ウェル８５に利用可能となり、加熱された矩形本体の本質的により冷たい縁部温度を補償するべく補助する。隅部加熱ウェル８５は各加熱ウェルリブ８７と接触する４個のピン７７により利益を得る。ピン７７のうち２個のみが別の加熱ウェルとの接触を共有する。他の２個のピン７７は別のウェルとの接触を共有せず、さらに多くの熱が隅部ウェルに利用可能となり、加熱された矩形本体の本質的により冷たい隅部温度を補償する。当業者は、ピンおよびリブの数が変動してもよいこと、およびそれでもなお本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であることを認識しうる。
【００３９】
図１に示すように、下部プレート７５は複数の凹部７８を含む。複数の凹部７８は様々な深さを有し、下部プレートに対して対称である。各凹部７８は上部プレート８３と係合される場合、熱ブロック全体にわたる温度均一性を促進するよう設計される。複数の凹部７８は、機械加工、鋳造、または当該技術分野において周知の他の製造方法により効率的に形成されるため、温度均一性を促進する効率的な方法を形成する。別の実施形態において、凹部の他の形およびパターンが使用されても、または凹部が使用されなくてもよい。図２は、熱ブロック６７の下部プレート７５の斜視図を示す。図３は、熱ブロック６７の上部プレートの上面斜視図を示す。図４は、熱ブロック６７の上部プレート８３の底面斜視図を示す。
【００４０】
図５に示すように、上部プレート８３は下部プレート７５を係合して熱ブロック６７を形成する。上部プレート８３は、糊剤、溶接、スナップ嵌め、焼嵌め、圧入、エポキシ樹脂、接着剤および当該技術分野において周知の他の機械的締め具を含む当該技術分野において周知の任意の機械的係合により下部プレート７５に接続されるが、これらに限定されず、本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内である。別の構成では、下部プレートが成形インサートとして使用される場合の工程を利用可能である。このようにすれば、上部プレートが形成されるとともに成形工程中に下部プレートに付着される。
【００４１】
図１〜５に示される９６個の加熱ウェルを有する熱ブロックの上部プレートに加え、熱ブロックは模擬生物学的流体試料の温度を計測するための１個または複数個の専用ウェル９７を有してもよい。熱ブロックは、模擬生物学的流体試料の温度を計測するための、１、２、３、４個またはそれ以上の専用ウェル９７を有してもよい。一実施形態において、模擬生物学的流体試料温度を計測するための専用ウェル９７は熱ブロック６７の縁部に沿って位置する。当業者は、模擬生物学的流体試料の温度を計測するための専用ウェル９７が、縁部に沿って、中間部に、または熱ブロック６７の上部プレート８３内の他の位置に位置することを認識しうる。模擬生物学的流体の温度計測が、生物学的試料流体の温度間の正確な遷移を生じさせるのに使用する制御システムもまた使用される。
【００４２】
図１〜５は９６ウェル構成を含む熱ブロック６７を示すが、当業者は、４８ウェル、３８４ウェル、１５３６ウェル、および他の複数個のウェルの熱ブロックが本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であることを認識しうる。
【００４３】
図６は、３８４ウェルプレートで使用する、熱ブロック６７の別の実施形態を示す。非金属材料製である上部プレート８３は、様々な形に成形されることで市販の試料容器サイズおよび構成と最良に適合される。３８４ウェル型はしばしばよりハイスループットなＤＮＡ試料に使用される。下部プレート７５は鋳造するか、または様々な構成を支持するべく形成してもよい。
【００４４】
図７は、熱ブロック６７を加熱するためのブロック加熱器１０７の図を示す。加熱器１０７は熱ブロック６７の下部プレート７５の下に定置される。熱は加熱器１０７により生成されて、下部プレート７５に伝達される。次に下部プレート７５の伝熱ピン７７が、試料の入った試料管を保持する上部プレート８３内の加熱ウェル８５に熱を伝達する。加熱器１０７を下部プレート７５の下に設置することにより、試料への熱の効率的かつ均一な伝達が提供される。加熱器１０７は、抵抗加熱、ペルチェ加熱および冷却パッシブエアまたは水加熱および当該技術分野において周知の他の加熱および冷却方法により試料を加熱してもよく、本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内である。
【００４５】
熱ブロック６７は様々な方法で使用してもよい。熱ブロック６７は複数の試料を処理するため分離して使用してもよい。あるいは、熱ブロック６７は複数の追加的な熱ブロック６７を伴い使用することで、様々な処理を実施してもよい（すなわち、第１の熱ブロックが熱を試料に第１の時間だけ移送し、第２の熱ブロックが熱を試料に第２の時間だけ移送し、第３の熱ブロックが熱を試料に第３の時間だけ移送する等）。
【００４６】
以下の考察はブロック６７の一使用法を説明する。以下の考察は決して本明細書に開示される実施形態の加熱ブロックの使用法を限定することを意味するものではない。当業者は、加熱ブロックの様々な使用法が本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であることを認識しうる。
【００４７】
複数の熱ブロック６７は、複数の試料を処理するため連動して使用してもよい。複数の熱ブロックは、各熱ブロックが異なる温度で操作される場合に、単一の処理において利用されてもよい。複数の熱ブロックが中心管に係合され、回転式熱アセンブリが構築される。回転式熱アセンブリは処理装置に係合してもよい。回転式熱アセンブリが回転することで、回転式熱アセンブリに係合される任意の熱ブロックが、試料の入った複数の試料管と平行に定置されてもよい。回転式熱アセンブリが上下に移動して、いずれの熱ブロックも複数の試料管と熱接触するようにしてもよい。本明細書に開示される実施形態は、本明細書に開示される実施形態の装置を使用して、複数の熱ブロックを迅速に複数の試料管と熱接触させ、およびそれらとの熱接触から離すとともに単一熱源の温度が上昇および降下する問題を回避することによりＰＣＲ効率を改善する方法を含む。
【００４８】
図８は一実施形態の斜視図を示し、ここでは複数の熱ブロックが中心管１０３に係合する。中心管１０３は円筒形の配置を含む。第１の熱ブロック、第２の熱ブロック、および第３の加熱ブロックが中心管１０３に係合してもよい。当業者は、中心管１０３が任意の様々な形および配置を有することおよび本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であり得ることを認識しうる。
【００４９】
図９は回転式熱アセンブリ６５の斜視図を示し、ここでは複数の加熱ブロックが中心管１０３に係合する。図９において、第１の加熱ブロック６７、第２の熱ブロック６９、および第３の熱ブロック７１が中心管１０３を係合して回転式熱ブロックアセンブリ６５を形成する。回転式加熱ブロックアセンブリ６５は、２、３、４個またはそれ以上の熱ブロックを含んでもよく、本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内である。当業者は、加熱ブロック６７、６９、７１を中心管１０３に係合する様々な方法が、本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であり得ることを認識しうる。
【００５０】
回転式熱ブロックアセンブリ６５は処理装置１００に係合してもよい。回転式加熱ブロックアセンブリ６５の使用法は、複数の熱ブロック６７、６９、７１を含み、複数の試料が迅速かつ効率的に処理されることを可能にする。当業者は、様々な種類の処理アセンブリが本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であることを認識しうる。
【００５１】
ここで、特に注記されない限り、図１０〜１４において図示される実施形態を参照するものとする。図１０〜１４は、本発明に従った、第１のプレート２００、加熱プレート３００である第２の熱ブロックプレート、および完全熱ブロックアセンブリ４００の別の実施形態を図示する。第１のプレート２００は熱伝導性材料から作られるように構成することができ、実質的平面領域およびその内部に画成される複数の試料管を収容するための複数のウェル空洞または「加熱ウェル」２８５を有する主上面を含むことができる。用語「主上面」は、第１のプレート２００の上面の一部を構成する上面を意味することを意図している。例えば、ウェル２８５は第１のプレート２００内に形成され、および実質的に平面状である上面を妨害するため、ウェル２８５の間の空間を主上面２８３と呼ぶ。第１のプレートの目的は、上述の図１の上部プレート８３などと一致する。しかしながら、明らかなように、その構成は多少異なる。
【００５２】
本実施形態に従う第１のプレート２００は、好ましくは金属などの熱伝導性材料から作製される。しかしながら、金属皮膜高分子、または金属めっきされた金属を含む、金属皮膜材料が利用されるが、これらに限定されない。銅、ニッケル、クロム、金などの金属、他の適切な材料およびそれらの組み合わせが使用される。特定の実施形態において、第１のプレート２００は金属材料上に金属被膜を含む。金属被膜は第１のプレート２００の外表面にある。金属被膜は摩耗表面として働くとともに第１のプレート２００の清掃を容易にする。金属被膜はまた、定量的データを得るために使用される場合、第１のプレート表面（これもまた光学的に反射性であり得る）と比較してより光学的に反射する表面を提供することにより、機器の感度を促進する。金属被膜またはめっきは、銅、ニッケル、クロム、金、または複数の金属の組み合わせまたは当業者に周知の他の金属を含んでもよい。金属被膜は、めっき浴、物理的、化学的、またはイオン蒸着、または当該技術分野において周知の他の被膜方法を含む、当該技術分野において周知の被膜方法の使用を適用してもよいが、これらに限定されない。
【００５３】
添付図において９６個の加熱ウェル２８５を有するものとして示されるが、第１のプレート２００は、４８ウェル、３８４ウェル、１５３６ウェル、および他の複数個のウェル構成を備えてもよい。加えて、実質的に円形断面であるものとして示されるが、加熱ウェル２８５は熱サイクリングにおける第１のプレート２００の使用に好適な任意の形であってもよい。
【００５４】
第２のプレート３００は、加熱プレートの役割として構成されるとともに、第１のプレート２００の主上面２８３に当接するべく、および／または第１のプレートを係合するべく構成される。第２のプレートは好ましくは、第１のプレート２００のそれぞれのウェル２８５に対応するその内部に画成される複数の開口３１０を含む。第２のプレートはさらに、プレート３００により担持される発熱素子３２０を含む。随意に、絶縁部分３３０が発熱素子３２０と各開口３１０の縁部との間に提供される。かかる絶縁体の目的は２点ある。第１に、絶縁体は熱を発熱素子３２０から分配する役割があり、開口３１０の縁部、およびそれと接触する任意の物体の温度を発熱素子３２０それ自体より緩徐に変化させる。さらに、絶縁体は熱の伝達がより遅いため、絶縁体は発熱素子３２０または全体的に第２のプレート３００の任意の温度変動を抑える。発熱素子３２０が抵抗性電気発熱素子である場合、絶縁体はまた、通常試験管を通過しうる発熱素子３２０を流れる電流から、開口３１０の縁部を電気的に絶縁することも補助する。
【００５５】
この第１および第２のプレート２００、３００および合体した熱ブロックアセンブリ４００の実施形態は、上述の実施形態および典型的な熱ブロックとは、加熱プレートである第２のプレート３００が第１のプレートの上面と接触している点で異なる。これは典型的な熱ブロックを上回る特定の利点を提供する。具体的には、加熱ウェル２８５のウェル壁２９５が各ウェルの下端２９７に向かって縮径するため、各ウェル２８５の断面は、第１のプレート２００の主上面２８３と熱的に直接連通しているウェル２８５の頂部近傍でより大きくなる。それゆえ、ウェル壁の上部はウェル壁の下部より多くの熱を伝導できる。この実施形態で構成される場合、熱は第１のプレート２００の主上面２８３と接触している第２のプレートを介して加えられうるため、熱反対方向、すなわち加熱ウェルの底部２９７からその頂部である主上面２８３近傍に流れる場合より、熱は加熱ウェル２８５のその下端２９７である遠端まで効率的に流れる。統合された場合、改善されたウェル内部の熱均一性が実現される。
【００５６】
特定の典型的な加熱ブロックを上回るこの実施形態のさらなる利点は、第１のプレートの成形における負の抜き勾配が不要である点である。一部の典型的な熱プレートは、本第１のプレート２００と同様の目的を果たすが、頂部より幅広の加熱ウェル底部壁を含むことでその底面に配置される発熱素子との接触をより良好にする。本発明は、かかる負の抜き勾配およびかかる部品を製造するうえで必要とされる厄介な製造工程を回避する。
【００５７】
図１０〜１４の実施形態のさらなる利点は、使用において対流熱損失が低減される点である。多くの典型的な加熱ブロックが加熱ブロックの底部に配置される発熱素子を提供するため、熱は周囲環境との対流を通じて失われる。本熱ブロック４００の第２のプレート３００は、使用において、意図的に加熱される第１のトレイ２００と図１６における処理装置１００などの処理装置のカバーとの間に定置される。従って、第２のプレート３００の部分は周囲環境にほとんどまたは全く曝露されないか、または実質的な対流熱損失に影響されない。結果として、第１のプレート２００におけるウェル２８５間および全体としての加熱ブロック４００の温度均一性は、曝露された発熱素子を有する加熱ブロックと比較して改善される。
【００５８】
２個の突起伸張体２８７は、熱ブロックの長い縁部２８２に沿って、主上面２８３から離れる向きに伸張し、支持フレームにおける熱ブロックの保持に使用される。これらの突起２８７は熱ブロック保持体４５０における切削部４５５と結合して（図１４）、熱ブロック４００を熱ブロックアセンブリ５００内に維持および部分的に定置する。たとえバイアルまたは試験管壁を通じていても、第１のプレートの短い縁部２８４の片方または両方に沿って、加熱ウェル２８５と接触している生体物質混合物の温度反応をシミュレートするための温度センサと結合し、内部に規定されるキャビティ２８８を含む、１つまたは複数の突起２８９が使用される。図１０〜１４の実施形態は２個のかかる突起２８９および空洞２８８を含むが、２個より少数または多数が提供されてもよい。さらに、これらの空洞の正確な位置は他のシステム設計上の考慮を前提として変化し得るとともに、かかる温度センサは、図１〜５との関連において上述されるとおり、第１のトレイ２００の１個または複数個のウェル２８５内に提供される。
【００５９】
図１１は、本発明のこの実施形態に従う第１のトレイ２００の下面を図示する。図に示すように、実質的に円筒形の凹部２９３が、主上面２８３の反対側の、第１のプレート２００の底面２９１に提供される。これらの凹部２９３は、熱ブロック質量を水平面に分布させることにより、加熱ブロックの温度均一性を水平面において促進する。このような分布は後述で述べるように、然るべき直径、位置、深さまたは他の側面、または正方形、六角形などの多角形、または第２のプレート３００の発熱素子の領域３２１などの双曲線形などの、他の形の使用を含む、凹部２９３に対する他の属性を選択することにより改良される。
【００６０】
主要部加熱ブロック４００用の加熱プレートとして作動する第２のプレート３００は、図１２において最良に図示される。この加熱器はその内部に規定される開口３１０を含み、これらは第１のプレート２００に提供される加熱ウェル２８５に対応する。このような使用において、バイアルまたは試験管などの試料管は、開口３１０の１個を通り、かつウェル２８５内へと通過できる。絶縁体３３０が開口３１０の周囲に提供されるとともに、発熱素子３２０が開口３１０の列と絶縁体３３０との間を実質的に蛇行する様式で通過する。図に示すように、発熱素子３２０は接続部分３４０ａ、３４０ｂの各端部を始端とする。そこから、発熱素子は開口３１０の各列を通過する経路に従い、反対側の端部に到達する。この構成は第２のプレート３００および全体としての加熱ブロック４００の全体にわたる温度均一性の促進を補助する。
【００６１】
この第２のプレート３００と連動して使用され得る絶縁材料としては、シリコンゴム、ポリイミド（ＰＩ）、マイカ、ポリエステル、ノーメックス、および他の同様の材料が挙げられるが、これらに限定されない。かかる材料は、全体として参照することにより本明細書に含まれる、米国特許第６，８７８，９０５号明細書に記載される。絶縁材料は電気的に絶縁性、熱的に絶縁性、または電気的および熱的の双方において絶縁性である。
【００６２】
発熱素子３２０は、電気抵抗性加熱材料を含むか、または別の適切な種類の発熱素子であり得る。ペルチェ接点の高温側は第１のトレイ２００の主上面２８３と接触するよう構成される。あるいは、ヒートポンプまたは高温水供給などの加熱または冷却流体用外部源と結合しうる流体搬送導管が提供される。
【００６３】
発熱素子３２０は、図で示すように、４個の開口３１０の間に位置する点に拡張した幅の領域を備え、かかる領域は実質的に双曲線形の境界を有する。従って、熱は開口３１０および加熱ウェル２８５の周囲近傍の領域に均等に供給される。接続部分３４０ａ、３４０ｂは、第２プレート３００の発熱素子３２０の電源への電気的接続を可能にするように提供される。
【００６４】
所望であれば、発熱素子は加熱ブロックの所望の能力に依存して、熱を提供または熱を除去する、または／あるいは、熱を除去のみする素子と置換される。例えば、ペルチェ接点の低温側が抵抗発熱素子３２０の代わりに使用される。あるいはまだ、管状要素が調整流体、すなわち加熱または冷却流体を流動させるために提供される場合には、冷却液または冷媒などの低温流体が使用される。ヒートポンプシステムが利用される場合には、使用者には所望の温度の選択のみが必要とされ、システムは加熱ブロックを必要に応じて加熱または冷却する。
【００６５】
発熱素子３２０および／または冷却素子は、具体化される場合には、第２のプレート３００の表面に付着されるか、またはその内部に埋設される。例えば、流体搬送管が第２のプレート３００の上またはその内に提供される。加熱／冷却素子３２０および絶縁体３３０は双方とも基板により担持されるか、または第２のプレート３００が実質的に平面状の上面および底面と平行にとられる断面の全体にわたり構成が一致するよう、基板なしに相互に接合される。
【００６６】
第１のプレート２００および第２のプレート３００は、上記のように、任意の適切な様式で接合される。すなわち、第１プレート２００は、これらに限定はされないが、糊剤、溶接、スナップ嵌め、焼嵌め、圧入、エポキシ樹脂、接着剤および当該技術分野において周知の他の機械的締め具を含む、当該技術分野において周知の任意の機械的係合により第２のプレート３００に接続されるとともに、本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であり得る。別の構成では、例えば鋳造または成形における場合の、プレートが一体形成される工程を利用しうる。
【００６７】
図１４は、回転式熱ブロックアセンブリ５００の斜視図を図示し、ここでは複数の熱ブロック４００が、図９の実施形態と同様に、中心管１０３を係合する。回転式熱ブロックアセンブリ５００は、２、３、４個またはそれ以上の熱ブロックを含み、および本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内である。当業者は、熱ブロック４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃの中心管１０３への様々な係合方法が本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であることを認識しうる。
【００６８】
回転式熱ブロックアセンブリ５００は処理装置１００に係合できる（例えば、図１５を参照）。複数の熱ブロック４１０ａ〜４１０ｃを含む回転式熱ブロックアセンブリ５００の使用により複数の試料が迅速かつ効率的に処理されることが可能となる。当業者は、様々な種類の処理アセンブリが本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であることを認識しうる。図１５、図１６および図１７は処理装置１００の実施形態の様々な図を示す。図１５は、処理装置１００の一部としての回転式熱アセンブリ６５の斜視図を示す。図１５において、管カバー１３は開放位置にある。管カバー１３は管カバーハンドル１１を含み、管カバー１３を開放位置から閉鎖位置に移動させる。管カバー１３は管カバー加熱器１５を含んでもよい。試料保持体４３は複数の試料ウェル３８を包含し、複数の試料管３９を収容する。複数の試料管３９は複数の試料ウェル３８内に設置される。試料ウェル３８は、一般的に生物学的実験で使用される様々な型の試料管３９を収納する手段を提供する。これらの試料管３９の型の一部としては、８本管のストリップ、９６本管のフランジ継手プレート、単一管、および当該技術分野において周知の他の管構成が挙げられるが、これらに限定されない。試料担体４５は試料保持体４３を支持する。
【００６９】
図１５は、処理装置１００と係合される回転式熱アセンブリ６５を示す。回転式熱アセンブリ６５は複数の熱ブロックを含む。図１５において、回転式熱アセンブリ６５は３個の熱ブロック、すなわち第１の熱ブロック６７、第２の熱ブロック６９および第３の熱ブロック７１を含む。
【００７０】
第１の熱ブロック６７は第１の温度に到達および維持する能力を有し、第２の熱ブロック６９は第２の温度に到達および維持する能力を有し、および第３の熱ブロック７１は第３の温度に到達および維持する能力を有する。第１の温度、第２の温度および第３の温度は同一であるか、または互いに異なる。いくつかの実施形態においては、第１の温度および第２の温度のみが異なり、第３の温度は第１の温度または第２の温度と同じである。当業者は、各熱ブロックが任意の温度に到達および維持してもよく、および本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であり得ることを認識しうる。
【００７１】
図１５に示されるとおり、複数の熱ブロック６７、６９、７１は中心管１０３と係合され、ここで中心管１０３は第１のスライド３７から第２のスライド５３に向け延伸し、中心管１０３の中心軸は実質的に水平である。
【００７２】
複数の熱ブロック６７、６９、７１の各々は複数の加熱ウェル８５を含む上部プレート８３を有する。図は９６個の加熱ウェル８５を有する上部プレート８３を含む熱ブロック６７、６９、７１を示すが、当業者は、熱ブロックが４８ウェル、３８４ウェル、１５３６ウェル、および他の数のウェルを有してもよいとともに本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であることを認識しうる。上部プレート８３内の加熱ウェル８５の数は試料保持体４３内の試料ウェル３８の数に対応する。
【００７３】
図１５に示されるとおり、中心管１０３は中心管１０３に機械的に接続される回転モータ４９により回転される。中心管１０３は回転するため、熱ブロック６７、６９または７１の上部プレート８３は、試料保持体４３の下で実質的に平行に配列される。試料保持体４３の各試料ウェル３８は熱ブロック６７、６９または７１の上部プレート８３の加熱ウェル８５の上方に定置される。以下でさらに詳細に考察するが、回転式熱アセンブリ６５が上昇および降下することで、複数の試料ウェル３８に支持される複数の試料管３９が複数の加熱ウェル８５の各々により収容されるようにしてもよい。かくして複数の試料管３９が上部プレート８３の複数の加熱ウェル８５と熱接触する。
【００７４】
回転式熱アセンブリ６５は、任意の所望の垂直位置まで上昇および降下してもよい。回転式熱アセンブリ６５は手動またはモータ２５を使用して自動で上昇および／または降下してもよい。当業者は、様々な機構および／またはモータを利用して、回転式熱アセンブリ６５の熱ブロック６７を上昇または降下してもよいことが、本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であることを認識しうる。
【００７５】
図１６は、処理装置１００の一部としての回転式熱アセンブリ６５の拡大図を示す。図１６は、試料保持体４３の下からの図を示す。回転式熱アセンブリ６５は処理装置１００に係合される。第２の熱ブロック６９の上部プレート８３は、試料保持体４３の下で実質的に平行に配列される。第２の熱ブロック６９の複数の加熱ウェル８５は、複数の試料管３９の下に定置される。複数の試料管３９は、試料保持体４３の複数の試料ウェル３８内に位置する。１個の試料流体センサ５７または複数個の試料流体センサ５７が試料保持体４３に動作可能なように接続される。
【００７６】
回転式熱アセンブリ６５は所望の位置まで回転されてもよい。図１６に示すように、回転位置センサ６３は回転式熱アセンブリ６５と連通している。回転位置センサ６３は回転式熱アセンブリ６５の現在の回転位置を制御および／または表示する。回転式熱アセンブリ６５は所望の垂直位置まで上昇または降下させてもよい。垂直位置センサ５９は熱ブロック６７の上部プレート８３と連通している。垂直位置センサ５９は回転式熱アセンブリ６５の現在の垂直位置を制御および／または表示する。位置センサ５９、６３は反復可能な位置信号を提供する。位置センサ５９、６３は信頼性の高い動作に十分な位置分解能を支持するべく選択される。一実施形態において、位置センサ５９、６３は複数のワイヤハーネス接続用端子を含む。当業者は、当該技術分野において周知の様々な回転および／または垂直位置センサが本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であることを認識しうる。
【００７７】
図１７は、処理装置１００の一部としての回転式熱アセンブリ６５の斜視図を示す。図１７において、管カバー１３は閉鎖位置まで降下された、試料保持体４３および複数の試料管３９を被覆する。管カバー１３は管カバー加熱器１５を含む（図１５に示す）。管カバー１３の閉鎖および管カバー加熱器１５の作動により、複数の試料管３９が加熱される。管カバー加熱器１５は、熱を複数の試料管３９に供給して所望の温度プロファイルを提供する。管カバー加熱器１５は、複数の試料管３９の処理中、一定温度または可変温度を提供してもよい。管カバー加熱器１５が回転式熱アセンブリ６５と連動して使用され、複数の試料管３９の所望の温度プロファイルを実現してもよい。当業者は、様々な温度プロファイルが本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であることを認識しうる。
【００７８】
管カバー１３はカバー温度を感知する温度センサを含んでおり、この温度は能動的に制御され得る。温度センサは管カバー１３に係合されるサーミスタであってもよい。サーミスタは、管カバー１３から出た、熱システムに動作可能に接続される複数のリードワイヤを有する。
【００７９】
温度センサは試料保持体４３の試料ウェル３８内の試料容器内に定置され、熱ブロック６７の温度を計測する。温度センサからの温度データは制御器に送信され、次に熱源により供給される熱量を調節する。温度センサはサーミスタであってもよい。サーミスタは温度遷移に関与する構成部品を正確に制御する。当業者は、熱電対、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）または当該技術分野において周知の他の温度センサが本明細書に開示される実施形態の精神および範囲の範囲内であることを認識しうる。
【００８０】
本明細書に開示される実施形態は、少なくとも１本の試料管３９を、処理アセンブリ１００の主要フレームに係合される試料保持体４３の少なくとも１個の試料ウェル３８内に設置する工程を含む、熱サイクリングの実施方法を提供する。回転式熱アセンブリ６５は回転するため、第１の熱ブロック６７の上部プレート８３は試料保持体４３の下に定置される。上部プレート８３は少なくとも１個の加熱ウェル８５を含む。回転式熱アセンブリ６５は上昇して加熱ウェル８５を複数の試料管３９と熱接触させ、加熱ウェル８５が第１の時間だけ第１の温度で複数の試料管３９と熱接触し続けることを可能にする。回転式熱アセンブリ６５が降下して複数の加熱ウェル８５を複数の試料管３９から分離すると、加熱ウェル８５および試料管３９はそれ以上熱接触しない。
【００８１】
第２の熱ブロック６９は第２の温度まで加熱され、第２の熱ブロック６９は試料保持体４３の下の位置へと回転される。回転式熱アセンブリ６５が上昇して、第２の熱ブロック６９を複数の試料管３９と熱接触させる。複数の加熱ウェル８５が複数の試料管３９と第２の時間だけ第２の温度で熱接触し続けることにより、複数の試料管３９内の試料が所望の温度プロファイルを獲得する。回転式熱アセンブリ６５は、第２の熱ブロック６９が複数の試料管３９を十分な時間加熱した後、降下する。回転式熱アセンブリ６５が降下して複数の加熱ウェル８５を複数の試料管３９から分離すると、加熱ウェル８５および試料管３９はそれ以上熱接触しない。
【００８２】
第３の熱ブロック７１は第３の温度まで加熱され、第３の熱ブロック７１は試料保持体４３の下の位置へと回転する。回転式熱アセンブリ６５が上昇して、第３の熱ブロック７１を複数の試料管３９と熱接触させる。複数の加熱ウェル８５が複数の試料管３９と第３の時間だけ第３の温度で熱接触し続けることにより、複数の試料管３９内の試料は所望の温度プロファイルを獲得する。回転式熱アセンブリ６５は、第３の熱ブロック７１が複数の試料管３９を十分な時間加熱した後、降下する。回転式熱アセンブリ６５が降下して複数の加熱ウェル８５を複数の試料管３９から分離すると、加熱ウェル８５および試料管３９はそれ以上熱接触しない。
【００８３】
本方法は複数の熱ブロックで繰り返されてもよい。熱ブロックは、複数の試料管と熱的に連通しながら、一定温度または可変温度で動作してもよい。回転式熱アセンブリの熱ブロックは、試料が所望の温度プロファイルに到達するまで、さまざまな温度および時間だけ動作してもよい。
【００８４】
スライド、パーティション、ビーズ、チャネル、反応チャンバ、導管、表面、または試料を保持するための他の適切な器具などの他の試料保持構造が、本明細書に開示される実施形態で使用される。試料保持構造内に設置されるべき試料は生物学的反応混合物に限定されない。試料は、所望の細胞、組織、微生物または非生物学的産物などの、加熱および／または冷却することが所望される任意の種類の産物を含む。
【００８５】
各試料管３９は、生物学的反応混合物を試料管内に維持するための、対応するキャップを有する。キャップは、典型的には試料管の上部の円筒形表面の内側に挿入される。キャップは比較的透明であるため、キャップを通じて光が透過される。試料管と同様に、キャップは典型的には成形ポリプロピレンから作製されるが、他の適切な材料も許容される。各キャップはキャップの上面に、薄く平坦なプラスチック製光学窓を有する。各キャップ内の光学窓は、サイクリングにおいて励起光などの放射線をＤＮＡ試料に伝達し、ＤＮＡからの放射蛍光を光学的検出システムに返送することを可能にする。
【００８６】
本発明に従う熱ブロックは、様々な製品およびひな型の熱サイクラーで使用され、また図８、９および１４〜１７に例示される熱サイクラーでの使用に限定されない。他の熱サイクラーシステムおよびＰＣＲ反応からの蛍光の検出方法もまた本明細書に開示される実施形態の熱ブロックから利益を得るであろう。例えば、加熱ブロックは、譲受人の米国特許第６，６５７，１６９号明細書に記載および当該特許の全体が参照することにより本明細書に含まれる、生物学的材料の熱サイクリング試料用の装置で使用される。熱ブロックはまた、光電子増倍管で検出される、各試料を連続的にプローブするタングステンハロゲン電球を使用して、Ｍｘ３０００ＰリアルタイムＰＣＲシステム（Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ  ＰＣＲ  Ｓｙｓｔｅｍ）およびＭｘ４０００マルチプレックス定量ＰＣＲシステム（Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ  Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ  ＰＣＲ  Ｓｙｓｔｅｍ）（カリフォルニア州ラ・ホーヤ（Ｌａ  Ｊｏｌｌａ，ＣＡ）のストラタジーン・カリフォルニア（Ｓｔｒａｔａｇｅｎｅ  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）から市販される）でも使用される。加えて、熱ブロックは次のうち任意のものまたは全てを組み込む熱サイクラーでも使用される：各試料を連続的にプローブするタングステンハロゲン電球；走査型光学モジュール；各ウェル用の固定発光ダイオード（ＬＥＤ）および全ウェル用のその検出器；固定試料、光源、および検出器；回転する試料を連続的にプローブするための固定ＬＥＤおよび検出器；プレート全体を照明するためのタングステンハロゲン電球およびプレート全体の電荷結合素子検出；回転する毛管を連続的にサンプリングする固定光源および複数の検出器；各試料から光を収集する独立した光ファイバーを使用して固定試料を連続的にプローブする固定レーザーおよび検出器；プレート全体を照明するためのタングステンハロゲン電球およびプレート全体の電荷結合素子検出、および当該技術分野において周知の他の熱サイクラー。
【００８７】
本明細書に引用される全ての特許、特許出願、および公開された参考文献は、本明細書によって全体として参照することにより含まれる。当然のことながら、上述で開示された、および他の様々な特徴および機能、またはそれらの代替策が、望ましくは多くの他の異なるシステムまたは適用に組み合わされる。本明細書において予見されない、または予期されない、特許請求の範囲に含まれることが意図される本明細書における様々な代替策、改変、変形、または改善が後に当業者によりなされてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】熱ブロックの上部プレートが熱ブロックの下部プレートから切り離されている、熱ブロックの組立図を示す。
【図２】熱ブロックの下部プレートの斜視図を示す。
【図３】熱ブロックの上部プレートの上面斜視図を示す。
【図４】熱ブロックの上部プレートの底面斜視図を示す。
【図５】上部プレートが下部プレートに係合されている、熱ブロックの切欠図を示す。
【図６】熱ブロックの代替的実施形態を示す。
【図７】熱ブロックのブロック加熱器の図を示す。
【図８】複数の熱ブロックが中心管を係合する、実施形態の中心管の斜視図を示す。
【図９】複数の熱ブロックが中心管を係合する、回転式熱アセンブリの斜視図を示す。
【図１０】本発明に従った、熱プレートの上面斜視図である。
【図１１】図１０の熱プレートの底面斜視図である。
【図１２】本発明に従った、加熱プレートの底面斜視図である。
【図１３】本発明に従った、熱ブロックアセンブリの上面斜視図であり、当接配置にある図１０および１１の熱プレートおよび図１２の加熱プレートである。
【図１４】図１３に示される３個の熱ブロックアセンブリを含む回転式熱アセンブリの斜視図である。
【図１５】処理装置の一部としての回転式熱アセンブリの斜視図を示す。
【図１６】処理装置の一部としての回転式熱アセンブリの拡大図を示す。
【図１７】処理装置の一部としての回転式熱アセンブリの斜視図を示す。
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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