(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーマルサイクラーシステム（３００，４００）であって、
２つ以上のブロックセグメント（４１０ａ−４１０ｃ）を備えるサンプルブロック（３１０）であって、前記サンプルブロックは、第１の表面と、反対側の第２の表面とを有し、前記第１の表面は、複数の反応容器を受容するために構成されている、サンプルブロック（３１０）と、
２つ以上の熱モジュールであって、各熱モジュールは、
前記サンプルブロック（３１０）の第２の表面と動作可能に連結された熱電デバイスと、
コンピュータ処理ユニットと、電流源（３３０）と、電気ケーブルを用いて前記電流源（３３０）を前記熱電デバイスに接続するように構成された電気的インターフェース部分とを備える熱制御ユニット（４２０ａ−４２０ｃ）であって、前記熱制御ユニット（４２０ａ−４２０ｃ）は、前記熱電デバイスから離れて位置付けられている、熱制御ユニット（４２０ａ−４２０ｃ）と
を備える、２つ以上の熱モジュールと
を備える、サーマルサイクラーシステム（３００，４００）。
【請求項２】
各熱モジュールは、熱センサをさらに備える、請求項１に記載のサーマルサイクラーシステム（３００，４００）。
【請求項３】
各ブロックセグメント（４１０ａ−４１０ｃ）は、熱センサと、前記２つ以上の熱モジュールのうちの１つの熱電デバイスとに熱連結されている、請求項１または請求項２に記載のサーマルサイクラーシステム（３００，４００）。
【請求項４】
前記電流源（３３０）は、調節可能である、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載のサーマルサイクラーシステム（３００，４００）。
【請求項５】
各熱モジュールは、前記熱電デバイスと熱接触している前記サンプルブロック（３１０）のブロックセグメント（４１０ａ−４１０ｃ）の独立した熱制御を提供するように構成されている、請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載のサーマルサイクラーシステム（３００，４００）。
【請求項６】
前記独立した熱制御は、異なる期間に異なる温度への各熱電デバイスの制御を含む、請求項５に記載のサーマルサイクラーシステム（３００，４００）。
【請求項７】
ブロックセグメント（４１０ａ−４１０ｃ）は、標準的なマイクロタイタープレートが全てのセグメントにわたって収容されることができるように、互いに隣接している、請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載のサーマルサイクラーシステム（３００，４００）。
【請求項８】
ブロックセグメント（４１０ａ−４１０ｃ）は、標準的なマイクロタイタープレートの使用が全てのセグメントにわたって収容されることを防ぐように、互いから離れている、請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載のサーマルサイクラーシステム（３００，４００）。
【請求項９】
前記サンプルブロック（６１０）の周囲を包囲するドリップパン（６４０）と、
前記熱電デバイス（６２０）と熱接触して位置付けられたヒートシンク（６３０）であって、前記ヒートシンク（６３０）と前記ドリップパン（６４０）とは、気密に封止されている、ヒートシンク（６３０）と、
前記熱電デバイス（６２０）から通じる電気接続（６５０）を気密に封止するインサートを有する、前記ヒートシンク（６３０）において画定された開口部（６３６）と
をさらに備える、請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載のサーマルサイクラーシステム（６００）。
【請求項１０】
前記インサートは、シリコーンゴムまたは接着剤を含む、請求項９に記載のサーマルサイクラーシステム（６００）。
【請求項１１】
前記サンプルブロック（６１０）の周囲を包囲するドリップパン（６４０）であって、前記ドリップパン（６４０）は、上面と底面とを有する、ドリップパン（６４０）と、
前記熱電デバイス（６２０）と熱接触して配置されたヒートシンク（６３０）であって、前記ヒートシンクは、第１の表面と、第２の表面と、前記第２の表面から吊り下がった複数のフィンとを有するベースを備える、ヒートシンク（６３０）と、
前記ヒートシンク（６３０）の第１の表面を隔離し、前記ドリップパン（６４０）の底面に気密シールを提供するように構成されている、第１のシール（６７０）と、
前記サンプルブロック（６１０）の第１の表面を隔離し、前記ドリップパン（６４０）の底面に気密シールを提供するように構成されている、第２のシール（６８０）と
をさらに備える、請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載のサーマルサイクラーシステム（６００）。
【請求項１２】
前記サンプルブロック（６１０）の周囲を包囲するドリップパン（６４０）であって、前記ドリップパン（６４０）は、上面と底面とを有する、ドリップパン（６４０）と、
前記熱電デバイス（６２０）と熱接触して配置されたヒートシンク（６３０）であって、前記ヒートシンクは、第１の表面と、第２の表面と、前記第２の表面から吊り下がった複数のフィンと、前記ヒートシンク（６３０）に画定された開口部（６３６）とを有するベースを備える、ヒートシンク（６３０）と、
前記熱電デバイス（６２０）の周囲を画定し、前記ヒートシンク（６３０）の第１の表面を隔離し、前記ドリップパン（６４０）の底面に気密シールを提供するように構成されている、第１のシール（６７０）と、
前記サンプルブロック（６１０）の第１の表面の周囲を隔離し、前記ドリップパン（６４０）の底面に気密シールを提供するように構成されている、第２のシール（６８０）と、
前記ヒートシンク（６３０）の前記画定された開口部（６３６）に位置付けられ、前記熱電デバイス（６２０）から通じる電気接続を気密に封止するように構成されている、第３のシール（６９０）と、
前記熱電デバイス（６２０）に取り付けられた１つ以上の導線（６５０）の端部に位置付けられた第４のシール（６６０）と
をさらに備える、請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載のサーマルサイクラーシステム（６００）。
【請求項１３】
前記サンプルブロック（６１０）の周囲を包囲するドリップパン（６４０）であって、前記ドリップパン（６４０）は、上面と底面とを有する、ドリップパン（６４０）と、
前記熱電デバイス（６２０）と熱接触して配置されたヒートシンク（６３０）であって、前記ヒートシンクは、第１の表面と、第２の表面と、前記第２の表面から吊り下がった複数のフィンと、前記ヒートシンク（６３０）に画定された開口部（６３６）とを有するベースを備える、ヒートシンク（６３０）と、
前記サンプルブロック（６１０）と前記ヒートシンク（６３０）との間に前記熱電デバイス（６２０）を気密に封止するように構成された複数の封止部材と
をさらに備える、請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載のサーマルサイクラーシステム（６００）。
【請求項１４】
前記複数の封止部材は、
前記熱電デバイス（６２０）の周囲を画定し、前記ヒートシンク（６３０）の第１の表面を隔離し、前記ドリップパン（６４０）の底面に気密シールを提供するように構成されている、第１の封止部材（６７０）と、
前記サンプルブロック（６１０）の第１の表面の周囲を隔離し、前記ドリップパン（６４０）の底面に気密シールを提供するように構成されている、第２の封止部材（６８０）と、
前記ヒートシンク（６３０）の前記画定された開口部（６３６）に位置付けられ、前記熱電デバイス（６２０）から通じる電気接続を気密に封止するように構成されている、第３の封止部材（６９０）と、
前記熱電デバイス（６２０）に取り付けられた１つ以上の導線（６５０）の端部に位置付けられた第４の封止部材（６６０）と
を備える、請求項１３に記載のサーマルサイクラーシステム（６００）。
【請求項１５】
前記ドリップパン（６４０）は、断熱材料を含む、請求項９〜１４のうちのいずれか１項に記載のサーマルサイクラーシステム（６００）。
【請求項１６】
前記第１の表面は、平面である、請求項１〜１５のうちのいずれか１項に記載のサーマルサイクラーシステム（３００，４００，６００）。
【請求項１７】
前記第３の封止部材（６９０）は、シリコーンゴムまたは接着剤を含む、請求項１４に記載のサーマルサイクラーシステム。
【請求項１８】
熱電デバイスを制御するための方法であって、前記方法は、
生物学的サンプルを分析することができる装置（３００，４００）を提供することであって、前記装置（３００，４００）は、
２つ以上のブロックセグメント（４１０ａ−４１０ｃ）を備えるサンプルブロック（３１０）であって、前記サンプルブロックは、第１の表面と第２の表面とを有し、前記第１の表面は、サンプル支持デバイスを受容するために構成されている、サンプルブロック（３１０）と、
２つ以上の熱モジュールであって、各熱モジュールは、
熱ブロック（３１０）の第２の表面と動作可能に連結された熱電デバイスと、
単一の熱電デバイスを制御するように構成された熱制御ユニット（３２０，４２０ａ−４２０ｃ）と
を備える、２つ以上の熱モジュールと
を備える、ことと、
前記熱制御ユニット（３２０，４２０ａ−４２０ｃ）のそれぞれを前記熱電デバイスから離して位置付けることと、
電気ケーブルを用いて前記熱電デバイスのうちの１つに固有の熱制御ユニット（３２０，４２０ａ−４２０ｃ）を電気接続することと、
前記固有の熱制御ユニット（３２０，４２０ａ−４２０ｃ）を用いて各熱電デバイスの温度を制御することと
を含む、方法。
【請求項１９】
各熱電デバイスの温度は、他の熱電デバイスに独立して制御される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
各熱電デバイスは、異なる期間に異なる温度へと制御される、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、拡張可能なサーマルサイクラーの提供、及び熱電デバイスの隔離のための装置、システム、及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を支えるサーマルサイクリングは、世界中の９０％を超える分子生物学研究所で使用されているユビキタス技術である。
【０００３】
ＰＣＲプロセス用いたＤＮＡ（デオキシリボ核酸）の増幅は、特別に構成された液体反応混合物を、いくつかの異なる温度のインキュベーション期間を周期的に繰り返すことを伴う。反応混合物は、増幅されるＤＮＡと、増幅されるＤＮＡの伸長産物を作り出すことが可能なサンプルＤＮＡに十分に相補的な少なくとも２つのプライマーとを含む、様々な成分から構成される。ＰＣＲの鍵となるのは、ＤＮＡを変性させるステップ、結果として生じる一本鎖に短いプライマーをアニーリングするステップ、及びこれらのプライマーを伸長させて、二本鎖ＤＮＡの新たなコピーを作製するステップが交互に起こる、サーマルサイクリングの概念である。サーマルサイクリングでは、ＰＣＲ反応混合物に、ＤＮＡを変性させるための９５℃程度の高温からプライマーのアニーリング及び伸長のためのおよそ５０℃〜７０℃の低温のサイクルが繰り返される。
【０００４】
いくつかの従来的なＰＣＲ機器では、サンプル管は、金属ブロック上のサンプルウェルに挿入される。ＰＣＲプロセスを行うために、金属ブロックの温度は、ＰＣＲプロトコルにおいてユーザによって指定された規定の温度及び時間に従ってサイクルが繰り返される。このサイクリングは、コンピュータ及び関連電子機器によって制御される。金属ブロックの温度が変化すると、様々な管中のサンプルは、同様の温度変化を受ける。しかしながら、これらの従来的な機器では、全体的なサイズまたは設置面積が大きくなることが多く、したがって、研究室の作業台上で相当なスペースを占める。多くの研究室では、利用できる作業台のスペースを見つけるのが困難であることが多い。一部の従来的な機器では、比較的大きな設置面積の理由としては、ＰＣＲプロセスを行うためにサンプルをサイクリングするのに必要とされる様々な構成要素及び部分組み立て部品の大きさに起因する場合がある。
【０００５】
機器の全体的な大きさに寄与する構成要素は、金属ブロック及び最終的にはサンプルの熱制御を提供するために使用されるプリント回路基板（ＰＣＢ）である。一部の従来的な機器には、２つのプリント回路基板が含まれる。インターフェース基板と称されることがあるＰＣＢのうちの一方は、熱電デバイスの周囲に配置され、熱電デバイス、熱センサ、及び他の必要な電子機器への電気接続を提供するために使用され得る。増幅基板と称されることがあるもう一方のＰＣＢは、金属ブロックの所望もしくは設定値の温度または熱センサによって検出された金属ブロックもしくはサンプルの温度に依存して、制御された方式で熱電デバイスに電流を提供するために使用され得る。熱電デバイスは、デバイスの片側から反対側へ熱を送り出すために、ペルチェ効果を利用する。動作の際、熱電デバイスには、ＤＣ電流が提供される。ＴＥＣを通って電流が流れ、その結果、一方の面が熱くなり、同時に反対側の面は冷たくなる。電流の方向を逆転させることにより、熱くなっていた面が冷たくなり、冷たかった面が熱くなる。
【０００６】
熱電デバイスは、湿気のある環境ではうまく機能しないことが多い。湿気は、デバイス内の電気接続の腐食に寄与する。腐食により接続の抵抗が増加し、最終的にはデバイスの早期故障、さらに機器の信頼性の低下がもたらされる。
【０００７】
一部の従来的な機器では、熱電デバイスの数が多く、各熱電デバイスのサイズが大きい場合がある。一部の従来的な機器では、熱電デバイスの数は、１つ、２つ、４つ、６つ、８つ、または用途に好適な任意の他の数であり得る。必要な電気接続を提供するインターフェース基板は、したがって、相当なものになり得る。さらに、ＰＣＢが、ＴＥＣの周囲に配置され得るため、機器の全体的なサイズにさらに寄与し得る。
【０００８】
一部の従来的な機器では、熱電デバイスは、熱電デバイスに電力を供給するために、相当な電力を要する。機器に応じて、必要とされる電流は、１０アンペアを上回り得る。この規模の電流を提供することは、必要な電流を提供するために大型の電気部品、例えば、インダクタの使用を要することが多い。電気部品の大きさは、増幅基板の大きさに影響を及ぼし、さらには機器の大きさに影響を及ぼす。
【０００９】
したがって、設置面積が小さく、小型で拡張可能な信頼性のある手頃な価格の高性能機器を提供することが、世界中の科学者に望まれている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
拡張可能なサーマルサイクラーの提供及び熱電デバイスの隔離のための装置、システム、及び方法が開示される。
【００１１】
一態様において、サンプルブロック及び熱電デバイスを含むサーマルサイクラーシステムが開示される。種々の実施形態において、サンプルブロックは、複数の反応容器を受容するように構成される第１の面と、反対側の第２の面とを有する。種々の実施形態において、熱電デバイスは、サンプルブロックの第２の面と動作可能に連結される。種々の実施形態において、熱制御ユニットが提供される。種々の実施形態において、熱制御ユニットは、コンピュータ処理ユニットを含む。種々の実施形態において、熱制御ユニットは、電流源を含む。種々の実施形態において、熱制御ユニットはまた、電気ケーブルを用いて熱電デバイスを電流源に接続するように構成される、電気的インターフェース部分も含む。種々の実施形態において、熱制御ユニットは、サンプルブロック及び熱電クーラーとは異なる平面に配置される。
【００１２】
一態様において、サンプルブロック及び２つ以上の熱モジュールを含むサーマルサイクラーシステムが開示される。種々の実施形態において、サンプルブロックは、複数の反応容器を受容するように構成される第１の面と、反対側の第２の面とを有する。種々の実施形態において、各熱モジュールは、熱電デバイスを含む。種々の実施形態において、熱電デバイスは、サンプルブロックの第２の面と動作可能に連結される。種々の実施形態において、各熱モジュールは、コンピュータ処理ユニットを含む。種々の実施形態において、熱制御ユニットは、電流源を含む。種々の実施形態において、熱制御ユニットはまた、電気ケーブルを用いて熱電デバイスを電流源に接続するように構成される、電気的インターフェースも含む。種々の実施形態において、熱制御ユニットは、サンプルブロック及び熱電クーラーとは異なる平面に配置される。
【００１３】
別の態様において、サンプルブロック、熱電デバイス、ドリップパン、ヒートシンク、及びヒートシンクに画定される開口部を含むサーマルサイクラー装置が、開示される。種々の実施形態において、サンプルブロックは、サンプル支持デバイスを受容するように構成される第１の面と、反対側の第２の面とを有する。種々の実施形態において、熱電デバイスは、サンプルブロックの第２の面と熱接触して配置される。種々の実施形態において、ドリップパンは、サンプルブロックの周囲を包囲する。種々の実施形態において、ヒートシンクは、熱電デバイスと熱接触して位置付けられる。種々の実施形態において、ヒートシンク及びドリップパンは、気密に封止される。種々の実施形態において、インサートが、ヒートシンクに画定される開口部に位置付けられる。種々の実施形態において、このインサートは、熱電デバイスから通じる電気接続を気密に封止する。
【００１４】
別の態様において、サンプルブロック、熱電デバイス、ドリップパン、ヒートシンク、ヒートシンクに画定される開口部、第１のシール、及び第２のシールを含むサーマルサイクリングが、開示される。種々の実施形態において、サンプルブロックは、サンプル支持デバイスを受容するように構成される第１の面と、反対側の第２の面とを有する。種々の実施形態において、熱電デバイスは、サンプルブロックの第２の面と熱接触して配置される。種々の実施形態において、ドリップパンは、サンプルブロックの周囲を包囲し、上面及び底面を有する。種々の実施形態において、ヒートシンクは、熱電デバイスと熱接触して位置付けられる。種々の実施形態において、ヒートシンクは、第１の面、第２の面、及び第２の面から吊り下がった複数のフィンを有するベースをさらに備える。種々の実施形態において、第１のシールは、熱電デバイスの周囲を画定する。種々の実施形態において、第１のシールはさらに、ヒートシンクの第１の面を隔離し、またドリップパンの底面に気密シールを提供するように構成されている。種々の実施形態において、第２のシールは、サンプルブロックの第１の面の周囲を画定する。種々の実施形態において、第２のシールはさらに、ドリップパンの底面に気密シールを提供するように構成される。
【００１５】
別の態様において、サーマルサイクリング装置は、サンプルブロック、熱電デバイス、ドリップパン、ヒートシンク、第１のシール、第２のシール、第３のシール、及び第４のシールを含む。種々の実施形態において、サンプルブロックは、第１の面及び第２の面を有する。種々の実施形態において、第２の面は、サンプル支持デバイスを受容するように構成される。種々の実施形態において、熱電デバイスは、サンプルブロックの第２の面と熱接触して配置される。種々の実施形態において、ドリップパンは、サンプルブロックの周囲を包囲し、上面及び底面を有する。種々の実施形態において、ヒートシンクは、熱電デバイスと熱接触して配置され、また、第１の面、第２の面、第２の面から吊り下がった複数のフィン、及びヒートシンクの開口部を含む。種々の実施形態において、第１のシールは、熱電デバイスの周囲を画定する。種々の実施形態において、第１のシールはさらに、ヒートシンクの第１の面を隔離し、またドリップパンのボタン面に気密シールを提供するように構成されている。種々の実施形態において、第２のシールは、サンプルブロックの第１の面の周囲を画定する。種々の実施形態において、第２のシールはさらに、ドリップパンの底面に気密シールを提供するように構成される。種々の実施形態において、第３のシールは、ヒートシンクの画定された開口部に位置付けられる。種々の実施形態において、第３のシールは、熱電デバイスから通じる電気接続を気密に封止するように構成される。種々の実施形態において、第４のシールは、熱電デバイスに取り付けられた１つ以上の導線の端部に位置付けられる。
【００１６】
別の態様において、サーマルサイクリング装置は、サンプルブロック、熱電デバイス、ドリップパン、ヒートシンク、及び複数の封止部材を含む。種々の実施形態において、サンプルブロックは、第１の面及び第２の面を有する。種々の実施形態において、第１の面は、サンプル支持デバイスを受容するように構成される。種々の実施形態において、熱電デバイスは、サンプルブロックの第２の面と熱接触して配置される。種々の実施形態において、ドリッププランは、サンプルブロックの周囲を包囲する。種々の実施形態において、ドリッププランは、上面及び底面を有する。種々の実施形態において、ヒートシンクは、熱電デバイスと熱接触して配置され、また、第１の面、第２の面、第２の面から吊り下がった複数のフィン、及びヒートシンクに画定される開口部を含む。種々の実施形態において、複数の封止部材は、サンプルブロックとヒートシンクとの間に熱電デバイスを気密に封止するように構成される。
【００１７】
別の態様において、熱電デバイスを制御するための方法は、１つ以上の熱ブロック、１つ以上の熱電デバイス、及び１つ以上の熱制御ユニットを備える、生物学的サンプルを分析することができる装置を提供することと、熱制御ユニットのそれぞれを熱電デバイスから離して位置付けることと、固有の熱制御ユニットを熱電デバイスのうちの１つに電気接続することと、熱電デバイスのそれぞれの温度を制御することとを含む。種々の実施形態において、１つ以上の熱ブロックは、それぞれ、第１の面及び第２の面を有する。種々の実施形態において、第１の面は、サンプル支持デバイスを受容するように構成される。種々の実施形態において、１つ以上の熱電デバイスは、少なくとも１つの熱ブロックの第２の面に動作可能に連結される。種々の実施形態において、１つ以上の熱制御ユニットは、単一の熱電デバイスを制御するように構成される。種々の実施形態において、固有の熱制御ユニットと熱電デバイスのうちの１つとの電気接続は、電気ケーブルを用いて行われる。種々の実施形態において、熱電デバイスのそれぞれの温度の制御は、固有の熱制御ユニットにより行われる。
【００１８】
これら及び他の特徴が、本明細書に提供される。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
サーマルサイクラーシステムであって、
複数の反応容器を受容するように構成される第１の面と、反対側の第２の面とを有するサンプルブロックと、
前記サンプルブロックの前記第２の面と動作可能に連結される熱電デバイスと、
コンピュータ処理ユニットと、電流源と、電気ケーブルを用いて前記電流源を前記熱電デバイスに接続するように構成される電気的インターフェース部分とを備え、前記熱電デバイスから離れて位置付けられる、熱制御ユニットと、を備える、前記サーマルサイクラーシステム。
（項目２）
前記熱制御ユニットが、熱センサをさらに備える、項目１に記載の前記サーマルサイクラーシステム。
（項目３）
前記サンプルブロックが、金属を含む、項目１に記載の前記サーマルサイクラーシステム。
（項目４）
前記第１の面が、前記サンプル支持デバイスを受容するためのくぼみを有する、項目３に記載の前記サーマルサイクラーシステム。
（項目５）
前記電流の供給が、調節可能である、項目１に記載の前記サーマルサイクラーシステム。
（項目６）
サーマルサイクラーシステムであって、
複数の反応容器を受容するように構成される第１の面と、反対側の第２の面とを有する、サンプルブロックと、
２つ以上の熱モジュールであって、各熱モジュールが、
前記サンプルブロックの前記第２の面と動作可能に連結される熱電デバイスと、
コンピュータ処理ユニットと、電流源と、電気ケーブルを用いて前記電流源を前記熱電デバイスに接続するように構成される電気的インターフェース部分とを備え、前記熱電デバイスから離れて位置付けられる、熱制御ユニットと、を備える、熱モジュールと、を備える、前記サーマルサイクラーシステム。
（項目７）
各熱モジュールが、熱センサをさらに備える、項目６に記載の前記サーマルサイクラーシステム。
（項目８）
前記サンプルブロックが、金属を含む、項目６に記載の前記サーマルサイクラーシステム。
（項目９）
前記第１の面が、前記サンプル支持デバイスを受容するためのくぼみを有する、項目８に記載の前記サーマルサイクラーシステム。
（項目１０）
前記第１の面が、平面である、項目８に記載の前記サーマルサイクラーシステム。
（項目１１）
前記電流の供給が、調節可能である、項目６に記載の前記サーマルサイクラーシステム。
（項目１２）
各熱モジュールが、熱センサをさらに備える、項目６に記載の前記サーマルサイクラーシステム。
（項目１３）
各熱モジュールが、前記熱電デバイスと熱接触している前記サンプルブロックの領域の独立した熱制御を提供する、項目６に記載の前記サーマルサイクラーシステム。
（項目１４）
サーマルサイクラー装置であって、
サンプル支持デバイスを受容するように構成される第１の面と、第２の面と、を有するサンプルブロックと、
前記サンプルブロックの前記第２の面と熱接触して配置される、熱電デバイスと、
前記サンプルブロックの周囲を包囲する、ドリップパンと、
前記熱電デバイスと熱接触して位置付けられるヒートシンクであって、前記ヒートシンクと前記ドリップパンとが気密に封止されている、ヒートシンクと、
前記熱電デバイスから通じる電気接続を気密に封止するインサートを有する前記ヒートシンクにおいて画定される開口部と、を備える、前記サーマルサイクラー装置。
（項目１５）
前記インサートが、シリコーンゴムを含む、項目１４に記載の前記サーマルサイクリングシステム。
（項目１６）
前記インサートが、接着剤を含む、項目１４に記載の前記サーマルサイクリングシステム。
（項目１７）
前記ドリップパンが、断熱材料を含む、項目１４に記載の前記サーマルサイクラーシステム。
（項目１８）
サーマルサイクリングデバイスであって、
サンプル支持デバイスを受容するように構成される第１の面と、第２の面と、を有するサンプルブロックと、
前記サンプルブロックの前記第２の面と熱接触して配置される、熱電デバイスと、
前記サンプルブロックの周囲を包囲し、上面と底面とを有する、ドリップパンと、
前記熱電デバイスと熱接触して配置され、第１の面と、第２の面と、前記第２の面から吊り下がった複数のフィンとを有するベースを備える、ヒートシンクと、
前記ヒートシンクの前記第１の面を隔離し、前記ドリップパンの前記底面に気密シールを提供するように構成される、第１のシールと、
前記サンプルブロックの前記第１の面を隔離し、前記ドリップパンの前記底面に気密シールを提供するように構成される、第２のシールと、を備える、前記サーマルサイクリングデバイス。
（項目１９）
サーマルサイクリング装置であって、
サンプル支持デバイスを受容するように構成される第１の面と、第２の面と、を有するサンプルブロックと、
前記サンプルブロックの前記第２の面と熱接触して配置される、熱電デバイスと、
前記サンプルブロックの周囲を包囲し、上面と底面とを有する、ドリップパンと、
前記熱電デバイスと熱接触して配置されるヒートシンクであって、第１の面と、第２の面と、前記第２の面から吊り下がった複数のフィンと、前記ヒートシンクに画定される開口部とを有するベースを備える、ヒートシンクと、
前記熱電デバイスの周囲を画定し、前記ヒートシンクの前記第１の面を隔離し、前記ドリップパンの前記底面に気密シールを提供するように構成される、第１のシールと、
前記サンプルブロックの前記第１の面の前記周囲を隔離し、前記ドリップパンの前記底面に気密シールを提供するように構成される、第２のシールと、
前記ヒートシンクの前記画定された開口部に位置付けられ、前記熱電デバイスから通じる電気接続を気密に封止するように構成される、第３のシールと、
前記熱電デバイスに取り付けられた前記１つ以上の導線の端部に位置付けられる、第４のシールと、を備える、前記サーマルサイクリング装置。
（項目２０）
サーマルサイクラーデバイスであって、
サンプル支持デバイスを受容するように構成される第１の面と、第２の面と、を有するサンプルブロックと、
前記サンプルブロックの前記第２の面と熱接触して配置される、熱電デバイスと、
前記サンプルブロックの周囲を包囲し、上面と底面とを有する、ドリップパンと、
前記熱電デバイスと熱接触して配置されるヒートシンクであって、第１の面と、第２の面と、前記第２の面から吊り下がった複数のフィンと、前記ヒートシンクに画定される開口部とを有するベースを備える、ヒートシンクと、
前記サンプルブロックと前記ヒートシンクとの間に前記熱電デバイスを気密に封止するように構成される、複数の封止部材と、を備える、前記サーマルサイクラーデバイス。
（項目２１）
前記熱電デバイスの前記周囲を画定し、前記ヒートシンクの前記第１の面を隔離し、前記ドリップパンの前記底面に気密シールを提供するように構成される、第１の封止部材と、前記サンプルブロックの前記第１の面の前記周囲を隔離し、前記ドリップパンの前記底面に気密シールを提供するように構成される、第２の封止部材と、前記ヒートシンクの前記画定された開口部に位置付けられ、前記熱電デバイスから通じる電気接続を気密に封止するように構成される、第３の封止部材と、前記熱電デバイスに取り付けられた前記１つ以上の導線の端部に位置付けられる、第４の封止部材と、を備える、項目２０に記載の前記封止部材。
（項目２２）
前記ドリップパンが、断熱材料を含む、項目２０に記載の前記システム。
（項目２３）
前記サンプルブロックが、金属を含む、項目２０に記載の前記システム。
（項目２４）
前記第１の面が、前記サンプル支持デバイスを受容するためのくぼみを有する、項目２３に記載の前記システム。
（項目２５）
前記第１の面が、平面である、項目２３に記載の前記システム。
（項目２６）
前記第３の封止部材が、シリコーンゴムを含む、項目２０に記載の前記封止部材。
（項目２７）
前記第３の封止部材が、接着剤を含む、項目２０に記載の前記封止部材。
（項目２８）
熱電デバイスを制御するための方法であって、
生物学的サンプルを分析することができる装置を提供することであって、前記装置が、
それぞれが第１の面と第２の面とを有し、前記第１の面がサンプル支持デバイスを受容するように構成される、１つ以上の熱ブロックと、
それぞれが少なくとも１つの熱ブロックの前記第２の面と動作可能に連結される、１つ以上の熱電デバイスと、
それぞれが単一の熱電デバイスを制御するように構成される、１つ以上の熱制御ユニットと、を備える、提供することと、
前記熱制御ユニットのそれぞれを前記熱電デバイスから離して位置付けることと、
固有の熱制御ユニットを、電気ケーブルを用いて前記熱電デバイスのうちの１つに電気接続することと、
前記固有の熱制御ユニットを用いて、それぞれの熱電デバイスの温度を制御することと、を含む、前記方法。
（項目２９）
前記サンプルブロックが、金属を含む、項目２８に記載の前記方法。
（項目３０）
前記第１の面が、前記サンプル支持デバイスを受容するためのくぼみを有する、項目２８に記載の前記方法。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
本明細書に開示される原理及びその利点のより完全な理解のために、ここでは、添付の図面と併せて以下の説明を参照する。
【００２０】
【図１】先行技術によるサンプルブロックアセンブリを例示するブロック図である。
【図２】先行技術による、サンプルブロックアセンブリの温度を制御するために使用される複数チャネルの電力増幅システムのレイアウトを例示するブロック図である。
【図３】種々の実施形態による、サンプルブロックアセンブリの温度を制御するために使用される電力増幅システムのレイアウトを例示するブロック図である。
【図４】種々の実施形態による、サンプルブロックアセンブリの温度を制御するために使用される複数モジュールの電力増幅システムのレイアウトを例示するブロック図である。
【図５】先行技術による封止技法を例示するブロック図である。
【図６Ａ】種々の実施形態による封止技法を示すブロック図である。
【図６Ｂ】種々の実施形態による封止技法を示すブロック図である。
【図６Ｃ】種々の実施形態による封止技法を示すブロック図である。
【図７】種々の実施形態による、複数の熱電デバイスを制御するために複数の熱制御ユニットを利用することができる方法を示す例示的なプロセスのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
拡張可能なサーマルサイクラーの提供及び熱電デバイスの隔離のための装置、システム、及び方法の実施形態が、本明細書に記載される。本明細書に使用される節の見出しは、構成目的のものに過ぎず、決して記載される主題を限定すると解釈されるものではない。
【００２２】
本開示の様々な態様を詳細に参照し、それらの例は、添付の図面において例示される。可能な場合、同じ参照番号が、同じかまたは同様の部分を指して図面全体にわたって使用される。
【００２３】
様々な実施形態のこの詳細な説明において、説明の目的で、開示される実施形態の完全な理解を提供するための多くの具体的な詳細が記載されている。しかしながら、当業者であれば、これらの様々な実施形態がこれらの具体的な詳細の有無にかかわらず実践され得ることを理解するであろう。他の事例においては、構造及びデバイスは、ブロック図の形態で示される。さらに、当業者であれば、方法が提示及び実施される特定の順序が例示的であることを容易に理解することができ、この順序が変更されてもよく、依然として本明細書に開示される様々な実施形態の趣旨及び範囲内に収まり得ることが企図される。
【００２４】
別途定義されない限り、本明細書に使用される全ての技術及び科学用語は、本明細書に記載される様々な実施形態に関連する当業者に通常理解されるものと同様の意味を有する。組み込まれる参照文献における用語の定義が、本教示に提供される定義と異なる場合、本教示に提供される定義が優先されるものとする。
【００２５】
本教示で論じられる温度、濃度、時間等の前に暗黙の「約」が存在し、結果として、ごく少量かつごくわずかな偏差は本教示の範囲内となることが、理解されるであろう。本出願において、単数形の使用は、別途具体的に記載されない限り、複数形を含む。さらに、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎ）」、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｓ）」、「含有している（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、及び「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」の使用は、限定することを意図するものではない。前述の概要及び以下の詳細な説明のいずれも、例示及び説明に過ぎず、本教示を制限するものではないことを理解されたい。
【００２６】
本教示は、様々な実施形態と併せて記載されるが、本教示がそのような実施形態に限定されることを意図するものではない。それとは逆に、本教示は、当業者には理解されるように、様々な代替物、修正物、及び同等物を包含する。
【００２７】
さらに、種々の実施形態の記載において、本明細書は、方法及び／またはプロセスを特定のステップの配列として示している場合がある。しかしながら、本方法またはプロセスが本明細書に示される特定のステップの順序に依存しない程度に、本方法またはプロセスは、記載される特定のステップの配列に限定されるべきではない。当業者には理解されるように、他のステップの配列も可能であり得る。したがって、本明細書に示される特定のステップの順序は、特許請求の範囲の限定として解釈されるものではない。加えて、本方法及び／またはプロセスを対象とする特許請求の範囲は、記された順序でのそれらのステップの性能に限定されるものではなく、当業者であれば、配列が変更されてもよく、それでもなお様々な実施形態の趣旨及び範囲内に収まり得ることを容易に理解することができる。
【００２８】
一般に、生物学の研究室に機器が提供される場合、物理的なサイズがより小さい機器が、少なくとも以下の理由で有益である。第１に、狭い研究室では、利用可能な作業空間が限られているため、より小型の機器は、より容易に組み込むことができる。第２に、物理的なサイズがより小さい機器は、以前は作業スペースに１つしか収容できなかったところに、科学者が複数の機器を入手することを可能にし得る。
【００２９】
先行技術と一致する機器の構造を図１に示す。機器１００は、熱ブロック１１０、インターフェース基板１２０、増幅器１３０、及び主コントローラ基板１４０を含む。熱ブロック１１０は、良好な熱特性を呈する材料から作製され得る。熱ブロックの下に、かつ熱ブロックに熱連結されて、熱電デバイスがあってもよい（図示せず）。熱電デバイスは、デバイスに取り付けられた導線に印加される電流または電圧に応答して、片側から反対側に熱を送り出すためにペルチェ効果を利用する、ソリッドステートデバイスである。熱電デバイスは、サンプルブロックの加熱及び冷却の両方に用いることができると同時に、占有するスペースが比較的小さい。
【００３０】
熱電デバイスは、例えば、はんだによりインターフェース基板１２０に電気接続され得る。インターフェース基板１２０は、様々な追加の機能性レベルを機器に提供し得る。インターフェース基板にはまた、例えば、熱センサ、アナログ・デジタル変換器、デジタル・アナログ変換器、メモリデバイスが含まれてもよく、熱電デバイスを気密に封止するための解決策にも寄与し得る。
【００３１】
インターフェース基板は、さらに、増幅基板１３０及び主コントローラ基板１４０にも接続され得る。増幅基板１３０は、コンピュータ可読命令及びアルゴリズムを実行することによって、熱電デバイスによりサンプルブロックを加熱及び冷却するのに必要な電圧または電流を決定する。増幅基板はまた、主コントローラ基板１４０に接続され得る。主コントローラ基板１４０への接続により、主コントローラに熱センサ読み出し値、アナログ・デジタル変換器からのデジタルデータ、メモリデータが提供され、デジタル・アナログ変換器を主コントローラに提供し得る。熱電デバイスへの電流または電圧を制御し、それによってサンプルブロック及び生物学的サンプルの厳密な温度制御を可能にするために、列挙された機能の全てが、主コントローラによって利用され得る。主コントローラ基板１４０はまた、様々な通信インターフェースを提供し得る。これらのインターフェースの例としては、ＲＳ２３２、ＲＳ４２２、ＲＳ４８５、ＣＡＮ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＩＥＥ−４８８、無線、ＵＳＢ、及びＦｉｒｅｗｉｒｅである。主コントローラ基板１４０はさらに、ＧＵＩ、タッチ画面、プリンタ、マウス、及びキーボード、ならびにデータ記憶デバイスといった、ユーザインターフェースのための接続を提供し得る。
【００３２】
図１の先行技術の変化形が、図２に示される。図２もまた、先行技術を表す。機器２００は、熱ブロック２１０、インターフェース基板２２０、増幅基板２３０、及び主プロセッサ基板２４０が含まれる。この事例では、熱ブロック２１０は、互いに熱的に隔離された、３つのサイズが等しいセグメントに分割されている。各セグメントは、その直下にある専用の熱電デバイス（図示せず）と関連付けられている。各熱電デバイスは、増幅基板２３０上に位置付けられた、３つの独立した増幅器２３０ａ〜２３０ｃのうちの１つによって制御される。この構造により、各熱電デバイスの独立した制御が可能となる。機器２００は、より優れた柔軟性をユーザに提供するが、２つの追加の増幅チャネル及び２つの追加のブロックセグメントが追加されたことより、インターフェース基板２２０及び増幅基板２３０の両方の寸法、ならびに機器の全体的な複雑さが増加し得る。より大きなＰＣＢ寸法はまた、物理的により大きな機器となることに寄与し得、これは、一部の研究室では収容が困難な場合がある。
【００３３】
図３に示される第１の実施形態は、図１及び図２に示された先行技術のアーキテクチャに対する明確な改善である。機器３００には、熱ブロック３１０、熱制御ユニット３２０、及び主コントローラ３５０が含まれる。熱ブロック３１０は、サンプル支持デバイスを受容するように構成される、第１の面を有し得る。一部の実施形態では、熱ブロックは、熱伝導性金属であり得る。一部の実施形態では、この金属は、アルミニウム、銅、銀、または金であり得るが、これらに限定されない。一部の実施形態では、サンプルブロックは、炭化ケイ素等、セラミックであってもよい。サンプル支持デバイスは、当該技術分野で既知の任意のサンプル支持デバイス、例えば、マイクロタイタープレート、個別の管、管ストリップ、ガラス、金属、もしくはプラスチックのスライド、または生物学的分析に適合性のある任意の他の支持デバイスであり得る。各サンプル支持デバイスは、多数のサンプルを支持するための任意の数の位置を有し得る。サンプル位置数は、１つのサンプル位置から数千のサンプル位置に及び得る。例えば、サンプル支持デバイスは、１、４、８、１２、１６、２４、３２、４８、９６、３８４、１５３６、２０４８、３０７２、または生物学的分析に必要とされる任意の他の数のサンプルを収容し得る。各サンプル位置は、円形または長方形であり得る。各サンプル位置はさらに、平底、凹型の底、円錐形の底を有し得るか、または底がなくてもよい。各サンプル位置はさらに、様々なサンプル量を収容するようにサイズ決定され得る。サンプル量は、例えば、５ピコリットルから１００マイクロリットルであり得るが、この範囲に限定されない。各サンプル支持デバイスはさらに、長方形または丸形といった種々の幾何形状のものであり得るが、これらの幾何形状に限定されない。
【００３４】
熱ブロック３１０はさらに、第１の面の反対側の第２の面を有し得る。第２の面は、１つ以上の熱電デバイス（図示せず）に熱連結され得る。各熱電デバイスは、１つ以上の導線を含み得る。熱連結には、インターフェース材料が含まれ得る。インターフェース材料は、当該技術分野で周知であり、例えば、放熱グリース、グラファイトシートもしくはペースト、相転位コーティングホイル、アルミニウムもしくは酸化ケイ素を注入したパッド、または任意の多数の入手可能な熱接着剤であり得る。インターフェース材料はさらに、熱ブロックと熱電デバイスとの間の均一な熱接触を確実にするために、サンプルブロックと熱電デバイスとの間に弾性を提供し得る。
【００３５】
熱ブロック３１０はまた、１つ以上の熱センサ（図示せず）に熱連結され得る。熱センサは、当該技術分野で周知であり、様々な形状及びサイズで入手可能である。熱センサは、例えば、抵抗温度デバイス（ＲＴＤ）、サーミスタ、熱電対、赤外線（ＩＲ）検出器、またはシリコンバンドギャップデバイスであり得る。熱センサは、サンプルブロックの表面に連結されてもよく、またはサンプルブロックに埋め込まれてもよい。熱センサは、熱接着剤、機械クリップもしくはバネ、放熱グリース、または当該技術分野で既知の任意の他の熱インターフェースによって連結され得る。
【００３６】
熱制御ユニット３２０は、電力供給部３３０及びインターフェース部３４０を含み得る。電力供給部３３０及びインターフェース部３４０を熱制御ユニット３２０に組み合わせることにより、先行技術によって実施されるような２つのＰＣＢの必要性が排除される。電力供給部３３０は、主として、電圧源または電流源であり得る。電力供給部は、さらに、様々な量の電圧または電流を熱電デバイスに提供するように調節可能であってもよい。電力供給部はさらに、電気制御インターフェース３３２を通じて熱電デバイスの１つ以上の導線に接続され得る。
【００３７】
熱制御ユニット３２０は、インターフェース部３４０をさらに含んでもよい。インターフェース部３４０は、種々の機能を提供し得る。種々の機能としては、図１のインターフェース基板１２０に関して前述の機能が含まれ得る。一部の実施形態では、インターフェースは、例えば、永続メモリ、揮発性メモリ、アナログ・デジタルデータ変換、デジタル・アナログデータ変換、及び通信を提供し得る。一部の実施形態では、熱制御ユニット３２０は、プロセッサ３６０を含み得る。一部の実施形態では、インターフェース部３４０がプロセッサを含んでもよい。一部の実施形態では、電力供給部３３０がプロセッサを含んでもよい。一部の実施形態では、インターフェース部３４０及び電力供給部３３０は、それぞれがプロセッサを含んでもよい。
【００３８】
プロセッサ３６０は、サンプルブロックへの熱制御を提供する。一部の実施形態では、インターフェース３４０は、閉鎖型ループ熱制御を可能にするように、センサインターフェース３４２を通じて熱ブロックに連結された１つ以上の熱センサ（図示せず）に接続され得る。一部の実施形態では、閉鎖型ループ熱制御は、比例積分微分素子（ＰＩＤ）を含み得る。一部の実施形態では、閉鎖型ループ熱制御は、比例積分微分素子のうちの１つまたは２つのみを含んでもよい。
【００３９】
熱制御ユニット３２０上のプロセッサ３６０はさらに、機器３００との通信を提供し得る。一部の実施形態では、通信は、インターフェース部３４０と電力供給部３３０との間のものであり得る。一部の実施形態では、通信は、インターフェース部３４０と主コントローラ３５０との間のものであり得る。一部の実施形態では、通信は、インターフェース部３４０と熱センサ（図示せず）との間のものであり得る。他の実施形態では、通信は、インターフェース部３４０、主コントローラ３５０、電力供給部３３０、及び熱センサの間のものであり得る。一部の実施形態では、通信は、一方向であり得る。一部野地市形態では、通信は、双方向であり得る。一部の実施形態では、通信は、一方向と双方向との組み合わせであり得る。一部の実施形態では、通信は、標準プロトコルを含み得る。標準プロトコルは、例えば、ＲＳ２３２、ＲＳ４２２、ＩＥＥＥ４８８、ＣＡＮ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｆｉｒｅｗｉｒｅ、または当該技術分野で既知の任意の他のプロトコルであり得る。
【００４０】
図３をさらに参照すると、機器３００には、主コントローラ３５０が含まれてもよい。主コントローラ３５０は、プロセッサ（図示せず）を含み得る。主コントローラ３５０のプロセッサは、別個のもの、かつ熱制御ユニット３２０に含まれるプロセッサに加えてのものであってもよい。主コントローラ３５０のプロセッサは、熱制御ユニット３２０のプロセッサとは別個かつそれと適合性のある機能を機器に提供し得る。一部の実施形態では、主コントローラ３５０のプロセッサは、熱制御ユニット３２０のプロセッサに接続され、それと通信し得る。一部の実施形態では、通信は、一方向であり得る。一部野地市形態では、通信は、双方向であり得る。一部の実施形態では、通信は、一方向と双方向との組み合わせであり得る。一部の実施形態では、通信は、標準プロトコルを含み得る。標準プロトコルは、例えば、ＲＳ２３２、ＲＳ４２２、ＩＥＥＥ４８８、ＣＡＮ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＵＳＢ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｆｉｒｅｗｉｒｅ、または当該技術分野で既知の任意の他のプロトコルであり得る。
【００４１】
最も単純な実施形態では、主コントローラ３５０は、機器３００に対して外部である環境へのインターフェースを含み得る。一実施形態では、主コントローラ３５０は、ユーザとの相互作用を提供する。ユーザは、入力デバイスを通じて機器３００に情報を入力することができる。入力デバイスの例としては、タッチ画面、マウス等のポインティングデバイス、外付けキーボード、１つ以上の外部コンピュータ、及び機器３００に組み込まれたキーパッドが挙げられるが、これらに限定されない。ユーザはまた、機器３００から情報を取り出すことができる。情報は、内蔵ディスプレイ、プリンタ、ジャンプデバイス、１つ以上の外部コンピュータ、外付けハードドライブ、及びクラウドインターフェースを含むがこれらに限定されない出力デバイスによって、機器３００から取り出すことができる。入力デバイスは、種々のプロトコルによって機器３００と通信し、かつそれに接続されていてもよく、また一方向または双方向であってもよい。一部の実施形態では、通信は、標準プロトコルを含み得る。標準プロトコルは、例えば、ＲＳ２３２、ＲＳ４２２、ＩＥＥＥ４８８、ＣＡＮ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＵＳＢ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｆｉｒｅｗｉｒｅ、または当該技術分野で既知の任意の他のプロトコルであり得る。
【００４２】
別の実施形態では、主コントローラ３５０は、熱制御ユニット３２０と通信し得る。熱制御ユニット３２０との通信により、ユーザが、制御パラメータを機器３００に入力することが可能となり得る。ユーザは、制御パラメータを使用して機器のプロトコルを作成することができる。プロトコルには、熱パラメータ及び光検出パラメータが含まれ得る。制御パラメータには、設定温度、保持時間もしくは持続時間、熱勾配率、時間の自動増加／減少、温度の自動増加／減少、インキュベーション温度、温度サイクルの数、プロトコルのデータ収集部分、光フィルタの数、及び光集積時間が挙げられるが、これらに限定されない。
【００４３】
上述のようにプロトコルを作成することに加えて、ユーザはまた、機器から情報を取り出すこともできる。情報は、上述の出力デバイスのいずれかを通じて取り出すことができる。ユーザは、機器の状態等の情報を取り出すことができる。一部の実施形態では、状態は、機器の利用可能性を含み得る。別の実施形態では、取り出される情報には、機器の実行状態が含まれ得る。動作状態には、実行中のプロトコルの名称、現在の温度、実行中のサイクル数、プロトコルの終了時間、及び実行中のエラーが挙げられるが、これらに限定されない。
【００４４】
熱制御ユニット３２０、したがってインターフェースシステム３４０が、熱電デバイスから離れているという点で、熱制御ユニット３２０が先行技術のものとは異なることに留意されたい。熱制御ユニット３２０を熱電デバイスから離して位置付けることにより、熱ブロック３１０及び熱電デバイスが先行技術のものよりも小さな幾何形状を取ることが可能となり得る。熱制御ユニット３２０を熱電デバイスから離すことにより、拡張性の機会も可能となり得る。一部の実施形態では、熱ブロック３１０は、複数のブロックセグメントで構成されてもよい。各ブロックセグメントには、熱電デバイスと熱センサとが含まれ得る。機器は、したがって、それぞれのブロックセグメントが専用の熱制御ユニットと相互に関連付けられた１つを上回るブロックセグメントから構築され得る。そのような機器が、図４に示される。
【００４５】
機器４００には、３つのブロックセグメント４１０ａ〜４１０ｃが含まれる。各ブロックセグメントは、任意の数のサンプル位置を含み得る。各サンプル位置は、サンプル量を収容することが可能であり得る。ブロックセグメント４１０ａ〜４１０ｃのそれぞれはまた、図３の機器３００に類似の温度センサ及び熱電デバイスに熱連結され得る。機器４００はまた、熱制御ユニット４２０ａ〜４２０ｃを含み得る。各熱制御ユニット４２０ａ〜４２０ｃはまた、図３の熱制御ユニット３２０と同様に、プロセッサ（図示せず）、インターフェース部（図示せず）、及び電力供給部（図示せず）を含んでもよい。各熱制御ユニット４２０ａ〜４２０ｃは、単一のブロックセグメントと関連付けられてもよい。１つのブロックセグメントが１つの熱制御ユニットと相互に関連していることにより、各ブロックセグメントを別のものとは独立して熱制御することが可能となり得る。ブロックセグメントの独立した制御により、柔軟性の増加がユーザに提供され得る。この柔軟性には、全てのブロックセグメントに同じプロトコルを実行すること、ならびに各セグメントに異なるプロトコルを実行することができることが含まれ得る。機器４００はさらに、主コントローラ４５０を含む。柔軟性の増加は、熱制御ユニット４２０ａ〜４２０ｃを熱電デバイスから反して位置付けることによっても実現することができる。柔軟性の増加はまた、熱制御ユニット４２０ａ〜４２０ｃを熱電デバイスとは異なる平面に位置付けることによっても実現することができる。柔軟性の増加はさらに、追加のブロックセグメントを機器に追加する場合に実現することができる。追加のブロックセグメントは、追加の熱制御ユニットを含めることによって実現することができ、それによって、図１の先行技術に提示されるようなインターフェース基板の再設計が排除される。主コントローラ４５０は、図３の主コントローラ３５０、図２の主コントローラ２４０、及び図１の主コントローラ１４０に関して上記に提示された機能性のうちのいずれかまたは全てを含み得る。当業者であれば、３つのブロックセグメント及び３つの熱制御ユニットの描画が限定的ではないこと、また任意の数のセグメントが含まれ得ることを理解するであろう。
【００４６】
１つのブロックセグメントを１つの熱制御ユニットに相互に関連付ける追加の利点は、機器をモジュール化できることである。例えば、１つの熱制御ユニットに連結された、１６個のサンプルを収容できるブロックセグメントは、追加のブロックセグメント及びそれらの対応する熱ブロックユニットを追加することによって、機器集団の基礎となり得る。例えば熱制御ユニットと共通した１６サンプルの構造を用いることで、費用を低減させ、顧客ニーズを満たすように容易に拡大及び縮小することが可能となり得る。
【００４７】
一部の実施形態では、図４のブロックセグメント４１０ａ〜４１０ｃは、標準的なマイクロタイタープレートが全てのセグメントに収容され得るように、互いに隣接していてもよい。前述のように、標準的なマイクロタイタープレートは当該技術分野で既知であり、例えば、２４ウェル、４８ウェル、９６ウェル、及び３８４ウェルが含まれ得る。別の実施形態では、ブロックセグメント４１ａ〜４１０ｃは、標準的なマイクロタイタープレートの使用が全てのセグメントにわたって収容されるのを防ぐように、互いに離れていてもよい。そのような実施形態では、各ブロックセグメントは、熱的に独立しているとみなされ得る。
【００４８】
図３の熱制御ユニット３２０及び図４の熱制御ユニット４２０ａ〜４２０ｃを熱電デバイスから離して位置付けることにより、熱電デバイスを周囲条件から隔離する課題もまた提示され得る。熱電デバイスが湿気に感受性であることは、当該技術分野で既知である。湿気は、例えば、水蒸気であり得る。湿度の高い周囲条件では、水蒸気がもたらされ得る。湿気への曝露により、熱電デバイスの分解がもたらされ、早期故障につながり得る。
【００４９】
図５は、先行技術の機器のブロック図である。図５は、周囲の湿気から熱電デバイスを封止するための技法を示す。機器５００は、サンプルブロック５１０とヒートシンク５３０との間に位置付けられた熱電デバイス５２０ａ及び５２０ｂを含む。ヒートシンク５３０は、特に熱ブロックの冷却中に、熱ブロックから過剰な熱を除去するための熱経路を提供し得る。ヒートシンク５３０は、前述のように、熱伝導性の弾性層（図示せず）により熱電デバイス５２０ａ及び５２０ｂに熱連結されていてもよい。熱電デバイスはまた、同様の技法で熱ブロック３１０に熱連結され得る。
【００５０】
機器５００は、インターフェース基板５５０をさらに含む。インターフェース基板５５０は、熱電デバイス５２０ａ及び５２０ｂと電力源との間に必要とされる電気接続を提供し得る。電力源は、増幅器として先行技術において知られており、図１に参照番号１３０として示されている。機器５００は、ドリップパン５４０をさらに含む。ドリップパン５４０は、熱ブロック５１０の周囲に配置され得る。ドリップパン５４０は、熱ブロック５１０の温度よりも温度が低い可能性のある構成要素から熱ブロック５１０を隔離するように、断熱材料で構築されていてもよい。低い温度は、周囲温度であり得る。断熱は、熱ブロック５１０からの熱が熱ブロック５１０から伝導されることを防ぐのに有利であり得、結果として、熱ブロック５１０の端部が熱ブロック５１０の中央の領域よりも低温となり得る。ドリップパン５４０はまた、以下に考察されるように、熱電デバイス５２０ａ及び５２０ｂを周囲から封止するのを補助するための締結装置（図示せず）を含んでもよい。
【００５１】
熱電デバイス５２０ａ及び５２０ｂを、湿気への曝露から隔離することは、気密シールを用いて達成することができる。図５に図示される気密シールは、構成要素５６０、５７０、及び５８０により達成され得る。図５に示されるように、湿気は、熱ブロック５１０とドリップパン５４０との間、ドリップパン５４０とインターフェース基板５５０との間、及びインターフェース基板５５０とヒートシンク５３０との間の間隙を通じて熱電デバイス５２０ａ及び５２０ｂと接触するようになり得る。
【００５２】
先行技術では、封止要素５６０は、インターフェース基板５５０の上面に位置付けられる、接着剤が裏に付いた発泡体ベースの材料であり得る。封止要素５６０は、ダイカット要素であってもよい。封止要素５６０は、概して長方形の形状に成形され、熱電デバイス５２０ａ及び５２０ｂの周囲を画定し得る。封止要素５６０はさらに、ドリップパン５４０の底面及びインターフェース基板５５０の上面の凸凹を補正するための弾性を提供し得る。封止要素５６０は、湿気が、ドリップパン５４０とインターフェース基板５５０との間の間隙を通じて熱電クーラー５２０ａ及び５２０ｂに達することを防ぐように作用し得る。
【００５３】
先行技術では、封止要素５７０は、封止要素５６０と類似に構築され、封止要素５６０とは逆のインターフェース基板５５０の底面に位置付けられ得る。封止要素５７０はさらに、インターフェース基板５５０の底面及びヒートシンク５３０の上面の凸凹を補正するための弾性を提供し得る。封止要素５７０は、湿気が、インターフェース基板５５０とヒートシンク５３０との間の間隙を通じて熱電クーラー５２０ａ及び５２０ｂに達することを防ぐように作用し得る。
【００５４】
先行技術では、熱電デバイス５２０ａ及び５２０ｂがドリップパン５４０と熱ブロック５１０との間の間隙を通じて湿気に曝露されることを防ぐために、封止要素５８０が組み込まれ得る。先行技術では、封止要素５８０は２つの機能を果たし得る。１つの機能は、湿気が熱電デバイス５２０ａ及び５２０ｂと接触するようになることを防ぐことであり得る。２つ目の機能は、熱ブロック５１０からの熱が、熱ブロック５１０から伝導し、ドリップパン５４０に達することを防ぐことであり得る。追加の機能性のため、先行技術の封止要素５８０は、封止要素５６０及び５７０とは異なる材料から構築される。先行技術では、封止要素は、シリコーンゴム等の材料から構築され得る。
【００５５】
図５には示されていないが、先行技術の機器は、間に封止要素５８０が位置付けられる、ドリップパン５４０及び熱ブロック５１０上に、補完的特徴部を含み得る。先行技術にはまた、図５には示されていないが、ドリップパン５４０をヒートシンク５３０に固定し、それによって、封止要素５６０、５７０、及び５８０を圧迫して、熱電要素５２０ａ及び５２０ｂを湿気から封止することができる、締結装置が存在する。
【００５６】
ここで図３及び図３に関する前述の考察を参照すると、先行技術のインターフェース基板の機能性は、熱ブロック３１０及びその関連する熱電デバイスから離されている。これでは、周囲の湿気がある条件から熱電デバイスを気密に封止することは、先行技術で考察されたようには達成することができない。
【００５７】
図６Ａ及び６Ｂは、機器６００において熱電デバイスを気密に封止するための改善された技法のブロック図である。機器６００は、ヒートシンク６３０、熱ブロック６１０、及びドリップパン６４０を含み得る。ドリップパン６４０は、熱ブロック６１０の上部周囲を包囲するように構成され得る。ドリップパン６４０はさらに、ドリップパン６４０をヒートシンク６３０に固定するための締結装置を収容するように構成され得る。熱電デバイス６２０は、熱ブロック６１０とヒートシンク６３０との間に位置付けられる。前述のように、熱電デバイスが湿気への曝露により悪影響を被り得ることは当該技術分野で周知である。湿気は、熱電デバイスの腐食を引き起こし、結果として電気抵抗が増加した領域をもたらし得る。電気抵抗の増加は、デバイスを流れる電流とともに、デバイス上にホットスポットを生じさせ得、これが、最終的には物理的な故障を引き起こし得る。したがって、特に、動作中の熱電デバイスと湿気との接触を最小限に抑えることが、重要である。
【００５８】
図６Ａ及び６Ｂに示されるように、熱電デバイス６２０は、熱ブロック６１０、ヒートシンク６３０、及びドリップパン６４０と境界を接する空間内に位置付けられる。したがって、この空間が、周囲条件から隔離されることが重要である。図６Ｂに示されるように、熱電デバイス６２０は、１つ以上の導線６５０を含み得る。導線６５０は、熱電デバイス６２０と熱制御ユニット（図示せず）との間の電線管であってもよい。代表的な熱制御ユニットは、図３に参照番号３２０で示されている。
【００５９】
したがって、熱電デバイス６２０を隔離するために、図６Ａ及び図６Ｂの３つの領域に注目されたい。まずは、ドリップパン６４０と熱ブロック６１０上部周囲との間に空隙が存在し得る。次に、ドリップパン６４０とヒートシンク６３０との間に空隙が存在し得る。最後に、導線６５０を熱制御ユニットに接続することにより、導線６５０の周りに間隙がもたらされ得る。
【００６０】
図６Ａを参照すると、ヒートシンク６３０の上面とドリップパン６４０の底面との間に第１の間隙を確認することができる。第１の間隙を閉鎖するために第１のシール６７０を提供することが望ましい場合がある。機器の動作中に、熱ブロック６１０は、周囲温度を上回る頻繁な温度変化に供され得る。対照的に、ヒートシンク６３０及びドリップパン６４０は、より良好な熱安定性を停止、温度を周囲温度付近に維持することが既知である。さらに、ヒートシンク６３０の上面及びドリップパン６４０の底面は、熱ブロック６１０の温度に悪影響を有することがないように、熱ブロック６１０から離間していることが既知である。ヒートシンク６３０とドリップパン６４０との間の空隙を埋めるのに好適な材料は、弾性であるだけでなく、気密でなければならない特性を有する必要がある。一実施形態では、発泡体ベースのガスケット材料が、ヒートシンク６３０の上面とドリップパン６４０の底面との間の第２の間隙を気密に封止するための第２のシールとして好適であり得る。便宜上、発泡体ベースのガスケット材料が、片面または両面に接着剤が裏に付いていることが望ましい場合もある。この実施形態における接着剤が裏に付いた発泡体ベースのガスケットの提案は、制限とみなされるものではないことに留意されたい。当業者であれば、望ましい特性を呈する任意の材料が適切な材料となろうことを理解するであろう。
【００６１】
再度図６Ａを参照すると、熱ブロック６１０の上部周囲とドリップパン６４０の底面との間に、第２の間隙を確認することができる。第２の間隙を閉鎖するために第２のシール６８０を提供することが望ましい場合がある。機器の動作中に、熱ブロック６１０は、頻繁な温度変化に供され得る。熱ブロック６１０は、温度変化に応答して膨張及び収縮し得る。熱ブロック６１０の膨張及び収縮により、ドリップパン６４０を熱ブロック６１０にしっかりと固定するのが困難となり得る。さらに、ドリップパン６４０は、周囲条件で熱的に安定であり、熱ブロック６１０とドリップパン６４０との間に温度勾配をもたらし得る。この領域における温度勾配は、熱ブロック６１０からドリップパン６４０ヘと熱が伝導するため、熱ブロックの端部が熱ブロックの中心よりも冷たくなることをもたらし得る。熱ブロック６１０とドリップパン６４０との間の空隙を埋めるのに好適な材料は、弾性及び気密性であるだけでなく、耐熱性でなければならない特性を有する必要がある。一実施形態において、シリコーンゴム等のポリマーが、熱ブロック６１０の上部周囲とドリップパン６４０の下面との間の第２の間隙を気密に封止するための第２のシール６８０として使用され得る。しかしながら、この実施形態での第２のシール６８０としてのシリコーンゴムに関する提案は、制限とみなされるものではないことに留意されたい。当業者であれば、望ましい特性を呈する任意の材料が適切な材料となろうことを理解するであろう。
【００６２】
前述のように、機器６００は、図３に示される機器３００に類似性を有し、先行技術のインターフェース基板の機能性が、熱ブロック及び関連する熱電モジュールから離れて位置付けられるという点で、図１の先行技術とは異なる。図６ではインターフェース基板がないことにより、熱電デバイス６２０の導線６５０と熱制御ユニットとの間の接続の周りに気密シールを確保することに課題を呈する。ヒートシンクが、図６Ａ及び６Ｂに示されるような機器の構成要素であることは、当該技術分野で周知である。しかしながら、当業者であれば、図６Ｂに示されるヒートシンク６３０が、先行技術に認められる幾何形状でなくてもよいことを認識し得る。具体的には、図６Ｂの領域６３２により、ヒートシンク６３０が先行技術のものと区別され得る。
【００６３】
図６Ｂの領域６３２には、溝６３４及び画定された開口部６３６が含まれる。溝６３４は、導線６５０を画定された開口部６３６に挿入するための空間を提供するために含まれ得る。領域６３２に示されるように、画定された開口部６３６は、導線６５０の寸法よりも実質的に大きくてもよい。そのように、導線６５０によって占有されていない画定された開口部６３６の部分を埋めるために、第３のシール６９０が画定された開口部６３６に位置付けられてもよい。第３のシール６９０は、第３のシール６９０が画定された開口部６３６よりもわずかに大きくなるように構築され得る。画定された開口部６３６を埋めるのに好適な材料は、弾性であり、それによって定義された開口部６３６の内部表面に対して気密な嵌合を提供する特性を有し得る。一部の実施形態では、第３のシール６９０は、シリコーンゴムから作製され得る。別の実施形態では、第３のシール６９０は、弾性接着剤から作製され得る。しかしながら、これらの実施形態での第３のシール６９０に好適な材料としてのシリコーンゴム及び接着剤に関する提案は、制限とみなされるものではないことに留意されたい。当業者であれば、望ましい特性を呈する任意の材料が適切な材料となろうことを理解するであろう。
【００６４】
第３のシール６９０には、チャネル６９２ａ〜６９２ｄが含まれる。第３のシール６９０のチャネル６９２ａ〜６９２ｄは、導線６５０、ならびに熱センサ線（図示せず）を収容することができる。一実施形態では、チャネル６９２ａ〜６９２ｄは、導線６５０の外径及び熱センサ線（図示せず）の外径よりもわずかに小さく寸法決定された内径を有し得る。そのような寸法決定により、導線６５０及び熱センサ線（図示せず）の周囲に気密シールを提供することができる、締り嵌めを提供することができる。別の実施形態では、チャネル６９２ａ〜６９２ｄは、導線６５０の外径及び熱センサ線（図示せず）の外径よりもわずかに大きい内径を有し得る。そのような寸法決定により、導線６５０及び熱センサ線（図示せず）の挿入が容易となり得、導線の周囲に空隙が生じ得る。チャネル６９２ａ〜６９２ｄの外径がわずかに大きいことにより生じた空隙は、導線６５０及び熱センサ線（図示せず）の周囲に気密な嵌合を提供するのに好適な材料で埋めることができる。一部の実施形態では、導線６５０及び熱センサ線（図示せず）の周囲の空隙は、弾性接着剤で埋めてもよい。別の実施形態では、導線６５０及び熱センサ線（図示せず）の周囲の空隙は、放熱グリースで埋めてもよい。これらの実施形態における導線６５０及び熱センサ線の周囲の空隙を埋めるのに好適な材料としての弾性接着剤及び放熱グリースに関する提案は、制限するとみなされるものではないことに留意されたい。当業者であれば、望ましい特性を呈する任意の材料が適切な材料となろうことを理解するであろう。
【００６５】
第４の空隙も存在し得る。各熱電デバイス６２０は、前述のように、１つ以上の導線６５０を含み得る。導線６５０は、当該技術分野で周知であり、これには電線が含まれ得る。電線には、絶縁体層によって包囲された１つ以上の電気伝導体が含まれ得る。絶縁体は、電気絶縁を提供する特性を有する任意の材料を含み得る。電気絶縁材料は、当該技術分野で周知であり、これには、プラスチック、ゴム、テフロン（登録商標）、及びポリプロピレンを挙げることができるが、これらに限定されない。１つ以上の電気伝導体を包囲する絶縁体は、１つ以上の電気伝導体を導線に近接している他の電気伝導体から隔離する目的を果たす。絶縁体は、しかしながら、伝導体の一方の端から他方への気密なチャネルを提供するものではない。したがって、絶縁体と１つ以上の電気伝導体との間に空隙が存在し得る。この空隙は、第４のシール６６０によって封止され得る。第４のシール６６０は、熱電デバイスに取り付けられた１つ以上の導線の端部に適用され得る、任意の材料であり得る。室温加硫シリコーン（ＲＴＶシリコーン）等の材料が、１つ以上の電気伝導体と絶縁体との間に容易に適用及び分散され得、それによって気密シールを形成することができる、好適な材料であり得る。
【００６６】
図７は、種々の実施形態による、複数の熱電デバイスを制御するために複数の熱制御ユニットを利用することができる方法を示す例示的なプロセスのフローチャートである。ステップ７０２において、生物学的サンプルを分析することができる装置が提供される。種々の実施形態において、この装置には、１つ以上の熱ブロック、１つ以上の熱電デバイス、及び１つ以上の熱制御ユニットが含まれ得る。種々の実施形態において、各熱ブロックは、第１の面及び第２の面を含み得る。種々の実施形態において、第１の面は、サンプル支持デバイスを受容するように構成され得る。種々の実施形態において、熱電デバイスのそれぞれは、熱ブロックの第２の面に動作可能に連結され得る。種々の実施形態において、熱制御ユニットのそれぞれは、１つの熱電デバイスを制御することが可能であり得る。種々の実施形態では、ステップ７０３において、熱制御ユニットのそれぞれは、熱電デバイスから離れて位置付けられ得る。
【００６７】
種々の実施形態では、ステップ７０４において、固有の熱制御ユニットを電気ケーブルを用いて前記熱電デバイスのうちの１つに電気接続することによって、熱制御ユニットを熱電デバイスから離して位置付けることができる。種々の実施形態において、電気ケーブルにより、各熱制御ユニットの位置を機器が必要とする任意の距離にすることが可能となることにより、柔軟性を提供することができる。種々の実施形態において、電気ケーブルにより、各熱制御ユニットの位置を熱電デバイスに対する任意の配向にすることが可能となることにより、柔軟性を提供することができる。種々の実施形態において、電気ケーブルにより、各熱制御ユニットの位置を熱電デバイスに対する任意の配向及び任意の距離にすることが可能となることにより、柔軟性を提供することができる。
【００６８】
種々の実施形態では、ステップ７０５において、固有の熱制御ユニットによって熱電デバイスの温度を制御することができる。種々の実施形態において、固有の熱制御ユニットを用いて熱電デバイスの温度を制御することにより、電気ケーブルによって取り付けられた熱制御ユニットによって、異なる期間、異なる温度に各熱電デバイスを制御することが可能となることにより、柔軟性を提供することができる。
【００６９】
前述の実施形態は、明確さ及び理解の目的である程度詳細に記載されているが、当業者であれば、本明細書に開示される実施形態の正確な範囲から逸脱することなく、様々な変化が形式及び詳細において様々な変化がなされ得ることが、本開示を読むことにより明らかであろう。例えば、上述の全ての技法、装置、システム、及び方法は、様々な組み合わせで使用することができる。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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