(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱ブロックアセンブリであって、
複数の反応槽を受容するように構成される上面及び反対側の底面を有するサンプルブロックと、
前記サンプルブロックに動作可能に連結される２つ以上の熱電装置と、を備え、各熱電装置が、熱センサ用の筺体と、制御装置と通信している熱制御インターフェースと、を含み、各熱電装置が、互いに独立して動作するように構成されて、前記サンプルブロック全体にわたって実質的に均一な温度プロファイルを提供し、
前記熱電装置の各々が、
内面及び外面を有する第１の熱伝導層と、
内面及び外面を有する第２の熱伝導層と、
前記第１の熱伝導層の前記内面及び前記第２の熱伝導層の前記内面に隣接する、半導体材料からなる複数のペルチェ要素と、
前記第１の熱伝導層及び前記複数のペルチェ要素を通って延びて、前記第２の熱伝導層の前記内面を曝露するか、または、前記第２の熱伝導層及び前記複数のペルチェ要素を通って延びて、前記第１の熱伝導層の前記内面を曝露する開放チャネルまたは溝と、
熱センサと、を備え、前記熱センサが、前記開放チャネルまたは前記溝に収容されている、熱ブロックアセンブリ。
【請求項２】
前記熱電装置の各々が、前記サンプルブロックの前記底面と熱接触している上面と、前記サンプルブロックの外方を向く反対側の底面と、を更に備える、請求項１に記載の熱ブロックアセンブリ。
【請求項３】
前記筺体が、各熱電装置の縁面を通って延びる溝である、請求項２に記載の熱ブロックアセンブリ。
【請求項４】
前記上面が、前記溝を備える、請求項３に記載の熱ブロックアセンブリ。
【請求項５】
前記底面が、前記溝を備える、請求項３に記載の熱ブロックアセンブリ。
【請求項６】
前記熱センサが、熱電対、サーミスタ、白金抵抗温度計、及びシリコンバンドギャップ温度センサからなる群から選択される、請求項１に記載の熱ブロックアセンブリ。
【請求項７】
前記熱センサが、前記サンプルブロックに動作可能に接続される、請求項１に記載の熱ブロックアセンブリ。
【請求項８】
前記制御装置が、２つ以上の制御チャネルを提供するように構成される、請求項１に記載の熱ブロックアセンブリ。
【請求項９】
各制御チャネルが、前記熱ブロックアセンブリ上の前記熱電装置のうちの１つと関連付けられる、請求項８に記載の熱ブロックアセンブリ。
【請求項１０】
各制御チャネルが、前記熱電装置のうちの１つを制御し、かつ前記熱電装置と関連付けられた前記熱センサと通信することができる、請求項９に記載の熱ブロックアセンブリ。
【請求項１１】
前記制御装置が、２つ以上の独立した制御装置を備える、請求項１に記載の熱ブロックアセンブリ。
【請求項１２】
各独立した制御装置が、コンピュータプロセッサを備える、請求項１１に記載の熱ブロックアセンブリ。
【請求項１３】
前記コンピュータプロセッサが、前記２つ以上の熱電装置のうちの１つを制御し、かつ前記熱電装置と関連付けられた前記熱センサと通信するように構成される、請求項１２に記載の熱ブロックアセンブリ。
【請求項１４】
前記制御装置が、２つ以上の副制御装置要素を備える、請求項１に記載の熱ブロックアセンブリ。
【請求項１５】
前記２つ以上の副制御装置要素の各々が、前記熱電装置のうちの１つに動作可能に接続される、請求項１４に記載の熱ブロックアセンブリ。
【請求項１６】
ヒートシンクを更に備え、前記ヒートシンクが、ベースプレート及びフィンを備え、前記ベースプレートが、上面及び反対側の底面を備え、前記上面が、前記熱電装置の前記反対側の底面と熱接触しており、前記フィンが、反対側の第２の表面から吊り下がっている、請求項１に記載の熱ブロックアセンブリ。
【請求項１７】
前記半導体材料が、テルル化ビスマスを含む、請求項１に記載の熱ブロックアセンブリ。
【請求項１８】
前記第１の熱伝導層及び前記第２の熱伝導層が、アルミナを含む、請求項１に記載の熱ブロックアセンブリ。
【請求項１９】
サンプルブロック温度を制御するための方法であって、
サンプルブロックと、
前記サンプルブロックと熱連通している２つ以上の熱電装置と、を含む、ブロックアセンブリを提供することであって、前記熱電装置の各々が、固有の熱センサを格納する、ことと、
前記熱電装置の各々をそれらのそれぞれの固有の熱センサとペアリングして、熱ユニットを形成することと、
前記熱ユニットの各々の温度を制御装置で独立して制御して、前記サンプルブロック全体にわたって実質的に均一な温度を維持することと、を含み、
前記熱電装置の各々が、
内面及び外面を有する第１の熱伝導層と、
内面及び外面を有する第２の熱伝導層と、
前記第１の熱伝導層の前記内面及び前記第２の熱伝導層の前記内面に隣接する、半導体材料からなる複数のペルチェ要素と、
前記第１の熱伝導層及び前記複数のペルチェ要素を通って延びて、前記第２の熱伝導層の前記内面を曝露するか、または、前記第２の熱伝導層及び前記複数のペルチェ要素を通って延びて、前記第１の熱伝導層の前記内面を曝露する開放チャネルまたは溝と、
熱センサと、を備え、前記熱センサが、前記開放チャネルまたは前記溝に収容されている、方法。
【請求項２０】
前記制御装置が、各熱ユニットの前記熱センサによって測定される温度差を最小限に抑えるように構成される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
各熱センサが、各それぞれの熱センサに近接しているサンプルブロック領域の温度を測定するように構成される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記制御装置が、２つ以上の副制御装置からなる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記副制御装置の各々が、前記熱ユニットのうちの１つに動作可能に接続される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
サーモサイクラーシステムであって、
サンプルブロックアセンブリであって、
複数の反応槽を受容するように構成されるサンプルブロックと、
前記サンプルブロックと熱連通している２つ以上の熱電装置と、を含み、各熱電装置が、固有の熱センサを格納する、サンプルブロックアセンブリと、
機械実行可能命令及び２つ以上の通信ポートを有するコンピュータ処理ユニットを含む制御装置と、を備え、各ポートが、前記２つ以上の熱電装置のうちの１つ及びそれらのそれぞれの熱センサと動作可能に接続され、前記機械実行可能命令が、それらのそれぞれの熱センサからの温度測定に基づいて各熱電装置の温度を個々に調整するように構成されて、前記サンプルブロック全体にわたって実質的に均一な温度プロファイルを提供し、
前記熱電装置の各々が、
内面及び外面を有する第１の熱伝導層と、
内面及び外面を有する第２の熱伝導層と、
前記第１の熱伝導層の前記内面及び前記第２の熱伝導層の前記内面に隣接する、半導体材料からなる複数のペルチェ要素と、
前記第１の熱伝導層及び前記複数のペルチェ要素を通って延びて、前記第２の熱伝導層の前記内面を曝露するか、または、前記第２の熱伝導層及び前記複数のペルチェ要素を通って延びて、前記第１の熱伝導層の前記内面を曝露する開放チャネルまたは溝と、
熱センサと、を備え、前記熱センサが、前記開放チャネルまたは前記溝に収容されている、サーモサイクラーシステム。
【請求項２５】
前記熱電装置の各々が、前記サンプルブロックの前記底面と熱接触している上面と、前記サンプルブロックの外方を向く反対側の底面と、を更に備える、請求項２４に記載のサーモサイクラーシステム。
【請求項２６】
前記熱センサが、各熱電装置の縁面を通って延びる溝に格納される、請求項２４に記載のサーモサイクラーシステム。
【請求項２７】
前記上面が、前記溝を備える、請求項２６に記載のサーモサイクラーシステム。
【請求項２８】
前記底面が、前記溝を備える、請求項２６に記載のサーモサイクラーシステム。
【請求項２９】
ヒートシンクを更に備え、前記ヒートシンクが、ベースプレート及びフィンを備え、前記ベースプレートが、上面及び反対側の底面を備え、前記上面が、前記熱電装置の前記反対側の底面と熱接触しており、前記フィンが、反対側の第２の表面から吊り下がっている、請求項２５に記載のサーモサイクラーシステム。
【請求項３０】
熱ブロックアセンブリであって、
２つ以上のサンプルブロックであって、各サンプルブロックが、複数の反応槽を受容するように構成される上面及び反対側の底面を有する、２つ以上のサンプルブロックと、
制御装置と通信している熱制御インターフェース及び各サンプルブロックに動作可能に連結される２組以上の熱電装置と、を備え、
前記熱電装置の各々が、
内面及び外面を有する第１の熱伝導層と、
内面及び外面を有する第２の熱伝導層と、
前記第１の熱伝導層の前記内面及び前記第２の熱伝導層の前記内面に隣接する、半導体材料からなる複数のペルチェ要素と、
前記第１の熱伝導層及び前記複数のペルチェ要素を通って延びて、前記第２の熱伝導層の前記内面を曝露するか、または、前記第２の熱伝導層及び前記複数のペルチェ要素を通って延びて、前記第１の熱伝導層の前記内面を曝露する開放チャネルまたは溝と、
熱センサと、を備え、前記熱センサが、前記開放チャネルまたは前記溝に収容されている、熱ブロックアセンブリ。
【請求項３１】
２つ以上のヒートシンクを更に備え、各ヒートシンクが、ベースプレート及びフィンを備え、前記ベースプレートが、上面及び反対側の底面を備え、前記上面が、前記熱電装置の前記反対側の底面と熱接触しており、前記フィンが、反対側の第２の表面から吊り下がっている、請求項３０に記載の熱ブロックアセンブリ。
【請求項３２】
各熱電装置が、熱センサ用の筺体を含む、請求項３０に記載の熱ブロックアセンブリ。
【請求項３３】
前記制御装置が、２つ以上の独立した制御装置を備え、各独立した制御装置が、コンピュータプロセッサを備え、前記２組以上の熱電装置及び２つ以上のサンプルブロックのうちの１つを制御するように構成される、請求項３０に記載の熱ブロックアセンブリ。
【請求項３４】
前記制御装置が、コンピュータプロセッサ及び２つ以上のチャネルを備え、前記プロセッサが、前記２つ以上のチャネルの各々を制御するように構成される、請求項３０に記載の熱ブロックアセンブリ。
【請求項３５】
各組の熱電装置が、少なくとも１つの熱電装置を備える、請求項３０に記載の熱ブロックアセンブリ。
【請求項３６】
熱ブロックアセンブリであって、
少なくとも１つのサンプルブロックであって、各サンプルブロックが、複数の反応槽を受容するように構成される上面及び反対側の底面を有する、少なくとも１つのサンプルブロックと、
制御装置と通信している熱制御インターフェース及び各サンプルブロックに動作可能に連結される少なくとも１組の熱電装置と、を備え、
前記熱電装置の各々が、
内面及び外面を有する第１の熱伝導層と、
内面及び外面を有する第２の熱伝導層と、
前記第１の熱伝導層の前記内面及び前記第２の熱伝導層の前記内面に隣接する、半導体材料からなる複数のペルチェ要素と、
前記第１の熱伝導層及び前記複数のペルチェ要素を通って延びて、前記第２の熱伝導層の前記内面を曝露するか、または、前記第２の熱伝導層及び前記複数のペルチェ要素を通って延びて、前記第１の熱伝導層の前記内面を曝露する開放チャネルまたは溝と、
熱センサと、を備え、前記熱センサが、前記開放チャネルまたは前記溝に収容されている、熱ブロックアセンブリ。
【請求項３７】
少なくとも１つのヒートシンクを更に備え、各ヒートシンクが、ベースプレート及びフィンを備え、前記ベースプレートが、上面及び反対側の底面を備え、前記上面が、前記熱電装置の前記反対側の底面と熱接触しており、前記フィンが、反対側の第２の表面から吊り下がっている、請求項３６に記載の熱ブロックアセンブリ。
【請求項３８】
各熱電装置が、熱センサ用の筺体を含む、請求項３６に記載の熱ブロックアセンブリ。
【請求項３９】
前記制御装置が、少なくとも１つの独立した制御装置を備え、各独立した制御装置が、コンピュータプロセッサを備え、前記組の熱電装置及び前記サンプルブロックのうちの１つを制御するように構成される、請求項３６に記載の熱ブロックアセンブリ。
【請求項４０】
前記制御装置が、コンピュータプロセッサ及び少なくとも１つのチャネルを備え、前記プロセッサが、前記少なくとも１つのチャネルの各々を制御するように構成される、請求項３６に記載の熱ブロックアセンブリ。
【請求項４１】
各組の熱電装置が、少なくとも１つの熱電装置を備える、請求項３６に記載の熱ブロックアセンブリ。
【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、２０１３年９月１６日出願の米国出願第６１／８７８，４６４号に対する優先権を主張するものであり、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、概して、サーモサイクラー装置のための器具、システム、及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を支援する熱サイクルは、世界中の９０％を超える分子生物学研究所で使用されるユビキタス技術である。
【０００４】
ＰＣＲプロセスを使用してＤＮＡ（デオキシリボ核酸）を増幅することは、いくつかの異なる温度培養期間を通して、特別に構成された液体反応混合物を循環することを含む。反応混合物は、増幅されるＤＮＡと、増幅されるＤＮＡの延長生成物を創出することができるサンプル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なる。ＰＣＲの鍵となるのは、ＤＮＡを変性するステップ、短いプライマーを結果として生じる一本鎖にアニーリングするステップ、及びこれらのプライマーを延長して、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熱サイクルの概念である。熱サイクルでは、ＰＣＲ反応混合物は、ＤＮＡ変性用の９５℃程度の高温から約５０℃〜７０℃の低温に繰り返し循環され、プライマーをアニーリング及び延長する。
【０００５】
いくつかの以前の自動化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プロセスを実施するために、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循環される。この循環は、コンピュータ及び関連電子機器によって制御される。金属ブロックが温度を変化させるにつれて、様々な管中のサンプルは、同様の温度変化を経る。しかしながら、これらの以前の機器では、サンプル金属ブロック内の領域間の温度の不均一性によってサンプル温度の違いが生じ得る。ブロックの材料内に温度勾配が存在し、サイクルの特定の時点で、ブロック上に置かれたいくつかのサンプルを他とは異なる温度にする。これらの温度の違い及び熱伝達の遅れにより、ＰＣＲプロセスの収率がサンプルバイアルによって異なる結果となり得る。ＰＣＲプロセスを問題なく効率的に行うために、かつ特定用途（定量的ＰＣＲ等）を可能にするために、これらの温度誤差は、可能な限り最小限に抑えなければならない。サンプルブロック上の様々な点での温度の不均一性を最小限に抑える問題点は、サンプルを含む領域の大きさが標準的８×１２マイクロタイタープレート程度に大きくなる場合に、特に深刻になる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
サーモサイクラーサンプルブロック全体にわたって熱均一性を提供する器具、システム、及び方法が開示される。
【０００７】
一態様では、サンプルブロック及び２つ以上の熱電装置を含む熱ブロックアセンブリが開示される。サンプルブロックは、複数の反応槽を受容するように構成される上面及び反対側の底面を有する。熱電装置は、サンプルブロックに動作可能に連結され、各熱電装置は、熱センサ用の筺体と、制御装置を有する熱制御インターフェースと、を含む。各熱電装置は、サンプルブロック全体にわたって実質的に均一な温度プロファイルを提供するように、互いに独立して動作するように更に構成される。
【０００８】
別の態様では、第１の熱伝導層、第２の熱伝導層、複数のペルチェ要素、及び熱センサを含む熱電装置が開示される。ペルチェ要素は、半導体材料からなり、第１の熱伝導層と第２の熱伝導層との間に挟まれる。熱センサは、第１の熱伝導層と第２の熱伝導層との間に格納される。
【０００９】
別の態様では、第１の熱伝導層、第２の熱伝導層、複数のペルチェ要素、及び開放チャネルを含む熱電装置が開示される。第１及び第２の熱伝導層は、内面及び外面を有する。複数のペルチェ要素は、第１及び第２の熱伝導層の内面に隣接する、半導体材料からなる。開放チャネルは、第１の熱伝導層及び複数のペルチェ要素に刻まれて、第２の熱伝導層の内面を曝露する。開放チャネルは、熱センサを収容するように構成される。
【００１０】
別の態様では、サンプルブロック温度を制御するための方法が開示される。サンプルブロックと、２つ以上の熱電装置（各々が、固有の熱センサを格納する）とを有するブロックアセンブリが提供される。２つ以上の熱電装置をそれらのそれぞれの固有の熱センサとペアリングして、熱ユニットを形成する。各熱ユニットの温度は、制御装置で独立して制御され、サンプルブロック全体にわたって実質的に均一な温度プロファイルを提供する。
【００１１】
別の態様では、サンプルブロックアセンブリ及び制御装置を有する熱サイクラーシステムが開示される。様々な実施形態では、サンプルブロックアセンブリは、サンプルブロックと、サンプルブロックと熱連通している２つ以上の熱電装置（各々が、固有の熱センサを格納する）と、を含む。様々な実施形態では、サンプルブロックは、複数の反応槽を受容するように構成される。様々な実施形態では、制御装置は、機械実行可能命令及び２つ以上の通信ポートを有するコンピュータ処理ユニットを含む。様々な実施形態では、各ポートは、２つ以上の熱電装置のうちの１つ及びそれらのそれぞれの熱センサと動作可能に接続される。様々な実施形態では、機械実行可能命令は、それらのそれぞれの熱センサからの温度測定に基づいて各熱電装置の温度を個々に調整するように構成されて、サンプルブロック全体にわたって実質的に均一な温度プロファイルを提供する。
【００１２】
別の態様では、２つ以上のサンプルブロック、２組以上の熱電装置、熱制御インターフェース、及び制御装置を有する熱ブロックアセンブリが開示される。各サンプルブロックは、複数の反応槽を受容するように構成される上面及び反対側の底面を有する。熱電装置の各組は、各サンプルブロックに動作可能に連結される。熱制御インターフェースは、制御装置と通信している。
【００１３】
別の態様では、少なくとも１つのサンプルブロック、少なくとも１組の熱電装置、熱制御インターフェース、及び制御装置を有する熱ブロックアセンブリが開示される。サンプルブロックは、複数の反応槽を受容するように構成される上面及び反対側の底面を有する。熱電装置は、サンプルブロックと動作可能に連結される。熱制御インターフェースは、制御装置と通信している。
【００１４】
これら及び他の機能が本明細書に提供される。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
熱ブロックアセンブリであって、
複数の反応槽を受容するように構成される上面及び反対側の底面を有するサンプルブロックと、
前記サンプルブロックに動作可能に連結される２つ以上の熱電装置と、を備え、各熱電装置が、熱センサ用の筺体と、制御装置と通信している熱制御インターフェースと、を含み、各熱電装置が、互いに独立して動作するように構成されて、前記サンプルブロック全体にわたって実質的に均一な温度プロファイルを提供する、前記熱ブロックアセンブリ。
（項目２）
前記熱電装置の各々が、前記サンプルブロックの前記底面と熱接触している上面と、前記サンプルブロックの外方を向く反対側の底面と、を更に備える、項目１に記載の前記熱ブロックアセンブリ。
（項目３）
前記筺体が、各熱電装置の縁面に刻まれた溝である、項目２に記載の前記熱ブロックアセンブリ。
（項目４）
前記上面が、前記溝を備える、項目３に記載の前記熱ブロックアセンブリ。
（項目５）
前記底面が、前記溝を備える、項目３に記載の前記熱ブロックアセンブリ。
（項目６）
前記熱センサが、熱電対、サーミスタ、白金抵抗温度計、及びシリコンバンドギャップ温度センサからなる群から選択される、項目１に記載の前記熱ブロックアセンブリ。
（項目７）
前記熱センサが、前記サンプルブロックに動作可能に接続される、項目１に記載の前記熱ブロックアセンブリ。
（項目８）
前記制御装置が、２つ以上の制御チャネルを提供するように構成される、項目１に記載の前記熱ブロックアセンブリ。
（項目９）
各制御チャネルが、前記熱ブロックアセンブリ上の前記熱電装置のうちの１つと関連付けられる、項目８に記載の前記熱ブロックアセンブリ。
（項目１０）
各制御チャネルが、前記熱電装置のうちの１つを制御し、かつ前記熱電装置と関連付けられた前記熱センサと通信することができる、項目９に記載の前記熱ブロックアセンブリ。
（項目１１）
前記制御装置が、２つ以上の独立した制御装置を備える、項目１に記載の前記熱ブロックアセンブリ。
（項目１２）
各独立した制御装置が、コンピュータプロセッサを備える、項目１１に記載の前記熱ブロックアセンブリ。
（項目１３）
前記コンピュータプロセッサが、前記２つ以上の熱電装置のうちの１つを制御し、かつ前記熱電装置と関連付けられた前記熱センサと通信するように構成される、項目１２に記載の前記熱ブロックアセンブリ。
（項目１４）
前記制御装置が、２つ以上の副制御装置要素を備える、項目１に記載の前記熱ブロックアセンブリ。
（項目１５）
前記２つ以上の副制御装置の各々が、前記熱電装置のうちの１つに動作可能に接続される、項目１４に記載の前記熱ブロックアセンブリ。
（項目１６）
ヒートシンクを更に備え、前記ヒートシンクが、ベースプレート及びフィンを備え、前記ベースプレートが、上面及び反対側の底面を備え、前記上面が、前記熱電装置の前記反対側の底面と熱接触しており、前記フィンが、反対側の第２の表面から吊り下がっている、項目１に記載の前記熱ブロックアセンブリ。
（項目１７）
熱電装置であって、
第１の熱伝導層と、
第２の熱伝導層と、
前記第１の熱伝導層と前記第２の熱伝導層との間に挟まれる半導体材料からなる複数のペルチェ要素と、
前記第１の熱伝導層と前記第２の熱伝導層との間に格納される熱センサと、を備える、前記熱電装置。
（項目１８）
前記半導体材料が、テルル化ビスマスを含む、項目１７に記載の前記熱電装置。
（項目１９）
前記第１の熱伝導層及び前記第２の熱伝導層が、アルミナを含む、項目１７に記載の前記熱電装置。
（項目２０）
熱電装置であって、
内面及び外面を有する第１の熱伝導層と、
内面及び外面を有する第２の熱伝導層と、
前記第１の熱伝導層の前記内面及び前記第２の熱伝導層の前記内面に隣接する、半導体材料からなる複数のペルチェ要素と、
前記第１の熱伝導層及び前記複数のペルチェ要素に刻まれて、前記第２の熱伝導層の前記内面を曝露する開放チャネルと、を備え、前記開放チャネルが、熱センサを収容するように構成される、前記熱電装置。
（項目２１）
前記半導体材料が、テルル化ビスマスを含む、項目２０に記載の熱電装置。
（項目２２）
前記第１の熱伝導層及び前記第２の熱伝導層が、アルミナを含む、項目２０に記載の前記熱電装置。
（項目２３）
サンプルブロック温度を制御するための方法であって、
サンプルブロックと、
前記サンプルブロックと熱連通している２つ以上の熱電装置と、を含む、ブロックアセンブリを提供することであって、
前記熱電装置の各々が、固有の熱センサを格納する、提供することと、
前記熱電装置の各々をそれらのそれぞれの固有の熱センサとペアリングして、
熱ユニットを形成することと、
前記熱ユニットの各々の温度を制御装置で独立して制御して、前記サンプルブロック全体にわたって実質的に均一な温度を維持することと、を含む、前記方法。
（項目２４）
前記制御装置が、各熱ユニットの前記熱センサによって測定される温度差を最小限に抑えるように構成される、項目２３に記載の前記方法。
（項目２５）
各熱センサが、各それぞれの熱センサに近接しているサンプルブロック領域の温度を測定するように構成される、項目２４に記載の前記方法。
（項目２６）
前記制御装置が、２つ以上の副制御装置からなる、項目２３に記載の前記方法。
（項目２７）
前記副制御装置の各々が、前記熱ユニットのうちの１つに動作可能に接続される、項目２６に記載の前記方法。
（項目２８）
サーモサイクラーシステムであって、
サンプルブロックアセンブリであって、
複数の反応槽を受容するように構成されるサンプルブロックと、
前記サンプルブロックと熱連通している２つ以上の熱電装置と、を含み、各熱電装置が、固有の熱センサを格納する、サンプルブロックアセンブリと、
機械実行可能命令及び２つ以上の通信ポートを有するコンピュータ処理ユニットを含む制御装置と、備え、各ポートが、前記２つ以上の熱電装置のうちの１つ及びそれらのそれぞれの熱センサと動作可能に接続され、前記機械実行可能命令が、それらのそれぞれの熱センサからの温度測定に基づいて各熱電装置の前記温度を個々に調整するように構成されて、前記サンプルブロック全体にわたって実質的に均一な温度プロファイルを提供する、前記サーモサイクラーシステム。
（項目２９）
前記熱電装置の各々が、前記サンプルブロックの前記底面と熱接触している上面と、前記サンプルブロックの外方を向く反対側の底面と、を更に備える、項目２８に記載の前記サーモサイクラーシステム。
（項目３０）
前記熱センサが、各熱電装置の縁面に刻まれた溝に格納される、項目２８に記載の前記サーモサイクラーシステム。
（項目３１）
前記上面が、前記溝を備える、項目３０に記載の前記サーモサイクラーシステム。
（項目３２）
前記底面が、前記溝を備える、項目３０に記載の前記サーモサイクラーシステム。
（項目３３）
ヒートシンクを更に備え、前記ヒートシンクが、ベースプレート及びフィンを備え、前記ベースプレートが、上面及び反対側の底面を備え、前記上面が、前記熱電装置の前記反対側の底面と熱接触しており、前記フィンが、前記反対側の第２の表面から吊り下がっている、項目２９に記載の前記サーモサイクラーシステム。
（項目３４）
熱ブロックアセンブリであって、
各サンプルブロックが、複数の反応槽を受容するように構成される上面と、反対側の底面と、を有する、２つ以上のサンプルブロックと、
各サンプルブロック及び制御装置と通信している熱制御インターフェースに動作可能に連結される２組以上の熱電装置と、備える、前記熱ブロックアセンブリ。
（項目３５）
２つ以上のヒートシンクを更に備え、各ヒートシンクが、ベースプレート及びフィンを備え、前記ベースプレートが、上面及び反対側の底面を備え、前記上面が、前記熱電装置の前記反対側の底面と熱接触しており、前記フィンが、前記反対側の第２の表面から吊り下がっている、項目３４に記載の前記熱ブロックアセンブリ。
（項目３６）
各熱電装置が、熱センサ用の筺体を含む、項目３４に記載の前記熱ブロックアセンブリ。
（項目３７）
前記制御装置が、２つ以上の独立した制御装置を備え、各独立した制御装置が、コンピュータプロセッサを備え、前記２つ以上のサンプルブロック及び前記２組以上の熱電装置のうちの１つを制御するように構成される、項目３４に記載の前記熱ブロックアセンブリ。
（項目３８）
前記制御装置が、コンピュータプロセッサ及び２つ以上のチャネルを備え、前記プロセッサが、前記２つ以上のチャネルの各々を制御するように構成される、項目３４に記載の前記熱ブロックアセンブリ。
（項目３９）
前記２組以上の熱電装置の各々が、少なくとも１つの熱電装置を備える、項目３４に記載の前記熱電気アセンブリ。
（項目４０）
熱ブロックアセンブリであって、
各サンプルブロックが、複数の反応槽を受容するように構成される上面と、反対側の底面と、を有する、少なくとも１つのサンプルブロックと、
各サンプルブロック及び制御装置と通信している熱制御インターフェースに動作可能に連結される少なくとも１組の熱電装置と、備える、前記熱ブロックアセンブリ。
（項目４１）
少なくとも１つのヒートシンクを更に備え、各ヒートシンクが、ベースプレート及びフィンを備え、前記ベースプレートが、上面及び反対側の底面を備え、前記上面が、前記熱電装置の前記反対側の底面と熱接触しており、前記フィンが、前記反対側の第２の表面から吊り下がっている、項目４０に記載の前記熱ブロックアセンブリ。
（項目４２）
各熱電装置が、熱センサ用の筺体を含む、項目４０に記載の前記熱ブロックアセンブリ。
（項目４３）
前記制御装置が、少なくとも１つの独立した制御装置を備え、各独立した制御装置が、コンピュータプロセッサを備え、前記サンプルブロック及び前記２組以上の熱電装置のうちの１つを制御するように構成される、項目４０に記載の前記熱ブロックアセンブリ。
（項目４４）
前記制御装置が、コンピュータプロセッサ及び少なくとも１つのチャネルを備え、前記プロセッサが、前記少なくとも１つのチャネルの各々を制御するように構成される、項目４０に記載の前記熱ブロックアセンブリ。
（項目４５）
前記２組以上の熱電装置の各々が、少なくとも１つの熱電装置を備える、項目４０に記載の前記熱電気アセンブリ。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
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。
【００１６】
【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】様々な実施形態に従う、２つのペルチェ装置の独立制御を提供す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３Ａ】様々な実施形態に従う、ペルチェ装置の上面図である。
【図３Ｂ】様々な実施形態に従う、図３Ａのペルチェ装置の等角図である。
【図３Ｃ】様々な実施形態に従う、図３Ａのペルチェ装置の断面図である。
【図４】様々な実施形態に従う、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マルチチャネル電力増幅器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】様々な実施形態に従う、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マルチモジュール電力増幅器システムのレイアウトを例示するブロック図である。
【図６】様々な実施形態に従う、熱センサがサンプルブロックアセンブリ上へどのように設置され得るかを示す断面図である。
【図７】様々な実施形態に従う、サンプルブロックアセンブリの断面図である。
【図８】様々な実施形態に従う、マルチブロックサンプルブロックアセンブリの断面図であり、様々なヒートシンク要素がどのようにサンプルブロックアセンブリと一体化されるかを示す断面図である。
【図９】様々な実施形態に従う、個々に制御されるペルチェ装置がどのようにサンプルブロックの下に位置付けられるかを例示するブロック図の上面図である。
【図１０】様々な実施形態に従う、サンプルブロックアセンブリの温度を制御するためのファームウェア制御アーキテクチャを例示する論理図である。
【図１１】様々な実施形態に従う、サンプルブロック全体にわたってどのように熱均一性を達成することができるかを示す例示的プロセスフローチャートである。
【図１２】様々な実施形態に従う、一体化縁加熱要素を有しないデュアル９６ウェルサンプルブロックアセンブリの熱不均一性（ＴＮＵ）性能プロファイルを示す１組の熱プロットである。
【図１３】様々な実施形態に従う、一体化縁加熱要素を有するデュアル９６ウェルサンプルブロックアセンブリの熱不均一性（ＴＮＵ）性能プロファイルを示す１組の熱プロットである。
【図１４】様々な実施形態に従う、一体化縁加熱要素を有しないデュアルフラットブロックサンプルブロックアセンブリの熱不均一性（ＴＮＵ）性能プロファイルを示す１組の熱プロットである。
【図１５】様々な実施形態に従う、一体化縁加熱要素を有するデュアルフラットブロックサンプルブロックアセンブリの熱不均一性（ＴＮＵ）性能プロファイルを示す１組の熱プロットである。
【図１６】従来技術に従う、一体化縁加熱要素を有するデュアルフラットブロックサンプルブロックアセンブリの熱不均一性（ＴＮＵ）性能プロファイルを示す１組の熱プロットである。
【００１７】
本明細書に示される図は、必ずしも一定の比率で描かれておらず、図中の物体も互いとの関係で必ずしも一定の比率で描かれていないことを理解されたい。これらの図は、本明細書に開示される器具、システム、及び方法の様々な実施形態に明確さ及び理解をもたらすように意図された描写である。更に、図面は、本教示の範囲を決して限定するようには意図されていないことを理解されたい。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
サーモサイクラーサンプルブロック全体にわたって熱均一性を提供するための器具、システム、及び方法の実施形態が、本明細書に記載される。本明細書で使用される章の見出しは、構成目的のみのものであり、決して記載される主題を限定するものと解釈すべきではない。
【００１９】
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、同じ参照番号は、同じまたは同様の部分を指すために図面全体にわたって使用される。
【００２０】
様々な実施形態のこの詳細な説明において、説明のために、多くの具体的な詳細が記載されており、開示される実施形態の完全な理解を提供する。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。他の例では、構造及び装置は、ブロック図の形態で示される。更に、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。
【００２１】
特許、特許出願、記事、書物、論文、及びインターネットウェブページを含むが、これらに限定されない本出願に引用される全ての文献及び同様の資料は、あらゆる目的において参照することによりそれらの全体が明示的に組み込まれる。別途定義されない限り、本明細書で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べきである。
【００２２】
ごく少量かつごくわずかな偏差が本教示の範囲内であるように、本教示で論じられる温度、濃度、時間、基点の数、範囲等の前に黙示の「約」があることが理解されるであろう。本出願では、単数形の使用は、特に記載されない限り、複数形を含む。同様に、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「収容する（ｃｏｎｔａｉｎ）」、「収容する（ｃｏｎｔａｉｎｓ）」、「収容する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、及び「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」の使用は、限定的であるようには意図されていない。前述の概要及び以下の詳細な説明の両方は、単に例示的かつ説明的であり、本教示を限定するものではないことを理解されたい。
【００２３】
本教示は、様々な実施形態と併せて記載されるが、本教示がかかる実施形態に限定されるようには意図されていない。それとは反対に、本教示は、当業者に理解されるように、様々な代替、修正、及び均等物を包含する。
【００２４】
更に、様々な実施形態の記載において、明細書は、方法及び／またはプロセスを特定の順序のステップとして提示されてもよい。しかしながら、方法またはプロセスが本明細書に示された特定の順番のステップに依存しない限り、方法またはプロセスは、記載された特定の順序のステップに限定されるべきではない。当業者が理解するであろうように、ステップの他の順序が可能であり得る。したがって、本明細書に示される特定の順序のステップは、特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。加えて、方法及び／またはプロセスに関する特許請求の範囲は、記載された順序におけるそれらのステップの実行に限定されるべきではなく、当業者であれば、それらの順序が変更されてもよく、依然として様々な実施形態の趣旨や範囲内に収まり得ることを容易に理解し得る。
【００２５】
本明細書に記載される実施形態のいくつかは、ハンドヘルドデバイス、マイクロプロセッサシステム、マイクロプロセッサをベースとするまたはプログラム可能な家電、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ及び同様のものを含む様々なコンピュータシステム構成を使用して実施することができる。実施形態はまた、分散型コンピューティング環境においても実施することができ、そこで、タスクが、ネットワークを通してリンクされる遠隔処理デバイスによって実行される。
【００２６】
また、本明細書に記載される実施形態は、コンピュータシステムにおいて記憶されたデータを含む様々なコンピュータで実施される動作を利用し得ることを理解されたい。これらの動作は、物理的量の物理的操作を要求するものである。必ずしもではないが、通常、これらの量は、記憶される、伝達される、組み合わされる、比較される、及びさもなければ操作されることができる電気または磁気信号の形態を取る。更に、実行される操作は、多くの場合、生成、識別、決定、または比較等の用語において言及される。
【００２７】
本明細書に記載される実施形態の一部を形成する動作のいずれも、有用な機械動作であり得る。本明細書に記載される実施形態はまた、これらの動作を実行するための装置または器具に関する。本明細書に記載される器具、システム、及び方法は、必要な目的のために特別に構築され得るか、または、コンピュータ内に記憶されたコンピュータプログラムによって選択的に起動または構成される汎用コンピュータであってもよい。具体的には、様々な汎用機械が、本明細書における教示に従って書かれたコンピュータプログラムを用いて使用されてもよく、またはより特殊化された器具を構築して要求された動作を実行するのにより便利であり得る。
【００２８】
ある特定の実施形態はまた、コンピュータ可読媒体上で、コンピュータ可読コードとして具体化され得る。このコンピュータ可読媒体は、データを記憶することのできる任意のデータ記憶デバイスであり、そのデータは、その後、コンピュータシステムで読み取ることができる。コンピュータ可読媒体の例には、ハードドライブ、ネットワーク接続型記憶装置（ＮＡＳ）、読み取り専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、並びに他の光学式フラッシュメモリ及び非光学式データ記憶デバイスが挙げられる。コンピュータ可読媒体はまた、コンピュータ可読コードが分散された様式で記憶され実行されるように、ネットワークに接続されたコンピュータシステム上に分散され得る。
【００２９】
一般に、ＰＣＲの場合、いくつかの理由によりサイクルにおいて必要温度間でサンプル温度を可能な限り素早く変化させることが望ましい。第一に、化学反応は、その段階の各々の最適温度を有し、したがって、わずかな時間しか非最適温度で費やされなければ、より良好な化学結果が得られることを意味し得る。次に、最小時間は、通常、各プロトコルに対して最低サイクル時間を設定する任意の所与の設定点で必要とされ、設定点間の遷移中に費やされるあらゆる時間は、この最小時間に追加される。サイクル数が通常かなり大きいため、この遷移時間は、増幅を完了するために必要とされる合計時間に有意に追加され得る。
【００３０】
プロトコルの各ステップの間に各反応管が達する絶対温度は、生成物の収率に極めて重要である。生成物が頻繁に量子化に曝されるため、管間の生成物の収率は、可能な限り均一であるべきであり、したがって、定常状態及び動態熱不均一性（ＴＮＵ）の両方が、ブロック全体にわたって優れていなければならない（すなわち、最小限に抑えられなければならない）。
【００３１】
当業者であれば、多くの要因が劣化したＴＮＵの一因になり得ることを理解するであろう。環境効果、サンプルブロック材料の均質性、熱ブロックアセンブリの要素間熱界面、加熱被覆均一性、並びに加熱及び冷却装置の能率は、より一般的な要因の一部である。
【００３２】
更に、ＴＮＵは、サンプルブロックとサンプルブロックに近接している任意の要素または構造との間の温度の差に依存する。サンプルブロックアセンブリの典型的な構築では、サンプルブロックは、機器に物理的に載置され、室温または環境であり得る機器の要素に機械的に接続される。サンプルブロックと機器の環境温度要素との間の温度の差が大きくなればなるほど、ブロックから環境要素の熱損失が大きくなる。熱損失は、サンプルブロックの縁及び角で特に明白である。更に、サンプルブロックと環境要素との間の温度差が上昇するにつれて、ＴＮＵは劣化する。例えば、ＴＮＵは、典型的には、６０℃よりも９５℃で悪化する。
【００３３】
当業者であれば、劣化したＴＮＵを改善するために使用される一般的な改善策も熟知しているであろう。サンプルブロックを包囲するような加熱被覆形状、ブロックの外周の周りの電気エッジヒータ、並びに周囲からのサンプルブロックの隔離等の改善策は、全て当該分野で周知である。
【００３４】
サンプルに出入りするヒートポンプは、ペルチェ熱電装置を含むがこれに限定されない様々な型の熱電装置を使用して達成することができる。様々な実施形態では、これらのペルチェ装置は、互いに並列に交互に設置され、直列に電気接続されるｎ型及びｐ型半導体材料のペレットから構成され得る。ペルチェ装置内のペレットを形成するために利用され得る半導体材料の例には、テルル化ビスマス、テルル化鉛、ビスマスセレン、及びシリコンゲルマニウムが挙げられるが、これらに限定されない。しかしながら、ペレットは、電流がペルチェ装置を通り抜けるときに、得られたペルチェ装置が熱電気加熱及び冷却特性を示す限り、任意の半導体材料から形成され得ることを理解されたい。様々な実施形態では、ペレット間の相互接続は、基板に接合され得る銅で作製され得る。使用され得る基板材料の例には、銅、アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ベリリウム、ポリイミド、または酸化アルミニウムが挙げられるが、これらに限定されない。様々な実施形態では、基板材料は、アルミナとしても既知の酸化アルミニウムを含み得る。しかしながら、基板が、熱伝導性を呈する任意の材料を含んでもよいことを理解されたい。
【００３５】
サンプルブロックのＴＮＵ、及びしたがって、サンプルは、ＰＣＲ性能に極めて重要であり得る。ＴＮＵの概念は、当該技術分野において、通常、ＴＮＵテストフィクスチャ及び熱プロトコル（または手順）の使用によって得られる測定量として周知である。このようなテストフィクスチャは、サンプルブロックの上面上で画定される複数のサンプルウェルに個々に挿入される複数の温度センサを含んでもよい。様々な実施形態では、４ウェルから最大少なくとも３８４ウェルのアレイが、サンプルブロックの上面上で画定され得る。ＴＮＵ測定用に選択される実際のウェルは、頻繁に、サンプルブロックアセンブリの設計中に決定され、最も熱的に多様なサンプルブロックのそれらの領域を表し得る。
【００３６】
上で考察されるように、ＴＮＵは、ＴＮＵプロトコル（または手順）の使用によって測定され得る。プロトコルは、ハンドヘルド装置またはコンピュータ上に常駐してもよく、それらのうちのいずれかは、機械語を実行することができる。プロトコルは、ＴＮＵが測定される間の温度または温度設定の上昇及び／または低下を指示することができる。熱プロトコルは、測定されるＴＮＵの種類に応じて、追加のパラメータを含んでもよく、または含まなくてもよい。動的ＴＮＵは、ある温度から別の温度への遷移の間の、サンプルブロック全体を通した熱不均一性を特徴付ける。静的ＴＮＵは、定常状態の間の、サンプルブロックの熱不均一性を特徴付ける。定常状態は、通常、ホールド時間またはドウェル時間と定義される。更に、測定を行う際、ブロックの均一性が時間とともに改善するため、ホールド時間中に経過した時間もまた重要である。
【００３７】
例えば、ＴＮＵプロトコルは、９５℃〜６０℃のサンプルブロック温度の循環の間に行う温度測定を指定することができる。プロトコルは、更に、ホールド時間またはドウェル時間の開始３０秒後に行われる測定を指定することができる。各温度及び期間で、フィクスチャ内の全てのセンサが読み取られ、その結果は、メモリに記憶される。
【００３８】
次いで、ＴＮＵは、センサから得られる温度読取値から計算される。温度データを分析する複数の方法が存在する。例えば、ＴＮＵを計算するための１つの方法は、特定の温度点、例えば９５℃での、センサの全てから記録された最高温度及び最低温度を特定することを含み得る。次いで、ＴＮＵは、最高温度から最低温度を差し引くことによって計算することができる。この方法は、差異ＴＮＵと称され得る。
【００３９】
ＴＮＵを計算する別の例は、特定の温度点、例えば９５℃での、センサの全てから記録された最高温度及び最低温度を特定することを含み得る。次いで、ＴＮＵは、最高温度から最低温度を差し引いて、次に、その差を２で割ることによって計算することができる。この方法は、平均差ＴＮＵと称され得る。
【００４０】
ゲルデータと比較して設定される業界標準は、約１．０℃の差として、または０．５℃の平均差として定義されるＴＮＵを表し得る。ゲルデータは、アガロースゲル中の電気泳動の使用を通した、ＤＮＡ増幅の結果の評価に使用される分析技法を指す。この技法は、微生物学の業者に周知である。
【００４１】
均一性に影響する最も重要な要因の１つは、装置間の熱電装置性能の変動である。良好な均一性が達成される最も難しい点は、周囲温度から懸け離れて設定された定温サイクルの間である。実際には、これは、約９５℃以上で定温でのサーモサイクラーの設定である。２つ以上の熱電装置は、これらの条件下で整合されて、１組の装置を作成することができ、それらは個々に、所与の入力電流に対して実質的に同じ温度を生成する。熱電装置は、任意の所与の設定で０．２℃内に整合され得る。
【００４２】
サンプルブロックの加熱及び冷却のための多くの用途は、複数のペルチェ装置を利用する。これは、サンプル数が大きい場合、例えば、９６サンプル、３８４サンプル、または３８４サンプルを超える場合、最も一般的である。これらの状況では、ペルチェ装置は、典型的には、並列で熱的及び直列で電気的に接続され、各装置に同じ量の電流を提供し、各装置がブロックを横断して実質的に同じ温度を生成するであろうことが予想される。
【００４３】
電流は、頻繁に、例えば、制御装置、増幅器、電力増幅器、または調整可能な電力供給装置と称される電子回路によって提供され得る。同様にそのような制御装置は、熱センサを利用して、サンプルブロックの領域の温度を特定し、熱フィードバックを提供することができる。サーミスタ、白金抵抗装置（ＰＲＴ）、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）、熱電対、二元金属装置、液体膨張装置、分子状態変化、シリコンダイオード、赤外線ラジエーター、及びシリコンバンドギャップ温度センサ等の熱センサ装置は、対象の温度を特定することができる周知の装置の一部である。いくつかの実施形態では、熱センサは、ペルチェ装置に近接し、サンプルブロック領域に熱連通していてもよい。複数のペルチェ装置を利用する従来技術の代表的なシステムでは、使用されるペルチェ装置の数は、典型的には、偶数である。例えば、２、４、６、または８つのペルチェ装置を備えるサーモサイクラーシステムは、当該技術分野で周知である。複数の装置実装では、ペルチェはグループ分けされ得る。例えば、４つの装置は、４つの装置のグループまたは２つの装置の２つのグループであってもよい。６つの装置は、６つの装置の１つのグループ、３つの装置の２つのグループ、または２つの装置の３つのグループであってもよい。同様に、８つの装置は、８つの装置の１つのグループ、４つの装置の２つのグループ、または２つの装置の４つのグループであってもよい。グループ分けは、用途によって決まることが多い。例えば、サーモサイクラーシステムを使用する勾配は、典型的には、２つの装置の複数のグループ分けを利用する。複数のペルチェ装置を備えるサーモサイクラーの全ての従来の実装では、任意のグループの内の個々の装置は、典型的には、電気的に直列に接続され、このため、個々には制御されない。
【００４４】
図１は、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。本明細書に記載されるように、サンプルブロックアセンブリ１０は、サンプルブロック１１、ペルチェ装置１２ａ及び１２ｂのペア、熱センサ１３、並びに制御装置１７を備える。ペルチェ装置１２ａ及び１２ｂのペアは、電線用導管１６を通して電気的に直列に接続され、電線用導管１５を通して制御装置１７に電気的に接続される。熱センサ１３は、ペルチェ装置１２ａと１２ｂとの間に提供される間隙１８内に位置し、電線用導管１４を通して制御装置１７に電気的に接続される。間隙１８は、サンプルブロック１１とペルチェ装置１２ａ及び１２ｂとの間、並びに熱センサ１３とサンプルブロック１１との間に連続した熱連通を提供するために必要である。当業者であれば、図１に示されるものは、２つのペルチェ装置に限定されず、任意の数のペルチェ装置に適用するためにサイズ決めされ得ることを理解されたい。熱センサ１３の間隙領域１８内への配置並びにペルチェ装置１２ａ及び１２ｂを直列に電気的に制御することは、サンプルブロック全体を通した良好な熱均一性の達成に悪影響を与えることがあることに留意されたい。これは、ペルチェ装置の直列で電気的な制御が、温度不均一性がサンプルブロック上で検出される場合であっても、温度補償を可能にするための各ペルチェに向けられる電流の独立制御ができないため、一部には、熱センサ１３に同時に隣接する２つのペルチェ装置からの熱交差干渉によるものである。図２は、様々な実施形態に従う、２つのペルチェ装置の独立制御を提供す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。
【００４５】
本明細書に記載されるように、熱ブロックアセンブリ２０は、サンプルブロック２１、ペルチェ装置２２ａ及び２２ｂ、第１のセンサ２３、第２のセンサ２４、並びに制御装置２７から構成され得る。図２に示される構造は、ペルチェ２２ａ及び２２ｂの独立制御を提供することができ、サンプルブロック２１上で検出される温度の不均一性を補う。これは、電線用導管２５を通してペルチェ２２ａを制御装置２７に、及び電線用導管２６を通してペルチェ装置２２ｂを制御装置２７に電気的に接続することで実現することができる。サンプルブロック２１上の温度不均一性を補うペルチェ装置２２ａ及び２２ｂの独立制御は、それぞれ、ペルチェ１２ａ及び１２に隣接する第１のセンサ２３及び第２のセンサ２４を置くことによって、更に可能となり得る。第１のセンサ２３は、電線用導管２８を通して制御装置２７に電気的に接続されてもよく、第２のセンサ２４は、電線用導管２９を通して制御装置２７に電気的に接続されてもよい。この方法では、ペルチェ装置２２ａの温度は、第１のセンサ２３に示される温度によって左右され得、ペルチェ装置２２ｂの温度は、第２のセンサ２４によって示される温度によって左右され得る。
【００４６】
しかしながら、ペルチェ装置の独立制御は所望の機能であるが、図２に示される要素の配置は理想ではないことを理解されたい。これは、ペルチェ装置２２ａと２２ｂとの間に位置するセンサ２３の結果として、センサ２３によって測定される読取値の熱交差干渉によるものである。つまり、図２に示される構造では、センサ２３によって測定される温度読取値は、ペルチェ２２ａ及び２２ｂの温度の組み合わせによって干渉され、これは、サンプルブロック２１全体を通した良好な熱均一性の達成に悪影響を与える。
【００４７】
図３Ａ、３Ｂ、及び３Ｃは、様々な実施形態に従う、ペルチェ装置の種々の図を示す。図３Ａは、ペルチェ装置３０の上面図であり、図３Ｂは、ペルチェ装置３０の等角図であり、及び図３Ｃは、ペルチェ装置３０の側面図である。当業者であれば、図３Ａ、３Ｂ、及び３Ｃに示されるペルチェ装置の一般的レイアウト及び構築は、従来のペルチェ装置と同様であってもよいが、いくつかの極めて重要な違い（以下に説明される）を有することを認識するであろう。例えば、様々な実施形態では、ペルチェ装置３０は、第１の熱伝導層３１、第２の熱伝導層３４、並びに、当該技術分野において第１の伝導層３１と第２の伝導層３４との間に挟まれるペルチェ要素とも称される複数の半導体ペレット３５で構成されてもよい。様々な実施形態では、第２の熱伝導層３４は、１次元において、ワイヤ３３の接続を可能にするように第１の熱伝導層３１よりも若干長くてもよく、制御装置１７への接続のための電線用導管を提供する。様々な実施形態では、開放チャネル３２は、第１の熱伝導層３１及びペルチェ要素３５に刻まれて、第２の熱伝導層３４の内面３６を曝露し得る。様々な実施形態では、開放チャネル３２は、ペルチェ装置の縁面に刻まれた溝であってもよい。様々な実施形態では、開放チャネル３２は、第２の熱伝導層３４及びペルチェ要素３５に刻まれて、第１の熱伝導層３１の内面（示されていない）を曝露する。様々な実施形態では、開放チャネル３２は、熱センサに隣接して位置付けられるサンプルブロックの領域の温度を測定するために使用され得る熱センサ要素を収容または格納するように更に構成され得る。様々な実施形態では、熱センサは、ペルチェ装置３０内の筺体内に一体化されてもよい。様々な実施形態では、開放チャネルは、特定の用途のために選択されるセンサを収納するようにサイズ決めされてもよい。
【００４８】
当業者であれば、開放チャネル３２を形成するための一部の第１の熱伝導層３１及びペルチェ要素３５への刻みは、サンプルブロックを横断するＴＮＵに不利に影響する場合があることを認識し得る。これは、開放チャネル３２の領域内のペルチェ要素３５の不在によって生じ得る。ＴＮＵに対するこの潜在的悪影響は、本開示において後で考察される。
【００４９】
図４は、様々な実施形態に従う、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マルチチャネル電力増幅器システムのレイアウトを例示するブロック図である。マルチチャネル電力増幅器システムは、複数の電気回路またはチャネルを含む制御装置回路によって特徴付けることができる。様々な実施形態では、各チャネルは、固有の熱電装置への電圧及び／または電流等の電気信号を提供することができる。つまり、１つのチャネルは、１つの固有の熱電装置に割り当てられ得る。様々な実施形態では、各チャネルは、更に、固有の熱電装置に近接して（またはその中に）位置する熱センサに適合することができる。熱センサは、温度測定を制御装置回路で読み取ることができる電気信号に変換するように構成され得る。様々な実施形態では、各固有の熱電装置は、熱センサと関連付けられて、単独チャネルと通信している熱電装置制御ユニットを形成する。様々な実施形態では、制御装置回路は、動作命令及び／または制御信号を制御装置回路に提供するための機械語命令を実行することができる外部プロセッサ及び／または他の外部計算装置と通信している。様々な実施形態では、プロセッサは、制御装置回路内に埋め込まれるか、または制御装置回路の外部に位置付けられてもよいが、制御装置回路を有する一般的な筺体内である。様々な実施形態では、プロセッサ及び／または計算装置は、制御装置に内在するチャネルの全てと通信していてもよい。様々な実施形態では、プロセッサ及び／または他の計算装置は、制御装置の各チャネルを使用して、熱電装置と関連付けられる熱センサによって提供される電気信号に基づいて各固有の熱電装置に提供される電圧及び／または電流を独立して制御することができる。様々な実施形態では、センサからの電気信号に基づく電圧及び／または電流の制御は、閉ループ制御システムを表す。様々な実施形態では、閉ループ制御システムは、互いに独立して各熱電装置の温度を制御し、それにより、サンプルブロックを横断する実質的に均一な温度を提供することができる。
【００５０】
本明細書に記載されるように、サンプルブロックアセンブリ４００は、サンプルブロック４１０並びにペルチェ装置４２０ａ及び４２０ｂから構成され得る。ペルチェ装置４２０ａ及び４２０ｂは、図３Ａ及び３Ｂに示されるもののように、実質的に同じ構築及び機能を有し得る。図４を参照して、様々な実施形態では、熱センサ４３０は、ペルチェ装置４２０ａの開放チャネル４５０に格納または収容され得る。同様に、熱センサ４４０は、ペルチェ装置４２０ｂの開放チャネル４６０に格納または収容され得る。様々な実施形態では、制御装置４９０は、１つのコンピュータプロセッサまたは多くのコンピュータプロセッサを有してもよい。様々な実施形態では、コンピュータプロセッサ（複数可）は、ペルチェ装置４２０ａ及び４２０ｂの熱制御に適した機械語を実行するように構成されてもよい。制御装置４９０は、更に、２つの独立して機能するチャネル４７０及び４８０を備えるように構成されてもよい。各チャネルは、単一プロセッサに接続されてもよく、または各チャネルは、専用プロセッサを有してもよい。チャネル４８０は、ペルチェ装置４２０ａに電気的に接続されてもよく、熱センサ４３０と関連付けられてもよい。同様に、チャネル４７０は、ペルチェ装置４２０ｂに電気的に接続されてもよく、熱センサ４４０と関連付けられてもよい。制御装置４９０並びにそれぞれ、開放チャネル４５０及び４６０内の熱センサ４３０及び４４０の筺体の独立したチャネル能力は、ペルチェ装置４２０ａ及び４２０ｂの独立した温度制御が可能である。制御チャネルの独立性は、各ペルチェ装置に近接しているサンプルブロックの領域が、同じ温度で維持されることを確実にするように、各ペルチェ装置の温度を調整する能力を提供することができる。
【００５１】
図１の熱センサ１３並びに図２の熱センサ２３及び２４を参照して、当業者であれば、センサを関連付けられるペルチェ装置の横に位置付けることは、センサを収納するためのペルチェ装置間の十分な空間を必要とし得ることを認識するであろう。図４に示されるように、ペルチェ装置４２０ａの筺体４５０（例えば、チャネル、溝、または刻み目）内の熱センサ４３０、及びペルチェ装置４２０ｂの筺体４６０（例えば、チャネル、溝、または刻み目）内の熱センサ４４０の位置は、ペルチェ装置間の間隙４０５を低減させることを可能にする。間隙４０５の低減は、サンプルブロック４１０全体を通した熱均一性を改善する更なる機会を提示することができる。
【００５２】
図５は、様々な実施形態に従う、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マルチモジュール電力増幅器システムのレイアウトを例示するブロック図である。マルチモジュール電力増幅器は、図４に示されるマルチチャネル電力増幅器と区別され得る。様々な実施形態では、マルチモジュール電力増幅器は、複数の熱制御モジュールを備えると特徴付けられ、各モジュールは、熱電装置に電圧及び／または電流等の電気信号を提供することができる。様々な実施形態では、各モジュールは、更に、固有の熱電装置に近接して（またはその中に）位置する熱センサに適合することができる。熱センサは、温度測定を制御装置回路で読み取ることができる電気信号に変換するように構成され得る。様々な実施形態では、各固有の熱電装置は、熱センサと関連付けられて、単独熱制御モジュールと通信している熱電装置制御ユニットを形成する。様々な実施形態では、各モジュールは、機械語命令を実行することができる固有のプロセッサ及び／または他の計算装置と通信している。様々な実施形態では、固有のプロセッサは、各モジュールに埋め込まれてもよく、または各モジュールの外部に位置付けられてもよい。様々な実施形態では、プロセッサは、固有の熱電装置及び各モジュールと関連付けられる固有の熱センサと通信し得る。様々な実施形態では、各モジュールと関連付けられるプロセッサ及び／または他の計算装置は、熱電装置と関連付けられる固有のセンサによって提供される電気信号に基づいて、各熱電装置への電圧及び／または電流を独立して制御することができる。様々な実施形態では、センサからの電気信号に基づく電圧及び／または電流の制御は、互いに独立して各熱電装置の温度を制御し、それにより、サンプルブロックを横断する実質的に均一な温度を提供することができる閉ループ制御システムを表す。
【００５３】
本明細書に記載されるように、サンプルブロックアセンブリ５００は、サンプルブロック４１０並びにペルチェ装置４２０ａ及び４２０ｂから構成され得る。図５は、更に、ペルチェ装置４２０ａの開放チャネル４５０内に収容され得る熱センサ４３０を示す。同様に、熱センサ４４０は、ペルチェ装置４２０ｂの開放チャネル４６０内に収容されて示される。様々な実施形態では、サンプルブロックアセンブリ５００は、熱制御モジュール５７０及び５８０に電気的に接続され得る。具体的には、ペルチェ装置４２０ａ及び関連付けられる熱センサ４３０は、独立した熱制御装置５８０に電気的に接続され得、同時に、ペルチェ装置４２０ｂ及び関連付けられる熱センサ４４０は、独立した熱制御装置５７０に電気的に接続され得る。
【００５４】
様々な実施形態では、独立した熱制御モジュール５７０及び５８０は、各々が、ペルチェ装置及び関連付けられる熱センサの独立した熱制御に適した機械語を実行することができるコンピュータプロセッサを備える独立したモジュールであってもよい。図４に示される実施形態と同様に、制御モジュールの独立性は、各ペルチェ装置に近接しているサンプルブロックの領域の全てが同じ温度で維持されることを確実にするように、各ペルチェ装置の温度を個々に調整する能力を提供することができる。
【００５５】
図６は、様々な実施形態に従う、熱センサがサンプルブロックアセンブリ上へどのように設置され得るかを示す断面図である。本明細書に記載されるように、サンプルブロックアセンブリ６００は、サンプルブロック６１０、熱センサ６３０、及びペルチェ装置６２０を備える。図６は、第１の熱伝導性層６２２、第２の熱伝導性層６２４、熱電ペレット６２６、及び開放チャネル６４０から構成されるペルチェ装置の要素を更に示す。様々な実施形態では、熱センサ６３０は、開放チャネル６４０内に格納され、サンプルブロック領域６５０に近接し、かつ熱連通していてもよい。様々な実施形態では、熱センサ６３０は、サンプルブロック領域６５０に近接し、かつ熱連通している別々の及びはっきりと異なる一体化される筺体（図示せず）内に格納され得る。様々な実施形態では、熱センサ６３０は、ペルチェ装置６２０内に一体化され（図示せず）、サンプルブロック領域６５０に熱連通している熱伝導性層６２２に近接し、かつ熱連通していてもよい。
【００５６】
様々な実施形態では、図４〜６のブロック図に示される熱ブロックアセンブリは、熱電装置と熱接触しているヒートシンクも含み得る。そのような熱ブロックアセンブリは、図７に示され、様々な実施形態に従うサンプルブロックアセンブリの断面図を提供する。本明細書に記載されるように、熱ブロックアセンブリ７００は、サンプルブロック７１０、ペルチェ装置７２０、開放チャネル７５０、熱センサ７３０、及びヒートシンク７４０から構成される。様々な実施形態では、ヒートシンク７４０は、ベースプレート７４２及びベースプレートの底から延長するフィン７４４を更に備え得る。ヒートシンク７４０は、ペルチェ装置７２０と熱接触していてもよく、サンプルブロック７１０からの熱の均一な除去（または散逸）に寄与することができる。熱ブロックアセンブリ７００はまた、エッジヒータ７６０の位置も示す。前に考察されたように、様々な実施形態では、エッジヒータ７６０は、熱ブロックアセンブリ内に含まれてもよく、サンプルブロックから低温の区域への熱流を弱める。サンプルブロックからの熱流を弱めることにより、サンプルブロックアセンブリのＴＮＵ性能に対する改善をもたらすことができる。
【００５７】
いくつかの実施形態では、熱ブロックアセンブリは、１つを超えるサンプルブロックを含んでもよい。そのようなサンプルブロックアセンブリの一例は、図８に示され、様々な実施形態に従って、マルチブロックサンプルブロックアセンブリの断面図、及びどのように様々なヒートシンク要素がサンプルブロックアセンブリと一体化されるかを示す。
【００５８】
本明細書に記載されるように、サンプルブロックアセンブリ８００は、サンプルブロック８１０及びサンプルブロック８２０から構成され得る。サンプルブロック８１０は、ペルチェ装置８１５と熱接触していてもよく、サンプルブロック８２０は、ペルチェ装置８２５と熱接触していてもよい。図８に示される実施形態では、サンプルブロック８１０及び８２０並びにそれらのそれぞれのペルチェ装置８１５及び８２５はまた、ヒートシンク８３０とも熱接触している。
【００５９】
様々な実施形態では、図８のサンプルブロックアセンブリは、１つを超えるヒートシンクを有してもよい。そのような構造では、サンプルブロックアセンブリ８００のサンプルブロック８１０及び８２０並びにそれらのそれぞれのペルチェ装置８１５及び８２５は各々、それらの個々のヒートシンク（図示せず）と熱接触していてもよい。つまり、サンプルブロックアセンブリ８００は、２つ以上のサンプルブロックから構成され得る。各サンプルブロックは、１組のペルチェ装置及びヒートシンクと関連付けられ得る。そのような構造は、サンプルブロックアセンブリ８００内に収容されるサンプルブロックのそれぞれの独立した熱制御を可能にすることができる。
【００６０】
図９は、様々な実施形態に従う、個々に制御されるペルチェ装置がどのようにサンプルブロックの下に位置付けられるかを例示する上面ブロック図である。本明細書に記載されるように、熱ブロックアセンブリ９００は、１つを超えるサンプルブロックから構成され得る。つまり、示されるように、サンプルブロック９１０は、３つのペルチェ装置（９２０、９３０、９４０）の頂部に位置するように示される。３つのペルチェ装置は、サンプルブロック９１０の下にあり見えないが、サンプルブロック９１０の左に示される電気接続部９１５のペアは、サンプルブロック９１０と関連付けられるペルチェ装置（９２０、９３０、９４０）との間の関係を示す。図９の右側は、３つのペルチェ装置９２０、９３０、及び９４０を示す。ペルチェ９２０、９３０、及び９４０は、関連付けられるサンプルブロックを伴わずに示され、サンプルブロック９１０を取り除いたときに何が露出するかを示す。更に、ペルチェ装置９２０、９３０、及び９４０は、開放チャネル９２５、９３５、及び９４５が右側に位置するように整列される。同様に、示されないが、サンプルブロック９１０の下に位置するペルチェ装置は、開放チャネル９２５、９３５、及び９４５に類似の開放チャネルを有する。様々な実施形態では、ペルチェ装置は、サンプルブロックの中心領域の下に位置してもよく、中心ペルチェの外周囲に追加のペルチェ装置を有する。そのような実施形態は、独立した熱制御をサンプルブロックの中心及び両側に提供することによって、サンプルブロックの熱均一性の改善に寄与することができる。しかしながら、サンプルブロック９１０の下のペルチェ装置内の開放チャネルは、左側に位置し得る。様々な実施形態では、ペルチェ装置の各々の独立制御は、サンプルブロック全体にわたって僅かな温度変化の補正を可能にすることができる。僅かな温度変化は、これらに限定されないが、ペルチェ装置のミスマッチまたは不一致、サンプルブロックとペルチェ装置との間の不完全な熱連結性、ペルチェ装置とヒートシンクとの間の不完全な熱連結性、サンプルブロック内の不均一な熱伝導性、及びヒートシンク内に入る熱の不均一な熱拡散を含む様々な理由で生じ得る。様々な実施形態では、僅かな変化の影響は、熱センサ（各ペルチェ装置内にまたは近接して位置する）からのフィードバックに基づいて、各ペルチェ装置に対する小さい電気制御調整を独立して可能にし、それにより、サンプルブロック全体にわたって実質的に均一な温度を提供するための小さい熱調整を駆動することによって、最小限に抑えることができる。様々な実施形態では、温度の僅かな変化を最小限に抑えるための僅かな熱調整を駆動する能力は、機器間の熱均一性の差を最小限に抑える際にも有効であり得る。従来技術の代表的なシステムは、典型的には、複数のペルチェ装置を電気的に直列に構成することに留意することが重要である。直列構造は、複数のペルチェ装置が同じ電流を受けることを可能にするが、この直列構造は、単一ペルチェ要素の独立した個別の制御を禁止し得る。したがって、従来技術の代表的なシステムの能力は、制限されることがあり、サンプルブロック全体にわたって実質的に均一な温度を提供するための僅かな温度調整をもたらす個々のペルチェ装置に対する僅かな電気制御調整を妨げる。
【００６１】
図１０は、様々な実施形態に従う、サンプルブロックアセンブリの温度を制御するためのファームウェア制御アーキテクチャを例示する論理図である。本明細書に示されるように、サーモサイクラーシステム１０００は、通信ポート１０４０を通して制御装置１０１０と通信している熱ブロックアセンブリ１０２０及び熱制御インターフェース１０３０を示す。当業者であれば、１つの通信ポート１０４０のみが示されるが、１つ以上の熱制御インターフェース１０３０を通して任意の数のサンプルブロックアセンブリ１０２０と通信する任意の数の通信ポートが含まれてもよいことを理解するであろう。制御装置１０１０は、コンピュータ処理ユニット１０１２を備えて更に示される。コンピュータ処理ユニット１０１２は、コンピュータ可読媒体１０１４内に収容される機械命令を実行することができる。コンピュータ処理ユニット１０１２は、コンピュータ可読媒体１０１４内に収容される機械命令を実行することができる当該技術分野で既知の任意のプロセッサであり得る。更に、コンピュータ可読媒体１０１４は、用途に適した当該技術分野で既知の任意の種類の記憶媒体であってもよい。前述のように、そのようなコンピュータ可読記憶媒体の例には、ハードドライブ、ネットワーク接続型記憶装置（ＮＡＳ）、読み取り専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、並びに他の光学式フラッシュメモリ及び非光学式データ記憶デバイスが挙げられる。コンピュータ可読記憶媒体はまた、コンピュータ可読コードが分散された様式で記憶され実行されるように、ネットワークに接続されたコンピュータシステム上に分散され得る。
【００６２】
図１１は、様々な実施形態に従う、サンプルブロック全体にわたってどのように熱均一性を達成することができるかをできるかを示す例示的プロセスフローチャートである。ステップ１３０２では、ブロックアセンブリが提供される。様々な実施形態では、ブロックアセンブリは、サンプルブロックと、サンプルブロックと熱連通している２つ以上の熱電装置とを含み得る。様々な実施形態では、熱電装置の各々は、固有の熱センサを格納することができる。様々な実施形態では、ステップ１３０４では、熱電装置の各々は、それらのそれぞれの固有の熱センサとペアリングされて、固有の物理熱ユニットを形成することができる。
【００６３】
様々な実施形態に従って、各固有の物理熱ユニットは、前述のように独立して制御され得る。独立制御能力は、マルチチャネル電力増幅器及びマルチモジュール電力増幅器を含むが、これらに限定されない様々な制御装置構造の使用によって実現することができる。いずれの場合でも、単一チャネルまたはモジュールを使用して、単一固有の物理熱ユニットを制御することができる。様々な実施形態では、固有の物理熱ユニットを組み合わせて、仮想チャネルを形成することができる。仮想チャネルは、複数の物理チャネルまたはモジュールを同じ温度設定点に選択的に制御して、複数の熱ユニットを熱的に制御することによって、形成することができる。例えば、制御装置は、６つの物理チャネルまたはモジュールを有し得る。６つのチャネルまたはモジュール制御装置は、固有の物理熱ユニットを異なる大きさのサンプルブロックを横断して実質的に均一な温度を提供することができる異なる大きさの仮想チャネルに組み合わせることができる。様々な実施形態では、例えば、６つの物理チャネルまたはモジュールを使用して、８×１２ウェルの長方形アレイとして構成された９６ウェルサンプルブロックを横断して実質的に均一な温度を提供することができる。様々な実施形態では、６つの物理チャネルまたはモジュールは、各仮想チャネルが３つの隣接する物理チャネルまたはモジュールの組み合わせである２つの仮想チャネルを形成するように組み合わせることができる。そのような構造は、２つの４８ウェルサンプルブロックまたは２つの９６ウェルサンプルブロックを横断して実質的に均一な温度を提供することができる。様々な実施形態では、各４８ウェルサンプルブロックは、８×６長方形ウェルアレイとして構成され得る。様々な実施形態では、各４８ウェルサンプルブロックは、４×１２ウェル長方形ウェルアレイとして構成され得る。様々な実施形態では、６つの物理チャネルまたはモジュールは、３つの仮想チャネルを形成するように組み合わせられてもよい。そのような構造は、３つの３２ウェルサンプルブロックを横断して実質的な均一な温度を提供することができる。様々な実施形態では、各３２ウェルサンプルブロックは、４×８長方形ウェルアレイとして構成され得る。物理チャネルまたはモジュールの数は６つに限定されないこと、及び６つを超える、または６つ未満のいずれかの任意の数のチャネルまたはモジュールが、本教示に含まれることを理解されたい。
【００６４】
様々な実施形態に従って、サーモサイクラーシステムは、熱ブロックアセンブリと、制御装置を用いて構成されるベースユニットとを含み得る。様々な実施形態では、熱ブロックアセンブリは、ベースユニットから取り外し可能であり、異なる熱ブロックアセンブリで置き換えることができる。各熱ブロックアセンブリは、異なるサンプルブロックフォーマットを用いて構成され得る。サンプルブロックフォーマットは、１６ウェル、３２ウェル、４８ウェル、９６ウェル、または３８４ウェルを含むが、これらに限定されない異なる数のサンプルウェルを用いて構成され得る。
【００６５】
様々な実施形態では、サンプルブロックのフォーマットは、サンプルブロックアセンブリ内で符号化され得る。ハードウェアジャンパー、無反射終端器、プルアップ抵抗、プルダウン抵抗、またはメモリ装置へのデータ書き込みを含むが、これらに限定されない符号化実装は、好適な符号化を提供することができる。様々な実施形態では、符号化されたサンプルブロックフォーマットは、ベースユニット及び制御装置に、または外部に接続されるコンピュータ装置に通信され得る。
【００６６】
様々な実施形態に従って、ベースユニットまたは外部コンピュータ装置は、サンプルブロックアセンブリから通信されるブロックフォーマットを復号することができる。様々な実施形態では、ベースユニットまたは外部コンピュータ装置は、仮想チャネル構造の何がサンプルブロックフォーマットに対応するかを決定することができる。様々な実施形態では、制御装置は、適切に制御装置の物理チャネルを組み合わせて、必要とされる仮想チャネル構造をもたらすことができる。
【００６７】
ステップ１３０６では、熱ユニットの各々の温度は、サンプルブロック全体にわたって実質的に均一な温度を維持するように制御装置によって独立して制御され得る。様々な実施形態では、制御装置は、前述されたものと同様のマルチチャネル制御装置であってもよい。様々な実施形態では、制御装置は、同様に、前述されたものと同様のマルチモジュール制御装置であってもよい。
【００６８】
実験データ
上で考察されるように、ゲルデータと比較すると業界標準セットは、約１．０℃の差または０．５℃の平均差のいずれかのＴＮＵを呈する。ＴＮＵ値は、サンプルブロック温度測定に基づく計算値である。様々な実施形態では、温度測定は、サンプルブロックの特定のウェル内に位置する１組の熱センサから得られる。様々な実施形態では、サンプルブロック内のセンサの特定のウェル位置は、サンプルブロックアセンブリの設計段階の間に決定され、最も熱的に多様なサンプルブロックの領域を表し得る。前述のように、温度測定は、プロトコル（手順）の使用によって得られ、それは、ハンドヘルド装置または他の計算装置に記録することができ、どちらも機械語を実行することができる。様々な実施形態では、プロトコル（手順）は、温度設定点及びドウェル（ホールド）時間等の熱サイクルパラメータを含み得る。様々な実施形態では、熱測定は、動的ＴＮＵを決定するために、１つの温度設定点から第２の温度設定点への遷移（傾斜）中に行われ得る。別の実施形態では、熱測定は、静的ＴＮＵを決定するために、ドウェル（ホールド）時間中に行われ得る。いずれの場合でも、プロトコル（手順）は、測定値が読み取られ得るドウェル（ホールド）時間または遷移（傾斜）時間を含み得る。
【００６９】
例えば、ＴＮＵプロトコルは、９５℃〜６０℃のサンプルブロック温度の循環の間に行う温度測定を指定することができる。プロトコルは、更に、ホールド時間またはドウェル時間の開始３０秒後に行われる測定を指定することができる。各温度及び期間で、フィクスチャ内の全てのセンサが読み取られ、その結果は、メモリに記憶される。
【００７０】
次いで、ＴＮＵは、センサから得られる温度読取値から計算される。温度データを分析する複数の方法が存在する。例えば、ＴＮＵを計算するための１つの方法は、特定の温度点、例えば９５℃及び６０℃での、センサの全てから記録された最高温度及び最低温度を特定することを含み得る。様々な実施形態では、静的ＴＮＵは、測定されるサンプルブロックが温度設定点に達した後、３０秒間測定され得る。次いで、ＴＮＵは、最高温度から最低温度を差し引くことによって計算することができる。この方法は、差異ＴＮＵと称され得る。
【００７１】
ＴＮＵを計算する別の例は、特定の温度点、例えば９５℃及び６０℃での、センサの全てから記録された最高温度及び最低温度を特定することを含み得る。様々な実施形態では、静的ＴＮＵは、測定されるサンプルブロックが温度設定点に達した後、３０秒間測定され得る。次いで、ＴＮＵは、最高温度から最低温度を差し引いて、次に、その差を２で割ることによって計算することができる。この方法は、平均差ＴＮＵと称され得る。
【００７２】
サンプルブロック温度測定から計算されるＴＮＵは、温度設定点と無関係ではないことに留意されたい。前述のように、サンプルブロックからの熱損失は、サンプルブロックと周囲温度との温度差が最も高いときにより大きい。したがって、より高いサンプルブロック設定点は、本質的により高いＴＮＵを有する。結果として、例えば、９５℃の設定点で計算されたＴＮＵは、６０℃等のより低い温度で計算されたＴＮＵよりも大きい。
【００７３】
また、ある特定のシステム設計構造では、熱ブロックアセンブリは、サンプルブロックの縁及び角からの熱損失を被り得ることも上で考察された。更に、図３における開放チャネル３２の含有は、更に、サンプルブロック全体にわたって供給される不十分及び／または不均一な熱分布をもたらし、ＴＮＵ性能の劣化の一因になり得る。様々な実施形態では、この熱損失は、サンプルブロックの要素として１つ以上のエッジヒータを含むことによって軽減することができる。
【００７４】
様々な実施形態に従って、市販のエッジヒータのいくつかの例が存在する。例えば、Ｔｈｅｒｍａｆｏｉｌ（商標）Ｈｅａｔｅｒ（Ｍｉｎｃｏ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．，Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，Ｍｉｎｎ．）、ＨＥＡＴＦＬＥＸ  Ｋａｐｔｏｎ（商標）Ｈｅａｔｅｒ（Ｈｅａｔｒｏｎ，Ｉｎｃ．，Ｌｅａｖｅｎｗｏｒｔｈ，Ｋａｎｓ．）、Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｈｅａｔｅｒｓ（Ｗａｔｌｏｗ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，Ｍｏ．）、及びＦｌｅｘｉｂｌｅ  Ｈｅａｔｅｒｓ（Ｏｇｄｅｎ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ａｒｌｉｎｇｔｏｎ  Ｈｅｉｇｈｔｓ，Ｉｌｌ．）。
【００７５】
様々な実施形態に従って、エッジヒータは、加硫シリコーンゴム加熱器、例えば、Ｒｕｂｂｅｒ  Ｈｅａｔｅｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ（Ｍｉｎｃｏ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．）、ＳＬ−Ｂ  ＦｌｅｘｉｂｌｅＳｉｌｉｃｏｎｅ  Ｒｕｂｂｅｒ  Ｈｅａｔｅｒｓ（Ｃｈｒｏｍａｌｏｘ，Ｉｎｃ．，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，Ｐａ．）、Ｓｉｌｉｃｏｎｅ  Ｒｕｂｂｅｒ  Ｈｅａｔｅｒｓ（ＴｒａｎｓＬｏｇｉｃ，Ｉｎｃ．，Ｈｕｎｔｉｎｇｔｏｎ  Ｂｅａｃｈ，Ｃａｌｉｆ．）、Ｓｉｌｉｃｏｎｅ  Ｒｕｂｂｅｒ  Ｈｅａｔｅｒｓ（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｐｌａｓｔｉｃ  Ｈｅａｔｅｒ  Ｓｅｎｓｏｒ  ＆  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｃｏ．，Ｓｃａｒｂｏｒｏｕｇｈ，Ｏｎｔａｒｉｏ，Ｃａｎａｄａ）であってもよい。
【００７６】
様々な実施形態に従って、エッジヒータは、種々の感圧接着フィルムを用いて縁面に連結され得る。均一な厚さ及び気泡の喪失を提供することが望ましい。均一な厚さは、均一な接触及び均一な加熱を提供する。エッジヒータ下の気泡は、局所過熱及び潜在的な加熱器焼損を引き起こし得る。典型的には、感圧接着剤は、特定の温度範囲で硬化する。感圧接着フィルムの例には、Ｍｉｎｃｏ  ＃１０、Ｍｉｎｃｏ  ＃１２、Ｍｉｎｃｏ  ＃１９、Ｍｉｎｃｏ  ＃１７、及びＡｂｌｅｆｉｌｍ  ５５０ｋ（ＡｂｌｅＳｔｉｋ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｒａｎｃｈｏ  Ｄｏｍｉｎｇｕｅｚ，Ｃａｌｉｆ．）が挙げられる。
【００７７】
様々な実施形態に従って、エッジヒータは、液体接着剤で縁面に接合され得る。液体接着剤は、感圧接着剤よりも良好に曲面に適している。液体接着剤には、１部ペースト、２部ペースト、ＲＴＶ、エポキシ等が挙げられる。気泡は、混合後の接着剤上に真空を引きこむ、または気泡が抜け出せるように加熱器を穿孔する等の特別な技法によって実質的に回避することができる。液体接着剤の例には、Ｍｉｎｃｏ  ＃６、ＧＥ  ＃５６６（ＧＥ  Ｓｉｌｉｃｏｎｅｓ，Ｗｉｌｔｏｎ，Ｃｏｎｎ．）、Ｍｉｎｃｏ  ２５  ＃１５，Ｃｒｅｓｔ  ３１３５  ＡｌＢ（Ｌｏｒｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｃａｒｙ，Ｎ．Ｃ．）が挙げられる。
【００７８】
様々な実施形態に従って、エッジヒータは、テープまたはシュリンクバンドによって縁面に接合され得る。シュリンクバンドは、マイラまたはカプトンから構成され得る。中間接着層の代わりに、接着層は、貼付加熱器の頂部に移動される。シュリンクバンド及びストレッチテープの例には、Ｍｉｎｃｏ  ＢＭ３、Ｍｉｎｃｏ  ＢＫ４、及びＭｉｎｃｏ  ＃２０が挙げられる。様々な実施形態に従って、貼付加熱器は、例えば、フィルムで縁面上に積層化され得る。様々な実施形態に従って、エッジヒータは、加熱面に機械的に接着され得る。例えば、小穴を有するエッジヒータは、レーシング紐、ベルクロホック及びループ、バネ付きの金属留め具、並びにストラップ付きの独立した留め具を用いて接着されている。
【００７９】
様々な実施形態に従って、エッジヒータによって供給される熱は、均一に分配されてもよく、または不均一に分配されてもよい。様々な実施形態では、不均一な熱分布は、前述のように、サンプルブロックから周囲への不均一な熱損失を補うのにより有効であり得る。不均一な熱損失は、サンプルブロックのより長い縁よりも急速に熱を喪失するサンプルブロックの角から生じ得る。様々な実施形態では、不均一な熱分布は、エッジヒータ全体にわたる熱密度を変化させることによって、提供することができる。この技法は、例えば、上述のように、サンプルブロックの縁と角との間の不均一な熱損失を補うことができる。
【００８０】
様々な実施形態に従って、熱分布は、熱がブロックの特定の区域に適用され、他の区域に熱が提供されないようになってもよい。この技法は、例えば、熱源の隙間となり得るサンプルブロックアセンブリの特徴または領域を補うことができる。
【００８１】
様々な実施形態に従って、上述のように、１つ以上のエッジヒータが使用され得る。必要とされる熱に応じて、エッジヒータは、サンプルブロックの１つの縁に添着され得る。追加のエッジヒータは、サンプルブロックの反対側の縁面もしくは隣接する縁面または両方の縁面に添着され得る。
【００８２】
様々な実施形態に従って、個々のエッジヒータは、長方形のサンプルブロックの任意または全ての４つの縁面を添着され得る。複数のエッジヒータの使用は、熱プロトコル（または手順）の実行中のサンプルブロックからの異なる熱損失を補う各エッジヒータの独立制御を可能にすることができる。
【００８３】
これらの効果は、図１２及び１３に示される熱プロットに例示される。図１２及び１３において、１組の熱プロットは、図８に示されるものと同様の熱ブロックアセンブリから測定される熱データを使用して、サンプルブロックアセンブリの熱不均一性（ＴＮＵ）性能プロファイルを示す。
【００８４】
図１２は、様々な実施形態に従う、一体化縁加熱要素を有しないデュアル９６ウェルサンプルブロックアセンブリの熱不均一性（ＴＮＵ）性能プロファイルを示す１組の熱プロットである。図１２に示される４つの熱表面プロットは、当該技術分野で周知であり、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｅｘｃｅｌ等の任意の数のソフトウェアプログラムの使用によって生成することができる。表面プロットは、ある特定の条件下のサンプルブロック（エッジヒータを有しない）全体にわたる温度を表す。一例として、図１２の表面プロットは、図８に示される２つのサンプルブロックの熱プロファイルを表すことができる。表面プロット１１１０及び１１２０は、それぞれ、約９５℃の上昇温度設定でのサンプルブロック８１０及び８２０のＴＮＵプロファイルを示す。表面プロット１１３０及び１１４０は、それぞれ、約６０℃の低下温度でのサンプルブロック８１０及び８２０のＴＮＵを表す。表面プロット１１１０〜１１４０に関して、上で考察した平均差法によってＴＮＵを計算した。つまり、図１２の熱プロットに示されるように、９５℃への上昇動作中のサンプルブロック（エッジヒータを有しない）のＴＮＵは、約０．４３℃〜約０．５３℃である。６０℃への低下動作中、ブロックのＴＮＵは、約０．３５℃〜約０．４６℃である。
【００８５】
表面プロット１１１０は、プロットの左側に温度の勾配を示し、一方、表面プロット１１２０は、右側に温度の勾配を示す。当業者であれば、図９を参照して、表面プロット１１１０及び１１２０に示される下方勾配は、サンプルブロックの下のペルチェ装置上で画定される開放チャネルの位置にほぼ対応することを認識するであろう。この影響は、表面プロット１１３０及び１１４０においても観察することができる。しかしながら、この影響は、サンプルブロック温度設定値と周囲との間の温度差がはるかに小さいため、表面プロット１１３０及び１１４０におけるほど顕著ではない。
【００８６】
図１３は、様々な実施形態に従う、一体化縁加熱要素を有するデュアル９６ウェルサンプルブロックアセンブリの熱不均一性（ＴＮＵ）性能プロファイルを示す１組の熱プロットである。４つの表面プロット１２１０、１２２０、１２３０、及び１２４０は、図１３に示される。図１２と同様に、表面プロット１２１０及び１２２０は、それぞれ、約９５℃の上昇温度設定でのサンプルブロック８１０及び８２０のＴＮＵを表す。表面プロット１２３０及び１２４０は、それぞれ、約６０℃の低下温度でのサンプルブロック８１０及び８２０のＴＮＵを表す。図１２の表面プロットと同様に、前に開示された平均差法によって表面プロット１２１０〜１２４０のＴＮＵを計算した。
【００８７】
しかしながら、図１３の表面プロットは、図８のサンプルブロック８１０及び８２０の実質的に平坦な縁面に連結されるエッジヒータの結果である。エッジヒータのブロック８１０及び８２０の各々への連結は、図７においてエッジヒータ７６０として示されるものと同様に実現され得る。エッジヒータは、ペルチェ装置上で画定される開放チャネルの領域内のサンプルブロックに更なる熱を提供するように構成される。更なる熱は、ペルチェ装置の各々を個々に制御する熱ブロックアセンブリの能力を維持しながら、開放チャネル内のペルチェ要素の欠乏を補う。
【００８８】
当業者であれば、エッジヒータの含有は、高温でのＴＮＵ及び低温でのＴＮＵの両方に対して好影響を有することに気が付くであろう。更に、図１２の表面プロットを図１３の表面プロットと比較することにより、当業者であれば、エッジヒータの含有が両方のサンプルブロックのＴＮＵに対して全体的な改善を提供することも理解するであろう。図１３に示される結果として得られるＴＮＵは、前に図１２に開示された０．５℃の平均差法に対する業界標準よりもほぼ２倍優れている。つまり、図１３の熱プロットに示されるように、９５℃への上昇動作中のブロックのＴＮＵ（平均差法を使用して計算される）は、約０．２６℃〜０．２８℃である。６０℃への低下動作中、ブロックのＴＮＵは、約０．２４℃〜約０．２９℃である。
【００８９】
図１６は、従来技術を代表するサンプルブロックアセンブリの一体化縁部加熱要素を有するデュアル９６ウェルサンプルブロックアセンブリの熱不均一性（ＴＮＵ）性能プロファイルを示す１組の熱プロットである。４つの表面プロット１６１０、１６２０、１６３０、及び１６４０は、図１６に示される。表面プロット１６１０及び１６２０は、約９５℃の上昇温度設定における、それぞれ、サンプルブロック８１０及び８２０と類似のサンプルブロックのＴＮＵを表す。表面プロット１６３０及び１６４０は、約６０℃の低下温度設定における、それぞれ、サンプルブロック８１０及び８２０と類似のサンプルブロックのＴＮＵを表す。しかしながら、表面プロット１６１０〜１６４０の作成に使用されるサンプルブロックは、図８のサンプルブロック８１０及び８２０とは異なる。図１６のサンプルブロックは、図７の開放チャネル７５０の熱電装置の隙間を含み、したがって、個々の熱電装置の独立した個別の熱制御ができない。図１３の表面プロットと同様に、前に開示される平均差法に従って、表面プロット１６１０〜１６４０のＴＮＵも計算した。
【００９０】
図１３の表面プロットと同様に、表面プロット１６１０〜１６４０は、図８のサンプルブロック８１０及び８２０と同様のサンプルブロックの実質的に平坦な縁面に連結されるエッジヒータの結果である。エッジヒータのブロック８１０及び８２０の各々への連結は、図７においてエッジヒータ７６０として示されるものと同様に実現され得る。
【００９１】
当業者であれば、熱電装置の独立した個別の熱制御の能力を可能にする開放チャネルを有する熱電装置の含有が、高温でのＴＮＵ及び低温でのＴＮＵの両方に対して好影響を有することに気付くであろう。更に、図１３の表面プロットを図１６の表面プロットと比較することにより、当業者であれば、開放チャネルを有する熱電装置の含有が、両方のサンプルブロックのＴＮＵに対して全体的な改善を提供することも理解するであろう。図１３に示される結果として得られるＴＮＵは、熱電装置内に開放チャネルを有しない従来技術の図１６のサンプルブロックのＴＮＵと比較して、ＴＮＵのほぼ４５％の改善を示す。つまり、９５℃への上昇動作中、図１６のブロックのＴＮＵ（平均差法を使用して計算される）が、約０．４７℃〜０．４９℃であるのに対して、図１３の熱プロットに示されるように、９５℃への上昇動作中のブロックのＴＮＵ（平均差法を使用して計算される）は、約０．２６℃〜０．２８℃である。６０℃への低下動作中、図１６のブロックのＴＮＵ（平均差法を使用して計算される）が、約０．４１℃〜０．４３℃であるのに対して、６０℃への低下動作中、図１３のブロックのＴＮＵは、約０．２４℃〜約０．２９℃である。また、前述の理由により、図１３及び図１６の両方のＴＮＵは、約９５℃の設定点よりも約６０℃の設定点においてより低いことに留意すべきである。サンプルブロック上に縁部加熱要素を含むことによるＴＮＵプロファイル内の際立ったこの改善は、デュアルフラット構造サンプルブロックアセンブリに関する図１４及び図１５の熱プロットを参照して、同様に言明される。
【００９２】
図１４は、様々な実施形態に従う、一体化縁加熱要素を有しないデュアルフラットブロックサンプルブロックアセンブリの熱不均一性（ＴＮＵ）性能プロファイルを示す１組の熱プロットである。図１４に対する熱プロットに示されるように、９５℃への上昇動作中のブロックのＴＮＵ（平均差法を使用して計算される）は、約０．６２℃〜約０．７３℃である。６０℃への低下動作中、ブロックのＴＮＵは、約０．１７℃〜約０．２３℃である。
【００９３】
図１５は、様々な実施形態に従う、一体化縁加熱要素を有するデュアルフラットブロックサンプルブロックアセンブリの熱不均一性（ＴＮＵ）性能プロファイルを示す１組の熱プロットである。図１４に対する熱プロットに示されるように、９５℃への上昇動作中のブロックのＴＮＵ（平均差法を使用して計算される）は、約０．２４℃〜約０．３２℃である。６０℃への低下動作中、ブロックのＴＮＵは、約０．１５℃〜約０．２２℃である。
【００９４】
前述の実施形態は、明確さ及び理解のためにある程度詳細に記載されたが、本発明の正確な範囲から逸脱することなく、形式及び詳細において様々な変化が行われ得ることが本開示の読取値から当業者には明らかであろう。例えば、上述の全ての技法、器具、及びシステムは、様々な組み合わせで使用され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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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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