(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物学的試料を熱サイクリングするためのチャンバを部分的に規定する取り付け壁であって、前記取り付け壁は第２の取り付け面に対向する第１の取り付け面を有する、取り付け壁と、
前記チャンバ内において、前記第２の取り付け面から前記第２の取り付け面と交差する方向に延在する試料インタフェース壁であって、前記試料インタフェース壁は、前記第１の取り付け面からユーザが平面試料チャンバを挿入するためにアクセス可能なメスコネクタを有する平面インタフェースを支持し、前記試料インタフェース壁は第１の平面加熱要素及び第２の平面加熱要素を前記平面インタフェースの対向する主要面上に有する、試料インタフェース壁と、
前記チャンバの内部に設けられ、前記第１の平面加熱要素に向けて空気を導くように配置された出口を有する、第１の空気源と、
前記チャンバの内部に設けられ、前記第１の平面加熱要素から離れるよう空気を導くように配置された出口を有する、第２の空気源と、
前記チャンバの内部に設けられ、前記第２の平面加熱要素に向けて空気を導くように配置された出口を有する、第３の空気源と、
前記チャンバの内部に設けられ、前記第２の平面加熱要素から離れるよう空気を導くように配置された出口を有する、第４の空気源と
を備える、熱サイクリング機器。
【請求項２】
各空気源は平面を有する空気ポンプを備え、前記出口は平面上にあり、複数の端が前記平面を囲む、請求項１に記載の熱サイクリング機器。
【請求項３】
各空気ポンプは、その平面が前記第２の取り付け面に対して横断方向であるように、前記第２の取り付け面に結合される、請求項２に記載の熱サイクリング機器。
【請求項４】
第１の空気ポンプと第２の空気ポンプと前記試料インタフェース壁とは、前記チャンバの第１の部分容積を規定するように配置される、請求項２に記載の熱サイクリング機器。
【請求項５】
前記第２の空気ポンプの前記出口は、前記第１の部分容積の出口から空気を押し出すように配置される、請求項４に記載の熱サイクリング機器。
【請求項６】
第３の空気ポンプと第４の空気ポンプと前記試料インタフェース壁とは、前記チャンバの第２の部分容積を規定するように配置される、請求項４に記載の熱サイクリング機器。
【請求項７】
前記第４の空気ポンプの出口は、前記第１の部分容積の出口から空気を押し出すように配置される、請求項６に記載の熱サイクリング機器。
【請求項８】
前記第１及び第３の空気源は、前記第１及び第２の加熱要素に向けてそれぞれの空気流を直接導くようにそれぞれ配置される、請求項１に記載の熱サイクリング機器。
【請求項９】
前記第２及び第４の空気源は、前記試料インタフェース壁に向けて空気流を導くようにそれぞれ配置される、請求項８に記載の熱サイクリング機器。
【請求項１０】
前記第２及び第４の空気源は、前記試料インタフェース壁に沿って空気流を導くようにそれぞれ配置される、請求項８に記載の熱サイクリング機器。
【請求項１１】
前記第２及び第４の空気源は、前記試料インタフェース壁から離れるよう空気を吸引するようにそれぞれ配置される、請求項１０に記載の熱サイクリング機器。
【請求項１２】
前記取り付け壁及び試料インタフェース壁はプリント回路基板を備える、請求項１に記載の熱サイクリング機器。
【請求項１３】
前記試料インタフェース壁は前記チャンバを等しい容積に分割する、請求項１に記載の熱サイクリング機器。
【請求項１４】
第１〜第４の空気源は前記試料インタフェース壁に関して対称に配置される、請求項１３に記載の熱サイクリング機器。
【請求項１５】
各空気源は、内部ダイヤフラムに取り付けられた内部圧電素子を有する平面ハウジングを備える、請求項１に記載の熱サイクリング機器。
【請求項１６】
各平面ハウジングは出口ポートを含み、前記第１及び第３の空気源の前記出口ポートはそれぞれの空気流を前記第１及び第２の加熱要素に向けて直接提供するように配置される、請求項１５に記載の熱サイクリング機器。
【請求項１７】
前記第２及び第４の空気源の前記出口ポートはそれぞれの空気流を前記試料インタフェース壁に沿って又は前記試料インタフェース壁から離れるよう提供するように配置される、請求項１６に記載の熱サイクリング機器。
【請求項１８】
各々が生物学的試料ホルダに隣接して配置された第１の加熱要素及び第２の加熱要素をアクティブにし、
第１の空気源を使用して、第１の空気流を、前記第１の加熱要素から熱を移送するために第１の加熱要素に向けて導き、
第２の空気源を使用して、第２の空気流を、加熱された空気を前記第１の加熱要素から離れるよう導くために導き、
第３の空気源を使用して、第３の空気流を、前記第２の加熱要素から熱を移送するために第２の加熱要素に向けて導き、
第４の空気源を使用して、第４の空気流を、加熱された空気を前記第１の加熱要素から離れるよう導くために導くこと
を含む、熱サイクリング方法。
【請求項１９】
前記第１の加熱要素は、試料インタフェース壁の一方の側に対向するように配置され、第２の加熱要素は、試料インタフェース壁の他方の側に対向するように配置され、前記試料インタフェース壁は取り付け面から延在する、請求項１８に記載の熱サイクリング方法。
【請求項２０】
第１〜第４の空気源はそれぞれが、前記取り付け面にエッジ取り付けされた平面のハウジングを備える、請求項１９に記載の熱サイクリング方法。
【請求項２１】
前記第１及び第３の空気流は、前記第１及び第２の加熱要素と直接交差する、請求項１９に記載の熱サイクリング方法。
【請求項２２】
前記第２及び第４の空気流は、前記試料インタフェース壁に沿って導かれる、請求項２１に記載の熱サイクリング方法。
【請求項２３】
前記第２及び第４の空気流は、前記試料インタフェース壁から離れるように導かれる、請求項２１に記載の熱サイクリング方法。
【請求項２４】
各空気源は、内部ダイヤフラムに取り付けられた内部圧電素子を有する平面ハウジングを備える、請求項２１に記載の熱サイクリング方法。
【請求項２５】
各空気流を導くことは、各圧電素子に電力を供給することを含む、請求項２４に記載の熱サイクリング方法。
【請求項２６】
前記各圧電素子は所定の冷却サイクルに従って電源がオン及びオフにされる、請求項２５に記載の熱サイクリング方法。
【請求項２７】
前記加熱要素は所定の加熱サイクルに従って電源がオン及びオフにされ、前記加熱サイクルのオン部分は前記冷却サイクルのオン部分と位相がずれている、請求項２６に記載の熱サイクリング方法。
【請求項２８】
前記第１及び第２の加熱要素の温度を監視すること
を更に含む、請求項１８に記載の熱サイクリング方法。
【請求項２９】
前記第１及び第２の加熱要素は、所定の最小温度及び所定の最大温度に従って前記生物学的試料ホルダに熱を提供するためにアクティブにされる、請求項２８に記載の熱サイクリング方法。
【請求項３０】
第１〜第４の空気源は、前記生物学的試料ホルダが前記所定の最大温度に達した場合に空気を導くように制御される、請求項２９に記載の熱サイクリング方法。
【請求項３１】
第１〜第４の空気源は、前記生物学的試料ホルダが前記所定の最小温度に達した場合に空気を導くのを停止するように制御される、請求項３０に記載の熱サイクリング方法。
【請求項３２】
生物学的試料ホルダの対向する側を加熱する手段と、
第１の加熱要素から熱を移送するために、前記第１の加熱要素に向けて第１の空気流を導く手段と、
加熱された空気を前記第１の加熱要素から離れるよう導くために、第２の空気流を導く手段と、
第２の加熱要素から熱を移送するために、前記第２の加熱要素に向けて第３の空気流を導く手段と、
加熱された循環空気を前記第１の加熱要素から離れるよう導くために、第４の空気流を導く手段と
を備える、熱サイクリング機器。
【請求項３３】
生物学的試料を熱サイクリングするためのチャンバであって、前記チャンバは、第１の取り付け面から前記チャンバ内において前記第１の取り付け面と交差する方向に延在する試料インタフェース壁によって少なくとも部分的に規定され、前記試料インタフェース壁は、前記第１の取り付け面に対向する第２の取り付け面からユーザが平面試料チャンバを挿入するためにアクセス可能なメスコネクタを有する平面インタフェースを支持し、前記試料インタフェース壁は第１の平面加熱要素及び第２の平面加熱要素を前記平面インタフェースの対向する主要面上に有する、チャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、前記第１の平面加熱要素に向けて空気を導くように配置された出口を有する、第１の複数の連結された加圧空気源と、
前記チャンバ内に設けられ、前記第２の平面加熱要素に向けて空気を導くように配置された出口を有する、第２の複数の連結された加圧空気源と、
加熱された空気を前記第１の平面加熱要素から離れるよう導くように配置された出口を有する、第３の複数の連結された加圧空気源と、
加熱された空気を前記第１の平面加熱要素から離れるよう導くように配置された出口を有する、第４の複数の連結された加圧空気源と
を備える、熱サイクリング機器。
【請求項３４】
複数の連結された前記加圧空気源のうちの少なくとも１つは、近位空気ポンプと遠位空気ポンプとを備え、前記近位空気ポンプは、前記遠位空気ポンプのポンプ入口に最終的に空気を提供するように配置されたポンプ出口を有する、請求項３３に記載の熱サイクリング機器。
【請求項３５】
少なくとも１つの追加の空気ポンプが、前記近位空気ポンプと前記遠位空気ポンプとの間に流体的に結合される、請求項３４に記載の熱サイクリング機器。
【請求項３６】
少なくとも１つの１方向弁が、前記近位空気ポンプと前記遠位空気ポンプとの間に配置される、請求項３４に記載の熱サイクリング機器。
【請求項３７】
前記少なくとも１つの１方向弁は空気リザーバの上流にある、請求項３６に記載の熱サイクリング機器。
【請求項３８】
少なくとも１つの放出弁が空気リザーバの下流にある、請求項３６に記載の熱サイクリング機器。
【請求項３９】
前記第１及び第２の複数の加圧空気源のうちの少なくとも１つの前記出口は、蛇行して構成された管の遠位端を備える、請求項３３に記載の熱サイクリング機器。
【請求項４０】
各加圧空気源は、入口及び出口を有する平面ハウジングを有する空気ポンプと、ダイヤフラムに取り付けられた内部圧電素子とを備え、前記ダイヤフラムは前記入口と出口との間に流体的に結合される、請求項３３に記載の熱サイクリング機器。
【請求項４１】
第１及び第２の複数の連結された空気ポンプのうちの少なくとも１つは、第１の近位空気ポンプと遠位空気ポンプとを備え、第１の空気ポンプの前記出口は前記遠位空気ポンプの入口に流体的に結合される、請求項３３に記載の熱サイクリング機器。
【請求項４２】
第２の近位空気ポンプの出口が前記遠位空気ポンプの入口に流体的に結合される、請求項４１に記載の熱サイクリング機器。
【請求項４３】
前記第１及び第２の近位ポンプは流体的に並列に結合される、請求項４２に記載の熱サイクリング機器。
【請求項４４】
前記第１及び第２の近位ポンプは流体的に直列に結合される、請求項４２に記載の熱サイクリング機器。
【請求項４５】
前記第１及び第２の複数の連結された加圧空気源のうちの少なくとも１つは、少なくとも部分的に並列に連結される、請求項３４に記載の熱サイクリング機器。
【請求項４６】
各々が生物学的試料ホルダに隣接して配置された第１の加熱要素及び第２の加熱要素をアクティブにし、
第１の複数の連結された空気源を使用して、第１の空気流を、前記第１の加熱要素から熱を移送するために第１の加熱要素に向けて導き、
第２の複数の連結された空気源を使用して、第２の空気流を、前記第１の加熱要素から熱を移送するために第２の加熱要素に向けて導き、
第３の複数の連結された空気源を使用して、第３の空気流を、加熱された空気を前記第１の加熱要素から離れるよう導くために導き、
第４の複数の連結された空気源を使用して、第４の空気流を、加熱された空気を前記第１の加熱要素から離れるよう導くために導くこと
を含む熱サイクリング方法。
【請求項４７】
前記第１及び第２の空気流のうちの少なくとも１つを導くことは、前記第１及び第２の複数の空気源のうちの少なくとも１つの、近位空気源から、最終的に遠位空気源内に、空気をポンプで送り込むことを含む、請求項４６に記載の熱サイクリング方法。
【請求項４８】
前記第１及び第２の空気流のうちの少なくとも１つを導くことは、前記第１及び第２の複数の空気源のうちの少なくとも１つの、複数の近位空気源から、最終的に遠位空気源内に、空気をポンプで送り込むことを含む、請求項４６に記載の熱サイクリング方法。
【請求項４９】
前記第１及び第２の空気流のうちの少なくとも１つを導くことは、前記第１及び第２の複数の空気源のうちの少なくとも１つに流体的に結合された空気リザーバを加圧することを含む、請求項４６に記載の熱サイクリング方法。
【請求項５０】
前記第１及び第２の空気流のうちの少なくとも１つを導くことは、加圧された空気を前記空気リザーバから放出することを更に含む、請求項４９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】
本国際出願は、２０１２年５月１５日に出願された米国特許仮出願第６１／６４７，４９３号の優先権を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
様々な生物学的検査手順では熱サイクリングが、一般には熱交換によって化学反応を引き起こすために必要とされる。そのような手順の一例は、ＤＮＡ増幅のためのポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）である。更なる例としては、等温核酸増幅、高速ＰＣＲ、リガーゼ連鎖反応（ＬＣＲ）、自立シーケンス複製、酵素動力学研究、同種配位子結合評価、及び複雑な温度変化を必要とする更に複雑な生化学的機構の研究が含まれる。
【０００３】
そのような手順には、試料温度を正確にかつ場合によっては迅速に、的確に上下させることが可能な検査システムが必要とされる。多くのそのようなシステムが存在するが、それらが通常使用する冷却装置（例えばファン）は、大きな物理的空間を占有し、必要な性能（すなわち迅速な温度降下）を提供するためにかなりの電力を必要とする。更に、そのような冷却装置は、始動遅れ時間、及びシャットダウンオーバラップという問題を有し、すなわちシャットオフされた後も機能し、従って即時のデジタル的精度で動作しない。例えば遠心ファンは、オンにされた場合に即時に全容積能力では送風せず、また電力がシャットオフされた後も回転し続け、従って検査において考慮されなければならない重複時間を有する。このような問題は、装置の経時と共に悪化する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そのような冷却装置の低コスト、比較的良好な性能、及び容易な実装が、業界がこれらの問題に対処するのを妨げてきた。これまでの対処法は、より大きな容積出力レートを有する更に強力なファンを組み込むことであり、これにより空間及び電力の要件も増加した。この１つの代償は、例えば僻地でのウィルスの爆発的感染を迅速に検出するために使用可能な現地検査システムの携帯性に対する悪影響である。従って、生物学的検査システムにおいて使用される既知の冷却装置の欠陥に対処するという、応えられていない必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態は、生物学的試料を熱サイクリングするためのチャンバを部分的に規定する取り付け壁を含んでもよい熱サイクリング機器に関する。取り付け壁は、第２の取り付け面に対向する第１の取り付け面を有してもよい。試料インタフェース壁が、第２の取り付け面から横断方向に延在してもよい。試料インタフェース壁は、第２の取り付け面からアクセス可能な平面インタフェースを有してもよい。試料インタフェース壁は、第１の加熱要素及び第２の加熱要素を、平面インタフェースの対向する側上に含んでもよい。第１の空気源が、第１の加熱要素に向けて空気を導くように配置された出口を有してもよい。第２の空気源が、第１の加熱要素から離れるよう空気を導くように配置された出口を有してもよい。第３の空気源が、第２の加熱要素に向けて空気を導くように配置された出口を有してもよい。第４の空気源が、第２の加熱要素から離れるよう空気を導くように配置された出口を有してもよい。
【０００６】
いくつかの実施形態では、各空気源は平面を有する空気ポンプを含み、出口はこの平面上にあり、複数の端がこの平面を囲む。
【０００７】
いくつかの実施形態では、各空気ポンプは、その平面が第２の取り付け面に対して実質的に横断方向であるように、第２の取り付け面に結合されてもよい。
【０００８】
いくつかの実施形態では、第１の空気ポンプと第２の空気ポンプと試料インタフェース壁とは、チャンバの第１の部分容積を規定するように配置されてもよい。
【０００９】
いくつかの実施形態では、第２の空気ポンプの出口は、第１の部分容積の出口から空気を押し出すように配置されてもよい。
【００１０】
いくつかの実施形態では、第３の空気ポンプと第４の空気ポンプと試料インタフェース壁とは、チャンバの第２の部分容積を規定するように配置されてもよい。
【００１１】
いくつかの実施形態では、第４の空気ポンプの出口は、第１の部分容積の出口から空気を押し出すように配置されてもよい。
【００１２】
いくつかの実施形態では、第１及び第３の空気源は、第１及び第２の加熱要素に向けてそれぞれの空気流を直接導くようにそれぞれ配置されてもよい。
【００１３】
いくつかの実施形態では、第２及び第４の空気源は、試料インタフェース壁に向けて空気流を導くようにそれぞれ配置されてもよい。
【００１４】
いくつかの実施形態では、第２及び第４の空気源は、試料インタフェース壁に沿って空気流を導くようにそれぞれ配置されてもよい。
【００１５】
いくつかの実施形態では、第２及び第４の空気源は、試料インタフェース壁から離れるよう空気を吸引するようにそれぞれ配置される。
【００１６】
いくつかの実施形態では、取り付け壁及び試料インタフェース壁はプリント回路基板を含んでもよい。
【００１７】
いくつかの実施形態では、試料インタフェース壁はチャンバを実質的に等しい容積に分割してもよい。
【００１８】
いくつかの実施形態では、空気源は試料インタフェース壁に関して対称に配置されてもよい。
【００１９】
いくつかの実施形態では、各空気源は、内部ダイヤフラムに取り付けられた内部圧電素子を有する平面ハウジングを含んでもよい。
【００２０】
いくつかの実施形態では、各平面ハウジングは出口ポートを含み、第１及び第３の空気源の出口ポートはそれぞれの空気流を第１及び第２の加熱要素に向けて直接提供するように配置されてもよい。
【００２１】
いくつかの実施形態では、第２及び第４の空気源の出口ポートはそれぞれの空気流を試料インタフェース壁に沿って又は試料インタフェース壁から離れるよう提供するように配置されてもよい。
【００２２】
本発明の別の実施形態は熱サイクリング方法に関する。この方法では、第１の加熱要素及び第２の加熱要素がアクティブにされ、各加熱要素は生物学的試料ホルダに隣接して配置されてもよい。第１の空気源を使用して、第１の空気流が、第１の加熱要素から熱を移送するために第１の加熱要素に向けて導かれてもよい。第２の空気源を使用して、第２の空気流が、加熱された空気を第１の加熱要素から離れるように導いてもよい。第３の空気源を使用して、第３の空気流が、第２の加熱要素から熱を移送するために第２の加熱要素に向けて導かれてもよい。第４の空気源を使用して、第４の空気流が、加熱された空気を第１の加熱要素から離れるように導いてもよい。
【００２３】
いくつかの実施形態では、第１及び第２の加熱要素は試料インタフェース壁の対向する側上に配置され、試料インタフェース壁は取り付け面から延在してもよい。
【００２４】
いくつかの実施形態では、空気源はそれぞれが、取り付け面にエッジ取り付けされた実質的に平面のハウジングを含んでもよい。
【００２５】
いくつかの実施形態では、第１及び第３の空気流は、第１及び第２の加熱要素と直接交差してもよい。
【００２６】
いくつかの実施形態では、第２及び第４の空気流は、試料インタフェース壁に沿って導かれてもよい。
【００２７】
いくつかの実施形態では、第２及び第４の空気流は、試料インタフェース壁から離れるように導かれてもよい。
【００２８】
いくつかの実施形態では、各空気源は、内部ダイヤフラムに取り付けられた内部圧電素子を有する平面ハウジングを含んでもよい。
【００２９】
いくつかの実施形態では、各空気流は、各圧電素子に電力を供給することによって導かれてもよい。
【００３０】
いくつかの実施形態では、圧電素子は所定の冷却サイクルに従って電源がオン及びオフにされてもよい。
【００３１】
いくつかの実施形態では、加熱要素は所定の加熱サイクルに従って電源がオン及びオフにされ、加熱サイクルのオン部分は冷却サイクルのオン部分と位相がずれていてもよい。
【００３２】
いくつかの実施形態では、第１及び第２の加熱要素の温度が監視されてもよい。
【００３３】
いくつかの実施形態では、第１及び第２の加熱要素は、所定の最小温度及び所定の最大温度に従って生物学的試料ホルダに熱を提供するためにアクティブにされてもよい。
【００３４】
いくつかの実施形態では、空気源は、生物学的試料ホルダが所定の最大温度に達した場合に空気を導くように制御されてもよい。
【００３５】
いくつかの実施形態では、空気源は、生物学的試料ホルダが所定の最小温度に達した場合に空気を導くのを停止するように制御される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１Ａ】本発明のいくつかの実施形態による検査システム１００の簡略図である。
【図２Ａ】本発明のいくつかの実施形態による熱サイクリング装置の斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａの熱サイクリング装置の前面図である。
【図２Ｃ】図２Ａの熱サイクリング装置の後面図である。
【図２Ｄ】図２Ａの熱サイクリング装置の上面図（下向き）である。
【図２Ｅ】図２Ａの熱サイクリング装置の底面図（上向き）である。
【図２Ｆ】図２Ａの熱サイクリング装置の側面図である。
【図２Ｇ】わかりやすくするために構成要素が除去された、図２Ｆの側面図である。
【図２Ｈ】本発明のいくつかの実施形態による、使用中の図２Ａの熱サイクリング装置の簡略後面図である。
【図３Ａ】本発明のそれぞれの実施形態による熱サイクリング装置の後面図である。
【図３Ｂ】本発明のそれぞれの実施形態による熱サイクリング装置の後面図である。
【図３Ｃ】本発明のそれぞれの実施形態による熱サイクリング装置の後面図である。
【図３Ｄ】本発明のそれぞれの実施形態による熱サイクリング装置の後面図である。
【図３Ｅ】本発明のそれぞれの実施形態による熱サイクリング装置の後面図である。
【図４Ａ】本発明のいくつかの実施形態による空気源の断面図である。
【図４Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による複数の連結された加圧空気源の断面図である。
【図５Ａ】本発明のいくつかの実施形態による複数の連結された加圧空気源の配置の様々な概略図である。
【図５Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による複数の連結された加圧空気源の配置の様々な概略図である。
【図５Ｃ】本発明のいくつかの実施形態による複数の連結された加圧空気源の配置の様々な概略図である。
【図５Ｄ】本発明のいくつかの実施形態による複数の連結された加圧空気源の配置の様々な概略図である。
【図５Ｅ】本発明のいくつかの実施形態による複数の連結された加圧空気源の配置の様々な概略図である。
【図５Ｆ】本発明のいくつかの実施形態による使用中の複数の連結された加圧空気源を有する、図２Ａの熱サイクリング装置の変形の簡略後面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
Ｉ．システムの概要
図１は、試料を検査するためのシステム１００の簡略図を示す。システム１００は、体液（例えば、血液、尿、サルビア）又は液溶性である固体（例えば、土壌、胞子、化学残留物）などの材料の試料を受け入れて保持するように構成された、試料カートリッジ１１０を含む。試料カートリッジ１１０は、１つ以上の流路と接続ポートとを有する壁構造体であってもよい。試料カートリッジ１１０は、容易に手で持つこと、携帯すること、及び／又は処分することができるように、比較的小さくてもよい。（システム１００と共に使用可能な）そのようなカートリッジの例は、米国特許第６，６６０，２２８号明細書に開示されており、当該特許文献は参照によって本明細書中に援用される。
【００３８】
試料カートリッジ１１０は、試料を処理するために使用される１つ以上の試薬及び／又は化学物質を、試料の何らかの特性を最終的に検出するために保持してもよい。そのような処理の一例は、ＤＮＡの存在を増幅するために使用されるＰＣＲである。試料カートリッジ１１０は試料チャンバ１１０ａを含んでもよく、試料チャンバ１１０ａにおいて試料に熱サイクリングが施されてもよい。
【００３９】
試料チャンバ１１０ａが熱サイクリングモジュール１２０と熱的に結合されるように、試料カートリッジ１１０は熱サイクリングモジュール１２０とインタフェースしてもよい。熱サイクリング装置１２０は、試料チャンバ１１０ａにエネルギーを与えるように、かつ更に試料チャンバ１１０ａからエネルギーを除去するように構成された１つ以上の機器１２０ａを含む。従って、熱サイクリング機器１２０ａの、電気加熱器などの少なくとも１つの機器１２０ａは、試料チャンバ１１０ａに熱を与えることが可能であり、少なくとも１つの更なる機器１２０ｂは、熱を除去するために試料チャンバ１１０ａを冷却することが可能である。そのような加熱及び冷却は周期的に行われてもよい。
【００４０】
試料調製モジュール１３０も試料カートリッジ１１０とインタフェースする。試料調製モジュール１３０は、試料カートリッジ１１０内の試料を、試料が熱サイクリングされる前及び／又は熱サイクリングされた後に処理するように構成される。モジュール１３０は、カートリッジ１１０内の試料の移動に影響を及ぼすための１つ以上の装置を含んでもよい。例えば、試料チャンバ１１０ａなどのカートリッジ１１０の様々な部分に試料を移動させるために使用され得る負圧又は正圧を供給するために、１つの装置１３０ａがカートリッジのポートに接続されてもよい。そのような装置は、真空ポンプ又はプランジャであってもよく、あるいは試料カートリッジ１１０内の試料移動機構の動力を供給するために使用される電気モータであってもよい。モジュール１３０の別の装置１３０ｂは、試料をより単純な形態に物理的に崩壊させるため、並びに／あるいは、１つ以上の試薬及び／又は化学物質との化学反応に影響を及ぼすために、例えば超音波振動などのエネルギーを試料に加えてもよい。そのような装置は圧電素子によって振動を引き起こしてもよい。
【００４１】
センサモジュール１４０も試料カートリッジ１１０とインタフェースする。センサモジュール１４０は、試料の検出可能な特性に基づいて信号を生成するように構成された１つ以上のセンサ１４０ａ及び回路１４０ｂを含んでもよい。これらの信号は、有用なデータを最終的に提供するために処理されてもよい。例えば、センサモジュール１４０は、検出器と、試料に電磁エネルギーを提供するためのエネルギー源とを、反応を引き起こすため、エネルギーの吸収度を検出するため、又はエネルギーによって引き起こされた励起を検出するために含んでもよい。センサ１４０ａは光学ベースであってもよく、かつＣＣＤなどの１つ以上のカメラを含んでもよい。
【００４２】
熱サイクリング装置１２０と試料調製モジュール１３０とセンサモジュール１４０とは、全体として又は一部が、物理的及び／又は電気的に互いに一体化されてもよい。例えば、これらの態様は、１つ以上のプロセスのために特に構成されたより大きな検査モジュール１５０内に収容されてもよい。検査モジュール１５０は、携帯型のモジュール式ハウジングなどの複数壁構造体内で物理的に実装され、コントローラ１６０を更に含んでもよい。コントローラ１６０は、熱サイクリング装置１２０、試料調製モジュール１３０、及び／又はセンサモジュール１４０に、モジュールから受け取った電気的入力に基づいて制御コマンドを提供するように構成される。
【００４３】
検査モジュール１５０はコンピューティングモジュール１６０とインタフェースしてもよい。いくつかの実施形態では、検査モジュール１５０は、電力及びコマンドをコンピューティングモジュール１６０のみから受け取る。反対に、他の実施形態では、検査モジュールは、（例えば内部バッテリによる）電力自給式、及び／又は（例えば壁コンセント接続による）局地的電力供給式であってもよく、かつ、センサモジュール１４０からの検査結果を後でコンピューティングモジュール１６０に送るために記憶するように構成されたメモリ装置を有してもよい。そのような実施形態では、電力及びメモリの態様は、センサモジュール１４０の部分態様として組み込まれてもよい。しかし更なる実施形態では、検査モジュールは独立に電力供給されるが（例えば、バッテリ、壁コンセント）、制御コマンドについては直接（例えば有線）又は間接（例えば無線）接続を介したコンピューティングモジュール１６０からの受信に依存してもよい。
【００４４】
コンピューティングモジュール１６０は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、サーバ、又はサーバのクラスタであってもよい。一般に、コンピューティングモジュール１６０は、通信バスによって様々なタイプの物理メモリ（例えば、ＲＡＭ、プロセッサキャッシュ、ＨＤＤ）及び入出力装置（例えば、キーボード、モニタ）に接続された、少なくとも１つのプロセッサを含む。検査モジュール１６０を動作させる方法は、恒久的に又は動作の必要に応じて、様々なタイプのメモリ内に機械可読命令として記憶されてもよい。従って、プロセッサは方法を実行するために命令を実行してもよい。
【００４５】
ＩＩ．熱サイクリングモジュール
図２Ａ〜図２Ｇは、熱サイクリング装置１２０の一実施形態である熱サイクリング装置２００を示す。
【００４６】
熱サイクリング装置（ＴＣＤ）２００は、検査試料に加熱及び冷却を周期的に提供するモジュール式構成要素である。ＴＣＤ２００は、構成要素の取り付けのための支持体としても働く取り付け壁２０４によって部分的に規定されるチャンバ２０２を含む。取り付け壁２０４は、検査モジュール１５０などのより大きな筐体と一体化されてもよい。取り付け壁２０４は、アルミニウム、スチール、又はプラスチックなどの硬質材料の１つ以上の層から構成されてもよい。取り付け壁２０４は、試料カートリッジの挿入のために容易にアクセス可能な第１の取り付け面２０６を含んでもよい。第２の取り付け面２０８は、構造部材の一部、例えばシートメタル又は成型プラスチックの一部などであってもよい。取り付け壁２０４は、概して内側を向いた、かつユーザによって容易にアクセス可能ではない、第２の取り付け面２０８も含んでもよい。第２の取り付け面２０８は、取り付けられた装置に電気信号を供給するためのトレースを有するＰＣＢ基板の一部であってもよい。
【００４７】
試料インタフェース壁２１０が第２の取り付け面２０８から横断方向に延在する。試料インタフェース壁２１０は、取り付け壁２０４と電気的に通じたＰＣＢ基板であってもよい。試料インタフェース壁２１０は、平面インタフェース２１２のための支持構造を提供する。平面インタフェース２１２は、試料インタフェース壁２１０内に延在する特殊化されたメスコネクタである。平面インタフェース２１２は、互いに対向する２つの平面加熱要素２１４を、オスコネクタを受け入れるように構成されたそれらの間の開放空間と共に含む。
【００４８】
平面インタフェース２１２は、オスコネクタの端を通して試料の態様を検出するように構成されたセンサも含む。この配置は図２Ｇによく示されている。オスコネクタは、平面インタフェース２１２内に挿入される（例えば試料カートリッジ１１０の）平面試料チャンバを含む。平面加熱要素２１４はそれぞれが比較的大きな表面積（例えば、それぞれ１７０ｍｍ２）を、平面試料チャンバの対応する平面側面に熱を移送するために提供し、平面試料チャンバの対応する平面側面のそれぞれは比較的により小さな表面積（例えば、それぞれ１６ｍｍ２）を有してもよい。
【００４９】
複数の空気源が、第２の取り付け面２０８及び／又は試料インタフェース壁２１０に直接的に又は間接的に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、複数の空気源は、第１の空気源２１６ａと第２の空気源２１６ｂと第３の空気源２１６ｃと第４の空気源２１６ｄとを含む。
【００５０】
図示されているように、第１の空気源２１６ａは、第１の空気源２１６ａの平面２１８ａが試料インタフェース壁２１０と実質的に平行であるよう配置されるように、試料インタフェース壁２１０の一方の側に配置される。いくつかの実施形態では、第１の空気源２１６ａと試料インタフェース壁２１０とは約９．５ｍｍの距離だけ離される。第２の空気源２１６ｂは、第２の空気源２１６ｂの平面２１８ｂ又はその仮想的な平面延長部分が試料インタフェース壁２１０と鋭角を成して交差するように配置され、この鋭角はここでは約４５°であるように示されている。第３の空気源２１６ｃ及び第４の空気源２１６ｄは、試料インタフェース壁２１０の他方の側に同様に配置される。
【００５１】
空気源２１６の配置は、試料インタフェース壁２１０に関して実質的に対称であるように示されている。しかし対称性は必須ではなく、従って非対称配置も可能である。更に、いくつかの実施形態では、第３の空気源２１６ｃ及び第４の空気源２１６ｄは存在しない。他の実施形態では、第１の空気源２１６ａ及び第４の空気源２１６ｄのみが存在する。
【００５２】
第２の空気源２１６ｂ及び第３の空気源２１６ｃは、試料インタフェース壁２１０に取り付けられた細長い支持体２２０ａによって試料インタフェース壁２１０に接続されてもよい。細長い支持体２２０ａは、空気源２１６の端を保持するように構成されたトラフをそれぞれが含んでもよい。同様に、第１及び第４の空気源２１６ａ／２１６ｄは、細長い支持体２２０ｂを介して第２の取り付け面２０８に接続されてもよく、細長い支持体２２０ｂは、空気源の端を保持するように構成されたトラフをそれぞれが含んでもよい。従って、図示されているように各空気源２１６は、各空気源２１６の平面が第２の取り付け面２０８に対して実質的に横断方向であるように、試料インタフェース壁２１０及び第２の取り付け面２０８に直接的に又は間接的に「エッジ取り付け」される。
【００５３】
試料インタフェース壁２１０及び第２の取り付け面２０８の大きさは、図２Ａの破線で示すように、システム１００のチャンバを部分的に規定する。言い換えると、チャンバの容積は少なくとも、第２の取り付け面２０８の面積に、第２の取り付け面２０８からの試料インタフェース壁２１０の延在長さを乗じることによって決定される。第１の空気源２１６ａと第２の空気源２１６ｂと第２の取り付け面２０８と試料インタフェース壁２１０とは、チャンバ内の第１の部分容積Ｖ１を部分的に規定する。同様に、第３の空気源２１６ｃと第４の空気源２１６ｄと第２の取り付け面２０８と試料インタフェース壁２１０とは、チャンバ内の第２の部分容積Ｖ２を部分的に規定する。
【００５４】
第１の空気源２１６ａと第４の空気源２１６ｄとは、平面２１８ａ／２１８ｄ上の対応する出口ポート２２２ａ／２２２ｄが平面インタフェース２１２上の平面加熱要素２１４を直接指すように配置される。空気入口も、各空気源２１６上の出口ポート２２２の反対側に一般に備えられる。従って、出口ポート２２２ａ／２２２ｄを出た空気流は、平面インタフェース２１２の平面加熱要素２１６と交差するように向けられて、接続されたカートリッジの試料チャンバに影響を及ぼす。第２の空気源２１６ｂ及び第３の空気源２１６ｃは、対応する出口ポート２２２ａ／２２２ｄが、試料インタフェース壁上の、ポート２２２ａ／２２２ｂが向けられた位置に隣接する又はそれと同じ位置を直接指すように配置される。従って、出口ポート２２２ｂ／２２２ｃを出た空気中は、試料インタフェース壁と鋭角すなわち９０°未満で交差するように向けられる。図示されているように、出口ポート２２２ｂ／２２２ｃについての交差角度は約４５°である。
【００５５】
使用中にＴＣＤ２００は、平面インタフェース２１２によって保持された試料を比較的低温と高温との間で迅速に熱サイクリングすることが可能である。試料は高温又は低温から低温又は高温に導かれ、これは１つ以上のコントローラによって平面加熱要素２１４を動作させ、空気源２１６による冷却を行わせることによって実行される。熱サイクリングはＰＣＲなどの一部の生物学的検査プロセスのために必要とされる。ＰＣＲの場合、試料は通常、所定の時間にわたって６０℃の低温で保持され、別の所定の時間にわたって９４℃の高温に増加される。低温期間と高温期間との間の上昇及び下降の両方のランプ時間は、低温及び高温の維持期間と比べて比較的短いことが望ましい。従って、時間に対する温度のグラフは理想的には方形波に類似する。
【００５６】
熱サイクリングプロセスが開始される前に、平面加熱要素２１４が電源オンにされて、試料は提供されたままの温度（例えば室温）から基本的低温（例えば６０℃）に所定の時間（例えば６秒）にわたって予熱され、続いて高温（例えば９４℃）に所定の時間（例えば６秒）にわたって増加されてもよく、あるいは提供されたままの温度から高温に所定の時間にわたって直接増加されてもよい。
【００５７】
高温期間が完了した後、平面加熱要素２１４はオフにされるか又はより小さな電力を供給され、試料を冷却するために空気源２１６がオンにされて、温度は再び低温に所定の時間（例えば６秒）にわたって導かれる。低温期間が終了したら、空気源２１６は電源オフにされ、試料が再び高温に所定の時間にわたって増加されるように平面加熱要素が再び電源オンにされてもよい。このサイクリングプロセスは所定の量のサイクルが完了するまで継続される。一般に、平面加熱要素２１４及び空気源２１６のデューティサイクルは、装置が同時に動作しないように、実質的に（わずかな重複で）互いに位相がずれていてもよい。しかし、低温及び高温期間の間、必要とされる低温又は高温に試料を維持するために、平面加熱要素２１４及び／又は空気源２１６への電力は必要に応じて（すなわち、断続的に全電力／部分電力で、又は連続的に部分電力で）提供されてもよい。
【００５８】
冷却期間中に発生する流体流れの動態を図２Ｈに簡略化して示す。図示されているように、空気源２１６ａ／２１６ｄのそれぞれの平面２１８ａ／２１８ｄは、試料インタフェース壁２１０及び平面インタフェース２１２（この図ではわかりやすくするために図示せず）と平行に配置され、平面インタフェース２１２と横断方向に交差する空気流を出口ポート２２２ａ／２２２ｂから放出する。このような配置は非常に効果的であり、なぜならこれにより平面加熱要素２１４のまわりに乱気流が作られ、次にこの乱気流によって試料インタフェース壁２１０と空気源２１６ａ／２１６ｄとの間の部分容積Ｖ１／Ｖ２内の効果的な冷却が提供されるからである。
【００５９】
従って、空気源２１６ａ／２１６ｄは、強制対流の源であるだけでなく、効率的な強制対流熱移送のための閉鎖環境を提供してこれによりＴＣＤ２００の全底面積を減らし、空気源２１６ａ／２１６ｄの容積流要件も低下させる、構造部材でもあるということを理解されたい。言い換えると、空気源２１６ａ／２１６ｄが平面加熱要素２１４からより遠ければ、規定の冷却要件を満たすために空気源２１６ａ／２１６ｄはより強力でなければならず、なぜなら気流速度は距離の増加と共に消失するからであり、この空気源配置では、平面加熱要素２１４の比較的近く（例えば９．５ｍｍ）に強制対流源を配置することによってこれに対処し、従って空気源２１６ａ／２１６ｄは平面インタフェース２１２によって生成される熱に関連して比較的低い容積流能力を有してもよく、コンパクト設計が可能になる。更に、平面加熱要素２１４が存在する空間の容積がより大きければ、規定の冷却要件を満たすために空気源２１６ａ／２１６ｄはより強力でなければらなず、なぜなら容積がより大きければ循環渦流の形成のための構造はより少なくなるからである  −  開示された空気源配置は、乱気流を循環させる平面を空気源の周囲に備えることによってこれに対処する。
【００６０】
しかし部分容積Ｖ１／Ｖ２内の空気は急速に加熱されることが可能であり、従って冷却効率は１つ又は複数の熱サイクルにわたって減少する可能性がある。これに対処するのを助けるために、空気源２１６ｂ／２１６ｃが、加熱された空気を部分容積Ｖ１／Ｖ２の外に導き、加熱されていない空気を部分容積Ｖ１／Ｖ２に補充するのに役立つように配置される。
【００６１】
図示されているように、空気源２１６ｂ／２１６ｃのそれぞれの平面２１８ｂ／２１８ｃは、平面２１８ｂ／２１８ｃ又はその仮想的な延長部分が試料インタフェース壁２１０と鋭角を成して交差するように、試料インタフェース壁２１０に対して角度を成して配置される。図示されているように、空気源２１６ｂ／２１６ｃは、平面インタフェース２１２と角度を成して交差する空気流を出口ポート２２２ａ／２２２ｂから放出する。これらの空気流は、加熱された空気を部分容積Ｖ１／Ｖ２の出口から押し出すことによって、加熱された空気を部分容積Ｖ１／Ｖ２の外に導くように働く。ここでは空気は試料インタフェース壁２１０に沿って下方向に、及び（取り付け壁２０４に対して横断方向の）後方方向にも向けて押し出される。空気源２１６ｂ／２１６ｃは更に、部分容積Ｖ１／Ｖ２の範囲を制限し、従って部分容積Ｖ１／Ｖ２内への及び部分容積Ｖ１／Ｖ２からの個別の空気流路を提供する。
【００６２】
図２Ａ〜図２Ｈに示すＴＣＤ２００の実施形態は、試料インタフェース壁２１０に関して対称な配置を有する４つの空気源２１６を含む。この配置は非常に効果的であるが、他の有益な配置も可能であることを理解されたい。
【００６３】
ＩＩＩ．代替のＴＣＤ配置
図３Ａは、ＴＣＤ２００に類似した配置を有するＴＣＤ３００を示し、これはほぼ同一の手法で配置された４つの空気源３０２ａ／３０２ｂ／３０２ｃ／３０２ｄを有する。ここでＴＣＤ３００は、空気源３０２ｂ及び３０２ｃが、それらの出口ポートが内部部分容積から離れる方を向くように、角度を成して配置されるという点で、ＴＣＤ２００と異なる。従って、空気源３０２ｂ及び３０２ｃの空気入口は部分容積Ｖ１／Ｖ２と直接連通する。使用中に空気源３０２ａ／３０２ｄはＴＣＤ２００を参照して説明した通りに動作するが、部分容積Ｖ１／Ｖｓ内で作られた加熱された空気は、空気源３０２ｂ及び３０２ｃ内に向けられてそこから出される。従って、空気源３０２ａ／３０２ｂは部分容積Ｖ１／Ｖ２内の加熱された空気の吸引を行い、加熱された空気は、下及び後方方向からの外気に置き換えられる。いくつかの実施形態では、空気が主として下方向から部分容積Ｖ１／Ｖ２内に引き込まれるように側面開口部の全て又は一部を覆う、所望により設けてもよい上部カバー３０３が使用される。破線は上部カバーの可変構成を示す。簡潔にするために１つのカバー３０３のみが示されているが、部分容積Ｖ１／Ｖ２上の両方の側がカバー３０３を有してもよい。
【００６４】
図３Ｂは、ＴＣＤ２００に類似した配置を有するＴＣＤ３０４を示すが、ここでは２つの空気平行源３０２ａ／３０２ｄのみが備えられる。いくつかの実施形態では、必要とされるレベルの冷却性能を提供するためにはこの配置で十分であり、なぜなら加熱された空気は自然対流によって上方方向に排出されるからであり、空気源３０２ａ／３０２ｄへの電力もこれに応じて増加されてもよい。
【００６５】
図３Ｃは、ＴＣＤ２００に類似した配置を有するＴＣＤ３０６を示すが、ここでは部分容積Ｖ１内への強制対流のみを提供するための非対称に配置された２つの空気源３０２ａ／３０２ｂのみが備えられる。いくつかの実施形態では、必要とされるレベルの冷却性能を提供するためにはこの配置で十分であり、空気源３０２ａ／３０２ｂへの電力も必要に応じて増加されてもよい。
【００６６】
図３Ｄは、ＴＣＤ２００に類似した配置を有するＴＣＤ３０８を示すが、ここでは部分容積Ｖ１／Ｖ２内の加熱された空気の吸引を行うように配置された２つの追加の空気源３０２ｅ／３０２ｆが備えられる。いくつかの実施形態では、十分なレベルの冷却性能を提供するためこの配置が必要とされる。
【００６７】
図３Ｅは、ＴＣＤ３０８に類似した配置を有するＴＣＤ３１０を示すが、ここでは角度を成して配置された空気源３０２ｂ／３０２ｃ／３０２ｅ／３０２ｆは部分容積Ｖ１／Ｖ２の吸引を行うように配置される。いくつかの実施形態では、十分なレベルの冷却性能を提供するためにこの配置が使用される。いくつかの実施形態では、空気が主として空気源３０２ａ／３０２ｄから部分容積Ｖ１／Ｖ２内に引き込まれるように側面開口部の全て又は一部を覆う、所望により設けてもよい上部カバー３１２が使用される。更に、いくつかの実施形態では、空気源３０２ａ／３０２ｄが外気の唯一の源を提供するように、カバーは部分容積Ｖ１／Ｖ２を流体的に封止してもよい。そのような実施形態では、背圧を低下させることによって空気源３０２ａ／３０２ｄの性能を増加することができ、なぜなら空気源３０２ｂ／３０２ｃ／３０２ｅ／３０２ｆは空気源３０２ａ／３０２ｄが提供できるよりも高いレートで空気を吸引して出すように駆動され得るからである。従って、空気源３０２ａ／３０２ｄに対する作業負荷が減少し、これにより空気源３０２ａ／３０２ｄへの所与の電力入力に対してより大きな容積出力がもたらされ得る。破線は上部カバーの可変構成を示す。簡潔にするために１つのカバー３１２のみが示されているが、部分容積Ｖ１／Ｖ２上の両方の側がカバー３１２を有してもよい。いくつかの実施形態では、上部カバー３１２は、部分容積Ｖ１／Ｖ２に対する吸引又は部分容積Ｖ１／Ｖ２内への空気の駆動のために配置された追加の空気源（破線の円によって示されている）を含んでもよい。
【００６８】
ＩＶ．例示的冷却源
図４Ａは冷却源４００の一例の断面を示す。冷却源４００は、本明細書中で開示された空気源（例えば２０２ａ）と同様の実質的に平面の構成を有する。冷却源４００は、４つの端又は側面４０３によって囲まれた平面４０２を有するハウジングを含む空気ポンプである。いくつかの実施形態では、平面４０２の寸法は２０ｍｍ×２０ｍｍであり、各端４０３の寸法は１．８５ｍｍ×２０ｍｍである。圧電素子４０６が内部ダイヤフラム４０４に結合される。ダイヤフラム４０４は内部ポンピングチャンバ４０８を部分的に形成する。使用中に圧電素子４０６はダイヤフラム４０４を振動させるように駆動される。これは、空気がポンプ内に引き込まれてノズル４１２から排出されることを引き起こす。市販の冷却源は株式会社村田製作所（Ｍｕｒａｔａ  Ｍｆｇ．Ｃｏ．，Ｌｔｄ．）によって製造されるマイクロブロア（Ｍｉｃｒｏｂｌｏｗｅｒ）であり、これは定格では、１００Ｐａの背圧下で、駆動周波数２６ＫＨｚ、１５Ｖｐｐにおいて１Ｌ／分を移動させる。いくつかの実施形態では、冷却源４００は、使用中に５ｐｓｉ未満の内部静圧で動作する高速空気ポンプとして構成されてもよい。いくつかの実施形態では、冷却源４００は、使用中に５ｐｓｉより大きな内部静圧で動作する高圧空気ポンプとして構成されてもよい。内部ポンピングチャンバ内の静圧は、ダイヤフラム４０４によって空気が引き込まれる場所の、並びに／あるいは、ノズル４１２において及び／又は冷却源４００内の他の位置において空気が出る場所の、流れ抵抗を変えることによって調整されてもよい。
【００６９】
図４Ｂは複数の連結された空気源４１４の一例の断面を示す。ここでは冷却源は少なくとも２つの冷却源４００を含むが、より多くを含んでもよい。リザーバ４１６が冷却源４００の間に備えられ、これは冷却源４００の間で流体的に封止される。この構成では冷却源４００は高圧空気ポンプとして構成される。冷却源４００とリザーバ４１６とは、一番下の冷却源から一番上の冷却源までの空気抵抗が、それらの間で空気が流れることを可能にするように配置される。
【００７０】
検査において冷却源４００は図３Ｂに示すように配置され、２４Ｖｐｐで駆動され、これにより各冷却源について約１．４Ｌ／分（０．０５ＣＦＭ）の容積出力レート（（合計２．８Ｌ／分（０．１ＣＦＭ））が約１００Ｐａの背圧を仮定してもたらされた。この配置は、（図２Ａにおける方向を基準にした）上方方向からの空気の吹き込みを約３０ｍｍの距離から行う、１１３Ｌ／分（４ＣＦＭ）で動作する遠心ファン（日本電産（ＮＩＤＥＣ）ガンマ２６（ＧＡＭＭＡ２６）モデルＡ３３３−９９９）の性能よりわずかに良好であることが見出された。冷却源４００は熱源が９５℃から６０℃まで７．５秒で低下することをもたらし、これと比較してファンは７．６秒を要した。従って本発明の配置は、遠心ファンの性能と少なくとも等しく、同時に遠心ファンの容積出力の約２．５％を要するのみである、ということが可能である。
【００７１】
別の検査において冷却源４００は図２Ｃに示すように配置された。冷却源は１６Ｖｐｐで駆動され、これにより各冷却源について約１．０Ｌ／分（０．０３５ＣＦＭ）の容積出力レート（（合計４Ｌ／分（０．１４１ＣＦＭ））が約１００Ｐａの背圧を仮定してもたらされた。この配置は熱源が９５℃から６０℃まで７．４秒で低下することをもたらした。従って冷却源４００のこの配置は、遠心ファンの性能と少なくとも等しく、同時に遠心ファンの容積出力の約３．５％を要するのみである、ということが可能である。
【００７２】
別の検査において冷却源４００は再び図２Ｃに示すように配置された。冷却源は２０Ｖｐｐで駆動され、これにより各冷却源について約１．２Ｌ／分（０．０４２ＣＦＭ）の容積出力レート（（合計４．８Ｌ／分（０．１７ＣＦＭ））が約１００Ｐａの背圧を仮定してもたらされた。この配置は熱源が９５℃から６０℃まで６．４秒で低下することをもたらし、これは遠心ファンに比べて１６％の向上である。従って冷却源４００のこの配置は、遠心ファンの性能より大幅に良好であり、同時に遠心ファンの容積出力の約４．３％を要するのみである、ということが可能である。
【００７３】
更に別の検査において冷却源４００は再び図２Ｃに示すように配置された。冷却源は２４Ｖｐｐで駆動され、これにより各冷却源について約１．４Ｌ／分（０．０５ＣＦＭ）の容積出力レート（（合計５．６Ｌ／分（０．２ＣＦＭ））が約１００Ｐａの背圧を仮定してもたらされた。この配置は熱源が９５℃から６０℃まで５．８秒で低下することをもたらし、これは遠心ファンに対して２６％の性能向上である。従って冷却源４００のこの配置は、遠心ファンの性能より大幅に良好であり、同時に遠心ファンの容積出力の約５％を要するのみである、ということが可能である。
【００７４】
これらの検査から、本発明の実施形態は遠心ファンの性能と等しいか又はそれよりも良好であり得ることは明らかである。遠心ファンはその物理的サイズ（約５０ｍｍ×５０ｍｍ×１５ｍｍ）を考慮すると比較的大きな動作環境を必要とするのに対して、本発明の実施形態では検査システムに空間を追加する必要はほとんどない。従って、ＴＣＤの実施形態を使用すれば、サイズ、電力、及び冷却効率が最適化され得る。更に、圧電素子の励起はほぼ瞬時であるため、ＴＣＤははるかに良好な応答時間をもたらす。
【００７５】
図５Ａ〜図５Ｅは、本発明のいくつかの実施形態による複数の連結された加圧空気源（「スタック」）の配置の様々な図を概略的に示す。いくつかの実施形態では、スタックは、高圧空気流であるインピンジメント冷却を提供するように構成されてもよい。インピンジメント冷却は、熱源に実質的に粘着する高温「粘性」空気の境界層の除去において効果的であり得る。いくつかの実施形態では、スタックは、入口／出口圧力比０．５４を有するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、スタックはパルス状の空気流を提供するように構成されてもよく、パルスは約１．６秒ごとに出されてもよい。スタックは一般に、流体的に直列に連結された少なくとも２つの加圧空気源を必要とするが、より多く（例えば１〜１０）が使用されてもよい。各加圧空気源はその入口に提供された空気に５ｐｓｉの圧力を追加してもよい。例えば、下流の加圧空気源は上流の加圧空気源によって５ｐｓｉの空気を提供され、従って１０ｐｓｉの空気を提供してもよい。一般に、加圧空気源の数は空気流のみによって制限され、すなわち、ある点において空気抵抗が単に大きくなりすぎてスタック内の空気の移動を妨げるようになる。
【００７６】
図５Ａでは、第１及び第２のスタックが熱源に向けて空気を横方向に及び横断方向に導くように配置される。図５Ｂは、直列に配置された２つ以上の連結された冷却源を有するスタック構成を示す。図５Ｂは、１つの冷却源に空気を提供する並列に連結された複数の冷却源を有するスタック構成も示す。図５Ｃは、図５Ｂの構成の組み合わせを示す。図５Ｄは、空気リザーバ内への及び空気リザーバからの流れを調節する弁を有するスタック構成を示す。これらの弁は、最適な圧力及び流れを提供するように構成された電子制御のシリコンマイクロ弁であってもよい。図５Ｅは、空気管を介して熱源に空気を提供する遠隔に位置するスタック構成を示す。空気管は、熱源への２つ以上の空気流方向を提供するために分岐してもよい。
【００７７】
いくつかの実施形態では、図５Ｂに示すように、冷却ユニットが圧力リザーバに取り付けられてもよい。冷却ユニットは圧力リザーバの１つ以上の壁に、その中の加圧空気を冷却するための液体冷媒を提供してもよい。スタックが周囲空気温度より低い温度においてインピンジメント冷却を提供できるように、市販のＣＰＵ冷却ユニットがこのように実装されてもよい。
【００７８】
図５Ｆは、使用中の複数の連結された加圧空気源（「スタック」）の後面図を示す。スタックの配置は、図２Ｃに示すものと同様である。
【００７９】
例示的実施形態について、明確な理解のために例としていくらか詳細に説明したが、多数の修正、変更、及び改変が実施されてもよい。更に、記載したいかなる寸法も当業者のための例示的ガイドラインであり、従って本発明のサイズ及び／又は比率に関する制限を表すものではない。
【図１Ａ】
0006407143.tif 000002
【図２Ａ】
0006407143.tif 000003
【図２Ｂ】
0006407143.tif 000004
【図２Ｃ】
0006407143.tif 000005
【図２Ｄ】
0006407143.tif 000006
【図２Ｅ】
0006407143.tif 000007
【図２Ｆ】
0006407143.tif 000008
【図２Ｇ】
0006407143.tif 000009
【図２Ｈ】
0006407143.tif 000010
【図３Ａ】
0006407143.tif 000011
【図３Ｂ】
0006407143.tif 000012
【図３Ｃ】
0006407143.tif 000013
【図３Ｄ】
0006407143.tif 000014
【図３Ｅ】
0006407143.tif 000015
【図４Ａ】
0006407143.tif 000016
【図４Ｂ】
0006407143.tif 000017
【図５Ａ】
0006407143.tif 000018
【図５Ｂ】
0006407143.tif 000019
【図５Ｃ】
0006407143.tif 000020
【図５Ｄ】
0006407143.tif 000021
【図５Ｅ】
0006407143.tif 000022
【図５Ｆ】
0006407143.tif 000023