JP2021106009A - 熱制御装置及び使用方法 - Google Patents
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Abstract
Description
A.生体試料分析装置
いくつかの実施形態では、本発明は、試料分析装置内の反応容器と共に使用するように適合された、且つ核酸増幅反応を行うために前記反応容器内の熱サイクリングを制御するように構成された、熱制御装置に関する。いくつかの実施形態では、前記熱制御装置は、特定の分析のための必要に応じた熱サイクリングを可能にするため、例えば前記反応容器内に配置された流体試料内の標的分析物の増幅を可能にするために、前記反応容器と結合し、且つ/又は前記反応容器との接触を維持する、取り外し可能モジュールとして構成される。いくつかの実施形態では、前記熱制御装置は、平面構成を有し、反応容器であってその熱サイクリングが所望される反応容器の平面部分に一致するようにサイズ決定及び寸法決定される。いくつかの実施形態では、前記熱制御装置は、結合部分又は結合機構であってそれによって前記熱制御装置が反応容器の少なくとも一方の側面に接触し、且つ/又は極めて近接して維持され、それによりその中に含まれる流体試料の加熱及び冷却が促進される、結合部分又は結合機構を含む。他の実施形態では、前記熱制御装置は、反応容器内の熱サイクリングを制御するための好適な位置において、固定具又はその他の手段によって固定される。例えば、前記熱制御装置は、試料分析装置であってその中に使い捨て試料カートリッジが置かれる試料分析装置内に取り付けられてもよく、その取り付けは、前記試料カートリッジが標的分析物の検査を行うための所定の位置にある場合に前記熱制御装置が前記試料カートリッジ内の熱サイクリングを制御するための好適な位置にあるようになされてもよい。
一態様では、本発明は、向上した温度制御を提供すると同時に少なくとも2つの異なる温度帯の間の急速且つ効率的なサイクリングも提供するように適合された、熱制御装置を提供する。そのような熱制御装置は、熱電冷却器であって別の熱操作装置と協働して制御される熱電冷却器を含んでもよい。前記熱操作装置は、加熱器、冷却器、別の熱電冷却器、又は温度を変更するための任意の好適な手段を含んでもよい。いくつかの実施形態では、前記装置は、前記装置の絶縁部分を通した光学的検出を可能にするための透明絶縁材料の使用を含む。前記熱制御装置は、1又は複数の熱センサ(例えば熱電対)、熱キャパシタ、熱バッファ、熱絶縁体、又はこれらの要素の任意の組み合わせの使用をさらに含んでもよい。いくつかの実施形態では、前記熱操作装置は、熱抵抗性加熱器(thermal−resistive heater)を含む。いくつかの実施形態では、前記熱制御装置は、反応容器の一側面加熱のために適合され、他の実施形態では、前記装置は二側面加熱(例えば対向する大面積面)のために適合される。本明細書中に記載する任意の特徴は、いずれのアプローチにも適用可能であってもよく、前記特徴が記載された特定の実施形態に限定されない、ということが理解される。
このセクションでは、本発明のいくつかの実施形態による非限定的な例示的プロトタイプ熱制御装置の初期設計、構成、及び性能特徴付けについて説明し要約する。この例示的プロトタイプは、流体試料に対してPCR分析を実行するための低減されたサイズの試料分析機器において使用するように構成された一体型加熱/冷却モジュールである。
いくつかの実施形態では、本発明の熱制御装置モジュールは、ペルティエ冷却器としても知られている熱電冷却器(TEC)を利用する。TECは、チェッカーボード様パターンに配置され直列に配線され熱的に並列に接続されたp及びnドープされた半導体ピラーの交互のスタックを挟む2つのセラミック板からなる固体電子装置である。半導体の端に電圧が印加された場合、前記装置を通って流れる電流は、2つのセラミック板の間の著しい温度差をもたらす。順方向電圧バイアスの場合、上板が底板より冷たくなり(慣例では電気リード線を有する面の反対側の面が「低温」面とみなされる)、固体冷却装置として使用される。電圧を逆にすると、「低温」面が次に底面より著しく熱くなることがもたらされる。したがって、TEC装置は長い間、熱サイクリング用途のための一般的な選択肢であり続けている。TEC加熱/冷却効率は、より小さい低パワー装置の場合に劇的に増加する。
図3は、プロトタイプデュアルTEC加熱/冷却モジュールの写真を示す。プライマリTEC及びセカンダリTECの両方(レアード(Laird)、OptoTEC HOT20,65,F2A,1312、データシートは下記)は、寸法13(w)×13(I)×2.2(t)mmであり、最大熱効率〜60%を有する。図4はTECの平面寸法をGX反応容器と比較するものである。いくつかの実施形態では、TECモジュールによって影響を及ぼされる平面領域は、GX反応容器に一致する。約25μl(図示)〜約100μlの範囲の流体容積を有する反応容器が収容される。
例示的プロトタイプTECアセンブリの加熱及び冷却性能が、反応容器の一方の表面に対して前記TECアセンブリを確実に圧締めするカスタム固定具を使用して測定された(図6)。前記固定具をデルリンなどの断熱材料で作ることによってTECアセンブリを前記固定具から熱的に分離するよう注意が払われた。熱負荷を模倣するために、前記反応容器は流体試料で充填され、前記TECアセンブリとは反対側の反応容器表面上の蛍光検出ブロックプロトタイプと確実に接触して配置された。この幾何学的配置において前記反応容器と接触している最上部TEC表面上の温度は、プライマリTECサーミスタ上で測定される温度と等しいか又はそれよりも高いように、独立して測定されたことに留意されたい。したがって、デュアルTEC加熱/冷却システムの熱的性能を最初に特徴付けるためにプライマリTECサーミスタの読み取り温度を使用することは妥当である。サーミスタと反応容器温度との間のいかなる不一致も、プライマリTECサーミスタと前記反応容器内の前記流体試料の温度との間にフィードバックループを使用するために特徴付けられ調節されることが可能である。
一般的なPCR分析は、アニール温度(〜65℃)からDNA変性温度(〜95℃)まで、そしてアニール温度まで戻る、約40の熱サイクルを有する。信頼性を評価するために、プロトタイプモジュールは、50℃(PCR実験に使用される最小温度と同等)と95℃との間で、システムが熱平衡に達することを可能にするための各温度における10秒の待ち時間を伴ってサイクリングされた。
モジュール構成における可変性により、装置性能のわずかな差がもたらされ得る。例えば、現在のモジュールは、機械加工されたヒートシンクと介在する銅層とを用いて手作業で組み立てられており、全ての構成要素は伝導性エポキシを使用して手作業で一緒に接合されている。エポキシの厚さの変化によって、又はモジュールのサンドイッチ構成内の構成要素間に小さな角度を作ることによって、様々な熱的性能がもたらされる。最も重要なことに、サーミスタも熱エポキシを使用してセラミックに取り付けられている。サーミスタとセラミックとの間の小さな間隙により、制御温度と測定温度との間の誤差がもたらされる。
1.概要
本システムは、本明細書中に記載した原理に従って熱制御装置を動作させるために前記システム内で実行可能なコマンドのリストを、前記システムの追記型メモリ上などに含んでもよい。これらのコマンドは基本機能であり、反応容器内の加熱/冷却及び光学的検出を実行するための最終的機能を構築するためにブロックにまとめられてもよい。光学的ブロックは、5つの異なるLED及び6つの光検出器(色により区別される)を、LED温度を維持するための小さな熱電冷却器(TEC)と共に有してもよい。熱サイクリングハードウェアは、デュアルTECモジュールである。コマンドは機能により熱サイクリングと光学的インタロゲーションとに分類される。
明確にするために、PCRのために使用されるデュアルTECアセンブリの概略図を図1に示す。プライマリTECは反応容器と相互作用し、セカンダリTECは性能を最適化するためにシステムの全体的な熱効率を管理することに留意されたい。プライマリTECの温度はプライマリサーミスタを使用して監視され、セカンダリサーミスタはセカンダリTECを監視する。
SETPOINT1:プライマリTECの温度設定点(1/100℃単位)、フォーマットXXXX。
SETPOINT2:セカンダリTECの温度設定点(1/100℃単位)、フォーマットXXXX。
PGAINR1:INCREASING温度のためのプライマリTECの制御ループPゲイン設定。有効数字4桁。
IGAINR1:INCREASING温度のためのプライマリTECの制御ループIゲイン設定。有効数字4桁。
DGAINR1:INCREASING温度のためのプライマリTECの制御ループDゲイン設定。有効数字4桁。
PGAINR2:INCREASING温度のためのセカンダリTECの制御ループPゲイン設定。有効数字4桁。
IGAINR2:INCREASING温度のためのセカンダリTECの制御ループIゲイン設定。有効数字4桁。
DGAINR2:INCREASING温度のためのセカンダリTECの制御ループDゲイン設定。有効数字4桁。
PGAINF1:DECREASING温度のためのプライマリTECの制御ループPゲイン設定。有効数字4桁。
IGAINF1:DECREASING温度のためのプライマリTECの制御ループIゲイン設定。有効数字4桁。
DGAINF1:DECREASING温度のためのプライマリTECの制御ループDゲイン設定。有効数字4桁。
PGAINF2:DECREASING温度のためのセカンダリTECの制御ループPゲイン設定。有効数字4桁。
IGAINF2:DECREASING温度のためのセカンダリTECの制御ループIゲイン設定。有効数字4桁。
DGAINF2:DECREASING温度のためのセカンダリTECの制御ループDゲイン設定。有効数字4桁。
DELTARISE:上に示したINCREASING温度のためのプライマリTEC及びセカンダリTECの温度設定点の間の時間差(ms単位)。正のDELTARISE値の場合、セカンダリTECのアクティブ化される設定点が、プライマリTECの温度ステップに先行するように、ユーザ入力値によって増加する。負のDELTARISE値では、プライマリTECがアクティブになった後のセカンダリTEC設定点が増加する。フォーマットXXXX。
DELTAFALL:上に示したDECREASING温度のためのプライマリTEC及びセカンダリTECの温度設定点の間の時間差(ms単位)。正のDELTAFALL値の場合、セカンダリTECのアクティブ化される設定点が、プライマリTECの温度ステップに先行するように、ユーザ入力値によって増加する。負のDELTAFALL値では、プライマリTECがアクティブになった後のセカンダリTEC設定点が増加する。フォーマットXXXX。
SOAKTIME:反応容器がTECモジュールと熱平衡することを可能にするために指定される時間(ms単位)。ソーク中は、光学的読み取りは実行されない。フォーマットXXXXX。
HOLDTIME:標準的な熱サイクリング中に光学的読み取りを行うために割り当てられる、各温度ステップの後に指定される時間(ms単位)。フォーマットXXXXXX。
RAMPPOS:ユーザによって指定される定常状態ランプ速度(10分の1度/秒単位)。これはランプアップ速度を標準的なPID制御の下で達成可能な最大未満の速度まで減速するために、レガシーアッセイのためにのみ使用される。フォーマットXXX。
RAMPNEG:ユーザによって指定される定常状態ランプ速度(10分の1度/秒単位)。これはランプダウン速度を標準的なPID制御の下で達成可能な最大未満の速度まで減速するために、レガシーアッセイのためにのみ使用される。フォーマットXXX。
WAITTRIGGER:外部トリガパルスが受信されるまでICOREをアイドル状態にする。
ADDTRIGGER:ステップが完了した後に外部トリガパルスを追加する。
MANUAL TRIGGER:手動トリガパルスを実行する。
FANPCR:PCRのためのデュアルTECモジュール上のヒートシンクを支援するファン(1又は複数)のオン/オフビット。
3.光学的コマンド
SETPOINT3:光学ブロックTECの温度設定点(1/100℃単位)、フォーマットXXXX。
PGAIN3:光学TECの制御ループPゲイン設定。有効数字4桁。
IGAIN3:光学TECの制御ループIゲイン設定。有効数字4桁。
DGAIN3:光学TECの制御ループDゲイン設定。有効数字4桁。
FANOPTICS:光学ブロックTEC上のヒートシンクを支援するファンのオン/オフビット。
各LED/検出器ペアについての光学的読み取りのためのマトリクス値。有効な蛍光チャネルが適切なLEDについて各色で示されている。さらなる詳細については以下の表2を参照されたい。
READCHANNEL:各光学的読み取りについてどのLED/検出器ペア(1又は複数)が読み取られるかを指定する。空白で区切られた1〜30のマトリクスペアの文字列を収容。例えば、深紅及びIR検出器を、赤LED照射を用いて読み取るには、このコマンドは「READCHANNEL 44 45」となる。蛍光信号は、励起色より長い波長においてのみ生成される。有効な信号は上の表で各LEDについて色で示されている。
READFLUORESCENCE0:UV励起についての全ての適切な検出器を読み取る(00、01、02、03、04、及びOS)。
READFLUORESCENCE1:青励起についての全ての適切な検出器を読み取る(11、12、13、14、及び15)。
READFLUORESCENCE2:緑励起についての全ての適切な検出器を読み取る(22、23、24、及び25)。
READFLUORESCENCE3:黄励起についての全ての適切な検出器を読み取る(33、34、及び35)。
READFLUORESCENCE4:赤励起についての全ての適切な検出器を読み取る(44及び45)。
LEDWU:光学的読み取りを開始する前のLEDのウォームアップ時間(ms単位)。フォーマットXXXX。
OPTICINST:光学的読み取りについての積分時間(ms単位)。フォーマットXXXX。
PLL:フェーズロックループ検出モード(別名ACモードとして知られている)のオン/オフビット。ACモードでは、(PSoC内で生成された)固定周波数でLEDにパルスが送られ、フェーズロックループ手法を使用して検出器が読み取られる。
LEDCURRENTX:LED電流を設定する(mA単位)、XXXX。フォーマットの例:LEDCURRENT 0 300:UV LEDを300mAに設定する。ACモードが有効(PLLオン)にされている場合、LEDCURRENTはLED電流のDCオフセットレベルを設定し、その上にパルスが重畳される。
LEDSLEWDEPTHX:ACモードについてのみ、LEDSLEWDEPTHはLED駆動信号のAC成分の大きさを設定する(mA単位)。スリューデップスは、LEDに印加される平均電流と最大電流との間の大きさとして指定され、LEDCURRENTコマンドと組み合わせて使用される。例えば、赤LEDを0mA〜100mAの範囲の対称パルスを用いて駆動するには、50mAのDCオフセット(LEDCURRRENT 4 SO)と、+/−50mAのパルス(LEDSLEWDEPTH 4 50)とが存在する。
LEDPULSESHAPEX:ACモードにおけるLEDに対する入力駆動電流の形状を指定する(正弦、三角、デルタ関数、その他の形状)。
別の態様では、熱制御装置は、熱モデリングに基づいて温度を制御するように構成されてもよい。この態様は、一側面加熱又は二側面加熱のために構成された熱制御装置において使用可能である。いくつかの実施形態では、そのような装置は、第1の熱電冷却器及び別の熱操作装置であってそれぞれがコントローラに結合された第1の熱電冷却器及び別の熱操作装置を含み、前記コントローラは、前記第1の熱電冷却器を前記熱操作装置と協働して制御して、前記第1の熱電冷却器を用いた加熱及び/又は冷却における制御、速度、及び効率を向上する。ただし、この熱モデリング態様は、本明細書中に記載した任意の構成の制御内に組み込まれてもよいということが理解される。
Claims (49)
- アクティブ面とリファレンス面とを有する第1の熱電冷却器と、
アクティブ面とリファレンス面とを有する第2の熱電冷却器と、
熱インタポーザであって、前記第1の熱電冷却器の前記リファレンス面が前記熱インタポーザを介して前記第2の熱電冷却器の前記アクティブ面と熱的に結合するように、前記第1及び第2の熱電冷却器の間に配置された、熱インタポーザと、
前記第1及び第2の熱電冷却器のそれぞれに動作可能に結合されたコントローラと、
を含む熱制御装置であって、前記コントローラは、前記第1の熱電冷却器の前記アクティブ面の温度が初期温度から所望の目標温度まで変化する際の、前記第1の熱電冷却器の効率を増加するように、前記第1の熱電冷却器と並行して前記第2の熱電冷却器を動作させるように構成された、熱制御装置。 - 前記熱インタポーザは、前記第1及び第2の熱電冷却器の前記アクティブ面及び/又はリファレンス面の質量より高い質量を有する熱伝導性材料の層から形成された熱キャパシタである、請求項1に記載の装置。
- 前記第1の熱電冷却器の前記アクティブ面の前記温度を感知するように適合された第1の温度センサと、
前記熱キャパシタの温度を感知するように適合された第2の温度センサと、
をさらに含む、請求項2に記載の装置。 - 前記第1及び第2の温度センサは、前記第1及び第2の熱電冷却器の動作が前記第1及び第2の温度センサからの前記コントローラへの入力に少なくとも部分的に基づくように、前記コントローラと結合された、請求項3に記載の装置。
- 前記第2の温度センサは、前記熱キャパシタの前記熱伝導性材料と熱的に接触している、請求項3に記載の装置。
- 前記熱キャパシタは、約5mm以下の厚さを有する銅層である、請求項2に記載の装置。
- 前記熱キャパシタは、約1mm以下の厚さを有する銅層である、請求項2に記載の装置。
- 前記コントローラは、
プライマリ制御ループであってその中に前記第1の温度センサの入力が提供されるプライマリ制御ループと、
セカンダリ制御ループであってその中に前記第2の温度センサの入力が提供されるセカンダリ制御ループと、
を含む、請求項3に記載の装置。 - 前記コントローラは、前記プライマリ制御ループの帯域幅応答が前記セカンダリ制御ループの帯域幅応答より高速にタイミング調節されるように構成された、請求項8に記載の装置。
- 前記プライマリ制御ループ及び前記セカンダリ制御ループのそれぞれは閉ループである、請求項8に記載の装置。
- 前記コントローラは、前記第1の熱電冷却器の前記アクティブ面が高い目標温度まで加熱される加熱サイクルと、前記第1の熱電冷却器の前記アクティブ面が低い目標温度まで冷却される冷却サイクルとの間でサイクリングするように構成された、請求項8に記載の装置。
- 前記コントローラは、前記プライマリ制御ループが加熱と冷却との間で切り替えられる前に、前記セカンダリ制御ループが前記第2の熱電冷却器を加熱モードと冷却モードとの間で切り替えて、前記熱キャパシタに熱負荷をかけるように構成された、請求項11に記載の装置。
- 前記セカンダリ制御ループは、前記熱キャパシタの温度を、前記第1の熱電冷却器の前記アクティブ面の前記温度から約40℃以内に維持する、請求項11に記載の装置。
- 前記コントローラは、前記第1の熱電冷却器の前記アクティブ面を用いた加熱及び冷却が毎秒10℃以内又はそれ未満のランプ速度で発生するように、前記第2の熱電冷却器の動作によって前記第1の熱電冷却器の効率が維持されるように構成された、請求項11に記載の装置。
- 前記高い目標温度は約90℃以上であり、前記低い目標温度は約40℃以下である、請求項11に記載の装置。
- サイクリング中の熱暴走を防止するために前記第2の熱電冷却器の前記リファレンス面と結合されたヒートシンク、
をさらに含む、請求項11に記載の装置。 - 前記第1の熱電冷却器の前記アクティブ面から前記ヒートシンクの反対側を向いた側面までが、約20mm以下の厚さを有する、請求項16に記載の装置。
- 前記熱制御装置の平面サイズが約45mm以下の長さ及び約20mm以下の幅を有する、請求項17に記載の装置。
- 約40mmの長さ×約12.5mmの平面サイズを有する、請求項17に記載の装置。
- 前記第1の熱電冷却器の前記アクティブ面は約11mm×13mmである、請求項1に記載の装置。
- 反応容器の単一側面上での前記反応容器の熱サイクリングのために前記反応容器と係合して、前記反応容器の反対側の側面からの標的分析物の光学的検出を可能にするように適合された、請求項20に記載の装置。
- それぞれが請求項1に記載の2つ以上の熱制御装置と、
アクティブ位置において前記2つ以上の熱制御装置を交互に位置付けて、それぞれの熱制御装置を用いた加熱及び/又は冷却サイクリングをもたらすように適合された、且つ前記2つ以上の熱制御装置の間で選択的に交替させるように適合された、固定具と、
を含む、熱管理システム。 - 温度を制御する方法であって、前記方法は、
アクティブ面とリファレンス面とを有する第1の熱電冷却器を動作させて初期温度から目標温度まで前記アクティブ面を加熱及び/又は冷却することと、
前記第1の熱電冷却器の前記アクティブ面の温度が前記初期温度から所望の目標温度まで変化する際の、前記第1の熱電冷却器の効率を増加するように、アクティブ面とリファレンス面とを有する第2の熱電冷却器を動作させることと、
を含み、前記第2の熱電冷却器の前記アクティブ面は熱インタポーザを介して前記第1の熱電冷却器の前記リファレンス面に熱的に結合されている、方法。 - 前記第1の熱電冷却器を動作させることは、前記第1の熱電冷却器の前記アクティブ面における温度センサからの温度入力を有するプライマリ制御ループを動作させることを含むことと、
前記第2の熱電冷却器を動作させることは、前記熱インタポーザ内の温度センサからの温度入力を有するセカンダリ制御ループを動作させることと、
をさらに含む、請求項23に記載の方法。 - 前記第1の熱電冷却器の前記アクティブ面が高い目標温度まで加熱される加熱モードと前記アクティブ面が低い目標温度まで冷却される冷却モードとの間でサイクリングすることと、
前記加熱モードと前記冷却モードとの間の熱変動を緩衝し、前記熱インタポーザを用いて熱エネルギーを蓄積することと、
をさらに含み、前記熱インタポーザは、熱キャパシタとして働くように、前記第1及び第2の熱電冷却装置のそれぞれの前記アクティブ面及びリファレンス面に比較して増加した熱伝導度を有する層を有する、請求項24に記載の方法。 - 前記第1の熱電冷却器の前記加熱モードと前記冷却モードとの間のサイクリングと並行して、前記第2の熱電冷却器の加熱モードと冷却モードとの間をサイクリングし、それによりサイクリング中の前記第1の熱電冷却器の効率を維持すること、
をさらに含む、請求項25に記載の方法。 - コントローラは、前記プライマリ制御ループの帯域幅応答が前記セカンダリ制御ループの帯域幅応答より高速であるように構成された、請求項26に記載の方法。
- 前記第1の熱電冷却器のモード間の切り替えの前に、前記第2の熱電冷却器をモード間で切り替えて、前記熱キャパシタに熱負荷をかけるように、コントローラによってサイクリングがタイミング調節される、請求項26に記載の方法。
- 前記高い目標温度は約95℃以上であり、前記低い目標温度は約50℃以下である、請求項26に記載の方法。
- サイクリング中の前記第1の熱電冷却器の効率を維持するために、前記第1の熱電冷却器のサイクリング中の前記第2の熱電冷却器の制御された動作によって、前記熱キャパシタの温度を前記第1の熱電冷却器の前記アクティブ面の前記温度から約40℃以内に維持すること、
をさらに含む、請求項25に記載の方法。 - 前記第1の熱電冷却器の前記効率は、前記第2の熱電冷却器の動作によって、前記第1の熱電冷却器の前記アクティブ面を用いた加熱及び/又は冷却が毎秒10℃以内又はそれ未満のランプ速度で発生するように維持される、請求項30に記載の方法。
- 熱暴走を防止するために、前記第1及び第2の熱電冷却器を用いたサイクリング中に、前記第2の熱電冷却器の前記リファレンス面と結合されたヒートシンクを動作させること、
をさらに含む、請求項26に記載の方法。 - ポリメラーゼ連鎖反応プロセスにおける熱サイクリングの方法であって、前記方法は、
請求項1に記載の前記熱制御装置を反応容器と係合させ、前記反応容器はその中に試料を、標的ポリヌクレオチドを増幅するポリメラーゼ連鎖反応を実行するために有し、前記第1の熱電冷却器の前記アクティブ面が前記反応容器と熱的に係合し、
前記熱制御装置を、前記標的ポリヌクレオチドを増幅するための特定のプロトコルに従って熱サイクリングする、
方法。 - 前記熱制御装置を前記反応容器と係合させることは、前記第1の熱電冷却器の前記アクティブ面を前記反応容器の一方の側面に対して係合させることを含み、それにより反対側の側面が前記熱制御装置によって覆われずに存続して、前記反対側の側面からの光学的検出が可能になる、請求項33に記載の方法。
- 加熱モード及び冷却モードのそれぞれは1又は複数の動作パラメータを有し、前記1又は複数の動作パラメータは前記加熱モード及び冷却モードの間で非対称である、請求項33に記載の方法。
- 加熱モード及び冷却モードのそれぞれは帯域幅及びループ利得を有し、前記加熱モード及び冷却モードの前記帯域幅及び前記ループ利得は異なっている、請求項33に記載の方法。
- 温度を制御する方法であって、前記方法は、
第1及び第2の熱電冷却器であってそれらの間に熱キャパシタを有し、前記第1及び第2の熱電冷却器のそれぞれはアクティブ面とリファレンス面とを有する、第1及び第2の熱電冷却器を、熱制御装置に備え、
前記アクティブ面を加熱し、
前記アクティブ面を冷却し、
前記リファレンス面を加熱し、
前記リファレンス面を冷却する、
方法。 - 前記アクティブ面を加熱すること及び前記アクティブ面を冷却することのそれぞれは、1又は複数の動作パラメータによって制御される、
請求項37に記載の方法。 - 前記1又は複数の動作パラメータの大きさは、前記アクティブ面を冷却する間に比較して前記アクティブ面を加熱する間では異なっている、
請求項38に記載の方法。 - アクティブ面とリファレンス面とを有する第1の熱電冷却器と、
熱操作装置と、
前記第1の熱電冷却器と前記熱操作装置とのそれぞれに動作可能に結合されたコントローラと、を含む熱制御装置であって、
前記コントローラは、前記第1の熱電冷却器の前記アクティブ面の温度が初期温度から所望の目標温度まで変化する際の、前記第1の熱電冷却器の速度及び効率を増加するように、前記第1の熱電冷却器を前記熱操作装置と協働して動作させるように構成された、熱制御装置。 - 前記コントローラと結合された1又は複数の温度センサをさらに含み、前記温度センサは、前記第1の熱電冷却器に沿って若しくはその近くに配置され、又は、前記熱操作装置に沿って若しくはその近くに配置され、又は、前記第1の熱電冷却器及び前記熱操作装置に共通のミクロ環境に沿って若しくはその近くに配置された、
請求項40に記載の熱制御装置。 - 前記熱操作装置は、分析装置内のミクロ環境を介して前記第1の熱電冷却器と熱的に結合され、前記分析装置内には、前記ミクロ環境の温度が周囲温度から変更され得るように、前記熱操作装置が配置された、請求項40に記載の熱制御装置。
- 前記熱操作装置は、熱抵抗性加熱要素又は第2の熱電冷却器を含む、請求項40に記載の熱制御装置。
- 前記コントローラは、前記熱制御装置と熱連通した反応容器のチャンバ内の流体試料の温度を制御するために、温度を制御するように構成された、請求項40に記載の熱制御装置。
- 前記コントローラは、前記反応容器内のインサイチュー反応チャンバ温度の熱モデリングに基づいて前記第1の熱電冷却器を動作させるように構成された、請求項44に記載の熱制御装置。
- 前記熱モデリングの制御パラメータは、リアルタイムで計算され適用される、請求項45に記載の熱制御装置。
- 前記熱制御装置は、分析装置内に配置され、前記分析装置内に配置された試料カートリッジの反応容器と熱連通するように位置付けられ、前記コントローラは、前記反応容器のチャンバ内のポリメラーゼ連鎖反応プロセスにおける熱サイクリングを実行するように構成された、請求項40に記載の装置。
- アクティブ面とリファレンス面とを有する第1の熱電冷却器と、
熱操作装置と、
熱インタポーザであって、前記第1の熱電冷却器の前記リファレンス面が前記熱インタポーザを介して前記熱操作装置と熱的に結合するように、前記第1の熱電冷却器と前記熱操作装置との間に配置された、熱インタポーザと、
前記第1の熱電冷却器の前記アクティブ面の温度を感知するように適合された第1の温度センサと、
前記第1の熱電冷却器及び前記熱操作装置のそれぞれに動作可能に結合されたコントローラと、
を含む熱制御装置であって、
前記コントローラは、前記第1の熱電冷却器の前記アクティブ面の温度が初期温度から所望の目標温度まで変化する際の、前記第1の熱電冷却器の効率を増加するように、前記熱操作装置を前記第1の熱電冷却器と協働して動作させるように構成された、熱制御装置。 - 前記コントローラは、前記第1の温度センサからの入力を含む熱モデルに基づいて予測される温度のフィードバック入力を有する、閉制御ループを含む、請求項48に記載の熱制御装置。
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