KR20120107716A - 시료 보관용 온도 제어 장치 - Google Patents

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KR20120107716A
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 내부에 시료를 수용할 수 있는 적어도 하나의 용기를 수용하는 적어도 하나의 수용홈을 갖는 웰 블록와, 상기 시료의 온도를 제어하는 온도 제어부를 구비하며, 상기 온도 제어부는 상기 웰 블록을 가열 또는 냉각시키는 열원부와, 상기 열원부의 열을 상기 웰 블록에 전달하는 열전달체를 갖는 시료 보관용 온도 제어 장치를 제공한다.

Description

시료 보관용 온도 제어 장치{Temperature control apparatus for material}
본 발명은 시료 보관용 온도 제어 장치에 관한 것이다.
바이오 장비는 생명 현상을 연구하는데 사용되는 과학적인 도구로서 물리적 또는 화학적인 원리를 이용하여 분자, 세포, 개체 단계의 생물학적인 현상을 연구하여 이해하고 활용하는 장비로 정의할 수 있다.
유전자조작관련기술(재조합 DNA(deoxyribonucleic acid)기술, 유전자치료, 클로닝, 안티센스 등)과 흡광, 형광, 라만(Raman) 등을 이용한 생물학적 시료분석기술, 생체물질의 패터닝, 유전자 칩, PCR(polymerase chain reaction), 유전자 지도, 단백질 공학등 바이오기술의 연구를 수행할 수 있는 도구라 할 수 있으며, 생물학, 화학, 물리학, 전자공학, 기계공학 등 다양한 학문 분야를 망라하여 공동 연구개발을 통해서만 발전할 수 있는 고도의 기술 집약 분야이다. 일단 기술선점이 이루어지면 국내시장은 물론 해외시장도 침투될 수 있는 특징을 보유하고 있다.
바이오장비는 매우 다양한 품목들로 구성되어 있는데, 여러 보고서에서 분류된 자료들을 토대로 시료제작, 바이오분리, 바이오분광, 바이오 패터닝, 세포공학, 질량분석장비 등 6개 세부범위로 분류할 수 있다.
바이오 샘플의 온도의 유지는 바이오기술의 연구를 수행함에 있어 기본적인 장치라 할 수 있으며 그 연구의 신뢰성 있는 결과를 보존하는데 이용될 수 있다. 또한, 제조공정에서 샘플을 생산하는 경우 그 보존기간을 연장하는데 유용하게 적용될 수 있다.
시료의 온도 유지를 위한 장치는 상기와 같은 이유로 계속 수요가 급증하고 있는 추세에 있다. 특히 생물학적 현상을 연구하거나 바이오산업의 응용에서 하나의 용기에 여러 개의 웰(well)을 갖고 단위 시간당 처리하는 시료의 처리량이 많아지고 있다. 용기 내의 웰간 용액의 온도의 편차가 발생되면 실험된 시료의 데이터의 결과를 신뢰할 수 없으며, 제조된 시료간 보존기간이 다를 수 있어 중요한 이슈가 되고 있다. 예를 들어 HIV, HCV, HBV등의 정량/정성 검사를 위해서 PCR장비에 의한DNA증폭전에 핵산추출이 완료된 검체등의 4℃보존이 이에 해당될 수 있다
본 발명의 실시예들에 의하여 해결하고자 하는 주된 과제는 시료들의 온도를 균일하게 유지할 수 있는 시료 보관용 온도 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시료 보관용 온도 제어 장치는, 내부에 시료를 수용할 수 있는 적어도 하나의 용기를 수용하는 적어도 하나의 수용홈을 갖는 웰 블록과, 상기 시료의 온도를 제어하는 온도 제어부를 구비하며, 상기 온도 제어부는, 상기 웰 블록을 가열 또는 냉각시키는 열원부와, 상기 열원부의 열을 상기 웰 블록에 전달하는 열전달체를 가질 수 있다.
상기 수용홈들은 복수 개의 행과 열로 이루어질 수 있다.
상기 열전달체는 상기 웰 블록과 상기 열원부 사이에 배치될 수 있다.
상기 열전달체는 히트 파이프일 수 있다.
상기 열전달체는 상기 수용홈에 대응되도록 배치될 수 있다.
상기 열전달체는 서로 이웃하는 수용홈들 사이에 배치될 수 있다.
상기 열전달체는 상기 웰 블록 내에 배치될 수 있다.
상기 열원부는 열전소자로 이루어질 수 있다.
상기 열원부는 일면이 가열되면 타면이 냉각되고, 일면이 냉가되면 타면이 가열될 수 있다.
상기 온도 제어부는 상기 열원부의 일측 면에 접촉하는 히트 싱크를 더 구비할 수 있다.
상기 온도 제어부는 상기 히트 싱크의 일측에 배치되는 냉각 팬을 더 구비할 수 있다.
상기 온도 제어부는 상기 웰 블록의 온도를 측정하는 온도 센서와, 상기 온도 센서에서 측정된 온도를 분석하고 상기 웰 블록의 온도를 유지하도록 상기 열원부를 제어하는 제어기를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 웰 블록에 보관되는 시료들의 온도를 균일하게 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 보관용 온도 제어 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시료 보관용 온도 제어 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 시료 보관용 온도 제어 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 보관용 온도 제어 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 보관용 온도 제어 장치(100)는 웰 블록(121)와 온도 제어부를 구비할 수 있으며, 온도 제어부는 열전달체(122), 열원부(123), 히트 싱크(124), 냉각 팬(125), 온도 센서(126) 및 제어기(127)로 이루어질 수 있다.
웰 블록(121)은 시료를 담을 수 있는 용기들(도 2의 210)을 수용할 수 있는 적어도 하나의 수용홈(121a)를 구비할 수 있다. 수용홈(121a)들은 상기 용기들 각각이 삽입될 수 있도록 웰 블록(121) 내부를 향하여 오목하게 형성된다. 수용홈(121a)은 웰 블록(121) 상에서 복수 개의 열과 행으로 형성될 수 있다. 웰 블록(121)에 형성된 수용홈(121a)의 개수는 용기의 개수에 따라 결정된다. 일반적으로 24DWP, 48DWP, 96DWP, 및 384DWP 등의 용기가 사용되므로 사용되는 용기에 따라 웰 블록(121)의 수용홈(121a)의 개수는 달라질 수 있다.
온도 제어부는 웰 블록(121)에 수용되는 용기들 내의 시료들의 온도를 일정하게 유지시키도록 웰 블록(121)의 온도를 측정하고 웰 블록(121)을 가열하거나 냉각시킬 수 있다. 온도 제어부는 열전달체(122), 열원부(123), 히트 싱크(124), 냉각 팬(125), 온도 센서(126) 및 제어기(127)로 이루어질 수 있다.
열전달체(122)는 웰 블록(121)의 하부에 배치될 수 있다. 열전달체(122)는 열원부(123)에서 발생된 열을 웰 블록(121)에 전달하는 기능을 한다. 웰 블록(121)에 수용되는 용기 내의 시료들은 모두 균일한 온도로 유지되어야 하므로 열전달체(122)는 웰 블록(121) 전체에 균일하게 전달할 수 있는 매체로 이루어지는 것이 바람직하다. 열전달체(122)는 히트 파이프로 이루어질 수 있다. 히트 파이프는 열원부(123)에 에서 발생한 열을 초고속으로 전달하여 웰 블록(121)의 전체 영역이 균일한 온도를 갖도록 한다.
열원부(123)는 웰 블록(121)을 가열 또는 냉각시킬 수 있다. 열원부(123)는 열을 발생시키거나 열을 흡수하여 웰 블록(121)을 가열 또는 냉각시킨다. 열원부(123)에서 발생한 열 또는 흡수되는 열은 열전달체(122)을 통하여 웰 블록(121)을 가열시키거나 냉각시킨다. 열전달체(122)와 열원부(123)는 열전도성 본드에 의해 접착될 수 있다.
열원부(123)는 일면이 가열되면 타면이 냉각되고, 일면이 냉각되면 타면이 가열되는 매체로 이루질 수 있다. 예를 들면, 열원부(123)는 펠티에(peltier) 소자로 구현될 수 있다. 펠티에 소자는 펠티에 효과를 이용한 전기/열 변환 소자로서, 두 종류의 금속을 접속하여 전류를 인가할 때 두 금속의 접합부에서 열이 발생하거나 열이 흡수되는 열전현상을 이용한 소자이다. 그러므로 제어기(127)가 전기 배선(128)을 통해 열원부(123)에 전류를 인가함으로써 웰 블록(121)의 온도가 상승 하거나 온도가 하강하여 용기들의 온도를 제어할 수 있다.
웰 블록(121)에는 온도 센서(126)가 설치될 수 있으며, 제어기(127)는 온도 센서(126)의 감지 신호에 기초해 열전소자 블록(121)의 온도를 제어할 수 있다.
제어기(127)는 온도 센서(126)에 의해 측정된 웰 블록(121)의 온도가 소정의 온도로 유지되는지를 판별하고, 웰 블록(121)의 온도가 일정한 온도를 유지하도록 열원부(123)를 제어할 수 있다. 제어기(127)는 예를 들어 반도체 칩이나, 반도체 칩을 이용한 회로기판 등으로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시료 보관용 온도 제어 장치(10)는 열원부(123)의 일측 면에 접촉하는 열전달 소재의 히트 싱크(124)를 더 구비할 수 있다. 히트 싱크(124)는 열원부(123)에서 발생된 열을 외부로 전달하여 신속한 냉각이 이루어지도록 보조하는 기능을 수행할 수 있다. 히트 싱크(124)는 예를 들어 알루미늄이나 구리와 같은 열전도성 금속으로 제조될 수 있다. 히트 싱크(124)를 설치함으로써 자연적인 대류 효과로 인한 냉각 효과를 얻을 수 있다. 히트 싱크(124)는 도시된 구조 이외에도 널리 알려진 히트 파이프(heat pipe)의 구조를 채택할 수도 있다.
히트 싱크(124)를 설치하는 구조 이외에도 다양한 기술들을 도입하여 냉각 효과를 보조할 수 있는데, 예를 들어 공기를 송풍하는 별도의 냉각 팬(125)를 설치하거나 냉각용 유체가 흐르는 냉각용 파이프를 설치할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시료 보관용 온도 제어 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 시료 보관용 온도 제어 장치(20)는 웰 블록(221)와 온도 제어부를 구비할 수 있으며, 온도 제어부는 열전달체(222), 열원부(223), 히트 싱크(224), 냉각 팬(225), 온도 센서(226) 및 제어기(227)로 이루어질 수 있다.
웰 블록(221)의 수용홈(221a)에는 용기들(210)이 삽입될 수 있다. 용기들(210)은 투명한 플라스틱이나 유리와 같은 소재로 제작될 수 있다. 예를 들면, 용기들(210)의 내부에는 증폭 대상인 핵산 시료가 수용될 수 있다. 용기들(210)의 상단은 지지 플레이트(215)에 의해 지지된다. 용기들(210)은 웰 블록(221)의 수용홈(221a)에 삽입된다.
웰 블록(221)에는 온도 센서(226)가 설치될 수 있으며, 제어기(227)는 온도 센서(226)의 감지 신호에 기초해 용기들(210)의 온도를 제어할 수 있다. 제어기(227)는 웰 블록(221)의 온도가 균일하게 유지될 수 있도록 웰 블록(221)의 온도를 기초로 열원부(223)가 열을 내거나 냉각되도록 열원부(223)을 제어할 수 있다.
열전달체(222)는 수용홈(221a)에 대응되도록 웰 블록(221) 내부에 배치될 수 있다. 수용홈(221a)들은 웰 블록(221) 내에서 복수 개의 행과 열로 배열될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 보관용 온도 제어 장치(20)에서는 열전달체(222)가 일렬로 배열된 수용홈(221a)에 대응되도록 배치될 수 있다. 일례로서 열전달체(222)는 길이를 갖는 막대 형상을 가질 수 있으며, 열전달체(222)는 일렬로 배열된 수용홈(221a)들의 오목한 부분에서 이격되어 배치될 수 있다. 수용홈(221a)들의 최하단부에서 열전달체(222) 사이의 간격은 모두 동일할 수 있다. 수용홈(221a)들과 동일한 간격으로 열전달체(222)가 배치되므로 웰 블록(221) 내의 수용홈(221a) 내에 수용되는 용기들(210)의 온도는 균일하게 유지될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 열전달체(222)는 히트 파이프일 수 있다.
열원부(223)는 웰 블록(221)을 가열 또는 냉각시킬 수 있다. 열원부(223)는 열을 발생시키거나 열을 흡수하여 웰 블록(221)을 가열 또는 냉각시킨다. 열원부(223)에서 발생한 열 또는 흡수되는 열은 열전달체(222)을 통하여 웰 블록(221)을 가열시키거나 냉각시킨다. 열전달체(222)와 열원부(223)는 열전도성 본드에 의해 접착될 수 있다.
열원부(223)는 일면이 가열되면 타면이 냉각되고, 일면이 냉각되면 타면이 가열되는 매체로 이루질 수 있다. 예를 들면, 열원부(223)는 펠티에(peltier) 소자로 구현될 수 있다. 펠티에 소자는 펠티에 효과를 이용한 전기/열 변환 소자로서, 두 종류의 금속을 접속하여 전류를 인가할 때 두 금속의 접합부에서 열이 발생하거나 열이 흡수되는 열전현상을 이용한 소자이다. 그러므로 제어기(227)가 전기 배선(228)을 통해 열원부(223)에 전류를 인가함으로써 웰 블록(221)의 온도가 상승 하거나 온도가 하강하여 용기들의 온도를 제어할 수 있다.
열원부(223)의 하부에는 히트 싱크(224)가 배치될 수 있다. 히트 싱크(224)는 용기들(210)의 표면의 전극들(221)에서 발생된 열을 외부로 전달하여 신속한 냉각이 이루어지도록 보조하는 기능을 수행할 수 있다. 히트 싱크(224)는 예를 들어 알루미늄이나 구리와 같은 열전도성 금속으로 제조될 수 있다. 열원부(223)의 일면, 즉 웰 블록(221)을 향하는 면이 냉각 기능을 하는 경우 열원부(223)의 타면은 가열되므로 히트 싱크(224)는 열원부(223)의 타면의 열을 방출하게 된다.
히트 싱크(224)에는 냉각 팬(225)가 배치될 수 있다. 열원부(223)의 일면이 냉각되는 경우 열원부(223)의 타면이 가열되므로 이 경우 냉각 팬(225)은 작동하여 히트 싱크(224)와 함께 열원부(223)의 타면을 냉각시킬 수 있다. 그러나, 열원부(223)의 일면이 가열되고 타면이 냉각되는 경우 냉각 팬(225)은 작동하지 않을 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시료 보관용 온도 제어 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 시료 보관용 온도 제어 장치(30)는 웰 블록(321)와 온도 제어부를 구비할 수 있으며, 온도 제어부는 열전달체(322), 열원부(323), 히트 싱크(324), 냉각 팬(325), 온도 센서(326) 및 제어기(327)로 이루어질 수 있다.
웰 블록(321)의 수용홈(321a)에는 용기들(310)이 삽입될 수 있다. 용기들(310)은 투명한 플라스틱이나 유리와 같은 소재로 제작될 수 있다. 예를 들면, 용기들(310)의 내부에는 증폭 대상인 핵산 시료가 수용될 수 있다. 용기들(310)의 상단은 지지 플레이트(315)에 의해 지지된다. 용기들(310)은 웰 블록(321)의 수용홈(321a)에 삽입된다.
웰 블록(321)에는 온도 센서(326)가 설치될 수 있으며, 제어기(327)는 온도 센서(326)의 감지 신호에 기초해 용기들(310)의 온도를 제어할 수 있다. 제어기(327)는 웰 블록(321)의 온도가 균일하게 유지될 수 있도록 웰 블록(321)의 온도를 기초로 열원부(323)가 열을 내거나 냉각되도록 열원부(323)을 제어할 수 있다.
열전달체(322)는 수용홈(321a)에 대응되도록 웰 블록(321) 내부에 배치될 수 있다. 수용홈(321a)들은 웰 블록(321) 내에서 복수 개의 행과 열로 배열될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 시료 보관용 온도 제어 장치(30)에서는 열전달체(322)가 서로 이웃하는 수용홈들(321a) 사이에 배치될 수 있다. 일례로서 열전달체(322)는 길이를 갖는 막대 형상을 가질 수 있으며, 열전달체(322)는 서로 이웃하는 수용홈들(321a)에서 동일한 간격으로 되어 수용홈들(321a) 사이에 배치될 수 있다. 수용홈(321a)들과 동일한 간격으로 열전달체(322)가 배치되므로 웰 블록(321) 내의 수용홈(321a) 내에 수용되는 용기들(310)의 온도는 균일하게 유지될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 열전달체(322)는 히트 파이프일 수 있다.
열원부(323)는 웰 블록(321)을 가열 또는 냉각시킬 수 있다. 열원부(323)는 열을 발생시키거나 열을 흡수하여 웰 블록(321)을 가열 또는 냉각시킨다. 열원부(323)에서 발생한 열 또는 흡수되는 열은 열전달체(322)을 통하여 웰 블록(321)을 가열시키거나 냉각시킨다. 열전달체(322)와 열원부(323)는 열전도성 본드에 의해 접착될 수 있다.
열원부(323)는 일면이 가열되면 타면이 냉각되고, 일면이 냉각되면 타면이 가열되는 매체로 이루질 수 있다. 예를 들면, 열원부(323)는 펠티에(peltier) 소자로 구현될 수 있다. 펠티에 소자는 펠티에 효과를 이용한 전기/열 변환 소자로서, 두 종류의 금속을 접속하여 전류를 인가할 때 두 금속의 접합부에서 열이 발생하거나 열이 흡수되는 열전현상을 이용한 소자이다. 그러므로 제어기(327)가 전기 배선(328)을 통해 열원부(323)에 전류를 인가함으로써 웰 블록(321)의 온도가 상승 하거나 온도가 하강하여 용기들의 온도를 제어할 수 있다.
열원부(323)의 하부에는 히트 싱크(324)가 배치될 수 있다. 히트 싱크(324)는 용기들(310)의 표면의 전극들(321)에서 발생된 열을 외부로 전달하여 신속한 냉각이 이루어지도록 보조하는 기능을 수행할 수 있다. 히트 싱크(324)는 예를 들어 알루미늄이나 구리와 같은 열전도성 금속으로 제조될 수 있다. 열원부(323)의 일면, 즉 웰 블록(321)웰 블록(321)이 냉각 기능을 하는 경우 열원부(323)의 타면은 가열되므로 히트 싱크(324)는 열원부(323)의 타면의 열을 방출하게 된다.
히트 싱크(324)에는 냉각 팬(325)가 배치될 수 있다. 열원부(323)의 일면이 냉각되는 경우 열원부(323)의 타면이 가열되므로 이 경우 냉각 팬(325)은 작동하여 히트 싱크(324)와 함께 열원부(323)의 타면을 냉각시킬 수 있다. 그러나, 열원부(323)의 일면이 가열되고 타면이 냉각되는 경우 냉각 팬(325)은 작동하지 않을 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10, 20, 30: 시료 보관용 온도 제어 장치
121, 221, 321: 웰 블록 121a, 221a, 321a: 수용홈
122, 222, 322: 열전달체 123, 223, 323: 열원부
124, 224, 324: 히트 싱크 125, 225, 325: 냉각 팬
126, 226, 326: 온도 센서 127, 227, 327: 제어기

Claims (10)

  1. 내부에 시료를 수용할 수 있는 적어도 하나의 용기를 수용하는 적어도 하나의 수용홈을 갖는 웰 블록; 및
    상기 시료의 온도를 제어하는 온도 제어부;를 구비하며,
    상기 온도 제어부는,
    상기 웰 블록을 가열 또는 냉각시키는 열원부; 및
    상기 열원부의 열을 상기 웰 블록에 전달하는 열전달체;를 갖는 것을 특징으로 하는 시료 보관용 온도 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수용홈들은 복수 개의 행과 열로 이루어진 것을 특징으로 하는 시료 보관용 온도 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열전달체는 상기 웰 블록과 상기 열원부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 시료 보관용 온도 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열전달체는 히트 파이프인 것을 특징으로 하는 시료 보관용 온도 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열전달체는 상기 수용홈에 대응되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 시료 보관용 온도 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열전달체는 서로 이웃하는 수용홈들 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 시료 보관용 온도 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열전달체는 상기 웰 블록 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 시료 보관용 온도 제어 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열원부는 일면이 가열되면 타면이 냉각되고, 일면이 냉가되면 타면이 가열되는 것을 특징으로 하는 시료 보관용 온도 제어 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 열원부는 펠티에로 이루어지는 것을 특징으로 하는 시료 보관용 온도 제어 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 온도 제어부는 상기 웰 블록의 온도를 측정하는 온도 센서와, 상기 온도 센서에서 측정된 온도를 분석하고 상기 웰 블록의 온도를 유지하도록 상기 열원부를 제어하는 제어기;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 시료 보관용 온도 제어 장치.
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