WO2023038467A1 - 열블록 - Google Patents

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WO2023038467A1
WO2023038467A1 PCT/KR2022/013549 KR2022013549W WO2023038467A1 WO 2023038467 A1 WO2023038467 A1 WO 2023038467A1 KR 2022013549 W KR2022013549 W KR 2022013549W WO 2023038467 A1 WO2023038467 A1 WO 2023038467A1
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block
stepped
thermal block
thermal
present
Prior art date
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PCT/KR2022/013549
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French (fr)
Inventor
김진원
노진석
강동우
백승민
Original Assignee
주식회사 씨젠
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Publication date
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    • B01L7/52—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6844—Nucleic acid amplification reactions
    • C12Q1/686—Polymerase chain reaction [PCR]
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    • B01L2300/1805—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01L2300/18—Means for temperature control
    • B01L2300/1894—Cooling means; Cryo cooling

Definitions

  • the present invention relates to a thermal block for carrying out a plurality of reactions.
  • PCR polymerase chain reaction
  • Denaturation of DNA proceeds at about 95 degrees, and binding and extension of primers proceed at a temperature lower than 95 degrees, 55 to 75 degrees. Therefore, the nucleic acid amplification reaction of the sample is performed by repeating the process of raising and lowering the temperature of the reaction vessel or chambers in which the sample is accommodated.
  • a heat block having a plurality of sample wells into which a reaction container accommodating the samples is inserted is sometimes used. That is, the reaction container for accommodating the respective samples is inserted into the sample well of the heat block, and the heat block is heated or cooled using a Peltier element, thereby simultaneously performing the nucleic acid amplification reaction of each sample.
  • the sample wells of the column block are arranged in rows and columns on a plane, and the sample wells are 16 wells of 4 X 4, 32 wells of 4 X 8, 64 wells of 8 X 8, 96 wells of 8 X 12, or even larger. It is formed with 384 wells of 16 X 24.
  • an object of the present invention is to provide a heat block in which the temperature control of the central and outer parts of the heat block is uniform, and the temperature difference between the central part and the outer part is minimized.
  • an object of the present invention is to increase the efficiency of the nucleic acid amplification reaction and the performance of the device by minimizing the difference in temperature change rate and temperature holding period between samples by uniformly controlling the temperature of the heat block.
  • an object of the present invention is to reduce the temperature deviation of each well by modifying the structure of the heat block to reduce the volume of the central portion having a large heat capacity.
  • an object of the present invention is to solve the problem that thermal conductivity is lowered by an air layer in using a metallic material as a thermal conductive material by using a phase change material (PCM) in contact with a thermal block as a thermal conductive material.
  • PCM phase change material
  • a thermal block according to an embodiment of the present invention is a thermal block for performing a plurality of reactions, and includes upper and lower surfaces that are parallel to each other and have a length and width, and a plurality of sample wells open upwards are formed on the upper surface. On the lower surface, a stepped surface with a barrier accommodating the phase change material is formed.
  • the temperature difference between the central part and the outer part is minimized.
  • the temperature control of the central part and the outer part of the heat block can be made uniform.
  • the thermal block of the present invention can increase the efficiency of the nucleic acid amplification reaction and the performance of the device by minimizing the difference in temperature change rate and temperature holding period between samples by uniformly controlling the temperature.
  • the heat block of the present invention changes the structure of the conventional heat block to secure the uniformity of the temperature rise and fall rate and temperature maintenance section using the heat block, thereby reducing the performance of reagents sensitive to temperature deviations. that can be prevented
  • thermal equilibrium can be secured for the heat block by using a phase change material as a thermal conductive material.
  • FIG. 1 is a perspective view of a thermal block of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion of a thermal block of the present invention.
  • FIG. 3 is a bottom view of the thermal block of the present invention.
  • FIG. 4 is a bottom view of a thermal block of the present invention.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view of a thermal block of the present invention.
  • FIG. 6 is a bottom view of the thermal block of the present invention.
  • FIG. 7 is a bottom view of a thermal block of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view of a thermal block of the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view of a thermal block of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a thermal block of the present invention.
  • FIG. 11 is a side view of a thermal block of the present invention.
  • the present inventors intensively tried to improve the structure of the heat block in order to increase the efficiency of the nucleic acid amplification reaction and the performance of the device.
  • the present inventors improved the structure of the heat block to minimize the speed of temperature change at each well of the heat block and the difference in temperature change in the temperature holding section while reducing the heat capacity of the heat block. That is, the structure of the heat block is improved to lower the heat capacity of the central part of the heat block to minimize the temperature difference between the center and the outer part, thereby improving the performance degradation of reagents sensitive to the temperature difference.
  • the term "thermal block” may be used as a reaction vessel in which a plurality of sample wells formed in the thermal block directly receive and react with samples, or formed to fit the plurality of sample wells formed in the thermal block. It can be used as a receptor for accommodating a reaction vessel.
  • the thermal block may be manufactured using a material having excellent thermal conductivity. It may be made of a metal or metal alloy (eg, iron, copper, aluminum, gold, silver or an alloy containing the same).
  • a thermal block may be machined from a single solid piece of metal or formed by connecting several pieces of metal.
  • the heat block of the present invention is a heat block for carrying out a plurality of reactions.
  • the reaction refers to a chemical, biochemical or biological transformation involving at least one chemical or biological substance (eg, solution, solvent, enzyme).
  • the reaction may preferably be initiated, stopped, accelerated or inhibited by a thermal change in the reaction system.
  • the reaction may be a reaction in which decomposition or binding of a biological or chemical substance proceeds as a result of a change in temperature, or an activity of an enzyme that produces or decomposes a biological or chemical substance is promoted or inhibited as a result of a change in temperature. .
  • the reaction may mean an amplification reaction.
  • the amplification reaction may be a reaction that increases the target analyte (eg, nucleic acid) itself, or may be a reaction that increases or decreases a signal generated depending on the presence of the target analyte.
  • a reaction that increases or decreases the signal generated depending on the presence of the target analyte may or may not be accompanied by an increase in the target analyte.
  • the target analyte is a nucleic acid molecule, and the reaction may be a polymerase chain reaction (PCR) or real-time PCR.
  • PCR polymerase chain reaction
  • PCR polymerase chain reaction
  • the change in constant conditions is an increase in the number of repetitions of the reaction, and the repeating unit of the reaction including the series of steps is set as one cycle.
  • Various nucleic acid amplification reactions can be performed using the heat block of the present invention.
  • PCR polymerase chain reaction
  • LCR ligase chain reaction
  • LCR ligase chain reaction
  • GLCR gap filling LCR
  • Q-beta replicase amplification Q-beta replicase amplification; Q-beta, see Cahill P, et al., Clin Chem., 37(9): 1482-5 (1991), US Pat. No.
  • the heat block of the present invention is usefully used in a polymerase chain reaction-based nucleic acid amplification reaction.
  • Various nucleic acid amplification methods based on polymerase chain reaction are known. For example, quantitative PCR, digital PCR, asymmetric PCR, reverse transcriptase PCR (RT-PCR), differential display PCR (DD-PCR), nested PCR, random priming PCR (AP-PCR), multiplex PCR, SNP genome typing PCR and the like.
  • stepped surface is one or more surfaces formed on the lower surface of the thermal block, and means a surface having a different height from the surrounding surface. That is, the lower surface of the heat block is flat, and the stepped surface is a surface formed to be stepped upward compared to the flat surrounding surface.
  • the stepped surface can be defined in terms of the following terms: depression and protrusion.
  • the term “depression” refers to a shape that is recessed upward from the flat lower surface of the heat block. That is, the term “depression” is a shape in which the lower surface of the heat block is engraved upward. The term “depression” may mean that a stepped surface is formed in a form in which the lower surface of the heat block is engraved.
  • protrusion refers to a shape protruding downward from the flat lower surface of the heat block. Therefore, a region that does not protrude from the lower surface is a stepped surface.
  • the term “barrier” is a structure having a height in the downward direction to distinguish a stepped surface from the surrounding surface on the lower surface of the heat block. In one embodiment of the present invention, the term “barrier” is a region excluding a stepped surface that is recessed and recessed. In another embodiment of the present invention, the term “barrier” is a protruding area to form a stepped surface.
  • the barrier is a structure distinct from a stepped surface, and may be in the shape of a continuous line with a predetermined thickness.
  • the barrier is a structure distinct from the stepped surface and may have a shape having a predetermined area.
  • FIG. 1 is a perspective view of a heat block according to the present invention
  • Figure 2 is a cross-sectional view of a part of a heat block according to the present invention
  • Figure 3 is a bottom view of a heat block according to the present invention
  • Figure 4 is a heat block according to the present invention 5 is a partial cross-sectional view of a heat block according to the present invention
  • Figure 6 is a bottom view of a heat block according to the present invention
  • Figure 7 is a bottom view of a heat block according to the present invention
  • Figure 8 is a heat block according to the present invention
  • FIG. 9 is a plan view of a heat block according to the present invention
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a heat block according to the present invention
  • FIG. 11 is a side view of a heat block according to the present invention.
  • the heat block 100 of the present invention is a heat block for performing a reaction of a plurality of received samples, and the top surface 110 and the bottom surface 120 are parallel to each other and have lengths and widths. , bottom surface), and a plurality of sample wells 111 open upwards are formed on the upper surface 110.
  • a barrier 122 and a stepped surface are formed on the lower surface 120 .
  • the barrier and the stepped surface formed on the lower surface 120 accommodate the phase change material and prevent it from being separated.
  • the thermal block 100 of the present invention may have a hexahedral shape, particularly a rectangular parallelepiped shape, having a certain height (thickness).
  • the upper surface 110 and the lower surface 120 may have different lengths and widths, and side surfaces may have curves.
  • length, width, and height directions are shown as x, y, and z axis directions, respectively.
  • the longitudinal direction refers to the x-axis direction
  • the width direction refers to the y-output direction
  • the height direction refers to the z-axis direction.
  • the heat block 100 may have a thickness of 5 mm to 20 mm.
  • the thickness of the heat block 100 is 5 mm or less, it may be difficult for the sample well 111 formed in the heat block 100 to have a sufficient depth to accommodate the reaction vessel, and when the thickness is 20 mm or more, the thermal capacity of the heat block 100 This may become excessively large and the efficiency of heating or cooling may be low.
  • the length and width of the thermal block 100 may vary depending on the size and number of sample wells 111 formed on the upper surface 110 .
  • the length and width of the heat block 100 may be 10 mm or more, 20 mm or more, or 30 mm or more, respectively.
  • the length and width of the heat block 100 may be 1000 mm or less, 900 mm or less, 800 mm or less, 700 mm or less, 600 mm or less, 500 mm or less, 400 mm or less, 300 mm or less, or 200 mm or less, respectively.
  • a plurality of sample wells 111 open upwards are formed on the upper surface 110 of the thermal block 100 of the present invention.
  • the sample well 111 may be formed to directly accommodate a sample or be inserted into a reaction container accommodating the sample.
  • the sample well 111 is in thermal-conductively contact with the sample or reaction vessel accommodated in the sample well 111 .
  • the thermal block 100 of the present invention is formed to simultaneously perform a reaction for a plurality of samples.
  • the number of sample wells 111 formed in the heat block 100 is plural, and the heat block 100 has 4 or more, 6 or more, 8 or more, 12 or more, 16 or more, 24 or more, 32 or more. , 40 or more, 48 or more sample wells.
  • the thermal block 100 may include 96 or less, 192 or less, 288 or less, or 384 or less sample wells. According to one embodiment of the present invention, 4 or more and 384 or less sample wells 111 open upward may be formed on the upper surface 110 of the thermal block 100 .
  • the sample wells 111 of the thermal block 100 of the present invention may be regularly arranged on the upper surface 110 .
  • the regular arrangement means that directions and distances between adjacent sample wells among the plurality of sample wells 111 are determined according to a certain rule.
  • the arrangement of the plurality of sample wells 111 is determined according to the above rules.
  • the plurality of sample wells of the present invention may be arranged side by side in a plurality of rows parallel to the longitudinal direction (x direction) on the upper surface 110, and also in a plurality of columns parallel to the width direction (y direction). can be arranged Sample wells belonging to each row and each column may be arranged at regular intervals.
  • the regular array may be a rectangular array.
  • the rectangular arrangement means that a plurality of sample wells arranged side by side in a plurality of rows parallel to each other in the longitudinal direction are arranged side by side in a plurality of rows parallel to each other also in the width direction.
  • the regular arrangement may be a square arrangement.
  • the square arrangement is a special form of the rectangular arrangement, and means a form in which the number of sample wells belonging to each row and the number of sample wells belonging to each column are the same.
  • a plurality of sample wells 111 may be formed to accommodate reaction vessels.
  • the reaction vessel may be a reaction tube including one container, or may be a reaction strip or reaction plate including a plurality of containers.
  • the reaction strip refers to a reaction vessel in which a plurality of containers are arranged in a row at regular intervals
  • the reaction plate refers to a reaction vessel in which a plurality of containers are formed in two or more rows at regular intervals.
  • the container refers to a unit capable of accommodating a reactant (eg, a reaction solution or a reaction mixture).
  • the reaction vessel may be named a test tube, a PCR tube, a strip tube, or a multi well PCR plate depending on its use and shape.
  • the shape of the sample well 111 of the present invention may vary depending on the shape of the container of the reaction vessel used.
  • the sample well 111 of the present invention may be formed to accommodate a general conical tube for nucleic acid amplification.
  • the sample well 111 has a circular opening opened upward from the upper surface 110 and may be tapered to have a smaller diameter toward the lower side.
  • an embodiment in which the opening of the sample well 111 is circular is shown as an exemplary form.
  • the sample well 111 is a reaction vessel including a container having a volume capable of accommodating a reaction solution of 10 micrometers or more, 20 micrometers or more, 30 microliters or more, or 40 microliters or more. can be formed to accommodate.
  • the sample well 111 has a thickness of 700 micrometers or less, 600 micrometers or less, 500 micrometers or less, 400 micrometers or less, 300 micrometers or less, 200 micrometers or less, or 100 micrometers. It may be formed to accommodate a reaction vessel including a container having a volume of less than or equal to 50 micrometers or less of the reaction solution.
  • the thermal block 100 includes a plurality of non-sample holes 112 .
  • the non-sample hole 112 is formed to open upward from the upper surface of the thermal block 100 .
  • the non-sample hole 112 is separated from the sample well 111, and the reaction vessel is not accommodated in the non-sample hole 112.
  • the non-sample hole 112 is formed to reduce energy required to change the temperature of the sample well 111 by reducing the mass of the thermal block 100 .
  • the areas of the upper surface 110 and the lower surface 120 of the thermal block 100 are different from each other.
  • the area of the lower surface 120 is larger than that of the upper surface 110 . Therefore, a side step may be formed on the side of the thermal block 100 where the lower surface 120 is wider than the upper surface 110 .
  • the upper surface 110 and the lower surface 120 of the thermal block 100 have the same area. Accordingly, the thermal block 100 has a rectangular parallelepiped shape as a whole.
  • the side of the heat block 100 is not stepped and may be formed in a vertically flat shape.
  • the lower surface 120 of the thermal block 100 is in thermal contact with, for example, a thermoelectric element such as a Peltier element to perform heat exchange with the thermal block 100. do.
  • the heat block 100 is heated as heat is supplied from the lower surface 120 or cooled as heat is absorbed from the lower surface 120, and thus the sample accommodated in the sample well 111 or the reaction inserted into the sample well 111 An amplification reaction of the sample accommodated in the vessel may be performed.
  • a temperature sensor may be mounted on the lower surface 120 of the thermal block 100 .
  • the stepped surface 121 may include a sensor groove 123 configured to accommodate a temperature sensor. That is, a sensor groove 123 in which at least one temperature sensor is located may be formed on the stepped surface 121 .
  • the shape of the sensor groove 123 may vary depending on the shape of the temperature sensor, and may be, for example, a shape into which a probe-type or button-type temperature probe can be mounted.
  • the sensor groove 123 is formed extending inwardly from the outside of the lower surface 121 and may be located on the stepped surface 121 .
  • the inner side of the sensor groove 123 may be located on the step surface 121 and the outer side of the sensor groove 123 may be located on the outer portion of the lower surface 121 .
  • the barrier 122 provided on the lower surface 121 and forming a step of the stepped surface 121 may be penetrated or cut through the sensor groove 123 .
  • the sensor groove 123 may be formed through the barrier 122 .
  • the barrier 122 may include a hole, and the sensor groove 123 may extend through the hole.
  • the sensor groove 123 may be formed by cutting the barrier 122 . That is, the barrier 122 may include a gap, and the sensor groove 123 may extend through the gap.
  • phase change material that mediates heat exchange between the heat block 100 and, for example, a thermoelectric element is applied to the stepped surface 121, and the sensor groove 123 is the stepped surface 121 ) It is formed so that the phase change material applied to the solid state does not leak through the sensor groove 123 even when it becomes a liquid or gel state.
  • a barrier 122 accommodating the phase change material and a stepped surface 121 are formed on the lower surface 120 of the thermal block 100 .
  • the barrier and the stepped surface prevent the phase change material from being separated.
  • the stepped surface 121 constitutes a part of the lower surface 120, and the barrier 122 prevents the phase change material provided on the stepped surface 121 from being separated.
  • the barrier 122 is formed by a step between the stepped surface 121 and a peripheral area adjacent to the stepped surface 121 . Due to the step difference, the step surface 121 has a shape that is depressed upward compared to the adjacent peripheral area.
  • the stepped surface 121 may be provided by recessing the lower surface 120 of the thermal block 100 upward, and by a step formed as the lower surface 120 is recessed upward.
  • a barrier 122 is formed.
  • the barrier 122 may be formed by a protrusion protruding from the lower surface 120 of the thermal block 100, and the barrier 122 is formed by a step formed by the protrusion. do.
  • the barrier 122 may be formed by a protrusion protruding from the lower surface 120 .
  • the stepped surface 121 may be provided by forming a protrusion on the lower surface.
  • the stepped surface 121 is located inside the protruding part and may have a shape that is recessed upward compared to the protruding part. These protrusions may be located on the outermost side of the lower surface 120, or may be spaced apart from the outermost side of the lower surface 120 to the inside.
  • the outermost part means an edge.
  • the barrier 122 may be spaced apart from the edge of the lower surface 120 to the inside.
  • the stepped surface 121 may be provided in plural numbers. In such a case, the outer protrusion may be located on the outermost surface of the lower surface 120, or the outermost surface of the lower surface 120. It can be spaced inwardly from.
  • the step of the stepped surface 121 may be formed when the lower surface 120 is depressed, and the barrier 122 is formed by the step of the stepped surface 121 formed when the lower surface 120 is depressed. do. That is, the stepped surface 121 may have a shape that is recessed upward than the rest of the lower surface 120 of the stepped surface 121 .
  • the barrier 122 which is a protruding portion, is spaced apart from the outermost part of the lower surface 120 to the inside. At this time, the position where the barrier 122 is spaced from the outermost to the inside of the lower surface 120 may be implemented in various ways.
  • the barrier 122 may be spaced apart from the outermost circumference of the lower surface 120 to the inside by 0.5mm to 20mm.
  • the barrier 122 may be positioned in a form extending inwardly from the side of the thermal block 100.
  • the barrier 122 may be located outside the upper surface 110 on a line perpendicular to the outer surface of the sample well 111 located at the outermost part.
  • the barrier 122 may be located on the inside of the upper surface 110 on a line perpendicular to the outer surface of the outermost sample well 111 .
  • the barrier 122 may be positioned on a line perpendicular to the outer surface of the outermost sample well 110 on the top surface 110 .
  • the barrier 122 according to the present invention is formed to a predetermined height so as to have a height difference from the stepped surface 121 of the lower surface 120.
  • the barrier 122 may be formed to have a rectangular pillar shape lying down, and to have a square side cross section (eg, ' ⁇ ' shape).
  • the barrier 122 has a semi-cylindrical shape lying down and may be formed to have a semi-circular side section (eg, ' ⁇ ' shape).
  • the barrier 122 may be formed to have a triangular prism shape and a triangular cross section (eg, ' ⁇ ' shape).
  • Barriers which are protrusions of various shapes, may be formed on the lower surface of the present invention as described above, but it is preferable that the barrier 122 having a rectangular cross-section is formed.
  • the barrier 122 included in the thermal block 100 of the present invention may be made of various materials.
  • the barrier 122 is made of the same material as that of the heat block 100, and may be integrally formed with the heat block 100.
  • the barrier 122 is made of the same material as the heat block 100 and may be coupled to the heat block 100 as a separate material.
  • the barrier 122 is made of a material different from that of the heat block 100 and may be coupled to the heat block 100. At this time, the material of the barrier 122 may be made of various materials such as metal, alloy, rubber, silicon, and plastic.
  • the thermal block 100 of the present invention may include a phase change material on the stepped surface 121 .
  • the stepped surface 121 includes a phase change material. That is, the phase change material is provided in a space in which the stepped surface 121 is stepped upward with respect to the peripheral area.
  • a phase change material refers to a material whose physical state changes between a solid and a liquid according to physical factors such as external temperature.
  • the phase change material may include, but is not limited to, one or more materials selected from the group consisting of, for example, metals, ceramics, thermoplastic polymers, thermosetting polymers, conductive polymers, and water.
  • the phase change material of the present invention may be a matrix filled with metal and ceramic.
  • the phase change material of the present invention is a thermally conductive material, and its physical properties are changed into a soft thermally conductive material by heating. Therefore, it closely adheres to the micro-curves on the surface of the heat block, enabling efficient heat transfer.
  • the phase change material may be, for example, Laird Technologies, Inc.'s T-pcm 580S series.
  • one surface of the phase change material may contact the stepped surface.
  • the phase change material may be applied to the stepped surface.
  • One surface of the phase change material contacts the stepped surface and the other surface contacts an element for heating or cooling the thermal block 100 .
  • the other surface of the phase change material may contact a heating element and/or a cooling element.
  • the other surface of the phase change material may contact the thermoelectric element.
  • the other surface of the phase change material may contact a thermal conductor.
  • the thermal conductor prevents direct contact of the phase change material with a heating element, a cooling element, or a thermoelectric element and mediates heat exchange, and may be formed of a thin conductive foil.
  • heat exchange of the thermal block 100 is performed by a thermoelectric element.
  • the thermoelectric element may contact the phase change material applied to the stepped surface 121 to exchange heat with the thermal block 100 of the present invention.
  • the thermal conductivity of the phase change material is lower than the thermal conductivity of a metal forming the thermal block 100, for example, aluminum, but higher than the thermal conductivity of the air layer.
  • the stepped surface 121 is a part of the lower surface 120 and its area is smaller than that of the lower surface 120 . If the area of the stepped surface 121 is too small compared to the area of the lower surface 120, the efficiency of heat exchange by the thermoelectric element is lowered, so it is necessary to sufficiently secure the area of the stepped surface 121. Accordingly, the area of the stepped surface 121 compared to the area of the lower surface 120 may be 60% or more, 70% or more, 80% or more, or 90% or more.
  • the stepped surface 121 of the present invention includes the center of the lower surface 120. That is, the center of the lower surface 120 is located on the stepped surface 121 .
  • the center of the lower surface 120 means a point located at the center of the longitudinal direction and the center of the width direction of the lower surface 120 . Referring to FIG. 3 , the center of the lower surface 120 means a point at which axes A and B intersect. Therefore, the thermoelectric element performs heat exchange with the heat block 100 by heating or cooling the central part of the heat block 100, thereby controlling the temperature of the central part with a relatively large heat capacity and the outer part with a relatively small heat capacity. can be performed uniformly.
  • the stepped surface 121 is formed symmetrically with respect to the center of the longitudinal direction and the center of the width direction of the heat block 100 so that the temperature change of the heat block 100 of the present invention is uniform in the longitudinal direction or the width direction.
  • the stepped surface may be formed to be line symmetric with respect to the center line of the longitudinal direction and the center line of the width direction of the lower surface, respectively.
  • axis A which is the center of the lower surface in the longitudinal direction
  • axis B which is the center of the width direction
  • the stepped surface 121 is not biased to one side in the longitudinal direction or one side in the width direction.
  • the stepped surface 121 is symmetric about the axis A, which is the center of the lower surface 120 in the longitudinal direction, and also symmetric about the axis B, which is the center of the width direction. Therefore, when the thermoelectric element performs heat exchange with the thermal block 100 through the phase change material applied to the stepped surface 121, a temperature deviation in the longitudinal direction or the width direction does not occur.
  • a plurality of stepped surfaces 121 may be provided, and the plurality of stepped surfaces 121 are formed symmetrically with respect to the center of the longitudinal direction and the center of the width direction of the lower surface 120 .
  • the stepped surface 121 of the present invention may be formed flat.
  • the stepped surface 121 may have a constant depth and be formed parallel to the upper surface 110 .
  • the depth of the stepped surface 121 can be formed constant and the height of the protrusion can also be formed constant, and therefore the phase change material applied to the stepped surface 121 is formed with a constant thickness. It can be.
  • the thermoelectric element that heats or cools the heat block 100 in contact with the phase change material can perform heat exchange uniformly over the entire stepped surface 121.
  • the depth of the stepped surface 121 may be 0.1 mm to 2 mm.
  • the depth of the stepped surface 121 may be 0.2 mm.
  • the edge portion 124 for providing an empty space in the outer portion of the bottom surface 120 so that thermal equilibrium between the outer portion and the center of the thermal block having a difference in heat capacity can be quickly achieved. can be formed As shown in (A) of FIG. 2, the edge portion 124 has a protrusion protruding from the lower surface 120 to form a barrier 122 by being spaced apart from the outermost surface of the lower surface 120 and located on the inside. can be formed That is, when heating or cooling is performed on the lower surface of the heat block, it is possible to solve the problem that the outer portion of the heat block is heated faster and cooled faster than the central portion of the heat block. To this end, a space is formed on the outer part of the lower surface so that heating and cooling can be performed in the same or similar way as the central part.
  • the outer portion may be heated or cooled faster than the central portion.
  • heat conduction to the outer portion of the heat block 100 is slow, so that the thermal balance between the center and the outer portion is more It is done quickly, and the time for the central part and the outer part to rise to the target temperature may be the same or similar.
  • the stepped surface 121 of the present invention may be formed slanting. Referring to FIG. 4 , the depth of the stepped surface 121 of the present invention may be formed the deepest in the central portion of the lower surface 120 . Alternatively, the depth of the stepped surface 121 of the present invention may be formed to be the shallowest in the central portion of the lower surface 120. That is, the stepped surface 121 is not formed to have a constant depth, and the depth of some areas may be different from that of other areas.
  • the central portion may be the central point 411 of the lower surface 120 shown in (A) and (C) of FIG. 4 .
  • the central point 411 means a point located at the center of the lower surface 120 in the longitudinal and width directions.
  • the depth of the stepped surface 121 of the present invention may decrease or increase from the central point 411 to the outermost part. That is, the stepped surface 121 may be formed inclined as a whole.
  • the depth of the stepped surface 121 of the present invention may decrease or increase from the central point 411 to the outer region 431 .
  • the outer region 431 is an area adjacent to the outermost part, and may be defined as between boundaries spaced inwardly by a predetermined distance from the outermost part and the outermost part in the length direction and the width direction, respectively.
  • the outer region 431 may be formed flat. That is, the stepped surface 121 of the present invention may be inclined in an area other than the outer area 431 .
  • the central portion may be the central region 421 of the lower surface 120 shown in (B) and (D) of FIG. 4 .
  • the central region 421 includes a point located at the center of the lower surface 120 in the longitudinal and width directions, and means a region symmetrical with respect to the center in the longitudinal direction and the center in the width direction.
  • the depth of the stepped surface 121 of the present invention may decrease or increase from the central region 421 to the outermost portion.
  • the central region 421 may be formed flat. That is, the depth of the stepped surface 121 may be inclined in an area other than the central area 421 . Referring to (D) of FIG.
  • the depth of the stepped surface 121 of the present invention may decrease or increase from the central area 421 to the outer area 431 .
  • the central area 421 and the outer area 431 may be formed flat. That is, the stepped surface 121 may be inclined in an area other than the central area 421 and the outer area 431 .
  • the stepped surface 121 may have a constant slope in an inclined region. That is, the remaining inclined regions of the stepped surface 121 except for the flat region may be formed with a constant slope.
  • the stepped surface 121 may have a constant slope between the central point 411 and the outermost part, or may have a constant slope between the central point 411 and the outer region 431, Alternatively, it may have a constant slope between the central region 421 and the outermost portion, or may have a constant slope between the central region 421 and the outer region 431 .
  • FIG. 5 shows a somewhat exaggerated height of the protruding portion 122 for convenience of illustration and understanding.
  • the stepped surface 121 is formed flat. Accordingly, the stepped surface 121 may be formed parallel to the upper surface 110 .
  • the stepped surface 121 may be formed to be inclined. As shown in (B) and (D) of FIG. 5, the depth of the stepped surface 121 may be formed deepest in the central part of the lower surface 120, or shown in (C) and (E) of FIG. As described above, the depth of the stepped surface 121 may be formed to be the shallowest in the central portion of the lower surface 120 . As shown in (B) and (C) of FIG. 5, the stepped surface 121 may be formed with a constant slope, or as shown in (D) and (E) of FIG. 5, the stepped surface 121 ) may be formed as a convex or concave curved surface. 5 (B) to (E) show an embodiment in which the stepped surface 121 is formed inclined as a whole, but the central region and/or the outer region of the stepped surface 121 are formed flat and the remaining regions are formed inclined. It could be.
  • a plurality of stepped surfaces 121 may be formed on the lower surface 120 of the thermal block 100 . Even when a plurality of stepped surfaces 121 are provided on the lower surface 120, similarly to the case where one stepped surface 121 is provided, the plurality of stepped surfaces 121 as a whole are located at the center and in the longitudinal direction of the thermal block 100. It is formed symmetrically about the center in the width direction.
  • the phase change material is applied to each of the plurality of stepped surfaces 121, and similarly, the heating element, cooling element, thermoelectric element, or thermal conductor contacts the phase change material applied to each of the plurality of stepped surfaces 121.
  • Each of the plurality of stepped surfaces 121 may be independently formed by being recessed in the lower surface 120 of the thermal block 100 or provided by a protrusion protruding from the lower surface 120 .
  • the barrier 122 is formed on the lower surface 120 by the depression or protrusion of the lower surface 120 forming each of the plurality of stepped surfaces 121 .
  • the plurality of stepped surfaces 121 may be two or more, three or more, four or more, or five or more.
  • the number of stepped surfaces 121 may be 9 or less, 8 or less, 7 or less, or 6 or less.
  • the plurality of stepped surfaces 121 may have the same area. According to one embodiment, as shown in (A) of FIG. 6 and (A) of FIG.
  • the plurality of stepped surfaces 121 may have the same length and width. Some of the plurality of stepped surfaces 121 may be formed with a different area than the rest. According to one embodiment, as shown in (B) of FIG. 6 , at least some of the plurality of stepped surfaces 121 may have a different length from the rest. According to one embodiment, as shown in (B) of FIG. 7 , at least some of the plurality of stepped surfaces 121 may have a different width than the rest.
  • a plurality of stepped surfaces 121 are provided, and the plurality of stepped surfaces 121 may be arranged in a longitudinal direction. That the plurality of stepped surfaces 121 are arranged along the longitudinal direction means that the plurality of stepped surfaces 121 are arranged in a plurality of rows parallel to the width direction. In the drawing, an embodiment in which three stepped surfaces 121 are arranged in single row or double row is shown. The plurality of stepped surfaces 121 arranged along the longitudinal direction are spaced apart from each other in the longitudinal direction, and the distance between the stepped surfaces in the longitudinal direction may be constant. According to one embodiment, as shown in (A) of FIG.
  • the plurality of stepped surfaces 121 arranged in the longitudinal direction may be formed to have the same length. That is, the size of the plurality of stepped surfaces 121 in the longitudinal direction may be the same.
  • the length of the plurality of stepped surfaces 121 arranged in the longitudinal direction may not be constant.
  • a stepped surface located on the inner side in the longitudinal direction may be formed to have a longer length than a stepped surface located on the outer side.
  • the stepped surface located on the inner side in the longitudinal direction may have a larger size in the longitudinal direction than the stepped surface located on the outer side.
  • the stepped surface located on the inner side in the longitudinal direction means a stepped surface located on the central side in the longitudinal direction among a plurality of stepped surfaces arranged in the longitudinal direction
  • the stepped surface located on the outer side in the longitudinal direction means a stepped surface located on the outer side in the longitudinal direction among a plurality of stepped surfaces arranged in the longitudinal direction. It means the stepped surface located at both ends in the longitudinal direction.
  • the stepped surface located on the inside in the longitudinal direction is the central stepped surface 121b
  • the stepped surface located on the outside in the longitudinal direction is the left and right stepped surfaces 121a. am. Due to the length difference, the area of the stepped surface located inside the longitudinal direction is larger than the area of the stepped surface located outside the longitudinal direction, and therefore, the thermoelectric element contacting the plurality of stepped surfaces heats the central portion of the heating block 100. By cooling or cooling, heat exchange with the heat block 100 is performed, and the temperature difference between the central portion and the outer portion is minimized.
  • a plurality of stepped surfaces 121 may be provided, and the plurality of stepped surfaces may be arranged along the width direction. That the plurality of stepped surfaces 121 are arranged along the width direction means that the plurality of stepped surfaces 121 are arranged in a plurality of rows parallel to the longitudinal direction.
  • the plurality of stepped surfaces 121 arranged along the width direction are spaced apart from each other in the width direction, and intervals between the stepped surfaces in the width direction may be constant. According to one embodiment, as shown in (A) of FIG.
  • the plurality of stepped surfaces 121 arranged in the width direction may be formed to have the same width. That is, the size of the plurality of stepped surfaces 121 in the width direction may be the same.
  • the widths of the plurality of stepped surfaces 121 arranged in the width direction may not be constant.
  • a stepped surface located on the inner side in the width direction may be formed with a wider width than a stepped surface located on the outer side.
  • a stepped surface located on the inside in the width direction may have a larger size in the width direction than a stepped surface located on the outside.
  • the stepped surface located on the inner side in the width direction means a stepped surface located on the center side in the width direction among a plurality of stepped surfaces arranged in the width direction
  • the stepped surface located outside the width direction means a stepped surface located on the outer side in the width direction among a plurality of stepped surfaces arranged in the width direction. It means the stepped surface located at both ends in the width direction.
  • the stepped surface located on the inside in the width direction is the middle step surface 121d
  • the stepped surface located on the outside in the width direction is the upper and lower stepped surfaces 121c.
  • the area of the stepped surface located inside the width direction is larger than the area of the stepped surface located outside the width direction, and therefore, the thermoelectric element contacting the plurality of stepped surfaces heats the central portion of the heating block 100.
  • heat exchange with the heat block 100 is performed, and the temperature difference between the central portion and the outer portion is minimized.
  • the plurality of stepped surfaces 121 may be arranged in a plurality of rows and a plurality of columns on the lower surface 120 .
  • a plurality of stepped surfaces arranged in a double-column double row may be arranged at regular intervals in the longitudinal direction and the width direction, respectively.
  • a plurality of stepped surfaces arranged in a double-column double-row may have the same length and width, or may have different lengths and widths.
  • a thermal block 800 including a through hole 810 for reducing the mass of the thermal block may be provided.
  • the heat block 800 of the present invention is a heat block for performing a reaction of a plurality of received samples, and includes an upper surface 110 and a lower surface 120 that are parallel to each other and have a length and width, and an upper surface 110 ) has a plurality of sample wells 111 open upwards, and may include a through hole 810 penetrating the thermal block.
  • the through hole 810 may be a through hole penetrating the thermal block 100 between the upper surface 110 and the lower surface 120 .
  • the through hole may include at least one through hole 810 .
  • the through hole 810 is formed to reduce the energy required to change the temperature of the sample well 111 by reducing the mass of the thermal block 100. Formed to reduce the mass of the central part.
  • a thermal block having a barrier accommodating a phase change material and a stepped surface formed on a lower surface may be provided.
  • a thermal block including at least one through hole penetrating the thermal block between the upper and lower surfaces may be provided.
  • a barrier and a stepped surface for accommodating the phase change material are formed on the lower surface, and a thermal block including at least one through hole penetrating the thermal block between the upper and lower surfaces may be provided.
  • the through hole 810 may be parallel to the upper surface 110 and the lower surface 120 .
  • the through hole 810 is formed parallel to the upper surface 110 and the lower surface 120 between the upper surface 110 and the lower surface 120 . That is, each through hole 810 is located at a certain height from the lower surface 120 .
  • the through hole 810 is formed parallel to the longitudinal direction and may be arranged in plurality in the width direction.
  • the through hole 810 is formed parallel to the width direction and may be arranged in plurality in the length direction.
  • the through hole 810 is formed to pass through the thermal block 100 in the longitudinal direction or the width direction, and the through hole 810 may be formed to pass through the center of the through surface.
  • the penetrating surface is a surface of a thermal block in which the through hole 810 is formed, and the center of the penetrating surface is the center of the penetrating surface in the longitudinal direction or width direction.
  • the center of the penetrating surface may include the center of the longitudinal or widthwise direction and the surrounding area.
  • 9 shows an embodiment in which five through holes penetrating the thermal block 100 in the longitudinal direction and the width direction are formed, respectively, and each central through hole 810a is formed in the longitudinal direction and width of the thermal block 100.
  • the plurality of through-holes may be provided, and the plurality of through-holes may be arranged side by side between the upper surface and the lower surface. That is, the plurality of through holes 810a and 810b are arranged left and right and may pass through the heat block 100 in the longitudinal direction and/or the width direction, and the plurality of through holes 810a and 810b are formed on the surface through which they pass through. can pass through the middle.
  • a plurality of through holes 810 are provided, and at least one of the plurality of through holes may be configured to pass through the center of the length or the center of the width.
  • the center of the length refers to the center of the heat block 100 in the longitudinal direction.
  • the longitudinal direction is shown in the x-axis direction in the drawing.
  • the middle of the longitudinal direction may include the center of the longitudinal direction of the thermal block 100 and the surrounding area.
  • the center of the width refers to the center of the thermal block 100 in the width direction.
  • the width direction is shown in the y-axis direction in the drawing.
  • the middle of the width direction may include the middle of the heat block 100 in the width direction and the surrounding area.
  • one to three through holes 810 may be formed.
  • one to five through holes 810 may be formed.
  • one to seven through holes 810 may be formed.
  • one to nine through holes 810 may be formed.
  • the through hole 810 may be formed in an area other than both end areas of the thermal block 100 in the longitudinal direction and/or in the width direction. That is, the through hole 810 is formed to penetrate between the adjacent sample holes 111 and the sample holes 111, and between the sample holes 111 and the sample holes 111 located adjacently in the both end regions can be prevented from forming.
  • the present invention has through-holes 810 located side by side in the longitudinal direction in an area other than both end areas in the width direction of the heat block 800 A thermal block 800 is provided.
  • the present invention provides a thermal block 800 having through holes 810 positioned side by side in the width direction in an area other than both end areas in the longitudinal direction. to provide.
  • the through hole 810 is not formed between the sample hole 111 in the first column and/or the first row from both ends in the longitudinal direction and/or the width direction and the sample hole 111 adjacent thereto. don't
  • the through hole 810 is formed in the region between the sample holes 111 in two columns and/or two rows from both ends in the longitudinal direction and/or the width direction and the sample holes 111 adjacent thereto. do not form
  • both through holes 810 shown in (A) and (B) of FIG. 8 may be formed. That is, a through hole formed in the longitudinal direction and a through hole formed in the width direction may be located together in one thermal block 100 . In this case, the thermal capacity of the central portion of the thermal block 100 may be more reduced than that of the outer portion.
  • the through-holes in the longitudinal direction and the through-holes in the width direction are orthogonal to each other and overlap at orthogonal positions.
  • the through hole 810 may be located between the plurality of sample wells 111 .
  • the through hole 810 is located between the plurality of sample wells 111 .
  • the through holes 810 are located between the gaps between each sample well 111 and the adjacent sample wells 111.
  • the through hole 810 is formed so as not to overlap with the plurality of sample wells 111 .
  • the through hole 810 does not cross the plurality of sample wells 111 . That is, the through hole 810 located between adjacent sample wells 111 is formed with a diameter that does not overlap with the sample wells 111 .
  • 10 (A) shows a cross-sectional view of an embodiment in which a through hole 810 penetrating the thermal block 100 in the longitudinal direction is formed
  • FIG. 10 (B) is a cross-sectional view penetrating the thermal block 100 in the width direction. A cross-sectional view of an embodiment in which the through hole 810 is formed is shown. Therefore, the sample well 111 is not penetrated by the through hole 810, and the contact area with the reaction vessel inserted into the sample well 111 is not reduced by the through hole 810.
  • a plurality of through holes 810 may be provided and positioned at at least two or more heights from the lower surface 120 . That is, the plurality of through holes 810 may be located at different positions in the vertical direction.
  • 11(A) shows an embodiment in which a plurality of through holes 810 penetrating the thermal block 100 in the longitudinal direction are located at two different heights
  • FIG. 11(B) shows a thermal block It shows an embodiment in which a plurality of through holes 810 passing through (100) in the width direction are located at two different heights.
  • the number of upper through holes among the plurality of through holes may be greater than or equal to the number of lower through holes.
  • the through hole located on the upper side means a through hole located closer to the upper surface 110 than the rest, and the through hole located on the lower side means a through hole located closer to the lower surface 120 than the rest.
  • the upper through holes are five upper through holes 810c, and the lower through holes 810 are three lower through holes 810d. .
  • the number of through-holes 810 located at the lower side among the plurality of through-holes 810 may be greater than or equal to the number of through-holes 810 located at the upper side.
  • implementing different numbers of through holes 810 formed on the upper and lower sides is to reduce the thermal capacity of the thermal block 100 itself and to reduce the difference in thermal capacity between the central portion and the rest of the outer portion.
  • the upper through hole 810 of the plurality of through holes 810 may be formed in the longitudinal direction, and the lower through hole 810 may be formed in the width direction.
  • the through hole 810 positioned at the upper side of the plurality of through holes 810 may be formed in the width direction, and the through hole 810 positioned at the lower side may be formed in the longitudinal direction.
  • the plurality of through holes 810 are orthogonal to reduce the thermal capacity of the thermal block 100 .
  • each orthogonal through hole 810 is divided into an upper side and a lower side, they do not overlap with each other. Therefore, the thermal capacity of the central portion of the thermal block 100 can be greatly reduced, and the thermal capacity of the outer portion can be reduced to a small extent.
  • sample well 112 non-sample hole
  • barrier 123 sensor home
  • edge portion 411 central point

Landscapes

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Abstract

본 발명은 복수의 반응을 수행하기 위한 열블록에 관한 것으로서, 서로 평행하며 길이와 폭을 가지는 상면 및 하면을 포함하고, 상면에는 상측으로 열린 복수의 샘플웰이 형성되며, 하면에는 상변화물질을 수용하는 베리어 및 단차면이 형성된다.

Description

열블록
본 발명은 복수의 반응을 수행하기 위한 열블록에 관한 것이다.
중합효소 연쇄반응(Polymerase chain reaction: PCR)으로 공지된 가장 많이 사용되는 핵산 증폭 반응은 이중가닥 DNA의 변성, DNA 주형에로의 올리고뉴클레오타이드 프라이머의 결합 및 DNA 중합효소에 의한 프라이머 연장의 반복된 사이클 과정을 포함한다(Mullis 등, 미국 특허 제4,683,195호, 제4,683,202호 및 제4,800,159호; Saiki et al., (1985) Science 230, 1350-1354).
DNA의 변성은 약 95도에서 진행되고, 결합 및 프라이머의 연장은 95도보다 낮은 온도인 55도 내지 75도에서 진행된다. 따라서, 샘플이 수용되는 반응용기 또는 챔버들의 온도를 올렸다 내리는 과정을 반복하여 샘플의 핵산 증폭 반응을 수행한다.
복수의 샘플에 대해 핵산 증폭 반응을 수행하기 위해, 샘플을 수용하는 반응용기가 삽입되는 복수의 샘플웰(well)이 형성된 열블록을 사용하는 경우가 있다. 즉, 열블록의 샘플웰에 각각 샘플을 수용하는 반응용기를 삽입하고, 예를 들어 펠티어 소자를 이용하여 열블록을 가열하거나 냉각함으로써 각 샘플의 핵산 증폭 반응을 동시에 수행한다. 일반적으로 열블록의 샘플웰은 평면 상에서 행, 열로 배열되며, 샘플웰은 4 X 4의 16웰, 4 X 8의 32웰, 8 X 8의 64웰, 8 X 12의 96웰, 더 크게는 16 X 24의 384웰로 형성된다.
열블록의 샘플웰에 복수의 반응용기가 삽입되어 동시에 핵산 증폭 반응이 수행됨에 따라 모든 샘플의 온도제어를 균일하게 수행하는 것이 중요하다. 그런데, 열블록의 중앙부와 나머지 외곽부를 비교하면 외곽부 대비 중앙부의 열용량이 크기 때문에, 열블록을 가열할 때에는 외곽부보다 중앙부의 온도가 늦게 상승하고 열블록을 냉각할 때에는 외곽부보다 중앙부의 온도가 늦게 하강하는 구조적인 한계가 있다. 이로 인해 중앙부의 샘플웰에 삽입된 반응용기와 외곽부의 샘플웰에 삽입된 반응용기의 온도제어를 균일하게 수행하기 어려우며, 중앙부의 온도변화에 의한 응답지연이 증가할수록 각 샘플들 간의 온도 유지 구간의 차이가 커져 핵산 증폭 반응을 수행하는 장치의 성능이 저하되는 문제가 있다. 특히, 이러한 문제는 열블록의 크기가 커질수록 더욱 증대된다.
따라서, 가열 또는 냉각 시 중앙부와 외곽부 간의 온도편차를 개선할 수 있는 열블록의 개발이 필요하다.
상술한 종래기술의 문제점을 극복하기 위해서, 본 발명은 열블록의 중앙부와 외곽부의 온도제어가 균일하게 이루어져, 중앙부와 외곽부의 온도편차가 최소화되는 열블록을 제공하기 위한 목적이 있다.
또한, 본 발명은 열블록의 온도제어를 균일하게 수행함으로써 샘플들 간의 온도 변화 속도 및 온도 유지 구간의 차이를 최소화하여 핵산 증폭 반응의 효율 및 장치의 성능을 증가시키기 위한 목적이 있다.
또한, 본 발명은 열블록에서 열 용량이 큰 중앙부의 부피를 줄이는 구조 변경을 통해 각 웰 마다의 온도 편차를 줄이기 위한 목적이 있다.
또한, 본 발명은 열블록과 접촉하는 상변화물질(PCM)을 열전도성 물질로 사용함으로써, 금속성 물질을 열전도성 물질로 사용함에 있어서, 공기층에 의해 열전도율이 낮아지는 문제를 해결하기 위한 목적이 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 열블록은, 복수의 반응을 수행하기 위한 열블록으로서, 서로 평행하며 길이와 폭을 가지는 상면 및 하면을 포함하고, 상면에는 상측으로 열린 복수의 샘플웰이 형성되어 있으며, 하면에는 상변화물질을 수용하는 베리어가 형성된 단차면이 형성된다.
본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다.
(1) 본 발명의 열블록은, 중앙부와 외곽부의 온도편차가 최소화되어. 열블록의 중앙부와 외곽부의 온도제어가 균일하게 이루어지게 할 수 있다.
(2) 본 발명의 열블록은, 온도제어를 균일하게 수행함으로써 샘플들 간의 온도 변화 속도 및 온도 유지구간의 차이를 최소화하여 핵산 증폭 반응의 효율 및 장치의 성능을 증가시칼 수 있다.
(3) 본 발명의 열블록은, 종래의 열블록의 구조를 변경하여 열블록을 이용한 온도 상승 및 하강 속도와 온도 유지 구간의 균일성을 확보함으로써, 온도 편차에 민감한 시약의 성능 저하가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
(4) 본 발명의 열블록은, 상변화 물질을 열전도성 물질로 사용함으로써, 열블록에 대한 열평형을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 열블록의 사시도이다.
도 2은 본 발명의 열블록의 일부에 대한 단면도이다.
도 3는 본 발명의 열블록의 저면도이다.
도 4는 본 발명의 열블록의 저면도이다.
도 5는 본 발명의 열블록의 일부 단면도이다.
도 6은 본 발명의 열블록의 저면도이다.
도 7은 본 발명의 열블록의 저면도이다.
도 8은 본 발명의 열블록의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 열블록의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 열블록의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 열블록의 측면도이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하는 실시 예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시 예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업자계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서, 자명할 것이다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b), (i), (ii) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결”, “결합” 또는 “접속” 된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 “연결”, “결합” 또는 “접속” 될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 발명자들은 핵산 증폭 반응의 효율 및 장치의 성능을 증가시키기 위하여 열블록의 구조를 개선하고자 예의 노력하였다. 그 결과, 본 발명자들은 열블록의 열 용량을 줄이면서 열 블록의 각 웰 마다의 위치에서 온도 변화의 속도 및 온도 유지 구간에서의 온도 변화 차이를 최소화할 수 있도록 열블록의 구조를 개선하였다. 즉, 열블록에서 중심부의 열용량을 낮추도록 열블록의 구조를 개선하여 중심부와 외곽부의 온도 편차를 최소화하고, 이를 통해 온도 편차에 민감한 시약의 성능 저하가 발생하는 것을 개선하였다.
본원에서 사용된 용어 “열블록(thermal block)”은 열블록에 형성된 복수의 샘플웰이 직접적으로 샘플을 수용하여 반응하는 반응용기로서 사용될 수 있으며, 또는 열블록에 형성된 복수의 샘플웰에 맞게 형성된 반응용기를 수용하는 수용체로 사용될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 열블록은 열 전도도 등이 우수한 소재를 사용하여 제작될 수 있다. 금속 또는 금속 합금(예를 들어, 철, 구리, 알루미늄, 금, 은 또는 이를 포함하는 합금)으로 제작될 수 있다. 열블록은 하나의 단단한 금속 조각으로 가공되거나, 여러 개의 금속 조각을 연결하여 형성될 수 있다.
본 발명의 열블록은 복수의 반응을 수행하기 위한 열블록이다. 상기 반응은 적어도 하나의 화학적 또는 생물학적 물질(예를 들어, 용액, 용매, 효소)이 관여한 화학적, 생화학적 또는 생물학적 변환(transformation)을 말한다. 본 발명에서 상기 반응은 바람직하게는 반응계의 열적 변화에 의하여 개시, 중단, 촉진 또는 저해되는 반응일 수 있다. 예를 들어, 상기 반응은 온도 변화에 따라 생물학적 또는 화학적 물질의 분해 또는 결합이 진행되거나, 온도 변화에 따라 생물학적 또는 화학적 물질의 생산 또는 분해를 수행하는 효소의 활성이 촉진 또는 저해되는 반응일 수 있다.
구체적으로 상기 반응은 증폭 반응을 의미할 수 있다. 상기 증폭 반응은 타겟 분석물질(예를 들어, 핵산) 자체를 증가시키는 반응일 수 있으며, 또는 상기 타겟 분석물질의 존재에 의존적으로 발생되는 신호를 증가 또는 감소시키는 반응일 수 있다. 상기 타겟 분석물질의 존재에 의존적으로 발생되는 신호를 증가 또는 감소시키는 반응은 타겟 분석물질의 증가가 동반되거나 또는 동반되지 않을 수 있다. 구체적으로 상기 타겟 분석물질은 핵산 분자이며, 상기 반응은 중합효소 연쇄반응(Polymerase Chain Reaction; PCR) 또는 실시간 PCR 일 수 있다.
일반적으로 중합효소 연쇄반응(PCR)은 핵산의 변성단계(denaturation), 핵산과 프라이머의 결합 단계(hybridization 또는 annealing) 및 프라이머의 연장 단계(extension)를 포함하는 반응을 포함하는 사이클을 반복하여 수행된다. 이 경우 일정한 조건의 변화는 반응의 반복 횟수의 증가이며, 상기 일련의 단계를 포함하는 반응의 반복 단위가 하나의 사이클로 설정된다.
본 발명의 열블록을 이용하여 다양한 핵산 증폭 반응을 수행할 수 있다. 예를 들어, 중합효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction; PCR), 리가아제 연쇄 반응(ligase chain reaction; LCR, 참조 Wiedmann M, 등, "Ligase chain reaction (LCR)- overview and applications." PCR Methods and Applications 1994 Feb;3(4):S51-64), 갭 필링 LCR(gap filling LCR; GLCR, 참조 WO 90/01069, 유럽 특허 제439182호 및 WO 93/00447), Q-베타 리플리카제 증폭(Q-beta replicase amplification; Q-beta, 참조 Cahill P, 등, Clin Chem., 37(9): 1482-5(1991), 미국 특허 제5556751호), 가닥 치환 증폭(strand displacement amplification; SDA, 참조 G T Walker 등, Nucleic Acids Res. 20(7):16911696(1992), 유럽 특허 제497272호), 핵산 서열-기반 증폭(nucleic acid sequence-based amplification; NASBA, 참조 Compton, J. Nature 350(6313):912(1991)), 전사 매개 증폭(Transcription-Mediated Amplification; TMA, 참조 Hofmann WP 등, J Clin Virol. 32(4):289-93(2005); 미국 특허 제5888779호) 또는 롤링 서클 증폭(Rolling Circle Amplification; RCA, 참조 Hutchison C.A. 등, Proc. Natl Acad. Sci. USA. 102:1733217336(2005))에 의해 실시된다.
특히, 본 발명의 열블록은 polymerase chain reaction 기반의 핵산 증폭 반응에 유용하게 이용된다. polymerase chain reaction을 기반으로 하는 다양한 핵산 증폭 방법이 알려져 있다. 예를 들어, 정량 PCR (quantitative PCR), digital PCR, 비대칭 PCR (asymmetric PCR), 역전사 효소 PCR (RT-PCR), 분별 디스플레이 PCR (Differential Display PCR: DD-PCR), 중첩 (nested PCR) 임의적 프라이밍 PCR(AP-PCR), 멀티플렉스 PCR, SNP 지놈 타이핑 PCR 등을 포함한다.
본원에서 사용되는 용어 “단차면”은 열블록 하면에 형성된 하나 이상의 면이며, 주변의 면과 다른 높이를 가지는 면을 의미한다. 즉, 열블록의 하면은 평평한 형태이며, 단차면은 평평한 주변의 면과 비교하여 상측으로 단차지도록 형성된 면이다. 단차면은 다음과 같은 용어인 함몰과 돌출부에 의해 형태가 정의될 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 “함몰”은 열블록의 평평한 하면에서 상측으로 움푹 들어간 형태를 의미한다. 즉, 용어 “함몰”은 열블록의 하면이 상측으로 음각된 형상이다. 용어 “함몰”은 열블록의 하면이 음각되는 형태로 단차면이 형성되는 것을 의미할 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 “돌출부”는 열블록의 평평한 하면에서 하측으로 돌출된 형태를 의미한다. 따라서, 하면에서 돌출되지 않은 영역이 단차면이다.
본원에서 사용되는 용어 “베리어(barrier)”는 열블록의 하면에서 단차면을 주변의 면으로부터 구분하도록 하측 방향으로 높이를 가지는 구조물이다. 본 발명의 일 구현예에서, 용어 “베리어”는 함몰되어 움푹 들어간 단차면을 제외한 영역이다. 본 발명의 다른 구현예에서, 용어 “베리어”는 단차면을 형성하기 위해 돌출된 영역이다.
즉, 베리어는 단차면과 구별되는 구조물이며, 소정 두께로 연속되는 선의 형상일 수 있다. 또는 베리어는 단차면과 구별되는 구조물이며, 소정 면적을 갖는 형상일 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 열블록의 사시도, 도 2은 본 발명에 의한 열블록의 일부에 대한 단면도, 도 3는 본 발명에 의한 열블록의 저면도, 도 4는 본 발명에 의한 열블록의 저면도, 도 5는 본 발명에 의한 열블록의 일부 단면도, 도 6은 본 발명에 의한 열블록의 저면도, 도 7은 본 발명에 의한 열블록의 저면도, 도 8은 본 발명에 의한 열블록의 사시도, 도 9는 본 발명에 의한 열블록의 평면도, 도 10은 본 발명에 의한 열블록의 단면도, 도 11은 본 발명에 의한 열블록의 측면도이다.
도 1을 참고하여 살펴보면, 본 발명의 열블록(100)은 복수로 수용되는 샘플의 반응을 수행하기 위한 열블록으로서, 서로 평행하며 길이와 폭을 가지는 상면(110, top surface) 및 하면(120, bottom surface)을 포함하고, 상면(110)에는 상측으로 열린 복수의 샘플웰(111)이 형성되어 있다. 하면(120)에는 베리어(barrier, 122) 및 단차면이 형성된다. 하면(120)에 형성된 베리어 및 단차면은 상변화물질을 수용하고, 이의 이탈을 방지한다. 본 발명의 열블록(100)은 일정한 높이(두께)를 갖는 육면체, 특히 직육면체 형상을 가질 수 있다. 상면(110)과 하면(120)의 길이와 폭은 다를 수 있으며, 측면은 굴곡을 가질 수 있다. 도면에는 이해의 편의를 위하여 길이, 폭, 및 높이 방향을 각각 x, y, z 축 방향으로 도시하였다. 도 1 및 도 4를 참고하여, 본 발명 명세서에서 길이 방향은 x 축 방향을 의미하며, 폭 방향은 y 출 방향을 의미하며, 높이 방향은 z 축 방향을 의미한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 열블록(100)의 두께는 5mm 내지 20mm일 수 있다. 열블록(100)의 두께가 5mm 이하인 경우, 열블록(100)에 형성되는 샘플웰(111)이 반응용기를 수용하기에 충분한 깊이를 가지기 어려울 수 있으며, 20mm 이상인 경우 열블록(100)의 열용량이 지나치게 커져 가열 또는 냉각의 효율이 낮을 수 있다.
열블록(100)의 길이와 폭은 상면(110)에 형성되는 샘플웰(111)의 크기 및 수에 따라 달리질 수 있다. 열블록(100)의 길이와 폭은 각각 10mm 이상, 20mm 이상, 30mm 이상일 수 있다. 또한, 열블록(100)의 길이와 폭은 각각 1000mm 이하, 900mm 이하, 800mm 이하, 700mm 이하, 600mm 이하, 500mm 이하, 400mm 이하, 300mm 이하, 또는 200mm 이하일 수 있다.
도 1의 (A)를 참고하여 살펴보면, 본 발명의 열블록(100)의 상면(110)에는 상측으로 열린 복수의 샘플웰(111)이 형성된다. 샘플웰(111)은 샘플을 직접적으로 수용하게 형성되거나, 샘플을 수용하는 반응용기에 삽입되게 형성될 수 있다. 샘플웰(111)은 샘플웰(111)에 수용된 샘플 또는 반응용기와 열전도적으로 접촉(thermal-conductively contact)한다.
본 발명의 열블록(100)은 복수의 샘플에 대한 반응을 동시에 수행할 수 있도록 형성된다. 열블록(100)에는 형성되는 샘플웰(111)은 복수개로서, 열블록(100)은 4개 이상, 6개 이상, 8개 이상, 12개 이상, 16개 이상, 24개 이상, 32개 이상, 40개 이상, 48개 이상의 샘플웰을 포함할 수 있다. 또한, 열블록(100)은 96개 이하, 192개 이하, 288개 이하, 384개 이하의 샘플웰을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 의하면, 열블록(100)의 상면(110)에는 상측으로 열린 4개 이상 384개 이하의 샘플웰(111)이 형성될 수 있다.
본 발명의 열블록(100)의 샘플웰(111)은 상면(110)에서 규칙적으로 배열될 수 있다. 상기 규칙적인 배열이란 복수의 샘플웰(111) 중 서로 인접한 샘플웰 간의 방향 및 거리가 일정한 규칙에 의하여 결정되는 것을 의미한다. 복수의 샘플웰(111)들의 배열은 상기 규칙에 의하여 결정된다. 예를 들어, 본 발명의 복수의 샘플웰은 상면(110)에서 길이 방향(x 방향)과 평행한 복수의 행으로 나란히 배열될 수 있으며, 또한 폭 방향(y 방향)과 평행한 복수의 열로 나란히 배열될 수 있다. 상기 각 행과 각 열에 속하는 샘플웰들은 일정한 간격으로 배열될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 의하면, 상기 규칙적인 배열은 직사각형 배열(rectangular array)일 수 있다. 상기 직사각형 배열은 상기 길이 방향으로 서로 평행한 복수의 행(column)으로 나란히 배열된 복수의 샘플웰들이 상기 폭 방향으로도 서로 평행한 복수의 열(row)로 나란히 배열되는 것을 의미한다. 또는, 본 발명의 일 구현예에 의하면, 상기 규칙적인 배열은 정사각형 배열일 수 있다. 상기 정사각형 배열은 상기 직사각형 배열의 특수한 형태로서, 상기 각 행에 속하는 샘플웰의 개수와 상기 각 열에 속하는 샘플웰의 개수가 동일한 형태를 의미한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 복수의 샘플웰(111)은 반응용기를 수용하게 형성될 수 있다. 상기 반응용기는 하나의 컨테이너를 포함하는 반응튜브일 수 있으며, 복수의 컨테이너를 포함하는 반응스트립 또는 반응플레이트일 수 있다. 상기 반응스트립은 복수의 컨테이너가 일렬로 일정 간격을 가지게 형성된 반응용기를 말하며, 상기 반응플레이트는 복수의 컨테이너가 2열 이상으로 일정 간격을 가지게 형성된 반응용기를 말한다. 상기 컨테이너는 반응물(예를 들어, 반응용액 또는 반응혼합물)을 수용할 수 있는 단위체(unit)을 말한다. 상기 반응용기는 그 용도 및 형태에 따라 테스트 튜브, PCR 튜브, 스트립 튜브, multi well PCR 플레이트로 명명될 수 있다.
본 발명의 샘플웰(111)의 형태는 사용되는 반응용기의 컨테이너의 형상에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 샘플웰(111)은 원뿔형의 일반적인 핵산 증폭용 튜브를 수용하도록 형성될 수 있다. 이 경우 샘플웰(111)은 상면(110)에서 상측으로 열린 개구가 원형이며, 하측으로 갈수록 직경이 작아지게 테이퍼질 수 있다. 도면들에는 예시적인 형태로서 샘플웰(111)의 개구가 원형인 일 구현예가 도시되어 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 샘플웰(111)은 10 마이크로미터 이상, 20 마이크로미터 이상, 30 마이크로리터 이상, 40 마이크로리터 이상의 반응액을 수용할 수 있는 부피의 컨테이너를 포함하는 반응용기를 수용하게 형성될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 샘플웰(111)은 700 마이크로미터 이하, 600 마이크로미터 이하, 500 마이크로미터 이하, 400 마이크로미터 이하, 300 마이크로미터 이하, 200 마이크로미터 이하, 100 마이크로미터 이하, 또는 50 마이크로미터 이하의 반응액을 수용할 수 있는 부피의 컨테이너를 포함하는 반응용기를 수용하게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 의하면, 열블록(100)은 복수의 비샘플홀(112)을 포함한다. 비샘플홀(112)은 열블록(100)의 상면에서 상측으로 개구되게 형성된다. 비샘플홀(112)은 샘플웰(111)로부터 구분되며, 비샘플홀(112)에는 반응용기가 수용되지 않는다. 비샘플홀(112)은 열블록(100)의 질량을 감소시켜 샘플웰(111)의 온도를 변화시키는데 필요한 에너지를 저감하기 위해 형성된다.
도 1의 (A)를 참조하는 본 발명의 일 구현예에서, 열블록(100)의 상면(110)과 하면(120)의 면적은 서로 상이하다. 바람직하게는 상면(110)의 면적보다 하면(120)의 면적이 더 크다. 따라서, 열블록(100)의 측면에는 상면(110)보다 하면(120)이 넓은 측면 단차가 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 열블록(100)의 상면(110)과 하면(120)의 면적은 서로 같다. 따라서, 열블록(100)은 전체적으로 직육면체의 형상이다. 열블록(100)의 측면은 단차지지 않으며, 수직으로 평평한 형태로 형성될 수 있다.
도 1의 (B)를 참고하여 살펴보면, 열블록(100)의 하면(120)에는 예를 들어 펠티어 소자와 같은 열전소자가 열적으로 접촉(thermally contact)하여 열블록(100)과의 열교환을 수행한다. 열블록(100)은 하면(120)으로부터 열이 공급됨에 따라 가열되거나 하면(120)에서 열이 흡수됨에 따라 냉각되며, 따라서 샘플웰(111)에 수용된 샘플 또는 샘플웰(111)에 삽입된 반응용기에 수용된 샘플의 증폭 반응이 수행될 수 있다.
열블록(100)의 하면(120)에는 온도센서가 장착될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 의하면, 단차면(121)은 온도센서를 수용하도록 구성된 센서 홈(123)을 포함할 수 있다. 즉, 단차면(121)에는 적어도 하나 이상의 온도센서가 위치하는 센서 홈(123)이 형성될 수 있다. 센서 홈(123)의 형상은 온도센서의 형태에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 탐침형, 버튼형의 온도 프로브가 장착될 수 있는 형상일 수 있다. 상기 센서 홈(123)은 하면(121)의 외곽으로부터 내측으로 연장되어 형성되며 단차면(121)에 위치할 수 있다. 즉, 센서 홈(123)의 내측은 단차면(121)에 위치하고 센서 홈(123)의 외측은 하면(121)의 외곽부에 위치할 수 있다. 하면(121)에 구비되어 단차면(121)의 단차를 형성하는 베리어(122)는 센서 홈(123)에 의해 관통되거나 절개될 수 있다. 다시 말해, 상기 센서 홈(123)은 베리어(122)를 관통하여 형성될 수 있다. 다시말해, 상기 베리어(122)는 홀을 포함하며, 상기 센서 홈(123)은 상기 홀을 통하여 연장되는 것 일 수 있다. 또는 상기 센서 홈(123)은 베리어(122)를 절개하여 형성될 수 있다. 즉, 상기 베리어(122)는 갭을 포함하며, 상기 센서 홈(123)은 상기 갭을 통하여 연장되는 것일 수 있다. 도 1 및 도 4에는 베리어(122)를 형성하는 돌출부가 센서 홈(123)에 의해 관통되는 구현예가 도시되어 있다. 또한, 일 구현예에 의하면, 상기 단차면(121)에는 열블록(100)과 예를 들어 열전소자와의 열교환을 매개하는 상변화물질이 도포되는데, 센서 홈(123)는 상기 단차면(121)에 도포된 상변화물질이 고체 상태에서 액체 내지는 젤 상태가 되어도 센서 홈(123)를 통해 유출되지 않도록 형성된다.
열블록(100)의 하면(120)에는 상변화물질을 수용하는 베리어(122) 및 단차면(121)이 형성된다. 일 구현예에서 상기 베리어 및 단차면은 상변화물질이 이탈되는 것을 방지한다. 단차면(121)은 하면(120)의 일부를 구성하며, 베리어(122)는 단차면(121)에 구비되는 상변화물질이 이탈되는 것을 방지한다. 베리어(122)는 단차면(121)과 단차면(121)에 인접한 주변영역의 사이에 단차에 의해 형성된다. 상기 단차로 인하여 단차면(121)은 인접한 주변영역에 비해 상측으로 함몰된 형태를 가진다.
본 발명의 일 구현예에 의하면, 단차면(121)은 열블록(100)의 하면(120)이 상측으로 함몰되어 제공될 수 있으며, 하면(120)이 상측으로 함몰됨에 따라 형성되는 단차에 의해 베리어(122)가 형성된다. 또는, 본 발명의 일 구현예에 의하면, 베리어(122)는 열블록(100)의 하면(120)에서 돌출되는 돌출부에 의해 형성될 수 있으며, 돌출부가 형성하는 단차에 의해 베리어(122)가 형성된다. 도 2의 (A)를 참고하여 살펴보면, 베리어(122)는 하면(120)에서 돌출되는 돌출부에 의해 형성될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 단차면(121)은 상기 하면에 돌출부가 형성되어 제공될 수 있다. 즉, 단차면(121)은 돌출부의 내측에 위치하며 돌출부에 비해 상측으로 함몰된 형태를 가질 수 있다. 이러한 돌출부는 하면(120)의 최외곽에 위치할 수 있으며, 또는 하면(120)의 최외곽으로부터 내측으로 이격될 수 있다. 상기 최외곽은 가장자리를 의미한다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 베리어(122)는 상기 하면(120)의 가장자리로부터 내측으로 이격되어 있을 수 있다. 도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이 단차면(121)은 복수개로 구비될 수 있는데, 그러한 경우 외곽의 돌출부가 하면(120)의 최외곽에 위치할 수 있으며, 또는 하면(120)의 최외곽으로부터 내측으로 이격될 수 있다. 도 2의 (A)에는 돌출부가 하면(120)의 최외곽으로부터 내측으로 이격되어 위치하며 후술할 엣지부(124)가 형성되는 구현예가 도시되어 있다. 도 2의 (B)를 참고하여 살펴보면, 단차면(121)의 단차는 하면(120)이 함몰되며 형성될 수 있으며, 상기 함몰되며 형성된 단차면(121)의 단차에 의해 베리어(122)가 형성된다. 즉, 단차면(121)은 하면(120) 중 단차면(121)의 나머지 부위보다 상측으로 함몰된 형태를 가질 수 있다.
도 2의 (A)에서 돌출부인 베리어(122)는 하면(120)의 최외곽으로부터 내측으로 이격되어 위치한다. 이때, 베리어(122)가 하면(120)의 최외곽으로부터 내측으로 이격되는 위치는 다양하게 구현될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 베리어(122)는 하면(120)의 최외곽으로부터 내측으로 0.5mm 내지 20mm로 이격되어 위치할 수 있다.
도 2의 (B)를 참조하는 본 발명의 다른 구현예에서, 베리어(122)는 열블록(100)의 측면에서부터 내측으로 연장되는 형태로 위치할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 베리어(122)는 상면(110)에서 최외곽에 위치하는 샘플웰(111)의 바깥쪽 면과 수직한 선상보다 외측에 위치할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 베리어(122)는 상면(110)에서 최외곽에 위치하는 샘플웰(111)의 바깥쪽 면과 수직한 선상보다 내측에 위치할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 베리어(122)는 상면(110)에서 최외곽에 위치하는 샘플웰(110)의 바깥쪽 면과 수직한 선상에 위치할 수 있다.
본 발명에 따른 베리어(122)는 하면(120)의 단차면(121)과 높이 차이를 갖도록 소정 높이로 형성된다.
본 발명의 일 구현예에서, 베리어(122)는 누워진 사각 기둥 형태이며, 사각형의 측단면(예를 들어, '□'의 형태)을 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 베리어(122)는 누워진 반원통형이며, 반원 형태의 측단면(예를 들어, '∪'의 형태)을 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 베리어(122)는 누워진 삼각 기둥 형태이며, 삼각형의 측단면(예를 들어, '∨'의 형태)을 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명의 하면에는 상기와 같이 다양한 형태의 돌출부인 베리어가 형성될 수 있으나, 사각형의 측단면을 갖는 베리어(122)가 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 열블럭(100)에 포함되는 베리어(122)는 다양한 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 베리어(122)는 열블럭(100)의 재질과 동일한 재질이며, 열블록(100)과 일체형으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 베리어(122)는 열블럭(100)의 재질과 동일한 재질이며, 별물로서 열블록(100)에 결합될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 베리어(122)는 열블럭(100)의 재질과 다른 재질이며, 열블록(100)에 결합될 수 있다. 이때, 베리어(122)의 재질은 금속, 합금, 고무, 실리콘, 플라스틱 등의 다양한 소재로 이루어질 수 있다.
본 발명의 열블록(100)은 상기 단차면(121)에 상변화물질을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 의하면 단차면(121)은 상변화물질(Phase change material)을 포함한다. 즉, 단차면(121)이 주변영역에 대해 상측으로 단차지며 형성되는 공간에 상기 상변화물질이 구비된다. 상변화물질이란 외부의 온도 등 물리적 요인에 의하여 물리적인 상태가 고체 및 액체 사이에서 변화하는 물질을 말한다. 상변화물질은 이에 제한되지 아니하나, 예를 들어 금속, 세라믹, 열가소성 폴리머, 열경화성 폴리머, 전도성 폴리머 및 물로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 본 발명의 상변화물질은 금속과 세라믹이 충진된 기질(matrix)일 수 있다. 본 발명의 상변화물질은 열전도성 물질이며, 가온에 의하여 부드러운 열전도성 재료로 물성이 변화한다. 따라서, 열블록 표면의 미세굴곡과 밀착하여 열전달이 효율적으로 이루어질 수 있게 한다. 상기 상변화물질은 예를 들어, Laird Technologies, Inc.의 T-pcm 580S series일 수 있다. 일 구현예에 의하면, 상기 상변화물질의 일면은 상기 단차면에 접촉할 수 있다. 구체적으로, 상기 상변화물질은 상기 단차면에 도포될 수 있다. 상기 상변화물질의 일면은 단차면에 접촉하고 타면은 열블록(100)을 가열하거나 냉각하기 위한 소자에 접촉한다. 일 구현예에 의하면, 상기 상변화물질의 타면은 가열소자 및/또는 냉각소자에 접촉할 수 있다. 일 구현예에 의하면, 상기 상변화물질의 타면은 열전소자에 접촉할 수 있다. 일 구현예에 의하면, 상기 상변화물질의 타면은 열전도체(thermal conductor)에 접촉할 수 있다. 상기 열전도체는 상기 상변화물질이 가열소자, 냉각소자 또는 열전소자와 직접 접촉하는 것을 방지하며 열교환을 매개하기 위한 구성으로서, 얇은 전도성 박으로 형성될 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위하여 열전소자에 의해 열블록(100)의 열교환이 수행되는 것으로 설명하기로 한다. 상기 열전소자는 단차면(121)에 도포된 상변화물질과 접촉하여 본 발명의 열블록(100)과의 열교환을 수행할 수 있다. 상기 상변화물질의 열전도율은 열블록(100)을 형성하는 금속, 예를 들어 알루미늄의 열전도율보다는 낮으나, 공기층의 열전도율보다는 높다. 단차면(121)은 하면(120)의 일부로서 그 면적이 하면(120)의 면적보다 작다. 단차면(121)의 하면(120)의 면적에 비해 지나치게 작을 경우 열전소자에 의한 열교환의 효율이 낮아지므로 단차면(121)의 면적을 충분히 확보할 필요가 있다. 따라서, 하면(120)의 면적 대비 단차면(121)의 면적은 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 또는 90% 이상일 수 있다.
본 발명의 단차면(121)은 하면(120)의 중심을 포함한다. 즉, 하면(120)의 중심은 단차면(121) 상에 위치한다. 상기 하면(120)의 중심은 하면(120)의 길이 방향 중앙 및 폭 방향 중앙에 위치한 지점을 의미한다. 도 3을 참조하면, 상기 하면(120)의 중심은 A 축과 B 축이 교차하는 지점을 의미한다. 따라서, 상기 열전소자는 열블록(100)의 중앙부를 가열하거나 냉각함으로써 열블록(100)과의 열교환을 수행하게 되며, 그로 인해 상대적으로 열용량의 큰 중앙부와 상대적으로 열용량이 작은 외곽부의 온도제어가 균일하게 수행될 수 있다.
본 발명의 열블록(100)의 온도변화가 길이 방향 또는 폭 방향으로 균일하게 이루어지도록, 단차면(121)은 열블록(100)의 길이 방향 중앙과 폭 방향 중앙을 기준으로 대칭되게 형성된다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 단차면은 상기 하면의 상기 길이 방향의 중심선과 상기 폭 방향의 중심선에 대하여 각각 선대칭되게 형성될 수 있다. 도 3을 참고하면, 상기 하면의 길이 방향 중앙인 A 축이 상기 하면의 길이 방향의 중심선이며, 상기 폭 방향 중앙인 B 축이 상기 하면의 폭 방향의 중심선이다. 즉, 단차면(121)은 길이 방향 일측 또는 폭 방향 일측으로 치우치지 않게 형성된다. 도 3를 참고하여 살펴보면, 단차면(121)은 하면(120)의 길이 방향 중앙인 축(A)에 대해 대칭되고, 또한 폭 방향 중앙인 축(B)에 대해 대칭된다. 따라서, 열전소자가 단차면(121)에 도포된 상변화물질을 통해 열블록(100)과의 열교환을 수행할 때 길이 방향 또는 폭 방향으로의 온도편차가 발생하지 않는다. 도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이 단차면(121)은 복수개 구비될 수 있는데, 복수의 단차면(121)이 하면(120)의 길이 방향 중앙 및 폭 방향 중앙에 대해 대칭되게 형성된다.
본 발명의 단차면(121)은 평평하게(flat) 형성될 수 있다. 단차면(121)은 깊이가 일정하여 상면(110)에 대해 평행하게 형성될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 의하면, 단차면(121)의 깊이가 일정하게 형성됨과 함께 돌출부의 높이 역시 일정하게 형성될 수 있으며, 따라서 단차면(121)에 도포된 상변화물질이 일정한 두께로 형성될 수 있다. 상변화물질이 단차면(121)에 일정한 두께로 형성됨에 따라, 상기 상변화물질과 접촉하여 열블록(100)을 가열하거나 냉각하는 열전소자가 단차면(121) 전체에서 균일하게 열교환을 수행할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 의하면, 단차면(121)의 깊이는 0.1 mm 내지 2 mm일 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 의하면, 단차면(121)의 깊이는 0.2 mm일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 의하면, 열용량의 차이를 갖는 열블록의 외곽부와 중심부 간의 열평형이 빠르게 이루어질 수 있도록 하면(120)의 외곽부분에 비어 있는 공간을 제공하기 위한 엣지부(124)가 형성될 수 있다. 도 2의 (A)에 도시된 바와 같이, 상기 엣지부(124)는 베리어(122)를 형성하기 위해 하면(120)에서 돌출되는 돌출부가 하면(120)의 최외곽에서 이격되어 내측에 위치함으로써 형성될 수 있다. 즉, 열블록의 하면에서 가열 또는 냉각이 수행되는 경우, 열블록의 중심부분 보다 외곽부분이 보다 빠르게 가열되고, 보다 빠르게 냉각되는 문제를 해결할 수 있다. 이를 위해 하면의 외곽부분에 공간을 형성하여 가열과 냉각이 중심부분과 동일 또는 유사하게 이루어질 수 있도록 한다.
다시 말해, 열블록(100)의 하면(120)에서 열교환이 수행되는 경우, 열블록(100)의 중심부가 외곽부보다 열용량이 높으므로 중심부보다 외곽부가 빠르게 가열 또는 냉각될 수 있다. 그러나, 본 발명의 일구현예에 의하면 하면(120)의 엣지부(124)가 제공하는 공간으로 인해 열블록(100)의 외곽부에 대한 열전도가 느리게 되어, 중심부와 외곽부 간의 열평형이 보다 빠르게 이루어지고, 중심부와 외곽부가 목표 온도까지 상승하는 시간이 동일 또는 유사할 수 있다.
본 발명의 단차면(121)는 경사지게(slanting) 형성될 수 있다. 도 4를 참고하여 살펴보면, 본 발명의 단차면(121)의 깊이는 하면(120)의 중앙부에서 가장 깊게 형성될 수 있다. 또는, 본 발명의 단차면(121)의 깊이는 하면(120)의 중앙부에서 가장 얕게 형성될 수 있다. 즉, 단차면(121)은 일정한 깊이로 형성되지 않고 일부 영역의 깊이가 나머지 영역의 깊이와 다를 수 있다.
일 구현예에 의하면, 상기 중앙부는 도 4의 (A) 및 (C)에 도시된 하면(120)의 중앙지점(411)일 수 있다. 상기 중앙지점(411)은 하면(120)의 중심인 길이 방향 및 폭 방향 중앙에 위치한 점을 의미한다. 도 4의 (A)를 참고하여 살펴보면, 본 발명의 단차면(121)은 중앙지점(411)에서 최외곽부로 갈수록 깊이가 감소하거나 증가할 수 있다. 즉, 단차면(121)은 전체적으로 경사지게 형성될 수 있다. 도 4의 (C)를 참고하여 살펴보면, 본 발명의 단차면(121)은 중앙지점(411)에서 외곽영역(431)으로 갈수록 깊이가 감소하거나 증가할 수 있다. 상기 외곽영역(431)은 최외곽부와 인접한 영역으로서, 최외곽부 및 최외곽부로부터 길이 방향 및 폭 방향으로 각각 일정 거리만큼 내측으로 이격된 경계의 사이로 정의될 수 있다. 이 때 외곽영역(431)은 평평하게 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 단차면(121)은 외곽영역(431)을 제외한 영역에서 경사지게 형성될 수 있다.
일 구현예에 의하면, 상기 중앙부는 도 4의 (B) 및 (D)에 도시된 하면(120)의 중앙영역(421)일 수 있다. 상기 중앙영역(421)은 하면(120)의 길이 방향 및 폭 방향 중앙에 위치한 점을 포함하며, 길이 방향 중앙 및 폭 방향 중앙에 대해 대칭되는 영역을 의미한다. 도 4의 (B)를 참고하여 살펴보면, 본 발명의 단차면(121)은 중앙영역(421)에서 최외곽부로 갈수록 깊이가 감소하거나 증가할 수 있다. 이 때 중앙영역(421)은 평평하게 형성될 수 있다. 즉, 단차면(121)의 깊이는 중앙영역(421)을 제외한 영역에서 경사지게 형성될 수 있다. 도 4의 (D)를 참고하여 살펴보면, 본 발명의 단차면(121)은 중앙영역(421)에서 외곽영역(431)으로 갈수록 깊이가 감소하거나 증가할 수 있다. 이 때 중앙영역(421) 및 외곽영역(431)은 평평하게 형성될 수 있다. 즉, 단차면(121) 중앙영역(421) 및 외곽영역(431)을 제외한 영역에서 경사지게 형성될 수 있다.
일 구현예에 의하면, 단차면(121)은 경사지게 형성된 영역에서 일정한 경사를 가질 수 있다. 즉, 단차면(121) 중 평평한 영역을 제외한 나머지 경사진 영역은 일정한 경사로 형성될 수 있다. 예를 들어, 단차면(121)은 중앙지점(411)과 최외곽부의 사이에서 일정한 경사를 가질 수 있으며, 또는 중앙지점(411)과 외곽영역(431)의 사이에서 일정한 경사를 가질 수 있으며, 또는 중앙영역(421)과 최외곽부의 사이에서 일정한 경사를 가질 수 있으며, 또는 중앙영역(421)에서 외곽영역(431)의 사이에서 일정한 경사를 가질 수 있다.
도 5를 참고하여 단차면(121)의 깊이 및 경사에 대해 살펴본다. 다만, 도 5는 도시 및 이해의 편의를 위하여 돌출부(122)가 돌출된 높이 등이 다소 과장되게 도시되었음을 주의하여야 한다.
본 발명의 일 구현예에 의하면, 도 5의 (A)에 도시된 바와 같이 단차면(121)은 평평하게 형성된다. 따라서, 단차면(121)은 상면(110)에 대해 평행하게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 의하면, 도 5의 (B) 내지 (E)에 도시된 바와 같이 단차면(121)은 경사지게 형성될 수 있다. 도 5의 (B) 및 (D)에 도시된 바와 같이 단차면(121)의 깊이는 하면(120)의 중앙부에서 가장 깊게 형성될 수 있으며, 또는 도 5의 (C) 및 (E)에 도시된 바와 같이 단차면(121)의 깊이는 하면(120)의 중앙부에서 가장 얕게 형성될 수 있다. 도 5의 (B) 및 (C)에 도시된 바와 같이 단차면(121)은 일정한 경사를 가지게 형성될 수 있으며, 또는 도 5의 (D) 및 (E)에 도시된 바와 같이 단차면(121)은 볼록하거나 오목한 곡면으로 형성될 수 있다. 도 5의 (B) 내지 (E)에는 단차면(121)이 전체적으로 경사지게 형성되는 구현예가 도시되어 있으나, 단차면(121)의 중앙영역 및/또는 외곽영역이 평평하게 형성되고 나머지 영역이 경사지게 형성될 수도 있다.
열블록(100)의 하면(120)에는 복수의 단차면(121)이 형성될 수 있다. 하면(120)에 복수의 단차면(121)이 구비되는 경우에도 하나의 단차면(121)이 구비되는 경우와 마찬가지로, 복수의 단차면(121)은 전체적으로 열블록(100)의 길이 방향 중앙 및 폭 방향 중앙을 기준으로 대칭되게 형성된다. 상기 상변화물질은 복수의 단차면(121) 각각에 도포되며, 마찬가지로 상기 가열소자, 냉각소자, 열전소자 또는 열전도체는 복수의 단차면(121) 각각에 도포된 상변화물질과 접촉한다. 복수의 단차면(121) 각각은 독립적으로 열블록(100)의 하면(120)에서 함몰되어 형성되거나 하면(120)에서 돌출된 돌출부에 의해 제공될 수 있다. 또한, 하면(120)에는 복수의 단차면(121) 각각을 형성하는 하면(120)의 함몰 또는 돌출부에 의한 베리어(122)가 형성된다. 복수의 단차면(121)은 2개 이상, 3개 이상, 4개 이상, 5개 이상일 수 있다. 또한, 복수의 단차면(121)은 9개 이하, 8개 이하, 7개 이하, 6개 이하일 수 있다. 상기 복수의 단차면(121)은 동일한 면적으로 형성될 수 있다. 일 구현예에 의하면, 도 6의 (A) 및 도 7의 (A)에 도시된 바와 같이 상기 복수의 단차면(121)은 동일한 길이 및 폭을 가질 수 있다. 상기 복수의 단차면(121) 중 일부는 나머지와 다른 면적으로 형성될 수 있다. 일 구현예에 의하면, 도 6의 (B)에 도시된 바와 같이 상기 복수의 단차면(121) 중 적어도 일부는 나머지와 다른 길이를 가질 수 있다. 일 구현예에 의하면, 도 7의 (B)에 도시된 바와 같이 상기 복수의 단차면(121) 중 적어도 일부는 나머지와 다른 폭을 가질 수 있다.
도 6을 참고하여 살펴보면, 단차면(121)은 복수개로 구비되며, 상기 복수의 단차면(121)은 길이 방향을 따라 배열될 수 있다. 복수의 단차면(121)이 길이 방향을 따라 배열된다 함은 복수의 단차면(121)이 폭 방향과 나란한 복수의 열로 배열되는 것을 의미한다. 도면에는 3 개의 단차면(121)이 단행 복열로 배열되는 일 구현예가 도시되어 있다. 길이 방향을 따라 배열되는 복수의 단차면(121)은 길이 방향으로 이격되어 배열되며, 단차면 사이의 길이 방향 간격은 일정할 수 있다. 일 구현예에 의하면, 도 6의 (A)에 도시된 바와 같이 길이 방향으로 배열되는 복수의 단차면(121)은 동일한 길이로 형성될 수 있다. 즉, 복수의 단차면(121)의 길이 방향의 크기가 동일할 수 있다. 또는, 일 구현예에 의하면, 도 6의 (B)에 도시된 바와 같이 길이 방향으로 배열되는 복수의 단차면(121)은 길이가 일정하지 않을 수 있다. 특히, 복수의 단차면(121) 중 길이 방향 내측에 위치한 단차면은 외측에 위치한 단차면보다 넓은 길이로 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 복수의 단차면 중 상기 길이 방향 내측에 위치한 단차면은 외측에 위치한 단차면보다 길이 방향 크기가 더 클 수 있다. 상기 길이 방향 내측에 위치한 단차면이란 길이 방향으로 배열되는 복수의 단차면 중 길이 방향 중앙측에 위치한 단차면을 의미하며, 상기 길이 방향 외측에 위치한 단차면이란 길이 방향으로 배열되는 복수의 단차면 중 길이 방향 양단측에 위치한 단차면을 의미한다. 도 6의 (B)에 도시된 구현예를 기준으로, 상기 길이 방향 내측에 위치한 단차면은 가운데 단차면(121b)이고, 상기 길이 방향 외측에 위치한 단차면은 좌측 및 우측의 단차면(121a)이다. 상기 길이 차이로 인해 상기 길이 방향 내측에 위치한 단차면의 면적이 상기 길이 방향 외측에 위치한 단차면의 면적보다 넓으며, 따라서 복수의 단차면에 접촉하는 열전소자가 열블록(100)의 중앙부를 가열하거나 냉각함으로써 열블록(100)과의 열교환을 수행하게 되고, 중앙부와 외곽부의 온도편차가 최소화된다.
도 7을 참고하여 살펴보면, 단차면(121)은 복수개로 구비되며, 상기 복수의 단차면은 상기 폭 방향을 따라 배열될 수 있다. 복수의 단차면(121)이 폭 방향을 따라 배열된다 함은 복수의 단차면(121)이 길이 방향과 나란한 복수의 행으로 배열되는 것을 의미한다. 도면에는 3 개의 단차면(121)이 단열 복행으로 배열되는 일 구현예가 도시되어 있다. 폭 방향을 따라 배열되는 복수의 단차면(121)은 폭 방향으로 이격되어 배열되며, 단차면 사이의 폭 방향 간격은 일정할 수 있다. 일 구현예에 의하면, 도 7의 (A)에 도시된 바와 같이 폭 방향으로 배열되는 복수의 단차면(121)은 동일한 폭으로 형성될 수 있다. 즉, 복수의 단차면(121)의 폭 방향의 크기가 동일할 수 있다. 또는, 일 구현예에 의하면, 도 7의 (B)에 도시된 바와 같이 폭 방향으로 배열되는 복수의 단차면(121)의 폭은 일정하지 않을 수 있다. 특히, 복수의 단차면(121) 중 폭 방향 내측에 위치한 단차면은 외측에 위치한 단차면보다 넓은 폭으로 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 복수의 단차면 중 상기 폭 방향 내측에 위치한 단차면은 외측에 위치한 단차면보다 폭 방향 크기가 더 클 수 있다. 상기 폭 방향 내측에 위치한 단차면이란 폭 방향으로 배열되는 복수의 단차면 중 폭 방향 중앙측에 위치한 단차면을 의미하며, 상기 폭 방향 외측에 위치한 단차면이란 폭 방향으로 배열되는 복수의 단차면 중 폭 방향 양단측에 위치한 단차면을 의미한다. 도 7의 (B)에 도시된 구현예를 기준으로, 상기 폭 방향 내측에 위치한 단차면은 가운데 단차면(121d)이고 상기 폭 방향 외측에 위치한 단차면은 상측 및 하측의 단차면(121c)이다. 상기 폭 차이로 인해 상기 폭 방향 내측에 위치한 단차면의 면적이 상기 폭 방향 외측에 위치한 단차면의 면적보다 넓으며, 따라서 복수의 단차면에 접촉하는 열전소자가 열블록(100)의 중앙부를 가열하거나 냉각함으로써 열블록(100)과의 열교환을 수행하게 되고, 중앙부와 외곽부의 온도편차가 최소화된다.
일 구현예에 의하면, 복수의 단차면(121)은 하면(120)에서 복수의 행 및 복수의 열로 배열될 수도 있다. 복열 복행으로 배열되는 복수의 단차면은 각각 길이 방향 및 폭 방향으로 일정한 간격을 가지며 배열될 수 있다. 복열 복행으로 배열되는 복수의 단차면은 동일한 길이와 폭을 가질 수 있으며, 또는 서로 다른 길이와 폭을 가질 수 있다.
한편, 도 8을 참고하여 살펴보면, 본 발명에 따르면 열블록의 질량을 감소시키기 위한 관통홀(810)을 포함하는 열블록(800)이 제공될 수 있다. 즉, 본 발명의 열블록(800)은 복수로 수용되는 샘플의 반응을 수행하기 위한 열블록으로서, 서로 평행하며 길이와 폭을 가지는 상면(110) 및 하면(120)을 포함하고, 상면(110)에는 상측으로 열린 복수의 샘플웰(111)이 형성되어 있으며, 상기 열블록을 관통하는 관통홀(810)을 포함할 수 있다. 또한 일 구현예에서 상기 관통홀(810)은 상면(110)과 하면(120) 사이에서 열블록(100)을 관통하는 관통홀 일 수 있다. 또한 상기 관통홀은 적어도 한 개 이상의 관통홀(810)을 포함할 수 있다. 관통홀(810)은 비샘플홀(112)과 마찬가지로 열블록(100)의 질량을 감소시켜 샘플웰(111)의 온도를 변화시키는데 필요한 에너지를 저감하기 위해 형성되는데, 특히 열블록(100)의 중앙부의 질량을 감소시키기 위해 형성된다. 요컨대, 본 발명에 따르면 하면에 상변화물질을 수용하는 베리어 및 단차면이 형성된 열블록이 제공될 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 상면과 하면 사이에서 열블록을 관통하는 적어도 한 개 이상의 관통홀을 포함하는 열블록이 제공될 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 하면에 상변화물질을 수용하는 베리어 및 단차면이 형성되고, 상면과 하면 사이에서 열블록을 관통하는 적어도 한 개 이상의 관통홀을 포함하는 열블록이 제공될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 관통홀(810)은 상기 상면(110) 및 하면(120)과 평행할 수 있다. 관통홀(810)은 상면(110) 및 하면(120)의 사이에서 상면(110) 및 하면(120)과 평행하게 형성된다. 즉, 관통홀(810) 각각은 하면(120)으로부터 일정한 높이에 위치한다. 도 8의 (A)에 도시된 바와 같이 관통홀(810)은 길이 방향과 평행하게 형성되며, 폭 방향으로 복수개 배열될 수 있다. 또는, 도 8의 (B)에 도시된 바와 같이 관통홀(810)은 폭 방향과 평행하게 형성되며, 길이 방향으로 복수개 배열될 수 있다.
관통홀(810)은 열블록(100)을 길이 방향 또는 폭 방향으로 관통하게 형성되는데, 관통홀(810)은 관통되는 면의 가운데를 관통하게 형성될 수 있다. 상기 관통되는 면은 관통홀(810)이 형성되는 열블록의 면이며, 상기 관통되는 면의 가운데는 상기 관통되는 면의 길이 방향 또는 폭 방향의 가운데이다. 상기 관통되는 면의 가운데는 길이 방향 또는 폭 방향의 정가운데 및 그 주위 영역까지 포함할 수 있다. 도 9에는 열블록(100)을 길이 방향 및 폭 방향으로 관통하는 관통홀이 각각 5개씩 형성되는 구현예가 도시되어 있는데, 각각 중앙의 관통홀(810a)이 열블록(100)의 길이 방향 및 폭 방향 정가운데를 관통하고 나머지 관통홀(810b)은 상기 정가운데의 주위영역을 관통하며 양측으로 배열된다. 따라서, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 관통홀은 복수개로 구비되며, 상기 복수의 관통홀은 상기 상면과 상기 하면 사이에서 나란히 배열될 수 있다. 즉, 복수개의 관통홀(810a, 810b)이 좌우로 배열되며 열블록(100)을 길이 방향 및/또는 폭 방향으로 관통할 수 있으며, 상기 복수개의 관통홀(810a, 810b)은 관통되는 면의 가운데를 관통할 수 있다. 따라서, 관통홀(810)은 열블록(100)의 중앙부를 관통하게 되며, 그로 인해 열블록(100)의 중앙부의 질량이 감소하여 외곽부와의 온도편차가 감소하게 되는 것이다. 본 발명의 일 구현예에서, 관통홀(810)은 복수개로 구비되며, 상기 복수의 관통홀 중 적어도 하나는 상기 길이의 중심 또는 상기 폭의 중심을 통과하도록 구성될 수 있다. 상기 길이의 중심은 열블록(100)의 길이 방향의 가운데를 말한다. 상기 길이 방향은 도면에서 x축 방향으로 도시되어 있다. 상기 길이 방향의 가운데는 열블록(100)의 길이 방향의 정가운데 및 그 주위 영역까지 포함할 수 있다. 상기 폭의 중심은 열블록(100)의 폭 방향의 가운데를 말한다. 상기 폭 방향은 도면에서 y축 방향으로 도시되어 있다. 상기 폭 방향의 가운데는 열블록(100)의 폭 방향의 정가운데 및 그 주위 영역까지 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 관통홀(810)은 1개 내지 3개로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 관통홀(810)은 1개 내지 5개로 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 관통홀(810)은 1개 내지 7개로 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 관통홀(810)은 1개 내지 9개로 형성될 수 있다.
관통홀(810)은 열블록(100)의 길이 방향 및/또는 폭방향 양쪽 단부 영역을 제외한 영역에 형성될 수 있다. 즉, 관통홀(810)은 인접한 샘플홀(111)과 샘플홀(111)의 사이를 관통하도록 형성되는데, 상기 양쪽 단부 영역에서 인접하게 위치한 샘플홀(111)과 샘플홀(111)의 사이에는 형성되지 않도록 할 수 있다. 도 8의 (A)를 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명은 열블록(800)의 폭 방향 양쪽 단부 영역을 제외한 영역에 길이 방향으로 나란히 위치하는 관통홀(810)을 가지는 열블록(800)을 제공한다. 도 8의 (B)를 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명은 길이 방향 양쪽 단부 영역을 제외한 영역에 폭 방향으로 나란히 위치하는 관통홀(810)을 가지는 열블록(800)을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 관통홀(810)은 길이 방향 및/또는 폭 방향의 양쪽 끝단으로부터 1열 및/또는 1행의 샘플홀(111)과 그에 인접한 샘플홀(111) 사이에는 형성되지 않는다.
본 발명의 다른 구현예에서, 관통홀(810)은 길이 방향 및/또는 폭 방향의 양쪽 끝단으로부터 2열 및/또는 2행의 샘플홀(111)과 그에 인접한 샘플홀(111) 사이의 영역에는 형성하지 않는다.
본 발명의 일 구현예에서, 도 8의 (A)와 (B)에 도시된 관통홀(810)이 모두 형성될 수 있다. 즉, 하나의 열블록(100)에는 길이 방향으로 형성된 관통홀과 폭 방향으로 형성된 관통홀이 함께 위치할 수 있다. 이 경우, 열블록(100)의 중앙부의 열용량은 외곽부의 열용량보다 더 감소될 수 있다. 길이 방향의 관통홀과 폭 방향의 관통홀은 서로 직교하며, 직교되는 위치에서 중첩된다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 관통홀(810)은 복수의 샘플웰(111)의 사이에 위치할 수 있다. 도 9를 참고하여 살펴보면, 관통홀(810)은 복수의 샘플웰(111)의 사이에 위치한다. 복수의 샘플웰(111)이 상면(110)에서 열과 행을 이루며 규칙적으로 배열되는 경우, 관통홀(810)은 각 샘플웰(111)이 인접한 샘플웰(111)과 이루는 간격 사이에 위치한다.
또한, 도 10을 참고하여 살펴보면, 관통홀(810)은 복수의 샘플웰(111)과 중첩되지 않게 형성된다. 일 구현예에 따르면, 관통홀(810)은 복수의 샘플웰(111)과 교차하지 않는다. 즉, 인접한 샘플웰(111) 사이에 위치한 관통홀(810)은 샘플웰(111)과 중첩되지 않는 직경으로 형성된다. 도 10의 (A)는 열블록(100)을 길이 방향으로 관통하는 관통홀(810)이 형성된 구현예의 단면도를 도시하고, 도 10의 (B)는 열블록(100)을 폭 방향으로 관통하는 관통홀(810)이 형성된 구현예의 단면도를 도시한다. 따라서, 샘플웰(111)은 관통홀(810)에 의해 관통되지 않으며, 샘플웰(111)에 삽입된 반응용기와의 접촉하는 면적이 관통홀(810)에 의해 감소되지 않는다.
도 11을 참고하여 살펴보면, 관통홀(810)은 복수개 구비되어 하면(120)으로부터 적어도 두 개 이상의 높이에 위치할 수 있다. 즉, 복수개의 관통홀(810)은 상하방향으로 서로 다른 위치에 위치할 수 있다. 도 11의 (A)는 열블록(100)을 길이 방향으로 관통하는 복수의 관통홀(810)이 2개의 서로 다른 높이에 위치하는 구현예를 도시하고 있으며, 도 11의 (B)는 열블록(100)을 폭 방향으로 관통하는 복수의 관통홀(810)이 2개의 서로 다른 높이에 위치하는 구현예를 도시하고 있다. 복수의 관통홀(810)을 서로 다른 높이에 형성함으로써 열블록(100)의 중앙부를 관통하는 관통홀(810)의 개수를 증가시킬 수 있으며, 따라서 중앙부의 질량을 더욱 감소시켜 외곽부와의 온도편차를 저감할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 의하면, 복수의 관통홀 중 상측에 위치한 관통홀의 개수는 하측에 위치한 관통홀의 개수 이상일 수 있다. 상기 상측에 위치한 관통홀이란 나머지보다 상면(110)에 인접한 관통홀을 의미하며, 상기 하측에 위치한 관통홀이란 나머지보다 하면(120)에 인접한 관통홀을 의미한다. 도 11에 도시된 구현예에 있어서, 상기 상측에 위치한 관통홀은 상측에 위치한 5개의 관통홀(810c)이고, 상기 하측에 위치한 관통홀(810)은 하측에 위치한 3 개의 관통홀(810d)이다.
본 발명의 다른 구현예에 의하면, 복수의 관통홀(810) 중 하측에 위치한 관통홀(810)의 개수는 상측에 위치한 관통홀(810)의 개수 이상일 수 있다.
상기 기재된 바와 같이, 상측과 하측에 형성되는 관통홀(810)의 개수를 상이하게 구현하는 것은 열블록(100) 자체의 열용량을 줄이고, 중앙부와 나머지 외곽부 간의 열용량의 차이를 줄이기 위함이다.
본 발명의 일 구현예에서, 복수의 관통홀(810) 중 상측에 위치하는 관통홀(810)은 길이 방향으로 형성되고, 하측에 위치하는 관통홀(810)은 폭 방향으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 복수의 관통홀(810) 중 상측에 위치하는 관통홀(810)은 폭 방향으로 형성되고, 하측에 위치하는 관통홀(810)은 길이 방향으로 형성될 수 있다.
상기의 두 가지 구현예에 의하면 복수의 관통홀(810)이 직교되어 열블록(100)의 열용량을 줄일 수 있다. 다만, 직교되는 각각의 관통홀(810)은 상측과 하측으로 나뉘어 위치하기 때문에 서로 중첩되지 않는다. 따라서, 열블록(100)의 중앙부의 열용량은 크게 줄이고, 외곽부의 열용량은 적게 줄일 수 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
(부호의 설명)
100: 열블록 110: 상면
111: 샘플웰 112: 비샘플홀
120: 하면 121: 단차면
122: 베리어 123: 센서 홈
124: 엣지부 411: 중앙지점
421: 중앙영역 431: 외곽영역
810: 관통홀
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본 특허출원은 2021년 09월 13일 한국에 출원한 특허출원번호 제10-2021-0121730호에 대해 우선권을 주장하며, 그 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다.

Claims (31)

  1. 복수의 반응을 수행하기 위한 열블록으로서,
    서로 평행하며 길이와 폭을 가지는 상면 및 하면을 포함하고,
    상기 상면에는 상측으로 열린 복수의 샘플웰이 형성되어 있으며,
    상기 하면에는 상변화물질을 수용하는 베리어(barrier) 및 단차면이 형성되어 있는 열블록.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단차면은 상기 하면의 상기 길이 방향의 중심선과 상기 폭 방향의 중심선에 대하여 각각 선대칭되게 형성되는 것을 특징으로 하는 열블록.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단차면은 상기 하면이 함몰되어 제공되는 것을 특징으로 하는 열블록.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단차면은 상기 하면에 돌출부가 형성되어 제공되는 것을 특징으로 하는 열블록.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단차면은 평평한(flat) 것을 특징으로 하는 열블록.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 단차면은 경사진(slanting) 것을 특징으로 하는 열블록.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 단차면은 복수개로 구비되며, 상기 복수의 단차면은 길이 방향을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 열블록.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 단차면은 동일한 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 열블록.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 단차면 중 상기 길이 방향 내측에 위치한 단차면은 외측에 위치한 단차면보다 길이 방향 크기가 더 큰 것을 특징으로 하는 열블록.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 단차면은 복수개로 구비되며, 상기 복수의 단차면은 상기 폭 방향을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 열블록.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 단차면은 동일한 폭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 열블록.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수의 단차면 중 상기 폭 방향 내측에 위치한 단차면은 외측에 위치한 단차면보다 폭 방향의 크기가 더 큰 것을 특징으로 하는 열블록.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 열블록은 상기 열블록을 관통하는 관통홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 열블록.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 관통홀은 상기 상면 및 하면과 평행한 것을 특징으로 하는 열블록.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 관통홀은 상기 길이 방향과 평행한 것을 특징으로 하는 열블록.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 관통홀은 상기 폭 방향과 평행한 것을 특징으로 하는 열블록.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 관통홀 중 적어도 하나는 관통되는 면의 가운데를 관통하게 형성되는 것을 특징으로 하는 열블록.
    상기 관통홀은 복수개로 구비되며, 상기 복수의 관통홀 중 적어도 하나는 상기 길이의 중심 또는 상기 폭의 중심을 통과하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열블록.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 관통홀은 상기 복수의 샘플웰 사이에 위치한 것을 특징으로 하는 열블록.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 관통홀은 상기 복수의 샘플웰과 교차하지 않는 것을 특징으로 하는 열블록.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 관통홀은 복수개로 구비되며, 상기 복수의 관통홀은 상기 상면과 상기 하면 사이에서 나란히 배열되는 것을 특징으로 하는 열블록.
  21. 제 13 항에 있어서,
    상기 관통홀은 복수개로 구비되며, 상기 복수의 관통홀은 상기 하면으로부터 적어도 두 개 이상의 높이에 위치하는 것을 특징으로 하는 열블록.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 열블록은 상기 단차면에 상변화물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 열블록.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 상변화물질의 일면은 상기 단차면에 접촉하는 것을 특징으로 하는 열블록.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 상변화물질의 타면은 가열소자 및/또는 냉각소자에 접촉하는 것을 특징으로 하는 열블록.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 상변화물질의 타면은 열전소자에 접촉하는 것을 특징으로 하는 열블록.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 상변화물질의 타면은 열전도체에 접촉하는 것을 특징으로 하는 열블록.
  27. 제 1 항에 있어서,
    상기 단차면은 온도센서를 수용하도록 구성된 센서 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 열블록.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 센서 홈은 상기 하면의 외곽으로부터 내측으로 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 열블록.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 센서 홈은 상기 베리어를 관통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 열블록.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 센서 홈은 상기 베리어를 절개하여 형성되는 것을 특징으로 하는 열블록.
  31. 제 1 항에 있어서,
    상기 베리어는 상기 하면의 가장자리로부터 내측으로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 열블록.
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