(57)【要約】      （修正有）【課題】熱伝導均一性及び熱履歴整合性を改善し、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）での実験結果をより安定的なものとし、動作の利便性を高めることができる、熱サイクル装置の提供。【解決手段】円形搬送路を有する環状搬送要素６０と、複数のスライドプレート装置保持要素３０と、複数の加熱ブロックと、押圧要素１０と冷却装置とを備えた熱サイクル装置。環状搬送要素６０が段階的に動作することにより、スライドプレート装置保持要素３０は複数のスライドプレート装置４０を搬送しながら円形搬送路に沿って移動し、スライドプレート装置保持要素３０が対応する加熱ブロックに移動すると、環状搬送要素６０は動作を停止し、押圧要素１０は押圧工程を行い、スライドプレート装置４０は対応する加熱ブロックと接触して熱伝導が行われる、熱サイクル装置。【選択図】図１
2020174661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉じた円形搬送路を有する環状搬送要素と、
前記環状搬送要素上に配置され、複数のスライドプレート装置を保持するための、それぞれが前記円形搬送路に沿って同じ角度で並んで配置された複数のスライドプレート装置保持要素と、
前記環状搬送要素の下に配置された複数の加熱ブロックと、
前記複数のスライドプレート装置保持要素の上方に配置され、複数の押圧ブロックを有する押圧要素であって、前記押圧ブロックのそれぞれが前記加熱ブロックのそれぞれとそれぞれ対応する押圧要素と、
前記複数の加熱ブロックを冷却する冷却装置と、を備え、
前記環状搬送要素が段階的に動作されることにより、前記複数のスライドプレート装置保持要素が前記複数のスライドプレート装置を保持して前記円形搬送路に沿って移動し、前記スライドプレート装置保持要素がそれぞれ対応する各加熱ブロックに移動すると、前記環状搬送要素が動作を停止し、前記押圧ブロックがそれぞれ押圧工程を行って、前記スライドプレート装置をそれぞれ対応する前記加熱ブロックと接触させて熱伝導を行う、
ことを特徴とする熱サイクル装置。
【請求項２】
前記スライドプレート装置保持要素が、それぞれ前記円形搬送路に沿って６０度の角度で並んで配置される、請求項１に記載の熱サイクル装置。
【請求項３】
前記冷却装置が、冷却のために前記加熱ブロックに進入する水路を使用する水冷装置を含む、請求項１に記載の熱サイクル装置。
【請求項４】
前記水冷装置が、前記加熱ブロックを１８秒で９５℃から６０℃に冷却する、請求項３に記載の熱サイクル装置。
【請求項５】
前記冷却装置がさらにファン装置を備え、前記水冷装置が前記加熱ブロックを特定の温度に冷却したとき、前記ファン装置及び加熱バーを使用して前記特定の温度を維持する、請求項３に記載の熱サイクル装置。
【請求項６】
前記加熱ブロックが６０℃に冷却された後、前記特定の温度が、前記ファン装置及び前記加熱バーを使用することによって維持される、請求項５に記載の熱サイクル装置。
【請求項７】
前記スライドプレート装置保持要素のそれぞれに対応する複数の弾性支持要素をさらに備え、前記スライドプレート装置のそれぞれと対応する前記加熱ブロックとが熱伝導を一定期間行った後、前記複数の押圧ブロックが押圧を停止し、前記弾性支持要素のそれぞれが前記スライドプレート装置保持要素のそれぞれを前記加熱ブロックから離間させることによって、前記スライドプレート装置及び前記加熱ブロック間の熱伝導を停止し、前記スライドプレート装置保持要素がそれぞれ前記円形搬送路に沿って次の対応する各加熱ブロックに移動するように前記環状搬送要素が動作を再開する、請求項１に記載の熱サイクル装置。
【請求項８】
前記環状搬送要素があらゆる固定角度で動作を停止する、請求項７に記載の熱サイクル装置。
【請求項９】
前記複数の加熱ブロックを加熱するための加熱バーをさらに備えた、請求項１に記載の熱サイクル装置。
【請求項１０】
前記加熱バーが前記加熱ブロックを９５℃に加熱する、請求項９に記載の熱サイクル装置。
【請求項１１】
スライドプレート装置への熱伝導を行うための複数の加熱ブロックと、
前記加熱ブロックに進入する水路を使用して冷却を行う水冷装置と、
を備えることを特徴とする熱サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は熱サイクル装置に係り、より具体的には熱伝導均一性及び熱履歴整合性を改善する熱サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）に基づいた分子生物学の技術を実行する際、熱サイクル装置が核酸の増幅反応のために試料の反応又は検査において実行されるプログラム化された温度プロファイルを提供することができる。既知の熱サイクル装置では、熱サイクル反応は、スライドプレート装置を２つ以上の温度帯を経由して搬送する搬送要素を使用することによって行うことができる。スライドプレート装置は、数千個の反応ウェルを有するスライドプレートを収容するのに使用される。各温度帯の加熱ブロックを使用してスライドプレート装置の温度が上昇又は低下するように制御することによって、スライドプレートの検査試料に必要な反応温度サイクルを実現する。しかしながら、各温度帯の加熱ブロックが時間内に急速に昇温及び降温しない場合、熱履歴の不整合問題が生じ、実験結果に影響を及ぼす可能性がある。
【０００３】
上記に基づいて、熱伝導均一性及び熱履歴整合性を改善し、実験結果をより安定的なものとし、動作の利便性を高めることができる熱サイクル装置を開発することが最新の研究にとっての重要な課題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、熱伝導を均一にするために押圧力をかけ、実験結果の安定性を高めるための押圧要素を備えるように設計された熱サイクル装置を提供し、油などの熱媒体を使用し、動作の不都合をもたらす従来の熱サイクル装置の欠点を改善する。さらに、加熱ブロックを急速に冷却するのに冷却装置を使用して、熱履歴の整合性を高める。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示では、熱サイクル装置が、環状搬送要素と、複数のスライドプレート装置保持要素と、複数の加熱ブロックと、押圧要素と冷却装置と、を備える。環状搬送要素は閉じた円形搬送路を有する。複数のスライドプレート装置保持要素は、複数のスライドプレート装置を保持するための環状搬送要素上に配置され、スライドプレート装置保持要素はそれぞれ円形搬送路に沿って同じ角度で並んで配置される。加熱ブロックは、環状搬送要素の下に配置される。押圧要素は、複数のスライドプレート装置保持要素の上方に配置され、複数の押圧ブロックを有し、押圧ブロックのそれぞれは加熱ブロックのそれぞれとそれぞれ対応する。冷却装置は複数の加熱ブロックを冷却する。環状搬送要素は段階的に動作されることによって、複数のスライドプレート装置保持要素は複数のスライドプレート装置を保持して円形搬送路に沿って移動する。スライドプレート装置保持要素がそれぞれ対応する各加熱ブロックに移動すると、環状搬送要素は停止され、スライドプレート装置がそれぞれ対応する加熱ブロックと接触して熱伝導が行われるように押圧ブロックはそれぞれ押圧工程を行う。
【０００６】
本開示のある実施形態では、スライドプレート装置保持要素は、それぞれ円形搬送路に沿って６０度の角度で並んで配置される。
【０００７】
本開示のある実施形態では、冷却装置は水冷装置を含み、水冷装置は、加熱ブロックに進入する水路を使用して冷却を行う。
【０００８】
本開示のある実施形態では、水冷装置は、加熱ブロックを１８秒で９５℃から６０℃に冷却する。
【０００９】
本開示のある実施形態では、冷却装置はさらにファン装置を備える。水冷装置が加熱ブロックを特定の温度に冷却するとき、その温度はファン装置及び加熱バーによって維持される。
【００１０】
本開示のある実施形態では、加熱ブロックが６０℃に冷却された後、温度は、ファン装置及び加熱バーによって維持される。
【００１１】
本開示のある実施形態では、熱サイクル装置はさらに、スライドプレート装置保持要素のそれぞれに対応する複数の弾性支持要素を備える。スライドプレート装置のそれぞれと対応する加熱ブロックとが熱伝導を一定期間行った後、複数の押圧ブロックは押圧を停止し、弾性支持要素のそれぞれはスライドプレート装置保持要素のそれぞれを加熱ブロックから離間させることによって、スライドプレート装置及び加熱ブロック間の熱伝導を停止する。環状搬送要素は動作を再開し、その結果、スライドプレート装置保持要素はそれぞれ円形搬送路に沿って次の対応する各加熱ブロックに移動する。
【００１２】
本開示のある実施形態では、環状搬送要素は特定の固定角度で動作を停止する。
【００１３】
本開示のある実施形態では、熱サイクル装置はさらに、複数の加熱ブロックを加熱するための加熱バーを備える。
【００１４】
本開示のある実施形態では、加熱バーは加熱ブロックを９５℃に加熱する。
【発明の効果】
【００１５】
上記に基づいて、本開示は、環状搬送要素を、押圧力をかける押圧要素と共に備えるように設計されることによって、油などの熱媒体を用い、不都合をもたらす従来の熱サイクル装置の欠点を改善しながら、熱伝導均一性を実現し、実験結果の安定性を高める熱サイクル装置を提供する。また、本開示の熱サイクル装置は、水冷装置を備え、その結果、水冷装置の水路が加熱ブロックに進入して温度を急速に冷却し、加熱ブロックは１８秒で９５℃から６０℃に冷却されて、熱履歴整合性を高めることができる。結果として、従来の熱サイクル装置が加熱ブロックの温度を効率的かつ即時に調節できないという弊害を改善することができる。
【００１６】
前述の本開示の特徴及び利点をより分かりやすくするために、図面が添付された実施形態を以下で詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本開示のある実施形態に係る熱サイクル装置の模式図。
【図２】本開示のある実施形態に係る熱サイクル装置の模式分解図。
【図３】本開示のある実施形態に係る熱サイクル装置の模式断面図。
【図４】本開示のある実施形態に係る熱サイクル装置の模式断面図。
【図５Ａ】本開示のある実施形態に係る熱サイクル装置のスライドプレート装置保持要素及びスライドプレート装置の上面図。
【図５Ｂ】本開示のある実施形態に係る熱サイクル装置のスライドプレート装置保持要素及びスライドプレート装置の模式分解図。
【図６】本開示のある実施形態に係る熱サイクル装置内の水冷装置の模式図。
【図７】本開示のある実施形態に係る熱サイクル装置内の水冷装置の上面図。
【図８】本開示のある実施形態に係る熱サイクル装置内の水冷装置の全体模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本開示は、主としてポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）に基づく分子生物工学技術に適用される熱サイクル装置を提供する。初めに、以下の段落において、明細書で使用する用語の定義について説明する。
【００１９】
「スライドプレート装置」とは、数千個の実験反応槽を有するスライドプレートを搭載するための装置を指し、実験反応槽のサイズは特定の生化学反応又は生化学的検査を行うための検査試料を収納するために、例えば数ナノリットルから数百ナノリットルに及ぶ。
【００２０】
「熱履歴」とは、ポリメラーゼ連鎖反応を行うために、熱サイクル装置が加熱ブロックを使用してスライドプレート装置への熱伝導を行う、スライドプレート装置が受ける反応温度サイクル過程を指す。
【００２１】
図１は、本開示のある実施形態に係る熱サイクル装置の模式図である。図２は、本開示のある実施形態に係る熱サイクル装置の模式分解図である。図３及び図４は、本開示のある実施形態に係る熱サイクル装置の模式断面図である。図５Ａは、本開示のある実施形態に係る熱サイクル装置のスライドプレート装置保持要素及びスライドプレート装置の上面図である。図５Ｂは、本開示のある実施形態に係る熱サイクル装置のスライドプレート装置保持要素及びスライドプレート装置の模式分解図である。
【００２２】
図１、図２、図３、図４、図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、熱サイクル装置は、環状搬送要素６０と、複数のスライドプレート装置保持要素３０と、複数の加熱ブロック５０と、押圧要素１０と、複数の加熱ブロック５０を冷却するための冷却装置（ファン装置８０）と、複数の弾性支持要素３２とを備える。図１、図２及び図３に示すように、環状搬送要素６０は閉じた円形搬送路を有する。複数のスライドプレート装置保持要素３０は、複数のスライドプレート装置４０を保持するための環状搬送要素６０上に配置される。スライドプレート装置保持要素３０は、例えばそれぞれ円形搬送路に沿って同じ角度で並んで配置される。複数の加熱ブロック５０は環状搬送要素６０の下に配置される。押圧要素１０は、複数のスライドプレート装置保持要素３０の上方に配置され、複数の押圧ブロック２０を有し、押圧ブロック２０のそれぞれは加熱ブロック５０のそれぞれに対応してそれぞれ配置される。図５Ｂに示すように、複数の弾性支持要素３２は、スライドプレート装置保持要素３０のそれぞれに対応して配置される。本実施形態では、熱サイクル装置は、例えば６個のスライドプレート装置保持要素３０と、６個のスライドプレート装置４０と、６個の加熱ブロック５０とを備え、スライドプレート装置保持要素３０は、例えばそれぞれ円形搬送路に沿って６０度の角度で並んで配置される。
【００２３】
図１、図２及び図３を参照すると、環状搬送要素６０は段階的に動作されることによって、複数のスライドプレート装置保持要素３０は複数のスライドプレート装置４０を円形搬送路に沿って搬送する。図１、図２及び図４を参照すると、スライドプレート装置保持要素３０がそれぞれ対応する加熱ブロック５０に移動すると、環状搬送要素６０は動作を停止し、押圧ブロック２０はそれぞれ押圧工程を行い、その結果、スライドプレート装置４０はそれぞれ対応する加熱ブロック５０と接触して熱伝導が行われる。押圧要素１０の押圧ブロック２０は一定の押圧力を与えることができるため、油などの熱媒体を用いることなく熱伝導を行うことができ、スライドプレート装置４０のそれぞれと対応する加熱ブロック５０との間の熱伝導が均一であることによって、熱媒体として油などを用いる従来の熱サイクル装置の動作の不都合を改善することができる。
【００２４】
図１、図２、図３、図４、図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、スライドプレート装置４０が、それぞれ対応する加熱ブロック５０との熱伝導を一定期間（例えば一定期間はポリメラーゼ連鎖反応を実行するために設定された時間である）行った後、複数の押圧ブロック２０は押圧を停止する。その際、スライドプレート装置保持要素３０のそれぞれに対応する複数の弾性支持要素３２を使用して、スライドプレート装置保持要素３０を加熱ブロック５０から離間させることによって、スライドプレート装置４０及び加熱ブロック５０間の熱伝導を停止することができる。例えば本実施形態では、弾性支持要素３２はバネであるが、本開示はこれに限定されず、スライドプレート装置保持要素３０を加熱ブロック５０から離間させて支持することができる他の弾性要素を使用することもできる。したがって、環状搬送要素６０が動作を再開することによって、スライドプレート装置保持要素３０はそれぞれ円形搬送路に沿って次の対応する各加熱ブロック５０に移動する。
【００２５】
本実施形態では、熱サイクル装置は、例えば６個のスライドプレート装置保持要素３０と、６個のスライドプレート装置４０と、６個の加熱ブロック５０とを備えるため、スライドプレート装置保持要素３０のそれぞれ、スライドプレート装置４０のそれぞれ及び加熱ブロック５０のそれぞれは、例えば円形搬送路に沿って６０度の角度で並んで配置される。したがって、環状搬送要素６０は、例えば６０度に１回停止される。より詳細には、環状搬送要素６０は、例えば６０度動作され、スライドプレート装置保持要素３０を円形搬送路に沿って前の対応する加熱ブロックの位置から次の対応する加熱ブロックの位置に移動させる。そして環状搬送要素６０は停止され、押圧ブロック２０は押圧工程を行う。スライドプレート装置４０が対応する加熱ブロックとの熱伝導を一定期間行った後、押圧ブロック２０は押圧を停止し、スライドプレート装置保持要素３０は加熱ブロックから離間し、環状搬送要素６０は動作を再開する。
【００２６】
図６は、本開示のある実施形態に係る熱サイクル装置内の水冷装置の模式図である。図７は、本開示のある実施形態に係る熱サイクル装置内の水冷装置の上面図である。図８は、本開示のある実施形態に係る熱サイクル装置内の水冷装置の全体模式図である。
【００２７】
図６、図７及び図８を参照すると、本開示の熱サイクル装置の冷却装置は水冷装置７０を備える。水冷装置７０は、入水口７２aと、出水口７２ｂと水路７４とを備える。水冷装置７０は、主に加熱ブロック５０に進入する水路７４を使用して冷却を行う。この実施形態では、水冷装置７０は、加熱ブロック５０に進入する水路７４を用いて加熱ブロックを１８秒で９５℃から６０℃に冷却し、これによって加熱ブロックの温度を効果的かつ即時に調整し、熱履歴整合性を高めることができる。また、本開示の熱サイクル装置の冷却装置はさらにファン装置８０を備える（図２を参照されたい）。水冷装置７０が加熱ブロック５０を特定の温度（例えば６０℃）に冷却した後、ファン装置８０並びに加熱バー５２及び５４を使用して温度を維持する。図８を参照すると、水冷装置７０は、放熱ラジエータ７６、ポンプ７８、電磁弁８２a及び８２ｂ並びに加熱ブロック５０と協働することができる。本実施形態では、複数の加熱ブロックは、加熱バー５２及び５４を使用することによって加熱され、加熱ブロックは、例えば９５℃に加熱することができる。
【００２８】
要約すれば、本開示は、油などの熱媒体を用いることにより加熱ブロックとスライドプレート装置との間の熱交換を行う従来の熱サイクル装置とは異なる熱サイクル装置を提供する。本開示は、環状搬送要素を、押圧力をかける押圧要素と共に使用することによって設計される結果、油などの熱媒体が用いられない状況下において熱伝導均一性を実現し、実験結果の安定性を高める。結果として、油などを熱媒体として用いる従来の熱サイクル装置の動作の不都合を解決することができる。また、本開示の熱サイクル装置は、急速冷却工程のために加熱ブロックに進入する水冷装置の水路を使用し、加熱ブロックを１８秒で９５℃から６０℃に冷却し、これによって熱履歴整合性を高めることができる。このように、従来の熱サイクル装置が加熱ブロックの温度を効率的かつ即時に調節できないという弊害を改善することが可能であり、したがって、熱履歴の不整合問題を効果的に回避することができる。
【００２９】
本開示を上記の実施形態によって開示してきたが、実施形態は本開示を限定することを意図したものではない。本開示の範囲又は趣旨を逸脱することなく本開示の構成に様々な修正や変形を行うことができることは、当業者に明らかであろう。したがって、本開示の保護範囲は添付の特許請求の範囲内に収まる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の熱サイクル装置は、熱伝導均一性及び熱履歴整合性を改善し、実験結果をより安定的にし、動作の利便性を高められる可能性がある。
【符号の説明】
【００３１】
１０：押圧要素
２０：押圧ブロック
３０：スライドプレート装置保持要素
３２：弾性支持要素
４０：スライドプレート装置
５０：加熱ブロック
５２、５４：加熱バー
６０：環状搬送要素
７０：水冷装置
７２ａ：入水口
７２ｂ：出水口
７４：水路
７６：ラジエータ
７８：ポンプ
８０：ファン装置
８２ａ、８２ｂ：電磁弁
【図１】
2020174661.tif 000003
【図２】
2020174661.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
2020174661.tif 000007
【図５Ｂ】
2020174661.tif 000008
【図６】
2020174661.tif 000009
【図７】
2020174661.tif 000010
【図８】
2020174661.tif 000011
【外国語明細書】
2020174661000001.pdf