(57)【要約】【課題】マイクロチップが加熱によって変形したときも温調素子を均一にマイクロチップの平面に密着させることができる温度制御装置を提供する。【解決手段】温度制御装置は温調素子を備えている。温調素子は、伝熱面を有する熱伝導性の温度制御部、及び温度制御部の伝熱面とは反対側の平面に接して温度制御部を加熱又は冷却するペルチェ素子を備えている。温度制御部の伝熱面は、弾性をもってマイクロチップの被温度制御部の表面形状に追従する熱伝導性のエラストマーで覆われている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱面を有する熱伝導性の温度制御部、及び前記温度制御部の前記伝熱面とは反対側の平面に接して前記温度制御部を加熱又は冷却するペルチェ素子を備えた温調素子と、
前記温度制御部の前記伝熱面上に設けられ、弾性をもってマイクロチップの前記被温度制御部の表面形状に追従する熱伝導性のエラストマーと、
マイクロチップの前記被温度制御部と前記エラストマーとの密着を維持するように前記温調素子をマイクロチップ側へ付勢する付勢機構と、を備えた温度制御装置。
【請求項２】
前記マイクロチップは表側と裏側の両側に被温度制御部をもつものであり、
該温度制御装置は前記温調素子、エラストマー及び付勢機構の組を２組備え、前記マイクロチップの両側から前記エラストマーを介して温調素子を密着させるものである請求項１に記載の温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物や化学の分野において各種反応を行なわせるためのマイクロチップの温度調節を行なうための温度制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内部に反応ウェルを有するマイクロチップを用いてＰＣＲ法、ＬＡＭＰ法、ＳＭＡＰ法といった核酸増幅反応などを行なう装置には、ペルチェ素子などによって構成される温調素子をマイクロチップの平面に押し当てて反応ウェルの温度を反応に適した温度に調節する温度制御装置が設けられている。この温度制御装置は、ペルチェ素子を例えばアルミ板など熱伝導性部材を介してマイクロチップの平面に接触させるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２２４０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マイクロチップは厚みが薄く、ペルチェ素子で加熱し続けると湾曲することがある。マイクロチップが湾曲すると、マイクロチップの被温度調節面が反り返ってしまうために温調素子の密着が不均一になり、正確なマイクロチップの温度制御ができなくなる。しかし、温調素子を反ったマイクロチップに密着させるように過度にマイクロチップに押し付けると、ペルチェ素子にクラックが入るなど温調素子が破損する虞があるため、一定以上の圧力をかけることはできない。
【０００５】
温度制御装置の一部にエラストマー（弾性体）を用いることによって温調素子と被温度制御部との間の接触状態を改善しようとする試みはすでに提案されている（特許文献１参照。）。特許文献１に開示されている温度制御装置は、マイクロチップの複数箇所の局所的な温度制御を行なうために、マイクロチップ平面の複数の箇所に個別に接触する複数の温調素子（該文献における温度制御装置に相当）を備えたものである。各温調素子はそれぞれペルチェ素子及び銅やアルミニウムなどの熱伝導体からなる温度制御部を備えている。温度制御部はマイクロチップに直接接触してペルチェ素子からの熱をマイクロチップに伝えるものである。各ペルチェ素子は共通の放熱フィン（ヒートシンク）に取り付けられている。エラストマーはペルチェ素子と温度制御部の間、又は温度制御部と放熱フィンの間に挟み込まれていることにより、マイクロチップが湾曲するなどの変形が生じてもエラストマーが弾性変形することによってその変形を吸収でき、各温度制御部をマイクロチップに密着させることができるとされている。
【０００６】
しかし、マイクロチップの湾曲などの変形によってマイクロチップの温調素子が接触する部分の形状も変形してしまうため、温調素子のマイクロチップに直接的に接触する部分が銅やアルミニウムなどの熱伝導体で構成されているとその変形に追従できず、均一な密着性を維持することができない。温調素子を接触させるマイクロチップの接触部分の形状が変形した場合には、ペルチェ素子と温度制御部の間又は温度制御部と放熱フィンの間に挟み込まれたエラストマーではその変形を吸収することはできない。したがって、特許文献１に開示された温度制御装置ではマイクロチップが変形しても温調素子とマイクロチップとの間の均一な密着性を維持するという効果を期待することはできない。
【０００７】
本発明は、上記の問題に鑑み、マイクロチップが加熱によって変形したときも温調素子を均一にマイクロチップの平面に密着させることができる温度制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかる温度制御装置は、伝熱面を有する熱伝導性の温度制御部、及び温度制御部の伝熱面とは反対側の平面に接して温度制御部を加熱又は冷却するペルチェ素子を備えた温調素子と、温度制御部の伝熱面上に設けられ、弾性をもってマイクロチップの被温度制御部の表面形状に追従する熱伝導性のエラストマーと、マイクロチップの被温度制御部とエラストマーとの密着を維持するように温調素子をマイクロチップ側へ付勢する付勢機構と、を備えたものである。
【０００９】
マイクロチップが表側と裏側の両側に被温度制御部をもつものである場合には、該温度制御装置は温調素子、エラストマー及び付勢機構の組を２組備え、マイクロチップの両側からエラストマーを介して温調素子を密着させるようにすることで対応することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、マイクロチップの被温度制御部に接触させる温度制御部の伝熱面が、弾性をもってマイクロチップの被温度制御部の表面形状に追従する熱伝導性のエラストマーで覆われており、付勢機構によって被温度制御部とエラストマーとの密着を維持するように温調素子がマイクロチップ側へ付勢されているので、マイクロチップの湾曲などによって被温度制御部の表面形状が変化しても温調素子と被温度制御部との密着性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】温度制御装置の一実施例を示す概略構成断面図である。
【図２】同実施例の温度制御装置によるマイクロチップの温度制御時の様子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
温度制御装置の一実施例について図１を参照しながら説明する。図１は温度制御装置の一実施例を示す概略構成断面図である。
マイクロチップ２の周縁部が保持部４に保持されている。マイクロチップ２の上下に、マイクロチップ２の被温度制御部の上面に接して温度制御を行なう上面側温調素子６ａと、被温度制御部の下面に接して温度制御を行なう下面側温調素子６ｂが配置されている。
【００１３】
温調素子６ａはペルチェ素子８ａを備え、ペルチェ素子のマイクロチップ２側の面に例えばアルミニウム板や銅板などからなる温度制御部１０ａが取り付けられている。温度制御部１０ａのマイクロチップ２側の面（伝熱面）はエラストマー１２ａにより覆われている。
【００１４】
ペルチェ素子８ａの温度制御部１０ａとは反対側の面に放熱フィン１４ａが取り付けられている。放熱フィン１４ａには例えばコイルバネ、板バネなど上下方向に弾性変形する弾性体からなる付勢機構１５ａを介して駆動軸１６ａの一端が接続されている。駆動軸１６ａの他端は駆動部２０ａに接続されている。駆動部２０ａはモータを駆動することによって駆動軸１６ａを上下動させる機構を有するものである。
下側温調素子６ｂの構造は上側温調素子６ａと同じである。
【００１５】
温度制御部１０ａ，１０ｂのマイクロチップ２側の面を覆うエラストマー１２ａ，１２ｂは厚み方向に弾性をもつ熱伝導性部材である。その例として、シリコン系、アクリル系、スチレン系、オレフィン系、塩化ビニル系、ポリエステル系、ポリウレタン系、ポリアミド系などのエラストマーが挙げられる。エラストマー１２ａ，１２ｂの厚みは０．１ｍｍ〜３．０ｍｍが適当である。
【００１６】
温調素子６ａ，６ｂのペルチェ素子８ａ，８ｂ、駆動部２０ａ，２０ｂは制御部２２により制御されている。制御部２０は、マイクロチップ２の温度制御を行なう際に、駆動部２０ａによって上側温調素子６ａを下降させてエラストマー１２ａをマイクロチップ２の上面に密着させ、駆動部２０ｂによって下側温調素子６ｂを上昇させてエラストマー１２ｂをマイクロチップ２の下面に密着させる。
【００１７】
温調素子６ａと駆動軸１６ａとの間、温調素子６ｂと駆動軸１６ｂとの間にはそれぞれ弾性体からなる付勢機構１５ａ，１５ｂが介在し、マイクロチップ２の温度制御時に付勢機構１５ａ，１５ｂがそれぞれ温調素子６ａ，６ｂをマイクロチップ２側へ付勢している。そのため、図２に示されているように、加熱によってマイクロチップ２の湾曲した場合も厚み方向に弾性をもつエラストマー１２ａ，１２ｂがマイクロチップ２の表面形状に追従して密着性をマイクロチップ２の湾曲前と同じ状態で維持することができる。
【００１８】
制御部２２には操作者が分析条件などを入力して該温度制御装置を操作するための操作部２４や操作者が設定条件を表示させて確認するためのモニタ２６が接続されている。
【００１９】
なお、この実施例では、マイクロチップ２の上面と下面から温度制御を行なうように２つの温調素子６ａ，６ｂを備えているが、本発明はこれに限定されるものではなく、温調素子６ａ及び６ｂのいずれか一方のみを備えているものであってもよい。
【符号の説明】
【００２０】
２    マイクロチップ
４    保持部
６ａ  上側温調素子
６ｂ  下側温調素子
８ａ，８ｂ  ペルチェ素子
１０ａ，１０ｂ  温度制御部
１２ａ，１２ｂ  エラストマー
１４ａ，１４ｂ  放熱フィン
１５ａ，１５ｂ  付勢機構
１６ａ，１６ｂ  駆動軸
２０ａ，２０ｂ  駆動部
２２    制御部
２４    操作部
２６    モニタ
【図１】
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【図２】
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