(57)【要約】  オーバーシュート及び／又はアンダーシュートの発生を回避することができる温度制御技術を提供する。  ＰＩＤ制御部と、前記ＰＩＤ制御部から出力される出力値に対して、変化開始温度に応じた出力値と目標温度に応じた出力値との間に設定される固定値を加算する加算部と、前記出力値と固定値との加算結果を用いて、変化開始温度から目標温度への温度変化を制御する温度制御部と、を有する温度処理装置。
2017056641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＩＤ制御部と、
前記ＰＩＤ制御部から出力される出力値に対して、変化開始温度に応じた出力値と目標温度に応じた出力値との間に設定される固定値を加算する加算部と、
前記出力値と固定値との加算結果を用いて、変化開始温度から目標温度への温度変化を制御する温度制御部と、
を有する温度処理装置。
【請求項２】
更に、前記出力値と目標温度に応じた出力値との差分に基づいて、前記固定値を算出する固定値設定部を有する、請求項１に記載の温度処理装置。
【請求項３】
前記固定値は、前記変化開始温度に応じた出力値と目標温度に応じた出力値との中間値である、請求項２に記載の温度処理装置。
【請求項４】
前記固定値設定部は、予め定められた第一制御値と次回の目標温度に応じた出力値に基づいて定められる第二制御値とに基づいて、前記固定値を算出する、請求項３に記載の温度処理装置。
【請求項５】
前記固定値設定部は、前記第一制御値と今回の目標温度に応じた出力値に基づいて算出された第三制御値とを用いて前記第二制御値を更新することにより、第四制御値を算出し、
前記第一制御値と第四制御値に基づいて前記固定値を算出する、請求項４に記載の温度処理装置。
【請求項６】
更に、前記ＰＩＤ制御部に入力される入力値に基づいてＰＩＤ係数を算出するＰＩＤ係数決定部を備え、
前記固定値設定部は、前記ＰＩＤ係数を用いて前記固定値を算出する、請求項５記載の温度処理装置。
【請求項７】
更に、前記ＰＩＤ制御部から出力される積分値を削除する消去処理部を備える、請求項６記載の温度処理装置。
【請求項８】
ＰＩＤ制御部、前記ＰＩＤ制御部から出力される出力値に対して、変化開始温度に応じた出力値と目標温度に応じた出力値との間に設定される固定値を加算する加算部、及び前記出力値と固定値との加算結果を用いて、変化開始温度から目標温度への温度変化を制御する温度制御部、を有する温度処理装置を備える、核酸増幅反応装置。
【請求項９】
入力値をＰＩＤ制御に供するＰＩＤ制御工程と、
前記ＰＩＤ制御工程により出力された出力値に対して、変化開始温度に応じた出力値と目標温度に応じた出力値との間に設定される固定値を加算する加算工程と、
前記出力値と固定値との加算結果を用いて、変化開始温度から目標温度への温度変化を制御する温度制御工程と、
を有する温度処理方法。
【請求項１０】
更に、前記出力値と目標温度に応じた出力値との差分に基づいて、前記固定値を算出する固定値算出工程を含む、請求項９に記載の温度処理方法。
【請求項１１】
前記固定値算出工程では、前記変化開始温度に応じた出力値と目標温度に応じた出力値との中間値として前記固定値を算出する、請求項１０に記載の温度処理方法。
【請求項１２】
前記固定値算出工程では、予め定められた第一制御値と次回の目標温度に応じた出力値に基づいて予め定められる第二制御値とに基づいて、前記固定値を算出する、請求項１１に記載の温度処理方法。
【請求項１３】
前記固定値算出工程は、前記第一制御値と今回の目標温度に応じた出力値に基づいて算出された第三制御値とを用いて前記第二制御値を更新することにより、更新後の第二制御値を算出する更新工程を含み、前記第一制御値と更新後の第二制御値に基づいて前記固定値を算出する、請求項１２に記載の温度処理方法。
【請求項１４】
更に、前記ＰＩＤ制御部に入力される入力値に基づいて前記ＰＩＤ制御部におけるＰＩＤ係数を決定するＰＩＤ係数決定工程を備え、
前記固定値算出工程では、前記ＰＩＤ係数を用いて前記固定値を算出する、請求項１３記載の温度処理方法。
【請求項１５】
更に、前記ＰＩＤ制御部から出力される積分値を削除する消去処理工程を備える、請求項１４記載の温度処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、温度処理装置、核酸増幅反応装置及び温度処理方法に関する。より詳しくは、例えば、標的核酸を増幅して検出する核酸増幅装置に適用される温度処理装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示されるように、エンジンを冷却するための冷却水の供給バルブの開度制御や、核酸増幅反応装置に適用されるＰＣＲ（Polymerase Chain Reaction）法における昇温及び降温制御には、ＰＩＤ制御による温度制御が適用されている。【０００３】
ＰＩＤ制御とは、変化開始温度と目標温度の差（以下「偏差」ともいう）に比例した出力を出す比例制御（Proportional Controller）と、偏差の積分に比例した出力を出す積分制御（Integral Controller）と、偏差の微分に比例した出力を出す微分制御（Derivative Controller）の和を出力し、この出力（以下、「ＰＩＤ出力」ともいう）をフィードバックすることで、偏差をなくすように制御する手法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１８０５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
温度の昇温操作又は降温操作の温度変化を繰り返す作業（以下、「温度サイクル」ともいう）を必須とする環境において、温度サイクルをＰＩＤ制御により温度制御する場合、目標値の変更時には積分値を消去する必要性が生じ、その結果、過渡応答の挙動に制約が発生する。【０００６】
例えば、温度サイクルにおいて、変化開始温度から目標温度へと温度を降温させる際にＰＩＤ制御を適用する場合、目標温度設定時に変化開始温度を維持するために要する正の積分値が消去される。
そして、負を示す差分が帰還されることにより冷却が始まり、温度が下がる。温度が目標温度に到達するまでは、差分の符号が変化することはなく、冷却が続く。このため、目標温度に到達した際、積分値は負の値をとる。
一方で、目標温度に到達後この目標温度を維持するためには加熱が必要であり、積分値は正の値をとる必要がある。このため、収束に至るためには、目標温度を下回る状態を続け、差分の積分値が正になる必要がある。
すなわち、降温操作においてＰＩＤ制御による温度制御を行う場合には、アンダーシュート（Undershoot）の発生が不可避となる。
この事象は、たとえば０℃以下の環境下において、より低い温度から０℃に達しない温度まで昇温させる場合にも起こり、斯かる場合はオーバーシュート（Overshoot）の発生が不可避となる。【０００７】
特に、短時間で温度サイクルを繰り返し、目標温度への急激な到達、到達後の目標温度に安定させることが要求されるＰＣＲ法などの遺伝子増幅反応法では、酵素活性に至適な温度を一定時間維持させる必要があることから、オーバーシュート及び／又はアンダーシュートの発生を回避することが要求されている。【０００８】
そこで、本技術では、オーバーシュート及び／又はアンダーシュートの発生を回避することができる温度制御技術を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本技術は、ＰＩＤ制御部と、前記ＰＩＤ制御部から出力される出力値に対して、変化開始温度に応じた出力値と目標温度に応じた出力値との間に設定される固定値を加算する加算部と、前記出力値と固定値との加算結果を用いて、変化開始温度から目標温度への温度変化を制御する温度制御部と、を有する温度処理装置を提供する。
この温度処理装置において、更に、前記出力値と目標温度に応じた出力値との差分に基づいて、前記固定値を算出する固定値設定部を有していてもよい。
また、この温度処理装置において、前記固定値は、前記変化開始温度に応じた出力値と目標温度に応じた出力値との中間値であってもよい。
更に、この温度処理装置において、前記固定値設定部は、予め定められた第一制御値と次回の目標温度に応じた出力値に基づいて定められる第二制御値とに基づいて、前記固定値を算出してもよい。
また、この温度処理装置において、前記固定値設定部は、前記第一制御値と今回の目標温度に応じた出力値に基づいて算出された第三制御値とを用いて前記第二制御値を更新することにより、第四制御値を算出し、前記第一制御値と第四制御値に基づいて前記固定値を算出してもよい。
この温度処理装置において、更に、前記ＰＩＤ制御部に入力される入力値に基づいてＰＩＤ係数を決定するＰＩＤ係数決定部を備え、前記固定値設定部は、前記ＰＩＤ係数を用いて前記固定値を算出してもよい。
また、この温度処理装置において、更に、前記ＰＩＤ制御部から出力される積分値を削除する消去処理部を備えていてもよい。【００１０】
また、本技術は、ＰＩＤ制御部、前記ＰＩＤ制御部から出力される出力値に対して、変化開始温度に応じた出力値と目標温度に応じた出力値との間に設定される固定値を加算する加算部、及び前記出力値と固定値との加算結果を用いて、変化開始温度から目標温度への温度変化を制御する温度制御部、を有する温度処理装置を備える、核酸増幅反応装置をも提供する。【００１１】
更に、本技術は、入力値をＰＩＤ制御に供するＰＩＤ制御工程と、前記ＰＩＤ制御工程により出力された出力値に対して、変化開始温度に応じた出力値と目標温度に応じた出力値との間に設定される固定値を加算する加算工程と、前記出力値と固定値との加算結果を用いて、変化開始温度から目標温度への温度変化を制御する温度制御工程と、を有する温度処理方法をも提供する。
また、この温度処理方法において、更に、前記出力値と目標温度に応じた出力値との差分に基づいて、前記固定値を算出する固定値算出工程を含んでいてもよい。
更に、この温度処理方法において、前記固定値算出工程では、前記変化開始温度に応じた出力値と目標温度に応じた出力値との中間値として前記固定値を算出してもよい。
また、この温度処理方法において、前記固定値算出工程では、予め定められた第一制御値と次回の目標温度に応じた出力値に基づいて予め定められる第二制御値とに基づいて、前記固定値を算出してもよい。
更に、この温度処理方法において、前記固定値算出工程は、前記第一制御値と今回の目標温度に応じた出力値に基づいて算出された第三制御値とを用いて前記第二制御値を更新することにより、更新後の第二制御値を算出する更新工程を含み、前記第一制御値と更新後の第二制御値に基づいて前記固定値を算出してもよい。
また、この温度処理方法において、更に、前記ＰＩＤ制御部に入力される入力値に基づいて前記ＰＩＤ制御部におけるＰＩＤ係数を決定するＰＩＤ係数決定工程を備え、前記固定値算出工程では、前記ＰＩＤ係数を用いて前記固定値を算出してもよい。
更に、この温度処理方法において、更に、前記ＰＩＤ制御部から出力される積分値を削除する消去処理工程を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本技術によれば、オーバーシュート及び／又はアンダーシュートの発生を回避することができる。
なお、ここに記載された効果は、必ずしも限定されるものではなく、本技術中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本技術に係る温度処理装置の一例を模式的に示す模式概念図である。
【図２】図１に示す温度処理部の構成を示す概念図である。
【図３】図１に示す温度処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】図３に示すパラメータ設定工程の一例を示すフローチャートである。
【図５】図４に示すパラメータ設定工程の第一の変形例を示すフローチャートである。
【図６】図４に示すパラメータ設定工程の第二の変形例を示すフローチャートである。
【図７】図４に示すパラメータ設定工程の第三の変形例を示すフローチャートである。
【図８】図１に示す固定値設定部における算出工程を示すフローチャートである。
【図９】固定値を決定する際に使用されるテーブルの一例を示す図である。
【図１０】図８に示す算出工程の第一の変形例を示すフローチャートである。
【図１１】図８に示す算出工程の第二の変形例を示すフローチャートである。
【図１２】本技術に係る核酸増幅反応装置を模式的に示す模式概念図である。
【図１３】本技術に係る核酸増幅反応装置における温度制御結果を示すグラフ代用図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本技術を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。なお、説明は以下の順序で行う。
１．温度処理装置
（１）処理部
（２）記憶部
（３）温度処理部
（４）ＰＩＤ制御部
（５）加算部
（６）温度制御部
（７）固定値設定部
（８）ＰＩＤ係数決定部
（９）消去処理部
（１０）目標温度設定部
（１１）加熱冷却部
２．核酸増幅反応装置
（１）温度処理部
（２）反応部
（３）加熱冷却部
（４）光源
（５）導光板
（６）蛍光検出部
（７）フィルター膜
３．温度処理方法
（１）目標温度設定工程
（２）消去処理工程
（３）ＰＩＤ係数決定工程
（４）固定値算出工程
（５）ＰＩＤ制御工程
（６）加算工程
（７）温度制御工程
（８）加熱冷却工程
【００１５】
１．温度処理装置
図１は、本技術に係る温度処理装置の一例を示す模式概念図である。図１に示す適用例は、変化開始温度ＴＭＰから目標温度ＴＧＴへの温度変化を実施する温度処理装置Ｉであり、温度制御対象の温度調整を行う加熱冷却部３と、この加熱冷却部３の温度調整操作を制御する温度処理部１と、当該温度処理部１に対して目標温度ＴＧＴを設定する処理部２と、設定温度の時間変化に関する情報などが格納された記憶部４と、を備える。
尚、この温度処理装置Ｉにおいて、前記処理部２、加熱冷却部３及び記憶部４は必須の構成ではない。以下、温度処理部１、処理部２、加熱冷却部３及び記憶部４について、説明する。
【００１６】
（１）処理部
前記処理部２は、前記記憶部４に格納された指示に従い、温度処理装置Ｉを構成する各部の処理を制御する。ここで、前記処理部２は、前記記憶部４に格納された、設定温度の時間変化に関する情報（以下、「タイムシーケンス」ともいう）を受け取り、当該タイムシーケンスに従って、目標温度ＴＧＴを設定する構成をなしている。そして、この処理部２では、設定した目標温度ＴＧＴを前記温度処理部１に出力する。この処理部２は目標温度ＴＧＴを設定することができる構成であればよく、公知の構成を採用することができ、また当該処理部２における目標温度ＴＧＴの設定方法は特に限定されず、公知の方法を採用することができる。
【００１７】
（２）記憶部
前記記憶部４には、変化開始温度ＴＭＰから目標温度ＴＧＴへの温度変化を行う際の設定温度の時間変化に関する情報が格納されている。そして、この記憶部４では、指定の時間、例えば降温操作から昇温操作に転じる時間に目標温度ＴＧＴを前記処理部２に送る構成となっている。このような記憶部４は、CPU(Central Processing Unit)や、ROM(Read Only Memory)や、RAM(Random Access Memory)など、情報を記憶することができる構成であればよく、公知の構成を用いることができる。この記憶部４は、本技術に係る温度処理装置Ｉにおいては必須ではなく、例えば、外部の記憶装置を接続して、当該外部装置に設定温度の時間変化に関する情報を記憶させることも可能である。
【００１８】
（３）温度処理部
次に、本技術の特徴構成である温度処理部１について、図２を用いて説明する。本技術に係る温度処理部１は、変化開始温度ＴＭＰを目標温度ＴＧＴへと変化させる際の温度制御を行い、少なくとも、ＰＩＤ制御部１１と、加算部１２と、温度制御部１３と、を備える。本技術に係る温度処理部１は、必要に応じて、固定値設定部１４、ＰＩＤ係数決定部１５、消去処理部１６、目標値設定部１７を備えていてもよい。以下、各部について、説明する。
【００１９】
（４）ＰＩＤ制御部
本技術に係る温度処理部１は、後述する目標値設定部１７から出力された目標温度ＴＧＴに応じた出力値に対してＰＩＤ制御を行うＰＩＤ制御部１１を備える。このＰＩＤ制御部１１は、目標温度ＴＧＴが入力される入力部１１１と、当該入力部１１１から出力された差分値（Ｅｒｒｏｒ）に比例した出力を出す比例動作を行うＰ制御部１１２と、前記差分値の積分に比例した出力を出す積分動作を行うＩ制御部１１３と、前記差分値の微分に比例した出力を出す微分動作を行うＤ制御部１１４と、を備える。
前記入力部１１１の構成は特に限定されず、公知の構成を採用することができる。そして、当該入力部１１１では、入力された目標温度ＴＧＴに応じた出力値と、実際に必要としている目標温度ＴＧＴに応じた出力値との間に差が生じている場合には、その差分値（Ｅｒｒｏｒ）を前記Ｐ制御部１１２、Ｉ制御部１１３及びＤ制御部１１４に出力する。
更に、この入力部１１１では、前記温度制御部１３より前記加熱冷却部３へ出力される制御値が帰還され、フィードバック制御がされる構成も採用している。尚、「目標温度ＴＧＴに応じた出力値」とは、目標温度ＴＧＴの状態を維持するために常に出力されている値をいう。
【００２０】
更に、前記ＰＩＤ制御部１１では、前記Ｐ制御部１１２の出力値、Ｉ制御部１１３の出力値、及びＤ制御部１１４の出力値を合算し、この合算された出力値（以下、「ＰＩＤ出力値」ともいう）を前記加算部１２に出力する。尚、本技術において、前記ＰＩＤ出力値は、前記処理部２にフィードバックされる構成としてもよい。前記Ｐ制御部１１２、Ｉ制御部１１３及びＤ制御部１１４の構成は特に限定されず、通常のＰＩＤ制御を行うことができる構成であればよく、公知の構成を採用することができる。
【００２１】
（５）加算部
本技術に係る温度処理部１は、前記ＰＩＤ制御部１１から出力されたＰＩＤ出力値に対して固定値Ｏを加算する加算部１２を備える。
この加算部１２では、前記ＰＩＤ出力値に対して固定値Ｏを加算するための演算処理が行われる。この演算方法は特に限定されず、公知の方法を採用することができる。
また、この加算部１２では、前記ＰＩＤ出力値と目標温度ＴＧＴに応じた出力値との間に偏差があると判断した場合には、前記固定値設定部１４に対して、固定値Ｏの算出を指令する。当該加算部１２における偏差の判断方法は特に限定されず、公知の方法を採用することができる。
そして、加算部１２にて演算された加算結果が前記温度制御部１３へと出力される。ここで、前記ＰＩＤ制御部１１から出力されたＰＩＤ出力値と、目標温度ＴＧＴに応じた出力値との差分が０である場合には、当該加算部１２において固定値Ｏの加算は行わなくともよい。
【００２２】
（６）温度制御部
本技術に係る温度処理部１は、前記温度制御部１３を備える。この温度制御部１３には、前記加算部１２から出力された加算結果が入力される。当該温度制御部１３では、前記加算結果に応じて、変化開始温度ＴＭＰから目標温度ＴＧＴへの温度変化を制御するための制御値が演算される。この制御値は前記加熱冷却部３へと出力される。
一方、この温度制御部１３に入力された加算結果と、目標温度ＴＧＴに応じた出力値との間に差分が生じている場合には、当該温度制御部１３から出力された制御値は処理部２に帰還され、再度ＰＩＤ制御部１１によるＰＩＤ制御に供される。このフィードバック動作は、前記制御値と目標温度ＴＧＴに応じた出力値との差分が０となるまで繰り返される。
その一方で、前記加算部１２から出力された加算結果と、目標温度ＴＧＴに応じた出力値との差分が０である場合には、温度制御部１３において演算処理が行われず、前記加算部１２から出力された加算結果が前記加熱冷却部３へと出力される。
【００２３】
（７）固定値設定部
本技術に係る温度処理部１では、前記ＰＩＤ出力値に対して固定値Ｏを加算することにより、温度制御対象の温度が目標温度ＴＧＴに到達した際、積分値の符号を反転させることができるように構成されている。
このため、本技術に係る温度処理部１は、必要に応じて、前記固定値Ｏを決定する固定値設定部１４を備えていることが好ましい。
この固定値設定部１４において固定値Ｏを算出するための方法は特に限定されず、例えば、前記処理部２から目標温度ＴＧＴを受け取り、当該目標温度ＴＧＴに基づいて固定値Ｏを算出する方法や、ＰＩＤ出力値と目標温度ＴＧＴに応じた出力値との差分に基づいて固定値Ｏを算出する方法など多種多様な方法を適宜採用することができる。この固定値設定部１４における固定値Ｏの算出方法の一例については後述する。
そして、この固定値設定部１４にて算出された固定値Ｏは前記加算部１２に出力される。また、本技術に係る温度処理部１においては、固定値設定部１４にて算出された固定値Ｏが前記処理部２にフィードバックされる構成としてもよい。更に、前記処理部２にフィードバックされた固定値Ｏは前記記憶部４に格納される構成としてもよい。
【００２４】
（８）ＰＩＤ係数決定部
前記ＰＩＤ制御部１１にてＰＩＤ制御を行う場合、比例帯、積分時間、微分時間が適当でないと制御が不安定となり、温度制御後ハンチングの発生を誘発し得る。
このため、本技術に係る温度処理部１では、前記ＰＩＤ制御部１１における比例要素の係数ＫＰ、積分要素の係数ＫＩ、微分要素の係数ＫＤを決定するＰＩＤ係数決定部１５を備えていることが好ましい。
このＰＩＤ係数決定部１５は前記固定値設定部１４と同様、前記処理部２から目標温度ＴＧＴを受け取り、当該目標温度ＴＧＴに基づいてＰＩＤ係数を決定する。
そして、このＰＩＤ係数決定部１５において決定されたＰＩＤ係数は前記ＰＩＤ制御部１１が備えるＰ制御部１１２、Ｉ制御部１１３、及びＤ制御部１１４に出力される。
当該ＰＩＤ係数決定部１５の構成は特に限定されず、ＰＩＤ係数を決定するために適用される公知の構成を採用することができる。
尚、このＰＩＤ係数決定部１５により決定されたＰＩＤ係数は前記処理部２にフィードバックされ、更に、前記処理部２にフィードバックされたＰＩＤ係数は前記記憶部４に格納される構成としてもよい。
【００２５】
（９）消去処理部
通常、温度制御対象の温度を変化開始温度ＴＭＰから目標温度ＴＧＴへと変化させる際、積分値の変化を抑制する効果が妨げとなるため、目標温度ＴＧＴへの変更時、積分値を消去する。
このため、本技術に係る温度処理部１は、変化開始温度ＴＭＰから目標温度ＴＧＴへと温度の変更が要求された時点で、その変化開始温度ＴＭＰを維持するために必要であった積分値を消去する必要がある。
それ故、本技術に係る温度処理部１では、前記積分値を消去するための消去処理部１６を備えていることが好ましい。当該消去処理部１６では、目標温度ＴＧＴへの温度変更の要求が成された時点で、前記処理部２から指令を受けとり、積分値の消去処理を行う。この消去処理部１６の構成は特に限定されず、前記積分値を消去することができる構成であればよく、公知の構成を採用することができる。
【００２６】
（１０）目標値設定部
本技術に係る温度処理部１は、前記目標温度ＴＧＴの設定処理が行われる目標値設定部１７を備えていてもよい。この目標値設定部１７では、前記目標温度ＴＧＴに応じた出力値を前記ＰＩＤ制御部１１が備える入力部１１１へと出力する。この目標値設定部１７の構成は特に限定されず、目標温度ＴＧＴを出入力することができる構成であれば公知の構成を採用しても差し支えない。
【００２７】
（１１）加熱冷却部
以上のように構成される前記温度処理部１から出力された制御値は、前記加熱冷却部３に入力される。この加熱冷却部３は、昇温操作に寄与する加熱部、降温操作に寄与する冷却部を備える。目標温度ＴＧＴが変化開始温度ＴＭＰよりも高い値に設定される場合、前記温度処理部１から出力された制御値に従い加熱部が作動し、温度制御対象の温度の昇温を行う。一方、目標温度ＴＧＴが変化開始温度ＴＭＰよりも低い値に設定される場合、前記温度処理部１から出力された制御値に従い冷却部が作動し、温度制御対象の温度の降温を行う。
このような加熱冷却部３の構成は特に限定されず、公知の部材を用いることができ、例えば、ペルチェ素子等を採用することができる。
この加熱冷却部３では、温度調整が行われる温度制御対象の実際の温度を前記温度処理部１の入力部１１１にフィードバックする構成としてもよい。
【００２８】
以下に、図３を用いて、上記各部からなる前記温度処理装置Ｉの一連の動作について説明する。
前記温度処理装置Ｉでは、先ず、変化開始温度ＴＭＰから目標温度ＴＧＴへと温度を変化させる際、前記処理部２には設定温度の時間変化に関する情報が記憶部４から送られ、当該処理部２において目標温度ＴＧＴが設定される（ＳＴ１）。
その後、必要に応じて、前記固定値Ｏの算出が行われる（ＳＴ２）。更に、前記ＰＩＤ制御部１１が行うＰＩＤ制御に用いられるＰＩＤ係数や積分値の消去などのパラメータの設定が行われる（ＳＴ３）。これら固定値Ｏの算出工程やパラメータ設定工程の詳細については後述する。
【００２９】
各パラメータが設定された後、本技術に係る温度処理装置Ｉでは、前記目標値設定部１７から前記ＰＩＤ制御部１１へと出力された出力値に対してＰＩＤ制御が行われる（ＳＴ４）。
更に、温度制御時におけるアンダーシュート又はオーバーシュートの発生を回避するため、前記加算部１２において、前記ＰＩＤ制御１１から出力されたＰＩＤ出力値に対して予め定められた固定値Ｏが加算される（ＳＴ５）。
【００３０】
その後、ＰＩＤ出力値に対して固定値Ｏが加算された加算結果は前記温度制御部１３に出力される。更に、当該温度制御部１３において、変化開始温度ＴＭＰから目標温度ＴＧＴへの温度変化を制御するための制御値の演算処理が行われる。そして、前記温度制御部１３において演算された制御値は、前記加熱冷却部３へと出力される（ＳＴ６）。
更に、本技術に係る温度処理装置Ｉでは、前記温度制御部１３から出力された制御値に基づいて前記加熱冷却部３が作動し、温度制御対象に対する加熱又は冷却が行われる（ＳＴ７）。
その後、処理部２において目標温度ＴＧＴを変更するか否かを判断される（ＳＴ８）。そして、目標温度ＴＧＴを変更する必要がある場合（ＳＴ８のＹＥＳ）、制御動作を終了するか否かの判断が処理部２にて行われる（ＳＴ９）。そして、制御を終了しないと判断した場合（ＳＴ９のＮＯ）には、再度前記処理部２に対して前記記憶部４から設定温度の時間変化に関する情報が送られ、目標温度ＴＧＴの設定が行われる。一方で、制御を終了すると判断した場合（ＳＴ９のＹＥＳ）には、制御動作が終了する。
【００３１】
また、本技術に係る温度処理装置Ｉでは、加熱冷却部３から出力される温度が目標温度ＴＧＴとの間で差が生じる場合には、前記加熱冷却部３による加熱又は冷却が行われず、再度ＰＩＤ制御に供されるようになっている。その後、再び固定値加算、制御値の演算等の動作が繰り返されるようになっている（ＳＴ８のＮＯ）。
更に、本技術に係る温度処理装置Ｉでは、ＰＣＲ法における「熱変性→アニーリング（プライマーのハイブリダイゼーション）→伸長反応」のように、昇温及び降温を繰り返す、温度サイクルをも体現するように構成されている。このため、当該温度処理装置Ｉにおいて、温度サイクルを行う場合には、前記加熱冷却部３における加熱又は冷却が行われた後、前記処理部２は、目標温度ＴＧＴを変更するか否かを判断する（ＳＴ８）。そして、目標温度ＴＧＴを変更する場合、例えば昇温操作から降温操作へと転じる場合（ＳＴ８のＹＥＳ）、前記処理部２において制御動作の終了の判断はなされず（ＳＴ９のＮＯ）、前記処理部２に対して前記記憶部４から設定温度の時間変化に関する情報が送られ、ＳＴ１〜ＳＴ７の処理が繰り返される。この繰り返し動作は、温度サイクルにおける温度変化毎に行われる。
【００３２】
次に、図３に示すパラメータ設定の方法の一例について、図４〜７を用いて詳細に説明する。以下の説明では、変化開始温度ＴＭＰが１００℃であり、目標温度ＴＧＴが６０℃である場合の降温時の温度制御について説明するが、これは例示に過ぎず、本技術では、降温時の温度制御だけでなく、昇温時の温度制御にも適用可能である。
【００３３】
本技術において、図４に示すように先ず、前記処理部２において目標温度ＴＧＴが設定された後、当該処理部２によりパラメータ設定の開始に関する指令がなされる（ＳＴ１０１）。
そして前述の如く、変化開始温度ＴＭＰから目標温度ＴＧＴへと昇温又は降温させる際、温度制御における積分値は正又は負の値をとるため、目標温度ＴＧＴ到達時、アンダーシュート又はオーバーシュートが発生し得る。
このため、本技術に係る温度処理装置Ｉでは、パラメータ設定が開始されると、前記消去処理部１６が作動し、変化開始温度ＴＭＰを維持するために必要であった積分値が消去処理される（ＳＴ１０２）。
このようにパラメータ設定が終了し（ＳＴ１０３）、図３に示すように、新たに設定された目標温度ＴＧＴに対して、前記ＰＩＤ制御部１１、加算部１２及び温度制御部１３による制御が開始される。
【００３４】
図５は、前記パラメータ設定方法の変形例を示すフローである。図５に示す方法では先ず、前記処理部２において目標温度ＴＧＴが設定された後、当該処理部２によりパラメータ設定の開始に関する指令がなされる（ＳＴ２０１）。
その後、温度制御後ハンチングの発生を防止する必要がある場合には、前記処理部２から前記ＰＩＤ係数決定部１５に対して指令がなされ、目標温度ＴＧＴに応じたＰＩＤ係数が決定される（ＳＴ２０２）。尚、この目標温度ＴＧＴに応じたＰＩＤ係数の決定方法は特に限定されず、例えば、予め用意されたテーブルから算出するようにしてもよい。
【００３５】
更に、図４に示す方法と同様、前記消去処理部１６により変化開始温度ＴＭＰ（１００℃）を維持するために必要であった正の積分値が消去される（ＳＴ２０３）。
更に、前記ＰＩＤ係数決定部１５では、新たにＰＩＤ係数が決定されたことにより、既存のＰＩＤ係数から新たに決定されたＰＩＤ係数へとＰＩＤ係数が更新される（ＳＴ２０４）。
そしてパラメータ設定が終了し（ＳＴ２０５）、新たに設定された目標温度ＴＧＴに対して、新たに決定されたＰＩＤ係数に基づいた前記ＰＩＤ制御部１１による制御、加算部１２及び温度制御部１３による制御が開始される（図３のＳＴ４以降参照）。
【００３６】
更に、本技術に係る温度処理装置Ｉは、図６に示すパラメータ設定方法を採用することもできる。
すなわち、先ず、前記処理部２において目標温度ＴＧＴが設定された後、当該処理部２によりパラメータ設定の開始に関する指令がなされる（ＳＴ３０１）。次に、前記処理部２から前記ＰＩＤ係数決定部１５に対して指令がなされ、目標温度ＴＧＴに応じたＰＩＤ係数が決定される（ＳＴ３０２）。
その後、決定されたＰＩＤ係数は、前記Ｐ制御部１１２、前記Ｉ制御部１１３、及び前記Ｄ制御部１１４に出力され、前記ＰＩＤ制御部１１から前記加算部１２へと決定されたＰＩＤ係数に基づいたＰＩＤ出力値が出力される。
そして、前記ＰＩＤ出力値と目標温度ＴＧＴを維持するための必要な出力値との間に偏差がある場合、前記固定値設定部１４において、前記ＰＩＤ出力値等に基づいて固定値Ｏが決定される（ＳＴ３０３）。
固定値Ｏの決定方法に関しては、特に限定されず、例えば、予め用意されたテーブルから算出するようにしてもよい。
かかる場合、テーブルとしては、目標温度ＴＧＴの複数の値毎に対応して複数設けることができる。
ここで、本技術に係る温度処理部１は、前記ＰＩＤ制御部１１から出力されたＰＩＤ出力値に対して固定値Ｏを加算することで、アンダーシュート及び/又はオーバーシュートの発生を回避するものである。
このため、図６に示す方法にて固定値Ｏを決定するために用いられるテーブルとしては、例えば、目標温度ＴＧＴとＰＩＤ出力値との組み合わせに対応する参照値を予め登録しておき、目標温度ＴＧＴ及びＰＩＤ出力値に応じた固定値Ｏを決定する構成などが挙げられる。
【００３７】
その後、目標値設定部前記処理部２から前記消去処理部１６へと指令が成され、変化開始温度ＴＭＰを維持するために必要であった正の積分値が消去される（ＳＴ３０４）。
また、前記ＰＩＤ係数決定部１５では、既存のＰＩＤ係数から新たなＰＩＤ係数へとＰＩＤ係数が更新される（ＳＴ３０５）。
更に、前記加算部１２では、固定値Ｏが新たに決定されたことにより、既存の固定値Ｏが新たに決定された固定値Ｏへと更新される（ＳＴ３０６）。
そしてパラメータ設定が終了し（ＳＴ３０７）、新たに設定された目標温度ＴＧＴに対して、新たに決定されたＰＩＤ係数に基づいた前記ＰＩＤ制御部１１による制御、新たに決定された固定値Ｏの加算及び温度制御部１３による制御が開始される（図３のＳＴ４以降参照）。
【００３８】
また、本技術に係る温度処理装置Ｉでは、各パラメータを設定する方法として、図７に示す方法を採用することもできる。
図５に示す方法では、目標温度ＴＧＴに応じたＰＩＤ係数が決定され、このＰＩＤ係数に基づいて目標温度ＴＧＴに対する制御が行われる。これに対して、図７に示す方法では、前記処理部２において目標温度ＴＧＴが設定された後、当該処理部２によりパラメータ設定の開始に関する指令がなされる（ＳＴ４０１）。その後、前記処理部２から前記固定値設定部１４へと指令が成され、当該固定値設定部１４において目標温度ＴＧＴに応じた固定値Ｏが決定される（ＳＴ４０２）。
【００３９】
固定値Ｏが決定された後、前記処理部２から前記消去処理部１６へと指令が成され、変化開始温度ＴＭＰを維持するために必要であった正の積分値が消去される（ＳＴ４０３）。
また、前記加算部１２では、固定値Ｏが新たに決定されたことにより、既に設定されていた固定値Ｏが新たに決定された固定値Ｏへと更新される（ＳＴ４０４）。
そしてパラメータ設定が終了し（ＳＴ４０５）、新たに設定された目標温度ＴＧＴに対して、前記ＰＩＤ制御部１１による制御、新たに決定された固定値Ｏの加算及び温度制御部１３による制御が開始される（図３のＳＴ３〜ＳＴ６参照）。
【００４０】
本技術に係る温度処理部１では、例えば、変化開始温度ＴＭＰから目標温度ＴＧＴへの温度変化を段階的に行うようにしても差し支えない。すなわち例えば、変化開始温度ＴＭＰから過渡温度、過渡温度から目標温度ＴＧＴへと二段階で温度変化を行うようにしてもよい。
かかる場合、各段階にて図４〜７に示すパラメータ設定方法のいずれかを採用することが好ましい。
【００４１】
次に、前記固定値設定部１４において行われる固定値Ｏの算出方法の例を図８〜１１を用いて説明する。尚、以下の図８〜１１を用いた説明では、例えば、変化開始温度ＴＭＰから過渡温度、過渡温度から目標温度ＴＧＴへと二段階で温度変化を行う際の固定値Ｏの算出方法を説明するが、図８〜１１に示される固定値Ｏの算出方法は、二段階で温度制御を行う場合だけでなく、複数の段階で温度制御を行う際にも適用可能である。
【００４２】
図８に示すように、前記ＰＩＤ制御部１１から出力されたＰＩＤ出力値が目標温度ＴＧＴに応じた出力値と合致していない場合、処理部２から前記固定値設定部１４に対して、固定値Ｏを算出するための要求がなされる（ＳＴ５０１）。
固定値Ｏの算出が要求された後、予め用意されたテーブルに基づいて、現時点で設定されている過渡温度に応じた出力値（以下、「今回の目標温度ＴＧＴに応じた出力値」という）に対する制御値（以下、「第一制御値」という）が計算される（ＳＴ５０２）。
【００４３】
第一制御値が計算された後、予め用意されたテーブルに基づいて、最終的に必要とされる目標温度に応じた出力値（以下、「次回の目標温度に応じた出力値」という）に対する制御値（以下、「第二制御値」という）が計算される（ＳＴ５０３）。
そして、第二制御値が計算された後、前記固定値設定部１４において、前記第一制御値と当該第二制御値に基づいて固定値Ｏが計算され（ＳＴ５０４）、その結果、前記固定値設定部１４にて固定値Ｏが決定される（ＳＴ５０５）。固定値Ｏの算出終了後（ＳＴ５０６）、決定された固定値Ｏは前記加算部１２に出力され、当該加算部１２において前記ＰＩＤ出力値に加算される。
【００４４】
ここで、図９に示す本技術に適用可能なテーブルの一例を用いて、図８に示す固定値Ｏの算出方法について詳述する。
例えば、現在の温度が１００℃であり、１００℃から過渡温度７０℃に降温させ、更に過渡温度７０℃から最終的に必要な温度４５℃に変化させる際の固定値Ｏの算出方法を説明する。すなわち、７０℃が今回の目標温度に、４５℃が次回の目標温度に相当する。
先ず、前記固定値設定部１４に対して固定値算出要求が成された場合、当該固定値設定部１４では図９に示すテーブルから、今回の目標温度７０℃に対応する第一制御値（９７５）が計算される。その後、テーブルから次回の目標温度４５℃に対応する第二制御値が計算される。かかる場合、４０℃に対応する制御値（４００）と５０℃に対応する制御値（５９５）に基づいて、線形補間を用いて４５℃の制御値（４９７．５）が計算される。
【００４５】
そして、固定値設定部１４において、第一制御値（９７５）と第二制御値（４９７．５）に基づいてこれらの制御値の平均値（７３６．２５）が固定値Ｏとして決定される。
【００４６】
次に、図８に示す固定値Ｏの決定方法とは前記第一制御値を決定する方法が異なる方法について、図１０を用いて説明する。
図１０に示す方法では、現時点にて前記温度制御部１３から出力される制御値、すなわち温度制御対象における現在の温度を維持するために必要な制御値を第一制御値として読み出す（ＳＴ５０２１）。
図１０に示す固定値Ｏの決定方法は、第一制御値を決定する工程（ＳＴ５０２１）のみが図８に示す方法と異なり、図８に示す方法と同一である他の工程については同一の符号を付し、その説明を割愛する。
【００４７】
図１０に示す固定値Ｏの決定方法の詳細について、図９に示すテーブルを用いて説明する。
すなわち、前記温度制御対象における現在の温度が７０℃であり、この温度を維持するために必要な制御値が９４０である場合、この制御値（９４０）を第一制御値として読み出す。この第一制御値の読み出しは、例えば前記加熱冷却部３から処理部２に対して制御値をフィードバックさせる構成とし、前記処理部２から前記固定値設定部１４に対して第一制御値を与えるようにする構成も挙げられる。
そして、この第一制御値（９４０）と最終的に必要な温度（４５℃）に対応する第二制御値（４９７．５）に基づいて、これらの制御値の平均値（７１８．７５）を固定値Ｏとして決定する。
【００４８】
前記固定値Ｏを算出するために用いられるテーブルは一定の離散的な構成であってもよく、当該テーブルと所定の補正係数を用いて固定値Ｏを決定する方法も考えられる。この方法について、図１１を用いて説明する。
すなわち、図１１に示す方法では、固定値Ｏの算出が要求された後（ＳＴ６０１）、図１０に示す方法と同様、現時点にて前記温度制御部１３から出力される制御値を第一制御値として読み出す（ＳＴ６０２）。
その後、予め用意されたテーブルに基づいて、今回の目標温度を維持するために必要な制御値が第三制御値として計算される（ＳＴ６０３）。
【００４９】
第三制御値が計算された後、予め用意されたテーブルに基づいて、次回の目標温度を維持するために必要な制御値が第二制御値として計算される（ＳＴ６０４）。
その後、図１１に示す方法では、前記固定値設定部１４において、前記第一制御値及び第三制御値に基づいて補正係数が算出され、更にこの補正係数を用いて前記第二制御値を補正し、これら第二制御値と補正係数に基づいた第四制御値が計算される（ＳＴ６０５）。
その後、前記固定値設定部１４において、前記第一制御値と第四制御値に基づいて固定値Ｏが計算され（ＳＴ６０６）、その結果固定値Ｏが決定される（ＳＴ６０７）。固定値Ｏの算出終了後（ＳＴ６０８）、決定された固定値Ｏは前記加算部１２に出力され、当該加算部１２において前記ＰＩＤ出力値に加算される。
【００５０】
図１１に示す固定値Ｏの決定方法について、図９に示すテーブルを用いて説明する。
先ず、図１０に示す方法と同様、前記温度制御対象における実際の温度が７０℃であり、この温度を維持するために必要な制御値が９４０である場合、この制御値（９４０）を第一制御値として読み出す。
更に、テーブルを用いて７０℃における制御値（９７５）が第三制御値として計算される。
更に、図８に示す方法と同様、テーブルを用いて、４０℃に対応する制御値（４００）と５０℃に対応する制御値（５９５）に基づいて、線形補間を用いて４５℃の制御値（４９７．５）が計算され、この制御値が第二制御値とされる。
その後、第一制御値（９４０）と第三制御値（９７５）からテーブルの補正係数（０．９６４＝９４０／９７５）が算出される。
【００５１】
そして、前記固定値設定部１４において、この補正係数（０．９６４）を用いて前記第二制御値（４９７．５）が補正され、４５℃を維持するために要する第四制御値（４７９．６４）が計算される。
その後、前記固定値設定部１４において、第一制御値（９４０）と第四制御値（４７９．６４）に基づいて、これらの制御値の平均値（７０９．８２）が固定値Ｏとして決定される。
【００５２】
図８〜１１を用いて説明した固定値Ｏの決定方法は一例に過ぎず、固定値Ｏとしては、目標温度ＴＧＴ到達時の積分値を反転させる値であれば、特に限定されない。
前記固定値Ｏが変化開始温度ＴＭＰに応じた出力値と同じであれば、変化開始温度ＴＭＰから目標温度ＴＧＴへと目標値を変更する際、変化開始温度ＴＭＰを維持するために必要であった正の積分値を消去していない状態と同じになる。その結果、アンダーシュート又はオーバーシュートの発生を回避することができない。このため、積分値の符号を反転させる値のなかでも、固定値Ｏとしては、変化開始温度ＴＭＰに応じた出力値と目標温度ＴＧＴを維持するために必要とされる出力値との中間値、あるいは、平均値を用いることが好ましい。
【００５３】
尚、前述の如く、本技術に係る温度処理部１において、固定値設定部１４は必須な構成ではなく、例えば、前記加算部１２に対してＲＯＭ等を内蔵させ、当該加算部１２にて固定値Ｏの算出が行われる構成としても差し支えない。
【００５４】
以上のように構成された本技術に係る温度処理部１によれば、前記ＰＩＤ制御部１１から出力されたＰＩＤ出力値に対して積分値の符号を反転させる固定値Ｏが加算される構成となっている。このため、例えば、変化開始温度ＴＭＰから目標温度ＴＧＴへと温度を降温させる場合、目標温度ＴＧＴに到達するまでは、負を示す差分が帰還されることとなり、温度の降温が行われるものの、目標温度ＴＧＴに到達した際、積分値は負の値をとるが、制御値は正の値をとる。
従って、目標温度ＴＧＴに到達した際、アンダーシュートの発生を回避することができる。
逆に、変化開始温度ＴＭＰから目標温度ＴＧＴへと温度を昇温させる場合には、目標温度ＴＧＴに到達するまでは、正を示す差分が帰還されることとなり、温度の昇温が行われるものの、目標温度ＴＧＴに到達した際、積分値は正の値をとるが、制御値は負の値をとる。
従って、目標温度ＴＧＴに到達した際、オーバーシュートの発生を回避することもできる。
【００５５】
２．核酸増幅反応装置
本技術は、前記温度処理部１を備えた核酸増幅反応装置をも提供する。
図１２は、本技術に係る核酸増幅反応装置１００を模式的に表した概念図である。この核酸増幅反応装置１００は、少なくとも、本技術に係る温度処理部１を備えていればよく、必要に応じて、通常核酸増幅反応装置の用いられる、反応部１０１と、前記反応部１０１を加熱する加熱冷却部１０２と、光源１０３と、前記反応部１０１に励起光を導く導光板１０４と、蛍光を検出する蛍光検出部１０５と、特定の波長光のみを透過するフィルター膜１０６と、前記温度処理部１に対して温度制御情報を出力する処理部（図示外）と、を備えていてもよい。各構成について、以下に説明する。尚、前記処理部が行う動作及びその構成は前述した処理部２と同一であるため、ここではその説明を割愛する。
【００５６】
（１）温度処理部
本技術に係る核酸増幅反応装置１００が備える温度処理部１は、前記加熱冷却部１０２に対して温度制御のための制御値を出力する構成である。当該温度処理部１は、前述した本技術に係る温度処理部１と同一の構成であって行う動作も同一であるため、ここではその説明は割愛する。
【００５７】
（２）反応部
本技術に係る核酸増幅反応装置１００は、目標ＤＮＡを反応させるための反応部１０１を備えている。この反応部１０１は、例えば、複数のウェル１０１ａを備え、各ウェル１０１ａ内で所定の反応を行なう。前記反応部１０１の構成、特にウェル１０１ａの構成については特に限定されず、適宜好適な形状や容量とすることができる。
【００５８】
前記ウェル１０１ａの容量については特に限定されないが、好適には、マイクロ空間とすることが望ましく、具体的には１μＬ以下の容量とすることが望ましい。このようなマイクロ空間とすることで、ウェル１０１ａに必要な反応溶液の液量が少量ですむため、温度制御等を高精度で行なうことができ、かつ反応時間も短縮することができる。
【００５９】
前記反応部１０１の材料は、特に限定されず、測定目的や加工容易性等を考慮して適宜選択できる。例えば、低蛍光発光プラスチックやガラス等を反応部１０１の材料として用いることができる。
【００６０】
また、前記反応部１０１は、加熱冷却部１０２や蛍光検出部１０５やフィルター膜１０６と脱着可能としてもよい。あるいは、図示はしないが、反応部１０１と加熱冷却部１０２とを一体構造とし、これを脱着可能としてもよい。
【００６１】
（３）加熱冷却部
本技術に係る核酸増幅反応装置１００は、前記反応部１０１内のウェル１０１ａを加熱冷却する加熱冷却部１０２を備えていてもよい。この加熱冷却部１０２には、前記温度処理部１から出力された制御値が入力され、当該加熱冷却部１０２ではその制御値に応じて各ウェル１０１ａ内の反応溶液の温度を所定の温度に降温又は昇温させる。この加熱冷却部１０２の構造等については特に限定されないが、ペルチェ素子や、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）により形成されたヒーターなどが挙げられる。あるいは、前記加熱冷却部１０２は、発熱抵抗体で形成され、薄膜トランジスタによりなるヒーターとしてもよい。前記発熱抵抗体として、白金（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、炭化珪素、モリブデンシリサイド、ニッケル−クロム合金、鉄−クロム−アルミニウム合金等を用いることができる。前記薄膜トランジスタの種類については、特に限定されず、例えば、ポリ珪素や、α−珪素等のタイプを適宜使用できる。
【００６２】
（４）光源
本技術に係る核酸増幅反応装置１００では、前記反応部１０１内のウェル１０１ａに特定波長の励起光を照射可能な光学手段として、光源１０３や、励起光を各ウェル１０１ａに導入するための導光板１０４を備えることが好ましい。
【００６３】
前記光源１０３は、特定波長の光を発光するものであればよく、その種類は特に限定されないが、好適には、白色もしくは単色の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることが望ましい。発光ダイオードを用いることで、不要な紫外線や赤外線を含まない光を簡便に得ることができる。
【００６４】
本技術に係る核酸増幅反応装置１００では、前記光源１０３の設置場所や光源数については特に限定されない。前記反応部１０１内の複数の各ウェル１０１ａに対して光源１０３を複数設け、各光源１０３が対応するそれぞれのウェル１０１ａに向かって励起光Ｌ１を直接照射する構造としてもよい。この場合、例えば、各ウェル１０１ａを光源１０３で直接照射できるため、励起光量をより多くとることや励起光量を個別に制御してすべてのウェルに均一な励起照射を行うことができる。
【００６５】
（５）導光板
前記導光板１０４は、光源１０３から発せられる励起光Ｌ１を反応部１０１内の各ウェル１０１ａに導くためのものである。前記導光板１０４は励起光Ｌ１が導入される構造となっており、各ウェル１０１ａ内の反応溶液中の蛍光物質を均一な光量で励起させることができる。この導光板１０４の構成は特に限定されず、公知の導光板を適宜用いることができる。
【００６６】
（６）蛍光検出部
本技術に係る核酸増幅反応装置１００では、蛍光検出部１０５を備えていてもよい。この蛍光検出部１０５は、ウェル１０１ａに照射された励起光Ｌ１に応答して、インターカレートしたプローブ中の蛍光色素が励起することで発せられる蛍光Ｌ２を検出・測定する。本技術に係る核酸増幅反応装置１００では、前記蛍光検出部１０５の構成については限定されず、例えば、フォトダイオードを用いることができる。
【００６７】
（７）フィルター膜
本技術に係る核酸増幅反応装置１００では前記反応部１０１のウェル１０１ａとこれに対応する蛍光検出部１０５との間に、前記蛍光Ｌ２の波長光のみを透過するフィルター膜１０６を設けることが望ましい。所定の波長光のみを透過するフィルター膜１０６を、ウェル１０１ａと蛍光検出部１０５との間に設けることで、検出した蛍光Ｌ２を効率よく取り出すことができるため、より高精度の分析を行なうことができる。このフィルター膜１０６としては、例えば偏光フィルター等を用いることができる。
【００６８】
本技術に係る核酸増幅反応装置１００では、通常用いられているＰＣＲ法を行なうことができる。具体的には、（１）増幅させたい目標ＤＮＡ、（２）目標ＤＮＡと特異的に結合する少なくとも２種のオリゴヌクレオチドプライマ−、（３）緩衝液、（４）酵素、（５）ｄＡＴＰ，ｄＣＴＰ，ｄＧＴＰ，ｄＴＴＰのようなデオキシリボヌクレオチド三リン酸、等を用い、「熱変性→アニーリング（プライマーのハイブリダイゼーション）→伸長反応」の温度サイクルを繰り返すことで、前記目標ＤＮＡを所望する量まで増幅させること等ができる。
【００６９】
以上のような本技術に係る核酸増幅反応装置１００では、目標ＤＮＡを熱変性させるため、各ウェル１０１ａ内の反応溶液の温度が９４℃に加熱されている場合、その後一本鎖ＤＮＡとプライマーをアニーリングさせるため、各ウェル１０１ａ内の反応溶液の温度を約５５℃に降温させる必要がある。
かかる場合、前記温度処理部１では、前記ＰＩＤ制御部１１から出力されたＰＩＤ出力値に対して所定の固定値Ｏが加算される構成となっており、この加算結果が前記加熱冷却部１０２に出力され、当該加熱冷却部１０２の温度調整が制御される。
このため、前記反応溶液の温度が約５５℃に到達した際には、積分値は負の値をとることとなるが、温度処理部１から出力される制御値は正の値をとる。
このため、反応溶液の温度が約５５℃に到達した際、アンダーシュートの発生を回避することができる。
【００７０】
すなわち、アニーリングを目的として反応溶液の温度を降温させた際、当該反応溶液の温度が６０℃よりも下回ることを回避することができ、その後のハンチングの発生を抑制することができる。
その結果、本技術に係る核酸増幅反応装置１００によれば、「熱変性→アニーリング（プライマーのハイブリダイゼーション）→伸長反応」の温度サイクルにおいて、反応効率を向上させることができ、もって、目的核酸量を高精度で解析することができ、更には目標ＤＮＡの増幅率を高精度で制御できる。
【００７１】
３．温度処理方法
本技術は、温度処理方法をも提供する。当該温度処理方法は、少なくとも、ＰＩＤ制御工程と、加算工程と、温度制御工程と、を含む。また、必要に応じて、固定値算出工程、ＰＩＤ係数決定工程、消去処理工程、目標温度設定工程、加熱冷却工程を含んでいてもよい。各工程について、以下に説明する。
【００７２】
（１）目標温度設定工程
本技術に係る温度処理方法では先ず、変化開始温度ＴＭＰから目標温度ＴＧＴへと温度を変更する毎に、目標温度ＴＧＴを設定する工程を行う。この目標温度ＴＧＴの設定工程では、前記処理部２に対して前記記憶部４から設定温度の時間変化に関する情報が送られ、当該情報に従い前記処理部２が目標温度ＴＧＴの設定を行う。
【００７３】
（２）消去処理工程
温度変化を体現する従来の方法では、変化開始温度ＴＭＰから目標温度ＴＧＴへと昇温又は降温させる際、温度制御における積分値は正又は負の値をとるため、目標温度ＴＧＴ到達時、アンダーシュート又はオーバーシュートが発生し得る。
このため、本技術に係る温度処理方法では、目標温度ＴＧＴが設定された時点で、その変化開始温度ＴＭＰを維持するために必要であった積分値を消去する消去処理工程を備えていることが好ましい。当該温度処理方法では、前記処理部２において目標温度ＴＧＴが設定された時点で、前記消去処理部１６が変化開始温度ＴＭＰを維持するために必要であった積分値を消去する。
【００７４】
（３）ＰＩＤ係数決定工程
本技術に係る温度処理方法では、ＰＩＤ制御を行うため、比例帯、積分時間、微分時間が適当でないと制御が不安定となり、ハンチングの発生を誘発し得る。
このため、本技術に係る温度処理方法では、前記ＰＩＤ制御工程の前に、前記ＰＩＤ制御工程における比例要素の係数ＫＰ、積分要素の係数ＫＩ、微分要素の係数ＫＤを算出するＰＩＤ係数決定工程を含んでいてもよい。
本技術に係る温度処理方法では、前記温度処理部１に対して目標温度ＴＧＴが入力された時点で、必要に応じて前記ＰＩＤ係数決定部１５が作動し、当該ＰＩＤ係数決定部１５が比例要素の係数ＫＰ、積分要素の係数ＫＩ、微分要素の係数ＫＤを決定する。
【００７５】
（４）固定値算出工程
本技術に係る温度処理方法では、必要に応じて、目標温度ＴＧＴに到達した際、積分値の符号を反転させるための固定値Ｏを算出する固定値算出工程を含んでいてもよい。
本技術に係る温度処理方法では、前記ＰＩＤ制御部１１から出力されたＰＩＤ出力値が目標温度ＴＧＴに応じた出力値と合致していない場合、前記処理部２から前記固定値設定部１４へと固定値Ｏの算出要求がなされ、当該固定値設定部１４は処理部２の要求に応じて作動し、例えば図８に示されるようなテーブルに基づいて目標温度ＴＧＴへの温度制御に必要な固定値Ｏを算出する。
【００７６】
（５）ＰＩＤ制御工程
本技術に係る温度処理方法では、変化開始温度ＴＭＰに応じた出力値と目標温度ＴＧＴに応じた出力値との間に偏差が生じている場合、その偏差を是正するため、目標温度ＴＧＴに応じた出力値をＰＩＤ制御に供するＰＩＤ制御工程を備える。本技術に係る温度処理方法では、前記処理部２において目標温度ＴＧＴが設定されると、当該目標温度ＴＧＴが出力されることをきっかけに、前記ＰＩＤ制御部１１が当該目標温度ＴＧＴに対してＰＩＤ制御を行うことで、ＰＩＤ制御工程が体現される。
【００７７】
（６）加算工程
本技術に係る温度処理方法では、温度制御時におけるアンダーシュート又はオーバーシュートの発生を回避するため、前記ＰＩＤ制御工程により出力されたＰＩＤ出力値に対して所定の固定値Ｏを加算する加算工程を含む。
本技術に係る温度処理方法では、前記加算部１２が、ＰＩＤ制御部１１から出力されたＰＩＤ出力値と目標温度ＴＧＴに応じた出力値との間に偏差があると判断し、前記ＰＩＤ出力値に対して目標温度ＴＧＴへの温度制御に必要な固定値Ｏを加算する。
【００７８】
（７）温度制御工程
本技術に係る温度処理方法では、前記加算工程による加算結果に基づいて、変化開始温度ＴＭＰから目標温度ＴＧＴへの温度変化を制御する温度制御工程を含む。
本技術に係る温度処理方法では、前記温度制御部１３が前記加算部１２から出力された加算結果に応じて、変化開始温度ＴＭＰから目標温度ＴＧＴへの温度変化を制御するための制御値を演算し、その制御値を前記加熱冷却部３へと出力する。
【００７９】
（８）加熱冷却工程
本技術に係る温度処理方法は、前記温度制御工程に応じて、温度制御対象の温度を調整するための加熱冷却工程を含んでいてもよい。この工程は、前記加熱冷却部３が前記温度処理部１から出力された制御値に基づいて温度制御対象の温度を変化させることにより体現され、温度制御対象の温度が所定の温度よりも低い場合には、温度制御工程の結果に応じて温度制御対象の温度を昇温させ、温度制御対象の温度が所定の温度よりも高い場合には、温度制御工程の結果に応じて温度制御対象の温度を降温させる。
【００８０】
本技術に係る温度処理方法では、前記温度制御工程により出力される制御値が目標温度ＴＧＴに応じた出力値と合致していない場合には、前記制御値と出力値とが合致するまで、前記ＰＩＤ制御工程、加算工程、温度制御工程が繰り返しなされるようになっている。
また、本技術に係る温度処理方法は、温度制御対象の昇温及び降温を繰り返し行う際にも適用することができ、前記目標値変更要求工程から前記加熱冷却工程までの一連の流れは温度サイクルにおける温度変化毎に行われる。
【００８１】
本技術は、以下のような構成をとることもできる。
（１）
ＰＩＤ制御部と、
前記ＰＩＤ制御部から出力される出力値に対して、変化開始温度に応じた出力値と目標温度に応じた出力値との間に設定される固定値を加算する加算部と、
前記出力値と固定値との加算結果を用いて、変化開始温度から目標温度への温度変化を制御する温度制御部と、
を有する温度処理装置。
（２）
更に、前記出力値と目標温度に応じた出力値との差分に基づいて、前記固定値を算出する固定値設定部を有する、（１）に記載の温度処理装置。
（３）
前記固定値は、前記変化開始温度に応じた出力値と目標温度に応じた出力値との中間値である、（１）又は（２）に記載の温度処理装置。
（４）
前記固定値設定部は、予め定められた第一制御値と次回の目標温度に応じた出力値に基づいて定められる第二制御値とに基づいて、前記固定値を算出する、（１）から（３）のいずれか一つに記載の温度処理装置。
（５）
前記固定値設定部は、前記第一制御値と今回の目標温度に応じた出力値に基づいて算出された第三制御値とを用いて前記第二制御値を更新することにより、第四制御値を算出し、
前記第一制御値と第四制御値に基づいて前記固定値を算出する、（４）に記載の温度処理装置。
（６）
更に、前記ＰＩＤ制御部に入力される入力値に基づいてＰＩＤ係数を算出するＰＩＤ係数決定部を備え、
前記固定値設定部は、前記ＰＩＤ係数を用いて前記固定値を算出する、（１）から（５）のいずれか一つに記載の温度処理装置。
（７）
更に、前記ＰＩＤ制御部から出力される積分値を削除する消去処理部を備える、請求項６記載の温度処理装置。
（８）
ＰＩＤ制御部、前記ＰＩＤ制御部から出力される出力値に対して、変化開始温度に応じた出力値と目標温度に応じた出力値との間に設定される固定値を加算する加算部、及び前記出力値と固定値との加算結果を用いて、変化開始温度から目標温度への温度変化を制御する温度制御部、を有する温度処理装置を備える、核酸増幅反応装置。
（９）
入力値をＰＩＤ制御に供するＰＩＤ制御工程と、
前記ＰＩＤ制御工程により出力された出力値に対して、変化開始温度に応じた出力値と目標温度に応じた出力値との間に設定される固定値を加算する加算工程と、
前記出力値と固定値との加算結果を用いて、変化開始温度から目標温度への温度変化を制御する温度制御工程と、
を有する温度処理方法。
（１０）
更に、前記出力値と目標温度に応じた出力値との差分に基づいて、前記固定値を算出する固定値算出工程を含む、（９）に記載の温度処理方法。
（１１）
前記固定値算出工程では、前記変化開始温度に応じた出力値と目標温度に応じた出力値との中間値として前記固定値を算出する、（９）又は（１０）に記載の温度処理方法。
（１２）
前記固定値算出工程では、予め定められた第一制御値と次回の目標温度に応じた出力値に基づいて予め定められる第二制御値とに基づいて、前記固定値を算出する、（９）から（１１）のいずれか一つに記載の温度処理方法。
（１３）
前記固定値算出工程は、前記第一制御値と今回の目標温度に応じた出力値に基づいて算出された第三制御値とを用いて前記第二制御値を更新することにより、更新後の第二制御値を算出する更新工程を含み、前記第一制御値と更新後の第二制御値に基づいて前記固定値を算出する、（１２）に記載の温度処理方法。
（１４）
更に、前記ＰＩＤ制御部に入力される入力値に基づいて前記ＰＩＤ制御部におけるＰＩＤ係数を算出するＰＩＤ係数決定工程を備え、
前記固定値算出工程では、前記ＰＩＤ係数を用いて前記固定値を算出する、（９）〜（１３）のいずれか一つに記載の温度処理方法。
（１５）
更に、前記ＰＩＤ制御部から出力される積分値を削除する消去処理工程を備える、（９）〜（１４）のいずれか一つに記載の温度処理方法。
【実施例】
【００８２】
以下、実施例に基づいて本技術を更に詳細に説明する。なお、以下に説明する実施例は、本技術の代表的な実施例の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。【００８３】
＜実施例１＞
本技術に係る核酸増幅反応装置を製造し、ＰＣＲ法における温度制御を行った。すなわち、本技術に係る核酸増幅反応装置を用いて、ＰＣＲ法において、目標ＤＮＡの二本鎖を一本鎖とする時の反応溶液の温度９４℃からアニーリングを行う際の反応溶液の温度約５５℃とする際の温度制御を行った。【００８４】
温度制御の結果を図１３に示す。図１３に示されたグラフのうち、縦軸は温度を、横軸は時間を示す。そして図１３に示すように、本技術に係る核酸増幅反応装置によれば、９４℃から５５℃へと温度を降温させる際、目標温度ＴＧＴである５５℃に到達した際にアンダーシュートが発生しないことが確認された。その結果、反応溶液を５５℃にて安定させる際、ハンチングを可及的に小さくすることができることが確認された。
【符号の説明】
【００８５】
Ｉ  温度処理装置
１  温度処理部
２  処理部
３  加熱冷却部
１１  ＰＩＤ制御部
１２  加算部
１３  温度制御部
１４  固定値設定部
１５  ＰＩＤ係数決定部
１６  消去処理部
１７  目標値設定部
１１１  入力部
１１２  Ｐ制御部
１１３  Ｉ制御部
１１４  Ｄ制御部
【図１】
2017056641.tif 000003
【図２】
2017056641.tif 000004
【図３】
2017056641.tif 000005
【図４】
2017056641.tif 000006
【図５】
2017056641.tif 000007
【図６】
2017056641.tif 000008
【図７】
2017056641.tif 000009
【図８】
2017056641.tif 000010
【図９】
2017056641.tif 000011
【図１０】
2017056641.tif 000012
【図１１】
2017056641.tif 000013
【図１２】
2017056641.tif 000014
【図１３】
2017056641.tif 000015
【国際調査報告】
2017056641.tif 000016
2017056641.tif 000017
2017056641.tif 000018
2017056641.tif 000019