(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向を有し、反応液と、前記反応液とは比重が異なり、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填され、前記反応液が移動する流路を含む反応容器を装着可能な第１の装着部と、
前記反応容器を装着可能な第２の装着部と、
前記第１又は第２の装着部に前記反応容器を装着した場合に、前記液体に対して、前記長手方向に温度勾配を形成する温度勾配形成部と、
前記第１の装着部及び第２の装着部並びに前記温度勾配形成部を、重力の作用する方向に対して垂直な成分を有し、かつ、前記第１の装着部又は第２の装着部に前記反応容器を装着した場合に前記移動方向に対して垂直な成分を有する回転軸で回転させる駆動機構と、
を含み、
前記回転軸に平行な平面に投影した場合に、前記回転軸の方向を基準として前記第１の装着部と前記第２の装着部とが異なる位置にあり、
前記回転軸に垂直な平面に投影した場合に、前記回転軸から前記流路内の点までの最長距離が、前記流路内の２点間を結ぶ最長距離よりも小さい、熱サイクル装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱サイクル装置において、
前記駆動機構は、
前記第１の装着部又は第２の装着部に前記反応容器を装着した場合に、前記第１及び第２の装着部並びに前記温度勾配形成部を、第１の配置と、前記流路内において重力の作用する方向における最下点の位置が前記第１の配置とは異なる第２の配置と、の間で回転させ、
前記第１の配置から前記第２の配置へは、前記第１の装着部及び第２の装着部並びに前記温度勾配形成部を第１の回転方向に回転させ、
前記第２の配置から前記第１の配置へは、前記第１の装着部及び第２の装着部並びに前記温度勾配形成部を前記第１の回転方向とは異なる第２の回転方向に回転させる、熱サイクル装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の熱サイクル装置において、
前記第１の装着部に装着される前記反応容器における前記長手方向と、前記第２の装着部に装着される前記反応容器における前記長手方向とが平行である、熱サイクル装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の熱サイクル装置において、
前記回転軸に垂直な平面に投影した場合に、前記第１の装着部と前記第２の装着部とが異なる位置にある、熱サイクル装置。
【請求項５】
請求項４に記載の熱サイクル装置において、
前記回転軸に垂直な平面に投影した場合に、前記回転軸が、前記第１の装着部と前記第２の装着部とに挟まれる領域にある、熱サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、遺伝子の利用技術の発展により、遺伝子診断や遺伝子治療など遺伝子を利用した医療が注目されている他、農畜産分野においても品種判別や品種改良に遺伝子を用いた手法が多く開発されている。遺伝子を利用するための技術として、ＰＣＲ（Polymerase Chain Reaction）法などの技術が広く普及している。今日では、ＰＣＲ法は生体物質の情報解明において必要不可欠な技術となっている。
【０００３】
ＰＣＲ法は、増幅の対象とする核酸（標的核酸）及び試薬を含む溶液（反応液）に熱サイクルを施すことで、標的核酸を増幅させる手法である。熱サイクルは、２段階以上の温度を周期的に反応液に施す処理である。ＰＣＲ法においては、２段階又は３段階の熱サイクルを施す手法が一般的である。
【０００４】
ＰＣＲ法では一般に、チューブや生体試料反応用チップ（バイオチップ）と称する、生化学反応を行うための容器を使用する。しかしながら従来の手法においては、必要な試薬等の量が多く、また反応に必要な熱サイクルを実現するために装置が複雑化したり、反応に時間がかかったりするという問題があった。そのため微少量の試薬や検体を用いてＰＣＲを精度よく短時間で行うためのバイオチップや反応装置が必要とされていた。
【０００５】
このような問題を解決するために、特許文献１には、反応液と、反応液と混和せず反応液よりも比重の小さい液体とが充填された生体試料反応用チップを、水平方向の回転軸の周りに回転させることで、反応液を移動させて熱サイクルを施す生体試料反応装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１３６２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された生体試料反応装置は、回転軸に対して対称な温度分布を有する装置に生体試料反応用チップを装着し、回転させるため、生体試料反応用チップの長さに対して２倍以上の回転半径が必要であり、装置の小型化には限界があった。
【０００８】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、小型化に適した熱サイクル装置を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本形態に係る熱サイクル装置は、反応液と、前記反応液とは比重が異なり、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填され、前記反応液が対向する内壁に沿って移動する流路を含む反応容器を装着する第１の装着部と、前記反応容器を装着する第２の装着部と、前記第１又は第２の装着部に前記反応容器を装着した場合に、前記流路に対して、前記反応液が移動する移動方向に温度勾配を形成する温度勾配形成部と、前記第１及び第２の装着部並びに前記温度勾配形成部を、重力の作用する方向に対して垂直な成分を有し、かつ、前記第１又は第２の装着部に前記反応容器を装着した場合に前記移動方向に対して垂直な成分を有する回転軸で回転させる駆動機構と、を含み、前記回転軸に平行な平面に投影した場合に、前記回転軸の方向を基準として前記第１の装着部と前記第２の装着部とが異なる位置にあり、前記回転軸に垂直な平面に投影した場合に、前記回転軸から前記流路内の点までの最長距離が、前記流路内の２点間を結ぶ最長距離よりも小さい。
【００１０】
本形態によれば、回転軸は、重力の作用する方向に対して垂直な成分を有し、かつ、第１又は第２装着部に反応容器を装着した場合に反応容器の流路を反応液が移動する方向に対して垂直な成分を有するため、駆動機構が第１及び第２の装着部を回転させることによって、第１及び第２の装着部に装着される反応容器の流路内の重力の作用する方向における最下点又は最上点の位置が変化する。これにより、温度勾配形成部によって温度勾配が形成された流路内を反応液が移動する。したがって、反応液に対して熱サイクルを施すことができる。また、本形態によれば、回転軸に垂直な平面に投影した場合に、回転軸から反応容器の流路内の点までの最長距離が、反応容器の流路内の２点間を結ぶ最長距離よりも小さいため、駆動機構による回転半径を小さくできる。したがって、小型化に適した熱サイクル装置を実現できる。
【００１１】
また、本形態によれば、回転軸に平行な平面に投影した場合に、回転軸の方向を基準として第１の装着部と第２の装着部とが異なる位置にあるので、駆動機構による回転半径を大きくすることなく複数の装着部を構成できる。したがって、小型化に適した熱サイクル装置を実現できる。
【００１２】
（２）この熱サイクル装置は、前記駆動機構は、前記第１又は第２の装着部に前記反応容器を装着した場合に、前記第１及び第２の装着部並びに前記温度勾配形成部を、第１の配置と、前記流路内において重力の作用する方向における最下点の位置が前記第１の配置とは異なる第２の配置との間で回転させ、前記第１の配置から前記第２の配置へは第１の回転方向に前記第１及び第２の装着部並びに前記温度勾配形成部を回転させ、前記第２の配置から前記第１の配置へは前記第１の回転方向とは反対方向に前記第１及び第２の装着部並びに前記温度勾配形成部を回転させてもよい。
【００１３】
本形態によれば、駆動機構が、第１の配置から第２の配置へは第１の回転方向に第１及び第２の装着部並びに温度勾配形成部を回転させ、第２の配置から第１の配置へは第１の回転方向とは反対方向に第１及び第２の装着部並びに温度勾配形成部を回転させるため、回転によって生じる装置の配線の捩れを低減するための特別な機構が不要となる。したがって、小型化に適した熱サイクル装置を実現できる。
【００１４】
（３）この熱サイクル装置は、前記第１の装着部に装着される前記反応容器における前記移動方向と、前記第２の装着部に装着される前記反応容器における前記移動方向とが平行であってもよい。
【００１５】
ここで「平行」とは、完全に平行な状態のみならず、熱サイクル装置として所望の精度が確保できる程度に平行に近い状態を含む。
【００１６】
本形態によれば、第１の装着部に装着される反応容器における反応液が移動する方向と、第２の装着部に装着される反応容器における反応液が移動する方向とが平行であるため、駆動機構によって装着部が回転させられた場合に、第１の装着部に装着される反応容器における反応液と、第２の装着部に装着される反応容器における反応液とは、同一のタイミングで移動する。したがって第１の装着部に装着される反応容器と第２の装着部に装着される反応容器とに対して、同一のタイミングで同一の時間条件の熱サイクルを施すことができる。
【００１７】
（４）この熱サイクル装置は、前記回転軸に垂直な平面に投影した場合に、前記第１の装着部と前記第２の装着部とが異なる位置にあってもよい。
【００１８】
本形態によれば、回転軸に垂直な平面に投影した場合に、第１の装着部と第２の装着部とが異なる位置にあることにより、第１の装着部と第２の装着部との相対的な配置を、回転軸の方向から見た奥行き方向以外の配置とすることもできる。これにより、回転軸の方向から見た奥行き方向の装置の大きさを節約できる。したがって、小型化に適した熱サイクル装置を実現できる。
【００１９】
（５）この熱サイクル装置は、前記回転軸に垂直な平面に投影した場合に、前記回転軸が、前記第１の装着部と前記第２の装着部とに挟まれる領域にあってもよい。
【００２０】
本形態によれば、回転軸に垂直な平面に投影した場合に、回転軸が、第１の装着部と第２の装着部とに挟まれる領域にあるので、回転軸に垂直な平面に投影した場合に、第１の装着部と第２の装着部とが異なる位置にある構成においても、駆動機構による回転半径を小さくできる。したがって、小型化に適した熱サイクル装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１（Ａ）は、第１実施形態に係る熱サイクル装置１の蓋５０を閉じた状態を表す斜視図、図１（Ｂ）は、第１実施形態に係る熱サイクル装置１の蓋５０を開けた状態を表す斜視図。
【図２】第１実施形態に係る熱サイクル装置１の本体１０の分解斜視図。
【図３】図１（Ａ）のＡ−Ａ線を通り回転軸Ｒに垂直な面に投影した本体１０の構成を模式的に示す図。
【図４】図１（Ａ）のＢ−Ｂ線を通り回転軸Ｒに平行な平面に投影した本体１０の構成を模式的に示す図。
【図５】第１実施形態に係る熱サイクル装置１に装着される反応容器１００の構成を表す断面図。
【図６】図６（Ａ）は、第１の配置における、図１（Ａ）のＡ−Ａ線を通り回転軸Ｒに垂直な面における断面を模式的に示す断面図、図６（Ｂ）は、第２の配置における図１（Ａ）のＡ−Ａ線を通り回転軸Ｒに垂直な面における断面を模式的に示す断面図。
【図７】第１実施形態に係る熱サイクル装置１の熱サイクル処理手順例を説明するためのフローチャート。
【図８】図８（Ａ）は、第２実施形態に係る熱サイクル装置２の蓋５０を閉じた状態を表す斜視図、図８（Ｂ）は、第２実施形態に係る熱サイクル装置２の蓋５０を開けた状態を表す斜視図。
【図９】図８（Ａ）のＣ−Ｃ線を通り回転軸Ｒに垂直な面に投影した本体１０ａの構成を模式的に示す図。
【図１０】第２実施形態に係る熱サイクル装置２に装着される反応容器１００ａの構成を表す断面図。
【図１１】第１実施例における熱サイクルの手順を示すフローチャート。
【図１２】第２実施例における熱サイクルの手順を示すフローチャート。
【図１３】第２実施例における反応液１４０ｂの組成を示す表。
【図１４】図１４（Ａ）は、第１実施例における蛍光測定の結果を示す表、図１４（Ｂ）は、第２実施例における蛍光測定の結果を示す表。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２３】
１．第１実施形態に係る熱サイクル装置の全体構成
図１（Ａ）は、第１実施形態に係る熱サイクル装置１の蓋５０を閉じた状態を表す斜視図、図１（Ｂ）は、第１実施形態に係る熱サイクル装置１の蓋５０を開けた状態を表す斜視図である。図２は、第１実施形態に係る熱サイクル装置１の本体１０の分解斜視図である。図３は、図１（Ａ）のＡ−Ａ線を通り回転軸Ｒに垂直な面に投影した本体１０の構成を模式的に示す図である。図３において、矢印ｇは重力の作用する方向を表す。
【００２４】
第１実施形態に係る熱サイクル装置１は、反応液１４０と、反応液１４０とは比重が異なり、かつ、反応液１４０とは混和しない液体１３０とが充填され、反応液１４０が対向する内壁に沿って移動する流路１１０を含む反応容器１００（詳細は「３．第１実施形態に係る熱サイクル装置に装着される反応容器の構成」の項で後述される）を装着する第１の装着部１１ａと、反応容器１００を装着する第２の装着部１１ｂと、第１の装着部１１ａ又は第２の装着部１１ｂに反応容器１００を装着した場合に、流路１１０に対して、反応液１４０が移動する移動方向（詳細は「３．第１実施形態に係る熱サイクル装置に装着される反応容器の構成」の項で後述される）に温度勾配を形成する温度勾配形成部３０と、装着部１１及び温度勾配形成部３０を、重力の作用する方向に対して水平成分を有し、かつ、前記移動方向に対して垂直な成分を有する回転軸Ｒで回転させる駆動機構２０と、を含む。
【００２５】
図１（Ａ）に示される例では、熱サイクル装置１は、本体１０と駆動機構２０とを含んで構成されている。図２に示されるように、本体１０は、第１の装着部１１ａ及び第２の装着部１１ｂを含む複数の装着部１１と、温度勾配形成部３０を含んで構成されている。
【００２６】
装着部１１は、反応容器１００を装着する構造である。図１（Ｂ）及び図２に示される例では、熱サイクル装置１の装着部１１は、反応容器１００を差し込んで装着するスロット構造である。図２に示される例では、装着部１１は、後述される、第１加熱部１２の第１ヒートブロック１２ｂ、スペーサー１４及び第２加熱部１３の第２ヒートブロック１３ｂを貫通する穴に反応容器１００を差し込む構造となっている。本体１０に設けられる装着部１１の数は複数であり、図１（Ｂ）に示される例では、２０個の装着部１１が本体１０に設けられている。また、図２及び図３に示される例では、装着部１１が温度勾配形成部３０の一部として構成されているが、駆動機構２０を動作させた場合に両者の位置関係が変化しない限り、装着部１１と温度勾配形成部３０とは別の部材として構成されていてもよい。
【００２７】
なお、本実施形態においては、装着部１１がスロット構造である例を示したが、装着部１１は反応容器１００を保持できる構造であればよい。例えば、反応容器１００の形状に合わせた窪みに反応容器１００をはめ込む構造や、反応容器１００を挟んで保持する構造を採用してもよい。
【００２８】
温度勾配形成部３０は、第１の装着部１１ａ又は第２の装着部１１ｂに反応容器１００を装着した場合に、流路１１０に対して、反応液１４０が移動する移動方向（以下では単に「前記移動方向」と記載する場合がある。）に温度勾配を形成する。ここで、「温度勾配を形成する」とは、所定の方向に沿って温度が変化する状態を形成することを意味する。したがって、「反応液１４０が移動する移動方向に温度勾配を形成する」とは、反応液１４０が移動する移動方向に沿って温度が変化する状態を形成することを意味する。「所定の方向に沿って温度が変化する状態」は、例えば、所定の方向に沿って温度が単調に高く又は低くなっていてもよいし、所定の方向に沿って、温度が高くなる変化から低くなる変化へ、又は、低くなる変化から高くなる変化へ、途中で変化していてもよい。図２に示される例では、温度勾配形成部３０は、第１加熱部１２及び第２加熱部１３を含んで構成されている。熱サイクル装置１の本体１０においては、第１加熱部１２が底板１７から相対的に近い側、第２加熱部１３が底板１７から相対的に遠い側に配置されている。また、第１加熱部１２と第２加熱部１３との間にはスペーサー１４が設けられている。熱サイクル装置１の本体１０においては、第１加熱部１２、第２加熱部１３及びスペーサー１４は、その周囲をフランジ１６、底板１７及び固定板１９で固定されている。なお、所望の反応精度が確保できる程度に温度勾配が形成される限り、温度勾配形成部３０に含まれる加熱部の数は任意である。例えば、温度勾配形成部３０を１つの加熱部で構成することにより、使用する部材の数を減らすことができるので、製造コストを削減できる。
【００２９】
第１加熱部１２は、第１の装着部１１ａ又は第２の装着部１１ｂに反応容器１００を装着した場合に、反応容器１００の第１領域１１１を第１の温度に加熱する。図３に示される例では、第１加熱部１２は、本体１０において、反応容器１００の第１領域１１１を加熱する位置に配置されている。
【００３０】
第１加熱部１２は、熱を発生させる機構と、発生した熱を反応容器１００に伝える部材とを含んでもよい。図２に示される例では、第１加熱部１２は、熱を発生させる機構としての第１ヒーター１２ａと、発生した熱を反応容器１００に伝える部材としての第１ヒートブロック１２ｂを含んで構成されている。
【００３１】
熱サイクル装置１においては、第１ヒーター１２ａはカートリッジヒーターであり、導線１５によって図示しない外部電源に接続される。第１ヒーター１２ａとしてはこれに限らず、カーボンヒーター、シートヒーター、ＩＨヒーター（電磁誘導加熱器）、ペルチェ素子、加熱液体、加熱気体などを使用できる。第１ヒーター１２ａは第１ヒートブロック１２ｂに挿入されており、第１ヒーター１２ａが発熱することで第１ヒートブロック１２ｂが加熱される。第１ヒートブロック１２ｂは、第１ヒーター１２ａから発生した熱を反応容器１００に伝える部材である。熱サイクル装置１においては、第１ヒートブロック１２ｂは、アルミニウム製のブロックである。カートリッジヒーターは温度制御が容易であるので、第１ヒーター１２ａをカートリッジヒーターとすることで、第１加熱部１２の温度を容易に安定させることができる。したがって、より正確な熱サイクルを実現できる。
【００３２】
ヒートブロックの材質は熱伝導率、保温性、加工しやすさ等の条件を考慮して適宜選択できる。例えば、アルミニウムは熱伝導率が高いので、第１ヒートブロック１２ｂをアルミニウム製とすることで、反応容器１００を効率よく加熱できる。また、ヒートブロックに加熱ムラが生じにくいので、精度の高い熱サイクルを実現できる。また、加工が容易なので第１ヒートブロック１２ｂを精度よく成型でき、加熱の精度を高めることができる。したがって、より正確な熱サイクルを実現できる。なお、ヒートブロックの材質は、例えば銅合金を使用してもよく、複数の材質を組み合わせてもよい。
【００３３】
第１加熱部１２は、第１の装着部１１ａ又は第２の装着部１１ｂに反応容器１００を装着した場合に、反応容器１００に接触していることが好ましい。これにより、第１加熱部１２によって反応容器１００を加熱した場合に、第１加熱部１２の熱を反応容器１００に安定して伝えることができるので、反応容器１００の温度を安定させることができる。本実施形態のように、第１の装着部１１ａ及び第２の装着部１１ｂが第１加熱部１２の一部として形成されている場合には、第１の装着部１１ａ及び第２の装着部１１ｂが反応容器１００と接触することが好ましい。これにより、第１加熱部１２の熱を反応容器１００に安定して伝えることができるので反応容器１００を効率よく加熱できる。
【００３４】
第２加熱部１３は、第１の装着部１１ａ及び第２の装着部１１ｂに反応容器１００を装着した場合に、反応容器１００の第２領域１１２を、第１の温度とは異なる第２の温度に加熱する。図３に示される例では、第２加熱部１３は、本体１０において、反応容器１００の第２領域１１２を加熱する位置に配置されている。第２加熱部１３は、第２ヒーター１３ａ及び第２ヒートブロック１３ｂを含む。第２加熱部１３の構成は、加熱される反応容器１００の領域及び加熱する温度が第１加熱部１２と異なる以外は、第１加熱部１２と同様である。なお、第１加熱部１２と第２加熱部１３とで異なる加熱機構を採用してもよい。また、第１ヒートブロック１２ｂと第２ヒートブロック１３ｂとが異なる材質であってもよい。
【００３５】
なお、第２加熱部１３の代わりに第２領域１１２を冷却する冷却部を設けてもよい。冷却部としては、例えばペルチェ素子を使用できる。これにより、例えば、反応容器１００の第１領域１１１からの熱によって第２領域１１２の温度が低下しにくい場合にも、流路１１０に所望の温度勾配を形成できる。また、例えば、加熱と冷却を繰り返す熱サイクルを反応液１４０に施すことができる。
【００３６】
また、図２及び図３に示されるように装着部１１が温度勾配形成部３０の一部として構成されている場合には、装着部１１を反応容器１００に密着させる機構を設けてもよい。装着部１１を反応容器１００に密着させる機構は、反応容器１００の少なくとも一部を装着部１１に密着させることができればよい。例えば、本体１０や蓋５０に設けたバネによって反応容器１００を装着部１１の一方の壁面に押し付けてもよい。これにより、温度勾配形成部３０の熱を反応容器１００にさらに安定して伝えることができるので、反応容器１００の温度をさらに安定させることができる。
【００３７】
第１加熱部１２及び第２加熱部１３の温度は、図示しない温度センサー及び後述される制御部によって制御されてもよい。第１加熱部１２及び第２加熱部１３の温度は、反応容器１００が所望の温度に加熱されるように設定されることが好ましい。本実施形態においては、第１加熱部１２を第１の温度に、第２加熱部１３を第２の温度に制御することで、反応容器１００の第１領域１１１を第１の温度に、第２領域１１２を第２の温度に加熱できる。なお、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の温度は、反応容器１００の第１領域１１１及び第２領域１１２が所望の温度に加熱されるように制御されていればよい。例えば、反応容器１００の材質や大きさを考慮することで、第１領域１１１及び第２領域１１２の温度をより正確に所望の温度に加熱できる。また、本実施形態における温度センサーは熱電対である。なお、温度センサーとしてはこれに限らず、例えば測温抵抗体やサーミスタを使用してもよい。
【００３８】
駆動機構２０は、第１の装着部１１ａ及び第２の装着部１１ｂ並びに温度勾配形成部３０を、重力の作用する方向に対して垂直な成分を有し、かつ、第１の装着部１１ａ又は第２の装着部１１ｂに反応容器１００を装着した場合に前記移動方向（反応液１４０が移動する方向）に対して垂直な成分を有する回転軸Ｒで回転させる機構である。
【００３９】
「重力の作用する方向に対して垂直な成分を有する」方向は、「重力の作用する方向に対して平行な成分」と「重力の作用する方向に対して垂直な成分」とのベクトル和で表した場合における、重力の作用する方向に対して垂直な成分を有する方向である。
【００４０】
「前記移動方向に対して垂直な成分を有する」方向は、「前記移動方向に対して平行な成分」と「移動方向に対して垂直な成分」とのベクトル和で表した場合における、前記移動方向に対して垂直な成分を有する方向である。
【００４１】
第１実施形態に係る熱サイクル装置１においては、駆動機構２０は、第１の装着部１１ａ及び第２の装着部１１ｂ並びに温度勾配形成部３０を、同一の回転軸Ｒで回転させている。言い換えると、装着部１１を回転させる回転軸Ｒと温度勾配形成部３０を回転させる回転軸Ｒとは共通（同じ）である。また、本実施形態においては、駆動機構２０は図示しないモーター及び駆動軸を含み、駆動軸と本体１０のフランジ１６とが接続されて構成されている。駆動機構２０のモーターを動作させると、駆動軸を回転軸Ｒとして本体１０が回転される。回転軸Ｒと第１の装着部１１ａ及び第２の装着部１１ｂとの位置関係については、「２．回転軸Ｒと第１の装着部１１ａ及び第２の装着部１１ｂとの位置関係」の項で詳述される。なお、駆動機構２０としては、モーターに限らず、例えばハンドル、ぜんまい等を採用できる。
【００４２】
熱サイクル装置１は、図示しない制御部を含んでいてもよい。制御部は、駆動機構２０及び温度勾配形成部３０のうち、少なくとも１つを制御する。制御部による制御例については、「４．熱サイクル装置の熱サイクル処理手順例」の項で詳述される。制御部は、専用回路により実現して後述される制御を行うように構成されていてもよい。また、制御部は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）がＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置に記憶された制御プログラムを実行することによりコンピューターとして機能し、後述される制御を行うように構成されていてもよい。この場合、記憶装置は、制御に伴う中間データや制御結果などを一時的に記憶するワークエリアを有していてもよい。
【００４３】
熱サイクル装置１の本体１０は、図２及び図３に示されるように、第１加熱部１２と第２加熱部１３との間にスペーサー１４が設けられている。スペーサー１４は、第１加熱部１２又は第２加熱部１３を保持する部材である。スペーサー１４を設けることにより、第１加熱部１２と第２加熱部１３との間の距離を、より正確に定めることができる。すなわち、反応容器１００の第１領域１１１及び第２領域１１２に対する第１加熱部１２及び第２加熱部１３の位置を、より正確に定めることができる。
【００４４】
スペーサー１４の材質は必要に応じて適宜選択できるが、断熱材であることが好ましい。これにより、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の熱が相互に及ぼす影響を少なくできるので、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の温度制御が容易になる。スペーサー１４が断熱材である場合には、装着部１１に反応容器１００を装着した場合に、第１加熱部１２と第２加熱部１３との間の領域において反応容器１００を囲むようにスペーサー１４が配置されることが好ましい。これにより、反応容器１００の第１加熱部１２と第２加熱部１３との間の領域からの放熱を抑制できるので、反応容器１００の温度がより安定する。本実施形態においては、スペーサー１４は断熱材であり、図３に示される例では、装着部１１はスペーサー１４を貫通して構成されている。これにより、第１加熱部１２及び第２加熱部１３によって反応容器１００を加熱した場合に、反応容器１００の熱が逃げにくくなるので、第１領域１１１及び第２領域１１２の温度をより安定させることができる。
【００４５】
熱サイクル装置１の本体１０は、固定板１９を含んでいてもよい。固定板１９は、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３を保持する部材である。図１（Ｂ）及び図２に示される例では、固定板１９は、フランジ１６に嵌め合わされて構成されている。また、固定板１９には、第１加熱部１２、第２加熱部１３及び底板１７が固定されている。固定板１９によって本体１０の構造がより強固になるので、本体１０が破損しにくくなる。
【００４６】
熱サイクル装置１は、蓋５０を含んでいてもよい。図１（Ａ）及び図３に示される例では、蓋５０は、装着部１１を覆うように設けられている。蓋５０が装着部１１を覆うことで、第１加熱部１２によって加熱をした場合に、熱サイクル装置１から外部への放熱を抑制できるので、熱サイクル装置１内の温度を安定させることができる。蓋５０は、固定部５１によって本体１０に固定されてもよい。本実施形態においては、固定部５１は磁石である。なお、固定部５１としてはこれに限らず、例えば、蝶番やキャッチクリップを採用してもよい。図１（Ｂ）及び図２に示される例では、本体１０の蓋５０が接触する面の一部には磁石が設けられている。図１（Ｂ）及び図２には示されていないが、蓋５０にも、本体１０の磁石が接触する位置に磁石が設けられており、蓋５０で装着部１１を覆うと、磁力によって蓋５０が本体１０に固定される。これにより、駆動機構２０によって本体１０を駆動した場合に蓋５０が外れたり動いたりすることを防止できる。したがって、蓋５０が外れることで熱サイクル装置１内の温度が変化することを防止できるので、より正確な熱サイクルを後述する反応液１４０に施すことができる。
【００４７】
本体１０は、気密性の高い構造であることが好ましい。本体１０が気密性の高い構造であると、本体１０内部の空気が本体１０の外部に逃げにくいので、本体１０内の温度がより安定する。本実施形態においては、図２に示されるように、２個のフランジ１６、底板１７、２枚の固定板１９、及び蓋５０によって、本体１０内部の空間が密閉される。
【００４８】
また、固定板１９、底板１７、蓋５０、フランジ１６は断熱材を用いて構成されることが好ましい。これにより、本体１０から外部への放熱をさらに抑制できるので、本体１０内の温度をより安定させることができる。
【００４９】
熱サイクル装置１は、反応容器１００を第１加熱部１２及び第２加熱部１３に対して所定の位置に保持する構造を含むことが好ましい。これにより、第１加熱部１２及び第２加熱部１３によって反応容器１００の所定の領域を加熱できる。より具体的には、反応容器１００を構成する流路１１０の、第１領域１１１を第１加熱部１２によって、第２領域１１２を第２加熱部１３によって、加熱できる。本実施形態においては反応容器１００の位置を定める構造は底板１７である。図３に示されるように、反応容器１００が底板１７に接触する位置まで差し込まれると、第１加熱部１２及び第２加熱部１３に対して反応容器１００を所定の位置に保持できる。
【００５０】
なお、反応容器１００の位置を定める構造は所望の位置に反応容器１００を保持できるものであればよい。反応容器１００の位置を定める構造は、熱サイクル装置１に設けられた構造であっても、反応容器１００に設けられた構造であっても、両方の組み合わせであってもよい。例えば、螺子、差込式の棒、反応容器１００に突出部を設けた構造、装着部１１と反応容器１００とが嵌合する構造を採用できる。螺子や棒を用いる場合には、螺子の長さやねじ込む長さ、棒を差込む位置を変更することで、熱サイクルの反応条件や反応容器１００の大きさ等に合わせて保持する位置を調節できるようにしてもよい。
【００５１】
熱サイクル装置１は、本体１０の温度を一定に保つ機構を有してもよい。これにより、反応容器１００の温度がより安定するので、より正確な熱サイクルを反応液１４０に施すことができる。本体１０を保温する機構としては、例えば恒温槽を採用できる。
【００５２】
図２及び図３に示されるスペーサー１４及び固定板１９は、透明であってもよい。これにより、透明な反応容器１００を熱サイクル処理に使用した場合に、装置の外部から反応液１４０が移動する様子を観察できる。したがって、熱サイクル処理が適切に行われているか否かを、目視により確認できる。したがって、ここでの「透明」の程度は、これらの部材を熱サイクル装置１に採用して熱サイクル処理を行った場合に、反応液１４０の移動が視認できる程度であればよい。
【００５３】
熱サイクル装置１の内部を観察するためには、スペーサー１４を透明にして固定板１９を無くしても、固定板１９を透明にしてスペーサー１４を無くしても、スペーサー１４と固定板１９の両方を無くしてもよい。観察者と観察対象の反応容器１００の間に存在する部材が少ないほど、物体による光の屈折の影響が少なくなるので、内部の観察が容易になる。また、スペーサー１４及び固定板１９の少なくとも一方をなくすことにより、部材が少なくなるため、製造コストを削減できる。
【００５４】
本実施形態においては、熱サイクル装置１が蓋５０を含む例を示したが、蓋５０は無くてもよい。これにより、使用する部材の数を減らすことができるので、製造コストを削減できる。
【００５５】
本実施形態においては、熱サイクル装置１が底板１７を含む例を示したが、図９（後述）に示されるように、底板１７は無くてもよい。これにより、使用する部材の数を減らすことができるので、製造コストを削減できる。
【００５６】
２．回転軸Ｒと第１の装着部１１ａ及び第２の装着部１１ｂとの位置関係
次に、図３及び図４（後述）を参照しながら、回転軸Ｒと第１の装着部１１ａ及び第２の装着部１１ｂとの位置関係について説明する。
【００５７】
図３に示されるように、熱サイクル装置１において、回転軸Ｒに垂直な平面に投影した場合（換言すれば、回転軸Ｒに垂直な平面で熱サイクル装置１を切断する断面視において）、回転軸Ｒから流路１１０内の点までの最長距離（図３においては距離ｄ１）が、流路１１０内の２点間を結ぶ最長距離（図３においては距離ｄ２）よりも小さい。
【００５８】
距離ｄ１は、熱サイクル装置１が投影された回転軸Ｒに垂直な平面内において、流路１１０内から選択される点のうち、回転軸Ｒから、回転軸Ｒからの距離が最長となる点までの距離を表す。距離ｄ２は、熱サイクル装置１が投影された回転軸Ｒに垂直な平面内において、流路１１０内から選択される２点のうち、選択された２点間を結ぶ距離が最長となる２点間の距離を表す。図３においては、流路１１０の断面は長方形であるので、距離ｄ１は回転軸Ｒを表す点から該長方形の右下角の点までの距離であり、距離ｄ２は該長方形の対角線の長さに相当する。したがって、距離ｄ１は距離ｄ２よりも小さく構成されている。
【００５９】
本実施形態によれば、回転軸Ｒは、重力の作用する方向に対して垂直な成分を有し、かつ、前記移動方向（反応液１４０が移動する方向）に対して垂直な成分を有する軸であるため、駆動機構２０が装着部１１を回転させることによって、装着部１１に装着される反応容器１００の流路１１０内の重力の作用する方向における最下点又は最上点の位置が変化する。これにより、温度勾配形成部３０によって温度勾配が形成された流路１１０内を反応液１４０が移動する。したがって、反応液１４０に対して熱サイクルを施すことができる。また、本実施形態によれば、回転軸Ｒに垂直な平面に投影した場合に、回転軸Ｒから反応容器１００の流路１１０内の点までの最長距離ｄ１が、反応容器１００の流路１１０内の２点間を結ぶ最長距離ｄ２よりも小さいため、駆動機構２０による回転半径を小さくできる。したがって、小型化に適した熱サイクル装置を実現できる。
【００６０】
図４は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ線を通り回転軸Ｒに平行な平面に投影した本体１０の構成を模式的に示す図である。図４において、方向Ｒ１は、回転軸Ｒの方向（すなわち、回転軸Ｒに平行な方向）を表す。
【００６１】
図４に示されるように、熱サイクル装置１において、回転軸Ｒと平行な平面に投影した場合に、回転軸Ｒの方向Ｒ１を基準として第１の装着部１１ａと第２の装着部１１ｂとが異なる位置にある。すなわち、回転軸Ｒの方向Ｒ１を座標軸とした場合に、第１の装着部１１ａと第２の装着部１１ｂとは、異なる座標に位置する。図４に示されるように、熱サイクル装置１が３つ以上の反応容器１００を装着できる構成である場合、すなわち３つ以上の装着部１１を有する場合には、第１の装着部１１ａ及び第２の装着部１１ｂは、装着部１１のうち、任意に選択された２つの装着部１１であってもよい。
【００６２】
本実施形態によれば、回転軸Ｒに平行な平面に投影した場合に、回転軸Ｒの方向Ｒ１を基準として第１の装着部１１ａと第２の装着部１１ｂとが異なる位置にあるので、駆動機構２０による回転半径を大きくすることなく装着部１１を構成できる。したがって、小型化に適した熱サイクル装置を実現できる。
【００６３】
図３に示されるように、第１の装着部１１ａに装着される反応容器１００における前記移動方向（反応液１４０が移動する方向）と、第２の装着部１１ｂに装着される反応容器１００における前記移動方向（反応液１４０が移動する方向）とが平行であってもよい。ここで「平行」とは、完全に平行な状態のみならず、熱サイクル装置として所望の精度が確保できる程度に平行に近い状態を含む。
【００６４】
本実施形態によれば、第１の装着部１１ａに装着される反応容器１００における前記移動方向（反応液１４０が移動する方向）と、第２の装着部１１ｂに装着される反応容器１００における前記移動方向（反応液１４０が移動する方向）とが平行であるため、駆動機構２０によって装着部１１が回転軸Ｒで回転させられた場合に、第１の装着部１１ａに装着される反応容器１００における反応液１４０と、第２の装着部１１ｂに装着される反応容器１００における反応液１４０とは、同一のタイミングで移動する。換言すれば、２つの反応液１４０が移動を開始する時刻を同期させることができる。したがって、第１の装着部１１ａに装着される反応容器１００と第２の装着部１１ｂに装着される反応容器１００とに対して、同一のタイミングで同一の時間条件の熱サイクルを施すことができる。なお、ここでの「同一」の程度は、反応の精度に影響が無い程度（影響が無視できる程度）の範囲である。
【００６５】
図３に示されるように、熱サイクル装置１において、回転軸Ｒに垂直な平面に投影した場合に、第１の装着部１１ａと第２の装着部１１ｂとが異なる位置にあってもよい。
【００６６】
本実施形態によれば、回転軸Ｒに垂直な平面に投影した場合に、第１の装着部１１ａと第２の装着部１１ｂとが異なる位置にあることにより、第１の装着部１１ａと第２の装着部１１ｂとの相対的な配置を、回転軸Ｒの方向Ｒ１から見た奥行き方向以外の配置とすることもできる。これにより、回転軸Ｒの方向Ｒ１から見た奥行き方向の装置の大きさを節約できる。したがって、小型化に適した熱サイクル装置を実現できる。
【００６７】
図３に示されるように、熱サイクル装置１において、回転軸Ｒに垂直な平面に投影した場合に、回転軸Ｒが、第１の装着部１１ａと第２の装着部１１ｂとに挟まれる領域にあってもよい。換言すれば、熱サイクル装置１において、回転軸Ｒに垂直な平面で熱サイクル装置１を切断する断面視において、回転軸Ｒが、第１の装着部１１ａと第２の装着部１１ｂとの間に位置していてもよい。
【００６８】
本実施形態によれば、回転軸Ｒに垂直な平面に投影した場合に、回転軸Ｒが、第１の装着部１１ａと第２の装着部１１ｂとに挟まれる領域にあるので、回転軸Ｒに垂直な平面に投影した場合に、第１の装着部１１ａと第２の装着部１１ｂとが異なる位置にある構成においても、駆動機構２０による回転半径を小さくできる。したがって、小型化に適した熱サイクル装置を実現できる。
【００６９】
３．第１実施形態に係る熱サイクル装置に装着される反応容器の構成
図５は、第１実施形態に係る熱サイクル装置１に装着される反応容器１００の構成を表す断面図である。図５において、矢印ｇは重力の作用する方向を表す。
【００７０】
反応容器１００は、反応液１４０と、反応液１４０とは比重が異なり、かつ、反応液１４０とは混和しない液体１３０（以下、「液体１３０」という）とが充填され、反応液１４０が対向する内壁に沿って移動する流路１１０を含む。本実施形態においては、液体１３０は、反応液１４０よりも比重が小さく、かつ、反応液１４０とは混和しない液体である。なお、液体１３０として、例えば、反応液１４０とは混和せず、かつ、反応液１４０よりも比重が大きい液体を採用してもよい。図５に示される例では、反応容器１００は流路１１０及び封止部１２０を含む。流路１１０には、反応液１４０と、液体１３０とが充填され、封止部１２０によって封止されている。
【００７１】
流路１１０は、対向する内壁に沿って反応液１４０が移動するように形成されている。ここで、流路１１０の「対向する内壁」とは、流路１１０の壁面の、向かい合う位置関係にある２つの領域を意味する。「沿って」とは、反応液１４０と流路１１０の壁面との距離が近い状態を意味し、反応液１４０が流路１１０の壁面に接触する状態を含む。したがって、「対向する内壁に沿って反応液１４０が移動する」とは、「流路１１０の壁面の、向かい合う位置関係にある２つの領域の両方に対して距離が近い状態で、反応液１４０が移動する」ことを意味する。換言すれば、流路１１０の対向する２つ内壁間の距離は、反応液１４０が該内壁に沿って移動する程度の距離である。
【００７２】
反応容器１００の流路１１０がこのような形状であると、流路１１０内を反応液１４０が移動する方向を規制できるので、流路１１０内を反応液１４０が移動する経路をある程度規定できる。これにより、流路１１０内を反応液１４０が移動する所要時間を、ある程度の範囲に制限できる。したがって、流路１１０の対向する２つ内壁間の距離は、流路１１０内を反応液１４０が移動する時間のバラツキによって生じる、反応液１４０に対して施される熱サイクル条件のバラツキが、所望の精度を満たせる程度、すなわち、反応の結果が所望の精度を満たせる程度であることが好ましい。より具体的には、流路１１０の対向する２つの内壁間の反応液１４０が移動する方向に対して垂直な方向における距離が、反応液１４０の液滴が２つ以上入らない程度であることが望ましい。
【００７３】
図５に示される例では、反応容器１００の外形は円柱状であり、中心軸に沿う方向（図５における上下方向）を長手方向とする流路１１０が形成されている。流路１１０の形状は、流路１１０の長手方向に対して垂直な方向の断面、すなわち流路１１０のある領域における反応液１４０が移動する方向に対して垂直な断面（これを流路１１０の「断面」とする）が円形となる円柱状である。したがって、反応容器１００においては、流路１１０の対向する内壁は、流路１１０の断面の中心を挟んで対向する流路１１０の壁面上の２点を含む領域である。また、「反応液１４０が移動する移動方向」は、流路１１０の長手方向となる。
【００７４】
なお、流路１１０の断面の形状は円形に限らず、多角形や楕円形など、対向する内壁に沿って反応液１４０が移動できる限り任意である。例えば、反応容器１００の流路１１０の断面が多角形の場合には、「対向する内壁」は、流路１１０に内接する断面が円形の流路を仮定した場合に、該流路の対向する内壁であるものとする。すなわち、流路１１０に内接する、断面が円形の仮想流路の対向する内壁に沿って反応液１４０が移動するように流路１１０が形成されていればよい。これにより、流路１１０の断面が多角形の場合にも、第１領域１１１と第２領域１１２との間を反応液１４０が移動する経路をある程度規定できる。したがって、反応液１４０が第１領域１１１と第２領域１１２との間を移動する所要時間を、ある程度の範囲に制限できる。
【００７５】
反応容器１００の第１領域１１１は、第１加熱部１２によって第１の温度に加熱される、流路１１０の一部の領域である。第２領域１１２は、第２加熱部１３によって第１の温度とは異なる第２の温度に加熱される、第１領域１１１とは異なる流路１１０の一部の領域である。図５に示される例では、第１領域１１１は、流路１１０の長手方向における一方の端部を含む領域であり、第２領域１１２は、流路１１０の長手方向における他方の端部を含む領域である。図５に示される例では、流路１１０のうち封止部１２０に相対的に遠い側の端部を含む点線で囲まれた領域が第１領域１１１であり、流路１１０のうち封止部１２０に相対的に近い側の端部を含む点線で囲まれた領域が第２領域１１２である。本実施形態に係る熱サイクル装置１は、温度勾配形成部３０の第１加熱部１２が反応容器１００の第１領域１１１を第１の温度に加熱し、温度勾配形成部３０の第２加熱部１３が反応容器１００の第２領域１１２を第２の温度に加熱することにより、反応容器１００の流路１１０に対して、前記移動方向（反応液１４０が移動する方向）に温度勾配を形成する。
【００７６】
流路１１０には、液体１３０と、反応液１４０とが充填されている。液体１３０は、反応液１４０とは混和しない、すなわち混ざり合わない性質であるため、図５に示されるように、反応液１４０は液体１３０の中に液滴の状態で保持されている。反応液１４０は、液体１３０よりも比重が大きいため、流路１１０の重力の作用する方向における最下部の領域に位置している。液体１３０としては、例えば、ジメチルシリコーンオイル又はパラフィンオイルを使用できる。反応液１４０は、反応に必要な成分を含む液体である。反応がＰＣＲである場合には、反応液１４０には、ＰＣＲによって増幅されるＤＮＡ（標的核酸）、ＤＮＡを増幅するために必要なＤＮＡポリメラーゼ、並びにプライマー等が含まれる。例えば、液体１３０としてオイルを用いてＰＣＲを行う場合には、反応液１４０は上記の成分を含む水溶液であることが好ましい。
【００７７】
４．熱サイクル装置の熱サイクル処理手順例
次に、第１実施形態に係る熱サイクル装置１の熱サイクル処理手順例について説明する。以下では、第１の装着部１１ａ又は第２の装着部１１ｂに反応容器１００を装着した場合に、駆動機構２０が、第１の装着部１１ａ及び第２の装着部１１ｂ並びに温度勾配形成部３０を、第１の配置と、流路１１０内において重力の作用する方向における最下点の位置が第１の配置とは異なる第２の配置との間で回転させる制御を例にとり説明する。
【００７８】
図６（Ａ）は、第１の配置における、図１（Ａ）のＡ−Ａ線を通り回転軸Ｒに垂直な面における断面を模式的に示す断面図、図６（Ｂ）は、第２の配置における図１（Ａ）のＡ−Ａ線を通り回転軸Ｒに垂直な面における断面を模式的に示す断面図である。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）において、白抜き矢印は本体１０の回転方向、矢印ｇは重力の作用する方向を表す。
【００７９】
図６（Ａ）に示されるように、第１の配置は、流路１１０のうち封止部１２０に相対的に遠い側の端部が重力の作用する方向における最下点となる配置である。すなわち、第１の配置は、第１の装着部１１ａ又は第２の装着部１１ｂに反応容器１００を装着した場合に、反応容器１００の第１領域１１１を、重力の作用する方向における流路１１０の最下部に位置させる配置である。図６（Ａ）に示される例では、第１の配置では、液体１３０よりも比重が大きい反応液１４０は第１領域１１１に存在する。したがって、反応液１４０は第１の温度の下に置かれる。
【００８０】
図６（Ｂ）に示されるように、第２の配置は、流路１１０のうち封止部１２０に相対的に近い側の端部が重力の作用する方向における最下点となる配置である。すなわち、第２の配置は、第１の装着部１１ａ又は第２の装着部１１ｂに反応容器１００を装着した場合に、反応容器１００の第２領域１１２を、重力の作用する方向における流路１１０の最下部に位置させる配置である。図６（Ｂ）に示される例では、第２の配置では、液体１３０よりも比重が大きい反応液１４０は第２領域１１２に存在する。したがって、反応液１４０には第２の温度の下に置かれる。
【００８１】
このように、駆動機構２０が、第１の装着部１１ａ及び第２の装着部１１ｂ並びに温度勾配形成部３０を、第１の配置と、第１の配置とは異なる第２の配置との間で回転させることにより、反応液１４０に対して熱サイクルを施すことができる。
【００８２】
駆動機構２０は、第１の配置から第２の配置へは第１の回転方向に第１の装着部１１ａ及び第２の装着部１１ｂ並びに温度勾配形成部３０を回転させ、第２の配置から第１の配置へは第１の回転方向とは反対方向に第１の装着部１１ａ及び第２の装着部１１ｂ並びに温度勾配形成部３０を回転させてもよい。換言すれば、駆動機構２０は、第１の配置から第２の配置へと回転させる場合と、第２の配置から第１の配置へと回転させる場合とで、反対方向に第１の装着部１１ａ及び第２の装着部１１ｂ並びに温度勾配形成部３０を回転させてもよい。これにより、回転によって生じる導線１５などの配線の捩れを低減するための特別な機構が不要となる。したがって、小型化に適した熱サイクル装置を実現できる。また、第１の配置から第２の配置へと回転させる場合の回転数、及び、第２の配置から第１の配置へと回転させる場合の回転数は、１回転未満（回転角度が３６０°未満）であることが好ましい。これにより、配線が捩れる程度を軽減できる。
【００８３】
次に、熱サイクル処理の例としてシャトルＰＣＲ（２段階の温度サイクルを行うＰＣＲ）を行う場合を例にとり、第１実施形態に係る熱サイクル装置１の熱サイクル処理手順例についてより具体的に説明する。シャトルＰＣＲは、高温と低温の２段階の温度処理を繰り返し反応液に施すことにより、反応液中の核酸を増幅させる手法である。高温の処理においては２本鎖ＤＮＡの解離が、低温の処理においてはアニーリング（プライマーが１本鎖ＤＮＡに結合する反応）及び伸長反応（プライマーを始点としてＤＮＡの相補鎖が形成される反応）が行われる。一般に、シャトルＰＣＲにおける高温は８０℃から１００℃の間の温度、低温は５０℃から７５℃の間の温度である。各温度における処理は所定時間行われ、高温に保持する時間は低温に保持する時間よりも短いことが一般的である。例えば、高温が１秒から１０秒程度、低温が１０秒から６０秒程度としてもよく、反応の条件によってはこれよりも長い時間又は短い時間であってもよい。なお、使用する試薬の種類や量によって、適切な時間、温度及びサイクル数（高温と低温を繰り返す回数）は異なるので、試薬の種類や反応液１４０の量を考慮して適切なプロトコルを決定した上で反応を行うことが好ましい。
【００８４】
図７は、第１実施形態に係る熱サイクル装置１の熱サイクル処理手順例を説明するためのフローチャートである。
【００８５】
まず、反応容器１００を装着部１１に装着する（ステップＳ１００）。本実施形態では、液体１３０が充填された流路１１０に反応液１４０を導入後、封止部１２０によって封止された反応容器１００を装着部１１に装着する。反応液１４０の導入は、マイクロピペットやインクジェット方式の分注装置等を用いて行うことができる。本実施形態においては、装着部１１に反応容器１００を装着した状態においては、第１加熱部１２は第１領域１１１を含む位置において、第２加熱部１３は第２領域１１２を含む位置において反応容器１００に接している。本実施形態においては、図６（Ａ）に示されるように、反応容器１００を底板１７に接触するように装着することで、第１加熱部１２及び第２加熱部１３に対して反応容器１００を所定の位置に保持できる。なお、本実施形態においては、反応容器１００を装着部１１に装着した直後においては、装着部１１及び温度勾配形成部３０の配置は第１の配置となっているものとする。
【００８６】
ステップＳ１００の後に、温度勾配形成部３０により、反応容器１００の流路１１０に対して温度勾配を形成する（ステップＳ１０２）。本実施形態においては、第１加熱部１２及び第２加熱部１３が反応容器１００を加熱することによって、反応容器１００の流路１１０に対して温度勾配を形成する。第１加熱部１２と第２加熱部１３とは、反応容器１００の異なる領域を異なる温度に加熱する。すなわち、第１加熱部１２は第１領域１１１を第１の温度に加熱し、第２加熱部１３は第２領域１１２を第２の温度に加熱する。これにより、流路１１０の第１領域１１１と第２領域１１２との間には、第１の温度と第２の温度との間で温度が変化する温度勾配が形成される。本実施形態においては、第１の温度は、熱サイクル処理において目的とする反応に適した温度のうち相対的に高い温度であり、第２の温度は、熱サイクル処理において目的とする反応に適した温度のうち、相対的に低い温度である。したがって本実施形態のステップＳ１０２においては、第１領域１１１から第２領域１１２へ向けて温度が低くなる温度勾配が形成される。本実施形態の熱サイクル処理はシャトルＰＣＲであるので、第１の温度は２本鎖ＤＮＡの解離に適した温度、第２の温度はアニーリング及び伸長反応に適した温度とすることが好ましい。
【００８７】
ステップＳ１０２における装着部１１及び温度勾配形成部３０の配置は第１の配置であるので、ステップＳ１０２において反応容器１００を加熱すると、反応液１４０は第１の温度に加熱される。したがって、ステップＳ１０２においては、反応液１４０に対して第１の温度における反応が開始される。
【００８８】
ステップＳ１０２の後に、第１の配置において、第１の時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。本実施形態においては、図示しない制御部が第１の時間が経過したか否かを判定する。第１の時間は、第１の配置に装着部１１及び温度勾配形成部３０を保持する時間である。本実施形態において、ステップＳ１００で反応容器１００を装着した後に熱サイクル装置１を作動させた場合には、ステップＳ１００で反応容器１００を装着した後において、最初に実行されるステップＳ１０４では、熱サイクル装置１を作動させてからの時間が第１の時間に達したか否かを判定してもよい。第１の配置においては、反応液１４０は第１の温度に加熱されるので、第１の時間は、目的とする反応において反応液１４０を第１の温度で反応させる時間とすることが好ましい。本実施形態においては、２本鎖ＤＮＡの解離に必要な時間とすることが好ましい。
【００８９】
ステップＳ１０４において、第１の時間が経過していないものと判定した場合（ステップＳ１０４でＮＯの場合）には、第１の配置を保持する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６の後、ステップＳ１０４において、第１の時間が経過したものと判定するまで、ステップＳ１０４とステップＳ１０６とを繰り返す。
【００９０】
ステップＳ１０４において、第１の時間が経過したものと判定した場合（ステップＳ１０４でＹＥＳの場合）には、駆動機構２０により、装着部１１及び温度勾配形成部３０を第１の配置から第２の配置へ回転させる（ステップＳ１０８）。本実施形態の熱サイクル装置１においては、制御部の制御によって駆動機構２０が本体１０を回転駆動することにより、装着部１１及び温度勾配形成部３０を、同一の回転軸Ｒで第１の配置から第２の配置へ回転させる。本実施形態においては、駆動軸を回転軸Ｒとして、モーターによってフランジ１６を回転駆動すると、フランジ１６に固定されている装着部１１及び温度勾配形成部３０が回転される。回転軸Ｒは、前記移動方向（反応液１４０が移動する方向）に対して垂直な成分を有する方向の軸であるので、モーターの動作によって駆動軸が回転すると、装着部１１及び温度勾配形成部３０が回転される。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示される例では、駆動機構２０は、回転軸Ｒで本体１０を１８０°回転させる。
【００９１】
ステップＳ１０８において、装着部１１及び温度勾配形成部３０の配置が、第１領域１１１と第２領域１１２との重力の作用する方向における位置関係が第１の配置とは逆である第２の配置になるので、反応液１４０は重力の作用によって第１領域１１１から第２領域１１２へと移動する。装着部１１及び温度勾配形成部３０の配置が第２の配置に達した場合に、制御部が駆動機構２０の動作を停止すると、装着部１１及び温度勾配形成部３０の配置が第２の配置に保持される。
【００９２】
ステップＳ１０８の後に、第２の配置において、第２の時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。本実施形態においては、図示しない制御部が第２の時間が経過したか否かを判定する。本実施形態においては、第２領域１１２はステップＳ１０２において第２の温度に加熱されているので、ステップＳ１１０においては、ステップＳ１０８で装着部１１及び温度勾配形成部３０の配置が第２の配置に達してからの時間が第２の時間に達したか否かを判定してもよい。第２の時間は、第２の配置に装着部１１及び温度勾配形成部３０を保持する時間である。第２の配置においては、反応液１４０は第２の温度に加熱されるので、第２の時間は、目的とする反応において反応液１４０を第２の温度で反応させる時間とすることが好ましい。本実施形態においては、アニーリングと伸長反応に必要な時間とすることが好ましい。
【００９３】
ステップＳ１１０において、第２の時間が経過していないものと判定した場合（ステップＳ１１０でＮＯの場合）には、第２の配置を保持する（ステップＳ１１２）。ステップＳ１１２の後、ステップＳ１１０において、第２の時間が経過したものと判定するまで、ステップＳ１１０とステップＳ１１２とを繰り返す。
【００９４】
ステップＳ１１０において、第２の時間が経過したものと判定した場合（ステップＳ１１０でＹＥＳの場合）には、熱サイクルの回数が所定のサイクル数に達したか否かを判定する（ステップＳ１１４）。本実施形態においては、図示しない制御部が熱サイクルの回数が所定のサイクル数に達したか否かを判定する。具体的には、ステップＳ１１０の手順が、所定回数完了したか否かを判定する。本実施形態においては、ステップＳ１１０が完了した回数は、ステップＳ１１０で「ＹＥＳ」と判定された回数で判定される。ステップＳ１０４からステップＳ１１０までの一連の手順が１回行われると、反応液１４０に熱サイクルが１サイクル施されるので、ステップＳ１１０が完了した回数を、熱サイクルのサイクル数とすることができる。したがって、ステップＳ１１４により、目的とする反応に必要な回数の熱サイクルが反応液１４０に施されたか否かを判定できる。
【００９５】
ステップＳ１１４において、熱サイクルの回数が所定のサイクル数に達していないものと判定した場合（ステップＳ１１４でＮＯの場合）には、駆動機構２０により、装着部１１及び温度勾配形成部３０を第２の配置から第１の配置へ回転させる（ステップＳ１１６）。本実施形態の熱サイクル装置１においては、制御部の制御によって駆動機構２０が本体１０を回転駆動することにより、装着部１１及び温度勾配形成部３０を、同一の回転軸Ｒで第２の配置から第１の配置へ回転させる。本実施形態においては、駆動軸を回転軸Ｒとして、モーターによってフランジ１６を回転駆動すると、フランジ１６に固定されている装着部１１及び温度勾配形成部３０が回転される。回転軸Ｒは、前記移動方向（反応液１４０が移動する方向）に対して垂直な成分を有する方向の軸であるので、モーターの動作によって駆動軸が回転すると、装着部１１及び温度勾配形成部３０が回転される。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示される例では、駆動機構２０は、回転軸Ｒで本体１０を１８０°回転させる。
【００９６】
ステップＳ１１６の後に、再びステップＳ１０４を行う。ステップＳ１１６の後にステップＳ１０４を行う場合には、装着部１１及び温度勾配形成部３０の配置が第１の配置に達してからの時間が第１の時間に達したか否かを判定してもよい。
【００９７】
ステップＳ１１４において、熱サイクルの回数が所定のサイクル数に達したものと判定した場合（ステップＳ１１４でＹＥＳの場合）には、熱サイクル処理を終了する。
【００９８】
なお、ステップＳ１０８とステップＳ１１６とで、装着部１１及び温度勾配形成部３０を、駆動機構２０によって反対方向に回転させてもよい。これにより、回転によって生じる導線１５などの配線の捩れを低減するための特別な機構（例えば、スリップリング）が不要となる。したがって、小型化に適した熱サイクル装置を実現できる。
【００９９】
また、ステップＳ１０８とステップＳ１１６とで、同じ方向への回転を複数回行った後に、反対方向へ同じ回数回転させてもよい。これにより、配線に生じた捩れを解消できるので、回転によって生じる導線１５などの配線の捩れを低減するための特別な機構（例えば、スリップリング）が不要となる。したがって、小型化に適した熱サイクル装置を実現できる。
【０１００】
本実施形態に係る熱サイクル装置１においては、第１の配置及び第２の配置において反応容器１００を保持する時間の長さが反応液１４０を加熱する時間に相当する。したがって、熱サイクル処理において反応液１４０を加熱する時間を容易に制御できる。
【０１０１】
また、本実施形態の熱サイクル装置１は、第１の時間が経過した場合に第１の配置から第２の配置へ、第２の時間が経過した場合に第２の配置から第１の配置へ、装着部１１及び温度勾配形成部３０の配置を切換える。これにより、反応液１４０は第１の温度に第１の時間、第２の温度に第２の時間加熱されるので、反応液１４０を加熱する時間をより正確に制御できる。したがって、より正確な熱サイクルを反応液１４０に施すことができる。
【０１０２】
上述の熱サイクル処理手順例においては、第１の温度及び第２の温度は熱サイクル処理の開始から終了まで一定としたが、第１の温度及び第２の温度のうち少なくとも一方を処理の途中で変更してもよい。すなわち、温度勾配形成部３０は、複数パターンの温度勾配を形成できるように構成されていてもよい。第１の温度及び第２の温度は、制御部が温度勾配形成部３０を制御することによって変更できる。したがって、温度勾配形成部３０を構成するヒーターの数を増やしたり、装置の構造を複雑にしたりすることなく、例えば逆転写ＰＣＲ（ＲＴ−ＰＣＲ、反応の概要は「６．実施例」の項で後述される）のような、２種類以上の温度の組み合わせを必要とする反応を行うことができる。したがって、小型化に適した熱サイクル装置を実現できる。
【０１０３】
上述の熱サイクル処理手順例においては、駆動機構２０の回転によって装着部１１及び温度勾配形成部３０の配置を切換える場合の回転角度が１８０°である例を示したが、回転角度は、流路１１０内の温度勾配に対して、反応液１４０が存在する位置を変化させることができる角度であればよい。例えば、回転角度が１８０°未満であれば、反応液１４０の移動速度が遅くなる。したがって、回転角度を調節することで、反応液１４０が第１の温度と第２の温度との間を移動する時間を調節できる。すなわち、反応液１４０の温度が第１の温度と第２の温度との間で変化する時間を調節できる。
【０１０４】
５．第２実施形態に係る熱サイクル装置及び装着される反応容器の構成
図８（Ａ）は、第２実施形態に係る熱サイクル装置２の蓋５０を閉じた状態を表す斜視図、図８（Ｂ）は、第２実施形態に係る熱サイクル装置２の蓋５０を開けた状態を表す斜視図である。図９は、図８（Ａ）のＣ−Ｃ線を通り回転軸Ｒに垂直な面に投影した本体１０ａの構成を模式的に示す図である。図１０は、第２実施形態に係る熱サイクル装置２に装着される反応容器１００ａの構成を表す断面図である。図９及び図１０において、矢印ｇは重力の作用する方向を表す。図８（Ａ）のＤ−Ｄ線を通り回転軸Ｒを含む平面に投影した本体１０ａの構成は、図４に示される構成と同様である。以下においては第１実施形態に係る熱サイクル装置１とは異なる構成について詳述し、第１実施形態に係る熱サイクル装置１と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０５】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示されるように、熱サイクル装置２の本体１０ａにおいては、第１加熱部１２が底板１７から相対的に遠い側、第２加熱部１３が底板１７から相対的に近い側に配置されている。換言すると、図９に示されるように、第１加熱部１２が蓋５０から相対的に近い側、第２加熱部１３が蓋５０から相対的に遠い側に配置されている。
【０１０６】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示されるように、熱サイクル装置２は蛍光検出器４０を含んでもよい。これにより、例えばリアルタイムＰＣＲのような蛍光検出を伴う用途に熱サイクル装置２を使用できる。蛍光検出器４０の数は検出が問題なく行える限り任意である。図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示される例では、１個の蛍光検出器４０をスライド棒２２に沿って移動させて蛍光検出を行う。蛍光検出を行う場合には、装着部１１の内部を蛍光検出できる測定窓１８を本体１０ａの第２加熱部１３側に設けることが好ましい。これにより、蛍光検出器４０と、反応液１４０との間に存在する部材を少なくすることができるので、より適切な蛍光測定ができる。図９に示される例では、蓋５０から遠い側に設けられた第２加熱部１３に測定窓１８が設けられている。これにより、低温側（アニーリング及び伸長反応を行う温度）で蛍光測定を行うリアルタイムＰＣＲにおいて適切な蛍光測定ができる。蓋５０の側から蛍光測定を行う場合には、封止部１２０や蓋５０が測定に影響を与えない設計とすることが好ましい。
【０１０７】
第２実施形態に係る熱サイクル装置２においては、反応容器１００ａと装着部１１とが勘合するように構成されている。反応容器１００ａと装着部１１とが勘合する構造は、例えば図９及び図１０に示されるように、反応容器１００ａに設けた突出部１１３を、装着部１１に設けた凹部６０にはめ込む構造が採用できる。これにより、温度勾配形成部３０に対する反応容器１００ａの向きを一定に保つことができる。したがって、熱サイクルの途中で反応容器１００ａの向きが変化することを抑制できるので、反応液１４０に与えられる温度環境をより精密に制御できる。したがって、より正確な熱サイクルを反応液１４０に施すことができる。
【０１０８】
熱サイクル装置２は、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示されるように、操作部２５を含んでもよい。操作部２５はＵＩ（ユーザーインターフェイス）であり、熱サイクル条件を設定するための操作を受け付ける機器である。操作部２５を操作することにより、熱サイクル条件として、例えば、第１の温度、第２の温度、第１の時間、第２の時間、及び熱サイクルのサイクル数のうち、少なくとも１つを設定できるように構成されていてもよい。操作部２５は制御部と機械的又は電子的に連動しており、操作部２５での設定が制御部の制御に反映される。これにより、反応液１４０に施される熱サイクル条件を変更できるので、所望の熱サイクルを反応液１４０に施すことができる。操作部２５は、上記のいずれかの項目を個別に設定できるものであっても、例えば事前に登録した複数の熱サイクル条件の中から１つを選択すると、必要な項目を制御部が設定するものであってもよい。図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示される例では、操作部２５はボタン式であり、項目別にボタンを押すことで熱サイクル条件を設定できる。
【０１０９】
熱サイクル装置２は、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示されるように、表示部２４を含んでもよい。表示部２４は表示装置であり、熱サイクル装置２に関する各種情報を表示する。表示部２４は、操作部２５で設定される熱サイクル条件や熱サイクル処理中に計測された時間や温度を表示してもよい。例えば、操作部２５を操作して設定を行う場合には入力された条件を表示したり、熱サイクル処理中には温度センサーによって測定された温度、第１の配置又は第２の配置において経過した時間、熱サイクルを施したサイクル数を表示したりしてもよい。また、熱サイクル処理が終了した場合や、装置に何らかの異常が発生した場合にも、その旨を表示してもよい。さらに、音声による通知を行ってもよい。表示や音声による通知を行うことで、熱サイクル処理の進行や終了を装置の使用者が容易に把握できる。
【０１１０】
第１実施形態においては、スペーサー１４と固定板１９とが別個の部材である例を示したが、図９に示されるように、スペーサー１４と固定板１９とが一体に形成されていてもよい。また、底板１７とスペーサー１４、あるいは底板１７と固定板１９とが一体に形成されていてもよい。
【０１１１】
熱サイクル装置２の内部を観察するためには、図８（Ａ）、図８（Ｂ）及び図９に示されるように、本体１０ａに観察窓２３を設けてもよい。観察窓２３は、例えば、スペーサー１４又は固定板１９に形成された穴やスリットであってもよい。図９に示される例では、観察窓２３は固定板１９と一体に形成された透明なスペーサー１４に設けられた凹部である。観察窓２３を設けることで、観察者と観察対象の反応容器１００ａの間に存在する部材の厚みを少なくできるので、内部の観察が容易になる。
【０１１２】
第２実施形態に係る熱サイクル装置２においても、「４．熱サイクル装置の熱サイクル処理手順例」の項で述べられた熱サイクル処理手順例が適用できる。上述の処理手順例においては、第１の温度、第２の温度、第１の時間、第２の時間、熱サイクルのサイクル数及び駆動機構２０の動作を制御部によって制御する例を示したが、これらの項目のうち少なくとも１つを使用者が制御することも可能である。使用者が第１の温度又は第２の温度を制御する場合は、例えば温度センサーによって測定された温度を表示部２４で表示し、使用者が操作部２５を操作して温度を調節してもよい。使用者が熱サイクルのサイクル数を制御する場合、所定回数に達した場合に使用者が熱サイクル装置１を停止させてもよい。サイクル数の計数は、使用者が行っても、熱サイクル装置２が計数を行ってサイクル数を表示部２４に表示してもよい。
【０１１３】
使用者が第１の時間又は第２の時間を制御する場合には、所定の時間に達したか否かを使用者が判断し、熱サイクル装置２に装着部１１及び温度勾配形成部３０の配置を切換えさせる。すなわち、図６におけるステップＳ１０４及びステップＳ１１０と、ステップＳ１０８及びステップＳ１１６の少なくとも一部を使用者が行ってもよい。熱サイクル装置１とは連動しないタイマーを用いて必要な時間を計測しても、熱サイクル装置２の表示部２４に経過した時間を表示してもよい。配置の切換えは、操作部２５（ＵＩ）を操作することで行っても、駆動機構２０にハンドルを採用して手動で行ってもよい。
【０１１４】
６．実施例
以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されない。
【０１１５】
６−１．第１実施例；シャトルＰＣＲ
本実施例においては、第２実施形態に係る熱サイクル装置２を用いた、蛍光測定を伴うシャトルＰＣＲを説明するが、第１実施形態に係る熱サイクル装置１を用いてもよい。
【０１１６】
図１１は、第１実施例における熱サイクルの手順を示すフローチャートである。図７と比較すると、ステップＳ２００、ステップＳ２０２、ステップＳ２０４、ステップＳ２０６及びステップＳ２０８を含む点が異なっている。また、本実施例における蛍光検出器４０は、ＦＬＥ１０００（日本板硝子社製）である。
【０１１７】
本実施例の反応容器１００ａは外形が円柱状であり、内径２ｍｍ、長さ２５ｍｍの円柱状の流路１１０を有する。反応容器１００ａは１００度以上の耐熱性を有するポリプロピレン樹脂で形成されている。流路１１０内には、液体１３０として、ジメチルシリコーンオイル（ＫＦ−９６Ｌ−２ｃｓ、信越シリコーン社製）が約１３０μｌ充填されている。本実施例の反応液１４０ａは、ヒトβアクチンＤＮＡ１μｌ（ＤＮＡ量は１０３コピー／μｌ）、ＰＣＲマスターミックス（GeneAmp Fast PCR Master Mix (2x)、Applied Biosystems社製、「GeneAmp」は登録商標）１０μｌ、プライマー及びプローブ（Pre-Developed TaqMan Assay Reagents Human ACTB、Applied Biosystems社製、「TaqMan」は登録商標）１μｌ、PCR Water(Water, PCR Grade、Roche Diagnostics社製)８μｌの混合物である。ＤＮＡは、市販のTotal RNA （qPCR Human Reference Total RNA、Clontech社製）から逆転写したｃＤＮＡを使用した。
【０１１８】
まず、マイクロピペットを用いて１μｌの反応液１４０ａを流路１１０に導入した。反応液１４０ａは水溶液であるので、上述のジメチルシリコーンオイルとは混和せず、液体１３０中に直径約１．５ｍｍの球形をした液滴の状態となった。また、上述のジメチルシリコーンオイルの比重は２５℃で約０．８７３であるので、反応液１４０ａ（比重約１．０）は重力の作用する方向における流路１１０の最下部に位置した。次いで流路１１０の一方の端部を栓（封止部１２０）で封止して、熱サイクル処理を開始した。
【０１１９】
まず、本実施例の反応容器１００ａを、熱サイクル装置２の装着部１１に装着する（ステップＳ１００）。本実施例においては、上述の反応容器１００ａを１４本使用した。ステップＳ１００の完了直後の装着部１１及び温度勾配形成部３０の配置は第２の配置であり、反応液１４０ａは第２領域１１２に、すなわち第２加熱部１３の側に位置している。ステップＳ１００の後、蓋５０によって装着部１１を覆い、熱サイクル装置２を作動させると、蛍光検出器４０により蛍光測定が行われる（ステップＳ２００）。熱サイクル装置２は、第２の配置において、測定窓１８と蛍光検出器４０とが対向する。したがって、第２の配置において蛍光検出器４０を動作させると、測定窓１８を介して蛍光測定が行われる。本実施例においては、スライド棒２２に沿って蛍光検出器４０を移動させることで、複数の反応容器１００ａに対して順次測定を行った。ステップＳ２００において、全ての反応容器１００ａの測定が完了することでステップＳ２００を完了する。本実施例においては、全ての測定窓１８に対して蛍光測定が完了することでステップＳ２００を完了する。
【０１２０】
ステップＳ２００の後、駆動機構２０により、装着部１１及び温度勾配形成部３０を第２の配置から第１の配置へ回転させる（ステップＳ２０２）。これにより、反応液１４０ａが第１領域１１１に移動する。
【０１２１】
ステップＳ２０２の後、温度勾配形成部３０により、反応容器１００ａの流路１１０に対して温度勾配を形成する（ステップＳ１０２）。本実施例においては、第１の温度は９５℃、第２の温度は６６℃とする温度勾配を形成する。これにより、反応容器１００ａの第１領域１１１から第２領域１１２へ向けて、９５℃から６６℃へと温度が低くなる温度勾配が形成される。ステップＳ１０２の開始時点においては、反応液１４０ａは第１領域１１１にあるので９５℃に加熱される。
【０１２２】
ステップＳ１０２の後、第１の配置において第３の時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ２０４）。本実施例の反応容器１００ａの大きさであれば、加熱開始から温度勾配が形成されるまでの時間は無視できる程度であるので、加熱開始と同時に、経過時間の計測を開始してもよい。本実施例における第３の時間は１０秒であり、その間に反応容器１００ａ内でＰＣＲのホットスタートが行われる。すなわち、第３の時間はホットスタートに必要な時間である。ホットスタートは、反応液１４０ａに含まれるＤＮＡポリメラーゼを熱によって活性化させ、ＤＮＡの増幅が可能な状態にする処理である。ステップＳ２０４で第３の時間が経過していないものと判定した場合（ステップＳ２０４でＮＯの場合）には、第１の配置を保持する（ステップＳ２０６）。ステップＳ２０６の後、ステップＳ２０４において、第３の時間が経過したものと判定するまで、ステップＳ２０４とステップＳ２０６とを繰り返す。
【０１２３】
ステップＳ２０４で第３の時間が経過したものと判定した場合（ステップＳ２０４でＹＥＳの場合）には、第１の配置においてさらに第１の時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。本実施例における第１の時間は１秒である。すなわち、９５℃で２本鎖ＤＮＡを解離させる処理が１秒間行われる。ステップＳ２０４及びステップＳ１０４では、ともに反応液１４０ａが第１の温度に置かれるので、ステップＳ２０４に続いてステップＳ１０４を行う場合には、実質的にポリメラーゼの活性化とＤＮＡの解離とが並行に進行する。ステップＳ１０４で第１の時間が経過していないものと判定した場合（ステップＳ１０４でＮＯの場合）には、第１の配置を保持する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６の後、ステップＳ１０４において、第１の時間が経過したものと判定するまで、ステップＳ１０４とステップＳ１０６とを繰り返す。
【０１２４】
ステップＳ１０４で第１の時間が経過したものと判定した場合（ステップＳ１０４でＹＥＳの場合）には、駆動機構２０により、装着部１１及び温度勾配形成部３０を第１の配置から第２の配置へ回転させる（ステップＳ１０８）。これにより、反応液１４０ａは重力の作用によって流路１１０の９５℃の領域から６６℃の領域へと移動する。本実施例においては、ステップＳ１０８における回転に要する時間は３秒であり、この間に反応液１４０ａが第２領域１１２へと移動する。駆動機構２０は制御部による制御によって、第２の配置に達した場合に回転動作を停止する。
【０１２５】
ステップＳ１０８の後に、第２の配置において第２の時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。本実施例における第２の時間は１５秒である。すなわち、６６℃でのアニーリングと伸長反応が１５秒間行われる。ステップＳ１１０で第２の時間が経過していないものと判定した場合（ステップＳ１１０でＮＯの場合）には、第２の配置を保持する（ステップＳ１１２）。ステップＳ１１２の後、ステップＳ１１０において、第１の時間が経過したものと判定するまで、ステップＳ１１０とステップＳ１１２とを繰り返す。
【０１２６】
ステップＳ１１０で第２の時間が経過したものと判定した場合（ステップＳ１１０でＹＥＳの場合）には、熱サイクルのサイクル数が所定のサイクル数に達したか否かを判定する（ステップＳ１１４）。本実施例における所定のサイクル数は５０回である。すなわち、ステップＳ１０４及びステップＳ１１０で「ＹＥＳ」と判定した回数が５０回に達したか否かを判定する。
【０１２７】
ステップＳ１１４において、熱サイクルの回数が所定のサイクル数に達していないものと判定した場合（ステップＳ１１４でＮＯの場合）には、駆動機構２０により、装着部１１及び温度勾配形成部３０を第２の配置から第１の配置へ回転させる（ステップＳ１１６）。これにより、反応液１４０ａは重力の作用によって流路１１０の６６℃の領域から９５℃の領域へと移動する。駆動機構２０は制御部による制御によって、第１の配置に達した場合に回転動作を停止する。ステップＳ１１６の後、再度ステップＳ１０４が実行される。すなわち、２回目の熱サイクルが開始される。
【０１２８】
ステップＳ１１４において、熱サイクルの回数が所定のサイクル数に達したものと判定した場合（ステップＳ１１４でＹＥＳの場合）には、蛍光検出器４０により、蛍光測定を行う（ステップＳ２０８）。ステップＳ２０８での具体的な処理は、ステップＳ２００と同様である。ステップＳ２０８の後、温度勾配形成部３０による加熱を停止して熱サイクル処理を完了する。
【０１２９】
図１４（Ａ）は、第１実施例における蛍光測定の結果を示す表である。熱サイクル処理を施す前の蛍光輝度（強度）を「反応前」、熱サイクルを所定回数施した後の蛍光輝度を「反応後」として示した。輝度変化率（％）は次の式（１）で算出した値である。
【０１３０】
（輝度変化率）＝１００＊{（反応後）−（反応前）}／（反応前）・・・（１）
【０１３１】
本実施例で使用したプローブはTaqManプローブである。このプローブは核酸が増幅されると検出される蛍光輝度が増加する性質を有する。図１４（Ａ）に示す通り、熱サイクル処理を行う前と比較して、熱サイクル処理を行った後では反応液１４０ａの蛍光輝度は増加した。算出された輝度変化率は核酸が十分に増幅されたことを示す値であり、本実施例の熱サイクル装置２によって核酸が増幅されたことが確認できた。
【０１３２】
本実施例においては、まず、反応液１４０ａを９５℃に１秒間保持し、駆動機構２０によって本体１０ａを半回転させることで６６℃に１５秒間保持できる。再度駆動機構２０によって本体１０ａを半回転させることで、再び反応液１４０ａを９５℃に保持できる。すなわち、駆動機構２０によって装着部１１及び温度勾配形成部３０の配置を切換えることにより、第１の配置及び第２の配置に所望の時間反応液１４０ａを保持できる。したがって、熱サイクル処理において第１の時間と第２の時間が異なる場合にも、加熱する時間を容易に制御できるので、所望の熱サイクルを反応液１４０ａに施すことができる。
【０１３３】
本実施例においては、第１の温度における加熱時間が１秒、第２の温度における加熱時間が１５秒、反応液１４０ａが第１領域１１１と第２領域１１２の間を移動するのに要する時間が３秒（往復で６秒）であるので、１サイクルの所要時間は２２秒である。したがって、サイクル数が５０回である場合には、ホットスタートを含めて約１９分で熱サイクルを完了できる。
【０１３４】
６−２．第２実施例；１ｓｔｅｐ ＲＴ−ＰＣＲ
本実施例においては、第２実施形態に係る熱サイクル装置２を用いた、蛍光測定を伴う１ｓｔｅｐ ＲＴ−ＰＣＲを説明するが、第１実施形態に係る熱サイクル装置１を用いてもよい。
【０１３５】
図１２は、第２実施例における熱サイクルの手順を示すフローチャートである。図７と比較すると、ステップＳ３００、ステップＳ３０２、ステップＳ３０４、ステップＳ３０６、ステップＳ３０８、ステップＳ３１０、ステップＳ３１２、ステップＳ３１４及びステップＳ３１６を含む点が異なっている。また、本実施例における蛍光検出器４０は、２１０４ EnVision マルチラベルカウンター（PerkinElmer 社製）である。なお、以下の説明においては、第１実施例と異なる点を中心に説明する。
【０１３６】
ＲＴ−ＰＣＲ（reverse transcription‐polymerase chain reaction）は、ＲＮＡの検出又は定量を行うための手法である。逆転写酵素を用いて４５℃でＲＮＡを鋳型としてＤＮＡへの逆転写を行い、逆転写によって合成されたｃＤＮＡをＰＣＲによって増幅する。一般的なＲＴ−ＰＣＲでは、逆転写反応の工程とＰＣＲの工程とは独立しており、逆転写の工程とＰＣＲの工程との間で、容器を交換したり、試薬を追加したりする。これに対し１ｓｔｅｐ ＲＴ−ＰＣＲは、専用の試薬を用いることで逆転写及びＰＣＲの反応を連続して行う。本実施例は１ｓｔｅｐ ＲＴ−ＰＣＲを例とするので、第１実施例のシャトルＰＣＲの処理と本実施例の処理とを比較すると、逆転写を行うための処理（ステップＳ３０４からステップＳ３１０まで）及びシャトルＰＣＲへ移行するための処理（ステップＳ３１４）が行われる点が異なっている。
【０１３７】
本実施例の反応容器１００ｂは、反応液１４０ｂに含まれる成分が異なる以外は、第１実施例と同様である。図１３は、第２実施例における反応液１４０ｂの組成を示す表である。本実施例では、反応液１４０ｂとして、１ｓｔｅｐ ＲＴ−ＰＣＲ用の市販のキット（One Step SYBR PrimeScript PLUS RT-PCR kit、タカラバイオ社製、「SYBR」及び「PrimeScript」は登録商標）を図１３の組成に調製したものを使用した。なお、図１３の「Takara Ex Taq」は登録商標である。
【０１３８】
まず、本実施例の反応容器１００ｂを、熱サイクル装置２の装着部１１に装着する（ステップＳ１００）。本実施例においては、上述の反応容器１００ｂを３本使用した。ステップＳ１００の後、蓋５０によって装着部１１を覆い、熱サイクル装置２を作動させると、蛍光検出器４０により蛍光測定が行われる（ステップＳ３００）。
【０１３９】
ステップＳ３００の後、温度勾配形成部３０により、反応容器１００ｂの流路１１０に対して第１の温度勾配を形成する（ステップＳ３０２）。本実施例においては、第１の温度は９５℃、第２の温度は４２℃とする温度勾配を形成する。これにより、反応容器１００ｂの第１領域１１１から第２領域１１２へ向けて、９５℃から４２℃へと温度が低くなる温度勾配が形成される。ステップＳ３０２の開始時点においては、反応液１４０ｂは第２領域１１２にあるので４２℃に加熱される。
【０１４０】
ステップＳ３０２の後、第２の配置において第４の時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ３０４）。本実施例の反応容器１００ｂの大きさであれば、加熱開始から温度勾配が形成されるまでの時間は無視できる程度であるので、加熱開始と同時に、経過時間の計測を開始してもよい。本実施例における第４の時間は３００秒であり、その間に反応容器１００ｂ内でＲＮＡからＤＮＡへの逆転写が行われる。すなわち、第４の時間は、反応容器１００ｂ内でＲＮＡからＤＮＡへの逆転写が行われるために必要な時間である。ステップＳ３０４で第４の時間が経過していないものと判定した場合（ステップＳ３０４でＮＯの場合）には、第２の配置を保持する（ステップＳ３０６）。ステップＳ３０６の後、ステップＳ３０４において、第４の時間が経過したものと判定するまで、ステップＳ３０４とステップＳ３０６とを繰り返す。
【０１４１】
ステップＳ３０４で第４の時間が経過したものと判定した場合（ステップＳ３０４でＹＥＳの場合）には、駆動機構２０により、装着部１１及び温度勾配形成部３０を第２の配置から第１の配置へ回転させる（ステップＳ３０８）。これにより、反応液１４０ｂは重力の作用によって流路１１０の４２℃の領域から９５℃の領域へと移動する。本実施例においては、ステップＳ３０８における回転に要する時間は３秒であり、この間に反応液１４０ｂが第１領域１１１へと移動する。駆動機構２０は制御部による制御によって、第１の配置に達した場合に回転動作を停止する。
【０１４２】
ステップＳ３０８の後、第１の配置において第５の時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ３１０）。本実施例における第５の時間は１０秒である。第１領域１１１は９５℃に加熱されているので、ステップＳ３０８によって第１領域１１１へ移動した反応液１４０ｂは９５℃に加熱される。反応液１４０ｂが９５℃で１０秒間加熱されることによって、反応液１４０ｂに含まれる逆転写酵素が失活する。すなわち、第５の時間は、反応液１４０ｂに含まれる逆転写酵素を失活させるために必要な時間である。ステップＳ３１０で第５の時間が経過していないものと判定した場合（ステップＳ３１０でＮＯの場合）には、第１の配置を保持する（ステップＳ３１２）。ステップＳ３１２の後、ステップＳ３１０において、第５の時間が経過したものと判定するまで、ステップＳ３１０とステップＳ３１２とを繰り返す。
【０１４３】
ステップＳ３１０で第５の時間が経過したものと判定した場合（ステップＳ３１０でＹＥＳの場合）には、温度勾配形成部３０により、反応容器１００ｂの流路１１０に対して第２の温度勾配を形成する（ステップＳ３１４）。本実施例においては、第１の温度は９５℃、第２の温度は６０℃とする温度勾配を形成する。これにより、反応容器１００ｂの第１領域１１１から第２領域１１２へ向けて、９５℃から６０℃へと温度が低くなる温度勾配が形成される。これにより、第１領域１１１が９５℃、第２領域１１２が６０℃となるので、反応容器１００ｂの流路１１０にシャトルＰＣＲに適した温度勾配が形成される。
【０１４４】
ステップＳ３１４の後、第１の時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４において、ステップＳ３１４が完了してから経過した時間が、第１の時間に達したか否かを判定してもよい。例えば、ステップＳ１０４において、温度センサーで反応容器１００ｂの温度を測定し、所望の温度に達した時点でステップＳ３１４が完了したものとしてもよい。本実施例においては、温度の変更に要する時間が無視できる程度であるので、ステップＳ３１４の開始と同時に、経過時間の計測を開始する。ステップＳ１１６に続いて行われる場合のステップＳ１０４は、第１実施例と同様である。
【０１４５】
本実施例におけるステップＳ１０６からステップＳ１１６までの処理は、熱サイクル処理の具体的な反応条件が異なる以外は第１実施例と同様である。第１の時間を５秒、第２の時間を３０秒、所定のサイクル数を４０回として、ステップＳ１０４からステップＳ１１６を繰り返すことにより、シャトルＰＣＲが行われる。
【０１４６】
ステップＳ１１４において、熱サイクルの回数が所定のサイクル数に達したものと判定した場合（ステップＳ１１４でＹＥＳの場合）には、蛍光検出器４０により、蛍光測定を行う（ステップＳ３１６）。ステップＳ３１６での具体的な処理は、ステップＳ３００と同様である。ステップＳ３１６の後、温度勾配形成部３０による加熱を停止して熱サイクル処理を完了する。
【０１４７】
図１４（Ｂ）は、第２実施例における蛍光測定の結果を示す表である。熱サイクル処理を施す前の蛍光輝度（強度）を「反応前」、熱サイクルを所定回数施した後の蛍光輝度を「反応後」として示した。輝度変化率（％）は上述した式（１）で算出した値である。
【０１４８】
本実施例で使用したプローブはSYBR Green Iである。このプローブも、核酸増幅に伴い検出される蛍光輝度が増加する。図１４（Ｂ）に示される通り、熱サイクル処理を行う前と比較して、熱サイクル処理を行った後では反応液１４０の蛍光輝度は増加した。算出された輝度変化率は核酸が十分に増幅されたことを示す値であり、本実施例の熱サイクル装置２によって核酸が増幅されたことが確認できた。
【０１４９】
本実施例においては、加熱温度を途中で変更することにより変更された温度に反応液１４０ｂを加熱できる。したがって、第１実施例（シャトルＰＣＲ）と同様の効果に加えて、加熱部の数を増やしたり、装置の構造を複雑にしたりすることなく、加熱温度の異なる処理を１台の装置で行うことができるという効果を得ることができる。さらに、反応液１４０ｂを第１の配置及び第２の配置において反応容器１００ｂを保持する時間を変更することで、装置や反応容器の構造を複雑にすることなく、途中で加熱時間を変更する必要のある反応を行うことができる。
【０１５０】
なお、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、複数を適宜組み合わせることが可能である。
【０１５１】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１５２】
１，２  熱サイクル装置、１０，１０ａ  本体、１１  装着部、１１ａ  第１の装着部、１１ｂ  第２の装着部、１２  第１加熱部、１２ａ  第１ヒーター、１２ｂ  第１ヒートブロック、１３  第２加熱部、１３ａ  第２ヒーター、１３ｂ  第２ヒートブロック、１４  スペーサー、１５  導線、１６  フランジ、１７  底板、１８  測定窓、１９  固定板、２０  駆動機構、２１  軸受け、２２  スライド棒、２３  観察窓、２４  表示部、２５  操作部、３０  温度勾配形成部、４０  蛍光検出器、５０  蓋、５１  固定部、６０  凹部、１００，１００ａ，１００ｂ  反応容器、１１０  流路、１１１  第１領域、１１２  第２領域、１１３  突出部、１２０  封止部、１３０  液体、１４０，１４０ａ，１４０ｂ  反応液、Ｒ  回転軸、Ｒ１  方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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