(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置であって、
（ａ）ＰＣＲを行うための反応容器を収容するように適応されたチャネルを加熱又は冷却し、上部面と下部面とを有する第１熱源と、
（ｂ）前記チャネルを加熱又は冷却し、上部面と前記第１熱源の上部面と向き合う下部面とを有する第２熱源と、
（ｃ）前記チャネルを加熱又は冷却し、上部面と前記第２熱源の上部面と向き合う下部面とを有する第３熱源であって、前記チャネルは、前記第１熱源と接触する下端部と前記第３熱源の上部面と接する貫通口により定義され、また前記下端部と前記貫通口との間の中心点がチャネル軸を形成し、前記チャネル軸を基準に前記チャネルが配置される、第３熱源と、
（ｄ）前記第２又は第３熱源の少なくとも一部内で前記チャネルの周囲に配置された少なくとも一つのチャンバーであって、前記チャンバーは、前記第２又は第３熱源及び前記チャネルの間に、前記第２又は第３熱源と前記チャネルとの間の熱伝逹を減少させるほど十分なチャンバーギャップを有する、少なくとも一つのチャンバーと、
（ｅ）前記第１熱源内で前記チャネルを収容するように適応された収容口と
を備えることを特徴とする、熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
【請求項２】
前記装置は、前記第１熱源の上部面と前記第２熱源の下部面との間に位置した第１断熱体を備え、かつ、
前記装置は、前記第２熱源の上部面と前記第３熱源の下部面との間に位置した第２断熱体を備える
ことを特徴とする、請求項１に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
【請求項３】
前記装置は、前記第２熱源内に完全に位置した第１チャンバーを備え、
前記第１チャンバーは、前記チャネル軸に沿って第１チャンバーの下端部と向き合う第１チャンバーの上端部を備え、かつ、
前記第１チャンバーは、前記チャネル軸の周囲に配置された少なくとも一個のチャンバー壁を備える
ことを特徴とする、請求項１に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
【請求項４】
前記装置は、前記第２熱源に位置する第２チャンバーをさらに備えることを特徴とする、請求項３に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
【請求項５】
前記第１断熱体及び第２断熱体は、固体又は気体を含むことを特徴とする、請求項２に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
【請求項６】
前記第１チャンバーは、固体又は気体を含むことを特徴とする、請求項３に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
【請求項７】
前記気体は、空気であることを特徴とする、請求項５ないし６のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
【請求項８】
前記第１チャンバーは、前記チャネル軸に垂直な面に沿って前記チャネルを基準に対称的に配置されることを特徴とする、請求項３に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
【請求項９】
前記第１チャンバーの少なくとも一部は、前記チャネル軸に垂直な面に沿って前記チャネルを基準に非対称的に配置されることを特徴とする、請求項３に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
【請求項１０】
前記装置は、前記第２熱源内に位置する前記第１チャンバー及び前記第２チャンバーを備え、前記第１チャンバーは、前記第２チャンバーから前記チャネル軸の方向の長さ（ｌ）だけ離隔しており、前記長さ（ｌ）が０．１ｍｍないし前記チャネル軸の方向の前記第２熱源の高さの８０％であることを特徴とする、請求項４に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
【請求項１１】
前記第１チャンバー、前記第２チャンバー、及び前記第２熱源は、前記第１熱源からの又は前記第３熱源への熱伝逹を減少させるほど十分な面積と厚さで前記第１及び第２チャンバーの間で前記チャネルと接触する第１温度ブレーキを定義することを特徴とする、請求項１０に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
【請求項１２】
前記装置は、前記第１熱源の上部面と前記第２熱源の下部面との間に位置した第１断熱体を備え、かつ、
前記第１チャンバーは、前記第２熱源内に位置し、前記第１チャンバー及び前記第１断熱体は、前記第１熱源からの熱伝逹を減少させるほど十分な面積と厚さで前記第１チャンバー及び前記第１断熱体の間で前記チャネルと接触する第１温度ブレーキを定義することを特徴とする、請求項３に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
【請求項１３】
前記第１温度ブレーキは、上部面と下部面とを有し、かつ、
前記第１温度ブレーキの前記下部面は、前記第２熱源の前記下部面と同じ高さに位置する
ことを特徴とする、請求項１２に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
【請求項１４】
前記第２熱源は、前記第２熱源から遠ざかり、前記第１又は第３熱源に向かって延びる少なくとも一つの突出部を備えることを特徴とする、請求項１〜６及び８〜１３のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
【請求項１５】
前記第１熱源は、前記第１熱源から遠ざかり、前記第２熱源に向かって伸びる、又は、前記第１熱源の下部面から遠ざかって延びる少なくとも一つの突出部を備えることを特徴とする、請求項１〜６及び８〜１３のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
【請求項１６】
前記第３熱源は、前記第３熱源から遠ざかり、前記第２熱源に向かって伸びる、又は、前記第３熱源の上部面から遠ざかって延びる少なくとも一つの突出部を備えることを特徴とする、請求項１〜６及び８〜１３のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
【請求項１７】
前記装置は、前記チャネル軸が重力方向に対して傾斜するように適用されることを特徴とする、請求項１〜６及び８〜１３のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
【請求項１８】
前記チャネル軸は、前記第１、第２、及び第３熱源のうち何れか一つの上部面又は下部面に垂直で、前記装置は、傾斜していることを特徴とする、請求項１７に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
【請求項１９】
熱対流により重合酵素連鎖反応（ＰＣＲ）を行うための方法であって、
（ａ）二本鎖核酸分子を変性させて一本鎖鋳型を形成するのに適した温度範囲に、収容口を備える第１熱源を維持するステップと、
（ｂ）少なくとも一つのオリゴヌクレオチドプライマーを前記一本鎖鋳型にアニールするのに適した温度範囲に第３熱源を維持するステップと、
（ｃ）前記一本鎖鋳型に沿って前記プライマーの重合を助けるのに適した温度に第２熱源を維持するステップであって、
ここで、チャネルは、前記第１熱源と接触する前記収容口の下端部と前記第３熱源の上部面と接する貫通口により定義され、
前記チャネルは、反応容器を収容するように適応されており、更に、
前記収容口の下端部と前記貫通口との間の中心点がチャネル軸を形成し、前記チャネル軸を基準に前記チャネルが配置される、ステップと、
（ｄ）プライマー伸長生成物を生成するのに十分な条件下で前記収容口と前記第３熱源との間に熱対流を生成するステップと
を含み、
前記方法が、前記反応容器を、前記収容口、及び、前記第２又は第３熱源のうち少なくとも一つの中に配置されたチャンバーに接触させるステップをさらに含み、
前記チャンバーは、前記第２又は第３熱源及び前記チャネルの間にチャンバーギャップを有し、
前記接触させるステップは、前記反応容器内で前記熱対流を助けるほど十分である、
ことを特徴とする、熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
【請求項２０】
前記反応容器が、水溶液内にある前記二本鎖核酸分子及びオリゴヌクレオチドプライマー、並びに、水溶液内にあるＤＮＡ重合酵素又は固定化されたＤＮＡ重合酵素を含むことを特徴とする、請求項１９に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
【請求項２１】
前記方法は、前記反応容器を前記第１及び第２熱源の間の第１断熱体及び前記第２及び第３熱源の間の第２断熱体に接触させるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１９に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
【請求項２２】
前記方法は、前記チャネル軸に対して対称的な前記反応容器内の流体流れを生成するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１９に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
【請求項２３】
前記方法は、前記チャネル軸を基準に非対称である前記反応容器内の流体流れを生成するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１９に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
【請求項２４】
少なくともステップ（ａ）ないし（ｃ）は、プライマー伸長生成物を生成するために、反応容器当たりの１Ｗの電力より少ない電力を消費することを特徴とする、請求項１９に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
【請求項２５】
前記ＰＣＲ伸長生成物は、１５分ないし３０分内又はより短い時間内に生成されることを特徴とする、請求項１９に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
【請求項２６】
熱対流により重合酵素連鎖反応（ＰＣＲ）を行うための方法であって、前記方法は、プライマー伸長生成物を生成するのに十分な条件下で請求項１〜６及び８〜１３のうちの何れか１項に記載の装置により収容される反応容器に、オリゴヌクレオチドプライマー、核酸鋳型、ＤＮＡ重合酵素、及び緩衝溶液を追加するステップを含むことを特徴とする、熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
【請求項２７】
少なくとも一つの光学検出装置をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜６及び８〜１３のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
【請求項２８】
少なくとも一つの光学検出装置を使用して前記プライマー伸長生成物をリアルタイムで検出するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１９〜２５のうちの何れか１項に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
【請求項２９】
少なくとも一つの光学検出装置を使用してプライマー伸長生成物をリアルタイムで検出するステップをさらに含む、請求項２６に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、多段熱対流装置に関し、特に、３段熱対流装置及びその使用法に関する。本装置は、重合酵素連鎖反応（ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  ｃｈａｉｎ  ｒｅａｃｔｉｏｎ（ＰＣＲ））を助ける少なくとも一つの温度形状化要素（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｓｈａｐｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）を備える。本発明は、従来の装置での面倒でかつたびたび高費用のハードウェアを使用しないで、鋳型ＤＮＡを増幅するのを含む非常に多様な応用を含む。一実施例において本装置は、携帯用ＰＣＲ増幅装置として使用されるために、ユーザの手の平に合うように作られることができる。
【背景技術】
【０００２】
背景技術
重合酵素連鎖反応（ＰＣＲ）は、温度変化サイクルが完了するごとにポリヌクレオチド配列（ｐｏｌｙｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ）を増幅させる技術である。例えば、次を参照すればよい。ＰＣＲ：Ａ  Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ａｐｐｒｏａｃｈ，ｂｙ  Ｍ．Ｊ．ＭｃＰｈｅｒｓｏｎ，ｅｔ  ａｌ．，ＩＲＬ  Ｐｒｅｓｓ（１９９１），ＰＣＲ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ：Ａ  Ｇｕｉｄｅ  ｔｏ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｂｙ  Ｉｎｎｉｓ，ｅｔ  ａｌ．，Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ  （１９９０），ａｎｄ  ＰＣＲ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：Ｐｒｉｎｃｉｐａｌｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  ＤＮＡ  Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ，Ｈ．  Ａ．  Ｅｒｌｉｃｈ，Ｓｔｏｃｋｔｏｎ  Ｐｒｅｓｓ（１９８９）．ＰＣＲは、Ｕ．Ｓ．  Ｐａｔ．  Ｎｏｓ．４，６８３，１９５；４，６８３，２０２；４，８００，１５９；４，９６５，１８８；４，８８９，８１８；５，０７５，２１６；５，０７９，３５２；５，１０４，７９２；５，０２３，１７１；５，０９１，３１０；ａｎｄ  ５，０６６，５８４を含む多くの特許にも説明されている。
【０００３】
多くの応用において、ＰＣＲは、関心の対象になるポリヌクレオチド（鋳型（ｔｅｍｐｌａｔｅ））を変性（ｄｅｎａｔｕｒｉｎｇ）した後、変性された鋳型に所望のプライマーオリゴヌクレオチド（ｐｒｉｍｅｒ  ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ）（「プライマー」）をアニーリングすることを伴う。アニーリング後、重合酵素（ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ）は、プライマーを含んで伸長される新しいポリヌクレオチドストランドの合成を触媒する。変性、プライマーアニーリング（ｐｒｉｍｅｒ  ａｎｎｅａｌｉｎｇ）、及びプライマー伸長（ｐｒｉｍｅｒ  ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）の一連のステップが単一ＰＣＲサイクルを構成する。このステップは、ＰＣＲ増幅過程の間に数回繰り返される。
【０００４】
サイクルが繰り返されながら、新しく合成されたポリヌクレオチドの量は、幾何級数的に増加する。多い実施例において、プライマーは、与えられた二本鎖ポリヌクレオチドの両方の鎖にアニーリングされうる対で選択される。この場合、二つのアニーリング地点間の領域が増幅されうる。
【０００５】
多重サイクルＰＣＲ実験の間に、反応混合物の温度を変化させる必要がある。例えば、ＤＮＡの変性は、一般に約９０℃ないし約９８℃又はそれ以上の温度で起き、プライマーが変性されたＤＮＡにアニーリングされることは、一般に約４５℃ないし約６５℃で行われ、アニーリングされたプライマーが重合酵素により伸長されるステップは、一般に約６５℃ないし約７５℃で行われる。このような温度ステップは、ＰＣＲが最適に行われるために、順次に繰り返されなければならない。
【０００６】
このような要求に応えるために、商業的に利用可能な多様な装置がＰＣＲを行うために開発されてきた。多くの装置の主要な構成要素として、一つ又はそれ以上の温度が調整された要素（時には、「ヒートブロック」と呼ばれる）がＰＣＲ試料を収容している形態の温度サイクラー（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｙｃｌｅｒ）が挙げられる。このようなヒートブロックの温度は、温度サイクリングを助けるために時間の経過によって変化するようになる。不幸にもこのような装置は、重要な欠点を有している。
【０００７】
例えば、大部分の装置は大型であり、面倒であり、一般に高価である。温度サイクリングを助けるヒートブロックを加熱し冷却するために、多量の電力が一般に必要である。ユーザは、多くの場合に広範囲な訓練を必要とする。したがって、このような装置は、一般に現場で使用するには適していない。
【０００８】
このような問題点を解消するための試みは、全的に成功的でなかった。例えば、一つの試みは、多数の温度が調整されたヒートブロックの使用を伴うことであって、各ブロックを望む温度に維持させ、試料をヒートブロックの間に移動させる方法である。しかしながら、この装置は、試料を互いに異なるヒートブロックの間に移動させるための複雑な機械装置の必要性及び一つ又はいくつかのヒートブロックを同時に加熱又は冷却する必要性などのような他の短所を有している。
【０００９】
あるＰＣＲ工程では、熱対流を利用しようとする努力があった。次を参照しなさい：Ｋｒｉｓｈｎａｎ，Ｍ．ｅｔａｌ．（２００２）  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２９８：７９３；Ｗｈｅｅｌｅｒ，Ｅ．Ｋ．（２００４）  Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．７６：４０１１〜４０１６；Ｂｒａｕｎ，Ｄ．（２００４）  Ｍｏｄｅｒｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  １８：７７５−７８４；そしてＷＯ０２／０７２２６７．しかしながら、このような試みのうちのいかなる試みも、小型でかつ携帯可能で、より適切な価格帯でありながら、電力要求の少ない熱対流ＰＣＲ装置を作りだすことはできなかった。また、このような熱対流装置は、多くの場合に、ＰＣＲ増幅の効率が低く、アンプリコンのサイズが制約的であるという短所を有している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明の概要
本発明は、多段熱対流装置に関し、特に、３段熱対流装置及びその使用法に関する。本装置は、重合酵素連鎖反応（ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  ｃｈａｉｎ  ｒｅａｃｔｉｏｎ（ＰＣＲ））を助ける少なくとも一つの温度形状化要素（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｓｈａｐｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）を一般に備える。以下に述べられたように、一般的な温度形状化要素は、熱対流ＰＣＲを助ける装置の構造的、及び／又は位置的特徴である。温度形状化要素の存在は、ＰＣＲ増幅の効率及び速度を向上させ、小型化を支援し、多量の電力に対する必要性を減少させる。一実施例において、本装置は、ユーザの手の平に容易に合うサイズであり、バッテリーの動作に十分な低電力必要条件を揃えている。この実施例において、装置は、以前の多くのＰＣＲ装置よりさらに小さく、もっと安く、携帯しやすい。
【００１１】
したがって、一側面によれば、本発明は、熱対流ＰＣＲ増幅を行うように適応された３段熱対流装置（「装置」）を特徴とする。
【００１２】
好ましくは、前記装置は、
（ａ）ＰＣＲを行うための反応容器を収容するように適応されたチャネルを加熱又は冷却し、上部面と下部面とを有する第１熱源と、
（ｂ）前記チャネルを加熱又は冷却し、上部面と前記第１熱源の上部面と向き合う下部面とを有する第２熱源と、
（ｃ）前記チャネルを加熱又は冷却し、上部面と前記第２熱源の上部面と向き合う下部面とを有する第３熱源であって、前記チャネルは、前記第１熱源と接触する下端部と前記第３熱源の上部面と接する貫通口により定義され、また前記下端部と前記貫通口との間の中心点がチャネル軸を形成し、前記チャネル軸を基準に前記チャネルが配置される、第３熱源と、
（ｄ）熱対流ＰＣＲを助けるよう適応された少なくとも一つの温度形状化要素と、
（ｅ）前記第１熱源内で前記チャネルを収容するように適応された収容口と
のうち、少なくとも一つ、好ましくは、すべてを作動可能に連結した構成要素として備える。
【００１３】
また、本明細書に記述された熱対流ＰＣＲを行うほど十分に（ａ）〜（ｅ）のそれぞれを作動可能な組み合わせで組立てることを含む方法として前記装置を製造する方法が提供される。
【００１４】
本発明の他の側面によれば、本明細書に記述された装置のうち、少なくとも一つを利用してＰＣＲを行うように適応された熱対流ＰＣＲ遠心分離器（「ＰＣＲ遠心分離器」）を提供する。
【００１５】
本発明により提供されるさらに他の方法は、熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法である。一実施例において、前記方法は、
（ａ）二本鎖核酸分子を変性させて一本鎖鋳型を形成するのに適した温度範囲に収容口を備える第１熱源を維持するステップと、
（ｂ）少なくとも一つのオリゴヌクレオチドプライマーを前記一本鎖鋳型にアニールするのに適した温度範囲に第３熱源を維持するステップと、
（ｃ）前記一本鎖鋳型に沿って前記プライマーの重合（ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）を助けるのに適した温度に第２熱源を維持するステップと、
（ｄ）プライマー伸長生成物を生成すほど十分な条件下で前記収容口と前記第３熱源との間に熱対流を生成するステップと
のうち、少なくとも一つ、好ましくは、すべてのステップを含む。
【００１６】
また、さらに他の側面によれば、本発明は、本発明の装置により収容されるように適応された反応容器を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、装置の一実施例を上側から眺めた形状を示す概略図である。装置を通過する断面（Ａ−Ａ及びＢ−Ｂ）が示されている。
【図２Ａ−２Ｃ】図２Ａ〜図２Ｃは、第１チャンバー１００を有する装置の一実施例の断面図を示す概略図である。図２Ａ〜図２Ｃは、面Ａ−Ａ（図２Ａ及び図２Ｂ）及び面Ｂ−Ｂ（図２Ｃ）に沿う断面図である。
【図３Ａ−３Ｂ】図３Ａ〜図３Ｂは、面Ａ‐Ａに沿う装置実施例の断面図を示す概略図である。各装置は、チャネル軸８０に対して相異なる幅を有する第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０を備える。
【図４Ａ−４Ｂ】図４Ａ〜図４Ｂは、装置の実施例の断面図Ａ‐Ａを示す概略図である。図４Ｂは、（図４Ａにおいて点線で表示された円として定義された）領域の拡大図を示す。前記装置は、第１チャンバー１００、第２チャンバー１１０、及び第３チャンバー１２０を備える。第１及び第２チャンバー間の領域は、第１温度ブレーキ１３０を備える。第２及び第３チャンバー間の領域は、第２温度ブレーキ１４０を備える。
【図５Ａ−５Ｄ】図５Ａ〜図５Ｄは、装置のチャネル実施例を示す概略図である（面Ａ‐Ａ）。
【図６Ａ−６Ｊ】図６Ａ〜図６Ｊは、装置のチャネル実施例を示す概略図である。断面の面は、チャネル軸８０に垂直である。
【図７Ａ−７Ｉ】図７Ａ〜図７Ｉは、装置の多様なチャンバー実施例を示す図である。断面の面は、チャネル軸８０に垂直である。斜線で表示された部分は、第２又は第３熱源を示す。
【図８Ａ−８Ｐ】図８Ａ〜図８Ｐは、装置の多様なチャンバー及びチャネル実施例を示す図である。断面の面は、チャネル軸８０に垂直である。斜線で表示された部分は、第２又は第３熱源を示す。
【図９Ａ−９Ｂ】図９Ａ〜図９Ｂは、装置実施例の断面図（面Ａ‐Ａ）を示す概略図である。第１チャンバー１００がテーパー（ｔａｐｅｒ）されている。
【図１０Ａ−１０Ｆ】図１０Ａ〜図１０Ｆは、第１温度ブレーキ１３０を有する多様な装置実施例の断面図（面Ａ‐Ａ）を示す概略図である。図１０Ｂ、図１０Ｄ、及び図１０Ｆは、第１温度ブレーキ１３０の構造的細部事項を示すために、それぞれ図１０Ａ、図１０Ｃ、及び図１０Ｅに示す点線の円で表示された領域の拡大図を示す。
【図１１Ａ−１１Ｂ】図１１Ａ〜図１１Ｂは、装置の一実施例の断面図Ａ‐Ａを示す概略図である。図１１Ｂは、第１温度ブレーキ１３０及び第２温度ブレーキ１４０の位置を強調するために、図１１Ａに示す点線の円で表示された領域の拡大図を示す。
【図１２Ａ】図１２Ａは、装置の一実施例の断面図Ａ‐Ａを示す概略図である。第１熱源２０及び第２熱源３０は、チャネル軸８０方向の突出部２３、２４、３３、３４を特徴とする。第１温度ブレーキ１３０が第１チャンバー１００の下部に示されている。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１２Ａに示す装置の位置固定実施例を示す。この装置は、重力方向に対して（θｇにより定義された角度分だけ）傾いている。
【図１３】図１３は、装置の一実施例の断面図Ａ‐Ａを示す概略図である。収容口７３がチャネル軸８０の周囲に非対称的に配置されており、収容口ギャップ７４を形成している。
【図１４Ａ】図１４Ａは、装置の一実施例の断面図（Ａ‐Ａ面）を示す概略図である。第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０がそれぞれ第２熱源３０及び第３熱源４０に位置している。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、装置の一実施例の断面図（Ａ‐Ａ面）を示す概略図である。第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０は、第２熱源３０に位置し、第３チャンバー１２０は、第３熱源４０に位置する。第１温度ブレーキ１３０は、第２熱源３０内で第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０の間に位置する。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、第２熱源３０及び第３熱源４０にそれぞれ位置する第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０を備える装置の一実施例の断面図Ａ‐Ａを示す概略図である。第１温度ブレーキ１３０が第１チャンバー１００の下部に示されている。
【図１５Ａ−１５Ｂ】図１５Ａ〜図１５Ｂは、第１チャンバー１００が第３熱源４０に位置する装置実施例の断面図（面Ａ−Ａ）を示す概略図である。図１５Ｂにおいて、第１熱源２０は、収容口７３を基準に対称的に配置された突出部２３、２４を特徴とする。
【図１６Ａ−１６Ｃ】図１６Ａ〜図１６Ｃは、装置実施例の断面図を示す概略図である。図１６Ａ〜図１６Ｃは、面Ａ‐Ａ（図１６Ａ〜１６Ｂ）及びＢ−Ｂ（図１６Ｃ）に沿う断面図である。第２熱源３０は、チャネル軸８０を基準に対称的に配置されて、第１チャンバー１００の長さを伸びる突出部３３、３４を備える。
【図１７Ａ−１７Ｃ】図１７Ａ〜図１７Ｃは、面Ａ‐Ａ（図１７Ａ〜図１７Ｂ）及び面Ｂ‐Ｂ（図１７Ｃ）に沿う装置実施例の概略図である。第１熱源２０、第２熱源３０、及び第３熱源４０は、チャネル軸８０を基準に対称的にそれぞれ位置した突出部２３、２４、３３、３４、４３、４４を備える。
【図１８Ａ】図１８Ａは、装置の実施例の断面図Ａ‐Ａを示す概略図である。この装置は、重力方向に対して（θｇにより定義された角度分だけ）傾いている。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、チャネル７０と第１チャンバー１００が第２熱源３０内で重力方向に対して傾いている装置の一実施例を示す。重力の方向は、熱源に対して垂直状態に維持される。
【図１９】図１９は、装置の一実施例の断面図Ａ‐Ａを示す概略図である。この実施例において、第１熱源２０は、収容口ギャップ７４を有する収容口７３を特徴とする。
【図２０Ａ−２０Ｂ】図２０Ａ〜図２０Ｂは、面Ａ‐Ａに沿う装置実施例の断面図を示す概略図である。第１熱源２０は、収容口ギャップ７４を備える。図２０Ｂに示す実施例において、収容口ギャップ７４は、チャネル軸８０に対して傾いている上部面を備える。
【図２１Ａ−２１Ｂ】図２１Ａ〜図２１Ｂは、面Ａ‐Ａに沿う装置実施例の断面図を示す概略図である。第１熱源２０は、収容口７３の周囲に非対称的に配置された突出部２３を特徴とする。図２１Ａにおいて、収容口７３そばの突出部２３は、複数の上部面を有し、この複数の上部面のうちの何れか一つがより高い高さを有し、第１チャンバー１００により近接している。図２１Ｂにおいて、突出部２３は、一方側が収容口７３の反対側にある他方側より高い高さを有し、第１チャンバーにより近接するように、チャネル軸８０に対して傾いている一つの上部面を有する。
【図２２Ａ−２２Ｄ】図２２Ａ〜図２２Ｄは、面Ａ‐Ａに沿う装置実施例の断面図を示す概略図である。この実施例において、第１熱源２０及び第２熱源３０は、チャネル軸８０を基準に非対称的に配置された突出部２３、３３を特徴とする。突出部２３、３３は、一方側においてチャネル軸８０の反対側にある他方側より高い高さを有する。突出部２３の上端部と突出部３３の下端部とは、複数の面（図２２Ａ及び図２２Ｃ）を有するか、又はチャネル軸８０に対して傾いている（図２２Ｂ及び図２２Ｄ）。図２２Ａ及び２２Ｂにおいて、第１チャンバー１００は、チャネル軸８０の反対側にある他方側の部分より一部分が突出部２３の片方部分により近接するようになっている下端部１０２を特徴とする。図２２Ｃ及び図２２Ｄにおいて、第１チャンバー１００の下端部１０２は、突出部２３の上部面から本質的に一定の距離に位置する。
【図２３Ａ−２３Ｂ】図２３Ａ〜図２３Ｂは、面Ａ‐Ａに沿う装置実施例の断面図を示す概略図である。この実施例において、第１熱源２０は、収容口７３の周囲に対称的に配置された突出部２３を特徴とし、第２熱源３０は、チャネル軸８０を基準に非対称的に配置された突出部３３を特徴とする。図２３Ａにおいて、第１チャンバー１００の下端部１０２は、下端部１０２の一部がチャネル軸８０の反対側にある他方側の部分より突出部２３の片方部分により近接するようになっている複数の面を特徴とする。図２３Ｂにおいて、第１チャンバー１００の下端部１０２は、下端部１０２の一部がチャネル軸８０の反対側にある他方側の部分より突出部２３により近接するように、チャネル軸８０に対して傾いている。
【図２４Ａ−２４Ｂ】図２４Ａ〜図２４Ｂは、面Ａ‐Ａに沿う装置実施例の断面図を示す概略図である。この実施例において、第２熱源３０は、チャネル軸８０を基準に非対称的に配置された突出部３３、３４を特徴とする。突出部３３の下端部と突出部３４の上端部は、チャネル軸８０に対して傾いているか（図２４Ａ）、複数の面を有する（図２４ｂ）。第１チャンバー１００は、下端部１０２の一部がチャネル軸８０の反対側にある他方側の部分より第１熱源の上部面により近接していることを特徴とする。上端部１０１も一部がチャネル軸８０の反対側にある他方側の部分より第３熱源４０の下部面により近接していることを特徴とする。
【図２５】図２５は、第２熱源３０内にチャネル軸８０を基準に非対称的に配置された第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０を示す、面Ａ‐Ａに沿う装置の一実施例の断面図を示す概略図である。
【図２６】図２６は、第１チャンバー１００がチャネル軸８０に対して角をなして配置された壁１０３を備える装置の一実施例の面Ａ‐Ａに沿う断面図を示す概略図である。
【図２７Ａ−２７Ｂ】図２７Ａ〜図２７Ｂは、面Ａ‐Ａに沿う装置実施例の断面図を示す概略図である。この実施例において、第２熱源３０は、チャネル軸８０を基準に非対称的に配置された突出部３３、３４を特徴とする。突出部３３の下端部と突出部３４の上端部とは、チャネル軸８０に対して傾いているか（図２７Ａ）、複数の面を有する（図２７Ｂ）。図２７Ｂにおいて、第１熱源２０及び第３熱源４０は、チャネル軸８０を基準に対称的に配置された突出部２３、２４、４３、４４を特徴とする。図２７Ａ及び図２７Ｂにおいて、第１チャンバー１００の下端部１０２の一部は、チャネル軸８０の反対側にある他方側の部分より第１熱源２０の上部面により近接して位置する。また、上端部１０１は、一部がチャネル軸８０の反対側にある他方側の部分より第３熱源４０の下部面により近接して位置する。
【図２８Ａ−２８Ｂ】図２８Ａ〜図２８Ｂは、第２熱源３０内に第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０とを有する装置実施例の面Ａ‐Ａに沿う断面図を示す概略図である。図２８Ｂに示すように、前記装置は、第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０の間にチャネル７０を基準に非対称的に配置されており、一方側においてチャネル７０と接触する壁１３３を有した第１温度ブレーキ１３を特徴とする。
【図２９Ａ】図２９Ａは、第１チャンバー１００が第２熱源３０内に位置してチャネル７０を基準に非対称的に（中心を外れるように）配置された装置の一実施例の断面図を示す概略図である。
【図２９Ｂ−２９Ｃ】図２９Ｂ〜図２９Ｃは、装置実施例の断面図を面Ａ‐Ａに沿って示す概略図である。第１チャンバー１００は、チャネル７０を基準に非対称的に配置される。図２９Ｃに示すように、温度ブレーキ１３０は、一方側においてチャネル７０と接触する壁１３３を有しており、チャネル７０を基準に非対称的に配置されている。
【図３０Ａ−３０Ｂ】図３０Ａ〜図３０Ｂは、第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０が第２熱源３０内に位置する装置実施例の断面図を面Ａ‐Ａに沿って示す概略図である。第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０は、チャネル軸８０を基準に非対称的に配置される。図３０Ｂに示す拡大図において、温度ブレーキ１３０は、第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０の間にチャネル７０を基準に対称的に配置される。温度ブレーキ１３０の壁１３３は、チャネル７０と接触する。
【図３０Ｃ−３０Ｄ】図３０Ｃ〜図３０Ｄは、第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０が第２熱源３０内に配置された装置実施例の断面図を面Ａ‐Ａに沿って示す概略図である。第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０は、チャネル軸８０を基準に非対称的に配置される。チャネル軸８０に垂直な第１チャンバー１００の幅は、チャネル軸８０に沿って第２チャンバー１１０の幅より小さい。図３０Ｄに示す拡大図において、第１温度ブレーキ１３０は、一方側においてチャネル７０と接触する壁１３３０を有しており、チャネル７０を基準に非対称的に配置されると示されている。
【図３１Ａ−３１Ｂ】図３１Ａ〜図３１Ｂは、第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０が第２熱源３０内にある装置実施例の断面図を面Ａ‐Ａに沿って示す概略図である。第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０は、面Ａ‐Ａ上において反対方向にチャネル軸８０を基準に非対称的に配置されている。温度ブレーキ１３０は、チャネル７０と接触する壁１３３を有しており、チャネル７０を基準に対称的に配置されると示されている。
【図３２Ａ−３２Ｂ】図３２Ａ〜図３２Ｂは、第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０が第２熱源３０内に配置された装置実施例の断面図を面Ａ‐Ａに沿って示す概略図である。第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０は、チャネル軸８０を基準に非対称的に配置される。図３２Ｂに示すように、第１温度ブレーキ１３０もチャネル７０を基準に非対称的に配置され、一方側においてチャネル７０と接触する壁１３３を有している。
【図３２Ｃ−３２Ｄ】図３２Ｃ〜図３２Ｄは、第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０が第２熱源３０にあり、チャネル軸８０を基準に非対称的に配置された装置実施例の断面図を面Ａ‐Ａに沿って示す概略図である。図３２Ｄに示すように、第１温度ブレーキ１３０もチャネル７０を基準に非対称的に配置され、一方側においてチャネル７０と接触する壁１３３を有している。
【図３３Ａ−３３Ｂ】図３３Ａ〜図３３Ｂは、第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０が第２熱源３０内にあり、面Ａ‐Ａ上から反対方向にチャネル軸８０を基準に非対称的に配置されている装置実施例の断面図を面Ａ‐Ａに沿って示す概略図である。図３３Ｂに示す拡大図において、第１温度ブレーキ１３０は、第１チャンバー１００内で非対称的に配置され、一方側においてチャネル７０と接触する壁１３３を有していると示されている。第２温度ブレーキ１４０も第２チャンバー１１０内で非対称的に配置され、一方側においてチャネル７０と接触する壁１４３を有していると示されている。第１温度ブレーキ１３０の上端部１３１は、本質的に第２温度ブレーキ１４０の下端部１４２と同じ高さに位置する。
【図３３Ｃ−３３Ｄ】図３３Ｃ〜図３３Ｄは、第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０が第２熱源３０内にあり、面Ａ‐Ａに沿って反対方向にチャネル軸８０を基準に非対称的に配置された装置実施例の断面図を面Ａ‐Ａに沿って示す概略図である。図３３Ｄに示す拡大図において、第１温度ブレーキ１３０及び第２温度ブレーキ１４０は、一方側においてチャネル７０とそれぞれ接触する壁達１３３、１４３を有しており、非対称的に配置されていると示されている。第１温度ブレーキ１３０の上端部１３１は、第２温度ブレーキ１４０の下端部１４２より高く位置する。
【図３３Ｅ−３３Ｆ】図３３Ｅ〜図３３Ｆは、第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０が第２熱源３０内にあり、面Ａ‐Ａに沿って反対方向に、チャネル軸８０を基準に非対称的に配置される装置実施例の断面図を面Ａ‐Ａに沿って示す概略図である。図３３Ｆに示す拡大図において、第１温度ブレーキ１３０及び第２温度ブレーキ１４０は、一方側においてチャネル７０とそれぞれ接触する壁達１３３、１４３を有しており、非対称的に配置されていると示されている。第１温度ブレーキ１３０の上端部１３１は、第２温度ブレーキ１４０の下端部１４２より低く位置していると示されている。
【図３４Ａ−３４Ｂ】図３４Ａ〜図３４Ｂは、第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０が第２熱源３０内にあり、チャネル軸８０を基準に非対称的に配置される装置実施例の面Ａ‐Ａに沿う断面図を示す概略図である。第１チャンバー１００の上端部１０１と第２チャンバー１１０の下端部１１２とは、チャネル軸８０に対して傾斜している（傾いている）。第１チャンバー１００の壁１０３、第２チャンバー１１０の壁１１３は、それぞれ本質的にチャネル軸８０に平行している。図３４Ｂに示す拡大図において、第１温度ブレーキ１３０は、チャネル軸８０に対して傾斜していると（傾いていると）示されており、壁１３３は、チャネル７０に接触する。
【図３５Ａ−３５Ｄ】図３５Ａ〜図３５Ｄは、第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０が第２熱源３０内にあり、チャネル軸８０を基準に非対称的に配置される装置実施例の面Ａ‐Ａに沿う断面図を示す概略図である。図３５Ａ〜図３５Ｄにおいて、第１チャンバー１００の壁１０３と第２チャンバー１１０の壁１１３とは、チャネル軸８０に対して傾斜していると（傾いていると）示されている。図３５Ｂに示す拡大図において、温度ブレーキ１３０は、チャネル７０と接触する壁１３３を有しており、チャネル７０を基準に対称的に配置されていると示されている。図３５Ｄに示す拡大図において、第１温度ブレーキ１３０は、チャネル７０と接触する壁１３３を有しており、チャネル軸８０に対して傾斜していると（傾いていると）示されている。
【図３６Ａ−３６Ｃ】図３６Ａ〜図３６Ｃは、第１チャンバー１００が第２熱源３０内にあり、第２チャンバー１１０が第３熱源４０内にある場合（図３６Ａ及び図３６Ｃ）、又は第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０とが第２熱源３０内にあり、第３チャンバー１２０が第３熱源４０内にある場合（図３６Ｂ）の多様な装置実施例の面Ａ‐Ａに沿う断面図を示す概略図である。すべての図において、チャンバーは、チャネル軸８０を基準に対称的に配置される。図３６Ａ〜図３６Ｃにおいて、第２熱源３０は、第１チャンバー１００を定義しチャネル軸８０を基準に対称的に配置された突出部３３を特徴とし、第１熱源２０は、突出部２３、２４を特徴とする。図３６Ａ〜図３６Ｂにおいて、第１チャンバー１００の下端部１０２は、第１断熱体５０と接触する。図３６Ｃにおいて、第１チャンバー１００の下端部１０２は、第２熱源３０と接触する。
【図３７Ａ−３７Ｃ】図３７Ａ〜図３７Ｃは、第１チャンバー１００が第２熱源３０内にあり、第２チャンバー１１０が第３熱源４０内にある場合（図３７Ａ及び図３７Ｃ）、又は第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０とが第２熱源３０内にあり、第３チャンバー１２０が第３熱源４０内にある場合（図３７Ｂ）の多様な装置実施例の面Ａ‐Ａに沿う断面図を示す概略図である。すべての図において、チャンバーは、チャネル軸８０を基準に対称的に配置される。突出部２３、２４、３３、及び３４は、チャネル軸８０を基準に対称的に配置される。図３７Ａ〜３７Ｂにおいて第１チャンバー１００の下端部１０２は、第１断熱体５０と接触する反面、図３７Ｃでは、第２熱源３０と接触する。
【図３８Ａ−３８Ｃ】図３８Ａ〜図３８Ｃは、面Ａ‐Ａに沿う多様な装置実施例の断面図を示す概略図である。図３８Ａ及び図３８Ｃでは、第１チャンバー１００が第２熱源３０内にあり、第２チャンバー１１０は、第３熱源４０内にあり、図３８Ｂにおいては、第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０とが第２熱源３０内にあり、第３チャンバー１２０が第３熱源４０内にある。チャンバーは、チャネル軸８０を基準に対称的に配置されている。突出部２３、２４、３３、３４、４３は、チャネル軸８０を基準に対称的に配置される。図３８Ａ〜図３８Ｂにおいて第１チャンバー１００の下端部１０２は、第１断熱体５０と接触する反面、図３８Ｃでは、第２熱源３０と接触する。
【図３９】図３９は、第１固定要素２００、第２固定要素２１０、加熱／冷却要素１６０ａ〜１６０ｃ、及び温度センサ１７０ａ〜１７０ｃを示す装置１０の一実施例を上側から眺めた形状を示す概略図である。様々な断面が表示されている（Ａ‐Ａ、Ｂ‐Ｂ、及びＣ‐Ｃ）。
【図４０Ａ−４０Ｂ】図４０Ａ〜図４０Ｂは、図３９に示す装置実施例の面Ａ‐Ａ（図４０Ａ）及び面Ｂ‐Ｂ（図４０Ｂ）に沿う断面図の概略図である。
【図４１】図４１は、第１固定要素２００の面Ｃ‐Ｃに沿う断面図の概略図である。
【図４２】図４２は、様々な固定要素、熱源構造、加熱／冷却要素、及び温度センサを示す装置の一実施例を上側から眺めた形状の概略図である。
【図４３Ａ−４３Ｂ】図４３Ａ〜図４３Ｂは、第３断熱体３１０及び第４断熱体３２０断熱体を定義する第１ハウジング要素３００を示す装置の一実施例の上側から眺めた形状（図４３Ａ）と断面図（図４３Ｂ）の概略図である。
【図４４Ａ−４４Ｂ】図４４Ａ〜図４４Ｂは、第２ハウジング要素４００、第５断熱体４１０及び第６断熱体４２０を備える装置の一実施例の上側から眺めた形状（図４４Ａ）と断面図（図４４Ｂ）の概略図である。
【図４５Ａ−４５Ｂ】図４５Ａ〜図４５Ｂは、ＰＣＲ遠心分離機の一実施例の概略図である。図４５Ａは、上側から眺めた形状を示し、図４５Ｂは、面Ａ‐Ａに沿う断面図を示す。
【図４６】図４６は、ＰＣＲ遠心分離器装置の一実施例の面Ａ‐Ａに沿う断面図を示す概略図である。
【図４７Ａ−４７Ｂ】図４７Ａ〜図４７Ｂは、第１チャンバーと第１温度ブレーキとを備えるＰＣＲ遠心分離器の一実施例を示す概略図である。図４７Ａにおいて、Ａ‐Ａに沿う断面は、チャネル７０を通過する。図４７Ｂにおいて、Ｂ‐Ｂに沿う断面は、第１固定手段２００及び第２固定手段２１０を通過する。
【図４８Ａ−４８Ｃ】図４８Ａ〜図４８Ｃは、図４７Ａ〜図４７Ｂに示すＰＣＲ遠心分離器で使用するための第１（図４８Ａ）、第２（図４８Ａ）、及び第３（図４８Ｃ）熱源の実施例を示す概略図である。装置を通過する断面（Ａ‐Ａ及びＢ‐Ｂ）が表示されている。
【図４９Ａ−４９Ｂ】図４９Ａ〜図４９Ｂは、チャンバー構造を含まないＰＣＲ遠心分離器の一実施例を示す概略図である。図４９Ａにおいて、Ａ‐Ａに沿う断面は、チャネル７０を通過する。図４９Ｂにおいて、Ｂ‐Ｂに沿う断面は、第１固定手段２００及び第２固定手段２１０を通過する。
【図５０Ａ−５０Ｃ】図５０Ａ〜図５０Ｃは、図４９Ａ〜図４９Ｂに示すＰＣＲ遠心分離器で使用するための第１（図５０Ａ）、第２（図５０Ｂ）、及び第３（図５０Ｃ）熱源の実施例を示す概略図である。装置を通過する断面（Ａ‐Ａ及びＢ‐Ｂ）が表示されている。
【図５１Ａ−５１Ｄ】図５１Ａ〜図５１Ｄは、多様な反応容器実施例の断面図を示す概略図である。
【図５２Ａ−５２Ｊ】図５２Ａ〜図５２Ｊは、多様な反応容器実施例の反応容器軸９５に垂直に沿う断面を示す概略図である。
【図５３Ａ−５３Ｃ】図５３Ａ〜図５３Ｃは、Ｔａｋａｒａ  Ｂｉｏ、Ｆｉｎｎｚｙｍｅｓ、及びＫａｐａ  Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ社製の三個の相異なるＤＮＡ重合酵素をそれぞれ使用して、１ｎｇプラスミド試料から３７３ｂｐ配列を増幅したことを示す、図１２Ａの装置を使用した熱対流ＰＣＲの結果である。
【図５４Ａ−５４Ｃ】図５４Ａ〜図５４Ｃは、１ｎｇプラスミド試料から（それぞれ１７７ｂｐ、９６０ｂｐ及び１，６０８ｂｐのサイズを有した）三個の標的配列を増幅したことを示す、図１２Ａの装置を使用した熱対流ＰＣＲの結果である。
【図５５】図５５は、１ｎｇプラスミド試料から（約２００ｂｐないし約２ｋｂｐの範囲のサイズを有した）様々な標的配列を増幅したことを示す、図１２Ａの装置を使用した熱対流ＰＣＲの結果を示す。
【図５６Ａ−５６Ｃ】図５６Ａ〜図５６Ｃは、上昇した変性温度（１００℃、１０２℃、及び１０４℃で）でＰＣＲ増幅を加速したことを示す、図１２Ａの装置を使用して熱対流ＰＣＲを行った結果である。
【図５７Ａ−５７Ｃ】図５７Ａ〜図５７Ｃは、１０ｎｇヒトゲノム試料から（それぞれが３６３ｂｐ、４７５ｂｐ、及び５１３ｂｐのサイズを有する）３個の標的配列を増幅したことを示す、図１２Ａの装置を使用した熱対流ＰＣＲの結果である。
【図５８】図５８は、１０ｎｇヒトゲノム及びｃＤＮＡ試料から（約１００ｂｐないし約８００ｂｐの間のサイズを有した）様々な配列を増幅したことを示す、図１２Ａの装置を使用した熱対流ＰＣＲの結果を示す。
【図５９】図５９は、非常に低いコピーヒトゲノム試料から３６３ｂｐ  β‐グロビン配列を増幅したことを示す、図１２Ａの装置を使用した熱対流ＰＣＲの結果を示す。
【図６０】図６０は、目標温度が９８℃、７０℃、及び５４℃にそれぞれ設定されたとき、図１２Ａの装置の第１、第２、及び第３熱源の温度変化を時間の関数として示す。
【図６１】図６１は、１２個のチャネルを有する図１２Ａの装置の消費電力を時間の関数として示す。
【図６２Ａ−６２Ｅ】図６２Ａ〜図６２Ｅは、ＰＣＲ増幅が加速するのを重力傾斜角の関数として示す、図１２Ｂの装置を使用した熱対流ＰＣＲの結果である。重力傾斜角は、図６２Ａ〜６２Ｅに対してそれぞれ０度、１０度、２０度、３０度、及び４５度である。
【図６３Ａ−６３Ｄ】図６３Ａ〜図６３Ｄは、ＰＣＲ増幅が加速するのを重力傾斜角の関数として示す、図１２Ｂの装置を使用した熱対流ＰＣＲの結果である。重力傾斜角は、図６３Ａ〜図６３Ｄに対してそれぞれ０度、１０度、２０度及び３０度である。
【図６４Ａ−６４Ｂ】図６４Ａ〜図６４Ｂは、ＰＣＲ増幅が加速するのを重力傾斜角の関数として示す、図１２Ｂの装置を使用した熱対流ＰＣＲの結果である。重力傾斜角は、図６４Ａに対しては０度であり、図６４Ｂに対しては２０度である。
【図６５】図６５は、重力傾斜角が導入されたとき、非常に低いコピーヒトゲノム試料から３６３ｂｐ  β‐グロビン配列を増幅したことを示す、図１２Ｂの装置を使用した熱対流ＰＣＲの結果を示す。
【図６６】図６６は、１ｎｇプラスミド試料から１５２ｂｐ配列を増幅したことを示す、図１４Ｃの装置を使用した熱対流ＰＣＲの結果を示す。
【図６７】図６７は、１ｎｇプラスミド試料から様々な配列（約１００ｂｐないし約８００ｂｐの間のサイズを有した）を増幅したことを示す、図１４Ｃの装置を使用した熱対流ＰＣＲの結果を示す。
【図６８Ａ−６８Ｂ】図６８Ａ〜図６８Ｂは、１０ｎｇヒトゲノム試料から５００ｂｐ  β‐グロビン（図６８Ａ）及び５００ｂｐ  β‐アクチン（図６８Ｂ）配列を増幅したことを示す、図１４Ｃの装置を使用した熱対流ＰＣＲの結果である。
【図６９】図６９は、非常に低いコピープラスミド試料から１５２ｂｐ配列を増幅したことを示す、図１４Ｃの装置を使用した熱対流ＰＣＲの結果を示す。
【図７０Ａ−７０Ｄ】図７０Ａ〜図７０Ｄは、収容口の深さが約２ｍｍであるとき、チャンバーの直径の関数としてＰＣＲ増幅の依存性を示す、図１７Ａの装置を使用した熱対流ＰＣＲの結果である。チャンバーの直径は、図７０Ａに対しては、約４ｍｍ、図７０Ｂに対しては、約３．５ｍｍ、図７０Ｃに対しては、約３ｍｍ、及び図７０Ｄに対しては、約２．５ｍｍであった。
【図７１Ａ−７１Ｄ】図７１Ａ〜図７１Ｄは、収容口の深さが約２．５ｍｍであるとき、チャンバーの直径の関数としてＰＣＲ増幅の依存性を示す、図１７Ａの装置を使用した熱対流ＰＣＲの結果である。チャンバーの直径は、図７１Ａに対しては、約４ｍｍ、図７１Ｂに対しては、約３．５ｍｍ、図７１Ｃに対しては、約３ｍｍ、及び図７１Ｄに対しては、約２．５ｍｍであった。
【図７２Ａ−７２Ｄ】図７２Ａ〜図７２Ｄは、収容口の深さが約２ｍｍで１０度の重力傾斜角が導入されたとき、チャンバーの直径の関数としてＰＣＲ増幅の依存性を示す、図１７Ａの装置を使用した熱対流ＰＣＲの結果である。チャンバーの直径は、図７２Ａに対しては、約４ｍｍ、図７２Ｂに対しては、約３．５ｍｍ、図７２Ｃに対しては、約３ｍｍ、そして図７２Ｄに対しては、約２．５ｍｍであった。
【図７３Ａ−７３Ｄ】図７３Ａ〜図７３Ｄは、収容口の深さが約２．５ｍｍで１０度の重力傾斜角が導入された時、チャンバーの直径の関数としてＰＣＲ増幅の依存性を示す、図１７Ａの装置を使用した熱対流ＰＣＲの結果である。チャンバーの直径は、図７３Ａに対しては、約４ｍｍ、図７３Ｂに対しては、約３．５ｍｍ、図７３Ｃに対しては、約３ｍｍ、そして図７３Ｄに対しては、約２．５ｍｍであった。
【図７４Ａ−７４Ｆ】図７４Ａ〜図７４Ｆは、チャネル軸の方向の第１温度ブレーキの位置の関数としてＰＣＲ増幅の依存性を示す、第１温度ブレーキを有する装置を使用した熱対流ＰＣＲの結果である。第１温度ブレーキの下端部は、第２熱源の下部の上に０ｍｍ（図７４Ａ）、約１ｍｍ（図７４Ｂ）、約２．５ｍｍ（図７４Ｃ）、約３．５ｍｍ（図７４Ｄ）、約４．５ｍｍ（図７４Ｅ）、そして約５．５ｍｍ（図７４Ｆ）に位置した。チャネル軸の方向の第１温度ブレーキの厚さは、約１ｍｍであった。
【図７５Ａ−７５Ｅ】図７５Ａ〜７５Ｅは、重力傾斜角が使用されない時、チャネル軸の方向の第１温度ブレーキの厚さの関数としてＰＣＲ増幅の依存性を示す、第１温度ブレーキを有するか又は有さない装置を使用した熱対流ＰＣＲの結果である。チャネル軸の方向の第１温度ブレーキの厚さは、０ｍｍ（図７５Ａ、すなわち、第１温度ブレーキがない）、約１ｍｍ（図７５Ｂ）、約２ｍｍ（図７５Ｃ）、約４ｍｍ（図７５Ｄ）、及び約５．５ｍｍ（図７５Ｅ、すなわち、チャンバー構造なしでチャネルのみがある）であった。第１温度ブレーキの下端部は、第２熱源の下部に位置した。
【図７６Ａ−７６Ｅ】図７６Ａ〜図７６Ｅは、１０度の重力傾斜角が導入されたとき、チャネル軸の方向の第１温度ブレーキの厚さの関数としてＰＣＲ増幅の依存性を示す、第１温度ブレーキを有するか又は有さない装置を使用した熱対流ＰＣＲの結果である。チャネル軸の方向の第１温度ブレーキの厚さは、０ｍｍ（図７６Ａ、すなわち、第１温度ブレーキがない）、約１ｍｍ（図７６Ｂ）、約２ｍｍ（図７６Ｃ）、約４ｍｍ（図７６Ｄ）、及び約５．５ｍｍ（図７６Ｅ、すなわち、チャンバー構造なしでチャネルのみがある）であった。第１温度ブレーキの下端部は、第２熱源の下部に位置した。
【図７７】図７７は、対称的加熱構造を有する図１２Ａの装置を使用した熱対流ＰＣＲの結果を示す。
【図７８Ａ−７８Ｂ】図７８Ａ〜図７８Ｂは、非対称収容口を有する装置を使用した熱対流ＰＣＲの結果を示す。収容口は、一方側において図７８Ａに対しては、約０．２ｍｍだけ、そして図７８Ｂに対しては、約０．４ｍｍだけ反対側より深かった。
【図７９】図７９は、非対称温度ブレーキを有する装置を使用した熱対流ＰＣＲの結果を示す。
【図８０Ａ−８０Ｂ】図８０Ａ〜図８０Ｂは、チャネル軸８０方向に第１熱源２０から離隔しており、反応容器９０内の試料から蛍光信号を検出するのに十分な一つ又はそれ以上の光学検出装置６００〜６０３を有する装置実施例の断面図を示す概略図である。前記装置は、複数の反応容器（図８０Ａ）から蛍光信号を検出するための単一光学検出装置６００、又は各反応容器から蛍光信号を検出するための複数の光学検出装置６０１〜６０３（図８０Ｂ）を備える。図８０Ａ〜８０Ｂに示す実施例において、光学検出装置は、反応容器９０の下端部９２から蛍光信号を検出する。第１熱源２０は、チャネル７０の下端部７２と、チャネル軸８０に平行であり光の励起及び放出のための経路（それぞれが上向き及び下向き矢印で示される）を提供する第１熱源突出部２４の間にチャネル軸８０を中心に位置した光学ポート６１０とを備える。
【図８１Ａ−８１Ｂ】図８１Ａ〜図８１Ｂは、一つの光学検出装置６００（図８１Ａ）又は一つ以上の光学検出装置６０１〜６０３（図８１Ｂ）を有する装置実施例の断面図を示す概略図である。各光学検出装置６００〜６０３は、反応容器９０内に位置した試料から蛍光信号を検出するのに十分なほどチャネル軸８０に沿って第３熱源４０から離隔している。この実施例において、反応容器９０の上部開口部に一般に合う反応容器キャップ（図示せず）の中心部が、チャネル軸８０に平行な励起及び放出光のための光学ポート（図８１Ａ〜８１Ｂにそれぞれ下向き及び上向き矢印で表示される）として機能する。
【図８２】図８２は、第２熱源３０から離隔した光学検出装置６００を有する装置の一実施例の断面図を示す概略図である。この実施例において、光学ポート６１０は、反応容器９０内の試料の一方から蛍光信号を検出するのに十分なほど、光学検出装置６００に向かってチャネル軸８０に垂直な経路に沿って第２熱源３０内に位置する。光学ポート６１０は、反応容器９０と光学検出装置６００との間に励起及び放出光のための経路（左側及び右側を指す矢印で示されるか、又はその反対に）を提供する。光の経路方向の反応容器９０の側面部と第１チャンバー１００の一部も、この実施例において光学ポートとして機能する。
【図８３】図８３は、反応容器９０の下端部９２から蛍光信号を検出するために位置した光学検出装置６００の断面図を示す概略図である。この実施例において、励起光を生成するように構成された光源６２０、励起光レンズ６３０、及び励起光フィルタ６４０は、チャネル軸８０に対して直角をなす方向に沿って位置し、放出光を検出するように作動可能な検出器６５０、開口又はスリット６５５、放出光レンズ６６０、及び放出光フィルタ６７０は、チャネル軸８０に沿って位置する。蛍光放出を通過させ励起光を反射するダイクロイックビーム‐スプリッタ６８０も示されている。
【図８４】図８４は、反応容器９０の下端部９２から蛍光信号を検出するために位置した光学検出装置６００の断面図を示す概略図である。この実施例において、光源６２０、励起光レンズ６３０、及び励起光フィルタ６４０は、チャネル軸８０に沿って励起光を生成するように位置している。検出器６５０、開口又はスリット６５５、放出光レンズ６６０、及び放出光フィルタ６７０は、チャネル軸８０に対して直角方向に沿って位置して放出光を検出するように位置している。励起光を通過させ蛍光放出を反射するダイクロイックビーム‐スプリッタ６８０が示されている。
【図８５Ａ−８５Ｂ】図８５Ａ〜８５Ｂは、反応容器の下端部９２から蛍光信号を検出するように位置した光学検出装置６００の断面図を示す概略図である。この実施例において、単一レンズ６３５が励起光を形成し、また蛍光放出を検出するために使用される。図８５Ａに示す実施例において、熱源６２０及び励起光フィルタ６４０は、チャネル軸８０に直角な方向に沿って位置する。図８５Ｂに示す実施例において、蛍光放出を検出するための光学要素６５０、６５５、及び６７０は、チャネル軸８０に直角な方向に沿って位置する。
【図８６】図８６は、反応容器９０の上端部９１から蛍光信号を検出するように位置した光学検出装置６００の断面図を示す概略図である。図８３のように、光源６２０、励起光レンズ６３０、及び励起光フィルタ６４０は、チャネル軸８０に直角な方向に沿って位置し、検出器６５０、開口又はスリット６５５、放出光レンズ６６０、及び放出光フィルタ６７０は、チャネル軸８０に沿って位置する。この実施例には、また反応容器９０の上端部９１に密封可能に付着され、励起及び放出光の通過のために反応容器９０の上端部９１の中心点の周辺に配置された光学ポート６９５を含む、反応容器キャップ６９０が示されている。光学ポート６９５は、この実施例で反応容器キャップ６９０の上部と反応容器９０の上部により追加的に定義される。
【図８７Ａ−８７Ｂ】図８７Ａ〜８７Ｂは、反応容器キャップ６９０と光学ポート６９５を有する反応容器９０の断面図を示す概略図である。反応容器キャップ６９０は、反応容器９０の上部と光学ポート６９５に密封可能に付着される。この実施例において、光学ポート６９５の下端部６９６は、反応容器９０が反応容器キャップ６９０と密封される時、試料と接触するように構成される。開放空間６９８が光学ポート６９５の下端部６９６と反応容器キャップ６９０の一方に提供されることによって、反応容器９０が反応容器キャップ６９０により密封される時、試料がこの開放空間を満たすようになる。試料のメニスカスは、光学ポート６９５の下端部６９６より高く位置するようになる。図８７Ａ〜図８７Ｂにおいて、光学ポート６９５は、反応容器キャップ６９０の下部の中心点の周囲に配置され、反応容器キャップ６９０の下部と反応容器９０の上部により追加的に定義される。
【図８８】図８８は、反応容器９０の上部に配置された光学検出装置６００を有する反応容器９０の断面図を示す概略図である。前記反応容器９０は、反応容器９０の上部の中心点の周囲に配置されており、試料と接触をなすのに十分な光学ポート６９５を有する反応容器キャップ６９０によって密封される。この実施例において、励起光と蛍光放出は、反応容器９０の内部に収容された空気を通過せず、光学ポート６９５を通過した後に試料に到達するか、又はその逆順にする。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
発明を実施するための形態
次の図面の略語一覧が図面及び請求項を含む本発明の理解を助けるはずである。
１０      装置実施例
２０      第１熱源（下部ステージ）
２１      第１熱源の上部面
２２      第１熱源の下部面
２３      第１熱源突出部（第２熱源に向かっている）
２４      第１熱源突出部（テーブル方向に向かっている）
３０      第２熱源（中間ステージ）
３１      第２熱源の上部面
３２      第２熱源の下部面
３３      第２熱源突出部（第１熱源に向かっている）
３４      第２熱源突出部（第３熱源に向かっている）
４０      第３熱源（上部ステージ）
４１      第３熱源の上部面
４２      第３熱源の下部面
４３      第３熱源突出部（第２熱源に向かっている）
４４      第３熱源突出部（装置から遠ざかる方向に向かっている）
５０      第１断熱体（又は第１断熱性ギャップ）
５１      第１断熱体チャンバー
６０      第２断熱体（又は第２断熱性ギャップ）
６１      第２断熱体チャンバー
７０      チャネル
７１      チャネル／貫通口の上端部
７２      チャネルの下端部
７３      収容口
７４      収容口ギャップ
８０      チャネルの（中心）軸
９０      反応容器
９１      反応容器の上端部
９２      反応容器の下端部
９３      反応容器の外壁
９４      反応容器の内壁
９５      反応容器の（中心）軸
１００      第１チャンバー
１０１      チャンバーの上限線を定義する第１チャンバーの上端部
１０２      チャンバーの下限線を定義する第１チャンバーの下端部
１０３      チャンバーの水平限界線を定義する第１チャンバーの第１壁
１０５      第１チャンバーのギャップ
１０６      第１チャンバーの（中心）軸
１１０      第２チャンバー
１１１      第２チャンバーの上端部
１１２      第２チャンバーの下端部
１１３      第２チャンバーの第１壁
１１５      第２チャンバーのギャップ
１２０      第３チャンバー
１２１      第３チャンバーの上端部
１２２      第３チャンバーの下端部
１２３      第３チャンバーの第１壁
１２５      第３チャンバーのギャップ
１３０      第１温度ブレーキ
１３１      第１温度ブレーキの上端部
１３２      第１温度ブレーキの下端部
１３３      チャネルの少なくとも一部と本質的に接触する第１温度ブレーキの第１壁
１４０      第２温度ブレーキ
１４１      第２温度ブレーキの上端部
１４２      第２温度ブレーキの下端部
１４３      チャネルの少なくとも一部と本質的に接触する第２温度ブレーキの第１壁
１６０      加熱／冷却要素
１６０ａ      第１熱源の加熱（及び／又は冷却）要素
１６０ｂ      第２熱源の加熱（及び／又は冷却）要素
１６０ｃ      第３熱源の加熱（及び／又は冷却）要素
１７０      温度センサ
１７０ａ      第１熱源の温度センサ
１７０ｂ      第２熱源の温度センサ
１７０ｃ      第３熱源の温度センサ
２００      次の要素のうち、少なくとも一つを含む第１固定要素
２０１      スクリュー又はファスナー（一般に熱断熱体で作られる）
２０２ａ      ウォッシャー又は位置固定スタンドオフ（一般に熱断熱体で作られる）
２０２ｂ      スペーサ又は位置固定スタンドオフ（一般に熱断熱体で作られる）
２０２ｃ      スペーサ又は位置固定スタンドオフ（一般に熱断熱体で作られる）
２０３ａ      第１熱源の固定要素
２０３ｂ      第２熱源の固定要素
２０３ｃ      第３熱源の固定要素
２１０      第２固定要素（一般にウィング構造で作られる）
‐第１ハウジング要素３００に熱源組立体を組立てるために使用される
３００      第１ハウジング要素
３１０      第３断熱体（又は第３断熱性ギャップ）
‐熱源の側面と第１ハウジング要素の側壁との間に位置する
‐空気、気体、又は固体断熱体のような熱断熱体で充填される
３２０      第４断熱体（又は第４断熱性ギャップ）
‐第１熱源の下部と第１ハウジング要素の下部壁との間に位置する
‐空気、気体、又は固体断熱体のような熱断熱体で充填される
３３０      支持台
４００      第２ハウジング要素
４１０      第５断熱体（又は第５断熱性ギャップ）
‐第１ハウジング要素の側壁と第２ハウジング要素の側壁との間に位置する
‐空気、気体、又は固体断熱体のような熱断熱体で充填される。
４２０      第６断熱体（又は第６断熱性ギャップ）
‐第１ハウジング要素の下部壁と第２ハウジング要素の下部壁との間に位置する
‐空気、気体、又は固体断熱体のような熱断熱体で充填される
５００      遠心分離機装置
５０１      モータ
５１０      遠心分離回転軸
５２０      回転腕（ｒｏｔａｔｉｏｎ  ａｒｍ）
５３０      傾斜軸
６００〜６０３      光学検出装置
６１０      光学ポート
６２０      光源
６３０      励起光レンズ（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  ｌｅｎｓ）
６３５      レンズ
６４０      励起光フィルタ（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  ｆｉｌｔｅｒ）
６５０      検出器
６５５      開口又はスリット
６６０      放出光レンズ
６７０      放出光フィルタ
６８０      ダイクロイックビーム‐スプリッタ
６９０      反応容器キャップ
６９５      光学ポート
６９６      光学ポートの下端部
６９７      光学ポートの上端部
６９８      反応容器の内壁と光学ポートの側壁との間の開放された空間
６９９      光学ポートの側壁
論議されたように、一実施例において、本発明は、熱対流ＰＣＲ増幅を行うように構成された３段熱対流装置を特徴とする。
【００１９】
一実施例において装置は、作動可能に連結された構成要素であって、
（ａ）ＰＣＲを行うための反応容器を収容するように適応されたチャネルを加熱又は冷却し、上部面と下部面とを有する第１熱源と、
（ｂ）前記チャネルを加熱又は冷却し、上部面と前記第１熱源の上部面と向き合う下部面とを有する第２熱源と、
（ｃ）前記チャネルを加熱又は冷却し、上部面と前記第２熱源の上部面と向き合う下部面とを有する第３熱源であって、前記チャネルは、前記第１熱源と接触する下端部と前記第３熱源の上部面と接する貫通口により定義され、また前記下端部と前記貫通口との間の中心点がチャネル軸を形成し、前記チャネル軸を基準に前記チャネルが配置される、第３熱源と、
（ｄ）前記第２又は第３熱源の少なくとも一部内で前記チャネルの周囲に配置された少なくとも一つのギャップ又は空間（例、チャンバー）のような少なくとも一つの温度形状化要素であって、前記チャンバーギャップは、前記第２又は第３熱源と前記チャネルとの間の熱伝逹を減少させるほど十分な、少なくとも一つの温度形状化要素と、
（ｅ）前記第１熱源内で前記チャネルを収容するように適応された収容口とを備える。
【００２０】
動作状態において、前記装置は、多数の熱源、一般に３個、４個、又は５個の熱源、好ましくは、それぞれが一般的な実施例において他の熱源と本質的に平行になるように前記装置内に位置する３個の熱源を使用する。この実施例において、前記装置は、速くかつ効率よい対流を基盤にしたＰＣＲ工程に適した温度分布を生成するはずである。一般的な装置は、第１、第２、及び第３熱源内に配置された複数のチャネルを備えることによって、ユーザが複数のＰＣＲ反応を同時に行うことができるようにする。例えば、前記装置は、第１、第２、及び第３熱源を介して延びている少なくとも１個又は２、３、４、５、６、７、８、９個のチャネルから約１０、１１、１２個までのチャネル、約２０、３０、４０、５０個又は数百個までのチャネルを備えることができ、約８個ないし約１００個間のチャネルが多くの発明の利用において一般に好まれる。好まれるチャネルの機能は、ユーザのＰＣＲ反応を収容する反応容器を収容することと、ａ）熱源、ｂ）温度形状化要素、及びｃ）収容口のうち、少なくとも一つ、好ましくは、すべてと反応容器との間の直接又は間接的な熱的伝達を提供することである。
【００２１】
前記３個の熱源のそれぞれの他の熱源に対する相対的な位置は、本発明の重要な特徴である。前記装置の第１熱源は、一般に下部に位置し核酸変性に適切な温度に維持され、第３熱源は、一般に上部に位置し変性された核酸鋳型が一つ又はそれ以上のオリゴヌクレオチドプライマーとアニーリングするのに適切な温度に維持される。ある実施例では、第３熱源がアニーリングと重合ともに適切な温度に維持される。第２熱源は、一般に第１及び第３熱源の間に位置し、変性された鋳型に沿ってプライマーが重合されるのに適切な温度に維持される。したがって、一実施例において、第１熱源内のチャネルの下部と第３熱源内のチャネルの上部は、それぞれＰＣＲ反応の変性とアニーリングステップに適切な温度分布を有するようになっている。第２熱源が位置している前記チャネルの上部と下部との間には、第１熱源の変性温度（最高温度）から第３熱源のアニーリング温度（最低温度）までの大部分の温度変化が起きる遷移領域（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｒｅｇｉｏｎ）が位置している。したがって、一般的な実施例において、遷移領域の少なくとも一部は、変性された鋳型に沿ってプライマーが重合されるのに適切な温度分布を有するようになっている。第３熱源がアニーリングと重合ともに適切な温度に維持された場合、遷移領域の上部に加えて第３熱源内のチャネルの上部も重合ステップに適切な温度分布を提供する。したがって、遷移領域での温度分布は、特に、プライマー伸長と関連して、効率的なＰＣＲ増幅を達成するために重要である。反応容器内での熱対流は、一般に遷移領域内に生成された温度勾配（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｇｒａｄｉｅｎｔ）の大きさ及び方向により決定され、したがって遷移領域内の温度分布もまた反応容器内にＰＣＲ増幅を可能にする適切な熱対流を生成するために重要である。速くてかつ効率的なＰＣＲ増幅を助けるために、遷移領域内に適切な温度分布を生成するために多様な温度形状化要素が前記装置で使用されうる。
【００２２】
一般に、それぞれの個別的な熱源は、熱対流ＰＣＲの各ステップを誘導するのに適切な温度に維持される。また、前記装置が３個の熱源を特徴とする実施例において、３個の熱源の温度は、反応容器内の試料を横切って熱対流を誘導するように適切にアレインジされる。本発明に係る適切な熱対流を誘導するための一つの一般的な条件は、高温に維持された熱源が低温に維持される熱源より前記装置内でより低い位置に位置させることである。したがって、好ましい実施例において、第１熱源は、第２又は第３熱源より前記装置内で低く位置する。この実施例において、第２熱源を第３熱源より前記装置内で低く位置させることが一般に好ましい。意図した結果が達成される場合に限って他の構成も可能である。
【００２３】
論議されたように、本発明の目的は、少なくとも一つの温度形状化要素を備える装置を提供することにある。大部分の実施例において、前記装置のチャネルのそれぞれは、約１０個以下のそういう要素、例えば、各チャネルに対して１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０個の温度形状化要素を備える。温度形状化要素の一つの機能は、ＰＣＲを助ける構造的又は位置的特徴を提供することによって、熱対流により実現される効率的なＰＣＲを提供することである。以下の例と議論により明らかになったように、このような特徴は、チャンバーのような少なくとも一つのギャップ又は空間と、熱源間に位置する少なくとも一つの断熱体又は断熱性ギャップと、少なくとも一つの温度ブレーキと、第１、第２、及び第３熱源のうち、少なくとも一つにある少なくとも一つの突出部構造と、前記装置内、特に、チャネル、第１熱源、第２熱源、第３熱源、チャンバーのようなギャップ、温度ブレーキ、突出部、第１及び第２断熱体、又は収容口のうち、少なくとも一つの内で、非対称的に配置された少なくとも一つの構造と、又は少なくとも一つの構造的又は位置的非対称性を含むが、これに限定されるものではない。構造的非対称性は、一般にチャネル及び／又はチャネル軸を基準に定義される。位置的非対称性の一つの例は、重力の方向に対して前記装置を傾くようにしたり、又はそれとも外れるようにすることである。
【００２４】
用語「ギャップ」と「空間」は、本明細書でほとんどの場合に互いに交替可能に使用されるはずである。ギャップは、熱対流ＰＣＲを助けるように前記装置内の取り囲まれた又は半分取り囲まれた小さな空間である。定義された構造を有した大きなギャップ又は大きな空間は、本明細書でチャンバーと呼ばれる。多い実施例においてチャンバーは、ギャップを有しており、本明細書においてチャンバーギャップと呼ばれる。ギャップは、空いているか、本明細書に記述された断熱性物質から充填されるか、又は部分的に充填されうる。多い応用例において、空気から充填されたギャップ又はチャンバーが一般に有用である。
【００２５】
（同一又は相異なる）温度形状化要素のうちの何れか一つ又は組み合わせは、本発明の装置と共に使用されうる。以下、例示的な温度形状化要素を詳細に述べる。
【００２６】
例示的な温度形状化要素
Ａ．ギャップ又はチャンバー
本装置の一実施例において、各チャネルは、少なくとも一つのギャップ又はチャンバーを温度形状化要素として備える。一般的な実施例において、前記装置は、各チャネルの周囲に配置された１、２、３、４、５、又はさらには６個のチャンバーを備え、第２及び第３熱源のうち、少なくとも一つに各チャネルに対して１個、２個、又は３個のこのようなチャンバーを備える。本発明のこのような例において、チャンバーは、チャネルと第２又は第３熱源との間にユーザが前記装置内で温度分布を正確に制御するようにする空間を形成する。すなわち、チャンバーは、遷移領域（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｒｅｇｉｏｎ）でチャネルの温度分布を形状化するのを助ける。「遷移領域」は、概略的に第３熱源と接触するチャネルの上部と第１熱源と接触するチャネルの下部との間のチャネルの領域を意味する。チャンバーは、意図した結果が達成されるかぎりには、チャネルの周囲のほとんどどの領域にも位置できる。例えば、チャンバー（又は一つ以上のチャンバー）を第２熱源、第３熱源、又は第２熱源及び第３熱源の両側内に又は隣接して位置させることは、発明の多くの応用において有用である。前記装置内のチャネルが多数のチャンバーを有する実施例において、各チャンバーは、他のチャンバーから分離されることができ、ある例では、前記装置内で一つ又はそれ以上の他のチャンバーと接触できる。
【００２７】
相異なるギャップ又はチャンバー構造の一つ又は組み合わせは、本発明と両立することができる。通常の必要条件として、チャンバーは、次の条件のうち、少なくとも一つ、好ましくは、全てを満たす遷移領域での温度分布を生成しなければならない：（１）生成された温度勾配（特に、チャネルの垂直プロファイルを横切る）は、反応容器内で試料を横切って熱対流を生成する程十分に大きくなければならない。（２）温度勾配により、このように生成された熱対流は、ＰＣＲ工程の各ステップのために十分な時間が提供されうるように十分に遅くなければならない（又は適切に速くなければならない）。特に、一般に重合ステップが変性及びアニーリングステップより多い時間を必要とするために、重合ステップの時間を十分に長くすることが特に重要である。特別なギャップ又はチャンバーの構成の例が以下に開示されている。
【００２８】
必要であれば、本発明の装置内のチャネルは、チャネル軸を基準に本質的に対称的又は非対称的に配置された少なくとも一個のチャンバーを有することができる。多い実施例において、１、２、又は３個のチャンバーを有する装置が好ましい。チャンバーは、熱源のうちの何れか一つ又は組み合わせの内に、例えば、第１熱源、第２熱源、第３熱源、又は第２及び第３熱源の両側に配置されうる。ある装置では、第２熱源又は第２及び第３熱源内に１、２又は３個のチャンバーを有する装置が特に有用である。そういうチャンバー実施例の例が以下に提供される。
【００２９】
一実施例において、チャンバーは、第１熱源、第２熱源、及び第３熱源のうち、少なくとも一つからの本明細書において「突出部」と呼ばれることにより追加的に定義される。特定実施例において、突出部は、第２熱源から第１熱源に向かってチャネル軸に一般に平行な方向に延びる。第２熱源から第３熱源に一般にチャネル軸に平行に延びる第２突出部を備えるような他の実施例も可能である。追加的な実施例は、第１熱源から第２熱源に向かってチャネル軸に対して一般に平行に延びる突出部を有する装置を備える。さらに他の実施例は、第３熱源から第２熱源に向かってチャネル軸にまた一般に平行に延びる突出部を有する装置を備える。ある実施例では、前記装置は、チャネル軸に対して傾いている少なくとも一つの突出部を有することができる。本発明のこのような例において、チャネル軸の方向へのチャンバーの寸法を増やしながら、第１、第２及び／又は第３熱源の体積だけでなく熱源間の熱伝達を実質的に減少させることが可能である。このような特徴が消費電力を減少させながら熱対流ＰＣＲ効率を向上させることが分かった。
【００３０】
図２Ａ、図３Ａ、図４Ａ、図９Ｂ、図１２Ａ、図１４Ａ、図１５Ａ、及び図２２Ａは、本発明で使用することができるチャンバーのいくつかの例を提供する。他の適合したチャンバー構造が以下に開示されている。
【００３１】
Ｂ．温度ブレーキ
本発明の装置内の各チャネルは、装置内の温度分布を制御するための１、２、３、４、５、６個又はそれ以上の温度ブレーキ、一般に１個又は２個の温度ブレーキを備えることができる。多い実施例において、前記温度ブレーキは、上端部と下端部、そして必要によって選択的にチャネルと熱的に接触する壁により定義されるはずである。前記温度ブレーキは、一般にギャップ又はチャンバー（存在するならば）の壁に隣り合っているか、又は隣接して配置される。温度ブレーキを温度形状化要素として備えることによって、一つの熱源から他の熱源への温度プロファイルの好ましくない侵害が制御でき、一般に減少できる。以下詳細に説明するが、熱対流ＰＣＲ増幅効率は、温度ブレーキの位置と厚さに敏感であるということが見出された。適した温度ブレーキは、チャネルに対して対称的又は非対称的に配置されうる。
【００３２】
本明細書に述べられる一つ又はそれ以上の温度ブレーキは、意図した結果が達成される限り、装置の各チャネルの周囲の如何なる位置にも位置できる。したがって、一実施例において、温度ブレーキは、隣接する熱源からの好ましくない熱流れを遮断又は減少させて、適切なＰＣＲ増幅を達成するためにチャンバーに隣り合っているか、又は隣接して位置できる。
【００３３】
図１０Ｂ、図１０Ｄ、図１０Ｆ、図１１Ｂ、図１４Ｂ、及び図１４Ｃは、本発明の使用に適した温度ブレーキのいくつかの例を提供する。他の適した温度ブレーキは、以下に開示されている。
【００３４】
Ｃ．位置的又は構造的非対称性
本発明の装置が少なくとも一つの位置的又は構造的非対称要素、例えば、各チャネルに対して１、２、３、４、５、６又は７個のこのような要素を備える場合、熱対流ＰＣＲがより速くてより効率的であることが見出された。このような要素は、一つ又はそれ以上のチャネルの周囲に、又は全体装置にわたって位置できる。理論に拘束されることを望まないが、前記装置内の非対称要素の存在が増幅過程をより速くてより効率よくする方式で浮力（ｂｕｏｙａｎｃｙ  ｆｏｒｃｅ）を増加させると信じられる。前記装置内にチャネル軸又は重力方向に対して「水平的に非対称的加熱又は冷却」を発生させうる少なくとも一つの位置的又は構造的非対称性を導入することによって、熱対流ＰＣＲを助けることができるということが見出された。理論に拘束されることを望まないが、内部に少なくとも一つの非対称要素を有する装置は、チャネルを加熱又は冷却することに関する装置の対称性を破壊し、浮力の生成を助けたり増加させることによって増幅過程をより速くてより効率よくすることができると信じられる。「位置的非対称要素」は、チャネル軸又は装置を重力方向に対して傾くように作る構造的要素を意味する。「構造的非対称要素」は、チャネル及び／又はチャネル軸に対して装置内で対称的にならないように配置される構造的要素を意味する。
【００３５】
論議されたように、熱対流を生成するために（そしてまたＰＣＲ工程のための温度必要条件を満たすために）試料流体内に垂直温度勾配を生成することが必要である。しかしながら、垂直温度勾配の存在にもかかわらず、温度分布の等温等高線（ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ  ｃｏｎｔｏｕｒ）が重力方向（すなわち、垂直方向）に対して平ら（すなわち、水平）であれば、熱対流を誘導する浮力は、生成されない場合もありうる。このような平らな温度分布内では、流体の各部分が同じ高さで流体の他の部分と同じ温度（したがって、同じ密度）を有するために、流体は、いかなる浮力の影響も受けないようになる。対称実施例（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ）では、すべての構造的要素がチャネル又はチャネル軸に対して対称をなし、重力方向は、チャネル又はチャネル軸に本質的に平行に整列される。このような対称実施例において、チャネル又は反応容器内の温度分布の等温等高線は、重力場に対してほぼ又は完壁に平らになり、したがって十分に速い熱対流を生成するのがたびたび難しくなる。理論に拘束されることを望まないが、温度分布で変動又は不安定を誘導できるいかなる撹乱要因（ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｓ）の存在は、たびたび浮力の生成を助けるか、又は向上させることができ、ＰＣＲ増幅をより速くてより効率よくすると信じられる。例えば、一般的な環境に存在する小さな振動は、ほぼ又は完壁に平らな温度分布を撹乱することができ、又は装置の小さな構造的欠陥がチャネル／チャンバー構造又は反応容器構造の対称性を破壊することによって、ほぼ又は完壁に平らな温度分布を撹乱することができる。このような撹乱された温度分布において、流体は、流体の少なくとも一部に対して同じ高さの流体の他の部分と比較して相異なる温度を有することができ、したがってこのような温度変動又は不安定性のため浮力が形成されやすくなることができる。このような自然的又は偶発的な撹乱要因は、一般に対称実施例において熱対流を生成するにあって重要である。位置的又は構造的非対称性が前記装置内に存在する場合、チャネル又は反応容器内の温度分布は、同じ高さで均一にならないように（例えば、水平的に不均一又は非対称的になるように）制御できる。このような水平的に非対称的な温度分布が存在するとき、浮力は、容易に一般により強く生成されることができ、したがって熱対流ＰＣＲをより速くてより効率よく行うようになる。有用な位置的又は構造的非対称要素は、チャネル軸又は重力方向に対してチャネルの「水平的に非対称的な加熱又は冷却」を引き起こす。
【００３６】
非対称性は、一つの方式又は方式の組み合わせによって本発明の装置に導入されうる。一実施例において、本発明の装置が装置に導入された位置的非対称性を有するようにすることができるが、例えば、装置又はチャネルを重力方向に対して傾けることができる。本明細書に開示されたほとんどすべての装置実施例は、チャネル軸を重力方向に対して外れるようにすることができる構造を含むことによって傾けることができる。適した構造の例は、ウェッジ又はこれと関連した傾斜した形態、又は傾斜したり傾いたチャネルである。このような発明実施例の例は、図１２Ｂ及び図１８Ａ〜図１８Ｂを参照すればよい。
【００３７】
他の実施例において、ａ）チャネル、ｂ）チャンバーのようなギャップ、ｃ）収容口、ｄ）第１熱源、ｅ）第２熱源、ｆ）第３熱源、ｇ）温度ブレーキ、及びｈ）断熱体のうち、少なくとも一つが前記装置内にチャネル軸に対して非対称的に配置されうる。したがって、一発明実施例において、前記装置は、構造的非対称要素としてチャンバーを特徴とする。この発明実施例において、前記装置は、チャネル、収容口、温度ブレーキ、断熱体、又は一つ又はそれ以上の熱源のような一つ又はそれ以上の他の構造的非対称要素を備えることができる。他の一実施例において、構造的非対称要素は、収容口である。また、さらに他の一実施例において、構造的非対称要素は、温度ブレーキ又は一つ以上の温度ブレーキである。前記装置は、第１熱源、第２熱源、第３熱源、チャンバー、チャネル、断熱体などのような一つ又はそれ以上の他の非対称又は対称構造的要素を備えることができる。
【００３８】
第１熱源、第２熱源、及び／又は第３熱源が構造的非対称要素を特徴とする実施例において、チャネル軸に一般に平行に延びる突出部（又は一つ以上の突出部）にこのような非対称性がありうる。
【００３９】
他の例が以下に提供される。特に、図２１Ａ〜２１Ｂ、図２２Ａ〜２２Ｄ、図２３Ａ〜２３Ｂ、図２４Ａ〜２４Ｂ、図２５、図２６、及び図２７Ａ〜２７Ｂを参照すればよい。
【００４０】
論議されたように、チャネル及びチャンバーのうちの何れか一つ又は全部は、前記装置内でチャネル軸に対して対称的に又は非対称的に配置されうる。チャネル及び／又はチャンバーが対称又は非対称構造的要素の例として図６Ａ〜６Ｊ、図７Ａ〜７Ｉ、及び図８Ａ〜８Ｐを参照すればよい。
【００４１】
収容口が構造的非対称要素である装置を有することが好ましい場合がたびたびありうる。如何なる理論にも拘束されることを望まないが、収容口とチャンバーの下端部又は第２熱源間の領域は、装置内で熱対流の流れのための主要駆動力が生成される位置であると信じられる。明らかになるはずであるが、この領域は、最高温度（例、変性温度）まで加熱する初期加熱と低い温度（例、重合温度）への遷移が起きる所であり、したがって最大の駆動力がこの領域から発生する。
【００４２】
例えば、非対称収容口の構造を示す図１３及び図２１Ａ〜図２１Ｂを参照すればよい。
【００４３】
Ｄ．断熱体及び断熱性ギャップ
本発明の目的を達成するために、熱源の各々を他の熱源から断熱させることが多くの場合に有用でありうる。次の説明で明らかなように、前記装置は、各熱源間の断熱性ギャップに位置した多様な断熱体と共に使用されうる。したがって、一実施例において、第１断熱体は、第１及び第２熱源間の第１断熱性ギャップに位置し、第２断熱体は、第２及び第３熱源間の第２断熱性ギャップに位置する。低い熱伝導率（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）を有する気体又は固体断熱体の一つ又は組み合わせが使用されうる。本発明の多数の目的のための一般に有用な断熱体は、空気（静的空気（ｓｔａｔｉｃ  ａｉｒ）の場合に、常温で約０．０２４Ｗ・ｍ‐１・Ｋ‐１の低い熱伝導率を有し、温度が増加するにつれて徐々に増加する）である。静的空気より大きな熱伝導率を有する材料が電力消費外の他の装置性能を顕著に減少させないながら使用されうるが、空気と似ているか、又は空気より小さな熱伝導率を有する気体又は固体断熱体を使用することが一般に好ましい。良い熱断熱体の例は、木、コルク、繊維、プラスチック、セラミック、ゴム、シリコン、シリカ、カーボンなどがあるが、これらに限定されるものではない。このような材料からなる硬質フォーム（ｒｉｇｉｄ  ｆｏａｍ）が非常に低い熱伝導率を表すので、特に有用である。硬質フォームの例は、発泡スチレン（Ｓｔｙｒｏ  ｆｏａｍ）、ポリウレタンフォーム（ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ  ｆｏａｍ）、シリカエアロゾル（ｓｉｌｉｃａ  ａｅｒｏｓｏｌ）、カーボンエアロゾル（ｃａｒｂｏｎａ  ｅｒｏｓｏｌ）、シージェル（ＳＥＡｇｅｌ）、シリコン又はゴムフォーム、ウッド、コルクなどがあるが、これに限定されるものではない。空気に加えて、ポリウレタンフォーム、シリカエアロゾル及びカーボンエアロゾルが特に高い温度で使用するのに有用な熱断熱体である。
【００４４】
発明の装置が断熱性ギャップを有する実施例において、長所が明らかになる。例えば、装置のユーザは、１）一つの熱源から次の熱源への熱伝逹を実質的に減少させることによって、消費電力を減少させることができ、２）一つの熱源から次の熱源への大きな温度変化が断熱性ギャップ領域から発生するために、駆動力を生成するための温度勾配を制御でき（したがって、熱対流を制御でき）、そして３）３個の熱源間の熱伝逹が均衡をなすようにすることによって、隣接して配置された３個の熱源の温度を同時に維持する機械装置を単純化でき、これにより消費電力を最小化できる能力を有することができる。低い熱伝導率の断熱体を有する大きな断熱性ギャップは、一般に消費電力を減少させるのに助けになるという事実が見出された。突出構造の使用は、各断熱性ギャップの相異なる領域（例えば、チャネルから隣接した領域及び遠く離れている領域を分離して）を独立的に制御しながらより大きな平均ギャップが提供されうるようにするので、消費電力を実質的に減少させるのに特に有用である。特に、チャネルに隣接した領域で断熱性ギャップを変更することによって、熱対流の速度を制御でき、したがってＰＣＲ増幅の速度を制御できるという事実が見出された。チャネル領域に隣接した第１断熱性ギャップを制御することが熱対流の速度を変調することに特に有用であるということが見いだされた。また、チャネル軸の方向の第１及び第２断熱性ギャップの平均厚さの比率が３個の熱源間の熱伝逹の均衡をなすようにすることに非常に有用であるということが見出された。２個の隣接する熱源間の熱伝逹量は、２個の熱源間の距離に反比例する。したがって、第１及び第２断熱性ギャップの平均厚の比率を調整することによって、第１及び第３熱源間に位置する第２熱源が、３個の熱源間の熱伝逹の均衡の結果として、電力の消費無しで望む温度に近接するように加熱されうる。これは、装置の消費電力を実質的に減少させるだけでなく、装置に必要な温度制御装置及びメカニズムを極めて単純化させることができるようにする。多い例において、３個の熱源の望む温度に適した平均厚の比率を選択することによって、一般により多くの電力を消費し、多くの場合に体積がより大きな冷却要素を使用しないで、加熱要素だけを使用して装置が製作されうる。断熱性ギャップを有する他の利点は、以下の説明と例により明らかになるはずである。
【００４５】
次の説明と例において発明装置は、上述した温度形状化要素の一つ又は組み合わせを含むことができるということが明らかになるはずである。したがって、一実施例において、前記装置は、第１、第２、及び第３熱源を互いに分離する第１及び第２断熱体と、チャネル軸に一般に平行であり、チャネルを基準に対称的に配置される少なくとも一個のチャンバー（例、１、２、又は３個のチャンバー）を特徴とする。この実施例において、前記装置は、熱対流ＰＣＲをより助けるように、一個又は二個の温度ブレーキをさらに備えることができる。前記装置が二個のチャンバーを、例えば第２熱源内に含む実施例において、各チャンバーは、チャネル軸に対して同一又は相違なる水平位置を有することができる。他の一実施例において、第２熱源は、チャネル軸に一般に平行であり、第１及び／又は第３熱源に向かって延びる突出部を特徴とし、この突出部がチャンバーを定義する。この実施例において、前記装置は、第１熱源から第２熱源方向に延びる突出部を備えることができ、必要によって選択的に第３熱源から第２熱源方向にチャネル軸に一般に平行に延びる突出部を備えることができる。このような実施例において、熱源のうち、少なくとも一つがチャンバーを備えるという前提下で、第２熱源は、チャネル軸に対して対称的に配置された一個又は二個のチャンバーを備えるか、又はチャンバーを全く備えなく、第３熱源は、チャネル軸に対して対称的に配置された一個又は二個のチャンバーを備えるか、又はチャンバーを全く備えない。
【００４６】
論議されたように、前記装置内に非対称構造的要素を備えることが有用な場合が多い。したがって、本発明の一目的は、装置内にチャネル軸に対して非対称的に配置された収容口を備えることである。この実施例において、前記装置は、チャネル軸に対して対称的に又は非対称的に配置された一つ又はそれ以上のチャンバーを備えることができる。代案として又は追加的に、前記装置は、チャネル軸に対して非対称的に配置された少なくとも一つの温度ブレーキを特徴とする。この実施例において、前記装置は、チャネル軸に対して対称的に又は非対称的に配置された一つ又はそれ以上のチャンバーを備えることができる。代案として又は追加的に、前記装置は、チャネル軸に対して非対称的に配置された少なくとも一つの突出部を特徴とする。一実施例において、第１熱源から延びた突出部は、チャネル軸を基準に非対称的に配置される反面、第２熱源から延びる一つ又は両突出部（及びチャンバー）は、チャネル軸を基準に対称的に配置される。代案として又は追加的に、第２熱源の前記一つ以上の突出部（及びチャンバー）は、チャネル軸を基準に非対称的に配置されうる。これらの実施例において、前記装置は、第３熱源から第２熱源へ延びチャネル軸に対して対称的に又は非対称的に配置される突出部をさらに備えることができる。
【００４７】
しかしながら、他の一実施例において、前記装置内の一つ又はそれ以上のチャネルからすべてのチャネルに至るまでいかなるチャンバーやギャップ構造を含む必要がない。このような実施例において、前記装置は、重力に対してチャネルの角度を傾けることのような（位置的非対称要素の例）一つ又はそれ以上の他の温度形状化要素を好ましくは備えるはずである。代案として又は追加的に、チャネルは、構造的非対称性を含むか、又は本明細書に提供されたような遠心分離加速を受けることができる。例えば、例６及び図７６Ｅ（重力傾斜角が１０度でチャネルのみがある場合）を図７５Ｅ（重力傾斜角がなくチャネルのみがある場合）と比較して参照すればよい。
【００４８】
以下で理解されるように、他の又は追加的な非対称要素が存在する発明装置を有することが可能である。例えば、前記装置は、チャンバーのうちの何れか一つ又はそれ以上がチャネル軸に対して非対称的に配置される二個又は三個のチャンバーを備えることができる。装置が単一チャンバーを備える実施例において、そのチャンバーは、チャネル軸に対して非対称的に配置されうる。実施例は、第２熱源から第１及び第３熱源のそれぞれに向かって延びる突出部がチャネル軸に対して非対称的に配置された装置を備える。
【００４９】
必要であれば、上述の発明実施例のいずれも装置又はチャネルを重力方向に対して傾けることによって、又はそれをウェッジや他の傾斜した形態に位置させることによって、位置的非対称要素を備えることができる。
【００５０】
以下で理解されるように、意図した結果が達成できるならば、装置実施例の如何なる温度形状化要素も（装置内でチャネル軸に対して対称的でも又は非対称的でも）装置の他の構造的又は位置的特徴を含む一つ又はそれ以上の他の温度形状化要素に結び付けられることができる。
【００５１】
また、以下で理解されるように、本発明は、融通性があり、各チャネルが同一又は相違なる温度形状化要素を有している装置を備える。例えば、前記装置の一つのチャネルは、いかなるチャンバー又はギャップ構造を有さない反面、前記装置の他のチャネルは、そういうチャンバー又はギャップ構造を１、２、又は３個備えることができる。本発明は、意図した結果が達成されるかぎり、特定チャネル構成（又はチャネル構成のグループ）に限定されない。しかしながら、使用及び製造上の考慮事項を単純化するために、発明装置のすべてのチャネルが同じ数と同じ類型の温度形状化要素を有することが多くの場合に好ましい。
【００５２】
次の図と例を参照することは、熱対流ＰＣＲ装置に対するより良い理解を提供するためである。これは、本発明の範ちゅうを制限するための意図ではなく、そのように解釈されてはならない。
【００５３】
これから図１及び図２Ａ〜図２Ｃを参照すれば、装置１０は、作動可能に連結した構成要素であって：
（ａ）チャネル７０を加熱又は冷却し、上部面２１と下部面２２とを有する第１熱源であって、前記チャネル７０は、ＰＣＲを行うための反応容器９０を収容するように適応された第１熱源２０と、
（ｂ）前記チャネル７０を加熱又は冷却し、上部面３１と前記第１熱源の上部面２１と向き合う下部面３２とを有する第２熱源３０と、
（ｃ）前記チャネル７０を加熱又は冷却し、上部面４１と前記第２熱源の上部面３１と向き合う下部面４２とを有する第３熱源４０であって、前記チャネル７０は、前記第１熱源２０と接する下端部７２と、前記第３熱源の上部面４１と接する貫通口７１により定義され、この実施例において、前記下端部７２と前記貫通口７１との間の中心点がチャネル軸８０を形成し、前記チャネル軸を基準に前記チャネル７０が配置される、第３熱源４０と、
（ｄ）前記第２熱源３０又は前記第３熱源４０の少なくとも一部内で前記チャネル７０の周囲に配置された少なくとも一個のチャンバーであって、この実施例において、前記第１チャンバー１００は、前記第２熱源３０又は前記第３熱源４０と前記チャネル７０との間の熱伝逹を減少させるほど十分なチャンバーギャップ１０５を前記第２熱源３０又は前記第３熱源４０と前記チャネル７０との間に有する、チャンバーと、
（ｅ）前記第１熱源２０内に前記チャネル７０を収容するように適応された収容口７３とを、備える。
【００５４】
「作動可能に連結した（ｏｐｅｒａｂｌｙ  ｌｉｎｋｅｄ）」、「作動可能に連動された（ｏｐｅｒａｂｌｙ  ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ）」又はこれと類似した用語は、装置の一つ又はそれ以上の要素が一つ又はそれ以上の他の要素と作動可能に連結するのを意味する。より具体的に、このような連動は、直接的又は間接的（例えば、熱的（ｔｈｅｒｍａｌ））、物理的及び／又は機能的でありうる。ある要素が直接的に連結され、他の要素が間接的に（例えば、熱的に（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ））連結する装置は、本発明の範ちゅう内に属する。
【００５５】
図２Ａに示す実施例において、前記装置は、第１熱源２０の上部面２１と第２熱源３０の下部面３２との間に位置した第１断熱体５０をさらに備える。前記装置は、第２熱源３０の上部面３１と第３熱源４０の下部面４２との間に位置した第２断熱体６０をさらに備える。以下で理解されるように、実際に本発明は、断熱体の数が意図した結果が達成されるのに十分であれば、２個の断熱体のみが存在することに限定されない。すなわち、本発明は、多数の断熱体（例えば、２、３又は４個の断熱体）を備えることができる。図２Ａに示す実施例において、チャネル軸８０方向の第１断熱体５０の長さは、チャネル軸８０方向の第２断熱体６０の長さより長い。他の実施例において、第１断熱体５０の長さは、第２断熱体６０の長さより短いか、又は本質的に同一でありうる。しかしながら、第１断熱体５０の長さが第２断熱体６０の長さより長いことが一般に好ましい。このような実施例は、消費電力を減少させ、温度制御を容易にするのに利点がある。他の一実施例において、チャネル軸８０方向の第２熱源３０の長さが第１熱源２０又は第３熱源４０の長さより長いことが好ましい。他の実施例において、第２熱源３０の長さが第１熱源２０又は第３熱源４０の長さより短いか、又は本質的に同一でありうるが、重合ステップのためにより長い経路長を達成するために、第２熱源３０がより長い長さを有することが有利である。
【００５６】
図２Ａに示す一実施例において、第１断熱体５０、第２断熱体６０又は両断熱体５０、６０は、低い熱伝導率を有する熱断熱体で充填される。好ましい熱断熱体は、約１０分の数Ｗ・ｍ‐1・Ｋ‐1ないし約０．０１Ｗ・ｍ‐1・Ｋ‐1の間又はそれ以下の熱伝導率を有する。この実施例において、チャネル軸８０方向の第１断熱体５０の長さと、好ましくは、第２断熱体６０の長さもまた、例えば約０．１ｍｍないし約５ｍｍの範囲、好ましくは、約０．２ｍｍないし約４ｍｍの範囲で短く構成される。本発明のこの例において、一つの熱源から隣接する熱源への熱損失が実質的に大きくありえ、装置動作の際、大きな電力消費を引き起こすことができる。多くの応用において、３個の熱源（例、２０、３０及び４０）のうち、少なくとも一つを他の熱源から隔離させること、好ましくは、２個の熱源が互いに熱的に隔離されること（例えば、２０と３０を互いに断熱すること、３０と４０を互いに断熱すること等）が好ましい場合があり、三個の熱源とも（例えば、２０、３０、及び４０を互いに熱的に隔離させることが、多くの発明応用において一般に好まれる。一つ又はそれ以上の熱断熱体を使用することが多くの場合に有用でありうる。例えば、第１断熱性ギャップ５０及び第２断熱性ギャップ６０に熱断熱体を使用することによって、多くの場合に消費電力を低くすることができる。
【００５７】
したがって、図２Ａ〜図２Ｃに示す本発明の発明実施例において、第１断熱体５０は、固体（ｓｏｌｉｄ）又は気体（ｇａｓ）から構成されるか、又はこれらを含む。代案として又は追加的に、第２断熱体６０は、固体又は気体から構成されるか、又はこれらを含む。
【００５８】
図２Ａ〜図２Ｃに示す装置を再度述べると、第２熱源内のチャンバー壁１０３とチャネル７０との間のチャンバーギャップ１０５は、気体、固体、又は気体−固体の組み合わせのような熱断熱体で部分的に又は完全に充填されうる。一般に有用な断熱体は、空気、及び空気と類似しているか、より小さな熱伝導率を有する気体又は固体断熱体を備える。チャンバーギャップ１０５の重要な一つの機能は、第２熱源内で第２熱源からチャネルへの熱伝逹を制御（一般に減少）することであるから、プラスチックやセラミックのような空気より大きな熱伝導率を有する材料が使用されうる。しかしながら、このような高い熱伝導率を有した材料が使用される場合、断熱体として空気を使用する実施例と比較して、チャンバーギャップ１０５がより大きくなるように調整されなければならない。同様に、空気より低い熱伝導率を有する材料が使用される場合、空気断熱体実施例よりチャンバーギャップ１０５がより小さくなるように調整されなければならない。
【００５９】
特に、図２Ａ〜図２Ｃは、空気又は気体が第１断熱体５０と第２断熱体６０、及びチャンバーギャップ１０５に断熱体として使用された装置を示す。このようなギャップの内部のチャネル構造は、空気（又は気体）が断熱体として使用される時に、このような構造が目に見えないことを表すために点線で示された。特定発明の目的を達成するために、必要であれば、前記装置は、固体断熱体がチャンバーギャップ１０５に使用されるように適応されうる。代案として又は追加的に、前記装置は、第１断熱体５０と第２断熱体６０に固体断熱体を備えることができる。
【００６０】
図２Ｂ及び図２Ｃは、図１に示したような装置のＡ‐Ａ及びＢ‐Ｂ断面の透視図を示す。空気又は気体が断熱体として使用される実施例が示されている。
【００６１】
図１及び図２Ａ〜図２Ｃの実施例に示すように、前記装置は、１２個のチャネル（時には反応容器チャネルとする）を特徴とする。しかしながら、それ以上又はそれ以下のチャネルも、例えば、約１個又は２個から約１２個までのチャネル、又は約１２個から数百個までのチャネル、好ましくは、約８個ないし約１００個までのチャネルも、使用目的によって可能である。好ましくは、各チャネルは、第１熱源２０内の下端部９２と第３熱源４１の上部の上端部９１により一般に定義される反応容器９０を収容するように独立的に構成される。第１熱源２０、第２熱源３０、及び第３熱源４０内のチャネル７０は、一般に第１断熱体５０及び第２断熱体６０を貫通して通過する。チャネル７０の上端部７１と下端部７２との間の中心点は、熱源と断熱体がその周囲に配置されるチャネルの軸８０（時には、本明細書でチャネル軸とする）を形成する。
【００６２】
図１及び図２Ａ〜図２Ｃに示す実施例を再度参考すれば、チャネル７０は、反応容器９０がその中に安定的に合うように構成される。すなわち、図２Ａに示すように、前記チャネルは、反応容器の下部と本質的に同じ寸法プロファイル（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｐｒｏｆｉｌｅ）を有する。作動途中に、チャネルは、反応容器を収容するための収容器として機能する。しかしながら、以下にさらに詳細に説明するように、チャネル７０の構造は、反応容器９０と熱源２０、３０、及び４０のうちの何れか一つ又はそれ以上との間に相異なる熱接触可能性を提供するように、チャネル軸８０に対して調整されるか、及び／又は移動されうる。
【００６３】
一つの例として、第３熱源内に形成された貫通口７１がチャネル７０の上部として機能できる。この実施例において、第３熱源４０内のチャネル７０は、第３熱源４０と物理的に接触する。すなわち、第３熱源４０に向かって延びた貫通口７１の壁が反応容器９０と物理的に接触する。この実施例において、前記装置は、前記第３熱源４０からチャネル７０及び反応容器９０への効果的な熱伝逹を提供できる。
【００６４】
多くの発明応用のために、一般に第３熱源内の貫通口のサイズは、チャネル又は反応容器のサイズと本質的に同様にすることが好ましい。しかしながら、他の貫通口実施例も本発明の範ちゅう内に属し、本明細書に開示されている。例えば、図２Ａ〜図２Ｃを再度参照すれば、第３熱源４０内の貫通口７１は、反応容器９０のサイズより大きく作られることができる。しかしながら、このような場合、第３熱源４０から反応容器９０への熱伝逹は、少なく効率よくなることができる。この実施例において、本発明の最適の実現のために、第３熱源の温度を低くすることが有用でありうる。大部分の発明応用のために、第３熱源４０内の貫通口７１のサイズを反応容器９０のサイズと本質的に同じサイズにすることが一般に有用である。
【００６５】
収容口７３が第１熱源２０に形成されたふさがった下端部７２を有する発明実施例において、収容口は、チャネル７０の下部として機能することもある。例えば、図２Ａを参照しなさい。このような実施例において、第１熱源２０の収容口７３は、反応容器の下部９２のサイズと本質的に同じサイズを有し、大部分の実施例において反応容器９０に物理的な接触と効率的な熱伝逹を提供するようになる。以下で論議されるだろうが、ある発明実施例では、第１熱源２０内の収容口７３が反応容器の下部のサイズより若干大きいサイズを有するか、又は部分的チャンバー構造を有することができる。
【００６６】
チャンバーの構造及び機能
図２Ａ〜図２Ｃに示す装置を再度述べると、第１チャンバー１００は、チャネル７０を基準に第２熱源３０内に対称的に配置される。前記装置１０内のこのような物理的に非接触している（しかしながら、熱的に接触する）空間の存在は、多い利点と長所を提供する。例えば、そして如何なる理論にも拘束されることを望まないが、第１チャンバー１００の存在は、好ましくは、少なく効果的な第２熱源３０からチャネル７０又は反応容器９０への熱伝逹を提供する。すなわち、チャンバー１００は、第２熱源３０とチャネル７０又は反応容器９０との間での熱伝逹を実質的に減少させる。つながる議論でより明確になるだろうが、本発明は、前記装置１０内で安定的でより速い熱対流ＰＣＲを助けることを特徴とする。
【００６７】
第２熱源３０内に物理的に非接触空間を含むことが多くの場合に有用であるが、このような空間を装置１０内の一つ又はそれ以上の追加的な熱源、例えば第１熱源２０及び第３熱源４０のうちの何れか一つ又は両方に含むことも本発明の範ちゅうに属する。例えば、熱源のうちの何れか一つ又はそれ以上とチャネル７０又は反応容器９０との間の熱伝逹を減少させるために、第１熱源２０又は第３熱源４０が一つ又はそれ以上のチャンバーを備えることができる。
【００６８】
図２Ａ〜図２Ｃに示す発明実施例は、重要な構造的要素として第２熱源２０内に第１チャンバー１００を備える。本発明のこの例において、第１チャンバー１００は、第２熱源の上部３１から第２熱源の下部３２と第１熱源の上部２１に向かってチャネル７０を収容するように独立的に構成される。第１チャンバー１００は、第２熱源３０の上部の上端部１０１、第２熱源３０の下部の下端部１０２、そして、チャネル軸８０の周囲に配置され、第２熱源３０内でチャネル７０と離隔している第１チャンバー壁１０３により定義される。チャンバー壁１０３は、第２熱源３０内で距離を置いてチャネル７０を取り囲んで、チャンバーギャップ１０５を形成する。チャンバー壁１０３とチャネル７０との間のチャンバーギャップ１０５は、好ましくは、約０．１ｍｍないし約６ｍｍの範囲内、さらに好ましくは、約０．２ｍｍないし約４ｍｍの範囲内にある。第１チャンバー１００の長さは、約１ｍｍないし約２５ｍｍの範囲であり、好ましくは、約２ｍｍないし約１５ｍｍの範囲である。
【００６９】
本発明は、多様な種類の熱源と断熱体構成とが両立可能である。例えば、第１熱源２０は、チャネル軸８０に沿って約１ｍｍより長い長さ、好ましくは、約２ｍｍないし約１０ｍｍの長さを有することができる。第２熱源３０は、チャネル軸８０に沿って約２ｍｍないし約２５ｍｍの範囲の長さ、好ましくは、約３ｍｍないし約１５ｍｍの長さを有することができる。第３熱源４０は、チャネル軸８０に沿って約１ｍｍより長い長さ、好ましくは、約２ｍｍないし約１０ｍｍの長さを有することができる。論議されたように、装置が第１断熱体５０と第２断熱体６０とを有するようにすることが一般に有用である。例えば、突出部のない実施例において、第１断熱体５０は、チャネル軸８０に沿って約０．２ｍｍないし約５ｍｍの範囲の長さ、好ましくは、約０．５ｍｍないし４ｍｍの範囲の長さを有することができる。第２断熱体６０は、チャネル軸８０に沿って約０．１ｍｍないし約３ｍｍの範囲の長さ、好ましくは、約０．２ｍｍないし約２．５ｍｍの範囲の長さを有することができる。突出部の構造が存在する他の実施例において、第１断熱体５０及び第２断熱体６０は、チャネル７０に対した位置に応じてチャネル軸８０に沿って相異なる長さを有することができる。例えば、チャネルに隣接しているか、又は周囲の領域において（例えば、突出部内で）、第１断熱体５０は、チャネル軸に沿って約０．２ｍｍないし約５ｍｍの範囲の長さ、好ましくは、約０．５ｍｍないし４ｍｍの範囲の長さを有することができ、第２断熱体６０は、チャネル軸８０に沿って約０．１ｍｍないし約３ｍｍの範囲の長さ、好ましくは、約０．２ｍｍないし２．５ｍｍの範囲の長さを有することができる。チャネルから離れた領域（例えば、突出構造の外部）では、第１断熱体５０は、チャネル軸に沿って約０．５ｍｍないし約１０ｍｍの範囲の長さ、好ましくは、約１ｍｍないし８ｍｍの範囲の長さを有することができ、第２断熱体６０は、チャネル軸８０に沿って約０．２ｍｍないし約５ｍｍの範囲の長さ、好ましくは、約０．５ｍｍないし４ｍｍの範囲の長さを有することができる。
【００７０】
論議されたように、発明装置は、第２熱源と共に熱源のうち、少なくとも一つの中に複数のチャンバー（例えば、２、３、４、５、又はそれ以上のチャンバー）を備えることができる。
【００７１】
図３Ａ〜図３Ｂに示す実施例において、前記装置は、第２熱源３０内に完全に位置した第１チャンバー１００を備える。この実施例において、第１チャンバー１００は、チャネル軸８０に沿って第１チャンバーの下端部１０２と向き合うチャンバーの上端部１０１を備える。前記装置は、第２熱源３０内に完全に位置し、第１チャンバー１００の上端部１０１と接触する第２チャンバー１１０をさらに備える。第１チャンバー１００の壁１０３は、チャネル軸８０に本質的に平行に整列される。第２チャンバー１１０は、チャネル軸８０に本質的に平行に位置する壁１１３によりさらに定義される。第２チャンバー１１０は、第２熱源３０の上端部３１と接触する上端部１１１と第１チャンバー１００の上端部１０１と接触する下端部１１２とによりさらに定義される。図示のように、第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０とは、ギャップ１０５、１１５をそれぞれ備える。図示の実施例において、第２チャンバー１１０の上端部１１１と下端部１１２のそれぞれは、チャネル軸８０に垂直である。図３Ａに示すように、チャネル軸８０からの第１チャンバー１００の幅又は半径は、チャネル軸８０からの第２チャンバー１１０の幅又は半径より小さい（約０．９ないし０．３倍小さい）。しかしながら、図３Ｂの実施例に示す場合には、チャネル軸８０からの第１チャンバー１００の幅又は半径は、チャネル軸８０からの第２チャンバー１１０の幅より大きい（約１．１ないし約３倍大きい）。
【００７２】
図３Ａ〜図３Ｂを再度参照すれば、第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０とは、非常に有用な温度制御又は形状化効果を提供する。これらの実施例において、第１チャンバー１００（図３Ａ）又は第２チャンバー１１０（図３Ｂ）は、他のチャンバーと比較してより小さな直径又は幅を有する。第２チャンバー１１０（図３Ｂ）又は第１チャンバー１００（図３Ａ）の狭い部分は、他のチャンバーと比較して第２熱源３０からのより効率的な熱伝逹を提供する。また、これらの実施例に示すチャンバーの構成は、狭い部分に隣接して位置する他の熱源（例えば、図３Ａの第１熱源２０）からの熱伝逹を優先的に遮断する。
【００７３】
別に言及されない限り、多数のチャンバーを有する実施例は、第１熱源（一般に前記装置の下部に最も近く位置した）からチャンバーに番号を付することによって記述される。したがって、第１熱源に最も近いチャンバーが「第１チャンバー」に指定され、第１熱源にその次に近いチャンバーは、「第２チャンバー」などのように指定されるはずである。
【００７４】
温度ブレーキの構造及び機能
図４Ａは、熱源のうちの何れか一つに位置する３個のチャンバーを有する発明実施例を示す。特に、装置１０は、第２熱源３０内に位置する第１チャンバー１００、第２チャンバー１１０、及び第３チャンバー１２０を有する。この実施例において、第３チャンバー１２０は、ギャップ１２５を備える。第３チャンバー１２０は、チャネル軸８０と本質的に平行に位置する壁１２３を備える。第３チャンバー１２０は、第２熱源の上部３１と隣接した上端部１２１によりさらに定義される。第３チャンバー１２０は、第２熱源３０内の特定領域（図４Ａにおいて点線で表示された円を参照しなさい）と接触する下端部１２２によりさらに定義される。図示のように、第３チャンバー１２０の上端部１２１と下端部１２２とは、チャネル軸８０に垂直である。
【００７５】
図４Ｂは、図４Ａに示す点線で表示された円の拡大図である。特に、第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０との間の領域は、第１温度ブレーキ１３０を定義する。上で言及したように、第１温度ブレーキ１３０は、前記装置１０内の温度分布を制御するように意図したものである。図示の実施例において、第１温度ブレーキ１３０は、上端部１３１と下端部１３２、及びチャネル７０と本質的に接触する壁１３３により定義される。この実施例において、第１温度ブレーキ１３０の機能は、第１熱源２０からの第２熱源３０と第３熱源４０への温度プロファイルの好ましくない侵害を減少又は遮断することである。第１温度ブレーキ１３０のさらに他の機能は、第２熱源３０とチャネル７０との間に効果的な熱伝逹を提供することによって、その領域でチャネルが第２熱源３０の温度に速かに到達するようにすることである。第１温度ブレーキ１３０がチャネル７０を基準に対称的に配置されている。
【００７６】
図４Ｂに示すように、この発明実施例は、第２チャンバー１１０と第３チャンバー１２０との間の領域により定義された第２温度ブレーキ１４０を備える。特に、第２温度ブレーキ１４０は、壁１４３を介してチャネル７０の少なくとも一部と本質的に接触する上端部１４１と下端部１４２によりさらに定義される。第２温度ブレーキ１４０の重要な機能は、装置１０内で温度分布の制御を追加的に助けることである。この実施例において、第２温度ブレーキ１４０は、第３熱源４０から第２熱源３０への温度プロファイルの好ましくない侵害を減少又は遮断し、また第２熱源３０とチャネル７０との間の効果的な熱伝逹を提供することによって、その領域を第２熱源３０の温度に近接した温度に維持させることに特に有用である。第２温度ブレーキ１４０は、チャネル７０を基準に対称的に配置される。
【００７７】
必要であれば、第１チャンバー１００、第２チャンバー１１０、及び第３チャンバー１２０（又はそれらの一部分）のうち、少なくとも一つは、適切な固体又は気体断熱体を備えることができる。代案として又は追加的に、第１断熱体５０及び／又は第２断熱体６０のうちの何れか一つ又は両方が適切な固体又は気体から構成されるか、又はこれらを含むことができる。適切な断熱性気体の一例は、空気である。
【００７８】
チャネルの構造
Ａ．垂直プロファイル
本発明は、多数のチャネル構成と完全に両立可能である。例えば、図５Ａ〜図５Ｄは、適切なチャネル構成の垂直断面を示す。図示のように、チャネルの垂直プロファイルは、線形（図５Ｃ〜図５Ｄ）又はテーパー型（図５Ａ〜図５Ｂ）チャネルから形成されうる。テーパー型実施例において、チャネルは、上部から下部に又は下部から上部にテーパーされうる。チャネルの垂直プロファイルと関連して多様な変形が可能であるが（例えば、曲線形状、又は二つ以上の相異なる角度を有するようテーパーされている側壁を有するチャネル）、上部から下部に（線形的に）テーパーされているチャネルが、そういう構造が製作工程だけでなくチャネルに対する反応容器の導入も容易にするために、一般に好まれる。一般に有用なテーパー角（θ）は、約０度ないし約１５度の範囲、好ましくは、約２度ないし約１０度の範囲である。
【００７９】
図５Ａ〜図５Ｂに示す実施例において、チャネル７０は、開放された上端部７１とふさがった下端部７２とによりさらに定義されるが、このような末端部は、チャネル軸８０に対して垂直（図５Ａ）であるか、又は曲面形状を有することができる（図５Ｂ）。下端部７２は、下端部の水平プロファイルの半径又は幅の半と同じであるか、より大きな曲率半径を有する凸型又は凹型の曲面形状に形成されうる。下端部の水平プロファイルの半径又は幅の半より少なくとも２倍大きな曲率半径を有する平らであるか、又はほぼ平らな下端部が他の形態よりさらに好まれるが、これは、変性工程の間に向上した熱伝逹を提供することができるためである。チャネル７０は、チャネル軸８０方向の高さｈとチャネル軸８０に垂直な幅ｗ１によりさらに定義される。
【００８０】
多くの発明応用のために、本質的に直線である（例えば曲がったりテーパーされていない）チャネル７０を有することが有用でありうる。図５Ｃ〜図５Ｄに示す実施例において、チャネル７０は、開放された上端部７１とチャネル軸８０に垂直であるか（図５Ｃ）又は曲面形状である（図５Ｄ）ふさがった下端部７２を有する。テーパーされているチャネル実施例のように、下端部７２は、凸型又は凹型の曲面形状に形成されることができ、大きな曲率を有する平らであるか、又はほぼ平らな下端部が一般により好まれる。チャネル７０は、この実施例においてチャネル軸８０方向の高さｈとチャネル軸８０に垂直な幅ｗ１によりさらに定義される。
【００８１】
図５Ａ〜図５Ｄに示すチャネル実施例において、約２０マイクロリットルの試料体積に対して、高さｈは、少なくとも約５ｍｍないし約２５ｍｍ、好ましくは、８ｍｍないし約１６ｍｍである。各チャネル実施例は、チャネル軸８０に沿う幅ｗ１の平均によりさらに定義されるが、その値は、一般に少なくとも約１ｍｍないし約５ｍｍである。図５Ａ〜図５Ｄに示すチャネル実施例の各々は、高さｈと幅ｗ１の比率である垂直の縦横比と、各々第１及び第２方向への第１幅ｗ１と第２幅ｗ２の比率である水平の横縦比によりさらに定義されうるが、ここで、第１及び第２方向は、互いに垂直でありチャネル軸に対して垂直に整列されている。一般に適切な垂直の横縦比は、約４ないし約１５の範囲であり、好ましくは、約５ないし約１０である。水平の横縦比は、一般に約１ないし約４である。チャネル７０がテーパーされている実施例において（図５Ａ〜図５Ｂ）、チャネルの幅又は直径は、チャネルの垂直プロファイルを横切って変化する。一般的な指針として、２０マイクロリットルより大きいか、又は小さな試料体積に対しては、高さ及び幅（又は直径）は、体積比の立方根（ｃｕｂｉｃ  ｒｏｏｔ）又は時には平方根（ｓｑｕａｒｅ  ｒｏｏｔ）を係数として調整（ｓｃａｌｅ）されうる。
【００８２】
論議されたように、チャネルの下端部７２は、図５Ａ〜図５Ｄに示すように平らであるか、球形であるか、又は曲面形でありうる。下端部が球形又は曲面形の場合、一般に凸又は凹形態を有する。論議されたように、平らであるか又はほぼ平らな下端部が多くの発明実施例において他の形態に比べてより好まれる。如何なる理論にも拘束されることを望まないが、このような下端部の設計が第１熱源２０からチャネル７０の下端部７１への熱伝逹を向上させることによって、変性工程を容易にすると信じられる。
【００８３】
先に説明した垂直チャネルプロファイルのどれも相互的に排他的でない。すなわち、直線である第１部分と（チャネル軸８０に対して）テーパーされている第２部分を有するチャネルも本発明の範ちゅうに属する。
【００８４】
Ｂ．水平プロファイル
本発明は、多様な水平チャネルプロファイルと両立することができる。容易な製造が関心事である場合、本質的に対称的なチャネル形態が一般に好まれる。図６Ａ〜図６Ｊは、それぞれが表示された対称要素を有する適した水平チャネルプロファイルのいくつかの例を示す。例えば、チャネル７０は、チャネル軸８０に対して円形（図６Ａ）、正方形（図６Ｄ）、丸い正方形（図６Ｇ）、又は六角形（図６Ｊ）である水平形態を有することができる。他の実施例において、チャネル７０は、長さより大幅を有する（又はその反対の）水平形態を有することができる。例えば、図６Ｂ、図６Ｅ、図６Ｈの中間列に示すように、チャネル７０の水平プロファイルは、楕円形（図６Ｂ）、長方形（図６Ｅ）、又は丸い長方形（図６Ｈ）に形成されうる。このような類型の水平形態は、一方から上向きへ動き（例えば、左側において）反対側から下向きに動く（例えば、右側において）対流流れパターンを使用する時に有用である。長さに比べて相対的に大幅のプロファイルが使用されているので、上向き及び下向き熱対流流れ間の干渉が減少でき、これにより、より円滑な循環性流れを誘導するようになる。チャネルは、一方が反対側より狭い水平形態を有することができる。いくつかの例が図６Ｃ、図６Ｆ、及び図６Ｉの右側列に示されている。例えば、チャネルの左側が右側より狭く示されている。このような類型の水平形態も、一方側において上向きへ動き（例えば、左側において）、反対側から下向きに動く（例えば、右側において）対流流れパターンを使用する時に有用である。また、このような類型の形態が使用される場合、下向き流れの速度（例えば、右側において）が上向き流れに対して制御できる（一般に減少する）。対流流れは、試料の連続的な媒体内で連続的でなければならないので、流れの速度は、断面領域が大きくなるほど減少しなければならない（又はその反対）。この特徴は、重合効率性を増大することと関連して特に重要である。重合ステップは、一般に下向き流れ（すなわち、アニーリングステップ以後）の間に行われ、したがって、上向き流れに比べて下向き流れをより遅くすることで重合ステップのための時間を延長でき、より効率的なＰＣＲ増幅を誘導できる。
【００８５】
したがって、一発明実施例において、チャネル７０の少なくとも一部（全体チャネルを含んで）は、チャネル軸８０に本質的に垂直な面に沿って水平形態を有する。一発明の例において、水平形態は、少なくとも一つの反射（σ）又は回転対称要素（Ｃｘ）を有する。ここで、Ｘは、１，２，３，４，．．．から無限（∞）までである。意図した発明の目的を満たすならば、いかなる水平形態も適している。他の適した水平形態は、前記面に沿って円形、ひし形、正方形、丸い正方形、楕円形、長斜方形、長方形、丸い長方形、卵形、半円形、台形、又は丸い台形を含む。必要であれば、チャネル軸８０に垂直な面が第１熱源２０、第２熱源３０、又は第３熱源４０内に存在できる。
【００８６】
先に説明した水平チャネルプロファイのどれも相互排他的でない。すなわち、例えば（チャネル軸８０に対して）円形である第１部分と半円形である第２部分とを有するチャネルも本発明の範ちゅう内に属する。
【００８７】
水平チャンバーの形態及び位置
論議されたように、本発明の装置は、装置内の、例えばチャネルの遷移領域内の、温度分布を制御することを助ける少なくとも一個のチャンバー、好ましくは、一個、二個、又は三個のチャンバーを備えることができる。チャネルは、意図した発明の目的が達成されるならば、適切な形態のうちの何れか一つ又は組み合わせを有することができる。
【００８８】
例えば、図７Ａ〜図７Ｉは、チャンバー（第１チャンバー１００が単に例として使用される）の適切な水平プロファイルを示す。この発明実施例において、チャンバー１００の水平プロファイルは、本質的に対称的な形態が製造工程を容易にするのに多くの場合に有用であるが、多様な相異なる形態で形成されうる。例えば、第１チャンバー１００は、左側列に示すように円形、正方形、又は丸い正方形である水平形態を有することができる。図７Ａ、図７Ｄ、及び図７Ｇを参照しなさい。第１チャンバー１００は、幅が長さより大きな水平形態（又はその反対）、例えば、中間列に示すように、楕円形、長方形、又は丸い長方形を有することができる。第１チャンバー１００は、右側列に示すように一方が反対より狭い水平形態を有することができる。図７Ｃ、図７Ｆ、及び図７Ｉを参照しなさい。
【００８９】
論議されたように、チャンバーの構造は、熱源（一般に第２熱源）からチャネル又は反応容器への熱伝逹を制御する（一般に減少させる）のに有用である。したがって、関心の対象になる発明実施例によって第１チャンバー１００の位置をチャネル７０の位置に対して相対的に変更することが重要である。一実施例において、第１チャンバー１００は、チャネル７０の位置に対して対称的に配置される。すなわち、チャンバー軸（チャンバーの上端部と下端部の中心点により形成される軸）がチャネル軸８０と一致する。この実施例において、熱源２０、３０、又は４０からチャネルへの熱伝逹が（特定垂直位置で）チャネルの水平プロファイルにわたってすべての方向で一定になるように意図している。したがって、このような実施例においてチャネルの水平形態と同じ第１チャンバー１００の水平形態を利用することが好ましい。図７Ａ〜図７Ｉを参照しなさい。
【００９０】
しかしながら、チャンバー構造の他の実施例も本発明の範ちゅう内に属する。例えば、装置内のチャンバーのうちの何れか一つ又はそれ以上がチャネル７０の位置に対して非対称的に配置されうる。すなわち、特定チャンバーの上端部と下端部との間に形成されたチャンバー軸１０６がチャネル軸８０に対して中心を外れるか、傾くか、又は中心を外れながら傾くことができる。この実施例において、チャネル７０とチャンバーの壁との間のチャンバーギャップのうちの何れか一つ又はそれ以上が一方側においてより大きく、そのチャンバーの反対側においてより小さくありうる。このような実施例における熱伝逹は、チャネル７０の一方側においてより高く、反対側において低い（前記２個の側の位置に垂直な方向に沿って位置する２個の反対側では同一又は似ているが）。特定実施例において、円形又は丸い長方形である第１チャンバーの水平形態を使用することが好ましい。円形が一般により好ましい。
【００９１】
したがって、装置の一実施例において、第１チャンバー１００の少なくとも一部（全体チャンバーを含んで）は、チャネル軸８０に本質的に垂直な面に沿って水平形態を有する。例えば、図７Ａ及び図２Ａ〜図２Ｃを参照しなさい。一般に、水平形態は、少なくとも一つの反射又は回転対称要素を有する。本発明と共に使用するために好ましい水平形態は、チャネル軸８０に垂直な面に沿って円形、ひし形、正方形、丸い正方形、楕円形、長斜方形、長方形、丸い長方形、卵形、半円形、台形、又は丸い台形形態を含む。一実施例において、チャネル軸８０と垂直な面は、第２熱源３０又は第３熱源４０内に存在する。
【００９２】
チャンバー構造と位置に対する前の議論は、第１チャンバー１００以上の多くのチャンバー実施例に適用できるということが理解されるはずである。すなわち、複数のチャンバー（例えば、第２チャンバー１１０及び／又は第３チャンバー１２０）を有する発明実施例でこのような考慮事項がまた適用されうる。
【００９３】
非対称及び対称チャネル／チャンバーの構成
言及したように、本発明は、多様なチャネル及びチャンバーの構成と両立可能である。一実施例において、適切なチャネルは、チャンバーに対して非対称的に配置される。図８Ａ〜図８Ｐは、このような概念のいくつかの例を示す。
【００９４】
特に、図８Ａ〜図８Ｐは、チャンバー１００（第１チャンバー１００が例示的な目的だけで使用された）内のチャネル７０の位置を参照して、適切なチャネル及びチャンバー構造の水平断面を示す。第１チャンバー１００及びチャネル７０の水平形態は、例えば円形又は丸い長方形に示されている。第１列（図８Ａ、図８Ｅ、図８Ｉ、及び図８Ｍ）は、対称的に位置した構造の例を示す。この実施例において、チャンバー軸は、チャネル軸７０と一致する。したがって、第１チャンバー壁１０３（実線）とチャネル７０（点線）との間のギャップは、左側及び右側に対して同一で、また上部側及び下部側に対して同一で、熱源からチャネルに両方向ともに対称的な熱伝逹を提供する。第２列（図８Ｂ、図８Ｆ、図８Ｊ、及び図８Ｎ）は、非対称的に位置した構造の例を示す。チャネル軸８０がチャンバー軸から中心を外れて（左側に）位置し、第１チャンバー壁１０３とチャネル７０との間のギャップは、左側がより小さくて（上部及び下部側では同一であるが）、左側からより高い熱伝逹を提供する。第３列（図８Ｃ、図８Ｇ、図８Ｋ、及び図８Ｏ）及び第４列（図８Ｄ、図８Ｈ、図８Ｌ、及び図８Ｐ）は、より非対称的熱伝逹を提供する非対称的に位置した構造の他の例を示す。第３列（図８Ｃ、図８Ｇ、図８Ｋ、及び図８Ｏ）は、チャンバー壁が一方（左側）でチャネルと接触する例を示す。第４列（図８Ｄ、図８Ｈ、図８Ｌ、及び図８Ｐ）は、一方側（右側）が第１チャンバー１００を形成する反面、反対側（左側）は、チャネル７０を形成する例を示す。両例において、左側での熱伝逹が右側での熱伝逹より非常に高い。第３及び第４列に示す物理的に接触する側は、温度ブレーキであって、特に、一方側においてのみ温度ブレークを提供する非対称温度ブレーキとして機能するように意図している。
【００９５】
したがって、本発明の一目的は、内部のチャンバーのうち、少なくとも一つ（例えば、第１チャンバー１００、第２チャンバー１１０、又は第３チャンバー１２０のうちの何れか一つ又はそれ以上）がチャネル軸に本質的に垂直な面に沿ってチャネルを基準に本質的に対称的に配置されている装置を提供することである。また、本発明の一目的は、チャンバーのうち、少なくとも一つがチャネル軸に本質的に垂直な面に沿って、そしてチャネルを基準に非対称的に配置される装置を提供することである。特定チャンバー（ら）の全部又は一部は、必要であれば、チャネル軸を基準に対称的に又は非対称的に配置されうる。少なくとも一個のチャンバーがチャネル軸を基準に非対称的に配置される実施例において、チャンバー軸とチャネル軸とは、互いに対して本質的に平行でありながら中心を外れるか、傾くか、又は中心を外れながら傾いていることができる。前の特定の実施例において、全体チャンバーを備えるチャンバーの少なくとも一部は、チャネル軸に垂直な面に沿ってチャネルを基準に非対称的に配置される。他の実施例において、チャネルの少なくとも一部は、チャネル軸に垂直な面に沿ってチャンバーの内部に位置する。この実施例の一例において、チャネルの少なくとも一部は、チャネル軸に垂直な面に沿ってチャンバー壁と接触する。他の一実施例において、チャネルの少なくとも一部は、チャネル軸に垂直な面に沿ってチャンバーの外部に、そして第２又は第３熱源と接触して位置する。ある発明実施例では、チャネル軸に垂直な面が第２又は第３熱源と接触する。
【００９６】
垂直チャンバー形態
本発明のさらに他の目的は、第２熱源が温度分布を制御するのを助けるための少なくとも一個のチャンバー（一般に、一個、二個、又は三個のチャンバー）を備える装置を提供することにある。好ましくは、チャンバーは、装置内の一つの熱源（例えば、第１熱源２０）から装置内の他の熱源（例えば、第３熱源４０）への遷移領域の温度勾配を制御するのを助ける。チャンバーに対する多様な適切な改造は、それが本発明の対流‐基盤ＰＣＲ工程に適切な温度分布を提供するかぎり、本発明の範ちゅうに属する。
【００９７】
本発明の一目的は、チャンバーの少なくとも一部（全体チャンバーを備えることまで）がチャネル軸に沿ってテーパーされている装置を提供することにある。例えば、一実施例において、装置内の全体チャンバーを備えるチャンバーのうちの何れか一つ又はそれ以上がチャネル軸に沿ってテーパーされている。一実施例において、チャンバーのうちの何れか一つ又はすべての少なくとも一部が第２熱源内に位置し、チャネル軸に垂直な幅ｗが第１熱源よりは第３熱源側においてより大きな幅を有する。ある実施例では、チャンバーの少なくとも一部が第２熱源内に位置し、チャネル軸に垂直な幅ｗが第３熱源よりは第１熱源側においてより大きな幅ｗを有する。一実施例において、前記装置は、第２熱源内に位置する第１チャンバーと第２チャンバーとを備え、第１チャンバーは、第２チャンバーの幅ｗより大きな（又はより小さな）チャネル軸に垂直な幅ｗを有する。ある実施例では、第１チャンバーは、第１又は第３熱源と向き合う。
【００９８】
追加的な例示的な装置実施例
適切な熱源、断熱体、チャネル、ギャップ、チャンバー、収容口の構成及びＰＣＲ条件が本出願に記述され、必要であれば、次の発明例と共に使用される。
【００９９】
Ａ．テーパーされているチャンバー
以下、図９Ａ〜図９Ｂを参照すれば、装置実施例は、チャネルと同心円をなす第１チャンバー１００を特徴とする。本発明のこの例において、チャンバー軸（すなわち、チャンバーの上端部と下端部の中心により形成される軸）は、チャネル軸８０と一致する。第１チャンバー１００のチャンバー壁１０３は、チャネル軸８０に対して角度を有する。すなわち、チャンバー壁１０３は、第１チャンバー１００の上端部１０１から下端部１０２にテーパーされている（図９Ａ）。図９Ｂにおいて、チャンバー壁１０３は、第１チャンバー１００の下端部１０２から上端部１０１にテーパーされている。このような構造は、下部に狭いホールを、上部に広いホールを提供したり、又はその反対に提供する。例えば、図９Ａのように、下部がより狭く形成されると、第２熱源３０の下部３２からチャネル７０への熱伝逹が、第２熱源３０の上部３１からの熱伝逹より大きくなる。また、第１熱源２０の一般的な高い変性温度が、第３熱源４０の相対的に低いアニーリング温度に比べて、より優先的に遮断される。図９Ｂのように、第２熱源の上部３１がより狭く形成されると、第３熱源の効果は、より優先的に遮断される。
【０１００】
図９Ａ〜図９Ｂに示す例において、第２熱源３０内のチャネル７０の温度分布は、テーパーされているチャンバーの構造により制御されうる。重合効率性が第２熱源３０内の温度条件に敏感なので、使用されるＤＮＡ重合酵素の温度属性に応じて、第２熱源３０内の温度条件をこのような構造を利用して調整する必要がある。最も広く使用されるＴａｑ  ＤＮＡ重合酵素又はその誘導体に対しては、Ｔａｑ  ＤＮＡ重合酵素の最適の温度（約７０℃）が一般的な作動条件で変性温度に比べてアニーリング温度により近接するので、上部から下部にテーパーされている第１チャンバー壁１０３がより好まれる。
【０１０１】
Ｂ．一個又は二個のチャンバー、一個の温度ブレーキ
これから図１０Ａを参照し、前記装置１０は、チャネル軸８０を基準に本質的に対称的に第２熱源３０内に形成された第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０とを特徴とする。この実施例において、第１チャンバー１００は、第２熱源３０の下部に位置し、第２チャンバー１１０は、第２熱源３０の上部に位置する。前記装置１０は、温度分布のより積極的な制御を提供するのを助ける第１温度ブレーキ１３０を備える。この実施例において、第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０の幅は、ほぼ同一である。しかしながら、第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０の高さは、下で論議されるように、使用されるＤＮＡ重合酵素の温度属性に応じて、チャネル軸８０に沿って約０．２ｍｍないし第２熱源３０の長さの約８０％又は９０％までの間で多様でありうる。図１０Ｂは、上端部１３１、下端部１３２、及びチャネル７０と接触する壁１３３により定義される第１温度ブレーキ１３０の拡大図を提供する。この実施例において、チャネル軸８０方向の第１温度ブレーキ１３０の位置及び厚さは、チャネル軸８０方向の第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０の高さにより定義されるはずである。チャネル軸８０方向の前記温度ブレーキ１３０の厚さは、約０．１ｍｍないしチャネル軸８０方向の第２熱源３０の高さの約８０％までであり、好ましくは、約０．５ｍｍないし第２熱源３０の高さの約までである。第１温度ブレーキ１３０は、使用されるＤＮＡ重合酵素の温度属性に応じて、第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０の間の第２熱源内のどこにでも位置できる。使用されるＤＮＡ重合酵素の最適温度が第１熱源２０の変性温度より第３熱源４０のアニーリング温度により近接するならば、第１温度ブレーキ１３０を第２熱源３０の下部面３２により隣接するように位置させることが好ましく、又はその反対の場合も可能である。
【０１０２】
図１０Ｃは、第１チャンバー１００が第２チャンバー１１０より小さな幅を有する、例えば、約０．９ないし約０．３倍より小さな、好ましくは、約０．８ないし約０．４倍より小さな幅を有する例である。第１チャンバー１００が第２チャンバー１１０より大幅を有する反対の配置もまた、使用されるＤＮＡ重合酵素の温度属性に応じて使用されうる。第１温度ブレーキ１３０の拡大図が図１０Ｄに示されている。
【０１０３】
図１０Ａ〜図１０Ｄに示す実施例において、前記装置は、テーパーされていない第１チャンバーと第２チャンバーとを特徴とする。この実施例において、第１チャンバーは、チャネル軸８０に沿って長さ（ｌ）分だけ第２チャンバーから離隔している。一実施例において、第１チャンバー、第２チャンバー、及び第２熱源は、第１熱源からの又は第３熱源への熱伝逹を減少させるほど十分な面積及び厚さ（又は体積）を有し、第１及び第２チャンバー間のチャネルと接触する第１温度ブレーキを定義する。
【０１０４】
図１０Ｅ〜図１０Ｆを参照すれば、前記装置は、チャネル軸８０を基準に対称的に配置された第１チャンバー１００を特徴とする。第１温度ブレーキ１３０は、第１チャンバー１００と第１断熱体５０との間で第２熱源３０の下部に位置する。
【０１０５】
図１０Ｅ〜図１０Ｆに示すチャネル軸８０方向の第１温度ブレーキ１３０の厚さは、第１温度ブレーキ１３０の上端部１３１から下端部１３２までの距離により定義される。好ましくは、この距離は、約０．１ｍｍないしチャネル軸８０方向の第２熱源３０の高さの約８０％まで、さらに好ましくは、約０．５ｍｍないし第２熱源３０の高さの約６０％までである。
【０１０６】
この実施例において、前記装置は、第２熱源の下部に位置する第１チャンバーを特徴とし、第１チャンバーと第１断熱体とは、第１温度ブレーキを定義する。第１温度ブレーキは、第１熱源からの熱伝逹を減少させるほど十分な面積及び厚さ（又は体積）を有し、第１チャンバーと第１断熱体との間でチャネルと接触する。この実施例において、第１温度ブレーキは、上部面と下部面とを備え、第１温度ブレーキの下部面は、第２熱源の下部面とほぼ同じ高さに位置する。この実施例は、第１熱源の変性温度より第３熱源のアニーリング温度により近接した最適の温度を有するＤＮＡ重合酵素（例えば、Ｔａｑ  ＤＮＡ重合酵素）を使用する時に、特に有用である。
【０１０７】
Ｃ．一個、二個、又は三個のチャンバー、２個の温度ブレーキ
言及した通りに、装置内の熱源のうちの何れか一つ又はそれ以上からの、例えば第１及び第３熱源からの、温度プロファイルの侵害を減少させることが、ある発明実施例では有用であるはずである。この実施例において、２個の温度ブレーキを備えることが一般に有用である。
【０１０８】
図１１Ａに示すように、前記装置１０は、第１チャンバー１００、第１温度ブレーキ１３０、及び第２温度ブレーキ１４０を備える。この例において、第１温度ブレーキ１３０は、第１熱源２０からの熱伝逹を遮断又は減少させるために、第１チャンバー１００の下部に位置する。第２温度ブレーキ１４０は、第３熱源４０からの熱伝逹を追加的に遮断又は減少させるために、第１チャンバー１００の上部に位置する。図１１Ｂは、前記装置内の第１温度ブレーキ１３０及び第２温度ブレーキ１４０の拡大図を示す。チャネル軸８０方向の各温度ブレーキの厚さは、用途によって変化できる。しかしながら、各温度ブレーキ１３０、１４０は、好ましくは、少なくとも約０．１ｍｍ、さらに好ましくは、少なくとも約０．２ｍｍである。二個の温度ブレーキ１３０、１４０の厚さの合計は、チャネル軸の方向の第２熱源の高さの約８０％より小さく、さらに好ましくは、約６０％より小さい。温度ブレーキ１３０、１４０のそれぞれの寸法は、装置の意図した用途に応じて同一又は異なりうる。
【０１０９】
図４Ａは、関連実施例を示す。この実施例において、前記装置１０は、第１チャンバー１００、第１温度ブレーキ１３０、第２チャンバー１１０、第２温度ブレーキ１４０、及び第３チャンバー１２０を備える。この例において、第１温度ブレーキ１３０は、第１熱源２０からの熱伝逹を遮断又は減少させるために、第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０との間の低い部分に位置する。第２温度ブレーキ１４０は、第３熱源４０からの熱伝逹を追加的に遮断又は減少させるために、第２チャンバー１１０と第３チャンバー１２０との間の高い部分に位置する。図４Ｂは、装置内の第１温度ブレーキ１３０と第２温度ブレーキ１４０の拡大図を示す。チャネル軸８０方向の各温度ブレーキの厚さは、用途に応じて変化できる。しかしながら、各温度ブレーキ１３０、１４０は、好ましくは、少なくとも約０．１ｍｍ、さらに好ましくは、少なくとも約０．２ｍｍである。二個の温度ブレーキ１３０、１４０の厚さの合計は、チャネル軸の方向の第２熱源の高さの約８０％より小さく、さらに好ましくは、約６０％より小さい。温度ブレーキ１３０、１４０のそれぞれの寸法は、装置の意図した用途に応じて同一又は異なりうる。
【０１１０】
他の実施例において、前記装置１０は、第２熱源内に二個のチャンバーと二個の温度ブレーキとを備えることができる。一実施例において、第１温度ブレーキは、第１チャンバーと第１断熱体との間の第２熱源の下部に位置し、第２温度ブレーキは、第２熱源内に第１及び第２チャンバーの間に位置する。他の一実施例において、第１チャンバーは、第２熱源の下部に位置し、第１温度ブレーキは、第１及び第２チャンバーの間に位置する。この実施例において、第２温度ブレーキは、第２チャンバーと第２断熱体との間の第２熱源の上部に位置する。
【０１１１】
Ｄ．一個のチャンバー、第１及び第２熱源、突出部
ある発明実施例では、熱源のうち、少なくとも一つの構造を変更することによってチャンバーのうちの何れか一つ又はそれ以上の構造を調整することが有用である。例えば、第１、第２、及び第３熱源のうち、少なくとも一つが、ギャップ又はチャンバーを定義し、一般にチャネル軸又はチャンバー軸と本質的に平行に延びる一つ又はそれ以上の突出部を備えるように構成されうる。突出部は、チャネル軸又はチャンバー軸を基準に対称的に又は非対称的に配置されうる。重要な突出部は、装置内の一つの熱源から他の熱源に向かって延びる。例えば、第２熱源突出部が第２熱源から第１熱源又は第３熱源の方向に向かって延びる。このような実施例において、突出部は、チャンバーと接触し、チャンバーギャップ又はチャンバー壁を定義する。特定実施例において、チャネル軸に沿って第２熱源突出部の幅又は直径は、第２熱源から遠ざかるほど減少する反面、チャネル軸に沿って突出部に隣接する第１又は第２断熱体の幅は増加する。各チャンバーは、同じ又は相異なる突出部（突出部を備えないものまで）を有することができる。突出部の重要な利点は、熱源のサイズを減少させ、チャネル軸の方向のチャンバー寸法と断熱体又は断熱性ギャップ寸法を長くすることができるように助けることである。これらと他の利点は、装置の消費電力をかなり減少させながら、装置内の熱対流ＰＣＲを助けると見出された。
【０１１２】
突出部を有する発明装置の特定実施例が図１２Ａに示されている。前記装置は、チャネル軸８０を基準に本質的に対称的に配置された第２熱源３０の突出部３３、３４を備える。重要なことに、第２熱源の下部３２と第１熱源の上部２１との間にギャップがある。この実施例において、第１熱源２０はまた、チャネル７０を基準に対称的に配置され、１熱源２０から第２熱源３０に向かったり又は第１熱源の下部面２２から遠ざかる方向に延びる突出部２３、２４を備える。また、この実施例において、チャネル軸８０に沿って第１熱源突出部２３、２４の幅又は直径は、第１熱源２０から遠ざかるほど減少する。前記装置は、また、第１チャンバーの下端部１０２と第２熱源３０の下部面３２との間に位置する温度ブレーキ１３０を備える。また、図１２Ａに示すように、第２熱源３０は、チャネル７０を基準に対称的に配置され、第２熱源３０から第３熱源４０に向かって延びる突出部３４を備える。また、この実施例において、第１チャンバーの上部１０１と第３熱源の下部４１との間には、ギャップがある。
【０１１３】
また、図１２Ａに示すように、収容口７３がチャネル軸８０を基準に対称的に配置される。この実施例において、収容口７３は、チャネル７０の幅又は直径とほぼ同じチャネル軸８０に垂直な幅又は直径を有する。代案として、収容口７３は、チャネル７０の幅又は直径よりある程度大きな（例えば、約０．０１ｍｍないし約０．２ｍｍ大きな）チャネル軸８０に垂直な幅又は直径を有することができる。
【０１１４】
論議されたように、本発明の一目的は、少なくとも一つの温度形状化要素を備える熱対流ＰＣＲを行うための装置を提供することにあり、一実施例において、この温度形状化要素は、装置に導入された位置的非対称要素でありうる。図１２Ｂは、この実施例の一つの重要な例を示す。図示のように、前記装置は、重力方向に対して各θｇ（傾斜角）分だけ傾いている。このような類型の実施例は、熱対流ＰＣＲの速度を制御すること（一般に増加させること）に特に有用である。下で論議されるが、傾斜角を増加させることは、一般により速くてより安定した熱対流ＰＣＲを誘導する。一つ又はそれ以上の位置的非対称要素を備える他の実施例は、以下でさらに詳細に記述される。
【０１１５】
図１２Ａ〜図１２Ｂに示す実施例は、ゲノム又は染色体の標的配列又は長い配列の標的鋳型（例えば、約１．５又は２ｋｂｐより長い）のような「難しい」試料の増幅を含む多くの発明応用に特に適合している。特に、図１２Ａは、対称的チャンバー及びチャネル構成を有する熱源を示す。温度ブレーキ１３０は、それが第２熱源の下部３２に位置することによって、第１熱源２０の高温が第１チャンバー１００の内部に向かって侵入するのを効果的に遮断する。使用途中、温度は、第１熱源２０の高い変性温度（約９２℃ないし約１０６℃）から第２熱源３０の重合温度（約７５℃ないし約６５℃）まで第１断熱体領域５０内で速く下がる。第２断熱体領域６０内での第２熱源３０から第３熱源（約４５℃ないし約６５℃）への温度下降は、一般的な条件において相対的に小さい。したがって、第２熱源３０内の温度が（第１温度ブレーキによる高い変性温度の初期遮断のため）第２熱源３０の重合温度周囲により狭く分布することによって、第２熱源３０内での大きな体積（及び時間）が重合ステップのために利用可能になる。
【０１１６】
図１２Ａ及び図１２Ｂに示す実施例間の主な差異は、図１２Ｂの装置が傾斜角θｇを有するという点にある。傾斜角のない装置（図１２Ａ）もよく作動し、装置の構造が最適化したとき、１ｎｇプラスミド試料から増幅するのに約１５分ないし２５分がかかり、１０ｎｇヒトゲノム試料（３，０００コピー）から増幅するのに約２５分ないし３０分がかかる。図１２Ｂに示すように、約２度ないし約６０度（好ましくは、約５度ないし約３０度）の傾斜角が導入される場合、装置のＰＣＲ増幅の効率性は、より向上することができる。このような構造と共に導入された重力傾斜角により（図１２Ｂ）、１０ｎｇヒトゲノム試料からのＰＣＲ増幅は、約２０分ないし２５分内に完了する。以下の例１と２を参照しなさい。
【０１１７】
Ｅ．非対称収容口
言及したように、本発明の一目的は、水平非対称性を有する少なくとも一つの温度形状化要素を有する装置を提供することにある。「水平的非対称性」は、チャネル及び／又はチャネル軸に垂直な方向又は面上での非対称性を意味する。ここで提供される多くの装置例が水平非対称性を有するように適応されうるということが明らかになるはずである。一実施例において、収容口は、安定的で調節された対流流れを誘導するのに適した水平的に非対称的な温度分布を形成するほど十分に、第１熱源内にチャネル軸に対して非対称的に配置される。理論に拘束されることを望まないが、収容口とチャンバーの下端部との間の領域は、熱対流流れのための主要駆動力が生成される所と信じられる。容易に明白になるだろうが、この領域は、最高の温度（すなわち、変性温度）まで初期加熱されて低い温度（すなわち、重合温度）への遷移が起きる所であり、したがって、最も大きな駆動力がこの領域から始まることができる。
【０１１８】
したがって、本発明の一目的は、第１熱源内の収容口のうち、少なくとも一つ（例えば、それらの全部）が第１熱源内のチャネルより大きな幅又は直径を有するようになる少なくとも一つの水平非対称性を有する装置を提供することにある。好ましくは、幅の不一致は、収容口がチャネル軸から中心を外れるのを許容する。発明のこの例において、収容口の非対称性は、収容口の一方が反対側に比べてチャネルにより隣接するように位置させるギャップを形成する。この実施例において、前記装置は、第１熱源からチャネルへの水平的に非対称的な加熱を表す。
【０１１９】
このような発明装置の例が図１３に示されている。図示のように、収容口７３は、収容口ギャップ７４を形成するために、チャネル軸８０に対して非対称的に配置される。すなわち、収容口７３は、例えば約０．０２ｍｍないし約０．５ｍｍだけ、チャネル軸８０に対して若干中心を外れている。この例において、収容口７３は、チャネル７０の幅又は直径より大きなチャネル軸８０に垂直な幅又は直径を有する。例えば、収容口７３の幅又は直径は、チャネル７０の幅又は直径より約０．０４ｍｍないし約１ｍｍ大きくありうる。
【０１２０】
図１３に示す実施例を再度参照すれば、収容口ギャップ７４を形成するために、チャネルの一方（左側）は、第１熱源２０と接触し、反対側（右側）は、第１熱源２０と接触しない。発明は、様々なギャップサイズと両立可能であるが、特に他方がチャネルと接触するならば、一般的な収容口ギャップは、約０．０４ｍｍ程度まで小さくありうる。言い換えれば、一方は、チャネルとして形成され、反対側は、小さな空間として形成される。この実施例において、一方（左側）が反対側（右側）に比べて優先的に加熱されることによって、上向き流れがこの優先的に加熱された側（左側）から起きるようにする水平的に非対称的な加熱を提供する。収容口がこの収容口の壁からギャップを有し、このギャップが一方側において反対側より小さな場合、類似の効果を得ることができる。
【０１２１】
図１３に示すように、第２熱源３０の第１突出部３３は、第１断熱体５０の部分５１（第１断熱体チャンバーとする）と第２熱源３０とを定義する。図示のように、第１突出部３３はまた、第１断熱体５０をチャンバー１００とチャネル７０から分離させる。第２熱源３０の第２突出部３４は、また第１チャンバー１００又はチャネル７０の一部を定義する。この実施例において、第２突出部３４は、また第２断熱体６０の一部６１（第２断熱体チャンバーとする）と第２熱源３０とを定義する。追加的に、第２熱源３０の第２突出部３４は、第２断熱体６０を第１チャンバー１００とチャネル７０から分離させる。
【０１２２】
Ｆ．複数のチャンバー、第２及び第３熱源
論議されたように、発明は、少なくとも一個、二個、又は三個のチャンバーから約四個、五個までのチャンバーを備える熱対流ＰＣＲを行うための装置を提供する。一実施例において、一個、二個、又は三個のこのようなチャンバーは、第２熱源、第３熱源又は第２及び第３熱源の両方内で部分的に又は全体的に対称的に位置できる。例が図１４Ａ〜１４Ｃに提供される。
【０１２３】
特に、図１４Ａは、第１チャンバー１００が第２熱源３０内に対称的に配置され、第２チャンバー１１０が第３熱源４０内に（チャネル軸８０に対して）対称的に配置される装置を示す。第１チャンバー１００の下端部１０２は、第２熱源３０の下部３２と接触する。図１４Ｃに示すように、装置はまた、第２熱源３０内で対称的に配置された第１チャンバー１００を示し、第２チャンバー１１０は、第３熱源４０内（チャネル軸８０に対して）に対称的に配置される。しかしながら、第１チャンバー１００は、第２熱源３０の下部３２と接触しない。その代わりに、これは、チャネル軸８０に対してより短い長さを有する。すなわち、第１チャンバー１００の下端部１０２は、第２熱源３０の内部と接触する。図１４Ａ及び図１４Ｃの両実施例において、収容口７３は、チャネル軸８０を基準に対称的に配置される。しかしながら、図１４Ａに示す実施例とは異なり、図１４Ｃの装置は、第１チャンバー１００の下部１０２と第２熱源の下部３２との間に位置する第１温度ブレーキ１３０を備える。第１温度ブレーキ１３０のこのような位置は、第１熱源２０からの好ましくない熱流れを減少又は遮断するための多くの発明実施例において有用である。
【０１２４】
図１４Ｂは、第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０とが第２熱源３０内で（チャネル軸８０に対して）対称的に配置される発明実施例を示す。この装置は、第３熱源４０内に（またチャネル軸８０に対して）対称的に配置された第３チャンバー１２０をさらに備える。この実施例において、収容口７３は、チャネル軸８０を基準に対称的に配置される。この実施例において、第１温度ブレーキ１３０は、チャネル軸８０方向の厚さ又は位置に応じて、第１熱源２０からの及び／又は第３熱源４０への好ましくない熱流れを減少又は遮断するのを助けるように、第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０との間に位置する。
【０１２５】
Ｇ．一個のチャンバー、第２又は第３熱源
少なくとも一個のチャンバー（例えば、一個、二個、又は三個のチャンバー）が第３熱源内に位置する装置がまた本発明により提供される。必要であれば、熱源のうち、少なくとも一つのチャネル軸の方向の長さは、図２Ａに示す実施例と比較して減少できる。代案としてそして追加的に、熱源のうち、少なくとも一つのチャネル軸の方向の長さは増加されうる。
【０１２６】
以下、図１５Ａを参照すれば、第１チャンバー１００は、第３熱源４０内に完全に位置し、チャネル軸８０に対して対称的に配置される。図１５Ｂに示す実施例において、第１熱源２０は、チャネル７を基準に対称的に配置された突出部２３を備えており、これにより、隣接する突出部２３間の領域で第１熱源２０と第２熱源３０との間により大きな断熱性ギャップを形成する。
【０１２７】
必要であれば、第３熱源４０もまたチャネル７０を基準に対称的に配置され、第２熱源３０の上部３１に向かって延びる突出部４３を備えることができる。このような実施例において、隣接する突出部４３間の領域で第２熱源３０及び第３熱源４０の間により大きな断熱性ギャップが形成されうる。この実施例において、チャネル軸８０方向の第２熱源３０の長さは、約１ｍｍより大きく、好ましくは、約２ｍｍないし約６ｍｍの範囲であり、チャネル軸８０方向の第３熱源４０の長さは、約２ｍｍないし２０ｍｍの範囲であり、好ましくは、約３ｍｍないし約１０ｍｍの範囲である。図１５Ａにおいて収容口７３は、好ましくは、チャネルを基準に対称的に配置される。第１及び第２断熱体の好ましい長さは、既に記述されたことがある。
【０１２８】
図１６Ａ〜図１６Ｃに示す実施例において、第２熱源３０は、第２熱源３０から第１熱源２０に向かって延びる突出部３３を備える。第２熱源３０は、第３熱源４０に向かって延びる突出部３４をさらに備える。発明のこの実施例において、突出部３３、３４のそれぞれは、第１チャンバー１００とチャネル軸８０とを基準に対称的に配置される。この実施例において、突出部３３は、第１チャンバー１００又はチャネル７０、第１断熱体５０、及び第２熱源３０を定義するのを助け、第１断熱体５０を第１チャンバー１００又はチャネル７０から分離させるのを助ける。突出部３４は、第１チャンバー１００又はチャネル７０、第２断熱体６０、及び第２熱源３０を定義するのを助け、第２断熱体６０を第１チャンバー１００又はチャネル７０から分離させるのを助ける。
【０１２９】
図示の実施例において、第１チャンバー１００の上端部１０１と下端部１０２とは、チャネル軸８０に対して本質的に垂直である。第１チャンバー１００の長さは、約１ｍｍないし約２５ｍｍの範囲であり、好ましくは、約２ｍｍないし約１５ｍｍの範囲である。追加的に、収容口７３は、チャネル７０とチャネル軸８０とを基準に対称的に配置される。
【０１３０】
図１７Ａ〜図１７Ｃに示す実施例を参照すれば、第１熱源２０は、第１熱源２０から延びて第２熱源３０に向かる突出部２３を備える。突出部２３と収容口７３のそれぞれは、チャネル軸８０を基準に対称的に配置される。また、この実施例において、前記装置１０は、第２熱源３０から第１熱源２０又は第３熱源４０に向かって延び、第１チャンバー１００とチャネル軸８０とを基準に対称的に配置される突出部３３、３４を特徴とする。前記装置１０は、また第１チャンバー１００とチャネル軸８０とを基準に対称的に配置される第３熱源突出部４３を特徴とする。突出部４３は、第３熱源４０から第２熱源３０に向かって延びる。この実施例において、突出部２３は、チャネル７０、第１断熱体５０、及び第１熱源２０を定義するのを助け、第１断熱体５０をチャネル７０から分離するのを助ける。突出部４３は、チャネル７０、第２断熱体６０、及び第３熱源４０を定義するのを助け、第２断熱体６０をチャネル７０から分離するのを助ける。第１チャンバーの上端部１０１と第１チャンバーの下端部１０２とは、チャネル軸８０に本質的に垂直である。ギャップが突出部２３を第１チャンバーの下端部１０２から分離させる。他のギャップは、第１チャンバーの上端部１０１を突出部４３から分離させる。また、収容口７３は、チャネル７０とチャネル軸８０とを基準に対称的に配置される。
【０１３１】
Ｈ．傾斜した第２熱源内の一個のチャンバー
言及したように、発明の一目的は、チャネル、収容口、突出部（存在するならば）、チャンバーのようなギャップ、断熱体又は断熱性ギャップ、及び温度ブレーキのうちの何れか一つ又はそれ以上のような多様な温度形状化要素の各々がチャネル軸を基準に対称的に配置された装置を提供することにある。使用途中、前記装置は、チャネル軸が重力の方向と実質的に整列されるように、平らで水平的な表面上に多くの場合に設置されうる。このような配置において、浮力（ｂｕｏｙａｎｃｙ  ｆｏｒｃｅ）がチャネル内の温度勾配により生成され、浮力もまたチャネル軸に平行に整列されると信じられる。また、浮力が（垂直方向に応じる）温度勾配に比例する大きさで重力の方向と反対になる方向を有すると信じられる。この実施例においてチャネルと一つ又はそれ以上のチャンバーがチャネル軸を基準に対称的に配置されたので、チャネルの内部から生成される温度分布（すなわち、温度勾配の分布）もまた、チャネル軸に対して対称的でなければならないと信じられる。したがって、浮力の分布もまた、チャネル軸に平行な方向を有しチャネル軸に対して対称的でなければならない。
【０１３２】
チャネル軸を重力の方向から外れるように移動させることによって、装置に水平非対称性を導入することが可能である。この実施例において、装置内の対流‐基盤ＰＣＲの効率性及び速度をより向上させることができる。したがって、発明の一目的は、一つ又はそれ以上の水平非対称性を特徴とする装置を提供することにある。
【０１３３】
位置的水平非対称性を有する発明装置の例が図１８Ａ〜図１８Ｂに提供される。
【０１３４】
図１８Ａにおいて、チャネル軸８０は、装置に位置的水平非対称性を提供するために、重力の方向に対して外れている。特に、チャネルとチャンバーとは、チャネル軸に対して対称的に形成されている。しかしながら、全体装置は、重力の方向に対して角度θｇ分だけ回転されている（又は傾いている）。このような傾いた構造で、チャネル軸８０は、重力の方向にもうこれ以上平行でなく、したがって、チャネルの下部で温度勾配により生成された浮力は、それが重力の方向と反対になる方向を持たなければならないので、チャネル軸８０に対して傾くようになる。理論に拘束されることを望まないが、チャネル／チャンバー構造がチャネル軸８０に対して対称的であっても、浮力の方向がチャネル軸８０と角度θｇを形成する。このような構造的配置において、上向き対流流れは、チャネル又は反応容器の一方（図１８Ａの場合に左側）の経路を従い、下向き流れは、反対側（図１８Ａの場合に右側）の経路を従う。したがって、対流流れの経路又はパターンは、このような構造的配置により決定されたことで、実質的に固定され、したがって対流流れは、より安定的で環境からの小さな撹乱要因又は小さな構造的欠陥に敏感にならなくなって、より安定した対流流れと改善されたＰＣＲ増幅を誘導するようになる。重力傾斜角の導入が熱対流の速度を増加させ、したがってより速くてより安定した対流ＰＣＲ増幅を助けるということが見出された。傾斜角θｇは、約２度ないし約６０度の範囲、好ましくは、約５度ないし約３０度の範囲で変化できる。この傾いた構造は、本発明で提供された対称的又は非対称的チャネル／チャンバー構造のすべてと組み合わせて使用されうる。
【０１３５】
図１８Ａに示す傾斜角θｇは、相異なる要素の一つ又は組合により導入できる。一実施例において、傾斜は、手動で導入される。しかしながら、装置１０を傾斜面上に位置することによって、例えば装置１０をウェッジや又は類似の形態のベースに位置することによって、傾斜角θｇを導入することがたびたびより便利である。
【０１３６】
しかしながら、ある発明実施例に対しては、装置１０を傾けることが有用でない場合もある。図１８Ｂは、水平非対称性を導入するための他の接近を示す。図示のように、チャネル及びチャンバーのうちの何れか一つ又はそれ以上が重力の方向に対して傾いている。すなわち、チャネル軸８０（及びチャンバー軸）が熱源の水平面に垂直な軸に対して（θｇ分だけ）外れている。この発明実施例において、装置が平らで水平的な表面上に底がその表面と向き合い、その表面と平行に設置される時（典型的なことのように）、チャネル軸８０は、重力の方向に対して角度θｇを形成する。この実施例によれば、そして理論に拘束されることを望まないが、上で説明した実施例の場合のように、チャネルの下部で温度勾配により生成される（すなわち、重力の方向と反対する方向を有するようになる）浮力がチャネル軸に対して角度θｇを形成する。このような構造的配置は、対流流れが一方側において（すなわち、図１８Ｂの場合に左側）上昇するようにし、反対側（図１８Ｂの場合に右側）において下降するようにする。傾斜角θｇは、好ましくは、約２度ないし約６０度の範囲、さらに好ましくは、約５度ないし約３０度の範囲で変化できる。この傾いた構造は、本発明において提供されるチャネルとチャンバーのすべての構造的特徴と組み合わせて使用されうる。
【０１３７】
本明細書に開示される装置実施例のほとんどが、それを重力の方向に対して約２度ないし約６０度の範囲でチャネル軸８０を外れるようにすることができる構造に配置することによって傾けることができる。言及したように、適合した構造の例は、ウェッジや関連形態のような傾斜を生成できる表面である。
【０１３８】
Ｉ．一個のチャンバー、非対称収容口
論議されたように、熱対流ＰＣＲを助けるよう第１熱源内に一つ又はそれ以上の非対称性を導入することは、本発明の範ちゅうに属する。一実施例において、第１熱源の収容口は、この目的を達成するために一つ又はそれ以上の構造的非対称性を含む。
【０１３９】
図１９の装置を参照すれば、収容口７３は、収容口ギャップ７４を形成するためにチャネル軸８０を基準に非対称的に配置される。好ましくは、この非対称性は、第１熱源２０からチャネル７０への水平方向に不均一な熱伝逹を発生させるほど十分である。したがって、収容口７３は、チャネル軸８０に対して（約０．０２ｍｍないし約０．５ｍｍ分だけ）中心を外れている。他の好まれる収容口７３は、好ましくは、チャネル７０の幅又は直径より大きい、例えば、チャネルの幅（ｗ１又はｗ２）又は直径より約０．０４ｍｍないし約１ｍｍより大きい、チャネル軸８０に垂直な幅又は直径を有する。図示のように、装置の第２熱源３０は、チャネル７０の周囲の領域でチャネル軸８０に沿って一定の高さを有する。
【０１４０】
図１９に示すように、収容口の一方がチャネルと接触する時、はるかにより大きな非対称性を得ることができる。この実施例において、他のギャップ構造を有する収容口構成、例えば収容口７３の二つの向き合う側にギャップを有する場合、また本発明の範ちゅうに属するが、前記収容口７３により前記装置に導入された非対称性は、熱対流を駆動することを助ける。図１９に示す特定実施例において、チャネル７０の一方（例えば、図１９の場合に左側）が、第１熱源２０とのより良好な熱接触により、反対側より優先的に加熱し、したがってより大きな駆動力がその側から発生することによって、上向き対流流れがその経路で進むのを助ける。この実施例において収容口７３の幅又は直径は、チャネル７０より少なくとも約０．０４ｍｍから約１ｍｍまでより大きいように形成され、収容口の中心は、少なくとも約０．０２ｍｍから約０．５ｍｍまで中心を外れるように位置する。
【０１４１】
非対称性を向上させるために、第１熱源に対して収容口の一方を他方側より深く（そして、チャンバーと第２熱源により近接するように）形成することが可能である。これから図２０Ａ〜図２０Ｂに示す装置を参照すれば、収容口７３は、収容口の一方（左側）でチャネルの反対側（右側）より大きな深さを有する。この実施例において、収容口７３の両側は、チャネル７０と接触を維持する。図２０Ａに示すように、チャネル７０と第１熱源２０により概略的に定義される収容口ギャップ７４を形成するために、収容口７３の側壁の上部が除去されている。収容口ギャップ７４の下部は、チャネル軸８０に垂直であるか（図２０Ａ）、又はそこに対して角度を有するよう配置されることができる（図２０Ｂ）。収容口ギャップ７４の側壁は、チャネル軸８０に平行であるか（図２０Ａ）又はそこに対して角度を有することができる（図２０Ｂ）。図２０Ａ〜図２０Ｂに示す両実施例において、チャネル７０の一方が収容口ギャップ７４を有する他方側より第１熱源２０に対してより大きな深さを有する。理論に拘束されることを望まないが、図２０Ａ〜図２０Ｂに示す実施例においてより大きな深さを有するチャネル側が第１熱源からのより多くの熱伝逹により優先的に加熱されることによって、その側により大きな浮力を生成すると信じられる。また、このような非対称収容口７３及び収容口ギャップ７４を装置に追加することによって、反対側に比べてチャネル７０の一方側において温度勾配が増加すると（温度勾配は、一般に距離に反比例する）信じられる。また、このような特徴は、一方（図２０Ａ及び図２０Ｂの左側）により大きな駆動力を生成するようにして、その側に沿って上向き熱対流流れを助けると信じられる。収容口７３及び収容口ギャップ７４の相異なる構成の一つ又は組み合わせがこのような目標を達成するために可能であるということが理解されるであろう。しかしながら、多くの発明実施例に対して、約０．１ｍｍから収容口の深さの約４０ないし５０％までの範囲内で二つの向き合う側の収容口の深さに差を作ることが一般に有用である。
【０１４２】
Ｊ．一個のチャンバー、非対称的又は対称的収容口、突出部
図２１Ａ〜図２１Ｂは、収容口７３がチャネルを基準に非対称的に配置される適切な装置実施例の追加的な例を示す。収容口の部分が他の部分より第１熱源内でより深く、チャンバー又は第２熱源により近接し、したがって第２熱源に向かって不均一な熱流れを提供する。
【０１４３】
図２１Ａに示す装置において、収容口７３は、第１熱源２０の上部２１と一致する二つの面を有する。各面は、第２熱源３０と向き合い、面のうちの一つ（図２１Ａにおいて右側面）は、チャネル７０の反対側にある面（左側面）と比較して、チャネル７０の一方側において第２熱源３０の下部面３２に対してより大きなギャップを有する。すなわち、面のうちの一つは、他の面より第１チャンバー１００の下部１０２又は第２熱源３０の下部面３２により近接している。この実施例において、収容口７３の両側は、チャネル７０との接触を維持する。二面間の収容口の深さの差は、好ましくは、約０．１ｍｍから収容口の深さの約４０ないし５０％の範囲にある。第２熱源３０は、それぞれがチャネル軸８０を基準に対称的に配置された突出部３３、３４を特徴とする。また、この実施例において、第３熱源４０は、チャネル軸８０を基準に対称的に配置された突出部４３、４４を備える。
【０１４４】
図２１Ｂに示すように、収容口７３は、第１熱源２０の上部２１と一致する一つの傾斜した表面を有する。傾斜角は、チャネル軸８０に垂直な軸に対して約２度ないし約４５度の範囲にある。この実施例において、傾斜面の頂点（ａｐｅｘ）は、第１チャンバー１００の下部１０２と相対的に近接する。第２熱源３０は、それぞれがチャネル軸８０を基準に対称的に配置された突出部３３、３４を特徴とする。また、この実施例において、第３熱源は、それぞれがチャネル軸８０を基準に対称的に配置された突出部４３、４４を備える。
【０１４５】
図２２Ａ〜図２２Ｂに示す実施例において、第１チャンバー１００は、第２熱源２０からチャネル７０への水平的に不均一な熱伝逹を発生させるほど十分にチャネル軸８０を基準に非対称的に配置されている。図２１Ａ〜図２１Ｂに示すように、収容口７３もまたチャネル７０を基準に非対称的に配置されうる。図２２Ａに示す実施例において、第１チャンバー１００は、第２熱源３０内に位置し、チャンバーの一方側においてチャネル軸８０の反対側にある他方側より高い高さを有する。すなわち、第１チャンバーの上端部１０１の一面と第１チャンバーの下端部１０２の一面との間のチャネル軸８０方向の長さが（図２２Ａの左側）、第１チャンバーの上端部１０１の他の面と第１チャンバーの下端部１０２の他の面との間の長さ（図２２Ａの右側）より大きい。向き合う両側間のチャンバー高の差は、好ましくは、約０．１ｍｍないし約５ｍｍの範囲にある。第１チャンバー１００の下部１０１（又は第２熱源の下部面）と収容口７３の上端部との間には、チャネル７０の一方側において他方側においてより小さくなっているギャップが存在する。
【０１４６】
図２２Ｂに示すように、第１チャンバー１００の下端部１０２は、チャネル軸８０に垂直な軸に対して約２度ないし約４５度だけ傾斜している。この例において、傾斜の頂点は、収容口７３により近接している。第１熱源２０の上部面２１と一致する収容口７３の上部は、チャネル軸８０に対して傾斜している。この実施例において、収容口傾斜の頂点は、第１チャンバーの下端部１０２により近接している。すなわち、第１チャンバー１００の下部（又は第２熱源の下部面）と収容口７３の上端部との間には、チャネル７０の左側において他方側においてより小さくなっているギャップが存在する。
【０１４７】
図２２Ａ〜図２２Ｂに示す構成は、収容口７３内でチャネルの一方（すなわち、左側）に優先的な加熱を提供し、したがって初期上向き対流流れがその側で優先的に始めることができるようにする。しかしながら、第２熱源３０がその側でのより長いチャンバー長さにより同じ側に優先的な冷却を提供する。したがって、上向き流れは、第１チャンバー非対称性の程度に応じてその経路を他方に変更することもできる。
【０１４８】
図２２Ｃ〜図２２Ｄに示すように、上端部１０１と下端部１０２との間の長さは、チャネル軸８０に対して第１チャンバー１００の一方側（右側）において他方側においてより大きい。ここで、第２熱源からの優先的な冷却が図２２Ｃ〜図２２Ｄに示すチャンバーの右側から起きる。追加的な非対称性は、チャネル７０の一方側において（すなわち、図２２Ｃ〜図２２Ｄの左側）他方側より収容口７３がより大きな深さを有することにより提供される。収容口７３において、優先的な加熱は、チャネル７０の左側から起きるようになる。この実施例において、チャンバー１００の下部１０２と収容口７３の上部との間のギャップは、チャネル７０を基準に本質的に一定である。
【０１４９】
図２２Ｃ〜図２２Ｄに示す構成は、収容口７３内でチャネルの一方（すなわち、左側）に優先的な加熱を支援し、第１チャンバー１００内の反対側に優先的な冷却を支援し、したがって上向き対流流れが左側に優先的に留まるようにする。
【０１５０】
図２２Ａ〜図２２Ｄに示す実施例において、チャンバーの構成により導入された非対称性は、第２熱源からチャネルへの水平的に不均一な熱伝逹を発生させるほど十分である。また、この実施例において、突出部２３、３３は、チャネル軸８０に対して非対称的に配置され、突出部４３は、チャネル軸８０を基準に対称的に配置される。また、この実施例において、前記装置は、第１断熱体５０と第２断熱体６０とを備え、チャネル軸８０方向の第１断熱体５０の長さは、チャネル軸８０方向の第２断熱体６０の長さより長い。
【０１５１】
少なくとも一つの構造的非対称性を有する他の装置実施例も本発明の範ちゅうに属する。
【０１５２】
例えば、図２３Ａ〜図２３Ｂに示すように、第１チャンバーの下端部１０２は、チャネル軸８０に対して非対称的に配置される。上端部１０１と下端部１０２との間の長さは、チャネル軸８０に対して第１チャンバー１００の一方側において（図２３Ａ〜図２３Ｂの左側）他方側においてより大きい。第１チャンバーの下部１０２と収容口７３の上部との間のギャップは、チャネル７０の一方（図２３Ａ〜図２３Ｂの左側）において他方側においてより小さい。この実施例において、突出部２３は、チャネル軸８０に対して対称的に配置される。また、この実施例において、収容口７３の右側（チャネル軸８０に対して）にその側におけるより大きなギャップにより（第２熱源による冷却がより大きなギャップのため、その側において少なく重要なために）優先的な加熱が発生し、したがってより大きな駆動力がチャネルの右側に生成され、その側においてより顕著な上向き流れが生成される。また、第２熱源３０は、チャネル軸８０を基準に非対称的に配置された突出部３３を特徴とする。この実施例において、第２熱源は、チャネル軸８０を基準に非対称的に配置された突出部３４を特徴とする。第３熱源は、チャネル軸８０を基準に対称的に配置された突出部４３、４４を備える。また、図２３Ａ〜図２３Ｂに示す実施例において、前記装置は、第１断熱体５０と第２断熱体６０とを備え、チャネル軸８０方向の第１断熱体５０の長さがチャネル軸８０方向の第２断熱体６０の長さより長い。
【０１５３】
少なくとも一つの構造的非対称性を有する他の装置実施例も本発明の範ちゅうに属する。
【０１５４】
図２４Ａ〜図２４Ｂに示す装置実施例において、第２熱源３０は、それぞれがチャネル軸８０の周囲に非対称的に配置された突出部３３、３４を特徴とする。図２４Ａに示す実施例において、第１チャンバー１００の下端部１０２は、チャネル軸８０に垂直な軸に対して約２度ないし約４５度の範囲で傾斜しており、下端部１０２の一部がチャネル軸８０の反対側にある他の部分より第１熱源２０により近接してある。この実施例において、下端部１０２と第１熱源２０との間のギャップは、チャネル軸８０の一方側において他方側においてより小さい。この実施例において、第１熱源２０及び第３熱源４０の両方とも第２熱源３０に向かって延びる突出部を有していない。追加的に、第１チャンバー１０１の上端部は、チャネル軸８０に垂直な軸に対して約２度ないし約３０度の範囲だけ傾斜している。
【０１５５】
図２４Ｂにおいて、第１チャンバーの下端部１０２の一面は、下端部１０２の他の面より第１熱源突出部２３により近接するように位置する。この実施例において、第１チャンバー１００の下端部１０２と収容口７３の上部との間のギャップは、一方（左側）でより小さい。また、図２４Ｂにおいて、第３熱源４０は、チャネル７０を基準に対称的に配置された突出部４３を特徴とする。第１チャンバー１００は、一面（左側）が他の面より第３熱源突出部４３により近接するように位置する２個の面を有する上端部１０１を特徴とする。
【０１５６】
図２４Ａ〜図２４Ｂに示す装置実施例において、初期上向き対流流れは、その側における収容口７３からの優先的な加熱の結果として（その側におけるより大きな断熱性ギャップの結果として第２熱源による少なく重要な冷却により）、チャネルの右側を好んで起きるようになる。第１熱源４０からの優先的な冷却が、その側におけるより大きな第２断熱性ギャップにより、右側から発生するために、第１チャンバーの上部での非対称性の程度に応じて、上向き流れが自身の経路を反対側（すなわち、左側）に変更できる。両実施例において、チャネル軸８０に平行な第１断熱体の長さは、チャネル軸８０に平行な第２断熱体６０の長さより長い。
【０１５７】
Ｋ．非対称チャンバー
論議されたように、本発明の一目的は、例えば第２熱源内に一個、二個、又は三個のチャンバーを有する装置を提供することにある。一実施例において、チャンバーのうち、少なくとも一つは、水平非対称性を有する。非対称性は、装置内で水平的に非対称的な駆動力を生成するのを助ける。例えば、図２５に示す実施例において、第１チャンバー１００と第２チャンバー１２０とは、チャネル軸８０から反対方向に沿ってそれぞれ中心を外れている。特に、第１チャンバーの上端部１０１は、第２チャンバーの下端部１１２と本質的に同じ高さに位置する。第１及び第２チャンバーは、相異なる幅又は直径を有することができる。二つの反対側上のチャンバーギャップ１０５、１１５の差は、少なくとも約０．２ｍｍから約４ないし６ｍｍの範囲でありうる。
【０１５８】
図２５に例示される中心を外れたチャンバー構造に加えて、チャンバーのうち、少なくとも一つ又はそれ以上は、チャネル軸８０に対して傾いた（斜めになった）構造を含むことによって、水平的に非対称的に構成されうる。例えば、図２６に示すように、第１チャンバー１００がチャネル軸８０に対して傾くことができる。この実施例において、第１チャンバーの第１壁１０３は、チャネル軸８０に対して（例えば、チャネル軸８０に対して約３０度より小さな角度で）傾いている。チャンバー（又はチャンバー壁１０３）の中心軸とチャネル軸との間の角度により定義される傾斜角は、約２度ないし約３０度の範囲、さらに好ましくは、約５度ないし約２０度の範囲である。
【０１５９】
図２５及び図２６に示す装置実施例において、チャネル７０の下部からの上向き対流流れは、その側における収容口７３からの優先的な加熱の結果として（その側においてより大きなチャンバーギャップの結果として第２熱源による少なく重要な冷却により）、チャネル７０の右側を好んで起きるようになる。同様に、チャネル７０の上部からの下向き流れは、第３熱源４０又は貫通口７１からの優先的な冷却の結果として（その側においてより大きなチャンバーギャップの結果として第２熱源３０による少なく重要な加熱によって）、チャネル７０の左側を好んで起きるようになる。
【０１６０】
これから図２７Ａ〜図２７Ｂに示す装置実施例を参照すれば、第１チャンバー１００の上端部１０１及び／又は下端部１０２は、チャネル軸８０の二つの反対側において（第３又は第１熱源からの）相異なるギャップを提供するように構成されうる。例えば、図２７Ａを参照すれば、第１チャンバー１００の上端部１０１及び／又は下端部１０２は、チャンバー軸（又はチャネル軸８０）に垂直な軸に対して約２度ないし約３０度で傾斜することができる。代案として、第１チャンバー１００は、図２７Ｂに示すように複数の上部面と下部面とを有することができる。
【０１６１】
図２７Ａ〜図２７Ｂに示す実施例において、第１チャンバーの下端部１０２と第１熱源の上端部２１との間の、そして第１チャンバーの上端部１０１と第３熱源４２の下端部との間のギャップは、二つの反対側（すなわち、図２７Ａ〜図２７Ｂにおいて左側及び右側）において互いに異なる。したがって、図２５）及び図２６に示す実施例と同様に、チャネル７０の下部からの上向き対流流れは、その側における収容口７３からの優先的な加熱の結果として（その側においてより大きな断熱性ギャップの結果として第２熱源によるより少なく重要な冷却により）、チャネル７０の右側を好んで起きるようになる。チャネル７０の上部からの下向き流れは、第３熱源４０又は貫通口７１からの優先的な冷却の結果として（その側においてより大きな断熱性ギャップの結果として第２熱源３０によったより少なく重要な加熱によって）、チャネル７０の左側を好んで起きるようになる。
【０１６２】
図２７Ａ〜図２７Ｂに示す実施例において、突出部３３、３４は、チャネル軸８０に対して第１チャンバー１００を基準に非対称的に配置される。追加的に、収容口７３は、チャネル軸９０を基準に対称的に配置される。図２７Ｂに示す実施例は、チャネル軸８０を基準に対称的に配置された突出部２３、４３をさらに備える。
【０１６３】
Ｌ．二個のチャンバー、非対称温度ブレーキ
本発明の一目的は、一つ又はそれ以上の温度ブレーキ、例えばこれらのうちの何れか一つ又はそれ以上が水平的非対称性を有する一個、二個、又は三個の温度ブレーキを有する装置を提供することにある。図２８Ａ〜図２８Ｂに示す装置を参照すれば、第１温度ブレーキ１３０は、水平的非対称性を有する。この実施例において、第１温度ブレーキ内に形成された（一般にチャネルと合うように形成された）貫通口は、一方により小さなギャップを提供し（又はいかなるギャップも提供せずに）反対側により大きなギャップを提供するように、チャネル７０より大きく、チャネル軸８０から中心を外れている。温度分布は、チャンバーの非対称性（すなわち、第１チャンバー壁１０３の非対称性）に比べて温度ブレーキの非対称性により敏感であるということが見出された。好ましくは、温度ブレーキ内の貫通口は、少なくとも約０．１ｍｍから約２ｍｍがより大きく形成され、チャネル軸から少なくとも約０．０５ｍｍから約１ｍｍまで中心を外れている。
【０１６４】
構造的非対称性が第１温度ブレーキ１３０又は第２温度ブレーキ１４０（又は第１温度ブレーキ１０３と第２温度ブレーキ１４０の両方）に存在する実施例において、前記装置は、チャネル軸８０を基準に対称的に又は非対称的に配置された少なくとも一個のチャンバーを備えることができる。図２８Ａに示す実施例において、第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０とは、第２熱源３０内に位置し、チャネル軸８０を基準に対称的に配置される。この実施例において、第１チャンバー１００は、第２チャンバー１１０からチャネル軸８０に沿って長さｌだけ離隔している。第２熱源３０の一部は、第１熱源２０からの又は第３熱源４０への熱伝逹を減少させるほど十分な第１温度ブレーキ１３０を形成するためにチャネル７０と接触する。第１温度ブレーキ１３０は、チャネル７０を基準に非対称的に配置される。第１温度ブレーキ１３０は、第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０の間でチャネル７０の一方と接触し、チャネル７０の他方側は、第２熱源３０から離隔している。図２８Ｂは、左側においてチャネル７０と接触する壁１３３を示す第１温度ブレーキ１３０の拡大図を示す。構造的非対称性が温度ブレーキのうちの何れか一つ又はそれ以上と関連される時に、上向き及び下向き対流流れは、チャネル軸の方向の温度ブレーキの位置及び厚さに応じて、チャネル軸に対してチャネルの一方又は反対側を好んで起きることができる。
【０１６５】
Ｍ．温度ブレーキがあるか、又はない一個又は二個の非対称チャンバー
図２９Ａを参照すれば、第１チャンバー１００は、チャネル軸８０に対して中心を外れている。この実施例において、収容口７３は、チャネル軸８０を基準に対称的に配置され、一定の深さを有する。第１チャンバー１００は、チャネル７０から中心を外れることによって、チャンバーギャップ１０５は一方側において反対側と比較してより小さい。図２９Ｂに示すように、チャンバー１００は、チャネル７０からより中心を外れることによって、チャネル７０の一方又は片方壁がチャンバー壁と接触する。この実施例において、チャネル形成側（例えば、図２９Ｂの左側）は、自身の上端部１３１と下端部１３２とが第１チャンバー１００の上端部１０１と下端部１０２と一致する第１温度ブレーキ１３０として機能する。このような実施例において、第２熱源３０とチャネル７０との間の熱伝逹は、チャンバーギャップ１０５がより小さいか、又は存在しない側（すなわち、図２９Ａ及び図２９Ｂにおいて左側）においてより大きく、したがって水平的に非対称的な温度分布を生成する。図２９Ｃは、第１温度ブレーキ１３０の拡大図を提供する。二つの反対側におけるチャンバーギャップ間の適合した差は、好ましくは、約０．２ｍｍから約４ないし６ｍｍの範囲であり、したがってチャンバー軸は、チャネル軸から少なくとも約０．１ｍｍから約２ないし３ｍｍだけ中心を外れている。
【０１６６】
チャンバーの全体又は一部がチャネル軸８０に対して非対称的に形成されることができ、例えば、チャンバーの全体又は一部が中心を外れるように形成されうることが理解されるはずである。大部分の発明応用に対して、全体チャンバーを中心から外れるようにすることが有用である。
【０１６７】
ときには、チャネル軸８０を基準に対称的又は非対称的に第２熱源内に配置される一個、二個、又は三個のチャンバーを有する発明装置を有することが有用である。一実施例において、前記装置は、第１、第２、及び第３チャンバーを有し、チャンバーのうちの何れか一つ又は二つは、チャネル軸８０を基準に非対称的に配置され、他のチャンバーは、同一軸を基準に対称的に配置される。前記装置がチャネル軸８０を基準に非対称的にそれぞれ配置された第１チャンバーと第２チャンバーを備える実施例において、このチャンバーは、第２熱源内で完全に又は部分的に存在できる。
【０１６８】
この発明実施例の特定例が図３０Ａ〜図３０Ｄに示されている。
【０１６９】
図３０Ａにおいて、第１温度ブレーキ１３０は、第２熱源３０内でチャネル７０の高さの一部と接触する。第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０とは、それぞれが第２熱源３０内に位置し、第１チャンバー１００は、第２チャンバー１１０からチャネル軸８０に沿って長さｌだけ離隔している。この実施例において、温度ブレーキ１３０は、第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０との間の長さｌでチャネル７０の全体周りと接触する。第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０とは、同じ水平方向にチャネル軸８０からそれぞれ中心を外れている。図３０Ｂは、壁１３３がチャネル７０と接触する第１温度ブレーキ１３０の拡大図を提供する。
【０１７０】
図３０Ｃを参照すれば、第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０とは、同じ水平方向にチャネル軸からそれぞれ中心を外れている。第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０は、同一又は相異なる幅又は直径を有することができる。この実施例において、第１温度ブレーキ１３０は、図３０Ｃに示す実施例において、チャネル軸８０方向の第１チャンバー１００の長さと同じ第１温度ブレーキ１３０の下端部１３２から上端部１３１に至る長さで、第１チャンバー１００内のチャネル７０の一方（すなわち、左側）と接触する。図３０Ｄは、チャネル７０と接触する壁１３３を示す第１温度ブレーキ１３の拡大図を提供する。
【０１７１】
図３０Ａ〜図３０Ｄに示すそれぞれの実施例において、収容口７３は、チャネル７０を基準に対称的に配置される。
【０１７２】
図３１Ａは、第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０とがチャネル軸に対してそれぞれ反対方向に約０．１ｍｍから約２ないし３ｍｍだけ中心を外れている発明実施例を示す。第１温度ブレーキ１３０は、チャネル軸８０に対して対称的に配置されている。この実施例において、第２熱源の一部は、第１熱源２０からの又は第３熱源４０への熱伝逹を減少させるほど十分な第１温度ブレーキ１３０を形成するようにチャネル７０と接触する。発明のこの例において、第１温度ブレーキ１３０は、第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０との間の長さｌでチャネル７０の全体周りと接触する。他の実施例において、第１温度ブレーキ１３０は、一方側においてチャネル７０と接触でき、他方側は、第２熱源３０から離隔している。図３１Ｂは、チャネル７０と接触する壁１３３を示す第１温度ブレーキ１３の拡大図を提供する。
【０１７３】
図３２Ａに示す実施例を参照すれば、第１チャンバー１００と第２チャンバー１１とは、それぞれが同じ水平方向にチャネル軸８０に対して（例えば、約０．１ｍｍから約２ないし３ｍｍに至るまで）中心を外れている。この実施例において、第１温度ブレーキ１３０は、チャネル軸８０に対して非対称的に配置される。第１温度ブレーキ１３とチャンバー壁１０３とは、同じ方向に中心を外れている。この実施例において、第１温度ブレーキ１３０は、一方側（すなわち、左側）でチャネル７０と接触し、他方側は、第２熱源３０から離隔している。図３２Ｂは、第１温度ブレーキ１３０の拡大図を示す。
【０１７４】
図３２Ｃにおいて、第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０とは、同じ水平方向にチャネル軸８０に対してそれぞれ中心を外れており、第１温度ブレーキ１３０は、反対方向に中心を外れている。この実施例において、第１温度ブレーキ１３０は、一方側において（すなわち、右側）チャネル７０と接触し、他方側は、第２熱源３０から離隔している。図３２Ｄは、第１温度ブレーキ１３０の拡大図を示す。
【０１７５】
他の発明実施例において、前記装置は、各チャンバーが相異なる水平方向に他のチャンバーから中心を外れている２個のチャンバーを第２熱源内に有している。図３３Ａは、例を示す。ここで、第２熱源３０内の第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０とは、それぞれが反対側の水平方向にチャネル軸８０に対して（例えば約０．５ｍｍから約２ないし２５ｍｍだけ）中心を外れている。第１チャンバーの壁１０３は、チャネル軸８０に沿って第２チャンバーの壁１１３より低く配置されている。第１温度ブレーキの壁１３３は、第１チャンバー１００内のチャネル７０の下部でチャネル７０の一方（すなわち、左側）と接触し、第２温度ブレーキの壁１４３は、第２チャンバー１１０内のチャネル７０の上部でチャネルの他方（すなわち、右側）と接触する。第１温度ブレーキの上端部１３１は、第２温度ブレーキの下端部１４２と本質的に同じ高さに位置する。この配置は、一般に第２熱源３０とチャネル７０との間で水平的に不均一な熱伝逹を発生させるほど十分である。図３３Ｂは、第１温度ブレーキ１３０と第２温度ブレーキ１４０の拡大図を示す。
【０１７６】
図３３Ｃは、第１温度ブレーキの上端部１３１が第２温度ブレーキの下端部１４２より高く位置する装置実施例を示す。第１温度ブレーキの壁１３３と第２温度ブレーキの壁１４３とは、それぞれ一方側においてチャネル７０と接触する。図３３Ｄは、第１温度ブレーキ１３０と第２温度ブレーキ１４０の拡大図を示す。
【０１７７】
図３３Ｅは、第１温度ブレーキの上端部１３１が第２温度ブレーキの下端部１４２より低く位置する実施例を示す。第１温度ブレーキの壁１３３と第２温度ブレーキの壁１４３とは、それぞれ一方側においてチャネル７０と接触する。図３３Ｆは、第１温度ブレーキ１３０と第２温度ブレーキ１４０の拡大図を示す。
【０１７８】
発明は、チャネル軸に対して温度ブレーキとチャンバーのうちの何れか一つ又はそれ以上を傾くように（斜めに）することによって、非対称性を前記装置に導入する他の実施例を提供する。図３４Ａを参照すれば、第１チャンバーの上端部１０１と第２チャンバーの下端部１１２とは、それぞれチャネル軸８０に垂直な軸に対して約２度ないし約４５度の範囲で傾斜している。この実施例において、第１熱源の上端部２１と第１温度ブレーキの下端部１３２との間の距離は、チャネル軸８０に対して一方側（すなわち、左側）においてより小さいから、結果的に第１チャンバー１００のその側においてより大きくなるように偏った温度勾配を引き起こす。類似の効果が第２チャンバー１１０の反対側（すなわち、右側）で第３熱源の下端部４２と第１温度ブレーキの上端部１３１との間のその側におけるより小さな距離によって期待されうる。温度ブレーキ１３０は、第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０との間のチャネルの全体周りと接触し、一方側において他方側より高い位置に形成される。図３４Ｂは、壁１３３がチャネル７０と接触している第１チャンバー１００、第１温度ブレーキ１３０、及び第２チャンバー１１０の拡大図を示す。
【０１７９】
ある発明実施例では、チャネル軸に対してチャンバーのうち、少なくとも一つ（例えば、チャンバーのうちの何れか一つ、二、又は三）を傾けることが有用でありうる。もちろん、傾いた又は斜めになった構造の相異なる組み合わせは、意図した水平的に非対称的な温度分布を達成するために構成されうる。いくつかの例が図３５Ａ〜図３５Ｄに示されている。
【０１８０】
特に、図３５Ａは、第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０とがそれぞれチャネル軸８０に対して約２度ないし約３０度の間で傾いているか、又は斜めになっている場合を示す。この実施例において、第１温度ブレーキ１３０は傾いていない。図３５Ｂは、壁１３３がチャネル７０と接触している第１チャンバー１００、第１温度ブレーキ１３０、及び第２チャンバー１１０の拡大図を示す。
【０１８１】
図３５Ｃは、第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０、及び第１温度ブレーキ１３０のそれぞれがチャネル軸８０に対して傾いている例を示す。第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０のそれぞれは、チャネル軸８０に対して約２度ないし約３０度の範囲で傾斜しているか、又は斜めになっていることができる。第１温度ブレーキ１３０の上端部１３１と下端部１３２とは、それぞれチャネル軸８０に垂直な軸に対して約２度ないし約４５度の範囲で傾斜しているか、又は傾いている。この実施例において、第１温度ブレーキ１３０は、第１チャンバーと第２チャンバーとの間で、そして一方側において他方側においてより高い位置でチャネルの全体周りと接触する。
【０１８２】
図３１Ａ〜図３１Ｂ、図３２Ａ〜図３２Ｄ、図３３Ａ〜図３３Ｆ、図３４Ａ〜図３４Ｂ、及び図３５Ａ〜図３５Ｄに示す実施例において、収容口７３は、チャネル軸８０を基準に対称的に配置される。
【０１８３】
Ｎ．追加的な実施例
追加的な装置実施例が図３６Ａ〜図３６Ｃ、図３７Ａ〜図３７Ｃ、及び図３８Ａ〜３８Ｃに示されている。
【０１８４】
図３６Ａに示すように、前記装置１０の第１チャンバー１００は、第２熱源３０内にあり、第２チャンバー１１０は、第３熱源４０内にある。第２熱源突出部３３は、チャネル軸８０を基準に対称的に配置される。前記装置１０は、チャネル軸８０を基準に対称的に配置された第１熱源突出部２３をさらに備える。この実施例において、収容口７３は、チャネル軸８０を基準に対称的に配置される。
【０１８５】
図３６Ｂに示す実施例において、前記装置１０の第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０とは、第２熱源３０内にある。前記装置は、第３熱源４０内に第３チャンバー１２０をさらに備える。前記装置は、また第２熱源３０内に第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０の間に配置された第１温度ブレーキ１３０を備える。第２熱源突出部３３は、チャネル軸８０を基準に対称的に配置される。前記装置は、チャネル軸８０を基準に対称的に配置された第１熱源突出部２３をさらに備える。この実施例において、収容口７３は、チャネル軸８０を基準に対称的に配置される。
【０１８６】
図３６Ｃに示す実施例を参照すれば、第１チャンバーの下部１０２は、第２熱源３０内にある。しかしながら、図３６Ａに示す装置実施例において、第１チャンバーの下部１０２は、第２熱源の下部面３２と一致する。図３６Ｃに示す装置は、第２熱源３０内に第１チャンバー１００を、第３熱源４０内に第２チャンバー１１０を備える。前記装置は、第１チャンバーの下端部１０２と第２熱源の下部３２との間に、第２熱源３０の下部に配置された第１温度ブレーキ１３０をさらに備える。収容口７３は、チャネル軸８０に対して対称的に配置される。
【０１８７】
図３６Ａ〜図３６Ｃに示す実施例において、各装置は、少なくとも第１熱源２０、第１熱源の第１突出部２３、第２熱源３０、及び第２熱源の第１突出部３３により定義される第１断熱体チャンバー５１をさらに備える。
【０１８８】
図３７Ａ〜図３７Ｃに示す装置は、チャネル軸８０を基準に対称的に配置された第２熱源の第２突出部３４と、少なくとも第３熱源４０、第２熱源３０、及び第２熱源の第２突出部３４により定義される第２断熱体チャンバー６１をさらに備える。図３７Ａに示す実施例において、前記装置は、第２熱源３０内に第１チャンバー１００を、第３熱源４０内に第２チャンバー１１０を備える。収容口７３は、チャネル軸８０に対して対称的に配置される。
【０１８９】
図３７Ｂに示すように、図示の装置は、第２熱源３０内に位置した第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０とを特徴とする。第３チャンバー１２０は、第３熱源４０内にある。前記装置は、第２熱源３０内で第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０の間に位置する第１温度ブレーキ１３０をさらに備える。この実施例において、前記装置１０は、チャネル軸８０に対してそれぞれ対称的に配置された突出部２３、３３、３４を備える。収容口７３は、チャネル軸８０に対して対称的に配置される。
【０１９０】
図３７Ａ〜図３７Ｂに示す実施例において、第１チャンバーの下端部１０２は、第１断熱体５０と接触する。しかしながら、図３７Ｃに示す実施例では、第１チャンバーの下端部１０２は、第２熱源２０内にあり、第１温度ブレーキ１３０は、第１チャンバーの下端部１０２と第２熱源の下部３２との間で第２熱源３０の下部に位置する。図３７Ｃに示す装置は、チャネル軸８０を基準にそれぞれ対称的に配置された突出部２３、３３、３４をまた備える。また、図３７Ｂ〜図３７Ｃに示す実施例において、第１温度ブレーキ１３０は、チャネル軸８０に対して対称的に配置される。
【０１９１】
図３８Ａ〜図３８Ｃに示す装置は、チャネル軸８０を基準に対称的に配置された第３熱源の第１突出部４３と、少なくとも第３熱源４０、第３熱源突出部４３、第２熱源３０、及び第２熱源の第２突出部３４により定義される第２断熱体チャンバー６１をさらに備える。図３８Ａに示す実施例において、前記装置は、第２熱源３０内に第１チャンバー１００を、第３熱源４０内に第２チャンバー１１０を備える。収容口７３は、チャネル軸８０に対して対称的に配置される。
【０１９２】
図３８Ｂに示す装置実施例において、第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０のそれぞれは、第２熱源３０内に位置する。第３チャンバー１２０は、第３熱源４０内に位置する。前記装置は、第２熱源３０内で第１チャンバー１００と第２チャンバー１１０との間に位置した第１温度ブレーキ１３０をさらに備える。この実施例において、前記装置は、それぞれがチャネル軸８０に対して対称的に配置された突出部２３、３３、３４、４３を備える。収容口７３は、チャネル軸８０に対して対称的に配置される。
【０１９３】
図３８Ｃに示す実施例において、第１チャンバーの下端部１０２は、第２熱源２０内にあり、第１温度ブレーキ１３０は、第１チャンバーの下端部１０２と第２熱源の下部３２との間で第２熱源３０の下部に位置する。図３７Ｃに示す前記装置は、それぞれがチャネル軸８０を基準に対称的に配置された突出部２３、３３、３４、４３を再度備える。収容口７３は、チャネル軸８０に対して対称的に配置される。
【０１９４】
製造、使用及び温度形状化要素選択
Ａ．熱源
大部分の発明実施例に対して、熱源のうちの何れか一つ又はそれ以上は、他の温度サイクリング型装置のために使用される材料に比べて相対的に低い熱伝導率を有する材料からなることができる。 本発明では速い温度変化工程を一般に回避できる。したがって、熱源の各々に対する高温均一性（例えば、約０．１℃より小さな温度変化を有する）が相対的に低い熱伝導率を有する材料を使用しても容易に達成できる。熱源は、試料又は反応容器のそれより十分に大きな、好ましくは、少なくとも約１０倍大きな、さらに好ましくは、少なくとも約１００倍大きな熱伝導率を有するいかなる固体型材料からなることができる。加熱する試料は、主に常温で０．５８Ｗ・ｍ‐1・Ｋ‐1の熱伝導率を有する水であり、反応容器は、一般に約数十分のＷ・ｍ‐1・Ｋ‐1の熱伝導率を有するプラスチックからなる。したがって、適切な材料の熱伝導率は、少なくとも約５Ｗ・ｍ‐1・Ｋ‐1又はそれ以上、さらに好ましくは、少なくとも約５０Ｗ・ｍ‐1・Ｋ‐1又はそれ以上である。反応容器がプラスチックより大きな熱伝導率を有するガラス又はセラミックからなる場合、若干大きな熱伝導率を有する材料、例えば約８０又は約１００Ｗ・ｍ‐1・Ｋ‐1より大きな熱伝導率を有することを使用することが好ましい。大部分の金属及び金属合金のみでなく高い熱伝導率セラミックがこのような必要条件を満たす。より高い熱伝導率を有する材料が一般に熱源の各々に対してより良い温度均一性を提供するはずであるが、アルミニウム合金及び銅合金が相対的に低廉でかつ高い熱伝導率を有し、製造しやすいから、一般に有用な材料である。
【０１９５】
次の詳細な説明が本明細書に記述された装置実施例を構成し使用するのに一般に有用である。チャネル軸に垂直な軸方向の第１、第２、及び第３熱源の幅及び長さの寸法は、意図した用途に応じて、例えば隣接するチャネル／チャンバー構造間の間隔に応じて、いかなる値としても選択されうる。隣接するチャネル／チャンバー構造間の間隔は、少なくとも約２ないし３ｍｍ、好ましくは、約４ｍｍないし約１５ｍｍの範囲でありうる。一般に産業標準、すなわち、４．５ｍｍ又は９ｍｍの間隔を使用することが好ましい。一般的な実施例において、チャネル／チャンバー構造は、同様に離隔された行及び／又は列で配置される。このような実施例において、熱源各々の（チャネル軸に垂直な軸方向の）幅又は長さを、少なくと度の範囲隔×行又は列の個数に対応する概略の値から、この値より約１個ないし約３個の間隔だけの大きな値までに作ることが好ましい。他の実施例において、チャネル／チャンバーの構造は、円形パターンに配置されることができ、好ましくは、同じ間隔で配置される。このような実施例での間隔は、また少なくとも約２ないし３ｍｍ、好ましくは、約４ｍｍないし約１５ｍｍであり、産業標準である４．５ｍｍ又は９ｍｍの間隔がさらに好ましい。この実施例において、熱源の形態は、一般に中央に穴を有するドーナッツ形態であることが好ましい。チャネル／チャンバー構造は、一個、二個、三個、約１０個までの同心円上に位置できる。各同心円の直径は、意図した用途のための幾何学的必要条件により、例えば、チャネル／チャンバー構造の個数、その円において隣接するチャネル／チャンバー構造間の間隔などに応じて決定されうる。熱源の外径は、最も大きな同心円の直径より少なくとも約一つの間隔だけより大きなことが好ましく、熱源の内径は、最も小さな同心円の直径より少なくとも約一つの間隔分だけ小さなことが好ましい。
【０１９６】
チャネル軸の方向の第１、第２、及び第３熱源の長さ又は厚さは、既に論議された。第２熱源内に少なくとも一個のチャンバーを備える実施例において、第１熱源の厚さは、チャネル軸の方向に約１ｍｍより大きく、好ましくは、約２ｍｍで約１０ｍｍまでである。チャネル軸の方向の第２熱源の厚さは、約２ｍｍないし約２５ｍｍの範囲であり、好ましくは、３ｍｍないし約１５ｍｍの範囲である。チャネル軸の方向の第３熱源の厚さは、約１ｍｍより大きく、好ましくは、約２ｍｍないし約１０ｍｍの範囲である。第３熱源内に配置されたただ一個のチャンバーを備える他の実施例において、第２及び第３熱源は、第２熱源内に少なくとも一個のチャンバーを備える実施例と比較して、チャネル軸の方向に相異なった厚さを有することができる。例えば、第２熱源は、チャネル軸の方向に１ｍｍより大きな厚さを、好ましくは、約２ｍｍないし約６ｍｍの範囲の厚さを有する。このような実施例において、チャネル軸の方向の第３熱源の厚さは、約２ないし約２０ｍｍの範囲であり、好ましくは、約３ｍｍないし約１０ｍｍの範囲である。第１熱源は、他の実施例と同じ範囲内のチャネル軸の方向の厚さ、例えば約１ｍｍより大きい、好ましくは、約２ｍｍないし約１０ｍｍの範囲の厚さを有することができる。
【０１９７】
チャネルの寸法は、図５Ａ〜図５Ｄ及び図６Ａ〜図６Ｊに示されたようないくつかのパラメーターにより定義されうる。チャネル軸の方向のチャネルの高さｈは、約２０マイクロリットルの試料体積に対して少なくとも約５ｍｍないし約２５ｍｍであり、好ましくは、８ｍｍないし約１６ｍｍである。テーパー角（θ）は、約０度ないし約１５度の範囲であり、好ましくは、約２度から約１０度の範囲である。チャネル軸に垂直な軸方向のチャネルの幅ｗ１又は直径（又はそれの平均）は、少なくとも約１ｍｍないし５ｍｍである。幅ｗ１に対した高さｈの比率により定義される垂直横縦比は、約４ないし約１５の範囲であり、好ましくは、約５から約１０までである。互いに対して相互垂直でチャネル軸に垂直に整列される第１及び第２方向に沿う第１幅ｗ１の第２幅ｗ２に対した比率により定義される水平の横縦比は、一般に約１ないし約４である。
【０１９８】
収容口は、チャネルと同じ範囲に属する、すなわち、少なくとも約１ｍｍないし約５ｍｍである幅又は直径を有する。チャネルがテーパーされている場合、収容口の幅又は直径は、テーパーされた方向に応じて、チャネルより小さいか大きい。収容口の深さは、一般に少なくとも約０．５ｍｍないし約８ｍｍ、好ましくは、約１ｍｍないし約５ｍｍの範囲である。
【０１９９】
チャンバーは、一般にチャネル軸に垂直な軸に沿って少なくとも約１ｍｍないし約１０又は１２ｍｍ、好ましくは、約２ｍｍないし約８ｍｍの範囲の幅又は直径を有する。チャンバー構造の存在は、チャネルとチャンバー壁との間に一般に約０．１ｍｍないし約６ｍｍの範囲、さらに好ましくは、約０．２ｍｍないし約４ｍｍの範囲のチャンバーギャップを提供する。チャネル軸の方向のチャンバーの長さ又は高さは、相異なった実施例によって変化できる。例えば、装置が第２熱源内に一個のチャンバーを備える場合、そのチャンバーは、約１ｍｍないし約２５ｍｍの範囲、好ましくは、約２ｍｍないし約１５ｍｍの範囲のチャネル軸の方向の高さを有することができる。第２熱源内に二個又はそれ以上のチャンバーを有する実施例において、各チャンバーの高さは、約０．２ｍｍないしチャネル軸の方向の第２熱源の厚さの約８０％又は９０％の間であり、二個又はそれ以上のチャンバーの高さの合計は、第２熱源の厚さ分だけ大きくありうる。第３熱源内に配置されたただ一個のチャンバーを有する実施例において、チャネル軸の方向のチャンバー高さは、約０．２ｍｍでチャネル軸の方向の第３熱源の厚さの約６０％又は７０％の範囲にある。
【０２００】
温度ブレーキと断熱体（又は断熱性ギャップ）の寸法もまた非常に重要である。上で既に提供された一般的な仕様を参照しなさい。
【０２０１】
発明の最適の使用のために一般に要求されるものではないが、突出部２４、４４又は両方を有する装置を提供することも本発明の範ちゅうに属する。例えば、図２２Ｃを参照しなさい。
【０２０２】
機械的構造を作ったり製造するにあって、ある程度の公差（ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）が一般に存在するということは自明である。したがって、実質的実施において、物理的に接触する穴（例えば、特定実施例において第３熱源内の貫通口又は第１熱源内の収容口）は、反応容器のサイズに対して陽の公差（ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）を有するように設計されなければならない。そうでなければ、貫通口又はチャネルは、反応容器のサイズより小さいか同様に形成されることによって、反応容器をチャネルに適切に設置できなくなることができる。物理的に接触する穴に対する実質的に信頼するに値する公差は、標準製造工程で約＋０．０５ｍｍである。したがって、２個の対象が「物理的に接続」するならば、それは、二接触する対象の間に約０．０５ｍｍより小さいか同じギャップを有していると解析されなければならない。二対象が[物理的に非接触」するか、又は「離隔されて」いるものであれば、それは、二対象の間に約０．０５又は０．１ｍｍより大きなギャップを有していると解析されなければならない。
【０２０３】
Ｂ．使用
本明細書に記述されるいかなる熱対流ＰＣＲ装置も相異なったＰＣＲ増幅技法のうちの何れか一つ又は組み合わせを行うために使用されうる。一つの適切な方法は、：
（ａ）二本鎖（ｄｏｕｂｌｅ‐ｓｔｒａｎｄ）核酸分子を変性させて一本鎖鋳型を形成するのに適した温度範囲に収容口を備える第１熱源を維持するステップと、
（ｂ）少なくとも一つのオリゴヌクレオチドプライマーを前記一本鎖鋳型にアニールするのに適した温度範囲に第３熱源を維持するステップと、
（ｃ）前記一本鎖鋳型に沿って前記プライマーの重合（ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）を助けるのに適した温度に第２熱源を維持するステップと、
（ｄ）プライマー伸長生成物を生成するのに十分な条件下で前記収容口と前記第３熱源との間で熱対流を生成するステップと；のうち、少なくとも一つを、好ましくは、すべてのステップを含む。
【０２０４】
一実施例において、前記方法は、水性緩衝溶液（ａｑｕｅｏｕｓ  ｂｕｆｆｅｒ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）に二本鎖核酸とオリゴヌクレオチドプライマーとを含む反応容器を提供するステップをさらに含む。一般に反応容器は、一つ又はそれ以上のＤＮＡ重合酵素をさらに含む。必要であれば、前記酵素（ｅｎｚｙｍｅ）は、固定化されていることができる。反応方法のより特別な実施例において、前記方法は、反応容器を収容口、貫通口、及び第２又は第３熱源のうち、少なくとも一つに配置された少なくとも一つの温度形状化要素（一般に、少なくとも一個のチャンバー）に（直接的に又は間接的に）接触させるステップを含む。この実施例において、前記接触は、反応容器内での熱対流を助けるのに充分である。好ましくは、前記方法は、反応容器を第１及び第２熱源間の第１断熱体と第２及び第３熱源との間の第２断熱体に接触させるステップをさらに含む。一実施例において、第１、第２、及び第３熱源は、反応容器又はその中の水溶液より少なくとも約１０倍、好ましくは、約１００倍大きな熱伝導率を有する。第１及び第２断熱体は、反応容器又はその中の水溶液より少なくとも約５倍小さな熱伝導率を有することができ、ここで第１及び第２断熱体の熱伝導率は、第１、第２、及び第３熱源間の熱伝逹を減少させるのに充分である。
【０２０５】
前記方法のステップ（ｃ）において、熱対流流体流れは、反応容器内でチャネル軸を基準に本質的に対称的に又は非対称的に生成される。好ましくは、上に記述された前記方法のステップ（ａ）〜（ｄ）は、プライマー伸長生成物を生成するために反応容器当たりの約１Ｗより少なな、好ましくは、約０．５Ｗより少ない電力を消費する。必要であれば、前記方法を行うための電力は、バッテリーにより供給される。一般的な実施例において、ＰＣＲ伸長生成物は、約１５分ないし約３０分又はより短い時間内に生成され、反応容器は、約５０又は１００マイクロリットルより小さな体積、例えば約２０マイクロリットルより小さいか、又は同じ体積を有することができる。
【０２０６】
前記方法が本発明の熱対流ＰＣＲ遠心分離機と共に使用される実施例において、前記方法は、ＰＣＲを行うのに適するように反応容器に遠心力を適用又は印加するステップをさらに含む。
【０２０７】
熱対流によりＰＣＲを行うための方法のより詳細な実施例において、前記方法は、プライマー伸長生成物を生成するのに十分な条件下で、本明細書に開示された装置のうちの何れか一つにより収容される反応容器にオリゴヌクレオチドプライマー、核酸鋳型、及びバッファを追加するステップを含む。一実施例において、前記方法は、反応容器にＤＮＡ重合酵素を追加するステップをさらに含む。
【０２０８】
熱対流によりＰＣＲを行うための方法の他の実施例において、前記方法は、プライマー伸長生成物を生成するのに十分な条件下で、本明細書に開示されたあるＰＣＲ遠心分離機により収容される反応容器にオリゴヌクレオチドプライマー、核酸鋳型、及びバッファを追加するステップと、反応容器に遠心力を適用するステップとを含む。一実施例において、前記方法は、反応容器にＤＮＡ重合酵素を追加するステップを含む。
【０２０９】
本発明の実施は、他の多様な増幅技法のうち、量的（ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ）ＰＣＲ（ｑＰＣＲ）、マルチプルレックスＰＣＲ（ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ  ＰＣＲ）、ライゲーション‐媒介性ＰＣＲ（ｌｉｇａｔｉｏｎ‐ｍｅｄｉａｔｅｄ  ＰＣＲ）、ホット〜スタートＰＣＲ（ｈｏｔ‐ｓｔａｒｔ  ＰＣＲ）、対立遺伝子‐特異的ＰＣＲ（ａｌｌｅｌｅ‐ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ＰＣＲ）を含むＰＣＲ技法の一つ又は組み合わせと両立可能である。以下の本発明の特定使用法は、図１及び図２Ａに示す実施例を参照して説明される。以下で理解されうるが、本方法は、本明細書に参照された他の実施例にも一般に適用可能である。
【０２１０】
図１及び図２Ａを参照し、第１熱源２０は、チャネルの底部又は下部で（時には、本明細書で変性領域とする）変性過程に適した温度分布を生成する。第１熱源２０は、一般に関心の対象になる核酸鋳型（例えば、約１ｆｇないし約１００ｎｇのＤＮＡ‐基盤鋳型）を溶かすのに有用な温度に維持される。この実施例において、第１熱源２０は、約９２℃ないし約１０６℃の範囲で、好ましくは、約９４℃ないし約１０４℃の間で、さらに好ましくは、約９６℃ないし約１０２℃の範囲で維持されなければならない。以下で理解されるように、関心の対象になる核酸、必要な敏感度、及びＰＣＲ工程が行われなければならない速度のような認識されたパラメーターに応じて、相異なる温度プロファイルが発明の最適の実施により適合できる。
【０２１１】
第３熱源４０は、チャネルの最頂上又は上部（時には、本明細書でアニーリング領域とする）でアニーリング過程に適した温度分布を生成する。第３熱源は、一般に、例えば使用されるオリゴヌクレオチドプライマーの溶融温度及びＰＣＲ反応に経験を有した人々に知られた他のパラメーターに応じて、約４５℃ないし約６５℃の範囲の温度に維持される。
【０２１２】
第２熱源３０は、チャネル７０の中間領域（時には、本明細書で重合領域とする）で重合過程に適した温度分布を生成する。多くの発明応用に対して、Ｔａｑ  ＤＮＡ重合酵素又はそれの相対的に熱安定的な誘導体が使用される場合、第２熱源３０は、約６５℃ないし約７５℃の範囲、さらに好ましくは、約６８℃ないし約７２℃間の温度に一般に維持される。活性度温度プロファイルが異なるＤＮＡ重合酵素が使用される場合、第２熱源の温度範囲は、使用された重合酵素の温度プロファイルに合せて変化できる。熱敏感性及び熱安定性重合酵素をＰＣＲ工程に使用することと関連して、Ｕ．Ｓ．Ｐａｔ  Ｎｏ．７，２３８，５０５とそこに開示されている参考文献を参照しなさい。
【０２１３】
追加装置実施例の使用に対する情報のための例部分を参照しなさい。
【０２１４】
Ｃ．温度形状化要素の選択
次の節は、温度形状化要素の選択及び使用に対する追加的な案内を提供するための意図である。これは、本発明を特定装置考案又は使用に制限するための意図ではない。
【０２１５】
発明装置と共に使用される温度形状化要素の一つ又は組み合わせの選択は、関心の対象になる特定ＰＣＲ応用により案内される。例えば、標的鋳型の属性は、特定ＰＣＲ応用に最も適した温度形状化要素（ら）を選択するにあたって重要である。例えば、標的配列が相対的に短かいか長いことができ、及び／又は標的配列は、相対的に単純な構造（例えば、プラスミド又はバクテリアＤＮＡ、ウイルスＤＮＡ、ファージ（ｐｈａｇｅ）ＤＮＡ、又はｃＤＮＡ）又は複雑な構造（例えば、ゲノム又は染色体ＤＮＡ）を有することができる。一般に、長い配列及び／又は複雑な構造を有する標的配列は、増幅するのがより難しく、一般により長い重合時間を要求する。追加的に、アニーリング又は変性のためのより長い時間がたびたび要求されることもある。また、標的配列は、多いか少ない量でありうる。少ない量の標的配列が増幅するのにより難しく、一般にＰＣＲ反応時間（すなわち、より多くのＰＣＲサイクル）をより要求する。他の考慮事項も特定使用に応じて重要でありうる。例えば、後続応用、実験、又は分析のために、それとも試料から標的配列を探知したり確認するために、特定量の標的配列を生成するのにＰＣＲ装置が利用されうる。追加的な考慮において、ＰＣＲ装置は、実験室又は現場で、又はある特殊な環境、例えば、車両、船舶、潜水艦、又は宇宙船内で、いろいろな苛酷な天気条件下などで使用されうる。
【０２１６】
論議されたように、本発明の熱対流ＰＣＲ装置は、一般に既存のＰＣＲ装置より速くてより効率的なＰＣＲ増幅を提供する。また、本発明装置は、既存のＰＣＲ装置より実質的により低い電力必要条件とより小さなサイズを有する。例えば、熱対流ＰＣＲ装置は、一般に少なくとも約１．５倍ないし２倍より速く（好ましくは、約３倍ないし４倍より速く）、少なくとも約５倍ないし１０倍小さなサイズと重量を有し、作動のために少なくとも約５倍（好ましくは、約１０倍ないし数十倍）より少ない電力を要求する。したがって適切な設計が選択されれば、ユーザは、時間、エネルギー、及び空間がはるかに少なく必要な装置を有することができる。
【０２１７】
適切な装置設計を選択するために、意図する温度形状化要素の重要機能を理解することが重要である。以下の表１に要約されたように、各温度形状化要素は、熱対流ＰＣＲ装置の性能と関連して特定機能を有する。例えば、チャンバー構造は、一般に、チャンバーのない構造に比べてチャンバーが位置した熱源内で熱対流の速度を増加させ、温度ブレーキは、一般に、温度ブレーキが無しでチャンバー構造を有する構造に比べて熱対流の速度を減少させる。しかしながら、重要なことには、第２熱源内にチャンバー構造に加えて温度ブレーキの構造を導入することは、重合ステップに利用可能な試料の時間長又は体積をより大きくすることができるから、より長い重合時間を要求する標的配列に対してＰＣＲ増幅の効率性が増加できる。したがって、以下に論議されるように、特定応用に応じて、チャンバー構造は、温度ブレーキと共に又は温度ブレーキ無しで使用されうる。表１にまた要約されたように、チャネル構造のみを有する構造（すなわち、チャンバーのない構造）を含む他の熱源構造と関係なしで、対流加速要素（例えば、位置的非対称性、構造的非対称性、及び遠心加速度）の何れか一つ又は組み合わせが熱対流の速度を増加させるために使用されうる。したがって、必要に応じて熱対流速度を向上させるために、このような対流加速要素のうち、少なくとも一つ又は組み合わせは、ほとんどすべての熱源構造と組合わせることができる。論議されたように、前記発明装置は、主に温度サイクリング工程（すなわち、熱源の温度を変更する工程）に対した必要性を除去した結果として、既存のＰＣＲ装置よりはるかに少ない電力を要求する。また論議されたように、第１及び第２断熱体の適切な組み合わせ（すなわち、断熱性ギャップの厚さだけでなく適切な熱断熱体の使用）は、本発明装置の消費電力をより減少させる。また、突出部構造（ら）の使用は、本発明装置の消費電力を実質的により一層減少させることができ（例えば、例１及び３を参照しなさい）、また、チャンバー長を増加させて重合時間を増加させる。収容口の深さ及び第１、第２及び第３熱源の温度のような他のパラメーターもまた熱対流速度とまた重合、アニーリング及び変性ステップの各々に利用可能な時間を調整するのに使用されうる。以下に論議されるように、このような温度形状化要素の各々は、特定応用に適した特定熱対流ＰＣＲ装置を製作するために単独に又は一つ若しくはそれ以上の他の要素と組み合わせて使用されうる。
【０２１８】
【表１】
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【０２１９】
多くの有用な装置実施例が本発明により提供されるが、次の組み合わせが特に有用であり、発明装置の性能が予測しやすい。
【０２２０】
多くの応用のための適合した熱対流ＰＣＲ装置は、一般にチャネルと第１及び第２断熱体（又は第１及び第２断熱性ギャップ）を基本要素として備える。一つ又はそれ以上の他の温度形状化要素がこのような基本要素と使用されるために組合わせられることができる。チャネルと断熱体のみを使用する装置は、あるＰＣＲ応用には最適でなくありうる。チャネル構造のみを有しては、各熱源内の試料内部の温度勾配が熱源からの効率的な熱伝逹によってあまり小さくありえ、したがって熱対流があまり遅くなったり又は適切に発生しないケースもありうる。チャンバー構造の使用は、このような欠陥を解決できる。論議されたように、各熱源内の熱対流の速度は、チャンバー構造をその熱源に使用することによって増加できる。追加的な温度形状化要素としてチャンバーを使用する熱対流ＰＣＲ装置は、たとえば、プラスミド又はバクテリアＤＮＡ、ウイルスＤＮＡ、ファージ（ｐｈａｇｅ）ＤＮＡ、又はｃＤＮＡなどのような単純な構造を有する相対的に短い標的配列（例えば、約１ｋｂｐより短く、好ましくは、約５００又は６００ｂｐより短い）の速い増幅に最も適している。例えば、約３ないし６ｍｍの幅又は直径を有する第２熱源内の直線型チャンバーを有する装置設計は、標的配列の量及びサイズに応じて、このような試料のＰＣＲ増幅を約２５又は３０分以内、好ましくは、約１０ないし２０分以内に完了できる（例えば、例１及び３参照）。熱対流ＰＣＲの速度をより増加させることは、対流加速要素のうち、少なくとも一つを使用することによって達成できる（例えば、例２及び７参照）。
【０２２１】
（温度ブレーキ無しで）チャンバーを備える発明装置は、また長い標的配列（例えば、約１ｋｂｐないし約２又は３ｋｂｐより長い）又は複雑な構造を有した標的配列（例えば、ゲノム又は染色体ＤＮＡ）だけでなく単純な構造を有した短い配列を増幅するのに有用である。このような実施例の一類型において、チャンバーは、第２熱源内にだけ、又は第２及び第３熱源の両方内に存在し、第２熱源内に位置するチャンバーの幅又は直径は、（部分的に又は完全に）減少しうるか、又は減少した幅又は直径を有する追加的なチャンバーが第２熱源内に使用されうる。減少したチャンバー幅又は直径は、一般に約３ｍｍより小さな範囲に属する。このような設計において、（減少した幅又は直径を有するチャンバー領域での）第２熱源からの増加した熱伝達は、重合ステップに利用可能な時間長の増加をもたらし、したがって長い配列及び／又は複雑な構造を有する配列の増幅が効率よくなされるようになる。しかしながら、減少したチャンバー幅又は直径を使用することは、一般に熱対流速度の減少をもたらす。対流速度がユーザの応用においてあまり遅くなれば、対流加速要素のうち、少なくとも一つが対流速度を増加させるために結合されうる。他の類型の実施例において、チャンバーは、第３熱源内にだけ存在できる。このような類型の実施例において、相対的に高い（例えば、約６０℃より高い）融点を有するプライマーを使用することが上で言及された標的配列の他の類型を増幅するために一般に薦められる。
【０２２２】
上で論議されたように、温度ブレーキは、対流減速要素であり、一般に第２熱源内でチャンバー構造と結合される時に、一般に重合時間をより長くする。したがって、第２熱源内での温度ブレーキとチャンバー構造の組み合わせは、十分な重合時間を提供するのに適切に遅く、また速いＰＣＲ増幅をなすために十分に速い熱対流速度を提供できる良い設計例である。例１において立証されるように、大幅のチャンバー（例えば、約３ｍｍより大きなチャンバーの幅又は直径）と薄い温度ブレーキ（例えば、チャネル軸の方向の温度ブレーキの長さが約２ｍｍより小さな）との組み合わせは、短い標的配列及び長い標的配列（例えば、約２又は３ｋｂｐまでのプラスミド標的）だけでなく複雑な構造を有する標的配列（例えば、約１ｋｂｐないし約８００ｂｐまでのヒトゲノム標的）に対しても十分に速い増幅をなすことができる装置設計の良い例である。重要なことには、このような設計は、対流加速要素のどれも使用しなく、かつ他の類型の標的配列に対して実質的に速い増幅（すなわち、２５又は３０分以内、好ましくは、約１０分ないし２０分以内）を提供する。また立証されるように、対流加速要素（例えば、例２において位置的非対称性）の使用は、さらに加速した熱対流ＰＣＲを提供できる。
【０２２３】
第２熱源内でより狭いチャンバー（例えば、約３ｍｍより小さなチャンバー幅又は直径の）及び／又は温度ブレーキを使用することによって、熱対流ＰＣＲ装置の作動範囲の追加的な増大が達成できる。第２熱源内での減少した幅又は直径（部分的に又は完全に）を有するチャンバー又は温度ブレーキの使用は、第２熱源からチャネルへの増加した熱伝逹をもたらすことができ、したがって熱対流は減速される。このような減速された熱源構造では、重合時間が増加できるようになって、長い配列、例えば、約５又は６ｋｂｐまでの配列を増幅できるようになる。しかしながら、全体ＰＣＲ反応時間は、遅い熱対流速度によって不回避に増加せざるをえないが、例えば、標的配列のサイズ及び構造に応じて約３５分から約１時間まで又はそれ以上に増加せざるをえない。対流加速要素のうち、何れか一つ又はそれ以上は、また、熱対流ＰＣＲの速度を必要に応じて増加させるために、このような類型の装置設計と組合わせられることができる。
【０２２４】
上で言及された対流加速要素（すなわち、位置的非対称性、構造的非対称性、及び遠心加速度）は、熱対流の速度に各々異なる程度で影響を与えることができる。位置的又は構造的非対称性は、一般に熱対流速度を約１０％又は２０％から約３倍ないし４倍まで増加させることができる。遠心加速度の場合、このような増加は、例えば、論議されるように、Ｒ＝１０ｃｍである場合に、１０，０００ｒｐｍで約１１，２００倍に、いくらでも大きく作られることができる。実質的に有用な範囲は、約１０倍ないし約２０倍までの増加である。このような対流加速要素のうちの何れか一つが使用される時、熱対流の速度は増加できる。したがって、ユーザの応用のために、熱対流速度の追加的な増加が必要であるごとに、このような特徴は、便利に使用されうる。対流加速要素のうち、少なくとも一つを含む一つの特定設計は、チャンバーを備えない（すなわち、チャネルのみを備える）熱源構造である。例６において立証されるように（図７５Ｅと比較して図７６Ｅを参照しなさい）、対流加速要素の使用は、チャネルのみがある設計を作動可能にすることができる。このようなチャネルのみを有する設計は、それが重合ステップに利用可能な時間と試料の体積を可能なかぎり最大に提供できるために有益である。しかしながら、論議されたように、このような設計は、一般にあまり遅い熱対流速度を提供する。ユーザの要求に合せて対流加速要素のうちの何れか一つ又はそれ以上を使用して熱対流速度を増加させることによって、このような欠陥を除去できる。
【０２２５】
上で論議されたすべての装置例は、既存のＰＣＲ装置よりはるかにより少ない電力を要求し、さらには突出部の構造がなくても携帯用装置として、すなわちバッテリーとして作動可能な装置として製作されうる。論議されたように、突出部構造の使用は、実質的に消費電力を減少させることができ、したがって携帯可能なＰＣＲ装置がユーザの応用に必須な場合により薦められる。
【０２２６】
上で論議された装置設計は、（最適化した場合）非常に低いコピー数の試料から増幅できる。例えば、例１、２、及び３で立証されるように、約１００個コピーよりはるかに少ない標的配列が約２５分又は約３０分内に増幅できる。
【０２２７】
また、上で論議された装置設計は、実験室の内部のように、制御された条件下で使用されうる多くの従来のＰＣＲ装置と異なり、実験室内又は現場、又はある特殊な条件で使用されうる。例えば、いくつかの発明装置を運転する間に車の内部で試験しており、速くかつ効率的なＰＣＲ増幅が実験室の内部のように達成できたということを確認した。追加的に、いくつかの発明装置をまた特殊な温度条件下で（約〜２０℃以下から約４０℃以上まで）試験し、外部温度に関係なしで速くかつ効率的なＰＣＲ増幅を確認した。
【０２２８】
最後に、例を通じて例示されるように、本発明の熱対流ＰＣＲ装置は、速いだけでなく非常に効率的なＰＣＲ増幅を提供できる。したがって、本発明装置が、手の平サイズの携帯可能なＰＣＲ装置という新しい特徴と共に改善された性能を提供し、ＰＣＲ装置の多様な応用のほとんど一般に適しているということが立証された。
【０２２９】
ハウジング及び温度制御要素を有する装置
上に参照された発明装置は、単独に、又は適切なハウジング、温度感知、及び加熱及び／又は冷却要素と組合わせられて使用されうる。図３９に示す一実施例において、第１熱源２０、第２熱源３０、及び第３熱源４０は、少なくとも一つの第１固定要素２００（一般にスクリュー穴）と第２固定要素２１０を特徴とし、この要素の各々は、熱源、第１断熱体５０及び第２断熱体６０を単一作動可能な装置として共に固定するように適応されている。第２固定要素２１０は、追加的な断熱空間（以下参照）をのための境界を提供するのを助けるために、好ましくは、「ウィング形態（ｗｉｎｇ‐ｓｈａｐｅｄ）」である。加熱及び／又は冷却要素１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃは、第１熱源２０、第２熱源３０、及び第３熱源４０内にそれぞれ位置する。熱源のそれぞれは、一般に少なくとも一つの加熱要素を有する。一般に有用な加熱要素は、抵抗型加熱（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｈｅａｔｉｎｇ）又は誘導型加熱（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｈｅａｔｉｎｇ）方式である。意図した用途に応じて、熱源のうち一つ又はそれ以上は、一つ又はそれ以上の冷却要素及び／又は一つ又はそれ以上の加熱要素をさらに備えることができる。一般に好まれる冷却要素は、ファン（ｆａｎ）又はペルチェ冷却器（Ｐｅｌｔｉｅｒ  ｃｏｏｌｅｒ）である。周知のように、ペルチェ冷却器は、加熱及び冷却の両要素として機能できる。温度勾配作動が熱源にかけて異なる温度を提供するために要求される場合、熱源のうち一つ又はそれ以上の相異なる位置に一つより多くの加熱要素又は加熱及び冷却の両要素を使用することが特に好ましい。第１熱源１０、第２熱源３０、及び第３熱源４０は、熱源のそれぞれに配置された温度センサ１７０ａ、１７０ｂ、及び１７０ｃをそれぞれさらに備える。大部分の実施例に対して、熱源のそれぞれは、一般に一つの温度センサを備える。しかしながら、熱源のうち一つ又はそれ以上に温度勾配作動機能を有するようなある実施例では、二つ又はそれ以上の温度センサがその熱源の相異なる位置に位置できる。
【０２３０】
図４０Ａ〜図４０Ｂは、図３９に示す実施例の断面図を提供する。チャネル及びチャンバー構造の断面図に加えて、加熱要素及び／又は冷却要素の位置が一つの例として示されている。この例において示すように、熱源のそれぞれにわたって均一な加熱及び／又は冷却を提供するために、加熱要素及び／又は冷却要素を熱源の各々に均一に位置することが好ましい。例えば、図４０Ｂに示すように、加熱要素及び／又は冷却要素がチャネル及びチャンバー構造各々の間に位置し、互いに同様に離隔している（例えば、図４２をも参照しなさい）。例えば、図４０Ａに示す断面図は、チャネル及びチャンバー構造の各々の間に、一位置から他の位置への加熱要素及び／又は冷却要素の間の連結（すなわち、円）を示す。温度勾配作動オプションを有したことのような他の類型の実施例では、加熱要素又は冷却要素の二つ又はそれ以上が、熱源のうち一つ又はそれ以上に使用されることができ、その熱源にかけて偏向された加熱及び／又は冷却を提供するために、その熱源の相異なる位置に位置されうる。
【０２３１】
図４１において、断面の面は、第２固定要素２１０と第１固定要素２００のうち一つを切断する。図示のように、第１固定要素２００は、スクリュー２０１、ウォッシャー２０２ａ、第１熱源の固定要素２０３ａ、スペーサ２０２ｂ、第２熱源の固定要素２０３ｂ、スペーサ２０２ｃ、及び第３熱源の固定要素２０３ｃを備える。好ましくは、スクリュー２０１、ウォッシャー２０２ａ及びスペーサ２０２ｂ及び２０２ｃのうち、少なくとも一つ、さらに好ましくは、全部は、熱断熱体材料から製作される。例として、プラスチック、セラミック、及びプラスチック混合物（炭素又はガラス繊維を含むもののような）を含む。高い機械的強度、高い溶融温度及び／又は変形温度（例えば、約１００℃又はそれ以上、さらに好ましくは、約１２０℃又はそれ以上）、及び低い熱伝導率（例えば、約数十分のＷ・ｍ‐1・Ｋ‐1より小さな熱伝導率を有するプラスチック又は数Ｗ・ｍ‐1・Ｋ‐1より小さな熱伝導率を有するセラミック）を有する材料がさらに好ましい。より具体的な例は、ポリフェニレンスルフィド（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  ｓｕｌｆｉｄｅ（ＰＰＳ））、ポリエーテルエーテルケトン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｈｔｅｒｋｅｔｏｎｅ（ＰＥＥＫ））、Ｖｅｓｐｅｒ（ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ））、ＲＥＮＹ（ポリアミド（ｐｏｌｙａｍｉｄｅ））などのようなプラスチック、又はこれらの炭素又はガラス混合物、及びマコール（Ｍａｃｏｒ）、フューズドシリカ（ｆｕｓｅｄ  ｓｉｌｉｃａ）、酸化ジルコニウム（ｓｉｒｃｏｎｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ）、ムライト（Ｍｕｌｌｉｔｅ）、アクフレクト（Ａｃｃｕｆｌｅｃｔ）などの低い熱伝導率セラミックを含む。
【０２３２】
図４２は、多様な固定要素と温度制御要素とを有する装置実施例の拡大図を提供する。図４２に示す特定固定構造に加えて、別のものも可能であることは明らかになるはずである。したがって、一実施例において、第１及び／又は第２固定要素２００、２１０のうち、少なくとも一つは、第１熱源２０、第２熱源３０、第３熱源４０、第１断熱体５０、及び第２断熱体６０のうち、少なくとも一つ、好ましくは、すべての他の領域に位置する。すなわち、第３熱源４０が第２固定要素２１０を備えるように示されているが、熱源及び／又は断熱体のうちの何れか一つ又はすべてが第２固定要素２１０を備えることができる。他の一実施例において、第１及び／又は第２固定要素２００、２１０のうち、少なくとも一つは、第１熱源２０、第２熱源３０、第３熱源４０、第１断熱体５０、及び第２断熱体６０のうち、少なくとも一つ、好ましくは、すべての内部領域に位置する。
【０２３３】
前の発明実施例が多くのＰＣＲ応用に一般に有用であるが、保護ハウジングを追加することがたびたび好ましい。一実施例が図４３Ａ〜図４３Ｂに示されている。図示のように、装置１０は、第１熱源２０、第２熱源３０、第３熱源４０、第１断熱体５０、及び第２断熱体６０を取り囲む第１ハウジング要素３００を特徴とする。この実施例において、第２固定要素２１０のそれぞれは、少なくとも一つの断熱性ギャップ、例えば、一、二、三、四、五、六、七、又は八個のこのようなギャップを形成するために、装置１０の他の構造的要素と互いに作用するウィング形態の構造を有する。ギャップのそれぞれは、気体又は固体断熱体のように本明細書に開示されたような適切な断熱性材料で充填されうる。空気が多い応用において好ましい断熱性材料であろう。断熱性ギャップの存在は、装置１０での熱損失を減少させることによって、消費電力を低くするような長所を提供する。
【０２３４】
したがって、図４３Ａ〜図４３Ｂに示す実施例において、第３熱源４０は、４個の第２固定要素２１０を備え、第２固定要素の各対は、第３断熱性ギャップ３１０を定義する。図４３Ａは、それぞれが第１ハウジング要素３００と一対の第２固定要素２１０により定義される第３断熱性ギャップの４個の部分を示す。図４３Ｂは、また第１熱源２０の下部及び第１ハウジング要素３００に間に位置した第４断熱性ギャップ３２０を示す。固定された熱源を第１ハウジング要素３００内にぶら下げて第３断熱性ギャップ３１０と第４断熱性ギャップ３２０を形成するのを助ける支持台３３０が示されている。
【０２３５】
例えば、追加的な保護と断熱性ギャップを提供するために、発明装置をよりハウジングすることがたびたび好ましい。これから図４４Ａ〜図４４Ｂを参照すれば、装置は、第１ハウジング要素３００を取り囲む第２ハウジング要素４００をさらに備える。この実施例において、装置１０は、第１ハウジング要素３００と第２ハウジング要素４００により定義される第５断熱性ギャップ４１０をさらに備える。前記装置１０は、また第１ハウジング要素３００の底と第２ハウジング要素４００の底との間に位置した第６断熱性ギャップ４２０を備えることができる。
【０２３６】
必要であれば、発明装置は、装置から熱を除去するために少なくとも一つのファン装置をさらに備えることができる。一実施例において、前記装置は、第３熱源４０から熱を除去するために、第３熱源４０の上側に位置した第１ファン装置を備える。必要であれば、前記装置は、第１熱源２０から熱を除去するために第１熱源２０の下方に位置した第２ファン装置をさらに備えることができる。
【０２３７】
遠心加速度を使用する対流ＰＣＲ装置
本発明の一目的は、本明細書に記述された装置実施例の選択的な追加特徴として「遠心加速度（ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ）」を提供することにある。上で論議されたように、垂直温度勾配（そして、選択的に又は追加的に、位置的又は構造的非対称性が使用される時の水平的に非対称な温度分布）が流体内部に生成される時、熱対流が最適に生成されうる。垂直温度勾配のサイズに比例して、流体内部で対流流れを駆動する浮力が生成される。発明装置により生成される熱対流は、一般にＰＣＲ反応を起こすための多様な条件を満たさなければならない。例えば、熱対流は、ＰＣＲ反応の各ステップ（すなわち、変性、アニーリング、及び重合ステップ）に適した温度範囲に各空間的領域を維持しながら、複数の空間的領域を通過して順次的にかつ繰り返し的に流れなければならない。また、熱対流は、前記３個のＰＣＲ反応ステップのそれぞれに適した時間を許すように適切な速度を有するように制御されなければならない。
【０２３８】
如何なる理論にも拘束されることを望まないが、温度勾配を、より正確には、流体内部の温度勾配の分布を制御することによって、熱対流が制御されうると信じられる。温度勾配（ｄＴ／ｄＳ）は、二基準位置間の温度差（ｄＴ）と距離（ｄＳ）に依存する。したがって、温度差又は距離は、温度勾配を制御するために変更されうる。しかしながら、対流ＰＣＲ装置で、温度（又はその差）や距離のどれも容易に変更されない場合もありうる。試料流体内部の相異なる空間的領域の温度は、３個のＰＣＲ反応ステップのそれぞれに適した温度により定義される特定範囲にあらなければならない。試料内部の相異なる（一般に少なくとも垂直的に相異なった）空間的領域の温度を変更できる機会が多くない。また、相異なった空間的領域の垂直位置（浮力駆動力を誘発するための垂直温度勾配を生成するために）は、試料流体の小さな体積によって一般に制限されている。例えば、ＰＣＲ試料の一般的な体積は、約２０ないし５０マイクロリットルであり、時には、より少ない。このような小さな体積及び空間制約は、ＰＣＲ反応のための相異なった空間的領域の垂直位置を変更するための多くの自由度を許さない。
【０２３９】
論議されたように、浮力は、二基準点間の温度差及び距離に依存する垂直温度勾配に比例する。しかしながら、このような依存性に加えて、浮力は、また重力加速度（地球上でｇ＝９．８ｍ／ｓｅｃ2）に比例する。この力場（ｆｏｒｃｅ  ｆｉｅｌｄ）パラメーターは、制御又は変更できない変数である定数で、万有引力の法則により定義されるだけである。したがって、ほとんどの熱対流基盤のＰＣＲ装置は、非常に制約的な特定構造に依存し、重力の力に不回避に適応されなければならない。
【０２４０】
本発明に係る遠心加速度の使用は、このような問題点に対する解決策を提供する。対流基盤のＰＣＲ装置を遠心加速度力場の条件にあるようにすることによって、温度勾配のサイズを定義する構造と関係なしで浮力の大きさを制御でき、したがって多くの制限なしで対流速度を制御できる。
【０２４１】
図４５Ａ〜図４５Ｂは、本発明に係るＰＣＲ遠心分離機５００の一実施例を示す。この例において、装置１０は、モータ５０１に回転可能に装着された回転腕５２０に装着される。この実施例において、回転腕５２０は、回転軸５１０とチャネル軸８０との間の角度を変更できる自由度を提供するための傾斜軸５３０を有する。前記ＰＣＲ遠心分離機は、意図した結果が達成されるかぎりには、いかなる個数の装置１０とか、例えば、２、４、６、８、１０又ははなはだしきは、１２個の装置を備えることもできる。前記装置１０は、保護ハウジングを備えることが一般に有用であるが、上で論議された保護ハウジングを備えてもよく、備えなくてもよい。
【０２４２】
好ましくは、傾斜軸５３０は、回転軸に対する熱源の角度（特に、チャネル軸８０の角度）を傾けることができる角度誘発要素（ａｎｇｌｅ  ｉｎｄｕｃｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）から構成されうる。傾斜角は、回転速度に応じて（すなわち、遠心加速度の大きさに応じて）調整されることによって、チャネル軸８０と図４６に示すネット（純粋）加速度ベクトル（ｎｅｔ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ  ｖｅｃｔｏｒ）間の傾斜角が約０度ないし約６０度間の範囲で調整されうる。一実施例において、図４５Ａでの角度誘発要素は、水平腕と熱源組立体が位置する腕間の接合地域の中心にある回転軸（円で示される）である。
【０２４３】
図４５Ａ〜図４５Ｂに示す実施例で、装置１０内部に位置した反応容器内部の試料流体は、重力加速力に加えて遠心加速力の影響を受ける。図４６を参照しなさい。理解するように、遠心加速度ｇcの方向は、遠心回転の軸に垂直であり（そして、この軸から外部に向かって）、その大きさは、公式ｇc＝Ｒω2による。ここで、Ｒは、遠心回転の軸から試料流体までの距離であり、ωは、秒当たりのｒａｄｉａｎ／ｓｅｃ単位の角速度を示す。例えば、Ｒ＝１０ｃｍであり、遠心回転の速度が１００ｒｐｍ（ω＝約１０．５ｒａｄｉａｎ／ｓｅｃに該当）である場合、遠心加速度の大きさは、約１１ｍ／ｓｅｃ2で地球上の重力加速度と似ている。遠心加速度が回転速度の自乗（又は角速度の自乗）に比例するので、遠心加速度は、回転速度の増加に対して２次式に（ｑｕａｄｒａｔｉｃａｌｌｙ）増加するが、例えば、Ｒ＝１０ｃｍであるとき、２００ｒｐｍで重力加速度の約４．５倍、１，０００ｒｐｍで約１１２倍、そして１０，０００ｒｐｍであるとき、約１１，２００倍に増加する。試料流体に作用するネット（純粋）力場（ｎｅｔ  ｆｏｒｃｅ  ｆｉｅｌｄ）の大きさは、このような遠心加速度を採択することによって自由に制御できる。したがって、浮力は、必要な分だけに制御（一般に増加）されえ、これにより対流速度も必要な分だけ速くなるようにすることができる。実際的に、試料流体で小さな垂直温度勾配が生成されることができるならば、非常に高い速度のＰＣＲ反応に十分な非常に高い流れ速度で熱対流を誘導することにほとんど制約がない。したがって、熱源組立体及び使用に関する既存の制約は、本発明によって遠心加速度と組合わせられる時に、最小化されるかまたは回避されうる。
【０２４４】
図４６に示すように、試料流体は、遠心加速度と重力加速度の合計により生成されたネット力場の影響を受ける。一般的な実施例で、チャネル軸８０は、ネット力場に平行に整列されるか、ネット力場に対して傾斜角θｃを有するように作られる。論議されたように、対流流れを安定した経路に留まるようにするために、傾斜角の存在は、一般に好ましい。傾斜角の範囲θｃは、約２度ないし約６０度の範囲であり、さらに好ましくは、約５度ないし約３０度の範囲である。
【０２４５】
ＰＣＲ遠心分離器５００を例示するのに利用される装置実施例が図１及び図２Ａ〜図２Ｃに示されていることが理解されうるであろう。しかしながら、ＰＣＲ遠心分離器５００は、本明細書に記述された相異なる発明装置の一つ又は組み合わせの使用と両立することができる。特に、ＰＣＲ遠心分離器５００は、また、小さな垂直温度勾配が試料内部で生成されることができるならば、本明細書に記述されるほとんどいかなる類型の熱源構造及び反応容器とも共に使用されうる。例えば、上でそして他の所（例えば、Ｂｅｎｅｔｔ  ｅｔ  ａｌ．のＷＯ０２／０７２２６７及びＭａｌｍｑｕｉｓｔ  ｅｔ  ａｌ．のＵ．Ｓ  Ｐａｔ．Ｎｏ．６，７８３，９９３）で記述されたほとんどいかなる熱源構造も、装置の増幅速度と性能を向上させることができるように、本発明の遠心要素と結合されることができる。また、一般的な重力的に駆動になるモードで作動可能なように作られることのできない（又は高いＰＣＲ増幅速度を提供するように作られることのできない）他の熱源構造も遠心加速度構造と結合される時に作動可能に作られることができる。例えば、本明細書に記述されたチャンバーを備えずにチャネル構造のみを備える熱源構造もまた作動可能に作られることができる。例えば、ＰＣＴ／ＫＲ０２／０１９００、ＰＣＴ／ＫＲ０２／０１７２８及びＵ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．７，２３８，５０５を参照しなさい。この実施例において、チャンバーのない既存の熱源構造は、恐らく第２熱源からの高い熱伝逹によって、第２熱源の内部にゆっくり変わる温度分布を提供する。その結果は、第２熱源内の小さな温度勾配である。重力だけでは、熱対流が満足でないか、又は多くのＰＣＲ応用らであまり遅いことである。しかしながら、本発明に係る遠心加速度の導入は、ＰＣＲ反応を成功的にかつ効率よく誘導できるように熱対流を十分に速くかつ安定的にする。
【０２４６】
熱対流ＰＣＲ遠心分離器５００の一般的な作動において、回転軸５１０は、重力の方向に本質的に平行である。図４６を参照しなさい。この実施例において、チャネル軸８０は、重力と遠心力により生成されたネット力の方向に対して本質的に平行であるか又は傾いている。すなわち、チャネル軸８０は、重力と遠心力により生成されたネット力の方向に対して傾くことがある。大部分の実施例に対して、チャネル軸８０とネット力の方向間の傾斜角θｃは、約２度ないし約６０度の範囲である。傾斜軸５３０は、チャネル軸８０とネット力との間の角度を制御するように適応されている。作動の際、回転軸５１０は、一般に第１熱源２０、第２熱源３０、及び第３熱源４０の外部に位置する。代案として、回転軸５１０が本質的に第１熱源２０、第２熱源３０、及び第３熱源４０の本質的に中心に又は中心に近接して位置する。この実施例において、装置１０は、回転軸５１０に対して同心円的に位置する複数のチャネル７０を備える。
【０２４７】
円形熱源
熱対流ＰＣＲ遠心分離器の他の一実施例において、熱源のうちの何れか一つ又はそれ以上は、円形又は半円形形態を有する。図４７Ａ〜図４７Ｂ、図４８Ａ〜図４８Ｃ、図４９Ａ〜図４９Ｂ、及び図５０Ａ〜図５０Ｃは、このような熱源構造の特定実施例を示す。
【０２４８】
図４７Ａ〜図４７Ｂは、遠心力で加速された対流ＰＣＲ装置の特定実施例の垂直断面を示す。特に、図４７Ａ及び図４７Ｂは、それぞれがチャネルと固定要素領域に沿う断面を示す。２つの断面は、それぞれが第１熱源２０、第２熱源３０、及び第３熱源４０の水平上面図を示す図４８Ａ〜図４８Ｃに定義されいる。図４７Ａ〜図４７Ｂに示すように、３個の円形熱源は、回転腕５２０を介してＰＣＲ遠心分離器５００の回転軸５１０に回転可能に装着された装置実施例を形成するように組み立てられる。熱源組立体の中心は、回転軸５１０に対して同心的に位置することによって、遠心回転の半径が回転軸からチャネル７０の中心までの回転腕の水平長により定義される。３個の熱源２０、３０、４０は、一熱源の上部が隣接する熱源の下部と向き合う方式で、本質的に互いに平行に組み立てられる。また、図示のように、チャネル軸８０が図４６に示すネット加速度ベクトルに平行または傾くように整列されるように、熱源組立体が回転軸に対して配向されている。
【０２４９】
図４８Ａ〜図４８Ｃに示す３個の熱源は、図４７Ｂに示すように熱源に形成されたスクリュー２０１、スペーサ又はウォッシャー２０２ａ〜ｃ、及び固定穴２０３ａ〜ｃを有する第１固定要素の一セットを利用して組み立てられる。図４７Ｂ及び図４８Ｃに示す第３熱源４０に形成された第２固定要素２１０は、第１ハウジング要素３００内に装置を設置するために使用される。
【０２５０】
（多様なチャネル及びチャンバー構造を備えて）本出願に開示された装置実施例のほとんどが本明細書に記述された遠心的に加速された熱対流ＰＣＲ装置と共に使用されうる。しかしながら、いかなるチャンバー構造もない装置もまた使用されうる。図４９Ａ及び図５０Ａ〜図５０Ｃは、熱源のそれぞれがチャネルだけを、すなわち、第１熱源２０内にふさがった下端部を有する穴として形成され第２熱源３０を介して第３熱源４０まで延びるチャネル７０だけを提供するように構成される例を示す。他の一実施例として、図４７Ａは、第２熱源の下部に第１温度ブレーキ１３０を有するチャンバー構造１００がチャネル構造と組合わせられて使用される例の垂直断面を示す。図４８Ｂは、図４７Ａの例において使用された通り、チャンバー１００と第１温度ブレーキ１３０とを備える第２熱源の水平上面図を示す。第１及び第３熱源は、それぞれ図５０Ａ及び図５０Ｃと同じ構造を有する。
【０２５１】
前の熱対流ＰＣＲ遠心分離機の一実施例において、装置は、携帯可能に作られ、好ましくは、バッテリーとして作動する。図４５Ａ〜図４５Ｂに示す実施例は、例えば、高い処理量の大規模ＰＣＲ増幅のために使用されうる。この実施例において、装置は、分離可能なモジュールとして使用されることができ、したがって遠心分離機装置に容易に装着又は脱着されうる。
【０２５２】
反応容器
前記装置の適切なチャネルが装置内で反応容器を収容するように適応されることによって、意図した結果が達成できる。大部分の場合に、チャネルは、反応容器の下部の構成と本質的に同じ構成を有する。この実施例において、反応容器の外部プロファイルは、特に下部は、チャネルの垂直及び水平プロファイルと本質的に同一である。反応容器の上部（すなわち、上端部に向かう）は、意図した使用により如何なる形状も有することができる。例えば、反応容器は、試料の導入を容易にするために上部により大きな幅又は直径を有することができ、熱対流ＰＣＲに適用される試料の導入後に反応容器を密封するためのキャップを有することができる。
【０２５３】
適切な反応容器の一実施例において、図５Ａ〜図５Ｄを再度参照すれば、反応容器の外部プロファイルは、チャネル７０のプロファイルにおいてチャネル７０のプロファイルの上端部７１までと一致することができる。反応容器内部の形態又はプロファイルは、反応容器の外部と異なる形態を有することができる（反応容器の壁厚が変化するように作られた場合）。例えば、水平断面の外部プロファイルは円形、内部プロファイルは楕円形であるか、またはその反対でありうる。外部プロファイルが熱源との適切な熱接触を提供するように適切に選択され、内部プロファイルが意図した熱対流パターンのために適切に選択されるならば、外部及び内部プロファイルの相異なる組み合わせが可能である。しかしながら、一般的な実施例において、反応容器は、ほぼ一定であるか、あまり変わらない壁厚を有する。すなわち、内部プロファイルは、一般に反応容器の外部プロファイルと一致したり似ている。一般的な壁厚は、使用された材料に応じて変わりうるが、約０．１ｍｍないし約０．５ｍｍの範囲、さらに好ましくは、約０．２ｍｍないし約０．４ｍｍの範囲である。
【０２５４】
必要であれば、図５Ａ〜図５Ｄに示すように、反応容器の垂直プロファイルは、チャネルに合うように線形又はテーパー型チューブを形成するように形成されうる。テーパー型の場合、上部から下部に（線状に）テーパーされている反応容器がチャネルの場合と同様に一般に好まれるが、反応容器は、上部から下部に又は下部から上部にテーパーされていることができる。反応容器の一般的なテーパー角度θは、約０度ないし約１５度の範囲、さらに好ましくは、約２度ないし約１０度の範囲にある。
【０２５５】
反応容器の下端部は、図５Ａ〜図５Ｄに示すチャネルの下端部に対したことと同様に平らであるか、球形であるか、又は曲面形に形成されうる。下端部が球形又は曲面形の場合、それは、下端部の水平プロファイルの半径又は半幅と同一であるか、又はより大きな曲率半径を有する凸又は凹形態を有することができる。平らであるか又はほぼ平らな下端部が、変性工程を容易に行うことのできる改善された熱伝逹を提供することができるので、他の形態よりさらに好ましい。このような好ましい実施例において、平らであるか、又はほぼ平らな下端部は、下端部の水平プロファイルの半径又は半幅より少なくとも２倍以上より大きな曲率半径を有する。
【０２５６】
また、必要であれば、ある対称性を有する形態が一般に好まれるとしても、反応容器の水平プロファイルは、様々な相異なる形態で形成されることができる。図６Ａ〜図６Ｊは、ある対称性を有するチャネルの水平プロファイルのいくつかの例を示す。適した反応容器は、このような形態に合うように形成されうる。例えば、反応容器は、一般に図６Ａ、図６Ｄ、図６Ｇ、及び図６Ｊにチャネル７０に対して示したものと同様に円形（上、左）、正方形（中間、左）、又は丸い正方形（下、左）である水平形態を有することができる。そのため、反応容器は、幅が長さより大きな（又はその反対）水平形態を、例えば、一般に図６Ｂ、図６Ｅ、及び図６Ｈの中間列にチャネル７０に対して示すものと同様に楕円形（上、中間）、長方形（中間、中間）、又は丸い長方形（下、中間）のような水平形態を有することができる。反応容器に対するこのような類型の水平形態は、一方（例えば、左側）から上向きへ動き、反対側（例えば、右側）から下向きに動く対流流れパターンを使用するときに有用である。長さに比べて相対的により大きな幅プロファイルが使用されているから、上向き及び下向き対流流れ間の干渉が減少でき、これによりさらに円滑な循環性流れを誘導するようになる。反応容器の一方が反対側より狭い水平形態を有することができる。いくつかの例が図６Ａ〜図６Ｊの右側列にチャネルの形態に対して示されている。特に、チャネル７０に対して図６Ｃ、図６Ｆ、及び図６Ｉに示すように、反応容器は、例えば反応容器の左側が右側より狭くなるように形成されうる。このような類型の水平形態も、一方（例えば、左側）から上向きへ動き、反対側（例えば、右側）から下向きに動く対流流れパターンを使用するときにまた有用である。さらに、このような類型の形態が使用される場合に、下向き流れ（例えば、右側で）の速度は、上向き流れに対して制御（一般に減少）されうる。対流流れは、試料の連続的な媒体内で連続的でなければならないので、流れ速度は、断面積が大きくなるほど減少しなければならない（又はその反対）。この特徴は、重合効率性を増加させることと関連して特に重要である。重合ステップは、一般に下向き流れの間（例えば、アニーリングステップ以後）に行われ、したがって上向き流れに比べて下向き流れをより遅くすることで、重合ステップのための時間が延びることができ、より効果的なＰＣＲ増幅を誘導できる。
【０２５７】
適切な反応容器の追加的な例が図５１Ａ〜図５１Ｄに提供される。図示のように、反応容器９０は、中心反応容器軸９５を定義する中心点を含む上端部９１と下端部９２とを備える。反応容器９０は、ＰＣＲ反応混合物を収容するための領域を取り囲む外壁９３と内壁９４によりさらに定義される。図５１Ａ〜図５１Ｂにおいて、反応容器９０は、上端部９１から下端部９２にテーパーされている。一般に有用なテーパー角度（θ）は、約０度ないし約１５度の範囲、好ましくは、約２度ないし約１０度の範囲にある。図５１Ａに示す実施例において、反応容器９０は、平らであるか又はほぼ平らな下端部９２を有することに対し、図５２Ｂに示す例では、下端部は、曲面形又は球形である。チャネルの上端部７１と下端部７２とが図５１Ａ〜図５１Ｄに示されている。
【０２５８】
図５１Ｃ〜図５１Ｄは、上端部９１から下端部９２に直線壁を有する適切な反応容器の例を提供する。図５１Ｃに示す反応容器９０は、平らであるか又はほぼ平らな下端部９２を有することに対し、図５１Ｄに示す例では、下端部が曲面形又は球形である。
【０２５９】
好ましくは、図５１Ａ〜図５１Ｄに示す反応容器９０の外壁９３の垂直の横縦比は、少なくとも約４ないし約１５の範囲、好ましくは、約５ないし約１０の範囲である。反応容器の水平の横縦比は、チャネルの場合と同様に、チャネル７０の上端部７１に対応する位置までの幅ｗ１に対した高さｈの比率により定義される。外壁９３の水平の横縦比は、一般に約１ないし約４までである。水平の横縦比は、互いに直角であり、チャネル軸に垂直に整列された第１及び第２方向に従った反応容器の第２幅ｗ２に対した第１幅ｗ１の比率により定義される。好ましくは、反応容器軸９５方向の反応容器９０の高さは、少なくとも約６ｍｍないし約３５ｍｍの範囲である。この実施例において、外壁の幅の平均は、約１ｍｍないし約５ｍｍの範囲であり、反応容器の内壁の幅の平均は、約０．５ｍｍないし約４．５ｍｍの範囲である。
【０２６０】
図５２Ａ〜図５２Ｊは、本発明で使用されるための適切な反応容器の水平断面図を示す。発明は、意図した結果が達成されるかぎり、他の反応容器構成と両立可能である。したがって、適した反応容器の水平形態は、円形、半円形、菱形、正方形、丸い正方形、楕円形、長斜方形、長方形、丸い長方形、卵形、三角形、丸め三角形、台形、丸い台形、楕円形の長方形（ｏｂｌｏｎｇ）のうちの何れか一つ又は組み合わせでありうる。多い実施例において、内壁は、反応容器軸に対して本質的に対称的に形成される。例えば、反応容器壁の厚さは、約０．１ｍｍないし約０．５ｍｍの範囲でありうる。好ましくは、反応容器壁の厚さは、本質的に反応容器軸９５に沿って変更されない。
【０２６１】
反応容器９０の一実施例において、内壁９４は、反応容器軸９５に対して中心を外れて配置される。例えば、反応容器壁の厚さは、約０．１ｍｍないし約１ｍｍの範囲である。好ましくは、反応容器壁の厚さは、一方側において少なくとも約０．０５又は０．１ｍｍ分だけ他方側より薄い。
【０２６２】
論議されたように、適切な反応容器の下端部は、平らであるか、曲面形、又は球形でありうる。一実施例において、下端部は、反応容器軸に対して本質的に対称的に配置される。他の一実施例において、下端部は、反応容器軸に対して非対称的に配置される。下端部は、ふさがっていることができ、プラスチック、セラミック、又はガラスからなるか、又はこれらを含む。ある反応に対しては、反応容器は、固定化したＤＮＡ重合酵素をさらに含むことができる。本明細書に記述されるほとんどいかなる反応容器も反応容器と密封接触するキャップを有することができる。
【０２６３】
反応容器が本発明の熱対流ＰＣＲ遠心分離機と共に使用される実施例において、相対的に大きな力が遠心回転により生成される。好ましくは、チャネルと反応容器は、より小さな直径又は幅を有することができ、したがって大きな垂直プロファイルが使用されうる。チャネルと反応容器の外壁の直径又は幅は、少なくとも約０．４ｍｍから約４ないし５ｍｍまでであり、反応容器の内壁の直径又は幅は、少なくとも約０．１ｍｍから約３．５ないし４．５ｍｍまでである。
【０２６４】
光学検出装置を備える対流ＰＣＲ装置
本発明の一目的は、本明細書に記述された装置実施例の追加的な特徴として「光学検出」を提供することにある。ＰＣＲ反応間又は以後に、速度と正確性を有して重合酵素連鎖反応（ＰＣＲ）の進行状態と結果を検出することが重要である。光学検出特徴は、ＰＣＲ反応の同時的な増幅及び検出のための装置及び方法を提供することによって、このような必要に有用でありうる。
【０２６５】
一般的な実施例において、増幅されたＰＣＲ生成物の量の関数として光学信号を発生できる検出可能なプローブ（ｐｒｏｂｅ）が試料に導入され、反応容器を開放しなくてもＰＣＲ反応の間に又は以後に検出可能なプローブからの光学信号が観測されるか、又は検出される。検出可能なプローブは、一般に、ＤＮＡ分子に対する結合又は非結合、又はＰＣＲ反応及び／又はＰＣＲ生成物との相互作用により、光学的属性を変更する検出可能なＤＮＡ結合剤（ｂｉｎｄｉｎｇ  ａｇｅｎｔ）である。検出可能なプローブの有用な例は、二本鎖ＤＮＡに結合する属性を有した挿入染料（ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｎｇ  ｄｙｅｓ）と検出可能な標識（ら）を有した多様なオリゴヌクレオチドプローブを含むが、これに限定されるものではない。
【０２６６】
本発明と使用されることができる検出可能なプローブは、一般にＰＣＲ増幅に応じて蛍光の強度、波長又は偏光成果のような自身の蛍光属性を変更する。例えば、ＳＹＢＲグリーン１、ＹＯ‐ＰＲＯ  １、臭化エチジウム、及び類似の染料のような挿入染料は、この染料が二本鎖ＤＮＡと結合される時に増加されるか、又はアクティブになる蛍光信号を生成する。したがって、このような挿入染料からの蛍光信号は、増幅されたＰＣＲ製品の量を観測するために検出されうる。挿入染料を使用して検出することは、二本鎖ＤＮＡの配列に対して非特異的である。本発明で使用されることができる多様なオリゴヌクレオチドプローブが関連分野において知られている。このようなオリゴヌクレオチドプローブは、一般に少なくとも一つの検出可能な標識と増幅されたＰＣＲ生成物又は鋳型に特異的に交雑反応する（ｈｙｂｒｉｄｉｚｅ）核酸配列を有する。したがって、対立遺伝的識別（ａｌｌｅｌｉｃ  ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ）を含んで、増幅されたＰＣＲ製品の配列‐特異的検出が可能である。前記オリゴヌクレオチドプローブは、二つの標識間の距離が短くなるほど相互作用（「蛍光性共鳴エネルギー伝達」又は「非蛍光性エネルギー伝達」のような）が増加する、二蛍光物質の対又は蛍光物質と消光剤（ｑｕｅｎｃｈｅｒ）の対のような相互作用する標識対（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ  ｌａｂｅｌ  ｐａｉｒ）で一般に標識される。大部分のオリゴヌクレオチドプローブは、標的ＤＮＡ配列に対する結合（一般に、長い距離）又は非結合（一般に短い距離）に応じて二つの相互作用する標識間の距離が増減するように設計される。このような交雑反応‐依存的距離増減は、増幅されたＰＣＲ生成物の量に応じて、蛍光強度の変化又は蛍光波長の変化（増加又は減少）をもたらす。他の類型のオリゴヌクレオチドプローブでは、プローブがＰＣＲ反応の拡張ステップの間に特定化学反応、例えば、ＤＮＡ重合酵素の５´‐３´ヌクレアーゼ活性（５´‐３´ｎｕｃｌｅａｓｅ  ａｃｔｉｖｉｔｙ）による蛍光物質標識の加水分解又はプローブ配列の伸長のような特定化学反応を起こすように設計される。プローブのこのようなＰＣＲ反応依存的変化は、ある蛍光物質からの蛍光信号の活性化又は増加をもたらし、ＰＣＲ生成物の量の変化を知らせるようになる。
【０２６７】
多様な適切な検出可能なプローブ及びこのようなプローブを検出するための装置がＵ．Ｓ．Ｐａｔ．Ｎｏｓ．５，２１０，０１５；５，４８７，９７２；５，５３８，８３８；５，７１６，７８４；５，８０４，３７５；５，９２５，５１７；５，９９４，０５６；５，４７５，６１０；５，６０２，７５６；６，０２８，１９０；６，０３０，７８７；６，１０３，４７６；６，１５０，０９７；６，１７１，７８５；６，１７４，６７０；６，２５８，５６９；６，３２６，１４５；６，３６５，７２９；６，７０３，２３６；６，８１４，９３４；７，２３８，５１７，７，５０４，２４１；７，５３７，３７７とこれに対応する米国外の出願及び特許に記述されている。
【０２６８】
本明細書で使用される複数型を含む「光学検出装置」という用語は、本明細書に開示された一つ又はそれ以上のＰＣＲ熱対流装置及びＰＣＲ方法と共に使用することができるＰＣＲ増幅を検出するための装置（ら）を意味する。好ましい光学検出装置は、例えばＰＣＲ増幅反応が進行中であるとき、蛍光光学信号を検出するように構成される。一般に、このような装置は、装置に作動可能に装着された装置の少なくとも一つの反応容器を開放せずに信号の検出、及び好ましくはそれの定量化（ｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を提供する。必要であれば、光学検出装置と本発明のＰＣＲ熱対流装置の一つ又はそれ以上は、反応容器内の増幅された核酸の量（すなわち、リアルタイム又は定量的ＰＣＲ増幅）に関連するように構成される。本発明との使用のための一般的な光学検出装置は、作動可能な組み合わせで次の構成要素のうちの何れか一つ又はそれ以上を備える：一般に約４００ないし約７５０ｎｍの範囲の可視光領域から蛍光を検出するための適切な熱源、レンズ、フィルタ、鏡、及びビームスプリッタ。好ましい光学検出装置は、反応容器内でＰＣＲ増幅を検出するために光を受信し出力するのに十分なように反応容器の下、上の、及び／又はそばに位置する。
【０２６９】
光学検出装置は、それが装置が意図するＰＣＲ増幅に対して安定しており、かつ敏感で迅速な検出を支援するならば、本発明の熱対流ＰＣＲ装置と両立可能である。一実施例において、前記熱対流ＰＣＲ装置は、反応容器内で試料の光学的属性の検出を可能にする光学検出装置を備える。検出される前記光学的属性は、好ましくは、試料の吸光度が時には検出しやすいが、使用される検出可能なプローブに依存する一つ又はそれ以上の波長の蛍光である。試料からの蛍光が検出される時に、前記光学検出装置は、試料（一部又は全体試料）を励起光で照射して、試料から蛍光信号を検出する。励起光の波長は、一般に蛍光より短い。吸光度を検出する場合に、前記光学検出装置は、試料を光で照射し（一般に選択された波長で又は波長をスキャンすることで）、試料を通過する前と以後の光の強度が測定される。蛍光検出は、それが検出される標的分子により敏感で特異的なために、一般に好まれる。
【０２７０】
次の図及び技術に対する参照は、蛍光検出のための光学検出装置を備える熱対流ＰＣＲ装置に対するより良い理解を提供するためである。これは、本発明の範ちゅうを制限するために意図したものではなく、そのように読まれてもならない。
【０２７１】
図８０Ａ〜図８０Ｂを参照すれば、装置実施例は、反応容器９０の下端部９２又はチャネル７０の下端部７２から反応容器９０内の試料から蛍光信号を検出するように作動可能な一つ又はそれ以上の光学検出装置６００〜６０３を特徴とする。単一光学検出装置６００が複数の反応容器９０から蛍光を検出するために使用される一実施例が図８０Ａに示されている。この実施例において、複数の反応容器を照射するために、広い励起光ビーム（上向き矢印で示される）が生成され、複数の反応容器９０からの蛍光信号（下向き矢印で示される）が検出される。この実施例において、蛍光検出のために使用される検出器６５０（例えば、図８３参照）は、好ましくは、イメージング能力を有するものであって、これにより、相異なった反応容器からの蛍光信号を蛍光イメージから区別できる。代案として、各々が各反応容器から蛍光信号を検出する複数の検出器６５０が使用されうる。
【０２７２】
図８０Ｂに示す実施例において、複数の光学検出装置６０１〜６０３が使用される。この実施例において、各光学検出装置は、各反応容器９０内の試料を励起光で照射させ、各試料から蛍光信号を検出する。この実施例は、各反応容器に対する励起ビームのプロファイルをより精密に制御し、また相異なった反応容器からの相異なった蛍光信号を独立的に、かつ同時に測定するにあたって有利である。このような類型の実施例は、また、単一光学検出装置実施例において広い励起ビームを生成するために必要なより大きな光学要素とより長い光学経路を回避できるので、小型化した装置を構成するのに有利である。
【０２７３】
図８０Ａ〜図８０Ｂを再度参照すれば、光学検出装置６００〜６０３が反応容器９０の下端部９２に位置する場合、第１熱源２０は、反応容器７０に励起光及び放出光のための経路を提供するための各チャネル７０に対した光学ポート６１０を含む。光学ポート６１０は、貫通口であるか、光学的に透明又は半透明な材料であって、例えばこのような光学的属性を有するガラス、石英又は重合体材料のような材料（部分的に又は全体的に）からなる光学要素でありうる。光学ポート６１０が貫通口として形成された場合、光学ポートの直径又は幅は、一般にチャネル７０の下端部７２又は反応容器９０の下端部９２の直径又は幅より小さい。図８０Ａ〜図８０Ｂに示す実施例において、反応容器９０の下端部９２もまた光学ポートとして作動する。したがって、反応容器９０の下端部９２の全体又は少なくとも一部が光学的に透明であるか、半透明な材料からなるようにすることが一般に好ましい。
【０２７４】
以下、図８１Ａ〜図８１Ｂを参照すれば、装置実施例は、反応容器９０の上端部９１の上に位置する単一光学検出装置６００（図８１Ａ）又は複数の光学検出装置６０１〜６０３（図８１Ｂ）を特徴とする。上述したように、単一光学検出装置６００が使用される場合（図８１Ａ）に、広い励起ビーム（下向き矢印で示される）が複数の反応容器を照射するよう生成され、複数の反応容器９０からの蛍光信号（上向き矢印で示される）が検出される。複数の光学検出装置６０１〜６０３（図８１Ｂ）が使用される場合、各光学検出装置は、各反応容器９０内の試料に励起光を照射し、各試料から蛍光信号を検出する。
【０２７５】
図８１Ａ〜図８１Ｂに示す実施例において、反応容器９０の上端部（開口部）９１に一般に合う反応容器キャップ（図示せず）の中心部が励起光及び放出光のための光学ポートとして機能する。したがって、反応容器キャップの中心部の全部又は少なくとも一部は、光学的に透明又は半透明な材料からなる。
【０２７６】
図８２は、反応容器９０の側面に位置した光学検出装置６００を特徴とする装置実施例を示す。この特定実施例において、光学ポート６１０は、第２熱源３０の側面に形成される。代案として、光学ポート６１０は、特定応用目的により要求される蛍光検出の位置に応じて、第１熱源２０、第２熱源３０、及び第３熱源４０、及び第１断熱体５０及び第２断熱体６０のうち何れか一つ又はそれ以上に形成されうる。この実施例において、光経路方向の反応容器９０の側面部と第１チャンバー１００の一部もまた光学ポートとして機能し、したがって反応容器９０及び第１チャンバー１００の全部又は少なくとも一部は、光学的に透明又は半透明な材料からなる。光学検出装置６００が反応容器９０の側面に位置する時、チャネル７０は、一般に線形的に又は円形に配列された一つ又は二つの配列から形成される。チャネル７０のこのような配列は、他のチャネルとの干渉なしですべてのチャネル７０又は反応容器９０から蛍光信号を検出するためである。
【０２７７】
上で説明された実施例において、励起及び蛍光検出とも、反応容器９０に対して同じ側において行われ、したがって励起部（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  ｐａｒｔ）と蛍光検出部（ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｐａｒｔ）とも、同じ側に、一般に光学検出装置６００〜６０３の同じ区画内に位置する。例えば、図８０Ａ〜図８０Ｂに示す実施例において、両部分を含む光学検出装置６００〜６０３は、反応容器９０の下端部９２上に位置する。同様に、図８１Ａ〜図８１Ｂに示す実施例では、全体光学検出装置は、反応容器９０の上端部９１上に位置し、図８２に示す実施例では、反応容器９０の側面部に位置する。代案として、光学検出装置６００〜６０３は改造されて、励起部と蛍光検出部とが分離されて位置できる。例えば、励起部は、反応容器９０の下部（又は上部）に位置し、蛍光検出部は、反応容器９０の上部（下部）又は側面部に位置する。他の実施例において、励起部は、反応容器９０の一方（例えば、左側）に位置し、蛍光検出部は、他方（例えば、上側、下側、右側、前側、又は後側、又は励起側でない他の側部）に位置できる。
【０２７８】
光学検出装置６００〜６０３は、一般に選択された波長を有する励起光を生成する励起部（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ  ｐａｒｔ）と、反応容器９０内の試料から蛍光信号を検出する蛍光検出部（ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｐａｒｔ）を備える。励起部は、一般に光源、波長選択要素、及び／又はビーム形状化要素の組み合わせを含む。光源の例は、水銀アーク灯、キセノン（Ｘｅｎｏｎ）アーク灯、及びメタルハライド（ｍｅｔａｌ‐ｈａｌｉｄｅ）アーク灯のようなアーク灯、レーザー、及び発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むが、これに限定されるものではない。アーク灯は、一般に多重帯域又は広帯域の光を生成し、レーザー及びＬＥＤは、一般に単色光又は狭い帯域光を生成する。波長選択要素は、光源から生成された光から励起波長を選択するために使用される。波長選択要素の例は、（波長を選択するための）スリット又は開口と組合わせられた（光を分散するための）回折格子（ｇｒａｔｉｎｇ）又はプリズム及び（選択された波長を通過させる）光学フィルタを備える。光学フィルタが一般に好まれるが、これは、小さなサイズで特定波長を効率よく選択でき、相対的に安価であるためである。好ましい光学フィルタは、薄膜コーティングを有した干渉フィルタ（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｆｉｌｔｅｒ）であって、特定帯域の光を通過させたり（帯域透過フィルタ）、特定カットオン（ｃｕｔ−ｏｎ）値より長いか（長波長透過フィルタ）又は短い（短波長透過フィルタ）波長を有する光を通過させることができる。音響光学フィルタ（ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｌｔｅｒ）と液晶可変フィルタ（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｔｕｎａｂｌｅ  ｆｉｌｔｅｒ）は、優れた波長選択要素になりうるが、相対的に高価であるが小さなサイズで速度と正確性を有して透過波長を変更するように電子的に制御されることができるためである。彩色フィルタガラス（ｃｏｌｏｒｅｄ  ｆｉｌｔｅｒ  ｇｌａｓｓ）もまた、他の類型の波長選択要素の低廉な代替品として、又は不必要な光（例えば、ＩＲ、ＵＶ、又は他の乱射光（ｓｔｒａｙ  ｌｉｇｈｔ））の排除を向上させるための他の類型の波長選択要素との組み合わせで使用されうる。光学フィルタの選択は、光源により生成される光の特徴と励起光の波長だけでなくサイズのような装置の幾何学的要求条件に依存する。ビーム形状化要素は、励起ビームの形状を作り案内するために使用される。ビーム形状化要素は、レンズ（凸型又は凹型）、鏡（凸型、凹型、又は楕円形）又はプリズムのうちの何れか一つ又は組み合わせでありうる。
【０２７９】
蛍光検出部は、一般に検出器、波長選択要素、及び／又はビーム形状化要素の組み合わせを含む。検出器の例は、光電子増倍管（ＰＭＴ）、フォトダイオード、電荷結合素子（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ、ＣＣＤ）、及びビデオカメラを含むが、これらに限定されるものではない。光電子増倍管は、一般に最も敏感である。したがって、非常に弱い蛍光信号により敏感性が重要事案であれば、光電子増倍管が適切な選択でありうる。しかしながら、光電子増倍管は、小さなサイズ又はイメージング能力が要求される場合（大きなサイズのため）に適切でない。例えば、マイクロチャネルプレートで増強されたＣＣＤ、シリコンフォトダイオード、又はビデオカメラは、光電子増倍管と似た敏感性を有することができる。各反応容器のための光学検出装置を有する実施例と同様に、蛍光信号のイメージングが要求されないで小型化が重要な場合、増強装置（ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ）を有する又は有さないフォトダイオード又はＣＣＤが小さく相対的に低廉なので良い選択でありうる。複数の反応容器のための単一光学検出装置を有する実施例と同様にイメージングが要求される場合、ＣＣＤアレイ、フォトダイオードアレイ、又はビデオカメラ（また増幅装置があるか又はない）が使用されうる。励起部と同様に、試料から収集された光から放出波長を選択するのに波長選択要素が使用され、効果的な検出のために放出光の形状を作り案内するためのビーム形状化要素が使用される。波長選択要素とビーム形状化要素の例は、励起部に対して記述されたものと同様である。
【０２８０】
上で説明された光学要素に加えて、光学検出装置は、ビームスプリッタを含むことができる。励起部と蛍光検出部とが反応容器９０に対して同じ側に位置した場合、ビームスプリッタは、特に有用である。このような実施例において、励起ビーム及び放出ビームの経路（反対方向に沿って）は、互いに一致し、そのためビームスプリッタを使用してビーム経路を分離する必要が生じる。一般に有用なビームスプリッタは、薄膜光学フィルタと類似の薄膜干渉コーティングを有するダイクロイックビームスプリッタ又はダイクロイックミラーである。一般的なビームスプリッタは、励起光を反射し、蛍光光を透過させたり（長波長透過タイプ）又はその反対（短波長透過タイプ）である。
【０２８１】
以下、図８３〜図８４、図８５Ａ〜図８５Ｂ、及び図８６を参照して、光学検出装置６００の構造のいくつかの設計例について述べる。
【０２８２】
図８３に光学検出装置６００の一実施例が示されている。この実施例において、励起光学要素６２０、６３０、６４０は、チャネル軸８０に対して直角な方向に沿って位置し、蛍光検出光学要素６５０、６５５、６６０、６７０は、チャネル軸８０方向に位置する。蛍光放出を通過させて励起光を反射する（すなわち、長波長透過タイプ）ダイクロイックビームスプリッタ６８０が中間の近くに位置する。通常のように、光源６２０により生成された光は、励起光レンズ６３０により収集され、所望の波長を有した励起光を選択するために、励起光フィルタ６４０でフィルタリングされる。選択された励起光は、以後ダイクロイックビームスプリッタにより反射され、試料を照射する。試料からの蛍光放出は、所望の波長を有する放出光を選択するためにダイクロイックビームスプリッタ６８０と励起光フィルタ６７０を通過した以後、放出光レンズ６６０により収集される。このように収集された蛍光光は、その後に蛍光信号を測定するために開口又はスリット６５５又は検出器６５０にフォーカシングされる。開口又はスリット６５５の機能は、放出のための「空間的フィルタリング」である。一般に、蛍光光は、開口又はスリット６５５に又はこれに近接してフォーカシングされ、したがって試料の特定（垂直）位置からの蛍光イメージが開口又はスリット６５５に形成される。このような光学的配置は、他の位置からの光を排除しながら、試料内の特定な制限された位置（例えば、アニーリング、延長、又は変性領域）からの蛍光信号を効率よく収集できるようにする。開口又はスリット６５５の利用は、使用される検出可能なプローブの類型に応じて選択的である。蛍光信号が試料内の特定領域から発生するようになっているならば、一つ又はそれ以上の開口又はスリット６５５の使用が好ましい。蛍光信号が試料内の位置に関係なしで生成されるならば、開口又はスリット６５５の使用が不必要であるか、より大きな開口を有するものが使用されうる。
【０２８３】
図８４に示す実施例に示すように、チャネル軸８０方向に沿って励起光学要素６２０、６３０、６４０を位置させ、チャネル軸８０に直角な方向に沿って蛍光検出光学要素６５０、６５５、６６０、及び６７０を位置させるために光学検出装置６００を改造できる。このような類型の実施例に有用なダイクロイックビームスプリッタ６８０は、励起光を透過し放出光を反射する短波長透過タイプである。
【０２８４】
図８３〜図８４に示す実施例において使用される励起光レンズ６３０は、一つより多いレンズの組み合わせ又はレンズと鏡との組み合わせで代替できる。このような光学要素の組み合わせが使用される場合、第１レンズ（一般に凸レンズ）は、励起光を効率よく収集するために、好ましくは、光源に近接して又は光源の前面に位置する。励起光の収集効率性をより向上させるために、鏡（一般に凹型又は楕円形）が光源の後側に配置されうる。複数の反応容器９０を照射するために単一光学検出装置６００を有する実施例のように励起ビームを大きくする必要がある場合、凹レンズ又は凸鏡が励起ビームを拡張するために追加的に使用されうる。ある実施例では、一つ又はそれ以上の光学要素（例えば、一つ又はそれ以上のレンズ又は鏡）が他の位置、例えば、反応容器９０とダイクロイックビームスプリッタ６８０又は励起光フィルタ６４０の間に位置できる。他の側面において、励起光は、より大きい体積の試料を照射するために、一般に本質的に公線的なビーム（ｃｏｌｌｉｎｅａｒ  ｂｅａｍ）で形成される。多光子（ｍｕｌｔｉ‐ｐｈｏｔｏｎ）励起方式を利用する時と同様にある特別な応用では、励起光は、試料内の特定位置に緊密にフォーカシングできる。
【０２８５】
図８３〜図８４に示す実施例において使用される放出光レンズ６６０もまた、一つより多いレンズの組み合わせ又はレンズと鏡との組み合わせで代替されうる。このような光学要素の組み合わせが使用される場合、第１レンズ（一般に凸レンズ）は、蛍光光をより効率よく収集するために、好ましくは、反応容器９０に近接して（例えば、反応容器９０とダイクロイックビームスプリッタ６８０又は放出光フィルタ６７０の間に）位置する。ある実施例では、一つ又はそれ以上の光学要素（例えば、レンズ又はミラー）は、他の位置、例えば、反応容器９０とダイクロイックビームスプリッタ６８０又は放出光フィルタ６７０の間に位置できる。
【０２８６】
図８５Ａ〜図８５Ｂは、励起ビームと放出ビームの両方の形状を作るために、一つのレンズ６３５が使用される実施例を示す。励起光学要素６２０及び６４０と蛍光検出光学要素６５０、６５５、及び６７０を配置する二例が示されている。励起光学要素６２０及び６４０は、図８５Ａにおいてチャネル軸８０に直角な方向に沿って位置し、図８５Ｂにおいては、チャネル軸８０方向に沿って位置する。単一レンズを使用するこのような類型の実施例は、図８０Ｂ、図８１Ｂ、及び図８２に示す複数の光学検出装置を使用する実施例のように光学検出装置６００を小型化するのに有用である。
【０２８７】
図８６は、光学検出装置６００が反応容器９０の上側に位置する一装置実施例を示す。図示の光学要素の配置は、図８３に示す実施例と同様である。他の類型の光学配置（例えば、図８４及び図８５Ａ〜図８５Ｂに示すこと）もまた使用されうる。光学検出装置６００（又は励起部又は蛍光検出部）が反応容器９０の上側に位置した場合、反応容器キャップ６９０の中心部は、光学ポート６１０として機能する。したがって、論議されたように、この類型の実施例では、反応容器キャップ６９０又は少なくともその中心部は、好ましくは、光学的に透明な又は半透明な材料からなる。
【０２８８】
図８６を再度参照すれば、反応容器９０と反応容器キャップ６９０とは、一般にＰＣＲ反応中の試料の蒸発損失を防止するために、互いに対して密封関係を有する。図８６に示す反応容器実施例において、前記密封関係は、反応容器９０の内壁と反応容器キャップ６９０の外壁との間でなされる。代案として、前記密封関係は、反応容器９０の外壁と反応容器キャップ６９０の内壁との間、又は反応容器９０の上部面と反応容器キャップ６９０の下部面との間でなされる。ある実施例では、反応容器キャップ６９０が光学的に透明な又は半透明な薄膜接着テープでありうる。このような実施例において、前記密封関係は、反応容器９０の上部面と反応容器キャップ６９０の下部面との間でなされる。
【０２８９】
上で説明された反応容器実施例は、本発明のすべての使用に対して最適でないときもありうる。例えば、図８６に示すように、試料メニスカス（ｍｅｎｉｓｃｕｓ）（すなわち、水−空気インタフェース）が試料と反応容器キャップ６９０（又は反応容器キャップ６９０の光学ポート部）との間に形成されることが一般的である。作動の最、高温工程を伴うＰＣＲ反応により、試料内の水が蒸発して反応容器キャップ６９０の内部面（又は反応容器キャップ６９０の光学ポート部）に凝結される。このように凝結された水は、ある応用では、特に光学検出装置が反応容器９０の上側に位置した場合に、励起ビーム及び蛍光ビームとある程度干渉をすることができる。
【０２９０】
図８７Ａ〜図８７Ｂに例示された反応容器実施例は、他の接近を提供する。図示のように、反応容器９０と反応容器キャップ６９０とが試料と接触する光学ポート６９５を有するように設計されている。試料メニスカスは、光学ポート６９５の下部面６９６より高く又はほぼ同じ高さで形成される。上で説明された一般的な反応容器実施例とは異なり、励起ビームと蛍光ビームとは、反応容器９０の内部の空気又はいかなる凝結された水を通過せずに光学ポート６９５から試料へ又はその反対に直接通過される。このような実施例のための構造的必要条件は、次の通りである。
【０２９１】
まず、図８７Ａ〜図８７Ｂに示すように、反応容器キャップ６９０は、反応容器９０の上部とまた光学ポート６９５と密封関係を有する。論議されたように、反応容器９０と反応容器キャップ６９０との間の密封は、反応容器の内壁（図８７Ａ〜図８７Ｂと同様に）で、又は反応容器９０の外壁又は上端部９１でなされる。反応容器キャップ６９０と光学ポート６９５との間の密封は、光学ポート６９５の上部面６９７（図８７Ａ）又は側壁６９９（図８７Ｂ）でなされる。代案として、反応容器キャップ６９０と光学ポート６９５とは、一つの構成体で形成されることができ、好ましくは、同じ又は類似の光学的に透明な又は半透明な材料を使用して形成されうる。
【０２９２】
追加的に、光学ポート６９５の直径又は幅（そして、又は反応容器キャップ６９０の壁が光学ポート６９５の下部面６９６と近接したり又はほぼ同じ高さに位置する場合の直径又は幅）は、光学ポート６９５の下部面６９６と近接したり又はほぼ同じ高さに位置する反応容器９０の内壁の一部の直径又は幅より小さくさせられる。また、光学ポート６９５の下部面６９６は、反応容器キャップ６９０の内部部分の下部より低いか又はほぼ同じ高さに位置する。このような構造的要求条件が満たされると、開放空間６９８が反応容器９０の内壁と光学ポート６９５の側面部との間に提供される。したがって、光学ポートの下部が試料と接触するように、反応容器９０が反応容器キャップ６９０と密封される時に、試料がこの開放空間の一部を満たすようになり、光学ポート６９５の下部６９６上に試料メニスカスを形成するようになる。
【０２９３】
図８８において、上で論議された光学的に非干渉的な反応容器の使用が例示されている。論議されたように、光学ポート６９５の下部６９６は、試料と接触し試料メニスカスは、光学ポート６９５の下部６９６上に形成される。光学検出装置６００を反応容器９０の上端部９１に位置させることによって、励起ビームと蛍光ビームとが反応容器９０の内部の空気又はいかなる凝結された水を通過せずに、光学ポート６９５から試料へ又はその反対に直接通過されるようになる。このような光学的構造は、本発明の光学検出特徴を大きく容易にする。
【０２９４】
次の例は、本発明がより完全に理解されるようにするために、例示の目的としてのみ与えられる。この例は、別に明示的に指摘しない限り、本発明の範ちゅうを制限するための意図ではない。
【０２９５】
例（Ｅｘａｍｐｌｅｓ）
材料及び方法
Ｔａｋａｒａ  Ｂｉｏ（日本）、Ｆｉｎｎｚｙｍｅｓ（フィンランド）、及びＫａｐａ  Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ（南アフリカ共和国）から購入した３個の相異なるＤＮＡ重合酵素がいろいろな発明装置のＰＣＲ増幅性能を試験するために使用された。複数の挿入配列を含むプラスミドＤＮＡ、ヒトゲノムＤＮＡ、及びｃＤＮＡが鋳型ＤＮＡとして使用された。プラスミドＤＮＡは、他のサイズの挿入配列をｐｃＤＮＡ３．１ベクトルにクローニングすることで用意した。ヒトゲノムＤＮＡは、ヒト胎児由来腎臓細胞（２９３、ＡＴＣＣ  ＣＲＬ−１５７３）から用意した。ｃＤＮＡは、ＨＯＳ又はＳＶ−ＯＶ−３細胞からのｍＲＮＡ抽出物を逆転写（ｒｅｖｅｒｓｅ  ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ）して用意した。
【０２９６】
ＰＣＲ混合物の組成は、次の通りである：実験によって相異なった量の鋳型ＤＮＡ、順方向及び逆方向プライマーのそれぞれが約０．４μＭ、ｄＮＴＰがそれぞれ約０．２ｍＭ、使用されたＤＮＡ重合酵素に応じて約０．５ないし１ｕｎｉｔｓのＤＮＡ重合酵素、及び約１．５ｍＭないし２ｍＭのＭｇＣｌ2を各製造社により供給される緩衝溶液を使用して全体体積２０μＬで混合する。
【０２９７】
反応容器は、ポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）からなり、図５１Ａに示す構造的特徴を有する。反応容器は、下端部がふさがったテーパーされている円筒形形態を有し、ＰＣＲ混合物の導入後に反応容器を密封するために、反応容器の上端部の内部直径に合うようにキャップを有している。反応容器は、上部がより大きな直径を有するように、上端部から下端部に（線形的に）テーパーされていた。図５１Ａに定義されいるテーパー角は、４度であった。第１熱源内の収容口からの熱伝逹を容易にするために、反応容器の下端部は、平らになっている。反応容器は、約２２ｍｍないし約２４ｍｍの上端部から下端部までの長さ、約１．５ｍｍの下端部での外径、約１ｍｍの下端部での内径、約０．２５ｍｍないし約０．３ｍｍの壁厚を有していた。
【０２９８】
各反応のために使用されたＰＣＲ混合物の体積は、２０μＬであった。２０μＬの体積を有するＰＣＲ混合物は、反応容器内に約１２ないし１３ｍｍの高さを形成した。
【０２９９】
以下の例において使用されたすべての装置は、ＤＣ電力で作動可能に製作された。再充電可能なＬｉ+ポリマーバッテリー（１２．６Ｖ）又はＤＣ電源供給装置が装置を作動させるのに使用された。例において使用された装置は、図３９に例示されたように、複数の行及び列を有したアレイ形態で配列された１２個（３×４）、２４個（４×６）、又は４８個（６×８）のチャネルを有していた。隣接するチャネル間の間隔は、９ｍｍで製作された。実験において、装置の三つの熱源が所望の温度まで加熱された後、ＰＣＲ混合物試料を含む反応容器がチャネルに導入された。所望のＰＣＲ反応時間以後に、ＰＣＲ混合物試料は、前記装置から除去されて、増幅されたＤＮＡバンドを可視化するための蛍光染料として臭化エチジウム（ＥｔＢｒ）を使用して、アガロースゲル電気泳動（ａｇａｒｏｓｅ  ｇｅｌ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ）で分析された。
【０３００】
例１．図１２Ａの装置を使用した熱対流ＰＣＲ
この例で使用された装置は、チャネル７０、第１チャンバー１００、第１温度ブレーキ１３０、収容口７３、貫通口７１、第２熱源３０の突出部３３、３４、及び第１熱源２０の突出部２３、２４を備える図１２Ａに示す構造を持っている。チャネル軸８０方向の第１、第２、及び第３熱源の長さは、それぞれ約４ｍｍ、約５．５ｍｍ、及び約４ｍｍであった。第１及び第２断熱体（又は断熱性ギャップ）は、それじれ約２ｍｍ及び約０．５ｍｍのチャネル隣接領域（すなわち、突出部領域内で）でのチャネル軸８０方向の長さを有した。チャネル外部領域（すなわち、突出部領域の外部）でのチャネル軸８０方向の第１及び第２断熱体の長さは、それぞれ約６ｍｍないし約３ｍｍ（位置に応じて）及び約１ｍｍであった。第１チャンバー１００は、第２熱源３０の上部に位置し、約４．５ｍｍのチャネル軸８０方向の長さと約４ｍｍの直径を有する円筒形態を有した。第１温度ブレーキ１３０は、第２熱源３０の下部に位置し、チャネル７０又は反応容器９０の全体周りと接触する第１温度ブレーキの壁１３３と共に約１ｍｍのチャネル軸８０方向の長さ又は厚さを有した。チャネル軸８０方向の収容口７３の深さは、約１．５ｍｍないし約３ｍｍの範囲で変化した。この装置で、チャネル７０は、第３熱源４０内の貫通口７１、第２熱源３０内の第１温度ブレーキ１３０の壁１３３、及び第１熱源２０内の収容口７３により定義された。チャネル７０は、テーパーされている円筒形態を有している。チャネルの平均直径は、約２ｍｍで、下端部（収容口内）での直径は、約１．５ｍｍであった。この装置で、第１チャンバー、第１温度ブレーキ、収容口、第１及び第２断熱体、及び突出部を備えるすべての温度形状化要素は、チャネル軸に対して対称的に配置されていた。
【０３０１】
以下に提示されたように、図１２Ａに示す構造を有するこの例において使用された装置は、重力の傾斜角無しで１０ｎｇヒトゲノム試料（約３，０００コピー）から約２５分ないし約３０分内に増幅するのに十分なほど、効率的であることが見出された。１ｎｇプラスミド試料に対しては、ＰＣＲ増幅は、約６又は８分程度の短い時間内に検出可能な増幅を完了した。したがって、これは、重力傾斜角を使用しないで効率的なＰＣＲ増幅を提供できる対称的加熱構造の良い立証例である。例２に提示されたように、この構造は、また重力傾斜角が導入される時によりよく作動する。しかしながら、小さな（約１０度ないし約２０度又はより小さな）傾斜角がほとんどの応用に対して十分でありうる。
【０３０２】
１．１．プラスミド試料からのＰＣＲ増幅
図５３Ａ〜図５３Ｃは、上で説明された三個の相異なったＤＮＡ重合酵素（それぞれがＴａｋａｒａ  Ｂｉｏ、Ｆｉｎｎｚｙｍｅｓ、及びＫａｐａ  Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓから購入された）を使用して、１ｎｇプラスミドＤＮＡ鋳型から得られたＰＣＲ増幅結果を示す。予想されるアンプリコンのサイズは、３７３ｂｐであった。使用された順方向及び逆方向プライマーは、それぞれ５´‐ＴＡＡＴＡＣＧＡＣＴＣＡＣＴＡＴＡＧＧＧＡＧＡＣＣ‐３´（ＳＥＱ  ＩＤ  ＮＯ：１）及び５´‐ＴＡＧＡＡＧＧＣＡＣＡＧＴＣＧＡＧＧＣＴ‐３´（ＳＥＱ  ＩＤ  ＮＯ：２）であった。図５３Ａ〜図５３Ｃにおいて、最左側レーンは、ＤＮＡサイズマーカー（ニュー・イングランド・バイオラボ社製の２‐Ｌｏｇ  ＤＮＡ  Ｌａｄｄｅｒ（０．１‐１０．０ｋｂ））を示し、レーン１において５は、各図の下部に表示されたように、それぞれ１０、１５、２０、２５、及び３０分のＰＣＲ反応時間において熱対流ＰＣＲ装置から得られた結果である。発明装置の第１、第２、及び第３熱源の温度は、それぞれ９８℃、７０℃、及び５４℃に設定された。チャネル軸の方向の収容口の深さは、約２．８ｍｍであった。レーン６（下部にＣで表示される）は、Ｂｉｏｍｅｔｒａ社製の温度サイクラー（ｔｈｅｒｍｏｃｙｃｌｅｒ）を使用して得られた対照実験からの結果である。同じ量のプラスミド鋳型を含む同じＰＣＲ混合物が対照実験で使用された。対照実験の全体ＰＣＲ反応時間は、ホットスターティング（ｈｏｔ  ｓｔａｒｇｉｎｇ）のための予熱（５分）と最終延長（１０分）を含んで約１時間３０分である。図５３Ａ〜図５３Ｃに示すように、熱対流装置は、対照実験でのサイズと同じサイズで、しかしながらはるかにより短いＰＣＲ反応時間内に（すなわち、約３ないし４倍より短い）増幅された生成物を生成した。ＰＣＲ増幅は、約１０ないし１５分に検出可能な水準に到達し、約２０分又は２５分内に飽和された。明らかになったとおり、前記３個のＤＮＡ重合酵素は、熱対流ＰＣＲ装置と共に使用するのにほぼ同等であるということが見出された。
【０３０３】
図５４Ａ〜図５４Ｃは、熱対流ＰＣＲの他の例を示す。第１、第２、及び第３熱源の温度は、それぞれ９８℃、７０℃、及び５４℃に設定された。チャネル軸の方向の収容口の深さは、約２．８ｍｍであった。図５４Ａ〜図５４Ｃは、それぞれ１７７ｂｐ、９６０ｂｐ、及び１，６０８ｂｐのアンプリコンサイズを有する３個の他のプラスミドＤＮＡ鋳型からの増幅により得られた結果である。各反応のために使用された鋳型プラスミドの量は、１ｎｇであった。使用された順方向及び逆方向プライマーは、それぞれＳＥＱ  ＩＤ  ＮＯｓ：１及び２に記載された配列を有する。図示のように、はなはだしきは、大きなアンプリコン（約１ｋｂｐ及び１．６ｋｂｐ）も極めて短い反応時間内に、すなわち、約２０分内に検出可能な水準まで、そして約３０分内に飽和水準まで増幅された。短いアンプリコン（１７７ｂｐ）は、はるかに短い反応時間内に、すなわち、約１０分内に検出可能な水準まで、そして約２０分内に飽和水準まで増幅された。
【０３０４】
図５５は、約２００ｂｐないし約２ｋｂｐの範囲のアンプリコンサイズを有する多様な相異なったプラスミド鋳型から得られた熱対流ＰＣＲ増幅の結果を示す。第１、第２、及び第３熱源の温度は、それぞれ９８℃、７０℃、及び５４℃に設定された。チャネル軸の方向の収容口の深さは、約２．８ｍｍであった。各反応に使用された鋳型プラスミドの量は、１ｎｇであった。使用された順方向及び逆方向プライマーは、それぞれＳＥＱ  ＩＤ  ＮＯｓ：１及び２に記載された配列を有している。予想されるアンプリコンのサイズは、レーン１に対しては、１７７ｂｐ、レーン２に対しては、３７３ｂｐ、レーン３に対しては、６０１ｂｐ、レーン４に対しては、７３３ｂｐ、レーン５に対しては、９６０ｂｐ、レーン６に対しては、１，６０８ｂｐ、及びレーン７に対しては、１，９６６ｂｐであった。ＰＣＲ反応時間は、レーン１〜６に対しては、２５分で、レーン７に対しては、３０分であった。図示のように、ほぼ飽和された生成物バンドが短い反応時間内にすべてのアンプリコンに対して観測された。この結果は、熱対流ＰＣＲが速くてかつ効率的であり、広い作動範囲を有するということを立証する。
【０３０５】
１．２．上昇した変性温度におけるＰＣＲ増幅の加速
図５６Ａ〜図５６Ｃに示す結果は、上昇した変性温度における熱対流ＰＣＲの加速を立証する。使用された鋳型は、３７３ｂｐアンプリコンを生成できる１ｎｇプラスミドであった。変性温度を除き、使用された鋳型及びプライマーを含むすべての他の実験的条件は、図５３Ａ〜図５３Ｃに提示された実験において使用されたことと同じである。第２及び第３熱源の温度が７０℃及び５４℃にそれぞれ設定された反面、第１熱源の温度は、１００℃（図５６Ａ）、１０２℃（図５６ｂ）、及び１０４℃（図５６Ｃ）に増加された。図５６Ａ〜図５６Ｃに示すように、変性温度（すなわち、第１熱源の温度）の上昇は、ＰＣＲ増幅の加速をもたらす。３７３ｂｐ生成物は、変性温度が１００℃であるとき（図５６Ａ）に８分の反応時間においてやっと観測される程度であったし、変性温度が１０２℃に上昇した時（図５６Ｂ）に、同じ８分の反応時間でより強くなった。変性温度が１０４℃（図５６ｃ）にさらに上昇した時（図５６Ｃ）に、３７３ｂｐ生成物は、６分の反応時間でも観測可能になった。
【０３０６】
１．３．ヒトゲノム及びｃＤＮＡ試料からのＰＣＲ増幅
図５７Ａ〜図５７Ｃは、ヒトゲノム試料からの増幅に対する熱対流ＰＣＲの三個の例を示す。第１、第２、及び第３熱源の温度は、それぞれ９８℃、７０℃、及び５４℃に設定された。チャネル軸の方向の収容口の深さは、約２．８ｍｍであった。各反応に使用されたヒトゲノム鋳型の量は、約３，０００コピーに該当する１０ｎｇであった。図５７Ａは、β‐グロビン遺伝子の３６３ｂｐセグメントの増幅に対する結果を示す。この配列に使用された順方向及び逆方向プライマーは、それぞれ５´‐ＧＣＡＴＣＡＧＧＡＧＴＧＧＡＣＡＧＡＴ‐３´（ＳＥＱ  ＩＤ  ＮＯ：３及び５´‐ＡＧＧＧＣＡＧＡＧＣＣＡＴＣＴＡＴＴＧ‐３´（ＳＥＱ  ＩＤ  ＮＯ：４）であった。図５７Ｂは、ＧＡＰＤＨ遺伝子の４６９ｂｐセグメントの増幅に対する結果を示す。この実験に使用された順方向及び逆方向プライマーは、それぞれ５´‐ＧＣＴＴＧＣＣＣＴＧＴＣＣＡＧＴＴＡＡ‐３´（ＳＥＱ  ＩＤ  ＮＯ：５）及び５´‐ＴＧＡＣＣＡＧＧＣＧＣＣＣＡＡＴＡ‐３´（ＳＥＱ  ＩＤ  ＮＯ：６）であった。図５７Ｃは、β‐グロビン遺伝子の５１４ｂｐセグメントの増幅に対する結果を示す。この実験に使用された順方向及び逆方向プライマーは、それぞれ５´‐ＴＧＡＡＧＴＣＣＡＡＣＴＣＣＴＡＡＧＣＣＡ‐３´（ＳＥＱ  ＩＤ  ＮＯ：７）及び５´‐ＡＧＣＡＴＣＡＧＧＡＧＴＧＧＡＣＡＧＡＴＣ‐３´（ＳＥＱ  ＩＤ  ＮＯ：８）であった。
【０３０７】
図５７Ａ〜図５７Ｃに示すように、約３，０００コピーのヒトゲノム試料からの熱対流ＰＣＲは、極めて短い反応時間内に正確なサイズを有したアンプリコンを生成した。ＰＣＲ増幅は、約２０又は２５分内に検出可能な水準に到達し、約２５又は３０分内に飽和された。この結果は、熱対流ＰＣＲが低いコピー数の試料からの増幅にも速くかつ極めて効率よいことを立証する。
【０３０８】
図５８は、１０ｎｇヒトゲノム又はｃＤＮＡ試料からの熱対流ＰＣＲ増幅の追加的な例を示す。ＰＣＲ反応時間は３０分であった。すべての他の実験的条件は、図５７Ａ〜図５７Ｃに提示された実験で使用されたことと同一である。図示のように、約１００ｂｐないし約８００ｂｐの範囲のサイズを有する総１４個の遺伝子セグメントは、３０分の反応時間内に成功的に増幅された。標的遺伝子と対応するプライマー配列が下記表２に整理されている。使用された鋳型は、レーン１、３〜５、及び９〜１４に対しては、ヒトゲノムＤＮＡ（１０ｎｇ）で、レーン２、６、７及び８に対しては、ｃＤＮＡであった。ｃＤＮＡ試料は、ＨＯＳ（レーン２及び７）又はＳＫ‐ＯＶ‐３（レーン６及び８）細胞からのｍＲＮＡ抽出物を逆転写して用意した。
【０３０９】
【表２】
0005940458.tif 000003
【０３１０】
表２に使用された略字は、次の通りである：ＰＲＰＳ１：ホスホリボシルピロりん酸シンテターゼ１（ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｂｏｓｙｌ  ｐｙｒｏｐｈｏｓｐｈａｔｅ  ｓｙｎｔｈｅｔａｓｅ１）；ＮＡＩＰ：ＮＬＲファミリー、細胞死滅阻害蛋白質（ＮＬＲ  ｆａｍｉｌｙ，ａｐｏｐｔｏｓｉｓ  ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｙ  ｐｒｏｔｅｉｎ）；ＣＹＰ２７Ｂ１：シトクロムＰ４５０、ファミリーＰ４５０、サブファミリーＢ、ポリペプチド１（ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ  Ｐ４５０、ｆａｍｉｌｙ  ２７、ｓｕｂｆａｍｉｌｙ  Ｂ、ｐｏｌｙｐｅｐｔｉｄｅ  １）；ＨＥＲ２：ＥＲＢＢ２、ｖ‐ｅｒｂ‐ｂ２赤芽球性白血病ウイルス癌遺伝子相同体２（ＥＲＢＢ２，ｖ‐ｅｒｂ‐ｂ２  ｅｒｙｔｈｒｏｂｌａｓｔｉｃ  ｌｅｕｋｅｍｉａ  ｖｉｒａｌ  ｏｎｃｏｇｅｎｅ  ｈｏｍｏｌｏｇ  ２）；ＣＤＫ４：サイクリン‐依存的キナーゼ４（ｃｙｃｌｉｎ‐ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ‐ｋｉｎａｓｅ  ４）；ＣＲ２：補体受容体２（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔ  ｒｅｃｅｐｔｏｒ  ２）；ＰＩＧＲ：重合免疫グロブリン受容体（ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ  ｉｍｍｕｎｏｇｌｏｂｕｌｉｎ  ｒｅｃｅｐｔｏｒ）；ＧＡＰＤＨ：グリセルアルデヒド３‐リン酸デヒドロゲナーゼ（ｇｌｙｃｅｒａｌｄｅｈｙｄｅｓ  ３‐ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ）。
【０３１１】
１．４．ヒトゲノム試料の非常に低いコピーからのＰＣＲ増幅
図５９は、本発明装置を使用して非常に低いコピー数の試料からのＰＣＲ増幅を示す。使用された鋳型試料は、２９３細胞から抽出されたヒトゲノムＤＮＡであった。この実験で使用されたプライマーは、ＳＥＱ  ＩＤ  ＮＯｓ：３及び４に記載された配列を有する。標的配列は、β‐グロビンの３６３ｂｐセグメントであった。ＰＣＲ反応時間は、３０分であった。三個の熱源の温度と収容口の深さを含んだすべての他の実験条件は、図５７Ａ〜図５７Ｃ及び図５８に提示された実験に使用されたものと同様である。図５９の下部に表示されたように、各反応に使用されたヒトゲノム試料の量は、１０ｎｇ（約３，０００コピー）から始めて１ｎｇ（約３００コピー）、０．３ｎｇ（約１００コピー）、及び０．１ｎｇ（約３０コピー）まで順次に減少した。明らかになったように、熱対流ＰＣＲは、３０コピー試料ほど少ない試料からも成功的なＰＣＲ増幅を示した。単一コピー試料もまた熱対流ＰＣＲ増幅で試験された。単一コピー試料からの増幅は、約３０ないし４０％の確率で成功的であったことが見出されたが、たぶん単一コピーをサンプリングする機会と関連した統計的確率に因ったことであろう。
【０３１２】
１．５．発明装置の温度安定性及び消費電力
図１２Ａに示す構造を有する発明装置の温度安定性及び消費電力が試験された。この実験で使用された装置は、図３９及び図４２に示すように、互いに９ｍｍ離隔して位置した１２個のチャネル（３×４）を有する。第１、第２、及び第３熱源は、それぞれに図４２に示すようにチャネルの間に配置されたＮｉＣｒ加熱ワイヤー１６０ａ〜１６０ｃが装着されている。装置は、また必要な場合に第３熱源に冷却を提供するために、第３熱源上にファンを含んである。再充電可能なＬｉ+ポリマーバッテリー（１２．６Ｖ）のＤＣ電力が各加熱ワイヤーに供給され、ＰＩＤ（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ‐ｉｎｔｅｇｒａｌ‐ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御アルゴリズムにより制御されて、三つの熱源のそれぞれの温度を予め設定された目標値に維持するようにした。
【０３１３】
図６０は、目標温度がそれぞれ９８℃、７０℃、及び５４℃に設定された時の第１、第２、及び第３熱源の温度変化を示す。周囲温度は、約２５℃であった。図示のように、三つの熱源は、約２分以内に目標温度に到達した。目標温度に到達した以後約４０分の間に、三つの熱源の温度は、目標温度で安定的に正確に維持された。４０分の間の各熱源の温度の平均は、各目標温度に対して約±０．０５℃以内であった。温度変動もまた非常に小さくて、各熱源の温度の標準バラツキは、約±０．０５℃以内であった。
【０３１４】
図６１は、１２個のチャネルを有する前記発明装置の消費電力を示す。図示のように、消費電力は、目標温度までの迅速な加熱がおきる初期時期（すなわち、約２分まで）には高かった。三つの熱源が目標温度に到達した後（すなわち、約２分後）、消費電力は、低い値に減少した。約２分後から観測される大きな変動は、各熱源に対する電力供給の積極的な制御の結果である。このような積極的な電力制御によって、三つの熱源の温度は、図６０に示すように目標温度で安定的かつ正確に維持されることができる。温度維持領域（すなわち、約２分後）での消費電力の平均は、図６１に示したように約４．３Ｗであった。したがって、各チャネル又は各反応に対する消費電力は、約０．４Ｗより少ない。約３０分又はより短い時間は、発明装置においてＰＣＲ増幅を行うのに十分なので、一つのＰＣＲ反応の完了に対するエネルギー費用は、約２ｍＬの水を常温から約１００℃まで一回加熱するのに必要なエネルギーに対応する、約７００Ｊ又は以下にすぎない。
【０３１５】
２４個及び４８個のチャネルを有する発明装置もまた試験された。平均消費電力は、２４個チャネル装置では、約７ないし８Ｗであり、４８個チャネル装置では、約９ないし１０Ｗであった。したがって、各ＰＣＲ反応当たりの消費電力は、より大きな装置でより少ないということ、すなわち２４個チャネル装置に対しては、約０．３Ｗで、４８個チャネル装置に対しては、約０．２Ｗであることが見出された。
【０３１６】
例２．図１２Ｂの装置を使用した熱対流ＰＣＲ
この例では、熱対流ＰＣＲに対した重力傾斜角θｇの効果が試験された。この例で使用された装置は、図１２Ｂに定義された重力傾斜角（θｇ）の使用を除いては、例１で使用されたことと同じ構造及び寸法を有する。装置は、下部に傾斜したウェッジを装着することによって、チャネル軸が重力の方向に対してθｇ分だけ傾くようにした。
【０３１７】
以下に提示されたように、重力傾斜角の導入は、対流流れをより速くし、これにより、熱対流ＰＣＲを加速させた。したがって、装置又はチャネルに重力傾斜角を付与できるウェッジ又はレッグ（ｌｅｇ）、又は傾斜したり傾いたチャネルのような構造的要素が、効果的かつ速い熱対流ＰＣＲ装置を構成するのに有用な構造的要素であるということが確認された。
【０３１８】
２．１．プラスミド試料からのＰＣＲ増幅
図６２Ａ〜図６２Ｅは、プラスミド試料からの増幅に対する熱対流ＰＣＲの結果を重力傾斜角の関数として示す。第１、第２、及び第３熱源の温度は、それぞれ９８℃、７０℃、及び５４℃に設定された。チャネル軸の方向の収容口の深さは、約２．８ｍｍであった。各反応に使用された鋳型プラスミドの量は、１ｎｇであった。使用されたプライマーは、ＳＥＱ  ＩＤ  ＮＯｓ：１及び２に記載された配列を有した。予想されるアンプリコンのサイズは、３７３ｂｐであった。図６２Ａは、重力傾斜角が０であるときに得られた結果を示す。図６２Ｂ〜図６２Ｅは、それぞれθｇが１０度、２０度、３０度、及び４５度である時に得られた結果を示す。重力傾斜角が０であるときに（図６２Ａ）には、増幅された生成物が１５分の反応時間でやっと観測でき、２０分には強くなった。これに対して、１０度の重力傾斜角が導入された時は、増幅された生成物は、１０分の反応時間に相当な強度で観測可能であった（図６２Ｂ）。重力傾斜角が２０度に増加されるにつれて（図６２Ｃ）、１０分及び／又は１５分の反応時間に生成物バンド強度の追加的な増加が観測された。２０度以上の傾斜角（図６２Ｄ〜図６２Ｅ）では、増幅速度が２０度で観測されたことと類似に観測された。
【０３１９】
２．２．ヒトゲノム試料からのＰＣＲ増幅
図６３Ａ〜図６３Ｄは、重力傾斜角の効果を立証する他の例を示す。この実験において、１０ｎｇヒトゲノム試料（約３，０００コピー）が鋳型ＤＮＡとして使用され、ＳＥＱ  ＩＤ  ＮＯｓ：３及び４に記載された配列を有するプライマーが使用された。β‐グロビン遺伝子の３６３ｂｐセグメントが標的であった。他の実験的条件らは、図６２Ａ〜図６２Ｅに提示された実験に使用されたものと同一であった。図６３Ａ〜図６３Ｄは、θｇがそれぞれ０度、１０度、２０度、及び３０度に設定された時に得られた結果を示す。図示のように、熱対流ＰＣＲは、重力傾斜角が導入された時に加速された（すなわち、図６３Ａと比較して図６３Ｂ〜図６３Ｄ）。ＰＣＲ増幅の速度は、重力傾斜角の増加に伴って増加されることと観測された。類似の増幅速度が２０度（図６３Ｃ）と３０度（図６３Ｄ）で観測された。
【０３２０】
図６４Ａ〜図６４Ｂは、高い溶融温度（６０℃以上）を有したプライマーが使用された他の例を示す。この実験において、１０ｎｇヒトゲノム試料（約３，０００コピー）が鋳型ＤＮＡとして使用された。使用された順方向及び逆方向プライマーは、それぞれ配列５´‐ＧＣＴＴＣＴＡＧＧＣＧＧＡＣＴＡＴＧＡＣＴＴＡＧＴＴＧＣＧ‐３´（ＳＥＱ  ＩＤ  ＮＯ：３０）及び５´‐ＣＣＡＡＡＡＧＣＣＴＴＣＡＴＡＣＡＴＣＴＣＡＡＧＴＴＧＧＧＧＧ‐３´（ＳＥＱ  ＩＤ  ＮＯ：３１）を有している。増幅標的は、β‐アクチン遺伝子の５２１ｂｐセグメントであった。第１、第２、及び第３熱源の温度は、それぞれ９８℃、７４℃、及び６４℃に設定された。チャネル軸の方向の収容口の深さは、約２．８ｍｍであった。ＰＣＲ反応時間は、３０分に設定され、実験は、各傾斜角に対して２個ずつの試料（レーン１及び２）で行われた。図６４Ａ及び図６４Ｂは、それぞれθｇ＝０゜及び２０゜で得られた結果を示す。図示のように、０度では、いかなる有意味な増幅も両ＰＣＲ試料に対して観測されなかった（図６４Ａ）。これに対比して、２０度の傾斜角が導入された時には（図６４Ｂ）、強い生成物バンドが観測された。図６３Ａ〜図６３Ｄに提示された実験と比較して、第３及び第２熱源の温度は、それぞれ１０度及び４度ずつ増加されたことに対し、第１熱源の温度は、同一であった。したがって、熱源間の減少した温度差によって熱対流は遅くなった。重力傾斜角を使用しないと（図６４Ａ）、熱対流ＰＣＲは、あまり遅くなって、速いＰＣＲ増幅を行うことができなくなった。しかしながら、重力傾斜角を導入することによって（図６４Ｂ）、熱対流ＰＣＲは、短い反応時間内に低いコピーヒトゲノム試料（約３，０００コピー）から強い生成物バンドを生成するのに十分に速くて効率よくなった。
【０３２１】
２．３．ヒトゲノム試料の非常に低いコピーからのＰＣＲ増幅
図６５は、重力傾斜角が使用される時に、極めて低いコピーヒトゲノム試料からの熱対流ＰＣＲ増幅の結果を示す。使用されたプライマーは、図６４Ａ〜図６４Ｂに提示された実験で使用されたものと同様である。したがって、増幅標的は、β‐アクチン遺伝子の５２１ｂｐセグメントであった。第１、第２、及び第３熱源の温度は、それぞれ９８℃、７４℃、及び６０℃に設定された。チャネル軸の方向の収容口の深さは、約２．５ｍｍであった。重力傾斜角は１０度に設定され、ＰＣＲ反応時間は、３０分に設定された。図６５に示すように、熱対流ＰＣＲは、３０コピー試料分だけの少ない試料からも成功的なＰＣＲ増幅を表した。
【０３２２】
例３．図１４Ｃの装置を使用した熱対流ＰＣＲ
この例で使用された装置は、チャネル７０、第１チャンバー１００、第２チャンバー１１０、第１温度ブレーキ１３０、収容口７３、及び貫通口７１を有する図１４Ｃに示す構造を有した。いかなる突出部構造もこの装置では使用されなかった。チャネル軸８０方向の第１、第２、及び第３熱源の長さは、それぞれ約５ｍｍ、約４ｍｍ、及び約５ｍｍであった。第１及び第２断熱体（又は断熱性ギャップ）は、それぞれ約２ｍｍ及び約１ｍｍのチャネル軸８０方向の長さを有した。第１チャンバー１００は、第２熱源３０の上部に位置し、約３ｍｍのチャネル軸８０方向の長さと約４ｍｍの直径とを有した円筒形態を有した。第１温度ブレーキ１３０は、第２熱源３０の下部に位置し、チャネル７０又は反応容器９０の全体周りと接触する第１温度ブレーキ１３０の壁１３３と共に約１ｍｍのチャネル軸８０方向の長さ又は厚さを有した。第２チャンバー１１０は、第３熱源４０の下部に位置し、約４ｍｍの直径を有した円筒形態を有した。チャネル軸８０方向の第２チャンバー１１０の長さは、収容口７３の深さによって約１．５ｍｍないし約０．５ｍｍの間で変化した。チャネル軸８０方向の収容口７３の深さは、約２ｍｍないし約３ｍｍの範囲で変化した。この装置において、チャネルは、第３熱源４０内の貫通口７１、第２熱源３０内の第１温度ブレーキ１３０の壁１３３、及び第１熱源２０内の収容口７３により定義された。チャネル７０は、テーパーされている円筒形態を有した。下端部（収容口内）での直径が約１．５ｍｍであるチャネルの平均直径は、約２ｍｍであった。この装置で、第１及び第２チャンバー、第１温度ブレーキ、収容口、及び第１及び第２断熱体を備えるすべての温度形状化要素は、チャネル軸に対して対称的に配置された。
【０３２３】
３．１．プラスミド試料からのＰＣＲ増幅
図６６は、配列５´‐ＡＡＧＧＴＧＡＧＡＴＧＡＡＧＣＴＧＴＡＧＴＣＴＣ‐３´（ＳＥＱ  ＩＤ  ＮＯ：３２）及び５´‐ＣＡＴＴＣＣＡＴＴＴＴＣＴＧＧＣＧＴＴＣＴ‐３´（ＳＥＱ  ＩＤ  ＮＯ：３３）を有した二つのプライマーを使用して１ｎｇプラスミド試料から得られたＰＣＲ増幅結果を示す。予想されるアンプリコンのサイズは、１５２ｂｐであった。第１、第２、及び第３熱源の温度は、それぞれ９８℃、７０℃、及び５６℃に設定された。チャネル軸の方向の第２チャンバーの長さは、約１ｍｍであり、チャネル軸の方向の収容口の深さは、約２．５ｍｍであった。図６６に示すように、熱対流ＰＣＲは、１０分だけ短い時間内に成功的な増幅を表すことによって、このような類型の発明装置での速くてかつ効率的なＰＣＲ増幅を示す。
【０３２４】
図６７は、約２００ｂｐないし約２ｋｂｐの範囲のアンプリコンサイズを有する様々な相異なったプラスミド鋳型からの熱対流ＰＣＲ増幅の結果を示す。第１、第２、及び第３熱源の温度は、それぞれ９８℃、７０℃、及び５６℃に設定された。チャネル軸の方向の第２チャンバーの長さは、約１．５ｍｍであり、チャネル軸の方向の収容口の深さは、約２ｍｍであった。各反応に使用された鋳型プラスミドの量は、１ｎｇであった。ＳＥＱ  ＩＤ  ＮＯｓ：１及び２に記載された配列を有したプライマーが使用された。予想されるアンプリコンのサイズは、レーン１に対しては１７７ｂｐ、レーン２に対しては３７３ｂｐ、レーン３に対しては６０１ｂｐ、レーン４に対しては７３３ｂｐ、レーン５に対しては９６０ｂｐ、レーン６に対しては１，６０８ｂｐ、及びレーン７に対しては１，９６６ｂｐであった。ＰＣＲ反応時間は、レーン１〜６に対しては３０分であったし、レーン７に対しては３５分であった。図示のように、ほぼ飽和された生成物バンドが短い時間内にすべてのアンプリコンに対して観測された。この結果は、熱対流ＰＣＲが速くてかつ効率的であり、そのうえ広い作動範囲を有するということを立証する。
【０３２５】
３．２．ヒトゲノム試料からのＰＣＲ増幅
図６８Ａ〜図６８Ｂは、ヒトゲノム試料からの増幅に対する熱対流ＰＣＲの二例を示す。第１、第２、及び第３熱源の温度は、それぞれ９８℃、７０℃、及び５６℃に設定された。チャネル軸の方向の第２チャンバーの長さは、約１ｍｍであり、チャネル軸の方向の収容口の深さは、約２．５ｍｍであった。各反応に使用されたヒトゲノム鋳型の量は、約３，０００コピーに対応する１０ｎｇであった。図６８Ａは、β‐グロビン遺伝子の５００ｂｐセグメントの増幅に対する結果を示す。この配列に使用された順方向及び逆方向プライマーは、それぞれ５´‐ＧＣＡＴＣＡＧＧＡＧＴＧＧＡＣＡＧＡＴ‐３´（ＳＥＱ  ＩＤ  ＮＯ：３）及び５´‐ＣＴＡＡＧＣＣＡＧＴＧＣＣＡＧＡＡＧＡ‐３´（ＳＥＱ  ＩＤ  ＮＯ：３４）であった。図６８Ｂは、β‐アクチン遺伝子の５００ｂｐセグメントの増幅に対する結果を示す。この配列のために使用された順方向及び逆方向プライマーは、それぞれ配列５´‐ＣＧＧＡＣＴＡＴＧＡＣＴＴＡＧＴＴＧＣＧ‐３´（ＳＥＱ  ＩＤ  ＮＯ：３５）及び５´‐ＡＴＡＣＡＴＣＴＣＡＡＧＴＴＧＧＧＧＧＡ‐３´（ＳＥＱ  ＩＤ  ＮＯ：３６）を有した。
【０３２６】
図６８Ａ〜図６８Ｂに示すように、約３，０００コピーのヒトゲノム試料からの熱対流ＰＣＲは、短い時間内に正確なサイズを有したアンプリコンを生成した。約２０又は２５分内に相当な増幅が観測されたし、約３０分内に飽和された増幅に到達した。この結果は、低いコピー数の試料からの増幅に対する熱対流ＰＣＲの高い速度と効率性とを立証する。
【０３２７】
３．３．極めて低いコピーのプラスミド試料からのＰＣＲ増幅
図６９は、発明装置を使用した極めて低いコピー数のプラスミド試料からのＰＣＲ増幅を示す。プラスミド試料の量を除いては、三つの熱源の温度と収容口の深さを含む他のすべての実験的条件は、図６６に提示された実験と同一であった。使用された鋳型プラスミドとプライマーもまた同一であった。ＰＣＲ反応時間は、３０分であった。図６９の下部に示されたように、各反応に対して使用されたプラスミド試料の量は、約１０，０００コピー（レーン１）から始めて、約１，０００コピー（レーン２）、１００コピー（レーン３）、及び１０コピー（レーン４）まで順次に減少した。明らかになったように、熱対流ＰＣＲは、１０コピー試料程に少ない試料でも成功的なＰＣＲ増幅を表した。単一コピー試料もまた試験された。単一コピー試料からの増幅は、約３０ないし４０％確率で成功的であることが見出された。
【０３２８】
３．４．発明装置の温度安定性及び消費電力
図１４Ｃに示す構造を有する発明装置の温度安定性及び消費電力が試験された。この実験で使用された装置は、互いに９ｍｍ離隔して配置された４８個のチャネル（６×８）を有した。この発明装置に対して観測された温度変化は、例１で提示された実験に使用された図１２Ａに示す構造を有する装置（上の１．５節参照）より若干大きかった。温度維持時間の間の各熱源の平均温度は、目標温度の各々に対して約±０．１℃以内であった。各熱源の温度変動（すなわち、標準バラツキ）は、約±０．１℃以内であった。温度維持時間の間の平均消費電力は、周辺温度に応じて約１５Ｗないし約２０Ｗの範囲であった。図１２Ａに示す構造を有する装置と比較して、図１２Ａ装置で使用された突出部構造の不在による減少した断熱性ギャップの結果として、消費電力は、約１．５ないし２倍より大きかった。この結果は、突出部構造の使用が発明装置の消費電力を減少させるのに効率的であることを立証する。
【０３２９】
例４．図１７Ａの装置を使用した熱対流ＰＣＲ
この例で使用された装置は、図１７Ａに示す構造を有するが、第３熱源４０の突出部４３、４４を有さない。装置は、チャネル７０、第１チャンバー１００、収容口７３、貫通口７１、第２熱源３０の突出部３３、３４、及び第１熱源２０の突出部２３、２４を備える。第１チャンバー１００は、第２熱源３０内に配置され、温度ブレーキの構造は使用されなかった。チャネル軸８０方向の第１、第２、及び第３熱源の長さは、それぞれ約４ｍｍ、約６．５ｍｍ、及び約４ｍｍであった。第１及び第２断熱体（又は断熱性ギャップ）は、それぞれチャネル隣接領域（すなわち、突出部領域内）で約１ｍｍ及び約０．５ｍｍのチャネル軸８０方向の長さを有した。チャネル領域の外部（すなわち、突出部領域の外部）での第１及び第２断熱体の長さは、それぞれ約６ｍｍないし約３ｍｍ（位置に応じて）と約１ｍｍであった。第１チャンバー１００は、チャネル軸８０方向の第２熱源の長さ（すなわち、約６．５ｍｍ）と同一なチャネル軸８０方向の長さを有する円筒形態を有した。第１チャンバー１００の直径は、約４ｍｍから約２．５ｍｍまで変化した。チャネル軸の方向の収容口７３の深さは、約２ｍｍから約３ｍｍまで変化した。この装置において、チャネル７０は、第３熱源４０内の貫通口７１と第１熱源２０内の収容口７３により定義された。チャネル７０は、約２ｍｍの平均直径と下端部（収容口内）での約１．５ｍｍの直径を有するテーパーされている円筒形態を有した。この装置において、第１チャンバー、収容口、及び第１及び第２断熱体を備えるすべての温度形状化要素は、チャネル軸に対して対称的に配置された。
【０３３０】
この例では、チャンバーの直径、収容口の深さ、及び重力傾斜角の効果が熱対流ＰＣＲの速度と関連して試験された。
【０３３１】
４．１．チャンバーの直径及び収容口の深さの効果
この例において、熱対流ＰＣＲは、相異なった収容口の深さでチャンバーの直径の関数として試験された。使用された鋳型ＤＮＡは、１ｎｇプラスミドであった。ＳＥＱ  ＩＤ  ＮＯｓ：１及び２に記載された配列を有した二つのプライマーが使用され、アンプリコンのサイズは、３７３ｂｐであった。第１、第２、及び第３熱源の温度は、それぞれ９８℃、７０℃、及び５４℃に設定された。
【０３３２】
図７０Ａ〜図７０Ｄは、第１チャンバーの直径が約４ｍｍ（図７０Ａ）、約３．５ｍ（図７０Ｂ）、約３ｍｍ（図７０Ｃ）、及び約２．５ｍｍ（図７０Ｄ）である場合に得られた結果を示す。チャネル軸の方向の収容口の深さは、約２ｍｍであった。図示のように、第１チャンバーの直径が減少するほど、対流ＰＣＲは、減速するということが見出された。第１チャンバーの直径が約４．０ｍｍである場合、ＰＣＲ生成物は、１０分の反応時間においても相当な水準まで増幅された（図７０Ａ）。しかしながら、チャンバーの直径が約３．５ｍｍ（図７０Ｂ）及び約３ｍｍ（図７０Ｃ）に減少した場合に、類似のバンド強度に到達するのにより多くの反応時間が必要であった。チャンバーの直径が約２．５ｍｍ（図７０Ｄ）に減少した場合、はなはだしきは、３０分の反応時間以後にも検出可能ないかなるＰＣＲバンドも観測されなかった。第２熱源とチャネルとの間のチャンバーギャップの減少は、第２熱源とチャネルとの間により効率的な熱伝逹を引き起こした。したがって、チャネルの内部の温度勾配がチャンバーの直径が小さくなるほど小さくなり、したがって熱対流速度の減少を誘導した。
【０３３３】
図７１Ａ〜図７１Ｄは、第１チャンバーの直径は同じである反面、すなわち、約４ｍｍ（図７１Ａ）、約３．５ｍｍ（図７１Ｂ）、約３ｍｍ（図７１Ｃ）、及び約２．５ｍｍ（図７１Ｄ）である反面、収容口の深さが約２．５ｍｍまで増加された場合に得られた結果を示す。より深い収容口での増加された加熱によって、図７０Ａ〜図７０Ｄに示す結果と比較して、熱対流は、第１チャンバーのすべての相異なった直径に対して速くなった。第１チャンバーの直径が最も小さいときにも（すなわち、約２．５ｍｍ）、熱対流ＰＣＲは、約１５分の反応時間内に検出可能な生成物バンドを表すほど、十分に速くかつ効率的であった。
【０３３４】
この例の結果は、チャンバーの直径又はチャンバーギャップが熱対流ＰＣＲの速度を制御するのに利用されうる重要な構造的要素であることを立証する。大きなチャンバーの直径が速い熱対流ＰＣＲを誘導し、又はその反対であることが分かった。対流流れを可能なかぎり速くすることは一般に好ましいが、時には、対流流れの速度を減少させることが好ましいときもある。例えば、長い標的配列を有する鋳型又はゲノムＤＮＡの特定標的遺伝子のようなある鋳型試料は、対流速度があまり速いと（大きなサイズ又はある複雑な構造的制限により）、ＰＣＲ増幅が成功的に行われない可能性もある。さらに他の例として、使用されるＤＮＡ重合酵素が熱対流ＰＣＲの速度と比較してあまり遅い重合速度を有することができる。このような場合に、相異なった（一般に小さくなる）直径又はチャンバーギャップを有するチャンバー構造の使用は、熱対流ＰＣＲの速度を制御（一般に減少）させるのに極めて有用でありうる。
【０３３５】
４．２．重力傾斜角の効果
この例では、発明装置の熱対流ＰＣＲが重力傾斜角（θｇ）を導入することによってさらに試験された。重力傾斜角を除いては、使用された鋳型ＤＮＡとプライマーを含む他のすべての実験的条件は、図７０Ａ〜図７０Ｄ及び図７１Ａ〜図７１Ｄにおいて提示された例で使用されたものと同様である。
【０３３６】
図７２Ａ〜図７２Ｄ及び図７３Ａ〜図７３Ｄは、１０度の重力傾斜角が導入された場合に得られた結果を示す。収容口の深さは、図７２Ａ〜図７２Ｄでは、約２．０ｍｍであり、図７３Ａ〜図７３Ｄでは、約２．５ｍｍであった。図７０Ａ〜図７０Ｄと図７１Ａ〜図７１Ｄに示すように、第１チャンバーの直径は、約４ｍｍ（図７２Ａ及び図７３Ａ）、約３．５ｍｍ（図７２Ｂと図７３Ｂ）、約３ｍｍ（図７２Ｃと図７３Ｃ）、及び約２．５ｍｍ（図７２Ｄと図７３Ｄ）であった。図示のように、重力傾斜角が導入された時に、熱対流ＰＣＲの加速が明らかになることが分かった。しかしながら、収容口の深さが約２ｍｍ（図７０Ａ〜図７０Ｄと比較して図７２Ａ〜図７２Ｄ）であるとき、熱対流ＰＣＲ速度の増加がより著しかった。図７０Ａ〜図７０Ｄに示す結果と比較して、チャンバーの直径が約４ｍｍ（図７２Ａ）と約３．５ｍｍ（図７２Ｂ）であったとき、約５分のＰＣＲ反応時間の減少が観測され、チャンバーの直径が約３ｍｍ（図７２Ｃ）と約２．５ｍｍ（図７２Ｄ）であったとき、少なくとも約１０分ないし１５分のＰＣＲ時間の減少が観測された。収容口の深さが約２．５ｍｍである場合、チャンバーの直径が約４ｍｍ（図７１Ａと比較して図７３Ａ）、約３．５ｍｍ（図７１Ｂと比較して図７３Ｂ）、そして約３ｍｍ（図７１Ｃと比較して図７３Ｃ）であるとき、熱対流ＰＣＲ速度の単に一抹の増加だけ観測された。チャンバーの直径が約２．５ｍｍ（図７１Ｄと比較して図７３ｄ）である時、ＰＣＲ反応時間の大きい減少（約１０分減少）が観測された。
【０３３７】
この例の結果は、重力傾斜角が熱対流ＰＣＲの速度を増加させるのに使用されうる重要な構造的要素であることを立証する。また、この結果は、熱対流ＰＣＲの速度を高めるのに（装置以外の）ある制限がありうることを提示する。例えば、（対流速度に重要に影響を与えると見出された）チャンバーの直径が変更されても、熱対流ＰＣＲの速度は、図７３Ａ〜図７３Ｃに示す結果とほぼ同じであると観測された。同様に、図７３Ａ〜図７３Ｃに示す結果は、重力傾斜角の存在又は不在と関係なく図７１Ａ〜図７１Ｃに示すものとあまり違わない。この結果は、発明装置の対流速度は、所望のとおり速く増加できるが、熱対流ＰＣＲの窮極的な速度は、使用されたＤＮＡ重合酵素の重合速度により制限されうることを示す。
【０３３８】
例５．第１温度ブレーキの位置の効果
この例では、二類型の装置が使用された。使用された第１装置は、チャネル７０、第１チャンバー１００、第１温度ブレーキ１３０、収容口７３、貫通口７１、第２熱源３０の突出部３３、３４、及び第１熱源２０の突出部２３、２４を備える図１２Ａに示す構造を有した。したがって、図１２Ａに示すように、第１温度ブレーキ１３０は、第２熱源３０の下部に位置し、第１チャンバー１００は、第２熱源３０の上部に位置した。チャネル軸８０方向の第１温度ブレーキの厚さは、約１ｍｍであった。
【０３３９】
使用された第２装置は、チャンバー／温度ブレーキの構造を除いては、図１２Ａに示す構造と同じ構造を有した。図１０Ａに示す構造と同様に、第２装置は、第２熱源３０の下部と上部に位置した第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０を備え、第１温度ブレーキ１３０は、第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０の間に位置した。チャネル軸８０方向の第１温度ブレーキ１３０の厚さは、約１ｍｍであった。第１温度ブレーキ１３０の位置は、チャネル軸８０方向に変化した。
【０３４０】
両装置において、チャネル軸８０方向の第１、第２、及び第３熱源の長さは、それぞれ約４ｍｍ、約６．５ｍｍ、及び約４ｍｍであった。第１及び第２断熱体（又は断熱性ギャップ）は、それぞれチャネル隣接領域（すなわち、突出部領域内）で約１ｍｍ及び約０．５ｍｍのチャネル軸８０方向の長さを有した。チャネル領域の外部（すなわち、突出部領域の外部）の第１及び第２断熱体の長さは、それぞれ約６ｍｍないし約３ｍｍ（位置に応じて）及び約１ｍｍであった。第１チャンバー１００及び第２チャンバー１１０とも、約４ｍｍの直径を有する円筒形態を有した。第１温度ブレーキ１３０は、チャネル７０の全体の周りと接触する第１温度ブレーキ１３０の壁１３３と共に、約１ｍｍのチャネル軸８０方向の長さ又は厚さを有した。チャネル軸の方向の収容口７３の深さは、約２．８ｍｍであった。チャネル７０は、テーパーされている円筒形態を有した。下端部（収容口内）で約１．５ｍｍの直径を有するチャネルの平均直径は、約２ｍｍであった。この装置で第１チャンバー、第２チャンバー、第１温度ブレーキ、収容口、及び第１及び第２断熱体を備えるすべての温度形状化要素は、チャネル軸に対して対称的に配置されている。
【０３４１】
この例で使用された鋳型ＤＮＡは、１ｎｇプラスミドＤＮＡであった。ＳＥＱ  ＩＤ  ＮＯｓ：１及び２で記載された配列を有した二つのプライマーが使用され、アンプリコンのサイズは３７３ｂｐであった。第１、第２、及び第３熱源の温度は、それぞれ９８℃、７０℃、及び５４℃に設定された。
【０３４２】
図７４Ａ〜図７４Ｆは、チャネル軸の方向の第１温度ブレーキの位置が変化したときに得られた結果を示す。第１温度ブレーキの下端部１３２の位置は、第２熱源の下部（図７４Ａ）から、第２熱源の下部で約１ｍｍ（図７４Ｂ）、約２．５ｍｍ（図７４Ｃ）、約３．５ｍｍ（図７４Ｄ）、約４．５ｍｍ（図７４Ｅ）、又は約５．５ｍｍ（図７４Ｆ）まで変化した。図７４Ａ〜図７４Ｆに示すように、熱対流ＰＣＲの速度は、チャネル軸の方向の第１温度ブレーキの位置に応じて増減した。第１温度ブレーキが第２熱源の下部に位置した場合（図７４Ａ）、熱対流ＰＣＲは、他の位置と比較して相対的に遅いＰＣＲ増幅を表した。第１温度ブレーキが約３．５ｍｍまで（図７４Ｂ〜図７４Ｄ）上昇するにつれて、ＰＣＲ増幅速度は増加された。より高い位置では、（図７４Ｅ〜図７４Ｆ）、増幅速度が少し減少することが観測された。
【０３４３】
この例の結果は、温度ブレーキの位置が熱対流ＰＣＲの速度を調整又は制御するために使用されうる有用な構造的要素であることを立証する。
【０３４４】
例６．第１温度ブレーキの厚さと重力傾斜角の効果
この例では、三類型の装置が使用された。使用された第１装置は、チャネル７０、第１チャンバー１００、第１温度ブレーキ１３０、収容口７３、貫通口７１、第２熱源３０の突出部３３、３４、及び第１熱源２０の突出部２３、２４を備える図１２Ａに示す構造を有する。したがって、図１２Ａに示すように、第１温度ブレーキ１３０は、第２熱源３０の下部に位置し、第１チャンバー１００は、第２熱源３０の上部に位置した。チャネル軸の方向の第１温度ブレーキの厚さが変化した。
【０３４５】
使用された第２装置は、図１７Ａに示す構造と同様に、第２熱源内に配置された第１チャンバーのみを（第１温度ブレーキ無しで）有している。他の構造は、第１装置の構造と同一であった。
【０３４６】
使用された第３装置は、第１装置と他の構造は同一であるが、チャンバーのない構造を有している。したがって、第３装置は、チャンバーなしで（温度ブレーキとして機能する）チャネル構造のみを有している。
【０３４７】
前記三つの装置において、チャネル軸８０方向の第１、第２、及び第３熱源の長さは、それぞれ約４ｍｍ、約５．５ｍｍ、及び約４ｍｍであった。第１及び第２断熱体（又は断熱性ギャップ）は、それぞれチャネル隣接領域（すなわち、突出部領域内）で約２ｍｍ及び約０．５ｍｍのチャネル軸８０方向の長さを有した。チャネル領域の外部（すなわち、突出部領域の外部）での第１及び第２断熱体の長さは、それぞれ約６ｍｍないし約３ｍｍ（位置に応じて）及び約１ｍｍであった。第１チャンバー１００は、約４ｍｍの直径を有する円筒形態を有した。第１温度ブレーキ１３０は、チャネル７０の全体の周りと接触する第１温度ブレーキ１３０の壁１３３と共に、約１ｍｍないし約５．５ｍｍの範囲のチャネル軸８０方向の長さ又は厚さを有した。チャネル軸の方向の収容口７３の深さは、約２．８ｍｍであった。チャネル７０は、テーパーされている円筒形態を有した。下端部（収容口内）で約１．５ｍｍの直径を有したチャネルの平均直径は、約２ｍｍであった。この装置で第１チャンバー、第１温度ブレーキ、収容口、及び第１及び第２断熱体を備えるすべての温度形状化要素は、チャネル軸に対して対称的に配置されている。
【０３４８】
この例において使用された鋳型ＤＮＡは、１ｎｇプラスミドＤＮＡであった。ＳＥＱ  ＩＤ  ＮＯｓ：１及び２で記載された配列を有した二つのプライマーが使用され、アンプリコンのサイズは、３７３ｂｐであった。第１、第２、及び第３熱源の温度は、それぞれ９８℃、７０℃、及び５４℃に設定された。
【０３４９】
図７５Ａ〜図７５Ｅは、チャネル軸の方向の第１温度ブレーキの厚さが変化する際に得られた結果を示す。図７５Ａは、いかなる温度ブレーキも存在しないときに（すなわち、第１チャンバーのみあるとき）得られた結果を示す。図７５Ｂ〜図７５Ｅは、第１温度ブレーキの厚さが約１ｍｍ（図７５Ｂ）、約２ｍｍ（図７５Ｃ）、約４ｍｍ（図７５Ｄ）、及び約５．５ｍｍ（図７５Ｅ、すなわち、チャンバー構造無しでチャネルのみがある構造）であるときに得られた結果を示す。図示のように、第１温度ブレーキの厚さが増加されるにつれて、ＰＣＲ増幅速度は減少した。温度ブレーキがないとき（図７５Ａ）、最高の増幅速度が観測された。第１温度ブレーキが存在すれば、温度ブレーキがない構造（図７５Ａ）と比較して、増幅速度は減少した（図７５Ｂ〜図７５Ｅ）。図示のように、より厚い温度ブレーキは、「より強い温度ブレーキング」を付与することによって、より遅いＰＣＲ増幅を誘導する。チャンバー構造がない場合（図７５Ｅ）には、チャネルのみがある構造による極めて強い温度ブレーキングによっていかなる有意味なＰＣＲ増幅も観測出されなかった。
【０３５０】
図７６Ａ〜図７６Ｅは、１０度の重力傾斜角が導入された時に得られた結果を示す。重力傾斜角を除いては、他のすべての実験的条件は、図７５Ａ〜図７５Ｅに提示された結果のために使用されたものと同様である。図７６Ａは、温度ブレーキが存在しないときに（すなわち、第１チャンバーのみがあるとき）得られた結果を示す。図７６Ｂ〜図７６Ｅは、第１温度ブレーキの厚さが約１ｍｍ（図７６Ｂ）、約２ｍｍ（図７６Ｃ）、約４ｍｍ（図７６Ｄ）、及び約５．５ｍｍ（図７６Ｅ、すなわち、チャンバー構造無しでチャネルのみがあるる場合）であるときに得られた結果を示す。重力傾斜角が導入されない図７５Ａ〜図７５Ｅに示す結果と比較すると、ＰＣＲ増幅は、重力傾斜角の使用により加速された。はなはだしきは、チャンバー構造がない場合（すなわち、チャネル構造のみがある場合、図７６Ｅ）にも、重力傾斜角の導入は、約３０分の反応時間内に成功的なＰＣＲ増幅を可能にした。重力傾斜角がなしでは、チャンバー構造がない場合（図７５Ｅ）にいかなる有意味なＰＣＲ増幅も観測されなかった。
【０３５１】
この例の結果は、温度ブレーキ、チャンバー、及び重力傾斜角が相異なった応用にしたがって熱対流ＰＣＲの速度を調整又は制御するために使用されうる有用な構造的要素であることを立証する。チャンバー構造と重力傾斜角は、熱対流ＰＣＲを加速化するのに有用なことに対し、温度ブレーキ（自身の厚さを含んで）は、熱対流ＰＣＲを減速するのに有用であることが見出された。熱対流ＰＣＲの速度は、このような温度形状化要素のうち一つ又はそれ以上を使用することによって、所望のとおりに増減できるということが確認された。
【０３５２】
例７．構造的非対称性を有した装置を使用した熱対流ＰＣＲ
この例では、３つの類型の装置が使用された。使用された第１装置は、チャネル７０、第１チャンバー１００、第１温度ブレーキ１３０、収容口７３、貫通口７１、第２熱源３０の突出部３３、３４、及び第１熱源２０の突出部２３、２４を備える図１２Ａに示す構造を有する。図１２Ａに示すように、第１温度ブレーキ１３０は、第２熱源３０の上部に位置した第１チャンバー１００と共に、第２熱源３０の下部に位置した。チャネル軸の方向の第１温度ブレーキの厚さは、約１ｍｍであった。この装置で、第１チャンバー、第１温度ブレーキ、収容口、及び第１及び第２断熱体を備えるすべての温度形状化要素は、チャネル軸に対して対称的に配置されていた。
【０３５３】
使用された第２装置は、図２１Ａに示す構造を有する非対称収容口を有している。収容口の半分は、チャネル軸と向き合う他の半分と比較して、第１熱源でより深て第２熱源に隣接するように製作された。二反対側においての収容口の深さの差は、約０．２ｍｍ及び約０．４ｍｍに変化した。第２装置の他の構造は、第１装置の構造と同様である。
【０３５４】
使用された第３装置は、非対称的に作られた第１温度ブレーキを有している。この装置の第１温度ブレーキは、図２８Ａに示す構造を有するように形成されて、温度ブレーキの一方はチャネルと接触し、反対側はチャネルから離隔されていた。第１温度ブレーキに形成された貫通口は、約０．４ｍｍだけチャネルの直径より大きく作られており、約０．２ｍｍだけチャネル軸に対して中心を外れていた。チャネル軸の方向の第１温度ブレーキの厚さ及び位置を含む第３装置の他の構造は、第１装置の構造と同一であった。
【０３５５】
前記三つの装置において、チャネル軸８０方向の第１、第２、及び第３熱源の長さは、それぞれ約４ｍｍ、約６．５ｍｍ、及び約４ｍｍであった。第１及び第２断熱体（又は断熱性ギャップ）は、それぞれチャネル隣接領域（すなわち、突出部領域内）で約１ｍｍ及び約０．５ｍｍのチャネル軸８０方向の長さを有した。チャネル領域の外部（すなわち、突出部領域の外部）での第１及び第２断熱体の長さは、それぞれ約６ｍｍないし約３ｍｍ（位置に応じて）及び約１ｍｍであった。第１チャンバー１００は、約４ｍｍの直径を有した円筒形態を有した。第１温度ブレーキ１３０は、約１ｍｍのチャネル軸８０方向の長さ又は厚さを有した。チャネル軸の方向の収容口７３の深さは、約２．８ｍｍであった。チャネル７０は、テーパーされている円筒形態を有した。下端部（収容口内）で約１．５ｍｍの直径を有したチャネルの平均直径は、約２ｍｍであった。
【０３５６】
この例で使用された鋳型ＤＮＡは、１ｎｇプラスミドＤＮＡであった。ＳＥＱ  ＩＤ  ＮＯｓ：１及び２に記載された配列を有した二つのプライマーが使用されたし、アンプリコンのサイズは、３７３ｂｐであった。第１、第２、及び第３熱源の温度は、それぞれ９８℃、７０℃、及び５４℃に設定された。
【０３５７】
図７７は、すべての温度形状化要素がチャネル軸に対して対称的に配置された第１装置から得られた結果を示す。図示のように、弱い生成物バンドが２０分の反応時間に観測され、ほぼ飽和された強いバンドは、２５分以後に観測された。
【０３５８】
図７８Ａ〜図７８Ｂは、非対称的収容口構造を有する第２装置から得られた結果を示す。二反対側における収容口の深さの差は、図７８Ａでは、約０．２ｍｍ、図７８Ｂにおいては、約０．４ｍｍであった。図７８Ａ〜図７８Ｂに示すように、ＰＣＲ増幅は、対称装置から得られた結果（図７７）と比較してほぼ２倍速くなった（そして効率的である）。自明になった通り、収容口内の小さな水平非対称性は、熱対流ＰＣＲを劇的に加速化するのに十分であった。
【０３５９】
図７９は、非対称第１温度ブレーキを有した第３装置から得られた結果を示す。図７９に示すように、ＰＣＲ増幅は、対称装置から得られた結果（図７７）と比較して２倍以上速くなった（そして効率的である）。第２装置から得られた結果によれば、第１温度ブレーキ内の小さな水平非対称性は、熱対流ＰＣＲを劇的に加速化するのに十分であった。
【０３６０】
この例の結果は、非対称収容口、非対称温度ブレーキ、非対称チャンバー、非対称断熱体などのような非対称構造的要素が有用な構造的要素であることを立証する。このような非対称構造的要素は、熱対流ＰＣＲの速度を所望のとおりに変調（一般に増加）するために、単独に又は他の温度形状化要素との組み合わせて使用されうる。
【０３６１】
本明細書に言及されたすべての参考文献の開示（すべての特許及び科学文書を含む）は参照されて、本明細書に結合される。本発明は、その特定実施例を参照して詳細に記述されている。しかしながら、本発明の属する分野における通常の知識を有した者であれば、このような開示を考慮して本発明の思想及び範ちゅう内で変形及び改良が可能であることはもちろんである。
本発明のまた別の態様は、以下のとおりであってもよい。
〔１〕熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置であって、
（ａ）ＰＣＲを行うための反応容器を収容するように適応されたチャネルを加熱又は冷却し、上部面と下部面とを有する第１熱源と、
（ｂ）前記チャネルを加熱又は冷却し、上部面と前記第１熱源の上部面と向き合う下部面とを有する第２熱源と、
（ｃ）前記チャネルを加熱又は冷却し、上部面と前記第２熱源の上部面と向き合う下部面とを有する第３熱源であって、前記チャネルは、前記第１熱源と接触する下端部と前記第３熱源の上部面と接する貫通口により定義され、また前記下端部と前記貫通口との間の中心点がチャネル軸を形成し、前記チャネル軸を基準に前記チャネルが配置される、第３熱源と、
（ｄ）前記第２又は第３熱源の少なくとも一部内で前記チャネルの周囲に配置されたチャンバーのような少なくとも一つの温度形状化要素であって、前記チャンバーは、前記第２又は第３熱源及び前記チャネルの間に、前記第２又は第３熱源と前記チャネルとの間の熱伝逹を減少させるほど十分なチャネルギャップを有する、少なくとも一つの温度形状化要素と、
（ｅ）前記第１熱源内で前記チャネルを収容するように適応された収容口と
備えることを特徴とする熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔２〕前記装置は、前記第１熱源の上部面と前記第２熱源の下部面との間に位置した第１断熱体を備えることを特徴とする前記〔１〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔３〕前記装置は、前記第２熱源の上部面と前記第３熱源の下部面との間に位置した第２絶縁体を備えることを特徴とする前記〔１〕又は〔２〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔４〕前記チャネル軸の方向の前記第１断熱体の長さは、前記チャネル軸の方向の前記第２断熱体の長さより大きいことを特徴とする前記〔３〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔５〕前記第２熱源の長さは、前記チャネル軸の方向の前記第１熱源又は前記第３熱源の長さより大きいことを特徴とする前記〔１〕ないし〔４〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔６〕前記装置は、前記第２熱源又は前記第３熱源内に完全に位置した第１チャンバーを備えることを特徴とする前記〔１〕ないし〔５〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔７〕前記第１チャンバーは、前記第２熱源内に位置し、前記チャネル軸に沿って第１チャンバーの下端部と向き合う第１チャンバーの上端部を備えることを特徴とする前記〔６〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔８〕前記装置は、前記第２熱源に位置する第２チャンバーをさらに備えることを特徴とする前記〔７〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔９〕前記装置は、前記第２熱源に位置する第３チャンバーをさらに備えることを特徴とする前記〔８〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１０〕前記装置は、前記第３熱源に位置する第２チャンバーをさらに備えることを特徴とする前記〔７〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１１〕前記装置は、前記第３熱源に位置する第３チャンバーをさらに備えることを特徴とする前記〔８〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１２〕前記第１チャンバーは、前記第３熱源内に位置し、前記チャネル軸に沿って第１チャンバーの下端部と向き合う第１チャンバーの上端部を備えることを特徴とする前記〔６〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１３〕前記チャンバーは、前記チャネル軸の周囲に配置された少なくとも一個のチャンバー壁をさらに備えることを特徴とする前記〔７〕ないし〔１２〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１４〕前記チャンバーは、前記チャネル軸に沿って前記チャネルによりさらに定義されることを特徴とする前記〔１３〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１５〕前記チャンバー壁は、前記チャネル軸に対して本質的に平行に配置されることを特徴とする前記〔１３〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１６〕前記第１チャンバーの上端部と前記第１チャンバーの下端部のそれぞれは、前記チャネル軸に対して本質的に垂直をなすことを特徴とする前記〔１３〕ないし〔１５〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１７〕前記第１断熱体は、固体又は気体を含むことを特徴とする前記〔２〕ないし〔１６〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１８〕前記第２断熱体は、固体又は気体を含むことを特徴とする前記〔３〕ないし〔１７〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１９〕少なくとも一個のチャンバーは、固体又は気体を含むことを特徴とする前記〔６〕ないし〔１６〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔２０〕前記第１断熱体及び前記第２断熱体は、固体又は気体を含むことを特徴とする前記〔１９〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔２１〕前記気体は、空気であることを特徴とする前記〔１７〕ないし〔２０〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔２２〕前記チャネルは、前記チャネルの下端部から前記貫通口の上端部までの前記チャネル軸の方向の高さｈによりさらに定義されることを特徴とする前記〔１〕ないし〔２１〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔２３〕前記チャネルは、前記チャネル軸に本質的に垂直な第１方向に従う第１幅ｗ１によりさらに定義されることを特徴とする前記〔２２〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔２４〕前記チャネルは、前記第１方向と前記チャネル軸に対して本質的に垂直をなす第２幅ｗ２によりさらに定義されることを特徴とする前記〔２３〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔２５〕前記第１及び／又は第２幅（ｗ１及び／又はｗ２）は、前記チャネル軸に沿って前記上端部から前記下端部まで減少することを特徴とする前記〔２３〕又は〔２４〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔２６〕前記チャネルの前記第１及び第２幅（ｗ１又はｗ２）は、約０度ないし約１５度のテーパー角（θ）により定義されることを特徴とする前記〔２５〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔２７〕前記第１及び／又は第２幅（ｗ１及び／又はｗ２）は、前記チャネル軸に沿って本質的に変わらないことを特徴とする前記〔２３〕又は〔２４〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔２８〕前記チャネルの下端部は、球形であるか、平らであるか、又は曲面形であることを特徴とする前記〔２２〕ないし〔２７〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔２９〕前記高さｈは、少なくとも約５ｍｍないし約２５ｍｍであることを特徴とする前記〔２２〕ないし〔２８〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔３０〕前記チャネル軸の方向の前記第１又は第２幅（ｗ１又はｗ２）の平均は、少なくとも約１ｍｍないし約５ｍｍであることを特徴とする前記〔２２〕ないし〔２９〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔３１〕前記第１又は第２幅（ｗ１又はｗ２）に対した前記高さｈの比率により定義された前記チャネルの垂直縦横比は、約４ないし約１５であることを特徴とする前記〔２４〕ないし〔３０〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔３２〕前記第２幅（ｗ２）に対した前記第１幅（ｗ１）の割合で定義される前記チャネルの水平の横縦比は、約１ないし約４であることを特徴とする前記〔２４〕ないし〔３１〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔３３〕前記チャネルの少なくとも一部は、前記チャネル軸に本質的に垂直な面に沿って水平形態を有することを特徴とする前記〔１〕ないし〔３２〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔３４〕前記水平形態は、少なくとも一つの反射又は回転対称要素を有することを特徴とする前記〔３３〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔３５〕前記水平形態は、前記面に沿って円形、ひし形、正方形、丸い正方形、楕円形、長斜方形、長方形、丸い長方形、卵形、半円形、台形、又は丸い台形であることを特徴とする前記〔３４〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔３６〕前記チャネル軸に垂直な前記面は、前記第１、第２、又は第３熱源内に存在することを特徴とする前記〔３３〕ないし〔３５〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔３７〕前記チャンバーの少なくとも一部は、前記チャネル軸に本質的に垂直な面に沿って水平形態を有することを特徴とする前記〔６〕ないし〔３６〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔３８〕前記水平形態は、少なくとも一つの反射又は回転対称要素を有することを特徴とする前記〔３７〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔３９〕前記水平形態は、前記面に沿って円形、ひし形、正方形、丸い正方形、楕円形、長斜方形、長方形、丸い長方形、卵形、半円形、台形、又は丸い台形であることを特徴とする前記〔３８〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔４０〕前記チャネル軸に垂直な前記面は、前記第２又は第３熱源内に存在することを特徴とする前記〔３７〕ないし〔３９〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔４１〕前記チャンバーは、前記チャネル軸に垂直な面に沿って前記チャネルを基準に本質的に対称的に配置されることを特徴とする前記〔６〕ないし〔４０〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔４２〕前記チャンバーの少なくとも一部は、前記チャネル軸に垂直な面に沿って前記チャネルを基準に非対称的に配置されることを特徴とする前記〔６〕ないし〔４０〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔４３〕前記チャネルの少なくとも一部は、前記チャネル軸に垂直な面に沿って前記チャンバー内に位置することを特徴とする前記〔４１〕又は〔４２〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔４４〕前記チャネルの少なくとも一部は、前記チャネル軸に垂直な面に沿って前記チャンバー壁に接触することを特徴とする前記〔４２〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔４５〕前記チャネルの少なくとも一部は、前記チャネル軸に垂直な面に沿って前記チャンバーの外部に位置し、前記第２又は第３熱源と接触することを特徴とする前記〔４２〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔４６〕前記チャネル軸に垂直な前記面は、前記第２又は第３熱源内に存在することを特徴とする前記〔４１〕ないし〔４５〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔４７〕前記チャンバーの少なくとも一部は、前記チャネル軸に沿ってテーパーされていることを特徴とする前記〔４１〕ないし〔４６〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔４８〕前記チャンバーの少なくとも一部は、前記第２熱源内に位置し、前記第１熱源より前記第３熱源に向かってより大きな前記チャネル軸に垂直な幅（ｗ）を有することを特徴とする前記〔４７〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔４９〕前記チャンバーの少なくとも一部は、前記第２熱源内に位置し、前記第３熱源より前記第１熱源に向かってより大きな前記チャネル軸に垂直な幅（ｗ）を有することを特徴とする前記〔４７〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔５０〕前記装置は、前記第２熱源内に位置する前記第１チャンバー及び前記第２チャンバーを備え、前記第１チャンバーは、前記第２チャンバーの幅（ｗ）と相異なった前記チャネル軸に垂直な幅（ｗ）を有することを特徴とする前記〔４１〕ないし〔４６〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔５１〕前記第１チャンバーは、前記第１熱源と向き合うことを特徴とする前記〔５０〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔５２〕前記収容口は、前記チャネル軸を基準に対称的に配置されることを特徴とする前記〔１〕ないし〔５１〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔５３〕前記収容口は、前記チャネルの幅（ｗ１又はｗ２）とほぼ同じ前記チャネル軸に垂直な幅を有することを特徴とする前記〔５２〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔５４〕前記収容口は、前記チャネルの幅（ｗ１又はｗ２）より約０．０１ｍｍないし約０．２ｍｍ大きな前記チャネル軸に対して垂直な幅を有することを特徴とする前記〔５２〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔５５〕前記装置は、前記第２熱源内に位置する前記第１チャンバー及び前記第２チャンバーを備え、前記第１チャンバーは、前記第２チャンバーから前記チャネル軸の方向の長さ（ｌ）だけ離隔していることを特徴とする前記〔６〕ないし〔５４〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔５６〕前記第１チャンバー、前記第２チャンバー、及び前記第２熱源は、前記第１熱源からの又は前記第３熱源への熱伝逹を減少させるほど十分な面積と厚さ（又は体積）で前記第１及び第２チャンバーの間で前記チャネルと接触する第１温度ブレーキを定義することを特徴とする前記〔５５〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔５７〕前記第１温度ブレーキは、上部面と下部面とを有することを特徴とする前記〔５６〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔５８〕前記長さ（ｌ）は、約０．１ｍｍないし前記チャネル軸の方向の前記第２熱源の高さの約８０％であることを特徴とする前記〔５７〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔５９〕前記第１チャンバーは、前記第２熱源内に位置し、前記第１チャンバー及び前記第１断熱体は、前記第１熱源からの熱伝逹を減少させるほど十分な面積と厚さ（又は体積）で前記第１チャンバー及び前記第１断熱体の間で前記チャネルと接触する第１温度ブレーキを定義することを特徴とする前記〔６〕ないし〔５４〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔６０〕前記第１温度ブレーキは、上部面と下部面とを有することを特徴とする前記〔５９〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔６１〕前記第１温度ブレーキの前記下部面は、前記第２熱源の前記下部面とほぼ同じ高さに位置することを特徴とする前記〔６０〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔６２〕前記第１チャンバーは、前記第１断熱体から前記チャネル軸の方向の長さ（ｌ）だけ離隔していることを特徴とする前記〔６１〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔６３〕前記長さ（ｌ）は、約０．１ｍｍないし前記チャネル軸の方向の前記第２熱源の高さの約８０％であることを特徴とする前記〔６２〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔６４〕前記装置は、前記第２熱源内に位置し前記第２熱源の上部面と接触する第３チャンバーをさらに備えることを特徴とする前記〔５６〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔６５〕前記第３チャンバー、前記第２チャンバー、及び前記第２熱源は、前記第３熱源への熱伝逹を減少させるほど十分な面積及び厚さ（又は体積）で前記第２及び第３チャンバーの間で前記チャネルと接触する第２温度ブレーキを定義することを特徴とする前記〔６４〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔６６〕前記第１及び第２温度ブレーキの厚さの合計は、前記チャネル軸の方向の前記第２熱源の高さの約８０％より小さなことを特徴とする前記〔６５〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔６７〕前記装置は、第１チャンバー、前記第１チャンバーと前記第１断熱体との間に位置する第１温度ブレーキ、及び前記第２熱源内で前記第１チャンバーと前記第２断熱体との間に位置する第２温度ブレーキを備え、
前記第１及び第２温度ブレーキのそれぞれは、前記第１熱源からの又は前記第３熱源への熱伝逹を減少させるほど十分な面積及び厚さ（又は体積）で前記チャネルと接触することを特徴とする前記〔６〕ないし〔５４〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔６８〕前記収容口は、前記チャネル軸に対して中心を外れていることを特徴とする前記〔６〕ないし〔６７〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔６９〕前記収容口は、約０．０２ｍｍないし約０．５ｍｍだけ中心を外れていることを特徴とする前記〔６８〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔７０〕前記収容口は、前記チャネルの幅（ｗ１又はｗ２）より大きな前記チャネル軸に垂直な幅を有することを特徴とする前記〔６８〕又は〔６９〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔７１〕前記収容口の幅（ｗ）は、前記チャネルの幅（ｗ１又はｗ２）より約０．０４ｍｍないし約１ｍｍ大きいことを特徴とする前記〔７０〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔７２〕前記装置は、前記第３熱源内に第２チャンバーをさらに備えることを特徴とする前記〔６〕ないし〔７１〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔７３〕前記第１チャンバー及び前記第２チャンバーのチャンバー壁は、ほぼ同じ軸上に位置することを特徴とする前記〔７２〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔７４〕前記装置は、前記第２熱源内に第３チャンバーをさらに備えることを特徴とする前記〔７２〕又は〔７３〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔７５〕前記第１、第２、及び第３チャンバーのチャンバー壁は、ほぼ同じ軸上に位置することを特徴とする前記〔７４〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔７６〕温度ブレーキは、前記第２熱源内で前記第１及び第３チャンバーの間に位置することを特徴とする前記〔７５〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔７７〕前記装置は、前記第１チャンバーと前記第２熱源の下部面との間に位置する温度ブレーキをさらに備えることを特徴とする前記〔７２〕又は〔７３〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔７８〕前記第１チャンバーは、前記第３熱源内に完全に位置することを特徴とする前記〔６〕ないし〔６７〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔７９〕前記第２熱源は、前記第２熱源から遠ざかって延びる少なくとも一つの突出部を備えることを特徴とする前記〔１〕ないし〔７８〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔８０〕前記第２熱源の突出部は、前記チャネル軸と本質的に平行であり、前記第１又は第３熱源に向かって延びることを特徴とする前記〔７９〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔８１〕前記第２熱源は、前記第１熱源に向かって延び、前記第１チャンバー又は前記チャネルの一部を定義する第１突出部を備えることを特徴とする前記〔７９〕又は〔８０〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔８２〕前記第２熱源の第１突出部は、前記第１断熱体及び前記第２熱源の一部を定義することを特徴とする前記〔８１〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔８３〕前記第２熱源の第１突出部は、前記チャンバー又は前記チャネルから前記第１断熱体を分離させることを特徴とする前記〔８１〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔８４〕前記第２熱源は、前記第３熱源に向かって延び、前記チャンバー又は前記チャネルの一部を定義する第２突出部をさらに備えることを特徴とする前記〔８１〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔８５〕前記第２熱源の第２突出部は、前記第２熱源及び前記第２断熱体の一部を定義することを特徴とする前記〔８４〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔８６〕前記第２熱源の第２突出部は、前記チャンバー又は前記チャネルから前記第２断熱体を分離させることを特徴とする前記〔８４〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔８７〕前記第１熱源は、前記第１熱源から遠ざかって延びる少なくとも一つの突出部を備えることを特徴とする前記〔１〕ないし〔８６〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔８８〕前記第１熱源の突出部は、前記チャネル軸と本質的に平行であり、前記第２熱源に向かったり前記第１熱源の下部面から遠ざかって延びることを特徴とする前記〔８７〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔８９〕前記第１熱源は、前記第２熱源に向かって延び、前記チャネルの一部を定義する第１突出部を備えることを特徴とする前記〔８７〕又は〔８８〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔９０〕前記第１熱源の第１突出部は、前記第１熱源及び前記第１断熱体の一部を定義することを特徴とする前記〔８９〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔９１〕前記第１熱源の第１突出部は、前記チャネルから前記第１断熱体を分離させることを特徴とする前記〔８９〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔９２〕前記第１断熱体は、少なくとも前記第１熱源、前記第１熱源の第１突出部、前記第２熱源の第１突出部、及び前記第２熱源により定義される第１断熱体チャンバーを備えることを特徴とする前記〔８９〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔９３〕前記第３熱源は、前記第３熱源から遠ざかって延びる少なくとも一つの突出部を備えることを特徴とする前記〔１〕ないし〔９２〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔９４〕前記第３熱源の突出部は、前記チャネル軸と本質的に平行であり、前記第２熱源に向かって又は前記第３熱源の上部面から遠ざかって延びることを特徴とする前記〔９３〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔９５〕前記第３熱源は、前記第２熱源に向かって延び、前記チャンバー又は前記チャネルの一部を定義する第１突出部を備えることを特徴とする前記〔９３〕又は〔９４〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔９６〕前記第３熱源の第１突出部は、前記第２断熱体及び前記第３熱源の一部を定義することを特徴とする前記〔９５〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔９７〕前記第３熱源の第１突出部は、前記チャネル又は前記チャンバーから前記第２断熱体を分離させることを特徴とする前記〔９５〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔９８〕前記第２断熱体は、少なくとも前記第３熱源、前記第３熱源の第１突出部、前記第２熱源の第２突出部、及び前記第２熱源により定義される第２断熱体チャンバーを備えることを特徴とする前記〔９５〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔９９〕前記装置は、前記チャネル軸が重力方向に対して傾斜するように適用されることを特徴とする前記〔１〕ないし〔９８〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１００〕前記チャネル軸は、前記第１、第２、及び第３熱源のうち何れか一つの上部面又は下部面に垂直で、前記装置は、傾斜していることを特徴とする前記〔９９〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１０１〕前記チャネル軸は、前記第１、第２、及び第３熱源のうち何れか一つの上部面又は下部面に垂直な方向から傾斜していることを特徴とする前記〔９９〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１０２〕前記傾斜は、前記チャネル軸と前記重力方向の間の角度（θｇ）により定義され、前記傾斜角は、約２度ないし約６０度の範囲であることを特徴とする前記〔９９〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１０３〕前記収容口は、前記第１熱源から前記チャネルへの水平的に不均一な熱伝逹を発生させるほど十分に前記チャネル軸を基準に非対称的に配置されることを特徴とする前記〔１〕ないし〔１０２〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１０４〕前記収容口は、（約０．０２ｍｍないし約０．５ｍｍだけ）前記チャネル軸に対して中心を外れた収容口ギャップを備えることを特徴とする前記〔１０３〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１０５〕前記収容口の少なくとも一部は、前記チャネルの幅（ｗ１又はｗ２）より大きな前記チャネル軸に垂直な幅を有することを特徴とする前記〔１０４〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１０６〕前記収容口の幅（ｗ）は、前記チャネルの幅（ｗ１又はｗ２）より約０．０４ｍｍないし約１ｍｍ大きいことを特徴とする前記〔１０５〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１０７〕前記装置は、前記チャネル軸の方向に一方側において他方側より大きな深さを有する前記収容口を備えることを特徴とする前記〔１０３〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１０８〕前記第１熱源は、前記第２熱源の下部面に向かって延び、前記チャネル軸の方向に一方側において他方側より高い高さを有する第１突出部を備えることを特徴とする前記〔１０７〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１０９〕前記第２熱源は、前記チャネルの周囲の領域から前記チャネル軸の方向に一定の高さを有することを特徴とする前記〔１０７〕又は〔１０８〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１１０〕前記第２熱源は、前記チャネル周囲の領域において一方側において他方側より前記チャネル軸の方向に沿ってより高い高さを有することを特徴とする前記〔１０７〕又は〔１０８〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１１１〕前記収容口の上端部は、前記チャネル軸の方向に一方側において他方側より前記第２熱源の下部面により隣接したことを特徴とする前記〔１０９〕又は〔１１０〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１１２〕前記収容口の上端部は、前記チャネル軸の方向に前記第２熱源の下部面から一定の高さに位置することを特徴とする前記〔１１０〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１１３〕前記チャンバーの少なくとも一部は、前記第２又は第３熱源から前記チャネルへの水平的に不均一な熱伝逹を発生させるほど十分に前記チャネル軸を基準に非対称的に配置されることを特徴とする前記〔６〕ないし〔１１２〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１１４〕前記第１チャンバーは、前記第２熱源内に位置し、前記第２熱源から前記チャネルへの水平的に不均一な熱伝逹を発生させるほど十分に前記チャネル軸の方向に一方側において他方側より高い高さを有することを特徴とする前記〔１１３〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１１５〕前記収容口は、前記チャネル軸の方向に前記チャネルの周囲に一定の深さを有することを特徴とする前記〔１１４〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１１６〕前記収容口の上端部は、前記チャネル軸の方向に一方側において他方側より前記第２熱源の下部面により隣接したことを特徴とする前記〔１１５〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１１７〕前記収容口は、前記チャネル軸の方向に一方側において他方側より大きな深さを有することを特徴とする前記〔１１４〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１１８〕前記収容口の上端部は、前記チャネル軸の方向に一方側において他方側より前記第２熱源の下部面により隣接したことを特徴とする前記〔１１７〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１１９〕前記収容口の上端部は、前記チャネル軸の方向に前記第２熱源の下部面から一定の高さに位置することを特徴とする前記〔１１７〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１２０〕前記第２熱源は、前記第１熱源の上部面に向かって延び、前記チャネル軸の方向に一方側において他方側より高い高さを有する第１突出部を備えることを特徴とする前記〔１１４〕ないし〔１１９〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１２１〕前記第２熱源は、前記第３熱源の下部面に向かって延び、前記チャネル軸の方向に一方側において他方側より高い高さを選択的に有する第２突出部を備えることを特徴とする前記〔１１４〕ないし〔１２０〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１２２〕前記装置は、前記第２熱源内に位置し、それぞれ反対方向に沿って前記チャネル軸から中心を外れている第１チャンバー及び第２チャンバーを備えることを特徴とする前記〔１１３〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１２３〕前記第１チャンバーの上端部は、前記第２チャンバーの下端部と本質的に同じ高さに位置することを特徴とする前記〔１２２〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１２４〕少なくとも一個のチャンバーの前記チャンバー壁は、前記チャネル軸に対して傾斜していることを特徴とする前記〔１１３〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１２５〕前記傾斜角は、約２度ないし約３０度の範囲であることを特徴とする前記〔１２４〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１２６〕前記第２熱源内のチャンバーの少なくとも一つは、前記第２熱源から前記チャネルへの水平的に不均一な熱伝逹を発生させるほど十分に一方側において他方側より高く配置されるチャンバー壁を有することを特徴とする前記〔１１３〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１２７〕前記第１及び第２チャンバーは、前記第２熱源内に位置し前記チャネル軸を基準に対称的に配置されていることを特徴とする前記〔６〕ないし〔１１２〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１２８〕前記第１チャンバーは、前記第２チャンバーから前記チャネル軸の方向に長さ（ｌ）だけ離隔していることを特徴とする前記〔１２７〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１２９〕前記装置は、前記第１及び第２チャンバーの間の長さ（ｌ）上において前記チャネルと接触する前記第２熱源の一部をさらに備え、前記接触は、前記第１熱源からの又は前記第３熱源への熱伝逹を減少させるほど十分な温度ブレーキとして機能することを特徴とする前記〔１２７〕又は〔１２８〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１３０〕前記温度ブレーキは、前記第１及び第２チャンバーの間の長さ（ｌ）上において前記チャネルの一方と接触し、前記チャネルの他方側は、前記第２熱源から離隔していることを特徴とする前記〔１２９〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１３１〕前記チャンバーの少なくとも一部は、前記チャネル軸に対して約０．１ｍｍないし約３ｍｍだけ中心を外れていることを特徴とする前記〔１１３〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１３２〕前記チャンバーの少なくとも一部は、前記チャネル軸に垂直な方向に沿って一方側において他方側より大きなチャンバーギャップを有することを特徴とする前記〔１３１〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１３３〕前記装置は、前記チャネルと接触する前記第２熱源の一部をさらに備え、前記接触は、前記第１熱源からの又は前記第３熱源への熱伝逹を減少させるほど十分な温度ブレーキとして機能することを特徴とする前記〔１３１〕又は〔１３２〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１３４〕前記温度ブレーキは、一方側において前記チャネルと接触し、他方側は、前記第２熱源から離隔していることを特徴とする前記〔１３３〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１３５〕前記温度ブレーキは、前記第２熱源内で前記チャネルの一方側の全体高さと接することを特徴とする前記〔１３４〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１３６〕前記温度ブレーキは、前記第２熱源内で前記チャネルの高さの一部と接触することを特徴とする前記〔１３３〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１３７〕前記装置は、前記第２熱源内に位置する第１チャンバー及び第２チャンバーを備え、前記第１チャンバーは、前記チャネル軸の方向に前記第２チャンバーから長さ（ｌ）だけ離隔していることを特徴とする前記〔１３６〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１３８〕前記温度ブレーキは、前記第１及び第２チャンバーの間の長さ（ｌ）上において前記チャネルの全体周りと接触することを特徴とする前記〔１３７〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１３９〕前記第１チャンバー及び前記第２チャンバーは、同じ方向に沿って前記チャネル軸から中心を外れていることを特徴とする前記〔１３８〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１４０〕前記第１チャンバー及び前記第２チャンバーは、反対方向に沿って前記チャネル軸から中心を外れていることを特徴とする前記〔１３８〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１４１〕前記温度ブレーキは、前記第１及び第２チャンバーの間の長さ（ｌ）上において前記チャネルの一方と接触し、前記チャネルの他方側は、前記第２熱源から離隔していることを特徴とする前記〔１３７〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１４２〕前記第１チャンバーの上端部は、前記第２チャンバーの下端部と本質的に同じ高さに位置し、前記温度ブレーキは、前記第１又は第２チャンバー内の一方側において前記チャネルと接触し、前記チャネルの他方側は、前記第２熱源から離隔していることを特徴とする前記〔１３６〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１４３〕前記第１チャンバーと前記第２チャンバーとは、同じ方向に沿って前記チャネル軸から中心を外れていることを特徴とする前記〔１３７〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１４４〕前記第１チャンバーと前記第２チャンバーとは、反対方向に沿って前記チャネル軸から中心を外れていることを特徴とする前記〔１３７〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１４５〕前記温度ブレーキは、前記第１及び第２チャンバーの間の長さ（ｌ）上において前記チャネルの一方と接触し、前記チャネルの他方側は、前記第２熱源から離隔していることを特徴とする前記〔１４３〕又は〔１４４〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１４６〕前記装置は、前記第１チャンバー内の一方側において前記チャネルと接触する第１温度ブレーキを備え、他方側は、前記第２熱源から離隔していることを特徴とする前記〔１２２〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１４７〕前記装置は、前記第２チャンバー内の一方側において前記チャネルと接触する第２温度ブレーキをさらに備え、他方側は、前記第２熱源から離隔していることを特徴とする前記〔１４６〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１４８〕前記第１温度ブレーキの上端部は、前記第２温度ブレーキの下端部と本質的に同じ高さに位置することを特徴とする前記〔１４７〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１４９〕前記第１温度ブレーキの上端部は、前記第２温度ブレーキの下端部より高く位置することを特徴とする前記〔１４７〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１５０〕前記第１温度ブレーキの上端部は、前記第２温度ブレーキの下端部より低く位置することを特徴とする前記〔１４７〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１５１〕前記第１チャンバーの上端部と前記第２チャンバーの下端部とは、前記チャネル軸に垂直な方向に対してそれぞれ傾斜していることを特徴とする前記〔１３７〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１５２〕前記温度ブレーキは、前記第１チャンバーと前記第２チャンバーとの間で、そして一方側において他方側より高い位置で、前記チャネルの全体周りと接触することを特徴とする前記〔１５１〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１５３〕前記第１チャンバーと前記第２チャンバーとは、前記チャネル軸に対してそれぞれ傾斜していることを特徴とする前記〔１３７〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１５４〕前記第１チャンバーの下端部と前記第２チャンバーの上端部とは、それぞれが前記チャネル軸に本質的に垂直であることを特徴とする前記〔１５３〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１５５〕前記温度ブレーキは、前記第１チャンバーと前記第２チャンバーとの間の前記チャネルの全体周りと接触することを特徴とする前記〔１５４〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１５６〕前記第１チャンバーの下端部と前記第２チャンバーの上端部とは、それぞれ前記チャネル軸に垂直な方向に対して傾斜していることを特徴とする前記〔１５３〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１５７〕前記温度ブレーキは、前記第１チャンバーと前記第２チャンバーとの間で、そして一方側において他方側より高い位置で、前記チャネルの全体周りと接触することを特徴とする前記〔１５６〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１５８〕前記第１熱源、前記第２熱源、及び前記第３熱源のそれぞれは、少なくとも一つの固定要素を備えることを特徴とする前記〔３〕ないし〔１５７〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１５９〕前記第１断熱体及び第２断熱体のそれぞれは、少なくとも一つの固定要素を備えることを特徴とする前記〔１５８〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１６０〕前記装置は、前記第１熱源、第２熱源、第３熱源、第１断熱体、及び第２断熱体を取り囲む第１ハウジング要素を備えることを特徴とする前記〔１５８〕又は〔１５９〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１６１〕前記装置は、前記第１ハウジング要素を取り囲む第２ハウジング要素をさらに備えることを特徴とする前記〔１６０〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１６２〕前記固定要素は、前記第１熱源、第２熱源、第３熱源、第１断熱体、及び第２断熱体を互いに又は前記第１ハウジング要素に固定させるように適応されることを特徴とする前記〔１６０〕又は〔１６１〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１６３〕前記固定要素のうち、少なくとも一つは、前記第１熱源、第２熱源、第３熱源、第１断熱体、及び第２断熱体のうち、少なくとも一つ、好ましくは、すべての外部領域に位置することを特徴とする前記〔１６２〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１６４〕前記固定要素のうち、少なくとも一つは、前記第１熱源、第２熱源、第３熱源、第１断熱体、及び第２断熱体のうち、少なくとも一つ、好ましくは、すべての内部領域に位置することを特徴とする前記〔１６２〕又は〔１６３〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１６５〕前記第１熱源、第１断熱体、第２熱源、第２断熱体、及び第３熱源のうち、少なくとも一つは、少なくとも一つのウィング構造を含むことを特徴とする前記〔１５８〕ないし〔１６４〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１６６〕前記ウィング構造は、第１、第２、第３、及び第４ウィング構造を含むことを特徴とする前記〔１６５〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１６７〕前記第３熱源は、前記ウィング構造を含むことを特徴とする前記〔１６５〕又は〔１６６〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１６８〕前記ウィング構造は、前記第１、第２、及び第３熱源と前記第１ハウジング要素との間の第３断熱体を定義することを特徴とする前記〔１６５〕ないし〔１６７〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１６９〕前記第１及び第２ウィング構造は、前記第３断熱体の第１部分を定義することを特徴とする前記〔１６８〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１７０〕前記第２及び第３ウィング構造は、前記第３断熱体の第２部分を定義することを特徴とする前記〔１６９〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１７１〕前記第３及び第４ウィング構造は、前記第３断熱体の第３部分を定義することを特徴とする前記〔１７０〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１７２〕前記第４及び第１ウィング構造は、前記第３断熱体の第４部分を定義することを特徴とする前記〔１７１〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１７３〕前記第３断熱体の第１、第２、第３、及び第４部分のそれぞれは、前記第１ハウジング要素によりさらに定義されることを特徴とする前記〔１６９〕ないし〔１７２〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１７４〕前記第１熱源の下部と前記第１ハウジング要素とは、第４断熱体を定義することを特徴とする前記〔１７３〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１７５〕前記装置は、前記第１ハウジング要素及び前記第２ハウジング要素により定義される第５断熱体及び／又は第６断熱体をさらに備えることを特徴とする前記〔１７４〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１７６〕前記第１、第２、及び第３熱源のそれぞれは、少なくとも一つの加熱及び／又は冷却要素を備えることを特徴とする前記〔１５８〕ないし〔１７５〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１７７〕前記第１、第２、及び第３熱源のそれぞれは、温度センサをさらに備えることを特徴とする前記〔１７６〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１７８〕前記装置は、前記第１、第２、及び／又は第３熱源から熱を除去するための少なくとも一つのファン装置をさらに備えることを特徴とする前記〔１７７〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１７９〕前記装置は、前記第３熱源から熱を除去するために前記第３熱源の上部に位置する第１ファン装置を備えることを特徴とする前記〔１７８〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１８０〕前記装置は、前記第１熱源から熱を除去するために前記第１熱源の下部に位置する第２ファン装置をさらに備えることを特徴とする前記〔１７９〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１８１〕前記装置は、対流ＰＣＲを変調するように前記チャネルの内部に遠心力を生成するように適応されることを特徴とする前記〔１〕ないし〔１８０〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１８２〕前記装置は、回転軸を基準に前記熱源を回転させるために回転子に回転可能に装着された少なくとも前記第１、第２、及び第３熱源を備えることを特徴とする前記〔１８１〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１８３〕前記装置は、前記回転軸から前記チャネルの中心までの前記遠心回転の半径を定義する前記回転子に付着された回転腕を備えることを特徴とする前記〔１８２〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１８４〕前記回転軸は、重力の方向と本質的に平行であることを特徴とする前記〔１８２〕又は〔１８３〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１８５〕前記チャネル軸は、重力と前記遠心力により形成されたネット力の方向と本質的に平行であることを特徴とする前記〔１８２〕ないし〔１８４〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１８６〕前記チャネル軸は、重力と前記遠心力により形成されたネット力の方向に対して傾斜していることを特徴とする前記〔１８２〕ないし〔１８４〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１８７〕前記チャネル軸と前記ネット力の方向との間の傾斜角は、約２度ないし約６０度の範囲であることを特徴とする前記〔１８６〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１８８〕前記装置は、前記チャネル軸と前記ネット力との間の角度を制御するように適応された傾斜軸をさらに備えることを特徴とする前記〔１８５〕ないし〔１８７〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１８９〕前記回転軸は、前記第１、第２、及び第３熱源の外部に位置することを特徴とする前記〔１８２〕ないし〔１８８〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１９０〕前記回転軸は、前記第１、第２、及び第３熱源の中心に本質的に位置することを特徴とする前記〔１８２〕ないし〔１８８〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１９１〕前記装置は、前記回転軸に対して同心的に位置する複数のチャネルを備えることを特徴とする前記〔１９０〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１９２〕前記第１、第２、及び第３熱源は、円形形態を有することを特徴とする前記〔１９１〕に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔１９３〕遠心分離条件下に重合酵素連鎖反応（ＰＣＲ）を行うように適応されたＰＣＲ遠心分離機であって、前記〔１８１〕ないし〔１９２〕のうちの何れか１項に記載の装置を備えることを特徴とするＰＣＲ遠心分離機。
〔１９４〕熱対流により重合酵素連鎖反応（ＰＣＲ）を行うための方法であって、
（ａ）二本鎖核酸分子を変性させて一本鎖鋳型を形成するのに適した温度範囲に収容口を備える第１熱源を維持するステップと、
（ｂ）少なくとも一つのオリゴヌクレオチドプライマーを前記一本鎖鋳型にアニールするのに適した温度範囲に第３熱源を維持するステップと、
（ｃ）前記一本鎖鋳型に沿って前記プライマーの重合を助けるのに適した温度に第２熱源を維持するステップと、
（ｄ）プライマー伸長生成物を生成するのに十分な条件下で前記収容口と前記第３熱源との間に熱対流を生成するステップと
のうち、少なくとも一つを、好ましくは、すべてのステップを含むことを特徴とする熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
〔１９５〕前記方法は、水溶液内にある前記二本鎖核酸及びオリゴヌクレオチドプライマーを含む反応容器を提供するステップをさらに含むことを特徴とする前記〔１９４〕に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
〔１９６〕前記反応容器は、ＤＮＡ重合酵素をさらに含むことを特徴とする前記〔１９５〕に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
〔１９７〕前記ＤＮＡ重合酵素は、固定化されたＤＮＡ重合酵素であることを特徴とする前記〔１９６〕に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
〔１９８〕前記方法は、前記反応容器を前記収容口、及び前記第２又は第３熱源のうち、少なくとも一つの中に配置されたチャンバーのような少なくとも一つの温度形状化要素に接触させるステップをさらに含み、前記接触は、前記反応容器内で前記熱対流を助けるほど十分であることを特徴とする前記〔１９５〕ないし〔１９７〕のうちの何れか１項に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
〔１９９〕前記方法は、前記反応容器を前記第１及び第２熱源の間の第１断熱体及び前記第２及び第３熱源の間の第２断熱体に接触させるステップをさらに含むことを特徴とする前記〔１９８〕に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
〔２００〕前記第１、第２、及び第３熱源は、前記反応容器又はその中の水溶液より少なくとも約１０倍大きな熱伝導率を有することを特徴とする前記〔１９９〕に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
〔２０１〕前記第１及び第２断熱体は、前記反応容器又はその中の水溶液より少なくとも約５倍小さな熱伝導率を有し、前記第１及び第２断熱体の熱伝導率は、前記第１、第２、及び第３熱源間の熱伝逹を減少させるのに十分であることを特徴とする前記〔２００〕に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
〔２０２〕前記方法は、前記チャネル軸に対して本質的に対称的な前記反応容器内の流体流れを生成するステップをさらに含むことを特徴とする前記〔１９４〕ないし〔２０１〕のうちの何れか１項に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
〔２０３〕前記方法は、前記チャネル軸を基準に非対称である前記反応容器内の流体流れを生成するステップをさらに含むことを特徴とする前記〔１９４〕ないし〔２０１〕のうちの何れか１項に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
〔２０４〕少なくともステップ（ａ）ないし（ｃ）は、プライマー伸長生成物を生成するために、反応容器当たりの約１Ｗの電力より少ない電力を消費することを特徴とする前記〔１９５〕ないし〔２０３〕のうちの何れか１項に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
〔２０５〕前記方法を行うための前記電力は、バッテリーにより提供されることを特徴とする前記〔２０４〕に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
〔２０６〕前記ＰＣＲ伸長生成物は、約１５分ないし３０分内又はその以内に生成されることを特徴とする前記〔１９４〕ないし〔２０５〕のうちの何れか１項に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
〔２０７〕前記反応容器は、約５０マイクロリットルより少ない体積を有することを特徴とする前記〔１９５〕ないし〔２０６〕のうちの何れか１項に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
〔２０８〕前記反応容器は、約２０マイクロリットルより少ない体積を有することを特徴とする前記〔２０７〕に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
〔２０９〕前記方法は、ＰＣＲを行うことを助けるために、前記反応容器に遠心力を適用するステップをさらに含むことを特徴とする前記〔１９４〕ないし〔２０８〕のうちの何れか１項に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
〔２１０〕熱対流により重合酵素連鎖反応（ＰＣＲ）を行うための方法であって、前記方法は、プライマー伸長生成物を生成するのに十分な条件下で前記〔１〕ないし〔１９２〕のうちの何れか１項に記載の装置により収容される反応容器に、オリゴヌクレオチドプライマー、核酸鋳型、及び緩衝溶液を追加するステップを含むことを特徴とする熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
〔２１１〕前記方法は、前記反応容器にＤＮＡ重合酵素を追加するステップをさらに含むことを特徴とする前記〔２１０〕に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
〔２１２〕熱対流により重合酵素連鎖反応（ＰＣＲ）を行うための方法であって、前記方法は、前記〔１９３〕に記載のＰＣＲ遠心分離機により収容される反応容器にオリゴヌクレオチドプライマー、核酸鋳型、及び緩衝溶液を追加するステップと、プライマー伸長生成物を生成するのに十分な条件下で前記反応容器に遠心力を適用するステップとを含む熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
〔２１３〕前記方法は、前記反応容器にＤＮＡ重合酵素を追加するステップをさらに含むことを特徴とする前記〔２１２〕に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
〔２１４〕前記〔１〕ないし〔１９２〕のうちの何れか１項に記載の装置又は前記〔１９３〕に記載のＰＣＲ遠心分離器により収容されるように適応された反応容器であって、
前記反応容器は、上端部、下端部、外壁、及び内壁を有し、前記外壁の垂直横縦比が少なくとも約４ないし約１５の範囲であり、前記外壁の水平の横縦比が約１ないし約４の範囲であり、前記外壁のテーパー角（θ）が約０度ないし約１５度の範囲であることを特徴とする反応容器。
〔２１５〕前記外壁の上端部と下端部の中心点は、反応容器軸を定義することを特徴とする前記〔２１４〕に記載の反応容器。
〔２１６〕前記反応容器軸方向の前記反応容器の高さは、少なくとも約６ｍｍないし約３５ｍｍの範囲であることを特徴とする前記〔２１５〕に記載の反応容器。
〔２１７〕前記外壁の幅の平均は、約１ｍｍないし約５ｍｍの範囲であることを特徴とする前記〔２１６〕に記載の反応容器。
〔２１８〕前記内壁の幅の平均は、約０．５ｍｍないし約４．５ｍｍの範囲であることを特徴とする前記〔２１７〕に記載の反応容器。
〔２１９〕前記外壁と前記内壁とは、前記反応容器軸に沿って本質的に同じ垂直形態を有することを特徴とする前記〔２１５〕ないし〔２１８〕のうちの何れか１項に記載の反応容器。
〔２２０〕前記外壁及び前記内壁は、前記反応容器軸に垂直な断面に沿って本質的に同じ水平形態を有することを特徴とする前記〔２１９〕に記載の反応容器。
〔２２１〕前記外壁及び前記内壁は、前記反応容器軸に沿って相異なった垂直形態を有することを特徴とする前記〔２１５〕ないし〔２１８〕のうちの何れか１項に記載の反応容器。
〔２２２〕前記外壁及び前記内壁は、前記反応容器軸に垂直な断面に沿って相異なった水平形態を有することを特徴とする前記〔２２１〕に記載の反応容器。
〔２２３〕前記水平形態は、円形、ひし形、正方形、丸い正方形、楕円形、長斜方形、長方形、丸い長方形、卵形、三角形、丸め三角形、台形、丸い台形、又は楕円形長方形のうちの何れか一つ又はそれ以上であることを特徴とする前記〔２２０〕又は〔２２２〕に記載の反応容器。
〔２２４〕前記内壁は、前記反応容器軸に対して本質的に対称的に配置されることを特徴とする前記〔２１９〕ないし〔２２３〕のうちの何れか１項に記載の反応容器。
〔２２５〕前記反応容器壁の厚さは、約０．１ｍｍないし約０．５ｍｍの範囲であることを特徴とする前記〔２２４〕に記載の反応容器。
〔２２６〕前記反応容器壁の厚さは、前記反応容器軸に沿って本質的に変わらないことを特徴とする前記〔２２５〕に記載の反応容器。
〔２２７〕前記内壁は、前記反応容器軸に対して中心から外れるように配置されていることを特徴とする前記〔２１９〕ないし〔２２３〕のうちの何れか１項に記載の反応容器。
〔２２８〕前記反応容器壁の厚さは、約０．１ｍｍないし約１ｍｍの範囲であることを特徴とする前記〔２２７〕に記載の反応容器。
〔２２９〕前記反応容器壁の厚さは、一方側において少なくとも約０．０５ｍｍだけ他方側より薄いことを特徴とする前記〔２２８〕に記載の反応容器。
〔２３０〕前記下端部は、平らであるか、曲面形、又は球形であることを特徴とする前記〔２１４〕ないし〔２２９〕のうちの何れか１項に記載の反応容器。
〔２３１〕前記下端部は、前記反応容器軸に対して本質的に対称的に形成されたことを特徴とする前記〔２３０〕に記載の反応容器。
〔２３２〕前記下端部は、前記反応容器軸に対して非対称的に配置されることを特徴とする前記〔２３０〕に記載の反応容器。
〔２３３〕前記下端部は、詰まっていることを特徴とする前記〔２３０〕ないし〔２３２〕のうちの何れか１項に記載の反応容器。
〔２３４〕前記反応容器は、プラスチック、セラミック又はガラスからなるか、これらを含むことを特徴とする前記〔２１４〕ないし〔２３３〕のうちの何れか１項に記載の反応容器。
〔２３５〕固定化されたＤＮＡ重合酵素をさらに含むことを特徴とする前記〔２１４〕ないし〔２３４〕のうちの何れか１項に記載の反応容器。
〔２３６〕前記反応容器と密封接触するキャップをさらに備えることを特徴とする前記〔２１４〕ないし〔２３５〕のうちの何れか１項に記載の反応容器。
〔２３７〕前記キャップは、光学ポートを備えることを特徴とする前記〔２３６〕に記載の反応容器。
〔２３８〕前記反応容器の内壁と前記光学ポートの側面部分との間に開放された空間をさらに備えることを特徴とする前記〔２３７〕に記載の反応容器。
〔２３９〕少なくとも一つの光学検出装置をさらに備えることを特徴とする前記〔１〕ないし〔１９２〕のうちの何れか１項に記載の熱対流ＰＣＲを行うように適応された装置。
〔２４０〕前記〔１８１〕ないし〔１９２〕のうちの何れか１項に記載の装置は、少なくとも一つの光学検出装置をさらに備えることを特徴とする前記〔１９３〕に記載のＰＣＲ遠心分離機。
〔２４１〕少なくとも一つの光学検出装置を使用して前記プライマー伸長生成物をリアルタイムで検出するステップをさらに含むことを特徴とする前記〔１９４〕ないし〔２０９〕のうちの何れか１項に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
〔２４２〕少なくとも一つの光学検出装置を使用してプライマー伸長生成物をリアルタイムで検出するステップをさらに含む前記〔２１０〕ないし〔２１３〕のうちの何れか１項に記載の熱対流により重合酵素連鎖反応を行うための方法。
【図１】
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【図２Ａ】
0005940458.tif 000005
【図２Ｂ】
0005940458.tif 000006
【図２Ｃ】
0005940458.tif 000007
【図３Ａ】
0005940458.tif 000008
【図３Ｂ】
0005940458.tif 000009
【図４Ａ】
0005940458.tif 000010
【図４Ｂ】
0005940458.tif 000011
【図５Ａ−Ｄ】
0005940458.tif 000012
【図６Ａ−Ｊ】
0005940458.tif 000013
【図７Ａ−Ｉ】
0005940458.tif 000014
【図８Ａ−Ｐ】
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【図９Ａ】
0005940458.tif 000016
【図９Ｂ】
0005940458.tif 000017
【図１０Ａ】
0005940458.tif 000018
【図１０Ｂ】
0005940458.tif 000019
【図１０Ｃ】
0005940458.tif 000020
【図１０Ｄ】
0005940458.tif 000021
【図１０Ｅ】
0005940458.tif 000022
【図１０Ｆ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２２Ｄ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図２９Ｃ】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３０Ｄ】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３２Ａ】
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【図３２Ｂ】
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【図３２Ｃ】
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【図３２Ｄ】
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【図３３Ａ】
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【図３３Ｂ】
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【図３３Ｃ】
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【図３３Ｄ】
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【図３３Ｅ】
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【図３３Ｆ】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図３５Ａ】
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【図３５Ｂ】
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【図３５Ｃ】
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【図３５Ｄ】
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【図３６Ａ】
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【図３６Ｂ】
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【図３６Ｃ】
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【図３７Ａ】
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【図３７Ｂ】
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【図３７Ｃ】
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【図３８Ａ】
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【図３８Ｂ】
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【図３８Ｃ】
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【図３９】
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【図４０Ａ】
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【図４０Ｂ】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３Ａ】
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【図４３Ｂ】
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【図４４Ａ】
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【図４４Ｂ】
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【図４５Ａ】
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【図４５Ｂ】
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【図４６】
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【図４７Ａ】
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【図４７Ｂ】
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【図４８Ａ】
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【図４８Ｂ】
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【図４８Ｃ】
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【図４９Ａ】
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【図４９Ｂ】
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【図５０Ａ】
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【図５０Ｂ】
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【図５０Ｃ】
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【図５１Ａ−Ｄ】
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【図５２Ａ−Ｊ】
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【図５３Ａ】
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【図５３Ｂ】
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【図５３Ｃ】
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【図５４Ａ】
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【図５４Ｂ】
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【図５４Ｃ】
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【図５５】
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【図５６Ａ】
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【図５６Ｂ】
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【図５６Ｃ】
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【図５７Ａ】
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【図５７Ｂ】
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【図５７Ｃ】
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【図５８】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２Ａ−Ｅ】
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【図６３Ａ−Ｄ】
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【図６４Ａ−Ｂ】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８Ａ】
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【図６８Ｂ】
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【図７０Ａ−Ｄ】
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【図７１Ａ−Ｄ】
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【図７２Ａ−Ｄ】
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【図７３Ａ−Ｄ】
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【図７４Ａ−Ｆ】
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【図７５Ａ−Ｅ】
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【図７６Ａ−Ｅ】
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【図７７】
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【図７８Ａ】
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【図７８Ｂ】
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【図７９】
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【図８０Ａ】
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【図８０Ｂ】
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【図８１Ａ】
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【図８１Ｂ】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８５Ａ】
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【図８５Ｂ】
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【図８６】
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【図８７Ａ】
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【図８７Ｂ】
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【図８８】
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【図５９】
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【図６５】
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【図６９】
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【配列表】
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