(57)【要約】【課題】マイクロ化学チップの目的の化学反応部のみの温度を雰囲気温度とは異なる温度に局所的に調節し、目的以外の化学反応部は雰囲気温度にすること。【解決手段】第１の熱伝導体と、第１の温度測定手段と、第１の熱電素子と、第１の温度制御手段と、第２の熱伝導体と、第２の温度測定手段と、第２の熱電素子と、第２の温度制御手段と、熱交換手段とを有し、第１の熱伝導体の周囲が微小な隙間を介して第２の熱伝導体によって囲まれており、第１の熱伝導体を目的の温度に温度調節し、第２の熱伝導体を雰囲気温度に温度調節する。【選択図】        図１
2006064365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導率が大きい材料で構成された第１の熱伝導体と、
該第１の熱伝導体近傍に配置され、前記第１の熱伝導体の温度を測定する第１の温度測定手段と、
前記第１の熱伝導体に一方の面が熱伝導可能に接続された第１の熱電素子と、
前記第１の温度測定手段により測定された温度に基づいて前記第１の熱電素子に流す電流を制御する第１の温度制御手段と、
熱伝導率が大きい材料で構成された第２の熱伝導体と、
該第２の熱伝導体近傍に配置され、前記第２の熱伝導体の温度を測定する第２の温度測定手段と、
前記第２の熱伝導体に一方の面が熱伝導可能に接続された少なくとも１つ以上の第２の熱電素子と、
前記第２の温度測定手段により測定された温度に基づいて前記第２の熱電素子に流す電流を制御する第２の温度制御手段と、
前記第１の熱電素子および前記第２の熱電素子の他方の面と熱伝導可能に接合されて固定された熱交換手段とを有し、
前記第１の熱伝導体の周囲が微小な隙間を介して前記第２の熱伝導体によって囲まれている温度調節装置。
【請求項２】
前記第１の熱伝導体と、前記第１の熱電素子とがそれぞれ複数個あることを特徴とする請求項１に記載の温度調節装置。
【請求項３】
前記第１の温度測定手段が前記第１の熱伝導体の内部に設けられているか、または前記第２の温度測定手段が前記第２の熱伝導体の内部に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温度調節装置。
【請求項４】
雰囲気温度を測定する雰囲気温度測定手段を有し、前記第２の熱伝導体の温度を前記雰囲気温度測定手段によって測定した雰囲気温度と同一になるように調節することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の温度調節装置。
【請求項５】
熱伝導率が大きい材料で構成された第３の熱伝導体と、
該第３の熱伝導体近傍に配置され、前記第３の熱伝導体の温度を測定する第３の温度測定手段と、
前記第３の熱伝導体に一方の面が熱伝導可能に接続された第３の熱電素子と、
前記第３の温度測定手段により測定された温度に基づいて前記第３の熱電素子に流す電流を制御する第３の温度制御手段と、
熱伝導率が大きい材料で構成された第４の熱伝導体と、
該第４の熱伝導体近傍に配置され、前記第４の熱伝導体の温度を測定する第４の温度測定手段と、
前記第４の熱伝導体に一方の面が熱伝導可能に接続された少なくとも１つ以上の第４の熱電素子と、
前記第４の温度測定手段により測定された温度に基づいて前記第４の熱電素子に流す電流を制御する第４の温度制御手段と、
前記第３の熱電素子および前記第４の熱電素子の他方の面と熱伝導可能に接合されて固定された第２の熱交換手段とを有し、
前記第３の熱伝導体の周囲が微小な隙間を介して前記第４の熱伝導体によって囲まれており、前記第１の熱伝導体と前記第３の熱伝導体とが互いに対向し、前記第２の熱伝導体と、前記第４の熱伝導体とが互いに対向するように配置され、前記第１の熱伝導体と前記第３の熱伝導体とを同じ温度に温度調節し、前記第２の熱伝導体と前記第４の熱伝導体と
を同じ温度に温度調節することを特徴とする請求項１に記載の温度調節装置。
【請求項６】
前記第１の熱伝導体と、前記第１の熱電素子と、前記第３の熱伝導体と、前記第３の熱電素子とがそれぞれ複数個あることを特徴とする請求項５に記載の温度調節装置。
【請求項７】
雰囲気温度を測定する雰囲気温度測定手段を有し、前記第２の熱伝導体と前記第４の熱伝導体の両方の温度を前記雰囲気温度測定手段によって測定した雰囲気温度と同一になるように調節することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の温度調節装置。
【請求項８】
前記第１の温度測定手段が前記第１の熱伝導体の内部に設けられているか、前記第２の温度測定手段が前記第２の熱伝導体の内部に設けられているか、前記第３の温度測定手段が前記第３の熱伝導体の内部に設けられているか、または前記第４の温度測定手段が前記第４の熱伝導体の内部に設けられていることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の温度調節装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱電素子を用いて温度調節対象部材の局所的な領域の温度調節を行う温度調節装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱電素子は、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換することができるデバイスであるとともに、電気エネルギーを熱エネルギーに直接変換することができるデバイスである。熱電素子は、複数の熱電対により構成されている。熱電対は、ほぼ同じ長さの柱状をしたｐ型熱電半導体およびｎ型熱電半導体を、それらの両端部で対にしたものである。
【０００３】
一般的な熱電素子では、複数の熱電対が、そのｐ型熱電半導体とｎ型熱電半導体とが交互に規則的に並ぶように、平面的に配置されている。そして、そのように並べられた複数の熱電対は、電気的に直列に接続されている。熱電素子は、その両端の間に温度差が与えられると、ゼーベック効果により電圧を発生する。また、熱電素子に直流電流を流すと、ペルチェ効果により、熱電素子の一端では熱の吸収が起こり、他端では放熱（発熱）が起こる。
【０００４】
このように、熱電素子は、可逆の効果を併せ持っており、熱エネルギーと電気エネルギーの変換素子として応用されている。特に、熱電素子に流す電流の量や向き（極性）を制御することによって、熱電素子の一端の面の温度を正確に制御することができる。そのため、熱電素子は、温度調節装置として用いられ得る。
【０００５】
一方、このような熱電素子で局所的な温度調節が必要となる対象部材としては、例えばマイクロ化学チップが挙げられる。マイクロ化学チップには、ＤＮＡチップと呼ばれるＤＮＡ（ゲノム）解析用のチップ、タンパク質解析用のチップ、通常は実験室で行う様々な化学プロセスを数ｃｍ角の大きさのチップ上で行うマイクロＴＡＳ（Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）、ラボオンチップ（ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ）、またはマイクロリアクターなどと呼ばれるチップなどがある。本明細書では、チップ上またはチップ内部で何らかの化学プロセスを生じるものを全てマイクロ化学チップと呼ぶこととする。また、チップ上またはチップ内部において化学プロセスが生じる部分を化学反応部と呼ぶこととする。
【０００６】
化学反応部で生じる化学的変化には、例えば混合、反応、抽出、分離または濃縮などの様々な化学プロセスがある。そして、それぞれの化学プロセスに対して、例えば反応速度を高めたり、反応系を安定化または活性化させたり、反応効率を上げたりするためには、温度を最適な状態にする必要がある。
【０００７】
そのためにマイクロ化学チップ内の化学反応部に対して局所的に温度調節を行うことが可能な構成とする必要がある。従来より、局所的な温度調節を行う構成を有するマイクロ化学チップが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
図１４は、上記特許文献１に開示されたマイクロ化学チップの温度調節装置の構成を模式的に示す図である。図１４に示すように、マイクロ化学チップ３０１の化学反応部３０５の下側に、順番に熱伝導体１０１、熱電素子１０３、熱交換部材１０５が設けられ、それぞれ熱伝導可能に接続した構成を取っている。この構成によれば、熱電素子１０３によって、化学反応部３０５を加熱したり、冷却したり、あるいは温度調節を行うことによって、化学反応部３０５での反応速度を速めたり、反応を停止したり、反応を最適に制御し
たりすることができる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−４３０５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１に開示された従来技術では、熱伝導体１０１が熱伝導可能に接続されている領域１１０４は、熱電素子１０３によって温度調節されて周辺の雰囲気温度とは異なる所定の最適な温度に調節できるが、同時に領域１１０４の温度（熱）がマイクロ化学チップ３０１の部材を伝導して周りの領域１４０２の温度も周辺の雰囲気温度とは異なる温度分布を持ってしまう。
そのため、化学反応部３０５は周辺の雰囲気温度とは異なる所定の最適な温度が得られるが、同時に化学反応部３０４、３０６も周辺の雰囲気温度とは異なる温度（化学反応部３０５の温度と雰囲気温度の中間の温度）となる。
これは、化学反応部３０５のみを雰囲気温度と異なる所定の最適な温度に調節したい場合、化学反応部３０４、３０６も雰囲気温度とは異なる温度になってしまい、化学反応部３０５のみの個別の温度調節ができないという問題点が生じる。
【００１１】
〔発明の目的〕
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消して、マイクロ化学チップの目的の化学反応部のみの温度を加熱や冷却によって雰囲気温度とは異なる温度に局所的に調節し、目的以外の化学反応部は雰囲気温度にすることができる温度調節装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し目的を達成するために温度調節装置は、熱伝導率が大きい材料で構成された第１の熱伝導体と、第１の熱伝導体近傍に配置され、第１の熱伝導体の温度を測定する第１の温度測定手段と、第１の熱伝導体に一方の面が熱伝導可能に接続された第１の熱電素子と、第１の温度測定手段により測定された温度に基づいて第１の熱電素子に流す電流を制御する第１の温度制御手段と、熱伝導率が大きい材料で構成された第２の熱伝導体と、第２の熱伝導体近傍に配置され、第２の熱伝導体の温度を測定する第２の温度測定手段と、第２の熱伝導体に一方の面が熱伝導可能に接続された少なくとも１つ以上の第２の熱電素子と、第２の温度測定手段により測定された温度に基づいて第２の熱電素子に流す電流を制御する第２の温度制御手段と、第１の熱電素子および第２の熱電素子の他方の面と熱伝導可能に接合されて固定された熱交換手段とを有し、第１の熱伝導体の周囲が微小な隙間を介して第２の熱伝導体によって囲まれていることを特徴とする。
【００１３】
また温度調節装置は、第１の熱伝導体と、第１の熱電素子とがそれぞれ複数あることが好ましい。
【００１４】
また温度調節装置は、第１および第２の温度測定手段がそれぞれ第１および第２の熱伝導体の内部に設けられていることが好ましい。
【００１５】
また温度調節装置は、雰囲気温度を測定する雰囲気温度測定手段を有し、前記第２の熱伝導体の温度を前記雰囲気温度測定手段によって測定した雰囲気温度と同一になるように調節することが好ましい。
【００１６】
また温度調節装置は、熱伝導率が大きい材料で構成された第３の熱伝導体と、第３の熱伝導体近傍に配置され、第３の熱伝導体の温度を測定する第３の温度測定手段と、第３の熱伝導体に一方の面が熱伝導可能に接続された第３の熱電素子と、第３の温度測定手段に
より測定された温度に基づいて前記第３の熱電素子に流す電流を制御する第３の温度制御手段と、熱伝導率が大きい材料で構成された第４の熱伝導体と、第４の熱伝導体近傍に配置され、第４の熱伝導体の温度を測定する第４の温度測定手段と、第４の熱伝導体に一方の面が熱伝導可能に接続された少なくとも１つ以上の第４の熱電素子と、第４の温度測定手段により測定された温度に基づいて前記第４の熱電素子に流す電流を制御する第４の温度制御手段と、第３の熱電素子および前記第４の熱電素子の他方の面と熱伝導可能に接合されて固定された第２の熱交換手段とを有し、第３の熱伝導体の周囲が微小な隙間を介して第４の熱伝導体によって囲まれており、第１の熱伝導体と第３の熱伝導体とが互いに対向し、かつ第２の熱伝導体と、第４の熱伝導体とが互いに対向するように配置され、第１の熱伝導体と第３の熱伝導体とを同じ温度に温度調節し、第２の熱伝導体と第４の熱伝導体とを同じ温度に温度調節することが好ましい。
【００１７】
また温度調節装置は、第１の熱伝導体と第１の熱電素子と第３の熱伝導体と第３の熱電素子とがそれぞれ複数あることが好ましい。
【００１８】
また温度調節装置は、雰囲気温度を測定する雰囲気温度測定手段を有し、第２の熱伝導体と第４の熱伝導体の両方の温度を雰囲気温度測定手段によって測定した雰囲気温度と同一になるように調節することが好ましい。
【００１９】
また温度調節装置は、第１から第４の温度測定手段がそれぞれ第１から第４の熱伝導体の内部に設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明にかかる温度調節装置によれば、第１の熱伝導体および第１の熱伝導体を温度調節する第１の熱電素子によって、目的の化学反応部を雰囲気温度とは異なる温度に温度調節し、同時に第２の熱伝導体および第２の熱伝導体を温度調節する第２の熱電素子によって、目的の化学反応部の周辺領域を雰囲気温度に温度調節することができる。その結果、マイクロ化学チップの目的の化学反応部のみの温度を加熱や冷却によって雰囲気温度とは異なる温度に局所的に調節し、目的以外の化学反応部は雰囲気温度にすることができるという効果を持つ。特に、１ｍｍ角程度のような微小な領域のみを温度調節する場合に適している。
【００２１】
また本発明にかかる温度調節装置によれば、第１の熱伝導体と第２の熱伝導体とにそれぞれ対向するように設けられた第３の熱伝導体と第４の熱伝導体を設け、それぞれ第３の熱電素子と、第４の熱電素子とによって、第３の熱伝導体は第１の熱伝導体と同じ温度に、また第４の熱伝導体は第２の熱伝導体と同じ温度に温度調節することによって、第１の熱伝導体および第２の熱伝導体と、第３の熱伝導体および第４の熱伝導体とでマイクロ化学チップを上下で挟み込むようにして温度調節することができる。そのため、マイクロ化学チップの化学反応部は上下から同じ温度に温度調節され、マイクロ化学チップの厚さ方向の温度勾配が極力なくなるため、目的の化学反応部をより均一な温度に温度調節することができる効果を持つ。特にマイクロ化学チップが厚い場合や、１ｍｍよりも小さい微小な領域を温度調節する場合に適している。
【００２２】
さらに本発明にかかる温度調節装置によれば、複数の第１の熱伝導体および複数の第１の熱電素子、または複数の第１の熱伝導体および複数の第１の熱電素子と複数の第３の熱伝導体および複数の第３の熱電素子によって、複数の化学反応部を雰囲気温度とは異なる温度に温度調節することができるため、マイクロ化学チップの複数の化学反応部のみをそれぞれ個別の温度に温度調節することができる効果を持つ。
そのため、マイクロ化学チップの温度調節を必要とする領域のみを自由に温度調節することが可能となり、任意に温度調節が可能なマイクロ化学チップの集積化が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる温度調節装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の各実施の形態の説明において、他の実施の形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００２４】
〔第１の実施の形態〕            
図１の（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態にかかる温度調節装置の構成を模式的に示す平面図（ａ）および断面図（ｂ）である。また、図２は本発明の第１の実施の形態にかかる温度調節装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【００２５】
第１の実施の形態の温度調節装置１０６は、図１に示すように、第１の熱伝導体１０１、第２の熱伝導体１０２、第１の熱電素子１０３、第２の熱電素子１０４、熱交換手段１０５、および図２に示すように第１の熱伝導体１０１および第２の熱伝導体１０２にはそれぞれ第１の温度測定手段２０３、第２の温度測定手段２０４を備えている。
【００２６】
そして、図示されていないが、第１の温度測定手段２０３により測定された温度に基づいて第１の熱電素子１０３に流す電流を制御する第１の温度制御手段８０６と、第２の温度測定手段２０４により測定された温度に基づいて第２の熱電素子１０４に流す電流を制御する第２の温度制御手段９０６とを備えている。
【００２７】
第１の熱伝導体１０１および第２の熱伝導体１０２は、例えば銅やアルミニウム、窒化アルミニウムなどの材料、またはヒートパイプや熱伝導率に異方性がある材料などの熱伝導率が大きく、熱が非常に伝わりやすい材料で構成されている。熱伝導率が大きい材料とは例えば熱伝導率が１００〜４００Ｗ／ｍＫ程度の材料をさしている。
【００２８】
第１の熱伝導体１０１、第２の熱伝導体１０２の一方の面は、図３、４、５に示すマイクロ化学チップ３０１に熱伝導可能に接続されている。
【００２９】
図１、図２によれば、第１の熱伝導体１０１の他方の面は、第１の熱電素子１０３の一方の面に半田や熱伝導性接着剤などを介して熱伝導可能に接合されて固定されている。また、第２の熱伝導体１０２の他方の面も、第２の熱伝導体１０２の面積に応じて適当な数の第２の熱電素子１０４の一方の面に半田や熱伝導性接着剤などを介して熱伝導可能に接合されて固定されている。さらに熱交換手段１０５は、第１の熱電素子１０３および第２の熱電素子１０４の他方の面に半田や熱伝導性接着剤などを介して熱伝導可能に接合されて固定されている。
【００３０】
ここで、熱伝導可能とは、熱伝導性グリースや熱伝導性シートによる接続、または半田や熱伝導性接着剤による接合において、接続または接合により固定される面と面との熱抵抗が極めて小さいことを意味する。具体的には、熱抵抗率が１×１０−４ｍ２℃／Ｗ以下であるのが望ましい。
【００３１】
熱伝導性グリースは例えば、銅やアルミニウムなどの金属、あるいは窒化アルミニウムやアルミナやボロンナイトライドなどのセラミックスの微粒子（フィラー）などをシリコングリースなどに混ぜて熱伝導性を高めた熱伝導性グリースにより構成されている。また熱伝導性シートは例えば、上記微粒子（フィラー）を混ぜた厚さ方向に弾性を有するシリコン樹脂やシロキサン樹脂などの熱伝導性シートにより構成されている。また熱伝導性接着剤は例えば、エポキシ樹脂接着剤やシリコン樹脂接着剤に上記微粒子を混ぜたものを使用する。
【００３２】
ここで、本発明の最も特徴的な構造として、第１の熱伝導体１０１の周囲が微小な隙間を介して第２の熱伝導体１０２によって囲まれている構成とする。つまり、第２の熱伝導体１０２が第１の熱伝導体１０１の周囲全てを一周囲む形状となるようにする。
【００３３】
このとき、第１の熱伝導体１０１と第２の熱伝導体１０２のマイクロ化学チップ３０１と接続する各面は、マイクロ化学チップ３０１の接続する面に同時に両方の各面が接続する形状とする。一例としては、マイクロ化学チップ３０１が１つの平面を有する板状を有するとして、第１の熱伝導体と第２の熱伝導体のマイクロ化学チップ３０１と接続する面は、同一平面上に存在する構成とする。この構造による効果については図５の説明で後述する。
【００３４】
次に、第１の熱伝導体１０１、第２の熱伝導体１０２および第１の温度測定手段２０３、第２の温度測定手段２０４の一例について説明する。図２に示すように、本実施の形態では、第１の温度測定手段２０３は、第１の熱伝導体１０１に一体化して設けられている。同様に第２の温度測定手段２０４は、第２の熱伝導体１０２に一体化して設けられている。各熱伝導体と各温度測定手段を一体化させるため、各熱伝導体は穴部２０１、２０２を有しており、各温度測定手段は、各穴部内に挿入されている。
【００３５】
各温度測定手段のリード線２０５、２０６は、各穴部２０１、２０２から外部に引き出されている。そして、各穴部２０１、２０２は、熱伝導性接着剤などの充填により塞がれており、それによって第１の温度測定手段２０３および第２の温度測定手段２０４は、第１の熱伝導体１０１および第２の熱伝導体１０２に各々固定されている。このように、各温度測定手段が各熱伝導体に内蔵されていることによって、各温度測定手段が、図３、４、５で後述するマイクロ化学チップ３０１の対応する各化学反応部の近傍に接続されるので、各熱伝導体、つまりは各化学反応部の温度を精度良く測定することができる。ここで、各温度測定手段としては、例えばサーミスター、白金測温抵抗体（Ｐｔ１００Ω）または熱電対などの温度センサーを用いる。
【００３６】
また、これらの各熱伝導体は、各熱電素子とマイクロ化学チップ３０１との間に設けられており、かつ熱伝導性に優れるので、マイクロ化学チップ３０１の、各熱伝導体が接続されている部分、すなわち各化学反応部の温度分布のバラツキを少なくし、各化学反応部の温度を均一化する機能を有する。従って、各温度測定手段は各化学反応部の均一化した温度を測定することができる。    
【００３７】
なお、各温度測定手段を各熱伝導体と一体化させずに、各温度測定手段を各熱伝導体から独立させてもよい。この場合、各温度測定手段を、マイクロ化学チップ３０１の各化学反応部の近傍の面、例えばマイクロ化学チップ３０１の上面に設置してもよいし、マイクロ化学チップ３０１に内蔵する構成としてもよい。
【００３８】
つまり、各温度測定手段が各化学反応部の温度を測定することができれば、如何なる構成であってもよい。従って、各温度測定手段として、例えば非接触で温度を測定することができる放射温度計を設置してもよい。この場合、マイクロ化学チップ３０１から離れた位置で、各化学反応部の温度を測定することができる。
【００３９】
各温度測定手段で測定された温度に基づく信号は、図１、２には表されていないが、各温度制御手段に送られる（図８、９参照）。各温度制御手段は、各温度測定手段から送られてきた信号に基づいて、各温度測定手段での測定温度が目標値となるように、ＰＩＤ制御などにより各熱電素子に流す電流の制御を行う。各温度制御手段の構成については図８、９の説明で後述する。
【００４０】
次に、マイクロ化学チップ３０１の一例について説明する。図３は、本発明にかかる温度調節装置によって温度調節されるマイクロ化学チップ３０１の一例を示す斜視図である。ここでは、マイクロ化学チップ３０１の内部で、化学プロセスによって様々な分析や合成を行う概念的な例を示す。
【００４１】
マイクロ化学チップ３０１は、例えばガラス、樹脂、シリコン、セラミックス、半導体または金属などの材料で構成されており、薬液をマイクロ化学チップ内に入れる導入口３０２、薬液を搬送する搬送路３０３、様々な化学プロセスを行う化学反応部３０４、３０５、３０６、３０７、反応した薬液を回収する回収口３０８などを有している。
【００４２】
導入口３０２、搬送路３０３、化学反応部３０４、３０５、３０６、３０７、回収口３０８は、例えば機械加工、化学的エッチング、リソグラフィなどの微細加工法によって、マイクロ化学チップ３０１の内部または上部に作り込まれている。
【００４３】
マイクロ化学チップ３０１には、外部から薬液などが導入口３０２から導入される。そして、各化学反応部において、貯蔵、搬送、混合、反応、抽出、分離、濃縮、回収などの各種化学プロセスが行われる。各種化学プロセスにおいては、例えば安定に貯蔵したり、迅速に混合したり、活性化したり、反応速度を高めたり、反応効率を高めたり、反応を止めて安定化させるための最適な温度条件がある。
【００４４】
例えば、導入口３０２から導入された各薬液Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆが各搬送路３０３で運ばれて、化学反応部３０４で薬液ＡとＢが、化学反応部３０５で薬液ＣとＤが、化学反応部３０６で薬液ＥとＦが、それぞれ混合され反応する。そして化学反応部３０４、３０５、３０６で反応した薬液がさらに化学反応部３０７で混合され反応し、回収口３０８で回収される。
【００４５】
このとき、化学反応部３０５の最適な温度が３７℃であり、その他の化学反応部３０４、３０６、３０７の温度、および各搬送路３０３の温度は加温したくない場合、例えば酵素反応過程において、酵素は体内での反応を再現するために体温である３７℃で反応させ、酵素反応以外は雰囲気温度（室温）２５℃一定で反応させたい場合がある。
【００４６】
ここで、雰囲気温度とはマイクロ化学チップを使った実験を行う場合のマイクロ化学チップの周囲の温度とする。つまり、実験室で行う場合は実験室の空気の温度であり、恒温室や密閉された恒温領域であれば、その中の空気やガスの温度である。
【００４７】
このようなとき、雰囲気温度（室温）が２５℃の場合、化学反応部３０５の領域だけを３７℃に温度調節すると、化学反応部３０５を雰囲気温度２５℃とは異なる３７℃に温度調節する影響で熱が化学反応部３０５の周辺領域の化学反応部３０４、３０６、３０７、搬送路３０３に伝導してしまい、化学反応部３０５に近い領域から徐々に３７℃から２５℃の温度分布を有してしまう。つまり、２５℃にしたい化学反応部３０４、３０６、３０７、搬送路３０３の温度を２５℃にすることができない。
【００４８】
したがって、化学反応部３０５のみを３７℃にしたい場合、化学反応部３０５を３７℃に温度調節するのと同時に、化学反応部３０５に隣接した周辺領域の化学反応部３０４、３０６、３０７、搬送路３０３を２５℃に温度調節する必要が生じる。
【００４９】
このような、２つの温度調節を行うことによって化学反応部３０５のみを雰囲気温度と異なる温度にすることが可能になる。
【００５０】
図４は、図３に示すマイクロ化学チップ３０１の各化学反応部と温度調節装置１０６と
の対応関係を示す斜視図である。雰囲気温度と異なる温度に温度調節する化学反応部３０５の直下に第１の熱伝導体１０１が配置されるようにし、また雰囲気温度に温度調節する化学反応部３０４、３０６、３０７、搬送路３０３などの直下に第２の熱伝導体１０２が配置されるようにして、マイクロ化学チップ３０１と各熱伝導体とを熱伝導可能に接続させる。
【００５１】
そして、図示は省略するが、各温度測定手段も、各熱伝導体に一体化され、化学反応部３０５の温度と、化学反応部３０５の周辺領域である化学反応部３０４、３０６、３０７、搬送路３０３の温度とを測定できるようになっている。
【００５２】
図５は図１、２で説明した温度調節装置１０６にマイクロ化学チップ３０１を熱伝導可能に接続した断面図である。第１の熱伝導体１０１が化学反応部３０５直下に接続され、第２の熱伝導体１０２が化学反応部３０４、３０６の直下に接続されている。このとき、図では示されていないが、化学反応部３０７、搬送路３０３の直下にも第２の熱伝導体１０２が接続されている。
【００５３】
ここで、雰囲気温度とは異なる温度に第１の熱伝導体１０１を温度調節することによって、第１の熱伝導体１０１が熱伝導可能に接続された近傍領域５０１の温度も熱伝導体１０１の温度とほぼ同じ温度に温度調節される。このとき同時に第２の熱伝導体１０２を雰囲気温度に温度調節することによって、周辺領域５０２には第２の熱伝導体１０２が熱伝導可能に接続されているため、近傍領域５０１の温度から周辺領域５０２に伝わった熱が周辺領域５０２の直下でキャンセルされて、周辺領域５０２の温度は雰囲気温度に温度調節される。また周辺領域５０２よりも外側（近傍領域５０１から遠い側）は雰囲気温度の気体中にあるのでここも雰囲気温度に保たれる。
【００５４】
ここで、近傍領域５０１の温度調節されていない面は雰囲気温度の周囲空気に触れて熱が伝導するため、近傍領域５０１には多少の温度勾配が生じるが、マイクロ化学チップ３０１は通常薄い板状をしているため、その温度勾配はほとんど許容範囲内であり問題になることは非常に少ない。
【００５５】
以上のように、第１の熱伝導体１０１および第１の熱伝導体１０１を温度調節する第１の熱電素子１０３と、第２の熱伝導体１０２および第２の熱伝導体１０２を温度調節する第２の熱電素子１０４によって、化学反応部３０５のみを雰囲気温度とは異なる温度に温度調節することが可能になる。
【００５６】
次に、第１の熱電素子１０３および第２の熱電素子１０４の一例について説明する。本発明にかかる温度調節装置１０６を構成する第１の熱電素子１０３および第２の熱電素子は同様の構造を有しているため、第１の熱電素子１０３の一例について説明する。図６は第１の熱電素子１０３の一例を示す断面図である。図６に示す熱電素子１０３では、ｐ型熱電半導体６０１とｎ型熱電半導体６０２が交互に規則的になるように配置されている。そして、各々の熱電半導体６０１、６０２の両端は、その隣の熱電半導体６０２、６０１に配線電極６０３を介して接続されている。つまり、複数のｐ型熱電半導体６０１とｎ型熱電半導体６０２が交互に電気的に直列に接続されている。
【００５７】
そして、熱電半導体６０１、６０２の直列接続体の両端に位置する熱電半導体６０１、６０２は、それぞれ引き出し電極６０４に接続されている。各引き出し電極６０４には、リード線６０７が接続されている。このような構成の熱電半導体６０１、６０２の直列接続体は、一対の熱伝導板６０５、６０６に挟まれており、配線電極６０３および引き出し電極６０４は、熱伝導板６０５、６０６に接合されている。
【００５８】
これら熱伝導板６０５、６０６のうち、一端は温接点となり、他端は冷接点となる。熱電半導体６０１、６０２の直列接続体に流す電流の向きを変えることによって、熱伝導板６０５、６０６のいずれも温接点または冷接点になり得る。
【００５９】
一方の熱伝導板６０５側が冷接点となるように第１の熱電素子１０３に電流を流して、この熱伝導板６０５が接触している物体を冷却する場合、冷接点で吸収された熱と第１の熱電素子１０３を流れる電流によって生じたジュール熱は、温接点となるもう一方の熱伝導板６０６側に伝わる。そのため、温接点となる熱伝導板６０６側では、伝わってきた熱が放散され得る構造になっていないと、第１の熱電素子１０３に熱が溜まり、第１の熱電素子１０３の温度が上昇してしまう。その結果、冷接点側の温度が上昇してしまう。
【００６０】
また、第１の熱電素子１０３に逆向きの電流を流して、一方の熱伝導板６０５側を温接点とし、この熱伝導板６０５が接触している物体を加熱する場合、もう一方の熱伝導板６０６側は冷接点となる。そのため、冷接点となる熱伝導板６０６側で第１の熱電素子１０３に必要な熱を与える構造にして温度を保つようにしないと、第１の熱電素子１０３の温度が下がってしまう。その結果、加熱したい熱伝導板６０５側の温度が下がってしまう。
【００６１】
つまり、第１の熱電素子１０３の一方の端部を冷却したり加熱したりして温度調節を行うためには、第１の熱電素子１０３の他方の端部で十分に熱交換することができるヒートシンクのようなものが必要不可欠である。そのため、本実施の形態では、熱交換手段１０５が第１の熱電素子１０３に熱伝導性接着剤などで熱伝導可能に接合されている（図１参照）。熱交換手段１０５については図７の説明で後述する。
【００６２】
ここで、特に限定しないが、熱伝導板６０５、６０６の材料は、例えば窒化アルミニウムやアルミナなどの熱伝導の良いセラミックスである。また、ｐ型熱電半導体６０１の材料は、例えばＢｉＴｅＳｂからなる合金であり、ｎ型熱電半導体６０２の材料は、ＢｉＴｅＳｅからなる合金である。ただし、熱電材料としては、これらに制限されるものではなく、例えば他のＢｉＴｅ系など、用途に応じて様々な材料が用いられ得る。
【００６３】
過不足する熱を熱交換手段１０５により適切に交換することができる条件下では、第１の熱電素子１０３に流す電流を制御して逆転させたり、または調節することにより、第１の熱電素子１０３は、その一方の面をマイナス数十℃からプラス百数十℃の範囲内で一定の温度に保つことができる。また、ある程度の速さで温度を変化させることも可能である。そして、第１の熱電素子１０３の一方の面（各化学反応部に近い面）の温度を上述したようにして一定温度に保つ場合、プラスマイナス０．１℃程度の精度で調節することができるので、各化学反応部の温度を十分に高い精度で調節することができる。
【００６４】
なお、第１の熱電素子１０３は、図６に示す構成の他に、ｐ型熱電半導体６０１とｎ型熱電半導体６０２の間を樹脂などで充填し、熱伝導板６０５、６０６の一方または両方を省いた構成としてもよい。熱伝導板６０５、６０６を省いた場合には、例えば、配線電極６０３と第１の熱伝導体１０１との間、または配線電極６０３と熱交換手段１０５との間に絶縁層を設ければよい。また、複数の熱電素子を上下に重ね、それらを合わせて一つの第１の熱電素子１０３として用いることにより、より一層、調節可能な温度範囲が広がり、また温度調節の精度もより高くなる。
【００６５】
なお、第２の熱電素子１０４の構造は、第１の熱電素子１０３と同様な構造を有しているため、第２の熱電素子１０４の説明は省略する。
【００６６】
本実施の形態で用いられる各熱電素子の大きさは、数ｍｍ角程度、例えば１〜３ｍｍ角程度である。このような小さい熱電素子を製造するにあたっては、本出願人による特許第
３２２５０４９号公報に記載の製造方法を適用することができる。すなわち、特許第３２２５０４９号公報に記載の製造方法を適用することによって、１〜３ｍｍ角程度の大きさの熱電素子が得られるので、マイクロ化学チップ３０１の１〜３ｍｍ角程度の微小な化学反応部を局所的に加熱したり、冷却することができ、それによって微小な化学反応部を局所的に温度調節を行うことができる。
【００６７】
なお、第１の熱電素子１０３、および第１の熱電素子１０３の周囲を囲む形状（中央に穴が空いた形状）に作成した第２の熱電素子１０４の熱伝導板６０５（あるいは熱伝導板６０６）が各熱伝導体を兼ねる構成としてもよい。この場合、各温度測定手段を、各熱伝導体を兼ねる熱伝導板６０５（あるいは熱伝導板６０６）と一体化させてもよいし、各温度測定手段を熱伝導板６０５（あるいは熱伝導板６０６）から独立させてもよい。
【００６８】
次に、熱交換手段１０５の一例について説明する。図７（ａ）は、本発明にかかる温度調節装置１０６を構成する熱交換手段の第１の例を示す断面図である。図７（ａ）に示すように、熱交換手段１０５の第１の例は、フィン７０１を有するヒートシンクである。この場合、熱交換手段１０５は、フィン７０１を介して周囲の空気と熱交換を行う。なお、フィン７０１の他に、強制的に熱交換を行うためのファンを取り付けた構成としてもよい。この第１の例は、その構造が簡素でコンパクトであるので、温度調節範囲がそれほど広くない場合に適している。
【００６９】
図７（ｂ）は、本発明にかかる温度調節装置１０６を構成する熱交換手段の第２の例を示す断面図である。図７（ｂ）に示すように、熱交換手段１０５の第２の例は、配管７０３を介して恒温装置７０４に接続された液体漕７０２を備えており、液体漕７０２を流れる液体を用いて熱交換を行う構成となっている。この第２の例は、温度調節範囲が広く、特にマイナス数十℃に冷やす必要がある場合に有効である。
【００７０】
次に、第１の温度制御手段８０６の一例について説明する。図８は、本発明にかかる温度調節装置１０６を構成する第１の温度制御手段の制御システムを説明するためのブロック図である。図８に示すように、第１の温度制御手段８０６は、温度変換回路８０１、電流制御回路８０２、外部コンセント８０４を有する電源回路８０３、およびコンソール８０５を備えている。
【００７１】
図８において第１の温度測定手段２０３は、リード線２０５を介して温度変換回路８０１に接続されている。温度変換回路８０１は、第１の温度測定手段２０３の測定温度に基づいて第１の温度測定手段２０３から出力された電気的な信号を温度の情報に変換する。電流制御回路８０２は、温度変換回路８０１に接続されている。電流制御回路８０２は、第１の温度測定手段２０３の測定温度が予め設定された温度になるように、第１の温度測定手段２０３により測定された温度のフィードバック制御、例えば温度調節を行う際に一般的に用いられるＰＩＤ制御などによって、第１の熱電素子１０３に流す電流の向きや電流量の制御を行う。このような制御を行うことよって、第１の温度測定手段２０３の測定温度が設定温度に対してプラスマイナス０．１℃程度の温度範囲におさまるようにすることができる。
【００７２】
電源回路８０３は、外部コンセント８０４を介して外部より供給された商用電源電圧を所望の直流電圧などに変圧して、電流制御回路８０２に供給する。コンソール８０５は、電流制御回路８０２に接続されており、リアルタイムの温度、すなわち第１の温度測定手段２０３の測定温度と設定温度とを表示する表示部や、設定を変更するスイッチ等を有する。
【００７３】
次に、第２の温度制御手段９０６の一例について説明する。図９は、本発明にかかる温
度調節装置１０６を構成する第２の温度制御手段の制御システムを説明するためのブロック図である。図９に示すように、第２の温度制御手段９０６は、温度変換回路９０１、電流制御回路９０２、外部コンセント９０４を有する電源回路９０３、およびコンソール９０５を備えている。
【００７４】
図９において第２の温度測定手段２０４は、リード線２０６を介して温度変換回路９０１に接続されている。温度変換回路９０１は、第２の温度測定手段２０４の測定温度に基づいて第２の温度測定手段２０４から出力された電気的な信号を温度の情報に変換する。同様に、雰囲気温度を測定する雰囲気温度測定手段９０７はリード線９０８を介して温度変換回路９０１に接続されている。温度変換回路９０１は、雰囲気温度測定手段９０７の雰囲気の測定温度に基づいて雰囲気温度測定手段９０７から出力された電気的な信号も同時に温度の情報に変換する。電流制御回路９０２は、温度変換回路９０１に接続されている。電流制御回路９０２は、第２の温度測定手段２０４の測定温度が予め設定された雰囲気温度になるように、または雰囲気温度測定手段９０７の測定した雰囲気温度と同じになるように、フィードバック制御、例えば温度調節を行う際に一般的に用いられるＰＩＤ制御などによって、接続配線９０９によってつながれた第２の熱電素子１０４に流す電流の向きや電流量の制御を行う。このような制御を行うことによって、第２の温度測定手段２０４の測定温度が雰囲気温度に対してプラスマイナス０．１℃程度の温度範囲におさまるようにすることができる。
【００７５】
電源回路９０３は、外部コンセント９０４を介して外部より供給された商用電源電圧を所望の直流電圧などに変圧して、電流制御回路９０２に供給する。コンソール９０５は、電流制御回路９０２に接続されており、リアルタイムの温度、すなわち第２の温度測定手段２０４の測定温度と雰囲気温度測定手段９０７の雰囲気温度とを表示する表示部や、設定を変更するスイッチ等を有する。
【００７６】
図９に示す第２の温度制御手段９０６によって、雰囲気温度をあらかじめ予測して設定することで第２の熱伝導体１０２を予測された雰囲気温度に温度調節することも可能であるし、実際に測定した雰囲気温度と同じ温度に第２の熱伝導体１０２を温度調節することも可能である。また、雰囲気温度とは異なる温度に設定することで、雰囲気温度とは異なる温度に第２の熱伝導体１０２を温度調節することも可能である。
【００７７】
上述したように、第１の実施の形態によれば、第１の熱伝導体１０１および第１の熱伝導体を温度調節する第１の熱電素子１０３によって、化学反応部３０５を雰囲気温度とは異なる温度に温度調節し、同時に第２の熱伝導体１０２および第２の熱伝導体を温度調節する第２の熱電素子１０４によって、化学反応部３０５の周辺領域の化学反応部３０４、３０６、３０７、搬送路３０３を雰囲気温度に温度調節することができ、その結果化学反応部３０５のみを雰囲気温度とは異なる温度に温度調節することができる効果が得られる。
【００７８】
実際に本発明者らは、１ｍｍ×１ｍｍの大きさの各熱電素子に１ｍｍ×１ｍｍの大きさの第１の熱伝導体１０１と、１．２ｍｍ×１．２ｍｍの穴を開けた３．２ｍｍ×３．２ｍｍの大きさの第２の熱伝導体１０２とを接合し、第１の熱伝導体１０１と第２の熱伝導体１０２との隙間を０．１ｍｍとした温度調節装置１０６のサンプル装置を作成した。
【００７９】
そして、数ｃｍ角のマイクロ化学チップ３０１をサンプル装置に熱伝導可能に接続し、第１の熱伝導体１０１の温度を３７℃、第２の熱伝導体１０２の温度を雰囲気温度の２５℃に設定して制御したところ、両方ともそれぞれ設定温度に調節することができた。この実験結果より、マイクロ化学チップ３０１のうち、１ｍｍ×１ｍｍという非常に狭い領域のみを温度調節することが可能なことを確認した。
【００８０】
〔第２の実施の形態〕
図１０は本発明の第２の実施の形態にかかる温度調節装置の構成を模式的に示す平面図である。
【００８１】
第２の実施の形態の温度調節装置は、図１０に示すように、第１の熱伝導体１０１および第１の熱電素子１０３を複数備え、複数の第１の熱伝導体１０１ａ、１０１ｂの周囲を平面的に全て囲む形状に第２の熱伝導体１０２を備え、第２の熱伝導体１０２の面積に応じて適当な数の第２の熱電素子１０４を備え、複数の第１の熱電素子１０３ａ、１０３ｂによって複数の熱伝導体１０１ａ、１０１ｂは各々を独立に雰囲気温度とは異なる温度に温度調節し、第２の熱電素子１０４によって第２の熱伝導体１０２は雰囲気温度に温度調節する構造とする。
【００８２】
この構造により、マイクロ化学チップ３０１に雰囲気温度と異なる温度に温度調節する複数の化学反応部がある場合に、その複数の化学反応部のみをそれぞれ個別の温度に温度調節し、他の部分は雰囲気温度に保つことができる効果を持つ。
〔第３の実施の形態〕
図１１は本発明の第３の実施の形態にかかる温度調節装置の構成を模式的に示す断面図である。
【００８３】
第３の実施の形態の温度調節装置は図１１に示すように、第１の熱伝導体１０１、第２の熱伝導体１０２、第１の熱電素子１０３、第２の熱電素子１０４、第１の熱交換手段１０５を下側に備え、かつ第１の熱伝導体とほぼ同じ形状の第３の熱伝導体１１０１、第２の熱伝導体とほぼ同じ形状の第４の熱伝導体１１０２、第３の熱電素子１１０３、第４の熱電素子１１０４、第２の熱交換手段１１０５を上側に備え、第１の熱伝導体と第３の熱伝導体とが対向するように配置し、さらに第２の熱伝導体と第４の熱伝導体とが対向するように配置し、第１の熱伝導体１０１、第２の熱伝導体１０２、第３の熱伝導体１１０１、第４の熱伝導体１１０２の各々の一方の面は、マイクロ化学チップ３０１の両面に熱伝導可能に接続されている。また、各々の熱伝導体の他方の面にはそれぞれ各々の熱電素子の一方の面が熱伝導可能に接合され、第１の熱電素子１０３、第２の熱電素子１０４の他方の面と熱交換手段１０５とが熱伝導可能に接合され、第３の熱電素子１１０３および第４の熱電素子１１０４の他方の面と熱交換手段１１０５とが熱伝導可能に接合されている。
【００８４】
そして、図示はしないが各々の熱伝導体にはそれぞれ温度測定手段を備え、各々の温度測定手段により測定された温度に基づいて各々の熱電素子に流す電流を制御する各々の温度制御手段とを備えている。
【００８５】
つまり、第３の実施の形態の温度調節装置は第１の実施の形態で説明した温度調節装置１０６とほぼ同じ装置２つを有していて、その２つの装置でマイクロ化学チップ３０１の両面を上下からまたは左右から挟み込むように配置している。
【００８６】
そして、第１の熱伝導体１０１と第３の熱伝導体１１０１とを雰囲気温度とは異なる温度に温度調節し、第２の熱伝導体１０１と第４の熱伝導体１１０２とを雰囲気温度と同じ温度に温度調節を行う。
【００８７】
ここで、第１の熱伝導体１０１および第３の熱伝導体１１０１を雰囲気温度とは異なる同じ温度に温度調節することによって、第１の熱伝導体１０１および第３の熱伝導体１１０１が両面で熱伝導可能に接続された近傍領域５０１の温度は両面から同時に同じ温度に温度調節される。また同時に第２の熱伝導体１０２および第４の熱伝導体１１０２を雰囲気温度に温度調節することによって、第２の熱伝導体１０２および第４の熱伝導体１１０
２が両面で熱伝導可能に接続された周辺領域５０２の温度は両面から同時に雰囲気温度に温度調節される。
【００８８】
第１の実施の形態において、近傍領域５０１の片面は雰囲気温度にさらされているため、周囲空気に熱が伝導し近傍領域５０１にわずかな温度勾配（温度ムラ）が生じる。マイクロ化学チップ３０１の厚さが薄い場合には許容範囲内の温度勾配であるが、厚さが数倍程度厚い場合には無視できない場合もある。また、わずかな温度勾配も許されない厳密な温度制御が必要な化学プロセスの場合にはマイクロ化学チップ３０１の厚さが薄い場合でもその温度勾配が影響を与える場合もある。
【００８９】
第３の実施の形態の温度調節装置では、近傍領域５０１も周辺領域５０２もマイクロ化学チップ３０１の両面から各々同じ温度に温度調節し、片面から雰囲気温度の周囲空気に熱が伝導することがないため、マイクロ化学チップ３０１の厚さが厚い場合にも近傍領域５０１の温度勾配（温度ムラ）を極力なくし、厳密に均一な温度に温度調節することができる効果がある。
【００９０】
この効果は温度調節する近傍領域５０１の両面の面積に対してマイクロ化学チップの厚さが厚い場合、つまりは温度調節する近傍領域５０１がマイクロ化学チップの厚さに対して非常に小さい場合に特に大きな効果がある。
【００９１】
図示はしないが、第２の実施の形態のようにマイクロ化学チップ３０１に雰囲気温度と異なる温度に温度調節する複数の化学反応部がある場合にも同様に、第２の実施の形態の温度調節装置を上下に設けることにより、複数の化学反応部のみをそれぞれ厳密に均一な温度に温度調節し、他の部分は雰囲気温度に保つことができる効果を持つ。
（実施例）
【００９２】
図１２は第３の実施の形態によるマイクロ化学チップ３０１の温度分布を有限要素法によって数値計算した結果を表した実施例の図である。
【００９３】
有限要素法は有限要素解析ソフト（ＡＮＳＹＳ）により行った。有限要素法はコンピュータ上でシミュレーションモデル形状を作製し、熱伝導率等の材質条件と温度の固定条件を与える温度境界条件面とを設定し、計算結果としてモデルの中で同じ温度の面（コンピュータ画面表示では線）を等温面として出力し、モデルの中の温度分布をシミュレーションできる。
【００９４】
図１２において、マイクロ化学チップ３０１の厚さを通常の５倍程度に設定し、マイクロ化学チップ３０１の材質としてガラスの熱伝導率を与え、温度境界条件面１２０１、１２０２、１２０３、１２０４、１２０５、１２０６を設定し、温度境界条件面１２０１、１２０４を３７℃に設定し、温度境界条件面１２０２、１２０３、１２０５、１２０６を２５℃（雰囲気温度）に設定し、温度分布を計算した。
【００９５】
その結果、等温面１２０７、１２０８、１２０９、１２１０がそれぞれ３４．６℃、３２．２℃、２９．８℃、２７．４℃となった。実際の計算結果で与えられる等温面は数倍程度細かいが、これ以上は図面上で図示できないので割愛した。この結果では、温度調節する近傍領域５０１に相当する、等温面１２０７と温度境界条件面１２０１、１２０４で囲まれた領域１２１１の中の温度勾配はさらに詳細にシミュレーションで調べた計算結果では０．１℃未満であった。つまり、近傍領域５０１内は０．１℃未満の均一な温度に温度調節することが可能なことを示している。
（比較例）
【００９６】
図１３は比較例として、マイクロ化学チップ３０１の厚さを図１２のモデルと同じ厚さに設定し、温度境界条件面１２０１、１２０２、１２０３をそれぞれ３７℃、２５℃（雰囲気温度）、２５℃（雰囲気温度）に設定し、片側（上側）は周囲空気（雰囲気温度）によって熱が伝導する条件を与えて計算した結果である。
【００９７】
図１２と比べて図１３は明らかに温度調節する近傍領域５０１に相当する領域１２１１の中での温度勾配が大きいことが分かる。詳細な計算結果としては５．０℃程度の温度勾配が生じている。つまり通常の５倍の厚さのマイクロ化学チップでは片側を空気に触れさせておくと近傍領域５０１内は５℃もの温度勾配が生じてしまう可能性があることが分かる。
【００９８】
この実施例と比較例で示したことから明らかなように、第３の実施の形態では、通常よりも数倍の厚さを持つマイクロ化学チップ３０１や、温度調節する近傍領域５０１がマイクロ化学チップの厚さに対して非常に小さい場合に温度勾配の値を数十分の１以下に抑える効果があることが分かった。
【００９９】
第３の実施の形態の説明では第１の熱伝導体１０１と第３の熱伝導体１１０１を同じ温度に調節することによって近傍領域５０１（化学反応部）を均一な温度にすることができるが、逆に近傍領域をマイクロ化学チップ３０１の厚さ方向に温度勾配を生じさせる必要がある場合には、第１の熱伝導体１０１と第３の熱伝導体１１０１を異なる温度に温度調節することで達成できる。
【０１００】
以上、本発明の実施の形態の説明で明らかなように、本発明の温度調節装置は、第２の熱伝導体が第１の熱伝導体の周囲を囲む構造を有し、第１の熱伝導体を第１の熱電素子によって雰囲気温度と異なる温度に温度調節し、第２の熱伝導体を第２の熱電素子によって雰囲気温度に温度調節することによって、第１の熱伝導体によって目的の化学反応部のみを雰囲気温度とは異なる温度に温度調節することができる。そのため、マイクロ化学チップの温度調節を必要とする領域のみを自由に温度調節することが可能となり、任意に温度調節が可能なマイクロ化学チップの集積化が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
以上のように、本発明にかかる温度調節装置は、ＤＮＡチップ、タンパク質解析用チップ、マイクロＴＡＳ、ラボオンチップまたはマイクロリアクターなどに有用であり、特に、それらのマイクロ化学チップの目的の化学反応部のみの温度を雰囲気温度とは異なる温度に局所的に調節して、様々な化学プロセスを行う場合に用いられるマイクロ化学チップ用の温度調節装置に特に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる温度調節装置の構成を模式的に示す平面図および断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態にかかる温度調節装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図３】本発明にかかる温度調節装置によって温度調節されるマイクロ化学チップの一例を示す斜視図である。
【図４】図３に示すマイクロ化学チップの各化学反応部と温度調節装置との対応関係を示す斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態にかかる温度調節装置にマイクロ化学チップを接続した断面図である。
【図６】本発明にかかる温度調節装置を構成する熱電素子の一例を示す断面図である。
【図７】本発明にかかる温度調節装置を構成する熱交換手段の一例を示す断面図である。
【図８】本発明にかかる温度調節装置を構成する第１の温度制御手段の制御システムを説明するためのブロック図である。
【図９】本発明にかかる温度調節装置を構成する第２の温度制御手段の制御システムを説明するためのブロック図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態にかかる温度調節装置の構成を模式的に示す平面図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態にかかる温度調節装置にマイクロ化学チップを接続した断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態にかかる実施例におけるシミュレーション結果を表す図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態にかかる比較例におけるシミュレーション結果を表す図である。
【図１４】従来の温度調節装置にマイクロ化学チップを接続した断面図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１０１、１０１ａ、１０１ｂ  第１の熱伝導体
１０２  第２の熱伝導体
１０３、１０３ａ、１０３ｂ  第１の熱電素子
１０４  第２の熱電素子
１０５  熱交換手段
１０６  温度調節装置
２０１、２０２  穴部
２０３  第１の温度測定手段
２０４  第２の温度測定手段
２０５、２０６  リード線
３０１  マイクロ化学チップ  
３０２  導入口
３０３  搬送路
３０４、３０５、３０６、３０７  化学反応部
３０８  回収口
５０１  近傍領域
５０２  周辺領域
６０１  ｐ型熱電半導体
６０２  ｎ型熱電半導体
６０３  配線電極
６０４  引き出し電極
６０５、６０６  熱伝導板
６０７  リード線
７０１  フィン
７０２  液体漕
７０３  配管
７０４  恒温装置
８０１、９０１  温度変換回路
８０２、９０２  電流制御回路
８０３、９０３  電源回路
８０４、９０４  外部コンセント
８０５、９０５  コンソール
８０６、９０６  温度制御手段
９０７  雰囲気温度測定手段
９０８  リード線
９０９  接続配線
１１０１  第３の熱伝導体
１１０２  第４の熱伝導体
１１０３  第３の熱電素子
１１０４  第４の熱電素子
１１０５  第２の熱交換手段
１２０１、１２０２、１２０３、１２０４、１２０５、１２０６  温度境界条件面
１２０７、１２０８、１２０９、１２１０  等温面
１２１１  領域
１４０１、１４０２  領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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