(57)【要約】【課題】  容器内の流体の温度を調節する方法および装置ならびに微細加工システムに関し、従来のＰＣＲ技術による方法よりも大きな熱伝達速度を実現することを目的とする。【解決手段】  流体８に対して有効な熱シンク４を設けるステップと、流体をジュール加熱により加熱するステップと、流体の所望の温度を達成するために、ジュール加熱により提供される熱を調節するステップとを有する方法が開示される。あるいは、流体８を受容する容器１と、流体を加熱する加熱要素と、この加熱要素に対してエネルギを供給する電源ユニット３とを有し、上記加熱要素は、流体内に電流を生成するための電極を備えており、容器１内における流体に対して有効な熱シンク４が設けられるような装置が開示される。さらに、このような装置を備えた微細加工システムが開示される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体（８）に対して有効な熱シンク（４）を設けるステップと、
前記流体（８）をジュール加熱により加熱するステップと、
前記流体（８）の所望の温度を達成するために、ジュール加熱により提供される熱を調節するステップとを有することを特徴とする、流体の温度を調節する方法。
【請求項２】
前記流体（８）の温度を測定するステップと、
測定された前記流体（８）の温度に従って、ジュール加熱により提供される熱を調節するステップとをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記流体（８）をジュール加熱により加熱するために、交流（ＡＣ）電源が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記熱シンクを定常的に機能させるステップをさらに有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記熱シンクを所定の温度に調節するステップをさらに有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記流体（８）を不均一に加熱するステップをさらに有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記流体（８）の所定の温度が達成されるまで前記流体（８）を均一に加熱するステップと、
前記所定の温度を保持するために前記流体（８）を不均一に加熱するステップとをさらに有することを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
流体（８）を受容する容器（１）と、前記流体（８）を加熱する加熱要素と、該加熱要素に対してエネルギを供給する電源ユニット（３）とを有し、かつ、前記流体（８）の温度を調節する装置において、
前記加熱要素は、前記流体（８）内に電流を生成するための電極（２、２ａ、２ｂおよび２ｂ′）を備えており、
前記容器（１）内における前記流体（８）に対して有効な熱シンク（４）が設けられることを特徴とする、流体の温度を調節する装置。
【請求項９】
前記熱シンクは能動的冷却要素を有することを特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記容器（１）は使い捨て可能であることを特徴とする請求項８または９に記載の装置。
【請求項１１】
前記熱シンク（４）と前記流体（８）との間に熱伝達層（５）が配置されることを特徴とする、請求項８から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記電極（２、２ａおよび２ｂ）は、前記流体（８）の側部にて前記熱伝達層（５）上に取り付けられることを特徴とする、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記電極（２、２ａおよび２ｂ）は、前記流体（８）の側部にて前記熱伝達層（５）に埋設されることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１４】
前記容器（１）は透明カバー（１０）により覆われることを特徴とする請求項８から１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記透明カバー（１０）は、さらなる電極（２ｂ′）を備えることを特徴とする請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記電源ユニット（３）に対して、前記熱伝達層（５）の各々の前記電極（２ａ、２ｂ）、または、前記熱伝達層（５）のいずれか一方の電極、および前記さらなる電極（２ｂ′）が接続されることを特徴とする請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
前記電極（２、２ａ、２ｂおよび２ｂ′）は、加熱されるべき前記流体（８）と直接接触することを特徴とする請求項８から１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記容器（１）は平坦な形状を有することを特徴とする請求項８から１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記電極（２、２ａおよび２ｂ）は、前記容器（１）の側壁の少なくとも一部を形成することを特徴とする請求項８から１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記電極（２、２ａおよび２ｂ）は、前記容器（１）の底部を部分的に覆うことを特徴とする請求項８から１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
各々の前記電極（２ａ、２ｂ）は、他方の電極（２ｂ、２ａ）に対して相互に噛み合う櫛状体の構造を有することを特徴とする請求項１９記載の装置。
【請求項２２】
前記電源ユニット（３）は、１５ｋＨｚより高い周波数の交流電界を前記流体（８）内に供給する交流（ＡＣ）電源であることを特徴とする請求項８から２１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
前記流体（８）の温度を測定するために温度測定ユニットが設けられており、該温度測定ユニットは、前記電源ユニット（３）に対して電気的に接続されることを特徴とする請求項８から２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
前記温度測定ユニットは、前記容器（１）に取り入れられたリング電極を備えており、該リング電極は、瞬間的温度に依存する導電率を有することを特徴とする請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
請求項８から２４のいずれか一項に記載の装置を備えたことを特徴とする、微細加工システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器内の流体に対して熱シンクを設けることにより流体の温度を調節する方法（請求項１に記載）、容器内の流体に対して熱シンクを設けるようにした流体の温度を調節する装置（請求項８に記載）、および、微細加工システム（micro fabricated system ：マイクロ加工システムともよばれる）に関する。
【０００２】
ＰＣＲ（Polymerase Chain Reaction ：ポリメラーゼ連鎖反応）および他のサイクリックなポリメラーゼ媒介反応は、最近の生物学的研究の標準的なツールであり、医療診断処置および法医学用途等の多くの用途に対しても一般的に使用されている。
【背景技術】
【０００３】
最近、ＰＣＲの各サイクルに必要とされる時間を短縮する試みがなされている。斯かる方法によれば、多くの場合、例えば、迅速な温度変化を許容するデバイスにおいてＰＣＲを実施し、ＰＣＲの１つのステップから次のステップまで溶液の温度が“上昇（ramp）”するために従前は必要とされていた時間の大半を排除することで、時間が短縮される。これに加えて、例えば、薄壁の管や乱空気流式の機器等のように、さらに大きな熱伝達を許容する装置を使用する場合にも、さらに短縮されたサイクル時間が使用され得ることが認識されている。
【０００４】
熱サイクルを利用したＰＣＲおよび他の熱サイクルによる方法は、ジュール加熱（joule heating ）を用いるマイクロ流体システムにおいて行われ得ることは公知である。要するに、マイクロチャネル内における流体に対して電流を印加することにより当該流体を加熱することによって、エネルギが提供される。加熱目的で且つ材料の搬送のために、チャネル内の流体に電流を通すべく電源が使用される（例えば、国際公開ＷＯ  ００／６０１０８（特許文献１）を参照のこと）。
【０００５】
さらに、米国特許第５,６３９,４２３号（特許文献２）においては、微細加工に用いられる反応器が開示されている。この先行技術文献では、加熱されるべき流体に接触しない電極を有する反応器を具備していることが記述されている。
【０００６】
さらに、欧州特許公報ＥＰ０９６３２５０Ｂ１（特許文献３）においては、複数の液体反応混合物内においてポリメラーゼ連鎖反応を実施する装置が開示されている。この装置によれば、液体の所望の温度を調節するためにペルチェ型電熱装置が使用される。このようなペルチェ型電熱装置は、一方の側にては液体に密着し、他方の側にては熱シンクに密着する。液体の温度を調節するためには、上記ペルチェ型電熱装置から、または当該デバイスに対し、熱が伝達されなければならない。
【０００７】
【特許文献１】国際公開ＷＯ  ００／６０１０８
【特許文献２】米国特許第５,６３９,４２３号
【特許文献３】欧州特許公報ＥＰ０９６３２５０Ｂ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような公知の先行技術文献に開示されているＰＣＲ技術の速度は、周囲を取り囲む容器または器具の温度上昇の速度と、使用される材料および上記流体の熱伝導率により与えられる熱伝達速度であって加熱された上記容器の壁部から上記流体の中心までの熱伝達速度とにより制限される。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、従来のＰＣＲ技術を用いる方法と比較して大きな熱伝達速度を許容するような、流体の温度を調整する方法および装置ならびに微細加工システム方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の流体の温度を調整する方法は、本発明の方法に関する独立形式の請求項に記載されているように、流体に対して有効な熱シンクを設けるステップと、上記流体をジュール加熱により加熱するステップと、上記流体の所望の温度を達成するために、ジュール加熱により提供される熱を調節するステップとを有する。
【００１１】
好ましくは、本発明の実施態様に係る方法は、従属形式の請求項に記載されているように、上記流体の温度を測定するステップと、測定された上記流体の温度に従って、ジュール加熱により提供される熱を調節するステップとをさらに有する。
【００１２】
好ましくは、本発明の他の実施態様に係る方法は、従属形式の請求項に記載されているように、上記流体をジュール加熱により加熱するために、交流（ＡＣ）電源が設けられる。
【００１３】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る方法は、従属形式の請求項に記載されているように、上記熱シンクを定常的に機能させるステップをさらに有する。
【００１４】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る方法は、従属形式の請求項に記載されているように、上記熱シンクを所定の温度に調節するステップをさらに有する。
【００１５】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る方法は、従属形式の請求項に記載されているように、上記流体を不均一に加熱するステップをさらに有する。
【００１６】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る方法は、従属形式の請求項に記載されているように、上記流体の所定の温度が達成されるまで上記流体を均一に加熱するステップと、上記所定の温度を保持するために上記流体を不均一に加熱するステップとをさらに有する。
【００１７】
また一方で、本発明の流体の温度を調整する装置は、本発明の装置に関する独立形式の請求項に記載されているように、流体を受容する容器と、上記流体を加熱する加熱要素と、この加熱要素に対してエネルギを供給する電源ユニットとを有し、上記加熱要素は、上記流体内に電流を生成するための電極を備えており、上記容器内における上記流体に対して有効な熱シンクが設けられる。
【００１８】
好ましくは、本発明の実施態様に係る装置では、従属形式の請求項に記載されているように、上記熱シンクは能動的冷却要素を有する。
【００１９】
好ましくは、本発明の他の実施態様に係る装置では、従属形式の請求項に記載されているように、上記容器は使い捨て可能である。
【００２０】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る装置では、従属形式の請求項に記載されているように、上記熱シンクと上記流体との間に熱伝達層が配置される。
【００２１】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る装置では、従属形式の請求項に記載されているように、上記電極は、上記流体の側部にて上記熱伝達層上に取り付けられる。
【００２２】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る装置では、従属形式の請求項に記載されているように、上記電極は、上記流体の側部にて上記熱伝達層に埋設される。
【００２３】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る装置では、従属形式の請求項に記載されているように、上記容器は透明カバーにより覆われる。
【００２４】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る装置では、従属形式の請求項に記載されているように、上記透明カバーは、さらなる電極を備える。
【００２５】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る装置では、従属形式の請求項に記載されているように、上記電源ユニットに対して、上記熱伝達層の各々の上記電極、または、上記熱伝達層のいずれか一方の電極、および上記さらなる電極が接続される。
【００２６】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る装置では、従属形式の請求項に記載されているように、上記電極は、加熱されるべき上記流体と直接接触する。
【００２７】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る装置では、従属形式の請求項に記載されているように、上記容器は平坦な形状を有する。
【００２８】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る装置では、従属形式の請求項に記載されているように、上記電極は、上記容器の側壁の少なくとも一部を形成する。
【００２９】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る装置では、従属形式の請求項に記載されているように、上記電極は、上記容器の底部を部分的に覆うようになっている。
【００３０】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る装置では、従属形式の請求項に記載されているように、各々の上記電極は、他方の電極に対して相互に噛み合う櫛状体の構造を有する。
【００３１】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る装置では、従属形式の請求項に記載されているように、上記電源ユニットは、１５ｋＨｚより高い周波数の交流電界を上記流体内に供給する交流電源である。
【００３２】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る装置では、従属形式の請求項に記載されているように、上記流体の温度を測定するために温度測定ユニットが設けられており、この温度測定ユニットは、上記電源ユニットに対して電気的に接続される。
【００３３】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る装置では、従属形式の請求項に記載されているように、上記温度測定ユニットは、上記容器に取り入れられたリング電極を備えており、このリング電極は、瞬間的温度に依存する導電率を有する。
【００３４】
また一方で、本発明の微細加工システムは、前述のような特徴を備えた装置の中のいずれか１つの装置を備えている。
【００３５】
要約すれば、本発明は、少なくとも以下の利点を有する。
【００３６】
流体に対して有効な熱シンクを設けることにより、上記流体をジュール加熱により加熱することにより、且つ、最終的に、上記流体の所望の温度を達成するために、ジュール加熱により提供される熱を調節することにより、流体の非常に効率的な温度変化が非常に高速にて実現され得る、なぜならば、熱拡散による周囲温度の変化が実質的には行われないからである。また一方で、温度上昇はジュール加熱により実施されるが、温度下降は単にジュール加熱を解除することにより実施される。ジュール加熱が解除されるや否や、上記流体からの熱は上記熱シンクにより抽出されることで、低い温度に向かう高速な温度変化が開始される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、添付図面に示された好適な実施例（実施態様）を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
【００３８】
図１は、容器と熱シンクと各々の電極とを備えた本発明に係る装置の実施例の概略図である。図１において、本発明に係る装置は断面図で示され、この装置は、流体８を収容する容器１と、各々の電極２と、電源ユニット３と、熱シンク４と、例えば蛍光励起ユニット６および蛍光検出ユニット７とされ得る機器とを備える。
【００３９】
容器１は、図１においては２つのみが視認可能である側壁１ａ、１ｂと、これらの側壁１ａ、１ｂの材料よりも大きな熱伝導率を有する材料からなる底部層とにより形成される。それゆえに、上記底部層は、熱伝達層５とも称される。さらに、容器１は、例えば５０μｌ（マイクロ・リットル）の体積を保持するような例えば平坦な形状を有する。この「平坦な形状」という用語は、容器１の高さが当該容器１の幅よりも小さいことを意味する。本発明の一実施例において、上記高さと幅との比率は１／５（１：５）より大きい。上記の小さな流体体積によれば、迅速な熱拡散が保証される。本発明の他の実施例において、容器１は、前述の場合と同様に底部層としての熱伝達層を有する円筒体である。さらに他の実施例において、上記容器は使い捨て可能である。
【００４０】
図１に示された如く容器１は、ウィンドウとも称される開口を有し、この開口を介して前述の機器６および７またはピペット等の他の任意のデバイスに対する入口（access）が提供されることで、分析されるべき流体８が導入され、または、付加的な化学物質が流体８に対して導入される。
【００４１】
さらなる実施例において、上記容器の上記開口は、例えば１ｍｍの厚みを有するポリカーボネート、ポリプロピレンまたはＰＭＭＡ（polymethyl methacrylate ：ポリメタクリル酸メチル）（プレキシグラス（plexiglass）もしくはアクリル系プラスチック）等の透明材料から作製される透明カバーにより覆われる。概略的にいえば、上記カバーに対しては透明ポリマが用いられる。斯かる実施例において、流体は上記容器の頂部における上記開口を介して導入され得ず、例えば、（図１には示されていない）容器１内へと通ずる１本もしくは数本の流体チャネルを介する等の別の方式で導入されなければならない。斯かる実施例においては、少なくとも１本の入力チャネルおよび好適には一本の出力チャネルが配設される。
【００４２】
熱シンク４は、図１に示された実施例においてそうであるように、熱伝達層５と、おそらくは容器１の各側壁とに対して密接に熱接触して配置される。熱シンク４は、特に流体８、各々の電極２および容器１等の他の構成要素の熱容量と比較して大きな熱容量を有すべく設計される。例えば、熱シンク４の熱容量は、他の各構成要素の熱容量の１０倍だけ大きい。さらに熱シンク４に対しては、この熱シンクの周囲の温度と等しい温度を非常に迅速に確立すべく大きな表面積が提供される。大きな表面積を達成するために、熱シンク４は図１に示された如く通常の様式で構築される。１つの実施例において、前述の熱シンク４は受動的冷却要素である。
【００４３】
本発明のさらなる実施例において、熱シンク４は、周囲温度から独立して温度を調節し得る能動的冷却要素である。可能的な能動的要素は、例えば、先行技術文献（特許文献３（欧州特許公報ＥＰ０９６３２５０Ｂ１））により公知であるペルチェ型の熱電デバイス（ＴＥＤ）である。
【００４４】
装置が動作しているときに電源ユニット３に接続される各々の電極２は、流体８に対し且つ熱伝達層５に対して直接的に密着する。好適には、熱伝達層５は容器１の一体的部分である。これによって、流体８、熱伝達層５、各々の電極２および熱シンク４のそれぞれの間における熱伝達が非常に容易に且つ非常に迅速に生じ得ることが保証される。
【００４５】
ただし、熱伝達層５が存在することは絶対的に必要ではないことが指摘される。本発明は、熱伝達層５が無くても非常に良好に実現され得る。本発明の斯かる実施例において、各々の電極２は、電気的に非導通の材料からなるべき熱シンク４上に直接的に取り付けられる。
【００４６】
既に記述しているように、電源ユニット３は各々の電極に対してワイヤにより着脱自在に接続される。電極２ａ、２ｂにおける酸化還元反応もしくはイオンの蓄積を回避するために、電源ユニット３においては、例えば１５ｋＨｚより高い周波数の交流電界（alternating field）を流体８内に供給するような交流（ＡＣ）電源が呈示される。
【００４７】
代替的に電源ユニット３は、直流（ＤＣ）電源ともされ得る。
【００４８】
例えばＰＣＲの如き熱サイクル用途に対して本発明を使用する場合には、非常に短いサイクルが実現され得る。なぜならば、温度上昇の場合における各々の電極２による流体８へのエネルギ供給、および、温度下降の場合における各々の電極２または流体８から（熱伝達層５を介した）熱シンク４へのエネルギ伝達は、非常に高速で行われる。換言すれば、流体８の温度を上昇させるためには、いわゆるジュール加熱が用いられるが、流体８の温度を下降させるためには熱拡散が生ずる。図１に示された如く熱伝達層５が使用される場合、該熱伝達層５に対する材料は低い導電率を有する必要があり、また一方で、高い熱伝導率を保証しなければならない。
【００４９】
図２は、本発明に係る装置にて使用される電極に関する特定の実施例の概略図である。なお、これ以降、前述した構成要素と同様のものについては、同一の参照番号を付して表すこととする。
【００５０】
図２では、例えば図１に示された上記実施例において使用され得る電極２ａ、２ｂの平面図が示されている。基本的には、２つの電極２ａ、２ｂは、当該２つの電極２ａ、２ｂが相互に接触せずに相互に噛み合い得る如き形式の櫛状体（comb）として実現される。これと同時に、各々の電極の間には一定の距離が設けられる。電極２ａ、２ｂは両者ともに、電源ユニット３に対して電気的に接続される。
【００５１】
電極２ａ、２ｂは、金により被覆されて例えば２００μｍ（ミクロン・メートル）の厚みを有するポリカーボネート薄膜から線状部（track）を除去することで形成され得る。
【００５２】
容器１内の温度を調節するために、流体８の温度を測定する温度測定ユニットが配設される（図１から図４においては図示していない）。また一方で、流体８の温度を完全に制御するために、上記温度測定ユニットの出力を電源ユニット３に電気的に帰還接続することにより閉ループが実現されることから、電極２ａ、２ｂに対する出力信号が調節される。例えば上記温度測定ユニットは、容器１内に取り入れられたリング電極からなる。このリング電極は、瞬間的温度の関数として導電率を変化させると共に、例えば５０μｍ未満の薄寸ポリマ層により上記流体から絶縁される。
【００５３】
本発明の特定の実施例において、上記リング電極は、例えば励起ユニット６から到来する光の光路が阻害されずまたは阻害が僅かのみである如き形式で上記透明カバーに取り入れられる。１つの実施例において、上記リング電極は、容器１の側壁１ａ、１ｂから一定の距離にて配置される。この距離は、例えば１ｍｍの範囲内である。流体８の温度を測定する上記リング電極は、上記カバーの上側上にまたは上記カバーの下側上に配置され得ることが指摘される。上記リング電極が流体８に密着するという後者の場合、当該流体の温度は非常に高速に決定され得ることから、流体８の実際の温度に関してさらに高度な制御が許容される。
【００５４】
図３は、容器の底部に埋設される各電極の部分的概略図である。図３では、熱伝達層５内における電極２ａ、２ｂの発明性を有する配置構成のさらなる実施例が、部分図にて概略的に示されている。この場合、図１の実施例とは対照的に、電極２ａ、２ｂは熱伝達層５に埋設されている、なぜならば、電極２ａ、２ｂの上側表面は熱伝達層５の上側表面と面一であるからである。付加的に、例示目的で図３には電界線（electric field line）も図示されている。
【００５５】
図４は、本発明の他の実施例において容器の側部に取り付けられた各電極の部分的概略図である。図４では、本発明に係る電極２ａ、２ｂの配置構成のさらに他の実施例が、部分図にて概略的に示されている。図１から図３に従って記述された上記の各実施例とは対照的に、図４の実施例は容器１（図１）の底部に電極を有していない。ここでは、各々の電極は、分析されつつある流体を受容する上記容器の側壁の少なくとも一部を形成する。好適には、熱伝達層５は電極２ａ、２ｂを包囲するか、または、各々の電極は、上記容器の側壁に取り入れられている熱伝達層５内に取り入れられるか、もしくは上記容器の側壁を形成している熱伝達層５内に取り入れられる。
【００５６】
概略的にいえば、図４の実施例は、側壁における電極を備えた多くの変形例の可能性を教示するものである。例えば、１つの斯かる実施例は、容器の側壁における電極の構造であって、図３に従って容器の底部に配設されたのと同様の構造を有し得る。それゆえに、斯かる実施例において、各々の電極は、円周方向に配置される。
【００５７】
図１における場合と同様に、図３および図４の実施例に対しては容器の底部にて熱シンク４も配設される。代替的に、図４における熱伝達層５により示されたように熱シンク４は容器を包囲してもよい。すなわち、上記容器は、当該容器の上側開口として配置されたウィンドウ、または既に記述された如く透明カバーにより覆われたウィンドウを除き、熱シンク４内に完全に埋設され得る。
【００５８】
熱伝達層５は、好適には例えばポリマ薄膜からなる一方で、熱シンク４は好適には例えばアルミニウム等の金属またはセラミックから作製される。電極２ａ、２ｂばかりでなく、もし存在するならば温度測定のための上記リング電極もまた、アルミニウム等の金属により作製される。このアルミニウム等の金属は、金または白金により被覆されるであろう。
【００５９】
図５は、透明カバーを有する容器を備えた本発明に係る装置の他の実施例の概略図である。図においては、本発明に係る装置のさらなる実施例が概略的に示されている。図１に示したような上記実施例とは対照的に、図５の実施例は、透明カバー１０を有する容器１を備えている。これに加えて、透明カバー１０は別として、容器１は単一体からなる。既に記述しているように、透明カバー１０は、例えば１ｍｍの厚みを有するポリカーボネート、ポリプロピレンまたはＰＭＭＡ（プレキシグラスもしくはアクリル系プラスチック）等の透明材料により作製される。概略的にいえば、カバー１０に関しては透明ポリマが用いられる。容器１の下側部分、すなわち側壁１ａ、１ｂおよび熱伝達層５に対する材料は、透明である必要はない。容器１全体に対しては、透明カバー１０に使用される材料と同一の材料が非常に良好に使用され得るが、セラミック等の他の不透明材料もまた非常に適切である。
【００６０】
図１の上記実施例と同様に、電極２ａ、２ｂは、容器１の底部を形成する熱伝達層５と一体化される。電極２ａ、２ｂは、図１に示されたのと同一の形式とされ得る。代替的に、図２の櫛状体の形式の電極もまた使用され得る。熱伝達層５に取り入れられた電極２ｂに加え、透明カバー１０にはさらなる電極２ｂ′が配設される。電極２ｂに加えて、さらなる電極２ｂ′もまた、スィッチ・ユニット１２を介して電源ユニット３に対して接続可能である。スィッチ・ユニット１２によれば、一方では電極２ａ、２ｂ間において流体８内に電界が生成され、または、他方では電極２ａ、２ｂ′間において流体８内に電界が生成されるように、電源ユニット３が電極２ｂまたは電極２ｂ′に対して接続され得る。
【００６１】
電極２ａ、２ｂ間の電界は流体８内で不均一である一方で、電極２ａ、２ｂ′間の電界はほぼ均一である。
【００６２】
スィッチ・ユニット１２に関していえば、電極２ａ、２ｂおよび２ｂ′によって流体８の最適な温度制御が可能になる。なぜならば、流体８の所望の温度に到達するためには電極２ａ、２ｂ′の組み合わせが使用され、且つ、流体８の所望の温度を保持するためには電極２ａ、２ｂの組み合わせが使用されるからである。それゆえに、スイッチ・ユニット１２は対応する状態へと切り替えられる。
【００６３】
流体８の温度制御に関して既に記述されたように、流体８の温度を測定または評価するためにリング電極が用いられる。斯かるリング電極は、図５における参照番号１１により表される。この実施例においてリング電極１１は、透明カバー１０内に、好適にはその上側に取り入れられる。
【００６４】
電極２ｂ′は、例えば櫛状体もしくは格子等の任意の形状を有し得ることが明確に指摘される。蛍光励起ユニット６および蛍光検出ユニット７（図１）が完全に動作可能であるためには、電極２ｂ′により覆われる容器１のウィンドウの面積と、もし存在するならばリング電極１１の面積とは、ウィンドウ面積全体の１０〜７０％である。好適には、ウィンドウ面積の５０％が、電極２ｂ′およびリング電極１１により覆われる。
【００６５】
既に指摘されているように、電極２ａ、２ｂおよび電極２ａ、２ｂ′は、ジュール加熱を許容すべく配設される。ジュール加熱は、上記容器内における流体に対して電流を印加するという非常に効率的な加熱である。概略的にいえば、上記容器内における流体を通過する電流は、上記流体の電気抵抗によりエネルギを消散することで熱を生成する。この場合、電力は、電流が上記流体を通過するにつれて消散されると共に、上記流体を加熱する時間の関数としてのエネルギとして上記流体に入り込む。
【００６６】
本発明の上記装置は、微細加工に用いられる微細加工システムとして実現されることが特に適している。微細加工技術によれば、マイクロ・リットルからナノ・リットルの量にわたる固体、液体および気体に対するポンプ、バルブ、ヒータ、ミキサおよび検出器等の電気的、機械的、電気機械的、光学的、化学的および熱的なデバイスが製造され得る。これらのデバイスを単一システムに一体化すると、マイクロ・スケールの反応器に基づく分析用機器のバッチ製造が可能になる。このように一体化されて微細加工に用いられるデバイスは、低コストであり乍らも高精度でバッチ量にて製造されることから、リサイクル可能且つ／または使い捨て可能な単用のデバイスを実用的とし得る。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】容器と熱シンクと各々の電極とを備えた本発明に係る装置の実施例の概略図である。
【図２】本発明に係る装置にて使用される電極に関する特定の実施例の概略図である。
【図３】容器の底部に埋設される各電極の部分的概略図である。
【図４】本発明の他の実施例において容器の側部に取り付けられた各電極の部分的概略図である。
【図５】透明カバーを有する容器を備えた本発明に係る装置の他の実施例の概略図である。
【符号の説明】
【００６８】
１    容器
１ａ    側壁
１ｂ    側壁
２    電極
２ａ    電極
２ｂ    電極
２ｃ    電極
３    電源ユニット
４    熱シンク
５    熱伝達層
６    蛍光励起ユニット
７    蛍光検出ユニット
８    流体
１０    透明カバー
１１    リング電極
１２    スイッチ・ユニット
【図１】
2006082079.tif 000003
【図２】
2006082079.tif 000004
【図３】
2006082079.tif 000005
【図４】
2006082079.tif 000006
【図５】
2006082079.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成17年10月6日(2005.10.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体（８）に対して有効な熱シンク（４）を設けるステップと、
前記流体（８）をジュール加熱により加熱するステップと、
前記流体（８）の所望の温度を達成するために、ジュール加熱により提供される熱を調節するステップとを有することを特徴とする、流体の温度を調節する方法。
【請求項２】
前記流体（８）の温度を測定するステップと、
測定された前記流体（８）の温度に従って、ジュール加熱により提供される熱を調節するステップとをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記流体（８）をジュール加熱により加熱するために、交流（ＡＣ）電源が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
流体（８）を受容する容器（１）と、前記流体（８）を加熱する加熱要素と、該加熱要素に対してエネルギを供給する電源ユニット（３）とを有し、かつ、前記流体（８）の温度を調節する装置において、
前記加熱要素は、前記流体（８）内に電流を生成するための電極（２、２ａ、２ｂおよび２ｂ′）を備えており、
前記容器（１）内における前記流体（８）に対して有効な熱シンク（４）が設けられることを特徴とする、流体の温度を調節する装置。
【請求項５】
前記熱シンクは能動的冷却要素を有することを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記容器（１）は使い捨て可能であることを特徴とする請求項４または５に記載の装置。
【請求項７】
前記容器（１）は平坦な形状を有することを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記電極（２、２ａおよび２ｂ）は、前記容器（１）の側壁の少なくとも一部を形成することを特徴とする請求項４から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記電極（２、２ａおよび２ｂ）は、前記容器（１）の底部を部分的に覆うことを特徴とする請求項４から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
各々の前記電極（２ａ、２ｂ）は、他方の電極（２ｂ、２ａ）に対して相互に噛み合う櫛状体の構造を有することを特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１１】
前記電源ユニット（３）は、１５ｋＨｚより高い周波数の交流電界を前記流体（８）内に供給する交流（ＡＣ）電源であることを特徴とする請求項４から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記流体（８）の温度を測定するために温度測定ユニットが設けられており、該温度測定ユニットは、前記電源ユニット（３）に対して電気的に接続されることを特徴とする請求項４から１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記温度測定ユニットは、前記容器（１）に取り入れられたリング電極を備えており、該リング電極は、瞬間的温度に依存する導電率を有することを特徴とする請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
請求項４から１３のいずれか一項に記載の装置を備えたことを特徴とする、微細加工システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、容器内の流体に対して熱シンクを設けることにより流体の温度を調節する方法（請求項１に記載）、容器内の流体に対して熱シンクを設けるようにした流体の温度を調節する装置（請求項４に記載）、および、微細加工システム（micro fabricated system ：マイクロ加工システムともよばれる）に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る方法は、上記熱シンクを定常的に機能させるステップをさらに有する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る方法は、上記熱シンクを所定の温度に調節するステップをさらに有する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る方法は、上記流体を不均一に加熱するステップをさらに有する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る方法は、上記流体の所定の温度が達成されるまで上記流体を均一に加熱するステップと、上記所定の温度を保持するために上記流体を不均一に加熱するステップとをさらに有する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る装置では、上記熱シンクと上記流体との間に熱伝達層が配置される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る装置では、上記電極は、上記流体の側部にて上記熱伝達層上に取り付けられる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る装置では、上記電極は、上記流体の側部にて上記熱伝達層に埋設される。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る装置では、上記容器は透明カバーにより覆われる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る装置では、上記透明カバーは、さらなる電極を備える。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る装置では、上記電源ユニットに対して、上記熱伝達層の各々の上記電極、または、上記熱伝達層のいずれか一方の電極、および上記さらなる電極が接続される。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
好ましくは、本発明のさらに他の実施態様に係る装置では、上記電極は、加熱されるべき上記流体と直接接触する。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
本発明の特定の実施例において、上記リング電極は、例えば蛍光励起ユニット６から到来する光の光路が阻害されずまたは阻害が僅かのみである如き形式で上記透明カバーに取り入れられる。１つの実施例において、上記リング電極は、容器１の側壁１ａ、１ｂから一定の距離にて配置される。この距離は、例えば１ｍｍの範囲内である。流体８の温度を測定する上記リング電極は、上記カバーの上側上にまたは上記カバーの下側上に配置され得ることが指摘される。上記リング電極が流体８に密着するという後者の場合、当該流体の温度は非常に高速に決定され得ることから、流体８の実際の温度に関してさらに高度な制御が許容される。