(57)【要約】【課題】  小型な装置であって、かつ加熱・冷却のサイクルを高速加熱冷却できつつも、ペルチェ素子の耐久性が高い遺伝子増幅装置を提供すること。【解決手段】  （Ａ）遺伝子増幅を行うための試料を充填する容器が装着される温度制御ブロック、（Ｂ）当該温度制御ブロックの下部に設けられた断熱手段、（Ｃ）当該断熱手段の下部に設けられた放熱手段、及び（Ｄ）前記温度制御ブロックと放熱手段それぞれに接し、かつ当該温度制御ブロックと当該放熱手段とにより挟まれて設置され、上記（Ａ）〜（Ｃ）どうしの接触面と平行な線を中心として回動する温度制御シャフトとを備えてなることを特徴とする遺伝子増幅装置。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）遺伝子増幅を行うための試料を充填する容器が装着される温度制御ブロック、（Ｂ）当該温度制御ブロックの下部に設けられた断熱手段、（Ｃ）当該断熱手段の下部に設けられた放熱手段、及び（Ｄ）前記温度制御ブロックと放熱手段それぞれに接し、かつ当該温度制御ブロックと当該放熱手段とにより挟まれて設置され、上記（Ａ）〜（Ｃ）どうしの接触面と平行な線を中心として回動する温度制御シャフトとを備えてなることを特徴とする遺伝子増幅装置。
【請求項２】
温度制御シャフトが、半円柱の金属棒を含むものであり、かつ当該金属棒は油分を含有しているものである請求項１記載の遺伝子増幅装置。
【請求項３】
温度制御ブロック、断熱手段及び放熱手段により形成される温度制御シャフトとの勘合部が、テーパ形状であって、温度シャフトが回動中に軸方向に移動する請求項１又は２記載の遺伝子増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＮＡ等の反応混合物からなる試料を試料容器に収容し、この試料容器を加熱冷却する工程を繰り返す遺伝子増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＤＮＡ等の核酸配列を増幅する遺伝子増幅装置としては種々のものが知られている。これらの遺伝子増幅装置はプロセス上の要請から加熱冷却制御する温度の制御速度が極めて高速である必要がある。それと共に、時間経過に応じて温度が変化する温度プロファイルに従って、高精度および安定に温度制御する必要がある。遺伝子増幅装置としては試料の高速加熱冷却による時間短縮、加熱冷却繰返し使用に耐え得る装置の長寿命化、各試料間の温度分布精度の維持並びに装置の小型化などが要求されている。これまでの遺伝子増幅装置のうち、機構的な信頼性を重視した遺伝子増幅装置としては、冷却手段としてコンプレッサを使用し、加熱手段としてヒータを使用したものが知られている。また、小型化を重視した遺伝子増幅装置としてはペルチェ素子で加熱冷却するものがある（特許文献１）。さらに、高速化を重視した遺伝子増幅装置としては温度の違う２液槽を設置したものなどが知られている。
【０００３】
しかしながら、前記従来の遺伝子増幅装置のうち、コンプレッサを使用したものでは、装置を大型化してしまうという問題があった。ペルチェ素子で加熱冷却させるものでは、小型化に最適であるが、ペルチェ素子自体が急速な加熱冷却操作の繰返し使用による熱衝撃によって早期に損傷し導通不良になる可能性が大きく、信頼性が低いという問題点があった。また、２液槽を設置したものでは試料容器の外周に冷媒が付着し操作性が悪く、試料容器を移動する為の移動機構が必要で、装置が複雑になると共に装置自体が大きくなってしまうという問題があった。
【特許文献１】特表２００１−５２１３７９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明の目的は、小型な装置であって、かつ加熱・冷却のサイクルを高速加熱冷却できつつも、ペルチェ素子の耐久性が高い遺伝子増幅装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、斯かる実情に鑑み、鋭意検討したところ、放熱手段に接する回動可能な温度制御シャフトを用いることによって、かかるシャフトに含まれるペルチェ素子を定温度に維持しつつも急峻な温度変化が可能な遺伝子増幅装置を実現することができることを見出し、本発明を完成させた。
【０００６】
すなわち本発明は、（Ａ）遺伝子増幅を行うための試料を充填する容器が装着される温度制御ブロック、（Ｂ）当該温度制御ブロックの下部に設けられた断熱手段、（Ｃ）当該断熱手段の下部に設けられた放熱手段、及び（Ｄ）前記温度制御ブロックと放熱手段それぞれに接し、かつ当該温度制御ブロックと当該放熱手段とにより挟まれて設置され、上記（Ａ）〜（Ｃ）どうしの接触面と平行な線を中心として回動する温度制御シャフトとを備えてなることを特徴とする遺伝子増幅装置を提供するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の装置は、ペルチェ素子で温度制御する際に行われる供給電流の極性転換が必要ない為、かかる素子の寿命が大幅に長く、耐久性に優れている。また、温度制御ブロック、断熱手段及び放熱手段により形成される温度制御シャフトとの勘合部をテーパ形状とした場合には、温度制御シャフト回動時における摩擦が少ない装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
【０００９】
図１は、本発明の遺伝子増幅装置の主要機構部を示す断面図である。１は温度制御ブロックで、例えばマイクロプレートの各ウェル底面形状に合致するよう窪みが形成されている。かかるブロックに使用される材質としては、熱伝導率が高い金属、例えば、銅、アルミなどが挙げられる。かかるブロックの上部には、遺伝子増幅を行うための試料を充填するための試料容器１０が取り付けられる。温度制御ブロック１には、ブロック内の温度を測定する温度センサ９が設置される。これにより制御ブロック内の温度を感知し、温度をもとにあらかじめ指定された温度に従い、ペルチェ電力線５から送る電流に変化を与えることにより、温度を制御することができる。
【００１０】
３は、断熱手段で、温度制御ブロック１の下部に設けられる。そして、断熱手段３の下部には、放熱手段４が設置される。断熱手段３としては、例えば、発泡材等の空気層を使用した断熱材を用いることができ、放熱手段４としては、例えば、櫛形の複数の放熱フィンを持ったヒートシンクを用いることができる。かかる材質としては、断熱手段３においては、耐熱プラスチックや、セラミック材、グラスファイバー材などが好ましく、特にＷＤＳと言われる低熱伝導断熱材などを使用することが望ましい。放熱手段４においては、銅、アルミなどの高熱伝導性のものが好ましい。
【００１１】
１１は、温度制御シャフトであり、温度制御ブロック１及び放熱手段４に少なくとも接するように設置される。また、温度制御ブロック１、断熱手段３及び放熱手段４どうしの接触面のうち一部と平行な線を中心として回動するよう設計される。ここで、回動可能な角度としては、特に制限されるものではないが、少なくとも１８０°であることが好ましい。また、温度制御シャフト１１が設置される位置としては、かかるシャフトの中心が、温度制御ブロック１と放熱手段４との距離の中点付近、好ましくは中点を通る位置が好ましい。
【００１２】
２は、抜き部であり、温度制御ブロック１の材質とは異なる材質が用いられるものであり、設置が必ずしも必要ではないが、熱の均質な伝達を調整する観点から設けられるのが好ましい。かかる材質としては、例えば、空気などの気体が挙げられる。設置される位置は、断熱手段３と接しない位置で構わない。
【００１３】
ペルチェ素子６は、温度制御シャフト１１に含まれて設置される（詳細は図３において説明する）。ペルチェ素子６には、ペルチェ電力線５が接続される。ペルチェ電力線５により、ペルチェ素子６に電流を与え、ペルチェ素子６の温度を調整する。金属棒７及び８も温度制御シャフトに含まれて設置される（詳細は図３において説明する）。
【００１４】
図２は、温度制御の作動の一例を示す制御ブロック図である。温度設定手段１２により、遺伝子増幅に必要な温度と時間、及び繰り返し回数が指定される。ここで、温度設定手段１２としては、例えば入力手段としてのキーボードと表示・確認手段としての液晶ディスプレイを組み合わせたものが用いられる。そして、それらの数値は、コントローラ１３内の記憶手段に格納される。温度制御ブロック１４に設置された温度センサ１６によって測定された温度を、当該記憶された温度と比較する。そしてコントローラにおいてペルチェ素子１５に流す電流の適切な値を算出し出力する。この際、サイクル温度の最高温度と最低温度の差をあらかじめ算出しておき、ペルチェ素子１５の特性をもとにして、その値の温度差を作るように電流値を算出すればよい。
【００１５】
図３は、温度制御シャフト１１の一例を示す図である。温度制御シャフト１１において、ペルチェシャフト１８が、金属棒２３及び２４に挟まれてなる。ここで、ペルチェシャフト１８は、ペルチェ素子からなるものである。温度制御シャフト１１の材質としては、熱伝導性のよいものが好ましく、例えば、アルミが挙げられる。かくして挟まれてなるシャフト２５の形状は、特に制限されず、円筒体、角筒体、就中６〜１０角の多角筒体とすることができるが、シャフト回動の円滑性の点から、円筒体が好ましい。かくしてシャフトが円筒体形状をとる場合、金属棒２３及び２４は、例えば、半円筒体とすればよい。また、シャフト２５の形状は、円錐状となるようにすることもできる。かかる場合、温度制御ブロック１、断熱手段３及び放熱手段４により形成される勘合部はテーパ形状となる。また、ペルチェシャフト１８は、その中心がシャフト２５の中心と近接すること、好ましくは一致することが、シャフトの回転のスムーズさの点から好ましい。また、金属棒２３及び２４の材質としては、あらかじめ油分を含有した含油焼結材などの材質を選定することが、回動時の摺動抵抗を下げつつ、熱抵抗を抑制することができる点から好ましい。かかるシャフト２５はその両端において、必要に応じて勘合リング１９及び２０が連結されるのが好ましい。かかる勘合リング１９及び２０の材質としては、装置の安全性の点から断熱材が好ましい。なお、かかる勘合リングの片方の端には、必要に応じて、ピニオンギア２９がオネジ２７及びメネジ２８を介して接続されるのが、連結の円滑性の点から好ましい。
【００１６】
図４は、温度制御ブロック、断熱手段及び放熱手段により形成される勘合部をテーパ形状としたときの本発明の装置の側面図である。図４において、温度制御シャフト３３、温度制御ブロック３７及び放熱ブロック４０の勘合部がテーパ形状となる。また、図４において３０は、軸方向駆動カムであり、かかるカム３０が、カムフォロア３２を介して温度制御シャフト３３に連結される。軸方向駆動カム３０は、カム駆動アクチュエータ３１に接続される。温度制御シャフト３３は、カムフォロア３２との逆端において、温度制御シャフト軸方向戻しバネ３４が取り付けられる。温度制御シャフト３３は、カムフォロア３２との逆端において平歯車３６と接触する。平歯車３６は、回動可能なように温度制御シャフトアクチュエータ３５に取り付けられる。なお、軸方向駆動カム３０を移動させる動力としては、温度制御シャフト３３の回動を行うアクチュエータと別に設け、コントローラによって回動アクチュエータと同期させて動作させるよう設計されても良いし、機械的に連結させて同一のアクチュエータによって動作させるよう設計しても良い。
【００１７】
次に、かかる実施の形態に係る本発明遺伝子増幅装置の作動を説明する。まず、図２において、温度設定手段１２により、遺伝子増幅に必要な温度と時間、及び繰り返し回数を指定する。その記憶された温度と温度制御ブロック１４に設置された温度センサ１６によって測定された温度を比較し、コントローラ１３においてペルチェ素子１５に適当な電流を算出し出力することにより、温度制御ブロックをかくして指定される温度に制御することができる。
【００１８】
そして、図１において、温度制御シャフト１１の面うち、放熱手段４と接した側の面を、温度制御ブロック１に接するように回動させることにより、温度を下げることができる。なお、温度の上昇は、ペルチェ素子６に出力する電流を増加させることにより実現することができる。ここで、温度制御シャフト１１の回動は、温度制御シャフトアクチュエータ１７をコントローラからの指令により駆動させることにより行われる。これにより、ペルチェ素子に与える電流の方向を変更させることなく、温度制御ブロック１の温度を上下させることが出来る。また、温度制御ブロック１の容積に比較して温度制御シャフト１１の容積が十分大きいならば、温度制御ブロック１ひいては試料容器１０内の試料の温度を急峻に変化させることができる。
【００１９】
図４のような構造をとる場合、温度制御シャフト３３を回動するに際して、軸方向駆動カム３０を回動させることにより、かかるシャフト３３を軸方向に移動させ、また回動終了後に軸方向の移動を元に戻すことができる。この動作を行うことで回動時に生じる摩擦がほとんど生じない為、温度調節シャフトの材質を含油焼結材などの低摩擦な材質にこだわる必要がなく、より熱伝導のよいものを選定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の遺伝子増幅装置の主要機構部を示す断面図である。
【図２】本発明の制御ブロック図である。
【図３】温度制御シャフトを示す概念図及びそのうちの断熱シャフトを拡大して示す図である。
【図４】温度制御ブロック、断熱手段及び放熱手段により形成される温度制御シャフトとの勘合部を、テーパ形状としたときの本発明の装置の側面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１          温度制御ブロック
２          抜き部（空間）
３          断熱手段
４          放熱手段
５          ペルチェ電力線
６          ペルチェ
７、８      金属棒
９          温度センサ
１０        試料容器
１１        温度制御シャフト
１２        温度設定手段
１３        コントローラ
１４        温度制御ブロック
１５        ペルチェ素子
１６        温度センサ
１７        温度制御シャフトアクチュエータ
１８        ペルチェシャフト
１９、２０  勘合リング（断熱）
２１        断熱シャフト
２２、２９  ピニオンギヤ
２３、２４  金属棒
２５        シャフト
２６        勘合リング（断熱）
２７        オネジ
２８        メネジ
３０        軸方向駆動カム
３１        カム駆動アクチュエータ
３２        カムフォロア
３３        温度制御シャフト
３４        温度制御シャフト軸方向戻しバネ
３５        温度制御シャフトアクチュエータ
３６        平歯車
３７        温度制御ブロック
３８        試料
３９        試料容器
４０        放熱ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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