(57)【要約】      （修正有）【課題】温度制御対象物の温度制御の領域部を局所的かつ高速に吸加熱することができる温度制御装置を提供すること。【解決手段】複数のペルチェ素子１２〜１３、熱拡散板１０、温度検出器１１及びヒートシンク１６を具備している。複数のペルチェ素子１２〜１３は、所定の間隔をおいて配置されている。熱拡散板１０は、一方の面でペルチェ素子１２〜１３と接し他方の面でバイオチップＡに接している。温度検出器１１は、熱拡散板１０に設置されている。複数のペルチェ素子１２〜１３の側面は、相互の間に空間を規定している。熱拡散板１０は、ペルチェ素子１２〜１３の間の空間に突出する突起部１０ａを有している。温度検出器１１は、突起部１０ａの内部に配置されている。すなわち、温度検出器１１は、突起部１０ａの内部の穴に挿設されている温度制御装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度制御対象物に対する加熱又は吸熱を行う温度制御装置であって、
所定の間隔をおいて配置されている複数のペルチェ素子と、一方の面で前記ペルチェ素子と接し他方の面で前記温度制御対象物に接する熱拡散板と、前記熱拡散板に設置された温度検出器とを具備し、
前記複数のペルチェ素子の側面は相互の間に空間を規定し、前記熱拡散板は前記ペルチェ素子の間の前記空間に突出する突起部を有し、前記温度検出器は前記突起部の内部に配置されていることを特徴とする温度制御装置。
【請求項２】
前記温度検出器は白金抵抗体で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の温度制御装置。
【請求項３】
前記温度制御対象物は略円周上に形成されている反応槽を有するバイオチップで構成され、前記熱拡散板は前記反応槽の温度制御領域部に接触している略円環状突起部を有することを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれかに記載の温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱拡散板を介して温度制御対象物を加熱又は吸熱する温度制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）を増幅させるための技術としてＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応）法が公知である。このＰＣＲ法は、ＤＮＡを含む水溶液の温度を周期的に上下させることにより、短時間でＤＮＡを増幅させることができる技術である。そして、このＰＣＲ法を用いて、ＤＮＡの任意の断片の増幅を行うにあたり、ＤＮＡを含む水溶液が格納されたＰＣＲ用容器に対して加熱又は吸熱を行っている。
【０００３】
ＰＣＲ用容器として、薄い板のなかに複数の反応槽、貯蓄槽及び流路を形成したバイオチップが公知である。単純な試験管と比較して、バイオチップは前処理等の機能を集積しているため、一連の作業を連続して実行できる点において優れる。しかしながら、加熱又は吸熱する際に、化学反応の進行を抑制すべき貯蓄槽や流路といった部分を含めてバイオチップの全体を加熱又は吸熱してしまうという問題がある。そのため、反応槽領域を局所的に加熱又は吸熱できる温度制御装置が特許文献１に開示されている。また、バイオチップではなく電子測定器の測定ポートを対象としたものであるが、所望の温度に保つ装置が特許文献２に開示されている。
【０００４】
特許文献２に記載の装置は、電子測定器の測定ポートの温度を所望の温度に保つためのものであり、測定ポートを取り囲むように接続されるヒートスプレッダ（「ヒートブロック」）に設けられた穴に、温度検出器が挿設されている。
【０００５】
次に、特許文献２に記載の装置について図面を参照して説明する。図６、図７及び図８に示すように、特許文献２に記載の装置は、温度制御対象物Ａ１に対する加熱又は吸熱を行うものであって、ペルチェ素子３２と、一方の面でペルチェ素子３２と接し他方の面で温度制御対象物Ａ１に接する熱拡散板３０と、熱拡散板３０に設置された温度検出器３１とを具備している。
【０００６】
特許文献２に記載の装置は、さらにヒートシンク３３及び受け台２０を具備している。ヒートシンク３３は、熱拡散板３０の一面に接触するように配置されている。受け台２０は、温度制御対象物Ａ１の一面に接触するように配置されている。温度検出器３１は、熱拡散板３０のほぼ中央部に配置されている。すなわち、温度検出器３１は、熱拡散板３０のほぼ中央部の穴に挿設されている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の発明には、マイクロチップと接触するヒートスプレッダ（「伝熱部」）に温度検出部が設けられていることは記載されているのみであるため、バイオチップの反応槽の領域部を局所的かつ高速に吸加熱することができない。
【０００８】
また、特許文献２に記載の装置は、電子測定器の測定ポートの温度を所望の温度に保つための発明であり、測定ポートを取り囲むように接続されるヒートスプレッダ（「ヒートブロック」）に設けられた穴に、温度検出器が挿設されているため、温度検出の領域部の温度を高速に測定することができない。
【０００９】
一方、ＰＣＲのように加熱と吸熱を高速に繰り返す装置においては、マイクロチップとヒートスプレッダを合わせた熱容量を削減する必要があるが、従来のチューブ用のヒートスプレッダに比べて、バイオチップ用のヒートスプレッダは平面的でサイズが小さいため、温度検出器がヒートスプレッダのサイズ縮小の妨げとなっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−１８５３８９号公報
【特許文献２】特開２０００−２７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、温度制御対象物の温度制御の領域部を局所的かつ高速に吸加熱することができる温度制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明に係る温度制御装置は、温度制御対象物に対する加熱又は吸熱を行う温度制御装置であって、所定の間隔をおいて配置されている複数のペルチェ素子と、一方の面で前記ペルチェ素子と接し他方の面で前記温度制御対象物に接する熱拡散板と、前記熱拡散板に設置された温度検出器とを具備し、前記複数のペルチェ素子の側面は相互の間に空間を規定し、前記熱拡散板は前記ペルチェ素子の間の前記空間に突出する突起部を有し、前記温度検出器は前記突起部の内部に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明に係る温度制御装置は、請求項１に記載の発明において、前記温度検出器は白金抵抗体で構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明に係る温度制御装置は、請求項１及び請求項２のいずれかに記載の発明において、前記温度制御対象物が略円周上に形成されている反応槽を有するバイオチップで構成され、前記熱拡散板が前記反応槽の温度制御領域部に接触している略円環状突起部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、熱拡散板がペルチェ素子の間の空間に突出する突起部を有し、温度検出器が前記突起部の内部に配置されているため、熱拡散板を薄く形成することができるから熱拡散板の熱容量を削減でき、また、温度制御対象物の温度を高速に検出することができるので、温度制御対象物の温度制御の領域部を局所的かつ高速に吸加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る温度制御装置を示す略断面図である。
【図２】図１に示す本発明の実施の形態１に係る温度制御装置をＢ―Ｂ線に沿って切断して示す略断面図である。
【図３】図１に示す本発明の実施の形態１に係る温度制御装置をＣ―Ｃ線に沿って切断して示す略断面図である。
【図４】図１に示す本発明の実施の形態１に係る温度制御装置をＤ―Ｄ線に沿って切断して示す略断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る温度制御装置を示す略断面図である。
【図６】従来の温度制御装置を示す略断面図である。
【図７】図６に示す従来の温度制御装置をＥ―Ｅ線に沿って切断して示す略断面図である。
【図８】図６に示す従来の温度制御装置をＦ―Ｆ線に沿って切断して示す略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る温度制御装置を示す略断面図である。図２は、図１に示す本発明の実施の形態１に係る温度制御装置をＢ―Ｂ線に沿って切断して示す略断面図である。図３は、図１に示す本発明の実施の形態１に係る温度制御装置をＣ―Ｃ線に沿って切断して示す略断面図である。図４は、図１に示す本発明の実施の形態１に係る温度制御装置をＤ―Ｄ線に沿って切断して示す略断面図である。
【００１９】
図１〜図４に示すように、本発明の実施の形態１に係る温度制御装置は、温度制御対象物としてのバイオチップＡに対する加熱又は吸熱を行う温度制御装置である。本発明の実施の形態１に係る温度制御装置は、バイオチップＡの下に配置されている第１の温度制御モジュール１００と、バイオチップＡの上面に接触するように配置されている受け台２０と、を具備している。
【００２０】
バイオチップＡは、略円周上に形成されている複数の反応槽１と、略中央部の貯蓄層２と、複数の反応槽１及び略中央部の貯蓄層２とを連通する複数の流路３と、を有している。複数の反応槽１の壁部は、温度の制御を要する温度制御領域部である。
【００２１】
第１の温度制御モジュール１００は、複数のペルチェ素子１２、１３、１４、１５、熱拡散板１０、温度検出器１１及びヒートシンク１６を具備している。複数のペルチェ素子１２〜１５は、所定の間隔をおいて配置されている。熱拡散板１０は、一方の面でペルチェ素子１２〜１５と接し他方の面でバイオチップＡに接している。温度検出器１１は、熱拡散板１０に設置されている。
【００２２】
複数のペルチェ素子１２〜１５の側面は、相互の間に空間を規定している。熱拡散板１０は、ペルチェ素子１２〜１５の間の空間に突出する突起部１０ａを有している。温度検出器１１は、突起部１０ａの内部に配置されている。すなわち、温度検出器１１は、突起部１０ａの内部の穴に挿設されている。温度検出器１１により検出される検出温度値が温度制御部（図示せず）に与えられ、この温度制御部がペルチェ素子１２〜１５への供給電流を制御してバイオチップＡに対する加熱又は吸熱の制御する。
【００２３】
熱拡散板１０は、アルミニウム、銅及び銀の合金などの熱伝導率の高い素材で形成されている。熱拡散板１０は、バイオチップＡの側の面に略円環状に突出する略円環状突起部１０ｂを有している。略円環状突起部１０ｂは、複数の反応槽１の温度制御領域部に接触されている。すなわち、熱拡散板１０は、バイオチップＡの下側の表面と全面的に接触するのではなく、バイオチップＡの反応槽１の温度制御領域部にのみ接触されている。
【００２４】
バイオチップＡの基材は、ポリプロピレンなどの樹脂で形成されている。例えば、ポリプロピレンは、ＰＣＲ反応を阻害しない素材である。樹脂の熱伝導率は一般に低いたバイオチップＡは板厚方向に薄くする必要がある。バイオチップＡには、反応槽１及び貯蓄槽２及び流路３が形成されている。バイオチップＡの形状は、略円盤であり、ほぼ同心円上に反応槽１が配置されている。反応槽１は吸加熱すべき箇所であり、貯蓄槽２及び流路３は吸加熱すべきでない箇所である。ペルチェ素子１２〜１５の限られた吸加熱量で、バイオチップＡの反応槽１を高速に吸加熱するためには、貯蓄槽２及び流路３の存在する領域に熱を拡散させることなく、反応槽１の存在する領域部である温度制御領域部に熱を集中させる必要がある。
【００２５】
熱拡散板１０の厚さは、拡散能や機械的強度や加工性に関して、一般には１ｍｍあれば十分である。温度制御装置が扱うバイオチップＡの個数は、従来のチューブの場合と異なり１個に限定されているから、挙動の安定のためにヒートスプレッダの熱容量に余裕を持たせる必要はなく、高速化のためにはヒートスプレッダの熱容量及びサイズは小さいほうが良い。
【００２６】
温度検出器１１は、一般的な白金抵抗体で形成されており、直径が２ｍｍ程度の棒状の形状をしている。ペルチェ素子１２〜１５の厚さは、一般的に約数ｍｍあって白金抵抗体より厚いため、図２に示すように、熱拡散板１０は、ペルチェ素子１２〜１５の間の空間に突出する突起部１０ａを有している。温度検出器１１は、突起部１０ａの内部に配置されている。すなわち、温度検出器１１は、突起部１０ａの内部の穴に挿設されている。このため、温度検出器１１は、ペルチェ素子１２〜１５に対して近い位置に配置されているから、温度検出器１１は、ペルチェ素子１２〜１５の温度を高速に検出することができる。
【００２７】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係る温度制御装置を示す略断面図である。本発明の実施の形態２においては、本発明の実施の形態１と同じ構成要素には同じ参照符号が付されて、その説明が省略される。
【００２８】
図５に示すように、本発明の実施の形態２に係る温度制御装置は、図１に示す本発明の実施の形態１に係る温度制御装置において、受け台２０の代わりに第２の温度制御モジュール２００を具備している。すなわち、発明の実施の形態２に係る温度制御装置は、バイオチップＡの下に配置されている第１の温度制御モジュール１００と、バイオチップＡの上に配置されている第２の温度制御モジュール２００と、を具備している。
【００２９】
第２の温度制御モジュール２００は、ペルチェ素子１２〜１５、熱拡散板１０及びヒートシンク１６を具備している。複数のペルチェ素子１２〜１５は、所定の間隔をおいて配置されている。熱拡散板１０は、一方の面でペルチェ素子１２〜１５と接し他方の面でバイオチップＡに接している。熱拡散板１０は、バイオチップＡの側の面に略円環状に突出する略円環状突起部１０ｂを有している。略円環状突起部１０ｂは、複数の反応槽１の温度制御領域部に接触されている。すなわち、熱拡散板１０は、バイオチップＡの下側の表面と全面的に接触するのではなく、バイオチップＡの反応槽１の温度制御領域部にのみ接触されている。
【００３０】
（実施例１）
次に、実施例１について説明する。実施例１は、図１に示す温度制御装置で温度制御対象物であるバイオチップＡを吸加熱するものである。
【００３１】
この実施例１では、バイオチップＡの反応槽１の領域を９５℃に加熱し、６８℃に吸熱する。このような加熱及び吸熱が高速に（１２０秒／サイクル）３０サイクル繰り返えされる。バイオチップＡは、直径５０ｍｍ、板厚２ｍｍであり、その基材のポリプロピレンの熱伝導率は０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）と低いため、熱拡散板１０と接触していないバイオチップＡの中央領域の温度は高速な温度サイクルに追従しない。
【００３２】
ヒートスプレッダの熱容量を従来比で２５％削減した場合、ヒートスプレッダにおける吸加熱の時定数はともに３秒であり、バイオチップＡの反応槽１における吸加熱の時定数はともに８秒であり、従来比で５０〜６７％高速になることを見出した。
【００３３】
（実施例２）
次に、実施例２について説明する。実施例２は、図５に示す温度制御装置で温度制御対象物であるバイオチップＡを吸加熱するものである。
【００３４】
この実施例２では、バイオチップＡでは、温度制御対象物であるバイオチップＡの反応槽１の領域を９５℃に加熱し、６８℃に吸熱する。このような加熱及び吸熱が高速に３０サイクル繰り返えされる。バイオチップＡは直径５０ｍｍ、板厚２ｍｍであり、その基材のポリプロピレンの熱伝導率は０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）と低いため、熱拡散板１０と接触していないバイオチップＡの中央領域の温度は高速な温度サイクルに追従しない。本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、９５℃保持時間を３０秒としても、バイオチップＡの中央領域の温度は９２℃に達しないことを見出した。
【符号の説明】
【００３５】
Ａ  バイオチップ（温度制御対象物）
１  反応槽
２  貯蓄槽
３  流路
１０  熱拡散板
１１  温度検出器
１２〜１５  ペルチェ素子
１６  ヒートシンク
２０  受け台
１００  第１の温度制御モジュール
２００  第２１の温度制御モジュール
【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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