(57)【要約】【課題】円盤状のマイクロチップに設けられた被温度調節部の温度を局所的に制御する温度制御装置を提供する。【解決手段】回転駆動部３０は、マイクロチップ１１をステージ１２と平行に周方向へ回転する。これにより、マイクロチップ１１の槽領域１１１に接する温度調節部２０は変更される。蓋部材４０でマイクロチップ１１をステージ１２側へ押し込むことにより、マイクロチップ１１の槽領域１１１は温度調節部２０の伝熱部２２に接する。そのため、マイクロチップ１１の槽領域１１１は、局所的に伝熱部２２によって温度が制御される。また、温度調節部２０を予め所定の温度に制御することにより、マイクロチップ１１が回転しマイクロチップ１１と伝熱部２２とが接触すると、槽領域１１１は設定された温度調節部２０の温度に迅速に制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被温度調節部が設けられている板状のマイクロチップの前記被温度調節部の温度を制御する温度制御装置であって、
前記被温度調節部に接触可能な温度調節部が単数または周方向へ複数設けられているステージと、
前記マイクロチップを前記ステージと平行に周方向へ回転駆動する回転駆動部と、
を備える温度制御装置。
【請求項２】
前記回転駆動部は、前記マイクロチップと接して前記マイクロチップを回転させる軸部材を有する請求項１記載の温度制御装置。
【請求項３】
前記軸部材は、前記マイクロチップの外周側の縁部に接する請求項２記載の温度制御装置。
【請求項４】
前記マイクロチップを前記ステージの軸方向へ往復駆動する軸方向駆動部をさらに備える請求項１記載の温度制御装置。
【請求項５】
前記軸方向駆動部は前記回転駆動部であり、前記マイクロチップを貫き軸方向へ往復移動および周方向へ回転する軸部材を有する請求項４記載の温度制御装置。
【請求項６】
前記軸方向駆動部は、前記マイクロチップを前記ステージ側へ押し付ける蓋部材を有する請求項４記載の温度制御装置。
【請求項７】
前記軸方向駆動部は、前記マイクロチップを前記ステージ側へ押し付ける蓋部材と、前記マイクロチップを前記蓋部材側へ押し付ける弾性部材とを有する請求項４記載の温度制御装置。
【請求項８】
前記回転駆動部が前記マイクロチップを回転駆動するとき、前記マイクロチップは前記温度調節部から離れる請求項１から７のいずれか一項記載の温度制御装置。
【請求項９】
前記ステージの周方向において前記温度調節部の間または前記マイクロチップを挟んで前記ステージに対向する蓋部材に設けられている光分析部をさらに備える請求項１から８のいずれか一項記載の温度制御装置。
【請求項１０】
前記温度調節部は、複数設けられている場合、設定温度が異なる請求項１から９のいずれか一項記載の温度制御装置。
【請求項１１】
前記マイクロチップは、円盤状に形成されている請求項１から１０のいずれか一項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、温度制御装置に関し、特に板状のマイクロチップに設けられている被温度調節部の温度を制御する温度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄い板状のチップ上に微細な流路または槽領域などが形成されたマイクロチップが公知である。マイクロチップの流路あるいは槽領域では、例えば試料の分離、合成あるいは観察、または細胞や細菌の培養などが行われる。このようなマイクロチップとして、近年では、円盤状のマイクロチップも提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に開示されているマイクロチップは、透明な樹脂やガラスなどにより形成されている。そのため、試料の分離や合成だけでなく、分離や合成された試料のマイクロチップを通した観察が可能となる。
しかしながら、特許文献１に開示されているマイクロチップは、温度の制御については何ら考慮されていない。マイクロチップの流路や槽領域において試料の分離や合成、または細胞や細菌の培養などを行う場合、流路または槽領域などに設定された被温度調節部ごとに異なる温度で高精度かつ局所的に温度を制御する必要がある。特許文献１に開示されているマイクロチップの場合、全体を所定の温度に制御することは可能であるものの、局所的な温度制御は困難である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１４７９４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の目的は、板状のマイクロチップに設けられた被温度調節部の温度を局所的に制御す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】
【０００６】
（１）本発明の温度制御装置は、被温度調節部が設けられている板状のマイクロチップの前記被温度調節部の温度を制御する温度制御装置であって、前記被温度調節部に接触可能な温度調節部が単数または周方向へ複数設けられているステージと、前記マイクロチップを前記ステージと平行に周方向へ回転駆動する回転駆動部と、を備える。
ステージには、温度調節部が設けられている。そのため、回転駆動部によってマイクロチップをステージと平行に周方向へ回転することにより、マイクロチップの被温度調節部はステージに設けられた温度調節部に接触可能である。例えばステージに設定温度の異なる温度調節部が設けられている場合、マイクロチップを回転させ被温度調節部に接する温度調節部を変更することにより、被温度調節部は迅速かつ局所的に温度調節部の温度に制御される。したがって、マイクロチップに設けられた被温度調節部の温度を局所的に制御することができる。
【０００７】
（２）本発明の温度制御装置では、前記回転駆動部は、前記マイクロチップと接して前記マイクロチップを回転させる軸部材を有する。
これにより、マイクロチップは、ステージと平行に周方向へ回転駆動される。そのため、マイクロチップの被温度調節部は、ステージに設けられた温度調節部の温度により、制御される温度が変更される。したがって、マイクロチップに設けられた被温度調節部の温度を局所的に制御することができる。
【０００８】
（３）本発明の温度制御装置では、前記軸部材は、前記マイクロチップの外周側の縁部に接する。
これにより、マイクロチップは、安定して回転駆動され、温度調節部に接する。したがって、マイクロチップに設けられた被温度調節部の温度を局所的に制御することができる。
【０００９】
（４）本発明の温度制御装置は、前記マイクロチップを前記ステージの軸方向へ往復駆動する軸方向駆動部をさらに備える。
これにより、マイクロチップは、回転駆動されるだけでなく、ステージの軸方向へも駆動される。そのため、マイクロチップは、必要に応じてステージの温度調節部から離れたり、温度調節部に接したりする。したがって、回転駆動部によるマイクロチップの周方向への回転移動を円滑にすることができる。
【００１０】
（５）本発明の温度制御装置では、前記軸方向駆動部は前記回転駆動部であり、前記マイクロチップを貫き軸方向へ往復移動および周方向へ回転する軸部材を有する。
これにより、マイクロチップの中心を貫く軸部材が回転するとマイクロチップは周方向へ回転し、軸部材が軸方向へ移動するとステージとマイクロチップとの間の距離が変化する。そのため、軸方向駆動部は回転駆動部として、マイクロチップを回転駆動しつつ、往復駆動する。したがって、簡単な構造でマイクロチップを周方向へ回転駆動し、軸方向へ往復駆動することができる。
【００１１】
（６）本発明の温度制御装置では、前記軸方向駆動部は、前記マイクロチップを前記ステージ側へ押し付ける蓋部材を有する。
蓋部材によってマイクロチップをステージ側へ押し付けることにより、マイクロチップと温度調節部とを確実に接触させることができる。
【００１２】
（７）本発明の温度制御装置では、前記軸方向駆動部は、前記マイクロチップを前記ステージ側へ押し付ける蓋部材と、前記マイクロチップを前記蓋部材側へ押し付ける弾性部材とを有する。
これにより、マイクロチップに対する蓋部材の押し付け力を変化させることにより、マイクロチップとステージとの距離は変化する。したがって、マイクロチップとステージとの間の距離を容易に設定することができる。
【００１３】
（８）本発明の温度制御装置では、前記回転駆動部が前記マイクロチップを回転駆動するとき、前記マイクロチップは前記温度調節部から離れる。
これにより、マイクロチップが周方向へ回転移動するとき、マイクロチップと温度調節部との接触が低減される。そのため、マイクロチップは円滑に回転される。したがって、マイクロチップの被温度調節部は迅速に他の温度調節部に移動することができる。
【００１４】
（９）本発明の温度制御装置は、前記ステージの周方向において前記温度調節部の間または前記マイクロチップを挟んで前記ステージに対向する蓋部材に設けられている光分析部をさらに備える。
これにより、マイクロチップの被温度調節部は、温度調節部による温度の制御だけでなく、光分析部により分析される。光分析部は、例えば可視光、紫外線や赤外線などの照射部および被温度調節部を透過または反射した光を取得する取得部などを有している。したがって、マイクロチップの被温度調節部では、局所的に制御された温度により例えば試料の分離や合成または細胞や細菌の培養を行うことができるだけでなく、それらを容易に観察することができる。
【００１５】
（１０）本発明の温度制御装置では、前記温度調節部は、複数設けられている場合、設定温度が異なる。
これにより、マイクロチップの被温度調節部は、回転駆動部によって回転し、温度調節部に接することにより、それぞれ設定された温度に制御される。マイクロチップを回転させて被温度調節部を設定温度の異なる温度調節部へ移動させることにより、被温度調節部は迅速に接する温度調節部の温度に制御される。したがって、被温度調節部の温度を迅速かつ局所的に制御することができる。なお、複数の温度調節部は、すべてがそれぞれ異なる温度に設定されてもよく、複数のうちの一部が同一の温度に設定されてもよい。
【００１６】
（１１）本発明の温度制御装置では、前記マイクロチップは、円盤状に形成されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるマイクロチップ用の温度制御装置を図１および図２に示す。図１および図２は、本発明の第１実施形態による温度制御装置を示す概略図である。
図１および図２に示すように、第１実施形態によるマイクロチップ用の温度制御装置１０は、マイクロチップ１１が搭載される。温度制御装置１０は、ステージ１２、温度調節部２０、回転駆動部３０および蓋部材４０を備えている。
【００１８】
マイクロチップ１１は、例えばガラス、シリコン、セラミックス、金属、プラスチック、シリコンゴムなどのゴム、あるいはこれらの複合材料などによって略円盤状に形成されている。なお、マイクロチップ１１は、単一の部材に限らず、例えば基板およびカバーなどの二つ以上の部材から形成してもよい。マイクロチップ１１は、例えばエッチング加工などにより、流路および槽領域が形成されている。第１実施形態の場合、マイクロチップ１１は図３に示すように四つの槽領域１１１を有している。マイクロチップ１１は、各槽領域１１１に接続する流路１１２を有している。各流路１１２の槽領域１１１とは反対側の端部は、注入部１１３を形成している。例えばマイクロチップ１１を用いて化学反応、試料の分離あるいは細胞の培養などを行う場合、注入部１１３は封止してもよい。マイクロチップ１１の槽領域１１１は、周方向へ９０°間隔で四箇所設けられている。マイクロチップ１１の槽領域１１１は、特許請求の範囲の被温度調節部を構成している。マイクロチップ１１は、中央部に板厚方向に貫く孔部１１４を有している。
【００１９】
ステージ１２は、例えば銅、アルミニウムまたは各種の合金など、熱伝導体により形成されている。ステージ１２は、図１および図２に示すように温度調節部２０からの排熱を放熱するヒートシンクを構成している。そのため、ステージ１２は、マイクロチップ１１とは反対側の端部にフィン１３を有している。また、ステージ１２には、例えば図示しないファンなどから送風してもよい。これにより、ステージ１２の放熱は促進される。
【００２０】
温度調節部２０は、ペルチェ素子部２１および伝熱部２２を有している。ペルチェ素子部２１は、ステージ１２のマイクロチップ１１側の端面１４に搭載されている。略円柱状のステージ１２のマイクロチップ１１側の端面１４は円形状である。温度調節部２０は、ステージ１２の端面１４において周方向へ複数設けられている。第１実施形態の場合、温度調節部２０は、図４に示すようにステージ１２の周方向へ９０°間隔で四箇所設けられている。これにより、温度調節部２０は、マイクロチップ１１の被温度調節部である槽領域１１１に対応して設けられる。温度調節部２０は、それぞれ任意の設定温度に制御されている。温度調節部２０の設定温度は、それぞれ異なっていてもよく、すべてが同一、あるいは一部が同一であってもよい。
【００２１】
伝熱部２２は、例えば銅、アルミニウムまたは各種の金属など、熱伝導体により形成されている。伝熱部２２は、金属に限らず例えば熱伝導性を有するセラミックや樹脂などで形成してもよい。伝熱部２２は、図示しない温度検出部が設けられている。温度検出部は、例えばサーミスタなどを有しており、伝熱部２２の温度を検出する。温度検出部は、検出した伝熱部２２の温度を電気信号として図示しない制御部に出力する。
【００２２】
伝熱部２２は、ペルチェ素子部２１のステージ１２とは反対側の面に接している。伝熱部２２とペルチェ素子部２１、およびペルチェ素子部２１とステージ１２とは、例えば接着剤などにより接着されている。ペルチェ素子部２１は、通電することにより一方の面が発熱し、他方の面が吸熱するペルチェ素子を有している。ペルチェ素子は、供給される電流の向きによって一方の端面から熱を吸収し、他方の端面に排熱する。これにより、ペルチェ素子に供給する電流の向きおよび大きさを制御することにより、伝熱部２２は加熱または冷却され、伝熱部２２は所定の温度に制御される。伝熱部２２の温度は、図示しない制御部によって制御される。制御部は、図示しない温度検出部で検出した伝熱部２２の温度に基づいて、ペルチェ素子部２１に供給する電流の向きおよび大きさ、または電流の供給の断続を制御する。
【００２３】
なお、第１実施形態では、伝熱部２２とペルチェ素子部２１、およびペルチェ素子部２１とステージ１２とは接着剤により接着する例について説明した。接着剤は、例えばエポキシ樹脂などの熱伝導性の高い接着剤、シリコーン変性ポリマーなどの弾性接着剤、反応形アクリルなどの反応形樹脂系接着剤、α−シアノアクリレートなどの瞬間接着剤、ＳＢＳ、ＣＲ、ＮＢＲなどのゴム系溶剤形接着剤、またはＥＶＡ、オレフィン、合成ゴムなどのホットメルト系接着剤などを適用することができる。また、伝熱部２２とペルチェ素子部２１、およびペルチェ素子部２１とステージ１２とは、例えばはんだやろう材により接着してもよい。
【００２４】
また、第１実施形態では、温度調節部２０としてペルチェ素子部２１によって伝熱部２２の温度を制御する構成を例に説明している。しかし、温度調節部２０は、例えばヒータなどの発熱素子を有し、発熱素子によって伝熱部２２を加熱する構成としてもよい。
回転駆動部３０は、図１に示すようにモータ３１および回転軸部３２を有している。モータ３１は、回転軸部３２を周方向へ回転駆動する。回転軸部３２は、軸方向の一方の端部がモータ３１に接続されている。図示しない制御部を経由して電源からモータ３１へ電力を供給すると、モータ３１は周方向へ回転し、回転軸部３２を駆動する。図示しない制御部は、モータ３１へ電力を供給することにより、モータ３１および回転軸部３２の回転角度を制御する。回転軸部３２は、モータ３１とは反対の端部側にマイクロチップ１１が取り付けられる取付部３３を有している。マイクロチップ１１の孔部１１４を回転軸部３２に挿入して取付部３３に係止することにより、マイクロチップ１１は回転軸部３２に保持される。その結果、マイクロチップ１１は、モータ３１の回転によって回転軸部３２とともに回転する。回転軸部３２にマイクロチップ１１を取り付けたとき、ステージ１２の端面１４とマイクロチップ１１とは概ね平行となる。
【００２５】
モータ３１は、ステージ１２の収容室１５に収容されている。モータ３１は、例えばコイルスプリングなどの弾性部材３４によってステージ１２に支持されている。弾性部材３４は、モータ３１をステージ１２に対し軸方向へ往復移動可能に支持している。これにより、モータ３１および回転軸部３２、ならびに回転軸部３２に支持されているマイクロチップ１１は、ステージ１２に対し軸方向へ相対移動可能である。
【００２６】
マイクロチップ１１のステージ１２とは反対側には蓋部材４０が設けられている。蓋部材４０は、蓋駆動部４１によって回転軸部３２の軸方向へ往復駆動される。これにより、蓋部材４０は、図１および図２に示すように上下方向へ往復移動可能である。図２に示すように蓋部材４０が下方へ移動すると、蓋部材４０のステージ１２側の端部はマイクロチップ１１と接する。そのため、蓋部材４０は、マイクロチップ１１をステージ１２側へ押し付ける。モータ３１および回転軸部３２は、弾性部材３４によってステージ１２に対し相対移動可能である。その結果、マイクロチップ１１は回転軸部３２およびモータ３１とともにステージ１２側へ押し込まれ、マイクロチップ１１は温度調節部２０の伝熱部２２と接する。このとき、回転軸部３２に支持されているマイクロチップ１１は、弾性部材３４の押し付け力により、蓋部材４０側へ押し付けられる。第１実施形態における弾性部材３４および蓋部材４０は、特許請求の範囲の軸方向駆動部を構成している。
【００２７】
一方、図１に示すように蓋部材４０が上方へ移動すると、蓋部材４０はマイクロチップ１１から離れる。そのため、マイクロチップ１１には蓋部材４０から力が加わらない。その結果、マイクロチップ１１は回転軸部３２およびモータ３１とともに弾性部材３４によって蓋部材４０側へ押し上げられ、マイクロチップ１１は伝熱部２２から離れる。
このように、蓋部材４０が回転軸部３２の軸方向へ移動することにより、マイクロチップ１１と温度調節部２０の伝熱部２２とは接触または離間する。
【００２８】
次に、第１実施形態による温度制御装置１０を用いたマイクロチップ１１の温度制御について説明する。ここでは、一例としてマイクロチップ１１を用いて実験を行う場合について説明する。
マイクロチップ１１の槽領域１１１には、実験の対象となる試料が注入される。試料は、注入部１１３から槽領域１１１へ注入される。試料の注入は、温度制御装置１０からマイクロチップ１１を外した状態、または温度制御装置１０にマイクロチップ１１を搭載した状態のいずれでも行うことができる。このとき、槽領域１１１に試料が注入されたマイクロチップ１１は、図１に示すように温度制御装置１０の伝熱部２２から離れている。
【００２９】
実験が開始されると、蓋駆動部４１は蓋部材４０をマイクロチップ１１側へ駆動する。これにより、蓋部材４０はマイクロチップ１１に接し、マイクロチップ１１をステージ１２側へ押し付ける。そのため、マイクロチップ１１はステージ１２側へ移動し、マイクロチップ１１のステージ１２側の端面は伝熱部２２に接する。このとき、マイクロチップ１１は、周方向において槽領域１１１が温度調節部２０と対応する位置に合わせられている。そのため、マイクロチップ１１が蓋部材４０によってステージ１２側へ押し付けられることにより、槽領域１１１は伝熱部２２に接する。その結果、槽領域１１１の温度は、温度調節部２０の設定温度に制御される。
【００３０】
マイクロチップ１１の槽領域１１１の温度が所定の期間制御されると、その槽領域１１１の温度は変更される。このとき、マイクロチップ１１の槽領域１１１は、周方向へ隣接または周方向で異なる位置にある温度調節部２０へ移動される。マイクロチップ１１の槽領域１１１を移動するとき、マイクロチップ１１は回転駆動部３０によって周方向へ回転される。例えば、マイクロチップ１１は、周方向へ９０°回転駆動される。これにより、マイクロチップ１１の槽領域１１１は、異なる温度に制御されている隣接する温度調節部２０へ移動する。
【００３１】
マイクロチップ１１を回転するとき、蓋駆動部４１は蓋部材４０をマイクロチップ１１から離間させる。すなわち、蓋駆動部４１は、蓋部材４０を図１に示すように上方へ移動させる。これにより、マイクロチップ１１は伝熱部２２から離れる。マイクロチップ１１が伝熱部２２から離れると、回転駆動部３０は回転軸部３２とともにマイクロチップ１１を回転させる。その結果、マイクロチップ１１の槽領域１１１は他の温度調節部２０へ移動する。そして、蓋駆動部４１は、蓋部材４０を再びマイクロチップ１１へ押し付ける。これにより、マイクロチップ１１の槽領域１１１は、異なる温度に制御されている伝熱部２２に接し、温度制御が行われる。
【００３２】
以上説明したように、第１実施形態では、マイクロチップ１１はステージ１２と平行に周方向へ回転される。これにより、マイクロチップ１１の槽領域１１１に接する温度調節部２０は変更される。蓋部材４０でマイクロチップ１１をステージ１２側へ押し込むことにより、マイクロチップ１１の槽領域１１１は温度調節部２０の伝熱部２２に接する。そのため、マイクロチップ１１の槽領域１１１は、局所的に伝熱部２２によって温度が制御される。また、温度調節部２０を予め所定の温度に制御することにより、マイクロチップ１１が回転しマイクロチップ１１と伝熱部２２とが接触すると、槽領域１１１は設定された温度調節部２０の温度に迅速に制御される。したがって、槽領域１１１の温度を迅速、局所的かつ精密に制御することができる。
【００３３】
また、第１実施形態では、マイクロチップ１１が回転するとき、マイクロチップ１１は温度調節部２０から離れる。そのため、マイクロチップ１１は、温度調節部２０によって移動が妨げられない。したがって、マイクロチップ１１を速やかに回転させることができる。
第１実施形態では、各温度調節部２０はあらかじめ所定の温度に設定され、マイクロチップ１１が回転することにより槽領域１１１の温度が制御される。そのため、各温度調節部２０の温度変化は小さい。第１実施形態のように各温度調節部２０の温度を設定し、マイクロチップ１１を回転させる構成とすることにより、マイクロチップ１１を固定し温度調節部２０の温度を変化させる場合と比較して、マイクロチップ１１の槽領域１１１の温度変化の速度は大きくなる。したがって、マイクロチップ１１の槽領域１１１の温度を迅速に制御することができる。また、各温度調節部２０は、一定の温度に維持され、温度変化が低減される。したがって、温度調節部２０のペルチェ素子部２１の寿命を延長することができる。
【００３４】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による温度制御装置を図５に示す。
第２実施形態は、第１実施形態の変形である。第２実施形態では、温度制御装置１０は、軸駆動部３５を備えている。軸駆動部３５は、回転軸部３２を軸方向へ往復駆動する。すなわち、軸駆動部３５は軸方向駆動部である。これにより、回転軸部３２は、周方向へ回転するだけでなく、軸方向へ移動する。そのため、第２実施形態では、マイクロチップ１１は回転軸部３２とともに回転および軸方向へ移動する。
【００３５】
マイクロチップ１１と伝熱部２２とが接するとき、軸駆動部３５は回転軸部３２を図５の下方へ駆動する。これにより、回転軸部３２はステージ１２側へ移動するとともに、回転軸部３２に保持されたマイクロチップ１１は伝熱部２２側へ移動する。その結果、マイクロチップ１１の槽領域１１１は、伝熱部２２に接する。一方、槽領域１１１と接する温度調節部２０を変更するために、マイクロチップ１１を回転するとき、軸駆動部３５は回転軸部３２を図５の上方へ駆動する。これにより、伝熱部２２に接するマイクロチップ１１は、伝熱部２２から離れる。そして、回転駆動部３０により回転軸部３２を駆動することにより、マイクロチップ１１は伝熱部２２から離れた状態で周方向へ回転する。マイクロチップ１１が所定の角度回転されると、軸駆動部３５は再び回転軸部３２を図５の下方へ駆動する。これにより、マイクロチップ１１の槽領域１１１は、別の伝熱部２２に接する。
【００３６】
第２実施形態では、回転軸部３２は、回転駆動部３０によって周方向へ回転駆動されるだけでなく、軸駆動部３５によって軸方向へ駆動される。これにより、マイクロチップ１１は、回転軸部３２に取り付けるだけで、伝熱部２２との接触および離間、ならびに伝熱部２２間の移動が行われる。したがって、簡単な構造でマイクロチップ１１の槽領域１１１の温度を迅速かつ局所的に制御することができる。
【００３７】
上述の第２実施形態では、マイクロチップ１１を挟んでステージ１２と対向する蓋部材を備えてもよい。マイクロチップ１１を回転駆動部３０によって駆動しマイクロチップ１１と伝熱部２２とが接するとき、回転駆動部３０はマイクロチップ１１の中心部分を図５の下方へ引き込む。そのため、マイクロチップ１１に反りなどの変形が生じ、マイクロチップ１１と伝熱部２２との接触が不十分になるおそれがある。そこで、マイクロチップ１１を挟んでステージ１２とは反対側に蓋部材を設け、この蓋部材によってマイクロチップ１１の外周側の端部をステージ１２側へ押し付ける構成としてもよい。これにより、回転駆動部３０によって中心部がステージ１２側へ引き込まれたマイクロチップ１１は、蓋部材によって外周側がステージ１２側へ押し込まれる。その結果、マイクロチップ１１は、全体としてステージ側１２へ押し付けられ、各槽領域１１１と伝熱部２２とが確実に接触する。
【００３８】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による温度制御装置を図６に示す。
第３実施形態では、図６に示すように蓋部材４０の構成が第１実施形態と異なる。第３実施形態では、蓋部材４０は、蓋駆動部４１に加え、ヒートシンク４２および温度調節部４３を有している。ヒートシンク４２は、ステージ１２と同様に熱伝導率の高い金属などで形成されている。温度調節部４３は、温度調節部２０と同様にペルチェ素子部４４および伝熱部４５を有している。温度調節部４３のペルチェ素子部４４および伝熱部４５の構成は、温度調節部２０と同様であるので説明を省略する。蓋部材４０は、蓋駆動部４１によって回転軸部３２の軸方向へ往復駆動される。なお、ヒートシンク４２およびステージ１２の放熱を促進するために、送風用のファンを設けてもよい。
【００３９】
蓋部材４０の温度調節部４３は、マイクロチップ１１の被温度調節部である槽領域１１１を挟んでステージ１２の温度調節部２０と対向する位置に設けられている。これにより、蓋部材４０がマイクロチップ１１側へ移動し、マイクロチップ１１と温度調節部２０の伝熱部２２とが接するとき、マイクロチップ１１は温度調節部２０とは反対側の端面が蓋部材４０の温度調節部４３と接する。すなわち、マイクロチップ１１の槽領域１１１は、一方の端部がステージ１２に搭載されている温度調節部２０の伝熱部２２に接するとともに、他方の端部が蓋部材４０に設けられている温度調節部４３の伝熱部４５に接する。その結果、マイクロチップ１１の槽領域１１１は、温度調節部２０および温度調節部４３によって両面から温度が制御される。
【００４０】
第３実施形態では、蓋部材４０は、マイクロチップ１１をステージ１２側へ押し付けるとともに、温度調節部４３がマイクロチップ１１の槽領域１１１に接する。これにより、マイクロチップ１１の槽領域１１１は、温度調節部２０および温度調節部４３によって両面から温度が制御される。したがって、槽領域１１１の温度をさらに迅速かつ精密に制御することができる。
【００４１】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による温度制御装置を図７に示す。
第４実施形態では、温度制御装置１０は、図７に示すように光分析部５０を有している。光分析部５０は、ステージ１２の周方向において温度調節部２０に隣接して設けられている。光分析部５０は、ステージ１２の径方向へ移動する機能部５１を有している。ステージ１２は、径方向へ伸びる溝１６を有している。機能部５１は、溝１６に案内されて径方向へ移動可能である。機能部５１は、例えば光を照射する照射部と、光を受光する受光部とを有している。機能部５１は、例えば照射部からマイクロチップ１１の槽領域１１１に可視光、紫外光や赤外光などを照射し、その反射光あるいは透過光を受光部で受光する。これにより、槽領域１１１における物質が分析される。光照射部は、例えばレーザダイオードあるいは発光ダイオードなどの発光素子を有している。光照射部は、単一の波長の光を照射する構成としてもよく、複数の光源を有し複数の波長の光を照射する構成としてもよい。
【００４２】
槽領域１１１の分析を行う場合、回転駆動部３０は回転軸部３２の回転角度を制御する。これにより、マイクロチップ１１の槽領域１１１は、光分析部５０へ移動する。マイクロチップ１１の回転により槽領域１１１が光分析部５０へ移動すると、光分析部５０により槽領域１１１の分析が行われる。光分析部５０の径方向の移動と、マイクロチップ１１の周方向への回転とを組み合わせることにより、マイクロチップ１１の任意の位置の分析が可能となる。
【００４３】
第４実施形態では、マイクロチップ１１に設けられている槽領域１１１は、温度調節部２０による温度調節だけでなく、光分析部５０による分析も行われる。これにより、分析を行う際に、マイクロチップ１１を温度制御装置１０から取り外す必要がない。したがって、マイクロチップ１１による実験および培養などを容易に実施することができる。
なお、第４実施形態では、光分析部５０をステージ１２に設ける例について説明した。しかし、光分析部５０は、マイクロチップ１１を挟んでステージ１２と対向する蓋部材４０側に設けてもよい。このように光分析部５０を蓋部材４０に設ける場合でも、光分析部５０の機能部５１は径方向へ移動する構成とすることができる。
【００４４】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態による温度制御装置を図８および図９に示す。
第５実施形態では、図８および図９に示すように温度調節部２０の伝熱部２３、２４、２５は、ステージ１２の周方向へ三箇所設けられている。伝熱部２３、２４、２５は、それぞれ略扇形に形成されている。伝熱部２３、２４、２５には、それぞれ二つのペルチェ素子部２１が接続している。これにより、各伝熱部２３、２４、２５は、ペルチェ素子部２１によって温度が制御される。各伝熱部２３、２４、２５は、第１実施形態と同様に例えば熱伝導性の金属の薄板によって形成されている。各伝熱部２３、２４、２５は、接続しているペルチェ素子部２１により、加熱または冷却され、所定の温度に制御される。
【００４５】
第５実施形態の場合、伝熱部２３、２４、２５は、ステージの周方向へほぼ１２０°間隔で配置されている。また、第５実施形態の場合、温度制御装置１０は、ＤＮＡの増殖を行うＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応）に適用される。この場合、伝熱部２３、伝熱部２４および伝熱部２５は、それぞれ９４℃、５５℃および７２℃に設定される。
【００４６】
以下、第５実施形態による温度制御装置１０を用いたＰＣＲの一例について説明する。
ＰＣＲに先立って、マイクロチップ１１の槽領域１１１には、増幅の対象となるＤＮＡ（テンプレート）、ＤＮＡポリメラーゼ、およびプライマーが注入される。プライマーは、オリゴヌクレオチドから構成されている。これらの反応試料が注入されたマイクロチップ１１の槽領域１１１は、伝熱部２３、伝熱部２４および伝熱部２５の順で回転しながら移動する。
【００４７】
マイクロチップ１１の槽領域１１１が伝熱部２３にあるとき、槽領域１１１は９４℃に制御される。これにより、槽領域１１１に注入されているＤＮＡは熱変性する。そのため、二本鎖のＤＮＡは、一本鎖に分離する。このとき、マイクロチップ１１の槽領域１１１は、伝熱部２３により９４℃で１分間保持される。
槽領域１１１の伝熱部２３への接触から１分が経過すると、回転軸部３２の回転によりマイクロチップ１１は回転する。そして、マイクロチップ１１の槽領域１１１は、伝熱部２４に移動する。マイクロチップ１１の槽領域１１１が伝熱部２４にあるとき、槽領域１１１は５５℃に制御される。これにより、槽領域１１１において一本鎖に分離したＤＮＡは、プライマーによってアニーリングされる。このとき、マイクロチップ１１の槽領域１１１は、伝熱部２４により５５℃で１分間保持される。
【００４８】
槽領域１１１の伝熱部２４への接触から１分が経過すると、回転軸部３２の回転によりマイクロチップ１１はさらに回転する。そして、マイクロチップ１１の槽領域１１１は、伝熱部２５に移動する。マイクロチップ１１の槽領域１１１が伝熱部２５にあるとき、槽領域１１１は７２℃に制御される。これにより、アニーリングされたＤＮＡとプライマーは分離することなく、ＤＮＡポリメラーゼによるＤＮＡの合成が行われる。このとき、マイクロチップ１１の槽領域１１１は、伝熱部２５により７２℃で１分間保持される。
【００４９】
ＤＮＡの合成が完了すると、槽領域１１１は再び伝熱部２３へ移動する。そして、上記の温度制御サイクルを繰り返すことにより、ＤＮＡは槽領域１１１において大量に複製される。一般に、上記の温度制御サイクルは、２０回から３０回行われる。なお、各伝熱部２３、２４、２５の設定温度、および温度制御サイクルの回数は、対象となるＤＮＡの反応系によって適宜設定される。
【００５０】
所定の回数の温度制御サイクルが完了すると、伝熱部２３、伝熱部２４および伝熱部２５は、例えば４℃に制御される。これにより、各槽領域１１１におけるＰＣＲによって生成したＤＮＡは保存される。
第５実施形態では、温度制御装置１０をＰＣＲに適用する例について説明した。これにより、ＰＣＲのように繰り返し複数の温度に制御する必要がある場合、マイクロチップ１１を回転させることにより、ＰＣＲが行われるマイクロチップ１１の槽領域１１１は所定温度の伝熱部２３、２４、２５へ移動する。そのため、各槽領域１１１は、伝熱部２３、２４、２５に接することにより、迅速かつ精密に設定温度に制御される。したがって、大量のＤＮＡの複製を短時間で高精度に実施することができる。
【００５１】
また、第５実施形態では、ヒータあるいは温度調節部が取り付けられた蓋部を設けてもよい。蓋部にヒータあるいは温度調節部を設けることにより、マイクロチップ１１における熱平衡が図られる。マイクロチップ１１における熱平衡を達成することにより、槽領域１１１に蓄えられた水分の蒸発を低減することができる。
【００５２】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態による温度制御装置を図１０に示す。
第６実施形態では、図１０に示すようにステージ１２の周方向において各伝熱部２３、２４、２５の間にそれぞれ光分析部５０が配置されている。光分析部５０は、上述の第４実施形態と同様の構成であり、機能部５１が径方向へ移動可能である。複数の光分析部５０を設けることにより、ステージ１２には複数の異なる分析波長の発光部が搭載される。その結果、各光分析部５０から異なる複数の波長の光を照射することができる。
【００５３】
第６実施形態では、ＰＣＲが行われた各槽領域１１１を光分析部５０によって分析することができる。なお、光分析部５０は、いずれかの伝熱部２３、２４、２５の間に一箇所配置してもよい。この場合、各槽領域１１１の分析は、マイクロチップ１１を回転させつつ、一箇所の光分析部５０によって行われる。
【００５４】
（第７実施形態）
本発明の第７実施形態による温度制御装置を図１１に示す。
第７実施形態では、温度調節部２０は、略扇形の伝熱部２６と、六つのペルチェ素子部２１とを有している。これにより、一枚の伝熱部２６は、六つのペルチェ素子部２１によって温度が制御される。そのため、伝熱部２６は、いずれの位置でも温度が概ね一定となる。その結果、伝熱部２６と接するマイクロチップ１１の槽領域１１１は、すべてほぼ同一の温度に制御される。第７実施形態による温度制御装置１０を用いてＰＣＲを行う場合、伝熱部２６に接するペルチェ素子部２１がすべて同時に同一の温度に制御される。これにより、伝熱部２６は、一面が９４℃、７２℃および５５℃に変化する。
【００５５】
また、第７実施形態では、扇形の伝熱部２６において周方向の端部の間に光分析部５０が設けられている。これにより、マイクロチップ１１の槽領域１１１は、温度の制御を実施しつつ、光分析部５０による分析が実施される。
【００５６】
（その他の実施形態）
以上説明した複数の実施形態では、マイクロチップ１１は回転駆動部３０の回転軸部３２によって駆動される例について説明した。しかし、回転駆動部３０の構成は、マイクロチップ１１を貫く回転軸部３２に限らない。
例えば、図１２に示すように回転駆動部３０は、ローラ３６を有する構成としてもよい。ローラ３６は、マイクロチップ１１の外周縁と接している。ローラ３６をモータ３７で回転駆動することにより、ローラ３６と接するマイクロチップ１１は周方向へ回転する。
また、図１３に示すように回転駆動部３０は、ローラ３８を有する構成としてもよい。ローラ３８は、マイクロチップ１１のステージ１２側の端面と接している。ローラ３８は、図示しないモータなどにより周方向へ回転する。ローラ３８を回転駆動することにより、ローラ３８と接するマイクロチップ１１は周方向へ回転する。
【００５７】
また、複数の実施形態では、マイクロチップ１１を円盤状に形成する例について説明した。しかし、マイクロチップ１１は、図１４に示すように平面視が四角形状となる板状に形成してもよい。また、マイクロチップ１１は、図１５に示すように中心部に孔部１１４を有し、径方向外側へ行くにしたがって周方向の長さが拡大する扇形状に形成してもよい。このように、マイクロチップ１１の平面視形状は、任意の形状に設定することができる。
【００５８】
以上説明した複数の実施形態では、各実施形態をそれぞれ個別に温度制御装置１０に適用する例について説明した。しかし、温度制御装置１０に複数の実施形態を組み合わせて適用してもよい。また、反応系としてＰＣＲを例に説明したが、本発明の温度制御装置は、ＰＣＲに限らず種々の反応系、試料の分離、合成、あるいは細胞や細菌の培養に適用することができる。また、上記の複数の実施形態では、被温度調節部としてマイクロチップ１１の槽領域１１１を適用する例について説明したが、流路１１２を被温度調節部とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１実施形態によるマイクロチップ用の温度制御装置の断面を示す概略図。
【図２】本発明の第１実施形態によるマイクロチップ用の温度制御装置の断面を示す概略図。
【図３】図１のIII−III線における断面図。
【図４】図１のIV−IV線における断面図。
【図５】本発明の第２実施形態によるマイクロチップ用の温度制御装置の断面を示す概略図。
【図６】本発明の第３実施形態によるマイクロチップ用の温度制御装置の断面を示す概略図。
【図７】本発明の第４実施形態によるマイクロチップ用の温度制御装置のステージを蓋部側から見た概略図。
【図８】本発明の第５実施形態によるマイクロチップ用の温度制御装置のステージを蓋部側から見た概略図。
【図９】図８のIX−IX線における断面図。
【図１０】本発明の第６実施形態によるマイクロチップ用の温度制御装置のステージを蓋部側から見た概略図。
【図１１】本発明の第７実施形態によるマイクロチップ用の温度制御装置のステージを蓋部側から見た概略図。
【図１２】本発明のその他の実施形態によるマイクロチップ用の温度制御装置を示す概略斜視図。
【図１３】本発明のその他の実施形態によるマイクロチップ用の温度制御装置を示す概略斜視図。
【図１４】本発明のその他の実施形態によるマイクロチップ用の温度制御装置に適用されるマイクロチップを示す概略図。
【図１５】本発明のその他の実施形態によるマイクロチップ用の温度制御装置に適用されるマイクロチップを示す概略図。
【符号の説明】
【００６０】
１０：温度制御装置、１１：マイクロチップ、１２：ステージ、２０：温度調節部、３０：回転駆動部、３２：回転軸部（軸部材）、３４：弾性部材（軸方向駆動部）、３５：軸駆動部（軸方向駆動部）、４０：蓋部材（軸方向駆動部）、５０：光分析部、１１１：槽領域（被温度調節部）
【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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【図１５】
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