(57)【要約】      （修正有）【課題】流体を流路に連続的に流しながら加熱及び冷却を繰り返し実行可能であり、且つ、迅速に検査結果が得られる加熱冷却機構を提供する。【解決手段】流体が流れる幅１ミリ以下の流路を有する加熱冷却機構であって、流路２３０を流れる流体を加熱する加熱領域を形成する加熱手段と、流路を流れる流体を冷却する冷却領域を形成する冷却手段と、を有し、流路２３０は、加熱領域及び冷却領域において一方向に流体を移送し、且つ、流体が加熱領域及び冷却領域をそれぞれ１回以上通過するように形成され、加熱領域の温度は、流体の目標加熱温度より高く、冷却領域の温度は、流体の目標冷却温度より低い加熱冷却機構。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる幅１ｍｍ以下の流路を有する加熱冷却機構であって、
前記流路を流れる前記流体を加熱する加熱領域を形成する加熱手段と、
前記流路を流れる前記流体を冷却する冷却領域を形成する冷却手段と、を有し、
前記流路は、前記加熱領域及び前記冷却領域において一方向に前記流体を移送し、且つ、前記流体が前記加熱領域及び前記冷却領域をそれぞれ１回以上通過するように形成され、
前記加熱領域の温度は、前記流体の目標加熱温度より高く、
前記冷却領域の温度は、前記流体の目標冷却温度より低い
ことを特徴とする加熱冷却機構。
【請求項２】
前記冷却領域の温度は、常温以下であることを特徴とする請求項１に記載の加熱冷却機構。
【請求項３】
前記加熱領域及び前記冷却領域の数は、前記目標加熱温度及び前記目標冷却温度の数よりも多いことを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱冷却機構。
【請求項４】
前記加熱手段と前記冷却手段とは、前記流路を挟んで反対側に設けられていることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の加熱冷却機構。
【請求項５】
流体が流れる幅１ミリ以下の流路が形成されている流路基板と、
前記流路基板を着脱可能に保持し、前記流路を流れる前記流体を加熱する加熱領域を形成する加熱手段及び前記流路を流れる前記流体を冷却する冷却領域を形成する冷却手段を備える加熱冷却装置と、を有し、
前記流路は、前記流路基板が前記加熱冷却装置に保持された状態で、前記加熱領域及び前記冷却領域において一方向に前記流体を移送し、且つ、前記流体が前記加熱領域及び前記冷却領域をそれぞれ１回以上通過するように形成され、
前記加熱領域の温度は、前記流体の目標加熱温度より高く、
前記冷却領域の温度は、前記流体の目標冷却温度より低い
ことを特徴とする加熱冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱冷却機構及び加熱冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板内に形成された微細な流路内で物質の化学反応、合成、抽出等の各種操作を行うμ−ＴＡＳ（Micro-Total Analysis Systems）が実用化されている。例えば、異なる温度に設定された複数の温度室を備え、流体を温度室間で移送することでＰＣＲ（polymerase chain reaction）法等を実行可能なマイクロ流体チップが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２７８７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に係るマイクロ流体チップは、流体を繰り返し加熱及び冷却する場合には、温度室間で流体を往復させる必要があり、構成及び操作が複雑化すると共に、流体を流路に連続的に流しながら処理できない。
【０００５】
また、特許文献１に開示されている技術では、変性、アニーリング、伸長の各過程で、流体を冷熱源と同じ温度に加熱又は冷却し、その過程の時間に応じて温度を維持する。μ−ＴＡＳを他の装置と比較した場合の利点として、ごく少量のサンプルから分析や検査を実施できるため処理時間（反応時間等）を短くでき、その検査結果を迅速に得られることが挙げられる。
【０００６】
一方、特許文献１に開示されている技術のように、流体を留めて冷熱源と同じ温度に加熱又は冷却し更にその過程に応じた時間だけ温度を維持する方式の場合、当然ながら検査結果を得るまでにこれらの時間が全て積み上がっていくため、検査結果を迅速に得られるというμ−ＴＡＳの利点を十分に享受できるとは言い難い。
【０００７】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、流体を流路に連続的に流しながら加熱及び冷却を繰り返し実行可能であり、且つ、迅速に検査結果が得られる加熱冷却機構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】
【０００８】
本発明の一態様によれば、流体が流れる幅１ミリ以下の流路を有する加熱冷却機構であって、前記流路を流れる前記流体を加熱する加熱領域を形成する加熱手段と、前記流路を流れる前記流体を冷却する冷却領域を形成する冷却手段と、を有し、前記流路は、前記加熱領域及び前記冷却領域において一方向に前記流体を移送し、且つ、前記流体が前記加熱領域及び前記冷却領域をそれぞれ１回以上通過するように形成され、前記加熱領域の温度は、前記流体の目標加熱温度より高く、前記冷却領域の温度は、前記流体の目標冷却温度より低い。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態によれば、流体を流路に連続的に流しながら加熱及び冷却を繰り返し実行可能であり、且つ、迅速に検査結果が得られる加熱冷却機構が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態における加熱冷却システムの構成を例示する図である。
【図２】実施形態における加熱冷却機構の構成を例示する図である。
【図３】実施形態における加熱冷却機構の構成を例示する断面概略図である。
【図４】実施形態における加熱冷却機構の他の構成を例示する図である。
【図５】実施形態における加熱冷却機構の他の構成を例示する図である。
【図６】実施形態における加熱冷却機構の他の構成を例示する図である。
【図７】実施形態における加熱冷却機構の他の構成を例示する図である。
【図８】実施形態における加熱冷却機構の他の構成を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１２】
図１は、実施形態における加熱冷却システム１０の構成を例示する図である。
【００１３】
図１に示されるように、加熱冷却システム１０は、加熱冷却装置１００と、流路基板２００とを含んで構成される。
【００１４】
加熱冷却装置１００は、加熱冷却部１３０が内部に設けられている。加熱冷却部１３０は、加熱部１３１及び冷却部１３２を含んで構成され、挿入口１２０から挿入される流路基板２００に形成されている流路２３０を流れる流体を繰り返し加熱及び冷却する。
【００１５】
また、加熱冷却装置１００は、表示部１１０を有する。表示部１１０は、例えば液晶ディスプレイであり、加熱冷却部１３０における加熱温度及び冷却温度等が表示される。また、表示部１１０は、例えばタッチパネルを有し、加熱冷却部１３０における加熱温度及び冷却温度等の設定を受け付けてもよい。
【００１６】
流路基板２００は、導入口２１０、流路２３０、導出口２２０を有する。流路基板２００は、挿入口１２０から加熱冷却装置１００内に挿入され、加熱冷却装置１００に着脱可能に保持される。流路基板２００は、加熱冷却装置１００に挿入された状態で、加熱冷却部１３０に当接又は近接する位置に保持される。
【００１７】
導入口２１０は、図１において流路基板２００の上面側に開口を有する円形の有底孔であり、流路基板２００の一端側に形成されている。導入口２１０には、試験、検査等に用いられる流体が供給される。導入口２１０に供給される流体は、例えば気体、液体、又はこれらの混合物である。
【００１８】
導出口２２０は、図１において流路基板２００の上面側に開口を有する円形の有底孔であり、流路基板２００の他端側に形成されている。導出口２２０は、流路基板２００の内部に形成されている流路２３０によって導入口２１０と連通している。
【００１９】
流路２３０は、導入口２１０と導出口２２０とを連通するように、流路基板２００の内部に形成されている。流路２３０は、導入口２１０に供給された流体を導いて導出口２２０に排出する。流路２３０は、例えば幅が１ｍｍ以下に形成されている。また、流路２３０は、幅が〇〇μｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
流路基板２００は、例えば樹脂材料を用いて金型により成形された複数枚の基板が積層されることで形成される。また、流路基板２００は、例えばエッチング等により流路２３０等が形成されたガラス板が積層されることで形成されてもよく、上記以外の方法により形成されてもよい。
【００２１】
なお、流路基板２００の構成は、図１に例示される構成に限られるものではない。例えば、流路基板２００には、希釈機構、撹拌機構等といった様々な機能を有する機構が形成されてもよい。
【００２２】
加熱冷却システム１０は、上記した構成を有し、流体が供給された流路基板２００が加熱冷却装置１００に装着されることで、流路基板２００の流路２３０を流れる流体が、加熱冷却部１３０によって繰り返し加熱及び冷却される。
【００２３】
加熱冷却装置１００の加熱冷却部１３０と、流路基板２００の流路２３０とは、加熱冷却機構を構成する。図２は、実施形態において流路基板２００が加熱冷却装置１００に保持された状態での加熱冷却機構２０の構成を例示する図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ断面概略図である。以下の図面における矢印は、流体が流路２３０内を流れる方向を示している。
【００２４】
図２に示されるように、加熱冷却部１３０は、複数の加熱部１３１と、複数の冷却部１３２とを有し、加熱部１３１と冷却部１３２とが交互に配列されている。
【００２５】
加熱部１３１は、熱源に接続された直線状の金属板であり、熱源によって例えば１００℃〜１５０℃に保たれ、流路２３０を流れる流体を加熱する加熱領域を周囲に形成する。
【００２６】
加熱部１３１は、例えば流路２３０を流れる流体を目標加熱温度９５℃に加熱する場合には、加熱領域の温度が目標加熱温度９５℃よりも高い１２０℃になるように熱源によって加熱される。また、加熱部１３１は、例えば流路２３０を流れる流体を目標加熱温度７２℃に加熱する場合には、加熱領域の温度が目標加熱温度７２℃よりも高い１００℃になるように熱源によって加熱される。このように、加熱領域の温度を流体の目標加熱温度以上にすることで、流路２３０を流れる流体を短時間で目標加熱温度まで加熱することが可能になる。
【００２７】
なお、加熱部１３１は、例えばヒートパイプ等であってもよく、流路２３０を流れる流体を加熱可能であれば、上記した構成に限られない。また、加熱部１３１が複数設けられている場合には、各加熱部１３１の温度が異なってもよい。
【００２８】
また、冷却部１３２は、冷却源に接続された金属板であり、冷却源によって例えば０℃〜３０℃に保たれ、流路２３０を流れる流体を冷却する冷却領域を周囲に形成する。
【００２９】
冷却部１３２は、例えば流路２３０を流れる流体を目標冷却温度５５℃に加熱する場合には、冷却領域の温度が目標冷却温度５５℃よりも低い２０℃になるように冷却源によって冷却される。冷却部１３２は、例えば流路２３０を流れる流体をより短時間で目標冷却温度まで冷却するために、冷却領域の温度を常温以下にすることが好ましい。このように、冷却領域の温度を流体の目標冷却温度以上にすることで、流路２３０を流れる流体を短時間で目標冷却温度まで冷却することが可能になる。
【００３０】
上記したように、本実施形態における加熱冷却機構１３０は、流路２３０を流れる流体を短時間で加熱又は冷却することが可能であり、例えばＰＣＲ法による実験等を迅速に行うことが可能になる。
【００３１】
なお、冷却部１３２は、例えばヒートパイプ、ペルチェ素子等であってもよく、流路２３０を流れる流体を冷却可能であれば、上記した構成に限られない。また、冷却部１３２が複数設けられている場合には、各冷却部１３２の温度が異なってもよい。
【００３２】
流路基板２００に形成されている流路２３０は、図２に示されるように、複数の屈曲部を有し、内部を流れる流体が、加熱部１３１によって形成される加熱領域及び冷却部１３２によって形成される冷却領域をそれぞれ１回以上通過するように形成されている。また、流路２３０は、加熱領域及び冷却領域において一方向に流体を移送する。流体は、流路２３０の中で滞ることなく、流路２３０に沿って加熱領域及び冷却領域を通過する。
【００３３】
本実施形態に係る加熱冷却機構２０は、棒状又は板状に形成された加熱部１３１及び冷却部１３２が、長手方向が平行になるように交互に並列配置され、流路２３０が加熱領域と冷却領域とを交互に通過するように形成されている。
【００３４】
このような構成により、流路２３０を流れる流体は、加熱部１３１に対向する加熱領域と、冷却部１３２に対向する冷却領域とを交互に通過することとなり、加熱と冷却とが交互に繰り返し実行される。なお、加熱部１３１及び冷却部１３２は、流路２３０の構成や、加熱と冷却とを繰り返す回数等に応じて、それぞれ１つ以上設けられる。
【００３５】
なお、加熱部１３１の幅ｄ１、冷却部１３２の幅ｄ２、加熱部１３１と冷却部１３２との配列方向における間隔ｄ３等は、流路２３０を流れる流体の流速、必要な加熱時間及び冷却時間等に応じて適宜設定される。例えば流体を長時間加熱する場合には、加熱部１３１の幅ｄ１を大きくし、加熱時間が短時間でよい場合には、加熱部１３１の幅ｄ１を小さくする。また、例えば流体を長時間冷却する場合には、冷却部１３２の幅ｄ２を大きくし、冷却時間が短時間でよい場合には、冷却部１３２の幅ｄ２を小さくする。このように、加熱時間や冷却時間等に応じて、加熱部１３１の幅ｄ１及び冷却部１３２の幅ｄ２等が設定される。
【００３６】
例えば、図２と同じ流路２３０の構成で、流体の加熱時間を冷却時間よりも長くする場合には、図４に示すように、加熱部１３１の幅を冷却部１３２の幅よりも大きくする。このような構成により、流体の加熱時間を冷却時間よりも長くすることができる。
【００３７】
また、例えば、図２と同じ流路２３０の構成で、流体の冷却時間を加熱時間よりも長くする場合には、図５に示すように、加熱部１３１の間に、複数の冷却部１３２を設けてもよい。このような構成により、流体の冷却時間を加熱時間よりも長くすることが可能であり、冷却部１３２の幅を加熱部１３１の幅よりも大きくするのと同等の効果が得られる。
【００３８】
さらに、加熱部１３１及び冷却部１３２は、何れも直線的な形状に限定されるものではなく、流路２３０を流れる流体を所定の温度に加熱又は冷却可能であれば、それぞれ矩形以外の任意の形状であってもよい。
【００３９】
また、加熱部１３１及び冷却部１３２は、図６に示されるように、流路２３０を挟んで反対側に設けられてもよい。図６に例示される構成では、加熱部１３１が流路基板２００の一方の面側に設けられ、冷却部１３２が流路基板２００の他方の面側に設けられている。このような構成により、加熱部１３１の加熱領域と冷却部１３２の冷却領域との重複を低減し、流体を効率良く加熱又は冷却することが可能になる。
【００４０】
さらに、加熱部１３１及び冷却部１３２は、図７に示されるように、流路２３０を挟むように、流路基板２００の両面にそれぞれ設けられてもよい。図７に例示される構成では、流路基板２００の両面に加熱部１３１と冷却部１３２とが交互に配列され、反対面側に設けられている加熱部１３１と冷却部１３２とが対向するように配置されている。
【００４１】
図８に示される加熱冷却機構２０では、流路２３０を流れる流体の流通方向において、上流側から、第１加熱部１３１ａ、冷却部１３２、第２加熱部１３１ｂ、第３加熱部１３１ｃ、冷却部１３２、第２加熱部１３１ｂ、第３加熱部１３１ｃ、・・・という順に並ぶように加熱冷却部１３０が構成されている。
【００４２】
このような構成において、流路２３０を流れる流体は、例えば第１加熱部１３１ａによって形成される加熱領域を通過することで、第１目標加熱温度９５℃に加熱される。また、第１目標加熱温度９５℃に加熱された流体は、冷却部１３２によって形成される冷却領域を通過することで、目標冷却温度５５℃に冷却される。
【００４３】
また、目標冷却温度５５℃に冷却された流体は、第２加熱部１３１ｂ及び第３加熱部１３１ｃによって形成される加熱領域を通過することで、第２目標加熱温度７２℃から、再び第１目標加熱温度９５℃に加熱される。
【００４４】
流路２３０を流れる流体は、第１加熱部１３１ａ、冷却部１３２、第２加熱部１３１ｂ及び第３加熱部１３１ｃによって形成される３つの加熱領域と１つの冷却領域の合計４つの領域を通過することで、第１目標加熱温度、第２目標加熱温度及び目標冷却温度の３つの温度に加熱又は冷却される。
【００４５】
このように、加熱冷却部１３０には、加熱領域及び冷却領域の数が、流体の目標加熱温度及び目標冷却温度の数よりも多くなるように、加熱部１３１及び冷却部１３２が設けられる。流体を加熱又は冷却する条件に応じて加熱部１３１及び冷却部１３２を配列することで、流路２３０を短縮することが可能になる。
【００４６】
以上で説明したように、本実施形態に係る加熱冷却機構２０によれば、流路基板２００において導入口２１０から導出口２２０まで流路２３０を留まることなく流れる流体が、加熱冷却部１３０によって連続的に繰り返し加熱及び冷却される。このような加熱冷却機構２０を用いることで、複雑な操作等を必要とせずに、流体の加熱及び冷却を連続的に繰り返し実行できる。
【００４７】
また、本実施形態に係る加熱冷却システム１０によれば、例えば流路２３０の構成が異なる流路基板２００を用意することで、加熱冷却装置１００の加熱冷却部１３０の構成を変更することなく、加熱及び冷却の条件が異なる処理を実行できる。このように、加熱冷却システム１０では、流路基板２００の流路２３０の構成を変更したり、加熱冷却部１３０における各温度の設定を変更したりすることで、容易に異なる加熱冷却処理を実行できる。上記した加熱冷却システム１０、加熱冷却機構２０は、例えばＰＣＲ法等に用いることができる。
【００４８】
以上、実施形態に係る加熱冷却機構及び加熱冷却システムについて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。例えば、上記した実施形態に係る加熱冷却機構２０は、加熱冷却部１３０及び流路２３０が、加熱冷却装置１００と流路基板２００とに分離して設けられているが、加熱冷却部１３０及び流路２３０を有する１つの加熱冷却デバイスとして構成されてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０  加熱冷却システム
２０  加熱冷却機構
１００  加熱冷却装置
１３０  加熱冷却部
１３１  加熱部
１３２  冷却部
２００  流路基板
２１０  導入口
２２０  導出口
２３０  流路
【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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