JP2009254258A - Heat control matrix device and reaction treatment device - Google Patents

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Toshiki Moriwaki
俊貴 森脇
Nobuhiro Kanai
伸弘 金井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heater matrix device which can highly accurately control heat, and to provide a reaction treatment device. <P>SOLUTION: In a heater unit 110, switches SW111, SW112 function as receiving portions for taking calorific power information given to data DTL in a state selecting scanning line WSL. A capacitor C111 functions as a holding portion for holding the calorific power information also after the scanning line is not selected. A transistor T111 and a switch SW113 function as driving portions for flowing an electric current on the basis of the read calorific power information and generating the calorie in response to the electric current. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、遺伝子増幅を行うPCR法に適用可能なヒータマトリクス装置および反応処理装置に関するものである。より詳しくは、高精度の温度制御が可能な熱制御マトリクス装置および反応処理装置に関するものである。   The present invention relates to a heater matrix device and a reaction processing device applicable to a PCR method for performing gene amplification. More specifically, the present invention relates to a thermal control matrix device and a reaction processing device capable of highly accurate temperature control.

温度条件に基づいて反応を制御する必要がある場合には、その温度条件をより高精度に制御できることが望まれる。液体、固体、気体に関わらず反応を行う反応処理装置において高精度に温度制御可能であることが望まれる。たとえば、遺伝子解析等の技術分野でもこのような要請はある。   When it is necessary to control the reaction based on the temperature condition, it is desired that the temperature condition can be controlled with higher accuracy. It is desired that the temperature can be controlled with high accuracy in a reaction processing apparatus that performs a reaction regardless of liquid, solid, or gas. For example, there is such a request in the technical field such as gene analysis.

一例として、遺伝子増幅を行うPCR法(polymerase chain reaction;ポリメラーゼ連鎖反応)を用いる場合が挙げられる。PCR法は、微量核酸の定量分析の標準的手法ともいえる。   As an example, a PCR method (polymerase chain reaction) that performs gene amplification is used. The PCR method can be said to be a standard method for quantitative analysis of a small amount of nucleic acid.

PCR法は、「熱変性→プライマーとのアニーリング→ポリメラーゼ伸長反応」という増幅サイクルを連続的に行うことで、DNA等を数十万倍にも増幅させることができる。
このようにして得られるPCR増幅産物をリアルタイムでモニタリングして前記微量核酸の定量分析を行うこともできる。
In the PCR method, DNA and the like can be amplified several hundred thousand times by continuously performing an amplification cycle of “thermal denaturation → annealing with a primer → polymerase extension reaction”.
The PCR amplification product thus obtained can be monitored in real time for quantitative analysis of the trace nucleic acid.

しかし、PCR法では前記増幅サイクルを正確に制御することが必要である。そのためには高精度の温度制御が必要となる。
温度制御が不十分である場合には、無関係なDNA配列を増幅してしまったり、増幅が全く見られなかったりする。
However, in the PCR method, it is necessary to accurately control the amplification cycle. For this purpose, highly accurate temperature control is required.
If the temperature control is insufficient, irrelevant DNA sequences may be amplified or no amplification may be observed.

一般的なリアルタイムPCRは、以下の問題点を有する。
1.一度に解析できるサンプル数が少なく、網羅的な解析ができない。
2.現在商品化されているサーマルサイクラーの温度制御は、グラディエント機構であるため、各サンプルの温度制御が個別にできない。さらに、増幅時の時間制御も個別にできない。その結果、各サンプルの増幅量を一定にすることができず、副産物を生じることがある。
General real-time PCR has the following problems.
1. The number of samples that can be analyzed at one time is small, and exhaustive analysis is not possible.
2. Since the temperature control of the thermal cycler currently commercialized is a gradient mechanism, the temperature control of each sample cannot be performed individually. Furthermore, time control during amplification cannot be performed individually. As a result, the amplification amount of each sample cannot be made constant, and a by-product may be generated.

このように、前記した装置等については、いずれも反応処理装置として高精度の熱制御ができることが重要となる。これに関する技術として、特許文献1や特許文献2には前記反応処理装置の温度制御に関する技術が開示されている。
これらの文献に開示された技術においては、微小領域の発熱制御として半導体素子等を用いることも行われている。具体的には、発熱用の電流駆動素子としてMOSトランジスタを利用して、微小領域の発熱制御に適用可能とされている。
As described above, it is important that the above-described apparatuses and the like can be controlled with high accuracy as a reaction processing apparatus. As techniques related to this, Patent Documents 1 and 2 disclose techniques related to temperature control of the reaction processing apparatus.
In the techniques disclosed in these documents, a semiconductor element or the like is also used for heat generation control in a minute region. Specifically, a MOS transistor is used as a current drive element for heat generation, and it can be applied to heat generation control in a minute region.

特開2003−298068号公報JP 2003-298068 A 特開2004−025426号公報JP 2004-025426 A

提案されている反応処理装置において半導体素子等を用いて温度制御を行う場合であっても、以下の不利益がある。   Even when temperature control is performed using a semiconductor element or the like in the proposed reaction processing apparatus, there are the following disadvantages.

半導体素子は一般に製造上のばらつきがあるため、各反応領域で同じ温度制御を行った場合であっても、基板ごとに、あるいは同一基板上であっても加熱部ごとに、加熱量のばらつきが生じてしまう。その結果、反応処理装置としての高精度の温度制御が困難となってしまう。   Since semiconductor devices generally have manufacturing variations, even if the same temperature control is performed in each reaction region, the heating amount varies from substrate to substrate or from heating unit to component even on the same substrate. It will occur. As a result, highly accurate temperature control as a reaction processing apparatus becomes difficult.

また、半導体素子は、一般に温度によって特性が変化する性質がある。たとえば、単結晶シリコンを用いたMOSトランジスタは負の温度特性を持ち、同じ電圧値を印加しても、温度が高くなると流れる電流が減少する。
したがって、同じ電圧値であっても温度によって加熱量が変化する結果となり、高精度の温度制御が困難となっていた。
In addition, semiconductor elements generally have a property that their characteristics change with temperature. For example, a MOS transistor using single crystal silicon has negative temperature characteristics, and even when the same voltage value is applied, the flowing current decreases as the temperature increases.
Therefore, even if the voltage value is the same, the heating amount varies depending on the temperature, and high-precision temperature control is difficult.

本発明は、温度制御を高精度で行うことができる熱制御マトリクス装置および反応処理装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a thermal control matrix device and a reaction processing device that can perform temperature control with high accuracy.

本発明の第1の観点は、DNA増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、マトリクス状に配置された複数のヒータユニットと、前記各ヒータユニットを選択するための走査線と、前記ヒータユニットに発熱量情報を与えるためのデータ線と、を有し、前記各ヒータユニットは、前記走査線が選択された状態において前記データ線に与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部と、前記走査線が非選択となった後も発熱量情報を保持する保持部と、前記発熱量情報に基づいて電流を流し、それに応じた熱量を発生する駆動部と、を含む。   A first aspect of the present invention is a thermal control matrix device in a reaction processing apparatus that performs a DNA amplification reaction, a plurality of heater units arranged in a matrix, and a scanning line for selecting each of the heater units. And a data line for giving calorific value information to the heater unit, each heater unit receiving a calorific value information given to the data line in a state where the scanning line is selected; And a holding unit that holds the calorific value information even after the scanning line is not selected, and a drive unit that generates current according to the calorific value information and generates a corresponding amount of heat.

好適には、前記各ヒータユニットは、前記データ線から電流レベルの形で与えられた発熱量情報を示す信号電流を一旦電圧レベルの形に変換する変換部と、変換された電圧レベルを保持する前記保持部と、保持された電圧レベルを電流レベルの形に変換して駆動する前記駆動部と、を含む。   Preferably, each of the heater units temporarily converts the signal current indicating the calorific value information given in the form of current level from the data line into the form of voltage level, and holds the converted voltage level. The holding unit, and the driving unit that converts the held voltage level into a current level and drives it.

好適には、前記保持部は、少なくとも一つのキャパシタを含み、前記駆動部は、電源電位と基準電位間に直列に接続されたスイッチおよびゲートに前記キャパシタが接続された少なくとも一つの電界効果トランジスタを含み、前記受け入れ部は、前記データ線の発熱量情報を上記キャパシタに転送し、電荷を蓄積させるスイッチを含み、前記駆動部のスイッチと前記受け入れ部のスイッチは相補的にオン、オフされる。   Preferably, the holding unit includes at least one capacitor, and the driving unit includes a switch connected in series between a power supply potential and a reference potential, and at least one field effect transistor having the gate connected to the capacitor. The receiving unit includes a switch for transferring heat generation amount information of the data line to the capacitor and storing electric charge, and the switch of the driving unit and the switch of the receiving unit are complementarily turned on and off.

本発明の第2の観点は、DNA増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、マトリクス状に配置された複数の温度検出ユニットと、前記各温度検出ユニットを選択するための走査線と、前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、前記温度検出ユニットの電流を検出する検出線と、を有し、前記各温度検出ユニットは、前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるPINダイオードと、前記電流駆動線の電流を前記PINダイオードに供給し、前記PINダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する転送部と、を含む。   A second aspect of the present invention is a thermal control matrix device in a reaction processing apparatus that performs a DNA amplification reaction, and a plurality of temperature detection units arranged in a matrix and scanning for selecting each of the temperature detection units. A current drive line for supplying a current to the temperature detection unit, and a detection line for detecting a current of the temperature detection unit, and each temperature detection unit receives a current from the current drive line. A PIN diode that is supplied and in which a forward current flows; and a transfer unit that supplies a current of the current drive line to the PIN diode and transfers a current flowing through the PIN diode to the detection line.

好適には、前記転送部は、温度検出時にオン状態に保持されるスイッチを含む。   Preferably, the transfer unit includes a switch held in an on state when temperature is detected.

本発明の第3の観点は、DNA増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、マトリクス状に配置された複数の蛍光検出ユニットと、前記各蛍光検出ユニットに逆方向電圧を供給するための逆方向電圧線と、前記蛍光検出ユニットの逆電流を検出する検出線と、を有し、前記各蛍光検出ユニットは、前記逆方向電圧線による逆方向電圧が供給されるPINダイオードと、前記逆方向電圧線の逆方向電圧を前記PINダイオードに供給し、前記PINダイオードに流れる逆電流を前記検出線に転送する転送部と、を含む。   A third aspect of the present invention is a thermal control matrix device in a reaction processing apparatus that performs a DNA amplification reaction, and supplies a plurality of fluorescence detection units arranged in a matrix and a reverse voltage to each of the fluorescence detection units. A reverse voltage line and a detection line for detecting a reverse current of the fluorescence detection unit, and each fluorescence detection unit includes a PIN diode to which a reverse voltage is applied by the reverse voltage line And a transfer unit that supplies a reverse voltage of the reverse voltage line to the PIN diode and transfers a reverse current flowing through the PIN diode to the detection line.

本発明の第4の観点は、DNA増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、マトリクス状に配置された複数のヒータユニットと、上記各ヒータユニットに対応してマトリクス状に配置され、前記ヒータユニットにより加熱された温度を検出する複数の温度検出ユニットと、前記各ヒータユニットを選択するための第1の走査線と、前記ヒータユニットに発熱量情報を与えるためのデータ線と、前記各温度検出ユニットを選択するための第2の走査線と、前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、前記温度検出ユニットの電流を検出する検出線と、を有し、前記各ヒータユニットは、前記走査線が選択された状態において前記データ線に与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部と、前記走査線が非選択となった後も発熱量情報を保持する保持部と、前記発熱量情報に基づいて電流を流し、それに応じた熱量を発生する駆動部と、を含み、前記各温度検出ユニットは、前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるPINダイオードと、前記電流駆動線の電流を前記PINダイオードに供給し、前記PINダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する転送部と、を含む。   A fourth aspect of the present invention is a thermal control matrix device in a reaction processing apparatus for performing a DNA amplification reaction, wherein a plurality of heater units are arranged in a matrix and are arranged in a matrix corresponding to each of the heater units. A plurality of temperature detection units for detecting the temperature heated by the heater unit; a first scanning line for selecting each of the heater units; and a data line for giving heat generation amount information to the heater unit; A second scanning line for selecting each temperature detection unit, a current drive line for supplying a current to the temperature detection unit, and a detection line for detecting a current of the temperature detection unit. The heater units each include a receiving unit that captures calorific value information given to the data line when the scanning line is selected, and the scanning line. Each of the temperature detection units includes: a holding unit that holds heat generation amount information even after being unselected; and a drive unit that generates a heat amount according to the current flow based on the heat generation amount information. A PIN diode through which a current from a current drive line is supplied and a forward current flows; and a transfer unit that supplies the current of the current drive line to the PIN diode and transfers the current flowing through the PIN diode to the detection line. .

好適には、前記検出線で検出された情報に基づき上記ヒータユニットの発熱量が上記発熱量情報により制御される。   Preferably, the heat generation amount of the heater unit is controlled by the heat generation amount information based on information detected by the detection line.

本発明の第5の観点は、DNA増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、マトリクス状に配置された複数の温度検出ユニットと、前記温度検出ユニットに対応してマトリクス状に配置された複数の蛍光検出ユニットと、前記各温度検出ユニットおよび前記蛍光検出ユニットを選択するための少なくとも一つの走査線と、前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、前記温度検出ユニットの電流を検出する第1の検出線と、前記各蛍光検出ユニットに逆方向電圧を供給するための逆方向電圧線と、前記蛍光検出ユニットの逆電流を検出する第2の検出線と、を有し、前記各温度検出ユニットは、前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるPINダイオードと、前記電流駆動線の電流を前記PINダイオードに供給し、前記PINダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する第1の転送部と、を含み、前記各蛍光検出ユニットは、前記逆方向電圧線による逆方向電圧が供給されるPINダイオードと、前記逆方向電圧線の逆方向電圧を前記PINダイオードに供給し、前記PINダイオードに流れる逆電流を前記検出線に転送する第2の転送部と、を含む。   A fifth aspect of the present invention is a thermal control matrix device in a reaction processing apparatus for performing a DNA amplification reaction, wherein a plurality of temperature detection units arranged in a matrix and a matrix corresponding to the temperature detection units are arranged. A plurality of arranged fluorescence detection units, at least one scanning line for selecting each temperature detection unit and the fluorescence detection unit, a current drive line for supplying a current to the temperature detection unit, and the temperature A first detection line for detecting a current of the detection unit; a reverse voltage line for supplying a reverse voltage to each of the fluorescence detection units; and a second detection line for detecting a reverse current of the fluorescence detection unit; Each temperature detection unit includes a PIN diode to which a current from the current drive line is supplied and a forward current flows, and a current in the current drive line A first transfer unit that supplies the PIN diode and transfers a current flowing through the PIN diode to the detection line, and each fluorescence detection unit is supplied with a reverse voltage from the reverse voltage line. A PIN diode; and a second transfer unit that supplies a reverse voltage of the reverse voltage line to the PIN diode and transfers a reverse current flowing through the PIN diode to the detection line.

好適には、前記温度検出ユニットと前記蛍光検出ユニットとは、前記PINダイオードを共用している。   Preferably, the temperature detection unit and the fluorescence detection unit share the PIN diode.

好適には、前記PINダイオードにて暗電流をセンシングすることで温度制御補正を行い、並びに蛍光受光時に発生する受光電流をセンシングすることで、増幅反応を検出する機能を有する。   Preferably, a temperature control correction is performed by sensing a dark current with the PIN diode, and a function of detecting an amplification reaction by sensing a light reception current generated during fluorescence reception.

本発明の第6の観点は、DNA増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、マトリクス状に配置された複数のヒータユニットと、上記各ヒータユニットに対応してマトリクス状に配置され、前記ヒータユニットにより加熱された温度を検出する複数の温度検出ユニットと、前記温度検出ユニットに対応してマトリクス状に配置された複数の蛍光検出ユニットと、前記各ヒータユニットを選択するための第1の走査線と、前記ヒータユニットに発熱量情報を与えるためのデータ線と、前記各温度検出ユニットおよび前記蛍光検出ユニットを選択するための少なくとも一つの第2の走査線と、前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、前記温度検出ユニットの電流を検出する第1の検出線と、前記各蛍光検出ユニットに逆方向電圧を供給するための逆方向電圧線と、前記蛍光検出ユニットの逆電流を検出する第2の検出線と、を有し、前記各ヒータユニットは、前記走査線が選択された状態において前記データ線に与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部と、前記走査線が非選択となった後も発熱量情報を保持する保持部と、前記発熱量情報に基づいて電流を流し、それに応じた熱量を発生する駆動部と、を含み、前記各温度検出ユニットは、前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるPINダイオードと、前記電流駆動線の電流を前記PINダイオードに供給し、前記PINダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する第1の転送部と、を含み、前記各蛍光検出ユニットは、前記逆方向電圧線による逆方向電圧が供給されるPINダイオードと、前記逆方向電圧線の逆方向電圧を前記PINダイオードに供給し、前記PINダイオードに流れる逆電流を前記検出線に転送する第2の転送部と、を含む。   A sixth aspect of the present invention is a thermal control matrix device in a reaction processing apparatus for performing a DNA amplification reaction, wherein a plurality of heater units are arranged in a matrix and are arranged in a matrix corresponding to each of the heater units. A plurality of temperature detection units for detecting the temperature heated by the heater unit; a plurality of fluorescence detection units arranged in a matrix corresponding to the temperature detection unit; and for selecting each of the heater units A first scanning line; a data line for providing calorific value information to the heater unit; at least one second scanning line for selecting each of the temperature detection units and the fluorescence detection unit; and the temperature detection. A current drive line for supplying a current to the unit, a first detection line for detecting a current of the temperature detection unit, A reverse voltage line for supplying a reverse voltage to the light detection unit, and a second detection line for detecting a reverse current of the fluorescence detection unit, and each heater unit is selected by the scanning line A receiving unit that captures the calorific value information given to the data line in the generated state, a holding unit that retains the calorific value information even after the scanning line is deselected, and a current based on the calorific value information. Each of the temperature detection units is supplied with a current from the current drive line and a forward current flows, and a current of the current drive line is supplied to the PIN. A first transfer unit that supplies a diode and transfers a current flowing through the PIN diode to the detection line, and each fluorescence detection unit receives a reverse voltage from the reverse voltage line. Including a PIN diode to be fed, a second transfer unit for transferring the reverse voltage of the reverse voltage line is supplied to the PIN diode, the reverse current flowing through the PIN diode to the detection line, the.

好適には、前記温度検出ユニットに検出結果にて発熱制御をリアルタイムにフィードバックする段階で、反応増幅検出のシグナルとして、蛍光検出を温度検出デバイスであるPINダイオードにて、蛍光量にて増幅反応をリアルタイムに検出を行う。   Preferably, at the stage where the heat generation control is fed back to the temperature detection unit in real time based on the detection result, fluorescence detection is performed as a signal of reaction amplification detection using a PIN diode which is a temperature detection device, and the amplification reaction is performed with the amount of fluorescence. Perform detection in real time.

本発明の第7の観点は、複数の反応領域を有する反応処理装置であって、熱制御を行うための熱制御マトリクス装置を有し、前記熱制御マトリクス装置は、前記反応領域に対応してマトリクス状に配置された複数のヒータユニットと、上記各ヒータユニットに対応してマトリクス状に配置され、前記ヒータユニットにより加熱された温度を検出する複数の温度検出ユニットと、前記温度検出ユニットに対応してマトリクス状に配置された複数の蛍光検出ユニットと、前記各ヒータユニットを選択するための第1の走査線と、前記ヒータユニットに発熱量情報を与えるためのデータ線と、前記各温度検出ユニットおよび前記蛍光検出ユニットを選択するための少なくとも一つの第2の走査線と、前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、前記温度検出ユニットの電流を検出する第1の検出線と、前記各蛍光検出ユニットに逆方向電圧を供給するための逆方向電圧線と、前記蛍光検出ユニットの逆電流を検出する第2の検出線と、を有し、前記各ヒータユニットは、前記走査線が選択された状態において前記データ線に与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部と、前記走査線が非選択となった後も発熱量情報を保持する保持部と、前記発熱量情報に基づいて電流を流し、それに応じた熱量を発生する駆動部と、を含み、前記各温度検出ユニットは、前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるPINダイオードと、前記電流駆動線の電流を前記PINダイオードに供給し、前記PINダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する第1の転送部と、を含み、前記各蛍光検出ユニットは、前記逆方向電圧線による逆方向電圧が供給されるPINダイオードと、前記逆方向電圧線の逆方向電圧を前記PINダイオードに供給し、前記PINダイオードに流れる逆電流を前記検出線に転送する第2の転送部と、を含む。   A seventh aspect of the present invention is a reaction processing apparatus having a plurality of reaction regions, comprising a thermal control matrix device for performing thermal control, wherein the thermal control matrix device corresponds to the reaction region. Corresponding to a plurality of heater units arranged in a matrix, a plurality of temperature detection units arranged in a matrix corresponding to each of the heater units, and detecting the temperature heated by the heater unit, and the temperature detection unit A plurality of fluorescence detection units arranged in a matrix, a first scanning line for selecting each of the heater units, a data line for giving heat generation amount information to the heater unit, and each temperature detection At least one second scanning line for selecting a unit and the fluorescence detection unit, and a power for supplying a current to the temperature detection unit. A drive line, a first detection line for detecting a current of the temperature detection unit, a reverse voltage line for supplying a reverse voltage to each of the fluorescence detection units, and a reverse current of the fluorescence detection unit are detected. A second detection line, wherein each heater unit receives a calorific value information given to the data line in a state where the scanning line is selected, and the scanning line is not selected. A holding unit that holds the calorific value information, and a drive unit that generates current according to the calorific value information and generates a heat amount corresponding to the current, and each of the temperature detection units is connected to the current drive line. A PIN diode through which a forward current is supplied and a current is supplied to the PIN diode, and a first transfer unit is configured to supply the current through the PIN diode to the PIN diode and to transfer the current through the PIN diode to the detection line; Each of the fluorescence detection units includes a PIN diode to which a reverse voltage is supplied by the reverse voltage line, a reverse voltage of the reverse voltage line to the PIN diode, and a reverse current that flows through the PIN diode. And a second transfer unit that transfers current to the detection line.

本発明によれば、温度制御を高精度で行うことができる。   According to the present invention, temperature control can be performed with high accuracy.

以下、本発明の実施形態を添付図面に関連付けて説明する。
添付図面に示された各実施形態は、本発明に係る代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
Each embodiment shown in an accompanying drawing shows an example of typical embodiment concerning the present invention, and, thereby, the scope of the present invention is not interpreted narrowly.

本実施形態においては、PCR法を採用する反応処理装置に適用可能な熱制御マトリクス装置について説明する。
PCR法を採用する反応処理装置としては、たとえば遺伝子発現量を検出するリアルタイムPCR装置がある。
In the present embodiment, a thermal control matrix device that can be applied to a reaction processing apparatus that employs the PCR method will be described.
An example of a reaction processing apparatus that employs the PCR method is a real-time PCR apparatus that detects a gene expression level.

図1は、本発明の実施形態に係る反応処理装置としてのリアルタイムPCR装置の一構成例を示す概念図である。   FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a configuration example of a real-time PCR apparatus as a reaction processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

PCR装置1は、図1に示すように、複数の反応領域A1を有するウェル基板11と、光源12と、光源12より発せられた励起光L1,L2を導く励起光走査板13とを備えている。そして、フィルター14と、蛍光L3を検出する蛍光検出部15と、前記反応領域A1を加熱する加熱部16と、が測定基板17に設けられている。   As shown in FIG. 1, the PCR device 1 includes a well substrate 11 having a plurality of reaction regions A1, a light source 12, and an excitation light scanning plate 13 that guides excitation light L1 and L2 emitted from the light source 12. Yes. A filter 14, a fluorescence detection unit 15 that detects fluorescence L 3, and a heating unit 16 that heats the reaction region A 1 are provided on the measurement substrate 17.

PCR装置1では、光源12より発せられた励起光L1が、励起光走査板13を経て、励起光L2として各反応領域A1に照射される。そして、反応領域A1内から発せられた蛍光L3を蛍光検出部15により検出・測定される。   In the PCR device 1, the excitation light L1 emitted from the light source 12 passes through the excitation light scanning plate 13 and is irradiated to each reaction region A1 as the excitation light L2. Then, the fluorescence L3 emitted from within the reaction region A1 is detected and measured by the fluorescence detection unit 15.

PCR装置1では、特に、加熱部16を反応領域A1ごとに設け、かつ加熱部16の熱源近傍の温度を検出して電気的信号に変換する温度検出部を備え、予め得られた電気的信号と熱源の加熱量との相関関係に基づいて加熱量を決定する機能を有することで、各々の反応領域A1を個別に、かつ高精度に温度制御することもできる。
PCR装置1については、本実施形態に係る熱制御マトリクス装置について説明した後、さらに詳述する。
In the PCR apparatus 1, in particular, a heating unit 16 is provided for each reaction region A1, and a temperature detection unit that detects a temperature in the vicinity of the heat source of the heating unit 16 and converts the temperature into an electrical signal is provided. By having the function of determining the heating amount based on the correlation between the heating amount and the heating amount of the heat source, the temperature of each reaction region A1 can be controlled individually and with high accuracy.
The PCR device 1 will be further described in detail after the description of the thermal control matrix device according to the present embodiment.

PCR装置においては、反応信号として加熱部であるTFT基板の上部あるいは下部などの近傍にて積層する別の機能部にて信号検出する構成をとる場合に、反応信号である蛍光を検出するにあたり、直接検出する際には、蛍光検出を遮断する弊害のない光透過性を有し、かつ比較的大型の透明絶縁基板(たとえばガラス)上にヒータマトリクスを構成することが望ましい。
この場合、半導体素子として薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下TFTと称することがある)を使用することがコスト面、製造プロセスなどから好適である。
ただし、TFTは一般に、単結晶の半導体素子と比較して、より製造ばらつきや経時変化が大きいことが知られている。
In the PCR device, when detecting a signal as a reaction signal in another functional unit that is stacked in the vicinity of the upper or lower portion of the TFT substrate that is a heating unit, in detecting fluorescence as a reaction signal, In the case of direct detection, it is desirable to form a heater matrix on a relatively large transparent insulating substrate (for example, glass) that has a light-transmitting property that does not adversely block fluorescence detection.
In this case, it is preferable to use a thin film transistor (hereinafter sometimes referred to as TFT) as a semiconductor element in terms of cost, manufacturing process, and the like.
However, it is generally known that TFTs have larger manufacturing variations and changes over time than single crystal semiconductor elements.

より具体的には、PCR装置におけるヒータとしては、大型のガラス基板上に電流駆動能力が比較的高いTFTを形成できる、低温ポリシリコンプロセスを利用するのが好適である。低温ポリシリコンプロセスでは通常、ガラス基板上にアモルファスシリコン膜を形成した後、基板の熱変形を避けるため、レーザアニール法によって結晶化が行われる。
ただし、大きなガラス基板に均一にレーザエネルギーを照射することは容易ではなく、ポリシリコンの結晶化の状態が基板内の場所によってばらつきを生ずることが避けられない。この結果、同一基板上に形成したTFTでも、そのVth(しきい値)が場所によって数百mV、場合によっては1V以上ばらつくこともまれではない。このようなTFTを使用する場合、既存の技術では高精度かつ高信頼なPCR反応装置を構成することが困難である。
そこで、本実施形態においては、透明絶縁基板上の形成された薄膜トランジスタを用いて高精度な温度制御な可能なPCR装置を実現するための、熱制御マトリクス装置を実現している。
More specifically, as the heater in the PCR apparatus, it is preferable to use a low-temperature polysilicon process capable of forming a TFT having a relatively high current driving capability on a large glass substrate. In the low-temperature polysilicon process, after forming an amorphous silicon film on a glass substrate, crystallization is usually performed by a laser annealing method in order to avoid thermal deformation of the substrate.
However, it is not easy to uniformly irradiate a large glass substrate with laser energy, and it is inevitable that the crystallization state of polysilicon varies depending on the location in the substrate. As a result, even if TFTs are formed on the same substrate, it is not uncommon for the Vth (threshold value) to vary from several hundred mV depending on the location, and sometimes 1 V or more. When such a TFT is used, it is difficult to construct a highly accurate and highly reliable PCR reaction apparatus with existing technology.
Therefore, in the present embodiment, a thermal control matrix device for realizing a PCR device capable of high-precision temperature control using a thin film transistor formed on a transparent insulating substrate is realized.

具体的には、以下に説明する実施形態においては、TFTによりカレントコピーあるいはカレントミラーによりヒータユニットを構成することで、高精度な温度制御を可能とし、さらには、いわゆるPINダイオードを温度センサとして用いて、フィードバックを行うことで、かつ並行PINダイオードにて増幅反応信号として蛍光検出を実現することにより、高精度な網羅解析を可能とする。   Specifically, in the embodiment described below, a heater unit is configured by a current copy or current mirror using TFTs, thereby enabling highly accurate temperature control, and further, a so-called PIN diode is used as a temperature sensor. Thus, by performing feedback and realizing fluorescence detection as an amplification reaction signal with a parallel PIN diode, high-accuracy comprehensive analysis is enabled.

本実施形態に係る熱制御マトリクス装置は、たとえば上述したPCR1の加熱部16、温度検出部、および蛍光検出部15として適用可能である。
以下、熱制御マトリクス装置の実施形態として、発熱量が制御可能な加熱部(発熱部)として適用可能なヒータマトリクス装置、温度検出部として適用可能な温度検出マトリクス、蛍光検出部として適用可能な蛍光検出マトリクス装置、温度検出マトリクス装置の機能と蛍光検出部としての機能を併せ持つ温度蛍光検出マトリクス装置、ヒータマトリクス装置の機能と温度検出マトリクス装置の機能とを併せ持つヒータ温度検出マトリクス装置、およびヒータマトリクス装置の機能と温度蛍光マトリクス装置としての機能を併せ持つヒータ温度蛍光検出マトリクス装置、を例にとり順を追って説明する。
The thermal control matrix device according to the present embodiment can be applied as, for example, the heating unit 16, the temperature detection unit, and the fluorescence detection unit 15 of the PCR 1 described above.
Hereinafter, as an embodiment of the thermal control matrix device, a heater matrix device applicable as a heating unit (heat generation unit) capable of controlling the amount of heat generation, a temperature detection matrix applicable as a temperature detection unit, and fluorescence applicable as a fluorescence detection unit Detection matrix device, temperature fluorescence detection matrix device having both functions of temperature detection matrix device and fluorescence detection unit, heater temperature detection matrix device having both functions of heater matrix device and function of temperature detection matrix device, and heater matrix device A heater temperature fluorescence detection matrix device having both the above functions and a function as a temperature fluorescence matrix device will be described in order.

まず、ヒータマトリクス装置について説明する。   First, the heater matrix device will be described.

<ヒータマトリクス装置>
図2は、本発明の実施形態に係るヒータマトリクス装置の一構成例を示す図である。
<Heater matrix device>
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the heater matrix device according to the embodiment of the present invention.

このヒータマトリクス装置100は、図2に示すように、ヒータユニット110がm×nのマトリクス状に配列されたセルアレイ部101、データ線駆動回路(DTDRV)102、走査線駆動回路(WSDRV)103、ヒータユニット110に発熱量情報を与えるためのデータ線DTL101〜DTL10m、およびヒータユニット110を選択し、発熱力情報を書き込み、書き込まれた発熱量情報に応じた電流を流すための走査線WSL101〜WSL10mを有する。   As shown in FIG. 2, the heater matrix device 100 includes a cell array unit 101 in which heater units 110 are arranged in an m × n matrix, a data line driving circuit (DTDRV) 102, a scanning line driving circuit (WSDRV) 103, Scan lines WSL101 to WSL10m for selecting data lines DTL101 to DTL10m for giving heat generation amount information to heater unit 110 and heater unit 110, writing heat generation power information, and flowing current according to the written heat generation amount information. Have

データ線駆動回路102は、走査線駆動回路103の走査線WSL101〜WSL10mの駆動タイミングに同期して、各データ線DTL101〜DTL10nに信号電流を印加することで、各加熱部としてのヒータユニット110に対して行単位で発熱量情報を書き込む。
走査線駆動回路103は、走査線WSL101〜WSL10mを順次選択してパルス駆動する。走査線駆動回路103は、走査線WSL101〜WSL10mを駆動することにより、ヒータユニット110が発熱量情報を取得するタイミングを制御する。
走査線駆動回路103は、ヒータユニット110における発熱量情報の書き込み終了後、走査線WSL101〜WSL10mを非選択にすることで、信号電流と同じ電流値の駆動電流を各発熱部(ヒータユニット)に流し続けることができる。
このようにして、前記各ヒータユニット110に所望の大きさの電流を流すことができ、その結果、所望の熱量を発生させることができる。
The data line driving circuit 102 applies a signal current to each of the data lines DTL101 to DTL10n in synchronization with the driving timing of the scanning lines WSL101 to WSL10m of the scanning line driving circuit 103, whereby the heater unit 110 as each heating unit is applied. On the other hand, calorific value information is written in units of lines.
The scanning line drive circuit 103 sequentially selects and scans the scanning lines WSL101 to WSL10m. The scanning line driving circuit 103 controls the timing at which the heater unit 110 acquires heat generation amount information by driving the scanning lines WSL101 to WSL10m.
The scanning line driving circuit 103 deselects the scanning lines WSL101 to WSL10m after completing the writing of the heat generation amount information in the heater unit 110, so that a driving current having the same current value as the signal current is supplied to each heating unit (heater unit). Can continue to flow.
In this manner, a current having a desired magnitude can be supplied to each heater unit 110, and as a result, a desired amount of heat can be generated.

なお、データ線駆動回路102は、図示しない温度検出制御系により供給される制御信号CTLに応じた発熱量情報を信号電流として各データ線DTL101〜DTL10nに転送することにより、各ヒータユニット110の発熱量を制御可能である。
換言すれば、ヒータユニット110の発熱量は、書き込まれる発熱量情報により制御される。
The data line driving circuit 102 transfers heat generation information corresponding to a control signal CTL supplied by a temperature detection control system (not shown) to each of the data lines DTL101 to DTL10n as a signal current, thereby generating heat from each heater unit 110. The amount can be controlled.
In other words, the heat generation amount of the heater unit 110 is controlled by the written heat generation amount information.

次に、ヒータユニット110の具体的な構成例について説明する。   Next, a specific configuration example of the heater unit 110 will be described.

図3は、本実施形態に係るヒータマトリクス装置におけるヒータユニットの第1の構成例を示す回路図である。図4は、図3の回路動作の一状態を示す回路図である。図5は、図3の回路動作の別の一状態を示す回路図である。   FIG. 3 is a circuit diagram showing a first configuration example of the heater unit in the heater matrix device according to the present embodiment. FIG. 4 is a circuit diagram showing one state of the circuit operation of FIG. FIG. 5 is a circuit diagram showing another state of the circuit operation of FIG.

図3のヒータユニット110は、nチャネル絶縁ゲート型トランジスタにより形成されるトランジスタT111、スイッチSW111,SW112,SW113、キャパシタC111、およびノードND111,ND112,ND113を有する。
なお、図において、符号gはトランジスタのゲートを、符号dはドレインを、符号sはソースを示している。符号CsはキャパシタC111の容量を示している。
The heater unit 110 of FIG. 3 includes a transistor T111 formed of an n-channel insulated gate transistor, switches SW111, SW112, SW113, a capacitor C111, and nodes ND111, ND112, ND113.
In the figure, symbol g indicates the gate of the transistor, symbol d indicates the drain, and symbol s indicates the source. A symbol Cs indicates the capacitance of the capacitor C111.

ヒータユニット110において、駆動トランジスタとして機能するトランジスタT111のドレインdがノードND111に接続され、ゲートgがノードND112に接続され、ソースsがノードND113に接続されている。そして、ノードND113が接地電位GNDに接続されている。
スイッチSW111が、信号電流Isigが伝搬されるデータ線DTLとノードND113との間に接続されている。スイッチSW112がノードND111とノードND112との間に接続されている。スイッチSW113がノードND111と電源電位VDDとの間に接続されている。
キャパシタC111は、第1電極がノードND112に接続され、第2電極がノードND113(または接地電位GND)に接続されている。
In the heater unit 110, the drain d of the transistor T111 functioning as a driving transistor is connected to the node ND111, the gate g is connected to the node ND112, and the source s is connected to the node ND113. The node ND113 is connected to the ground potential GND.
The switch SW111 is connected between the data line DTL through which the signal current Isig is propagated and the node ND113. A switch SW112 is connected between the node ND111 and the node ND112. A switch SW113 is connected between the node ND111 and the power supply potential VDD.
Capacitor C111 has a first electrode connected to node ND112 and a second electrode connected to node ND113 (or ground potential GND).

ヒータユニット110において、スイッチSW111およびSW112は走査線WSL101〜WSL10mのレベルに応じて同相でオン、オフされる。
スイッチSW113は、走査線WSL101〜WSL10mのレベルに応じて、スイッチSW111,SW112と相補的にオン、オフされる。
In the heater unit 110, the switches SW111 and SW112 are turned on and off in the same phase according to the levels of the scanning lines WSL101 to WSL10m.
The switch SW113 is turned on and off complementarily with the switches SW111 and SW112 according to the levels of the scanning lines WSL101 to WSL10m.

これらの構成要素のうち、スイッチSW111,SW112が、走査線WSLが選択された状態においてデータ線DTLに与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部として機能する。
キャパシタC111が、走査線が非選択となった後も発熱量情報を保持する保持部として機能する。
そして、トランジスタT111およびスイッチSW113が、書き込まれた発熱量情報に基づいて電流を流し、それに応じた熱量を発生する駆動部として機能する。
Among these components, the switches SW111 and SW112 function as a receiving unit that captures heat generation amount information given to the data line DTL in a state where the scanning line WSL is selected.
The capacitor C111 functions as a holding unit that holds heat generation amount information even after the scanning line is not selected.
Then, the transistor T111 and the switch SW113 function as a drive unit that causes a current to flow based on the written heat generation amount information and generates a heat amount corresponding thereto.

ヒータユニット110において、駆動電流は、電源電位VDDと接地電位GNDとの間を、トランジスタT111、スイッチSW113を介して流れる。
そして、トランジスタT111とスイッチSW113の抵抗成分によって発生するジュール熱を熱源として使用することができる。
なお、トランジスタT111をnチャネルとしたのは一例であり、本発明ではpチャネルのトランジスタも適宜使用することができる。
In the heater unit 110, the drive current flows between the power supply potential VDD and the ground potential GND via the transistor T111 and the switch SW113.
The Joule heat generated by the resistance component of the transistor T111 and the switch SW113 can be used as a heat source.
Note that the transistor T111 is an n-channel, and a p-channel transistor can be used as appropriate in the present invention.

本実施形態においては、データ線DTLから伝達される加熱量情報は信号電流Isigであり、この信号電流を信号電圧に変換して熱制御する回路構成とすることが望ましい。以下、図3の回路の動作について、図4および図5に関連付けて説明する。   In the present embodiment, the heating amount information transmitted from the data line DTL is a signal current Isig, and it is desirable to have a circuit configuration in which this signal current is converted into a signal voltage and thermally controlled. Hereinafter, the operation of the circuit of FIG. 3 will be described with reference to FIG. 4 and FIG.

図4は、ヒータユニット110に電流レベルの形の加熱量情報(すなわち、信号電流)を書き込む動作を示している。この書き込み動作においては、スイッチSW111,SW112がオン状態であり、スイッチSW113がオフ状態である。   FIG. 4 shows an operation of writing heating amount information (that is, a signal current) in the form of a current level in the heater unit 110. In this write operation, the switches SW111 and SW112 are on and the switch SW113 is off.

トランジスタT111は、ドレインdとゲートgがスイッチSW2によって短絡された状態であり信号電流Isigが流れる(図4参照)。
その結果、信号電流Isigの値に応じたゲート・ソース間の信号電圧Vgsが発生する。
The transistor T111 is in a state where the drain d and the gate g are short-circuited by the switch SW2, and the signal current I sig flows (see FIG. 4).
As a result, a gate-source signal voltage V gs corresponding to the value of the signal current I sig is generated.

そして、トランジスタT111がエンハンスメント型トランジスタ(即ち、しきい値Vth>0)であれば、飽和領域で動作し、信号電流Isigと信号電圧Vgsとの間にはよく知られた下記の式(1)が成立する。 If the transistor T111 is an enhancement type transistor (that is, the threshold value V th > 0), the transistor T111 operates in a saturation region, and a well-known expression between the signal current I sig and the signal voltage V gs (1) is established.

[数1]
Isig = μ・Cox・W/L/2・(Vgs−Vth) (1)
[Equation 1]
Isig = μ · Cox · W / L / 2 · (Vgs−Vth) 2 (1)

ここで、μはキャリアの移動度、COXは単位面積当たりのゲート容量、Wはチャネル幅、Lはチャネル長をそれぞれ示している。 Here, μ represents carrier mobility, C OX represents gate capacitance per unit area, W represents channel width, and L represents channel length.

回路が安定した時点でスイッチSW112をオフ状態とすると、ゲート・ソース間電圧VgsがキャパシタC111に保持されるので、スイッチSW111をオフ状態とすることで信号書き込み動作が完了する。 When the switch SW112 is turned off when the circuit is stabilized, the gate-source voltage Vgs is held in the capacitor C111. Therefore, the signal write operation is completed by turning the switch SW111 off.

その後、任意のタイミングで、図5に示すように、スイッチSW113をオン状態とすると、電源電圧VDDから接地電位GNDに向かって電流が流れる。このとき、トランジスタT111が飽和領域で動作するように、電源電圧VDDを十分に高く、スイッチSW113のオン抵抗を十分に低く設定すれば、トランジスタT111に流れる駆動電流Idrvは、ドレイン・ソース間電圧Vdsには依存せず下記式(2)で与えられる。そして、この駆動電流Idrvは、前記信号電流Isigに一致する。 After that, when the switch SW113 is turned on at an arbitrary timing as shown in FIG. 5, a current flows from the power supply voltage VDD toward the ground potential GND. At this time, as the transistor T111 is operated in the saturation region, sufficiently high power supply voltage VDD, is set sufficiently low on-resistance of the switch SW 113, the drive current I drv flowing through the transistor T111, the drain-source voltage It is given by the following formula (2) without depending on V ds . The drive current I drv matches the signal current I sig .

[数2]
Idrv = μ・Cox・W/L/2・(Vgs−Vth) (2)
[Equation 2]
Idrv = μ · Cox · W / L / 2 · (Vgs−Vth) 2 (2)

すなわち、前記式(1)、(2)の右辺に表れる各パラメータは、一般に基板毎に、あるいは同一基板内であっても場所ごとにばらつくが、図4や図5に示した駆動を行うことで、これらの各パラメータの値に関係なく、信号電流Isigと駆動電流Idrvとが一致する。 That is, each parameter appearing on the right side of the equations (1) and (2) generally varies from one board to another or from place to place even within the same board, but the driving shown in FIGS. 4 and 5 is performed. Thus, the signal current I sig and the drive current I drv match regardless of the values of these parameters.

そして、前記信号電流Isigはヒータマトリクス装置外部の制御回路等によって、正確な値で生成することが可能であるから、図3のヒータユニット回路から発生するジュール熱は、トランジスタの特性のばらつき等に影響を受けず、電源電圧VDDと信号電流Isigとの積(VDD×Isig)で決まる正確な値とすることができる。 Since the signal current I sig can be generated with an accurate value by a control circuit or the like outside the heater matrix device, the Joule heat generated from the heater unit circuit in FIG. It is possible to obtain an accurate value determined by the product of the power supply voltage VDD and the signal current I sig (VDD × I sig ).

図6は、図3に示す回路構成の変形例を示す回路図である。   FIG. 6 is a circuit diagram showing a modification of the circuit configuration shown in FIG.

図6に示す回路は、図3とスイッチSW112の接続関係等が相違する。具体的には、スイッチSW112は、ノードND111とノードND112との間ではなく、データ線DTLとノードND112との間に接続されている。
図6の回路の場合、ノードND112とデータ線DTLとの接続関係は、図3の場合と、スイッチSW111、ノードND111を介するか否かで、回路動作的には、図3と等価である。
図6に示す回路は、図3に示す回路と同様に、信号書き込み時にはスイッチSW111とスイッチSW112をオン状態にし、スイッチSW113をオフ状態とする。
そして、発熱動作時には、スイッチSW111とスイッチSW112をオフ状態にし、スイッチSW113をオン状態とする。
図6の回路も図3の回路と同様の機能を発揮することができる。
The circuit shown in FIG. 6 is different from FIG. 3 in the connection relationship between the switch SW112 and the like. Specifically, the switch SW112 is connected not between the node ND111 and the node ND112 but between the data line DTL and the node ND112.
In the case of the circuit of FIG. 6, the connection relationship between the node ND112 and the data line DTL is equivalent to that of FIG. 3 in terms of circuit operation depending on whether or not the connection is made through the switch SW111 and the node ND111.
As in the circuit shown in FIG. 3, the circuit shown in FIG. 6 turns on the switch SW111 and the switch SW112 and turns off the switch SW113 during signal writing.
During the heat generation operation, the switches SW111 and SW112 are turned off and the switch SW113 is turned on.
The circuit of FIG. 6 can also exhibit the same function as the circuit of FIG.

図7は、図3に示す回路構成の別の変形例を示す回路図である。   FIG. 7 is a circuit diagram showing another modification of the circuit configuration shown in FIG.

図7では、トランジスタT111としてpチャネルトランジスタを用いており、電流の向きが逆転している点等で図3の回路と相違する。
図7の回路の場合、トランジスタT111のソースsが電源電位VDD(ノードND113)に接続され、ドレインdがノードND111に接続され、スイッチSW113がノードND111と接地電位GNDとの間に接続されている。
図7の回路は、原理的には図3の回路と共通するものであり、同様の機能を発揮することができる。
7 differs from the circuit of FIG. 3 in that a p-channel transistor is used as the transistor T111 and the direction of current is reversed.
In the case of the circuit of FIG. 7, the source s of the transistor T111 is connected to the power supply potential VDD (node ND113), the drain d is connected to the node ND111, and the switch SW113 is connected between the node ND111 and the ground potential GND. .
The circuit in FIG. 7 is in principle common to the circuit in FIG. 3 and can exhibit the same function.

本発明において、低温ポリシリコン薄膜トランジスタ(低温ポリシリコンTFT)ではpチャネル絶縁ゲート型トランジスタ(PMOS)を用いることが好適である。低温ポリシリコンTFTでは、PMOSの方が、特性が安定している点で望ましい。   In the present invention, a p-channel insulated gate transistor (PMOS) is preferably used for the low-temperature polysilicon thin film transistor (low-temperature polysilicon TFT). In the low-temperature polysilicon TFT, the PMOS is preferable because the characteristics are stable.

図8は、図3に示す回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。   FIG. 8 is a circuit diagram showing still another modification of the circuit configuration shown in FIG.

図8の回路では、各スイッチSW111,SW112,SW113の制御は図3の回路と共通するが、トランジスタT111のソース側から信号電流Isigを引き出す点等で相違する。
図8の回路の場合、トランジスタT111はnチャネルトランジスタであるが、トランジスタT111のドレインdが電源電位VDDに接続され、ドレインdがノードND111に接続され、スイッチSW113がノードND111と接地電位GNDとの間に接続されている。
図8の回路は、ゲート・ドレイン間を短絡した状態で信号電流Isigを流し、それに応じて発生したゲート・ソース間電圧VgsをキャパシタC111に保持させるという動作原理は、図3の回路と共通するものであり、同様の機能を発揮することができる。
In the circuit of FIG. 8, the control of each switch SW111, SW112, SW113 is the same as that of the circuit of FIG. 3, but differs in that the signal current I sig is drawn from the source side of the transistor T111.
In the case of the circuit in FIG. 8, the transistor T111 is an n-channel transistor, but the drain d of the transistor T111 is connected to the power supply potential VDD, the drain d is connected to the node ND111, and the switch SW113 is connected between the node ND111 and the ground potential GND. Connected between.
The circuit of FIG. 8 is operated in the same manner as the circuit of FIG. 3 in that the signal current I sig flows in a state where the gate and drain are short-circuited, and the gate-source voltage V gs generated accordingly is held in the capacitor C111. They are common and can perform the same function.

図9は、図3に示す回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。   FIG. 9 is a circuit diagram showing still another modification of the circuit configuration shown in FIG.

図9の回路では、図3の回路構成に、トランジスタT112、スイッチSW114、キャパシタ112を追加した点等で相違する。スイッチSW114は、スイッチSW112と同様にオン、オフが制御される。
トランジスタT114のゲートがノードND114に接続され、ドレインがノードND113に接続され、ソースが接地電位GNDに接続されている。そして、スイッチSW114はノードND113とノードND114との間に接続され、キャパシタC112の第1電極がノードND114に接続され、第2電極が接地電位GNDに接続されている。
この回路の動作を以下に説明する。
The circuit of FIG. 9 is different in that a transistor T112, a switch SW114, and a capacitor 112 are added to the circuit configuration of FIG. The switch SW114 is controlled to be turned on and off in the same manner as the switch SW112.
The gate of the transistor T114 is connected to the node ND114, the drain is connected to the node ND113, and the source is connected to the ground potential GND. The switch SW114 is connected between the node ND113 and the node ND114, the first electrode of the capacitor C112 is connected to the node ND114, and the second electrode is connected to the ground potential GND.
The operation of this circuit will be described below.

図3の回路において、信号電流Isigは式(1)によって与えられ、駆動電流Idrvは式(2)によって与えられ、信号電流Isigと駆動電流Idrvが一致することは既に述べた。このことは、たとえば、MOSトランジスタに流れる電流が、飽和領域動作においてはドレイン・ソース間電圧Vdsにはよらず、ゲート・ソース間電圧Vgsによってのみ決定されるという基本動作に沿うものである。 In the circuit of FIG. 3, the signal current I sig is given by the equation (1), the drive current I drv is given by the equation (2), and it has already been described that the signal current I sig and the drive current I drv coincide. This is, for example, the current flowing through the MOS transistor, irrespective of the voltage V ds between the drain and the source in the saturation region operation, is in line with the basic operation of being determined only by the gate-source voltage V gs .

しかるに、現実のトランジスタでは、ドレイン・ソース間電圧Vdsが増加すると、ドレイン・ソース間電流Idsも多少増加するのが普通である。この現象は、ドレインの電位がチャネルの導電状態に影響を与えるバックゲート効果や、ドレイン端の空乏層(欠乏層)がソース側に伸びることで実効的なチャネル長Lが短くなるショートチャネル効果等が原因であると考えられる。 However, in an actual transistor, when the drain-source voltage V ds increases, the drain-source current I ds generally increases somewhat. This phenomenon includes the back gate effect in which the drain potential affects the channel conduction state, the short channel effect in which the effective channel length L is shortened by the depletion layer (depletion layer) at the drain end extending to the source side, and the like. Is considered to be the cause.

図3の回路を例にして説明すると、比較的小さな信号電流Isigを書き込む場合には、式(1)によって発生するゲート・ソース間電圧Vgsは比較的小さな値となり、ドレイン・ソース間電圧Vdsはゲート・ソース間電圧Vgsと等しい小さな値となる。 Referring to the circuit of FIG. 3 as an example, when a relatively small signal current I sig is written, the gate-source voltage V gs generated by the equation (1) becomes a relatively small value, and the drain-source voltage V ds is a small value equal to the gate-source voltage V gs .

一方、駆動時には、駆動電流Idrvが小さいためにスイッチSW113での電圧降下が小さく、トランジスタT111のドレイン・ソース間電圧Vdsは書き込み時より大きな値となる。このように、書き込み時と駆動時でのトランジスタT111のドレイン・ソース間電圧Vdsは一般に一致しない。したがって、信号電流Isigと駆動電流Idrvも厳密には一致しない。このことが、所望の加熱量が得られない原因となる場合がある。 On the other hand, at the time of driving, the drive current I drv voltage drop across the switch SW113 to small small, the drain-source voltage V ds of the transistor T111 becomes greater than the time of writing. Thus, the drain-source voltage V ds of the transistor T111 in the time of driving at the time of writing does not generally match. Therefore, the signal current I sig and the drive current I drv do not exactly match. This may cause the desired amount of heating not to be obtained.

これに対して、図9に示す回路構成の動作を考える。
たとえば、トランジスタT111については、図3の回路と同様に、書き込み時と駆動時とでトランジスタT111のドレイン・ソース間電圧Vdsは一般に一致しない。
しかし、たとえば駆動時のドレイン・ソース間電圧Vdsが大きい場合、信号電流Isigよりも駆動電流Idrvの方が大きくはなるものの、トランジスタT112が飽和状態で動作していれば(言い換えれば、定電流源に近い動作をしていれば)、その微分抵抗は非常に大きい値となる。
In contrast, consider the operation of the circuit configuration shown in FIG.
For example, the transistors T111, similar to the circuit of Figure 3, the drain-source voltage V ds of the transistor T111 in the time of driving and the time of writing does not generally match.
However, for example, when the drain-source voltage V ds during driving is large, the driving current I drv is larger than the signal current I sig , but if the transistor T112 operates in a saturated state (in other words, If it is operating close to a constant current source), its differential resistance is very large.

これによって、駆動電流Idrvが僅かに増加しただけでもトランジスタT111のソース電位が大きく上昇する。これは、トランジスタT111のゲート・ソース間電圧Vgsを減少させ、駆動電流Idrvを減少させる方向に作用する。結果として、駆動電流Idrvは信号電流Isigに対してあまり増加することができず、信号電流Isigと駆動電流Idrvとの一致性は図3の例よりも良好になる。 As a result, the source potential of the transistor T111 greatly increases even if the drive current Idrv slightly increases. This acts in the direction of decreasing the gate-source voltage Vgs of the transistor T111 and decreasing the drive current Idrv . As a result, the drive current I drv can not be increased too much with respect to the signal current I sig, consistent with the signal current I sig and the drive current I drv becomes better than the example of FIG.

図10は、図3の具体的な構成例を示す回路図である。   FIG. 10 is a circuit diagram showing a specific configuration example of FIG.

図10の回路は、3個のスイッチSW111,112はpチャネルトランジスタT113,114により形成され、スイッチSW113はnチャネルトランジスタT115により構成されている。
これら3個のトランジスタT113〜T115のゲートが走査線WSLに共通に接続される。そして、この走査線WSLが低レベルのときに信号書き込み動作を行い、高レベルのときに駆動動作を行うようにさせることができる。
後述するように、本発明において、トランジスタT113,T114,T115の各ゲートを共通接続しない形態とすることもできるが、構造が簡易である点で図10の回路図とすることが好適である。
In the circuit of FIG. 10, three switches SW111 and 112 are formed by p-channel transistors T113 and 114, and the switch SW113 is formed by an n-channel transistor T115.
The gates of these three transistors T113 to T115 are commonly connected to the scanning line WSL. A signal writing operation can be performed when the scanning line WSL is at a low level, and a driving operation can be performed when the scanning line WSL is at a high level.
As will be described later, in the present invention, the gates of the transistors T113, T114, and T115 may not be connected in common, but the circuit diagram of FIG. 10 is preferable because the structure is simple.

図11は、図10の回路構成の別の変形例を示す回路図である。   FIG. 11 is a circuit diagram showing another modification of the circuit configuration of FIG.

図11に示す回路構成はトランジスタT114a,T114bを有する点等が、図10に示す回路構成と相違する。   The circuit configuration shown in FIG. 11 is different from the circuit configuration shown in FIG. 10 in that transistors T114a and T114b are included.

一般にTFTは製造過程等で欠陥が生じやすく、たとえば、スイッチトランジスタがオフ状態において微小なリーク電流を流す不具合が確率的に発生する。
図10の回路では、トランジスタT4にリーク電流が生じた場合、リーク電流によってキャパシタC111に保持された電圧が変化する。そのため、正しい発熱状態を維持することができない状況が発生する場合がある。
In general, a TFT is likely to be defective in a manufacturing process, and for example, a problem that a minute leak current flows when the switch transistor is in an off state occurs stochastically.
In the circuit of FIG. 10, when a leak current occurs in the transistor T4, the voltage held in the capacitor C111 changes due to the leak current. For this reason, a situation in which a correct heat generation state cannot be maintained may occur.

これに対して、図11に示す回路では、図10に用いる1つのトランジスタT114を、直列に接続した2個のトランジスタT114a,T114bで構成しているため、一方に不具合が生じたとしても、全体としては、リーク電流を抑えることができる。
同様に、3個以上のトランジスタを直列に接続することや、トランジスタT113,T115について複数のトランジスタを接続する構成とすることも可能である。
On the other hand, in the circuit shown in FIG. 11, one transistor T114 used in FIG. 10 is composed of two transistors T114a and T114b connected in series. As a result, leakage current can be suppressed.
Similarly, three or more transistors can be connected in series, or a plurality of transistors can be connected to the transistors T113 and T115.

図12は、図3の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。
図13は、図12のヒータユニットを有するヒータマトリクス装置の構成例を示す図である。
FIG. 12 is a circuit diagram showing still another modification of the circuit configuration of FIG.
FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of a heater matrix device having the heater unit of FIG.

図12に示す回路図は、トランジスタT115の制御をトランジスタT113,T114の制御と独立させた構成例である。
ヒータマトリクス装置100Aは、図2の構成に加えて、トランジスタT115を駆動するための駆動走査線DSL101〜DSL10mおよび駆動線駆動回路104を有する。
The circuit diagram shown in FIG. 12 is a configuration example in which the control of the transistor T115 is independent from the control of the transistors T113 and T114.
The heater matrix device 100A includes drive scanning lines DSL101 to DSL10m and a drive line drive circuit 104 for driving the transistor T115 in addition to the configuration of FIG.

この場合、信号書き込み時は、書き込み走査線WSL101〜WSL10mと駆動走査線DSL101〜でSL10mとをともに低レベルとする。
書き込み終了後(即ち、書き込み走査線を高レベルとした後)は、任意のタイミングで駆動走査線DSL101〜DSL10mを高レベルとすることで、発熱動作させることができる。
In this case, at the time of signal writing, the write scanning lines WSL101 to WSL10m and the drive scanning line DSL101 to SL10m are both set to a low level.
After the writing is completed (that is, after the writing scanning line is set to the high level), the driving scanning lines DSL101 to DSL10m are set to the high level at an arbitrary timing, so that the heating operation can be performed.

逆に、駆動走査線DSL101〜DSL10mを低レベルにすれば、発熱動作を簡便に停止することができるので、速やかに温度を低下させたい場合等に好適である。また、発熱動作時間を調節することも可能であるので、たとえば、信号電流源が小さな電流を正確に生成することが困難である場合であっても、正確な微小発熱動作をさせることができる。
なお、このような動作によって発熱が間欠的になるのを避けたい場合は、発熱量情報が書き込まれてから次の発熱量情報が書き込まれるまでの期間内で、発熱・発熱の停止を複数回繰り返せば、より時間的に安定な発熱が可能である。
On the other hand, if the drive scanning lines DSL101 to DSL10m are set to a low level, the heat generation operation can be easily stopped, which is preferable when it is desired to quickly lower the temperature. In addition, since the heat generation operation time can be adjusted, for example, even when it is difficult for the signal current source to accurately generate a small current, an accurate minute heat generation operation can be performed.
If you want to avoid intermittent heat generation due to such an operation, stop the heat generation and heat generation multiple times within the period from when the heat generation amount information is written until the next heat generation amount information is written. If repeated, more stable heat generation is possible in time.

図14は、図3の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。   FIG. 14 is a circuit diagram showing still another modification of the circuit configuration of FIG.

図14では、電源電位線LVDDは走査線WSLと平行に配置されており、図3のスイッチSW113をダイオードD111で形成していること等が特徴である。
信号書き込み時は電源電圧VDDを低レベルにすればダイオードD111がオフ状態となり、駆動時は電源電圧VDDを高レベルにすればダイオードD111がオン状態となるので、ダイオードD111はスイッチとして動作させることができる。
したがって、図14に示す回路構成は、図12に示す回路構成等とも同様の機能を有することができる。
14 is characterized in that the power supply potential line LVDD is arranged in parallel with the scanning line WSL and the switch SW113 in FIG. 3 is formed by a diode D111.
At the time of signal writing, if the power supply voltage VDD is set to a low level, the diode D111 is turned off, and at the time of driving, if the power supply voltage VDD is set to a high level, the diode D111 is turned on, so that the diode D111 can be operated as a switch. it can.
Therefore, the circuit configuration illustrated in FIG. 14 can have the same function as the circuit configuration illustrated in FIG.

図15は、図3の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。   FIG. 15 is a circuit diagram showing still another modification of the circuit configuration of FIG.

図15に示す回路では、信号電流Isigを電圧の形に変換するトランジスタT116と、発熱のための電流を流すトランジスタT111とが別に設けられている点等で図3に示す回路構成と異なる。
トランジスタT116のドレインとゲート同士が接続され、その接続点がノードND111、ND112に接続され、トランジスタT116のソースが接地電位GNDに接続されている。
The circuit shown in FIG. 15 differs from the circuit configuration shown in FIG. 3 in that a transistor T116 for converting the signal current I sig into a voltage form and a transistor T111 for supplying a current for heat generation are provided separately.
The drain and gate of the transistor T116 are connected to each other, the connection point is connected to the nodes ND111 and ND112, and the source of the transistor T116 is connected to the ground potential GND.

信号書き込み時は、スイッチSW111,SW112がオン状態となり信号電流IsigをトランジスタT116に流す。このとき、下記式(3)が成立する。 At the time of signal writing, the switches SW111 and SW112 are turned on, and the signal current I sig is passed through the transistor T116. At this time, the following expression (3) is established.

[数3]
Isig = μ・Cox・W1/L/2・(Vgs−Vth) (3)
[Equation 3]
Isig = μ · Cox · W1 / L / 2 · (Vgs−Vth) 2 (3)

また、式(3)において、各パラメータの意味は、前記式(1)に準ずるが、トランジスタT116のチャネル幅をWとした。駆動時は、2つのスイッチSW111,SW112はオフ状態となる。
一方、キャパシタC111には、書き込み動作で生じたゲート・ソース間電圧Vgsが保持されているので、トランジスタT111に流れる駆動電流Idrvについては下記式(4)が成立する。
Further, in the equation (3), the meaning of each parameter is equivalent to the equation (1), the channel width of the transistor T116 and the W 1. At the time of driving, the two switches SW111 and SW112 are turned off.
On the other hand, the capacitor C111, since the gate-source voltage V gs generated in the write operation is held, the following equation (4) is satisfied for the drive current I drv flowing through the transistor T111.

[数4]
Idrv = μ・Cox・W2/L/2・(Vgs−Vth) (4)
[Equation 4]
Idrv = μ · Cox · W2 / L / 2 · (Vgs−Vth) 2 (4)

ここで、トランジスタT111のチャネル幅はWであり、トランジスタT116,T111は、微小な加熱部内に形成されるため、パラメータμ、COX、VthはトランジスタT116,T111について事実上等しいものと考える。また、チャネル長Lは等しい値に設計することができる。その結果、式(3),(4)により下記式(5)を導出することができる。 Here, the channel width of the transistor T111 is W 2, the transistor T116, T111 is considered to be formed in small heating portion, the parameters μ, C OX, V th is assumed virtually equal for the transistors T116, T111 . The channel length L can be designed to be equal. As a result, the following equation (5) can be derived from the equations (3) and (4).

[数5]
Idrv/Isig = W2/W1 (5)
[Equation 5]
Idrv / Isig = W2 / W1 (5)

式(3),(4)の右辺に現れる各パラメータは一般に基板ごとに、あるいは同一基板内であっても場所ごとにばらつく場合があるが、これらのパラメータの値に関係なく、信号電流Isigと駆動電流Idrvの比は、トランジスタT111とトランジスタT116のチャネル幅の比に一致することがわかる。 Each parameter appearing on the right side of the equations (3) and (4) may generally vary from substrate to substrate or from place to location even within the same substrate, but the signal current I sig is independent of the values of these parameters. It can be seen that the ratio of the drive current I drv matches the ratio of the channel widths of the transistors T111 and T116.

この回路の特徴は、図3の回路とは異なり、信号電流Isigと駆動電流Idrvの比を任意に調節できることにある。たとえば、微小な発熱をさせたい場合、外部回路が微小な電流を発生させることが困難であれば、式(5)の右辺が小さくなるようにチャネル幅を設計すればよい。逆に、微小な信号電流Isigによって、大きな駆動電流Idrvを制御できるよう設計することも容易である。 The feature of this circuit is that, unlike the circuit of FIG. 3, the ratio of the signal current I sig to the drive current I drv can be adjusted arbitrarily. For example, when it is desired to generate a small amount of heat, if it is difficult for the external circuit to generate a small amount of current, the channel width may be designed so that the right side of Equation (5) becomes small. On the contrary, it is easy to design so that a large drive current Idrv can be controlled by a small signal current I sig .

以上、ヒータマトリクス装置について説明した。
次に、温度検出マトリクス装置について説明する。
The heater matrix device has been described above.
Next, the temperature detection matrix device will be described.

<温度検出マトリクス装置>
図16は、本発明の実施形態に係る温度検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。
<Temperature detection matrix device>
FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration example of the temperature detection matrix device according to the embodiment of the present invention.

この温度検出マトリクス装置200は、図16に示すように、温度検出ユニット210がm×nのマトリクス状に配列されたセルアレイ部201、電流駆動回路(IDRV)202、走査線駆動回路(WSDRV)203、電圧検出器(V)204−1〜204−n、電流駆動線IDL201〜IDL20m、温度検出線TSL(Temperature Sense Line)201〜TSL20m、および検出ユニット210を選択し、温度検出ユニット210の検出信号を温度検出線TSL201〜TSL20mに転送するための走査線SSL201〜SSL20mを有する。   As shown in FIG. 16, this temperature detection matrix device 200 includes a cell array unit 201 in which temperature detection units 210 are arranged in an m × n matrix, a current drive circuit (IDRV) 202, and a scanning line drive circuit (WSDRV) 203. , Voltage detectors (V) 204-1 to 204-n, current drive lines IDL201 to IDL20m, temperature detection lines TSL (Temperature Sense Line) 201 to TSL20m, and detection unit 210 are selected, and a detection signal of temperature detection unit 210 is selected. Are transferred to temperature detection lines TSL201 to TSL20m, scanning lines SSL201 to SSL20m are provided.

図17は、本実施形態に係る温度検出ユニットの構成例を示す回路図である。   FIG. 17 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the temperature detection unit according to the present embodiment.

温度検出ユニット210は、図17に示すように、PINダイオードD211、スイッチとしてのnチャネルのトランジスタT211,T212、およびノードND211を有する。   As shown in FIG. 17, the temperature detection unit 210 includes a PIN diode D211, n-channel transistors T211 and T212 as switches, and a node ND211.

PINダイオード211のアノード側がノードND211に接続され、カソード側が接地電位GNDに接続されている。
トランジスタT211のソース、ドレインがノードND211および電流駆動線IDLに接続されている。トランジスタT212のソース、ドレインがノードND211および温度検出線TSLに接続されている。
そして、トランジスタT211とT212のゲートが走査線SSLに共通に接続されている。
The anode side of the PIN diode 211 is connected to the node ND211 and the cathode side is connected to the ground potential GND.
The source and drain of the transistor T211 are connected to the node ND211 and the current drive line IDL. The source and drain of the transistor T212 are connected to the node ND211 and the temperature detection line TSL.
The gates of the transistors T211 and T212 are connected in common to the scanning line SSL.

この例では、走査線SSLが高レベルのときにトランジスタT211,T212がオン状態、走査線SSLが低レベルのときトランジスタT211,T212がオフ状態となる。   In this example, the transistors T211 and T212 are turned on when the scanning line SSL is at a high level, and the transistors T211 and T212 are turned off when the scanning line SSL is at a low level.

ここで、温度検出ユニット210の基本動作について説明する。
電流駆動線IDLに電流Idetを供給する電流源I211を接続させ、走査線SSLが高レベルのとき、電流駆動線IDLに接続された電流源I211からPINダイオードD211に対して順方向電流Idetが流れる。
これと並行して、温度検出線TSLに電圧検出器204を接続することにより、PINダイオードD211に発生する順方向電圧を検知することができる。電圧検出器204としてはたとえばアナログディジタルコンバータ等を適用可能である。
Here, the basic operation of the temperature detection unit 210 will be described.
When the current source I211 that supplies the current Idet is connected to the current drive line IDL and the scanning line SSL is at a high level, the forward current Idet flows from the current source I211 connected to the current drive line IDL to the PIN diode D211. .
In parallel with this, the forward voltage generated in the PIN diode D211 can be detected by connecting the voltage detector 204 to the temperature detection line TSL. As the voltage detector 204, for example, an analog-digital converter or the like can be applied.

温度検出ユニット210にいては、PINダイオードD211にて暗電流をセンシングすることで温度検出を行い、この検出温度に応じて温度、たとえばヒータマトリクス装置における各ヒータユニットの発熱量が制御される。   In the temperature detection unit 210, temperature detection is performed by sensing dark current with the PIN diode D211, and the temperature, for example, the amount of heat generated by each heater unit in the heater matrix device is controlled according to the detected temperature.

図18は、暗電流の温度依存性を示している。
この特性を利用して検出電流から温度を認識することが可能となる。
FIG. 18 shows the temperature dependence of the dark current.
Using this characteristic, it becomes possible to recognize the temperature from the detected current.

ここでPINダイオードD211に一定の順方向電流Idetを流したときにPINダイオードD211の順方向電圧(FORWARD VOLTAGE)と温度の間には、図19に示すような関係が得られる。
すなわち順方向電圧は温度と直線的に変化しており、PINダイオードD211に接続された温度検出線TSLの順方向電圧を検知することで温度情報を得ることができる。
Here, when a constant forward current Idet is passed through the PIN diode D211, the relationship shown in FIG. 19 is obtained between the forward voltage (FORWARD VOLTAGE) of the PIN diode D211 and the temperature.
That is, the forward voltage changes linearly with temperature, and temperature information can be obtained by detecting the forward voltage of the temperature detection line TSL connected to the PIN diode D211.

次に、蛍光検出マトリクス装置について説明する。   Next, the fluorescence detection matrix device will be described.

<蛍光検出マトリクス装置>
図20は、本発明の実施形態に係る蛍光検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。
<Fluorescence detection matrix device>
FIG. 20 is a diagram illustrating a configuration example of the fluorescence detection matrix device according to the embodiment of the present invention.

この蛍光検出マトリクス装置300は、図20に示すように、蛍光検出ユニット310がm×nのマトリクス状に配列されたセルアレイ部301、走査線駆動回路(WSDRV)303、逆方向電圧線(Reverse Voltage line)RVL301、蛍光検出線LSL301〜TSL30m、および検出ユニット310を選択し、蛍光検出ユニット310の検出信号を蛍光検出線LSL301〜LSL30mに転送するための走査線SSL301〜SSL30mを有する。   As shown in FIG. 20, the fluorescence detection matrix device 300 includes a cell array unit 301 in which fluorescence detection units 310 are arranged in an m × n matrix, a scanning line drive circuit (WSDRV) 303, a reverse voltage line (Reverse Voltage). line) RVL301, fluorescence detection lines LSL301 to TSL30m, and detection unit 310 are selected, and scanning lines SSL301 to SSL30m for transferring detection signals of fluorescence detection unit 310 to fluorescence detection lines LSL301 to LSL30m are provided.

図21は、本実施形態に係る蛍光検出ユニットの構成例を示す回路図である。   FIG. 21 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the fluorescence detection unit according to the present embodiment.

蛍光検出ユニット310は、図21に示すように、PINダイオードD311、スイッチとしてのpチャネルのトランジスタT311,T312、およびノードND311を有する。   As shown in FIG. 21, the fluorescence detection unit 310 includes a PIN diode D311, p-channel transistors T311 and T312 as switches, and a node ND311.

PINダイオード311のアノード側がノードND311に接続され、カソード側が接地電位GNDに接続されている。
トランジスタT311のソース、ドレインがノードND311および逆方向電圧線RVLに接続されている。トランジスタT312のソース、ドレインがノードND311および蛍光検出線LSLに接続されている。
そして、トランジスタT311とT312のゲートが走査線SSLに共通に接続されている。
The anode side of the PIN diode 311 is connected to the node ND311 and the cathode side is connected to the ground potential GND.
The source and drain of the transistor T311 are connected to the node ND311 and the reverse voltage line RVL. The source and drain of the transistor T312 are connected to the node ND311 and the fluorescence detection line LSL.
The gates of the transistors T311 and T312 are commonly connected to the scanning line SSL.

この例では、走査線SSLが低レベルのときにトランジスタT311,T312がオン状態、走査線SSLが高レベルのときトランジスタT311,T312がオフ状態となる。   In this example, the transistors T311 and T312 are turned on when the scanning line SSL is at a low level, and the transistors T311 and T312 are turned off when the scanning line SSL is at a high level.

ここで、蛍光検出ユニット310の基本動作について説明する。
逆方向電圧線RVLに負の電圧源を接続させ、走査線SSLが低レベルのとき、逆方向電圧線RVLに印加された負の電圧によりPINダイオードD311は逆方向にバイアスされ、逆方向電流IRが流れる。
この逆方向電流Ioutを、蛍光検出線LSLを介して検知することにより蛍光検出することができる。
Here, the basic operation of the fluorescence detection unit 310 will be described.
When a negative voltage source is connected to the reverse voltage line RVL and the scanning line SSL is at a low level, the PIN diode D311 is biased in the reverse direction by the negative voltage applied to the reverse voltage line RVL, and the reverse current IR Flows.
Fluorescence can be detected by detecting the reverse current Iout via the fluorescence detection line LSL.

次に、ヒータ温度検出マトリクス装置について説明する。   Next, the heater temperature detection matrix device will be described.

<ヒータ温度検出マトリクス装置>
図22は、本発明の実施形態に係るヒータ温度検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。
<Heater temperature detection matrix device>
FIG. 22 is a diagram illustrating a configuration example of the heater temperature detection matrix device according to the embodiment of the present invention.

図22のヒータ温度検出マトリクス装置400は、図2のヒータマトリクス装置100と図16の温度検出マトリクス装置200を合成した構成を有している。したがって、図22においては、理解を容易にするために、図2および図16と同一構成部分は同一符号をもって表している。   The heater temperature detection matrix device 400 in FIG. 22 has a configuration in which the heater matrix device 100 in FIG. 2 and the temperature detection matrix device 200 in FIG. 16 are combined. Therefore, in FIG. 22, the same components as those in FIGS. 2 and 16 are denoted by the same reference numerals for easy understanding.

このヒータ温度検出マトリクス装置400は、図22に示すように、ヒータ温度検出ユニット410がm×nのマトリクス状に配列されたセルアレイ部401、データ線駆動回路(DTDRV)102、走査線駆動回路(WSDRV)103、ヒータユニット110に発熱量情報を与えるためのデータ線DTL101〜DTL10m、ヒータユニット110を選択し、発熱量情報を書き込み、書き込まれた発熱量情報に応じた電流を流すための走査線WSL101〜WSL10m、電流駆動回路(IDRV)202、走査線駆動回路(WSDRV)203、電圧検出器(V)204−1〜204−n、電流駆動線IDL201〜IDL20m、温度検出線TSL(Temperature Sense Line)201〜TSL20m、および温度検出ユニット210を選択し、温度検出ユニット210の検出信号を温度検出線TSL201〜TSL20mに転送するための走査線SSL201〜SSL20mを有する。   As shown in FIG. 22, the heater temperature detection matrix device 400 includes a cell array unit 401 in which heater temperature detection units 410 are arranged in an m × n matrix, a data line driving circuit (DTDRV) 102, a scanning line driving circuit ( (WSDRV) 103, data lines DTL101 to DTL10m for giving the heat generation amount information to the heater unit 110, the heater unit 110 are selected, the heat generation amount information is written, and a scanning line for flowing a current according to the written heat generation amount information WSL101 to WSL10m, current drive circuit (IDRV) 202, scan line drive circuit (WSDRV) 203, voltage detectors (V) 204-1 to 204-n, current drive lines IDL201 to IDL20m, temperature detection line TSL (Temperature Sense Line) ) 201-TSL20m, and Select temperature detection unit 210 has a scanning line SSL201~SSL20m for transferring a detection signal of the temperature detection unit 210 to the temperature detection line TSL201~TSL20m.

図23は、本実施形態に係るヒータ温度検出ユニットの構成例を示す回路図である。   FIG. 23 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the heater temperature detection unit according to the present embodiment.

図23のヒータ温度検出ユニット410は、図10のヒータユニット110と図17の温度検出ユニット210を用いて形成されている。
したがって、図23においては、理解を容易にするために図2および図17と同一構成部分は同一符号をもって表している。
The heater temperature detection unit 410 in FIG. 23 is formed by using the heater unit 110 in FIG. 10 and the temperature detection unit 210 in FIG.
Therefore, in FIG. 23, the same components as those in FIGS. 2 and 17 are denoted by the same reference numerals for easy understanding.

図22のヒータ温度検出マトリクス装置400によれば、カレントコピアにて発熱量情報として、書き込まれた後に実際の発生熱をセンシングすることで、カレントコピアに対して、発熱量情報書込み量に対して、PINダイオードにて暗電流をセンシングすることで温度制御補正することができる。   According to the heater temperature detection matrix device 400 of FIG. 22, by sensing actual generated heat after being written as heat generation amount information at the current copier, the current copier is compared with the amount of heat generation information written. The temperature control can be corrected by sensing dark current with a PIN diode.

この場合、ヒータユニット110のヒータ電流と温度検出ユニット210のPINダイオードD211の電流に応じた検出電圧の関係から、PINダイオードD211による温度検出を行うことができる。   In this case, temperature detection by the PIN diode D211 can be performed from the relationship between the heater current of the heater unit 110 and the detection voltage corresponding to the current of the PIN diode D211 of the temperature detection unit 210.

図24は、ヒータユニットのヒータ電流と温度検出ユニットのPINダイオードの電流に応じた検出電圧の関係を示す図である。
図24において、横軸がヒータ電流を、縦軸がダイオードの電圧を示している。
図中、IF1はダイオード電流が10μAの電圧値、IF2はダイオード電流が100μAの電圧値を表している。
FIG. 24 is a diagram showing the relationship between the heater current of the heater unit and the detection voltage according to the current of the PIN diode of the temperature detection unit.
In FIG. 24, the horizontal axis represents the heater current, and the vertical axis represents the diode voltage.
In the figure, IF1 represents a voltage value with a diode current of 10 μA, and IF2 represents a voltage value with a diode current of 100 μA.

ダイオード電流が10μAと100μAのときの、次式で与えられる電圧値の差(ΔV)より温度に換算することができる。   When the diode current is 10 μA and 100 μA, it can be converted into a temperature from the difference (ΔV) between the voltage values given by the following equation.

[数6]
ΔV=η(kT/q)ln(IF1/IF2) (6)
Temp(C)=5.0072×ΔV+273.15
[Equation 6]
ΔV = η (kT / q) ln (IF1 / IF2) (6)
Temp (C) = 5.00072 × ΔV + 273.15

次に、温度蛍光検出マトリクス装置について説明する。   Next, the temperature fluorescence detection matrix device will be described.

<温度蛍光検出マトリクス装置>
図25は、本発明の実施形態に係る温度蛍光検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。
<Temperature fluorescence detection matrix device>
FIG. 25 is a diagram illustrating a configuration example of the temperature fluorescence detection matrix device according to the embodiment of the present invention.

図25の温度蛍光検出マトリクス装置500は、図16の温度検出マトリクス装置200と図20の蛍光検出マトリクス装置300を合成した構成を有している。したがって、図25においては、理解を容易にするために、図16および図20と同一構成部分は同一符号をもって表している。   25 has a configuration in which the temperature detection matrix device 200 of FIG. 16 and the fluorescence detection matrix device 300 of FIG. 20 are combined. Therefore, in FIG. 25, the same components as those in FIGS. 16 and 20 are denoted by the same reference numerals for easy understanding.

この温度蛍光検出マトリクス装置500は、図25に示すように、温度蛍光検出ユニット510がm×nのマトリクス状に配列されたセルアレイ部501、電流駆動回路(IDRV)202、走査線駆動回路(WSDRV)203、電圧検出器(V)204−1〜204−n、電流駆動線IDL201〜IDL20m、温度検出線TSL(Temperature Sense Line)201〜TSL20m、検出ユニット210を選択し、温度検出ユニット210の検出信号を温度検出線TSL201〜TSL20mに転送するための走査線SSL201〜SSL20m、蛍光検出ユニット210を選択するための走査線SSL301〜SSL30n、走査線駆動回路(WSDRV)303、逆方向電圧線(Reverse Voltage line)RVL301、および蛍光検出線LSL301〜TSL30mを有する。   As shown in FIG. 25, the temperature fluorescence detection matrix device 500 includes a cell array unit 501 in which temperature fluorescence detection units 510 are arranged in an m × n matrix, a current drive circuit (IDRV) 202, a scan line drive circuit (WSDRV). ) 203, voltage detectors (V) 204-1 to 204-n, current drive lines IDL201 to IDL20m, temperature detection lines TSL (Temperature Sense Line) 201 to TSL20m, and detection unit 210 are selected and detected by temperature detection unit 210 Scan lines SSL201 to SSL20m for transferring signals to the temperature detection lines TSL201 to TSL20m, scan lines SSL301 to SSL30n for selecting the fluorescence detection unit 210, a scan line drive circuit (WSDRV) 303, a reverse voltage line (Reverse Volta) Having e line) RVL301, and fluorescence detection line LSL301~TSL30m.

図26は、本実施形態に係る温度蛍光検出ユニットの構成例を示す回路図である。   FIG. 26 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the temperature fluorescence detection unit according to the present embodiment.

図26の温度蛍光検出ユニット510は、図17の温度検出ユニット210のPINダイオードD211およびノードND211と、図21の蛍光検出ユニット310のPINダイオードD311およびノードND311とを共用して構成されている。
したがって、図26においては、理解を容易にするために図17および図21と同一構成部分は同一符号をもって表している。
26 is configured to share the PIN diode D211 and the node ND211 of the temperature detection unit 210 of FIG. 17 and the PIN diode D311 and the node ND311 of the fluorescence detection unit 310 of FIG.
Therefore, in FIG. 26, the same components as those in FIGS. 17 and 21 are denoted by the same reference numerals for easy understanding.

この温度蛍光検出ユニット510は、1つのPINダイオードD211(D311)と2つのnチャネルトランジスタT211,T212と2つのpチャネルトランジスタT311,T312により構成されている。   The temperature fluorescence detection unit 510 includes one PIN diode D211 (D311), two n-channel transistors T211 and T212, and two p-channel transistors T311 and T312.

図27は、本実施形態に係る温度蛍光検出ユニットおいて、温度検出と蛍光検出時のスイッチとしての各トランジスタの状態を示す図である。   FIG. 27 is a diagram showing the state of each transistor as a switch at the time of temperature detection and fluorescence detection in the temperature fluorescence detection unit according to the present embodiment.

走査線SSLには高レベル−低レベルを周期的に変化するスイッチ信号が印加される。nチャネルトランジスタT211とT212およびpチャネルトランジスタT311とT312はゲートが共通に走査線SSLに接続されている。
これにより、走査線SSLが高レベルのときにトランジスタT211,T212がON状態、トランジスタT311,T312がOFF状態となる。
一方、走査線SSLが低レベルのときトランジスタT211,T212がOFF状態、トランジスタT311,T312がON状態となる。
A switch signal that periodically changes between a high level and a low level is applied to the scanning line SSL. The gates of the n-channel transistors T211 and T212 and the p-channel transistors T311 and T312 are commonly connected to the scanning line SSL.
Accordingly, when the scanning line SSL is at a high level, the transistors T211 and T212 are turned on, and the transistors T311 and T312 are turned off.
On the other hand, when the scanning line SSL is at a low level, the transistors T211 and T212 are turned off, and the transistors T311 and T312 are turned on.

図28は、本実施形態に係る温度蛍光検出ユニットの温度検出動作を説明するための図である。図29は、本実施形態に係る温度蛍光検出ユニットの蛍光検出動作を説明するための図である。   FIG. 28 is a diagram for explaining the temperature detection operation of the temperature fluorescence detection unit according to this embodiment. FIG. 29 is a diagram for explaining the fluorescence detection operation of the temperature fluorescence detection unit according to this embodiment.

温度検出時には、電流駆動線IDLに電流Idetを供給する電流源I211を接続させ、走査線SSLが高レベルのとき、図28に示すように、電流駆動線IDLに接続された電流源I211からPINダイオードD211に対して順方向電流Idetが流れる。
これと並行して、温度検出線TSLに電圧検出器204を接続することにより、PINダイオードD211に発生する順方向電圧を検知することができる。
At the time of temperature detection, the current source I211 for supplying the current Idet is connected to the current drive line IDL. When the scanning line SSL is at the high level, as shown in FIG. 28, the current source I211 connected to the current drive line IDL is PIN-connected. A forward current Idet flows through the diode D211.
In parallel with this, the forward voltage generated in the PIN diode D211 can be detected by connecting the voltage detector 204 to the temperature detection line TSL.

ここでPINダイオードD211に一定の順方向電流Idetを流したときにPINダイオードD211の順方向電圧(FORWARD VOLTAGE)と温度の間には、図19に示すような関係が得られる。
すなわち順方向電圧は温度と直線的に変化しており、PINダイオードD211に接続された温度検出線TSLの順方向電圧を検知することで温度情報を得ることができる。
Here, when a constant forward current Idet is passed through the PIN diode D211, the relationship shown in FIG. 19 is obtained between the forward voltage (FORWARD VOLTAGE) of the PIN diode D211 and the temperature.
That is, the forward voltage changes linearly with temperature, and temperature information can be obtained by detecting the forward voltage of the temperature detection line TSL connected to the PIN diode D211.

蛍光検出時には、逆方向電圧線RVLに負の電圧源を接続させ、走査線SSLが低レベルのとき、逆方向電圧線RVLに印加された負の電圧によりPINダイオードD311は逆方向にバイアスされ、図29に示すように、逆方向電流IRが流れる。
この逆方向電流Ioutを、蛍光検出線LSLを介して検知することにより蛍光検出することができる。
When detecting fluorescence, a negative voltage source is connected to the reverse voltage line RVL. When the scanning line SSL is at a low level, the negative voltage applied to the reverse voltage line RVL biases the PIN diode D311 in the reverse direction. As shown in FIG. 29, a reverse current IR flows.
Fluorescence can be detected by detecting the reverse current Iout via the fluorescence detection line LSL.

図25の温度蛍光マトリクス装置500においては、走査線駆動回路203は走査線SSL201〜SSL20mを順次高レベルにし、それに同期して電流駆動線駆動回路202が各電流駆動線IDL201〜IDL20nに定電流を印加し、温度検出線TSL201〜TSL20nの電圧をモニタすることで、各PINダイオードD211に対して行単位で温度情報を検出することができる。
温度検出終了後は走査線を順次低レベルすれば、各PINダイオードD211に逆方向電圧が印加され、各PINダイオードD211に対して行単位で蛍光情報を検出することができる。
このようにしてユニット各々に温度検出および蛍光を交互に検出させることができる。
In the temperature fluorescent matrix device 500 of FIG. 25, the scanning line driving circuit 203 sequentially sets the scanning lines SSL201 to SSL20m to a high level, and the current driving line driving circuit 202 supplies constant currents to the current driving lines IDL201 to IDL20n in synchronization therewith. By applying the voltage and monitoring the voltage of the temperature detection lines TSL201 to TSL20n, it is possible to detect temperature information for each PIN diode D211 in units of rows.
If the scanning line is sequentially lowered to a low level after the temperature detection is completed, a reverse voltage is applied to each PIN diode D211 and fluorescence information can be detected for each PIN diode D211 in rows.
In this way, each unit can detect temperature and fluorescence alternately.

なお、蛍光検出処理においては、たとえば図30に示すように、まずPINダイオードD211(D311)の暗(ダーク)電流を検出し、それを2値化してV1を得る。V1を2〜3回スキャンして平均値をとる(ST101)。
次に、上述した蛍光検出を行って検出電流を2値化してV2を得る。V2を2〜3回スキャンして平均値をとる(ST102)。
そして、V2とV1の差分をとる(ST103)。
このような処理を行うことにより、精度の高い蛍光検出を実現することが可能となる。
In the fluorescence detection process, for example, as shown in FIG. 30, first, the dark current of the PIN diode D211 (D311) is detected and binarized to obtain V1. V1 is scanned 2 to 3 times to obtain an average value (ST101).
Next, the above-described fluorescence detection is performed to binarize the detection current to obtain V2. V2 is scanned 2 to 3 times to obtain an average value (ST102).
Then, the difference between V2 and V1 is taken (ST103).
By performing such processing, highly accurate fluorescence detection can be realized.

次に、ヒータ温度蛍光検出マトリクス装置について説明する。   Next, the heater temperature fluorescence detection matrix device will be described.

<ヒータ温度蛍光検出マトリクス装置>
図31は、本発明の実施形態に係るヒータ温度検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。
<Heater temperature fluorescence detection matrix device>
FIG. 31 is a diagram illustrating a configuration example of the heater temperature detection matrix device according to the embodiment of the present invention.

図31のヒータ温度蛍光検出マトリクス装置600は、図2のヒータマトリクス装置100と、図16の温度検出マトリクス装置200と、図20の蛍光検出マトリクス装置300とを合成した構成を有している。したがって、図31においては、理解を容易にするために、図2、図16、および図20と同一構成部分は同一符号をもって表している。   A heater temperature fluorescence detection matrix device 600 in FIG. 31 has a configuration in which the heater matrix device 100 in FIG. 2, the temperature detection matrix device 200 in FIG. 16, and the fluorescence detection matrix device 300 in FIG. 20 are combined. Therefore, in FIG. 31, in order to facilitate understanding, the same components as those in FIGS. 2, 16, and 20 are denoted by the same reference numerals.

このヒータ温度検出マトリクス装置600は、図31に示すように、ヒータ温度蛍光検出ユニット610がm×nのマトリクス状に配列されたセルアレイ部601、データ線駆動回路(DTDRV)102、走査線駆動回路(WSDRV)103、ヒータユニット110に発熱量情報を与えるためのデータ線DTL101〜DTL10m、ヒータユニット110を選択し、発熱力情報を書き込み、書き込まれた発熱量情報に応じた電流を流すための走査線WSL101〜WSL10m、電流駆動回路(IDRV)202、走査線駆動回路(WSDRV)203、電圧検出器(V)204−1〜204−n、電流駆動線IDL201〜IDL20m、温度検出線TSL(Temperature Sense Line)201〜TSL20m、温度検出ユニット210を選択し、温度検出ユニット210の検出信号を温度検出線TSL201〜TSL20nに転送するための走査線SSL201〜SSL20n、電流駆動回路(IDTC)302、走査線駆動回路(WSDRV)303、逆方向電圧線(Reverse Voltage line)RVL301、および蛍光検出線LSL301〜TSL30mを有する。   As shown in FIG. 31, the heater temperature detection matrix device 600 includes a cell array unit 601 in which heater temperature fluorescence detection units 610 are arranged in an m × n matrix, a data line driving circuit (DTDRV) 102, and a scanning line driving circuit. (WSDRV) 103, data lines DTL101 to DTL10m for providing the heat generation amount information to the heater unit 110, the heater unit 110 are selected, the heat generation power information is written, and the current is applied according to the written heat generation amount information. Lines WSL101 to WSL10m, current drive circuit (IDRV) 202, scanning line drive circuit (WSDRV) 203, voltage detectors (V) 204-1 to 204-n, current drive lines IDL201 to IDL20m, temperature detection line TSL (Temperature Sense) Line) 201-TSL20m, Scan line SSL201 to SSL20n, current drive circuit (IDTC) 302, scan line drive circuit (WSDRV) 303 for selecting the degree detection unit 210 and transferring the detection signal of the temperature detection unit 210 to the temperature detection lines TSL201 to TSL20n, It has a reverse voltage line (Reverse Voltage line) RVL301 and fluorescence detection lines LSL301 to TSL30m.

ただし、データ線駆動回路102と電流駆動回路202を共用化することも可能である。
この場合、データ線DTLと温度検出線TSLが共用化できる。
However, the data line driving circuit 102 and the current driving circuit 202 can be shared.
In this case, the data line DTL and the temperature detection line TSL can be shared.

図32は、本実施形態に係るヒータ温度蛍光検出ユニットの構成例を示す回路図である。   FIG. 32 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the heater temperature fluorescence detection unit according to the present embodiment.

図32のヒータ温度蛍光検出ユニット600は、図10のヒータユニット110と図26の温度蛍光検出ユニット510を用いてヒータ温度蛍光検出ユニット610が形成されている。
したがって、図32においては、理解を容易にするために図10および図26と同一構成部分は同一符号をもって表している。
この例では、データ線DTLと温度検出線TSLが共用化されている。
In the heater temperature fluorescence detection unit 600 of FIG. 32, the heater temperature fluorescence detection unit 610 is formed using the heater unit 110 of FIG. 10 and the temperature fluorescence detection unit 510 of FIG.
Therefore, in FIG. 32, the same components as those in FIGS. 10 and 26 are denoted by the same reference numerals for easy understanding.
In this example, the data line DTL and the temperature detection line TSL are shared.

図31のヒータ温度蛍光検出マトリクス装置600によれば、カレントコピアにて発熱量情報として、書き込まれた後に実際の発生熱をセンシングすることで、カレントコピアに対して、発熱量情報書込み量に対して、PINダイオードにて暗電流をセンシングすることで温度制御補正することができる。
そして、蛍光受光時に発生する受光電流をセンシングすることで、増幅反応を検出することができる。
より具体的には、カレントコピア(ヒータユニット)および温度検出ユニットの回路構成にて発熱制御をリアルタイムにフィードバックする段階で、反応増幅検出のシグナルとして、蛍光検出を温度検出デバイスであるPINダイオードD211にて、蛍光量にて増幅反応をリアルタイムに検出を実現することができる。
According to the heater temperature fluorescence detection matrix device 600 of FIG. 31, by sensing actual generated heat after being written as heat generation amount information at the current copier, the current copier with respect to the heat generation amount information write amount. Thus, temperature control can be corrected by sensing dark current with a PIN diode.
Then, the amplification reaction can be detected by sensing the light receiving current generated when the fluorescence is received.
More specifically, at the stage where the heat generation control is fed back in real time by the circuit configuration of the current copier (heater unit) and the temperature detection unit, fluorescence detection is performed on the PIN diode D211 which is a temperature detection device as a reaction amplification detection signal. Thus, the amplification reaction can be detected in real time by the amount of fluorescence.

以上説明したように、DNA増幅反応を行う反応処理装置に適用可能な熱制御マトリクス装置は、次のような効果を得ることができる。   As described above, the thermal control matrix device applicable to the reaction processing apparatus that performs the DNA amplification reaction can obtain the following effects.

アクティブマトリクス制御を行うことで、ウェル毎の個別温度制御が可能で、その結果網羅的に遺伝子の発現量を短時間で解析することができる。
半導体素子の特性にばらつきや温度特性があっても温度検出回路構成を有することで、フィードバック構成によって正確な発熱量を得ることができ、結果として効率の良いPCR制御が可能である。
半導体素子の特性に経時変化があっても温度検出回路構成を有することで、フィードバック構成によって正確な発熱量を得ることができ、信頼性の高いPCR制御装置を提供可能である。
発熱動作を走査線単位で停止する機能を有することで、簡便かつ速やかに温度を下げるこが可能であり、また発熱時間の制御が可能なため、微小な発熱制御が容易である。
書き込まれた発熱情報に対して、実際の発熱量に対して、センシングを高精度に行い、発熱書込み量を補正することで、高精度な発熱量を提供することが可能である。
温度センシングしている温度検出回路構成にて、並行して、増幅反応のシグナルである蛍光検出を同一構成にて実現することが可能である。
By performing active matrix control, individual temperature control for each well is possible, and as a result, gene expression levels can be comprehensively analyzed in a short time.
Even if there are variations in the characteristics of the semiconductor elements and temperature characteristics, it is possible to obtain an accurate amount of heat generation by the feedback configuration by having the temperature detection circuit configuration, and as a result, efficient PCR control is possible.
By having a temperature detection circuit configuration even when the characteristics of the semiconductor element change with time, an accurate heat generation amount can be obtained by a feedback configuration, and a highly reliable PCR control device can be provided.
By having the function of stopping the heat generation operation in units of scanning lines, it is possible to easily and quickly lower the temperature, and since the heat generation time can be controlled, minute heat generation control is easy.
With respect to the written heat generation information, it is possible to provide a highly accurate heat generation amount by sensing the actual heat generation amount with high accuracy and correcting the heat generation writing amount.
In parallel with the temperature detection circuit configuration that performs temperature sensing, it is possible to realize fluorescence detection that is a signal of an amplification reaction with the same configuration.

このように、本実施形態によれば、高精度にかつ個別に熱制御できる反応処理装置とすることができる。この反応処理装置は、精密な熱制御を要する反応に用いる装置として、幅広い用途に用いることができる。そのなかでも、たとえば、遺伝子増幅反応等を行うPCR装置として好適に使用することができる。以下、PCR装置として用いた場合について説明する。   Thus, according to this embodiment, it can be set as the reaction processing apparatus which can carry out heat control with high precision and individually. This reaction processing apparatus can be used for a wide range of applications as an apparatus used for reactions requiring precise heat control. Among them, for example, it can be suitably used as a PCR apparatus for performing a gene amplification reaction or the like. Hereinafter, the case where it uses as a PCR apparatus is demonstrated.

一般的なPCR装置では、サーマルサイクラーの温度制御が確かに行われているが、グラディエント機構であるため、各サンプルごとの個別の温度制御は困難である。また、遺伝子増幅反応時の温度制御も個別に行うことができない。その結果、各サンプルの遺伝子増幅量を一定にすることができない等の問題が顕著であった。   In a general PCR apparatus, the temperature control of the thermal cycler is certainly performed, but because of the gradient mechanism, individual temperature control for each sample is difficult. In addition, the temperature control during the gene amplification reaction cannot be performed individually. As a result, the problem that the amount of gene amplification of each sample cannot be made constant was remarkable.

このようなPCR装置について、本発明に係る反応処理装置を応用することで、前記問題等を解決でき、かつ網羅的解析も可能となるPCR装置とすることができる。以下、本発明のPCR装置の形態について図1および図33に関連付けて説明する。   By applying the reaction processing apparatus according to the present invention to such a PCR apparatus, it is possible to obtain a PCR apparatus that can solve the above-described problems and the like and can perform comprehensive analysis. Hereinafter, the form of the PCR apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIG.

図1は、本発明の実施形態に係る反応処理装置としてのリアルタイムPCR装置の一構成例を示す概念図である。
以下に使用する図面では、説明の便宜上、装置の構成等については簡素化して示している。
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a configuration example of a real-time PCR apparatus as a reaction processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
In the drawings used below, for the convenience of explanation, the configuration of the apparatus and the like are simplified.

PCR装置1は、複数の反応領域A1を有するウェル基板11と、光源12と、該光源12より発せられた励起光L1,L2を導く励起光走査板13とを備えている。そして、フィルター14と、蛍光L3を検出する蛍光検出部15と、前記反応領域A1を加熱する加熱部16と、が測定基板17に設けられている。この加熱部16について、前記した回路構成を用いることができるのは勿論である。   The PCR device 1 includes a well substrate 11 having a plurality of reaction regions A1, a light source 12, and an excitation light scanning plate 13 that guides excitation light L1 and L2 emitted from the light source 12. A filter 14, a fluorescence detection unit 15 that detects fluorescence L 3, and a heating unit 16 that heats the reaction region A 1 are provided on the measurement substrate 17. Of course, the circuit configuration described above can be used for the heating unit 16.

PCR装置1では、光源12より発せられた励起光L1が、励起光走査板13を経て、励起光L2として各反応領域A1に照射される。そして、反応領域A1内から発せられた蛍光L3を蛍光検出部15により検出・測定される。   In the PCR device 1, the excitation light L1 emitted from the light source 12 passes through the excitation light scanning plate 13 and is irradiated to each reaction region A1 as the excitation light L2. Then, the fluorescence L3 emitted from within the reaction region A1 is detected and measured by the fluorescence detection unit 15.

PCR装置1では、特に、加熱部16を反応領域A1ごとに設け、かつ加熱部16の熱源近傍の温度を検出して電気的信号に変換する温度検出手段を備え、予め得られた前記電気的信号と熱源の加熱量との相関関係に基づいて加熱量を決定する手段を備えることで、各々の反応領域A1を個別に、かつ高精度に温度制御することもできる。   In the PCR apparatus 1, in particular, the heating unit 16 is provided for each reaction region A1, and temperature detection means for detecting the temperature in the vicinity of the heat source of the heating unit 16 and converting it into an electrical signal is provided. By providing means for determining the heating amount based on the correlation between the signal and the heating amount of the heat source, the temperature of each reaction region A1 can be controlled individually and with high accuracy.

各反応領域A1の温度情報を考慮した加熱量情報とすることで、より精度の高い温度制御を行うこともできる。その結果、遺伝子発現量を高精度に解析することができる。以下、PCR装置1の各構成について詳細に説明する。   By setting the heating amount information in consideration of the temperature information of each reaction region A1, temperature control with higher accuracy can be performed. As a result, the gene expression level can be analyzed with high accuracy. Hereinafter, each component of the PCR apparatus 1 will be described in detail.

ウェル基板11は、複数の反応領域(ウェル)A1を備えている。この反応領域A1で所定の反応を行う。たとえば、このウェル基板11は、低蛍光発光プラスチック材料やガラスで形成し、人の遺伝子数に匹敵する数の反応領域A1をマトリクス状に配置することができる。   The well substrate 11 includes a plurality of reaction regions (wells) A1. A predetermined reaction is performed in this reaction region A1. For example, the well substrate 11 can be formed of a low fluorescent light-emitting plastic material or glass, and a number of reaction regions A1 equal to the number of human genes can be arranged in a matrix.

本実施形態では、PCR反応のための反応領域(ウェル)A1はマイクロ空間であることが望ましい。たとえば、ウェルを300μm×300μm×300μm(約30nL容量)とし、約4万個のウェルを並べるとすると、約6cm角の面積を有するデバイスとなる。   In the present embodiment, the reaction region (well) A1 for the PCR reaction is desirably a micro space. For example, if the wells are 300 μm × 300 μm × 300 μm (capacity of about 30 nL) and about 40,000 wells are arranged, a device having an area of about 6 cm square is obtained.

ここで、個々の反応領域A1の形状は特に限定されず、反応溶液を保持できる形状であれば、どのような形状でもよい。励起光L1,L2を照射・導入する光路や、蛍光L3を検出する光路等を考慮して適宜好適な形状を選択することができる。PCR装置1では、反応領域A1内で前記蛍光L3を反射させるため、反応領域A1は曲面部分を有している。   Here, the shape of each reaction region A1 is not particularly limited, and may be any shape as long as it can hold the reaction solution. A suitable shape can be appropriately selected in consideration of an optical path for irradiating / introducing the excitation lights L1 and L2, an optical path for detecting the fluorescence L3, and the like. In the PCR device 1, the reaction region A1 has a curved surface portion in order to reflect the fluorescence L3 in the reaction region A1.

光散乱や外光の影響による検出感度の低下を抑制するために、反応領域A1は、遮光する材質(たとえば、ダイヤモンドライクカーボン等)にてコーティングされていることが望ましい。   In order to suppress a decrease in detection sensitivity due to the influence of light scattering or external light, the reaction region A1 is preferably coated with a light shielding material (for example, diamond-like carbon).

本実施形態では、前記複数の反応領域A1全てに特定波長の励起光を照射可能な光学手段として、光源12や、励起光L1を各反応領域A1に導入するための励起光走査板13を用いることができる。   In this embodiment, the light source 12 and the excitation light scanning plate 13 for introducing the excitation light L1 into each reaction area A1 are used as optical means capable of irradiating all of the plurality of reaction areas A1 with excitation light having a specific wavelength. be able to.

光源12は、特定波長の光を発光するものであればよく、その種類は特に限定されないが、好適には、白色もしくは単色の発光ダイオード(LED)を用いることが望ましい。発光ダイオードを用いることで、不要な紫外線や赤外線を含まない光を簡便に得ることができる。   The light source 12 is not particularly limited as long as it emits light of a specific wavelength, and it is preferable to use a white or monochromatic light emitting diode (LED). By using a light emitting diode, light that does not contain unnecessary ultraviolet rays and infrared rays can be easily obtained.

本実施形態では、光源12の設置場所や光源数については特に限定されない。図示はしないが、各反応領域A1に対応するように光源12を複数設け、各光源12が対応する各反応領域A1に向かって励起光を直接照射する構造としてもよい。
これにより、各反応領域A1を光源12で直接照射できるため、励起光量をより多く採取でき、かつ励起光L1,L2の光量を個別に制御することができ、各反応領域A1に均一に励起光L1,L2を照射できる。
In the present embodiment, the installation location of the light source 12 and the number of light sources are not particularly limited. Although not shown, a plurality of light sources 12 may be provided so as to correspond to each reaction region A1, and each light source 12 may directly irradiate excitation light toward each corresponding reaction region A1.
Thereby, since each reaction area A1 can be directly irradiated with the light source 12, more excitation light quantity can be extract | collected, the light quantity of excitation light L1, L2 can be controlled separately, and excitation light is uniformly distributed to each reaction area A1. L1 and L2 can be irradiated.

励起光走査板13は、光源12から発せられる励起光L1をウェル基板11内の各反応領域A1に導くものである。前記励起光走査板13内部のスペーサ131に光源12から発せられる励起光L1が導入される。
そして、前記励起光走査板13の底部には反射膜132が設けられており、ウェル基板11へ励起光L2を導入することができる。これにより、各反応領域A1内の反応液中の蛍光物質を均一な光量で励起させることができる。前記反射膜132の材料等については特に限定されないが、好適には、ダイクロックミラーを用いることが望ましい。
The excitation light scanning plate 13 guides the excitation light L1 emitted from the light source 12 to each reaction region A1 in the well substrate 11. Excitation light L <b> 1 emitted from the light source 12 is introduced into the spacer 131 inside the excitation light scanning plate 13.
A reflection film 132 is provided on the bottom of the excitation light scanning plate 13, and the excitation light L <b> 2 can be introduced into the well substrate 11. Thereby, the fluorescent substance in the reaction solution in each reaction region A1 can be excited with a uniform amount of light. The material of the reflection film 132 is not particularly limited, but it is preferable to use a dichroic mirror.

また、本実施形態では、励起光走査板13の上部に、前記励起光L1,L2の波長光のみを透過するフィルター133を設けることが望ましい。
これにより、光源12から発せられる光から励起光L2を効率よく取り出し、反応領域A1へ導くことができる。このフィルター133としては、たとえば偏光フィルター等を用いることができる。
Further, in the present embodiment, it is desirable to provide a filter 133 that transmits only the wavelength light of the excitation light L1 and L2 above the excitation light scanning plate 13.
Thereby, the excitation light L2 can be efficiently extracted from the light emitted from the light source 12 and guided to the reaction region A1. As this filter 133, a polarizing filter etc. can be used, for example.

反応領域A1に照射された励起光L2は、反応領域A1内の反応液中のプローブの蛍光物質等に照射されることで蛍光L3を発する。この蛍光L3は反応領域A1内の壁面で反射して、反応領域A1下方に設けられた蛍光検出部15で検出・測定される。   The excitation light L2 irradiated to the reaction region A1 emits fluorescence L3 when irradiated to the fluorescent substance of the probe in the reaction solution in the reaction region A1. The fluorescence L3 is reflected by the wall surface in the reaction region A1, and is detected and measured by the fluorescence detection unit 15 provided below the reaction region A1.

また、本実施形態では、特定波長の光を取り出すことができるように、反応領域A1と蛍光検出部15との間にもフィルター14を配置できる。前記フィルター14は特定波長の光(蛍光L3等)を取り出すことができればよく、その材料は限定されないが、たとえば、ダイクロイックミラーを用いることができる。   In the present embodiment, the filter 14 can also be disposed between the reaction region A1 and the fluorescence detection unit 15 so that light with a specific wavelength can be extracted. The filter 14 only needs to be able to extract light of a specific wavelength (fluorescence L3 or the like), and the material thereof is not limited, but, for example, a dichroic mirror can be used.

蛍光検出部15は、反応領域A1に照射された励起光L2に応答して、インターカレートしたプローブ中の蛍光色素が励起することで発せられる蛍光を検出・測定する。   The fluorescence detection unit 15 detects and measures the fluorescence emitted by the excitation of the fluorescent dye in the intercalated probe in response to the excitation light L2 irradiated to the reaction region A1.

PCR装置1では、加熱部16を各反応領域A1にそれぞれ設けている。加熱部16は温度制御機構を備えており、これにより加熱部16の反応領域A1の温度制御を行う。これにより、たとえば、PCRサイクルを行う場合、熱変性→アニーリング→伸長反応のステップについてより高精度の温度制御を行うことができる。   In the PCR apparatus 1, the heating unit 16 is provided in each reaction region A1. The heating unit 16 includes a temperature control mechanism, and thereby controls the temperature of the reaction region A1 of the heating unit 16. Thereby, for example, when performing a PCR cycle, it is possible to perform temperature control with higher accuracy in the steps of thermal denaturation → annealing → extension reaction.

図33は、本発明の実施形態に係る反応処理装置としてのリアルタイムPCR装置の他の構成例を示す概念図である。
以下、図1に示す形態との相違点を中心に説明し、共通する部分についてはその説明を割愛する。
FIG. 33 is a conceptual diagram showing another configuration example of the real-time PCR apparatus as the reaction processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
Hereinafter, description will be made centering on differences from the embodiment shown in FIG. 1, and description of common parts will be omitted.

このPCR装置2は、反応領域(ウェル)A2ごとに蛍光検出部25や加熱部26を測定基板27上に備えている点では、第1の実施形態と共通する。しかし、励起光L2をウェル基板21の上方から照射して、反応領域A2内を透過した蛍光L3を検出する点等で相違する。   This PCR device 2 is common to the first embodiment in that the fluorescence detection unit 25 and the heating unit 26 are provided on the measurement substrate 27 for each reaction region (well) A2. However, the difference is that, for example, the fluorescence L3 transmitted through the reaction region A2 is detected by irradiating the excitation light L2 from above the well substrate 21.

PCR装置2では、光源22から発せられる励起光L1が、励起光走査板23によって反応領域A2に導かれる。励起光走査板23では、スペーサ231を励起光L1が通過し、反射膜232とフィルター233によりウェル基板21に励起光L2が導入される。   In the PCR device 2, the excitation light L <b> 1 emitted from the light source 22 is guided to the reaction region A <b> 2 by the excitation light scanning plate 23. In the excitation light scanning plate 23, the excitation light L 1 passes through the spacer 231, and the excitation light L 2 is introduced into the well substrate 21 by the reflective film 232 and the filter 233.

そして、励起光L2は、反応領域A2内の反応液中のプローブの蛍光物質等に照射されることで蛍光L3を発する。この蛍光L3は、反応領域A1の下方に設けられた蛍光検出部25で検出・測定される。   Then, the excitation light L2 emits fluorescence L3 by irradiating the fluorescent material or the like of the probe in the reaction solution in the reaction region A2. This fluorescence L3 is detected and measured by a fluorescence detection unit 25 provided below the reaction region A1.

また、温度制御は、反応領域A2下方に設けられた加熱部26により行われ、ペルチェ素子28等によって加熱サイクル等の温度制御を行うことができる。   Moreover, temperature control is performed by the heating part 26 provided under reaction region A2, and temperature control, such as a heating cycle, can be performed by the Peltier element 28 grade | etc.,.

一般的なPCR装置では、「熱変性→アニーリング→伸長反応」からなるサイクルを30サイクル程度行うために25〜30分の反応時間を要する。その際、約2℃/秒の温度制御を行っている。
これに対して、本実施形態のPCR装置では、20℃以上/秒の温度制御が可能であるため、1サイクルあたり40秒程度の時間短縮が可能となり、30サイクル全体ではおよそ25分以下の反応時間が達成できる。
In a general PCR apparatus, a reaction time of 25 to 30 minutes is required to perform about 30 cycles consisting of “thermal denaturation → annealing → extension reaction”. At that time, the temperature is controlled at about 2 ° C./second.
On the other hand, the PCR apparatus of this embodiment can control the temperature at 20 ° C. or more / second, so the time can be shortened by about 40 seconds per cycle, and the reaction of about 25 minutes or less in the entire 30 cycles. Time can be achieved.

また、プライマーの設計に応じて、アニーリング時間、伸長反応時間をコントロールすることができるため、増幅率を一定倍率(たとえば2倍等)に揃えることができるため、遺伝子発現量の検出精度を向上させることができる。   In addition, since the annealing time and extension reaction time can be controlled according to the design of the primer, the amplification rate can be made constant (for example, 2 times, etc.), so that the detection accuracy of the gene expression level is improved. be able to.

本発明の実施形態に係る反応処理装置としてのリアルタイムPCR装置の一構成例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows one structural example of the real-time PCR apparatus as a reaction processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るヒータマトリクス装置の一構成例を示す図である。It is a figure which shows one structural example of the heater matrix apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本実施形態に係るヒータマトリクス装置におけるヒータユニットの第1の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 1st structural example of the heater unit in the heater matrix apparatus which concerns on this embodiment. 図3の回路動作の一状態を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing one state of the circuit operation of FIG. 3. 図3の回路動作の別の一状態を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing another state of the circuit operation of FIG. 3. 図3に示す回路構成の変形例を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a modification of the circuit configuration shown in FIG. 3. 図3に示す回路構成の別の変形例を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing another modification of the circuit configuration shown in FIG. 3. 図3に示す回路構成の更に別の変形例である回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing still another modification of the circuit configuration shown in FIG. 3. 図3に示す回路構成の更に別の変形例である回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing still another modification of the circuit configuration shown in FIG. 3. 図3の具体的な構成例を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a specific configuration example of FIG. 3. 図10の回路構成の別の変形例を示す回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram illustrating another modification of the circuit configuration of FIG. 10. 図3の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing still another modification of the circuit configuration of FIG. 3. 図12のヒータユニットを有するヒータマトリクス装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the heater matrix apparatus which has a heater unit of FIG. 図3の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing still another modification of the circuit configuration of FIG. 3. 図3の回路構成の更に別の変形例を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing still another modification of the circuit configuration of FIG. 3. 本発明の実施形態に係る温度検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of 1 structure of the temperature detection matrix apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本実施形態に係る温度検出ユニットの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the temperature detection unit which concerns on this embodiment. 暗電流の温度依存性を示す図である。It is a figure which shows the temperature dependence of dark current. PINダイオードに一定の順方向電流を流したときにPINダイオードの順方向電圧と温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the forward voltage of PIN diode, and temperature when a fixed forward current is sent through a PIN diode. 本発明の実施形態に係る蛍光検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of 1 structure of the fluorescence detection matrix apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本実施形態に係る蛍光検出ユニットの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the fluorescence detection unit which concerns on this embodiment. 本発明の実施形態に係るヒータ温度検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of 1 structure of the heater temperature detection matrix apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本実施形態に係るヒータ温度検出ユニットの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the heater temperature detection unit which concerns on this embodiment. ヒータユニットのヒータ電流と温度検出ユニットのPINダイオードの電流に応じた検出電圧の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the detection voltage according to the heater current of a heater unit, and the current of the PIN diode of a temperature detection unit. 本発明の実施形態に係る温度蛍光検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of 1 structure of the temperature fluorescence detection matrix apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本実施形態に係る温度蛍光検出ユニットの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the temperature fluorescence detection unit which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る温度蛍光検出ユニットおいて、温度検出と蛍光検出時のスイッチとしての各トランジスタの状態を示す図である。It is a figure which shows the state of each transistor as a switch at the time of temperature detection and fluorescence detection in the temperature fluorescence detection unit which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る温度蛍光検出ユニットの温度検出動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the temperature detection operation | movement of the temperature fluorescence detection unit which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る温度蛍光検出ユニットの蛍光検出動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fluorescence detection operation | movement of the temperature fluorescence detection unit which concerns on this embodiment. 蛍光検出処理の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of a fluorescence detection process. 本発明の実施形態に係るヒータ温度検出マトリクス装置の一構成例を示す図である。It is a figure which shows the example of 1 structure of the heater temperature detection matrix apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本実施形態に係るヒータ温度蛍光検出ユニットの構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the heater temperature fluorescence detection unit which concerns on this embodiment. 本発明の実施形態に係る反応処理装置としてのリアルタイムPCR装置の他の構成例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the other structural example of the real-time PCR apparatus as a reaction processing apparatus which concerns on embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,2・・・PCR装置(反応処理装置)、100・・・ヒータマトリクス装置、110・・・ヒータユニット、200・・・温度検出マトリクス装置、210・・・温度検出ユニット、200・・・蛍光検出マトリクス装置、310・・・蛍光検出ユニット、400・・・ヒータ温度検出マトリクス装置、410・・・ヒータ温度検出ユニット、500・・・温度蛍光検出マトリクス装置、510・・・温度蛍光検出ユニット、600・・・ヒータ温度検出マトリクス装置、610・・・ヒータ温度蛍光検出ユニット。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, ... PCR apparatus (reaction processing apparatus) 100 ... Heater matrix apparatus 110 ... Heater unit 200 ... Temperature detection matrix apparatus 210 ... Temperature detection unit 200 ... Fluorescence detection matrix device, 310 ... Fluorescence detection unit, 400 ... Heater temperature detection matrix device, 410 ... Heater temperature detection unit, 500 ... Temperature fluorescence detection matrix device, 510 ... Temperature fluorescence detection unit , 600 ... heater temperature detection matrix device, 610 ... heater temperature fluorescence detection unit.

Claims (18)

DNA増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、
マトリクス状に配置された複数のヒータユニットと、
前記各ヒータユニットを選択するための走査線と、
前記ヒータユニットに発熱量情報を与えるためのデータ線と、を有し、
前記各ヒータユニットは、
前記走査線が選択された状態において前記データ線に与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部と、
前記走査線が非選択となった後も発熱量情報を保持する保持部と、
前記発熱量情報に基づいて電流を流し、それに応じた熱量を発生する駆動部と、を含む
熱制御マトリクス装置。
A thermal control matrix device in a reaction processing apparatus for performing a DNA amplification reaction,
A plurality of heater units arranged in a matrix;
A scanning line for selecting each heater unit;
A data line for giving heat generation amount information to the heater unit,
Each heater unit is
A receiving unit for capturing heat generation amount information given to the data line in a state where the scanning line is selected;
A holding unit for holding calorific value information even after the scanning line is deselected;
A heat control matrix device including: a drive unit that causes a current to flow based on the heat generation amount information and generates a heat amount corresponding to the current.
前記各ヒータユニットは、
前記データ線から電流レベルの形で与えられた発熱量情報を示す信号電流を一旦電圧レベルの形に変換する変換部と、
変換された電圧レベルを保持する前記保持部と、
保持された電圧レベルを電流レベルの形に変換して駆動する前記駆動部と、を含む
請求項1記載の熱制御マトリクス装置。
Each heater unit is
A converter for once converting the signal current indicating the calorific value information given in the form of a current level from the data line into a form of a voltage level;
The holding unit for holding the converted voltage level;
The thermal control matrix device according to claim 1, further comprising: a driving unit that converts and drives the held voltage level into a current level.
前記保持部は、
少なくとも一つのキャパシタを含み、
前記駆動部は、
電源電位と基準電位間に直列に接続されたスイッチおよびゲートに前記キャパシタが接続された少なくとも一つの電界効果トランジスタを含み、
前記受け入れ部は、
前記データ線の発熱量情報を上記キャパシタに転送し、電荷を蓄積させるスイッチを含み、
前記駆動部のスイッチと前記受け入れ部のスイッチは相補的にオン、オフされる
請求項1記載の熱制御マトリクス装置。
The holding part is
Including at least one capacitor,
The drive unit is
A switch connected in series between a power supply potential and a reference potential and at least one field effect transistor having the capacitor connected to the gate;
The receiving part is
A switch for transferring heat generation amount information of the data line to the capacitor and storing electric charge;
The thermal control matrix device according to claim 1, wherein the switch of the driving unit and the switch of the receiving unit are turned on and off in a complementary manner.
DNA増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、
マトリクス状に配置された複数の温度検出ユニットと、
前記各温度検出ユニットを選択するための走査線と、
前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、
前記温度検出ユニットの電流を検出する検出線と、を有し、
前記各温度検出ユニットは、
前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるPINダイオードと、
前記電流駆動線の電流を前記PINダイオードに供給し、前記PINダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する転送部と、を含む
熱制御マトリクス装置。
A thermal control matrix device in a reaction processing apparatus for performing a DNA amplification reaction,
A plurality of temperature detection units arranged in a matrix;
A scanning line for selecting each of the temperature detection units;
A current drive line for supplying a current to the temperature detection unit;
A detection line for detecting the current of the temperature detection unit,
Each of the temperature detection units is
A PIN diode that is supplied with current by the current drive line and through which forward current flows;
And a transfer unit that supplies a current of the current drive line to the PIN diode and transfers a current flowing through the PIN diode to the detection line.
前記転送部は、
温度検出時にオン状態に保持されるスイッチを含む
請求項4記載の熱制御マトリクス装置。
The transfer unit
The thermal control matrix device according to claim 4, further comprising a switch that is kept in an on state when temperature is detected.
DNA増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、
マトリクス状に配置された複数の蛍光検出ユニットと、
前記各蛍光検出ユニットに逆方向電圧を供給するための逆方向電圧線と、

前記蛍光検出ユニットの逆電流を検出する検出線と、を有し、
前記各蛍光検出ユニットは、
前記逆方向電圧線による逆方向電圧が供給されるPINダイオードと、
前記逆方向電圧線の逆方向電圧を前記PINダイオードに供給し、前記PINダイオードに流れる逆電流を前記検出線に転送する転送部と、を含む
熱制御マトリクス装置。
A thermal control matrix device in a reaction processing apparatus for performing a DNA amplification reaction,
A plurality of fluorescence detection units arranged in a matrix;
A reverse voltage line for supplying a reverse voltage to each of the fluorescence detection units;

A detection line for detecting a reverse current of the fluorescence detection unit,
Each of the fluorescence detection units is
A PIN diode supplied with a reverse voltage by the reverse voltage line;
And a transfer unit that supplies a reverse voltage of the reverse voltage line to the PIN diode and transfers a reverse current flowing through the PIN diode to the detection line.
前記転送部は、
温度検出時にオン状態に保持されるスイッチを含む
請求項6記載の熱制御マトリクス装置。
The transfer unit
The thermal control matrix device according to claim 6, further comprising a switch that is kept in an on state when temperature is detected.
DNA増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、
マトリクス状に配置された複数のヒータユニットと、
上記各ヒータユニットに対応してマトリクス状に配置され、前記ヒータユニットにより加熱された温度を検出する複数の温度検出ユニットと、
前記各ヒータユニットを選択するための第1の走査線と、
前記ヒータユニットに発熱量情報を与えるためのデータ線と、
前記各温度検出ユニットを選択するための第2の走査線と、
前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、
前記温度検出ユニットの電流を検出する検出線と、を有し、
前記各ヒータユニットは、
前記走査線が選択された状態において前記データ線に与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部と、
前記走査線が非選択となった後も発熱量情報を保持する保持部と、
前記発熱量情報に基づいて電流を流し、それに応じた熱量を発生する駆動部と、を含み、
前記各温度検出ユニットは、
前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるPINダイオードと、
前記電流駆動線の電流を前記PINダイオードに供給し、前記PINダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する転送部と、を含む
熱制御マトリクス装置。
A thermal control matrix device in a reaction processing apparatus for performing a DNA amplification reaction,
A plurality of heater units arranged in a matrix;
A plurality of temperature detection units that are arranged in a matrix corresponding to each of the heater units and detect the temperature heated by the heater unit;
A first scanning line for selecting each heater unit;
A data line for giving calorific value information to the heater unit;
A second scanning line for selecting each of the temperature detection units;
A current drive line for supplying a current to the temperature detection unit;
A detection line for detecting the current of the temperature detection unit,
Each heater unit is
A receiving unit for capturing heat generation amount information given to the data line in a state where the scanning line is selected;
A holding unit for holding calorific value information even after the scanning line is deselected;
A drive unit for causing a current to flow based on the heat generation amount information and generating a heat amount corresponding thereto,
Each of the temperature detection units is
A PIN diode that is supplied with current by the current drive line and through which forward current flows;
And a transfer unit that supplies a current of the current drive line to the PIN diode and transfers a current flowing through the PIN diode to the detection line.
前記検出線で検出された情報に基づき上記ヒータユニットの発熱量が上記発熱量情報により制御される
請求項8記載の熱制御マトリクス装置。
The heat control matrix device according to claim 8, wherein a heat generation amount of the heater unit is controlled by the heat generation amount information based on information detected by the detection line.
DNA増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、
マトリクス状に配置された複数の温度検出ユニットと、
前記温度検出ユニットに対応してマトリクス状に配置された複数の蛍光検出ユニットと、
前記各温度検出ユニットおよび前記蛍光検出ユニットを選択するための少なくとも一つの走査線と、
前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、
前記温度検出ユニットの電流を検出する第1の検出線と、
前記各蛍光検出ユニットに逆方向電圧を供給するための逆方向電圧線と、
前記蛍光検出ユニットの逆電流を検出する第2の検出線と、を有し、
前記各温度検出ユニットは、
前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるPINダイオードと、
前記電流駆動線の電流を前記PINダイオードに供給し、前記PINダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する第1の転送部と、を含み、
前記各蛍光検出ユニットは、
前記逆方向電圧線による逆方向電圧が供給されるPINダイオードと、
前記逆方向電圧線の逆方向電圧を前記PINダイオードに供給し、前記PINダイオードに流れる逆電流を前記検出線に転送する第2の転送部と、を含む
熱制御マトリクス装置。
A thermal control matrix device in a reaction processing apparatus for performing a DNA amplification reaction,
A plurality of temperature detection units arranged in a matrix;
A plurality of fluorescence detection units arranged in a matrix corresponding to the temperature detection units;
At least one scanning line for selecting each temperature detection unit and the fluorescence detection unit;
A current drive line for supplying a current to the temperature detection unit;
A first detection line for detecting a current of the temperature detection unit;
A reverse voltage line for supplying a reverse voltage to each of the fluorescence detection units;
A second detection line for detecting a reverse current of the fluorescence detection unit,
Each of the temperature detection units is
A PIN diode that is supplied with current by the current drive line and through which forward current flows;
A first transfer unit for supplying a current of the current drive line to the PIN diode and transferring a current flowing through the PIN diode to the detection line;
Each of the fluorescence detection units is
A PIN diode supplied with a reverse voltage by the reverse voltage line;
A thermal control matrix device, comprising: a second transfer unit that supplies a reverse voltage of the reverse voltage line to the PIN diode and transfers a reverse current flowing through the PIN diode to the detection line.
前記温度検出ユニットと前記蛍光検出ユニットとは、前記PINダイオードを共用している
請求項10記載の熱制御マトリクス装置。
The thermal control matrix device according to claim 10, wherein the temperature detection unit and the fluorescence detection unit share the PIN diode.
前記PINダイオードにて暗電流をセンシングすることで温度制御補正を行い、並びに蛍光受光時に発生する受光電流をセンシングすることで、増幅反応を検出する機能を有する
請求項11記載の熱制御マトリクス装置。
The thermal control matrix device according to claim 11, which has a function of performing temperature control correction by sensing a dark current with the PIN diode, and detecting an amplification reaction by sensing a light reception current generated when receiving fluorescence.
DNA増幅反応を行う反応処理装置における熱制御マトリクス装置であって、
マトリクス状に配置された複数のヒータユニットと、
上記各ヒータユニットに対応してマトリクス状に配置され、前記ヒータユニットにより加熱された温度を検出する複数の温度検出ユニットと、
前記温度検出ユニットに対応してマトリクス状に配置された複数の蛍光検出ユニットと、
前記各ヒータユニットを選択するための第1の走査線と、
前記ヒータユニットに発熱量情報を与えるためのデータ線と、
前記各温度検出ユニットおよび前記蛍光検出ユニットを選択するための少なくとも一つの第2の走査線と、
前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、
前記温度検出ユニットの電流を検出する第1の検出線と、
前記各蛍光検出ユニットに逆方向電圧を供給するための逆方向電圧線と、
前記蛍光検出ユニットの逆電流を検出する第2の検出線と、を有し、
前記各ヒータユニットは、
前記走査線が選択された状態において前記データ線に与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部と、
前記走査線が非選択となった後も発熱量情報を保持する保持部と、
前記発熱量情報に基づいて電流を流し、それに応じた熱量を発生する駆動部と、を含み、
前記各温度検出ユニットは、
前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるPINダイオードと、
前記電流駆動線の電流を前記PINダイオードに供給し、前記PINダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する第1の転送部と、を含み、
前記各蛍光検出ユニットは、
前記逆方向電圧線による逆方向電圧が供給されるPINダイオードと、
前記逆方向電圧線の逆方向電圧を前記PINダイオードに供給し、前記PINダイオードに流れる逆電流を前記検出線に転送する第2の転送部と、を含む
熱制御マトリクス装置。
A thermal control matrix device in a reaction processing apparatus for performing a DNA amplification reaction,
A plurality of heater units arranged in a matrix;
A plurality of temperature detection units that are arranged in a matrix corresponding to each of the heater units, and that detect temperatures heated by the heater units;
A plurality of fluorescence detection units arranged in a matrix corresponding to the temperature detection units;
A first scanning line for selecting each heater unit;
A data line for giving calorific value information to the heater unit;
At least one second scan line for selecting each temperature detection unit and the fluorescence detection unit;
A current drive line for supplying a current to the temperature detection unit;
A first detection line for detecting a current of the temperature detection unit;
A reverse voltage line for supplying a reverse voltage to each of the fluorescence detection units;
A second detection line for detecting a reverse current of the fluorescence detection unit,
Each heater unit is
A receiving unit for capturing heat generation amount information given to the data line in a state where the scanning line is selected;
A holding unit for holding calorific value information even after the scanning line is deselected;
A drive unit for causing a current to flow based on the heat generation amount information and generating a heat amount corresponding thereto,
Each of the temperature detection units is
A PIN diode that is supplied with current by the current drive line and through which forward current flows;
A first transfer unit for supplying a current of the current drive line to the PIN diode and transferring a current flowing through the PIN diode to the detection line;
Each of the fluorescence detection units is
A PIN diode supplied with a reverse voltage by the reverse voltage line;
And a second transfer unit that supplies a reverse voltage of the reverse voltage line to the PIN diode and transfers a reverse current flowing through the PIN diode to the detection line.
前記第1の検出線で検出された情報に基づき上記ヒータユニットの発熱量が上記発熱量情報により制御される
請求項13記載の熱制御マトリクス装置。
The heat control matrix device according to claim 13, wherein the heat generation amount of the heater unit is controlled by the heat generation amount information based on information detected by the first detection line.
前記温度検出ユニットと前記蛍光検出ユニットとは、前記PINダイオードを共用している
請求項13記載の熱制御マトリクス装置。
The thermal control matrix device according to claim 13, wherein the temperature detection unit and the fluorescence detection unit share the PIN diode.
前記PINダイオードにて暗電流をセンシングすることで温度制御補正を行い、並びに蛍光受光時に発生する受光電流をセンシングすることで、増幅反応を検出する機能を有する
請求項15記載の熱制御マトリクス装置。
The thermal control matrix device according to claim 15, wherein the thermal control matrix device has a function of performing temperature control correction by sensing a dark current with the PIN diode and detecting an amplification reaction by sensing a light reception current generated when receiving fluorescence.
前記温度検出ユニットに検出結果にて発熱制御をリアルタイムにフィードバックする段階で、反応増幅検出のシグナルとして、蛍光検出を温度検出デバイスであるPINダイオードにて、蛍光量にて増幅反応をリアルタイムに検出を行う
請求項15記載の熱制御マトリクス装置。
At the stage where the heat generation control is fed back to the temperature detection unit in real time based on the detection result, the fluorescence detection is detected in real time as a reaction amplification detection signal using a PIN diode which is a temperature detection device. The thermal control matrix device according to claim 15.
複数の反応領域を有する反応処理装置であって、
熱制御を行うための熱制御マトリクス装置を有し、
前記熱制御マトリクス装置は、
前記反応領域に対応してマトリクス状に配置された複数のヒータユニットと、
上記各ヒータユニットに対応してマトリクス状に配置され、前記ヒータユニットにより加熱された温度を検出する複数の温度検出ユニットと、
前記温度検出ユニットに対応してマトリクス状に配置された複数の蛍光検出ユニットと、
前記各ヒータユニットを選択するための第1の走査線と、
前記ヒータユニットに発熱量情報を与えるためのデータ線と、
前記各温度検出ユニットおよび前記蛍光検出ユニットを選択するための少なくとも一つの第2の走査線と、
前記温度検出ユニットに電流を供給するための電流駆動線と、
前記温度検出ユニットの電流を検出する第1の検出線と、
前記各蛍光検出ユニットに逆方向電圧を供給するための逆方向電圧線と、
前記蛍光検出ユニットの逆電流を検出する第2の検出線と、を有し、
前記各ヒータユニットは、
前記走査線が選択された状態において前記データ線に与えられた発熱量情報を取り込む受け入れ部と、
前記走査線が非選択となった後も発熱量情報を保持する保持部と、
前記発熱量情報に基づいて電流を流し、それに応じた熱量を発生する駆動部と、を含み、
前記各温度検出ユニットは、
前記電流駆動線による電流が供給され順方向電流が流れるPINダイオードと、
前記電流駆動線の電流を前記PINダイオードに供給し、前記PINダイオードに流れる電流を前記検出線に転送する第1の転送部と、を含み、
前記各蛍光検出ユニットは、
前記逆方向電圧線による逆方向電圧が供給されるPINダイオードと、
前記逆方向電圧線の逆方向電圧を前記PINダイオードに供給し、前記PINダイオードに流れる逆電流を前記検出線に転送する第2の転送部と、を含む
反応処理装置。
A reaction processing apparatus having a plurality of reaction regions,
A thermal control matrix device for performing thermal control;
The thermal control matrix device
A plurality of heater units arranged in a matrix corresponding to the reaction region;
A plurality of temperature detection units that are arranged in a matrix corresponding to each of the heater units and detect the temperature heated by the heater unit;
A plurality of fluorescence detection units arranged in a matrix corresponding to the temperature detection units;
A first scanning line for selecting each heater unit;
A data line for giving calorific value information to the heater unit;
At least one second scan line for selecting each temperature detection unit and the fluorescence detection unit;
A current drive line for supplying a current to the temperature detection unit;
A first detection line for detecting a current of the temperature detection unit;
A reverse voltage line for supplying a reverse voltage to each of the fluorescence detection units;
A second detection line for detecting a reverse current of the fluorescence detection unit,
Each heater unit is
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Each of the temperature detection units is
A PIN diode that is supplied with current by the current drive line and through which forward current flows;
A first transfer unit for supplying a current of the current drive line to the PIN diode and transferring a current flowing through the PIN diode to the detection line;
Each of the fluorescence detection units is
A PIN diode supplied with a reverse voltage by the reverse voltage line;
And a second transfer unit for supplying a reverse voltage of the reverse voltage line to the PIN diode and transferring a reverse current flowing through the PIN diode to the detection line.
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