CN101333497B - 反应装置 - Google Patents

Abstract

本申请披露了一种反应装置，包括：多个反应区域；以及多个加热部，被配置为每一个都对应于反应区域中的对应的一个而设置，其中，每个加热部包括：热源；扫描线，用于选择加热部；数据线，将用于加热的加热量信息传输至热源；写入器，获取从数据线传输的加热量信息；保持器，在扫描线转为未被选择的状态之后，还存储加热量信息；以及发热控制器，基于加热量信息来控制热源的发热。

Description

反应装置

相关申请的交叉引用

本发明包含于2007年6月28日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2007-171262的主题，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及反应装置。更具体地，本发明涉及一种可以高精度地执行温度控制的反应装置。

背景技术

如果需要基于温度条件来控制反应，那么希望可以更高精度地控制温度条件。此外，希望在无论是液体、固体和气体中的哪种作为反应目标都执行反应的反应装置中高精度地执行温度控制。在例如基因分析的技术领域中也存在这种需求。

需要高精度温度控制的基因分析技术的一个实例是通过使用执行基因扩增(gene amplification)的聚合酶链式反应(PCR)方法进行分析。PCR方法可以是用于定量分析微量核酸的标准方法。

在PCR方法中，连续地重复“热变性→引物的退火→聚合酶扩链反应(extension reaction)”的扩增循环。这可以使DNA等扩增数十万倍。通过实时监控因而获得的PCR扩增产物还可以执行微量核酸的定量分析。

然而，在PCR方法中，必须精确地控制扩增循环。为了精确地控制扩增循环，需要高精度的温度控制。不充分的温度控制会导致扩增不相关的DNA序列或者完全未见扩增的问题。

因此，重要的是上述装置可作为反应装置来高精度地执行热控制。作为涉及这方面的技术，在日本专利公开第2003-298068号和日本专利公开第2004-025426号中披露了关于反应装置的温度控制的技术。此外，还提出了使用关于小区域的发热控制的半导体元件等的技术。

发明内容

然而，即使是在相关领域的反应装置中通过使用半导体元件等执行温度控制的技术仍包括以下问题。

具体来说，半导体元件通常涉及制造过程的变化。因此，即使对各个反应区域执行相同的温度控制，不同基板的加热量也是变化的，并且即使在同一基板上，不同加热部的加热量仍是变化的。这导致了作为反应装置的高精度温度控制的困难。

此外，半导体元件的特性通常随温度而改变。例如，基于单晶硅的MOS晶体管具有负温度特性。因而，即使施加相同的电压，较高的温度仍会导致较少量的流过电流。因此，即使施加了相同的电压，加热量仍会随温度而变化，从而导致难以进行高精度的温度控制。

需要本发明提供一种可以高精度地执行温度控制的反应装置。

本发明并不仅考虑对热控制系统使用半导体元件等，而是还关注于热控制系统的电路配置等。因此，本发明人设想将能够控制各个加热单元的有源矩阵结构合并到热控制系统，从而得到本发明。

根据本发明的实施例，提供了一种反应装置，包括多个反应区域，以及被配置为每一个都对应于反应区域中的对应的一个而设置的多个加热部。每个加热部都包括热源、用于选择加热部的扫描线和将用于加热的加热量信息传输至热源的数据线。每个加热部还包括：写入器，获取从数据线传输的加热量信息；保持器，在扫描线转为未被选择的状态之后，还存储加热量信息；以及发热控制器，基于加热量信息来控制热源的发热。

通过相对于反应装置的每个反应区域设置加热部，可以单独地执行加热控制。仅在选择扫描线时不执行加热，但是可以在写入加热量信息之后并且在写入下一个加热量信息之前，保持关于希望发热的各个加热部(加热单元)的加热量信息。因此，执行加热的时间并不局限于扫描线的选择时期(短时间)。因而，可时限容易而稳定的加热操作。

在反应装置中，从数据线传输的加热量信息可以是信号电流，并且加热部可包括将信号电流转换为电压电平的转换器。此外，保持器可以保持加热量信息作为电压电平，并且发热控制器可将所保持的电压电平转换为电流电平从而控制发热。

通过将加热量信息的形式从信号电流转换为电压电平，信号电流可作为电压电平暂时存储在保持器中。通过将电压电平转换为电流电平，可以执行高精度的加热控制。

在反应装置中，转换器可包括栅极和漏极彼此电连接的第一场效应晶体管。保持器可包括：电容器，保持在第一场效应晶体管的栅极和源极之间的电压，该电压是由于信号电流流过第一场效应晶体管而产生的。发热控制器可包括：第二场效应晶体管，取决于在第一场效应晶体管的栅极和源极之间的电压的电流流过该第二场效应晶体管。

使用第一场效应晶体管能够产生取决于所施加的信号电流的电压。在第一场效应晶体管的栅极和源极之间的电压可以通过电容器来保持。

在反应装置中，第一场效应晶体管和第二场效应晶体管可以是相同的晶体管。此外，通过转换器将信号电流转换为电压电平的转换操作、以及通过发热控制器基于加热量信息来控制热源的发热的控制操作可以以分时方式执行。

通过以分时方式交替执行转换操作和控制操作，可向发热控制器的发热控制系统传输更精确的加热量信息。因此，可以更高精度地控制加热量。

在反应装置中，转换器可包括第一场效应晶体管以及栅极和漏极彼此电连接的第三场效应晶体管，并且第一场效应晶体管的源极和第三场效应晶体管的漏极可彼此电连接。

第三场效应晶体管的设置可进一步提高驱动电流和信号电流之间的匹配度。因此，可向热源传输更精确的加热量信息，从而能够以更高精度来进行加热控制。

反应装置可进一步包括被配置为在从通过写入器获取加热量信息到获取下一加热量信息的期间中断驱动电流的单元。

反应装置可以是在反应区域中执行基因扩增反应的PCR装置。

通过使用诸如PCR装置的反应装置，可以单独地对每个反应区域高精度地执行基因扩增反应的加热循环的温度控制。因此，在各个反应区域中装载的样品的扩增系数可被统一成恒定的放大系数。因此，可以对每个反应区域执行单独且高精度的温度控制，从而能够以高精度进行详尽的分析。

用作PCR装置的反应装置可进一步包括：光学单元，被配置为用具有预定波长的激发光来照射反应区域；以及荧光检测器，被配置为检测由于激发光的照射而产生的荧光。

通过用光学单元和荧光检测器来进一步设置PCR装置，可以实时地分析基因扩增反应。

附图说明

图1是示出了包括在根据本发明的一个实施例的反应装置中的加热部的电路配置的电路图；

图2是示出了图1电路的电路操作的一个状态的电路图；

图3是示出了图1电路的电路操作的另一个状态的电路图；

图4是示出了图1所示的电路配置的修改实例的电路图；

图5是示出了图1所示的电路配置的另一个修改实例的电路图；

图6是示出了图1所示的电路配置的又一个修改实例的电路图；

图7是示出了图1所示的电路配置的又一个修改实例的电路图；

图8是示出了图1电路的具体配置实例的电路图；

图9是包括在根据本发明的一个实施例的反应装置中的加热部的框图；

图10是示出了图8所示的电路配置的修改实例的电路图；

图11是示出了图8所示的电路配置的另一个修改实例的电路图；

图12是示出了图8所示的电路配置的又一个修改实例的电路图；

图13是示出了图1所示的电路配置的又一个修改实例的电路图；

图14是将根据本发明的实施例的反应装置用作PCR装置的第一应用实例的概念截面图；以及

图15是将根据本发明的实施例的反应装置用作PCR装置的第二应用实例的概念截面图。

具体实施方式

以下将基于附图来描述根据本发明的优选实施例的反应装置。应注意，在附图中所示的实施例仅仅是本发明的代表性实施例的一个实例，并且本发明的范围不应被解释为受到实施例的局限。

图1是示出了包括在根据本发明的一个实施例的反应装置中的加热部的电路配置的电路图。图2是示出了图1电路的电路操作的一个状态的电路图。图3是示出了图1电路的电路操作的另一个状态的电路图。

图1中的晶体管T1是N沟道绝缘栅极场效应晶体管(下文中，通常简称为晶体管)。符号SW表示开关。符号g、d和s分别表示栅极、漏极和源极。符号Cs表示电容器。

驱动电流流过在电源电位VDD和接地电位GND之间的晶体管T1。由于晶体管T1的电阻成分和开关SW3而产生的焦耳(Joule)热可用作热源。使用N沟道晶体管作为晶体管T1是一个实例，但是在本发明的实施例中也可以选择性地使用P沟道晶体管。

在本发明的实施例中，将从数据线传输的加热量信息是信号电流。希望本实施例的电路具有用于将这个信号电流转换为信号电压从而执行热控制的电路配置。以下将参照图2和图3来描述图1电路的操作。

图2示出了将加热量信息以电流电平(即，信号电流)的形式写入加热部电路的操作。在该写入操作中，开关SW1和SW2处于导通状态，而开关SW3处于截止状态。

晶体管T1的漏极d和栅极g通过开关SW2而互相短路，并且信号电流Isig流过晶体管T1(见图2)。因此，产生了取决于信号电流Isig的值的栅极和源极之间的信号电压Vgs。

如果晶体管T1是增强型的晶体管(即，其具有高于0的阈值电压Vth)，那么该晶体管在其饱和区域操作，因此信号电流Isig和信号电压Vgs具有由以下公知的等式(1)所表示的关系。

$I_{\mathrm{sig}}=\mathrm{\μ}\·C_{\mathrm{OX}}\·\frac{W}{L}\·\frac{{(V_{\mathrm{gs}}-V_{\mathrm{th}})}^2}{2}---\left(1\right)$

在等式(1)中，μ表示载流子迁移率，Cox表示每单位面积的栅极容量，W表示沟道宽度，以及L表示沟道长度。

如果开关SW2在电路稳定时截止，则栅极-源极电压Vgs被保持在电容器Cs中。因而，通过截止开关SW1完成了信号写入操作。

此后，当开关SW3在任何时刻如图3所示导通时，电流从电源电压VDD流向接地电位GND。如果电源电压VDD被设得足够高并且开关SW3的导通电阻被设得足够低以使晶体管T1此时可在饱和区域中操作，那么流过晶体管T1的驱动电流Idrv并不取决于漏极-源极电压Vds，而是由等式(2)表示。这个驱动电流Idrv与信号电流Isig相对应。

$I_{\mathrm{drv}}=\mathrm{\μ}\·C_{\mathrm{OX}}\·\frac{W}{L}\·\frac{{(V_{\mathrm{gs}}-V_{\mathrm{th}})}^2}{2}---\left(2\right)$

确切地，通常，包括在等式(1)和(2)的右侧中的各个参数随着基板的不同而变化，并且即使在相同的基板上的不同位置之间也变化。然而，由于图2和图3所示的驱动，信号电流Isig于驱动电流Idrv相互对应，而与这些参数的值无关。

具有精确值的信号电流Isig可由例如在加热器矩阵外部的控制电路产生。因此，从图1的加热器单元电路产生的焦耳热不会受到晶体管特性的变化的影响，而可以作为由电源电压VDD和信号电流Isig的乘积(VDD×Isig)确定的精确值而获得。

图4是示出了图1所示的电路配置的修改实例的电路图。

图4所示的电路在开关的连接关系等方面与图1所示的电路不同。然而，在图4所示的电路中，类似于图1所示的电路，在信号写入时，开关SW1和SW2保持导通状态而开关SW3保持截止状态。在发热操作时，开关SW1和SW2保持截止状态而开关SW3保持导通状态。处于图4电路的各个操作状态的等价电路分别类似于图2和图3的那些电路，因此，图4的电路也可以发挥与图1的电路相同的功能。

图5是示出了图1所示的电路配置的另一个修改实例的电路图。

图5的电路与图1的电路的不同在于，P沟道晶体管用作了晶体管T1并且电流方向逆转。然而，图5的电路原理与图1的电路原理相同，因此图5的电路可以发挥相同的功能。

在本发明的实施例中，在低温多晶硅薄膜晶体管(TFT)的情况下，优选地使用P型金属氧化物半导体(PMOS)。这是因为PMOS在低温多晶硅TFT的情况下具有更稳定的特性。

图6是示出了图1所示的电路配置的又一个修改实例的电路图。

在图6电路中的各个开关SW1、SW2和SW3的控制方式与图1电路相同。然而，图6电路与图1电路不同在于，信号电流Isig从晶体管T1的源极引出。然而，图6电路具有以下操作原理，即，使信号电流Isig流过处于晶体管T1的栅极和漏极相互短路状态下的晶体管T1，然后将响应于信号电流Isig的流通产生的栅极-源极电压Vgs保持在电容器Cs中。该操作原理与图1电路的操作原理相同。因此，图6的电路可发挥与图1电路相同的功能。

在本发明的实施例中，希望转换器包括第一场效应晶体管以及栅极和漏极彼此电连接的第三场效应晶体管，并且第一场效应晶体管的源极电连接至第三场效应晶体管的漏极。以下将参照图7等来描述这个配置。

图7是示出了图1所示的电路配置的又一个修改实例的电路图。图7的电路与图1电路的不同在于，图7的电路由向图1的电路配置添加晶体管T2、开关SW4和电容器Cs2而得到。类似于开关SW2控制开关SW4。以下将描述该电路的操作。

如上所述，在图1的电路中，信号电流Isig由等式(1)表示，而驱动电流Idrv由等式(2)表示，因此信号电流Isig和驱动电流Idrv相互对应。此特征导致的基本操作为，例如，在MOS晶体管的饱和区域操作中，流过MOS晶体管的电流并不取决于漏极-源极电压Vds而仅由栅极-源极电压Vgs确定。

然而，在实际晶体管的情况下，漏极-源极电压Vds的升高通常会使漏极-源极电流Ids轻微增加。该现象归因于例如：背栅效应，其中漏极电位影响到沟道的导电状态；以及短沟道效应，其中在漏极端的损耗层朝源极侧延伸并因此有效沟道长度L变短。

以下将通过以图1的电路为例来更详细地描述。当写入相对较小的信号电流Isig时，根据等式(1)产生的栅极-源极电压Vgs相对较低，并且漏极-源极电压Vds是与栅极-源极电压Vgs相等的较小值。

另一方面，在驱动时，驱动电流Idrv很小，因此越过开关SW3的电压降很小。因此，晶体管T1的漏极-源极电压Vds比写入时高。以此方式，在写入时，晶体管T1的漏极-源极电压Vds通常不与驱动时的电压相对应。因此，准确地说，信息电流Isig和驱动电流Idrv也不相互对应。这经常会导致无法得到所需加热量。

相反地，图7所示的电路配置可以抑制这个问题。以下将描述图7电路的操作。类似于图1的电路，在写入时，晶体管T1的漏极-源极电压Vds通常并不与驱动时的此电压相对应。然而，例如，当漏极-源极电压Vds在驱动的时候很高时，尽管驱动电流Idrv比信号电流Isig大，但是如果晶体管T2在饱和状态下操作(换句话说，执行近似于恒定电流源操作的操作)，那么晶体管T2的微分电阻就非常高。

因而，晶体管T1的源极电位响应于驱动电流Idrv的轻微增加而大幅上升。该源极电位的上升降低了晶体管T1的栅极-源极电压Vgs，从而减小了驱动电流Idrv。因此，相对于信号电流Isig，驱动电流Idrv没有大幅增加。因此，与图1的实例相比，信号电流Isig与驱动电流Idrv之间的匹配度更高。

图8是示出了图1电路的具体配置实例的电路图。

三个开关用晶体管T2、T3和T4来实现。晶体管T2是N沟道晶体管，而晶体管T3和T4中的每个都是P沟道晶体管。三个晶体管T2、T3和T4的栅极共同连接至扫描线。这使得电路在扫描线处于低电平时能够执行信号写入操作，而在处于高电平时能够执行驱动操作。如后所述，本发明的实施例可以采用另一种形式，其中，各个晶体管T2、T3和T4的栅极并不共同连接。然而，在配置简单性方面，图8的电路是优选的。

图9是包括在根据本发明的一个实施例的反应装置中的加热部的框图。确切地说，图9示出了上述加热部(加热器单元)具有加热器矩阵结构的形式。该加热器矩阵结构具有多条扫描线1～m以及多条数据线1～n。在这些线的每个交叉部A1，设置了例如图8所示的加热器部电路等。

扫描线驱动电路依次选择扫描线(即，将扫描线切换至低电平)。与该依次选择同时，数据线驱动电路将信号电流施加至各个数据线，从而能够将加热量信息逐行写入各个加热部。扫描线控制获取加热量信息的定时。在完成写入之后，扫描线转为未被选择状态(即，切换为高电平)。这使得具有与信号电流相同电流值的驱动电流能够继续流过对应的加热部(加热器单元)。以此方法，可向各个加热部施加每个都具有所需大小的电流。因此，可产生所需量的热。

图10是示出了图8的电路配置的修改实例的电路图。

图10所示的电路配置与图8所示的电路配置的不同在于，图10的电路具有晶体管T4a和T4b。

通常，例如，TFT的缺陷常出现在其制造过程中。因此，例如，小泄漏电流流过截止状态的开关晶体管因而的问题会随时发生。在图8的电路中，如果泄漏电流流过晶体管T4，那么保持在电容器Cs中的电压会由于泄漏电流而改变。因此，无法维持正确发热状态的情况将会经常出现。

相反，在图10所示的电路中，图8中所使用的晶体管T4被串联连接的两个晶体管T4a和T4b所代替。因此，即使这些晶体管中的一个出现问题，总体上仍然可以抑制泄漏电流。类似地，还可以串联连接三个或三个以上的晶体管。此外，晶体管T2和T3中的每个还可以被串联连接的多个晶体管所代替。

图11是示出了图8所示的电路配置的另一个修改实例的电路图。

图11的电路图示出了独立于晶体管T3和T4的控制来执行晶体管T2的控制的配置实例。在信号写入时，写入扫描线和驱动扫描线都保持在低电平。在写入完成后(即，在写入扫描线被切换成高电平之后)，驱动信号线在任意时刻被切换成高电平，从而可执行发热操作。

另一方面，通过将驱动扫描线切换为低电平可以容易地中断发热操作。因此，图11的电路适用于需要快速降温的情况。此外，还可以调节发热操作的时间。因此，即使例如信号电流源难以精确地产生小电流，仍然可以执行轻微发热的精确操作。如果希望避免由于因而的操作而导致的间歇性加热，那么在从加热量信息的写入到下一个加热量信息的写入的时期中多次重复加热循环和加热中断。这使得临时的加热更为稳定。

图12是示出了图8的电路配置的又一个修改实例的电路图。

图12的电路特征为，电源电压VDD的线平行于扫描线放置，并且图1的开关SW3由二极管D1组成。在信号写入时，电源电压VDD保持在低电平，从而使二极管D1保持在截止状态。在驱动时，电源电压VDD保持在高电平，从而使二极管D1保持在导通状态。因而，二极管D1可以作为开关而操作。因此，图1 2所示的电路配置可发挥与图11所示的电路配置相同的功能。

图13是示出了图1所示的电路配置的又一个修改实例的电路图。

图13所示的电路配置与图1所示的电路配置的不同在于，用于将信号电流Isig转换成电压的晶体管T1是与用于发热的电流流过的晶体管T2分离放置的。

在信号写入时，开关SW1和SW2处于导通状态，从而使信号电流流过晶体管T1。此时，信号电流Isig由等式(3)表示。

$I_{\mathrm{sig}}=\mathrm{\μ}\·C_{\mathrm{OX}}\·\frac{W_1}{L}\·\frac{{(V_{\mathrm{gs}}-V_{\mathrm{th}})}^2}{2}---\left(3\right)$

在等式(3)中的各个参数的含义与等式(1)中的那些基本上相同。然而，晶体管T1的沟道宽度在等式(3)中被表示为W₁。在驱动时，两个开关SW1和SW2处于截止状态。在电容器Cs中，保持由于写入操作而产生的栅极-源极电压Vgs。因此，流过晶体管T2的驱动电流Idrv由等式(4)表示。

$I_{\mathrm{drv}}=\mathrm{\μ}\·C_{\mathrm{OX}}\·\frac{W_2}{L}\·\frac{{(V_{\mathrm{gs}}-V_{\mathrm{th}})}^2}{2}---\left(4\right)$

在等式(4)中，晶体管T2的沟道宽度被表示为W₂。因为晶体管T1和T2形成在很小的加热部中，所以可认为晶体管T2的参数μ、Cox和Vth实际上与晶体管T1中的那些相同。此外，晶体管T1和T2也可被设计为具有相同的沟道长度L。因此，可从等式(3)和(4)得出等式(5)。

$\frac{I_{\mathrm{drv}}}{I_{\mathrm{sig}}}=\frac{W_2}{W_1}---\left(5\right)$

通常，包括在等式(3)和(4)的右侧中的各个参数常常随着基板的不同而变化，并且即使在同一基板上，也会随着位置的不同而变化。然而，等式(5)示出了驱动电流Idrv与信号电流Isig的比等于晶体管T2的沟道宽度与晶体管T1的沟道宽度的比，而与参数的值无关。

不同于图1的电路，图1 3的电路的特征为，可将驱动电流Idrv与信号电流Isig的比调节为任何值。例如，如果需要轻微发热但是外部电路难以产生小电流，那么沟道宽度可以被设计为使等式(5)的右侧的值变小。相反，也容易地将沟道宽度设计为可以从小信号电流Isig获得大驱动电流Idrv。

如上所述，本发明的实施例可以提供可高精度地单独执行加热控制的反应装置。该反应装置可用于广泛多种的应用中，作为用于需要精确的加热控制的反应装置。在这些应用中，反应装置可适当用作例如执行基因扩增反应等的PCR装置。以下将描述反应装置被用作PCR装置的实例。

在相关领域的PCR装置中，尽管执行了热循环的控制，但是难以对每个样品进行单独的温度控制，这是因为相关领域的PCR装置是以梯度机制为基础的。此外，相关领域的PCR装置无法在基因扩增反应时单独执行温度控制。因此，在相关领域的PCR装置中，例如各个样品的基因扩增量无法统一的问题非常显著。

通过将根据本发明实施例的反应装置应用于这种PCR装置，可以提供可解决上述问题并且能够进行详尽分析的改进的PCR装置。以下将描述根据本发明实施例的PCR装置的形式。

图14是将根据本发明的实施例的反应装置用作PCR装置的第一应用实例的概念截面图。在用于以下描述的附图中，为了便于描述，简单示出了装置配置等。

图14中的数字1表示根据本发明实施例的PCR装置。PCR装置1的尺寸和层结构可根据目的任意选择，并且还可以在不脱离本发明范围的前提下设计或更改PCR装置1的配置。

PCR装置1包括具有多个反应区域A1的井状基板11、光源12和用于引导从光源12发出的激发光束L1和L2的激发光扫描板13。在测量基板17上设置了滤光器14、用于检测荧光L3的荧光检测器15和用于加热反应区域A1的加热部16。显然，上述电路配置中的任一个都可以用作加热部16。

在PCR装置1中，从光源12发出的激发光束L1通过激发光扫描板13，以作为激发光束L2施加至各个反应区域A1。通过荧光检测器15检测和测量从反应区域A1的内部发出的荧光L3。

具体地，在PCR装置1中，可对每个反应区域A1设置加热部16。此外，可以设置检测加热部16的热源附近的温度并且将检测到的温度转换为电信号的温度检测器。此外，可以设置基于预先获得的电信号和加热量之间的相关性来确定热源的加热量的单元。由于这个配置，可以高精度地单独控制各个反应区域A1的温度。

还可以通过采用考虑到各个反应区域A1的温度信息而获得的加热量信息来执行更高精度的温度控制。因此，可以高精度地分析基因表达量。以下将具体描述PCR装置1的各个组件。

井状基板11具有多个反应区(井)A1。在反应区A1中执行预定反应。例如，这个井状基板11由低荧光发射塑料材料或剥离构成。在井状基板11中，可在矩阵中设置与人的基因数量基本上相同数量的反应区A1。

在本发明的实施例中，希望用于PCR反应的反应区域(井)为微空间。例如，如果一个井具有300μm×300μm×300μm的尺寸(约30nL的容量)并且在PCR装置中设置了约四万个井，那么该装置将具有约六平方厘米的面积。

各个反应区域A1的形状并没有具体的限制，只要在反应区域A1中可以容纳反应溶液，那么任何形状都是可行的。可以考虑用于发出和引导激发光束L1和L2的光路、用于检测荧光L3的光路等来随意选择合适的形状。在PCR装置1中，反应区域A1具有曲面部，以使荧光L3可在反应区域A1中被反射。

为了抑制由于光散射和外部光的影响带来的检测灵敏度的下降，反应区域A1需要被遮光材料(例如，像金刚石的碳)覆盖。

在本发明的实施例中，光源12和用于将激发光束L1引导至各个反应区域A1的激发光扫描板13可用作使得所有的多个反应区域A1被具有特定波长的激发光所照射的光学单元。

光源12的种类并没有具体的限制，只要光源12可发出特定波长的光。然而，希望使用白色或单色发光二极管(LED)作为光源12。使用发光二极管可以容易地获取没有不必要的紫外线和红外线的光。

在本发明的实施例中，光源12的位置和光源的数量并没有具体的限制。尽管在图中未示出，但是多个光源12可以经过设置面向各个反应区域A1，并且每个光源12可直接向对应的反应区域A1发出激发光。在这种配置中，可用光源12的激发光来直接照射每个反应区域A1。因而，可获得更大量的激发光。此外，可以单独控制激发光束L1和L2的光量，因此可用激发光束L1和L2均匀照射各个反应区域A1。

激发光扫描板13将从光源12发出的激发光束L1引导至井状基板11中的各个反应区域A1。从光源12发出的激发光束L1被导入激发光扫描板13内的间隔区(spacer)131。反射膜132被设置在激发光扫描板13的底部，并且可以将激发光束L2导入井状基板11。由于这种配置，可用均匀光量来激发在各个反应区域A1的反应液中的荧光物质。对反射膜132的材料等没有具体的限制。然而，希望使用分色镜作为反射膜132。

此外，在本发明的实施例中，希望在激发光扫描板13上设置仅能够通过具有与激发光束L1和L2相同的波长的光束的滤光镜133。由于滤光器133，可从由光源12发射的光中有效提取激发光束L2，然后将其引导至反应区域A1。作为滤光器133，例如，可以使用偏振滤光器。

将被引导至反应区域A1的激发光束L2施加于在反应区域A1的反应液中的探针的荧光物质等。这就产生了荧光L3。荧光L3被反应区域A1的壁面反射，从而可以通过设置在反应区域A1下的荧光检测器15来检测和测量。

在本发明的实施例中，可将滤光器14放置在反应区域A1和荧光检测器15之间，从而可以提取特定波长的光。滤光器14的材料并没有限制，只要可以提取特定波长的光(例如，荧光L3)。例如，分色镜可用作滤光镜14。

响应于被引导至反应区域A1的激发光束L2，荧光检测器15检测并且测量由于插入探针中的荧光染料的激发而发出的荧光。

在PCR装置1中，对每个反应区域A1都设置加热部16。加热部16包括温度控制机构，其使得加热部16能够执行反应区域A1的温度控制。由于这种配置，例如，在执行PCR循环的情况下，可关于“热变性→退火→扩链反应”的步骤来执行更高精度的温度控制。

图15是将根据本发明的实施例的反应装置用作PCR装置的第二应用实例的概念截面图。以下，将主要描述与图14所示的构造的差异，而省略了相同部分的描述。

PCR装置2与图14的PCR装置1的相同在于，在测量基板27上，对每个反应区域(井)A2都设置荧光检测器25和加热部26。然而，PCR装置2与PCR装置1的不同在于，激发光束L2被引导通过井状基板21的上部，然后检测穿过反应区域A2的荧光L3。

在PCR装置2中，通过激发光扫描板23将从光源22发出的激发光束L1引导至反应区域A2。激发光束L1通过激发光扫描板23中的间隔区231，从而激发光束L2通过反射膜232和滤光器233被引导至井状基板21。

将激发光束L2施加给在反应区域A2的反应液中的探针的荧光物质等。这就产生了荧光L3。通过设置在反应区域A2之下的荧光检测器25来检测并测量荧光L3。

通过设置在反应区域A2之下的加热部26来执行温度控制，并且可以通过珀耳帖元件(Peltier element)28等来执行诸如加热循环的温度控制。

在典型的PCR装置中，执行约三十次“热变性→退火→扩链反应”的循环，并且三十次循环花费了25～30分钟的反应时间。在循环中，执行具有约2℃/秒的温度变化率的温度控制。相反，在根据本发明实施例的PCR装置中，可以执行具有约20℃以上/秒的温度变化率的温度控制。因而，可以使每一次循环的时间缩短约40秒，并因而，对于整个三十次的循环，可以实现小于25分钟的反应时间。

此外，可以基于引物的设计来控制退火时间和扩链反应时间，因此可将扩增系数统一为恒定的乘法系数(例如，两倍)。因此，可以提高基因表达量的检测精度。

本领域的技术人员应理解，在附加权利要求或其等同物的范围内，可根据设计要求和其它因素来进行各种修改、组合、子组合和替换。

Claims (8)

1.一种反应装置，包括

多个反应区域；以及

多个加热部，被配置为每一个都对应于所述反应区域中对应的一个而设置，其中，

每个所述加热部包括：

热源；

扫描线，用于选择所述加热部；

数据线，将用于加热的加热量信息传输至所述热源；

写入器，获取从所述数据线传输的所述加热量信息；

保持器，在所述扫描线转为未被选择的状态之后，还存储所述加热量信息；以及

发热控制器，基于所述加热量信息来控制所述热源的发热；

其中，从所述数据线传输的所述加热量信息是信号电流，所述加热部包括将所述信号电流转换为电压电平的转换器。

2.根据权利要求1所述的反应装置，其中，

所述保持器保持所述加热量信息作为所述电压电平，以及

所述发热控制器将所保持的电压电平转换为电流电平，从而控制发热。

3.根据权利要求2所述的反应装置，其中，

所述转换器包括栅极和漏极彼此电连接的第一场效应晶体管；

所述保持器包括：电容器，保持所述第一场效应晶体管的栅极和源极之间的电压电平，所述电压电平是由于所述信号电流流过所述第一场效应晶体管而产生的；以及

所述发热控制器包括：第二场效应晶体管，取决于所述第一场效应晶体管的栅极和源极之间的所述电压电平的电流流过所述第二场效应晶体管。

4.根据权利要求3所述的反应装置，其中，

所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管是相同类型的晶体管，以及

通过所述转换器将所述信号电流转换为所述电压电平的转换操作、以及通过所述发热控制器基于所述加热量信息来控制所述热源的发热的控制操作是以分时方式执行的。

5.根据权利要求3所述的反应装置，其中，

所述转换器包括所述第一场效应晶体管以及栅极和漏极彼此电连接的第三场效应晶体管，以及

所述第一场效应晶体管的源极和所述第三场效应晶体管的漏极彼此电连接。

6.根据权利要求1所述的反应装置，进一步包括：

被配置为在从通过所述写入器获取所述加热量信息到获取下一加热量信息的期间中断驱动电流的单元。

7.根据权利要求1所述的反应装置，其中，

所述反应装置为在所述反应区域中执行基因扩增反应的PCR装置。

8.根据权利要求7所述的反应装置，进一步包括：

光学单元，被配置为用包括预定波长的激发光来照射所述反应区域；以及

荧光检测器，被配置为检测由于所述激发光的照射而产生的荧光。

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