CN102653715B

CN102653715B - 热循环装置

Info

Publication number: CN102653715B
Application number: CN201210048812.4A
Authority: CN
Inventors: 小枝周史
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2011-03-01
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2032-02-28
Also published as: JP2012179002A; EP2495045A2; US9457352B2; US20120225001A1; JP5896100B2; CN102653715A; EP2495045A3

Abstract

本发明提供一种适合小型化的热循环装置。该热循环装置包括：安装部，其安装包含流路的反应容器，在上述流路中填充有反应液、和与反应液比重不同并且不与反应液混和的液体，并且上述流路供反应液沿着对置的内壁移动；温度梯度形成部，其在安装部中安装有反应容器的情况下在反应液移动的方向上在流路中形成温度梯度；以及驱动机构，其使安装部以及温度梯度形成部绕旋转轴旋转，上述旋转轴是具有与重力作用的方向垂直的成分，并且具有与在安装部中安装有反应容器的情况下反应液在流路中移动的方向垂直的成分，在向与上述旋转轴垂直的平面进行了投影时，从旋转轴到流路内的点的最长距离小于将上述流路内的2点之间连结的最长距离。

Description

热循环装置

技术领域

本申请主张于2011年3月1日提出的日本专利申请2011-043598号的优先权，并在此引用其全部内容。

本发明涉及热循环装置。

背景技术

近年来，除随着基因的利用技术的发展引起基因诊断、基因治疗等利用了基因的医疗引人瞩目以外，在农牧业领域中也开发出许多在品种辨别、品种改良中使用了基因的方法。PCR(Polymerase Chain Reaction，聚合酶链式反应)法等技术作为用于利用基因的技术被广泛普及。目前，PCR法成为生命物质的信息阐明中必不可少的技术。

PCR法是通过对含有作为扩增的对象的核酸(目标核酸)以及试剂的溶液(反应液)实施热循环来使目标核酸扩增的方法。热循环是周期性地对反应液施加2个阶段以上的温度的处理。在PCR法中，施加2个阶段或者3个阶段的热循环的方法是通常的方法。

在PCR法中，通常使用管或被称为生物样品反应用芯片(生物芯片)的、用于进行生化反应管的容器。然而，在现有的方法中，存在所需的试剂等的剂量较大并且为了实现反应所需要的热循环而使装置复杂化，或者反应花费时间这样的问题。因此，需要用于使用微量的试剂、试样在短时间内高精确度地进行PCR的生物芯片、反应装置。

为了解决这样的问题，日本特开2009-136250号公报中公开了一种生物样品反应装置，该生物样品反应装置使生物样品反应用芯片绕水平方向的旋转轴旋转，上述生物样品用芯片中填充有反应液和不与反应液混和且比重比反应液小的液体，从而使反应液移动并施加热循环。

在日本特开2009-136250号公报所公开的生物样品反应装置中，为了在具有相对于旋转轴对称的温度分布的装置中安装生物样品反应用芯片，并使该芯片旋转，而需要生物样品反应用芯片的长度的2倍以上的旋转半径，从而装置的小型化是有限的。

发明内容

本发明是鉴于以上的问题点而完成的，根据本发明的若干方式，能够提供一种适合小型化的热循环装置。

(1)本方式所涉及的热循环装置包括：安装部，其安装包含流路的反应容器，在上述流路中填充有反应液、和与上述反应液比重不同并且不与上述反应液混和的液体，并且在上述流路中上述反应液沿着对置的内壁移动；温度梯度形成部，其在上述安装部安装有上述反应容器的情况下在上述流路的上述反应液移动的方向上形成温度梯度；以及驱动机构，其使上述安装部以及上述温度梯度形成部绕旋转轴旋转，上述旋转轴具有与重力作用的方向垂直的成分，并且具有与在上述安装部上安装有上述反应容器的情况下上述反应液在上述流路中移动的方向垂直的成分，在向与上述旋转轴垂直的平面进行了投影后，从上述旋转轴到上述流路内的点的最长距离小于将上述流路内的2点之间连结的最长距离。

根据本方式，由于旋转轴具有与重力作用的方向垂直的成分，并且具有与在安装部上安装有反应容器的情况下反应液在反应容器的流路中移动的方向垂直的成分，所以通过驱动机构使安装部旋转，安装于安装部的反应容器的流路内的、重力作用的方向上的最低点或者最高点的位置发生变化。由此，反应液在由温度梯度形成部形成了温度梯度的流路内移动。因此，能够对反应液施加热循环。另外，根据本方式，由于在向与旋转轴垂直的平面进行了投影时，从旋转轴到反应容器的流路内的点的最长距离小于将上述流路内的2点之间连结的最长距离，所以能够缩小基于驱动机构的旋转的旋转半径。因此，能够实现适合小型化的热循环装置。

(2)在该热循环装置中，在上述安装部上安装有上述反应容器的情况下，上述驱动机构使上述安装部以及上述温度梯度形成部在第一配置与上第二配置之间旋转，其中，上述第二配置是在上述流路内重力作用的方向上的最低点的位置与上述第一配置不同的配置，上述驱动机构可以使上述安装部以及上述温度梯度形成部在从上述第一配置向上述第二配置旋转时、和从上述第二配置向上述第一配置旋转时朝相反方向旋转。

根据本方式，由于驱动机构使安装部以及温度梯度形成部在从第一配置向第二配置旋转时、和从第二配置向第一配置旋转时朝相反方向旋转，所以不需要用于减少因旋转而产生的装置的布线的扭曲的特别机构。因此，能够实现适合小型化的热循环装置。

(3)在该热循环装置中，上述安装部包含分别安装上述反应容器的第一安装部以及第二安装部，安装于上述第一安装部的上述反应容器中的上述反应液移动的方向、可以与安装于上述第二安装部的上述反应容器中的上述反应液移动的方向平行。

根据本方式，由于安装于第一安装部的反应容器中的反应液移动的方向、与安装于第二安装部的反应容器中的反应液移动的方向平行，所以在利用驱动机构使安装部旋转的情况下，安装于第一安装部的反应容器中的反应液、和安装于第二安装部的反应容器中的反应液在相同时刻移动。因此能够在相同时刻对安装于第一安装部的反应容器和安装于第二安装部的反应容器施加相同的时间条件的热循环。

(4)该热循环装置中，在向与上述旋转轴垂直的平面进行了投影时，上述第一安装部与上述第二安装部可以位于不同的位置。

根据本方式，由于在向与旋转轴垂直的平面进行了投影时，第一安装部与第二安装部位于不同的位置，所以能够将第一安装部与第二安装部的相对配置设置为除从旋转轴方向观察的纵深方向以外的配置。由此，能够节约从旋转轴方向观察的纵深方向的装置的大小。因此，能够实现适合小型化的热循环装置。

(5)在该热循环装置中，在向与上述旋转轴垂直的平面进行了投影时，上述旋转轴可以位于被上述第一安装部与上述第二安装部夹持的区域中。

根据本方式，由于在向与旋转轴垂直的平面进行了投影时，旋转轴位于被第一安装部与第二安装部夹持的区域中，所以即使在安装部包含第一安装部与第二安装部的情况下，也能够缩小基于驱动机构的旋转的旋转半径。因此，能够实现适合小型化的热循环装置。

附图说明

图1(A)是表示第一实施方式所涉及的热循环装置1的关闭了盖50的状态的立体图，图1(B)是表示第一实施方式所涉及的热循环装置1的打开了盖50的状态的立体图。

图2是第一实施方式所涉及的热循环装置1的主体10的分解立体图。

图3是示意性地表示通过图1(A)的A-A线并与旋转轴R垂直的面上的剖面的剖视图。

图4是表示安装于第一实施方式所涉及的热循环装置1的反应容器100的构成的剖视图。

图5(A)是示意性地表示第一配置的、通过图1(A)的A-A线并与旋转轴R垂直的面上的剖面的剖视图，图5(B)是示意性地表示第二配置的、通过图1(A)的A-A线并与旋转轴R垂直的面上的剖面的剖视图。

图6是用于对第一实施方式所涉及的热循环装置1的热循环处理步骤例进行说明的流程图。

图7(A)是表示第二实施方式所涉及的热循环装置2的关闭了盖50的状态的立体图，图7(B)是第二实施方式所涉及的热循环装置2的打开了盖50的状态的立体图。

图8是示意性地表示通过图7(A)的B-B线并与旋转轴R垂直的面上的剖面的剖视图。

图9是表示安装于第二实施方式所涉及的热循环装置2的反应容器100a的构成的剖视图。

图10是表示第一实施例的热循环的步骤的流程图。

图11是表示第二实施例的热循环的步骤的流程图。

图12是表示第二实施例的反应液140b的组成的表。

图13(A)是表示第一实施例的荧光测定的结果的表，图13(B)是表示第二实施例的荧光测定的结果的表。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的优选的实施方式详细地进行说明。另外，以下说明的实施方式并不是将权利要求所记载的本发明的内容不恰当地进行限定。并且并不是将以下说明的所有的构成限定为本发明的必须的构成要件。

1.第一实施方式所涉及的热循环装置的整体构成

图1(A)是表示第一实施方式所涉及的热循环装置1的关闭了盖50的状态的立体图，图1(B)是表示第一实施方式所涉及的热循环装置1的打开了盖50的状态的立体图。图2是第一实施方式所涉及的热循环装置1的主体10的分解立体图。图3是示意性地表示通过图1(A)的A-A线并与旋转轴R垂直的面上的剖面的剖视图。在图3中，箭头g表示重力作用的方向。

第一实施方式所涉及的热循环装置1包括：安装部11，其安装包含流路110的反应容器100(详细说明在“3.安装于第一实施方式所涉及的热循环装置的反应容器的构成”的项目中后述)，在流路110中填充有反应液140、和与反应液140比重不同且不与反应液140混和的液体130，并且流路110中反应液140沿着对置的内壁移动；温度梯度形成部30，其在安装部11安装有反应容器100的情况下，在流路110的反应液140移动的方向(详细说明在“3.安装于第一实施方式所涉及的热循环装置的反应容器的构成”的项目中后述)上形成温度梯度；以及驱动机构20，其使安装部11以及温度梯度形成部30绕旋转轴R旋转，其中，旋转轴R具有相对于重力作用的方向水平的成分，并且，具有与在安装部11安装有反应容器100的情况下反应液140在流路110中移动的方向垂直的成分。

在图1(A)所示的例子中，热循环装置1构成为包含主体10与驱动机构20。如图2所示，主体10构成为包含安装部11以及温度梯度形成部30。

安装部11是安装反应容器100的构造。在图1(B)以及图2所示的例子中，热循环装置1的安装部11为供反应容器100插入安装的狭孔构造。在图2所示的例子中，安装部11形成为向后述的贯通第一加热部12的第一加热块12b、隔板14以及第二加热部13的第二加热块13b的孔中插入反应容器100的构造。设置于主体10的安装部11的数量可以为多个，在图1(B)所示的例子中，在主体10中设置有20个安装部11。另外，在图2以及图3所示的例子中，安装部11作为温度梯度形成部30的一部分而构成，但是在使驱动机构20动作的情况下，只要两者之间的位置关系不发生变化，安装部11与温度梯度形成部30也可以作为单独的部件而构成。

此外，在本实施方式中示出了安装部11为狭孔构造的例子，但是安装部11只要是能够保持反应容器100的构造即可。例如，也可以采用将反应容器100嵌入与反应容器100的形状符合的凹陷的构造、夹持反应容器100地进行保持的构造。

在安装部11安装有反应容器100的情况下，温度梯度形成部30在流路110中的反应液140移动的方向上形成温度梯度。此处，“形成温度梯度”意味着形成温度沿着规定的方向发生变化的状态。因此，“在反应液140移动的方向上形成温度梯度”意味着形成温度沿着反应液140移动的方向而发生变化的状态。“温度沿着规定的方向而发生变化的状态”例如可以是温度沿着规定的方向单调地升高或者单调地降低，也可以是温度沿着规定的方向从升高的变化中途变为降低的变化、或者从降低的变化中途变为升高的变化。在图2所示的例子中，温度梯度形成部30构成为包含第一加热部12以及第二加热部13。在热循环装置1的主体10中，第一加热部12配置于离底板17相对较近的一侧，第二加热部13配置于离底板17相对较远的一侧。另外，在第一加热部12与第二加热部13之间设置有隔板14。在热循环装置1的主体10中，第一加热部12、第二加热部13以及隔板14的周围利用法兰盘16、底板17以及固定板19固定。此外，只要在能够确保所希望的反应精度的程度上形成温度梯度，温度梯度形成部30所包含的加热部的数量就是任意的。例如，由于利用一个加热部构成温度梯度形成部30，从而能够减少使用的部件的数量，所以能够削减制造成本。

在安装部11安装有反应容器100的情况下，第一加热部12将反应容器100的第一区域111加热至第一温度。在图3所示的例子中，第一加热部12配置于在主体10中的对反应容器100的第一区域111进行加热的位置。

第一加热部12可以包含使热量产生的机构和将已产生的热量向反应容器100传递的部件。在图2所示的例子中，第一加热部12构成为包含作为使热量产生的机构的第一加热器12a、和作为将已产生的热量向反应容器100传递的部件的第一加热块12b。

在热循环装置1中，第一加热器12a为筒式加热器，通过导线15与未图示的外部电源连接。作为第一加热器12a并不局限于此，可以使用石墨加热器、片状加热器、IH加热器(电磁感应加热器)、帕尔贴(Peltier)元件、加热液体、加热气体等。第一加热器12a被插入到第一加热块12b中，通过第一加热器12a发热来加热第一加热块12b。第一加热块12b是将由第一加热器12a产生的热量向反应容器100传递的部件。在热循环装置1中，第一加热块12b为铝制的块。由于筒式加热器可容易地进行温度控制，所以通过将第一加热器12a设置为筒式加热器，能够容易地使第一加热部12的温度稳定。因此，能够实现更加准确的热循环。

可以考虑热传导率、保温性、易于加工性等条件来适当地选择加热块的材质。例如，由于铝的热传导率较高，所以通过将第一加热块12b设置为铝制，能够高效地对反应容器100进行加热。另外，由于在加热块中很难产生加热不均，所以能够实现高精度的热循环。另外，由于易于加工，所以能够使第一加热块12b高精度地成型，从而能够提高加热的精度。因此，能够实现更加准确的热循环。此外，加热块的材质也可以使用例如铜合金，还可以将多个材质组合。

在安装部11中安装有反应容器100的情况下，优选第一加热部12与反应容器100接触。由此，在利用第一加热部12对反应容器100进行了加热的情况下，由于能够将第一加热部12的热量向反应容器100稳定地传递，所以能够使反应容器100的温度稳定。在如本实施方式那样，安装部11作为第一加热部12的一部分而形成的情况下，优选安装部11与反应容器100接触。由此，由于能够将第一加热部12的热量向反应容器100稳定地传递，所以能够对反应容器100高效率地进行加热。

在安装部11中安装有反应容器100的情况下，第二加热部13将反应容器100的第二区域112加热至与第一温度不同的第二温度。在图3所示的例子中，第二加热部13配置于在主体10中的对反应容器100的第二区域112进行加热的位置。第二加热部13包含第二加热器13a以及第二加热块13b。除了反应容器100的被加热的区域以及加热的温度与第一加热部12不同以外，第二加热部13的构成与第一加热部12相同。此外，也可以在第一加热部12与第二加热部13中采用不同的加热机构。另外，第一加热块12b与第二加热块13b也可以为不同的材质。

此外，可以代替第二加热部13而设置对第二区域112进行冷却的冷却部。例如可以使用帕尔贴元件作为冷却部。由此，即使在例如因来自反应容器100的第一区域111的热量引起第二区域112的温度很难降低的情况下，也能够在流路110形成所希望的温度梯度。另外，例如能够对反应液140施加反复进行加热与冷却的热循环。

另外，在如图2以及图3所示那样，安装部11作为温度梯度形成部30的一部分而构成的情况下，可以设置使安装部11与反应容器100紧贴的机构。使安装部11与反应容器100紧贴的机构只要能够使反应容器100的至少一部分与安装部11紧贴即可。例如，可以利用设置于主体10、盖50的弹簧将反应容器100顶在安装部11的一侧的壁面上。由此，由于能够将温度梯度形成部30的热量向反应容器100更加稳定地传递，所以能够使反应容器100的温度更加稳定。

第一加热部12以及第二加热部13的温度可以被未图示的温度传感器以及后述的控制部控制。优选以反应容器100被加热至所希望的温度的方式设定第一加热部12以及第二加热部13的温度。在本实施方式中，将第一加热部12控制为第一温度、将第二加热部13控制为第二温度，从而能够将反应容器100的第一区域111加热至第一温度、将第二区域112加热至第二温度。其中，第一加热部12以及第二加热部13的温度被控制为可将反应容器100的第一区域111以及第二区域112加热至所希望的温度即可。例如，通过考虑反应容器100的材质、大小，而能够将第一区域111以及第二区域112的温度更加准确地加热至所希望的温度。另外，本实施方式的温度传感器为热电偶。此外，作为温度传感器并不局限于此，可以使用例如测温电阻元件、热敏电阻。

驱动机构20是使安装部11以及温度梯度形成部30绕旋转轴R旋转的机构，其中，旋转轴R具有与重力作用的方向垂直的成分，并且具有与在安装部11中安装有反应容器100的情况下反应液140在流路110中移动的方向垂直的成分。

“具有与重力作用的方向垂直的成分”的方向是具有在利用“与重力作用的方向平行的成分”和“与重力作用的方向垂直的成分”的向量和进行表示时的、与重力作用的方向垂直的成分的方向。

“具有与反应液140在流路110中移动的方向垂直的成分”的方向是具有在利用“与反应液140在流路110中移动的方向平行的成分”和“与反应液140在流路110中移动的方向垂直的成分”的向量和进行表示时的、与反应液140在流路110中移动的方向垂直的成分的方向。

在第一实施方式所涉及的热循环装置1中，驱动机构20使安装部11以及温度梯度形成部30绕相同的旋转轴R旋转。另外，在本实施方式中，驱动机构20包含未图示的马达以及驱动轴，并将驱动轴与主体10的法兰盘16连接而构成。若使驱动机构20的马达动作，则主体10以驱动轴为旋转轴R进行旋转。在“2.旋转轴与安装部之间的位置关系”的项目中对旋转轴R与安装部11之间的位置关系进行详述。此外，作为驱动机构20，并不局限于马达，还可以采用例如摇柄、发条等。

热循环装置1可以包含未图示的控制部。控制部对驱动机构20或者温度梯度形成部30中的至少一个进行控制。在“4.热循环装置的热循环处理步骤例”的项目中对基于控制部的控制例进行详述。控制部可以构成为利用专用电路实现而进行后述的控制。另外，控制部还可以构成为，例如通过CPU(Central Processing Unit，中央处理器)执行存储于ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)等存储装置的控制程序来作为计算机发挥作用，以进行后述的控制。该情况下，存储装置可以具有暂时存储伴随着控制的中间数据、控制结果等的工作区域。

如图2以及图3所示，在热循环装置1的主体10中第一加热部12与第二加热部13之间设置有隔板14。隔板14是对第一加热部12或者第二加热部13进行保持的部件。通过设置隔板14，能够更加准确地决定第一加热部12与第二加热部13之间的距离。即，能够更加准确地决定第一加热部12以及第二加热部13相对于反应容器100的第一区域111以及第二区域112的的位置。

虽然可以根据需要而适当地选择隔板14的材质，但是优选隔板14的材质为隔热材料。由此，由于能够减少第一加热部12以及第二加热部13的热量相互受到的影响，所以第一加热部12以及第二加热部13的温度控制变得容易。在隔板14为隔热材料的情况下、且在安装部11中安装了反应容器100的情况下，优选在第一加热部12与第二加热部13之间的区域中，以包围反应容器100的方式配置隔板14。由此，由于能够抑制来自反应容器100的第一加热部12与第二加热部13之间的区域的散热，所以反应容器100的温度更加稳定。在本实施方式中，隔板14为隔热材料，在图3所示的例子中，安装部11贯通隔板14而构成。由此，在利用第一加热部12以及第二加热部13对反应容器100进行了加热的情况下，由于反应容器100的热量很难散失，所以能够使第一区域111以及第二区域112的温度更加稳定。

热循环装置1的主体10可以包含固定板19。固定板19是对安装部11、第一加热部12以及第二加热部13进行保持的部件。在图1(B)以及图2所示的例子中，固定板19与法兰盘16嵌合而构成。另外，在固定板19上固定有第一加热部12、第二加热部13以及底板17。由于主体10的构造因固定板19而更加稳固，所以主体10很难发生破损。

热循环装置1可以含有盖50。在图1(A)以及图3所示的例子中，盖50以覆盖安装部11的方式设置。由于通过盖50覆盖安装部11，从而在利用第一加热部12进行了加热的情况下，能够抑制从热循环装置1向外部的散热，所以能够使热循环装置1内的温度稳定。盖50可以通过固定部51固定于主体10。在本实施方式中，固定部51为磁铁。此外，作为固定部51并不局限于此，例如，还可以采用合页、捕捉夹钳(catch clip)。在图1(B)以及图2所示的例子中，在主体10的与盖50接触的面的一部分设置有磁铁。虽然图1(B)以及图2未图示，但是在盖50的与主体10的磁铁接触的位置也设置有磁铁，若利用盖50覆盖安装部11，则盖50因磁力而固定于主体10。由此，能够防止在利用驱动机构20对主体10进行驱动时发生盖50脱落或者松动的情况。因此，由于能够防止因盖50脱落而使热循环装置1内的温度发生变化的情况，所以能够对后述的反应液140施加更加准确的热循环。

优选主体10为气密性较高的构造。若主体10为气密性较高的构造，则主体10内部的空气很难向主体10的外部逸出，因此主体10内的温度更加稳定。在本实施方式中，如图2所示，利用2个法兰盘16、底板17、2块固定板19以及盖50将主体10内部的空间密封。

另外，优选使用隔热材料构成固定板19、底板17、盖50、法兰盘16。由此，由于能够进一步抑制从主体10向外部的散热，所以能够使主体10内的温度更加稳定。

优选热循环装置1包含将反应容器100相对于第一加热部12以及第二加热部13保持在规定的位置的构造。由此，能够利用第一加热部12以及第二加热部13对反应容器100的规定的区域进行加热。更具体而言，利用第一加热部12能够对构成反应容器100的流路110的第一区域111加热，利用第二加热部13能够对构成反应容器100的流路110的第二区域112加热。在本实施方式中，反应容器100的定位构造为底板17。如图3所示，若反应容器100插入到与底板17接触的位置，则能够将反应容器100相对于第一加热部12以及第二加热部13而保持在规定的位置。

此外，反应容器100的定位构造只要是能够将反应容器100保持在所希望的位置的构造即可。反应容器100的定位构造可以是设置于热循环装置1的构造，可以是设置于反应容器100的构造，也可以是两种构造的组合。例如可以采用螺钉、插入式的棒、在反应容器100上设置有突出部的构造、安装部11与反应容器100嵌合的构造。在使用螺钉、棒的情况下，可以形成为通过改变螺钉的长度或拧入长度、插入棒的位置，而能够配合热循环的反应条件、反应容器100的大小等来调节保持的位置。

热循环装置1可以具有将主体10的温度保持恒定的机构。由此，由于反应容器100的温度更加稳定，所以能够对反应液140施加更加准确的热循环。可以采用例如恒温槽作为对主体10进行保温的机构。

图2以及图3所示的隔板14以及固定板19可以是透明的。由此，在热循环处理中使用了透明的反应容器100的情况下，能够从装置的外部观察反应液140移动的情况。因此，能够通过目视来确认热循环处理是否被适当地进行。因此，此处的“透明”的程度只要是在热循环装置1中采用了这些部件进行了热循环处理时，能够视觉识别反应液140的移动的程度即可。

为了观察热循环装置1的内部，可以将隔板14设置为透明且不设置固定板19，可以将固定板19设置为透明且不设置隔板14，也可以既不设置隔板14也不设置固定板19。由于观察者与作为观察对象的反应容器100之间存在的部件越少，由物体引起的光的折射的影响越少，所以内部的观察变得容易。另外，由于不设置隔板14以及固定板19中的至少一种部件从而使部件减少，所以能够削减制造成本。

在本实施方式中，示出了热循环装置1包含盖50的例子，但也可以不包含盖50。由此，由于能够减少使用的部件的数量，所以能够削减制造成本。

在本实施方式中，示出了热循环装置1包含底板17的例子，但也可以如图8所示那样、不包含底板17。由此，由于能够减少使用的部件的数量，所以能够削减制造成本。

2.旋转轴与安装部之间的位置关系

接下来，参照图3对旋转轴R与安装部11之间的位置关系进行说明。在热循环装置1中，当向与旋转轴R垂直的平面投影时(换而言之，在利用与旋转轴R垂直的平面将热循环装置1切断的剖视时)，从旋转轴R到流路110内的点的最长距离(图3中为距离d1)小于将流路110内的2点之间连结的最长距离(图3中为距离d2)。

由于图3是示意性地表示通过图1(A)的A-A线并与旋转轴R垂直的面中的剖面的剖视图，所以关于距离d1以及距离d2，实际上与将热循环装置1的主体10投影到与旋转轴R垂直的平面上的图等价。因此，以下使用图3对距离d1以及距离d2进行说明。

距离d1在热循环装置1投影到的、与旋转轴R垂直的平面内，表示从旋转轴R到从流路110内选择的点中的、距旋转轴R的距离最长的点的距离。距离d2在热循环装置1投影到的、与旋转轴R垂直的平面内，表示从流路110内选择的2点中的、将被选择的2点之间连结的距离最长的2点之间的距离。在图3中，由于流路110的剖面为长方形，所以距离d1是从表示旋转轴R的点到该长方形的右下角的点的距离，距离d2相当于该长方形的对角线的长度。因此，距离d1构成为比距离d2小。

根据本实施方式，由于旋转轴R是具有与重力作用的方向垂直的成分、并且具有与在安装部11中安装有反应容器100的情况下反应液140在反应容器100的流路110中移动的方向垂直的成分的轴，所以通过驱动机构20使安装部11旋转，安装于安装部11的反应容器100的流路110内的重力作用的方向上的最低点或者最高点的位置发生变化。由此，反应液140在利用温度梯度形成部30形成有温度梯度的流路110内移动。因此，能够对反应液140施加热循环。另外，根据本实施方式，在向与旋转轴R垂直的平面进行了投影时，由于从旋转轴R到反应容器100的流路110内的点的最长距离d1小于将反应容器100的流路110内的2点之间连结的最长距离d2，所以能够减小基于驱动机构20的旋转半径。因此，能够实现适合小型化的热循环装置。

如图3所示，在热循环装置1中，安装部11包含分别安装反应容器100的第一安装部11a以及第二安装部11b，安装于第一安装部11a的反应容器100中的反应液140移动的方向与安装于第二安装部11b的反应容器100中的反应液140移动的方向可以平行。此处，“平行”不仅是指完全平行的状态，还包括在能够确保作为热循环装置的所希望的精度的程度上接近平行的状态。在安装部11为能够安装3个以上的反应容器100的构成的情况下，第一安装部11a以及第二安装部11b可以是安装部11中的、安装任意选择的2个反应容器100的部分。

根据本实施方式，由于安装于第一安装部11a的反应容器100中的反应液140移动的方向与安装于第二安装部11b的反应容器100中的反应液140移动的方向平行，所以在利用驱动机构20使安装部11绕旋转轴R旋转的情况下，安装于第一安装部11a的反应容器100中的反应液140与安装于第二安装部11b的反应容器100中的反应液140在相同时刻移动。换而言之，能够使2处反应液140开始移动的时刻同步。因此，能够对安装于第一安装部11a的反应容器100与安装于第二安装部11b的反应容器100在相同时刻施加相同时间条件的热循环。其中，此处的“相同”的程度是在对反应的精度没有影响的程度的范围内。

如图3所示，在热循环装置1中，在向与旋转轴R垂直的平面进行了投影时，第一安装部11a与第二安装部11b可以处于不同位置。

根据本实施方式，在向与旋转轴R垂直的平面进行了投影时，第一安装部11a与第二安装部11b处于不同位置，由此还能够将第一安装部11a与第二安装部11b的相对配置设置为从旋转轴R方向观察的纵深方向以外的配置。由此，能够节约从旋转轴R方向观察的纵深方向的装置的大小。因此，能够实现适合小型化的热循环装置。

如图3所示，在热循环装置1中，在向与旋转轴R垂直的平面进行了投影时，旋转轴R可以位于被第一安装部11a与第二安装部11b夹持的区域。换而言之，在热循环装置1中，在利用与旋转轴R垂直的平面将热循环装置1切断的剖视时，旋转轴R可以位于第一安装部11a与第二安装部11b之间。

根据本实施方式，在向与旋转轴R垂直的平面进行了投影时，由于旋转轴R位于被第一安装部11a与第二安装部11b夹持的区域，所以即使在安装部11包含第一安装部11a与第二安装部11b的情况下，也能够减小基于驱动机构20的旋转半径。因此，能够实现适合小型化的热循环装置。

3.安装于第一实施方式所涉及的热循环装置的反应容器的构成

图4是表示安装于第一实施方式所涉及的热循环装置1的反应容器100的构成的剖视图。在图4中，箭头g表示重力作用的方向。

在反应容器100中包含填充有反应液140、和与反应液140比重不同并且不与反应液140混和的液体130(以下，称为“液体130”)的流路110，并且该流路110供反应液140沿着对置的内壁移动。在本实施方式中，液体130是比重比反应液140小并且不与反应液140混和的液体。此外，例如还可以采用不与反应液140混和并且比重比反应液140大的液体作为液体130。在图4所示的例子中，反应容器100包含流路110以及密封部120。在流路110中填充有反应液140与液体130，并且被密封部120密封。

流路110被形成为供反应液140沿着对置的内壁移动。此处，流路110的“对置的内壁”意思是指流路110的壁面的、处于相向的位置关系的2个区域。“沿着”意思是指反应液140与流路110的壁面之间的距离很近的状态，并包括反应液140与流路110的壁面接触的状态。因此，“反应液140沿着对置的内壁移动”意思是指“反应液140以与流路110的壁面的、处于相向的位置关系的2个区域双方的距离很近的状态移动”。即，流路110的对置的2个内壁间的距离为反应液140沿着该内壁移动程度的距离。

若反应容器100的流路110为这样的形状，则能够限制反应液140在流路110内移动的方向，因此能够在某种程度上规定反应液140在流路110内移动的路径。由此，能将反应液140在流路110内移动的所需时间限制在某种程度的范围内。因此，优选流路110的对置的2个内壁之间的距离为，使因反应液140在流路110内移动的时间的偏差而产生的、对反应液140施加的热循环条件的偏差满足所希望的精度的程度，即，使反应的结果满足所希望的精度的程度。更具体而言，优选流路110的对置的2个内壁之间的、与反应液140移动的方向垂直的方向上的距离为，2滴以上反应液140的液滴不能进入的程度。

在图4所示的例子中，反应容器100的外形为圆柱状，并形成有将沿中心轴的方向(图4中的上下方向)设为长度方向的流路110。流路110的形状为，与流路110的长度方向垂直的方向的剖面、即与流路110的某个区域中的反应液140移动的方向垂直的剖面(将其称为流路110的“剖面”)为圆形的圆柱状。因此，在反应容器100中，流路110的对置的内壁为，包含隔着流路110的剖面的中心而对置的、流路110的壁面上的2点的区域。另外，“反应液140移动的方向”为流路110的长度方向。

此外，流路110的剖面的形状并不局限于圆形，只要反应液140能够沿着对置的内壁移动，可以是多边形、椭圆形等任意的形状。例如，在反应容器100的流路110的剖面为多边形的情况下，且是在假定内接于流路110的剖面为圆形的流路的情况下，将“对置的内壁”设为该流路的对置的内壁。即，以反应液140沿着内接于流路110的、剖面为圆形的假想流路的对置的内壁移动的方式形成流路110即可。由此，即使在流路110的剖面为多边形的情况下，也能够在某种程度上规定反应液140在第一区域111与第二区域112之间移动的路径。因此，能够将反应液140在第一区域111与第二区域112之间移动的所需时间限制在某种程度的范围内。

反应容器100的第一区域111是被第一加热部12加热至第一温度的、流路110的一部分的区域。第二区域112是被第二加热部13加热至与第一温度不同的第二温度的、与第一区域111不同的流路110的一部分的区域。在图4所示的例子中，第一区域111是包含流路110的长度方向上的一侧的端部的区域，第二区域112是包含流路110的长度方向上的另一侧的端部的区域。在图4所示的例子中，流路110中的包含与密封部120相对较远一侧的端部的、用虚线围起来的区域为第一区域111，流路110中的包含与密封部120相对较近一侧的端部的、用虚线围起来的区域为第二区域112。在本实施方式所涉及的热循环装置1中，温度梯度形成部30的第一加热部12将反应容器100的第一区域111加热至第一温度，温度梯度形成部30的第二加热部13将反应容器100的第二区域112加热至第二温度，由此在反应容器100的流路110中的反应液140移动的方向上形成温度梯度。

在流路110中填充有液体130和反应液140。由于液体130具有不与反应液140混和、即不混合的性质，所以如图4所示，反应液140以液滴的状态保持在液体130之中。由于反应液140的比重比液体130大，所以位于流路110的重力作用的方向上的最下部的区域。例如可以使用二甲基硅油或者石蜡油作为液体130。反应液140是含有反应所需要的成分的液体。在反应为PCR的情况下，反应液140中含有因PCR而扩增的DNA(目标核酸)、为了扩增DNA所需的DNA聚合酶、以及引物等。在例如使用油作为液体130而进行PCR的情况下，优选反应液140为含有上述的成分的水溶液。

4.热循环装置的热循环处理步骤例

接下来，对第一实施方式所涉及的热循环装置1的热循环处理步骤例进行说明。以下，以在安装部11中安装有反应容器100的情况下，驱动机构20使安装部11以及温度梯度形成部30在第一配置与第二配置之间旋转的控制为例子进行说明，其中，第二配置是在流路110内的重力作用的方向上的最低点的位置与第一配置不同的配置。

图5(A)是示意性地表示第一配置的、通过图1(A)的A-A线并与旋转轴R垂直的面上的剖面的剖视图，图5(B)是示意性地表示第二配置的、通过图1(A)的A-A线并与旋转轴R垂直的面上的剖面的剖视图。在图5(A)以及图5(B)中，空心箭头表示主体10的旋转方向，箭头g表示重力作用的方向。

如图5(A)所示，第一配置是流路110中的、与密封部120相对较远一侧的端部成为重力作用的方向上的最低点的配置。即，第一配置是在安装部11中安装有反应容器100的情况下使反应容器100的第一区域111位于重力作用的方向上的流路110的最下部的配置。在图5(A)所示的例子中，在第一配置中，比重比液体130大的反应液140存在于第一区域111。因此，反应液140处于第一温度之中。

如图5(B)所示，第二配置是流路110中的、与密封部120相对较近一侧的端部成为重力作用的方向上的最低点的配置。即，第二配置是在安装部11中安装有反应容器100的情况下使反应容器100的第二区域112位于重力作用的方向上的、流路110的最下部的配置。在图5(B)所示的例子中，在第二配置中，比重比液体130大的反应液140存在于第二区域112。因此，反应液140处于第二温度之中。

这样，驱动机构20使安装部11以及温度梯度形成部30在第一配置和不同于第一配置的第二配置之间旋转，由此能够对反应液140施加热循环。

驱动机构20可以使安装部11以及温度梯度形成部30在从第一配置向第二配置旋转时以及从第二配置向第一配置旋转时，向相反方向旋转。由此，不需要用于减少因旋转而产生的导线15等布线的扭曲的特别机构。因此，能够实现适合小型化的热循环装置。另外，优选从第一配置向第二配置旋转时的转数、以及从第二配置向第一配置旋转时的转数不足1圈(旋转角度不足360°)。由此，能够减轻布线扭曲的程度。

接下来，以作为热循环处理的例子而进行穿梭PCR(二温式PCR)的情况为例，对第一实施方式所涉及的热循环装置1的热循环处理步骤例更具体地进行说明。穿梭PCR是通过对反应液反复施加高温与低温的二阶式温度处理来使反应液中的核酸扩增的方法。在高温的处理中进行双链DNA的解离，在低温的处理中进行退火(引物与单链DNA结合的反应)以及延伸反应(以引物为起点形成DNA的互补链的反应)。通常，穿梭PCR中的高温为从80℃到100℃之间的温度，低温为从50℃到75℃之间的温度。进行规定时间的各温度的处理，通常保持为高温的时间比保持为低温的时间短。例如可以设为，高温为从1秒到10秒左右，低温为从10秒到60秒左右，也可以根据反应的条件而为比上述时间长的时间或者短的时间。此外，由于适当的时间、温度以及循环次数(将高温与低温反复的次数)因使用的试剂的种类、剂量而不同，所以优选在考虑试剂的种类、反应液140的用量来决定适当的方案后进行反应。

首先，将反应容器100安装于安装部11(步骤S100)。在本实施方式中，向填充有液体130的流路110导入反应液140后，将被密封部120密封了的反应容器100安装于安装部11。可以使用微吸管、喷墨方式的分注装置等来进行反应液140的导入。在本实施方式中，在安装部11中安装有反应容器100的状态下，第一加热部12在包含第一区域111的位置与反应容器100接触，第二加热部13在包含第二区域112的位置与反应容器100接触。在本实施方式中，如图5(A)所示，以使反应容器100与底板17接触的方式进行安装，从而能够将反应容器100相对于第一加热部12以及第二加热部13而保持在规定的位置。此外，在本实施方式中，在刚刚将反应容器100安装于安装部11之后，安装部11以及温度梯度形成部30的配置形成为第一配置。

在步骤S100之后，利用温度梯度形成部30在反应容器100的流路110中形成温度梯度(步骤S102)。在本实施方式中，通过第一加热部12以及第二加热部13对反应容器100加热，而在反应容器100的流路110中形成温度梯度。第一加热部12与第二加热部13将反应容器100的不同区域加热至不同温度。即，第一加热部12将第一区域111加热至第一温度，第二加热部13将第二区域112加热至第二温度。由此，在流路110的第一区域111与第二区域112之间形成温度在第一温度与第二温度之间发生变化的温度梯度。在本实施方式中，第一温度为在热循环处理中适合作为目的的反应的温度中的相对较高的温度，第二温度为在热循环处理中适合作为目的的反应的温度中的相对较低的温度。因此，在本实施方式的步骤S102中形成从第一区域111朝向第二区域112温度降低的温度梯度。由于本实施方式的热循环处理为穿梭PCR，所以优选将第一温度设为适合双链DNA的解离的温度，将第二温度设为适合退火以及延伸反应的温度。

由于步骤S102中的、安装部11以及温度梯度形成部30的配置为第一配置，所以若在步骤S102中对反应容器100进行加热，则反应液140被加热至第一温度。因此，在步骤S102中针对反应液140开始第一温度中的反应。

在步骤S102之后，判断在第一配置是否经过了第一时间(步骤S104)。在本实施方式中，未图示的控制部对是否经过了第一时间进行判断。第一时间为将安装部11以及温度梯度形成部30保持在第一配置的时间。在本实施方式中，在通过步骤S100安装了反应容器100之后使热循环装置1工作的情况下，可以在通过步骤S100安装了反应容器100之后，在最初执行的步骤S104中判断从使热循环装置1工作开始经过的时间是否已达到第一时间。由于在第一配置中反应液140被加热至第一温度，所以优选将第一时间设为在作为目的的反应中、使反应液140在第一温度进行反应的时间。在本实施方式中，优选设为双链DNA的解离所需要的时间。

在步骤S104中，在判断为未经过第一时间的情况(步骤S104中为否的情况)下保持第一配置(步骤S106)。步骤S106之后，直到在步骤S104中判断为已经过第一时间之前，反复执行步骤S104与步骤S106。

在步骤S104中，在判断为经过了第一时间的情况(步骤S104中为是的情况)下，利用驱动机构20使安装部11以及温度梯度形成部30从第一配置向第二配置旋转(步骤S108)。在本实施方式的热循环装置1中，利用控制部的控制，驱动机构20对主体10进行旋转驱动，由此使安装部11以及温度梯度形成部30绕相同的旋转轴R从第一配置向第二配置旋转。在本实施方式中，若将驱动轴作为旋转轴而利用马达对法兰盘16进行旋转驱动，则固定于法兰盘16的安装部11以及温度梯度形成部30旋转。由于旋转轴R是具有与反应液140移动的方向垂直的成分的方向的轴，所以若驱动轴因马达的动作而旋转，则安装部11以及温度梯度形成部30被旋转。在图5(A)以及图5(B)所示的例子中，驱动机构20使主体10绕旋转轴R旋转180°。

在步骤S108中，由于安装部11以及温度梯度形成部30的配置是第一区域111与第二区域112的重力作用的方向上的位置关系与第一配置相反的第二配置，所以反应液140因重力的作用而从第一区域111向第二区域112移动。在安装部11以及温度梯度形成部30的配置达到了第二配置的情况下，若控制部停止驱动机构20的动作，则安装部11以及温度梯度形成部30的配置保持在第二配置。

在步骤S108之后，判断在第二配置是否经过了第二时间(步骤S110)。在本实施方式中，未图示的控制部对是否经过了第二时间进行判断。在本实施方式中，由于第二区域112在步骤S102中被加热至第二温度，所以可以在步骤S110中判断从通过步骤S108安装部11以及温度梯度形成部30的配置达到第二配置开始所经过的时间是否已达到第二时间。第二时间是将安装部11以及温度梯度形成部30保持在第二配置的时间。由于在第二配置中反应液140被加热至第二温度，所以优选将第二时间设为在作为目的的反应中、使反应液140在第二温度下进行反应的时间。在本实施方式中，优选设为退火与延伸反应所需要的时间。

在步骤S110中，判断为未经过第二时间的情况(步骤S110中为否的情况)下保持第二配置(步骤S112)。步骤S112之后，直到在步骤S110中判断为经过了第二时间之前，反复执行步骤S110与步骤S112。

在步骤S110中，判断为经过了第二时间的情况(步骤S110中为是的情况)下，判断热循环的次数是否已达到规定的循环次数(步骤S114)。在本实施方式中，未图示的控制部对热循环的次数是否已达到规定的循环次数进行判断。具体而言，判断步骤S110的步骤是否已完成规定次数。在本实施方式中，根据在步骤S110被判断为“是”的次数来判断步骤S110已完成的次数。当从步骤S104到步骤S110的一系列的处理被执行1次时，就对反应液140施加1次热循环，所以能够将步骤S110已完成的次数设为热循环的循环次数。因此，通过步骤S114能够判断是否对反应液140施加了作为目的的反应所需要的次数的热循环。

在步骤S114中，在判断为热循环的次数未达到规定的循环次数的情况(步骤S114中为否的情况)下，利用驱动机构20使安装部11以及温度梯度形成部30从第二配置向第一配置旋转(步骤S116)。在本实施方式所涉及的热循环装置1中，利用控制部的控制，驱动机构20对主体10进行旋转驱动，由此使安装部11以及温度梯度形成部30绕相同的旋转轴R从第二配置向第一配置旋转。在本实施方式中，若将驱动轴作为旋转轴R而利用马达对法兰盘16进行旋转驱动，则固定于法兰盘16的安装部11以及温度梯度形成部30被旋转。由于旋转轴R是具有与反应液140移动的方向垂直的成分的方向的轴，所以若驱动轴因马达的动作而旋转，则安装部11以及温度梯度形成部30被旋转。在图5(A)以及图5(B)所示的例子中，驱动机构20使主体10绕旋转轴R旋转180°。

在步骤S116之后，再次进行步骤S104。在步骤S116之后进行步骤S104的情况下，可以判断从安装部11以及温度梯度形成部30的配置达到了第一配置开始经过的时间是否已达到第一时间。

在步骤S114中，判断为热循环的次数已达到规定的循环次数的情况(步骤S114中为是的情况)下，结束热循环处理。

此外，在步骤S108与步骤S116中，可以利用驱动机构20使安装部11以及温度梯度形成部30向相反方向旋转。由此，不需要用于减少因旋转而产生的、导线15等布线的扭曲的特别机构(例如，滑环)。因此，能够实现适合小型化的热循环装置。

另外，在步骤S108与步骤S116中，可以在进行多次向相同的方向的旋转后，向相反方向旋转相同的次数。由此，由于能够消除布线上产生的扭曲，所以不需要用于减少因旋转而产生的、导线15等布线的扭曲的特别机构(例如，滑环)。因此，能够实现适合小型化的热循环装置。

在本实施方式所涉及的热循环装置1中，第一配置以及第二配置中保持反应容器100的时间的长度相当于对反应液140进行加热的时间。因此，在热循环处理中能够容易地控制对反应液140进行加热的时间。

另外，在本实施方式的热循环装置1中，在经过了第一时间的情况下，将安装部11以及温度梯度形成部30的配置从第一配置向第二配置切换，在经过了第二时间的情况下，将安装部11以及温度梯度形成部30的配置从第二配置向第一配置切换。由此，由于将反应液140在第一温度下加热第一时间，在第二温度下加热第二时间，所以能够更加准确地控制对反应液140进行加热的时间。因此，能够对反应液140施加更加准确的热循环。

虽然在上述的热循环处理步骤例中，第一温度以及第二温度从热循环处理的开始到结束保持恒定，但是可以在处理的中途改变第一温度或者第二温度中的至少一方。即，温度梯度形成部30可以按照能够形成多种图案的的温度梯度的方式构成。控制部对温度梯度形成部30进行控制，由此第一温度以及第二温度能够发生改变。因此，既不增加构成温度梯度形成部30的加热器的数量也不将装置的构造复杂化，而能够进行例如逆转录PCR(RT-PCR，反应的概要在“6.实施例”的项目中后述)那样的需要两种以上的温度的组合的反应。

在上述的热循环处理步骤例中示出了通过驱动机构20的旋转来切换安装部11以及温度梯度形成部30的配置时的旋转角度为180°的例子，但是旋转角度只要是能够使反应液140存在的位置相对于流路110内的温度梯度而发生变化的角度即可。例如，如果旋转角度不到180°，则反应液140的移动速度减慢。因此，通过调节旋转角度，能够调节反应液140在第一温度与第二温度之间移动的时间。即，能够调节反应液140的温度在第一温度与第二温度之间发生变化的时间。

5.第二实施方式所涉及的热循环装置以及所安装的反应容器的构成

图7(A)是表示第二实施方式所涉及的热循环装置2的关闭了盖50的状态的立体图，图7(B)是表示第二实施方式所涉及的热循环装置2的打开了盖50的状态的立体图。图8是示意性地表示通过图7(A)的B-B线并与旋转轴R垂直的面上的剖面的剖视图。图9是表示安装于第二实施方式所涉及的热循环装置2的反应容器100a的构成的剖视图。在图8以及图9中，箭头g表示重力作用的方向。以下对与第一实施方式所涉及的热循环装置1不同的构成进行详述，对与第一实施方式所涉及的热循环装置1相同的构成标记相同的符号并省略说明。

如图7(A)以及图7(B)所示，在热循环装置2的主体10a中，第一加热部12配置于离底板17相对较远的一侧，第二加热部13配置于离底板17相对较近的一侧。换而言之，如图8所示，第一加热部12配置于离盖50相对较近的一侧，第二加热部13配置于离盖50相对较远的一侧。

如图7(A)以及图7(B)所示，热循环装置2可以包含荧光检测器40。由此，能够在例如实时PCR那样的带有荧光检测的用途中使用热循环装置2。只要能够毫无问题地进行检测，荧光检测器40的数量就任意。在图7(A)以及图7(B)所示的例子中，使一个荧光检测器40沿着导轨22移动来进行荧光检测。在进行荧光检测的情况下，优选在主体10的第二加热部13侧设置能够对安装部11的内部进行荧光检测的测定窗18。由此，由于能够削减存在于荧光检测器40与反应液140之间的部件，所以能够进行更加适当的荧光测定。在图8所示的例子中，在设置于离盖50较远的一侧的第二加热部13上设置有测定窗18。由此，在低温侧(进行退火以及延伸反应的温度)进行荧光测定的实时PCR中能够进行适当的荧光测定。在从盖50侧进行荧光测定的情况下，优选采用密封部120、盖50对测量不造成影响的设计。

在第二实施方式所涉及的热循环装置2中，反应容器100a与安装部11以嵌合的方式构成。例如图8以及图9所示，反应容器100a与安装部11嵌合的构造可以采用将设置于反应容器100a的突出部113嵌入到设置于安装部11的凹部60的构造。由此，能够将反应容器100a相对于温度梯度形成部30的朝向保持恒定。因此，能够抑制反应容器100a的朝向在热循环的中途发生变化，故能够更加精密地控制对反应液140给予的温度环境。因此，能够对反应液140施加更加准确的热循环。

如图7(A)以及图7(B)所示，热循环装置2可以包含操作部25。操作部25为UI(用户接口，User Interface)，是接受用于设定热循环条件的操作的设备。操作部25可以构成为，通过对操作部25进行操作能够设定作为热循环条件的例如第一温度、第二温度、第一时间、第二时间以及热循环的循环次数中的至少一个。操作部25与控制部机械连动或者电连动，在操作部25进行的设定被反映为控制部的控制。由此，由于能够改变对反应液140施加的热循环条件，所以能够对反应液140施加所希望的热循环。可以构成为操作部25能够单独地设定上述任意一个项目，也可以构成为若例如从预先登记的多个热循环条件的中选择一个、则控制部对需要的项目进行设定。在图7(A)以及图7(B)所示的例子中，操作部25为按钮式，通过按照项目按下按钮能够设定热循环条件。

如图7(A)以及图7(B)所示，热循环装置2可以包含显示部24。显示部24为显示装置，显示与热循环装置2相关的各种信息。显示部24可以显示利用操作部25设定的热循环条件、在热循环处理中计测的时间、温度。例如，也可以显示在对操作部25进行操作来进行设定的情况下输入的条件，或者显示在热循环处理中利用温度传感器测量的温度、在第一配置或者第二配置中所经过的时间、已施加了热循环的循环次数。另外，可以在热循环处理已结束的情况下、装置中产生某些异常的情况下都显示该情况。还可以进行基于语音的通知。通过进行基于显示、语音的通知，装置的使用者能够容易地掌握热循环处理的进行、结束。

在第一实施方式中示出了隔板14与固定板19为单独的部件的例子，但是可以如图8所示那样、将隔板14与固定板19一体形成。另外，可以将底板17与隔板14、或者底板17与固定板19一体形成。

如图7(A)、图7(B)以及图8所示，为了观察热循环装置2的内部，可以在主体10a上设置观察窗23。观察窗23例如可以是形成于隔板14或者固定板19的孔、狭缝。在图8所示的例子中，观察窗23是设置在与固定板19一体形成的透明的隔板14上的凹部。由于通过设置观察窗23能够减少存在于观察者与作为观察对象的反应容器100a之间的部件的厚度，所以内部的观察变得容易。

在第二实施方式所涉及的热循环装置2中也可以应用“4.热循环装置的热循环处理步骤例”的项目中所述的热循环处理步骤例。在上述的处理步骤例中示出了利用控制部对第一温度、第二温度、第一时间、第二时间、热循环的循环次数以及驱动机构20的动作进行控制的例子，但是使用者也能够控制这些项目中的至少一个。在使用者对第一温度或者第二温度进行控制的情况下，可以在显示部24显示利用例如温度传感器测量出的温度，并且使用者可以对操作部25进行操作来调节温度。在使用者对热循环的循环次数进行控制的情况下，使用者可以在已达到规定次数时使热循环装置1停止。可以由使用者进行循环次数的计数，也可以由热循环装置2进行计数并在显示部24显示循环次数。

在使用者对第一时间或者第二时间进行控制的情况下，使用者判断是否已达到规定的时间，并在热循环装置2中使安装部11以及温度梯度形成部30的配置进行切换。即，使用者可以执行图6中的步骤S104以及步骤S110、步骤S108以及步骤S116的至少一部分。即使使用不与热循环装置1连动的计时器来计测需要的时间，也可以在热循环装置2的显示部24显示所经过的时间。可以通过对操作部25(UI)进行操作来进行配置的切换，也可以在驱动机构20采用手柄来手动地进行配置的切换。

6.实施例

以下，虽然是利用实施例对本发明更加具体地进行说明，但是本发明并不局限于实施例。

6-1.第一实施例；穿梭PCR

在本实施例中对使用了第二实施方式所涉及的热循环装置2的、带有荧光测定的穿梭PCR进行说明，但是也可以使用第一实施方式所涉及的热循环装置1。图10是表示第一实施例中的热循环的步骤的流程图。与图6相比，不同之处在于包括步骤S200、步骤S202、步骤S204、步骤S206以及步骤S208。另外，本实施例中的荧光检测器40为FLE1000(日本板硝子公司制)。

本实施例的反应容器100a的外形为圆柱状，具有内径2mm、长度25mm的圆柱状的流路110。反应容器100a由具有100度以上的耐热性的聚丙烯树脂形成。在流路110内，作为液体130而填充有约130μl二甲基硅油(KF-96L-2cs，信越有机硅公司制)。本实施例的反应液140a为1μl的人类β-肌动蛋白DNA(DNA量为10³copies/μl)、10μl的PCR预混合液(GeneAmpFast PCR Master Mix(2x)，Applied Biosystems公司制，“GeneAmp”为注册商标)、1μl的引物以及探针(Pre-Developed TaqMan Assay Reagents Human ACTB，Applied Biosystems公司制，“TaqMan”为注册商标)、8μl的PCR水(Water，PCR Grade，Roche Diagnostics公司制)的混合物。DNA使用了从市场出售的Total RNA(总RNA)(qPCR Human Reference TotalRNA，Clontech公司制)逆转录的cDNA。

首先，使用微吸管将1μl的反应液140a导入到流路110。由于反应液140a为水溶液，所以不与上述的二甲基硅油混和，而为在液体130中变成了直径约为1.5mm的球形的液滴状态。另外，由于上述的二甲基硅油的比重在25℃时约为0.873，所以反应液140a(比重约1.0)位于重力作用的方向上的流路110的最下部。接下来，利用塞将流路110的一侧的端部密封，并开始进行热循环处理。

首先，将本实施例的反应容器100a安装于热循环装置2的安装部11(步骤S100)。在本实施例中使用了14个上述的反应容器100a。步骤S100刚刚结束之后的安装部11以及温度梯度形成部30的配置为第二配置，反应液140a位于第二区域112、即位于第二加热部13的一侧。步骤S100之后，当利用盖50覆盖安装部11并使热循环装置2工作时，利用荧光检测器40进行荧光测定(步骤S200)。在热循环装置2的第二配置中，测定窗18与荧光检测器40对置。因此，若在第二配置中使荧光检测器40工作，则隔着测定窗18进行荧光测定。在本实施例中，通过使荧光检测器40沿着导轨22移动来对多个反应容器100a依次进行测定。在步骤S200中，完成所有的反应容器100a的测量，由此完成步骤S200。在本实施例中，对所有的测定窗18的荧光测定完成，由此完成步骤S200。

步骤S200之后，利用驱动机构20使安装部11以及温度梯度形成部30从第二配置向第一配置旋转(步骤S202)。由此，反应液140a向第一区域111移动。

步骤S202之后，利用温度梯度形成部30在反应容器100a的流路110中形成温度梯度(步骤S102)。在本实施例中，形成第一温度为95℃、第二温度为66℃的温度梯度。由此从反应容器100a的第一区域111朝向第二区域112，形成温度从95℃向66℃降低的温度梯度。在步骤S102的开始时刻，反应液140a因位于第一区域111而被加热至95℃。

步骤S102之后，判断在第一配置是否经过了第三时间(步骤S204)。若为本实施例的反应容器100a的大小，则由于从开始加热到形成温度梯度为止的时间为可以忽略的程度，所以可以在开始加热的同时开始进行经过时间的计测。本实施例中的第三时间为10秒，在该期间，在反应容器100a内进行PCR的热启动(hot start)。即，第三时间为热启动所需要的时间。热启动是利用热量使反应液140a所含有的DNA聚合酶活性化、并形成DNA能够扩增的状态的处理。在步骤S204中判断为未经过第三时间的情况(步骤S204中为否的情况)下保持第一配置(步骤S206)。步骤S206之后，直到在步骤S204中判断为经过了第三时间之前，反复执行步骤S204与步骤S206。

在步骤S204中判断为经过了第三时间的情况(步骤S204中为是的情况)下，判断在第一配置是否又经过了第一时间(步骤S104)。本实施例中的第一时间为1秒。即，在95℃使双链DNA解离的处理进行1秒钟。由于在步骤S204以及步骤S104中，反应液140a均处于第一温度中，所以在接着步骤S204进行步骤S104的情况下，实际上同时进行聚合酶的活性化与DNA的解离。在步骤S104中判断为未经过第一时间的情况(步骤S104中为否的情况)下保持第一配置(步骤S106)。步骤S106之后，直到在步骤S104中判断为经过了第一时间之前，反复进行步骤S104与步骤S106。

在步骤S104中判断为经过了第一时间的情况(步骤S104中为是的情况)下，利用驱动机构20使安装部11以及温度梯度形成部30从第一配置向第二配置旋转(步骤S108)。由此，反应液140a因重力的作用而从流路110的95℃的区域向66℃的区域移动。在本实施例中，步骤S108中的旋转所需要的时间为3秒，在该期间，反应液140a向第二区域112移动。驱动机构20因控制部的控制而在达到第二配置后停止旋转动作。

在步骤S108之后，判断在第二配置中是否经过了第二时间(步骤S110)。本实施例中的第二时间为15秒。即，66℃时的退火与延伸反应进行15秒钟。在步骤S110中判断为未经过第二时间的情况(步骤S110中为否的情况)下保持第二配置(步骤S112)。步骤S112之后，直到在步骤S110中判断为经过了第一时间之前，反复进行步骤S110与步骤S112。

在步骤S110中判断为经过了第二时间的情况(步骤S110中为是的情况)下，判断热循环的循环次数是否已达到规定的循环次数(步骤S114)。本实施例中的规定的循环次数为50次。即，判断在步骤S104以及步骤S110中被判断为“是”的次数是否已达到50次。

在步骤S114中判断为热循环的次数未达到规定的循环次数的情况(步骤S114中为否的情况)下，利用驱动机构20使安装部11以及温度梯度形成部30从第二配置向第一配置旋转(步骤S116)。由此，反应液140a因重力的作用而从流路110的66℃的区域向95℃的区域移动。驱动机构20因控制部的控制而在达到第一配置后停止旋转动作。步骤S116之后，再次执行步骤S104。即，开始第二次的热循环。

在步骤S114中判断为热循环的次数已达到规定的循环次数的情况(步骤S114中为是的情况)下，利用荧光检测器40进行荧光测定(步骤S208)。步骤S208中的具体的处理与步骤S200相同。步骤S208之后，停止基于温度梯度形成部30的加热而完成热循环处理。

图13(A)是表示第一实施例中的荧光测量的结果的表。将施加热循环处理前的荧光亮度(强度)表示为“反应前”，将施加了规定次数的热循环之后的荧光亮度表示为“反应后”。亮度变化率(％)为利用下述的式(1)计算出的值。

(亮度变化率)＝100×{(反应后)-(反应前)}/(反应前)…(1)

本实施例中使用的探针是TaqMan探针。该探针具有若核酸扩增则检测出的荧光亮度增加的性质。如图13(A)所示，与进行热循环处理前相比，在进行了热循环处理之后，反应液140a的荧光亮度增加。计算出的亮度变化率是表示核酸已充分扩增的情况的值，利用本实施例的热循环装置2能够确认核酸已扩增。

在本实施例中，首先，将反应液140a在95℃中保持1秒钟，通过利用驱动机构20使主体10a半旋转能够将反应液140a在66℃中保持15秒钟。通过再次利用驱动机构20使主体10a半旋转，能够再次将反应液140a保持在95℃。即，通过利用驱动机构20切换安装部11以及温度梯度形成部30的配置，能够在第一配置以及第二配置将反应液140a保持所希望的时间。因此，由于即使在热循环处理中第一时间与第二时间不同的情况下，也能够容易地控制加热的时间，所以能够对反应液140a施加所希望的热循环。

在本实施例中，由于第一温度中的加热时间为1秒、第二温度中的加热时间为15秒、反应液140a在第一区域111与第二区域112之间移动所需要的时间为3秒(往复为6秒)，所以1次循环所需要的时间为22秒。因此，在循环次数为50次的情况下，能够包含热启动地以约19分钟完成热循环。

6-2.第二实施例；一步法RT-PCR

在本实施例中，对使用了第二实施方式所涉及的热循环装置2的、带有荧光测定的一步法RT-PCR进行说明，但是也可以使用第一实施方式所涉及的热循环装置1。图11是表示第二实施例中的热循环的步骤的流程图。与图6相比，不同之处在于包含步骤S300、步骤S302、步骤S304、步骤S306、步骤S308、步骤S310、步骤S312、步骤S314以及步骤S316。另外，本实施例中的荧光检测器40为2104 EnVision Multilabel Counter(PerkinElmer公司制)。此外，在以下的说明中，以与第一实1施例不同的方面为中心进行说明。

RT-PCR(reverse transcription-polymerase chain reaction：逆转录聚合酶链式反应)是用于进行RNA的检测或者定量的方法。使用逆转录酶在45℃以RNA作为模板而进行向DNA的逆转录，并利用PCR将通过逆转录合成的cDNA扩增。在通常的RT-PCR中，逆转录反应的工序与PCR的工序是独立的，在逆转录的工序与PCR的工序之间更换容器、或添加试剂。与此相对，一步法RT-PCR通过使用专用的试剂来连续进行逆转录以及PCR的反应。由于本实施例以一步法RT-PCR作为例子，所以若将第一实施例的穿梭PCR的处理与本实施例的处理进行比较，则在进行用于进行逆转录的处理(从步骤S304到步骤S310)以及用于向穿梭PCR转移的处理(步骤S314)方面不同。

除了反应液140b含有的成分不同以外，本实施例的反应容器100b与第一实施例相同。图12是表示第二实施例中的反应液140b的组成的表。在本实施例中，使用了将一步法RT-PCR用的市场出售的试剂盒(One Step SYBR PrimeScript PLUS RT-PCR kit，TAKARABIO INC公司制，“SYBR”以及“PrimeScript”为注册商标)调制成图12的组成的液体作为反应液140b。其中，图12的“Takara Ex Taq”为注册商标。

首先，将本实施例的反应容器100b安装于热循环装置2的安装部11(步骤S100)。在本实施例中使用了3个上述的反应容器100b。步骤S100之后，利用盖50覆盖安装部11并使热循环装置2工作后，利用荧光检测器40进行荧光测定(步骤S300)。

步骤S300之后，利用温度梯度形成部30在反应容器100b的流路110中形成第一温度梯度(步骤S302)。在本实施例中，形成第一温度为95℃、第二温度为42℃的温度梯度。由此从反应容器100b的第一区域111朝向第二区域，形成温度从95℃向42℃降低的温度梯度。在步骤S302的开始时刻，反应液140b因位于第二区域112而被加热至42℃。

步骤S302之后，判断在第二配置是否经过了第四时间(步骤S304)。若为本实施例的反应容器100b的大小，则由于从加热开始到形成温度梯度为止的时间为可以忽略的程度，所以可以在加热开始的同时开始进行经过时间的计测。本实施例中的第四时间为300秒，在该期间，在反应容器100b内进行从RNA向DNA的逆转录。即，第四时间是为了在反应容器100b内进行从RNA向DNA的逆转录而需要的时间。在步骤S304中判断为未经过第四时间的情况(步骤S304中为否的情况)下保持第二配置(步骤S306)。步骤S306之后，直到在步骤S304中判断为经过了第四时间之前，反复进行步骤S304与步骤S306。

在步骤S304中判断为经过了第四时间的情况(步骤S304中为是的情况)下，利用驱动机构20使安装部11以及温度梯度形成部30从第二配置向第一配置旋转(步骤S308)。由此，反应液140b因重力的作用而从流路110的42℃的区域向95℃的区域移动。在本实施例中，步骤S308中的旋转所需要时间为3秒，在该期间，反应液140b向第一区域111移动。驱动机构20因控制部的控制而在达到第一配置后停止旋转动作。

步骤S308之后，判断在第一配置是否经过了第五时间(步骤S310)。本实施例中的第五时间为10秒。由于第一区域111被加热至95℃，所以通过步骤S308向第一区域111移动了的反应液140b被加热至95℃。反应液140b在95℃下被加热10秒钟，由此反应液140b中含有的逆转录酶失效。即，第五时间是为了使反应液140b中含有的逆转录酶失效所需要的时间。在步骤S310中判断为未经过第五时间的情况(步骤S310中为否的情况)下保持第一配置(步骤S312)。步骤S312之后，直到在步骤S310中判断为经过了第五时间之前，反复进行步骤S310与步骤S312。

在步骤S310中判断为经过了第五时间的情况(步骤S310中为是的情况)下，利用温度梯度形成部30在反应容器100b的流路110中形成第二温度梯度(步骤S314)。在本实施例中，形成第一温度为95℃、第二温度为60℃的温度梯度。由此从反应容器100b的第一区域111朝向第二区域112，形成温度从95℃向60℃降低温度梯度。由此，由于第一区域111为95℃、第二区域112为60℃，所以在反应容器100b的流路110中形成适合穿梭PCR的温度梯度。

步骤S314之后，判断是否经过了第一时间(步骤S104)。可以在步骤S104中判断从步骤S314完成开始经过的时间是否已达到第一时间。例如可以在步骤S104中利用温度传感器测定反应容器100b的温度，在达到所希望的温度的时刻步骤S314完成。在本实施例中，由于温度的改变所需要的时间为可以忽略的程度，所以在步骤S314开始的同时开始进行经过时间的计测。接着步骤S116进行时的步骤S104与第一实施例相同。

除了热循环处理的具体的反应条件不同以外，本实施例中的从步骤S106到步骤S116的处理与第一实施例相同。通过将第一时间设为5秒、将第二时间设为30秒、将规定的循环次数设为40次而反复进行从步骤S104到步骤S116来进行穿梭PCR。

在步骤S114中判断为热循环的次数已达到规定的循环次数的情况(步骤S114中为是的情况)下，利用荧光检测器40进行荧光测定(步骤S316)。步骤S316中的具体的处理与步骤S300相同。步骤S316之后，停止基于温度梯度形成部30的加热而完成热循环处理。

图13(B)是表示第二实施例中的荧光测定的结果的表。将施加热循环处理前的荧光亮度(强度)表示为“反应前”，将已施加规定次数热循环后的荧光亮度表示为“反应后”。亮度变化率(％)为利用上述的式(1)计算出的值。

本实施例中使用的探针为SYBR Green I。该探针检测出的荧光亮度也伴随着核酸扩增而增加。如图13(B)所示，与进行热循环处理前相比，在进行了热循环处理后，反应液140b的荧光亮度增加。计算出的亮度变化率是表示核酸已充分扩增的情况的值，利用本实施例的热循环装置2能够确认核酸已扩增。

在本实施例中，通过在中途改变加热温度能够将反应液140b加热至改变后的温度。因此，除了具有与第一实施例(穿梭PCR)相同的效果之外，既不使加热部的数量增加也不使装置的构造复杂化，而能够得到可以利用1台装置就能进行加热温度不同的处理的效果。此外，通过改变反应液140b在第一配置以及第二配置中保持于反应容器100b中的时间，能够不将装置、反应容器的构造复杂化而进行需要在中途改变加热时间的处理。

此外，上述的实施方式以及变形例是一个例子，本发明并不局限于这些实施方式以及变形例。例如可以将多个实施方式以及各变形例适当地组合。

本发明并不局限于上述的实施方式，还能够进行各种变形。例如，本发明包括与实施方式中说明的构成实际上相同的构成(例如，功能、方法以及结果相同的构成，或者目的以及效果相同的构成)。并且，本发明包括将实施方式中说明的构成的并非本质的部分置换了的构成。并且，本发明包括能够起到与实施方式中说明的构成相同的作用效果的构成或者能够实现相同的目的的构成。并且，本发明包括向实施方式中说明的构成添加了公知技术的构成。

符号说明

1、2...热循环装置；10、10a...主体；11...安装部；11a...第一安装部；11b...第二安装部；12...第一加热部；12a...第一加热器；12b...第一加热块；13...第二加热部；13a...第二加热器；13b...第二加热块；14...隔板；15...导线；16...法兰盘；17...底板；18...测定窗；19...固定板；20...驱动机构；21...轴承；22...支承棒；23...观察窗；24...显示部；25...操作部；30...温度梯度形成部；40...荧光检测器；50...盖；60...凹部；100、100a、100b...反应容器；110...流路；111...第一区域；112...第二区域；113...突出部；120...密封部；130...液体；140、140a、140b...反应液；R...旋转轴。

Claims

1.一种热循环装置，其特征在于，

该热循环装置包括：

安装部，其安装包含流路的反应容器，在所述流路中填充有反应液、和与所述反应液比重不同并且不与所述反应液混和的液体，并且在所述流路中所述反应液沿着对置的内壁移动；

温度梯度形成部，其在所述安装部中安装有所述反应容器的情况下在所述流路的所述反应液移动的方向上形成温度梯度；以及

驱动机构，其使所述安装部以及所述温度梯度形成部绕旋转轴旋转，所述旋转轴具有与重力作用的方向垂直的成分，并且具有与在所述安装部中安装有所述反应容器的情况下所述反应液在所述流路中移动的方向垂直的成分，

在向与所述旋转轴垂直的平面投影时，从所述旋转轴到所述流路内的点的最长距离小于将所述流路内的2点之间连结的最长距离，

所述安装部包含分别安装所述反应容器的第一安装部以及第二安装部，

安装于所述第一安装部的所述反应容器中的所述反应液移动的方向、与安装于所述第二安装部的所述反应容器中的所述反应液移动的方向平行。

2.根据权利要求1所述的热循环装置，其特征在于，

在所述安装部中安装有所述反应容器的情况下，所述驱动机构使所述安装部以及所述温度梯度形成部在第一配置与第二配置之间旋转，其中，所述第二配置是在所述流路内重力作用的方向上的最低点的位置与所述第一配置不同的配置，

所述驱动机构使所述安装部以及所述温度梯度形成部在从所述第一配置向所述第二配置旋转时、和从所述第二配置向所述第一配置旋转时朝相反方向旋转。

3.根据权利要求1所述的热循环装置，其特征在于，

在向与所述旋转轴垂直的平面投影时，所述第一安装部与所述第二安装部位于不同的位置。

4.根据权利要求3所述的热循环装置，其特征在于，

在向与所述旋转轴垂直的平面投影时，所述旋转轴位于被所述第一安装部与所述第二安装部夹持的区域中。