JP2003174863A - Ｄｎａ増幅装置 - Google Patents
Ｄｎａ増幅装置Info
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- JP2003174863A JP2003174863A JP2001376962A JP2001376962A JP2003174863A JP 2003174863 A JP2003174863 A JP 2003174863A JP 2001376962 A JP2001376962 A JP 2001376962A JP 2001376962 A JP2001376962 A JP 2001376962A JP 2003174863 A JP2003174863 A JP 2003174863A
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- dna
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- reaction
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Abstract
(57)【要約】
【課題】精密な温度管理ができ最適な増殖量が得られる
DNA増幅装置を得る。 【解決手段】本発明のDNA増幅装置は、無機質基板１の
上に設けた加熱・冷却手段３と、この加熱・冷却手段３
の上に格子状に形成した複数の反応セル２と、この反応
セル２の上面に設けた温度測定手段４とを備えたもので
ある。また、加熱・冷却手段３は、P型ペルチェ素子お
よびN型ペルチェ素子を1対とする電―熱変換素子とし、
これを反応セル２に対向する位置に格子状に配置したも
のである。また、温度測定手段４は、第二の無機質基板
上にP型ゼーベック素子およびN型ゼーベック素子を1対
とする熱―電変換素子として、これを反応セル２と対向
する位置に格子状に配置したものである。
DNA増幅装置を得る。 【解決手段】本発明のDNA増幅装置は、無機質基板１の
上に設けた加熱・冷却手段３と、この加熱・冷却手段３
の上に格子状に形成した複数の反応セル２と、この反応
セル２の上面に設けた温度測定手段４とを備えたもので
ある。また、加熱・冷却手段３は、P型ペルチェ素子お
よびN型ペルチェ素子を1対とする電―熱変換素子とし、
これを反応セル２に対向する位置に格子状に配置したも
のである。また、温度測定手段４は、第二の無機質基板
上にP型ゼーベック素子およびN型ゼーベック素子を1対
とする熱―電変換素子として、これを反応セル２と対向
する位置に格子状に配置したものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、DNAの増幅反応を
行って微量のDNAを増幅する装置に関する。
行って微量のDNAを増幅する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、微量のDNAを増幅する手段として
は、ポリメラ−ゼ連鎖反応（以下、PCRと略記する）が
用いられている（特開平6-292579）。 この方法は、ま
ず、目的とする核酸を含有する検体に、目的とするDNA
の各々の鎖の両端部の塩基配列を含む2種類のプライマ
ー、耐熱性DNA合成酵素および４種類のデオキシリボヌ
クレオシド三リン酸（dATP、dCTP、dGTPおよびdTTP）を
加える。次に系の温度を制御することにより、DNAを解
離させる（変性）工程、解離により生成した一本鎖DNA
とプライマーとを結合させるアニーリング工程、および
プライマーが結合した一本鎖DNAを鋳型としてDNA合成酵
素により相補鎖を合成する伸長工程の各工程を行い、こ
れを1回以上繰り返す。また、PCRを行うための反応容器
自体についても、特開平7-75544に開示される装置のよ
うに、2つの恒温槽を経由する毛管を設け、検体を含む
混合液を単にこの毛管内に流すことにより、DNA合成反
応に必要な熱サイクルを実現している。この方法では、
増幅反応を毛管内で行うため、液流の外側と内側との温
度勾配が小さくなり、系内の温度をより迅速に均一化す
ることができる。このように、従来のDNA増幅装置にお
いては、反応容器を恒温槽や金属ブロックで取り巻き、
この反応容器自体を加熱および冷却することによりDNA
増幅反応に必要な熱サイクルを施している。
は、ポリメラ−ゼ連鎖反応（以下、PCRと略記する）が
用いられている（特開平6-292579）。 この方法は、ま
ず、目的とする核酸を含有する検体に、目的とするDNA
の各々の鎖の両端部の塩基配列を含む2種類のプライマ
ー、耐熱性DNA合成酵素および４種類のデオキシリボヌ
クレオシド三リン酸（dATP、dCTP、dGTPおよびdTTP）を
加える。次に系の温度を制御することにより、DNAを解
離させる（変性）工程、解離により生成した一本鎖DNA
とプライマーとを結合させるアニーリング工程、および
プライマーが結合した一本鎖DNAを鋳型としてDNA合成酵
素により相補鎖を合成する伸長工程の各工程を行い、こ
れを1回以上繰り返す。また、PCRを行うための反応容器
自体についても、特開平7-75544に開示される装置のよ
うに、2つの恒温槽を経由する毛管を設け、検体を含む
混合液を単にこの毛管内に流すことにより、DNA合成反
応に必要な熱サイクルを実現している。この方法では、
増幅反応を毛管内で行うため、液流の外側と内側との温
度勾配が小さくなり、系内の温度をより迅速に均一化す
ることができる。このように、従来のDNA増幅装置にお
いては、反応容器を恒温槽や金属ブロックで取り巻き、
この反応容器自体を加熱および冷却することによりDNA
増幅反応に必要な熱サイクルを施している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のDNA
増幅装置では、反応溶液の温度を直接制御するのではな
く、反応容器を介して間接的に制御している。また、反
応溶液が微量であるため、反応溶液の温度を直接測定す
ることはできない。このため、従来のDNA増幅装置は、
反応溶液の温度を精密に制御することができず、目標と
する増殖量が得られない。また、特開平7-75544に開示
される装置では、毛管内で反応を行うことにより、反応
溶液中の温度勾配が形成されることを防いでいる。しか
しながら、この装置でも反応溶液の温度を直接測定する
ことはできず、やはり温度制御が不正確になる等の問題
が生じていた。そこで、本発明は各反応セルの温度制御
を行うことにより、最適な増殖量が得られるDNA増幅装
置を提供することを目的とする。
増幅装置では、反応溶液の温度を直接制御するのではな
く、反応容器を介して間接的に制御している。また、反
応溶液が微量であるため、反応溶液の温度を直接測定す
ることはできない。このため、従来のDNA増幅装置は、
反応溶液の温度を精密に制御することができず、目標と
する増殖量が得られない。また、特開平7-75544に開示
される装置では、毛管内で反応を行うことにより、反応
溶液中の温度勾配が形成されることを防いでいる。しか
しながら、この装置でも反応溶液の温度を直接測定する
ことはできず、やはり温度制御が不正確になる等の問題
が生じていた。そこで、本発明は各反応セルの温度制御
を行うことにより、最適な増殖量が得られるDNA増幅装
置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のDNA増幅装置はつぎの構成にしている。 (1)無機質基板１の上に設けた加熱・冷却手段３と、こ
の加熱・冷却手段３の上に格子状に形成した複数の反応
セル２と、この反応セル２の上面に設けた温度測定手段
４とを備えたものである。 (2)前記加熱・冷却手段３は、P型ペルチェ素子３１およ
びN型ペルチェ素子３２を1対とする電―熱変換素子と
し、これを前記反応セル２に対向する位置に格子状に配
置したものである。 （３）前記温度測定手段４は、第二の無機質基板上にP
型ゼーベック素子４１およびN型ゼーベック素子４２を1
対とする熱―電変換素子として、これを前記反応セル２
と対向する位置に格子状に配置したものである。 （４）前記ペルチェ素子および前記ゼーベック素子の材
質は、BiTeまたはフェライトシリサイド（FeSi）からな
り、前記無機質基板はシリコンウェハからなるものであ
る。 本構成によれば、各反応セルの底面に加熱・冷却手段
を、各反応セルの上面に温度測定部をそれぞれ設けたこ
とで、無機質基板内の温度分布の管理を各反応セル毎に
行うことができる。このため、反応温度の管理を精密に
行うことができる。また、各反応セル毎に温度条件を変
えてDNAの増幅を試みることができることから、温度条
件がわからないDNAに対する最適条件を少量の反応溶液
で実現することができる。このように、各反応セル毎に
温度制御を行うことで、精密な温度管理を行えるDNA増
幅装置を提供できる。
め、本発明のDNA増幅装置はつぎの構成にしている。 (1)無機質基板１の上に設けた加熱・冷却手段３と、こ
の加熱・冷却手段３の上に格子状に形成した複数の反応
セル２と、この反応セル２の上面に設けた温度測定手段
４とを備えたものである。 (2)前記加熱・冷却手段３は、P型ペルチェ素子３１およ
びN型ペルチェ素子３２を1対とする電―熱変換素子と
し、これを前記反応セル２に対向する位置に格子状に配
置したものである。 （３）前記温度測定手段４は、第二の無機質基板上にP
型ゼーベック素子４１およびN型ゼーベック素子４２を1
対とする熱―電変換素子として、これを前記反応セル２
と対向する位置に格子状に配置したものである。 （４）前記ペルチェ素子および前記ゼーベック素子の材
質は、BiTeまたはフェライトシリサイド（FeSi）からな
り、前記無機質基板はシリコンウェハからなるものであ
る。 本構成によれば、各反応セルの底面に加熱・冷却手段
を、各反応セルの上面に温度測定部をそれぞれ設けたこ
とで、無機質基板内の温度分布の管理を各反応セル毎に
行うことができる。このため、反応温度の管理を精密に
行うことができる。また、各反応セル毎に温度条件を変
えてDNAの増幅を試みることができることから、温度条
件がわからないDNAに対する最適条件を少量の反応溶液
で実現することができる。このように、各反応セル毎に
温度制御を行うことで、精密な温度管理を行えるDNA増
幅装置を提供できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図に基づいて
詳述する。図１は、本発明のDNA増幅装置の斜視図、図
２はその断面図である。図において、１は無機質基板、
２は反応セル、３は加熱・冷却手段、３１はP型ペルチ
ェ素子、３２はN型ペルチェ素子、４は温度測定手段、
４１はP型ゼーベック素子、４２はN型ゼーベック素子、
５は第二の無機質基板である。無機質基板１および第二
の無機質基板５は、シリコンウェハからなり、ペルチェ
素子およびゼーベック素子はBiTeの材料からなってい
る。加熱・冷却手段３は、無機質基板１上に、P型ペル
チェ素子３１とN型ペルチェ素子３２が1対を成すように
パターニングにより格子状に配設して作製している。加
熱・冷却手段３の上にはシリコンウェハを等方性エッ
チング等で作製された反応セル２群が取り付けられてい
る。温度測定手段４は、第二の無機質基板５の表面にP
型ゼーベック素子４１とN型ゼーベック素子４２を1対と
して、反応セル２に対向させて格子状に配置している。
なお、ペルチェ素子およびゼーベック素子の配線やこれ
らを制御する温度制御装置については省略している。
詳述する。図１は、本発明のDNA増幅装置の斜視図、図
２はその断面図である。図において、１は無機質基板、
２は反応セル、３は加熱・冷却手段、３１はP型ペルチ
ェ素子、３２はN型ペルチェ素子、４は温度測定手段、
４１はP型ゼーベック素子、４２はN型ゼーベック素子、
５は第二の無機質基板である。無機質基板１および第二
の無機質基板５は、シリコンウェハからなり、ペルチェ
素子およびゼーベック素子はBiTeの材料からなってい
る。加熱・冷却手段３は、無機質基板１上に、P型ペル
チェ素子３１とN型ペルチェ素子３２が1対を成すように
パターニングにより格子状に配設して作製している。加
熱・冷却手段３の上にはシリコンウェハを等方性エッ
チング等で作製された反応セル２群が取り付けられてい
る。温度測定手段４は、第二の無機質基板５の表面にP
型ゼーベック素子４１とN型ゼーベック素子４２を1対と
して、反応セル２に対向させて格子状に配置している。
なお、ペルチェ素子およびゼーベック素子の配線やこれ
らを制御する温度制御装置については省略している。
【０００６】次に本発明の動作について述べる。
まず、図３に示すように分注装置６によりDNAを反応
セル２に液滴する。する。 次に、図１に示すように加熱・冷却手段３を用いて加
熱する。すなわち、P型ペルチェ素子３１とN型ペルチェ
素子３２に正電圧を印加して、反応セル２内の温度は上
昇する（たとえば、設定温度：95℃）。この時の反応セ
ル２内の温度は、P型ゼーベック素子４１とN型ゼーベッ
ク素子４２間に発生する起電圧を計測し、図示しない温
度制御装置に送られる。温度制御装置によりペルチェ素
子に指令を出し温度制御を行う。そうすると、設定温度
の±0.1℃以内に整定される。 次に、P型ペルチェ素子３１とN型ペルチェ素子３２に
負電圧を印加して冷却する。そうすると、反応セル２内
の温度は、ペルチェ素子の冷却作用により下降する（た
とえば、設定温度：55℃、35℃）。この時の温度もゼー
ベック素子４１，４２で検出し温度制御する。このよう
な温度制御を繰り返すことにより、図４に示すような温
度サイクルが得られ、DNAを増幅させることができる。
このように、各反応セルの温度制御を行うことで、精密
な温度管理を行えるDNA増幅装置がえられる。なお、本
実施例ではペルチェ素子およびゼーベック素子の材質と
して、BiTeを用いたが、この他にフェライトシリサイド
（FeSi）を用いてもよい。
セル２に液滴する。する。 次に、図１に示すように加熱・冷却手段３を用いて加
熱する。すなわち、P型ペルチェ素子３１とN型ペルチェ
素子３２に正電圧を印加して、反応セル２内の温度は上
昇する（たとえば、設定温度：95℃）。この時の反応セ
ル２内の温度は、P型ゼーベック素子４１とN型ゼーベッ
ク素子４２間に発生する起電圧を計測し、図示しない温
度制御装置に送られる。温度制御装置によりペルチェ素
子に指令を出し温度制御を行う。そうすると、設定温度
の±0.1℃以内に整定される。 次に、P型ペルチェ素子３１とN型ペルチェ素子３２に
負電圧を印加して冷却する。そうすると、反応セル２内
の温度は、ペルチェ素子の冷却作用により下降する（た
とえば、設定温度：55℃、35℃）。この時の温度もゼー
ベック素子４１，４２で検出し温度制御する。このよう
な温度制御を繰り返すことにより、図４に示すような温
度サイクルが得られ、DNAを増幅させることができる。
このように、各反応セルの温度制御を行うことで、精密
な温度管理を行えるDNA増幅装置がえられる。なお、本
実施例ではペルチェ素子およびゼーベック素子の材質と
して、BiTeを用いたが、この他にフェライトシリサイド
（FeSi）を用いてもよい。
【０００７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば各反
応セル２の底面に加熱・冷却手段３を、各反応セル２の
上面に温度測定部４を設けたので、無機基板１内の温度
分布の管理を各反応セル２毎に行うことができ、反応温
度の管理を精密に行うことができる。また、反応セル２
毎に温度条件を変えてDNAの増幅を試みることができる
ことから、温度条件がわからないDNAに対する最適条件
を少量の反応溶液で実現することができる。このよう
に、各反応セルの温度制御を行うことにより最適な増殖
量が得られるDNA増幅装置を得る効果がある。
応セル２の底面に加熱・冷却手段３を、各反応セル２の
上面に温度測定部４を設けたので、無機基板１内の温度
分布の管理を各反応セル２毎に行うことができ、反応温
度の管理を精密に行うことができる。また、反応セル２
毎に温度条件を変えてDNAの増幅を試みることができる
ことから、温度条件がわからないDNAに対する最適条件
を少量の反応溶液で実現することができる。このよう
に、各反応セルの温度制御を行うことにより最適な増殖
量が得られるDNA増幅装置を得る効果がある。
【図１】本発明のDNA増幅装置を示す斜視図である。
【図２】本発明のDNA増幅装置を示す断面図である。
【図３】本発明の反応セルへの分注動作を示す斜視図で
ある。
ある。
【図４】本発明の反応セルの温度変化を示すグラフであ
る。
る。
１ 無機質基板
２ 反応セル
３ 加熱・冷却手段
３１ P型ペルチェ素子
３２ N型ペルチェ素子
４ 温度測定手段
４１ P型ゼーベック素子
４２ N型ゼーベック素子
５ 第二の無機質基板
６ 分注装置
Claims (4)
- 【請求項１】無機質基板１の上に設けた加熱・冷却手段
３と、この加熱・冷却手段３の上に格子状に形成した複
数の反応セル２と、この反応セル２の上面に設けた温度
測定手段４とを備えたことを特徴とするDNA増幅装置。 - 【請求項２】前記加熱・冷却手段３は、P型ペルチェ素
子３１およびN型ペルチェ素子３２を1対とする電―熱変
換素子とし、これを前記反応セル２に対向する位置に格
子状に配置したことを特徴とする請求項１記載のDNA増
幅装置。 - 【請求項３】前記温度測定手段４は、第二の無機質基板
上にP型ゼーベック素子４１およびN型ゼーベック素子４
２を1対とする熱―電変換素子として、これを前記反応
セル２と対向する位置に格子状に配置したことを特徴と
する請求項１または２記載のDNA増幅装置。 - 【請求項４】前記ペルチェ素子および前記ゼーベック素
子の材質は、BiTeまたはフェライトシリサイド（FeSi）
からなり、前記無機質基板はシリコンウェハからなる請
求項１から３のいずれか１項に記載のDNA増幅装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001376962A JP2003174863A (ja) | 2001-12-11 | 2001-12-11 | Ｄｎａ増幅装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001376962A JP2003174863A (ja) | 2001-12-11 | 2001-12-11 | Ｄｎａ増幅装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003174863A true JP2003174863A (ja) | 2003-06-24 |
Family
ID=19185044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001376962A Pending JP2003174863A (ja) | 2001-12-11 | 2001-12-11 | Ｄｎａ増幅装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003174863A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7659110B2 (en) | 2005-01-21 | 2010-02-09 | Thermogen Inc. | DNA amplification device |
| JP2012517220A (ja) * | 2009-02-06 | 2012-08-02 | バイオ−ラッド・イノヴァシオン | 熱検証機器、生体サンプルの熱処理用の装置及び前記熱検証機器を含むアセンブリ、並びに前記熱検証機器の製造方法 |
-
2001
- 2001-12-11 JP JP2001376962A patent/JP2003174863A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7659110B2 (en) | 2005-01-21 | 2010-02-09 | Thermogen Inc. | DNA amplification device |
| JP2012517220A (ja) * | 2009-02-06 | 2012-08-02 | バイオ−ラッド・イノヴァシオン | 熱検証機器、生体サンプルの熱処理用の装置及び前記熱検証機器を含むアセンブリ、並びに前記熱検証機器の製造方法 |
| US9221054B2 (en) | 2009-02-06 | 2015-12-29 | Bio-Rad Innovations | Thermal validation apparatus, assembly including a device for the thermal processing of biological samples and such an apparatus, and method for manufacturing such an apparatus |
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