JP2003511221A - 化学的または生物学的反応装置 - Google Patents

化学的または生物学的反応装置

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JP2003511221A JP2001527919A JP2001527919A JP2003511221A JP 2003511221 A JP2003511221 A JP 2003511221A JP 2001527919 A JP2001527919 A JP 2001527919A JP 2001527919 A JP2001527919 A JP 2001527919A JP 2003511221 A JP2003511221 A JP 2003511221A
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ハイムベルク、ヴォルフガング
シュルフ、マルクス
ヘルマン、トーマス
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ヴァーグナー、ティルマン
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エムヴェーゲー−ビオテッヒ アーゲー
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Abstract

(57)【要約】 この発明は、複数の反応器を備えたマイクロ滴定皿を受容する反応器受容体を備え、この反応器受容体が、各反応器を受容するために規則的パターンで配列された複数の凹部と、反応器受容体を加熱するための加熱装置と、反応器受容体を冷却するための冷却装置とを有する、化学的または生物学的反応装置に関する。この発明は、反応器受容体が複数のセグメントに分割され、各セグメントが互いに熱的に脱結合され、かつ、各セグメントに互いに独立して操作可能な加熱装置を割り当てることにその特徴を有する。反応器受容体を複数のセグメントに分割することによって、区分域を設定し各区分毎に異なる温度に保持することが可能となる。この反応器受容体は標準のマイクロ滴定皿を受容するのに適しているため、この発明による装置を既存のプロセスシーケンスに組み込むことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 この発明は、反応器を受容する反応器受容体を備え、この反応器受容体が、反
応器を受容するために規則的なパターンで配列された複数の凹部と、反応器受容
体を加熱するための加熱装置と、反応器受容体を冷却するための冷却装置とを有
する、化学的または生物学的反応装置に関する。
【０００２】 このような装置はヒートサイクラーまたはヒートサイクル装置と呼ばれ、特定
の温度サイクルを作るために、すなわち、反応器内を所定の温度に設定し、所定
の時間間隔維持するために使用される。
【０００３】 この種の装置としては米国特許第5,525,300号が知られている。この装置は、
それぞれが規則的なパターンで配列された複数の凹部を有する４つの反応器受容
体を備えている。この凹部のパターンは、反応器を備えたマイクロ滴定皿（micr
otiter plates）をこの凹部に挿入できるように、標準的なマイクロ滴定皿の反
応器の周知のパターンに対応している。
【０００４】 反応器受容体の加熱装置及び冷却装置は、反応器受容体を超える温度勾配を作
れるように設計されている。これは、温度サイクル中、反応器ごとに異なる温度
が得られることを意味する。そのため、異なる温度下で同時に複数の実験を行う
ことが可能となる。
【０００５】 この温度勾配は、ＰＣＲ反応に最適な変性温度、最適なアニーリング温度及び
最適な伸長温度を決定するために使用される。これを達成するために、同じ反応
混合物を各別の反応器に入れ、ＰＣＲ反応に必要な温度サイクルを実施する。こ
のような温度サイクルには、反応混合物を通常９０−９５℃の範囲の変性温度ま
で加熱し、通常４０−６０℃の範囲のアニーリング温度まで冷却し、さらに通常
７０−７５℃の範囲の伸長温度まで加熱する工程が含まれる。この種のサイクル
が数回繰り返され、所定のＤＮＡ配列の拡張が得られる。
【０００６】 温度勾配を設定できるため、個別の反応器で所定の異なる温度が設定される。
サイクル終了後、反応生成物により、ＰＣＲ反応がユーザーに最適な結果を提供
できる温度を決定することができる。ここで、生成物の量または質に関しての結
果を最適化してもよい。
【０００７】 プライマーが添加される温度であるアニーリング温度は、結果に強い影響を与
える。しかし、伸長温度も結果に対して有利なあるいは不利な影響を与えること
ができる。より高温の伸長温度においては、塩基（bases）の添加が加速され、
より高温になるほど誤りの確率が増加する。また、より高温の伸長温度において
はポリメラーゼの寿命は短くなる。
【０００８】 温度勾配を設定できるヒートサイクル装置では、単体のヒートサイクル装置に
おいて異なる温度で同時に複数サイクルを反応混合物に対して行えるため、所望
の温度を決定することがより容易である。
【０００９】 ＰＣＲ反応を成功させるために重要な他のパラメータは、変性、アニーリング
及び伸長のためのそれぞれの温度における滞留時間と温度変化率である。周知の
装置では、個別の反応器ホルダーに対する一回の試験シリーズではこれらのパラ
メータを変更することができない。異なる滞留時間及び変化率について試験した
い場合は、数回の試験シリーズを、ひとつのヒートサイクル装置により連続して
行うか、あるいは複数のヒートサイクル装置により同時に行うことで、実施する
ことができる。
【００１０】 この目的のために、それぞれが各別の冷却装置、加熱装置及び制御装置を有す
る複数の反応器受容体を備えた、いわゆるマルチブロックヒートサイクル装置が
存在する（米国特許第5,525,300号参照）。試験対象の反応混合物は、互いに他
から独立して試験するために複数のマイクロ滴定皿に分配する必要がある。
【００１１】 最適な滞留時間及び温度変化率を決定するため、あるいは試験を連続した試験
シリーズで実施するためには、複数のヒートサイクル装置かあるいは一台のマル
チブロックヒートサイクル装置のいずれかが必要である。複数のヒートサイクル
装置あるいは一台のマルチブロックヒートサイクル装置を購入するにはコストが
高く、試験を連続した試験シリーズで実施するには時間がかかりすぎる。さらに
、複数のマイクロ滴定皿の反応器のうちの一部しか充填されておらず、各マイク
ロ滴定皿を各別の試験シリーズで試験し最適化する場合には、その取り扱いに多
大な労力を要する。これは、自動運転する装置や、反応混合物がさらなる操作に
かかる場合には、複数のマイクロ滴定皿を個別に扱わなければならないため、特
に不利となる。また、マイクロ滴定皿の反応器のうちの一部しか充填されていな
い場合には、続く作業のための装置、例えば反応生成物を電気泳動装置に転送す
るためのサンプルコーム(sample combs)などが、しばしばマイクロ滴定皿の格子
に配置されるため、マイクロ滴定皿の反応器のうちの一部しか使用されない場合
には続く作業がそれに応じて限定されることを意味し、極端に非現実的である。
【００１２】 米国特許第5,819,842号には、数種の試料を個別に制御加熱する装置が開示さ
れている。この装置は、ワーク表面上に網目パターンに配列された複数の平板な
加熱素子を備えている。加熱素子の下方には、すべての加熱素子から延出する冷
却素子が形成されている。作業において、特別に設計された試料皿がワーク表面
上に載置される。この試料皿は、下方をフィルムで覆われた格子皿を有している
。試料はこの格子皿の各凹部に注がれる。この装置では、試料は個別の加熱素子
上にフィルムのみで分離されて置かれる。これにより、直接熱転送が実現される
。しかし、この装置の欠点は、一般に入手可能なマイクロ滴定皿が使用できない
ことである。
【００１３】 バイオテクノロジーにおける自動化の進展に伴い、ヒートサイクル装置が複数
のワークステーションのひとつとしてのロボットと共に自動化製造ラインで使用
されている。ここで、ひとつのワークステーションから次へと、マイクロ滴定皿
に試料を送るのが慣例となっている。米国特許第5,819,842号の装置をそのよう
な自動化製造工程に使用した場合には、温度調節の前にマイクロ滴定皿から試料
をピペットで取り出して特別に設計された試料皿に移し、温度調節後は試料皿か
らマイクロ滴定皿に移すことが必要になるが、ここに、試料が汚染される危険性
がある。従って、この特別に設計された試料皿を使用することは非常に不都合で
あると考えなければならない。
【００１４】 この発明は、上記した不都合を回避しＰＣＲプロセスのパラメータを高い自由
度をもって最適化できるように上記装置を開発するという課題に基づいてなされ
たものである。
【００１５】 上記課題を解決するために、この発明は請求項１に記載した特徴を備えている
。また、そのより優れた発展については他の請求項に記載されている。
【００１６】 この発明は、反応器受容体が複数のセグメント（部分）に分割され、各セグメ
ントが熱的に脱結合され、かつ、独立して操作することのできる加熱装置が各セ
グメント毎に割り当てられる、という事実に特徴を有している。
【００１７】 このようにして、この装置の各セグメントを互いに独立にそれぞれ異なった温
度に設定することができる。これは、各セグメント内の温度レベルを単に異なら
せるだけでなく、異なる時間保持する、あるいは、異なる変化率で変更すること
を可能にする。従って、この発明の装置によれば、最適化プロセスをマイクロ滴
定皿を挿入可能なひとつの反応皿受容体上で実施しつつ、ＰＣＲプロセスのすべ
ての物理的パラメータの最適化が可能となる。
【００１８】 従って、この発明による装置では、反応混合物を異なるマイクロ滴定皿に分配
することなく、滞留時間及び温度変化率をこの目的のために最適化することもま
た可能である。
【００１９】 この発明によるヒートサイクル装置は、特に、複数の異なるプライマーを使用
するマルチプレックスＰＣＲプロセスの最適化に好適である。
【００２０】 上記した課題及びこの発明の特徴と特有の効果は、以下の発明の好適な実施例の
詳細な説明及び関連図面からさらによく理解されよう。
【００２１】 図１は、この発明の第１の実施例による、化学的あるいは生物学的反応装置１
の略断面図を示す。
【００２２】 この装置は底部３及び側壁４を有するハウジング２を備えている。底部３のす
ぐ上部かつ底部３に平行に、複数のベース５ａが形成された中間壁５が配置され
ている。図１に示す実施例では、各列３個ずつ２列に渡り合計６個のベース５ａ
が配列されている。
【００２３】 各ベース５ａ上には熱交換器６、ペルチェ素子７及び反応器受容体９のセグメ
ント８が載置されている。熱交換器６は冷却装置の一部であり、ペルチェ素子７
は混成加熱冷却装置の一部である。各ベース５ａ上に搭載されたこれらの要素（
熱交換器、ペルチェ素子、セグメント）は、これらの要素間で良好な熱伝達が行
われるように良好な熱伝導性の接着性樹脂で接着されており、また、セグメント
要素１０に強固に結合されている。接着性樹脂の代わりに、熱伝導フィルムまた
は熱伝導ペーストを用いてもよい。
【００２４】 反応器受容体９の各セグメント８は、円筒形で薄壁の反応器ホルダー１２が一
体に形成されたベース板１１を有している。図１に示す実施例では、それぞれの
場合において、４×４個の反応器ホルダー１２がベース板１１上に配置されてい
る。隣接するセグメント８間の距離は、すべてのセグメント８の反応器ホルダー
１２が一定の格子状の間隔Ｄをもって規則的なパターンで配置されるような距離
となっている。格子状の間隔Ｄを選択する理由は、標準の反応器付マイクロ滴定
皿が反応器ホルダー１２内に挿入されるようにするためである。
【００２５】 隣接するセグメント間に距離ｄを取ることで、セグメント８とセグメント要素
１０とを熱的に脱結合する空間が形成される。
【００２６】 図１に示す装置の反応器ホルダー１２は、各列１２個で８列に配置され、合計
９６個の反応器ホルダーでひとつの格子を形成する。
【００２７】 ペルチェ素子７は、それぞれ第１の制御装置１３に電気的に接続されている。
熱交換器６は、それぞれ別々の冷却回路１４を介して第２の制御装置１５に接続
されている。使用する冷媒は、例えば水であり、この水は熱交換器６のひとつに
送られる前に冷却温度制御装置で冷却される。
【００２８】 第１の制御装置１３及び第２の制御装置１５は、装置で実施される温度サイク
ルを制御する中央制御装置１６に接続される。各冷却回路１４には、各冷却回路
１４を開閉するために中央制御装置１６で制御される制御バルブ１９が挿入され
る。
【００２９】 ハウジング２には、ペルチェ素子としての追加の加熱素子１８、加熱フィルム
または半導体加熱素子を搭載できるカバー１７が回転自在に取り付けられる。加
熱素子１８はカバー加熱素子を形成し、各加熱素子１８がそれぞれ個別に操作さ
れるように、各セグメント８に各別に割り当てられかつ第１の制御装置１３に別
々に接続される。
【００３０】 以下、この発明による装置の動作モードを詳細に説明する。
【００３１】 動作モードには以下の３種類のモードがある。
【００３２】 第１の動作モードでは、すべてのセグメントが同一の温度に設定される、すな
わち、すべてのセグメントで同一の温度サイクルが運転される。この動作モード
は従来のヒートサイクル装置の動作に対応する。
【００３３】 第２の動作モードでは、すべてのセグメントが異なる温度で操作され、隣接す
るセグメント８の温度差ΔＴが所定値Ｋ、例えば５℃‐１５℃の値、よりも小さ
くなるように温度が制御される。Ｋの値は熱脱結合の質に応じて選択される。熱
脱結合が良好であればあるほど、選択できるＫの値は大きくなる。
【００３４】 ユーザーにより入力される温度サイクルは、隣接するセグメント間の温度差が
可能な限り小さく維持されるように、中央制御装置１６によってセグメント８に
自動的に分配するようにしてもよい。
【００３５】 第２の動作モードでは、ユーザーが単一の温度サイクルあるいはＰＣＲサイク
ルのみを入力し、中央制御装置１６がこのサイクルを自動的に変えるような機能
を持たせるようにしてもよい。変えるべきパラメータ、例えば、温度、滞留時間
あるいは温度変化率などは、ユーザーが別々に、あるいはそれらを組み合わせて
選択することができる。温度変化は、線形分布またはＳ状分布のいずれかにより
影響される。
【００３６】 第３の動作モードでは、一部のセグメントだけが操作される。平面図（図３、
図４、図６から９）において、セグメント８は側縁２０を有している。この動作
モードでは、操作されたセグメント８の側縁に隣接するセグメント８は操作され
ない。セグメント８自身が規則的なパターン（図３、図４、図６、図７及び図８
）を構成する場合は、操作されたセグメントが市松模様状に分配される。図１乃
至図４に示す実施例では、６つのセグメント８のうち３つ、すなわち、ひとつの
列の外側の２つと他の列の中央のセグメントが操作される。
【００３７】 この動作モードでは、操作されたセグメントは他のセグメントの影響を受けず
、それらの温度は他の操作されたセグメントとは完全に独立して設定される。こ
の方法により、例えば、セグメントのひとつを変性温度にまで加熱し、他のセグ
メントをアニーリング温度に保持するというように、個別のセグメメント毎にか
なり異なる温度サイクルで実施することが可能である。従って、滞留時間、すな
わち、変性温度、アニーリング温度及び伸長温度を保持する時間、及び温度変化
率、を所望の値に設定することができ、個別のセグメントに対して同時に実施で
きる。このようにして、温度のみならず、滞留時間及び温度変化率を最適化する
ことができる。
【００３８】 この動作モードでは、操作されないセグメント８の温度が隣接する操作された
セグメントの最低温度の範囲に収まるよう、操作されないセグメント８を少しだ
け加熱するのが便宜である。これにより、操作されないセグメントが操作された
セグメントのヒートシンクを形成してそれらの温度プロファイルに悪影響を与え
ることを回避することができる。
【００３９】 この発明による装置の第２の実施例を図２及び図３に示す。基本設計は図１に
対応しており、同一の部分には同一の参照番号を使用する。
【００４０】 第２の実施例は、ハウジング２の側壁４に隣接するセグメント８の側縁２０が
側壁４の内周面に設けられた溝２１内に係合して、例えばボンディングにより溝
２１内に固定されている点で、第１の実施例と異なる。これにより、各セグメン
ト要素１０が隔離されて固定され、セグメント要素１０間に間隙が形成されてい
ても、すべての反応器ホルダー１２がマイクロ滴定皿の反応器のパターンで配置
されることが保証される。ハウジング２の側壁４は非熱伝達材で形成されている
。この実施例では、溝２１をハウジング２とは別体に設けられたフレーム内に設
けるように変形することもできる。フレーム及びこのフレームに挿入されたセグ
メントが、製造中に各別に扱うことができる部分を形成し、この部分が加熱・冷
却装置に接着される。
【００４１】 図４及び図５に第３の実施例を模式的に示す。この実施例では、非熱伝導材の
連結子(ties)２２が、セグメント要素１０間の領域、及びセグメント要素１０と
ハウジング２の側壁４との間の領域に、セグメント８のベース板１１より幾分下
方に位置するように設けられている。
【００４２】 セグメント８及びベース板１１のそれぞれの側縁２０が、下方に曲げられるフ
ック要素２３を形成する。これらのフック要素２３は、連結子２２（図５）の対
応する凹部にかん合し、セグメント８をその位置に固定する。隣接するセグメン
ト８のフック要素２３は互いにずらして設けてある。従って、連結子２２は、各
セグメント８をその開口部に挿入することのできる格子を構成する。
【００４３】 この種の位置固定は、セグメント８と連結子２２との境界領域が非常に小さい
ため、連結子２２を介した熱伝達が低くなり、非常に有利である。さらに、この
配置は、隣接するセグメント要素間の間隙条件が限られている場合でも容易に実
現できる。
【００４４】 図６乃至図９に略平面図で示した反応器受容体９は、この発明の装置のさらな
る変形例である。これらの反応器受容体９において、各セグメント８は、断熱材
で作られたウエブ２４で連結されてひとつのユニットを形成する。連結子２２は
、ベース板１１の側縁２０の間に配置され、例えば、ボンディングによりベース
板１１に固定される。
【００４５】 図６に示す反応器受容体の分割は、第１及び第２の実施例のものに対応し、各
セグメント８上に４×４個の反応器ホルダーが配置される。
【００４６】 図７に示す反応器受容体９は、それぞれに４×４個の反応器ホルダー１２が配
置された２４個のセグメント８からなり、これらのセグメント８が断熱ウエブ２
４により結合されている。
【００４７】 図８に示す反応器受容体９では、各セグメント８がそれぞれひとつの反応器ホ
ルダーを有している。
【００４８】 比較的細かく分割された反応器受容体９にとっては、ヒートサイクル装置に温
度センサを組み入れることが便宜である。これらの温度センサは、セグメント８
の温度が温度センサにより得られた温度値に基づいて閉制御ループ内で調整され
るように、各セグメントの温度を検出する。
【００４９】 温度センサとして、例えばカバー内に設けられた、赤外線センサを使用しても
よい。このようなセンサの配置により、反応混合物の温度を直接検知することが
できる。
【００５０】 図９は、平面図で矩形の６個のセグメント８と、反応器ホルダー１２の交差す
る３つの列で形成された二重交差形のセグメント８ａとを有する反応器受容体９
を示す。６個の矩形セグメント８は、それぞれ反応器ホルダーのひとつの行また
は列によって隣の矩形セグメントから離隔されている。この分割は、矩形セグメ
ント８が互いに接触していないため、従って二重交差内のセグメント８ａだけを
操作しない状態で、必要に応じて矩形セグメント８を同時に操作できるため、上
記した第３の動作モードに特に有利である。
【００５１】 反応器受容体９のセグメント８は、良好な熱伝導特性を有する金属、すなわち
、アルミニウムで形成されている。非熱伝導材または断熱材として上記した材料
は、プラスチックまたはセラミックである。
【００５２】 図１１にこの発明の装置のさらに他の実施例を示す。この実施例では、反応器
受容体９の各セグメント８ｂは、クランプフレーム２５（図１０）により所定位
置に固定されている。
【００５３】 クランプフレーム２５は長形連結子２６及び交差連結子により格子状に形成さ
れており、これらの連結子２６及び２７の間に開口部が形成されている。これら
の開口部から、セグメント８ｂの反応器ホルダー１２が延出している。この実施
例では、連結子２６及び２７は、反応器ホルダー１２及び反応器ホルダー１２か
ら突出するベース板１１と接触している。クランプフレーム２５には、クランプ
フレームをヒートサイクル装置１に固定するパスボルト２９が通る孔２８が形成
されている。
【００５４】 各セグメント８ｂの下方に、別々に操作可能なペルチェ素子７とすべてのセグ
メント８ｂの領域に延びる冷却素子３０が配置されている。それぞれの場合にお
いて、冷却素子３０とペルチェ素子７との間及びペルチェ素子７とセグメント８
ｂの間には、熱伝導箔３１が配置されている。冷却素子３０には、ボルト２９が
貫通する孔が設けられ、各ボルトは反応器受容体９から離れた側の冷却素子３０
の一側にナット３２で固定される。
【００５５】 クランプフレーム２５は、非熱伝導材、特に、ＰＯＭあるいはポリカーボネー
トで形成されている。従って、反応器受容体９のセグメント８ｂを固定してセグ
メント８ｂと冷却素子３０間の各要素に緊張力を与え、これにより各要間の縦方
向の良好な熱伝達を確実にできるクランプフレーム２５自体は、熱伝導特性が悪
いため、隣接するふたつのセグメント８ｂ間での熱伝導は低く抑えられる。隣接
するふたつのセグメント間での熱伝導をさらに低く抑えるために、ウエブに隣接
する領域においてクランプフレーム２５とセグメント８ｂとの間に空間が形成さ
れるように、セグメント８ｂに接するクランプフレーム２５の表面に狭いウエブ
を設けるようにすることもできる。
【００５６】 図１１に示す実施例では、いわゆるヒートパイプ３３が２列の反応器ホルダー
１２の間に装備されている。このようなヒートパイプは、例えば、「THERMOCORE
INTERNATIONAL, Inc., USA」により販売されている。
【００５７】 それ（ヒートパイプ）は、内部に少量の流体を有した、気密ジャケットから構
成されている。ヒートパイプ内は、流体が液体と気体の凝集相との間の平衡状態
になり、その結果、ヒートパイプのより暖かい部分では蒸発しより冷たい部分で
は凝固するように、圧力が低くなっている。これにより、各部分間の温度が等化
される。使用される流体は、例えば、水またはフレオンである。
【００５８】 反応器受容体９のセグメント８ｂ内へのヒートパイプの組み込みを介して、セ
グメント８ｂに対して温度等化が行われる。これにより、セグメント８ｂ全体が
同温になるように保証される。
【００５９】 図１２は、この発明によるヒートサイクル装置１の他の実施例を示す。このヒ
ートサイクル装置1の設計は、図１１に示す装置と同様であり、従って、同様の
部分については同一の参照番号を付す。
【００６０】 このヒートサイクル装置１のセグメント８ｃは、ヒートパイプを有していない
。ヒートパイプの代わりに、温度等化板３４が各セグメント８ｃの下方領域に設
けられている。これらの温度等化板３４は、セグメント８ｃのひとつの基礎面に
対応する面を備えた平板な要素である。これらの温度等化板３４は、少量の流体
を有した中空体であり、ヒートパイプと同一の原理で動作する。これにより、セ
グメント８ｃ内で温度変化が起こらないことが保証される。
【００６１】 温度等化板は、良好な熱伝導性の材料、例えば、銅などから作るようにしても
よい。追加の加熱素子及び/または冷却素子、例えば、加熱箔またはペルチェ素
子をこのような温度等化板に一体的に組み込んでもよい。これらの加熱素子及び
冷却素子は均等性を支持し、より急速な加熱率及び/または冷却率を許容する。
一般的に均等温度分布を有さないペルチェ素子は、好ましくは平板な加熱要素と
組み合わされる。
【００６２】 上記した発明は、９６個の反応器を備えたマイクロ滴定皿を受容するための９
６個の凹部を備えた実施例の場合について説明した。しかし、この発明は、この
数量の凹部に限定されない。従って、反応器受容体が、対応するマイクロ滴定皿
を受容するために、例えば、３８４個の凹部を有するようにしてもよい。上記で
詳細に説明していないこの発明の特徴に関しては、請求項及び図面により明らか
である。
【００６３】 上記した実施例では、流体冷却媒体を有する冷却装置が使用されている。この
発明の範囲内で、流体冷却媒体の代わりに、気体冷却媒体、特に、空気冷却を使
用することも可能である。
【００６４】 上記した反応器受容体は、略円筒形の反応器ホルダーを備えたベース板からな
る。この発明の範囲内で、マイクロ滴定皿の反応器を受容する凹部を設けた金属
ブロックを使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例による、化学的あるいは生物学的反応装置の
断面図。
【図２】この発明の第２の実施例による、化学的あるいは生物学的反応装置の
部分図。
【図３】図２に示す装置の略平面図。
【図４】第３の実施例による装置の略平面図。
【図５】図４に示す装置のＡＡ線部分断面図。
【図６】異なる分割を示す反応器受容体の略平面図。
【図７】異なる分割を示す反応器受容体の略平面図。
【図８】異なる分割を示す反応器受容体の略平面図。
【図９】異なる分割を示す反応器受容体の略平面図。
【図１０】クランプフレームの平面図。
【図１１】図１０に示すクランプフレームで反応器受容体の各部分を固定した
状態の、この発明の装置。
【図１２】図１０に示すクランプフレームで反応器受容体の各部分を固定した
状態の、この発明の他の実施例による装置の断面図。
【符号の説明】
１…ヒートサイクル装置 ２…ハウジング ３…底部 ４…側壁 ５…中間壁 ５ａ…ベース ６…熱交換器 ７…ペルチェ素子 ８…セグメント ８ａ…二重交差セグメント ９…反応器受容体 １０…セグメント要素 １１…ベース板 １２…反応器ホルダー １３…第１制御装置 １４…冷却回路 １５…第２制御装置 １６…中央制御装置 １７…カバー １８…加熱装置 １９…調節バルブ ２０…側縁 ２１…溝 ２２…連結子 ２３…フック要素 ２４…ウエブ ２５…クランプフレーム ２６…長形連結子 ２７…交差連結子 ２８…孔 ２９…ボルト ３０…冷却素子 ３１…熱伝導箔 ３２…ナット ３３…ヒートパイプ ３４…温度等化板
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年７月１３日（２００１．７．１３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】 バイオテクノロジーにおける自動化の進展に伴い、ヒートサイクル装置が複数
のワークステーションのひとつとしてのロボットと共に自動化製造ラインで使用
されている。ここで、ひとつのワークステーションから次へと、マイクロ滴定皿
に試料を送るのが慣例となっている。米国特許第5,819,842号の装置をそのよう
な自動化製造工程に使用した場合には、温度調節の前にマイクロ滴定皿から試料
をピペットで取り出して特別に設計された試料皿に移し、温度調節後は試料皿か
らマイクロ滴定皿に移すことが必要になるが、ここに、試料が汚染される危険性
がある。従って、この特別に設計された試料皿を使用することは非常に不都合で
あると考えなければならない。 WO 98/20975には、互いに独立して操作される４つに分割されたセグメントの
ヒートサイクラーが記載されている。個別のフィールドが異なって操作されると
、ヒートサイクラーの広い領域に渡って温度勾配が発生する。 米国特許第5,716,842号は、蛇行反応室(meandering reaction chamber)を有す
る小型化したヒートサイクル装置に関するものである。この場合には、反応流体
が反応室を通過するとき、反応流体がその位置に応じて変化する温度に支配され
て、所定の温度プロファイルに従うように、反応室の各部分が異なる温度に設定
される。この温度プロファイルは反応流体がＰＣＲ反応を行うように設定される
。 米国特許第4,950,608号は、均一な温度分布（ここでは垂直方向に）を可能と
するようにヒートパイプが組み入れられた、温度制御ブロックを有するヒートサ
イクル装置を示す。これらのヒートパイプは本願明細書第１１頁に記載するヒー
トパイプに対応し、これらは温度等化素子として動作する。この温度制御ブロッ
クの下面には、加熱素子及び冷却室があり、これらにより温度制御ブロックが適
宜加熱あるいは冷却される。欧州特許第0488769 A2号は、温度制御ゾーンを中央
ゾーンと外側ゾーンに分割し、外側ゾーンが中央ゾーンとは独立に操作されるよ
うにしたヒートサイクル装置を示す。外側ゾーンは、外側ゾーンの領域内でのよ
り大きな熱流を補償するために、概して中央ゾーンよりも大きな加熱力で操作さ
れる。これにより、温度制御ゾーン全体に亘って均一な温度設定がなされる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 クニュレ、マティーアス ドイツ、85567 グラーフィンク、ディー トリヒ ボンホエフェル シュトラーセ ４ (72)発明者 ヴァーグナー、ティルマン ドイツ、85567 グラーフィンク、アム ゼーシュナイドフェルト １ Ｆターム(参考） 4B029 AA07 AA12 AA21 AA23 BB20 CC01 FA15 4G075 AA39 AA45 AA46 AA63 BA10 CA02 CA03 EB01 FC06 FC07 【要約の続き】

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の反応器を備えたマイクロ滴定皿を受容する反応器受容体
    （９）を備え、該反応器受容体（９）が、各反応器を受容するために規則的パタ
    ーンで配列された複数の凹部と、前記反応器受容体（９）を加熱するための加熱
    装置（７）と、前記反応器受容体（９）を冷却するための冷却装置（６）とを有
    する化学的または生物学的反応装置において、 前記反応器受容体（９）が複数のセグメント（８）に分割され、各セグメント
    （８）が互いに熱的に脱結合され、かつ、各セグメント（８）に互いに独立して
    操作可能な加熱装置（７）が割り当てられることを特徴とする化学的または生物
    学的反応装置。
  2. 【請求項２】 前記反応器受容体（９）の各セグメント（８）にひとつの冷却
    装置（６）が割り当てられ、該冷却装置（６）を互いに独立して操作できるよう
    にしたことを特徴とする請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記反応器受容体（９）の各セグメント（８）が、ひとつ以上
    の管状の薄壁反応器ホルダーを備えたベース板（１１）からなり、該薄壁反応器
    ホルダーが前記ベース板（１１）と一体に形成されていることを特徴とする請求
    項１または２記載の装置。
  4. 【請求項４】 各セグメント（８）が、隣接するセグメント(８)間に形成され
    た空間により熱的に脱結合されていることを特徴とする請求項１乃至３記載の装
    置。
  5. 【請求項５】 各セグメント（８）が、隣接するセグメント(８)間に形成され
    断熱材を挿入した空間により熱的に脱結合されていることを特徴とする請求項１
    乃至３記載の装置。
  6. 【請求項６】 各加熱装置がペルチェ素子（７）を備え、それぞれの場合にお
    いて前記反応器受容体（９）のひとつのセグメント（８）にひとつのペルチェ素
    子（７）が割り当てられ、該ペルチェ素子（７）が、各セグメント（８）と熱結
    合されていることを特徴とする請求項１乃至５記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記冷却装置がペルチェ素子（７）及び/または熱交換器（６
    ）を備え、それぞれの場合において前記反応器受容体（９）のひとつのセグメン
    ト（８）にひとつのペルチェ素子（７）及び/または熱交換器（６）が割り当て
    られていることを特徴とする請求項１乃至６記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記熱交換器（６）は、流体を流通する冷却ダクトを備え、各
    熱交換器(６)の流体の流れが互いに独立に制御されることを特徴とする請求項７
    記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記流体は、特に水である冷却流体であることを特徴とする請
    求項８記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記反応器受容体（９）が、少なくとも４つのセグメントに
    分割されていることを特徴とする請求項１乃至９記載の装置。
  11. 【請求項１１】 各セグメント（８）が、同数個の凹部を有していることを特
    徴とする請求項１乃至１０記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記セグメント（８）の側縁（２０）が、前記セグメント（
    ８）が連結子（２２）に支承されるように、下方に向かうフック要素（２３）を
    備えていることを特徴とする請求項１乃至１１記載の装置。
  13. 【請求項１３】 各セグメント（８）は、該セグメント（８）の温度を検出す
    る温度センサを割り当てられ、前記セグメント（８）の温度が各温度センサによ
    り検出された温度に基づいて制御されることを特徴とする請求項１乃至１２記載
    の装置。
  14. 【請求項１４】 各セグメント（８ｂ、８ｃ）は、ひとつ以上の温度等化素子
    （３３，３４）を割り当てられていることを特徴とする請求項１乃至１３記載の
    装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１乃至１４のいずれかに記載の化学的または生物学的
    反応装置の加熱・冷却装置を操作する制御装置であって、該制御装置（１３，１
    ６）は、各セグメント（８）の加熱装置を独立して操作できるように設計されて
    いることを特徴とする制御装置。
  16. 【請求項１６】 前記制御装置（１５，１６）は、各セグメント（８）の冷却
    装置を独立して操作できるように設計されていることを特徴とする請求項１５記
    載の制御装置。
  17. 【請求項１７】 ひとつの動作モードにおいては、前記制御装置（１３、１５
    ，１６）は一部のセグメントのみを操作し、前記セグメント（８）が側縁（２０
    ）を有し、操作されたセグメント（８）の前記側縁（２０）に隣接するセグメン
    ト（８）は操作されないことを特徴とする請求項１５または１６記載の制御装置
    。
  18. 【請求項１８】 ひとつの動作モードにおいては、隣接するセグメント（８）
    間の温度差が所定の温度差（ΔＴ）より少なくなるように前記セグメント（８）
    が操作されることを特徴とする請求項１５乃至１７記載の制御装置。
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