JP2005040784A - マイクロ化学チップ温度調節装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】マイクロ化学チップ101の複数の化学反応部102ごとに、温度測定手段402と熱電素子103と熱伝導体104を設ける。熱交換手段105に各熱電素子103を熱伝導可能に接合する。各熱電素子103にそれぞれ熱伝導体104を熱伝導可能に接合する。マイクロ化学チップ101の、化学反応部102の近傍にある面に各熱伝導体104を熱伝導接続層107を介して熱伝導可能に接続する。化学反応部102の近傍に温度測定手段402を配置し、温度測定手段402により化学反応部102の温度を測定する。温度測定手段402で測定した温度に基づいて、温度制御手段506により熱電素子103に流す電流の向きや電流量を制御する。
【選択図】 図1
Description
図1は、本発明の実施の形態1にかかるマイクロ化学チップ温度調節装置の構成を模式的に示す正面図である。図1に示すように、実施の形態1のマイクロ化学チップ温度調節装置は、マイクロ化学チップ101、熱電素子103、熱伝導体104、熱交換手段105、弾性体108、可動部材109、支柱110および支持部材111を備えている。
図9は、本発明の実施の形態2にかかるマイクロ化学チップ温度調節装置の構成を模式的に示す正面図である。図9に示すように、実施の形態2のマイクロ化学チップ温度調節装置は、図1に示す実施の形態1の熱伝導体104を省いて、マイクロ化学チップ101の化学反応部102の近傍の面と熱電素子103とを熱伝導接続層107を介して直接接続したものである。この場合、温度測定手段402は、例えば化学反応部102の近傍で、マイクロ化学チップ101の上側の面に熱伝導性接着剤などにより接着されている。温度制御手段506については、実施の形態1と同様である(実施の形態3以降においても同じ)。
図10は、本発明の実施の形態3にかかるマイクロ化学チップ温度調節装置の構成を模式的に示す正面図である。図10に示すように、実施の形態3のマイクロ化学チップ温度調節装置は、熱伝導接続層107として半田や熱伝導性接着剤などを用いて、マイクロ化学チップ101に熱伝導体104を接合して固定したものである。この場合には、熱伝導体104とマイクロ化学チップ101との間の熱抵抗が小さいので、マイクロ化学チップ101に加重を加えて熱伝導接続層107に圧力をかける必要はない。従って、図10に示す例では、弾性体108、可動部材109、支柱110および支持部材111よりなる加重手段は設けられていない。温度測定手段402については、実施の形態1または実施の形態2と同様である(実施の形態4以降においても同じ)。
図11は、本発明の実施の形態4にかかるマイクロ化学チップ温度調節装置の構成を模式的に示す正面図である。図11に示すように、実施の形態4のマイクロ化学チップ温度調節装置は、熱伝導体104を熱電素子103よりも大きくすることにより、熱伝導体104の、熱伝導接続層107を介してマイクロ化学チップ101と熱伝導可能に接続する部分の面積を、熱電素子103の断面積よりも大きくしたものである。
図12は、本発明の実施の形態5にかかるマイクロ化学チップ温度調節装置の構成を模式的に示す正面図である。図12に示すように、実施の形態5のマイクロ化学チップ温度調節装置は、熱伝導体104を、熱電素子103側からマイクロ化学チップ101側へ向かって徐々に狭まるような形状(すなわち、角錐台形状)にすることにより、熱伝導体104の、熱伝導接続層107を介してマイクロ化学チップ101と熱伝導可能に接続する部分の面積を、熱電素子103の断面積よりも小さくしたものである。
図13は、本発明の実施の形態6にかかるマイクロ化学チップ温度調節装置の構成を模式的に示す正面図である。図13に示すように、実施の形態6のマイクロ化学チップ温度調節装置は、マイクロ化学チップ101内の隣り合って接近している2つの化学反応部102a,102bの温度を、それぞれ個別の熱電素子103a,103bにより独立して調節する場合、マイクロ化学チップ101の、2つの化学反応部102a,102bの間に断熱層1101を設けたものである。
図14は、本発明の実施の形態7にかかるマイクロ化学チップ温度調節装置の構成を模式的に示す正面図である。図14に示すように、実施の形態7のマイクロ化学チップ温度調節装置は、マイクロ化学チップ101内の隣り合って接近している2つの化学反応部102a,102bの温度を、それぞれ個別の熱電素子103a,103bにより独立して調節する場合、2つの化学反応部102a,102bの間に、熱電素子103a,103bと並列に熱伝導の良い材料からなる熱伝導接続体1201を設け、この熱伝導接続体1201をマイクロ化学チップ101と熱交換手段105に熱伝導可能に接続したものである。化学反応部と熱電素子が3個以上ある場合も同様である。
図15は、本発明の実施の形態8にかかるマイクロ化学チップ温度調節装置の構成を模式的に示す正面図である。図15に示すように、実施の形態8のマイクロ化学チップ温度調節装置は、マイクロ化学チップ101の、化学反応部102の近傍の面に凹部1301を設け、この凹部1301において熱伝導体104を熱伝導接続層107を介してマイクロ化学チップ101に熱伝導可能に接続したものである。なお、熱伝導体104を省いて、凹部1301において熱電素子103とマイクロ化学チップ101とを熱伝導接続層107を介して直接接続した構成としてもよい。
図16は、本発明の実施の形態9にかかるマイクロ化学チップ温度調節装置の構成を模式的に示す正面図である。図16に示すように、実施の形態9のマイクロ化学チップ温度調節装置は、マイクロ化学チップ101の、化学反応部102に対応する箇所に、マイクロ化学チップ101の構成材料よりも熱伝導性の良い熱伝導部材1401を埋め込み、この熱伝導部材1401に熱電素子103を、図示省略した接合層106を介して熱伝導可能に接合し、固定したものである。実施の形態9は、マイクロ化学チップ101の、熱電素子103が接続する部分が樹脂などの熱伝導性の悪い材料でできている場合に有効である。
102,102a,102b 化学反応部
103,103a,103b 熱電素子
104 熱伝導体
105 熱交換手段
106 接合層
107 熱伝導接続層
108 弾性体
109 可動部材
110 支柱
111 支持部材
201 試料部
202 溶媒部
203 搬送路
204 抽出部
205 試薬部
206 反応部
207 廃液部
208 検出部
209 保存部
301 p型熱電半導体
302 n型熱電半導体
303 配線電極
304 引き出し電極
305,306 熱伝導板
307,403 リード線
401 穴部
402 温度測定手段
501 温度変換回路
502 電流制御回路
503 電源回路
504 外部コンセント
505 コンソール
506 温度制御手段
601 フィン
602 液体漕
603 配管
604 恒温装置
1101 断熱層
1201 熱伝導接続体
1301 凹部
1401 熱伝導部材
1402 基材
1403 樹脂板
Claims (22)
- 化学プロセスを微小な領域で行う化学反応部を内部に有するマイクロ化学チップと、
前記化学反応部の近傍に配置されて同化学反応部の温度を測定する温度測定手段と、
前記マイクロ化学チップの、前記化学反応部の近傍に位置する面に、一方の面が熱伝導可能に接続された熱電素子と、
前記熱電素子の他方の面に熱伝導可能に接合されて固定された熱交換手段と、
前記温度測定手段により測定された温度に基づいて前記熱電素子に流す電流を制御する温度制御手段と、
を備えることを特徴とするマイクロ化学チップ温度調節装置。 - 前記熱電素子は、前記マイクロ化学チップに、低熱抵抗で接続するための熱伝導接続層を介して接続されていることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ化学チップ温度調節装置。
- 前記熱伝導接続層は、熱伝導性グリース、熱伝導性シート、半田または熱伝導性接着剤で構成されていることを特徴とする請求項2に記載のマイクロ化学チップ温度調節装置。
- 前記マイクロ化学チップを加重して、前記熱伝導接続層に圧力を加える加重手段を有することを特徴とする請求項2または3に記載のマイクロ化学チップ温度調節装置。
- 前記マイクロ化学チップを支持して、前記加重手段によって前記マイクロ化学チップに過度の加重がかかるのを防ぐ支持部材を有することを特徴とする請求項4に記載のマイクロ化学チップ温度調節装置。
- 前記マイクロ化学チップには、前記マイクロ化学チップよりも小さい領域よりなる複数の化学反応部が設けられており、前記温度測定手段と前記熱電素子は、化学反応部ごとに個別に設けられていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載のマイクロ化学チップ温度調節装置。
- 複数の前記化学反応部の間に、空気もしくは断熱性材料で満たされた断熱層、または真空に保たれた断熱層を有することを特徴とする請求項6に記載のマイクロ化学チップ温度調節装置。
- 複数の前記化学反応部の間に、前記マイクロ化学チップと前記熱交換手段とを熱伝導可能に接続する熱伝導接続体を有することを特徴とする請求項6または7に記載のマイクロ化学チップ温度調節装置。
- 前記マイクロ化学チップには凹部が設けられており、該凹部内に前記熱電素子の一部を入れた状態で前記マイクロ化学チップと前記熱電素子とが熱伝導可能に接続されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載のマイクロ化学チップ温度調節装置。
- 前記マイクロ化学チップには、マイクロ化学チップの構成材料よりも熱伝導性に優れた材料でできた熱伝導部材が埋め込まれており、前記熱電素子は、前記熱伝導部材に熱伝導可能に接続されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載のマイクロ化学チップ温度調節装置。
- 化学プロセスを微小な領域で行う化学反応部を内部に有するマイクロ化学チップと、
前記化学反応部の近傍に配置されて同化学反応部の温度を測定する温度測定手段と、
前記マイクロ化学チップの、前記化学反応部の近傍に位置する面に熱伝導可能に接続された熱伝導体と、
前記熱伝導体に一方の面が熱伝導可能に接続された熱電素子と、
前記熱電素子の他方の面に熱伝導可能に接合されて固定された熱交換手段と、
前記温度測定手段により測定された温度に基づいて前記熱電素子に流す電流を制御する温度制御手段と、
を備えることを特徴とするマイクロ化学チップ温度調節装置。 - 前記熱伝導体は、前記マイクロ化学チップに、低熱抵抗で接続するための熱伝導接続層を介して接続されていることを特徴とする請求項11に記載のマイクロ化学チップ温度調節装置。
- 前記熱伝導接続層は、熱伝導性グリース、熱伝導性シート、半田または熱伝導性接着剤で構成されていることを特徴とする請求項12に記載のマイクロ化学チップ温度調節装置。
- 前記マイクロ化学チップを加重して、前記熱伝導接続層に圧力を加える加重手段を有することを特徴とする請求項12または13に記載のマイクロ化学チップ温度調節装置。
- 前記マイクロ化学チップを支持して、前記加重手段によって前記マイクロ化学チップに過度の加重がかかるのを防ぐ支持部材を有することを特徴とする請求項14に記載のマイクロ化学チップ温度調節装置。
- 前記熱伝導体の、前記マイクロ化学チップに接続する側の面が、該面に平行な前記熱電素子の断面よりも大きいことを特徴とする請求項11〜15のいずれか一つに記載のマイクロ化学チップ温度調節装置。
- 前記熱伝導体の、前記マイクロ化学チップに接続する側の面が、該面に平行な前記熱電素子の断面よりも小さいことを特徴とする請求項11〜15のいずれか一つに記載のマイクロ化学チップ温度調節装置。
- 前記温度測定手段は、前記熱伝導体の内部に設けられていることを特徴とする請求項11〜17のいずれか一つに記載のマイクロ化学チップ温度調節装置。
- 前記マイクロ化学チップには、前記マイクロ化学チップよりも小さい領域よりなる複数の化学反応部が設けられており、前記温度測定手段と前記熱電素子は、化学反応部ごとに個別に設けられていることを特徴とする請求項11〜18のいずれか一つに記載のマイクロ化学チップ温度調節装置。
- 複数の前記化学反応部の間に、空気もしくは断熱性材料で満たされた断熱層、または真空に保たれた断熱層を有することを特徴とする請求項19に記載のマイクロ化学チップ温度調節装置。
- 複数の前記化学反応部の間に、前記マイクロ化学チップと前記熱交換手段とを熱伝導可能に接続する熱伝導接続体を有することを特徴とする請求項19または20に記載のマイクロ化学チップ温度調節装置。
- 前記マイクロ化学チップには凹部が設けられており、該凹部内に前記熱伝導体の一部を入れた状態で前記マイクロ化学チップと前記熱伝導体とが熱伝導可能に接続されていることを特徴とする請求項11〜21のいずれか一つに記載のマイクロ化学チップ温度調節装置。
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