JP2008185389A - 温度制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】回転駆動部30は、マイクロチップ11をステージ12と平行に周方向へ回転する。これにより、マイクロチップ11の槽領域111に接する温度調節部20は変更される。蓋部材40でマイクロチップ11をステージ12側へ押し込むことにより、マイクロチップ11の槽領域111は温度調節部20の伝熱部22に接する。そのため、マイクロチップ11の槽領域111は、局所的に伝熱部22によって温度が制御される。また、温度調節部20を予め所定の温度に制御することにより、マイクロチップ11が回転しマイクロチップ11と伝熱部22とが接触すると、槽領域111は設定された温度調節部20の温度に迅速に制御される。
【選択図】図1
Description
しかしながら、特許文献1に開示されているマイクロチップは、温度の制御については何ら考慮されていない。マイクロチップの流路や槽領域において試料の分離や合成、または細胞や細菌の培養などを行う場合、流路または槽領域などに設定された被温度調節部ごとに異なる温度で高精度かつ局所的に温度を制御する必要がある。特許文献1に開示されているマイクロチップの場合、全体を所定の温度に制御することは可能であるものの、局所的な温度制御は困難である。
ステージには、温度調節部が設けられている。そのため、回転駆動部によってマイクロチップをステージと平行に周方向へ回転することにより、マイクロチップの被温度調節部はステージに設けられた温度調節部に接触可能である。例えばステージに設定温度の異なる温度調節部が設けられている場合、マイクロチップを回転させ被温度調節部に接する温度調節部を変更することにより、被温度調節部は迅速かつ局所的に温度調節部の温度に制御される。したがって、マイクロチップに設けられた被温度調節部の温度を局所的に制御することができる。
これにより、マイクロチップは、ステージと平行に周方向へ回転駆動される。そのため、マイクロチップの被温度調節部は、ステージに設けられた温度調節部の温度により、制御される温度が変更される。したがって、マイクロチップに設けられた被温度調節部の温度を局所的に制御することができる。
これにより、マイクロチップは、安定して回転駆動され、温度調節部に接する。したがって、マイクロチップに設けられた被温度調節部の温度を局所的に制御することができる。
これにより、マイクロチップは、回転駆動されるだけでなく、ステージの軸方向へも駆動される。そのため、マイクロチップは、必要に応じてステージの温度調節部から離れたり、温度調節部に接したりする。したがって、回転駆動部によるマイクロチップの周方向への回転移動を円滑にすることができる。
これにより、マイクロチップの中心を貫く軸部材が回転するとマイクロチップは周方向へ回転し、軸部材が軸方向へ移動するとステージとマイクロチップとの間の距離が変化する。そのため、軸方向駆動部は回転駆動部として、マイクロチップを回転駆動しつつ、往復駆動する。したがって、簡単な構造でマイクロチップを周方向へ回転駆動し、軸方向へ往復駆動することができる。
蓋部材によってマイクロチップをステージ側へ押し付けることにより、マイクロチップと温度調節部とを確実に接触させることができる。
これにより、マイクロチップに対する蓋部材の押し付け力を変化させることにより、マイクロチップとステージとの距離は変化する。したがって、マイクロチップとステージとの間の距離を容易に設定することができる。
これにより、マイクロチップが周方向へ回転移動するとき、マイクロチップと温度調節部との接触が低減される。そのため、マイクロチップは円滑に回転される。したがって、マイクロチップの被温度調節部は迅速に他の温度調節部に移動することができる。
これにより、マイクロチップの被温度調節部は、温度調節部による温度の制御だけでなく、光分析部により分析される。光分析部は、例えば可視光、紫外線や赤外線などの照射部および被温度調節部を透過または反射した光を取得する取得部などを有している。したがって、マイクロチップの被温度調節部では、局所的に制御された温度により例えば試料の分離や合成または細胞や細菌の培養を行うことができるだけでなく、それらを容易に観察することができる。
これにより、マイクロチップの被温度調節部は、回転駆動部によって回転し、温度調節部に接することにより、それぞれ設定された温度に制御される。マイクロチップを回転させて被温度調節部を設定温度の異なる温度調節部へ移動させることにより、被温度調節部は迅速に接する温度調節部の温度に制御される。したがって、被温度調節部の温度を迅速かつ局所的に制御することができる。なお、複数の温度調節部は、すべてがそれぞれ異なる温度に設定されてもよく、複数のうちの一部が同一の温度に設定されてもよい。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態によるマイクロチップ用の温度制御装置を図1および図2に示す。図1および図2は、本発明の第1実施形態による温度制御装置を示す概略図である。
図1および図2に示すように、第1実施形態によるマイクロチップ用の温度制御装置10は、マイクロチップ11が搭載される。温度制御装置10は、ステージ12、温度調節部20、回転駆動部30および蓋部材40を備えている。
回転駆動部30は、図1に示すようにモータ31および回転軸部32を有している。モータ31は、回転軸部32を周方向へ回転駆動する。回転軸部32は、軸方向の一方の端部がモータ31に接続されている。図示しない制御部を経由して電源からモータ31へ電力を供給すると、モータ31は周方向へ回転し、回転軸部32を駆動する。図示しない制御部は、モータ31へ電力を供給することにより、モータ31および回転軸部32の回転角度を制御する。回転軸部32は、モータ31とは反対の端部側にマイクロチップ11が取り付けられる取付部33を有している。マイクロチップ11の孔部114を回転軸部32に挿入して取付部33に係止することにより、マイクロチップ11は回転軸部32に保持される。その結果、マイクロチップ11は、モータ31の回転によって回転軸部32とともに回転する。回転軸部32にマイクロチップ11を取り付けたとき、ステージ12の端面14とマイクロチップ11とは概ね平行となる。
このように、蓋部材40が回転軸部32の軸方向へ移動することにより、マイクロチップ11と温度調節部20の伝熱部22とは接触または離間する。
マイクロチップ11の槽領域111には、実験の対象となる試料が注入される。試料は、注入部113から槽領域111へ注入される。試料の注入は、温度制御装置10からマイクロチップ11を外した状態、または温度制御装置10にマイクロチップ11を搭載した状態のいずれでも行うことができる。このとき、槽領域111に試料が注入されたマイクロチップ11は、図1に示すように温度制御装置10の伝熱部22から離れている。
第1実施形態では、各温度調節部20はあらかじめ所定の温度に設定され、マイクロチップ11が回転することにより槽領域111の温度が制御される。そのため、各温度調節部20の温度変化は小さい。第1実施形態のように各温度調節部20の温度を設定し、マイクロチップ11を回転させる構成とすることにより、マイクロチップ11を固定し温度調節部20の温度を変化させる場合と比較して、マイクロチップ11の槽領域111の温度変化の速度は大きくなる。したがって、マイクロチップ11の槽領域111の温度を迅速に制御することができる。また、各温度調節部20は、一定の温度に維持され、温度変化が低減される。したがって、温度調節部20のペルチェ素子部21の寿命を延長することができる。
本発明の第2実施形態による温度制御装置を図5に示す。
第2実施形態は、第1実施形態の変形である。第2実施形態では、温度制御装置10は、軸駆動部35を備えている。軸駆動部35は、回転軸部32を軸方向へ往復駆動する。すなわち、軸駆動部35は軸方向駆動部である。これにより、回転軸部32は、周方向へ回転するだけでなく、軸方向へ移動する。そのため、第2実施形態では、マイクロチップ11は回転軸部32とともに回転および軸方向へ移動する。
本発明の第3実施形態による温度制御装置を図6に示す。
第3実施形態では、図6に示すように蓋部材40の構成が第1実施形態と異なる。第3実施形態では、蓋部材40は、蓋駆動部41に加え、ヒートシンク42および温度調節部43を有している。ヒートシンク42は、ステージ12と同様に熱伝導率の高い金属などで形成されている。温度調節部43は、温度調節部20と同様にペルチェ素子部44および伝熱部45を有している。温度調節部43のペルチェ素子部44および伝熱部45の構成は、温度調節部20と同様であるので説明を省略する。蓋部材40は、蓋駆動部41によって回転軸部32の軸方向へ往復駆動される。なお、ヒートシンク42およびステージ12の放熱を促進するために、送風用のファンを設けてもよい。
本発明の第4実施形態による温度制御装置を図7に示す。
第4実施形態では、温度制御装置10は、図7に示すように光分析部50を有している。光分析部50は、ステージ12の周方向において温度調節部20に隣接して設けられている。光分析部50は、ステージ12の径方向へ移動する機能部51を有している。ステージ12は、径方向へ伸びる溝16を有している。機能部51は、溝16に案内されて径方向へ移動可能である。機能部51は、例えば光を照射する照射部と、光を受光する受光部とを有している。機能部51は、例えば照射部からマイクロチップ11の槽領域111に可視光、紫外光や赤外光などを照射し、その反射光あるいは透過光を受光部で受光する。これにより、槽領域111における物質が分析される。光照射部は、例えばレーザダイオードあるいは発光ダイオードなどの発光素子を有している。光照射部は、単一の波長の光を照射する構成としてもよく、複数の光源を有し複数の波長の光を照射する構成としてもよい。
なお、第4実施形態では、光分析部50をステージ12に設ける例について説明した。しかし、光分析部50は、マイクロチップ11を挟んでステージ12と対向する蓋部材40側に設けてもよい。このように光分析部50を蓋部材40に設ける場合でも、光分析部50の機能部51は径方向へ移動する構成とすることができる。
本発明の第5実施形態による温度制御装置を図8および図9に示す。
第5実施形態では、図8および図9に示すように温度調節部20の伝熱部23、24、25は、ステージ12の周方向へ三箇所設けられている。伝熱部23、24、25は、それぞれ略扇形に形成されている。伝熱部23、24、25には、それぞれ二つのペルチェ素子部21が接続している。これにより、各伝熱部23、24、25は、ペルチェ素子部21によって温度が制御される。各伝熱部23、24、25は、第1実施形態と同様に例えば熱伝導性の金属の薄板によって形成されている。各伝熱部23、24、25は、接続しているペルチェ素子部21により、加熱または冷却され、所定の温度に制御される。
PCRに先立って、マイクロチップ11の槽領域111には、増幅の対象となるDNA(テンプレート)、DNAポリメラーゼ、およびプライマーが注入される。プライマーは、オリゴヌクレオチドから構成されている。これらの反応試料が注入されたマイクロチップ11の槽領域111は、伝熱部23、伝熱部24および伝熱部25の順で回転しながら移動する。
槽領域111の伝熱部23への接触から1分が経過すると、回転軸部32の回転によりマイクロチップ11は回転する。そして、マイクロチップ11の槽領域111は、伝熱部24に移動する。マイクロチップ11の槽領域111が伝熱部24にあるとき、槽領域111は55℃に制御される。これにより、槽領域111において一本鎖に分離したDNAは、プライマーによってアニーリングされる。このとき、マイクロチップ11の槽領域111は、伝熱部24により55℃で1分間保持される。
第5実施形態では、温度制御装置10をPCRに適用する例について説明した。これにより、PCRのように繰り返し複数の温度に制御する必要がある場合、マイクロチップ11を回転させることにより、PCRが行われるマイクロチップ11の槽領域111は所定温度の伝熱部23、24、25へ移動する。そのため、各槽領域111は、伝熱部23、24、25に接することにより、迅速かつ精密に設定温度に制御される。したがって、大量のDNAの複製を短時間で高精度に実施することができる。
本発明の第6実施形態による温度制御装置を図10に示す。
第6実施形態では、図10に示すようにステージ12の周方向において各伝熱部23、24、25の間にそれぞれ光分析部50が配置されている。光分析部50は、上述の第4実施形態と同様の構成であり、機能部51が径方向へ移動可能である。複数の光分析部50を設けることにより、ステージ12には複数の異なる分析波長の発光部が搭載される。その結果、各光分析部50から異なる複数の波長の光を照射することができる。
本発明の第7実施形態による温度制御装置を図11に示す。
第7実施形態では、温度調節部20は、略扇形の伝熱部26と、六つのペルチェ素子部21とを有している。これにより、一枚の伝熱部26は、六つのペルチェ素子部21によって温度が制御される。そのため、伝熱部26は、いずれの位置でも温度が概ね一定となる。その結果、伝熱部26と接するマイクロチップ11の槽領域111は、すべてほぼ同一の温度に制御される。第7実施形態による温度制御装置10を用いてPCRを行う場合、伝熱部26に接するペルチェ素子部21がすべて同時に同一の温度に制御される。これにより、伝熱部26は、一面が94℃、72℃および55℃に変化する。
以上説明した複数の実施形態では、マイクロチップ11は回転駆動部30の回転軸部32によって駆動される例について説明した。しかし、回転駆動部30の構成は、マイクロチップ11を貫く回転軸部32に限らない。
例えば、図12に示すように回転駆動部30は、ローラ36を有する構成としてもよい。ローラ36は、マイクロチップ11の外周縁と接している。ローラ36をモータ37で回転駆動することにより、ローラ36と接するマイクロチップ11は周方向へ回転する。
また、図13に示すように回転駆動部30は、ローラ38を有する構成としてもよい。ローラ38は、マイクロチップ11のステージ12側の端面と接している。ローラ38は、図示しないモータなどにより周方向へ回転する。ローラ38を回転駆動することにより、ローラ38と接するマイクロチップ11は周方向へ回転する。
Claims (11)
- 被温度調節部が設けられている板状のマイクロチップの前記被温度調節部の温度を制御する温度制御装置であって、
前記被温度調節部に接触可能な温度調節部が単数または周方向へ複数設けられているステージと、
前記マイクロチップを前記ステージと平行に周方向へ回転駆動する回転駆動部と、
を備える温度制御装置。 - 前記回転駆動部は、前記マイクロチップと接して前記マイクロチップを回転させる軸部材を有する請求項1記載の温度制御装置。
- 前記軸部材は、前記マイクロチップの外周側の縁部に接する請求項2記載の温度制御装置。
- 前記マイクロチップを前記ステージの軸方向へ往復駆動する軸方向駆動部をさらに備える請求項1記載の温度制御装置。
- 前記軸方向駆動部は前記回転駆動部であり、前記マイクロチップを貫き軸方向へ往復移動および周方向へ回転する軸部材を有する請求項4記載の温度制御装置。
- 前記軸方向駆動部は、前記マイクロチップを前記ステージ側へ押し付ける蓋部材を有する請求項4記載の温度制御装置。
- 前記軸方向駆動部は、前記マイクロチップを前記ステージ側へ押し付ける蓋部材と、前記マイクロチップを前記蓋部材側へ押し付ける弾性部材とを有する請求項4記載の温度制御装置。
- 前記回転駆動部が前記マイクロチップを回転駆動するとき、前記マイクロチップは前記温度調節部から離れる請求項1から7のいずれか一項記載の温度制御装置。
- 前記ステージの周方向において前記温度調節部の間または前記マイクロチップを挟んで前記ステージに対向する蓋部材に設けられている光分析部をさらに備える請求項1から8のいずれか一項記載の温度制御装置。
- 前記温度調節部は、複数設けられている場合、設定温度が異なる請求項1から9のいずれか一項記載の温度制御装置。
- 前記マイクロチップは、円盤状に形成されている請求項1から10のいずれか一項記載の温度制御装置。
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JP4626891B2 (ja) | 2011-02-09 |
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