JP2009095755A - Reaction treatment apparatus - Google Patents

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Toshiki Moriwaki
俊貴 森脇
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reaction treatment apparatus capable of carrying out temperature control at high precision, with respect to a reaction treatment apparatus provided with a plurality of reaction regions. <P>SOLUTION: The reaction treatment apparatus (1) includes a plurality of reaction regions (A) and heating parts installed for the individual reaction regions, and the heating parts respectively have a heat source, a heat interference detection part for detecting the heat interference among the reaction regions (A) and a heating control part for controlling the heating quantity of the heat source based on the temperature information detected by the heat interference detection part. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、反応処理装置に関する。より詳しくは、複数の反応領域を備えた反応処理装置において、反応制御を高精度に行ない得る技術に関する。   The present invention relates to a reaction processing apparatus. More specifically, the present invention relates to a technique capable of performing reaction control with high accuracy in a reaction processing apparatus including a plurality of reaction regions.

複数の反応領域を設け、夫々の反応領域で夫々の所定反応を行ない得る反応処理装置は、種々の分野において用いられている。複数の反応領域で所定反応を行ない得る反応処理装置を用いることで、網羅的な解析を行なうことができる。幅広い用途に用いることができる。医療、環境科学、食品分析等をはじめとする幅広い分野への応用が期待されている。このような反応処理装置として、例えば、複数の反応領域を同一基板上に設け、この基板を用いて種々の反応を行なうこと等が考えられている。   2. Description of the Related Art Reaction processing apparatuses that are provided with a plurality of reaction regions and can perform predetermined reactions in the respective reaction regions are used in various fields. An exhaustive analysis can be performed by using a reaction processing apparatus that can perform a predetermined reaction in a plurality of reaction regions. It can be used for a wide range of applications. It is expected to be applied to a wide range of fields including medical care, environmental science, and food analysis. As such a reaction processing apparatus, for example, it is considered to provide a plurality of reaction regions on the same substrate and perform various reactions using the substrate.

一方で、このような反応処理装置においては、それぞれの反応領域において正確な温度制御ができることが重要となる。これに関して、特許文献1や特許文献2には、反応処理装置の温度制御に関する技術が開示されている。また、微小領域に対する加熱を行なうために、半導体素子を用いること等も行われている。   On the other hand, in such a reaction processing apparatus, it is important that accurate temperature control can be performed in each reaction region. In this regard, Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose techniques related to temperature control of a reaction processing apparatus. In addition, in order to heat a minute region, a semiconductor element is used.

特開2003−298068号公報。JP2003-298068A. 特開2004−025426号公報。Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-025426.

そこで、本発明は、複数の反応領域を備えた反応処理装置において、温度制御を高精度で行うことができる反応処理装置を提供することを主な目的とする。   Accordingly, the main object of the present invention is to provide a reaction processing apparatus capable of performing temperature control with high accuracy in a reaction processing apparatus having a plurality of reaction regions.

まず、本発明は、複数の反応領域と、該反応領域ごとに設けられた加熱部と、を備え、 前記加熱部は、熱源と、反応領域間の熱干渉を検出する熱干渉検出部と、前記熱干渉検出部により検出された温度情報に基づいて、前記熱源の加熱量を制御する加熱制御手段と、を少なくとも備える反応処理装置を提供する。このように、前記熱干渉検出部を反応領域間に設けることで、反応領域同士の熱干渉を検出することができる。この熱干渉の影響を考慮することで、より正確な温度制御が可能となる。
次に、本発明は、前記熱干渉検出部は、隣接する反応領域間に配置された測温体によって、前記反応領域間の熱干渉を検出する反応処理装置を提供する。前記熱干渉検出部として少なくとも測温体を隣接する反応領域間に夫々配置することでより高精度の熱干渉検出が可能となる。
続いて、本発明は、前記複数の反応領域と、該反応領域に対応する加熱部とがマトリクス状に夫々配置され、前記加熱部の各熱源は、走査線とデータ線とに接続された発熱体であり、該発熱体は順次走査されることで発熱可能であり、かつ前記加熱部の各測温体は、対応する発熱体のスキャン方向側に夫々配置されている反応処理装置を提供する。反応領域とそれに対応する加熱部をマトリクス状に夫々配置し、各熱源を走査線とデータ線を用いて制御することで熱源制御が容易に行ないうる。これに加えて、各反応領域に対応する測温体を加熱されていく加熱方向側にそれぞれ配置することで、より正確な熱干渉の検出が可能となる。そして、本発明は、前記測温体は、PINダイオードを少なくとも備えている反応処理装置を提供する。
更に、本発明は、前記加熱部は、前記反応領域の温度を測定する温度検出部を更に備え、前記加熱制御手段は、前記熱干渉検出部により検出された温度情報と、前記温度検出部により検出された温度情報と、に基づいて、前記熱源の加熱量を制御する反応処理装置を提供する。熱干渉検出部だけでなく、反応領域の温度を測定する温度検出部を更に設けることで、各反応領域の温度制御を更に高精度に行うことができる。
また、本発明は、前記反応領域に対して所定波長の光を照射する光学手段と、前記光の照射により発生する測定対象光を検出可能である光検出部と、を更に備える反応処理装置を提供する。反応処理装置として、このような光学系を更に設けることでリアルタイムの解析が可能となる。そして、本発明は、前記反応領域において遺伝子増幅反応が行われる遺伝子増幅装置とすることができる。
First, the present invention includes a plurality of reaction regions and a heating unit provided for each reaction region, the heating unit including a heat source and a thermal interference detection unit that detects thermal interference between the reaction regions, There is provided a reaction processing apparatus including at least heating control means for controlling a heating amount of the heat source based on temperature information detected by the thermal interference detection unit. Thus, the thermal interference between reaction regions can be detected by providing the thermal interference detector between the reaction regions. Considering the influence of this thermal interference, more accurate temperature control becomes possible.
Next, the present invention provides a reaction processing apparatus in which the thermal interference detection unit detects thermal interference between the reaction regions using a temperature measuring element disposed between adjacent reaction regions. By disposing at least the temperature measuring element between the adjacent reaction regions as the thermal interference detection unit, it is possible to detect thermal interference with higher accuracy.
Subsequently, according to the present invention, the plurality of reaction regions and the heating units corresponding to the reaction regions are arranged in a matrix, and each heat source of the heating unit generates heat connected to a scanning line and a data line. The heating element is capable of generating heat by being sequentially scanned, and each temperature measuring element of the heating unit provides a reaction processing device disposed on the scanning direction side of the corresponding heating element. . Heat source control can be easily performed by arranging reaction regions and corresponding heating sections in a matrix and controlling each heat source using scanning lines and data lines. In addition, more accurate thermal interference can be detected by disposing the temperature measuring elements corresponding to the respective reaction regions on the heating direction side where they are heated. And this invention provides the reaction processing apparatus in which the said temperature sensing element is provided with the PIN diode at least.
Further, according to the present invention, the heating unit further includes a temperature detection unit that measures the temperature of the reaction region, and the heating control unit includes the temperature information detected by the thermal interference detection unit, and the temperature detection unit. Provided is a reaction processing apparatus that controls the amount of heating of the heat source based on detected temperature information. By providing not only the thermal interference detection unit but also a temperature detection unit for measuring the temperature of the reaction region, temperature control of each reaction region can be performed with higher accuracy.
Further, the present invention provides a reaction processing apparatus further comprising: an optical unit that irradiates light of a predetermined wavelength to the reaction region; and a light detection unit that can detect measurement target light generated by the light irradiation. provide. By providing such an optical system as a reaction processing apparatus, real-time analysis becomes possible. The present invention can be a gene amplification device in which a gene amplification reaction is performed in the reaction region.

本発明によれば、複数の反応領域を備えた反応処理装置において、高精度の温度制御ができる。その結果、反応領域で行う所定反応を高精度で制御することができる。   According to the present invention, highly accurate temperature control can be performed in a reaction processing apparatus having a plurality of reaction regions. As a result, the predetermined reaction performed in the reaction region can be controlled with high accuracy.

以下、添付図面に基づいて、本発明に係る反応処理装置の好適な実施形態について説明する。なお、添付図面に示された各実施形態は、本発明に係わる代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。なお、以下に使用する図面では、説明の便宜上、装置の構成等については簡素化して示している。   Hereinafter, preferred embodiments of a reaction processing apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Each embodiment shown in the accompanying drawings shows an example of a typical embodiment according to the present invention, and the scope of the present invention is not interpreted narrowly. In the drawings used below, for the convenience of explanation, the configuration of the apparatus is shown in a simplified manner.

図1は、本発明に係る反応処理装置の第1実施形態の概念図であり、図2は、同実施形態における加熱部を説明するための概念図である。この反応処理装置1のサイズや装置構造等は、用途等に応じて適宜選択可能であり、本発明の目的の範囲内で設計又は変更可能である。   FIG. 1 is a conceptual diagram of a first embodiment of a reaction processing apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining a heating unit in the same embodiment. The size, apparatus structure, and the like of the reaction processing apparatus 1 can be appropriately selected depending on the application and the like, and can be designed or changed within the scope of the object of the present invention.

図1中の符号1は、本発明に係る反応処理装置を示している。該反応処理装置1は、複数の反応領域Aが配置され、各反応領域Aは夫々に加熱部を備えており、該加熱部は熱源Hと、熱干渉検出部に用いられる測温体Sを備えている。   The code | symbol 1 in FIG. 1 has shown the reaction processing apparatus which concerns on this invention. The reaction processing apparatus 1 includes a plurality of reaction regions A, each reaction region A having a heating unit, and the heating unit includes a heat source H and a temperature measuring body S used for a heat interference detection unit. I have.

この熱源Hが発熱することで、対応する反応領域Aの加熱を行うことができる。しかし、このときの加熱によって反応領域Aの間で熱干渉が生じてしまう。反応処理装置1では、この熱干渉を熱干渉検出部の測温体Sにより検出することができる。更に、加熱制御手段(図示せず)によって、熱干渉検出部の測温体Sにより検出された温度情報に基づいて、熱源Hの加熱量を制御することができる。   When the heat source H generates heat, the corresponding reaction region A can be heated. However, thermal interference occurs between the reaction regions A due to the heating at this time. In the reaction processing apparatus 1, this thermal interference can be detected by the temperature measuring body S of the thermal interference detection unit. Furthermore, the heating amount of the heat source H can be controlled based on the temperature information detected by the temperature measuring body S of the thermal interference detector by a heating control means (not shown).

加熱部の構造等については特に限定されないが、好適には、薄膜トランジスタ(TFT)により形成され、スイッチング制御される熱源Hであることが望ましい。例えば、薄膜トランジスタが有するスイッチング機能を利用して、各反応領域Aの温度制御を個別に行うことができる。この温度制御は、薄膜トランジスタに印加する電圧をコントロールしてソース−ドレイン間の電流値を可変としてもよいし、ソース−ドレイン間の電流を定電流電源としてコントロールしてもよい。特に、熱源Hとしての薄膜トランジスタを用い、かつスイッチング素子としての薄膜トランジスタを用い、これらの薄膜トランジスタを同一回路内に形成することが望ましい。これによって、熱源Hとスイッチング制御とを同一回路内で一括制御できる。そして、好適には薄膜トランジスタ基板(TFT基板)を用いることが望ましく、これについては後述する。   The structure and the like of the heating unit are not particularly limited, but preferably, the heat source H is formed by a thin film transistor (TFT) and is subjected to switching control. For example, the temperature control of each reaction region A can be performed individually using the switching function of the thin film transistor. In this temperature control, the voltage applied to the thin film transistor may be controlled to vary the current value between the source and the drain, or the current between the source and the drain may be controlled as a constant current power source. In particular, it is desirable to use thin film transistors as the heat source H and thin film transistors as switching elements, and to form these thin film transistors in the same circuit. Thereby, the heat source H and the switching control can be collectively controlled in the same circuit. A thin film transistor substrate (TFT substrate) is preferably used, which will be described later.

あるいは、加熱部の熱源Hは、発熱抵抗体で形成され、薄膜トランジスタによりスイッチング制御されるヒーターとしてもよい。即ち、薄膜トランジスタは、スイッチングとしてのみ利用してもよい。前記発熱抵抗体として、白金、モリブデン、タンタル、タングステン、炭化珪素、モリブデンシリサイド、ニッケル−クロム合金、鉄−クロム−アルミニウム合金等を用いることができる。この場合は、発熱抵抗体に流れる電流値を制御することで、温度制御が可能となる。また、本発明において用いられる薄膜トランジスタの種類については、特に限定されず、例えば、ポリ珪素や、α−珪素等のタイプを適宜使用できる。   Alternatively, the heat source H of the heating unit may be a heater that is formed of a heating resistor and that is switching-controlled by a thin film transistor. That is, the thin film transistor may be used only for switching. As the heating resistor, platinum, molybdenum, tantalum, tungsten, silicon carbide, molybdenum silicide, nickel-chromium alloy, iron-chromium-aluminum alloy, or the like can be used. In this case, the temperature can be controlled by controlling the value of the current flowing through the heating resistor. The type of thin film transistor used in the present invention is not particularly limited, and for example, a type such as polysilicon or α-silicon can be used as appropriate.

熱干渉検出部は、反応領域A間に起こりうる熱干渉を検出可能であればよく、その手法等については限定されず、例えば、熱検出可能な種々のセンサー等を用いることができる。そして、反応処理装置1の如き、熱干渉検出部として測温体Sを用い、この測温体Sを隣接する反応領域A同士の間に配置することができる。測温体Sとしては、例えば、温度と電気的信号値(電圧、抵抗、電流等)の一定の相関関係を有するものを用いることができる。この場合、測温体Sは、温度に応じて、検出される電気的信号の値が変動するため、この値に基づいて温度情報を検出することができる。測温体Sとしては、例えば、ダイオード特性を有する素子等を用いることができ、より好適には、PINダイオードを用いることが望ましい。   The thermal interference detection unit only needs to be able to detect thermal interference that may occur between the reaction regions A, and the method and the like are not limited. For example, various sensors capable of detecting heat can be used. And like the reaction processing apparatus 1, the temperature measuring body S can be used as a thermal interference detection part, and this temperature measuring body S can be arrange | positioned between the reaction regions A adjacent. As the temperature measuring element S, for example, one having a certain correlation between temperature and electrical signal value (voltage, resistance, current, etc.) can be used. In this case, the temperature measuring body S can detect temperature information based on this value because the value of the detected electrical signal varies depending on the temperature. As the temperature measuring element S, for example, an element having a diode characteristic can be used, and a PIN diode is more preferably used.

加熱制御手段は、前記熱干渉検出部で検出された温度情報に基づいて、各熱源Hの加熱量の制御ができればよく、その構成や手法等は限定されない。例えば、図示はしないが、検出した電気的信号をアナログディジタルコンバーター(ADC)によりディジタル信号として変換し、ディジタルデータとしてCPUに取り込ませることができる。そして、このCPUによって演算処理して、目標温度とする最適な電流値となるべくディジタル信号をディジタルポテンショメータへ出力する。このようにして、熱干渉検出部によって検出した温度情報を踏まえて加熱制御にフィードバックさせることができる。   The heating control means only needs to be able to control the heating amount of each heat source H based on the temperature information detected by the thermal interference detection unit, and the configuration and method thereof are not limited. For example, although not shown, the detected electrical signal can be converted into a digital signal by an analog-digital converter (ADC) and taken into the CPU as digital data. Then, the CPU performs arithmetic processing to output a digital signal to the digital potentiometer as much as possible to obtain an optimum current value as a target temperature. In this way, it is possible to feed back to the heating control based on the temperature information detected by the thermal interference detector.

本発明では、反応領域Aの温度を検出するための温度検出部を更に設けることが望ましい。この温度検出部によって検出された反応領域Aの温度情報と、前記熱干渉検出部により得られた熱干渉に関する温度情報との両方を踏まえて、前記加熱制御手段によって加熱制御することが望ましい。これによって温度制御をより正確に行うことができる。   In the present invention, it is desirable to further provide a temperature detector for detecting the temperature of the reaction region A. It is desirable to control the heating by the heating control means based on both the temperature information of the reaction region A detected by the temperature detection unit and the temperature information on the thermal interference obtained by the thermal interference detection unit. As a result, temperature control can be performed more accurately.

ここで、各反応領域Aにおける各加熱部の構成について図2等を参照しながら説明する。図2は、反応領域Aの温度を検出するための温度検出部を更に設けている。この温度検出部として測温体Hsを用いている。この測温体Hsによって検出された反応領域Aの温度情報と、前記熱干渉検出部の測温体Sにより得られた熱干渉に関する温度情報との両方を踏まえて、加熱制御手段によって加熱制御することができる。   Here, the configuration of each heating unit in each reaction region A will be described with reference to FIG. FIG. 2 further includes a temperature detection unit for detecting the temperature of the reaction region A. A temperature sensing element Hs is used as the temperature detection unit. Based on both the temperature information of the reaction region A detected by the temperature measuring body Hs and the temperature information on the thermal interference obtained by the temperature measuring body S of the thermal interference detecting unit, the heating control means controls the heating. be able to.

この場合、発熱体Hと測温体Hsの構成等については限定されず、目的や装置構造等を考慮して適宜好適な構成とすることができる。例えば、発熱体Hに隣接して測温体を設けてもよいし(図2の符号I,II参照)、あるいは発熱体Hの中央領域に測温体Hsを設けてもよい(図2の符号III参照)。   In this case, the configurations of the heating element H and the temperature measuring element Hs are not limited, and a suitable configuration can be appropriately set in consideration of the purpose and the device structure. For example, a temperature measuring element may be provided adjacent to the heating element H (see symbols I and II in FIG. 2), or a temperature measuring element Hs may be provided in the central region of the heating element H (in FIG. 2). (See symbol III).

図3は、本発明に係る反応処理装置の第2実施形態の概念図である。図3の符号2は、本発明に係る反応処理装置を示している。該反応処理装置2は、複数の反応領域Aがマトリクス状に配置され、これに対応して各加熱部がマトリクス状に配置されている構造である。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明し、共通する部分についてはその説明を割愛する。   FIG. 3 is a conceptual diagram of a second embodiment of the reaction processing apparatus according to the present invention. The code | symbol 2 of FIG. 3 has shown the reaction processing apparatus based on this invention. The reaction processing apparatus 2 has a structure in which a plurality of reaction regions A are arranged in a matrix, and corresponding heating units are arranged in a matrix. Hereinafter, the difference from the first embodiment will be mainly described, and the description of the common parts will be omitted.

反応処理装置2は、各反応領域Aの各加熱部について、それぞれ複数の走査線とデータ線を含み、これらの交差部に加熱部のヒータユニットを夫々配置している。ヒータユニットもゲート線(X方向)とデータ線(Y方向)に沿ってマトリクス状に配置させている。このような構成とすることで、各熱源を一括制御することができる。   The reaction processing apparatus 2 includes a plurality of scanning lines and data lines for each heating unit in each reaction region A, and a heater unit of the heating unit is disposed at each of these intersections. The heater units are also arranged in a matrix along the gate lines (X direction) and the data lines (Y direction). By setting it as such a structure, each heat source can be collectively controlled.

走査駆動回路は、走査線を順次選択し(即ち、低レベルにし)、それに同期してデータ線駆動回路が各データ線に信号電流を印加することで、各ヒータユニットに対して行単位(走査線1,2・・・)で、加熱量情報を書き込むことができる。書き込み終了後には、各走査線を非選択(即ち、高レベル)にすれば、信号電流と同じ電流値の駆動電流が各ユニットを流れ続ける。このようにして各々の所望の大きさの電流を流すことができる。このようにして、各加熱部(のヒータユニット)を個別制御することができる。   The scanning drive circuit sequentially selects the scanning lines (that is, lowers the scanning line), and the data line driving circuit applies a signal current to each data line in synchronization therewith, so that each heater unit is scanned in units of rows (scanning). The heating amount information can be written by lines 1, 2,. After writing, if each scanning line is not selected (that is, high level), the drive current having the same current value as the signal current continues to flow through each unit. In this way, a current of each desired magnitude can be passed. In this way, each heating unit (the heater unit) can be individually controlled.

本発明では、更に、熱干渉検出部として測温体Sを用いており、これを対応する各加熱部の熱源の加熱方向側(図3の矢印参照)に配置していることを特徴の一としている。図3の場合には、反応領域Aの右隣の測温体Sで検出した温度情報が、この測温体Sの右隣に位置する反応領域Aの加熱制御に反映させることができる。   In the present invention, the temperature measuring element S is further used as a thermal interference detection unit, which is disposed on the heating direction side (see the arrow in FIG. 3) of the corresponding heat source of each heating unit. It is said. In the case of FIG. 3, the temperature information detected by the temperature measuring body S on the right side of the reaction region A can be reflected in the heating control of the reaction region A located on the right side of the temperature measuring body S.

各ヒータユニット間に温度センシングデバイスとして測温体Sを夫々配置し、この測温体Sにより熱干渉の影響度を夫々検出することができる。そして、測温体Sは、対応する発熱体のスキャン方向側に配置されることが望ましい。スキャン方向に沿って各発熱体の加熱制御は順次行なわれていくため、この方向(図3の矢印参照)に沿って順次加熱されていくことになる。   Temperature measuring bodies S are arranged as temperature sensing devices between the heater units, and the temperature measuring bodies S can detect the degree of influence of thermal interference. And it is desirable for the temperature measuring element S to be arranged on the scanning direction side of the corresponding heating element. Since heating control of each heating element is sequentially performed along the scanning direction, the heating is sequentially performed along this direction (see the arrow in FIG. 3).

このようにマトリクス状に配置することで、各加熱部の発熱動作を走査線単位で停止させることも可能であり、その結果簡便かつ速やかに温度を下げることもできる。このことは、特に、反応領域Aが微小なマイクロ空間である場合により顕著である。また、発熱時間の制御も可能であるため、微小な発熱制御も容易に行なうことができる。   By arranging in a matrix like this, the heating operation of each heating unit can be stopped in units of scanning lines, and as a result, the temperature can be easily and quickly lowered. This is particularly remarkable when the reaction region A is a micro space. Further, since the heat generation time can be controlled, minute heat generation control can be easily performed.

本発明ではこれらに加えて、前述した熱干渉検出を測温体S等を用いて行うため、温度検出を高精度に行うことができ、加熱量の書き込み量を補正することもできる。更には、熱干渉検出に加えて、反応領域Aの温度検出も測温体Hs等を用いて行うことができるため、より高精度に温度制御を行なうことができる。   In addition to these, in the present invention, since the above-described thermal interference detection is performed using the temperature measuring element S or the like, the temperature detection can be performed with high accuracy, and the writing amount of the heating amount can be corrected. Furthermore, in addition to the thermal interference detection, the temperature of the reaction region A can be detected using the temperature measuring element Hs or the like, so that temperature control can be performed with higher accuracy.

そして、反応領域Aについて、前記熱源としての発熱体Hと、前記温度検出部として用いられる測温体Hsと同一回路状に組み込むことができる。更には、測温体Sについても同一回路上に組み込むことができる。これにより、同一回路上において、これらを一括制御することが可能となり、装置構成としての小デバイス化にも貢献することができる。   And about the reaction area | region A, the heating element H as said heat source and the temperature measuring body Hs used as said temperature detection part can be integrated in the same circuit shape. Furthermore, the temperature measuring body S can also be incorporated on the same circuit. As a result, these can be collectively controlled on the same circuit, which can contribute to the miniaturization of the device configuration.

例えば、測温体SとしてPINダイオードを少なくとも用い、かつ測温体HsとしてもPINダイオードを用いることで、列方向にスキャンセンシングを行い、更に次回の電流書き込み時linに対して補正を行なうことで、熱干渉の影響度をリアルタイムに制御しながら加熱制御(電流制御)をすることが可能となる。   For example, by using at least a PIN diode as the temperature sensing element S and also using a PIN diode as the temperature sensing element Hs, scan sensing is performed in the column direction, and correction is performed for lin at the time of the next current writing. It is possible to perform heating control (current control) while controlling the degree of influence of thermal interference in real time.

本発明によれば、マトリクス状に反応領域Aを夫々配置した場合であっても、熱干渉の影響を排除するために、反応領域A同士の設置間隔を長くする必要もない。その結果、デバイスとしてもより省スペース化が可能となり、ひいては、より効率的に網羅的解析を行い得る反応処理装置として用いることができる。   According to the present invention, even when the reaction areas A are arranged in a matrix, it is not necessary to lengthen the installation interval between the reaction areas A in order to eliminate the influence of thermal interference. As a result, it is possible to save more space as a device, and as a result, it can be used as a reaction processing apparatus that can perform comprehensive analysis more efficiently.

図4は、本発明に係る反応処理装置の第3実施形態の概略側面図である。図4中の符号3は、本発明に係る反応処理装置を示している。この反応処理装置3のサイズや層構造についても、目的に応じて適宜選定可能であり、反応処理装置3の形態構成についても本発明の目的に沿う範囲で設計又は変更可能である。この反応処理装置3は、光学測定系を更に備えていることを構造上の特徴の一としている。   FIG. 4 is a schematic side view of a third embodiment of the reaction processing apparatus according to the present invention. The code | symbol 3 in FIG. 4 has shown the reaction processing apparatus which concerns on this invention. The size and layer structure of the reaction processing apparatus 3 can also be appropriately selected according to the purpose, and the configuration of the reaction processing apparatus 3 can also be designed or changed within the scope of the object of the present invention. The reaction processing apparatus 3 is further characterized by having an optical measurement system.

反応処理装置3の形態構成について説明する。反応処理装置3は、反応基板31と、前記反応基板31を加熱する加熱部32と、ペルチェ素子33と、光源34と、前記反応基板31に前記光源34から発せられる光L1,L2を導く導光板35と、測定対象光L3を検出する光検出部36と、特定の波長光のみを透過するフィルター膜37と、測定基板38と、を備えている。そして、加熱部32は、熱干渉検出部321を少なくとも備えている。   A configuration of the reaction processing apparatus 3 will be described. The reaction processing apparatus 3 includes a reaction substrate 31, a heating unit 32 that heats the reaction substrate 31, a Peltier element 33, a light source 34, and a guide that guides the light L 1 and L 2 emitted from the light source 34 to the reaction substrate 31. An optical plate 35, a light detection unit 36 that detects the measurement target light L3, a filter film 37 that transmits only light of a specific wavelength, and a measurement substrate 38 are provided. The heating unit 32 includes at least a thermal interference detection unit 321.

本発明に係る反応処理装置で行いうる光学測定系については、種々の分光測定を採用することができ、その測定対象光を限定するものではない。例えば、蛍光測定や、散乱光測定や、IR測定、UV測定等、適宜好適な分光測定を採用することができる。例えば、反応処理装置3において蛍光測定を行うのであれば、蛍光物質で試料をラベリングし、特定波長の励起光を光源34から照射し、これによって発せられる蛍光を光検出部36で検出することができる。   For the optical measurement system that can be performed by the reaction processing apparatus according to the present invention, various spectroscopic measurements can be adopted, and the measurement target light is not limited. For example, a suitable spectroscopic measurement such as fluorescence measurement, scattered light measurement, IR measurement, UV measurement, etc. can be adopted as appropriate. For example, if fluorescence measurement is performed in the reaction processing apparatus 3, the sample is labeled with a fluorescent substance, excitation light having a specific wavelength is irradiated from the light source 34, and the fluorescence emitted by this is detected by the light detection unit 36. it can.

反応基板31は、複数の反応領域A1を備えており、この反応領域A1内で所定の反応を行なうことができる。本発明では、反応領域A1の形状等については特に限定されず、適宜好適な形状や容量とすることができる。   The reaction substrate 31 includes a plurality of reaction regions A1, and a predetermined reaction can be performed in the reaction region A1. In the present invention, the shape or the like of the reaction region A1 is not particularly limited, and can be suitably set to a suitable shape and capacity.

反応領域A1の容量については特に限定されないが、好適には、マイクロ空間とすることが望ましく、好適には1μL以下の容量とすることが望ましい。このようなマイクロ空間とすることで、反応領域A1に必要な反応溶液の液量が少量ですむため、温度制御等を高精度で行なうことができ、かつ反応時間も短縮することができる。   The volume of the reaction region A1 is not particularly limited, but is preferably a micro space, and is preferably 1 μL or less. By using such a micro space, the amount of the reaction solution required for the reaction region A1 is small, so that temperature control and the like can be performed with high accuracy and the reaction time can be shortened.

例えば、前記反応領域A1を300μm×300μm×300μm(反応領域容量:27nL)とする場合、約4万個の反応領域A1を反応基板31に設置するとしても、約6cm四方の面積のデバイスでよい。このようにデバイスとしての小型化が可能であるため、ヒトの遺伝子数に匹敵する数の反応領域A1をマトリクス状に反応基板31に配置させることもでき、網羅的解析をより容易にかつ簡便に行なうことができる(例えば、図1,2等参照)。   For example, when the reaction area A1 is 300 μm × 300 μm × 300 μm (reaction area capacity: 27 nL), even if about 40,000 reaction areas A1 are installed on the reaction substrate 31, a device having an area of about 6 cm square may be used. . Since the device can be miniaturized in this way, a number of reaction regions A1 equal to the number of human genes can be arranged on the reaction substrate 31 in a matrix, making exhaustive analysis easier and easier. (See, for example, FIGS. 1 and 2).

反応基板31の材料等は、光L1を透過できる材料であれば特に限定されず、測定目的や加工容易性等を考慮して適宜選択できる。例えば、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)等の透明樹脂やガラス等を用いることができ、蛍光検出を行う場合であれば低蛍光発光プラスチック等を反応基板31の材料として用いることができる。   The material or the like of the reaction substrate 31 is not particularly limited as long as it is a material that can transmit the light L1, and can be appropriately selected in consideration of the measurement purpose, processability, and the like. For example, a transparent resin such as polymethyl methacrylate (PMMA), glass, or the like can be used. If fluorescence detection is to be performed, a low fluorescent light emitting plastic or the like can be used as the material of the reaction substrate 31.

また、反応基板31は、加熱部32や光検出部36やフィルター膜37等と脱着可能としてもよい。あるいは、図示はしないが、反応基板31と加熱部32とを一体構造とし、これを脱着可能としてもよい。   The reaction substrate 31 may be detachable from the heating unit 32, the light detection unit 36, the filter film 37, and the like. Or although not shown in figure, the reaction substrate 31 and the heating part 32 are made into integral structure, and this may be made removable.

加熱部32は、反応基板31内の各反応領域A1を加熱する。これにより反応領域A1の温度制御を個別に行なう。更に、熱干渉検出部321も夫々備えていることで、加熱部32の加熱制御を高精度で行なうことができる。前記加熱部32により、前記反応領域A1ごとに加熱温度と加熱時間を個別に制御することで、前記反応領域A1内の増幅反応等をより高精度で制御できる。この加熱32(及び熱干渉検出部321等)の構成については、前述した構成を適宜採用することができる。   The heating unit 32 heats each reaction region A1 in the reaction substrate 31. Thereby, the temperature control of the reaction zone A1 is performed individually. Furthermore, since the thermal interference detection unit 321 is also provided, the heating control of the heating unit 32 can be performed with high accuracy. By controlling the heating temperature and the heating time for each reaction region A1 by the heating unit 32, the amplification reaction and the like in the reaction region A1 can be controlled with higher accuracy. As the configuration of the heating 32 (and the thermal interference detection unit 321 and the like), the configuration described above can be adopted as appropriate.

本発明では、反応領域A1の温度制御を行なうためにペルチェ素子33を備えることが望ましい。ペルチェ素子で反応領域A1全体の温度制御を行ない、各加熱部32において各反応領域A1の温度をより精密に制御することができる。これにより、各反応領域A1の微小な温度のばらつきやズレ等を正確に制御できる。このようにペルチェ素子33を設けることで、温度制御を容易に行うことができる。その結果、高精度の温度制御を行なうことができる。   In the present invention, it is desirable to provide the Peltier element 33 in order to control the temperature of the reaction region A1. The temperature of the entire reaction region A1 can be controlled by the Peltier element, and the temperature of each reaction region A1 can be controlled more precisely in each heating unit 32. Thereby, it is possible to accurately control minute temperature variations and deviations in the reaction regions A1. Thus, by providing the Peltier element 33, temperature control can be performed easily. As a result, highly accurate temperature control can be performed.

例えば、PCR装置等として供されるような従来の反応処理装置には、サーマルサイクラー等による温度制御を行なうものもあり、これに関してグラディエント機構が付加されている場合もある。しかし、各反応領域中の試料の温度制御を個別かつ高精度にできないという問題等がある。これに対して、本発明に係る反応処理装置では、各反応領域A1にそれぞれ加熱部32を設け、更に熱干渉検出部321も備えることでこのような問題も解決することができる。   For example, some conventional reaction processing apparatuses such as a PCR apparatus perform temperature control using a thermal cycler or the like, and a gradient mechanism may be added to this. However, there is a problem that the temperature control of the sample in each reaction region cannot be performed individually and with high accuracy. On the other hand, in the reaction processing apparatus according to the present invention, such a problem can be solved by providing each of the reaction regions A1 with the heating unit 32 and further including the thermal interference detection unit 321.

一例として、上記のPCR反応を反応処理装置3で行なう場合には、PCRサイクルとして「熱変性、アニーリング(プライマーのハイブリダイゼーション)、伸長反応」のステップに応じて温度制御を行なう必要がある。例えば、予め、反応領域A1内の温度をPCRサイクルの最低温度(例えば、55℃)に維持しておくことができる。そして、ペルチェ素子33よって反応領域A1全体の温度サイクルを制御し、更に各加熱部32によって各反応領域A1の温度のばらつきやズレを個別に補正・制御することができる。このように反応領域A1全体の温度制御と、各反応領域A1個別の温度制御をそれぞれ行なうことで、より正確な温度制御を行なうことができる。   As an example, when the PCR reaction is performed by the reaction processing apparatus 3, it is necessary to control the temperature according to the steps of “thermal denaturation, annealing (primer hybridization), extension reaction” as a PCR cycle. For example, the temperature in the reaction region A1 can be maintained in advance at the lowest temperature of the PCR cycle (for example, 55 ° C.). The temperature cycle of the entire reaction region A1 can be controlled by the Peltier element 33, and the temperature variation and deviation of each reaction region A1 can be individually corrected and controlled by each heating unit 32. Thus, more accurate temperature control can be performed by performing temperature control of the whole reaction region A1 and temperature control of each reaction region A1.

そして、本発明では、前記複数の反応領域A1全てに特定波長の光L1を照射可能な光学手段として、光源34や、各反応領域A1に光L1,L2を導入するための導光板35を用いることができる。   In the present invention, the light source 34 and the light guide plate 35 for introducing the light L1 and L2 into each reaction region A1 are used as optical means capable of irradiating the light L1 having a specific wavelength to all of the plurality of reaction regions A1. be able to.

光源34は、特定波長の光を発光するものであればよく、その種類は特に限定されないが、好適には、白色もしくは単色のLEDやLDを用いることが望ましい。これにより、不要な紫外線や赤外線を含まない光を簡便に得ることができる。そして、光源34の設置場所や光源数については特に限定されない。即ち、図示はしないが、各反応領域A1に対応するように光源34を複数設け、各光源34が対応するそれぞれの反応領域A1に向かって光L1,L2を直接照射する構造としてもよい。この場合、例えば、各反応領域A1を光源34で直接照射できるため、光量をより多くとることや光量を個別に制御してすべての反応領域Aへ光L1,L2の照射を均一に行うことができる。   The light source 34 is not particularly limited as long as it emits light of a specific wavelength, and it is preferable to use a white or monochromatic LED or LD. Thereby, the light which does not contain an unnecessary ultraviolet-ray and infrared rays can be obtained easily. And the installation location of the light source 34 and the number of light sources are not particularly limited. That is, although not shown, a plurality of light sources 34 may be provided so as to correspond to each reaction region A1, and light L1 and L2 may be directly irradiated toward each reaction region A1 corresponding to each light source 34. In this case, for example, since each reaction area A1 can be directly irradiated with the light source 34, it is possible to uniformly irradiate all the reaction areas A with light L1 and L2 by taking a larger amount of light and individually controlling the amount of light. it can.

導光板35は、光源34から発せられる光L1を反応基板31内の各反応領域A1に導くためのものである。前記導光板35内部のスペーサー351に光源34から発せられる光L1が導入される。そして、前記導光板35上部には反射膜352が設けられており、例えば、ダイクロックミラー等を用いることで反応基板31へ光L2を導入することができる。   The light guide plate 35 is for guiding the light L <b> 1 emitted from the light source 34 to each reaction region A <b> 1 in the reaction substrate 31. Light L <b> 1 emitted from the light source 34 is introduced into the spacer 351 inside the light guide plate 35. A reflective film 352 is provided on the light guide plate 35, and the light L2 can be introduced into the reaction substrate 31 by using, for example, a dichroic mirror.

また、本発明では、導光板35の底部に、前記光L1,L2の波長光のみを透過するフィルター膜353を設けることが望ましい。これにより、光源34から発せられる光から光L2を効率よく取り出し、反応領域A1へ導くことができる。このフィルター膜353としては、例えば偏光フィルター等を用いることもできる。   Further, in the present invention, it is desirable to provide a filter film 353 that transmits only the light beams L1 and L2 at the bottom of the light guide plate 35. Thereby, the light L2 can be efficiently extracted from the light emitted from the light source 34 and guided to the reaction region A1. As the filter film 353, for example, a polarizing filter can be used.

光検出部36は、反応領域A1に照射された光L1,2に応答して発せられる測定対象光L3を検出する。例えば、蛍光測定を行う場合であれば、励起することで発せられる蛍光を検出・測定する。本発明では、前記光検出部36の構成等については限定されず、例えば、フォトダイオードを用いることができる。   The light detection unit 36 detects the measurement target light L3 emitted in response to the lights L1 and 2 irradiated to the reaction region A1. For example, in the case of performing fluorescence measurement, fluorescence emitted by excitation is detected and measured. In the present invention, the configuration of the light detection unit 36 is not limited, and for example, a photodiode can be used.

光検出部36は、加熱部32と同じ基板上に形成されているが、異なる基板に形成されてもよいし、加熱部32と光検出部36とが積層された状態であってもよい。   The light detection unit 36 is formed on the same substrate as the heating unit 32, but may be formed on a different substrate, or the heating unit 32 and the light detection unit 36 may be stacked.

本発明では、各反応領域A1とこれに対応する各光検出部36との間に、前記測定対象光L3の波長光のみを透過するフィルター膜37を設けることが望ましい。所定の波長光のみを透過するフィルター膜37を、反応領域A1と光検出部36との間に設けることで、検出した測定対象光L3を効率よく取り出すことができるため、より高精度の分析を行なうことができる。このフィルター膜37としては、例えば偏光フィルター等を用いることができる。   In the present invention, it is desirable to provide a filter film 37 that transmits only the wavelength light of the measurement target light L3 between each reaction region A1 and each corresponding light detection unit 36. By providing a filter film 37 that transmits only light of a predetermined wavelength between the reaction region A1 and the light detection unit 36, the detected measurement target light L3 can be efficiently extracted, so that a more accurate analysis can be performed. Can be done. As the filter film 37, for example, a polarizing filter or the like can be used.

このように、本発明に係る反応処理装置3は光検出部36を有するため、リアルタイムの解析が可能となる。そして、光検出部36を各反応領域A1に対応して個別に設けることで、反応領域A1ごとに個別かつ高精度の検出が可能となる。   Thus, since the reaction processing apparatus 3 according to the present invention has the light detection unit 36, real-time analysis is possible. And the light detection part 36 is individually provided corresponding to each reaction area | region A1, and it becomes possible for each reaction area | region A1 to detect individually and with high precision.

そして、加熱部32や光検出部36を、測定基板38上に設けることができる。また、本発明では、前記測定基板38を設ける位置は、前記加熱部32や前記光検出部36の下方に限定されず、適宜好適な場所に設けることができる。本発明で用いられる前記測定基板38の材料等については、特に限定されず、例えばガラス製基板や種々の樹脂製基板等を用いることができる。   The heating unit 32 and the light detection unit 36 can be provided on the measurement substrate 38. In the present invention, the position where the measurement substrate 38 is provided is not limited to the position below the heating unit 32 or the light detection unit 36, and can be appropriately provided at a suitable location. The material of the measurement substrate 38 used in the present invention is not particularly limited, and for example, a glass substrate or various resin substrates can be used.

更に、本発明に係る反応処理装置においては、光透明性を有するTFT基板を用いることが望ましい。例えば、光検出によって所定反応(例えば、生体反応等)をセンシングする際には、反応領域近傍に光検出部を構成するためには、光透明性を有するTFT基板に構成するほうが、所望の測定対象光(例えば、蛍光検出)を遮断する要因を抑えることができる。そして、光検出部の構成レイアウトに対する制限も緩和されるので、装置デバイスとしてのコンパクト化にも大きく貢献することができる。更に、TFT基板において熱制御を実行する回路構成とする際には、例えば、カレントミラー回路やカレントコピー回路等を形成することで、(各熱源の)特性のばらつきを抑制して、高精度に発熱量を供給する電流制限を実現できる、という利点も成立させることができる。   Furthermore, in the reaction processing apparatus according to the present invention, it is desirable to use a TFT substrate having optical transparency. For example, when sensing a predetermined reaction (for example, a biological reaction) by photodetection, in order to construct a photodetection unit in the vicinity of the reaction region, it is more desirable to configure a TFT substrate having optical transparency. Factors that block the target light (for example, fluorescence detection) can be suppressed. And since the restriction | limiting with respect to the structure layout of a photon detection part is relieve | moderated, it can contribute greatly also to compactization as an apparatus device. Furthermore, when a circuit configuration for executing thermal control on a TFT substrate is used, for example, by forming a current mirror circuit, a current copy circuit, or the like, variation in characteristics (of each heat source) can be suppressed and high accuracy can be achieved. The advantage that the current limitation for supplying the calorific value can be realized can also be realized.

通常、加熱手段としての薄膜トランジスタ基板(TFT基板)の上部や下部において、蛍光等の測定対象光を検出する場合には、光透過性を有し、かつ比較的大型の透明絶縁基板上にヒータマトリクスを構成すること等が考えられる。これは製造コストや製造プロセスの面で優れているという利点は有している。しかし、TFTは単結晶の半導体素子と比較して、より製造ばらつきや経時変化が大きいといった問題がある。しかしながら、本発明に係る反応処理装置では、熱干渉等を考慮した温度制御が可能であるため、このような問題についても解決することができる。   Usually, when light to be measured such as fluorescence is detected on the upper and lower portions of a thin film transistor substrate (TFT substrate) as a heating means, a heater matrix is formed on a relatively large transparent insulating substrate having light transmittance. It can be considered to constitute This has the advantage of being excellent in terms of manufacturing cost and manufacturing process. However, the TFT has a problem that manufacturing variation and change with time are larger than those of a single crystal semiconductor element. However, since the reaction processing apparatus according to the present invention can perform temperature control in consideration of thermal interference and the like, such a problem can be solved.

図5は、本発明に係る反応処理装置の第4実施形態を側面視した概念図である。以下、既に述べた各実施形態との相違点を中心に説明し、共通する部分についてはその説明を割愛する。   FIG. 5 is a conceptual view of a fourth embodiment of the reaction processing apparatus according to the present invention as viewed from the side. Hereinafter, differences from the above-described embodiments will be mainly described, and descriptions of common parts will be omitted.

図5において符号4で示された反応処理装置は、反応基板41と、前記反応基板41を加熱する加熱部42と、ペルチェ素子43と、光源44と、前記反応基板41に光L1,L2を導く導光板45と、測定対象光L3を検出する光検出部46と、測定基板47と、を備えている。そして、加熱部42は、熱干渉検出部421を備えている。   The reaction processing apparatus indicated by reference numeral 4 in FIG. 5 includes a reaction substrate 41, a heating unit 42 for heating the reaction substrate 41, a Peltier element 43, a light source 44, and light L1 and L2 on the reaction substrate 41. The light guide plate 45 to guide, the light detection part 46 which detects the measurement object light L3, and the measurement board | substrate 47 are provided. The heating unit 42 includes a thermal interference detection unit 421.

この反応処理装置4は、反応領域A2ごとに加熱部42や光検出部46を備えている点では、第3実施形態等と共通する。しかし、光L2を反応基板41の下方から照射して、反応領域A2内で反射させて測定対象光L3を検出する点等で相違する。ここで、反応領域A2の形状は、前記測定対象光L3を反射させるために曲面部分を有している。   This reaction processing apparatus 4 is common to the third embodiment and the like in that a heating unit 42 and a light detection unit 46 are provided for each reaction region A2. However, there is a difference in that the measurement target light L3 is detected by irradiating the light L2 from below the reaction substrate 41 and reflecting it within the reaction region A2. Here, the shape of the reaction region A2 has a curved surface portion for reflecting the measurement target light L3.

反応処理装置4では、光源44から発せられる光L1が、導光板45によって反応領域A2に照射される。導光板45では、スペーサー451を光L1が通過し、反射膜452とフィルター膜453により反応基板41に光L2が導入される。そして、この光L2が反応領域A2内の反応液中の試料等に照射されることで測定対象光L3を発する。この測定対象光L3は反応領域A2内の壁面で反射して、反応領域A2下方に設けられた光検出部46で検出・測定される。   In the reaction processing apparatus 4, the light L <b> 1 emitted from the light source 44 is irradiated to the reaction region A <b> 2 by the light guide plate 45. In the light guide plate 45, the light L 1 passes through the spacer 451, and the light L 2 is introduced into the reaction substrate 41 by the reflective film 452 and the filter film 453. And the measurement object light L3 is emitted by irradiating the sample etc. in the reaction liquid in reaction area | region A2 with this light L2. The measurement target light L3 is reflected by the wall surface in the reaction region A2, and is detected and measured by the light detection unit 46 provided below the reaction region A2.

いままで述べた本発明に係る反応処理装置は、複数の反応領域において高精度の温度制御が可能であるため、幅広い用途に用いることができ、例えば、種々の化学反応や生化学反応等を行いうる反応処理装置として用いることができる。そのなかでも、特に、遺伝子増幅反応を行なうための反応処理装置として好適に用いることができる。   The reaction treatment apparatus according to the present invention described so far can be used in a wide range of applications because it can control the temperature with high accuracy in a plurality of reaction regions. For example, it performs various chemical reactions and biochemical reactions. It can be used as a possible reaction processing apparatus. Among these, in particular, it can be suitably used as a reaction processing apparatus for performing a gene amplification reaction.

遺伝子増幅反応を行なうには、目的とする遺伝子を増幅させる必要があるが、この際に高い精度の温度制御が要求される。温度制御が不十分であれば、目標とする遺伝子以外のものが増幅されたり、均一な増幅率が得られないといった問題が起こりうる。これに対して、本発明に係る反応処理装置によれば、高精度の温度制御を行なうことができ、かつ網羅的解析も可能であり、必要とする試料の小容量化等にも貢献できるため好適である。   In order to carry out the gene amplification reaction, it is necessary to amplify the target gene. At this time, highly accurate temperature control is required. If the temperature control is insufficient, problems other than the target gene may be amplified or a uniform amplification rate may not be obtained. In contrast, according to the reaction processing apparatus of the present invention, high-precision temperature control can be performed, comprehensive analysis is possible, and it is possible to contribute to the reduction of the required sample volume. Is preferred.

本発明において遺伝子増幅反応として種々の方法を行いうることができるが、とりわけPCR(polymerase chain reaction)法による場合に好適に用いることができる。PCR法は、少量のDNAを増幅する手法であるが、耐熱性のDNA合成酵素を用い,加熱によって,基質であるDNAの構造が変化することを利用して反応を行う。例えば、(1)増幅させたい目標DNA、(2)目標DNAと特異的に結合する少なくとも2種のオリゴヌクレオチドプライマ−、(3)緩衝液、(4)酵素、(5)dATP,dCTP,dGTP,dTTPのようなデオキシリボヌクレオチド三リン酸、等を用い、「熱変性→アニーリング(プライマーのハイブリダイゼーション)→伸長反応」のサイクルを繰り返すことで、前記目標DNAを所望する量まで増幅させること等ができる。   In the present invention, various methods can be performed as a gene amplification reaction, and in particular, it can be suitably used in the case of a PCR (polymerase chain reaction) method. The PCR method is a method for amplifying a small amount of DNA, and uses a heat-resistant DNA synthase to perform the reaction by utilizing the fact that the structure of DNA as a substrate is changed by heating. For example, (1) target DNA to be amplified, (2) at least two oligonucleotide primers that specifically bind to the target DNA, (3) buffer, (4) enzyme, (5) dATP, dCTP, dGTP , By using a deoxyribonucleotide triphosphate such as dTTP, etc., and repeating the cycle of “thermal denaturation → annealing (primer hybridization) → extension reaction” to amplify the target DNA to a desired amount, etc. it can.

この際、遺伝子増幅を高精度に制御するためには、反応温度の制御が重要となる。また、いわゆるRT−PCR反応(Reverse Transcriptase Polymerase Chain Reaction;逆転写ポリメラーゼ連鎖反応)等についても同様に行うことができるのも勿論である。   At this time, in order to control gene amplification with high accuracy, control of the reaction temperature is important. Of course, a so-called RT-PCR reaction (Reverse Transcriptase Polymerase Chain Reaction) can be performed in the same manner.

PCR法では、「95℃(熱変性)→55℃(プライマーのハイブリダイゼーション)→72℃(DNA伸長)」といった温度サイクルを行うが、このサイクル毎に、各反応領域内のcDNAは2倍量に増幅されていく。そして、各反応領域にそれぞれ設置された加熱部32によって、各反応領域内の温度を設計したプライマー反応の最適値に制御できる。また、プライマーのハイブリダイゼーション時間やポリメラーゼ反応時間も制御できるため、不要な反応副産物の生成も制御できる。その結果、各反応領域内の遺伝子(cDNA)の増幅率を一定に揃えることができるため、精度のよいPCR反応を行なうことができる。   In the PCR method, a temperature cycle of “95 ° C. (thermal denaturation) → 55 ° C. (primer hybridization) → 72 ° C. (DNA extension)” is performed, and for each cycle, the amount of cDNA in each reaction region is doubled. It will be amplified. And the temperature in each reaction region can be controlled to the optimal value of the designed primer reaction by the heating part 32 installed in each reaction region. In addition, since the primer hybridization time and the polymerase reaction time can be controlled, generation of unnecessary reaction byproducts can also be controlled. As a result, since the amplification rate of the gene (cDNA) in each reaction region can be made constant, a highly accurate PCR reaction can be performed.

即ち、本発明によれば、各反応領域の反応温度を個別に制御することで各反応領域における核酸の増幅率の違いも補正できる。これにより、各反応領域における核酸増幅反応の反応効率を一定に揃えることができる。その結果、複数の反応領域で複数の核酸増幅反応を行う場合であっても、一の検量線により各反応領域での核酸の増幅量を定量的に知ることができる。従って、本発明に係る核酸増幅装置では発現量の定量的な解析ができる。   That is, according to the present invention, the difference in nucleic acid amplification rate in each reaction region can be corrected by individually controlling the reaction temperature in each reaction region. Thereby, the reaction efficiency of the nucleic acid amplification reaction in each reaction region can be made constant. As a result, even when a plurality of nucleic acid amplification reactions are performed in a plurality of reaction regions, the amount of nucleic acid amplification in each reaction region can be quantitatively known from one calibration curve. Therefore, the nucleic acid amplification apparatus according to the present invention can quantitatively analyze the expression level.

更に、所定の核酸増幅反応を行なうにあたり、その適切な反応温度条件が未知である場合であっても、増幅反応の初期の結果から適切な反応温度をフィードバックすることで、核酸増幅反応の反応効率を一定に揃えることができる。まず、増幅反応開始から一定時間内において、その増幅量とその際の温度の相関関係を検出する。そして、その結果を加熱部の温度制御機構にフィードバックすることで、増幅反応を行なうための適切な反応温度条件を決定することができる。   Furthermore, even when the appropriate reaction temperature condition is unknown when performing a predetermined nucleic acid amplification reaction, the reaction efficiency of the nucleic acid amplification reaction is fed back by feeding back the appropriate reaction temperature from the initial result of the amplification reaction. Can be made constant. First, the correlation between the amount of amplification and the temperature at that time is detected within a fixed time from the start of the amplification reaction. Then, by feeding back the result to the temperature control mechanism of the heating unit, it is possible to determine an appropriate reaction temperature condition for performing the amplification reaction.

一般的なリアルタイムPCR装置では、「熱変性→アニーリング→伸長反応」からなるサイクルを30サイクル程度行なうために25〜30分の反応時間を要する。その際、約2℃/秒の温度制御を行っている。これに対して、本発明の装置では、20℃以上/秒の温度制御が可能であるため、1サイクルあたり40秒程度の時間短縮が可能となり、30サイクル全体ではおよそ25分以下の反応時間が達成できる。   In a general real-time PCR apparatus, a reaction time of 25 to 30 minutes is required to perform about 30 cycles consisting of “thermal denaturation → annealing → extension reaction”. At that time, the temperature is controlled at about 2 ° C./second. On the other hand, in the apparatus of the present invention, the temperature can be controlled at 20 ° C. or more / second, so the time can be shortened by about 40 seconds per cycle, and the reaction time of about 25 minutes or less in the entire 30 cycles. Can be achieved.

また、本発明によれば、反応領域ごとに加熱部と光検出部とを設置することもできるため(図4,5等参照)、各反応領域を独立して加熱温度・加熱時間を制御でき、かつ個別に検出することができる。これにより、遺伝子等の発現量等についても、短時間でありながら高精度かつリアルタイムで解析することができる。   In addition, according to the present invention, since a heating unit and a light detection unit can be installed for each reaction region (see FIGS. 4 and 5 etc.), the heating temperature and the heating time can be controlled independently for each reaction region. And can be detected individually. As a result, the expression level of genes and the like can be analyzed with high accuracy and in real time in a short time.

本発明に係る反応処理装置の第1実施形態の概念図である。1 is a conceptual diagram of a first embodiment of a reaction processing apparatus according to the present invention. 本発明において用いられる加熱部の構成を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the structure of the heating part used in this invention. 本発明に係る反応処理装置の第2実施形態の概念図である。It is a conceptual diagram of 2nd Embodiment of the reaction processing apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る反応処理装置の第3実施形態の概略側面図である。It is a schematic side view of 3rd Embodiment of the reaction processing apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る反応処理装置の第4実施形態の概略側面図である。It is a schematic side view of 4th Embodiment of the reaction processing apparatus which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,2,3,4 反応処理装置
31,41 反応基板
32,42 加熱部
321,421 熱干渉検出部
33,43 ペルチェ素子
34,44 光源
35,45 導光板
36,46 光検出部
37 フィルター膜
38,47 測定基板
H 熱源
Hs 測温体
S 測温体
A 反応領域
1, 2, 3, 4 Reaction processing device 31, 41 Reaction substrate 32, 42 Heating unit 321, 421 Thermal interference detection unit 33, 43 Peltier element 34, 44 Light source 35, 45 Light guide plate 36, 46 Light detection unit 37 Filter film 38, 47 Measurement board H Heat source Hs Temperature sensor S Temperature sensor A Reaction region

Claims (7)

複数の反応領域と、該反応領域ごとに設けられた加熱部と、を備え、
前記加熱部は、
熱源と、
反応領域間の熱干渉を検出する熱干渉検出部と、
前記熱干渉検出部により検出された温度情報に基づいて、前記熱源の加熱量を制御する加熱制御手段と、
を少なくとも備える反応処理装置。
A plurality of reaction regions, and a heating unit provided for each reaction region,
The heating unit is
A heat source,
A thermal interference detector for detecting thermal interference between reaction regions;
Heating control means for controlling the heating amount of the heat source based on the temperature information detected by the thermal interference detector;
A reaction processing apparatus comprising at least
前記熱干渉検出部は、隣接する反応領域間に配置された測温体によって、前記反応領域間の熱干渉を検出することを特徴とする請求項1記載の反応処理装置。   The reaction processing apparatus according to claim 1, wherein the thermal interference detection unit detects thermal interference between the reaction regions by a temperature measuring body arranged between adjacent reaction regions. 前記複数の反応領域と、該反応領域に対応する加熱部とがマトリクス状に夫々配置され、
前記加熱部の各熱源は、走査線とデータ線とに接続された発熱体であり、該発熱体は順次走査されることで発熱可能であり、かつ
前記加熱部の各測温体は、対応する前記発熱体のスキャン方向側に夫々配置されていることを特徴とする請求項2記載の反応処理装置。
The plurality of reaction regions and the heating parts corresponding to the reaction regions are arranged in a matrix, respectively.
Each heat source of the heating unit is a heating element connected to a scanning line and a data line, and the heating element can generate heat by sequentially scanning, and each temperature measuring body of the heating unit corresponds to The reaction processing apparatus according to claim 2, wherein each of the heating elements is arranged on a scanning direction side.
前記測温体は、PINダイオードを少なくとも備えていることを特徴とする請求項3記載の反応処理装置。   4. The reaction processing apparatus according to claim 3, wherein the temperature measuring body includes at least a PIN diode. 前記加熱部は、前記反応領域の温度を測定する温度検出部を更に備え、前記加熱制御手段は、前記熱干渉検出部により検出された温度情報と、前記温度検出部により検出された温度情報と、に基づいて、前記熱源の加熱量を制御することを特徴とする請求項1記載の反応処理装置。   The heating unit further includes a temperature detection unit that measures the temperature of the reaction region, and the heating control unit includes temperature information detected by the thermal interference detection unit, and temperature information detected by the temperature detection unit. The reaction processing apparatus according to claim 1, wherein the heating amount of the heat source is controlled based on the above. 前記反応領域に対して所定波長の光を照射する光学手段と、
前記光の照射により発生する測定対象光を検出可能である光検出部と、
を更に備えることを特徴とする請求項1記載の反応処理装置。
Optical means for irradiating the reaction region with light of a predetermined wavelength;
A light detection unit capable of detecting the measurement target light generated by the light irradiation;
The reaction processing apparatus according to claim 1, further comprising:
前記反応領域において遺伝子増幅反応が行われる遺伝子増幅装置であることを特徴とする請求項6記載の反応処理装置。   The reaction processing apparatus according to claim 6, wherein the reaction processing apparatus is a gene amplification apparatus that performs a gene amplification reaction in the reaction region.
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