JP2014020884A - Temperature controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、試料の分析に用いる温調ブロックの温度を制御する温度制御装置に関する。 The present invention relates to a temperature control device for controlling the temperature of a temperature control block used for analyzing a sample.
温度センサの固定は、流体である熱伝導性グリースを穴に流し込んだ後、当該穴に温度センサを挿入することにより行う。温度センサ挿入後、シリコンを主成分とする硬化型接着剤でセンサ固定穴出口を封止する方法が一般的に採用されている。 The temperature sensor is fixed by pouring a thermal conductive grease, which is a fluid, into the hole and then inserting the temperature sensor into the hole. A method of sealing the sensor fixing hole outlet with a curable adhesive mainly composed of silicon after insertion of the temperature sensor is generally employed.
この温度センサ固定法の難点は、熱伝導性グリースが流体であるため、センサ固定部より漏れが発生する可能性があることである。温度センサを固定する部位は装置において温度調節を行う箇所である。更に、温度制御範囲が１００℃を超す場合や、温度の加熱冷却を繰り返す場合には接着剤と被接着物との接着力が低下し、接着界面が剥がれ、その隙間より熱伝導性グリースが漏れ出す事故が発生する。グリース漏れを防止するための特許については特許文献１に記載されている。特許文献１においては潤滑油などの流体をシール部材により密封している。 The difficulty of this temperature sensor fixing method is that there is a possibility of leakage from the sensor fixing portion because the thermally conductive grease is a fluid. The part where the temperature sensor is fixed is the part where the temperature is adjusted in the apparatus. Furthermore, when the temperature control range exceeds 100 ° C. or when heating and cooling of the temperature are repeated, the adhesive force between the adhesive and the adherend decreases, the adhesive interface peels off, and the thermal conductive grease leaks from the gap. An accident occurs. A patent for preventing grease leakage is described in Patent Document 1. In Patent Document 1, a fluid such as lubricating oil is sealed by a seal member.
しかしながら、特許文献１では、シール部材は流体である潤滑油と接触しているため、軸受駆動時の応力により生じる機械的隙間からの流体漏洩の可能性があり得る。 However, in Patent Document 1, since the seal member is in contact with the lubricating oil that is a fluid, there is a possibility of fluid leakage from a mechanical gap caused by stress during driving of the bearing.
本発明は、温度センサの固定に用いるグリースの漏れ出しを防止する、温度制御装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a temperature control device that prevents leakage of grease used for fixing a temperature sensor.
本発明の温度制御装置は、分析中に試料の温調に用いる温調ブロックと、温調ブロックの温度を計測する温度センサと、温調ブロックの温度制御を行う温調部材と、温度センサに接続された配線とを有する、温度制御装置であって、温調ブロックは、内部が空洞であり、内部に温度センサを挿入する開口部を有しており、温調センサは温調ブロックの内部に熱伝導性を有する液体で閉じ込められており、開口部は接着剤で封止されており、液体と接着剤は、互いに離れて配されている。 The temperature control device of the present invention includes a temperature control block used for temperature control of a sample during analysis, a temperature sensor that measures the temperature of the temperature control block, a temperature control member that controls the temperature of the temperature control block, and a temperature sensor. A temperature control device having a connected wiring, wherein the temperature control block is hollow and has an opening for inserting the temperature sensor therein, and the temperature control sensor is provided inside the temperature control block. The opening is sealed with an adhesive, and the liquid and the adhesive are arranged apart from each other.
これにより接着剤に対して熱伝導性を有する液体の接触を防止することが可能となる。それゆえ、接着剤の接着力の低下を防止することができる。結果として、熱伝導性を有する液体の漏れを防止することができる。 This makes it possible to prevent the liquid having thermal conductivity from contacting the adhesive. Therefore, it is possible to prevent a decrease in the adhesive strength of the adhesive. As a result, leakage of liquid having thermal conductivity can be prevented.
水冷方式によるフローチップの温度制御を行うことで遺伝子の塩基配列解析を行う装置について図１を用いて以下に説明する。 An apparatus for analyzing a base sequence of a gene by controlling the temperature of a flow chip by a water cooling method will be described below with reference to FIG.
本装置の光学系は落射蛍光顕微鏡とほぼ同一である。キセノンランプ光源１１１から発せられた白色光はリキッドライトガイド１１２を経て、ターレット１１３に導入される。リキッドライトガイド１１２は柔軟性に富み、狭い装置庫内でのフレキシブルな光学配置を可能にするという特徴を持つ。ターレット１１３は４種類の蛍光色素に対応する蛍光キューブ１２１、１２２、１２３、１２４が搭載されている。それぞれの蛍光キューブ１２１、１２２、１２３、１２４には蛍光を検出するために最適化されたバンドパスフィルタ、ダイクロイックミラー、エミッションフィルタが保持されている。バンドパスフィルタを経ることにより計測に必要な波長帯域が選択される。更に光はダイクロイックミラーにより下方に反射される。光は２０倍の対物レンズ１１４によりフローチップ１０５上の反応場に集光され、蛍光物質を励起する。発せられた蛍光は再び対物レンズ１１４により集光される。更に蛍光はダイクロイックミラーを経てエミッションフィルタにより励起光の迷光および散乱光を除去し、計測したい蛍光のみを通過させる。 The optical system of this device is almost the same as that of an epifluorescence microscope. White light emitted from the xenon lamp light source 111 is introduced into the turret 113 through the liquid light guide 112. The liquid light guide 112 is rich in flexibility and has a feature that enables a flexible optical arrangement in a narrow apparatus cabinet. The turret 113 is equipped with fluorescent cubes 121, 122, 123, and 124 corresponding to four types of fluorescent dyes. Each fluorescent cube 121, 122, 123, 124 holds a band pass filter, a dichroic mirror, and an emission filter optimized for detecting fluorescence. A wavelength band necessary for measurement is selected through a band pass filter. Further, the light is reflected downward by the dichroic mirror. The light is condensed on the reaction field on the flow chip 105 by the 20 × objective lens 114 to excite the fluorescent substance. The emitted fluorescence is collected again by the objective lens 114. Further, the fluorescence passes through the dichroic mirror and the excitation filter removes the stray light and scattered light of the excitation light, and passes only the fluorescence to be measured.
ＣＣＤカメラ１１７直前には集光レンズ１１６が配置され、ここで平行光はＣＣＤカメラ１１７の受光面に集光され、像を結ぶ。なお対物レンズ１１４を保持するＺモータ１１５はフローチップ１０５上の反応場に焦点を合わせる機能を持つ。ＣＣＤカメラ１１７の画像取り込みタイミングおよびＺモータ７２７によるフォーカシングは制御用ＰＣ１１８により制御される。 A condensing lens 116 is disposed immediately before the CCD camera 117, and the parallel light is condensed on the light receiving surface of the CCD camera 117 to form an image. The Z motor 115 that holds the objective lens 114 has a function of focusing on the reaction field on the flow chip 105. The image capturing timing of the CCD camera 117 and the focusing by the Z motor 727 are controlled by the control PC 118.
チップホルダはヒートブロック１０４とヒートシンク１０２と、その間に挟まれたペルチェ素子１３１により構成される。ペルチェ素子１３１はヒートブロック１０４の加熱・冷却を行う。温度の制御範囲は７５℃から１０℃である。ペルチェ素子１３１の駆動に伴い発生する熱はヒートシンク１０２内を循環する不凍液により回収される。不凍液はラジエータ１０３に送られる。ラジエータ１０３には冷却空冷ファンが設置されている。冷却空冷ファンはペルチェ素子１３１の駆動により加熱あるいは冷却された不凍液をラジエータ１０３による熱交換を介して室温に保つという効果を持つ。ラジエータ１０３を経て室温に戻った不凍液はタンク内に注がれ、再びポンプに流入する。不凍液は更にチップホルダのヒートシンク１０２内に循環を続け、ヒートシンク１０２の冷却を続ける。 The chip holder includes a heat block 104, a heat sink 102, and a Peltier element 131 sandwiched therebetween. The Peltier element 131 heats and cools the heat block 104. The temperature control range is 75 ° C to 10 ° C. The heat generated by driving the Peltier element 131 is recovered by the antifreeze circulating in the heat sink 102. The antifreeze is sent to the radiator 103. The radiator 103 is provided with a cooling air cooling fan. The cooling air cooling fan has an effect of keeping the antifreeze liquid heated or cooled by driving the Peltier element 131 at room temperature through heat exchange by the radiator 103. The antifreeze liquid that has returned to room temperature via the radiator 103 is poured into the tank and flows into the pump again. The antifreeze further continues to circulate in the heat sink 102 of the chip holder and continues to cool the heat sink 102.
ヒートシンク１０２を水冷方式により冷却する利点を以下に述べる。（１）空冷方式ではヒートシンク１０２の直下に冷却ファンを設置する必要があるが、これはフローチップ１０５内に固定された直径１μｍのビーズの振動を引き起こす。これは蛍光像から得られる信号のＳ／Ｎを低下させる。結果として蛍光信号を塩基配列に変換する際の精度を低下させる。水冷方式ではファンを光学検出中心部から遠方に設置できるため、この問題を克服することができる。（２）空冷方式ではヒートシンク１０２に放熱を促進するフィンを付加する必要がある。これにより空冷方式のヒートシンク１０２の高さは水冷方式と比較して高くなるため、ＸＹステージの駆動に伴う振動、ひいては蛍光像のぶれを引き起こし、最終的に塩基配列解読精度を劣化させる。水冷方式ではヒートシンクの高さを水冷方式と比較して低くできるため、ステージからのフローチップ設置位置も低くできる。これにより、振動を低減でき、塩基配列解読精度を向上できる。（３）空冷方式ではペルチェ素子１３１から発生する熱を光学検出中心部直下において排熱・排気する。これは光学検出中心部の部品の伸長を引き起こす。対物レンズ１１４の焦点深度は±１.７μｍである。金属の熱膨張率は約１０-5／℃であるため、高さ０.１ｍの部品における１℃の温度変化は１μｍの移動を引き起こす。これは焦点深度を超える場合があるため、これも信号の劣化を引き起こす。これに対し水冷方式では温度の上昇・加熱により発生した熱を光学検出部から遠方において排熱することができる。これにより光学系中心部の機械部品の伸長によるフォーカスずれを低減することが可能となる。 Advantages of cooling the heat sink 102 by the water cooling method will be described below. (1) In the air cooling system, it is necessary to install a cooling fan directly under the heat sink 102, but this causes vibration of beads having a diameter of 1 μm fixed in the flow chip 105. This reduces the S / N of the signal obtained from the fluorescent image. As a result, the accuracy in converting the fluorescence signal into the base sequence is reduced. In the water cooling method, this problem can be overcome because the fan can be installed far from the optical detection center. (2) In the air cooling system, it is necessary to add fins that promote heat dissipation to the heat sink 102. As a result, the height of the air-cooled heat sink 102 is higher than that of the water-cooled method, causing vibration associated with driving of the XY stage, and hence blurring of the fluorescent image, which ultimately degrades the base sequence decoding accuracy. In the water cooling method, the height of the heat sink can be made lower than that in the water cooling method, so the flow chip installation position from the stage can also be lowered. Thereby, vibration can be reduced and the base sequence decoding accuracy can be improved. (3) In the air cooling system, heat generated from the Peltier element 131 is exhausted and exhausted immediately below the optical detection center. This causes an extension of the optical detection center part. The focal depth of the objective lens 114 is ± 1.7 μm. Since the coefficient of thermal expansion of the metal is about 10 −5 / ° C., a 1 ° C. temperature change in a 0.1 m high part causes a 1 μm movement. Since this can exceed the depth of focus, this also causes signal degradation. On the other hand, in the water cooling method, the heat generated by the temperature rise / heating can be exhausted away from the optical detection unit. As a result, it is possible to reduce the focus shift due to the extension of the mechanical part at the center of the optical system.
また、チップホルダはフローチップ１０５を固定・保持し、塩基伸長反応を進行させるための化学反応の温度制御を行う機能を有している。ＸＹステージ１０１上には２つのフローチップ１０５が装着可能であり、１つのフローチップで伸長反応を行っている間にもう１つのフローチップ１０５を用いて光学検出を行う。塩基伸長反応を促進するためには正確な温度調節を行う必要がある。この温調機能を担うのがセルホルダであり、２つのフローチップ１０５の温度を独立に精度よく制御する。これらの構成によってフローチップ１０５内に固定された蛍光ビーズからの信号を高速に検出し、ハイスループットの塩基配列解析装置を実現することができる。 Further, the chip holder has a function of fixing and holding the flow chip 105 and controlling the temperature of the chemical reaction for allowing the base extension reaction to proceed. Two flow chips 105 can be mounted on the XY stage 101, and optical detection is performed using the other flow chip 105 while the extension reaction is performed with one flow chip. In order to promote the base extension reaction, it is necessary to adjust the temperature accurately. The cell holder is responsible for this temperature control function and controls the temperatures of the two flow chips 105 independently and accurately. With these configurations, a signal from the fluorescent beads fixed in the flow chip 105 can be detected at high speed, and a high-throughput base sequence analyzer can be realized.
次に計測装置に搭載されている温度調節装置であるチップホルダについてより図２を用いて詳細に説明する。 Next, the chip holder which is a temperature control device mounted on the measuring device will be described in detail with reference to FIG.
計測制御用ＰＣ２０９はチップホルダの温度を制御する。チップホルダ内には４枚のペルチェ素子が配置されている。ヒートブロック２０２には温度センサ２０４が４つ設置される。より具体的な設置方法はヒートブロック２０２内に機械加工により横穴を開け、その内部にサーマルグリースを充填後、温度センサ２０４を挿入する。サーマルグリースの漏洩を防止するため、横穴にセメダインを塗布する。ペルチェ素子１個について１つの温度センサ２０４を使用することにより、ペルチェそれぞれの出力に対する固有パラメータを決定することが可能となる。サーマルプロテクタ２０５、２０６は温度暴走を防止するためにヒートブロック２０２あるいはヒートシンク２０１にそれぞれ設置される。また、チップホルダ自体の帯電を防止するためにアース線２０７をヒートシンク２０１に設置する。 The measurement control PC 209 controls the temperature of the chip holder. Four Peltier elements are arranged in the chip holder. Four temperature sensors 204 are installed in the heat block 202. A more specific installation method is to make a horizontal hole in the heat block 202 by machining, fill the inside with thermal grease, and then insert the temperature sensor 204. Apply Cemedine to the side holes to prevent leakage of thermal grease. By using one temperature sensor 204 for each Peltier element, it is possible to determine the specific parameters for each Peltier output. The thermal protectors 205 and 206 are installed on the heat block 202 or the heat sink 201 to prevent temperature runaway. Further, a ground wire 207 is installed on the heat sink 201 in order to prevent charging of the chip holder itself.
次にヒートブロック２０２にグリースを充填し、温度センサ２０４を挿入し、接着剤によりグリースを封止する方法について図３を用いて以下に説明する。 Next, a method of filling the heat block 202 with grease, inserting the temperature sensor 204, and sealing the grease with an adhesive will be described below with reference to FIG.
ヒートブロック３０１には温度センサ３０７を固定するための横穴が形成されている。温度センサ３０７の熱応答性を向上させるためには、熱源であるペルチェ素子の中央部に温度センサ３０７を配置させる必要がある。ペルチェ素子の標準サイズは４０mm角であるため、固定穴は最低でも２０mm以上の長さが必要であり、本実施例における横穴の長さは２５mmである。また、ヒートブロック３０１の熱容量が小さいほど熱応答性の向上が期待できるため、ヒートブロックは可能な限り薄いことが望まれる。本実施例におけるヒートブロックの厚さは６mmであり、かつセンサ挿入部の穴の直径は２.５mm、温度センサ頭部の直径は２.２mmである。上述したように熱応答性の高い温調装置を製作するためには
１．可能な限り薄いヒートブロック３０１に横穴を形成する
２．ペルチェ素子中央に温度センサ３０７を配置する
３．温度センサ３０７の周囲を熱伝導性グリース３０３で満たす
必要がある。
A lateral hole for fixing the temperature sensor 307 is formed in the heat block 301. In order to improve the thermal responsiveness of the temperature sensor 307, it is necessary to dispose the temperature sensor 307 at the center of the Peltier element that is a heat source. Since the standard size of the Peltier element is 40 mm square, the fixing hole needs to have a length of at least 20 mm or more, and the length of the horizontal hole in this embodiment is 25 mm. Further, since the heat response can be improved as the heat capacity of the heat block 301 is smaller, it is desired that the heat block be as thin as possible. In this embodiment, the thickness of the heat block is 6 mm, the diameter of the hole of the sensor insertion part is 2.5 mm, and the diameter of the temperature sensor head is 2.2 mm. To manufacture a temperature control device with high thermal response as described above: 1. Form lateral holes in the heat block 301 that is as thin as possible. 2. A temperature sensor 307 is arranged at the center of the Peltier element. It is necessary to fill the periphery of the temperature sensor 307 with the heat conductive grease 303.
熱伝導性グリース３０３を充填した注射器３０２をヒートブロック３０１に密着させ、熱伝導性グリース３０３をヒートブロック３０１に注入する。φ０.１mmの空気穴３０４より熱伝導性グリース３０３が吐出されることを確認する。これは横穴に空気が滞留していないことを確認するために必要である。もし空気がグリース内に存在すると、加熱時に空気が膨張し、グリースを押し出す恐れがある。 The syringe 302 filled with the heat conductive grease 303 is brought into close contact with the heat block 301, and the heat conductive grease 303 is injected into the heat block 301. It is confirmed that the heat conductive grease 303 is discharged from the φ0.1 mm air hole 304. This is necessary in order to confirm that air does not stay in the side hole. If air is present in the grease, it can expand during heating and push out the grease.
次に吐出された熱伝導性グリース３０３をキムワイプなどで拭き取った後、ヒートブロック３０１の片面に熱伝導性シート３０５を貼りつける。この熱伝導性シートはヒートブロック３０１とペルチェ素子の熱伝導を向上させるものであり、熱伝導性グリースと同等の機能を有するが、作業性に優れるという利点を持っている。 Next, after the discharged thermal conductive grease 303 is wiped off with Kimwipe or the like, the thermal conductive sheet 305 is attached to one side of the heat block 301. This heat conductive sheet improves the heat conduction between the heat block 301 and the Peltier element, and has the same function as the heat conductive grease, but has the advantage of excellent workability.
その後、温度センサ３０７の先端がヒートブロック３０１の横穴の先端部まで接触するように温度センサ３０７を挿入する。温度センサ３０７挿入に伴って溢れ出た余剰な熱伝導性グリース３０３が付着したヒートブロック面取り部３０８についてはアルコールによる脱脂作業を入念に行う。これは油分が接着剤３０９と接着剤塗布部の間にコンタミすると接着力が低下し、熱伝導性グリースの漏れが発生するからである。 Thereafter, the temperature sensor 307 is inserted so that the tip of the temperature sensor 307 contacts the tip of the horizontal hole of the heat block 301. The heat block chamfered portion 308 to which the excess heat conductive grease 303 overflowed with the insertion of the temperature sensor 307 has been carefully degreased with alcohol. This is because if the oil content is contaminated between the adhesive 309 and the adhesive application part, the adhesive strength is reduced and leakage of the heat conductive grease occurs.
脱脂処理後、熱収縮チューブ３０６をヒートブロック面取り部３０８に押し当て、ドライヤで熱風をかける。熱収縮チューブ３０６は収縮し、温度センサ３０７のリード線の周囲に巻きつく。温度センサ３０７は２本のリード線から構成され、その材質はテフロン（Ｒ）である。一般に温度の検出は温度変化に伴う温度センサ内に抵抗の変化により計測される。そのため、温度センサのリード線は２本必要である。また、温度センサは−２００〜４００℃の範囲における温度下での計測が想定されるため、そのリード線にはテフロン（Ｒ）が用いられる。しかしながらテフロン（Ｒ）は接着剤との接着が弱く、接着剤を塗布しても完全に空間を密閉することは困難である。このため、２本のリード線間に生じた隙間を伝ってグリースが漏れる可能性がある。この現象が生じた場合にも熱収縮チューブ３０６を付加することにより、グリース漏れが発生した場合でもユーザーが直接漏れたグリースに接触することを防ぐことができる。 After the degreasing treatment, the heat shrinkable tube 306 is pressed against the heat block chamfered portion 308, and hot air is applied with a dryer. The heat shrink tube 306 shrinks and wraps around the lead of the temperature sensor 307. The temperature sensor 307 is composed of two lead wires, and the material thereof is Teflon (R). In general, temperature is detected by a change in resistance in a temperature sensor accompanying a change in temperature. Therefore, two lead wires for the temperature sensor are required. Further, since the temperature sensor is assumed to be measured at a temperature in the range of −200 to 400 ° C., Teflon (R) is used for the lead wire. However, Teflon (R) is weakly bonded to the adhesive, and it is difficult to completely seal the space even when the adhesive is applied. For this reason, the grease may leak through a gap formed between the two lead wires. Even when this phenomenon occurs, by adding the heat-shrinkable tube 306, it is possible to prevent the user from directly contacting the leaked grease even when a grease leak occurs.
また、漏れたグリースを顧客の目から覆い隠すという効果も有する。ドライヤを用いて熱収縮チューブ３０６を収縮させた後、ヒートブロック面取り部３０８に接着剤３０９を塗布する。接着剤３０９は注射器を用いて塗布され、その量は３０〜１００μＬであり、望ましくは７０μＬであることが望ましい。塗布後は接着剤の種類にもよるが、３−４８時間室温で静置する。本実施例においてはアクリル変性シリコン（アクリルとポリプロピレングリコールを主成分とする）を使用しているため、その理想的硬化時間は８時間である。 It also has the effect of covering the leaked grease from the customer's eyes. After shrinking the heat shrinkable tube 306 using a dryer, the adhesive 309 is applied to the heat block chamfered portion 308. The adhesive 309 is applied using a syringe, and the amount thereof is 30 to 100 μL, preferably 70 μL. After application, depending on the type of adhesive, leave it at room temperature for 3-48 hours. In this embodiment, acrylic modified silicon (based on acrylic and polypropylene glycol) is used, and therefore the ideal curing time is 8 hours.
以下、その他本発明の実施形態の複数のバリエーションについて、図面を用いて説明する。 Hereinafter, other variations of the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
次にヒートブロックについてグリースを充填し、温度センサを挿入し、接着剤によりグリースを封止する方法について図４を用いて以下に説明する。 Next, a method of filling the heat block with grease, inserting a temperature sensor, and sealing the grease with an adhesive will be described below with reference to FIG.
ヒートブロック６０１には熱伝導性グリース６０２が空気穴６０３を介して充填されている。ヒートブロック６０１のペルチェ素子接着面には熱伝導性シート６０４が貼られている。熱伝導性グリース６０２内には空気が混入しない状態で温度センサ６０５が挿入されている。接着剤塗布部６０９は面取りに加工されている。これは接着剤との接触面を増大させ、接着強度も増大させる。熱伝導性グリース６０２内には空気が混入しない状態で温度センサ６０５が挿入されている。ヒートブロック６０１には熱伝導性グリース６０２の後にセプタ６０７を入れる。 The heat block 601 is filled with thermally conductive grease 602 through air holes 603. A heat conductive sheet 604 is affixed to the Peltier element bonding surface of the heat block 601. A temperature sensor 605 is inserted in the thermally conductive grease 602 in a state where air is not mixed. The adhesive application part 609 is processed into a chamfer. This increases the contact surface with the adhesive and also increases the bond strength. A temperature sensor 605 is inserted in the thermally conductive grease 602 in a state where air is not mixed. The heat block 601 is provided with a septa 607 after the heat conductive grease 602.
これは液体である熱伝導性グリース６０２と接着剤６１０との直接の接触を避けるために設けられる。これによりヒートブロック６０１の接着剤塗布部６０９と接着剤６１０間の接着面界面における熱伝導性グリース６０２のコンタミを防ぎ、接着剤塗布部６０９と接着剤６１０間の強固な接着を形成することが可能となる。 This is provided to avoid direct contact between the thermally conductive grease 602 that is a liquid and the adhesive 610. As a result, contamination of the heat conductive grease 602 at the interface between the adhesive application part 609 and the adhesive 610 of the heat block 601 can be prevented, and strong adhesion between the adhesive application part 609 and the adhesive 610 can be formed. It becomes possible.
また、たとえ接着当初に強固な接着を形成したとしても、温調部は長期間に渡ってヒートサイクルを頻繁に行うユニットであるため、接着界面における接着力の低下が懸念される。これは接着剤と被接着物質の熱膨張係数が異なるため、温度の加熱・冷却に伴い接着界面にストレスが加わるためである。長期に渡るストレスにより接着界面に隙間が生じ、その間に熱伝導性グリースが浸入する可能性がある。これは最終的にヒートブロック６０１表面への熱伝導性グリース６０２漏れが発生するリスクを有する。このリスクについてもセプタ６０７を用いることで、温度センサ６０５を挿入する穴に熱伝導性グリース６０２を封入することにより未然に防止することができる。 Moreover, even if a strong bond is formed at the beginning of bonding, the temperature control unit is a unit that frequently performs heat cycles over a long period of time, so there is a concern that the adhesive force at the bonding interface may be reduced. This is because the thermal expansion coefficient of the adhesive is different from that of the substance to be adhered, and stress is applied to the adhesive interface as the temperature is heated and cooled. There is a possibility that a thermal conductive grease may infiltrate during the formation of a gap at the bonding interface due to a long-term stress. This has a risk that the heat conductive grease 602 leaks to the surface of the heat block 601 in the end. This risk can also be prevented by using the septa 607 by enclosing the thermally conductive grease 602 in the hole into which the temperature sensor 605 is inserted.
接着剤塗布部６０９には熱収縮チューブ６０８が付加される。温度センサ６０５における温度は抵抗値変化としてリード線を介して基板６１１で検出される。接着部には熱収縮チューブ６０８を挿入し、固定する。 A heat shrinkable tube 608 is added to the adhesive application unit 609. The temperature in the temperature sensor 605 is detected by the substrate 611 through a lead wire as a change in resistance value. A heat-shrinkable tube 608 is inserted into the bonding portion and fixed.
次にヒートブロックについてグリースを充填し、温度センサを挿入し、接着剤によりグリースを封止する方法について図５を用いて以下に説明する。ヒートブロック７０１には熱伝導性グリース７０２が充填されている。ヒートブロック７０１のペルチェ素子接着面には熱伝導性シート７０４が貼られている。熱伝導性グリース７０２内には温度センサ７０５が挿入されている。接着剤塗布部７０９は面取りに加工されている。これは接着剤との接触面を増大させ、接着強度も増大させるという効果を有する。熱伝導性グリース７０２内の充填後、温度センサ７０５が挿入される。熱伝導性グリース７０２の充填箇所に空気層７０６を隣接させる。更に空気層７０６についてセプタ７０７を挿入する。 Next, a method of filling the heat block with grease, inserting a temperature sensor, and sealing the grease with an adhesive will be described below with reference to FIG. The heat block 701 is filled with a heat conductive grease 702. A heat conductive sheet 704 is attached to the Peltier element bonding surface of the heat block 701. A temperature sensor 705 is inserted in the heat conductive grease 702. The adhesive application part 709 is processed into a chamfer. This has the effect of increasing the contact surface with the adhesive and increasing the adhesive strength. After filling in the heat conductive grease 702, the temperature sensor 705 is inserted. An air layer 706 is placed adjacent to the location where the thermal conductive grease 702 is filled. Further, a septa 707 is inserted into the air layer 706.
空気層７０６の効果について以下に述べる。一般に熱伝導性グリースの体積膨張係数は６００ppm／℃と大きい。φ２.５mm、深さ２５mmの穴には約１００μＬの体積の熱伝導性グリースが注入されるが、２５℃から７５℃へ加熱した場合、１００μＬ＊６００ppm＊５０℃＝３μＬ分の膨張が発生する。従って温度センサ７０５固定穴を熱伝導性グリースのみで充填した後に接着剤で密封した後にヒートサイクルを行うと、流体である熱伝導性グリース７０２の膨張が発生し、接着剤塗布部７０９と接着剤７１０との界面が破れ、熱伝導性グリース７０２がヒートブロック７０１表面に漏れ出す可能性がある。これを防止するために空気層７０６は有効である。空気層７０６は熱伝導性グリース７０２の密封および加熱冷却時に発生する体積変化に対するクッションとして働く。 The effect of the air layer 706 will be described below. Generally, the thermal expansion grease has a large volume expansion coefficient of 600 ppm / ° C. A heat conductive grease with a volume of about 100 μL is injected into a hole of φ2.5 mm and a depth of 25 mm, but when heated from 25 ° C. to 75 ° C., expansion of 100 μL * 600 ppm * 50 ° C. = 3 μL occurs. . Therefore, when the temperature sensor 705 fixing hole is filled with only the heat conductive grease and then sealed with an adhesive and then heat cycle is performed, expansion of the heat conductive grease 702 which is a fluid occurs, and the adhesive application unit 709 and the adhesive There is a possibility that the interface with 710 is broken and the heat conductive grease 702 leaks to the surface of the heat block 701. In order to prevent this, the air layer 706 is effective. The air layer 706 acts as a cushion against volume changes that occur during sealing and heating / cooling of the thermally conductive grease 702.
また、セプタ７０７は液体である熱伝導性グリース７０２と接着剤７１０との直接の接触を避けるために設けられる。これによりヒートブロック７０１の接着剤塗布部７０９と接着剤７１０間の接着面界面における熱伝導性グリース７０２のコンタミを防ぎ、接着剤塗布部７０９と接着剤７１０間の強固な接着を形成することが可能となる。 The septa 707 is provided to avoid direct contact between the heat conductive grease 702 that is a liquid and the adhesive 710. This prevents contamination of the heat conductive grease 702 at the interface between the adhesive application part 709 and the adhesive 710 of the heat block 701 and forms a strong adhesion between the adhesive application part 709 and the adhesive 710. It becomes possible.
また、たとえ接着当初に強固な接着を形成したとしても、温調部は長期間に渡ってヒートサイクルを頻繁に行うユニットであるため、接着界面における接着力の低下が懸念される。これは接着剤７１０と被接着物質であるヒートブロック７０１との熱膨張係数が異なるため、温度の加熱・冷却に伴い接着界面にストレスが加わるためである。長期に渡るストレスにより接着界面に隙間が生じ、その間に熱伝導性グリース７０２が浸入する可能性がある。これは最終的にヒートブロック７０１表面への熱伝導性グリース７０２漏れが発生するリスクを有する。このリスクについてもセプタ７０７を用いることで、温度センサ７０５を挿入する穴に熱伝導性グリース７０２を封入することにより未然に防止することができる。 Moreover, even if a strong bond is formed at the beginning of bonding, the temperature control unit is a unit that frequently performs heat cycles over a long period of time, so there is a concern that the adhesive force at the bonding interface may be reduced. This is because the thermal expansion coefficient of the adhesive 710 and the heat block 701 which is an adherend are different, and stress is applied to the adhesive interface as the temperature is heated and cooled. There is a possibility that a gap occurs in the adhesive interface due to stress over a long period of time, and the thermal conductive grease 702 may enter during that time. This has a risk that the heat conductive grease 702 leaks to the surface of the heat block 701 eventually. This risk can also be prevented by using the septa 707 by enclosing the thermally conductive grease 702 in the hole into which the temperature sensor 705 is inserted.
接着剤塗布部７０９には熱収縮チューブ７０８が付加される。温度センサ７０５における温度は抵抗値変化としてリード線を介して基板７１１で検出される。接着部には熱収縮チューブ７０８を挿入し、固定する。 A heat shrinkable tube 708 is added to the adhesive application unit 709. The temperature in the temperature sensor 705 is detected by the substrate 711 through a lead wire as a change in resistance value. A heat-shrinkable tube 708 is inserted into the bonded portion and fixed.
次にヒートブロックについてグリースを充填し、温度センサを挿入し、接着剤によりグリースを封止する方法について図６を用いて以下に説明する。ヒートブロック８０１には熱伝導性グリース８０２が空気穴８０３を介して充填されている。ヒートブロック８０１のペルチェ素子接着面には熱伝導性シート８０４が貼られている。熱伝導性グリース８０２内には空気が混入しない状態で温度センサ８０５が挿入されている。接着剤塗布部８０９はザグリ形状に加工されている。これは接着剤との接触面を図５の面取り形状に比較して増大させるという効果を有する。また、図５で報告した温度センサを固定する穴の直径はφ２.５mmであったが、この径について挿入が容易であるセプタの作製は困難であった。その理由は樹脂の成型において指定できる公差はせいぜい±０.２mmであり、φ２.５mmの穴に対して１）操作性よく挿入できる、２）熱伝導性グリースを密封できるという条件を同時に満たすセプタの作製が困難であるからである。この問題はセプタの径をφ５.０mmまで拡大することにより。具体的には、１）セプタ挿入の操作性を良くする、２）セプタが大きくなった分０.２mmの公差を相対的に小さくすることができるため、熱伝導性グリースの密封が容易になるという効果をもたらす。 Next, a method of filling the heat block with grease, inserting a temperature sensor, and sealing the grease with an adhesive will be described below with reference to FIG. The heat block 801 is filled with thermally conductive grease 802 through air holes 803. A heat conductive sheet 804 is attached to the Peltier element bonding surface of the heat block 801. A temperature sensor 805 is inserted in the thermally conductive grease 802 in a state where air is not mixed. The adhesive application part 809 is processed into a counterbore shape. This has the effect of increasing the contact surface with the adhesive compared to the chamfered shape of FIG. Also, the diameter of the hole for fixing the temperature sensor reported in FIG. 5 was φ2.5 mm, but it was difficult to produce a septa that could be easily inserted with this diameter. The reason is that the tolerance that can be specified in the molding of the resin is at most ± 0.2 mm, and it is a scepter that simultaneously satisfies the conditions that 1) it can be inserted in a hole of φ2.5 mm with good operability, and 2) it can seal thermally conductive grease This is because it is difficult to manufacture. This problem is caused by expanding the diameter of the septa to φ5.0mm. Specifically, 1) the operability of inserting the scepter is improved, and 2) the tolerance of 0.2 mm can be relatively reduced by the increase of the scepter, so that the heat conductive grease can be easily sealed. The effect is brought about.
次にヒートブロックについてグリースを充填し、温度センサを挿入し、接着剤によりグリースを封止する方法について図７を用いて以下に説明する。ヒートブロック９０１には熱伝導性グリース９０２が空気穴９０３を介して充填されている。ヒートブロック９０１のペルチェ素子接着面には熱伝導性シート９０４が貼られている。熱伝導性グリース９０２内には空気が混入しない状態で温度センサ９０５が挿入されている。接着剤塗布部９０９はザグリ形状に加工されている。これは接着剤との接触面を図５の面取り形状に比較して増大させるという効果を有する。図５で説明したように熱伝導性グリース９０２内の充填後、温度センサ９０５を挿入する。熱伝導性グリース９０２の充填箇所に空気層９０６を隣接させる。更に空気層９０６についてセプタ９０７を挿入する。空気層９０６は加熱時に膨張する熱伝導性グリース９０２のクッションとして機能する。また、空気層９０６は液体である熱伝導性グリース９０２と接着剤９１０との直接の接触を避けるために設けられる。これによりヒートブロック９０１の接着剤塗布部９０９と接着剤９１０間の接着面界面における熱伝導性グリース９０２のコンタミを防ぎ、接着剤塗布部９０９と接着剤９１０間の強固な接着を形成することが可能となる。接着剤塗布部９０９には熱収縮チューブ９０８が付加される。温度センサ９０５における温度は抵抗値変化としてリード線を介して基板９１１で検出される。接着部には熱収縮チューブ９０８を挿入し、固定する。 Next, a method of filling the heat block with grease, inserting a temperature sensor, and sealing the grease with an adhesive will be described below with reference to FIG. The heat block 901 is filled with a heat conductive grease 902 through an air hole 903. A heat conductive sheet 904 is attached to the Peltier element bonding surface of the heat block 901. A temperature sensor 905 is inserted in the thermally conductive grease 902 in a state where air is not mixed. The adhesive application part 909 is processed into a counterbore shape. This has the effect of increasing the contact surface with the adhesive compared to the chamfered shape of FIG. As described with reference to FIG. 5, the temperature sensor 905 is inserted after the thermal conductive grease 902 is filled. An air layer 906 is placed adjacent to the location where the thermal conductive grease 902 is filled. Further, a septa 907 is inserted into the air layer 906. The air layer 906 functions as a cushion of thermally conductive grease 902 that expands when heated. The air layer 906 is provided in order to avoid direct contact between the thermally conductive grease 902 that is a liquid and the adhesive 910. This prevents contamination of the thermal conductive grease 902 at the interface between the adhesive application part 909 and the adhesive 910 of the heat block 901 and forms a strong adhesion between the adhesive application part 909 and the adhesive 910. It becomes possible. A heat shrinkable tube 908 is added to the adhesive application unit 909. The temperature in the temperature sensor 905 is detected by the substrate 911 through a lead wire as a change in resistance value. A heat-shrinkable tube 908 is inserted into the bonded portion and fixed.
次にヒートブロックの温度センサ固定穴に挿入するセプタについて図８を用いて以下に説明する。セプタ１００１はφ５.０＋０.２／−０.０mmの公差で作成されており、その素材はシリコンであり、硬度はショアＡ３０である。なお、セプタ１００１にはφ１mmのワイヤ線を２本挟みこめるように切れ目１００４を入れてある。これによりワイヤ部に対してセプタ１００１を被せることが可能となる。一方、ヒートブロックに加工されたザグリ固定部の穴はφ４.９＋０.１／−０.０mmで作成されている。ザグリ部の穴は最小４.９mmであり、セプタ１００１の径は最小５.２mmである。セプタ１００１はショアＡ３０であるため、セプタ１００１は容易にザグリ部に挿入することが可能である。一方、ザグリ部の穴は最大５.０mmであり、セプタの径は最小５.０mmである場合は、セプタ１００１にセンサのワイヤが２本挟みこまれるため、直径が５.０mmよりも０.０５−０.１mm程度大きくなる。この状態でもセプタ１００１は十分柔軟であるため、容易にザグリ部にセプタ１００１を挿入することが可能である。従ってセプタ１００１は熱伝導性グリースを密封し、かつ接着剤とグリースのコンタミを防止することが可能となる。なお、セプタ１００１には空洞部１００２が形成されている。これは加熱時に膨張する熱伝導性グリースの体積増加分を吸収するための空洞である。またセプタ１００１には穴１００３が形成されているが、この穴は楕円状である。従ってワイヤ２本を挟み込んでも完全には密封ができない。従って空気層を入れない状態でグリースを密封し、その体積が増加した場合でも接着界面を破壊せずにグリースが穴１００３から流出するという効果をもたらす。 Next, the scepter inserted into the temperature sensor fixing hole of the heat block will be described below with reference to FIG. The septa 1001 is made with a tolerance of φ5.0 + 0.2 / −0.0 mm, the material is silicon, and the hardness is Shore A30. The scepter 1001 has a cut 1004 so that two wire wires of 1 mm are sandwiched. As a result, it is possible to put the septa 1001 on the wire portion. On the other hand, the hole of the counterbore fixing part processed into the heat block is made with φ4.9 + 0.1 / −0.0 mm. The hole in the counterbore is a minimum of 4.9 mm, and the diameter of the septa 1001 is a minimum of 5.2 mm. Since the septa 1001 is Shore A30, the scepter 1001 can be easily inserted into the counterbore part. On the other hand, if the hole in the counterbore is 5.0 mm at the maximum and the diameter of the septa is at the minimum 5.0 mm, the two wires of the sensor are sandwiched between the septa 1001, so the diameter is less than 5.0 mm. 05-0.1mm larger. Even in this state, since the septa 1001 is sufficiently flexible, it is possible to easily insert the septa 1001 into the counterbore part. Therefore, the septa 1001 can seal the thermally conductive grease and prevent contamination between the adhesive and the grease. Note that a cavity 1002 is formed in the septa 1001. This is a cavity for absorbing the increased volume of the thermally conductive grease that expands when heated. A hole 1003 is formed in the septa 1001, and this hole is elliptical. Therefore, even if two wires are sandwiched, it cannot be completely sealed. Therefore, the grease is sealed without an air layer, and even when the volume is increased, the grease flows out from the hole 1003 without destroying the adhesive interface.
次にヒートブロックの温度センサ固定穴に挿入するセプタについて図９を用いて以下に説明する。図８と異なるのはセプタ１１０１の穴１１０３が２つの円状であることである。穴１１０３がセプタ部に密着することにより、グリースあるいは空気の流出を完全に防止することが可能となる。 Next, the scepter inserted into the temperature sensor fixing hole of the heat block will be described below with reference to FIG. The difference from FIG. 8 is that the hole 1103 of the septa 1101 has two circular shapes. When the hole 1103 is in close contact with the scepter portion, it is possible to completely prevent the grease or air from flowing out.
これまで実施例で述べてきた温度センサ固定法は温度制御を要する装置に広く適用可能である。遺伝子配列解析を行うシーケンサ、血中内のウイルスなどを検出する遺伝子検査装置、あるいは大量の検体を効率よく処理する生化学自動分析装置などに適用が可能である。 The temperature sensor fixing method described so far in the embodiments can be widely applied to devices that require temperature control. The present invention can be applied to a sequencer that performs gene sequence analysis, a genetic testing device that detects viruses in blood, a biochemical automatic analysis device that efficiently processes a large amount of samples, and the like.
１０１ ＸＹステージ
１０２、２０１ ヒートシンク
１０４、２０２、３０１、５０１、６０１、７０１、８０１、９０１ ヒートブロック
１０５ フローチップ
１１１ キセノンランプ光源
１１２ リキッドライトガイド
１１３ ターレット
１１４ 対物レンズ
１１５ Ｚモータ
１１６ 集光レンズ
１１７ ＣＣＤカメラ
１１８ 制御用ＰＣ
１２１、１２２、１２３、１２４ 蛍光キューブ
２０４、３０７、６０５、７０５、８０５、９０５ 温度センサ
３０３、６０２、７０２、８０２、９０２ 熱伝導性グリース
３０４、４０３、５０３、６０３、８０３、９０３ 空気穴
３０５、６０４、７０４、８０４、９０４ 熱伝導性シート
３０６、６０８、７０８、９０８ 熱収縮チューブ
３０８ ヒートブロック面取り部
３０９、６１０、７１０、８１０、９１０ 接着剤
６１１、７１１、８１１、９１１ 基板
６０９、７０９、８０９、９０９ 接着剤塗布部
６０７、７０７、１００１ セプタ
７０６、９０６ 空気層
１００２ 空洞部
１００３、１１０３ 穴
１００４、１１０４ 切れ目
101 XY stage 102, 201 heat sink 104, 202, 301, 501, 601, 701, 801, 901 heat block 105 flow chip 111 xenon lamp light source 112 liquid light guide 113 turret 114 objective lens 115 Z motor 116 condenser lens 117 CCD camera 118 PC for control
121, 122, 123, 124 Fluorescent cube 204, 307, 605, 705, 805, 905 Temperature sensor 303, 602, 702, 802, 902 Thermally conductive grease 304, 403, 503, 603, 803, 903 Air hole 305, 604, 704, 804, 904 Heat conductive sheet 306, 608, 708, 908 Heat shrinkable tube 308 Heat block chamfered portions 309, 610, 710, 810, 910 Adhesives 611, 711, 811, 911 Substrate 609, 709, 809 , 909 Adhesive application part 607, 707, 1001 Septa 706, 906 Air layer 1002 Cavity part 1003, 1103 Hole 1004, 1104 Cut
Claims (11)
温調ブロックは、内部が空洞であり、内部に温度センサを挿入する開口部を有しており、
温調センサは温調ブロックの内部に熱伝導性を有する液体で閉じ込められており、
開口部は接着剤で封止されており、
液体と接着剤は、互いに離れて配されている温度制御装置。 A temperature control block used for temperature control of the sample during analysis, a temperature sensor that measures the temperature of the temperature control block, a temperature control member that controls the temperature of the temperature control block, and a wiring connected to the temperature sensor; A temperature control device,
The temperature control block is hollow inside, and has an opening for inserting the temperature sensor inside.
The temperature control sensor is confined in the temperature control block with a liquid having thermal conductivity,
The opening is sealed with adhesive,
A temperature control device in which the liquid and the adhesive are arranged apart from each other.
開口部分は、外側に近づくにつれて開口面積が大きくなるように、傾斜しており、
液体は配線の周囲に巻き付いた熱収縮部材で封止されており、
熱収縮部材は、傾斜部分に接着剤にて接着されている温度制御装置。 In claim 1,
The opening portion is inclined so that the opening area increases as it approaches the outside,
The liquid is sealed with a heat shrink member wrapped around the wiring,
The heat-shrinkable member is a temperature control device that is bonded to the inclined portion with an adhesive.
開口部分は、外側に近づくにつれて開口面積が大きくなるように、傾斜しており、
配線の周囲に巻き付いた熱収縮部材は、傾斜部分に接着剤にて接着されており、
さらに、液体と熱収縮部材とを仕切る隔壁部を有する温度制御装置。 In claim 1,
The opening portion is inclined so that the opening area increases as it approaches the outside,
The heat-shrinkable member wrapped around the wiring is bonded to the inclined part with an adhesive.
Furthermore, the temperature control apparatus which has a partition part which partitions off a liquid and a heat contraction member.
液体と隔壁部との間には空間を有する温度制御装置。 In claim 3,
A temperature control device having a space between the liquid and the partition wall.
配線の周囲に巻き付いた熱収縮部材は、開口付近に接着剤にて接着されており、
さらに、液体と熱収縮部材とを仕切る隔壁部を有し、
空洞は開口付近の断面積がそれ以外の箇所よりも大きくなっている温度制御装置。 In claim 1,
The heat-shrinkable member wrapped around the wiring is bonded with an adhesive near the opening,
Furthermore, it has a partition part which partitions off the liquid and the heat shrink member,
A cavity is a temperature control device in which the cross-sectional area in the vicinity of the opening is larger than in other parts.
液体と隔壁部との間には空間を有する温度制御装置。 In claim 5,
A temperature control device having a space between the liquid and the partition wall.
液体が熱伝導性グリースである温度制御装置。 In claim 1,
A temperature control device in which the liquid is a thermally conductive grease.
温調ブロックがアルミニウムであり、
厚さが３〜２０mmである温度制御装置。 In claim 1,
The temperature control block is aluminum,
A temperature control device having a thickness of 3 to 20 mm.
空洞の断面は、円形であり、
空洞の開口部からの深さは、２０mm以上であり、内径が５mm以下である温度制御装置。 In claim 1,
The cross section of the cavity is circular,
A temperature control device having a depth from the opening of the cavity of 20 mm or more and an inner diameter of 5 mm or less.
隔壁部は材質がシリコンである温度制御装置。 In claim 3,
The partition wall is a temperature control device made of silicon.
接着剤はシリコンを主成分とする温度制御装置。 In claim 1,
Adhesive is a temperature control device mainly composed of silicon.
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