JP2017112937A - 熱サイクル装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オイルの対流が抑制され、反応液の位置を安定に制御できる熱サイクル装置の制御方法。
【解決手段】熱サイクル装置の制御方法は、反応容器を装着可能な装着部と、反応容器の第１領域を加熱する第１加熱部と、反応容器の第２領域を第１加熱部の温度よりも高温に加熱する第２加熱部と、第１領域及び第２領域の配置を切換える駆動機構と、を含む熱サイクル装置の制御方法であって、第１配置は、第１領域が第２領域よりも重力が作用する方向で下となる配置で、第２配置は、第２領域が第１領域よりも下となる配置で、第３配置は、反応容器の長手方向の軸線が水平となる配置であるか又は軸線が傾斜する配置であり且つ第２領域が第１領域よりも上となる配置であり、駆動機構によって、第１配置、第２配置、第３配置の順で切換えを制御、第１配置から第２配置には、角速度ω１で切換え、第２配置から第３配置には、角速度ω１よりも小さい角速度ω２で切換える。
【選択図】図６

Description

本発明は、熱サイクル装置及びその制御方法に関する。

高速で核酸を増幅させる方法として、円筒状の反応容器中にオイルと少量の核酸増幅反応液を投入し、当該容器の一端を高温、他端を低温に維持し、容器を回転させて、その一端が鉛直方向下となるようにして高温のオイル中に反応液を位置させる状態と、他端が鉛直方向下となるようにして低温のオイル中に反応液を位置させる状態とを交互に切換えることにより、核酸増幅反応液の温度に熱サイクルを高速で発生させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１１５２０８号公報

特許文献１に記載の方法では、容器の高温側の一端が低温側の一端より下に配置された状態では、高温のオイルが低温のオイルの下側に位置する。オイルは高温で密度が小さく、低温で密度が大きくなるので、容器内のオイルに対流が生じ、容器両端のオイルの温度が変動し、核酸増幅反応が不安定になることがあった。

そのため対流が生じにくい姿勢で容器を保持することが考えられる。しかし、高温のオイルが高い位置になるように容器を保持すると、反応液が重力の作用で低温側に落下してしまう。したがって、反応液を高温側で保持する際に、反応液の落下を生じにくくして、かつ、オイルの対流を生じにくくする必要がある。

また、熱サイクル装置を動作させて容器を回転させ、対流が生じにくい姿勢に容器を保持するとき、回転を開始又は停止させる際に、回転速度の変化が急峻すぎると、オイルの対流を起こしやすくしたり、反応液を所定の位置に保持しにくくなる場合があった。

本発明の幾つかの態様に係る目的の一つは、オイルの対流が抑制されるとともに、反応液の位置を安定に制御できる熱サイクル装置の制御方法及び熱サイクル装置を提供することにある。

本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するために為されたものであり、以下の態様又は適用例として実現することができる。

本発明に係る熱サイクル装置の制御方法の一態様は、
長手方向を有し、反応液と、前記反応液よりも比重が小さく、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填された反応容器を装着可能な装着部と、
前記反応容器の第１領域を加熱する第１加熱部と、
前記反応容器の第２領域を前記第１加熱部の温度よりも高温に加熱する第２加熱部と、
前記第１領域及び前記第２領域の配置を、第１配置、第２配置及び第３配置の間で切換える駆動機構と、
を含む熱サイクル装置の制御方法であって、
前記第１配置は、前記第１領域が、前記第２領域よりも重力が作用する方向で下となる配置であり、
前記第２配置は、前記第２領域が、前記第１領域よりも重力が作用する方向で下となる配置であり、
前記第３配置は、前記反応容器の長手方向の軸線が、水平となる配置であるか、又は、前記軸線が水平線に対して傾斜する配置であり且つ前記第２領域が前記第１領域よりも重力が作用する方向で上となる配置であり、
前記駆動機構によって、前記第１配置、前記第２配置、前記第３配置の順で切換えるように制御し、
前記第１配置から前記第２配置には、角速度ω１で切り替え、
前記第２配置から前記第３配置には、前記角速度ω１よりも小さい角速度ω２で切り替える。

このような制御方法によれば、相対的に高温のオイルが重力が作用する方向で下となる配置において、鉛直方向の重力の成分が最大となる期間を短くすることができる。すなわち、第２領域が、第１領域よりも重力が作用する方向で下となる配置において、第１領域の鉛直上方に第２領域が位置している期間が短くなり、オイルの対流を生じさせる重力の成分を、反応容器の長手方向から逸らす期間を長くとることができる。これにより、オイルの対流が抑制され、例えば核酸増幅反応を効率よく行うことができる。また、第３配置に切り替えるときに、相対的に小さい角速度ω２で回転された状態から停止するか、第３配置となるときに回転が停止しないため、反応液の位置ずれを生じにくく、安定に維持することができる。

本発明に係る熱サイクル装置の制御方法において、
前記第２領域に前記反応液が存在する状態で、前記第２配置から前記第３配置へと切り替えてもよい。

このようにすれば、反応液が第２領域にある状態まで待ってから、第３配置へと切り替えるための駆動（回転）が開始されるので、より確実に反応液を第２温度に到達させることができる。

本発明に係る熱サイクル装置の制御方法において、
前記熱サイクル装置は、前記反応液が前記第２領域に位置することを判定する判定部を備え、
前記第２配置に切換えた後、前記第３配置に切換える前に、前記反応液が前記第２領域に位置すると前記判定部によって判定された場合に前記第３配置に切換え、前記反応液が前記第２領域に位置しないと前記判定部によって判定された場合には前記第２配置を維持してもよい。

このようにすれば、反応液が第２領域にある状態まで待ってから、第３配置へと切り替えるための駆動（回転）が開始されるので、より確実に反応液を第２温度に到達させることができる。

本発明に係る熱サイクル装置の制御方法において、
前記角速度ω１は、前記角速度ω２の１０倍以上３０倍以下であってもよい。

このような制御方法によれば、第３配置に切り替えるときに、さらに相対的に小さい角速度ω２で回転された状態から停止するか、第３配置となるときに回転が停止しないため、反応液の位置をより安定に維持することができる。

本発明に係る熱サイクル装置の一態様は、
長手方向を有し、反応液と、前記反応液よりも比重が小さく、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填された反応容器を装着可能な装着部と、
前記反応容器の第１領域を加熱する第１加熱部と、
前記反応容器の第２領域を前記第１加熱部の温度よりも高温に加熱する第２加熱部と、
前記第１領域及び前記第２領域の配置を、第１配置、第２配置及び第３配置の間で切換える駆動機構と、
前記駆動機構を制御する制御機構と、
を含む熱サイクル装置であって、
前記第１配置は、前記第１領域が、前記第２領域よりも重力が作用する方向で下となる配置であり、
前記第２配置は、前記第２領域が、前記第１領域よりも重力が作用する方向で下となる配置であり、
前記第３配置は、前記反応容器の長手方向の軸線が、水平となる配置であるか、又は、前記軸線が水平線に対して傾斜する配置であり且つ前記第２領域が前記第１領域よりも重力が作用する方向で上となる配置であり、
前記制御機構は、前記第１領域、及び前記第２領域の配置を、前記第１配置、前記第２配置、前記第３配置の順で切換えるように制御し、
前記第１配置から前記第２配置には、角速度ω１で切り替え、
前記第２配置から前記第３配置には、前記角速度ω１よりも小さい角速度ω２で切り替える。

このような熱サイクル装置によれば、相対的に高温のオイルが重力が作用する方向で下となる配置において、鉛直方向の重力の成分が最大となる期間が短い。すなわち、第２領域が、第１領域よりも重力が作用する方向で下となる配置において、第１領域の鉛直上方に第２領域が位置している時間が短くなり、オイルの対流に作用する重力の成分を、反応容器の長手方向から逸らす期間が長くなる。これにより、オイルの対流が抑制され、例えば核酸増幅反応を効率よく行うことができる。また、第３配置に切り替えるときに、相対的に小さい角速度ω２で回転された状態から停止するか、第３配置となるときに回転が停止しないため、反応液の位置をより安定に維持することができる。

実施形態に係る熱サイクル装置の斜視図。図１Ａは蓋を閉じた状態、図１Ｂは蓋を開けた状態を示す。 実施形態に係る熱サイクル装置における本体の分解斜視図。 実施形態に係る反応容器の断面の模式図。 実施形態に係る熱サイクル装置の、図１ＡのＡ−Ａ線における断面の模式図。図４Ａは第１配置、図４Ｂは第２配置、図４Ｃは第３配置を示す。 実施形態に係る熱サイクル装置を用いた処理の手順の一例を表すフローチャート。 実施形態に係る熱サイクル装置を用いた熱サイクル処理の一例を示すタイムチャート。 実施形態に係る熱サイクル装置を用いた処理の手順の一例を表すフローチャート。 実施形態に係る熱サイクル装置を用いた熱サイクル処理の一例を示すタイムチャート。 実施形態に係る熱サイクル装置を用いた熱サイクル処理の一例を示すタイムチャート。 変形例に係る反応容器の断面の模式図。 変形例に係る熱サイクル装置の、図１ＡのＡ−Ａ線に相当する断面の模式図であり第３配置を示す。 変形例に係る熱サイクル装置を用いた熱サイクル処理の一例を示すタイムチャート。

以下に本発明のいくつかの実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の一例を説明するものである。本発明は以下の実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形形態も含む。なお以下で説明される構成の全てが本発明の必須の構成であるとは限らない。

１．熱サイクル装置の構成
図１は、本実施形態に係る熱サイクル装置１の斜視図である。図１Ａは、熱サイクル装置１の蓋５０を閉じた状態、図１Ｂは、熱サイクル装置１の蓋５０を開けた状態であり、装着部１１に反応容器１００が装着された状態を表す。図２は、熱サイクル装置１の本体１０の分解斜視図である。図３は、反応容器１００の断面の模式図である。図４は、熱サイクル装置１における本体１０の断面であって、図１ＡのＡ−Ａ線における断面の模式図である。

熱サイクル装置１は、図１Ａに示すように、本体１０及び駆動機構２０を含む。また、図２に示すように、本体１０は、装着部１１、第１加熱部１２（加熱部に相当）及び第２加熱部１３を含む。第１加熱部１２と第２加熱部１３との間にはスペーサー１４が設けられている。本体１０においては、第１加熱部１２が底板１７の側、第２加熱部１３が蓋５０の側に配置されている。本体１０においては、第１加熱部１２、第２加熱部１３、及びスペーサー１４はフランジ１６、底板１７及び固定板１９に固定されている。

装着部１１は、後述する反応容器１００を装着する構造である。図１Ｂ及び図２に示すように、装着部１１は、反応容器１００を差し込んで装着するスロット構造であり、第１加熱部１２の第１ヒートブロック１２ｂ、スペーサー１４、及び第２加熱部１３の第２ヒートブロック１３ｂを貫通する穴に反応容器１００を差し込む構造となっている。装着部１１の数は複数であってもよく、図１Ｂの例では、８個の装着部１１が本体１０に設けられている。

熱サイクル装置１は、反応容器１００を第１加熱部１２及び第２加熱部１３に対して所定の位置に保持する構造を含む。これにより、第１加熱部１２及び第２加熱部１３によって反応容器１００の所定の領域を加熱できるようになっている。図４に示す例では、後述する反応容器１００の流路１１０の第１領域１１１を第１加熱部１２が加熱し、第２領域１１２を第２加熱部１３が加熱する。図示の例では、反応容器１００の位置を定める構造は底板１７であり、図４Ａに示すように、反応容器１００を底板１７に接触する位置まで差し込むことで、第１加熱部１２及び第２加熱部１３に対して反応容器１００を所定の位置に保持できる。

第１加熱部１２は、装着部１１に反応容器１００を装着した場合に、後述する反応容器１００の第１領域１１１を第１温度に加熱する。図４Ａに示す例では、第１加熱部１２は、反応容器１００の第１領域１１１を加熱する位置に配置されている。

図２に示す例では、第１加熱部１２は、熱を発生させる機構と、発生した熱を反応容器１００に伝える部材とを含む。図２に示す例では、第１加熱部１２は第１ヒーター１２ａ及び第１ヒートブロック１２ｂを含む。第１ヒーター１２ａはカートリッジヒーターであり、導線１５によって図示しない外部電源に接続されている。第１ヒーター１２ａは第１ヒートブロック１２ｂに挿入されており、第１ヒーター１２ａが発熱することで第１ヒートブロック１２ｂが加熱される。第１ヒートブロック１２ｂは、第１ヒーター１２ａから発生した熱を反応容器１００に伝える部材である。熱サイクル装置１ではアルミニウム製のブロックである。

カートリッジヒーターは温度制御が容易であるので、第１ヒーター１２ａをカートリッジヒーターとすることで、第１加熱部１２の温度を容易に安定させることができる。したがって、より正確な熱サイクルを実現できる。アルミニウムは熱伝導率が高いので、第１ヒートブロック１２ｂをアルミニウム製とすることで、反応容器１００を効率よく加熱できる。また、第１ヒートブロック１２ｂに加熱ムラが生じにくいので、精度の高い熱サイクルを実現できる。また、加工が容易なので第１ヒートブロック１２ｂを精度よく成型でき、加熱の効率を高めることができる。

第１加熱部１２は、装着部１１に反応容器１００を装着した場合に、反応容器１００に接触していることが好ましい。これにより、第１加熱部１２によって反応容器１００を加熱した場合に、第１加熱部１２の熱を反応容器１００に安定して伝えることができるので、反応容器１００の温度を安定させることができる。装着部１１が第１加熱部１２の一部として形成されている場合には、装着部１１が反応容器１００と接触することが好ましい。これにより、第１加熱部１２の熱を反応容器１００に安定して伝えることができるので反応容器１００を効率よく加熱できる。

第２加熱部１３は、装着部１１に反応容器１００を装着した場合に、反応容器１００の第２領域１１２を、第１温度よりも高い第２温度に加熱する。図４Ａに示す例では、第２加熱部１３は、反応容器１００の第２領域１１２を加熱する位置に配置されている。図２に示すように、第２加熱部１３は、第２ヒーター１３ａ及び第２ヒートブロック１３ｂを含む。第２加熱部１３は、加熱する反応容器１００の領域及び加熱する温度が第１加熱部１２と異なる以外は、第１加熱部１２と同様に構成することができる。

なお、本実施形態では、第１加熱部１２が第２温度よりも低い第１温度に加熱しているが、例えばＰＣＲを行う場合には、その逆としてもよく、第２加熱部１３が第２温度よりも低い第１温度に加熱するようにしてもよい。

第１加熱部１２及び第２加熱部１３の温度は、図示しない温度センサー及び後述する制御部によって制御される。第１加熱部１２及び第２加熱部１３の温度は、反応容器１００の所定の位置（第１領域１１１、第２領域１１２等）が、所定の温度（例えば、各種のＰＣＲに適する温度）にそれぞれ加熱されるように設定される。第１加熱部１２を第１温度に、第２加熱部１３を第２温度に制御することで、反応容器１００の第１領域１１１を第１温度に、第２領域１１２を第２温度に加熱できる。温度センサーは例えば熱電対である。

駆動機構２０は、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３を駆動する機構である。駆動機構２０は図示しないモーター及び駆動軸を含み、駆動軸と本体１０のフランジ１６とが接続されている。駆動軸は、装着部１１の長手方向に対して垂直に設けられており、モーターを動作させると駆動軸を回転の軸として本体１０が回転される。

熱サイクル装置１は、図示しない制御部（制御機構）を含む。制御部は、第１温度、第２温度、第１時間、第２時間、角速度ω１、角速度ω２及び熱サイクルのサイクル数を含む、各設定に応じたパラメーターの少なくとも１つを制御する。制御部は、駆動機構２０の動作を制御することによって、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３が所定の配置（姿勢）に保持される時間や、駆動機構２０による回転の角速度を制御する。制御部は、制御する項目ごとに異なる機構を設けても、全項目を一括して制御するものであってもよい。

熱サイクル装置１における制御部は電子制御であり、上記項目を全て制御する。制御部は図示しないＣＰＵ等のプロセッサー、及び、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置を含む。記憶装置には上記各項目を制御するための各種プログラム、データ等が記憶されている。また、記憶装置は各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを有する。

本体１０には、図２及び図４Ａに示すように、第１加熱部１２と第２加熱部１３との間にスペーサー１４が設けられている。スペーサー１４は、第１加熱部１２又は第２加熱部１３を保持する部材である。スペーサー１４を設けることにより、第１加熱部１２と第２加熱部１３との間の距離を、より正確に定めることができる。すなわち、後述する反応容器１００の第１領域１１１及び第２領域１１２に対する第１加熱部１２及び第２加熱部１３の位置を、より正確に定めることができる。

スペーサー１４の材質は必要に応じて適宜選択できるが、断熱材であることが好ましい。これにより、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の熱が相互に及ぼす影響を少なくできるので、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の温度制御が容易になる。スペーサー１４が断熱材である場合には、装着部１１に反応容器１００を装着した場合に、第１加熱部１２と第２加熱部１３との間の領域において反応容器１００を囲むようにスペーサー１４が配置されることが好ましい。これにより、反応容器１００の第１加熱部１２と第２加熱部１３との間の領域からの放熱を抑制できるので、反応容器１００の温度がより安定する。

本体１０は、固定板１９を含む。固定板１９は、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３を保持する部材である。図１Ｂ及び図２に示す例においては、２枚の固定板１９がフランジ１６に嵌め合わされており、第１加熱部１２、第２加熱部１３及び底板１７が固定されている。固定板１９によって本体１０の構造がより強固になるので、本体１０が破損しにくくなる。

熱サイクル装置１は、蓋５０を含む。図１Ａ及び図４Ａの例では、装着部１１は蓋５０によって覆われている。蓋５０によって装着部１１を覆うことで、第１加熱部１２によって加熱をした場合に、本体１０から外部への放熱を抑制できるので、本体１０内の温度を安定させることができる。蓋５０は、固定部５１によって本体１０に固定されてもよい。固定部５１は磁石である。図１Ｂ及び図２の例に示すように、本体１０の蓋５０の接触する面には磁石が設けられている。図１Ｂ及び図２には示されていないが、蓋５０にも、本体１０の磁石が接触する位置に磁石が設けられており、蓋５０で装着部１１を覆うと、磁力によって蓋５０が本体１０に固定される。これにより、駆動機構２０によって本体１０を駆動した場合に蓋５０が外れたり動いたりすることを防止できる。したがって、蓋５０が外れることで熱サイクル装置１内の温度が変化することを防止できるので、より正確な熱サイクルを後述する反応液１４０に施すことができる。

本体１０は、気密性の高い構造であることが好ましい。本体１０が気密性の高い構造であると、本体１０内部の空気が本体１０の外部に逃げにくいので、本体１０内の温度がより安定する。図２に示すように、２個のフランジ１６、底板１７、２枚の固定板１９、及び蓋５０によって、本体１０内部の空間が密閉される。

固定板１９、底板１７、蓋５０、フランジ１６は断熱材を用いて形成されることが好ましい。これにより、本体１０から外部への放熱をさらに抑制できるので、本体１０内の温度をより安定させることができる。

熱サイクル装置１は蛍光検出器を含んでもよい。これにより、例えばリアルタイムＰＣＲのような蛍光検出を行いながらＰＣＲを行う用途に熱サイクル装置１を使用できる。熱サイクル装置１が蛍光検出器を備える場合、蛍光検出器の数は任意である。また、蛍光検出器の設けられる位置は、反応容器１００内の反応液１４０を光学的に測定できる限り任意である。さらに、蛍光検出器を反応容器１００内の反応液１４０を光学的に測定できる位置に移動させる構成を含んでもよい。熱サイクル装置１に蛍光検出器を設ける場合には、蛍光検出器は、反応容器１００の流路１１０の第１領域１１１（低温側）からの光を検出できるように設けられることが好ましい。このような蛍光検出器を用いることにより、リアルタイムＰＣＲとして適切な蛍光測定をすることができる。

また、熱サイクル装置１は、図示しない判定部を備えてもよい。判定部は、反応容器１００を装着部１１に装着した状態で、反応容器１００の内部を観測することにより、第１領域１１１又は第２領域１１２に反応液１４０が存在するか否かを判定する。各領域における反応液１４０の有無は、例えば、ヒートブロックに窓を設け、外部からカメラにより反応液１４０の位置を確認できるようにしたり、反応液１４０がＰＣＲの反応液である場合には上述の蛍光検出器を用いて蛍光を観測して、各領域に反応液１４０が存在するかどうかの判定を行ってもよい。

なお、各部材が反応容器１００を覆うような構造であっても、これらの部材に窓を設けたり透明な素材で形成すれば、装置の外部から反応液１４０が移動する様子を観察することができる。したがって、熱サイクル処理が適切に行われているか否かを、目視によっても確認できる。

２．熱サイクル装置を用いた熱サイクル処理
２．１．反応容器
図３は、反応容器１００の断面図である。図４Ａは、熱サイクル装置１の、図１ＡのＡ−Ａ線における断面の模式図である。図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは、熱サイクル装置１に反応容器１００が装着された状態を示す。図４Ａは第１配置、図４Ｂは第２配置、図４Ｃは第３配置を示す。以下では、反応容器１００について説明し、次に、反応容器１００を用いた場合の、熱サイクル装置１を用いた熱サイクル処理について説明する。

図３に示すように、反応容器１００は流路１１０及び封止部１２０を含む。流路１１０には、反応液１４０と、反応液１４０よりも比重が小さく、かつ、反応液１４０とは混和しない液体（以下、「液体」という）１３０とが充填され、封止部１２０によって封止されている。

流路１１０は、対向する内壁に近接して反応液１４０が移動するように形成されている。ここで、流路１１０の「対向する内壁」とは、流路１１０の壁面の、向かい合う位置関係にある内壁を意味する。「近接」とは、反応液１４０と流路１１０の壁面との距離が近いことを意味し、反応液１４０が流路１１０の壁面に接触する場合を含む。従って、「対向する内壁に近接して反応液１４０が移動する」とは、「流路１１０の壁面の、向かい合う位置関係にある２つの領域の両方に対して距離が近い状態で、反応液１４０が移動する」こと、すなわち、対向する内壁に沿って反応液１４０が移動することを意味する。換言すると、流路１１０の対向する２つの内壁間の距離は、反応液１４０が該内壁に近接して移動する程度の距離である。

反応容器１００の流路１１０がこのような形状であると、流路１１０内を反応液１４０が移動する方向を規制できるので、後述する流路１１０の第１領域１１１と、第１領域１１１とは異なる第２領域１１２との間を反応液１４０が移動する経路をある程度規定できる。これにより、反応液１４０が第１領域１１１と第２領域１１２との間を移動する所要時間を、ある程度の範囲に制限できる。従って、「近接」の程度は、第１領域１１１と、第２領域１１２との間を反応液１４０が移動する時間の変動が、両領域における反応液１４０の加熱時間に影響を与えない程度、すなわち、反応の結果に影響を与えない程度であることが好ましい。より具体的には、対向する内壁間の反応液１４０が移動する方向に対して垂直な方向における距離が、反応液１４０の液滴が２つ以上入らない程度であることが望ましい。

図３の例では反応容器１００の外形は長手方向を有する円柱状であり、中心軸方向（図３における上下方向）に流路１１０が形成されている。流路１１０の形状は、流路１１０の長手方向に対して垂直な方向の断面、すなわち流路１１０のある領域における反応液１４０が移動する方向に対して垂直な断面（これを流路１１０の「断面」とする）が円形の筒状である。従って、反応容器１００においては、流路１１０の対向する内壁は、流路１１０の断面の直径を構成する流路１１０の壁面上の２点を含む領域であり、対向する内壁に沿って反応液１４０が流路１１０の長手方向に移動する。

反応容器１００の第１領域１１１は、第１加熱部１２によって第１温度に加熱される、流路１１０の一部の領域である。第２領域１１２は、第２加熱部１３によって第２温度に加熱される、第１領域１１１とは異なる流路１１０の一部の領域である。反応容器１００においては、第１領域１１１は、流路１１０の長手方向における一方の端部を含む領域であり、第２領域１１２は、流路１１０の長手方向における他方の端部を含む領域である。図４Ａ及び図４Ｂに示す例では、流路１１０の封止部１２０側の端部を含む点線で囲まれた領域が第２領域１１２であり、封止部１２０から遠い側の端部を含む点線で囲まれた領域が第１領域１１１である。

反応容器１００の長手方向に沿う方向の、第１領域１１１及び第２領域１１２の長さは、反応液１４０の温度を当該領域で制御できる範囲で任意である。しかし、反応容器１００の長手方向に沿う方向の、第１領域１１１及び第２領域１１２の長さは、反応液１４０の当該方向の長さ（反応液１４０が球状である場合にはその直径）の２倍以上が好ましく、より好ましくは３倍以上である。このようにすれば、反応液１４０が流路１１０の長手方向の端部に接触しなくても反応液１４０の温度を制御しやすい。そのため、例えば、後述の第３配置においても、反応液１４０の温度を第２温度に維持することが容易である。

また、図４Ａに示すように、蓋５０が上方にある状態で、より高い温度である第２温度に加熱する第２加熱部１３を配置するようにすれば、反応容器１００を装着部１１に装着する際に、第２加熱部１３が加熱されていたとしても、反応容器１００内の液体１３０の対流を抑制することができる。さらに、第２加熱部１３を、このように配置すると、反応容器１００を装着部１１に装着する際に、第２加熱部１３が加熱されていたとしても、反応液１４０が、より低い温度である第１温度に加熱されるので、例えばＰＣＲを行う際に、望まぬ変性（解離）反応等を生じにくくすることができる。

流路１１０には、液体１３０と、反応液１４０とが充填されている。液体１３０は、反応液１４０とは混和しない、すなわち混ざり合わない性質であるため、図３に示すように、反応液１４０は液体１３０の中に液滴の状態で保持されている。反応液１４０は、液体１３０よりも比重が大きいため、流路１１０の重力方向における最下部の領域に位置している。液体１３０としては、例えば、ジメチルシリコーンオイル又はパラフィンオイルを使用できる。反応液１４０は、反応に必要な成分を含む液体である。反応がＰＣＲである場合には、ＰＣＲによって増幅されるＤＮＡ（標的核酸）、ＤＮＡを増幅するために必要なＤＮＡポリメラーゼ、並びにプライマー等が含まれる。例えば、液体１３０としてオイルを用いてＰＣＲを行う場合には、反応液１４０は上記の成分を含む水溶液であることが好ましい。

２．２．熱サイクル処理
２．２．１．第１の態様
図５は、第１の態様に係る熱サイクル装置１を用いた熱サイクル処理の手順の一例を表すフローチャートである。図６は、第１の態様に係る熱サイクル装置１を用いた熱サイクル処理の一例を示すタイムチャートである。図６は、上段が反応容器１００の姿勢及び反応液１４０の位置を示す模式図であり、中段が駆動軸周りの角速度の時間変化を示すグラフであり、下段が反応容器１００の長手方向が鉛直方向から傾いた角度の時間変化を示すグラフである。以下、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図５及び図６を参照しながら、熱サイクル装置１を用いた熱サイクル処理を説明する。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図６においては、矢印ｇの方向（図における下方向）が重力の作用する方向である。熱サイクル処理の例としてシャトルＰＣＲ（２段階温度ＰＣＲ）を行う場合を説明する。なお、以下に説明する各工程は熱サイクル処理の一例を示すものである。必要に応じて工程の順序を入れ替えたり、２以上の工程を連続的にあるいは並行して行ったり、工程を追加したりしてもよい。

シャトルＰＣＲは、高温と低温の２段階の温度処理を繰り返し反応液に施すことにより、反応液中の核酸を増幅させる手法である。高温の処理においては２本鎖ＤＮＡの解離（熱変性ともいう）が、低温の処理においてはアニーリング（プライマーが１本鎖ＤＮＡに結合する反応）及び伸長反応（プライマーを始点としてＤＮＡの相補鎖が形成される反応）が行われる。

一般に、シャトルＰＣＲにおける高温は８０℃から１００℃の間の温度、低温は５０℃から７０℃の間の温度である。各温度における処理は所定時間行われ、高温に保持する時間は低温に保持する時間よりも短いことが一般的である。例えば、高温が１秒から１０秒程度、低温が１０秒から６０秒程度としてもよく、反応の条件によってはこれよりも長い時間であってもよい。本実施形態では、第１加熱部１２が低温側（第１温度）の温度であり、第２加熱部１３が高温側（第２温度）の温度であるものとする。

なお、使用する試薬の種類や量によって、適切な時間、温度及びサイクル数（高温と低温を繰り返す回数）は異なるので、試薬の種類や反応液１４０の量を考慮して適切なプロトコルを決定した上で反応を行うことが好ましい。また、本実施形態では、時間については、回転中の時間も考慮して設定することが好ましい。

まず、反応容器１００を、装着部１１に装着する（ステップＳ１０１）。本実施形態では、反応容器１００は、装着部１１に装着可能な形状を有しており、液体１３０が充填された流路１１０に反応液１４０を導入後、封止部１２０によって封止された反応容器１００を装着部１１に装着する。反応液１４０の導入は、マイクロピペットやインクジェット方式の分注装置等を用いて行うことができる。

装着部１１に反応容器１００を装着した状態においては、第１加熱部１２は第１領域１１１を、第２加熱部１３は第２領域１１２を、それぞれ含む位置において反応容器１００に接している。なお、この例では、ステップＳ１０１では、第１加熱部１２及び第２加熱部１３は、加熱されていないが、加熱された状態でステップＳ１０１を行ってもよい。本実施形態においては、図４Ａに示すように反応容器１００を底板１７に接触するように装着することで、第１加熱部１２及び第２加熱部１３に対して反応容器１００を所定の位置に保持できる。

本実施形態においては、ステップＳ１０１における装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３、の配置は第１配置である。図４Ａに示すように、第１配置は、第１領域１１１が第２領域１１２よりも鉛直方向下となる配置である。換言すると、第１配置は、第１領域１１１が、第２領域１１２よりも重力が作用する方向で下となる配置である。本実施形態では、第１配置では、反応容器１００の第１領域１１１を、重力の作用する方向における流路１１０の最下部に位置させる。したがって、第１領域１１１は、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３が所定の配置にある場合に、重力の作用する方向における流路１１０の最下部に位置する流路１１０の一部の領域である。第１配置においては、重力の作用する方向における流路１１０の最下部に第１領域１１１が位置しているので、液体１３０よりも比重の大きい反応液１４０は、第１領域１１１に位置している。本実施形態においては、装着部１１に所定の個数の反応容器１００を装着したら、蓋５０によって装着部１１を覆い、制御部に各領域の加熱を開始させる（ステップＳ１０２）。

ステップＳ１０２では、第１加熱部１２及び第２加熱部１３により反応容器１００を加熱する。第１加熱部１２と第２加熱部１３とは、反応容器１００の異なる領域を異なる温度に加熱する。すなわち、第１加熱部１２は第１領域１１１を第１温度に加熱し、第２加熱部１３は第２領域１１２を第２温度に加熱する。これにより、流路１１０の第１領域１１１と第２領域１１２との間には、第１温度と第２温度との間で温度が漸次変化する温度勾配が形成される。

本実施形態においては、第１温度は、熱サイクル処理において目的とする反応に適した温度のうち相対的に低い温度であり、第２温度は、熱サイクル処理において目的とする反応に適した温度のうち、相対的に高い温度である。したがって本実施形態のステップＳ１０２においては、第１領域１１１から第２領域１１２へ向けて温度が高くなる温度勾配が形成される。本実施形態の熱サイクル処理はシャトルＰＣＲであるので、第２温度は２本鎖ＤＮＡの解離に適した温度、第１温度はアニーリング及び伸長反応に適した温度とすることが好ましい。

ステップＳ１０２における、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の配置は第１配置であるので、ステップＳ１０２において反応容器１００を加熱すると、反応液１４０は第１温度に加熱される。このとき第１温度に加熱された反応液１４０は、第２温度に加熱される工程を経ていないので、アニーリング及び伸長反応は起きない。仮に第１加熱部１２及び第２加熱部１３が加熱されていたとしても、速やかに装着することにより、アニーリング及び伸長反応が起きないようにすることは容易である。

第１配置は、第２領域１１２が、第１領域１１１よりも重力が作用する方向で上となる配置であり、例えば反応容器１００の長手方向に沿った軸線が鉛直線に対して平行±１０度程度となる配置であり、好ましくは、軸線が鉛直線に対して平行となる配置である（図４Ａ）。

本実施形態では、この時点でＰＣＲは開始されておらず、ＰＣＲの開始の信号を制御部に入力することにより熱サイクル装置１を作動させ、熱サイクル（ＰＣＲ）を開始する（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０４では、駆動機構２０によって本体１０を駆動し、駆動軸の周りに角速度ω１で回転させて、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の配置を第１配置から第２配置へ切換える。第２配置は、第２領域１１２が、第１領域１１１よりも重力が作用する方向で下となる配置である。本実施形態では、第２配置では、反応容器１００の第２領域１１２を、重力の作用する方向における流路１１０の最下部に位置させる。

ここで角速度ω１は、駆動機構２０の構成に応じて任意に設定できるが、後述する角速度ω２よりも大きく設定される。ステップＳ１０４では、できるだけ早期に反応液１４０を第２領域１１２に移動させることが好ましく、しかも、反応液１４０が落下した後の位置が定まりやすいので、角速度ω１は、採用する駆動機構２０が生じさせ得る最大の角速度としてもよい。なお、角速度ω１は遠心力によって液体１３０の温度勾配が乱されない程度であることが好ましい。

角速度ω１の具体的な値としては、１（ｒａｄ／ｓ）以上１５（ｒａｄ／ｓ）以下であり、好ましくは２（ｒａｄ／ｓ）以上１０（ｒａｄ／ｓ）以下、より好ましくはπ（ｒａｄ／ｓ）以上３π（ｒａｄ／ｓ）以下、さらに好ましくはπ（ｒａｄ／ｓ）以上２π（ｒａｄ／ｓ）以下である。

また、ステップＳ１０４は、図６の（ａ）と（ｂ）との間で行われる。図６の例では、角速度ω１は、２π（ｒａｄ／ｓ）であり、ステップＳ１０４に要する時間は０．５秒である。したがって、中段のグラフの横軸と実線とにより囲まれた領域の面積が回転角度に相当し、図示の例では、おおむね２π（ｒａｄ／ｓ）×０．５（ｓ）＝π（ｒａｄ）＝１８０度となっている。

熱サイクル装置１においては、制御部の制御によって駆動機構２０が本体１０を回転駆動する。駆動軸を回転の軸として、モーターによってフランジ１６を回転駆動すると、フランジ１６に固定されている装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３が回転される。駆動軸は装着部１１の長手方向に対して垂直な方向の軸であるので、モーターの動作によって駆動軸が回転すると、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３が回転される。以下の説明では、図４Ａに示す第１配置を駆動軸周りの角度として０度、図４Ｂに示す第２配置を駆動軸周りの角度として１８０度、図４Ｃに示す第３配置を駆動軸周りの角度として２７０度と称することがある。

駆動軸周りの回転の方向は、特に限定されず、第１配置から第２配置に切り替えることができれば、時計回りでも反時計回りでもよい。また、例えば、配線に生じた捩れを解消するために、回転の方向を反転させてもよい。ただし、後述するステップＳ１０８において、第３配置から第１配置に切り替える際には、第２配置を経由しない方向に回転させる。なお、第２配置から第３配置へと切り替えるステップＳ１０６（後述）は、ステップＳ１０４の回転方向と同じであっても反対であってもよい。

第２配置は、第２領域１１２が、第１領域１１１よりも重力が作用する方向で下となる配置であり、例えば反応容器１００の長手方向に沿った軸線が鉛直線に対して平行±１０度程度となる配置であり、好ましくは、軸線が鉛直線に対して平行となる配置である（図４Ｂ）。

図４Ｂに示すように、第２配置は、第１領域１１１が第２領域１１２よりも鉛直方向上となる配置であり、本実施形態では、反応容器１００の第２領域１１２を、重力の作用する方向における流路１１０の最下部に位置させる配置である。したがって、第２領域１１２は、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３が所定の配置にある場合に、重力の作用する方向における流路１１０の最下部に位置する流路１１０の一部の領域である。第２配置においては、重力の作用する方向における流路１１０の最下部に第２領域１１２が位置しているので、液体１３０よりも比重の大きい反応液１４０は、第２領域１１２に位置することになる。

ステップＳ１０４により、第１配置から第２配置に切り替えられると、反応液１４０は、第２領域１１２へと落下する（図６（ｃ）参照）。より正確には、第１配置から駆動軸周りに回転して、反応容器１００の長手方向に沿った軸線が水平の状態を越えたとき（図６の（ａ）と（ｂ）の間の中央付近、グラフにおける０．２５秒付近）から、反応液１４０は第２領域１１２へ向かって落ち始める（転がり始める）。

第１の態様では、熱サイクル装置１に上述の判定部（第２領域１１２に反応液１４０が存在するか否かを判定する）が設けられており、判定部により、第２領域１１２に反応液１４０が存在すると判定した場合（ステップＳ１０５でＹ）には、ステップＳ１０６の処理が行われる。判定部により、第２領域１１２に反応液１４０が存在しないと判定した場合（ステップＳ１０５でＮ）には、第２領域１１２に反応液１４０が到達するまで待機する。すなわち、第１の態様では、第２領域１１２に反応液１４０が到達するまで駆動軸周りの回転運動が停止される（図６（ｄ）及びグラフの３秒の位置を参照）。

なお、この第１の態様の例では、判定部は、光学的に第２領域１１２に反応液１４０が到達することを検出している。しかし、判定部は、予備実験等を行って、第２領域１１２に反応液１４０が到達するまでの時間を測定し、係る時間が経過したか否かによって、第２領域１１２での反応液１４０の存在を判定してもよい。

第２領域１１２に反応液１４０が存在すると判定した場合（ステップＳ１０５でＹ）、ステップＳ１０６では、駆動機構２０によって本体１０を駆動し、駆動軸の周りに角速度ω２で回転させて、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の配置を第２配置から第３配置へ切換える。ここで角速度ω２は、ＰＣＲの条件（時間等）や、駆動機構２０の構成に応じて任意に設定できるが、上述の角速度ω１よりも小さく設定される。角速度ω２の具体的な値としては、０．１（ｒａｄ／ｓ）以上１０（ｒａｄ／ｓ）以下であり、好ましくは０．２（ｒａｄ／ｓ）以上５（ｒａｄ／ｓ）以下、より好ましくはπ／１０（ｒａｄ／ｓ）以上π（ｒａｄ／ｓ）以下、さらに好ましくはπ／６（ｒａｄ／ｓ）以上π／２（ｒａｄ／ｓ）以下である。

また、ステップＳ１０６は、図６の（ｄ）と（ｆ）との間で行われる。図６の例では、角速度ω２は、０．２π（ｒａｄ／ｓ）であり、ステップＳ１０６に要する時間は約２．７５秒である。中段のグラフの横軸と実線とにより囲まれた領域の面積が回転角度に相当し、図示の例では、おおむね０．１８π（ｒａｄ／ｓ）×２．７５（ｓ）＝０．５π（ｒａｄ）＝９０度となっている。

また、角速度ω２は、ＰＣＲの条件に依存するが、ω２の１／５０以上１／３以下、好ましくはω２の１／４０以上１／５以下、より好ましくはω２の１／３０以上１／１０以下である。すなわち、角速度ω１は、角速度ω２の３倍以上５０倍以下、好ましくは角速度ω２の５倍以上４０倍以下、より好ましくは角速度ω２の１０倍以上３０倍以下である。このような範囲であると、第３配置に切り替えるときに、第３配置で停止する場合であっても、相対的に小さい角速度ω２で回転された状態から停止されるので、反応液の位置をより安定に維持することができる。

本実施形態では、第３配置は、反応容器１００の長手方向の軸線が水平となる配置である。したがって第３配置では、反応液１４０は、流路１１０内を移動（落下）せず、第２領域１１２の範囲内で存在することになる（図４Ｃ、図６（ｆ）参照）。

本実施形態では、流路１１０に段差等（後述する）が存在しないため、第３配置は、好ましくは反応容器１００の長手方向の軸線が水平となる配置であるが、第２領域１１２が第１領域１１１よりも重力が作用する方向でわずかに下となる配置であってもよい。このときの傾斜の角度は、例えば、水平から当該方向に向かって３度以内であることが好ましく、１度以内であることがより好ましい。

本実施形態では、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の配置が第３配置に達したときに、反応液１４０が、所定の時間、第２温度を経験したか否かを判定する。ここで、所定の時間とは、例えば、熱変性、解離、ホットスタート等のために必要な時間である。すなわち、角速度ω２が、比較的大きい場合には、所定の時間が経過する前に第３配置となり得るが、このような場合には、第３配置となったときに、駆動軸周りの回転を止めて、所定の時間が経過するまで待機する（ステップＳ１０７でＮ）。なおこの態様は、図６には示されていないが、第３配置となったときに、駆動軸周りの回転を止めることについては、図９を参照。

一方、角速度ω２が、比較的小さい場合には、所定の時間が経過すると同時、又は、所定の時間が経過した後に、第３配置となり得る。このような場合には、第３配置となったときに、駆動軸周りの回転を止める必要はない（ステップＳ１０７でＹ、併せて図６参照）。

所定の時間が経過すると同時に第３配置となる態様としては、所定の時間及び角速度ω２の積が、第２配置から第３配置までの回転角度に一致する場合が挙げられ、そのような関係となるように各パラメーターを設計することにより実現できる。また、このような関係となる場合には、ステップＳ１０７は、省略してもよい。

所定の時間が経過すると同時、又は、所定の時間が経過した後に、第３配置となる場合には、駆動軸周りの回転を止める必要がないため、反応液１４０に対して負の角加速度を与えることがないため、反応液１４０の位置を第２領域１１２内でさらに安定させることができる。

次に、反応液１４０が、所定の時間、第２温度を経験したら（ステップＳ１０７でＹ）、続いて駆動機構２０によって本体１０を駆動し、駆動軸の周りに角速度ω３で回転させて、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の配置を第３配置から第１配置へ切換える（ステップＳ１０８）。

ここで角速度ω３は、ＰＣＲの条件（時間等）や、駆動機構２０の構成に応じて任意に設定でき、例えば、上述の角速度ω１と同様に設定される。角速度ω３の具体的な値は、角速度ω１で述べたと同様である。ステップＳ１０８では、できるだけ早期に反応液１４０を第１領域１１１に移動させることが好ましく、しかも、反応液１４０が落下した後の位置が定まりやすいので、角速度ω３は、採用する駆動機構２０が生じさせ得る最大の角速度としてもよい。なお、角速度ω３は遠心力によって液体１３０の温度勾配が乱されない程度であることが好ましい。

また、ステップＳ１０８は、図６の（ｆ）と（ａ）との間で行われる。図６の例では、角速度ω３は、２π（ｒａｄ／ｓ）であり、ステップＳ１０８に要する時間は約０．２５秒である。中段のグラフの横軸と実線とにより囲まれた領域の面積が回転角度に相当し、図示の例では、おおむね２π（ｒａｄ／ｓ）×０．２５（ｓ）＝０．５π（ｒａｄ）＝９０度となっている。

第１配置は、第２領域１１２が、第１領域１１１よりも重力が作用する方向で上となる配置であり、例えば反応容器１００の長手方向に沿った軸線が鉛直線に対して平行±１０度程度となる配置であり、好ましくは、軸線が鉛直線に対して平行となる配置である（図４Ａ）。図４Ａに示すように、第１配置は、第１領域１１１が第２領域１１２よりも鉛直方向下となる配置であり、本実施形態では、反応容器１００の第１領域１１１を、重力の作用する方向における流路１１０の最下部に位置させる配置である。したがって、第１領域１１１は、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３が所定の配置にある場合に、重力の作用する方向における流路１１０の最下部に位置する流路１１０の一部の領域である。第１配置においては、重力の作用する方向における流路１１０の最下部に第２領域１１２が位置しているので、液体１３０よりも比重の大きい反応液１４０は、第１領域１１１に落下して位置することになる。

ステップＳ１０８により、第３配置から第１配置に切り替えられると、反応液１４０は、第１領域１１１へと落下する。より正確には、第３配置から駆動軸周りに回転して、反応容器１００の長手方向に沿った軸線が水平の状態を越えたときから、反応液１４０は第１領域１１１へ向かって落ち始める（転がり始める）。

本実施形態では、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の配置が第１配置に達したときに、反応液１４０が、所定の時間、第１温度を経験したか否かを判定する。ここで、所定の時間とは、例えば、アニーリング、伸長反応（増幅）のために必要な時間である。反応液１４０が第１温度を経験するのは、反応液１４０が第１領域１１１に達した後からとなり、上記所定の時間は、反応液１４０が落下する時間を考慮して設定する。

角速度ω３を、所定の時間及び角速度ω３の積が、第２配置から第３配置までの回転角度よりも大きく設定する場合には、第１配置となった際には、駆動軸周りの回転を止めて、所定の時間が経過するまで待機する（ステップＳ１０９）。

所定の時間が経過したら（ステップＳ１０９でＹ）、所定のＰＣＲの熱サイクルのサイクル数に達したかどうかを判定する（ステップＳ１１０）。そして、所定の熱サイクル数に達していない場合（ステップＳ１１０でＮ）には、ステップＳ１０４を行う。所定の熱サイクル数に達している場合（ステップＳ１１０でＹ）には、ＰＣＲの熱サイクルが終了する。

なお、ステップＳ１１０では、所定のサイクル数に達したか否かを判定したが、例えば、蛍光測定等により、ＰＣＲの増幅度が所定の範囲となったか否かを判定してもよい。この場合には、所定の増幅度に達していない場合には、ステップＳ１０４を行い、所定の増幅度となった場合に、ＰＣＲの熱サイクルを終了する。

このような第１の態様の熱サイクル処理（熱サイクル装置の制御方法）によれば、相対的に高温のオイルが重力が作用する方向で下となる配置において、鉛直方向の重力の成分が最大となる期間を短くすることができる。すなわち、第２領域が、第１領域よりも重力が作用する方向で下となる配置において、第１領域の鉛直上方に第２領域が位置している期間（図６における（ｂ）から（ｄ）の期間）が短くなり、オイルの対流を生じさせる重力の成分を、反応容器の長手方向から逸らす期間を長くとることができる。これにより、オイルの対流が抑制され、例えば核酸増幅反応を効率よく行うことができる。また、第３配置に切り替えるときに、相対的に小さい角速度ω２で回転された状態から停止するか、第３配置となるときに回転が停止しないため、反応液の位置ずれを生じにくく、安定に維持することができる。

２．２．２．第２の態様
図７は、第２の態様に係る熱サイクル装置１を用いた熱サイクル処理の手順を表すフローチャートである。図８は、第２の態様に係る熱サイクル装置１を用いた熱サイクル処理の一例を示すタイムチャートである。図８は、上段が反応容器１００の姿勢及び反応液１４０の位置を示す模式図であり、中段が駆動軸周りの角速度の時間変化を示すグラフであり、下段が反応容器１００の長手方向が鉛直方向から傾いた角度の時間変化を示すグラフである。

熱サイクル処理の第２の態様は、ステップＳ１０５を有しない点で、上述の第１の態様と異なる以外は、同様であるため、同様の点についての説明を省略する。また、第２の態様では、熱サイクル装置１に上述の判定部（第２領域１１２に反応液１４０が存在するか否かを判定する）は不要となるが、他の目的（例えば、ＰＣＲの増幅度の監視等）で設けられてもよい。

第２の態様では、第２配置に切り替えられた後（図８の（ｂ）参照）、直ちにステップＳ１０６の処理が実行される。そのため、第２領域１１２に反応液１４０が到達するか否かにかかわらず、駆動軸周りの回転運動が停止することなく継続する。すなわち、第２配置の角度において、回転の角速度ω１から角速度ω２へと連続して変更される（図８のグラフの横軸０．５秒の位置を参照）。

第２の態様では、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の配置が第３配置に達したときに、反応液１４０が、所定の時間、第２温度を経験したか否かを判定する。ここで、所定の時間とは、例えば、熱変性、解離、ホットスタート等のために必要な時間である。すなわち、角速度ω２が、比較的大きい場合には、所定の時間が経過する前に第３配置となり得るが、このような場合には、第３配置となったときに、駆動軸周りの回転を止めて、所定の時間が経過するまで待機する（ステップＳ１０７でＮ）。なおこの態様は、図８には示されていないが、第３配置となったときに、駆動軸周りの回転を止めることについては、図９を参照。

一方、角速度ω２が、比較的小さい場合には、所定の時間が経過すると同時、又は、所定の時間が経過した後に、第３配置となり得る。このような場合には、第３配置となったときに、駆動軸周りの回転を止める必要はなく（ステップＳ１０７でＹ）、第３配置の角度において、回転の角速度ω２から角速度ω３へと変更される。反応液１４０が、所定の時間、第２温度を経験したら（ステップＳ１０７でＹ）、続いて駆動機構２０によって本体１０を駆動し、駆動軸の周りに角速度ω３で回転させて、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の配置を第３配置から第１配置へ切換える（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０８以降は、上述の第１の態様と同様であるため説明を省略する。

２．２．３．第３の態様
上述の第１の態様及び第２の態様の説明において、角速度ω２が、比較的大きい場合などに、所定の時間が経過する前に第３配置となった場合、第３配置となったときに、駆動軸周りの回転を止めて、所定の時間が経過するまで待機することについて説明した。その一態様を第３の態様として説明する。

図９は、第３の態様に係る熱サイクル装置１を用いた熱サイクル処理の一例を示すタイムチャートである。図９は、上段が反応容器１００の姿勢及び反応液１４０の位置を示す模式図であり、中段が駆動軸周りの角速度の時間変化を示すグラフであり、下段が反応容器１００の長手方向が鉛直方向から傾いた角度の時間変化を示すグラフである。

第３の態様は、第１の態様及び第２の態様のステップＳ１０６、ステップＳ１０７において、所定の時間が経過する前に第３配置となった場合に相当し、その他のステップについては、第１の態様又は第２の態様と同様であるため、説明を省略する。

図９を参照し、第３の態様において、第２配置に切り替えられた後（図９の（ｂ）参照）、直ちに角速度ω２にて第２配置から第３配置に切り替えられる。そのため、第２領域１１２に反応液１４０が到達するか否かにかかわらず、駆動軸周りの回転運動が停止することなく継続する。

第３の態様は、角速度ω３が、比較的大きい場合に相当し、所定の時間が経過する前に第３配置となっており（図９（ｅ）参照）、第３配置となったときに、駆動軸周りの回転を止めて、所定の時間が経過するまで待機する。

そして、所定の時間が経過すると同時、又は、所定の時間が経過した後に（ステップＳ１０７でＹ）、駆動機構２０によって本体１０を駆動し、駆動軸の周りに角速度ω３で回転させて、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の配置を第３配置から第１配置へ切換える（ステップＳ１０８）（図９の横軸５．７５秒付近を参照）。その後は、上述の第１の態様と同様であるため説明を省略する。

また、図９の中段及び下段のグラフに、一点鎖線で示すように回転の角速度を変化させてもよい。第３配置は、重力の作用する方向が反応容器１００の長手方向と略直交するため、反応液１４０の位置が安定しにくい。そのため、本実施形態では、第３配置で停止することがあっても、比較的小さい角速度ω２から停止させるため、反応液１４０を第２領域１１２に留まらせやすい。しかし、図９の一点鎖線で示すように、第３配置で回転を停止させる際に、角速度ω２をなだらかに０となるように制御してもよい。このようにすれば、第２領域１１２に存在する反応液１４０を、さらに安定して第２領域１１２に留めることができる。

２．３．変形例
上記実施形態の反応容器１００は、以下のように変形することができる。そして、係る変形例の反応容器１０１により、上記実施形態の第３配置を、以下のように変形して実施することができる。

図１０は、変形例に係る反応容器の断面の模式図である。図１１は、変形例に係る熱サイクル装置の本体１０の、図１ＡのＡ−Ａ線に相当する断面の模式図であり第３配置を示す。図１２は、変形例に係る熱サイクル装置を用いた熱サイクル処理の一例を示すタイムチャートである。

図１１は、熱サイクル装置に反応容器１０１が装着された状態を示し、第３配置を示す。以下では、反応容器１０１について説明し、次に、反応容器１０１を用いた場合の、熱サイクル装置を用いた熱サイクル処理について説明する。

なお、本変形例においては、上記実施形態で述べたと同様の機能、作用を有する部材については、同様の符号を用い、詳細な説明を省略する。

図１０に示すように、反応容器１００は流路１１０及び封止部１２０を含む。流路１１０には、反応液１４０と、反応液１４０よりも比重が小さく、かつ、反応液１４０とは混和しない液体（以下、「液体」という）１３０とが充填され、封止部１２０によって封止されている。

流路１１０は、対向する内壁に近接して反応液１４０が移動するように形成されている。流路１１０の第１領域１１１と、第１領域１１１とは異なる第２領域１１２との間を反応液１４０が移動する経路をある程度規定できる。これにより、反応液１４０が第１領域１１１と第２領域１１２との間を移動する所要時間を、ある程度の範囲に制限できる。

図１０の例では、反応容器１０１は、流路１１０、封止部１２０および突出部１５０を含む。突出部１５０は、第３の配置において、反応液が突出部１５０に留まることができるように構成され、本変形例では、突出部１５０として、第２領域１１２内の側面に傾斜壁１１２ｃが設けられており、この傾斜壁１１２ｃより第２領域１１２の上端１１２ａ側の径の大きさａは、第２領域１１２の下端１１２ｂ側の径の大きさｂより大きくなっている。

反応容器１０１の第１領域１１１は、第１加熱部１２によって第１の温度に加熱される、流路１１０の一部の領域である。第２領域１１２は、第２加熱部１３によって第２の温度に加熱される、第１領域１１１とは異なる流路１１０の一部の領域である。

反応容器１０１においては、第１領域１１１は、流路１１０の長手方向における一方の端部を含む領域であり、第２領域１１２は、流路１１０の長手方向における他方の端部を含む領域である。図１１に示す例では、流路１１０の封止部１２０側の端部を含む点線で囲まれた領域が第２領域１１２であり、封止部１２０から遠い側の端部を含む点線で囲まれた領域が第１領域１１１である。

図１１に示すように、装着部１１に反応容器１０１を装着した状態においては、第１加熱部１２は第１領域１１１を、第２加熱部１３は第２領域１１２を、それぞれ含む位置において反応容器１００に接している。本変形例においては、図１１に示すように反応容器１０１を底板１７に接触するように装着することで、第１加熱部１２及び第２加熱部１３に対して反応容器１０１を所定の位置に保持できる。

図１０に示すように、変形例の反応容器１０１は、流路に段差が形成されており、係る段差は、第２領域１１２に反応液１４０がある場合に、反応液１４０が第１領域１１１に移動する際の障壁として機能することができる。ここで、図１０に示すように、反応容器１０１の長手方向の軸から、傾斜壁１１２ｃの内壁面の接線が傾斜した角を「角α」と定義する。

図１１に示すように、変形例においては、上記実施形態における第３配置（図４（ｃ））の、駆動軸周りの角度が異なっている。

上記実施形態では、反応容器１００に段差が存在しなかったため、第３配置は反応容器１００の長手方向が略水平となる配置であった。これは、第３配置から、第２領域１１２がより上方になると、反応液１４０が第１領域１１１に向かって落下し始める可能性があったからである。

これに対して、本変形例では、反応容器１０１に段差が存在するため、反応容器１０１の長手方向が略水平となる配置としても、第２領域１１２に反応液１４０が安定して存在する。さらに、反応容器１０１の長手方向が略水平となる配置から、第２領域１１２が第１領域１１１よりも上方に位置するように傾斜させても、角α程度までは、第２領域１１２に反応液１４０が安定して存在することができる。すなわち、傾斜壁１１２ｃの内壁面の接線が略水平となる状態まで、第２領域１１２に反応液１４０が安定して存在することができる。

したがって、本変形例では、第２領域１１２が第１領域１１１よりも上方に位置し、傾斜壁１１２ｃの内壁面の接線が略水平となる状態を第３配置とする。換言すると、本変形例では、第３配置は、軸線が水平線に対して傾斜する配置であり且つ第２領域１１２が第１領域１１１よりも重力が作用する方向で上となる配置である。そうすると、第３配置では、より高温の第２領域１１２をより低温の第１領域１１１よりも上方に位置させることができるため、液体１３０の対流をさらに抑制することができるし、第２配置を経ることにより乱れた液体１３０の温度分布を、より整えることができる。

図１２に示すタイムチャートは、上述の第２の態様と第３配置となる駆動軸の角度が異なる以外は同様である。図１２の（ｄ）は、第３配置を示しており、第３配置の角度が、「２７０＋α」となっている。その他の手順等は、上述の実施形態と同様であるため、説明を省略する。本変形例においても、上述の各事項を、適宜に採用できることは容易に理解されよう。

なお、本変形例において、角αは、９０度未満、好ましくは８０度以下である。しかし９０度以上であってもよい。反応容器に、αが９０度以上の形状を採用した場合には、例えば、第２領域が第１領域よりも重力が作用する方向で上となる配置、すなわち上述の第１配置と同じ配置を第３配置とすればよく、第３配置から第１配置に切り替える際には、反応容器を反応液が落下するまで傾ければ、反応液を第１領域１１１に移動させることができる。なお、この場合必要に応じて、駆動軸周りに反応容器を逆回転させて、第１配置に反応容器の傾斜を戻してもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１…熱サイクル装置、１０…本体、１１…装着部、１２…第１加熱部（加熱部）、１２ａ…第１ヒーター、１２ｂ…第１ヒートブロック、１３…第２加熱部、１３ａ…第２ヒーター、１３ｂ…第２ヒートブロック、１４…スペーサー、１５…導線、１６…フランジ、１７…底板、１９…固定板、２０…駆動機構、２２…スライド、５０…蓋、５１…固定部、１００，１０１…反応容器、１１０…流路、１１１…第１領域、１１２…第２領域、１１２ｃ…傾斜壁、１２０…封止部、１３０…液体、１４０…反応液、１５０…突出部

Claims (5)

1. 長手方向を有し、反応液と、前記反応液よりも比重が小さく、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填された反応容器を装着可能な装着部と、
   前記反応容器の第１領域を加熱する第１加熱部と、
   前記反応容器の第２領域を前記第１加熱部の温度よりも高温に加熱する第２加熱部と、
   前記第１領域及び前記第２領域の配置を、第１配置、第２配置及び第３配置の間で切換える駆動機構と、
   を含む熱サイクル装置の制御方法であって、
   前記第１配置は、前記第１領域が、前記第２領域よりも重力が作用する方向で下となる配置であり、
   前記第２配置は、前記第２領域が、前記第１領域よりも重力が作用する方向で下となる配置であり、
   前記第３配置は、前記反応容器の長手方向の軸線が、水平となる配置であるか、又は、前記軸線が水平線に対して傾斜する配置であり且つ前記第２領域が前記第１領域よりも重力が作用する方向で上となる配置であり、
   前記駆動機構によって、前記第１配置、前記第２配置、前記第３配置の順で切換えるように制御し、
   前記第１配置から前記第２配置には、角速度ω１で切り替え、
   前記第２配置から前記第３配置には、前記角速度ω１よりも小さい角速度ω２で切り替える、熱サイクル装置の制御方法。
2. 請求項１において、
   前記第２領域に前記反応液が存在する状態で、前記第２配置から前記第３配置へと切り替える、熱サイクル装置の制御方法。
3. 請求項１又は請求項２において、
   前記熱サイクル装置は、前記反応液が前記第２領域に位置することを判定する判定部を備え、
   前記第２配置に切換えた後、前記第３配置に切換える前に、前記反応液が前記第２領域に位置すると前記判定部によって判定された場合に前記第３配置に切換え、前記反応液が前記第２領域に位置しないと前記判定部によって判定された場合には前記第２配置を維持する、請求項１に記載の熱サイクル装置の制御方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
   前記角速度ω１は、前記角速度ω２の１０倍以上３０倍以下である、熱サイクル装置の制御方法。
5. 長手方向を有し、反応液と、前記反応液よりも比重が小さく、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填された反応容器を装着可能な装着部と、
   前記反応容器の第１領域を加熱する第１加熱部と、
   前記反応容器の第２領域を前記第１加熱部の温度よりも高温に加熱する第２加熱部と、
   前記第１領域及び前記第２領域の配置を、第１配置、第２配置及び第３配置の間で切換える駆動機構と、
   前記駆動機構を制御する制御機構と、
   を含む熱サイクル装置であって、
   前記第１配置は、前記第１領域が、前記第２領域よりも重力が作用する方向で下となる配置であり、
   前記第２配置は、前記第２領域が、前記第１領域よりも重力が作用する方向で下となる配置であり、
   前記第３配置は、前記反応容器の長手方向の軸線が、水平となる配置であるか、又は、前記軸線が水平線に対して傾斜する配置であり且つ前記第２領域が前記第１領域よりも重力が作用する方向で上となる配置であり、
   前記制御機構は、前記第１領域、及び前記第２領域の配置を、前記第１配置、前記第２配置、前記第３配置の順で切換えるように制御し、
   前記第１配置から前記第２配置には、角速度ω１で切り替え、
   前記第２配置から前記第３配置には、前記角速度ω１よりも小さい角速度ω２で切り替える、熱サイクル装置。

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