JP5935980B2 - 熱サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱サイクル装置に関する。

近年、遺伝子の利用技術の発展により、遺伝子診断や遺伝子治療など遺伝子を利用した医療が注目されている他、農畜産分野においても品種判別や品種改良に遺伝子を用いた手法が多く開発されている。遺伝子を利用するための技術として、ＰＣＲ（Polymerase Chain Reaction）などの技術が広く普及している。今日では、ＰＣＲは生体物質の情報解明において必要不可欠な技術となっている。

ＰＣＲは、増幅の対象とする核酸（標的核酸）及び試薬を含む溶液（反応液）に熱サイクル（温度サイクル）を施すことで、標的核酸を増幅させる手法である。熱サイクルは、２段階以上の温度を周期的に反応液に施す処理である。ＰＣＲにおいては、２段階又は３段階の熱サイクルを施す手法が一般的である。

ＰＣＲでは一般に、チューブや生体試料反応用チップと（バイオチップ、反応容器等とも）称する、生化学反応を行うための容器を使用する。しかしながら従来の手法においては、必要な試薬等の量が多く、また反応に必要な熱サイクルを実現するために装置が複雑化したり、反応に時間がかかったりするという問題があった。そのため微少量の試薬や検体を用いてＰＣＲを精度よく短時間で行うためのバイオチップや反応装置が必要とされていた。

このような問題を解決するために、特許文献１には、反応液と、反応液と混和せず反応液よりも比重の小さい液体とが充填された生体試料反応用チップを、水平方向の回転軸のの周りに回転させることで、反応液を移動させて熱サイクルを施す生体試料反応装置が開示されている。

特開２００９−１３６２５０号公報

特許文献１に開示された生体試料反応装置において、熱伝導体を昇温させる（熱伝導体の温度を上昇させる）場合に過昇温（オーバーシュート）が生じ、目標温度となるまでに時間を要していた。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その幾つかの態様に係る目的の一つは、熱伝導体の温度を、設定された温度に短時間で到達させることができる熱サイクル装置を提供することにある。

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

［適用例１］本発明に係る熱サイクル装置の一態様は、反応液と、前記反応液とは比重が異なり、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填され、前記反応液が対向する内壁に沿って移動する流路を含む反応容器を装着する装着部と、前記装着部に前記反応容器を装着した場合に、前記流路に対して、前記反応液が移動する方向に温度勾配を形成する温度勾配形成部と、前記装着部及び前記温度勾配形成部を、重力の作用する方向に対して垂直な成分を有し、かつ、前記装着部に前記反応容器を装着した場合に前記流路を前記反応液が移動する方向に対して垂直な成分を有する回転軸の周りに回転させる駆動機構と、を含み、前記温度勾配形成部は、熱を放散させる第１放熱部を有し前記装着部に前記反応容器を装着した場合に前記流路の第１領域を第１温度に加熱する第１熱伝導体と、前記装着部に前記反応容器を装着した場合に前記流路の第２領域を第２温度に加熱する第２熱伝導体と、を含む。

本適用例の熱サイクル装置によれば、回転軸は、重力の作用する方向に対して垂直な成分を有し、かつ、装着部に反応容器を装着した場合に反応容器の流路を反応液が移動する方向に対して垂直な成分を有するため、駆動機構が装着部を回転させることによって、装着部に装着される反応容器の流路内の重力の作用する方向における最下点又は最上点の位置が変化する。これにより、温度勾配形成部によって温度勾配が形成された流路内を反応液が移動する。したがって、反応液に対して熱サイクル（温度サイクル）を施すことができる。

また、温度勾配形成部の第１熱伝導体は第１放熱部を含むため、第１熱伝導体と環境（第１熱伝導体の周囲の空間）との間の熱交換の効率が向上される。これにより、第１熱伝導体を、目標とする温度まで昇温させる場合に、いわゆるオーバーシュート（過昇温）を抑制することができ、より短時間で目標の温度に到達させることができる。そのため、本適用例の熱サイクル装置によれば、放熱部を含まない熱サイクル装置と比較して熱サイクルに要する時間を短縮することができる。

［適用例２］適用例１において、前記第１温度は、前記第２温度よりも低くてもよい。

本適用例の熱サイクル装置は、第１熱伝導体の温度が第２熱伝導体の温度よりも低い。すなわち、第１熱伝導体の温度の方が環境の温度に近いので、第２熱伝導体よりも目標の温度に到達させにくいが、本適用例の熱サイクル装置では第１熱伝導体が第１放熱部を含むので、より確実に熱サイクルに要する時間を短縮させることができる。

［適用例３］適用例１または適用例２において、前記第２熱伝導体は、熱を放散させる第２放熱部をさらに含んでもよい。

本適用例の熱サイクル装置によれば、温度勾配形成部の第２熱伝導体に第２放熱部が設けられるため、第２熱伝導体と環境との間の熱交換の効率が向上される。これにより、第２熱伝導体を、目標とする温度まで昇温させる場合に、オーバーシュートを抑制することができ、より短時間で目標の温度に到達させることができる。そのため、本適用例の熱サイクル装置によれば、放熱部を含まない熱サイクル装置と比較して熱サイクルに要する時間を短縮することができる。

［適用例４］適用例１ないし適用例３のいずれか１例において、前記第１放熱部又は前記第２放熱部は、フィンであってもよい。

本適用例の熱サイクル装置は、第１放熱部又は第２放熱部がフィンであるので、第１放熱部又は第２放熱部の構造が単純である。そのため、熱サイクルに要する時間を短縮できる熱サイクル装置を容易に製造できる。

［適用例５］適用例１ないし適用例４のいずれか１例において、少なくとも前記第１放熱部に送風するファンをさらに有してもよい。

本適用例の熱サイクル装置によれば、温度勾配形成部の第１放熱部と環境との間の熱交換がさらに効率化される。したがって、さらに熱サイクルに要する時間を短縮できる。

実施形態に係る熱サイクル装置の要部を模式的に示す図。 実施形態に係る熱サイクル装置の要部を模式的に示す図。 第２実施形態に係る熱サイクル装置の概略を模式的に示す斜視図。 第２実施形態に係る熱サイクル装置の要部を模式的に示す分解斜視図。 第２実施形態に係る第１熱伝導体及び第１放熱部の平面図。 第２実施形態に係る第１熱伝導体及び第１放熱部の側面図。 第２実施形態に係る第１熱伝導体及び第１放熱部の断面図。 第２実施形態に係る第１熱伝導体及び第１放熱部の側面図。

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、本発明の例を説明するものであって、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構成要素であるとは限らない。

１．第１実施形態
１．１．熱サイクル装置
本実施形態の熱サイクル装置１００は、装着部１０と、温度勾配形成部２０と、駆動機構３０と、を含む。より詳しくは、本実施形態の熱サイクル装置１００は、反応液１１と、反応液１１とは比重が異なり、かつ、反応液１１とは混和しない液体１２とが充填され、反応液１１が対向する内壁に沿って移動する流路１３を含む反応容器１５を装着する装着部１０と、装着部１０に反応容器１５を装着した場合に、流路１３に対して、反応液１１が移動する方向に温度勾配を形成する温度勾配形成部２０と、装着部１０及び温度勾配形成部２０を、重力の作用する方向に対して垂直な成分を有し、かつ、装着部１０に反応容器１５を装着した場合に流路１３を反応液１１が移動する方向に対して垂直な成分を有する回転軸Ｒの周りに回転させる駆動機構３０と、を含み、温度勾配形成部２０は、熱を放散させる第１放熱部２６１を有し装着部１０に反応容器１５を装着した場合に流路１３の第１領域１３１を第１温度に加熱する第１熱伝導体２２１と、装着部１０に反応容器１５を装着した場合に流路１３の第２領域１３２を第２温度に加熱する第２熱伝導体２２２と、を含む。

図１及び図２は、本実施形態に係る熱サイクル装置の要部を模式的に示す図である。

１．１．１．反応容器
まず、熱サイクル装置１００に装着される反応容器１５について説明する。反応容器１５は、反応液１１と、反応液１１とは比重が異なり、かつ、反応液１１とは混和しない液体１２（以下、「液体１２」という。）と、が充填される。反応容器１５は、反応液１１が対向する内壁に沿って移動する流路１３を含む。

液体１２は、反応液１１よりも比重が小さく、かつ、反応液１１とは混和しない液体である。液体１２としては、例えば、反応液１１とは混和せず、かつ、反応液１１よりも比重が大きい液体を採用してもよい。図１及び図２に示される例では、反応容器１５は、流路１３及び封止体１４を含む。流路１３には、反応液１１と、液体１２とが充填され、封止体１４によって封止されている。

流路１３は、対向する内壁に沿って反応液１１が移動するように形成されている。ここで、流路１３の「対向する内壁」とは、流路１３の壁面の、向かい合う位置関係にある２つの領域を意味する。「沿って」とは、反応液１１と流路１３の壁面との距離が近い状態を意味し、反応液１１が流路１３の壁面に接触する状態を含む。したがって、「対向する内壁に沿って反応液１１が移動する」とは、「流路１３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１１が移動する」ことを意味する。換言すれば、流路１３の対向する２つ内壁間の距離は、反応液１１が該内壁に沿って移動する程度の距離である。

反応容器１５の流路１３がこのような形状であると、流路１３内を反応液１１が移動する方向を規制できるので、流路１３内を反応液１１が移動する経路をある程度規定できる。これにより、流路１３内を反応液１１が移動する所要時間を、ある程度の範囲に制限できる。したがって、流路１３の対向する２つ内壁間の距離は、流路１３内を反応液１１が移動する時間のバラツキによって生じる、反応液１１に対して施される熱サイクル条件のバラツキが、所望の精度を満たせる程度、すなわち、反応の結果が所望の精度を満たせる程度であることが好ましい。より具体的には、流路１３の対向する２つの内壁間の反応液１１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１１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１及び図２に示される例では、反応容器１５の外形は円柱状であり、該円柱の中心軸に沿う方向（図１及び図２においては上下方向）を長手方向とする流路１３が形成されている。流路１３の形状は、流路１３の長手方向に対して垂直な方向の断面、すなわち流路１３のある領域における反応液１１が移動する方向に対して垂直な断面（これを流路１３の「断面」とする）が円形となる円柱状である。したがって、反応容器１５においては、流路１３の対向する内壁は、流路１３の断面の中心を挟んで対向する流路１３の壁面上の２点を含む領域である。また、「反応液１１が移動する移動方向」は、流路１３の長手方向となる。

なお、流路１３の断面の形状は円形に限らず、多角形や楕円形など、対向する内壁に沿って反応液１１が移動できる限り任意である。例えば、反応容器１５の流路１３の断面が多角形の場合には、「対向する内壁」は、流路１３に内接する断面が円形の流路を仮定した場合に、該流路の対向する内壁であるものとする。すなわち、流路１３に内接する、断面が円形の仮想流路の対向する内壁に沿って反応液１１が移動するように流路１３が形成されていればよい。これにより、流路１３の断面が多角形の場合にも、反応液１１が移動する経路をある程度規定できる。したがって、反応液１１が移動する所要時間を、ある程度の範囲に制限できる。さらに、流路１３の断面の形状は、長手方向において必ずしも一定でなくてもよく、流路１３は、例えば、円錐台形などのテーパー形状であってもよいしテーパー形状の部分を有していてもよい。また、流路１３の形状及び反応容器１５の形状は、反応容器１５の製造上の利点を考慮して設計されうる。すなわち、例えば、反応容器１５の材質を高分子とし、射出成型によって反応容器１５を製造する場合には、射出成型の型からの取り出し（型抜き）が容易となるように流路１３の形状及び反応容器１５の形状を設計することができる。

流路１３は、第１領域１３１と、第２領域１３２とを有する。第１領域１３１及び第２領域１３２は、熱サイクル装置１００の装着部１０に反応容器１５が装着された場合に、互いに異なる温度となるように制御される領域である。本実施形態では、第１熱伝導体２２１に熱的に接している領域を第１領域１３１とし、第２熱伝導体２２２に熱的に接している領域を第２領域１３２とする。反応容器１５の流路１３の第１領域１３１及び第２領域１３２は、それぞれ第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２に熱的に接触することによって第１温度及び第２温度となるように温度制御される。

第１領域１３１は、流路１３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１３２は、流路１３の長手方向における他方の端部を含む領域である。図１及び図２に示される例では、流路１３のうち封止体１４に相対的に遠い側の端部を含む点線で囲まれた領域が第１領域１３１であり、流路１３のうち封止体１４に相対的に近い側の端部を含む点線で囲まれた領域が第２領域１３２である。

本実施形態に係る熱サイクル装置１００は、温度勾配形成部２０の第１熱伝導体２２１が反応容器１５の流路１３の第１領域１３１を第１温度に加熱し、温度勾配形成部２０の第２熱伝導体２２２が反応容器１５の流路１３の第２領域１３２を第２温度に加熱することにより、反応容器１５の流路１３に対して、反応液１１が移動する方向に温度勾配を形成する。

流路１３には、液体１２と、反応液１１とが充填されている。液体１２は、反応液１１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１及び図２に示されるように、反応液１１は液体１２の中に液滴の状態で保持されている。反応液１１は、液体１２よりも比重が大きいため、流路１３の重力の作用する方向における最下部の領域に位置している。なお、図１及び図２には、重力の作用する方向を矢印ｇで示してある。

液体１２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１１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、反応液１１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１２としてオイルを用いてＰＣＲを行う場合には、反応液１１は上記の成分を含む水溶液であることが好ましい。

１．１．２．装着部
本実施形態の熱サイクル装置１００は、反応容器１５を装着する装着部１０を有する。装着部１０は、反応容器１５を装着する構造である。図１及び図２に示される例では、第１熱伝導体２２１の一部及び第２熱伝導体２２２の一部が装着部１０を構成している。また、図示しないが、装着部１０は、他の構成、例えば反応容器１５を装着する場合のガイドやスペーサーとなる部材や、反応容器１５を固定するための部材を含んで構成されてもよい。図１及び図２の例では、装着部１０は、反応容器１５を差し込んで装着するスロット構造となっている。

第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２に設けられる装着部１０の個数は、特に限定されない。装着部１０の数が複数である場合は、複数の反応容器１５をそれぞれ装着することができる。なお、本実施形態では装着部１０がスロット構造である例を示すが、装着部１０は反応容器１５を保持できる構造であればよい。例えば、反応容器１５の形状に合わせた窪みに反応容器１５をはめ込む構造や、反応容器１５を挟んで保持する構造を採用してもよい。

１．１．３．温度勾配形成部
温度勾配形成部２０は、装着部１０が設けられた第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２を含む。温度勾配形成部２０は、装着部１０に反応容器１５を装着した場合に、流路１３に対して、反応液１１が移動する移動方向（本明細書では単に「前記移動方向」と記載する場合がある。）に温度勾配を形成する構成である。ここで、「温度勾配を形成する」とは、所定の方向に沿って温度が変化する状態を形成することを意味する。したがって、「反応液１１が移動する移動方向に温度勾配を形成する」とは、反応液１１が移動する移動方向に沿って温度が変化する状態を形成することを意味する。「所定の方向に沿って温度が変化する状態」は、例えば、所定の方向に沿って温度が単調に高く又は低くなっていてもよいし、所定の方向に沿って、温度が高くなる変化から低くなる変化へ、又は、低くなる変化から高くなる変化へ、途中で変化していてもよい。図１及び図２に示される例では、温度勾配形成部２０は、第１熱伝導体２２１、第２熱伝導体２２２によって構成されている。

１．１．３．１．熱伝導体
第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２には、装着部１０の少なくとも一部が設けられる。これにより、第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２は、装着部１０に反応容器１５を装着した場合に、それぞれ反応容器１５の流路１３の第１領域１３１及び第２領域１３２を目標の温度に制御する。

図１及び図２に示される例では、第１熱伝導体２２１は、反応容器１５の流路１３の第１領域１３１を加熱できる位置に配置されている。また、第２熱伝導体２２２は、反応容器１５の流路１３の第２領域１３２を加熱できる位置に配置されている。

第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２は、互いに異なる温度に制御されることができる。この場合、第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２は、互いに熱的な接触が小さい態様で配置されることが好ましい。例えば、第１熱伝導体２２１と第２熱伝導体２２２とは互いに離れた位置（物理的に接触しない位置）に設けることが好ましい。また、第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２は、熱サイクル装置１００に、断熱性の部材等により熱的な干渉が小さくされた状態で設置されてもよい。

第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２は、それぞれ熱を発生させる第１熱源部２４１及び第２熱源部２４２を有し、これらによって発生させた熱を反応容器１５に伝える構成とすることができる。

第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２の形状は、特に限定されない。第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２の材質は熱伝導率、保温性、加工しやすさ等の条件を考慮して適宜選択できる。例えば、アルミニウムは熱伝導率が高く、加熱ムラが生じにくいので、反応容器１５を効率よくかつ精度よく加熱することができる。また、アルミニウムは加工が容易なので、第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２を精度よく成型でき、反応容器１５との接触の精度を高めることができる。したがって、より正確な熱サイクルを実現できる。なお、第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２の材質は、例えば銅合金を使用してもよく、複数の材質を組み合わせてもよい。第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２の具体例としては、アルミニウム製のブロックが挙げられる。

第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２は、装着部１０に反応容器１５を装着した場合に、反応容器１５に対して熱的に接触する。熱的に接触する態様としては、第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２と反応容器１５とが直接に接触している態様や、第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２と反応容器１５との間に他の熱伝導性の部材を介して接触している態様などが挙げられる。また、熱を適切に伝えることができれば、第１熱伝導体２２１または第２熱伝導体２２２と反応容器１５との間に空間があっても良い。これにより、第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２によって反応容器１５を加熱した場合に、第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２の熱を反応容器１５に安定して伝えることができるので、反応容器１５の流路１３の所定の領域の温度を安定させることができる。

本実施形態のように、装着部１０が第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２の一部を含んで構成されている場合には、装着部１０が反応容器１５と直接接触することがより好ましい。これにより、第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２の熱を反応容器１５に安定して伝えることができるので反応容器１５の流路１３の温度勾配を効率よく制御できる。

また、本実施形態のように装着部１０が第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２の一部を含んで構成されている場合には、装着部１０を反応容器１５に密着させる機構を設けてもよい。装着部１０を反応容器１５に密着させる機構は、反応容器１５の少なくとも一部を装着部１０に密着させることができればよい。例えば、他の部材を追加するなどして、当該部材に取り付けられたバネによって反応容器１５を装着部１０の一方の壁面に押し付けてもよい。これにより、温度勾配形成部２０の熱を反応容器１５にさらに安定して伝えることができるので、反応容器１５の温度をさらに安定させることができる。

第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２の温度は、図示しない温度センサー及び制御部によって制御されてもよい。温度センサーとしては例えば熱電対を用いることができ、これに限らず、例えば測温抵抗体やサーミスタを使用してもよい。

第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２の温度は、反応容器１５が所望の温度に加熱されるように設定されることが好ましい。本実施形態においては、第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２を温度制御することで、反応容器１５の流路１３の第１領域１３１及び第２領域１３２をそれぞれ目標の温度に制御することができる。なお、第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２の温度は、反応容器１５の流路１３の第１領域１３１及び第２領域１３２が所望の温度となるように制御されていればよく、例えば、反応容器１５の材質や大きさを考慮して制御されてもよい。

１．１．３．２．熱源部
温度勾配形成部２０は、第１熱源部２４１及び第２熱源部２４２を有してもよい。第１熱源部２４１及び第２熱源部２４２は、熱を発生させる。第１熱源部２４１及び第２熱源部２４２は、それぞれ第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２に設けられ、それぞれ第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２に対して熱を供給することができる。第１熱源部２４１及び第２熱源部２４２としては、例えば、ヒーター（電熱線）、カートリッジヒーター、カーボンヒーター、シートヒーター、ＩＨヒーター（電磁誘導加熱器）、加熱液体、加熱気体などを使用することができる。また、必要に応じて、導線や配管を備えてもよく、外部電源等に接続してもよい。これらのうちでも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熱源部２４１及び第２熱源部２４２にカートリッジヒーターを採用することで、第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２の温度を安定させることを容易化することができる。

１．１．３．３．放熱部
第１放熱部２６１は、第１熱伝導体２２１の熱を放散させる。第１放熱部２６１は、第１熱伝導体２２１に設けられる。第１放熱部２６１は、第１熱伝導体２２１と環境（大気等）との間の熱交換を促進させる。第１放熱部２６１は、第１熱伝導体２２１に複数設けられてもよい。第１放熱部２６１が設けられる第１熱伝導体２２１の位置は、装着部１０及び温度勾配形成部２０の回転を第１熱伝導体２２１が妨げない限り任意である。第１放熱部２６１は、第１熱伝導体２２１の形状、材質等に合わせて適宜選択、設計されることができる。

第１放熱部２６１としては、空冷フィン（ひれ）、ヒートシンク等の構造体、ペルチェ素子などの冷却装置、液体又はガス等の熱を輸送可能な媒体を通じる配管、などを採用することができる。これらのうちフィンは、配線や配管の必要がなく、第１熱伝導体２２１と一体的に形成することができ、装置構成を簡略化できる点で第１放熱部２６１として適する。

第１放熱部２６１にフィンを採用する場合には、フィンの形状は特に限定されない。図１及び図２の例では、第１放熱部２６１は、第１熱伝導体２２１の装着部が開口する面とは異なる面に切れ込みを入れたフィンによって構成されている。フィンは、第１熱伝導体２２１の熱を、環境に放散する効率が、平坦な表面を有した場合に比較して高ければどのような形状でもよい。ここで、フィンとは、物体の表面において、表面が平坦である場合に比較して、物体の熱を環境の気体に放散する効率の大きい表面を有する構造のことを指す。また、フィンとは、特定の体積の物体において、比表面積が大きくなっている領域ということもできる。

フィンの形状の典型例としては、薄い板の形状、あるいはその集合体が挙げられる。このようなフィンは、第１熱伝導体２２１の制御したい温度等の目的に合わせて、例えば以下のような、熱の放散の効率の計算や、装置の材質、構造等を考慮して、その結果に基づいて設計されることができる。

一般に直方体形状のフィンの熱放散の効率φは以下の式で示される。

φ＝Ｑ／Ｑ_∞＝ｔａｎｈ｛ｍ（ｈ＋δ／２）｝／｛ｍ（ｈ＋δ／２）｝
（δ：フィンの厚み、ｈ：フィンの高さ、ｍ：（２α／δλ）^１／２、α：フィンと空気との熱伝達係数、Ｆ：フィンの断面積、λ：熱伝導率）
Ｑはフィンの伝熱量でありＱ_∞はフィン全体が均一な温度である理想状態のフィンの伝熱量である。実際のフィンでは熱伝導率は有限であり、根元から先端に行くにつれ放熱により温度は低下する。

上記式は、フィンの高さが増すと放熱量が増す一方で効率が頭打ちになること、及び、同一のフィンの体積ならば、薄いフィンを多数つけたほうが放熱量が増すことを意味している。なお、一般に、フィンの高さが高いほど加工が困難になるため、可能な範囲でフィンの高さを高くすることが好ましい。

また、第１熱伝導体２２１がアルミニウム系の材質で形成されている場合には、機械加工の精度による制限が有る場合がある。例えば、δ及びフィン間の間隔は、いずれも１ｍｍ程度が限界となる場合がある。

フィンの厚み及びフィン間の間隔については、以下のような試算を例示できる。

アルミニウムの熱伝導率を２０４Ｗ／ｍＫ、アルミニウムと空気との熱伝達係数を１１６Ｗ／ｍ^２Ｋとすると、高さ７ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍのフィンと、高さ７ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ２ｍｍのフィンとでは、厚さ１ｍｍのフィンの熱放散の効率が９８％であるのに対して、厚さ２ｍｍのフィンの熱放散の効率は９９％となる。しかし一方で、フィン間の間隔を変化させることにより放熱量を高めることができ、例えば、フィン間の間隔は、１ｍｍの方が２ｍｍに対して５割増しの放熱量を得ることができる。

厚さ１ｍｍ、幅１０ｍｍ、高さ７ｍｍのフィン、及び厚さ１ｍｍ、幅１０ｍｍ、高さ１４ｍｍのフィンでは、熱放散の効率は、それぞれ９８％及び９３％となり、放熱面積が倍になる分、高さ１４ｍｍのほうが有利である。しかし、本実施形態の熱サイクル装置１００では、回転軸Ｒの周りの回転のための空間が必要となることから、第１放熱部２６１としてフィンを採用する場合には、フィンの高さや形状は、この点も考慮して適宜設計されることができる。

１．１．４．駆動機構
駆動機構３０は、装着部１０及び温度勾配形成部２０を、重力の作用する方向に対して垂直な成分を有し、かつ、装着部１０に反応容器１５を装着した場合に前記移動方向（反応液１１が移動する方向）に対して垂直な成分を有する回転軸Ｒの周りに回転させる機構である。図１及び図２では、回転軸Ｒのみを表示し、駆動機構３０は省略されている。

「重力の作用する方向に対して垂直な成分を有する」方向は、「重力の作用する方向に対して平行な成分」と「重力の作用する方向に対して垂直な成分」とのベクトル和で表した場合における、重力の作用する方向に対して垂直な成分を有する方向である。また、「前記移動方向に対して垂直な成分を有する」方向は、「前記移動方向に対して平行な成分」と「移動方向に対して垂直な成分」とのベクトル和で表した場合における、前記移動方向に対して垂直な成分を有する方向である。

したがって、装着部１０に反応容器１５を装着した状態で、回転軸Ｒ周りに装着部１０及び温度勾配形成部２０を回転させると、反応容器１５内の反応液１１が、反応容器１５の流路１３に沿って移動することができる。図１及び図２の例では、回転軸Ｒは、重力の作用する方向に対して垂直となっている例を示している。すなわち、図１では、反応液１１は、重力の作用により、流路１３の第１領域１３１に存在しており、図１の配置に対して回転軸Ｒ周りに１８０°回転させた状態である図２の例では、反応液１１は、重力の作用により、流路１３の第２領域１３２に存在している。なお、図１及び図２の例では、流路１３の長手方向が、重力の作用する方向に平行となる配置のみを例示しているが、流路１３の長手方向が、重力の作用する方向に対して垂直となる配置以外の配置であれば、流路１３内を反応液１１が移動できる。そのため、駆動機構３０は、必ずしも回転軸Ｒの周りに１８０°以上回転させることができる態様である必要はない。また、駆動機構３０は、回転軸Ｒの周りに３６０°以上回転させることができる態様であってもよい。

駆動機構３０は、装着部１０及び温度勾配形成部２０を同一の回転軸Ｒの周りに回転させてもよい。言い換えると、装着部１０を回転させる回転軸Ｒと温度勾配形成部２０を回転させる回転軸Ｒとは共通（同じ）であってもよい。

また、駆動機構３０は、図示しないモーター及び駆動軸を含んでもよく、当該駆動軸と必要に応じて歯車やフランジ等とを接続して構成されてもよい。駆動機構３０がモーターを有する場合には、例えばモーターの駆動軸を回転軸Ｒとして、モーターの動作により、回転軸Ｒの周りに回転されることができる。回転軸Ｒと装着部１０との位置関係については、特に制限はないが、装置の小型化や、装置内の他の部材との干渉を考慮して適宜設定されることができる。なお、駆動機構３０としては、モーターに限らず、例えばハンドル、ぜんまい等を採用してもよい。

熱サイクル装置１００は、図示しない制御部を含んでいてもよい。制御部は、駆動機構３０及び温度勾配形成部２０のうち、少なくとも１つを制御することができる。制御部は、専用回路により実現して制御を行うように構成されていてもよい。また、制御部は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）がＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置に記憶された制御プログラムを実行することによりコンピューターとして機能し、制御を行うように構成されていてもよい。この場合、記憶装置は、制御に伴う中間データや制御結果などを一時的に記憶するワークエリアを有していてもよい。

１．２．熱サイクル装置の使用例
本実施形態の熱サイクル装置１００は、各種のＰＣＲ及び熱サイクル（温度サイクル）が必要な反応に好適に適用することができる。

熱サイクル装置１００を適用可能なＰＣＲとしては、特に制限はない。しかし、熱サイクル装置１００は、２つの熱伝導体を有するため、２つの温度の熱サイクル（温度サイクル）が容易であり、例えばシャトルＰＣＲ（２段階温度ＰＣＲ）に好適である。また、第１熱伝導体２２１には、第１放熱部２６１が設けられているため、第１熱伝導体２２１の温度を比較的環境の温度に近い温度（逆転写温度）にするようなＲＴ−ＰＣＲ（逆転写ＰＣＲ：Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction）に対しても好適に適用できる。

ここで、シャトルＰＣＲとは、アニール反応及び伸長反応を同一の温度で行う手法のことを指す。一般に、シャトルＰＣＲは、プライマーやポリメラーゼの設計により実現することができる。シャトルＰＣＲでは、アニール／伸長を行う温度は６０℃程度であり、９５℃前後の熱変性温度との間で熱サイクル（温度サイクル）を繰り返すことにより、ＤＮＡを増幅することができる。

また、インフルエンザ等、ウィルスがＲＮＡウィルスである場合には、そのままではＰＣＲで増幅できない。そのため、ＲＴ−ＰＣＲ（逆転写ＰＣＲ）が行われる。ＲＴ−ＰＣＲでは、ＲＮＡは、逆転写酵素でｃＤＮＡ（Com plementary DNA：相補的ＤＮＡ）に逆転写された後、ＰＣＲにより増幅される。

また、逆転写酵素とポリメラーゼ等を同一の反応容器に充填して逆転写及びＰＣＲを連続的に行う方式は、ワンステップＲＴ−ＰＣＲと呼ばれている。ワンステップＲＴ−ＰＣＲは、反応液を反応容器間で移送する手間がないことから、近年多用されるようになってきている。

ワンステップＲＴ−ＰＣＲでは、一般に、逆転写の反応は、用いる逆転写酵素の至適温度が現状では４２℃〜５５℃程度であるため、４２℃〜５５℃程度の温度で行われる。そして、逆転写の反応の後、引き続いて９５℃前後の変性温度まで反応液の温度を昇温する。これによりＲＮＡと逆転写されたｃＤＮＡを、それぞれ一本鎖に分離し（熱変性）、かつ、逆転写酵素を失活させている。そして、その後は上記のシャトルＰＣＲと同様に、アニール／伸長反応及び熱変性を繰り返すことでＤＮＡを増幅させる。増幅反応の場合には、逆転写酵素は、熱変性温度において失活しているため、逆転写酵素によるＰＣＲの阻害は抑制される。

本実施形態の熱サイクル装置１００を用いてＲＴ−ＰＣＲを行う例を述べる。この例ではシャトルＰＣＲを行うものとする。

まず、第１熱伝導体２２１を逆転写の温度とし、第２熱伝導体２２２を熱変性の温度とし、反応容器１５を装着部１０に装着して、反応液１１を流路１３の第１領域１３１に配置する。この時点で逆転写の反応が開始される。そして、駆動機構３０を動作させ、回転軸Ｒの周りに回転させることで、反応液１１を移動させて流路１３の第２領域１３２に到達させることにより、熱変性を行う。ここで、反応液１１の体積は小さいほど温度変化しやすいため、反応液１１の体積が小さいほど短時間で反応液１１の温度を熱変性の温度に変化させることができる。そして、第１熱伝導体２２１の温度をアニール／伸長の温度に変更し、駆動機構３０の動作により回転軸Ｒの周りに回転させることで、反応液１１を移動させて流路１３の第１領域１３１に到達させる。

その後は、第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２の温度を保ったまま、駆動機構３０の動作により回転軸Ｒの周りに回転させて、反応液１１を第１領域１３１及び第２領域１３２間で移動させる。回転を繰り返すことにより、反応液１１にＰＣＲの熱サイクル（温度サイクル）を所望の回数施すことができる。

そして、所望の回数の熱サイクル（温度サイクル）が終了したら、反応容器１５を取り外して、ＲＴ−ＰＣＲが終了する。その後、他の反応液１１に対してＲＴ−ＰＣＲを行う場合は、第１熱伝導体２２１の温度を、再び逆転写の温度に変更して、上記の操作を行うことで、複数の試料に対して逐次的にＲＴ−ＰＣＲを行うことができる。

また、本実施形態の熱サイクル装置１００は、上記例のほか、ホットスタートＰＣＲや適宜の構成を加えてリアルタイムＰＣＲなどにも好適に適用することができる。

なお、上記例では、熱変性温度を９５℃程度、アニール／伸長温度を６０℃程度、及び逆転写の温度を４２℃〜５５℃として説明した。しかし、このような温度範囲に限らず、本実施形態の熱サイクル装置１００では、例えば、熱変性温度を７０℃以上、８５℃以上、あるいは９０℃以上、アニール／伸長温度を５５℃以上７０℃以下、５５℃以上６８℃以下、あるいは６０℃以上６５℃以下、逆転写の温度を３５℃以上５５℃以下、３７℃以上５０℃以下、あるいは４０℃以上４８℃以下などと設定することが容易であり、将来の酵素等の開発によって必要とされる温度範囲も含め、各種のＰＣＲに必要な温度に応じて各熱伝導体の温度を設定することができる。そして、例えば、上記説明したワンステップＲＴ−ＰＣＲのように、第２熱伝導体２２２を高温側として、第１熱伝導体２２１を低温側とすれば、低温側の温度を、例えば、３７℃以上７０℃以下の範囲で変更することによって、条件に応じたＰＣＲを行うことができる。

１．３．作用効果
本実施形態の熱サイクル装置１００によれば、温度勾配形成部２０の第１熱伝導体２２１に第１放熱部２６１が設けられるため、第１熱伝導体２２１と環境との間の熱交換の効率が向上される。

これにより、第１熱伝導体２２１の温度を、低温側から昇温して目標の温度で安定させる場合に、いわゆるオーバーシュート（過昇温）を抑制することができ、より短時間で目標の温度に昇温させることができる。また、第２熱伝導体２２２の温度が第１熱伝導体２２１の温度よりも高く、かつ両者の距離が輻射の影響を受ける程度の距離でも、第１熱伝導体２２１の温度を設定温度に安定させることができる。そのため、熱サイクル装置１００によれば、装置の起動、又は、第１熱伝導体２２１の温度を、低温側から昇温して目標の温度で安定させる場合に要する時間を短縮することができる。

特に本実施形態の熱サイクル装置１００において、逆転写ＰＣＲ（ＲＴ−ＰＣＲ）を行う場合、第１熱伝導体２２１を逆転写酵素の至適温度に設定し、その後、第１熱伝導体２２１を伸長／アニール温度に設定することとすれば、伸長／アニール温度で安定するまでに要する時間が短縮され、その結果ＲＴ−ＰＣＲに要する時間を短縮することができる。そして、伸長／アニール温度で安定するまでに要する時間を、熱変性反応に要する時間よりも短くすることができ、ＲＴ−ＰＣＲのための第１熱伝導体２２１の温度の安定のための待ち時間をほとんどなくすことができ、遅滞なく引き続くシャトルＰＣＲを行うことができる。このような効果は、環境の温度とアニール／伸長温度との差が大きくない場合に特に顕著となる。すなわち、第１熱伝導体２２１と環境との間の熱交換の効率が向上されることにより得られる効果である。

また、第１熱伝導体２２１と環境との間の熱交換の効率がよいので、第１熱伝導体２２１の温度を、より高い温度から環境の温度に近い温度へと降温させる場合、第１放熱部２６１が設けられていない場合に比較してより短時間で降温させることができる。

そのため、特に、本実施形態の熱サイクル装置１００を用いて、複数回のＲＴ−ＰＣＲを行う場合、第１熱伝導体２２１を伸長／アニール温度に設定した状態でＲＴ−ＰＣＲを行った後、次のＲＴ−ＰＣＲを行うために、第１熱伝導体２２１の温度を逆転写酵素の至適温度に変更して安定するまでに要する時間を短縮することができる。その結果、逐次的に行われるＲＴ−ＰＣＲの合計の時間を短縮することができる。

また、第１熱伝導体２２１と環境との間の熱交換の効率がよいので、第１熱伝導体２２１の温度を、環境の温度に近い温度で安定させる場合に、温度制御が容易化され、十分に安定させることができる。特に、本実施形態の熱サイクル装置１００において、逆転写ＰＣＲ（ＲＴ−ＰＣＲ）を行う場合、第１熱伝導体２２１を逆転写酵素の至適温度に設定する態様とすれば、逆転写酵素の至適温度が環境の温度に近い場合であっても当該温度で十分に安定させることができ、逆転写の反応を安定して行うことができる。

なお第１温度及び第２温度は、いずれが高くても低くても上記の効果を得ることができるが、第１温度が第２温度よりも低く設定されるほうが、第１熱伝導体２２１に第１放熱部２６１が設けられるので、より高い効果を得ることができる場合がある。

１．４．その他の構成
１．４．１．送風機構
本実施形態の熱サイクル装置１００は、少なくとも第１熱伝導体２２１（第１放熱部２６１）に対して風を送る送風機構を備えてもよい。送風機構としては、例えば、ファン、ダクト、及びそれらの組み合わせなどが挙げられる。送風機構は、温度勾配形成部２０の一部を構成してもよい。送風機構は、第１熱伝導体２２１以外の部材に送風してもよい。これにより、流路１３の第１領域１３１以外の領域の温度制御を行ってもよい。なお、送風機構は、熱サイクル装置１００（第１熱伝導体２２１）に向かって風を送る構成に代えて、熱サイクル装置１００（第１熱伝導体２２１）周辺の空気（気体）を吸引する構成としても良い。

送風機構は、熱サイクル装置１００と一体的に構成されてもよいし、別体として構成されてもよい。送風機構を温度勾配形成部２０の構成に含める場合には、制御部等を設けてこれに接続し、送風量等を制御して所望の温度勾配を得るための構成としてもよい。

送風機構としてファンを採用する場合には、例えば、市販のＤＣファンモーター、ＡＣファンモーター、扇風機、送風機などを用いることができる。

送風機構によって送風される風の温度は、環境の温度であってもよいし、環境の温度より高い温度でも低い温度でもよい。送風機構によって送風される風の温度を環境の温度よりも高い温度とする場合には、送風機構に、ヒーター、熱交換器などの熱源を追加してもよく、風の温度を環境の温度よりも低い温度とする場合には、クーラー、冷媒を通じた熱交換器などの冷却装置を追加してもよい。

熱サイクル装置１００が、送風機構を有すると、第１熱伝導体２２１の第１放熱部２６１の放熱効率を向上させることができるので、第１熱伝導体２２１の設定温度への移行をより短時間で行うことができる。特に、環境の温度と第１熱伝導体２２１の設定温度とが近い場合には、送風機構によって、第１放熱部２６１の上述の作用効果をさらに高めることができる。これにより、第１熱伝導体２２１の温度の変更の場合のオーバーシュートがさらに抑制され、また、第１熱伝導体２２１の降温速度をさらに高めることができる。したがって、熱サイクル装置１００を用いてＰＣＲを行う場合に、より精密に温度を制御することができる。また、ＰＣＲに要する時間を短縮することができる。

１．４．２．蛍光検出器
熱サイクル装置１００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１００を使用できる。熱サイクル装置１００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１５内の反応液１１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１５内の反応液１１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１００に蛍光検出器を設ける場合には、蛍光検出器は、反応容器１５の流路１３の第１領域１３１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。第１熱伝導体２２１の温度をＰＣＲのアニーリング及び伸長温度に設定することで、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。

１．４．３．第２放熱部
熱サイクル装置１００は、第２熱伝導体２２２に第２放熱部を設けてもよい。第２放熱部は、第２熱伝導体２２２の熱を放散させる。第２放熱部は、第２熱伝導体２２２に設けられる。第２放熱部は、第２熱伝導体２２２と環境（大気等）との間の熱交換を促進させることができる。第２放熱部の設けられる数、位置、形状、具体例等は、第１熱伝導体２２１に設けられる第１放熱部２６１と同様である。

熱サイクル装置１００に第２放熱部が設けられると、第２熱伝導体２２２と環境との間の熱交換の効率が向上される。

これにより、第２熱伝導体２２２の温度を、低温側から昇温して目標の温度で安定させる場合に、いわゆるオーバーシュート（過昇温）を抑制することができ、より短時間で目標の温度に安定させることができる。そのため、装置の起動、又は、第２熱伝導体２２２の温度を、低温側から昇温して目標の温度で安定させる場合に、ＰＣＲの熱サイクルを行うことができる状態になるまでの時間を短縮することができる。

熱サイクル装置１００に第２放熱部が設けられると、第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２共に環境との間の熱交換の効率が向上される。そのため、ＰＣＲを行う場合の温度の設定の自由度を増すことができる。すなわち、第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２のいずれでも、逆転写の温度又は熱変性の温度に設定することができるようになる。なお、第２熱伝導体２２２のほうが第１熱伝導体２２１よりも高温側（環境の温度よりも遠い側）に設定する場合には、第２熱伝導体２２２の環境との間の熱交換の効率が十分である場合がある。そのような場合には第２放熱部を設けなくてもよい。

２．第２実施形態
２．１．熱サイクル装置
第２実施形態に係る熱サイクル装置２００において、第１実施形態の熱サイクル装置１００と同様の作用機能を有する部材には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図３は、第２実施形態に係る熱サイクル装置２００の概略を模式的に示す斜視図である。図４は第２実施形態に係る熱サイクル装置２００の要部を模式的に示す分解斜視図である。図５は、第２実施形態に係る熱サイクル装置２００の第１熱伝導体２２１及び第１放熱部２６１の平面図（第２熱伝導体２２２の側から見た図）である。図６は、第２実施形態に係る熱サイクル装置２００の第１熱伝導体２２１及び第１放熱部２６１を第１放熱部２６１の側から見た側面図である。図７は、図５及び図８のＡ−Ａ線における断面図である。図８は、第２実施形態に係る熱サイクル装置２００の第１熱伝導体２２１及び第１放熱部２６１を回転軸Ｒに平行な方向から見た側面図である。

第２実施形態に係る熱サイクル装置２００は、反応液１１と、反応液１１とは比重が異なり、かつ、反応液１１とは混和しない液体１２とが充填され、反応液１１が対向する内壁に沿って移動する流路１３を含む反応容器１５を装着する装着部１０と、装着部１０に反応容器１５を装着した場合に、流路１３に対して、反応液１１が移動する方向に温度勾配を形成する温度勾配形成部２０と、装着部１０及び温度勾配形成部２０を、重力の作用する方向に対して垂直な成分を有し、かつ、装着部１０に反応容器１５を装着した場合に流路１３を反応液１１が移動する方向に対して垂直な成分を有する回転軸Ｒの周りに回転させる駆動機構３０と、を含み、温度勾配形成部２０は、熱を放散させる第１放熱部２６１を有し装着部１０に反応容器１５を装着した場合に流路１３の第１領域１３１を第１温度に加熱する第１熱伝導体２２１と、装着部１０に反応容器１５を装着した場合に流路１３の第２領域１３２を第２温度に加熱する第２熱伝導体２２２と、を含む。そして、第２実施形態に係る熱サイクル装置２００は、筐体４２、固定部材４４、及びフランジ４６を含む本体４０、蛍光検出器５０、並びにファン６２（送風機構６０）を含んで構成されている。

第２実施形態の熱サイクル装置２００における装着部１０は、複数設けられる以外は第１実施形態の熱サイクル装置１００と同様である。また、反応容器１５も第１実施形態と同様である。第２実施形態の熱サイクル装置２００における温度勾配形成部２０についても、第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２に、装着部１０が複数設けられる以外は熱サイクル装置１００と同様である。熱サイクル装置２００では、温度勾配形成部２０は、第１実施形態と同様に、第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２によって構成されている。

図３及び図４に示すように、第２実施形態の熱サイクル装置２００における第１熱伝導体２２１には、装着部１０の一部が設けられる。これにより、第１熱伝導体２２１は、装着部１０に反応容器１５を装着した場合に、反応容器１５の流路１３の第１領域１３１を目標の温度に制御することができる。また、図４に示すように、第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２は、それぞれ熱を発生させる第１熱源部２４１及び第２熱源部２４２を有し、当該発生した熱を反応容器１５に伝えることができる。第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２は、装着部１０に反応容器１５を装着した場合に、反応容器１５に対して熱的に接触する。第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２の温度は、図示しない温度センサー及び制御部によって制御されてもよい。

図３及び図４に示すように、本実施形態の熱サイクル装置２００では、第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２に、それぞれカートリッジヒーター２５を挿入する穴が形成されており、カートリッジヒーター２５を挿入することで、第１熱源部２４１及び第２熱源部２４２が構成される。カートリッジヒーター２５からは、駆動機構３０によって本体４０が回転した場合に捩れを生じにくい態様のリール２７を備えたリード線２３が引き出されている。

本実施形態の熱サイクル装置２００では、第１放熱部２６１は、第１熱伝導体２２１に２つ設けられている。本実施形態では、第１放熱部２６１は、空冷フィン（ひれ）である。フィンの形状は、図５ないし図８に示すように、第１熱伝導体２２１に、切れ込みを入れた形状となっている。

第２実施形態の熱サイクル装置２００の駆動機構３０は、第１実施形態で説明したと同様であるが、筐体４２、固定部材４４及びフランジ４６によって、第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２が位置決めされた本体４０を、回転軸Ｒの周りに回転させる機構となっている。熱サイクル装置２００では、駆動機構３０は、モーター３２を含んで構成されている。

筐体４２は、熱サイクル装置２００を床面等に設置するために備えられ、形状、材質等は任意である。固定部材４４及びフランジ４６は、少なくとも第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２の位置決め、設置、並びに、回転軸Ｒの位置決めのために備えられる。固定部材４４及びフランジ４６の形状、材質等は、任意である。図５ないし図８の第１熱伝導体２２１の例では、固定部材４４及びフランジ４６等と接続するための留め孔４８が描かれている。

筐体４２、固定部材４４及びフランジ４６等の部材が反応容器１５を覆うような構造であっても、これらの部材が透明であれば、透明な反応容器１５を熱サイクル処理に使用した場合に、装置の外部から反応液１１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、目視により確認できる。ここでの「透明」の程度は、これらの部材を熱サイクル装置２００に採用して熱サイクル処理を行った場合に、反応液１１の移動が視認できる程度であればよい。

第２実施形態の熱サイクル装置２００は、少なくとも第１放熱部２６１に対して風を送る送風機構６０を備えている。送風機構６０の例は、第１実施形態で述べたと同様である。図３の例では、送風機構６０として、ファン６２（ＤＣファンモーター）が例示されている。

第２実施形態の熱サイクル装置２００は、蛍光検出器５０を備えている。蛍光検出器５０は、装着部１０に反応容器１５が装着された場合に、第１熱伝導体２２１側から反応容器１５を望むことができる位置に設けられている。熱サイクル装置２００では、８個の反応容器１５のそれぞれに適した位置に蛍光検出器５０が移動できるようにしたレール５２を有している。蛍光検出器５０は、レール５２に沿って移動することができ、蛍光検出器５０の位置は、モーター等により移動できるように構成されてもよい。さらに、蛍光検出器５０の位置は、図示しない制御部に接続されて、リアルタイムＰＣＲ等における所望の位置に移動されるように制御されてもよい。

また、熱サイクル装置２００では、例えば、図示しない断熱材を適宜な部分に配置することもできる。これにより、反応容器１５の温度をより安定させることができる場合がある。熱サイクル装置２００は、反応容器１５を第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２に対して所定の位置に保持する構造を含んでもよい。反応容器１５の位置を定める構造は、所望の位置に反応容器１５を保持できるものであればよい。反応容器１５の位置を定める構造は、熱サイクル装置２００に設けられた構造であっても、反応容器１５に設けられた構造であっても、両方の組み合わせであってもよい。例えば、螺子、差込式の棒、反応容器１５に突出部を設けた構造、装着部１０と反応容器１５とが嵌合する構造、反応容器１５の挿入の終点を決めるツメを第１熱伝導体２２１及び第２熱伝導体２２２の少なくとも一方に設けること、などを採用できる。螺子や棒を用いる場合には、螺子の長さやねじ込む長さ、棒を差込む位置を変更することで、熱サイクルの反応条件や反応容器１５の大きさ等に合わせて保持する位置を調節できるようにしてもよい。

第２実施形態の熱サイクル装置２００は、第１実施形態で述べたと同様の第２放熱部を有してもよく、第１実施形態で述べたと同様の効果を奏することができる。

２．２．作用効果
第２実施形態の熱サイクル装置２００によれば、温度勾配形成部２０の第１熱伝導体２２１に第１放熱部２６１が設けられるため、第１熱伝導体２２１と環境との間の熱交換が効率化される。これにより、第１熱伝導体２２１の設定温度を、ある温度から他の温度に変更する場合に、いわゆるオーバーシュートを抑制することができる。また、第１熱伝導体２２１の温度を、環境の温度から離れた温度から環境の温度に近い温度へと変更する場合に要する時間を短縮することができる。そのため、本第２実施形態の熱サイクル装置２００によれば、一回のＰＣＲの熱サイクルを短時間化できる上、当該装置で逐次的に複数回のＰＣＲを行う場合にも、次回の反応液に対してＰＣＲを開始可能となるまでの時間を短縮することができる。特に、環境温度が室温であって、第１熱伝導体２２１の温度を逆転写酵素の至適温度に設定する場合には、逆転写酵素の至適温度が室温に近いため、第１熱伝導体２２１の温度を、他の温度から逆転写酵素の至適温度に変更する場合に要する時間を短縮することができ、上記効果が特に顕著となる。したがって、第２実施形態の熱サイクル装置２００によれば、ＰＣＲによる検査の短時間化を達成することができる。

３．実験例
上記第２実施形態の第１熱伝導体２２１に準じ、図５ないし図８に示すような、厚さ１ｍｍ、高さ及び幅がそれぞれ１０ｍｍ〜１５ｍｍの放熱部（フィン）をピッチ２ｍｍで削りだして熱伝導体を製作した。熱伝導体の熱源部としてカートリッジヒーターを用い、熱電対とともにＰＩＤ制御可能な制御部に接続した。なお、ＰＩＤとは、Proportinal、Integral、Differentialの略であり、ＰＩＤ制御とは、比例、積分、微分を組み合わせた制御の方式の１つである。そして、最大風量０．４２ｍ^３／ｍｉｎ、最大静圧３１．９Ｐａの冷却ファンを用い、ダクト損失等から、およそ０．２５〜０．３５ｍ^３／ｍｉｎの風量と推定されるファンを送風機構として採用して、熱伝導体の温度制御の実験を行った。また、放熱部を形成していない熱伝導体を製作し、同様に熱伝導体の温度制御の実験を行った。

その結果、フィンを有さない熱伝導体では、４２℃から６６℃に昇温するのに２分以上を要した。これに対して、フィンを有する熱伝導体では、４２℃から６６℃に昇温するのに２０秒程度であった。

また、フィンを有さない熱伝導体では、６６℃から４２℃に降温するのに５分以上を要した。これに対して、フィンを有する熱伝導体では、６６℃から４２℃に降温するのに９０秒程度であった。

以上のことから、本発明の熱サイクル装置によれば、ＲＴ−ＰＣＲによる検査の短時間化を達成することができることが判明した。また、これにより、本発明の熱サイクル装置によれば、簡易検査に比較して、短時間でかつ確度の高いＰＣＲを行うことができることが判明した。

上述した実施形態及び実験例は一例であって、本発明は、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態は、複数を適宜組み合わせることが可能である。

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。

１０…装着部、１１…反応液、１２…液体、１３…流路、１３１…第１領域、１３２…第２領域、１４…封止体、１５…反応容器、２０…温度勾配形成部、２３…リード線、２５…カートリッジヒーター、２７…リール、２２１…第１熱伝導体、２２２…第２熱伝導体、２４１…第１熱源部、２４２…第２熱源部、２６１…第１放熱部、３０…駆動機構、３２…モーター、４０…本体、４２…筐体、４４…固定部材、４６…フランジ、４８…留め孔、５０…蛍光検出器、５２…レール、６０…送風機構、６２…ファン、Ｒ…回転軸

Claims (4)

1. 反応液と、前記反応液とは比重が異なり、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填され、前記反応液が対向する内壁に沿って移動する流路を含む反応容器を装着する装着部と、
   前記装着部に前記反応容器を装着した場合に、前記流路に対して、前記反応液が移動する方向に温度勾配を形成する温度勾配形成部と、
   前記装着部及び前記温度勾配形成部を、重力の作用する方向に対して垂直な成分を有し、かつ、前記装着部に前記反応容器を装着した場合に前記流路を前記反応液が移動する方向に対して垂直な成分を有する回転軸の周りに回転させる駆動機構と、
   を含み、
   前記装着部は、前記回転軸の延びる方向に複数配列され、
   前記反応容器の複数が、それぞれ前記装着部に装着された場合に、それぞれの流路が互いに平行に配置され、
   前記温度勾配形成部は、
   熱を放散させる第１放熱部を有し前記装着部に前記反応容器を装着した場合に前記流路の第１領域を第１温度に加熱する第１熱伝導体と、
   熱を放散させる第２放熱部を有し前記装着部に前記反応容器を装着した場合に前記流路の第２領域を第２温度に加熱する第２熱伝導体と、を含み、
   前記第１放熱部及び前記第２放熱部の少なくとも一方が、フィンである、熱サイクル装置。
2. 請求項１において、
   前記第１温度は、前記第２温度よりも低い、熱サイクル装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   少なくとも前記第１放熱部に送風するファンをさらに有する、熱サイクル装置。
4. 反応液と、前記反応液が移動する流路を含む反応容器を装着可能な装着部と、
   前記装着部に前記反応容器を装着した場合に、前記流路に対して、前記反応液が移動す
   る方向に温度勾配を形成する温度勾配形成部と、
   前記装着部及び前記温度勾配形成部を、重力の作用する方向に対して垂直な成分を有し、かつ、前記装着部に前記反応容器を装着した場合に前記流路を前記反応液が移動する方向に対して垂直な成分を有する回転軸の周りに回転させる駆動機構と、
   を含み、
   前記装着部は、前記回転軸の延びる方向に複数配列され、
   前記反応容器の複数が、それぞれ前記装着部に装着された場合に、それぞれの流路が互いに平行に配置され、
   前記温度勾配形成部は、
   熱を放散させる第１放熱部を有し前記装着部に前記反応容器を装着した場合に前記流路の第１領域を第１温度に加熱する第１熱伝導体と、
   熱を放散させる第２放熱部を有し前記装着部に前記反応容器を装着した場合に前記流路の第２領域を第２温度に加熱する第２熱伝導体と、を含み、
   前記第１放熱部及び前記第２放熱部の少なくとも一方が、フィンである、熱サイクル装置。

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