JP5967361B2 - 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って、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；ポリメラーゼ連鎖反応）法などの技術が広く普及している。今日では、ＰＣＲ法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法は、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法においては、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法では一般に、チューブや生体試料反応用チップ（バイオチップ）と称する、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は、回転軸に対して対称な温度分布を有する装置に生体試料反応用チップを装着し、回転させるため、複数の反応容器を用いて同一のタイミングで同一の時間条件の反応を行うためには、回転軸に沿う方向（奥行き方向）に反応容器の装着部を設けることしかできず、装置の小型化に限界があった。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、小型化に適した熱サイクル装置を提供することができる。

［適用例１］
適用例にかかる熱サイクル装置は、第１の装着部及び第２の装着部と、前記第１の装着部及び前記第２の装着部の装着方向に沿って温度勾配を形成する温度勾配形成部と、前記第１の装着部、前記第２の装着部、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、前記第１の装着部及び前記第２の装着部の前記装着方向に交差する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、前記第１の装着部
と前記第２の装着部とは、前記回転軸を挟んで互いに反対側に配置され、前記第１の装着部の前記装着方向と前記第２の装着部の前記装着方向とが同方向であり、前記温度勾配形成部は、前記第１の装着部と前記第２の装着部とに対して同じ向きに温度勾配を形成する、熱サイクル装置である。

この適用例によれば、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、第１の装着部及び第２の装着部の装着方向に交差する成分を有するため、駆動機構が第１の装着部及び第２の装着部を回転させることによって、第１の装着部及び第２の装着部に反応容器が装着された場合に、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。これによって、温度勾配形成部によって温度勾配が形成された反応容器の流路内を反応液が移動する。したがって、反応容器に充填された反応液に対して熱サイクルを施すことができる。また、駆動機構が、第１の装着部、第２の装着部、及び温度勾配形成部を所定の配置に保持する間、反応液を所定の温度に保持できる。したがって、反応液の加熱時間を容易に制御可能な熱サイクル装置を実現できる。また、第１の装着部と第２の装着部とが回転軸を挟んで互いに反対側に配置され、第１の装着部の装着方向と第２の装着部の装着方向とが同方向であり、温度勾配形成部は、第１の装着部と第２の装着部とに対して同じ向きに温度勾配を形成するので、第１の装着部に装着される反応容器と、第２の装着部に装着される反応容器とを用いて、同一のタイミングで同一の時間条件の反応を行うことができる。第１の装着部と第２の装着部とは、互いに回転軸に沿う方向に離れて設けられる必要はない。したがって、小型化に適した熱サイクル装置を実現できる。

［適用例２］
上述の適用例にかかる熱サイクル装置において、前記駆動機構を制御する制御部をさらに含み、前記制御部は、前記第１の装着部、前記第２の装着部、及び前記温度勾配形成部の配置を、第１の配置と、前記第１の配置とは異なる第２の配置との間で回転させ、前記第１の配置から前記第２の配置へと回転させる場合と、前記第２の配置から前記第１の配置へと回転させる場合とで、前記第１の装着部、前記第２の装着部、及び前記温度勾配形成部を逆方向に回転させるように、前記駆動機構を制御することが好ましい。

この適用例によれば、駆動機構が、第１の配置から第２の配置へと回転させる場合と、第２の配置から第１の配置へと回転させる場合とで、反対方向に第１の装着部、第２の装着部、及び温度勾配形成部を回転させるため、回転によって生じる装置の配線の捩れを低減するための機構が不要となる。したがって、小型化に適した熱サイクル装置を実現できる。

［適用例３］
適用例にかかる熱サイクル装置は、第１の装着部及び第２の装着部と、前記第１の装着部の装着方向に互いに離間して設けられた第１加熱部及び第２加熱部と、前記第２の装着部の装着方向に互いに離間して設けられた第３加熱部及び第４加熱部と、前記第１の装着部、前記第２の装着部、前記第１加熱部、前記第２加熱部、前記第３加熱部、及び前記第４加熱部を、重力の作用する方向に対して垂直な成分を有し、かつ、前記第１の装着部及び前記第２の装着部の前記装着方向に交差する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、前記第１の装着部と前記第２の装着部とは、前記回転軸を挟んで互いに反対側に配置され、前記第１の装着部の前記装着方向と前記第２の装着部の前記装着方向とが同方向であり、前記第１加熱部及び前記第３加熱部は、第１の温度に設定し、前記第２加熱部及び前記第４加熱部は、前記第１の温度とは異なる第２の温度に設定し、前記第１加熱部は、前記第２加熱部よりも前記回転軸に近い側に設けられ、前記第４加熱部は、前記第３加熱部よりも前記回転軸に近い側に設けられている、熱サイクル装置である。

この適用例によれば、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、第１の装着部及び第２の装着部の装着方向に交差する成分を有するため、駆動機構が第１の装着部及び第２の装着部を回転させることによって、第１の装着部及び第２の装着部に反応容器が装着された場合に、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。これによって、第１加熱部、第２加熱部、第３加熱部、及び第４加熱部によって温度勾配が形成された反応容器の流路内を反応液が移動する。したがって、反応容器に充填された反応液に対して熱サイクルを施すことができる。また、駆動機構が、第１の装着部、第２の装着部、第１加熱部、第２加熱部、第３加熱部、及び第４加熱部を所定の配置に保持する間、反応液を所定の温度に保持できる。したがって、反応液の加熱時間を容易に制御可能な熱サイクル装置を実現できる。また、第１の装着部と第２の装着部とが回転軸を挟んで互いに反対側に配置され、第１の装着部の装着方向と第２の装着部の装着方向とが同方向であり、第１加熱部及び第３加熱部は、第１の温度で加熱し、第２加熱部及び第４加熱部は、第１の温度とは異なる第２の温度で加熱し、第１加熱部は、第２加熱部よりも回転軸に近い側に設けられ、第４加熱部は、第３加熱部よりも回転軸に近い側に設けられているので、第１の装着部に装着される反応容器と、第２の装着部に装着される反応容器とに対して同じ向きに温度勾配が形成される。したがって、第１の装着部に装着される反応容器と、第２の装着部に装着される反応容器とを用いて、同一のタイミングで同一の時間条件の反応を行うことができる。第１の装着部と第２の装着部とは、互いに回転軸に沿う方向に離れて設けられる必要はない。したがって、小型化に適した熱サイクル装置を実現できる。

［適用例４］
上述の適用例にかかる熱サイクル装置において、前記駆動機構を制御する制御部をさらに含み、前記制御部は、前記第１の装着部、前記第２の装着部、第１加熱部、第２加熱部、第３加熱部、及び第４加熱部の配置を、第１の配置と、前記第１の配置とは異なる第２の配置との間で回転させ、前記第１の配置から前記第２の配置へと回転させる場合と、前記第２の配置から前記第１の配置へと回転させる場合とで、前記第１の装着部、前記第２の装着部、第１加熱部、第２加熱部、第３加熱部、及び第４加熱部を逆方向に回転させるように、前記駆動機構を制御することが好ましい。

この適用例によれば、駆動機構が、第１の配置から第２の配置へと回転させる場合と、第２の配置から第１の配置へと回転させる場合とで、反対方向に第１の装着部、第２の装着部、第１加熱部、第２加熱部、第３加熱部、及び第４加熱部を回転させるため、回転によって生じる装置の配線の捩れを低減するための機構が不要となる。したがって、小型化に適した熱サイクル装置を実現できる。

実施形態にかかる熱サイクル装置１の斜視図である。 図１のＡ−Ａ線における垂直断面図である。 実施形態にかかる熱サイクル装置１に装着される反応容器１００の構成を表す断面図である。 実施形態にかかる熱サイクル装置１の機能ブロック図である。 図５（Ａ）は、第１の配置における、図１（Ａ）のＡ−Ａ線を通り回転軸Ｒに垂直な面における断面を模式的に示す断面図、図５（Ｂ）は、第２の配置における図１（Ａ）のＡ−Ａ線を通り回転軸Ｒに垂直な面における断面を模式的に示す断面図である。 実施形態にかかる熱サイクル装置１の制御方法の具体例を説明するためのフローチャートである。 実施例における反応液１４０の組成を示す表である。 インフルエンザＡ型（InfA）、豚インフルエンザＡ型（SW InfA）、豚インフルエンザＨ１型（SW H1）及びリボヌクレアーゼＰ（RNase P）に対応するフォワードプライマー（F primer）、リバースプライマー（R primer）及びプローブ（Probe）の塩基配列を示す表である。 本実施例における、熱サイクル処理のサイクル数と測定された輝度との関係を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。図面は説明のための便宜上のものである。

１．本実施形態にかかる熱サイクル装置の全体構成
図１は、本実施形態にかかる熱サイクル装置１の斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ線における垂直断面図である。図２において、矢印ｇは重力の作用する方向を表す。

本実施形態にかかる熱サイクル装置１は、第１の装着部１１及び第２の装着部１２と、第１の装着部１１及び第２の装着部１２の装着方向に温度勾配を形成する温度勾配形成部２０と、第１の装着部１１、第２の装着部１２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、第１の装着部１１及び第２の装着部１２の装着方向に交差する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、を含む。

図１に示される例では、熱サイクル装置１は、本体１０と駆動機構３０とを含んで構成されている。図１に示されるように、本体１０は、第１の装着部１１、第２の装着部１２及び温度勾配形成部２０を含んで構成されている。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加熱部２１、第２加熱部２２、第３加熱部２３、及び第４加熱部２４を含んで構成されている。

第１の装着部１１及び第２の装着部１２は、反応容器１００を装着する構造である。図１及び図２に示される例では、熱サイクル装置１の第１の装着部１１及び第２の装着部１２は、本体１０の枠１３に設けられた貫通孔に反応容器１００を差し込んで装着する筒体状のスロット構造である。図１及び図２に示される例では、第１の装着部１１及び第２の装着部１２の装着方向は、貫通孔が延びる方向である。図２に示される例では、第１の装着部１１は、第１加熱部２１の第１ヒートブロック２１ｂ及び第２加熱部２２の第２ヒートブロック２２ｂ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。また、図２に示される例では、第２の装着部１２は、第３加熱部２３の第３ヒートブロック２３ｂ及び第４加熱部２４の第４ヒートブロック２４ｂ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。第１ヒートブロック２１ｂ、第２ヒートブロック２２ｂ、第３ヒートブロック２３ｂ及び第４ヒートブロック２４ｂについては後述する。本体１０に設けられる第１の装着部１１及び第２の装着部１２の数は複数であってもよく、図１に示される例では、６個の第１の装着部１１と６個の第２の装着部１２が本体１０に設けられている。また、図１及び図２に示される例では、第１の装着部１１が第１加熱部２１及び第２加熱部２２の一部として構成され、第２の装着部１２が第３加熱部２３及び第４加熱部２４の一部として構成されているが、駆動機構３０を動作させた場合に両者の位置関係が変化しない限り、第１の装着部１１と第１加熱部２１及び第２加熱部２２とは別の部材として構成されていてもよいし、第２の装着部１２と第３加熱部２３及び第４加熱部２４とは別の部材として構成されていてもよい。

なお、本実施形態においては、第１の装着部１１及び第２の装着部１２が筒体状のスロット構造である例を示したが、第１の装着部１１及び第２の装着部１２は反応容器１００を保持できる構造であればよい。例えば、反応容器１００の形状に合わせた筒体状の窪み
に反応容器１００をはめ込む構造を採用してもよい。

本実施形態の熱サイクル装置１において、第１の装着部１１と第２の装着部１２とは、回転軸Ｒを挟んで互いに反対側に配置されている。また、第１の装着部１１の装着方向と第２の装着部１２の装着方向とが同方向である。図１及び図２に示される例では、第１の装着部１１の装着方向と、第２の装着部１２の装着方向とが同一直線上にある。したがって、本実施形態の熱サイクル装置１において、第１の装着部１１に装着される反応容器１００における反応液１４０が移動する方向と、第２の装着部１２に装着される反応容器１００における反応液１４０が移動する方向とが同方向である。

温度勾配形成部２０は、第１の装着部１１及び第２の装着部１２の装着方向に沿って温度勾配を形成する。すなわち、温度勾配形成部２０は、第１の装着部１１及び第２の装着部１２に反応容器１００を装着した場合に、流路１１０に対して、反応液１４０が移動する方向に温度勾配を形成する。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１４０が移動する方向に温度勾配を形成する」とは、反応液１４０が移動する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。

また、温度勾配形成部２０は、第１の装着部１１と第２の装着部１２とに対して同じ向きに温度勾配を形成する。すなわち、温度勾配形成部２０は、第１の装着部１１に装着される反応容器１００の流路１１０と、第２の装着部１２に装着される反応容器１００の流路１１０と、に対して、同じ向きに温度勾配を形成する。

図１及び図２に示される熱サイクル装置１の本体１０においては、温度勾配形成部２０の第１加熱部２１が第１の装着部１１において天板１４から相対的に遠い側（底板１５から相対的に近い側、回転軸Ｒに相対的に近い側）、温度勾配形成部２０の第２加熱部２２が第１の装着部１１において天板１４から相対的に近い側（底板１５から相対的に遠い側、回転軸Ｒに相対的に遠い側）に配置されている。また、図１及び図２に示される熱サイクル装置１の本体１０においては、温度勾配形成部２０の第３加熱部２３が第２の装着部１２において天板１４から相対的に遠い側（底板１５から相対的に近い側、回転軸Ｒに相対的に遠い側）、温度勾配形成部２０の第４加熱部２４が第２の装着部１２において天板１４から相対的に近い側（底板１５から相対的に遠い側、回転軸Ｒに相対的に近い側）に配置されている。

第１加熱部２１は、第１の装着部１１に反応容器１００を装着した場合に、反応容器１００の流路１１０の第１領域１１１を第１の温度に設定する。図２に示される例では、第１加熱部２１は、本体１０において、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。

第１加熱部２１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んでもよい。図２に示される例では、第１加熱部２１は、熱を発生させる機構としての第１ヒーター２１ａと、発生した熱を反応容器１００に伝える部材としての第１ヒートブロック２１ｂを含んで構成されている。

熱サイクル装置１においては、第１ヒーター２１ａはカートリッジヒーターであり、図示しない外部電源に接続される。第１ヒーター２１ａとしてはこれに限らず、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）、ペルチェ素子、加熱液体、
加熱気体などを使用できる。第１ヒーター２１ａは第１ヒートブロック２１ｂに挿入されており、第１ヒーター２１ａが発熱することで第１ヒートブロック２１ｂが加熱される。第１ヒートブロック２１ｂは、第１ヒーター２１ａ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においては、第１ヒートブロック２１ｂ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２１ａをカートリッジヒーターとすることで、第１加熱部２１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。

ヒートブロックの材質は熱伝導率、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いので、第１ヒートブロック２１ｂ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、ヒートブロック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２１ｂを精度よく成型でき、加熱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、ヒートブロックの材質は、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加熱部２１は、第１の装着部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。これによって、第１加熱部２１によって反応容器１００を加熱した場合に、第１加熱部２１と反応容器１００とが接触しない構成よりも第１加熱部２１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。本実施形態のように、第１の装着部１１が第１加熱部２１の一部として形成されている場合には、第１の装着部１１が反応容器１００と接触することが好ましい。これによって、第１加熱部２１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２２は、第１の装着部１１に反応容器１００を装着した場合に、第１領域１１１よりも天板１４に近い反応容器１００の流路１１０の第２領域１１２を、第１の温度とは異なる第２の温度に設定する。図２に示される例では、第２加熱部２２は、本体１０において、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。第２加熱部２２は、第２ヒーター２２ａ及び第２ヒートブロック２２ｂを含む。本実施形態における第２加熱部２２の構成は、加熱される反応容器１００の領域及び加熱する温度が第１加熱部２１と異なる以外は、第１加熱部２１と同様である。なお、第１加熱部２１と第２加熱部２２とで異なる加熱機構を採用してもよい。また、第１ヒートブロック２１ｂと第２ヒートブロック２２ｂとが異なる材質であってもよい。

第３加熱部２３は、第２の装着部１２に反応容器１００を装着した場合に、反応容器１００の流路１１０の第１領域１１１を、第１の温度に設定する。図２に示される例では、第３加熱部２３は、本体１０において、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。第３加熱部２３は、第３ヒーター２３ａ及び第３ヒートブロック２３ｂを含む。本実施形態における第３加熱部２３の構成は、加熱される反応容器１００の領域が第１加熱部２１と異なる以外は、第１加熱部２１と同様である。なお、第３加熱部２３として第１加熱部２１とは異なる加熱機構を採用してもよい。また、第１ヒートブロック２１ｂと第３ヒートブロック２３ｂとが異なる材質であってもよい。

第４加熱部２４は、第２の装着部１２に反応容器１００を装着した場合に、第１領域１１１よりも天板１４に近い反応容器１００の流路１１０の第２領域１１２を、第１の温度とは異なる第２の温度に設定する。図２に示される例では、第４加熱部２４は、本体１０において、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。第４加熱部２４は、第４ヒーター２４ａ及び第４ヒートブロック２４ｂを含む。本実施形態における第４加熱部２４の構成は、加熱される反応容器１００の領域及び加熱する温度が第１加
熱部２１と異なる以外は、第１加熱部２１と同様である。なお、第４加熱部２４として第１加熱部２１とは異なる加熱機構を採用してもよい。また、第１ヒートブロック２１ｂと第４ヒートブロック２４ｂとが異なる材質であってもよい。

第１加熱部２１と第２加熱部２２とは、互いに離間して本体１０に設けられている。また、第３加熱部２３と第４加熱部２４とは、互いに離間して本体１０に設けられている。これによって、互いに異なる温度に制御された第１加熱部２１と第２加熱部２２、及び、第３加熱部２３と第４加熱部２４とが互いに影響を及ぼしにくくなるので、第１加熱部２１、第２加熱部２２、第３加熱部２３及び第４加熱部２４の温度が安定しやすくなる。第１加熱部２１と第２加熱部２２との間、及び、第３加熱部２３と第４加熱部２４との間にスペーサーを設けてもよい。熱サイクル装置１の本体１０においては、第１加熱部２１、第２加熱部２２、第３加熱部２３及び第４加熱部２４は、その周囲を枠１３、天板１４、底板１５、側板１６及び側板１７で固定されている。なお、所望の反応精度が確保できる程度に温度勾配が形成される限り、加熱部の数は任意の数であってもよい。

なお、換言すれば、本実施形態にかかる熱サイクル装置１は、第１の装着部１１の装着方向に互いに離間して設けられた第１加熱部２１及び第２加熱部２２と、第２の装着部１２の装着方向に互いに離間して設けられた第３加熱部２３及び第４加熱部２４と、を含み、第１加熱部２１及び第３加熱部２３は、第１の温度に設定し、第２加熱部２２及び第４加熱部２４は、第１の温度とは異なる第２の温度に設定し、第１加熱部２１は、第２加熱部２２よりも回転軸Ｒに近い側に設けられ、第４加熱部２４は、第３加熱部２３よりも回転軸Ｒに近い側に設けられている。

第１加熱部２１及び第２加熱部２２の少なくとも一方、及び、第３加熱部２３及び第４加熱部２４の少なくとも一方は、温度の異なる複数のモード（動作モード）を有していてもよい。これによって、温度条件の異なる複数の熱サイクルや、温度条件が途中で変更されるような熱サイクルなど、多様な熱サイクルを実現できる熱サイクル装置１を実現できる。

第１加熱部２１、第２加熱部２２、第３加熱部２３及び第４加熱部２４の温度は、図示しない温度センサー及び後述される制御部４０によって制御される。第１加熱部２１、第２加熱部２２、第３加熱部２３及び第４加熱部２４の温度は、反応容器１００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。第１加熱部２１、第２加熱部２２、第３加熱部２３及び第４加熱部２４の温度の制御の詳細については、「３．熱サイクル装置の制御例」の項で詳述される。なお、第１加熱部２１、第２加熱部２２、第３加熱部２３及び第４加熱部２４の温度は、反応容器１００の第１領域１１１及び第２領域１１２が所望の温度に加熱されるように制御されていればよい。例えば、反応容器１００の材質や大きさを考慮することで、第１領域１１１及び第２領域１１２の温度をより正確に所望の温度に加熱できる。本実施形態においては、温度センサーによって第１加熱部２１、第２加熱部２２、第３加熱部２３及び第４加熱部２４の温度を測定する。本実施形態の温度センサーは熱電対である。なお、温度センサーとしてはこれに限らず、例えば測温抵抗体やサーミスタを使用してもよい。

駆動機構３０は、第１の装着部１１、第２の装着部１２、温度勾配形成部２０（第１加熱部２１、第２加熱部２２、第３加熱部２３及び第４加熱部２４）を、重力の作用する方向に対して垂直な成分を有し、かつ、第１の装着部１１及び第２の装着部１２の装着方向に交差する成分を有する回転軸Ｒの周りに回転させる機構である。すなわち、駆動機構３０は、第１の装着部１１、第２の装着部１２、温度勾配形成部２０（第１加熱部２１、第２加熱部２２、第３加熱部２３及び第４加熱部２４）を、重力の作用する方向に対して垂直な成分を有し、かつ、第１の装着部１１及び第２の装着部１２に反応容器１００を装着
した場合に流路１１０を反応液１４０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。

「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。

「第１の装着部１１及び第２の装着部１２の装着方向に交差する成分を有する」方向は、「第１の装着部１１及び第２の装着部１２の装着方向に対して平行な成分」と「第１の装着部１１及び第２の装着部１２の装着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、第１の装着部１１及び第２の装着部１２の装着方向に交差する成分を有する方向である。

「流路１１０を反応液１４０が移動する方向に対して垂直な成分を有する」方向は、「流路１１０を反応液１４０が移動する方向に対して平行な成分」と「流路１１０を反応液１４０が移動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、流路１１０を反応液１４０が移動する方向に対して垂直な成分を有する方向である。

本実施形態にかかる熱サイクル装置１においては、駆動機構３０は、第１の装着部１１、第２の装着部１２及び温度勾配形成部２０（第１加熱部２１、第２加熱部２２、第３加熱部２３及び第４加熱部２４）を、同一の回転軸Ｒの周りに回転させている。また、本実施形態にかかる熱サイクル装置１においては、駆動機構３０は、第１の装着部１１、第２の装着部１２及び温度勾配形成部２０（第１加熱部２１、第２加熱部２２、第３加熱部２３及び第４加熱部２４）の配置を、第１の配置と、第１の装着部１１及び第２の装着部１２の最下点の位置が第１の配置とは異なる第２の配置との間で回転させている。

また、本実施形態においては、駆動機構３０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の側板１７とが接続されて構成されている。駆動機構３０のモーターを動作させると、駆動軸を回転軸Ｒとして本体１０が回転される。本実施形態においては、回転軸Ｒの方向に沿って６個の第１の装着部１１と６個の第２の装着部１２が設けられている。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、ぜんまい等を採用できる。

熱サイクル装置１は、制御部４０を含んでいてもよい。制御部４０は、駆動機構３０を制御する。本実施形態においては、制御部４０は、第１の装着部１１、第２の装着部１２及び温度勾配形成部２０（第１加熱部２１、第２加熱部２２、第３加熱部２３及び第４加熱部２４）の配置を、第１の配置と、第１の配置とは異なる第２の配置との間で回転させるように駆動機構３０を制御する。すなわち、制御部４０は、第１の装着部１１、第２の装着部１２及び温度勾配形成部２０（第１加熱部２１、第２加熱部２２、第３加熱部２３及び第４加熱部２４）の配置を、第１の配置と、重力の作用する方向における流路１１０内の最下点の位置が第１の配置とは異なる第２の配置との間で回転させるように駆動機構３０を制御する。また、本実施形態においては、制御部４０は、第１の配置から第２の配置へと回転させる場合と、第２の配置から第１の配置へと回転させる場合とで、第１の装着部１１、第２の装着部１２、及び温度勾配形成部２０（第１加熱部２１、第２加熱部２２、第３加熱部２３及び第４加熱部２４）を逆方向に回転させるように、駆動機構３０を制御する。

制御部４０は、さらに温度勾配形成部２０（第１加熱部２１、第２加熱部２２、第３加熱部２３及び第４加熱部２４）を制御してもよい。

制御部４０による制御例については、「３．熱サイクル装置の制御例」の項で詳述される。制御部４０は、専用回路によって実現して後述される制御を行うように構成されていてもよい。また、制御部４０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ってコンピューターとして機能し、後述される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。また、制御部４０は、時間を計測するためのタイマーを有していてもよい。また、制御部４０は、上述した図示しない温度センサーの出力に基づいて第１加熱部２１、第２加熱部２２、第３加熱部２３及び第４加熱部２４を所望の温度に制御してもよい。

熱サイクル装置１は、反応容器１００を第１加熱部２１、第２加熱部２２、第３加熱部２３及び第４加熱部２４に対して所定の位置に保持する構造を含むことが好ましい。これによって、第１加熱部２１、第２加熱部２２、第３加熱部２３及び第４加熱部２４によって反応容器１００の所定の領域を加熱できる。本実施形態においては、第１ヒートブロック２１ｂ、第２ヒートブロック２２ｂ、第３ヒートブロック２３ｂ及び第４ヒートブロック２４ｂに設けられた貫通孔の大きさ（第１の装着部１１及び第２の装着部１２の直径）を適切に設定することによって、第１加熱部２１、第２加熱部２２、第３加熱部２３及び第４加熱部２４に対して反応容器１００を所定の位置に保持している。

２．本実施形態にかかる熱サイクル装置に装着される反応容器の構成
図３は、本実施形態にかかる熱サイクル装置１に装着される反応容器１００の構成を表す断面図である。図３において、矢印ｇは重力の作用する方向を表す。

反応容器１００は、反応液１４０と、反応液１４０とは比重が異なり、かつ、反応液１４０とは混和しない液体１３０（以下、「液体１３０」という）とが充填され、反応液１４０が対向する内壁に沿って移動する流路１１０を含む。本実施形態においては、液体１３０は、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である。なお、液体１３０として、例えば、反応液１４０とは混和せず、かつ、反応液１４０よりも比重が大きい液体を採用してもよい。図３に示される例では、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、液体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、対向する内壁に沿って反応液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２つの領域を意味する。「沿って」とは、反応液１４０と流路１１０の壁面との距離が近い状態を意味し、反応液１４０が流路１１０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」ことを意味する。換言すれば、流路１１０の対向する２つ内壁間の距離は、反応液１４０が該内壁に沿っ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、流路１１０内を反応液１４０が移動する経路をある程度規定できる。これによって、流路１１０内を反応液１４０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１１０の対向する２つ内壁間の距離は、流路１１０内を反応液１４０が移動する時間のバラツキによって生じる、反応液１４０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１１０の対向する２つの内壁間の反応液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に示される例では、反応容器１００の外形は円柱状であり、中心軸に沿う方向（図３における上下方向）を長手方向とする流路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）が円形となる円柱状である。したがって、反応容器１００においては、流路１１０の対向する内壁は、流路１１０の断面の中心を挟んで対向する流路１１０の壁面上の２点を含む領域である。また、「反応液１４０が移動する方向」は、流路１１０の長手方向となる。

なお、流路１１０の形状は柱状に限られず、例えば、錐台状であってもよい。また、流路１１０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１４０が移動できる限り任意である。例えば、反応容器１００の流路１１０の断面が多角形の場合には、「対向する内壁」は、流路１１０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１１０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１４０が移動するように流路１１０が形成されていればよい。これによって、流路１１０の断面が多角形の場合にも、第１領域１１１と第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。したがって、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。

反応容器１００の第１領域１１１は、第１加熱部２１又は第３加熱部２３によって加熱される、流路１１０の一部の領域である。第２領域１１２は、第２加熱部２２又は第４加熱部２４によって加熱される、第１領域１１１とは異なる流路１１０の一部の領域である。図３に示される例では、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３に示される例では、流路１１０のうち封止部１２０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１１１であり、流路１１０のうち封止部１２０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１１２である。本実施形態にかかる熱サイクル装置１は、第１加熱部２１又は第３加熱部２３が反応容器１００の第１領域１１１を加熱し、第２加熱部２２又は第４加熱部２４が反応容器１００の第２領域１１２を加熱することによって、反応容器１００の流路１１０に対して、反応液１４０が移動する方向に温度勾配を形成する。

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に示されるように、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の重力の作用する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。例えば、反応がＰＣＲである場合には、反応液１４０には、増幅対象となるＤＮＡ、ＤＮＡを増幅するために必要なＤＮＡポリメラーゼ（ＰＣＲ酵素）、プライマー、特定のＤＮＡ配列と相補的に結合することによって所定の波長の光（蛍光プローブが発する光）の強度が変化する蛍光プローブ等が含まれる。また例えば、反応がＲＴ−ＰＣＲである場合には、反応液１４０には、逆転写酵素、逆転写の鋳型となるＲＮＡ、逆転写されたｃＤＮＡを増幅するために必要なＤＮＡポリメラーゼ（ＰＣＲ酵素）、プライマー、特定のＤＮＡ配列と相補的に結合することによって所定の波長の光の強度が変化する蛍光プローブ等が含まれる。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は上述の成分を含む水溶液であることが好ましい。

３．熱サイクル装置の制御例
図４は、本実施形態にかかる熱サイクル装置１の機能ブロック図である。制御部４０は、第１加熱部２１に対して制御信号Ｓ１を出力することによって第１加熱部２１の温度を制御する。制御部４０は、第２加熱部２２に対して制御信号Ｓ２を出力することによって第２加熱部２２の温度を制御する。制御部４０は、第３加熱部２３に対して制御信号Ｓ３を出力することによって第３加熱部２３の温度を制御する。制御部４０は、第４加熱部２４に対して制御信号Ｓ４を出力することによって第４加熱部２４の温度を制御する。制御部４０は、駆動機構３０に対して制御信号Ｓ５を出力することによって駆動機構３０を制御する。

次に、本実施形態にかかる熱サイクル装置１の制御例について説明する。以下では、第１の装着部１１、第２の装着部１２及び温度勾配形成部２０（第１加熱部２１、第２加熱部２２、第３加熱部２３及び第４加熱部２４）の配置を、第１の装着部１１及び第２の装着部１２に反応容器１００を装着した場合に、重力の作用する方向における流路１１０の最下点の位置が第１領域１１１内となる第１の配置と、重力の作用する方向における流路１１０の最下点の位置が第２領域１１２内となる第２の配置との間で回転させる制御を例にとり説明する。

図５（Ａ）は、第１の配置における、図１（Ａ）のＡ−Ａ線を通り回転軸Ｒに垂直な面における断面を模式的に示す断面図、図５（Ｂ）は、第２の配置における図１（Ａ）のＡ−Ａ線を通り回転軸Ｒに垂直な面における断面を模式的に示す断面図である。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）において、白抜き矢印は本体１０の回転方向、矢印ｇは重力の作用する方向を表す。

図５（Ａ）に示されるように、第１の配置は、第１の装着部１１及び第２の装着部１２に反応容器１００が装着された場合に、第１領域１１１が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配置である。図５（Ａ）に示される例では、第１の配置では、液体１３０よりも比重が大きい反応液１４０は第１領域１１１に存在する。また、図５（Ｂ）に示されるように、第２の配置は、第１の装着部１１及び第２の装着部１２に反応容器１００が装着された場合に、第２領域１１２が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配置である。図５（Ｂ）に示される例では、第２の配置では、液体１３０よりも比重が大きい反応液１４０は第２領域１１２に存在する。

このように、駆動機構３０が、第１の装着部１１、第２の装着部１２及び温度勾配形成部２０を、第１の配置と、第１の配置とは異なる第２の配置との間で回転させることによって、反応液１４０に対して熱サイクルを施すことができる。

本実施形態によれば、回転軸Ｒは、重力の作用する方向に対して垂直な成分を有し、かつ、第１の装着部１１及び第２の装着部１２の装着方向に直交する成分を有するため、駆動機構３０が第１の装着部１１及び第２の装着部１２を回転させることによって、第１の装着部１１及び第２の装着部１２に反応容器１００が装着された場合に、反応容器１００の流路１１０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。これによって、温度勾配形成部２０（第１加熱部２１、第２加熱部２２、第３加熱部２３及び第４加熱部２４）によって温度勾配が形成された反応容器１００の流路１１０内を反応液１４０が移動する。したがって、反応容器１００に充填された反応液１４０に対して熱サイクルを施すことができる。

また、駆動機構３０は、第１の装着部１１、第２の装着部１２、及び温度勾配形成部２０（第１加熱部２１、第２加熱部２２、第３加熱部２３及び第４加熱部２４）を所定の配
置に保持する間、反応液１４０を所定の温度に保持できる。例えば、第１の装着部１１、第２の装着部１２及び温度勾配形成部２０（第１加熱部２１、第２加熱部２２、第３加熱部２３及び第４加熱部２４）の配置を切り換えることで、反応容器１００が第１の配置に保持された状態と、反応容器１００が第２の配置に保持された状態とを切り換えることができる。第１の配置は、反応容器１００を構成する流路１１０の第１領域１１１が、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配置である。第２の配置は、反応容器１００を構成する流路１１０の第２領域１１２が、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配置である。すなわち、反応液１４０の比重が液体１３０に比べて大きい場合には、重力の作用によって第１の配置においては反応液１４０を第１領域１１１に、第２の配置においては反応液１４０を第２領域１１２に保持できる。第１領域１１１は第１加熱部２１によって加熱され、第２領域１１２は第２加熱部２２によって加熱されるので、第１領域１１１と第２領域１１２とは異なる温度とすることができる。したがって、第１の配置又は第２の配置に反応容器１００を保持する間、反応液１４０を所定の温度に保持できるので、加熱時間を容易に制御可能な熱サイクル装置１を提供できる。

また、第１の装着部１１と第２の装着部１２とが回転軸Ｒを挟んで互いに反対側に配置され、第１の装着部１１の装着方向と第２の装着部１２の装着方向とが同方向であり、温度勾配形成部２０（第１加熱部２１、第２加熱部２２、第３加熱部２３及び第４加熱部２４）は、第１の装着部１１に装着される反応容器１００と、第２の装着部１２に装着される反応容器１００と、に対して同じ向きに温度勾配を形成するので、第１の装着部１１に装着される反応容器１００と、第２の装着部１２に装着される反応容器１００とを用いて、同一のタイミングで同一の時間条件の反応を行うことができる。第１の装着部１１と第２の装着部１２とは、互いに回転軸Ｒに沿う方向に離れて設けられる必要はない。したがって、小型化に適した熱サイクル装置１を実現できる。

制御部４０は、第１の配置から第２の配置へと回転させる場合と、第２の配置から第１の配置へと回転させる場合とで、反対方向に第１の装着部１１、第２の装着部１２及び温度勾配形成部２０（第１加熱部２１、第２加熱部２２、第３加熱部２３及び第４加熱部２４）を回転させるように、駆動機構３０を制御してもよい。これによって、回転によって生じる配線の捩れを低減するための機構が不要となる。したがって、小型化に適した熱サイクル装置１を実現できる。また、第１の配置から第２の配置へと回転させる場合の回転数、及び、第２の配置から第１の配置へと回転させる場合の回転数は、１回転未満（回転角度が３６０°未満）であることが好ましい。これによって、配線が捩れる程度を軽減できる。

制御部４０は、第１加熱部２１及び第３加熱部２３を第１温度、及び第１温度とは異なる第２温度に制御し、第２加熱部２２及び第４加熱部２４を第１温度及び第２温度とは異なる第３温度に制御してもよい。

すなわち、制御部４０は、第１加熱部２１及び第３加熱部２３を第１温度に制御するモードと第２温度に制御するモードとを有し、第２加熱部２２及び第４加熱部２４を第３温度に制御する。第１温度、第２温度、第３温度は互いに異なるので、第１加熱部２１及び第２加熱部２２によって、少なくとも３種類の温度を組み合わせた熱サイクルを実現できる。

次に、熱サイクル装置１の制御方法の具体例について、ホットスタート工程（ホットスタートＰＣＲ酵素を用いるＰＣＲにおいて、ホットスタート酵素を熱によって活性化させる工程）を含むＲＴ−ＰＣＲでリアルタイム測定を行う場合を例にとり説明する。なお、反応液１４０には特定のＤＮＡと相補的に結合することによって所定の波長の光の強度が
変化する蛍光プローブが含まれているものとする。図６は、本実施形態にかかる熱サイクル装置１の制御方法の具体例を説明するためのフローチャートである。以下では第１の装着部１１及び第２の装着部１２に反応容器１００を装着した後にステップＳ１００を行う例について説明するが、ステップＳ１００の後に第１の装着部１１及び第２の装着部１２に反応容器１００を装着してもよい。

本具体例において、まず、制御部４０は、第１加熱部２１及び第３加熱部２３を第１温度に制御し、第１の装着部１１、第２の装着部１２及び温度勾配形成部２０の配置が第１の配置で第１時間を経過した場合に、第１加熱部２１及び第３加熱部２３を第１温度よりも高い第２温度に制御し、第２加熱部２２及び第４加熱部２４を第２温度よりも高い第３温度に制御し、第１の装着部１１、第２の装着部１２及び温度勾配形成部２０の配置を、第１の配置から第２の配置へと切換えるように駆動機構３０を制御する第１処理を行う。

より具体的には、まず、制御部４０は、第１加熱部２１に対して制御信号Ｓ１を出力することによって、第１加熱部２１の温度を第１温度に制御し、第３加熱部２３に対して制御信号Ｓ３を出力することによって、第３加熱部２３の温度を第１温度に制御する（ステップＳ１００）。本具体例において、第１温度は逆転写酵素によって逆転写反応が進行する温度である。「逆転写酵素によって逆転写反応が進行する温度」は逆転写酵素の種類に依存する温度であるが、一般的には２０℃以上７０℃以下程度の範囲内であり、特に４０℃以上５０℃以下程度の範囲内において反応が進行しやすいことが一般的である。また、本具体例においては、初期動作時における第１の装着部１１、第２の装着部１２及び温度勾配形成部２０の配置は第１の配置である。したがって、反応液１４０は第１領域１１１に保持される。すなわち、反応液１４０は第１温度に保持される。

なお、ステップＳ１００において、制御部４０は、第２加熱部２２に対して制御信号Ｓ２を出力し、第４加熱部２４に対して制御信号Ｓ４を出力することによって、第２加熱部２２及び第４加熱部２４の温度を逆転写酵素が失活しない温度に制御してもよい。「逆転写酵素が失活しない温度」は、逆転写酵素の種類に依存する温度であるが、一般的には２０℃以上７０℃以下程度の範囲内である。また、一般的には、７０℃を超える温度では、逆転写酵素が失活したり劣化しやすくなったりする。第２加熱部２２及び第４加熱部２４の温度を逆転写酵素が失活しない温度に制御することによって、第１の装着部１１及び第２の装着部１２に反応容器１００を装着する際に、逆転写酵素が失活するような温度に反応液１４０が曝されにくくなる。

ステップＳ１００の後に、制御部４０は、ステップＳ１００が終了してから（第１加熱部２１及び第３加熱部２３が第１温度に達してから）第１時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ１０２）。本具体例において、第１時間は逆転写反応に必要となる時間である。第１時間を経過していないと制御部４０が判定した場合（ステップＳ１０２でＮＯの場合）には、制御部４０はステップＳ１０２を繰り返す。

第１時間を経過したと制御部４０が判定した場合（ステップＳ１０２でＹＥＳの場合）には、制御部４０は、第１加熱部２１に対して制御信号Ｓ１を出力することによって、第１加熱部２１の温度を第２温度に制御し、第３加熱部２３に対して制御信号Ｓ３を出力することによって、第３加熱部２３の温度を第２温度に制御し、第２加熱部２２に対して制御信号Ｓ２を出力することによって、第２加熱部２２の温度を第３温度に制御し、第４加熱部２４に対して制御信号Ｓ４を出力することによって、第４加熱部２４の温度を第３温度に制御する（ステップＳ１０４）。本具体例においては、第２温度はＰＣＲにおけるアニーリング及び伸長温度である。「ＰＣＲにおけるアニーリング及び伸長温度」は、核酸を増幅することに用いられる酵素（本具体例ではＤＮＡポリメラーゼ）の種類に依存する温度であるが、一般的には５０℃以上７０℃以下程度の範囲内である。本具体例においては、第３温度はＰＣＲにおける熱変性温度である。「ＰＣＲにおける熱変性温度」は、核酸を増幅するための酵素の種類に依存する温度であるが、一般的には９０℃以上１００℃以下程度の範囲内である。

ステップＳ１０４の後に、制御部４０は、駆動機構３０に対して制御信号Ｓ５を出力することによって、第１の装着部１１、第２の装着部１２及び温度勾配形成部２０の配置を第１の配置から第２の配置へと切換えるように駆動機構３０を制御する（ステップＳ１０６）。上述のように、ステップＳ１０４までは第１の装着部１１、第２の装着部１２及び温度勾配形成部２０の配置が第１の配置になっているので、ステップＳ１０２を行うことで、第１の装着部１１、第２の装着部１２及び温度勾配形成部２０の配置を第２の配置とする。第１の装着部１１、第２の装着部１２及び温度勾配形成部２０の配置が第２の配置である場合には、反応液１４０は第２領域１１２に保持される。すなわち、反応液１４０は、第３温度に保持される。

ステップＳ１０６の後に、制御部４０は、第１の装着部１１、第２の装着部１２及び温度勾配形成部２０の配置が第２の配置で第２時間を経過させる第２処理を行う。

より具体的には、ステップＳ１０６の後に、制御部４０は、ステップＳ１０６が終了してから第２時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ１０８）。本具体例において、第２時間はＰＣＲ酵素の活性化（ホットスタート）に必要となる時間である。第２時間を経過していないと制御部４０が判定した場合（ステップＳ１０８でＮＯの場合）には、制御部４０はステップＳ１０８を繰り返す。

第２時間を経過したと制御部４０が判定した場合（ステップＳ１０８でＹＥＳの場合）
には、制御部４０は、第１の装着部１１、第２の装着部１２及び温度勾配形成部２０の配置が第２の配置で第３時間を経過した場合に、駆動機構３０に対して制御信号Ｓ５を出力することによって、第１の装着部１１、第２の装着部１２及び温度勾配形成部２０の配置を、第２の配置から第１の配置へと切換えるように駆動機構３０を制御する第３処理を行う。

より具体的には、まず、制御部４０が、ステップＳ１０８が終了してから第３時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。本具体例において、第３時間は、ＰＣＲにおけるＤＮＡの熱変性に必要となる時間である。第３時間を経過していないと制御部４０が判定した場合（ステップＳ１１０でＮＯの場合）には、制御部４０はステップＳ１１０を繰り返す。第３時間を経過したと制御部４０が判定した場合（ステップＳ１１０でＹＥＳの場合）には、制御部４０は、駆動機構３０に対して制御信号Ｓ５を出力することによって、第１の装着部１１、第２の装着部１２及び温度勾配形成部２０の配置を、第２の配置から第１の配置へと切換えるように駆動機構３０を制御する（ステップＳ１１２）。第１の装着部１１、第２の装着部１２及び温度勾配形成部２０の配置が第１の配置である場合には、反応液１４０は第１領域１１１に保持される。すなわち、ステップＳ１１２の結果、反応液１４０は、第２温度に保持される。

本具体例によれば、第１処理と第２処理及び第３処理とでは、第１加熱部２１の温度が異なっている。このように、温度条件の異なる第１処理と第２処理及び第３処理を行うことによって、ＰＣＲの前に逆転写反応を行うことができるので、ＲＴ−ＰＣＲに適した熱サイクル装置１を実現できる。

また、ホットスタート工程を含むＰＣＲを行う場合において、ＰＣＲ酵素を活性化させる温度は、熱変性温度と同程度である。したがって、第２処理を行うことによって、ＰＣ
Ｒ酵素を活性化させる工程であるＰＣＲのホットスタートを含んだ熱サイクルを実現できる。

本具体例においては、第３処理の後に、図示しない測定手段（例えば、蛍光検出器）によって、所定の波長の光の強度（本具体例においては輝度）を測定する。より具体的には、ステップＳ１１２の後に、測定手段が蛍光測定を開始する（ステップＳ１１４）。測定手段は、例えばスライド上を移動しながら、複数の反応容器１００についての蛍光測定を行なう。なお、ＰＣＲの結果は、蛍光測定を行わず、例えば電気泳動などの別の方法によって確認することもできる。

第３処理の後に所定の波長の光の強度を測定手段で測定することによって、反応液１４０がアニーリング及び伸長温度に保持されている期間に、特定のＤＮＡの量に相関する所定の波長の光の強度を測定できる。したがって、リアルタイムＰＣＲに適した熱サイクル装置１を実現できる。

第３処理の後に、制御部４０は、第１の装着部１１、第２の装着部１２及び温度勾配形成部２０の配置が第１の配置で第４時間を経過した場合に、駆動機構３０に対して制御信号Ｓ５を出力することによって、第１の装着部１１、第２の装着部１２及び温度勾配形成部２０の配置を、第１の配置から第２の配置へと切換えるように駆動機構３０を制御する第４処理と、第３処理とを所定回数繰り返して行なってもよい。

より具体的には、まず、ステップＳ１１４の後に、制御部４０は、ステップＳ１１２が終了してから第４時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ１１６）。本具体例において、第４時間はＰＣＲにおけるアニーリング及び伸長に必要となる時間である。第４時間を経過していないと制御部４０が判定した場合（ステップＳ１１６でＮＯの場合）には、制御部４０はステップＳ１１６を繰り返す。第４時間を経過したと制御部４０が判定した場合（ステップＳ１１６でＹＥＳの場合）には、制御部４０は、所定のサイクル数に達したか否かを判定する（ステップＳ１１８）。

所定のサイクル数に達していないと制御部４０が判定した場合（ステップＳ１１８でＮＯの場合）には、制御部４０は、駆動機構３０に対して制御信号Ｓ５を出力することによって、第１の装着部１１、第２の装着部１２及び温度勾配形成部２０の配置を第１の配置から第２の配置へと切換えるように駆動機構３０を制御する（ステップＳ１２０）。ステップＳ１２０の後に、ステップＳ１１０からステップＳ１１８までを繰り返す。制御部４０が所定のサイクル数に達したと判定した場合（ステップＳ１１８でＹＥＳの場合）には、処理を終了する。なお、本具体例ではサイクル数に基づいて処理の終了を決定したが、ステップＳ１１８の前に、ステップＳ１１４で測定される所定の波長の光の強度が所定値
に達したか否かを判定するステップを加え、光の強度が所定値に達した場合にはステップＳ１１８を行わずに処理を終了してもよい。

第３処理では第２の配置で第３時間を経過するまで反応液１４０が第３温度に保持され、第４処理では第１の配置で第４時間を経過するまで反応液１４０が第２温度に保持される。このように、第４処理と第３処理（より具体的には、ステップＳ１２０とステップＳ１１０からステップＳ１１８）を繰り返すことによって、ＰＣＲに適した熱サイクルを所定回数繰り返して行うことができる。

４．実施例
以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されない。

本実施例では、熱サイクル装置１を用いてホットスタート工程を含むＲＴ−ＰＣＲでリアルタイム測定を行なった例について説明する。

図７は、本実施例における反応液１４０の組成を示す表である。図７において、「SuperScript III Platinum」は「SuperScript III Platinum One-Step Quantitative RT-PCR System with ROX（「Platinum」は登録商標、ライフテクノロジーズ社製）」であり、ＰＣＲ酵素と逆転写酵素が含まれている。ＲＮＡとしては、ヒト鼻腔拭い液（ヒトサンプル）から抽出したＲＮＡを用いた。なお、当該ヒトサンプルについては、市販のキット（「エスプラインインフルエンザＡ＆Ｂ−Ｎ（「エスプライン」は登録商標）」、富士レビオ株式会社製）を用いてイムノクロマトグラフィーを行った結果、インフルエンザＡ型が陽性であった。なお、イムノクロマトグラフィーにおける「Ａ型陽性」は、下記インフルエンザＡ型（InfA）を特異的に判別するものではない。

図８は、インフルエンザＡ型（InfA）、豚インフルエンザＡ型（SW InfA）、豚インフルエンザＨ１型（SW H1）及びリボヌクレアーゼＰ（RNase P）に対応するフォワードプライマー（F primer）、リバースプライマー（R primer）及びプローブ（Probe）の塩基配列を示す表である。いずれも、「CDC protocol of realtime RTPCR for swine influenza
A(H1N1)」（World Health Organization、２００９年４月３０日改訂１版）に記載されている塩基配列と同一である。図８に示される４種類のプローブ（Probe）は、いずれも核酸の増幅に伴い測定される蛍光輝度が増加する。

実験手順は、図６に示されるフローチャートの通りであり、第１温度は４５℃、第２温度は５８℃、第３温度は９８℃、第１時間は６０秒、第２時間は１０秒、第３時間は５秒、第４時間は３０秒、熱サイクル処理のサイクル数は５０回とした。また、第１の装着部１１又は第２の装着部１２に装着される反応容器１００は４個（サンプルＡ〜サンプルＤ）とした。

サンプルＡは、インフルエンザＡ型（InfA）に対応するフォワードプライマー、リバースプライマー及び蛍光プローブを含む。サンプルＢは、豚インフルエンザＡ型（SW InfA）に対応するフォワードプライマー、リバースプライマー及び蛍光プローブを含む。サンプルＣは、豚インフルエンザＨ１型（SW H1）に対応するフォワードプライマー、リバースプライマー及び蛍光プローブを含む。サンプルＤは、リボヌクレアーゼＰ（RNase P）に対応するフォワードプライマー、リバースプライマー及び蛍光プローブを含む。

図９は、本実施例における、熱サイクル処理のサイクル数と測定された輝度との関係を示すグラフである。図９の横軸は熱サイクル処理のサイクル数、縦軸は輝度の相対値を表す。

図９に示されるように、サンプルＡ〜サンプルＤのいずれも、熱サイクル処理のサイクル数が２０回〜３０回程度となる辺りから輝度が大きく上昇していることが分かる。これによって、ＲＮＡを鋳型として逆転写されたｃＤＮＡが増幅されていることが分かる。サンプルＤは内在性コントロールの実験であり、サンプルＤで輝度が上昇していることから、ヒトサンプル由来のＤＮＡ（ｃＤＮＡ）が増幅されたことが確認できた。さらに、サンプルＡ〜サンプルＤでｃＤＮＡが増幅されたことから、ヒトサンプルにはインフルエンザＡ型、豚インフルエンザＡ型、豚インフルエンザＨ１型の全てのＲＮＡが含まれていたことが分かった。この結果は、イムノクロマトグラフィーの結果とも合致している。したがって、本実施形態にかかる熱サイクル装置１を用いてホットスタート工程を含むＲＴ−ＰＣＲでリアルタイム測定を行うことができることが確認された。

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

本発明は、上述した実施形態及び実施例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…第１の装着部、１２…第２の装着部、１３…枠、１４…天板、１５…底板、１６…側板、１７…側板、２０…温度勾配形成部、２１…第１加熱部、２１ａ…第１ヒーター、２１ｂ…第１ヒートブロック、２２…第２加熱部、２２ａ…第２ヒーター、２２ｂ…第２ヒートブロック、２３…第３加熱部、２３ａ…第３ヒーター、２３ｂ…第３ヒートブロック、２４…第４加熱部、２４ａ…第４ヒーター、２４ｂ…第４ヒートブロック、３０…駆動機構、４０…制御部、１００…反応容器、１１０…流路、１１１…第１領域、１１２…第２領域、１２０…封止部、１３０…液体、１４０…反応液、Ｒ…回転軸

配列番号１は、ＩｎｆＡのフォワードプライマーの配列である。

配列番号２は、ＩｎｆＡのリバースプライマーの配列である。

配列番号３は、ＩｎｆＡの蛍光プローブの配列である。

配列番号４は、ＳＷ ＩｎｆＡのフォワードプライマーの配列である。

配列番号５は、ＳＷ ＩｎｆＡのリバースプライマーの配列である。

配列番号６は、ＳＷ ＩｎｆＡの蛍光プローブの配列である。

配列番号７は、ＳＷ Ｈ１のフォワードプライマーの配列である。

配列番号８は、ＳＷ Ｈ１のリバースプライマーの配列である。

配列番号９は、ＳＷ Ｈ１の蛍光プローブの配列である。

配列番号１０は、ＲＮａｓｅ Ｐのフォワードプライマーの配列である。

配列番号１１は、ＲＮａｓｅ Ｐのリバースプライマーの配列である。

配列番号１２は、ＲＮａｓｅ Ｐの蛍光プローブの配列である。

Claims (4)

1. 第１の反応容器を装着するための第１の装着部及び第２の反応容器を装着するための第２の装着部と、
   前記第１の装着部及び前記第２の装着部の装着方向に沿って温度勾配を形成する温度勾配形成部と、
   前記第１の装着部、前記第２の装着部、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、前記第１の装着部及び前記第２の装着部の前記装着方向に交差する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、
   前記第１の装着部と前記第２の装着部とは、前記回転軸を挟んで互いに反対側に配置され、
   前記第１の装着部の前記装着方向と前記第２の装着部の前記装着方向とが同方向であり、
   前記温度勾配形成部は、前記第１の装着部と前記第２の装着部とに対して同じ向きに温度勾配を形成する、熱サイクル装置。
2. 請求項１に記載の熱サイクル装置において、
   前記駆動機構を制御する制御部をさらに含み、
   前記制御部は、
   前記第１の装着部、前記第２の装着部、及び前記温度勾配形成部の配置を、第１の配置と、前記第１の配置とは異なる第２の配置との間で回転させ、
   前記第１の配置から前記第２の配置へと回転させる場合と、前記第２の配置から前記第１の配置へと回転させる場合とで、前記第１の装着部、前記第２の装着部、及び前記温度勾配形成部を逆方向に回転させるように、前記駆動機構を制御する、熱サイクル装置。
3. 第１の反応容器を装着するための第１の装着部及び第２の反応容器を装着するための第２の装着部と、
   前記第１の装着部の装着方向に互いに離間して設けられた第１加熱部及び第２加熱部と、
   前記第２の装着部の装着方向に互いに離間して設けられた第３加熱部及び第４加熱部と、
   前記第１の装着部、前記第２の装着部、前記第１加熱部、前記第２加熱部、前記第３加熱部、及び前記第４加熱部を、重力の作用する方向に対して垂直な成分を有し、かつ、前記第１の装着部及び前記第２の装着部の前記装着方向に交差する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、
   前記第１の装着部と前記第２の装着部とは、前記回転軸を挟んで互いに反対側に配置され、
   前記第１の装着部の前記装着方向と前記第２の装着部の前記装着方向とが同方向であり、
   前記第１加熱部及び前記第３加熱部は、第１の温度に設定し、
   前記第２加熱部及び前記第４加熱部は、前記第１の温度とは異なる第２の温度に設定し、
   前記第１加熱部は、前記第２加熱部よりも前記回転軸に近い側に設けられ、
   前記第４加熱部は、前記第３加熱部よりも前記回転軸に近い側に設けられている、熱サイクル装置。
4. 請求項３に記載の熱サイクル装置において、
   前記駆動機構を制御する制御部をさらに含み、
   前記制御部は、
   前記第１の装着部、前記第２の装着部、前記第１加熱部、前記第２加熱部、前記第３加熱部、及び前記第４加熱部の配置を、第１の配置と、前記第１の配置とは異なる第２の配置との間で回転させ、
   前記第１の配置から前記第２の配置へと回転させる場合と、前記第２の配置から前記第１の配置へと回転させる場合とで、前記第１の装着部、前記第２の装着部、前記第１加熱部、前記第２加熱部、前記第３加熱部、及び前記第４加熱部を逆方向に回転させるように、前記駆動機構を制御する、熱サイクル装置。