JPH07322873A - 遺伝子増幅装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置自体を小型化し、冷媒を冷却状態で定温
度に維持してペルチェ素子の保護を図ると共に加熱・冷
却のサイクルを高速加熱冷却できるようにした遺伝子増
幅装置を提供することにある。 【構成】 ＤＮＡ等の核酸配列の増殖を行う遺伝子増幅
装置１であって、複数の試料容器５３を装着したブロッ
ク部材５５を載置する載置プレート３と、この載置プレ
ート３の下部に設けられ冷媒１１を収容した蓄冷手段９
と、この蓄冷手段９を冷却するための冷却手段４１と、
前記試料容器５３を加熱するための加熱手段５と、前記
蓄冷手段９に収容された冷媒１１を前記載置プレート３
の下面に接触せしめる操作手段１５と、を備えてなるこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばＤＮＡ等の反
応混合物からなる試料を試料容器に収容し、この試料容
器を加熱冷却せしめる工程を繰り返すことにより、ＤＮ
Ａ等の核酸配列を増幅せしめる遺伝子増幅装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＤＮＡ等の核酸配列を増幅せしめ
る遺伝子増幅装置としては種々のものが知られている。
この種々の遺伝子増幅装置は加熱冷却制御する温度勾配
が極めて大きく、例えば１分間で４０℃程度から９０℃
程度まで、急速に温度上昇させる必要があると共に、時
間経過に応じて温度が変化する変温パターンに従って、
高精度および安定に温度制御する必要がある。

【０００３】そして、遺伝子増幅装置としては、試料の
高速加熱冷却による時間短縮、加熱冷却繰返し使用に耐
え得る装置の長寿命化、各試料間の高い温度分布精度の
維持並びに装置の小型化などが要求されている。

【０００４】これまでの遺伝子増幅装置のうち、機構的
な信頼性を重視した遺伝子増伝子増幅装置としては、冷
却手段としてコンプレッサを使用したものが知られてい
る。また、小型化を重視した遺伝子増幅装置としてはペ
ルチェ素子で加熱冷却せしめるものが知られている。さ
らに、高速化を重視した遺伝子増幅装置としてはランプ
により加熱を行うもの、２液槽を設置したものが知られ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の遺伝子増幅装置のうち、コンプレッサを使用したも
のでは、装置を大型化してしまうという問題がある。

【０００６】ペルチェ素子で加熱冷却せしめるもので
は、小型化に最適であるが、単位当りの加熱冷却能力が
ないので加熱冷却速度が低下してしまうという問題と、
ペルチェ素子自体が急速な加熱冷却操作の繰返し使用に
よる熱衝撃によって損傷し導通不良になる可能性が大で
あるという問題点がある。

【０００７】ランプにより加熱せしめるものでは、試料
容器であるキャピラリチューブへの試料の出し入れに手
間がかかると共に、温度管理が困難である。また、２液
槽を設置したものでは試料容器の外周に冷媒が付着し操
作性が悪く、試料容器を移動せしめる移動機構が必要
で、装置が複雑になると共に装置自体が大きくなってし
まう。

【０００８】この発明の目的は、装置自体を小型化し、
冷媒を冷却状態で定温度に維持してペルチェ素子の熱衝
撃を少なくして保護を図ると共に加熱・冷却のサイクル
を高速加熱冷却できるようにした遺伝子増幅装置を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明の遺伝子増幅装置は、ＤＮＡ等の核酸配列の
増幅を行う遺伝子増幅装置であって、複数の試料容器を
装着したブロック部材を載置する載置プレートと、この
載置プレートの下部に設けられ冷媒を収容した蓄冷手段
と、この蓄冷手段を冷却するための冷却手段と、前記試
料容器を加熱するための加熱手段と、前記蓄冷手段に収
容された冷媒を前記載置プレートの下面に接触せしめる
操作手段とを備えてなることを特徴とするものである。

【００１０】この遺伝子増幅装置において、前記加熱手
段としてのヒータが前記載置プレートまたはブロック部
材に埋設されていること、前記冷却手段がペルチェ素子
であること、前記操作手段がポンプまたはプロペラある
いは撹拌子であること、また、前記冷却手段をペルチェ
素子とすると共に、このペルチェ素子の下部に外方へ突
出したヒートパイプを設け、このヒートパイプの突出部
に放熱フインを設けてなることが望ましいものである。

【００１１】また、冷却手段としてコンプレッサを使用
する場合にも、蓄冷手段を有するため比較的能力の小さ
なコンプレッサを採用でき、装置の小型化が可能にな
る。

【００１２】

【作用】以上のような遺伝子増幅装置とすることによ
り、ＤＮＡ等の混合反応物である試料を収容した複数の
試料容器をブロック部材に装着し、このブロック部材を
載置プレート上に載置せしめる。載置プレートまたはブ
ロック部材に埋設された加熱手段としてのヒータを加熱
して試料容器を加熱せしめた後、冷却手段としての例え
ばペルチェ素子で蓄冷装置に収納された冷媒を冷却する
と共に操作手段を操作して冷媒を載置プレートに接触せ
しめることにより、載置プレート，ブロック部材を介し
て試料容器を冷却せしめる。この試料容器を加熱・冷却
せしめる加熱冷却工程を繰り返すことにより試料の遺伝
子が増幅される。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。

【００１４】図１を参照するに、遺伝子増幅装置１は、
載置プレート３を備えており、この載置プレート３内に
は加熱手段としてのヒータ５が埋設されていると共に温
度センサ７が埋設されている。前記ヒータ５並びに温度
センサ７は図示省略の温度制御装置に接続されている。
このヒータ５によって載置プレート３が加熱されると共
に温度センサ７で温度が検出されるものである。

【００１５】前記載置プレート３の下部には蓄冷手段と
しての蓄冷容器９が設けられており、この蓄冷容器９に
は例えば水とアルコールの混合液あるいはフッ素系溶媒
などの冷媒１１が一定の高さで収容されている。前記蓄
冷容器９の下部には冷却プレート１３が設けられてお
り、この冷却プレート１３には前記蓄冷容器９における
下部部分９Ｌが下方へ突出して設けられている。

【００１６】この下部部分９Ｌには操作手段として例え
ばポンプのうちのうず巻きポンプ１５が設けられてい
る。すなわち、下部部分９Ｌの上面にはうず巻きポンプ
１５の一部を構成する冷媒吸込み口１７を備えたプレー
ト１９が設けられていると共に、下部部分９Ｌ内にはポ
ンプインペラ２１が回転可能に設けられている。前記下
部部分９Ｌの一部には上方へ突出した例えば円筒状の冷
媒吐出筒２３が連通して設けられていると共に冷媒吐出
筒２３の上面は冷媒吐出口２５となっている。

【００１７】前記冷却プレート１３における左側の下方
には駆動モータ２７が設けられていると共にこの駆動モ
ータ２７の出力軸２９には内周にマグネット３１を備え
た駆動マグネットカップリング３３が設けられている。
この駆動マグネットカップリング３３の内部には外周に
マグネット３５を備えた従動マグネットカップリング３
７が設けられている。この従動マグネットカップリング
３７の回転軸３９が前記ポンプインペラ２１の軸心に装
着されている。

【００１８】前記冷却プレート１３の下面には冷却手段
としての例えばペルチェ素子４１が設けられていると共
にこのペルチェ素子４１の下部に放熱プレート４３が設
けられている。この放熱プレート４３には右側へ突出し
たヒートパイプ４５が装着されている。このヒートパイ
プ４５の突出した突出部分４５Ｔは箱形状の冷却室４７
内に収納されている。この冷却室４７内の上部壁には冷
却ファン４９が取付けられていると共にヒートパイプ４
５の突出部分４５Ｔの周りには複数の放熱フイン５１が
設けられている。

【００１９】前記載置プレート３上には複数のマイクロ
チューブなどからなる試料容器５３を装着したブロック
部材５５が載置される。なお、試料容器５３にはＤＮＡ
等の混合反応物である試料Ｓが収容されていることは勿
論のことである。前記載置プレート３の上方にはブロッ
ク部材５５に装着された試料容器５３を被うべくカバー
５７が設けられていると共にカバー５７の上部下面には
ヒータ５９が設けられている。

【００２０】上記構成により、ブロック部材５５上に予
め試料Ｓを収容した試料容器５３を複数装着して準備す
る。次いでカバー５７を開放して複数の試料容器５３を
装着したブロック部材５５を載置プレート３上に載せる
と共にカバー５７を閉じる。

【００２１】この状態で予め設定した例えば図２に示さ
れているような７０℃と９４℃とを１サイクルとした変
温パターンで増幅動作が行われる。すなわちヒータ５，
５９を加熱せしめて載置プレート３，ブロック部材５５
および試料容器５３を介して試料Ｓを９４℃に一定時間
加熱せしめる。温度は温度センサ７で検出されて試料Ｓ
は一定時間９４℃に保持される。

【００２２】９４℃から７０℃に冷却せしめるために、
ペルチェ素子４１で冷却プレート１３を経て蓄冷容器９
内の冷媒１１は例えば４℃に常時冷却されて蓄冷されて
いる。

【００２３】したがって、９４℃から７０℃に冷却する
際にはヒータ５，５９をオフにすると共に、駆動モータ
２７を回転せしめると、出力軸２９を介して駆動マグネ
ットカップリング３３が回転されるから、マグネット３
１，３５の作用によって従動マグネットカップリング３
７が回転される。

【００２４】この従動マグネットカップリング３７の回
転により回転軸３９を介してうず巻きポンプ１５のポン
プインペラ２１が回転されるので、蓄冷容器９中の４℃
に冷却された冷媒１１が冷媒吸込み口１７より吸込まれ
て冷媒吐出口２５から上方へ向けて吐出されて冷媒１１
が載置プレート３に接触して載置プレート３が急速冷却
される。この時の載置プレート３の温度は温度センサ７
で検出し、所定の温度この場合７０℃を検知したときに
駆動モータ２７の回転を止め、冷媒１１が載置プレート
３に接触するのをやめて離れる。以後あらためてヒータ
５によって載置プレート３の温度制御をすることで、ブ
ロック部材５５，試料容器５３を経て試料Ｓが７０℃に
一定時間冷却されることになる。

【００２５】ペルチェ素子４１から生じた熱は、放熱プ
レート４３からヒートパイプ４５に伝わる。ヒートパイ
プ４５の突出部分４５Ｔには複数の放熱フイン５１が設
けられているので、この放熱フイン５１により冷却ファ
ン４９で冷却された冷却室４７へ放熱されることにな
る。

【００２６】このようにペルチェ素子４１から直接載置
プレート３を冷却するのでなく、蓄冷容器９に一定温度
にコントロールし、冷却された冷媒１１を常時収容して
おき、冷却時にうず巻きポンプ１５を作動せしめて載置
プレート３を冷却するようにしたので、従来よりも高速
冷却を行うことができる。しかも冷媒１１を収容した蓄
冷容器９を備えるようにしたことにより、冷媒１１を冷
却状態で定温度に維持できるから、ペルチェ素子４１が
高速加熱冷却の繰返し使用により短時間でこわれること
なく、長寿命化を図ることができる。さらにペルチェ素
子４１を使用しているので装置自体を小型化させること
ができる。

【００２７】ペルチェ素子４１の下部にヒートパイプ４
５を設けて、このヒートパイプ４５の突出部４５Ｔに放
熱フイン５１を設けたことにより、放熱効果を向上させ
ることができる。

【００２８】なお、この発明は、前述した実施例に限定
されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他
の態様で実施し得るものである。本実施例では加熱手段
としてのヒータ５を載置プレート３に埋設した例で説明
したが、ブロック部材５５に埋設するようにしてもよ
い。また、温度センサ７は載置プレート３に埋設した例
で説明したが、ブロック部材５５または試料Ｓ内に設置
してもよく、複数個所に設置してもよい。また、冷却手
段としてペルチェ素子４１を用いた例で説明したが、コ
ンプレッサを用いてもよい。うず巻きポンプ１５は、ポ
ンプの回転を可変とし例えば、４℃に蓄冷する際、低速
回転させることによって載置プレート３に冷媒１１を接
触させることなく、冷媒１１を撹拌させ冷却プレート１
３との熱交換を効率的に行なわしめ、温度分布精度が良
い状態で冷媒温度を保持することに使用することもでき
る。さらに操作手段としてうず巻きポンプ１５を用いた
例で説明したが、他のポンプ機構、プロペラあるいは撹
拌子を用いてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上のごとき実施例の説明より理解され
るように、この発明によれば、冷却手段としての例えば
ペルチェ素子から直接載置プレートを冷却するのでな
く、蓄冷容器に一定温度にコントロールし、冷却された
冷媒を常時収容しておき、冷却時に操作手段を作動せし
めて載置プレートを冷却するようにしたので、従来より
も高速冷却を行うことができる。しかも冷媒を収容した
蓄冷容器を備えるようにしたことにより、冷媒を冷却状
態で定温度に維持できるから、冷却手段としてのペルチ
ェ素子が高速加熱冷却の繰返し使用により短時間でこわ
れることなく、長寿命化を図ることができる。さらにペ
ルチェ素子を使用しているので装置自体を小型化させる
ことができる。

【００３０】ペルチェ素子の下部にヒートパイプを設け
て、このヒートパイプの突出部に放熱フインを設けたこ
とにより、放熱効果を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を実施する一実施例の遺伝子増幅装置
の構成図である。

【図２】試料を加熱・冷却せしめる一例の加熱冷却曲線
図である。

【符号の説明】

１ 遺伝子増幅装置 ３ 載置プレート ５ ヒータ（加熱手段） ９ 蓄冷容器（蓄冷手段） １１ 冷媒 １３ 冷却プレート １５ うず巻きポンプ（操作手段） ４１ ペルチェ素子（冷却手段） ４３ 放熱プレート ４５ ヒートパイプ ５１ 放熱フイン ５３ 試料容器 ５５ ブロック部材 Ｓ 試料

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＤＮＡ等の核酸配列の増幅を行う遺伝子
   増幅装置であって、複数の試料容器を装着したブロック
   部材を載置する載置プレートと、この載置プレートの下
   部に設けられ冷媒を収容した蓄冷手段と、この蓄冷手段
   を冷却するための冷却手段と、前記試料容器を加熱する
   ための加熱手段と、前記蓄冷手段に収容された冷媒を前
   記載置プレートの下面に接触せしめる操作手段と、を備
   えてなることを特徴とする遺伝子増幅装置。
2. 【請求項２】 前記加熱手段としてのヒータが前記載置
   プレートまたはブロック部材に埋設されていることを特
   徴とする請求項１記載の遺伝子増幅装置。
3. 【請求項３】 前記冷却手段がペルチェ素子またはコン
   プレッサであることを特徴とする請求項１記載の遺伝子
   増幅装置。
4. 【請求項４】 前記操作手段がポンプまたはプロペラあ
   るいは撹拌子であることを特徴とする請求項１記載の遺
   伝子増幅装置。
5. 【請求項５】 前記冷却手段をペルチェ素子とすると共
   に、このペルチェ素子の下部に外方へ突出したヒートパ
   イプを設け、このヒートパイプの突出部に放熱フインを
   設けてなることを特徴とする請求項１記載の遺伝子増幅
   装置。