TWI801966B - 溫度控制裝置 - Google Patents

溫度控制裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI801966B
TWI801966B TW110130109A TW110130109A TWI801966B TW I801966 B TWI801966 B TW I801966B TW 110130109 A TW110130109 A TW 110130109A TW 110130109 A TW110130109 A TW 110130109A TW I801966 B TWI801966 B TW I801966B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
temperature
block
hollow
control device
temperature regulation
Prior art date
Application number
TW110130109A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202210983A (zh
Inventor
佐藤航
磯島宣之
小針達也
柴原匡
Original Assignee
日商日立全球先端科技股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商日立全球先端科技股份有限公司 filed Critical 日商日立全球先端科技股份有限公司
Publication of TW202210983A publication Critical patent/TW202210983A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI801966B publication Critical patent/TWI801966B/zh

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B01L7/52—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/12—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6844—Nucleic acid amplification reactions
    • C12Q1/686—Polymerase chain reaction [PCR]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/02—Adapting objects or devices to another
    • B01L2200/025—Align devices or objects to ensure defined positions relative to each other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/14—Process control and prevention of errors
    • B01L2200/143—Quality control, feedback systems
    • B01L2200/147—Employing temperature sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/18—Means for temperature control
    • B01L2300/1805—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
    • B01L2300/1822—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks using Peltier elements

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Control Of Temperature (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

本發明之目的在於提供一種可使溫度調節區塊(2)之溫度高速且高精度地變化之溫度控制裝置(1)。本發明之溫度控制裝置(1)具備：溫度調節區塊(2)，其可載置收納有溶液(6)之容器(5)；及溫度調節部(3)，其以與溫度調節區塊(2)接觸之方式設置，使容器(5)之溫度變化；溫度調節區塊(2)於內部具備1個或複數個中空部(7)。

Description

溫度控制裝置
本發明係關於一種溫度控制裝置。
近年來，基因檢查不僅利用於研究用途，亦利用於個人化醫療或識別個人之鑑定等廣泛用途，期望不僅提高精度亦縮短檢查時間。基因檢查中，於取得包含DNA(Deoxyribonucleic acid：脫氧核糖核酸)之試料後，使試料中之微量DNA放大進行分析，藉此實施高精度之檢查。作為放大DNA之方法，廣泛利用PCR(Polymerase Chain Reaction：聚合酶鏈反應)法。於PCR法，混合包含含有DNA之試料溶液與使DNA放大之試劑之溶液，使DNA例如於94℃下變性為單鏈，於60℃下合成互補鏈。藉由重複此種溫度變化，而可於PCR法中使DNA以指數函數放大。
於基因檢查，謀求藉由使包含試料與試劑之反應溶液之溫度高速變化而縮短反應所需之時間，縮短檢查所需之時間。反應溶液之溫度使用熱循環器等溫度控制裝置來使之變化。一般之溫度控制裝置具備：調溫元件，其控制珀爾帖元件等之溫度變化；及溫度調節區塊(以下，亦稱為「調溫區塊」)，其以與調溫元件相接之方式設置；且藉由於調溫區塊保持收納有反應溶液之反應容器，以調溫元件控制調溫區塊之溫度而實施PCR法。
調溫區塊之熱傳導率與熱容量會影響溫度控制裝置之反應溶液之溫度變化之高速化。於一般之溫度控制裝置，將熱傳導率較大之材 料，例如鋁或銅等金屬使用於調溫區塊。藉由將熱傳導率較大之材料使用於調溫區塊，而可效率較佳地將由調溫元件產生之熱傳遞至反應容器，使反應溶液之溫度高速變化。熱容量係根據材料之比熱、密度、及體積求出之值。若調溫區塊之熱容量較大，則調溫區塊之溫度變化需要時間，反應溶液之溫度變化變遲緩。
於專利文獻1與專利文獻2揭示有先前之溫度控制裝置之例。專利文獻1記載之熱循環設備具備樣品架、熱基準、及散熱器，該等中之1個或複數個具有熱傳導性較高之材料。專利文獻2記載之多個試料支持體具有單體構造之區塊、區塊內之一連串試料井、及存在於試料井之間之區塊內之一連串中空部。藉由中空部削減區塊之質量，將溫度變化迅速傳遞至試料。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特表2012-502651號公報
專利文獻2：日本專利特表2009-543064號公報
溫度控制裝置於進行基因檢查時，若未適當控制調溫區塊之溫度，未將包含試料與試劑之反應溶液控制為適當之溫度，則無法進行穩定之DNA之放大，基因檢查之可靠性下降。一般而言，即使調溫區塊之熱容量較小，但若熱傳導率較小則無法將調溫元件之熱均勻地傳遞至反應溶液，且難以將反應溶液控制為可由PCR法求出之溫度。另一方面，尺 寸較小之調溫區塊因內部之溫度差較小，故有即使熱傳導率較小亦可將調溫元件之熱均勻地傳遞至反應溶液之情形，有時無需較大之熱傳導率。
於先前之溫度控制裝置之調溫區塊，因熱傳導率、比熱、及密度等關係到溫度變化之值藉由使用之材料決定，故難以適當地調整熱傳導率與熱容量，於使包含試料與試劑之反應溶液之溫度高速且高精度變化上存在問題。因此，謀求於溫度控制裝置，使調溫區塊之溫度高速且高精度變化。
本發明之目的在於提供一種可使調溫區塊之溫度高速且高精度變化之溫度控制裝置。
本發明之溫度控制裝置具備：溫度調節區塊，其可載置收納有溶液之容器；及溫度調節部，其以與上述溫度調節區塊接觸之方式設置，使上述容器之溫度變化。上述溫度調節區塊於內部具備1個或複數個中空部。
根據本發明，可提供一種能使調溫區塊之溫度高速且高精度變化之溫度控制裝置。
1:溫度控制裝置
2:調溫區塊
2a:上表面測定點
2b:中央測定點
2c:上表面
2d:凹部
2e:底面
3:調溫部
4:散熱部
5:反應容器
6:反應溶液
7:中空部
7a:中空部之配置密度較低之區域
7b:中空部之配置密度較高之區域
7c:連接部
7d:開口部
7e:中空部之配置密度較高之區域
7f:中空部之配置密度較低之區域
7g:中空部之配置密度較低之區域
7h:中空部之配置密度較高之區域
7n:中空部
8:熱傳導路徑
圖1係顯示本發明之實施例1之溫度控制裝置之概略之立體圖。
圖2係圖1之線A-A’處之溫度控制裝置之剖視圖。
圖3係圖1之線B-B’處之溫度控制裝置之剖視圖。
圖4係顯示藉由熱傳導解析求出調溫區塊之溫度變化之結果之例的 圖。
圖5係顯示本發明之實施例2之溫度控制裝置之概略之剖視圖。
圖6係顯示本發明之實施例3之溫度控制裝置之概略之剖視圖。
圖7係顯示本發明之實施例4之溫度控制裝置之概略之立體圖。
圖8係圖7之線C-C’處之溫度控制裝置之剖視圖。
圖9係顯示本發明之實施例5之溫度控制裝置之概略之剖視圖。
圖10係圖9之線D-D’處之溫度控制裝置之剖視圖。
圖11係顯示本發明之實施例6之溫度控制裝置之概略之剖視圖。
圖12係顯示本發明之實施例7之溫度控制裝置之概略之剖視圖。
圖13係顯示本發明之實施例8之溫度控制裝置之概略之剖視圖。
圖14係顯示本發明之實施例9之溫度控制裝置之概略之剖視圖。
圖15係通過圖14之線F-F’處之水平面之溫度控制裝置之剖視圖。
圖16係顯示本發明之實施例10之溫度控制裝置之概略之剖視圖。
本發明之溫度控制裝置具備溫度調節部(調溫部)與溫度調節區塊(調溫區塊)，調溫區塊具有中空部。調溫區塊藉由中空部而密度下降熱容量變小，可使溫度高速變化。又，藉由配置中空部而控制調溫區塊之內部之熱傳導，可使調溫區塊之溫度高精度變化。藉此，本發明之溫度控制裝置可適當地控制調溫區塊之溫度，高速且高精度地將包含試料與試劑之反應溶液控制為適當之溫度。
以下，使用圖式說明本發明之實施例之溫度控制裝置。另，有於本說明書所使用之圖式中，對同一或對應之構成要件附加同一符號，對該等構成要件省略重複之說明之情形。
實施例1
說明本發明之實施例1之溫度控制裝置。
圖1係顯示本發明之實施例1之溫度控制裝置之概略之立體圖。溫度控制裝置1具備溫度調節區塊2(以下，稱為「調溫區塊2」)與溫度調節部3(以下，稱為「調溫部3」)，使包含試料與試劑之反應溶液之溫度變化。
調溫區塊2由金屬或非金屬之材料構成，可載置收納有反應溶液之反應容器。調溫區塊2以與調溫部3接觸之方式設置於調溫部3之上。調溫區塊2藉由調溫部3進行載置之反應容器內之反應溶液之溫度調節。調溫區塊2例如於上表面2c載置反應容器，或於上部具備凹部並於凹部載置反應容器。圖1顯示將反應容器載置於上表面2c之調溫區塊2。調溫區塊2之上表面2c係位於與調溫部3接觸之面(下表面)相反側之面。調溫區塊2之大概形狀並非限定於如圖1所示之四角柱形狀者，亦可取多角柱形狀、圓柱形狀、或圓筒形狀等任意形狀。
調溫部3係可進行加熱與冷卻之一者或兩者之溫度調節裝置，以與調溫區塊2接觸之方式設置於調溫區塊2之下，使載置於調溫區塊2之反應容器內之反應溶液之溫度變化。於本實施例，調溫部3具備調溫元件即珀爾帖元件。具備珀爾帖元件之調溫部3於與調溫區塊2相接之面為相反側之面，具備散熱部4。於本實施例，作為散熱部4使用散熱葉片。調溫部3除珀爾帖元件以外，還可具備加熱泵、加熱器之加熱裝置、及使用冷卻構造之冷卻裝置，亦可將該等複數個組合而構成。
於調溫區塊2與調溫部3之間，為了使其等之間之接觸熱阻減少促進傳熱，亦可設置具有彈性之熱傳導性薄片，或塗佈熱傳導油脂。
溫度控制裝置1藉由以設置於調溫區塊2之熱電耦或熱敏電阻等溫度感測器(未圖示)測定調溫區塊2之溫度，以調溫區塊2之溫度成為期望之溫度之方式調整調溫部3之輸出，而控制反應溶液之溫度。
於圖1中，將調溫區塊2與調溫部3接觸之方向設為Z方向，將與Z方向垂直之面設為XY面。Z方向係鉛直方向(上下方向)。
圖2係圖1之線A-A’處之溫度控制裝置1之剖視圖。圖3係圖1之線B-B’處之溫度控制裝置1之剖視圖。線A-A，係與X方向平行之線，線B-B’係與Y方向平行之線。圖2係ZX面之剖視圖，圖3係YZ面之剖視圖。
調溫區塊2於內部具備複數個中空部7。中空部7係設置於調溫區塊2之內部之任意位置之空洞，存在空氣，不與調溫區塊2之外部連通。中空部7具有減少調溫區塊2之質量，使調溫區塊2之溫度變化加快之效果。中空部7於圖2、3所示之例，係於調溫區塊2之內部以正交格子狀等間隔排列。調溫區塊2之內部之中空部7之配置亦可非正交格柵狀，亦可非等間隔。中空部7之大小、數量及配置不限定於圖2、3所示之例，可任意決定。
因調溫區塊2具備中空部7，故與無中空部7之實心之調溫區塊2相比，密度小且熱容量小，溫度變化快。
調溫區塊2隨著中空部7佔據之體積增大，而密度變小。例如，若將中空部7佔據調溫區塊2之體積比例設為50%，則於調溫區塊2中，構成調溫區塊2之材料之體積之比例為50%，存在於中空部7之空氣之體積之比例為餘下之50%。調溫區塊2之密度根據自構成調溫區塊2之材料之密度、及存在於中空部7之空氣之密度來算出。然而，因空氣之密度與構成調溫區塊2之材料之密度相比極小，故調溫區塊2之密度可僅根據構成 調溫區塊2之材料之密度來求出。因此，調溫區塊2之密度減少至調溫區塊2之表觀密度之50%。表觀密度係假設不具備中空部7時之調溫區塊2之密度，係根據調溫區塊2之外形之大小與不具備中空部7之實心之調溫區塊2之質量所算出之密度。
若調溫區塊2之密度減小，則調溫區塊2之熱容量減少。因調溫部3之作用產生之調溫區塊2之溫度變化，與熱容量之減少量相應地加快。中空部7佔據調溫區塊2之體積之比例為50%，若調溫區塊2之密度減少至表觀密度之50%，則調溫區塊2之熱容量會減少至無中空部7之實心之調溫區塊2之50%。於是，調溫區塊2之溫度變化，與無中空部7之實心之調溫區塊2之溫度變化相比加快50%。
於本實施例，因中空部7不與調溫區塊2之外部連通，故調溫區塊2即使具備中空部7，表面積亦不增加。若調溫區塊2之表面積增加，則促進與周圍空氣之熱交換，有時會抑制溫度變化。然而，於本實施例之溫度控制裝置1，因調溫區塊2之表面積不增加而具備中空部7，故可抑制調溫區塊2與周圍空氣之熱交換，可使調溫區塊2之溫度高速變化。
圖4係顯示藉由熱傳導解析求出調溫區塊2之溫度變化之結果之例的圖。於圖4顯示計算自底面對寬度10mm深度10mm且高度20mm之鋁製之調溫區塊2輸入10W熱量時之調溫區塊2之上表面測定點2a處之溫度變化的結果。上表面測定點2a如圖3所示，為調溫區塊2之上表面2c(與調溫部3相接之面相反側之面)之中心點。於圖4中，橫軸顯示中空部7佔據調溫區塊2之體積之比例，縱軸顯示向調溫區塊2輸入熱量5秒後之上表面測定點2a處之溫度。
若中空部7之體積之比例增加，則中空部7之比例達到85% 左右，5秒後之調溫區塊2之上表面測定點2a之溫度變高。然而，若中空部7之比例超過85%，則隨著中空部7之比例增加上表面測定點2a之溫度下降。此原因在於因中空部7之比例變高，調溫區塊2之熱傳導率變小，調溫區塊2之上表面測定點2a之溫度不易上升。據此，藉由根據調溫區塊2之尺寸或材料，將中空部7佔據調溫區塊2之體積之比例設為適當之值，而可使調溫區塊2之溫度高速變化。
期望具備中空部7之調溫區塊2由熱傳導率較大之材料構成。例如，藉由由鋁、銅、或鎂等金屬、或其等之合金構成調溫區塊2，可一面縮小調溫區塊2之熱容量，一面增大熱傳導率。調溫區塊2之材料並非限定於金屬者，亦可由氮化鋁或碳纖維等熱傳導率較大之非金屬材料構成。
設置於調溫區塊2之中空部7可設為長方體形狀、多角柱形狀、圓柱形狀、或球形狀等任意之形狀。複數個中空部7可不全部孤立，亦可全部或一部分相互連通。又，中空部7亦可自設置於調溫區塊2之表面之開口部連通於調溫區塊2之外部。連通於調溫區塊2之外部之中空部7可容易形成。
存在於中空部7中者可不為空氣，亦可為空氣以外之流體，例如氮等惰性氣體或液體(例如油或水)。可於中空部7配置由樹脂材料或多孔質材料構成之絕熱材。又，中空部7中亦可為真空。若以惰性氣體填充中空部7中，則可防止中空部7之表面之氧化。若以液體填充中空部7中，則可由液體調整調溫區塊2之熱容量，可有效地進行熱交換而加快調溫區塊2之溫度變化。若以絕熱材填充中空部7中或將其設為真空，則可抑制向調溫區塊2外部之熱傳導，可加快調溫區塊2之溫度變化。
如上所述，中空部7之大小、數量、及配置可任意決定。因此，於本實施例之溫度控制裝置1，藉由根據調溫區塊2之內部之位置改變配置中空部7之密度(配置密度)，而控制調溫區塊2之內部之熱傳導，因可根據調溫區塊2之內部之位置控制調溫區塊2之溫度變化，故可使調溫區塊2之溫度高精度地變化。
中空部7可由任意方法形成。例如，中空部7可於構成調溫區塊2之材料塊上開孔，或於構成調溫區塊2之箱狀之構件之內部空間設置隔開構件(隔板)而形成。可對隔開構件使用格子狀之板狀構件、或角柱形狀或圓柱形狀等柱狀構件等任意形狀之構件。另，具備不與外部連通之中空部7之調溫區塊2可以將具有構成中空部7之凹口之調溫區塊2之複數個部分相互接合之方法等任意方法形成。
本實施例之溫度控制裝置1因調溫區塊2於內部具備中空部7，故可使調溫區塊2之溫度高速且高精度地變化。
實施例2
說明本發明之實施例2之溫度控制裝置1。於本實施例之溫度控制裝置1，調溫區塊2於內部具備之複數個中空部7構成蜂窩構造。
圖5係顯示本發明之實施例2之溫度控制裝置1之概略之剖視圖，且係與圖2相同位置之剖視圖。調溫區塊2於內部具備之複數個中空部7係正六角柱形狀，以構成蜂窩構造之方式排列。
若調溫區塊2於內部由中空部7構成蜂窩構造，則密度變小熱容量變小，且可對Z方向之按壓力保持強度。調溫區塊2為了使與調溫部3之間之接觸熱阻減少，有時以緊固具等於Z方向按壓調溫部3。若由中空部7構成蜂窩構造，則即使將調溫區塊2於Z方向壓向調溫部3，調溫區 塊2亦可保持強度不被壓碎。
於本實施例之溫度控制裝置1，可使調溫區塊2之溫度高速且高精度地變化，可使調溫區塊2與調溫部3之間之接觸熱阻減小。
實施例3
說明本發明之實施例3之溫度控制裝置1。於本實施例之溫度控制裝置1，調溫區塊2於內部具備中空部7之配置密度互不相同之複數個區域。
圖6係顯示本發明之實施例3之溫度控制裝置1之概略之剖視圖，且係與圖2相同位置之剖視圖。於本實施例，調溫區塊2於內部具備中空部7之配置密度互不相同之2個區域。即，調溫區塊2於內部具備中空部7之配置密度較低之區域7a、與中空部7之配置密度較高之區域7b。
於圖6所示之例，中空部7之配置密度根據與調溫部3之距離，即於調溫區塊2之上下方向(Z方向)上不同。中空部7之配置密度較高之區域7b位於調溫區塊2中接近調溫部3之位置，即與調溫部3相鄰之位置。中空部7之配置密度較低之區域7a位於調溫區塊2中距調溫部3較遠之位置，即中空部7之配置密度較高之區域7b與調溫區塊2之上表面2c之間之位置(與調溫區塊2之上表面2c相鄰之位置)。因此，於圖6所示之例，中空部7之配置密度較高之區域7b位於調溫區塊2之下部，中空部7之配置密度較低之區域7a位於調溫區塊2之上部。
於本實施例之溫度控制裝置1，藉由於調溫區塊2之內部改變中空部7之配置密度，而可藉由調溫區塊2之內部之位置改變調溫區塊2之密度(即熱容量)與熱傳導率。
例如，如圖6所示之例，藉由於調溫區塊2中，於接近調溫 部3之區域與距調溫部3較遠之區域改變中空部7之配置密度，而可加快調溫區塊2之溫度變化，且可將調溫部3之熱均勻地傳遞至載置於調溫區塊2之反應容器內之反應溶液。
於中空部7之配置密度較高之區域7b，因較中空部7之配置密度較低之區域7a，調溫區塊2之密度更小且熱容量更小，故溫度變化較快。因此，可使調溫區塊2之中央測定點2b處之溫度變化加快。中央測定點2b位於中空部7之配置密度較低之區域7a與中空部7之配置密度較高之區域7b之間，即調溫區塊2之內部之中央之位置。
於中空部7之配置密度較低之區域7a，較中空部7之配置密度較高之區域7b，調溫區塊2之密度更大且熱容量更大，但因中空部7之體積之比例較低，故熱傳導率較大。因此，可減小調溫區塊2之中央測定點2b與上表面測定點2a之溫度差，可減小調溫區塊2之內部之溫度差。因此，調溫區塊2之內部之溫度均一化，可將調溫部3之熱均勻地傳遞至載置於調溫區塊2之反應容器內之反應溶液。
另，中空部7之配置密度較高之區域7b位於調溫區塊2之上部，中空部7之配置密度較低之區域7a位於調溫區塊2之下部。可根據調溫區塊2中追求之溫度之均一度與溫度變化之速度決定中空部7之配置密度。例如，可考慮調溫區塊2之下部(接近調溫部3之位置)之溫度之均一度、與調溫區塊2整體之溫度變化之速度之平衡決定中空部7之配置密度。
又，中空部7之配置密度亦可於調溫區塊2之水平面方向(XY面內)上不同。調溫區塊2有時於XY面內載置複數個反應容器，此時，可藉由於XY面內改變中空部7之配置密度，不使溫度因反應容器而互不相同。
另，中空部7之配置密度相互不同之區域之數量不限定於2個，亦可為3個以上。
於本實施例之溫度控制裝置1，藉由於調溫區塊2之內部改變中空部7之配置密度，而可於調溫區塊2之內部之位置任意改變調溫區塊2之密度(即熱容量)與熱傳導率。因此，本實施例之溫度控制裝置1可調整調溫區塊2之溫度分佈，可使調溫區塊2之溫度高速且高精度地變化。
實施例4
說明本發明之實施例4之溫度控制裝置1。於本實施例之溫度控制裝置1，調溫區塊2於上部具備1個或複數個凹部。於凹部載置收納有反應溶液之反應容器。
圖7係顯示本發明之實施例4之溫度控制裝置1之概略之立體圖。圖8係圖7之線C-C’處之溫度控制裝置1之剖視圖。線C-C’係與X方向平行之線。圖8係ZX面之剖視圖。於圖7與圖8所示之例，調溫區塊2於上部具備1個凹部2d。於凹部2d，載置收納有反應溶液6之反應容器5。調溫區塊2與例如實施例1(圖2)同樣，於內部具備複數個中空部7。
於本實施例之溫度控制裝置1，因調溫區塊2具備載置反應容器5之凹部2d與中空部7，故可藉由中空部7增大凹部2d之內壁面之溫度變化，可將由調溫部3產生之熱有效地傳遞至收納於反應容器5之反應溶液6。
實施例5
說明本發明之實施例5之溫度控制裝置1。於本實施例之溫度控制裝置1，設置於調溫區塊2之內部之複數個中空部7係相互連通。
圖9係顯示本發明之實施例5之溫度控制裝置1之概略之剖 視圖，且係與圖8相同之位置之剖視圖。於本實施例，設置於調溫區塊2之內部之複數個中空部7係藉由連接部7c相互連通。連接部7c係將複數個中空部7相互連接之空洞。另，於圖9，作為一例顯示實施例4(圖8)中所說明之具備凹部2d之調溫區塊2。
圖10係圖9之線D-D’處之溫度控制裝置1之剖視圖，線D-D’係與Z方向平行之線。圖10係YZ面之剖視圖。
如圖9與圖10所示，中空部7於X方向、Y方向及Z方向各者中，藉由連接部7c相互連通。藉由連接部7c相互連通之中空部7之形成較為容易。又，若中空部7藉由連接部7c相互連通，則可容易實施由流體(例如空氣或惰性氣體或液體)填充中空部7中或將其設為真空之作業。再者，於以流體填充中空部7中時，可均一地填充藉由連接部7c連接之中空部7。於圖9與圖10所示之例，連接部7c之大小(剖面積)小於中空部7之大小(剖面積)。
調溫區塊2可不藉由連接部7c將全部中空部7相互連通，亦可藉由連接部7c將特定之一部分中空部7相互連通。又，連接部7c之大小(剖面積)可任意決定，可與中空部7之大小(剖面積)相等亦可不等。例如，亦可為如連接部7c之大小與中空部7之大小相等，且於調溫區塊2之內部不改變大小地將中空部7連通之構成。
實施例6
說明本發明之實施例6之溫度控制裝置1。於本實施例之溫度控制裝置1，設置於調溫區塊2之內部之複數個中空部7相互連通，並連通於調溫區塊2之外部。
圖11係顯示本發明之實施例6之溫度控制裝置1之概略之剖 視圖，且係與圖9相同位置之剖視圖。於本實施例，調溫區塊2於表面具備開口部7d。另，於圖11，作為一例顯示實施例4(圖8)中說明之具備凹部2d之調溫區塊2。
設置於調溫區塊2之內部之複數個中空部7藉由連接部7c相互連通，自開口部7d連通至調溫區塊2之外部。開口部7d可設置於調溫區塊2之表面之任意位置。
若中空部7連通於調溫區塊2之外部，則如實施例1所說明，可容易形成中空部7。再者，可容易實施於中空部7中填充流體(例如惰性氣體或液體)或配置絕熱材，或將中空部7中設為真空之作業。
實施例7
說明本發明之實施例7之溫度控制裝置1。於本實施例之溫度控制裝置1，調溫區塊2於內部具備中空部7之配置密度互不相同之複數個區域。
圖12係顯示本發明之實施例7之溫度控制裝置1之概略之剖視圖，且係與圖8相同之位置之剖視圖。於本實施例，調溫區塊2於內部具備中空部7之配置密度互不相同之2個區域。即，調溫區塊2於內部具備中空部7之配置密度較高之區域7e、與中空部7之配置密度較低之區域7f。另，於圖12，作為一例，顯示實施例4(圖8)中說明之具備凹部2d之調溫區塊2。
於圖12所示之例，中空部7之配置密度根據與凹部2d之距離，即與收納有反應溶液6之反應容器5之距離而異。換言之，中空部7之配置密度於調溫區塊2之水平面方向(XY面內)不同。中空部7之配置密度較低之區域7f位於調溫區塊2中接近凹部2d(或反應容器5)之位置，即與凹 部2d(或反應容器5)相鄰之位置。中空部7之配置密度較高之區域7e位於調溫區塊2中距凹部2d(或反應容器5)較遠之位置，即與中空部7之配置密度較低之區域7f相鄰之位置。因此，中空部7之配置密度較低之區域7f位於較中空部7之配置密度較高之區域7e更接近凹部2d(或反應容器5)之位置。於圖12所示之例，中空部7之配置密度較低之區域7f位於調溫區塊2之中央部，中空部7之配置密度較高之區域7e位於調溫區塊2之周緣部。
於本實施例之溫度控制裝置1，藉由使中空部7之配置密度較低之區域7f位於接近反應容器5之位置，於接近反應容器5之位置，調溫區塊2之熱傳導率較大，可均一地保持調溫區塊2與反應容器5之接觸面之溫度，可將調溫部3之熱均勻地傳遞至收納於反應容器5之反應溶液6。又，藉由使中空部7之配置密度較高之區域7e位於距反應容器5較遠之位置，而於距反應容器5較遠之位置，調溫區塊2之密度變小，熱容量變小，溫度變化變快。再者，中空部7之配置密度較高之區域7e位於調溫區塊2之周緣部，減小該位置之調溫區塊2之熱傳導率。因此，因調溫區塊2之中空部7之配置密度較低之區域7f至中空部7之配置密度較高之區域7e之熱阻增大，故可抑制自表面向外界空氣之散熱，溫度變化進一步變快。
實施例8
說明本發明之實施例8之溫度控制裝置1。於本實施例之溫度控制裝置1，調溫區塊2於內部具備中空部7之配置密度互不相同之複數個區域。
圖13係顯示本發明之實施例8之溫度控制裝置1之概略之剖視圖，且係與圖8相同之位置之剖視圖。於本實施例，調溫區塊2於內部具備中空部7之配置密度互不相同之2個區域。即，調溫區塊2於內部具備中 空部7之配置密度較低之區域7g、與中空部7之配置密度較高之區域7h。另，於圖12，作為一例，顯示實施例4(圖8)中說明之具備凹部2d之調溫區塊2。
於圖13所示之例，中空部7之配置密度在較載置於凹部2d之反應容器5所收納之反應溶液6之液面位置上方與下方不同。中空部7之配置密度較低之區域7g位於調溫區塊2中較收納於反應容器5之反應溶液6之液面之位置下方。中空部7之配置密度較高之區域7h位於調溫區塊2中較反應溶液6之液面之位置上方。因此，於圖13所示之例，中空部7之配置密度較低之區域7g位於調溫區塊2之下部，中空部7之配置密度較高之區域7h位於調溫區塊2之上部。
另，收納於反應容器5之反應溶液6之液面之位置根據反應容器5或反應溶液6而異，可預先決定大概之位置。因此，中空部之配置密度較低之區域7g與中空部之配置密度較高之區域7h在上下方向(Z方向)之邊界之位置可作為反應溶液6之液面之大概位置基於反應容器5或反應溶液6相關之資訊預先決定。
於本實施例，中空部7之配置密度較高之區域7h係中空部7佔據調溫區塊2之體積之比例較大，調溫區塊2之熱傳導率變小調溫區塊2之溫度變化變遲緩之區域。例如，中空部7之配置密度較高之區域7h係如圖4所示之中空部7佔據調溫區塊2之體積之比例超過85%，調溫區塊2之熱傳導率變小之區域。
於本實施例之溫度控制裝置1，調溫區塊2於較反應溶液6之液面位置下方為中空部7之配置密度較低之區域7g，因熱傳導率較大且溫度變化較快，故可將調溫部3之熱快速傳遞至反應溶液6。另一方面，調 溫區塊2於較反應容器6之液面位置上方為中空部7之配置密度較高之區域7h，因熱傳導率較小溫度變化較遲緩，故可抑制來自調溫區塊2之上表面2c之散熱，可使調溫區塊2整體之溫度變化進一步加快。
實施例9
說明本發明之實施例9之溫度控制裝置1。於本實施例之溫度控制裝置1，調溫區塊2於內部具備1個或複數個筒狀之中空部7。中空部7為於Z方向(上下方向)延伸之筒狀，可取角筒形狀或圓筒形狀等任意形狀。
圖14係顯示本發明之實施例9之溫度控制裝置1之概略之剖視圖，且係與圖8相同之位置之剖視圖。於圖14，作為一例顯示於內部具備1個筒狀之中空部7之調溫區塊2。筒狀之中空部7設置於調溫區塊2之周緣部(外周部)。另，於圖14，作為一例顯示實施例4(圖8)中說明之具備凹部2d之調溫區塊2。
圖15係通過圖14之線F-F’之水平面(XY面)之溫度控制裝置1之剖視圖。中空部7為角筒形狀，設置於調溫區塊2之周緣部。筒狀之中空部7包圍凹部2d之周圍，而包圍載置於凹部2d之反應容器5之周圍。
於本實施例之溫度控制裝置1，因調溫區塊2具備包圍凹部2d(或反應容器5)之周圍之筒狀之中空部7，故凹部2d至調溫區塊2之外部之熱傳導率變小熱阻增大，可抑制自表面向外界氣體之散熱。因此，調溫區塊2可抑制來自側面之散熱量，可使調溫區塊2整體之溫度變化進一步加快。
實施例10
說明本發明之實施例10之溫度控制裝置1。於本實施例之 溫度控制裝置1，調溫區塊2於與調溫部3相接之下部具備複數個中空部7。
圖16係顯示本發明之實施例10之溫度控制裝置1之概略之剖視圖，且係與圖8相同位置之剖視圖。另，於圖16，作為一例顯示實施例9(圖14)中說明之亦具備包圍凹部2d(或反應容器5)之周圍之筒狀之中空部7之調溫區塊2。
於本實施例之溫度控制裝置1，調溫區塊2具備實施例4(圖8)中說明之凹部2d。於凹部2d，載置收納有反應溶液6之反應容器5。調溫區塊2於與調溫部3相接之下部，更具體而言於與調溫部3相接之底面2e與凹部2d之下部之間，具備複數個中空部7(7n)。調溫區塊2於該等複數個中空部7n相互之間，具備自調溫部3向凹部2d(即反應容器5)之熱傳導路徑8。
複數個中空部7n於調溫區塊2中，位於調溫部3與凹部2d之間，自調溫區塊2之與調溫部3接觸之部分朝向凹部2d向上方延伸。中空部7n相互之間以連接調溫部3與凹部2d之方式延伸，形成自調溫部3向凹部2d之熱傳導路徑8。
熱傳導路徑8自調溫區塊2之與調溫部3相接之底面2e朝向上方延伸，到達調溫區塊2之下部2d之下部，將調溫部3之熱向凹部2d之下部(即，反應容器5之下部)傳遞。較佳為調溫區塊2具備複數條熱傳導路徑8。
另，調溫區塊2可不具備包圍凹部2d(或反應容器5)之周圍之筒狀之中空部7，亦可具備複數個。
調溫區塊2藉由於與調溫部3相接之下部具備複數個中空部 7n，具備自底面2e朝向上方延伸之熱傳導路徑8，而可減小調溫區塊2之熱容量，且縮短自調溫部3向反應容器5之熱傳導距離。因此，調溫區塊2可將由調溫部3產生之熱有效地傳遞至反應容器5，可使反應容器5之溫度變化進一步加快。
另，本發明並非限定於上述實施例者，可進行各種變化。例如，上述實施例係為了容易理解地說明本發明而詳細說明者，本發明並非限定於具備說明之所有構成之態樣者。又，可將某實施例之構成之一部分置換為其他實施例之構成。又，亦可對某實施例之構成追加其他實施例之構成。又，可對各實施例之構成之一部分，進行刪除、或追加、置換其他構成。
1:溫度控制裝置
2:調溫區塊
3:調溫部
4:散熱部
7:中空部

Claims (7)

  1. 一種溫度控制裝置，其特徵在於包含：溫度調節區塊，其可載置收納有溶液之容器；及溫度調節部，其以與上述溫度調節區塊接觸之方式設置，使上述容器之溫度變化；且上述溫度調節區塊於內部具備複數個中空部，且於上部具備凹部，該凹部載置收納有上述溶液之上述容器；且上述中空部之配置密度，根據與上述凹部之距離而異。
  2. 如請求項1之溫度控制裝置，其中上述溫度調節區塊具備複數個上述中空部，複數個上述中空部相互連通。
  3. 如請求項1之溫度控制裝置，其中上述溫度調節區塊具備複數個上述中空部，且於表面具備開口部；複數個上述中空部相互連通，自上述開口部連通至上述溫度調節區塊之外部。
  4. 如請求項1之溫度控制裝置，其中上述中空部之配置密度，係於較作為載置於上述凹部之上述容器所收納之上述溶液之液面位置而預先決定之位置上方與下方不同。
  5. 如請求項1之溫度控制裝置，其中上述溫度調節區塊於內部具備筒狀之上述中空部，筒狀之上述中空部包圍上述凹部之周圍。
  6. 一種溫度控制裝置，其特徵在於包含：溫度調節區塊，其可載置收納有溶液之容器；及溫度調節部，其以與上述溫度調節區塊接觸之方式設置，使上述容器之溫度變化；且上述溫度調節區塊於內部具備1個或複數個中空部；且上述溫度調節區塊於上部具備載置收納有上述溶液之上述容器之凹部，且於內部具備筒狀之上述中空部；筒狀之上述中空部包圍上述凹部之周圍。
  7. 如請求項6之溫度控制裝置，其中上述溫度調節區塊於上述溫度調節部與上述凹部之間，具備複數個上述中空部，上述中空部自上述溫度調節區塊之與上述溫度調節部接觸之部分朝向上述凹部延伸，上述中空部之相互之間以連接上述溫度調節部與上述凹部之方式延伸。
TW110130109A 2020-09-02 2021-08-16 溫度控制裝置 TWI801966B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2020/033303 WO2022049678A1 (ja) 2020-09-02 2020-09-02 温度制御装置
WOPCT/JP2020/033303 2020-09-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202210983A TW202210983A (zh) 2022-03-16
TWI801966B true TWI801966B (zh) 2023-05-11

Family

ID=80491856

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110130109A TWI801966B (zh) 2020-09-02 2021-08-16 溫度控制裝置

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230294101A1 (zh)
EP (1) EP4209574A4 (zh)
JP (1) JP7488904B2 (zh)
KR (1) KR20230028493A (zh)
CN (1) CN115997031A (zh)
TW (1) TWI801966B (zh)
WO (1) WO2022049678A1 (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101583708A (zh) * 2006-09-06 2009-11-18 应用生物系统有限责任公司 用于进行化学或生物反应的装置
JP2009543064A (ja) * 2006-06-29 2009-12-03 バイオ−ラッド ラボラトリーズ インコーポレイテッド 温度変化に迅速に応答する低質量試料ブロック
JP2012502651A (ja) * 2008-09-23 2012-02-02 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ サーモサイクルデバイス
CN102917796A (zh) * 2010-04-20 2013-02-06 科贝特研究私人有限公司 温度控制方法和设备
US20130143272A1 (en) * 2011-05-06 2013-06-06 Bio-Rad Laboratories, Inc. Thermal cycler with vapor chamber for rapid temperature changes
CN108291184A (zh) * 2015-12-01 2018-07-17 日本板硝子株式会社 Pcr反应容器、pcr装置、pcr方法
CN108998371A (zh) * 2018-09-28 2018-12-14 北京金豪制药股份有限公司 一种低压磁感应加热的pcr控温装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6703236B2 (en) * 1990-11-29 2004-03-09 Applera Corporation Thermal cycler for automatic performance of the polymerase chain reaction with close temperature control
DE29623597U1 (de) 1996-11-08 1999-01-07 Eppendorf - Netheler - Hinz Gmbh, 22339 Hamburg Temperierblock mit Temperiereinrichtungen
JP5251882B2 (ja) * 2007-10-26 2013-07-31 凸版印刷株式会社 反応チップ及び反応方法、遺伝子処理装置用温度調節機構及び遺伝子処理装置
CN110062659B (zh) * 2017-01-25 2021-11-23 (株)优真世 高速核酸扩增装置及核酸扩增反应的温度控制方法
JP7060997B2 (ja) * 2018-04-02 2022-04-27 株式会社日立ハイテク 温度制御装置、及び遺伝子検査装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009543064A (ja) * 2006-06-29 2009-12-03 バイオ−ラッド ラボラトリーズ インコーポレイテッド 温度変化に迅速に応答する低質量試料ブロック
CN101583708A (zh) * 2006-09-06 2009-11-18 应用生物系统有限责任公司 用于进行化学或生物反应的装置
JP2012502651A (ja) * 2008-09-23 2012-02-02 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ サーモサイクルデバイス
CN102917796A (zh) * 2010-04-20 2013-02-06 科贝特研究私人有限公司 温度控制方法和设备
US20130143272A1 (en) * 2011-05-06 2013-06-06 Bio-Rad Laboratories, Inc. Thermal cycler with vapor chamber for rapid temperature changes
CN108291184A (zh) * 2015-12-01 2018-07-17 日本板硝子株式会社 Pcr反应容器、pcr装置、pcr方法
CN108998371A (zh) * 2018-09-28 2018-12-14 北京金豪制药股份有限公司 一种低压磁感应加热的pcr控温装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN115997031A (zh) 2023-04-21
EP4209574A1 (en) 2023-07-12
US20230294101A1 (en) 2023-09-21
TW202210983A (zh) 2022-03-16
JP7488904B2 (ja) 2024-05-22
WO2022049678A1 (ja) 2022-03-10
EP4209574A4 (en) 2024-04-17
JPWO2022049678A1 (zh) 2022-03-10
KR20230028493A (ko) 2023-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11638920B2 (en) Thermocycling of a block comprising multiple sample
EP2076605B2 (en) Cooling in a thermal cycler using heat pipes
US9718061B2 (en) Instruments and method relating to thermal cycling
US20070184548A1 (en) Device for carrying out chemical or biological reactions
CN101107507B (zh) 用于具有不同热容的少量流体样品的温度控制器
TWI801966B (zh) 溫度控制裝置
CN112827524A (zh) 一种热循环装置
Jones et al. A micro-PCR chamber suitable for integration into a monolithic silicon lab-on-a-chip platform
CN218579970U (zh) 一种热循环装置