分析チップ用の温度制御装置
【課題】 分析チップの被温度調節部の温度を高精度かつ局所的に制御する分析チップ用の温度制御装置を提供する。
【解決手段】 温度制御装置１０の温度調節部２０はコイルばね２３により分析チップ５０に対し三次元方向に支持されつつ分析チップ５０の面５０ａに押し付けられている。これにより、分析チップ５０に反りが生じる場合、または分析チップ５０の被温度調節部が均一な平面状に形成されない場合でも、温度調節部２０は分析チップ５０の形状に追従して所定の位置に密着する。また、温度制御装置１０は分析チップ５０の各被温度調節部ごとに対応する温度調節部２０を備えている。そのため、各被温度調節部の温度は個別に制御される。
【解決手段】 温度制御装置１０の温度調節部２０はコイルばね２３により分析チップ５０に対し三次元方向に支持されつつ分析チップ５０の面５０ａに押し付けられている。これにより、分析チップ５０に反りが生じる場合、または分析チップ５０の被温度調節部が均一な平面状に形成されない場合でも、温度調節部２０は分析チップ５０の形状に追従して所定の位置に密着する。また、温度制御装置１０は分析チップ５０の各被温度調節部ごとに対応する温度調節部２０を備えている。そのため、各被温度調節部の温度は個別に制御される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分析チップ用の温度制御装置に関し、特に分析チップの微細な流路および反応領域ごとに温度を制御する分析チップ用の温度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分析チップでは、薄い板状のチップ上に微細な流路および反応領域が形成されている。この分析チップ上の流路および反応領域において、試料の分離、合成あるいは解析などが行われる。かかる分析チップは、マイクロチップといわれることもある。このような分析チップでは、流路および反応領域などの複数の被温度調節部ごとに、異なる温度で高精度かつ局所的に温度を制御する必要がある。
【０００３】
上記のように分析チップの被温度調節部の温度を局所的に制御する技術として、例えば特許文献１、２または非特許文献１に開示されている技術が公知である。特許文献１では、分析チップの分析電極ごとに分析電極を加熱する加熱電極を備えている。これにより、分析チップの分析電極は個別に温度調節される。また、特許文献２では、熱伝導体で構成される複数のアイランドを個別に温度調節する温度調節器を備えている。これにより、アイランドごとに温度調節が可能となり、アイランドに接するサンプル溶液の温度が制御される。さらに、非特許文献１では、被温度調節部を有するチップの一方の面側に微小のペルチェ素子を有するヒートシンクが設置されている。これにより、チップの被温度調節部はペルチェ素子によって温度調節が行われる。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１２７９００号公報
【特許文献２】特開平１３−２３５４７４号公報
【非特許文献１】シチズン時計株式会社のウェブサイト ＵＲＬ：http://www.citizen.co.jp/med/field/index.html
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されている発明の場合、分析電極には加熱電極が設置されるのみである。そのため、分析電極を冷却することは困難である。その結果、設定温度が雰囲気温度に近いとき、精密な温度調節は困難である。また、特許文献２に開示されている発明も、特許文献１と同様にアイランドは加熱されるのみである。そのため、アイランドと接するサンプル容器の冷却は困難であり、精密な温度調節は困難である。さらに、特許文献１に開示されている発明の場合、チップと一体に分析電極および加熱電極が設置されている。そのため、チップを分析電極および加熱電極と分離して交換することは困難である。
【０００６】
一方、非特許文献１に開示されている発明の場合、ペルチェ素子を用いることにより、被温度調節部は加熱だけでなく冷却も可能となる。また、チップとペルチェ素子とは分離しているため、チップのみを容易に交換することができる。しかしながら、薄い板状のチップに流路および反応領域を形成する場合、チップには反りが生じやすい。そのため、非特許文献１に開示されている発明の場合、チップの被温度調節部にペルチェ素子が密着せず、高精度かつ局所的な温度調節は困難である。また、チップの反りが微小な場合でも、複数のペルチェ素子の被温度調節部に接する面を同一の平面上に設置することは困難である。また、チップを局所的に温度制御すると、チップには反りが生じる。そのため、すべてのペルチェ素子をチップに均一に密着させることは困難である。したがって、非特許文献１に開示されている発明では、チップの高精度かつ局所的な温度制御は困難になるおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、分析チップの被温度調節部の温度を高精度かつ局所的に制御する分析チップ用の温度制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の分析チップ用の温度制御装置によると、複数の被温度調節部を有する薄板状の分析チップを一方の面側から加熱または冷却し、前記被温度調節部の温度を制御する分析チップ用の温度制御装置であって、熱伝導体から形成され、前記分析チップの前記一方の面側から前記被温度調節部にそれぞれ接する温度調節部と、前記温度調節部に接して設置され、通電することにより前記温度調節部を加熱または冷却するペルチェ素子部と、前記分析チップとは反対側から前記温度調節部を支持し、前記温度調節部を前記分析チップに対し三次元の方向への移動を許容しつつ前記分析チップへ押し付ける弾性支持部と、を備えることを特徴とする。温度調節部を支持する弾性支持部は、分析チップに対し三次元の方向への移動を許容している。本明細書中において、分析チップの三次元の方向とは、分析チップの板厚方向をｚ軸とし、このｚ軸に垂直な分析チップの平面拡大方向をそれぞれｘ軸およびｙ軸としている。これにより、温度調節部は、チップの形状および変形にかかわらず、弾性支持部により常に分析チップの一方の面側に押し付けられる。そのため、温度調節部は分析チップの一方の面側に密着する。温度調節部は、ペルチェ素子部によって加熱または冷却される。したがって、分析チップの被温度調節部の温度を高精度かつ局所的に制御することができる。
【０００９】
また、本発明の分析チップ用の温度制御装置によると、前記ペルチェ素子部の前記分析チップとは反対側に前記ペルチェ素子からの排熱を放熱するヒートシンクを備え、前記弾性支持部は、前記温度調節部、前記ペルチェ素子部および前記ヒートシンクを一体に支持している。これにより、温度調節部、ペルチェ素子およびヒートシンクは一体に弾性支持部により分析チップに押し付けられる。そのため、温度調節部は個別にペルチェ素子によって加熱または冷却されるとともに、ペルチェ素子の排熱はヒートシンクを介して放熱される。したがって、温度調節部の温度を個別に高精度に制御することができるので、分析チップの被温度調節部の温度を高精度かつ局所的に制御することができる。
【００１０】
さらに、本発明の分析チップ用の温度制御装置によると、前記弾性支持部は、前記複数の被温度調節部にそれぞれ接する前記温度調節部を個別に支持している。これにより、分析チップが局所的に変形しても、各温度調節部は分析チップの変形に応じて個別に分析チップへ押し付けられる。そのため、分析チップの変形に関わらず、温度調節部は分析チップに密着する。したがって、温度調節部の温度を個別に高精度に制御することができる。
【００１１】
さらにまた、本発明の分析チップ用の温度制御装置によると、前記弾性支持部は、前記複数の被温度調節部にそれぞれ接する前記温度調節部を複数まとめて支持している。これにより、弾性支持部の数が低減され、構造が簡略化される。したがって、簡単な構造で温度調節部の温度を個別に高精度に制御することができる。
【００１２】
さらにまた、本発明の分析チップ用の温度制御装置によると、前記弾性支持部は、前記分析チップと重ねて設置可能な板状の弾性体である。そのため、例えば発泡体のような薄い板状の弾性体で温度調節部を支持することにより、各温度調節部は一枚の弾性体により独立した移動が許容される。これにより、各温度調節部は、簡単な構造で分析チップに密着する。したがって、構造の複雑化を招くことなく、温度調節部の温度を個別に高精度に制御することができる。
【００１３】
さらにまた、本発明の分析チップ用の温度制御装置によると、前記分析チップを前記温度調節部とは反対側から前記温度調節部側へ押し付ける押さえ手段をさらに備える。そのため、分析チップは、温度調節部が押し付けられるとともに、押さえ手段により温度調節部側へ押し付けられる。これにより、分析チップは、さらに温度調節部に密着する。したがって、温度調節部の温度を個別に高精度に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の複数の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例による分析チップ用の温度制御装置を図１および図２に示す。図１は、図２のＩ−Ｉ線で切断した断面図である。図２は、本発明の第１実施例による温度制御装置を適用した分析チップの平面視を示す概略図である。
【００１５】
図１に示すように、第１実施例による分析チップ用の温度制御装置１０は上方に分析チップ５０が搭載される。温度制御装置１０は、温度調節部２０、ペルチェ素子部２１、ヒートシンク２２、弾性支持部としてのコイルばね２３および支持本体２４を備えている。支持本体２４は、筐体２５に取り付けられている。筐体２５の内部には、ヒートシンク２２に送風するファン２６が設置されている。
【００１６】
温度調節部２０は、例えば銅、アルミニウムまたは各種の金属の合金など、熱伝導体により形成されている。温度調節部２０は、金属に限らず例えば熱伝導性を有するセラミックスや樹脂などで形成してもよい。温度調節部２０は、図示しない温度検出部が設置されている。温度検出部は、例えばサーミスタなどを有しており、温度調節部２０の温度を検出する。温度検出部は、検出した温度調節部２０の温度を信号として図示しない制御部に出力する。
【００１７】
ペルチェ素子部２１は、温度調節部２０の分析チップ５０とは反対側の面に接している。温度調節部２０とペルチェ素子部２１とは例えば接着剤により接着されている。ペルチェ素子部２１は、通電することにより発熱または吸熱するペルチェ素子を有している。ペルチェ素子は、印加される電流の向きによって一方の端面から熱を吸収し、他方の端面に排熱する。これにより、ペルチェ素子に印加する電流の向きおよび大きさを制御することにより、温度調節部２０は加熱または冷却され、温度調節部２０は所定の温度に制御される。温度調節部２０は、図示しない制御部によって制御される。制御部は、図示しない温度検出部で検出された温度に基づいて、ペルチェ素子部２１に供給する電流の向きおよび大きさ、または電流の供給の断続を制御する。
【００１８】
ヒートシンク２２は、例えば銅、アルミニウムまたは各種の金属の合金など、熱伝導体により形成されている。ヒートシンク２２は、ペルチェ素子部２１の温度調節部２０とは反対側の面に接している。ヒートシンク２２とペルチェ素子部２１とは接着剤により接着されている。ヒートシンク２２は、熱伝導率の大きな熱伝導体で形成することにより、ペルチェ素子部２１からの排熱を放熱する。ヒートシンク２２にはファン２６から送風される。これにより、ヒートシンク２２は放熱が促進される。
【００１９】
なお、温度調節部２０とペルチェ素子部２１、およびペルチェ素子部２１とヒートシンク２２とは、接着剤により接着する例を説明した。接着剤は、例えばエポキシ樹脂などの熱伝導性の高い接着剤、シリコーン変性ポリマーなどの弾性接着剤、反応形アクリルなどの反応形樹脂系接着剤、α−シアノアクリレートなどの瞬間接着剤、ＳＢＳ、ＣＲ、ＮＢＲなどのゴム系溶剤形接着剤、またはＥＶＡ、オレフィン、合成ゴムなどのホットメルト系接着剤などを適用することができる。また、温度調節部２０とペルチェ素子部２１、およびペルチェ素子部２１とヒートシンク２２とは、例えば銀、銅、アルミニウムまたははんだなどの金属のろう材により接着してもよい。また、温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２は、互いに溶接により接続してもよい。
【００２０】
弾性支持部としてのコイルばね２３は、一体に組み付けられている温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２を支持している。コイルばね２３は、一方の端部が支持本体２４に固定され、他方の端部がヒートシンク２２に固定されている。コイルばね２３は、ヒートシンク２２の周方向において少なくとも二個所以上で一体の温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２を支持している。コイルばね２３は、一体の温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２を支持するとともに、一体の温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２を図１の上方すなわち分析チップ５０側へ押し上げている。これにより、温度調節部２０は、分析チップ５０の一方の面５０ａに押し付けられる。なお、第１実施例では、弾性支持部としてコイルばね２３を適用する例について説明している。しかし、弾性支持部は、コイルばね２３に限らず、例えば板ばねなどのその他のばね、ゴムなどの弾性体、あるいは気体もしくは液体のダンパなどを適用してもよい。
【００２１】
コイルばね２３は、ヒートシンク２２の周方向において少なくとも二個所以上で一体の温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２を支持している。これにより、一体の温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２は、分析チップ５０に対し三次元の方向への移動が許容される。すなわち、一体の温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２は、コイルばね２３により、図３のｚ軸、ｘ軸およびｙ軸方向への自由な移動が許容されつつ、分析チップ５０側へ押し付けられる。
【００２２】
図３は、分析チップ５０の三次元の方向を示す模式図である。図３に示すように、分析チップ５０の板厚方向をｚ軸とし、このｚ軸に垂直であって分析チップ５０の面が拡大する方向をｘ軸およびｙ軸としている。
このように、一体の温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２は、コイルばね２３によって分析チップ５０に対し三次元の方向、すなわち分析チップ５０に対し図１の上下左右および紙面前後方向へ自由な移動が許容されつつ、分析チップ５０側へ押し付けられている。
【００２３】
図４に示すように、温度制御装置１０に分析チップを搭載しないとき、一体の温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２の中心軸は概ね重力方向の上下に沿っている。これに対し、温度制御装置１０に分析チップ５０を搭載したとき、分析チップ５０の温度調節部２０側の面５０ａに沿って傾斜する。これにより、図１に示すように分析チップ５０に反りが生じたり、分析チップ５０が変形しているときでも、温度調節部２０は分析チップ５０の一方の面５０ａに密着する。なお、図４では、ファン２６を筐体２５の内側に取り付ける例について説明している。しかし、第１実施例の変形例として、図５に示すように、ファン２６はヒートシンク２２と一体に組み付ける構成としてもよい。
【００２４】
分析チップ５０は、基板５１とカバー５２とから構成されている。基板５１は、図２に示すように試料を貯留する貯留槽としての反応槽５３および生成槽５４と、管路５５とを備えている。基板５１は、例えばガラス、シリコン、セラミックス、金属、プラスチック、シリコンゴムなどのゴム、あるいはこれらの複合材料によって矩形状に形成されている。基板５１には、例えばエッチング加工などにより、反応槽５３、生成槽５４および管路５５が形成されている。カバー５２は、図１に示すように温度調節部２０とは反対側の面から基板５１を覆っている。カバー５２は、例えば石英ガラスなどの透明な材料、または基板５１と同一の材料から形成されている。
【００２５】
反応槽５３は、図２に示すように平面視において略矩形の凹状に形成されている。反応槽５３には、注入された試料が蓄えられる。反応槽５３では、蓄えられた試料が反応可能である。生成槽５４は、反応槽５３と同様に平面視において略矩形の凹状に形成されている。生成槽５４は、反応槽５３における反応によって生成した物質が蓄えられる。管路５５は、反応槽５３と生成槽５４とを接続している。管路５５は、反応槽５３における反応によって生成した物質が生成槽５４へ移動する。管路５５から分岐する分岐管路５６の端部には、開口部５７が形成されている。開口部５７からは、管路５５において不要となる気体が外部へ排出される。
【００２６】
分析チップ５０の下部には、温度調節部２０が複数設置されている。本実施例の場合、反応槽５３の下部に温度調節部２０ａが設置され、反応槽５３の近傍における管路５５の下部に温度調節部２０ｂが設置され、反応槽５３と生成槽５４との間における管路５５の下部に温度調節部２０ｃが設置され、生成槽５４の近傍における管路５５の下部に温度調節部２０ｄが設置されている。これら分析チップ５０において温度調節部２０ａ、温度調節部２０ｂ、温度調節部２０ｃおよび温度調節部２０ｄによって温度が調節される部位が被温度調節部である。温度調節部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは、それぞれ個別に分析チップ５０の被温度調節部の温度を調節する。
【００２７】
次に、上記の構成の分析チップ５０を適用し、溶解度の差を利用して物質を生成する例を説明する。ここでは、石英ガラスで形成された分析チップ５０を適用して、エステル交換反応を実施する場合について説明する。
反応槽５３には、プロピオン酸メチル（ＣＨ3ＣＨ2ＣＯＯＣＨ3）およびエタノール（ＣＨ3ＣＨ2ＯＨ）を注入する。また、反応槽５３には、触媒としてｐ−トルエンスルホン酸を加える。そして、温度調節部２０ａ、温度調節部２０ｂおよび温度調節部２０ｃに接するペルチェ素子部２１に通電し、それぞれ７０℃まで加熱する。一方、温度調節部２０ｄに接するペルチェ素子部２１に通電し、２０℃に制御する。これにより、プロピオン酸メチルとエタノールとを反応させる。その結果、生成槽５４にはメタノール（ＣＨ3ＯＨ）が生成するとともに、反応槽５３にはプロピオン酸エチル（ＣＨ3ＣＨ2ＣＯＯＣＨ2ＣＨ3）が生成する。
【００２８】
また、この分析チップ５０を適用し、沸点の差を利用して物質を精製する例について説明する。ここでは、例えばシリコンによって形成された分析チップ５０を適用して、アルコールの分離を実施する場合について説明する。
あらかじめ開口部５７は図示しない栓などにより塞がれる。反応槽５３には、エタノール（ＣＨ3ＣＨ2ＯＨ）およびメトキシエタノール（ＣＨ3ＯＣＨ2ＣＨ2ＯＨ）との混合物を注入する。そして、温度調節部２０ａおよび温度調節部２０ｂに接するペルチェ素子部２１に通電し、それぞれ１００℃および８０℃に加熱する。一方、温度調節部２０ｃおよび温度調節部２０ｄに接するペルチェ素子部２１に通電し、いずれも１０℃に制御する。その結果、生成槽５４にはエタノールが分離され、反応槽５３にはメトキシエタノールが分離される。
【００２９】
第１実施例では、温度制御装置１０の温度調節部２０はコイルばね２３により分析チップ５０に対し三次元方向に支持されつつ分析チップ５０の面５０ａに押し付けられている。これにより、分析チップ５０に反りが生じる場合、または分析チップ５０の被温度調節部が均一な平面状に形成されない場合でも、温度調節部２０は分析チップ５０の形状に追従して所定の位置に密着する。また、温度制御装置１０は分析チップ５０の各被温度調節部ごとに対応する温度調節部２０を備えている。そのため、各被温度調節部の温度は個別に制御される。したがって、温度制御装置１０は分析チップ５０の被温度調節部の温度を個別に高精度に制御することができる。
【００３０】
また、第１実施形態では、温度制御装置１０は分析チップ５０と別体である。そのため、分析チップ５０を複数用意することにより、分析チップ５０は容易に交換可能である。これにより、分析チップ５０を利用するごとに分析チップ５０および温度制御装置１０の全体の交換は不要であり、分析チップ５０のみを交換することができる。したがって、温度制御装置１０の汎用性を高めることができ、分析チップ５０を利用した実験の効率を高めることができる。また、このように分析チップ５０を交換する場合でも、温度調節部２０は分析チップ５０の被温度調節部に密着する。そのため、分析チップ５０の形状に個体差がある場合でも、温度制御装置１０は分析チップ５０の被温度調節部の温度を個別に高精度に制御することができる。
【００３１】
（第２実施例）
本発明の第２実施例による温度制御装置を適用した分析チップを図６に示す。第１実施例と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図６は、本発明の第２実施例による温度制御装置を適用した分析チップの平面視を示す概略図である。
【００３２】
分析チップ６０は、三つの貯留槽６１、６２、６３と、各貯留槽６１、６２、６３に連通する三本の管路６４、６５、６６とを有している。第２実施例に適用される分析チップ６０は、パラフィンバルブ７１、７２、７３を有している。パラフィンバルブ７１、７２、７３は、各管路６４、６５、６６の途中にそれぞれ設置されている。パラフィンバルブ７１、７２、７３は、例えば融点が５０℃前後のパラフィンで形成されている。そのため、パラフィンバルブ７１、７２、７３の近傍が室温のとき、パラフィンバルブ７１、７２、７３は固形となって管路６４、６５、６６を閉塞している。一方、パラフィンバルブ７１、７２、７３を融点以上に加熱すると、パラフィンバルブ７１、７２、７３は溶解し、管路６４、６５、６６を開放する。管路６４、６５、６６には、それぞれ途中に拡大部６７、６８、６９が形成されている。三つの貯留槽６１、６２、６３には、図６（Ａ）に示すようにそれぞれ任意の試料が蓄えられている。
【００３３】
パラフィンバルブ７１、７２、７３の下方には、温度制御装置１０の温度調節部２０ｅ、２０ｆ、２０ｇがそれぞれ設置されている。温度制御装置１０の温度調節部２０の構成は、支持本体２４に対する温度調節部２０の配置以外は第１実施例と同一である。これにより、温度調節部２０ｅは、分析チップ６０においてパラフィンバルブ７１の下方に接し、パラフィンバルブ７１の温度を調節する。同様に、温度調節部２０ｆはパラフィンバルブ７２の温度を調節し、温度調節部２０ｇはパラフィンバルブ７３の温度を調節する。すなわち、パラフィンバルブ７１、７２、７３は被温度調節部となる。
【００３４】
温度調節部２０ｅ、２０ｆ、２０ｇの各ペルチェ素子部２１への通電を停止しているとき、パラフィンバルブ７１、パラフィンバルブ７２およびパラフィンバルブ７３は室温に近似する温度となっている。そのため、図６（Ａ）に示すように、パラフィンバルブ７１は管路６４を閉塞し、パラフィンバルブ７２は管路６５を閉塞し、パラフィンバルブ７３は管路６６を閉塞している。
【００３５】
ここで貯留槽６２に連通する管路６５を開放するとき、パラフィンバルブ７２の温度を調節する温度調節部２０ｆのペルチェ素子部２１に通電し、パラフィンバルブ７２を加熱する。一方、パラフィンバルブ７１の温度を調節する温度調節部２０ｅのペルチェ素子部２１、およびパラフィンバルブ７３の温度を調節する温度調節部２０ｇのペルチェ素子部２１にも逆方向に通電し、パラフィンバルブ７１およびパラフィンバルブ７３を冷却する。分析チップ６０のように、微小なチップの場合、管路６４と管路６５および管路６５と管路６６との距離は数ｍｍ程度である。そのため、管路６５のパラフィンバルブ７２を加熱したとき、熱伝導により隣接するパラフィンバルブ７１およびパラフィンバルブ７３も加熱され、パラフィンバルブ７１およびパラフィンバルブ７３は溶融するおそれがある。そこで、第２実施例では、温度調節部２０ｆによりパラフィンバルブ７２が加熱されるとき、隣接するパラフィンバルブ７１およびパラフィンバルブ７３は温度調節部２０ｅまたは温度調節部２０ｇにより融点以下に冷却される。
【００３６】
パラフィンバルブ７２が融点以上に加熱されると、パラフィンバルブ７２は溶融し、図６（Ｂ）に示すように管路６５は開放される。管路６５において溶融したパラフィンは、拡大部６８に捕集される。一方、管路６４のパラフィンバルブ７１および管路６６のパラフィンバルブ７３は冷却されるため、融点以上の温度に達しない。そのため、管路６４および管路６６は閉塞状態を維持する。したがって、管路６５のみが開放され、貯留槽６２に蓄えられた試料は管路６５を通して図示しない所定の部位へ供給される。
【００３７】
以上のように、第２実施例では、各管路６４、６５、６６の各パラフィンバルブ７１、７２、７３にそれぞれ温度制御装置１０の温度制御部２０ｅ、２０ｆ、２０ｇが接している。そのため、各パラフィンバルブ７１、７２、７３は個別に高精度に温度制御される。したがって、分析チップ６０のように各管路６４、６５、６６の間隔が小さなときでも、各パラフィンバルブ７１、７２、７３の開閉を精密に制御することができる。
【００３８】
（第３実施例）
本発明の第３実施例による温度制御装置を図７に示す。なお、第１実施例と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図７は、本発明の第３実施例による温度制御装置を示す図であり、図１に対応する断面図である。
【００３９】
第３実施例の温度制御装置１１は、温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２の支持方法が第１実施例と異なる。支持本体２７は、一体の温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２の下方すなわち分析チップ５０とは反対側に配置されている。弾性支持部としてのコイルばね２８は、一方の端部がヒートシンク２２のペルチェ素子部２１と反対側の端部と接続し、他方の端部が支持本体２７と接続している。そのため、一体の温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２は、分析チップ５０とは反対側の端部においてコイルばね２８によって支持されている。コイルばね２８は、第１実施例と同様に一体の温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２を分析チップ５０に対し三次元の方向へ移動を許容しつつ分析チップ５０方向へ押し付けている。
第３実施例では、第１実施例と同様に複数の温度調節部２０はそれぞれ分析チップ５０の被温度調節部に密着する。したがって、分析チップ５０の被温度調節部の温度を個別に高精度に制御することができる。
【００４０】
（第４実施例）
本発明の第４実施例による温度制御装置を図８に示す。なお、第１実施例と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図８は、本発明の第４実施例による温度制御装置を示す図であり、図１に対応する断面図である。
【００４１】
第４実施例の温度制御装置１２は、温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２の支持方法が第１実施例と異なる。第４実施例では、一体の温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２は、弾性支持部の弾性体および支持本体を構成する弾性シート３０により支持されている。弾性シート３０は、例えば発泡樹脂、ゴムシートまたはゲルシートなどの弾性を有する材料から形成される。弾性シート３０は、分析チップ５０と重なるように分析チップ５０と概ね平行に設置されている。弾性シート３０は、自由に弾性変形する。そのため、弾性シート３０は、一体の温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２を分析チップ５０に対し三次元の方向へ移動を許容しつつ分析チップ５０方向へ押し付けている。
【００４２】
第４実施例では、弾性シート３０は複数の温度調節部２０を支持している。なお、弾性シート３０は複数の温度調節部２０のすべてを支持してもよく、単数または複数の温度調節部２０をグループ化しそのグループごとに複数の弾性シート３０により支持する構成としてもよい。
第４実施例では、弾性シート３０により温度調節部２０を支持することにより、温度制御装置１２の構造、特に温度調節部２０の支持構造を簡単にすることができる。また、温度調節部２０は弾性シート３０に任意に配置することが可能となる。したがって、分析チップ５０に配置される例えば貯留槽および管路に応じて温度調節部２０の位置を任意に変更することができる。
【００４３】
（第５実施例）
本発明の第５実施例による温度制御装置を図９に示す。なお、第１実施例と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図９は、本発明の第４実施例による温度制御装置を示す図であり、図１に対応する断面図である。
【００４４】
第５実施例の温度制御装置１３は、分析チップ５０の上方すなわち分析チップ５０の温度調節部２０とは反対側に押さえ手段としての加重部４０を有している。加重部４０は、例えば錘などのように物理的に分析チップ５０を押さえつける手段、または例えばクランプなどにように機械的に分析チップ５０を押さえつける手段が適用される。
【００４５】
加重部４０は、分析チップ５０の温度調節部２０とは反対側から分析チップ５０を温度調節部２０方向へ押し付ける。これにより、分析チップ５０には、コイルばね２３により温度調節部２０が押し付けられるとともに、加重部４０により温度調節部２０へ押し付けられる。その結果、分析チップ５０は、加重部４０と温度調節部２０との間に挟み込まれる。
【００４６】
第５実施例では、加重部４０により分析チップ５０を温度調節部２０に押し付けることにより、分析チップ５０と温度調節部２０とはより緊密に密着する。これにより、分析チップ５０の被温度調節部における温度はより精密に制御される。したがって、分析チップ５０の被温度調節部の温度を個別に高精度に制御することができる。
【００４７】
以上、複数の実施例で説明した分析チップ５０、６０は例示である。そのため、分析チップ５０、６０の形状、ならびに反応槽、生成槽、貯留槽および管路の配置などは、上述の分析チップ５０、６０に限定されるものではなく、任意に変更することができる。また、複数の実施例では、分析チップ５０、６０が上方に凸状に変形する例について説明したが、これは例示であり、分析チップ５０、６０の変形状態がその他の形状であっても、温度調節部２０は分析チップ５０、６０に密着する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図２のＩ−Ｉ線で切断した断面図である。
【図２】本発明の第１実施例による温度制御装置を適用した分析チップの平面視を示す概略図である。
【図３】分析チップの三次元の方向を示す模式図である。
【図４】本発明の第１実施例による温度調節装置を示す図であって、分析チップを搭載しない状態における図１に対応する断面図である。
【図５】本発明の第１実施例による温度調節装置の変形例を示す図であって、分析チップを搭載しない状態における図１に対応する断面図である。
【図６】本発明の第２実施例による温度制御装置を適用した分析チップの平面視を示す概略図である。
【図７】本発明の第３実施例による温度制御装置を示す図であって、図１に対応する断面図である。
【図８】本発明の第４実施例による温度制御装置を示す図であって、図１に対応する断面図である。
【図９】本発明の第５実施例による温度制御装置を示す図であって、図１に対応する断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０、１１、１２、１３ 温度制御装置、２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ 温度調節部、２１ ペルチェ素子部、２２ ヒートシンク、２３、２８ コイルばね（弾性支持部）、３０ 弾性シート（弾性体）、４０ 加重部（押さえ手段）、５０、６０ 分析チップ、５０ａ 面、５３ 反応槽（被温度調節部）、５４ 管路（被温度調節部）、７１、７２、７３ パラフィンバルブ（被温度調節部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分析チップ用の温度制御装置に関し、特に分析チップの微細な流路および反応領域ごとに温度を制御する分析チップ用の温度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分析チップでは、薄い板状のチップ上に微細な流路および反応領域が形成されている。この分析チップ上の流路および反応領域において、試料の分離、合成あるいは解析などが行われる。かかる分析チップは、マイクロチップといわれることもある。このような分析チップでは、流路および反応領域などの複数の被温度調節部ごとに、異なる温度で高精度かつ局所的に温度を制御する必要がある。
【０００３】
上記のように分析チップの被温度調節部の温度を局所的に制御する技術として、例えば特許文献１、２または非特許文献１に開示されている技術が公知である。特許文献１では、分析チップの分析電極ごとに分析電極を加熱する加熱電極を備えている。これにより、分析チップの分析電極は個別に温度調節される。また、特許文献２では、熱伝導体で構成される複数のアイランドを個別に温度調節する温度調節器を備えている。これにより、アイランドごとに温度調節が可能となり、アイランドに接するサンプル溶液の温度が制御される。さらに、非特許文献１では、被温度調節部を有するチップの一方の面側に微小のペルチェ素子を有するヒートシンクが設置されている。これにより、チップの被温度調節部はペルチェ素子によって温度調節が行われる。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１２７９００号公報
【特許文献２】特開平１３−２３５４７４号公報
【非特許文献１】シチズン時計株式会社のウェブサイト ＵＲＬ：http://www.citizen.co.jp/med/field/index.html
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されている発明の場合、分析電極には加熱電極が設置されるのみである。そのため、分析電極を冷却することは困難である。その結果、設定温度が雰囲気温度に近いとき、精密な温度調節は困難である。また、特許文献２に開示されている発明も、特許文献１と同様にアイランドは加熱されるのみである。そのため、アイランドと接するサンプル容器の冷却は困難であり、精密な温度調節は困難である。さらに、特許文献１に開示されている発明の場合、チップと一体に分析電極および加熱電極が設置されている。そのため、チップを分析電極および加熱電極と分離して交換することは困難である。
【０００６】
一方、非特許文献１に開示されている発明の場合、ペルチェ素子を用いることにより、被温度調節部は加熱だけでなく冷却も可能となる。また、チップとペルチェ素子とは分離しているため、チップのみを容易に交換することができる。しかしながら、薄い板状のチップに流路および反応領域を形成する場合、チップには反りが生じやすい。そのため、非特許文献１に開示されている発明の場合、チップの被温度調節部にペルチェ素子が密着せず、高精度かつ局所的な温度調節は困難である。また、チップの反りが微小な場合でも、複数のペルチェ素子の被温度調節部に接する面を同一の平面上に設置することは困難である。また、チップを局所的に温度制御すると、チップには反りが生じる。そのため、すべてのペルチェ素子をチップに均一に密着させることは困難である。したがって、非特許文献１に開示されている発明では、チップの高精度かつ局所的な温度制御は困難になるおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、分析チップの被温度調節部の温度を高精度かつ局所的に制御する分析チップ用の温度制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の分析チップ用の温度制御装置によると、複数の被温度調節部を有する薄板状の分析チップを一方の面側から加熱または冷却し、前記被温度調節部の温度を制御する分析チップ用の温度制御装置であって、熱伝導体から形成され、前記分析チップの前記一方の面側から前記被温度調節部にそれぞれ接する温度調節部と、前記温度調節部に接して設置され、通電することにより前記温度調節部を加熱または冷却するペルチェ素子部と、前記分析チップとは反対側から前記温度調節部を支持し、前記温度調節部を前記分析チップに対し三次元の方向への移動を許容しつつ前記分析チップへ押し付ける弾性支持部と、を備えることを特徴とする。温度調節部を支持する弾性支持部は、分析チップに対し三次元の方向への移動を許容している。本明細書中において、分析チップの三次元の方向とは、分析チップの板厚方向をｚ軸とし、このｚ軸に垂直な分析チップの平面拡大方向をそれぞれｘ軸およびｙ軸としている。これにより、温度調節部は、チップの形状および変形にかかわらず、弾性支持部により常に分析チップの一方の面側に押し付けられる。そのため、温度調節部は分析チップの一方の面側に密着する。温度調節部は、ペルチェ素子部によって加熱または冷却される。したがって、分析チップの被温度調節部の温度を高精度かつ局所的に制御することができる。
【０００９】
また、本発明の分析チップ用の温度制御装置によると、前記ペルチェ素子部の前記分析チップとは反対側に前記ペルチェ素子からの排熱を放熱するヒートシンクを備え、前記弾性支持部は、前記温度調節部、前記ペルチェ素子部および前記ヒートシンクを一体に支持している。これにより、温度調節部、ペルチェ素子およびヒートシンクは一体に弾性支持部により分析チップに押し付けられる。そのため、温度調節部は個別にペルチェ素子によって加熱または冷却されるとともに、ペルチェ素子の排熱はヒートシンクを介して放熱される。したがって、温度調節部の温度を個別に高精度に制御することができるので、分析チップの被温度調節部の温度を高精度かつ局所的に制御することができる。
【００１０】
さらに、本発明の分析チップ用の温度制御装置によると、前記弾性支持部は、前記複数の被温度調節部にそれぞれ接する前記温度調節部を個別に支持している。これにより、分析チップが局所的に変形しても、各温度調節部は分析チップの変形に応じて個別に分析チップへ押し付けられる。そのため、分析チップの変形に関わらず、温度調節部は分析チップに密着する。したがって、温度調節部の温度を個別に高精度に制御することができる。
【００１１】
さらにまた、本発明の分析チップ用の温度制御装置によると、前記弾性支持部は、前記複数の被温度調節部にそれぞれ接する前記温度調節部を複数まとめて支持している。これにより、弾性支持部の数が低減され、構造が簡略化される。したがって、簡単な構造で温度調節部の温度を個別に高精度に制御することができる。
【００１２】
さらにまた、本発明の分析チップ用の温度制御装置によると、前記弾性支持部は、前記分析チップと重ねて設置可能な板状の弾性体である。そのため、例えば発泡体のような薄い板状の弾性体で温度調節部を支持することにより、各温度調節部は一枚の弾性体により独立した移動が許容される。これにより、各温度調節部は、簡単な構造で分析チップに密着する。したがって、構造の複雑化を招くことなく、温度調節部の温度を個別に高精度に制御することができる。
【００１３】
さらにまた、本発明の分析チップ用の温度制御装置によると、前記分析チップを前記温度調節部とは反対側から前記温度調節部側へ押し付ける押さえ手段をさらに備える。そのため、分析チップは、温度調節部が押し付けられるとともに、押さえ手段により温度調節部側へ押し付けられる。これにより、分析チップは、さらに温度調節部に密着する。したがって、温度調節部の温度を個別に高精度に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の複数の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例による分析チップ用の温度制御装置を図１および図２に示す。図１は、図２のＩ−Ｉ線で切断した断面図である。図２は、本発明の第１実施例による温度制御装置を適用した分析チップの平面視を示す概略図である。
【００１５】
図１に示すように、第１実施例による分析チップ用の温度制御装置１０は上方に分析チップ５０が搭載される。温度制御装置１０は、温度調節部２０、ペルチェ素子部２１、ヒートシンク２２、弾性支持部としてのコイルばね２３および支持本体２４を備えている。支持本体２４は、筐体２５に取り付けられている。筐体２５の内部には、ヒートシンク２２に送風するファン２６が設置されている。
【００１６】
温度調節部２０は、例えば銅、アルミニウムまたは各種の金属の合金など、熱伝導体により形成されている。温度調節部２０は、金属に限らず例えば熱伝導性を有するセラミックスや樹脂などで形成してもよい。温度調節部２０は、図示しない温度検出部が設置されている。温度検出部は、例えばサーミスタなどを有しており、温度調節部２０の温度を検出する。温度検出部は、検出した温度調節部２０の温度を信号として図示しない制御部に出力する。
【００１７】
ペルチェ素子部２１は、温度調節部２０の分析チップ５０とは反対側の面に接している。温度調節部２０とペルチェ素子部２１とは例えば接着剤により接着されている。ペルチェ素子部２１は、通電することにより発熱または吸熱するペルチェ素子を有している。ペルチェ素子は、印加される電流の向きによって一方の端面から熱を吸収し、他方の端面に排熱する。これにより、ペルチェ素子に印加する電流の向きおよび大きさを制御することにより、温度調節部２０は加熱または冷却され、温度調節部２０は所定の温度に制御される。温度調節部２０は、図示しない制御部によって制御される。制御部は、図示しない温度検出部で検出された温度に基づいて、ペルチェ素子部２１に供給する電流の向きおよび大きさ、または電流の供給の断続を制御する。
【００１８】
ヒートシンク２２は、例えば銅、アルミニウムまたは各種の金属の合金など、熱伝導体により形成されている。ヒートシンク２２は、ペルチェ素子部２１の温度調節部２０とは反対側の面に接している。ヒートシンク２２とペルチェ素子部２１とは接着剤により接着されている。ヒートシンク２２は、熱伝導率の大きな熱伝導体で形成することにより、ペルチェ素子部２１からの排熱を放熱する。ヒートシンク２２にはファン２６から送風される。これにより、ヒートシンク２２は放熱が促進される。
【００１９】
なお、温度調節部２０とペルチェ素子部２１、およびペルチェ素子部２１とヒートシンク２２とは、接着剤により接着する例を説明した。接着剤は、例えばエポキシ樹脂などの熱伝導性の高い接着剤、シリコーン変性ポリマーなどの弾性接着剤、反応形アクリルなどの反応形樹脂系接着剤、α−シアノアクリレートなどの瞬間接着剤、ＳＢＳ、ＣＲ、ＮＢＲなどのゴム系溶剤形接着剤、またはＥＶＡ、オレフィン、合成ゴムなどのホットメルト系接着剤などを適用することができる。また、温度調節部２０とペルチェ素子部２１、およびペルチェ素子部２１とヒートシンク２２とは、例えば銀、銅、アルミニウムまたははんだなどの金属のろう材により接着してもよい。また、温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２は、互いに溶接により接続してもよい。
【００２０】
弾性支持部としてのコイルばね２３は、一体に組み付けられている温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２を支持している。コイルばね２３は、一方の端部が支持本体２４に固定され、他方の端部がヒートシンク２２に固定されている。コイルばね２３は、ヒートシンク２２の周方向において少なくとも二個所以上で一体の温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２を支持している。コイルばね２３は、一体の温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２を支持するとともに、一体の温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２を図１の上方すなわち分析チップ５０側へ押し上げている。これにより、温度調節部２０は、分析チップ５０の一方の面５０ａに押し付けられる。なお、第１実施例では、弾性支持部としてコイルばね２３を適用する例について説明している。しかし、弾性支持部は、コイルばね２３に限らず、例えば板ばねなどのその他のばね、ゴムなどの弾性体、あるいは気体もしくは液体のダンパなどを適用してもよい。
【００２１】
コイルばね２３は、ヒートシンク２２の周方向において少なくとも二個所以上で一体の温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２を支持している。これにより、一体の温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２は、分析チップ５０に対し三次元の方向への移動が許容される。すなわち、一体の温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２は、コイルばね２３により、図３のｚ軸、ｘ軸およびｙ軸方向への自由な移動が許容されつつ、分析チップ５０側へ押し付けられる。
【００２２】
図３は、分析チップ５０の三次元の方向を示す模式図である。図３に示すように、分析チップ５０の板厚方向をｚ軸とし、このｚ軸に垂直であって分析チップ５０の面が拡大する方向をｘ軸およびｙ軸としている。
このように、一体の温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２は、コイルばね２３によって分析チップ５０に対し三次元の方向、すなわち分析チップ５０に対し図１の上下左右および紙面前後方向へ自由な移動が許容されつつ、分析チップ５０側へ押し付けられている。
【００２３】
図４に示すように、温度制御装置１０に分析チップを搭載しないとき、一体の温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２の中心軸は概ね重力方向の上下に沿っている。これに対し、温度制御装置１０に分析チップ５０を搭載したとき、分析チップ５０の温度調節部２０側の面５０ａに沿って傾斜する。これにより、図１に示すように分析チップ５０に反りが生じたり、分析チップ５０が変形しているときでも、温度調節部２０は分析チップ５０の一方の面５０ａに密着する。なお、図４では、ファン２６を筐体２５の内側に取り付ける例について説明している。しかし、第１実施例の変形例として、図５に示すように、ファン２６はヒートシンク２２と一体に組み付ける構成としてもよい。
【００２４】
分析チップ５０は、基板５１とカバー５２とから構成されている。基板５１は、図２に示すように試料を貯留する貯留槽としての反応槽５３および生成槽５４と、管路５５とを備えている。基板５１は、例えばガラス、シリコン、セラミックス、金属、プラスチック、シリコンゴムなどのゴム、あるいはこれらの複合材料によって矩形状に形成されている。基板５１には、例えばエッチング加工などにより、反応槽５３、生成槽５４および管路５５が形成されている。カバー５２は、図１に示すように温度調節部２０とは反対側の面から基板５１を覆っている。カバー５２は、例えば石英ガラスなどの透明な材料、または基板５１と同一の材料から形成されている。
【００２５】
反応槽５３は、図２に示すように平面視において略矩形の凹状に形成されている。反応槽５３には、注入された試料が蓄えられる。反応槽５３では、蓄えられた試料が反応可能である。生成槽５４は、反応槽５３と同様に平面視において略矩形の凹状に形成されている。生成槽５４は、反応槽５３における反応によって生成した物質が蓄えられる。管路５５は、反応槽５３と生成槽５４とを接続している。管路５５は、反応槽５３における反応によって生成した物質が生成槽５４へ移動する。管路５５から分岐する分岐管路５６の端部には、開口部５７が形成されている。開口部５７からは、管路５５において不要となる気体が外部へ排出される。
【００２６】
分析チップ５０の下部には、温度調節部２０が複数設置されている。本実施例の場合、反応槽５３の下部に温度調節部２０ａが設置され、反応槽５３の近傍における管路５５の下部に温度調節部２０ｂが設置され、反応槽５３と生成槽５４との間における管路５５の下部に温度調節部２０ｃが設置され、生成槽５４の近傍における管路５５の下部に温度調節部２０ｄが設置されている。これら分析チップ５０において温度調節部２０ａ、温度調節部２０ｂ、温度調節部２０ｃおよび温度調節部２０ｄによって温度が調節される部位が被温度調節部である。温度調節部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは、それぞれ個別に分析チップ５０の被温度調節部の温度を調節する。
【００２７】
次に、上記の構成の分析チップ５０を適用し、溶解度の差を利用して物質を生成する例を説明する。ここでは、石英ガラスで形成された分析チップ５０を適用して、エステル交換反応を実施する場合について説明する。
反応槽５３には、プロピオン酸メチル（ＣＨ3ＣＨ2ＣＯＯＣＨ3）およびエタノール（ＣＨ3ＣＨ2ＯＨ）を注入する。また、反応槽５３には、触媒としてｐ−トルエンスルホン酸を加える。そして、温度調節部２０ａ、温度調節部２０ｂおよび温度調節部２０ｃに接するペルチェ素子部２１に通電し、それぞれ７０℃まで加熱する。一方、温度調節部２０ｄに接するペルチェ素子部２１に通電し、２０℃に制御する。これにより、プロピオン酸メチルとエタノールとを反応させる。その結果、生成槽５４にはメタノール（ＣＨ3ＯＨ）が生成するとともに、反応槽５３にはプロピオン酸エチル（ＣＨ3ＣＨ2ＣＯＯＣＨ2ＣＨ3）が生成する。
【００２８】
また、この分析チップ５０を適用し、沸点の差を利用して物質を精製する例について説明する。ここでは、例えばシリコンによって形成された分析チップ５０を適用して、アルコールの分離を実施する場合について説明する。
あらかじめ開口部５７は図示しない栓などにより塞がれる。反応槽５３には、エタノール（ＣＨ3ＣＨ2ＯＨ）およびメトキシエタノール（ＣＨ3ＯＣＨ2ＣＨ2ＯＨ）との混合物を注入する。そして、温度調節部２０ａおよび温度調節部２０ｂに接するペルチェ素子部２１に通電し、それぞれ１００℃および８０℃に加熱する。一方、温度調節部２０ｃおよび温度調節部２０ｄに接するペルチェ素子部２１に通電し、いずれも１０℃に制御する。その結果、生成槽５４にはエタノールが分離され、反応槽５３にはメトキシエタノールが分離される。
【００２９】
第１実施例では、温度制御装置１０の温度調節部２０はコイルばね２３により分析チップ５０に対し三次元方向に支持されつつ分析チップ５０の面５０ａに押し付けられている。これにより、分析チップ５０に反りが生じる場合、または分析チップ５０の被温度調節部が均一な平面状に形成されない場合でも、温度調節部２０は分析チップ５０の形状に追従して所定の位置に密着する。また、温度制御装置１０は分析チップ５０の各被温度調節部ごとに対応する温度調節部２０を備えている。そのため、各被温度調節部の温度は個別に制御される。したがって、温度制御装置１０は分析チップ５０の被温度調節部の温度を個別に高精度に制御することができる。
【００３０】
また、第１実施形態では、温度制御装置１０は分析チップ５０と別体である。そのため、分析チップ５０を複数用意することにより、分析チップ５０は容易に交換可能である。これにより、分析チップ５０を利用するごとに分析チップ５０および温度制御装置１０の全体の交換は不要であり、分析チップ５０のみを交換することができる。したがって、温度制御装置１０の汎用性を高めることができ、分析チップ５０を利用した実験の効率を高めることができる。また、このように分析チップ５０を交換する場合でも、温度調節部２０は分析チップ５０の被温度調節部に密着する。そのため、分析チップ５０の形状に個体差がある場合でも、温度制御装置１０は分析チップ５０の被温度調節部の温度を個別に高精度に制御することができる。
【００３１】
（第２実施例）
本発明の第２実施例による温度制御装置を適用した分析チップを図６に示す。第１実施例と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図６は、本発明の第２実施例による温度制御装置を適用した分析チップの平面視を示す概略図である。
【００３２】
分析チップ６０は、三つの貯留槽６１、６２、６３と、各貯留槽６１、６２、６３に連通する三本の管路６４、６５、６６とを有している。第２実施例に適用される分析チップ６０は、パラフィンバルブ７１、７２、７３を有している。パラフィンバルブ７１、７２、７３は、各管路６４、６５、６６の途中にそれぞれ設置されている。パラフィンバルブ７１、７２、７３は、例えば融点が５０℃前後のパラフィンで形成されている。そのため、パラフィンバルブ７１、７２、７３の近傍が室温のとき、パラフィンバルブ７１、７２、７３は固形となって管路６４、６５、６６を閉塞している。一方、パラフィンバルブ７１、７２、７３を融点以上に加熱すると、パラフィンバルブ７１、７２、７３は溶解し、管路６４、６５、６６を開放する。管路６４、６５、６６には、それぞれ途中に拡大部６７、６８、６９が形成されている。三つの貯留槽６１、６２、６３には、図６（Ａ）に示すようにそれぞれ任意の試料が蓄えられている。
【００３３】
パラフィンバルブ７１、７２、７３の下方には、温度制御装置１０の温度調節部２０ｅ、２０ｆ、２０ｇがそれぞれ設置されている。温度制御装置１０の温度調節部２０の構成は、支持本体２４に対する温度調節部２０の配置以外は第１実施例と同一である。これにより、温度調節部２０ｅは、分析チップ６０においてパラフィンバルブ７１の下方に接し、パラフィンバルブ７１の温度を調節する。同様に、温度調節部２０ｆはパラフィンバルブ７２の温度を調節し、温度調節部２０ｇはパラフィンバルブ７３の温度を調節する。すなわち、パラフィンバルブ７１、７２、７３は被温度調節部となる。
【００３４】
温度調節部２０ｅ、２０ｆ、２０ｇの各ペルチェ素子部２１への通電を停止しているとき、パラフィンバルブ７１、パラフィンバルブ７２およびパラフィンバルブ７３は室温に近似する温度となっている。そのため、図６（Ａ）に示すように、パラフィンバルブ７１は管路６４を閉塞し、パラフィンバルブ７２は管路６５を閉塞し、パラフィンバルブ７３は管路６６を閉塞している。
【００３５】
ここで貯留槽６２に連通する管路６５を開放するとき、パラフィンバルブ７２の温度を調節する温度調節部２０ｆのペルチェ素子部２１に通電し、パラフィンバルブ７２を加熱する。一方、パラフィンバルブ７１の温度を調節する温度調節部２０ｅのペルチェ素子部２１、およびパラフィンバルブ７３の温度を調節する温度調節部２０ｇのペルチェ素子部２１にも逆方向に通電し、パラフィンバルブ７１およびパラフィンバルブ７３を冷却する。分析チップ６０のように、微小なチップの場合、管路６４と管路６５および管路６５と管路６６との距離は数ｍｍ程度である。そのため、管路６５のパラフィンバルブ７２を加熱したとき、熱伝導により隣接するパラフィンバルブ７１およびパラフィンバルブ７３も加熱され、パラフィンバルブ７１およびパラフィンバルブ７３は溶融するおそれがある。そこで、第２実施例では、温度調節部２０ｆによりパラフィンバルブ７２が加熱されるとき、隣接するパラフィンバルブ７１およびパラフィンバルブ７３は温度調節部２０ｅまたは温度調節部２０ｇにより融点以下に冷却される。
【００３６】
パラフィンバルブ７２が融点以上に加熱されると、パラフィンバルブ７２は溶融し、図６（Ｂ）に示すように管路６５は開放される。管路６５において溶融したパラフィンは、拡大部６８に捕集される。一方、管路６４のパラフィンバルブ７１および管路６６のパラフィンバルブ７３は冷却されるため、融点以上の温度に達しない。そのため、管路６４および管路６６は閉塞状態を維持する。したがって、管路６５のみが開放され、貯留槽６２に蓄えられた試料は管路６５を通して図示しない所定の部位へ供給される。
【００３７】
以上のように、第２実施例では、各管路６４、６５、６６の各パラフィンバルブ７１、７２、７３にそれぞれ温度制御装置１０の温度制御部２０ｅ、２０ｆ、２０ｇが接している。そのため、各パラフィンバルブ７１、７２、７３は個別に高精度に温度制御される。したがって、分析チップ６０のように各管路６４、６５、６６の間隔が小さなときでも、各パラフィンバルブ７１、７２、７３の開閉を精密に制御することができる。
【００３８】
（第３実施例）
本発明の第３実施例による温度制御装置を図７に示す。なお、第１実施例と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図７は、本発明の第３実施例による温度制御装置を示す図であり、図１に対応する断面図である。
【００３９】
第３実施例の温度制御装置１１は、温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２の支持方法が第１実施例と異なる。支持本体２７は、一体の温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２の下方すなわち分析チップ５０とは反対側に配置されている。弾性支持部としてのコイルばね２８は、一方の端部がヒートシンク２２のペルチェ素子部２１と反対側の端部と接続し、他方の端部が支持本体２７と接続している。そのため、一体の温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２は、分析チップ５０とは反対側の端部においてコイルばね２８によって支持されている。コイルばね２８は、第１実施例と同様に一体の温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２を分析チップ５０に対し三次元の方向へ移動を許容しつつ分析チップ５０方向へ押し付けている。
第３実施例では、第１実施例と同様に複数の温度調節部２０はそれぞれ分析チップ５０の被温度調節部に密着する。したがって、分析チップ５０の被温度調節部の温度を個別に高精度に制御することができる。
【００４０】
（第４実施例）
本発明の第４実施例による温度制御装置を図８に示す。なお、第１実施例と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図８は、本発明の第４実施例による温度制御装置を示す図であり、図１に対応する断面図である。
【００４１】
第４実施例の温度制御装置１２は、温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２の支持方法が第１実施例と異なる。第４実施例では、一体の温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２は、弾性支持部の弾性体および支持本体を構成する弾性シート３０により支持されている。弾性シート３０は、例えば発泡樹脂、ゴムシートまたはゲルシートなどの弾性を有する材料から形成される。弾性シート３０は、分析チップ５０と重なるように分析チップ５０と概ね平行に設置されている。弾性シート３０は、自由に弾性変形する。そのため、弾性シート３０は、一体の温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２２を分析チップ５０に対し三次元の方向へ移動を許容しつつ分析チップ５０方向へ押し付けている。
【００４２】
第４実施例では、弾性シート３０は複数の温度調節部２０を支持している。なお、弾性シート３０は複数の温度調節部２０のすべてを支持してもよく、単数または複数の温度調節部２０をグループ化しそのグループごとに複数の弾性シート３０により支持する構成としてもよい。
第４実施例では、弾性シート３０により温度調節部２０を支持することにより、温度制御装置１２の構造、特に温度調節部２０の支持構造を簡単にすることができる。また、温度調節部２０は弾性シート３０に任意に配置することが可能となる。したがって、分析チップ５０に配置される例えば貯留槽および管路に応じて温度調節部２０の位置を任意に変更することができる。
【００４３】
（第５実施例）
本発明の第５実施例による温度制御装置を図９に示す。なお、第１実施例と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図９は、本発明の第４実施例による温度制御装置を示す図であり、図１に対応する断面図である。
【００４４】
第５実施例の温度制御装置１３は、分析チップ５０の上方すなわち分析チップ５０の温度調節部２０とは反対側に押さえ手段としての加重部４０を有している。加重部４０は、例えば錘などのように物理的に分析チップ５０を押さえつける手段、または例えばクランプなどにように機械的に分析チップ５０を押さえつける手段が適用される。
【００４５】
加重部４０は、分析チップ５０の温度調節部２０とは反対側から分析チップ５０を温度調節部２０方向へ押し付ける。これにより、分析チップ５０には、コイルばね２３により温度調節部２０が押し付けられるとともに、加重部４０により温度調節部２０へ押し付けられる。その結果、分析チップ５０は、加重部４０と温度調節部２０との間に挟み込まれる。
【００４６】
第５実施例では、加重部４０により分析チップ５０を温度調節部２０に押し付けることにより、分析チップ５０と温度調節部２０とはより緊密に密着する。これにより、分析チップ５０の被温度調節部における温度はより精密に制御される。したがって、分析チップ５０の被温度調節部の温度を個別に高精度に制御することができる。
【００４７】
以上、複数の実施例で説明した分析チップ５０、６０は例示である。そのため、分析チップ５０、６０の形状、ならびに反応槽、生成槽、貯留槽および管路の配置などは、上述の分析チップ５０、６０に限定されるものではなく、任意に変更することができる。また、複数の実施例では、分析チップ５０、６０が上方に凸状に変形する例について説明したが、これは例示であり、分析チップ５０、６０の変形状態がその他の形状であっても、温度調節部２０は分析チップ５０、６０に密着する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図２のＩ−Ｉ線で切断した断面図である。
【図２】本発明の第１実施例による温度制御装置を適用した分析チップの平面視を示す概略図である。
【図３】分析チップの三次元の方向を示す模式図である。
【図４】本発明の第１実施例による温度調節装置を示す図であって、分析チップを搭載しない状態における図１に対応する断面図である。
【図５】本発明の第１実施例による温度調節装置の変形例を示す図であって、分析チップを搭載しない状態における図１に対応する断面図である。
【図６】本発明の第２実施例による温度制御装置を適用した分析チップの平面視を示す概略図である。
【図７】本発明の第３実施例による温度制御装置を示す図であって、図１に対応する断面図である。
【図８】本発明の第４実施例による温度制御装置を示す図であって、図１に対応する断面図である。
【図９】本発明の第５実施例による温度制御装置を示す図であって、図１に対応する断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０、１１、１２、１３ 温度制御装置、２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ 温度調節部、２１ ペルチェ素子部、２２ ヒートシンク、２３、２８ コイルばね（弾性支持部）、３０ 弾性シート（弾性体）、４０ 加重部（押さえ手段）、５０、６０ 分析チップ、５０ａ 面、５３ 反応槽（被温度調節部）、５４ 管路（被温度調節部）、７１、７２、７３ パラフィンバルブ（被温度調節部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の被温度調節部を有する薄板状の分析チップを一方の面側から加熱または冷却し、前記被温度調節部の温度を制御する分析チップ用の温度制御装置であって、
熱伝導体から形成され、前記分析チップの前記一方の面側から前記被温度調節部にそれぞれ接する温度調節部と、
前記温度調節部に接して設置され、通電することにより前記温度調節部を加熱または冷却するペルチェ素子部と、
前記分析チップとは反対側から前記温度調節部を支持し、前記温度調節部を前記分析チップに対し三次元の方向への移動を許容しつつ前記分析チップへ押し付ける弾性支持部と、
を備えることを特徴とする分析チップ用の温度制御装置。
【請求項２】
前記ペルチェ素子部の前記分析チップとは反対側に前記ペルチェ素子からの排熱を放熱するヒートシンクを備え、
前記弾性支持部は、前記温度調節部、前記ペルチェ素子部および前記ヒートシンクを一体に支持していることを特徴とする請求項１記載の分析チップ用の温度制御装置。
【請求項３】
前記弾性支持部は、前記複数の被温度調節部にそれぞれ接する前記温度調節部を個別に支持していることを特徴とする請求項１または２記載の分析チップ用の温度制御装置。
【請求項４】
前記弾性支持部は、前記複数の被温度調節部にそれぞれ接する前記温度調節部を複数まとめて支持していることを特徴とする請求項１または２記載の分析チップ用の温度制御装置。
【請求項５】
前記弾性支持部は、前記分析チップと重ねて設置可能な板状の弾性体であることを特徴とする請求項４記載の分析チップ用の温度制御装置。
【請求項６】
前記分析チップを前記温度調節部とは反対側から前記温度調節部側へ押し付ける押さえ手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の分析チップ用の温度制御装置。
【請求項１】
複数の被温度調節部を有する薄板状の分析チップを一方の面側から加熱または冷却し、前記被温度調節部の温度を制御する分析チップ用の温度制御装置であって、
熱伝導体から形成され、前記分析チップの前記一方の面側から前記被温度調節部にそれぞれ接する温度調節部と、
前記温度調節部に接して設置され、通電することにより前記温度調節部を加熱または冷却するペルチェ素子部と、
前記分析チップとは反対側から前記温度調節部を支持し、前記温度調節部を前記分析チップに対し三次元の方向への移動を許容しつつ前記分析チップへ押し付ける弾性支持部と、
を備えることを特徴とする分析チップ用の温度制御装置。
【請求項２】
前記ペルチェ素子部の前記分析チップとは反対側に前記ペルチェ素子からの排熱を放熱するヒートシンクを備え、
前記弾性支持部は、前記温度調節部、前記ペルチェ素子部および前記ヒートシンクを一体に支持していることを特徴とする請求項１記載の分析チップ用の温度制御装置。
【請求項３】
前記弾性支持部は、前記複数の被温度調節部にそれぞれ接する前記温度調節部を個別に支持していることを特徴とする請求項１または２記載の分析チップ用の温度制御装置。
【請求項４】
前記弾性支持部は、前記複数の被温度調節部にそれぞれ接する前記温度調節部を複数まとめて支持していることを特徴とする請求項１または２記載の分析チップ用の温度制御装置。
【請求項５】
前記弾性支持部は、前記分析チップと重ねて設置可能な板状の弾性体であることを特徴とする請求項４記載の分析チップ用の温度制御装置。
【請求項６】
前記分析チップを前記温度調節部とは反対側から前記温度調節部側へ押し付ける押さえ手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の分析チップ用の温度制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−１９４６８６（Ｐ２００６−１９４６８６Ａ）
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５３６７（Ｐ２００５−５３６７）
【出願日】平成１７年１月１２日（２００５．１．１２）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月１２日（２００５．１．１２）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
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