温度制御装置及び温度素子用の電源装置
【課題】ＰＣＲ法における所定の温度パターンに対して、ＤＮＡ検体（反応溶液）の温度変化を追従させること。
【解決手段】温度素子６１は、相互に離間して配置されるｐ型半導体７２Ｐとｎ型半導体７２Ｎとの組と、ＤＮＡ検体の容器を直接装着する装着部８１を有し、ｐ型半導体７２Ｐとｎ型半導体７２Ｎとの各々に接合する金属製ウェル７１と、ｐ型半導体７２Ｐに接合され、温度制御部６２により電圧が印加される電極兼放熱板７３Ｐと、ｎ型半導体７２Ｎに接合され、温度制御部６２により電圧が印加される電極兼放熱板７３Ｎとを備えている。温度制御部６２により電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎの各々に異なる電圧が印加されて、ｐ型半導体７２Ｐとｎ型半導体７２Ｎとの間に電位差が生じた場合、金属製ウェル７１は、ｐ型半導体７２Ｐとｎ型半導体７２Ｎとの一方から他方へ電流を流すと共に熱を伝搬することで、ペルチェ効果を生じさせる。
【解決手段】温度素子６１は、相互に離間して配置されるｐ型半導体７２Ｐとｎ型半導体７２Ｎとの組と、ＤＮＡ検体の容器を直接装着する装着部８１を有し、ｐ型半導体７２Ｐとｎ型半導体７２Ｎとの各々に接合する金属製ウェル７１と、ｐ型半導体７２Ｐに接合され、温度制御部６２により電圧が印加される電極兼放熱板７３Ｐと、ｎ型半導体７２Ｎに接合され、温度制御部６２により電圧が印加される電極兼放熱板７３Ｎとを備えている。温度制御部６２により電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎの各々に異なる電圧が印加されて、ｐ型半導体７２Ｐとｎ型半導体７２Ｎとの間に電位差が生じた場合、金属製ウェル７１は、ｐ型半導体７２Ｐとｎ型半導体７２Ｎとの一方から他方へ電流を流すと共に熱を伝搬することで、ペルチェ効果を生じさせる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＮＡ検体を増幅するＰＣＲ法に適用可能な温度制御装置及び温度素子用の電源装置に関する。特に、ＰＣＲ法におけるＤＮＡ検体に対する温度制御の高応答性を実現可能な温度制御装置及び温度素子用の電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ、デオキシリボ核酸）を増幅する手法として、ＰＣＲ法（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ、ポリメラーゼ連鎖反応法）が知られている。ＰＣＲ法は、ＤＮＡ検体に対して、当該ＤＮＡ検体と反応させるプライマ、酵素、及びデオキシリボヌクレオシド三リン酸を加えた反応溶液を、温度目標値の時間推移の所定パターンにしたがって加熱又は冷却する処理を繰り返すことによって、ＤＮＡを増幅する手法である。
【０００３】
このようなＰＣＲ法によりＤＮＡを増幅する従来のＤＮＡ増幅装置においては、ＤＮＡ検体（反応溶液）を加熱又は冷却するために、ペルチェ効果を有する素子（以下、「ペルチェ素子」と称する）が利用されている（特許文献１，２参照）。ペルチェ効果とは、異なる導体、例えばｐ型半導体とｎ型半導体との接合に対して電流を流した場合に、その接合部で熱の吸収が発生する現象をいう。
【０００４】
図１は、従来のペルチェ素子１の概略構成を示す断面図である。
【０００５】
従来のペルチェ素子１は、図１中下方から順に、放熱板２１Ｂと、電圧が印加される電極板２３Ｐ，２３Ｎと、電極板２３Ｐに接合されるｐ型半導体２４Ｐ及び電極板２３Ｎに接合されるｎ型半導体２４Ｎの組と、この組に接合される電極板２２Ａと、放熱板２１Ａとが積層されて構成される。
【０００６】
なお、特許文献２においては、電極板２３Ｐ，２３Ｎに相当する金属板ａ１１，ａ１２と、ｐ型半導体２４Ｐ及びｎ型半導体２４Ｎの組に相当するｐ型半導体ａ４及びｎ型半導体ａ３の組と、電極板２２Ａに相当する金属板ａ２とからなるものを、ペルチェ素子と称している（特許文献２の図６参照）。しかしながら、特許文献２でいうペルチェ素子により加熱又は冷却される被温度制御対象は、熱伝導板１２，２２等を介在して配設されている（特許文献２の図１参照）。即ち、図１において、被温度制御対象は容器３１であり、この容器３１と電極板２２Ａとの間に放射板２１Ａが介在していることと、特許文献２において、被温度制御対象（容器３１に相当）と金属板ａ２との間に熱伝導板１２，２２等を介在していることとは等価である。換言すると、特許文献２における熱伝導板１２，２２等は、図１の放熱板２１Ａに相当する。同様に、特許文献２における放熱フィン５１，５２の下面部は、図１の放熱板２１Ｂに相当する。以上まとめると、特許文献２には、図１の従来のペルチェ素子１をそのまま用いて、被温度制御対象に対する温度制御が実行されることが単に開示されているに過ぎない。
【０００７】
以下、説明の簡略上、従来のペルチェ素子１の図１中上方の面側の部位、即ち、放熱板２１Ａ及び電極板２２Ａをまとめて、「Ａ面部位」と称する。一方、ペルチェ素子１の図１中下方の面側の部位、即ち、放熱板２１Ｂ及び電極板２３Ｐ，２３Ｎをまとめて、「Ｂ面部位」と称する。また、電極板２３Ｐを基準として、電極板２３Ｐが高電位になり、電極板２３Ｎが低電位になるように電圧が印加されることを、以下、「従来のペルチェ素子１にプラス電圧が印加される」と表現する。逆に、電極板２３Ｐが低電位になり、電極板２３Ｎが高電位になるように電圧が印加されることを、以下、「従来のペルチェ素子１にマイナス電圧が印加される」と表現する。
【０００８】
例えば図１に示すように、ＤＮＡ検体（反応溶液）が収容された容器３１が、従来のペルチェ素子１のＡ面部位側に、より具体的には、放熱板２１Ａの表面上に配置されているとする。
【０００９】
この場合、従来のペルチェ素子１にマイナス電圧が印加されると、電流が、電極板２３Ｎから電極板２３Ｐに向けて流れる。具体的には、電流が、電極板２３Ｎ、ｎ型半導体２４Ｎ、電極板２２Ａ、ｐ型半導体２４Ｐ、及び電極板２３Ｐの順に流れる。その結果、Ａ面部位が吸熱部となり、Ｂ面部位が発熱部となる。具体的には、従来のペルチェ素子１に印加されたマイナス電圧によって、電極板２３Ｎから電極板２３Ｐに向けて流れる電流の値に応じて、Ａ面部位が低温となりＢ面部位が高温となるような温度差△Ｔが生ずる。これにより、容器３１の熱がＡ面部位に吸熱され、容器３１が冷却される。
【００１０】
これに対して、従来のペルチェ素子１にプラス電圧が印加されると、電流が、プラス電圧が印加された場合とは逆方向に流れる。具体的には、電流が、電極板２３Ｐ、ｐ型半導体２４Ｐ、電極板２２Ａ、ｎ型半導体２４Ｎ、及び電極板２３Ｎの順に流れる。その結果、プラス電圧が印加された場合とは逆に、Ａ面部位が発熱部となり、Ｂ面部位が吸熱部となる。具体的には、従来のペルチェ素子１に印加されたプラス電圧の電圧値によって、電極板２３Ｐから電極板２３Ｎに向けて流れる電流の値に応じて、Ａ面部位が高温となりＢ面部位が低温となるような温度差△Ｔが生ずる。これにより、Ａ面部位から発せられた熱が容器３１に伝搬され、容器３１が加熱される。
【００１１】
したがって、電極板２３Ｎと電極板２３Ｐとの間に流れる電流の値を、温度目標値の時間推移の所定パターンに対応するように可変制御することによって、ＰＣＲ法におけるＤＮＡ検体に対する温度制御が実現可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−２２３２９２号公報
【特許文献２】特開２００７−１９８７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１や２を含む従来のＤＮＡ増幅装置を利用した場合、ＰＣＲ法における温度目標値の時間推移の所定パターンに応じた電流の値の変化に対して、ＤＮＡ検体（反応溶液）の温度が十分に追従して推移しない。即ち、特許文献１や２を含む従来のＤＮＡ増幅装置では、ＰＣＲ法におけるＤＮＡ検体（反応溶液）に対する温度制御の応答性が十分に得られない。
【００１４】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、ＰＣＲ法におけるＤＮＡ検体に対する温度制御の高応答性を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の温度制御装置（例えば実施形態におけるＤＮＡ増幅装置５１）は、
対象物（例えば実施形態におけるプラスチックチューブ８２）を加熱又は冷却する温度制御装置において、
ペルチェ効果により前記ＤＮＡ検体を加熱又は冷却する温度素子（例えば実施形態における温度素子６１）と、
前記温度素子に対する通電制御を行う制御部（例えば実施形態における温度制御部６２）と
を備え、
前記温度素子は、
相互に離間して配置されるｐ型半導体（例えば実施形態におけるｐ型半導体７２Ｐ）及びｎ型半導体（例えば実施形態におけるｎ型半導体７２Ｎ）の組と、
前記対象物を装着する装着部（例えば実施形態における装着部８１）を有し、前記ｐ型半導体は第１又は第２の面で、と前記ｎ型半導体とは前記第１又は第２の面に対向する第２又は第１の面で各々に接合する接合部位（例えば実施形態における金属製ウェル７１）と、
前記ｐ型半導体に接合され、前記制御部により電圧が印加される第１の電極部位（例えば実施形態における電極兼放熱板７３Ｐ）と、
前記ｎ型半導体に接合され、前記制御部により電圧が印加される第２の電極部位（例えば実施形態における電極兼放熱板７３Ｎ）と
を有し、
前記制御部により前記第１の電極部位と前記第２の電極部位との各々に異なる電圧が印加されて、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との間に電位差が生じた場合、前記接合部位は、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との一方から他方へ電流を流すと共に熱を伝搬することで、前記ペルチェ効果を生じさせ、
前記制御部は、スイッチングレギュレータ（実施形態におけるスイッチングレギュレータ１１１Ｐ１乃至１１１Ｍ２）とリニアレギュレータ（実施形態におけるリニアレギュレータ１１３Ｐ及び１１３Ｍ）とを併せ持つ定電流源（実施形態における定電流源装置１０２）を有し、
前記定電流源は、
前記スイッチングレギュレータの出力電圧の絶対値が閾値以上の場合には、定電流の出力可変制御を前記スイッチングレギュレータに担当させ、
前記スイッチングレギュレータの出力電圧の絶対値が前記閾値未満の場合には、定電流の出力可変制御を前記リニアレギュレータに担当させる、
温度制御装置であることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、温度素子に設けられた接合部位は、ｐ型半導体とｎ型半導体と直接接合し、ｐ型半導体とｎ型半導体の一方から他方へ電流を流すと共に熱を伝搬することで、ペルチェ効果を生じさせる機能を有している。この接合部位には装着部が設けられており、ＤＮＡ検体を収容した所定の容器を当該装着部に直接装着することができる。したがって、ＤＮＡ検体は、温度制御系にとって遅れ要素となるもの（例えば図１の従来のペルチェ素子１の放熱板２１Ａ）を介在せずに、接合部位により直接加熱又は冷却される。その結果、従来のペルチェ素子１を採用した場合と比較して、温度制御の高応答性が実現する。
【００１７】
さらに、この発明によれば、定電流源は、スイッチングレギュレータとリニアレギュレータとを併せ持ち、スイッチングレギュレータの出力電圧の値に応じて、定電流の出力可変制御の担当を振り分けている。これにより、例えば±３０Ａ程度の大電流かつ例えば±０．３Ｖ程度の小電圧を出力することが可能になると共に、従来のリニアレギュレータを採用した場合と比較して電力効率が飛躍的に向上する。
【００１８】
この場合、前記対象物は、ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ）検体収容に用いられる所定の容器であり、前記装着部には、前記容器が装着されることになる。
【００１９】
この発明をＰＣＲ法に適用することで、その温度目標値の時間推移の所定パターンに対して、ＤＮＡ検体の温度を追従させて推移させることが可能になる。即ち、ＰＣＲ法におけるＤＮＡ検体に対する温度制御の高応答性が実現可能になる。
【００２０】
この場合、前記温度素子は、
前記ｐ型半導体及び前記ｎ型半導体の複数の組を有し、
前記接合部位の前記第１の面（例えば実施形態における側面７１ａ）には、前記複数の組の各々の前記ｐ型半導体（例えば実施形態におけるｐ型半導体７２Ｐ１及びｐ型半導体７２Ｐ２）が接合され、前記接合部位の前記第２の面（例えば実施形態における側面７１ｂ）には、前記複数の組の各々の前記ｎ型半導体（例えば実施形態におけるｎ型半導体７２Ｎ１及びｎ型半導体７２Ｎ２）が接合されており、
前記第１の電極部位には、前記複数の組の各々の前記ｐ型半導体が接合され、前記第２の電極部位には、前記複数の組の各々の前記ｎ型半導体が接合されているようにしてもよい。
【００２１】
或いは、この場合、前記温度素子は、
前記ｐ型半導体及び前記ｎ型半導体の複数の組を有し、
前記接合部位の前記第１の面（例えば実施形態における側面７１ａ）から前記第２の面（例えば実施形態における側面７１ｂ）に至って絶縁物（例えば実施形態における絶縁物９１）が挿入されることで、前記接続部位は複数の領域（例えば実施形態における領域２０１，２０２）に区分されており、
前記複数の領域毎に、前記第１の面側に前記ｐ型半導体を接合して前記第２の面側に前記ｎ型半導体を接合する組と（例えば実施形態におけるｐ型半導体７２Ｐ２及びｎ型半導体７２Ｎ２の第２組）、前記第１の面側に前記ｎ型半導体を接合して前記第２の面側に前記ｐ型半導体を接合する組（例えば実施形態におけるｐ型半導体７２Ｐ１及びｎ型半導体７２Ｎ１の第１組）とが交互に配置されており、
前記第１の電極部位（例えば実施形態における電極兼放熱板７３Ｐ）には、前記第１の面に接続された所定の前記ｐ型半導体（例えば実施形態におけるｐ型半導体７２Ｐ２）が接合され、前記第２の電極部位（例えば実施形態における電極兼放熱板７３Ｎ）には、前記第１の面に接続された所定の前記ｎ型半導体（例えば実施形態におけるｎ型半導体７２Ｎ１）が接合されており、
前記複数の組を直列に接合する第３の電極部位（例えば実施形態における電極兼放熱板７３ＰＮ）をさらに有するようにしてもよい。
【００２２】
また、この場合、前記温度素子の前記第１の電極部位と前記第２の電極部位とのうち少なくとも一方を冷却する冷却部（例えば実施形態における水冷部６３）をさらに備えるようにしてもよい。
【００２３】
さらにまた、この場合、前記温度制御装置は、携帯型の装置であるようにしてもよい。携帯型の装置とは、人間が自在に持ち運び可能に構成された装置をいう。
【００２４】
本発明の温度素子（例えば実施形態における温度素子６１）用の電源装置（例えば実施形態における定電流電源装置１０２）は、
ペルチェ効果により対象物（例えば実施形態におけるプラスチックチューブ８２）を加熱又は冷却する温度素子用の電源装置において、
相互に離間して配置されるｐ型半導体（例えば実施形態におけるｐ型半導体７２Ｐ）及びｎ型半導体（例えば実施形態におけるｎ型半導体７２Ｎ）の組と、
前記対象物を装着する装着部（例えば実施形態における装着部８１）を有し、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との各々に接合する接合部位（例えば実施形態における金属製ウェル７１）と、
前記ｐ型半導体に接合され、外部から電圧が印加される第１の電極部位（例えば実施形態における電極兼放熱板７３Ｐ）と、
前記ｎ型半導体に接合され、外部から電圧が印加される第２の電極部位（例えば実施形態における電極兼放熱板７３Ｎ）と
を有し、
前記第１の電極部位と前記第２の電極部位との各々に異なる電圧が外部から印加されて、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との間に電位差が生じた場合、前記接合部位は、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との一方から他方へ電流を流すと共に熱を伝搬することで、前記ペルチェ効果を生じさせ、
前記電源装置は、
スイッチングレギュレータ（実施形態におけるスイッチングレギュレータ１１１Ｐ１乃至１１１Ｍ２）とリニアレギュレータ（実施形態におけるリニアレギュレータ１１３Ｐ及び１１３Ｍ）とを併せ持つ定電流源装置であって、
前記スイッチングレギュレータの出力電圧の絶対値が閾値以上の場合には、定電流の出力可変制御を前記スイッチングレギュレータに担当させ、
前記スイッチングレギュレータの出力電圧の絶対値が前記閾値未満の場合には、定電流の出力可変制御を前記リニアレギュレータに担当させる、
温度素子用の電源装置であることを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、温度素子に設けられた接合部位は、ｐ型半導体とｎ型半導体と直接接合し、ｐ型半導体とｎ型半導体の一方から他方へ電流を流すと共に熱を伝搬することで、ペルチェ効果を生じさせる機能を有している。この接合部位には装着部が設けられており、冷却又は加熱の対象物を当該装着部に直接装着することができる。したがって、当該対象物は、温度制御系にとって遅れ要素となるもの（例えば図１の従来のペルチェ素子１の放熱板２１Ａ）を介在せずに、接合部位により直接加熱又は冷却される。その結果、従来のペルチェ素子１を採用した場合と比較して、温度制御の高応答性が実現する。したがって、本発明に係る温度素子をＰＣＲ法に適用することで、即ち、当該対象物としてＤＮＡ検体を収容可能な所定の容器を採用することで、ＰＣＲ法における温度目標値の時間推移の所定パターンに対して、ＤＮＡ検体の温度を追従させて推移させることが可能になる。即ち、ＰＣＲ法におけるＤＮＡ検体に対する温度制御の高応答性が実現可能になる。
【００２６】
さらに、この発明によれば、定電流源は、スイッチングレギュレータとリニアレギュレータとを併せ持ち、スイッチングレギュレータの出力電圧の値に応じて、定電流の出力可変制御の担当を振り分けている。これにより、例えば±３０Ａ程度の大電流かつ例えば±０．３Ｖ程度の小電圧を出力することが可能になると共に、従来のリニアレギュレータを採用した場合と比較して電力効率が飛躍的に向上する。
【００２７】
この場合、前記装着部は、前記対象物の形状に対応した加工が施されて、前記接合部位内に形成されているようにすることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、ＰＣＲ法におけるＤＮＡ検体に対する温度制御の高応答性が実現可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来のペルチェ素子の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＤＮＡ増幅装置の概略構成を示す上面図である。
【図３】図２のＤＮＡ増幅装置の温度素子の金属製ウェルの概略構成を示す斜視図である。
【図４】図２のＤＮＡ増幅装置の温度制御部の概略構成を示す構成図である。
【図５】図４の温度制御部の定電流電源装置の概略構成を示す構成図である。
【図６】図２のＤＮＡ増幅装置の温度素子であって、ｐ型半導体及びｎ型半導体の２組が並列に配置される場合の温度素子の概略構成を示す上面図である。
【図７】図６の温度素子の概略構成の斜視図である。
【図８】図６の温度素子の概略構成であって、図７とは異なる構成の斜視図である。
【図９】図２のＤＮＡ増幅装置の温度素子であって、ｐ型半導体及びｎ型半導体の２組が直列に配置される場合の温度素子の概略構成を示す上面図である。
【図１０】図９の温度素子の概略構成の斜視図である。
【図１１】同一条件のＰＣＲ法の試験を、図１の従来のペルチェ素子を備える従来のＤＮＡ増幅装置を用いて実現した場合と、図２のＤＮＡ増幅装置を用いて実現した場合との比較を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３１】
図２は、本発明の一実施形態に係るＤＮＡ増幅装置５１の概略構成を示す上面図である。
【００３２】
ＤＮＡ増幅装置５１は、温度素子６１と、温度制御部６２と、水冷部６３とを備える。温度素子６１は、ペルチェ効果により対象物を冷却又は加熱すべく、金属製ウェル７１と、ｐ型半導体７２Ｐ及びｎ型半導体７２Ｎの組と、電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎと、水管７４Ｐ，７４Ｎとを備える。
【００３３】
図２に示すように、電極兼放熱板７３Ｐには水管７４Ｐが、電極兼放熱板７３Ｎには水管７４Ｎが、それぞれ接続されている。水冷部６３は、水管７４Ｐ，７４Ｎの各々に水を流すことで、電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎの各々を冷却して一定温度に保つ。即ち、電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎは、図１の従来のペルチェ素子１の放熱板２１Ｂと同様の機能（以下、「放熱板機能」と称する）を有している。
【００３４】
さらに、電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎの各々は、温度制御部６２と電気的に接続されており、温度制御部６２により電圧が印加される。即ち、電極兼放熱板７３Ｐは、図１の従来のペルチェ素子１の電極板２３Ｐと同様の機能を有し、電極兼放熱板７３Ｎは、図１の従来のペルチェ素子１の電極板２３Ｎと同様の機能を有している。なお、以下、これらの機能を「電圧被印加機能」と称する。詳細については後述するが、電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎに印加される電圧の電位差によって、電流が温度素子６１内を流れる。この電流の値及びその向き（極性）が温度制御部６２によって制御されると、温度素子６１が対象物を加熱又は冷却する度合いが調整される。即ち、温度素子６１を用いた温度制御が実現する。
【００３５】
電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎは、放熱板機能及び電圧被印加機能を有していれば、その素材や構造等は任意でよい。ただし、放熱板機能及び電圧被印加機能をより発揮すべく、電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎの素材として、熱伝導率が高く、かつ、電気抵抗が小さい素材が採用されると好適である。本実施形態では、このような素材として銅（Ｃｕ）が採用されている。
【００３６】
電極兼放熱板７３Ｐにはｐ型半導体７２Ｐの一端が接合されている一方で、電極兼放熱板７３Ｎにはｎ型半導体７２Ｎの一端が接合されている。即ち、ｐ型半導体７２Ｐは、図１の従来のペルチェ素子１のｐ型半導体２４Ｐと同様の機能を有し、ｎ型半導体７２Ｎは、図１の従来のペルチェ素子１のｎ型半導体２４Ｎと同様の機能を有している。
【００３７】
ｐ型半導体７２Ｐ及びｎ型半導体７２Ｎの組は、ペルチェ効果を奏すれば、その素材や構造等は任意でよい。ただし、本実施形態では、ｐ型半導体７２Ｐ及びｎ型半導体７２Ｎの組の素材として、より大きなペルチェ効果が得られるビスマステルが採用されている。
【００３８】
ｐ型半導体７２Ｐの他端は、金属製ウェル７１の側面７１ａに直接接合されている一方で、ｎ型半導体７２Ｎの他端は、金属製ウェル７１の側面７１ａに対向する側面７１ｂに直接接合されている。
【００３９】
ここで、本明細書において「直接接合」又は「直接装着」という用語は、温度制御系にとって遅れ要素となるもの（例えば図１の従来のペルチェ素子１の放熱板２１Ａ）を介在しない接合又は装着を意味する。従って、当然ながら、ｐ型半導体７２Ｐ及びｎ型半導体７２Ｎの組と、金属製ウェル７１との間には、両者を接合する目的の素材が介在する場合があり得る。具体的には例えば、本実施形態では、ｐ型半導体７２Ｐ及びｎ型半導体７２Ｎの組は、その表面がニッケルでメッキされ、さらに、ＧａＩｎなどの低融点合金によって、金属製ウェル７１と接合される。即ち、本実施形態では、両者を接合する目的の素材として、メッキ用のニッケルと、低融点合金とが採用されている。なお、本実施形態の接合手法は例示に過ぎず、その他例えば、ニッケル以外の金属でメッキする接合手法、二重にメッキする接合手法、低融点合金として他の材料を採用する接合手法、低融点合金の代わりに半田付けにより接合する接合手法等、各種各様の接合手法を採用することが可能である。
【００４０】
換言すると、金属製ウェル７１は、ｐ型半導体７２Ｐ及びｎ型半導体７２Ｎの組を直接接合する機能、即ち、図１の従来のペルチェ素子１の電極板２２Ａと同様の機能を有している。即ち、当該機能とは、ｐ型半導体７２Ｐとｎ型半導体７２Ｎとの一方から他方へ、電流を流すと共に熱を伝搬することで、ペルチェ効果を生じさせる機能である。なお、以下、当該効果を、「ブリッジ兼電極機能」と称する。
【００４１】
金属製ウェル７１は、ブリッジ兼電極機能を有していれば、その素材や構造等は任意でよい。ただし、金属製ウェル７１は、ブリッジ兼電極機能をより発揮するために、電気抵抗が小さい素材が採用されると好適であり、例えば銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）が採用されると好適である。なお、ここでいうアルミニウムとは、純アルミニウムのみならず、アルミニウム合金も含んでいる。本実施形態では、所定のアルミニウム合金が採用されている。
【００４２】
ここで注目すべき点は、金属製ウェル７１の上面７１ｕには、加熱又は冷却の対象物を直接装着する装着部８１が設けられている点である。
【００４３】
図３は、このような装着部８１を有する金属製ウェル７１の概略構成を示す図である。具体的には、図３Ａは、装着部８１に直接装着される対象物の一例であるプラスチックチューブ８２の概略構成を示す側面図である。図３Ｂは、このようなプラスチックチューブ８２を直接装着可能な装着部８１を有する金属製ウェル７１の概略構成を示す斜視図である。なお、図３に示す各種寸法（ｍｍが記載されている箇所）は、本実施形態で採用されている寸法であって例示にしか過ぎない。
【００４４】
本実施形態では、温度素子６１はＤＮＡ増幅装置５１に備えられているため、温度素子６１により加熱又は冷却される対象物は、正確にいうと、ＤＮＡ検体（反応溶液）である。しかしながら、ＤＮＡ検体（反応溶液）は、直接的な加熱又は冷却が困難であるので、図３Ａに示すようなプラスチックチューブ８２に収容されて加熱又は冷却される。したがって、以下の説明では、加熱又は冷却の対象物は、ＤＮＡ検体（反応溶液）収容に用いられるプラスチックチューブ８２であるとする。
【００４５】
図３Ｂに示すように、このようなプラスチックチューブ８２の下側部分（図３Ａ中１２ｍｍという寸法が記載されている部分）の形状に合わせた凹部が、装着部８１として、金属製ウェル７１の上面７１ｕの中央から内部下方に形成されている。換言すると、装着部８１は、プラスチックチューブ８２を装着すべく加工が施されている。
【００４６】
このように、本実施形態では、ＤＮＡ検体（反応溶液）収容に用いられるプラスチックチューブ８２は、装着部８１に直接装着される。このことは、図１の従来のペルチェ素子１を例えとして用いているならば、容器３１がプラスチックチューブ８２に相当し、電極板２２Ａがブリッジ兼電極機能を有していることを考慮すると、容器３１が放熱板２１Ａを介在せずに電極板２２Ａの内部に直接装着されるのと等価であることを意味する。
【００４７】
即ち、図１の従来のペルチェ素子１を用いて容器３１を加熱又は冷却する場合、容器３１は、放熱板２１Ａを介在して、ブリッジ兼電極機能を有する電極板２２Ａと熱の授受を行うことになる。したがって、従来のペルチェ素子１を用いて容器３１を加熱又は冷却するための温度制御系では、セラミック等で形成される放熱板２１Ａは遅れ要素となる。この遅れ要素の分だけ、図１の従来のペルチェ素子１を用いた温度制御の応答性は悪化することになる。
【００４８】
これに対して、本実施形態の温度制御系、即ち、温度素子６１を用いてプラスチックチューブ８２を加熱又は冷却する温度制御系では、プラスチックチューブ８２は、従来の放熱板２１Ａのような遅れ要素となるものを介在せずに、ブリッジ兼電極機能を有する金属製ウェル７１と直接熱を授受することができる。したがって、遅れ要素が無い分だけ、本実施形態の温度制御の応答性は、図１の従来のペルチェ素子１を用いた場合と比較して高いものになる。なお、このような効果の詳細については、図１１を参照して後述する。
【００４９】
次に、このような温度素子６１に対して温度制御を実行する温度制御部６２について説明する。
【００５０】
図４は、温度制御部６２の概略構成を示す構成図である。
図４に示すように、温度制御部６２は、温度調整器１０１と、定電流電源装置１０２と、電流計１０３と、別体電源１０４と、直流電源１０５とを備える。
【００５１】
温度調整器１０１は、温度素子６１の温度を検出し、その検出温度が目標温度となるように制御する。詳細についてはＤＮＡ増幅装置５１の動作として後述するが、温度素子６１内の電流の方向（極性）及び大きさ（値）を変化させることで、温度素子６１がプラスチックチューブ８２を目標温度まで加熱又は冷却することができる。そこで、温度調整器１０１は、温度素子６１内の電流の方向及び大きさの目標値（以下、「電流目標値」と称する）を設定し、定電流電源装置１０２に供給する。
【００５２】
本実施形態では、電流の方向として、温度素子６１の電極兼放熱板７３Ｐから電極兼放熱板７３Ｎに向かう方向が存在する。当該方向に電流が流れると、温度素子６１はプラスチックチューブ８２を加熱する動作（以下、「加熱動作」と称する）をする。そこで、以下、当該方向を「加熱方向」と称する。
また、別の電流の方向として、温度素子６１の電極兼放熱板７３Ｎから電極兼放熱板７３Ｐに向かう方向が存在する。当該方向に電流が流れると、温度素子６１は、プラスチックチューブ８２を冷却する動作（以下、「冷却動作」と称する）をする。そこで、以下、当該方向を「冷却方向」と称する。
このような電流の方向は、温度調整器１０１の出力信号の種類によって特定される。即ち、温度調整器１０１は、電流の方向として加熱方向を指示する場合には、制御信号ＳＰを出力する。これに対して、温度調整器１０１は、電流の方向として冷却方向を指示する場合には、制御信号ＳＭを温度調整器１０１から出力する。
【００５３】
また、本実施形態では、温度素子６１内の電流目標値は、温度制御調整器１０１から出力される制御信号ＳＰ又はＳＭの信号レベルによって特定される。具体的には例えば、制御信号ＳＰ及びＳＭは、４乃至２０ｍＡの範囲内で可変する電流信号である。従って、制御信号ＳＰ又はＳＭの電流の値によって、温度素子６１内の電流目標値が特定される。
【００５４】
定電流電源装置１０２は、いわゆる定電流レギュレータ（安定化電源装置）として構成されている。定電流電源装置１０２は、温度調整器１０１から出力された制御信号ＳＰ又はＳＭに基づいて出力電流の方向及び大きさを決定し、決定した方向及び大きさの定電流を温度素子６１に出力する。
【００５５】
ここで、本実施形態では、温度素子６１の駆動範囲は±３０Ａであるため、定電流電源装置１０２は、±３０Ａの範囲内で定電流を温度素子６１に出力するものとする。この場合、単純に±３０Ａの直流電流を出力するだけならば、従来のレギュレータを採用することができる。しかしながら、本実施形態の温度素子６１の電源装置として、従来のレギュレータを採用することは困難である。以下、困難な理由について説明する。
【００５６】
即ち、本実施形態の温度素子６１の抵抗ＲＬは非常に低いため、温度素子６１に印加される電圧、即ち電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎ間の電位差は低くなる。例えば、温度素子６１の抵抗ＲＬが１０ｍΩならば、オームの法則に従って単純計算すると、温度素子６１に引加される電圧は±０．３Ｖになる。このように、本実施形態の温度素子６１に対しては、±３０Ａという大電流を温度素子６１に流すと共に、±０．３Ｖ程度の小電圧を温度素子６１に印加することが可能な電源装置が要求される。
【００５７】
ここで、従来のレギュレータは、スイッチンレギュレータと、リニアレギュレータとに大別される。なお、リニアレギュレータは、シリーズレギュレータとも称されている。
【００５８】
スイッチングレギュレータは、リニアレギュレータと比較すると、電力効率が良いというメリットがある反面、定電流源として機能する場合には定格電圧の１０％程度までしか出力できない（出力電圧をそれ以下に降下させると動作保証ができない）というデメリットがある。スイッチングレギュレータは、当該デメリットにより、定電流源として機能したまま±０．３Ｖ程度の小電圧を温度素子６１に印加することは非常に困難である。従って、スイッチングレギュレータを、温度素子６１の電源装置として採用することは非常に困難である。
【００５９】
一方、リニアレギュレータは、定電流源として機能しても０Ｖ乃至定格電圧まで連続可変できるというメリットがある反面、電力効率が悪いというデメリットがある。リニアレギュレータは、当該デメリットにより、温度素子６１の電源装置として採用することは現実的では無い。即ち、電力効率が悪いということは、入力電力と出力電力の差分である損失が大きいということである。この損失は、リニアレギュレータでは熱として消費されるため、放熱器が必要になる。従って、温度素子６１に対して要求される出力電圧が±０．３Ｖと小電圧であることを考慮すると、一般的な入力電圧のリニアレギュレータでは、損失（効率）が非常に大きなものとなり、その分だけ非常に大きな放熱器が必要になる。このような非常に大きな放熱器を設けることは、スペース等の設置環境の観点からもコストの観点からも現実的でない。
【００６０】
そこで、本実施形態の定電流電源装置１０２は、スイッチングレギュレータとリニアレギュレータとを併せ持ち、スイッチングレギュレータの出力電圧の値に応じて、定電流の出力可変制御の担当を振り分けている。例えば、スイッチングレギュレータの出力電圧の値が閾値以上の場合には、スイッチングレギュレータが定電流の出力可変制御を担当し、スイッチングレギュレータの出力電圧の値が閾値未満の場合には、リニアレギュレータが定電流の出力可変制御を担当する。ここで閾値は、スイッチングレギュレータが定電流源として動作保証可能な最低電圧値以上であれば特に限定されず、本実施形態では１Ｖが採用されている。
【００６１】
ここで、上述した説明では温度素子６１における電圧及び電流に着目しため、温度素子の抵抗ＲＬのみを考慮してきた。しかしながら、スイッチングレギュレータに着目すると、配線抵抗等もさらに考慮する必要があり、その結果、温度素子６１に印加される電圧が±０．３Ｖの場合であっても、スイッチングレギュレータの出力電圧は±１Ｖを超えることは適宜ある。また、詳細については後述するが、複数のプラスチックチューブ８２を同時に加熱又は冷却させるために、複数の金属製ウェル７１が直列接続等されて温度素子６１の抵抗ＲＬが増大して、スイッチングレギュレータの出力電圧が±１Ｖを超えることは適宜ある。このように、温度素子６１を用いた温度制御では、スイッチングレギュレータの出力電圧が±１Ｖを超える場合が適宜ある。このような場合には、定電流の出力可変制御の担当はスイッチングレギュレータになるため、電力効率が良い温度制御が可能になる。
【００６２】
また、本実施形態の定電流電源装置１０２においては、リニアレギュレータは、入力電圧（スイッチングレギュレータの出力電圧）が１Ｖ以下の場合に定電流の出力可変制御を担当すれば良いので、従来のリニアレギュレータと比較すると電力損失も小さくなる。このため、放熱器も小さくて済むため、リニアレギュレータを、定電流電源装置１０２内に低コストで容易に設置することが可能になる。
【００６３】
なお、定電流電源装置１０２のさらなる詳細については、図５を参照して後述する。
【００６４】
電流計１０３は、定電流電源装置１０２の出力電流を監視し、監視結果をユーザに提示する。別体電源１０４は、図示せぬ商用交流電源の交流１００Ｖを直流１２Ｖに変換して、定電流電源装置１０２の駆動用電源として供給する。直流電源１０５は、図示せぬ商用交流電源の交流１００Ｖを直流１２Ｖに変換して、定電流電源装置１０２の内部用電源として供給する。
【００６５】
次に、このよう構成の温度制御部６２のうち、定電流電源装置１０２の詳細について説明する。
【００６６】
図５は、本実施形態の定電流電源装置１０２の概略構成を示す構成図である。
【００６７】
図５に示すように、定電流電源装置１０２は、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１乃至１１１Ｍ２と、ダイオード１１２Ｐ１乃至１１２Ｍ２と、リニアレギュレータ１１３Ｐ，１１３Ｍと、カレントループ電流電圧変換部１１４Ｐ，１１４Ｍと、を備える。
【００６８】
図５に示すように、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１及びダイオード１１２Ｐ１の直列接続と、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ２及びダイオード１１２Ｐ２の直列接続とが並列接続されて構成される並列回路１２１Ｐが、定電流電源装置１０２に設けられている。並列回路１２１Ｐのうち、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１，１１１Ｍ側の一端は、別体電源１０４の正極出力端に接続され、ダイオード１１２Ｐ１，１１２Ｐ２側の他端は、リニアレギュレータ１１３Ｐの入力端に接続されている。リニアレギュレータ１１３Ｐの出力端は、電流計１０３を介して、温度素子６１の電極兼放熱板７３Ｐ（図２）に接続される。温度素子６１の逆側の電極兼放熱板７３Ｎ（図２）は、定電流電源装置１０２を介して別体電源１０４の負極出力端に接続される。
【００６９】
従って、詳細についてはＤＮＡ増幅装置５１の動作として後述するが、温度素子６１が加熱動作をする場合、電流は、別体電源１０４の正極出力端、並列回路１２１Ｐ、リニアレギュレータ１１３Ｐ、温度素子６１の電極兼放熱板７３Ｐ及び７３Ｎ、並びに、別体電源１０４の負極出力端の順に流れる。
【００７０】
スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１，１１１Ｐ２は、例えばいわゆるＤＣ−ＤＣコンバータとして構成されており、別体電源１０４により印加された直流１２Ｖの電圧を、１２Ｖ以下の直流電圧に変化して出力する。スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１，１１１Ｐ２は、定電流源として機能しているので、カレントループ電流電圧変換部１１４Ｐによって指示された値の定電流を出力する。即ち、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１，１１１Ｐ２は、カレントループ電流電圧変換部１１４Ｐの指示に従って、定電流の出力可変制御を実行する。ただし、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１，１１１Ｐ２の出力電圧が閾値（１Ｖ）未満となった場合には、定電流の出力可変制御の担当は、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１，１１１Ｐ２から、リニアレギュレータ１１３Ｐに移行する。
【００７１】
ダイオード１１２Ｐ１，１１２Ｐ２の各々は、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１，１１１Ｐ２の各々の出力電圧を降下させると共に、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１，１１１Ｐ２の各々の出力電流の逆流を防止する。
【００７２】
図２に示すように、ダイオード１１２Ｐ１，１１２Ｐ２の各々の出力電流は合算されて、リニアレギュレータ１１３Ｐに出力される。即ち、本実施形態では、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１，１１１Ｐ２の定格電流は１５Ａとされている一方で、上述したように、温度素子６１の定格電流は３０Ａとされている。このため、定格電流が１５Ａの２台のスイッチングレギュレータ１１１Ｐ１，１１１Ｐ２を並列接続することで、温度素子６１の定格電流である３０Ａを出力するようにしている。
【００７３】
換言すると、定格電流が３０Ａのスイッチングレギュレータを採用できる場合には、並列回路１２１Ｐの代わりに、１台の当該スイッチングレギュレータを定電流電源装置１０２に搭載すればよい。この場合、ダイオードは特に必須ではないが、当該スイッチングレギュレータの後段に直列接続してもよい。
【００７４】
逆に、温度素子６１の定格電流が３０Ａを超える場合、例えば４５Ａとなる場合、図示はしないが、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ３及びダイオード１１２Ｐ３の直列接続を、並列回路１２１にさらに並列接続させればよい。要するに、スイッチングレギュレータ１１１ＰＫの定格電流と温度素子６１の定格電流との各々の大きさに応じて、並列回路１２１の並列数Ｋを可変すればよい。なお、Ｋは１以上の整数値であって、図２の例では２である。
【００７５】
リニアレギュレータ１１３Ｐは、例えばＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いて構成されており、上述の如く、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１，１１１Ｐ２の出力電圧が閾値（１Ｖ）未満となった場合に、定電流の出力可変制御を実行する。リニアレギュレータ１１３Ｐはまた、いわゆるＦＥＴスイッチの機能も有しており、カレントループ電流電圧変換部１１４Ｍの制御により、オンオフ状態を切り替える。即ち、詳細についてはＤＮＡ増幅装置５１の動作として後述するが、温度素子６１が加熱動作をする場合には、リニアレギュレータ１１３Ｐはオン状態となる一方、温度素子６１が冷却動作をする場合には、カレントループ電流電圧変換部１１４Ｍの制御により、リニアレギュレータ１１３Ｐはオフ状態となり、並列回路１２１Ｐの出力を遮断する。
【００７６】
カレントループ電流電圧変換部１１４Ｐは、温度素子６１が加熱動作をする場合に温度調整器１０１から出力された制御信号ＳＰを入力する。制御信号ＳＰは、上述の如く、４乃至２０ｍＡの電流信号である。そこで、カレントループ電流電圧変換部１１４Ｐは、制御信号ＳＰを、４乃至２０ｍＡの電流の形態から１乃至５Ｖの電圧の形態に変換して、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１，１１１Ｐ２及びリニアレギュレータ１１３Ｍに供給する。スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１，１１１Ｐ２は、カレントループ電流電圧変換部１１４Ｐから供給された電圧の値（１乃至５Ｖの範囲内の値）に応じて、０乃至１５Ａの範囲内で出力電流の値を変化させる。リニアレギュレータ１１４Ｍは、カレントループ電流電圧変換部１１４Ｐから電圧が供給されると、オン状態からオフ状態に切り替えて、並列回路１２１Ｍの出力を遮断する。
【００７７】
並列回路１２１Ｍ及びリニアレギュレータ１１３Ｍは、並列回路１２１Ｐ及びリニアレギュレータ１１３Ｐと基本的に同様の構成及び機能を有しており、接続形態も同様である。ただし、並列回路１２１Ｍ及びリニアレギュレータ１１４Ｍの駆動タイミングは、並列回路１２１Ｐ及びリニアレギュレータ１１３Ｐの駆動タイミングとは逆である。即ち、温度素子６１が加熱動作をする場合には、上述したように、カレントループ電流電圧変換部１１４Ｐから電圧が供給されてリニアレギュレータ１１３Ｍがオフ状態となるため、並列回路１２１Ｍ及びリニアレギュレータ１１３Ｍの駆動は停止する。一方、温度素子６１が冷却動作をする場合には、リニアレギュレータ１１３Ｍがオン状態となるため、並列回路１２１Ｍ及びリニアレギュレータ１１３Ｍは駆動する。
【００７８】
カレントループ電流電圧変換部１１４Ｍは、温度素子６１が冷却動作をする場合に温度調整器１０１から出力された制御信号ＳＭを入力する。制御信号ＳＭは、上述の如く、４乃至２２ｍＡの電流信号である。そこで、カレントループ電流電圧変換部１１４Ｍは、制御信号ＳＭを、４乃至２０ｍＡの電流の形態から１乃至５Ｖの電圧の形態に変換して、スイッチングレギュレータ１１１Ｍ１，１１１Ｍ２及びリニアレギュレータ１１３Ｐに供給する。スイッチングレギュレータ１１１Ｍ１，１１１Ｍ２は、カレントループ電流電圧変換部１１４Ｍから供給された電圧の値（１乃至５Ｖの範囲内の値）に応じて、０乃至１５Ａの範囲内で出力電流の値を変化させる。リニアレギュレータ１１４Ｐは、上述したように、カレントループ電流電圧変換部１１４Ｍから電圧が供給されると、オン状態からオフ状態に切り替えて、並列回路１２１Ｐの出力を遮断する。
【００７９】
以上、図１乃至図５を参照して、ＤＮＡ増幅装置５１の構成について説明した。次に、当該ＤＮＡ増幅装置５１の動作について説明する。
【００８０】
上述のごとく、機能的な視点では、本実施形態の電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎは、放熱板機能及び電圧被印加機能を有するので、図１の従来のペルチェ素子１の放熱板２１Ｂ及び電極板２３Ｐ，２３Ｎに相当する。したがって、電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎは、従来のペルチェ素子１のＢ面部位と同じ振る舞いをする。そこで、以下、電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎを、本実施形態の温度素子６１における「Ｂ面部位」と適宜称する。
【００８１】
一方、機能的な視点では、金属製ウェル７１は、ブリッジ兼電極機能を有するので、上述のごとく、図１の従来のペルチェ素子１の電極板２２Ａに相当する。したがって、金属製ウェル７１は、従来のペルチェ素子１のＡ面部位と同じ振る舞いをする。そこで以下、金属製ウェル７１を、本実施形態の温度素子６１における「Ａ面部位」と適宜称する。ここで、注意すべき点は、本実施形態の温度素子６１におけるＡ面部位には、従来のペルチェ素子１におけるＡ面部位の放熱板２１Ａのような、温度制御系にとって遅れ要素となるものが存在しない点である。
【００８２】
また、本実施形態では、電極兼放熱板７３Ｐの側を基準として、電極兼放熱板７３Ｐが高電位になり、電極兼放熱板７３Ｎが低電位になるように、温度制御部６２により電圧が印加されることを、以下、「温度素子６１にプラス電圧が印加される」と表現する。逆に、電極兼放熱板７３Ｐが低電位になり、電極兼放熱板７３Ｎが高電位になるように、温度制御部６２により電圧が印加されることを、以下、「温度素子６１にマイナス電圧が印加される」と表現する。
【００８３】
即ち、温度素子６１にプラス電圧が印加される場合とは、図５に示すリニアレギュレータ１１３Ｐがオン状態となって、並列回路１２１Ｐ及びリニアレギュレータ１１３Ｐが駆動している場合を意味する。この場合、電流は、別体電源１０４の正極出力端、並列回路１２１Ｐ、リニアレギュレータ１１３Ｐ、温度素子６１の電極兼放熱板７３Ｐ及び７３Ｎ、並びに、別体電源１０４の負極出力端の順に流れる。なお、リニアレギュレータ１１４Ｍはオフ状態となっているため、並列回路１２１Ｍ及びリニアレギュレータ１１３Ｍの駆動は停止している。
一方、温度素子６１にマイナス電圧が印加される場合とは、図５に示すリニアレギュレータ１１３Ｍがオン状態となって、並列回路１２１Ｍ及びリニアレギュレータ１１３Ｍが駆動している場合を意味する。この場合、電流は、別体電源１０４の正極出力端、並列回路１２１Ｍ、リニアレギュレータ１１３Ｍ、温度素子６１の電極兼放熱板７３Ｎ及び７３Ｐ、並びに、別体電源１０４の負極出力端の順に流れる。なお、リニアレギュレータ１１３Ｐはオフ状態となっているため、並列回路１２１Ｐ及びリニアレギュレータ１１３Ｐの駆動は停止している。
【００８４】
このような温度制御部６２により、温度素子６１にマイナス電圧が印加されると、電流が、図２中右方から左方に流れる。具体的には、電流が、電極兼放熱板７３Ｎ、ｎ型半導体７２Ｎ、金属製ウェル７１、ｐ型半導体７２Ｐ、及び電極兼放熱板７３Ｐの順に流れる。その結果、Ａ面部位である金属製ウェル７１が吸熱部となる。即ち、Ａ面部位である金属製ウェル７１に直接装着されたプラスチックチューブ８２（図３）から発せられた熱は、金属製ウェル７１に直接吸熱され、これにより、プラスチックチューブ８２が冷却される。
【００８５】
詳細には、温度素子６１を流れる電流の値（絶対値）に応じて、Ａ面部位である金属製ウェル７１が低温となり、Ｂ面部位である電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎが高温となるような温度差△Ｔが生ずる。
【００８６】
ここで、Ａ面部位が低温とは、絶対的な意味で低温というのではなく、Ｂ面部位の温度に対して相対的に低温という意味である。即ち、上述したように、Ｂ面部位である電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎは、水冷部６３により水冷されて一定温度を保っている。以下、このようなＢ面部位である電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎ側の一定温度を、「基準温度」と称する。したがって、Ａ面部位である金属製ウェル７１は、基準温度よりも温度差△Ｔだけ低い温度になるように冷却される。
【００８７】
この温度差△Ｔは、一定のリミットは存在するものの、温度素子６１を流れる電流の値（絶対値）が高くなるほど大きくなる。温度素子６１を流れる電流の値、即ち、定電流電源装置１０２から出力される電流の値は、図４の温度調整器１０１から出力される制御信号ＳＭの信号レベルに基づいて制御される。従って、温度調整器１０１は、制御信号ＳＭの信号レベルを高くすることによって、定電流電源装置１０２から出力されて温度素子６１を流れる電流の値を大きくし、その結果、温度差△Ｔを大きくしていくことができる。このように、温度調整器１０１は、制御信号ＳＭの信号レベルを高くすることによって、Ａ面部位である金属製ウェル７１の温度を降下させることができる。この場合、プラスチックチューブ８２は金属製ウェル７１により直接冷却されるので、従来の図１の放熱板２１Ａのような遅れ要素を介して冷却される場合と比較して、温度制御の応答性は高いものになる。
【００８８】
その後、温度制御部６２により出力電圧の極性が反転された場合、即ち、温度素子６１にプラス電圧が印加された場合、電流が、マイナス電圧が印加された場合とは逆方向の図２中左方から右方に流れる。具体的には、電流が、電極兼放熱板７３Ｐ、ｐ型半導体７２Ｐ、金属製ウェル７１、ｎ型半導体７２Ｎ、及び電極兼放熱板７３Ｎの順に流れる。その結果、Ａ面部位である金属製ウェル７１は、今度は発熱部となる。即ち、Ａ面部位である金属製ウェル７１から発せられた熱は、プラスチックチューブ８２に対して直接伝播され、これにより、プラスチックチューブ８２が加熱される。
【００８９】
詳細には、温度素子６１にプラス電圧が印加されると、Ａ面部位である金属製ウェル７１は、基準温度よりも温度差△Ｔだけ高い温度になるように加熱される。この温度差△Ｔは、一定のリミットは存在するものの、温度素子６１を流れる電流の値（絶対値）が高くなるほど大きくなる。温度素子６１を流れる電流の値、即ち、定電流電源装置１０２から出力される電流の値は、図４の温度調整器１０１から出力される制御信号ＳＰの信号レベルに基づいて制御される。従って、温度調整器１０１は、制御信号ＳＰの信号レベルを高くすることによって、定電流電源装置１０２から出力されて温度素子６１を流れる電流の値を大きくし、その結果、温度差△Ｔを大きくしていくことができる。このように、温度調整器１０１は、制御信号ＳＰの信号レベルを高くすることによって、Ａ面部位である金属製ウェル７１の温度を上昇させることができる。この場合、プラスチックチューブ８２は金属製ウェル７１により直接加熱されるので、従来の図１の放熱板２１Ａのような遅れ要素を介して加熱される場合と比較して、温度制御の応答性は高いものになる。
【００９０】
このように、温度制御部６２は、出力電流の方向及び大きさを変化させることで、温度素子６１を用いたプラスチックチューブ８２に対する温度制御を実行することが可能になる。したがって、温度目標値の時間推移の所定パターンとして、出力電流の時間推移の所定パターンが温度制御部６２の温度調整器１０１に与えられることにより、ＰＣＲ法が容易に実現可能になる。即ち、プラスチックチューブ８２に収納されたＤＮＡ検体（反応溶液）が、当該所定パターンに従って変化する温度素子６１の熱サイクルにより加熱又は冷却され、その結果、ＤＮＡが増幅する。
【００９１】
なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００９２】
例えば、ｐ型半導体及びｎ型半導体の組の個数は、図２の実施形態ではｐ型半導体７２Ｐ及びｎ型半導体７２ｎの組といった１組だけとされていたが、これに限定されず、複数組とすることができる。
【００９３】
例えば、図６乃至図１０に示すように、ｐ型半導体７２Ｐ１及びｎ型半導体７２Ｎ１の第１組と、ｐ型半導体７２Ｐ２及びｎ型半導体７２Ｎ２の第２組といった２組を採用することもできる。
【００９４】
図６は、このような第１組及び第２組が並列に配置される場合の温度素子６１の概略構成を示す上面図である。図７は、当該温度素子６１の概略構成の斜視図である。図８は、当該温度素子６１の概略構成であって、図７とは異なる構成の斜視図である。ただし、図７及び図８においては、電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎの図示は省略されている。なお、図７と図８との構成を個々に区別する必要がある場合、図７の構成の温度素子６１を特に「温度素子６１ａ」と称し、図８の構成の温度素子６１を特に「温度素子６１ｂ」と称する。
【００９５】
図６に示すように、第１組のｐ型半導体７２Ｐ１及び第２組のｐ型半導体７２Ｐ２は、一端が電極兼放熱板７３Ｐに接合され、他端が金属製ウェル７１の側面７１ａに接合される。一方、第１組のｎ型半導体７２Ｎ１及び第２組のｎ型半導体７２Ｎ２は、一端が電極兼放熱板７３Ｎに接合され、他端が金属製ウェル７１の側面７１ｂに接合される。
【００９６】
このような第１組と第２組との配置の関係は、並列であれば特に限定されず、例えば図７の温度素子６１ａにおいては垂直方向に第１組と第２組とがそれぞれ配置され、例えば図８の温度素子６１ｂにおいては水平方向に第１組と第２組とがそれぞれ配置される。また、組の並列数は、図６乃至図８に示す第１組及び第２組の２組に特に限定されず、３組以上であってもよい。
【００９７】
図９は、このような第１組及び第２組が直列に配置される場合の温度素子６１の概略構成を示す上面図である。図１０は、当該温度素子６１の概略構成を示す斜視図である。ただし、図１０においては、電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎ，７３ＰＮの図示は省略されている。
【００９８】
これらの第１組と第２組とを直列に接合する場合、第１組と第２組との各々の電流が、他組の電流と混在せずに、相互に独立して流れる必要がある。このため、図９や図１０に示すように、金属製ウェル７１の側面７１ａから側面７１ｂに至って、金属製ウェル７１を分断するように絶縁物９１が挿入される。これにより、金属製ウェル７１は、２つの領域２０１，１０２に区分される。
【００９９】
図９や図１０の実施形態では、第１組は領域２０１に接合され、第２組は領域２０２に接合される。具体的には、第１組については、ｎ型半導体７２Ｎ１が、金属製ウェル７１の側面７１ａの領域２０１側に接合され、ｐ型半導体７２Ｐ１が、金属製ウェル７１の側面７１ｂの領域２０１側に接合される。これとは逆に、第２組については、ｐ型半導体７２Ｐ２が、金属製ウェル７１の側面７１ａの領域２０２側に接合され、ｎ型半導体７２Ｎ２が、金属製ウェル７１の側面７１ｂの領域２０２側に接合される。
【０１００】
この場合、第１組のｎ型半導体７２Ｎ１及び第２組のｐ型半導体７２Ｐ２に対して電圧が印加されるので、第１組のｎ型半導体７２Ｎ１に対して電極兼放熱板７３Ｎが接合され、第２組のｐ型半導体７２Ｐ２に対して電極兼放熱板７３Ｐが接合される。また、第１組と第２組とを直列に接合すべく、即ち、第１組のｐ型半導体７２Ｐ１と第２組のｎ型半導体７２Ｎ２の一方から他方へ電流を流すべく、第１組のｐ型半導体７２Ｐ１及び第２組のｎ型半導体７２Ｎ２に対して、電極兼放熱板７３ＰＮが接合される。
【０１０１】
これらの第１組と第２組との配置の関係は、電気的に絶縁されている領域２０１，２０２の金属製ウェル７１内の形成位置に依存する。例えば図１０の例では、左右方向に領域２０１，２０２がそれぞれ形成されているので、水平方向に第１組と第２組とがそれぞれ配置される。例えば図示はしないが、上下方向に領域２０１，２０２がそれぞれ形成されている場合には、垂直方向に第１組と第２組とがそれぞれ配置される。換言すると、領域２０１，２０２の金属製ウェル７１内での形成位置を任意に変更することで、それに応じて、第１組と第２組との配置の関係も任意に変更することができる。
【０１０２】
また、組の直列数は、図９や図１０に示す第１組及び第２組の２組に特に限定されず、３組以上であってもよい。ただし、この場合、金属製ウェル７１には、電気的に絶縁されている領域が組数分だけ形成される。そして、複数の領域毎に、側面７１ａにｐ型半導体７２Ｐを接合して側面７１ｂにｎ型半導体７２Ｎを接合する組と、側面７１ａにｎ型半導体７２Ｎを接合して側面７１ｂにｐ型半導体７２Ｐを接合する組とが交互に配置される。そして、側面７１ａに接合された所定の組のｎ型半導体７２Ｎに対して電極兼放熱板７３Ｎが接合され、側面７１ａに接合された別の組のｐ型半導体７２Ｐに対して電極兼放熱板７３Ｐが接合される。また、電極兼放熱板７３ＰＮのような複数の組を直列に接合するための電極兼放熱板も１つ以上設けられる。
【０１０３】
以上、本発明の実施形態として、ｐ型半導体及びｎ型半導体の組の視点で幾つかの実施形態について説明した。当然ながら、その他の視点でも、本発明は様々な実施形態を取ることが可能である。
【０１０４】
また例えば、温度素子６１の基準温度を維持するための電極兼放熱板の冷却手法は、図２の実施形態では水冷部６３による水冷式の手法が採用されていたが、これに限定されず、その他例えば、水以外の液体を使用した冷却手法を採用してもよいし、空冷式の手法を採用してもよい。
【０１０５】
また例えば、温度素子６１により冷却又は加熱される対象物は、図２の実施形態ではプラスチックチューブ８２、より正確にはそれに収納されたＤＮＡ検体（反応溶液）とされていたが、金属製ウェル７１の装着部８１に直接装着可能な物体であれば特に限定されない。換言すると、金属製ウェル７１の装着部８１の形状や個数は、図３の例に特に限定されず、冷却又は加熱の対象物体に応じて任意に変更することが可能である。ただし、この場合、装着部８１は、対象物の形状に対応した加工が施されて、金属製ウェル７１内に形成されていると、対象物に対する加熱又は冷却の応答性がさらに一段と高まるので好適である。
【０１０６】
換言すると、例えば、複数のプラスチックチューブ８２を加熱又は冷却すべく、複数の金属製ウェル７１を接続してもよいし、或いはまた、金属製ウェル７１に形成させる装着部８１の数を複数にしてもよい。
この場合、例えば、複数のプラスチックチューブ８２が行列状に配置されているときには、金属製ウェル７１を上述したように絶縁体で区切り、電流を流す方向を行方向と列方向とに区分することができる。これにより、行方向と列方向との各々に対する個別の温度制御が相互に独立して実行可能になる。
具体的には例えば、Ｎ行（Ｎは２以上の整数値）１列状、即ち直線状にＮ個のプラスチックチューブ８２を接続することができる。この場合には、列方向に対する温度制御によって、Ｎ個のプラスチックチューブ８２全体の温度制御（粗調整の温度制御）を実現できる。一方、行方向に対する温度制御によって、Ｎ個のプラスチックチューブ８２各々に対する個別の温度制御（微調整の温度制御）を実現できる。
このように、複数のプラスチックチューブ８２を加熱又は冷却する場合には、温度素子６１の金属製ウェル７１についての抵抗分が増加するので、定電流電源装置１０２のスイッチングレギュレータ１１１Ｐ１乃至１１１Ｍ２の出力電圧も増加して閾値（１Ｖ）を超えることが多くなる。このような場合には、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１乃至１１１Ｍ２が定電流の出力可変制御を担当するので、温度制御時の電力効率が向上する。
【０１０７】
本発明は、このような各種各様の実施形態によらず、例えば次の（１）乃至（４）のような効果を奏することが可能である。
【０１０８】
（１）本発明に係る温度素子６１に設けられた金属製ウェル７１は、ｐ型半導体７２Ｐとｎ型半導体７２ｎとを直接接合し、ｐ型半導体７２Ｐとｎ型半導体７２ｎの一方から他方へ電流を流すと共に熱を伝搬することで、ペルチェ効果を生じさせる機能を有している。この金属製ウェル７１には、冷却又は加熱の対象物を直接装着可能な装着部８１が設けられている。したがって、当該対象物は、温度制御系にとって遅れ要素となるもの（例えば図１の従来のペルチェ素子１の放熱板２１Ａ）を介在せずに金属製ウェル７１により直接加熱又は冷却される。即ち、金属製ウェル７１は、ｐ型半導体７２Ｐとｎ型半導体７２ｎとの一方から他方へ流れる電流と共に伝搬される熱の経路になっている。従って、当該経路を伝搬する熱が対象物に直接供給されることによって、当該対象物が加熱され、また、当該対象物から発生られた熱が当該経路に直接供給されることによって、当該対象物が冷却される。その結果、従来のペルチェ素子１を採用した場合と比較して、温度制御の高応答性が実現する。
【０１０９】
（２）本発明に係る温度素子６１は、その構造から、従来と比較して一桁近く温度精度を向上させることが可能になる。即ち、図１の従来のペルチェ素子１は、説明の簡略上、ｐ型半導体２４Ｐ及びｎ型半導体２４Ｎの組を１組だけ有する構造とされたが、ＰＣＲ法に適用する従来のペルチェ素子は、このような組を複数組有し、その複数組を直列に繋げる構造を有している。このため、従来のペルチェ素子では、ｐ型半導体又はｎ型半導体と放熱板との各界面（接触面）の電気抵抗及び熱抵抗が揃っておらず、このことが、位相がズレて熱応答性を鈍らせる要因となっていた。これに対して、本発明に係る温度素子６１は、図６乃至図１０を用いて上述したように、その構造から、ｐ型半導体７２Ｐ又はｎ型半導体７２Ｎと金属製ウェル７１との界面の数が極めて少ないため、熱応答性を鈍らせる影響度合が従来と比較して遥かに低くなる。その結果、従来と比較して一桁近い温度精度の向上が可能になる。
【０１１０】
（３）ペルチェ効果による熱応答性は、電流が大きいほど高くなることが原理的に知られている。ここで、本発明に係る温度素子６１は、図１の従来のペルチェ素子１を含む従来のペルチェ素子と比較して、ｐ型半導体７２Ｐとｎ型半導体７２Ｎとの組数を減少させ、１組当たりの金属製ウェル７１との界面の面積（接触面積）を増大させたため、より一段と大きな電流を取り扱うことが可能である。このため、本発明に係る温度素子６１に対して大きな電流を流すことによって、さらに一段と熱応答性が高くなる。
【０１１１】
（４）このような本発明に係る温度素子６１を駆動させる定電流源としては、±３０Ａ程度の大電流かつ±０．３Ｖ程度の小電圧を出力することが要求される。しかしながら、従来のスイッチングレギュレータを単に適用しても、当該要求に応えることは困難である。一方、従来のリニアレギュレータを単に適用しても、当該要求に応えること自体は可能になるが、電力効率が悪く現実的でない。そこで、本発明に係る定電流電源装置１０２は、スイッチングレギュレータとリニアレギュレータとを併せ持ち、スイッチングレギュレータの出力電圧の値に応じて、定電流の出力可変制御の担当を振り分けている。例えば、スイッチングレギュレータの出力電圧の値が閾値以上の場合には、スイッチングレギュレータが定電流の出力可変制御を担当し、スイッチングレギュレータの出力電圧の値が閾値未満の場合には、リニアレギュレータが定電流の出力可変制御を担当する。これにより、±３０Ａ程度の大電流かつ±０．３Ｖ程度の小電圧を出力することが可能になると共に、従来のリニアレギュレータを採用した場合と比較して電力効率が飛躍的に向上する。
【０１１２】
このような各種各様の効果を奏する温度素子６１をＰＣＲ法に適用することで、即ち、当該対象物としてＤＮＡ検体収容に用いられるプラスチックチューブ８２を採用することで、ＰＣＲ法における温度目標値の時間推移の所定パターンに対して、ＤＮＡ検体の温度を追従して変化させることが可能になる。即ち、図１１に示すように、ＰＣＲ法におけるＤＮＡ検体の温度制御の高応答性が実現可能になる。その結果、１工程に要する時間が短縮され、処理効率の向上や省電力性の向上が達成可能になる。
【０１１３】
図１１は、同一条件によるＰＣＲ法の試験を、従来のペルチェ素子１を備える従来のＤＮＡ増幅装置を用いて行った場合と、本発明に係る温度素子６１を備えるＤＮＡ増幅装置５１を用いて行った場合との比較を示す図である。
【０１１４】
図１１Ａは、従来のペルチェ素子１を備える従来のＤＮＡ増幅装置を用いてＰＣＲ法の試験を行った場合における、ＤＮＡ検体（反応溶液）の温度の時系列変化を示す図である。図１１Ｂは、本発明に係る温度素子６１を備えるＤＮＡ増幅装置５１を用いてＰＣＲ法の試験を行った場合における、ＤＮＡ検体（反応溶液）の温度の時系列変化を示す図である。図１１において、縦軸は温度（度）を示し、横軸は時間（秒）を示している。
【０１１５】
この両試験におけるＰＣＲ法における温度目標値の時間推移のパターンは、次の（Ａ）乃至（Ｃ）のとおりである。
（Ａ）最初に、温度目標値を９４度として、９４度まで加熱させて、９４度で３０秒間保持させる。
この期間が、図１１Ａにおいては期間２０１ａであり、図１１Ｂにおいては期間２０１ｂである。
（Ｂ）次に、温度目標値を５５度に切り替えて、５５度まで冷却させて、５５度で３０秒間保持させる。
この期間が、図１１Ａにおいては期間２０２ａであり、図１１Ｂにおいては期間２０２ｂである。
（Ｃ）次に、温度目標値を７２度に切り替えて、７２度まで加熱させて、７２度で６０秒間保持させる。
この期間が、図１１Ａにおいては期間２０３ａであり、図１１Ｂにおいては期間２０３ｂである。
【０１１６】
また、この試験条件は次の（ａ）乃至（ｃ）のとおりである。
（ａ）両試験とも、０．２ｍｌの標準品のプラスチックチューブ８２、及び、穴径が９６ｍｍの装着部８１を２つ有する金属製ウェル７１が用いられた。ただし、従来のペルチェ素子１を採用した試験では、金属製ウェル７１は、放熱板２１Ａの表面上の所定位置、即ち図１に示す容器３１の描画位置に配置された。即ち、従来のペルチェ素子１を採用した試験では、金属製ウェル７１は、ブリッジ兼電極機能を発揮せずに、単にプラスチェックチューブ８２を装着する装着部としての機能のみを発揮する。一方、本発明に係る温度素子６１を採用した試験では、金属製ウェル７１は、図３Ｂに示す寸法のサイズよりも肉薄にしたサイズ、即ち容積を小さくしている。また、温度調整機１０１内の温度検出部（センサ）は、本願出願時点において、可能な限り高精度で高応答なものを採用した。
（ｂ）ＤＮＡ検体（反応溶液）の温度は、両試験とも、同一の熱電対をプラスチックチューブ８２内に挿入することで測定された。
（ｃ）なお、本発明に係る温度素子６１を備えるＤＮＡ増幅装置５１を用いたＰＣＲ法の試験において、温度制御部６２の出力電流は次の通りとなった。即ち、図１１Ｂの期間２０１ｂのうち、加熱期間（９４度まで温度を上昇させている期間）は１９．６Ａであり、温度保持期間（９４度で保持させている期間）は１０．４Ａであった。図１１Ｂの期間２０２ｂのうち、冷却期間（５５度まで温度を下降させている期間）は１８．１Ａであり、温度保持期間（５５度で保持させている期間）は５．４Ａであった。図１１Ｂの期間２０３ｂのうち、加熱期間（７２度まで温度を上昇させている期間）は１８．５Ａであり、温度保持期間（７２度で保持させている期間）は７．３Ａであった。
【０１１７】
従来のペルチェ素子１を備える従来のＤＮＡ増幅装置を用いてＰＣＲ法の試験を行った場合には、図１１Ａの期間２０１ａ乃至２０３ａの何れにおいても波形が鈍っていることから明らかなように、温度目標値の時間推移のパターンに対して、ＤＮＡ検体（反応溶液）の温度が追従して変化していない。即ち、ＤＮＡ検体（反応溶液）の温度が、温度目標値（期間２０１ａにおいては９４度、期間２０２ａおいては５５度、期間２０３ａにおいては７２度）に到達するまでに遅れが生じている。その結果、温度目標値の時間推移のパターンの（Ａ）における「９４度で３０秒間保持させる」という目標に対して、図１１Ａの期間２０１ａでは、９４度±０．５度以内の時間が２６秒と当該目標が達成できていない。以下同様に、温度目標値の時間推移のパターンの（Ｂ）における「５５度で３０秒間保持させる」という目標に対して、図１１Ａの期間２０２ａでは、５５度±０．５度以内の時間が２０秒と当該目標が達成できていない。温度目標値の時間推移のパターンの（Ｃ）における「７２度で６０秒間保持させる」という目標に対して、図１１Ａの期間２０２ａでは、７２度±０．５度以内の時間が５６秒と当該目標が達成できていない。
【０１１８】
このように、従来のペルチェ素子１を備える従来のＤＮＡ増幅装置では、温度目標値の時間推移のパターンに対してＤＮＡ検体（反応溶液）の温度が追従できない理由は次のとおりである。すなわち、上述したように、従来のペルチェ素子１のＡ面部位での温度変化、即ち、ブリッジ兼電極機能を有する電極板２２Ａでの温度変化は、遅れ要素となる放熱板２１Ａ（図１参照）を介在して、金属製ウェル７１に装着されたプラスチックチューブ８２に伝達されるからである。
【０１１９】
これに対して、本発明に係る温度素子６１を備えるＤＮＡ増幅装置５１を用いてＰＣＲ法の試験を行った場合には、図１１Ｂの期間２０１ｂ乃至２０３ｂの何れにおいても波形が急峻になっていることから明らかなように、温度目標値の時間推移のパターンに対して、ＤＮＡ検体（反応溶液）の温度がほぼ追従して変化している。即ち、ＤＮＡ検体（反応溶液）の温度が、温度目標値（期間２０１ｂにおいては９４度、期間２０２ｂにおいては５５度、期間２０３ｂｃにおいては７２度）に到達するまでに遅れがほぼ生じていない。その結果、温度目標値の時間推移のパターンの（Ａ）における「９４度で３０秒間保持させる」という目標に対して、図１１Ｂの期間２０１ｂでは、９４度±０．５度以内の時間が３０秒と当該目標が達成できている。以下同様に、温度目標値の時間推移のパターンの（Ｂ）における「５５度で３０秒間保持させる」という目標に対して、図１１Ｂの期間２０２ｂでは、５５度±０．５度以内の時間が３０秒と当該目標が達成できている。温度目標値の時間推移のパターンの（Ｃ）における「７２度で６０秒間保持させる」という目標に対して、図１１Ｂの期間２０３ｂでは、７２度±０．５度以内の時間が６０秒と当該目標が達成できている。さらに言えば、±０．５度という目標が達成されただけではなく、それよりも遥かに高精度の±０．０１度が達成できている点にも注目すべきである。さらにまた、図１１ｂの期間２０４ｂの分だけ、ＰＣＲ法の試験のトータル時間が短縮されている。
【０１２０】
なお、図１１Ｂにおいて、温度上昇または下降時においてプロット点の間隔が空いているのは、温度勾配が急峻になったため、即ち、温度制御の応答性が向上して短時間で温度上昇又は下降ができるようになったためである。また、一定温度の時のプロット線幅が細く見えるのは、温度制御の精度が向上し、ブレが小さくなったためである。なお、金属製ウェル７１として、図３Ｂに示す寸法のサイズよりも肉薄にしたサイズ、即ち容積を小さくしたものを採用したことも、温度精度の向上の一因になっていると推測される。
【０１２１】
このようにして本発明に係る温度素子６１を備えるＤＮＡ増幅装置５では、温度目標値の時間推移のパターンに対してＤＮＡ検体（反応溶液）の温度が追従できるようになる理由は次のとおりである。すなわち、上述したように、金属製ウェル７１自体がブリッジ兼電極機能を有していてＡ面部位として動作するため、Ａ面部位での温度変化が、放熱板２１Ａのような遅れ要素となるものを一切介在せずに、プラスチックチューブ８２に直接伝達されるからである。
【０１２２】
以上、本発明に係る温度素子６１を備えるＤＮＡ増幅装置５１について説明した。このため、図５の定電流電源装置１０２は、温度素子６１の電源装置として採用された。しかしながら、図５の定電流電源装置１０２は、温度素子６１の電源装置のみならず、直流で動作する各種電気電子機器を負荷とする電源装置として広く採用することができる。
【０１２３】
ここで、図５の定電流電源装置１０２においては、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１乃至１１１Ｍ２の出力電圧が閾値（上述の例では１Ｖ）以上の場合には、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１乃至１１１Ｍ２が定電流の出力可変制御を担当することで、電力効率を高めるようにしている。一方で、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１乃至１１１Ｍ２の出力電圧が閾値未満の場合には、リニアレギュレータ１１３Ｐ，１１３Ｍが出力電流の可変制御を担当することで、大電流かつ小電圧（特に閾値未満の電圧）が求められる負荷に対しても安定して定電流を供給することが可能になる。
【０１２４】
したがって、大電流かつ小電圧が求められる負荷の電源装置として、図５の定電流電源装置１０２を採用すると好適である。例えばこのような負荷として、本願出願人が先に出願した特願２００９−５６４８３号に開示された「生体組織切断・接着用装置（図１参照）」が存在する。
【０１２５】
即ち、特願２００９−５６４８３号の願書に添付した明細書等によれば、生体組織切断・接着用装置は、対向させて配置した半導体部２、３と、半導体部２、３の各々に配置された電極兼熱交換部５、６と、半導体部２と半導体部３との間に介在されて該半導体部２と半導体部３とを接合するもので熱伝導性を有する接合部４と、電極兼熱交換部５と電極兼熱交換部６とに各々配置された電極８、９とから少なくとも構成され、接合部４には半導体部２、３よりも外部に突出した切断・接着用部位１５が形成されたものとしつつ、電極８、９から半導体部２、３に直流電流を供給する電流源１８及び電流の向きを変える変換器２０を備えた電気回路１０と、水等が循環して流れる熱交換媒体循環路２０と、この熱交換媒体循環路２０上に配置されたポンプ２８及び貯液槽２９とを有し、熱交換媒体循環路２０は電極兼熱交換部５、６の内部を通過する経路が採られたものとしている。この場合、「電極８、９から半導体部２、３に直流電流を供給する電流源１８及び電流の向きを変える変換器２０を備えた電気回路１０」として、図５の定電流電源装置１０２を採用すると好適である。
【符号の説明】
【０１２６】
５１ ＤＮＡ増幅装置
６１，６１ａ，６１ｂ 温度素子
６２ 温度制御部
６３ 水冷部
７１ 金属製ウェル
７２Ｐ，７２Ｐ１，７２Ｐ２ ｐ型半導体
７２Ｎ，７２Ｎ１，７２Ｎ２ ｎ型半導体
７３Ｐ，７３Ｎ，７３ＰＮ 電極兼放熱板
７４Ｐ，７４Ｎ 水管
８１ 装着部
９１ 絶縁体
１０１ 温度調整器
１０２ 定電流電源装置
１０３ 電流計
１０４ 別体電源
１０５ 直流電源
１１１Ｐ１，１１１Ｐ２，１１１Ｍ１，１１１Ｍ２ スイッチングレギュレータ
１１２Ｐ１，１１２Ｐ２，１１２Ｍ１，１１２Ｍ２ ダイオード
１１３Ｐ１，１１３Ｍ リニアレギュレータ
１１４Ｐ，１１４Ｍ カレントループ電流電圧変換部
２０１，２０２ 領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＮＡ検体を増幅するＰＣＲ法に適用可能な温度制御装置及び温度素子用の電源装置に関する。特に、ＰＣＲ法におけるＤＮＡ検体に対する温度制御の高応答性を実現可能な温度制御装置及び温度素子用の電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ、デオキシリボ核酸）を増幅する手法として、ＰＣＲ法（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ、ポリメラーゼ連鎖反応法）が知られている。ＰＣＲ法は、ＤＮＡ検体に対して、当該ＤＮＡ検体と反応させるプライマ、酵素、及びデオキシリボヌクレオシド三リン酸を加えた反応溶液を、温度目標値の時間推移の所定パターンにしたがって加熱又は冷却する処理を繰り返すことによって、ＤＮＡを増幅する手法である。
【０００３】
このようなＰＣＲ法によりＤＮＡを増幅する従来のＤＮＡ増幅装置においては、ＤＮＡ検体（反応溶液）を加熱又は冷却するために、ペルチェ効果を有する素子（以下、「ペルチェ素子」と称する）が利用されている（特許文献１，２参照）。ペルチェ効果とは、異なる導体、例えばｐ型半導体とｎ型半導体との接合に対して電流を流した場合に、その接合部で熱の吸収が発生する現象をいう。
【０００４】
図１は、従来のペルチェ素子１の概略構成を示す断面図である。
【０００５】
従来のペルチェ素子１は、図１中下方から順に、放熱板２１Ｂと、電圧が印加される電極板２３Ｐ，２３Ｎと、電極板２３Ｐに接合されるｐ型半導体２４Ｐ及び電極板２３Ｎに接合されるｎ型半導体２４Ｎの組と、この組に接合される電極板２２Ａと、放熱板２１Ａとが積層されて構成される。
【０００６】
なお、特許文献２においては、電極板２３Ｐ，２３Ｎに相当する金属板ａ１１，ａ１２と、ｐ型半導体２４Ｐ及びｎ型半導体２４Ｎの組に相当するｐ型半導体ａ４及びｎ型半導体ａ３の組と、電極板２２Ａに相当する金属板ａ２とからなるものを、ペルチェ素子と称している（特許文献２の図６参照）。しかしながら、特許文献２でいうペルチェ素子により加熱又は冷却される被温度制御対象は、熱伝導板１２，２２等を介在して配設されている（特許文献２の図１参照）。即ち、図１において、被温度制御対象は容器３１であり、この容器３１と電極板２２Ａとの間に放射板２１Ａが介在していることと、特許文献２において、被温度制御対象（容器３１に相当）と金属板ａ２との間に熱伝導板１２，２２等を介在していることとは等価である。換言すると、特許文献２における熱伝導板１２，２２等は、図１の放熱板２１Ａに相当する。同様に、特許文献２における放熱フィン５１，５２の下面部は、図１の放熱板２１Ｂに相当する。以上まとめると、特許文献２には、図１の従来のペルチェ素子１をそのまま用いて、被温度制御対象に対する温度制御が実行されることが単に開示されているに過ぎない。
【０００７】
以下、説明の簡略上、従来のペルチェ素子１の図１中上方の面側の部位、即ち、放熱板２１Ａ及び電極板２２Ａをまとめて、「Ａ面部位」と称する。一方、ペルチェ素子１の図１中下方の面側の部位、即ち、放熱板２１Ｂ及び電極板２３Ｐ，２３Ｎをまとめて、「Ｂ面部位」と称する。また、電極板２３Ｐを基準として、電極板２３Ｐが高電位になり、電極板２３Ｎが低電位になるように電圧が印加されることを、以下、「従来のペルチェ素子１にプラス電圧が印加される」と表現する。逆に、電極板２３Ｐが低電位になり、電極板２３Ｎが高電位になるように電圧が印加されることを、以下、「従来のペルチェ素子１にマイナス電圧が印加される」と表現する。
【０００８】
例えば図１に示すように、ＤＮＡ検体（反応溶液）が収容された容器３１が、従来のペルチェ素子１のＡ面部位側に、より具体的には、放熱板２１Ａの表面上に配置されているとする。
【０００９】
この場合、従来のペルチェ素子１にマイナス電圧が印加されると、電流が、電極板２３Ｎから電極板２３Ｐに向けて流れる。具体的には、電流が、電極板２３Ｎ、ｎ型半導体２４Ｎ、電極板２２Ａ、ｐ型半導体２４Ｐ、及び電極板２３Ｐの順に流れる。その結果、Ａ面部位が吸熱部となり、Ｂ面部位が発熱部となる。具体的には、従来のペルチェ素子１に印加されたマイナス電圧によって、電極板２３Ｎから電極板２３Ｐに向けて流れる電流の値に応じて、Ａ面部位が低温となりＢ面部位が高温となるような温度差△Ｔが生ずる。これにより、容器３１の熱がＡ面部位に吸熱され、容器３１が冷却される。
【００１０】
これに対して、従来のペルチェ素子１にプラス電圧が印加されると、電流が、プラス電圧が印加された場合とは逆方向に流れる。具体的には、電流が、電極板２３Ｐ、ｐ型半導体２４Ｐ、電極板２２Ａ、ｎ型半導体２４Ｎ、及び電極板２３Ｎの順に流れる。その結果、プラス電圧が印加された場合とは逆に、Ａ面部位が発熱部となり、Ｂ面部位が吸熱部となる。具体的には、従来のペルチェ素子１に印加されたプラス電圧の電圧値によって、電極板２３Ｐから電極板２３Ｎに向けて流れる電流の値に応じて、Ａ面部位が高温となりＢ面部位が低温となるような温度差△Ｔが生ずる。これにより、Ａ面部位から発せられた熱が容器３１に伝搬され、容器３１が加熱される。
【００１１】
したがって、電極板２３Ｎと電極板２３Ｐとの間に流れる電流の値を、温度目標値の時間推移の所定パターンに対応するように可変制御することによって、ＰＣＲ法におけるＤＮＡ検体に対する温度制御が実現可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−２２３２９２号公報
【特許文献２】特開２００７−１９８７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１や２を含む従来のＤＮＡ増幅装置を利用した場合、ＰＣＲ法における温度目標値の時間推移の所定パターンに応じた電流の値の変化に対して、ＤＮＡ検体（反応溶液）の温度が十分に追従して推移しない。即ち、特許文献１や２を含む従来のＤＮＡ増幅装置では、ＰＣＲ法におけるＤＮＡ検体（反応溶液）に対する温度制御の応答性が十分に得られない。
【００１４】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、ＰＣＲ法におけるＤＮＡ検体に対する温度制御の高応答性を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の温度制御装置（例えば実施形態におけるＤＮＡ増幅装置５１）は、
対象物（例えば実施形態におけるプラスチックチューブ８２）を加熱又は冷却する温度制御装置において、
ペルチェ効果により前記ＤＮＡ検体を加熱又は冷却する温度素子（例えば実施形態における温度素子６１）と、
前記温度素子に対する通電制御を行う制御部（例えば実施形態における温度制御部６２）と
を備え、
前記温度素子は、
相互に離間して配置されるｐ型半導体（例えば実施形態におけるｐ型半導体７２Ｐ）及びｎ型半導体（例えば実施形態におけるｎ型半導体７２Ｎ）の組と、
前記対象物を装着する装着部（例えば実施形態における装着部８１）を有し、前記ｐ型半導体は第１又は第２の面で、と前記ｎ型半導体とは前記第１又は第２の面に対向する第２又は第１の面で各々に接合する接合部位（例えば実施形態における金属製ウェル７１）と、
前記ｐ型半導体に接合され、前記制御部により電圧が印加される第１の電極部位（例えば実施形態における電極兼放熱板７３Ｐ）と、
前記ｎ型半導体に接合され、前記制御部により電圧が印加される第２の電極部位（例えば実施形態における電極兼放熱板７３Ｎ）と
を有し、
前記制御部により前記第１の電極部位と前記第２の電極部位との各々に異なる電圧が印加されて、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との間に電位差が生じた場合、前記接合部位は、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との一方から他方へ電流を流すと共に熱を伝搬することで、前記ペルチェ効果を生じさせ、
前記制御部は、スイッチングレギュレータ（実施形態におけるスイッチングレギュレータ１１１Ｐ１乃至１１１Ｍ２）とリニアレギュレータ（実施形態におけるリニアレギュレータ１１３Ｐ及び１１３Ｍ）とを併せ持つ定電流源（実施形態における定電流源装置１０２）を有し、
前記定電流源は、
前記スイッチングレギュレータの出力電圧の絶対値が閾値以上の場合には、定電流の出力可変制御を前記スイッチングレギュレータに担当させ、
前記スイッチングレギュレータの出力電圧の絶対値が前記閾値未満の場合には、定電流の出力可変制御を前記リニアレギュレータに担当させる、
温度制御装置であることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、温度素子に設けられた接合部位は、ｐ型半導体とｎ型半導体と直接接合し、ｐ型半導体とｎ型半導体の一方から他方へ電流を流すと共に熱を伝搬することで、ペルチェ効果を生じさせる機能を有している。この接合部位には装着部が設けられており、ＤＮＡ検体を収容した所定の容器を当該装着部に直接装着することができる。したがって、ＤＮＡ検体は、温度制御系にとって遅れ要素となるもの（例えば図１の従来のペルチェ素子１の放熱板２１Ａ）を介在せずに、接合部位により直接加熱又は冷却される。その結果、従来のペルチェ素子１を採用した場合と比較して、温度制御の高応答性が実現する。
【００１７】
さらに、この発明によれば、定電流源は、スイッチングレギュレータとリニアレギュレータとを併せ持ち、スイッチングレギュレータの出力電圧の値に応じて、定電流の出力可変制御の担当を振り分けている。これにより、例えば±３０Ａ程度の大電流かつ例えば±０．３Ｖ程度の小電圧を出力することが可能になると共に、従来のリニアレギュレータを採用した場合と比較して電力効率が飛躍的に向上する。
【００１８】
この場合、前記対象物は、ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ）検体収容に用いられる所定の容器であり、前記装着部には、前記容器が装着されることになる。
【００１９】
この発明をＰＣＲ法に適用することで、その温度目標値の時間推移の所定パターンに対して、ＤＮＡ検体の温度を追従させて推移させることが可能になる。即ち、ＰＣＲ法におけるＤＮＡ検体に対する温度制御の高応答性が実現可能になる。
【００２０】
この場合、前記温度素子は、
前記ｐ型半導体及び前記ｎ型半導体の複数の組を有し、
前記接合部位の前記第１の面（例えば実施形態における側面７１ａ）には、前記複数の組の各々の前記ｐ型半導体（例えば実施形態におけるｐ型半導体７２Ｐ１及びｐ型半導体７２Ｐ２）が接合され、前記接合部位の前記第２の面（例えば実施形態における側面７１ｂ）には、前記複数の組の各々の前記ｎ型半導体（例えば実施形態におけるｎ型半導体７２Ｎ１及びｎ型半導体７２Ｎ２）が接合されており、
前記第１の電極部位には、前記複数の組の各々の前記ｐ型半導体が接合され、前記第２の電極部位には、前記複数の組の各々の前記ｎ型半導体が接合されているようにしてもよい。
【００２１】
或いは、この場合、前記温度素子は、
前記ｐ型半導体及び前記ｎ型半導体の複数の組を有し、
前記接合部位の前記第１の面（例えば実施形態における側面７１ａ）から前記第２の面（例えば実施形態における側面７１ｂ）に至って絶縁物（例えば実施形態における絶縁物９１）が挿入されることで、前記接続部位は複数の領域（例えば実施形態における領域２０１，２０２）に区分されており、
前記複数の領域毎に、前記第１の面側に前記ｐ型半導体を接合して前記第２の面側に前記ｎ型半導体を接合する組と（例えば実施形態におけるｐ型半導体７２Ｐ２及びｎ型半導体７２Ｎ２の第２組）、前記第１の面側に前記ｎ型半導体を接合して前記第２の面側に前記ｐ型半導体を接合する組（例えば実施形態におけるｐ型半導体７２Ｐ１及びｎ型半導体７２Ｎ１の第１組）とが交互に配置されており、
前記第１の電極部位（例えば実施形態における電極兼放熱板７３Ｐ）には、前記第１の面に接続された所定の前記ｐ型半導体（例えば実施形態におけるｐ型半導体７２Ｐ２）が接合され、前記第２の電極部位（例えば実施形態における電極兼放熱板７３Ｎ）には、前記第１の面に接続された所定の前記ｎ型半導体（例えば実施形態におけるｎ型半導体７２Ｎ１）が接合されており、
前記複数の組を直列に接合する第３の電極部位（例えば実施形態における電極兼放熱板７３ＰＮ）をさらに有するようにしてもよい。
【００２２】
また、この場合、前記温度素子の前記第１の電極部位と前記第２の電極部位とのうち少なくとも一方を冷却する冷却部（例えば実施形態における水冷部６３）をさらに備えるようにしてもよい。
【００２３】
さらにまた、この場合、前記温度制御装置は、携帯型の装置であるようにしてもよい。携帯型の装置とは、人間が自在に持ち運び可能に構成された装置をいう。
【００２４】
本発明の温度素子（例えば実施形態における温度素子６１）用の電源装置（例えば実施形態における定電流電源装置１０２）は、
ペルチェ効果により対象物（例えば実施形態におけるプラスチックチューブ８２）を加熱又は冷却する温度素子用の電源装置において、
相互に離間して配置されるｐ型半導体（例えば実施形態におけるｐ型半導体７２Ｐ）及びｎ型半導体（例えば実施形態におけるｎ型半導体７２Ｎ）の組と、
前記対象物を装着する装着部（例えば実施形態における装着部８１）を有し、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との各々に接合する接合部位（例えば実施形態における金属製ウェル７１）と、
前記ｐ型半導体に接合され、外部から電圧が印加される第１の電極部位（例えば実施形態における電極兼放熱板７３Ｐ）と、
前記ｎ型半導体に接合され、外部から電圧が印加される第２の電極部位（例えば実施形態における電極兼放熱板７３Ｎ）と
を有し、
前記第１の電極部位と前記第２の電極部位との各々に異なる電圧が外部から印加されて、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との間に電位差が生じた場合、前記接合部位は、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との一方から他方へ電流を流すと共に熱を伝搬することで、前記ペルチェ効果を生じさせ、
前記電源装置は、
スイッチングレギュレータ（実施形態におけるスイッチングレギュレータ１１１Ｐ１乃至１１１Ｍ２）とリニアレギュレータ（実施形態におけるリニアレギュレータ１１３Ｐ及び１１３Ｍ）とを併せ持つ定電流源装置であって、
前記スイッチングレギュレータの出力電圧の絶対値が閾値以上の場合には、定電流の出力可変制御を前記スイッチングレギュレータに担当させ、
前記スイッチングレギュレータの出力電圧の絶対値が前記閾値未満の場合には、定電流の出力可変制御を前記リニアレギュレータに担当させる、
温度素子用の電源装置であることを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、温度素子に設けられた接合部位は、ｐ型半導体とｎ型半導体と直接接合し、ｐ型半導体とｎ型半導体の一方から他方へ電流を流すと共に熱を伝搬することで、ペルチェ効果を生じさせる機能を有している。この接合部位には装着部が設けられており、冷却又は加熱の対象物を当該装着部に直接装着することができる。したがって、当該対象物は、温度制御系にとって遅れ要素となるもの（例えば図１の従来のペルチェ素子１の放熱板２１Ａ）を介在せずに、接合部位により直接加熱又は冷却される。その結果、従来のペルチェ素子１を採用した場合と比較して、温度制御の高応答性が実現する。したがって、本発明に係る温度素子をＰＣＲ法に適用することで、即ち、当該対象物としてＤＮＡ検体を収容可能な所定の容器を採用することで、ＰＣＲ法における温度目標値の時間推移の所定パターンに対して、ＤＮＡ検体の温度を追従させて推移させることが可能になる。即ち、ＰＣＲ法におけるＤＮＡ検体に対する温度制御の高応答性が実現可能になる。
【００２６】
さらに、この発明によれば、定電流源は、スイッチングレギュレータとリニアレギュレータとを併せ持ち、スイッチングレギュレータの出力電圧の値に応じて、定電流の出力可変制御の担当を振り分けている。これにより、例えば±３０Ａ程度の大電流かつ例えば±０．３Ｖ程度の小電圧を出力することが可能になると共に、従来のリニアレギュレータを採用した場合と比較して電力効率が飛躍的に向上する。
【００２７】
この場合、前記装着部は、前記対象物の形状に対応した加工が施されて、前記接合部位内に形成されているようにすることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、ＰＣＲ法におけるＤＮＡ検体に対する温度制御の高応答性が実現可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来のペルチェ素子の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＤＮＡ増幅装置の概略構成を示す上面図である。
【図３】図２のＤＮＡ増幅装置の温度素子の金属製ウェルの概略構成を示す斜視図である。
【図４】図２のＤＮＡ増幅装置の温度制御部の概略構成を示す構成図である。
【図５】図４の温度制御部の定電流電源装置の概略構成を示す構成図である。
【図６】図２のＤＮＡ増幅装置の温度素子であって、ｐ型半導体及びｎ型半導体の２組が並列に配置される場合の温度素子の概略構成を示す上面図である。
【図７】図６の温度素子の概略構成の斜視図である。
【図８】図６の温度素子の概略構成であって、図７とは異なる構成の斜視図である。
【図９】図２のＤＮＡ増幅装置の温度素子であって、ｐ型半導体及びｎ型半導体の２組が直列に配置される場合の温度素子の概略構成を示す上面図である。
【図１０】図９の温度素子の概略構成の斜視図である。
【図１１】同一条件のＰＣＲ法の試験を、図１の従来のペルチェ素子を備える従来のＤＮＡ増幅装置を用いて実現した場合と、図２のＤＮＡ増幅装置を用いて実現した場合との比較を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３１】
図２は、本発明の一実施形態に係るＤＮＡ増幅装置５１の概略構成を示す上面図である。
【００３２】
ＤＮＡ増幅装置５１は、温度素子６１と、温度制御部６２と、水冷部６３とを備える。温度素子６１は、ペルチェ効果により対象物を冷却又は加熱すべく、金属製ウェル７１と、ｐ型半導体７２Ｐ及びｎ型半導体７２Ｎの組と、電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎと、水管７４Ｐ，７４Ｎとを備える。
【００３３】
図２に示すように、電極兼放熱板７３Ｐには水管７４Ｐが、電極兼放熱板７３Ｎには水管７４Ｎが、それぞれ接続されている。水冷部６３は、水管７４Ｐ，７４Ｎの各々に水を流すことで、電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎの各々を冷却して一定温度に保つ。即ち、電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎは、図１の従来のペルチェ素子１の放熱板２１Ｂと同様の機能（以下、「放熱板機能」と称する）を有している。
【００３４】
さらに、電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎの各々は、温度制御部６２と電気的に接続されており、温度制御部６２により電圧が印加される。即ち、電極兼放熱板７３Ｐは、図１の従来のペルチェ素子１の電極板２３Ｐと同様の機能を有し、電極兼放熱板７３Ｎは、図１の従来のペルチェ素子１の電極板２３Ｎと同様の機能を有している。なお、以下、これらの機能を「電圧被印加機能」と称する。詳細については後述するが、電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎに印加される電圧の電位差によって、電流が温度素子６１内を流れる。この電流の値及びその向き（極性）が温度制御部６２によって制御されると、温度素子６１が対象物を加熱又は冷却する度合いが調整される。即ち、温度素子６１を用いた温度制御が実現する。
【００３５】
電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎは、放熱板機能及び電圧被印加機能を有していれば、その素材や構造等は任意でよい。ただし、放熱板機能及び電圧被印加機能をより発揮すべく、電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎの素材として、熱伝導率が高く、かつ、電気抵抗が小さい素材が採用されると好適である。本実施形態では、このような素材として銅（Ｃｕ）が採用されている。
【００３６】
電極兼放熱板７３Ｐにはｐ型半導体７２Ｐの一端が接合されている一方で、電極兼放熱板７３Ｎにはｎ型半導体７２Ｎの一端が接合されている。即ち、ｐ型半導体７２Ｐは、図１の従来のペルチェ素子１のｐ型半導体２４Ｐと同様の機能を有し、ｎ型半導体７２Ｎは、図１の従来のペルチェ素子１のｎ型半導体２４Ｎと同様の機能を有している。
【００３７】
ｐ型半導体７２Ｐ及びｎ型半導体７２Ｎの組は、ペルチェ効果を奏すれば、その素材や構造等は任意でよい。ただし、本実施形態では、ｐ型半導体７２Ｐ及びｎ型半導体７２Ｎの組の素材として、より大きなペルチェ効果が得られるビスマステルが採用されている。
【００３８】
ｐ型半導体７２Ｐの他端は、金属製ウェル７１の側面７１ａに直接接合されている一方で、ｎ型半導体７２Ｎの他端は、金属製ウェル７１の側面７１ａに対向する側面７１ｂに直接接合されている。
【００３９】
ここで、本明細書において「直接接合」又は「直接装着」という用語は、温度制御系にとって遅れ要素となるもの（例えば図１の従来のペルチェ素子１の放熱板２１Ａ）を介在しない接合又は装着を意味する。従って、当然ながら、ｐ型半導体７２Ｐ及びｎ型半導体７２Ｎの組と、金属製ウェル７１との間には、両者を接合する目的の素材が介在する場合があり得る。具体的には例えば、本実施形態では、ｐ型半導体７２Ｐ及びｎ型半導体７２Ｎの組は、その表面がニッケルでメッキされ、さらに、ＧａＩｎなどの低融点合金によって、金属製ウェル７１と接合される。即ち、本実施形態では、両者を接合する目的の素材として、メッキ用のニッケルと、低融点合金とが採用されている。なお、本実施形態の接合手法は例示に過ぎず、その他例えば、ニッケル以外の金属でメッキする接合手法、二重にメッキする接合手法、低融点合金として他の材料を採用する接合手法、低融点合金の代わりに半田付けにより接合する接合手法等、各種各様の接合手法を採用することが可能である。
【００４０】
換言すると、金属製ウェル７１は、ｐ型半導体７２Ｐ及びｎ型半導体７２Ｎの組を直接接合する機能、即ち、図１の従来のペルチェ素子１の電極板２２Ａと同様の機能を有している。即ち、当該機能とは、ｐ型半導体７２Ｐとｎ型半導体７２Ｎとの一方から他方へ、電流を流すと共に熱を伝搬することで、ペルチェ効果を生じさせる機能である。なお、以下、当該効果を、「ブリッジ兼電極機能」と称する。
【００４１】
金属製ウェル７１は、ブリッジ兼電極機能を有していれば、その素材や構造等は任意でよい。ただし、金属製ウェル７１は、ブリッジ兼電極機能をより発揮するために、電気抵抗が小さい素材が採用されると好適であり、例えば銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）が採用されると好適である。なお、ここでいうアルミニウムとは、純アルミニウムのみならず、アルミニウム合金も含んでいる。本実施形態では、所定のアルミニウム合金が採用されている。
【００４２】
ここで注目すべき点は、金属製ウェル７１の上面７１ｕには、加熱又は冷却の対象物を直接装着する装着部８１が設けられている点である。
【００４３】
図３は、このような装着部８１を有する金属製ウェル７１の概略構成を示す図である。具体的には、図３Ａは、装着部８１に直接装着される対象物の一例であるプラスチックチューブ８２の概略構成を示す側面図である。図３Ｂは、このようなプラスチックチューブ８２を直接装着可能な装着部８１を有する金属製ウェル７１の概略構成を示す斜視図である。なお、図３に示す各種寸法（ｍｍが記載されている箇所）は、本実施形態で採用されている寸法であって例示にしか過ぎない。
【００４４】
本実施形態では、温度素子６１はＤＮＡ増幅装置５１に備えられているため、温度素子６１により加熱又は冷却される対象物は、正確にいうと、ＤＮＡ検体（反応溶液）である。しかしながら、ＤＮＡ検体（反応溶液）は、直接的な加熱又は冷却が困難であるので、図３Ａに示すようなプラスチックチューブ８２に収容されて加熱又は冷却される。したがって、以下の説明では、加熱又は冷却の対象物は、ＤＮＡ検体（反応溶液）収容に用いられるプラスチックチューブ８２であるとする。
【００４５】
図３Ｂに示すように、このようなプラスチックチューブ８２の下側部分（図３Ａ中１２ｍｍという寸法が記載されている部分）の形状に合わせた凹部が、装着部８１として、金属製ウェル７１の上面７１ｕの中央から内部下方に形成されている。換言すると、装着部８１は、プラスチックチューブ８２を装着すべく加工が施されている。
【００４６】
このように、本実施形態では、ＤＮＡ検体（反応溶液）収容に用いられるプラスチックチューブ８２は、装着部８１に直接装着される。このことは、図１の従来のペルチェ素子１を例えとして用いているならば、容器３１がプラスチックチューブ８２に相当し、電極板２２Ａがブリッジ兼電極機能を有していることを考慮すると、容器３１が放熱板２１Ａを介在せずに電極板２２Ａの内部に直接装着されるのと等価であることを意味する。
【００４７】
即ち、図１の従来のペルチェ素子１を用いて容器３１を加熱又は冷却する場合、容器３１は、放熱板２１Ａを介在して、ブリッジ兼電極機能を有する電極板２２Ａと熱の授受を行うことになる。したがって、従来のペルチェ素子１を用いて容器３１を加熱又は冷却するための温度制御系では、セラミック等で形成される放熱板２１Ａは遅れ要素となる。この遅れ要素の分だけ、図１の従来のペルチェ素子１を用いた温度制御の応答性は悪化することになる。
【００４８】
これに対して、本実施形態の温度制御系、即ち、温度素子６１を用いてプラスチックチューブ８２を加熱又は冷却する温度制御系では、プラスチックチューブ８２は、従来の放熱板２１Ａのような遅れ要素となるものを介在せずに、ブリッジ兼電極機能を有する金属製ウェル７１と直接熱を授受することができる。したがって、遅れ要素が無い分だけ、本実施形態の温度制御の応答性は、図１の従来のペルチェ素子１を用いた場合と比較して高いものになる。なお、このような効果の詳細については、図１１を参照して後述する。
【００４９】
次に、このような温度素子６１に対して温度制御を実行する温度制御部６２について説明する。
【００５０】
図４は、温度制御部６２の概略構成を示す構成図である。
図４に示すように、温度制御部６２は、温度調整器１０１と、定電流電源装置１０２と、電流計１０３と、別体電源１０４と、直流電源１０５とを備える。
【００５１】
温度調整器１０１は、温度素子６１の温度を検出し、その検出温度が目標温度となるように制御する。詳細についてはＤＮＡ増幅装置５１の動作として後述するが、温度素子６１内の電流の方向（極性）及び大きさ（値）を変化させることで、温度素子６１がプラスチックチューブ８２を目標温度まで加熱又は冷却することができる。そこで、温度調整器１０１は、温度素子６１内の電流の方向及び大きさの目標値（以下、「電流目標値」と称する）を設定し、定電流電源装置１０２に供給する。
【００５２】
本実施形態では、電流の方向として、温度素子６１の電極兼放熱板７３Ｐから電極兼放熱板７３Ｎに向かう方向が存在する。当該方向に電流が流れると、温度素子６１はプラスチックチューブ８２を加熱する動作（以下、「加熱動作」と称する）をする。そこで、以下、当該方向を「加熱方向」と称する。
また、別の電流の方向として、温度素子６１の電極兼放熱板７３Ｎから電極兼放熱板７３Ｐに向かう方向が存在する。当該方向に電流が流れると、温度素子６１は、プラスチックチューブ８２を冷却する動作（以下、「冷却動作」と称する）をする。そこで、以下、当該方向を「冷却方向」と称する。
このような電流の方向は、温度調整器１０１の出力信号の種類によって特定される。即ち、温度調整器１０１は、電流の方向として加熱方向を指示する場合には、制御信号ＳＰを出力する。これに対して、温度調整器１０１は、電流の方向として冷却方向を指示する場合には、制御信号ＳＭを温度調整器１０１から出力する。
【００５３】
また、本実施形態では、温度素子６１内の電流目標値は、温度制御調整器１０１から出力される制御信号ＳＰ又はＳＭの信号レベルによって特定される。具体的には例えば、制御信号ＳＰ及びＳＭは、４乃至２０ｍＡの範囲内で可変する電流信号である。従って、制御信号ＳＰ又はＳＭの電流の値によって、温度素子６１内の電流目標値が特定される。
【００５４】
定電流電源装置１０２は、いわゆる定電流レギュレータ（安定化電源装置）として構成されている。定電流電源装置１０２は、温度調整器１０１から出力された制御信号ＳＰ又はＳＭに基づいて出力電流の方向及び大きさを決定し、決定した方向及び大きさの定電流を温度素子６１に出力する。
【００５５】
ここで、本実施形態では、温度素子６１の駆動範囲は±３０Ａであるため、定電流電源装置１０２は、±３０Ａの範囲内で定電流を温度素子６１に出力するものとする。この場合、単純に±３０Ａの直流電流を出力するだけならば、従来のレギュレータを採用することができる。しかしながら、本実施形態の温度素子６１の電源装置として、従来のレギュレータを採用することは困難である。以下、困難な理由について説明する。
【００５６】
即ち、本実施形態の温度素子６１の抵抗ＲＬは非常に低いため、温度素子６１に印加される電圧、即ち電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎ間の電位差は低くなる。例えば、温度素子６１の抵抗ＲＬが１０ｍΩならば、オームの法則に従って単純計算すると、温度素子６１に引加される電圧は±０．３Ｖになる。このように、本実施形態の温度素子６１に対しては、±３０Ａという大電流を温度素子６１に流すと共に、±０．３Ｖ程度の小電圧を温度素子６１に印加することが可能な電源装置が要求される。
【００５７】
ここで、従来のレギュレータは、スイッチンレギュレータと、リニアレギュレータとに大別される。なお、リニアレギュレータは、シリーズレギュレータとも称されている。
【００５８】
スイッチングレギュレータは、リニアレギュレータと比較すると、電力効率が良いというメリットがある反面、定電流源として機能する場合には定格電圧の１０％程度までしか出力できない（出力電圧をそれ以下に降下させると動作保証ができない）というデメリットがある。スイッチングレギュレータは、当該デメリットにより、定電流源として機能したまま±０．３Ｖ程度の小電圧を温度素子６１に印加することは非常に困難である。従って、スイッチングレギュレータを、温度素子６１の電源装置として採用することは非常に困難である。
【００５９】
一方、リニアレギュレータは、定電流源として機能しても０Ｖ乃至定格電圧まで連続可変できるというメリットがある反面、電力効率が悪いというデメリットがある。リニアレギュレータは、当該デメリットにより、温度素子６１の電源装置として採用することは現実的では無い。即ち、電力効率が悪いということは、入力電力と出力電力の差分である損失が大きいということである。この損失は、リニアレギュレータでは熱として消費されるため、放熱器が必要になる。従って、温度素子６１に対して要求される出力電圧が±０．３Ｖと小電圧であることを考慮すると、一般的な入力電圧のリニアレギュレータでは、損失（効率）が非常に大きなものとなり、その分だけ非常に大きな放熱器が必要になる。このような非常に大きな放熱器を設けることは、スペース等の設置環境の観点からもコストの観点からも現実的でない。
【００６０】
そこで、本実施形態の定電流電源装置１０２は、スイッチングレギュレータとリニアレギュレータとを併せ持ち、スイッチングレギュレータの出力電圧の値に応じて、定電流の出力可変制御の担当を振り分けている。例えば、スイッチングレギュレータの出力電圧の値が閾値以上の場合には、スイッチングレギュレータが定電流の出力可変制御を担当し、スイッチングレギュレータの出力電圧の値が閾値未満の場合には、リニアレギュレータが定電流の出力可変制御を担当する。ここで閾値は、スイッチングレギュレータが定電流源として動作保証可能な最低電圧値以上であれば特に限定されず、本実施形態では１Ｖが採用されている。
【００６１】
ここで、上述した説明では温度素子６１における電圧及び電流に着目しため、温度素子の抵抗ＲＬのみを考慮してきた。しかしながら、スイッチングレギュレータに着目すると、配線抵抗等もさらに考慮する必要があり、その結果、温度素子６１に印加される電圧が±０．３Ｖの場合であっても、スイッチングレギュレータの出力電圧は±１Ｖを超えることは適宜ある。また、詳細については後述するが、複数のプラスチックチューブ８２を同時に加熱又は冷却させるために、複数の金属製ウェル７１が直列接続等されて温度素子６１の抵抗ＲＬが増大して、スイッチングレギュレータの出力電圧が±１Ｖを超えることは適宜ある。このように、温度素子６１を用いた温度制御では、スイッチングレギュレータの出力電圧が±１Ｖを超える場合が適宜ある。このような場合には、定電流の出力可変制御の担当はスイッチングレギュレータになるため、電力効率が良い温度制御が可能になる。
【００６２】
また、本実施形態の定電流電源装置１０２においては、リニアレギュレータは、入力電圧（スイッチングレギュレータの出力電圧）が１Ｖ以下の場合に定電流の出力可変制御を担当すれば良いので、従来のリニアレギュレータと比較すると電力損失も小さくなる。このため、放熱器も小さくて済むため、リニアレギュレータを、定電流電源装置１０２内に低コストで容易に設置することが可能になる。
【００６３】
なお、定電流電源装置１０２のさらなる詳細については、図５を参照して後述する。
【００６４】
電流計１０３は、定電流電源装置１０２の出力電流を監視し、監視結果をユーザに提示する。別体電源１０４は、図示せぬ商用交流電源の交流１００Ｖを直流１２Ｖに変換して、定電流電源装置１０２の駆動用電源として供給する。直流電源１０５は、図示せぬ商用交流電源の交流１００Ｖを直流１２Ｖに変換して、定電流電源装置１０２の内部用電源として供給する。
【００６５】
次に、このよう構成の温度制御部６２のうち、定電流電源装置１０２の詳細について説明する。
【００６６】
図５は、本実施形態の定電流電源装置１０２の概略構成を示す構成図である。
【００６７】
図５に示すように、定電流電源装置１０２は、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１乃至１１１Ｍ２と、ダイオード１１２Ｐ１乃至１１２Ｍ２と、リニアレギュレータ１１３Ｐ，１１３Ｍと、カレントループ電流電圧変換部１１４Ｐ，１１４Ｍと、を備える。
【００６８】
図５に示すように、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１及びダイオード１１２Ｐ１の直列接続と、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ２及びダイオード１１２Ｐ２の直列接続とが並列接続されて構成される並列回路１２１Ｐが、定電流電源装置１０２に設けられている。並列回路１２１Ｐのうち、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１，１１１Ｍ側の一端は、別体電源１０４の正極出力端に接続され、ダイオード１１２Ｐ１，１１２Ｐ２側の他端は、リニアレギュレータ１１３Ｐの入力端に接続されている。リニアレギュレータ１１３Ｐの出力端は、電流計１０３を介して、温度素子６１の電極兼放熱板７３Ｐ（図２）に接続される。温度素子６１の逆側の電極兼放熱板７３Ｎ（図２）は、定電流電源装置１０２を介して別体電源１０４の負極出力端に接続される。
【００６９】
従って、詳細についてはＤＮＡ増幅装置５１の動作として後述するが、温度素子６１が加熱動作をする場合、電流は、別体電源１０４の正極出力端、並列回路１２１Ｐ、リニアレギュレータ１１３Ｐ、温度素子６１の電極兼放熱板７３Ｐ及び７３Ｎ、並びに、別体電源１０４の負極出力端の順に流れる。
【００７０】
スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１，１１１Ｐ２は、例えばいわゆるＤＣ−ＤＣコンバータとして構成されており、別体電源１０４により印加された直流１２Ｖの電圧を、１２Ｖ以下の直流電圧に変化して出力する。スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１，１１１Ｐ２は、定電流源として機能しているので、カレントループ電流電圧変換部１１４Ｐによって指示された値の定電流を出力する。即ち、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１，１１１Ｐ２は、カレントループ電流電圧変換部１１４Ｐの指示に従って、定電流の出力可変制御を実行する。ただし、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１，１１１Ｐ２の出力電圧が閾値（１Ｖ）未満となった場合には、定電流の出力可変制御の担当は、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１，１１１Ｐ２から、リニアレギュレータ１１３Ｐに移行する。
【００７１】
ダイオード１１２Ｐ１，１１２Ｐ２の各々は、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１，１１１Ｐ２の各々の出力電圧を降下させると共に、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１，１１１Ｐ２の各々の出力電流の逆流を防止する。
【００７２】
図２に示すように、ダイオード１１２Ｐ１，１１２Ｐ２の各々の出力電流は合算されて、リニアレギュレータ１１３Ｐに出力される。即ち、本実施形態では、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１，１１１Ｐ２の定格電流は１５Ａとされている一方で、上述したように、温度素子６１の定格電流は３０Ａとされている。このため、定格電流が１５Ａの２台のスイッチングレギュレータ１１１Ｐ１，１１１Ｐ２を並列接続することで、温度素子６１の定格電流である３０Ａを出力するようにしている。
【００７３】
換言すると、定格電流が３０Ａのスイッチングレギュレータを採用できる場合には、並列回路１２１Ｐの代わりに、１台の当該スイッチングレギュレータを定電流電源装置１０２に搭載すればよい。この場合、ダイオードは特に必須ではないが、当該スイッチングレギュレータの後段に直列接続してもよい。
【００７４】
逆に、温度素子６１の定格電流が３０Ａを超える場合、例えば４５Ａとなる場合、図示はしないが、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ３及びダイオード１１２Ｐ３の直列接続を、並列回路１２１にさらに並列接続させればよい。要するに、スイッチングレギュレータ１１１ＰＫの定格電流と温度素子６１の定格電流との各々の大きさに応じて、並列回路１２１の並列数Ｋを可変すればよい。なお、Ｋは１以上の整数値であって、図２の例では２である。
【００７５】
リニアレギュレータ１１３Ｐは、例えばＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いて構成されており、上述の如く、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１，１１１Ｐ２の出力電圧が閾値（１Ｖ）未満となった場合に、定電流の出力可変制御を実行する。リニアレギュレータ１１３Ｐはまた、いわゆるＦＥＴスイッチの機能も有しており、カレントループ電流電圧変換部１１４Ｍの制御により、オンオフ状態を切り替える。即ち、詳細についてはＤＮＡ増幅装置５１の動作として後述するが、温度素子６１が加熱動作をする場合には、リニアレギュレータ１１３Ｐはオン状態となる一方、温度素子６１が冷却動作をする場合には、カレントループ電流電圧変換部１１４Ｍの制御により、リニアレギュレータ１１３Ｐはオフ状態となり、並列回路１２１Ｐの出力を遮断する。
【００７６】
カレントループ電流電圧変換部１１４Ｐは、温度素子６１が加熱動作をする場合に温度調整器１０１から出力された制御信号ＳＰを入力する。制御信号ＳＰは、上述の如く、４乃至２０ｍＡの電流信号である。そこで、カレントループ電流電圧変換部１１４Ｐは、制御信号ＳＰを、４乃至２０ｍＡの電流の形態から１乃至５Ｖの電圧の形態に変換して、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１，１１１Ｐ２及びリニアレギュレータ１１３Ｍに供給する。スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１，１１１Ｐ２は、カレントループ電流電圧変換部１１４Ｐから供給された電圧の値（１乃至５Ｖの範囲内の値）に応じて、０乃至１５Ａの範囲内で出力電流の値を変化させる。リニアレギュレータ１１４Ｍは、カレントループ電流電圧変換部１１４Ｐから電圧が供給されると、オン状態からオフ状態に切り替えて、並列回路１２１Ｍの出力を遮断する。
【００７７】
並列回路１２１Ｍ及びリニアレギュレータ１１３Ｍは、並列回路１２１Ｐ及びリニアレギュレータ１１３Ｐと基本的に同様の構成及び機能を有しており、接続形態も同様である。ただし、並列回路１２１Ｍ及びリニアレギュレータ１１４Ｍの駆動タイミングは、並列回路１２１Ｐ及びリニアレギュレータ１１３Ｐの駆動タイミングとは逆である。即ち、温度素子６１が加熱動作をする場合には、上述したように、カレントループ電流電圧変換部１１４Ｐから電圧が供給されてリニアレギュレータ１１３Ｍがオフ状態となるため、並列回路１２１Ｍ及びリニアレギュレータ１１３Ｍの駆動は停止する。一方、温度素子６１が冷却動作をする場合には、リニアレギュレータ１１３Ｍがオン状態となるため、並列回路１２１Ｍ及びリニアレギュレータ１１３Ｍは駆動する。
【００７８】
カレントループ電流電圧変換部１１４Ｍは、温度素子６１が冷却動作をする場合に温度調整器１０１から出力された制御信号ＳＭを入力する。制御信号ＳＭは、上述の如く、４乃至２２ｍＡの電流信号である。そこで、カレントループ電流電圧変換部１１４Ｍは、制御信号ＳＭを、４乃至２０ｍＡの電流の形態から１乃至５Ｖの電圧の形態に変換して、スイッチングレギュレータ１１１Ｍ１，１１１Ｍ２及びリニアレギュレータ１１３Ｐに供給する。スイッチングレギュレータ１１１Ｍ１，１１１Ｍ２は、カレントループ電流電圧変換部１１４Ｍから供給された電圧の値（１乃至５Ｖの範囲内の値）に応じて、０乃至１５Ａの範囲内で出力電流の値を変化させる。リニアレギュレータ１１４Ｐは、上述したように、カレントループ電流電圧変換部１１４Ｍから電圧が供給されると、オン状態からオフ状態に切り替えて、並列回路１２１Ｐの出力を遮断する。
【００７９】
以上、図１乃至図５を参照して、ＤＮＡ増幅装置５１の構成について説明した。次に、当該ＤＮＡ増幅装置５１の動作について説明する。
【００８０】
上述のごとく、機能的な視点では、本実施形態の電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎは、放熱板機能及び電圧被印加機能を有するので、図１の従来のペルチェ素子１の放熱板２１Ｂ及び電極板２３Ｐ，２３Ｎに相当する。したがって、電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎは、従来のペルチェ素子１のＢ面部位と同じ振る舞いをする。そこで、以下、電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎを、本実施形態の温度素子６１における「Ｂ面部位」と適宜称する。
【００８１】
一方、機能的な視点では、金属製ウェル７１は、ブリッジ兼電極機能を有するので、上述のごとく、図１の従来のペルチェ素子１の電極板２２Ａに相当する。したがって、金属製ウェル７１は、従来のペルチェ素子１のＡ面部位と同じ振る舞いをする。そこで以下、金属製ウェル７１を、本実施形態の温度素子６１における「Ａ面部位」と適宜称する。ここで、注意すべき点は、本実施形態の温度素子６１におけるＡ面部位には、従来のペルチェ素子１におけるＡ面部位の放熱板２１Ａのような、温度制御系にとって遅れ要素となるものが存在しない点である。
【００８２】
また、本実施形態では、電極兼放熱板７３Ｐの側を基準として、電極兼放熱板７３Ｐが高電位になり、電極兼放熱板７３Ｎが低電位になるように、温度制御部６２により電圧が印加されることを、以下、「温度素子６１にプラス電圧が印加される」と表現する。逆に、電極兼放熱板７３Ｐが低電位になり、電極兼放熱板７３Ｎが高電位になるように、温度制御部６２により電圧が印加されることを、以下、「温度素子６１にマイナス電圧が印加される」と表現する。
【００８３】
即ち、温度素子６１にプラス電圧が印加される場合とは、図５に示すリニアレギュレータ１１３Ｐがオン状態となって、並列回路１２１Ｐ及びリニアレギュレータ１１３Ｐが駆動している場合を意味する。この場合、電流は、別体電源１０４の正極出力端、並列回路１２１Ｐ、リニアレギュレータ１１３Ｐ、温度素子６１の電極兼放熱板７３Ｐ及び７３Ｎ、並びに、別体電源１０４の負極出力端の順に流れる。なお、リニアレギュレータ１１４Ｍはオフ状態となっているため、並列回路１２１Ｍ及びリニアレギュレータ１１３Ｍの駆動は停止している。
一方、温度素子６１にマイナス電圧が印加される場合とは、図５に示すリニアレギュレータ１１３Ｍがオン状態となって、並列回路１２１Ｍ及びリニアレギュレータ１１３Ｍが駆動している場合を意味する。この場合、電流は、別体電源１０４の正極出力端、並列回路１２１Ｍ、リニアレギュレータ１１３Ｍ、温度素子６１の電極兼放熱板７３Ｎ及び７３Ｐ、並びに、別体電源１０４の負極出力端の順に流れる。なお、リニアレギュレータ１１３Ｐはオフ状態となっているため、並列回路１２１Ｐ及びリニアレギュレータ１１３Ｐの駆動は停止している。
【００８４】
このような温度制御部６２により、温度素子６１にマイナス電圧が印加されると、電流が、図２中右方から左方に流れる。具体的には、電流が、電極兼放熱板７３Ｎ、ｎ型半導体７２Ｎ、金属製ウェル７１、ｐ型半導体７２Ｐ、及び電極兼放熱板７３Ｐの順に流れる。その結果、Ａ面部位である金属製ウェル７１が吸熱部となる。即ち、Ａ面部位である金属製ウェル７１に直接装着されたプラスチックチューブ８２（図３）から発せられた熱は、金属製ウェル７１に直接吸熱され、これにより、プラスチックチューブ８２が冷却される。
【００８５】
詳細には、温度素子６１を流れる電流の値（絶対値）に応じて、Ａ面部位である金属製ウェル７１が低温となり、Ｂ面部位である電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎが高温となるような温度差△Ｔが生ずる。
【００８６】
ここで、Ａ面部位が低温とは、絶対的な意味で低温というのではなく、Ｂ面部位の温度に対して相対的に低温という意味である。即ち、上述したように、Ｂ面部位である電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎは、水冷部６３により水冷されて一定温度を保っている。以下、このようなＢ面部位である電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎ側の一定温度を、「基準温度」と称する。したがって、Ａ面部位である金属製ウェル７１は、基準温度よりも温度差△Ｔだけ低い温度になるように冷却される。
【００８７】
この温度差△Ｔは、一定のリミットは存在するものの、温度素子６１を流れる電流の値（絶対値）が高くなるほど大きくなる。温度素子６１を流れる電流の値、即ち、定電流電源装置１０２から出力される電流の値は、図４の温度調整器１０１から出力される制御信号ＳＭの信号レベルに基づいて制御される。従って、温度調整器１０１は、制御信号ＳＭの信号レベルを高くすることによって、定電流電源装置１０２から出力されて温度素子６１を流れる電流の値を大きくし、その結果、温度差△Ｔを大きくしていくことができる。このように、温度調整器１０１は、制御信号ＳＭの信号レベルを高くすることによって、Ａ面部位である金属製ウェル７１の温度を降下させることができる。この場合、プラスチックチューブ８２は金属製ウェル７１により直接冷却されるので、従来の図１の放熱板２１Ａのような遅れ要素を介して冷却される場合と比較して、温度制御の応答性は高いものになる。
【００８８】
その後、温度制御部６２により出力電圧の極性が反転された場合、即ち、温度素子６１にプラス電圧が印加された場合、電流が、マイナス電圧が印加された場合とは逆方向の図２中左方から右方に流れる。具体的には、電流が、電極兼放熱板７３Ｐ、ｐ型半導体７２Ｐ、金属製ウェル７１、ｎ型半導体７２Ｎ、及び電極兼放熱板７３Ｎの順に流れる。その結果、Ａ面部位である金属製ウェル７１は、今度は発熱部となる。即ち、Ａ面部位である金属製ウェル７１から発せられた熱は、プラスチックチューブ８２に対して直接伝播され、これにより、プラスチックチューブ８２が加熱される。
【００８９】
詳細には、温度素子６１にプラス電圧が印加されると、Ａ面部位である金属製ウェル７１は、基準温度よりも温度差△Ｔだけ高い温度になるように加熱される。この温度差△Ｔは、一定のリミットは存在するものの、温度素子６１を流れる電流の値（絶対値）が高くなるほど大きくなる。温度素子６１を流れる電流の値、即ち、定電流電源装置１０２から出力される電流の値は、図４の温度調整器１０１から出力される制御信号ＳＰの信号レベルに基づいて制御される。従って、温度調整器１０１は、制御信号ＳＰの信号レベルを高くすることによって、定電流電源装置１０２から出力されて温度素子６１を流れる電流の値を大きくし、その結果、温度差△Ｔを大きくしていくことができる。このように、温度調整器１０１は、制御信号ＳＰの信号レベルを高くすることによって、Ａ面部位である金属製ウェル７１の温度を上昇させることができる。この場合、プラスチックチューブ８２は金属製ウェル７１により直接加熱されるので、従来の図１の放熱板２１Ａのような遅れ要素を介して加熱される場合と比較して、温度制御の応答性は高いものになる。
【００９０】
このように、温度制御部６２は、出力電流の方向及び大きさを変化させることで、温度素子６１を用いたプラスチックチューブ８２に対する温度制御を実行することが可能になる。したがって、温度目標値の時間推移の所定パターンとして、出力電流の時間推移の所定パターンが温度制御部６２の温度調整器１０１に与えられることにより、ＰＣＲ法が容易に実現可能になる。即ち、プラスチックチューブ８２に収納されたＤＮＡ検体（反応溶液）が、当該所定パターンに従って変化する温度素子６１の熱サイクルにより加熱又は冷却され、その結果、ＤＮＡが増幅する。
【００９１】
なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００９２】
例えば、ｐ型半導体及びｎ型半導体の組の個数は、図２の実施形態ではｐ型半導体７２Ｐ及びｎ型半導体７２ｎの組といった１組だけとされていたが、これに限定されず、複数組とすることができる。
【００９３】
例えば、図６乃至図１０に示すように、ｐ型半導体７２Ｐ１及びｎ型半導体７２Ｎ１の第１組と、ｐ型半導体７２Ｐ２及びｎ型半導体７２Ｎ２の第２組といった２組を採用することもできる。
【００９４】
図６は、このような第１組及び第２組が並列に配置される場合の温度素子６１の概略構成を示す上面図である。図７は、当該温度素子６１の概略構成の斜視図である。図８は、当該温度素子６１の概略構成であって、図７とは異なる構成の斜視図である。ただし、図７及び図８においては、電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎの図示は省略されている。なお、図７と図８との構成を個々に区別する必要がある場合、図７の構成の温度素子６１を特に「温度素子６１ａ」と称し、図８の構成の温度素子６１を特に「温度素子６１ｂ」と称する。
【００９５】
図６に示すように、第１組のｐ型半導体７２Ｐ１及び第２組のｐ型半導体７２Ｐ２は、一端が電極兼放熱板７３Ｐに接合され、他端が金属製ウェル７１の側面７１ａに接合される。一方、第１組のｎ型半導体７２Ｎ１及び第２組のｎ型半導体７２Ｎ２は、一端が電極兼放熱板７３Ｎに接合され、他端が金属製ウェル７１の側面７１ｂに接合される。
【００９６】
このような第１組と第２組との配置の関係は、並列であれば特に限定されず、例えば図７の温度素子６１ａにおいては垂直方向に第１組と第２組とがそれぞれ配置され、例えば図８の温度素子６１ｂにおいては水平方向に第１組と第２組とがそれぞれ配置される。また、組の並列数は、図６乃至図８に示す第１組及び第２組の２組に特に限定されず、３組以上であってもよい。
【００９７】
図９は、このような第１組及び第２組が直列に配置される場合の温度素子６１の概略構成を示す上面図である。図１０は、当該温度素子６１の概略構成を示す斜視図である。ただし、図１０においては、電極兼放熱板７３Ｐ，７３Ｎ，７３ＰＮの図示は省略されている。
【００９８】
これらの第１組と第２組とを直列に接合する場合、第１組と第２組との各々の電流が、他組の電流と混在せずに、相互に独立して流れる必要がある。このため、図９や図１０に示すように、金属製ウェル７１の側面７１ａから側面７１ｂに至って、金属製ウェル７１を分断するように絶縁物９１が挿入される。これにより、金属製ウェル７１は、２つの領域２０１，１０２に区分される。
【００９９】
図９や図１０の実施形態では、第１組は領域２０１に接合され、第２組は領域２０２に接合される。具体的には、第１組については、ｎ型半導体７２Ｎ１が、金属製ウェル７１の側面７１ａの領域２０１側に接合され、ｐ型半導体７２Ｐ１が、金属製ウェル７１の側面７１ｂの領域２０１側に接合される。これとは逆に、第２組については、ｐ型半導体７２Ｐ２が、金属製ウェル７１の側面７１ａの領域２０２側に接合され、ｎ型半導体７２Ｎ２が、金属製ウェル７１の側面７１ｂの領域２０２側に接合される。
【０１００】
この場合、第１組のｎ型半導体７２Ｎ１及び第２組のｐ型半導体７２Ｐ２に対して電圧が印加されるので、第１組のｎ型半導体７２Ｎ１に対して電極兼放熱板７３Ｎが接合され、第２組のｐ型半導体７２Ｐ２に対して電極兼放熱板７３Ｐが接合される。また、第１組と第２組とを直列に接合すべく、即ち、第１組のｐ型半導体７２Ｐ１と第２組のｎ型半導体７２Ｎ２の一方から他方へ電流を流すべく、第１組のｐ型半導体７２Ｐ１及び第２組のｎ型半導体７２Ｎ２に対して、電極兼放熱板７３ＰＮが接合される。
【０１０１】
これらの第１組と第２組との配置の関係は、電気的に絶縁されている領域２０１，２０２の金属製ウェル７１内の形成位置に依存する。例えば図１０の例では、左右方向に領域２０１，２０２がそれぞれ形成されているので、水平方向に第１組と第２組とがそれぞれ配置される。例えば図示はしないが、上下方向に領域２０１，２０２がそれぞれ形成されている場合には、垂直方向に第１組と第２組とがそれぞれ配置される。換言すると、領域２０１，２０２の金属製ウェル７１内での形成位置を任意に変更することで、それに応じて、第１組と第２組との配置の関係も任意に変更することができる。
【０１０２】
また、組の直列数は、図９や図１０に示す第１組及び第２組の２組に特に限定されず、３組以上であってもよい。ただし、この場合、金属製ウェル７１には、電気的に絶縁されている領域が組数分だけ形成される。そして、複数の領域毎に、側面７１ａにｐ型半導体７２Ｐを接合して側面７１ｂにｎ型半導体７２Ｎを接合する組と、側面７１ａにｎ型半導体７２Ｎを接合して側面７１ｂにｐ型半導体７２Ｐを接合する組とが交互に配置される。そして、側面７１ａに接合された所定の組のｎ型半導体７２Ｎに対して電極兼放熱板７３Ｎが接合され、側面７１ａに接合された別の組のｐ型半導体７２Ｐに対して電極兼放熱板７３Ｐが接合される。また、電極兼放熱板７３ＰＮのような複数の組を直列に接合するための電極兼放熱板も１つ以上設けられる。
【０１０３】
以上、本発明の実施形態として、ｐ型半導体及びｎ型半導体の組の視点で幾つかの実施形態について説明した。当然ながら、その他の視点でも、本発明は様々な実施形態を取ることが可能である。
【０１０４】
また例えば、温度素子６１の基準温度を維持するための電極兼放熱板の冷却手法は、図２の実施形態では水冷部６３による水冷式の手法が採用されていたが、これに限定されず、その他例えば、水以外の液体を使用した冷却手法を採用してもよいし、空冷式の手法を採用してもよい。
【０１０５】
また例えば、温度素子６１により冷却又は加熱される対象物は、図２の実施形態ではプラスチックチューブ８２、より正確にはそれに収納されたＤＮＡ検体（反応溶液）とされていたが、金属製ウェル７１の装着部８１に直接装着可能な物体であれば特に限定されない。換言すると、金属製ウェル７１の装着部８１の形状や個数は、図３の例に特に限定されず、冷却又は加熱の対象物体に応じて任意に変更することが可能である。ただし、この場合、装着部８１は、対象物の形状に対応した加工が施されて、金属製ウェル７１内に形成されていると、対象物に対する加熱又は冷却の応答性がさらに一段と高まるので好適である。
【０１０６】
換言すると、例えば、複数のプラスチックチューブ８２を加熱又は冷却すべく、複数の金属製ウェル７１を接続してもよいし、或いはまた、金属製ウェル７１に形成させる装着部８１の数を複数にしてもよい。
この場合、例えば、複数のプラスチックチューブ８２が行列状に配置されているときには、金属製ウェル７１を上述したように絶縁体で区切り、電流を流す方向を行方向と列方向とに区分することができる。これにより、行方向と列方向との各々に対する個別の温度制御が相互に独立して実行可能になる。
具体的には例えば、Ｎ行（Ｎは２以上の整数値）１列状、即ち直線状にＮ個のプラスチックチューブ８２を接続することができる。この場合には、列方向に対する温度制御によって、Ｎ個のプラスチックチューブ８２全体の温度制御（粗調整の温度制御）を実現できる。一方、行方向に対する温度制御によって、Ｎ個のプラスチックチューブ８２各々に対する個別の温度制御（微調整の温度制御）を実現できる。
このように、複数のプラスチックチューブ８２を加熱又は冷却する場合には、温度素子６１の金属製ウェル７１についての抵抗分が増加するので、定電流電源装置１０２のスイッチングレギュレータ１１１Ｐ１乃至１１１Ｍ２の出力電圧も増加して閾値（１Ｖ）を超えることが多くなる。このような場合には、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１乃至１１１Ｍ２が定電流の出力可変制御を担当するので、温度制御時の電力効率が向上する。
【０１０７】
本発明は、このような各種各様の実施形態によらず、例えば次の（１）乃至（４）のような効果を奏することが可能である。
【０１０８】
（１）本発明に係る温度素子６１に設けられた金属製ウェル７１は、ｐ型半導体７２Ｐとｎ型半導体７２ｎとを直接接合し、ｐ型半導体７２Ｐとｎ型半導体７２ｎの一方から他方へ電流を流すと共に熱を伝搬することで、ペルチェ効果を生じさせる機能を有している。この金属製ウェル７１には、冷却又は加熱の対象物を直接装着可能な装着部８１が設けられている。したがって、当該対象物は、温度制御系にとって遅れ要素となるもの（例えば図１の従来のペルチェ素子１の放熱板２１Ａ）を介在せずに金属製ウェル７１により直接加熱又は冷却される。即ち、金属製ウェル７１は、ｐ型半導体７２Ｐとｎ型半導体７２ｎとの一方から他方へ流れる電流と共に伝搬される熱の経路になっている。従って、当該経路を伝搬する熱が対象物に直接供給されることによって、当該対象物が加熱され、また、当該対象物から発生られた熱が当該経路に直接供給されることによって、当該対象物が冷却される。その結果、従来のペルチェ素子１を採用した場合と比較して、温度制御の高応答性が実現する。
【０１０９】
（２）本発明に係る温度素子６１は、その構造から、従来と比較して一桁近く温度精度を向上させることが可能になる。即ち、図１の従来のペルチェ素子１は、説明の簡略上、ｐ型半導体２４Ｐ及びｎ型半導体２４Ｎの組を１組だけ有する構造とされたが、ＰＣＲ法に適用する従来のペルチェ素子は、このような組を複数組有し、その複数組を直列に繋げる構造を有している。このため、従来のペルチェ素子では、ｐ型半導体又はｎ型半導体と放熱板との各界面（接触面）の電気抵抗及び熱抵抗が揃っておらず、このことが、位相がズレて熱応答性を鈍らせる要因となっていた。これに対して、本発明に係る温度素子６１は、図６乃至図１０を用いて上述したように、その構造から、ｐ型半導体７２Ｐ又はｎ型半導体７２Ｎと金属製ウェル７１との界面の数が極めて少ないため、熱応答性を鈍らせる影響度合が従来と比較して遥かに低くなる。その結果、従来と比較して一桁近い温度精度の向上が可能になる。
【０１１０】
（３）ペルチェ効果による熱応答性は、電流が大きいほど高くなることが原理的に知られている。ここで、本発明に係る温度素子６１は、図１の従来のペルチェ素子１を含む従来のペルチェ素子と比較して、ｐ型半導体７２Ｐとｎ型半導体７２Ｎとの組数を減少させ、１組当たりの金属製ウェル７１との界面の面積（接触面積）を増大させたため、より一段と大きな電流を取り扱うことが可能である。このため、本発明に係る温度素子６１に対して大きな電流を流すことによって、さらに一段と熱応答性が高くなる。
【０１１１】
（４）このような本発明に係る温度素子６１を駆動させる定電流源としては、±３０Ａ程度の大電流かつ±０．３Ｖ程度の小電圧を出力することが要求される。しかしながら、従来のスイッチングレギュレータを単に適用しても、当該要求に応えることは困難である。一方、従来のリニアレギュレータを単に適用しても、当該要求に応えること自体は可能になるが、電力効率が悪く現実的でない。そこで、本発明に係る定電流電源装置１０２は、スイッチングレギュレータとリニアレギュレータとを併せ持ち、スイッチングレギュレータの出力電圧の値に応じて、定電流の出力可変制御の担当を振り分けている。例えば、スイッチングレギュレータの出力電圧の値が閾値以上の場合には、スイッチングレギュレータが定電流の出力可変制御を担当し、スイッチングレギュレータの出力電圧の値が閾値未満の場合には、リニアレギュレータが定電流の出力可変制御を担当する。これにより、±３０Ａ程度の大電流かつ±０．３Ｖ程度の小電圧を出力することが可能になると共に、従来のリニアレギュレータを採用した場合と比較して電力効率が飛躍的に向上する。
【０１１２】
このような各種各様の効果を奏する温度素子６１をＰＣＲ法に適用することで、即ち、当該対象物としてＤＮＡ検体収容に用いられるプラスチックチューブ８２を採用することで、ＰＣＲ法における温度目標値の時間推移の所定パターンに対して、ＤＮＡ検体の温度を追従して変化させることが可能になる。即ち、図１１に示すように、ＰＣＲ法におけるＤＮＡ検体の温度制御の高応答性が実現可能になる。その結果、１工程に要する時間が短縮され、処理効率の向上や省電力性の向上が達成可能になる。
【０１１３】
図１１は、同一条件によるＰＣＲ法の試験を、従来のペルチェ素子１を備える従来のＤＮＡ増幅装置を用いて行った場合と、本発明に係る温度素子６１を備えるＤＮＡ増幅装置５１を用いて行った場合との比較を示す図である。
【０１１４】
図１１Ａは、従来のペルチェ素子１を備える従来のＤＮＡ増幅装置を用いてＰＣＲ法の試験を行った場合における、ＤＮＡ検体（反応溶液）の温度の時系列変化を示す図である。図１１Ｂは、本発明に係る温度素子６１を備えるＤＮＡ増幅装置５１を用いてＰＣＲ法の試験を行った場合における、ＤＮＡ検体（反応溶液）の温度の時系列変化を示す図である。図１１において、縦軸は温度（度）を示し、横軸は時間（秒）を示している。
【０１１５】
この両試験におけるＰＣＲ法における温度目標値の時間推移のパターンは、次の（Ａ）乃至（Ｃ）のとおりである。
（Ａ）最初に、温度目標値を９４度として、９４度まで加熱させて、９４度で３０秒間保持させる。
この期間が、図１１Ａにおいては期間２０１ａであり、図１１Ｂにおいては期間２０１ｂである。
（Ｂ）次に、温度目標値を５５度に切り替えて、５５度まで冷却させて、５５度で３０秒間保持させる。
この期間が、図１１Ａにおいては期間２０２ａであり、図１１Ｂにおいては期間２０２ｂである。
（Ｃ）次に、温度目標値を７２度に切り替えて、７２度まで加熱させて、７２度で６０秒間保持させる。
この期間が、図１１Ａにおいては期間２０３ａであり、図１１Ｂにおいては期間２０３ｂである。
【０１１６】
また、この試験条件は次の（ａ）乃至（ｃ）のとおりである。
（ａ）両試験とも、０．２ｍｌの標準品のプラスチックチューブ８２、及び、穴径が９６ｍｍの装着部８１を２つ有する金属製ウェル７１が用いられた。ただし、従来のペルチェ素子１を採用した試験では、金属製ウェル７１は、放熱板２１Ａの表面上の所定位置、即ち図１に示す容器３１の描画位置に配置された。即ち、従来のペルチェ素子１を採用した試験では、金属製ウェル７１は、ブリッジ兼電極機能を発揮せずに、単にプラスチェックチューブ８２を装着する装着部としての機能のみを発揮する。一方、本発明に係る温度素子６１を採用した試験では、金属製ウェル７１は、図３Ｂに示す寸法のサイズよりも肉薄にしたサイズ、即ち容積を小さくしている。また、温度調整機１０１内の温度検出部（センサ）は、本願出願時点において、可能な限り高精度で高応答なものを採用した。
（ｂ）ＤＮＡ検体（反応溶液）の温度は、両試験とも、同一の熱電対をプラスチックチューブ８２内に挿入することで測定された。
（ｃ）なお、本発明に係る温度素子６１を備えるＤＮＡ増幅装置５１を用いたＰＣＲ法の試験において、温度制御部６２の出力電流は次の通りとなった。即ち、図１１Ｂの期間２０１ｂのうち、加熱期間（９４度まで温度を上昇させている期間）は１９．６Ａであり、温度保持期間（９４度で保持させている期間）は１０．４Ａであった。図１１Ｂの期間２０２ｂのうち、冷却期間（５５度まで温度を下降させている期間）は１８．１Ａであり、温度保持期間（５５度で保持させている期間）は５．４Ａであった。図１１Ｂの期間２０３ｂのうち、加熱期間（７２度まで温度を上昇させている期間）は１８．５Ａであり、温度保持期間（７２度で保持させている期間）は７．３Ａであった。
【０１１７】
従来のペルチェ素子１を備える従来のＤＮＡ増幅装置を用いてＰＣＲ法の試験を行った場合には、図１１Ａの期間２０１ａ乃至２０３ａの何れにおいても波形が鈍っていることから明らかなように、温度目標値の時間推移のパターンに対して、ＤＮＡ検体（反応溶液）の温度が追従して変化していない。即ち、ＤＮＡ検体（反応溶液）の温度が、温度目標値（期間２０１ａにおいては９４度、期間２０２ａおいては５５度、期間２０３ａにおいては７２度）に到達するまでに遅れが生じている。その結果、温度目標値の時間推移のパターンの（Ａ）における「９４度で３０秒間保持させる」という目標に対して、図１１Ａの期間２０１ａでは、９４度±０．５度以内の時間が２６秒と当該目標が達成できていない。以下同様に、温度目標値の時間推移のパターンの（Ｂ）における「５５度で３０秒間保持させる」という目標に対して、図１１Ａの期間２０２ａでは、５５度±０．５度以内の時間が２０秒と当該目標が達成できていない。温度目標値の時間推移のパターンの（Ｃ）における「７２度で６０秒間保持させる」という目標に対して、図１１Ａの期間２０２ａでは、７２度±０．５度以内の時間が５６秒と当該目標が達成できていない。
【０１１８】
このように、従来のペルチェ素子１を備える従来のＤＮＡ増幅装置では、温度目標値の時間推移のパターンに対してＤＮＡ検体（反応溶液）の温度が追従できない理由は次のとおりである。すなわち、上述したように、従来のペルチェ素子１のＡ面部位での温度変化、即ち、ブリッジ兼電極機能を有する電極板２２Ａでの温度変化は、遅れ要素となる放熱板２１Ａ（図１参照）を介在して、金属製ウェル７１に装着されたプラスチックチューブ８２に伝達されるからである。
【０１１９】
これに対して、本発明に係る温度素子６１を備えるＤＮＡ増幅装置５１を用いてＰＣＲ法の試験を行った場合には、図１１Ｂの期間２０１ｂ乃至２０３ｂの何れにおいても波形が急峻になっていることから明らかなように、温度目標値の時間推移のパターンに対して、ＤＮＡ検体（反応溶液）の温度がほぼ追従して変化している。即ち、ＤＮＡ検体（反応溶液）の温度が、温度目標値（期間２０１ｂにおいては９４度、期間２０２ｂにおいては５５度、期間２０３ｂｃにおいては７２度）に到達するまでに遅れがほぼ生じていない。その結果、温度目標値の時間推移のパターンの（Ａ）における「９４度で３０秒間保持させる」という目標に対して、図１１Ｂの期間２０１ｂでは、９４度±０．５度以内の時間が３０秒と当該目標が達成できている。以下同様に、温度目標値の時間推移のパターンの（Ｂ）における「５５度で３０秒間保持させる」という目標に対して、図１１Ｂの期間２０２ｂでは、５５度±０．５度以内の時間が３０秒と当該目標が達成できている。温度目標値の時間推移のパターンの（Ｃ）における「７２度で６０秒間保持させる」という目標に対して、図１１Ｂの期間２０３ｂでは、７２度±０．５度以内の時間が６０秒と当該目標が達成できている。さらに言えば、±０．５度という目標が達成されただけではなく、それよりも遥かに高精度の±０．０１度が達成できている点にも注目すべきである。さらにまた、図１１ｂの期間２０４ｂの分だけ、ＰＣＲ法の試験のトータル時間が短縮されている。
【０１２０】
なお、図１１Ｂにおいて、温度上昇または下降時においてプロット点の間隔が空いているのは、温度勾配が急峻になったため、即ち、温度制御の応答性が向上して短時間で温度上昇又は下降ができるようになったためである。また、一定温度の時のプロット線幅が細く見えるのは、温度制御の精度が向上し、ブレが小さくなったためである。なお、金属製ウェル７１として、図３Ｂに示す寸法のサイズよりも肉薄にしたサイズ、即ち容積を小さくしたものを採用したことも、温度精度の向上の一因になっていると推測される。
【０１２１】
このようにして本発明に係る温度素子６１を備えるＤＮＡ増幅装置５では、温度目標値の時間推移のパターンに対してＤＮＡ検体（反応溶液）の温度が追従できるようになる理由は次のとおりである。すなわち、上述したように、金属製ウェル７１自体がブリッジ兼電極機能を有していてＡ面部位として動作するため、Ａ面部位での温度変化が、放熱板２１Ａのような遅れ要素となるものを一切介在せずに、プラスチックチューブ８２に直接伝達されるからである。
【０１２２】
以上、本発明に係る温度素子６１を備えるＤＮＡ増幅装置５１について説明した。このため、図５の定電流電源装置１０２は、温度素子６１の電源装置として採用された。しかしながら、図５の定電流電源装置１０２は、温度素子６１の電源装置のみならず、直流で動作する各種電気電子機器を負荷とする電源装置として広く採用することができる。
【０１２３】
ここで、図５の定電流電源装置１０２においては、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１乃至１１１Ｍ２の出力電圧が閾値（上述の例では１Ｖ）以上の場合には、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１乃至１１１Ｍ２が定電流の出力可変制御を担当することで、電力効率を高めるようにしている。一方で、スイッチングレギュレータ１１１Ｐ１乃至１１１Ｍ２の出力電圧が閾値未満の場合には、リニアレギュレータ１１３Ｐ，１１３Ｍが出力電流の可変制御を担当することで、大電流かつ小電圧（特に閾値未満の電圧）が求められる負荷に対しても安定して定電流を供給することが可能になる。
【０１２４】
したがって、大電流かつ小電圧が求められる負荷の電源装置として、図５の定電流電源装置１０２を採用すると好適である。例えばこのような負荷として、本願出願人が先に出願した特願２００９−５６４８３号に開示された「生体組織切断・接着用装置（図１参照）」が存在する。
【０１２５】
即ち、特願２００９−５６４８３号の願書に添付した明細書等によれば、生体組織切断・接着用装置は、対向させて配置した半導体部２、３と、半導体部２、３の各々に配置された電極兼熱交換部５、６と、半導体部２と半導体部３との間に介在されて該半導体部２と半導体部３とを接合するもので熱伝導性を有する接合部４と、電極兼熱交換部５と電極兼熱交換部６とに各々配置された電極８、９とから少なくとも構成され、接合部４には半導体部２、３よりも外部に突出した切断・接着用部位１５が形成されたものとしつつ、電極８、９から半導体部２、３に直流電流を供給する電流源１８及び電流の向きを変える変換器２０を備えた電気回路１０と、水等が循環して流れる熱交換媒体循環路２０と、この熱交換媒体循環路２０上に配置されたポンプ２８及び貯液槽２９とを有し、熱交換媒体循環路２０は電極兼熱交換部５、６の内部を通過する経路が採られたものとしている。この場合、「電極８、９から半導体部２、３に直流電流を供給する電流源１８及び電流の向きを変える変換器２０を備えた電気回路１０」として、図５の定電流電源装置１０２を採用すると好適である。
【符号の説明】
【０１２６】
５１ ＤＮＡ増幅装置
６１，６１ａ，６１ｂ 温度素子
６２ 温度制御部
６３ 水冷部
７１ 金属製ウェル
７２Ｐ，７２Ｐ１，７２Ｐ２ ｐ型半導体
７２Ｎ，７２Ｎ１，７２Ｎ２ ｎ型半導体
７３Ｐ，７３Ｎ，７３ＰＮ 電極兼放熱板
７４Ｐ，７４Ｎ 水管
８１ 装着部
９１ 絶縁体
１０１ 温度調整器
１０２ 定電流電源装置
１０３ 電流計
１０４ 別体電源
１０５ 直流電源
１１１Ｐ１，１１１Ｐ２，１１１Ｍ１，１１１Ｍ２ スイッチングレギュレータ
１１２Ｐ１，１１２Ｐ２，１１２Ｍ１，１１２Ｍ２ ダイオード
１１３Ｐ１，１１３Ｍ リニアレギュレータ
１１４Ｐ，１１４Ｍ カレントループ電流電圧変換部
２０１，２０２ 領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を加熱又は冷却する温度制御装置において、
ペルチェ効果により前記対象物を加熱又は冷却する温度素子と、
前記温度素子に対する通電制御を行う制御部と
を備え、
前記温度素子は、
相互に離間して配置されるｐ型半導体及びｎ型半導体の組と、
前記対象物を装着する装着部を有し、前記ｐ型半導体とは第１又は第２の面で、前記ｎ型半導体とは前記第１又は第２の面に対向する第２又は第１の面で各々に接合する接合部位と、
前記ｐ型半導体に接合され、前記制御部により電圧が印加される第１の電極部位と、
前記ｎ型半導体に接合され、前記制御部により電圧が印加される第２の電極部位と
を有し、
前記制御部により前記第１の電極部位と前記第２の電極部位との各々に異なる電圧が印加されて、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との間に電位差が生じた場合、前記接合部位は、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との一方から他方へ電流を流すと共に熱を伝搬することで、前記ペルチェ効果を生じさせ、
前記制御部は、スイッチングレギュレータとリニアレギュレータとを併せ持つ定電流源を有し、
前記定電流源は、
前記スイッチングレギュレータの出力電圧の絶対値が閾値以上の場合には、定電流の出力可変制御を前記スイッチングレギュレータに担当させ、
前記スイッチングレギュレータの出力電圧の絶対値が前記閾値未満の場合には、定電流の出力可変制御を前記リニアレギュレータに担当させる、
温度制御装置。
【請求項２】
前記対象物は、ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ）検体収容に用いられる所定の容器であり、
前記装着部は、前記容器を装着すべく加工が施された
請求項１に記載の温度制御装置。
【請求項３】
前記温度素子は、
前記ｐ型半導体及び前記ｎ型半導体の複数の組を有し、
前記接合部位の前記第１の面には、前記複数の組の各々の前記ｐ型半導体が接合され、前記接合部位の前記第２の面には、前記複数の組の各々の前記ｎ型半導体が接合されており、
前記第１の電極部位には、前記複数の組の各々の前記ｐ型半導体が接合され、前記第２の電極部位には、前記複数の組の各々の前記ｎ型半導体が接合されている
請求項１又は２に記載の温度制御装置。
【請求項４】
前記温度素子は、
前記ｐ型半導体及び前記ｎ型半導体の複数の組を有し、
前記接合部位の前記第１の面から前記第２の面に至って絶縁物が挿入されることで、前記接合部位は複数の領域に区分されており、
前記複数の領域毎に、前記第１の面側に前記ｐ型半導体を接合して前記第２の面側に前記ｎ型半導体を接合する組と、前記第１の面側に前記ｎ型半導体を接合して前記第２の面側に前記ｐ型半導体を接合する組とが交互に配置されており、
前記第１の電極部位には、前記第１の面に接続された所定の前記ｐ型半導体が接合され、前記第２の電極部位には、前記第１の面に接続された所定の前記ｎ型半導体が接合されており、
前記複数の組を直列に接合する第３の電極部位をさらに有する
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の温度制御装置。
【請求項５】
前記温度素子の前記第１の電極部位と前記第２の電極部位とのうち少なくとも一方を冷却する冷却部
をさらに備える請求項１乃至４の何れか１項に記載の温度制御装置。
【請求項６】
前記温度制御装置は、携帯型の装置である
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の温度制御装置。
【請求項７】
ペルチェ効果により対象物を加熱又は冷却する温度素子用の電源装置において、
前記温度素子は、
相互に離間して配置されるｐ型半導体及びｎ型半導体の組と、
前記対象物を装着する装着部を有し、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との各々に接合する接合部位と、
前記ｐ型半導体に接合され、外部から電圧が印加される第１の電極部位と、
前記ｎ型半導体に接合され、外部から電圧が印加される第２の電極部位と
を有し、
前記第１の電極部位と前記第２の電極部位との各々に異なる電圧が外部から印加されて、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との間に電位差が生じた場合、前記接合部位は、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との一方から他方へ電流を流すと共に熱を伝搬することで、前記ペルチェ効果を生じさせる
温度素子であって、
前記電源装置は、
スイッチングレギュレータとリニアレギュレータとを併せ持つ定電流源装置であって、
前記スイッチングレギュレータの出力電圧の絶対値が閾値以上の場合には、定電流の出力可変制御を前記スイッチングレギュレータに担当させ、
前記スイッチングレギュレータの出力電圧の絶対値が前記閾値未満の場合には、定電流の出力可変制御を前記リニアレギュレータに担当させる、
温度素子用の電源装置。
【請求項８】
前記装着部は、前記対象物の形状に対応した加工が施されて、前記接合部位内に形成されている
請求項７に記載の温度素子用の電源装置。
【請求項１】
対象物を加熱又は冷却する温度制御装置において、
ペルチェ効果により前記対象物を加熱又は冷却する温度素子と、
前記温度素子に対する通電制御を行う制御部と
を備え、
前記温度素子は、
相互に離間して配置されるｐ型半導体及びｎ型半導体の組と、
前記対象物を装着する装着部を有し、前記ｐ型半導体とは第１又は第２の面で、前記ｎ型半導体とは前記第１又は第２の面に対向する第２又は第１の面で各々に接合する接合部位と、
前記ｐ型半導体に接合され、前記制御部により電圧が印加される第１の電極部位と、
前記ｎ型半導体に接合され、前記制御部により電圧が印加される第２の電極部位と
を有し、
前記制御部により前記第１の電極部位と前記第２の電極部位との各々に異なる電圧が印加されて、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との間に電位差が生じた場合、前記接合部位は、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との一方から他方へ電流を流すと共に熱を伝搬することで、前記ペルチェ効果を生じさせ、
前記制御部は、スイッチングレギュレータとリニアレギュレータとを併せ持つ定電流源を有し、
前記定電流源は、
前記スイッチングレギュレータの出力電圧の絶対値が閾値以上の場合には、定電流の出力可変制御を前記スイッチングレギュレータに担当させ、
前記スイッチングレギュレータの出力電圧の絶対値が前記閾値未満の場合には、定電流の出力可変制御を前記リニアレギュレータに担当させる、
温度制御装置。
【請求項２】
前記対象物は、ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ）検体収容に用いられる所定の容器であり、
前記装着部は、前記容器を装着すべく加工が施された
請求項１に記載の温度制御装置。
【請求項３】
前記温度素子は、
前記ｐ型半導体及び前記ｎ型半導体の複数の組を有し、
前記接合部位の前記第１の面には、前記複数の組の各々の前記ｐ型半導体が接合され、前記接合部位の前記第２の面には、前記複数の組の各々の前記ｎ型半導体が接合されており、
前記第１の電極部位には、前記複数の組の各々の前記ｐ型半導体が接合され、前記第２の電極部位には、前記複数の組の各々の前記ｎ型半導体が接合されている
請求項１又は２に記載の温度制御装置。
【請求項４】
前記温度素子は、
前記ｐ型半導体及び前記ｎ型半導体の複数の組を有し、
前記接合部位の前記第１の面から前記第２の面に至って絶縁物が挿入されることで、前記接合部位は複数の領域に区分されており、
前記複数の領域毎に、前記第１の面側に前記ｐ型半導体を接合して前記第２の面側に前記ｎ型半導体を接合する組と、前記第１の面側に前記ｎ型半導体を接合して前記第２の面側に前記ｐ型半導体を接合する組とが交互に配置されており、
前記第１の電極部位には、前記第１の面に接続された所定の前記ｐ型半導体が接合され、前記第２の電極部位には、前記第１の面に接続された所定の前記ｎ型半導体が接合されており、
前記複数の組を直列に接合する第３の電極部位をさらに有する
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の温度制御装置。
【請求項５】
前記温度素子の前記第１の電極部位と前記第２の電極部位とのうち少なくとも一方を冷却する冷却部
をさらに備える請求項１乃至４の何れか１項に記載の温度制御装置。
【請求項６】
前記温度制御装置は、携帯型の装置である
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の温度制御装置。
【請求項７】
ペルチェ効果により対象物を加熱又は冷却する温度素子用の電源装置において、
前記温度素子は、
相互に離間して配置されるｐ型半導体及びｎ型半導体の組と、
前記対象物を装着する装着部を有し、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との各々に接合する接合部位と、
前記ｐ型半導体に接合され、外部から電圧が印加される第１の電極部位と、
前記ｎ型半導体に接合され、外部から電圧が印加される第２の電極部位と
を有し、
前記第１の電極部位と前記第２の電極部位との各々に異なる電圧が外部から印加されて、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との間に電位差が生じた場合、前記接合部位は、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との一方から他方へ電流を流すと共に熱を伝搬することで、前記ペルチェ効果を生じさせる
温度素子であって、
前記電源装置は、
スイッチングレギュレータとリニアレギュレータとを併せ持つ定電流源装置であって、
前記スイッチングレギュレータの出力電圧の絶対値が閾値以上の場合には、定電流の出力可変制御を前記スイッチングレギュレータに担当させ、
前記スイッチングレギュレータの出力電圧の絶対値が前記閾値未満の場合には、定電流の出力可変制御を前記リニアレギュレータに担当させる、
温度素子用の電源装置。
【請求項８】
前記装着部は、前記対象物の形状に対応した加工が施されて、前記接合部位内に形成されている
請求項７に記載の温度素子用の電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１８８７４９（Ｐ２０１１−１８８７４９Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５５０３１（Ｐ２０１０−５５０３１）
【出願日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【出願人】（５９２２１８３００）学校法人神奈川大学 (243)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【出願人】（５９２２１８３００）学校法人神奈川大学 (243)
【Ｆターム（参考）】
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