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熱サイクル装置及び異常判定方法
説明

熱サイクル装置及び異常判定方法

【課題】所望の熱サイクルを反応液に施せなくなる状態であるか否かを判定できる熱サイクル装置及び熱サイクル装置の異常判定方法を提供すること。
【解決手段】反応液と、反応液とは比重が異なり、反応液とは混和しない液体とが充填され、反応液が対向する内壁に沿って移動する流路を含む反応容器を装着する装着部と、流路に対して、反応液が移動する方向に温度勾配を形成する温度勾配形成部と、装着部及び温度勾配形成部の配置を、第1の配置と、重力の作用する方向における流路の最下点の位置が第1の配置とは異なる第2の配置との間で切換える駆動機構と、所定の波長の光の強度を検出する検出部と、検出部によって検出された光の強度に基づいて、反応容器の状態が異常であるか否かを判定する判定部と、を含み、反応容器に充填された反応液及び反応液とは混和しない液体のいずれか一方は、所定の波長の光を発する蛍光物質を含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱サイクル装置及び異常判定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、遺伝子の利用技術の発展により、遺伝子診断や遺伝子治療など遺伝子を利用した医療が注目されている他、農畜産分野においても品種判別や品種改良に遺伝子を用いた手法が多く開発されている。遺伝子を利用するための技術として、PCR(Polymerase Chain Reaction)法などの技術が広く普及している。今日では、PCR法は生体物質の情報解明において必要不可欠な技術となっている。
【0003】
PCR法は、増幅の対象とする核酸(標的核酸)及び試薬を含む溶液(反応液)に熱サイクルを施すことで、標的核酸を増幅させる手法である。熱サイクルは、2段階以上の温度を周期的に反応液に施す処理である。PCR法においては、2段階又は3段階の熱サイクルを施す手法が一般的である。
【0004】
PCR法では一般に、チューブや生体試料反応用チップ(バイオチップ)と称する、生化学反応を行うための容器を使用する。しかしながら従来の手法においては、必要な試薬等の量が多く、また反応に必要な熱サイクルを実現するために装置が複雑化したり、反応に時間がかかったりするという問題があった。そのため微少量の試薬や検体を用いてPCRを精度よく短時間で行うためのバイオチップや反応装置が必要とされていた。
【0005】
このような問題を解決するために、特許文献1には、反応液と、ミネラルオイルとが充填された生体試料反応用チップを、水平方向の回転軸の周りに回転させることで、ミネラルオイル中で反応液を移動させて熱サイクルを施す生体試料反応装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2009−136250号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1に記載の生体試料反応装置においては、所望の熱サイクルを反応液に施すためには、ミネラルオイル中を反応液が移動することが必要となる。しかし、例えば、反応液がバイオチップ内に張り付いて移動しなくなったり、バイオチップの生体試料反応装置への装着に不具合があったりすると、所望の熱サイクルを反応液に施せなくなる可能性がある。
【0008】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、所望の熱サイクルを反応液に施せなくなる状態であるか否か、すなわち反応容器の状態が異常であるか否かを判定できる熱サイクル装置及び異常判定方法を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【0009】
(1)本形態に係る熱サイクル装置は、反応液と、前記反応液とは比重が異なり、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填され、前記反応液が対向する内壁に沿って移動する流路を含む反応容器を装着する装着部と、前記装着部に前記反応容器を装着した場合に、前記流路に対して、前記反応液が移動する方向に温度勾配を形成する温度勾配形成部と、前記装着部に前記反応容器を装着した場合に、前記装着部及び前記温度勾配形成部の配置を、第1の配置と、重力の作用する方向における前記流路の最下点の位置が前記第1の配置とは異なる第2の配置との間で切換える駆動機構と、所定の波長の光の強度を検出する検出部と、前記検出部によって検出された前記光の強度に基づいて、前記反応容器の状態が異常であるか否かを判定する判定部と、を含み、前記反応容器に充填された前記反応液及び前記反応液とは混和しない液体のいずれか一方は、前記所定の波長の光を発する蛍光物質を含む。
【0010】
本明細書における「反応容器の状態」は、装着部における反応容器の装着の状態、並びに、反応容器内における反応液の量及び反応液の移動の状態を含む。
【0011】
本形態によれば、駆動機構は、装着部及び温度勾配形成部を、第1の配置と、重力の作用する方向における流路の最下点の位置が第1の配置とは異なる第2の配置との間で切換える。これにより、装着部に装着された反応容器の流路における、重力の作用する方向における最下点の位置が変化する。したがって、温度勾配形成部によって温度勾配が形成された流路内を、重力にしたがって反応液が移動するので、反応液に対して熱サイクルを施すことができる。また、本形態によれば、検出部によって、反応容器に充填された反応液及び反応液とは混和しない液体のいずれか一方に含まれる蛍光物質から発せられる所定の波長の光の強度を検出できる。判定部は、検出部によって検出された所定の波長の光の強度に基づいて、反応容器の状態が異常であるか否かを判定できる。したがって、所望の熱サイクルを反応液に施せなくなる状態であるか否かを判定できる熱サイクル装置を実現できる。
【0012】
(2)上述の熱サイクル装置において、前記検出部は、前記装着部及び前記温度勾配形成部の配置が前記第1の配置又は前記第2の配置である場合に、重力の作用する方向における前記流路の最下点を含む領域の前記光の強度を検出してもよい。
【0013】
反応液は、流路内を重力の作用する方向における最下点近傍に向かって移動するので、装着部及び温度勾配形成部が第1の配置又は第2の配置である場合には、重力の作用する方向における流路の最下点を含む領域に反応液が移動する。そのため、重力の作用する方向における流路の最下点近傍における所定の波長の光の強度を検出部によって検出することで、反応液の移動に異常があるか否かを判定部がより正確に判定できる。したがって、より正確に反応容器の状態が異常であるか否かを判定できる。
【0014】
(3)上述の熱サイクル装置において、前記反応容器に充填された前記反応液は前記蛍光物質を含み、前記判定部は、前記駆動機構によって前記装着部及び前記温度勾配形成部の配置が前記第1の配置と前記第2の配置との間で切換えられた後の基準時間内に、前記検出部によって検出される前記光の強度が基準値を上回らなかった場合に、前記反応容器の状態が異常であると判定してもよい。
【0015】
検出部によって検出される所定の波長の光を発する蛍光物質が、反応容器に充填された反応液に含まれているので、流路内において重力の作用する方向における最下点近傍に反応液が移動した場合には、検出部によって検出される光の強度は大きくなる。言い換えると、基準時間内に光の強度が基準値を上回らない場合は、反応容器の状態が異常である可能性が高い。したがって、基準時間内に検出部によって検出される光の強度が基準値を上回らなかった場合に、反応容器の状態が異常であると判定部が判定することで、反応容器の状態が異常であるか否かを所定の基準にしたがって判定できる。
【0016】
(4)上述の熱サイクル装置において、前記反応容器に充填された前記反応液とは混和しない液体は前記蛍光物質を含み、前記判定部は、前記駆動機構によって前記装着部及び前記温度勾配形成部の配置が前記第1の配置と前記第2の配置との間で切換えられた後の基準時間内に、前記検出部によって検出される前記光の強度が基準値を下回らなかった場合に、前記反応容器の状態が異常であると判定してもよい。
【0017】
検出部によって検出される所定の波長の光を発する蛍光物質が、反応容器に充填された反応液とは混和しない液体に含まれているので、流路内において重力の作用する方向における最下点近傍に反応液が移動した場合には、検出部によって検出される光の強度は小さくなる。言い換えると、基準時間内に光の強度が基準値を下回らない場合は、反応容器の状態が異常である可能性が高い。したがって、基準時間内に検出部によって検出される光の強度が基準値を下回らなかった場合に、反応容器の状態が異常であると判定部が判定することで、反応容器の状態が異常であるか否かを所定の基準にしたがって判定できる。
【0018】
(5)本形態に係る異常判定方法は、反応液と、前記反応液とは比重が異なり、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填され、前記反応液及び前記反応液とは混和しない液体のいずれか一方は所定の波長の光を発する蛍光物質を含み、前記反応液が対向する内壁に沿って移動する流路を含む反応容器を装着部に装着することと、前記装着部に装着された前記反応容器の前記流路に対して、前記反応液が移動する方向に温度勾配を形成することと、前記装着部の配置を、第1の配置と、重力の作用する方向における前記流路の最下点の位置が前記第1の配置とは異なる第2の配置との間で切換えることと、前記所定の波長の光の強度の検出を行い、前記検出において検出された前記光の強度に基づいて、前記反応容器の状態が異常であるか否かの判定を行うことと、を含む。
【0019】
本形態によれば、装着部の配置が、第1の配置と、重力の作用する方向における流路の最下点の位置が第1の配置とは異なる第2の配置との間で切換えられる。これにより、装着部に装着された反応容器の流路における、重力の作用する方向における最下点の位置が変化する。したがって、温度勾配が形成された流路内を、重力にしたがって反応液が移動するので、反応液に対して熱サイクルを施すことができる。また、本形態によれば、反応容器に充填された反応液又は反応液とは混和しない液体に含まれる蛍光物質から発せられる所定の波長の光の強度が検出される。したがって、所定の波長の光の強度に基づいて、反応容器の状態が異常であるか否かを判定できる。したがって、所望の熱サイクルを反応液に施せなくなる状態であるか否かを判定できる異常判定方法を実現できる。
【0020】
(6)上述の異常判定方法において、前記検出を行う際には、前記第1の配置又は前記第2の配置において、重力の作用する方向における前記流路の最下点を含む領域の前記光の強度を検出してもよい。
【0021】
反応液は、流路内を重力の作用する方向における最下点近傍に向かって移動するので、装着部が第1の配置又は第2の配置である場合には、流路の前記最下点を含む領域に反応液が移動する。そのため、重力の作用する方向における流路の最下点近傍における所定の波長の光の強度を検出して判定することで、反応液の移動に異常があるか否かをより正確に判定できる。したがって、より正確に反応容器の状態が異常であるか否かを判定できる。
【0022】
(7)上述の異常判定方法において、前記反応容器に充填された前記反応液は、前記蛍光物質を含み、前記判定を行う際には、前記装着部の配置が前記第1の配置と前記第2の配置との間で切換えられた後の基準時間内に、前記検出において検出される前記光の強度が基準値を上回らなかった場合に、前記反応容器の状態が異常であると判定してもよい。
【0023】
所定の波長の光を発する蛍光物質が、反応容器に充填された反応液に含まれているので、重力の作用する方向における流路の最下点近傍に反応液が移動した場合には、検出される光の強度は大きくなる。言い換えると、基準時間内に光の強度が基準値を上回らない場合は、反応容器の状態が異常である可能性が高い。したがって、基準時間内に検出される光の強度が基準値を上回らなかった場合には、反応容器の状態が異常であると判定することで、反応容器の状態が異常であるか否かを所定の基準にしたがって判定できる。
【0024】
(8)上述の異常判定方法において、前記反応容器に充填された前記反応液とは混和しない液体は、前記蛍光物質を含み、前記判定を行う際には、前記装着部の配置が前記第1の配置と前記第2の配置との間で切換えられた後の基準時間内に、前記検出において検出される前記光の強度が基準値を上回らなかった場合に、前記反応容器の状態が異常であると判定してもよい。
【0025】
所定の波長の光を発する蛍光物質が、反応容器に充填された反応液に含まれているので、重力の作用する方向における流路の最下点近傍に反応液が移動した場合には、検出される光の強度は小さくなる。言い換えると、基準時間内に光の強度が基準値を下回らない場合は、反応容器の状態が異常である可能性が高い。したがって、基準時間内に検出される光の強度が基準値を下回らなかった場合には、反応容器の状態が異常であると判定することで、反応容器の状態が異常であるか否かを所定の基準にしたがって判定できる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】図1(A)は、実施形態に係る熱サイクル装置1の蓋70を閉じた状態を表す斜視図、図1(B)は、実施形態に係る熱サイクル装置1の蓋70を開けた状態を表す斜視図。
【図2】図1(A)のA−A線を通り回転軸Rに垂直な面における本体10を模式的に示す断面図。
【図3】実施形態に係る熱サイクル装置1に装着される反応容器100の構成を表す断面図。
【図4】図4(A)は、第1の配置における、図1(A)のA−A線を通り回転軸Rに垂直な面における断面を模式的に示す断面図、図4(B)は、第2の配置における図1(A)のA−A線を通り回転軸Rに垂直な面における断面を模式的に示す断面図。
【図5】実施形態に係る熱サイクル装置1の機能ブロック図。
【図6】実施形態に係る異常判定方法を説明するためのフローチャート。
【図7】異常判定方法の第1具体例を説明するためのフローチャート。
【図8】異常判定方法の第1具体例における光の強度を示すグラフ。
【図9】異常判定方法の第2具体例を説明するためのフローチャート。
【図10】異常判定方法の第2具体例における光の強度を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【0028】
1.熱サイクル装置の全体構成
図1(A)は、本実施形態に係る熱サイクル装置1の蓋70を閉じた状態を表す斜視図、図1(B)は、本実施形態に係る熱サイクル装置1の蓋70を開けた状態を表す斜視図である。図2は、図1(A)のA−A線を通り回転軸Rに垂直な面における本体10を模式的に示す断面図である。図2において、矢印gは重力の作用する方向を表す。
【0029】
本実施形態に係る熱サイクル装置1は、反応液140と、反応液140とは比重が異なり、かつ、反応液140とは混和しない液体130とが充填され、反応液140が対向する内壁に沿って移動する流路110を含む反応容器100(詳細は「3.本実施形態に係る熱サイクル装置に装着される反応容器の構成」の項で後述される)を装着する装着部11と、装着部11に反応容器100を装着した場合に、流路110に対して、反応液140が移動する方向(詳細は「2.本実施形態に係る熱サイクル装置に装着される反応容器の構成」の項で後述される)に温度勾配を形成する温度勾配形成部30と、装着部11に反応容器100を装着した場合に、装着部11及び温度勾配形成部30の配置を、第1の配置と、重力の作用する方向における流路110の最下点の位置が第1の配置とは異なる第2の配置との間で切換える駆動機構20と、所定の波長の光の強度を検出する検出部40と、検出部40によって検出された光の強度に基づいて、反応容器100の状態が異常であるか否かを判定する判定部50と、を含む。また、反応容器100に充填された反応液140及び液体130のいずれか一方は、前記所定の波長の光を発する蛍光物質を含む。
【0030】
図1(A)に示される例では、熱サイクル装置1は、本体10と駆動機構20とを含んで構成されている。図1(A)、図1(B)及び図2に示されるように、本体10は、装着部11及び温度勾配形成部30を含んで構成されている。
【0031】
温度勾配形成部30は、装着部11に反応容器100を装着した場合に、流路110に対して、反応液140が移動する方向に温度勾配を形成する。ここで、「温度勾配を形成する」とは、所定の方向に沿って温度が変化する状態を形成することを意味する。したがって、「反応液140が移動する方向に温度勾配を形成する」とは、反応液140が移動する方向に沿って温度が変化する状態を形成することを意味する。「所定の方向に沿って温度が変化する状態」は、例えば、所定の方向に沿って温度が単調に高く又は低くなっていてもよいし、所定の方向に沿って、温度が高くなる変化から低くなる変化へ、又は、低くなる変化から高くなる変化へ、途中で変化していてもよい。
【0032】
図1(A)、図1(B)及び図2に示される例では、温度勾配形成部30は、第1加熱部12及び第2加熱部13を含んで構成されている。熱サイクル装置1の本体10においては、第1加熱部12が蓋70から相対的に遠い側、第2加熱部13が蓋70から相対的に近い側に配置されている。また、第1加熱部12と第2加熱部13との間にはスペーサー14が設けられている。なお、所望の反応精度が確保できる程度に温度勾配が形成される限り、温度勾配形成部30に含まれる加熱部の数は任意である。例えば、温度勾配形成部30を1つの加熱部で構成することにより、使用する部材の数を減らすことができるので、製造コストを削減できる。
【0033】
第1加熱部12は、装着部11に反応容器100を装着した場合に、反応容器100の第1領域111を第1の温度に加熱する。図2に示される例では、第1加熱部12は、本体10において、反応容器100の第1領域111を加熱する位置に配置されている。
【0034】
第2加熱部13は、装着部11に反応容器100を装着した場合に、反応容器100の第2領域112を、第1の温度とは異なる第2の温度に加熱する。図2に示される例では、第2加熱部13は、本体10において、反応容器100の第2領域112を加熱する位置に配置されている。第2加熱部13の構成は、加熱される反応容器100の領域及び加熱する温度が第1加熱部12と異なる以外は、第1加熱部12と同様である。
【0035】
本実施形態においては、第2の温度は第1の温度よりも高い温度である。例えば、熱サイクル装置1をリアルタイムPCRに用いる場合には、第1の温度を63℃程度(アニーリング及び伸長反応を行う温度)とし、第2の温度を95℃程度(変性反応を行う温度)とすることができる。
【0036】
温度勾配形成部30は、熱を発生させる熱源部31と、熱源部31で発生した熱を装着部11に伝導させる熱伝導部32とを含んで構成されている。図2に示される例では、温度勾配形成部30の第1加熱部12は、熱源部31としての第1ヒーター12aと、熱伝導部32としての第1ヒートブロック12bとを含んで構成されている。また、温度勾配形成部30の第2加熱部13は、熱源部31としての第2ヒーター13aと、熱伝導部32としての第2ヒートブロック13bとを含んで構成されている。
【0037】
熱サイクル装置1においては、第1ヒーター12a及び第2ヒーター13aはカートリッジヒーターであり、導線によって図示しない外部電源に接続される。第1ヒーター12a及び第2ヒーター13aとしてはこれに限らず、カーボンヒーター、シートヒーター、IHヒーター(電磁誘導加熱器)、ペルチェ素子、加熱液体、加熱気体などを使用できる。本実施形態においては、第1ヒーター12aは第1ヒートブロック12bに挿入されており、第1ヒーター12aが発熱することで第1ヒートブロック12bが加熱される。同様に、第2ヒーター13aは第2ヒートブロック13bに挿入されており、第2ヒーター13aが発熱することで第2ヒートブロック13bが加熱される。
【0038】
第1ヒートブロック12bは、第1ヒーター12aから発生した熱を装着部11と、装着部11に装着された反応容器100に伝える部材である。第2ヒートブロック13bは、第2ヒーター13aから発生した熱を装着部11と、装着部11に装着された反応容器100に伝える部材である。熱サイクル装置1においては、第1ヒートブロック12b及び第2ヒートブロック13bは、アルミニウム製のブロックである。カートリッジヒーターは温度制御が容易であるので、第1ヒーター12a及び第2ヒーター13aをカートリッジヒーターとすることで、第1加熱部12及び第2加熱部13の温度を容易に安定させることができる。したがって、より正確な熱サイクルを実現できる。
【0039】
ヒートブロックの材質は熱伝導率、保温性、加工しやすさ等の条件を考慮して適宜選択できる。例えば、アルミニウムは熱伝導率が高いので、第1ヒートブロック12b及び第2ヒートブロック13bをアルミニウム製とすることで、反応容器100を効率よく加熱できる。また、ヒートブロックに加熱ムラが生じにくいので、精度の高い熱サイクルを実現できる。また、加工が容易なので第1ヒートブロック12b及び第2ヒートブロック13bを精度よく成型でき、加熱の精度を高めることができる。したがって、より正確な熱サイクルを実現できる。なお、ヒートブロックの材質は、例えば銅合金を使用してもよく、複数の材質を組み合わせてもよい。
【0040】
第1加熱部12及び第2加熱部13は、装着部11に反応容器100を装着した場合に、反応容器100に接触していることが好ましい。これにより、第1加熱部12及び第2加熱部13によって反応容器100を加熱した場合に、第1加熱部12及び第2加熱部13の熱を反応容器100に安定して伝えることができるので、反応容器100の温度を安定させることができる。本実施形態のように、装着部11が第1加熱部12及び第2加熱部13の一部として形成されている場合には、装着部11が反応容器100と接触することが好ましい。これにより、第1加熱部12及び第2加熱部13の熱を反応容器100に安定して伝えることができるので反応容器100を効率よく加熱できる。
【0041】
なお、第1加熱部12と第2加熱部13とで異なる加熱機構を採用してもよい。また、第1ヒートブロック12bと第2ヒートブロック13bとが異なる材質であってもよい。
【0042】
なお、第2加熱部13の代わりに第2領域112を冷却する冷却部を設けてもよい。冷却部としては、例えばペルチェ素子を使用できる。これにより、例えば、反応容器100の第1領域111からの熱によって第2領域112の温度が低下しにくい場合にも、流路110に所望の温度勾配を形成できる。また、例えば、加熱と冷却を繰り返す熱サイクルを反応液140に施すことができる。
【0043】
第1加熱部12及び第2加熱部13の温度は、図示しない温度センサー及び後述される制御部60によって制御されてもよい。第1加熱部12及び第2加熱部13の温度は、反応容器100が所望の温度に加熱されるように設定されることが好ましい。本実施形態においては、第1加熱部12を第1の温度に、第2加熱部13を第2の温度に制御することで、反応容器100の第1領域111を第1の温度に、第2領域112を第2の温度に加熱できる。なお、第1加熱部12及び第2加熱部13の温度は、反応容器100の第1領域111及び第2領域112が所望の温度に加熱されるように制御されていればよい。例えば、反応容器100の材質や大きさを考慮することで、第1領域111及び第2領域112の温度をより正確に所望の温度に加熱できる。また、本実施形態における温度センサーは熱電対である。なお、温度センサーとしてはこれに限らず、例えば測温抵抗体やサーミスタを使用してもよい。
【0044】
装着部11は、反応容器100を装着する構造である。図1(B)及び図2に示される例では、熱サイクル装置1の装着部11は、反応容器100を差し込んで装着するスロット構造である。図2に示される例では、装着部11は、後述される、第1加熱部12の第1ヒートブロック12b、スペーサー14及び第2加熱部13の第2ヒートブロック13bを貫通する穴に反応容器100を差し込む構造となっている。本体10に設けられる装着部11の数は複数であってもよく、図1(B)に示される例では、20個の装着部11が本体10に設けられている。
【0045】
なお、本実施形態においては、装着部11がスロット構造である例を示したが、装着部11は反応容器100を保持できる構造であればよい。例えば、反応容器100の形状に合わせた窪みに反応容器100をはめ込む構造や、反応容器100を挟んで保持する構造を採用してもよい。
【0046】
本実施形態に係る熱サイクル装置1においては、反応容器100と装着部11とが勘合するように構成されている。反応容器100と装着部11とが勘合する構造は、例えば図1(B)及び図2に示されるように、反応容器100に設けた突出部113を、装着部11に設けた凹部80にはめ込む構造が採用できる。これにより、温度勾配形成部30に対する反応容器100の向きを一定に保つことができる。したがって、熱サイクルの途中で反応容器100の向きが変化することを抑制できるので、反応液140に与えられる温度環境をより精密に制御できる。したがって、より正確な熱サイクルを反応液140に施すことができる。
【0047】
また、装着部11を反応容器100に密着させる機構を設けてもよい。装着部11を反応容器100に密着させる機構は、反応容器100の少なくとも一部を装着部11に密着させることができればよい。例えば、本体10や蓋70に設けたバネによって反応容器100を装着部11の一方の壁面に押し付けてもよい。これにより、温度勾配形成部30の熱を反応容器100にさらに安定して伝えることができるので、反応容器100の温度をさらに安定させることができる。
【0048】
装着部11は、反応容器100をそれぞれ装着する第1の装着部11a及び第2の装着部11bを含んで構成されている。装着部11が3つ以上の反応容器100を装着できる構成である場合には、第1の装着部11a及び第2の装着部11bは、装着部11のうち、任意に選択された2つの反応容器100を装着する部分であってもよい。
【0049】
図2に示されるように、第1の装着部11a及び第2の装着部11bは、温度勾配形成部30の熱伝導部32に設けられている。また、第1の装着部11a及び第2の装着部11bは、温度勾配形成部30の熱源部31からの距離が等しい位置に設けられている。ここで「距離が等しい」とは、完全に平行な状態のみならず、熱サイクル装置として所望の精度が確保できる程度に距離の差が小さい状態を含む。図2に示される例では、第1の装着部11aと第1ヒーター12aとの距離と、第2の装着部11bと第1ヒーター12aとの距離とが等しく構成されている。また、第1の装着部11aと第2ヒーター13aとの距離と、第2の装着部11bと第2ヒーター13aとの距離とが等しく構成されている。
【0050】
本実施形態によれば、第1の装着部11a及び第2の装着部11bは、熱源部31からの距離が等しい位置に設けられているので、熱源部31からの熱が熱伝導部32を介して均等に伝わる。したがって、精度良く温度を制御できる熱サイクル装置を実現できる。また、熱サイクル装置1をPCRに用いる場合には、第1の装着部11a及び第2の装着部11bに装着された反応容器100の温度ばらつきが抑制できるので、増幅率のばらつきを抑制できる。
【0051】
図3に示されるように、第1の装着部11aに装着される反応容器100における反応液140が移動する方向と、第2の装着部11bに装着される反応容器100における反応液140が移動する方向とが平行であってもよい。ここで「平行」とは、完全に平行な状態のみならず、熱サイクル装置として所望の精度が確保できる程度に平行に近い状態を含む。
【0052】
本実施形態によれば、第1の装着部11aに装着される反応容器100における反応液140が移動する方向と、第2の装着部11bに装着される反応容器100における反応液140が移動する方向とが平行であるため、駆動機構20によって装着部11の配置が切換えられた場合に、第1の装着部11aに装着される反応容器100における反応液140と、第2の装着部11bに装着される反応容器100における反応液140とは、同一のタイミングで移動する。換言すれば、2つの反応液140が移動を開始する時刻を同期させることができる。したがって、第1の装着部11aに装着される反応容器100と第2の装着部11bに装着される反応容器100とに対して、同一のタイミングで同一の時間条件の熱サイクルを施すことができる。なお、ここでの「同一」の程度は、反応の精度に影響が無い程度の範囲である。
【0053】
駆動機構20は、装着部11に反応容器100を装着した場合に、装着部11及び温度勾配形成部30の配置を、第1の配置と、重力の作用する方向における流路110の最下点の位置が第1の配置とは異なる第2の配置との間で切換える。第1の配置及び第2の配置については「3.熱サイクル装置の制御例」の項で詳述される。本実施形態に係る熱サイクル装置1においては、駆動機構20は、装着部11及び温度勾配形成部30を、重力の作用する方向に対して垂直な成分を有し、かつ、装着部11に反応容器100を装着した場合に流路110を反応液140が移動する方向に対して垂直な成分を有する回転軸Rで回転させる機構である。
【0054】
「重力の作用する方向に対して垂直な成分を有する」方向は、「重力の作用する方向に対して平行な成分」と「重力の作用する方向に対して垂直な成分」とのベクトル和で表した場合における、重力の作用する方向に対して垂直な成分を有する方向である。
【0055】
「流路110を反応液140が移動する方向に対して垂直な成分を有する」方向は、「流路110を反応液140が移動する方向に対して平行な成分」と「流路110を反応液140が移動する方向に対して垂直な成分」とのベクトル和で表した場合における、流路110を反応液140が移動する方向に対して垂直な成分を有する方向である。
【0056】
本実施形態に係る熱サイクル装置1においては、駆動機構20は、装着部11及び温度勾配形成部30を、同一の回転軸Rで回転させている。また、本実施形態においては、駆動機構20は図示しないモーター及び駆動軸を含み、駆動軸と本体10のフランジ16とが接続されて構成されている。駆動機構20のモーターを動作させると、駆動軸を回転軸Rとして本体10が回転される。回転軸Rと装着部11との位置関係については、「2.回転軸と装着部との位置関係」の項で詳述される。なお、駆動機構20としては、モーターに限らず、例えばハンドル、ぜんまい等を採用できる。
【0057】
本実施形態によれば、回転軸Rは、重力の作用する方向に対して垂直な成分を有し、かつ、装着部11に反応容器100を装着した場合に反応容器100の流路110を反応液140が移動する方向に対して垂直な成分を有する軸であるので、駆動機構20が装着部11を回転させることによって、装着部11に装着される反応容器100の流路110内の重力の作用する方向における最下点又は最上点の位置が変化する。これにより、温度勾配形成部30によって温度勾配が形成された流路110内を反応液140が移動する。したがって、簡易な構成で反応液140に対して熱サイクルを施すことができる。
【0058】
熱サイクル装置1は検出部40を含んで構成されている。検出部40は、反応容器100内からの所定の波長の光の強度を検出する。本実施形態においては、検出部40は、第1の波長の光の強度を検出する。検出部40としては、種々の公知の光検出器を用いることができる。本実施形態においては、検出部40は、蛍光検出器を含んで構成されている。検出部40に含まれる検出器の数は検出が問題なく行える限り任意である。図1(A)及び図1(B)に示される例では、検出部40は、検出器41a及び検出器42aを含んで構成されている。図1(A)及び図1(B)に示される例では、検出部40は、検出器41aをスライド棒41bに沿って移動させて蛍光検出を行う。同様に、検出部40は、検出器42aをスライド棒42bに沿って移動させて蛍光検出を行う。
【0059】
検出部40は、装着部11及び温度勾配形成部30の配置が第1の配置又は第2の配置である場合に、重力の作用する方向における流路110の最下点を含む領域の前記光の強度を検出してもよい。反応液140は、流路110内を重力の作用する方向における最下点近傍に向かって移動するので、装着部11及び温度勾配形成部30が第1の配置又は第2の配置である場合には、重力の作用する方向における流路110の最下点を含む領域に反応液140が移動する。そのため、重力の作用する方向における流路110の最下点近傍における所定の波長の光の強度を検出部40によって検出することで、反応液140の移動に異常があるか否かを判定部50がより正確に判定できる。したがって、より正確に反応容器100の状態が異常であるか否かを判定できる。
【0060】
また、装着部11及び温度勾配形成部30が第1の配置又は第2の配置となった場合に、重力の作用する方向における流路110の最下点近傍に焦点を合わせたセルフォックレンズなどを用いて、装着部11及び温度勾配形成部30が第1の配置又は第2の配置となった場合に流路110内において重力の作用する方向における最下点近傍からの光に対する感度を高めてもよい。
【0061】
蛍光検出を行う場合には、本体10には、装着部11の内部を蛍光検出できる測定窓18が設けられていることが好ましい。これにより、検出部40と、反応液140との間に存在する部材を少なくすることができるので、より適切な蛍光測定ができる。
【0062】
検出部40は、反応容器100の状態を判定することを目的とした検出に加えて、例えばリアルタイムPCRのような反応における蛍光検出に使用することもできる。図2に示される例では、蓋70に遠い側に設けられた第1加熱部12に測定窓18が設けられている。これにより、低温(アニーリング及び伸長反応を行う温度)側で蛍光測定を行うリアルタイムPCR等の反応に熱サイクル装置1を用いる場合に、反応容器100の封止部120(後述)や蓋70の影響を受けずに適切な蛍光測定ができる。蓋70の側から蛍光測定を行う場合には、反応容器100の封止部120や蓋70が測定に影響を与えない設計とすることが好ましい。
【0063】
熱サイクル装置1は判定部50を含んで構成されている。判定部50は、検出部40によって検出された光の強度に基づいて、反応容器100の状態が異常であるか否かを判定する。判定部50は、専用回路によって実現して上述された判定を行うように構成されていてもよい。また、判定部50は、例えばCPU(Central Processing Unit)がROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)等の記憶装置(不図示)に記憶されたプログラムを実行することによりコンピューターとして機能し、上述された判定を行うように構成されていてもよい。この場合、記憶装置は、制御に伴う中間データや制御結果などを一時的に記憶するワークエリアを有していてもよい。
【0064】
熱サイクル装置1は、制御部60を含んでいてもよい。制御部60は、駆動機構20及び温度勾配形成部30のうち、少なくとも1つを制御する。制御部60による制御例については、「3.熱サイクル装置の制御例」及び「4.異常判定方法」の項で詳述される。制御部60は、専用回路により実現して後述される制御を行うように構成されていてもよい。また、制御部60は、例えばCPU(Central Processing Unit)がROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)等の記憶装置(不図示)に記憶された制御プログラムを実行することによりコンピューターとして機能し、後述される制御を行うように構成されていてもよい。この場合、記憶装置は、制御に伴う中間データや制御結果などを一時的に記憶するワークエリアを有していてもよい。
【0065】
熱サイクル装置1の本体10は、図1(A)、図1(B)及び図2に示されるように、第1加熱部12と第2加熱部13との間にスペーサー14が設けられている。スペーサー14は、第1加熱部12又は第2加熱部13を保持する部材である。スペーサー14を設けることにより、第1加熱部12と第2加熱部13との間の距離を、より正確に定めることができる。すなわち、反応容器100の第1領域111及び第2領域112に対する第1加熱部12及び第2加熱部13の位置を、より正確に定めることができる。
【0066】
スペーサー14の材質は必要に応じて適宜選択できるが、断熱材であることが好ましい。これにより、第1加熱部12及び第2加熱部13の熱が相互に及ぼす影響を少なくできるので、第1加熱部12及び第2加熱部13の温度制御が容易になる。スペーサー14が断熱材である場合には、装着部11に反応容器100を装着した場合に、第1加熱部12と第2加熱部13との間の領域において反応容器100を囲むようにスペーサー14が配置されることが好ましい。これにより、反応容器100の第1加熱部12と第2加熱部13との間の領域からの放熱を抑制できるので、反応容器100の温度がより安定する。本実施形態においては、スペーサー14は断熱材であり、図2に示される例では、装着部11はスペーサー14を貫通して構成されている。これにより、第1加熱部12及び第2加熱部13によって反応容器100を加熱した場合に、反応容器100の熱が逃げにくくなるので、第1領域111及び第2領域112の温度をより安定させることができる。
【0067】
熱サイクル装置1は、蓋70を含んでいてもよい。図1(A)及び図2に示される例では、蓋70は、装着部11を覆うように設けられている。蓋70が装着部11を覆うことで、第1加熱部12によって加熱をした場合に、熱サイクル装置1から外部への放熱を抑制できるので、熱サイクル装置1内の温度を安定させることができる。蓋70は、固定部71によって本体10に固定されてもよい。本実施形態においては、固定部71は磁石である。なお、固定部71としてはこれに限らず、例えば、蝶番やキャッチクリップを採用してもよい。図1(B)及び図2に示される例では、本体10の蓋70が接触する面の一部には磁石が設けられている。蓋70にも、本体10の磁石が接触する位置に磁石が設けられており、蓋70で装着部11を覆うと、磁力によって蓋70が本体10に固定される。これにより、駆動機構20によって本体10を駆動した場合に蓋70が外れたり動いたりすることを防止できる。したがって、蓋70が外れることで熱サイクル装置1内の温度が変化することを防止できるので、より正確な熱サイクルを後述する反応液140に施すことができる。
【0068】
本体10は、気密性の高い構造であることが好ましい。本体10が気密性の高い構造であると、本体10内部の空気が本体10の外部に逃げにくいので、本体10内の温度がより安定する。
【0069】
熱サイクル装置1は、反応容器100を第1加熱部12及び第2加熱部13に対して所定の位置に保持する構造を含むことが好ましい。これにより、第1加熱部12及び第2加熱部13によって反応容器100の所定の領域を加熱できる。より具体的には、反応容器100を構成する流路110の、第1領域111を第1加熱部12によって、第2領域112を第2加熱部13によって、加熱できる。本実施形態においては反応容器100の位置を定める構造は第2ヒートブロック13bである。
【0070】
なお、反応容器100の位置を定める構造は所望の位置に反応容器100を保持できるものであればよい。反応容器100の位置を定める構造は、熱サイクル装置1に設けられた構造であっても、反応容器100に設けられた構造であっても、両方の組み合わせであってもよい。例えば、螺子、差込式の棒、反応容器100に突出部113を設けた構造、装着部11と反応容器100とが嵌合する構造を採用できる。螺子や棒を用いる場合には、螺子の長さやねじ込む長さ、棒を差込む位置を変更することで、熱サイクルの反応条件や反応容器100の大きさ等に合わせて保持する位置を調節できるようにしてもよい。
【0071】
熱サイクル装置1は、本体10の温度を一定に保つ機構を有してもよい。これにより、反応容器100の温度がより安定するので、より正確な熱サイクルを反応液140に施すことができる。本体10を保温する機構としては、例えば恒温槽を採用できる。
【0072】
図1(A)、図1(B)及び図2に示されるスペーサー14は、透明であってもよい。これにより、透明な反応容器100を熱サイクル処理に使用した場合に、装置の外部から反応液140が移動する様子を観察できる。したがって、熱サイクル処理が適切に行われているか否かを、目視により確認できる。したがって、ここでの「透明」の程度は、これらの部材を熱サイクル装置1に採用して熱サイクル処理を行った場合に、反応液140の移動が視認できる程度であればよい。
【0073】
熱サイクル装置1の内部を観察するためには、スペーサー14を透明にしても、スペーサー14を無くしてもよい。観察者と観察対象の反応容器100の間に存在する部材が少ないほど、物体による光の屈折の影響が少なくなるので、内部の観察が容易になる。また、スペーサー14をなくすことにより、部材が少なくなるため、製造コストを削減できる。
【0074】
本実施形態においては、熱サイクル装置1が蓋70を含む例を示したが、蓋70は無くてもよい。これにより、使用する部材の数を減らすことができるので、製造コストを削減できる。
【0075】
熱サイクル装置1は、図1(A)及び図1(B)に示されるように、表示部24を含んでもよい。表示部24は表示装置であり、熱サイクル装置1に関する各種情報を表示する。例えば、制御部60が表示部24を制御してもよい。表示部24は、操作部25で設定される熱サイクル条件や熱サイクル処理中に計測された時間や温度を表示してもよい。例えば、操作部25を操作して設定を行う場合には入力された条件を表示したり、熱サイクル処理中には温度センサーによって測定された温度、第1の配置又は第2の配置において経過した時間、熱サイクルを施したサイクル数を表示したりしてもよい。また、熱サイクル処理が終了した場合や、装置に何らかの異常が発生した場合にも、その旨を表示してもよい。さらに、音声による通知を行ってもよい。表示や音声による通知を行うことで、熱サイクル処理の進行や終了を装置の使用者が容易に把握できる。
【0076】
熱サイクル装置1は、図1(A)及び図1(B)に示されるように、操作部25を含んでもよい。操作部25はUI(ユーザーインターフェイス)であり、熱サイクル条件を設定するための操作を受け付ける機器である。操作部25を操作することにより、熱サイクル条件として、例えば、第1の温度、第2の温度、第1の配置の継続時間、第2の配置の継続時間、及び熱サイクルのサイクル数のうち、少なくとも1つを設定できるように構成されていてもよい。操作部25は制御部60と機械的又は電子的に連動しており、操作部25での設定が制御部60による制御に反映される。これによって、反応液140に施される熱サイクル条件を変更できるので、所望の熱サイクルを反応液140に施すことができる。操作部25は、上記のいずれかの項目を個別に設定できるものであっても、例えば事前に登録した複数の熱サイクル条件の中から1つを選択すると、必要な項目を制御部60が設定するものであってもよい。図1(A)及び図1(B)に示される例では、操作部25はボタン式であり、項目別にボタンを押すことで熱サイクル条件を設定できる。
【0077】
2.本実施形態に係る熱サイクル装置に装着される反応容器の構成
図3は、本実施形態に係る熱サイクル装置1に装着される反応容器100の構成を表す断面図である。図3において、矢印gは重力の作用する方向を表す。
【0078】
反応容器100は、反応液140と、反応液140とは比重が異なり、かつ、反応液140とは混和しない液体130(以下、「液体130」という)とが充填され、反応液140が対向する内壁に沿って移動する流路110を含む。本実施形態においては、液体130は、反応液140よりも比重が小さく、かつ、反応液140とは混和しない液体である。なお、液体130として、例えば、反応液140とは混和せず、かつ、反応液140よりも比重が大きい液体を採用してもよい。図3に示される例では、反応容器100は流路110及び封止部120を含む。流路110には、反応液140と、液体130とが充填され、封止部120によって封止されている。また、反応容器100は、検出部40によって行われる検出に支障がない程度に、所定の波長の光に対して透明性のある材料で構成されている。
【0079】
流路110は、対向する内壁に沿って反応液140が移動するように形成されている。ここで、流路110の「対向する内壁」とは、流路110の壁面の、向かい合う位置関係にある2つの領域を意味する。「沿って」とは、反応液140と流路110の壁面との距離が近い状態を意味し、反応液140が流路110の壁面に接触する状態を含む。したがって、「対向する内壁に沿って反応液140が移動する」とは、「流路110の壁面の、向かい合う位置関係にある2つの領域の両方に対して距離が近い状態で、反応液140が移動する」ことを意味する。換言すれば、流路110の対向する2つ内壁間の距離は、反応液140が該内壁に沿って移動する程度の距離である。
【0080】
反応容器100の流路110がこのような形状であると、流路110内を反応液140が移動する方向を規制できるので、流路110内を反応液140が移動する経路をある程度規定できる。これにより、流路110内を反応液140が移動する所要時間を、ある程度の範囲に制限できる。したがって、流路110の対向する2つ内壁間の距離は、流路110内を反応液140が移動する時間のバラツキによって生じる、反応液140に対して施される熱サイクル条件のバラツキが、所望の精度を満たせる程度、すなわち、反応の結果が所望の精度を満たせる程度であることが好ましい。より具体的には、流路110の対向する2つの内壁間の反応液140が移動する方向に対して垂直な方向における距離が、反応液140の液滴が2つ以上入らない程度であることが望ましい。
【0081】
図3に示される例では、反応容器100の外形は円柱状であり、中心軸に沿う方向(図3における上下方向)を長手方向とする流路110が形成されている。流路110の形状は、流路110の長手方向に対して垂直な方向の断面、すなわち流路110のある領域における反応液140が移動する方向に対して垂直な断面(これを流路110の「断面」とする)が円形となる円柱状である。したがって、反応容器100においては、流路110の対向する内壁は、流路110の断面の中心を挟んで対向する流路110の壁面上の2点を含む領域である。また、「反応液140が移動する方向」は、流路110の長手方向となる。
【0082】
なお、流路110の断面の形状は円形に限らず、多角形や楕円形など、対向する内壁に沿って反応液140が移動できる限り任意である。例えば、反応容器100の流路110の断面が多角形の場合には、「対向する内壁」は、流路110に内接する断面が円形の流路を仮定した場合に、該流路の対向する内壁であるものとする。すなわち、流路110に内接する、断面が円形の仮想流路の対向する内壁に沿って反応液140が移動するように流路110が形成されていればよい。これにより、流路110の断面が多角形の場合にも、第1領域111と第2領域112との間を反応液140が移動する経路をある程度規定できる。したがって、反応液140が第1領域111と第2領域112との間を移動する所要時間を、ある程度の範囲に制限できる。
【0083】
反応容器100の第1領域111は、第1加熱部12によって第1の温度に加熱される、流路110の一部の領域である。第2領域112は、第2加熱部13によって第1の温度とは異なる第2の温度に加熱される、第1領域111とは異なる流路110の一部の領域である。図3に示される例では、第1領域111は、流路110の長手方向における一方の端部を含む領域であり、第2領域112は、流路110の長手方向における他方の端部を含む領域である。図3に示される例では、流路110のうち封止部120に相対的に近い側の端部を含む点線で囲まれた領域が第1領域111であり、流路110のうち封止部120に相対的に遠い側の端部を含む点線で囲まれた領域が第2領域112である。本実施形態に係る熱サイクル装置1は、温度勾配形成部30の第1加熱部12が反応容器100の第1領域111を第1の温度に加熱し、温度勾配形成部30の第2加熱部13が反応容器100の第2領域112を第2の温度に加熱することにより、反応容器100の流路110に対して、反応液140が移動する方向に温度勾配を形成する。
【0084】
流路110には、液体130と、反応液140とが充填されている。液体130は、反応液140とは混和しない、すなわち混ざり合わない性質であるため、図3に示されるように、反応液140は液体130の中に液滴の状態で保持されている。反応液140は、液体130よりも比重が大きいため、流路110の重力の作用する方向における最下部の領域に位置している。液体130としては、例えば、ジメチルシリコーンオイル又はパラフィンオイルを使用できる。反応液140は、反応に必要な成分を含む液体である。反応がPCRである場合には、反応液140には、PCRによって増幅されるDNA(標的核酸)、DNAを増幅するために必要なDNAポリメラーゼ、並びにプライマー等が含まれる。例えば、液体130としてオイルを用いてPCRを行う場合には、反応液140は上記の成分を含む水溶液であることが好ましい。
【0085】
反応容器100に充填された反応液140又は液体130は、検出部40によって検出される所定の波長(本実施形態においては、第1の波長)の光を発する蛍光物質を含んでいる。すなわち、第1の波長の光を発する蛍光物質は、反応液140及び液体130のうちの一方にのみ含まれている。したがって、検出部40によって第1の波長の光の強度を検出することで、反応容器100内における反応液140の位置を推定できる。蛍光物質は、特定のDNAと相補的に結合する蛍光プローブや、蛍光を発する蛍光色素であってもよい。
【0086】
反応液140が第1の波長の光を発する蛍光物質含んでいる場合には、液体130は第1の波長とは異なる第2の波長の光を発する蛍光物質を含んでいてもよい。これによって、例えば、第2の波長の光の強度を測定することによって、反応容器100に充填された液体130の量を推定できる。
【0087】
液体130が第1の波長の光を発する蛍光物質含んでいる場合には、反応液140は第1の波長とは異なる第2の波長の光を発する蛍光物質を含んでいてもよい。これによって、例えば、反応液140がPCR用の反応液であり、蛍光物質が特定のDNAと相補的に結合する蛍光プローブである場合には、第2の波長の光の強度を測定することによって、反応液140に含まれる特定のDNAの量を推定できる。
【0088】
3.熱サイクル装置の制御例
次に、本実施形態に係る熱サイクル装置1の熱サイクル処理手順例について説明する。以下では、駆動機構20が、装着部11に反応容器100を装着した場合に、装着部11及び温度勾配形成部30を、第1の配置と、流路110内において重力の作用する方向における最下点の位置が第1の配置とは異なる第2の配置との間で回転させる制御を例にとり説明する。
【0089】
図4(A)は、第1の配置における、図1(A)のA−A線を通り回転軸Rに垂直な面における断面を模式的に示す断面図、図4(B)は、第2の配置における図1(A)のA−A線を通り回転軸Rに垂直な面における断面を模式的に示す断面図である。図4(A)及び図4(B)において、白抜き矢印は本体10の回転方向、矢印gは重力の作用する方向を表す。
【0090】
図4(A)に示されるように、第1の配置は、流路110のうち封止部120に相対的に遠い側の端部が重力の作用する方向における最下点となる配置である。すなわち、第1の配置は、装着部11に反応容器100を装着した場合に、反応容器100の第1領域111を、重力の作用する方向における流路110の最下部に位置させる配置である。図4(A)に示される例では、第1の配置では、液体130よりも比重が大きい反応液140は第1領域111に存在する。したがって、反応液140は第1の温度の下に置かれる。
【0091】
図4(B)に示されるように、第2の配置は、流路110のうち封止部120に相対的に近い側の端部が重力の作用する方向における最下点となる配置である。すなわち、第2の配置は、装着部11に反応容器100を装着した場合に、反応容器100の第2領域112を、重力の作用する方向における流路110の最下部に位置させる配置である。図4(B)に示される例では、第2の配置では、液体130よりも比重が大きい反応液140は第2領域112に存在する。したがって、反応液140には第2の温度の下に置かれる。
【0092】
駆動機構20が、装着部11及び温度勾配形成部30を、第1の配置と、第1の配置とは異なる第2の配置との間で回転させることにより、重力の作用によって反応液140が流路110の第1の領域と第2の領域とを移動する。したがって、繰り返し配置を切換えることにより、反応液140は、第1の温度と第2の温度とに交互にさらされるので、反応液140に対して熱サイクルを施すことができる。
【0093】
また、本実施形態に係る熱サイクル装置1は、装着部11の配置を切換えることで、反応容器100が第1の配置に保持された状態と、反応容器100が第2の配置に保持された状態とを切換えることができる。したがって、第1の配置又は第2の配置に反応容器100を保持する間、反応液140を所定の温度に保持できるので、加熱時間を容易に制御可能な熱サイクル装置を提供できる。
【0094】
駆動機構20は、第1の配置から第2の配置へと回転させる場合と、第2の配置から第1の配置へと回転させる場合とで、反対方向に装着部11及び温度勾配形成部30を回転させてもよい。これにより、回転によって生じる導線などの配線の捩れを低減するための特別な機構が不要となる。したがって、小型化に適した熱サイクル装置を実現できる。また、第1の配置から第2の配置へと回転させる場合の回転数、及び、第2の配置から第1の配置へと回転させる場合の回転数は、1回転未満(回転角度が360°未満)であることが好ましい。これにより、配線が捩れる程度を軽減できる。
【0095】
4.異常判定方法
図5は、本実施形態に係る熱サイクル装置1の機能ブロック図である。図6は、本実施形態に係る異常判定方法を説明するためのフローチャートである。
【0096】
本実施形態に係る異常判定方法は、反応液140と、反応液140とは比重が異なり、かつ、反応液140とは混和しない液体130とが充填され、反応液140及び液体130のいずれか一方は所定の波長の光を発する蛍光物質を含み、反応液140が対向する内壁に沿って移動する流路110を含む反応容器100を装着部11に装着することと、装着部11に装着された反応容器100の流路110に対して、反応液140が移動する方向に温度勾配を形成することと、装着部11の配置を、第1の配置と、重力の作用する方向における流路110の最下点の位置が第1の配置とは異なる第2の配置との間で切換えることと、所定の波長の光の強度の検出を行い、検出において検出された光の強度に基づいて、反応容器100の状態が異常であるか否かの判定を行うことと、を含む。
【0097】
図6に示される例では、まず、反応容器100を装着部11に装着する(ステップS100)。反応容器100には、反応液140と、反応液140とは比重が異なり、かつ、反応液140とは混和しない液体130とが充填されている。また、反応液140及び液体130のいずれか一方は所定の波長の光を発する蛍光物質を含んでいる。
【0098】
図6に示される例では、ステップS100の後に、装着部11に装着された反応容器100の流路110に対して、反応液140が移動する方向に温度勾配を形成する(ステップS102)。本実施形態においては、図5に示されるように、制御部60は温度勾配形成部30を制御するための情報を含む制御情報D6を温度勾配形成部30に出力し、温度勾配形成部30は制御情報D6に基づいて、装着部11に装着された反応容器100の流路110に対して、反応液140が移動する方向に温度勾配を形成する。
【0099】
図6に示される例では、ステップS102の後に、装着部11の配置を、第1の配置と第2の配置との間で切換える(ステップS104)。本実施形態においては、図5に示されるように、制御部60は駆動機構20を制御するための情報を含む制御情報D3を駆動機構20に出力し、駆動機構20は制御情報D3に基づいて、装着部11の配置を第1の配置と第2の配置との間で切換える。ステップS104において、装着部11の配置を第1の配置と第2の配置との間で切換える回数は、必要に応じて任意の回数に設定できる。
【0100】
図6に示される例では、ステップS104の後に、所定の波長の光の強度の検出を行う(ステップS106)。熱サイクル装置1においては、検出部40が、反応容器100内の第1の波長の光の強度を検出する。本実施形態においては、図5に示されるように、検出部40は、検出を行った結果に関する情報を含む検出結果情報D1を判定部50に出力する。
【0101】
図6に示される例では、ステップS106の後に、ステップS106で検出された光の強度に基づいて、反応容器100の状態が異常であるか否かの判定を行う(ステップS108)。熱サイクル装置1においては、判定部50が、検出部40によって検出された光の強度に基づいて、反応容器100の状態が異常であるか否かを判定する。本実施形態においては、図5に示されるように、判定部50は、検出部40が出力した検出結果情報D1に基づいて反応容器100の状態が異常であるか否かの判定を行い、判定を行った結果に関する情報を含む判定結果情報D2を制御部60に出力する。
【0102】
本実施形態によれば、装着部11の配置が、第1の配置と、重力の作用する方向における流路110の最下点の位置が第1の配置とは異なる第2の配置との間で切換えられる。これにより、装着部11に装着された反応容器100の流路110における、重力の作用する方向における最下点の位置が変化する。したがって、温度勾配が形成された流路110内を、重力にしたがって反応液140が移動するので、反応液140に対して熱サイクルを施すことができる。また、本実施形態によれば、反応容器100に充填された反応液140又は反応液140とは混和しない液体130に含まれる蛍光物質から発せられる所定の波長の光の強度が検出される。したがって、所定の波長の光の強度に基づいて、反応容器100の状態が異常であるか否かを判定できる。したがって、所望の熱サイクルを反応液に施せなくなる状態であるか否かを判定できる異常判定方法を実現できる。
【0103】
ステップS106の検出を行う際には、第1の配置又は第2の配置において、重力の作用する方向における流路110の最下点を含む領域からの光の強度を検出してもよい。反応液140は、流路110内を重力の作用する方向における最下点近傍に向かって移動するので、装着部11が第1の配置又は第2の配置である場合には、流路110の前記最下点を含む領域に反応液140が移動する。そのため、重力の作用する方向における流路110の最下点近傍における所定の波長の光の強度を検出して判定することで、反応液140の移動に異常があるか否かをより正確に判定できる。したがって、より正確に反応容器100の状態が異常であるか否かを判定できる。
【0104】
なお、ステップS102は、ステップS100より後の所望の任意のタイミングで行うことができる。すなわち、ステップS102は、ステップS104の次に行ってもよいし、ステップS106の次に行ってもよいし、ステップS108の次に行ってもよい。
【0105】
図6に示される例では、反応容器100を装着部11に装着した後に行われるステップS108の判定を行う回数は1回である。反応容器100の状態に異常がある場合としては、反応液140及び液体130を含む反応容器100そのものに異常がある場合と、反応容器100を装着部11に取り付ける状態に異常がある場合のいずれかである可能性が高いものと考えられる。これらの場合の多くは、ステップS104の後に1回の判定を行えば、異常の有無を判定できる。したがって、少ない判定回数で異常の有無を判定できる。
【0106】
なお、反応容器100を装着部11に装着した後に行われるステップS108の判定を行う回数は複数回であってもよい。この場合には、図6に示されるフローチャートにおいて、ステップS104からS108までを複数回繰り返す。これによって、ステップS104を複数回繰り返しているうちに反応容器100の状態に異常が発生した場合にも、異常が発生した後に最初に行われるステップS108で異常の有無を判定できる。
【0107】
4−1.異常判定方法の第1具体例
図7は、異常判定方法の第1具体例を説明するためのフローチャートである。図7に示される熱サイクル装置1の異常判定方法の第1具体例では、反応容器100に充填された反応液140が蛍光物質を含んでいる場合について説明する。なお、図6に示されるフローチャートと同一の工程には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【0108】
図7に示される例では、まず、反応容器100を装着部11に装着する(ステップS100)。反応容器100を装着部11に装着した時点では、図4(A)に示されるように、装着部11は第1の配置となっている。次に、装着部11に装着された反応容器100の流路110に対して、反応液140が移動する方向に温度勾配を形成する(ステップS102)。
【0109】
図7に示される例では、ステップS102の後に、装着部11の配置を、第1の配置と第2の配置との間で切換える(ステップS104)。第1具体例においては、図5に示されるように、制御部60が駆動機構20を制御するための制御情報D3を出力し、駆動機構20が制御情報D3に基づいて、装着部11の配置を第1の配置から第2の配置へと切換えた後に、装着部11の配置を第2の配置から第1の配置へと切換える。すなわち、装着部11の配置を、第1の配置と第2の配置との間で2回切換える。また、図5に示されるように、制御部60は、装着部11を第2の配置から第1の配置へと切換えるタイミングに関する情報を含む制御タイミング情報D4を判定部50に出力する。
【0110】
図7に示される例では、ステップS104の後に、所定の波長の光の強度の検出を行う(ステップS106)。
【0111】
図7に示される例では、ステップS106の後に、ステップS104で検出された光の強度に基づいて、反応容器100の状態が異常であるか否かの判定を行う(ステップS108)。第1具体例におけるステップS108の判定を行う際には、装着部11の配置が第1の配置と第2の配置との間で切換えられた後(第1具体例においては、第2の配置から第1の配置へと切換えられた後)の基準時間(第1具体例においては、第1基準時間)内に、ステップS106において検出される光の強度が基準値(第1具体例においては、第1基準値V1)を上回らなかった場合に、反応容器100の状態が異常であると判定する。第1具体例においては、熱サイクル装置1の判定部50が、駆動機構20によって装着部11及び温度勾配形成部30の配置が第1の配置と第2の配置との間で切換えられた後(第2の配置から第1の配置へと切換えられた後)の基準時間(第1基準時間)内に、検出部40によって検出される光の強度が基準値(第1基準値V1)を上回らなかった場合に、反応容器100の状態が異常であると判定する。
【0112】
次に、ステップS108の具体例について説明する。図7に示される例では、第1基準時間内にステップS106で検出される光の強度が第1基準値V1を上回ったか否かを判定する(ステップS202)。第1具体例においては、図5に示されるように、判定部50が、検出部40が出力する検出結果情報D1に基づいて光の強度が第1基準値V1を上回ったか否かを判定する。また、第1具体例においては、図5に示されるように、制御部60が出力する制御タイミング情報D4に基づいて第1基準時間以内であるか否かを判定する。
【0113】
第1基準時間内にステップS106で検出される光の強度が第1基準値V1を上回った場合(ステップS202でYESの場合)には、反応容器100の状態が正常であると判定する(ステップS204)。第1基準時間内にステップS106で検出される光の強度が第1基準値V1を上回らなかった場合(ステップS202でNOの場合)には、反応容器100の状態が異常であると判定する(ステップS206)。
【0114】
第1基準時間としては、反応液140が反応容器100の流路110内の第2領域112から第1領域111まで移動するために十分な時間を設定する。第1基準時間は、反応容器100の流路110の構造、液体130の粘性、液体130と反応液140との比重差などを考慮して設定してもよいし、実験的に設定してもよい。
【0115】
第1基準時間の測定を開始するタイミングは、駆動機構20によって装着部11及び温度勾配形成部30の配置を切換え始めるタイミングでもよいし、装着部11及び温度勾配形成部30の配置を切換え終えるタイミングでもよい。以下では、第1基準時間の測定を開始するタイミングが、装着部11及び温度勾配形成部30の配置を第2の配置から第1の配置へと切換え終えるタイミングである場合を例にとり説明する。
【0116】
図8は、異常判定方法の第1具体例における光の強度を示すグラフである。図8の横軸は時間、縦軸は検出部40で検出される光の強度を表す。
【0117】
図8に示される例では、時刻t0が装着部11及び温度勾配形成部30の配置を第2の配置から第1の配置へと切換え終えるタイミングである。また、時刻t0から第1基準時間を経過した時刻は時刻t2である。図8には、第1状態〜第3状態までの3つの状態が例示されている。
【0118】
第1状態では、時刻t0の後、第1基準時間内の時刻である時刻t1において、検出部40で検出される光の強度が第1基準値V1を上回っている。したがって、判定部50は、第1状態を正常な状態であると判定する。
【0119】
第2状態では、時刻t0の後、検出部40で検出される光の強度は高くなるものの、第1基準時間内に第1基準値V1を上回らない。したがって、判定部50は、第2状態を異常な状態であると判定する。第2状態となる場合としては、例えば、反応容器100が正しく装着部11に装着されていない場合、反応容器100に充填された反応液140の量が不十分である場合などがある。
【0120】
第3状態では、時刻t0の後、検出部40で検出される光の強度は高くならず一定である。したがって、判定部50は、第3状態を異常な状態であると判定する。第3状態となる場合としては、例えば、反応容器100が装着部11に装着されていない場合、反応容器100に反応液140が充填されていない場合、反応液140が反応容器100の第2領域112などの内壁に付着して第1領域111まで移動していない場合などがある。
【0121】
第1具体例によれば、検出部40によって検出される所定の波長の光を発する蛍光物質が、反応容器100に充填された反応液140に含まれているので、重力の作用する方向における流路110の最下点近傍に反応液140が移動した場合には、検出される光の強度は大きくなる。言い換えると、基準時間(第1基準時間)内に光の強度が基準値(第1基準値V1)を上回らない場合は、反応容器100の状態が異常である可能性が高い。したがって、基準時間(第1基準時間)内に検出される光の強度が基準値(第1基準値V1)を上回らなかった場合には、反応容器100の状態が異常であると判定することで、反応容器100の状態が異常であるか否かを所定の基準にしたがって判定できる。
【0122】
4−2.異常判定方法の第2具体例
図9は、異常判定方法の第2具体例を説明するためのフローチャートである。図9に示される熱サイクル装置1の異常判定方法の第2具体例では、反応容器100に充填された液体130が蛍光物質を含んでいる場合について説明する。なお、図6及び図7に示されるフローチャートと同一の工程には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【0123】
図9に示される第2具体例では、ステップS100からステップS106までの工程は、図7を用いて説明した第1具体例と同一である。
【0124】
図9に示される例では、ステップS106の後に、ステップS104で検出された光の強度に基づいて、反応容器100の状態が異常であるか否かの判定を行う(ステップS108)。第2具体例におけるステップS108の判定を行う際には、装着部11の配置が第1の配置と第2の配置との間で切換えられた後(第2具体例においては、第2の配置から第1の配置へと切換えられた後)の基準時間(第2具体例においては、第2基準時間)内に、ステップS106において検出される光の強度が基準値(第2具体例においては、第2基準値V2)を下回らなかった場合に、反応容器100の状態が異常であると判定する。第2具体例においては、熱サイクル装置1の判定部50が、駆動機構20によって装着部11及び温度勾配形成部30の配置が第1の配置と第2の配置との間で切換えられた後(第2の配置から第1の配置へと切換えられた後)の基準時間(第2基準時間)内に、検出部40によって検出される光の強度が基準値(第2基準値V2)を下回らなかった場合に、反応容器100の状態が異常であると判定する。
【0125】
次に、ステップS108の具体例について説明する。図9に示される例では、第2基準時間内にステップS106で検出される光の強度が第2基準値V2を下回ったか否かを判定する(ステップS212)。第2具体例においては、図5に示されるように、判定部50が、検出部40が出力する検出結果情報D1に基づいて光の強度が第2基準値V2を下回ったか否かを判定する。また、第2具体例においては、図5に示されるように、制御部60が出力する制御タイミング情報D4に基づいて第2基準時間以内であるか否かを判定する。
【0126】
第2基準時間内にステップS106で検出される光の強度が第2基準値V2を下回った場合(ステップS212でYESの場合)には、反応容器100の状態が正常であると判定する(ステップS214)。第2基準時間内にステップS106で検出される光の強度が第2基準値V2を下回らなかった場合(ステップS212でNOの場合)には、反応容器100の状態が異常であると判定する(ステップS216)。
【0127】
第2基準時間としては、反応液140が反応容器100の流路110内の第2領域112から第1領域111まで移動するために十分な時間を設定する。第2基準時間は、反応容器100の流路110の構造、液体130の粘性、液体130と反応液140との比重差などを考慮して設定してもよいし、実験的に設定してもよい。
【0128】
第2基準時間の測定を開始するタイミングは、駆動機構20によって装着部11及び温度勾配形成部30の配置を切換え始めるタイミングでもよいし、装着部11及び温度勾配形成部30の配置を切換え終えるタイミングでもよい。以下では、第2基準時間の測定を開始するタイミングが、装着部11及び温度勾配形成部30の配置を第2の配置から第1の配置へと切換え終えるタイミングである場合を例にとり説明する。
【0129】
図10は、異常判定方法の第2具体例における光の強度を示すグラフである。図10の横軸は時間、縦軸は検出部40で検出される光の強度を表す。
【0130】
図10に示される例では、時刻t10が装着部11及び温度勾配形成部30の配置を第2の配置から第1の配置へと切換え終えるタイミングである。また、時刻t10から第2基準時間を経過した時刻は時刻t12である。図10には、第4状態〜第6状態までの3つの状態が例示されている。
【0131】
第4状態では、時刻t10の後、第2基準時間内の時刻である時刻t11において、検出部40で検出される光の強度が第2基準値V2を下回っている。したがって、判定部50は、第4状態を正常な状態であると判定する。
【0132】
第5状態では、時刻t10の後、検出部40で検出される光の強度は低くなるものの、第2基準時間内に第2基準値V2を下回らない。したがって、判定部50は、第5状態を異常な状態であると判定する。第5状態となる場合としては、例えば、反応容器100が正しく装着部11に装着されていない場合、反応容器100に充填された反応液140の量が不十分である場合などがある。
【0133】
第6状態では、時刻t10の後、検出部40で検出される光の強度は低くならず一定である。したがって、判定部50は、第6状態を異常な状態であると判定する。第6状態となる場合としては、例えば、反応容器100が装着部11に装着されていない場合、反応容器100に反応液140が充填されていない場合、反応液140が反応容器100の第2領域112などの内壁に付着して第1領域111まで移動していない場合などがある。
【0134】
第2具体例によれば、検出部40によって検出される所定の波長の光を発する蛍光物質が、反応容器100に充填された液体130に含まれているので、重力の作用する方向における流路110の最下点近傍に液体130が移動した場合には、検出される光の強度は小さくなる。言い換えると、基準時間(第2基準時間)内に光の強度が基準値(第2基準値V2)を下回らない場合は、反応容器100の状態が異常である可能性が高い。したがって、基準時間(第2基準時間)内に検出される光の強度が基準値(第2基準値V2)を下回らなかった場合には、反応容器100の状態が異常であると判定することで、反応容器100の状態が異常であるか否かを所定の基準にしたがって判定できる。
【0135】
4−3.その他の変形例
制御部60は、判定部50の判定結果に基づいて、駆動機構20を制御してもよい。図5に示される例では、判定部50が出力する判定結果情報D2に基づいて、駆動機構20に制御情報D3を出力してもよい。例えば、制御部60は、判定部50が反応容器100の状態を異常であると判定した場合(判定結果が異常である場合)には、駆動機構20の動作を停止させてもよい。これによって、反応容器100の状態が異常であると判定された場合には、その後の熱サイクル処理を中止することができる。
【0136】
制御部60は、判定部50の判定結果に基づいて、表示部24を制御してもよい。図5に示される例では、判定部50が出力する判定結果情報D2に基づいて、表示部24に表示させる内容に関する情報を含む表示情報D5を表示部24に出力してもよい。表示部24は、表示情報D5に基づいて、指定された内容を表示する。例えば、制御部60は、判定部50が反応容器100の状態を異常であると判定した場合(判定結果が異常である場合)には、異常である旨のメッセージを表示部24に表示させてもよい。これによって、異常の発生をユーザーに知らせることができる。
【0137】
なお、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、複数を適宜組み合わせることが可能である。
【0138】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは、目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【0139】
1 熱サイクル装置、10 本体、11 装着部、11a 第1の装着部、11b 第2の装着部、12 第1加熱部、12a 第1ヒーター、12b 第1ヒートブロック、13 第2加熱部、13a 第2ヒーター、13b 第2ヒートブロック、14 スペーサー、15 導線、18 測定窓、20 駆動機構、21 軸受け、23 観察窓、24 表示部、25 操作部、30 温度勾配形成部、31 熱源部、32 熱伝導部、40 検出部、41a,42a 検出器、41b,42b スライド棒、50 判定部、60 制御部、70 蓋、71 固定部、80 凹部、100 反応容器、110 流路、111 第1領域、112 第2領域、113 突出部、120 封止部、130 液体、140 反応液、D1 検出結果情報、D2 判定結果情報、D3 制御情報、D4 制御タイミング情報、D5 表示情報、D6 制御情報、R 回転軸、V1 第1基準値、V2 第2基準値

【特許請求の範囲】
【請求項1】
反応液と、前記反応液とは比重が異なり、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填され、前記反応液が対向する内壁に沿って移動する流路を含む反応容器を装着する装着部と、
前記装着部に前記反応容器を装着した場合に、前記流路に対して、前記反応液が移動する方向に温度勾配を形成する温度勾配形成部と、
前記装着部に前記反応容器を装着した場合に、前記装着部及び前記温度勾配形成部の配置を、第1の配置と、重力の作用する方向における前記流路の最下点の位置が前記第1の配置とは異なる第2の配置との間で切換える駆動機構と、
所定の波長の光の強度を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された前記光の強度に基づいて、前記反応容器の状態が異常であるか否かを判定する判定部と、
を含み、
前記反応容器に充填された前記反応液及び前記反応液とは混和しない液体のいずれか一方は、前記所定の波長の光を発する蛍光物質を含む、熱サイクル装置。
【請求項2】
請求項1に記載の熱サイクル装置において、
前記検出部は、前記装着部及び前記温度勾配形成部の配置が前記第1の配置又は前記第2の配置である場合に、重力の作用する方向における前記流路の最下点を含む領域の前記光の強度を検出する、熱サイクル装置。
【請求項3】
請求項2に記載の熱サイクル装置において、
前記反応容器に充填された前記反応液は前記蛍光物質を含み、
前記判定部は、前記駆動機構によって前記装着部及び前記温度勾配形成部の配置が前記第1の配置と前記第2の配置との間で切換えられた後の基準時間内に、前記検出部によって検出される前記光の強度が基準値を上回らなかった場合に、前記反応容器の状態が異常であると判定する、熱サイクル装置。
【請求項4】
請求項2に記載の熱サイクル装置において、
前記反応容器に充填された前記反応液とは混和しない液体は前記蛍光物質を含み、
前記判定部は、前記駆動機構によって前記装着部及び前記温度勾配形成部の配置が前記第1の配置と前記第2の配置との間で切換えられた後の基準時間内に、前記検出部によって検出される前記光の強度が基準値を下回らなかった場合に、前記反応容器の状態が異常であると判定する、熱サイクル装置。
【請求項5】
反応液と、前記反応液とは比重が異なり、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填され、前記反応液及び前記反応液とは混和しない液体のいずれか一方は所定の波長の光を発する蛍光物質を含み、前記反応液が対向する内壁に沿って移動する流路を含む反応容器を装着部に装着することと、
前記装着部に装着された前記反応容器の前記流路に対して、前記反応液が移動する方向に温度勾配を形成することと、
前記装着部の配置を、第1の配置と、重力の作用する方向における前記流路の最下点の位置が前記第1の配置とは異なる第2の配置との間で切換えることと、
前記所定の波長の光の強度の検出を行うことと、
前記検出において検出された前記光の強度に基づいて、前記反応容器の状態が異常であるか否かの判定を行うことと、
を含む、異常判定方法。
【請求項6】
請求項5に記載の異常判定方法において、
前記検出を行う際には、前記第1の配置又は前記第2の配置において、重力の作用する方向における前記流路の最下点を含む領域の前記光の強度を検出する、異常判定方法。
【請求項7】
請求項6に記載の異常判定方法において、
前記反応容器に充填された前記反応液は、前記蛍光物質を含み、
前記判定を行う際には、前記装着部の配置が前記第1の配置と前記第2の配置との間で切換えられた後の基準時間内に、前記検出において検出される前記光の強度が基準値を上回らなかった場合に、前記反応容器の状態が異常であると判定する、異常判定方法。
【請求項8】
請求項6に記載の異常判定方法において、
前記反応容器に充填された前記反応液とは混和しない液体は、前記蛍光物質を含み、
前記判定を行う際には、前記装着部の配置が前記第1の配置と前記第2の配置との間で切換えられた後の基準時間内に、前記検出において検出される前記光の強度が基準値を上回らなかった場合に、前記反応容器の状態が異常であると判定する、異常判定方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2013−44661(P2013−44661A)
【公開日】平成25年3月4日(2013.3.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−183376(P2011−183376)
【出願日】平成23年8月25日(2011.8.25)
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.セルフォック
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】