熱サイクル装置
【課題】チップ上で液滴を移動させることにより、効率的な熱サイクルを当該液滴に施すことのできる熱サイクル装置を提供する。
【解決手段】本発明にかかる熱サイクル装置は、液滴を載置する載置面を有するチップを装着する装着部と、前記液滴が受ける重力加速度の前記載置面に対して平行な成分と前記液滴の質量の積とが、前記載置面に前記液滴が載置された際の静止摩擦力よりも大きくなるように、前記装着部を所定方向に傾斜させる傾斜機構と、前記所定方向に温度分布を有するように前記チップの前記載置面を温度制御する温度制御部と、を備える。
【解決手段】本発明にかかる熱サイクル装置は、液滴を載置する載置面を有するチップを装着する装着部と、前記液滴が受ける重力加速度の前記載置面に対して平行な成分と前記液滴の質量の積とが、前記載置面に前記液滴が載置された際の静止摩擦力よりも大きくなるように、前記装着部を所定方向に傾斜させる傾斜機構と、前記所定方向に温度分布を有するように前記チップの前記載置面を温度制御する温度制御部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高度な化学分析や化学合成、あるいはバイオテクノロジー関連の分析を小さなマイクロ流体チップに集積化する技術は、マイクロＴＡＳ（Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ）あるいはＬａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐなどと呼ばれ、医療診断や健康チェック、環境や食品のオンサイト分析、医薬品や化学品などの高付加価値物質の生産、生化学分析の高効率化など広い分野に応用が見込まれている。近年では、半導体製造分野での微細加工技術によりシリコンやガラス基板の加工を行って、マイクロＴＡＳを構築することも検討されている。
【０００３】
マイクロＴＡＳは、従来の技術と比べて試料の必要量が少ない、反応時間が短い、廃棄物が少ない、などのメリットを有している。また、マイクロＴＡＳは、医療分野に使用した場合には、血液など検体の量を少なくすることで患者の負担を軽減でき、また、試薬の量を少なくすることで検査のコストを下げることができる。さらに、検体および試薬の量が少ないことから、反応時間が大幅に短縮され検査の効率化を図ることができる。
【０００４】
一方、ＤＮＡやＲＮＡのような遺伝子の検査するための増幅方法としてＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ）が例えば研究用および臨床検査用に広く用いられている。ＰＣＲでは通常、標的核酸および試薬を含む反応液に、熱サイクルという複数段階の温度変化（例えば９５℃、７４℃、５５℃の温度変化を繰り返す）を施すことにより標的核酸を増幅させる。
【０００５】
ＰＣＲにマイクロＴＡＳあるいはＬａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐを適用することは、少ない量の検体で済み、また反応時間の短縮も可能なことから有望である。そしてその場合には、反応液の微小な液滴を、器具等を使うことなく、チップ内で位置を移動させる技術が、汚染（コンタミネーション）の抑制、熱サイクルの効率化の点で有用となっている。微小な液滴を移動させる技術としては、例えば、液滴に磁性粒子を配合し、当該磁性粒子が外部からの磁力を受けて、液滴全体を移動させる方法が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−０１２４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、微小な液滴を移動させる方法として、磁性粒子を用いる方法では、磁性粒子に対象の液体を追従させる必要があり、液滴の体積に対する磁性粒子の配合量を調節する必要があった。また、磁性粒子によって液滴を移動させる方法をＰＣＲに適用する場合には、添加した磁性粒子によってＰＣＲの反応が阻害されたり、磁性粒子の熱容量によって熱サイクルの効率が低下することが懸念される。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その幾つかの態様にかかる目的の一つは、チップ上で液滴を移動させることにより、効率的な熱サイクルを当該液滴に施すことのできる熱サイクル装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。
【００１０】
［適用例１］本発明にかかる熱サイクル装置の一態様は、液滴を載置する載置面を有するチップを装着する装着部と、前記液滴が受ける重力加速度の前記載置面に対して平行な成分と前記液滴の質量との積が、前記載置面に前記液滴が載置された際の静止摩擦力よりも大きくなるように、前記装着部を所定方向に傾斜させる傾斜機構と、前記所定方向に温度分布を有するように前記チップの前記載置面を温度制御する温度制御部と、を備える。
【００１１】
本適用例の熱サイクル装置によれば、傾斜機構が、液滴が受ける重力加速度の載置面に対して平行な成分と液滴の質量の積とが、載置面に液滴が載置された際の静止摩擦力よりも大きくなるように、装着部を傾斜させるため、チップに載置される液滴の落下を利用することによって、液滴をチップの載置面上で移動させることができる。そして、当該載置面は温度制御部によって温度制御されているので、液滴を載置面上で移動させることによって、当該液滴の温度を迅速に変化させることができる。したがって、本適用例の熱サイクル装置によれば、液滴に対して、効率的な熱サイクルを施すことができる。
【００１２】
［適用例２］適用例１の熱サイクル装置において、前記傾斜機構は、前記温度分布の方向と交差する方向の回転軸と、前記回転軸を回転させる回転手段と、を含んでもよい。
【００１３】
本適用例の熱サイクル装置は、回転機構によって装着部を傾斜させることができる。したがって小型化しやすく、かつ、装着部の傾斜を容易に行うことができる。
【００１４】
［適用例３］適用例１または適用例２の熱サイクル装置において、前記温度制御部は、第１温度制御部および第２温度制御部を有してもよく、前記第１温度制御部は、前記チップの前記載置面の一部を９０℃以上１００℃以下の温度範囲に制御し、前記第２温度制御部は、前記チップの前記載置面の一部を５０℃以上７５℃以下の温度範囲に制御してもよい。
【００１５】
本適用例の熱サイクル装置によれば、液滴に対して２段階以上の熱サイクルを施すことができる。また、本適用例の熱サイクル装置は、液滴の温度を、９０℃以上１００℃以下、および、５０℃以上７５℃以下に制御することができるためＰＣＲになお適している。
【００１６】
［適用例４］適用例１ないし適用例３のいずれか一例の熱サイクル装置において、前記チップの前記載置面を内包する密閉空間を形成するように設けられる蓋体をさらに有してもよい。
【００１７】
本適用例の熱サイクル装置によれば、チップおよび液滴を密閉空間に保持できる。これにより、液滴に対する汚染（コンタミネーション）を抑制することができる。
【００１８】
［適用例５］適用例４の熱サイクル装置において、前記蓋体を加熱する加熱部をさらに有してもよい。
【００１９】
本適用例の熱サイクル装置によれば、蓋体が結露等によって曇ることが抑制され、これにより、例えば、液滴がＰＣＲの反応液である場合などにおいて、結露によって生じた水滴等が反応液に混入することなどが抑制され、反応液の蛍光測定等をより正確に行うことができる。
【００２０】
［適用例６］適用例４または適用例５の熱サイクル装置において、前記蓋体は、前記蓋体の外部から前記チップの前記載置面を視認可能な位置に、可視光の波長領域において透明な材質で形成された窓を有してもよい。
【００２１】
本適用例の熱サイクル装置によれば、液滴を外部から観察、または光学的手段によって測定できる。そのため、例えば、液滴がＰＣＲの反応液である場合などにおいて、蛍光測定等を熱サイクルの途中でも行うことができる。
【００２２】
［適用例７］適用例４ないし適用例６のいずれか一例の熱サイクル装置において、前記蓋体によって形成される前記密閉空間は、水の飽和雰囲気であってもよい。
【００２３】
本適用例の熱サイクル装置によれば、液滴が水分を含む場合に、液滴からの水分の蒸発を抑制することができ、例えば、反応液の溶質の濃度の変化を小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】熱サイクル装置に装着するチップの一例を示す平面図。
【図２】実施形態に係る熱サイクル装置の要部を模式的に示す平面図。
【図３】実施形態に係る熱サイクル装置の要部を模式的に示す側面図。
【図４】実施形態に係る熱サイクル装置の載置面が傾斜された様子を模式的に示す側面図。
【図５】実施形態に係る熱サイクル装置の要部の断面を拡大して示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に本発明のいくつかの実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の例を説明するものである。本発明は、以下の実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含む。なお以下の実施形態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。
【００２６】
図１は、本実施形態の熱サイクル装置１００に装着されるチップの一例であるチップ１を示す平面図である。図２は、本実施形態の熱サイクル装置１００の要部を模式的に示す平面図である。図３は、本実施形態の熱サイクル装置１００の要部を模式的に示す側面図である。図４は、本実施形態の熱サイクル装置１００の装着部１２が傾斜された様子を模式的に示す側面図である。
【００２７】
本実施形態の熱サイクル装置１００は、チップ１を装着する装着部１２と、装着部１２を所定方向に傾斜させる傾斜機構２０と、チップ１の載置面ｓを温度制御する温度制御部３０と、を備える。
【００２８】
１．チップ
チップ１は、熱サイクル装置１００の装着部１２に装着することができる形状を有する。チップ１には、液滴ｄが載置される。チップ１の機能の一つは、載置された液滴ｄを保持し、チップ１内で液滴ｄを移動させることによって、液滴ｄに熱を与えることが挙げられる。チップ１は、チップ１が傾斜された際に、液滴ｄをチップ１から漏洩させないような形状を有する。例えば、チップ１は、周囲に液滴ｄの漏洩を防止する枠を有してもよい。チップ１の材質は、特に限定されないが、例えば、ガラス、シリコン、各種の樹脂などが挙げられる。チップ１をＰＣＲの反応に用いる場合には、チップ１は、コンタミネーションを防止するために使い捨てであることが好ましく、材質はコストの点で樹脂であることがより好ましい。
【００２９】
チップ１は、液滴ｄを載置する載置面ｓを有する。載置面ｓは、液滴ｄが移動することができる程度の大きさの面積を有する。載置面ｓは、液滴ｄを滴の形状に保持できる性質を有する。載置面ｓの形状は、例えば、平面、曲面とすることができる。載置面ｓは、例えば、液滴ｄが移動する範囲を規制する溝Ｌを有してもよい。載置面ｓが溝Ｌを有すると、例えば、チップ１に液滴ｄが複数載置される場合に、当該複数の液滴が互いに合一することを防ぎ、汚染を抑制することができる。図１に例示したチップ１では、載置面ｓに、チップ１の移動方向に沿った溝Ｌが複数形成されている。
【００３０】
載置面ｓは、撥水処理、撥油処理などの撥液処理がされていてもよい。載置面ｓの撥液処理は、例えば液滴ｄを構成する液体の種類、または液滴ｄの大きさを考慮して選択される。載置面ｓが撥液処理されていると、例えば液滴ｄの移動を容易化することができる。載置面ｓの撥液処理としては、例えば、フッ素樹脂またはシリコン樹脂によるコーティングなどが挙げられる。
【００３１】
液滴ｄは、載置面ｓに載置されたときに滴となる大きさで載置される。液滴ｄは、載置されたときに滴になれば、水性、油性のいずれであってもよい。液滴ｄは、例えば、ＰＣＲの反応液であってもよい。液滴ｄがＰＣＲの反応液である場合には、反応液には増幅の対象とする核酸（標的核酸）および反応に必要な試薬が含まれる。
【００３２】
２．装着部
本実施形態の熱サイクル装置１００は、装着部１２を有する。装着部１２は、チップ１を装着する部分である。図２に例示する熱サイクル装置１００では、装着部１２は、ステージ１０に形成されている。装着部１２は、熱サイクル装置１００に複数形成されてもよい。装着部１２にチップ１を装着する機構としては、後述する装着部１２の傾斜によって、チップ１がステージ１０上を移動する等の不具合、またはステージ１０から脱落する等の不具合を生じない限り、特に制限されない。装着部１２にチップ１を固定する方法としては、例えば、クリップ等により機械的にチップ１を固定する方法、チップ１を減圧吸着する方法、粘着シート等によって固定する方法などが挙げられる。本実施形態の熱サイクル装置１００では、装着部１２にチップ１が図示せぬ粘着シートによって固定されている。
【００３３】
ステージ１０は、所定の方向に傾斜できるように構成される。したがって、装着部１２は、所定の方向に傾斜し、装着部１２にチップ１が装着された場合に、チップ１は、当該所定の方向に傾斜することができる。このような機能を有する限り、ステージ１０の構成や形状については制限がない。また、ステージ１０が所定の方向に傾斜する範囲についても、液滴ｄがチップ１から漏洩しない範囲で、特に制限されず、チップ１上の液滴ｄの移動範囲や、傾斜機構２０の構成によって、適宜設定されることができる。装着部１２の形状は、チップ１の形状に合わせて適宜設計されることができる。ステージ１０において装着部１２が形成される位置についても特に制限されない。図１に例示した熱サイクル装置１００では、装着部１２は、ステージ１０の上面に形成されている。
【００３４】
３．傾斜機構
３．１．傾斜機構の構成
本実施形態の熱サイクル装置１００は、傾斜機構２０を有する。傾斜機構２０は、ステージ１０を所定の方向に傾斜させることができる。かかる傾斜により、チップ１が傾斜して、チップ１上に載置された液滴ｄが傾斜の方向にしたがって移動することになる。ここで、所定の方向とは、液滴ｄが移動した際に、移動する前後で、チップ１上の異なる温度の領域に到達させることのできる方向である。
【００３５】
本実施形態の熱サイクル装置１００では、傾斜機構２０は、温度制御部３０によって形成される温度分布の方向と交差する方向に軸を有する回転軸２２と、該回転軸２２を回転させるモーター２４とを含む。具体的には、本実施形態の熱サイクル装置１００は、チップ１が装着された状態で、チップ１に形成された溝Ｌの延びる方向、すなわち温度分布の方向に交差する軸の周りにステージ１０（装着部１２）が回転されて傾斜される傾斜機構２０を例示している。
【００３６】
傾斜機構２０の構成としては、装着部１２を傾斜することができる限り何ら限定されない。傾斜機構２０は、例えば、動力源としてモーターを、機構としてカム、歯車、ベルトなどを含んで適宜に構成されることができる。
【００３７】
図２ないし図４には、ステージ１０に接続された回転軸２２、および、動力として回転軸２２を回転させるモーター２４を有する傾斜機構２０で構成された熱サイクル装置１００を示した。熱サイクル装置１００は、モーター２４によってステージ１０を所定の方向に傾斜させることができる。この場合の傾斜の方向は、回転軸２２の回転方向に依存している。
【００３８】
また、傾斜機構２０には、いずれも図示しないが、例えば回転軸２２の回転（装着部１２の傾斜）を制限するストッパー機構、振動を抑制するダンパー機構、傾斜の大きさを制御する制御機構、液滴センサー、姿勢センサーなどを含んでもよい。また、回転軸２２は、ステージ１０と一体的に構成されてもよい。
【００３９】
本実施形態では、ステージ１０（装着部１２）が傾斜する所定の方向は、１方向の場合（一次元的な移動）を例示しているが、これに限定されず、例えば、互いに交差する２つの方向にそれぞれステージ１０を傾斜できるように傾斜機構２０を構成してもよい。このような場合には、チップ１の載置面ｓ上において、液滴ｄを所定の面の範囲で任意に移動（二次元的な移動）させることもできる。
【００４０】
３．２．液滴の移動
傾斜機構２０により装着部１２は傾斜される。図４に示すように、本実施形態の熱サイクル装置１００において、傾斜機構２０によって装着部１２が傾斜される角度θを、水平面Ｈからの仰角として定義する。角度θの最大値は、液滴ｄが、載置面ｓにおいて移動できる角度よりも大きい。具体的には、角度θの範囲は、少なくとも液滴ｄが受ける重力加速度ｇの載置面ｓに対して平行な成分ｇ’（ｇ’＝ｇ・ｓｉｎθ）と液滴ｄの質量との積が、載置面ｓに液滴ｄが載置された際の静止摩擦力よりも大きくなる角度を含む。また、重力加速度ｇの載置面ｓに対して平行な成分ｇ’と液滴ｄの質量との積は、液滴ｄが受ける力に相当する。
【００４１】
そのため、載置面ｓに液滴ｄが載置された際の静止摩擦力よりも、重力加速度ｇの載置面ｓに対して平行な成分ｇ’と液滴ｄの質量との積が大きい場合には、液滴ｄは、チップ１の載置面ｓ上を移動する（図４中矢印で示す。）。なお、液滴ｄの載置面ｓにおける静止摩擦力は、例えば、あらかじめ載置面ｓを水平状態から傾斜させてゆき、滑落が始まる傾斜角度を測定する方法によって見積もることができる。
【００４２】
そして、載置面ｓの傾斜により移動された液滴ｄは、例えば、載置面ｓの溝Ｌの端において停止させることができ、あるいは、載置面ｓの傾斜をより緩やかな方向または反対の方向に傾斜させることによって、停止させることができる。
【００４３】
なお、傾斜機構２０による傾斜の方向を逆にすれば、同様の作用が得られ、その場合には、重力加速度ｇの載置面ｓに対して平行な成分ｇ’の向きが逆になるため、上述の方向とは逆の方向に液滴ｄが移動することになる。したがって、図２ないし図４に示す熱サイクル装置１００では、回転軸２２の回転方向を逆にするだけで、液滴ｄの移動方向を逆方向にすることができるため、簡易な構成で液滴ｄを移動させることができる。そのため、液滴ｄを容易に温度の異なる領域間で往復させることができ、例えば液滴ｄに温度サイクルを容易に施すことができる。本実施形態の傾斜機構２０は、小規模の構成としやすく構造を簡素化することができ、熱サイクル装置の小型化が容易でかつ生産性に優れたものとすることができる。
【００４４】
４．温度制御部
本実施形態の熱サイクル装置１００は、温度制御部３０を有する。温度制御部３０は、チップ１の載置面ｓの温度を制御することができる。温度制御部３０によって温度が制御される載置面ｓの領域の大きさは、特に制限されないが、載置面ｓにおいて液滴ｄが移動する領域において、少なくとも２段階の温度が得られるように設計される。例えば、液滴ｄの移動が、所定方向（１軸）に沿ったものである場合には、当該所定方向において、少なくとも２段階の温度に制御されるように設計される。すなわち、温度制御部３０は、装着部１２（ステージ１０）が傾斜する所定方向に沿って温度分布が形成されるように、チップ１の載置面ｓの温度を制御する。
【００４５】
温度制御部３０が形成される位置は特に制限されないが、例えば、ステージ１０に形成されることができる。温度制御部３０の形状についても特に限定されない。温度制御部３０の機能としては、チップ１の載置面ｓの温度を制御して、当該温度制御された載置面ｓの部分に液滴ｄが存在する場合に、液滴ｄをその温度に加熱または冷却することが挙げられる。
【００４６】
温度制御部３０の構成としては、例えば、電熱ヒーター、ペルチェ素子、または、蓄熱媒体や冷媒の循環機構、あるいはそれらの組合せを含んで構成されることができる。また、温度制御部３０の構成は、チップ１の熱容量や、ステージ１０の大きさなどを考慮して適宜選定されることができる。図２ないし図４に示す熱サイクル装置の例では、温度制御部３０は、ステージ１０の装着部１２に形成されている。そして、温度制御部３０は、チップ１に接触するように配置されている。
【００４７】
温度制御部３０は、１個設けられてもよいし、複数設けられてもよい。図２ないし図４は、温度制御部３０が、２つ設けられた場合を例示している。温度制御部３０は、３つ以上設けられてもよい。図２ないし図４に例示した熱サイクル装置１００では、ステージ１０に、第１温度制御部３１および第２温度制御部３２が形成されている。これにより、載置面ｓに、２箇所の温度制御領域３３を形成しており、チップ１上で、少なくとも２段階の温度に液滴ｄの温度を制御することができる。
【００４８】
温度制御部３０によって制御される温度は、特に制限されないが、例えば、液滴ｄが温度制御領域３３に移動することによって、液滴ｄの温度が９０℃以上１００℃以下の温度範囲、および５０℃以上７５℃以下の温度範囲にそれぞれ制御されるようにしてもよい。このようにすると、液滴ｄがＰＣＲの反応液である場合の熱サイクルに、より好ましい。このような温度範囲を載置面ｓで実現するためには、温度制御部３０の構成として、１つのヒーター等の加熱手段を用いて可能な場合がある。しかし、温度制御部３０が複数設けられる場合には、温度制御部３０のそれぞれが、温度を制御できるので、載置面ｓに異なる温度の領域を形成するように温度制御することがより容易となる。図２ないし図４に例示した熱サイクル装置１００は、液滴ｄの温度を、９０℃以上１００℃以下、および、５０℃以上７５℃以下に制御することが容易であるため液滴ｄがＰＣＲの反応液である場合には特に好適である。
【００４９】
５．その他の構成
本実施形態の熱サイクル装置は、蓋体４０を有してもよい。図５は、本実施形態の熱サイクル装置のステージ１０付近の断面の模式図である。
【００５０】
蓋体４０は、少なくともチップ１の載置面ｓを内包する密閉空間を形成することができる。蓋体４０は、熱サイクル装置の一部材として、チップ１に接続するように構成されてもよいし、ステージ１０に対して接続するように構成されてもよい。図５の例では、蓋体４０は、ステージ１０に接触して固定されている。本実施形態の熱サイクル装置が、蓋体４０を有する場合には、載置面ｓに載置された液滴ｄが、蓋体４０およびステージ１０によって形成される密閉空間内に配置される。そのため、例えば液滴ｄに対する汚染（コンタミネーション）や、外部からの機械的な接触を抑制することができる。
【００５１】
蓋体４０の材質としては、特に制限されず、例えば、ガラス、シリコン、または各種の樹脂が挙げられる。また、蓋体４０には、例えば、気密性を高めるために、必要に応じてパッキン等が含まれてもよい。
【００５２】
蓋体４０の材質が可視光の波長領域（約３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）において不透明な材質である場合に、蓋体４０が設置されることにより、載置面ｓが外部から観測できなくなる場合がある。このような場合には、蓋体４０の外部から載置面ｓを視認することができる位置に、窓４２を形成してもよい。図示の例では、窓４２は、載置面ｓの中央付近に設けられているが、窓４２の設けられる位置はこの限りでなく、例えば、温度制御領域３３に対応する位置に設けられてもよい。
【００５３】
窓４２は、可視光の波長領域において透明な材質、例えば、ガラス、アクリル樹脂等で形成されることができる。蓋体４０が、このような窓４２を有すると、熱サイクル装置の外部から、液滴ｄを観察することができる。そして、液滴ｄが蛍光物質等を含む場合には、外部から液滴ｄの蛍光を熱サイクルの途中でも観測することができる。したがって、例えば、リアルタイムＰＣＲのような、反応（熱サイクル）の途中で蛍光測定を行う用途に本実施形態の熱サイクル装置１００を使用できる。
【００５４】
また、蓋体４０が窓４２を有する場合または蓋体４０が透明な材質で形成される場合には、窓４２または載置面ｓを視認することができる位置を加熱する加熱部をさらに有してもよい。加熱部としては、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）で形成されたヒーター等の透明な発熱体が挙げられる。このようにすれば、窓４２や載置面ｓを視認することができる位置が結露等によって曇ることを抑制することができる。
【００５５】
さらに、蓋体４０によって形成される密閉空間は、水の飽和雰囲気としてもよい。密閉空間を水の飽和雰囲気にする方法としては、例えば、密閉空間内に液滴ｄと干渉しないように水を配置する方法がある。このようにすれば、液滴ｄが水分を含む場合に、液滴ｄの水分の蒸発を抑制することができ、例えば、液滴ｄがＰＣＲの反応液である場合には、液滴ｄにおける溶質の濃度の変化を小さく抑えることができる。
【００５６】
蓋体４０は、液滴ｄに接触してもよい。蓋体４０が液滴ｄに接触する場合には、液滴ｄは、載置面ｓおよび蓋体４０に接触するため、液滴ｄの自由表面の割合を小さくすることができる。これにより、液滴ｄからの水分の蒸発をさらに抑えることができる。なお、このようにする場合には、液滴ｄの静止摩擦力は、載置面ｓとの間の静止摩擦力と蓋体４０との間の静止摩擦力の和となるため、傾斜機構２０によって傾斜される角度は、重力加速度ｇの載置面ｓに対して平行な成分ｇ’と液滴ｄの質量との積が、液滴ｄのチップ１の載置面ｓにおける静止摩擦力および蓋体４０に対する静止摩擦力の和よりも大きくなるように適宜印加される程度とする。
【００５７】
６．作用効果等
以上説明した本実施形態の熱サイクル装置１００によれば、チップ１に載置される液滴ｄに印加される重力加速度によって、当該液滴ｄをチップ１の載置面ｓ上で移動させることができる。そして、当該載置面ｓは温度制御部３０により温度制御されているので、液滴ｄを載置面ｓ上で移動させることによって、当該液滴ｄの温度を所望の温度に迅速に変化させることができる。さらに、液滴ｄは、所望の温度に達した後、所望の期間当該温度に維持されることができる。そして、傾斜の方向を逆転させて、液滴ｄを載置面ｓ上で移動させることによって、当該液滴ｄの温度を他の所望の温度に迅速に変化させることができる。傾斜機構２０の動作の時間間隔、移動距離など、各種の条件は、液滴ｄに必要な熱サイクルの条件に合わせて適宜設計されることができる。そのため、本実施形態の熱サイクル装置１００によれば、例えばＰＣＲにおいて、反応液（液滴ｄ）に対して、効率的な熱サイクルを施すことができる。
【００５８】
本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、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、方法および結果が同一の構成、あるいは目的およ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また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】
【００５９】
１…チップ、ｓ…載置面、ｄ…液滴、Ｌ…溝、ｇ…重力加速度、θ…角度、Ｈ…水平面、１０…ステージ、１２…装着部、２０…傾斜機構、２２…回転軸、２４…モーター、３０…温度制御部、３１…第１温度制御部、３２…第２温度制御部、３３…温度制御領域、４０…蓋体、４２…窓、１００…熱サイクル装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高度な化学分析や化学合成、あるいはバイオテクノロジー関連の分析を小さなマイクロ流体チップに集積化する技術は、マイクロＴＡＳ（Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ）あるいはＬａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐなどと呼ばれ、医療診断や健康チェック、環境や食品のオンサイト分析、医薬品や化学品などの高付加価値物質の生産、生化学分析の高効率化など広い分野に応用が見込まれている。近年では、半導体製造分野での微細加工技術によりシリコンやガラス基板の加工を行って、マイクロＴＡＳを構築することも検討されている。
【０００３】
マイクロＴＡＳは、従来の技術と比べて試料の必要量が少ない、反応時間が短い、廃棄物が少ない、などのメリットを有している。また、マイクロＴＡＳは、医療分野に使用した場合には、血液など検体の量を少なくすることで患者の負担を軽減でき、また、試薬の量を少なくすることで検査のコストを下げることができる。さらに、検体および試薬の量が少ないことから、反応時間が大幅に短縮され検査の効率化を図ることができる。
【０００４】
一方、ＤＮＡやＲＮＡのような遺伝子の検査するための増幅方法としてＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ）が例えば研究用および臨床検査用に広く用いられている。ＰＣＲでは通常、標的核酸および試薬を含む反応液に、熱サイクルという複数段階の温度変化（例えば９５℃、７４℃、５５℃の温度変化を繰り返す）を施すことにより標的核酸を増幅させる。
【０００５】
ＰＣＲにマイクロＴＡＳあるいはＬａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐを適用することは、少ない量の検体で済み、また反応時間の短縮も可能なことから有望である。そしてその場合には、反応液の微小な液滴を、器具等を使うことなく、チップ内で位置を移動させる技術が、汚染（コンタミネーション）の抑制、熱サイクルの効率化の点で有用となっている。微小な液滴を移動させる技術としては、例えば、液滴に磁性粒子を配合し、当該磁性粒子が外部からの磁力を受けて、液滴全体を移動させる方法が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−０１２４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、微小な液滴を移動させる方法として、磁性粒子を用いる方法では、磁性粒子に対象の液体を追従させる必要があり、液滴の体積に対する磁性粒子の配合量を調節する必要があった。また、磁性粒子によって液滴を移動させる方法をＰＣＲに適用する場合には、添加した磁性粒子によってＰＣＲの反応が阻害されたり、磁性粒子の熱容量によって熱サイクルの効率が低下することが懸念される。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その幾つかの態様にかかる目的の一つは、チップ上で液滴を移動させることにより、効率的な熱サイクルを当該液滴に施すことのできる熱サイクル装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。
【００１０】
［適用例１］本発明にかかる熱サイクル装置の一態様は、液滴を載置する載置面を有するチップを装着する装着部と、前記液滴が受ける重力加速度の前記載置面に対して平行な成分と前記液滴の質量との積が、前記載置面に前記液滴が載置された際の静止摩擦力よりも大きくなるように、前記装着部を所定方向に傾斜させる傾斜機構と、前記所定方向に温度分布を有するように前記チップの前記載置面を温度制御する温度制御部と、を備える。
【００１１】
本適用例の熱サイクル装置によれば、傾斜機構が、液滴が受ける重力加速度の載置面に対して平行な成分と液滴の質量の積とが、載置面に液滴が載置された際の静止摩擦力よりも大きくなるように、装着部を傾斜させるため、チップに載置される液滴の落下を利用することによって、液滴をチップの載置面上で移動させることができる。そして、当該載置面は温度制御部によって温度制御されているので、液滴を載置面上で移動させることによって、当該液滴の温度を迅速に変化させることができる。したがって、本適用例の熱サイクル装置によれば、液滴に対して、効率的な熱サイクルを施すことができる。
【００１２】
［適用例２］適用例１の熱サイクル装置において、前記傾斜機構は、前記温度分布の方向と交差する方向の回転軸と、前記回転軸を回転させる回転手段と、を含んでもよい。
【００１３】
本適用例の熱サイクル装置は、回転機構によって装着部を傾斜させることができる。したがって小型化しやすく、かつ、装着部の傾斜を容易に行うことができる。
【００１４】
［適用例３］適用例１または適用例２の熱サイクル装置において、前記温度制御部は、第１温度制御部および第２温度制御部を有してもよく、前記第１温度制御部は、前記チップの前記載置面の一部を９０℃以上１００℃以下の温度範囲に制御し、前記第２温度制御部は、前記チップの前記載置面の一部を５０℃以上７５℃以下の温度範囲に制御してもよい。
【００１５】
本適用例の熱サイクル装置によれば、液滴に対して２段階以上の熱サイクルを施すことができる。また、本適用例の熱サイクル装置は、液滴の温度を、９０℃以上１００℃以下、および、５０℃以上７５℃以下に制御することができるためＰＣＲになお適している。
【００１６】
［適用例４］適用例１ないし適用例３のいずれか一例の熱サイクル装置において、前記チップの前記載置面を内包する密閉空間を形成するように設けられる蓋体をさらに有してもよい。
【００１７】
本適用例の熱サイクル装置によれば、チップおよび液滴を密閉空間に保持できる。これにより、液滴に対する汚染（コンタミネーション）を抑制することができる。
【００１８】
［適用例５］適用例４の熱サイクル装置において、前記蓋体を加熱する加熱部をさらに有してもよい。
【００１９】
本適用例の熱サイクル装置によれば、蓋体が結露等によって曇ることが抑制され、これにより、例えば、液滴がＰＣＲの反応液である場合などにおいて、結露によって生じた水滴等が反応液に混入することなどが抑制され、反応液の蛍光測定等をより正確に行うことができる。
【００２０】
［適用例６］適用例４または適用例５の熱サイクル装置において、前記蓋体は、前記蓋体の外部から前記チップの前記載置面を視認可能な位置に、可視光の波長領域において透明な材質で形成された窓を有してもよい。
【００２１】
本適用例の熱サイクル装置によれば、液滴を外部から観察、または光学的手段によって測定できる。そのため、例えば、液滴がＰＣＲの反応液である場合などにおいて、蛍光測定等を熱サイクルの途中でも行うことができる。
【００２２】
［適用例７］適用例４ないし適用例６のいずれか一例の熱サイクル装置において、前記蓋体によって形成される前記密閉空間は、水の飽和雰囲気であってもよい。
【００２３】
本適用例の熱サイクル装置によれば、液滴が水分を含む場合に、液滴からの水分の蒸発を抑制することができ、例えば、反応液の溶質の濃度の変化を小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】熱サイクル装置に装着するチップの一例を示す平面図。
【図２】実施形態に係る熱サイクル装置の要部を模式的に示す平面図。
【図３】実施形態に係る熱サイクル装置の要部を模式的に示す側面図。
【図４】実施形態に係る熱サイクル装置の載置面が傾斜された様子を模式的に示す側面図。
【図５】実施形態に係る熱サイクル装置の要部の断面を拡大して示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に本発明のいくつかの実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の例を説明するものである。本発明は、以下の実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含む。なお以下の実施形態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。
【００２６】
図１は、本実施形態の熱サイクル装置１００に装着されるチップの一例であるチップ１を示す平面図である。図２は、本実施形態の熱サイクル装置１００の要部を模式的に示す平面図である。図３は、本実施形態の熱サイクル装置１００の要部を模式的に示す側面図である。図４は、本実施形態の熱サイクル装置１００の装着部１２が傾斜された様子を模式的に示す側面図である。
【００２７】
本実施形態の熱サイクル装置１００は、チップ１を装着する装着部１２と、装着部１２を所定方向に傾斜させる傾斜機構２０と、チップ１の載置面ｓを温度制御する温度制御部３０と、を備える。
【００２８】
１．チップ
チップ１は、熱サイクル装置１００の装着部１２に装着することができる形状を有する。チップ１には、液滴ｄが載置される。チップ１の機能の一つは、載置された液滴ｄを保持し、チップ１内で液滴ｄを移動させることによって、液滴ｄに熱を与えることが挙げられる。チップ１は、チップ１が傾斜された際に、液滴ｄをチップ１から漏洩させないような形状を有する。例えば、チップ１は、周囲に液滴ｄの漏洩を防止する枠を有してもよい。チップ１の材質は、特に限定されないが、例えば、ガラス、シリコン、各種の樹脂などが挙げられる。チップ１をＰＣＲの反応に用いる場合には、チップ１は、コンタミネーションを防止するために使い捨てであることが好ましく、材質はコストの点で樹脂であることがより好ましい。
【００２９】
チップ１は、液滴ｄを載置する載置面ｓを有する。載置面ｓは、液滴ｄが移動することができる程度の大きさの面積を有する。載置面ｓは、液滴ｄを滴の形状に保持できる性質を有する。載置面ｓの形状は、例えば、平面、曲面とすることができる。載置面ｓは、例えば、液滴ｄが移動する範囲を規制する溝Ｌを有してもよい。載置面ｓが溝Ｌを有すると、例えば、チップ１に液滴ｄが複数載置される場合に、当該複数の液滴が互いに合一することを防ぎ、汚染を抑制することができる。図１に例示したチップ１では、載置面ｓに、チップ１の移動方向に沿った溝Ｌが複数形成されている。
【００３０】
載置面ｓは、撥水処理、撥油処理などの撥液処理がされていてもよい。載置面ｓの撥液処理は、例えば液滴ｄを構成する液体の種類、または液滴ｄの大きさを考慮して選択される。載置面ｓが撥液処理されていると、例えば液滴ｄの移動を容易化することができる。載置面ｓの撥液処理としては、例えば、フッ素樹脂またはシリコン樹脂によるコーティングなどが挙げられる。
【００３１】
液滴ｄは、載置面ｓに載置されたときに滴となる大きさで載置される。液滴ｄは、載置されたときに滴になれば、水性、油性のいずれであってもよい。液滴ｄは、例えば、ＰＣＲの反応液であってもよい。液滴ｄがＰＣＲの反応液である場合には、反応液には増幅の対象とする核酸（標的核酸）および反応に必要な試薬が含まれる。
【００３２】
２．装着部
本実施形態の熱サイクル装置１００は、装着部１２を有する。装着部１２は、チップ１を装着する部分である。図２に例示する熱サイクル装置１００では、装着部１２は、ステージ１０に形成されている。装着部１２は、熱サイクル装置１００に複数形成されてもよい。装着部１２にチップ１を装着する機構としては、後述する装着部１２の傾斜によって、チップ１がステージ１０上を移動する等の不具合、またはステージ１０から脱落する等の不具合を生じない限り、特に制限されない。装着部１２にチップ１を固定する方法としては、例えば、クリップ等により機械的にチップ１を固定する方法、チップ１を減圧吸着する方法、粘着シート等によって固定する方法などが挙げられる。本実施形態の熱サイクル装置１００では、装着部１２にチップ１が図示せぬ粘着シートによって固定されている。
【００３３】
ステージ１０は、所定の方向に傾斜できるように構成される。したがって、装着部１２は、所定の方向に傾斜し、装着部１２にチップ１が装着された場合に、チップ１は、当該所定の方向に傾斜することができる。このような機能を有する限り、ステージ１０の構成や形状については制限がない。また、ステージ１０が所定の方向に傾斜する範囲についても、液滴ｄがチップ１から漏洩しない範囲で、特に制限されず、チップ１上の液滴ｄの移動範囲や、傾斜機構２０の構成によって、適宜設定されることができる。装着部１２の形状は、チップ１の形状に合わせて適宜設計されることができる。ステージ１０において装着部１２が形成される位置についても特に制限されない。図１に例示した熱サイクル装置１００では、装着部１２は、ステージ１０の上面に形成されている。
【００３４】
３．傾斜機構
３．１．傾斜機構の構成
本実施形態の熱サイクル装置１００は、傾斜機構２０を有する。傾斜機構２０は、ステージ１０を所定の方向に傾斜させることができる。かかる傾斜により、チップ１が傾斜して、チップ１上に載置された液滴ｄが傾斜の方向にしたがって移動することになる。ここで、所定の方向とは、液滴ｄが移動した際に、移動する前後で、チップ１上の異なる温度の領域に到達させることのできる方向である。
【００３５】
本実施形態の熱サイクル装置１００では、傾斜機構２０は、温度制御部３０によって形成される温度分布の方向と交差する方向に軸を有する回転軸２２と、該回転軸２２を回転させるモーター２４とを含む。具体的には、本実施形態の熱サイクル装置１００は、チップ１が装着された状態で、チップ１に形成された溝Ｌの延びる方向、すなわち温度分布の方向に交差する軸の周りにステージ１０（装着部１２）が回転されて傾斜される傾斜機構２０を例示している。
【００３６】
傾斜機構２０の構成としては、装着部１２を傾斜することができる限り何ら限定されない。傾斜機構２０は、例えば、動力源としてモーターを、機構としてカム、歯車、ベルトなどを含んで適宜に構成されることができる。
【００３７】
図２ないし図４には、ステージ１０に接続された回転軸２２、および、動力として回転軸２２を回転させるモーター２４を有する傾斜機構２０で構成された熱サイクル装置１００を示した。熱サイクル装置１００は、モーター２４によってステージ１０を所定の方向に傾斜させることができる。この場合の傾斜の方向は、回転軸２２の回転方向に依存している。
【００３８】
また、傾斜機構２０には、いずれも図示しないが、例えば回転軸２２の回転（装着部１２の傾斜）を制限するストッパー機構、振動を抑制するダンパー機構、傾斜の大きさを制御する制御機構、液滴センサー、姿勢センサーなどを含んでもよい。また、回転軸２２は、ステージ１０と一体的に構成されてもよい。
【００３９】
本実施形態では、ステージ１０（装着部１２）が傾斜する所定の方向は、１方向の場合（一次元的な移動）を例示しているが、これに限定されず、例えば、互いに交差する２つの方向にそれぞれステージ１０を傾斜できるように傾斜機構２０を構成してもよい。このような場合には、チップ１の載置面ｓ上において、液滴ｄを所定の面の範囲で任意に移動（二次元的な移動）させることもできる。
【００４０】
３．２．液滴の移動
傾斜機構２０により装着部１２は傾斜される。図４に示すように、本実施形態の熱サイクル装置１００において、傾斜機構２０によって装着部１２が傾斜される角度θを、水平面Ｈからの仰角として定義する。角度θの最大値は、液滴ｄが、載置面ｓにおいて移動できる角度よりも大きい。具体的には、角度θの範囲は、少なくとも液滴ｄが受ける重力加速度ｇの載置面ｓに対して平行な成分ｇ’（ｇ’＝ｇ・ｓｉｎθ）と液滴ｄの質量との積が、載置面ｓに液滴ｄが載置された際の静止摩擦力よりも大きくなる角度を含む。また、重力加速度ｇの載置面ｓに対して平行な成分ｇ’と液滴ｄの質量との積は、液滴ｄが受ける力に相当する。
【００４１】
そのため、載置面ｓに液滴ｄが載置された際の静止摩擦力よりも、重力加速度ｇの載置面ｓに対して平行な成分ｇ’と液滴ｄの質量との積が大きい場合には、液滴ｄは、チップ１の載置面ｓ上を移動する（図４中矢印で示す。）。なお、液滴ｄの載置面ｓにおける静止摩擦力は、例えば、あらかじめ載置面ｓを水平状態から傾斜させてゆき、滑落が始まる傾斜角度を測定する方法によって見積もることができる。
【００４２】
そして、載置面ｓの傾斜により移動された液滴ｄは、例えば、載置面ｓの溝Ｌの端において停止させることができ、あるいは、載置面ｓの傾斜をより緩やかな方向または反対の方向に傾斜させることによって、停止させることができる。
【００４３】
なお、傾斜機構２０による傾斜の方向を逆にすれば、同様の作用が得られ、その場合には、重力加速度ｇの載置面ｓに対して平行な成分ｇ’の向きが逆になるため、上述の方向とは逆の方向に液滴ｄが移動することになる。したがって、図２ないし図４に示す熱サイクル装置１００では、回転軸２２の回転方向を逆にするだけで、液滴ｄの移動方向を逆方向にすることができるため、簡易な構成で液滴ｄを移動させることができる。そのため、液滴ｄを容易に温度の異なる領域間で往復させることができ、例えば液滴ｄに温度サイクルを容易に施すことができる。本実施形態の傾斜機構２０は、小規模の構成としやすく構造を簡素化することができ、熱サイクル装置の小型化が容易でかつ生産性に優れたものとすることができる。
【００４４】
４．温度制御部
本実施形態の熱サイクル装置１００は、温度制御部３０を有する。温度制御部３０は、チップ１の載置面ｓの温度を制御することができる。温度制御部３０によって温度が制御される載置面ｓの領域の大きさは、特に制限されないが、載置面ｓにおいて液滴ｄが移動する領域において、少なくとも２段階の温度が得られるように設計される。例えば、液滴ｄの移動が、所定方向（１軸）に沿ったものである場合には、当該所定方向において、少なくとも２段階の温度に制御されるように設計される。すなわち、温度制御部３０は、装着部１２（ステージ１０）が傾斜する所定方向に沿って温度分布が形成されるように、チップ１の載置面ｓの温度を制御する。
【００４５】
温度制御部３０が形成される位置は特に制限されないが、例えば、ステージ１０に形成されることができる。温度制御部３０の形状についても特に限定されない。温度制御部３０の機能としては、チップ１の載置面ｓの温度を制御して、当該温度制御された載置面ｓの部分に液滴ｄが存在する場合に、液滴ｄをその温度に加熱または冷却することが挙げられる。
【００４６】
温度制御部３０の構成としては、例えば、電熱ヒーター、ペルチェ素子、または、蓄熱媒体や冷媒の循環機構、あるいはそれらの組合せを含んで構成されることができる。また、温度制御部３０の構成は、チップ１の熱容量や、ステージ１０の大きさなどを考慮して適宜選定されることができる。図２ないし図４に示す熱サイクル装置の例では、温度制御部３０は、ステージ１０の装着部１２に形成されている。そして、温度制御部３０は、チップ１に接触するように配置されている。
【００４７】
温度制御部３０は、１個設けられてもよいし、複数設けられてもよい。図２ないし図４は、温度制御部３０が、２つ設けられた場合を例示している。温度制御部３０は、３つ以上設けられてもよい。図２ないし図４に例示した熱サイクル装置１００では、ステージ１０に、第１温度制御部３１および第２温度制御部３２が形成されている。これにより、載置面ｓに、２箇所の温度制御領域３３を形成しており、チップ１上で、少なくとも２段階の温度に液滴ｄの温度を制御することができる。
【００４８】
温度制御部３０によって制御される温度は、特に制限されないが、例えば、液滴ｄが温度制御領域３３に移動することによって、液滴ｄの温度が９０℃以上１００℃以下の温度範囲、および５０℃以上７５℃以下の温度範囲にそれぞれ制御されるようにしてもよい。このようにすると、液滴ｄがＰＣＲの反応液である場合の熱サイクルに、より好ましい。このような温度範囲を載置面ｓで実現するためには、温度制御部３０の構成として、１つのヒーター等の加熱手段を用いて可能な場合がある。しかし、温度制御部３０が複数設けられる場合には、温度制御部３０のそれぞれが、温度を制御できるので、載置面ｓに異なる温度の領域を形成するように温度制御することがより容易となる。図２ないし図４に例示した熱サイクル装置１００は、液滴ｄの温度を、９０℃以上１００℃以下、および、５０℃以上７５℃以下に制御することが容易であるため液滴ｄがＰＣＲの反応液である場合には特に好適である。
【００４９】
５．その他の構成
本実施形態の熱サイクル装置は、蓋体４０を有してもよい。図５は、本実施形態の熱サイクル装置のステージ１０付近の断面の模式図である。
【００５０】
蓋体４０は、少なくともチップ１の載置面ｓを内包する密閉空間を形成することができる。蓋体４０は、熱サイクル装置の一部材として、チップ１に接続するように構成されてもよいし、ステージ１０に対して接続するように構成されてもよい。図５の例では、蓋体４０は、ステージ１０に接触して固定されている。本実施形態の熱サイクル装置が、蓋体４０を有する場合には、載置面ｓに載置された液滴ｄが、蓋体４０およびステージ１０によって形成される密閉空間内に配置される。そのため、例えば液滴ｄに対する汚染（コンタミネーション）や、外部からの機械的な接触を抑制することができる。
【００５１】
蓋体４０の材質としては、特に制限されず、例えば、ガラス、シリコン、または各種の樹脂が挙げられる。また、蓋体４０には、例えば、気密性を高めるために、必要に応じてパッキン等が含まれてもよい。
【００５２】
蓋体４０の材質が可視光の波長領域（約３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）において不透明な材質である場合に、蓋体４０が設置されることにより、載置面ｓが外部から観測できなくなる場合がある。このような場合には、蓋体４０の外部から載置面ｓを視認することができる位置に、窓４２を形成してもよい。図示の例では、窓４２は、載置面ｓの中央付近に設けられているが、窓４２の設けられる位置はこの限りでなく、例えば、温度制御領域３３に対応する位置に設けられてもよい。
【００５３】
窓４２は、可視光の波長領域において透明な材質、例えば、ガラス、アクリル樹脂等で形成されることができる。蓋体４０が、このような窓４２を有すると、熱サイクル装置の外部から、液滴ｄを観察することができる。そして、液滴ｄが蛍光物質等を含む場合には、外部から液滴ｄの蛍光を熱サイクルの途中でも観測することができる。したがって、例えば、リアルタイムＰＣＲのような、反応（熱サイクル）の途中で蛍光測定を行う用途に本実施形態の熱サイクル装置１００を使用できる。
【００５４】
また、蓋体４０が窓４２を有する場合または蓋体４０が透明な材質で形成される場合には、窓４２または載置面ｓを視認することができる位置を加熱する加熱部をさらに有してもよい。加熱部としては、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）で形成されたヒーター等の透明な発熱体が挙げられる。このようにすれば、窓４２や載置面ｓを視認することができる位置が結露等によって曇ることを抑制することができる。
【００５５】
さらに、蓋体４０によって形成される密閉空間は、水の飽和雰囲気としてもよい。密閉空間を水の飽和雰囲気にする方法としては、例えば、密閉空間内に液滴ｄと干渉しないように水を配置する方法がある。このようにすれば、液滴ｄが水分を含む場合に、液滴ｄの水分の蒸発を抑制することができ、例えば、液滴ｄがＰＣＲの反応液である場合には、液滴ｄにおける溶質の濃度の変化を小さく抑えることができる。
【００５６】
蓋体４０は、液滴ｄに接触してもよい。蓋体４０が液滴ｄに接触する場合には、液滴ｄは、載置面ｓおよび蓋体４０に接触するため、液滴ｄの自由表面の割合を小さくすることができる。これにより、液滴ｄからの水分の蒸発をさらに抑えることができる。なお、このようにする場合には、液滴ｄの静止摩擦力は、載置面ｓとの間の静止摩擦力と蓋体４０との間の静止摩擦力の和となるため、傾斜機構２０によって傾斜される角度は、重力加速度ｇの載置面ｓに対して平行な成分ｇ’と液滴ｄの質量との積が、液滴ｄのチップ１の載置面ｓにおける静止摩擦力および蓋体４０に対する静止摩擦力の和よりも大きくなるように適宜印加される程度とする。
【００５７】
６．作用効果等
以上説明した本実施形態の熱サイクル装置１００によれば、チップ１に載置される液滴ｄに印加される重力加速度によって、当該液滴ｄをチップ１の載置面ｓ上で移動させることができる。そして、当該載置面ｓは温度制御部３０により温度制御されているので、液滴ｄを載置面ｓ上で移動させることによって、当該液滴ｄの温度を所望の温度に迅速に変化させることができる。さらに、液滴ｄは、所望の温度に達した後、所望の期間当該温度に維持されることができる。そして、傾斜の方向を逆転させて、液滴ｄを載置面ｓ上で移動させることによって、当該液滴ｄの温度を他の所望の温度に迅速に変化させることができる。傾斜機構２０の動作の時間間隔、移動距離など、各種の条件は、液滴ｄに必要な熱サイクルの条件に合わせて適宜設計されることができる。そのため、本実施形態の熱サイクル装置１００によれば、例えばＰＣＲにおいて、反応液（液滴ｄ）に対して、効率的な熱サイクルを施すことができる。
【００５８】
本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、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、方法および結果が同一の構成、あるいは目的およ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また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】
【００５９】
１…チップ、ｓ…載置面、ｄ…液滴、Ｌ…溝、ｇ…重力加速度、θ…角度、Ｈ…水平面、１０…ステージ、１２…装着部、２０…傾斜機構、２２…回転軸、２４…モーター、３０…温度制御部、３１…第１温度制御部、３２…第２温度制御部、３３…温度制御領域、４０…蓋体、４２…窓、１００…熱サイクル装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を載置する載置面を有するチップを装着する装着部と、
前記液滴が受ける重力加速度の前記載置面に対して平行な成分と前記液滴の質量との積が、前記載置面に前記液滴が載置された際の静止摩擦力よりも大きくなるように、前記装着部を所定方向に傾斜させる傾斜機構と、
前記所定方向に温度分布を有するように前記チップの前記載置面を温度制御する温度制御部と、
を備える、熱サイクル装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記傾斜機構は、前記温度分布の方向と交差する方向の回転軸と、
前記回転軸を回転させる回転手段と、
を含む、熱サイクル装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記温度制御部は、第１温度制御部および第２温度制御部を有し、
前記第１温度制御部は、前記チップの前記載置面の一部を９０℃以上１００℃以下の温度範囲に制御し、
前記第２温度制御部は、前記チップの前記載置面の一部を５０℃以上７５℃以下の温度範囲に制御する、熱サイクル装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
前記チップの前記載置面を内包する密閉空間を形成するように設けられる蓋体をさらに有する、熱サイクル装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記蓋体を加熱する加熱部をさらに有する、熱サイクル装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５において、
前記蓋体は、前記蓋体の外部から前記チップの前記載置面を視認可能な位置に、可視光の波長領域において透明な材質で形成された窓を有する、熱サイクル装置。
【請求項７】
請求項４ないし請求項６のいずれか一項において、
前記蓋体によって形成される前記密閉空間は、水の飽和雰囲気である、熱サイクル装置。
【請求項１】
液滴を載置する載置面を有するチップを装着する装着部と、
前記液滴が受ける重力加速度の前記載置面に対して平行な成分と前記液滴の質量との積が、前記載置面に前記液滴が載置された際の静止摩擦力よりも大きくなるように、前記装着部を所定方向に傾斜させる傾斜機構と、
前記所定方向に温度分布を有するように前記チップの前記載置面を温度制御する温度制御部と、
を備える、熱サイクル装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記傾斜機構は、前記温度分布の方向と交差する方向の回転軸と、
前記回転軸を回転させる回転手段と、
を含む、熱サイクル装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記温度制御部は、第１温度制御部および第２温度制御部を有し、
前記第１温度制御部は、前記チップの前記載置面の一部を９０℃以上１００℃以下の温度範囲に制御し、
前記第２温度制御部は、前記チップの前記載置面の一部を５０℃以上７５℃以下の温度範囲に制御する、熱サイクル装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
前記チップの前記載置面を内包する密閉空間を形成するように設けられる蓋体をさらに有する、熱サイクル装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記蓋体を加熱する加熱部をさらに有する、熱サイクル装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５において、
前記蓋体は、前記蓋体の外部から前記チップの前記載置面を視認可能な位置に、可視光の波長領域において透明な材質で形成された窓を有する、熱サイクル装置。
【請求項７】
請求項４ないし請求項６のいずれか一項において、
前記蓋体によって形成される前記密閉空間は、水の飽和雰囲気である、熱サイクル装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−７９８３４（Ｐ２０１３−７９８３４Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１８９７３（Ｐ２０１１−２１８９７３）
【出願日】平成２３年１０月３日（２０１１．１０．３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３日（２０１１．１０．３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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