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CN116685695A - 热循环仪以及基因检查装置 - Google Patents

热循环仪以及基因检查装置 Download PDF

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CN116685695A
CN116685695A CN202080107657.1A CN202080107657A CN116685695A CN 116685695 A CN116685695 A CN 116685695A CN 202080107657 A CN202080107657 A CN 202080107657A CN 116685695 A CN116685695 A CN 116685695A
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insulating substrate
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矶岛宣之
小针达也
柴原匡
山形俊树
牧野瑶子
佐藤航
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Original Assignee
Hitachi High Technologies Corp
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Abstract

本发明提供一种能够快速且高效地加热、冷却反应液(102)的热循环仪(20)。基于本发明的热循环仪(20)具备：温度调节块(2)，其能够设置反应容器(101)；热电转换部(3)，其能够进行加热和冷却；温度传感器(8)，其测量温度调节块(2)的温度；绝缘基板(4)，其一方的面与热电转换部(3)接触；以及散热部(5)，其设置于绝缘基板(4)的另一方的面，用于将热电转换部(3)的热向外部释放，基于由温度传感器(8)测量出的温度调节块(2)的温度，进行向热电转换部(3)供给的电流或电压的控制，对温度调节块(2)进行加热和冷却。热电转换部(3)被温度调节块(2)和绝缘基板(4)夹持。温度调节块(2)由具有电绝缘性的材料构成，以与热电转换部3接触的方式设置。

Description

热循环仪以及基因检查装置
技术领域
本发明涉及一种热循环仪，特别是涉及一种用于基因检查装置的热循环仪。
背景技术
在基因检查装置中，存在具备利用聚合酶链式反应(Polymerase ChainReaction：PCR)法的核酸扩增装置的基因检查装置。该核酸扩增装置为了调节混合了从血液、唾液、尿等提取的来自生物体的检体和试剂的反应液的温度而具备热循环仪。
在PCR法中，将由核酸的热变性、退火以及延伸的步骤构成的循环重复数十次，使核酸从1个分子扩增为数百万个分子。该核酸扩增处理通过反复进行将含有核酸的反应液的温度适当地控制在例如约65℃～95℃的范围的温度调节循环(以下，称为“调温循环”)来实现。在基因检查装置中，作为装置的性能，要求使温度调节快速化而缩短核酸扩增所需的时间、缩短检查时间、或者增大规定的时间内的处理数。因此，在用于基因检查装置的热循环仪中，需要将反应液的温度快速地加热、冷却的技术。
使物体的温度变化所需的时间主要由向温度变化的物体的传热量、物体的热容量和热传导率赋予特征。一般的基因检查装置所使用的热循环仪具备：温度调节块(调温块)，其设置有放入了反应液的反应容器；以及热电转换模块，其构成为利用绝缘基板夹持由热电半导体和电极构成的电路(热电转换部)。在这样的热循环仪中，通过使施加于热电转换模块的电流或电压变化来调节由热电转换作用得到的发热和吸热、焦耳发热，从而对容纳有反应液的调温块的温度进行加热、冷却。为了使调温循环快速化，需要增大加热、冷却的传热量的值，进而减小温度变化的物体的热容量、热阻。
在专利文献1中公开了现有的热循环仪的例子。专利文献1中记载的多个试样支撑体具有单体结构的块、块内的一系列的试样孔、以及存在于试样孔之间的块内的一系列的中空部。通过中空部削减块的质量，热容量变小，温度变化快速地传递到试样。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2009-543064号公报
发明内容
发明所要解决的课题
如上所述，在热循环仪中，为了实现调温循环的快速化，考虑增大加热、冷却的传热量，进而减小温度变化的物体的热容量。在现有的热循环仪中，温度变化的物体的热容量中调温块的热容量占支配地位。另外，在现有的热循环仪中，大多使用由使用氧化铝作为材质的绝缘基板构成的量贩品的热电转换模块，随着调温块的热容量的降低的进展，由构成热电转换模块的绝缘基板引起的热容量相对于温度变化的物体的热容量所占的比例增大到无法忽视的程度。另外，无法避免由介于调温块与绝缘基板之间的导热脂等热界面材料与绝缘基板的热阻引起的传热量的降低。因此，在考虑到调温块的热容量降低的基础上，期望能够快速且高效地对反应液进行加热、冷却的热循环仪。另外，在现有的热循环仪中的热电转换模块中，在实施多次调温循环的过程中，由于在热电转换模块两面间产生大的温度差而在焊料接合部产生的反复的热应变成为赋予装置的寿命、性能降低的特征的主要原因之一。
本发明的目的在于提供一种能够快速且高效地对反应液进行加热、冷却、且装置寿命长的热循环仪，以及提供一种具备该热循环仪的基因检查装置。
用于解决课题的手段
本发明的热循环仪，具备：温度调节块，其能够设置反应容器，所述反应容器容纳将检体和试剂混合而成的反应液；热电转换部，其能够进行加热和冷却；温度传感器，其测量所述温度调节块的温度；绝缘基板，其一方的面与所述热电转换部接触；以及散热部，其设置于所述绝缘基板的另一方的面，用于将所述热电转换部的热向外部释放，基于由所述温度传感器测量出的所述温度调节块的温度，进行向所述热电转换部供给的电流或电压的控制，对所述温度调节块进行加热及冷却。所述热电转换部被所述温度调节块和所述绝缘基板夹持，所述温度调节块由具有电绝缘性的材料构成，以与所述热电转换部接触的方式设置。
本发明的基因检查装置具备上述的热循环仪以及测定部，其测定通过所述热循环仪调整了温度的试液的荧光特性。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种能够快速且高效地对反应液进行加热、冷却且装置寿命长的热循环仪,以及具备该热循环仪的能够在短时间内进行检查的基因检查装置。
附图说明
图1是表示根据本发明的实施例的热循环仪的结构的概要的立体图。
图2是表示根据本发明的实施例的热循环仪的结构的概要的剖视图。
图3是表示根据本发明的实施例的热电转换部的结构的概要的剖视图。
图4是示出现有的热循环仪的结构的概要的剖视图。
图5是表示现有的热循环仪中的从调温块前端到散热部的传热路径上的温度分布的概要的示意图。
图6是表示根据本发明的实施例的热循环仪中的从调温块前端到散热部的传热路径上的温度分布的概要的示意图。
图7是表示PCR法的调温循环的一例的图。
图8是表示比较根据本发明的实施例的热循环仪和现有的热循环仪中的加热、冷却的速度的数值计算结果的比较的图。
图9是表示在现有的热循环仪中固定调温块的结构的概要的剖视图。
图10是表示在根据本发明的实施例的热循环仪中固定调温块的结构的概要的剖视图。
图11是表示根据本实施例的热循环仪的另一结构的概要的剖视图。
图12是表示在根据本发明的实施例的热循环仪中固定温度传感器的结构的概要的剖视图。
图13是表示在根据本发明的实施例的热循环仪中固定温度传感器的另一结构的概要的剖视图。
图14是表示根据本发明的实施例的将多个反应容器同时加热、冷却的热循环仪的结构的概要的剖视图。
图15是表示根据本发明的实施例的基因检查装置的结构的图。
具体实施方式
根据本发明的热循环仪，通过削减由构成现有的热循环仪所具备的热电转换模块的绝缘基板引起的热容量，并且削减由介于调温块与绝缘基板之间的导热脂等热界面材料引起的热阻，从而能够快速地加热、冷却反应液的温度。根据本发明的基因检查装置具备根据本发明的热循环仪。
以下，使用附图对根据本发明的实施例的热循环仪以及基因检查装置进行说明。在本说明书中使用的附图中，对相同或对应的构成要素标注相同的附图标记，对于这些构成要素有时省略重复的说明。
实施例
对根据本发明的实施例的热循环仪进行说明。
图1是表示根据本发明的实施例的热循环仪20的结构的概要的立体图。另外，图2是表示根据本发明的实施例的热循环仪20的结构的概要的与图1的A-A相当的剖视图。热循环仪20具备温度调节块2(以下，称为“调温块2”)、热电转换部3、绝缘基板4以及散热部5。
调温块2能够设置收容有反应液102的反应容器101。调温块2具备凹部1，可以具备在凹部1设置反应容器101的结构，也可以具备在调温块2的面上载置反应容器101的结构。在本实施例中，调温块2具备用于设置反应容器101的凹部1。调温块2以与热电转换部3接触的方式设置。反应液102中包含含有核酸的检体以及试剂。
热电转换部3是能够通过热电转换的作用对一方的面进行加热而对另一方的面进行冷却的温度调节装置，能够根据通电的方向来切换加热、冷却的面。由此，使收容在设置于调温块2的反应容器101中的反应液102加热及冷却。图3是表示根据本发明的实施例的热循环仪20中的热电转换部3的结构的概要的与图1的B～B相当的剖视图。热电转换部3至少具备电极301A、301B、P型半导体元件302以及N型半导体元件303，通过电极301将P型半导体元件302和N型半导体元件303各一对串联地电连接。P型半导体元件302和N型半导体元件303通过焊料6与电极301接合。电极301与图1所示的引线7A、7B连接。热电转换部3被从引线7A、7B施加电流，对一方的面进行加热而对另一方的面进行冷却。热电转换部3能够根据所施加的电流的方向来切换反应液102的加热和冷却。施加于热电转换部3的电流或电压的值根据温度传感器8的输出而被调节，调温块2被控制为指定的温度。
作为具体的结构，在调温块2的表面上施加金属镀层304A，在其上安装电极301A。另一方面，在绝缘基板4的表面上施加金属镀层304B，在其上安装电极301B。进而，将N型半导体元件303和P型半导体元件302的一端与电极301A接合，将另一端与电极301B接合，由此将N型半导体元件303和P型半导体元件302交替且串联地接合而成的热电转换部3夹持在调温块2与绝缘基板4之间。
绝缘基板4以与热电转换部3和散热部5接触的方式设置在热电转换部3与散热部5之间。绝缘基板4的一方的面与热电转换部3接触，另一方的面与散热部5接触，使热电转换部3与散热部5电绝缘，使热电转换正常地发挥作用。在绝缘基板4与散热部5之间，为了降低接触热阻而夹设有导热脂等热界面材料10的情况较多。
散热部5设置于绝缘基板4的另一方的面。通过对热电转换部3施加电流或电压来冷却调温块2，在散热部5比周围温度高时，将来自热电转换部3的热释放到外部。另外，在使施加于热电转换部3的电流或电压反转而对调温块2进行加热从而散热部5成为比周围低的温度时，从外部吸收热。例如，散热部5具备散热部件501(例如翅片)和送风机502，通过与空气的对流热传递将来自热电转换部3的热向外部释放。散热部5也可以具备液体流动，且通过与液体的传热将来自热电转换部3的热向外部输送的结构。
在根据本实施例的热循环仪20中，调温块2、热电转换部3和绝缘基板4构成一个温度调节模块(以下，称为“调温模块”)。即，根据本实施例的热循环仪20具备调温模块以及散热部5。调温模块中，热电转换部3被调温块2和绝缘基板4夹持，调温块2与热电转换部3的电极301接触。
在此，对现有的热循环仪进行说明。但是，在现有的热循环仪中，对于与根据本实施例的热循环仪20(图1以及图2)共同的结构，省略说明。
图4是表示现有的热循环仪30的结构的概要的剖视图。热循环仪30具备调温块2、热电转换部3、两个绝缘基板4A、4B以及散热部5。
热电转换部3是P型半导体元件302和N型半导体元件303经由电极交替且串联地接合而成的构造，被绝缘基板4A和绝缘基板4B夹持。
绝缘基板4A以与调温块2和热电转换部3接触的方式设置在调温块2与热电转换部3之间。另一方面，绝缘基板4B以与热电转换部3和散热部5接触的方式设置在热电转换部3与散热部5之间。绝缘基板4A使调温块2与热电转换部3电绝缘，绝缘基板4B使热电转换部3与散热部5电绝缘，使热电转换正常地发挥作用。
在现有的热循环仪30中，绝缘基板4A、热电转换部3以及绝缘基板4B构成一体形成的热电转换模块40(例如，珀耳帖模块)。即，现有的热循环仪30具备调温块2、热电转换模块40以及散热部5。热电转换模块40的绝缘基板4A和绝缘基板4B均由平板形成，夹持热电转换部3，起到用于保持热电转换模块40的绝缘性和强度的罩的作用。在现有的热循环仪30中，从电气特性、构造特性、价格等出发，多使用由氧化铝的绝缘基板4A、4B构成的量贩品的热电转换模块40。
在现有的热循环仪30中，热电转换模块40的绝缘基板4A经由导热脂等热界面材料10A与调温块2接触。由于是在调温块2与热电转换部3之间存在绝缘基板4A的结构，因此当热电转换部3对调温块2进行加热或冷却时，绝缘基板4A与热界面材料10A也一起被加热或冷却。因此，为了快速加热、冷却反应液102的温度，能够减少调温块2的体积等而降低热容量，但无法降低与绝缘基板4A及热界面材料10A相应的热容量。另外，调温块2和绝缘基板4A是各自独立的部件，因此，通常为了降低接触热阻而使热界面材料10A介于调温块2与绝缘基板4A的界面。进而，绝缘基板4A通常使用具有电绝缘性的氧化铝，但氧化铝的热传导率低至33W/(m·K)左右。因此，绝缘基板4A及调温块2与绝缘基板4的界面的存在在从热电转换部3至反应液的传热路径中成为大的传热阻碍因素。
根据本实施例的热循环仪20(图1、图2以及图3)中，调温块2、热电转换部3以及绝缘基板4构成调温模块，不具备现有的热循环仪30(图4)所具备的绝缘基板4A(调温块2与热电转换部3之间的绝缘基板4A)作为单独的部件，并且不存在调温块2与绝缘基板4A的界面。因此，与现有的热循环仪30相比，能够削减被加热或冷却的调温模块的物体的热容量中的绝缘基板4A与热界面材料10A的热容量。而且，由于不会产生由调温块2与绝缘基板4A的界面引起的接触热阻，因此能够增加从热电转换部3到反应液的传热量。因此，在根据本实施例的热循环仪20中，当热电转换部3对调温块2进行加热或冷却时，能够消除如现有的热循环仪30那样由绝缘基板4A与热界面材料10A的热容量引起的温度变化的延迟，增大从热电转换部3向反应液的传热量，因此能够缩短反应液102的加热、冷却所需的时间。
图5是表示现有的热循环仪30中的从调温块2前端到散热部5的传热路径上的温度分布的概要的示意图。将调温块2的凹部1部分的热阻表示为R1，将调温块2的平板部分的热阻表示为R2，将调温块2与绝缘基板4A之间的热界面材料10A的接触热阻表示为R3，将绝缘基板4A的热阻表示为R4，将热电转换部3的热阻表示为R5，将绝缘基板4B的热阻表示为R6，将绝缘基板4B与散热部5之间的热界面材料10B的热阻表示为R7，图示了对热电转换部3施加电流或电压来冷却调温块2时的温度分布的概要。在现有的热循环仪30中，从热电转换部3的上部到调温块2的底面，产生因热界面材料10A的接触热阻R3和绝缘基板4A的热阻R4引起的温度损失。
图6是表示根据本发明的实施例的热循环仪20中的从调温块2前端到散热部5的传热路径上的温度分布的概要的示意图。在热循环仪20中，由于不存在绝缘基板4A及调温块2与绝缘基板4A的界面，因此不会产生由R3及R4的热阻引起的温度损失，能够增大传热量，因此能够缩短加热、冷却所需的时间。
图7是表示基于PCR法的核酸扩增中的调温循环的一例的图。在该例子中，通过使调温块2的温度变化为95℃和65℃的调温循环，引起使双链DNA背离单链的变性反应、使单链DNA与引物结合的退火反应、以及复制双链DNA的延伸反应，通过反复进行该操作，核酸的数量能够指数函数地扩增。
以下，对根据本实施例的热循环仪20中构成调温块2的优选材料进行说明。
调温块2与热电转换部3的电极301A直接接触，因此需要由具有电绝缘性的材料构成。另外，为了快速且高精度地调节反应液102的温度，优选构成调温块2的材料的比热小、热传导率大。
当通过热电转换部3实施图7所示那样的PCR法的调温循环时，热电转换部3的两面(与调温块2相接的面和与绝缘基板4相接的面)之间的温度差较大地变动，夹持热电转换部3的部件(调温块2和绝缘基板4)反复进行热膨胀和热收缩。通过该热变形，在电极301与半导体元件302、303的接合部反复作用应力，从而在焊料6产生裂纹，成为缩短热循环仪20的寿命的主要原因。因此，构成调温块2的材料优选热膨胀率小且杨氏模量小。
从比热、热传导率、热膨胀率的观点出发，调温块2优选由例如选自由高热传导性的陶瓷、金属陶瓷及碳的合成物组成的组中的绝缘性材料形成。特别是，列举氮化铝、氮化硼作为有力的候补。
表1示出氧化铝Al2O3、铝合金A5052和氮化铝AlN的热物理性质的一例。氧化铝Al2O3在现有的热循环仪30中作为绝缘基板4A和绝缘基板4B的材料而代表性地使用。铝合金A5052在现有的热循环仪30中作为调温块2的材料而代表性地使用。氮化铝AlN是具有电绝缘性的陶瓷。
[表1]
氮化铝与氧化铝和A5052相比，热传导率大，比热和热膨胀率小。另外，氮化铝与氧化铝相比，杨氏模量小。因此，根据本实施例的热循环仪20所具备的调温块2优选由氮化铝构成。
为了考虑由调温循环引起的热膨胀和热收缩作用于电极301与半导体元件302、303的接合部的负荷，比较了现有的热循环仪30的绝缘基板4A温度变化时使热应变为零所需的外力和根据本实施例的热循环仪20的调温块2温度变化时使热应变为零所需的外力。该外力的比较是针对根据本实施例的热循环仪20和现有的热循环仪30，按照以下例示的体系进行计算而进行的。
在根据本实施例的热循环仪20中，调温块2为在平板的中央具备圆筒状部件的形状。关于平板的大小，宽度、进深和厚度为15mm×15mm×1.2mm。为了简便，将设置反应容器101的凹部1模拟为圆筒形状，内径为5mm、外径为6.4mm、高度为7.8mm。在根据本实施例的热循环仪20中，将调温块2的材料设为氮化铝。另外，在调温块2中，忽略了圆筒状部件对热应变造成的影响。在现有的热循环仪30中，绝缘基板4A是宽度、进深和厚度为15mm×15mm×1.0mm的大小的平板，材料为氧化铝。
在表2中示出在上述条件下，对于根据本实施例的热循环仪20的调温块2以及现有的热循环仪30的绝缘基板4A，在温度上升了1℃的情况下使热应变为零所需的外力的计算结果。在根据本实施例的热循环仪20中，调温块2的在温度上升了1℃的情况下使热应变为零所需的外力(每单位温度变化的外力)为26.5N/K。在现有的热循环仪30中，绝缘基板4A的、在温度上升了1度的情况下使热应变为零所需的外力为38.9N/K。
[表2]
根据该计算结果，在根据本实施例的热循环仪20中，在温度上升了1℃的情况下使热应变为零所需的外力是现有的热循环仪30所需的外力的68％，比现有的热循环仪30小。因此，在根据本实施例的热循环仪20中，能够得到降低作用于电极301与半导体元件302、303的接合部的负荷的效果。
接着，分别计算求出根据本实施例的热循环仪20中的调温块2的热容量和现有的热循环仪30中的调温块2和绝缘基板4A的热容量并进行比较。在根据本实施例的热循环仪20中，热电转换部3加热或冷却的物体是调温块2。在现有的热循环仪30中，热电转换部3加热或冷却的物体是调温块2和绝缘基板4A。
作为一个例子，调温块2是在根据本实施例的热循环仪20和现有的热循环仪30中，在平板的中央具备圆筒状部件的形状。关于平板的大小，宽度、进深和厚度为15mm×15mm×1.2mm。为了简便，将设置反应容器101的凹部1模拟为圆筒形状，内径为5mm、外径为6.4mm、高度为7.8mm。在根据本实施例的热循环仪20中，将调温块2的材料设为氮化铝。在现有的热循环仪30中，绝缘基板4A为宽度、进深和厚度为15mm×15mm×1.0mm的大小的平板，调温块2的材料为A5052，绝缘基板4A的材料为氧化铝。
在表3中示出上述条件下的根据本实施例的热循环仪20的调温块2的热容量和现有的热循环仪30的调温块2与绝缘基板4A的热容量的计算结果。在根据本实施例的热循环仪20中，热电转换部3加热或冷却的物体(调温块2)的热容量为0.87J/K。在现有的热循环仪30中，热电转换部3加热或冷却的物体(调温块2和绝缘基板4A)的热容量为1.63J/K。因此，在根据本实施例的热循环仪20中，热电转换部3加热或冷却的物体的热容量为现有的热循环仪30中的热容量的约53％，比现有的热循环仪30小。因此，根据本实施例的热循环仪20与现有的热循环仪30相比，能够快速地加热、冷却反应液102。
[表3]
现有的热循环仪 本实施例的热循环仪
调温块2的热容量J/K 0.95 0.87
绝缘基板4A的热容量J/K 0.68 -
总热容量J/K 1.63 0.87
接着，对于根据本实施例的热循环仪20和现有的热循环仪30，计算并求出从热电转换部3到调温块2的前端的总热阻。根据本实施例的热循环仪20中的总热阻是调温块2的热阻。现有的热循环仪30中的总热阻是指调温块2的热阻、绝缘基板4A的热阻、调温块2与绝缘基板4A之间的界面处的接触热阻之和。
根据本实施例的热循环仪20中的调温块2的热阻是指图6中的R1与R2之和。现有的热循环仪30中的调温块2的热阻是指图5中的R1、R2、R3及R4之和。
根据本实施例的热循环仪20的总热阻和现有的热循环仪30的总热阻在与求得表3所示的热容量时相同的条件下计算。但是，在现有的热循环仪30中，在调温块2与绝缘基板4A之间存在热界面材料，将其接触热阻设为10-6(m2·K)/W。
表4中示出上述条件下的根据本实施例的热循环仪20中的调温块2的热阻、现有的热循环仪30中的调温块2的热阻、调温块2与绝缘基板4A之间的界面处的接触热阻、绝缘基板4A的热阻的计算结果。表4还示出根据本实施例的热循环仪20和现有的热循环仪30的总热阻。在根据本实施例的热循环仪20中，总热阻为4.2K/W。在现有的热循环仪30中，总热阻为4.6K/W。因此，在根据本实施例的热循环仪20中，从热电转换部3到调温块2的前端的总热阻为现有的热循环仪30中的总热阻的约90％，比现有的热循环仪30小。因此，根据本实施例的热循环仪20能够高效且快速地对反应液102进行加热、冷却。
[表4]
图8是表示对根据本发明的实施例的热循环仪20和现有的热循环仪30中的加热、冷却的速度进行比较的数值计算结果的比较的图。图的横轴为时间，纵轴为调温块2的温度。实线表示根据本发明的实施例的热循环仪20的结果，虚线表示现有的热循环仪30的结果。数值计算是将调温块2的初始温度设为21℃，进行将温度上升至约105℃后下降至约40℃的过程重复3次的加热、冷却模拟。比较第三次加热、冷却过程的结果可知，根据本发明的实施例的热循环仪20的所需时间相对于现有的热循环仪30的所需时间能够得到缩短49％的时间的效果。
图9是表示在现有的热循环仪30中固定调温块2的结构的概要的相当于图1的B-B的剖视图。
在现有的热循环仪30中，绝缘基板4A、热电转换部3和绝缘基板4B构成热电转换模块。调温块2、热电转换模块以及散热部5分别是相互独立的部件，为了固定于散热部5，需要固定调温块2和调温模块这两个。
在现有的热循环仪30中，通过固定部件11，利用调温块2夹着热电转换模块而固定于散热部5。通过以适当的力进行固定，可降低调温块2与绝缘基板4A之间、或绝缘基板4B与散热部5的接触热阻。即，固定部件11与调温块2和散热部5接触，例如，在将反应液加热至高温时，调温块2成为高温，散热部5成为低温，因此从调温块2侧朝向散热部5经由固定部件11形成传导传热路径。因此，在现有的热循环仪30中，产生由固定部件11引起的调温块2与散热部5之间的传导传热路径所引起的热损失。该热损失成为妨碍反应液102的高效且快速的加热、冷却的主要原因。
图10是表示在根据本实施例的热循环仪20中固定调温块2的结构的概要的与图1的B～B相当的剖视图。在根据本实施例的热循环仪20中，如上所述，调温块2、热电转换部3和绝缘基板4构成调温模块，调温模块是独立于散热部5的部件。
调温模块的绝缘基板4例如通过固定部件11和固定螺钉12紧固固定于散热部5的散热部件501。固定部件11仅与绝缘基板4、散热部5、以及固定螺钉12接触而紧固，调温块2与散热部5不紧固。即，固定部件11不与调温块2接触，在调温块2与散热部5之间不形成经由固定部件11的传导传热路径。由于调温块2与热电转换部3接合而构成，因此不需要如现有的热循环仪30那样利用固定部件11从调温块2固定。
因此，在根据本实施例的热循环仪20中，不会产生由固定部件11引起的调温块2与散热部5之间的传导传热路径所引起的热损失，能够高效且快速地对反应液102进行加热、冷却。
图11是表示根据本实施例的热循环仪20的另一结构的概要的剖视图。图11所示的热循环仪20的构成要素在水平方向上排列配置。
在图1所示的热循环仪20中，与调温块2的热电转换部3接触的方向(图1的上下方向)与调温块2的凹部1的凹陷方向、即反应容器101的设置方向相同，是铅垂方向。
在图11所示的热循环仪20中，与调温块2的热电转换部3接触的方向(图5的左右方向)与调温块2的凹部1的凹陷方向(图5的上下方向)、即反应容器101的设置方向(铅垂方向)不同，是水平方向。
在根据本实施例的热循环仪20中，调温块2、热电转换部3、绝缘基板4以及散热部5既可以如图1所示那样在铅垂方向上排列配置，也可以如图11所示那样在水平方向上排列配置。在调温块2中，设置有凹陷沿铅垂方向延伸的朝上的凹部1以设置反应容器101。
图12是表示在根据本发明的实施例的热循环仪20中固定温度传感器8的结构的概要的剖视图。施加于热电转换部3的电流或电压的值根据温度传感器8的输出进行调节，因此需要测定调温块2的温度。
在现有的热循环仪30中，如图4所示，温度传感器8利用设置于调温块2的螺纹孔等而由固定螺钉固定的情况、将温度传感器8插入设置于调温块2的小孔而固定的情况较多。另一方面，在本实施例的热循环仪20中，在由氮化铝等陶瓷形成调温块2的情况下，有时难以进行螺纹孔、小孔的加工。在本实施例的热循环仪20中，在调温块2的与热电转换部3侧相反的表面上施加金属镀层304C，在其上安装温度传感器8。另外，图13是表示在根据本发明的实施例的热循环仪20中固定温度传感器8的另一结构的概要的剖视图。如图13所示，也可以将温度传感器8的安装位置设为调温块2的热电转换部3侧的表面上，减少对调温块2的金属镀层加工次数。根据该方法，能够将温度传感器8固定于由难以加工螺纹孔、小孔的氮化铝等陶瓷形成的调温块2。
作为温度传感器8，使用例如热电偶、热敏电阻、铂测温电阻体等。
图14是表示根据本发明的实施例的将多个反应容器101同时加热、冷却的热循环仪20的结构的概要的剖视图。在本实施例的热循环仪20中，调温块2具备多个能够设置反应容器101的凹部1，由此能够同时加热、冷却容纳于多个反应容器101的反应液102，能够进行高效的核酸扩增。
在图15所示的基因检查装置600的实施例中，具备架搭载部610、输送机构620、液体分注机构630、盖单元640、搅拌单元650、控制装置690、热循环仪20、测定部665。
基因检查装置600中，制备反应液102的调液部由架搭载部110、输送机构120、液体分注机构130、盖单元140构成。
在架搭载部610，配备有用于检查的检体、试剂、分注头、反应容器101。架搭载部610设置在基因检查装置600的作业台601上的规定位置，分别搭载检体容器架612、试剂容器架614、反应容器架616、喷嘴架618。
在检体容器架612中收纳有收容有包含成为待扩增对象的核酸的检体的多个检体容器613。在试剂容器架614中收纳有收容有用于向检体添加的试剂的多个试剂容器615。反应容器架616中收纳有用于混合检体和试剂的多个未使用的空的反应容器101。在喷嘴架618中收纳有用于检体以及试剂的分注的多个未使用的喷嘴头619。
输送机构620是一边保持反应容器101等一边使基因检查装置600内的各部位移动的机构，具备X轴方向引导件621、X轴方向可动件622、Y轴方向引导件623和Y轴方向可动件624，构成为能够基于控制信号使Y轴方向可动件624在作业台601上移动而配置于作业台上的期望的位置。
X轴方向引导件621是在基因检查装置600的作业台601上沿图15中X轴方向延伸配置的引导件。X轴方向可动件622是以能够在X轴方向引导件621上移动的方式设置的可动件。
Y轴方向引导件623是一体地安装于X轴方向可动件622且在图15中Y轴方向上延伸配置的引导件。Y轴方向可动件624是以能够在Y轴方向引导件623上移动的方式设置的可动件。
在Y轴方向可动件624设置有条形码读取器625、夹具单元626以及分注单元627，与Y轴方向可动件624一体地在作业台601上移动而配置于所希望的位置。
条形码读取器625读取检体容器613、试剂容器615、反应容器101分别附带的识别信息，获取这些识别信息。
夹具单元626响应于基于控制信号的夹具的动作而把持或释放反应容器101，伴随着Y轴方向可动件624在作业台601上的装置各部之间的移动而输送反应容器101。
分注单元627构成为能够装卸喷嘴头619，根据控制信号从喷嘴头618安装喷嘴头619，将喷嘴头619浸渍在检体容器613内的检体或试剂容器615内的试剂中，将检体或试剂吸引到喷嘴头619内进行采集。另外，分注单元627基于控制信号将储存于该喷嘴头619内的检体、试剂向反应容器101排出并分注。
该分注单元627成为具有使用分注头向所选择的一个反应容器101内分注检体和试剂来调制反应液的机构，即液体分注机构630的主要部分。
另外，在基因检查装置600中，在架搭载部610与热循环仪20之间的作业台601上形成有反应液调制位置670，其载置为了调制反应液而从反应容器架616取出的未使用的反应容器101。
在反应液调制位置670设置有用于保持反应容器101的容器搭载部672。在基因检查装置600中，对于使用夹具单元626从反应容器架616转移到该反应液调制位置670的未使用的反应容器101，使用分注单元627从检体容器613以及试剂容器615进行检体以及试剂的分注，调制在反应容器101内混合了检体以及试剂的反应液。具备多个容器搭载部672。由此，例如，也能够对多个反应容器101一起进行相同的检体或相同的试剂的分注，能够进行将多个反应液的调制汇总进行的分批处理。
盖单元640是对收容有反应液的反应容器101盖上盖的机构，对使用夹具单元626从反应液调制位置670移动的、收容有反应液的反应容器101的开口盖上盖，防止反应液的蒸发、来自外部的异物的进入等。
搅拌单元650是将收容于反应容器101的反应液的检体及试剂均匀地混合的机构，对使用夹具单元626从盖单元640移动的、收容于密闭的反应容器101的反应液进行搅拌，进行检体及试剂的混合。
并且，在图示的基因检查装置600中，在反应液调制位置670与架搭载部610之间的作业台601上设置有废弃安装于分注单元627并用于检体或者试剂的分注的使用完毕的喷嘴头619、结束了基于热循环仪20的核酸扩增处理的检查完毕的反应容器101的废弃箱680。
热循环仪20搭载有搅拌结束后的反应容器101，使反应液的核酸按照预先确定的协议扩增。
测定部665配置于保持反应液的反应容器101的上方侧，通过测定由热循环仪20按照预先确定的协议调整了温度的反应液的荧光特性来进行核酸浓度测定。
测定部665包括向相对的反应容器101的露出的底部侧的容器部分照射激发光的激发光源和检测基于该激发光的照射的来自反应液的荧光的检测元件。作为激发光源，使用例如，发光二极管(LED)、半导体激光器、氙灯、卤素灯等。作为检测元件，使用光电二极管、光电倍增管、CCD等。
由此，测定部665通过检测元件检测并测定因来自激发光源的激发光的照射而从反应液产生的荧光，由此进行反应液中的被试剂荧光标记的待扩增碱基序列的定量。
这样构成的包括基因检查装置600的热循环仪20的装置各部通过具备键盘、鼠标等输入装置692、液晶监视器等显示装置693的控制装置690来控制其工作。
控制装置690控制包含基因检查装置600的热循环仪20的上述装置各部，基于由输入装置692设定的协议，使用预先存储于存储部691的各种软件等，执行包含反应液调制处理和核酸扩增处理的核酸检查处理。另外，控制装置690将该核酸检查处理时的装置各部的活动状况等存储于存储部691，并且将由热循环仪20得到的荧光检测结果等分析结果存储于存储部691，并显示于显示装置693。
本实施例的控制装置690构成为能够使多个热循环仪20独立地并行进行温度的控制。
接着，关于该控制装置690进行的核酸检查处理，对上述的反应液调制处理以及核酸扩增处理进行详细说明。
在此，反应液调制处理是指在由基因检查装置600的控制装置690进行的核酸检查处理中，调制向反应容器101内分注了检体以及试剂的反应液的处理。另外，核酸扩增处理是指，一边将通过该反应液调制处理在反应容器101内制备的反应液通过热循环仪20按照与待扩增碱基序列的种类对应的协议进行温度调节，并通过测定部665对反应液的荧光测定来确认碱基序列的核酸扩增，一边进行的处理。
控制装置690在开始反应液调制处理时，首先对设置于存储部691的用于反应液调制处理的各种作业区域进行初始化。
若反应液的调制处理所涉及的初始化完成，则控制装置690进行由输入装置692设定的检体容器架信息以及试剂容器架信息、核酸检查的执行内容信息的读入处理。
控制装置690基于预先设定的步骤，从核酸检查的执行内容信息所包含的1个或多个个别核酸检查处理中选择提取本次进行反应液制作处理的1个或多个个别核酸处理。
接着，控制装置690在反应液调制位置670，针对从反应容器架616事先输送并搭载于反应液调制位置670的容器搭载部672的未处理的反应容器101，基于选择提取出的个别核酸处理的反应液调制处理信息对液体分注机构630进行动作控制，进行反应液的调制。
如上所述，根据本实施例的热循环仪20和基因检查装置600能够提供能够快速且高效地加热、冷却反应液、且装置寿命长的热循环仪，并且能够提供具备该热循环仪的基因检查装置。
另外，本发明并不限定于上述的实施例，能够进行各种变形。例如，上述的实施例是为了容易理解地说明本发明而详细地进行了说明的实施例，本发明并不限定于必须具备所说明的全部结构的方式。另外，能够将某实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构。另外，也可以在某实施例的结构中添加其他实施例的结构。另外，能够对各实施例的结构的一部分进行删除，或者追加/置换其他结构。
符号说明
1：凹部；2：调温块；3：热电转换部；4、4A、4B：绝缘基板；5：散热部；6：焊料；7A、7B：引线；8：温度传感器；10、10A、10B：热界面材料；11：固定部件；12：固定螺钉；20：热循环仪；30：现有的热循环仪；101：反应容器；102：反应液；301A、301B、301C：电极；302：P型半导体元件；303：N型半导体元件；304A、304B、304C：金属镀层；501：散热部件；502：送风机；600：基因检查装置；601：作业台；610：架搭载部；612：检体容器架；613：检体容器；614：试剂容器架；615：试剂容器；616：反应容器架；618：喷嘴架；619：喷嘴头；620：输送机构；621：X轴方向引导件；622：X轴方向可动件；623：Y轴方向引导件；624：Y轴方向可动件；625：条形码读取器；626：夹具单元；627：分注单元；630：液体分注机构；640：盖单元；650：搅拌单元；665：测定部；670：反应液调制位置；672：容器搭载部；680：废弃箱；690：控制装置；691：存储部；692：输入装置；693：显示装置。

Claims (10)

1.一种热循环仪，具备：
温度调节块，其能够设置反应容器，所述反应容器容纳将检体和试剂混合而成的反应液；
热电转换部，其能够进行加热和冷却；
温度传感器，其测量所述温度调节块的温度；
绝缘基板，其一方的面与所述热电转换部接触；以及
散热部，其设置于所述绝缘基板的另一方的面，用于将所述热电转换部的热向外部释放，
基于由所述温度传感器测量出的所述温度调节块的温度，进行向所述热电转换部供给的电流或电压的控制，对所述温度调节块进行加热及冷却，
所述热循环仪的特征在于，
所述热电转换部被所述温度调节块和所述绝缘基板夹持，
所述温度调节块由具有电绝缘性的材料构成，以与所述热电转换部接触的方式设置。
2.根据权利要求1所述的热循环仪，其特征在于，
所述热电转换部具备P型半导体元件、N型半导体元件以及将所述P型半导体元件与所述N型半导体元件相互电连接的电极，
所述温度调节块与所述电极接触。
3.根据权利要求1或2所述的热循环仪，其特征在于，
所述温度调节块由选自由高热传导性的陶瓷、金属陶瓷和碳的合成物组成的组中的材料构成。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的热循环仪，其特征在于，
所述温度调节块由氮化铝或氮化硼构成。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的热循环仪，其特征在于，
所述温度调节块具备多个能够设置反应容器的凹部并能够同时加热和冷却所述反应容器，所述反应容器容纳将检体和试剂混合而成的反应液。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的热循环仪，其特征在于，所述绝缘基板和所述散热部通过固定部件相互紧固，
所述固定部件不与所述温度调节块直接接触。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的热循环仪，其特征在于，
所述温度传感器焊接固定在设置于所述温度调节块的表面上的金属镀层。
8.一种基因检查装置，其特征在于，具备：
权利要求1至7中任一项所述的热循环仪；以及
测定部，其测定通过所述热循环仪调整了温度的试液的荧光特性。
9.根据权利要求8所述的基因检查装置，其特征在于，
所述测定部配置于保持所述试液的所述反应容器的上方侧。
10.根据权利要求8或9所述的基因检查装置，其特征在于，
具备制备所述反应液的调液部。
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