WO2022049678A1

WO2022049678A1 - 温度制御装置

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Publication number: WO2022049678A1
Application number: PCT/JP2020/033303
Authority: WO
Inventors: 航佐藤; 宣之磯島; 達也小針; 匡柴原
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2020-09-02
Filing date: 2020-09-02
Publication date: 2022-03-10
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Abstract

本発明は、温度調節ブロック（２）の温度を高速かつ高精度に変化させることができる温度制御装置（１）を提供することを目的とする。本発明による温度制御装置（１）は、溶液（６）を収容した容器（５）を載置可能な温度調節ブロック（２）と、温度調節ブロック（２）に接触するように設置され、溶液（６）の温度を変化させる温度調節部（３）とを備え、温度調節ブロック（２）は、１つまたは複数の中空部（７）を内部に備える。

Description

温度制御装置

　本発明は、温度制御装置に関する。

　近年、遺伝子検査は、研究用途だけでなく、オーダーメイド医療や個人を識別する鑑定などの広い用途で利用されるようになり、精度の向上だけでなく検査時間の短縮も望まれている。遺伝子検査では、ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ　ａｃｉｄ、デオキシリボ核酸）を含む試料を取得したのち、試料中の微量のＤＮＡを増幅させてから分析を行うことで、高精度な検査を実施する。ＤＮＡを増幅させる方法として、ＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ　Ｃｈａｉｎ　Ｒｅａｃｔｉｏｎ、ポリメラーゼ連鎖反応）法が広く利用されている。ＰＣＲ法では、ＤＮＡを含む試料溶液とＤＮＡを増幅させる試薬を含む溶液を混合し、例えば９４°ＣでＤＮＡを１本鎖に変性させ、６０°Ｃで相補鎖を合成させる。これらの温度変化を繰り返すことで、ＰＣＲ法ではＤＮＡを指数関数的に増幅させることができる。

　遺伝子検査では、試料と試薬を含む反応溶液の温度を高速に変化させることで反応に必要な時間を短縮し、検査に要する時間を短縮することが求められている。反応溶液の温度は、サーマルサイクラなどの温度制御装置を用いて変化させられる。一般的な温度制御装置は、ペルチェ素子などの温度変化を制御する温調素子と、温調素子に接するように設けられた温度調節ブロック（以下、「温調ブロック」とも呼ぶ）とを備え、反応溶液を収容した反応容器を温調ブロックで保持し、温調ブロックの温度を温調素子で制御することでＰＣＲ法を実施する。

　温度制御装置における反応溶液の温度変化の高速化には、温調ブロックの熱伝導率と熱容量が影響する。一般的な温度制御装置では、熱伝導率が大きい材料、例えばアルミニウムや銅といった金属を温調ブロックに用いる。熱伝導率が大きい材料を温調ブロックに用いることにより、温調素子で発生した熱を効率よく反応容器に伝え、反応溶液の温度を高速に変化させることができる。熱容量は、材料の比熱、密度、及び体積から求められる値である。温調ブロックの熱容量が大きいと、温調ブロックの温度変化に時間を要し、反応溶液の温度変化が遅くなる。

　従来の温度制御装置の例は、特許文献１と特許文献２に開示されている。特許文献１に記載されたサーモサイクルデバイスは、サンプルホルダと、サーマルリファレンスと、ヒートシンクを備え、これらのうち１つまたは複数が熱伝導性の高い材料を有する。特許文献２に記載された多数試料支持体は、単体構造のブロックと、ブロック内の一連の試料ウエルと、試料ウエルの間に存在する、ブロック内の一連の中空部を有する。中空部によってブロックの質量が削減され、温度変化が試料に速く伝わる。

特表２０１２－５０２６５１号公報特表２００９－５４３０６４号公報

　温度制御装置は、遺伝子検査を行う際に、温調ブロックの温度が適切に制御されず、試料と試薬を含む反応溶液が適切な温度に制御されないと、安定したＤＮＡの増幅を行うことができず、遺伝子検査の信頼性が低下する。温調ブロックは、一般に、熱容量が小さくても、熱伝導率が小さいと温調素子の熱を反応溶液に一様に伝えることができず、ＰＣＲ法で求められる温度に反応溶液を制御することが困難である。一方、寸法が小さい温調ブロックは、内部での温度差が小さいため、熱伝導率が小さくても温調素子の熱を反応溶液に一様に伝えることができる場合があり、必ずしも大きい熱伝導率が必要とされないことがある。

　従来の温度制御装置の温調ブロックでは、熱伝導率、比熱、及び密度といった温度変化に関係する値は、使用する材料により定められるので、熱伝導率と熱容量を適切に調整することが困難であり、試料と試薬を含む反応溶液の温度を高速かつ高精度に変化させることに課題がある。このため、温度制御装置には、温調ブロックの温度を高速かつ高精度に変化させられることが求められている。

　本発明の目的は、温調ブロックの温度を高速かつ高精度に変化させることができる温度制御装置を提供することである。

　本発明による温度制御装置は、溶液を収容した容器を載置可能な温度調節ブロックと、前記温度調節ブロックに接触するように設置され、前記溶液の温度を変化させる温度調節部とを備える。前記温度調節ブロックは、１つまたは複数の中空部を内部に備える。

　本発明によると、温調ブロックの温度を高速かつ高精度に変化させることができる温度制御装置を提供することができる。

本発明の実施例１による温度制御装置の概略を示す斜視図。図１の線Ａ－Ａ’における温度制御装置の断面図。図１の線Ｂ－Ｂ’における温度制御装置の断面図。温調ブロックの温度変化を熱伝導解析により求めた結果の例を示す図。本発明の実施例２による温度制御装置の概略を示す断面図。本発明の実施例３による温度制御装置の概略を示す断面図。本発明の実施例４による温度制御装置の概略を示す斜視図。図７の線Ｃ－Ｃ’における温度制御装置の断面図。本発明の実施例５による温度制御装置の概略を示す断面図。図９の線Ｄ－Ｄ’における温度制御装置の断面図。本発明の実施例６による温度制御装置の概略を示す断面図。本発明の実施例７による温度制御装置の概略を示す断面図。本発明の実施例８による温度制御装置の概略を示す断面図。本発明の実施例９による温度制御装置の概略を示す断面図。図１４の線Ｆ－Ｆ’を通る水平面における温度制御装置の断面図。本発明の実施例１０による温度制御装置の概略を示す断面図。

　本発明による温度制御装置は、温度調節部（温調部）と温度調節ブロック（温調ブロック）を備え、温調ブロックが中空部を有する。温調ブロックは、中空部により密度が低下して熱容量が小さくなり、温度を高速に変化させることができる。また、中空部の配置により温調ブロックの内部の熱伝導を制御することで、温調ブロックの温度を高精度に変化させることができる。これにより、本発明による温度制御装置は、温調ブロックの温度を適切に制御して、試料と試薬を含む反応溶液を適切な温度に高速かつ高精度に制御することができる。

　以下、本発明の実施例による温度制御装置を、図面を用いて説明する。なお、本明細書で用いる図面において、同一のまたは対応する構成要素には同一の符号を付け、これらの構成要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。

　本発明の実施例１による温度制御装置を説明する。

　図１は、本発明の実施例１による温度制御装置の概略を示す斜視図である。温度制御装置１は、温度調節ブロック２（以下、「温調ブロック２」と呼ぶ）と温度調節部３（以下、「温調部３」と呼ぶ）を備え、試料と試薬を含む反応溶液の温度を変化させる。

　温調ブロック２は、金属または非金属の材料で構成され、反応溶液を収容した反応容器を載置可能である。温調ブロック２は、温調部３の上に温調部３に接触するように設置される。温調ブロック２は、載置された反応容器内の反応溶液の温度調節を、温調部３によって行なう。温調ブロック２は、例えば、上面２ｃに反応容器を載置したり、上部に凹部を備えて凹部に反応容器を載置したりする。図１には、反応容器を上面２ｃに載置する温調ブロック２を示している。温調ブロック２の上面２ｃは、温調部３に接触する面（下面）の反対側にある面である。温調ブロック２の概形は、図１に示すような四角柱形状に限定されるものではなく、多角柱形状、円柱形状、または円筒形状など、任意の形状をとることができる。

　温調部３は、加熱と冷却の一方または両方が可能な温度調節装置であり、温調ブロック２の下に温調ブロック２に接触するように設置され、温調ブロック２に載置された反応容器内の反応溶液の温度を変化させる。本実施例では、温調部３は、温調素子であるペルチェ素子を備える。ペルチェ素子を備える温調部３は、温調ブロック２と接する面と反対側の面に、放熱部４を備える。本実施例では、放熱部４として放熱フィンを用いる。温調部３は、ペルチェ素子の他に、ヒートポンプ、ヒータによる加熱装置、及び冷却構造を用いた冷却装置を備えてもよく、これらを複数組み合わせて構成してもよい。

　温調ブロック２と温調部３の間には、これらの間の接触熱抵抗を低減させて伝熱を促進するために、弾性を有する熱伝導性シートを設置したり、熱伝導グリースを塗布したりしてもよい。

　温度制御装置１は、温調ブロック２に設置された熱電対やサーミスタなどの温度センサ（図示せず）で温調ブロック２の温度を測定し、温調ブロック２の温度が所望の温度となるように温調部３の出力を調整することで、反応溶液の温度を制御する。

　図１において、温調ブロック２と温調部３が接触する方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な面をＸＹ面とする。Ｚ方向は、鉛直方向（上下方向）である。

　図２は、図１の線Ａ－Ａ’における温度制御装置１の断面図である。図３は、図１の線Ｂ－Ｂ’における温度制御装置１の断面図である。線Ａ－Ａ’は、Ｘ方向に平行な線であり、線Ｂ－Ｂ’は、Ｙ方向に平行な線である。図２は、ＺＸ面での断面図であり、図３は、ＹＺ面での断面図である。

　温調ブロック２は、複数の中空部７を内部に備える。中空部７は、温調ブロック２の内部の任意の位置に設けられた空洞であり、空気が存在し、温調ブロック２の外部に連通していない。中空部７には、温調ブロック２の質量を減らして温調ブロック２の温度変化を速くする効果がある。中空部７は、図２、３に示した例では、温調ブロック２の内部において直交格子状で等間隔に並んでいる。温調ブロック２の内部での中空部７の配置は、直交格子状でなくてもよく、等間隔でなくてもよい。中空部７の大きさ、数、及び配置は、図２、３に示した例に限られず、任意に定めることができる。

　温調ブロック２は、中空部７を備えるので、中空部７がない中実の温調ブロック２に比べて、密度が小さくて熱容量が小さく、温度変化が速い。

　温調ブロック２は、中空部７の占める体積が増大するにつれ、密度が小さくなる。例えば、温調ブロック２に占める中空部７の体積の割合を５０％とすると、温調ブロック２において、温調ブロック２を構成する材料の体積の割合が５０％であり、中空部７に存在する空気の体積の割合が残りの５０％である。温調ブロック２の密度は、温調ブロック２を構成する材料の密度と、中空部７に存在する空気の密度から算出される。しかし、空気の密度が温調ブロック２を構成する材料の密度に比べて極めて小さいので、温調ブロック２の密度は、温調ブロック２を構成する材料の密度だけから求めることができる。従って、温調ブロック２の密度は、温調ブロック２の見かけの密度の５０％に減少する。見かけの密度とは、中空部７を備えていないと仮定したときの温調ブロック２の密度であり、温調ブロック２の外形の大きさと中空部７を備えていない中実の温調ブロック２の質量から算出される密度である。

　温調ブロック２の熱容量は、温調ブロック２の密度が減ると減少する。温調部３の作用による温調ブロック２の温度変化は、熱容量の減少分だけ速くなる。温調ブロック２に占める中空部７の体積の割合が５０％であり、温調ブロック２の密度が見かけの密度の５０％に減少すると、温調ブロック２の熱容量は、中空部７がない中実の温調ブロック２の５０％に減少する。すると、温調ブロック２の温度変化は、中空部７がない中実の温調ブロック２の温度変化に比べて５０％速くなる。

　本実施例では、中空部７が温調ブロック２の外部に連通していないので、温調ブロック２は、中空部７を備えても表面積が増えない。温調ブロック２は、表面積が増えると、周囲の空気との熱交換が促進されてしまい、温度変化が抑制されることがある。しかし、本実施例による温度制御装置１では、温調ブロック２が表面積を増やさずに中空部７を備えるので、温調ブロック２と周囲の空気との熱交換を抑制でき、温調ブロック２の温度を高速に変化させることができる。

　図４は、温調ブロック２の温度変化を熱伝導解析により求めた結果の例を示す図である。図４には、幅が１０ｍｍで奥行きが１０ｍｍで高さが２０ｍｍのアルミニウム製の温調ブロック２に、底面から１０Ｗの熱量を入力したときの、温調ブロック２の上面測定点２ａにおける温度変化を計算した結果を示している。上面測定点２ａは、図３に示しているように、温調ブロック２の上面２ｃ（温調部３と接する面と反対側の面）の中心点である。図４において、横軸は、温調ブロック２に占める中空部７の体積の割合を示し、縦軸は、温調ブロック２への熱量の入力から５秒後の上面測定点２ａにおける温度を示す。

　中空部７の体積の割合が増加していくと、中空部７の割合が８５％程度までは、５秒後の温調ブロック２の上面測定点２ａの温度が高くなっていく。しかし、中空部７の割合が８５％を超えると、中空部７の割合の増加とともに、上面測定点２ａの温度が低下していく。これは、中空部７の割合が高くなったことにより、温調ブロック２の熱伝導率が小さくなり、温調ブロック２の上面測定点２ａの温度が上昇しにくくなったためである。このことから、温調ブロック２の寸法や材料に応じて、温調ブロック２に占める中空部７の体積の割合を適切な値にすることで、温調ブロック２の温度を高速に変化させることができる。

　中空部７を備える温調ブロック２は、熱伝導率の大きい材料で構成することが望ましい。例えば、アルミニウム、銅、またはマグネシウムなどの金属、またはこれらの合金で温調ブロック２を構成することで、温調ブロック２の熱容量を小さくしながら、熱伝導率を大きくすることができる。温調ブロック２の材料は、金属に限定されるものではなく、窒化アルミニウムや炭素繊維など、熱伝導率の大きい非金属材料で構成してもよい。

　温調ブロック２に設けられる中空部７は、直方体形状、多角柱形状、円柱形状、または球形状など、任意の形状をとることができる。複数の中空部７は、全てが孤立していなくてもよく、全てまたは一部が互いに連通していてもよい。また、中空部７は、温調ブロック２の表面に設けられた開口部から、温調ブロック２の外部に連通していてもよい。温調ブロック２の外部に連通している中空部７は、容易に形成することができる。

　中空部７の中に存在するのは、空気でなくてもよく、空気以外の流体、例えば窒素などの不活性ガスや液体（例えば、油や水）でもよい。中空部７には、樹脂材料や多孔質材料で構成された断熱材が配置されてもよい。また、中空部７の中は、真空でもよい。中空部７の中を不活性ガスで充填すると、中空部７の表面の酸化を防止できる。中空部７の中を液体で充填すると、温調ブロック２の熱容量を液体で調整することができ、熱交換を効率的に行って温調ブロック２の温度変化を速くすることができる。中空部７の中を断熱材で充填したり真空にしたりすると、温調ブロック２の外部への熱伝導を抑制でき、温調ブロック２の温度変化を速くすることができる。

　上述したように、中空部７の大きさ、数、及び配置は、任意に定めることができる。このため、本実施例による温度制御装置１では、中空部７の配置される密度（配置密度）を温調ブロック２の内部の位置に応じて変えることにより、温調ブロック２の内部の熱伝導を制御し、温調ブロック２の内部の位置に応じて温調ブロック２の温度変化を制御することができるので、温調ブロック２の温度を高精度に変化させることができる。

　中空部７は、任意の方法で形成することができる。例えば、中空部７は、温調ブロック２を構成する材料の塊に穴をあけたり、温調ブロック２を構成する箱状の部材の内部の空間に仕切り部材（隔壁）を設置したりして形成することができる。仕切り部材には、格子状の板状部材や、角柱形状や円柱形状などの柱状部材など、任意の形状の部材を用いることができる。なお、外部に連通していない中空部７を備える温調ブロック２は、中空部７を構成することになる窪みを有する、温調ブロック２の複数の部分を、互いに接合する方法などの任意の方法で形成することができる。

　本実施例による温度制御装置１は、温調ブロック２が中空部７を内部に備えるので、温調ブロック２の温度を高速かつ高精度に変化させることができる。

　本発明の実施例２による温度制御装置１を説明する。本実施例による温度制御装置１では、温調ブロック２が内部に備える複数の中空部７が、ハニカム構造を構成する。

　図５は、本発明の実施例２による温度制御装置１の概略を示す断面図であり、図２と同じ位置での断面図である。温調ブロック２が内部に備える複数の中空部７は、正六角柱形状であり、ハニカム構造を構成するように並んでいる。

　温調ブロック２は、内部で中空部７がハニカム構造を構成すると、密度が小さくなって熱容量が小さくなるとともに、Ｚ方向の押し付け圧力に対して強度を保つことができる。温調ブロック２は、温調部３との間での接触熱抵抗を低減させるために、締め具などで温調部３へ向かってＺ方向に押し付けられることがある。中空部７がハニカム構造を構成していると、温調ブロック２が温調部３へ向かってＺ方向に押し付けられても、温調ブロック２は、潰れることなく強度を保つことができる。

　本実施例による温度制御装置１では、温調ブロック２の温度を高速かつ高精度に変化させることができ、温調ブロック２と温調部３との間での接触熱抵抗を小さくすることができる。

　本発明の実施例３による温度制御装置１を説明する。本実施例による温度制御装置１では、温調ブロック２は、中空部７の配置密度が互いに異なる複数の領域を内部に備える。

　図６は、本発明の実施例３による温度制御装置１の概略を示す断面図であり、図２と同じ位置での断面図である。本実施例では、温調ブロック２は、中空部７の配置密度が互いに異なる２つの領域を内部に備える。すなわち、温調ブロック２は、内部に、中空部７の配置密度が低い領域７ａと、中空部７の配置密度が高い領域７ｂを備える。

　図６に示す例では、中空部７の配置密度は、温調部３からの距離に応じて、すなわち温調ブロック２の上下方向（Ｚ方向）で異なる。中空部７の配置密度が高い領域７ｂは、温調ブロック２のうち、温調部３に近い位置、すなわち温調部３に隣接する位置にある。中空部７の配置密度が低い領域７ａは、温調ブロック２のうち、温調部３から遠い位置、すなわち中空部７の配置密度が高い領域７ｂと温調ブロック２の上面２ｃとの間の位置（温調ブロック２の上面２ｃに隣接する位置）にある。従って、図６に示す例では、中空部７の配置密度が高い領域７ｂは、温調ブロック２の下部に位置し、中空部７の配置密度が低い領域７ａは、温調ブロック２の上部に位置する。

　本実施例による温度制御装置１では、温調ブロック２の内部で中空部７の配置密度を変えることで、温調ブロック２の内部の位置によって温調ブロック２の密度（すなわち熱容量）と熱伝導率を変えることができる。

　例えば、図６に示す例のように、温調ブロック２において、中空部７の配置密度を温調部３に近い領域と温調部３から遠い領域で変えることで、温調ブロック２の温度変化を速くすることができるとともに、温調部３の熱を、温調ブロック２に載置された反応容器内の反応溶液に一様に伝えることができる。

　中空部７の配置密度が高い領域７ｂでは、中空部７の配置密度が低い領域７ａよりも、温調ブロック２は、密度が小さくて熱容量が小さいため、温度変化が速い。このため、温調ブロック２の中央測定点２ｂにおける温度変化を速くすることができる。中央測定点２ｂは、中空部７の配置密度が低い領域７ａと中空部７の配置密度が高い領域７ｂの間にある、温調ブロック２の内部の中央の位置のことである。

　中空部７の配置密度が低い領域７ａでは、中空部７の配置密度が高い領域７ｂよりも、温調ブロック２は、密度が大きくて熱容量が大きいが、中空部７の体積の割合が低いので熱伝導率が大きい。このため、温調ブロック２の中央測定点２ｂと上面測定点２ａの温度差を小さくでき、温調ブロック２の内部での温度差を小さくすることができる。従って、温調ブロック２は、内部での温度が均一になり、温調部３の熱を、温調ブロック２に載置された反応容器内の反応溶液に一様に伝えることができる。

　なお、中空部７の配置密度が高い領域７ｂは、温調ブロック２の上部に位置し、中空部７の配置密度が低い領域７ａは、温調ブロック２の下部に位置してもよい。中空部７の配置密度は、温調ブロック２に求められる温度の均一さと温度変化の速さに応じて決めることができる。例えば、中空部７の配置密度は、温調ブロック２の下部（温調部３に近い位置）での温度の均一さと、温調ブロック２の全体での温度変化の速さとのバランスを考慮して決定することができる。

　また、中空部７の配置密度は、温調ブロック２の水平面方向（ＸＹ面内）で異なっていてもよい。温調ブロック２は、ＸＹ面内で複数の反応容器を載置することがあり、このときは、中空部７の配置密度をＸＹ面内で変えることで、反応容器によって互いに温度が異ならないようにすることができる。

　なお、中空部７の配置密度が互いに異なる領域の数は、２つに限らず、３つ以上でもよい。

　本実施例による温度制御装置１では、温調ブロック２の内部で中空部７の配置密度を変えることで、温調ブロック２の密度（すなわち熱容量）と熱伝導率を、温調ブロック２の内部の位置で任意に変えることができる。このため、本実施例による温度制御装置１は、温調ブロック２の温度分布を調整することができ、温調ブロック２の温度を高速かつ高精度に変化させることができる。

　本発明の実施例４による温度制御装置１を説明する。本実施例による温度制御装置１では、温調ブロック２は、上部に１つまたは複数の凹部を備える。凹部には、反応溶液を収容した反応容器が載置される。

　図７は、本発明の実施例４による温度制御装置１の概略を示す斜視図である。図８は、図７の線Ｃ－Ｃ’における温度制御装置１の断面図である。線Ｃ－Ｃ’は、Ｘ方向に平行な線である。図８は、ＺＸ面での断面図である。図７と図８に示した例では、温調ブロック２は、上部に１つの凹部２ｄを備える。凹部２ｄには、反応溶液６を収容した反応容器５が載置される。温調ブロック２は、例えば実施例１（図２）と同様に、複数の中空部７を内部に備える。

　本実施例による温度制御装置１では、温調ブロック２は、反応容器５を載置する凹部２ｄと中空部７を備えるので、凹部２ｄの内壁面での温度変化を中空部７によって大きくすることができ、温調部３で発生させた熱を反応容器５に収容された反応溶液６に効果的に伝えることができる。

　本発明の実施例５による温度制御装置１を説明する。本実施例による温度制御装置１では、温調ブロック２の内部に設けられた複数の中空部７は、互いに連通している。

　図９は、本発明の実施例５による温度制御装置１の概略を示す断面図であり、図８と同じ位置での断面図である。本実施例では、温調ブロック２の内部に設けられた複数の中空部７は、接続部７ｃによって互いに連通している。接続部７ｃは、複数の中空部７を互いに接続する空洞である。なお、図９には、一例として、実施例４（図８）で説明した、凹部２ｄを備える温調ブロック２を示している。

　図１０は、図９の線Ｄ－Ｄ’における温度制御装置１の断面図である。線Ｄ－Ｄ’は、Ｚ方向に平行な線である。図１０は、ＹＺ面での断面図である。

　図９と図１０に示すように、中空部７は、Ｘ方向とＹ方向とＺ方向のそれぞれにおいて、接続部７ｃによって互いに連通している。接続部７ｃによって互いに連通している中空部７は、形成するのが容易である。また、中空部７が接続部７ｃによって互いに連通していると、中空部７の中を流体（例えば、空気や不活性ガスや液体）で充填したり真空にしたりする作業を容易に実施することができる。さらに、中空部７の中を流体で充填する際には、接続部７ｃによって接続された中空部７を均一に充填することができる。図９と図１０に示した例では、接続部７ｃの大きさ（断面積）は、中空部７の大きさ（断面積）よりも小さい。

　温調ブロック２は、全ての中空部７が、接続部７ｃによって互いに連通していなくてもよく、特定の一部の中空部７だけが、接続部７ｃによって互いに連通していてもよい。また、接続部７ｃの大きさ（断面積）は、任意に定めることができ、中空部７の大きさ（断面積）と等しくても異なっていてもよい。例えば、接続部７ｃの大きさが中空部７の大きさと等しく、中空部７が温調ブロック２の内部で大きさを変えずに連通するような構成であってもよい。

　本発明の実施例６による温度制御装置１を説明する。本実施例による温度制御装置１では、温調ブロック２の内部に設けられた複数の中空部７は、互いに連通しており、温調ブロック２の外部に連通している。

　図１１は、本発明の実施例６による温度制御装置１の概略を示す断面図であり、図９と同じ位置での断面図である。本実施例では、温調ブロック２は、表面に開口部７ｄを備える。なお、図１１には、一例として、実施例４（図８）で説明した、凹部２ｄを備える温調ブロック２を示している。

　温調ブロック２の内部に設けられた複数の中空部７は、接続部７ｃによって互いに連通しており、開口部７ｄから温調ブロック２の外部に連通している。開口部７ｄは、温調ブロック２の表面の任意の位置に設けることができる。

　中空部７が温調ブロック２の外部に連通していると、実施例１で説明したように、中空部７を容易に形成することができる。さらに、中空部７の中に流体（例えば、不活性ガスや液体）を充填したり断熱材を配置したりすることや、中空部７の中を真空にする作業を容易に実施することができる。

　本発明の実施例７による温度制御装置１を説明する。本実施例による温度制御装置１では、温調ブロック２は、中空部７の配置密度が互いに異なる複数の領域を内部に備える。

　図１２は、本発明の実施例７による温度制御装置１の概略を示す断面図であり、図８と同じ位置での断面図である。本実施例では、温調ブロック２は、中空部７の配置密度が互いに異なる２つの領域を内部に備える。すなわち、温調ブロック２は、内部に、中空部７の配置密度が高い領域７ｅと、中空部７の配置密度が低い領域７ｆを備える。なお、図１２には、一例として、実施例４（図８）で説明した、凹部２ｄを備える温調ブロック２を示している。

　図１２に示す例では、中空部７の配置密度は、凹部２ｄからの距離、すなわち反応溶液６を収容した反応容器５からの距離により異なる。換言すれば、中空部７の配置密度は、温調ブロック２の水平面方向（ＸＹ面内）で異なる。中空部７の配置密度が低い領域７ｆは、温調ブロック２のうち、凹部２ｄ（または反応容器５）に近い位置、すなわち凹部２ｄ（または反応容器５）に隣接する位置にある。中空部７の配置密度が高い領域７ｅは、温調ブロック２のうち、凹部２ｄ（または反応容器５）から遠い位置、すなわち中空部７の配置密度が低い領域７ｆに隣接する位置にある。従って、中空部７の配置密度が低い領域７ｆは、中空部７の配置密度が高い領域７ｅよりも、凹部２ｄ（または反応容器５）に近い位置にある。図１２に示す例では、中空部７の配置密度が低い領域７ｆは、温調ブロック２の中央部に位置し、中空部７の配置密度が高い領域７ｅは、温調ブロック２の周縁部に位置する。

　本実施例による温度制御装置１では、中空部７の配置密度が低い領域７ｆが反応容器５に近い位置にあることで、反応容器５に近い位置では、温調ブロック２の熱伝導率が大きく、温調ブロック２と反応容器５との接触面の温度を均一に保つことができ、温調部３の熱を反応容器５に収容された反応溶液６に一様に伝えることができる。また、中空部７の配置密度が高い領域７ｅが反応容器５から遠い位置にあることで、反応容器５から遠い位置では、温調ブロック２は、密度が小さくなり、熱容量が小さくなって温度変化が速くなる。さらに、中空部７の配置密度が高い領域７ｅは、温調ブロック２の周縁部に位置し、この位置での温調ブロック２の熱伝導率を小さくしている。従って、温調ブロック２は、中空部７の配置密度が低い領域７ｆから中空部７の配置密度が高い領域７ｅまでの熱抵抗が増大するので、表面から外気への放熱を抑制することができ、温度変化がさらに速くなる。

　本発明の実施例８による温度制御装置１を説明する。本実施例による温度制御装置１では、温調ブロック２は、中空部７の配置密度が互いに異なる複数の領域を内部に備える。

　図１３は、本発明の実施例８による温度制御装置１の概略を示す断面図であり、図８と同じ位置での断面図である。本実施例では、温調ブロック２は、中空部７の配置密度が互いに異なる２つの領域を内部に備える。すなわち、温調ブロック２は、内部に、中空部７の配置密度が低い領域７ｇと、中空部７の配置密度が高い領域７ｈを備える。なお、図１２には、一例として、実施例４（図８）で説明した、凹部２ｄを備える温調ブロック２を示している。

　図１３に示す例では、中空部７の配置密度は、凹部２ｄに載置された反応容器５に収容された反応溶液６の液面の位置より上方と下方で異なる。中空部７の配置密度が低い領域７ｇは、温調ブロック２のうち、反応容器５に収容された反応溶液６の液面の位置より下方にある。中空部７の配置密度が高い領域７ｈは、温調ブロック２のうち、反応溶液６の液面の位置より上方にある。従って、図１３に示す例では、中空部７の配置密度が低い領域７ｇは、温調ブロック２の下部に位置し、中空部７の配置密度が高い領域７ｈは、温調ブロック２の上部に位置する。

　なお、反応容器５に収容された反応溶液６の液面の位置は、反応容器５や反応溶液６により異なるが、おおよその位置を予め定めることができる。従って、中空部の配置密度が低い領域７ｇと中空部の配置密度が高い領域７ｈとの上下方向（Ｚ方向）の境界の位置は、反応溶液６の液面のおおよその位置として、反応容器５や反応溶液６についての情報を基に予め定めることができる。

　本実施例では、中空部７の配置密度が高い領域７ｈとは、温調ブロック２に占める中空部７の体積の割合が大きく、温調ブロック２の熱伝導率が小さくなって温調ブロック２の温度変化が遅くなる領域である。例えば、中空部７の配置密度が高い領域７ｈは、図４に示したような、温調ブロック２に占める中空部７の体積の割合が８５％を超えて、温調ブロック２の熱伝導率が小さくなる領域である。

　本実施例による温度制御装置１では、温調ブロック２は、反応溶液６の液面の位置より下方では、中空部７の配置密度が低い領域７ｇであり、熱伝導率が大きく温度変化が速いので、温調部３の熱を反応溶液６に速く伝えることができる。一方、温調ブロック２は、反応溶液６の液面の位置より上方では、中空部７の配置密度が高い領域７ｈであり、熱伝導率が小さく温度変化が遅いので、温調ブロック２の上面２ｃからの放熱を抑制でき、温調ブロック２の全体での温度変化をさらに速くすることができる。

　本発明の実施例９による温度制御装置１を説明する。本実施例による温度制御装置１では、温調ブロック２は、１つまたは複数の筒状の中空部７を内部に備える。中空部７は、Ｚ方向（上下方向）に延伸する筒状であり、角筒形状や円筒形状などの任意の形状をとることができる。

　図１４は、本発明の実施例９による温度制御装置１の概略を示す断面図であり、図８と同じ位置での断面図である。図１４には、一例として、１つの筒状の中空部７を内部に備える温調ブロック２を示している。筒状の中空部７は、温調ブロック２の周縁部（外周部）に設けられている。なお、図１４には、一例として、実施例４（図８）で説明した、凹部２ｄを備える温調ブロック２を示している。

　図１５は、図１４の線Ｆ－Ｆ’を通る水平面（ＸＹ面）における温度制御装置１の断面図である。中空部７は、角筒形状であり、温調ブロック２の周縁部に設けられている。筒状の中空部７は、凹部２ｄの周囲を囲み、凹部２ｄに載置された反応容器５の周囲を囲んでいる。

　本実施例による温度制御装置１では、温調ブロック２は、凹部２ｄ（または反応容器５）の周囲を囲む筒状の中空部７を備えるので、凹部２ｄから温調ブロック２の外部までの熱伝導率が小さくなって熱抵抗が増大し、表面から外気への放熱を抑制することができる。このため、温調ブロック２は、側面からの放熱量を抑制でき、温調ブロック２の全体の温度変化をさらに速くすることができる。

　本発明の実施例１０による温度制御装置１を説明する。本実施例による温度制御装置１では、温調ブロック２は、温調部３に接する下部に複数の中空部７を備える。

　図１６は、本発明の実施例１０による温度制御装置１の概略を示す断面図であり、図８と同じ位置での断面図である。なお、図１６には、一例として、実施例９（図１４）で説明した、凹部２ｄ（または反応容器５）の周囲を囲む筒状の中空部７も備える温調ブロック２を示している。

　本実施例による温度制御装置１では、温調ブロック２は、実施例４（図８）で説明した凹部２ｄを備える。凹部２ｄには、反応溶液６を収容した反応容器５が載置される。温調ブロック２は、温調部３に接する下部に、より具体的には、温調部３に接する底面２ｅと凹部２ｄの下部との間に、複数の中空部７（７ｎ）を備える。温調ブロック２は、この複数の中空部７ｎの互いの間に、温調部３から凹部２ｄ（すなわち、反応容器５）への熱伝導経路８を備える。

　複数の中空部７ｎは、温調ブロック２において、温調部３と凹部２ｄとの間に位置し、温調ブロック２の温調部３と接触する部分から凹部２ｄに向かって上方へ延伸する。中空部７ｎの互いの間は、温調部３と凹部２ｄとを接続するように延伸し、温調部３から凹部２ｄへの熱伝導経路８を形成する。

　熱伝導経路８は、温調ブロック２の温調部３に接する底面２ｅから上方に向かって延伸し、温調ブロック２の凹部２ｄの下部に達し、温調部３の熱を凹部２ｄの下部（すなわち、反応容器５の下部）へ伝える。温調ブロック２は、複数の熱伝導経路８を備えるのが好ましい。

　なお、温調ブロック２は、凹部２ｄ（または反応容器５）の周囲を囲む筒状の中空部７を、備えなくてもよく、複数備えてもよい。

　温調ブロック２は、温調部３に接する下部に複数の中空部７ｎを備え、底面２ｅから上方に向かって延伸する熱伝導経路８を備えることにより、温調ブロック２の熱容量を小さくするとともに、温調部３から反応容器５への熱伝導距離を短くすることができる。このため、温調ブロック２は、温調部３で発生した熱を効率的に反応容器５に伝えることができ、反応容器５の温度変化をより速くすることができる。

　なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。

　１…温度制御装置、２…温調ブロック、２ａ…上面測定点、２ｂ…中央測定点、２ｃ…上面、２ｄ…凹部、２ｅ…底面、３…温調部、４…放熱部、５…反応容器、６…反応溶液、７…中空部、７ａ…中空部の配置密度が低い領域、７ｂ…中空部の配置密度が高い領域、７ｃ…接続部、７ｄ…開口部、７ｅ…中空部の配置密度が高い領域、７ｆ…中空部の配置密度が低い領域、７ｇ…中空部の配置密度が低い領域、７ｈ…中空部の配置密度が高い領域、７ｎ…中空部、８…熱伝導経路。

Claims

　溶液を収容した容器を載置可能な温度調節ブロックと、
　前記温度調節ブロックに接触するように設置され、前記溶液の温度を変化させる温度調節部と、
を備え、
　前記温度調節ブロックは、１つまたは複数の中空部を内部に備える、
ことを特徴とする温度制御装置。
　前記温度調節ブロックは、複数の前記中空部を備え、
　前記中空部は、ハニカム構造を構成するように並んでいる、
請求項１に記載の温度制御装置。
　前記温度調節ブロックは、複数の前記中空部を備え、前記中空部の配置される密度が互いに異なる複数の領域を内部に備える、
請求項１に記載の温度制御装置。
　前記温度調節ブロックは、前記溶液を収容した前記容器が載置される凹部を上部に備える、
請求項１に記載の温度制御装置。
　前記温度調節ブロックは、複数の前記中空部を備え、
　複数の前記中空部は、互いに連通している、
請求項１に記載の温度制御装置。
　前記温度調節ブロックは、複数の前記中空部を備え、
　前記中空部は、直交格子状に並んでいる、
請求項１に記載の温度制御装置。
　前記温度調節ブロックは、複数の前記中空部を備えるとともに、表面に開口部を備え、
　複数の前記中空部は、互いに連通しており、前記開口部から前記温度調節ブロックの外部に連通している、
請求項１に記載の温度制御装置。
　前記温度調節ブロックは、複数の前記中空部を備えるとともに、前記溶液を収容した前記容器が載置される凹部を上部に備え、
　前記中空部の配置される密度は、前記凹部からの距離により異なる、
請求項１に記載の温度制御装置。
　前記温度調節ブロックは、複数の前記中空部を備えるとともに、前記溶液を収容した前記容器が載置される凹部を上部に備え、
　前記中空部の配置される密度は、前記凹部に載置された前記容器に収容された前記溶液の液面の位置として予め定められた位置より上方と下方で異なる、
請求項１に記載の温度制御装置。
　前記温度調節ブロックは、前記溶液を収容した前記容器が載置される凹部を上部に備えるとともに、筒状の前記中空部を内部に備え、
　筒状の前記中空部は、前記凹部の周囲を囲む、
請求項１に記載の温度制御装置。
　前記温度調節ブロックは、前記溶液を収容した前記容器が載置される凹部を上部に備えるとともに、前記温度調節部と前記凹部との間に複数の前記中空部を備え、
　前記中空部は、前記温度調節ブロックの前記温度調節部と接触する部分から前記凹部に向かって延伸し、
　前記中空部の互いの間は、前記温度調節部と前記凹部とを接続するように延伸する、
請求項１に記載の温度制御装置。