专利名称：反应装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及反应装置。更具体地，本发明涉及一种可以高精度 地寺丸4于温度控制的反应装置。
背景技术：
如果需要基于温度条件来控制反应，那么希望可以更高精度地 控制温度条件。此外，希望在无i仑是液体、固体和气体中的哪种作 为反应目标都执行反应的反应装置中高精度地执行温度控制。在例 如基因分析的技术领域中也存在这种需求。需要高精度温度控制的基因分析技术的 一个实例是通过使用 执4亍基因扩增(gene amplification )的聚合酶链式反应(PCR)方法 进行分析。PCR方法可以是用于定量分初-樣i量核酸的标准方法。在PCR方法中，连续地重复"热变性—引物的退火—聚合酶 扩链反应(extension reaction)"的扩增循环。这可以4吏DNA等扩 增数十万倍。通过实时监控因而获得的PCR扩增产物还可以执行微 量核酸的定量分4斤。然而，在PCR方法中，必须精确地控制扩增循环。为了精确 地控制扩增循环，需要高精度的温度控制。不充分的温度控制会导因此，重要的是上述装置可作为反应装置来高精度地执行热控 制。作为涉及这方面的技术，在日本专利7〉开第2003-298068号和 日本专利公开第2004-025426号中披露了关于反应装置的温度控制 的技术。此外，还提出了使用关于小区域的发热控制的半导体元件 等的技术。发明内容然而，即使是在相关领域的反应装置中通过使用半导体元件等 执行温度控制的技术仍包括以下问题。具体来说，半导体元件通常涉及制造过程的变化。因此，即使 对各个反应区域执行相同的温度控制，不同基板的加热量也是变化 的，并且即使在同一基板上，不同加热部的加热量仍是变化的。这 导致了作为反应装置的高精度温度控制的困难。此外，半导体元件的特性通常随温度而改变。例如，基于单晶 ^圭的MOS晶体管具有负温度特性。因而，即4吏施加相同的电压， 较高的温度仍会导致较少量的流过电流。因此，即使施加了相同的 电压，加热量仍会随温度而变化，乂人而导致难以进4亍高姊青度的温度 控制。需要本发明提供一种可以高精度地执行温度控制的反应装置。本发明并不仅考虑对热控制系统使用半导体元件等，而是还关 注于热控制系统的电路配置等。因此，本发明人设想将能够控制各 个加热单元的有源矩阵结构合并到热控制系统，从而得到本发明。根据本发明的实施例，提供了一种反应装置，包括多个反应区 域，以及被配置为每一个都对应于反应区域中的对应的 一个而设置 的多个加热部。每个加热部都包^舌热源、用于选择加热部的扫描线 和将用于加热的加热量信息传输至热源的数据线。每个加热部还包括写入器，获取从数据线传输的加热量信息；保持器，在扫描线转为未被选择的状态之后，还存储加热量信息；以及发热控制器， 基于加热量信息来控制热源的发热。通过相对于反应装置的每个反应区i或i殳置加热部，可以单独地 执行加热控制。仅在选择扫描线时不执行加热，但是可以在写入加 热量信息之后并且在写入下一个加热量信息之前，保持关于希望发 热的各个加热部(力口热单元)的加热量信息。因此，扭^亍力口热的时 间并不局限于扫描线的选4奪时期(短时间)。因而，可时限容易而 稳定的加热操作。在反应装置中，从数据线传输的加热量信息可以是信号电流， 并且加热部可包括将信号电流转换为电压电平的转换器。此外，保 持器可以保持加热量信息作为电压电平，并且发热控制器可将所保 持的电压电平转换为电流电平从而控制发热。通过将加热量信息的形式从信号电流转换为电压电平，信号电 流可作为电压电平暂时存储在保持器中。通过将电压电平转换为电 流电平，可以执行高精度的加热控制。在反应装置中，转换器可包括栅极和漏极彼此电连接的第一场 效应晶体管。保持器可包括电容器，保持在第一场效应晶体管的 4册极和源极之间的电压，该电压是由于信号电流流过第一场效应晶 体管而产生的。发热控制器可包括第二场效应晶体管，取决于在 第一场效应晶体管的栅极和源极之间的电压的电流流过该第二场 效应晶体管。使用第 一 场效应晶体管能够产生取决于所施加的信号电流的 电压。在第 一 场效应晶体管的棚-才及和源才及之间的电压可以通过电容 器来保持。在反应装置中，第 一 场效应晶体管和第二场效应晶体管可以是 相同的晶体管。此外，通过转换器将信号电流转换为电压电平的转 换操作、以及通过发热控制器基于加热量信息来控制热源的发热的 控制#:作可以以分时方式执4亍。通过以分时方式交替执行转换操作和控制#:作，可向发热控制 器的发热控制系统传输更精确的加热量信息。因此，可以更高精度 地控制加热量。在反应装置中，转换器可包括第 一场效应晶体管以及4册4及和漏 极彼此电连接的第三场效应晶体管，并且第 一场效应晶体管的源极 和第三场效应晶体管的漏才及可4皮此电连^妄。第三场效应晶体管的设置可进一 步提高驱动电流和信号电流 之间的匹配度。因此，可向热源传输更精确的加热量信息，从而能 够以更高精度来进行加热控制。反应装置可进一步包括被配置为在从通过写入器获取加热量 信息到获取下 一加热量信息的期间中断驱动电流的单元。反应装置可以是在反应区域中执行基因扩增反应的PCR装置。通过4吏用i者如PCR装置的反应装置，可以单独地对每个反应 区域高精度地执行基因扩增反应的加热循环的温度控制。因此，在 各个反应区域中装载的样品的扩增系数可被统 一 成恒定的放大系数。因此，可以对每个反应区域执行单独且高精度的温度控制，从 而能够以高精度进行详尽的分析。用作PCR装置的反应装置可进一步包括光学单元，被配置 为用具有预定波长的激发光来照射反应区域；以及荧光冲企测器，被 配置为#r测由于激发光的照射而产生的荧光。通过用光学单元和荧光冲企测器来进一步i殳置PCR装置，可以 实时地分析基因扩增反应。
图1是示出了包括在根据本发明的一个实施例的反应装置中的 加热部的电3各配置的电3各图；图2是示出了图1电路的电路操作的一个状态的电路图；图3是示出了图1电路的电路操作的另一个状态的电路图；图4是示出了图1所示的电路配置的<务改实例的电3各图；图5是示出了图1所示的电i 各配置的另一个^f'务改实例的电絲^图；图6是示出了图1所示的电^各配置的又一个〗奮改实例的电^各图；图7是示出了图1所示的电路配置的又一个^f奮改实例的电鴻^图；图8是示出了图1电路的具体配置实例的电路图；图9是包括在根据本发明的一个实施例的反应装置中的加热部 的冲匡图；图IO是示出了图8所示的电路配置的修改实例的电路图；图11是示出了图8所示的电路配置的另一个修改实例的电路图；图12是示出了图8所示的电路配置的又一个修改实例的电路图；图13是示出了图1所示的电路配置的又一个修改实例的电路图；图14是将根据本发明的实施例的反应装置用作PCR装置的第 一应用实例的概念截面图；以及图15是将根据本发明的实施例的反应装置用作PCR装置的第 二应用实例的扭无念截面图。
具体实施方式
以下将基于附图来描述根据本发明的优选实施例的反应装置。 应注意，在附图中所示的实施例仅仅是本发明的代表性实施例的一 个实例，并且本发明的范围不应^皮解释为受到实施例的局限。图1是示出了包括在根据本发明的一个实施例的反应装置中的 加热部的电路配置的电路图。图2是示出了图1电路的电路操作的 一个状态的电路图。图3是示出了图1电路的电路操作的另一个状 态的电路图。图1中的晶体管Tl是N沟道绝缘栅极场效应晶体管(下文中， 通常简称为晶体管)。符号SW表示开关。符号g、 d和s分别表示 栅极、漏极和源极。符号Cs表示电容器。驱动电流流过在电源电位VDD和4妄地电位GND之间的晶体管 Tl。由于晶体管T1的电阻成分和开关SW3而产生的焦耳(Joule) 热可用作热源。使用N沟道晶体管作为晶体管Tl是一个实例，但 是在本发明的实施例中也可以选择性地使用P沟道晶体管。在本发明的实施例中，将从数据线传输的加热量信息是信号电 流。希望本实施例的电路具有用于将这个信号电流转换为信号电压 从而执行热控制的电路配置。以下将参照图2和图3来描述图1电3各的#:作。图2示出了将加热量信息以电流电平(即，信号电流)的形式 写入加热部电路的操作。在该写入操作中，开关SW1和SW2处于 导通状态，而开关SW3处于截止状态。晶体管Tl的漏才及d和一册极g通过开关SW2而互相短路，并且 信号电流Isig流过晶体管Tl (见图2)。因此，产生了取决于信号 电流Isig的^f直的栅4及和源才及之间的^f言号电压Vgs 。如果晶体管Tl是增强型的晶体管(即，其具有高于0的阈值 电压Vth)，那么该晶体管在其饱和区域才喿作，因此信号电流Isig和 4言号电压Vgs具有由以下/>知的等式(1)所表示的关系。在等式(l)中，n表示载流子迁移率，Cox表示每单位面积的 栅极容量，W表示沟道宽度，以及L表示沟道长度。如果开关SW2在电^各稳定时截止，则4册极-源极电压Vgs 一皮保 持在电容器Cs中。因而，通过截止开关SW1完成了信号写入操作。此后，当开关SW3在任何时刻如图3所示导通时，电流从电 源电压VDD流向接-地电位GND 。如果电源电压VDD祐:i殳4寻足够 高并且开关SW3的导通电阻被设得足够低以使晶体管Tl此时可在 饱和区域中操作，那么流过晶体管T1的驱动电流Idrv并不取决于 漏才及-源才及电压Vds,而是由等式(2)表示。这个驱动电流Idrv与 信号电流Isig相对应。确切地，通常，包括在等式(1)和(2)的右侧中的各个参数 随着基板的不同而变化，并且即使在相同的基板上的不同位置之间 也变化。然而，由于图2和图3所示的驱动，信号电流Isig于驱动 电流Idrv相互对应，而与这些参凄t的值无关。具有精确值的信号电流Isig可由例如在加热器矩阵外部的控制 电^各产生。因此，乂人图1的加热器单元电^各产生的焦耳热不会受到 晶体管特性的变化的影响，而可以作为由电源电压VDD和信号电 流Isig的乘积(VDD x isig )确定的精确值而获得。图4是示出了图1所示的电^各配置的〗奮改实例的电if各图。图4所示的电^各在开关的连4娄关系等方面与图1所示的电路不 同。然而，在图4所示的电路中，类似于图l所示的电路，在信号写入时，开关SW1和SW2保持导通状态而开关SW3保持截止状 态。在发热操作时，开关SW1和SW2保持截止状态而开关SW3 保持导通状态。处于图4电路的各个操作状态的等1"介电路分别类似 于图2和图3的那些电路，因此，图4的电路也可以发挥与图1的 电^各相同的功能。图5是示出了图1所示的电路配置的另一个修改实例的电路图。图5的电路与图1的电路的不同在于，P沟道晶体管用作了晶 体管Tl并且电流方向逆转。然而，图5的电路原理与图1的电路 原理相同，因此图5的电3各可以发挥相同的功能。在本发明的实施例中，在低温多晶硅薄膜晶体管(TFT)的情 况下，优选地使用P型金属氧化物半导体(PMOS )。这是因为PMOS 在低温多晶硅TFT的情况下具有更稳定的特性。图6是示出了图1所示的电路配置的又一个修改实例的电路图。在图6电^各中的各个开关SW1、 SW2和SW3的控制方式与图 1电路相同。然而，图6电路与图1电路不同在于，信号电流Isig 乂人晶体管Tl的源才及引出。然而，图6电3各具有以下才喿作原理，即， 4吏信号电流Isig流过处于晶体管Tl的棚4及和漏才及相互短路状态下 的晶体管Tl,然后将响应于信号电流Isig的流通产生的栅极-源极 电压Vgs保持在电容器Cs中。该操作原理与图1电路的操作原理 相同。因此，图6的电路可发挥与图1电路相同的功能。在本发明的实施例中，希望转换器包括第 一场效应晶体管以及 栅极和漏极彼此电连接的第三场效应晶体管，并且第 一场效应晶体管的源才及电连4妄至第三场效应晶体管的漏才及。以下将参照图7等来 描述这个配置。图7是示出了图1所示的电^各配置的又一个1'务改实例的电路 图。图7的电^各与图1电^各的不同在于，图7的电^各由向图1的电 路配置添加晶体管T2、开关SW4和电容器Cs2而得到。类似于开 关SW2控制开关SW4。以下将描述该电路的操作。如上所述，在图l的电路中，信号电流Isig由等式(1 )表示， 而驱动电流Idrv由等式(2 )表示，因此信号电流Isig和驱动电流 Idrv相互对应。此特征导致的基本操作为，例如，在MOS晶体管 的饱和区域操作中，流过MOS晶体管的电流并不取决于漏极-源极 电压Vds而^f又由棚4及-源才及电压Vgs确定。然而，在实际晶体管的情况下，漏极-源极电压Vds的升高通 常会使漏极-源极电流Ids轻微增加。该现象归因于例如背栅效应， 其中漏极电位影响到沟道的导电状态；以及短沟道效应，其中在漏 极端的损耗层朝源极侧延伸并因此有效沟道长度L变短。以下将通过以图1的电路为例来更详细地描述。当写入相对较 小的信号电流Isig时，才艮据等式(1 )产生的4册才及-源一及电压Vgs相 对專交寸氐，并且漏才及-源才及电压Vds是与才册才及-源才及电压Vgs相等的專交 小值。另一方面，在驱动时，驱动电流Idrv^艮小，因此越过开关SW3 的电压降^艮小。因此，晶体管Tl的漏4 l-源才及电压Vds比写入时高。 以此方式，在写入时，晶体管Tl的漏极-源极电压Vds通常不与驱 动时的电压相对应。因此，准确i也i兌，信息电流Isig和马区动电流Idrv 也不相互对应。这经常会导致无法得到所需加热量。相反地，图7所示的电路配置可以抑制这个问题。以下将描述 图7电路的操作。类似于图1的电路，在写入时，晶体管Tl的漏 才及画源才及电压Vds通常并不与驱动时的此电压相对应。然而，例如， 当漏极-源极电压Vds在驱动的时候很高时，尽管驱动电流Idrv比 信号电流Isig大，但是如果晶体管T2在饱和状态下操作(换句话 说，执行近似于恒定电流源操作的操作)，那么晶体管T2的微分电 阻;就非常高。因而，晶体管Tl的源极电位响应于驱动电流Idrv的轻纟效增加 而大幅上升。该源极电位的上升降低了晶体管Tl的栅极-源极电压 Vgs, 乂人而减小了驱动电流Idrv。因此，相对于信号电流Isig,马区动 电流Idrv没有大幅增加。因此，与图l的实例相比，信号电流Isig 与驱动电流Idrv之间的匹配度更高。图8是示出了图1电路的具体配置实例的电路图。三个开关用晶体管T2、 T3和T4来实现。晶体管T2是N沟道 晶体管，而晶体管T3和T4中的每个都是P沟道晶体管。三个晶体 管T2、 T3和T4的栅极共同连接至扫描线。这使得电路在扫描线处 于低电平时能够执行信号写入操作，而在处于高电平时能够执行驱 动操作。如后所述，本发明的实施例可以采用另一种形式，其中， 各个晶体管T2、 T3和T4的栅-极并不共同连接。然而，在配置筒单 性方面，图8的电路是优选的。图9是包括在根据本发明的 一个实施例的反应装置中的加热部 的框图。确切地"i兌，图9示出了上述加热部(力。热器单元)具有加 热器矩阵结构的形式。该加热器矩阵结构具有多条扫描线1~m以 及多条凄t据线l~n。在这些线的每个交叉部Al, i殳置了例如图8 所示的加热器部电3各等。扫描线驱动电路依次选择扫描线(即，将扫描线切换至低电 平)。与该依次选择同时，数据线驱动电路将信号电流施加至各个 数据线，从而能够将加热量信息逐行写入各个加热部。扫描线控制 获取加热量信息的定时。在完成写入之后，扫描线转为未^皮选^r状态(即，切换为高电平)。这使得具有与信号电流相同电流值的驱 动电流能够继续流过只于应的力口热部(力口热器单元)。以此方法，可 向各个加热部施加每个都具有所需大小的电流。因此，可产生所需量的热。图IO是示出了图8的电路配置的修改实例的电路图。图IO所示的电路配置与图8所示的电路配置的不同在于，图 10的电路具有晶体管T4a和T4b。通常，例如，TFT的缺陷常出现在其制造过程中。因此，例如， 小泄漏电流流过截止状态的开关晶体管因而的问题会随时发生。在 图8的电路中，如果泄漏电流流过晶体管T4,那么保持在电容器 Cs中的电压会由于泄漏电流而改变。因此，无法维持正确发热状态 的情况将会经常出现。相反，在图IO所示的电路中，图8中所使用的晶体管T4被串 联连接的两个晶体管T4a和T4b所代替。因此，即使这些晶体管中 的一个出现问题，总体上仍然可以抑制泄漏电流。类似地，还可以 串联连接三个或三个以上的晶体管。此外，晶体管T2和T3中的每 个还可以被串联连接的多个晶体管所代替。图11是示出了图8所示的电路配置的另一个修改实例的电路图。图11的电路图示出了独立于晶体管T3和T4的控制来执行晶 体管T2的控制的配置实例。在〗言号写入时，写入扫描线和驱动扫 描线都保持在低电平。在写入完成后(即，在写入扫描线被切换成 高电平之后)，驱动信号线在任意时刻被切换成高电平，从而可执 行发热操作。另 一方面，通过将驱动扫描线切换为低电平可以容易地中断发 热才乘作。因此，图ii的电3各适用于需要快速降温的情况。此外，还可以调节发热操作的时间。因此，即使例如信号电流源难以精确 地产生小电流，仍然可以执行轻微发热的精确操作。如果希望避免 由于因而的操作而导致的间歇性加热，那么在从加热量信息的写入到下一个加热量信息的写入的时期中多次重复加热循环和加热中 断。这〗吏得临时的加热更为稳定。图12是示出了图8的电路配置的又一个修改实例的电路图。图12的电路特征为，电源电压VDD的线平行于扫描线;改置， 并且图1的开关SW3由二4及管D1组成。在信号写入时，电源电压 VDD保持在低电平，从而使二极管Dl保持在截止状态。在驱动时， 电源电压VDD^f呆持在高电平，乂人而〗吏二才及管Dl卩呆持在导通状态。 因而，二才及管Dl可以作为开关而梯:作。因此，图12所示的电^各配 置可发挥与图11所示的电路配置相同的功能。图13是示出了图1所示的电路配置的又一个修改实例的电路图。图13所示的电路配置与图1所示的电路配置的不同在于，用 于将信号电流Isig转换成电压的晶体管Tl是与用于发热的电流流 过的晶体管T2分离放置的。在信号写入时，开关SW1和SW2处于导通状态，/人而4吏信号 电流流过晶体管T1。此时，信号电流Isig由等式(3 )表示。<formula>formula see original document page 18</formula>在等式(3)中的各个参数的含义与等式(1)中的那些基本上 相同。然而，晶体管Tl的沟道宽度在等式(3)中被表示为W!。 在驱动时，两个开关SW1和SW2处于截止状态。在电容器Cs中， 保持由于写入操作而产生的栅极-源极电压Vgs。因此，流过晶体管 T2的4区动电;危Idrv由等式(4)表示。<formula>formula see original document page 18</formula>在等式(4)中，晶体管T2的沟道宽度^皮表示为W2。因为晶 体管Tl和T2形成在很小的加热部中，所以可认为晶体管T2的参 数H、 Cox和Vth实际上与晶体管Tl中的那些相同。此外，晶体管 Tl和T2也可^皮，没计为具有相同的沟道长度L。因此，可/人等式(3) 和(4)得出等式(5)。<formula>formula see original document page 18</formula>
通常，包括在等式(3)和(4)的右侧中的各个参数常常随着 基板的不同而变化，并且即使在同一基板上，也会随着位置的不同 而变化。然而，等式(5)示出了驱动电流Idrv与信号电流Isig的 比等于晶体管T2的沟道宽度与晶体管Tl的沟道宽度的比，而与参 数的值无关。不同于图1的电^各，图13的电路的特^正为，可将驱动电流Idrv 与信号电流Isig的比调节为任何值。例如，如果需要轻微发热但是 外部电路难以产生小电流，那么沟道宽度可以被设计为使等式(5) 的右侧的值变小。相反，也容易地将沟道宽度设计为可以从小信号 电;危Isig获4寻大马区动电;危Idrv。如上所述，本发明的实施例可以提供可高精度地单独执行加热 控制的反应装置。该反应装置可用于广泛多种的应用中，作为用于 需要精确的加热控制的反应装置。在这些应用中，反应装置可适当 用作例如执行基因扩增反应等的PCR装置。以下将描述反应装置被 用作PCR装置的实例。在相关领域的PCR装置中，尽管执行了热循环的控制，但是 难以对每个样品进^f亍单独的温度控制，这是因为相关领域的PCR装置是以梯度机制为基础的。此外，相关领域的PCR装置无法在基 因扩增反应时单独执行温度控制。因此，在相关领域的PCR装置中， 例如各个样品的基因扩增量无法统 一 的问题非常显著。通过将才艮据本发明实施例的反应装置应用于这种PCR装置， 可以提供可解决上述问题并且能够进行详尽分析的改进的PCR装 置。以下将描述4艮据本发明实施例的PCR装置的形式。图14是将根据本发明的实施例的反应装置用作PCR装置的第 一应用实例的概念截面图。在用于以下描述的附图中，为了便于描 述，简单示出了装置配置等。图14中的数字1表示根据本发明实施例的PCR装置。PCR装 置1的尺寸和层结构可根据目的任意选择，并且还可以在不脱离本 发明范围的前提下设计或更改PCR装置1的配置。PCR装置1包括具有多个反应区域Al的井状基板11、光源12在测量基板17上设置了滤光器14、用于4全测焚光L3的荧光4企测器 15和用于加热反应区i或Al的加热部16。显然，上述电路配置中的 〃f壬一个都可以用作加热部16。在PCR装置1中，乂人光源12发出的激发光束Ll通过激发光 扫描板13,以作为激发光束L2施加至各个反应区域Al。通过荧光 才企测器15才企测和测量,人反应区域Al的内部发出的荧光L3。具体地，在PCR装置1中，可对每个反应区域Al设置加热部 16。此夕卜，可以i殳置才全测加热部16的热源附近的温度并且将才企测 到的温度转换为电信号的温度检测器。此外，可以设置基于预先获 得的电信号和加热量之间的相关性来确定热源的加热量的单元。由 于这个配置，可以高精度地单独控制各个反应区域Al的温度。还可以通过采用考虑到各个反应区域A1的温度信息而获得的 加热量信息来执行更高精度的温度控制。因此，可以高精度地分析基因表达量。以下将具体描述PCR装置1的各个组件。井状基板11具有多个反应区(井)Al。在反应区Al中执行 预定反应。例如，这个井状基板11由低荧光发射塑料材料或剥离 构成。在井状基板11中，可在矩阵中设置与人的基因数量基本上 相同凄t量的反应区Al。在本发明的实施例中，希望用于PCR反应的反应区域(井) 为孩吏空间。侈'W口， i口果一个井具有300 |um x 300 |im x 300 jum的尺 寸(约30nL的容量)并且在PCR装置中设置了约四万个井，那么 该装置将具有约六平方厘米的面积。各个反应区域A1的形状并没有具体的限制，只要在反应区域 Al中可以容纳反应溶液，那么任何形状都是可行的。可以考虑用 于发出和引导激发光束L1和L2的光路、用于检测荧光L3的光路 等来随意选择合适的形状。在PCR装置1中，反应区域A1具有曲 面部，以使荧光L3可在反应区域Al中被反射。为了抑制由于光散射和外部光的影响带来的检测灵敏度的下 降，反应区域Al需要被遮光材料(例如，像金刚石的碳)覆盖。在本发明的实施例中，光源12和用于将激发光束L1引导至各 个反应区域Al的^敫发光扫描^反13可用作仅J寻所有的多个反应区i或 Al ^皮具有特定波长的激发光所照射的光学单元。光源12的种类并没有具体的限制，只要光源12可发出特定波 长的光。然而，希望使用白色或单色发光二极管(LED)作为光源 12 。使用发光二极管可以容易地获取没有不必要的紫外线和红外线的光。在本发明的实施例中，光源12的位置和光源的凄史量并没有具 体的限制。尽管在图中未示出，但是多个光源12可以经过设置面 向各个反应区i或Al，并且每个光源12可直4妄向乂于应的反应区域^ Al发出激发光。在这种配置中，可用光源12的激发光来直接照射 每个反应区域Al。因而，可获得更大量的激发光。此外，可以单 独控制激发光束Ll和L2的光量，因此可用激发光束Ll和L2均 匀照射各个反应区域Al 。激发光扫描才反13将/人光源12发出的激发光束Ll引导至井状 基板11中的各个反应区域Al 。从光源12发出的激发光束Ll被导 入激发光扫描板13内的间隔区(spacer) 131。反射膜132被设置 在激发光扫描板13的底部，并且可以将激发光束L2导入井状基板11。由于这种配置，可用均匀光量来激发在各个反应区域Al的反 应液中的荧光物质。对反射膜132的材料等没有具体的限制。然而， 希望使用分色镜作为反射膜132。此外，在本发明的实施例中，希望在激发光扫描才反13上i殳置 仅能够通过具有与激发光束Ll和L2相同的波长的光束的滤光镜 133。由于滤光器133,可从由光源12发射的光中有效提取激发光 束L2，然后将其引导至反应区域Al。作为滤光器133，例如，可 以〃使用偏4展滤光器。将被引导至反应区域Al的激发光束L2施加于在反应区域Al 的反应液中的探针的荧光物质等。这就产生了荧光L3。焚光L3被 反应区域A1的壁面反射，/人而可以通过i殳置在反应区域Al下的 荧光4佥测器15来检测和测量。在本发明的实施例中，可将滤光器14》文置在反应区域Al和荧 光检测器15之间，从而可以提取特定波长的光。滤光器14的材料 并没有限制，只要可以提取特定波长的光(例如，荧光L3)。例如， 分色4竟可用作滤光4竟14。响应于被引导至反应区域Al的激发光束L2，焚光检测器15 检测并且测量由于插入探针中的荧光染料的激发而发出的荧光。在PCR装置1中，对每个反应区域Al都i殳置加热部16。力口 热部16包括温度控制才几构，其4吏得加热部16能够执行反应区域 Al的温度控制。由于这种配置，例如，在执行PCR循环的情况下， 可关于"热变性—退火—扩链反应，，的步骤来执行更高精度的温度 控制。200810126233.0说明书第19/20页图15是将4艮据本发明的实施例的反应装置用作PCR装置的第 二应用实例的和无念截面图。以下，将主要描述与图14所示的构造的差异，而省略了相同部分的描述。PCR装置2与图14的PCR装置1的相同在于，在测量基板27 上，对每个反应区域(井)A2都i殳置荧光4企测器25和加热部26。 然而，PCR装置2与PCR装置1的不同在于，激发光束L2^皮引导 通过井状基板21的上部，然后检测穿过反应区域A2的荧光L3。在PCR装置2中，通过激发光扫描^反23将/人光源22发出的 激发光束L1引导至反应区域A2。激发光束L1通过激发光扫描4反 23中的间隔区231,从而激发光束L2通过反射膜232和滤光器233 被引导至井状基板21。将激发光束L2施加给在反应区域A2的反应液中的探针的荧光 物质等。这就产生了荧光L3。通过i殳置在反应区域A2之下的焚光 检测器25来^r测并测量荧光L3。通过i殳置在反应区域A2之下的加热部26来寺丸行温度控制，并 且可以通过珀耳帖元件(Peltier element) 28等来^丸行诸如加热循环 的温度控制。在典型的PCR装置中，执行约三十次"热变性—退火—扩链 反应，，的循环，并且三十次循环花费了 25 ~30分钟的反应时间。 在循环中，执行具有约2。C/秒的温度变化率的温度控制。相反，在 根据本发明实施例的PCR装置中，可以4丸行具有约20°C以上/秒的 温度变化率的温度控制。因而，可以使每一次循环的时间缩短约40 秒，并因而，对于整个三十次的循环，可以实现小于25分钟的反 应时间。此夕卜，可以基于？ I物的设计来控制退火时间和扩链反应时间， 因此可将扩增系数统一为恒定的乘法系数(例如，两倍)。因此， 可以提高基因表达量的检测精度。本领域的技术人员应理解，在附加权利要求或其等同物的范围 内，可根据设计要求和其它因素来进行各种修改、组合、子组合和 替换。
权利要求
1.一种反应装置，包括多个反应区域；以及多个加热部，被配置为每一个都对应于所述反应区域中对应的一个而设置，其中，每个所述加热部包括热源；扫描线，用于选择所述加热部；数据线，将用于加热的加热量信息传输至所述热源；写入器，获取从所述数据线传输的所述加热量信息；保持器，在所述扫描线转为未被选择的状态之后，还存储所述加热量信息；以及发热控制器，基于所述加热量信息来控制所述热源的发热。
2. 根据权利要求1所述的反应装置，其中，从所述数据线传输的所述加热量信息是信号电流，所述加热部包括将所述信号电流转换为电压电平的转换器，所述保持器保持所述加热量信息作为所述电压电平，以及所述发热控制器将所保持的电压电平转换为电流电平， 从而控制发热。
3. 根据权利要求2所述的反应装置，其中，所述转换器包括4册极和漏相〃波此电连4妄的第 一场效应晶 体管；所述保持器包括电容器，保持所述第一场效应晶体管 的栅极和源极之间的电压，所述电压是由于所述信号电流流过 所述第一场效应晶体管而产生的；以及所述发热控制器包括第二场效应晶体管，取决于所述 第一场岁丈应晶体管的4册才及和源4及之间的所述电压的电流流过 所述第二场效应晶体管。
4. 根据权利要求3所述的反应装置，其中，所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管是相同 的晶体管，以及通过所述转换器将所述信号电流转换为所述电压电平的 转换操作、以及通过所述发热控制器基于所述加热量信息来控 制所述热源的发热的控制操作是以分时方式执行的。
5. 根据权利要求3所述的反应装置，其中，所述转换器包括所述第 一场效应晶体管以及栅极和漏极 彼此电连接的第三场效应晶体管，以及所述第 一 场效应晶体管的源才及和所述第三场效应晶体管 的漏招J皮此电连才妄。
6. 根据权利要求1所述的反应装置，进一步包括被配置为在从通过所述写入器获取所述加热量信息到获 取下一加热量信息的期间中断驱动电流的单元。
7. 才艮据权利要求1所述的反应装置，其中，所述反应装置为在所述反应区域中执行基因扩增反应的 PCR装置。
8. 根据权利要求7所述的反应装置，进一步包括光学单元，^皮配置为用包括预定波长的激发光来照射所 述反应区i或；以及荧光4企测器， 一皮配置为4佥测由于所述激发光的照射而产 生的焚光。
全文摘要
本申请披露了一种反应装置，包括多个反应区域；以及多个加热部，被配置为每一个都对应于反应区域中的对应的一个而设置，其中，每个加热部包括热源；扫描线，用于选择加热部；数据线，将用于加热的加热量信息传输至热源；写入器，获取从数据线传输的加热量信息；保持器，在扫描线转为未被选择的状态之后，还存储加热量信息；以及发热控制器，基于加热量信息来控制热源的发热。
文档编号C12M1/38GK101333497SQ20081012623
公开日2008年12月31日 申请日期2008年6月26日 优先权日2007年6月28日
发明者森胁俊贵, 汤本昭 申请人:索尼株式会社