热循环装置以及热循环方法与流程

本发明涉及热循环装置以及热循环方法。

背景技术：

目前，使用鼻腔拭子等检体来迅速地进行以流感为代表的感染病诊断的简易检查试剂盒得到普及。其中大多利用免疫层析法，但在进行更高精度的检查的情况下，聚合酶链反应(pcr：polymerasechainreaction)法比较有效。

例如，在专利文献1中记载了如下装置，即具备：管，上述管形成为在xy平面中画圆，同时在作为铅直方向的z轴方向上延伸的螺旋形状；以及2个热块，上述2个热块配置为在xy平面中的相互对置的位置上平行地排列，并且温度不同，当pcr溶液在管内基于重力从上方朝向下方流动的过程中，反复进行温度循环来执行pcr。

专利文献1：日本特开2015－6139号公报

然而，在专利文献1所记载的技术中，若欲使施加的温度循环的次数增大，则需要相应地使流路变长，从而存在装置变大的情况。

技术实现要素：

本发明的几个方式所涉及的目的之一在于提供一种能够实现小型化的热循环装置。另外，本发明的几个方式所涉及的目的之一还在于提供一种能够实现装置的小型化的热循环方法。

本发明所涉及的热循环装置包括：

安装部，该安装部能够安装反应容器，该反应容器具有形成供反应液移动的圆环或者圆环的一部分的流路；

第1加热部，该第1加热部能够将上述反应容器的第1区域加热至第1温度；以及

驱动机构，该驱动机构使上述反应容器在第1配置与第2配置之间进行切换，

上述第1配置是上述第1区域成为上述反应容器的重力作用方向上的最下部的配置，

上述第2配置是上述反应容器的与上述第1区域不同的第2区域成为上述反应容器的重力作用方向上的最下部的配置。

在这样的热循环装置中，例如仅通过使反应容器旋转，就能够向反应液施加温度循环。因此，在这样的热循环装置中，即使增大施加的温度循环的次数，也不会使装置变大，能够实现小型化。

在本发明所涉及的热循环装置中，也可以构成为，

上述反应容器被上述反应液和不与上述反应液混合的液体充满。

在这样的热循环装置中，能够使反应液以液滴的状态保持在液体之中。

在本发明所涉及的热循环装置中，也可以构成为，

上述反应液的比重比上述液体的比重大。

在这样的热循环装置中，能够使反应液始终位于反应容器的重力的作用方向上的最下部。由此，在这样的热循环装置中，即使在注入液体等时在反应容器内混入有气泡，比重比液体小的气泡也会向反应容器的重力作用方向上的最上部移动，因此能够降低反应液与气泡接触的可能性。因此，在这样的热循环装置中，能够抑制pcr被气泡妨碍的情况。

在本发明所涉及的热循环装置中，也可以构成为，

包括能够将上述第2区域加热至与上述第1温度不同的第2温度的第2加热部。

在这样的热循环装置中，能够将反应容器的第1区域加热至适于变性的温度，并将反应容器的第2区域加热至适于退火以及延伸反应的温度。

在本发明所涉及的热循环装置中，也可以构成为，

包括对上述反应液的荧光进行检测的荧光检测部。

在这样的热循环装置中，能够基于荧光检测部的检测结果，来决定pcr的温度循环的次数。

在本发明所涉及的热循环装置中，也可以构成为，

上述驱动机构使上述反应容器围绕具有与重力作用方向垂直的方向上的成分的旋转轴旋转。

在这样的热循环装置中，能够利用重力来使反应液移动。

在本发明所涉及的热循环装置中，也可以构成为，

上述驱动机构使上述反应容器进动。

在这样的热循环装置中，反应容器以及加热部不旋转，因此能够降低用于对加热部进行加热的布线扭曲的可能性，从而能够容易地进行布线的配设而不使用接触点。

在本发明所涉及的热循环装置中，也可以构成为，

上述反应液包含核酸。

在这样的热循环装置中，能够利用pcr来扩增核酸。

本发明所涉及的热循环方法包括：

将具有形成供反应液移动的圆环或者圆环的一部分的流路的反应容器从第1配置向第2配置切换的工序；以及

将上述反应容器从上述第2配置向上述第1配置切换的工序，

上述第1配置是上述反应容器的第1区域成为上述反应容器的重力作用方向上的最下部的配置，

上述第2配置是上述反应容器的与上述第1区域不同的第2区域成为上述反应容器的重力作用方向上的最下部的配置。

在这样的热循环方法中，例如仅通过使反应容器旋转，就能够向反应液施加温度循环。因此，在这样的热循环方法中，即使增大温度循环的次数，也不会使装置增大，从而能够实现装置的小型化。

附图说明

图1是示意地表示本实施方式所涉及的热循环装置的主视图。

图2是示意地表示本实施方式所涉及的热循环装置的侧视图。

图3是示意地表示本实施方式所涉及的热循环装置的剖视图。

图4是用于对使用本实施方式所涉及的热循环装置的热循环方法进行说明的示意图。

图5是用于对使用本实施方式所涉及的热循环装置的热循环方法进行说明的流程图。

图6是示意地表示本实施方式的第1变形例所涉及的热循环装置的主视图。

图7是用于对使用本实施方式的第1变形例所涉及的热循环装置的热循环方法进行说明的示意图。

图8是用于对使用本实施方式的第2变形例所涉及的热循环装置的热循环方法进行说明的示意图。

附图标记的说明

4...反应液；6...液体；10...反应容器；10a...内侧部分；10b...外侧部分；12...流路；13...注入管；14...盖；16...第1区域；17...第2区域；18...第3区域；20...第1加热部；21...第1开口部；22...第2加热部；23...第2开口部；30...驱动机构；32...支承部；34...马达；40...控制部；50...荧光检测部；100、200、300...热循环装置。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的优选的实施方式进行详细的说明。此外，以下说明的实施方式不会不合理地限定权利要求书所记载的本发明的内容。另外，以下说明的结构未必全部都是本发明的必要构成要件。

1.热循环装置

1.1.结构

首先，参照附图对本实施方式所涉及的热循环装置进行说明。图1是示意地表示本实施方式所涉及的热循环装置100的主视图。图2是示意地表示本实施方式所涉及的热循环装置100的侧视图。图3是示意地表示本实施方式所涉及的热循环装置100的图1的iii－iii线剖视图。此外，在图1、图2以及后述的图4、图6、图7、图8中，由箭头g表示重力的作用方向(以下，也称为“重力作用方向”)亦即向下的方向。

如图1所示，热循环装置100包括：能够供反应容器10安装的加热部20、22；驱动机构30；控制部40；以及荧光检测部50。在图1中，示出了在加热部20、22固定有反应容器10的状态。此外，为了便于说明，在图1中省略了控制部40的图示。另外，在图2中省略了荧光检测部50的图示。

反应容器10被反应液4以及液体6填充(充满)。反应液4以液滴的状态保持在液体6之中。反应液4由于比重比液体6大，所以例如位于反应容器10的重力作用方向上的最下部的区域。反应液4例如包括：通过pcr扩增的dna(靶核酸)、扩增dna所需的dna聚合酶等酶、引物、以及用于检测核酸的扩增产物的荧光检测器等。

反应液4的体积例如为0.1μl以上5μl以下，优选为1μl以上2μl以下。通过使反应液4的体积处于0.1μl以上，从而能够抑制反应液4的表面积相对于质量的比例，进而能够抑制与液体6的摩擦阻力，由此在反应容器10旋转时，反应液4能够在液体6中顺畅地移动。因此，能够将反应液4控制为希望的温度。另一方面，通过使反应液4的体积处于5μl以下，从而能够将反应液4的温度变化所花费的时间抑制为较短，由此能够实现pcr的高速化。另外，不需要使反应容器10的内径l(参照图3)超出所需地增大，从而也有助于装置的小型化。

液体6是不与反应液4混合、即不混合的液体。液体6的比重比反应液4小。液体6例如是二甲基硅油、石蜡油等。

反应容器10的材质例如是玻璃、高分子、金属等。反应容器10能够以旋转轴q为中心旋转。如图1所示，反应容器10在从旋转轴q方向(旋转轴q的伸出方向)观察时为圆环的形状。如图1所示，反应容器10具有内侧部分10a与外侧部分10b，内侧部分10a以及外侧部分10b是以旋转轴q为中心的同心圆。

如图3所示，反应容器10的剖面形状例如为圆形。由此，能够抑制反应液4沿旋转轴q方向移动，并且在利用荧光检测部50来检测反应液4的荧光时，能够减小荧光的亮度的差别。反应容器10的内径l例如为2mm以上3mm以下。此外，反应容器10的剖面形状没有特别的限定，也可以是四边形。

反应容器10具有供反应液4移动的流路12。如图1所示，流路12在从旋转轴q方向观察时为圆环的形状。流路12形成圆环。

如图2所示，在反应容器10经由注入管13而设置有盖14。在图示的例子中，注入管13与反应容器10连接，在注入管13设置有盖14。注入管13不在从反应容器10朝向反应容器10的内侧的方向上伸出。即，如图1所示，注入管13在从旋转轴q方向观察时与内侧部分10a分离。在图2所示的例子中，注入管13从反应容器10朝向旋转轴q方向伸出。注入管13例如与反应容器10设置成一体。能够从注入管13向反应容器10注入反应液4以及液体6。

此外，虽未图示，注入管13也可以在从反应容器10朝向反应容器10的外侧的方向上伸出。具体而言，注入管13也可以在从外侧部分10b朝向反应容器10的外侧的方向上伸出。

第1加热部20以及第2加热部22是将由未图示的加热器产生的热量传递至反应容器10的部件。加热部20、22例如与反应容器10接触。加热部20、22例如相互分离地设置。

第1加热部20以及第2加热部22例如是铝制的热块。通过使热块为铝制，从而能够高效地对反应容器10进行加热。加热部20、22例如由分割成两部分的热块构成，通过用该热块夹住反应容器10，从而使反应容器10相对于热块固定。

第1加热部20对反应容器10的第1区域16进行加热。第1区域16是被反应容器10的第1加热部20覆盖的区域。在图示的例子中，在第1加热部20设置有第1开口部21，在第1开口部21插入有第1区域16。第1开口部21是贯通第1加热部20的贯通孔。

第1加热部20能够将第1区域16加热至第1温度。第1温度例如为92℃以上97℃以下，优选为95℃。第1温度在pcr中是适于变性(双链dna的解离)的温度。

第2加热部22对反应容器10的与第1区域16不同的第2区域17进行加热。第2区域17是被反应容器10的第2加热部22覆盖的区域。在图示的例子中，在第2加热部22设置有第2开口部23，在第2开口部23插入有第2区域17。第2开口部23是贯通第2加热部22的贯通孔。

第2加热部22能够将第2区域17加热至与第1温度不同的第2温度。第2温度比第1温度低，例如为55℃以上72℃以下，优选为60℃。第1温度在pcr中是适于退火(引物与单链dna结合的反应)以及延伸反应(以引物为起点形成dna的互补链的反应)的温度。在图1所示的例子中，反应液4位于第2区域17内。

第1加热部20以及第2加热部22的温度可以由未图示的温度传感器以及控制部40控制。分别设置于加热部20、22的开口部21、23是能够供反应容器10安装的安装部。

驱动机构30是将反应容器10以及加热部20、22切换到第1配置、第2配置、以及第3配置(在第1配置、第2配置以及第3配置之间进行切换)的机构。驱动机构30具有：支承反应容器10的支承部32、以及使支承部32旋转的马达34。

驱动机构30借助马达34的驱动，在维持反应容器10与加热部20、22的位置关系的状态下，使支承部32以旋转轴q为中心旋转(在图1所示的例子中为顺时针旋转)。由此，反应容器10与加热部20、22在维持彼此的位置关系的状态下旋转。驱动机构30使反应容器10围绕具有与重力作用方向垂直的方向上的成分的旋转轴(在图示的例子中为沿垂直方向延伸的旋转轴)q旋转。在图示的例子中，支承部32在两个部位与反应容器10连接，并在一个部位与各个加热部20、22连接。反应容器10的旋转速度例如在进行pcr的期间是恒定的(具体而言，除了旋转的开始以及结束之外是恒定的)。反应容器10的旋转速度例如是反应液4始终存积于反应容器10的重力作用方向上的最下部的速度。

此外，支承部32的旋转速度也可以随时间变化。另外，对于支承部32的形状而言，只要能够使反应容器10以及加热部20、22在维持彼此的位置关系的状态下旋转，就没有特别的限定。

控制部40控制驱动机构30，以使得反应容器10以及加热部20、22重复进行规定次数的第1配置与第2配置。控制部40例如构成为包括cpu(centralprocessingunit)以及存储部(rom(readonlymemory)、ram(randomaccessmemory))。在存储部中例如记录有用于控制驱动机构30的各种程序、数据等。存储部例如暂时记录控制部40所进行的各种处理的处理中的数据、处理结果等。

荧光检测部50例如通过控制部40的控制向反应液4照射光，并对从反应液4释放出来的荧光(反应液4的荧光)进行检测。荧光检测部50设置于能够向反应容器10的重力作用方向上的最下部照射光的位置。当反应容器10的未被加热部20、22覆盖的第3区域18位于反应容器10的重力作用方向上的最下部时，荧光检测部50能够向反应液4照射光。荧光检测部50也可以在进行pcr的期间，连续地射出光。第3区域18例如是反应容器10的未被加热部20、22的区域，并且是在驱动机构30被驱动的情况下，在第2区域17位于反应容器10的重力方向上的最下部之后且在第1区域16位于最下部之前，位于最下部的区域(在图1所示的例子中为未设置有盖14的区域)。

荧光检测部50的检测结果可以保存于控制部40的存储部。控制部40基于由荧光检测部50检测出的荧光的亮度(荧光亮度)，例如能够取得pcr的核酸的扩增曲线，并能够决定pcr的温度循环的次数。荧光检测部50不借助驱动机构30旋转而被固定。

1.2.热循环方法

图4是用于对使用热循环装置100的热循环方法进行说明的示意图。图5是用于对使用热循环装置100的热循环方法进行说明的流程图。此外，为了便于说明，在图4中省略了驱动机构30、控制部40、以及荧光检测部50的图示。

首先，将填充有反应液4以及液体6的反应容器10固定于加热部20、22(步骤s102)。例如，通过用热块夹住反应容器10而将其固定于加热部20、22。

在步骤s102中，反应容器10以及加热部20、22的配置是第1配置(参照图4的(a))。如图4的(a)所示，第1配置是第1区域16成为反应容器10的重力作用方向上的最下部的配置。因此，比重比液体6大的反应液4位于第1区域16内。

接下来，利用加热部20、22对反应容器10进行加热(步骤s104)。具体而言，第1加热部20将反应容器10的第1区域16加热至第1温度。第2加热部22将反应容器10的第2区域17加热至第2温度。由此，形成温度从第1区域16内朝向第2区域17内降低的温度梯度。

在步骤s104中，由于反应容器10以及加热部20、22的配置是第1配置，所以反应液4被加热至第1温度。因此，在步骤s104中，针对反应液4进行第1温度下的反应(变性)。

接下来，控制部40控制驱动机构30而从第1配置切换至第2配置(步骤s106)。具体而言，控制部40控制驱动机构30而使反应容器10旋转，并将反应容器10从第1配置切换至第2配置。在本实施方式中，在接着步骤s104进行步骤s106的情况下、即在进行第一次的步骤s106的情况下，控制部40在未图示的温度传感器(与第1加热部20连接的温度传感器)判定为当达到规定的温度后经过了规定时间的情况下，从第1配置切换至第2配置。在反应容器10旋转的期间，比重比液体6大的反应液4在反应容器10内翻滚，并例如始终位于反应容器10的最下部。

如图4的(b)所示，第2配置是第2区域17成为反应容器10的重力作用方向上的最下部的配置。因此，反应液4位于第2区域17内。在第2配置的期间(反应液4通过第2区域17内的期间)，反应液4被加热至第2温度，针对反应液4进行第2温度下的反应(退火以及延伸反应)。

接下来，控制部40判定检测出的荧光亮度是否在规定值以上(步骤s108)。具体而言，如图4的(c)所示，控制部40在第3区域18成为反应容器10的重力作用方向上的最下部的第3配置中，取得在荧光检测部50中检测出的荧光亮度(反应液4的荧光亮度)。然后，控制部40判定所取得的荧光亮度是否在预先存储于存储部的规定值以上。

在步骤s108中，当控制部40判定为检测出的荧光亮度在规定值以上(是)的情况下，控制部40控制驱动机构30而使马达34的驱动停止，并完成处理(结束)。当控制部40判定为检测出的荧光亮度不足规定值(否)的情况下，进入步骤s110。

在步骤s108中为否的情况下，控制部40继续驱动马达34，并将反应容器10从第2配置切换至第1配置(步骤s110)。由此，反应容器10成为图4的(a)所示的状态(第1配置)。

接下来，再次开始步骤s106。

此外，考虑反应液4、液体6的种类和量、以及反应容器10的大小等，适当地决定第1温度、第2温度、支承部32的旋转速度、加热部20、22的大小等。

例如，在第1加热部20覆盖反应容器10的表面的1/4、第2加热部22覆盖反应容器10的表面的1/2、并且反应容器10以5秒为1转的速度旋转的情况下，能够在1转中以第1温度向反应液4施加1.25秒的温度循环，并以第2温度向反应液4施加2.5秒的温度循环。例如，能够通过进行40转(40个循环)以上的该温度循环来完成pcr。例如，在进行40个循环的温度循环的情况下，能够在3分20秒的短时间内实现pcr(高速pcr)。

热循环装置100例如具有以下的特征。

在热循环装置100中，反应容器10具有形成供反应液4移动的圆环的流路12。因此，在热循环装置100中，仅通过使反应容器10旋转，就能够对反应液4施加温度循环。因此，在热循环装置100中，即便使施加的温度循环的次数增大也不会使装置增大，从而能够实现小型化。

并且，在热循环装置100中，通过适当地设定加热部20、22的大小，从而使反应容器10以恒定速度旋转，由此能够向反应液4施加希望的温度循环。因此，在热循环装置100中，能够容易地进行驱动机构30的控制。

在热循环装置100中，反应容器10被反应液4和不与反应液4混合的液体6充满。因此，在热循环装置100中，能够将反应液4以液滴的状态保持在液体6之中。

在热循环装置100中，反应液4的比重比液体6的比重大。因此，能够使反应液4始终位于反应容器10的重力作用方向上的最下部。由此，在热循环装置100中，即使在注入液体6等时在反应容器10内混入有气泡，比重比液体6小的气泡也会向反应容器10的重力作用方向上的最上部移动，因此能够降低反应液4与气泡接触的可能性。因此，在热循环装置100中，能够抑制pcr被气泡妨碍的情况。

在热循环装置100中，包括能够将第2区域17加热至与第1温度不同的第2温度的第2加热部22。因此，在热循环装置100中，能够将反应容器10的第1区域16加热至适于变性的温度，并将反应容器10的第2区域17加热至适于退火以及延伸反应的温度。

在热循环装置100中，包括对反应液4的荧光进行检测的荧光检测部50。因此，在热循环装置100中，能够基于荧光检测部50的检测结果，来决定pcr的温度循环的次数。

在热循环装置100中，驱动机构30使反应容器10围绕具有与重力作用方向垂直的方向上的成分的旋转轴q旋转。因此，在热循环装置100中，能够利用重力使反应液4移动。

在热循环装置100中，反应液4包含核酸。因此，在热循环装置100中，能够通过pcr来扩增核酸。

此外，虽未图示，但热循环装置100也可以包括能够将反应容器10加热至与第1温度以及第2温度不同的第3温度的第3加热部。第3温度例如是比第1温度低且比第2温度高的温度。具体而言，第3温度为70℃以上75℃以下。由此，能够使第2温度为适于退火的温度，并使第3温度为适于延伸反应的温度。这样，能够在各个温度下进行退火与延伸反应，能够实现pcr的最佳化。

如上述那样，在热循环装置100中，反应容器10以及流路12的形状为圆环，因此温度分布的自由度较高。例如，通过沿着反应容器10设置3个加热部，从而能够以简单的构造利用3个加热部对反应容器进行加热。此外，加热部的数量也可以为4个以上。

2.热循环装置的变形例

2.1.第1变形例

接下来，参照附图对本实施方式的第1变形例所涉及的热循环装置进行说明。图6是示意地表示本实施方式的第1变形例所涉及的热循环装置200的主视图。图7是用于对使用本实施方式的第1变形例所涉及的热循环装置200的热循环方法进行说明的示意图。此外，为了便于说明，在图6中省略了驱动机构30以及控制部40的图示。另外，在图7中省略了驱动机构30、控制部40、以及荧光检测部50的图示。

以下，在本实施方式的第1变形例所涉及的热循环装置200中，对于具有与上述本实施方式所涉及的热循环装置100的构成部件相同的功能的部件，标注相同的附图标记并省略其详细的说明。这在以下所示的本实施方式的第2变形例所涉及的热循环装置中也是同样的。

在上述热循环装置100中，如图1所示，反应容器10以及流路12为圆环的形状。与此相对，在热循环装置200中，如图6所示，反应容器10以及流路12为圆环的一部分的形状。换言之，反应容器10以及流路12是将圆环的一部分切除而成的形状(在图示的例子中为将圆环的一半以上切除而成的形状)。流路12形成圆环的一部分。

在图6所示的例子中，第1开口部21是设置于第1加热部20的有底的孔。第2开口部23是设置于第2加热部22的有底的孔。

驱动机构30例如使反应容器10以及加热部20、22往复运动，以使得反应液4从流路12的一方的端部移动至另一方的端部。1个往复的时间例如为10秒左右。1个往复的时间例如在进行pcr的期间是恒定的。此外，1个往复的时间也可以随时间变化。

在热循环装置200中，如图7的(a)所示，在第1配置中，反应液4位于第1区域16内，针对反应液4进行第1温度下的反应(变性)。如图7的(b)所示，在第2配置中，反应液4位于第2区域17内，针对反应液4进行第2温度下的反应(退火以及延伸反应)。如图7的(c)所示，在第3配置中，控制部40取得在荧光检测部50中检测出的荧光(反应液4的荧光)的亮度。在图示的例子中，第3区域18是设置有盖14的区域。

在热循环装置200中，流路12形成圆环的一部分，因此与流路12为圆环的情况相比，能够减小反应容器10的尺寸。因此，在热循环装置200中，能够进一步实现小型化。

2.2.第2变形例

接下来，参照附图对本实施方式的第2变形例所涉及的热循环装置进行说明。图8是用于对使用本实施方式的第2变形例所涉及的热循环装置300的热循环方法进行说明的示意图。此外，为了便于说明，在图8中省略了注入管13、盖14、加热部20、22、驱动机构30、控制部40、以及荧光检测部50的图示。

在上述热循环装置100中，如图4所示，驱动机构30使反应容器10旋转而将其切换为第1～第3配置。与此相对，在热循环装置300中，如图8所示，驱动机构30通过使反应容器10进动而将其切换至第1～第3配置。换言之，驱动机构30以使反应容器10的旋转轴(未图示)画圆的方式使反应容器10移动，从而将该反应容器10切换至第1～第3配置。

在热循环装置300中，如图8的(a)所示，在第1配置中，反应液4位于第1区域16内，针对反应液4进行第1温度下的反应(变性)。如图8的(b)所示，在第2配置中，反应液4位于第2区域17内，针对反应液4进行第2温度下的反应(退火以及延伸反应)。如图8的(c)所示，在第3配置中，控制部40取得在荧光检测部50中检测出的荧光(反应液4的荧光)的亮度。

在热循环装置300中，驱动机构30使反应容器10进动(歳差運動)。因此，在热循环装置300中，反应容器10以及加热部20、22不旋转。由此，在热循环装置300中，与反应容器10以及加热部20、22旋转的情况相比，能够降低用于对加热部20、22进行加热的布线扭曲的可能性，能够容易地进行布线的配设而不使用接触点。因此，在热循环装置300中，能够提高可靠性、耐久性。

此外，在图8所示的例子中，反应容器10的剖面形状为四边形，但也可以如图3所示地为圆形。

本发明也可以在具有本申请所记载的特征、效果的范围内省略一部分的结构、或对各实施方式、变形例进行组合。

本发明包括与在实施方式中说明的结构实质上相同的结构(例如，功能、方法以及结果相同的结构、或者目的以及效果相同的结构)。另外，本发明包括将实施方式中说明的结构的非本质的部分置换所得的结构。另外，本发明包括起到与实施方式中说明的结构相同的作用效果的结构或者能够实现相同的目的的结构。另外，本发明包括在实施方式中说明的结构中附加了公知技术而成的结构。