JP4259666B2

JP4259666B2 - incubator

Info

Publication number: JP4259666B2
Application number: JP08191699A
Authority: JP
Inventors: 賢治岩佐; 健二野島
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2019-03-25
Also published as: JP2000270837A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、血液、検体等から採取されたＤＮＡ等の反応試料の温度を変化させることにより、増殖等の反応を促進させるためのインキュベータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種インキュベータは、例えば特開平６−２７７０３６号公報（Ｃ０７Ｈ２１／００）にＤＮＡ等の合成装置として示されている。そこに示された合成装置は、ホスホトリエステル法によるＤＮＡ或いはＲＮＡの自動合成装置であり、反応試料を保持する反応ブロックと、ヒータを設けた加熱ブロックと、冷却装置としてのペルチェ効果によるサーモモジュールを備えた冷却ブロックとを設け、温度センサの出力に基づいて移送手段により反応ブロックを加熱ブロックと冷却ブロックとに択一的に接触させるものであった。
【０００３】
ここで、上記ホスホトリエステル法によるＤＮＡ等の合成方法は、マスキング・脱保護・乾燥・縮合の４工程をこの順で繰り返すことにより、ＤＮＡの増殖を促進する方法であり、そのために、前記合成装置では反応ブロック内にＤＮＡや各種試薬・溶媒を混合した試料を入れ、前記温度センサの出力に基づいてヒータを制御し、加熱ブロックを＋４２℃に加熱することにより前記マスキング・乾燥・縮合の３工程を行うと共に、移送手段によって冷却ブロックに移動させ、ペルチェ素子の冷却作用によって冷却ブロックを＋２０℃に冷却することにより脱保護工程を行うよう構成されていた。
【０００４】
また、他の従来例としての合成装置は、例えば実公昭６２−４４９７９号公報に示される如く、反応器の外周を熱ブロックで覆い、この熱ブロックにペルチェ効果による加熱冷却機能を有したペルチェ素子を装着すると共に、ペルチェ素子にはサーミスタを埋設して構成されている。
【０００５】
そして、この場合の合成装置による合成方法は、反応器内にＤＮＡや各種試薬・溶媒を混合した試料を入れ、前記サーミスタによってペルチェ素子の通電を制御して熱ブロックを＋４２℃に加熱することにより前記マスキング・乾燥・縮合の３工程を行うと共に、ペルチェ素子の通電方向を変えて熱ブロックを＋２０℃に冷却することにより脱保護工程を行うよう構成されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の構成では加熱手段としてヒータを用いるため、ヒータによるの消費電力が大きくなり、ランニングコストが高騰する問題があった。また、後者の構成では熱伝導性の熱ブロックに接触するペルチェ素子の面が放熱時には膨張し、吸熱時には収縮することが繰り返されるので、熱応力の関係からペルチェ素子にクラック（亀裂）が生じる問題があった。
【０００７】
更に、後者の場合にはペルチェ素子の通電方向を切り換えることにより、試料の加熱及び冷却を行っていたため、熱ブロック及びペルチェ素子自体の熱容量により、加熱から冷却、及び冷却から加熱への温度の変更が迅速に行われず、増殖反応の効率向上に限界がある問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、反応試料の温度を迅速、且つ、正確に変化させることができると共に、運転効率と耐久性も向上させたインキュベータを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のインキュベータは、反応試料を保持する熱伝導性の反応ブロックと、熱伝導性の加熱ブロックと、熱伝導性の冷却ブロックと、反応ブロックを加熱ブロックと冷却ブロックに択一的に接触させるための移送手段とを備えたものであって、放熱面によって加熱ブロックを加熱する第１のペルチェ素子と、吸熱面によって冷却ブロックを冷却する第２のペルチェ素子と、第１のペルチェ素子の吸熱面と第２のペルチェ素子の放熱面を接続する熱伝導性の接続部材と、第２のペルチェ素子の放熱面における放熱を促進するためのファンとを備え、第２のペルチェ素子の吸熱面における冷却効果が不足する場合、ファンを運転することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明によれば、反応試料を保持する熱伝導性の反応ブロックと、熱伝導性の加熱ブロックと、熱伝導性の冷却ブロックと、反応ブロックを加熱ブロックと冷却ブロックに択一的に接触させるための移送手段とを備えたインキュベータにおいて、放熱面によって加熱ブロックを加熱する第１のペルチェ素子と、吸熱面によって冷却ブロックを冷却する第２のペルチェ素子と、第１のペルチェ素子の吸熱面と第２のペルチェ素子の放熱面を接続する熱伝導性の接続部材と、第２のペルチェ素子の放熱面における放熱を促進するためのファンとを備えるので、反応ブロックに保持された反応資料の温度を迅速、且つ、正確に変化させることが可能となり、反応作業効率を著しく向上させることができるようになる。
【００１１】
また、加熱ブロックを第１のペルチェ素子の放熱面によって加熱し、冷却ブロックを第２のペルチェ素子の吸熱面によって冷却すると共に、第１のペルチェ素子の吸熱面と第２のペルチェ素子の放熱面を熱伝導性の接続部材で接続しているので、第２のペルチェ素子の放熱面から生じる熱エネルギーを第１のペルチェ素子の吸熱面にて回収し、加熱ブロックの加熱に利用できるようになる。
【００１２】
これにより、加熱ブロックの加熱に通常の電気ヒータを用いる場合に比して著しい効率（ＣＯＰ）の改善が為されると共に、単一のペルチェ素子の通電を切り替えて加熱・冷却を行う場合に比して、ペルチェ素子の寿命も長くなり、耐久性が向上する。
【００１３】
特に、第２のペルチェ素子の吸熱面における冷却効果が不足する場合、ファンを運転するので、第２のペルチェ素子の放熱面における放熱を促進することができる。これにより、第２のペルチェ素子の吸熱面における冷却効果が不足する状況であっても、ファンを運転して、空冷を行い、放熱面における放熱を促進して、第２のペルチェ素子の冷却効果を維持することができるようになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明のインキュベータ１の正面図、図２はインキュベータ１の制御装置２の電気回路図をそれぞれ示している。
【００１５】
尚、実施例のインキュベータ１は、反応試料としての染色体ＤＮＡの熱変性工程と、プライマーとのアニーリング工程と、鎖の伸長工程とを１サイクルとしてこのサイクルを複数回繰り返す所謂ＰＣＲ法と称されるＤＮＡ増殖方法を実現するための装置であり、アルミニウム等の熱伝導性材料にて形成された反応ブロック３、加熱ブロック４及び冷却ブロック５と、反応ブロック３を移送する移送手段としての移送装置６（図２）と、加熱ブロック４を加熱するためのペルチェ素子７と、冷却ブロック５を冷却するためのペルチェ素子８とから構成されている。
【００１６】
前記ペルチェ素子７はペルチェ効果による吸熱・放熱機能を具備した半導体素子であり、その下面（吸熱面）が熱伝導性の接続部材１３上に交熱的に接触して当該接続部材１３の一端に取り付けられている。このペルチェ素子７の上面（放熱面）は加熱ブロック４に熱伝導関係に取り付けられ、この加熱ブロック４内にはサーミスタからなる加熱温度センサ１２が埋設されている。
【００１７】
前記ペルチェ素子８もペルチェ効果による吸熱・放熱機能を具備した半導体素子であり、その下面（放熱面）が接続部材１３上に交熱的に接触して当該接続部材１３の他端に取り付けられている。この接続部材１３の他端部の下面には放熱フィン９が取り付けられており、それに対向して放熱を促進するファン１４が設けられている。また、冷却ブロック５はペルチェ素子８の上面（吸熱面）に熱伝導関係に取り付けられて、前記加熱ブロック４と所定の間隔を存して並設されており、この冷却ブロック５内にはサーミスタから成る冷却温度センサ１６が埋設されている。
【００１８】
前記移送装置６は図示しないモーター、ギヤ及び支持アーム若しくはベルト等から構成されており、反応ブロック３は前記支持アーム等に取り付けられている。反応ブロック３の上面には、前述の反応試料を収容したチューブ１８を収納保持するための複数の保持孔１９が形成されており、また、反応ブロック３内にはサーミスタから成る反応温度センサ２１が埋設されている。
【００１９】
前記移送装置６は、係るチューブ１８を複数保持した反応ブロック３を前記加熱ブロック４と冷却ブロック５の間で移送し、反応ブロック３の下面を前記加熱ブロック４或いは冷却ブロック５の上面に接触させるものである。このとき、反応ブロック３の下面、加熱ブロック４及び冷却ブロック５の上面は、いずれも水平且つ滑らかな平坦面とされており、これによって、反応ブロック３と加熱ブロック４或いは冷却ブロック５は広い面積で接触し、円滑に熱伝達が行われるように構成されている。
【００２０】
図２において、制御装置２は制御手段としての汎用マイクロコンピュータ２３により構成されており、マイクロコンピュータ２３の入力には前記反応温度センサ２１、加熱温度センサ１２及び冷却温度センサ１６の出力が接続され、マイクロコンピュータ２３の出力には前記移送装置６、ファン１４、ペルチェ素子７及びペルチェ素子８が接続されている。
【００２１】
以上の構成で本発明のインキュベータ１の動作を説明する。尚、前記熱変性工程における反応試料の設定温度（高温設定温度）は＋９４℃、前記アニーリング工程及び伸長工程の設定温度（低温設定温度）は＋３７℃とし、マイクロコンピュータ２３は熱変性工程を例えば３分、アニーリング工程と伸長工程を合わせて３分行い、これを１サイクルとして３０回（３時間）繰り返すことにより、前記ＰＣＲ法を実行するものとする。
【００２２】
そして、反応ブロック３の保持孔１９には、前記反応試料を収容したチューブ１８を保持させ、動作を開始させる。この初期状態では、マイクロコンピュータ２３は移送装置６により、反応ブロック３を加熱ブロック４、或いは冷却ブロック５のいずれからも離間させているので、反応ブロック３の温度は常温である。そして、マイクロコンピュータ２３は、ペルチェ素子７に通電して加熱ブロック４を加熱する。そして、加熱温度センサ１２の出力に基づき、加熱ブロック４の温度が前記高温設定温度より高い加熱待機温度である＋１２０℃を維持する。
【００２３】
次いで、ペルチェ素子８に通電し、冷却ブロック５の温度を冷却待機温度である＋２０℃に降下させた後、前記低温設定温度より低い＋２０℃を維持する。そして、所定時間経過した後、マイクロコンピュータ２３により移送装置６を制御し、反応ブロック３を加熱ブロック４に接触させる。これによって、加熱ブロック４の熱が反応ブロック３に伝達され始め、チューブ１８内の反応試料の加熱が開始される。
【００２４】
このとき、反応ブロック３と加熱ブロック４は熱伝導性であり、広い面積で接触されているので、加熱ブロック４から反応ブロック３への熱伝達は迅速に行われる。また、加熱ブロック４は待機状態において、高温設定温度（＋９４℃）よりも高い高温待機温度（＋１２０℃）に維持されているので、反応ブロック３は迅速に加熱されて行くことになる。そして、マイクロコンピュータ２３は反応温度センサ２１に基づき、反応ブロック３の温度が前記高温設定温度の＋９４℃に維持されるようにペルチェ素子７の通電を制御する。
【００２５】
次に、マイクロコンピュータ２３は冷却温度センサ１６に基づき、ペルチェ素子８の通電を制御して冷却ブロック５の温度を前記冷却待機温度の＋２０℃に維持し続ける。また、タイマの積算に基づき、反応ブロック３を加熱ブロック４に接触させてから前記３分の熱変性工程の時間が経過するまでの間、反応ブロック３を高温設定温度（＋９４℃）に維持する。
【００２６】
そして、前記熱変性時間が経過すると、マイクロコンピュータ２３は熱変性工程を終了し、移送装置６を制御して反応ブロック３を加熱ブロック４から離し、反応ブロック３を今度は冷却ブロック５に接触させる。これによって、反応ブロック３の熱が冷却ブロック５に吸収され始め、チューブ１８内の反応試料の冷却が開始される。
【００２７】
このとき、反応ブロック３と冷却ブロック５は熱伝導性であり、同様に広い面積で接触されているので、反応ブロック３から冷却ブロック５への熱伝達は迅速に行われる。また、冷却ブロック５は待機状態において、低温設定温度（＋３７℃）よりも低い低温待機温度（＋２０℃）に維持されているので、反応ブロック３は迅速に冷却されて行くことになる。そして、マイクロコンピュータ２３は反応温度センサ２１に基づき、反応ブロック３の温度が前記低温設定温度の＋３７℃に維持されるようにペルチェ素子８の通電を制御する。
【００２８】
また、マイクロコンピュータ２３は加熱温度センサ１２に基づき、ペルチェ素子７の第１ペルチェ素子の通電を制御して加熱ブロック４の温度を前記加熱待機温度の＋１２０℃に維持する。一方、反応ブロック３を冷却ブロック５に接触させてから前記３分のアニーリング・伸長工程の時間が経過するまでの間、反応ブロック３を低温設定温度（＋３７℃）に維持し続ける。
【００２９】
そして、アニーリング・伸長時間が経過すると、マイクロコンピュータ２３はアニーリング・伸長工程を終了し、上記各工程を例えば３０回繰り返す。この時点では、ＤＮＡの数は最初の１０万倍にまで増殖されている。
【００３０】
係る増殖反応が終了したら、マイクロコンピュータ２３は反応ブロック３を冷却ブロック５に接触させ、反応温度センサ２１に基づいてペルチェ素子８の通電を制御することにより、反応ブロック３の温度を例えば＋５℃に維持する。それによって、合成したＤＮＡを冷保存する。
【００３１】
このように、本発明のインキュベータ１によれば、加熱専用の加熱ブロック４及び冷却専用の冷却ブロック５を使用することにより反応ブロック３に保持された反応資料の温度を迅速、且つ、正確に変化させることが可能となり、反応作業効率を著しく向上させることができるようになる。
【００３２】
このとき、加熱ブロック４をペルチェ素子７の放熱面によって加熱し、冷却ブロック５をペルチェ素子８の吸熱面によって冷却するようにしており、ペルチェ素子７の吸熱面とペルチェ素子８の放熱面は熱伝導性の接続部材１３で接続されている。従って、ペルチェ素子８の放熱面から生じる熱エネルギーは接続部材１３を伝わってペルチェ素子７の吸熱面にて回収されることになる。
【００３３】
即ち、冷却ブロック５から吸収した熱エネルギーを加熱ブロック４の加熱に再利用できるようになるので、通常の電気ヒータで加熱ブロック４を加熱する場合に比して効率（ＣＯＰ）は著しく向上する。また、単一のペルチェ素子の通電を切り替えて加熱・冷却を行う場合に比して、ペルチェ素子の寿命も長くなり、耐久性が向上する。
【００３４】
尚、ペルチェ素子８の吸熱面における冷却効果が不足する状況では、マイクロコンピュータ２３はファン１４を運転して接続部材１３の他端の空冷を行い、放熱面における放熱を促進して、ペルチェ素子８の冷却効果を維持するものである。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、反応試料を保持する熱伝導性の反応ブロックと、熱伝導性の加熱ブロックと、熱伝導性の冷却ブロックと、反応ブロックを加熱ブロックと冷却ブロックに択一的に接触させるための移送手段とを備えたインキュベータにおいて、放熱面によって加熱ブロックを加熱する第１のペルチェ素子と、吸熱面によって冷却ブロックを冷却する第２のペルチェ素子と、第１のペルチェ素子の吸熱面と第２のペルチェ素子の放熱面を接続する熱伝導性の接続部材と、第２のペルチェ素子の放熱面における放熱を促進するためのファンとを備えるので、反応ブロックに保持された反応資料の温度を迅速、且つ、正確に変化させることが可能となり、反応作業効率を著しく向上させることができるようになる。
【００３６】
また、加熱ブロックを第１のペルチェ素子の放熱面によって加熱し、冷却ブロックを第２のペルチェ素子の吸熱面によって冷却すると共に、第１のペルチェ素子の吸熱面と第２のペルチェ素子の放熱面を熱伝導性の接続部材で接続しているので、第２のペルチェ素子の放熱面から生じる熱エネルギーを第１のペルチェ素子の吸熱面にて回収し、加熱ブロックの加熱に利用できるようになる。
【００３７】
これにより、加熱ブロックの加熱に通常の電気ヒータを用いる場合に比して著しい効率の改善が為されると共に、単一のペルチェ素子の通電を切り替えて加熱・冷却を行う場合に比して、ペルチェ素子の寿命も長くなり、耐久性が向上する。
【００３８】
特に、第２のペルチェ素子の吸熱面における冷却効果が不足する場合、ファンを運転するので、第２のペルチェ素子の放熱面における放熱を促進することができる。これにより、第２のペルチェ素子の吸熱面における冷却効果が不足する状況であっても、ファンを運転して、空冷を行い、放熱面における放熱を促進して、第２のペルチェ素子の冷却効果を維持することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインキュベータの正面図である。
【図２】本発明のインキュベータの制御装置の電気回路図である。
【符号の説明】
１インキュベータ
２制御装置
３反応ブロック
４加熱ブロック
５冷却ブロック
６移送装置
７ペルチェ素子（第１のペルチェ素子）
８ペルチェ素子（第２のペルチェ素子）
１２加熱温度センサ
１６冷却温度センサ
２１反応温度センサ
２３マイクロコンピュータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an incubator for promoting a reaction such as proliferation by changing the temperature of a reaction sample such as DNA collected from blood, a specimen or the like.
[0002]
[Prior art]
A conventional incubator of this type is shown as an apparatus for synthesizing DNA or the like in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-277036 (C07H21 / 00). The synthesizer shown there is an automatic synthesizer for DNA or RNA by the phosphotriester method, a reaction block for holding a reaction sample, a heating block provided with a heater, and a thermo module based on the Peltier effect as a cooling device And a cooling block provided with the reaction block, and the reaction block is selectively brought into contact with the heating block and the cooling block by the transfer means based on the output of the temperature sensor.
[0003]
Here, the method for synthesizing DNA or the like by the phosphotriester method is a method for promoting DNA growth by repeating the four steps of masking, deprotection, drying, and condensation in this order. In the apparatus, a sample mixed with DNA and various reagents / solvents is placed in a reaction block, a heater is controlled based on the output of the temperature sensor, and the heating block is heated to + 42 ° C. While performing a process, it moved to a cooling block by the transfer means, and it comprised so that a deprotection process might be performed by cooling a cooling block to +20 degreeC by the cooling effect | action of a Peltier device.
[0004]
Another conventional synthesis apparatus is a Peltier element in which the outer periphery of a reactor is covered with a heat block as shown in, for example, Japanese Utility Model Publication No. 62-44979, and the heat block has a heating and cooling function by the Peltier effect. And a thermistor is embedded in the Peltier element.
[0005]
In this case, the synthesis method using the synthesizer is to put a sample mixed with DNA and various reagents / solvents into the reactor, and control the energization of the Peltier element by the thermistor to heat the heat block to + 42 ° C. The demasking process was performed by performing the three steps of masking, drying and condensation, and cooling the heat block to + 20 ° C. by changing the energization direction of the Peltier element.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the former configuration, since a heater is used as a heating means, there is a problem that power consumption by the heater increases and running cost increases. In the latter configuration, the surface of the Peltier element that contacts the heat conductive heat block is repeatedly expanded during heat dissipation and contracted during heat absorption, which causes cracks in the Peltier element due to thermal stress. was there.
[0007]
Furthermore, in the latter case, since the sample was heated and cooled by switching the energizing direction of the Peltier element, the temperature was changed from heating to cooling and from cooling to heating depending on the heat capacity of the heat block and the Peltier element itself. Is not performed quickly, and there is a problem that there is a limit in improving the efficiency of the proliferation reaction.
[0008]
Therefore, the present invention has been made to solve the conventional technical problems, and the temperature of the reaction sample can be changed quickly and accurately, and the operation efficiency and durability are improved. The purpose is to provide an incubator.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The incubator of the present invention selectively contacts a heating block and a cooling block with a heat conductive reaction block holding a reaction sample, a heat conductive heating block, a heat conductive cooling block, and a reaction block. A first Peltier element that heats the heating block with a heat radiating surface, a second Peltier element that cools the cooling block with a heat absorbing surface, and the heat absorption of the first Peltier element. A heat conductive connecting member that connects the surface and the heat dissipation surface of the second Peltier element, and a fan for promoting heat dissipation on the heat dissipation surface of the second Peltier element, When the cooling effect is insufficient, the fan is operated .
[0010]
According to the present invention, the heat conductive reaction block holding the reaction sample, the heat conductive heating block, the heat conductive cooling block, and the reaction block are selectively brought into contact with the heating block and the cooling block. In the incubator provided with a transfer means, a first Peltier element that heats the heating block with a heat dissipation surface, a second Peltier element that cools the cooling block with an endothermic surface, and an endothermic surface of the first Peltier element Since it has a heat conductive connecting member for connecting the heat dissipation surface of the second Peltier element and a fan for promoting heat dissipation on the heat dissipation surface of the second Peltier element, the temperature of the reaction material held in the reaction block Can be changed quickly and accurately, and the reaction work efficiency can be remarkably improved.
[0011]
The heating block is heated by the heat dissipation surface of the first Peltier element, the cooling block is cooled by the heat absorption surface of the second Peltier element, and the heat absorption surface of the first Peltier element and the heat dissipation surface of the second Peltier element Are connected by a heat conductive connecting member, the heat energy generated from the heat dissipation surface of the second Peltier element can be recovered at the heat absorption surface of the first Peltier element and used for heating the heating block. .
[0012]
As a result, the efficiency (COP) is significantly improved compared to the case where a normal electric heater is used for heating the heating block, and the heating / cooling is performed by switching energization of a single Peltier element. As a result, the life of the Peltier element is extended and the durability is improved.
[0013]
In particular, when the cooling effect on the heat absorption surface of the second Peltier element is insufficient, the fan is operated, so that heat dissipation on the heat dissipation surface of the second Peltier element can be promoted. Thereby, even in a situation where the cooling effect on the heat absorption surface of the second Peltier element is insufficient, the fan is operated to perform air cooling, and the heat dissipation on the heat dissipation surface is promoted, thereby cooling the second Peltier element. Will be able to maintain.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view of an incubator 1 of the present invention, and FIG. 2 is an electric circuit diagram of a control device 2 of the incubator 1.
[0015]
The incubator 1 of the example is referred to as a so-called PCR method in which this cycle is repeated a plurality of times, with a heat denaturation step of chromosomal DNA as a reaction sample, an annealing step with primers, and a strand extension step as one cycle. A device for realizing a DNA propagation method, a reaction block 3, a heating block 4 and a cooling block 5 formed of a heat conductive material such as aluminum, and a transfer device 6 as a transfer means for transferring the reaction block 3. (FIG. 2), a Peltier element 7 for heating the heating block 4, and a Peltier element 8 for cooling the cooling block 5.
[0016]
The Peltier element 7 is a semiconductor element having a heat absorbing / dissipating function based on the Peltier effect, and the lower surface (heat absorbing surface) of the Peltier element 7 contacts the heat conductive connecting member 13 in heat exchange and is connected to one end of the connecting member 13. It is attached. The upper surface (heat radiating surface) of the Peltier element 7 is attached to the heating block 4 in a heat conduction relationship, and a heating temperature sensor 12 made of a thermistor is embedded in the heating block 4.
[0017]
The Peltier element 8 is also a semiconductor element having a heat absorbing / dissipating function by the Peltier effect, and its lower surface (heat radiating surface) is attached to the other end of the connecting member 13 in heat exchange contact with the connecting member 13. Yes. A heat radiating fin 9 is attached to the lower surface of the other end portion of the connecting member 13, and a fan 14 that promotes heat radiation is provided opposite thereto. The cooling block 5 is attached to the upper surface (heat absorption surface) of the Peltier element 8 in a heat conductive relationship, and is arranged in parallel with the heating block 4 at a predetermined interval. A cooling temperature sensor 16 is embedded.
[0018]
The transfer device 6 includes a motor, a gear, and a support arm or a belt (not shown), and the reaction block 3 is attached to the support arm and the like. A plurality of holding holes 19 are formed on the upper surface of the reaction block 3 for holding and holding the tube 18 containing the above-described reaction sample. A reaction temperature sensor 21 comprising a thermistor is provided in the reaction block 3. Buried.
[0019]
The transfer device 6 transfers the reaction block 3 holding a plurality of such tubes 18 between the heating block 4 and the cooling block 5 and brings the lower surface of the reaction block 3 into contact with the upper surface of the heating block 4 or the cooling block 5. Is. At this time, the lower surface of the reaction block 3 and the upper surfaces of the heating block 4 and the cooling block 5 are all horizontal and smooth flat surfaces, whereby the reaction block 3 and the heating block 4 or the cooling block 5 have a wide area. So that heat transfer can be performed smoothly.
[0020]
In FIG. 2, the control device 2 is constituted by a general-purpose microcomputer 23 as control means, and the outputs of the reaction temperature sensor 21, the heating temperature sensor 12, and the cooling temperature sensor 16 are connected to the input of the microcomputer 23, The transfer device 6, the fan 14, the Peltier element 7 and the Peltier element 8 are connected to the output of the microcomputer 23.
[0021]
The operation of the incubator 1 of the present invention with the above configuration will be described. The set temperature (high temperature set temperature) of the reaction sample in the heat denaturation step is + 94 ° C., the set temperature (low temperature set temperature) in the annealing step and the extension step is + 37 ° C., and the microcomputer 23 sets the heat denaturation step to 3 for example. The annealing method and the elongation step are combined for 3 minutes, and this is repeated 30 times (3 hours) as one cycle to execute the PCR method.
[0022]
And the tube 18 which accommodated the said reaction sample is hold | maintained in the holding hole 19 of the reaction block 3, and operation | movement is started. In this initial state, since the microcomputer 23 separates the reaction block 3 from either the heating block 4 or the cooling block 5 by the transfer device 6, the temperature of the reaction block 3 is normal temperature. Then, the microcomputer 23 energizes the Peltier element 7 to heat the heating block 4. Then, based on the output of the heating temperature sensor 12, the temperature of the heating block 4 is maintained at + 120 ° C., which is a heating standby temperature higher than the high temperature set temperature.
[0023]
Next, the Peltier element 8 is energized, and after the temperature of the cooling block 5 is lowered to the cooling standby temperature of + 20 ° C., + 20 ° C. lower than the low temperature set temperature is maintained. And after predetermined time passes, the transfer apparatus 6 is controlled by the microcomputer 23, and the reaction block 3 is made to contact the heating block 4. FIG. As a result, the heat of the heating block 4 starts to be transmitted to the reaction block 3 and heating of the reaction sample in the tube 18 is started.
[0024]
At this time, since the reaction block 3 and the heating block 4 are thermally conductive and are in contact with each other over a wide area, heat transfer from the heating block 4 to the reaction block 3 is performed quickly. In addition, since the heating block 4 is maintained at a high temperature standby temperature (+ 120 ° C.) higher than the high temperature set temperature (+ 94 ° C.) in the standby state, the reaction block 3 is rapidly heated. The microcomputer 23 controls the energization of the Peltier element 7 based on the reaction temperature sensor 21 so that the temperature of the reaction block 3 is maintained at + 94 ° C. of the high temperature set temperature.
[0025]
Next, the microcomputer 23 continues to maintain the temperature of the cooling block 5 at + 20 ° C. of the cooling standby temperature by controlling the energization of the Peltier element 8 based on the cooling temperature sensor 16. Further, based on the integration of the timer, the reaction block 3 is maintained at the high temperature set temperature (+ 94 ° C.) until the time of the heat denaturation step of 3 minutes elapses after the reaction block 3 is brought into contact with the heating block 4. .
[0026]
When the heat denaturation time elapses, the microcomputer 23 ends the heat denaturation step, controls the transfer device 6 to separate the reaction block 3 from the heating block 4, and this time the reaction block 3 is brought into contact with the cooling block 5. . As a result, the heat of the reaction block 3 begins to be absorbed by the cooling block 5 and cooling of the reaction sample in the tube 18 is started.
[0027]
At this time, since the reaction block 3 and the cooling block 5 are thermally conductive and are in contact with each other over a wide area, heat transfer from the reaction block 3 to the cooling block 5 is performed quickly. Further, since the cooling block 5 is maintained at a low temperature standby temperature (+ 20 ° C.) lower than the low temperature set temperature (+ 37 ° C.) in the standby state, the reaction block 3 is rapidly cooled. The microcomputer 23 controls the energization of the Peltier element 8 based on the reaction temperature sensor 21 so that the temperature of the reaction block 3 is maintained at + 37 ° C. of the low temperature set temperature.
[0028]
Further, the microcomputer 23 controls the energization of the first Peltier element of the Peltier element 7 based on the heating temperature sensor 12 to maintain the temperature of the heating block 4 at + 120 ° C. of the heating standby temperature. On the other hand, the reaction block 3 is kept at the low temperature setting temperature (+ 37 ° C.) from the time when the reaction block 3 is brought into contact with the cooling block 5 until the time of the annealing / extension process for 3 minutes elapses.
[0029]
When the annealing / extension time has elapsed, the microcomputer 23 ends the annealing / extension process, and repeats the above processes, for example, 30 times. At this point, the number of DNA has grown to 100,000 times the initial number.
[0030]
When the proliferation reaction is completed, the microcomputer 23 brings the reaction block 3 into contact with the cooling block 5 and controls the energization of the Peltier element 8 based on the reaction temperature sensor 21, thereby increasing the temperature of the reaction block 3 to, for example, + 5 ° C. maintain. Thereby, the synthesized DNA is stored cold.
[0031]
Thus, according to the incubator 1 of the present invention, the temperature of the reaction material held in the reaction block 3 can be changed quickly and accurately by using the heating block 4 dedicated to heating and the cooling block 5 dedicated to cooling. As a result, the reaction work efficiency can be remarkably improved.
[0032]
At this time, the heating block 4 is heated by the heat dissipation surface of the Peltier element 7, and the cooling block 5 is cooled by the heat absorption surface of the Peltier element 8, and the heat absorption surface of the Peltier element 7 and the heat dissipation surface of the Peltier element 8 are heated. The conductive connection members 13 are connected. Therefore, the heat energy generated from the heat dissipation surface of the Peltier element 8 is transmitted through the connection member 13 and is recovered at the heat absorption surface of the Peltier element 7.
[0033]
That is, since the heat energy absorbed from the cooling block 5 can be reused for heating the heating block 4, the efficiency (COP) is remarkably improved as compared with the case where the heating block 4 is heated by a normal electric heater. In addition, the life of the Peltier element becomes longer and the durability is improved as compared with the case where heating and cooling are performed by switching the energization of a single Peltier element.
[0034]
In a situation where the cooling effect on the heat absorbing surface of the Peltier element 8 is insufficient, the microcomputer 23 operates the fan 14 to cool the other end of the connecting member 13 and promotes heat dissipation on the heat radiating surface. The cooling effect is maintained.
[0035]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, a heat conductive reaction block holding a reaction sample, a heat conductive heating block, a heat conductive cooling block, and a reaction block are selected as a heating block and a cooling block. In an incubator provided with a transfer means for bringing them into contact with each other, a first Peltier element that heats the heating block by a heat dissipation surface, a second Peltier element that cools the cooling block by the heat absorption surface, and a first Peltier element A heat conductive connecting member that connects the heat absorption surface of the element and the heat dissipation surface of the second Peltier element, and a fan for promoting heat dissipation on the heat dissipation surface of the second Peltier element, are held in the reaction block. Thus, the temperature of the reaction data can be changed quickly and accurately, and the reaction work efficiency can be remarkably improved.
[0036]
The heating block is heated by the heat dissipation surface of the first Peltier element, the cooling block is cooled by the heat absorption surface of the second Peltier element, and the heat absorption surface of the first Peltier element and the heat dissipation surface of the second Peltier element Are connected by a heat conductive connecting member, the heat energy generated from the heat dissipation surface of the second Peltier element can be recovered at the heat absorption surface of the first Peltier element and used for heating the heating block. .
[0037]
As a result, the efficiency is significantly improved as compared with the case where a normal electric heater is used for heating the heating block, and compared with the case where heating / cooling is performed by switching energization of a single Peltier element, The life of the Peltier element is also extended and the durability is improved.
[0038]
In particular, when the cooling effect on the heat absorption surface of the second Peltier element is insufficient, the fan is operated, so that heat dissipation on the heat dissipation surface of the second Peltier element can be promoted. Thereby, even in a situation where the cooling effect on the heat absorption surface of the second Peltier element is insufficient, the fan is operated to perform air cooling, and the heat dissipation on the heat dissipation surface is promoted, thereby cooling the second Peltier element. Will be able to maintain.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of an incubator according to the present invention.
FIG. 2 is an electric circuit diagram of a control device for an incubator according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Incubator 2 Control apparatus 3 Reaction block 4 Heating block 5 Cooling block 6 Transfer apparatus 7 Peltier element (1st Peltier element)
8 Peltier element (second Peltier element)
12 Heating temperature sensor 16 Cooling temperature sensor 21 Reaction temperature sensor 23 Microcomputer

Claims

反応試料を保持する熱伝導性の反応ブロックと、熱伝導性の加熱ブロックと、熱伝導性の冷却ブロックと、前記反応ブロックを前記加熱ブロックと冷却ブロックに択一的に接触させるための移送手段とを備えたインキュベータにおいて、
放熱面によって前記加熱ブロックを加熱する第１のペルチェ素子と、吸熱面によって前記冷却ブロックを冷却する第２のペルチェ素子と、前記第１のペルチェ素子の吸熱面と第２のペルチェ素子の放熱面を接続する熱伝導性の接続部材と、前記第２のペルチェ素子の放熱面における放熱を促進するためのファンとを備え、
前記第２のペルチェ素子の吸熱面における冷却効果が不足する場合、前記ファンを運転することを特徴とするインキュベータ。A heat conductive reaction block for holding a reaction sample, a heat conductive heating block, a heat conductive cooling block, and a transfer means for selectively bringing the reaction block into contact with the heating block and the cooling block In an incubator with
A first Peltier element that heats the heating block by a heat radiating surface; a second Peltier element that cools the cooling block by a heat absorbing surface; a heat absorbing surface of the first Peltier element; and a heat radiating surface of the second Peltier element. A heat conductive connecting member for connecting the heat sink and a fan for promoting heat dissipation on the heat dissipation surface of the second Peltier element,
The incubator , wherein the fan is operated when a cooling effect on the heat absorbing surface of the second Peltier element is insufficient .