(57)【要約】【課題】簡易な構造で吐出位置及び吐出量を安定させることができる液吐出装置の提供。【解決手段】着脱可能に備えられ、少なくとも一部が透明であって液を収容可能な液収容部と、装着状態を確認するためのマークとを有する液吐出ヘッドと、前記透明な液収容部により視認可能な、前記液収容部に収容された前記液の液面と、前記マークとを撮像可能な撮像部と、を有する液吐出装置である。前記撮像部が、前記液の液面及び前記マークの両方を撮像できるように配置され、前記液の液面及び前記マークのいずれかに焦点を調整する態様が好ましい。【選択図】図３Ｂ
2020080831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
着脱可能に備えられ、少なくとも一部が透明であって液を収容可能な液収容部と、装着状態を確認するためのマークとを有する液吐出ヘッドと、
前記透明な液収容部により視認可能な、前記液収容部に収容された前記液の液面と、前記マークとを撮像可能な撮像部と、
を有することを特徴とする液吐出装置。
【請求項２】
前記撮像部が、前記液の液面及び前記マークの両方を撮像できるように配置され、前記液の液面及び前記マークのいずれかに焦点を調整する請求項１に記載の液吐出装置。
【請求項３】
請求項１から２のいずれかに記載の液吐出装置に用いられる液吐出ヘッドであって、
着脱可能に備えられ、少なくとも一部が透明であって液を収容可能な液収容部と、装着状態を確認するためのマークとを有することを特徴とする液吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項１から２のいずれかに記載の液吐出装置と、
前記液吐出装置が吐出した液を収容する被着対象物と、
を有することを特徴とする分注装置。
【請求項５】
着脱可能に備えられ、少なくとも一部が透明であって液を収容可能な液収容部と、装着状態を確認するためのマークとを有する液吐出ヘッドを用いて、
前記透明な液収容部により視認可能な、前記液収容部に収容された前記液の液面と、前記マークとを撮像する撮像工程を含むことを特徴とする液吐出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液吐出装置、液吐出ヘッド、分注装置、及び液吐出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成技術において、非常に微細な吐出口からインク液滴を吐出し、インク液滴を記録媒体上に付着させて画像を形成する記録方式としては、例えば、バブルジェット（登録商標）方式やインクジェット方式などが挙げられる。これらの記録方式は、他の方式に比べてフルカラー化が容易であり、簡易な構造の装置であっても高解像度の画像が得られる利点があるため、広く用いられてきた。
【０００３】
これらの記録方式の技術において、着脱可能な液吐出ヘッドを有する液吐出装置では、液吐出ヘッドを液吐出装置に装着した際にインク液滴の吐出位置の精度を維持できるように様々な技術開発が行われている。
例えば、離れた位置の二箇所に焦点合わせが可能なＣＣＤセンサにより、装置本体に付された基準マークと、液吐出ヘッドに付されたアライメントマークとを撮像して液吐出ヘッドの位置決めを行うアライメント装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、近年においては、幹細胞技術の進展に伴い、インクの代わりに細胞懸濁液を吐出して組織体を形成する技術開発が行われている。この技術分野においては、細胞懸濁液を吐出する際に細胞にダメージを与えないように、上記の記録方式のうち、熱などを付与せずに吐出できるインクジェット方式を採用した液吐出装置が開発されている。
例えば、中央に吐出口が形成された膜状部材を、膜状部材下面の周縁部にリング状に配置された圧電素子により変形させ、膜状部材の上面に収容されている液の液圧を利用して、液を吐出口から吐出する液滴吐出装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、簡易な構造で吐出位置及び吐出量を安定させることができる液吐出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための手段としての本発明の液吐出装置は、
着脱可能に備えられ、少なくとも一部が透明であって液を収容可能な液収容部と、装着状態を確認するためのマークとを有する液吐出ヘッドと、
前記透明な液収容部により視認可能な、前記液収容部に収容された前記液の液面と、前記マークとを撮像可能な撮像部と、
を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、簡易な構造で吐出位置及び吐出量を安定させることができる液吐出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは、第１の実施形態における液吐出ヘッドを示す概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、第１の実施形態における液吐出ヘッドの変形例を示す概略図である。
【図２】図２は、第１の実施形態における液吐出ヘッドが細胞懸濁液を吐出する動作を示す説明図である。
【図３Ａ】図３Ａは、第１の実施形態において、液吐出ヘッドを液吐出装置に装着する前の状態を示す説明図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、第１の実施形態において、液吐出ヘッドを液吐出装置に装着した後の状態を示す説明図である。
【図４Ａ】図４Ａは、第１の実施形態における液吐出ヘッドに付されているマークを示す概略図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、第１の実施形態における液吐出ヘッドに付されている他のマークを示す概略図である。
【図５】図５は、第１の実施形態における液吐出ヘッドに付されているマークの撮像により、液吐出ヘッドの装着後の位置ずれ量を示す説明図である。
【図６Ａ】図６Ａは、第１の実施形態において、ヘッド検知センサにより液吐出ヘッドが装着されているか否かを検知できることを示す説明図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、第１の実施形態において、ヘッド検知センサにより液吐出ヘッドが装着されているか否かを検知できることを示す説明図である。
【図７】図７は、第１の実施形態において、ヘッド検知センサを用いて液吐出ヘッドのアライメント調整を行う処理を示すフローチャートである。
【図８】図８は、第１の実施形態において、液収容部に収容されている細胞懸濁液の液面を撮像部が撮像する様子を示す説明図である。
【図９】図９は、第１の実施形態において、液収容部に収容されている細胞懸濁液の液収容部の中央部における液面を、撮像部が撮像する状態を示す説明図である。
【図１０】図１０は、第１の実施形態において、細胞懸濁液の液面高さを判定し、異常がある場合の処理を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、第１の実施形態において、細胞懸濁液の液面高さを判定し、細胞懸濁液を自動供給する処理を示すフローチャートである。
【図１２Ａ】図１２Ａは、第１の実施形態において、細胞懸濁液を自動供給する処理を示す説明図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、第１の実施形態において、細胞懸濁液を自動供給する動作を示す説明図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、第１の実施形態において、細胞懸濁液を自動供給する動作を示す説明図である。
【図１３】図１３は、第２の実施形態において、液収容容器の細胞懸濁液を撹拌するとともに、液収容容器に細胞懸濁液を自動供給する処理を示すフローチャートである。
【図１４Ａ】図１４Ａは、第２の実施形態における液吐出ヘッドを示す概略図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１４Ａの液吐出ヘッドを静置した状態を示す説明図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、第２の実施形態における液吐出ヘッドが細胞懸濁液を撹拌する動作を示す説明図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、第２の実施形態における液吐出ヘッドが細胞懸濁液を撹拌する動作を示す説明図である。
【図１６】図１６は、第２の実施形態における液吐出ヘッドが細胞懸濁液を吐出する動作を示す説明図である。
【図１７】図１７は、第２の実施形態の液吐出ヘッドにおいて、細胞懸濁液を吐出する吐出信号及び細胞懸濁液を移送する移送信号による動作を示す説明図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、第２の実施形態の液吐出ヘッドにおいて、細胞懸濁液の吐出による液面の低下を示す説明図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、第２の実施形態の液吐出ヘッドにおいて、細胞懸濁液を供給する動作を示す説明図である。
【図１９】図１９は、第２の実施形態の液吐出ヘッドにおいて、細胞懸濁液を吐出する吐出信号及び細胞懸濁液を移送及び供給する移送供給信号による動作を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の液吐出装置は、着脱可能に備えられ、少なくとも一部が透明であって液を収容する液収容部と、装着状態を確認するためのマークとを有する液吐出ヘッドと、透明な液収容部により視認可能な、液収容部に収容された液の液面と、マークとを撮像する撮像部とを有する。
【００１０】
本発明は、特許文献２に記載されているような従来の液吐出装置では、細胞懸濁液を吐出するにつれて液量が減少することにより、吐出口にかかる液圧が低くなるため吐出量が少なくなる問題があるという知見に基づくものである。
【００１１】
具体的には、従来の液吐出装置では、液収容容器の内部に発生する気泡を除去するために、液収容容器の上方を大気開放しており、膜状部材の吐出口にかかる液圧（静圧）は膜状部材から細胞懸濁液の液面までの高さ、所謂水頭に依存する。また、液滴を吐出するための駆動力は、圧電素子の収縮応力（振動）による動圧と、水頭による静圧との組合せによって決まる。このため、従来の液吐出装置では、液滴の連続的な吐出で液収容容器内の細胞懸濁液の液量が減少し、水頭が低下してしまい、液滴を吐出するための駆動力が低下して液滴が吐出できなくなる「不吐出」が発生する場合がある。
【００１２】
また、細胞懸濁液を吐出して組織体を形成するには多種の細胞を使用する場合があり、この場合、細胞のコンタミネーションの発生を抑制する観点から液吐出ヘッドを交換あるいは洗浄する必要がある。
本発明は、従来の液吐出装置の液吐出ヘッドを着脱可能にしても、液吐出ヘッドを装着したときに液吐出ヘッドの装着位置がずれてしまい、吐出位置の精度が維持できない場合があるという知見に基づくものである。
【００１３】
具体的には、吐出する細胞をヒト繊維芽細胞（ＮＨＤＦ）とした場合には、細胞の大きさはおよそ数十μｍであるため、適切な吐出口径は数十μｍ〜１００μｍ程度と非常に微小な孔となる。このような小さな吐出口であると、わずかな加工誤差によって円形状が歪んでしまいやすくなり、膜状部材が屈曲した際に細胞懸濁液に対して均等に力が働かず、液滴が吐出口の中心軸に対して傾いた方向に吐出される場合がある。このため、液吐出ヘッドと支持体の相対的な位置関係により、同じ液吐出ヘッドを使用した場合でも異なる方向に液滴が吐出され、液滴の吐出位置が変化してしまう。この変化を防止するためには、液吐出ヘッドの着脱時に、支持体に対して同一の方向及び姿勢で液吐出ヘッドを固定することが必要である。
【００１４】
そこで、本発明の液吐出装置は、着脱前後の装着状態を確認して吐出位置を安定させるため、例えば、まず、液吐出ヘッドに付されているマークを含む画像を、脱離前に撮像部で撮像して記憶部に記憶させる。次に、本発明の液吐出装置は、脱離後、再度装着した後にマークを含む画像を撮像部で撮像し、着脱前後の画像を比較して、装着した液吐出ヘッドが脱離前の状態か否かを判定する。これにより、本発明の液吐出装置は、液吐出ヘッドを脱離前の装着状態にさせることができ、吐出位置を安定させることができる。
【００１５】
また、本発明の液吐出ヘッドは、吐出量を安定させるために、液吐出ヘッドの装着状態を確認した同一の撮像部で、液収容部の透明な部分から液量を撮像することにより、液収容部の液量を監視する。これにより、本発明の液吐出ヘッドは、液収容部の液量が低下すると液を液収容部に供給することにより、液量を所定の範囲内にして膜状部材の吐出口にかかる液圧を安定させ、吐出量を安定させることができる。
このように、本発明の液吐出ヘッドは、簡易な構造で吐出位置及び吐出量を安定させることができる。
【００１６】
また、本発明の液吐出ヘッドは、撮像部が、液の液面及びマークの両方を撮像できるように配置され、液の液面及びマークのいずれかに焦点を調整することが好ましい。
これにより、本発明の液吐出ヘッドは、１つの撮像部で液の液面及びマークの両方を撮像することができ、部材を少なくすることができる。
【００１７】
本発明の液吐出方法は着脱可能に備えられ、少なくとも一部が透明であって液を収容可能な液収容部と、装着状態を確認するためのマークとを有する液吐出ヘッドを用いて、透明な液収容部により視認可能な、液収容部に収容された液の液面と、マークとを撮像する撮像工程を含む。
本発明の液吐出方法は本発明の液吐出装置により好適に行うことができ、撮像工程は撮像部により好適に行うことができ、その他の工程はその他の手段により行うことができる。
つまり、本発明の液吐出装置は、本発明の液吐出方法を実施することと同義である。そのため、本発明の液吐出装置に関する説明を通じて、本発明の液吐出方法の詳細についても明らかにする。
【００１８】
以下、本発明における複数の実施形態を説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。
なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。また、下記構成部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好ましい数、位置、形状等にすることができる。
【００１９】
（第１の実施形態）
（液吐出装置）
第１の実施形態における液吐出装置１０は、液吐出ヘッド１００と、撮像部３０１と、ヘッド検知センサ４０１と、制御部とを有する（図６Ａ参照）。
＜液吐出ヘッド＞
図１Ａは、第１の実施形態における液吐出ヘッドを示す概略図である。
図１Ａに示すように、液吐出ヘッド１００は、液収容部としての液収容容器１０１と、圧電素子１０３と、吐出口１０５が形成されている膜状部材１０４と、ヘッド筐体１０６と、ヘッドを駆動するためのヘッド駆動部５００とを有する。図１Ａでは、膜状部材１０４、圧電素子１０３、及び液収容容器１０１により、液としての細胞懸濁液１０２が収容されている状態を示している。また、細胞懸濁液１０２には、細胞が含有されている。
なお、本実施形態では、説明の便宜上、圧電素子１０３を基準にすると、液収容容器１０１側を上側、膜状部材１０４側を下側とする。また、圧電素子１０３を基準にすると、液収容容器１０１側の面を上面、膜状部材１０４側の面を下面とする。
【００２０】
＜＜液収容容器（液収容部）＞＞
液収容部としての液収容容器１０１は、本実施形態では、透明な材質でできた円筒状の容器であり、細胞懸濁液１０２を収容する。
また、液収容容器１０１は、液収容容器１０１内を大気に開放する開口部を上部に有しており、細胞懸濁液１０２中に混入した気泡を開口部から排出可能としている。
【００２１】
液収容容器１０１の形状及び構造は、本実施形態では、円筒状である。
なお、本実施形態では、液収容容器の形状を円筒状としたが、これに限ることはない。
【００２２】
液収容容器１０１の大きさは、本実施形態では、内径の平均径がφ４ｍｍ、外径の平均径がφ６ｍｍ、高さが１０ｍｍである。
なお、本実施形態では、圧電素子の大きさを上記のようにしたが、これに限ることなく、適宜目的に応じて選択するようにしてもよい。
【００２３】
液収容容器１０１の材質は、本実施形態では、ポリカーボネートである。
なお、本実施形態では、液収容容器の材質をポリカーボネートとしたが、これに限ることなく、例えば、金属、樹脂、シリコン、セラミックなどとしてもよいが、液面が撮像部により撮像できるように、少なくとも一部がポリカーボネート、アクリルなどの透明な樹脂や透明なガラスにする。
【００２４】
液収容容器１０１が収容する細胞懸濁液１０２の量は、本実施形態では、１２０μＬである。
なお、本実施形態では、液収容容器が収容する細胞懸濁液の量を１２０μＬとしたが、これに限ることなく、例えば、１μＬ以上１ｍＬ以下としてもよい。特に、細胞懸濁液のように高価な液を使用する際には、少量の液量を吐出できることが好ましいため、１μＬ以上２００μＬ以下とすることが好ましい。
【００２５】
＜＜圧電素子（変位部）＞＞
変位部としての圧電素子１０３は、吐出口１０５から吐出させる細胞懸濁液１０２を収容する側、即ち膜状部材１０４の上面側に形成されている。
圧電素子１０３は、本実施形態では、一対の電極を備えている。圧電素子１０３は、一対の電極に電圧を印加されることにより、逆圧電効果で図１Ａ中の横方向に収縮応力を発生させる。すると、圧電素子１０３は、下面に配置されている膜状部材１０４を曲げ、吐出口１０５の位置を変位させることにより、細胞懸濁液１０２を吐出口１０５から吐出させることができる。
【００２６】
圧電素子１０３の平面形状は、本実施形態では、膜状部材１０４の平面形状が略真円状であり吐出口１０５がその略中心にあるため、吐出口１０５の位置を変位させることができるように円環状（リング状）である。
なお、本実施形態では、圧電素子の平面形状を円環状としたが、これに限ることなく、例えば、膜状部材の形状や吐出口の位置に合わせるようにしてもよい。
【００２７】
圧電素子１０３の大きさは、本実施形態では、外径がφ２０ｍ、内径がφ４ｍｍである。
なお、本実施形態では、圧電素子の大きさを、外径がφ２０ｍ、内径がφ４ｍｍとしたが、これに限ることなく、適宜目的に応じて選択するようにしてもよい。
【００２８】
圧電素子１０３の材質は、本実施形態では、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）である。
なお、本実施形態では、圧電素子の材質をジルコン酸チタン酸鉛としたが、これに限ることなく、例えば、ビスマス鉄酸化物、ニオブ酸金属物、チタン酸バリウム、又はこれらの材料に金属や異なる酸化物を加えたものなどとしてもよい。これらの中でも、高い逆圧電効果を得られる点で、ジルコン酸チタン酸鉛が好ましい。
【００２９】
なお、本実施形態では、変位部を圧電素子としたが、これに限ることはなく、例えば、バイメタルのように、膜状部材上に膜状部材とは線膨張係数が異なる材料を貼り付け、加熱することにより吐出口の位置を変位させてもよい。この場合、線膨張係数の異なる材料の近傍にヒータを配置し、通電によりヒータを加熱して吐出口の位置を変位させてもよい。
【００３０】
＜＜膜状部材（膜状部）＞＞
膜状部としての膜状部材１０４は、本実施形態では、圧電素子１０３の下面に固定されている。
【００３１】
膜状部材１０４の形状は、本実施形態では平板状であり、平面形状が略真円状である。
なお、本実施形態では、膜状部材の平面形状を略真円状としたが、これに限ることなく、例えば、楕円状、多角形などとしてもよい。
また、平面形状とは、膜状部材を平面視したときの形状を意味する。
【００３２】
膜状部材１０４の構造は、本実施形態では、平面視したときの略真円状の中心に吐出口１０５が形成されている。
なお、吐出口１０５についての詳細は後述する。
【００３３】
膜状部材１０４の大きさは、本実施形態では、φ２０ｍｍで平均厚みが０．０５ｍｍである。
なお、本実施形態では、膜状部材の大きさをφ２０ｍｍで平均厚みが０．０５ｍｍとしたが、これに限ることなく、適宜目的に応じて選択するようにしてもよい。
【００３４】
膜状部材１０４の材質は、本実施形態では、ステンレス鋼である。
なお、本実施形態では、膜状部材の材質をステンレス鋼としたが、これに限ることなく、ある程度の硬さを有する材質とすることが好ましい。膜状部材の材質がある程度の硬さを有すると、膜状部材が簡単に振動せず、吐出しないときに直ちに振動を抑えることが容易になる点で有利である。
【００３５】
ある程度の硬さがある材質としては、例えば、金属材料、セラミック材料、高分子材料などが挙げられる。これらの中でも、液が細胞懸濁液の場合には、細胞に対する付着性が低い材料が好ましい。
【００３６】
細胞の付着性はその材料と水との接触角に依存性があると言われており、材料の親水性が比較的高い又は材料の疎水性が比較的高いときには細胞の付着性が低くなる傾向がある。
親水性の高い材料としては、例えば、金属材料、セラミック（金属酸化物）などが挙げられる。また、疎水性が高い材料としては、例えば、フッ素樹脂などが挙げられる。
金属材料としては、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウムなどが挙げられる。
セラミックとしては、例えば、酸化ケイ素、アルミナ、ジルコニアなどが挙げられる。
【００３７】
上記の材料の他にも、膜状部材１０４の表面をコーティングすることで細胞の付着性を低くするようにしてもよい。例えば、膜状部材１０４の表面を上記の材料でコーティングしてもよく、細胞膜を模した合成リン脂質ポリマー（例えば、Ｌｉｐｉｄｕｒｅ、日油株式会社製）によってコーティングしてもよい。
【００３８】
＜＜吐出口＞＞
吐出口１０５は、液収容容器１０１が収容する細胞懸濁液１０２を吐出する口（孔）であり、本実施形態では、膜状部材１０４の上面と下面とを貫通する貫通孔として形成されている。
なお、吐出口としては、その配列数、配列態様、間隔（ピッチ）、開口形状、開口の大きさなどについては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００３９】
吐出口１０５の開口形状は、本実施形態では真円状である。
なお、本実施形態では吐出口の開口形状を真円状としたが、これに限ることなく、例えば、円形、楕円形、四角形などが挙げられる。
【００４０】
吐出口１０５の直径は、本実施形態ではφ０．０８ｍｍである。
なお、本実施形態では、吐出口の直径をφ０．０８ｍｍとしたが、これに限ることなく、例えば、液に粒子を含む場合には、粒子が吐出口に詰まることを避けるため、粒子の平均径の２倍以上とすることが好ましい。具体的には、粒子が動物細胞、特にヒトの細胞である場合には、ヒトの細胞の平均径は５μｍ以上５０μｍ以下であるため、吐出口の平均径は、使用する細胞に合わせて１０μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましい。一方で、吐出する液滴が大きくなり過ぎると、微小液滴を形成するという目的の達成が困難となるため、吐出口の平均径は、２００μｍ以下であることが好ましい。したがって、吐出口の平均径は、１０μｍ以上２００μｍ以下がより好ましい。
＜＜ヘッド筐体＞＞
ヘッド筐体１０６は、液収容容器１０１を収容する。ヘッド筐体１０６の下面には、圧電素子１０３が固定されている。
また、ヘッド筐体１０６の一部には、液収容容器１０１内に充填された細胞懸濁液１０２の液面付近を側面から撮像部３０１で撮像できるように開口部１０８が設けられている。
さらに、ヘッド筐体１０６の開口部１０８近傍における表面には、図４Ａに示すようなアライメントマーク１０７ａが付されている。
【００４１】
＜＜細胞懸濁液（液）＞＞
吐出口１０５から吐出させる液は、本実施形態では、細胞懸濁液１０２である。また、細胞懸濁液１０２に含まれる細胞は、ヒト由来の細胞である。これにより、液吐出ヘッド１００は、薬効や化粧品の評価用組織体を形成することができる。
細胞懸濁液の溶媒は、本実施形態では水であるが、これに限定されることはない。
【００４２】
なお、本実施形態では、吐出口から吐出する液を細胞懸濁液としたが、これに限ることなく、例えば、イオン交換水、蒸留水、純水、生理食塩水、アルコール、鉱物油、植物油などとしてもよい。また、吐出する液としては、細胞懸濁液のように、細胞のような粒子を含むようにしてもよい。この場合、液滴として吐出する際には、吐出した液滴に粒子を含むようにすることが好ましい。
【００４３】
液又は液滴に含まれる粒子としては、例えば、細胞、金属粒子、無機粒子などが挙げられる。これらの中でも、組織体を形成できる点で細胞が好ましい。
【００４４】
−細胞−
細胞としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、真核細胞、原核細胞、多細胞生物細胞、単細胞生物細胞を問わず、すべての細胞が挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、生細胞が好ましい。
【００４５】
真核細胞としては、特に制限はなく、目的応じて適宜選択することができ、例えば、動物細胞、昆虫細胞、植物細胞、真菌、藻類、原生動物などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、動物細胞、真菌が好ましく、ヒト由来の細胞がより好ましい。
【００４６】
接着性細胞としては、組織や器官から直接採取した初代細胞でもよく、組織や器官から直接採取した初代細胞を何代か継代させたものでもよく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、分化した細胞、未分化の細胞などが挙げられる。
【００４７】
分化した細胞としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、肝臓の実質細胞である肝細胞；星細胞；クッパー細胞；血管内皮細胞；類道内皮細胞、角膜内皮細胞等の内皮細胞；繊維芽細胞；骨芽細胞；砕骨細胞；歯根膜由来細胞；表皮角化細胞等の表皮細胞；気管上皮細胞；消化管上皮細胞；子宮頸部上皮細胞；角膜上皮細胞等の上皮細胞；乳腺細胞；ペリサイト；平滑筋細胞、心筋細胞等の筋細胞；腎細胞；膵ランゲルハンス島細胞；末梢神経細胞、視神経細胞等の神経細胞；軟骨細胞；骨細胞などが挙げられる。
【００４８】
未分化の細胞としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、未分化細胞である胚性幹細胞、多分化能を有する間葉系幹細胞等の多能性幹細胞；単分化能を有する血管内皮前駆細胞等の単能性幹細胞；ｉＰＳ細胞などが挙げられる。
【００４９】
真菌としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、カビ、酵母菌などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、細胞周期を調節することができ、１倍体を使用することができる点から、酵母菌が好ましい。
細胞周期とは、細胞が増えるとき、細胞分裂が生じ、細胞分裂で生じた細胞（娘細胞）が再び細胞分裂を行う細胞（母細胞）となって新しい娘細胞を生み出す過程を意味する。
【００５０】
酵母菌としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、細胞周期をＧ１期に制御するフェロモン（性ホルモン）の感受性が増加したＢａｒ−１欠損酵母が好ましい。酵母菌がＢａｒ−１欠損酵母であると、細胞周期が制御できていない酵母菌の存在比率を低くすることができるため、液室内に収容された細胞の特定の核酸の数の増加等を防ぐことができる。
【００５１】
原核細胞としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、真正細菌、古細菌などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【００５２】
液滴中に含まれる粒子の個数は、１個以上が好ましく、１個以上５個以下がより好ましい。
液滴の直径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、２５μｍ以上１５０μｍ以下が好ましい。液滴の直径が２５μｍ以上であると、内包する粒子の直径が適正となり、適用できる粒子の種類が多くなる。また、液滴の直径が１５０μｍ以下であると、液滴の吐出が安定する。
【００５３】
液滴の液量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、液収容容器１０１内の液面高さ変動を小さくする点で１,０００ｐＬ以下が好ましく、１００ｐＬ以下がより好ましい。
液滴の液量は、例えば、液滴の画像から液滴の大きさを求め、液量を算出する方法などにより測定することができる。
【００５４】
吐出する液として水を使用する際には、液に水分の蒸発を抑えるための湿潤剤などが含まれていることが好ましい。湿潤剤としては、例えば、インクジェット方式のインクに用いられる一般的な材料を用いることができる。
【００５５】
図１Ｂは、第１の実施形態における液吐出ヘッドの変形例を示す概略図である。
図１Ｂに示すヘッド筐体１０６ｂのように、ヘッド筐体１０６ａよりも低背化し、液収容容器１０１よりも低くすることで開口部を設ける必要をなくすようにしてもよい。
【００５６】
＜＜ヘッド駆動部＞＞
ヘッド駆動部５００は、本実施形態では、吐出波形（吐出信号）を圧電素子１０３に入力し、圧電素子１０３を駆動させる。
【００５７】
［液吐出ヘッドの液吐出動作］
図２は、第１の実施形態における液吐出ヘッドが細胞懸濁液を吐出する動作を示す説明図である。
図２に示すように、ヘッド駆動部５００が圧電素子１０３に吐出波形を入力し、圧電素子１０３が収縮して膜状部材１０４が屈曲すると、吐出口１０５の位置が変位することにより、液収容容器１０１の細胞懸濁液を、細胞２０１を含む液滴２００として吐出させる。
【００５８】
［液吐出ヘッドの着脱］
図３Ａは、第１の実施形態において、液吐出ヘッドを液吐出装置に装着する前の状態を示す説明図である。図３Ｂは、第１の実施形態において、液吐出ヘッドを液吐出装置に装着した後の状態を示す説明図である。
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、液吐出ヘッド１００は、液吐出装置１０の支持体３０２に対して着脱可能である。また、支持体３０２上に固定された撮像部３０１は、開口部１０８から視認できる細胞懸濁液１０２の液面、及び、ヘッド筐体１０６の開口部１０８近傍の表面に付されたアライメントマーク１０７ａの両方を側面から撮像できるように配置されている。
なお、アライメントマーク１０７ａの形状は、本実施例では、図４Ａのように十字形状としたが、これに限ることなく、水平方向と垂直方向の基準線が交差したような形状が好ましく、例えば、図４Ｂに示すようなＬ字形状としてもよい。アライメントマークの形状をＬ字形状とすると、液吐出ヘッドを上下反転させて設置させた場合も検知できる点で有利である。
【００５９】
＜撮像部＞
撮像部３０１は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、細胞懸濁液の液面、及び、ヘッド筐体１０６の表面に付されているアライメントマーク１０７ａの両方を撮像できるように支持体３０２に配置されている。また、撮像部３０１は、細胞懸濁液の液面及びアライメントマーク１０７ａのいずれかに焦点を調整することができる。
【００６０】
撮像部３０１は、２つの光学系を備えるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサであり、透明な液収容容器１０１により視認可能な、液収容容器１０１に収容された細胞懸濁液の液面と、アライメントマーク１０７ａとを撮像する。
撮像部３０１は、液吐出ヘッド１００の着脱前後で、ヘッド筐体１０６の表面に付されたアライメントマーク１０７ａに合うような焦点位置に変化させて撮像する。
なお、本実施形態では、撮像部を２つの光学系を備えるＣＣＤイメージセンサとしたが、これに限ることはない。撮像部としては、例えば、２つ以上の光学系を備えていてもよく、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサでもよく、デジタルカメラやデジタルビデオカメラなどとしてもよい。
【００６１】
［液吐出ヘッドの装着位置調整］
図５は、第１の実施形態における液吐出ヘッドに付されているマークの撮像により、液吐出ヘッドの装着後の位置ずれ量を示す説明図である。
図５に示すように、液吐出装置は、液吐出ヘッドの脱離前に撮像したアライメントマーク位置（図５中点線）に対する、再装着時に撮像したアライメントマーク位置（図５中実線）の水平方向の位置ずれ量Ｘｐ及び垂直方向の位置ずれ量Ｙｐの検出が可能となる。検出された位置ずれ量Ｘｐ、Ｙｐにより液吐出ヘッド１００のアライメント調整量がわかるため、例えば、図示しないアライメント調整用の手動ステージなどにより容易に調整が可能となる。
なお、位置ずれ量Ｘｐ、Ｙｐのほか、アライメントマークの見え方により、回転及び傾きなどについても検出することができる。
【００６２】
＜制御部＞
制御部は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、メインメモリなどを有し、液吐出装置全体の動作を制御するための制御プログラムに基づいて各種処理を実行する。
【００６３】
次に、第１の実施形態において、液吐出ヘッドが装着されているか否かを検知できるヘッド検知センサを用いて、液吐出ヘッドのアライメント調整を行う例について説明する。
【００６４】
図６Ａ及び図６Ｂは、第１の実施形態において、ヘッド検知センサにより液吐出ヘッドが装着されているか否かを検知できることを示す説明図である。
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、ヘッド検知センサ４０１は、光学センサであり、液吐出ヘッド１００の有無、即ち液吐出ヘッド１００が支持体３０２に対し、装着された状態か脱離している状態かを検知できるように支持体３０２に配置されている。
ヘッド検知センサ４０１は、液吐出ヘッド１００に反射した光を検出することにより、液吐出ヘッド１００が装着されている状態か脱離している状態であるかを検知できる。
なお、本実施形態では、ヘッド検知センサを光学センサとしたが、これに限ることなく、例えば、近接センサ、メカニカルスイッチなどとしてもよい。
【００６５】
図７は、第１の実施形態において、ヘッド検知センサを用いて液吐出ヘッドのアライメント調整を行う処理を示すフローチャートである。
図７に示すように、液吐出装置１０の電源ＯＮ時において、まず、ヘッド検知センサ４０１は、液吐出ヘッド１００が既に装着されているか否かを検知する（Ｓ１０１）。
液吐出装置１０の電源ＯＮ時において、液吐出ヘッド１００が既に装着されている場合には、着脱の履歴が不明であるため、手動又は自動でアライメント調整を行うようにする（Ｓ１０３）。
また、液吐出装置１０の電源ＯＮ時において、液吐出ヘッド１００が未装着の場合には、ヘッド検知センサ４０１が液吐出ヘッド１００の装着を検知したときに（Ｓ１０２）、手動又は自動でアライメント調整を行うようにする（Ｓ１０３）。なお、このとき、脱離前の撮像画像が存在しない場合には、基準となる撮像画像に基づき、アライメント調整を行うようにしてもよい。
【００６６】
次に、液吐出装置１０の電源ＯＮ後において一度アライメント調整を行った後は、液吐出装置１０は、継続的に吐出などを行い、ヘッド検知センサ４０１により液吐出ヘッド１００が脱離されたことを検知するまで待機する（Ｓ１０４）。
ヘッド検知センサ４０１が液吐出ヘッド１００の脱離を検知し、その後ヘッド検知センサ４０１が液吐出ヘッド１００の再装着を検知したときに（Ｓ１０５）、再度アライメント調整を行うようにする（Ｓ１０６）。
【００６７】
このように、液吐出装置は、ヘッド検知センサを用いることにより、液吐出ヘッドのアライメント調整が必要なときに液吐出ヘッドの吐出位置のずれをより確実に抑制することができるため、吐出位置を安定させることができる。
なお、本実施形態の変形例では、ヘッド検知センサを用いて液吐出ヘッドのアライメント調整を行うようにしたが、これに限ることはない。例えば、液吐出装置が異常動作をした場合など、予期せぬ外力が液吐出ヘッドに印加されるとアライメントがずれてしまうおそれがある。このため、液吐出装置が異常や警告などを通知した場合には、ヘッド検知センサによる液吐出ヘッドの着脱が検知されていなくてもアライメント調整を行うようにしてもよい。
【００６８】
図８は、第１の実施形態において、液収容部に収容されている細胞懸濁液の液面を撮像部が撮像する様子を示す説明図である。
図８に示すように、液吐出装置１０は、撮像部３０１が液収容容器１０１内の細胞懸濁液１０２の液面を撮像することにより、細胞懸濁液１０２の液面の高さ（水頭）を検知することができる。これにより、液吐出装置１０は、細胞懸濁液１０２の液面の高さが低くなることによる不吐出が発生する前に、ユーザへの警告の通知や細胞懸濁液の供給を行うことが可能となる。
【００６９】
このように、撮像部が液収容容器内の細胞懸濁液の液面を撮像することにより、非接触で細胞懸濁液の液面の高さを検出できるため、多種の細胞を使用する場合に、細胞のコンタミネーションの発生を抑制することができる。また、液面の高さの検出が撮像によるものであるため、細胞懸濁液の溶媒が透明な場合であっても、あるいは細胞懸濁液が少量で液収容容器が小型である場合であっても、液面を検出することができる。
【００７０】
また、撮像により液面高さを検出するためには、膜状部材１０４の上面から液面までの高さを検出するのが望ましいが、吐出力の変化は液面高さの変化に依存するため、初期状態における液収容容器１０１の上面からの液面の位置の変化を検出すればよい。
そこで、本実施形態では、図８に示すように、液収容容器１０１の上面から細胞懸濁液１０２の液面付近までを撮像できるように撮像部３０１が配置されているため、液吐出装置１０は、液滴吐出前の液収容容器１０１上端から液面までの距離Ｈｐを検出できる。液滴の連続吐出によって変動する液収容容器１０１の上端から液面までの距離Ｈｐ’を所定の時間間隔で検出することで、次式、ΔＨｐ＝Ｈｐ’−Ｈｐ、より液面高さ変動ΔＨｐを求めることができる。
【００７１】
図８では液面が平らな形状の場合を示しており、このとき、撮像部３０１の焦点位置が液支持体１０１の内径表面であれば液収容容器１０１の上端と液面の撮像が可能である。しかしながら、液収容容器１０１と細胞懸濁液１０２の組合せにより、メニスカスが形成される場合がある。例えば、ガラスの液収容容器１０１に対して、純水を入れた場合にはメニスカス形状は、図９に示したように液面の中央部が凹形状となり、水銀などでは凸形状となることが知られている。膜状部材１０４の吐出口１０５は、圧電素子１０３の振動が均等に伝わり、かつ液収容容器１０１内の細胞懸濁液１０２による圧力が均等にかかるように、圧電素子１０３及び液収容容器１０１の中心に対して同軸上に配置されることが望ましい。メニスカスが形成された場合、液面の液収容容器１０１中央部が変動するため、図８に示したように液収容容器１０１の内径表面に焦点を合わせて液面を検出することは適切ではない。メニスカスが形成される場合には、撮像部３０１の焦点距離を変化させ、焦点位置を第三焦点位置である液収容容器１０１の中央、要するにメニスカス部にあわせることで、図９のように液収容容器１０１の上端からメニスカス底面までの距離Ｈｐｍの検出が可能となる。
以上のように、撮像部３０１の焦点位置を少なくとも３つ可変させることで液収容容器１０１と細胞懸濁液１０２の組合せによらず、液面高さを正確に検出することが可能となる。
【００７２】
次に、第１の実施形態において、細胞懸濁液の液面高さを判定し、異常がある場合の処理について説明する。
図１０に示すように、液滴吐出中に（Ｓ２０１）、液面高さの検出を行い（Ｓ２０２）、液面高さ変動ΔＨｐが閾値以上か否かを判定する（Ｓ２０３）。液面高さ変動ΔＨｐが閾値よりも小さい場合には、継続して液滴吐出を行う（Ｓ２０１へ戻る）。液面高さ変動ΔＨｐが閾値よりも大きい場合には、不吐出が発生する懸念があるため液滴吐出動作を停止し（Ｓ２０４）、例えば、タッチパネルやモニタなどにアラート表示を行い（Ｓ２０５）、ユーザに液収容容器１０１への細胞懸濁液１０２の補給を促す。
【００７３】
次に、第１の実施形態において、細胞懸濁液の液面高さを判定し、細胞懸濁液を自動供給する処理について説明する。
図１１に示すように、液滴吐出中に（Ｓ３０１）、液面高さの検出を行い（Ｓ３０２）、液面高さ変動ΔＨｐが閾値以上か否かを判定する（Ｓ３０３）。液面高さ変動ΔＨｐが閾値よりも小さい場合には、継続して液滴吐出を行う（Ｓ３０１へ戻る）。液面高さ変動ΔＨｐが閾値よりも大きい場合には、液滴吐出動作を停止し（Ｓ３０４）、液収容容器１０１への細胞懸濁液１０２の自動供給を行う（Ｓ３０５）。
【００７４】
ここで、図１１のＳ３０５における細胞懸濁液１０２の自動供給を行うには、本実施形態では、図１２Ａに示すように、細胞懸濁液１０２の吸引及び排出が可能な送液部６００と、液吐出装置１０と離れた位置に設けられたタンク７００とを更に有するようにする。
【００７５】
送液部６００は、本実施形態では、交換可能なディスポーザブルタイプのチップ６０１を有する。
チップ６０１の許容容量は、本実施形態では、液面高さ変動ΔＨｐの閾値から求められる液量変動の閾値よりも大きな容量である。これにより、送液部６００は、タンク７００から細胞懸濁液１０２を吸引した際に細胞懸濁液１０２がチップ６０１内に収容され、液収容容器に排出した際に送液部６００内に細胞懸濁液１０２が浸入することを防止できる。
また、細胞懸濁液１０２中の細胞２０１の種類が変更された際にチップ６０１を交換することで細胞のコンタミネーションの発生を抑制することが可能である。
【００７６】
図１１のＳ３０５における自動供給の処理では、液面高さ変動ΔＨｐが閾値よりも大きいと検出されると、送液部６００は、タンク７００内の細胞懸濁液１０２を必要量吸引して保持し、チップ６０１が液収容容器１０１内に入る位置まで移動する（図１２Ｂ）。次に、送液部６００は、チップ６０１内に保持された細胞懸濁液１０２から液収容容器１０１内の細胞懸濁液１０２の液量変動量分を液収容容器１０１に供給して上方へ退避し（図１２Ｃ）、自動供給の処理を終了する。
【００７７】
図１１に戻り、液面高さの検出を行い（Ｓ３０６）、液面高さ変動ΔＨｐが閾値以上か否かを判定する（Ｓ３０７）。液面高さ変動ΔＨｐが閾値よりも小さければ液滴吐出を再開させる（Ｓ３０８）。
【００７８】
（分注装置）
分注装置としては、本発明の液吐出装置１０と、液吐出装置１０が吐出した液を収容する被着対象物とを有し、更に必要に応じて制御部、その他の手段を有してもよい。
【００７９】
＜被着対象物＞
被着対象物は、液吐出装置の液吐出ヘッドから吐出された液滴が着滴する複数の凹部が形成された部材である。
被着対象物としては、吐出された液滴が付着することができれば、その材質、形状、大きさ、構造などについて特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
被着対象物の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、半導体、セラミックス、金属、ガラス、石英ガラス、プラスチックスなどで形成されたものが好適に挙げられる。
被着対象物の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、板状、プレート状などが好ましい。
被着対象物の構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、単層構造であっても複数層構造であっても構わない。
被着対象物に設ける凹部の数は、複数であり、２つ以上が好ましく、５つ以上がより好ましく、５０以上が更に好ましい。
【００８０】
＜その他の手段＞
その他の手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、記録手段、培養手段、加熱手段、攪拌手段、洗浄手段などを有することが好ましい。
【００８１】
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、第１の実施形態における細胞懸濁液の自動供給機能に加えて、液収容容器の細胞懸濁液を撹拌する機能を有するようにした。
【００８２】
図１３は、第２の実施形態において、液収容容器の細胞懸濁液を撹拌するとともに、液収容容器に細胞懸濁液を自動供給する処理を示すフローチャートである。
図１３に示すように、液滴吐出中に（Ｓ４０１）、液面高さの検出を行い（Ｓ４０２）、液面高さ変動ΔＨｐが閾値以上か否かを判定する（Ｓ４０３）。液面高さ変動ΔＨｐが閾値よりも小さい場合には、継続して液滴吐出を行う（Ｓ４０１へ戻る）。液面高さ変動ΔＨｐが閾値よりも大きい場合には、液収容容器１０１への細胞懸濁液１０２の自動供給を行う（Ｓ４０４）。
【００８３】
図１４Ａは、第２の実施形態における液吐出ヘッドを示す概略図である。
図１４Ａに示すように、第２の実施形態における液吐出ヘッド１００は、第１のポンプ６００ａ及び第２のポンプ６００ｂと、第１の流路６１０ａ及び第２の流路６１０ｂとを有する。
【００８４】
第１のポンプ６００ａ及び第２のポンプ６００ｂは、２本の流路（第１の流路６１０ａ及び第２の流路６１０ｂ）を介して液収容容器１０１と、細胞懸濁液を流通可能にそれぞれ接続されている。
第１のポンプ６００ａ及び第２のポンプ６００ｂとしては、例えば、シリンジタイプやプランジャータイプの電動ポンプなどの定量液量を吸引、保持、及び排出が可能なポンプなどが挙げられる。
【００８５】
第１の流路６１０ａ及び第２の流路６１０ｂは、本実施形態では、いずれも内径２ｍｍ、長さ５０ｍｍのシリコーンゴムチューブである。
なお、シリコーンゴムチューブの内径及び長さは、特に制限はなく、適宜選定することができる。また、第１の流路６１０ａ及び第２の流路６１０ｂは交換可能であり、長さや内径を調整することにより容量を変更することができる。
第１の流路６１０ａ及び第２の流路６１０ｂの液収容容器１０１に対する排出口の中心軸は、吐出口１０５の中心軸（膜状部材１０４の法線方向）に対して傾斜配置されている。
第１の流路６１０ａ及び第２の流路６１０ｂは、液収容容器１０１に対する排出口の中心軸を延伸させると、膜状部材１０４と振動部材１０３により形成される隅部を通過する、又は隅部よりもやや吐出口１０５側を通過するように配置する。これにより、第２の実施形態における液吐出ヘッド１００による細胞懸濁液１０２の撹拌を効率的に行うことができる点で有利である。
【００８６】
図１４Ｂは、図１４Ａの液吐出ヘッドを静置した状態を示す説明図である。
図１４Ｂに示すように、本実施形態の液吐出ヘッド１００を静置すると、液収容容器１０１の底部に細胞２０１が沈降し、堆積した状態となる。この状態のまま、ヘッド駆動部５００から吐出波形を入力し液滴吐出動作を行うと、吐出口１０５近傍に細胞２０１が凝集しているため、吐出口１０５内に凝集した細胞２０１が詰まってしまい、吐出ができない「不吐出」が発生するおそれがある。また、吐出できたとしても、最初のほうに吐出した液滴内には大量の細胞２０１が含まれた状態で吐出され、液滴内に含まれる細胞２０１の数が徐々に減少するため、液滴内の細胞２０１の含有量に経時で大きなばらつきが発生してしまう。
【００８７】
このため、本実施形態の液吐出装置では、まず図１４Ａに示すように、第１のポンプ６００ａは予め吸引動作を行い、第１の流路６１０ａ内を負圧状態とすることで、液収容容器１０１内の細胞懸濁液１０２を一定量吸引して保持する。次に、図１５Ａに示すように、第１のポンプ６００ａが排出動作を行うとの同時に、第２のポンプ６００ｂが吸引動作を行う。
【００８８】
第１のポンプ６００ａの排出動作により、第１の流路６１０ａ内を正圧状態とし、吸引保持していた細胞懸濁液１０２を液収容容器１０１内に排出する。排出された細胞懸濁液１０２は、第１の流路６１０ａが液収容容器１０１と連結する部分の中心軸と略平行な流れを形成する。すると、液収容容器１０１の壁面に沿った上昇流が発生し、発生した上昇流により膜状部材１０４と振動部材１０３により形成される隅部に堆積した細胞２０１を液収容容器１０１の上方に舞い上げる。液収容容器１０１の壁面に沿って上昇した流れは、液面付近で液収容容器１０１の中心に向かう流れとなり、吐出口１０５の中心より第２の流路６１０ｂ側の細胞２０１が分散された状態となる。
第１のポンプ６００ａの排出動作と同じようなタイミングで、第２のポンプ６００ｂは吸引動作を行い、第２の流路６１０ｂ内を負圧状態とすることで、液収容容器１０１内の細胞懸濁液１０２を一定量吸引し、保持する。
【００８９】
続けて、図１５Ｂに示すように、第２のポンプ６００ｂが排出動作をすることにより、液収容容器１０１内の吐出口１０５を通る中心軸より第１の流路６１０ｂ側の細胞２０１が分散された状態となる。
【００９０】
上記の動作を繰り返すことにより、少量の液量で液収容容器１０１の底部に沈降した細胞２０１を再分散させることが可能である。再分散した状態で液滴形成動作をすることにより、細胞２０１の沈降による不吐出や、経時での吐出された液滴２００に含まれる細胞２０１の含有濃度の変化を防止することが可能である。
【００９１】
第１の流路６１０ａと第２の流路６１０ｂは、吐出口１０５を通る中心軸に対して片側によった配置とすると、液収容容器１０１内の細胞２０１の分布が偏ってしまうため、対称配置であることが好ましい。
また、第１のポンプ６００ａ及び第２のポンプ６００ｂの吸引速度、排出速度、吸引液量、及び排出液量はそれぞれ、液収容容器１０１内の細胞２０１を均一分散させるためには、第１のポンプ６００ａ及び第２のポンプ６００ｂで同じ値であることが好ましい。
また、液収容容器１０１内の細胞懸濁液１０２の液量が多い場合や細胞懸濁液１０２中に含まれる細胞２０１の粒径が大きい場合、細胞の含有濃度が高い場合などは細胞を均一に分散させるためには、第１のポンプ６００ａ及び第２のポンプ６００ｂの撹拌液量、吸引速度、又は排出速度は大きい方がよい。一方、含有される細胞２０１が動物細胞などの衝撃によりダメージを受けてしまうような細胞の場合には極力、撹拌液量、吸引速度、又は排出速度は小さく、撹拌の頻度も少ない方が好ましい。
また、上述のとおり、図１４Ｂのように、細胞２０１が完全に沈降した状態から細胞を再分散させる場合と、分散した状態の細胞２０１の沈降を抑制する場合では必要な撹拌液量、吸引速度、又は排出速度は異なり、前者の方が大きな撹拌液量、吸引速度、又は排出速度が必要である。
以上のように、細胞懸濁液１０２の量や細胞２０１の種類あるいは濃度、沈降の状態などにより必要な撹拌液量、吸引速度、又は排出速度が変化するため、撹拌液量、吸引速度、又は排出速度は切替可能であることが好ましい。
【００９２】
図１６は、第２の実施形態における液吐出ヘッドが細胞懸濁液を吐出する動作を示す説明図である。
図１６に示すように、液吐出ヘッド１００により形成される吐出液滴量Ｍｊは吐出口１０５の径により決定される。
【００９３】
また、図１７に示すように吐出動作時間Ｔｊ、液滴吐出周波数ｆとすると、吐出動作中に液収容容器１０１から吐出される累積吐出量ΔＳは、次式、ΔＳ＝Ｍｊ×ｆ×Ｔｊ＝Ｍｊ×Ｎｊ（Ｎｊ：総吐出回数）、により算出される。一滴当たりの液量Ｍｊが小さい、あるいは総吐出回数Ｎｊが少ない場合には、ΔＳが小さいため液収容容器１内の液量変化は小さく、吐出に対して大きな影響を及ぼさないが、液量Ｍｊが大きい、あるいは総吐出回数Ｎｊが多い、つまり累積吐出量ΔＳが大きくなる場合には液収容容器１０１内の液量変化が大きくなる。
【００９４】
液収容容器内１０１の液量が変化した時の液面高さ変化量ΔＨｐは、次式、ΔＨｐ＝ΔＳ／Ａ＋α、により算出される。
ここで、Ａは液収容容器１１の内側の断面積であり、例えば、液収容容器１の内側形状が半径ｒの円断面形状の場合は、次式、Ａ＝πｒ２、により算出される。α部分については、液収容容器１０１上方からの細胞懸濁液１０２の揮発などによる吐出以外の液量の減少による。
【００９５】
上記液収容容器１０１内の液面高さがΔＨｐだけ変化した時の膜状部材１０４上面にかかる水圧変化ΔＰは、次式、ΔＰ＝ρΔＨｐ、により算出される。なお、ρは液収容容器１０１内の細胞懸濁液１０２の密度である。
【００９６】
上記膜状部材１０４上面にかかる水圧変化ΔＰの変化に伴い、液を吐出する際の吐出圧力も変化してしまうため、結果として吐出される液滴の吐出速度Ｖｊが変化する。一ヶ所に連続して液滴を吐出する場合には吐出速度Ｖｊの変化は問題とはならないが、液吐出ヘッド１００と液滴を着弾させる液滴支持部材を一定の速度で相対的に移動させ、等間隔でパターニングさせる場合には、吐出速度Ｖｊが経時で変化すると、着弾した液滴の間隔も変化してしまい均一なパターニングができなくなるという不具合がある。
【００９７】
前述の計算式より、撮像部３０１により検出された液面高さ変化量ΔＨｐより、次式、ΔＳ＝ΔＨｐ×Ａ、により液収容容器１０１内の液量変化量ΔＳを算出することができる。
撮像部３０１を用いた液面高さ検出方法によれば、吐出口１０５より吐出された細胞懸濁液１０２だけではなく、先述の揮発などによる影響も含めた液面高さ変動ΔＨｐが検出可能であるため、上式により、より正確な液収容容器１０１内の細胞懸濁液１０２の液量変化ΔＳを検出することが可能である。算出されたΔＳを図１９のΔＳ１として送液部６００ａ、６００ｂの排出量Ｓの補正値として加算することにより、吐出により変化した液量だけでなく、揮発などによって液量が変化した場合においても液面高さを一定に維持することが可能である。
【００９８】
以上のように、支持体３０２上に固定された撮像部３０１の焦点位置を可変とすることにより、液収容容器１０１と細胞懸濁液１０２の組み合わせによらず、正確に液収容容器１０１内の液量変動ΔＳを検出することが可能であり、液量減少による異常表示あるいは自動供給による液面維持といった処理が可能となる。
また、液吐出ヘッド１００着脱時には、ヘッド表面に設けられたアライメントマークに焦点位置を合わせ、基準位置に対するアライメントマーク位置のずれ量を定量的に検出可能となるため、着脱の都度、液滴２００の着弾位置調整が不要となる。
【００９９】
以上説明したように、本発明の液吐出ヘッドは、着脱可能に備えられ、少なくとも一部が透明であって液を収容可能な液収容部と、装着状態を確認するためのマークとを有する液吐出ヘッドと、透明な液収容部により視認可能な、液収容部に収容された液の液面と、マークとを撮像可能な撮像部と、を有する。これにより、本発明の液吐出ヘッドは、簡易な構造で吐出位置及び吐出量を安定させることができる液吐出装置を提供することができる。
【０１００】
本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
＜１＞  着脱可能に備えられ、少なくとも一部が透明であって液を収容可能な液収容部と、装着状態を確認するためのマークとを有する液吐出ヘッドと、
前記透明な液収容部により視認可能な、前記液収容部に収容された前記液の液面と、前記マークとを撮像可能な撮像部と、
を有することを特徴とする液吐出装置である。
＜２＞  前記液が粒子を含有する前記＜１＞に記載の液吐出装置である。
＜３＞  前記粒子が細胞である前記＜２＞に記載の液吐出装置である。
＜４＞  前記撮像部が、前記液の液面及び前記マークの両方を撮像できるように配置され、前記液の液面及び前記マークのいずれかに焦点を調整する前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の液吐出装置である。
＜５＞  前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の液吐出装置に用いられる液吐出ヘッドであって、
着脱可能に備えられ、少なくとも一部が透明であって液を収容可能な液収容部と、装着状態を確認するためのマークとを有することを特徴とする液吐出ヘッドである。
＜６＞  前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の液吐出装置と、
前記液吐出装置が吐出した液を収容する被着対象物と、
を有することを特徴とする分注装置である。
＜７＞  着脱可能に備えられ、少なくとも一部が透明であって液を収容可能な液収容部と、装着状態を確認するためのマークとを有する液吐出ヘッドを用いて、
前記透明な液収容部により視認可能な、前記液収容部に収容された前記液の液面と、前記マークとを撮像する撮像工程を含むことを特徴とする液吐出方法である。
＜８＞  前記撮像工程が、前記液の液面及び前記マークの両方を撮像できるように配置され、前記液の液面及び前記マークのいずれかに焦点を調整する処理を含む前記＜７＞に記載の液吐出方法である。
【０１０１】
前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の液吐出装置、前記＜５＞に記載の液吐出ヘッド、前記＜６＞に記載の分注装置、前記＜７＞から＜８＞のいずれかに記載の液吐出方法によると、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０２】
【特許文献１】特開２００８−６２５６７号公報
【特許文献２】特開２０１６−１１６４８９号公報
【符号の説明】
【０１０３】
１０    液吐出装置
１００    液吐出ヘッド
１０１    液収容容器
１０３    圧電素子
１０４    膜状部材
１０５    吐出口
１０６、１０６ｂ    ヘッド筐体
１０７ａ、１０７ｂ  アライメントマーク（マーク）
１０８    開口部
２００    細胞懸濁液
２０１    細胞
３０１    撮像部
３０２    支持体
４０１    光学センサ
５００    ヘッド駆動部
６００    送液部
６００ａ  第１のポンプ
６００ｂ  第２のポンプ
６０１    チップ
６１０ａ  第１の流路
６１０ｂ  第２の流路
７００    タンク
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2020080831.tif 000004
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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