(57)【要約】    【課題】  本発明は、未然に液体収容室内の液切れを検知可能な液体吐出ユニット及び液滴吐出装置を提供することを目的としている。    【解決手段】  液体を収容するための複数の液体収容室１２２を有する液体収容部１００と、液体収容室１２２から供給される液体を外部に吐出する液滴吐出ヘッド２００とを備え、複数の液体収容室１２２は液体収容部１００の一側面に沿って配置され、一側面には液体収容室１２２の深さ方向に延在する少なくとも一部の領域を外部から観察することを可能とする透明な観察領域１０４が形成されている液滴吐出ユニットにより上記課題を解決する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収容するための複数の液体収容室を有する液体収容部と、
前記液体収容室から供給される前記液体を外部に吐出する液滴吐出ヘッドと、
を備え、
前記複数の液体収容室は前記液体収容部の一側面に沿って配置され、
前記一側面には前記液体収容室の深さ方向に延在する少なくとも一部の領域を外部から観察することを可能とする透明な観察領域が形成されていることを特徴とする液滴吐出ユニット。
【請求項２】
前記液滴吐出ヘッドに設けられたノズル孔の位置が、当該ノズル孔と連通する前記液体収容室よりも高い位置となるように、前記液滴吐出ヘッドが前記液体収容部に対して配置されている、請求項１に記載の液滴吐出ユニット。
【請求項３】
前記液体収容部が、前記液体収容室となるべき凹部が設けられ、当該凹部の底部に微細孔が設けられた第１の基板と、前記第１の基板と前記液滴吐出ヘッドとの間に配置され、前記微細孔と前記液滴吐出ヘッドを繋ぐ微細流路が設けられた第２の基板と、前記第１の基板の他面側に配置され、前記貫通孔に液体を補充するための補充口が設けられた第３の基板と、から構成されており、少なくとも前記第３の基板が透明材料から構成されている、請求項１又は請求項２に記載の液滴吐出ユニット。
【請求項４】
前記第１の基板が、貫通孔を有する第４の基板と、前記貫通孔の対応する位置に微細孔を有する第５の基板と、から構成されている、請求項３に記載の液滴吐出ユニット。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の液滴吐出ユニットと、
前記液滴吐出ユニットの前記観察領域から前記液体収容室を観察する観察手段と、を含むことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項６】
前記観察手段により観察される前記液体収容室内の液体の量が所定レベル以下となった場合に、異常を知らせる報知手段をさらに含む、請求項５に記載の液滴吐出装置。
【請求項７】
前記観察手段により観察される前記液体収容室内の液体の量が所定レベル以下となった場合に、新たな液体を補充する液体補充手段をさらに含む、請求項５又は請求項６に記載の液滴吐出装置。
【請求項８】
前記液滴吐出装置がマイクロアレイの製造装置である、請求項５乃至７のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ユニット及び液滴吐出装置に関し、詳しくは、液体収容室内の液量を検知可能な液滴吐出ユニット及び液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
遺伝子発現パターンのモニタリング及び新規遺伝子のスクリーニングをするための技術として、ＤＮＡマイクロアレイが利用されている。同アレイは、プローブＤＮＡを調製し、スライドガラスなどの基板上に高密度にスポッティングした後、蛍光標識したターゲットＤＮＡのうちプローブＤＮＡと相補的な塩基配列を有するターゲットＤＮＡをハイブリダイズさせ、蛍光パターンを観察することにより、遺伝子発現の検出を行うものである。
【０００３】
従来は、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示されるように、このようなプローブＤＮＡの固定化は、接触ピン又はマイクロピペットにより行われていた。
【特許文献１】特開２０００−２８７６７０号公報
【特許文献２】米国特許５６０１９８０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、接触ピン又はマイクロピペットを用いてマイクロアレイを作成する場合、正確に目的とする位置に液滴を供給するためには、接触ピン又はマイクロピペットの先端に形成した液滴を基板に接触させる必要があった。したがって、接触ピン又はマイクロピペットを転写位置ごとに上下動させる必要があり、作業に時間を要した。
【０００５】
このような状況下、近年、効率性、制御性等の観点から、液滴吐出法（いわゆるインクジェット方式を利用した吐出方法）によるマイクロアレイの製造方法が注目されている。
液滴吐出法では、液体収容室に貯留した液体を液滴吐出ヘッド内に供給することによりマイクロアレイ上に液滴を吐出する。
【０００６】
しかし、従来の液体収容室と液滴吐出ヘッドを含む液滴吐出ユニットでは、液切れを事前に検知することが困難であった。マイクロアレイの製造途中に液体収容室内の液体が完全に消費されてしまうと不良品が生じてしまい、製品の歩留まりが悪くなる。また、液体が完全に消費された後に、液体を補充する場合には、流路内の気泡除去等の予備動作が必要となり、作業が煩雑となる。このような状況下、かかる不具合を未然に防止するために、液体収容室内に収容された液体が完全に消費される前に、それを把握し得る方法が求められている。
【０００７】
そこで、本発明は、液体収容室内の液量を容易に検知可能な液体吐出ユニット及び液滴吐出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、液体を収容するための複数の液体収容室を有する液体収容部と、前記液体収容室から供給される前記液体を外部に吐出する液滴吐出ヘッドと、を備え、前記複数の液体収容室は前記液体収容部の一側面に沿って配置され、前記一側面には前記液体収容室の深さ方向に延在する少なくとも一部の領域を外部から観察することを可能とする透明な観察領域が形成されている液滴吐出ユニットを提供する。
【０００９】
かかる構成によれば、液体収容室が液体収容部の一側面に沿って配置されているおり、この一側面に液体収容室の一部を外部から観察し得る透明な観察領域が形成されているので、液体収容室に収容されている液体の残量を容易に検知することが可能となる。
【００１０】
前記液滴吐出ヘッドに設けられたノズル孔の位置が、当該ノズル孔と連通する前記液体収容室よりも高い位置となるように、前記液滴吐出ヘッドが前記液体収容部に対して配置されていることが好ましい。これによれば、液滴吐出ヘッド内（液滴吐出ヘッドに設けられた加圧室内）を負圧に保つことができるので、衝撃等によりノズル孔に形成された液体のメニスカスが壊れても、ノズル孔から液体が漏れるのを防止することが可能である。
【００１１】
前記液体収容部が、前記液体収容室となるべき凹部が設けられ、当該凹部の底部に微細孔が設けられた第１の基板と、前記第１の基板と前記液滴吐出ヘッドとの間に配置され、前記微細孔と前記液滴吐出ヘッドを繋ぐ微細流路が設けられた第２の基板と、前記第１の基板の他面側に配置され、前記貫通孔に液体を補充するための補充口が設けられた第３の基板と、から構成されており、少なくとも前記第３の基板が透明材料から構成されていることが好ましい。これよれば、一側面に沿って複数の液体収容室が配置され、かつ、液体収容室内を観察可能な液体収容部を容易に形成することが可能となる。
【００１２】
前記第１の基板が、貫通孔を有する第４の基板と、前記貫通孔の対応する位置に微細孔を有する第５の基板と、から構成されていることが好ましい。これによれば、液体収容室を容易に形成することが可能となる。
【００１３】
本発明の他の態様は、上記液滴吐出ユニットと、前記液滴吐出ユニットの前記観察領域から前記液体収容室を観察する観察手段と、を含む液滴吐出装置である。かかる構成によれば、液滴吐出ユニットに設けられた複数の液体収容室内に収容される液体残量を容易にモニタすることが可能である。
【００１４】
前記観察手段により観察される前記液体収容室内の液体の量が所定レベル以下となった場合に、異常を知らせる報知手段をさらに含むことが好ましい。これによれば、容易に液量が所定レベル（基準値）以下となったことを感知し得る。
【００１５】
前記観察手段により観察される前記液体収容室内の液体の量が所定レベル以下となった場合に、新たな液体を供給する手段をさらに含むことが好ましい。これによれば、液体残量が所定レベル以下になった場合にも液切れすることなく、新たな液体を供給することが可能となる。
前記液滴吐出装置は、マイクロアレイの製造装置にも好適に適用し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態に付いて説明する。図１は、本発明の液滴吐出ユニットの一態様を示す上面図であり、図２は、図１におけるａ点〜ｆ点に沿った断面図である。また、図３は、観察領域を説明するための図である。なお、図２中の符号１０６は、液体を示す。
【００１７】
図１及び図２に示すように、本発明の実施形態の液滴吐出ユニット４００は、多種類の液体（例：ＤＮＡやタンパク質等の生体関連試料溶液）を収容し得る複数の液体収容室１２２を備えた液体収容部１００と、液体収容室１２２から供給される液体を外部に吐出する液滴吐出ヘッド２００とを含み構成されている。
【００１８】
液体収容部１００には、複数の液体収容室１２２が設けられており、この液体収容室１２２は、液体収容部１００の一側面に液体収容室１２２の深さ方向が沿うように配置される。すなわち、全ての液体収容室１２２の側面が一面内に表れるように配置される。液体収容部１００の構成の一例について以下に説明する。
【００１９】
液体収容室１２２となるべき貫通孔１２４が形成された基板（第４の基板）１２０と、微細流路１４２が設けられた基板（第２の基板）１４０と、貫通孔１２４と微細流路を繋ぐ微細孔１３２が設けられた基板（第５の基板）１３０と、貫通孔１２４に外部から液体を供給するための補充口１１２が設けられた基板（第３の基板）１１０とから構成されている。
【００２０】
液体収容部１００の最表面となる基板１１０には、液体収容室１２２を外部から観察し得るように透明な観察領域１０４が設けられている。図３（ａ）に示すように、観察領域１０４は、複数の液体収容室１２２の全部が一括して観察し得るように、液体収容室１２２の全ての側面を含むように設けられていてもよい。また、図３（ｂ）に示すように、各液体収容室１２２の側面を個別に含むように設けられていてもよい。また、図３（ｃ）に示すように、液体収容室１２２の底部付近のみが観察し得るように設けられていてもよい。
【００２１】
基板１１０、１２０、１３０、１４０を構成する材料は、特に限定するものではなく、樹脂でもガラスであってもよい。但し、微細加工性が良好であるという観点からは、例えばガラス、シリコンから構成されることが好ましい。また、観察領域１０４については、光透過性材料（例えばガラス、透明樹脂等）から構成されることが好ましい。これにより、外部から観察領域１０４を介して液体収容室１２２に残留する液体の量を直接観察することが可能となる。
【００２２】
図４〜図７に、液体収容部１００を構成する基板１４０、１３０、１２０、１１０の上面図を示す。
【００２３】
図４に示すように、基板１４０には、微細孔１３２と液滴吐出ヘッド２００内に設けられた流路（図示なし）とを結ぶ微細流路１４２が形成されている。微細流路１４２の液滴吐出ヘッド２００と繋がる側には、液滴吐出ヘッド２００に液体を供給するための微細孔１４４が設けられている。
【００２４】
図５に示すように、基板１３０には、基板１４０の微細流路１４２と基板１２０の貫通孔１２４とを各々繋ぐ複数の微細孔１３２が設けられている。微細孔１３２は、液体収容室１２２の底部近傍に対応する位置に形成されることが好ましい。これにより、液体収容室１２２内の液体をほぼ完全に使い切ることが可能となる。
【００２５】
図６に示すように、基板１２０には、複数の貫通孔１２４が設けられており、この貫通孔１２４を基板１３０と基板１１０とにより挟持し、基板１３０及び基板１１０の壁面で覆うことで、液体収容室１２２が構成される。
【００２６】
図７に示すように、基板１１０には、貫通孔１２４の対応する位置に液体を補充するための複数の補充口１１２が設けられている。補充口１１２の位置は、液体収容室１２２内に多くの液体を収容し得るように、液体収容室１２２の上方に形成されることが好ましい。
【００２７】
このような基板１４０、１３０、１２０、１１０をこの順で順次重ね合わせることで、液体収容部１００を形成することができる。
【００２８】
液滴吐出ヘッド２００は、電極２１２が形成された電極基板２１０、液体を吐出するための圧力を付与する加圧室２２２を備えた加圧室基板２２０及びノズル孔２３２を有するノズル基板２３０を備え構成されている。加圧室基板２２０、電極基板２１０、及びノズル基板２３０は、例えば、シリコン、ガラス等から構成される。液体収容部１００から微細孔１４４を介して供給された液体は、加圧室２２２に導入される。駆動電圧が電極２１２に印加されると、加圧室２２２内で振動板２２４の弾性変位が生じ、この変位により生じる内部圧力の変動によってノズル孔２３２から液滴が吐出されることになる。液滴吐出ヘッドの大きさ（縦×横）は、特に限定するものではないが、例えば約１．４ｃｍ×１．２ｃｍである。
【００２９】
液滴吐出ヘッド２００の各ノズル孔２３２の位置は、各々対応する液体収容室１２２よりも高い位置となるように配置される。これにより、液滴吐出ヘッド２００の加圧室２２２内を負圧に保つことが可能となるので、液滴吐出ヘッド２００が衝撃（例：振動）等を受けることによりノズル孔２３２におけるメニスカスが壊れても液体が外部に漏れることを回避することができる。ノズル孔２３２と対応する液体収容室１２２との高さの差は、特に限定するものではないが、例えば、ノズル孔２３２から液体収容室１２２の上面までの高さが５〜２０ｃｍであると好ましい。
【００３０】
（マイクロアレイの製造装置）
本発明のマイクロアレイの製造装置５００は、上記のような液滴吐出ユニット４００及び液滴吐出ユニット４００に設けられた観察領域１０４を観察する観察手段５５０を備えている。このような観察領域１０４を観察する観察手段５５０を備えることにより、液体収容室１２２内に液切れが生じる前に、液体残量が少なくなったことを検知し得る。よって、液切れによる不良吐出を未然に防止することが可能となる。
【００３１】
図８は、液滴吐出装置としてのマイクロアレイの製造装置の一例を示す図である。
本実施形態のマイクロアレイの製造装置５００は、固相担体としての例えばガラス製の基板５０２上にスポットを複数配置してなるマイクロアレイを製造するためのものであり、テーブル５１０、Ｘ方向駆動軸５２０、液滴吐出ユニット４００、Ｙ方向駆動軸５３０、駆動部５４０、制御手段としての制御用コンピュータ６００、観察領域１０４を観察するための観察手段としてのＣＣＤ（Charged-Coupled Device）カメラ５５０を含み構成されている。なお、位置の制御は、テーブル５１０、Ｘ方向駆動軸５２０、Ｙ方向駆動軸５３０、駆動部５４０、制御用コンピュータ６００によりなされる（位置制御手段）。
【００３２】
テーブル５１０は、マイクロアレイを構成する基板５０２を載置するためのものである。このテーブル５１０は、複数の基板５０２を載置可能となっており、例えば真空吸着によって各基板５０２を固定可能に構成されている。
【００３３】
Ｘ方向駆動軸５２０は、テーブル５１０を図示のＸ軸方向に沿って自在に移動させるためのものである。このＸ方向駆動軸５２０は、駆動部５４０に含まれる駆動モータ（図示せず）と接続されており、当該駆動モータによる駆動力を得てテーブル５１０を移動させる。
【００３４】
液滴吐出ユニット４００は、上述した構成を有し、制御用コンピュータ６００から供給される駆動信号に基づいて、生体試料溶液を基板５０２に向けて吐出する。また液滴吐出ユニット４００は、生体試料溶液を吐出するノズル面がテーブル５１０に向かうように、Ｘ方向駆動軸５３０に設置される。
【００３５】
Ｙ方向駆動軸５３０は、液滴吐出ユニット４００を図示のＹ軸方向に沿って自在に移動させるためのものである。また、Ｙ方向駆動軸５３０は、液滴吐出ユニット４００の液体補充を行う際に、液滴吐出ユニット４００をホームポジションに移動させるために使用してもよい。このＹ方向駆動軸５３０は、駆動部５４０に含まれる駆動モータ（図示せず）と接続されており、当該駆動モータによる駆動力を得て液滴吐出ユニット４００を移動させる。
【００３６】
駆動部５４０は、Ｘ方向駆動軸５２０、Ｙ方向駆動軸５３０をそれぞれ駆動するモータやその他の駆動機構を含んで構成される。これらのモータ等が制御用コンピュータ（制御部）６００から供給される駆動信号に基づいて動作することにより、基板５０２が載置されたテーブル５１０と液滴吐出ユニット４００との相対位置が制御される。
【００３７】
制御用コンピュータ６００は、駆動部５４０の筐体内に設置されており、液滴吐出ユニット４００の動作（溶液の吐出タイミング、吐出回数等）を制御すると共に、駆動部５４０の動作を制御する。また、この制御用コンピュータ６００は、観察手段としてのＣＣＤカメラ５５０から出力される画像に対して所定の画像認識処理を行い、観察領域１０４において観察される液体収容室１２２内の液体のレベルから、液量が残り少なくなったことを検出する機能も担っている。さらに、制御用コンピュータ６００は、このようにして得られた検出情報に基づいて、報知手段（図示なし）又は液体補充手段５６０の実行の制御を行う機能も有している。
【００３８】
観察手段としてのＣＣＤ（Charged-Coupled Device）カメラ５５０は、観察領域１０４を介して液体収容室１２２内を撮影し、画像を得るためのものである。ＣＣＤカメラ５５０は、例えば、液滴吐出ユニット４００のホームポジションに設置され、液滴吐出ユニット４００がホームポジションに移動した際に撮影がなされる。ＣＣＤカメラ５５０から撮影された画像情報は、制御用コンピュータ６００に出力される。なお、ＣＣＤカメラ５５０の位置は、これに限定されるものではなく、また、ＣＣＤカメラ５５０を可動にして観察領域１０４を常時観察するように構成してもよい。
【００３９】
液体補充手段５６０は、制御用コンピュータ６００から液体を補充するよう指示が有った場合に、液体の供給を行うものである。このような液体補充手段５６０としては、例えば、分注ロボットを用いてもよい。ここで、分注ロボットとは、例えば、試験管・ビーカー・ウェルプレートなどの容器に入っている液体（試料溶液）を予め決められた手順に沿って、対象となる液体収容室１２２内に定量分注する装置である。
【００４０】
報知手段は、制御用コンピュータ６００から実行の指示が有ると、ランプを点灯又は点滅したり、報知音を発生するなどの人の注意を喚起するための措置をとるものである。報知手段は、図８では特に図示しないが、例えば、駆動部５４０の筐体内に組み込まれていてもよい。
【００４１】
次に、マイクロアレイの製造装置の動作について図面を参照しながら一例を挙げて説明する。図９は、マイクロアレイの製造装置の制御ブロックを例示するブロック図である。
【００４２】
液滴吐出ユニット４００にある観察領域１０４を介して、観察手段としてのＣＣＤカメラ５５０により液体収容室１２２の側面画像を取り込み、制御部（制御用コンピュータ）６００に画像情報を送る。制御部６００において、予め設定した液量レベル（液体の高さ）に、液体収容室１２２の液体の残量が達しているか否かを比較する。液体収容室１２２の液体の残量が予め設定した液量レベルとなった場合には、制御部６００は、報知手段５７０にランプを点灯又は点滅したり、報知音を発生するなどの措置をとるよう指示する。これにより、液体が完全に消費される前に、事前に液体収容室１２２に新たな液体を補充することが可能となる。
【００４３】
また、報知手段５７０に指示すると同時に又は指示する代わりに、制御部６００は、液体補充手段５６０を稼動するよう指示してもよい。これにより、液切れによる不良吐出を回避することが可能となる。
【００４４】
本実施形態によれば、観察領域１０４を設けたことで、全ての液体収容室１２２内の液量を一括して観察することが可能であり、容易に各液体収容室１２２の液量レベルを把握することが可能となる。よって、液体収容室１２２内の液体を完全に消費し切る前に、未然に液切れによる吐出不良を回避し得る。よって、例えば、マイクロアレイの製造方法に適用した場合には、不良品が発生するのを回避することが可能となり、歩留まりよくマイクロアレイの製造が可能となる。また、液体収容室１２２内の液体が完全に消費される前に液体を補充し得るので、流路内に液切れによる気泡が発生することもなく、気泡除去等の追加作業が軽減される。
【００４５】
なお、上記例では、観察領域１０４を観察する観察手段５５０としてＣＣＤカメラを利用する場合を例に採り説明したが、これに限らず、例えば、ラインセンサ等を利用してもよい。
【００４６】
また、上記例では、液滴吐出ヘッドとして静電駆動方式によるものを挙げたが、これに限定するものではなく、圧電駆動（ピエゾ）方式、サーマルインクジェット方式によるものであってもよい。なお、静電駆動方式の液滴吐出ヘッドは、比較的に構造が簡単で、溶液の吐出量が安定しており、熱を用いないので溶液中の生体分子の変質を回避し、活性を維持することが可能となる。また、装置の小型化、低消費電力化を実現することができる。
【００４７】
また、上記例では、液滴吐出ユニットとして、基板１１０、１２０、１３０、１４０の４枚の基板を重ね合わせたものを例に採り説明したが、これに限定されず、例えば、基板１２０と基板１３０とを、一体的に形成してもよい（第１の基板）。すなわち、基板に液体収容室を構成するための凹部を形成し、この凹部の底部に基板１４０に設けられた微細流路１４２の一端側と接続するための微細孔１３２を設けてもよい。また、同様に、基板１１０と基板１２０とを、一体的に形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、本発明の液滴吐出ユニットの一態様を示す上面図である。
【図２】図２は、図１におけるａ点〜ｆ点に沿った断面図である。
【図３】図３は、図３は、観察領域を説明するための図である。
【図４】図４は、液体収容部を構成する基板のうちの一の基板の上面図である。
【図５】図５は、液体収容部を構成する基板のうちの一の基板の上面図である。
【図６】図６は、液体収容部を構成する基板のうちの一の基板の上面図である。
【図７】図７は、液体収容部を構成する基板のうちの一の基板の上面図である。
【図８】図８は、液滴吐出装置としてのマイクロアレイの製造装置の一例を示す図である。
【図９】図９は、マイクロアレイの製造装置の制御ブロックを例示するブロック図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００  液体収容部、１０４  観察領域、１１０  基板、１１２  補充口、１２０  基板、１２２  液体収容室、１２４  貫通孔、１３０  基板、１３２  微細孔、１４０  基板、１４２  微細流路、１４４  微細孔、２００  液滴吐出ヘッド、２１０  電極基板、２１２  電極、２２０  加圧室基板、２２２  加圧室、２２４  振動板、２３０  ノズル基板、２３２  ノズル孔、４００  液滴吐出ユニット、５００  製造装置、５０２  基板、５１０  テーブル、５２０  Ｘ方向駆動軸、５３０  Ｙ方向駆動軸、５４０  駆動部、５５０  観察手段、５６０  液体補充手段、５７０  報知手段、６００  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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