(57)【要約】【課題】粒子懸濁液の使用量が少なく、液体保持手段に保持される液量が変動した場合でも吐出安定性に優れる液滴形成装置の提供。【解決手段】粒子懸濁液を保持する液体保持手段と、前記液体保持手段に前記粒子懸濁液を供給する液体供給手段と、ノズルが形成され、前記液体保持手段に保持された前記粒子懸濁液を振動により前記ノズルから液滴として吐出する液滴吐出手段と、前記液体供給手段と接続、又は一体化し、前記液体保持手段内の圧力を制御する圧力制御手段と、を有する液滴形成装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子懸濁液を保持する液体保持手段と、
前記液体保持手段に前記粒子懸濁液を供給する液体供給手段と、
ノズルが形成され、前記液体保持手段に保持された前記粒子懸濁液を振動により前記ノズルから液滴として吐出する液滴吐出手段と、
前記液体供給手段と接続、又は一体化し、前記液体保持手段内の圧力を制御する圧力制御手段と、を有することを特徴とする液滴形成装置。
【請求項２】
前記液滴吐出手段が、膜状部材からなる請求項１に記載の液滴形成装置。
【請求項３】
液量検知手段、及び液量算出手段の少なくともいずれかを更に有する請求項１から２のいずれかに記載の液滴形成装置。
【請求項４】
前記粒子懸濁液の粒子が、細胞である請求項１から３のいずれかに記載の液滴形成装置。
【請求項５】
前記液体供給手段及び前記圧力制御手段が、一体である請求項１から４のいずれかに記載の液滴形成装置。
【請求項６】
前記圧力制御手段が、バルブ、及びチャンバーを有する請求項１から５のいずれかに記載の液滴形成装置。
【請求項７】
前記液体保持手段内の圧力における最大値と最小値の差が、５Ｐａ以上２００Ｐａ以下である請求項１から６のいずれかに記載の液滴形成装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の液滴形成装置により液滴を形成することを特徴とする液滴形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴形成装置、及び液滴形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、幹細胞技術の進展に伴い、液滴形成装置のインクジェットヘッドから複数の細胞を吐出し、組織体を形成する技術が知られている。
【０００３】
例えば、細胞溶液を保持する液体保持手段と、細胞溶液を振動によりノズルから液滴として吐出する膜状部材と、大気開放部とを有する液滴形成装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、空気を用いて液体に作用する圧力を制御する液滴形成装置として、タンク内の空間の圧力を制御する圧力制御手段により、ヘッド内のインクに作用する圧力を適正な範囲内に保持するインクジェット方式画像形成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】
【０００４】
本発明は、粒子懸濁液の使用量が少なく、液体保持手段に保持される液量が変動した場合でも吐出安定性に優れる液滴形成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】
【０００５】
前記課題を解決するための手段としての本発明の液滴形成装置は、粒子懸濁液を保持する液体保持手段と、前記液体保持手段に前記粒子懸濁液を供給する液体供給手段と、ノズルが形成され、前記液体保持手段に保持された前記粒子懸濁液を振動により前記ノズルから液滴として吐出する液滴吐出手段と、前記液体供給手段と接続、又は一体化し、前記液体保持手段内の圧力を制御する圧力制御手段と、を有する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によると、粒子懸濁液の使用量が少なく、液体保持手段に保持される液量が変動した場合でも吐出安定性に優れる液滴形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の実施形態の液滴形成装置の一例を示す概略図である。
【図２】図２は、第１の実施形態の液滴形成装置において、液体供給手段から液体保持手段への細胞懸濁液の直接供給を説明するための概略図である。
【図３】図３は、第１の実施形態の変形例の液滴形成装置の一例を示す概略図である。
【図４】図４は、第２の実施形態の液滴形成装置の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（液滴形成装置、及び液滴形成方法）
本発明の液滴形成装置は、粒子懸濁液を保持する液体保持手段と、前記液体保持手段に前記粒子懸濁液を供給する液体供給手段と、ノズルが形成され、前記液体保持手段に保持された前記粒子懸濁液を振動により前記ノズルから液滴として吐出する液滴吐出手段と、前記液体供給手段と接続、又は一体化し、前記液体保持手段内の圧力を制御する圧力制御手段と、を有し、液量検知手段、及び液量算出手段の少なくともいずれかを有することが好ましく、更に必要に応じて、その他の手段を有する。
【０００９】
本発明の液滴形成方法は、本発明の液滴形成装置により液滴を形成し、液量検知工程、及び液量算出工程の少なくともいずれかを含むことが好ましく、更に必要に応じて、その他の工程を含む。
前記液量検知工程、及び前記液量算出工程は、前記液量検知手段、及び前記液量算出手段により行うことができ、前記その他の工程は、前記その他の手段により行うことができる。
以下、本発明の液滴形成装置の説明を通じて、本発明の液滴形成方法についても説明する。
【００１０】
本発明の液滴形成装置及び液滴形成方法は、従来の粒子懸濁液を液滴として形成する液滴形成装置では、液供給及び液滴吐出により、液体保持手段に保持されている粒子懸濁液の液量が深さ１ｍｍから５ｍｍ程度のわずかな量でも変動すると、吐出ヘッドのノズルに掛かる圧力が１０Ｐａから５０Ｐａ程度変動し、吐出する液滴の大きさ及び速度が変化してしまうため、吐出安定性が低下するという問題があるという知見に基づくものである。
この点に関し、液体保持手段の断面積を大きくすることより、保持されている粒子懸濁液の液面の変動を小さくすることは可能である。
本発明の液滴形成装置及び液滴形成方法は、従来の液滴形成装置及びインクジェット方式画像形成装置では、断面積の大きい液体保持手段、ヘッドと独立したタンクなどを備える必要があり、使用する液体の量が多くなることから、少量の粒子懸濁液の場合には適用できないという問題があるという知見に基づくものである。
【００１１】
本発明者らは、上記した課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を得た。具体的には、液体保持手段内の粒子懸濁液の液量が多い場合は、前記ノズルに掛かる水頭圧は高くなり、液体保持手段内の粒子懸濁液の液量が少ない場合は、前記ノズルに掛かる水頭圧は低くなる。そこで、前記液滴形成装置において、粒子懸濁液を液体保持手段に設定量保持した場合の水頭圧（以下、「設計水頭圧」とも称することがある。）を基準とし、前記圧力制御手段は、液体保持手段に実際に保持されている粒子懸濁液による前記ノズルに掛かる水頭圧に応じて液体保持手段内の圧力を制御し、ノズルに掛かる圧力を設計水頭圧に近づける。これにより、液体保持手段内の粒子懸濁液の液量によらず、ノズルに掛かる水頭圧がほぼ一定となるため、ノズルから吐出される液滴の大きさ、及び速度の変動を小さくすることができ、液体保持手段に保持される液量が変動した場合でも吐出安定性を向上させることができる。
【００１２】
＜液体保持手段＞
前記液体保持手段は、粒子懸濁液を保持する手段である。
前記液体保持手段の形状、大きさ、材質、及び構造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。
前記液体保持手段の材質としては、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム等の金属、シリコン、セラミックス、高分子材料などが挙げられる。
【００１３】
＜液体供給手段＞
前記液体供給手段は、前記液体保持手段に前記粒子懸濁液を供給する手段である。
前記液体供給手段の形状、大きさ、材質、及び構造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。
【００１４】
前記液体供給手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、マイクロピペット、シリンジ、チューブなどが挙げられる。また、ユーザによって前記粒子懸濁液を供給されてもよい。更に、前記液体供給手段は、例えば、液体保持手段内の粒子懸濁液の液量が規定量以下となった場合に、自動で粒子懸濁液を液体保持手段に供給する構成を備えてもよい。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００１５】
前記液体供給手段は、前記液体保持手段に、前記粒子懸濁液を直接供給してもよいし、他の手段を経由して供給してもよい。
液体供給手段から液体保持手段へ粒子懸濁液を直接供給する場合は、粒子懸濁液が経由する経路が短いため、粒子懸濁液が、例えば１０μＬ程度と極少量の場合でも、粒子懸濁液を無駄なく液体保持手段に供給することができる。特に、粒子懸濁液が大量に入手できるものではなく、高価であり、粒子を液体保持手段内に長時間保持することが困難である場合に有効である。
【００１６】
＜液滴吐出手段＞
前記液滴吐出手段は、ノズルが形成され、前記液体保持手段に保持された前記粒子懸濁液を振動により前記ノズルから液滴として吐出する手段である。
【００１７】
前記ノズルとしては、膜状部材の略中心に、実質的に真円状の貫通孔として形成されていることが好ましい。
【００１８】
本発明の液滴形成装置において、ノズルの径としては、２０μｍ以上２００μｍ以下が好ましく、６０μｍ以上１５０μｍ以下がより好ましい。
前記ノズルの径としては、特に限定はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、粒子懸濁液の粒子がノズルに詰まることを防ぐため、粒子径の２倍以上とすることが好ましい。前記粒子として、動物細胞、特にヒトの細胞を用いる場合は、細胞の大きさは一般的に１０μｍから３０μｍ程度である。したがって、ノズルの径を、２０μｍ以上とすることが好ましい。また、液滴が大きくなり過ぎると、微小な液滴を形成することが困難になるため、ノズルの径は、２００μｍ以下であることが好ましい。
【００１９】
−膜状部材−
前記液滴吐出手段は、膜状部材からなることが好ましい。
膜状部材は、ノズルが形成され，液体保持手段に保持された液体をその振幅運動による振動によりノズルから液滴として吐出する部材である。なお、膜状部材は振動部材により振動される。
前記膜状部材は、液体保持手段の下端部に配置された部材であり、膜状部材の略中心には貫通孔であるノズルが形成される。
前記液体保持手段に保持された粒子懸濁液は、膜状部材の振動によりノズルから液滴として吐出される。
【００２０】
膜状部材の平面形状、大きさ、材質、及び構造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。
膜状部材の平面形状としては、例えば、円形、楕円形、長方形、正方形、菱形等の多角形などが挙げられる。
【００２１】
前記膜状部材の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、柔らかすぎると膜状部材が簡単に振動し、吐出しないときに直ちに振動を抑えることが困難であるため、ある程度の硬さを有する材質を用いることが好ましく、例えば、金属、セラミックス、高分子材料などが挙げられる。
また、前記膜状部材の材質としては、粒子懸濁液の粒子に対する付着性が低いことが好ましい。特に、前記粒子として細胞を用いる場合、膜状部材に対する細胞の付着性は、一般的に、膜状部材の材質における水との接触角に依存性すると考えられており、膜状部材の材質の親水性が高い場合、又は膜状部材の材質の疎水性が高い場合、膜状部材に対する細胞の付着性が低くなる傾向がある。
前記親水性が高い材質としては、例えば、金属、金属酸化物等のセラミックスなどが挙げられる。また、前記疎水性が高い材質としては、例えば、フッ素樹脂などが挙げられる。
前記膜状部材の材質としては、具体的には、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、二酸化ケイ素、アルミナ、ジルコニアなどが挙げられる。
また、膜状部材の表面をコーティングし、膜状部材に対する細胞の付着性を低くしてもよい。具体的には、膜状部材の表面を金属、金属酸化物、細胞膜を模した合成リン脂質ポリマーなどの材料によりコーティングすることなどが挙げられる。
前記細胞膜を模した合成リン脂質ポリマーとしては、例えば、２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（商品名：Ｌｉｐｉｄｕｒｅ、日油株式会社製）などが挙げられる。
【００２２】
−振動部材−
前記液滴吐出手段は、振動部材により前記膜状部材を振動させてノズルから液滴を吐出することが好ましい。
【００２３】
前記振動部材は、膜状部材の上面、又は下面に形成される。
振動部材の形状、大きさ、材質、及び構造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。
前記振動部材の形状としては、特に制限はなく、膜状部材の形状に合わせて適宜設計することができるが、例えば、膜状部材の平面形状が円形である場合には、ノズルの周囲に平面形状が円環状（リング状）の振動部材を形成することが好ましい。
【００２４】
前記振動部材として圧電素子を用いる場合には、例えば、圧電材料の上面及び下面に電圧を印加するための電極を設けた構造とすることができる。この場合、駆動手段から圧電素子の上下電極間に電圧を印加することによって膜の面横方向に圧縮応力が加わり、膜状部材を膜の面上下方向に振動させることができる。
前記圧電材料としては、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、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、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が挙げられる。
【００２５】
また、前記振動部材としては、例えば、膜状部材と線膨張係数が異なる部材を前記膜状部材に取り付け、前記線膨張係数が異なる部材を加熱することにより、膜状部材を振動させてもよい。
この場合、前記線膨張係数の異なる部材にヒータを取り付け、前記線膨張係数の異なる部材が通電すると、前記ヒータが加熱し、膜状部材を振動させる構成とすることが好ましい。
【００２６】
＜圧力制御手段＞
前記圧力制御手段は、前記液体供給手段と接続、又は一体化し、前記液体保持手段内の圧力を制御する手段である。
【００２７】
前記液体保持手段内の前記粒子懸濁液の液量が多い場合は、前記ノズルに掛かる水頭圧は高くなり、前記液体保持手段内の前記粒子懸濁液の液量が少ない場合は、前記ノズルに掛かる水頭圧は低くなる。
そこで、前記液滴形成装置において、設計水頭圧を基準とし、前記圧力制御手段は、液体保持手段に実際に保持されている粒子懸濁液による前記ノズルに掛かる水頭圧に応じて液体保持手段内の圧力を制御し、ノズルに掛かる圧力を設計水頭圧に近づける。これにより、前記液体保持手段内の前記粒子懸濁液の液量によらず、ノズルに掛かる水頭圧がほぼ一定となるため、前記ノズルから吐出される液滴の大きさ、及び速度の変動を小さくすることができる。
【００２８】
前記圧力制御手段としては、前記液体供給手段と接続、又は一体化し、前記液体保持手段内の圧力を制御するものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜設計することができ、例えば、マイクロピペット、シリンジ、チューブなどが挙げられる。
また、前記圧力の制御方法としては、例えば、液体保持手段内に液体を供給又は吸引すること、液体保持手段内に加圧空気を導入又は液体保持手段内に存在する空気を吸引することなどが挙げられる。
【００２９】
前記液体供給手段及び前記圧力制御手段は、別体であってもよいし、一体となっていてもよいが、液滴形成装置内の空間を有効に利用する点、及び液体保持手段内の粒子懸濁液の液量が規定量以下となった場合に、自動で粒子懸濁液を液体保持手段に供給する構成を備える必要がない点から、一体であることが好ましい。
前記液体供給手段及び前記圧力制御手段が一体である構成とは、例えば、圧力制御手段が液体供給手段としての機能を持つ構成が挙げられる。具体的には、マイクロピペット、シリンジ、チューブなどを、液体供給手段兼圧力制御手段とする構成が挙げられる。
【００３０】
前記液体保持手段内の圧力における最大値と最小値の差としては、ノズルに掛かる水頭圧をほぼ一定にする点から、５Ｐａ以上２００Ｐａ以下が好ましく、１０Ｐａ以上１００Ｐａ以下がより好ましい。
【００３１】
＜液量検知手段、液量算出手段、液量検知方法、及び液量算出方法＞
本発明の液滴形成装置は、液量検知手段、及び液量算出手段の少なくともいずれかを更に有することが好ましい。
本発明の液滴形成方法における液量検知方法、及び液量算出方法は、本発明の液滴形成装置の液量検知手段、及び液量算出手段により行うことができる。
【００３２】
前記液量検知手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、液体保持手段の内壁面の深さ方向に配置された電極などが挙げられる。前記粒子懸濁液は、塩を含む場合、導電性が高くなることから、複数の電極間の導通、抵抗値などを調べることにより、粒子懸濁液の液量の深さを検知することができる。
また、前記液量検知手段として、例えば、発光素子が発した光を前記粒子懸濁液の液面で反射させ、三角測量の原理に基づく位置にポジションセンサを配置し、前記ポジションセンサに前記光を入射させることにより、前記ポジションセンサに入射した光の位置から、前記粒子懸濁液の液面までの距離を算出してもよい。
【００３３】
前記液量算出手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記ポジションセンサの受信信号を、予め設定された換算式又はルックアップテーブルに基づき、前記粒子懸濁液の液量に換算することなどが挙げられる。
また、前記液量算出手段としては、液体保持手段に保持された粒子懸濁液をノズルから液滴として吐出した回数により粒子懸濁液の消費量を算出し、予め設定された換算式又はルックアップテーブルに基づき、細胞懸濁液の液量に換算することなどが挙げられる。
【００３４】
本発明の液滴形成装置は、前記液量検知手段、及び前記液量算出手段の少なくともいずれかを有することにより、液体保持手段内の粒子懸濁液の液量の深さを判断できるため、前記粒子懸濁液により前記ノズルに掛かる水頭圧を求めることで、液体保持手段内の圧力を制御し、前記ノズルに掛かる圧力を設計水頭圧に近づけることができる。
【００３５】
＜その他の手段、及びその他の工程＞
本発明の液滴吐出装置は、必要に応じてその他の手段を有してもよい。前記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、例えば、光照射手段、受光手段、駆動手段、記録手段などが挙げられる。
本発明の液滴形成方法は、必要に応じてその他の工程を含んでいてもよい。前記その他の工程としては、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、光照射工程、受光工程、駆動工程、記録工程などが挙げられる。
【００３６】
＜粒子懸濁液＞
本願発明の液滴形成装置は、粒子懸濁液を含む。前記粒子懸濁液は、少なくとも１つの粒子を含有し、更に必要に応じて、その他の成分を含む。
前記粒子懸濁液としては、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、細胞を含有する細胞懸濁液が好ましい。
前記細胞懸濁液としては、細胞が分散した状態が好ましい。
【００３７】
−細胞懸濁液−
前記細胞懸濁液は、細胞、及び液体を含み、更に必要に応じて、その他の成分を含む。
前記細胞としては、例えば、動物細胞が挙げられ、特にヒト由来の動物細胞などが挙げられる。また、前記液体としては、前記細胞と親和性が高い液体が好ましく、例えば、水などが挙げられる。
前記細胞懸濁液としては、前記液体と前記細胞との浸透圧を調整するため、塩をさらに含むことが好ましい。また、前記細胞懸濁液は、ｐＨを調整するため、ｐＨ調整剤をさらに含むことが好ましい。
前記細胞懸濁液としては、適宜調製したものを使用してもよい。前記調製したものとしては、例えば、ｐＨを調整したＴｒｉｓバッファ水溶液、Ｃａ、Ｋ、Ｎａ等の金属塩を培養液と同等に加えたリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ溶液）に細胞を懸濁させたものなどが挙げられる。
【００３８】
前記細胞は、培地で培養された後、前記培地から回収されたものが好ましい。
前記細胞を培養する培地としては、通常用いられる細胞培養用培地であれば特に制限はなく、用いる細胞の種類などの目的に応じて適宜選択することができ、例えば、「改訂培養細胞実験ハンドブック」（出版：株式会社羊土社）の６１ページ、及び６２ページに記載の無血清培地、血清を含む培地などが挙げられる。
前記無血清培地としては、例えば、ＢＭＥ培地、ＭＥＭ培地、αＭＥＭ培地、ＤＭＥＭ培地、ＩＭＤＭ培地、ＲＰＭＩ培地、Ｆ１０培地、Ｆ１２培地等のハム培地、ＭＣＤＢ１０４、ＭＣＤＢ１０７、ＭＣＤＢ１３１、ＭＣＤＢ１５１、ＭＣＤＢ１７０、ＭＣＤＢ２０２等のＭＣＤＢ培地、ＲＩＴＣ８０−７培地、ＥＳ培地、ＤＭ−１６０培地、Ｆｉｓｈｅｒ培地、ＷＥ培地、ＲＰＭＩ１６４０培地、及びこれらを２種類以上混合したもの、各種細胞成長因子、細胞接着因子、ホルモン、結合タンパク質、脂質、抗生物質、アミノ酸等を加えたものなどが挙げられる。
前記無血清培地に、ウシ胎児血清などの血清を加えてもよい。
【００３９】
前記培地としては、市販品を使用することができ、前記市販品としては、例えば、無血清培地（登録商標：Ｇｉｂｃｏ、サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製）などが挙げられる。
前記培地としては、最終的な細胞組織体の臨床応用を考慮し、動物由来の成分を含まないことが好ましい。
【００４０】
以下、本発明の液滴形成装置の実施形態について図面を参照して詳細に説明するが、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。
【００４１】
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態の液滴形成装置の一例を示す概略図である。
図１における液滴形成装置１０は、液体保持手段１１と、蓋１５と、液体供給手段及び圧力制御手段としてのマイクロピペット１６と、液滴吐出手段としてのノズル１２１、及び膜状部材１２と、を有している。液体保持手段１１は、粒子懸濁液として、細胞３５０を含有する細胞懸濁液３００を保持している。
マイクロピペット１６は、液体保持手段１１内の圧力を制御することができる。
膜状部材１２は、液体保持手段１１の下端部に固定され、膜状部材１２の略中心に、貫通孔であるノズル１２１が形成されている。液体保持手段１１に保持された細胞懸濁液３００は、膜状部材１２の振動により、ノズル１２１から液滴として吐出される。
【００４２】
液体保持手段１１内の細胞懸濁液３００の液量が多い場合は、ノズル１２１に掛かる水頭圧は高くなり、液体保持手段１１内の細胞懸濁液３００の液量が少ない場合は、ノズル１２１に掛かる水頭圧は低くなる。
液滴形成装置１０において、設計水頭圧を基準とし、液体供給手段及び圧力制御手段としてのマイクロピペット１６は、液体保持手段１１内に細胞懸濁液３００を供給し、また、液体保持手段１１に保持されている細胞懸濁液３００によりノズル１２１に掛かる水頭圧に応じて液体保持手段１１内の圧力を制御し、ノズル１２１に掛かる圧力を設計水頭圧に近づける。したがって、液体保持手段１１内の細胞懸濁液３００の液量によらず、ノズル１２１に掛かる水頭圧がほぼ一定となり、ノズル１２１から吐出される液滴の大きさ、及び速度の変動を、小さくすることができる。
【００４３】
膜状部材１２の下面側には、振動部材としての圧電素子１３が形成されている。圧電素子１３の形状は、膜状部材１２の形状に合わせて設計することができ、例えば、膜状部材１２の平面形状が円形である場合には、ノズル１２１の周囲に平面形状が円環状（リング状）の圧電素子１３を形成することができる。
圧電素子１３は、圧電材料の上面及び下面に電圧を印加するための電極を設けた構造であり、圧電素子１３の上下電極間に電圧を印加することによって膜の面横方向に圧縮応力が加わり、膜状部材１２を膜の面上下方向に振動させることができる。
【００４４】
液滴形成装置１０は、液量検知手段として、液体保持手段１１の内壁面の深さ方向に、電極１４を配置している。
細胞懸濁液３００は、一般的に塩を含む水溶液からなるため、導電性が高く、複数の電極１４間の導通、抵抗値などを調べることにより、細胞懸濁液３００の液量の深さを検知することができる。
【００４５】
図２は、第１の実施形態の液滴形成装置において、液体供給手段から液体保持手段への細胞懸濁液の直接供給を説明するための概略図である。
図２における液滴形成装置１０Ａでは、液体供給手段としてのマイクロピペット１６から液体保持手段１１へ細胞懸濁液３００を直接供給している。このような構成の場合、細胞懸濁液３００が経由する経路が短いため、細胞懸濁液３００が、例えば１０μＬ程度と極少量の場合でも、細胞懸濁液３００を無駄なく液体保持手段１１に供給することができる。特に、細胞懸濁液３００が、大量に入手できるものではなく、高価であり、細胞３５０を液体保持手段１１内に長時間保持することが困難である場合において有効である。
【００４６】
＜＜第１の実施形態の変形例＞＞
図３は、第１の実施形態の変形例の液滴形成装置の一例を示す概略図である。なお、第１の実施形態において、既に説明した実施の形態と同一の構成については、同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００４７】
図３に示す液滴形成装置１０Ｂは、圧力制御手段として、マイクロピペット１６、バルブ１９Ｂ、チャンバー２１、バルブ１９Ａ、及び配管２０を順に連結したものである。配管２０のチャンバー２１とは反対の方向には、更にシリンジ（不図示）などの圧力制御手段を連結する。
【００４８】
気相１１１を加圧する際には、バルブ１９Ｂを閉じた後にバルブ１９Ａを開き、配管２０に加圧空気を導入する。その後、バルブ１９Ａを閉じ、マイクロピペット１６を蓋１５に押し込み密着させた後、バルブ１９Ｂを開くことにより、加圧空気を気相１１１に導入することができる。このとき、チャンバー２１の体積を気相１１１の体積と比較して十分小さくすることにより、気相１１１の圧力上昇幅を小さくすることができるため、高精度のポンプ及び圧力計を使用せずに、１０Ｐａから５０Ｐａ程度の微小な圧力を制御することができる。
また、前記開閉を複数回繰り返すことにより、気相１１１の圧力を段階的に上げることができるため、ノズルに掛かる水頭圧を制御することができる。
【００４９】
＜第２の実施形態＞
図４は、第２の実施形態の液滴形成装置の一例を示す概略図である。なお、第１の実施形態において、既に説明した実施の形態と同一の構成については、同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００５０】
図４の液滴形成装置１０Ｃは、液量検知手段として、液体保持手段１１の上方に、発光素子１７及びポジションセンサ１８を配置している。また、蓋１５を透明な素材としている。
【００５１】
発光素子１７が発した光は、細胞懸濁液３００の液面３００Ａ、液面３００Ｂなどで正反射し、三角測量の原理に基づき配置されたポジションセンサ１８に入射する。これにより、ポジションセンサ１８に入射した光の位置から、細胞懸濁液３００の液面までの距離を算出することができる。
なお、換算式又はルックアップテーブルを予め設定しておき、ポジションセンサ１８の受信信号を、細胞懸濁液３００の液量に換算して、液量算出手段としてもよい。
【００５２】
本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
＜１＞  粒子懸濁液を保持する液体保持手段と、
前記液体保持手段に前記粒子懸濁液を供給する液体供給手段と、
ノズルが形成され、前記液体保持手段に保持された前記粒子懸濁液を振動により前記ノズルから液滴として吐出する液滴吐出手段と、
前記液体供給手段と接続、又は一体化し、前記液体保持手段内の圧力を制御する圧力制御手段と、を有することを特徴とする液滴形成装置である。
＜２＞  前記液滴吐出手段が、膜状部材からなる前記＜１＞に記載の液滴形成装置である。
＜３＞  前記膜状部材を振動させる振動部材をさらに有する前記＜２＞に記載の液滴形成装置である。
＜４＞  前記膜状部材の材質が、金属、セラミックス、及び高分子材料の少なくともいずれかである前記＜２＞から＜３＞のいずれかに記載の液滴形成装置である。
＜５＞  液量検知手段、及び液量算出手段の少なくともいずれかをさらに有する前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の液滴形成装置である。
＜６＞  前記粒子懸濁液の粒子が、細胞である前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の液滴形成装置である。
＜７＞  前記細胞を培養する培地が、動物由来の成分を含まない前記＜６＞に記載の液滴形成装置である。
＜８＞  前記液体供給手段及び前記圧力制御手段が、一体である前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の液滴形成装置である。
＜９＞  前記圧力制御手段が、バルブ、及びチャンバーを有する前記＜１＞から＜８＞のいずれかに記載の液滴形成装置である。
＜１０＞  前記ノズルの径が、２０μｍ以上２００μｍ以下である前記＜１＞から＜９＞のいずれかに記載の液滴形成装置である。
＜１１＞  前記ノズルの径が、６０μｍ以上２００μｍ以下である前記＜１０＞に記載の液滴形成装置である。
＜１２＞  前記液体保持手段内の圧力における最大値と最小値の差が、５Ｐａ以上２００Ｐａ以下である前記＜１＞から＜１１＞のいずれかに記載の液滴形成装置である。
＜１３＞  前記液体供給手段は、液体保持手段内の粒子懸濁液の液量が規定量以下となった場合に、自動で粒子懸濁液を液体保持手段に供給する構成を有する前記＜１＞から＜１２＞のいずれかに記載の液滴形成装置である。
＜１４＞  前記粒子懸濁液が、塩をさらに含む前記＜１＞から＜１３＞のいずれかに記載の液滴形成装置である。
＜１５＞  前記粒子懸濁液が、ｐＨ調整剤をさらに含む前記＜１＞から＜１４＞のいずれかに記載の液滴形成装置である。
＜１６＞  前記＜１＞から＜１５＞のいずれかに記載の液滴形成装置により液滴を形成することを特徴とする液滴形成方法である。
＜１７＞  液量検知工程、及び液量算出工程の少なくともいずれかをさらに含む前記＜１６＞に記載の液滴形成方法である。
【００５３】
前記＜１＞から＜１５＞のいずれかに記載の液滴形成装置、及び前記＜１６＞から＜１７＞のいずれかに記載の液滴形成方法によると、従来における諸問題を解決し、本発明の目的を達成することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ      液滴形成装置
１１      液体保持手段
１２      膜状部材
１３      圧電素子
１４      電極
１５      蓋
１６      マイクロピペット
１７      発光素子
１８      ポジションセンサ
１９Ａ、１９Ｂ      バルブ
２０      配管
２１      チャンバー
１１１      気相
１２１      ノズル
３００      細胞懸濁液
３００Ａ、３００Ｂ      液面
３２０      液
３５０      細胞
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５５】
【特許文献１】特開２０１６−１１６４８９号公報
【特許文献２】特開２００６−３２６８５５号公報
【図１】
2018148817.tif 000003
【図２】
2018148817.tif 000004
【図３】
2018148817.tif 000005
【図４】
2018148817.tif 000006