(57)【要約】【課題】細胞溶液を安定的に吐出することが可能な液滴形成装置を提供すること。【解決手段】本液滴形成装置は、細胞を含有する細胞溶液を保持する液体保持部と、ノズルが形成され、前記液体保持部に保持された前記細胞溶液を振動により前記ノズルから液滴として吐出する膜状部材と、前記液体保持部内を大気に開放する大気開放部と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞を含有する細胞溶液を保持する液体保持部と、
ノズルが形成され、前記液体保持部に保持された前記細胞溶液を振動により前記ノズルから液滴として吐出する膜状部材と、
前記液体保持部内を大気に開放する大気開放部と、を有する液滴形成装置。
【請求項２】
前記大気開放部から前記細胞溶液を前記液体保持部に直接供給する液供給手段を有する請求項１記載の液滴形成装置。
【請求項３】
前記液体保持部の上方に上蓋が設けられており、
前記上蓋には、前記大気開放部を大気と連通させる、前記液体保持部より断面積の小さい孔が形成されている請求項１又は２記載の液滴形成装置。
【請求項４】
前記液体保持部の上方に、前記大気開放部を開閉する開閉機構が設けられている請求項１乃至３の何れか一項記載の液滴形成装置。
【請求項５】
前記開閉機構には、屈曲した流路が設けられ、
前記流路の断面積は、前記液体保持部の断面積より小さく、
前記開閉機構が閉じられた際に、前記大気開放部は前記流路を介して大気と連通し、
前記開閉機構が開かれた際に、前記大気開放部は前記流路を介さずに大気と連通する請求項４記載の液滴形成装置。
【請求項６】
前記液体保持部は、前記細胞溶液の上面に、前記細胞溶液よりも比重が軽く、前記細胞溶液の主たる溶媒に対して溶解性を持たない溶媒層を保持している請求項１乃至５の何れか一項記載の液滴形成装置。
【請求項７】
前記細胞溶液の液量を検知する液量検知手段を有する請求項１乃至６の何れか一項記載の液滴形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、幹細胞技術の進展に伴い、複数の細胞をインクジェットで吐出し組織体を形成する技術の開発が行われている。インクジェットの方式としては、圧電素子を用いた圧電加圧方式、ヒータを用いたサーマル方式、静電引力によって液を引っ張る静電方式等が挙げられる。この中でも、圧電加圧方式は、他の方式と比べて熱や電場によるダメージを細胞に与え難いため、細胞溶液の液滴形成に用いるのに好適である。
【０００３】
従来の一般的な圧電加圧方式のインクジェットヘッドは、加圧液室における液の圧縮を利用して液滴を形成するものである。このため、加圧液室内に気泡が混入した際には液を圧縮することができず、不吐出になる問題があった。細胞溶液は溶媒が水であり、一般的なインクジェットインクで用いられる界面活性剤は細胞へのダメージがあることから用いることができず、高表面張力であるがために気泡を巻き込みやすいという大きな問題があった。
【０００４】
更に、一般的なインクジェットヘッドでは気泡が混入した状態から通常の状態に復帰させるためには、液室を加圧する、若しくはノズル部から液を吸引することによって、ノズル部から大量の液を排出し気泡を同時に取り除くことを行っている。しかしながら、細胞溶液は通常のインクジェットインクよりも高価で貴重なものであるから、この手法で気泡を排除することは望ましくない。
【０００５】
これに対して、膜を屈曲モードアクチュエータによって振動させることにより、膜上の液を噴霧させる小水滴製造装置が開示されている。この装置では、液室における加圧力を用いることなく、膜の上に形成された液を直接飛翔させることが可能である。そのため、一般的なインクジェットヘッドに比べて気泡の影響を低減することができる（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の装置を細胞溶液の液滴形成に用いた場合には、液室内に残留した気泡の存在によって膜の固有振動数がシフトするため、一定量以上の気泡が混入した状態では液滴形成状態に影響が出る。そのため、細胞溶液を長時間に亘って安定的に吐出することが困難である。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、細胞溶液を安定的に吐出することが可能な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】
【０００８】
本液滴形成装置は、細胞を含有する細胞溶液を保持する液体保持部と、ノズルが形成され、前記液体保持部に保持された前記細胞溶液を振動により前記ノズルから液滴として吐出する膜状部材と、前記液体保持部内を大気に開放する大気開放部と、を有することを要件とする。
【発明の効果】
【０００９】
開示の技術によれば、細胞溶液を安定的に吐出することが可能な液滴形成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施の形態に係る液滴形成装置を例示する断面図である。
【図２】圧電素子の上下電極に印加される電圧を例示する図である。
【図３】液滴が形成される過程を例示する図である。
【図４】第１の実施の形態の変形例１に係る液滴形成装置を例示する断面図（その１）である。
【図５】第１の実施の形態の変形例１に係る液滴形成装置を例示する断面図（その２）である。
【図６】第１の実施の形態の変形例１に係る液滴形成装置を例示する断面図（その３）である。
【図７】第１の実施の形態の変形例２に係る液滴形成装置を例示する断面図である。
【図８】第１の実施の形態の変形例３に係る液滴形成装置を例示する断面図（その１）である。
【図９】第１の実施の形態の変形例３に係る液滴形成装置を例示する断面図（その２）である。
【図１０】第１の実施の形態の変形例３に係る液滴形成装置を例示する断面図（その３）である。
【図１１】第１の実施の形態の変形例３に係る液滴形成装置を例示する断面図（その４）である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。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。
【００１２】
〈第１の実施の形態〉
［液滴形成装置の構造］
まず、第１の実施の形態に係る液滴形成装置について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る液滴形成装置を例示する断面図である。図１を参照するに、液滴形成装置１０は、液室１１と、メンブレン１２と、圧電素子１３とを有する。図１では、液室１１に細胞３５０を含有する細胞溶液３００が保持されている状態を模式的に示している。
【００１３】
なお、本実施の形態では、便宜上、液室１１側を上側、圧電素子１３側を下側とする。又、各部位の液室１１側の面を上面、圧電素子１３側の面を下面とする。又、平面視とは対象物をメンブレン１２の上面の法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物をメンブレン１２の上面の法線方向から視た形状を指すものとする。
【００１４】
液滴形成装置１０において、液室１１は、細胞３５０を含有する（細胞３５０が分散された）細胞溶液３００を保持する液体保持部であり、例えば、金属やシリコン、セラミック等から形成することができる。液室１１は、液室１１内を大気に開放する大気開放部１１１を上部に有しており、細胞溶液３００中に混入した気泡を大気開放部１１１から排出可能に構成されている。
【００１５】
メンブレン１２は、液室１１の下端部に固定された膜状部材である。メンブレン１２の略中心には貫通孔であるノズル１２１が形成されており、液室１１に保持された細胞溶液３００はメンブレン１２の振動によりノズル１２１から液滴として吐出される。メンブレン１２の平面形状は、例えば、円形とすることができるが、楕円状や四角形等としてもよい。
【００１６】
メンブレン１２の材質としては特に限定はないが、柔らか過ぎるとメンブレン１２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、ある程度の硬さがある材質を用いることが好ましい。メンブレン１２の材質としては、例えば、金属材料やセラミック材料、ある程度硬さのある高分子材料等を用いることができる。なお、特に細胞３５０に対する付着性の低い材料であることが好ましい。
【００１７】
細胞の付着性は一般的に材質の水との接触角に依存性があると言われており、材質の親水性が高い又は疎水性が高いときには細胞の付着性が低い。親水性の高い材料としては各種金属材料やセラミック（金属酸化物）を用いることが可能であり、疎水性が高い材料としてはフッ素樹脂等を用いることが可能である。
【００１８】
このような材料の一例としては、ステンレス鋼やニッケル、アルミニウム等や、二酸化ケイ素、アルミナ、ジルコニア等を挙げることができる。他にも、材料表面をコーティングすることで細胞接着性を低下させることも考えられ、材料表面を前述の金属又は金属酸化物材料でコーティングすることや、細胞膜を模した合成リン脂質ポリマー（例えば日油株式会社製、Lipidure）によってコーティングすることも可能である。
【００１９】
ノズル１２１は、メンブレン１２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。この場合、ノズル１２１の径としては特に限定はないが、細胞３５０がノズル１２１に詰まることを避けるため、細胞３５０の大きさの２倍以上とすることが好ましい。具体的には、動物細胞、特にヒトの細胞の大きさは一般的に１０μｍ〜３０μｍ程度であるため、ノズル１２１の径を、使用する細胞に合わせて２０μｍ〜６０μｍ以上とすることが好ましい。
【００２０】
一方で、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、ノズル１２１の径は２００μｍ以下であることが好ましい。つまり、本実施の形態に係る液滴形成装置１０においては、ノズル１２１の径は、典型的には２０μｍ〜２００μｍの範囲となる。
【００２１】
圧電素子１３は、メンブレン１２の下面側に形成されている。圧電素子１３の形状は、メンブレン１２の形状に合わせて設計することができる。例えば、メンブレン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を形成することが好ましい。
【００２２】
圧電素子１３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であり、圧電素子１３の上下電極に電圧を印加することによって紙面横方向に圧縮応力が加わりメンブレン１２を振動させることができる。圧電材料としては、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛を用いることができる。この他にも、ビスマス鉄酸化物、ニオブ酸金属物、チタン酸バリウム、或いはこれらの材料に金属や異なる酸化物を加えたもの等、様々な圧電材料を用いることができる。
【００２３】
但し、メンブレン１２を振動させる加振手段は圧電素子１３に限られない。例えば、メンブレン１２上にメンブレン１２とは線膨張係数が異なる材料を貼り付け、加熱することによって線膨張係数の差を利用してメンブレン１２を振動させることが可能である。この際、線膨張係数の異なる材料にヒータを形成し、通電によってヒータを加熱してメンブレン１２を振動させる構成とすることが好ましい。
【００２４】
細胞３５０は、例えば、動物細胞、特にヒト由来の細胞である。細胞溶液３００は、細胞３５０の他に細胞分散液を含んでおり、細胞分散液の主たる成分としては細胞３５０と親和性の高い水を用いることができる。更に、水溶液中には細胞３５０との浸透圧を調整するための塩、ｐＨを調整するためのｐＨ調整剤が含まれていることが好ましい。より具体的には、細胞分散液としては、ｐＨを調整したＴｒｉｓバッファ水溶液や、Ｃａ、Ｋ、Ｎａ等の金属塩を培養液と同等に加えたＰＢＳ溶液を用いることができる。
【００２５】
或いは、細胞分散液としては、当技術分野で通常用いられる細胞培養用培地であれば特に制限なく用いることができる。例えば、用いる細胞３５０の種類に応じて、ＭＥＭ培地、ＢＭＥ培地、ＤＭＥ培地、αＭＥＭ培地、ＩＭＤＭ培地、ＥＳ培地、ＤＭ−１６０培地、Ｆｉｓｈｅｒ培地、Ｆ１２培地、ＷＥ培地及びＲＰＭＩ１６４０培地等、朝倉書店発行「日本組織培養学会編 組織培養の技術第三版」のｐ５８１に記載されている基礎培地を用いることができる。
【００２６】
更に、基礎培地に血清（ウシ胎児血清等）、各種増殖因子、抗生物質、アミノ酸等を加えてもよい。又、Ｇｉｂｃｏ無血清培地（インビトロジェン社）等の市販の無血清培地等を用いることができる。最終的に得られる細胞組織体の臨床応用を考えると動物由来成分を含まない培地を使用することが好ましい。
【００２７】
［液滴形成装置の液滴形成過程］
次に、第１の実施の形態に係る液滴形成装置によって、液滴が形成される過程について説明する。図２は、圧電素子の上下電極に印加される電圧を例示する図である。図３は、液滴が形成される過程を例示する図である。
【００２８】
液滴形成装置１０の圧電素子１３の上下電極に図２に示すパルス状の電圧が印加された場合、図３に示すように液滴が形成される。まず、図２のＡのタイミングでは、図３（ａ）に示すように、メンブレン１２が急激に変形することによって、液室１１に保持された細胞溶液３００とメンブレン１２との間に高い圧力が発生し、この圧力によってノズル１２１から液滴３１０が外に押し出される。
【００２９】
次に、図２のＢのタイミングでは、図３（ｂ）に示すように、圧力が上方に緩和するまでの時間、ノズル１２１からの液押し出しが続き液滴３１０が成長する。最後に、図２のＣのタイミングでは、図３（ｃ）に示すように、メンブレン１２が元の状態に戻る際に、細胞溶液３００とメンブレン１２との界面近傍の液圧力が低下し、細胞３５０を含有する液滴３１０が形成される。
【００３０】
液滴形成装置１０において、液室１１内の細胞溶液３００中に気泡が混入する場合があるが、液滴形成装置１０では、液室１１の上部に大気開放部１１１が設けられているため、細胞溶液３００中に混入した気泡を大気開放部１１１を通じて外気に排出できる。これによって、気泡排出のために大量の液を捨てることなく、連続して安定的に液滴３１０を形成することが可能となる。
【００３１】
すなわち、ノズル１２１の近傍に気泡が混入した場合や、メンブレン１２上に多数の気泡が混入した場合には吐出状態に影響を及ぼすため、長い時間安定的に液滴の形成を行うためには、混入した気泡を排出する必要がある。通常、メンブレン１２上に混入した気泡は、自然に若しくはメンブレン１２の振動によって上方に移動するが、液室１１には大気開放部１１１が設けられているため、混入した気泡を大気開放部１１１から排出可能となる。
【００３２】
なお、液滴を形成しないタイミングで、液滴を形成しない範囲でメンブレン１２を振動させ、積極的に気泡を液室１１の上方に移動させてもよい。
【００３３】
このように、第１の実施の形態に係る液滴形成装置１０は、液室１１内を大気に開放する大気開放部１１１を有するため、液室１１内に気泡が混入しても大気開放部１１１を通じて気泡を外気に排出できる。そのため、通常の加圧液室を有するインクジェットヘッドとは異なり、液室１１に気泡が混入しても不吐出が発生することを防止可能となり、連続して安定的に液滴３１０を形成することができる。
【００３４】
〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態の変形例１では、液供給手段や液量検知手段を備えた液滴形成装置の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【００３５】
図４は、第１の実施の形態の変形例１に係る液滴形成装置を例示する断面図（その１）であり、液供給手段を備えた液滴形成装置の例を示している。図４を参照するに、液滴形成装置１０Ａは、大気開放部１１１からマイクロピペット１４により、液３２０（液室１１に溜まって細胞溶液３００となる液）を直接供給可能に構成されている。これにより、極少量（例えば１０μｌ程度）の細胞溶液３００を液滴形成装置１０Ａに直接供給することが可能となり、希少な溶液を有効に利用することができる。
【００３６】
但し、液供給手段としては、マイクロピペット１４に限らず、シリンジやチューブ等を用いてもよい。又、ユーザが手動で液３２０を適宜供給することも可能であるし、自動で液３２０を供給するシステムと組み合わせることも可能である。なお、マイクロピペット１４、シリンジ及びチューブは、本発明に係る液供給手段の代表的な一例である。
【００３７】
自動で液を供給する際には、例えば、保持されている細胞溶液３００の液量を検知する液量検知手段を液滴形成装置に備え、液面の位置に応じて液を供給することができる。又、液滴を吐出した回数をカウントし、所定回数以上の吐出動作を行った際に、液を自動で供給する構成としてもよい。
【００３８】
図５は、第１の実施の形態の変形例１に係る液滴形成装置を例示する断面図（その２）であり、液量検知手段を備えた液滴形成装置の例を示している。図５に示す液滴形成装置１０Ｂでは、液室１１の内壁面の深さ方向に複数の電極１５が設けられている。細胞溶液３００は一般に塩を含む水溶液であるため導電性が高く、複数の電極１５間の導通又は抵抗値を調べることにより、細胞溶液３００の液量を検知することが可能となる。
【００３９】
図６は、第１の実施の形態の変形例１に係る液滴形成装置を例示する断面図（その３）であり、液量検知手段を備えた液滴形成装置の他の例を示している。図６に示す液滴形成装置１０Ｃでは、液室１１の上方に、液量検知手段である発光素子１６及びポジションセンサ１７が設けられている。
【００４０】
ポジションセンサ１７は、発光素子１６から出射され、細胞溶液３００の液面３００Ａや液面３００Ｂで正反射された光を受光可能な位置に配されている。これにより、三角測量の原理に基づきポジションセンサ１７が受光した光の位置から、細胞溶液３００の液面までの距離を算出することができる。なお、ポジションセンサ１７の信号を、予め設定された換算式若しくはルックアップテーブルに基づいて、細胞溶液３００の液量に換算することが可能である。
【００４１】
このように、第１の実施の形態の変形例１に係る液滴形成装置１０Ａは、大気開放部１１１から液３２０を液室１１に直接供給する液供給手段を有している。これにより、液室１１に必要なときに必要な量だけ細胞溶液３００を供給し、少量で液滴形成を行うことができる。これは、一般的に簡単に大量に入手可能ではなく、非常に高価なものであり、液室１１内部に長時間保持しておくことができない細胞３５０を取り扱う液滴形成装置１０Ａにとって、大変重要なことである。
【００４２】
又、第１の実施の形態の変形例１に係る液滴形成装置１０Ｂ及び１０Ｃは、細胞溶液３００の液量を検知する液量検知手段を有している。これにより、細胞溶液３００の液面の位置に応じて液を自動で供給したり、液滴を吐出した回数に応じて液を自動で供給したりすることが可能となり、ユーザの利便性を向上できる。
【００４３】
〈第１の実施の形態の変形例２〉
第１の実施の形態の変形例２では、細胞溶液の乾燥を防止する手段を備えた液滴形成装置の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例２において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【００４４】
前述のように、細胞溶液３００を安定的に吐出するためには気泡の排出が重要であるが、一般的に細胞は乾燥に弱いという課題があるため、細胞溶液の乾燥を防止する手段を設けることも重要である。細胞溶液３００には、溶媒に細胞内部との浸透圧を調整するために塩が含まれている場合があり、又、細胞としては、細胞膜によって仕切られた動物細胞を用いる場合があるが、この場合には特に乾燥に注意を要する。
【００４５】
液滴形成装置１０（図１参照）では、液室１１に保持された細胞溶液３００が外気と接しているため、接触界面から外気への水分蒸発が起きる。水分蒸発によって、局所的に水分が少ない領域が形成されることとなり、細胞の乾燥や凝集、若しくは塩濃度の向上による細胞内水分の流出が起きる。このため、気泡排出の観点から外気と接触していることが望まれるが、一方で外気への水分蒸発は抑えたいという要望がある。
【００４６】
更に、液滴形成装置１０をバイオ研究で用いる場合があり、その場合に、細胞溶液３００に外部から菌、細胞、ウィルス、その他タンパク質等が混入することは問題である。よって、外部からのコンタミネーションを防ぐためにも外気との接触は最小限に抑えることが好ましい。そこで、本実施の形態に係る各液滴形成装置は細胞溶液の乾燥を防止する手段を備えている。
【００４７】
図７は、第１の実施の形態の変形例２に係る液滴形成装置を例示する断面図であり、乾燥防止手段を備えた液滴形成装置の例を示している。図７（ａ）を参照するに、液滴形成装置１０Ｄでは、液室１１の上方に上蓋１８が設けられている。そして、上蓋１８には、大気開放部１１１を大気と連通させるスルーホール１８１が形成されている。スルーホール１８１は、液室１１より断面積の小さい孔である。
【００４８】
液室１１の上方に、スルーホール１８１が形成された上蓋１８を設けることで、大気開放部１１１の大気と連通する部分の面積が減少する。そのため、細胞溶液３００の直上部の湿度を外気よりも高い状態に保つことが可能となり、水分の蒸発を最小限に抑えることができる。
【００４９】
ところで、図４に示す液滴形成装置１０Ａにおいて、マイクロピペット１４を用いて液３２０を自動又は手動によって供給する際に、マイクロピペット１４の先端位置が定まらないと、問題を生じる懸念がある。例えば、マイクロピペット１４の位置が高過ぎることによる液の飛び散りや、マイクロピペット１４の位置が低過ぎることによるメンブレン１２へのダメージ等である。
【００５０】
図７（ｂ）に示すように、液滴形成装置１０Ｄにおいて、上蓋１８に形成されたスルーホール１８１を介してマイクロピペット１４を押し込むことにより、マイクロピペット１４の先端が常に略一定の位置となる。これにより、マイクロピペット１４の先端位置のばらつきによる液の飛び散りやメンブレン１２へのダメージを防止することができる。なお、この場合、ユーザが使用するマイクロピペット１４の形状に合わせてスルーホール１８１の形状が設計されていることが好ましい。
【００５１】
このように、第１の実施の形態の変形例２に係る液滴形成装置１０Ｄでは、液室１１の上方に上蓋１８が設けられている。そして、上蓋１８には、大気開放部１１１を大気と連通させる、液室１１より断面積の小さい孔が形成されている。
【００５２】
これにより、液室１１内における水分蒸発量を最小限に抑え、乾燥により液室１１内の気液界面において塩濃度が高い状態になって細胞３５０内から水分が流出することを抑制し、細胞３５０に与えるダメージを低減することができる。すなわち、細胞溶液３００からの水分乾燥によって細胞３５０の活性が低下し、細胞３５０が死に至る懸念を低減できる。
【００５３】
なお、第１の実施の形態の変形例１で示した発光素子１６及びポジションセンサ１７を、上蓋１８の下面側（液室１１内部側）に設けてもよい。これにより、上蓋１８による乾燥防止効果を得られると共に、細胞溶液３００の液量を検知することができる。
【００５４】
〈第１の実施の形態の変形例３〉
第１の実施の形態の変形例３では、細胞溶液の乾燥を防止するために大気開放部を開閉する開閉機構を備えた液滴形成装置の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例３において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【００５５】
細胞溶液の乾燥による問題を回避するために、第１の実施の形態の変形例２に係る液滴形成装置は、乾燥防止手段を備えていたが、液滴形成装置の大気開放部に大気との連通を開閉可能な開閉機構が設けられていることがより好ましい。
【００５６】
図８は、第１の実施の形態の変形例３に係る液滴形成装置を例示する断面図（その１）であり、開閉機構を備えた液滴形成装置の例を示している。図８を参照するに、液滴形成装置１０Ｅでは、上蓋１８の上に更に開閉機構１９が設置されている。開閉機構１９の形態は特に限定されないが、例えば、上蓋１８上に形成されたスライドガイドを通して矢印Ａ方向（横方向）に板がスライドすることにより、大気開放部１１１を開閉する機構とすることができる。
【００５７】
開閉機構１９を備えることにより、液を供給する際のみ大気開放部１１１を開放させ、それ以外では大気開放部１１１を塞ぐことにより、通常時（液滴３１０を形成するとき）には水分乾燥を最小限に抑えることが可能となる。更には、細胞溶液３００に、外部から菌、細胞、ウィルス等が混入することも最小限に抑えることができる。
【００５８】
ところで、開閉機構により、液滴形成装置内部を完全に密閉しないことが好ましい。液滴形成装置内部が完全に密閉状態となっていると、液量の低下、温度変化、外気圧の変化等により液滴形成装置内部の気圧と、外部の気圧に差が生じることがある。液滴形成装置内外で気圧差が生じると、ノズルの液面形状が変化し吐出状態が変化するおそれがある。特に、液滴形成装置内部が負圧の状態になっていると、気泡の巻き込みが生じ易くなるおそれがある。よって、開閉機構によって大気開放部が閉じられているときでも、液滴形成装置内部が負圧の状態にならないことが好ましい。
【００５９】
図９は、第１の実施の形態の変形例３に係る液滴形成装置を例示する断面図（その２）であり、開閉機構を備えた液滴形成装置の他の例を示している。図９を参照するに、液滴形成装置１０Ｆでは、上蓋１８の上に開閉機構２０が設置されている。開閉機構２０は、高分子膜保持部２０１に保持された高分子膜２０２を有している。開閉機構２０は、矢印Ａ方向（横方向）にスライド可能に構成されている。高分子膜２０２は、透湿性は低いが透気性が高い膜である。
【００６０】
開閉機構２０を備えることにより、水分の蒸発は最小限に抑えつつ液滴形成装置１０Ｆの内外の圧力を一定に保つことが可能となる。
【００６１】
図１０は、第１の実施の形態の変形例３に係る液滴形成装置を例示する断面図（その３）であり、開閉機構を備えた液滴形成装置の更に他の例を示している。図１０を参照するに、液滴形成装置１０Ｇでは、上蓋１８の上に開閉機構２１が設置されている。開閉機構２１の本体２１１には、細くつづら折りに屈曲した流路２１２（スネークライン）が設けられている。開閉機構２１は、矢印Ａ方向（横方向）にスライド可能に構成されている。
【００６２】
流路２１２の断面積は、液室１１の断面積及びスルーホール１８１の断面積より小さくされている。開閉機構２１が閉じられた際に、大気開放部１１１は流路２１２を介して大気と連通する。そして、開閉機構が開かれた際に、大気開放部１１１は流路２１２を介さずに大気と連通する。
【００６３】
開閉機構２１を備えることにより、液滴形成装置１０Ｇ内の圧力を流路２１２を通じて外気の圧力と均一に保つことができる。又、液滴形成装置１０Ｇ内の水分が時間をかけて流路２１２を通じて外気へ拡散するため、液滴形成装置１０Ｇ内の水分蒸発を抑えることが可能となる。
【００６４】
図１１は、第１の実施の形態の変形例３に係る液滴形成装置を例示する断面図（その４）であり、開閉機構を設ける代わりに細胞溶液の層構造に工夫を凝らした液滴形成装置の例を示している。図１１を参照するに、液滴形成装置１０Ｈでは、液室１１に保持された細胞溶液３００の上部に、細胞溶液３００よりも比重が軽い溶媒層４００が形成されている。なお、液滴形成装置１０Ｈにおいて、上蓋１８は、必要に応じて設ければよい。
【００６５】
溶媒層４００としては、細胞溶液３００の主たる溶媒である水との親和性が低く、ほとんど溶けない（溶解性を持たない）材質を用いることができる。典型的には各種の油であり、特に生体親和性の高い生体由来の油を用いることが適している。又、細胞溶液３００と油の界面を安定させるために、両親媒性分子（界面活性剤）の層が形成されていてもよい。
【００６６】
このように、液室１１が、細胞溶液３００の上面に、細胞溶液３００よりも比重が軽く、細胞溶液３００の主たる溶媒に対して溶解性を持たない溶媒層４００を保持することにより、以下の効果が得られる。すなわち、細胞溶液３００中の水分の蒸発を抑えることが可能となり、かつ、細胞溶液３００中を上方に移動してきた気泡はそのまま溶媒層４００を通って外気に排出可能となる。
【００６７】
又、上部から細胞溶液３００を供給した際にも、細胞溶液３００が溶媒層４００より重いため、細胞溶液３００は溶媒層４００の層を通過する。そのため、溶媒層４００の下側に細胞溶液３００の層を容易に形成することができる。
【００６８】
以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００６９】
例えば、変形していないときのメンブレン１２の平面内にＸＹ方向をとり、メンブレン１２の法線方向をＺ方向とした際に、液滴形成装置１０をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に独立に移動できる機構を設けてもよい。これにより、ＸＹ平面内での細胞のパターニングや、Ｚ方向への細胞の積層を容易に行うことができる。
【符号の説明】
【００７０】
１０、１０Ａ〜１０Ｈ  液滴形成装置
１１  液室
１２  メンブレン
１３  圧電素子
１４  マイクロピペット
１５  電極
１６  発光素子
１７  ポジションセンサ
１８  上蓋
１９、２０、２１  開閉機構
１１１  大気開放部
１８１  スルーホール
１２１  ノズル
２０１  高分子膜保持部
２０２  高分子膜
２１１  本体
２１２  流路
３００  細胞溶液
３００Ａ、３００Ｂ  液面
３１０  液滴
３２０  液
３５０  細胞
４００  溶媒層
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７１】
【特許文献１】特許第２８４９６４７号
【図１】
2019150069.tif 000003
【図２】
2019150069.tif 000004
【図３】
2019150069.tif 000005
【図４】
2019150069.tif 000006
【図５】
2019150069.tif 000007
【図６】
2019150069.tif 000008
【図７】
2019150069.tif 000009
【図８】
2019150069.tif 000010
【図９】
2019150069.tif 000011
【図１０】
2019150069.tif 000012
【図１１】
2019150069.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月18日(2019.7.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞を含有する細胞溶液を、その上方が大気と連通するように保持する液体保持部と、
ノズルが形成され、前記液体保持部に保持された前記細胞溶液を振動により前記ノズルから液滴として吐出する部材と、
を有し、
前記液体保持部の上方に前記液体保持部より断面積の小さい孔が形成されている上蓋を有することを特徴とする液滴形成装置。
【請求項２】
前記液体保持部の上方から前記液体保持部に細胞溶液を直接供給する液供給手段を有する請求項１記載の液滴形成装置。
【請求項３】
前記液体保持部の上方に、前記上蓋または前記孔を開閉する開閉機構が設けられている請求項１又は２に記載の液滴形成装置。
【請求項４】
前記開閉機構には、屈曲した流路が設けられ、
前記流路の断面積は、前記液体保持部の断面積より小さく、
前記開閉機構が閉じられた際に、前記細胞溶液の上面は前記流路を介して大気と連通し、
前記開閉機構が開かれた際に、前記細胞溶液の上面は前記流路を介さずに大気と連通する請求項３に記載の液滴形成装置。
【請求項５】
細胞を含有する細胞溶液を、その上方が大気と連通するように保持する液体保持部と、
ノズルが形成され、前記液体保持部に保持された前記細胞溶液を振動により前記ノズルから液滴として吐出する部材と、
を有し、
前記液体保持部は、前記細胞溶液の上面に、前記細胞溶液よりも比重が軽く、前記細胞溶液の主たる溶媒に対して溶解性を持たない溶媒層を保持していることを特徴とする液滴形成装置。
【請求項６】
前記細胞溶液の液量を検知する液量検知手段を有する請求項１乃至５の何れか一項記載の液滴形成装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本液滴形成装置は、細胞を含有する細胞溶液を、その上方が大気と連通するように保持する液体保持部と、ノズルが形成され、前記液体保持部に保持された前記細胞溶液を振動により前記ノズルから液滴として吐出する部材と、を有し、前記液体保持部の上方に前記液体保持部より断面積の小さい孔が形成されている上蓋を有することを要件とする。