(57)【要約】【課題】１吐出につき１つの沈降性粒子が含まれる液滴を形成可能な液滴形成ヘッドを提供する。【解決手段】沈降性粒子を懸濁した粒子懸濁液を収容可能であり、前記粒子懸濁液を供給する供給口を底部に備える第１の液収容部と、前記第１の液収容部の前記供給口を内部に収容し、吐出孔を底部に有し、液を収容可能な第２の液収容部と、前記粒子懸濁液を前記液とともに前記吐出孔から液滴として吐出する吐出手段と、を有する液滴形成ヘッドである。【選択図】図３Ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
沈降性粒子を懸濁した粒子懸濁液を収容可能であり、前記粒子懸濁液を供給する供給口を底部に備える第１の液収容部と、
前記第１の液収容部の前記供給口を内部に収容し、吐出孔を底部に有し、液を収容可能な第２の液収容部と、
前記粒子懸濁液を前記液とともに前記吐出孔から液滴として吐出する吐出手段と、
を有することを特徴とする液滴形成ヘッド。
【請求項２】
前記吐出手段が、前記粒子懸濁液を加圧することにより、前記粒子懸濁液を前記液とともに前記吐出孔から液滴として吐出する請求項１に記載の液滴形成ヘッド。
【請求項３】
前記吐出孔が膜状部材に配置され、
前記吐出手段が、前記膜状部材を振動させることにより、前記粒子懸濁液を前記液とともに前記吐出孔から液滴として吐出する請求項１に記載の液滴形成ヘッド。
【請求項４】
前記第１の液収容部が、前記粒子懸濁液を加圧する加圧機構を有する請求項１から３のいずれかに記載の液滴形成ヘッド。
【請求項５】
前記第１の液収容部が、前記第２の液収容部に対し着脱可能である請求項１から４のいずれかに記載の液滴形成ヘッド。
【請求項６】
前記第１の液収容部が、前記供給口から前記吐出孔までの高さを調整可能な高さ調節機構を有する請求項１から５のいずれかに記載の液滴形成ヘッド。
【請求項７】
前記第１の液収容部が、水平方向に位置を調整可能な位置調節機構を有する請求項１から６のいずれかに記載の液滴形成ヘッド。
【請求項８】
前記第２の液収容部が、内部を負圧にする負圧機構を備える請求項１から７のいずれかに記載の液滴形成ヘッド。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の液滴形成ヘッドを有する液滴形成装置。
【請求項１０】
沈降性粒子を懸濁した粒子懸濁液を収容可能であり、前記粒子懸濁液を供給する供給口を底部に備える第１の液収容部と、
前記第１の液収容部の前記供給口を内部に収容し、吐出孔を底部に有し、液を収容可能な第２の液収容部と、を有する液滴形成ヘッドを用い、
前記粒子懸濁液を前記第１の液収容部に収容し、前記液を前記第２の液収容部に収容し、前記粒子懸濁液を前記液とともに前記吐出孔から液滴として吐出する吐出工程を含むことを特徴とする液滴形成方法。
【請求項１１】
前記液の粘度が、前記粒子懸濁液の粘度よりも高い請求項１０に記載の液滴形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴形成ヘッド、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、複数の細胞をインクジェット方式で吐出して組織体を形成する技術開発が行われている。
【０００３】
インクジェット方式としては、例えば、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などが挙げられる。この中でも、圧電加圧方式が、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にくいため、細胞溶液の液滴形成に用いるのに好適である。
【０００４】
このため、圧電加圧方式による様々な液滴形成装置が提案されている（例えば、特許文献１及び２等参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、１吐出につき１つの沈降性粒子が含まれる液滴を形成可能な液滴形成ヘッド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】
課題を解決するための手段としての本発明の液滴形成ヘッドは、沈降性粒子を懸濁した粒子懸濁液を収容可能であり、前記粒子懸濁液を供給する供給口を底部に備える第１の液収容部と、前記第１の液収容部の前記供給口を内部に収容し、吐出孔を底部に有し、液を収容可能な第２の液収容部と、前記粒子懸濁液を前記液とともに前記吐出孔から液滴として吐出する吐出手段と、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、１吐出につき１つの沈降性粒子が含まれる液滴を形成可能な液滴形成ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る液滴形成ヘッドを例示する断面図である。
【図２】図２は、圧電素子に印加される電圧を例示する説明図である。
【図３Ａ】図３Ａは、第１の実施形態に係る液滴形成ヘッドにより液滴が形成される過程を示す説明図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、第１の実施形態に係る液滴形成ヘッドにより液滴が形成される過程を示す説明図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、第１の実施形態に係る液滴形成ヘッドにより液滴が形成される過程を示す説明図である。
【図４Ａ】図４Ａは、第２の実施形態に係る高さ調節機構を例示する断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、第２の実施形態に係る高さ調節機構を例示する側面図である。
【図５】図５は、第３の実施形態に係る位置調節機構を例示する断面図である。
【図６】図６は、第４の実施形態に係る加圧機構を例示する断面図である。
【図７】図７は、第４の実施形態に係る他の加圧機構を例示する断面図である。
【図８】図８は、第５の実施形態に係る負圧機構を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（液滴形成ヘッド）
本発明の液滴形成ヘッドは、沈降性粒子を懸濁した粒子懸濁液を収容可能であり、粒子懸濁液を供給する供給口を底部に備える第１の液収容部と、第１の液収容部の供給口を内部に収容し、吐出孔を底部に有し、液を収容可能な第２の液収容部と、粒子懸濁液を液とともに吐出孔から液滴として吐出する吐出手段と、を有し、更に必要に応じて、その他の手段を有する。
【００１０】
本発明の液滴形成ヘッドは、従来の液滴形成装置では、沈降性粒子が沈降するため、ノズル詰まりが懸念されて粒子密度を高めることができないことから、吐出する液滴に沈降性粒子が含まれていないときもあるという問題があったという知見に基づくものである。
本発明の液滴形成ヘッドは、従来の液滴形成装置では沈降性粒子として細胞を用いる場合、沈降した細胞は凝集して内部に固着するときもあるため、洗浄の手間が発生し、固着した細胞を廃棄しなければならないという問題があったという知見にも基づくものである。
【００１１】
本発明の液滴形成ヘッドは、沈降性粒子を懸濁した粒子懸濁液が第１の液収容部に収容され、かつ第１の液収容部の供給口は吐出孔（ノズル）近傍に配置されている。このため、本発明の液滴形成ヘッドは、ノズルから液滴を吐出する際、第２の液収容部が収容する液とともに、第１の液収容部が収容する粒子懸濁液も同伴され、より確実に沈降性粒子を一緒に吐出することができる。また、本発明の液滴形成ヘッドでは、第２の液収容部に沈降性粒子が移流し拡散しないため、第２の液収容部で沈降して沈降性粒子同士が凝集したり固着したりすることもなく、沈降性粒子が無駄になることはない。
【００１２】
以下、図面を参照しながら、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。また、ここでは、沈降性粒子としての細胞を懸濁した細胞溶液の吐出を対象として例示するが、その他の分野の沈降性粒子を懸濁した粒子懸濁液の吐出に適用してもよい。
【００１３】
（第１の実施形態）
［液滴形成ヘッドの構造］
第１の実施形態に係る液滴形成ヘッドについて説明する。
図１は、第１の実施形態に係る液滴形成ヘッドの一例を示す断面図である。
図１に示すように、液滴形成ヘッド１００は、第１の液収容部としての第１の液室１と、第２の液収容部としての第２の液室２と、膜状部材としてのメンブレン３と、吐出手段の一部としての圧電素子４と、保持手段５とを有する。
なお、本実施形態では、便宜上、第１の液室１及び第２の液室２の液面が存在する側を上側、圧電素子４が存在する側を下側とする。また、各部位において、第１の液室１及び第２の液室２が存在する側の面を上面、圧電素子４が存在する面を下面とする。
【００１４】
第１の液室１は、沈降性粒子を懸濁した粒子懸濁液としての、細胞Ｐを懸濁した細胞溶液Ａを収容する。
第１の液室１の構造としては、細胞溶液Ａを収容可能であり、細胞溶液Ａを供給する供給口１ａを底部に備えていれば、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。また、第１の液室１は、所定の量の細胞溶液Ａを収容できるように、図１に示すように、第１の液室１の供給口１ａよりも上側の部分の内径を、供給口１ａの内径よりも大きくしてもよい。
第１の液室１の材質としては、例えば、金属、シリコン、セラミックなどが挙げられる。
第１の液室１の大きさとしては、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。
【００１５】
供給口１ａは、第２の液室２の内部に収容される。
供給口１ａの内径としては、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、後述する吐出孔３ａの直径と同程度であることが好ましい。
第２の液室２の内部に収容されたときの供給口１ａの位置としては、吐出孔３ａの振動を阻害しない観点から、吐出孔３ａに接触しない程度に近傍に配置されていることが好ましい。
【００１６】
細胞溶液Ａとしては、細胞Ｐと、細胞分散液とを含み、更に必要に応じてその他の成分を含む。
【００１７】
細胞Ｐ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、動物細胞、特にヒト由来の細胞などが挙げられる。
【００１８】
細胞分散液としては、当該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、例えば、用いる細胞Ｐ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などが挙げられる。
細胞分散液の主たる成分としては、細胞Ｐと親和性の高い水が好ましい。さらに、細胞分散液中には細胞Ｐ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、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。
また、基礎培地には、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。また、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慮して、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。
【００１９】
第２の液室２は、底部にメンブレン３を有し、内部に第１の液室１の供給口１ａを収容するとともに液Ｂを収容する。
液Ｂ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、上述した細胞分散液などが挙げられる。
第２の液室２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、第１の液室１の材質と同様の材質が挙げられる。
【００２０】
メンブレン３は、第２の液室２の底部として配置されており、第２の液室２の下面の端部に固定されている。メンブレン３の略中心には、貫通孔である吐出孔３ａが形成されており、第１の液室１に収容された細胞溶液Ａは、第２の液室２に収容された液とともに、メンブレン３の振動により吐出孔３ａから液滴として吐出される。
【００２１】
メンブレン３を平面視したときの形状は、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、円形、楕円状、四角形などが挙げられ、第２の液室２の底部の形状に応じたものが好ましい。
【００２２】
メンブレン３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、金属、セラミック、ある程度の硬さをもった高分子材料などが挙げられる。これらの中でも細胞Ｐに対する付着性の低い材料であることが好ましい。
細胞Ｐに対する付着性の低い材料としては、例えば、親水性が高い材料、疎水性が高い材料などが挙げられる。
親水性が高い材料としては、例えば、金属材料、セラミック材料などが挙げられる。このほか、親水性が高い材料としては、例えば、金属材料やセラミック材料等で表面をコーティングしたもの、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）で表面をコーティングしたものなどが挙げられる。
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。
セラミック材料としては、例えば、二酸化ケイ素、アルミナ、ジルコニアなどが挙げられる。
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。
【００２３】
吐出孔３ａは、本実施例では、メンブレン３の略中心に実質的に真円状に形成されている。
吐出孔３ａ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、例えば、真円状などが挙げられる。
吐出孔３ａの形状が真円状の場合、吐出孔３ａの直径の上限値としては、２００μｍ以下が好ましい。吐出孔３ａの直径の上限値が２００μｍ以下であると、液滴が大きくなり過ぎず、微小液滴を形成しやすくなる点で有利である。また、吐出孔３ａの直径の下限値としては、沈降性粒子としての動物細胞、特にヒトの細胞の体積平均粒径は１０μｍ以上３０μｍ以下程度であるため、細胞が吐出孔３ａに詰まることを避ける点から、細胞の体積平均粒径の２倍以上とすることが好ましい。すると、吐出孔３ａの直径の下限値としては、２０μｍ以上が好ましい。したがって、吐出孔３ａの直径としては、２０μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。
【００２４】
細胞の体積平均粒径としては、例えば、下記の測定方法で測定することができる。
細胞溶液Ａから１０μＬ取り出してＰＭＭＡ製プラスチックスライドに乗せ、自動セルカウンター（ＣｏｕｎｔｅｓｓＡｕｔｏｍａｔｅｄＣｅｌｌＣｏｕｎｔｅｒ、ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ社製）を用いることにより体積平均粒径を測定することができる。なお、細胞数も同様の測定方法により求めることができる。
【００２５】
圧電素子４は、メンブレン３の下面側に配置されている。
圧電素子４の形状としては、メンブレン３の形状に合わせた形状が好ましい。例えば、メンブレン３を平面視したときの形状が円形である場合には、吐出孔３ａの周囲に平面形状が円環状（リング状）の圧電素子４を配置することが好ましい。
【００２６】
圧電素子４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４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３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、ビスマス鉄酸化物、ニオブ酸金属物、チタン酸バリウム、これらに金属や異なる酸化物を加えた材料などが挙げられる。
【００２７】
なお、本実施形態では、圧電素子４がメンブレン３を振動させるようにしたが、これに限ることなく、他の態様としてもよい。他の態様としては、例えば、メンブレン３上にメンブレン３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３を振動させてもよい。この態様の場合には、線膨張係数の異なる材料の近傍にヒータを配置し、ヒータのＯＮ／ＯＦＦによりメンブレン３を振動させることが好ましい。
【００２８】
保持手段５は、図１に示すように、棒状部材５ａと、コネクタ５ｂとを有する。
棒状部材５ａは、一端には第２の液室２の周縁部に着脱可能に取り付け得る構造を有し、他端にはコネクタ５ｂが接続されている。
コネクタ５ｂは、第１の液室１を固定して保持することができる。
よって、第１の液室１は、保持手段５により第２の液室２から着脱可能となる。第１の液室１が第２の液室２から着脱可能であると、液滴形成ヘッド１００の保守やメンテナンスが容易になる。
【００２９】
［液滴形成ヘッドによる液滴形成過程（動作）］
第１の実施形態に係る液滴形成ヘッドが液滴を形成する過程について説明する。
図２は、圧電素子に印加される電圧を例示する説明図である。図３Ａ〜図３Ｃは、第１の実施形態に係る液滴形成ヘッドにより液滴が形成される過程を示す説明図である。
図２に示すパルス状の電圧が圧電素子４の上下電極に印加された場合には、図３Ａ〜図３Ｃに示すように液滴Ｄを形成することができる。
【００３０】
まず、図２中ｔ１で示す印加電圧の立ち上がり時間では、図３Ａに示すように、メンブレン３が急激に変形することにより、第２の液室２に収容された液Ｂとメンブレン３との間に高い圧力が発生し、この圧力によりノズルから第２の液室２に収容された液が下側に押し出される。このとき、吐出孔３ａの近傍では、第２の液室２の、粘度と流れの速度勾配の積で定義される粘性力が第１の液室１の細胞溶液Ａに作用し、第２の液室２に収容された液Ｂに同伴されて、第１の液室１に収容された細胞Ｐを含む細胞溶液Ａも一緒に押し出される。
また、細胞溶液Ａが液Ｂに同伴されやすくなる点で、液Ｂの粘度が細胞溶液Ａの粘度よりも高いことが好ましい。これにより、第１の実施形態に係る液滴形成ヘッドは、一吐出につき一細胞を吐出しやすくすることができる。
【００３１】
次に、図２中ｔ２で示すように一定の電圧が圧電素子４に印加されている時間では、図３Ｂに示すように、発生した圧力が上方に緩和するまでの時間、吐出孔３ａから液を押し出す状態が継続して液滴Ｄが成長する。
【００３２】
そして、図２中ｔ３で示す印加電圧の立ち下がり時間では、図３Ｃに示すように、メンブレン３が元の状態に戻る際に、細胞溶液Ａとメンブレン３との界面近傍の液圧力が低下し、細胞Ｐを含有する液滴Ｄが形成される。このとき、第１の液室１に収容された細胞Ｐを含む細胞溶液Ａは、液滴Ｄが吐出されると同時に、ほぼ液滴Ｄと同じ体積を埋めるために全体が下側に移動し、次の液滴を形成できる状態になる。
【００３３】
このように、液滴形成ヘッド１００は、図２に示すパルス状の電圧を圧電素子４に連続的に印加することで、図３Ｃに示すような液滴Ｄを連続的に形成することができる。
【００３４】
なお、液滴形成ヘッド１００において、第１の液室１に収容された細胞Ｐを含有する細胞溶液Ａや、第２の液室２に収容された液中に気泡が混入する場合がある。この場合、液滴形成ヘッド１００では、第１の液室１及び第２の液室２の上側に気液界面を有するため、気泡は液又は細胞溶液Ａの比重の差により上側に上昇し、最終的に気相に排出される。気泡の直径が小さく、第１の液室１や第２の液室２の内壁に付着して気相に排出されにくい場合であっても、圧電素子４によるメンブレン３の振動で第１の液室１や第２の液室２の内壁も振動するため、気泡が内壁から離れて気相に排出される。
このため、効率的に気泡を排除する目的で、液滴を形成しないタイミングでメンブレン３を振動させ、積極的に気泡を第１の液室１や第２の液室２の上側の気相に排出するようにしてもよい。
【００３５】
このように、本実施形態に係る液滴形成ヘッド１００は、細胞溶液Ａを供給する供給口１ａを底部に備える第１の液室１と、吐出孔３ａを底部に有し、内部に液Ｂと供給口１ａを収容可能な第２の液室２と、細胞溶液Ａを液Ｂとともに吐出する吐出手段とを有する。これにより、本実施形態に係る液滴形成ヘッド１００は、１吐出につき１つの沈降性粒子が含まれる液滴を形成することができる。
【００３６】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の液滴形成ヘッドでは、第１の実施形態の液滴形成ヘッドに加え、第１の液室１の高さを調節可能な高さ調節機構を更に有する。ここでは、高さ調節機構について説明する。
【００３７】
図４Ａは、第２の実施形態に係る高さ調節機構を例示する断面図である。図４Ｂは、第２の実施形態に係る高さ調節機構を例示する側面図である。
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、第２の実施形態では、第１の実施形態の液滴形成ヘッド１００において、第１の液室１にねじ部１ｂを設け、コネクタ５ｂをねじ受け付コネクタ５ｃに変更することにより、第１の液室１の高さを調節可能な高さ調節機構を構成する。
例えば、第１の液室１の供給口１ａが吐出孔３ａと高さ方向で離れ過ぎている場合には、高さ調節機構により供給口１ａを吐出孔３ａに近づける。これにより、液滴形成ヘッド１００は、メンブレン３が変形したときに第２の液室２に収容された液Ｂとメンブレン３との間に高い圧力が発生しやすくなる。このため、液滴吐出において、第１の液室１に収容された細胞溶液Ａが同伴されやすくなり、より確実に細胞Ｐを含む液滴Ｄを形成することができる。また、第１の液室１を保守やメンテナンスする場合には、供給口１ａを吐出孔３ａから離れるようにすることもできる。
【００３８】
このように、第２の実施形態に係る液滴形成ヘッド１００は、高さ調節機構を有することにより、第１の液室１の供給口１ａと吐出孔３ａとの相対的な高さを調整することで、第１の液室１に収容された細胞溶液Ａが同伴されやすくなり、より確実に細胞Ｐを含む液滴Ｄを形成することができる。
【００３９】
（第３の実施形態）
第３の実施形態の液滴形成ヘッドでは、第２の実施形態の液滴形成ヘッドに加え、第１の液室１の水平方向の位置を調節可能な位置調節機構を更に有する。ここでは、位置調節機構について説明する。
【００４０】
図５は、第３の実施形態に係る位置調節機構を例示する断面図である。
図５に示すように、第３の実施形態では、第２の実施形態の液滴形成ヘッド１００において、棒状部材５ａに摺動部材５ｄ、５ｅを設けることにより、第１の液室１の水平方向の位置を調節可能な位置調節機構を構成する。
例えば、第１の液室１の供給口１ａの中心が吐出孔３ａの中心軸上ではない場合には、摺動部材５ｄ、５ｅを図５中Ｓ１で示す方向にスライドさせて供給口１ａの中心を吐出孔３ａの中心軸上に合わせるようにする。これにより、液滴形成ヘッド１００は、メンブレン３が変形したときに第１の液室１に収容された細胞溶液Ａが同伴されやすくなり、より確実に細胞Ｐを含む液滴Ｄを形成することができる。
【００４１】
このように、第３の実施形態に係る液滴形成ヘッド１００は、位置調節機構を有することにより、供給口１ａの中心を吐出孔３ａの中心軸上に合わせることで、第１の液室１に収容された細胞溶液Ａが同伴されやすくなり、より確実に細胞Ｐを含む液滴Ｄを形成することができる。
【００４２】
（第４の実施形態）
第４の実施形態の液滴形成ヘッドでは、第１〜第３のいずれかの実施形態の液滴形成ヘッドの第１の液室１において加圧機構を更に有する。ここでは、加圧機構について説明する。
【００４３】
図６は、第４の実施形態に係る加圧機構を例示する断面図である。
図６に示すように、第４の実施形態では、第１〜第３のいずれかの実施形態の液滴形成ヘッドの第１の液室１において、上部にシリンダ６を備え、第１の液室１を加圧することを可能にする加圧機構を構成する。
例えば、第１の液室１が収容する細胞溶液Ａの粘度が高く、供給口１ａから細胞Ｐが同伴されにくい場合には、シリンダ６の制御により第１の液室１を加圧する。これにより、第４の実施形態に係る液滴形成ヘッド１００は、第１の液室１に収容された細胞溶液Ａが同伴されやすくなり、より確実に細胞Ｐを含む液滴Ｄを形成することができる。
また、一吐出につき一細胞を目標としている場合、細胞溶液Ａの粘度が低く、供給口１ａから細胞Ｐが複数同伴されるとき、シリンダ６の制御により第１の液室１を加圧した後に軽く減圧する。これにより、第４の実施形態に係る液滴形成ヘッド１００は、液滴吐出において、第１の液室１に収容された細胞溶液Ａが同伴されすぎることを抑制できるため、単数で同伴されやすくなり、より確実に細胞Ｐを含む液滴Ｄを形成することができる。
【００４４】
なお、第４の実施形態では、加圧機構としてシリンダ６を用いたが、これに限ることなく、図７に示すように、シリンダ６をポンプ７に変更してもよい。この場合には、第１の液室１の内部の気圧を計測する図示しないセンサと、センサからの計測値とポンプ７の圧力設定値に基づきフィードバックする制御回路又は装置とを有してもよい。
また、第１の実施形態では、メンブレン３及び圧電素子４を吐出手段として用いたが、これに限ることなく、シリンダ６やポンプ７を吐出手段として用いてもよい。
【００４５】
（第５の実施形態）
第５の実施形態の液滴形成ヘッドでは、第１の実施形態の液滴形成ヘッドにおいて、保持手段５を負圧機構８に変更する。ここでは、負圧機構８について説明する。
【００４６】
図８は、第５の実施形態に係る負圧機構を例示する断面図である。
図８に示すように、第５の実施形態の負圧機構８は、蓋８ａと、Ｏリング８ｂと、開閉部８ｃと、通気口８ｄとを有する。
蓋８ａは、第２の液室２を覆うように配置され、その中心ではＯリング８ｂを介して第１の液室１を保持する。また、蓋８ａには、通気口８ｄと、図８中Ｓ２で示す方向にスライドして通気口８ｄを開閉可能にする開閉部８ｃが設けられている。
これにより、負圧機構８は、第２の液室２の上部を密閉することで、第２の液室２を負圧にすることができる。このため、液滴吐出において、第２の液室２から液Ｂが供給されにくくなることから、第１の液室１に収容された細胞溶液Ａが供給されやすくなり、より確実に細胞Ｐを含む液滴Ｄを形成することができる。
また、負圧機構８は、開閉部８ｄを開くことにより、負圧にした第２の液室２の内部を大気開放することができる。
【００４７】
第１の液室１を外して液滴形成ヘッド１００を清掃する等の保守・メンテナンスをする場合には、第２の液室２が密閉されていることにより、第１の液室１に収容されている細胞溶液Ａが第２の液室２に流れ込む可能性がある。この場合、開閉部８ｄを開けて第２の液室２の密閉を解除することで、細胞溶液Ａが第２の液室２に流れ込むことを回避することができ、細胞Ｐを無駄にすることはない。
また、第５の実施形態では、第１の液室１と蓋８ａの間にＯリングを配置することで密閉度を上げているが、これに限ることなく、例えば、第２の液室２と蓋８ａの間にシール部材などを配置してもよい。
【００４８】
（液滴形成装置）
液滴形成装置としては、上述の液滴形成ヘッドを有し、更に必要に応じてその他の手段を有する。
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、液滴形成ヘッドを３軸に走査可能な走査機構や、吐出方向を３軸に調整可能な吐出方向調整機構が好ましい。液滴形成装置が走査機構や吐出方向調整機構を有すると、平面におけるパターニング吐出が可能になる点で有利である。また、この場合、積層させるようにパターニング吐出することで、３次元造形が可能になる点で有利である。
【００４９】
以上説明したように、本発明の液滴形成ヘッドは、沈降性粒子を懸濁した粒子懸濁液を収容可能であり、粒子懸濁液を供給する供給口を底部に備える第１の液収容部と、第１の液収容部の供給口を内部に収容し、吐出孔を底部に有し、液を収容可能な第２の液収容部と、粒子懸濁液を液とともに吐出孔から液滴として吐出する吐出手段と、を有する。これにより、本発明の液滴形成ヘッドは、１吐出につき１つの沈降性粒子が含まれる液滴を形成することができる。
【００５０】
なお、本発明の液滴形成ヘッドは、１吐出につき１つの細胞が含まれる液滴を形成できることを例にして説明したが、これに限ることなく、例えば、内燃機関において、沈降性粒子としての燃焼促進剤を含む燃料を噴射する燃料噴射装置などにも適用できる。
【００５１】
本発明の態様としては、例えば、以下のとおりである。
＜１＞  沈降性粒子を懸濁した粒子懸濁液を収容可能であり、前記粒子懸濁液を供給する供給口を底部に備える第１の液収容部と、
前記第１の液収容部の前記供給口を内部に収容し、吐出孔を底部に有し、液を収容可能な第２の液収容部と、
前記粒子懸濁液を前記液とともに前記吐出孔から液滴として吐出する吐出手段と、
を有することを特徴とする液滴形成ヘッドである。
＜２＞  前記吐出手段が、前記粒子懸濁液を加圧することにより、前記粒子懸濁液を前記液とともに前記吐出孔から液滴として吐出する前記＜１＞に記載の液滴形成ヘッドである。
＜３＞  前記吐出孔が膜状部材に配置され、
前記吐出手段が、前記膜状部材を振動させることにより、前記粒子懸濁液を前記液とともに前記吐出孔から液滴として吐出する前記＜１＞に記載の液滴形成ヘッドである。
＜４＞  前記第１の液収容部が、前記粒子懸濁液を加圧する加圧機構を有する前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の液滴形成ヘッドである。
＜５＞  前記第１の液収容部が、前記第２の液収容部に対し着脱可能である前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の液滴形成ヘッドである。
＜６＞  前記第１の液収容部が、前記供給口から前記吐出孔までの高さを調整可能な高さ調節機構を有する前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の液滴形成ヘッドである。
＜７＞  前記第１の液収容部が、水平方向に位置を調整可能な位置調節機構を有する前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の液滴形成ヘッドである。
＜８＞  前記第２の液収容部が、内部を負圧にする負圧機構を備える前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の液滴形成ヘッドである。
＜９＞  前記＜１＞から＜８＞のいずれかに記載の液滴形成ヘッドを有する液滴形成装置である。
＜１０＞  沈降性粒子を懸濁した粒子懸濁液を収容可能であり、前記粒子懸濁液を供給する供給口を底部に備える第１の液収容部と、
前記第１の液収容部の前記供給口を内部に収容し、吐出孔を底部に有し、液を収容可能な第２の液収容部と、を有する液滴形成ヘッドを用い、
前記粒子懸濁液を前記第１の液収容部に収容し、前記液を前記第２の液収容部に収容し、前記粒子懸濁液を前記液とともに前記吐出孔から液滴として吐出する吐出工程を含むことを特徴とする液滴形成方法である。
＜１１＞  前記液の粘度が、前記粒子懸濁液の粘度よりも高い前記＜１０＞に記載の液滴形成方法である。
＜１２＞  前記吐出工程は、前記粒子懸濁液を加圧することにより、前記粒子懸濁液を前記液とともに前記吐出孔から液滴として吐出する前記＜１０＞から＜１１＞のいずれかに記載の液滴形成方法である。
＜１３＞  前記吐出工程は、前記吐出孔が配置されている膜状部材を振動させることにより、前記粒子懸濁液を前記液とともに前記吐出孔から液滴として吐出する前記＜１０＞から＜１１＞のいずれかに記載の液滴形成方法である。
＜１４＞  前記第１の液収容部が有する加圧機構により、前記粒子懸濁液を加圧する前記＜１０＞から＜１３＞のいずれかに記載の液滴形成方法である。
＜１５＞  前記第２の液収容部が有する負圧機構により、前記第１の液収容部の内部を負圧にする前記＜１０＞から＜１４＞のいずれかに記載の液滴形成方法である。
【００５２】
前記＜１＞から＜８＞のいずれかに記載の液滴形成ヘッド、前記＜９＞に記載の液滴形成装置、前記＜１０＞から＜１５＞のいずれかに記載の液滴形成方法によれば、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】
【００５３】
【特許文献１】特表平０７−５０１４８１号公報
【特許文献２】特開２０１７−０８３４３９号公報
【符号の説明】
【００５４】
１    第１の液室（第１の液収容部）
１ｂ  ねじ部（高さ調節機構の一部）
２    第２の液室（第２の液収容部）
３    メンブレン（膜状部材、吐出手段の一部）
３ａ  吐出孔
４    圧電素子（吐出手段の一部）
５    保持手段
５ａ  棒状部材
５ｂ  コネクタ
５ｃ  ねじ受け付コネクタ（高さ調節機構の一部）
５ｄ、５ｅ  摺動部材（位置調節機構の一部）
６    シリンダ（加圧機構の一例）
７    ポンプ（加圧機構の一例）
８    負圧機構
８ａ  蓋
８ｂ  Ｏリング
８ｃ  開閉部
８ｄ  通気口
１００    液滴形成ヘッド
Ｄ    液滴
Ｐ    細胞（沈降性粒子）
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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