(57)【要約】【課題】インクジェット法を利用して、多種類のマイクロアレイを短時間に低コストで作製することができる液滴吐出ヘッド、及びその液滴吐出ヘッドを製造するための効果的な製造方法並びにマイクロアレイを製造するための効果的な製造方法及び製造装置を提供する。【解決手段】複数の液体貯留部２１を有する第１の基板２０と、前記複数の液体貯留部２１にそれぞれ独立に連通する複数の流路３１を有する第２の基板３０と、前記複数の流路３１にそれぞれ独立に連通し、液滴を吐出する複数のノズル４３ｂを有する一または複数のヘッドチップ４０とを備えた構成とする。【選択図】        図１
2004160904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の液体貯留部を有する第１の基板と、
前記複数の液体貯留部にそれぞれ独立に連通する複数の流路を有する第２の基板と、
前記複数の流路にそれぞれ独立に連通し、液滴を吐出する複数のノズルを有する一または複数のヘッドチップと、
を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記第１の基板と前記第２の基板と前記ヘッドチップとを互いに接合してなることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記複数の液体貯留部を前記第１の基板において縦横等間隔に配置してなることを特徴とする請求項１または２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記ヘッドチップは静電駆動方式の構成となっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記第１の基板および前記第２の基板がガラスまたはプラスチックで構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
複数の液体貯留部を縦横に配列した第１の基板を作製する工程と、
前記複数の液体貯留部にそれぞれ独立に連通するように複数の流路を形成する第２の基板を作製する工程と、
前記第１の基板と前記第２の基板を接合する工程と、
単独で液滴吐出機能を有する一または複数のヘッドチップをそれぞれ独立の吐出径路を有するように前記第２の基板に接合する工程と、
を含むことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド、または請求項６に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法により製造された液滴吐出ヘッドを用いてマイクロアレイを製造することを特徴とするマイクロアレイ製造方法。
【請求項８】
前記液滴吐出ヘッドのヘッドチップのノズル全部を同時に吐出させることを特徴とする請求項７記載のマイクロアレイ製造方法。
【請求項９】
基台と、前記基台上において、直交する方向に相対的に移動するキャリッジおよびテーブルと、前記テーブル上にセットされた一または複数のマイクロアレイ作製用基板とを備え、請求項１乃至５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド、または請求項６に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法により製造された液滴吐出ヘッドを前記キャリッジに着脱自在に搭載してなることを特徴とするマイクロアレイ製造装置。
【請求項１０】
前記キャリッジは、前記液滴吐出ヘッドの装着時、該液滴吐出ヘッドと電気的に接続する構成となっていることを特徴とする請求項９記載のマイクロアレイ製造装置。
【請求項１１】
前記キャリッジの底面に前記液滴吐出ヘッドのヘッドチップが嵌合する開口部を位置を異にして複数設けたことを特徴とする請求項９または１０記載のマイクロアレイ製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてマイクロアレイの作製のための液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びにマイクロアレイの製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
遺伝子研究機関、医療、薬品開発の研究機関等においては、ＤＮＡ解析や免疫学的解析等のために、スライドガラスのような基板上に、数千〜数万種類のＤＮＡ（デオキシリボ核酸）やＲＮＡ（リボ核酸）、タンパク質などの生体分子溶液をマトリックス状にスポットしたマイクロアレイ（バイオチップサンプル）が用いられる。このようなマイクロアレイを作製する方法としては、接触ピン法、マイクロピペット法、インクジェット法などが知られている。そのうち、特に最近ではインクジェット法が注目を浴びている。これは、インクジェット法が、極少量の液滴を目的の位置に高精度に打つことができること、吐出ヘッドが基板に接触しないこと、基板材料にガラスや合成樹脂、金属、フィルム等任意の材料が使用できること、動作音が低いこと、低コストであることなどの特徴を有しているからである。
インクジェット法は、インクジェットヘッドのアクチュエータ部を、例えば圧電体により変位させることにより、ダイヤフラムのポンプ作用でノズル先端から液滴を吐出させる方法である。
【０００３】
このようなインクジェット法を用いたものとして、例えば特許文献１がある。この方法は、ピペット本体に、ピペット本体の外部から試料を注入する試料注入口と、注入された試料を導入しかつ一時貯留し得るキャビティと、貯留された試料をノズル部の貫通孔を経由して外部に吐出する試料吐出口とを形成してなるとともに、ピペット本体のキャビティ形成位置に対応した部位の外面上に圧電／電歪素子を設けてなり、圧電／電歪素子の駆動によりキャビティ内の体積を変化させ、キャビティ内に貯留された試料の一定量を試料吐出口から吐出させるマイクロピペットを用いるものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１９６０１０号公報（特許請求の範囲、段落［００４０］〜［００４５］、図１、図９、図１０）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のような従来技術では、複数の基板を用いてそれぞれ独立に、ノズル、試料注入口、キャビティ、および圧電／電歪素子等を構成する必要があるため、ノズル数が少数に限られ、かつ貯留し得る試料（生体分子溶液）の種類および数も少ないものとなる。したがって、数千〜数万種類のマイクロアレイを作製するのに、多数のマイクロピペットが必要になるだけでなく、非常に多くの時間がかかり、コスト高となる問題があった。
【０００６】
本発明は、インクジェット法を利用して、多種類のマイクロアレイを短時間に低コストで作製することができる液滴吐出ヘッド、及びその液滴吐出ヘッドを製造するための効果的な製造方法並びにマイクロアレイを製造するための効果的な製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、複数の液体貯留部を有する第１の基板と、
前記複数の液体貯留部にそれぞれ独立に連通する複数の流路を有する第２の基板と、
前記複数の流路にそれぞれ独立に連通し、液滴を吐出する複数のノズルを有する一または複数のヘッドチップと、
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
このように構成することにより、液体貯留部からヘッドチップのノズルに至るまでそれぞれ独立した一連の吐出径路が構成される。第１の基板にはＭ行×Ｎ列の液体貯留部が配列されるので、多種類のプローブサンプル（生体分子溶液のスポット）をインクジェット法により高精度、高密度に、かつ短時間に作製することができる。すなわち、本発明の液滴吐出ヘッドを使用することにより、高密度のマイクロアレイを短時間に低コストで作製することが可能となる。
【０００９】
本発明において、マイクロアレイとは、ガラス等の基板上に、数千〜数万種類のＤＮＡやＲＮＡ、タンパク質などのプローブサンプルが配列されたものである。ＤＮＡマイクロアレイ（ＤＮＡチップともいう）がその代表的な例である。また、ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏ  Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄｓ：デオキシリボ核酸（遺伝物質））とは、塩基、糖（デオキシリボーズ）及びリン酸が結合したもの（ヌクレオチド）がさらに結合し、最終的には二重らせん形となったものである。ここで、塩基はアデニン（Ａ）、グアニン（Ｇ）、シトシン（Ｃ）、チミン（Ｔ）の４種類がある。また、ＤＮＡマイクロアレイは、ＤＮＡの相補性を利用し、検査、解析に利用するものである。
ＲＮＡ（ｒｉｂｏｎｕｃｌｅｃ  ａｃｉｄ：リボ核酸）は、リボヌクレオチドが重合した核酸で、リボソームＲＮＡ、伝令ＲＮＡ、転移ＲＮＡなどがあり、核のみでなく細胞全体に分布している。塩基はアデニン（Ａ）、グアニン（Ｇ）、シトシン（Ｃ）、ウラシル（Ｕ）の４種類である。また、１本鎖構造である。
タンパク質は、生物細胞に不可欠の主要成分として、２０種のＬ−アミノ酸がペプチド結合することで合成される高分子ポリペプチドの総称であり、様々な分子量、構造、機能をもった生体高分子である。
【００１０】
また、本発明の液滴吐出ヘッドは、前記第１の基板と前記第２の基板と前記ヘッドチップとを互いに接合してなるものである。
これによって、本発明の液滴吐出ヘッドをカートリッジ式に構成することができるので、取り扱いや交換が容易となる。
【００１１】
また、本発明の液滴吐出ヘッドは、前記複数の液体貯留部を前記第１の基板において縦横等間隔に配置してなるものである。
液体貯留部には、例えば、ＤＮＡ断片を含む溶液が入れられる。そこで、液体貯留部（すなわち、リザーバまたはウェル）をこのように縦横等間隔に配置することにより、例えば縦１２個×横８個（合計９６個）の配列のように規格寸法に合致したフォーマットの配列とすることができるので、生体分子溶液の注入を従来の自動分注装置やマイクロピペットを使用して、容易に行うことができる。
【００１２】
また、前記ヘッドチップは静電駆動方式の構成となっているものが好ましい。静電駆動方式によれば、消費電力が少なく熱を発生させない。
また、前記第１の基板および前記第２の基板がガラスまたはプラスチックで構成されていることが好ましい。これによって、第１および第２の基板を安価につくることができる。
【００１３】
前述した本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、複数の液体貯留部を縦横に配列した第１の基板を作製する工程と、
前記複数の液体貯留部にそれぞれ独立に連通するように複数の流路を形成する第２の基板を作製する工程と、
前記第１の基板と前記第２の基板を接合する工程と、
単独で液滴吐出機能を有する一または複数のヘッドチップをそれぞれ独立の吐出径路を有するように前記第２の基板に接合する工程と、を含むものである。
この製造方法により、前述した本発明の液滴吐出ヘッドを高精度に、かつ低コストで製造することができる。また、ヘッドチップは単独で液滴吐出機能を有するものとすることにより製造および品質管理を個別に行うことができるので、液滴吐出ヘッドとしての性能および歩留まりの向上を図ることが可能となる。
また、前記第２の基板を作製する工程において、前記複数の流路の一端部を前記ヘッドチップのノズルピッチと一致するように整列させる。
これにより、ヘッドチップの小型化とマイクロアレイの高密度化が可能である。
【００１４】
本発明に係るマイクロアレイ製造方法は、請求項１乃至５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド、または請求項６に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法により製造された液滴吐出ヘッドを用いてマイクロアレイを製造するものである。
また、マイクロアレイの作製に際しては、前記液滴吐出ヘッドのヘッドチップのノズル全部を同時に吐出させる。
したがって、高密度のマイクロアレイを短時間に、低コストで作製することができる。
【００１５】
本発明に係るマイクロアレイ製造装置は、基台と、前記基台上において、直交する方向に相対的に移動するキャリッジおよびテーブルと、前記テーブル上にセットされた一または複数のマイクロアレイ作製用基板とを備え、請求項１乃至５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド、または請求項６に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法により製造された液滴吐出ヘッドを前記キャリッジに着脱自在に搭載してなるものである。
したがって、本発明の液滴吐出ヘッドを用いて、高密度のマイクロアレイを短時間に、低コストで作製することができる。また、液滴吐出ヘッドをキャリッジに対して着脱自在とすることにより、液滴吐出ヘッドの交換が容易なため、例えば、ＤＮＡチップのプローブサンプルに、蛍光標識されたスポットをハイブリタイズさせる大量の反応試験を効率よく行うことができる。
【００１６】
また、前記キャリッジは、前記液滴吐出ヘッドの装着時、該液滴吐出ヘッドと電気的に接続する構成となっていることが好ましい。これにより、液滴吐出ヘッドの交換が容易になる。
また、前記キャリッジの底面に前記液滴吐出ヘッドのヘッドチップが嵌合する開口部を位置を異にして複数設けたものである。これにより、液体貯留部の配列およびヘッドチップの位置が異なる液滴吐出ヘッドに対しても、キャリッジを共通して使用することができ、別種の液滴吐出ヘッドの着脱、交換が容易となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による液滴吐出ヘッドの構成図で、断面図で示すものである。図２および図３は液滴吐出ヘッドの平面図と下面図である。
この液滴吐出ヘッド１０は、複数の液体貯留部２１が形成された第１の基板２０と、各液体貯留部２１に独立に連通するように第１の基板２０との間に複数の流路３１が形成された第２の基板３０と、各流路３１に独立に連通するように複数のノズル（図８参照）が形成された複数のヘッドチップ４０とから構成されている。以下、各部の構成について詳細に説明する。
【００１８】
（１）第１の基板（またはリザーバプレート）
第１の基板２０は、図１、図２に示すように、ガラスまたはプラスチックからなり、吐出する液体（吐出液体）１として、例えばＤＮＡ断片を含む高分子溶液（生体分子溶液）が入れられる複数の液体貯留部２１を有する。液体貯留部２１はリザーバまたはウェルとして構成されており、したがって、第１の基板２０をリザーバプレートと呼んでもよい。
【００１９】
液体貯留部２１の個数、配列については特に限定されるものではない。この例では、縦１２８ｍｍ、横８６ｍｍの基板２０に１２×８＝９６個の液体貯留部２１が縦横１ｃｍ弱の等間隔（等ピッチ）で格子状に配置されている。このような縦横等間隔（等ピッチ）の配列にすることにより、規格配列寸法（フォーマット）のマイクロタイタープレートに合わせた自動分注装置あるいはマイクロピペットを使用することができ、生体分子溶液を容易に各液体貯留部２１に注入することができる。なお、フォーマットされたマイクロタイタープレートのウェル数は縦１２個×横８個（計９６個）から縦４８個×横３２個（計１５３６個）のものなどがあり、これらのフォーマットに合わせて基板２０を作製することが好ましい。
【００２０】
液体貯留部２１は、特に限定はないが、例えば、有底状の穴２１ａと、この穴の底部に設けられた小径の貫通孔２１ｂとからなっている。これらの穴２１ａ、２１ｂは機械加工または射出成形等により形成されている。穴２１ａの大きさは、例えば、直径７ｍｍ×深さ１０ｍｍ程度である。なお、穴２１ａ全体を同じ径の貫通孔で形成してもよいし、あるいは射出成形により、図７に示すように、薄肉の第１の基板２０と円筒状の液体貯留部２１とを一体に形成してもよい。
【００２１】
（２）第２の基板（またはチャンネルプレート）
図４は第２の基板の平面図、図５は断面図、図６は一部の流路の拡大平面図である。
チャンネルプレートとも呼ばれる第２の基板３０は、ガラスまたはプラスチックからなり、第２の基板３０の表面には第１の基板２０と接合することにより、液体貯留部２１にそれぞれ独立に連通する微小な流路３１を構成することになる溝３１ｂが形成されている。流路３１の一端３１ａは液体貯留部２１の小径の貫通孔２１ｂに連通するように形成されている。また、Ｌ字状に屈曲形成された細い溝３１ｂの他端３１ｃは第２の基板３０の任意の部位（例えば、基板２０の下辺部）に集合して整列させ、さらにヘッドチップ４０との接続部となる微小な貫通孔３１ｄに接続することにより、各流路３１が構成されている。この例では、縦１列の液体貯留部２１の数（１２個）に相当する１２本分ずつの流路３１をそれぞれ一つのグループとしてまとめて整列している。なお、流路３１は、通常、ガラスではエッチング、プラスチックは射出成形により形成される。
【００２２】
（３）第１の基板と第２の基板の接合
前記のように構成された第１の基板２０と第２の基板３０は、好ましくは熱溶着により接合される。すなわち、第１の基板２０と第２の基板３０を積層状態に接合する。そして熱溶着に際し、流路３１の一端３１ａを液体貯留部２１の貫通孔２１ｂに位置合わせして接合する。この熱溶着によって、第２の基板３０に形成された各流路３１は第１の基板２０により被蓋され、各々の液体貯留部２１と流路３１とがそれぞれ独立に連通する状態となる。なお、接着剤を用いて第１の基板２０と第２の基板３０を貼り合わせてもよい。この場合、接着剤が流路３１の溝３１ｂや貫通孔３１ｄ内にはみ出さないように塗布することが肝要である。
【００２３】
（４）ヘッドチップ
ヘッドチップ４０は、電気的に接続するだけで単独で液滴吐出機能を有するもの（小型の組立体）である。ヘッドチップ４０の構成については図８で詳しく説明する。ここでは、ヘッドチップ４０を図１、図３に示すように、第１の基板２０に接合または接着された第２の基板３０の下面に接着する。そして接着に際し、ヘッドチップ４０の流路を第２の基板３０における流路３１の貫通孔３１ｄに位置合わせして接合する。ヘッドチップ４０は、この例では、１２個のノズルを有し、８個のヘッドチップ４０が第２の基板３０の下面下辺部に並べて接合されている。
この接着によって、ヘッドチップ４０の各ノズルが、対応する流路３１を介して、対応する液体貯留部２１と独立に連通する状態となり、それぞれ独立した一連の吐出径路１１が構成される。
以上により、この液滴吐出ヘッド１０の組立が完了する。
【００２４】
図８は液滴吐出ヘッドにおけるヘッドチップの拡大断面図である。ここでは、一例として静電駆動方式のヘッドチップを示す。
このヘッドチップ４０は３枚の基板４１、４２、４３により構成されている。第２の基板３０に接合される上側の基板４１はガラス基板が用いられ、中間部の基板４２にはＳｉ基板を、下側の基板４３にはＳｉ基板をそれぞれ用いている。これら３枚の基板のうち基板４１、４２は陽極接合、基板４２、４３は接着により相互に接合されている。
【００２５】
上側のガラス基板４１には、予め、第２の基板３０における流路３１の貫通孔３１ｄに連通する貫通孔４１ａと、アクチュエータ電極４１ｂが形成される。アクチュエータ電極４１ｂは、Ｓｉ基板４２の振動板４２ｃとの間に所定の空隙を確保するために、凹部４１ｃ内に形成することが好ましい。このアクチュエータ電極４１ｂとして、ここでは、酸化錫を不純物としてドープした酸化インジウム膜、すなわちＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：インジウム酸化第１錫）膜で電極を形成している。ただし、電極４１ｂはこれに限定されるものではない。
【００２６】
中間のＳｉ基板４２には、予め、貫通孔４１ａに連通する貫通孔４２ａと、この貫通孔４２ａに流路を介して連通する吐出室４２ｂがエッチングにより形成されている。吐出室４２ｂの底部（ここでは天井壁）が振動板４２ｃとして構成され、アクチュエータ電極４１ｂに所定の空隙でもって対面している。
下側のＳｉ基板４３には貫通孔４２ａと吐出室４２ｂとを結ぶ流路４３ａと、吐出室４２ｂに連通するノズル４３ｂがエッチングにより形成されている。
【００２７】
前記のように構成された３枚の基板４１、４２、４３を相互に接合した後、切断することによって、一つのヘッドチップ４０が作製される。このようにして組み立てられたヘッドチップ４０を、前述のように第１の基板２０に接合された第２の基板３０の下面に、貫通孔３１ｄと貫通孔４１ａとを一致させて接合することにより、液滴吐出ヘッド１０を構成することができる。そしてさらに、アクチュエータ電極４１ｂとＳｉ基板４２に発振回路４４をフレキシブル回路基板４５にて配線することにより、静電駆動方式の液滴吐出ヘッド１０が完成する。
【００２８】
第１の基板２０の液体貯留部２１に吐出液体を注入すると、吐出液体は毛細管力により流路３１、吐出室４２ｂ等を経由してノズル４３ｂの開口先端まで充填され、ノズル開口先端では表面張力により、いわゆるメニスカスを形成するため、液漏れは生じない。充填が不充分な場合には吸引ポンプを用いる。
その後、発振回路４４を駆動することにより、目的のノズル４３ｂから液滴を吐出させることができる。また、ヘッドチップ４０内のＳｉ基板４２上の電極４７を共通電極に構成し、全アクチュエータを同時に駆動することにより、ヘッドチップ４０内の全ノズル４３ｂから同時吐出させることができる。
【００２９】
静電駆動方式においては、アクチュエータ電極４１ｂを正に帯電させ、振動板４２ｃを負に帯電させる。このため、振動板４２ｃが電極４１ｂ側へ引き寄せられ、吐出室４２ｂの容積が増加する。この状態で発振回路４４によりアクチュエータ電極４１ｂへの電荷の供給を止めると、振動板４２ｃは元に戻るため、そのときの圧力により容積変化の差分に相当する一定量の液滴がノズル４３ｂより吐出される。
なお、ここでは、液滴吐出駆動方法を静電気を利用した静電駆動方式で説明したが、圧電体を用いる圧電駆動方式としてもよい。
【００３０】
本実施形態の液滴吐出ヘッド１０においては、複数の液体貯留部（またはリザーバ）２１がＭ行×Ｎ列で配置されており、かつ、各液体貯留部２１からノズル４３ｂに至るまでの一連の吐出径路１１はそれぞれ独立に構成されているので、多種類のプローブサンプルをスライドガラス等の固相上にスポット（吐出）することができる。また、第１の基板２０上の縦１列分の液体貯留部２１が流路３１を介して一つのヘッドチップ４０に集合させて接続されているので、ヘッドチップ４０ごとに同時に吐出させることにより、縦１列分のスポット、例えば１２個のスポットを同時に作製することができる。したがって、この場合、８個のヘッドチップ４０について８回の同時吐出を行うことにより、９６個（９６種類）のプローブサンプルのスポットを短時間に作製することができる。しかも、スポットの中心間隔はヘッドチップ４０におけるノズル４３ｂのピッチで設定されるため、高密度のマイクロアレイの製造が可能である。
【００３１】
さらに、ヘッドチップ４０は第１の基板２０、第２の基板３０に比べてはるかに小さく、しかも単独で液滴吐出機能を有する構成部品（組立体）であるため、個別に製造、品質管理を行うことができるとともに、ヘッドチップ４０自体の低コスト化が可能であることから全体として液滴吐出ヘッド１０の低コスト化が可能である。また、第１の基板２０および第２の基板３０も接合により一体化されるので、接合体（積層組立部品）として個別に品質管理の対象とすることができ、性能の向上、歩留まりの向上を図ることができる。したがって、高品質の液滴吐出ヘッド１０を安価に提供することができる。
【００３２】
実施の形態２．
図９は本発明の実施の形態２による液体吐出ヘッドの平面図である。ここでは、２つの配置例（ａ）、（ｂ）を示している。また、図１０は断面図である。
既に明らかなように、第１の基板２０に形成される液体貯留部２１、および第２の基板３０の下面に接合されるヘッドチップ４０の配置、個数、大きさ等は使用目的に応じて自由に設計することができる。
【００３３】
図９（ａ）は、１個のヘッドチップ４０を基板の中央部に配置し、液体貯留部２１を第１の基板２０の左右部分に各々２列で配置する場合である。液体貯留部２１の数は例えば１列１０個としている。したがって、合計４０個（種類）のプローブサンプルを作製することができる。また、前述のように、各液体貯留部２１とヘッドチップ４０とを結ぶ独立の流路３１が第２の基板３０に形成され、この第２の基板３０は第１の基板２０の裏面に接合または接着されている。
このヘッドチップ４０は左右２列のノズル配列となっており、ノズル４３ｂは縦方向に所定のピッチＰａで配列されている。
したがって、本実施形態の液滴吐出ヘッド１０によれば、左右２列のアクチュエータ電極４１ｂを同時駆動することにより、４０種類のプローブサンプルを同時に作製することができる。
【００３４】
図９（ｂ）は、液体貯留部２１の数をさらに少なくした配置例であり、その他の構成は図９（ａ）のものと同様である。この例では、液体貯留部２１の容量をより大きくできるので、大量のマイクロアレイ作製に適している。
【００３５】
実施の形態３．
図１１は本発明のマイクロアレイ製造装置の概要を示す斜視図、図１２は液滴吐出ヘッドを搭載したキャリッジの断面図、図１３および図１４はキャリッジの平面図と側面図である。
本実施形態のマイクロアレイ製造装置１００は、基台１１０と、基台１１０上において、水平面内でＸ方向に移動するキャリッジ１２０と、水平面内でＸ軸と直角のＹ方向に相対的に移動するテーブル１３０と、キャリッジ１２０に着脱自在に搭載される前記液滴吐出ヘッド１０と、テーブル１３０にセット（載置）されるスライドガラスや樹脂製等からなるマイクロアレイ作製用基板１４０と、さらにＸ軸（キャリッジ）およびＹ軸（テーブル）の駆動制御手段１５０とを備えている。また、図示しない吐出制御手段は一般的にＰＣ（パーソナルコンピュータ）と専用回路にて構成されている。
【００３６】
キャリッジ１２０には、この例では、第１または第２の実施形態で示した液滴吐出ヘッド１０が着脱自在に搭載される。キャリッジ１２０の底面には、図１３に示すように、細長い開口部１２１が設けられており、この開口部１２１に液滴吐出ヘッド１０に設けられた全部のヘッドチップ４０が嵌合するようになっている。このとき、図１２に示すように、ヘッドチップ４０の先端面すなわちノズル開口面４３ｃがキャリッジ１２０の下面にほぼ一致するように、液滴吐出ヘッド１０がキャリッジ１２０に装着される。したがって、液滴の吐出距離はキャリッジ１２０の下面とテーブル１３０上のマイクロアレイ作製用基板１４０の表面間の空隙間隔Ｇで設定することができる。
【００３７】
開口部１２１の近傍には液滴吐出ヘッド１０の装着時、各ヘッドチップ４０に接続した、フレキシブル回路基板上の接点と接触し電気的な接続をする電極１２２、１２３が設けられている。電極１２２、１２３は、配線を介してコネクタ１２４に接続されており、さらに前記吐出制御手段へと接続されている。なお、第２の実施形態の液滴吐出ヘッド１０を使用する場合は、図１５に示すように、電極１２２、１２３は２つでよい。
【００３８】
また、第２の実施形態のように基板の中央部にヘッドチップ４０を設けた液滴吐出ヘッド１０を使用する場合には、開口部１２１はキャリッジ１２０の底面のほぼ中央部に設けられる。したがって、例えば図１５に示すように、位置の異なる複数の開口部１２１と電気的接続のために配線された複数の電極１２２、１２３とをキャリッジ底面に設けておけば、多様な形態の液滴吐出ヘッド１０に即応することができ、着脱・交換が容易となる。
このように、液滴吐出ヘッド１０はキャリッジ１２０に対して着脱自在なカートリッジ式の構成となっている。さらに、液滴吐出ヘッド１０の着脱が容易なように、キャリッジ１２０の両側面には指先が入るような円弧状の切欠き部１２５が設けられている。なお、１２６は液滴吐出ヘッド１０を安定に支持するための支持部である。
【００３９】
キャリッジ１２０はＸ軸駆動機構によってＸ方向に走査される。Ｘ軸駆動機構は図示していないが、公知のタイミングベルト機構やボールネジ機構等を用い、これにキャリッジ１２０を結合してパルスモータを駆動することで実施できる。図１１では、このようなＸ軸駆動機構が側面に長穴１０３を設けたＸ軸ダクト１０１内に内蔵されているものである。
テーブル１３０はＹ軸駆動機構によってＹ方向に走査される。このＹ軸駆動機構は前記Ｘ軸駆動機構と同様の構成であり、側面に長穴１０４を設けたＹ軸ダクト１０２内に内蔵されている。
なお、テーブル１３０上にはマイクロアレイ作製用の基板１４０が１枚または複数枚セット（載置）される。また、テーブル１３０は固定式としてもよい。この場合は、キャリッジ１２０を直交するＸ、Ｙ両方向に走査可能な構成とする。
【００４０】
本実施形態のマイクロアレイ製造装置では、例えば、第１の実施形態で示した液滴吐出ヘッド１０をキャリッジ１２０に搭載する。各液体貯留部２１にはそれぞれ異なる種類の生体分子溶液が注入され、液体貯留部２１からヘッドチップ４０のノズル４３ｂ先端まで充填されている。また、液体貯留部２１の配列を縦横等間隔とすることにより、前述のように自動分注装置等を使用して容易に生体分子溶液を注入することができる。
【００４１】
マイクロアレイの作製に際しては、Ｘ方向の縦１列ごとにヘッドチップ４０を動作させてそのヘッドチップ４０内の全ノズル４３ｂから同時吐出させる。これによって、例えば１２個のプローブサンプルがテーブル１３０上にセットされたマイクロアレイ作製用の基板１４０上にＹ方向に所定のピッチでスポットされる。このとき、スポットのピッチはヘッドチップ４０のノズル４３ｂのピッチと同じである。
次に、テーブル１３０をノズル４３ｂの１ピッチ分だけＹ方向に走査し、２番目のヘッドチップ４０を前記のように同時吐出させる。そして、この動作を８番目のヘッドチップ４０まで繰り返し行うことで、９６種類のプローブサンプルを基板１４０上にスポットすることができる。
ついで、キャリッジ１２０をＸ方向にノズル４３ｂの１ピッチ分だけ走査した後、上記の動作を繰り返し行うことによりプローブサンプルをマトリックス状にスポットすることができる。したがって、多種類のマイクロアレイの作製を短時間に行うことができる。
また、プローブサンプルのスポットピッチはノズル４３ｂのピッチで設定されるため、高密度のマイクロアレイを作製することができる。
【００４２】
また、液滴吐出ヘッド１０はカートリッジ式であるため、別種の液滴吐出ヘッド１０に簡単に交換することができる。したがって、遺伝子疾患等の情報を得るための大量の反応試験を効率よく行うことができる。
【００４３】
本発明の液滴吐出ヘッドは、マイクロアレイの作製に限られるものでないことはいうまでもない。したがって、通常のインクジェットヘッドとしても利用することができる。また、液滴の吐出方向も下向きに限定されるものではなく、横向きのいわゆるエッジタイプとして構成することもできる。さらに、色の異なるインクや発光材料を含む溶液を液体貯留部２１に入れることにより、カラーフィルタや電界発光基板の製造にも好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による液滴吐出ヘッドの構成図。
【図２】液滴吐出ヘッドの平面図。
【図３】液滴吐出ヘッドの下面図。
【図４】第２の基板の平面図。
【図５】第２の基板の断面図。
【図６】第２の基板における一部の流路の拡大平面図。
【図７】第１の基板の他の例を示す断面図。
【図８】液滴吐出ヘッドにおけるヘッドチップの拡大断面図。
【図９】液体貯留部及びヘッドチップの配置例を示す図。
【図１０】図９の液滴吐出ヘッドの拡大断面図。
【図１１】本発明のマイクロアレイ製造装置の概要を示す斜視図。
【図１２】液滴吐出ヘッドを搭載したキャリッジの断面図。
【図１３】キャリッジの平面図。
【図１４】キャリッジの側面図。
【図１５】他の例によるキャリッジの平面図。
【符号の説明】
１  吐出液体、１０  液滴吐出ヘッド、１１  吐出径路、２０  第１の基板、２１  液体貯留部、２１ａ  穴、２１ｂ  貫通孔、３０  第２の基板、３１  流路、３１ａ  流路の一端、３１ｂ  溝、３１ｃ  流路の他端、３１ｄ  貫通孔（接続部）、４０  ヘッドチップ、４１  ガラス基板、４１ａ  貫通孔、４１ｂ  アクチュエータ電極、４１ｃ  凹部、４２  Ｓｉ基板、４２ａ  貫通孔、４２ｂ吐出室、４２ｃ  振動板、４３  Ｓｉ基板、４３ａ  流路、４３ｂ  ノズル、４３ｃ  ノズル開口面、４４  発振回路、４５  フレキシブル基板、４７  電極、１００  マイクロアレイ製造装置、１０１  Ｘ軸ダクト、１０２  Ｙ軸ダクト、１０３  長穴、１０４  長穴、１１０  基台、１２０  キャリッジ、１２１  開口部、１２２  電極、１２３  電極、１２４  コネクタ、１２５  切欠き部、１２６  支持部、１３０  テーブル、１４０  マイクロアレイ作製用基板、１５０  駆動制御手段
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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