(57)【要約】【課題】毛細管力を利用した電荷集中方式の液滴吐出型プリンティング装置を提供する。【解決手段】溶液を入れる貯水槽と、後端部が貯水槽内の溶液に浸漬されるように配置され、毛細管力により前端部まで溶液を移送する毛細管ノズルと、毛細管ノズルの前端部から所定距離だけ離隔されるように配置された標的部と、溶液に電圧を印加する開路型電圧印加装置と、を備える毛細管力を利用した電荷集中方式の液滴吐出型プリンティング装置である。【選択図】図１
2007301992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶液を入れる貯水槽と、
後端部が前記貯水槽内の溶液に浸漬されるように配置され、毛細管力により前端部まで前記溶液を移送する毛細管ノズルと、
前記毛細管ノズルの前端部から所定距離だけ離隔されるように配置された標的部と、
前記溶液に電圧を印加する開路型電圧印加装置と、を備える毛細管力を利用した電荷集中方式の液滴吐出型プリンティング装置。
【請求項２】
前記毛細管ノズルの前端部は、前記貯水槽の上方に鉛直上向きに配置されることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出型プリンティング装置。
【請求項３】
前記毛細管ノズルは、導電性材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載の液滴吐出型プリンティング装置。
【請求項４】
前記開路型電圧印加装置は、前記毛細管ノズルに電圧を印加することを特徴とする請求項３に記載の液滴吐出型プリンティング装置。
【請求項５】
前記毛細管ノズルは非導電性材料からなり、
前記毛細管ノズルの内壁には導電性材料層がさらに備えられることを特徴とする請求項１または２に記載の液滴吐出型プリンティング装置。
【請求項６】
前記開路型電圧印加装置は、前記導電性材料層に電圧を印加することを特徴とする請求項５に記載の液滴吐出型プリンティング装置。
【請求項７】
前記毛細管ノズルは、非導電性材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載の液滴吐出型プリンティング装置。
【請求項８】
前記開路型電圧印加装置は、前記貯水槽内の溶液に浸漬された電極を介して前記溶液に電圧を印加することを特徴とする請求項７に記載の液滴吐出型プリンティング装置。
【請求項９】
前記毛細管ノズルの内壁は親水性を有し、
前記毛細管ノズルの前端部の内壁は疎水性コーティング層をさらに備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の液滴吐出型プリンティング装置。
【請求項１０】
前記毛細管ノズルの内壁は疎水性を有し、
前記毛細管ノズルの前端部の内壁は親水性コーティング層をさらに備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の液滴吐出型プリンティング装置。
【請求項１１】
１つの前記貯水槽に対して複数の前記毛細管パネルが備えられ、
前記開路型電圧印加装置は、前記貯水槽内の溶液に浸漬された電極を介して前記溶液に電圧を印加することを特徴とする請求項１または２に記載の液滴吐出型プリンティング装置。
【請求項１２】
２次元的に配列された複数の液滴吐出型プリンティングモジュールと、
前記複数の液滴吐出型プリンティングモジュールから吐出された液滴が、前記複数の液滴吐出型プリンティングモジュールの配列パターンに応じた所定のパターンをなして載置される標的部と、を備え、
前記液滴吐出型プリンティングモジュールは、溶液を入れる貯水槽と、後端部が前記貯水槽内の溶液に浸漬され、前端部が前記標的部から所定距離だけ離隔されるように配置され、毛細管力により前端部まで前記溶液を移送する毛細管ノズルと、前記溶液に電圧を印加する開路型電圧印加装置と、を備えることを特徴とする毛細管力を利用した電荷集中方式の液滴吐出型プリンティング装置。
【請求項１３】
前記毛細管ノズルの前端部は、前記貯水槽の上方に鉛直上向きに配置されることを特徴とする請求項１２に記載の液滴吐出型プリンティング装置。
【請求項１４】
前記毛細管ノズルは、導電性材料からなることを特徴とする請求項１２または１３に記載の液滴吐出型プリンティング装置。
【請求項１５】
前記開路型電圧印加装置は、前記毛細管ノズルに電圧を印加することを特徴とする請求項１４に記載の液滴吐出型プリンティング装置。
【請求項１６】
前記毛細管ノズルは非導電性材料からなり、
前記毛細管ノズルの内壁には導電性材料層がさらに備えられることを特徴とする請求項１２または１３に記載の液滴吐出型プリンティング装置。
【請求項１７】
前記開回路型電圧印加装置は、前記導電性材料層に電圧を印加することを特徴とする請求項１６に記載の液滴吐出型プリンティング装置。
【請求項１８】
前記毛細管ノズルは、非導電性材料からなることを特徴とする請求項１２または１３に記載の液滴吐出型プリンティング装置。
【請求項１９】
前記開回路型電圧印加装置は、前記貯水槽内の溶液に浸漬された電極を介して前記溶液に電圧を印加することを特徴とする請求項１８に記載の液滴吐出型プリンティング装置。
【請求項２０】
前記毛細管ノズルの内壁は親水性を有し、
前記毛細管ノズルの前端部の内壁は疎水性コーティング層をさらに備えることを特徴とする請求項１２〜１９のいずれか１つに記載の液滴吐出型プリンティング装置。
【請求項２１】
前記毛細管ノズルの内壁は疎水性を有し、
前記毛細管ノズルの前端部の内壁は親水性コーティング層をさらに備えることを特徴とする請求項１２〜１９のいずれか１つに記載の液滴吐出型プリンティング装置。
【請求項２２】
１つの前記貯水槽に対して複数の前記毛細管ノズルが備えられ、
前記開路型電圧印加装置は、前記貯水槽内の溶液に浸漬された電極を介して前記溶液に電圧を印加することを特徴とする請求項１２または１３に記載の液滴吐出型プリンティング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、毛細管力を利用した電荷集中方式の液滴吐出型プリンティング装置に関し、特に、毛細管力を利用して、吐出すべき溶液をノズルに安定的に供給する電荷集中方式の液滴吐出型プリンティング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、液滴吐出型のプリンティング装置とは、溶液を非常に小さな液滴単位で吐出して基板や用紙などに載置させる装置のことをいう。液滴を吐出する方式には、色々なものがある。インクジェットプリンタに使われるインクジェット方式もその一つである。ただし、インクジェット方式は、溶液（インク）に熱を加えるため、熱変性が生じる溶液の吐出には適していない。特に、バイオチップを製作する場合のように、核酸、蛋白質、生体細胞、ウイルスまたはバクテリアなどの生体分子を含む溶液の液滴を吐出しようとする場合には、溶液に熱を加えずに吐出できる液滴吐出型プリンティング装置が求められる。
【０００３】
溶液に熱を加えずに液滴を吐出できる装置として、超音波エネルギーを利用してピコリットルサイズの液滴を吐出する装置がＬａｂｃｙｔｅ  Ｉｎｃ．により開発されており、最近では、電荷集中（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ）現象を利用してピコリットルサイズの液滴を吐出できる電荷集中方式のプリンティング装置が特許文献１において提案されている。
【特許文献１】韓国特許出願第２００５−７４４９６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、非常に小さな液滴を実質的に同じサイズのまま短い時間間隔でノズルから吐出できると共に、小型化が可能な構成を有する液滴吐出型プリンティング装置を提供することである。
【０００５】
また、本発明の目的は、バイオチップの製作に利用される場合に、バイオチップの集積度を向上させ、製作効率を向上させる液滴吐出型プリンティング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態による、毛細管力を利用した電荷集中方式の液滴吐出型プリンティング装置は、溶液を入れる貯水槽と、後端部が前記貯水槽内の溶液に浸漬されるように配置され、毛細管力（ｃａｐｉｌｌａｒｙ  ｆｏｒｃｅ）により前端部まで前記溶液を移送する毛細管ノズルと、前記毛細管ノズルの前端部から所定距離だけ離隔されるように配置された標的部と、前記溶液に電圧を印加する開路型の（ｏｐｅｎ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｔｙｐｅ）電圧印加装置と、を備える。
【０００７】
ここで、前記毛細管ノズルの前端部は、前記貯水槽の上方に鉛直上向きに配置されうる。また、前記毛細管ノズルは、導電性材料または非導電性材料からなるが、非導電性材料からなる場合は、その内壁に導電性材料層をさらに備えることもできる。
【０００８】
毛細管ノズルが導電性材料からなる場合は、前記開路型電圧印加装置は前記毛細管ノズルを介して溶液に電圧を印加でき、また、毛細管ノズルが非導電性材料からなる場合であっても、その内壁に導電性材料層が備えられている場合には、開路型電圧印加装置は、前記毛細管ノズルの内壁、または貯水槽内の溶液に浸漬された電極を介して溶液に電圧を印加できる。また、毛細管ノズルが非導電性材料のみからなる場合は、前記開路型電圧印加装置は、前記貯水槽内の溶液に浸漬された電極を介して溶液に電圧を印加できる。
【０００９】
また、前記毛細管ノズルの内壁が親水性を有し、前記毛細管ノズルの前端部における内壁が疎水性コーティング層を備えることができるほか、前記毛細管ノズルの内壁が疎水性を有し、前記毛細管ノズルの前端部における内壁が親水性コーティング層を備えることもできる。前者は、吐出する溶液の溶媒が極性溶媒である場合に特に適しており、後者は、非極性溶媒である場合に特に適している。
【００１０】
また、１つの前記貯水槽に対して複数の前記ノズルが備えられることができ、前記開路型電圧印加装置は、前記貯水槽内の溶液に浸漬された電極を介して前記溶液に電圧を印加できる。
【００１１】
本発明の他の実施形態による、毛細管力を利用した電荷集中方式の液滴吐出型プリンティング装置は、２次元的に配列された複数の液滴吐出型プリンティングモジュールと、前記複数の液滴吐出型プリンティングモジュールから吐出された液滴が、前記複数の液滴吐出型プリンティングモジュールの配列パターンに応じた所定のパターンをなして載置される標的部と、を備え、前記液滴吐出型プリンティングモジュールは、溶液を入れる貯水槽と、後端部が前記貯水槽内の溶液に浸漬され、前端部が前記標的部から所定距離だけ離隔されるように配置され、毛細管力により前端部まで前記溶液を移送する毛細管ノズルと、前記溶液に電圧を印加する開路型電圧印加装置と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
それぞれの液滴吐出型プリンティングモジュールの貯水槽には、種類または濃度が異なる溶液を供給することができ、その場合は、それぞれのモジュールから異なる種類の溶液が吐出されることになる。また、前記モジュールの配列パターンに応じて、多様なパターンで液滴を載置できる。
【００１３】
ここで、前記毛細管ノズルの前端部は、前記貯水槽の上方に鉛直上向きに配置されうる。また、前記毛細管ノズルは、導電性材料または非導電性材料からなり、非導電性材料からなる場合は、その内壁に導電性材料層をさらに備えることもできる。
【００１４】
毛細管ノズルが導電性材料からなる場合は、前記開路型電圧印加装置は前記毛細管ノズルを介して溶液に電圧を印加でき、また、毛細管ノズルが非導電性材料からなる場合であっても、その内壁に導電性材料層が備えられている場合には、開路型電圧印加装置は、前記毛細管ノズルの内壁または貯水槽内の溶液に浸漬された電極を介して溶液に電圧を印加できる。また、毛細管ノズルが非導電性材料のみからなる場合は、前記開路型電圧印加装置は、前記貯水槽内の溶液に浸漬された電極を介して溶液に電圧を印加できる。
【００１５】
また、前記毛細管ノズルの内壁が親水性を有し、前記毛細管ノズルの前端部における内壁が疎水性コーティング層を備えることができるほか、前記毛細管ノズルの内壁が疎水性を有し、前記毛細管ノズルの前端部における内壁が親水性コーティング層を備えることもできる。前者は、吐出する溶液の溶媒が極性溶媒である場合に特に適しており、後者は、非極性溶媒である場合に特に適している。
【００１６】
また、１つの前記貯水槽に対して複数の前記ノズルが備えられることができ、前記開路型電圧印加装置は、前記貯水槽内の溶液に浸漬された電極を介して前記溶液に電圧を印加することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による電荷集中方式の液滴吐出型プリンティング装置は、非常に小さな液滴を実質的に同じサイズのまま短い時間間隔でノズルから吐出することを可能にすると共に、装置を小型化することを可能にする。また、別途の圧力印加装備が必要なく電圧印加装置のみで作動可能なので、設置が容易であり、移動性に優れる。
【００１８】
そして、バイオチップの製作に利用される場合に、バイオチップの集積度を向上させ、製作効率を向上させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付された図面を参照しつつ本発明の実施形態を詳細に説明する。添付された図面で用いられた同一の符号は同一の構成要素を示す。また、添付された図面に示した構成要素は、発明の特徴についての理解を助けるために強調または簡略化されて表現されている場合がある。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態による液滴吐出型プリンティング装置１０１を概略的に示す構成図である。本実施形態において、液滴吐出型プリンティング装置１０１は、溶液を入れる貯水槽２０と、後端部が前記貯水槽２０内の溶液２５に浸漬されるように配置され、毛細管力により前端部まで前記溶液を移送する毛細管ノズル１０と、前記毛細管ノズル１０の前端部から所定距離だけ離隔するように配置された標的部３０と、前記溶液に電圧を印加する開路型（ｏｐｅｎ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｔｙｐｅ）電圧印加装置４０と、を備える。ここで、所定の距離とは、前記開路型電圧印加装置４０により溶液に電圧が印加されて電荷が溶液表面に集中し、さらに電荷が前記毛細管ノズル１０内に寄り集まり、それにより前記標的部３０の表面上の前記毛細管ノズル１０の前端部に対向する部分に対立する電荷が誘導されたときに、これらの電荷間のクーロン力が前記溶液の表面の表面張力より強くなって、液滴が前記標的部３０に吐出されうる程度の距離を意味する。したがって、前記所定の距離は、印加電圧の強度、溶液の電解質濃度、溶液の表面張力など多様な要因により変化しうる。
【００２１】
前記毛細管ノズル１０は、図１に示したように、その前端部が前記貯水槽２０の上方に鉛直上向きになるように配置されることができ、この場合、標的部３０は、前記前端部の上方に配置される。しかし、これに限定されるものではなく、毛細管ノズル１０は、傾斜して配置されるか、水平方向に配置されるか、または、その前端部が鉛直下向きになるように配置されることもできる。前記毛細管ノズル１０の前端部が鉛直上向きに配置される場合、前記毛細管ノズル１０の液面からの露出長さは、前記毛細管ノズル１０内の溶液を引き上げる毛細管力が重力よりも大きくなるような範囲内で決定されうる。
【００２２】
前記毛細管ノズル１０は、導電性材料で形成されうる。導電性材料の例としては、金、白金、銅、アルミニウムなどの金属及び導電性ポリマーなどが挙げられる。前記毛細管ノズル１０が導電性材料で形成された場合、前記開路型電圧印加装置４０は、前記毛細管ノズル１０に直接連結されたリード線４１を介して溶液に電圧を印加できる。前記毛細管ノズル１０が非導電性材料で形成される場合は、その内壁に導電性材料層（図５参照）が備えられうる。この場合にも、前記開路型電圧印加装置４０は、前記毛細管ノズルの内壁の導電性材料層に直接連結されたリード線４１を介して溶液に電圧を印加できる。
【００２３】
本発明による液滴吐出型プリンティング装置をバイオチップまたはＤＮＡマイクロアレイの製作に適用する場合、前記標的部３０は、シリコン、ガラス、ポリマーのうちいずれか一つからなるか、またはシリコン、ガラス、ポリマーのうち少なくとも二つ以上の材料からなる複合材料基板でありうる。しかし、これに限定されるものではなく、本発明による液滴吐出型プリンティング装置の用途に応じて多様な部材が適用されうる。前記標的部３０の表面には、前記毛細管ノズル１０の前端部から吐出される液滴２５が付着されるが、前記標的部３０の表面にアミン基、カルボキシル基、ストレプトアビジン（ｓｔｒｅｐｔａｖｉｄｉｎ）、ビオチン（ｂｉｏｔｉｎ）、チオール（ｔｈｉｏｌ）、ポリ−Ｌ−リシン（Ｐｏｌｙ−Ｌ−Ｌｙｓｉｎｅ）のうちいずれか一つまたは二つ以上をコーティングすることによって前記液滴に含まれた生体分子の付着力を向上させることができる。
【００２４】
また、前記標的部３０は、透明な基板でありうる。標的部３０が透明であれば、前記毛細管ノズル１０の反対側からプリンティングされた液滴の状態を光学的に検知できるという利点がある。前記標的部３０は接地されうる。
【００２５】
前記開路型電圧印加装置４０は、前記毛細管ノズル１０の内壁と電気的に連結されている。前記開路型電圧印加装置４０は、リード線４１を介して前記毛細管ノズル１０に所定波形の電圧を印加できる。この所定の波形の電圧には、直流電圧、正弦波や三角波などからなる多様な交流電圧、及び多様な形態のパルスが含まれ、それらのうち二つ以上が重畳された波形の電圧も含まれうる。印加電圧の波形及び強度は、プリンティングしようとする液滴のサイズ及び液体の物性によって変化しうる。前記開路型電圧印加装置４０は、かかる印加電圧により前記毛細管ノズル１０内の溶液２５に電荷を供給する。
【００２６】
前記実施形態による液滴吐出型プリンティング装置１０１の作動過程を説明すると次の通りである。貯水槽２０内の溶液２５は、前記溶液２５に浸漬されている毛細管ノズル１０の後端部から、外部に露出されている前端部まで毛細管力により移送される。毛細管ノズル１０の前端部に達した溶液は、表面張力によりあふれ出ずに凝集する。このとき、溶液が毛細管ノズル１０の前端部において凝集する形状は、前記溶液２５と接する前記毛細管ノズル１０の接触角に応じて多様な形状を呈しうる。前記開路型電圧印加装置４０により電圧が印加されると、前記毛細管ノズル１０の前端部における液体の表面に電荷が集中すると同時に、それに面する前記標的部３０の表面に対立する電荷が誘導される。このとき、前記毛細管ノズル１０の前端部の液体の表面と前記標的部３０との間に発生する電気的引力、すなわちクーロン力が前記液体２５の表面張力より大きくなれば、液滴が前記標的部３０に向かって吐出される。吐出される液滴の体積は、ピコリットルないしナノリットルレベルであるので、重力の影響は無視しうる。なお、電荷集中方式の液滴吐出型プリンティング装置の作動原理は、韓国特許出願第２００５−７４４９６号明細書において詳細に説明されているため、ここでは簡略に述べた。
【００２７】
図２は、本発明の他の実施形態による、溶液に浸漬された電極を介して電圧を印加する液滴吐出型プリンティング装置１０２を概略的に示す構成図である。本実施形態は、図１の実施形態とほぼ同じであるが、前記開路型電圧印加装置４０がリード線４３を介して前記貯水槽２０内の溶液に浸漬された電極（図示せず）に電圧を印加するという点が異なっている。前記電極の素材や形状は特に制限されず、単に被覆が剥がされた前記リード線４３の端部であってもよい。本実施形態において、前記毛細管ノズル１０は、導電性材料からなってもよく、非導電性材料からなってもよい。
【００２８】
図３は、本発明の他の実施形態による、１つの貯水槽２０に対して２つの毛細管ノズル１０が備えられた液滴吐出型プリンティング装置１０３を概略的に示す構成図である。本実施形態は、図２の実施形態とほぼ同じであるが、複数の毛細管ノズル１０を備えるという点が特徴である。図３のように、前記開路型電圧印加装置４０が、前記毛細管ノズル１０ではなく溶液２５に電圧を印加することによって、それぞれの毛細管ノズル１０に連結された配線がなくても複数の毛細管ノズル１０から液滴を吐出させることができる。
【００２９】
図４は、毛細管ノズル１０の断面図及び平面図の一例である。毛細管ノズル１０は、一般的な円筒形の毛細管でありうる。ただし、円筒形に限定されるものではなく、毛細管力を利用して溶液を移送できる構造であれば、いかなる形態であってもよい。毛細管ノズル１０の壁体１５は、導電性材料で形成されても非導電性材料で形成されてもよい。導電性材料としては、様々な金属材料が採用され、吐出する溶液に対して耐腐食性を有する材料であることが望ましい。非導電性材料としては、ガラスや多様なプラスチック材料を採用できる。
【００３０】
図５は、内壁に導電性材料層１６をさらに備えた毛細管ノズル１１の断面図及び平面図である。例えば、前記毛細管ノズル１１の壁体１５は、ガラスからなり、前記導電性材料層１６は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）層でありうる。この場合、前記導電性材料層１６は、リード線を介して開路型電圧印加装置４０と連結されうる。
【００３１】
図６は、前端部にコーティング層１７をさらに備えた毛細管ノズル１２の断面図及び平面図である。図６のように、前記毛細管ノズル１２の前端部における壁体１５の内壁には、コーティング層１７がさらに備えられうる。前記コーティング層１７は、前記溶液が水溶液である場合には、疎水性コーティング層であることが好ましい。また、前記コーティング層１７は、前記壁体１５の内壁とは親水度が異なる親水性材料で、例えば親水度がより小さい材料で、形成されうる。この前記コーティング層１７の形状に応じて毛細管ノズル１２の前端部における接触角を大きくまたは小さくすることができ、それにより、前記毛細管ノズル１２の前端部から液滴を最適なサイズで吐出させることができる。
【００３２】
図７は、毛細管力による毛細管ノズル内での溶液移送原理を示す概念図である。毛細管ノズルの内部の溶液には、重力Ｆｇと毛細管力Ｆｃとが作用する。毛細管ノズルの前端部が鉛直上向きに配置された場合、前記重力と毛細管力とは、互いに逆方向に作用し、所定の高さＨで平衡をなす。その高さＨが毛細管力を利用して溶液を移送できる最大高さであり、本発明による液滴吐出型プリンティング装置の毛細管ノズルの高さは、前記最大高さＨよりも小さい範囲内で決定される。その理由は、毛細管ノズルの前端部から液滴が吐出されたときに、それに相当する体積の溶液を毛細管力により迅速かつ安定的に補充するためである。このように毛細管力を利用してノズルの前端部に溶液を供給することで、液滴が吐出された直後の溶液の表面が迅速に安定化されるので、装置の反復性を大きく向上させることができる。
【００３３】
毛細管ノズルの内部半径がＲ、溶液と内壁との接触角がθ、溶液の単位長当たりの表面張力がγ、溶液の密度がρであるとき、毛細管内の溶液カラムの最大高さＨは、重力と毛細管力との平衡条件から、
Ｈ＝２γｃｏｓθ／ρｇＲと表される（ここで、ｇは重力加速度）。
【００３４】
例えば、濃度が２０μＭであるＤＮＡ溶液の場合（γ＝５８．２ｄｙｎ／ｃｍ２、θ＝４０°、ρ＝１．０１ｇ／ｃｍ３）、半径Ｒが０．０１１５ｃｍであれば、Ｈは約７．４ｃｍである。したがって、溶液の表面からの毛細管ノズルの高さを７．４ｃｍ未満にすれば、前記毛細管ノズルの前端部に溶液を供給できる。
【００３５】
図８は、本発明の他の実施形態による、１つの貯水槽２０に対して複数の毛細管ノズル１０が配列された液滴吐出型プリンティング装置１０４を概略的に示す斜視図である。図８のように、１つの貯水槽２０に対して、多数の前記毛細管ノズル１０が所望のパターンで配列されうる。図８のように、複数の毛細管ノズル１０から吐出されて標的部３０に載置された液滴２７も、複数の毛細管ノズル１０の配列パターンに応じた一定のパターンをなす。前記貯水槽２０には、溶液を注入、排出する注入口２１、排出口２２が設けられており、その片方を介して、例えば排出口２２を介して、開路型電圧印加装置４０のリード線４３が、前記貯水槽２０内の溶液に電気的に連結されうる。さらに具体的には、前記リード線４３は、前記貯水槽２０内の溶液に浸漬された電極（図示せず）に連結されうる。前記電極の材料及び形状は特に制限されないが、溶液に対する耐腐食性が要求される。また、複数の毛細管ノズル１０から液滴を均一に吐出させるためには、前記電極から個々の前記各毛細管ノズル１０の前端部までの距離がほぼ同じである方が有利である。なお、毛細管ノズル１０を絶縁性材料で形成すれば、複数の毛細管ノズル１０どうしの間に生じる電気的な相互作用が減少するため、ノズルの集積化に有利である。
【００３６】
図９は、本発明の他の実施形態による、複数の液滴吐出型プリンティングモジュールが配列された液滴吐出型プリンティング装置１０５を概略的に示す斜視図である。本実施形態によれば、２次元的に配列された複数の液滴吐出型プリンティングモジュールと、前記複数の液滴プリンティングモジュールの各々から吐出された液滴２７，２７´が、前記複数の液滴吐出型プリンティングモジュールの配列パターンに応じた所定のパターンをなして載置される標的部３０と、を備える。ここで、前記液滴吐出型プリンティングモジュールは、前述した図１または図２の実施形態と同様に溶液を入れる貯水槽２０と、後端部が前記貯水槽２０内の溶液に浸漬され、前端部が前記標的部３０から所定距離だけ離隔されるように配置され、毛細管力により前端部まで前記溶液を移送する毛細管ノズル１０と、前記溶液に電圧を印加する開路型電圧印加装置（図示せず）と、を備える。複数の液滴吐出型プリンティングモジュールにおいて、前記貯水槽２０及び他の貯水槽２０´には、必要に応じて異なる種類または異なる濃度の溶液が注入されることができ、その場合、前記標的部３０に吐出される前記液滴２７，２７´は互いに異なる溶液からなる。
【００３７】
これと共に、前記液滴吐出型プリンティングモジュールの貯水槽２０には、注入口２１と排出口２２が設けられうる。前記開路型電圧印加装置（図示せず）は、図１の実施形態のように、前記毛細管ノズル１０の内壁を介して溶液に電圧を印加することもでき、図２の実施形態のように、前記貯水槽２０内の溶液に浸漬された電極（図示せず）を介して溶液に電圧を印加することもできる。
【００３８】
図１０Ａは、ステンレス鋼（ＳＵＳ）製毛細管ノズルを備えた図１の装置によって反復的に吐出された液滴の体積を示すダイヤグラムである。実験に使われた液滴吐出型プリンティング装置は、ＳＵＳで形成された毛細管ノズルと、ガラスで形成された標的部とを採用し、ノズルの前端部と標的部との間隔は２００μｍとし、３．５秒間隔で吐出電圧を印加した。図１０Ａは、液滴を連続的に８０回吐出した結果を示す。液滴の体積が平均値である３３ｐｌを中心にほぼ均一に吐出されたことが分かる。
【００３９】
図１０Ｂは、図１０Ａの資料を利用して得られた液滴体積に対する度数分布図である。
【００４０】
液滴の吐出を８０回反復した結果、液滴の体積は平均値が３３ｐｌであり、標準偏差が５．３であって、９５％の信頼度が得られた。
【００４１】
図１１は、図１の装置により反復的に吐出された液滴を示す連続写真である。図１０Ａを参照して説明した実験と同じ装置を利用して、３秒間隔で７回液滴を吐出した。開路型電圧印加装置は、前記毛細管ノズルに直接連結されて電圧を印加した。各々の写真の下部に見えるのがノズルの前端部であり、その前端部の凸状に突出している部分が溶液の表面である。各々の写真の上部にはガラス板の標的部が設けられており、前記標的部の底面に液滴が付着している。写真からも液滴のサイズがほぼ均一であることが確認できる。
【００４２】
図１２は、図２の装置により反復的に吐出された液滴を示す連続写真である。図１１の実験とは、開路型電圧印加装置が貯水槽内の溶液に浸漬された電極を介して電圧を印加する点のみが異なり、残りの条件は同じであった。電圧印加方式の差により、液滴の体積が図１１の実験結果に比べて全体的に大きくなったが、液滴の吐出を７回反復した結果、液滴の体積はほぼ均一になった。
【００４３】
図１３は、図３の装置により液滴が吐出される過程を示す連続写真である。各々の写真の下部に見えるのは毛細管ノズルであり、上部に見えるのは前記毛細管ノズルがガラス板に反射された像である。２つの毛細管ノズルは、３ｍｍ間隔で配置されており、溶液に浸漬された電極に電圧が印加されると同時にピコリットルレベルの液滴が吐出されたことを確認できる。なお、導電性材料からなる毛細管ノズルに直接電圧を印加する場合には、隣接した毛細管ノズルの作動に悪影響が及ぶため毛細管ノズルの集積化には限界があるが、図１３のように貯水槽内の溶液に電圧を印加する場合には、約３ｍｍの短い間隔で複数の毛細管ノズルを配置することが可能になる。
【００４４】
以下の図１４〜図１７は、図２の実施形態による構成及びガラス毛細管ノズルを有する液滴吐出型プリンティング装置を利用した実験例に関する。
【００４５】
図１４は、ガラス製毛細管ノズルを備えた液滴吐出型プリンティング装置における毛細管ノズルの前端部を示す写真である。ガラス毛細管ノズルの外径は１．５ｍｍ、内径は０．８４ｍｍであり、溶液の水面からノズルの前端部までの高さは２．５７ｍｍである。また、図１４に示すように、毛細管ノズルの前端部から標的部までの距離は５００μｍである。
【００４６】
図１５は、図１４の装置において、開路型電圧印加装置により印加される電圧の波形を示すグラフである。図１４の液滴吐出型プリンティング装置の開路型電圧印加装置は、溶液に図１５に示したような半周期の正弦波を印加する。最大電圧は、４ｋＶである。ただし、図１５の波形は、一例に過ぎず、前記開路型電圧印加装置は、多様な波形の電圧を印加できる。例えば、一周期の正弦波、矩形波、鋸波、あるいはそれらを組み合わせた波形などがある。かかる波形の電圧、サイズ及び周波数を調節して、吐出される液滴のサイズを制御することもできる。正弦波の電圧を印加する場合、周波数が大きくなれば液滴の体積が小さくなり、周波数が小さくなれば液滴の体積が大きくなる傾向がある。かかる印加電圧の周波数は、約１〜１０ｋＨｚの範囲から適宜決定されうる。
【００４７】
図１６は、図１４の装置により液滴が吐出される過程を示す連続写真である。これらは１／３０秒間隔で撮影したものであって、写真［３］の撮影直前に液滴が吐出されたことが分かる。毛細管ノズルは透明なガラスからなるので、前端部における溶液表面の微細な動きを観察できる。写真［１］及び［２］においては凹状であった水面が、液滴の吐出を示す写真［３］及び［４］においては多少凸状に変化したが、それ以降の写真では次第に凹状に戻った。かかる過程で２６ｎｌの液滴が吐出され、写真［１０］における水面は、液滴吐出前の写真［１］のような状態に回復した。
【００４８】
図１７は、図１４の装置により、乾燥後の液滴に近接する位置に液滴が吐出される過程を示す連続写真である。これらは１／３０秒間隔で撮影したものであって、図１６の実験において吐出された液滴の乾燥後に、その乾燥後の液滴から１ｍｍほど離れた位置に新たな液滴を吐出する過程を表す。既に標的部に載置された液滴の影響を受けずに正常に液滴が吐出されたことを確認できる。かかる点は、ＤＮＡチップなどのバイオチップの製作時に集積度の向上に寄与しうる。
【００４９】
以上、本発明による望ましい実施形態が説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者であれば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲によって決められなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、液滴吐出型プリンティング装置関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態による液滴吐出型プリンティング装置を概略的に示す構成図である。
【図２】他の実施形態による、溶液に浸漬された電極を介して電圧を印加する液滴吐出型プリンティング装置を概略的に示す構成図である。
【図３】他の実施形態による、１つの貯水槽に対して二つの毛細管ノズルが備えられた液滴吐出型プリンティング装置を概略的に示す構成図である。
【図４】毛細管ノズルの断面図及び平面図の一例である。
【図５】内壁に導電性材料層をさらに備えた毛細管ノズルの断面図及び平面図の一例である。
【図６】前端部にコーティング層をさらに備えた毛細管ノズルの断面図及び平面図の一例である。
【図７】毛細管ノズル内での毛細管力による溶液移送原理を示す概念図である。
【図８】他の実施形態による、１つの貯水槽に対して複数の毛細管ノズルが配列された液滴吐出型プリンティング装置を概略的に示す斜視図である。
【図９】他の実施形態による、複数の液滴吐出型プリンティングモジュールが配列された液滴吐出型プリンティング装置を概略的に示す斜視図である。
【図１０Ａ】ＳＵＳ製毛細管ノズルを備えた図１の装置により反復的に吐出された液滴の体積を示すダイヤグラムである。
【図１０Ｂ】図１０Ａの資料を利用して得られた液滴の体積に対する度数分布図である。
【図１１】図１の装置により反復的に吐出された液滴を示す連続写真である。
【図１２】図２の装置により反復的に吐出された液滴を示す連続写真である。
【図１３】図３の装置により液滴が吐出される過程を示す連続写真である。
【図１４】ガラス毛細管ノズルを備えた前記液滴吐出型プリンティング装置における毛細管ノズルの前端部を示す写真である。
【図１５】図１４の装置において開路型電圧印加装置により印加される電圧の波形を示すグラフである。
【図１６】図１４の装置により液滴が吐出される過程を示す連続写真である。
【図１７】図１４の装置により、乾燥後の液滴に近接した位置に液滴が吐出される過程を示す連続写真である。
【符号の説明】
【００５２】
１０    毛細管ノズル、
２０    貯水槽、
２５    溶液、
３０    標的部、
４０    開路型電圧印加装置、
４１    リード線、
１０１    液滴吐出型プリンティング装置。
【図１】
2007301992.tif 000003
【図２】
2007301992.tif 000004
【図３】
2007301992.tif 000005
【図４】
2007301992.tif 000006
【図５】
2007301992.tif 000007
【図６】
2007301992.tif 000008
【図７】
2007301992.tif 000009
【図８】
2007301992.tif 000010
【図９】
2007301992.tif 000011
【図１０Ａ】
2007301992.tif 000012
【図１０Ｂ】
2007301992.tif 000013
【図１５】
2007301992.tif 000014
【図１１】
2007301992.tif 000015
【図１２】
2007301992.tif 000016
【図１３】
2007301992.tif 000017
【図１４】
2007301992.tif 000018
【図１６】
2007301992.tif 000019
【図１７】
2007301992.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成19年4月24日(2007.4.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１４】
2007301992.tif 000021