(57)【要約】【課題】インクジェット記録装置を応用したプローブ・アレイ調製装置において、液体噴射ヘッドにプローブ溶液を充填する際の浪費を最小限に抑える。【解決手段】液体を噴射する噴射ノズルと前記噴射ノズルに液体を供給するためのリザーバタンクとからなる液体噴射ヘッドにおいて、前記リザーバタンク内の圧力を減圧することによって前記噴射ノズルから前記リザーバタンクに吸引された液体が所定量に達すると吸引を停止する吸引制御手段とを有する。【選択図】図１
2007130599.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を噴射する噴射ノズルと前記噴射ノズルに液体を供給するためのリザーバタンクとからなる液体噴射ヘッドにおいて、
前記リザーバタンク内の圧力を減圧することによって前記噴射ノズルから前記リザーバタンクに吸引された液体が所定量に達すると吸引を停止する吸引制御手段とを有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記リザーバタンクに前記液体を吸引するための吸引用ノズルをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記リザーバタンク内の圧力を加圧することによって前記リザーバタンク内に残存する液体を前記噴射ノズルまたは前記吸引用ノズルから排出することを特徴とする請求項１または２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
液体を噴射する噴射ノズルと前記噴射ノズルに液体を供給するためのリザーバタンクとからなる液体噴射ヘッドを複数個アレイ状に配置した多種液噴射ヘッドにおいて、
前記多種液噴射ヘッドを構成する複数の液体噴射ヘッドのリザーバタンクと連通する共通圧力室と、前記共通圧力室の圧力を減圧することによって前記噴射ノズルから前記リザーバタンクに吸引された液体が所定量に達すると吸引を停止する吸引制御手段とを有することを特徴とする多種液噴射ヘッド。
【請求項５】
前記リザーバタンクに前記液体を吸引するための吸引用ノズルをさらに有することを特徴とする請求項４に記載の多種液噴射ヘッド。
【請求項６】
前記共通圧力室の圧力を加圧することによって前記リザーバタンク内に残存する液体を前記噴射ノズルまたは前記吸引用ノズルから排出することを特徴とする請求項４または５に記載の多種液噴射ヘッド。
【請求項７】
液体を噴射する噴射ノズルと前記噴射ノズルに液体を供給するためのリザーバタンクとからなる液体噴射ヘッドの前記リザーバタンクに液体を充填するための液体充填方法であって、
補充する液体と前記液体噴射ヘッドを繋ぐ流路内を前記リザーバタンクに残存する液体で満たす流路充填工程と、リザーバタンクに補充する液体を吸引する吸引工程と、リザーバタンク内の圧力を概ね大気圧と等しくする圧力リーク工程とからなることを特徴とする液体噴射ヘッドの液体充填方法。
【請求項８】
前記リザーバタンク内の液体が所定量に達すると吸引を制御する制御工程をさらに有することを特徴とする請求項７に記載の液体噴射ヘッドの液体充填方法。
【請求項９】
液体噴射方式によりプローブ溶液を固相基板に吐出してプローブ・アレイを調製するための装置であって、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッド、もしくは請求項４〜６のいずれか１項に記載の多種液噴射ヘッドを複数配列してなる調製ヘッドと、該調製ヘッドを主走査方向に移動させるための手段であるＣＲリニアモーターと、該ＣＲリニアモーターのスライダ方向に固定されており、該調製ヘッドを保持する保持手段と、該ＣＲリニアモーターを、その両端部において左右二つのベースを介して固定してなる定盤と、
該調製ヘッドを保持する保持手段の下側に配置されてなり、該調製ヘッドから吐出されるプローブ溶液を受容しプローブ・アレイとなる固相基板を真空吸着してなるステージと、該ステージを前記主走査方向と直角の方向に移動させるための手段であるＬＦリニアモーターと、
該調製ヘッドに該プローブ溶液を供給または補充するための溶液充填ユニットと、
該調製ヘッドが該固相基板への吐出以外に該プローブ溶液を吐出する必要がある場合に該プローブ溶液を受けるための予備吐出受けと
前記ＣＲリニアモーター及び前記ＬＦリニアモーターを制御して該調製ヘッドを該固相基板上の所望の位置に相対させるための制御手段と
を有することを特徴とする、プローブ・アレイ調製装置。
【請求項１０】
液体噴射方式によりプローブ溶液を固相基板に吐出してプローブ・アレイを調製する方法であって、
請求項７または８に記載の液体噴射ヘッドの液体充填方法により、請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッド、もしくは請求項４〜６のいずれか１項に記載の多種液噴射ヘッドに該プローブ溶液を充填する工程と、
制御手段からの信号に従って、前記液体噴射ヘッド、もしくは前記多種液噴射ヘッドを複数配列してなる調製ヘッドを、ＣＲリニアモーターによって主走査方向に移動させ、
該調製ヘッドから吐出される該プローブ溶液を受容しプローブ・アレイとなる固相基板を、ＬＦリニアモーターによって前記主走査方向と直角の方向に移動させ、
該調製ヘッドを該固相基板上の所望の位置に相対させる工程と、
該調製ヘッドから該プローブ溶液を該固相基板上の所望の位置に吐出し、プローブ・スポットを形成する工程と、
制御手段からの信号に従って、該調製ヘッドを該固相基板上の別の所望の位置に相対させ、該プローブ溶液を吐出し、別のプローブ・スポットを形成する工程を繰り返すことにより、所定の位置すべてにプローブ・スポットを形成することでプローブ・アレイを完成させることを特徴とする、プローブ・アレイの調製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は媒体上に液体を噴射して画像を形成させる液体噴射ヘッド、特にガラス基板などの媒体上に複数のプローブ溶液を吐出させてプローブ・アレイを調製する多種液噴射ヘッドおよびその多種液噴射ヘッドに溶液を充填する充填方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
遺伝子ＤＮＡの塩基配列の解析、あるいは遺伝子診断などを行う際、目的とする塩基配列を有するＤＮＡを複数種のプローブを用いて選別することが必要となるが、この選別作業に利用されるプローブ複数種を提供する手段としてＤＮＡマイクロチップがある。
【０００３】
ＤＮＡマイクロチップは固相基板上に複数種のプローブを２次元アレイ状に配置したもので、数10〜数1000程度の異なるプローブが配置されたものが一般的でプローブ・アレイとも呼ばれている。
【０００４】
このプローブ・アレイを液体噴射ヘッドにより調製する方法については、特開平９-207837号公報で開示されているようにプローブを含む溶液を液体噴射ヘッドで固相基板上に噴射して付着させ、プローブを含むスポットを固相基板上に形成する方法が提案されている。
【０００５】
さらに特開2002-318232号公報では数100〜数1000程度のプローブ・アレイを調製するため、多数のプローブ溶液を噴射するノズルを備える液体噴射ヘッドからなるヘッドブロックを複数配列して効率良く調製する方法も提案されている。
【０００６】
このようにプローブ・アレイの調製に使用される調製ヘッドは従来の液体噴射ヘッド(インクジェットヘッド)を複数配列したものであるため、その調製装置も従来のインクジェット描画装置またはインクジェット記録装置を流用することがほとんどである。
【０００７】
よって、その一部をカスタマイズして使用されることが一般的で、調製ヘッドにプローブ溶液を充填する方法も従来のインクジェットヘッドの充填方法とほぼ同様であった。図22はその第１の充填方法を表す模式図である。
【０００８】
種類の異なる多数のプローブ溶液はそれぞれチューブ53によって調製ヘッド200のリザーバタンクに供給される。調製ヘッドの下側のノズル面に吸引パッド51を密着した後、吸引チューブ52に接続した真空ポンプによってノズル側からプローブ溶液を吸引してリザーバタンクおよびノズル内にプローブ溶液を充填している。
【０００９】
また、図23に示す第２の方法ではチューブ代わりにピペット54によって各プローブ溶液をリザーバタンクに供給し、同様にノズル側から吸引パッド51によって吸引することによってノズル内にプローブ溶液を充填している。
【特許文献１】特開平９-207837号公報
【特許文献２】特開2002-318232号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、プローブ溶液は非常に高価であるにもかかわらず、上記の２つの方法では充填時にノズル側から多量のプローブ溶液が吸い出されてしまうため多量のプローブ溶液が浪費されていた。さらに、プローブ溶液は生成後、一定時間に使い切る必要があるにもかかわらず、第１の方法ではチューブ内を満たすために多量の溶液が必要であるため、その溶液が無駄になることがしばしばあった。
【００１１】
また、プローブ・アレイ調製の際、プローブ溶液毎の使用量は一定ではないため、液体噴射ヘッド毎にリザーバタンクに残存するプローブ溶液量が異なる。しかし、プローブ溶液の充填はすべて同時に行われるため、最も少ない残量を補充するだけの量、すべてのプローブ溶液を充填しなければならず、高価なプローブ溶液を浪費していた。
【００１２】
そこで、本発明の目的は液体噴射ヘッドにプローブ溶液を充填する際の浪費を最小限に抑えることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の目的を達成するため、本願発明は次のような構成を有する。
【００１４】
すなわち、液体を噴射する噴射ノズルと前記噴射ノズルに液体を供給するためのリザーバタンクとからなる液体噴射ヘッドにおいて、前記リザーバタンク内の圧力を減圧することによって前記噴射ノズルから前記リザーバタンクに吸引された液体が所定量に達すると吸引を停止する吸引制御手段とを有することを特徴とする。
【００１５】
また、このような液体噴射ヘッドを複数個アレイ状に配置した多種液噴射ヘッドにおいて、それぞれのリザーバタンクに連通する共通圧力室をさらに有し、該共通圧力室内の圧力の減圧により個々の液体噴射ヘッドの液体吸引を前記のように制御する吸引制御手段とを有することを特徴とする。
【００１６】
さらに、液体を噴射する噴射ノズルと前記噴射ノズルに液体を供給するためのリザーバタンクとからなる液体噴射ヘッドの前記リザーバタンクに液体を充填するための液体充填方法であって、
補充する液体と前記液体噴射ヘッドを繋ぐ流路内を前記リザーバタンクに残存する液体で満たす流路充填工程と、リザーバタンクに補充する液体を吸引する吸引工程と、リザーバタンク内の圧力を概ね大気圧と等しくする圧力リーク工程とからなることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は液体噴射方式によりプローブ溶液を固相基板に吐出してプローブ・アレイを調製するための装置であって、
前記記載の液体噴射ヘッド、もしくは多種液噴射ヘッドを複数配列してなる調製ヘッドと、該調製ヘッドを主走査方向に移動させるための手段であるＣＲリニアモーターと、該ＣＲリニアモーターのスライダ方向に固定されており、該調製ヘッドを保持する保持手段と、該ＣＲリニアモーターを、その両端部において左右二つのベースを介して固定してなる定盤と、
該調製ヘッドを保持する保持手段の下側に配置されてなり、該調製ヘッドから吐出されるプローブ溶液を受容しプローブ・アレイとなる固相基板を真空吸着してなるステージと、該ステージを前記主走査方向と直角の方向に移動させるための手段であるＬＦリニアモーターと、
該調製ヘッドに該プローブ溶液を供給または補充するための溶液充填ユニットと、
該調製ヘッドが該固相基板への吐出以外に該プローブ溶液を吐出する必要がある場合に該プローブ溶液を受けるための予備吐出受けと
前記ＣＲリニアモーター及び前記ＬＦリニアモーターを制御して該調製ヘッドを該固相基板上の所望の位置に相対させるための制御手段と
を有することを特徴とする。
【００１８】
さらに、本発明は、液体噴射方式によりプローブ溶液を固相基板に吐出してプローブ・アレイを調製する方法であって、
前記記載の液体噴射ヘッドの液体充填方法により、前記記載の液体噴射ヘッド、もしくは多種液噴射ヘッドに該プローブ溶液を充填する工程と、
制御手段からの信号に従って、前記液体噴射ヘッド、もしくは前記多種液噴射ヘッドを複数配列してなる調製ヘッドを、ＣＲリニアモーターによって主走査方向に移動させ、
該調製ヘッドから吐出される該プローブ溶液を受容しプローブ・アレイとなる固相基板を、ＬＦリニアモーターによって前記主走査方向と直角の方向に移動させ、
該調製ヘッドを該固相基板上の所望の位置に相対させる工程と、
該調製ヘッドから該プローブ溶液を該固相基板上の所望の位置に吐出し、プローブ・スポットを形成する工程と、
制御手段からの信号に従って、該調製ヘッドを該固相基板上の別の所望の位置に相対させ、該プローブ溶液を吐出し、別のプローブ・スポットを形成する工程を繰り返すことにより、所定の位置すべてにプローブ・スポットを形成することでプローブ・アレイを完成させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
ノズル側からプローブ溶液を吸引して調製ヘッド内のリザーバタンクにプローブ溶液を充填し、さらにリザーバタンク内に吸引された液体が所定量に達すると吸引を停止し、充填量を一定に制御する手段を備えることにより、プローブ溶液充填時の溶液の無駄を最小限に抑えることができる。
【００２０】
調製ヘッド内の残存溶液量が異なっている場合でも、必要量のみ充填できるため、残存溶液も効率よく利用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本願発明の液体噴射ヘッドは、好ましくは噴射ノズル以外に液体を吸引するための吸引ノズルを複数有する。その場合液体充填をより円滑にすることができ、吸引時間を短縮できる。
【００２２】
以下、本願発明の液体噴射ヘッドを有する装置により調製されるプローブ・アレイ、並びに調製方法、本願発明の液体噴射ヘッドを有するプローブ・アレイ調製装置の構成と動作について詳述する。
【００２３】
(０-１)プローブ・アレイの概要
図19はプローブ・アレイの外観図で、縦16、横16の計256個のスポットが80dpiの間隔で配置された場合の例である。各スポットは液体噴射ヘッドによりスポッティングされたプローブ溶液で形成されており、通常の場合各スポットに噴射されるプローブ溶液はすべて異なる組成である。
【００２４】
プローブ溶液は液体噴射ヘッドから吐出できる限り、そのプローブ自体の種類は特に重要な要素ではなく、基板上に吐出し、塗布した後、基板上に固定できるものに本発明の方法は適用される。
【００２５】
この要件を満たすプローブとして、例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、cＤＮＡ(コンプリメンタリーＤＮＡ)、ＰＮＡ、オリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド、その他の核酸、オリゴペプチド、ポリペプチド、タンパク質、酵素、酵素に対する基質、抗体、抗体に対するエピトープ、抗原、ホルモン、ホルモンレセプター、リガンド、リガンド・レセプター、オリゴ糖、ポリ糖をその一例として挙げることができる。
【００２６】
これらプローブは固相基板に結合可能な構造を有するものとし、プローブ溶液を吐出し、塗布した後、かかる結合可能な構造を利用して固相基板に結合させることが望ましい。
【００２７】
この固相基板へ結合可能な構造は、例えば、アミノ基、スルフィドリル基、カルボキシル基、水酸基、酸ハライド化物(-ＣＯＸ)、ハライド化物、アジリジン、マレイミド、スクシイミド、イソチオシアネート、スルフォニルクロライド(-ＳＯ2Ｃl)、アルデヒド(-ＣＨＯ)、ヒドラジン、ヨウ化アセトアミドなどの有機官能基をプローブ分子に予め導入する処理を施すことで形成することができる。
【００２８】
その場合、基板表面には、前記の各種有機官能基と反応して共有結合を形成する構造、有機官能基を導入する処理を予め行っておくことが必要となる。
【００２９】
(０-２)多種液噴射ヘッドによるプローブ・アレイの調製
図12はプローブ・アレイ50を調製するために、液体噴射ヘッドをアレイ状に配列し多種のプローブ溶液を噴射できるようにした多種液噴射ヘッド100をノズル側から見た模式図である。
【００３０】
多種液噴射ヘッド100はプローブ・アレイ50に配置される多種類のプローブ溶液を吐出することが必然となる。そこで、プローブ・アレイに配置されるプローブ数分のリザーバタンクと、それに連通してプローブ溶液を吐出するためのノズルを具備している。
【００３１】
図示の多種液噴射ヘッドは縦４×横４の計16種のプローブ溶液を吐出するもので、縦方向に間隔Ｐで４つ並んだノズル列が４列、Ｐ/４の間隔ずれて横方向に４列配置されている。本実施例ではＰ＝１/５インチであるため、縦方向のノズルピッチは実質20dpiとなっている。
【００３２】
次に図13にしたがって多種液噴射ヘッド100を使ってプローブ・アレイ50を形成する方法を説明する。20dpiのノズルピッチに対して、プローブ・アレイ50のスポット間隔は80dpiであるため、多種液噴射ヘッドを主走査方向に一回だけ走査して溶液をスポッティングしてもマトリックスを完成させることは不可能である。そこで、合計４回の走査を繰り返すことでマトリックスを形成するようにしている。
【００３３】
まず１スキャン目は多種液噴射ヘッド100を図中の矢印方向(主走査方向)にスキャンして、４列に並んだノズル列が固相基板上の所定の位置を通過するときに順次溶液を吐出して縦１列に並ぶようにスポット列を形成する。●で示すノズルは各スキャンで吐出するノズルを表しており、１スキャン目は一番上の列の４ノズルが噴射する。
【００３４】
２スキャン目は図示のようヘッドをシフト量Ｓだけずらし、２列目の４ノズルにより同様にスポッティングを行う。このようにして１回のスキャンで４スポットづつ、縦方向に多種液噴射ヘッドの位置をずらしながら、スポッティングを繰り返すことで縦16スポットが完成する。なお、シフト量Ｓは80dpiピッチの15倍、すなわち4.76ｍｍとなる。
【００３５】
また、縦16スポットは図13に示したスポット配列図の縦に並んだ16スポットの１列に相当しているもので、16＊16のマトリックスを完成させるためには計16個の多種液噴射ヘッド100を配置する必要がある。
【００３６】
図14のように多種液噴射ヘッド100を横１列に16個並べて一体化すれば、４スキャンでマトリックスをすべて形成することができるが、それではヘッド全体の横幅が大きくなりすぎる。そこで、本実施例では図15のように縦横８＊２に配列して調製ヘッド200-２として一体化している。
【００３７】
ただし、この調製ヘッド200-２の場合一番はじめに上側８つの多種液噴射ヘッドが４スキャンで８＊16のマトリックスを形成し、次にその下の８ヘッドが同様に残りの８＊16のマトリックスを形成して16＊16を完成させるため、合計で８スキャンの走査が必要になる。
【００３８】
(０-３)プローブ・アレイ調製装置の構成
図20はこの調製ヘッド200を使ってプローブ・アレイ50のスポッティングを行う調製装置の全体構成図である。キャリッジ10は調製ヘッド200を保持するための保持体で、ＣＲリニアモータ11のスライダ部分に固定されて主走査方向に移動できるようになっている。
【００３９】
キャリッジ10は搭載される調製ヘッド200を合わせると10kgを越える荷重となることもあるため、それを支えるＣＲリニアモータ11は定盤12上に固定された13および14の左右２つのベースによりがっちり固定されている。
【００４０】
一方、キャリッジ10の下側にはステージ15が配置されており、その上側表面には固相基板16が真空吸着により吸着されている。ステージ15はＬＦリニアモータ17によりキャリッジ10の移動方向(主走査方向)に対して略直交する方向(副走査方向)に移動するようになっており、調製ヘッド200は固相基板上の任意の位置にプローブ溶液をスポッティングできる。
【００４１】
なお、キャリッジ移動範囲の右端には調製ヘッド200の吐出状態を安定させるために行われる予備吐出に備えて、吐出したプローブ溶液を受けるための予備吐出受け19が設けられている。
【００４２】
一方、キャリッジ移動範囲の左端には調製ヘッド200にプローブ溶液を充填するための溶液充填ユニット18が設けられている。なお、プローブ溶液の充填方法については本願の特徴とするところであるため、後述詳細に説明する。
【００４３】
(０-４)プローブ・アレイ調製装置の動作
次に図21の全体ブロック図によりこの調製装置の動作について説明をする。コンピュータ20の拡張ＢＯＸ 21には調製装置の機能ごとに計５枚の基板が実装されており、これらをコンピュータ20が統括して装置全体の制御を行っている。
【００４４】
ＣＲモータコントローラ22およびＬＦモータコントローラ26はコンピュータ20から各モータの移動命令が来ると、それを移動量と速度カーブに変換し、パルス列としてＣＲモータドライバ27およびＬＦモータドライバ30に出力する。
【００４５】
ＣＲおよびＬＦの各ドライバは各モータに内蔵された31および32のエンコーダの位置信号を基準にコントローラからのパルス列にしたがって各モータの動作を制御する。本実施例の場合、エンコーダの分解能はＣＲ、ＬＦ共に0.5μｍであるため、一般のプローブ・アレイのスポティング間隔80dpi(317.5μｍ)に対して充分な分解能を備えている。
【００４６】
一方、ＣＲリニアモータ側のエンコーダ31の出力はＣＲモータードライバ27を経てスポッティングコントローラ23にも送られ、スポッティングコントローラ内のキャリッジ位置検出回路33の入力信号としても使われている。
【００４７】
スポッティングコントローラ23は調製ヘッド200を駆動するためのすべての機能を有するブロックで、コンピュータ20から送られてくる画像データを一旦画像メモリ34に記憶する機能、画像メモリ内の画像データを調製ヘッド200の吐出データに変換してスポッティングドライバ28に転送する機能、そしてキャリッジ10がスポッティング位置にきたときにスポッティングドライバ28に対してスポッティングデータと調製ヘッド200を駆動するタイミングを与える信号を送る機能を持っている。
【００４８】
コンピュータ20からスポッティング指令が来ると、キャリッジ10はスキャン毎にスポッティングスタート位置から移動を開始し、スポッティングエリアを過ぎると、またスポッティングスタート位置に戻って同様のスキャン動作を４回繰り返す。
【００４９】
一方、ステージはスキャンとスキャンの間に副走査方向に所定量、すなわち4.76ｍｍ移動する。キャリッジ10が移動して調製ヘッド200がスポッティングエリアを通過するとスポッティングコントローラ23は調製ヘッド200がスポッティング位置に来たことをキャリッジ位置検出回路33により検知し、スポッティングドライバ28に吐出データを出力するともに駆動タイミング信号を出力する。
【００５０】
スポッティングドライバ28はこれらの信号を受けて、調製ヘッド200を駆動するための駆動信号に変換して出力し、これにより調製ヘッド200は固相基板16上にプローブ溶液を吐出する。
【００５１】
拡張ＢＯＸ 21には上記のようにスポッティングに直接かかわる基板のほかに溶液充填コントローラ24とパラレルＩ/Ｏ 25が実装されている。パラレルＩ/Ｏ 25のパラレル出力はバキュームポンプ29を制御してステージ15に固相基板16を吸着する。一方、溶液充填コントローラ24は圧力コントローラ35を介して溶液充填ユニット18の圧力を制御して調製ヘッド200にプローブ溶液を充填するとともに、ステージドライバ36を介して溶液充填ユニットを上下移動させるためのＺステージ40を制御する。
【実施例１】
【００５２】
[プローブ溶液の充填方法]
次に本願の特徴とするところのプローブ溶液の充填方法について第１の実施形態に則して説明する。
【００５３】
(１-１)多種液噴射ヘッドの構造
図９は図12の模式図で示した多種液噴射ヘッド100をノズル側から見た詳細図である。縦横４×４の計16個の液体噴射ヘッド１-１にそれぞれリザーバタンク107-１と吐出ノズル101-１が設けられているほか、プローブ溶液を吸引するための吸引ノズル102-１が２個、吐出ノズルの両側に配置されている。
【００５４】
図10は図中Ｂ-Ｂ'の断面図で、吐出ノズル101-１にはプローブ溶液を吐出するための吐出ヒータ104-１が設けられているが、両側の吸引ノズル102-１には吐出ヒータは無く、ノズル径も吐出ノズルと等しいか、または僅かに小さい。これは、溶液吸引時に吐出ノズルを詰まらせるようなゴミを吸引しないようにするためである。なお、吸引ノズルは本実施例のように２個に限定する必要はなく、吸引時間を短縮するため多数設けても良い。
【００５５】
多種液噴射ヘッド100-１は１枚のシリコンウエハに吐出ヒータ104-１やその駆動を行うための電子回路を半導体プロセスによりパターニングしたヒータボードをベースに組み上げられているため、多種液噴射ヘッドは一体構造になっている。
【００５６】
図１は図中Ａ-Ａ'の断面図で、図中の106がヒータボードである。ヒータボード106の下側表面には吐出ヒータ104-１の位置を基準にして流路103-１と吐出ノズル101-１が半導体プロセスにより型材やレジストをパターニングして形成されている。このように、ヒータボード106をベースに全て半導体プロセスで吐出ヒータ、流路、ノズルが正確に形成されているため、プローブ・アレイ50のマトリックスを正確にスポッティングすることができる。
【００５７】
ヒータボード106にはさらにリザーバタンク107-１のプローブ溶液を流路103-１やノズル101-１に供給するための連通口105-１が異方性エッチングにより形成されている。リザーバタンク107-１はアルミナを焼結して精度良く製作されており、液体噴射ヘッド毎に設けられている連通口と接着剤で精度良く結合されている。
【００５８】
なお、リザーバタンク107-１を形成するアルミナ部材とヒータボード106の接着は、浮玉108-１をリザーバタンク内に収めてから行われる。
【００５９】
リザーバタンク107-１の上方にある開口部110-１は浮玉108-１が上昇すると閉鎖するような形状になっており、リザーバタンク内のプローブ溶液が増加して所定量に達すると浮玉108-１が開口部110-１を閉鎖して、それ以上の溶液がリザーバタンク内に流入しないようになっている。
【００６０】
また、それぞれのリザーバタンクの開口部110-１は共通圧力室109-１と連通しており、共通圧力室の圧力を減圧することによって、吐出ノズル101-１や吸引ノズル102-１からプローブ溶液を吸引することができる。
【００６１】
(１-２)プローブ溶液の初期充填
図５は多種液噴射ヘッド100-１のすべての液体噴射ヘッド１-１にプローブ溶液が全く無い場合、すなわち初期状態の場合に全ての液体噴射ヘッドに溶液を充填する場合の説明図である。
【００６２】
(Ａ)に示すように100-１の多種液噴射ヘッドの形態ではノズル面が平坦であるため、そのままではパレット114に満たされたプローブ溶液115を吸引することが難しい。そこで、(Ｂ)のようにアダプタ111をノズル面に圧接した後、(Ｃ)のようにアダプタ111を介してパレット内のプローブ溶液と連通させる。
【００６３】
アダプタ111の上面はゴムキャップ112となっているため、アダプタ111が上昇してノズル面に押し付けられると密封状態となる。そのため、(Ｄ)のように共通圧力室109-１が減圧されて、吐出ノズルや吸引ノズルからプローブ溶液が吸引されても、圧接部からプローブ溶液がもれることはなく、プローブ溶液はリザーブタンク内に流入する。
【００６４】
そして、リザーブタンク内の液面とともに浮玉が上昇して、浮玉が開口部を塞ぐと(Ｅ)に示すようにプローブ溶液の吸引は停止する。
【００６５】
このようにして、リザーブタンク内にプローブ溶液の充填は完了するが、このままの状態では浮玉によってリザーブタンクが閉じられているため、溶液を連続的に噴射することはできない。そこで、今度は共通圧力室を加圧して溶液をノズルから極少量排出するとともに、浮玉と開口部に隙間ができるようにする(Ｆ)。
【００６６】
そして、最後に(Ｇ)のようにアダプタを切り離したのち共通圧力室を大気圧か多少負圧に保持することでプローブ溶液の初期充填は完了する。なお、アダプタを切り離すときに多種液噴射ヘッドのノズル面にプローブ溶液が付着する心配があるが、ノズル面は撥水処理が施されているためノズル口付近に溶液が付着して液滴の吐出に支障をきたすことはない。
【００６７】
(１-３)プローブ溶液の補充充填
次にリザーブタンク内に溶液が残留している場合にプローブ溶液を補充する方法について図６を参照しながら説明する。
【００６８】
初期充填の場合と同様に、(Ａ)のように、まずアダプタ111をノズル面に圧接するが、そのままの状態でアダプタを溶液に連通させて吸引するとアダプタ内の空気がプローブ溶液とともにノズルやリザーブタンク内に流入する。
【００６９】
そのため、(Ｂ)のように共通圧力室を加圧してアダプタ内をプローブ溶液で一端満たす。その後、初期充填と全く同様にして、アダプタ111を介してパレット内のプローブ溶液と連通させ(Ｃ)、共通圧力室を減圧してノズルからプローブ溶液をリザーブタンク内に吸引する(Ｄ)。
【００７０】
浮玉の上昇によって吸引が完了すると(Ｅ)、共通圧力室を加圧して溶液を極少量排出する(Ｆ)。そして、初期充填の場合と同様に共通圧力室を大気圧か多少負圧に保持して補充充填は完了する。
【００７１】
(１-４)プローブ溶液充填ユニットの構成
以上(１-２)、(１-３)でプローブ溶液の初期充填および補充充填について説明したが、次にプローブ・アレイ調製装置においてプローブ溶液の充填を行うプローブ溶液充填ユニットの構成について図16を参照しながら説明する。
【００７２】
吸引パッド37は調製ヘッド200-２をキャリッジ10を取り付けたときに調製ヘッド200-２の共通圧力室に連結されるようになっている。一方、充填用のプローブ溶液が満たされた容器をマトリックス状に並べて一体化したパレット114およびパレット114に並べられた容器に対応した数のアダプタ111を有するアダプタ・アレイ113などから構成される溶液充填ユニット18はキャリッジ移動範囲の左端の定盤上に設置されている。
【００７３】
パレット114はＺステージ40の上に設置され上下に移動することができる。Ｚステージ40にはパレット114のほか、さらにアダプタ・アレイ113を上下に移動させるスライダ38が取り付けられており、通常の場合にはバネ39の反発力によってパレット114とは分離している。
【００７４】
ここで、(１-３)ですでに説明した補充充填の場合を例にして図６を参照しながら具体的な動作を説明する。
【００７５】
まず、キャリッジ10がキャリッジ移動範囲の左端にあるパレット位置に移動したのち、Ｚステージ40が上昇すると図６(Ａ)の状態になる。
【００７６】
このとき、多種液噴射ヘッド100-１のノズル面とアダプタユニット113とはバネの反発力によって密着しているため、吸引パッド37を通じて圧力コントローラ35によって共通圧力室100-１が加圧されても溶液が漏れることは無く、図６(Ｂ)のようにアダプタ内がプローブ溶液で満たされる。
【００７７】
その後、Ｚステージ40がさらに上昇して図６(Ｃ)のようにアダプタの先端がパレット内の溶液内に入る。次に圧力コントローラ35によって共通圧力室が減圧されると充填が開始し(Ｄ)、しばらく時間が経過してプローブ溶液の水位が上昇すると、浮玉が開口部を閉鎖してプローブ溶液の吸引は停止する(Ｅ)。
【００７８】
そして最後にＺステージが下降して共通圧力室を再び加圧状態とすると、(Ｆ)のように浮玉が下降して、溶液がノズルから極少量排出される。そして、Ｚステージがさらに下降してアダプタがノズル面から切り離されて(Ｇ)、圧力コントローラによってリザーバタンク内が大気圧か多少負圧に保持されると補充充填は完了する。
【００７９】
なお、(１-２)の初期充填についてもこの装置構成で(１-３)の場合と同様にプローブ溶液を充填できる。
【実施例２】
【００８０】
次に第２の実施形態におけるプローブ溶液の充填方法について説明する。
【００８１】
(２-１)第２実施形態の多種液噴射ヘッドの構造
図11は第２の実施形態の多種液噴射ヘッドをノズル側から見た詳細図である。縦横４×４の計16個の液体噴射ヘッドにそれぞれリザーバタンク107-２と吐出ノズル101-２が設けられているほか、パレットのプローブ溶液を吸引するための吸引ノズル102-２が２個、吐出ノズルの両側に配置されているところは実施例１と同様である。
【００８２】
しかし、実施例１が吐出ヒータによって溶液を発泡させて噴射するのに対して、本形態ではピエゾ素子121の収縮によって溶液を噴射している。
【００８３】
図２は図中Ｃ-Ｃ'の断面図である。ピエゾタイプの多種液噴射ヘッド100-２では16個の独立した液体噴射ヘッド１-２をホルダ120に納めて一体化している。
【００８４】
液体噴射ヘッド１-２は個別に製造されており、プローブ溶液を噴射するノズル101-２とリザーバタンクの一部を兼ねたピエゾ圧力室122で構成されるユニットと、リザーバタンク上部の開口部110-２と共通圧力室109-２で構成されるユニットの２つに分かれている。
【００８５】
これら２つのユニットの接合は実施例１と同様に予め浮玉108-２をピエゾ圧力室122の中に収めてから接着剤によって行われる。
【００８６】
また、リザーバタンクの上方にある開口部は浮玉が上昇すると閉鎖するような形状になっており、実施例１と同様、リザーバタンク内のプローブ溶液が増加して所定量に達すると浮玉が開口部を閉鎖してそれ以上を溶液がリザーバタンク内に流入しない構造になっている。
【００８７】
なお、第２の実施形態の液体噴射ヘッド１-２においても、プローブ溶液の吐出を行う吐出ノズル101-２の両側の吸引ノズル102-２は溶液を吸引するためのノズルであるためピエゾ素子を備えていない。また、ノズル径も吐出ノズルと同等か、または僅かに小さく、溶液吸引時に吐出ノズルを詰まらせるようなゴミを吸引しないようになっている。
【００８８】
(２-２)第２の実施形態おけるプローブ溶液の充填方法
第２の実施形態の多種液噴射ヘッド100-２では第１の実施形態のようにノズル面が平坦でなく、ノズル部分が凸形状になっているため、アダプタの必要はない。また、図７が初期充填の場合、図８が補充充填の場合の説明図であるが、初期充填と補充充填で充填方法に全く違いはない。よって、ここでは補充充填の方法についてのみ、図８を参照しながら説明する。
【００８９】
図８(Ａ)のようにノズルおよびリザーバタンク内に溶液が残留した場合でも、ノズル内に溶液が充填されているため充填時に気泡を抱き込むことはないので、(Ｂ)のようにそのままノズル先端を溶液内に進入させる。次に共通圧力室を減圧してプローブ溶液を吸引する(Ｃ)。溶液の液面が上昇して浮玉が開口部を塞ぐと(Ｄ)に示すようにプローブ溶液の吸引は停止する。このようにして、リザーブタンク内にプローブ溶液の充填は完了するが、このままの状態では浮玉によってリザーブタンクが閉じられているため、溶液を連続的に噴射することはできない。そこで、今度は共通圧力室を加圧して溶液をノズルから極少量排出するとともに、浮玉と開口部に隙間ができるようにする(Ｅ)。そして、最後に共通圧力室を大気圧か多少負圧に保持することでプローブ溶液の初期充填は完了する。なお、第２の実施形態の多種液噴射ヘッドの場合でもノズル面は撥水処理が施されているためノズル口付近に溶液が付着して液滴の吐出に支障をきたすことはない。
【００９０】
(２-３)第２の実施形態におけるプローブ溶液充填ユニットの構成
次に第２の実施形態におけるプローブ溶液充填ユニットの構成について図17を参照しながら説明する。図17はプローブ溶液充填ユニットの模式図である。吸引パッド37は調製ヘッド200―２をキャリッジ10に取り付けたとき、調製ヘッドの共通圧力室に連結されるようになっている。一方、充填用のプローブ溶液を満たしたパレット114はキャリッジ移動範囲の左端の定盤上に設置されており、パレット114はＺステージ40により上下に移動することができるようになっている。
【００９１】
ここで、(２-２)の充填方法にしたがって具体的な動作について図８を参照しながら説明する。まずキャリッジがパレット位置に移動したのち、Ｚステージが上昇して図８(Ｂ)のようにノズルの先端がパレット内の溶液中に進入する。次に圧力コントローラ35によって共通圧力室が減圧されると図８(Ｃ)のように充填が開始する。
【００９２】
しばらく時間が経過して、浮玉が上昇して充填が完了すると(Ｄ)、Ｚステージが下降して共通圧力室は再び加圧状態となり(Ｅ)のように浮玉が下降すると、最後に圧力コントローラによってリザーバタンク内が大気圧か多少負圧に保持されて充填は完了する。
【実施例３】
【００９３】
[第３の実施形態によるプローブ溶液の充填方法]
次に第３の実施形態におけるプローブ溶液の充填方法について説明する。
【００９４】
第３の実施形態の多種液噴射ヘッドは第１の実施形態の多種液噴射ヘッドとほぼ同等の構成で、図９および図10で示す如く縦横４×４の計16個の液体噴射ヘッドにそれぞれリザーバタンク107-１と吐出ノズル101-１が設けられ、プローブ溶液を吸引するための吸入ノズル102-１が２個、吐出ノズルの両側に配置されているところまでは全く同じである。
【００９５】
第３実施形態の多種液噴射ヘッドの特徴とするところは溶液充填量の制御手段にある。図３は第３の実施形態におけるＡ-Ａ'断面図である。ヒータボード106より下側表面に形成されている吐出ノズル101-１、流路103-１、連通口105-１は  実施例１と製法や構造も全く同じであるが、本実施形態ではリザーバタンク上部にあった浮玉の替わりに充填量の制御手段として気液分離膜130を使用している。
【００９６】
気液分離膜130は気体を透過するが、液体は遮断する性質を備えている。そのため、プローブ溶液が充填されて液面が気液分離膜まで達するとそれ以上を充填は行われず浮玉と同様の役割を果たす。
【００９７】
よって、実施例１と同様、図５および図６によって説明した方法にしたがえば、プローブ溶液の初期充填および補充充填を実現することができる。実施例２の多種液噴射ヘッドにおいても浮玉の代わりに気液分離膜を利用することは可能で全く同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
【実施例４】
【００９８】
以上で述べた実施例においては、共通圧力室はすべて多種液噴射ヘッドの一部として構成されていた。しかし、共通圧力室を調製装置の一部として構成しても同様の効果を得ることができる。
【００９９】
図４は第４の実施形態の多種液噴射ヘッドの模式図である。図１に示した第１実施例の多種液噴射ヘッドとの違いは共通圧力室が構成されていないだけでその他はすべて同一である。
【０１００】
共通圧力室がないと液体噴射ヘッドの開口部が直接外部と接するため、ゴミなどがリザーバタンク内に混入する危険性が高くなる。しかし、プローブ・アレイ調製装置は一般的にクリーンルーム内に設置されることがほとんどであるため特に問題とはならない。
【０１０１】
図18は図16で説明した第１実施例の溶液充填ユニットを第４の実施形態の多種液噴射ヘッド100-４に適用した場合の模式図である。図16との相違点は吸引パッド37と共通圧力室42が一体となっており、多種液噴射ヘッド100-４がキャリッジ10に取り付けられるときに共通圧力室42と各液体噴射ヘッドのリザーバタンクの開口部が結合するところである。
【０１０２】
なお、共通圧力室の接合面にはゴムパッドが貼り付けられているため、結合部分において気体が漏れて圧力がコントロール不可能になることはなく、共通圧力室を調製装置側に構成してもプローブ溶液の充填において特に問題はない。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】実施例１の多種液噴射ヘッドの断面図
【図２】実施例２の多種液噴射ヘッドの断面図
【図３】実施例３の多種液噴射ヘッドの断面図
【図４】実施例４の多種液噴射ヘッドの断面図
【図５】実施例１の初期充填方法の説明図
【図６】実施例１の補充充填方法の説明図
【図７】実施例２の初期充填方法の説明図
【図８】実施例２の補充充填方法の説明図
【図９】実施例１の多種液噴射ヘッドの概観図
【図１０】実施例１の多種液噴射ヘッドの断面図
【図１１】実施例２の多種液噴射ヘッドの概観図
【図１２】多種液噴射ヘッドのノズル配置図
【図１３】プローブ・アレイ調製方法の説明図
【図１４】第１の調製ヘッドの概観図
【図１５】第２の調製ヘッドの概観図
【図１６】実施例１の溶液充填関連ユニットの模式図
【図１７】実施例２の溶液充填関連ユニットの模式図
【図１８】実施例４の溶液充填関連ユニットの模式図
【図１９】プローブ・アレイの概観図
【図２０】本実施例におけるプローブ・アレイ調製装置の全体構成図
【図２１】本実施例におけるプローブ・アレイ調製装置の全体ブロック図
【図２２】従来例における第１の溶液充填方法の説明図
【図２３】従来例における第２の溶液充填方法の説明図
【符号の説明】
【０１０４】
１  液体噴射ヘッド
10  キャリッジ
11  ＣＲリニアモータ
12  定盤
13、14  ベース
15  ステージ
16  固相基板
17  ＬＦリニアモータ
18  溶液充填ヘッド
19  予備吐受け
20  コンピュータ
21  拡張ＢＯＸ
22  ＣＲモータコントローラ
23  スポッティングコントローラ
24  溶液充填コントローラ
25  パラレルＩ/Ｏ
26  ＬＦモータコントローラ
27  ＣＲモータドライバ
28  スポッティングドライバ
29  バキュームポンプ
30  ＬＦモータドライバ
31、32  エンコーダ
33  キャリッジ位置検出回路
34  画像メモリ
35  圧力コントローラ
36  ステージドライバ
37  吸引パッド
38  スライダ
39  バネ
40  Ｚステージ
41  チューブ
50  プローブ・アレイ
51  吸引パッド
52  吸引チューブ
53  供給チューブ
54  ピペット
100  多種液噴射ヘッド
101  吐出ノズル
102  吸引ノズル
103  流路
104  吐出ヒータ
105  連通口
106  ヒータボード
107  リザーバタンク
108  浮玉
109  共通圧力室
110  開口部
111  アダプタ
112  ゴムキャップ
113  アダプタユニット
114  パレット
115  プローブ溶液
120  ホルダ
121  ピエゾ素子
130  気液分離膜
200  調製ヘッド
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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