(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を備えた生体液粒子排出ユニットをプライミングするための液粒子排出装置用プライミング装置であって、
真空圧力を発生させる真空ユニットと、
真空ユニットに接続され、液粒子排出ユニットの開口部の上方に配置される真空ノズルと、
真空ノズルに取り付けられ、液粒子排出ユニットの開口部に操作中接触状態にあるチューブと、
前記チューブまたは真空ノズル内の流体高さを検出できる位置に配置される流体高さ検出センサと、
を有する液粒子排出装置用プライミング装置。
【請求項２】
真空ユニットおよび流体高さ検出センサの少なくとも一つの動作および操作を制御するコントローラーを有する請求項１記載の液粒子排出装置用プライミング装置。
【請求項３】
流体高さ検出センサが流体を予め決定された高さであることを一度検出すると、液粒子排出装置との操作中の接触状態から取り外されプライミング操作を終了する請求項１記載の液粒子排出装置用プライミング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はプライミング装置、更に詳しくは液粒子排出装置用プライミング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生体液粒子排出装置は、バイオアッセイの形で基板に液粒子を沈積するのに特に用いられる。例えば、遺伝子欠陥や他の生化学的異常に対する現行の生物学的試験では、何千という個々の生体液をガラス基板上の明確に規定された異なる個所に配置する。その後で、別の沈積液を上記ガラス基板の同じ個所に更に沈積する。この点々とプリントされたバイオアッセイを、次いでレーザで走査し、生体液の特性の変化を観察する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況において、液粒子排出装置が汚染源となり、または異なる生体液間の意図しない相互汚染を許してしまう可能性がある。また生体液が高価であり、そして非常に精密な位置に液粒子を形成しなければならないため、生体液粒子排出装置は排出プロセスの開始時から正確に機能することが重要である。
【０００４】
上記のことから、生体液を折よくまた実用的手法で排出装置へ適切に分配するプライミング装置を提供することが切望されてきた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、排出液溜めへ繋がる液粒子排出開口部を備えた生体液粒子排出装置をプライミングするプライミング装置が提供される。プライミング装置には真空ノズルに接続された真空圧力を発生する真空ユニットが含まれる。真空ノズルは液粒子排出開口部の上方に取り付けられる。使い捨てのスリーブまたはチューブが真空ノズルに取り付けられ、操作中、液粒子排出開口部に接触している。流体高さ検出センサは使い捨てチューブまたは真空ノズルの範囲内の流体高さを検出できる位置に配置される。流体高さ検出センサにより、予め決められた流体高さを検出した後、プライミング操作を完了させ、プライミング装置が液粒子排出開口部との接触状態から取り除かれる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１に示すのは、音波式液粒子排出機構１４内に挿入された薬剤カートリッジ１２を備える音波式液粒子排出装置１０の断面図である。トランスデューサ１６には電源１８でエネルギーが供給される。トランスデューサ１６は、ガラスのような基板２０の表面に設けられる。ガラス基板２０の背後の表面にパターン化して配置されているのは、フレネルレンズのような合焦レンズ構造２２である。他のタイプの合焦構造もフレネルレンズ２２の代わりに用いることができる。
【０００７】
音波結合液のような音波を接続する層２４がフレネルレンズ２２と薬剤カートリッジ１２との間に配置される。音波結合液２４の選択基準は音波の減衰が少ないことである。この適用に有利な特性を有する音波結合液の一例は、水である。別の実施の形態では、連結層２４としてグリースの薄い層を用いることができる。グリース接続層が有利なのは、閉じ込められる気泡を最小限に抑えるため連結表面を比較的フラットにする時である。
【０００８】
ガラス基板２０の頂部にあるのは壁面２６，２８で、これらの壁面によって薬剤カートリッジ１２が収められる内部チャンバ３０が規定される。カートリッジ１２の側壁３１の外表面に突起して備えられているのはシール３２である。シール３２の役目は、カートリッジ１２をチャンバ３０内にしっかり嵌め込み、シール３２の下の音波結合液２４が漏れないように抑えておくことである。精密寸法の深さ止め部材３４により、カートリッジ１２は所望の挿入位置に止められる。カートリッジ１２の下表面３７に形成されているのは薄い膜３６であり、この薄い膜３６はフレネルレンズ２２の実質的に直ぐ上に配置される。膜３６は音波に対して薄膜として機能する。音波に対して薄いということは、膜の厚さが十分に小さくて、入射する音波エネルギーの５０％以上がカートリッジ１２内の生体液３８まで達することを意味する。
【０００９】
作動に当たって、トランスデューサ１６を起動すると音波が発射され、音波はガラス基板２０を通ってフレネルレンズ２２に達する。レンズ２２は音波結合液２４と膜３６とを通過した音波エネルギーを焦点に集め、集められた音波エネルギー３９は生体液３８のメニスカス表面４０の先端に達する。焦点に集められた音波エネルギーがメニスカス表面４０に当たると、表面に乱れが生じ、カートリッジ１２から基板４３、例えば、紙、ガラス、プラスチックまたは他の適当な材料に生体液粒子４２が排出される。排出された生体液粒子４２は、直径約１５μmと小さくすることができる。しかし、このサイズ制約は使用する物理的コンポーネントに基づいており、理解しなければならないことは、音波式液粒子排出ユニットで排出される液粒子のサイズは、物理的コンポーネントの設計を変更することによって大きくすることも小さくすることも可能なことである。
【００１０】
生体液粒子４２が排出される表面は、完全に外に開いたものでも、あるいはアパーチャ板または蓋４４の中に収められたものでもよい。蓋４４は適切なサイズのアパーチャ４５を備えるが、そのサイズは排出される液粒子よりも大きくして液粒子排出の際の邪魔にならないようにする。アパーチャ４５のサイズを決めるのに必要なことは、アパーチャ４５に広がるメニスカス表面４０の表面張力が生体液３８にかかる重力より十分に大きくなるようにすることである。このような設計にすると、カートリッジ１２を回転してアパーチャ４５が下向きになった時でも生体液３８がカートリッジ１２から落下するのが防止される。このアパーチャ下向き構造の利点は、基板４３から落ちる恐れのあるゴミからの汚染が防げるので生体液３８をきれいに保てることである。
【００１１】
トランスデューサ１６、電源１８、ガラス基板２０，レンズ２２の作動機能は、音波式インク排出印刷法の分野で用いられる既述の液粒子排出ユニットと同様なものである。このような操作は周知技術である。
【００１２】
前述の設計では、生体液３８が薬剤カートリッジ１２内に独立して収められるので、液粒子排出機構１４や他の汚染源、例えば、空気からくる汚染源または液粒子排出機構１４に以前に使った生体液による汚染源と生体液３８との接触が防止される。薬剤カートリッジ１２は音波結合液２４とは膜３６で隔てられている。カートリッジ１２全体は、生物学的に不活性な材料、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンから射出成形法で製造することができる。カートリッジ１２は操作の際には、膜３６や音波結合液２４などの接続インターフェイスを用いて音波式液粒子排出機構１４に連結される。
【００１３】
本発明の具体的な設計の一例では、薬剤カートリッジ１２の幅は約３００μｍで、膜３６の厚さは３μｍ程度である。この特定の実施の形態では、焦点に集められる音波の波長が３００μｍで作動周波数が既知の音波式液粒子排出機構のものであるという設計条件下において、メニスカスの位置は理想表面のレベルから±５μｍ以内に維持しなければならない。
【００１４】
電源１８は可変制御される。電源１８の出力を変化することによってトランスデューサ１６が発生するエネルギーが調節され、このエネルギーが生体液排出粒子４２の容積を変えるのに用いられる。
【００１５】
前述のように、音波式液粒子排出装置１０を適切に作動するには、メニスカス表面４０の位置を装置構造で規定される許容差内に維持しなければならない。前述の実施の形態では、特有の音波式液粒子排出機構を用いたので、許容差は±５μｍである。理解しなければならないことは、異なる構造の装置に対しては他の範囲の許容差も存在することである。
【００１６】
薬剤カートリッジ１２の生体液レベルをある設定水準のパラメータに維持するという概念は、図２，図３に示される。例えば、図２は、生体液３８が満杯になっている薬剤カートリッジ１２を示す。図３では同じ薬剤カートリッジ１２が空の状態になっているのが示されている。理解しなければならないことは、この実施の形態の空というのは、生体液３８の量の高さが予め定められたパラメータ高さ４６より低いということ、この例では１０μｍだけ低いということを称するのである。従って、生体液自体はカートリッジ１２内にまだ残っている。しかし、音波式液粒子排出ユニット１０の作動特性の面からは、生体液３８が既定レベル高さ４６の外になってしまえば、生体液の液粒子を信頼性をもって排出することは不可能になる。この状況が起こるのは、音波３９の先端が生体液３８の表面４０に合焦せず、従って十分なエネルギーがその表面４０に伝達されず、この低いレベルでは液粒子を排出する程度には表面が乱されないからである。
【００１７】
従って、生体液粒子排出ユニット１０を有用に作動させるには、カートリッジ１２が音波式液粒子排出機構１４内にある間に生体液レベルを検出する構造を提供することが望ましい。
【００１８】
図４を参照する。図示されているのは生体液レベル検出機構５０の第一の実施の形態であり、これを用いてカートリッジ１２が排出機構１４内にある間にカートリッジ１２内の生体液３８のレベルを測定することができる。
【００１９】
生体液の液粒子がカートリッジ１２から排出されるに連れて生体液３８のレベルが変化する。生体液レベル検出機構５０はレーザ５２を備え、レーザ５２は、発射されたレーザビーム５４が生体液３８の上表面５６の所で反射されるように配置されている。レーザ検出構造５８は、第一レーザビーム検出器６０と第二レーザビーム検出器６２とを備える。第一レーザビーム検出器６０は、カートリッジ１２が所定のパラメータ内に生体液を保有している時に反射レーザビーム６４がレーザセンサ６０に衝突するような角度で音波式液粒子排出ユニット１０に対して位置決めされている。第二レーザビーム検出器６２は、適切な作動に許容される範囲から外れた生体液に対応する角度にある反射レーザビーム６６を検出器６２が検出するような角度で音波式液粒子排出ユニット１０に対して位置決めされている。
【００２０】
センサ検出器６０とセンサ検出器６２の出力はコントローラー６８に送られる。この情報は、レーザ５２と検出器６０，６２の位置に関して事前にプログラムされた情報とともに、生体液レベルを計算するのに用いられる。コントローラー６８が得た情報は次いで生体液レベルを更に制御するのにも用いることができる。このことについては以下に更に詳細に議論する。
【００２１】
図５，図６を参照する。図示されているのは本発明に従ったレベル検出機構の第二の実施の形態である。特に、コントローラー７０は電源７２の出力を制御して短いパルスの音波７６を発生させ、フレネルレンズ２２を通して生体液３８の上表面８０に該音波を送り出す。コントローラー７０は、短いパルスの音波７６の強さを抑えて生体液粒子を発射または排出するには不十分なように電源７２からの出力を制御する。上記の短いパルスの音波７６は発射された後、レンズ２２で検出される。つまり、この外向きの音波７６は、図５に示されるように、表面８０に達し、次いでレンズ２２の方に反射波８４となって戻ってくる。その結果ＲＦ信号が発生し、音波７６の発射と反射を示すものとしてコントローラー７０に送られる。
【００２２】
音波７６が表面８０に達し、更にレンズ２２に戻ってくるに要する時間を用いて、生体液が適切なレベルにあるかどうかを決定する。この情報は、以下に更に詳細に議論されるように、生体液レベルを調節するのにも用いられる。別の実施の形態では、供給される周波数を変化させて焦点距離を変え、音波をメニスカス表面に保っておくことも可能である。
【００２３】
コントローラー７０には、音波の速度、満杯のときのカートリッジ１２内の生体液の深さ、生体液の粘度に関するパラメータ、およびその他の所要パラメータが事前にプログラムされており、音波７６が音源から外向けに発射され次いで反射波８４を受け取るまでの時間を測定するように設計されている。この情報を用いてコントローラー７０はカートリッジ１２内の生体液レベルを計算する。この情報は次いで後で行われるレベル制御設計に用いられる。このことについては以下で更に詳細に議論する。
【００２４】
別の実施の形態では、コントローラー７０は、戻った音波の振幅を検出するようにも設計することができる。検出された振幅は生体液のレベルに相関される。特に、音波７６の戻り信号は振幅情報をも備えている。液の高さが適切なレベルになければ、高すぎたり低すぎたりすれば、得られる振幅は期待値より低くなる。戻った振幅は、液が液粒子排出作動に正しいレベルにある時にピークとなる。従って、適切なレベルを得るには、生体液の容積を変えて測定を行って戻った振幅が最大の振幅に近いか、あるいはこれから離れているかどうかを測定すればよい。液の添加または抜き出しが行われたか、あるいは振幅の応答がどうであったかに従って生体液の多少を決定することができる。
【００２５】
図７を参照する。図示されているのは本発明に従って行われる生体液のレベル検出法の更に別の実施の形態である。レンズ２２が発射する音波のパルスがコントローラー８８に送られる。コントローラー８８は、受けたパルスを蓄積して数え、その値を各液粒子として排出される生体液の既知の平均容積に対応させるような構成になっている。コントローラー８８は次いでカートリッジ１２内の生体液３８のレベルを推論して計算する。この生体液レベル情報は次いで生体液レベルを制御するのに用いられる。
【００２６】
理解しなければならないことは、カートリッジ１２内の生体液レベル検出のいろいろな実施の形態が図４，図５，図６，図７に関連して開示されたけれども、他の構成も用いることができることである。
【００２７】
前述したように、作動周波数を変えることによって、フレネルレンズ設計を用いて、発射された音波の振幅を変えることが可能である。この能力を用いて、発射された音波のピーク値が制御可能である。従って、生体液を放出しながら、音波の振幅を、許容範囲で調節し、新しい表面レベルを適切に検出することが可能である。この設計を行えば、表面レベル低ということが検出されるまでは新規の生体液を補給する必要はない。
【００２８】
図８を参照する。図示されているのは、音波式液粒子排出機構１４内に挿入された薬剤カートリッジ１２の位置を変える第一の実施の形態である。この位置の変化は、例えば、図４，図５，図６，図７に関連して示される技術による生体液レベル検出に応答して行われる。
【００２９】
生体液のレベルが望ましい範囲の外にあることが決定されると、薬剤カートリッジ１２のレベルに調整が行われる。特に備えられるのは、チャンバ接続路９２経由でチャンバ３０に作動の際に連結するように配置されている補助液チャンバ９０である。生体液のレベルが許容範囲の外にあることが決定されると、プランジャ９６を動かすことによって追加の音波接続液９４がチャンバ３０に供給される。プランジャ９６は、コンピュータ駆動のアクチュエータ９８で制御される高精密製造のプランジャでよい。コンピュータ駆動アクチュエータ９８には、図４，図５，図６，図７に関連して前述されたコントローラー６８，７０，８８のいずれか一つ経由で信号が送られる。プランジャ９６は内側に移動し、追加の音波接続液９４をチャンバ３０内に強制注入し、薬剤カートリッジ１２を十分に持ち上げ、表面８０が許容範囲の高さ内に入るようにする。
【００３０】
図９は、別の構造の薬剤カートリッジ１２を用いるツーピース型液粒子排出ユニット１００の側面図である。生体液３８を保有する排出液溜め１０４に加えて、主液溜め１０６を備え、ここから排出液溜め１０４に液を供給する。排出液溜め１０４と主液溜め１０６との間の接続は、液溜め接続路１０８経由で行われる。この設計では、生体液３８が排出液溜め１０４から排出されるに連れて、新しい追加の生体液３８が主液溜め１０６から液溜め接続路１０８経由で供給される。
【００３１】
薬剤カートリッジ１０２は音波式液粒子排出機構１１０と一緒に作動する配置になっている。排出液溜め１０４は、レンズ２２、ガラス基板２０，トランスデューサ１６の上に配置され、その結果、発生された音波エネルギーが焦点に集められ、十分なエネルギーをもって排出液溜め１０４に伝達され、生体液粒子が排出されるようになっている。このツーピース設計を行う場合、音波結合液のような接続層２４が設けられ、カートリッジ１２の底部は、十分な音波エネルギーを排出液溜め１０４に伝達することができる膜１１２で形成される。
【００３２】
主液溜め１０６には補充孔１１４を通じて液が供給される。主液溜め１０６と液溜め接続路１０８とは、排出液溜め１０４が空の時に最初にこれに液を補充する際には補助的に毛細管作用を用いる。その後、液粒子が排出液溜め１０４から排出されるにつれて、生体液は主液溜め１０６から排出液溜め１０４へと表面張力によって引き込まれる。特に、排出液溜め１０４のアパーチャ４５のサイズを、主液溜め１０６の補充孔１１４より十分に小さくするとともに、補充部の高さに起因する重力に打ち勝つように十分に小さくすれば、主液溜め１０６の生体液が排出液溜め１０４に引き込まれる。
【００３３】
図１０を参照する。図示されるのは、ワンピース型音波式液粒子排出ユニット１２０である。ツーピース型生体液粒子排出ユニット１００とワンピース型ユニット１２０との間の明確な特異性は、薬剤カートリッジ１２のシール３２を最早用いないということ、などである。前と違って、薬剤カートリッジ１２２は、側壁１２４と外表平面１２６とを備え、外表平面１２６は排出機構１４の壁面２６，２８と直接に接するようになっている。従って、壁面２６，２８と薬剤カートリッジ１２２との間の接続は永久的になる。このような接続の形成は、装置製造時にリソグラフィー技法を用いたり、既知の接着技術を用いたりすることによって行うことができる。
【００３４】
更に別の実施の形態では、下部の表面１２８を、膜１３０とともに、取り除いてしまえば、生体液３８がレンズ２２と直接に接するようにできる。更にもう一つ別の実施の形態は、カートリッジ１２自体を取り除き、生体液を直接チャンバ３０に供給することである。この際はチャンバ３０が非汚染生体液保有域として機能する。この設計では、チャンバ３０へ生体液を満たすのは汚染物のない環境中で行われる。
【００３５】
図１１が示すのは、生体液３８を望ましいレベルに維持するために薬剤カートリッジ１４０に追加の生体液を供給する実施の形態の一つである。この実施の形態では、補助的な液保有域１４２がベローズ状構造をしており、内部１４４に生体液３８が満たされている。
【００３６】
レベル検出装置（例えば、図４，図５，図６，図７）から信号を受けて、排出液溜め１４６内の生体液が所望のレベルより低いことが指示されると、高精密製造のプランジャ１４８が、コンピュータ駆動アクチュエータ１５０の制御のもと、内側に動かされ、補助生体液保有チャンバ１４２を圧縮する。この作用により、所定の量の生体液３８を主チャンバ１４６に強制注入し、その結果、生体液メニスカス面１５２が移動し、許容範囲の有用なレベルに達する。
【００３７】
図１２が示すのは、薬剤チャンバ１６０に追加の生体液３８を供給する第二の実施の形態である。この例では、圧縮復元自在の補助液保有域またはチャンバ１６２と排出液溜め１６４との間に流体が流れるようになっている。レベル信号を受けて、生体液３８のレベルは液補充が必要なことが指示されると、圧縮機構１６６が、コンピュータ制御のアクチュエータ１６８で起動され、圧縮復元自在のチャンバ１６２に内向きの力を加える。圧力を十分に加えることによって排出液溜め１６４に生体液を再供給し、許容範囲の有用なレベルに達するようにする。
【００３８】
図１３を参照する。図示されているのは、ワンピース型音波式液粒子排出ユニット１７０の別の実施の形態である。この図では、排出液溜め１７２と主液溜め１７４と双方の流体が液溜め接続路１７６を介して連結されている。生体液３８が主液溜め１７４から排出液溜め１７２に供給されるのは、図９に関連して議論されているようにメニスカスの個所の表面張力による。トランスデューサ１６は作動の際には第一表面１８０上の基板１７８に接続され、レンズ２２はその第二表面１８２上にあるから、これらのコンポーネントは単一ユニット１７０の一部として形成される。この実施の形態では、図９の接続層２４は不要である。この実施の形態は使い捨て的性格の単一コンポーネントだからである。排出液溜め１７２では、生体液はレンズ２２と直接に接する。従って、図９で用いられた音波結合液は必要としない。主液溜め１７４には補充孔１８３を通じて液が補給される。
【００３９】
図１４は、ワンピース型ピエゾ電気式液粒子排出ユニット１９０の側面図である。排出液溜め１９２は、液溜め接続路１９６経由で主液溜め１９４に接続される。生体液３８は、補充孔１９８を通じて主液溜め１９４に供給される。ピエゾ式アクチュエータ２００は、排出液溜め１９２の下表面２０２に取り付けられて作動する。排出液溜め１９２を規定する上表面には排出ノズル２０４が形成されている。作動に当たって、ピエゾ式アクチュエータ２００は電源２１０で駆動される。アクチュエータ２００は、下表面２０２と組み合わさって一体構造板を構成し、印加された電圧に応答して屈曲する。この例では、加えられた力によって、上記一体構造板は排出液溜め１９２の方に屈曲し、排出液溜め１９２の容積を変え、排出液溜め１９２のノズル２０４から生体液を生体液粒子として排出する。ノズル２０４のサイズは、排出される液粒子のサイズに関する制御因子である。
【００４０】
生体液粒子が排出液溜め１９２から排出されるとき、排出液溜め１９２に働いている表面張力によって、主液溜め１９４に貯えられていた生体液が液溜め接続路１９６経由で排出液溜め１９２に引き出され、生体液レベルの補充が行われる。この実施の形態では、主液溜め１９４の内部の大きさは、長さが１ｃｍで、高さが２．５ｍｍである。ピエゾ電気式液粒子排出ユニット全体の幅は５ｍｍである。実施の形態の一つでは、主液溜め１９４に満杯の生体液の容積は５０〜１５０マイクロリットル程度で、排出液溜め１９２中の生体液は５〜１２５マイクロリットル程度である。両液溜めに入っている生体液の比は、２対１から最大１０対１程度である。他の状況ではこの比はもっと大きいこともある。生体液粒子の容積はピコリットルの範囲程度である。
【００４１】
図１４で分かるように、ピエゾ式アクチュエータ２００に接続された下表面部２０２は、ピエゾ電気式液粒子排出ユニット１９０全体と一体構造となっている。この構造の場合は、ユニット１９０の生体液を使い切ってしまうと、ユニット１９０全体を廃棄することになる。
【００４２】
図１５を参照する。図示されているのは、廃棄部分と再使用部分とを有するワンピース型ピエゾ電気式生体液粒子排出ユニット２２０の側面図である。廃棄部分は主液溜め２２２と排出液溜め２２４とを備え、排出液溜め２２４には、排出ノズル２２６が一体構造で付けられている。排出液溜め２２４は、液溜め接続路２３０経由で主液溜め２２２に接続されている。液溜め接続路２３０を経由する主液溜め２２２から排出液溜め２２４への生体液の送達は、排出液溜め２２４に働いている表面張力によって惹起こされる。またこのユニット２２０に備えられているのは補充孔２３２である。
【００４３】
ユニット２２０の再使用部分に備えられるのは、ピエゾ式アクチュエータ２４０で、これは電源２４２で電力が供給される。ピエゾ式アクチュエータ２４０は再使用可能なフレーム２４４の上に装着されている。
【００４４】
排出液溜め２２４の下表面部は膜２４６として形成され、再使用可能なフレーム２４４の上表面部またはダイアフラム２４８に接続される。ダイアフラム２４８はピエゾ式アクチュエータ２４０に接合法または他の方法で取り付けられ、ダイアフラム２４８は一体構造の一部分として作用し、排出液溜め２２４内に必要な容積変化を起こさせて、排出ノズル２２６から生体液の液粒子を排出させる。カートリッジ２２２の膜２４６の作用は、再使用可能部分２４４の容積変化を廃棄部分に伝えることである。
【００４５】
更に別の実施の形態では、再使用可能部分にフレキシブルな膜を設け、その一表面にピエゾ式アクチュエータを取り付け、生体液粒子を排出するのに必要な容積変化を起こさせる。容器を製作して接続液を入れ、この接続液をトランスデューサおよび膜と接触させることができる。この液があると、異なる容器表面に取り付けられた第二膜にトランスデューサ誘起の容積変化を伝達するのに助けになる。上記容器の端の構造は、再使用可能部分と使い捨て部分との間にハーメチックシールができるような構造とする。上記容器には、接続液から気泡を除く（放出する）手段が設けられる。容器の反対側の表面は、使い捨て部分と一緒に組み立てる前は開いた状態である。
【００４６】
使い捨て部分と再使用可能部分との間にハーメチックシールが設けられ、再使用可能部分には接続液が満たされ、トランスデューサの容積変化を使い捨て部分に伝える。容積変化の歪みと吸収とを最小限に抑えるために、この液中の気泡はすべて、再使用可能部分の放出機構から放出することによって操作前に取り除かれる。
【００４７】
当業者なら理解することであるが、他のピエゾ式アクチュエータ構造も、例えば、バルク（ｂｕｌｋ）またはシアー（ｓｈｅａｒ）モード設計も本発明に関して用いることができる。
【００４８】
前述の議論では、必要な生体液レベルがシステム中で確実に維持される機能を有する構造が開示されている。別の実施の形態では、図５と図６に関連して議論された概念を、新しく生体液を追加しないシステムに用いることができる。
【００４９】
実施の形態の一つでは、発生した音波の調節という手段を用いてシステムの作動能力を拡張する。この実施の形態は、フレネルレンズ系、球レンズ系双方に適用可能である。
【００５０】
図５と図６に注目する。今度は、コントローラー７０をアクチュエータを選択的に作動させるのに用いるのではなく、コントローラー７０は、液高さが所望のレベルにないことが決定されたとき振幅出力を増加させるか減少させるかの指示を信号発生器７２に送る。この動作によって、音波の焦点が調節され、実際のメニスカスの高さに焦点が合わされる。
【００５１】
更に別の実施の形態では、図５と図６に見られる概念を再び用いて液高さが所望のレベルにないことを検出する。その後、フレネルレンズを用いれば、操作周波数を変えて、装置内で特定の時間存在する正確な液高さに焦点を合わせることが可能である。フレネルレンズの場合は焦点位置は実質的に周波数の一次関数である。従って、図５と図６の操作では、最初のステップは実際の生体液レベルの測定である。次に、コントローラー７０が操作周波数を調整して、実際にメニスカス表面が存在する箇所に焦点を移動させる。
【００５２】
前述の設計を用いれば、アクチュエータを用いないで済ますシステムを提供することも可能である。今度は、周波数制御および／または振幅制御を用いて装置の操作に必要な適切な生体液レベルの範囲を拡大するのである。例えば、上記の振幅制御または周波数制御がなければ、適切な使用範囲は理想レベルの前後±５μｍとなる。しかし、振幅制御を行えば、この範囲は±１０μｍまで可能であり、更に周波数制御を加えれば±３０μｍまで広がる。
【００５３】
周波数制御および振幅制御の概念は、より精密な制御をおこなうため、単独に、つまりアクチュエータを使用しないで用いることもできるし、アクチュエータ概念と組み合わせて用いることもできる。
【００５４】
ピエゾ電気式液粒子排出ユニットでは、初期操作では所望の液粒子出力が製造されないおそれがある。特に、排出液溜め内に気泡が存在する場合は非球形の液粒子あるいは適切なコンシステンシーやサイズを有していない液粒子が排出されるおそれがある。最悪には液粒子が全く作られないこともある。従って、排出ユニットのプライミング（呼び水）操作が望ましい。
【００５５】
図１６は、本発明に用いることができるプライミング接続機構２５０を示す。図１６に示されるように、プライミング接続機構２５０は、排出液溜め（１９２，２２４）から生体液を排出する構造のノズル（２０４，２２６）の上方に配置される。操作では、使い捨て可能のプライミング接続機構２５０としては、排出ノズル（２０４，２２６）の上を移動するロボット装置を用いることができる。プライミング接続機構２５０は、真空ユニット２５４に接続された永久使用の真空ノズル２５２を備える。永久使用の真空ノズル２５２の周りに配置されるのは、エラストマー材または他の好適な材料で製造された使い捨て可能のチューブかスリーブ２５６である。排出ノズル（２０４，２２６）の上に配置された後、真空ノズル２５２は下向きに移動し、使い捨て可能のチューブ２５６をノズル（２０４，２２６）に軽く接触させる。真空作用により、排出液溜め（１９２，２２４）から真空脱気する。
【００５６】
ロボット制御された流体または液体の高さ検出センサ２５８は、生体液が    排出液溜め内の空気が取り除かれたレベルに達したことを検出する。このプライミング操作は適切な初期排出操作を可能にする。一度、センサ２５８が適切なプライミングレベルを検出すると、液粒子排出ユニットへの操作上の取り付けからプライミング装置を取り外すことでプライミング操作は終了する。
【００５７】
ロボット制御されたプライミング接続機構２５０と液体の高さ検出センサ２５８は、コントローラー２５９により制御されてもよい。コントローラー２５９はこれらロボット制御される要素の動作を制御する作動信号を生成する。検出センサ２５８はプライミング接続機構２５０の一部として包含されていてもよい。プライミング接続機構２５０および検出センサ２５８の動作は、よく知られた構成の一つによってなされてもよく、またこのような動作に必要な機械的な構成要素も当業者にはよく知られている。
【００５８】
他の実施の形態としては、プライミング接続機構２５０と検出センサ２５８は静止しており、液粒子排出ユニットがプライミング接続機構２５０の下方で適切に動かされてもよい。どちらの場合もプライミング接続機構２５０と検出センサ２５８は、単一の液粒子排出ヘッドにある複数の液粒子排出ユニットによるアレーをプライミングするための多様な構成を有していてもよい。同様に、図１７に関連して述べる実施の形態は、このような複数構成要素のアレーを有していてもよい。
【００５９】
一度プライミング操作が特定の排出ユニットに対して保障されると、使い捨てチューブ２５６は次のプライミング操作の前に取り除かれる。
【００６０】
コントローラー２５９で制御される真空ユニット２５４は、前述した真空動作を引き起こす制御可能な真空圧力を発生することができる。制御可能な圧力があることで、生体液の粘性に起因する調整を計算に取り入れることが可能となる。例えば、より液体に近い生体液よりも大きな粘性を持った生体液に、大きな真空圧力が適用することも可能になる。真空ノズル２５２は永久的なものとして定義されてもよい。この議論で永久的とは、使い捨てチューブ２５６に比較して永久的であることを意味している。しかしながら、他の実施の形態では、真空ユニット２５４と真空ノズル２５２との間の接続は、分離可能な特徴を持っていてもよい。例えば、真空ノズルは嵌め込み式、ねじその他ノズルが取り外し可能な接続技術により取り付けられてもよい。
【００６１】
図１７を参照する。図示されているのは、図１４に示される液粒子排出ユニット１９０と同じように設計された修正ワンピース型ピエゾ電気式液粒子排出ユニット２６０である。従って、共通な構成要素には同じような番号を付してある。しかし、ここに示された構成のユニット２６０は、プライミング開口２６４を備えるプライミング用液溜め２６２をも備えている。プライミング操作は、プライミングシステム２５０をプライミング開口２６４上に持ってくることによって行われる。スリーブ２５６を開口２６４に合わせた後、真空圧力をかけ、プライミング目的に生体液を吸い出す。この操作の際に、電源２１０が発生するパルスによってピエゾ式アクチュエータ２００が作動し、排出液溜め１９２内の生体液をノズル２０４まで上昇させる。
【００６２】
理解しなければならないことは、前述の諸々の実施の形態で議論された薬剤カートリッジは単にこのような装置の代表的な設計にすぎないので、カートリッジ構造には多くの変形が可能であるということである。
【００６３】
前述の説明は音波式液粒子排出ユニットとピエゾ電気式液粒子排出ユニットとの実施の形態についてなされているが、本発明の概念は、他のタイプの液粒子排出機構にも汚染を避けるのが有用である他の生体液にも拡張することができる。
【００６４】
更に理解しなければならないことは、前記の説明に関する図は本発明を図示するものではあるが、例示目的に図示されているにすぎない。図示の実施の形態からは本発明の原理に従う多くの修正や適用が思考されることと思われる。従って、本発明の範囲は前記の特許請求の範囲で規定されるものとする。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は生体液を折よくまた実用的手法で排出装置へ適切に分配するプライミング装置を提供することで、液粒子排出装置が排出プロセスの開始時から正確に機能するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を実施することができる音波式液粒子排出装置を示す図である。
【図２】  薬剤カートリッジ中のレベルを示す図である。
【図３】  薬剤カートリッジ中のレベルを示す図である。
【図４】  レーザ式生体液レベル検出機構を示す図である。
【図５】  音波ビーム式生体液レベル検出器の構造を示す図である。
【図６】  音波ビーム式生体液レベル検出器の構造を示す図である。
【図７】  液粒子カウント式検出機構を示す図である。
【図８】  ツーピース型音波式液粒子排出ユニットにおける薬剤カートリッジの動きに関する第一の実施の形態を示す図である。
【図９】  ツーピース型音波式液粒子排出機構に薬剤を補給する第二の実施の形態を示す図である。
【図１０】  本発明の概念を実施することができるワンピース型音波式液粒子排出機構を示す図である。
【図１１】  ワンピース型システムに生体液を更に供給する第一の実施の形態を示す図である。
【図１２】  ワンピース型システムの第二の実施の形態を示す図である。
【図１３】  ワンピース型システムの別の実施の形態を示す図である。
【図１４】  第二生体液保有域を備えるワンピース型ピエゾ電気式液粒子排出機構を示す図である。
【図１５】  第二生体液保有域を備えるツーピース型ピエゾ電気式液粒子排出機構を示す図である。
【図１６】  ピエゾ電気式液粒子排出機構のプライミング構造を示す図である。
【図１７】  プライミング溜めを備える修正ワンピース型ピエゾ電気式液粒子排出機構を示す図である。
【符号の説明】
１０，１００，１７０，１９０，２２０，２６０  液粒子排出装置、１２，１０２，１２２，１４０  薬剤カートリッジ、１４，１１０  液粒子排出機構、１６  トランスデューサ、１８，７２，２１０，２４２  電源、２０，４３，１７８  基板、２２，７８  レンズ、２４，９４  接続層（音波接続液）、２６，２８，３１，１２４  壁面、３０，９０，１６０，１６２  チャンバ、３２  シール、３４  止め部材、３６，１１２，１３０，２４６  膜、３７，５６，８０，１２６，１２８、１８０，１８２，２０２  表面、３８  生体液、３９  合焦音波、４０  メニスカス表面、４２  生体液粒子、４４  蓋、４５  アパーチャ、４６  高さ、５０  レベルセンサ、５２  レーザ、５４  レーザビーム、５８  レーザ検出部、６０  第一レーザビーム検出器、６２  第二レーザビーム検出器、６４，６６  反射レーザビーム、６８，７０，８８  コントローラー、７２  信号発生器、７６  音波、８４  反射波、９２  チャンバ接続路、９６  プランジャ、９８，１６８，２００，２４０  アクチュエータ、１０４，１６４，１７２，１９２，２２４，２２６  排出液溜め、１０６，１４６，１７４，１９４，２２２  主液溜め、１０８，１７６，１９６，２３０  液溜め接続路、１１４，１８３，１９８，２３２  補充孔、１４２  補助液保有域、１４４  内部、１６６  圧縮機構、２０４，２２６，２５２  ノズル、２４４  フレーム、２４８  ダイアフラム、２５０  プライミング装置、２５４  真空ユニット、２５６  スリーブ（チューブ）、２５８  液高さ検出センサ、２６２  プライミング溜め、２６４  プライミング開口。
【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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