(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体液粒子を排出する生体液粒子排出装置であって、
生体液粒子を排出するのに用いられるエネルギーを発生するトランスデューサを備える生体液粒子排出機構と、
生体液粒子排出機構への取り付け取り外しが可能であり生体液を生体液粒子排出機構から隔離して保有する生体液保有器と、
トランスデューサが発生したエネルギーを生体液保有器が保有する生体液のメニスカス表面に集めるレンズと、
を有し、
生体液粒子排出機構に生体液保有器が取り付けられ、生体液粒子排出機構のトランスデューサがエネルギーを発生し、レンズによって集められたエネルギーがメニスカス表面に当たることにより、生体液保有器から生体液が生体液粒子として排出され、
前記トランスデューサは、音波を発射し、
前記レンズは、トランスデューサが発生した音波のエネルギーを前記メニスカス表面に集め、
前記生体液粒子排出機構は、
前記生体液保有器が収められる内部チャンバと、
内部チャンバに収められた前記生体液保有器と前記レンズとの間に配置される音響結合層と、
を備え、
前記生体液保有器の側壁に突起して設けられたシールにより、前記生体液保有器が前記内部チャンバ内にしっかり嵌め込まれる、
ことを特徴とする生体液粒子排出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、改良された生体液粒子排出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
既存の液粒子排出装置では、液の汚染に対して注意を払うことは特に優先的な課題ではなかった。例えば、プリント業界で汚染問題といえば、目的とするインク色を維持するためには起きてはならない異なるインク間の混合を避けたり、インクにゴミが落ちるのを防止する程度が中心であった。しかし、他の環境下では排出された液の汚染を回避することは、極めて重要な課題である。例えば、科学的試験の中では特に、生物学的、遺伝学的、医学的試験の多くでは生体液粒子のシーケンスやアレイを用いて試験が行われる。これらの実験では、汚染された液粒子があると、信頼性のない結果となり、従って使用に不適な試験結果となる。
【０００３】
そのような試験を行うに際しては、バイオアッセイの形で何千という個数の生体液粒子を一枚の基板上に沈着する。これらのバイオアッセイは各々多岐にわたるタイプのユニークな生体液を含んでいる。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、何千という個々の液滴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、物理的特性の変化を観察する。これらの状況下では、液粒子排出装置が汚染源とならず、生体液間の交差汚染を引き起こさないことが極めて重要である。従って、既存の液粒子排出装置では一個の液溜めに対し多数の排出機構を備えるのが普通であるけれども、このやり方は、生体液を排出する液粒子排出装置には許容し得ない設計であると言える。
【０００４】
更に、これらの実験に用いられる生体液は極めて高価である。多くの生体液排出装置では、液溜めと排出装置アセンブリ内に保有される液の量はバイオアッセイを調製するに必要な量よりもはるかに多い。生体液をこのように不必要に使用すると、試験にかかる費用が増大する結果となる。従って、これらの試験に使用するシーケンスやアレイを調製する既存の方法は、時間がかかり、生体液を浪費し、正確さも限定された、経済的に高価な方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、異なる生体液間の交差汚染は勿論のこと、液粒子排出装置と生体液との間の汚染を回避する生体液粒子排出機構を提供することが望ましいと考えられたのである。また望ましいと考えられるのは、生体液の微少流量を送出するに際して、高度に精密に、効率的に行うことが可能で、また沈積される生体液の性質や排出される液粒子に使用目的に応じた異なる量で行うことが可能な液粒子排出機構を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、生体液粒子を排出する生体液粒子排出装置が提供される。このような装置の生体液粒子排出機構は、生体液粒子の排出に用いられるエネルギーを発生するトランスデューサを備える。更に備えられるのは、薬剤カートリッジ、すなわち生体液を保有する生体液保有器である。この薬剤カートリッジ、すなわち生体液保有器は、生体液粒子を排出するに使用される生体液の汚染を回避する構造になっている。薬剤カートリッジ、すなわち生体液保有器は、液粒子排出機構を作動すると、生体液粒子が排出されるように液粒子排出機構に作動の際に接続される。この液粒子排出機構は、生体液保有器とトランスデューサとを一体構造にしてワンピース型の使い捨て装置として構成することもできるし、使い捨てカートリッジとは別個のトランスデューサを用いてツーピース型の装置として構成することもできる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１に示すのは、生体液（薬剤とも称する）を排出するツーピース型音波式液粒子排出装置１０である。本議論では、生体液または薬剤は、他の物質を検出し、測定し、検査し、製造する化学反応に使用される物質ならなんでもよく、あるいは逆に検出され、測定され、検査される物質でもある。装置１０は、薬剤カートリッジ１２などの使い捨て部と、音波式液粒子排出機構１４などの再使用可能部とを備える構成になっている。図１では、薬剤カートリッジ１２は液粒子排出機構１４から離れているように示されている。使用中は、薬剤カートリッジ１２は液粒子排出機構１４内に挿入されている。
【０００８】
薬剤カートリッジ１２は、その内部に含まれている生体液が液粒子排出機構１４とは隔離され、汚染を回避するような構成になっている。薬剤カートリッジ１２の構造は生化学的に不活性なチャンバになっており、そのチャンバ内に一定量の生体液が含まれる。薬剤カートリッジ１２と液粒子排出機構１４とは相互関係が精密に整合され、液粒子排出を安定に行うとともに、排出された液粒子を基板上の所望の位置に正確に配置するようになっている。
【０００９】
図２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、基板２０の表面に設けられている。基板２０は、実施の態様の一つではガラス製でよい。基板２０の背後の表面に配置もしくはパターン形成されているのは、フレネルレンズのような合焦レンズ構造２２である。理解しなければならないことは、他のタイプの合焦構造もフレネルレンズの代わりに用いることができるということである。
【００１０】
音響結合層２４は、音響結合液を用いればよいが、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。音響結合液２４の選択基準は音の減衰が少ないことである。この適用に有利な音響特性を有する音響結合液のタイプの一つは、水である。
【００１１】
別の実施の形態では、接続層２４はグリースの薄い層で作ってよい。グリース接続層が有利なのは、閉じ込められた気泡を最小限に抑えるために接続表面を比較的フラットにする時である。
【００１２】
基板２０の頂部にあるのは壁面２６，２８であって、薬剤カートリッジ１２が収められる内部チャンバ３０を規定する。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、音響接続液２４をシール３２の下に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は音波に対して薄い膜である。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と、この文脈では定義される。
【００１３】
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、音響結合液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４６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、音波式液粒子排出装置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。
【００１４】
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から落ちるのが防止される。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による汚染を防げるので生体液３８をきれいに保てることである。基板４６は、例えば、ペーパー、ガラス、プラスチックまたは他の適当な材料でよい。
【００１５】
トランスデューサ１６、電源１８、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。このような操作は当業者にはよく知られている。
【００１６】
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や他の形式の汚染源、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、音響接続液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など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や音響結合液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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、排出される生体液４２の容積を変えるのに用いられる。
【００１９】
図３と図４を参照する。前記のように、この実施の形態はツーピース型のユニットである。従って、設計機能は、薬剤カートリッジ１２を取り出して新しい薬剤カートリッジ１２を挿入することができるということである。図３は液粒子排出機構１４内に納められた薬剤カートリッジ１２を示す。薬剤カートリッジ１２の取り出し方の一つを挙げれば、カートリッジのフランジ４８に接続された成形リップ４７を備えたカートリッジを設計することによって行うことである。カートリッジ内の液がなくなったり、あるいは他の理由でもはや使用しなくなった場合は、図４に示されるように上向きの力を加えて音波式液粒子排出機構１４から成形リップ４７を取り外すことができる。この実施の形態では、側壁２６，２８にはノッチ５０を設けて置いて、成形リップ４７をここに受容するようにする。理解しなければならないことは、他の設計を用いてもカートリッジ１２の取り出しを行うことができることである。成形リップ４７をカートリッジ１２に取り付けるのはカートリッジを形成した後でも行えるが、別の方法としてはカートリッジ１２の本体を製作する射出成形法の一部として行うこともできる。
【００２０】
図５と図６を注目すると、以前の図ではカートリッジ１２は上表面が開いているものとして示されているが、汚染を回避するため、カートリッジは、図５の５２のようなキャップまたはシール層で、あるいは図６のキャップ構造５４で覆って形成することもできる。図５では、キャップ５２はカートリッジ１２に超音波接合することができる。この状況下では、キャップ５２を取り外すには削ぎナイフ５５のようなある種の開き道具を用いる必要がある。キャップ５２を取り外すのは、カートリッジ１２を音波式液粒子排出機構１４内に挿入する前に行うのが好ましいが、状況次第では挿入後に行うのも有用なこともある。
【００２１】
別の方法としては、接着剤を選択的に貼った薄いフィルム材をキャップ５２に用いることができる。この場合、フィルム状キャップ５２は、人の力やオートメーションで加えられる引張り力で外すことができる。更に別の方法としては、図６に示されるようなプレス嵌めキャップ５４を用いることができる。この場合シール３２を用いてプレス嵌めキャップ５４を確実に嵌め込む。キャップ５４を外すときには、上向きの圧力をプレス嵌めキャップ５４にかける。
【００２２】
図７を参照する。以前の実施の形態ではレンズ構成部はガラス基板２０の上表面部に配置されていたこと、従ってユニット１０の再使用可能部の一部であることが注目される。しかし、別の実施の形態では、レンズ２２は薬液カートリッジ１２の表面として構成することができる。このような実施の形態は、カートリッジ１２を成形するのに精密成形法を用いれば行える。
【００２３】
図８では、本発明の更に別の実施の形態であるがトランスデューサ１６がレンズ構造５８に接して形成されている。この構成では、トランスデューサの出力密度は、トランスデューサが平面上にある場合に比較して低い。従って、高出力をトランスデューサにかけることができ、過大電力故にトランスデューサが損傷するということはない。この構成が特に有用なのは、排出すべき生体液の粘度が非常に高い場合や他では生体液の液粒子を排出するのに大きな音響強度が必要な場合である。この実施の形態ではもう一つ別のレンズ５９を生体液の傍に設けることができる。この設計の下では液粒子排出装置は単一の使い捨て装置である。図８の装置をツーピース型装置として設計することができる別の方法もある。例えば、図７のレンズ５６をレンズ５８と併用して音波エネルギーを更に強力に焦点に集めることができる。曲面レンズ要素５６，５８，５９はフレネルレンズでも差し支えない。
【００２４】
図９を参照する。図示されているのは、ワンピース型生体液音波排出装置６０である。図２の排出機構１４と同様なコンポーネントはここでも同様に作動するので、詳細な議論は行わない。ツーピース型生体液粒子排出装置１０とワンピース型装置６０との間の明確な差は主に、薬剤カートリッジ１２のシール３２を後者では最早用いないことである。前と違って、薬剤カートリッジ６２は、側壁６４と平坦な外表面６６とを備え、外表面６６は機構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６２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。更に別の実施の形態では、下部の表面６８を、膜７０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６２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器として機能する。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。
【００２５】
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に示されている薬剤カートリッジは単にそのようなコンポーネントの代表的設計であり、カートリッジ構成には多くの可能な変形が存在するということである。
【００２６】
例えば、図１０と図１１は、別の薬剤カートリッジ構造を用いるツーピース型液粒子排出装置８０の、縮尺は異なるが、それぞれ頂面図と側面図である。直接排出される生体液３８を保有する排出液溜め８４に加えて、主液溜め８６をも備え、ここから排出液溜め８４に液を供給する。排出液溜め８４と主液溜め８６との間の接続は、液溜め接続路８８経由で行われる。この設計では、生体液３８が排出液溜め８４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８６から液溜め接続路８８経由で供給される。
【００２７】
図１１は、音波式液粒子排出機構９０と一緒に作動する配置になっている薬剤カートリッジ８２の側面図である。特に、排出液溜め８４がレンズ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８４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とが示されている。このツーピース設計を行う場合、音響結合液のような接続層２４が設けられ、カートリッジ８２の底部は、十分な音エネルギーを排出液溜め８４に伝達することができる膜９２で形成される。
【００２８】
主液溜めと排出液溜めとが空の時に最初に液を補充する際に、毛細管作用を補助的に用いて主液溜め８６から排出液溜め８４へ生体液を引き込む。しかし、一旦装置にプライミング（呼び水操作）が行われアパーチャ４５の底部までに液が補充されると、メニスカス４０の回復力／表面張力を用いて、液粒子が排出されるにつれて主液溜め８６から排出液溜め８４へ生体液を引き込む。アパーチャ４５に十分な表面張力を惹起するには、アパーチャ４５を補充孔９４より十分に小さくして補充孔９４の表面張力と競合するのを回避することが重要である。アパーチャ４５の表面張力はまた、当構造の高さに起因する重力作用よりも大きくしなければならない。これらの力、すなわち張力と重力とを適切にバランスすることによって、生体液はアパーチャの表面張力によって排出液溜め８４に連続的に引き込まれ、主液溜め８６に液がなくなるまで排出液溜め８４が満液状態に維持される。
【００２９】
図１２と図１３とを参照する。図示されているのは、ワンピース型音波式液粒子排出装置１００の別の実施の形態である。この図では、排出液溜め１０２と主液溜め１０４とは、液溜め接続路１０６を介して流体が繋がるように配置されている。生体液３８が主液溜め１０４から排出液溜め１０２に供給されるのは、図１１に関連して議論されているような方法による。
【００３０】
トランスデューサ１６は基板１０７の第一表面に連結して作動する。レンズ２２は膜１０８の第二表面上に一体的に構成されているから、これらのコンポーネントは単一装置１００の一部として形成される。この実施の形態では、図１１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１０２では、生体液はレンズ２２と直接に接する。主液溜め１０４には補充孔１０９を通じて液が補給される。
【００３１】
図１４と図１５を参照する。図示されているのは、ワンピース型使い捨てのピエゾ電気式液粒子排出装置１１０のそれぞれ頂面図と側面図である。排出液溜め１１２は、液溜め接続路１１６を介して主液溜め１１４に接続される。生体液３８は、補充孔１１８を通じて主液溜め１１４に供給される。ピエゾ式アクチュエータ１２０は、排出液溜め１１２の下表面１２２に取り付けられて作動する。排出液溜め１１２を規定する上表面には排出ノズル１２４が形成されている。ピエゾ式アクチュエータ１２０には電源１３０が接続されている。
【００３２】
作動に際して、ピエゾ式アクチュエータ１２０は電源１３０で駆動される。アクチュエータ１２０は、下表面１２２と組み合わさって一体構造板を構成し、印加された電圧の応答して撓み力を発生する。加えられた撓み力によって、上記一体構造板は排出液溜め１１２の方に移動し、排出液溜め１１２の容積を変え、排出液溜め１１２からノズル１２４を通じて生体液に力を加え、生体液粒子を排出させる。ノズル１２４のサイズは、排出される液粒子サイズに関する制御因子である。
【００３３】
生体液粒子が排出液溜め１１２から排出されるとき、排出液溜め１１２に働いている表面張力によって、主液溜め１１４に貯えられていた生体液が液溜め接続路１１６経由で排出液溜め１１２に引き出され、生体液レベルの補充が行われる。図１１に関連する議論と同じように、十分な表面張力は、補充孔１１８のサイズと当構造の高さに基づいて働く重力の作用を考慮して得られる。この実施の形態では、主液溜め１１４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装置全体の幅は、図１５に示されるように５ｍｍである。このサイズは小さいので、一つのシステム構成に多数の排出装置を集合して設け、多数の生体液を点々とプリントすることが可能になる。
【００３４】
図１４で分かるように、ピエゾ式アクチュエータ１２０に接続される下表面部１２２は、ピエゾ電気式液粒子排出装置１１０全体と一体構造となっている。この構造の場合は、装置１１０の生体液を使い切ってしまうと、装置１１０全体を捨てることになる。
【００３５】
図１６と図１７を参照する。図示されているのは、使い捨て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１４０のそれぞれ側面図と頂面図である。使い捨て部分は薬剤カートリッジ１４２と排出液溜め１４６とを備え、薬剤カートリッジ１４２には、排出ノズル１４４が一体構造で付けられている。排出液溜め１４６は、液溜め接続路１５０経由で主液溜め１４８に接続されている。液溜め接続路１５０を経由する主液溜め１４８から排出液溜め１４６への生体液の送達は、表面張力による供給作用によって起こる。また備えられているのは補充孔１５２である。
【００３６】
ユニット１４０の再使用部分に備えられるのは、アクチュエータ１６０で、これには電源１６２で電力が供給される。ピエゾ式アクチュエータ１６０は再使用可能なフレーム１６４の上に装着されている。
【００３７】
フレキシブルな膜である下表面部１６６は、例えば、ポリエチレン、ポリイミド、または他の薄いプラスチック製であるが、排出液溜め１４６の一部を規定し、再使用可能なフレーム１６４のダイアフラム１６８の上表面部に接合される。ダイアフラム１６８は、実施の形態の一つではステンレス鋼でよいが、ピエゾ式アクチュエータ１６０に接合法または他の方法で取り付けられ、ダイアフラム１６８は一体構造の一部分として作用し、排出液溜め１４６内に必要な容積変化を起こさせて、排出ノズル１４４から生体液の液粒子を排出させる。カートリッジ１４２のフレキシブル膜１６６の作用は、再使用可能部分フレーム１６４の容積変化を使い捨て部分に伝えることである。
【００３８】
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ダイアフラム１６８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／ダイアフラム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。
【００３９】
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非常に薄い接続液が満たされ、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。別の方法としては、例えば、グリースや他の材料を塗布して、物理的接触が一層緊密になるような方法も用いられる。
【００４０】
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。
【００４１】
本発明で開示の生体液粒子排出装置は、主液溜め１４８と排出液溜め１４６内の少量の生体液を用いて機能する。例えば、主液溜め１４８は一例では、満液状態で生体液は５０〜１５０マイクロリットル程度で、排出液溜め１４６は満杯で５〜２５マイクロリットル程度である。従って、記載の排出装置の作動は極めて少容量の生体液を用いて可能なことが分かる。生体液粒子自体はピコリットルの範囲程度である。これは、使用される多くの生体液が高価なことから見てこれら排出器装置の価値ある特徴である。また、所要生体液が極めて少量であるから、使い捨ての排出器装置を用いることは魅力的なオプションである。
【００４２】
理解しなければならないことは、記載の装置は高効率で作動させることができるということである。生体液のロスは殆ど生じない。これは、装置自体の作動特性であるとともに、装置を作動させるのに必要な生体液の量が非常に少ないという事実に起因する。特に、システム内のロスは、最初に少量の生体液を使用するので存在することはするが、それでも作動の高効率は達成可能である。好ましい実施の形態では、高効率とは、通常操作で生体液の８０％以上を用いて行われることと定義される。
【００４３】
前述の議論では、主液溜め１４８では液量が５０〜１５０マイクロリットルで、排出液溜めでは５〜２５マイクロリットル程度であるとされたが、これらの量は、使用される液粒子サイズ、行われる液粒子プリント量、使用される生体液タイプおよびその他のパラメータに依存して変わる。
【００４４】
主液溜めと排出液溜めに入っている生体液の比は、２対１から１０対１が好ましい範囲である。この範囲を用いると、開示されたある種の実施の形態では、所望の小容積を用いながら、生体液を吸出すのに用いられる表面張力が得られる。しかし、生体液のコストや排出装置の使用目的などの因子に依存するが、この比はもっと大きい値を用いることも可能である。
【００４５】
図９，１３，１４，１５が開示するのは、生体液の高効率使用とともに生体液使用容積が小さいという特徴を備える使い捨ての液粒子排出装置である。この使い捨て機能に関連する別の点は、汚染を避けることで得られる利点である。当装置は使い捨て可能で、従って低コストであるから、汚染を避けるには、洗浄操作を要する機構を備えたある種のパーツを保守するのとは異なって、単に機構全体を廃棄してしまえば可能である。更に、使い捨て的性格があり、生体液が小容積しか要らないので、ピエゾ電気式液粒子排出機構にとっては、ノズル閉塞に関する問題が回避される。理解しなければならないことは、ノズルを長い間使っていればいるほど、閉塞が起こりやすくなるということである。これが起こると、実際の操作では、生体液の液粒子が望ましくなく衛星のように散らばって広がり、不適当な個所に落ちる恐れがあるので、出力結果に汚染現象が生じる。
【００４６】
ピエゾ電気式液粒子排出機構では、初期操作では目的の液粒子出力が得ら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製造されないこともある。従って、排出装置のプライミング（呼び水操作）が望ましい。
【００４７】
図１８は、本発明に用いることができるプライミング（呼び水）接続機構１７０を示す。図１８に示されるように、プライミング接続機構１７０は、排出液溜め（１１２，１４６）から生体液を排出する構造のノズル（１２４，１４４）の上方に配置される。操作では、プライミング接続機構１７０としては、排出ノズル（１２４／１４４）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１７０は、真空ユニット１７４に接続された永久使用の真空ノズル１７２を備える。永久使用の真空ノズル１７２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接続材料で製造された使い捨てのチューブ１７６である。排出ノズル（１２４，１４４）の上に配置された後、真空ノズル１７２は下向きに移動し、使い捨てのチューブ１７６をノズル（１２４，１４４）に軽く接触させる。真空作用により、排出液溜め（１１２，１４６）から真空脱気する。液高さ検出センサ１７８により、生体液がノズル（１２４，１４４）内のレベルに達した時が決定されるので、排出液溜め内の空気が確実に除かれる。このプライミング操作を行うと、液粒子排出操作を初期においても適切に行うことができる。
【００４８】
前述の議論では、アパーチャ板または蓋４４が音波式液粒子排出機構に関連して用いられるように示されているが、本発明はアパーチャ板または蓋４４を用いない場合でも用いることができる。これらの実施の形態は、前述の図面に示されるアパーチャ板または蓋４４を取り去ってみれば明白に理解することができると思われる。本出願はそのような実施の形態も網羅するものである。
【００４９】
理解しなければならないことは、前述の説明は音波式液粒子排出装置とピエゾ電気式液粒子排出装置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、例えば、他のインクから離しておくことが望ましいインク印刷の場合にも拡張することができる。また、個々の液粒子排出装置はサイズが非常に小さいので、排出装置を多重に備えたシステムに本発明を実際に用いることができる。そのようなシステムは、何百〜何千以上という個々の液粒子排出装置を有する液粒子排出装置ヘッドを備えるものである。
【００５０】
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のみで規定されるものとする。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、異なる生体液間の交差汚染は勿論のこと、液粒子排出装置と生体液との間の汚染を回避する生体液粒子排出機構を提供し、また生体液の微少流量を送出するに際して効率的に行うことが可能な液粒子排出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の教示に従う薬剤カートリッジと液粒子排出機構を示す図である。
【図２】  音波式液粒子排出機構内に挿入された薬剤カートリッジの断面図である。
【図３】  液粒子排出機構に薬剤カートリッジを挿入したり液粒子排出機構から薬剤カートリッジを取出したりする方法を示す図である。
【図４】  液粒子排出機構に薬剤カートリッジを挿入したり液粒子排出機構から薬剤カートリッジを取出したりする方法を示す図である。
【図５】  キャップ付薬剤カートリッジを示す図である。
【図６】  キャップ付薬剤カートリッジを示す図である。
【図７】  一体構造のレンズ要素を備える薬剤カートリッジである。
【図８】  トランスデューサが曲面レンズに接して設けられている実施の形態を示す図である。
【図９】  ワンピース型音波式液粒子排出機構を示す図で、生体液を隔離して設ける構造を備えている図である。
【図１０】  別の形のツーピース型音波式液粒子排出機構の頂面と側面とをそれぞれ示す図である。
【図１１】  別の形のツーピース型音波式液粒子排出機構の頂面と側面とをそれぞれ示す図である。
【図１２】  別の形のワンピース型音波式液粒子排出機構の頂面と側面とをそれぞれ示す図である。
【図１３】  別の形のワンピース型音波式液粒子排出機構の頂面と側面とをそれぞれ示す図である。
【図１４】  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】  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１６】  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１７】  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１８】  ワンピース型とツーピース型ピエゾ電気式液粒子排出に関連して用いられる使い捨てのプライミング接続構造を示す図である。
【符号の説明】
１０，６０，８０，１００，１１０  液粒子排出装置、１２，６２，８２，１０２  薬剤カートリッジ、１４，９０  液粒子排出機構、１６  トランスデューサ、１８，１３０，１６２  電源、２０，１０７  基板、２２，５６，５８，５９  レンズ、２４  音響接続層（音響接続液）、２６，２８，３１，６４，６６，６８  壁面、３０  チャンバ、３６，７０，９２，１０８，１６６  膜、６６，６８，１２２  表面、３８  生体液、４０  メニスカス、４２  生体液粒子、４４  蓋、４５  アパーチャ、４７  リップ、４８  フランジ、５０  ノッチ、５２  キャップ（シール）層、５４  キャップ構造、５５  削ぎナイフ、１２０，１６０  アクチュエータ、８４，１０２，１１２，１２２，１４６  排出液溜め、８６，１０４，１１４，１４８  主液溜め、８８，１０６，１１６，１５０液溜め接続路、９４，１０９，１１８，１５２  補充孔、１２４，１４４  排出ノズル、１６４  フレーム、１６８  ダイアフラム、１７０  プライミング接続機構、１７２  真空ノズル、１７４  真空ユニット、１７６  チューブ、１７８  液高さ検出センサ。
【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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