(57)【要約】【課題】液体への異物の混入を回避しつつ極めて微量の液体を吐き出すことができる液体吐出装置および液体吐出方法を提供する。【解決手段】液体吐出装置１３では発熱体３６は発熱する。発熱に基づき収容室３５内で気体の温度は上昇する。気体は膨張する。収容室３５内の圧力は上昇する。その結果、収容室３５から第２流路３９に向かって気流が生成される。第２流路３９は、吐出口２７に近づくにつれて第１流路２８に近づきつつ第１流路２８に合流することから、気流７１は吐出口２７に向かって流れる。吐出口２７にはキャピラリ１４が取り付けられる。気流７１の働きでキャピラリ１４内の液体６１に作用する圧力すなわち正圧は増大する。その結果、キャピラリ１４内には吐出圧が供給される。極めて微量の液体６１がキャピラリ１４の先端２６から吐き出される。こうして吐出圧の供給にあたって気流が利用される。液体６１への異物の混入は確実に回避される。【選択図】図６
2009022861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持ユニットと、支持ユニット内に区画されて、吐出口に向かって延びる第１流路と、支持ユニット内に区画されて、吐出口に近づくにつれて第１流路に近づきつつ第１流路に合流する第２流路と、第２流路に接続される収容室と、収容室内に配置される発熱体とを備えることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液体吐出装置において、前記第２流路には複数の前記収容室が接続されることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の液体吐出装置において、前記第１流路に配置されて、前記吐出口から前記第１流路に向かって流体の逆流を規制する逆止弁をさらに備えることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の液体吐出装置において、前記支持ユニット内に区画されて、前記吐出口から遠ざかるにつれて前記第１流路に近づきつつ前記第１流路に合流する第３流路と、前記支持ユニットに区画されて第３流路に接続される補助収容室と、補助収容室内に配置される発熱体とをさらに備えることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の液体吐出装置において、前記第３流路には複数の前記補助収容室が接続されることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項６】
先端で液体を保持するキャピラリと、キャピラリの後端でキャピラリを支持する支持ユニットと、支持ユニット内に区画されて、吐出口に向かって延びる第１流路と、支持ユニット内に区画されて、吐出口に近づくにつれて第１流路に近づきつつ第１流路に合流する第２流路と、第２流路に接続される収容室と、収容室内に配置される発熱体とを備えることを特徴とするマイクロインジェクション装置。
【請求項７】
先端で液体を保持するキャピラリに向かって延びる第１流路に合流する第２流路に接続される収容室内で発熱体を発熱させて気体を膨張させる工程と、気体の膨張に基づき第２流路からキャピラリの先端に向かって気流を生成して液体に作用する圧力を増大させ、キャピラリの先端から液体を吐き出させる工程とを備えることを特徴とする液体吐出方法。
【請求項８】
請求項７に記載の液体吐出方法において、前記気流の生成にあたって、前記第２流路に接続される複数の前記収容室内で前記発熱体を順番に発熱させることを特徴とする液体吐出方法。
【請求項９】
請求項７に記載の液体吐出方法において、前記気流の生成にあたって、前記第２流路に接続される複数の前記収容室内で前記発熱体を同時に発熱させることを特徴とする液体吐出方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の液体吐出方法において、第１流路に合流する第３流路に接続される補助収容室内で発熱体を発熱させて気体を膨張させる工程と、気体の膨張に基づき第３流路からキャピラリの先端とは反対向きに気流を生成して液体に作用する圧力を減少させ、キャピラリの先端からの液体の吐き出しを抑制する工程とをさらに備えることを特徴とする液体吐出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液体吐出装置および液体吐出方法並びにマイクロインジェクション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献２にはマイクロインジェクション用のキャピラリが開示される。このキャピラリの先端には、例えば細胞内に注入される第１液体層が保持される。キャピラリ内で第１液体層上に第２液体層が保持される。第２液体層は第１液体層との間に界面を形成する。第２液体層中には例えばレーザ光吸収剤が分散する。レーザ光吸収剤はレーザ光を吸収して発熱する。その結果、第２液体層は熱膨張する。第２液体層の膨張圧は第１液体層の吐出圧に変換される。その結果、キャピラリの先端から第１液体層が吐き出される。こうして液体が例えば細胞内に注入される。
【特許文献１】特開平４−２８９４５７号公報
【特許文献２】特開２００６−１６６７５６号公報
【特許文献３】特開２００２−２８６７３２号公報
【特許文献４】特開２００４−３３７７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
こうしたキャピラリでは、第２液体層中のレーザ光吸収剤が第１液体層との界面を通過して第１液体層に混入しかねない。第１液体層に混入したレーザ光吸収剤は細胞内に注入されてしまう。しかも、キャピラリ内には第１液体層と第２液体層とが積層形成されなければならない。積層形成には手間がかかる。その結果、マイクロインジェクションにあたってコストが嵩んでしまう。
【０００４】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、液体への異物の混入を回避しつつ極めて微量の液体を吐き出すことができる液体吐出装置および液体吐出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、第１発明によれば、支持ユニットと、支持ユニット内に区画されて、吐出口に向かって延びる第１流路と、支持ユニット内に区画されて、吐出口に近づくにつれて第１流路に近づきつつ第１流路に合流する第２流路と、第２流路に接続される収容室と、収容室内に配置される発熱体とを備えることを特徴とする液体吐出装置が提供される。
【０００６】
液体吐出装置では第２流路には複数の収容室が接続されてもよい。こうした液体吐出装置では複数の収容室内で順番に発熱体が発熱する。発熱に基づき順番に気流が生成される。こうしてキャピラリ内には例えば断続的に吐出圧が供給される。例えば液体を注入すべき複数の対象物に連続的に液体が注入される。こうして複数の発熱体が用いられることから、１つの発熱体で極度の温度上昇は回避される。発熱体で放熱の時間は十分に確保される。その一方で、複数の収容室内で同時に発熱体が発熱してもよい。１つの発熱体の発熱に比べて大きな温度上昇が確立される。その結果、大きな気流が生成される。キャピラリ内には大きな吐出圧が供給される。
【０００７】
液体吐出装置は、第１流路に配置されて、吐出口から第１流路に向かって流体の逆流を規制する逆止弁をさらに備えてもよい。液体吐出装置では、発熱体の放熱後の冷却に基づき第１流路に負圧が発生してしまう。逆止弁の働きで第１流路には負圧の発生にも拘わらず吐出口から第１流路に向かって流体の逆流は規制される。例えばキャピラリ内に向かって液体の逆流は防止される。
【０００８】
液体吐出装置は、支持ユニット内に区画されて、吐出口から遠ざかるにつれて第１流路に近づきつつ第１流路に合流する第３流路と、支持ユニットに区画されて第３流路に接続される補助収容室と、補助収容室内に配置される発熱体とをさらに備えればよい。
【０００９】
このとき、第３流路には複数の補助収容室が接続されてもよい。前述と同様に、複数の補助収容室内で順番に発熱体が発熱する。発熱に基づき順番に気流が生成される。こうして吐出口には例えば断続的に負圧が供給される。こうした負圧は吐出圧の調整にあたって利用されることができる。こうして複数の発熱体が用いられることから、１つの発熱体で極度の温度上昇は回避される。発熱体で放熱の時間は十分に確保される。その一方で、複数の収容室内で同時に発熱体が発熱してもよい。１つの発熱体の発熱に比べて大きな温度上昇が確立される。その結果、大きな気流が生成される。吐出口には大きな負圧が供給される。
【００１０】
以上のような液体吐出装置は例えばマイクロインジェクション装置に組み込まれる。マイクロインジェクション装置は、先端で液体を保持するキャピラリと、キャピラリの後端でキャピラリを支持する支持ユニットと、支持ユニット内に区画されて、吐出口に向かって延びる第１流路と、支持ユニット内に区画されて、吐出口に近づくにつれて第１流路に近づきつつ第１流路に合流する第２流路と、第２流路に接続される収容室と、収容室内に配置される発熱体とを備える。こうしたマイクロインジェクション装置によれば、前述と同様の作用効果が実現される。
【００１１】
第２発明によれば、先端で液体を保持するキャピラリに向かって延びる第１流路に合流する第２流路に接続される収容室内で発熱体を発熱させて気体を膨張させる工程と、気体の膨張に基づき第２流路からキャピラリの先端に向かって気流を生成して液体に作用する圧力を増大させ、キャピラリの先端から液体を吐き出させる工程とを備えることを特徴とする液体吐出方法が提供される。
【００１２】
気流の生成にあたって、第２流路に接続される複数の収容室内で発熱体を順番に発熱させてもよい。こうした発熱に基づき順番に気流が生成される。こうしてキャピラリの先端には例えば断続的に吐出圧が供給される。例えば液体を注入すべき複数の対象物に連続的に液体が注入される。こうして複数の発熱体が用いられることから、１つの発熱体で極度の温度上昇は回避される。その一方で、気流の生成にあたって、第２流路に接続される複数の収容室内で発熱体を同時に発熱させてもよい。こうして１つの発熱体の発熱に比べて大きな温度上昇が確立される。その結果、大きな気流が生成される。キャピラリ内には大きな吐出圧が供給される。
【００１３】
液体吐出方法は、第１流路に合流する第３流路に接続される補助収容室内で発熱体を発熱させて気体を膨張させる工程と、気体の膨張に基づき第３流路からキャピラリの先端とは反対向きに気流を生成して液体に作用する圧力を減少させ、キャピラリの先端からの液体の吐き出しを抑制する工程とをさらに備えてもよい。
【００１４】
前述と同様に、気流の生成にあたって、第３流路に接続される複数の補助収容室内で発熱体を順番に発熱させればよい。前述と同様に、発熱に基づき順番に気流が生成される。こうして吐出口には例えば断続的に負圧が供給される。こうした負圧は吐出圧の調整にあたって利用されることができる。こうして複数の発熱体が用いられることから、１つの発熱体で極度の温度上昇は回避される。発熱体で放熱の時間は十分に確保される。その一方で、気流の生成にあたって、第３流路に接続される複数の補助収容室内で発熱体を同時に発熱させてもよい。１つの発熱体の発熱に比べて大きな温度上昇が確立される。その結果、大きな気流が生成される。吐出口には大きな負圧が供給される。
【００１５】
第３発明によれば、微小物に挿入されて導入物を吐出する注入口を先端に区画するキャピラリと、前記注入口に連通する流路と、前記第１流路に連通し、その内部に気体を保持する収容室と、光線を照射する光源と、前記光線の照射により発熱し、前記収容室を加熱する発熱体と、前記光源のオンオフを制御する制御部とを備えることを特徴とするマイクロインジェクション装置が提供される。
【００１６】
第４発明によれば、微小物に挿入されて導入物を吐出する注入口を先端に区画するキャピラリと、注入口に連通する流路と、流路に連通し、流路から注入口に向かって作用する正圧を発生させる正圧発生部と、流路に連通し、流路から、注入口から遠ざかる方向に向かって作用する負圧を発生させる負圧発生部と、正圧発生部および負圧発生部を制御する制御部とを備え、正圧発生部と負圧発生部とはそれぞれ、流路に連通し、その内部に気体を保持する収容室と、収容室を加熱する発熱体とを有し、制御部は発熱体の発熱を制御することを特徴とするマイクロインジェクション装置が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように本発明によれば、液体への異物の混入を回避しつつ極めて微量の液体を吐き出すことができる液体吐出装置および液体吐出方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。
【００１９】
図１は本発明の一実施形態に係るマイクロインジェクション装置１１の構造を概略的に示す。このマイクロインジェクション装置１１には、例えば細胞といった微小体に薬剤やＤＮＡを注入する注入ユニット１２が組み込まれる。注入ユニット１２は液体吐出装置１３を備える。液体吐出装置１３の詳細は後述する。液体吐出装置１３にはキャピラリ１４が取り付けられる。キャピラリ１４は、細胞に挿入されて細胞内に液体を注入する。キャピラリ１４は、先端で細胞内に注入される液体を保持する。キャピラリ１４は例えばガラスから構成される。注入ユニット１２はキャピラリ１４の軸心に沿って前後移動することができる。支持ユニット２４は作業ステージ１５に向き合わせられる。こうして注入ユニット１２すなわちキャピラリ１４は、作業ステージ１５に対して相対移動することができる。
【００２０】
作業ステージ１５の水平面上には、シャーレ１６が配置される。シャーレ１６内には培養液が入れられる。培養液内には薬剤の注入対象の細胞が分散する。シャーレ１６には、シリコンチップ１７が固定される。シリコンチップ１７には、シリコンチップ１７の表面から裏面に貫通する複数の貫通孔１８が形成される。貫通孔１８には、シャーレ１６に形成される通路１９が接続される。通路１９には、真空ポンプ２１が接続される。真空ポンプ２１は負圧を発生する。負圧の発生に基づき通路１９から空気または液体を吸引することができる。真空ポンプ２１には圧力調整弁２２が接続される。圧力調整弁２２は真空ポンプ２１の負圧を調整する。通路１９および真空ポンプ２１の間にはタンク２３が配置される。後述のように、タンク２３にはシャーレ２１から流れ込む培養液が収容される。
【００２１】
図２は、注入ユニット１２の構造を示す。図２に示されるように、注入ユニット１２は、先端でキャピラリ１４を支持する支持ユニット２４を備える。キャピラリ１４は、支持ユニット２４の先端に着脱自在に取り付けられる。キャピラリ１４内には、液体の流路を構成するキャピラリ流路２５が区画される。キャピラリ流路２５はキャピラリ１４の基端すなわち上流端から、先端すなわち下流端までキャピラリ１４の軸心に沿って延びる。キャピラリ１４は先端に向かうにつれて先細る形状に形成される。キャピラリ１４の先端には、注入口２６が区画される。注入口２６は例えば０．８μｍ程度の内径を有する。キャピラリ１４の基端は支持ユニット２４の先端の吐出口２７に接続される。吐出口２７は、支持ユニット２４内に区画される第１流路２８の先端に対応する。こうしてキャピラリ流路２５の基端は第１流路２８の先端に接続される。第１流路２８はキャピラリ１４の軸心方向に延びる。
【００２２】
第１流路２８の基端には、圧力ポンプ３１が接続される。圧力ポンプ３１は、第１流路２８およびキャピラリ流路２５に所定の維持圧を供給する。圧力ポンプ３１で生成される圧力は一定値に維持される。第１流路２８と圧力ポンプ３１との間には、レギュレータ３２が配置される。レギュレータ３２の働きで、第１流路２８およびキャピラリ流路２５内の維持圧が調整される。支持ユニット２４には圧力センサ３３が配置される。圧力センサ３３は、第１流路２８内の圧力を検出する。圧力センサ３３には例えば光ファイバ圧力センサが用いられればよい。光ファイバ圧力センサは光ファイバを備える。光ファイバの先端には膜が形成される。第１流路２８内の圧力に応じて光ファイバの先端の膜に撓みが生じる。膜の撓みに応じて光の干渉現象が生成される。こうした干渉現象に基づき圧力は検出される。
【００２３】
支持ユニット２４内には、正圧生成機構３４が組み込まれる。正圧生成機構３４は、例えば４つの第１収容室３５を備える。第１収容室３５内には、例えばアルゴン、ヘリウムといった希ガスや窒素といった気体の少なくともいずれかが充填される。各第１収容室３５には、第１発熱体３６が個別に収容される。第１発熱体３６には、光エネルギーを熱エネルギーに変換する変換素子が用いられる。また、第１発熱体３６の少なくともいずれか１つに温度センサ３７が接続される。温度センサ３７は、第１発熱体３６の温度を検出する。第１発熱体３６には個別に第１照射機構３８が向き合わせられる。第１照射機構３８は、第１発熱体３６に例えばパルスレーザ光を照射する。パルスレーザ光が照射されると、第１発熱体３６が発熱する。変換素子には、例えば熱を吸収しやすい黒体が用いられればよい。
【００２４】
各第１収容室３５は、支持ユニット２４内に区画される第２流路３９に個別に接続される。第２流路３９は、第１流路２８に直交する方向に延びつつ、先端すなわち下流端で第１流路２８に合流する。第２流路３９は、キャピラリ１４の注入口２６に近づくにつれて第１流路２８に近づきつつ第１流路２８に合流する。第２流路３９は先端でのみ開放する。第１収容室３５および第２流路３９は、枝路４１で接続される。枝路４１は、第２流路３９の先端に向かうにつれて第２流路３９に近づきつつ第２流路３９に合流する。第１収容室３５は枝路４１でのみ開放する。第２流路３９には、その基端すなわち上流端から先端に向かって所定の間隔で枝路４１が合流する。
【００２５】
同様に、支持ユニット２４内には負圧生成機構４２が組み込まれる。負圧生成機構４２は、例えば４つの第２収容室４３を備える。第２収容室４３内には、例えばアルゴン、ヘリウムといった希ガスや窒素といった気体の少なくともいずれかが充填される。各第２収容室４３には、第２発熱体４４が個別に収容される。第２発熱体４４には、光エネルギーを熱エネルギーに変換する変換素子が用いられる。第２発熱体４４には、個別に第２照射機構４５が向き合わせられる。第２照射機構４５は、第２発熱体４４にパルスレーザ光を照射する。パルスレーザ光が照射されると、第２発熱体４４が発熱する。変換素子には、例えば熱を吸収しやすい黒体が用いられればよい。
【００２６】
各第２収容室４３は、支持ユニット２４内に区画される第３流路４６に個別に接続される。第３流路４６は、第１流路２８に直交する方向に延びつつ、先端すなわち下流端で第１流路２８に合流する。第３流路４６は、キャピラリ１４の注入口２６から遠ざかるにつれて第１流路２８に近づきつつ第１流路２８に合流する。第３流路４６は、第２流路３９よりも第１流路２８の上流側で第１流路２８に合流すればよい。第２収容室４３および第３流路４６は枝路４７で接続される。枝路４７は、第３流路４６の先端に向かうにつれて第３流路４６に近づきつつ第３流路４６に合流する。第２収容室４３は枝路４７でのみ開放する。第３流路４６には、その基端すなわち上流端から先端に向かって所定の間隔で枝路４７が合流する。
【００２７】
図３は、本実施例のマイクロインジェクション装置１１の制御系を示すブロック図である。図３に示されるように、マイクロインジェクション装置１１はコンピュータ５１を備える。コンピュータ５１は、例えばＣＰＵ５２（中央演算処理装置）やメモリ５３といった電子回路素子を備える。ＣＰＵ５２は、例えばメモリ５３に一時的に格納されるソフトウェアプログラムやデータに基づき、様々な演算処理を実行する。こうしたソフトウェアプログラムやデータは、同様にコンピュータ５１内に収容されるハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）といった大容量記憶装置に格納されればよい。
【００２８】
ＣＰＵ５２から出力される制御信号に基づき、真空ポンプ２１や圧力ポンプ３１の駆動は制御される。同様に、ＣＰＵ５２から出力される制御信号に基づき、前述の第１照射機構３８および第２照射機構４４はパルスレーザ光のオンオフすなわち照射および非照射を切り換える。その一方で、圧力センサ３３や温度センサ３７からＣＰＵ５２に圧力情報や温度情報が出力される。後述のように、圧力情報や温度情報に基づき、ＣＰＵ５２は第１照射機構３８および第２照射機構４５の駆動を制御する。こうして注入ユニット１２はフィードバック制御される。
【００２９】
いま、細胞に薬剤を注入する場面を想定する。支持ユニット２４の吐出口２７にはキャピラリ１４が取り付けられている。図４に示されるように、キャピラリ１４の先端には予め所定量の液体すなわち薬剤６１が保持される。薬剤６１の界面はキャピラリ１４の基端よりも下流側に規定される。こうして第２流路３９や第３流路４６は、薬剤６１の界面よりも上流側で第１流路２８に合流する。図５は、本実施例に係る細胞への薬剤の注入処理の手順を示すフローチャートである。図５のステップＳ１で、ＣＰＵ５２は圧力ポンプ３１を駆動させる。圧力ポンプ３１の駆動に応じて、第１流路２８の上流端に所定の維持圧が供給される。こうしてキャピラリ流路２５、第１流路２８、第２流路３９、第３流路４６、第１収容室３５および第２収容室４３内の圧力は一定の維持圧に設定される。維持圧は、薬剤６１の界面に作用する。維持圧の働きで薬剤６１はキャピラリ１４の先端に保持される。なお、維持圧は、薬剤６１がキャピラリ１４の注入口２６から吐出しない程度の圧力に設定される。
【００３０】
その一方で、作業ステージ１５の水平面上にシャーレ１６が配置される。シャーレ１６内には、懸濁液６２が滴下される。懸濁液６２は、培養液６３と、培養液６３中に分散する細胞６４とから構成される。シャーレ１６が作業ステージ１５上に配置された状態で、ＣＰＵ５２は真空ポンプ２１を駆動させる。真空ポンプ２１の駆動に応じて、通路１９で負圧が発生する。圧力調整弁２２は通路１９内の負圧を一定に維持する。通路１９内に負圧が生じることから、貫通孔１８を介してシャーレ１６内から通路１９に培養液６３が引き込まれる。培養液６３はタンク２３に流れ込む。培養液６３はタンク２３に溜め込まれることから、圧力調整弁２２や真空ポンプ２１への培養液６３の進入は回避される。ステップＳ２で、培養液７３中に分散する細胞７４は所定の位置すなわち貫通孔１８の開口上に吸着されて捕捉される。
【００３１】
注入ユニット１２が前進することにより、キャピラリ１４はシャーレ１６内の培養液６３に進入する。こうして図６に示されるように、キャピラリ１４の先端は細胞６４内に挿入される。この状態で、ＣＰＵ５２は正圧生成機構３４を駆動させる。ステップＳ３で、ＣＰＵ５２は１つの第１照射機構３８に制御信号を出力する。制御信号に基づき、第１照射機構３８は第１発熱体３６に向かって、所定の照射条件でパルスレーザ光を照射する。パルスレーザ光が照射されることにより、第１発熱体３６は発熱する。第１発熱体３６の発熱に応じて、第１収容室３５内の気体の温度は上昇する。温度上昇に応じて気体は膨張する。その結果、第１収容室３５内の圧力は上昇する。第１収容室３５は枝路４１でのみ開放することから、第１収容室３５と第１流路２８および第２流路３９との圧力差に基づき、第１収容室３５から第２流路３９に向かって気流７１が生成される。枝路４１は、第２流路３９の先端に向かうにつれて第２流路３９に近づきつつ第２流路３９に合流することから、気流７１は第２流路３９の下流端に向かって流通する。こうして気流７１は第１流路２８に合流する。
【００３２】
第２流路３９は、注入口２６に近づくにつれて第１流路２８に近づきつつ第１流路２８に合流することから、気流７１は第１流路２８の内壁面に沿って吐出口２７すなわち注入口２６に向かって流れる。ここで、第２流路３９は、第１流路２８に対して第１流路２８の下流端に向かって傾斜しつつ延びることから、第２流路３９から第１流路２８に流れる気流７１は、第１流路２８の軸心に所定の傾斜角で交差する傾斜成分７１ａで表される。この傾斜成分７１ａは、第１流路２８の軸心方向に第１流路２８の下流端に向かって延びる軸心成分７１ｂと、第１流路２８の軸心に直交する方向に延びる直交成分７１ｃとで表される。軸心成分７１ｂの気流７１は薬剤６１の界面に向かって作用する。こうした気流７１の働きで、薬剤６１の界面に作用する圧力は増大する。こうして気流７１の流れが吐出圧に変化する。その結果、注入口２６から極めて微量の薬剤６１が吐き出される。細胞６４内に薬剤６１が注入される。
【００３３】
薬剤６１の注入後、注入ユニット１２は後退して培養液６３から外側に待避する。このとき、圧力ポンプ３１は第１流路２８およびキャピラリ流路２５に維持圧を供給する。その後、ステップＳ５で、ＣＰＵ５２はすべての細胞６４に注入処理が完了したかを確認する。すべての細胞６４に注入処理が完了すると、ＣＰＵ５２の処理は終了する。その一方で、注入処理未完了の細胞６４が検出されると、ＣＰＵ５２の処理はステップＳ３から繰り返される。
【００３４】
なお、前述のパルスレーザ光の照射条件の設定にあたって、ＣＰＵ５２は、圧力センサ３３から出力される圧力情報を参照する。同時に、ＣＰＵ５２は、温度センサ３７から出力される温度情報を参照する。参照の結果、ＣＰＵ５２は、パルスレーザ光の照射時間および出力と、第１発熱体３６の温度上昇と、第１流路２８の圧力との関係を算出する。こうした関係は、注入処理に先立って予め算出されればよい。予め算出された関係は、メモリ５３に格納されればよい。こうして第１流路２８およびキャピラリ流路２５の圧力上昇量に基づき、薬剤６１の吐出量が設定される。その他、ＣＰＵ５２は制御信号の出力にあたって圧力情報および温度情報を常に参照してもよい。その結果、環境温度の変化といった外的要因に基づき誤差が生じても、いわゆるフィードバック制御に基づき圧力上昇量は正確に制御される。
【００３５】
以上のようなマイクロインジェクション装置１１によれば、吐出圧の供給にあたって第１発熱体３６の発熱が利用される。第１発熱体３６の発熱に基づき、第１収容室３５内で気体の温度が上昇して気体は膨張する。こうして第１収容室３５内の圧力は上昇する。その結果、第１収容室３５から第２流路３９に向かって気流７１が生成される。第２流路３９は、注入口２６に近づくにつれて第１流路２８に近づきつつ第１流路２８に合流することから、第１収容室３５からの気流７１は注入口２６に向かって流れる。こうした気流７１の働きで、薬剤６１の界面に作用する圧力は増大する。その結果、第１流路２８およびキャピラリ流路２５には吐出圧が供給される。極めて微量の薬剤６１が注入口２６から吐き出される。こうして吐出圧の供給にあたって気流７１が利用される結果、薬剤６１への異物の混入は確実に回避される。
【００３６】
本発明者らはシミュレーションに基づき薬剤の吐出量を算出した。算出にあたって下記の条件が設定された。第１照射機構３８の出力は１［Ｗ］に設定された。パルスレーザ光の照射時間は１０［ｍｓ］（１ｍｓ×１０パルス）に設定された。第１発熱体３６のエネルギー変換効率を１００［％］と仮定すると、１０［ｍＪ］の熱エネルギーが第１収容室３５内の気体に加えられる。気体には、定積比率Ｃｖ＝０．７３６［Ｊ／ｇＫ］、密度＝１．２５０［ｇ／ｌ］（０［℃］、１［ａｔｍ］のとき）の窒素が用いられた。１［ｍｌ］の体積を有する窒素の場合、１．２５０［ｍｇ］の重量が規定される。このとき、前述の熱エネルギーに基づき、第１収容室３５内で窒素の温度は０［℃］から１０．９［℃］に上昇する。このときの圧力変化は絶対温度の変化にほぼ比例することから、第１収容室３５内で窒素の圧力は１．００［ａｔｍ］から１．０４［ａｔｍ］に上昇する。こうして瞬間的に０．０４［ａｔｍ］（≒４ｋＰａ）の圧力上昇が達成される。この場合、前述のキャピラリ１４では、薬剤６１を水と仮定すると、数十フェムトリットルほどの水が吐き出される。こうして極めて微量の吐出量が設定されることが確認された。
【００３７】
吐出圧の調整にあたって、負圧生成機構４２が駆動されてもよい。ここでは、負圧生成機構４２は正圧生成機構３４と同時に駆動されればよい。ＣＰＵ５２は、第１照射機構３８に制御信号を出力すると同時に、第２照射機構４５にも制御信号を出力する。第２照射機構４５は、所定の照射条件で第２発熱体４４にパルスレーザ光を照射する。パルスレーザ光の出力は、第１発熱体３６に照射されるパルスレーザ光の出力よりも小さく設定される。こうして第２発熱体４４は発熱する。第２発熱体４４の発熱に応じて、第２収容室４３内の気体の温度は上昇する。温度上昇に応じて気体は膨張する。その結果、第２収容室４３内の圧力は上昇する。第１収容室３５と同様に、第２収容室４３は枝路４７でのみ開放することから、図７に示されるように、第２収容室４３と第１流路２８および第３流路４６との圧力差に基づき第２収容室４３から第３流路４６に気流７２が生成される。枝路４７は、第３流路４６の先端に向かうにつれて第３流路４６に近づきつつ第３流路４６に合流することから、気流７２は第３流路４６の先端に向かって流通する。こうして気流７２は第１流路２８に合流する。
【００３８】
第３流路４６は、注入口２６から遠ざかるにつれて第１流路２８に近づきつつ第１流路２８に合流することから、気流７２は第１流路２８の内壁面に沿って、第１流路２８の上流端に向かって流れる。ここで、第３流路４６は、第１流路２８に対して第１流路２８の上流端に向かって傾斜しつつ延びることから、第３流路４６から第１流路２８に流れる気流７２は、第１流路２８の軸心に所定の傾斜角で交差する傾斜成分７２ａで表される。この傾斜成分７２ａは、第１流路２８の軸心方向に第１流路２８の上流端に向かって延びる軸心成分７２ｂと、第１流路２８の軸心に直交する方向に延びる直交成分７２ｃとで表される。軸心成分７２ｂの気流７２は薬剤６１と反対方向に流れる。こうした気流７２は、正圧生成機構３４で生成される薬剤６１の界面に作用する圧力を減少させる。言い替えれば、薬剤６１の界面には、負圧生成機構４２で生成される負圧が作用する。第１発熱体３６に照射されるパルスレーザ光の出力に比べて、第２発熱体４４に照射されるパルスレーザ光の出力は小さく設定されることから、負圧生成機構４２からの気流７２に基づき薬剤６１の界面に作用する負圧は、前述の気流７１に基づき薬剤６１の界面に作用する正圧と相殺される。その結果、薬剤６１の界面には、正圧と負圧との差分に相当する正圧が作用し、薬剤６１は注入口２６から吐き出される。こうして薬剤６１の界面に作用する吐出圧は、正圧生成機構３４のみが用いられる場合に比べて減少する。その結果、前述よりもさらに微量の薬剤６１が注入口２６から吐き出される。こうして正圧と負圧とを調整すれば、薬剤６１の吐出圧を極めて細かく調整することができる。
【００３９】
その一方で、細胞６４への薬剤６１の注入の停止にあたって負圧生成機構４２が駆動されてもよい。この場合には、前述の薬剤６１の注入時、ＣＰＵ５２は第２照射機構４５に制御信号を出力する。第２照射機構４５は、所定の照射条件で第２発熱体４４にパルスレーザ光を照射する。パルスレーザ光の出力は、第１発熱体３６に照射されるパルスレーザ光の出力と等しく設定される。第２発熱体４４は発熱する。前述と同様に、第２収容室４３から第３流路４６に向かって気流７２が生成される。気流７２は、第１流路２８の内壁面に沿って、第１流路２８の上流端に向かって流れる。その結果、薬剤６１の界面には負圧が作用する。第２発熱体４４に照射されるパルスレーザ光の出力は、第１発熱体３６に照射されるパルスレーザ光の出力と等しく設定されることから、気流７２に基づき薬剤６１の界面に作用する負圧は、前述の気流７１に基づき薬剤６１の界面に作用する正圧に等しく、正圧および負圧は完全に相殺される。こうして薬剤６１の界面に作用する吐出圧はゼロに設定される。その結果、薬剤６１の吐き出しは停止する。こうして正圧と負圧とを調整することにより、細胞６４への薬剤６１の注入を停止することができる。
【００４０】
さらに、吐出圧の調整にあたって、複数の第１発熱体３６に順番にパルスレーザ光が照射されてもよい。常に単一の第１発熱体３６にパルスレーザ光が照射されると、第１発熱体３６が加熱され続けてしまう。第１発熱体３６の放熱に時間がかかる。第１発熱体３６が十分に放熱しないと、パルスレーザ光の照射前後で第１発熱体３６の温度差は小さい。その結果、薬剤６１の吐出量をより正確に制御するには、第１発熱体３６を十分に放熱させることが必要である。しかしながら、第１発熱体３６の放熱に時間がかかることから、細胞６４への薬剤６１の注入の効率が低下してしまう可能性がある。本実施例はこういった問題を回避する。
【００４１】
まず、細胞６４への薬剤６１の注入にあたって、１番目の第１発熱体３６にパルスレーザ光が照射される。注入処理の完了後、次の細胞６４への薬剤６１の注入にあたって、２番目の第１発熱体３６にパルスレーザ光が照射される。こうして注入処理ごとに３番目、４番目、１番目…の第１発熱体３６に順番にパルスレーザ光が照射される。その結果、１つの第１発熱体３６で極度の温度上昇は回避される。各第１発熱体３６で放熱の時間は十分に確保される。こういった第１発熱体３６に基づき気体の正確な温度上昇は正確に実現される。薬剤６１の吐出量は正確に制御される。なお、吐出圧の調整にあたって、複数の第２発熱体４４に順番にパルスレーザ光を照射し、負圧を発生させてもよい。
【００４２】
その一方で、吐出圧の調整にあたって複数の第１発熱体３６に同時にパルスレーザ光が照射されてもよい。例えば４つの第１発熱体３６に同時にパルスレーザ光が照射されると、各第１収容室３５で同時に気体が膨張する。その結果、１つの第１発熱体３６にのみパルスレーザ光が照射される場合に比べて、大きな流速の気流が生成される。その結果、薬剤６１の界面にはより大きな圧力が作用する。こうして第１流路２８およびキャピラリ流路２５には、大きな吐出圧が供給される。その結果、薬剤６１の吐出量は増大することができる。しかも、１つの第１発熱体３６に対して、高出力で長時間にわたってパルスレーザ光が照射されなくても、大きな吐出圧が生成される。その結果、１つの第１発熱体３６での極度の温度上昇が回避される。なお、前述と同様に、吐出圧の調整にあたって、複数の第２発熱体４４に同時にパルスレーザ光を照射して、負圧を発生させてもよい。
【００４３】
図８に示されるように、マイクロインジェクション装置１１には前述の液体吐出装置１３に代えて、液体吐出装置１３ａが組み込まれてもよい。図８に示される液体吐出装置１３ａでは、第１流路２８の上流端は密閉される。言い替えれば、圧力ポンプ３１は省略される。同時に、支持ユニット２４では負圧生成機構４２が省略される。こうして第１流路２８およびキャピラリ流路２５内に維持圧および吐出圧が供給される際、正圧生成機構４１で正圧が生成される。ただし、第１発熱体３６の放熱後の冷却に基づき、第１流路２８やキャピラリ流路２５には負圧が発生してしまう。負圧の発生に応じて、注入口２６からの培養液６３の流入やキャピラリ１４内での薬剤６１の逆流が引き起こされる。こうした現象は、薬剤６１の注入に支障を来す。こういった負圧の発生の回避にあたって、例えばキャピラリ１４には逆止弁７５が配置される。その他、前述の液体吐出装置１３と均等な構成や構造には同一の参照符号が付される。
【００４４】
図９は、逆止弁７５の構成を示す図である。図９（ａ）に示されるように、逆止弁７５は円錐台形に形成される。逆止弁７５は、キャピラリ１４の下流端から上流側に向かって広がる。こうして逆止弁７５は、第１径の先端開口７６と、第１径よりも大きい第２径の基端開口７７とを区画する。逆止弁７５は、その基端でキャピラリ１４の内周面に取り付けられる。こうした逆止弁７５は、例えばエラストマー樹脂といった弾性樹脂材料から構成される。第１流路２８およびキャピラリ流路２５に吐出圧が供給されると、図９（ｂ）に示されるように、弾性変形に基づき逆止弁７５の先端開口７６が大きく広がる。こうして薬剤６１の界面に吐出圧が作用する。その一方で、第１流路２８およびキャピラリ流路２５に負圧が供給されると、図９（ｃ）に示されるように、弾性変形に基づき逆止弁７５の先端開口７６は閉じる。その結果、培養液６３の流入や薬剤６１の逆流は回避される。なお、逆止弁７５は第１流路２８に配置されてもよい。このとき、逆止弁７５は第１流路２８と第２流路３９との合流点より下流側に配置されればよい。
【００４５】
図１０は、キャピラリ１４および逆止弁７５のその他の実施例を示す図である。図１０（ａ）に示されるように、注入ユニット１２には前述のキャピラリ１４に代えてキャピラリ１４ａが組み込まれる。このキャピラリ１４ａには、キャピラリ１４ａの軸心回りに全周にわたってくびれ８１が区画される。その結果、キャピラリ１４ａには、第１径の大径部８２、８３と、第１径よりも小さい第２径の小径部８４が区画される。大径部８２内には逆止弁８５が配置される。逆止弁８５は、例えば円錐形に形成される。逆止弁８５の最大径は第１径よりも小さく第２径よりも大きく規定されればよい。逆止弁８５の外縁には、例えば複数の切り欠き８６が形成される。切り欠き８６の内縁の径は、第２径よりも大きく規定される。前述と同様に、逆止弁８５は、例えばエラストマー樹脂といった弾性樹脂材料から構成される。なお、逆止弁８５は第１流路２８に配置されてもよい。このとき、逆止弁８５は第１流路２８と第２流路３９との合流点よりも下流側に配置されればよい。
【００４６】
このキャピラリ１４ａでは、第１流路２８およびキャピラリ流路２５に吐出圧が供給されると、図１０（ｂ）に示されるように、逆止弁８５はキャピラリ１４ａの下流端に向かって移動する。その結果、吐出圧は大径部８３から小径部８４を通って大径部８２に供給される。こうして吐出圧は薬剤６１の界面に作用する。逆止弁８５には切り欠き８６が形成されることから、たとえ逆止弁８５がキャピラリ１４ａの先端に向かって押し付けられても、吐出圧は切り欠き８６からキャピラリ１４ａの下流端に向かって確実に作用する。その一方で、第１流路２８およびキャピラリ流路２５に負圧が供給されると、逆止弁８５は小径部８４の第２径よりも大きい最大径を有することから、逆止弁８５は小径部８４に向かって押し付けられる。その結果、図１０（ｃ）に示されるように、培養液６３の流入や薬剤６１の逆流は回避される。
【００４７】
その他、発熱体には電熱線といったヒータや、磁気コイルおよび金属の組み合わせといった他の発熱体が用いられればよい。周知の通り、電熱線に電流が流通すると、電熱線の抵抗に応じて電流は熱に変換される。こうして電熱線は発熱する。その一方で、磁気コイルおよび金属の組み合わせに基づき電磁誘導加熱が実現される。周知の通り、磁気コイルに電流が流通すると、磁気コイルから磁力線が発生する。発生した磁力線は金属に作用する。こうして金属には渦電流が生成される。金属を流通する渦電流は金属の抵抗に応じて熱に変換される。こうして金属は発熱する。
【００４８】
（付記１）  支持ユニットと、支持ユニット内に区画されて、吐出口に向かって延びる第１流路と、支持ユニット内に区画されて、吐出口に近づくにつれて第１流路に近づきつつ第１流路に合流する第２流路と、第２流路に接続される収容室と、収容室内に配置される発熱体とを備えることを特徴とする液体吐出装置。
【００４９】
（付記２）  付記１に記載の液体吐出装置において、前記第２流路には複数の前記収容室が接続されることを特徴とする液体吐出装置。
【００５０】
（付記３）  付記１に記載の液体吐出装置において、前記第１流路に配置されて、前記吐出口から前記第１流路に向かって流体の逆流を規制する逆止弁をさらに備えることを特徴とする液体吐出装置。
【００５１】
（付記４）  付記１に記載の液体吐出装置において、前記支持ユニット内に区画されて、前記吐出口から遠ざかるにつれて前記第１流路に近づきつつ前記第１流路に合流する第３流路と、前記支持ユニットに区画されて第３流路に接続される補助収容室と、補助収容室内に配置される発熱体とをさらに備えることを特徴とする液体吐出装置。
【００５２】
（付記５）  付記４に記載の液体吐出装置において、前記第３流路には複数の前記補助収容室が接続されることを特徴とする液体吐出装置。
【００５３】
（付記６）  先端で液体を保持するキャピラリと、キャピラリの後端でキャピラリを支持する支持ユニットと、支持ユニット内に区画されて、吐出口に向かって延びる第１流路と、支持ユニット内に区画されて、吐出口に近づくにつれて第１流路に近づきつつ第１流路に合流する第２流路と、第２流路に接続される収容室と、収容室内に配置される発熱体とを備えることを特徴とするマイクロインジェクション装置。
【００５４】
（付記７）  付記６に記載のマイクロインジェクション装置において、前記第２流路には複数の前記収容室が接続されることを特徴とするマイクロインジェクション装置。
【００５５】
（付記８）  付記６に記載のマイクロインジェクション装置において、前記第１流路に配置されて、前記吐出口から前記第１流路に向かって流体の逆流を規制する逆止弁をさらに備えることを特徴とするマイクロインジェクション装置。
【００５６】
（付記９）  付記６に記載のマイクロインジェクション装置において、前記支持ユニット内に区画されて、前記吐出口から遠ざかるにつれて前記第１流路に近づきつつ前記第１流路に合流する第３流路と、前記支持ユニットに区画されて第３流路に接続される補助収容室と、補助収容室内に配置される発熱体とをさらに備えることを特徴とするマイクロインジェクション装置。
【００５７】
（付記１０）  付記９に記載のマイクロインジェクション装置において、前記第３流路には複数の前記補助収容室が接続されることを特徴とするマイクロインジェクション装置。
【００５８】
（付記１１）  先端で液体を保持するキャピラリに向かって延びる第１流路に合流する第２流路に接続される収容室内で発熱体を発熱させて気体を膨張させる工程と、気体の膨張に基づき第２流路からキャピラリの先端に向かって気流を生成して液体に作用する圧力を増大させ、キャピラリの先端から液体を吐き出させる工程とを備えることを特徴とする液体吐出方法。
【００５９】
（付記１２）  付記１１に記載の液体吐出方法において、前記気流の生成にあたって、前記第２流路に接続される複数の前記収容室内で前記発熱体を順番に発熱させることを特徴とする液体吐出方法。
【００６０】
（付記１３）  付記１１に記載の液体吐出方法において、前記気流の生成にあたって、前記第２流路に接続される複数の前記収容室内で前記発熱体を同時に発熱させることを特徴とする液体吐出方法。
【００６１】
（付記１４）  付記１１に記載の液体吐出方法において、第１流路に合流する第３流路に接続される補助収容室内で発熱体を発熱させて気体を膨張させる工程と、気体の膨張に基づき第３流路からキャピラリの先端とは反対向きに気流を生成して液体に作用する圧力を減少させ、キャピラリの先端からの液体の吐き出しを抑制する工程とをさらに備えることを特徴とする液体吐出方法。
【００６２】
（付記１５）  微小物に挿入されて導入物を吐出する注入口を先端に区画するキャピラリと、前記注入口に連通する流路と、前記第１流路に連通し、その内部に気体を保持する収容室と、光線を照射する光源と、前記光線の照射により発熱し、前記収容室を加熱する発熱体と、前記光源のオンオフを制御する制御部とを備えることを特徴とするマイクロインジェクション装置。
【００６３】
（付記１６）  微小物に挿入されて導入物を吐出する注入口を先端に区画するキャピラリと、前記注入口に連通する流路と、前記流路に連通し、前記流路から前記注入口に向かって作用する正圧を発生させる正圧発生部と、前記流路に連通し、前記流路から、前記注入口から遠ざかる方向に向かって作用する負圧を発生させる負圧発生部と、前記正圧発生部および前記負圧発生部を制御する制御部とを備え、前記正圧発生部と前記負圧発生部とはそれぞれ、前記流路に連通し、その内部に気体を保持する収容室と、前記収容室を加熱する発熱体とを有し、前記制御部は前記発熱体の発熱を制御することを特徴とするマイクロインジェクション装置。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施形態に係るマイクロインジェクション装置の構造を概略的に示す図である。
【図２】本発明の第１具体例に係る液体吐出装置の構造を概略的に示す断面図である。
【図３】本発明の制御系を示すブロック図である。
【図４】細胞に薬剤を注入する様子を概略的に示す図である。
【図５】薬剤の注入処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】細胞に薬剤を注入する様子を概略的に示す図である。
【図７】細胞に薬剤を注入する様子を概略的に示す図である。
【図８】本発明の第２具体例に係る液体吐出装置の構造を概略的に示す断面図である。
【図９】キャピラリの構造を概略的に示す部分拡大斜視図である。
【図１０】キャピラリの構造を概略的に示す部分拡大斜視図である。
【符号の説明】
【００６５】
１１  マイクロインジェクション装置、１３  液体吐出装置、１３ａ  液体吐出装置、１４  キャピラリ、１４ａ  キャピラリ、２４  支持ユニット、２６  注入口、２７  吐出口、２８  第１流路、３４  正圧発生部（正圧発生機構）、３５  収容室（第１収容室）、３６  発熱体（第１発熱体）、３８  光源（第１照射機構）、３９  第２流路、４２  負圧発生部（負圧発生機構）、４３  補助収容室（第２収容室）、４４  発熱体（第２発熱体）、４５  光源（第２照射機構）、４６  第３流路、５２  制御部（ＣＰＵ）、６１  液体（薬剤）、６４  微小物（細胞）、７５  逆止弁、８５  逆止弁。
【図１】
2009022861.tif 000003
【図２】
2009022861.tif 000004
【図３】
2009022861.tif 000005
【図４】
2009022861.tif 000006
【図５】
2009022861.tif 000007
【図６】
2009022861.tif 000008
【図７】
2009022861.tif 000009
【図８】
2009022861.tif 000010
【図９】
2009022861.tif 000011
【図１０】
2009022861.tif 000012