(57)【要約】【課題】液滴吐出ヘッドの溶液充填部に溶液を保持した状態で、精度良く、液滴吐出ヘッドを保存する方法を提供する。【解決手段】溶液充填部（３０Ａ）と、溶液充填部の溶液を吐出する吐出孔（１ａ）とを有する液滴吐出ヘッド（１０１）の溶液充填部に溶液を保持した状態で、表面に凹部（５１Ａ）が形成され、側面および裏面を有する樹脂材料部（５１）と、凹部内に少なくともその一部が露出し、樹脂材料部を貫通し、側面または裏面まで延在する金属部（５３）と、を有する保持具（５０）を、吐出孔に凹部が対応するよう接合し、保存する。その結果、液滴吐出ヘッドを冷蔵保存しても、上記金属部が先に冷却され、吐出孔近傍に結露することを防止することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出面に形成された吐出孔を有する液滴吐出ヘッドのキャップであって、
表面に前記吐出孔に対応する凹部が形成され、側面および裏面を有する樹脂材料部と、
前記凹部内に少なくともその一部が露出し、前記樹脂材料部を貫通し、前記側面または
前記裏面まで延在する金属部と、
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドのキャップ。
【請求項２】
前記金属部は、前記吐出面を構成する材料より熱伝導率が高いことを特徴とする請求項
１記載の液滴吐出ヘッドのキャップ。
【請求項３】
前記金属部は、前記吐出面を構成する材料より熱伝導率が高く、前記樹脂材料部は、前
記吐出面を構成する材料より熱伝導率が低いことを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘ
ッドのキャップ。
【請求項４】
前記凹部内に、保湿剤を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の
液滴吐出ヘッドのキャップ。
【請求項５】
溶液充填部と、前記溶液充填部の溶液を吐出する吐出孔とを有する液滴吐出ヘッドの前
記溶液充填部に溶液を保持した状態で、
表面に凹部が形成され、側面および裏面を有する樹脂材料部と、前記凹部内に少なくと
もその一部が露出し、前記樹脂材料部を貫通し、前記側面または前記裏面まで延在する金
属部と、を有するキャップを、前記吐出孔に前記凹部が対応するよう接合し、保存するこ
とを特徴とする液滴吐出ヘッドの保存方法。
【請求項６】
前記液滴吐出ヘッドは、０℃以下で保存されることを特徴とする請求項５記載の液滴吐
出ヘッドの保存方法。
【請求項７】
前記溶液は、生体試料溶液であることを特徴とする請求項５または６記載の液滴吐出ヘ
ッドの保存方法。
【請求項８】
前記凹部内に、保湿剤が充填されていることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一
項記載の液滴吐出ヘッドの保存方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蛋白質、核酸などの生体試料を固相上にスポッティングするためのディスペン
シング技術に関し、特に、マイクロチップの作製に好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオテクノロジー技術の進展により、ヒトゲノムが解読され、遺伝子研究は蛋白質の
構造解析及び機能解析の段階へ移行している。例えば、医薬品の研究などにおいては、ど
のような蛋白質がどのような病状にどのように関係しているのか、さらには、その働きを
抑制するにはどのような薬品を開発すればよいかなど、プロテオミクスの研究が重要とな
りつつある。このようなプロテオミクスの研究において、各種のＤＮＡ（Deoxyribonucle
ic acid）や蛋白質を基板上にスポッティングした所謂バイオチップが利用され、また、
市販されるようになっている。
【０００３】
従来これらのバイオチップの作成は、多数の窪みを有するウェルプレートの窪みにＤＮ
Ａ溶液や蛋白質溶液を充填し、ピンを窪みに浸し、基板上に塗布する方式（ピンスポッタ
ー法）が用いられていた。しかしながら、ピンスポッター法ではスループットが遅く、ま
た、基板にピンが接触する際に基板を損傷し、塗付量のバラツキが大きいといった問題が
ある。
【０００４】
そこで、インクジェットヘッドから各種の蛋白質溶液を吐出し、固相上へスポッティン
グする手法が採用され始めている（例えば、下記特許文献１参照）。また、下記特許文献
２には、バイオアッセイ基板が収納されるカートリッジの湿度調整方法が開示されている
。
【特許文献１】特開平１１−１８７９００号公報
【特許文献２】特開２００５−１２７７９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記ピンスポッター法では、残存試料の保管に際し、単にウェルプレー
トを冷凍庫に保管するだけで良かったが、インクジェットヘッド法において、ヘッド自体
を冷蔵保管したこの場合、後述するように、ノズル面の結露や、試料の漏れといった問題
が生じた。
【０００６】
さらに、結露を防止する為に乾燥雰囲気中で保管することも可能であるが、この場合、
ノズルから試料中の水分が蒸発し、ノズル近傍の試料の濃度の増加や変質が生じてしまう
。
【０００７】
例えば、上記特許文献２においては、密閉カートリッジ内に飽和塩溶液を含むゲルを配
置することにより湿度を一定に保つ方式が採用されているが、室温で密閉カートリッジ内
の湿度が飽和塩溶液の飽和蒸気圧により平衡となる反応を用いており、生体試料の劣化を
防ぐ為、急速に冷蔵する必要がある場合には上記平衡に達せず、効果が期待できないとい
った問題があった。
【０００８】
そこで、本発明に係る幾つかの態様は、液滴吐出ヘッドの溶液充填部に溶液を保持した
状態で、精度良く、液滴吐出ヘッドを保存する方法およびそれに用いられるキャップを提
供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明に係る液滴吐出ヘッドのキャップは、吐出面に吐出孔を有する液滴吐出ヘ
ッドのキャップであって、表面に前記吐出孔に対応する凹部が形成され、側面および裏面
を有する樹脂材料部と、前記凹部内に少なくともその一部が露出し、前記樹脂材料部を貫
通し、前記側面または前記裏面まで延在する金属部と、を有する。例えば、前記金属部は
、前記吐出面を構成する材料より熱伝導率が高い。例えば、前記金属部は、前記吐出面を
構成する材料より熱伝導率が高く、前記樹脂材料部は、前記吐出面を構成する材料より熱
伝導率が低い。
【００１０】
かかる構成によれば、溶液を保持した状態で液滴吐出ヘッドを冷蔵保存しても、上記金
属部が先に冷却され、吐出孔近傍に結露することを防止することができる。よって、溶液
の流出や変質を低減しつつ、液滴吐出ヘッドを良好に保存することができる。
【００１１】
例えば、前記凹部内に、保湿剤を有する。かかる構成によれば、溶液を保持した状態で
液滴吐出ヘッドを冷蔵保存しても、溶液の乾燥を低減することができる。
【００１２】
（２）本発明に係る液滴吐出ヘッドの保存方法は、溶液充填部と、前記溶液充填部の溶
液を吐出する吐出孔とを有する液滴吐出ヘッドの前記溶液充填部に溶液を保持した状態で
、表面に凹部が形成され、側面および裏面を有する樹脂材料部と、前記凹部内に少なくと
もその一部が露出し、前記樹脂材料部を貫通し、前記側面または前記裏面まで延在する金
属部と、を有するキャップを、前記吐出孔に前記凹部が対応するよう接合し、保存する。
例えば、前記液滴吐出ヘッドは、０℃以下で保存される。
【００１３】
かかる方法によれば、液滴吐出ヘッドを冷蔵保存しても、上記金属部が先に冷却され、
吐出孔近傍に結露することを防止することができる。よって、溶液の流出や変質を低減し
つつ、液滴吐出ヘッドを精度良く保存することができる。
【００１４】
例えば、前記溶液は、生体試料溶液である。かかる方法によれば、生体試料の変質や流
出を低減しつつ、精度良く保存することができる。
【００１５】
例えば、前記凹部内に、保湿剤が充填されている。かかる方法によれば、溶液の乾燥を
低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同一の機能を
有するものには同一もしくは関連の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。
【００１７】
図１は、本実施の形態の液滴吐出装置の構成を示す斜視図である。図２は、カートリッ
ジ（液滴吐出部）の構成を示す分解斜視図である。図３は、カートリッジのヘッド部の詳
細な構成例を示す断面図である。図４は、本実施の形態の液滴吐出装置によるバイオチッ
プの製造工程を示す断面図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施の形態の液滴吐出装置１００は、液滴吐出部を構成するカー
トリッジ１０１と、生体試料溶液がアレイ状にスポッティングされるスライドガラス（基
板）１０２と、スライドガラス１０２を載置するためのステージ１０３と、カートリッジ
１０１とスライドガラス１０２とを相対的に移動させ、生体試料溶液の吐出制御を行う駆
動制御装置１０４と、生体試料溶液の吐出状態を光学的に検出するＣＣＤ（Charge Coupl
ed Devices）センサ１０５を有する。カートリッジ１０１は、脱着可能に設置されている
。
【００１９】
図２に示すように、液滴吐出部（液滴吐出ヘッド）を構成するカートリッジ１０１は、
ヘッド部１０、流路基板２０および上基板３０の積層構造よりなる。流路基板２０および
上基板３０は、例えば、ガラス基板または樹脂基板よりなる。
【００２０】
上基板３０には、生体試料溶液（吐出溶液）が注入（充填）されるリザーバ（溶液充填
部、孔）３０Ａが設けられ、流路基板２０には、リザーバ３０Ａからヘッド部１０の孔１
０Ａまで延在する流路（凹部および孔）２０Ａが設けられている。リザーバ３０Ａの直径
は、例えば、２〜３ｍｍ程度である。
【００２１】
生体試料溶液は、リザーバ３０Ａおよび流路２０Ａを通り、ヘッド部１０の孔１０Ａに
注入され、ヘッド部１０の内部を通りノズル孔１ａから吐出される。ヘッド部１０の内部
について以下に説明する。
【００２２】
図３に示すように、カートリッジ１０１のヘッド部１０は、圧力室（キャビティ、凹部
）ＣＡと、その上部に配置された圧力素子ＰＥと、を有する。例えば、シリコン基板３に
、開口部が設けられ、この開口部が圧力室ＣＡとなる。圧力室ＣＡの底面にはノズルプレ
ート１が配置され、上面には、振動板５が配置される。また、ノズルプレート（吐出面）
１には、複数の圧力室ＣＡに対しノズル孔１ａが１つずつ形成されている。ノズルプレー
ト１は、例えば、Ｓｉ（シリコン）よりなる。以後、ノズルプレート１の吐出側の面を「
吐出面」と呼び、符号１０Ｂで表すものとする。４は、接着層である。
【００２３】
圧電素子ＰＥは、圧力室ＣＡの上部、即ち、振動板５の上部に配置され、下から下部電
極７ａ、圧電体膜（圧電体層）７ｂおよび上部電極７ｃが順次積層された構成を有する。
圧電体膜７ｂは、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛、Ｐｂ（Ｚｒ1-xＴｉx））より
なる。また、圧電素子ＰＥ（上部電極７ｃ）の上部には、外部引き出し電極８が配置され
ている。
【００２４】
また、圧電素子ＰＥの上部には、封止樹脂９が配置されている。この封止樹脂９に、孔
１０Ａおよび凹部９ａが設けられ、凹部９ａ内に圧電素子ＰＥが配置される。この圧電素
子ＰＥの駆動によって圧力室ＣＡが加圧され、ノズル孔１ａから生体試料溶液が吐出され
る。この際、振動板５は、圧電素子ＰＥの駆動を圧力室ＣＡに伝える役割を有する。
【００２５】
よって、例えば、図１の液滴吐出装置１００に、図２のカートリッジ１０１をセットし
、生体試料溶液を孔１０Ａから圧力室ＣＡに充填し、圧電素子ＰＥの駆動によって圧力室
ＣＡを加圧することで、ノズル孔１ａから生体試料溶液を吐出することができる。この吐
出を、カートリッジ１０１又はスライドガラス１０２を相対的に移動させながら繰り返す
ことで、スライドガラス１０２上にアレイ状に生体試料溶液を吐出することができる（図
４参照）。言い換えれば、蛋白質チップやＤＮＡチップのようなバイオチップ（マイクロ
アレイ、マイクロチップ）を製造することができる。
【００２６】
次いで、必要数のバイオチップを作製した後は、カートリッジ１０１内の生体試料溶液
を冷蔵保存する。
【００２７】
図５および図６は、本実施の形態のカートリッジ（液滴吐出部）の保存方法を示す断面
図である。図５に示すように、液滴吐出装置１００からカートリッジ１０１を取り外し、
上基板３０側を、上蓋４０で覆い、さらに、ノズル孔１ａ側に、後述するキャップ（蓋部
材、保持具、保存治具）５０で蓋をした後、例えば０℃以下で冷蔵保存する。生体試料溶
液として蛋白質溶液やＤＮＡ溶液を保存する場合には、−１０℃〜−２０℃程度で保存す
ることが好ましい。なお、生体試料溶液の凍結による試料の変質、破壊を防止し、また、
凍結膨張によるヘッド部等の破壊を防止するため、溶液中に凍結防止剤を混合することが
好ましい。凍結防止剤として、グリセリンなどを用いることができる。また、外気（冷気
）による乾燥を防止するため、上蓋４０およびキャップ５０により生体試料溶液を密封す
ることが好ましい。
【００２８】
このように、残存する生体試料溶液をカートリッジ１０１ごと冷蔵保存することで、残
存試料の有効利用が図れる。また、次回のバイオチップ作製時において、カートリッジ１
０１を取り付けるだけで作製準備が終了し、作製効率を向上させることができる。
【００２９】
上蓋４０は、リザーバ３０Ａを覆う凹部４０Ｂを有する。例えば、上蓋４０は、樹脂材
料よりなり、凹部内を若干負圧（減圧）にできる構成であることが好ましい。詳細は後述
する。４０Ａは、例えば、Ｏリングなどのシールド部材である。
【００３０】
さらに、本実施の形態においては、キャップ５０の構成を工夫したので、生体試料溶液
を精度良く保存することができる。以下に説明する。
【００３１】
即ち、図５および図６に示すように、キャップ５０は、ゴム部（樹脂材料部）５１と金
属部（放熱部）５３を有する。ゴム部５１は、略板状の部材であり、その表面に凹部（空
間）５１Ａを有する。この凹部５１Ａは、ノズル面１０Ｂと接合する際に、ノズル孔１ａ
と対応するよう配置される。即ち、凹部５１Ａ内に、すべてのノズル孔１ａが配置される
。この凹部５１Ａの開口領域は、すべてのノズル孔１ａを覆いつつも、内部の水蒸気量を
低減するためできるだけ小さいことが好ましい。
【００３２】
一方、金属部５３は、突起部とフィン部とを有し、突起部がゴム部５１中を貫通し、凹
部５１Ａの底面から突き出している。さらに、フィン部は、ゴム部５１の裏面に露出して
いる。このように、金属部５３は、ゴム部５１の凹部５１Ａ内に少なくともその一部が露
出し、ゴム部５１を貫通し、ゴム部５１の裏面まで延在している。金属部５３を構成する
金属材料に限定はないが、ノズルプレート１、即ち、ノズル面１０Ｂを構成する材料より
熱伝導性の高い材料が好ましい。例えば、Ａｌ（アルミニウム）やＣｕ（銅）などを用い
ることができる。
【００３３】
また、凹部５１Ａの底部には、保湿剤５５が充填されている。この際、金属部５３の突
起部は、保湿剤５５の表面から露出している。
【００３４】
このように、本実施の形態においては、ノズル孔１ａを覆うキャップ部５０に凹部５１
Ａを設け、その底部に金属部５３を露出させたので、カートリッジ１０１を冷蔵保存した
場合でも、ノズル孔１ａの近傍（ノズル面）における結露を低減することができる。
【００３５】
即ち、カートリッジ１０１を冷蔵した場合、ノズルプレート１と比較し、熱伝導性の高
い金属部５３の温度が速く低下し、冷蔵庫内の温度に達する。この為、凹部５１Ａ内のノ
ズル孔１ａ近傍においては、冷蔵温度における飽和水蒸気圧を超えにくくなり結露が発生
し難くなる。即ち、キャップ（凹部５１Ａ）５０内の温度が低下し、内部水蒸気が飽和し
ても、水滴はノズル面１０Ａより金属部５３の表面に生じる。
【００３６】
これに対し、図８に示すように、凹部５１Ａ内に金属部が露出していない場合には、ノ
ズル面１０Ｂに水滴６０が生じる。特に、ゴム部５１は熱伝導性が悪いため、ノズル面１
０Ｂが先に冷却され、結露しやすい。図８は、本実施の形態の効果を説明するための比較
例の断面図である。
【００３７】
さらに、結露による水滴がノズル孔１ａに達すると、ノズル孔１ａから生体試料溶液が
流出してしまう。即ち、カートリッジ１０１内においては、例えば、リザーバ３０Ａの表
面を若干減圧にすることでノズル孔１ａから出ようとする液滴の表面張力との均衡を図っ
ている。即ち、液滴が流出しないよう調整している。しかしながら、結露による水滴がノ
ズル孔１ａに達すると、上記均衡が失われ、ノズル孔１ａから生体試料溶液が順次流出し
てしまう。特に、本実施の形態のように、リザーバ３０Ａがノズル孔１ａより高い位置に
配置される場合には、正圧が加わり易く、生体試料溶液がより流出しやすい。
【００３８】
このように、生体試料溶液が流出した場合は、試料が無駄となるばかりか、一部の試料
が流出した場合でも、試料の混濁（コンタミネーション）の要因となるため、すべての試
料を廃棄せざるを得ない。特に、生体試料は、高度な検査、分析に用いられることが多く
、例えば、ＤＮＡなどは、１ｍｌで数万円程度の高価なものも多い。
【００３９】
これに対し、本実施の形態のキャップ５０を用いた場合には、上記の通り、ノズル孔１
ａ近傍での結露を防止でき、生体試料溶液の流出やコンタミネーションを低減することが
できる。
【００４０】
さらに、ゴム部５１の裏面から露出する金属部５３をフィン状としたので、金属部５３
全体の冷却効率を向上させることができ、金属部５３の表面への結露を促進できる。
【００４１】
さらに、本実施の形態においては、凹部５１Ａの底部に保湿剤５５を充填したので、生
体試料溶液の乾燥、即ち、ノズル孔１ａ近傍の生体試料溶液の濃縮を防止することができ
る。なお、金属部５３に結露した水も、凹部５１Ａ内の乾燥状態に応じて適宜揮発し、凹
部５１Ａ内の湿度を低くなりすぎない程度に保持する役割を果たす。
【００４２】
なお、上記実施の形態においては、圧電素子を用いた吐出方法を例に説明したが、本発
明は、静電駆動方式、もしくは加熱ジェット方式など他の吐出装置にも適用可能である。
但し、生体試料溶液の吐出に際しては、発熱しない方式がより好ましい。さらに、液滴吐
出装置の具体的構成（図１）やカートリッジの構成（図２）等は適宜変更可能である。
【００４３】
また、上記実施の形態においては、生体試料溶液の吐出を例に説明したが、他の溶液（
インクなど）の吐出にも適用可能である。但し、生体試料溶液は、冷蔵保存の要求が高く
、本発明は、生体試料溶液に用いて好適である。
【００４４】
また、上記実施の形態においては、０℃以下での冷蔵を例に説明したが、溶液の冷凍保
存（例えば、−２０℃以下での保存）に本発明を適用してもよい。
【００４５】
また、上記実施の形態においては、金属部５３をゴム部５１の裏面から露出させたが、
側面から露出させてもよい。即ち、金属部５３は、凹部５１Ａ内に少なくともその一部が
露出し、ゴム部５１を貫通し、ゴム部５１の側壁や前記裏面（外部、冷却雰囲気）まで延
在すればよい。また、フィン部は必要に応じて採用すればよく、省略可能である。また、
保湿剤も必要に応じて適宜使用すればよく、省略可能である。
【００４６】
図７は、本実施の形態の他のキャップ構成を示す断面図である。また、上記実施の形態
においては、キャップ５０をゴム部５１を用いて構成したが、図７（Ａ）に示すように、
キャップ全体を金属部材１５０で構成してもよい。但し、この場合、金属部１５０とノズ
ル面１０Ｂとの接合部をノズル孔１ａからある程度離間するよう、または、ノズル面１０
Ｂと接合させず、例えば、流路基板２０の裏面と接合するよう、凹部５１Ａの大きさを工
夫する必要がある。なお、ゴム部５１を用いた場合、ノズル面１０Ｂとの密着性を向上さ
せることができ、保管状態を向上させることができる。
【００４７】
また、図７（Ｂ）に示すように、凹部底面に保湿剤溶液面より高い突起を設け、その内
部に金属部５３の突起部を差し込むことで、金属部５３と保湿剤５５との接触を防止でき
る。よって、保湿剤５５によって腐食し易い金属を用いることができる。
【００４８】
また、上記実施の形態においては、凹部５１Ａ内に、すべてのノズル孔１ａを配置した
が、例えば、ノズル孔１ａを多数有するノズル面１０Ｂに対しては、所定の単位（例えば
、一列毎）に、凹部５１Ａおよび金属部５３を設けてもよい。
【００４９】
このように、上記実施の形態を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜
に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実
施の形態の記載に限定されるものではない。そのような組み合わせ又は変更若しくは改良
を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本実施の形態の液滴吐出装置の構成を示す斜視図である。
【図２】カートリッジ（液滴吐出部）の構成を示す分解斜視図である。
【図３】カートリッジのヘッド部の詳細な構成例を示す断面図である。
【図４】本実施の形態の液滴吐出装置によるバイオチップの製造工程を示す断面図である。
【図５】本実施の形態のカートリッジ（液滴吐出部）の保存方法を示す断面図である。
【図６】本実施の形態のカートリッジ（液滴吐出部）の保存方法を示す断面図である。
【図７】本実施の形態の他のキャップ構成を示す断面図である。
【図８】本実施の形態の効果を説明するための比較例の断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…ノズルプレート、１ａ…ノズル孔、３…シリコン基板、４…接着層、５…振動板、
７ａ…下部電極、７ｂ…圧電体膜、７ｃ…上部電極、８…外部引き出し電極、９…封止樹
脂、９ａ…凹部、１０…ヘッド部、１０Ａ…孔、１０Ｂ…ノズル面、２０…流路基板、２
０Ａ…流路、３０…上基板、３０Ａ…リザーバ、４０…上蓋、４０Ａ…シールド部材、５
０…キャップ、５１…ゴム部、５１Ａ…凹部、５３…金属部、５５…保湿剤、６０…水滴
、１００…液滴吐出装置、１０１…カートリッジ、１０２…スライドガラス、１０３…ス
テージ、１０４…駆動制御装置、１０５…ＣＣＤセンサ、１５０…金属部材、ＣＡ…圧力
室、ＰＥ…圧力素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009011922.tif 000005
【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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