液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、およびマイクロアレイの製造方法
【課題】 本発明は、同一のノズルから吐出される液体を、効率よく交換することが可能な液滴吐出ヘッドおよびそれを用いた液滴吐出方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明は、ノズルと、加圧室と、液体収容部と、流路と、を備える液滴吐出ヘッドであって、第１の主面（１２）にノズルが形成され、第１の主面に対向する第２の主面に流路が開口している本体と、２以上の液体収容部となる２以上の貫通孔が形成された基板（３０）と、を含み、基板（３０）は本体（２０）の第２の主面に積層され、本体に対して摺動可能な構成となっており、１の貫通孔と流路とが連通した状態から、基板を本体に対して摺動させ、別の貫通孔と流路とが連通した状態にすることにより、加圧室およびノズルに接続する液体収容部を変更することが可能である、液滴吐出ヘッドを提供するものである。
【解決手段】 本発明は、ノズルと、加圧室と、液体収容部と、流路と、を備える液滴吐出ヘッドであって、第１の主面（１２）にノズルが形成され、第１の主面に対向する第２の主面に流路が開口している本体と、２以上の液体収容部となる２以上の貫通孔が形成された基板（３０）と、を含み、基板（３０）は本体（２０）の第２の主面に積層され、本体に対して摺動可能な構成となっており、１の貫通孔と流路とが連通した状態から、基板を本体に対して摺動させ、別の貫通孔と流路とが連通した状態にすることにより、加圧室およびノズルに接続する液体収容部を変更することが可能である、液滴吐出ヘッドを提供するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、およびマイクロアレイ製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、核酸やタンパク質、細胞等の生体由来分子をプローブとして基板上に固定化したいわゆるマイクロアレイを用い、生体分子間の結合の特異性を利用して、サンプル中の標的物質を検出・測定する方法が広く用いられている。
【０００３】
特開平１１−１８７９００号公報（特許文献１）には、標的物質に対して特異的に結合可能であるプローブを含む液体を、インクジェット法により固相表面に吐出し、該固相表面にプローブを付着させることを特徴とするプローブの固相へのスポッティング方法が開示されている。
【０００４】
このようなマイクロアレイでは、標的物質をハイスループットに検出するため、微小な領域に多種類のプローブ分子を固定する必要がある。特開２００４−１６０９０４号公報（特許文献２）には、複数の液体貯留部を有する第１の基板と、前記複数の液体貯留部にそれぞれ独立に連通する複数の流路を有する第２の基板と、前記複数の流路にそれぞれ独立に連通し、液滴を吐出する複数のノズルを有する一または複数のヘッドチップとを備えたインクジェットヘッドが開示されている。これによれば、複数の試料を搭載した液体貯留部と、作製するマイクロアレイのスポットの配置に対応させた複数のノズルとが流路で連通させられるので、多数のプローブが微小領域に固定されたマイクロアレイを高速に作製することができる。
【特許文献１】特開平１１−１８７９００号公報
【特許文献２】特開２００４−１６０９０４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、上述したインクジェットヘッドでは、同一のノズルから続けて異なる種類の液体を吐出する場合、１種類の液体を吐出した後、別の種類の液体をそれに対応する同一の液体貯留部に充填してから吐出しなければならない。複数の液体貯留部のそれぞれに液体を供給する作業には時間がかかり、連続して異なる種類の液体を吐出するのは困難である。
【０００６】
そこで、本発明は、同一のノズルから吐出される液体を、効率よく交換することが可能な液滴吐出ヘッドおよびそれを用いた液滴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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、ノズルと、該ノズルから吐出する液体に加圧するための加圧手段を有する加圧室と、該ノズルから吐出する液体を収容する２以上の液体収容部と、該加圧室と該液体収容部とを接続する流路と、を備える液滴吐出ヘッドであって、第１の主面に前記ノズルが形成され、該第１の主面に対向する第２の主面に前記流路が開口している本体と、前記２以上の液体収容部となる２以上の貫通孔が形成された基板と、を含み、前記基板は前記本体の第２の主面に積層され、該本体に対して摺動可能な構成となっており、１の前記貫通孔と前記流路とが連通した状態から、前記基板を前記本体に対して摺動させ、別の前記貫通孔と前記流路とが連通した状態にすることにより、前記加圧室および前記ノズルに接続する前記液体収容部を変更することが可能であることを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、２以上の液体収容部のそれぞれに異なる液体を収容しておき、まず、１の液体収容部と流路とが連通した状態で当該液体収容部に収容された液体を吐出した後、別の液体収容部と流路とが接続されるように、基板を本体に対して摺動させ、その状態で当該液体収容部に収容された液体を吐出することにより、同一のノズルから異なる液体を略連続的に吐出することができる。続いて、もう一度、最初の液体収容部と流路とを接続させて吐出を行うこともできるし、さらに別の種類の液体を収容した液体収容部と流路とを接続させて吐出を行うことも可能である。
【０００９】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドにおいては、前記基板と前記第２の主面との間にパッキング部材が備えられていることが好ましい。
【００１０】
このような構成とすることにより、本体の第２の主面と基板との密着性が高められ、基板を本体に対して摺動させる際に、本体の第２の主面と基板との間において液漏れが生じるのを防ぐことができる。
【００１１】
上記パッキング部材は、基板を摺動させたときに、貫通孔が通過する領域を含む領域に形成されていることが好ましい。
【００１２】
このような構成とすることにより、本体の第２の主面と基板との間において液漏れが生じるのを、より効率よく防ぐことができる。
【００１３】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドにおいては、基板に形成された貫通孔は、すべて直径が等しくてもよく、異なっていてもよい。また、貫通孔の直径は深さ方向の途中で変化してもよい。貫通孔の直径が異なれば液体収容部の容積も異なるので、吐出量の多い液体は直径の大きな液体収容部に、吐出量の少ない種類の液体は直径の小さな液体収容部に収容することができる。このような構成により、特定の種類の液体が余ったり不足したりする状態を防ぐことが可能となる。
【００１４】
また、本発明は、上述した本発明に係る液滴吐出ヘッドを装着して用いられる液滴吐出装置をも提供する。本発明に係る液滴吐出装置は、基板を本体に密着させたまま摺動させることが可能な摺動手段を備えている。
【００１５】
本発明は、さらに、上述した本発明に係る液滴吐出ヘッドを使用してマイクロアレイを製造する方法も提供する。本発明において、マイクロアレイとは、核酸、タンパク質、細胞等の生体試料を固相担体表面に固定したものをいう。
【００１６】
本発明に係るマイクロアレイ製造方法は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを使用して、少なくとも１つの液体収容部に吐出準備液を供給し、少なくとも１つの別の液体収容部に試料液体を供給する第１工程と、前記基板を前記本体に対して摺動させることにより、前記吐出準備液が供給された前記液体収容部を前記流路に接続し、該吐出準備液を前記液滴吐出ヘッドのノズル先端まで充填する第２工程と、前記基板を前記本体に対して摺動させることにより、前記試料液体が供給された前記液体収容部を前記流路に接続する第３工程と、前記加圧手段を作動させ、前記吐出準備液をすべて吐出することによって、前記試料液体を前記液滴吐出ヘッドのノズル先端まで充填する第４工程と、前記加圧手段を作動させ、前記試料液体をマイクロアレイ基板に向けて吐出する第５工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
空の流路に試料液体を充填すると、気体と液体の界面が微細な流路内を移動することになり、このような工程では加圧室に気泡が入りやすい。このような気泡は吐出不良の原因になる。また、このような気泡を除去するためには、マイクロアレイ基板に向けて吐出する前に、数回分の吐出液を吸引して排出する必要があるが、そうすると高価で希少な試料を浪費することになってしまう。しかしながら、本発明に係るマイクロアレイ製造方法によれば、まず、粘度や表面張力等の点で微細な流路にも充填しやすい液体を吐出準備液として用い、これをノズル先端まで充填し、続いて、同じ流路内に試料液体を充填することができる。仮に気泡が入ったとしても、吐出準備液であれば繰り返し充填を試みることができる。吐出準備液が充填された状態で、試料液体を流入させれば、流路内を液体と液体の界面が移動することになるので、試料液体には気泡が入らない。
【００１８】
また、本発明に係るマイクロアレイ製造方法は、さらに、少なくとも１つの別の液体収容部に洗浄液を供給し、前記第５工程の後に、前記基板を前記本体に対して摺動させることにより、前記洗浄液を充填した前記液体収容部を前記流路に接続し、前記試料液体及び該洗浄液を送液して、洗浄する第６工程と、を含むことが望ましい。
【００１９】
このような方法によれば、第２の基板を第１の基板に対して摺動させるという簡単な工程によって、試料液体を吐出した後の液滴吐出ヘッドの内部に洗浄液を通すことが可能である。
【００２０】
本発明に係るマイクロアレイ製造方法に用いられる吐出準備液として、純水または試料液体の溶媒である緩衝液を用いることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。
＜第１の実施形態＞
（液滴吐出ヘッド）
図１に本発明に係る液滴吐出ヘッドの一態様である、インクジェットヘッド１０を示す。図１（Ａ）は、インクジェットヘッド１０の斜視図である。
【００２２】
インクジェットヘッド１０は、加圧室、流路等が内部に形成された本体２０と、液体収容部となる貫通孔１６ａ、１６ｂが形成された基板３０とを含み、本体２０の第１の主面１２の中央部にノズルが形成されている。ノズル、加圧室、および流路については後述する。
【００２３】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＩＢ−ＩＢ線に沿って切断したインクジェットヘッド１０の概略断面図を示す。図示されるように、インクジェットヘッド１０では、本体２０上にパッキング部材７０を介して基板３０が積層されている。基板３０には、液体収容部として機能する２種類の貫通孔１６ａおよび１６ｂが交互に形成されているが、基板３０のうち本体２０に接する面における貫通孔１６ａおよび１６ｂの直径は、いずれも本体２０に設けられた流路６２の直径と等しくなっている。
【００２４】
本体２０の第１の主面１２の中央には、ノズルを有するヘッドチップ４０が備えられている。ヘッドチップには９６個のノズル４２が４８行×２列の配置に設けられているが、本断面図では２つのノズル４２ａおよび４２ｂのみが示されている。ヘッドチップ４０には、ノズル４２から吐出する液体に加圧する加圧手段を備えた加圧室４４が形成されている。加圧室は各ノズルに一つずつ設けられているが、図１（Ｂ）には、ノズル４２ａ、４２ｂに対応する加圧室４４ａ、４４ｂのみを示している。
【００２５】
本体２０は、後述する基板５０および６０を積層して形成されており、貫通孔１６（液体収容部）と加圧室４４は、基板５０、６０に形成された流路５２、６２によって連通される。
【００２６】
図１（Ｃ）は、図１（Ａ）におけるＩＣ−ＩＣ線に沿って切断したインクジェットヘッド１０の概略断面図を示す。ここでは、説明の便宜上、インクジェットヘッド１０を液滴吐出装置（後述）に固定するための固定部材２１２も図示されている。このように固定部材２１２によって挟持されることにより、基板３０が本体２０に対してＹ方向にのみ摺動可能な構成とすることができる。
【００２７】
なお、後述するように基板５０、６０（図２を参照）を積層してインクジェットヘッド１０を形成する場合、図１におけるＩＢ−ＩＢ線に沿った断面に、流路５２、加圧室４４、ノズル４２は実際には現れないが、図１では説明の便宜上、これらの流路、加圧室、およびノズルも図示している。
【００２８】
次に、本実施形態に係るインクジェットヘッド１０の製造方法の一例を説明する。
【００２９】
本実施形態において、インクジェットヘッド１０は、基板５０、６０を積層して形成された本体２０に、パッキング部材７０を介して基板３０を積層し、基板５０にヘッドチップ４０を接着することによって作製することができる。
【００３０】
図２（Ａ）に基板５０の平面図を示す。基板５０には、その上に基板６０を積層することによって流路５２を形成する溝５２’が９６本形成されている。溝５２’は、基板５０の周縁部から中央に向かって集束し、各溝５２’の基板周縁側の末端は、基板３０における貫通孔１６ａまたは１６ｂのピッチ（形成間隔）と一致していている。一方、各溝５２’の基板中央側の末端には、ヘッドチップ４０内の圧力室に接続する貫通孔が設けられている。
【００３１】
図２（Ｂ）に基板５０上に積層される基板６０の平面図を示す。基板６０には８行×１２列で９６個の貫通孔６２が形成されている。貫通孔６２のピッチは、貫通孔１６ａまたは１６ｂのピッチに一致する。貫通孔６２は、流路５２と液体収容部（貫通孔１６）とを連通させる流路となる。
【００３２】
図２（Ｃ）に、基板３０の平面図を示す。基板３０には、貫通孔１６ａおよび１６ｂがそれぞれ９６個、合計で１９２個形成されている。貫通孔１６ａは、図１にも示されるように所定の深さまで大きな内径を有し、途中から貫通孔６２と等しい径となる。貫通孔１６ｂの内径は一様で、貫通孔６２と等しい。このような構成とすることによって、吐出量の多い液体は貫通孔１６ａによって形成される液体収容部に、吐出量の少ない液体は貫通孔１６ｂによって形成される液体収容部にそれぞれ収容することができ、液体の種類によって余ったり不足したりするのを防ぐことができる。
【００３３】
基板５０、６０および３０は、それぞれガラス、樹脂等の材料で形成することができ、溝や貫通孔は、エッチング、射出成形等、材料に適した方法によって形成することができる。基板５０および６０は積層し、熱溶着、または接着剤等を用いて接着することが可能である。基板５０および６０を積層接着し、基板５０における基板６０に接着される面と反対側の面が第１の主面１２となり、その中央にヘッドチップ４０を接着すると本体２０が完成する。第１の主面１２と対向する第２の主面は、基板６０の基板５０に接着される面と反対側の面となり、ここには基板６０に貫通孔６２として形成された流路が９６個開口していることになる。
【００３４】
ヘッドチップ４０は、電気的に接続するだけで単独で加圧室の加圧手段を作動させ、ノズル４２から液滴を吐出可能な構成となっている。図３に、ヘッドチップ４０の一例として静電駆動方式のヘッドチップの拡大断面図を示す。説明の便宜上、基板６０および３０等は省略し、基板５０のみ示している。ヘッドチップ４０は、電極６８が形成された電極基板７１、加圧室４４を形成する加圧室基板７２、およびノズル４２が形成されたノズル基板７３により構成されている。加圧室４４に流入した液体は、図示しない共通電極と電極６８との間に電圧を加えると、振動板６９が弾性変位することによって加圧され、ノズル４２から吐出される。尚、電極基板７１には、図中下側の面から溝が形成され、その天井部に電極６８が形成されているため、電極６８と振動板６９との間にはわずかな空隙（エアギャップ）が形成されている。本実施形態では、電極６８と振動板６９とが加圧手段に該当する。加圧室基板７２、ノズル基板７３、電極基板７１の材料は特に限定されないが、吐出する液体に生体試料が含まれる場合には、ガラス、シリコン等が適している。
【００３５】
ヘッドチップ４０を、基板５０に接着することにより、電極基板７１および加圧室基板７２に設けられた貫通孔が、基板５０の貫通孔に接続され、本体２０が完成する。尚、本実施形態では、ヘッドチップのノズルが形成された面と基板５０の下側の面とにわずかな段差が存在する構成となっているが、双方を併せて第１の主面１２と呼ぶ。
【００３６】
次に、基板３０を本体２０に積層する。基板３０は、本体２０の第２の主面に、パッキング部材７０を介して積層される。ここで、図４に、第２の主面と基板３０との間に配置されるパッキング部材７０の形状の一例を示す。図示されるように、基板３０と第２の主面とはＹ方向（図１参照）にのみ摺動可能な構成となっているので、パッキング部材７０は、基板６０上において、貫通孔１６ａ、１６ｂが通過する領域を含む領域にのみ、即ち、Ｙ方向に並んだ貫通孔１６ａ、１６ｂを一続きのパッキング部材７０が囲むように配置する。パッキング部材７０は、基板６０において貫通孔６２を除く全面に配置してもよいが、パッキング部材７０の面積を小さくすることによって、基板３０を重ねた時にパッキング部材７０により高い圧力がかかるので、基板３０と本体２０との密着性を高めることができる。
【００３７】
基板３０と本体２０とは、図１（Ｃ）に示すように固定部材２１２によって挟持されることにより一体に保持される。貫通孔６２の真上に貫通孔１６ａが来るように配置された場合は、大きな液体収容部が加圧室に連通される。一方、貫通孔６２の真上に貫通孔１６ｂが来るように配置された場合は、小さな液体収容部が加圧室に連通されることになる。
（液滴吐出装置）
次に、本発明に係る液滴吐出装置について説明する。図５は、本発明に係る液滴吐出装置の一例として、上述したインクジェットヘッド１０を装着して用いられるマイクロアレイ製造装置２００の構成例を説明する図である。
【００３８】
マイクロアレイ製造装置２００は、ガラス等のマイクロアレイ基板２０２上に、生体分子を含む試料液体の液滴を複数吐出配置して作製されるマイクロアレイを製造するためのものであり、複数のマイクロアレイ基板２０２を載置可能に構成されたテーブル２０４と、インクジェットヘッド１０をＹ方向に自在に移動させるためのＹ方向駆動軸２１６と、テーブル２０４をＸ方向に自在に移動させるためのＸ方向駆動軸２１４と、を備える。また、インクジェットヘッド１０を固定するための固定手段２１２と、固定手段２１２をＺ方向に自在に移動させるためのＺ方向駆動軸２１８と、をも備えている。
【００３９】
固定手段２１２は、インクジェットヘッド１０の本体２０と基板３０とを挟持するように固定するので、基板３０は、本体２０に対してＹ方向に摺動可能となる。マイクロアレイ製造装置２００は、基板３０を、本体２０に対してＹ方向に摺動させる摺動手段をも備えている。
（マイクロアレイ製造方法）
次に、インクジェットヘッド１０およびマイクロアレイ製造装置２００を用いて行われる、本発明に係るマイクロアレイの製造方法について説明する。本製造方法では、まず、インクジェットヘッド内の流路に吐出準備液を充填し、続けてマイクロアレイ基板に固定すべき試料（ＤＮＡ、タンパク質等）を含む試料液体を充填する。一般に、空の流路内に液体を導入する工程では、気体と液体の界面が流路内を移動することになり、加圧室に気泡が入りやすい。空の流路内に試料液体を充填し、気泡が入ってしまった場合には、試料液体を吸引排出することによって気泡を除去しなければならない。生体分子を含む試料液体には高価なものや入手しにくいものあり、試料の浪費は極力避けることが望ましい。
【００４０】
これに対し、試料液体を充填する前に、吐出準備液を充填しておけば、試料液体を導入する際には液体と液体の界面が流路内を移動することになるので、試料液体に気泡が入らない。吐出準備液は、試料液体に影響を与えない限り、どのようなものを用いてもよいので、粘性や表面張力の点から微細な流路に導入しやすい液体を選択することによって、気泡が入るのを防ぐことができる。また、万一気泡が入っても、吐出準備液は、試料液体を充填する際にすべて吸引排出することができるので、問題とならない。
【００４１】
図６に、このようなマイクロアレイの製造方法を説明する概略断面図を示す。
【００４２】
まず、図６（Ａ）に示されるように、インクジェットヘッド１０の容積の大きい液滴収容部（貫通孔）１６ａに吐出準備液を供給し、容積の小さい液滴収容部（貫通孔）１６ｂに試料液体を供給する。ここで試料液体としては、マイクロアレイ基板に固定すべき生体分子（例えば、ＤＮＡ、タンパク質等）を溶解させた緩衝液等を用いることができる。マイクロアレイの各反応スポットに異なる生体分子を固定する場合は、それぞれの液滴収容部１６ｂに異なる試料液体を供給する。また、吐出準備液は上述したように純水や緩衝液等が好ましく、すべての液体収容部１６ａに同一の吐出準備液を供給する。吐出準備液および試料液体は、公知のディスペンサ等によって、各液滴収容部に供給される。
【００４３】
次に、図６（Ｂ）に示されるように、基板３０を本体２０に対して摺動させることによって、吐出準備液が収容された液滴収容部１６ａのそれぞれを、基板６０に設けられた貫通孔（流路）６２に接続する。吐出準備液は公知の方法に従ってノズル４２先端まで充填させることができ、例えば、ノズル４２から吸引装置により吸引して行ってもよい。充填後は、ノズル４２が形成された面を払拭し、付着した液や埃等を除去することが望ましい。
【００４４】
続いて、図６（Ｃ）に示されるように、基板３０を本体２０に対して摺動させることによって、試料液体が収容された液体収容部１６ｂのそれぞれを、基板６０に設けられた貫通孔（流路）６２に接続する。これにより、流路６２に充填された吐出準備液と試料液体とが接することになる。この状態で、図６（Ｄ）に示されるように、インクジェットヘッド１０の加圧手段を作動させ、吐出準備液を吐出することにより、試料液体が流路６２内に導入される。吐出準備液は、例えば、液滴吐出装置２００に設けられた排出液用容器（図示せず）に吐出することができる。流路６２、５２内は非常に細いので、流れる液体は層流となり、吐出準備液と試料液体との界面の混合は拡散によるものだけである。このような混合部分は狭い範囲に限定されるため、吐出準備液を吐出する際に容易に排出することができるので、マイクロアレイの品質には影響しない。
【００４５】
次に、Ｘ方向駆動軸２１４およびＹ方向駆動軸２１６を作動させて、マイクロアレイ基板２０２の上方にインクジェットヘッド１０を配置し、Ｚ方向駆動軸２１８を作動させてインクジェットヘッド１０とマイクロアレイ基板２０２との距離を調整した後、マイクロアレイ基板２０２に向けて試料液体を吐出する。
【００４６】
上述のように、本発明に係るインクジェットヘッドによれば、１種類の液体を吐出した後、液体収容部が形成された基板を本体に対して摺動させることにより、連続して別の種類の液体を吐出することが可能となる。このインクジェットヘッドを利用して、吐出準備液をインクジェットヘッド内の流路に充填した後、続けて試料液体を導入することにより、気泡が入ることなく、迅速に試料液体をノズル先端まで充填することができる。吐出準備液は、試料液体に影響を与えることもなく、マイクロアレイの品質は維持される。
＜第２の実施形態＞
図７に本発明に係る液滴吐出ヘッドの第２の実施形態として、インクジェットヘッド３１０を示す。インクジェットヘッド３１０は、本体３２０に基板３３０が積層されてなり、基板３３０には、液体収容部３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃを構成する貫通孔が、それぞれ９６個ずつ形成されている。図８（Ａ）、（Ｂ）に、本体３２０を構成する基板３５０および３６０の平面図を示す。基板３５０および３６０は、既述のインクジェットヘッド１０を構成する基板５０、６０と略同一の構成とすることができ、また、基板３５０に接着されるヘッドチップも図３に示されたインクジェットヘッド１０に用いられるヘッドチップ４０とすることができるので、ここでは説明を省略する。
【００４７】
一方、基板３３０には、図示されたように、液体収容部３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃとなる貫通孔が、繰り返し形成されている。３１６ａおよび３１６ｃは同一で、３１６ｂよりも大きな直径を有しているが、本体３２０と接する面における貫通孔の直径は、基板３６０に設けられた貫通孔３６２と同一となっている。本体３２０に対して、基板３３０を摺動させることにより、一組の液体収容部３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃが１つの貫通孔３６２に交互に接続されることになり、それぞれに収容された液体を吐出することが可能となる。
【００４８】
図９に示されるように、基板３３０は、パッキング部材３７０を介して本体３２０に積層される。本実施形態では、パッキング部材は、貫通孔３６２のそれぞれの周囲に独立したパッキング部材３７０を配置させる。このようにパッキング部材３７０の面積を小さくすることによって、基板３３０を重ねた時にパッキング部材３７０により高い圧力がかかることになり、基板３３０と本体３２０との密着性を高めることができる。
【００４９】
このようなインクジェットヘッド３１０は、上述した液滴吐出装置２００に装着して用いることが可能である。
【００５０】
次に、図１０を用いて、本実施形態に係るインクジェットヘッド３１０を使用したマイクロアレイ製造方法を説明する。まず図１０（Ａ）に示されるように、液体収容部３１６ａには吐出準備液を、液体収容部３１６ｂに試料液体を、液体収容部３１６ｃには洗浄液を供給する。次に、同図（Ｂ）に示されるように基板３３０を本体３２０に対して摺動させて、液体収容部３１６ａを基板３６０に設けられた貫通孔３６２に接続し、吐出準備液をノズル３４２先端まで充填する。充填方法は上述の通りである。充填後、ノズル３４２が形成された面を払拭し、付着した液や埃等を除去することが望ましい。
【００５１】
続いて、図１０（Ｃ）に示されるように、基板３３０を本体３２０に対して摺動させ、液体収容部３１６ｂを貫通孔３６２に接続し、試料液体と吐出準備液を接触させる。この状態で、インクジェットヘッド３１０の加圧手段を作動させて、吐出準備液を吐出することにより、試料液体が流路（貫通孔）３６２に流入する。吐出準備液をすべて排出し、さらに必要に応じて吐出準備液と試料液体との混合部分も吐出することによって、吐出準備が完了する。吐出準備液は、例えば、Ｘ方向駆動軸２１４およびＹ方向駆動軸２１６を作動させて、インクジェットヘッド３１０を、排出液用容器（図示せず）の上方に配置し、吐出することができる。
【００５２】
次に、Ｘ方向駆動軸２１４およびＹ方向駆動軸２１６を作動させて、マイクロアレイ基板２０２の上方にインクジェットヘッド３１０を配置し、Ｚ方向駆動軸２１８を作動させてインクジェットヘッド３１０とマイクロアレイ基板２０２との距離を調整した後、マイクロアレイ基板２０２に向けて試料液体を吐出する。
【００５３】
試料液体の吐出が終了したら、基板３３０を本体３２０に対して摺動させ、図１０（Ｄ）に示すように、液滴収容部３１６ｃを貫通孔３６２に接続する。この状態で、図示しない吸引手段をノズル面に密着させて吸引し、流路中に残留した試料液体および洗浄液を吸引排出することにより、貫通孔３６２、流路３５２、加圧室、ノズル３４２内部を洗浄することができる。
【００５４】
本実施形態に係る方法によれば、試料液体の吐出後、続けて洗浄液を吐出して内部を洗浄することができるので、試料液体が乾燥して溶質が内壁に付着するのを防ぎ、一連の工程を効率よく行うことが可能となる。
【００５５】
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、液滴吐出ヘッドの液体収容部の数や容積は、吐出する液体の種類や目的に応じて自由に変更することが可能である。また、液滴吐出装置にも、図示された構成要素以外に、吸引装置、洗浄装置等を具備させることができる。吐出準備液や試料液体も、インクジェットヘッドから吐出できるものである限り、その種類を問わない。さらに、液体収容部が形成された基板と本体とは、固定部材によって挟持されるのではなく、基板または本体にスライド可能な固定手段が設けられていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る液滴吐出ヘッドを示す概略斜視図および概略断面図である。
【図２】本発明に係る液滴吐出ヘッドを構成する基板の一例の概略平面図である。
【図３】本発明に係る液滴吐出ヘッドのヘッドチップの断面図の一例である。
【図４】本発明に係る液滴吐出ヘッドに用いられるパッキング部材の配置例である。
【図５】本発明に係る液滴吐出装置の一例である。
【図６】本発明に係るマイクロアレイ製造方法の工程を示す説明図である。
【図７】本発明に係る液滴吐出ヘッドを示す概略斜視図および概略断面図である。
【図８】本発明に係る液滴吐出ヘッドを構成する基板の一例の概略平面図である。
【図９】本発明に係る液滴吐出ヘッドに用いられるパッキング部材の配置例である。
【図１０】本発明に係るマイクロアレイ製造方法の工程を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０、３１０…液滴吐出ヘッド、１２…第１の主面、１４…第２の主面、２０、３２０…本体、３０、５０、６０、３３０、３５０、３６０…基板、４０、３４０…ヘッドチップ、４２、３４２…ノズル、４４、３４４…加圧室、５２’、３５２’…溝、５２、３５２…流路、６２、３６２…流路（貫通孔）、７０、３７０…パッキング部材、２００…液滴吐出装置、２０２…マイクロアレイ基板、２０４…テーブル、２１４…Ｘ方向駆動軸、２１６…Ｙ方向駆動軸、２１８…Ｚ方向駆動軸、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、およびマイクロアレイ製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、核酸やタンパク質、細胞等の生体由来分子をプローブとして基板上に固定化したいわゆるマイクロアレイを用い、生体分子間の結合の特異性を利用して、サンプル中の標的物質を検出・測定する方法が広く用いられている。
【０００３】
特開平１１−１８７９００号公報（特許文献１）には、標的物質に対して特異的に結合可能であるプローブを含む液体を、インクジェット法により固相表面に吐出し、該固相表面にプローブを付着させることを特徴とするプローブの固相へのスポッティング方法が開示されている。
【０００４】
このようなマイクロアレイでは、標的物質をハイスループットに検出するため、微小な領域に多種類のプローブ分子を固定する必要がある。特開２００４−１６０９０４号公報（特許文献２）には、複数の液体貯留部を有する第１の基板と、前記複数の液体貯留部にそれぞれ独立に連通する複数の流路を有する第２の基板と、前記複数の流路にそれぞれ独立に連通し、液滴を吐出する複数のノズルを有する一または複数のヘッドチップとを備えたインクジェットヘッドが開示されている。これによれば、複数の試料を搭載した液体貯留部と、作製するマイクロアレイのスポットの配置に対応させた複数のノズルとが流路で連通させられるので、多数のプローブが微小領域に固定されたマイクロアレイを高速に作製することができる。
【特許文献１】特開平１１−１８７９００号公報
【特許文献２】特開２００４−１６０９０４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、上述したインクジェットヘッドでは、同一のノズルから続けて異なる種類の液体を吐出する場合、１種類の液体を吐出した後、別の種類の液体をそれに対応する同一の液体貯留部に充填してから吐出しなければならない。複数の液体貯留部のそれぞれに液体を供給する作業には時間がかかり、連続して異なる種類の液体を吐出するのは困難である。
【０００６】
そこで、本発明は、同一のノズルから吐出される液体を、効率よく交換することが可能な液滴吐出ヘッドおよびそれを用いた液滴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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、ノズルと、該ノズルから吐出する液体に加圧するための加圧手段を有する加圧室と、該ノズルから吐出する液体を収容する２以上の液体収容部と、該加圧室と該液体収容部とを接続する流路と、を備える液滴吐出ヘッドであって、第１の主面に前記ノズルが形成され、該第１の主面に対向する第２の主面に前記流路が開口している本体と、前記２以上の液体収容部となる２以上の貫通孔が形成された基板と、を含み、前記基板は前記本体の第２の主面に積層され、該本体に対して摺動可能な構成となっており、１の前記貫通孔と前記流路とが連通した状態から、前記基板を前記本体に対して摺動させ、別の前記貫通孔と前記流路とが連通した状態にすることにより、前記加圧室および前記ノズルに接続する前記液体収容部を変更することが可能であることを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、２以上の液体収容部のそれぞれに異なる液体を収容しておき、まず、１の液体収容部と流路とが連通した状態で当該液体収容部に収容された液体を吐出した後、別の液体収容部と流路とが接続されるように、基板を本体に対して摺動させ、その状態で当該液体収容部に収容された液体を吐出することにより、同一のノズルから異なる液体を略連続的に吐出することができる。続いて、もう一度、最初の液体収容部と流路とを接続させて吐出を行うこともできるし、さらに別の種類の液体を収容した液体収容部と流路とを接続させて吐出を行うことも可能である。
【０００９】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドにおいては、前記基板と前記第２の主面との間にパッキング部材が備えられていることが好ましい。
【００１０】
このような構成とすることにより、本体の第２の主面と基板との密着性が高められ、基板を本体に対して摺動させる際に、本体の第２の主面と基板との間において液漏れが生じるのを防ぐことができる。
【００１１】
上記パッキング部材は、基板を摺動させたときに、貫通孔が通過する領域を含む領域に形成されていることが好ましい。
【００１２】
このような構成とすることにより、本体の第２の主面と基板との間において液漏れが生じるのを、より効率よく防ぐことができる。
【００１３】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドにおいては、基板に形成された貫通孔は、すべて直径が等しくてもよく、異なっていてもよい。また、貫通孔の直径は深さ方向の途中で変化してもよい。貫通孔の直径が異なれば液体収容部の容積も異なるので、吐出量の多い液体は直径の大きな液体収容部に、吐出量の少ない種類の液体は直径の小さな液体収容部に収容することができる。このような構成により、特定の種類の液体が余ったり不足したりする状態を防ぐことが可能となる。
【００１４】
また、本発明は、上述した本発明に係る液滴吐出ヘッドを装着して用いられる液滴吐出装置をも提供する。本発明に係る液滴吐出装置は、基板を本体に密着させたまま摺動させることが可能な摺動手段を備えている。
【００１５】
本発明は、さらに、上述した本発明に係る液滴吐出ヘッドを使用してマイクロアレイを製造する方法も提供する。本発明において、マイクロアレイとは、核酸、タンパク質、細胞等の生体試料を固相担体表面に固定したものをいう。
【００１６】
本発明に係るマイクロアレイ製造方法は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを使用して、少なくとも１つの液体収容部に吐出準備液を供給し、少なくとも１つの別の液体収容部に試料液体を供給する第１工程と、前記基板を前記本体に対して摺動させることにより、前記吐出準備液が供給された前記液体収容部を前記流路に接続し、該吐出準備液を前記液滴吐出ヘッドのノズル先端まで充填する第２工程と、前記基板を前記本体に対して摺動させることにより、前記試料液体が供給された前記液体収容部を前記流路に接続する第３工程と、前記加圧手段を作動させ、前記吐出準備液をすべて吐出することによって、前記試料液体を前記液滴吐出ヘッドのノズル先端まで充填する第４工程と、前記加圧手段を作動させ、前記試料液体をマイクロアレイ基板に向けて吐出する第５工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
空の流路に試料液体を充填すると、気体と液体の界面が微細な流路内を移動することになり、このような工程では加圧室に気泡が入りやすい。このような気泡は吐出不良の原因になる。また、このような気泡を除去するためには、マイクロアレイ基板に向けて吐出する前に、数回分の吐出液を吸引して排出する必要があるが、そうすると高価で希少な試料を浪費することになってしまう。しかしながら、本発明に係るマイクロアレイ製造方法によれば、まず、粘度や表面張力等の点で微細な流路にも充填しやすい液体を吐出準備液として用い、これをノズル先端まで充填し、続いて、同じ流路内に試料液体を充填することができる。仮に気泡が入ったとしても、吐出準備液であれば繰り返し充填を試みることができる。吐出準備液が充填された状態で、試料液体を流入させれば、流路内を液体と液体の界面が移動することになるので、試料液体には気泡が入らない。
【００１８】
また、本発明に係るマイクロアレイ製造方法は、さらに、少なくとも１つの別の液体収容部に洗浄液を供給し、前記第５工程の後に、前記基板を前記本体に対して摺動させることにより、前記洗浄液を充填した前記液体収容部を前記流路に接続し、前記試料液体及び該洗浄液を送液して、洗浄する第６工程と、を含むことが望ましい。
【００１９】
このような方法によれば、第２の基板を第１の基板に対して摺動させるという簡単な工程によって、試料液体を吐出した後の液滴吐出ヘッドの内部に洗浄液を通すことが可能である。
【００２０】
本発明に係るマイクロアレイ製造方法に用いられる吐出準備液として、純水または試料液体の溶媒である緩衝液を用いることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。
＜第１の実施形態＞
（液滴吐出ヘッド）
図１に本発明に係る液滴吐出ヘッドの一態様である、インクジェットヘッド１０を示す。図１（Ａ）は、インクジェットヘッド１０の斜視図である。
【００２２】
インクジェットヘッド１０は、加圧室、流路等が内部に形成された本体２０と、液体収容部となる貫通孔１６ａ、１６ｂが形成された基板３０とを含み、本体２０の第１の主面１２の中央部にノズルが形成されている。ノズル、加圧室、および流路については後述する。
【００２３】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＩＢ−ＩＢ線に沿って切断したインクジェットヘッド１０の概略断面図を示す。図示されるように、インクジェットヘッド１０では、本体２０上にパッキング部材７０を介して基板３０が積層されている。基板３０には、液体収容部として機能する２種類の貫通孔１６ａおよび１６ｂが交互に形成されているが、基板３０のうち本体２０に接する面における貫通孔１６ａおよび１６ｂの直径は、いずれも本体２０に設けられた流路６２の直径と等しくなっている。
【００２４】
本体２０の第１の主面１２の中央には、ノズルを有するヘッドチップ４０が備えられている。ヘッドチップには９６個のノズル４２が４８行×２列の配置に設けられているが、本断面図では２つのノズル４２ａおよび４２ｂのみが示されている。ヘッドチップ４０には、ノズル４２から吐出する液体に加圧する加圧手段を備えた加圧室４４が形成されている。加圧室は各ノズルに一つずつ設けられているが、図１（Ｂ）には、ノズル４２ａ、４２ｂに対応する加圧室４４ａ、４４ｂのみを示している。
【００２５】
本体２０は、後述する基板５０および６０を積層して形成されており、貫通孔１６（液体収容部）と加圧室４４は、基板５０、６０に形成された流路５２、６２によって連通される。
【００２６】
図１（Ｃ）は、図１（Ａ）におけるＩＣ−ＩＣ線に沿って切断したインクジェットヘッド１０の概略断面図を示す。ここでは、説明の便宜上、インクジェットヘッド１０を液滴吐出装置（後述）に固定するための固定部材２１２も図示されている。このように固定部材２１２によって挟持されることにより、基板３０が本体２０に対してＹ方向にのみ摺動可能な構成とすることができる。
【００２７】
なお、後述するように基板５０、６０（図２を参照）を積層してインクジェットヘッド１０を形成する場合、図１におけるＩＢ−ＩＢ線に沿った断面に、流路５２、加圧室４４、ノズル４２は実際には現れないが、図１では説明の便宜上、これらの流路、加圧室、およびノズルも図示している。
【００２８】
次に、本実施形態に係るインクジェットヘッド１０の製造方法の一例を説明する。
【００２９】
本実施形態において、インクジェットヘッド１０は、基板５０、６０を積層して形成された本体２０に、パッキング部材７０を介して基板３０を積層し、基板５０にヘッドチップ４０を接着することによって作製することができる。
【００３０】
図２（Ａ）に基板５０の平面図を示す。基板５０には、その上に基板６０を積層することによって流路５２を形成する溝５２’が９６本形成されている。溝５２’は、基板５０の周縁部から中央に向かって集束し、各溝５２’の基板周縁側の末端は、基板３０における貫通孔１６ａまたは１６ｂのピッチ（形成間隔）と一致していている。一方、各溝５２’の基板中央側の末端には、ヘッドチップ４０内の圧力室に接続する貫通孔が設けられている。
【００３１】
図２（Ｂ）に基板５０上に積層される基板６０の平面図を示す。基板６０には８行×１２列で９６個の貫通孔６２が形成されている。貫通孔６２のピッチは、貫通孔１６ａまたは１６ｂのピッチに一致する。貫通孔６２は、流路５２と液体収容部（貫通孔１６）とを連通させる流路となる。
【００３２】
図２（Ｃ）に、基板３０の平面図を示す。基板３０には、貫通孔１６ａおよび１６ｂがそれぞれ９６個、合計で１９２個形成されている。貫通孔１６ａは、図１にも示されるように所定の深さまで大きな内径を有し、途中から貫通孔６２と等しい径となる。貫通孔１６ｂの内径は一様で、貫通孔６２と等しい。このような構成とすることによって、吐出量の多い液体は貫通孔１６ａによって形成される液体収容部に、吐出量の少ない液体は貫通孔１６ｂによって形成される液体収容部にそれぞれ収容することができ、液体の種類によって余ったり不足したりするのを防ぐことができる。
【００３３】
基板５０、６０および３０は、それぞれガラス、樹脂等の材料で形成することができ、溝や貫通孔は、エッチング、射出成形等、材料に適した方法によって形成することができる。基板５０および６０は積層し、熱溶着、または接着剤等を用いて接着することが可能である。基板５０および６０を積層接着し、基板５０における基板６０に接着される面と反対側の面が第１の主面１２となり、その中央にヘッドチップ４０を接着すると本体２０が完成する。第１の主面１２と対向する第２の主面は、基板６０の基板５０に接着される面と反対側の面となり、ここには基板６０に貫通孔６２として形成された流路が９６個開口していることになる。
【００３４】
ヘッドチップ４０は、電気的に接続するだけで単独で加圧室の加圧手段を作動させ、ノズル４２から液滴を吐出可能な構成となっている。図３に、ヘッドチップ４０の一例として静電駆動方式のヘッドチップの拡大断面図を示す。説明の便宜上、基板６０および３０等は省略し、基板５０のみ示している。ヘッドチップ４０は、電極６８が形成された電極基板７１、加圧室４４を形成する加圧室基板７２、およびノズル４２が形成されたノズル基板７３により構成されている。加圧室４４に流入した液体は、図示しない共通電極と電極６８との間に電圧を加えると、振動板６９が弾性変位することによって加圧され、ノズル４２から吐出される。尚、電極基板７１には、図中下側の面から溝が形成され、その天井部に電極６８が形成されているため、電極６８と振動板６９との間にはわずかな空隙（エアギャップ）が形成されている。本実施形態では、電極６８と振動板６９とが加圧手段に該当する。加圧室基板７２、ノズル基板７３、電極基板７１の材料は特に限定されないが、吐出する液体に生体試料が含まれる場合には、ガラス、シリコン等が適している。
【００３５】
ヘッドチップ４０を、基板５０に接着することにより、電極基板７１および加圧室基板７２に設けられた貫通孔が、基板５０の貫通孔に接続され、本体２０が完成する。尚、本実施形態では、ヘッドチップのノズルが形成された面と基板５０の下側の面とにわずかな段差が存在する構成となっているが、双方を併せて第１の主面１２と呼ぶ。
【００３６】
次に、基板３０を本体２０に積層する。基板３０は、本体２０の第２の主面に、パッキング部材７０を介して積層される。ここで、図４に、第２の主面と基板３０との間に配置されるパッキング部材７０の形状の一例を示す。図示されるように、基板３０と第２の主面とはＹ方向（図１参照）にのみ摺動可能な構成となっているので、パッキング部材７０は、基板６０上において、貫通孔１６ａ、１６ｂが通過する領域を含む領域にのみ、即ち、Ｙ方向に並んだ貫通孔１６ａ、１６ｂを一続きのパッキング部材７０が囲むように配置する。パッキング部材７０は、基板６０において貫通孔６２を除く全面に配置してもよいが、パッキング部材７０の面積を小さくすることによって、基板３０を重ねた時にパッキング部材７０により高い圧力がかかるので、基板３０と本体２０との密着性を高めることができる。
【００３７】
基板３０と本体２０とは、図１（Ｃ）に示すように固定部材２１２によって挟持されることにより一体に保持される。貫通孔６２の真上に貫通孔１６ａが来るように配置された場合は、大きな液体収容部が加圧室に連通される。一方、貫通孔６２の真上に貫通孔１６ｂが来るように配置された場合は、小さな液体収容部が加圧室に連通されることになる。
（液滴吐出装置）
次に、本発明に係る液滴吐出装置について説明する。図５は、本発明に係る液滴吐出装置の一例として、上述したインクジェットヘッド１０を装着して用いられるマイクロアレイ製造装置２００の構成例を説明する図である。
【００３８】
マイクロアレイ製造装置２００は、ガラス等のマイクロアレイ基板２０２上に、生体分子を含む試料液体の液滴を複数吐出配置して作製されるマイクロアレイを製造するためのものであり、複数のマイクロアレイ基板２０２を載置可能に構成されたテーブル２０４と、インクジェットヘッド１０をＹ方向に自在に移動させるためのＹ方向駆動軸２１６と、テーブル２０４をＸ方向に自在に移動させるためのＸ方向駆動軸２１４と、を備える。また、インクジェットヘッド１０を固定するための固定手段２１２と、固定手段２１２をＺ方向に自在に移動させるためのＺ方向駆動軸２１８と、をも備えている。
【００３９】
固定手段２１２は、インクジェットヘッド１０の本体２０と基板３０とを挟持するように固定するので、基板３０は、本体２０に対してＹ方向に摺動可能となる。マイクロアレイ製造装置２００は、基板３０を、本体２０に対してＹ方向に摺動させる摺動手段をも備えている。
（マイクロアレイ製造方法）
次に、インクジェットヘッド１０およびマイクロアレイ製造装置２００を用いて行われる、本発明に係るマイクロアレイの製造方法について説明する。本製造方法では、まず、インクジェットヘッド内の流路に吐出準備液を充填し、続けてマイクロアレイ基板に固定すべき試料（ＤＮＡ、タンパク質等）を含む試料液体を充填する。一般に、空の流路内に液体を導入する工程では、気体と液体の界面が流路内を移動することになり、加圧室に気泡が入りやすい。空の流路内に試料液体を充填し、気泡が入ってしまった場合には、試料液体を吸引排出することによって気泡を除去しなければならない。生体分子を含む試料液体には高価なものや入手しにくいものあり、試料の浪費は極力避けることが望ましい。
【００４０】
これに対し、試料液体を充填する前に、吐出準備液を充填しておけば、試料液体を導入する際には液体と液体の界面が流路内を移動することになるので、試料液体に気泡が入らない。吐出準備液は、試料液体に影響を与えない限り、どのようなものを用いてもよいので、粘性や表面張力の点から微細な流路に導入しやすい液体を選択することによって、気泡が入るのを防ぐことができる。また、万一気泡が入っても、吐出準備液は、試料液体を充填する際にすべて吸引排出することができるので、問題とならない。
【００４１】
図６に、このようなマイクロアレイの製造方法を説明する概略断面図を示す。
【００４２】
まず、図６（Ａ）に示されるように、インクジェットヘッド１０の容積の大きい液滴収容部（貫通孔）１６ａに吐出準備液を供給し、容積の小さい液滴収容部（貫通孔）１６ｂに試料液体を供給する。ここで試料液体としては、マイクロアレイ基板に固定すべき生体分子（例えば、ＤＮＡ、タンパク質等）を溶解させた緩衝液等を用いることができる。マイクロアレイの各反応スポットに異なる生体分子を固定する場合は、それぞれの液滴収容部１６ｂに異なる試料液体を供給する。また、吐出準備液は上述したように純水や緩衝液等が好ましく、すべての液体収容部１６ａに同一の吐出準備液を供給する。吐出準備液および試料液体は、公知のディスペンサ等によって、各液滴収容部に供給される。
【００４３】
次に、図６（Ｂ）に示されるように、基板３０を本体２０に対して摺動させることによって、吐出準備液が収容された液滴収容部１６ａのそれぞれを、基板６０に設けられた貫通孔（流路）６２に接続する。吐出準備液は公知の方法に従ってノズル４２先端まで充填させることができ、例えば、ノズル４２から吸引装置により吸引して行ってもよい。充填後は、ノズル４２が形成された面を払拭し、付着した液や埃等を除去することが望ましい。
【００４４】
続いて、図６（Ｃ）に示されるように、基板３０を本体２０に対して摺動させることによって、試料液体が収容された液体収容部１６ｂのそれぞれを、基板６０に設けられた貫通孔（流路）６２に接続する。これにより、流路６２に充填された吐出準備液と試料液体とが接することになる。この状態で、図６（Ｄ）に示されるように、インクジェットヘッド１０の加圧手段を作動させ、吐出準備液を吐出することにより、試料液体が流路６２内に導入される。吐出準備液は、例えば、液滴吐出装置２００に設けられた排出液用容器（図示せず）に吐出することができる。流路６２、５２内は非常に細いので、流れる液体は層流となり、吐出準備液と試料液体との界面の混合は拡散によるものだけである。このような混合部分は狭い範囲に限定されるため、吐出準備液を吐出する際に容易に排出することができるので、マイクロアレイの品質には影響しない。
【００４５】
次に、Ｘ方向駆動軸２１４およびＹ方向駆動軸２１６を作動させて、マイクロアレイ基板２０２の上方にインクジェットヘッド１０を配置し、Ｚ方向駆動軸２１８を作動させてインクジェットヘッド１０とマイクロアレイ基板２０２との距離を調整した後、マイクロアレイ基板２０２に向けて試料液体を吐出する。
【００４６】
上述のように、本発明に係るインクジェットヘッドによれば、１種類の液体を吐出した後、液体収容部が形成された基板を本体に対して摺動させることにより、連続して別の種類の液体を吐出することが可能となる。このインクジェットヘッドを利用して、吐出準備液をインクジェットヘッド内の流路に充填した後、続けて試料液体を導入することにより、気泡が入ることなく、迅速に試料液体をノズル先端まで充填することができる。吐出準備液は、試料液体に影響を与えることもなく、マイクロアレイの品質は維持される。
＜第２の実施形態＞
図７に本発明に係る液滴吐出ヘッドの第２の実施形態として、インクジェットヘッド３１０を示す。インクジェットヘッド３１０は、本体３２０に基板３３０が積層されてなり、基板３３０には、液体収容部３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃを構成する貫通孔が、それぞれ９６個ずつ形成されている。図８（Ａ）、（Ｂ）に、本体３２０を構成する基板３５０および３６０の平面図を示す。基板３５０および３６０は、既述のインクジェットヘッド１０を構成する基板５０、６０と略同一の構成とすることができ、また、基板３５０に接着されるヘッドチップも図３に示されたインクジェットヘッド１０に用いられるヘッドチップ４０とすることができるので、ここでは説明を省略する。
【００４７】
一方、基板３３０には、図示されたように、液体収容部３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃとなる貫通孔が、繰り返し形成されている。３１６ａおよび３１６ｃは同一で、３１６ｂよりも大きな直径を有しているが、本体３２０と接する面における貫通孔の直径は、基板３６０に設けられた貫通孔３６２と同一となっている。本体３２０に対して、基板３３０を摺動させることにより、一組の液体収容部３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃが１つの貫通孔３６２に交互に接続されることになり、それぞれに収容された液体を吐出することが可能となる。
【００４８】
図９に示されるように、基板３３０は、パッキング部材３７０を介して本体３２０に積層される。本実施形態では、パッキング部材は、貫通孔３６２のそれぞれの周囲に独立したパッキング部材３７０を配置させる。このようにパッキング部材３７０の面積を小さくすることによって、基板３３０を重ねた時にパッキング部材３７０により高い圧力がかかることになり、基板３３０と本体３２０との密着性を高めることができる。
【００４９】
このようなインクジェットヘッド３１０は、上述した液滴吐出装置２００に装着して用いることが可能である。
【００５０】
次に、図１０を用いて、本実施形態に係るインクジェットヘッド３１０を使用したマイクロアレイ製造方法を説明する。まず図１０（Ａ）に示されるように、液体収容部３１６ａには吐出準備液を、液体収容部３１６ｂに試料液体を、液体収容部３１６ｃには洗浄液を供給する。次に、同図（Ｂ）に示されるように基板３３０を本体３２０に対して摺動させて、液体収容部３１６ａを基板３６０に設けられた貫通孔３６２に接続し、吐出準備液をノズル３４２先端まで充填する。充填方法は上述の通りである。充填後、ノズル３４２が形成された面を払拭し、付着した液や埃等を除去することが望ましい。
【００５１】
続いて、図１０（Ｃ）に示されるように、基板３３０を本体３２０に対して摺動させ、液体収容部３１６ｂを貫通孔３６２に接続し、試料液体と吐出準備液を接触させる。この状態で、インクジェットヘッド３１０の加圧手段を作動させて、吐出準備液を吐出することにより、試料液体が流路（貫通孔）３６２に流入する。吐出準備液をすべて排出し、さらに必要に応じて吐出準備液と試料液体との混合部分も吐出することによって、吐出準備が完了する。吐出準備液は、例えば、Ｘ方向駆動軸２１４およびＹ方向駆動軸２１６を作動させて、インクジェットヘッド３１０を、排出液用容器（図示せず）の上方に配置し、吐出することができる。
【００５２】
次に、Ｘ方向駆動軸２１４およびＹ方向駆動軸２１６を作動させて、マイクロアレイ基板２０２の上方にインクジェットヘッド３１０を配置し、Ｚ方向駆動軸２１８を作動させてインクジェットヘッド３１０とマイクロアレイ基板２０２との距離を調整した後、マイクロアレイ基板２０２に向けて試料液体を吐出する。
【００５３】
試料液体の吐出が終了したら、基板３３０を本体３２０に対して摺動させ、図１０（Ｄ）に示すように、液滴収容部３１６ｃを貫通孔３６２に接続する。この状態で、図示しない吸引手段をノズル面に密着させて吸引し、流路中に残留した試料液体および洗浄液を吸引排出することにより、貫通孔３６２、流路３５２、加圧室、ノズル３４２内部を洗浄することができる。
【００５４】
本実施形態に係る方法によれば、試料液体の吐出後、続けて洗浄液を吐出して内部を洗浄することができるので、試料液体が乾燥して溶質が内壁に付着するのを防ぎ、一連の工程を効率よく行うことが可能となる。
【００５５】
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、液滴吐出ヘッドの液体収容部の数や容積は、吐出する液体の種類や目的に応じて自由に変更することが可能である。また、液滴吐出装置にも、図示された構成要素以外に、吸引装置、洗浄装置等を具備させることができる。吐出準備液や試料液体も、インクジェットヘッドから吐出できるものである限り、その種類を問わない。さらに、液体収容部が形成された基板と本体とは、固定部材によって挟持されるのではなく、基板または本体にスライド可能な固定手段が設けられていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る液滴吐出ヘッドを示す概略斜視図および概略断面図である。
【図２】本発明に係る液滴吐出ヘッドを構成する基板の一例の概略平面図である。
【図３】本発明に係る液滴吐出ヘッドのヘッドチップの断面図の一例である。
【図４】本発明に係る液滴吐出ヘッドに用いられるパッキング部材の配置例である。
【図５】本発明に係る液滴吐出装置の一例である。
【図６】本発明に係るマイクロアレイ製造方法の工程を示す説明図である。
【図７】本発明に係る液滴吐出ヘッドを示す概略斜視図および概略断面図である。
【図８】本発明に係る液滴吐出ヘッドを構成する基板の一例の概略平面図である。
【図９】本発明に係る液滴吐出ヘッドに用いられるパッキング部材の配置例である。
【図１０】本発明に係るマイクロアレイ製造方法の工程を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０、３１０…液滴吐出ヘッド、１２…第１の主面、１４…第２の主面、２０、３２０…本体、３０、５０、６０、３３０、３５０、３６０…基板、４０、３４０…ヘッドチップ、４２、３４２…ノズル、４４、３４４…加圧室、５２’、３５２’…溝、５２、３５２…流路、６２、３６２…流路（貫通孔）、７０、３７０…パッキング部材、２００…液滴吐出装置、２０２…マイクロアレイ基板、２０４…テーブル、２１４…Ｘ方向駆動軸、２１６…Ｙ方向駆動軸、２１８…Ｚ方向駆動軸、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルと、該ノズルから吐出する液体に加圧するための加圧手段を有する加圧室と、該ノズルから吐出する液体を収容する２以上の液体収容部と、該加圧室と該液体収容部とを接続する流路と、を備える液滴吐出ヘッドであって、
第１の主面に前記ノズルが形成され、該第１の主面に対向する第２の主面に前記流路が開口している本体と、前記２以上の液体収容部となる２以上の貫通孔が形成された基板と、を含み、
前記基板は前記本体の第２の主面に積層され、該本体に対して摺動可能な構成となっており、
１の前記貫通孔と前記流路とが連通した状態から、前記基板を前記本体に対して摺動させ、別の前記貫通孔と前記流路とが連通した状態にすることにより、前記加圧室および前記ノズルに接続する前記液体収容部を変更することが可能である、液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記基板と前記第２の主面との間にパッキング部材が備えられている、請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記パッキング部材が、前記基板を摺動させたときに、前記貫通孔が通過する領域を含む領域に形成されている、請求項２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記２以上の液体収容部には、容積の異なる液体収容部が含まれている、請求項１から３のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドを装着して用いられ、
前記基板を前記本体に対して摺動させることが可能な摺動手段を備える、液滴吐出装置。
【請求項６】
請求項１に記載の液滴吐出ヘッドを使用してマイクロアレイを製造する方法であって、
少なくとも１つの液体収容部に吐出準備液を供給し、少なくとも１つの別の液体収容部に試料液体を供給する第１工程と、
前記基板を前記本体に対して摺動させることにより、前記吐出準備液が供給された前記液体収容部を前記流路に接続し、該吐出準備液を前記液滴吐出ヘッドのノズル先端まで充填する第２工程と、
前記基板を前記本体に対して摺動させることにより、前記試料液体が供給された前記液体収容部を前記流路に接続する第３工程と、
前記加圧手段を作動させ、前記吐出準備液をすべて吐出することによって、前記試料液体を前記液滴吐出ヘッドのノズル先端まで充填する第４工程と、
前記加圧手段を作動させ、前記試料液体をマイクロアレイ基板に向けて吐出する第５工程と、を含むマイクロアレイ製造方法。
【請求項７】
さらに、少なくとも１つの別の液体収容部に洗浄液を供給し、
前記第５工程の後に、前記基板を前記本体に対して摺動させることにより、前記洗浄液を供給した前記液体収容部を前記流路に接続し、前記試料液体及び該洗浄液を前記送液して、洗浄する第６工程と、を含む、請求項６に記載のマイクロアレイ製造方法。
【請求項８】
前記吐出準備液が、純水または試料液体に含まれる緩衝液である、請求項６または７に記載のマイクロアレイ製造方法。
【請求項１】
ノズルと、該ノズルから吐出する液体に加圧するための加圧手段を有する加圧室と、該ノズルから吐出する液体を収容する２以上の液体収容部と、該加圧室と該液体収容部とを接続する流路と、を備える液滴吐出ヘッドであって、
第１の主面に前記ノズルが形成され、該第１の主面に対向する第２の主面に前記流路が開口している本体と、前記２以上の液体収容部となる２以上の貫通孔が形成された基板と、を含み、
前記基板は前記本体の第２の主面に積層され、該本体に対して摺動可能な構成となっており、
１の前記貫通孔と前記流路とが連通した状態から、前記基板を前記本体に対して摺動させ、別の前記貫通孔と前記流路とが連通した状態にすることにより、前記加圧室および前記ノズルに接続する前記液体収容部を変更することが可能である、液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記基板と前記第２の主面との間にパッキング部材が備えられている、請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記パッキング部材が、前記基板を摺動させたときに、前記貫通孔が通過する領域を含む領域に形成されている、請求項２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記２以上の液体収容部には、容積の異なる液体収容部が含まれている、請求項１から３のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドを装着して用いられ、
前記基板を前記本体に対して摺動させることが可能な摺動手段を備える、液滴吐出装置。
【請求項６】
請求項１に記載の液滴吐出ヘッドを使用してマイクロアレイを製造する方法であって、
少なくとも１つの液体収容部に吐出準備液を供給し、少なくとも１つの別の液体収容部に試料液体を供給する第１工程と、
前記基板を前記本体に対して摺動させることにより、前記吐出準備液が供給された前記液体収容部を前記流路に接続し、該吐出準備液を前記液滴吐出ヘッドのノズル先端まで充填する第２工程と、
前記基板を前記本体に対して摺動させることにより、前記試料液体が供給された前記液体収容部を前記流路に接続する第３工程と、
前記加圧手段を作動させ、前記吐出準備液をすべて吐出することによって、前記試料液体を前記液滴吐出ヘッドのノズル先端まで充填する第４工程と、
前記加圧手段を作動させ、前記試料液体をマイクロアレイ基板に向けて吐出する第５工程と、を含むマイクロアレイ製造方法。
【請求項７】
さらに、少なくとも１つの別の液体収容部に洗浄液を供給し、
前記第５工程の後に、前記基板を前記本体に対して摺動させることにより、前記洗浄液を供給した前記液体収容部を前記流路に接続し、前記試料液体及び該洗浄液を前記送液して、洗浄する第６工程と、を含む、請求項６に記載のマイクロアレイ製造方法。
【請求項８】
前記吐出準備液が、純水または試料液体に含まれる緩衝液である、請求項６または７に記載のマイクロアレイ製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−５７３８４（Ｐ２００７−５７３８４Ａ）
【公開日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２４３３０１（Ｐ２００５−２４３３０１）
【出願日】平成１７年８月２４日（２００５．８．２４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月２４日（２００５．８．２４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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