液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、および混合液体の吐出方法
【課題】 本発明は、２種以上の微量の液体を迅速かつ十分に混合する方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明は、２種以上の液体を混合して吐出できる液滴吐出ヘッドであって、液体を供給するための供給口を備える第１の液体貯留部（１６）と、２以上の第１の液体貯留部（１６）とそれぞれ独立した流路（１３）により接続された第２の液体貯留部（１７）と、第２の液体貯留部と流路により接続され、加圧手段を有する加圧室（２２）と、加圧室で加圧された液体が吐出されるノズル孔（２６）と、を有す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、２種以上の液体を混合して吐出できる液滴吐出ヘッドであって、液体を供給するための供給口を備える第１の液体貯留部（１６）と、２以上の第１の液体貯留部（１６）とそれぞれ独立した流路（１３）により接続された第２の液体貯留部（１７）と、第２の液体貯留部と流路により接続され、加圧手段を有する加圧室（２２）と、加圧室で加圧された液体が吐出されるノズル孔（２６）と、を有す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、所定の比率で液体を混合して吐出するのに適した液滴吐出ヘッド、およびその液滴吐出ヘッドを装着して用いる液滴吐出装置、ならびに混合液体の吐出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、核酸やタンパク質、細胞等の生体由来物質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、このようなマイクロアレイを作製する方法として、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方法が開示されている。
【０００４】
また、標的物質をハイスループットに検出するため、マイクロアレイには、微小な領域に多種類のプローブ分子を高密度に固定する必要がある。このような必要性に応えるものとして、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。
【０００５】
一方、従来、特にバイオテクノロジーの分野では、マイクロリットル単位の微量な液体の濃度や体積を制御する技術が必要とされている。マイクロアレイ作製の際にも、プローブを含む液体の濃度や組成を様々に変更して、最適な条件を見出す必要がある。
【０００６】
このように、液体を任意の割合で混合するためには、従来、微量分注装置が用いられている。分注装置としては、特開２００１−１６９７７１号公報（特許文献３）には、支持アームによってサンプル用容器、微生物用容器、混合容器に移動される、液体を吸引・吐出可能な分取用のプローブと、分注量を制御する制御手段とを有する装置が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−１８７９００号公報
【特許文献２】特開２００４−１６０９０４号公報
【特許文献３】特開２００１−１６９７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した分注装置では、プローブが、混合すべき溶液を入れた容器（サンプル用容器および微生物用容器）と混合容器の間を往復しなければならず、この移動に時間を要する。また、混合容器中に、混合すべき複数の液体を順次分注していく場合、液体の種類によっては上下に液体が分離してしまい、十分に混合されないことがある。
【０００８】
そこで、本発明は、２種以上の微量の液体を迅速かつ十分に混合する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】
【０００９】
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、２種以上の液体を混合して吐出できる液滴吐出ヘッドであって、液体を供給するための供給口を備える第１の液体貯留部と、２以上の前記第１の液体貯留部とそれぞれ独立した流路により接続された第２の液体貯留部と、前記第２の液体貯留部と流路により接続され、加圧手段を有する加圧室と、前記加圧室で加圧された液体が吐出されるノズル孔と、を有することを特徴とする。
【００１０】
このような構成により、２以上の第１の液体貯留部に収容された液体は、独立した流路を通って、同一の第２の液体貯留部に流入し、そこで混合される。それぞれの液体は、極めて細い流路から第２の液体貯留部に流入するので、各液体は分離することなく十分に混合され、一様な混合液体となって加圧室に流入し、加圧手段により加圧されてノズル孔から吐出される。このように、本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、予め混合液体を調製することなく、微量の液体を迅速かつ十分に混合することができる。
【００１１】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドにおいては、前記２以上の第１の液体貯留部と前記第２の液体貯留部とを接続する流路は、それぞれ異なる長さを有し、より長い流路によって前記第２の液体貯留部に接続された前記第１の液体貯留部に収容された液体ほど、吐出される混合液体中に含まれる量がより少なくなる構成となっていることが好ましい。第１の液体貯留部と第２の液体貯留部とを接続する流路の長さが異なると、流速に差が生じ、同じ時間内に第２の液体貯留部に流入する量が変わるので、これを利用して混合する液体の量を制御することができる。具体的には、流路がより短いほど流速が速くなるので、より長い流路によって第２の液体貯留部と接続された第１の液体貯留部に収容された液体ほど、混合液体中に含まれる量が少なくなる。
【００１２】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドにおいては、前記２以上の第１の液体貯留部と前記第２の液体貯留部とを接続する流路は、それぞれ異なる太さを有し、より細い流路によって前記第２の液体貯留部に接続された前記第１の液体貯留部に収容された液体ほど、吐出される混合液体中に含まれる量がより少なくなる構成となっていることも好ましい。第１の液体貯留部と第２の液体貯留部とを接続する流路の太さが異なると、流速に差が生じ、同じ時間内に第２の液体貯留部に流入する量が変わるので、これを利用して混合する液体の量を制御することができる。具体的には、流路がより太いほど流速が速くなるので、より細い流路によって第２の液体貯留部と接続された第１の液体貯留部に収容された液体ほど、混合液体中に含まれる量が少なくなる。
【００１３】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの供給口は、前記ノズル孔が形成された主面に対向する主面から突出するように設けられていることが好ましい。このような構成によれば、別のマイクロタイタープレート等に用意された液体に、供給口を直接浸漬させることによって、該液体と第１の液体貯留部とを連通させることができる。この状態で、例えばノズル側から吸引することにより、該液体を吸い上げて液体貯留部に直接供給することが可能である。供給口の内径が十分に細い場合は、毛細管現象によっても液体が吸い上げられる。また、各供給口はノズル孔形成面から突出するように設けられているので、小さな試料容器中の溶液に浸漬させやすく、第１の液体貯留部やノズル孔形成面が試料溶液に接して汚染されることがないという効果も得られる。
【００１４】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドにおいては、供給口と液体貯留部が、一体的にチューブ状に形成されていることも好ましい。供給口と液体保持部が一体的に形成されている構成は単純で作製しやすく、また、液体を吸い上げやすい。
【００１５】
本発明は、上述した、供給口がノズル孔形成面から突出している液滴吐出ヘッドを装着して用いる液滴吐出装置をも提供する。この液滴吐出装置は、液滴吐出ヘッドを固定するための固定手段と、液滴吐出ヘッドのノズル孔を覆うように、ノズル孔が形成された主面に密着し、液滴吐出ヘッド内の気体または液体を該ノズルから吸引可能な吸引手段と、を備えることを特徴としている。
【００１６】
このような構成により、本発明に係る液滴吐出ヘッドを固定手段に取り付け、その供給口を液体に接触させた状態で、吸引手段をノズル孔形成面に密着させて作動させることによって、ノズル孔から液体貯留部に液体を吸引することができる。
【００１７】
本発明に係る液滴吐出装置においては、固定手段が、液滴吐出ヘッドを、鉛直方向を含む面内で回転させることが可能であることが好ましい。このような構成により、ノズル孔を上方または下方に向けて固定することができる。ノズル孔を上方に向けて固定すれば、反対側の供給口が下方に向けられるので、試料容器中の液面に供給口を接触させやすい。また、液体を基板上に吐出する際には、液滴吐出ヘッドを反転させ、ノズル孔を下方に向けて固定するとよい。
【００１８】
本発明は、上述した本発明に係る液滴吐出ヘッドを用いて、液体を混合する方法をも提供する。この液体混合方法は、前記第１の液体貯留部に、混合すべき液体を供給口から供給する工程と、前記液滴吐出ヘッドの前記ノズル孔から吸引し、前記液体をノズル孔先端まで充填させる工程と、前記加圧室の加圧手段を作動させ、前記液体を吐出する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１９】
このような方法によれば、第１の液体貯留部のそれぞれに供給された液体は、ノズル孔からの吸引されることによって、流路を通って第１の液体貯留部に効率よく流入し、そこで混合されるので、予め混合液体を調製して液体貯留部に供給する必要が無い。微細な流路から第２の液体貯留部に流入する液体は、吸引による勢いによって、一層よく混合される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
＜第１の実施形態＞
（インクジェットヘッド）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッド１０を示す。図１（Ａ）はその概略斜視図であり、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）は図１（Ａ）における、それぞれＩＢ−ＩＢ線およびＩＣ−ＩＣ線に沿った断面図である。
【００２２】
図１（Ａ）に示されるように、インクジェットヘッド１０には、液体貯留部であるリザーバ１６が、左右対称に３２個設けられている。尚、本実施形態においては、インクジェットヘッド１０の供給口は、リザーバ１６の開口部を指すため、リザーバ１６と供給口を区別せずに説明する。ここで、説明の便宜上、４つのリザーバ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄのみ特に付番する。
【００２３】
インクジェットヘッド１０では、左右各半分において、図中Ｙ方向に並んだ２つのリザーバ（例えば、リザーバ１６ａと１６ｂ）が、それぞれ独立した流路１３によって同一の第２の液体貯留部に接続されている。この様子を図１（Ｂ）および図１（Ｃ）を用いて説明する。まず、図１（Ｂ）に示されるように、リザーバ１６ａは流路１３ａによって、第２の液体貯留部に該当するリザーバ１７ａに接続され、リザーバ１６ｄは流路１３ｄによって第２の液体貯留部に該当するリザーバ１７ｂに接続される。一方、図１（Ｃ）に示されるように、リザーバ１６ｂは流路１３ｂによってリザーバ１７ａに接続され、リザーバ１６ｃは流路１３ｃによってリザーバ１７ｂに接続される。流路１３ａと流路１３ｂ、流路１３ｃと流路１３ｄは、それぞれ同じ層に形成されているが、図１（Ａ）に示すように、図中Ｘ方向にわずかにずれて独立に形成されている。一方、流路１３ａおよび流路１３ｂはいずれもリザーバ１７ａに連通しているので、流路１３ａ、１３ｂをそれぞれ通ってきた液体は、リザーバ１７ａ内で混合されることになる。同様に、流路１３ｃ、１３ｄをそれぞれ通った液体は、リザーバ１７ｂ内で混合される。
【００２４】
リザーバ１７ａ、１７ｂは、それぞれ流路１８ａ、１８ｂによってヘッドチップ２０内に設けられた加圧室２２ａ、２２ｂ（後述）に接続され、加圧室２２ａ、２２ｂは、それぞれノズル孔２６ａ、２６ｂに通じている。
【００２５】
図１（Ｂ）および図１（Ｃ）に図示されるように、このような構成のインクジェットヘッド１０は、貫通孔や溝を設けた基板３０〜３５を積層し、さらに、図３に示されたヘッドチップ２０を接着することによって形成することができる。図２に、インクジェットヘッド１０を構成する基板３０〜３５の概略平面図を示す。
【００２６】
図２（Ａ）は、基板３０の概略平面図である。基板３０には、貫通孔４０が３２個設けられ、貫通孔４０は、基板３０の下側に基板３１を接着することによって、リザーバ１６を形成する。貫通孔４０がこのように配置されていることによって、後述するように、リザーバ１６（第１の液体貯留部）とリザーバ１７（第２の液体貯留部）を接続する流路がそれぞれ異なった長さとなる。尚、リザーバ１６は、貫通孔４０の径や基板３０の厚さを変更することによって、所望の容積とすることが可能である。
【００２７】
図２（Ｂ）は、基板３０の下側に配置される基板３１の概略平面図である。基板３１には、基板３０の貫通孔４０と同じピッチ（形成間隔）で、貫通孔４１が設けられている。貫通孔４１は極めて細く、基板３０と基板３１を積層した状態で、リザーバ１６に液体を供給しても、該液体は容易には貫通孔４１に流入しない。
【００２８】
図２（Ｃ）は、基板３１の下側に配置される基板３２の概略平面図である。基板３２には、直線状の溝４２が３２本設けられており、溝４２は、基板３１と基板３２とを積層することにより、流路１３（図１（Ｂ）等参照）の一部を形成する。溝４２の基板外側の端部は、基板３１の貫通孔４１と同じピッチとなっており、基板３１と基板３２とを接着することによって、貫通孔４１と流路１３が接続される。一方、溝４２の基板内側の端部には貫通孔が設けられており、基板３３に設けられたリザーバ１７となる貫通孔に流路を接続させる。図２（Ｃ）に、基板３３を接着した際のリザーバ１７（即ち、貫通孔４３）の位置を点線で示すように、本実施形態では、流路１３を形成する溝４２が２本ずつ、一つのリザーバ１７に接続する。
【００２９】
図２（Ｄ）は、基板３２の下側に配置される基板３３の概略平面図である。図２（Ｃ）に点線で示した通り、リザーバ１６の半数となる１６個の貫通孔４３が形成されており、基板３３の下側に基板３４を接着することにより、貫通孔４３がリザーバ１７を形成する。リザーバ１７の容積も、貫通孔４３の直径および基板３３の厚さを変更することにより、自由に制御できる。また、図２（Ｅ）は、基板３３の下側に配置される基板３４の概略平面図であり、基板３３の貫通孔４３と同じピッチで、流路となる貫通孔４４が１６個設けられている。
【００３０】
図２（Ｆ）は、基板３４の下側に配置される基板３５の概略平面図である。図示されるように、基板３５には溝４５が１６本形成されており、溝４５の基板外側の端部は、基板３４の貫通孔４４と同じピッチとなっており、基板３４と基板３５を接着することにより、溝４５が流路１８を形成する。溝４５の基板内側の端部には貫通孔が設けられており、この貫通孔は、ヘッドチップ２０（後述）の流路に接続する。基板３５を用いることによって、容積を確保するためにある程度距離をおいて形成されていた貫通孔４３（即ち、リザーバ１７）に収容された液体を、微少な領域に高密度に吐出することが可能となる。
【００３１】
上述した基板３０〜３５は、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３０〜３５を積層し、熱溶着、または接着剤等を用いる方法により接着した後、さらに、基板３５の中央にヘッドチップを接着して、インクジェットヘッド１０が完成する。本実施形態では、電極１０８と振動板１０９とが加圧手段に該当する。尚、電極基板１２１には、図中下側の面から溝が形成され、その天井部に電極１０８が形成されているため、電極１０８と振動板１０９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。加圧室基板１２２、ノズル基板１２３、電極基板１２１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。
【００３２】
このような構成のヘッドチップ２０を、基板３５の中央部に接着することにより、電極基板および加圧室基板１２２に設けられた貫通孔が、基板３５の貫通孔に接続し、図示しないリザーバと加圧室２２が連通され、インクジェットヘッド１０が完成する。インクジェットヘッド１０は、例えば、図７に例示されるような液滴吐出装置２００に装着して用いられるが、液滴吐出装置２００については後述する。
（液体混合方法）
図４は、本発明に係る液体混合方法を説明する工程図である。図４（Ａ）および（Ｂ）は図１のＩＢ−ＩＢ線に沿った断面図を、図４（Ｃ）は図１のＩＣ−ＩＣ線に沿って切断した断面図を示す。
【００３３】
まず、図４（Ａ）に示されるように、リザーバ１６のそれぞれに混合すべき液体を供給する。この際、例えば、リザーバ１６ａおよび１６ｄは、リザーバ１６ｂおよび１６ｃよりも、長い流路１３でリザーバ１７ａまたは１７ｂに接続されているので、リザーバ１７ｂ中で生成される混合溶液は、リザーバ１６ａおよび１６ｄに由来する液体よりも、リザーバ１６ｂおよび１６ｃ液体を多く含むことになる。このように、混合溶液中に含まれる量は、各リザーバ１６と各リザーバ１７とを接続する流路１３の長さに依存することを考慮して、いずれの液体をいずれのリザーバ１６に供給するかを決定し、供給する。
【００３４】
流路１３は極めて細いため、リザーバ１６に供給した液体はそのままでは流路１３に流入しない。そこで、図１（Ａ）に示すように、ノズル孔２６ａおよび２６ｂを覆って、ノズル形成面に密着する吸引手段５０を使用して、ノズル孔２６から液体を吸引する。
【００３５】
図１（Ｂ）および図１（Ｃ）に吸引後の様子を示す。吸引手段５０は、気液分離フィルター５２を備えており、吸引手段５０をノズル形成面に密着させると、気液分離フィルター５２はノズル孔２６を封止する。気液分離フィルター５２は気体のみ透過させ、液体は透過させないため、吸引によってノズル孔先端に到達した液体はノズル孔２６外までは流出しない。一定時間吸引することによって、リザーバ１６の液体は、流路１３の長さに依存して所定の量、リザーバ１７に流入する。
【００３６】
吸引によって、リザーバ１６ａおよび１６ｂに収容された液体は、勢いよくリザーバ１７に流入し、混合される。微細な流路１３ａおよび１３ｂから微少量ずつ流入することと、吸引により流入する速度が増加することによって、各液体は分離することなく十分に混合される。そして、リザーバ１７からは一様となった液体が加圧室２２に流入し、ノズル孔先端に到達する。この状態で加圧室２２の加圧手段を作動させることによって、混合液体を吐出することができる。
【００３７】
このように、本実施形態に係る液滴吐出ヘッド、および液体混合方法によれば、予め混合液体を準備することなく、混合液体を迅速かつ容易に調製することができる。また、第１の液体貯留部と第２の液体貯留部を接続する流路の長さを異ならせることにより、第２の液体貯留部に流入する液体の量を調節して、混合比率を制御することも可能である。
【００３８】
＜第２の実施形態＞
(インクジェットヘッド)
図５に、本発明の第２の実施形態に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッド１０'を示す。インクジェットヘッド１０'には、第１の実施形態に係るインクジェットヘッド１０のリザーバ１６と同じピッチでリザーバが形成されているが、リザーバに液体を供給する供給口１５は、リザーバ形成面１４から突出するように設けられている。
【００３９】
図５（Ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿った断面図、およびＩＶＣ−ＩＶＣ線に沿った断面図をそれぞれ図５（Ｂ）および図５（Ｃ）に示す。図示されるように、本実施形態においては、供給口１５とリザーバ１６が一体的にチューブ状に形成されているため、以後、両者を合わせて供給口１５として説明する。ここで、説明の便宜上、４つの供給口１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄのみ特に付番する。
【００４０】
インクジェットヘッド１０'では、左右各半分において、図中Ｙ方向に並んだ２つの供給口（例えば、供給口１５ａと１５ｂ）から供給された液体が、それぞれ独立した流路によって接続された、同一の第２の液体貯留部に流入する。この様子を図５（Ｂ）および図５（Ｃ）を用いて説明する。まず、図５（Ｂ）に示されるように、供給口１５ａは、流路１３ａによって第２の液体貯留部であるリザーバ１７ａに接続されており、供給口１５ｄは、流路１３ｄによってリザーバ１７ｂに接続されている。一方図５（Ｃ）に示されるように、供給口１５ｂは流路１３ｂによってリザーバ１７ａに、供給口１５ｃは流路１３ｃによってリザーバ１７ｂに接続されている。リザーバ１７ａ、１７ｂは、それぞれ流路１８ａ、１８ｂによってヘッドチップ２０内に設けられた加圧室２２ａ、２２ｂに接続され、加圧室２２ａ、２２ｂは、それぞれノズル孔２６ａ、２６ｂに通じている。
【００４１】
このようなインクジェットヘッド１０'は、貫通孔や溝を設けた基板３０'、およびインクジェットヘッド１０を構成する基板と同一の基板３１〜３５を積層し、さらに基板３０‘の貫通孔に供給口１５を取り付け、図３に示されたヘッドチップ２０を接着することによって形成することができる。基板３１〜３５は、すでに説明したインクジェットヘッド１０に使用されるものと同様のため、説明を省略し、基板３０’の概略平面図のみ図６に示す。基板３０’には、貫通孔４０’が３２個形成されている。貫通孔４０’の下端は基板３１の貫通孔４１に接続する。貫通孔４０’は、図６または図５（Ｂ）に示されるように所定の深さまで大きな内径を有し、ここに供給口１５が嵌合される。
【００４２】
供給口１５は、アクリル、塩化ビニル、ポリカーボネート等の樹脂で形成することが好ましいが、ガラス、金属等であってもよい。供給口１５の内側表面は親液性に処理しておくことが好ましく、これによって、供給口１５の内部に試料溶液を吸い上げやすくなる。表面に親水性を付与する方法としては、親水性でかつ生体分子に親和性の高いポリマーをコートする方法がある。そのようなポリマーの例としては、ヒドロキシエチルメタクリレート、Ｎ−ビニルピロリドン、ジメチルアクリルアミド、グリセロールメタクリレート、ポリエチレングリコールメタクリレートなどがある。
【００４３】
最後に、インクジェットヘッド１０と同様にヘッドチップ（図３参照）を基板３５の中央に接着して、インクジェットヘッド１０'が完成する。
（液滴吐出装置）
次に、図７に、本発明に係る液滴吐出装置の一例として、マイクロアレイ製造装置２００の構成例を説明する図を示す。マイクロアレイ製造装置２００は、上述した本発明に係るインクジェットヘッド１０'を装着して用いるのに適している。
【００４４】
マイクロアレイ製造装置２００は、ガラス等の基板２０２上に生体分子を含む試料溶液の液滴を複数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２０６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２０８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２１０と、インクジェットヘッド１０'のノズル形成面に密着し、ノズルから吸引可能な吸引ユニット（吸引手段）２１２と、固定手段２１０および吸引ユニット２１２をＺ方向に自在に移動させるためのＺ方向駆動軸２０７と、をも備えている。
【００４５】
ここで図８に、インクジェットヘッド１０'を固定する場合を例にとって、固定手段２１０を図７における右方向から見た模式図を示す。インクジェットヘッド１０'は固定手段２１０に、回転軸２１６によって固定され、この回転軸を中心として、インクジェットヘッド１０'のみを鉛直方向を含む面内で回転させることが可能となっている。図８（Ａ）は、インクジェットヘッド１０'がノズルを下方に向けて固定されている状態を示し、図８（Ｂ）は、ノズルを上方に向けるよう回転させている途中の状態を示す。ノズルが上方または下方を向き、インクジェットヘッド１０'の基板が水平になった状態（例えば図８（Ａ）に示す状態）で、インクジェットヘッド１０'は固定手段２１０に留め具等により固定することができる。
（液体混合方法）
図９は、本発明に係る液体混合方法を説明する工程図である。ここでは、インクジェットヘッド１０'を図７に示す液滴吐出装置２００に装着して使用することを想定して説明する。図９（Ａ）および（Ｂ）は図５（Ａ）におけるＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿った断面図を、図９（Ｃ）は図５のＩＶＣ−ＩＶＣ線に沿って切断した断面図を示す。
【００４６】
まず図９（Ａ）に示すように、インクジェットヘッド１０'を固定手段２１０に固定する。次に、図９（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、固定手段２１０を回転させることによってインクジェットヘッド１０'を上下反転させ、ノズル孔が上方を向き、供給口１５が下方を向くように固定する。続いて、Ｘ方向駆動軸およびＹ方向駆動軸を作動させて、インクジェットヘッド１０'を試料溶液が準備されたマイクロタイタープレート９０の上方に移動さ、Ｚ方向駆動軸を作動させることによって、インクジェットヘッド１０'の供給口１５をそれぞれマイクロタイタープレート９０の各ウェル中の液体に浸漬させる。続いて、吸引手段２１２をインクジェットヘッド１０'のノズル孔形成面に、ノズル孔２６を覆うように密着させ、作動させる。吸引手段２１２は、気液分離フィルター２１３を備えており、吸引手段２１２をノズル形成面に密着させると、気液分離フィルター２１３はノズル孔２６を封止する。気液分離フィルター２１３は気体のみ透過させ、液体は透過させないため、吸引によってノズル孔先端に到達した液体はノズル孔２６外までは流出しない。一定時間吸引することによって、供給口１５の液体は、流路１３の長さに依存して所定の量、リザーバ１７に流入する。
【００４７】
吸引によって、供給口１５ａおよび１６ｂから吸い上げられた液体は、勢いよくリザーバ１７ａ、１７ｂに流入し、混合される。微細な流路１３ａおよび１３ｂから微少量ずつ流入することと、吸引により流入する速度が増加することによって、各液体は分離することなく十分に混合される。そして、リザーバ１７からは一様となった液体が加圧室２２に流入し、ノズル孔先端に到達する
この状態で、再度固定手段２１２によってインクジェットヘッド１０'の上下を反転させて固定しＺ方向駆動軸を作動させてインクジェットヘッド１０'を上昇させ、Ｘ方向駆動軸およびＹ方向駆動軸を作動させてインクジェットヘッド１０'を吐出すべき基板等の上方に移動させる。再びＺ方向駆動軸を作動させて、インクジェットヘッド１０'を適当な高さに固定し、加圧室２２の加圧手段を作動させることによって、所望の位置に所望の混合液体を吐出することができる。
【００４８】
このように、本実施形態に係る液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、および液体混合方法によれば、予め混合液体を準備することなく、液滴吐出ヘッドの供給口を試料液体に浸漬させてノズル孔から吸引するだけで、混合液体を迅速かつ容易に調製することができる。また、第１の液体貯留部と第２の液体貯留部を接続する流路の長さを異ならせることにより、第２の液体貯留部に流入する液体の量を調節して、混合比率を制御することも可能である。
【００４９】
以上のように、本発明に係る液体回収方法によれば、混合液体を容易に調製して吐出することができるので、一連の倍率の希釈溶液や、種々の混合条件の試料液体を、予め調製することなく迅速に作製することができる。
【００５０】
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、種々に変更して実施することが可能である。例えば、液体貯留部の数や配置は限定されず、目的に応じて変更できる。また、加圧手段は、静電駆動方式、圧電駆動方式のいずれであってもよい。さらに、液体の混合比は、上述の実施形態のように流路の長さを変更してもよいし、流路の直径を変化させることによって変更することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略図である。
【図２】図１に示される液滴吐出ヘッドを構成する基板の平面図である。
【図３】ヘッドチップの構成を示す概略断面図である。
【図４】本発明に係る液体混合方法を工程を示す説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略図である。
【図６】図５に示される液滴吐出ヘッドを構成する基板の１枚の平面図である。
【図７】本発明に係る液滴吐出装置の一例を示す概略斜視図である。
【図８】図７に示される液滴吐出装置の固定手段を示す概略図である。
【図９】本発明に係る液体混合方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０…液滴吐出ヘッド、１２…ノズル孔形成面、１３、１８…流路、１５…供給口、１６…リザーバ（第１の液滴貯留部）、１７…リザーバ（第２の液体貯留部）、２０…ヘッドチップ、２２…加圧室、２６…ノズル孔、３１〜３５…基板、４０、４１、４３、４４…貫通孔、５０…吸引手段、５２…気液分離フィルター、１０８…電極、１０９…振動板、１２１、１２２、１２３…基板、２００…液滴吐出装置、２１０…固定手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の比率で液体を混合して吐出するのに適した液滴吐出ヘッド、およびその液滴吐出ヘッドを装着して用いる液滴吐出装置、ならびに混合液体の吐出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、核酸やタンパク質、細胞等の生体由来物質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、このようなマイクロアレイを作製する方法として、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方法が開示されている。
【０００４】
また、標的物質をハイスループットに検出するため、マイクロアレイには、微小な領域に多種類のプローブ分子を高密度に固定する必要がある。このような必要性に応えるものとして、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。
【０００５】
一方、従来、特にバイオテクノロジーの分野では、マイクロリットル単位の微量な液体の濃度や体積を制御する技術が必要とされている。マイクロアレイ作製の際にも、プローブを含む液体の濃度や組成を様々に変更して、最適な条件を見出す必要がある。
【０００６】
このように、液体を任意の割合で混合するためには、従来、微量分注装置が用いられている。分注装置としては、特開２００１−１６９７７１号公報（特許文献３）には、支持アームによってサンプル用容器、微生物用容器、混合容器に移動される、液体を吸引・吐出可能な分取用のプローブと、分注量を制御する制御手段とを有する装置が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−１８７９００号公報
【特許文献２】特開２００４−１６０９０４号公報
【特許文献３】特開２００１−１６９７７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した分注装置では、プローブが、混合すべき溶液を入れた容器（サンプル用容器および微生物用容器）と混合容器の間を往復しなければならず、この移動に時間を要する。また、混合容器中に、混合すべき複数の液体を順次分注していく場合、液体の種類によっては上下に液体が分離してしまい、十分に混合されないことがある。
【０００８】
そこで、本発明は、２種以上の微量の液体を迅速かつ十分に混合する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】
【０００９】
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、２種以上の液体を混合して吐出できる液滴吐出ヘッドであって、液体を供給するための供給口を備える第１の液体貯留部と、２以上の前記第１の液体貯留部とそれぞれ独立した流路により接続された第２の液体貯留部と、前記第２の液体貯留部と流路により接続され、加圧手段を有する加圧室と、前記加圧室で加圧された液体が吐出されるノズル孔と、を有することを特徴とする。
【００１０】
このような構成により、２以上の第１の液体貯留部に収容された液体は、独立した流路を通って、同一の第２の液体貯留部に流入し、そこで混合される。それぞれの液体は、極めて細い流路から第２の液体貯留部に流入するので、各液体は分離することなく十分に混合され、一様な混合液体となって加圧室に流入し、加圧手段により加圧されてノズル孔から吐出される。このように、本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、予め混合液体を調製することなく、微量の液体を迅速かつ十分に混合することができる。
【００１１】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドにおいては、前記２以上の第１の液体貯留部と前記第２の液体貯留部とを接続する流路は、それぞれ異なる長さを有し、より長い流路によって前記第２の液体貯留部に接続された前記第１の液体貯留部に収容された液体ほど、吐出される混合液体中に含まれる量がより少なくなる構成となっていることが好ましい。第１の液体貯留部と第２の液体貯留部とを接続する流路の長さが異なると、流速に差が生じ、同じ時間内に第２の液体貯留部に流入する量が変わるので、これを利用して混合する液体の量を制御することができる。具体的には、流路がより短いほど流速が速くなるので、より長い流路によって第２の液体貯留部と接続された第１の液体貯留部に収容された液体ほど、混合液体中に含まれる量が少なくなる。
【００１２】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドにおいては、前記２以上の第１の液体貯留部と前記第２の液体貯留部とを接続する流路は、それぞれ異なる太さを有し、より細い流路によって前記第２の液体貯留部に接続された前記第１の液体貯留部に収容された液体ほど、吐出される混合液体中に含まれる量がより少なくなる構成となっていることも好ましい。第１の液体貯留部と第２の液体貯留部とを接続する流路の太さが異なると、流速に差が生じ、同じ時間内に第２の液体貯留部に流入する量が変わるので、これを利用して混合する液体の量を制御することができる。具体的には、流路がより太いほど流速が速くなるので、より細い流路によって第２の液体貯留部と接続された第１の液体貯留部に収容された液体ほど、混合液体中に含まれる量が少なくなる。
【００１３】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの供給口は、前記ノズル孔が形成された主面に対向する主面から突出するように設けられていることが好ましい。このような構成によれば、別のマイクロタイタープレート等に用意された液体に、供給口を直接浸漬させることによって、該液体と第１の液体貯留部とを連通させることができる。この状態で、例えばノズル側から吸引することにより、該液体を吸い上げて液体貯留部に直接供給することが可能である。供給口の内径が十分に細い場合は、毛細管現象によっても液体が吸い上げられる。また、各供給口はノズル孔形成面から突出するように設けられているので、小さな試料容器中の溶液に浸漬させやすく、第１の液体貯留部やノズル孔形成面が試料溶液に接して汚染されることがないという効果も得られる。
【００１４】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドにおいては、供給口と液体貯留部が、一体的にチューブ状に形成されていることも好ましい。供給口と液体保持部が一体的に形成されている構成は単純で作製しやすく、また、液体を吸い上げやすい。
【００１５】
本発明は、上述した、供給口がノズル孔形成面から突出している液滴吐出ヘッドを装着して用いる液滴吐出装置をも提供する。この液滴吐出装置は、液滴吐出ヘッドを固定するための固定手段と、液滴吐出ヘッドのノズル孔を覆うように、ノズル孔が形成された主面に密着し、液滴吐出ヘッド内の気体または液体を該ノズルから吸引可能な吸引手段と、を備えることを特徴としている。
【００１６】
このような構成により、本発明に係る液滴吐出ヘッドを固定手段に取り付け、その供給口を液体に接触させた状態で、吸引手段をノズル孔形成面に密着させて作動させることによって、ノズル孔から液体貯留部に液体を吸引することができる。
【００１７】
本発明に係る液滴吐出装置においては、固定手段が、液滴吐出ヘッドを、鉛直方向を含む面内で回転させることが可能であることが好ましい。このような構成により、ノズル孔を上方または下方に向けて固定することができる。ノズル孔を上方に向けて固定すれば、反対側の供給口が下方に向けられるので、試料容器中の液面に供給口を接触させやすい。また、液体を基板上に吐出する際には、液滴吐出ヘッドを反転させ、ノズル孔を下方に向けて固定するとよい。
【００１８】
本発明は、上述した本発明に係る液滴吐出ヘッドを用いて、液体を混合する方法をも提供する。この液体混合方法は、前記第１の液体貯留部に、混合すべき液体を供給口から供給する工程と、前記液滴吐出ヘッドの前記ノズル孔から吸引し、前記液体をノズル孔先端まで充填させる工程と、前記加圧室の加圧手段を作動させ、前記液体を吐出する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１９】
このような方法によれば、第１の液体貯留部のそれぞれに供給された液体は、ノズル孔からの吸引されることによって、流路を通って第１の液体貯留部に効率よく流入し、そこで混合されるので、予め混合液体を調製して液体貯留部に供給する必要が無い。微細な流路から第２の液体貯留部に流入する液体は、吸引による勢いによって、一層よく混合される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
＜第１の実施形態＞
（インクジェットヘッド）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッド１０を示す。図１（Ａ）はその概略斜視図であり、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）は図１（Ａ）における、それぞれＩＢ−ＩＢ線およびＩＣ−ＩＣ線に沿った断面図である。
【００２２】
図１（Ａ）に示されるように、インクジェットヘッド１０には、液体貯留部であるリザーバ１６が、左右対称に３２個設けられている。尚、本実施形態においては、インクジェットヘッド１０の供給口は、リザーバ１６の開口部を指すため、リザーバ１６と供給口を区別せずに説明する。ここで、説明の便宜上、４つのリザーバ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄのみ特に付番する。
【００２３】
インクジェットヘッド１０では、左右各半分において、図中Ｙ方向に並んだ２つのリザーバ（例えば、リザーバ１６ａと１６ｂ）が、それぞれ独立した流路１３によって同一の第２の液体貯留部に接続されている。この様子を図１（Ｂ）および図１（Ｃ）を用いて説明する。まず、図１（Ｂ）に示されるように、リザーバ１６ａは流路１３ａによって、第２の液体貯留部に該当するリザーバ１７ａに接続され、リザーバ１６ｄは流路１３ｄによって第２の液体貯留部に該当するリザーバ１７ｂに接続される。一方、図１（Ｃ）に示されるように、リザーバ１６ｂは流路１３ｂによってリザーバ１７ａに接続され、リザーバ１６ｃは流路１３ｃによってリザーバ１７ｂに接続される。流路１３ａと流路１３ｂ、流路１３ｃと流路１３ｄは、それぞれ同じ層に形成されているが、図１（Ａ）に示すように、図中Ｘ方向にわずかにずれて独立に形成されている。一方、流路１３ａおよび流路１３ｂはいずれもリザーバ１７ａに連通しているので、流路１３ａ、１３ｂをそれぞれ通ってきた液体は、リザーバ１７ａ内で混合されることになる。同様に、流路１３ｃ、１３ｄをそれぞれ通った液体は、リザーバ１７ｂ内で混合される。
【００２４】
リザーバ１７ａ、１７ｂは、それぞれ流路１８ａ、１８ｂによってヘッドチップ２０内に設けられた加圧室２２ａ、２２ｂ（後述）に接続され、加圧室２２ａ、２２ｂは、それぞれノズル孔２６ａ、２６ｂに通じている。
【００２５】
図１（Ｂ）および図１（Ｃ）に図示されるように、このような構成のインクジェットヘッド１０は、貫通孔や溝を設けた基板３０〜３５を積層し、さらに、図３に示されたヘッドチップ２０を接着することによって形成することができる。図２に、インクジェットヘッド１０を構成する基板３０〜３５の概略平面図を示す。
【００２６】
図２（Ａ）は、基板３０の概略平面図である。基板３０には、貫通孔４０が３２個設けられ、貫通孔４０は、基板３０の下側に基板３１を接着することによって、リザーバ１６を形成する。貫通孔４０がこのように配置されていることによって、後述するように、リザーバ１６（第１の液体貯留部）とリザーバ１７（第２の液体貯留部）を接続する流路がそれぞれ異なった長さとなる。尚、リザーバ１６は、貫通孔４０の径や基板３０の厚さを変更することによって、所望の容積とすることが可能である。
【００２７】
図２（Ｂ）は、基板３０の下側に配置される基板３１の概略平面図である。基板３１には、基板３０の貫通孔４０と同じピッチ（形成間隔）で、貫通孔４１が設けられている。貫通孔４１は極めて細く、基板３０と基板３１を積層した状態で、リザーバ１６に液体を供給しても、該液体は容易には貫通孔４１に流入しない。
【００２８】
図２（Ｃ）は、基板３１の下側に配置される基板３２の概略平面図である。基板３２には、直線状の溝４２が３２本設けられており、溝４２は、基板３１と基板３２とを積層することにより、流路１３（図１（Ｂ）等参照）の一部を形成する。溝４２の基板外側の端部は、基板３１の貫通孔４１と同じピッチとなっており、基板３１と基板３２とを接着することによって、貫通孔４１と流路１３が接続される。一方、溝４２の基板内側の端部には貫通孔が設けられており、基板３３に設けられたリザーバ１７となる貫通孔に流路を接続させる。図２（Ｃ）に、基板３３を接着した際のリザーバ１７（即ち、貫通孔４３）の位置を点線で示すように、本実施形態では、流路１３を形成する溝４２が２本ずつ、一つのリザーバ１７に接続する。
【００２９】
図２（Ｄ）は、基板３２の下側に配置される基板３３の概略平面図である。図２（Ｃ）に点線で示した通り、リザーバ１６の半数となる１６個の貫通孔４３が形成されており、基板３３の下側に基板３４を接着することにより、貫通孔４３がリザーバ１７を形成する。リザーバ１７の容積も、貫通孔４３の直径および基板３３の厚さを変更することにより、自由に制御できる。また、図２（Ｅ）は、基板３３の下側に配置される基板３４の概略平面図であり、基板３３の貫通孔４３と同じピッチで、流路となる貫通孔４４が１６個設けられている。
【００３０】
図２（Ｆ）は、基板３４の下側に配置される基板３５の概略平面図である。図示されるように、基板３５には溝４５が１６本形成されており、溝４５の基板外側の端部は、基板３４の貫通孔４４と同じピッチとなっており、基板３４と基板３５を接着することにより、溝４５が流路１８を形成する。溝４５の基板内側の端部には貫通孔が設けられており、この貫通孔は、ヘッドチップ２０（後述）の流路に接続する。基板３５を用いることによって、容積を確保するためにある程度距離をおいて形成されていた貫通孔４３（即ち、リザーバ１７）に収容された液体を、微少な領域に高密度に吐出することが可能となる。
【００３１】
上述した基板３０〜３５は、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３０〜３５を積層し、熱溶着、または接着剤等を用いる方法により接着した後、さらに、基板３５の中央にヘッドチップを接着して、インクジェットヘッド１０が完成する。本実施形態では、電極１０８と振動板１０９とが加圧手段に該当する。尚、電極基板１２１には、図中下側の面から溝が形成され、その天井部に電極１０８が形成されているため、電極１０８と振動板１０９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。加圧室基板１２２、ノズル基板１２３、電極基板１２１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。
【００３２】
このような構成のヘッドチップ２０を、基板３５の中央部に接着することにより、電極基板および加圧室基板１２２に設けられた貫通孔が、基板３５の貫通孔に接続し、図示しないリザーバと加圧室２２が連通され、インクジェットヘッド１０が完成する。インクジェットヘッド１０は、例えば、図７に例示されるような液滴吐出装置２００に装着して用いられるが、液滴吐出装置２００については後述する。
（液体混合方法）
図４は、本発明に係る液体混合方法を説明する工程図である。図４（Ａ）および（Ｂ）は図１のＩＢ−ＩＢ線に沿った断面図を、図４（Ｃ）は図１のＩＣ−ＩＣ線に沿って切断した断面図を示す。
【００３３】
まず、図４（Ａ）に示されるように、リザーバ１６のそれぞれに混合すべき液体を供給する。この際、例えば、リザーバ１６ａおよび１６ｄは、リザーバ１６ｂおよび１６ｃよりも、長い流路１３でリザーバ１７ａまたは１７ｂに接続されているので、リザーバ１７ｂ中で生成される混合溶液は、リザーバ１６ａおよび１６ｄに由来する液体よりも、リザーバ１６ｂおよび１６ｃ液体を多く含むことになる。このように、混合溶液中に含まれる量は、各リザーバ１６と各リザーバ１７とを接続する流路１３の長さに依存することを考慮して、いずれの液体をいずれのリザーバ１６に供給するかを決定し、供給する。
【００３４】
流路１３は極めて細いため、リザーバ１６に供給した液体はそのままでは流路１３に流入しない。そこで、図１（Ａ）に示すように、ノズル孔２６ａおよび２６ｂを覆って、ノズル形成面に密着する吸引手段５０を使用して、ノズル孔２６から液体を吸引する。
【００３５】
図１（Ｂ）および図１（Ｃ）に吸引後の様子を示す。吸引手段５０は、気液分離フィルター５２を備えており、吸引手段５０をノズル形成面に密着させると、気液分離フィルター５２はノズル孔２６を封止する。気液分離フィルター５２は気体のみ透過させ、液体は透過させないため、吸引によってノズル孔先端に到達した液体はノズル孔２６外までは流出しない。一定時間吸引することによって、リザーバ１６の液体は、流路１３の長さに依存して所定の量、リザーバ１７に流入する。
【００３６】
吸引によって、リザーバ１６ａおよび１６ｂに収容された液体は、勢いよくリザーバ１７に流入し、混合される。微細な流路１３ａおよび１３ｂから微少量ずつ流入することと、吸引により流入する速度が増加することによって、各液体は分離することなく十分に混合される。そして、リザーバ１７からは一様となった液体が加圧室２２に流入し、ノズル孔先端に到達する。この状態で加圧室２２の加圧手段を作動させることによって、混合液体を吐出することができる。
【００３７】
このように、本実施形態に係る液滴吐出ヘッド、および液体混合方法によれば、予め混合液体を準備することなく、混合液体を迅速かつ容易に調製することができる。また、第１の液体貯留部と第２の液体貯留部を接続する流路の長さを異ならせることにより、第２の液体貯留部に流入する液体の量を調節して、混合比率を制御することも可能である。
【００３８】
＜第２の実施形態＞
(インクジェットヘッド)
図５に、本発明の第２の実施形態に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッド１０'を示す。インクジェットヘッド１０'には、第１の実施形態に係るインクジェットヘッド１０のリザーバ１６と同じピッチでリザーバが形成されているが、リザーバに液体を供給する供給口１５は、リザーバ形成面１４から突出するように設けられている。
【００３９】
図５（Ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿った断面図、およびＩＶＣ−ＩＶＣ線に沿った断面図をそれぞれ図５（Ｂ）および図５（Ｃ）に示す。図示されるように、本実施形態においては、供給口１５とリザーバ１６が一体的にチューブ状に形成されているため、以後、両者を合わせて供給口１５として説明する。ここで、説明の便宜上、４つの供給口１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄのみ特に付番する。
【００４０】
インクジェットヘッド１０'では、左右各半分において、図中Ｙ方向に並んだ２つの供給口（例えば、供給口１５ａと１５ｂ）から供給された液体が、それぞれ独立した流路によって接続された、同一の第２の液体貯留部に流入する。この様子を図５（Ｂ）および図５（Ｃ）を用いて説明する。まず、図５（Ｂ）に示されるように、供給口１５ａは、流路１３ａによって第２の液体貯留部であるリザーバ１７ａに接続されており、供給口１５ｄは、流路１３ｄによってリザーバ１７ｂに接続されている。一方図５（Ｃ）に示されるように、供給口１５ｂは流路１３ｂによってリザーバ１７ａに、供給口１５ｃは流路１３ｃによってリザーバ１７ｂに接続されている。リザーバ１７ａ、１７ｂは、それぞれ流路１８ａ、１８ｂによってヘッドチップ２０内に設けられた加圧室２２ａ、２２ｂに接続され、加圧室２２ａ、２２ｂは、それぞれノズル孔２６ａ、２６ｂに通じている。
【００４１】
このようなインクジェットヘッド１０'は、貫通孔や溝を設けた基板３０'、およびインクジェットヘッド１０を構成する基板と同一の基板３１〜３５を積層し、さらに基板３０‘の貫通孔に供給口１５を取り付け、図３に示されたヘッドチップ２０を接着することによって形成することができる。基板３１〜３５は、すでに説明したインクジェットヘッド１０に使用されるものと同様のため、説明を省略し、基板３０’の概略平面図のみ図６に示す。基板３０’には、貫通孔４０’が３２個形成されている。貫通孔４０’の下端は基板３１の貫通孔４１に接続する。貫通孔４０’は、図６または図５（Ｂ）に示されるように所定の深さまで大きな内径を有し、ここに供給口１５が嵌合される。
【００４２】
供給口１５は、アクリル、塩化ビニル、ポリカーボネート等の樹脂で形成することが好ましいが、ガラス、金属等であってもよい。供給口１５の内側表面は親液性に処理しておくことが好ましく、これによって、供給口１５の内部に試料溶液を吸い上げやすくなる。表面に親水性を付与する方法としては、親水性でかつ生体分子に親和性の高いポリマーをコートする方法がある。そのようなポリマーの例としては、ヒドロキシエチルメタクリレート、Ｎ−ビニルピロリドン、ジメチルアクリルアミド、グリセロールメタクリレート、ポリエチレングリコールメタクリレートなどがある。
【００４３】
最後に、インクジェットヘッド１０と同様にヘッドチップ（図３参照）を基板３５の中央に接着して、インクジェットヘッド１０'が完成する。
（液滴吐出装置）
次に、図７に、本発明に係る液滴吐出装置の一例として、マイクロアレイ製造装置２００の構成例を説明する図を示す。マイクロアレイ製造装置２００は、上述した本発明に係るインクジェットヘッド１０'を装着して用いるのに適している。
【００４４】
マイクロアレイ製造装置２００は、ガラス等の基板２０２上に生体分子を含む試料溶液の液滴を複数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２０６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２０８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２１０と、インクジェットヘッド１０'のノズル形成面に密着し、ノズルから吸引可能な吸引ユニット（吸引手段）２１２と、固定手段２１０および吸引ユニット２１２をＺ方向に自在に移動させるためのＺ方向駆動軸２０７と、をも備えている。
【００４５】
ここで図８に、インクジェットヘッド１０'を固定する場合を例にとって、固定手段２１０を図７における右方向から見た模式図を示す。インクジェットヘッド１０'は固定手段２１０に、回転軸２１６によって固定され、この回転軸を中心として、インクジェットヘッド１０'のみを鉛直方向を含む面内で回転させることが可能となっている。図８（Ａ）は、インクジェットヘッド１０'がノズルを下方に向けて固定されている状態を示し、図８（Ｂ）は、ノズルを上方に向けるよう回転させている途中の状態を示す。ノズルが上方または下方を向き、インクジェットヘッド１０'の基板が水平になった状態（例えば図８（Ａ）に示す状態）で、インクジェットヘッド１０'は固定手段２１０に留め具等により固定することができる。
（液体混合方法）
図９は、本発明に係る液体混合方法を説明する工程図である。ここでは、インクジェットヘッド１０'を図７に示す液滴吐出装置２００に装着して使用することを想定して説明する。図９（Ａ）および（Ｂ）は図５（Ａ）におけるＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿った断面図を、図９（Ｃ）は図５のＩＶＣ−ＩＶＣ線に沿って切断した断面図を示す。
【００４６】
まず図９（Ａ）に示すように、インクジェットヘッド１０'を固定手段２１０に固定する。次に、図９（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、固定手段２１０を回転させることによってインクジェットヘッド１０'を上下反転させ、ノズル孔が上方を向き、供給口１５が下方を向くように固定する。続いて、Ｘ方向駆動軸およびＹ方向駆動軸を作動させて、インクジェットヘッド１０'を試料溶液が準備されたマイクロタイタープレート９０の上方に移動さ、Ｚ方向駆動軸を作動させることによって、インクジェットヘッド１０'の供給口１５をそれぞれマイクロタイタープレート９０の各ウェル中の液体に浸漬させる。続いて、吸引手段２１２をインクジェットヘッド１０'のノズル孔形成面に、ノズル孔２６を覆うように密着させ、作動させる。吸引手段２１２は、気液分離フィルター２１３を備えており、吸引手段２１２をノズル形成面に密着させると、気液分離フィルター２１３はノズル孔２６を封止する。気液分離フィルター２１３は気体のみ透過させ、液体は透過させないため、吸引によってノズル孔先端に到達した液体はノズル孔２６外までは流出しない。一定時間吸引することによって、供給口１５の液体は、流路１３の長さに依存して所定の量、リザーバ１７に流入する。
【００４７】
吸引によって、供給口１５ａおよび１６ｂから吸い上げられた液体は、勢いよくリザーバ１７ａ、１７ｂに流入し、混合される。微細な流路１３ａおよび１３ｂから微少量ずつ流入することと、吸引により流入する速度が増加することによって、各液体は分離することなく十分に混合される。そして、リザーバ１７からは一様となった液体が加圧室２２に流入し、ノズル孔先端に到達する
この状態で、再度固定手段２１２によってインクジェットヘッド１０'の上下を反転させて固定しＺ方向駆動軸を作動させてインクジェットヘッド１０'を上昇させ、Ｘ方向駆動軸およびＹ方向駆動軸を作動させてインクジェットヘッド１０'を吐出すべき基板等の上方に移動させる。再びＺ方向駆動軸を作動させて、インクジェットヘッド１０'を適当な高さに固定し、加圧室２２の加圧手段を作動させることによって、所望の位置に所望の混合液体を吐出することができる。
【００４８】
このように、本実施形態に係る液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、および液体混合方法によれば、予め混合液体を準備することなく、液滴吐出ヘッドの供給口を試料液体に浸漬させてノズル孔から吸引するだけで、混合液体を迅速かつ容易に調製することができる。また、第１の液体貯留部と第２の液体貯留部を接続する流路の長さを異ならせることにより、第２の液体貯留部に流入する液体の量を調節して、混合比率を制御することも可能である。
【００４９】
以上のように、本発明に係る液体回収方法によれば、混合液体を容易に調製して吐出することができるので、一連の倍率の希釈溶液や、種々の混合条件の試料液体を、予め調製することなく迅速に作製することができる。
【００５０】
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、種々に変更して実施することが可能である。例えば、液体貯留部の数や配置は限定されず、目的に応じて変更できる。また、加圧手段は、静電駆動方式、圧電駆動方式のいずれであってもよい。さらに、液体の混合比は、上述の実施形態のように流路の長さを変更してもよいし、流路の直径を変化させることによって変更することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略図である。
【図２】図１に示される液滴吐出ヘッドを構成する基板の平面図である。
【図３】ヘッドチップの構成を示す概略断面図である。
【図４】本発明に係る液体混合方法を工程を示す説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略図である。
【図６】図５に示される液滴吐出ヘッドを構成する基板の１枚の平面図である。
【図７】本発明に係る液滴吐出装置の一例を示す概略斜視図である。
【図８】図７に示される液滴吐出装置の固定手段を示す概略図である。
【図９】本発明に係る液体混合方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０…液滴吐出ヘッド、１２…ノズル孔形成面、１３、１８…流路、１５…供給口、１６…リザーバ（第１の液滴貯留部）、１７…リザーバ（第２の液体貯留部）、２０…ヘッドチップ、２２…加圧室、２６…ノズル孔、３１〜３５…基板、４０、４１、４３、４４…貫通孔、５０…吸引手段、５２…気液分離フィルター、１０８…電極、１０９…振動板、１２１、１２２、１２３…基板、２００…液滴吐出装置、２１０…固定手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２種以上の液体を混合して吐出可能な液滴吐出ヘッドであって、
液体を供給するための供給口を備える第１の液体貯留部と、
２以上の前記第１の液体貯留部とそれぞれ独立した流路により接続された第２の液体貯留部と、
前記第２の液体貯留部と流路により接続され、加圧手段を有する加圧室と、
前記加圧室で加圧された液体が吐出されるノズル孔と、を有する液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記２以上の第１の液体貯留部と前記第２の液体貯留部とを接続する流路は、それぞれ異なる長さを有し、
より長い流路によって前記第２の液体貯留部に接続された前記第１の液体貯留部に収容された液体ほど、吐出される混合液体中に含まれる量がより少なくなることを特徴とする、請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記２以上の第１の液体貯留部と前記第２の液体貯留部とを接続する流路は、それぞれ異なる太さを有し、
より細い流路によって前記第２の液体貯留部に接続された前記第１の液体貯留部に収容された液体ほど、吐出される混合液体中に含まれる量がより少なくなることを特徴とする、請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記供給口が、前記ノズル孔が形成された主面に対向する主面から突出するように設けられていることを特徴とする、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】
前記供給口と前記液体貯留部が一体的にチューブ状に形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項４または５に記載の液滴吐出ヘッドを装着して用いる液滴吐出装置であって、
前記液滴吐出ヘッドを固定するための固定手段と、
前記液滴吐出ヘッドの前記ノズル孔を覆うように、前記ノズル孔が形成された主面に密着し、前記液滴吐出ヘッド内の気体または液体を該ノズルから吸引可能な吸引手段と、を備える液滴吐出装置。
【請求項７】
前記固定手段が、前記液滴吐出ヘッドを、鉛直方向を含む面内で回転させることが可能であることを特徴とする、請求項６に記載の液滴吐出装置。
【請求項８】
請求項１から５のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドを用いて、液体を混合する方法であって、
前記第１の液体貯留部に、混合すべき液体を供給口から供給する工程と、
前記液滴吐出ヘッドの前記ノズル孔から吸引し、前記液体をノズル孔先端まで充填させる工程と、
前記加圧室の加圧手段を作動させ、前記液体を吐出する工程と、を含む液体混合方法。
【請求項１】
２種以上の液体を混合して吐出可能な液滴吐出ヘッドであって、
液体を供給するための供給口を備える第１の液体貯留部と、
２以上の前記第１の液体貯留部とそれぞれ独立した流路により接続された第２の液体貯留部と、
前記第２の液体貯留部と流路により接続され、加圧手段を有する加圧室と、
前記加圧室で加圧された液体が吐出されるノズル孔と、を有する液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記２以上の第１の液体貯留部と前記第２の液体貯留部とを接続する流路は、それぞれ異なる長さを有し、
より長い流路によって前記第２の液体貯留部に接続された前記第１の液体貯留部に収容された液体ほど、吐出される混合液体中に含まれる量がより少なくなることを特徴とする、請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記２以上の第１の液体貯留部と前記第２の液体貯留部とを接続する流路は、それぞれ異なる太さを有し、
より細い流路によって前記第２の液体貯留部に接続された前記第１の液体貯留部に収容された液体ほど、吐出される混合液体中に含まれる量がより少なくなることを特徴とする、請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記供給口が、前記ノズル孔が形成された主面に対向する主面から突出するように設けられていることを特徴とする、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】
前記供給口と前記液体貯留部が一体的にチューブ状に形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項４または５に記載の液滴吐出ヘッドを装着して用いる液滴吐出装置であって、
前記液滴吐出ヘッドを固定するための固定手段と、
前記液滴吐出ヘッドの前記ノズル孔を覆うように、前記ノズル孔が形成された主面に密着し、前記液滴吐出ヘッド内の気体または液体を該ノズルから吸引可能な吸引手段と、を備える液滴吐出装置。
【請求項７】
前記固定手段が、前記液滴吐出ヘッドを、鉛直方向を含む面内で回転させることが可能であることを特徴とする、請求項６に記載の液滴吐出装置。
【請求項８】
請求項１から５のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドを用いて、液体を混合する方法であって、
前記第１の液体貯留部に、混合すべき液体を供給口から供給する工程と、
前記液滴吐出ヘッドの前記ノズル孔から吸引し、前記液体をノズル孔先端まで充填させる工程と、
前記加圧室の加圧手段を作動させ、前記液体を吐出する工程と、を含む液体混合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−３２３８（Ｐ２００７−３２３８Ａ）
【公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１８１１１１（Ｐ２００５−１８１１１１）
【出願日】平成１７年６月２１日（２００５．６．２１）
【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１月１１日（２００７．１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２１日（２００５．６．２１）
【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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