液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置
【課題】例えば、多種の液体を取り扱う場合でも、確実に液体から脱泡し得る液滴吐出ヘッド、および、かかる液滴吐出ヘッドを備え、高精度で液滴吐出可能な液滴吐出装置を提供すること。
【解決手段】液滴吐出ヘッド１は、複数の流路２０１が形成された流路基板２と、流路基板２に固定され、各流路２０１にそれぞれ連通する複数の圧力室を備え、各圧力室に供給された液体を液滴として吐出するヘッドチップ４と、液体を収納する複数の収納空間３１を備え、各収納空間３１と対応する各流路２０１との連通を許容しない第１の位置と、これらの連通を許容する第２の位置とに、流路基板２に対して変位可能に設けられた液体収納部３とを有する。
【解決手段】液滴吐出ヘッド１は、複数の流路２０１が形成された流路基板２と、流路基板２に固定され、各流路２０１にそれぞれ連通する複数の圧力室を備え、各圧力室に供給された液体を液滴として吐出するヘッドチップ４と、液体を収納する複数の収納空間３１を備え、各収納空間３１と対応する各流路２０１との連通を許容しない第１の位置と、これらの連通を許容する第２の位置とに、流路基板２に対して変位可能に設けられた液体収納部３とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液滴装置は、ヘッドチップ（液滴吐出部）を備える液滴吐出ヘッド有し、この液滴吐出ヘッドを移動操作して、記録用紙や基板等に複数の液滴を着弾させる。
このような液滴吐出装置において液滴の吐出不良が生じる原因の一つとして、ヘッドチップ内への気泡の侵入が挙げられる。また、ヘッドチップ内に気泡が侵入すると、この気泡を取り除くのは極めて困難である。
【０００３】
かかる問題を解決すべく、液滴として吐出する液体を液滴吐出ヘッドに供給する前に、液体からの脱泡を行う機構を備えた液滴吐出装置（液滴付与装置）が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
ところが、特許文献１に記載の装置では、供給する液体から一括してしか脱泡をおこなうことができない。
かかる構成を、例えば、マイクロアレイを作製する装置のように、多種少量の液体を取り扱う装置に適用しても、複数種の液体から効率よく脱泡するのが困難である。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２５１６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、例えば、多種の液体を取り扱う場合でも、確実に液体から脱泡し得る液滴吐出ヘッド、および、かかる液滴吐出ヘッドを備え、高精度で液滴吐出可能な液滴吐出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の液滴吐出ヘッドは、複数の流路が形成された基部と、
該基部に固定され、前記各流路にそれぞれ連通する複数の圧力室を備え、該各圧力室に供給された液体を液滴として吐出する液滴吐出部と、
前記液体を収納し、前記各流路に対応する複数の収納空間を備え、該各収納空間と対応する前記各流路との連通を許容しない第１の位置と、これらの連通を許容する第２の位置とに、前記基部に対して相対的に変位可能に設けられた液体収納部とを有することを特徴とする。
これにより、例えば、多種の液体を取り扱う場合でも、確実に液体から脱泡し得る。
【０００７】
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記液体収納部は、前記基部に対して相対的にスライド可能に設けられていることが好ましい。
これにより、液体収納部の第１の位置から第２の位置への移動操作を比較的容易にできるため、液滴吐出装置を構築する際の移動操作機構の簡略化を図ることができる。
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記基部は、平板状をなしており、
前記液滴吐出部と前記液体収納部とは、前記基部を介して反対側に設けられていることが好ましい。
このように、基部、液体収納部および液滴吐出部を積層することにより、液滴吐出ヘッドの小型化を図ることができる。
【０００８】
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記流路の前記液滴吐出部と反対側の開口は、行列状に配置されていることが好ましい。
このような規則的な配置とすることにより、各収納空間に液体を供給する際に、分注装置を用いる場合には、特にその操作性を向上させることができる。
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記各流路と対応する前記各収納空間との連通は、ほぼ同時に行われることが好ましい。
これにより、液滴吐出装置を構築する際の移動操作機構の簡略化を図ることができる。
【０００９】
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記液体収納部と前記基部との間の気密性を確保する機能を有する封止材を有することが好ましい。
これにより、液体の脱泡を行う場合には、この操作を確実に行うことができる。
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記液体収納部を前記第２の位置に固定する固定手段を有することが好ましい。
これにより、不本意に、液体収納部が流路基板から脱落するのを確実に防止することができる。
【００１０】
本発明の液滴吐出装置は、本発明の液滴吐出ヘッドと、
前記液体収納部を前記第２の位置とした状態で、前記各収納空間を覆うことにより閉空間を形成するキャップと、前記閉空間を減圧する減圧手段とを備える減圧機構とを有することを特徴とする。
これにより、高精度の液滴吐出が可能となる。
【００１１】
本発明の液滴吐出装置では、前記液体収納部を前記第２の位置とした状態で、前記各収納空間にそれぞれ前記液体を供給した後、前記各収納空間を前記キャップで覆うことにより前記閉空間を形成し、
次いで、前記減圧手段により前記閉空間を減圧することにより、前記液体の脱泡を行うよう構成されていることが好ましい。
これにより、液体の脱泡を確実に行うことができる。
【００１２】
本発明の液滴吐出装置では、前記液体として、複数種のものを用いることが好ましい。
本発明は、各種用途の液滴吐出装置に適用し得るが、特に、複数種の液体を用いる装置へ好適に適用される。
本発明の液滴吐出装置では、前記液体として、生物由来物質を含む液体を用いることが好ましい。
本発明は、各種用途の液滴吐出装置に適用し得るが、特に、生体由来物質を含む液体を用いる装置へ好適に適用される。
本発明の液滴吐出装置では、当該液滴吐出装置は、マイクロアレイ作製装置であることが好ましい。
本発明は、各種用途の液滴吐出装置に適用し得るが、特に、マイクロアレイ作製装置へ好適に適用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の液滴吐出ヘッドを示す図（平面図および側面図）、図２は、図１に示す液滴吐出ヘッドの断面図（液体収納部が第１の位置にある状態を示す）、図３は、図１に示す液滴吐出ヘッドの断面図（液体収納部が第２の位置にある状態を示す）、図４は、図１に液滴吐出ヘッドの流路基板の分解図（平面図）である。
【００１４】
なお、図２および図３中（ａ）は、図１中のＡ−Ａ線断面図を、図２および図３中（ｂ）は、図１中Ｂ−Ｂ線断面図を示す。
また、以下では、図１および図４中、紙面手前側を「上」または「上方」、紙面奥側を「下」または「下方」として、また、図２および図３中、上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」として説明する。
【００１５】
各図に示す液滴吐出ヘッド１は、流路２０１が形成された流路基板（基部）２と、流路基板２上に設けられた液体収納部３と、流路基板２の下面に接合されたヘッドチップ（液滴吐出部）４とを備え、液体収納部３に収納された液体を流路２０１を介してヘッドチップ４に供給し、液体を液滴吐出部４から液滴として吐出する。
図１〜図４に示すように、流路基板２は、上基板２１と、この上基板２１に接合された下基板（再配置流路基板）２２とで構成され、全体形状として直方体形状（四角い平板状）をなしている。
【００１６】
上基板２１には、その厚さ方向に貫通する貫通孔２１１が複数形成されている。一方、下基板２２には、図４に示すように、平面視において複雑な形状の溝２２１が複数形成され、各溝２２１は、それぞれ、下基板２２の中央部において、その一端が下基板２２の下面に開放している。
上基板２１に下基板２２を接合した状態で、各溝２２１は、それぞれ、その他端において貫通孔２１１に連通するとともに、その上側開口が上基板２１により塞がれ、これにより、流路２０１が画成されている。
【００１７】
なお、上基板２１と下基板２２との接合方法は、例えば、熱圧着や接着剤による接着等の方法を用いることができる。
この流路２０１の上側開口（後述するヘッドチップ４と反対側の開口）は、行列状に配置されている。後述するが、各流路２０１にそれぞれ対応して設けられる収納空間３１も同様である。このような規則的な配置とすることにより、各収納空間３１に液体を供給する際に、分注装置を用いる場合には、特にその操作性を向上させることができる。
【００１８】
また、上基板２１の上側縁部には、２つの長辺および１つの短辺に沿って凸条（リブ）２１２がコ字状に形成されている。そして、２つの長辺に沿って設けられた凸条２１２には、それらの対向する面にそれぞれ溝（ガイド部）２１３が形成されている。
これらの溝２１３には、それぞれ、液体収納部３の側面下方に突出形成されたレール部３４が挿入される。
【００１９】
流路基板２上には、液体収納部３が移動可能に設けられている。
この液体収納部３は、平板状（直方体状）をなし、前記流路２０１に対応する複数の収納空間３１が形成されている。各収納空間３１は、それぞれ、液体収納部３の厚さ方向に貫通して形成された貫通孔で構成され、その下側開口が、後述する液体収納部３が第１の位置にある状態で、流路基板２により塞がれることにより、液体が収納可能となる。
【００２０】
また、液体収納部３には、その長手方向に沿って、一対のレール部３４が設けられている。各レール部３４は、それぞれ対向する側面の下方に突出形成されている。
これらのレール部３４が、それぞれ、流路基板２に形成された一対の溝２１３に挿入され、これにより、液体収納部３は、各収納空間３１と対応する各流路２０１との連通を許容しない第１の位置（図２に示す位置）と、これらの連通を許容する第２の位置（図３に示す位置）とに、流路基板２に対して相対的にスライド可能（変位可能）となっている。
【００２１】
図１〜図３に示すように、液体収納部３の上面には、その縁部に沿って、リング状（環状）の凸条（リブ）３２が形成されている。この凸条３２の内側に、後述する減圧機構１６が備えるキャップ１６１が装着される。
また、図２および図３に示すように、液体収納部３の下面には、その縁部に沿って、リング状（環状）の溝（凹部）３３が形成されている。そして、溝３３内にシールリング（封止材）５が装着されており、このシールリング５が溝３３の内面および流路基板２の上面に密着することにより、液体収納部３と流路基板２との間の気密性（液密性）が確保されている。
【００２２】
このシールリング５は、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、ヒドリンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性材料で構成することができる。
このような液体収納部３および前記流路基板２（上基板２１、下基板２２）の構成材料としては、それぞれ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等のポリオレフィン、環状ポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、ポリ−（４−メチルペンテン−１）、アイオノマー、アクリル系樹脂、ポリメチルメタクリレート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリオキシメチレン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリシクロヘキサンテレフタレート（ＰＣＴ）等のポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリフェニレンオキシド、変性ポリフェニレンオキシド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、芳香族ポリエステル（液晶ポリマー）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、その他フッ素系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタン等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイのような各種樹脂材料、各種ガラス材料、各種金属または金属酸化物材料等が挙げられる。
【００２３】
収納空間３１、貫通孔２１１、溝２２１は、例えば、各部材を射出成形により製造する際に型に対応する形状を形成しておく方法、ドライエッチング、ウェットエッチング、ブラスト加工等の方法により形成することができる。
また、流路基板２の上面には、凸部６１が形成され、一方、液体収納部３の下面には、凸部６１に係合する凹部６２が形成されている。液体収納部３が第１の位置から第２の位置に至ると、凸部６１が凹部６２に係合し、液体収納部３が流路基板２に対して固定される。
すなわち、凸部６１と凹部６２とにより、液体収納部３を第２の位置に固定する固定手段が構成される。
このような固定手段を設けることにより、不本意に、液体収納部３が流路基板２から脱落するのを確実に防止することができる。
【００２４】
なお、液体収納部３は、流路基板２に対してスライドさせる他、例えば回転させることにより、第１の位置から第２の位置に変位するよう構成することもできる。ただし、スライド式にすることにより、液体収納部３の第１の位置から第２の位置への移動操作を比較的容易にできるため、液滴吐出装置を構築する際の移動操作機構の簡略化を図ることができる。
【００２５】
また、本実施形態では、各流路２０１と対応する各収納空間３１との連通がほぼ同時に行われるよう構成されているが、液体収納部３が複数に分割され、分割された部分が互いに独立してスライド（変位）可能となっていてもよい。ただし、各流路２０１と対応する各収納空間３１との連通がほぼ同時に行われるよう構成することにより、液滴吐出装置を構築する際の移動操作機構の簡略化を図ることができる。
【００２６】
一方、流路基板２の下面（流路基板２を介して液体収納部３と反対側）には、ヘッドチップ４が固定されている。
このように、流路基板２、液体収納部３およびヘッドチップ４を積層することにより、液滴吐出ヘッド１の小型化を図ることができる。
このヘッドチップ４は、複数の圧力室を備え、各圧力室に供給された液体を液滴として吐出するものである。なお、液滴の吐出方法としては、例えば、圧電素子の作動により圧力室の容積を変化させる方法（インクジェット方式）、ペルチェ素子（加熱手段）の作動により圧力室内に気泡を生じさせる方法（バブルジェット方式（バブルジェットは登録商標））、静電気力により圧力室の容積を変化させる方法（静電駆動方式）等のいかなる方法であってもよい。
ヘッドチップ４が備える各圧力室には、それぞれ、１つの流路２０１が連通している。これにより、液体収納部３を第２の位置とした状態で、各収納空間３１内に収納された液体は、それぞれ、対応する流路２０１を介して、ヘッドチップ４の対応する圧力室に供給される。
【００２７】
次に、このような液滴吐出ヘッド１を備える液滴吐出装置について説明する。
以下では、この本発明の液滴吐出装置をマイクロアレイ作製装置に適用した場合を代表に説明する。
図５は、本発明の液滴吐出装置を適用したマイクロアレイ作製装置を示す斜視図、図６は、図５に示すマイクロアレイ作製装置が備える脱泡用の減圧機構の構成を示す模式図（縦断面図）である。
【００２８】
なお、以下では、図５中、左右方向をＸ軸方向、紙面斜め前後方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向として説明する。
図５に示すマイクロアレイ作製装置１０は、基台１１、液滴吐出ヘッド１を保持し、Ｘ軸方向に往復移動するＸ軸方向移動機構１２と、基板１５を載置するテーブル１３と、テーブル１３を保持し、Ｙ軸方向に往復移動するＹ軸方向移動機構１４と、脱泡用の減圧機構１６と、液体充填用の減圧機構１７と、各部の駆動を制御する制御部１８とを備えている。
【００２９】
２つの減圧機構１６および１７は、それぞれ、液滴吐出ヘッド１の格納位置（ホームポジション）に設けられており、図示しないＺ軸方向移動機構により、液滴吐出ヘッド１に接近および離間可能となっている。
Ｘ軸方向移動機構１２、Ｙ軸方向移動機構１４およびＺ軸方向移動機構は、それぞれ、例えば、タイミングベルト機構やボールネジ機構等を用いて数値制御方式等により移動させ得るよう構成されている。
【００３０】
また、液滴吐出ヘッド１は、流路基板２がＸ軸方向移動機構１４の端部に固定・保持されている。
また、基台１１には、減圧機構１７の側部に、液滴吐出ヘッド１の液体収納部３と当接し得る当接板１９が設けられている。
ここで、減圧機構１６、１７について説明する。なお、減圧機構１６、１７の構成は、ほぼ同様であるので、減圧機構１６を代表に説明する。
【００３１】
図６に示す減圧機構１６は、キャップ１６１と、ポンプ（減圧手段）１６２と、キャップ１６１とポンプ１６２とを接続するチューブ１６３とで構成されている。
キャップ１６１は、液滴吐出ヘッド１（液体収納部３）の収納空間３１を覆って、閉空間１６４を画成するものであり、この閉空間１６４がポンプ１６３により減圧される。
キャップ１６１は、有底筒状の部材で構成されている。キャップ１６１は、例えば、前述したような弾性材料で構成することができる。
【００３２】
キャップ１６１を弾性材料で構成することにより、液滴吐出ヘッド１の液体収納部３の上面と密着させることが可能となり、閉空間１６４の気密性を向上させることができる。
なお、キャップ１６１を硬質部材で構成し、キャップ１６１の開口縁部に、前述したシールリング５と同様のシールリングを設けるようにしてもよい。
このキャップ１６１には、チューブ１６３を介して、例えば、減圧ポンプ、チューブポンプ等で構成されるポンプ１６２が接続されている。
なお、チューブ１６３は、キャップ１６１と一体形成されていても、別体であってもよい。
【００３３】
以上のようなマイクロアレイ作製装置１０では、プローブ（生体由来物質）を含有す液体を液滴吐出ヘッド１から液滴として吐出し、基板１５に着弾させてマイクロアレイを作製する。
まず、プローブを含有する液体および基板１５について説明する。
プローブには、例えば血液、尿、唾液、髄液のような生体サンプル（検査対象物）に含まれる標的物質（ターゲット）を捕捉し得る物質を用いることができる。
【００３４】
例えば、ターゲットがＤＮＡやＲＮＡのような核酸である場合には、プローブとしては、これらの核酸とハイブリダイゼーション（相補的に結合）する核酸やヌクレオチド（オリゴヌクレオチド）等を用いることができる。このような核酸としては、例えばｃＤＮＡやＰＣＲ産物等が用いられる。
また、これらの核酸およびオリゴヌクレオチドは、それぞれ、一部が他原子により置換されたものであってもよく、蛍光分子等の標識が導入されたものであってもよい。
【００３５】
また、ターゲットが特定のタンパク質である場合には、プローブとしては、このタンパク質を特異的に捕捉（例えば、吸着、結合等）するもの等が用いられる。
具体的には、抗原、抗体、レセプター、酵素等のタンパク質、ペプチド（オリゴペプチド）が挙げられる。
また、これらのタンパク質およびペプチドは、それぞれ、一部が他原子により置換されたものであってもよく、蛍光分子等の標識が導入されたものであってもよい。
【００３６】
なお、プローブとしてタンパク質を使用する場合、このプローブとなるタンパク質を表面に発現した細胞（生細胞）を液体に混合してもよい。
液体の調製に用いる媒質（溶媒または分散媒）としては、プローブの種類に応じて適宜選択され、特に限定されないが、前述したようなプローブの場合には、例えば水や各種緩衝液等が好適に用いられる。
【００３７】
この媒質には、粘度や表面張力等を制御する各種添加剤が添加されていてもよい。このような添加剤としては、単価アルコール、多価アルコール、界面活性剤等が挙げられる。
液体の粘度は、１〜１０ｃｐｓ程度であるのが好ましく、２〜５ｃｐｓ程度であるのがより好ましい。また、液体の表面張力は、１０〜６０ｍＮ／ｍ程度であるのが好ましく、２０〜４０ｍＮ／ｍ程度であるのがより好ましい。
【００３８】
基板１５としては、特に限定されないが、例えば、ガラス、シリコン、金属（例えば金、銀、銅、アルミニユウム、白金等）、金属酸化物（例えばＳｒＴｉＯ３、ＬａＡｌＯ３、ＮｄＧａＯ３、ＺｒＯ２、酸化ケイ素等）、樹脂（例えばポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート）等よりなる基板を用いることができる。
また、基板１５は、１種類の材料で構成されたもの（単層基板）でもよく、複数種の材料を組み合わせたもの（例えば、複数層の積層基板等）であってもよい。
【００３９】
なお、基板１５としては、ガラス基板を用いるのが好適である。ガラス基板は、入手の容易さ、低コストであること等から好ましい。
また、基板１５には、必要に応じて、表面処理が施されていてもよい。表面処理としては、例えば、プローブを基板１５の表面に確実に固定するための処理（固相化処理）等が挙げられる。
【００４０】
固相化処理としては、プローブと共有結合またはイオン結合する官能基、例えばチオール基、アミノ基、イソシアネート基、クロライド基、エポキシ基等を導入する処理等が挙げられる。
基板１５としてガラス基板を用いる場合には、前記官能基は、これを有するカップリング剤（例えば、シラン系カップリング剤、ジルコニウム系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤等）で処理することにより導入することができる。
【００４１】
その他、固相化処理としては、プローブが核酸やヌクレオチドの場合、ポリ−Ｌ−リジンの被着、プラズマ重合膜の形成等の方法を用いるようにしてもよい。また、活性化エステルを基板１５に被着させる表面処理を行うとともに、プローブの末端（例えば、二重鎖ＤＮＡ断片のセンス鎖末端）をアミノ化するようにしてもよい。これにより、活性化エステルとアミノ基の共有結合を介してプローブが基板１５に強固に固定される。
一方、プローブがタンパク質やペプチドである場合、タンパク質とアミド結合を形成する活性基を、基板１５の表面に導入する表面処理等を行う。これにより、プローブを基板１５に強固に固定することができる。活性基としては、カルボニルイミダゾール基、エポキシ基等が挙げられる。
【００４２】
以下、マイクロアレイ作製装置１０によるマイクロアレイの作製方法（作用）について、図５および図７を参照しつつ説明する。
図７は、マイクロアレイの作製方法を説明するための図である。
【００４３】
［１］ まず、液体収納部３を第１の位置とし、この状態で、液滴吐出ヘッド１の各収納空間３１に所定の液体７を供給する（図７（ａ）参照。）。
液体７の供給方法は、特に限定されず、例えば、ピペットを用いた手法により、各収納空間３１にそれぞれ液体７を供給してもよく、分注装置を用いて複数の収納空間３１に一括して液体７を供給するようにしてもよい。
【００４４】
［２］ 次に、液滴吐出ヘッド１（流路基板２）をＸ軸方向移動機構１２の端部に固定する。
［３］ 次に、液滴吐出ヘッド１を格納位置に移動させ、脱泡用の減圧機構１６を下降させる。これにより、減圧機構１６のキャップ１６１が、液滴吐出ヘッド１の液体収納部３に密着し、各収納空間３１がキャップ１６１で覆われ、閉空間１６４が形成される（図７（ｂ）参照。）。
【００４５】
この状態で、ポンプ１６２により閉空間１６４を減圧する。これにより、各収納空間３１内に収納された液体７から空気が除去（脱泡）される。
このとき、液体収納部３と流路基板２との間の気密性がシールリング５により確保されているため、液体７の脱泡を確実に行うことができる。
マイクロアレイ作製装置１０では、液体７として複数種のもの（異なる生体由来物質を含む液体）が用いられるが、かかる構成によれば、複数種の液体７から一括して脱泡を行うことができるので作業性に優れ、マイクロアレイの製造時間の短縮、製造コストの削減を図ることができる。
【００４６】
［４］ 次に、減圧機構１６を上昇させ、液滴吐出ヘッド１を格納位置から基台１１の外側（図５および図７中、右側）に向かって、液滴吐出ヘッド１を移動させる。
液滴吐出ヘッド１を移動させると、液体収納部３が当接板１９に当接し、それ以上、基台１１の外側に移動するのが阻止される（図７（ｃ）参照。）。
さらに、Ｘ軸方向移動機構１２を、基台１１の外側に向かって移動させると、当接板１９により移動が阻止された液体収納部３に対して、流路基板２がスライドを開始する。これにより、液体収納部３が第１の位置から第２の位置に移動する（図７（ｄ）参照。）。
【００４７】
また、このとき、凸部６１が凹部６２に係合し、液体収納部３が流路基板２に対して固定される。
液体収納部３が第２の位置に至ると、収納空間３１と所定の流路２０１とが連通する。これにより、収納空間３１に収納された液体７は、流路２０１を流れて、ヘッドチップ４の所定の圧力室内に供給される。
【００４８】
［５］ 次に、減圧機構１７を上昇させる。これにより、減圧機構１７のキャップが、液滴吐出ヘッド１のヘッドチップ４または流路基板２に密着し、ヘッドチップ４の各ノズル孔がキャップで覆われ、閉空間が形成される。
この状態で、ポンプにより閉空間を減圧する。これにより、各ノズル孔に均一かつ確実に液体７が充填される。
【００４９】
［６］ 次に、減圧機構１７を下降させた後、液滴吐出ヘッド１とテーブル１３とを相対的にＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させ、液滴吐出ヘッド１から基板１５に液滴を吐出する。
これにより、基板１５上には、スポットが複数形成される。このスポットのスポット径は、１０〜３００μｍ程度であるのが好ましく、１５〜１５０μｍ程度であるのがより好ましい。
【００５０】
また、スポットの平面形状（基板１５の鉛直上方から見た形状）は、一般には円形形状とされるが、非円形形状であってもよい。この非円形形状としては、例えば、楕円形、十字型、記号、数字等が挙げられる。
基板１５上には、スポットを１種類の形状で形成してもよく、２種類以上の形状を組み合わせて形成するようにしてもよい。
非円形形状のスポットを形成する場合、このものは、マイクロアレイ上の特定位置を識別するための位置標識として用いてもよく、プローブの種類や、検査・解析の結果を示すための形状としてもよい。これにより、このマイクロアレイを用いる検査・解析が容易になる。
【００５１】
［７］ 次に、液体７のスポットが形成された基板１５を、必要に応じて、インキュベート（加温）するようにしてもよい。これにより、プローブを基板１５上により確実に定着（固定）させることができる。
インキュベートの方法としては、例えば、基板１５を加熱する方法、液体７を加熱する方法等を用いることができる。加熱の方法としては、例えば、ヒータによる加熱、レーザ光の照射、赤外線や電磁波の付与等のうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００５２】
インキュベートの温度は、２５〜４０℃程度が好ましい。また、インキュベートの時間も、特に限定されないが、前記温度範囲で行う場合には、３０分〜２４時間程度であるのが好ましい。
以上のような工程を経て、マイクロアレイが得られる。
このように、本発明によれば、液体同士が混ざり合うこと（コンタミネーション）を防止しつつ、各液体からの確実な脱泡や、各ノズル孔への確実な液体の充填等を行うことができ、その結果、高精度での液滴吐出が可能となる。
【００５３】
以上、本発明の液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、本発明の液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置の各部の構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、任意の構成のものを付加することもできる。
また、前記実施形態では、本発明の液滴吐出装置をマイクロアレイ作製装置に適用した場合を代表に説明したが、本発明の液滴吐出装置は、複数種のインクを吐出するプリンタに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の液滴吐出ヘッドを示す図（平面図および側面図）である。
【図２】図１に示す液滴吐出ヘッドの断面図（液体収納部が第１の位置にある状態を示す）である。
【図３】図１に示す液滴吐出ヘッドの断面図（液体収納部が第２の位置にある状態を示す）である。
【図４】図１に液滴吐出ヘッドの流路基板の分解図（平面図）である。
【図５】本発明の液滴吐出装置を適用したマイクロアレイ作製装置を示す斜視図である。
【図６】図５に示すマイクロアレイ作製装置が備える脱泡用の減圧機構の構成を示す模式図（縦断面図）である。
【図７】マイクロアレイの作製方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５５】
１……液滴吐出ヘッド ２……流路基板 ２０１……流路 ２１……上基板 ２１１……貫通孔 ２１２……凸条 ２１３……溝 ２２……下基板 ２２１……溝 ３……液体収納部 ３１……収納空間 ３２……凸条 ３３……溝 ３４……レール部 ４……ヘッドチップ ５……シールリング ６１……凸部 ６２……凹部 ７……液体 １０……マイクロアレイ作製装置 １１……基台 １２……Ｘ軸方向移動機構 １３……テーブル １４……Ｙ軸方向移動機構 １５……基板 １６、１７……減圧機構 １６１……キャップ １６２……ポンプ １６３……チューブ １６４……閉空間 １８……制御部 １９……当接板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液滴装置は、ヘッドチップ（液滴吐出部）を備える液滴吐出ヘッド有し、この液滴吐出ヘッドを移動操作して、記録用紙や基板等に複数の液滴を着弾させる。
このような液滴吐出装置において液滴の吐出不良が生じる原因の一つとして、ヘッドチップ内への気泡の侵入が挙げられる。また、ヘッドチップ内に気泡が侵入すると、この気泡を取り除くのは極めて困難である。
【０００３】
かかる問題を解決すべく、液滴として吐出する液体を液滴吐出ヘッドに供給する前に、液体からの脱泡を行う機構を備えた液滴吐出装置（液滴付与装置）が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
ところが、特許文献１に記載の装置では、供給する液体から一括してしか脱泡をおこなうことができない。
かかる構成を、例えば、マイクロアレイを作製する装置のように、多種少量の液体を取り扱う装置に適用しても、複数種の液体から効率よく脱泡するのが困難である。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２５１６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、例えば、多種の液体を取り扱う場合でも、確実に液体から脱泡し得る液滴吐出ヘッド、および、かかる液滴吐出ヘッドを備え、高精度で液滴吐出可能な液滴吐出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の液滴吐出ヘッドは、複数の流路が形成された基部と、
該基部に固定され、前記各流路にそれぞれ連通する複数の圧力室を備え、該各圧力室に供給された液体を液滴として吐出する液滴吐出部と、
前記液体を収納し、前記各流路に対応する複数の収納空間を備え、該各収納空間と対応する前記各流路との連通を許容しない第１の位置と、これらの連通を許容する第２の位置とに、前記基部に対して相対的に変位可能に設けられた液体収納部とを有することを特徴とする。
これにより、例えば、多種の液体を取り扱う場合でも、確実に液体から脱泡し得る。
【０００７】
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記液体収納部は、前記基部に対して相対的にスライド可能に設けられていることが好ましい。
これにより、液体収納部の第１の位置から第２の位置への移動操作を比較的容易にできるため、液滴吐出装置を構築する際の移動操作機構の簡略化を図ることができる。
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記基部は、平板状をなしており、
前記液滴吐出部と前記液体収納部とは、前記基部を介して反対側に設けられていることが好ましい。
このように、基部、液体収納部および液滴吐出部を積層することにより、液滴吐出ヘッドの小型化を図ることができる。
【０００８】
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記流路の前記液滴吐出部と反対側の開口は、行列状に配置されていることが好ましい。
このような規則的な配置とすることにより、各収納空間に液体を供給する際に、分注装置を用いる場合には、特にその操作性を向上させることができる。
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記各流路と対応する前記各収納空間との連通は、ほぼ同時に行われることが好ましい。
これにより、液滴吐出装置を構築する際の移動操作機構の簡略化を図ることができる。
【０００９】
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記液体収納部と前記基部との間の気密性を確保する機能を有する封止材を有することが好ましい。
これにより、液体の脱泡を行う場合には、この操作を確実に行うことができる。
本発明の液滴吐出ヘッドでは、前記液体収納部を前記第２の位置に固定する固定手段を有することが好ましい。
これにより、不本意に、液体収納部が流路基板から脱落するのを確実に防止することができる。
【００１０】
本発明の液滴吐出装置は、本発明の液滴吐出ヘッドと、
前記液体収納部を前記第２の位置とした状態で、前記各収納空間を覆うことにより閉空間を形成するキャップと、前記閉空間を減圧する減圧手段とを備える減圧機構とを有することを特徴とする。
これにより、高精度の液滴吐出が可能となる。
【００１１】
本発明の液滴吐出装置では、前記液体収納部を前記第２の位置とした状態で、前記各収納空間にそれぞれ前記液体を供給した後、前記各収納空間を前記キャップで覆うことにより前記閉空間を形成し、
次いで、前記減圧手段により前記閉空間を減圧することにより、前記液体の脱泡を行うよう構成されていることが好ましい。
これにより、液体の脱泡を確実に行うことができる。
【００１２】
本発明の液滴吐出装置では、前記液体として、複数種のものを用いることが好ましい。
本発明は、各種用途の液滴吐出装置に適用し得るが、特に、複数種の液体を用いる装置へ好適に適用される。
本発明の液滴吐出装置では、前記液体として、生物由来物質を含む液体を用いることが好ましい。
本発明は、各種用途の液滴吐出装置に適用し得るが、特に、生体由来物質を含む液体を用いる装置へ好適に適用される。
本発明の液滴吐出装置では、当該液滴吐出装置は、マイクロアレイ作製装置であることが好ましい。
本発明は、各種用途の液滴吐出装置に適用し得るが、特に、マイクロアレイ作製装置へ好適に適用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の液滴吐出ヘッドを示す図（平面図および側面図）、図２は、図１に示す液滴吐出ヘッドの断面図（液体収納部が第１の位置にある状態を示す）、図３は、図１に示す液滴吐出ヘッドの断面図（液体収納部が第２の位置にある状態を示す）、図４は、図１に液滴吐出ヘッドの流路基板の分解図（平面図）である。
【００１４】
なお、図２および図３中（ａ）は、図１中のＡ−Ａ線断面図を、図２および図３中（ｂ）は、図１中Ｂ−Ｂ線断面図を示す。
また、以下では、図１および図４中、紙面手前側を「上」または「上方」、紙面奥側を「下」または「下方」として、また、図２および図３中、上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」として説明する。
【００１５】
各図に示す液滴吐出ヘッド１は、流路２０１が形成された流路基板（基部）２と、流路基板２上に設けられた液体収納部３と、流路基板２の下面に接合されたヘッドチップ（液滴吐出部）４とを備え、液体収納部３に収納された液体を流路２０１を介してヘッドチップ４に供給し、液体を液滴吐出部４から液滴として吐出する。
図１〜図４に示すように、流路基板２は、上基板２１と、この上基板２１に接合された下基板（再配置流路基板）２２とで構成され、全体形状として直方体形状（四角い平板状）をなしている。
【００１６】
上基板２１には、その厚さ方向に貫通する貫通孔２１１が複数形成されている。一方、下基板２２には、図４に示すように、平面視において複雑な形状の溝２２１が複数形成され、各溝２２１は、それぞれ、下基板２２の中央部において、その一端が下基板２２の下面に開放している。
上基板２１に下基板２２を接合した状態で、各溝２２１は、それぞれ、その他端において貫通孔２１１に連通するとともに、その上側開口が上基板２１により塞がれ、これにより、流路２０１が画成されている。
【００１７】
なお、上基板２１と下基板２２との接合方法は、例えば、熱圧着や接着剤による接着等の方法を用いることができる。
この流路２０１の上側開口（後述するヘッドチップ４と反対側の開口）は、行列状に配置されている。後述するが、各流路２０１にそれぞれ対応して設けられる収納空間３１も同様である。このような規則的な配置とすることにより、各収納空間３１に液体を供給する際に、分注装置を用いる場合には、特にその操作性を向上させることができる。
【００１８】
また、上基板２１の上側縁部には、２つの長辺および１つの短辺に沿って凸条（リブ）２１２がコ字状に形成されている。そして、２つの長辺に沿って設けられた凸条２１２には、それらの対向する面にそれぞれ溝（ガイド部）２１３が形成されている。
これらの溝２１３には、それぞれ、液体収納部３の側面下方に突出形成されたレール部３４が挿入される。
【００１９】
流路基板２上には、液体収納部３が移動可能に設けられている。
この液体収納部３は、平板状（直方体状）をなし、前記流路２０１に対応する複数の収納空間３１が形成されている。各収納空間３１は、それぞれ、液体収納部３の厚さ方向に貫通して形成された貫通孔で構成され、その下側開口が、後述する液体収納部３が第１の位置にある状態で、流路基板２により塞がれることにより、液体が収納可能となる。
【００２０】
また、液体収納部３には、その長手方向に沿って、一対のレール部３４が設けられている。各レール部３４は、それぞれ対向する側面の下方に突出形成されている。
これらのレール部３４が、それぞれ、流路基板２に形成された一対の溝２１３に挿入され、これにより、液体収納部３は、各収納空間３１と対応する各流路２０１との連通を許容しない第１の位置（図２に示す位置）と、これらの連通を許容する第２の位置（図３に示す位置）とに、流路基板２に対して相対的にスライド可能（変位可能）となっている。
【００２１】
図１〜図３に示すように、液体収納部３の上面には、その縁部に沿って、リング状（環状）の凸条（リブ）３２が形成されている。この凸条３２の内側に、後述する減圧機構１６が備えるキャップ１６１が装着される。
また、図２および図３に示すように、液体収納部３の下面には、その縁部に沿って、リング状（環状）の溝（凹部）３３が形成されている。そして、溝３３内にシールリング（封止材）５が装着されており、このシールリング５が溝３３の内面および流路基板２の上面に密着することにより、液体収納部３と流路基板２との間の気密性（液密性）が確保されている。
【００２２】
このシールリング５は、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、ヒドリンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性材料で構成することができる。
このような液体収納部３および前記流路基板２（上基板２１、下基板２２）の構成材料としては、それぞれ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等のポリオレフィン、環状ポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、ポリ−（４−メチルペンテン−１）、アイオノマー、アクリル系樹脂、ポリメチルメタクリレート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリオキシメチレン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリシクロヘキサンテレフタレート（ＰＣＴ）等のポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリフェニレンオキシド、変性ポリフェニレンオキシド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、芳香族ポリエステル（液晶ポリマー）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、その他フッ素系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタン等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイのような各種樹脂材料、各種ガラス材料、各種金属または金属酸化物材料等が挙げられる。
【００２３】
収納空間３１、貫通孔２１１、溝２２１は、例えば、各部材を射出成形により製造する際に型に対応する形状を形成しておく方法、ドライエッチング、ウェットエッチング、ブラスト加工等の方法により形成することができる。
また、流路基板２の上面には、凸部６１が形成され、一方、液体収納部３の下面には、凸部６１に係合する凹部６２が形成されている。液体収納部３が第１の位置から第２の位置に至ると、凸部６１が凹部６２に係合し、液体収納部３が流路基板２に対して固定される。
すなわち、凸部６１と凹部６２とにより、液体収納部３を第２の位置に固定する固定手段が構成される。
このような固定手段を設けることにより、不本意に、液体収納部３が流路基板２から脱落するのを確実に防止することができる。
【００２４】
なお、液体収納部３は、流路基板２に対してスライドさせる他、例えば回転させることにより、第１の位置から第２の位置に変位するよう構成することもできる。ただし、スライド式にすることにより、液体収納部３の第１の位置から第２の位置への移動操作を比較的容易にできるため、液滴吐出装置を構築する際の移動操作機構の簡略化を図ることができる。
【００２５】
また、本実施形態では、各流路２０１と対応する各収納空間３１との連通がほぼ同時に行われるよう構成されているが、液体収納部３が複数に分割され、分割された部分が互いに独立してスライド（変位）可能となっていてもよい。ただし、各流路２０１と対応する各収納空間３１との連通がほぼ同時に行われるよう構成することにより、液滴吐出装置を構築する際の移動操作機構の簡略化を図ることができる。
【００２６】
一方、流路基板２の下面（流路基板２を介して液体収納部３と反対側）には、ヘッドチップ４が固定されている。
このように、流路基板２、液体収納部３およびヘッドチップ４を積層することにより、液滴吐出ヘッド１の小型化を図ることができる。
このヘッドチップ４は、複数の圧力室を備え、各圧力室に供給された液体を液滴として吐出するものである。なお、液滴の吐出方法としては、例えば、圧電素子の作動により圧力室の容積を変化させる方法（インクジェット方式）、ペルチェ素子（加熱手段）の作動により圧力室内に気泡を生じさせる方法（バブルジェット方式（バブルジェットは登録商標））、静電気力により圧力室の容積を変化させる方法（静電駆動方式）等のいかなる方法であってもよい。
ヘッドチップ４が備える各圧力室には、それぞれ、１つの流路２０１が連通している。これにより、液体収納部３を第２の位置とした状態で、各収納空間３１内に収納された液体は、それぞれ、対応する流路２０１を介して、ヘッドチップ４の対応する圧力室に供給される。
【００２７】
次に、このような液滴吐出ヘッド１を備える液滴吐出装置について説明する。
以下では、この本発明の液滴吐出装置をマイクロアレイ作製装置に適用した場合を代表に説明する。
図５は、本発明の液滴吐出装置を適用したマイクロアレイ作製装置を示す斜視図、図６は、図５に示すマイクロアレイ作製装置が備える脱泡用の減圧機構の構成を示す模式図（縦断面図）である。
【００２８】
なお、以下では、図５中、左右方向をＸ軸方向、紙面斜め前後方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向として説明する。
図５に示すマイクロアレイ作製装置１０は、基台１１、液滴吐出ヘッド１を保持し、Ｘ軸方向に往復移動するＸ軸方向移動機構１２と、基板１５を載置するテーブル１３と、テーブル１３を保持し、Ｙ軸方向に往復移動するＹ軸方向移動機構１４と、脱泡用の減圧機構１６と、液体充填用の減圧機構１７と、各部の駆動を制御する制御部１８とを備えている。
【００２９】
２つの減圧機構１６および１７は、それぞれ、液滴吐出ヘッド１の格納位置（ホームポジション）に設けられており、図示しないＺ軸方向移動機構により、液滴吐出ヘッド１に接近および離間可能となっている。
Ｘ軸方向移動機構１２、Ｙ軸方向移動機構１４およびＺ軸方向移動機構は、それぞれ、例えば、タイミングベルト機構やボールネジ機構等を用いて数値制御方式等により移動させ得るよう構成されている。
【００３０】
また、液滴吐出ヘッド１は、流路基板２がＸ軸方向移動機構１４の端部に固定・保持されている。
また、基台１１には、減圧機構１７の側部に、液滴吐出ヘッド１の液体収納部３と当接し得る当接板１９が設けられている。
ここで、減圧機構１６、１７について説明する。なお、減圧機構１６、１７の構成は、ほぼ同様であるので、減圧機構１６を代表に説明する。
【００３１】
図６に示す減圧機構１６は、キャップ１６１と、ポンプ（減圧手段）１６２と、キャップ１６１とポンプ１６２とを接続するチューブ１６３とで構成されている。
キャップ１６１は、液滴吐出ヘッド１（液体収納部３）の収納空間３１を覆って、閉空間１６４を画成するものであり、この閉空間１６４がポンプ１６３により減圧される。
キャップ１６１は、有底筒状の部材で構成されている。キャップ１６１は、例えば、前述したような弾性材料で構成することができる。
【００３２】
キャップ１６１を弾性材料で構成することにより、液滴吐出ヘッド１の液体収納部３の上面と密着させることが可能となり、閉空間１６４の気密性を向上させることができる。
なお、キャップ１６１を硬質部材で構成し、キャップ１６１の開口縁部に、前述したシールリング５と同様のシールリングを設けるようにしてもよい。
このキャップ１６１には、チューブ１６３を介して、例えば、減圧ポンプ、チューブポンプ等で構成されるポンプ１６２が接続されている。
なお、チューブ１６３は、キャップ１６１と一体形成されていても、別体であってもよい。
【００３３】
以上のようなマイクロアレイ作製装置１０では、プローブ（生体由来物質）を含有す液体を液滴吐出ヘッド１から液滴として吐出し、基板１５に着弾させてマイクロアレイを作製する。
まず、プローブを含有する液体および基板１５について説明する。
プローブには、例えば血液、尿、唾液、髄液のような生体サンプル（検査対象物）に含まれる標的物質（ターゲット）を捕捉し得る物質を用いることができる。
【００３４】
例えば、ターゲットがＤＮＡやＲＮＡのような核酸である場合には、プローブとしては、これらの核酸とハイブリダイゼーション（相補的に結合）する核酸やヌクレオチド（オリゴヌクレオチド）等を用いることができる。このような核酸としては、例えばｃＤＮＡやＰＣＲ産物等が用いられる。
また、これらの核酸およびオリゴヌクレオチドは、それぞれ、一部が他原子により置換されたものであってもよく、蛍光分子等の標識が導入されたものであってもよい。
【００３５】
また、ターゲットが特定のタンパク質である場合には、プローブとしては、このタンパク質を特異的に捕捉（例えば、吸着、結合等）するもの等が用いられる。
具体的には、抗原、抗体、レセプター、酵素等のタンパク質、ペプチド（オリゴペプチド）が挙げられる。
また、これらのタンパク質およびペプチドは、それぞれ、一部が他原子により置換されたものであってもよく、蛍光分子等の標識が導入されたものであってもよい。
【００３６】
なお、プローブとしてタンパク質を使用する場合、このプローブとなるタンパク質を表面に発現した細胞（生細胞）を液体に混合してもよい。
液体の調製に用いる媒質（溶媒または分散媒）としては、プローブの種類に応じて適宜選択され、特に限定されないが、前述したようなプローブの場合には、例えば水や各種緩衝液等が好適に用いられる。
【００３７】
この媒質には、粘度や表面張力等を制御する各種添加剤が添加されていてもよい。このような添加剤としては、単価アルコール、多価アルコール、界面活性剤等が挙げられる。
液体の粘度は、１〜１０ｃｐｓ程度であるのが好ましく、２〜５ｃｐｓ程度であるのがより好ましい。また、液体の表面張力は、１０〜６０ｍＮ／ｍ程度であるのが好ましく、２０〜４０ｍＮ／ｍ程度であるのがより好ましい。
【００３８】
基板１５としては、特に限定されないが、例えば、ガラス、シリコン、金属（例えば金、銀、銅、アルミニユウム、白金等）、金属酸化物（例えばＳｒＴｉＯ３、ＬａＡｌＯ３、ＮｄＧａＯ３、ＺｒＯ２、酸化ケイ素等）、樹脂（例えばポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート）等よりなる基板を用いることができる。
また、基板１５は、１種類の材料で構成されたもの（単層基板）でもよく、複数種の材料を組み合わせたもの（例えば、複数層の積層基板等）であってもよい。
【００３９】
なお、基板１５としては、ガラス基板を用いるのが好適である。ガラス基板は、入手の容易さ、低コストであること等から好ましい。
また、基板１５には、必要に応じて、表面処理が施されていてもよい。表面処理としては、例えば、プローブを基板１５の表面に確実に固定するための処理（固相化処理）等が挙げられる。
【００４０】
固相化処理としては、プローブと共有結合またはイオン結合する官能基、例えばチオール基、アミノ基、イソシアネート基、クロライド基、エポキシ基等を導入する処理等が挙げられる。
基板１５としてガラス基板を用いる場合には、前記官能基は、これを有するカップリング剤（例えば、シラン系カップリング剤、ジルコニウム系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤等）で処理することにより導入することができる。
【００４１】
その他、固相化処理としては、プローブが核酸やヌクレオチドの場合、ポリ−Ｌ−リジンの被着、プラズマ重合膜の形成等の方法を用いるようにしてもよい。また、活性化エステルを基板１５に被着させる表面処理を行うとともに、プローブの末端（例えば、二重鎖ＤＮＡ断片のセンス鎖末端）をアミノ化するようにしてもよい。これにより、活性化エステルとアミノ基の共有結合を介してプローブが基板１５に強固に固定される。
一方、プローブがタンパク質やペプチドである場合、タンパク質とアミド結合を形成する活性基を、基板１５の表面に導入する表面処理等を行う。これにより、プローブを基板１５に強固に固定することができる。活性基としては、カルボニルイミダゾール基、エポキシ基等が挙げられる。
【００４２】
以下、マイクロアレイ作製装置１０によるマイクロアレイの作製方法（作用）について、図５および図７を参照しつつ説明する。
図７は、マイクロアレイの作製方法を説明するための図である。
【００４３】
［１］ まず、液体収納部３を第１の位置とし、この状態で、液滴吐出ヘッド１の各収納空間３１に所定の液体７を供給する（図７（ａ）参照。）。
液体７の供給方法は、特に限定されず、例えば、ピペットを用いた手法により、各収納空間３１にそれぞれ液体７を供給してもよく、分注装置を用いて複数の収納空間３１に一括して液体７を供給するようにしてもよい。
【００４４】
［２］ 次に、液滴吐出ヘッド１（流路基板２）をＸ軸方向移動機構１２の端部に固定する。
［３］ 次に、液滴吐出ヘッド１を格納位置に移動させ、脱泡用の減圧機構１６を下降させる。これにより、減圧機構１６のキャップ１６１が、液滴吐出ヘッド１の液体収納部３に密着し、各収納空間３１がキャップ１６１で覆われ、閉空間１６４が形成される（図７（ｂ）参照。）。
【００４５】
この状態で、ポンプ１６２により閉空間１６４を減圧する。これにより、各収納空間３１内に収納された液体７から空気が除去（脱泡）される。
このとき、液体収納部３と流路基板２との間の気密性がシールリング５により確保されているため、液体７の脱泡を確実に行うことができる。
マイクロアレイ作製装置１０では、液体７として複数種のもの（異なる生体由来物質を含む液体）が用いられるが、かかる構成によれば、複数種の液体７から一括して脱泡を行うことができるので作業性に優れ、マイクロアレイの製造時間の短縮、製造コストの削減を図ることができる。
【００４６】
［４］ 次に、減圧機構１６を上昇させ、液滴吐出ヘッド１を格納位置から基台１１の外側（図５および図７中、右側）に向かって、液滴吐出ヘッド１を移動させる。
液滴吐出ヘッド１を移動させると、液体収納部３が当接板１９に当接し、それ以上、基台１１の外側に移動するのが阻止される（図７（ｃ）参照。）。
さらに、Ｘ軸方向移動機構１２を、基台１１の外側に向かって移動させると、当接板１９により移動が阻止された液体収納部３に対して、流路基板２がスライドを開始する。これにより、液体収納部３が第１の位置から第２の位置に移動する（図７（ｄ）参照。）。
【００４７】
また、このとき、凸部６１が凹部６２に係合し、液体収納部３が流路基板２に対して固定される。
液体収納部３が第２の位置に至ると、収納空間３１と所定の流路２０１とが連通する。これにより、収納空間３１に収納された液体７は、流路２０１を流れて、ヘッドチップ４の所定の圧力室内に供給される。
【００４８】
［５］ 次に、減圧機構１７を上昇させる。これにより、減圧機構１７のキャップが、液滴吐出ヘッド１のヘッドチップ４または流路基板２に密着し、ヘッドチップ４の各ノズル孔がキャップで覆われ、閉空間が形成される。
この状態で、ポンプにより閉空間を減圧する。これにより、各ノズル孔に均一かつ確実に液体７が充填される。
【００４９】
［６］ 次に、減圧機構１７を下降させた後、液滴吐出ヘッド１とテーブル１３とを相対的にＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させ、液滴吐出ヘッド１から基板１５に液滴を吐出する。
これにより、基板１５上には、スポットが複数形成される。このスポットのスポット径は、１０〜３００μｍ程度であるのが好ましく、１５〜１５０μｍ程度であるのがより好ましい。
【００５０】
また、スポットの平面形状（基板１５の鉛直上方から見た形状）は、一般には円形形状とされるが、非円形形状であってもよい。この非円形形状としては、例えば、楕円形、十字型、記号、数字等が挙げられる。
基板１５上には、スポットを１種類の形状で形成してもよく、２種類以上の形状を組み合わせて形成するようにしてもよい。
非円形形状のスポットを形成する場合、このものは、マイクロアレイ上の特定位置を識別するための位置標識として用いてもよく、プローブの種類や、検査・解析の結果を示すための形状としてもよい。これにより、このマイクロアレイを用いる検査・解析が容易になる。
【００５１】
［７］ 次に、液体７のスポットが形成された基板１５を、必要に応じて、インキュベート（加温）するようにしてもよい。これにより、プローブを基板１５上により確実に定着（固定）させることができる。
インキュベートの方法としては、例えば、基板１５を加熱する方法、液体７を加熱する方法等を用いることができる。加熱の方法としては、例えば、ヒータによる加熱、レーザ光の照射、赤外線や電磁波の付与等のうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００５２】
インキュベートの温度は、２５〜４０℃程度が好ましい。また、インキュベートの時間も、特に限定されないが、前記温度範囲で行う場合には、３０分〜２４時間程度であるのが好ましい。
以上のような工程を経て、マイクロアレイが得られる。
このように、本発明によれば、液体同士が混ざり合うこと（コンタミネーション）を防止しつつ、各液体からの確実な脱泡や、各ノズル孔への確実な液体の充填等を行うことができ、その結果、高精度での液滴吐出が可能となる。
【００５３】
以上、本発明の液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、本発明の液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置の各部の構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、任意の構成のものを付加することもできる。
また、前記実施形態では、本発明の液滴吐出装置をマイクロアレイ作製装置に適用した場合を代表に説明したが、本発明の液滴吐出装置は、複数種のインクを吐出するプリンタに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の液滴吐出ヘッドを示す図（平面図および側面図）である。
【図２】図１に示す液滴吐出ヘッドの断面図（液体収納部が第１の位置にある状態を示す）である。
【図３】図１に示す液滴吐出ヘッドの断面図（液体収納部が第２の位置にある状態を示す）である。
【図４】図１に液滴吐出ヘッドの流路基板の分解図（平面図）である。
【図５】本発明の液滴吐出装置を適用したマイクロアレイ作製装置を示す斜視図である。
【図６】図５に示すマイクロアレイ作製装置が備える脱泡用の減圧機構の構成を示す模式図（縦断面図）である。
【図７】マイクロアレイの作製方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５５】
１……液滴吐出ヘッド ２……流路基板 ２０１……流路 ２１……上基板 ２１１……貫通孔 ２１２……凸条 ２１３……溝 ２２……下基板 ２２１……溝 ３……液体収納部 ３１……収納空間 ３２……凸条 ３３……溝 ３４……レール部 ４……ヘッドチップ ５……シールリング ６１……凸部 ６２……凹部 ７……液体 １０……マイクロアレイ作製装置 １１……基台 １２……Ｘ軸方向移動機構 １３……テーブル １４……Ｙ軸方向移動機構 １５……基板 １６、１７……減圧機構 １６１……キャップ １６２……ポンプ １６３……チューブ １６４……閉空間 １８……制御部 １９……当接板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の流路が形成された基部と、
該基部に固定され、前記各流路にそれぞれ連通する複数の圧力室を備え、該各圧力室に供給された液体を液滴として吐出する液滴吐出部と、
前記液体を収納し、前記各流路に対応する複数の収納空間を備え、該各収納空間と対応する前記各流路との連通を許容しない第１の位置と、これらの連通を許容する第２の位置とに、前記基部に対して相対的に変位可能に設けられた液体収納部とを有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記液体収納部は、前記基部に対して相対的にスライド可能に設けられている請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記基部は、平板状をなしており、
前記液滴吐出部と前記液体収納部とは、前記基部を介して反対側に設けられている請求項１または２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記流路の前記液滴吐出部と反対側の開口は、行列状に配置されている請求項３に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記各流路と対応する前記各収納空間との連通は、ほぼ同時に行われる請求項１ないし４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記液体収納部と前記基部との間の気密性を確保する機能を有する封止材を有する請求項１ないし５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
前記液体収納部を前記第２の位置に固定する固定手段を有する請求項１ないし６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドと、
前記液体収納部を前記第２の位置とした状態で、前記各収納空間を覆うことにより閉空間を形成するキャップと、前記閉空間を減圧する減圧手段とを備える減圧機構とを有することを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項９】
前記液体収納部を前記第２の位置とした状態で、前記各収納空間にそれぞれ前記液体を供給した後、前記各収納空間を前記キャップで覆うことにより前記閉空間を形成し、
次いで、前記減圧手段により前記閉空間を減圧することにより、前記液体の脱泡を行うよう構成されている請求項８に記載の液滴吐出装置。
【請求項１０】
前記液体として、複数種のものを用いる請求項８または９に記載の液滴吐出装置。
【請求項１１】
前記液体として、生物由来物質を含む液体を用いる請求項８ないし１０のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１２】
当該液滴吐出装置は、マイクロアレイ作製装置である請求項８ないし１１のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１】
複数の流路が形成された基部と、
該基部に固定され、前記各流路にそれぞれ連通する複数の圧力室を備え、該各圧力室に供給された液体を液滴として吐出する液滴吐出部と、
前記液体を収納し、前記各流路に対応する複数の収納空間を備え、該各収納空間と対応する前記各流路との連通を許容しない第１の位置と、これらの連通を許容する第２の位置とに、前記基部に対して相対的に変位可能に設けられた液体収納部とを有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記液体収納部は、前記基部に対して相対的にスライド可能に設けられている請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記基部は、平板状をなしており、
前記液滴吐出部と前記液体収納部とは、前記基部を介して反対側に設けられている請求項１または２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記流路の前記液滴吐出部と反対側の開口は、行列状に配置されている請求項３に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記各流路と対応する前記各収納空間との連通は、ほぼ同時に行われる請求項１ないし４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記液体収納部と前記基部との間の気密性を確保する機能を有する封止材を有する請求項１ないし５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
前記液体収納部を前記第２の位置に固定する固定手段を有する請求項１ないし６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドと、
前記液体収納部を前記第２の位置とした状態で、前記各収納空間を覆うことにより閉空間を形成するキャップと、前記閉空間を減圧する減圧手段とを備える減圧機構とを有することを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項９】
前記液体収納部を前記第２の位置とした状態で、前記各収納空間にそれぞれ前記液体を供給した後、前記各収納空間を前記キャップで覆うことにより前記閉空間を形成し、
次いで、前記減圧手段により前記閉空間を減圧することにより、前記液体の脱泡を行うよう構成されている請求項８に記載の液滴吐出装置。
【請求項１０】
前記液体として、複数種のものを用いる請求項８または９に記載の液滴吐出装置。
【請求項１１】
前記液体として、生物由来物質を含む液体を用いる請求項８ないし１０のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【請求項１２】
当該液滴吐出装置は、マイクロアレイ作製装置である請求項８ないし１１のいずれかに記載の液滴吐出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−６１７７８（Ｐ２００７−６１７７８Ａ）
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２５４１８１（Ｐ２００５−２５４１８１）
【出願日】平成１７年９月１日（２００５．９．１）
【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１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月１日（２００５．９．１）
【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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