生体材料噴射装置
【課題】生体材料が培養されていた容器から収容部に移すとき、収容部の口元などに付着していた細菌が混入する場合がある。また、生体材料が培養されていた容器から収容部に移すための作業時間を要してしまう。また、収容部に移された生体材料は温度管理されないので、生体材料が劣化したり死滅したりする場合がある。
【解決手段】生体材料を収容する収容部としての生体材料カートリッジ１１３と、生体材料カートリッジ１１３を冷却する冷却部としてのペルチェ素子５５と、ペルチェ素子５５から発生する熱を放熱する放熱部としての放熱板１２４と、生体材料カートリッジ１１３に連結された、生体材料を噴射する噴射ヘッド１２と、生体材料カートリッジ１１３を脱着する脱着部と、を備える。
【解決手段】生体材料を収容する収容部としての生体材料カートリッジ１１３と、生体材料カートリッジ１１３を冷却する冷却部としてのペルチェ素子５５と、ペルチェ素子５５から発生する熱を放熱する放熱部としての放熱板１２４と、生体材料カートリッジ１１３に連結された、生体材料を噴射する噴射ヘッド１２と、生体材料カートリッジ１１３を脱着する脱着部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体材料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人間の臓器や組織が病気やけがにより損傷し、外科もしくは内科的に治療が出来ない場合にはそれらの臓器や組織を移植する以外に機能を回復させるための選択肢がない場合が多い。しかし、必要な臓器や組織が必要な時に入手できることは稀である。この問題を解決するために、再生医学や組織工学などの分野では移植が必要な本人から細胞を採取し、体外で培養して組織化し、これを移植することを目的とした研究が行われている。
例えば特許文献１では、細胞などの生体材料が収容された収容部とインクジェットプリンタに備えられたようなノズルを有する噴射ヘッドを備えた装置を用いて、噴射ヘッドから生体材料を噴射することにより生体組織を構築する方法が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１７７９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、生体材料を噴射ヘッドから噴射しようとするとき、それまで冷蔵庫などで温度管理されて培養されていた容器から、噴射ヘッドに備えられた収容部に生体材料を移すことになる。
従って、生体材料が培養されていた容器から収容部に移すとき、収容部の口元などに付着していた細菌が混入する場合がある。また、生体材料が培養されていた容器から収容部に移すための作業時間を要してしまう。また、収容部に移された生体材料は温度管理されないので、生体材料が劣化したり死滅したりしてしまう場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の一部の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
〔適用例１〕生体材料を収容する収容部と、前記収容部を冷却する冷却部と、前記冷却部から発生する熱を放熱する放熱部と、前記収容部に連結された、前記生体材料を噴射する噴射ヘッドと、前記収容部を脱着する脱着部と、を備えたことを特徴とする生体材料噴射装置。
【０００７】
この構成によれば、収容部を冷却する冷却部と、冷却部から発生する熱を放熱する放熱部を備える。これにより、収容部内の温度が上昇することを抑制できるので、収容部に収容された生体材料が劣化したり死滅したりすることを抑制できる。
【０００８】
また、収容部を脱着する脱着部を備える。これにより、噴射ヘッドを用いて生体材料を噴射しないときは、温度管理ができる冷蔵庫などに保管する。そして、噴射ヘッドを用いて生体材料を噴射しようとするときは、冷蔵庫から収容部を取り出し、生体材料噴射装置に装着して噴射ヘッドから生体材料を噴射すればよい。すなわち、冷蔵庫に保管していたときの容器をそのまま生体材料噴射装置の収容部として用いることにより、噴射ヘッドから噴射することができる。従って、容器を移し替えるための作業時間を要しない。また、容器を移し替えることがないので、細菌が生体材料に混入することを抑制できる。
【０００９】
〔適用例２〕更に、前記収容部の温度を検出する温度検出部と、前記冷却部の動作を制御することにより、前記収容部の温度を制御する温度制御部と、を備えたことを特徴とする上記生体材料噴射装置。
【００１０】
この構成によれば、収容部の温度管理ができるので、収容部内の温度を生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲にすることができる。これにより生体材料が劣化したり死滅したりすることを抑制できる。
【００１１】
〔適用例３〕更に、前記冷却部の冷却能力を判定する冷却能力判定部と、アラームを出力するアラーム出力部と、を備え、前記冷却能力判定部は、前記温度検出部から取得した温度が所定の温度以上であるときは、前記アラーム出力部によってアラームを出力させることを特徴とする上記生体材料噴射装置。
【００１２】
この構成によれば、冷却能力判定部は、温度検出部から取得した温度が所定の温度以上であるときは、アラーム出力部によってアラームを出力させる。これにより、冷却能力が不足する場合、収容部内の温度が、生体材料が劣化せずに生存する適正温度範囲を超えてしまう前に、アラームによって通知を受けた使用者が、冷蔵庫などに収容部を保管すれば、収容部内の生体材料が劣化してしまうことを抑制できる。
【００１３】
〔適用例４〕前記冷却部は電流が流れることにより前記収容部を冷却するペルチェ素子を用いて構成されることを特徴とする上記生体材料噴射装置。
【００１４】
この構成によれば、冷却部がペルチェ素子を用いて構成されることによって、生体材料噴射装置が大型化することを抑制できる。
【００１５】
〔適用例５〕更に、前記ペルチェ素子に流れる電流値を検出する電流値検出部を備え、 前記冷却能力判定部は、前記電流値が所定の電流値以上であるときは、前記アラーム出力部によってアラームを出力させることを特徴とする上記生体材料噴射装置。
【００１６】
この構成によれば、電流値が所定の電流値以上であるときは、アラーム出力部によってアラームを出力させる。これにより、冷却能力が不足する場合、収容部内の温度が、生体材料が劣化せずに生存する適正温度範囲を超えてしまう前に、アラームによって通知を受けた使用者が、冷蔵庫などに収容部を保管すれば、収容部内の生体材料が劣化してしまうことを抑制できる。
【００１７】
〔適用例６〕更に、前記放熱部と前記噴射ヘッドとに当接する熱伝導性部材を備えたことを特徴とする上記生体材料噴射装置。
【００１８】
この構成によれば、生体材料を含む液体の温度が低下し、粘性が増して噴射ヘッド内の流路が詰まることを抑制できる。従って、冷蔵庫などに保管するときの容器をそのまま生体材料噴射装置に用いて、噴射ヘッドから噴射することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した実施例について図面に従って説明する。
（第１実施例）
本実施例では、火傷やけがなどによって損傷した指、手などの皮膚を、損傷した部位に向かって生体材料を噴射することによって再生する生体材料噴射装置について説明する。
【００２０】
図１は、本実施例における生体材料噴射装置１００の外観斜視図である。ベース１０３には２本のレール１０６，１１２が備えられる。スライドベース１０５は、レール１０６，１１２をＤ１に示す方向にスライドすることができる。スライドベース１０５には、キャリッジ移動用モータ１１５、従動ローラ１０７が備えられる。
【００２１】
キャリッジ移動用モータ１１５によって駆動される駆動ローラ１１４と従動ローラ１０７には、ベルト１０８が備えられる。ベルト１０８にはキャリッジ１１１が固定される。
キャリッジ１１１を貫通するガイド軸１２０は、レール１０６の図面右側でスライドベース１０５に備えられた支持部１２１と、レール１１２の図面左側でスライドベース１０５に備えられた支持部１２２とによって固定される。
【００２２】
キャリッジ移動用モータ１１５が回転することによって、ベルト１０８が回転し、キャリッジ１１１は、ガイド軸１２０に沿ってＤ２に示す方向に移動することができる。
【００２３】
キャリッジ１１１には、生体材料が収容された収容部としての生体材料カートリッジ１１３が搭載される。生体材料カートリッジ１１３は、キャリッジ１１１に搭載されたり、キャリッジ１１１から取り外されたりすることができる。
【００２４】
キャリッジ１１１には、熱を放熱する放熱板１２４が備えられる。
【００２５】
スライドベース１０５には、ボールナット支持部１１６が固定される。ボールナット支持部１１６には、ボールナット１１７が備えられる。
【００２６】
ボールナット１１７とボールネジ軸１１８とは噛み合って備えられる。スライドベース移動用モータ１０１によってボールネジ軸１１８が時計周りまたは反時計周りに回転されると、スライドベース１０５は、レール１０６，１１２に沿ってＤ１に示す方向に移動する。
【００２７】
キャリッジ１１１の図面下方向には、噴射ヘッド（不図示）が備えられる。噴射ヘッドからは、生体材料カートリッジ１１３から供給された生体材料が図面下方向に噴射される。
【００２８】
ベース１０３に備えられた制御ボックス１０４内には、スライドベース移動用モータ１０１、キャリッジ移動用モータ１１５を制御するためのモータ駆動回路（不図示）と、制御ケーブル１０２を介して、噴射ヘッドから生体材料を噴射するための制御を行う噴射ヘッド駆動回路（不図示）とが備えられる。
【００２９】
制御ボックス１０４には、ボタン操作などによる操作部１１９、液晶パネルなどからなる表示部１２３が備えられる。操作部１１９から入力された数値に基づいて、モータ駆動回路の制御によって、方向Ｄ１と方向Ｄ２におけるキャリッジ１１１の位置を指定することができる。
【００３０】
噴射ヘッド駆動回路によって、キャリッジ１１１に備えられた噴射ヘッドから生体材料が、テーブル１０９に置かれた指１１０の損傷した部位に向かって噴射される。キャリッジ１１１が方向Ｄ１と方向Ｄ２に移動しながら、噴射ヘッドから生体材料を噴射することができる。
【００３１】
次に、キャリッジ１１１に備えられた噴射ヘッドについて説明する。図２は、噴射ヘッド１２の斜視図であり、一部断面で示してある。図３は、組み立てられた噴射ヘッド１２の断面側面図、図４は図３のＡ−Ａ線における矢印方向から見た図である。
【００３２】
これらの図に示すように、噴射ヘッド１２は、下記に詳述する構造を持つ上側基板１、中間基板２、下側基板３を重ねて接合した積層構造となっている。中間基板２は、例えばシリコン基板であり、複数のノズル孔４を構成するように中間基板２の表面に一端より平行に等間隔で形成された複数のノズル溝２１と、各々のノズル溝２１に連通し底壁を振動板５とする吐出室６を構成することになる凹部２２と、凹部２２の後部に設けられオリフィス７を構成して流入口となるための細溝２３と、及び各々の吐出室６に生体材料を供給するための共通のキャビティ８を構成することになる凹部２４を有する。
【００３３】
また、振動板５の下部には後述する電極を装着するため振動室９を構成することになる凹部２５が設けられている。ノズル溝２１のピッチは２ｍｍ程度であり、その幅は４０μｍ程度にされる。
【００３４】
中間基板２の上面に接合される上側基板１は、例えばガラスまたはプラスチックからなり、この上側基板１の接合によって、ノズル孔４、吐出室６、オリフィス７及びキャビティ８が構成される。そして、上側基板１にはキャビティ８に連通する供給口１４を穿設する。
【００３５】
中間基板２の下面に接合される下側基板３は、例えばガラスまたはプラスチックからなり、この下側基板３の接合によって振動室９を構成するとともに、下側基板３の表面に振動板５に対応する各々の位置にて電極３１を形成する。
【００３６】
電極３１はリード部３２及び端子部３３を持つ。さらに端子部３３を除き電極３１及びリード部３２の全体を絶縁膜３４で被覆している。各端子部３３にはリード線３５がボンディングされる。
【００３７】
上側基板１、中間基板２、下側基板３は図２のように組み立てられて噴射ヘッド１２が構成される。さらに、中間基板２と電極３１の端子部３３間にそれぞれ発振回路２６が接続される。図１の生体材料カートリッジ１１３からチューブ１７、接続パイプ１６を介して供給された生体材料は、供給口１４を通じて中間基板２の内部に供給され、キャビティ８、吐出室６等を満たしている。
【００３８】
次に、噴射ヘッド１２の動作を説明する。電極３１に発振回路２６により、例えば０Ｖ〜＋電圧のパルス電圧を印加し、電極３１の表面が＋電位に帯電すると、対応する振動板５の下面は−電位に帯電する。したがって、振動板５は静電気の吸引作用により下方へ撓む。
【００３９】
次に、電極３１をＯＦＦにすると、該振動板５は復元する。したがって、吐出室６内の圧力が急激に上昇し、ノズル孔４より生体材料１３を噴射する。そして、振動板５が下方へ撓むことにより、生体材料がキャビティ８よりオリフィス７を通じて吐出室６内に補給される。
【００４０】
発振回路２６には、上記のように０Ｖ〜＋電圧間をＯＮ・ＯＦＦさせるものや交流電源等が用いられる。
【００４１】
図５は、生体材料カートリッジ１１３の外観斜視図である。生体材料カートリッジ１１３には、生体材料カートリッジ１１３の内部に生体材料を収容するために開けたり閉じたりする蓋部５７が設けられる。
【００４２】
生体材料カートリッジ１１３の蓋部５７と反対側には、弾力性を有するチューブ１７が備えられる。生体材料カートリッジ１１３を生体材料噴射装置１００から取り外し、冷蔵庫などに保管するときは、例えばクリップ（不図示）などを用いて、チューブ１７をつまみ、生体材料がチューブ１７から流出しないようにする。
【００４３】
次に、キャリッジ１１１に備えられた生体材料カートリッジ１１３と放熱板１２４について説明する。図６は、図１の方向Ｄ２における図面右側から見た図で、キャリッジ１１１に備えられた生体材料カートリッジ１１３と放熱板１２４の図である。
【００４４】
キャリッジ１１１には凹部５４が形成されている。キャリッジ１１１の図面下側には、噴射ヘッド１２が備えられる。キャリッジ１１１には、キャリッジ１１１の底部を貫通する孔５３が形成されている。
【００４５】
凹部５４に、生体材料カートリッジ１１３の図面下部が挿入されると、チューブ１７は、孔５３を通るとともに、チューブ１７は接続パイプ１６と接続する。従って、凹部５４に生体材料カートリッジ１１３の図面下部が挿入されると、チューブ１７と接続パイプ１６を介して、生体材料カートリッジ１１３と図３の噴射ヘッド１２は連結される。
【００４６】
生体材料カートリッジ１１３が、凹部５４から離脱すると、チューブ１７と接続パイプ１６とは離間され、生体材料カートリッジ１１３と噴射ヘッド１２とは分離される。
【００４７】
キャリッジ１１１に備えられた放熱板１２４は、例えばアルミニウムなどの熱伝導性を有する金属から構成される。放熱板１２４は、複数のフィン５６を有する。放熱板のフィン５６と反対側には、冷却部としてのペルチェ素子５５が備えられる。ペルチェ素子５５は、２種類の金属の接合部に電流を流すと、一方の金属から他方の金属に熱が移動するペルチェ効果が得られる素子である。ペルチェ素子には、図１の制御ボックス１０４内の電源に接続されたケーブル１２５を介して電流が流れる。
【００４８】
ペルチェ素子５５は、例えばコンピュータのＣＰＵの冷却などに利用されているもので、電流が流れることで片面が放熱し、反対側の片面が吸熱する。本実施例では、生体材料カートリッジ１１３がキャリッジ１１１に備えられているとき、ペルチェ素子５５の放熱側が放熱板１２４のフィン５６と反対側に面で当接し、吸熱側が生体材料カートリッジ１１３に面で当接する。
【００４９】
キャリッジ１１１には、方向Ｄ２にスライドする押し当て板５０、キャリッジ１１１に固定されるバネ支持部５２が備えられる。弾性を有するバネ５１は、押し当て板５０とバネ支持部５２とを連結する。
【００５０】
生体材料カートリッジ１１３が凹部５４に挿入されているとき、バネ５１によって、押し当て板５０は、生体材料カートリッジ１１３を図面左方向に押す力を発生する。そのため、押し当て板５０によって、生体材料カートリッジ１１３がキャリッジ１１１に固定される。
【００５１】
また、押し当て板５０が生体材料カートリッジ１１３を図面左方向に押すことにより、前述したように、ペルチェ素子５５の放熱側が放熱板１２４のフィン５６と反対側の面に当接し、吸熱側が生体材料カートリッジ１１３の面に当接する。これにより、ペルチェ素子５５の吸熱側に当接する生体材料カートリッジ１１３を冷却し、ペルチェ素子５５の放熱側に当接する放熱板１２４から放熱される。
【００５２】
本実施例における脱着部は、生体材料カートリッジ１１３をキャリッジ１１１に取り付けたり分離したりする手段と、生体材料カートリッジ１１３と噴射ヘッド１２とを連結したり分離したりする手段と、を有する。
【００５３】
生体材料カートリッジ１１３をキャリッジ１１１に取り付けたり分離したりする手段は、キャリッジ１１１に設けられた、凹部５４、押し当て板５０、バネ５１、バネ支持部５２から構成される。
【００５４】
生体材料カートリッジ１１３と噴射ヘッド１２とを連結したり分離したりする手段は、キャリッジ１１１に形成された孔５３、生体材料カートリッジ１１３に備えられたチューブ１７、及び噴射ヘッド１２に備えられた接続パイプ１６によって構成される。
【００５５】
以上、説明した本実施例における生体材料噴射装置１００は、生体材料を収容する収容部としての生体材料カートリッジ１１３と、電流が流れることにより生体材料カートリッジ１１３を冷却する冷却部としてのペルチェ素子５５と、ペルチェ素子５５から発生する熱を放熱する放熱部としての放熱板１２４と、生体材料カートリッジ１１３に連結された、生体材料を噴射する噴射ヘッド１２と、生体材料カートリッジ１１３を脱着する脱着部と、を備える。
【００５６】
この構成によれば、生体材料カートリッジ１１３を冷却するペルチェ素子５５と、ペルチェ素子５５から発生する熱を放熱する放熱板１２４を備える。これにより、気温の上昇や細胞分裂による発熱などによって、生体材料カートリッジ１１３内の温度が上昇することを抑制できるので、生体材料カートリッジ１１３に収容された生体材料が劣化したり死滅したりすることを抑制できる。
【００５７】
また、生体材料カートリッジ１１３とキャリッジ１１１とを脱着する脱着部としての凹部５４、押し当て板５０、バネ５１、バネ支持部５２を備える。これにより、噴射ヘッド１２を用いて生体材料を噴射しないときは、温度管理ができる冷蔵庫などに生体材料カートリッジ１１３を保管する。そして、噴射ヘッド１２を用いて生体材料を噴射しようとするときは、冷蔵庫から生体材料カートリッジ１１３を取り出し、生体材料噴射装置１００に装着して噴射ヘッド１２から生体材料を噴射すればよい。すなわち、冷蔵庫に保管するときの容器としての生体材料カートリッジ１１３をそのまま生体材料噴射装置１００に用いて、噴射ヘッド１２から噴射することができるので、容器を移し替えるための作業時間を要しない。また、容器を移し替えることがないので、細菌が生体材料に混入することを抑制できる。
【００５８】
また、冷却部は、ペルチェ素子５５から構成されることによって、生体材料噴射装置が大型化することを抑制できる。
【００５９】
（第２実施例）
第２実施例では、収容部の温度を検出する温度検出部と、冷却部の動作を制御することによって収容部の温度を制御する温度制御部とを備えた生体材料噴射装置について説明する。
【００６０】
図７は、第１実施例で説明した押し当て板に温度検出部としてのサーミスタを備えたことを示す図である。第２実施例の生体材料噴射装置（不図示）は、第１実施例の生体材料噴射装置１００の押し当て板５０に温度検出部としてのサーミスタを備えたものである。
【００６１】
図７に示すように、第２実施例における押し当て板５０ａには、温度検出部としてのサーミスタ６０が備えられる。サーミスタ６０の生体材料カートリッジ１１３側の面は、押し当て板５０ａと同一平面を有し、押し当て板５０ａが生体材料カートリッジ１１３に当接すると、サーミスタ６０は生体材料カートリッジ１１３に当接する。
【００６２】
図８は、第２実施例における生体材料噴射装置１００ａの電気的な構成を示すブロック図である。制御ボックス１０４（図１参照）には、ＣＰＵ７１、ＲＡＭ７２、ＲＯＭ７３、ユニット制御部７４が備えられたコントローラ基板７０が内蔵されている。
【００６３】
ＣＰＵ７１がＲＯＭ７３からＲＡＭ７２に制御用プログラムを読み出して実行することにより、ユニット制御部７４は、噴射ヘッド１２の駆動、キャリッジ移動用モータ１１５の駆動、スライドベース移動用モータ１０１の駆動、冷却部としてのペルチェ素子５５の動作、をそれぞれ制御する。
【００６４】
収容部の温度が、生体材料が生存するための適正温度範囲に入るように、ユニット制御部７４は、ペルチェ素子５５に流れる電流を調整し、ペルチェ素子が吸熱したり放熱したりする動作を制御する。
【００６５】
制御ボックス１０４に備えられた操作部１１９から入力された数値に基づいて、上述の制御用プログラムが実行される。制御ボックス１０４に備えられた表示部１２３には、実行する制御用プログラムを選択するためのメニュー、選択された制御用プログラムの実行中に選択するためのメニュー、操作部１１９から入力された数値などが表示される。
【００６６】
温度検出部としてのサーミスタ６０は、生体材料カートリッジ１１３の温度としての情報を検出する。ＣＰＵ７１は、サーミスタ６０が検出した温度としての情報を取得する。ユニット制御部７４は、取得された温度としての情報に基づいて、ペルチェ素子５５の動作を制御する。
【００６７】
本実施例における温度制御部は、ＣＰＵ７１、ＲＡＭ７２、ＲＯＭ７３、ユニット制御部７４から構成され、ＣＰＵ７１がＲＯＭ７３から制御用プログラムを読み出して実行し、ユニット制御部７４がペルチェ素子５５の動作を制御することによって機能する。
【００６８】
以上、本実施例で説明した生体材料噴射装置１００ａは、収容部としての生体材料カートリッジ１１３の温度を検出する温度検出部としてのサーミスタ６０と、冷却部としてのペルチェ素子５５の温度を制御する温度制御部と、を備える。
【００６９】
この構成によれば、収容部の温度管理ができるので、生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲を保持できるので、生体材料が劣化したり死滅したりすることを抑制できる。
【００７０】
（第３実施例）
第３実施例では、冷却部の冷却能力を判定する冷却能力判定部と、アラームを出力するアラーム出力部と、を備えた生体材料噴射装置について説明する。
【００７１】
図９は、第３実施例における生体材料噴射装置１００ｂの電気的な構成を示すブロック図である。図９は、第２実施例で説明した図８の生体材料噴射装置１００ａの電気的な構成を示すブロック図に、冷却能力判定部７５、アラーム出力部８０を追加した図である。
【００７２】
冷却能力判定部７５は、ペルチェ素子５５の冷却能力が、生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲を維持するために必要な冷却能力を満たしているか否かを判定する。冷却能力判定部７５は、ＣＰＵ７１がＲＯＭ７３に記憶されたプログラムをＲＡＭ７２に読み出して実行することにより機能する。
【００７３】
アラーム出力部８０は、音としてのアラームを出力する例えばブザーなどにより構成されたり、光の点滅をアラームとするＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｎｇＤｉｏｄｅ）などにより構成されたりする。あるいは、図１の表示部１２３をアラーム出力部８０として用い、文字情報をアラームとして出力してもよい。
【００７４】
図１０は、冷却能力判定部７５が実行するプログラムのフローチャートである。ステップＳ２００では、ＣＰＵ７１は、冷却部としてのペルチェ素子５５が動作中であるか否かを判断する。
【００７５】
ペルチェ素子５５が動作中であるか否かを判断する方法は、例えば、ペルチェ素子を動作させたり停止させたりしたときに更新されるＲＡＭ７２に設けられたフラグの内容をＣＰＵ７１が取得して判断する。
【００７６】
ＣＰＵ７１は、ペルチェ素子が動作中であるときは、ステップＳ２０１にすすむ。ペルチェ素子が停止中であるときは、ステップＳ２００に戻る。ステップＳ２０１では、温度検出部としてのサーミスタ６０から温度を取得する。
【００７７】
ステップＳ２０２では、取得した温度が所定の温度以上であるか否かを判断する。所定の温度以上であるときは、ペルチェ素子５５の冷却能力が、生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲を維持するために必要な冷却能力を満たしていないと判定し、ステップＳ２０３にすすむ。所定の温度未満であるときは、ペルチェ素子５５の冷却能力が、適正温度範囲を維持するために必要な冷却能力を満たしていると判定し、ステップＳ２００に戻る。
【００７８】
所定の温度は、生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲において、最高温度または高い方の温度を定めた温度である。
【００７９】
ステップＳ２０３では、アラーム出力部８０によってアラームを出力させる。
【００８０】
以上、第３実施例で説明した生体材料噴射装置１００ｂは、第２実施例で説明した生体材料噴射装置１００ａに、更に、冷却部としてのペルチェ素子５５の冷却能力を判定する冷却能力判定部７５と、アラームを出力するアラーム出力部８０と、を備え、冷却能力判定部７５は、サーミスタ６０から取得した温度が、所定の温度以上であるとき、アラーム出力部８０によってアラームを出力させる。
【００８１】
例えば気温が高いと、生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲を保持するために必要な冷却能力より、ペルチェ素子５５の冷却能力が不足する場合がある。このような場合に、生体材料カートリッジ１１３の温度は、適正温度範囲において、高い方の温度になる。更に、気温が上昇すると、生体材料カートリッジ１１３内の温度は、適正温度範囲を超えてしまう虞がある。
【００８２】
本実施例の構成によれば、冷却能力判定部７５は、サーミスタ６０から取得した温度が所定の温度以上であるときは、アラーム出力部８０によってアラームを出力させる。これにより、生体材料カートリッジ１１３内の温度を生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲まで冷却するための冷却能力より、ペルチェ素子５５の冷却能力が不足している場合に、生体材料カートリッジ１１３内の温度が、適正温度範囲を超えてしまう前に、アラームによって通知を受けた使用者が、例えば冷蔵庫などに収容すれば、生体材料が劣化したり死滅したりすることを抑制できる。
【００８３】
（第４実施例）
第４実施例では、冷却部を動作させるための電流値を検出する電流値検出部を備えた生体材料噴射装置について説明する。
【００８４】
図１１は、第４実施例における生体材料噴射装置１００ｃの電気的な構成を示すブロック図である。図１１は、第３実施例で説明した図９の生体材料噴射装置１００ｂの電気的な構成を示すブロック図に、電流値検出部８１を追加した図である。
【００８５】
電流値検出部８１は、冷却部としてのペルチェ素子５５を動作させるための電流値を検出する。
【００８６】
図１２は、本実施例における冷却能力判定部７５が実行するプログラムのフローチャートである。ステップＳ２１０では、ＣＰＵ７１は、冷却部としてのペルチェ素子５５が動作中であるか否かを判断する。
【００８７】
ペルチェ素子５５が動作中であるか否かを判断する方法は、例えば、第３実施例で説明したように、ペルチェ素子を動作させたり停止させたりしたときに更新されるＲＡＭ７２に設けられたフラグの内容をＣＰＵ７１が取得して判断する。あるいは、電流値検出部８１によってペルチェ素子を動作させるための電流値を検出することにより、ペルチェ素子５５が動作しているか否かを判断する方法でもよい。
【００８８】
ＣＰＵ７１は、ペルチェ素子５５が動作中であるときは、ステップＳ２１１にすすむ。ペルチェ素子が停止中であるときは、ステップＳ２１０に戻る。ステップＳ２１１では、ＣＰＵ７１は、電流値検出部８１によってペルチェ素子５５を動作させるための電流値を取得する。
【００８９】
ステップＳ２１２では、ＣＰＵ７１は、取得した電流値が所定の電流値以上であるか否かを判断する。所定の電流値は、ペルチェ素子５５を動作させるための電流値の範囲において、最大値または高い方の電流値を設定したものである。
【００９０】
サーミスタ６０によって検出された生体材料カートリッジ１１３の温度と、生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲における最高温度との温度差が大きいとき、ＣＰＵ７１は、ペルチェ素子５５を動作させるための電流値を大きくしてペルチェ素子５５が冷却する能力を上げようとする。
【００９１】
従って、電流値検出部８１が取得した電流値が、ペルチェ素子５５を動作させるための電流値の範囲において最大値または高い方にあるときは、生体材料カートリッジ１１３の内部における温度は、生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲における高い方の温度になっていることを示す。
【００９２】
ステップＳ２１２では、ＣＰＵ７１は、取得された電流値が所定の電流値以上であるときは、ペルチェ素子５５の冷却能力が、生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲を維持するために必要な冷却能力を満たしていないと判定する。そのため、生体材料カートリッジ１１３の内部における温度は、生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲における高い方の温度になっていると判定し、ステップＳ２１３にすすむ。取得された電流値が所定の電流値未満であるときは、ペルチェ素子５５の冷却能力が、適正温度範囲を維持するために必要な冷却能力を満たしていると判定する。そのため、生体材料カートリッジ１１３の内部における温度は、生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲における高い方の温度にはなっていないと判定し、ステップＳ２１０に戻る。
【００９３】
ステップＳ２１３では、アラーム出力部８０によってアラームを出力させる。
【００９４】
以上、第４実施例で説明した生体材料噴射装置１００ｃは、第３実施例で説明した生体材料噴射装置１００ｂに、冷却部としてのペルチェ素子５５を動作させるための電流値を検出する電流値検出部８１を備え、冷却能力判定部７５は、電流値が所定の電流値以上であるときは、ペルチェ素子５５の冷却能力が、生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲を維持するために必要な冷却能力を満たしていないと判定し、アラーム出力部８０によってアラームを出力させる。
【００９５】
第３実施例では説明したように、例えば気温が高いと、生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲を保持するために必要な冷却能力より、ペルチェ素子５５の冷却能力が不足する場合がある。このような場合に、生体材料カートリッジ１１３内の温度は、適正温度範囲において、高い方の温度になる。更に、気温が上昇すると、生体材料カートリッジ１１３内の温度は、適正温度範囲を超えてしまう虞がある。
【００９６】
本実施例の構成によれば、ペルチェ素子５５の冷却能力が不足する場合、生体材料カートリッジ１１３内の温度が、生体材料が劣化せずに生存する適正温度範囲を超えてしまう前に、アラームによって通知を受けた使用者は、冷蔵庫などに生体材料カートリッジ１１３を保管すれば、生体材料カートリッジ１１３内の生体材料が劣化してしまうことを抑制できる。
【００９７】
（第５実施例）
第５実施例では、放熱板と噴射ヘッドとに当接する熱伝導性部材を備えた生体材料噴射装置について説明する。
【００９８】
図１３は、放熱板１２４と噴射ヘッド１２とに当接する熱伝導性部材６１を備えた図である。熱伝導性部材６１は、例えばアルミニウムなどの熱伝導性を有する金属である。放熱板１２４から熱伝導性部材６１を介して、熱が噴射ヘッド１２に伝導される。
【００９９】
冷蔵庫などに生体材料を保管することにより、生体材料を含む液体の温度が低下すると、生体材料を含む液体の粘性が低下する。このような生体材料を含む液体が収容された収容部を冷蔵庫から取り出して生体材料を噴射すると、噴射ヘッド１２内の流路が詰まる場合がある。
【０１００】
本実施例で説明したようにすれば、生体材料を含む液体の温度が低下することにより粘性が増して噴射ヘッド１２内の流路が詰まることを抑制できる。従って、冷蔵庫に保管するときの容器としての生体材料カートリッジ１１３をそのまま生体材料噴射装置に用いて、噴射ヘッド１２から噴射することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】第１実施例における生体材料噴射装置の外観斜視図。
【図２】噴射ヘッドの斜視図。
【図３】組み立てられた噴射ヘッドの断面側面図。
【図４】図３のＡ−Ａ線における矢印方向から見た図。
【図５】生体材料カートリッジの外観斜視図。
【図６】キャリッジに備えられた生体材料カートリッジと放熱板の図。
【図７】温度検出部としてのサーミスタを備えたことを示す図。
【図８】第２実施例における生体材料噴射装置の電気的な構成を示すブロック図。
【図９】第３実施例における生体材料噴射装置の電気的な構成を示すブロック図。
【図１０】第３実施例における冷却能力判定部が実行するプログラムのフローチャート。
【図１１】第４実施例における生体材料噴射装置の電気的な構成を示すブロック図。
【図１２】第４実施例における冷却能力判定部が実行するプログラムのフローチャート。
【図１３】放熱板と生体材料噴射ヘッドとに当接する熱伝導性部材を備えた図。
【符号の説明】
【０１０２】
１２…噴射ヘッド、１６…接続パイプ、１７…チューブ、５０…押し当て板、５１…バネ、５２…バネ支持部、５３…孔、５４…凹部、５５…ペルチェ素子、５６…フィン、６０…サーミスタ、７１…ＣＰＵ、７２…ＲＡＭ、７３…ＲＯＭ、７４…ユニット制御部、７５…冷却能力判定部、８０…アラーム出力部、８１…電流値検出部、１００，１００ａ…生体材料噴射装置、１１３…生体材料カートリッジ、１２４…放熱板。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体材料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人間の臓器や組織が病気やけがにより損傷し、外科もしくは内科的に治療が出来ない場合にはそれらの臓器や組織を移植する以外に機能を回復させるための選択肢がない場合が多い。しかし、必要な臓器や組織が必要な時に入手できることは稀である。この問題を解決するために、再生医学や組織工学などの分野では移植が必要な本人から細胞を採取し、体外で培養して組織化し、これを移植することを目的とした研究が行われている。
例えば特許文献１では、細胞などの生体材料が収容された収容部とインクジェットプリンタに備えられたようなノズルを有する噴射ヘッドを備えた装置を用いて、噴射ヘッドから生体材料を噴射することにより生体組織を構築する方法が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１７７９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、生体材料を噴射ヘッドから噴射しようとするとき、それまで冷蔵庫などで温度管理されて培養されていた容器から、噴射ヘッドに備えられた収容部に生体材料を移すことになる。
従って、生体材料が培養されていた容器から収容部に移すとき、収容部の口元などに付着していた細菌が混入する場合がある。また、生体材料が培養されていた容器から収容部に移すための作業時間を要してしまう。また、収容部に移された生体材料は温度管理されないので、生体材料が劣化したり死滅したりしてしまう場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の一部の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００６】
〔適用例１〕生体材料を収容する収容部と、前記収容部を冷却する冷却部と、前記冷却部から発生する熱を放熱する放熱部と、前記収容部に連結された、前記生体材料を噴射する噴射ヘッドと、前記収容部を脱着する脱着部と、を備えたことを特徴とする生体材料噴射装置。
【０００７】
この構成によれば、収容部を冷却する冷却部と、冷却部から発生する熱を放熱する放熱部を備える。これにより、収容部内の温度が上昇することを抑制できるので、収容部に収容された生体材料が劣化したり死滅したりすることを抑制できる。
【０００８】
また、収容部を脱着する脱着部を備える。これにより、噴射ヘッドを用いて生体材料を噴射しないときは、温度管理ができる冷蔵庫などに保管する。そして、噴射ヘッドを用いて生体材料を噴射しようとするときは、冷蔵庫から収容部を取り出し、生体材料噴射装置に装着して噴射ヘッドから生体材料を噴射すればよい。すなわち、冷蔵庫に保管していたときの容器をそのまま生体材料噴射装置の収容部として用いることにより、噴射ヘッドから噴射することができる。従って、容器を移し替えるための作業時間を要しない。また、容器を移し替えることがないので、細菌が生体材料に混入することを抑制できる。
【０００９】
〔適用例２〕更に、前記収容部の温度を検出する温度検出部と、前記冷却部の動作を制御することにより、前記収容部の温度を制御する温度制御部と、を備えたことを特徴とする上記生体材料噴射装置。
【００１０】
この構成によれば、収容部の温度管理ができるので、収容部内の温度を生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲にすることができる。これにより生体材料が劣化したり死滅したりすることを抑制できる。
【００１１】
〔適用例３〕更に、前記冷却部の冷却能力を判定する冷却能力判定部と、アラームを出力するアラーム出力部と、を備え、前記冷却能力判定部は、前記温度検出部から取得した温度が所定の温度以上であるときは、前記アラーム出力部によってアラームを出力させることを特徴とする上記生体材料噴射装置。
【００１２】
この構成によれば、冷却能力判定部は、温度検出部から取得した温度が所定の温度以上であるときは、アラーム出力部によってアラームを出力させる。これにより、冷却能力が不足する場合、収容部内の温度が、生体材料が劣化せずに生存する適正温度範囲を超えてしまう前に、アラームによって通知を受けた使用者が、冷蔵庫などに収容部を保管すれば、収容部内の生体材料が劣化してしまうことを抑制できる。
【００１３】
〔適用例４〕前記冷却部は電流が流れることにより前記収容部を冷却するペルチェ素子を用いて構成されることを特徴とする上記生体材料噴射装置。
【００１４】
この構成によれば、冷却部がペルチェ素子を用いて構成されることによって、生体材料噴射装置が大型化することを抑制できる。
【００１５】
〔適用例５〕更に、前記ペルチェ素子に流れる電流値を検出する電流値検出部を備え、 前記冷却能力判定部は、前記電流値が所定の電流値以上であるときは、前記アラーム出力部によってアラームを出力させることを特徴とする上記生体材料噴射装置。
【００１６】
この構成によれば、電流値が所定の電流値以上であるときは、アラーム出力部によってアラームを出力させる。これにより、冷却能力が不足する場合、収容部内の温度が、生体材料が劣化せずに生存する適正温度範囲を超えてしまう前に、アラームによって通知を受けた使用者が、冷蔵庫などに収容部を保管すれば、収容部内の生体材料が劣化してしまうことを抑制できる。
【００１７】
〔適用例６〕更に、前記放熱部と前記噴射ヘッドとに当接する熱伝導性部材を備えたことを特徴とする上記生体材料噴射装置。
【００１８】
この構成によれば、生体材料を含む液体の温度が低下し、粘性が増して噴射ヘッド内の流路が詰まることを抑制できる。従って、冷蔵庫などに保管するときの容器をそのまま生体材料噴射装置に用いて、噴射ヘッドから噴射することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した実施例について図面に従って説明する。
（第１実施例）
本実施例では、火傷やけがなどによって損傷した指、手などの皮膚を、損傷した部位に向かって生体材料を噴射することによって再生する生体材料噴射装置について説明する。
【００２０】
図１は、本実施例における生体材料噴射装置１００の外観斜視図である。ベース１０３には２本のレール１０６，１１２が備えられる。スライドベース１０５は、レール１０６，１１２をＤ１に示す方向にスライドすることができる。スライドベース１０５には、キャリッジ移動用モータ１１５、従動ローラ１０７が備えられる。
【００２１】
キャリッジ移動用モータ１１５によって駆動される駆動ローラ１１４と従動ローラ１０７には、ベルト１０８が備えられる。ベルト１０８にはキャリッジ１１１が固定される。
キャリッジ１１１を貫通するガイド軸１２０は、レール１０６の図面右側でスライドベース１０５に備えられた支持部１２１と、レール１１２の図面左側でスライドベース１０５に備えられた支持部１２２とによって固定される。
【００２２】
キャリッジ移動用モータ１１５が回転することによって、ベルト１０８が回転し、キャリッジ１１１は、ガイド軸１２０に沿ってＤ２に示す方向に移動することができる。
【００２３】
キャリッジ１１１には、生体材料が収容された収容部としての生体材料カートリッジ１１３が搭載される。生体材料カートリッジ１１３は、キャリッジ１１１に搭載されたり、キャリッジ１１１から取り外されたりすることができる。
【００２４】
キャリッジ１１１には、熱を放熱する放熱板１２４が備えられる。
【００２５】
スライドベース１０５には、ボールナット支持部１１６が固定される。ボールナット支持部１１６には、ボールナット１１７が備えられる。
【００２６】
ボールナット１１７とボールネジ軸１１８とは噛み合って備えられる。スライドベース移動用モータ１０１によってボールネジ軸１１８が時計周りまたは反時計周りに回転されると、スライドベース１０５は、レール１０６，１１２に沿ってＤ１に示す方向に移動する。
【００２７】
キャリッジ１１１の図面下方向には、噴射ヘッド（不図示）が備えられる。噴射ヘッドからは、生体材料カートリッジ１１３から供給された生体材料が図面下方向に噴射される。
【００２８】
ベース１０３に備えられた制御ボックス１０４内には、スライドベース移動用モータ１０１、キャリッジ移動用モータ１１５を制御するためのモータ駆動回路（不図示）と、制御ケーブル１０２を介して、噴射ヘッドから生体材料を噴射するための制御を行う噴射ヘッド駆動回路（不図示）とが備えられる。
【００２９】
制御ボックス１０４には、ボタン操作などによる操作部１１９、液晶パネルなどからなる表示部１２３が備えられる。操作部１１９から入力された数値に基づいて、モータ駆動回路の制御によって、方向Ｄ１と方向Ｄ２におけるキャリッジ１１１の位置を指定することができる。
【００３０】
噴射ヘッド駆動回路によって、キャリッジ１１１に備えられた噴射ヘッドから生体材料が、テーブル１０９に置かれた指１１０の損傷した部位に向かって噴射される。キャリッジ１１１が方向Ｄ１と方向Ｄ２に移動しながら、噴射ヘッドから生体材料を噴射することができる。
【００３１】
次に、キャリッジ１１１に備えられた噴射ヘッドについて説明する。図２は、噴射ヘッド１２の斜視図であり、一部断面で示してある。図３は、組み立てられた噴射ヘッド１２の断面側面図、図４は図３のＡ−Ａ線における矢印方向から見た図である。
【００３２】
これらの図に示すように、噴射ヘッド１２は、下記に詳述する構造を持つ上側基板１、中間基板２、下側基板３を重ねて接合した積層構造となっている。中間基板２は、例えばシリコン基板であり、複数のノズル孔４を構成するように中間基板２の表面に一端より平行に等間隔で形成された複数のノズル溝２１と、各々のノズル溝２１に連通し底壁を振動板５とする吐出室６を構成することになる凹部２２と、凹部２２の後部に設けられオリフィス７を構成して流入口となるための細溝２３と、及び各々の吐出室６に生体材料を供給するための共通のキャビティ８を構成することになる凹部２４を有する。
【００３３】
また、振動板５の下部には後述する電極を装着するため振動室９を構成することになる凹部２５が設けられている。ノズル溝２１のピッチは２ｍｍ程度であり、その幅は４０μｍ程度にされる。
【００３４】
中間基板２の上面に接合される上側基板１は、例えばガラスまたはプラスチックからなり、この上側基板１の接合によって、ノズル孔４、吐出室６、オリフィス７及びキャビティ８が構成される。そして、上側基板１にはキャビティ８に連通する供給口１４を穿設する。
【００３５】
中間基板２の下面に接合される下側基板３は、例えばガラスまたはプラスチックからなり、この下側基板３の接合によって振動室９を構成するとともに、下側基板３の表面に振動板５に対応する各々の位置にて電極３１を形成する。
【００３６】
電極３１はリード部３２及び端子部３３を持つ。さらに端子部３３を除き電極３１及びリード部３２の全体を絶縁膜３４で被覆している。各端子部３３にはリード線３５がボンディングされる。
【００３７】
上側基板１、中間基板２、下側基板３は図２のように組み立てられて噴射ヘッド１２が構成される。さらに、中間基板２と電極３１の端子部３３間にそれぞれ発振回路２６が接続される。図１の生体材料カートリッジ１１３からチューブ１７、接続パイプ１６を介して供給された生体材料は、供給口１４を通じて中間基板２の内部に供給され、キャビティ８、吐出室６等を満たしている。
【００３８】
次に、噴射ヘッド１２の動作を説明する。電極３１に発振回路２６により、例えば０Ｖ〜＋電圧のパルス電圧を印加し、電極３１の表面が＋電位に帯電すると、対応する振動板５の下面は−電位に帯電する。したがって、振動板５は静電気の吸引作用により下方へ撓む。
【００３９】
次に、電極３１をＯＦＦにすると、該振動板５は復元する。したがって、吐出室６内の圧力が急激に上昇し、ノズル孔４より生体材料１３を噴射する。そして、振動板５が下方へ撓むことにより、生体材料がキャビティ８よりオリフィス７を通じて吐出室６内に補給される。
【００４０】
発振回路２６には、上記のように０Ｖ〜＋電圧間をＯＮ・ＯＦＦさせるものや交流電源等が用いられる。
【００４１】
図５は、生体材料カートリッジ１１３の外観斜視図である。生体材料カートリッジ１１３には、生体材料カートリッジ１１３の内部に生体材料を収容するために開けたり閉じたりする蓋部５７が設けられる。
【００４２】
生体材料カートリッジ１１３の蓋部５７と反対側には、弾力性を有するチューブ１７が備えられる。生体材料カートリッジ１１３を生体材料噴射装置１００から取り外し、冷蔵庫などに保管するときは、例えばクリップ（不図示）などを用いて、チューブ１７をつまみ、生体材料がチューブ１７から流出しないようにする。
【００４３】
次に、キャリッジ１１１に備えられた生体材料カートリッジ１１３と放熱板１２４について説明する。図６は、図１の方向Ｄ２における図面右側から見た図で、キャリッジ１１１に備えられた生体材料カートリッジ１１３と放熱板１２４の図である。
【００４４】
キャリッジ１１１には凹部５４が形成されている。キャリッジ１１１の図面下側には、噴射ヘッド１２が備えられる。キャリッジ１１１には、キャリッジ１１１の底部を貫通する孔５３が形成されている。
【００４５】
凹部５４に、生体材料カートリッジ１１３の図面下部が挿入されると、チューブ１７は、孔５３を通るとともに、チューブ１７は接続パイプ１６と接続する。従って、凹部５４に生体材料カートリッジ１１３の図面下部が挿入されると、チューブ１７と接続パイプ１６を介して、生体材料カートリッジ１１３と図３の噴射ヘッド１２は連結される。
【００４６】
生体材料カートリッジ１１３が、凹部５４から離脱すると、チューブ１７と接続パイプ１６とは離間され、生体材料カートリッジ１１３と噴射ヘッド１２とは分離される。
【００４７】
キャリッジ１１１に備えられた放熱板１２４は、例えばアルミニウムなどの熱伝導性を有する金属から構成される。放熱板１２４は、複数のフィン５６を有する。放熱板のフィン５６と反対側には、冷却部としてのペルチェ素子５５が備えられる。ペルチェ素子５５は、２種類の金属の接合部に電流を流すと、一方の金属から他方の金属に熱が移動するペルチェ効果が得られる素子である。ペルチェ素子には、図１の制御ボックス１０４内の電源に接続されたケーブル１２５を介して電流が流れる。
【００４８】
ペルチェ素子５５は、例えばコンピュータのＣＰＵの冷却などに利用されているもので、電流が流れることで片面が放熱し、反対側の片面が吸熱する。本実施例では、生体材料カートリッジ１１３がキャリッジ１１１に備えられているとき、ペルチェ素子５５の放熱側が放熱板１２４のフィン５６と反対側に面で当接し、吸熱側が生体材料カートリッジ１１３に面で当接する。
【００４９】
キャリッジ１１１には、方向Ｄ２にスライドする押し当て板５０、キャリッジ１１１に固定されるバネ支持部５２が備えられる。弾性を有するバネ５１は、押し当て板５０とバネ支持部５２とを連結する。
【００５０】
生体材料カートリッジ１１３が凹部５４に挿入されているとき、バネ５１によって、押し当て板５０は、生体材料カートリッジ１１３を図面左方向に押す力を発生する。そのため、押し当て板５０によって、生体材料カートリッジ１１３がキャリッジ１１１に固定される。
【００５１】
また、押し当て板５０が生体材料カートリッジ１１３を図面左方向に押すことにより、前述したように、ペルチェ素子５５の放熱側が放熱板１２４のフィン５６と反対側の面に当接し、吸熱側が生体材料カートリッジ１１３の面に当接する。これにより、ペルチェ素子５５の吸熱側に当接する生体材料カートリッジ１１３を冷却し、ペルチェ素子５５の放熱側に当接する放熱板１２４から放熱される。
【００５２】
本実施例における脱着部は、生体材料カートリッジ１１３をキャリッジ１１１に取り付けたり分離したりする手段と、生体材料カートリッジ１１３と噴射ヘッド１２とを連結したり分離したりする手段と、を有する。
【００５３】
生体材料カートリッジ１１３をキャリッジ１１１に取り付けたり分離したりする手段は、キャリッジ１１１に設けられた、凹部５４、押し当て板５０、バネ５１、バネ支持部５２から構成される。
【００５４】
生体材料カートリッジ１１３と噴射ヘッド１２とを連結したり分離したりする手段は、キャリッジ１１１に形成された孔５３、生体材料カートリッジ１１３に備えられたチューブ１７、及び噴射ヘッド１２に備えられた接続パイプ１６によって構成される。
【００５５】
以上、説明した本実施例における生体材料噴射装置１００は、生体材料を収容する収容部としての生体材料カートリッジ１１３と、電流が流れることにより生体材料カートリッジ１１３を冷却する冷却部としてのペルチェ素子５５と、ペルチェ素子５５から発生する熱を放熱する放熱部としての放熱板１２４と、生体材料カートリッジ１１３に連結された、生体材料を噴射する噴射ヘッド１２と、生体材料カートリッジ１１３を脱着する脱着部と、を備える。
【００５６】
この構成によれば、生体材料カートリッジ１１３を冷却するペルチェ素子５５と、ペルチェ素子５５から発生する熱を放熱する放熱板１２４を備える。これにより、気温の上昇や細胞分裂による発熱などによって、生体材料カートリッジ１１３内の温度が上昇することを抑制できるので、生体材料カートリッジ１１３に収容された生体材料が劣化したり死滅したりすることを抑制できる。
【００５７】
また、生体材料カートリッジ１１３とキャリッジ１１１とを脱着する脱着部としての凹部５４、押し当て板５０、バネ５１、バネ支持部５２を備える。これにより、噴射ヘッド１２を用いて生体材料を噴射しないときは、温度管理ができる冷蔵庫などに生体材料カートリッジ１１３を保管する。そして、噴射ヘッド１２を用いて生体材料を噴射しようとするときは、冷蔵庫から生体材料カートリッジ１１３を取り出し、生体材料噴射装置１００に装着して噴射ヘッド１２から生体材料を噴射すればよい。すなわち、冷蔵庫に保管するときの容器としての生体材料カートリッジ１１３をそのまま生体材料噴射装置１００に用いて、噴射ヘッド１２から噴射することができるので、容器を移し替えるための作業時間を要しない。また、容器を移し替えることがないので、細菌が生体材料に混入することを抑制できる。
【００５８】
また、冷却部は、ペルチェ素子５５から構成されることによって、生体材料噴射装置が大型化することを抑制できる。
【００５９】
（第２実施例）
第２実施例では、収容部の温度を検出する温度検出部と、冷却部の動作を制御することによって収容部の温度を制御する温度制御部とを備えた生体材料噴射装置について説明する。
【００６０】
図７は、第１実施例で説明した押し当て板に温度検出部としてのサーミスタを備えたことを示す図である。第２実施例の生体材料噴射装置（不図示）は、第１実施例の生体材料噴射装置１００の押し当て板５０に温度検出部としてのサーミスタを備えたものである。
【００６１】
図７に示すように、第２実施例における押し当て板５０ａには、温度検出部としてのサーミスタ６０が備えられる。サーミスタ６０の生体材料カートリッジ１１３側の面は、押し当て板５０ａと同一平面を有し、押し当て板５０ａが生体材料カートリッジ１１３に当接すると、サーミスタ６０は生体材料カートリッジ１１３に当接する。
【００６２】
図８は、第２実施例における生体材料噴射装置１００ａの電気的な構成を示すブロック図である。制御ボックス１０４（図１参照）には、ＣＰＵ７１、ＲＡＭ７２、ＲＯＭ７３、ユニット制御部７４が備えられたコントローラ基板７０が内蔵されている。
【００６３】
ＣＰＵ７１がＲＯＭ７３からＲＡＭ７２に制御用プログラムを読み出して実行することにより、ユニット制御部７４は、噴射ヘッド１２の駆動、キャリッジ移動用モータ１１５の駆動、スライドベース移動用モータ１０１の駆動、冷却部としてのペルチェ素子５５の動作、をそれぞれ制御する。
【００６４】
収容部の温度が、生体材料が生存するための適正温度範囲に入るように、ユニット制御部７４は、ペルチェ素子５５に流れる電流を調整し、ペルチェ素子が吸熱したり放熱したりする動作を制御する。
【００６５】
制御ボックス１０４に備えられた操作部１１９から入力された数値に基づいて、上述の制御用プログラムが実行される。制御ボックス１０４に備えられた表示部１２３には、実行する制御用プログラムを選択するためのメニュー、選択された制御用プログラムの実行中に選択するためのメニュー、操作部１１９から入力された数値などが表示される。
【００６６】
温度検出部としてのサーミスタ６０は、生体材料カートリッジ１１３の温度としての情報を検出する。ＣＰＵ７１は、サーミスタ６０が検出した温度としての情報を取得する。ユニット制御部７４は、取得された温度としての情報に基づいて、ペルチェ素子５５の動作を制御する。
【００６７】
本実施例における温度制御部は、ＣＰＵ７１、ＲＡＭ７２、ＲＯＭ７３、ユニット制御部７４から構成され、ＣＰＵ７１がＲＯＭ７３から制御用プログラムを読み出して実行し、ユニット制御部７４がペルチェ素子５５の動作を制御することによって機能する。
【００６８】
以上、本実施例で説明した生体材料噴射装置１００ａは、収容部としての生体材料カートリッジ１１３の温度を検出する温度検出部としてのサーミスタ６０と、冷却部としてのペルチェ素子５５の温度を制御する温度制御部と、を備える。
【００６９】
この構成によれば、収容部の温度管理ができるので、生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲を保持できるので、生体材料が劣化したり死滅したりすることを抑制できる。
【００７０】
（第３実施例）
第３実施例では、冷却部の冷却能力を判定する冷却能力判定部と、アラームを出力するアラーム出力部と、を備えた生体材料噴射装置について説明する。
【００７１】
図９は、第３実施例における生体材料噴射装置１００ｂの電気的な構成を示すブロック図である。図９は、第２実施例で説明した図８の生体材料噴射装置１００ａの電気的な構成を示すブロック図に、冷却能力判定部７５、アラーム出力部８０を追加した図である。
【００７２】
冷却能力判定部７５は、ペルチェ素子５５の冷却能力が、生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲を維持するために必要な冷却能力を満たしているか否かを判定する。冷却能力判定部７５は、ＣＰＵ７１がＲＯＭ７３に記憶されたプログラムをＲＡＭ７２に読み出して実行することにより機能する。
【００７３】
アラーム出力部８０は、音としてのアラームを出力する例えばブザーなどにより構成されたり、光の点滅をアラームとするＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｎｇＤｉｏｄｅ）などにより構成されたりする。あるいは、図１の表示部１２３をアラーム出力部８０として用い、文字情報をアラームとして出力してもよい。
【００７４】
図１０は、冷却能力判定部７５が実行するプログラムのフローチャートである。ステップＳ２００では、ＣＰＵ７１は、冷却部としてのペルチェ素子５５が動作中であるか否かを判断する。
【００７５】
ペルチェ素子５５が動作中であるか否かを判断する方法は、例えば、ペルチェ素子を動作させたり停止させたりしたときに更新されるＲＡＭ７２に設けられたフラグの内容をＣＰＵ７１が取得して判断する。
【００７６】
ＣＰＵ７１は、ペルチェ素子が動作中であるときは、ステップＳ２０１にすすむ。ペルチェ素子が停止中であるときは、ステップＳ２００に戻る。ステップＳ２０１では、温度検出部としてのサーミスタ６０から温度を取得する。
【００７７】
ステップＳ２０２では、取得した温度が所定の温度以上であるか否かを判断する。所定の温度以上であるときは、ペルチェ素子５５の冷却能力が、生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲を維持するために必要な冷却能力を満たしていないと判定し、ステップＳ２０３にすすむ。所定の温度未満であるときは、ペルチェ素子５５の冷却能力が、適正温度範囲を維持するために必要な冷却能力を満たしていると判定し、ステップＳ２００に戻る。
【００７８】
所定の温度は、生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲において、最高温度または高い方の温度を定めた温度である。
【００７９】
ステップＳ２０３では、アラーム出力部８０によってアラームを出力させる。
【００８０】
以上、第３実施例で説明した生体材料噴射装置１００ｂは、第２実施例で説明した生体材料噴射装置１００ａに、更に、冷却部としてのペルチェ素子５５の冷却能力を判定する冷却能力判定部７５と、アラームを出力するアラーム出力部８０と、を備え、冷却能力判定部７５は、サーミスタ６０から取得した温度が、所定の温度以上であるとき、アラーム出力部８０によってアラームを出力させる。
【００８１】
例えば気温が高いと、生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲を保持するために必要な冷却能力より、ペルチェ素子５５の冷却能力が不足する場合がある。このような場合に、生体材料カートリッジ１１３の温度は、適正温度範囲において、高い方の温度になる。更に、気温が上昇すると、生体材料カートリッジ１１３内の温度は、適正温度範囲を超えてしまう虞がある。
【００８２】
本実施例の構成によれば、冷却能力判定部７５は、サーミスタ６０から取得した温度が所定の温度以上であるときは、アラーム出力部８０によってアラームを出力させる。これにより、生体材料カートリッジ１１３内の温度を生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲まで冷却するための冷却能力より、ペルチェ素子５５の冷却能力が不足している場合に、生体材料カートリッジ１１３内の温度が、適正温度範囲を超えてしまう前に、アラームによって通知を受けた使用者が、例えば冷蔵庫などに収容すれば、生体材料が劣化したり死滅したりすることを抑制できる。
【００８３】
（第４実施例）
第４実施例では、冷却部を動作させるための電流値を検出する電流値検出部を備えた生体材料噴射装置について説明する。
【００８４】
図１１は、第４実施例における生体材料噴射装置１００ｃの電気的な構成を示すブロック図である。図１１は、第３実施例で説明した図９の生体材料噴射装置１００ｂの電気的な構成を示すブロック図に、電流値検出部８１を追加した図である。
【００８５】
電流値検出部８１は、冷却部としてのペルチェ素子５５を動作させるための電流値を検出する。
【００８６】
図１２は、本実施例における冷却能力判定部７５が実行するプログラムのフローチャートである。ステップＳ２１０では、ＣＰＵ７１は、冷却部としてのペルチェ素子５５が動作中であるか否かを判断する。
【００８７】
ペルチェ素子５５が動作中であるか否かを判断する方法は、例えば、第３実施例で説明したように、ペルチェ素子を動作させたり停止させたりしたときに更新されるＲＡＭ７２に設けられたフラグの内容をＣＰＵ７１が取得して判断する。あるいは、電流値検出部８１によってペルチェ素子を動作させるための電流値を検出することにより、ペルチェ素子５５が動作しているか否かを判断する方法でもよい。
【００８８】
ＣＰＵ７１は、ペルチェ素子５５が動作中であるときは、ステップＳ２１１にすすむ。ペルチェ素子が停止中であるときは、ステップＳ２１０に戻る。ステップＳ２１１では、ＣＰＵ７１は、電流値検出部８１によってペルチェ素子５５を動作させるための電流値を取得する。
【００８９】
ステップＳ２１２では、ＣＰＵ７１は、取得した電流値が所定の電流値以上であるか否かを判断する。所定の電流値は、ペルチェ素子５５を動作させるための電流値の範囲において、最大値または高い方の電流値を設定したものである。
【００９０】
サーミスタ６０によって検出された生体材料カートリッジ１１３の温度と、生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲における最高温度との温度差が大きいとき、ＣＰＵ７１は、ペルチェ素子５５を動作させるための電流値を大きくしてペルチェ素子５５が冷却する能力を上げようとする。
【００９１】
従って、電流値検出部８１が取得した電流値が、ペルチェ素子５５を動作させるための電流値の範囲において最大値または高い方にあるときは、生体材料カートリッジ１１３の内部における温度は、生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲における高い方の温度になっていることを示す。
【００９２】
ステップＳ２１２では、ＣＰＵ７１は、取得された電流値が所定の電流値以上であるときは、ペルチェ素子５５の冷却能力が、生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲を維持するために必要な冷却能力を満たしていないと判定する。そのため、生体材料カートリッジ１１３の内部における温度は、生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲における高い方の温度になっていると判定し、ステップＳ２１３にすすむ。取得された電流値が所定の電流値未満であるときは、ペルチェ素子５５の冷却能力が、適正温度範囲を維持するために必要な冷却能力を満たしていると判定する。そのため、生体材料カートリッジ１１３の内部における温度は、生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲における高い方の温度にはなっていないと判定し、ステップＳ２１０に戻る。
【００９３】
ステップＳ２１３では、アラーム出力部８０によってアラームを出力させる。
【００９４】
以上、第４実施例で説明した生体材料噴射装置１００ｃは、第３実施例で説明した生体材料噴射装置１００ｂに、冷却部としてのペルチェ素子５５を動作させるための電流値を検出する電流値検出部８１を備え、冷却能力判定部７５は、電流値が所定の電流値以上であるときは、ペルチェ素子５５の冷却能力が、生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲を維持するために必要な冷却能力を満たしていないと判定し、アラーム出力部８０によってアラームを出力させる。
【００９５】
第３実施例では説明したように、例えば気温が高いと、生体材料が劣化せずに生存できる適正温度範囲を保持するために必要な冷却能力より、ペルチェ素子５５の冷却能力が不足する場合がある。このような場合に、生体材料カートリッジ１１３内の温度は、適正温度範囲において、高い方の温度になる。更に、気温が上昇すると、生体材料カートリッジ１１３内の温度は、適正温度範囲を超えてしまう虞がある。
【００９６】
本実施例の構成によれば、ペルチェ素子５５の冷却能力が不足する場合、生体材料カートリッジ１１３内の温度が、生体材料が劣化せずに生存する適正温度範囲を超えてしまう前に、アラームによって通知を受けた使用者は、冷蔵庫などに生体材料カートリッジ１１３を保管すれば、生体材料カートリッジ１１３内の生体材料が劣化してしまうことを抑制できる。
【００９７】
（第５実施例）
第５実施例では、放熱板と噴射ヘッドとに当接する熱伝導性部材を備えた生体材料噴射装置について説明する。
【００９８】
図１３は、放熱板１２４と噴射ヘッド１２とに当接する熱伝導性部材６１を備えた図である。熱伝導性部材６１は、例えばアルミニウムなどの熱伝導性を有する金属である。放熱板１２４から熱伝導性部材６１を介して、熱が噴射ヘッド１２に伝導される。
【００９９】
冷蔵庫などに生体材料を保管することにより、生体材料を含む液体の温度が低下すると、生体材料を含む液体の粘性が低下する。このような生体材料を含む液体が収容された収容部を冷蔵庫から取り出して生体材料を噴射すると、噴射ヘッド１２内の流路が詰まる場合がある。
【０１００】
本実施例で説明したようにすれば、生体材料を含む液体の温度が低下することにより粘性が増して噴射ヘッド１２内の流路が詰まることを抑制できる。従って、冷蔵庫に保管するときの容器としての生体材料カートリッジ１１３をそのまま生体材料噴射装置に用いて、噴射ヘッド１２から噴射することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】第１実施例における生体材料噴射装置の外観斜視図。
【図２】噴射ヘッドの斜視図。
【図３】組み立てられた噴射ヘッドの断面側面図。
【図４】図３のＡ−Ａ線における矢印方向から見た図。
【図５】生体材料カートリッジの外観斜視図。
【図６】キャリッジに備えられた生体材料カートリッジと放熱板の図。
【図７】温度検出部としてのサーミスタを備えたことを示す図。
【図８】第２実施例における生体材料噴射装置の電気的な構成を示すブロック図。
【図９】第３実施例における生体材料噴射装置の電気的な構成を示すブロック図。
【図１０】第３実施例における冷却能力判定部が実行するプログラムのフローチャート。
【図１１】第４実施例における生体材料噴射装置の電気的な構成を示すブロック図。
【図１２】第４実施例における冷却能力判定部が実行するプログラムのフローチャート。
【図１３】放熱板と生体材料噴射ヘッドとに当接する熱伝導性部材を備えた図。
【符号の説明】
【０１０２】
１２…噴射ヘッド、１６…接続パイプ、１７…チューブ、５０…押し当て板、５１…バネ、５２…バネ支持部、５３…孔、５４…凹部、５５…ペルチェ素子、５６…フィン、６０…サーミスタ、７１…ＣＰＵ、７２…ＲＡＭ、７３…ＲＯＭ、７４…ユニット制御部、７５…冷却能力判定部、８０…アラーム出力部、８１…電流値検出部、１００，１００ａ…生体材料噴射装置、１１３…生体材料カートリッジ、１２４…放熱板。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体材料を収容する収容部と、
前記収容部を冷却する冷却部と、
前記冷却部から発生する熱を放熱する放熱部と、
前記収容部に連結された、前記生体材料を噴射する噴射ヘッドと、
前記収容部を脱着する脱着部と、
を備えたことを特徴とする生体材料噴射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の生体材料噴射装置において、
更に、前記収容部の温度を検出する温度検出部と、
前記冷却部の動作を制御することにより、前記収容部の温度を制御する温度制御部と、を備えたことを特徴とする生体材料噴射装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の生体材料噴射装置において、
更に、前記冷却部の冷却能力を判定する冷却能力判定部と、
アラームを出力するアラーム出力部と、を備え、
前記冷却能力判定部は、前記温度検出部から取得した温度が所定の温度以上であるときは、前記アラーム出力部によってアラームを出力させることを特徴とする生体材料噴射装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の生体材料噴射装置において、
前記冷却部は電流が流れることにより前記収容部を冷却するペルチェ素子を用いて構成されることを特徴とする生体材料噴射装置。
【請求項５】
請求項４に記載の生体材料噴射装置において、
更に、前記ペルチェ素子に流れる電流値を検出する電流値検出部を備え、
前記冷却能力判定部は、前記電流値が所定の電流値以上であるときは、前記アラーム出力部によってアラームを出力させることを特徴とする生体材料噴射装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の生体材料噴射装置において、
更に、前記放熱部と前記噴射ヘッドとに当接する熱伝導性部材を備えたことを特徴とする生体材料噴射装置。
【請求項１】
生体材料を収容する収容部と、
前記収容部を冷却する冷却部と、
前記冷却部から発生する熱を放熱する放熱部と、
前記収容部に連結された、前記生体材料を噴射する噴射ヘッドと、
前記収容部を脱着する脱着部と、
を備えたことを特徴とする生体材料噴射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の生体材料噴射装置において、
更に、前記収容部の温度を検出する温度検出部と、
前記冷却部の動作を制御することにより、前記収容部の温度を制御する温度制御部と、を備えたことを特徴とする生体材料噴射装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の生体材料噴射装置において、
更に、前記冷却部の冷却能力を判定する冷却能力判定部と、
アラームを出力するアラーム出力部と、を備え、
前記冷却能力判定部は、前記温度検出部から取得した温度が所定の温度以上であるときは、前記アラーム出力部によってアラームを出力させることを特徴とする生体材料噴射装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の生体材料噴射装置において、
前記冷却部は電流が流れることにより前記収容部を冷却するペルチェ素子を用いて構成されることを特徴とする生体材料噴射装置。
【請求項５】
請求項４に記載の生体材料噴射装置において、
更に、前記ペルチェ素子に流れる電流値を検出する電流値検出部を備え、
前記冷却能力判定部は、前記電流値が所定の電流値以上であるときは、前記アラーム出力部によってアラームを出力させることを特徴とする生体材料噴射装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の生体材料噴射装置において、
更に、前記放熱部と前記噴射ヘッドとに当接する熱伝導性部材を備えたことを特徴とする生体材料噴射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−１０４２６９（Ｐ２０１０−１０４２６９Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７７８１３（Ｐ２００８−２７７８１３）
【出願日】平成２０年１０月２９日（２００８．１０．２９）
【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２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２９日（２００８．１０．２９）
【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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