JP2002228672A - 生体液滴吐出装置に用いる生体液レベル制御機構 - Google Patents
生体液滴吐出装置に用いる生体液レベル制御機構Info
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- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 吐出される生体液滴が汚染されていず、十分
な形状を有する生体液滴吐出装置に用いる生体液レベル
制御機構を提供する。 【解決手段】 生体液滴吐出装置は、トランスデューサ
が設けられた音響波方式液滴吐出機構１４を備え、それ
と分離して、生体液カートリッジ１２が設けられ生体液
３８を保持する。音響波方式液滴吐出機構１４が作動す
ると、トランスデューサの発生するエネルギーは、音響
結合流体を介し、フレネルレンズ２２により生体液カー
トリッジ１２の液表面に焦点を合わせて集められ、生体
液３８が液滴状に吐出する。生体液カートリッジ１２内
の生体液３８の高さがあるレベル以下になると、追加の
音響結合流体がプランジャ９６により供給され、生体液
カートリッジ１２全体の高さを上げ、生体液レベル高さ
の調整が行われる。
な形状を有する生体液滴吐出装置に用いる生体液レベル
制御機構を提供する。 【解決手段】 生体液滴吐出装置は、トランスデューサ
が設けられた音響波方式液滴吐出機構１４を備え、それ
と分離して、生体液カートリッジ１２が設けられ生体液
３８を保持する。音響波方式液滴吐出機構１４が作動す
ると、トランスデューサの発生するエネルギーは、音響
結合流体を介し、フレネルレンズ２２により生体液カー
トリッジ１２の液表面に焦点を合わせて集められ、生体
液３８が液滴状に吐出する。生体液カートリッジ１２内
の生体液３８の高さがあるレベル以下になると、追加の
音響結合流体がプランジャ９６により供給され、生体液
カートリッジ１２全体の高さを上げ、生体液レベル高さ
の調整が行われる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、生体液滴吐出装置
に用いるレベル検出機構とその制御システムに関する。
に用いるレベル検出機構とその制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】生体液滴吐出装置は、生物学的検体（生
物学的アッセイ）の形で、基板に生体液滴を沈積するの
に特に用いられる。例えば、遺伝子欠陥や他の生化学的
異常に対する現行の生物学的試験では、何千という生体
液の個体を、ガラスの基板上の明確に規定され、それぞ
れ異なった個所に配置する。その後、別の沈積液を上記
ガラスの基板の同じ個所に更に沈積することもできる。
この点々とプリントされた生物学的検体は、蛍光のよう
な光学特性の変化を観察するためレーザで走査される。
物学的アッセイ）の形で、基板に生体液滴を沈積するの
に特に用いられる。例えば、遺伝子欠陥や他の生化学的
異常に対する現行の生物学的試験では、何千という生体
液の個体を、ガラスの基板上の明確に規定され、それぞ
れ異なった個所に配置する。その後、別の沈積液を上記
ガラスの基板の同じ個所に更に沈積することもできる。
この点々とプリントされた生物学的検体は、蛍光のよう
な光学特性の変化を観察するためレーザで走査される。
【０００３】これらの状況下では生体液滴吐出装置が汚
染源とならず、異なる生体液間の意図しない交差汚染を
許さないものであることが重要である。
染源とならず、異なる生体液間の意図しない交差汚染を
許さないものであることが重要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】これらの生体液は高価
であるので、試験の際には液を少量だけ使用することが
望ましく、吐出される生体液滴は、汚染されていないも
のであることに加えて、十分な形状を有しているものと
することが望ましい。この要求から、最も効率的に有用
な生体液滴を出力するために、適切な生体液のレベル制
御と、吐出装置の初期化操作という課題が生じる。
であるので、試験の際には液を少量だけ使用することが
望ましく、吐出される生体液滴は、汚染されていないも
のであることに加えて、十分な形状を有しているものと
することが望ましい。この要求から、最も効率的に有用
な生体液滴を出力するために、適切な生体液のレベル制
御と、吐出装置の初期化操作という課題が生じる。
【０００５】前述の状況に鑑みて、吐出装置に、生体液
をタイムリーで有用な方法で適切に確実に供給する機構
を提供することが望ましいと考えられる。
をタイムリーで有用な方法で適切に確実に供給する機構
を提供することが望ましいと考えられる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明では、生体液滴を
少量吐出する生体液滴吐出装置に用いるレベル制御機構
が提供される。生体液滴吐出装置は生体液滴吐出機構を
備え、生体液滴吐出機構は生体液滴の吐出するエネルギ
ーを発生するトランスデューサを備える。生体液カート
リッジ、すなわち生体液保持領域は、生体液を保持し、
生体液滴吐出機構と生体液カートリッジとの間の汚染を
回避するため、生体液滴吐出機構とは分離して設けられ
る。生体液カートリッジは生体液滴吐出機構に接続さ
れ、生体液滴吐出機構が作動すると、生体液がコントロ
ールされた液滴として吐出される。カートリッジ内の生
体液のレベル高さを検出するためレベルセンサが配置さ
れる。生体液の高さが所定のレベル以下であることが検
出されると、少なくとも一つの追加生体液がカートリッ
ジに供給され、生体液カートリッジ全体のレベルを上げ
ることによって、レベル高さの調整が行われる。
少量吐出する生体液滴吐出装置に用いるレベル制御機構
が提供される。生体液滴吐出装置は生体液滴吐出機構を
備え、生体液滴吐出機構は生体液滴の吐出するエネルギ
ーを発生するトランスデューサを備える。生体液カート
リッジ、すなわち生体液保持領域は、生体液を保持し、
生体液滴吐出機構と生体液カートリッジとの間の汚染を
回避するため、生体液滴吐出機構とは分離して設けられ
る。生体液カートリッジは生体液滴吐出機構に接続さ
れ、生体液滴吐出機構が作動すると、生体液がコントロ
ールされた液滴として吐出される。カートリッジ内の生
体液のレベル高さを検出するためレベルセンサが配置さ
れる。生体液の高さが所定のレベル以下であることが検
出されると、少なくとも一つの追加生体液がカートリッ
ジに供給され、生体液カートリッジ全体のレベルを上げ
ることによって、レベル高さの調整が行われる。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は音響波方式液滴吐出装置１
０の断面図で、音響波方式液滴吐出装置１０は、音響波
方式液滴吐出機構１４とトランスデューサ１６を備え、
音響波方式液滴吐出機構１４は、その内部に挿入された
生体液カートリッジ１２を含む。トランスデューサ１６
には電源１８からエネルギーが供給される。トランスデ
ューサ１６は、基板２０の表面に設けられ、基板２０は
例えばガラスである。トランスデューサ１６が設けられ
たガラスの基板２０の反対側表面に、フォーカスレンズ
構造がパターン化されまたは配置される。フォーカスレ
ンズ構造は例えばフレネルレンズ２２である。フレネル
レンズ２２の代わりに、他のタイプのフォーカスレンズ
構造も用いることができる。
０の断面図で、音響波方式液滴吐出装置１０は、音響波
方式液滴吐出機構１４とトランスデューサ１６を備え、
音響波方式液滴吐出機構１４は、その内部に挿入された
生体液カートリッジ１２を含む。トランスデューサ１６
には電源１８からエネルギーが供給される。トランスデ
ューサ１６は、基板２０の表面に設けられ、基板２０は
例えばガラスである。トランスデューサ１６が設けられ
たガラスの基板２０の反対側表面に、フォーカスレンズ
構造がパターン化されまたは配置される。フォーカスレ
ンズ構造は例えばフレネルレンズ２２である。フレネル
レンズ２２の代わりに、他のタイプのフォーカスレンズ
構造も用いることができる。
【０００８】音響結合流体等の結合層２４がフレネルレ
ンズ２２と生体液カートリッジ１２との間に配置され
る。結合層２４は、音響波の減衰が少ないものが選択さ
れる。有利な音響波特性を有する音響結合流体の一例に
水が含まれる。別の実施の形態では、結合層２４として
グリースの薄い層を用いることもできる。グリースによ
る結合層は、トラップされた気泡の可能性を最小限とす
るため結合表面を比較的平坦フラットにする場合に有利
である。
ンズ２２と生体液カートリッジ１２との間に配置され
る。結合層２４は、音響波の減衰が少ないものが選択さ
れる。有利な音響波特性を有する音響結合流体の一例に
水が含まれる。別の実施の形態では、結合層２４として
グリースの薄い層を用いることもできる。グリースによ
る結合層は、トラップされた気泡の可能性を最小限とす
るため結合表面を比較的平坦フラットにする場合に有利
である。
【０００９】ガラスの基板２０の上方に壁があり、これ
らの壁によって内部のチャンバ３０が規定され、その内
部に生体液カートリッジ１２が収められる。生体液カー
トリッジ１２の側壁３１は、その外表面に、突起するシ
ール３２を備える。シール３２の役目は、生体液カート
リッジ１２をチャンバ３０内に固定し、音響結合流体の
結合層２４をシール３２の下側に維持することである。
正確な寸法の深さ止め部材３４により、生体液カートリ
ッジ１２は所望の挿入位置に保持される。薄いメンブレ
ン３６が、生体液カートリッジ１２の下部３７に形成さ
れ、この薄いメンブレン３６はフレネルレンズ２２の実
質的直ぐ上に配置される。メンブレン３６は音響波に対
して薄いメンブレンとして機能する。音響波に対して薄
いということは、入射する音響波エネルギーの５０％以
上が生体液カートリッジ１２内の生体液３８まで達する
のにメンブレンの厚さが十分に薄いこと、を意味すると
この文脈では定義される。
らの壁によって内部のチャンバ３０が規定され、その内
部に生体液カートリッジ１２が収められる。生体液カー
トリッジ１２の側壁３１は、その外表面に、突起するシ
ール３２を備える。シール３２の役目は、生体液カート
リッジ１２をチャンバ３０内に固定し、音響結合流体の
結合層２４をシール３２の下側に維持することである。
正確な寸法の深さ止め部材３４により、生体液カートリ
ッジ１２は所望の挿入位置に保持される。薄いメンブレ
ン３６が、生体液カートリッジ１２の下部３７に形成さ
れ、この薄いメンブレン３６はフレネルレンズ２２の実
質的直ぐ上に配置される。メンブレン３６は音響波に対
して薄いメンブレンとして機能する。音響波に対して薄
いということは、入射する音響波エネルギーの５０％以
上が生体液カートリッジ１２内の生体液３８まで達する
のにメンブレンの厚さが十分に薄いこと、を意味すると
この文脈では定義される。
【００１０】作動に当たって、トランスデューサ１６に
エネルギーが与えられて、音響波が放射され、音響波は
ガラスの基板２０を通ってフレネルレンズ２２に達す
る。フレネルレンズ２２は音響結合流体の結合層２４と
メンブレン３６とを通過した音響波エネルギーを焦点に
集め、集められた音響波エネルギー３９は生体液３８の
メニスカス４０の先端に達する。焦点に集められた音響
波エネルギーがメニスカス４０に当たると、表面に乱れ
が生じ、生体液滴４２が、生体液カートリッジ１２から
対象基板４３に対し吐出される。対象基板４３は、例え
ば、紙、ガラス、プラスチックまたは他の適当な材料で
ある。吐出された生体液滴４２は、直径約１５μmと小
さくすることができる。しかし、この寸法制約は使用す
る物理的構成要素に基づいており、音響波方式液滴吐出
装置で吐出される液滴の寸法は、物理的構成要素の設計
を変更することにより大きくも小さくもすることが可能
である。
エネルギーが与えられて、音響波が放射され、音響波は
ガラスの基板２０を通ってフレネルレンズ２２に達す
る。フレネルレンズ２２は音響結合流体の結合層２４と
メンブレン３６とを通過した音響波エネルギーを焦点に
集め、集められた音響波エネルギー３９は生体液３８の
メニスカス４０の先端に達する。焦点に集められた音響
波エネルギーがメニスカス４０に当たると、表面に乱れ
が生じ、生体液滴４２が、生体液カートリッジ１２から
対象基板４３に対し吐出される。対象基板４３は、例え
ば、紙、ガラス、プラスチックまたは他の適当な材料で
ある。吐出された生体液滴４２は、直径約１５μmと小
さくすることができる。しかし、この寸法制約は使用す
る物理的構成要素に基づいており、音響波方式液滴吐出
装置で吐出される液滴の寸法は、物理的構成要素の設計
を変更することにより大きくも小さくもすることが可能
である。
【００１１】生体液滴４２が吐出される表面は、全体が
外に向いて開かれていても、あるいはアパーチャ付き板
の蓋４４で覆われていてもよい。蓋４４は適切な寸法の
アパーチャ４５を備えるが、液滴吐出の際の干渉を防ぐ
ため、その寸法は吐出される液滴よりも大きい。アパー
チャ４５の寸法は、アパーチャ４５を横断するメニスカ
ス４０の表面張力が、生体液３８にかかる重力より十分
に大きくなるようにしなければならない。この設計によ
り、生体液カートリッジ１２を回転してアパーチャ４５
を下向きにしても、生体液３８が生体液カートリッジ１
２から落下することを防止できる。このアパーチャ下向
き構造の利点は、対象基板４３より落ちる恐れのある物
質から、生体液３８の状態をクリーンに保てることであ
る。
外に向いて開かれていても、あるいはアパーチャ付き板
の蓋４４で覆われていてもよい。蓋４４は適切な寸法の
アパーチャ４５を備えるが、液滴吐出の際の干渉を防ぐ
ため、その寸法は吐出される液滴よりも大きい。アパー
チャ４５の寸法は、アパーチャ４５を横断するメニスカ
ス４０の表面張力が、生体液３８にかかる重力より十分
に大きくなるようにしなければならない。この設計によ
り、生体液カートリッジ１２を回転してアパーチャ４５
を下向きにしても、生体液３８が生体液カートリッジ１
２から落下することを防止できる。このアパーチャ下向
き構造の利点は、対象基板４３より落ちる恐れのある物
質から、生体液３８の状態をクリーンに保てることであ
る。
【００１２】トランスデューサ１６、電源１８、ガラス
の基板２０，フレネルレンズ２２の作動機能は、音響波
方式インク吐出印刷法の分野で既に用いられる液滴吐出
装置と同様なものである。また、このような動作もその
技術にとり周知である。
の基板２０，フレネルレンズ２２の作動機能は、音響波
方式インク吐出印刷法の分野で既に用いられる液滴吐出
装置と同様なものである。また、このような動作もその
技術にとり周知である。
【００１３】前述の設計では、生体液３８が生体液カー
トリッジ１２内に分離されているので、生体液３８が、
音響波方式液滴吐出機構１４や他の汚染可能源、例え
ば、空気からくる汚染源または音響波方式液滴吐出機構
１４に以前に使った生体液による汚染源と、接触するこ
とが防止される。生体液カートリッジ１２は、音響結合
流体の結合層２４とメンブレン３６で分離されている。
生体液カートリッジ１２全体は、生物学的に不活性な材
料、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンから、射出
成形法で製造することができる。生体液カートリッジ１
２は、メンブレン３６や音響結合流体の結合層２４を含
む結合インターフェイスを介して、音響波方式液滴吐出
機構１４と作動的につながっている。
トリッジ１２内に分離されているので、生体液３８が、
音響波方式液滴吐出機構１４や他の汚染可能源、例え
ば、空気からくる汚染源または音響波方式液滴吐出機構
１４に以前に使った生体液による汚染源と、接触するこ
とが防止される。生体液カートリッジ１２は、音響結合
流体の結合層２４とメンブレン３６で分離されている。
生体液カートリッジ１２全体は、生物学的に不活性な材
料、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンから、射出
成形法で製造することができる。生体液カートリッジ１
２は、メンブレン３６や音響結合流体の結合層２４を含
む結合インターフェイスを介して、音響波方式液滴吐出
機構１４と作動的につながっている。
【００１４】本発明の具体的な設計の一例では、生体液
カートリッジ１２の幅は約３００μｍで、メンブレン３
６の厚さは３μｍ程度である。この特定の実施の形態で
は、焦点に集められる音響波の波長が３００μｍで、作
動周波数が既知の音響波方式液滴吐出機構のものという
設計条件下において、メニスカスの位置は理想表面のレ
ベルから±５μｍ以内に維持しなければならない。
カートリッジ１２の幅は約３００μｍで、メンブレン３
６の厚さは３μｍ程度である。この特定の実施の形態で
は、焦点に集められる音響波の波長が３００μｍで、作
動周波数が既知の音響波方式液滴吐出機構のものという
設計条件下において、メニスカスの位置は理想表面のレ
ベルから±５μｍ以内に維持しなければならない。
【００１５】電源１８は制御良く可変できる。電源１８
の出力を変化することによってトランスデューサ１６が
発生するエネルギーが調節され、それにより生体液滴４
２の容積を変えることができる。
の出力を変化することによってトランスデューサ１６が
発生するエネルギーが調節され、それにより生体液滴４
２の容積を変えることができる。
【００１６】前述のように、音響波方式液滴吐出装置１
０を適切に作動するには、メニスカス４０の位置を装置
構造で規定される許容差内に維持しなければならない。
前述の実施の形態の、特有の音響波方式液滴吐出機構で
は、許容差は±５μｍである。異なる構造の装置に対し
ては他の範囲の許容差も存在する。
０を適切に作動するには、メニスカス４０の位置を装置
構造で規定される許容差内に維持しなければならない。
前述の実施の形態の、特有の音響波方式液滴吐出機構で
は、許容差は±５μｍである。異なる構造の装置に対し
ては他の範囲の許容差も存在する。
【００１７】生体液カートリッジ１２の生体液レベルを
ある設定水準のパラメータに維持するという概念は、図
２（ａ），２（ｂ）に示される。例えば、図２（ａ）
は、生体液３８が「満杯」になっている生体液カートリ
ッジ１２を示す。図２（ｂ）では同じ生体液カートリッ
ジ１２が「空」の状態になっているのが示されている。
ここで、この実施の形態の「空」というのは、生体液３
８の量の高さが、予め定められたパラメータの高さ４
６、例えば１０μｍ、より低いということをいう。した
がって、生体液自体は生体液カートリッジ１２内にまだ
残っている。しかし、音響波方式液滴吐出装置１０の作
動特性の面からは、一旦、生体液３８が既定レベルの高
さ４６の外になると、信頼性をもって生体液滴を吐出す
ることが不可能になる。この状況が起こるのは、音響波
エネルギー３９の先端が生体液３８のメニスカスにフォ
ーカスが合わず、液滴を吐出する程度に表面を乱すに十
分なエネルギーがそのメニスカスに伝達されないからで
ある。
ある設定水準のパラメータに維持するという概念は、図
２（ａ），２（ｂ）に示される。例えば、図２（ａ）
は、生体液３８が「満杯」になっている生体液カートリ
ッジ１２を示す。図２（ｂ）では同じ生体液カートリッ
ジ１２が「空」の状態になっているのが示されている。
ここで、この実施の形態の「空」というのは、生体液３
８の量の高さが、予め定められたパラメータの高さ４
６、例えば１０μｍ、より低いということをいう。した
がって、生体液自体は生体液カートリッジ１２内にまだ
残っている。しかし、音響波方式液滴吐出装置１０の作
動特性の面からは、一旦、生体液３８が既定レベルの高
さ４６の外になると、信頼性をもって生体液滴を吐出す
ることが不可能になる。この状況が起こるのは、音響波
エネルギー３９の先端が生体液３８のメニスカスにフォ
ーカスが合わず、液滴を吐出する程度に表面を乱すに十
分なエネルギーがそのメニスカスに伝達されないからで
ある。
【００１８】したがって、生体液滴吐出装置を有用に作
動させるため、生体液レベルを検出する構造を提供する
ことが望ましい。が一方では、その対象となる生体液カ
ートリッジが音響波方式液滴吐出機構内にあるのであ
る。
動させるため、生体液レベルを検出する構造を提供する
ことが望ましい。が一方では、その対象となる生体液カ
ートリッジが音響波方式液滴吐出機構内にあるのであ
る。
【００１９】図３は、生体液レベル検出機構５０の第一
の実施の形態を示す。これにより、生体液カートリッジ
１２が音響波方式液滴吐出機構１４内にあるにもかかわ
らず、生体液カートリッジ１２内の生体液３８のレベル
を測定することができる。
の実施の形態を示す。これにより、生体液カートリッジ
１２が音響波方式液滴吐出機構１４内にあるにもかかわ
らず、生体液カートリッジ１２内の生体液３８のレベル
を測定することができる。
【００２０】生体液の液滴が生体液カートリッジ１２か
ら吐出されるに応じて、生体液３８のレベルが変化す
る。生体液レベル検出機構５０はレーザ５２を備える。
レーザ５２は、放射されたレーザビーム５４が生体液３
８の上表面５６の所で反射されるように配置される。レ
ーザ検出部５８は、第一レーザビーム検出器６０と第二
レーザビーム検出器６２とを備える。第一レーザビーム
検出器６０は、生体液カートリッジ１２が所定のレベル
範囲内に生体液を保持している時に反射レーザビーム６
４が第一レーザビーム検出器６０に当たるように、音響
波方式液滴吐出装置に対して相対的な傾き角を持って位
置決めされる。第二レーザビーム検出器６２は、生体液
が適切な作動に許容されるレベル範囲外にある時に反射
レーザビーム６６を検出する角度で、音響波方式液滴吐
出装置に対して相対的な傾き角を持って位置決めされ
る。
ら吐出されるに応じて、生体液３８のレベルが変化す
る。生体液レベル検出機構５０はレーザ５２を備える。
レーザ５２は、放射されたレーザビーム５４が生体液３
８の上表面５６の所で反射されるように配置される。レ
ーザ検出部５８は、第一レーザビーム検出器６０と第二
レーザビーム検出器６２とを備える。第一レーザビーム
検出器６０は、生体液カートリッジ１２が所定のレベル
範囲内に生体液を保持している時に反射レーザビーム６
４が第一レーザビーム検出器６０に当たるように、音響
波方式液滴吐出装置に対して相対的な傾き角を持って位
置決めされる。第二レーザビーム検出器６２は、生体液
が適切な作動に許容されるレベル範囲外にある時に反射
レーザビーム６６を検出する角度で、音響波方式液滴吐
出装置に対して相対的な傾き角を持って位置決めされ
る。
【００２１】第一レーザビーム検出器６０と第二レーザ
ビーム検出器６２の出力はコントローラ６８に送られ
る。この情報は、レーザ５２と第一レーザビーム検出器
６０、第二レーザビーム検出器６２の位置に関して予め
プログラムされた情報に従って、生体液レベルを計算す
るのに用いられる。コントローラ６８が得た情報は、さ
らに生体液レベルを制御するのにも用いることができ
る。このことについては後に更に詳細に述べる。
ビーム検出器６２の出力はコントローラ６８に送られ
る。この情報は、レーザ５２と第一レーザビーム検出器
６０、第二レーザビーム検出器６２の位置に関して予め
プログラムされた情報に従って、生体液レベルを計算す
るのに用いられる。コントローラ６８が得た情報は、さ
らに生体液レベルを制御するのにも用いることができ
る。このことについては後に更に詳細に述べる。
【００２２】図４（ａ），４（ｂ）は、レベル検出の第
二の実施の形態を示す。特に、コントローラ７０は、電
源７２の出力を制御し、フレネルレンズ２２を通して生
体液３８の上表面８０に伝達される短いパルスの音響波
７６を発生させる。コントローラ７０は、電源７２から
の出力を制御し、短いパルスの音響波７６の強さが生体
液滴の吐出をきたすには不十分なようにする。正確にい
うと、短いパルスの音響波７６は放射された後、フレネ
ルレンズ２２で検出される。この外向きの音響波７６
は、図４（ａ）に示されるように、上表面８０に達し、
次いでフレネルレンズ２２の方に反射波８４となって戻
り、音響波７６の放射と反射を示すものとして、コント
ローラ７０に供給されるＲＦ信号を発生する。
二の実施の形態を示す。特に、コントローラ７０は、電
源７２の出力を制御し、フレネルレンズ２２を通して生
体液３８の上表面８０に伝達される短いパルスの音響波
７６を発生させる。コントローラ７０は、電源７２から
の出力を制御し、短いパルスの音響波７６の強さが生体
液滴の吐出をきたすには不十分なようにする。正確にい
うと、短いパルスの音響波７６は放射された後、フレネ
ルレンズ２２で検出される。この外向きの音響波７６
は、図４（ａ）に示されるように、上表面８０に達し、
次いでフレネルレンズ２２の方に反射波８４となって戻
り、音響波７６の放射と反射を示すものとして、コント
ローラ７０に供給されるＲＦ信号を発生する。
【００２３】音響波７６が上表面８０に達し更にフレネ
ルレンズ２２に戻ってくるに要する時間が、生体液が適
切なレベルにあるかどうかを決定するのに用いられる。
この情報は、後に更に詳細に述べる、生体液レベルの調
節にも用いられる。別の実施の形態として、供給される
周波数を変化させて焦点距離を変え、音響波をメニスカ
ス表面に保っておくことも可能である。
ルレンズ２２に戻ってくるに要する時間が、生体液が適
切なレベルにあるかどうかを決定するのに用いられる。
この情報は、後に更に詳細に述べる、生体液レベルの調
節にも用いられる。別の実施の形態として、供給される
周波数を変化させて焦点距離を変え、音響波をメニスカ
ス表面に保っておくことも可能である。
【００２４】コントローラ７０には、音響波の速度、
「満杯」のときの生体液カートリッジ１２内の生体液の
深さ、生体液の粘度に関するパラメータ、およびその他
の必要なパラメータが予めプログラムされており、音響
波７６が音源から外向けに放射されてから反射波８４を
受け取るまでの時間を決定するように設計されている。
この情報を用いてコントローラ７０は生体液カートリッ
ジ１２内の生体液レベルを計算する。この情報は以下で
更に詳細に述べるレベル制御設計に用いられる。
「満杯」のときの生体液カートリッジ１２内の生体液の
深さ、生体液の粘度に関するパラメータ、およびその他
の必要なパラメータが予めプログラムされており、音響
波７６が音源から外向けに放射されてから反射波８４を
受け取るまでの時間を決定するように設計されている。
この情報を用いてコントローラ７０は生体液カートリッ
ジ１２内の生体液レベルを計算する。この情報は以下で
更に詳細に述べるレベル制御設計に用いられる。
【００２５】別の実施の形態では、コントローラ７０
は、戻ってくる音響波の振幅を検出する設計にすること
もできる。検出された振幅は生体液のレベルに関連付け
られる。特に、音響波の戻り信号である反射波８４は、
振幅情報をも備えている。液の高さが適切なレベルにな
く、高すぎたり低すぎたりすれば、得られる振幅は期待
値より低くなる。戻ってくる音響波の振幅は、液が液滴
吐出作動に正しいレベルにある時にピークとなる。した
がって、適切なレベルを決定するには、生体液の容積を
変えて測定を行って戻ってくる音響波の振幅が最大の振
幅に近いか、あるいはこれから離れているかどうかを測
定する。液の追加または取り出しが行われたか、あるい
は振幅の応答がどうであったかに従って生体液の増減の
必要性を決定することができる。
は、戻ってくる音響波の振幅を検出する設計にすること
もできる。検出された振幅は生体液のレベルに関連付け
られる。特に、音響波の戻り信号である反射波８４は、
振幅情報をも備えている。液の高さが適切なレベルにな
く、高すぎたり低すぎたりすれば、得られる振幅は期待
値より低くなる。戻ってくる音響波の振幅は、液が液滴
吐出作動に正しいレベルにある時にピークとなる。した
がって、適切なレベルを決定するには、生体液の容積を
変えて測定を行って戻ってくる音響波の振幅が最大の振
幅に近いか、あるいはこれから離れているかどうかを測
定する。液の追加または取り出しが行われたか、あるい
は振幅の応答がどうであったかに従って生体液の増減の
必要性を決定することができる。
【００２６】図５は、生体液のレベル検出の更に別の実
施の形態を示す。フレネルレンズ２２から放射する音響
波のパルスがコントローラ８８に送られる。コントロー
ラ８８は、受け取ったパルスを積算して数え、その値
を、吐出される生体液各液滴の既知の平均容積と相互に
関連付ける構成を持つ。コントローラ８８は次いで生体
液カートリッジ１２内の生体液３８のレベルを推論して
計算する。この生体液レベル情報は次いで生体液レベル
を制御するのに用いられる。
施の形態を示す。フレネルレンズ２２から放射する音響
波のパルスがコントローラ８８に送られる。コントロー
ラ８８は、受け取ったパルスを積算して数え、その値
を、吐出される生体液各液滴の既知の平均容積と相互に
関連付ける構成を持つ。コントローラ８８は次いで生体
液カートリッジ１２内の生体液３８のレベルを推論して
計算する。この生体液レベル情報は次いで生体液レベル
を制御するのに用いられる。
【００２７】生体液カートリッジ１２内の生体液レベル
検出の実施の形態は、図３，４（ａ），４（ｂ），５以
外に、他の構成も用いることができる。
検出の実施の形態は、図３，４（ａ），４（ｂ），５以
外に、他の構成も用いることができる。
【００２８】前述したように、作動周波数を変えること
によって、フレネルレンズ設計を用いて、放射された音
響波の振幅を変えることが可能である。この能力を用い
て、放射された音響波の振幅値を制御可能である。した
がって、生体液を吐出しながら、新しい表面レベルを適
切に検出するように音響波の振幅を許容範囲で調節する
ことが可能である。この設計を行えば、新規の生体液の
補給は、表面レベルがより低いということが検出される
までする必要がない。
によって、フレネルレンズ設計を用いて、放射された音
響波の振幅を変えることが可能である。この能力を用い
て、放射された音響波の振幅値を制御可能である。した
がって、生体液を吐出しながら、新しい表面レベルを適
切に検出するように音響波の振幅を許容範囲で調節する
ことが可能である。この設計を行えば、新規の生体液の
補給は、表面レベルがより低いということが検出される
までする必要がない。
【００２９】図６は、音響波方式液滴吐出機構１４内に
挿入された生体液カートリッジ１２の位置を変える第一
の実施の形態を示す。この位置の変化は、例えば、図
３，４（ａ），４（ｂ），５に関連して示される技術に
よる生体液レベル検出に対応して行われる。
挿入された生体液カートリッジ１２の位置を変える第一
の実施の形態を示す。この位置の変化は、例えば、図
３，４（ａ），４（ｂ），５に関連して示される技術に
よる生体液レベル検出に対応して行われる。
【００３０】生体液のレベルが望ましい範囲の外にある
ことが決定されると、生体液カートリッジ１２のレベル
に調整が行われる。特に、チャンバ接続路９２経由でチ
ャンバ３０に作動的に連通して配置されている補助液チ
ャンバ９０が備えられる。生体液のレベルが許容範囲の
外にあることが決定されると、プランジャ９６が駆動さ
れ、追加の音響波結合液９４がチャンバ３０に供給され
る。プランジャ９６は、コンピュータ駆動アクチュエー
タ９８で制御される高精度のプランジャを用いることが
できる。コンピュータ駆動アクチュエータ９８には、図
３，４（ａ），４（ｂ），５に述べられたコントローラ
６８，７０，８８のいずれか一つを経由して信号が送ら
れる。プランジャ９６は内側に移動し、追加の音響波結
合液９４をチャンバ３０内に強制注入し、生体液カート
リッジ１２を上表面８０が許容できる高さ範囲内に確実
に入るように、十分な量持ち上げる。
ことが決定されると、生体液カートリッジ１２のレベル
に調整が行われる。特に、チャンバ接続路９２経由でチ
ャンバ３０に作動的に連通して配置されている補助液チ
ャンバ９０が備えられる。生体液のレベルが許容範囲の
外にあることが決定されると、プランジャ９６が駆動さ
れ、追加の音響波結合液９４がチャンバ３０に供給され
る。プランジャ９６は、コンピュータ駆動アクチュエー
タ９８で制御される高精度のプランジャを用いることが
できる。コンピュータ駆動アクチュエータ９８には、図
３，４（ａ），４（ｂ），５に述べられたコントローラ
６８，７０，８８のいずれか一つを経由して信号が送ら
れる。プランジャ９６は内側に移動し、追加の音響波結
合液９４をチャンバ３０内に強制注入し、生体液カート
リッジ１２を上表面８０が許容できる高さ範囲内に確実
に入るように、十分な量持ち上げる。
【００３１】図７は、別の構造の生体液カートリッジ１
２を用いる、生体液滴吐出装置１００の断面図である。
生体液を保持する吐出液容器部１０４に加えて、主液容
器部１０６を備え、ここから吐出液容器部１０４に液を
供給する。吐出液容器部１０４と主液容器部１０６との
間の接続は、液容器部間接続路１０８経由で行われる。
この設計では、生体液が吐出液容器部１０４から吐出さ
れるに従い、追加の生体液が主液容器部１０６から液容
器部間接続路１０８経由で供給される。
２を用いる、生体液滴吐出装置１００の断面図である。
生体液を保持する吐出液容器部１０４に加えて、主液容
器部１０６を備え、ここから吐出液容器部１０４に液を
供給する。吐出液容器部１０４と主液容器部１０６との
間の接続は、液容器部間接続路１０８経由で行われる。
この設計では、生体液が吐出液容器部１０４から吐出さ
れるに従い、追加の生体液が主液容器部１０６から液容
器部間接続路１０８経由で供給される。
【００３２】生体液カートリッジ１０２は音響波方式液
滴吐出機構１１０と一緒に作動する配置になっている。
吐出液容器部１０４は、フレネルレンズ２２、ガラスの
基板２０，トランスデューサ１６の上に配置され、作り
出された音響波エネルギーが焦点に集められ、生体液滴
が吐出されるに十分なエネルギーをもって、吐出液容器
部１０４に伝達される。この設計を行う場合、音響結合
流体のような結合層２４が設けられ、生体液カートリッ
ジ１０２の底部には、十分な音響波エネルギーを吐出液
容器部１０４に伝達することができるメンブレン１１２
が形成される。
滴吐出機構１１０と一緒に作動する配置になっている。
吐出液容器部１０４は、フレネルレンズ２２、ガラスの
基板２０，トランスデューサ１６の上に配置され、作り
出された音響波エネルギーが焦点に集められ、生体液滴
が吐出されるに十分なエネルギーをもって、吐出液容器
部１０４に伝達される。この設計を行う場合、音響結合
流体のような結合層２４が設けられ、生体液カートリッ
ジ１０２の底部には、十分な音響波エネルギーを吐出液
容器部１０４に伝達することができるメンブレン１１２
が形成される。
【００３３】主液容器部１０６には補充孔１１４を通じ
て液が供給される。主液容器部１０６と液容器部間接続
路１０８は、吐出液容器部１０４が空の時に、最初にこ
れに液を補充するのを助けるため、毛細管作用を用い
る。その後、液滴が吐出液容器部１０４から吐出される
につれて、表面張力が生体液を主液容器部１０６から吐
出液容器部１０４へと引き込む。特に、吐出液容器部１
０４のアパーチャ４５の寸法を、主液容器部１０６の補
充孔１１４より十分に小さくするとともに、容器部の高
さに起因する重力に打ち勝つように十分に小さくするこ
とで、主液容器部１０６の生体液が吐出液容器部１０４
に引き込まれる。
て液が供給される。主液容器部１０６と液容器部間接続
路１０８は、吐出液容器部１０４が空の時に、最初にこ
れに液を補充するのを助けるため、毛細管作用を用い
る。その後、液滴が吐出液容器部１０４から吐出される
につれて、表面張力が生体液を主液容器部１０６から吐
出液容器部１０４へと引き込む。特に、吐出液容器部１
０４のアパーチャ４５の寸法を、主液容器部１０６の補
充孔１１４より十分に小さくするとともに、容器部の高
さに起因する重力に打ち勝つように十分に小さくするこ
とで、主液容器部１０６の生体液が吐出液容器部１０４
に引き込まれる。
【００３４】図８は、ワンピース型音響波方式液滴吐出
装置１２０を示す。既に図１で示した音響波方式液滴吐
出装置１０は、これと対比するとツーピース型音響波方
式液滴吐出装置である。ツーピース型音響波液滴吐出装
置と、ワンピース型音響波方式液滴吐出装置１２０との
間の明確な違いは、生体液カートリッジ１２のシール３
２を最早用いないことを含む。ツーピース型生体液滴吐
出装置と違って、生体液カートリッジ１２２は、音響波
方式液滴吐出機構１４の壁２６，２８と直接に接する外
表平面１２６を備える側壁１２４を有する。したがっ
て、壁２６，２８と生体液カートリッジ１２２との間の
接続は永久的になる。このような接続の形成は、装置製
造時に、少なくともリソグラフィー技法または既知の接
着技術のいずれか一つを用いることで得ることができ
る。
装置１２０を示す。既に図１で示した音響波方式液滴吐
出装置１０は、これと対比するとツーピース型音響波方
式液滴吐出装置である。ツーピース型音響波液滴吐出装
置と、ワンピース型音響波方式液滴吐出装置１２０との
間の明確な違いは、生体液カートリッジ１２のシール３
２を最早用いないことを含む。ツーピース型生体液滴吐
出装置と違って、生体液カートリッジ１２２は、音響波
方式液滴吐出機構１４の壁２６，２８と直接に接する外
表平面１２６を備える側壁１２４を有する。したがっ
て、壁２６，２８と生体液カートリッジ１２２との間の
接続は永久的になる。このような接続の形成は、装置製
造時に、少なくともリソグラフィー技法または既知の接
着技術のいずれか一つを用いることで得ることができ
る。
【００３５】更に別の実施の形態では、下部１２８をメ
ンブレン１３０とともに取り除き、生体液３８がフレネ
ルレンズ２２と直接に接することもできる。更にもう一
つ別の実施の形態は、生体液カートリッジ１２２自体を
取り除き、生体液３８を直接チャンバ３０に供給するこ
とである。この際はチャンバ３０が非汚染生体液保持領
域として機能する。この設計では、汚染物フリー環境下
でチャンバ３０へ生体液が満たされる。
ンブレン１３０とともに取り除き、生体液３８がフレネ
ルレンズ２２と直接に接することもできる。更にもう一
つ別の実施の形態は、生体液カートリッジ１２２自体を
取り除き、生体液３８を直接チャンバ３０に供給するこ
とである。この際はチャンバ３０が非汚染生体液保持領
域として機能する。この設計では、汚染物フリー環境下
でチャンバ３０へ生体液が満たされる。
【００３６】図９は、生体液３８を望ましいレベルに維
持するために、生体液カートリッジ１４０に追加の生体
液を供給する実施の形態を示す。この実施の形態では、
補助生体液保持チャンバ１４２がベローズ状構造をして
おり、内部１４４に生体液３８が満たされている。
持するために、生体液カートリッジ１４０に追加の生体
液を供給する実施の形態を示す。この実施の形態では、
補助生体液保持チャンバ１４２がベローズ状構造をして
おり、内部１４４に生体液３８が満たされている。
【００３７】レベル検出装置（例えば、図３，４
（ａ），４（ｂ），５）から、吐出液容器部１４６内の
生体液が望ましいレベルより低いことを指示する信号を
受けて、高精度のプランジャ１４８が、コンピュータ駆
動アクチュエータ１５０の制御の下で、内側に動き、補
助生体液保持チャンバ１４２を圧縮する。この作用によ
り、予め定められた量の生体液３８が吐出液容器部１４
６に強制注入され、生体液メニスカス面１５２が許容範
囲の有用なレベルに移動する。
（ａ），４（ｂ），５）から、吐出液容器部１４６内の
生体液が望ましいレベルより低いことを指示する信号を
受けて、高精度のプランジャ１４８が、コンピュータ駆
動アクチュエータ１５０の制御の下で、内側に動き、補
助生体液保持チャンバ１４２を圧縮する。この作用によ
り、予め定められた量の生体液３８が吐出液容器部１４
６に強制注入され、生体液メニスカス面１５２が許容範
囲の有用なレベルに移動する。
【００３８】図１０に、生体液チャンバ１６０に追加の
生体液を供給する第二の実施の形態を示す。この例で
は、圧縮復元自在の補助液保持領域またはチャンバ１６
２が、吐出液容器部１６４と流体的に連通している。生
体液のレベルが液補充を必要とすることを指示するレベ
ル信号を受けると、圧縮機構１６６が、コンピュータ制
御のアクチュエータ１６８で起動され、圧縮復元自在の
チャンバ１６２に内向きの力を加える。圧力は、吐出液
容器部１６４に生体液を再供給し許容範囲の有用なレベ
ルに達するよう、十分に加えられる。
生体液を供給する第二の実施の形態を示す。この例で
は、圧縮復元自在の補助液保持領域またはチャンバ１６
２が、吐出液容器部１６４と流体的に連通している。生
体液のレベルが液補充を必要とすることを指示するレベ
ル信号を受けると、圧縮機構１６６が、コンピュータ制
御のアクチュエータ１６８で起動され、圧縮復元自在の
チャンバ１６２に内向きの力を加える。圧力は、吐出液
容器部１６４に生体液を再供給し許容範囲の有用なレベ
ルに達するよう、十分に加えられる。
【００３９】図１１は、ワンピース型音響波方式液滴吐
出装置１７０の別の実施の形態を示す。この図では、吐
出液容器部１７２と主液容器部１７４とが、液容器部間
接続路を介して流体的に連通している。生体液３８は、
主液容器部１７４から吐出液容器部１７２に、図７に関
連して述べたメニスカスにおける表面張力により供給さ
れる。トランスデューサ１６は、基板１７８の第一の表
面部１８０に作動的に接続され、フレネルレンズ２２は
基板１７８の第二の表面部１８２上に配置され、これら
の構成要素は単一のワンピース型音響波方式液滴吐出装
置１７０の一部として形成される。この実施の形態は、
使い捨て的性格の単一構成要素なので、図７の結合層２
４は要求されない。吐出液容器部１７２の内部では、生
体液はフレネルレンズ２２と直接に接する。したがっ
て、図７で用いられた音響結合流体は必要としない。主
液容器部１７４は、補充孔１８３を通じて液が満たされ
る。
出装置１７０の別の実施の形態を示す。この図では、吐
出液容器部１７２と主液容器部１７４とが、液容器部間
接続路を介して流体的に連通している。生体液３８は、
主液容器部１７４から吐出液容器部１７２に、図７に関
連して述べたメニスカスにおける表面張力により供給さ
れる。トランスデューサ１６は、基板１７８の第一の表
面部１８０に作動的に接続され、フレネルレンズ２２は
基板１７８の第二の表面部１８２上に配置され、これら
の構成要素は単一のワンピース型音響波方式液滴吐出装
置１７０の一部として形成される。この実施の形態は、
使い捨て的性格の単一構成要素なので、図７の結合層２
４は要求されない。吐出液容器部１７２の内部では、生
体液はフレネルレンズ２２と直接に接する。したがっ
て、図７で用いられた音響結合流体は必要としない。主
液容器部１７４は、補充孔１８３を通じて液が満たされ
る。
【００４０】図１２は、ワンピース型ピエゾ電気式液滴
吐出装置１９０の断面図である。吐出液容器部１９２
は、液容器部間接続路１９６経由で主液容器部１９４に
接続される。生体液は、補充孔１９８を通じて主液容器
部１９４に供給される。ピエゾ式アクチュエータ２００
は、吐出液容器部１９２の下部２０２に作動的に取り付
けられる。吐出液容器部１９２を規定する上表面には吐
出ノズル２０４が形成される。作動時において、ピエゾ
式アクチュエータ２００は、電源２１０により駆動さ
れ、下部２０２と結合しユニモルフ構造板として、印加
された電圧に応答し屈曲する。この例では、ユニモルフ
構造板が吐出液容器部１９２の方に動く力が加えられ
て、吐出液容器部１９２の容積を変え、吐出液容器部１
９２から吐出ノズル２０４を通して、生体液を生体液滴
として吐出する。吐出ノズル２０４の寸法は、吐出され
る液滴の寸法に関する一つの制御因子である。
吐出装置１９０の断面図である。吐出液容器部１９２
は、液容器部間接続路１９６経由で主液容器部１９４に
接続される。生体液は、補充孔１９８を通じて主液容器
部１９４に供給される。ピエゾ式アクチュエータ２００
は、吐出液容器部１９２の下部２０２に作動的に取り付
けられる。吐出液容器部１９２を規定する上表面には吐
出ノズル２０４が形成される。作動時において、ピエゾ
式アクチュエータ２００は、電源２１０により駆動さ
れ、下部２０２と結合しユニモルフ構造板として、印加
された電圧に応答し屈曲する。この例では、ユニモルフ
構造板が吐出液容器部１９２の方に動く力が加えられ
て、吐出液容器部１９２の容積を変え、吐出液容器部１
９２から吐出ノズル２０４を通して、生体液を生体液滴
として吐出する。吐出ノズル２０４の寸法は、吐出され
る液滴の寸法に関する一つの制御因子である。
【００４１】生体液滴が吐出液容器部１９２から吐出さ
れるとき、吐出液容器部１９２に働いている表面張力に
よって、主液容器部１９４にある生体液が液容器部間接
続路１９６経由で吐出液容器部１９２に引き込まれ、生
体液レベルを再び元へ戻す。この実施の形態では、主液
容器部１９４の内部の大きさは、長さが１ｃｍで、高さ
が２．５ｍｍである。ピエゾ電気式液滴吐出装置全体の
幅は５ｍｍである。実施の形態の一つでは、主液容器部
１９４に満杯の生体液の容積は５０〜１５０マイクロリ
ットルにすることができ、吐出液容器部１９２中の生体
液は５〜２５マイクロリットルにすることができる。両
液容器部に入っている生体液の比は、２／１から最大１
０／１の範囲にすることができる。他の状況ではこの比
はもっと大きくすることもできる。生体液滴の体積はピ
コリットルの範囲にすることができる。
れるとき、吐出液容器部１９２に働いている表面張力に
よって、主液容器部１９４にある生体液が液容器部間接
続路１９６経由で吐出液容器部１９２に引き込まれ、生
体液レベルを再び元へ戻す。この実施の形態では、主液
容器部１９４の内部の大きさは、長さが１ｃｍで、高さ
が２．５ｍｍである。ピエゾ電気式液滴吐出装置全体の
幅は５ｍｍである。実施の形態の一つでは、主液容器部
１９４に満杯の生体液の容積は５０〜１５０マイクロリ
ットルにすることができ、吐出液容器部１９２中の生体
液は５〜２５マイクロリットルにすることができる。両
液容器部に入っている生体液の比は、２／１から最大１
０／１の範囲にすることができる。他の状況ではこの比
はもっと大きくすることもできる。生体液滴の体積はピ
コリットルの範囲にすることができる。
【００４２】図１２で分かるように、ピエゾ式アクチュ
エータ２００に接続された下部２０２は、ワンピース型
ピエゾ電気式液滴吐出装置１９０全体と一体構造となっ
ている。この構造の場合、ワンピース型ピエゾ電気式液
滴吐出装置１９０の生体液が空乏したとき、ワンピース
型ピエゾ電気式液滴吐出装置１９０全体を廃棄すること
もできる。
エータ２００に接続された下部２０２は、ワンピース型
ピエゾ電気式液滴吐出装置１９０全体と一体構造となっ
ている。この構造の場合、ワンピース型ピエゾ電気式液
滴吐出装置１９０の生体液が空乏したとき、ワンピース
型ピエゾ電気式液滴吐出装置１９０全体を廃棄すること
もできる。
【００４３】図１３は、廃棄部分と再使用部分とを有す
る二体型のピエゾ電気式液滴吐出装置２２０の断面図で
ある。廃棄部分は主液容器部２２２と吐出液容器部２２
４とを備え、吐出液容器部２２４には、吐出ノズル２２
６が結合されている。吐出液容器部２２４は、液容器部
間接続路２３０経由で主液容器部２２２に接続されてい
る。液容器部間接続路２３０を経由する主液容器部２２
２から吐出液容器部２２４への生体液の送達は、吐出液
容器部２２４に働いている表面張力によって行われる。
また補充孔２３２が備えられる。
る二体型のピエゾ電気式液滴吐出装置２２０の断面図で
ある。廃棄部分は主液容器部２２２と吐出液容器部２２
４とを備え、吐出液容器部２２４には、吐出ノズル２２
６が結合されている。吐出液容器部２２４は、液容器部
間接続路２３０経由で主液容器部２２２に接続されてい
る。液容器部間接続路２３０を経由する主液容器部２２
２から吐出液容器部２２４への生体液の送達は、吐出液
容器部２２４に働いている表面張力によって行われる。
また補充孔２３２が備えられる。
【００４４】二体型のピエゾ電気式液滴吐出装置２２０
の再使用部分は、電源２４２により電力が供給されるピ
エゾ式アクチュエータ２４０を含む。ピエゾ式アクチュ
エータ２４０は再使用可能なフレーム２４４の上に装着
される。
の再使用部分は、電源２４２により電力が供給されるピ
エゾ式アクチュエータ２４０を含む。ピエゾ式アクチュ
エータ２４０は再使用可能なフレーム２４４の上に装着
される。
【００４５】吐出液容器部２２４の下面部はメンブレン
として形成され、再使用可能なフレーム２４４の上面部
またはダイアフラムに接続される。ダイアフラムは、ピ
エゾ式アクチュエータ２４０に接合法または他の方法で
接続される。ダイアフラムは、吐出ノズル２２６から生
体液の液滴を吐出させるために、吐出液容器部２２４内
に必要な容積変化を作り出すユニモルフ構造の一部分と
して作用する。吐出液容器部２２４のメンブレンは、再
使用可能部分のフレーム２４４の変化を、廃棄部分に伝
達する。
として形成され、再使用可能なフレーム２４４の上面部
またはダイアフラムに接続される。ダイアフラムは、ピ
エゾ式アクチュエータ２４０に接合法または他の方法で
接続される。ダイアフラムは、吐出ノズル２２６から生
体液の液滴を吐出させるために、吐出液容器部２２４内
に必要な容積変化を作り出すユニモルフ構造の一部分と
して作用する。吐出液容器部２２４のメンブレンは、再
使用可能部分のフレーム２４４の変化を、廃棄部分に伝
達する。
【００４６】更に別の実施の形態では、再使用可能部分
にフレキシブルなメンブレンを設け、その一方の側面部
にピエゾ式アクチュエータを取り付け、生体液滴を吐出
するのに必要な容積変化を起こさせる。トランスデュー
サ／メンブレンと接触する、結合液を入れる容器を製作
することができる。この液は、トランスデューサにより
誘起された容積変化を、異なる容器表面部上の第二のメ
ンブレンに伝達するのを助ける。上記容器の端部構造
は、再使用可能部分と使い捨て部分との間にハーメチッ
クシールができるような構造とする。上記容器には、結
合液から気泡を放出して取り除く手段が設けられる。容
器の反対側の表面部は、使い捨て部分と一緒に組み立て
る前は開いた状態である。
にフレキシブルなメンブレンを設け、その一方の側面部
にピエゾ式アクチュエータを取り付け、生体液滴を吐出
するのに必要な容積変化を起こさせる。トランスデュー
サ／メンブレンと接触する、結合液を入れる容器を製作
することができる。この液は、トランスデューサにより
誘起された容積変化を、異なる容器表面部上の第二のメ
ンブレンに伝達するのを助ける。上記容器の端部構造
は、再使用可能部分と使い捨て部分との間にハーメチッ
クシールができるような構造とする。上記容器には、結
合液から気泡を放出して取り除く手段が設けられる。容
器の反対側の表面部は、使い捨て部分と一緒に組み立て
る前は開いた状態である。
【００４７】使い捨て部分と再使用可能部分との間にハ
ーメチックシールが設けられ、再使用可能部分には結合
液が満たされ、トランスデューサの容積変化を使い捨て
部分に伝える。容積変化のコンプライアンスと吸収とを
最小限に抑えるために、この液中のすべての気泡は、再
使用可能部分の放出機構から放出することによって操作
前に取り除かれる。
ーメチックシールが設けられ、再使用可能部分には結合
液が満たされ、トランスデューサの容積変化を使い捨て
部分に伝える。容積変化のコンプライアンスと吸収とを
最小限に抑えるために、この液中のすべての気泡は、再
使用可能部分の放出機構から放出することによって操作
前に取り除かれる。
【００４８】当業者なら理解できることであるが、他の
ピエゾ式アクチュエータ構造、例えば、バルクモードま
たはせん断モード設計も本発明に関して用いることがで
きる。
ピエゾ式アクチュエータ構造、例えば、バルクモードま
たはせん断モード設計も本発明に関して用いることがで
きる。
【００４９】前述のように、必要な生体液レベルがシス
テム中で確実に維持される機能を有する構造が開示され
ている。別の実施の形態では、図４（ａ）と図４（ｂ）
に関連して述べた概念を、新しく生体液を追加しないシ
ステムに用いることができる。
テム中で確実に維持される機能を有する構造が開示され
ている。別の実施の形態では、図４（ａ）と図４（ｂ）
に関連して述べた概念を、新しく生体液を追加しないシ
ステムに用いることができる。
【００５０】実施の形態の一つでは、発生した音響波の
調節という手段を用いてシステムの作動能力を拡張す
る。この実施の形態は、フレネルレンズ系、球レンズ系
双方に適用可能である。
調節という手段を用いてシステムの作動能力を拡張す
る。この実施の形態は、フレネルレンズ系、球レンズ系
双方に適用可能である。
【００５１】図４（ａ）と図４（ｂ）に注目する。コン
トローラ７０をアクチュエータの選択的駆動に用いるの
ではなく、液高さが所望のレベルにないことが決定され
たとき、コントローラ７０は、振幅出力を増加または減
少させる指示を電源７２に送る。この動作によって、音
響波の焦点が調節され、実際のメニスカスの高さに焦点
が合わされる。
トローラ７０をアクチュエータの選択的駆動に用いるの
ではなく、液高さが所望のレベルにないことが決定され
たとき、コントローラ７０は、振幅出力を増加または減
少させる指示を電源７２に送る。この動作によって、音
響波の焦点が調節され、実際のメニスカスの高さに焦点
が合わされる。
【００５２】更に別の実施の形態では、図４（ａ）と図
４（ｂ）の概念を再び用いて液高さが所望のレベルにな
いことを検出する。その後、フレネルレンズを用いる場
合は、特定の時刻の液高さに正確に焦点を合わせるため
の動作周波数の変更が、装置内で可能である。フレネル
レンズの場合の焦点位置は、実質的に周波数の一次関数
である。したがって、図４（ａ）と図４（ｂ）におい
て、最初のステップは実際の生体液レベルの測定であ
る。次に、コントローラ７０が動作周波数を調整して、
実際にメニスカス表面が存在する箇所に焦点を移動させ
る。
４（ｂ）の概念を再び用いて液高さが所望のレベルにな
いことを検出する。その後、フレネルレンズを用いる場
合は、特定の時刻の液高さに正確に焦点を合わせるため
の動作周波数の変更が、装置内で可能である。フレネル
レンズの場合の焦点位置は、実質的に周波数の一次関数
である。したがって、図４（ａ）と図４（ｂ）におい
て、最初のステップは実際の生体液レベルの測定であ
る。次に、コントローラ７０が動作周波数を調整して、
実際にメニスカス表面が存在する箇所に焦点を移動させ
る。
【００５３】前述の設計を用いれば、アクチュエータを
用いないで済ますシステムを提供することもできる。む
しろ、少なくとも周波数制御または振幅制御のいずれか
一つを用いて、装置の作動に必要である適切な生体液レ
ベルの範囲を拡大する。例えば、上記の振幅制御または
周波数制御がなければ、適切な使用範囲は理想表面レベ
ルの前後±５μｍとなる。しかし、振幅制御を行えば、
この範囲は±１０μｍまで可能であり、更に周波数制御
を加えれば±３０μｍまで広がる。
用いないで済ますシステムを提供することもできる。む
しろ、少なくとも周波数制御または振幅制御のいずれか
一つを用いて、装置の作動に必要である適切な生体液レ
ベルの範囲を拡大する。例えば、上記の振幅制御または
周波数制御がなければ、適切な使用範囲は理想表面レベ
ルの前後±５μｍとなる。しかし、振幅制御を行えば、
この範囲は±１０μｍまで可能であり、更に周波数制御
を加えれば±３０μｍまで広がる。
【００５４】周波数制御および振幅制御の概念は、アク
チュエータを使用せず単独で用いることもでき、より精
密な制御をおこなうため、アクチュエータ概念と組み合
わせて用いることもできる。
チュエータを使用せず単独で用いることもでき、より精
密な制御をおこなうため、アクチュエータ概念と組み合
わせて用いることもできる。
【００５５】ピエゾ電気式液滴吐出装置では、初期動作
では所望の液滴出力が作り出せないことがあるかもしれ
ない。特に、吐出液容器部内に気泡が存在する場合は非
球形の液滴あるいは適切な密度や寸法を有しない液滴が
吐出されることがあるかもしれず、また液滴が全く作り
出せないこともある。したがって、吐出装置の初期化操
作が望ましい。
では所望の液滴出力が作り出せないことがあるかもしれ
ない。特に、吐出液容器部内に気泡が存在する場合は非
球形の液滴あるいは適切な密度や寸法を有しない液滴が
吐出されることがあるかもしれず、また液滴が全く作り
出せないこともある。したがって、吐出装置の初期化操
作が望ましい。
【００５６】図１４は、本発明に用いることができる初
期化接続または初期化機構２５０を示す。図１４に示さ
れるように、初期化機構２５０は、吐出液容器部（１９
２，２２４）から生体液を吐出する形状の吐出ノズル
（２０４，２２６）の上方に配置される。操作では、使
い捨て可能の初期化機構２５０として、吐出ノズル（２
０４，２２６）の上を移動するロボット装置を用いるこ
とができる。初期化機構２５０は、真空ユニット２５４
に接続された恒久使用の真空ノズル２５２を含む。恒久
使用の真空ノズル２５２の周りに配置されるのは、エラ
ストマー材または他の好適な材料で製造された使い捨て
可能のチューブ２５６である。吐出ノズル（２０４，２
２６）の上に配置された後、真空ノズル２５２は下向き
に移動し、使い捨て可能のチューブ２５６を吐出ノズル
（２０４，２２６）に軽く接触させる。真空作用によ
り、吐出液容器部（１９２，２２４）から真空脱気す
る。
期化接続または初期化機構２５０を示す。図１４に示さ
れるように、初期化機構２５０は、吐出液容器部（１９
２，２２４）から生体液を吐出する形状の吐出ノズル
（２０４，２２６）の上方に配置される。操作では、使
い捨て可能の初期化機構２５０として、吐出ノズル（２
０４，２２６）の上を移動するロボット装置を用いるこ
とができる。初期化機構２５０は、真空ユニット２５４
に接続された恒久使用の真空ノズル２５２を含む。恒久
使用の真空ノズル２５２の周りに配置されるのは、エラ
ストマー材または他の好適な材料で製造された使い捨て
可能のチューブ２５６である。吐出ノズル（２０４，２
２６）の上に配置された後、真空ノズル２５２は下向き
に移動し、使い捨て可能のチューブ２５６を吐出ノズル
（２０４，２２６）に軽く接触させる。真空作用によ
り、吐出液容器部（１９２，２２４）から真空脱気す
る。
【００５７】ロボット制御の液高さ検出センサ２５８
は、生体液がノズルから外れたレベルに達した時を決定
し、吐出液容器部内の空気が除かれたことを確実に保証
する。初期化操作は、適切な最初の液滴吐出動作を可能
にする。
は、生体液がノズルから外れたレベルに達した時を決定
し、吐出液容器部内の空気が除かれたことを確実に保証
する。初期化操作は、適切な最初の液滴吐出動作を可能
にする。
【００５８】図１５は、図１２のワンピース型ピエゾ電
気式液滴吐出装置１９０と同様の設計の修正ワンピース
型ピエゾ電気式液滴吐出装置２６０を示す。したがっ
て、共通な構成要素には同一の符号を付し説明を省略す
る。しかし、ここに示された構成の修正ワンピース型ピ
エゾ電気式液滴吐出装置２６０は、初期化用開口部２６
４を備える初期化用液容器部２６２を含む。初期化操作
は、初期化機構２５０を初期化用開口部２６４上に移動
することにより行われる。チューブ２５６を初期化用開
口部２６４に合わせた後、真空圧力により、初期化目的
に生体液を吸引する。この操作中、電源２１０は、吐出
液容器部１９２内の生体液を吐出ノズル２０４まで上昇
させるための、ピエゾ式アクチュエータ２００を駆動す
るパルスを発生する。
気式液滴吐出装置１９０と同様の設計の修正ワンピース
型ピエゾ電気式液滴吐出装置２６０を示す。したがっ
て、共通な構成要素には同一の符号を付し説明を省略す
る。しかし、ここに示された構成の修正ワンピース型ピ
エゾ電気式液滴吐出装置２６０は、初期化用開口部２６
４を備える初期化用液容器部２６２を含む。初期化操作
は、初期化機構２５０を初期化用開口部２６４上に移動
することにより行われる。チューブ２５６を初期化用開
口部２６４に合わせた後、真空圧力により、初期化目的
に生体液を吸引する。この操作中、電源２１０は、吐出
液容器部１９２内の生体液を吐出ノズル２０４まで上昇
させるための、ピエゾ式アクチュエータ２００を駆動す
るパルスを発生する。
【００５９】前述の諸々の実施の形態で述べた生体液カ
ートリッジは、このような装置の単に代表的な設計にす
ぎず、カートリッジ構造にはその他多くの変形が可能で
ある。
ートリッジは、このような装置の単に代表的な設計にす
ぎず、カートリッジ構造にはその他多くの変形が可能で
ある。
【００６０】前述の説明は音響波方式液滴吐出装置と、
ピエゾ電気式液滴吐出装置との実施の形態についてなさ
れているが、本発明の概念は、他のタイプの液滴吐出機
構にも拡張でき、また、生体液以外の、汚染を避けるの
が有用である他の流体にも拡張できる。
ピエゾ電気式液滴吐出装置との実施の形態についてなさ
れているが、本発明の概念は、他のタイプの液滴吐出機
構にも拡張でき、また、生体液以外の、汚染を避けるの
が有用である他の流体にも拡張できる。
【００６１】更に、前記の説明に関する図は、本発明を
図示するものではあるが、単に例示目的であるにすぎな
い。本発明の原理に従って、図示の実施の形態から多く
の修正や適用を思考することができる。したがって、本
発明の範囲は前記の特許請求の範囲で規定されるべきも
のである。
図示するものではあるが、単に例示目的であるにすぎな
い。本発明の原理に従って、図示の実施の形態から多く
の修正や適用を思考することができる。したがって、本
発明の範囲は前記の特許請求の範囲で規定されるべきも
のである。
【図１】 本発明の実施の形態に係る音響波方式液滴吐
出装置を示す図である。
出装置を示す図である。
【図２】 本発明の実施の形態に係る、生体液カートリ
ッジ中のレベルを維持する概念の説明図である。
ッジ中のレベルを維持する概念の説明図である。
【図３】 本発明の実施の形態に係る、生体液のレベル
検出機構を示す図である。
検出機構を示す図である。
【図４】 本発明の別の実施の形態に係る、生体液のレ
ベル検出機構を示す図である。
ベル検出機構を示す図である。
【図５】 本発明の別の実施の形態に係る、生体液のレ
ベル検出を示す図である。
ベル検出を示す図である。
【図６】 本発明の実施の形態に係る、音響波方式液滴
吐出機構内に挿入された生体液カートリッジの位置を変
える実施の形態を示す図である。
吐出機構内に挿入された生体液カートリッジの位置を変
える実施の形態を示す図である。
【図７】 本発明の実施の形態に係る、別の構造の生体
液カートリッジを用いる音響波方式液滴吐出装置の断面
図である。
液カートリッジを用いる音響波方式液滴吐出装置の断面
図である。
【図８】 本発明の実施の形態に係る、ワンピース型音
響波方式液滴吐出装置を示す図である。
響波方式液滴吐出装置を示す図である。
【図９】 本発明の実施の形態に係る、生体液カートリ
ッジに追加の生体液を供給する実施の形態を示す図であ
る。
ッジに追加の生体液を供給する実施の形態を示す図であ
る。
【図１０】 本発明の実施の形態に係る、生体液チャン
バに追加の生体液を供給する実施の形態を示す図であ
る。
バに追加の生体液を供給する実施の形態を示す図であ
る。
【図１１】 本発明の別の実施の形態に係る、ワンピー
ス型液吐出装置を示す図である。
ス型液吐出装置を示す図である。
【図１２】 本発明の実施の形態に係る、ワンピース型
ピエゾ電気式液滴吐出装置の断面図である。
ピエゾ電気式液滴吐出装置の断面図である。
【図１３】 本発明の実施の形態に係る、二体型のピエ
ゾ電気式液滴吐出装置の断面図である。
ゾ電気式液滴吐出装置の断面図である。
【図１４】 本発明の実施の形態に係る、ピエゾ電気式
液滴吐出機構の初期化機構を示す図である。
液滴吐出機構の初期化機構を示す図である。
【図１５】 本発明の実施の形態に係る、初期化用液容
器部を備える修正ワンピース型ピエゾ電気式液滴吐出装
置を示す図である。
器部を備える修正ワンピース型ピエゾ電気式液滴吐出装
置を示す図である。
１０ 音響波方式液滴吐出装置、１２，１０２，１２
２，１４０，１６０ 生体液カートリッジ、１４，１１
０ 音響波方式液滴吐出機構、１６ トランスデュー
サ、１８，７２，２１０，２４２ 電源、２０，１７８
基板、２２ フレネルレンズ、２４ 結合層、２６，
２８ 壁、３０ チャンバ、３１，１２４側壁、３２
シール、３４ 深さ止め部材、３６，１１２，１３０，
２４６ メンブレン、３７ 生体液カートリッジの下
部、３８ 生体液、３９ 音響波エネルギー、４０ メ
ニスカス、４２ 生体液滴、４３ 対象基板、４４
蓋、４５アパーチャ、４６ 高さ、５０ 生体液レベル
検出機構、５２ レーザ、５４レーザビーム、５６，８
０ 生体液の上表面、５８ レーザ検出部、６０ 第一
レーザビーム検出器、６２ 第二レーザビーム検出器、
６４，６６ 反射レーザビーム、６８，７０，８８ コ
ントローラ、７６ 音響波、８４ 反射波、９０ 補助
液チャンバ、９２ チャンバ接続路、９４ 音響波結合
液、９６，１４８ プランジャ、９８，１５０ コンピ
ュータ駆動アクチュエータ、１００ 生体液滴吐出装
置、１０４，１４６，１６４，１７２，１９２，２２４
吐出液容器部、１０６，１７４，１９４，２２２ 主
液容器部、１０８，１９６，２３０液容器部間接続路、
１１４，１８３，１９８，２３２ 補充孔、１２０ ワ
ンピース型音響波方式液滴吐出装置、１２６ 外表平
面、１２８ 下部、１４２補助生体液保持チャンバ、１
４４ 内部、１５２ 生体液メニスカス面、１６０生体
液チャンバ、１６２ チャンバ、１６６ 圧縮機構、１
６８ アクチュエータ、１７０ ワンピース型音響波方
式液滴吐出装置、１８０ 第一の表面部、１８２ 第二
の表面部、１９０ ワンピース型ピエゾ電気式液滴吐出
装置、２００，２４０ ピエゾ式アクチュエータ、２０
２ 下部、２０４，２２６ 吐出ノズル、２２０ ピエ
ゾ電気式液滴吐出装置、２４４ フレーム、２５０ 初
期化機構、２５２ 真空ノズル、２５４ 真空ユニッ
ト、２５６ チューブ、２５８検出センサ、２６０ 修
正ワンピース型ピエゾ電気式液滴吐出装置、２６２初期
化用液容器部、２６４ 初期化用開口部。
２，１４０，１６０ 生体液カートリッジ、１４，１１
０ 音響波方式液滴吐出機構、１６ トランスデュー
サ、１８，７２，２１０，２４２ 電源、２０，１７８
基板、２２ フレネルレンズ、２４ 結合層、２６，
２８ 壁、３０ チャンバ、３１，１２４側壁、３２
シール、３４ 深さ止め部材、３６，１１２，１３０，
２４６ メンブレン、３７ 生体液カートリッジの下
部、３８ 生体液、３９ 音響波エネルギー、４０ メ
ニスカス、４２ 生体液滴、４３ 対象基板、４４
蓋、４５アパーチャ、４６ 高さ、５０ 生体液レベル
検出機構、５２ レーザ、５４レーザビーム、５６，８
０ 生体液の上表面、５８ レーザ検出部、６０ 第一
レーザビーム検出器、６２ 第二レーザビーム検出器、
６４，６６ 反射レーザビーム、６８，７０，８８ コ
ントローラ、７６ 音響波、８４ 反射波、９０ 補助
液チャンバ、９２ チャンバ接続路、９４ 音響波結合
液、９６，１４８ プランジャ、９８，１５０ コンピ
ュータ駆動アクチュエータ、１００ 生体液滴吐出装
置、１０４，１４６，１６４，１７２，１９２，２２４
吐出液容器部、１０６，１７４，１９４，２２２ 主
液容器部、１０８，１９６，２３０液容器部間接続路、
１１４，１８３，１９８，２３２ 補充孔、１２０ ワ
ンピース型音響波方式液滴吐出装置、１２６ 外表平
面、１２８ 下部、１４２補助生体液保持チャンバ、１
４４ 内部、１５２ 生体液メニスカス面、１６０生体
液チャンバ、１６２ チャンバ、１６６ 圧縮機構、１
６８ アクチュエータ、１７０ ワンピース型音響波方
式液滴吐出装置、１８０ 第一の表面部、１８２ 第二
の表面部、１９０ ワンピース型ピエゾ電気式液滴吐出
装置、２００，２４０ ピエゾ式アクチュエータ、２０
２ 下部、２０４，２２６ 吐出ノズル、２２０ ピエ
ゾ電気式液滴吐出装置、２４４ フレーム、２５０ 初
期化機構、２５２ 真空ノズル、２５４ 真空ユニッ
ト、２５６ チューブ、２５８検出センサ、２６０ 修
正ワンピース型ピエゾ電気式液滴吐出装置、２６２初期
化用液容器部、２６４ 初期化用開口部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 37/00 １０２ Ｂ４１Ｊ 3/04 １０３Ａ // Ｇ０１Ｎ 33/53 (72)発明者 リチャード エイチ ブルース アメリカ合衆国 カリフォルニア州 ロス アルトス アルフォード アベニュー 1956 (72)発明者 スコット エイ エルロッド アメリカ合衆国 カリフォルニア州 ラ ホンダ シーニック ドライブ 401 (72)発明者 ジャン ノーランディ カナダ オンタリオ ミシソーガ ソーミ ル ヴァレイ ドライブ 3480 Ｆターム(参考） 2C056 EA29 EB07 EB50 EB52 EB56 EC15 EC64 FA04 2C057 AF99 AG62 AG69 AH20 AL17 AM40 BA03 BA10 BA14 2F014 FA01 2G058 EA01 EB15 GB03 GE04
Claims (3)
- 【請求項１】 生体液滴を吐出する生体液滴吐出装置に
用いる生体液レベル制御機構であって、 生体液滴を吐出するのに用いられるエネルギーを発生す
るトランスデューサが設けられた生体液滴吐出機構と、 生体液を保持し、前記生体液滴吐出機構との間の汚染を
回避するために前記生体液滴吐出機構とは分離して設け
られ、前記生体液滴吐出機構を作動すると、前記生体液
が液滴状に制御されて吐出されるように前記生体液滴吐
出機構に作動的に接続される生体液カートリッジと、 前記生体液カートリッジ内の生体液のレベル高さを検出
するレベルセンサと、を備え、 前記レベルセンサが、所定のレベル以下の生体液のレベ
ル高さを検出すると、少なくとも、前記生体液または前
記生体液カートリッジまたは前記トランスデューサのい
ずれか一つに対し調整が行われることを特徴とする生体
液レベル制御機構。 - 【請求項２】 前記レベルセンサが、予め定められたレ
ベル以下の生体液高さレベルを検出すると、 前記生体液カートリッジ内の前記生体液高さレベルまた
は生体液カートリッジの高さレベルを、前記生体液滴吐
出機構との関係で変更する生体液調整機構を、更に備え
ることを特徴とする請求項１記載の生体液レベル制御機
構。 - 【請求項３】 生体液滴を吐出する生体液滴吐出装置に
用いる生体液レベル制御機構であって、 前記生体液滴を吐出するのに用いられるエネルギーを発
生するトランスデューサが設けられた生体液滴吐出機構
と、 前記生体液を汚染フリー状態に保持し、前記生体液滴吐
出機構を作動すると、前記生体液が前記生体液滴として
吐出されるように前記生体液滴吐出機構内部に設けられ
た生体液保持領域と、 前記生体液保持領域内の、前記生体液の高さレベルを検
出するコントローラと、を備えることを特徴とする生体
液レベル制御機構。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| US09/721,386 | 2000-11-22 | ||
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