JP2004160904A

JP2004160904A - Liquid drop jet head, manufacturing method for the same, manufacturing method for micro array, and manufacturing device

Info

Publication number: JP2004160904A
Application number: JP2002331479A
Authority: JP
Inventors: Fumio Takagi; 富美男高城
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2004-06-10

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid drop jet head whereby various kinds of micro arrays can be manufactured by utilizing an inkjet method at a low cost over a short period of time, an effective method of manufacturing the liquid drop jet head, an effective method of manufacturing the micro arrays and a device therefor. <P>SOLUTION: This liquid drop jet head comprises a first substrate 20 having a plurality of liquid storage sections 21, a second substrate 30 having a plurality of fluid passages 31 independently communicating with the respective liquid storage sections 21, and one or more head chips 40 having a plurality of nozzles 43b for ejecting liquid drop independently communicating with the respective fluid passages 31. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてマイクロアレイの作製のための液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びにマイクロアレイの製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
遺伝子研究機関、医療、薬品開発の研究機関等においては、ＤＮＡ解析や免疫学的解析等のために、スライドガラスのような基板上に、数千〜数万種類のＤＮＡ（デオキシリボ核酸）やＲＮＡ（リボ核酸）、タンパク質などの生体分子溶液をマトリックス状にスポットしたマイクロアレイ（バイオチップサンプル）が用いられる。このようなマイクロアレイを作製する方法としては、接触ピン法、マイクロピペット法、インクジェット法などが知られている。そのうち、特に最近ではインクジェット法が注目を浴びている。これは、インクジェット法が、極少量の液滴を目的の位置に高精度に打つことができること、吐出ヘッドが基板に接触しないこと、基板材料にガラスや合成樹脂、金属、フィルム等任意の材料が使用できること、動作音が低いこと、低コストであることなどの特徴を有しているからである。
インクジェット法は、インクジェットヘッドのアクチュエータ部を、例えば圧電体により変位させることにより、ダイヤフラムのポンプ作用でノズル先端から液滴を吐出させる方法である。
【０００３】
このようなインクジェット法を用いたものとして、例えば特許文献１がある。この方法は、ピペット本体に、ピペット本体の外部から試料を注入する試料注入口と、注入された試料を導入しかつ一時貯留し得るキャビティと、貯留された試料をノズル部の貫通孔を経由して外部に吐出する試料吐出口とを形成してなるとともに、ピペット本体のキャビティ形成位置に対応した部位の外面上に圧電／電歪素子を設けてなり、圧電／電歪素子の駆動によりキャビティ内の体積を変化させ、キャビティ内に貯留された試料の一定量を試料吐出口から吐出させるマイクロピペットを用いるものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１９６０１０号公報（特許請求の範囲、段落［００４０］〜［００４５］、図１、図９、図１０）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のような従来技術では、複数の基板を用いてそれぞれ独立に、ノズル、試料注入口、キャビティ、および圧電／電歪素子等を構成する必要があるため、ノズル数が少数に限られ、かつ貯留し得る試料（生体分子溶液）の種類および数も少ないものとなる。したがって、数千〜数万種類のマイクロアレイを作製するのに、多数のマイクロピペットが必要になるだけでなく、非常に多くの時間がかかり、コスト高となる問題があった。
【０００６】
本発明は、インクジェット法を利用して、多種類のマイクロアレイを短時間に低コストで作製することができる液滴吐出ヘッド、及びその液滴吐出ヘッドを製造するための効果的な製造方法並びにマイクロアレイを製造するための効果的な製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、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、
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
このように構成することにより、液体貯留部からヘッドチップのノズルに至るまでそれぞれ独立した一連の吐出径路が構成される。第１の基板にはＭ行×Ｎ列の液体貯留部が配列されるので、多種類のプローブサンプル（生体分子溶液のスポット）をインクジェット法により高精度、高密度に、かつ短時間に作製することができる。すなわち、本発明の液滴吐出ヘッドを使用することにより、高密度のマイクロアレイを短時間に低コストで作製することが可能となる。
【０００９】
本発明において、マイクロアレイとは、ガラス等の基板上に、数千〜数万種類のＤＮＡやＲＮＡ、タンパク質などのプローブサンプルが配列されたものである。ＤＮＡマイクロアレイ（ＤＮＡチップともいう）がその代表的な例である。また、ＤＮＡ（ＤｅｏｘｙｒｉｂｏＮｕｃｌｅｉｃＡｃｉｄｓ：デオキシリボ核酸（遺伝物質））とは、塩基、糖（デオキシリボーズ）及びリン酸が結合したもの（ヌクレオチド）がさらに結合し、最終的には二重らせん形となったものである。ここで、塩基はアデニン（Ａ）、グアニン（Ｇ）、シトシン（Ｃ）、チミン（Ｔ）の４種類がある。また、ＤＮＡマイクロアレイは、ＤＮＡの相補性を利用し、検査、解析に利用するものである。
ＲＮＡ（ｒｉｂｏｎｕｃｌｅｃａｃｉｄ：リボ核酸）は、リボヌクレオチドが重合した核酸で、リボソームＲＮＡ、伝令ＲＮＡ、転移ＲＮＡなどがあり、核のみでなく細胞全体に分布している。塩基はアデニン（Ａ）、グアニン（Ｇ）、シトシン（Ｃ）、ウラシル（Ｕ）の４種類である。また、１本鎖構造である。
タンパク質は、生物細胞に不可欠の主要成分として、２０種のＬ−アミノ酸がペプチド結合することで合成される高分子ポリペプチドの総称であり、様々な分子量、構造、機能をもった生体高分子である。
【００１０】
また、本発明の液滴吐出ヘッドは、前記第１の基板と前記第２の基板と前記ヘッドチップとを互いに接合してなるものである。
これによって、本発明の液滴吐出ヘッドをカートリッジ式に構成することができるので、取り扱いや交換が容易となる。
【００１１】
また、本発明の液滴吐出ヘッドは、前記複数の液体貯留部を前記第１の基板において縦横等間隔に配置してなるものである。
液体貯留部には、例えば、ＤＮＡ断片を含む溶液が入れられる。そこで、液体貯留部（すなわち、リザーバまたはウェル）をこのように縦横等間隔に配置することにより、例えば縦１２個×横８個（合計９６個）の配列のように規格寸法に合致したフォーマットの配列とすることができるので、生体分子溶液の注入を従来の自動分注装置やマイクロピペットを使用して、容易に行うことができる。
【００１２】
また、前記ヘッドチップは静電駆動方式の構成となっているものが好ましい。静電駆動方式によれば、消費電力が少なく熱を発生させない。
また、前記第１の基板および前記第２の基板がガラスまたはプラスチックで構成されていることが好ましい。これによって、第１および第２の基板を安価につくることができる。
【００１３】
前述した本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、複数の液体貯留部を縦横に配列した第１の基板を作製する工程と、
前記複数の液体貯留部にそれぞれ独立に連通するように複数の流路を形成する第２の基板を作製する工程と、
前記第１の基板と前記第２の基板を接合する工程と、
単独で液滴吐出機能を有する一または複数のヘッドチップをそれぞれ独立の吐出径路を有するように前記第２の基板に接合する工程と、を含むものである。
この製造方法により、前述した本発明の液滴吐出ヘッドを高精度に、かつ低コストで製造することができる。また、ヘッドチップは単独で液滴吐出機能を有するものとすることにより製造および品質管理を個別に行うことができるので、液滴吐出ヘッドとしての性能および歩留まりの向上を図ることが可能となる。
また、前記第２の基板を作製する工程において、前記複数の流路の一端部を前記ヘッドチップのノズルピッチと一致するように整列させる。
これにより、ヘッドチップの小型化とマイクロアレイの高密度化が可能である。
【００１４】
本発明に係るマイクロアレイ製造方法は、請求項１乃至５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド、または請求項６に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法により製造された液滴吐出ヘッドを用いてマイクロアレイを製造するものである。
また、マイクロアレイの作製に際しては、前記液滴吐出ヘッドのヘッドチップのノズル全部を同時に吐出させる。
したがって、高密度のマイクロアレイを短時間に、低コストで作製することができる。
【００１５】
本発明に係るマイクロアレイ製造装置は、基台と、前記基台上において、直交する方向に相対的に移動するキャリッジおよびテーブルと、前記テーブル上にセットされた一または複数のマイクロアレイ作製用基板とを備え、請求項１乃至５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド、または請求項６に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法により製造された液滴吐出ヘッドを前記キャリッジに着脱自在に搭載してなるものである。
したがって、本発明の液滴吐出ヘッドを用いて、高密度のマイクロアレイを短時間に、低コストで作製することができる。また、液滴吐出ヘッドをキャリッジに対して着脱自在とすることにより、液滴吐出ヘッドの交換が容易なため、例えば、ＤＮＡチップのプローブサンプルに、蛍光標識されたスポットをハイブリタイズさせる大量の反応試験を効率よく行うことができる。
【００１６】
また、前記キャリッジは、前記液滴吐出ヘッドの装着時、該液滴吐出ヘッドと電気的に接続する構成となっていることが好ましい。これにより、液滴吐出ヘッドの交換が容易になる。
また、前記キャリッジの底面に前記液滴吐出ヘッドのヘッドチップが嵌合する開口部を位置を異にして複数設けたものである。これにより、液体貯留部の配列およびヘッドチップの位置が異なる液滴吐出ヘッドに対しても、キャリッジを共通して使用することができ、別種の液滴吐出ヘッドの着脱、交換が容易となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による液滴吐出ヘッドの構成図で、断面図で示すものである。図２および図３は液滴吐出ヘッドの平面図と下面図である。
この液滴吐出ヘッド１０は、複数の液体貯留部２１が形成された第１の基板２０と、各液体貯留部２１に独立に連通するように第１の基板２０との間に複数の流路３１が形成された第２の基板３０と、各流路３１に独立に連通するように複数のノズル（図８参照）が形成された複数のヘッドチップ４０とから構成されている。以下、各部の構成について詳細に説明する。
【００１８】
（１）第１の基板（またはリザーバプレート）
第１の基板２０は、図１、図２に示すように、ガラスまたはプラスチックからなり、吐出する液体（吐出液体）１として、例えばＤＮＡ断片を含む高分子溶液（生体分子溶液）が入れられる複数の液体貯留部２１を有する。液体貯留部２１はリザーバまたはウェルとして構成されており、したがって、第１の基板２０をリザーバプレートと呼んでもよい。
【００１９】
液体貯留部２１の個数、配列については特に限定されるものではない。この例では、縦１２８ｍｍ、横８６ｍｍの基板２０に１２×８＝９６個の液体貯留部２１が縦横１ｃｍ弱の等間隔（等ピッチ）で格子状に配置されている。このような縦横等間隔（等ピッチ）の配列にすることにより、規格配列寸法（フォーマット）のマイクロタイタープレートに合わせた自動分注装置あるいはマイクロピペットを使用することができ、生体分子溶液を容易に各液体貯留部２１に注入することができる。なお、フォーマットされたマイクロタイタープレートのウェル数は縦１２個×横８個（計９６個）から縦４８個×横３２個（計１５３６個）のものなどがあり、これらのフォーマットに合わせて基板２０を作製することが好ましい。
【００２０】
液体貯留部２１は、特に限定はないが、例えば、有底状の穴２１ａと、この穴の底部に設けられた小径の貫通孔２１ｂとからなっている。これらの穴２１ａ、２１ｂは機械加工または射出成形等により形成されている。穴２１ａの大きさは、例えば、直径７ｍｍ×深さ１０ｍｍ程度である。なお、穴２１ａ全体を同じ径の貫通孔で形成してもよいし、あるいは射出成形により、図７に示すように、薄肉の第１の基板２０と円筒状の液体貯留部２１とを一体に形成してもよい。
【００２１】
（２）第２の基板（またはチャンネルプレート）
図４は第２の基板の平面図、図５は断面図、図６は一部の流路の拡大平面図である。
チャンネルプレートとも呼ばれる第２の基板３０は、ガラスまたはプラスチックからなり、第２の基板３０の表面には第１の基板２０と接合することにより、液体貯留部２１にそれぞれ独立に連通する微小な流路３１を構成することになる溝３１ｂが形成されている。流路３１の一端３１ａは液体貯留部２１の小径の貫通孔２１ｂに連通するように形成されている。また、Ｌ字状に屈曲形成された細い溝３１ｂの他端３１ｃは第２の基板３０の任意の部位（例えば、基板２０の下辺部）に集合して整列させ、さらにヘッドチップ４０との接続部となる微小な貫通孔３１ｄに接続することにより、各流路３１が構成されている。この例では、縦１列の液体貯留部２１の数（１２個）に相当する１２本分ずつの流路３１をそれぞれ一つのグループとしてまとめて整列している。なお、流路３１は、通常、ガラスではエッチング、プラスチックは射出成形により形成される。
【００２２】
（３）第１の基板と第２の基板の接合
前記のように構成された第１の基板２０と第２の基板３０は、好ましくは熱溶着により接合される。すなわち、第１の基板２０と第２の基板３０を積層状態に接合する。そして熱溶着に際し、流路３１の一端３１ａを液体貯留部２１の貫通孔２１ｂに位置合わせして接合する。この熱溶着によって、第２の基板３０に形成された各流路３１は第１の基板２０により被蓋され、各々の液体貯留部２１と流路３１とがそれぞれ独立に連通する状態となる。なお、接着剤を用いて第１の基板２０と第２の基板３０を貼り合わせてもよい。この場合、接着剤が流路３１の溝３１ｂや貫通孔３１ｄ内にはみ出さないように塗布することが肝要である。
【００２３】
（４）ヘッドチップ
ヘッドチップ４０は、電気的に接続するだけで単独で液滴吐出機能を有するもの（小型の組立体）である。ヘッドチップ４０の構成については図８で詳しく説明する。ここでは、ヘッドチップ４０を図１、図３に示すように、第１の基板２０に接合または接着された第２の基板３０の下面に接着する。そして接着に際し、ヘッドチップ４０の流路を第２の基板３０における流路３１の貫通孔３１ｄに位置合わせして接合する。ヘッドチップ４０は、この例では、１２個のノズルを有し、８個のヘッドチップ４０が第２の基板３０の下面下辺部に並べて接合されている。
この接着によって、ヘッドチップ４０の各ノズルが、対応する流路３１を介して、対応する液体貯留部２１と独立に連通する状態となり、それぞれ独立した一連の吐出径路１１が構成される。
以上により、この液滴吐出ヘッド１０の組立が完了する。
【００２４】
図８は液滴吐出ヘッドにおけるヘッドチップの拡大断面図である。ここでは、一例として静電駆動方式のヘッドチップを示す。
このヘッドチップ４０は３枚の基板４１、４２、４３により構成されている。第２の基板３０に接合される上側の基板４１はガラス基板が用いられ、中間部の基板４２にはＳｉ基板を、下側の基板４３にはＳｉ基板をそれぞれ用いている。これら３枚の基板のうち基板４１、４２は陽極接合、基板４２、４３は接着により相互に接合されている。
【００２５】
上側のガラス基板４１には、予め、第２の基板３０における流路３１の貫通孔３１ｄに連通する貫通孔４１ａと、アクチュエータ電極４１ｂが形成される。アクチュエータ電極４１ｂは、Ｓｉ基板４２の振動板４２ｃとの間に所定の空隙を確保するために、凹部４１ｃ内に形成することが好ましい。このアクチュエータ電極４１ｂとして、ここでは、酸化錫を不純物としてドープした酸化インジウム膜、すなわちＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ：インジウム酸化第１錫）膜で電極を形成している。ただし、電極４１ｂはこれに限定されるものではない。
【００２６】
中間のＳｉ基板４２には、予め、貫通孔４１ａに連通する貫通孔４２ａと、この貫通孔４２ａに流路を介して連通する吐出室４２ｂがエッチングにより形成されている。吐出室４２ｂの底部（ここでは天井壁）が振動板４２ｃとして構成され、アクチュエータ電極４１ｂに所定の空隙でもって対面している。
下側のＳｉ基板４３には貫通孔４２ａと吐出室４２ｂとを結ぶ流路４３ａと、吐出室４２ｂに連通するノズル４３ｂがエッチングにより形成されている。
【００２７】
前記のように構成された３枚の基板４１、４２、４３を相互に接合した後、切断することによって、一つのヘッドチップ４０が作製される。このようにして組み立てられたヘッドチップ４０を、前述のように第１の基板２０に接合された第２の基板３０の下面に、貫通孔３１ｄと貫通孔４１ａとを一致させて接合することにより、液滴吐出ヘッド１０を構成することができる。そしてさらに、アクチュエータ電極４１ｂとＳｉ基板４２に発振回路４４をフレキシブル回路基板４５にて配線することにより、静電駆動方式の液滴吐出ヘッド１０が完成する。
【００２８】
第１の基板２０の液体貯留部２１に吐出液体を注入すると、吐出液体は毛細管力により流路３１、吐出室４２ｂ等を経由してノズル４３ｂの開口先端まで充填され、ノズル開口先端では表面張力により、いわゆるメニスカスを形成するため、液漏れは生じない。充填が不充分な場合には吸引ポンプを用いる。
その後、発振回路４４を駆動することにより、目的のノズル４３ｂから液滴を吐出させることができる。また、ヘッドチップ４０内のＳｉ基板４２上の電極４７を共通電極に構成し、全アクチュエータを同時に駆動することにより、ヘッドチップ４０内の全ノズル４３ｂから同時吐出させることができる。
【００２９】
静電駆動方式においては、アクチュエータ電極４１ｂを正に帯電させ、振動板４２ｃを負に帯電させる。このため、振動板４２ｃが電極４１ｂ側へ引き寄せられ、吐出室４２ｂの容積が増加する。この状態で発振回路４４によりアクチュエータ電極４１ｂへの電荷の供給を止めると、振動板４２ｃは元に戻るため、そのときの圧力により容積変化の差分に相当する一定量の液滴がノズル４３ｂより吐出される。
なお、ここでは、液滴吐出駆動方法を静電気を利用した静電駆動方式で説明したが、圧電体を用いる圧電駆動方式としてもよい。
【００３０】
本実施形態の液滴吐出ヘッド１０においては、複数の液体貯留部（またはリザーバ）２１がＭ行×Ｎ列で配置されており、かつ、各液体貯留部２１からノズル４３ｂに至るまでの一連の吐出径路１１はそれぞれ独立に構成されているので、多種類のプローブサンプルをスライドガラス等の固相上にスポット（吐出）することができる。また、第１の基板２０上の縦１列分の液体貯留部２１が流路３１を介して一つのヘッドチップ４０に集合させて接続されているので、ヘッドチップ４０ごとに同時に吐出させることにより、縦１列分のスポット、例えば１２個のスポットを同時に作製することができる。したがって、この場合、８個のヘッドチップ４０について８回の同時吐出を行うことにより、９６個（９６種類）のプローブサンプルのスポットを短時間に作製することができる。しかも、スポットの中心間隔はヘッドチップ４０におけるノズル４３ｂのピッチで設定されるため、高密度のマイクロアレイの製造が可能である。
【００３１】
さらに、ヘッドチップ４０は第１の基板２０、第２の基板３０に比べてはるかに小さく、しかも単独で液滴吐出機能を有する構成部品（組立体）であるため、個別に製造、品質管理を行うことができるとともに、ヘッドチップ４０自体の低コスト化が可能であることから全体として液滴吐出ヘッド１０の低コスト化が可能である。また、第１の基板２０および第２の基板３０も接合により一体化されるので、接合体（積層組立部品）として個別に品質管理の対象とすることができ、性能の向上、歩留まりの向上を図ることができる。したがって、高品質の液滴吐出ヘッド１０を安価に提供することができる。
【００３２】
実施の形態２．
図９は本発明の実施の形態２による液体吐出ヘッドの平面図である。ここでは、２つの配置例（ａ）、（ｂ）を示している。また、図１０は断面図である。
既に明らかなように、第１の基板２０に形成される液体貯留部２１、および第２の基板３０の下面に接合されるヘッドチップ４０の配置、個数、大きさ等は使用目的に応じて自由に設計することができる。
【００３３】
図９（ａ）は、１個のヘッドチップ４０を基板の中央部に配置し、液体貯留部２１を第１の基板２０の左右部分に各々２列で配置する場合である。液体貯留部２１の数は例えば１列１０個としている。したがって、合計４０個（種類）のプローブサンプルを作製することができる。また、前述のように、各液体貯留部２１とヘッドチップ４０とを結ぶ独立の流路３１が第２の基板３０に形成され、この第２の基板３０は第１の基板２０の裏面に接合または接着されている。
このヘッドチップ４０は左右２列のノズル配列となっており、ノズル４３ｂは縦方向に所定のピッチＰａで配列されている。
したがって、本実施形態の液滴吐出ヘッド１０によれば、左右２列のアクチュエータ電極４１ｂを同時駆動することにより、４０種類のプローブサンプルを同時に作製することができる。
【００３４】
図９（ｂ）は、液体貯留部２１の数をさらに少なくした配置例であり、その他の構成は図９（ａ）のものと同様である。この例では、液体貯留部２１の容量をより大きくできるので、大量のマイクロアレイ作製に適している。
【００３５】
実施の形態３．
図１１は本発明のマイクロアレイ製造装置の概要を示す斜視図、図１２は液滴吐出ヘッドを搭載したキャリッジの断面図、図１３および図１４はキャリッジの平面図と側面図である。
本実施形態のマイクロアレイ製造装置１００は、基台１１０と、基台１１０上において、水平面内でＸ方向に移動するキャリッジ１２０と、水平面内でＸ軸と直角のＹ方向に相対的に移動するテーブル１３０と、キャリッジ１２０に着脱自在に搭載される前記液滴吐出ヘッド１０と、テーブル１３０にセット（載置）されるスライドガラスや樹脂製等からなるマイクロアレイ作製用基板１４０と、さらにＸ軸（キャリッジ）およびＹ軸（テーブル）の駆動制御手段１５０とを備えている。また、図示しない吐出制御手段は一般的にＰＣ（パーソナルコンピュータ）と専用回路にて構成されている。
【００３６】
キャリッジ１２０には、この例では、第１または第２の実施形態で示した液滴吐出ヘッド１０が着脱自在に搭載される。キャリッジ１２０の底面には、図１３に示すように、細長い開口部１２１が設けられており、この開口部１２１に液滴吐出ヘッド１０に設けられた全部のヘッドチップ４０が嵌合するようになっている。このとき、図１２に示すように、ヘッドチップ４０の先端面すなわちノズル開口面４３ｃがキャリッジ１２０の下面にほぼ一致するように、液滴吐出ヘッド１０がキャリッジ１２０に装着される。したがって、液滴の吐出距離はキャリッジ１２０の下面とテーブル１３０上のマイクロアレイ作製用基板１４０の表面間の空隙間隔Ｇで設定することができる。
【００３７】
開口部１２１の近傍には液滴吐出ヘッド１０の装着時、各ヘッドチップ４０に接続した、フレキシブル回路基板上の接点と接触し電気的な接続をする電極１２２、１２３が設けられている。電極１２２、１２３は、配線を介してコネクタ１２４に接続されており、さらに前記吐出制御手段へと接続されている。なお、第２の実施形態の液滴吐出ヘッド１０を使用する場合は、図１５に示すように、電極１２２、１２３は２つでよい。
【００３８】
また、第２の実施形態のように基板の中央部にヘッドチップ４０を設けた液滴吐出ヘッド１０を使用する場合には、開口部１２１はキャリッジ１２０の底面のほぼ中央部に設けられる。したがって、例えば図１５に示すように、位置の異なる複数の開口部１２１と電気的接続のために配線された複数の電極１２２、１２３とをキャリッジ底面に設けておけば、多様な形態の液滴吐出ヘッド１０に即応することができ、着脱・交換が容易となる。
このように、液滴吐出ヘッド１０はキャリッジ１２０に対して着脱自在なカートリッジ式の構成となっている。さらに、液滴吐出ヘッド１０の着脱が容易なように、キャリッジ１２０の両側面には指先が入るような円弧状の切欠き部１２５が設けられている。なお、１２６は液滴吐出ヘッド１０を安定に支持するための支持部である。
【００３９】
キャリッジ１２０はＸ軸駆動機構によってＸ方向に走査される。Ｘ軸駆動機構は図示していないが、公知のタイミングベルト機構やボールネジ機構等を用い、これにキャリッジ１２０を結合してパルスモータを駆動することで実施できる。図１１では、このようなＸ軸駆動機構が側面に長穴１０３を設けたＸ軸ダクト１０１内に内蔵されているものである。
テーブル１３０はＹ軸駆動機構によってＹ方向に走査される。このＹ軸駆動機構は前記Ｘ軸駆動機構と同様の構成であり、側面に長穴１０４を設けたＹ軸ダクト１０２内に内蔵されている。
なお、テーブル１３０上にはマイクロアレイ作製用の基板１４０が１枚または複数枚セット（載置）される。また、テーブル１３０は固定式としてもよい。この場合は、キャリッジ１２０を直交するＸ、Ｙ両方向に走査可能な構成とする。
【００４０】
本実施形態のマイクロアレイ製造装置では、例えば、第１の実施形態で示した液滴吐出ヘッド１０をキャリッジ１２０に搭載する。各液体貯留部２１にはそれぞれ異なる種類の生体分子溶液が注入され、液体貯留部２１からヘッドチップ４０のノズル４３ｂ先端まで充填されている。また、液体貯留部２１の配列を縦横等間隔とすることにより、前述のように自動分注装置等を使用して容易に生体分子溶液を注入することができる。
【００４１】
マイクロアレイの作製に際しては、Ｘ方向の縦１列ごとにヘッドチップ４０を動作させてそのヘッドチップ４０内の全ノズル４３ｂから同時吐出させる。これによって、例えば１２個のプローブサンプルがテーブル１３０上にセットされたマイクロアレイ作製用の基板１４０上にＹ方向に所定のピッチでスポットされる。このとき、スポットのピッチはヘッドチップ４０のノズル４３ｂのピッチと同じである。
次に、テーブル１３０をノズル４３ｂの１ピッチ分だけＹ方向に走査し、２番目のヘッドチップ４０を前記のように同時吐出させる。そして、この動作を８番目のヘッドチップ４０まで繰り返し行うことで、９６種類のプローブサンプルを基板１４０上にスポットすることができる。
ついで、キャリッジ１２０をＸ方向にノズル４３ｂの１ピッチ分だけ走査した後、上記の動作を繰り返し行うことによりプローブサンプルをマトリックス状にスポットすることができる。したがって、多種類のマイクロアレイの作製を短時間に行うことができる。
また、プローブサンプルのスポットピッチはノズル４３ｂのピッチで設定されるため、高密度のマイクロアレイを作製することができる。
【００４２】
また、液滴吐出ヘッド１０はカートリッジ式であるため、別種の液滴吐出ヘッド１０に簡単に交換することができる。したがって、遺伝子疾患等の情報を得るための大量の反応試験を効率よく行うことができる。
【００４３】
本発明の液滴吐出ヘッドは、マイクロアレイの作製に限られるものでないことはいうまでもない。したがって、通常のインクジェットヘッドとしても利用することができる。また、液滴の吐出方向も下向きに限定されるものではなく、横向きのいわゆるエッジタイプとして構成することもできる。さらに、色の異なるインクや発光材料を含む溶液を液体貯留部２１に入れることにより、カラーフィルタや電界発光基板の製造にも好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による液滴吐出ヘッドの構成図。
【図２】液滴吐出ヘッドの平面図。
【図３】液滴吐出ヘッドの下面図。
【図４】第２の基板の平面図。
【図５】第２の基板の断面図。
【図６】第２の基板における一部の流路の拡大平面図。
【図７】第１の基板の他の例を示す断面図。
【図８】液滴吐出ヘッドにおけるヘッドチップの拡大断面図。
【図９】液体貯留部及びヘッドチップの配置例を示す図。
【図１０】図９の液滴吐出ヘッドの拡大断面図。
【図１１】本発明のマイクロアレイ製造装置の概要を示す斜視図。
【図１２】液滴吐出ヘッドを搭載したキャリッジの断面図。
【図１３】キャリッジの平面図。
【図１４】キャリッジの側面図。
【図１５】他の例によるキャリッジの平面図。
【符号の説明】
１吐出液体、１０液滴吐出ヘッド、１１吐出径路、２０第１の基板、２１液体貯留部、２１ａ穴、２１ｂ貫通孔、３０第２の基板、３１流路、３１ａ流路の一端、３１ｂ溝、３１ｃ流路の他端、３１ｄ貫通孔（接続部）、４０ヘッドチップ、４１ガラス基板、４１ａ貫通孔、４１ｂアクチュエータ電極、４１ｃ凹部、４２Ｓｉ基板、４２ａ貫通孔、４２ｂ吐出室、４２ｃ振動板、４３Ｓｉ基板、４３ａ流路、４３ｂノズル、４３ｃノズル開口面、４４発振回路、４５フレキシブル基板、４７電極、１００マイクロアレイ製造装置、１０１Ｘ軸ダクト、１０２Ｙ軸ダクト、１０３長穴、１０４長穴、１１０基台、１２０キャリッジ、１２１開口部、１２２電極、１２３電極、１２４コネクタ、１２５切欠き部、１２６支持部、１３０テーブル、１４０マイクロアレイ作製用基板、１５０駆動制御手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a droplet discharge head for producing a microarray, a method for producing the same, and a method and apparatus for producing a microarray.
[0002]
[Prior art]
Genetic research institutes, research institutes for medical care and drug development, etc., have thousands to tens of thousands of types of DNA (deoxyribonucleic acid) and RNA on a substrate such as a slide glass for DNA analysis or immunological analysis. A microarray (biochip sample) in which biomolecule solutions such as (ribonucleic acid) and proteins are spotted in a matrix form is used. As a method for producing such a microarray, a contact pin method, a micropipette method, an inkjet method, and the like are known. Among them, the ink jet method has recently attracted attention. This is because the ink-jet method can strike a very small amount of droplets at a target position with high accuracy, that the ejection head does not contact the substrate, and that the substrate material is made of any material such as glass, synthetic resin, metal, and film. This is because it has features such as being usable, low operation sound, and low cost.
The ink-jet method is a method in which an actuator of an ink-jet head is displaced by, for example, a piezoelectric body to discharge droplets from a nozzle tip by a diaphragm pumping action.
[0003]
As an example using such an ink jet method, there is Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. HEI 10-303, for example. In this method, a sample injection port for injecting a sample from the outside of the pipette main body, a cavity capable of introducing and temporarily storing the injected sample, and a stored sample are passed through a through hole of a nozzle portion. And a sample discharge port for discharging the sample to the outside, and a piezoelectric / electrostrictive element is provided on the outer surface of a portion corresponding to the cavity forming position of the pipette body, and the inside of the cavity is driven by driving the piezoelectric / electrostrictive element. The micropipette which changes the volume of the sample and discharges a certain amount of the sample stored in the cavity from the sample discharge port is used.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-196010 (Claims, paragraphs [0040] to [0045], FIGS. 1, 9, and 10)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional technique as described above, it is necessary to independently configure a nozzle, a sample inlet, a cavity, a piezoelectric / electrostrictive element, and the like using a plurality of substrates, so that the number of nozzles is limited to a small number. In addition, the type and number of samples (biomolecule solution) that can be stored are small. Therefore, in order to produce thousands to tens of thousands of types of microarrays, not only a large number of micropipettes are required, but also much time is required and the cost is high.
[0006]
The present invention relates to a droplet discharge head capable of producing various types of microarrays in a short time and at low cost by using an inkjet method, an effective manufacturing method for manufacturing the droplet discharge head, and a microarray. It is an object of the present invention to provide an effective manufacturing method and an effective manufacturing apparatus for manufacturing a product.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A droplet discharge head according to the present invention includes: a first substrate having a plurality of liquid storage units;
A second substrate having a plurality of flow paths independently communicating with the plurality of liquid storage units,
One or a plurality of head chips each having a plurality of nozzles that independently communicate with the plurality of flow paths and discharge droplets,
It is characterized by having.
[0008]
With this configuration, a series of independent discharge paths from the liquid storage section to the nozzles of the head chip are formed. Since M rows × N columns of liquid reservoirs are arranged on the first substrate, various types of probe samples (spots of a biomolecule solution) are prepared with high accuracy, high density, and in a short time by an inkjet method. be able to. That is, by using the droplet discharge head of the present invention, a high-density microarray can be manufactured in a short time and at low cost.
[0009]
In the present invention, a microarray is one in which thousands to tens of thousands of types of probe samples such as DNA, RNA, and protein are arranged on a substrate such as glass. A DNA microarray (also referred to as a DNA chip) is a typical example. Further, DNA (Deoxyribonucleic Acids: deoxyribonucleic acid (genetic material)) further binds a nucleotide (nucleotide) to which a base, a sugar (deoxyribose) and a phosphate are bound, and finally forms a double helix. It has become. Here, there are four types of bases: adenine (A), guanine (G), cytosine (C), and thymine (T). Further, the DNA microarray utilizes the complementarity of DNA and is used for inspection and analysis.
RNA (ribonucleic acid: ribonucleic acid) is a nucleic acid in which ribonucleotides are polymerized, and includes ribosomal RNA, messenger RNA, transfer RNA, and the like, and is distributed not only in the nucleus but also in the whole cell. There are four types of bases: adenine (A), guanine (G), cytosine (C), and uracil (U). It has a single-stranded structure.
Protein is a general term for a high molecular weight polypeptide synthesized by peptide bonding of 20 kinds of L-amino acids as an indispensable main component of biological cells. It is a biopolymer having various molecular weights, structures and functions. is there.
[0010]
Further, a droplet discharge head according to the present invention is formed by bonding the first substrate, the second substrate, and the head chip to each other.
Thus, the droplet discharge head of the present invention can be configured in a cartridge type, so that handling and replacement are facilitated.
[0011]
Further, in the droplet discharge head according to the present invention, the plurality of liquid storage sections are arranged at equal intervals in the vertical and horizontal directions on the first substrate.
For example, a solution containing a DNA fragment is placed in the liquid storage unit. Therefore, by arranging the liquid storage units (that is, the reservoirs or wells) at equal intervals in the vertical and horizontal directions, a format conforming to the standard dimensions, for example, an array of 12 × 8 (total 96). Since the arrays can be arranged, the injection of the biomolecule solution can be easily performed using a conventional automatic dispensing device or a micropipette.
[0012]
Further, it is preferable that the head chip has a configuration of an electrostatic drive system. According to the electrostatic drive system, the power consumption is small and no heat is generated.
Preferably, the first substrate and the second substrate are made of glass or plastic. Thus, the first and second substrates can be manufactured at low cost.
[0013]
The method of manufacturing a droplet discharge head according to the present invention described above includes a step of manufacturing a first substrate in which a plurality of liquid storage units are arranged vertically and horizontally,
Producing a second substrate forming a plurality of flow paths so as to be independently communicated with the plurality of liquid storage units,
Bonding the first substrate and the second substrate;
Bonding one or a plurality of head chips having a single droplet discharge function to the second substrate so as to have independent discharge paths.
According to this manufacturing method, the above-described droplet discharge head of the present invention can be manufactured with high accuracy and at low cost. In addition, since the production and quality control can be individually performed by using the head chip independently having the droplet discharge function, it is possible to improve the performance and the yield as the droplet discharge head.
In the step of manufacturing the second substrate, one ends of the plurality of flow paths are aligned so as to match a nozzle pitch of the head chip.
As a result, the size of the head chip can be reduced and the density of the microarray can be increased.
[0014]
A microarray manufacturing method according to the present invention uses a droplet discharge head according to any one of claims 1 to 5 or a droplet discharge head manufactured by the method for manufacturing a droplet discharge head according to claim 6. A microarray is manufactured.
In manufacturing the microarray, all the nozzles of the head chip of the droplet discharge head are simultaneously discharged.
Therefore, a high-density microarray can be manufactured in a short time and at low cost.
[0015]
A microarray manufacturing apparatus according to the present invention includes a base, a carriage and a table relatively moving in a direction orthogonal to each other on the base, and one or a plurality of microarray manufacturing substrates set on the table. A droplet discharge head according to any one of claims 1 to 5, or a droplet discharge head manufactured by the method for manufacturing a droplet discharge head according to claim 6, which is detachably mounted on the carriage. It becomes.
Therefore, a high-density microarray can be manufactured in a short time and at low cost using the droplet discharge head of the present invention. In addition, since the droplet discharge head is detachable from the carriage, the droplet discharge head can be easily replaced. For example, a large amount of reaction for hybridizing a fluorescently labeled spot to a probe sample of a DNA chip can be performed. Testing can be performed efficiently.
[0016]
Preferably, the carriage is configured to be electrically connected to the droplet discharge head when the droplet discharge head is mounted. This facilitates replacement of the droplet discharge head.
In addition, a plurality of openings are provided at different positions on the bottom surface of the carriage for fitting the head chips of the droplet discharge heads. Accordingly, the carriage can be used in common for the droplet discharge heads in which the arrangement of the liquid storage units and the positions of the head chips are different, and attachment / detachment and replacement of another type of droplet discharge head become easy.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a sectional view of a configuration of a droplet discharge head according to a first embodiment of the present invention. 2 and 3 are a plan view and a bottom view of the droplet discharge head.
The droplet discharge head 10 includes a plurality of flow paths between a first substrate 20 on which a plurality of liquid storage units 21 are formed and a first substrate 20 so as to communicate with each of the liquid storage units 21 independently. It comprises a second substrate 30 on which a plurality of nozzles 31 are formed, and a plurality of head chips 40 on which a plurality of nozzles (see FIG. 8) are formed so as to communicate with the respective flow paths 31 independently. Hereinafter, the configuration of each unit will be described in detail.
[0018]
(1) First substrate (or reservoir plate)
As shown in FIGS. 1 and 2, the first substrate 20 is made of glass or plastic, and a plurality of liquids to be discharged (discharged liquid) 1 in which, for example, a polymer solution containing DNA fragments (biomolecule solution) is put. Of the liquid storage unit 21. The liquid reservoir 21 is configured as a reservoir or a well, and therefore, the first substrate 20 may be referred to as a reservoir plate.
[0019]
The number and arrangement of the liquid storage units 21 are not particularly limited. In this example, 12 × 8 = 96 liquid storage units 21 are arranged in a grid at equal intervals (equal pitch) of less than 1 cm in length and width on a substrate 20 of 128 mm in length and 86 mm in width. By providing such an arrangement at equal intervals in the vertical and horizontal directions (equal pitch), an automatic dispensing apparatus or a micropipette adapted to a microtiter plate having a standard arrangement dimension (format) can be used, and a biomolecule solution can be easily prepared. The liquid can be injected into each liquid storage section 21. The number of wells in the formatted microtiter plate ranges from 12 × 8 (96 in total) to 48 × 32 (1536 in total). It is preferred to make 20.
[0020]
Although there is no particular limitation, the liquid storage section 21 includes, for example, a bottomed hole 21a and a small-diameter through-hole 21b provided at the bottom of the hole. These holes 21a and 21b are formed by machining or injection molding. The size of the hole 21a is, for example, about 7 mm in diameter × 10 mm in depth. The entire hole 21a may be formed as a through hole having the same diameter, or the thin first substrate 20 and the cylindrical liquid storage portion 21 may be integrally formed by injection molding as shown in FIG. It may be formed.
[0021]
(2) Second substrate (or channel plate)
4 is a plan view of the second substrate, FIG. 5 is a cross-sectional view, and FIG. 6 is an enlarged plan view of a part of the flow path.
The second substrate 30, also called a channel plate, is made of glass or plastic, and is bonded to the first substrate 20 on the surface of the second substrate 30, so that minute flows that are independently communicated with the liquid storage unit 21 are formed. A groove 31b that forms the path 31 is formed. One end 31 a of the flow channel 31 is formed so as to communicate with the small-diameter through hole 21 b of the liquid storage section 21. The other end 31c of the narrow groove 31b bent in an L-shape is gathered and aligned at an arbitrary portion (for example, the lower side of the substrate 20) of the second substrate 30, and further connected to the head chip 40. Each flow path 31 is configured by being connected to a minute through hole 31d serving as a part. In this example, twelve channels 31 each corresponding to the number (12) of the liquid storage units 21 in one vertical line are collectively arranged as one group. The flow path 31 is usually formed by etching glass and injection molding plastic.
[0022]
(3) Joining of the first substrate and the second substrate
The first substrate 20 and the second substrate 30 configured as described above are preferably joined by heat welding. That is, the first substrate 20 and the second substrate 30 are joined in a stacked state. Then, at the time of thermal welding, one end 31a of the flow path 31 is positioned and joined to the through hole 21b of the liquid storage section 21. Due to this thermal welding, each flow path 31 formed on the second substrate 30 is covered by the first substrate 20, and each liquid storage section 21 and the flow path 31 are in a state of being independently communicated with each other. Note that the first substrate 20 and the second substrate 30 may be bonded to each other using an adhesive. In this case, it is important to apply the adhesive so as not to protrude into the groove 31b and the through hole 31d of the flow channel 31.
[0023]
(4) Head chip
The head chip 40 has a droplet discharge function by itself only by being electrically connected (small assembly). The configuration of the head chip 40 will be described in detail with reference to FIG. Here, as shown in FIGS. 1 and 3, the head chip 40 is bonded to the lower surface of the second substrate 30 bonded or bonded to the first substrate 20. At the time of bonding, the flow path of the head chip 40 is aligned with the through hole 31 d of the flow path 31 in the second substrate 30 and joined. In this example, the head chip 40 has twelve nozzles, and eight head chips 40 are arranged and joined to the lower side of the lower surface of the second substrate 30.
By this bonding, each nozzle of the head chip 40 is in a state of being independently communicated with the corresponding liquid storage section 21 via the corresponding flow path 31, and a series of independent discharge paths 11 are formed.
Thus, the assembly of the droplet discharge head 10 is completed.
[0024]
FIG. 8 is an enlarged sectional view of a head chip in the droplet discharge head. Here, an electrostatic drive type head chip is shown as an example.
The head chip 40 includes three substrates 41, 42, and 43. A glass substrate is used as the upper substrate 41 bonded to the second substrate 30, a Si substrate is used as the intermediate substrate 42, and a Si substrate is used as the lower substrate 43. Of these three substrates, the substrates 41 and 42 are anodically bonded, and the substrates 42 and 43 are bonded to each other by adhesion.
[0025]
In the upper glass substrate 41, a through-hole 41a communicating with the through-hole 31d of the flow path 31 in the second substrate 30 and an actuator electrode 41b are formed in advance. The actuator electrode 41b is preferably formed in the recess 41c in order to secure a predetermined gap between the actuator electrode 41b and the vibration plate 42c of the Si substrate 42. Here, as the actuator electrode 41b, an electrode is formed of an indium oxide film doped with tin oxide as an impurity, that is, an ITO (Indium Tin Oxide) film. However, the electrode 41b is not limited to this.
[0026]
In the intermediate Si substrate 42, a through-hole 42a communicating with the through-hole 41a and a discharge chamber 42b communicating with the through-hole 42a via a flow path are formed in advance by etching. The bottom (here, the ceiling wall) of the discharge chamber 42b is configured as a vibration plate 42c, and faces the actuator electrode 41b with a predetermined gap.
In the lower Si substrate 43, a channel 43a connecting the through hole 42a and the discharge chamber 42b and a nozzle 43b communicating with the discharge chamber 42b are formed by etching.
[0027]
One head chip 40 is manufactured by joining the three substrates 41, 42, and 43 configured as described above to each other and cutting the substrates. The head chip 40 assembled in this manner is joined to the lower surface of the second substrate 30 joined to the first substrate 20 by aligning the through holes 31d and the through holes 41a as described above. Thus, the droplet discharge head 10 can be configured. Further, the oscillation circuit 44 is wired to the actuator electrode 41b and the Si substrate 42 by the flexible circuit substrate 45, thereby completing the electrostatic drive type droplet discharge head 10.
[0028]
When the discharge liquid is injected into the liquid storage section 21 of the first substrate 20, the discharge liquid is filled by capillary force to the tip of the opening of the nozzle 43b via the flow path 31, the discharge chamber 42b, etc., and the surface tension at the tip of the nozzle opening. As a result, a so-called meniscus is formed, so that no liquid leakage occurs. If the filling is insufficient, use a suction pump.
Thereafter, by driving the oscillation circuit 44, a droplet can be discharged from the target nozzle 43b. In addition, by forming the electrode 47 on the Si substrate 42 in the head chip 40 as a common electrode and simultaneously driving all actuators, it is possible to simultaneously discharge from all the nozzles 43b in the head chip 40.
[0029]
In the electrostatic driving method, the actuator electrode 41b is positively charged, and the diaphragm 42c is negatively charged. Therefore, the vibration plate 42c is drawn toward the electrode 41b, and the volume of the discharge chamber 42b increases. When the supply of electric charge to the actuator electrode 41b is stopped by the oscillation circuit 44 in this state, the diaphragm 42c returns to its original state, and a constant amount of droplets corresponding to the difference in volume change is discharged from the nozzle 43b by the pressure at that time. Is done.
Note that, here, the droplet discharge driving method is described as an electrostatic driving method using static electricity, but a piezoelectric driving method using a piezoelectric body may be used.
[0030]
In the droplet discharge head 10 according to the present embodiment, a plurality of liquid storage units (or reservoirs) 21 are arranged in M rows × N columns, and a series of liquid storage units (or reservoirs) 21 from each liquid storage unit 21 to the nozzle 43b. Since the discharge paths 11 are configured independently of each other, various types of probe samples can be spotted (discharged) on a solid phase such as a slide glass. In addition, since the liquid storage portions 21 for one column in the vertical direction on the first substrate 20 are gathered and connected to one head chip 40 via the flow path 31, the head chips 40 can be simultaneously ejected. , One vertical column of spots, for example, 12 spots can be produced simultaneously. Therefore, in this case, by performing simultaneous ejection eight times for the eight head chips 40, spots of 96 (96 types) probe samples can be produced in a short time. In addition, since the center intervals of the spots are set by the pitch of the nozzles 43b in the head chip 40, a high-density microarray can be manufactured.
[0031]
Further, since the head chip 40 is a component (assembly) that is much smaller than the first substrate 20 and the second substrate 30 and has an independent droplet discharge function, it is necessary to individually manufacture and control the quality. In addition to this, the cost of the head chip 40 itself can be reduced, so that the cost of the droplet discharge head 10 can be reduced as a whole. Further, since the first substrate 20 and the second substrate 30 are also integrated by bonding, they can be individually subjected to quality control as a bonded body (laminated assembly part), and the performance and the yield can be improved. Can be planned. Therefore, a high-quality droplet discharge head 10 can be provided at low cost.
[0032]
Embodiment 2 FIG.
FIG. 9 is a plan view of a liquid ejection head according to Embodiment 2 of the present invention. Here, two arrangement examples (a) and (b) are shown. FIG. 10 is a sectional view.
As already apparent, the arrangement, the number, the size, and the like of the liquid storage portion 21 formed on the first substrate 20 and the head chip 40 bonded to the lower surface of the second substrate 30 are free depending on the purpose of use. Can be designed.
[0033]
FIG. 9A shows a case in which one head chip 40 is arranged in the center of the substrate, and the liquid storage sections 21 are arranged in two rows on the left and right portions of the first substrate 20 respectively. The number of the liquid storage sections 21 is, for example, 10 per row. Therefore, a total of 40 (kind) probe samples can be produced. In addition, as described above, an independent flow path 31 connecting each liquid storage unit 21 and the head chip 40 is formed in the second substrate 30, and the second substrate 30 is bonded to the back surface of the first substrate 20. Or are glued.
The head chip 40 has a nozzle array of two rows on the left and right, and the nozzles 43b are arranged at a predetermined pitch Pa in the vertical direction.
Therefore, according to the droplet discharge head 10 of the present embodiment, 40 types of probe samples can be simultaneously produced by simultaneously driving the left and right two rows of actuator electrodes 41b.
[0034]
FIG. 9B is an arrangement example in which the number of the liquid storage sections 21 is further reduced, and the other configuration is the same as that of FIG. 9A. In this example, since the capacity of the liquid storage unit 21 can be increased, it is suitable for manufacturing a large number of microarrays.
[0035]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 11 is a perspective view showing an outline of the microarray manufacturing apparatus of the present invention, FIG. 12 is a sectional view of a carriage on which a droplet discharge head is mounted, and FIGS. 13 and 14 are a plan view and a side view of the carriage.
The microarray manufacturing apparatus 100 according to the present embodiment includes a base 110, a carriage 120 that moves on the base 110 in the X direction in a horizontal plane, and a table that relatively moves in the Y direction perpendicular to the X axis in the horizontal plane. 130, the droplet discharge head 10 detachably mounted on the carriage 120, a microarray manufacturing substrate 140 made of a glass slide, resin, or the like set (placed) on the table 130, and an X-axis (carriage). ) And drive control means 150 for the Y axis (table). The discharge control means (not shown) is generally composed of a PC (personal computer) and a dedicated circuit.
[0036]
In this example, the droplet discharge head 10 described in the first or second embodiment is removably mounted on the carriage 120. As shown in FIG. 13, an elongated opening 121 is provided on the bottom surface of the carriage 120, and all the head chips 40 provided in the droplet discharge head 10 fit into the opening 121. ing. At this time, the droplet discharge head 10 is mounted on the carriage 120 such that the tip surface of the head chip 40, that is, the nozzle opening surface 43c substantially matches the lower surface of the carriage 120, as shown in FIG. Therefore, the discharge distance of the droplet can be set by the gap G between the lower surface of the carriage 120 and the surface of the microarray manufacturing substrate 140 on the table 130.
[0037]
In the vicinity of the opening 121, electrodes 122 and 123 connected to the respective head chips 40 and in contact with the contacts on the flexible circuit board for electrical connection when the droplet discharge head 10 is mounted are provided. The electrodes 122 and 123 are connected to a connector 124 via wiring, and are further connected to the discharge control means. When the droplet discharge head 10 of the second embodiment is used, only two electrodes 122 and 123 are required as shown in FIG.
[0038]
When the droplet discharge head 10 having the head chip 40 provided at the center of the substrate as in the second embodiment is used, the opening 121 is provided substantially at the center of the bottom surface of the carriage 120. Therefore, as shown in FIG. 15, for example, if a plurality of openings 121 at different positions and a plurality of electrodes 122 and 123 wired for electrical connection are provided on the bottom surface of the carriage, various types of droplets can be provided. It is possible to respond to the ejection head 10 immediately, and attachment / detachment / replacement becomes easy.
As described above, the droplet discharge head 10 has a cartridge type configuration that is detachable from the carriage 120. Further, in order to facilitate attachment and detachment of the droplet discharge head 10, arc-shaped notches 125 are provided on both side surfaces of the carriage 120 so that a fingertip can enter. Reference numeral 126 denotes a support unit for stably supporting the droplet discharge head 10.
[0039]
The carriage 120 is scanned in the X direction by an X-axis drive mechanism. Although the X-axis driving mechanism is not shown, it can be implemented by using a known timing belt mechanism, a ball screw mechanism, or the like, connecting the carriage 120 to this, and driving a pulse motor. In FIG. 11, such an X-axis driving mechanism is built in an X-axis duct 101 having a long hole 103 on a side surface.
The table 130 is scanned in the Y direction by a Y-axis drive mechanism. The Y-axis drive mechanism has the same configuration as the X-axis drive mechanism, and is built in a Y-axis duct 102 having a long hole 104 on a side surface.
Note that one or more substrates 140 for microarray fabrication are set (placed) on the table 130. Further, the table 130 may be fixed. In this case, the carriage 120 is configured to be able to scan in both X and Y directions orthogonal to each other.
[0040]
In the microarray manufacturing apparatus of the present embodiment, for example, the droplet discharge head 10 shown in the first embodiment is mounted on the carriage 120. Different types of biomolecule solutions are injected into the respective liquid reservoirs 21, and are filled from the liquid reservoir 21 to the tip of the nozzle 43 b of the head chip 40. In addition, by arranging the liquid storage sections 21 at equal intervals in the vertical and horizontal directions, the biomolecule solution can be easily injected using the automatic dispensing apparatus or the like as described above.
[0041]
In manufacturing the microarray, the head chips 40 are operated for each vertical column in the X direction, and simultaneous ejection is performed from all the nozzles 43b in the head chips 40. Thus, for example, 12 probe samples are spotted at a predetermined pitch in the Y direction on the substrate 140 for microarray fabrication set on the table 130. At this time, the pitch of the spot is the same as the pitch of the nozzle 43b of the head chip 40.
Next, the table 130 is scanned in the Y direction by one pitch of the nozzle 43b, and the second head chip 40 is simultaneously ejected as described above. By repeating this operation up to the eighth head chip 40, 96 types of probe samples can be spotted on the substrate 140.
Then, after scanning the carriage 120 for one pitch of the nozzle 43b in the X direction, the above-described operation is repeated to spot the probe sample in a matrix. Therefore, various kinds of microarrays can be manufactured in a short time.
In addition, since the spot pitch of the probe sample is set by the pitch of the nozzle 43b, a high-density microarray can be manufactured.
[0042]
Further, since the droplet discharge head 10 is of a cartridge type, it can be easily replaced with another type of droplet discharge head 10. Therefore, a large amount of reaction tests for obtaining information such as genetic diseases can be efficiently performed.
[0043]
It goes without saying that the droplet discharge head of the present invention is not limited to the production of a microarray. Therefore, it can also be used as a normal inkjet head. Further, the discharge direction of the liquid droplets is not limited to the downward direction, and may be configured as a so-called edge type in a horizontal direction. Further, by putting a solution containing inks and luminescent materials of different colors into the liquid storage section 21, it can be suitably used for manufacturing a color filter and an electroluminescent substrate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a droplet discharge head according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a droplet discharge head.
FIG. 3 is a bottom view of the droplet discharge head.
FIG. 4 is a plan view of a second substrate.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a second substrate.
FIG. 6 is an enlarged plan view of a part of a flow path in a second substrate.
FIG. 7 is a sectional view showing another example of the first substrate.
FIG. 8 is an enlarged sectional view of a head chip in the droplet discharge head.
FIG. 9 is a diagram showing an example of the arrangement of a liquid storage unit and a head chip.
FIG. 10 is an enlarged sectional view of the droplet discharge head of FIG. 9;
FIG. 11 is a perspective view showing an outline of a microarray manufacturing apparatus of the present invention.
FIG. 12 is a sectional view of a carriage on which a droplet discharge head is mounted.
FIG. 13 is a plan view of a carriage.
FIG. 14 is a side view of the carriage.
FIG. 15 is a plan view of a carriage according to another example.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 discharge liquid, 10 droplet discharge head, 11 discharge path, 20 first substrate, 21 liquid storage section, 21a hole, 21b through hole, 30 second substrate, 31 flow path, 31a one end of flow path, 31b groove , 31c The other end of the flow path, 31d through-hole (connection part), 40 head chip, 41 glass substrate, 41a through-hole, 41b actuator electrode, 41c recess, 42 Si substrate, 42a through-hole, 42b discharge chamber, 42c diaphragm 43 Si substrate, 43a channel, 43b nozzle, 43c nozzle opening surface, 44 oscillation circuit, 45 flexible substrate, 47 electrodes, 100 microarray manufacturing equipment, 101 X-axis duct, 102 Y-axis duct, 103 slot, 104 slot , 110 base, 120 carriage, 121 opening, 122 electrode, 123 electrode, 124 connector, 125 notch, 12 6 support, 130 table, 140 substrate for microarray fabrication, 150 drive control means

Claims

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、
を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。A first substrate having a plurality of liquid reservoirs;
A second substrate having a plurality of flow paths independently communicating with the plurality of liquid storage units,
One or a plurality of head chips each having a plurality of nozzles that independently communicate with the plurality of flow paths and discharge droplets,
A droplet discharge head comprising:

前記第１の基板と前記第２の基板と前記ヘッドチップとを互いに接合してなることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。2. The droplet discharge head according to claim 1, wherein the first substrate, the second substrate, and the head chip are bonded to each other.

前記複数の液体貯留部を前記第１の基板において縦横等間隔に配置してなることを特徴とする請求項１または２記載の液滴吐出ヘッド。3. The droplet discharge head according to claim 1, wherein the plurality of liquid storage sections are arranged at equal intervals in the vertical and horizontal directions on the first substrate.

前記ヘッドチップは静電駆動方式の構成となっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。4. The droplet discharge head according to claim 1, wherein the head chip has an electrostatic drive type configuration.

前記第１の基板および前記第２の基板がガラスまたはプラスチックで構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。The droplet discharge head according to any one of claims 1 to 4, wherein the first substrate and the second substrate are made of glass or plastic.

複数の液体貯留部を縦横に配列した第１の基板を作製する工程と、
前記複数の液体貯留部にそれぞれ独立に連通するように複数の流路を形成する第２の基板を作製する工程と、
前記第１の基板と前記第２の基板を接合する工程と、
単独で液滴吐出機能を有する一または複数のヘッドチップをそれぞれ独立の吐出径路を有するように前記第２の基板に接合する工程と、
を含むことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。Producing a first substrate in which a plurality of liquid storage units are arranged vertically and horizontally;
Producing a second substrate forming a plurality of flow paths so as to be independently communicated with the plurality of liquid storage units,
Bonding the first substrate and the second substrate;
Bonding one or more head chips having a single droplet discharge function to the second substrate so as to have independent discharge paths,
A method for manufacturing a droplet discharge head, comprising:

請求項１乃至５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド、または請求項６に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法により製造された液滴吐出ヘッドを用いてマイクロアレイを製造することを特徴とするマイクロアレイ製造方法。A microarray is manufactured using the droplet discharge head according to any one of claims 1 to 5, or a droplet discharge head manufactured by the method for manufacturing a droplet discharge head according to claim 6. Microarray manufacturing method.

前記液滴吐出ヘッドのヘッドチップのノズル全部を同時に吐出させることを特徴とする請求項７記載のマイクロアレイ製造方法。8. The method according to claim 7, wherein all the nozzles of the head chip of the droplet discharge head are simultaneously discharged.

基台と、前記基台上において、直交する方向に相対的に移動するキャリッジおよびテーブルと、前記テーブル上にセットされた一または複数のマイクロアレイ作製用基板とを備え、請求項１乃至５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド、または請求項６に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法により製造された液滴吐出ヘッドを前記キャリッジに着脱自在に搭載してなることを特徴とするマイクロアレイ製造装置。6. The apparatus according to claim 1, further comprising: a base, a carriage and a table relatively moving in a direction orthogonal to each other on the base, and one or a plurality of microarray fabrication substrates set on the table. 7. 7. A microarray manufacturing apparatus comprising: a droplet discharge head manufactured by the method of manufacturing a droplet discharge head according to claim 6; and a droplet discharge head manufactured by the method of manufacturing a droplet discharge head according to claim 6. .

前記キャリッジは、前記液滴吐出ヘッドの装着時、該液滴吐出ヘッドと電気的に接続する構成となっていることを特徴とする請求項９記載のマイクロアレイ製造装置。10. The microarray manufacturing apparatus according to claim 9, wherein the carriage is configured to be electrically connected to the droplet discharge head when the droplet discharge head is mounted.

前記キャリッジの底面に前記液滴吐出ヘッドのヘッドチップが嵌合する開口部を位置を異にして複数設けたことを特徴とする請求項９または１０記載のマイクロアレイ製造装置。11. The microarray manufacturing apparatus according to claim 9, wherein a plurality of openings are provided at different positions on the bottom surface of the carriage, in which the head chips of the droplet discharge heads are fitted.