JP2007218804A - Liquid droplet discharge head, liquid droplet discharge device, defoaming method and microarray manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体から気泡を除去するために適した液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置等に関するものである。 The present invention relates to a droplet discharge head, a droplet discharge device, and the like suitable for removing bubbles from a liquid.
液滴装置は、ヘッドチップ（液滴吐出部）を備える液滴吐出ヘッド有し、この液滴吐出ヘッドを移動操作して、記録用紙や基板等に複数の液滴を着弾させる。 The droplet apparatus has a droplet discharge head including a head chip (droplet discharge unit), and moves the droplet discharge head to land a plurality of droplets on a recording sheet, a substrate, or the like.
このような液滴吐出装置において液滴の吐出不良が生じる原因の一つとして、ヘッドチップ内への気泡の侵入が挙げられる。また、ヘッドチップ内に気泡が侵入すると、この気泡を取り除くのは極めて困難である。 One of the causes of defective droplet ejection in such a droplet ejection apparatus is the entry of bubbles into the head chip. Further, when bubbles enter the head chip, it is very difficult to remove the bubbles.
かかる問題を解決すべく、液滴として吐出する液体を液滴吐出ヘッドに供給する前に、液体からの脱泡を行う機構を備えた液滴吐出装置（液滴付与装置）が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。 In order to solve such a problem, there has been proposed a droplet discharge device (droplet applying device) having a mechanism for degassing liquid before supplying liquid discharged as droplets to the droplet discharge head. (For example, refer to Patent Document 1).
ところが、特許文献１に記載の装置では、供給する液体から一括してしか脱泡をおこなうことができない。
However, in the apparatus described in
かかる構成を、例えば、マイクロアレイを作製する装置のように、多種少量の液体を取り扱う装置に適用しても、複数種の液体から効率よく脱泡するのが困難である。
本発明は、例えば、多種の液体を取り扱う場合でも、確実に液体から気泡を除去し得る液滴吐出ヘッドを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a droplet discharge head capable of reliably removing bubbles from a liquid even when handling various liquids, for example.
上記課題を解決するために、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、複数の流路が形成された基板と、前記基板の一面側に設けられ、前記各流路にそれぞれ連通する複数の圧力室を備え、該圧力室に供給された液体を液滴として吐出する液滴吐出部と、前記基板の他面側に設けられ、前記各流路に連通可能な複数の収容空間を備える液体収容部と、を有し、前記流路と前記圧力室を同数備え、前記収容空間を前記流路の数の整数倍備えており、前記液体収容部は、前記流路に連通する収容空間を変更できるように、前記基板に対して相対的に変位可能に設けられていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a droplet discharge head according to the present invention includes a substrate on which a plurality of flow paths are formed, and a plurality of pressure chambers that are provided on one surface side of the substrate and communicate with the respective flow paths. And a liquid storage section including a plurality of storage spaces provided on the other surface side of the substrate and capable of communicating with the flow paths. And the same number of the flow paths and the pressure chambers, and the accommodation space is an integral multiple of the number of the flow paths, and the liquid accommodation portion can change the accommodation space communicating with the flow path. Thus, it is provided so as to be relatively displaceable with respect to the substrate.
このような構成によれば、収容空間は流路の整数倍備えられていることから、液体収容部を基板に対してある位置（以下「第１の位置」という）に配置したときに流路が連通する収容空間にのみ液体を供給し、液体収容部を前記第１の位置から別の位置（以下「第２の位置」という）に変位させたときに流路が連通する収容空間を空にしておくことができる。このとき、液体収容部を第１の位置に配置すれば液滴を吐出することができる。一方、液体収容部を第２の位置に配置し、収容空間を覆って閉空間を形成した状態で、吐出口から液滴吐出ヘッド内部の気体を吸引すれば、該閉空間内の気圧を低下させることが可能となり、収容部に収容された液体から気泡を除去することができる。このような方法で気泡を除去すれば、各収容空間に収容された液体が接触することもないので、各液体収容部に異なる種類の液滴が収容されていても、同時に効率よく脱泡できる。 According to such a configuration, since the storage space is provided with an integral multiple of the flow path, the flow path is provided when the liquid storage portion is disposed at a certain position (hereinafter referred to as “first position”) with respect to the substrate. When the liquid is supplied only to the storage space that communicates with the liquid and the liquid storage portion is displaced from the first position to another position (hereinafter referred to as the “second position”), the storage space that the flow path communicates with is empty. Can be kept. At this time, if the liquid container is arranged at the first position, droplets can be ejected. On the other hand, if the gas inside the droplet discharge head is sucked from the discharge port in a state where the liquid storage portion is disposed at the second position and the storage space is covered and the closed space is formed, the pressure in the closed space is reduced. It is possible to remove the bubbles from the liquid stored in the storage portion. If the bubbles are removed by such a method, the liquid stored in each storage space does not come into contact, so even if different types of liquid droplets are stored in each liquid storage portion, it is possible to efficiently defoam simultaneously. .
上記液体収容部は、基板に対して相対的にスライド可能に設けられていることが好ましい。このような構成により、液体収容部を基板に対して安定して相対的に変位させることが可能となる。 The liquid container is preferably provided so as to be slidable relative to the substrate. With such a configuration, it is possible to stably displace the liquid storage portion relative to the substrate.
また、本発明は、上述した本発明に係る液滴吐出ヘッドと、収容空間を覆うことにより閉空間を形成するキャップと、各収容空間をキャップで覆うことにより閉空間を形成した状態で、液滴吐出部の吐出口から吸引して、閉空間内を減圧することができる減圧手段と、を有する液滴吐出装置も提供する。このような構成によれば、各収容空間をキャップで覆って閉空間を形成し、該閉空間内を減圧して液体中の気泡を除去する一連の工程を、一つの装置で効率よく行うことができる。 The present invention also provides a liquid droplet ejection head according to the present invention described above, a cap that forms a closed space by covering the storage space, and a liquid space in a state where the closed space is formed by covering each storage space with a cap. There is also provided a liquid droplet ejection apparatus having a decompression unit capable of decompressing the inside of a closed space by suction from the ejection port of the liquid droplet ejection unit. According to such a configuration, each storage space is covered with a cap to form a closed space, and a series of steps of removing the bubbles in the liquid by decompressing the closed space is efficiently performed with one device. Can do.
また、本発明は、このような液滴吐出装置を用い、液滴吐出ヘッドの収容空間に収容された液体から気泡を除去する方法をも提供する。本発明に係る脱泡方法は、液体収容部を基板に対して所定の位置に配置し、収容空間のうち流路に連通していない収容空間に、液体を供給する工程と、液体収容部をキャップで覆うことにより閉空間を形成する工程と、減圧手段により、液滴吐出部の吐出口から吸引して閉空間を減圧し、液体から気泡を除去する工程と、を含む。 The present invention also provides a method for removing bubbles from the liquid stored in the storage space of the droplet discharge head using such a droplet discharge device. The defoaming method according to the present invention includes a step of supplying a liquid to a storage space that is not in communication with a flow path in the storage space, the liquid storage portion being disposed at a predetermined position with respect to the substrate, and a liquid storage portion. A step of forming a closed space by covering with a cap, and a step of reducing the pressure of the closed space by sucking from the discharge port of the droplet discharge section by a decompression unit to remove bubbles from the liquid.
液体収容部をキャップで覆うことにより、全収容空間は閉空間内に密閉されるが、各収容空間はキャップ内の空間で通じている状態となる。この状態で、基板に形成された流路を空の収容空間に連通させ、液滴吐出部の吐出口から吸引すると、空の収容空間、流路、及び圧力室を通じて閉空間内が排気され減圧される。閉空間内が減圧されることにより、収容空間に収容された液体中の気体は、閉空間内に放出される。このような方法によれば、気泡の除去の際、各収容空間に収容された液体同士が接触することもないので、各液体収容部に異なる種類の液滴が収容されていても、同時に効率よく脱泡できる。尚、液体の気泡を除去する目的を果たす限り、上記脱泡方法の各工程の順序は入れ替えてもよく、順序を入れ替えた脱泡方法も本発明に包含される。 By covering the liquid storage portion with the cap, the entire storage space is sealed in the closed space, but the storage spaces are in communication with each other in the space in the cap. In this state, when the flow path formed in the substrate communicates with an empty storage space and is sucked from the discharge port of the droplet discharge unit, the closed space is exhausted through the empty storage space, the flow path, and the pressure chamber, and the pressure is reduced. Is done. By reducing the pressure in the closed space, the gas in the liquid stored in the storage space is released into the closed space. According to such a method, when the bubbles are removed, the liquids stored in the storage spaces do not come into contact with each other, so even if different types of liquid droplets are stored in the liquid storage units, the efficiency is improved at the same time. Can defoam well. In addition, as long as the objective of removing the bubble of a liquid is fulfilled, the order of each process of the said defoaming method may be replaced, and the defoaming method which replaced the order is also included by this invention.
上記液体として生物由来物質を含む液体を用いることも好ましい。上述のように、各収容空間に収容された液体が接触することがないので、コンタミネーションが生じるおそれがない。 It is also preferable to use a liquid containing a biological substance as the liquid. As mentioned above, since the liquid accommodated in each accommodation space does not contact, there is no possibility that contamination will occur.
また、本発明は、上述の脱泡方法を利用したマイクロアレイ製造方法も提供する。本発明に係るマイクロアレイ製造方法は、本発明の脱泡方法によって、液体から気泡を除去する工程と、液体収容部を前記基板に対して相対的に変位させ、各流路を前記液体が収容された収容空間に連通させる工程と、液体を圧力室に導入し、該液体を基板に対して吐出する工程とを含むことを特徴とする。このような方法によれば、生物由来物質を含む試料液体からの気泡の除去と、基板に対する吐出とを繰り返すことによって、気泡による流路の詰まりを生じることなく、効率よくマイクロアレイを作製することができる。 The present invention also provides a microarray manufacturing method using the above-described defoaming method. The microarray manufacturing method according to the present invention includes a step of removing bubbles from a liquid by the defoaming method of the present invention, a liquid storage portion is displaced relative to the substrate, and the liquid is stored in each flow path. And a step of introducing the liquid into the pressure chamber and discharging the liquid to the substrate. According to such a method, it is possible to efficiently produce a microarray without causing clogging of the flow path due to bubbles by repeating the removal of bubbles from the sample liquid containing the biological material and the discharge to the substrate. it can.
以下、本発明の液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, a droplet discharge head and a droplet discharge device of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
（液滴吐出ヘッド）
図１に、本発明に係る液滴吐出ヘッド１の概略斜視図を示す。図１（Ａ）に示されるように、液滴吐出ヘッド１は、複数の流路が形成された基板１０と、複数のウェル（収容空間）２４を備える液体収容部２０とを有している。基板１０の、液体収容部２０と接する面と反対側の面（図中下側の面）の中央には、後述する液滴吐出部が設けられており、ウェルに収容された液体は、基板１０の流路を介して液滴吐出部のノズル孔から吐出される。また、図１（Ｂ）に示されるように、液体収容部２０は、基板１０に対して相対的にスライドできる構成となっている。以下、液体収容部２０と基板１０の構成について説明する。
(Droplet ejection head)
FIG. 1 is a schematic perspective view of a
液体収容部２０には、本実施形態では、８行×１２列で９６のウェル２４が設けられている。このように規則的な配列とすることにより、各ウェル２４に分注装置を用いて効率よく液体を供給することができる。液体収容部２０は、例えば、図３（Ａ）及び（Ｂ）に概略平面図が示されるような、２枚の基板を貼りあわせることによって形成することができる。図３（Ａ）に示される基板２０ａには、貫通孔２４が、８行×１２列で９６個形成されている。貫通孔の直径や基板の厚さを変更することにより所望の堆積の液体を収容できるウェルを形成することが可能である。一方、基板２０ｂには、基板２０ａの各貫通孔２４の中心となる位置に、９６個の微細な貫通孔２６が形成されている。基板２０ｂ上に基板２０ａを重ね、貼りあわせて固定することによって、貫通孔２４は液体を収容可能なウェルとなる。基板２０ｂに設けられた貫通孔２６は、後述する基板１０の流路に接続する。
In this embodiment, 96
また、基板２０ｂは、基板２０ａよりも短手方向の幅が長くなるように形成されているので、両者を貼り合せると、基板２０ａの長手方向の両端から基板２０ｂが突出し、この部分が一対のレール部２２となる。図１に示されるように、レール部２２は、後述する基板１０に形成された一対のレール嵌合部１２に嵌合する。
Further, since the
一方、基板１０には、一方の主面に、基板中央に向かって集束する溝１４が４８本形成されている。基板１０を液体収容部２０と重ね合わせることによって、この溝１４が流路として機能するようになる。各溝１４の基板外側の端部は、液体収容部２０と重ね合わせると、基板２０ｂに設けられた貫通孔２６のうち、一列おきの貫通孔２６の位置に一致する。すなわち、溝１４の基板外側の端部は、基板２０ｂの貫通孔２６のうち、左から第１、３、５、７、９、１１列の計４８個、又は左から第２、４、６、８、１０、１２列の計４８個の貫通孔２６ｂに同時に接続する。また、溝１４の基板中央側の末端には、溝１４が形成された主面とは反対側の主面に抜ける貫通孔が形成されている。この貫通孔により、溝１４によって形成される流路が後述する液滴吐出部の圧力室３４に連通する。尚、基板１０の長手方向の両端には、図１に示すように、レール嵌合部１２が設けられており、ここに、基板２０ｂの長手方向の両端、すなわちレール部２２を嵌合させることにより、液体収容部２０は、基板１０に対して相対的に安定してスライドできるようになる。
On the other hand, the
尚、基板２０ａ、２０ｂ、及び基板１０のそれぞれの接合には、例えば、熱圧着や接着剤による接着等の方法を用いることができる。また、これらの基板の構成材料としては、それぞれ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等のポリオレフィン、環状ポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、ポリ−（４−メチルペンテン−１）、アイオノマー、アクリル系樹脂、ポリメチルメタクリレート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリオキシメチレン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリシクロヘキサンテレフタレート（ＰＣＴ）等のポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリフェニレンオキシド、変性ポリフェニレンオキシド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、芳香族ポリエステル（液晶ポリマー）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、その他フッ素系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタン等、又はこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイのような各種樹脂材料、各種ガラス材料、各種金属又は金属酸化物材料等が挙げられる。
In addition, methods, such as thermocompression bonding and adhesion | attachment with an adhesive agent, can be used for each joining of the board |
これらの材料を用い、基板２０ａ及び２０ｂは、例えば、型を用いた射出成形することにより作製することができる。また、溝１４や、貫通孔２４、２６等は、射出成形やドライエッチング、ウェットエッチング、ブラスト加工等の方法により形成することができる。
Using these materials, the
次に、基板１０の図中下面側の中央に固定されるヘッドチップ（液滴吐出部）３０の構成について説明する。図４に、ヘッドチップ３０の一例として、静電駆動方式のヘッドチップの拡大断面図を示す。説明の便宜上、図４には、ヘッドチップ３０とともに基板１０のみが示されている。ヘッドチップ３０は、電極３６が形成された電極基板３１、圧力室３４を形成する圧力室基板３２、及びノズル孔３５が形成されたノズル基板３３により形成されている。圧力室３４に流入した液体は、図示しない共通電極と電極３６との間に電圧を加えると、振動板３７が変位することによって加圧され、ノズル孔３５から吐出される。尚、電極基板３１には、図中下側の面から溝が形成され、その天井部に電極３６が形成されているため、電極３６と振動板３７との間にはわずかな空隙（エアギャップ）が形成されている。電極基板３１、圧力室基板３２、ノズル基板３３の材料は特に限定されないが、吐出される液体に生体試料が含まれる場合には、ガラス、シリコン等が適している。
Next, the configuration of the head chip (droplet discharge unit) 30 fixed to the center of the lower surface side of the
以上は静電駆動方式型のヘッドチップを例に挙げて説明したが、液滴の吐出方法は、これに限定されず、例えば、圧電素子の作動により圧力室の容積を変化させる方法（インクジェット方式）、ペルチェ素子（加熱手段）の作動により圧力室内に気泡を生じさせる方法（バブルジェット（登録商標）方式等、いかなる方法であってもよい。 The electrostatic driving type head chip has been described above as an example. However, the method for discharging droplets is not limited to this. For example, a method of changing the volume of the pressure chamber by the operation of a piezoelectric element (ink jet method) ), A method of generating bubbles in the pressure chamber by the operation of the Peltier element (heating means) (any method such as a bubble jet (registered trademark) method) may be used.
図５に、以上のような基板１０、液体収容部２０、及びヘッドチップ３０から構成される液滴吐出ヘッド１の、概略断面図を示す。図５（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ図１（Ａ）におけるＶＡ−ＶＡ線、図１（Ｂ）におけるＶＢ−ＶＢ線に沿った断面図である。基板２０ａに設けられた貫通孔がウェル２４となり、基板１０に設けられた溝が流路１４となり、ウェル２４と流路１４とが、基板２０ｂに設けられた貫通孔２６によって連通する。図５（Ａ）に示される場合、流路１４は、９６個のウェル２４のうち、左から第１、３、５、７、９、１１列目のウェル計４８個に連通している。図５（Ｂ）に示される場合、流路１４は、左から第２、４、６、８、１０、１２列目のウェル計４８個に連通している。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the
（液滴吐出装置及びマイクロアレイ作製装置）
次に、このような液滴吐出ヘッド１を備える液滴吐出装置について、マイクロアレイ作製装置を例に挙げて説明する。
(Droplet discharge device and microarray manufacturing device)
Next, a droplet discharge device including such a
図６に、本発明に係る液滴吐出装置の一例であるマイクロアレイ作製装置の概略斜視図を示す。 FIG. 6 shows a schematic perspective view of a microarray manufacturing apparatus which is an example of a droplet discharge apparatus according to the present invention.
図６に示すマイクロアレイ作製装置１００は、基台１１０、液滴吐出ヘッド１を保持し、Ｘ軸方向に往復移動するＸ軸方向移動機構１２０と、基板１５０を載置するテーブル１３０と、テーブル１３０を保持し、Ｙ軸方向に往復移動するＹ軸方向移動機構１４０と、脱泡用のキャップを格納するキャップ格納部１６０と、減圧手段１７０と、各部の駆動を制御する制御部１８０とを備えている。
A
キャップ格納部１６０及び減圧手段１７０は、それぞれ、液滴吐出ヘッド１の格納位置（ホームポジション）に設けられており、図示しないＺ軸方向移動機構により、液滴吐出ヘッド１に接近及び離間可能となっている。
The
Ｘ軸方向移動機構１２０、Ｙ軸方向移動機構１４０及びＺ軸方向移動機構は、それぞれ、例えば、タイミングベルト機構やボールネジ機構等を用いて数値制御方式等により移動させ得るよう構成されている。
The X-axis
また、基台１１には、減圧手段１７０の側部に、液滴吐出ヘッド１の液体収納部２０と当接し得る当接板１９０が設けられている。
Further, the base 11 is provided with a
ここで、キャップ格納部１６０と、減圧手段１７０について説明する。
Here, the
キャップ格納部１６０は、ウェル２４を覆うキャップ１６１を備えている。キャップ１６１は、液滴吐出ヘッド１がホームポジションにあるとき、液滴吐出ヘッド１の上面にすべてのウェル２４を覆うように密着することができ、その内部に閉空間を形成する。キャップ１６１は、例えば、弾性材料で形成することができる。弾性材料としては、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、ヒドリンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。
The
キャップ１６１を弾性材料で構成することにより、液滴吐出ヘッド１の液体収納部３の上面と密着させることが可能となり、閉空間の気密性を向上させることができる。尚、キャップ１６１を硬質部材で構成し、キャップ１６１の開口縁部に、弾性材料によるシールリングを設けるようにしてもよい。
When the
一方、減圧手段１７０は、液滴吐出ヘッド１がホームポジションにあるときに、そのノズル形成面に密着できるキャップ１７１を有し、さらに、ポンプ、及びキャップ１７１とポンプを接続するチューブを備えている。キャップ１７１は、上述したキャップ１６１と同様の構成とすることができるので、ここでは説明を省略する。また、キャップ１７１を液滴吐出ヘッド１のノズル形成面に密着させて閉空間を形成し、ポンプを作動させることにより、該閉空間が減圧される。このとき、圧力室３４、流路１４、及びウェル２４が空であれば、キャップ１６１内部の閉空間も減圧される。
On the other hand, the decompression unit 170 has a
（脱泡方法及びマイクロアレイ作製方法）
以上のようなマイクロアレイ作製装置１００では、プローブ（生体由来物質）を含有する液体を液滴吐出ヘッド１から液滴として吐出し、基板１５０に着弾させてマイクロアレイを作製する。
(Defoaming method and microarray manufacturing method)
In the
まず、プローブを含有する液体及び基板１５０について説明する。
First, the liquid containing the probe and the
プローブには、例えば血液、尿、唾液、髄液のような生体サンプル（検査対象物）に含まれる標的物質（ターゲット）を捕捉し得る物質を用いることができる。 As the probe, for example, a substance that can capture a target substance (target) contained in a biological sample (test object) such as blood, urine, saliva, or spinal fluid can be used.
例えば、ターゲットがＤＮＡやＲＮＡのような核酸である場合には、プローブとしては、これらの核酸とハイブリダイゼーション（相補的に結合）する核酸やヌクレオチド（オリゴヌクレオチド）等を用いることができる。このような核酸としては、例えばｃＤＮＡやＰＣＲ産物等が用いられる。 For example, when the target is a nucleic acid such as DNA or RNA, a nucleic acid, nucleotide (oligonucleotide) or the like that hybridizes (complementarily binds) to these nucleic acids can be used as the probe. As such a nucleic acid, for example, cDNA or PCR product is used.
また、これらの核酸及びオリゴヌクレオチドは、それぞれ、一部が他原子により置換されたものであってもよく、蛍光分子等の標識が導入されたものであってもよい。 In addition, each of these nucleic acids and oligonucleotides may be partially substituted with other atoms, or may be introduced with a label such as a fluorescent molecule.
また、ターゲットが特定のタンパク質である場合には、プローブとしては、このタンパク質を特異的に捕捉（例えば、吸着、結合等）するもの等が用いられる。 When the target is a specific protein, a probe that specifically captures (eg, adsorbs, binds, etc.) the protein is used as the probe.
具体的には、抗原、抗体、レセプター、酵素等のタンパク質、ペプチド（オリゴペプチド）が挙げられる。 Specific examples include proteins such as antigens, antibodies, receptors, and enzymes, and peptides (oligopeptides).
また、これらのタンパク質及びペプチドは、それぞれ、一部が他原子により置換されたものであってもよく、蛍光分子等の標識が導入されたものであってもよい。 Each of these proteins and peptides may be partially substituted with other atoms, or may be labeled with a fluorescent molecule or the like.
尚、プローブとしてタンパク質を使用する場合、このプローブとなるタンパク質を表面に発現した細胞（生細胞）を液体に混合してもよい。 In addition, when using protein as a probe, you may mix the cell (living cell) which expressed the protein used as this probe on the surface in a liquid.
液体の調製に用いる媒質（溶媒又は分散媒）としては、プローブの種類に応じて適宜選択され、特に限定されないが、前述したようなプローブの場合には、例えば水や各種緩衝液等が好適に用いられる。 The medium (solvent or dispersion medium) used for the preparation of the liquid is appropriately selected according to the type of the probe and is not particularly limited. However, in the case of the probe as described above, for example, water or various buffer solutions are preferably used. Used.
この媒質には、粘度や表面張力等を制御する各種添加剤が添加されていてもよい。このような添加剤としては、単価アルコール、多価アルコール、界面活性剤等が挙げられる。 Various additives for controlling viscosity, surface tension, and the like may be added to this medium. Such additives include monohydric alcohols, polyhydric alcohols, surfactants and the like.
液体の粘度は、１〜１０ｃｐｓ程度であるのが好ましく、２〜５ｃｐｓ程度であるのがより好ましい。また、液体の表面張力は、１０〜６０ｍＮ／ｍ程度であるのが好ましく、２０〜４０ｍＮ／ｍ程度であるのがより好ましい。 The viscosity of the liquid is preferably about 1 to 10 cps, and more preferably about 2 to 5 cps. Further, the surface tension of the liquid is preferably about 10 to 60 mN / m, and more preferably about 20 to 40 mN / m.
基板１５０としては、特に限定されないが、例えば、ガラス、シリコン、金属（例えば金、銀、銅、アルミニユウム、白金等）、金属酸化物（例えばＳｒＴｉＯ３、ＬａＡｌＯ３、ＮｄＧａＯ３、ＺｒＯ２、酸化ケイ素等）、樹脂（例えばポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート）等よりなる基板を用いることができる。
The
また、基板１５０は、１種類の材料で構成されたもの（単層基板）でもよく、複数種の材料を組み合わせたもの（例えば、複数層の積層基板等）であってもよい。
In addition, the
尚、基板１５０としては、ガラス基板を用いるのが好適である。ガラス基板は、入手の容易さ、低コストであること等から好ましい。
Note that a glass substrate is preferably used as the
また、基板１５０には、必要に応じて、表面処理が施されていてもよい。表面処理としては、例えば、プローブを基板１５０の表面に確実に固定するための処理（固相化処理）等が挙げられる。
Further, the
固相化処理としては、プローブと共有結合又はイオン結合する官能基、例えばチオール基、アミノ基、イソシアネート基、クロライド基、エポキシ基等を導入する処理等が挙げられる。 Examples of the solid phase treatment include a treatment for introducing a functional group covalently or ionically bonded to the probe, such as a thiol group, an amino group, an isocyanate group, a chloride group, or an epoxy group.
基板１５０としてガラス基板を用いる場合には、前記官能基は、これを有するカップリング剤（例えば、シラン系カップリング剤、ジルコニウム系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤等）で処理することにより導入することができる。
When a glass substrate is used as the
その他、固相化処理としては、プローブが核酸やヌクレオチドの場合、ポリ−Ｌ−リジンの被着、プラズマ重合膜の形成等の方法を用いるようにしてもよい。また、活性化エステルを基板１５０に被着させる表面処理を行うとともに、プローブの末端（例えば、二重鎖ＤＮＡ断片のセンス鎖末端）をアミノ化するようにしてもよい。これにより、活性化エステルとアミノ基の共有結合を介してプローブが基板１５０に強固に固定される。
In addition, as the solid phase treatment, when the probe is a nucleic acid or a nucleotide, a method such as deposition of poly-L-lysine or formation of a plasma polymerization film may be used. In addition, surface treatment for attaching the activated ester to the
一方、プローブがタンパク質やペプチドである場合、タンパク質とアミド結合を形成する活性基を、基板１５０の表面に導入する表面処理等を行う。これにより、プローブを基板１５０に強固に固定することができる。活性基としては、カルボニルイミダゾール基、エポキシ基等が挙げられる。
On the other hand, when the probe is a protein or peptide, a surface treatment or the like is performed to introduce an active group that forms an amide bond with the protein onto the surface of the
以下、マイクロアレイ作製装置１００によるマイクロアレイの作製方法（作用）について、図７を参照しつつ説明する。尚、図７では、説明の便宜上、現実には断面上に現れない流路１４が、断面図上に描かれている。
Hereinafter, a microarray manufacturing method (operation) by the
図７は、マイクロアレイの作製方法を説明するための図である。 FIG. 7 is a diagram for explaining a microarray manufacturing method.
まず、液体収容部２０を基板１０に対してスライドさせ、図１（Ａ）に示される配置とする。このとき、図７（Ａ）に示されるように、基板１０の流路１４は、ウェル２４のうち左から第１、３、５、７、９、１１列目に位置する計４８個に連通する。次に、ウェル２４のうち、第２、４、６、８、１０、１２列目に位置する計４８個に、吐出するための液体を供給する。液体の供給方法は特に限定されず、例えば、ピペットを用いた手法により各ウェル２４に共有してもよいし、分注装置を用いて複数のウェル２４に一括して供給してもよい。これにより、空のウェル２４のみが流路１４を介して圧力室３５に連通することになり、液体を収容したウェル２４は圧力室３５から遮断される。
First, the
次に、液滴吐出ヘッド１をＸ軸方向移動機構１２０の端部に固定し、Ｘ軸方向移動機構１２０を駆動してホームポジションに移動させる。
Next, the
続いて、図７（Ｂ）に示すように、キャップ１６１を矢印の方向に下降させて、液体収容部２０の上面に密着させ、内部に閉空間を形成する。同時に、減圧手段１７０のキャップ１７１を矢印の方向に上昇させて、ヘッドチップ３０のノズル形成面に密着させ、内部に閉空間を形成する。尚、キャップ１６１の開口部がより大きい場合には、ヘッドチップ３０のノズル形成面ではなく基板１０の下面に密着させて、ノズル孔３５を覆う閉空間を形成してもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 7B, the
次に、図７（Ｃ）に示すように、減圧手段１７０のポンプを作動させて、キャップ１７１内部の閉空間を減圧する。これにより、流路１４、貫通孔２６、ウェル２４、及びキャップ１７１内の閉空間も減圧され、ウェル２４に収容された液体中の気泡は溶けきれなくなって、小矢印に示されるようにキャップ１７１内の閉空間に放出される。
Next, as shown in FIG. 7C, the pump of the decompression means 170 is operated to decompress the closed space inside the
マイクロアレイ作製装置１００では、液体として複数種のもの（異なる生体由来物質を含む液体）が用いられるが、かかる構成によれば、複数種の液体から一括して脱泡を行うことができるので作業性に優れ、マイクロアレイの製造時間の短縮、製造コストの削減を図ることができる。
In the
十分に脱泡されたら、ポンプを停止し、キャップ１６１及び１７１を液滴吐出ヘッド１から離間させる。
When the bubbles are sufficiently removed, the pump is stopped and the
次に、Ｘ軸方向移動機構１２０を駆動して、液滴吐出ヘッド１を、ホームポジションから、基台１１０の外側（図７中、右側）に向かって移動させる。液滴吐出ヘッド１を移動させると、液体収納部２０が当接板１９０に当接し、それ以上、基台１１０の外側に移動するのが阻止される（図７（ｃ）参照。）。
Next, the X-axis
さらに、Ｘ軸方向移動機構１２０を、基台１１０の外側に向かって移動させると、当接板１９０により移動が阻止された液体収納部２０に対して、基板１０がスライドを開始する。これにより、液体収納部２０が基板１０に対して相対的に移動する（図７（Ｄ）参照。）。こうして、液体が収容されたウェル２４が、流路１４によって圧力室３５と連通する。
Further, when the X-axis
次に、キャップ１７１を上昇させる。これにより、減圧手段１７１のキャップが、液滴吐出ヘッド１のヘッドチップ３０のノズル孔形成面又は基板１０の下面に密着し、ヘッドチップ３０の各ノズル孔がキャップで覆われ、閉空間が形成される。
Next, the
この状態で、ポンプにより閉空間を減圧する。これにより、各ノズル孔先端まで均一かつ確実に液体が充填される。 In this state, the closed space is decompressed by the pump. As a result, the liquid is uniformly and reliably filled up to the tip of each nozzle hole.
次に、キャップ１７１を下降させた後、液滴吐出ヘッド１とテーブル１３０とを相対的にＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させ、液滴吐出ヘッド１から基板１５０に液滴を吐出する。
Next, after the
これにより、基板１５０上には、スポットが複数形成される。このスポットのスポット径は、１０〜３００μｍ程度であるのが好ましく、１５〜１５０μｍ程度であるのがより好ましい。
Thereby, a plurality of spots are formed on the
また、スポットの平面形状（基板１５０の鉛直上方から見た形状）は、一般には円形形状とされるが、非円形形状であってもよい。この非円形形状としては、例えば、楕円形、十字型、記号、数字等が挙げられる。 Further, the planar shape of the spot (the shape seen from above the substrate 150) is generally a circular shape, but may be a non-circular shape. Examples of the non-circular shape include an oval shape, a cross shape, a symbol, and a number.
基板１５０上には、スポットを１種類の形状で形成してもよく、２種類以上の形状を組み合わせて形成するようにしてもよい。
On the
非円形形状のスポットを形成する場合、このものは、マイクロアレイ上の特定位置を識別するための位置標識として用いてもよく、プローブの種類や、検査・解析の結果を示すための形状としてもよい。これにより、このマイクロアレイを用いる検査・解析が容易になる。 When a non-circular spot is formed, this spot may be used as a position indicator for identifying a specific position on the microarray, or may be a shape for indicating the type of probe or the result of inspection / analysis. . This facilitates inspection and analysis using this microarray.
液体のスポットが形成された基板１５０を、必要に応じて、インキュベート（加温）するようにしてもよい。これにより、プローブを基板１５０上により確実に定着（固定）させることができる。
The
インキュベートの方法としては、例えば、基板１５０を加熱する方法、液体を加熱する方法等を用いることができる。加熱の方法としては、例えば、ヒータによる加熱、レーザ光の照射、赤外線や電磁波の付与等のうちの１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
As the incubation method, for example, a method of heating the
インキュベートの温度は、２５〜４０℃程度が好ましい。また、インキュベートの時間も、特に限定されないが、前記温度範囲で行う場合には、３０分〜２４時間程度であるのが好ましい。 The incubation temperature is preferably about 25 to 40 ° C. Incubation time is also not particularly limited, but it is preferably about 30 minutes to 24 hours in the temperature range.
以上のような工程を経て、マイクロアレイが得られる。 A microarray is obtained through the above steps.
このように、本発明によれば、液体同士が混ざり合うこと（コンタミネーション）を防止しつつ、各液体からの確実な脱泡や、各ノズル孔への確実な液体の充填等を行うことができ、その結果、高精度での液滴吐出が可能となる。 Thus, according to the present invention, it is possible to perform reliable defoaming from each liquid, reliable filling of each nozzle hole, etc., while preventing liquids from mixing (contamination). As a result, it is possible to discharge droplets with high accuracy.
以上、本発明の液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。 Although the liquid droplet ejection head and the liquid droplet ejection apparatus of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these.
例えば、本発明の液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置の各部の構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、任意の構成のものを付加することもできる。例えば、各部材の間に、シール材、シールリング等を配置して、気密性を向上させることができる。また、上述の実施形態では、流路１４が４８個、ウェル（収容空間）２４が９６個であり、収容空間が流路及び圧力室の２倍となっている構成を例にとって説明したが、ウェルは流路の３倍以上であってもよい。
For example, the configuration of each part of the droplet discharge head and the droplet discharge apparatus of the present invention can be replaced with an arbitrary one that can exhibit the same function, or an arbitrary configuration can be added. . For example, a sealing material, a seal ring, etc. can be arrange | positioned between each member, and airtightness can be improved. In the above-described embodiment, the description has been given by taking as an example a configuration in which the number of the
また、前記実施形態では、本発明の液滴吐出装置をマイクロアレイ作製装置に適用した場合を代表に説明したが、本発明の液滴吐出装置は、複数種のインクを吐出するプリンタに適用することもできる。 In the above embodiment, the case where the droplet discharge device of the present invention is applied to a microarray manufacturing device has been described as a representative. However, the droplet discharge device of the present invention is applied to a printer that discharges a plurality of types of ink. You can also.
１…液滴吐出ヘッド、１０、２０ａ、２０ｂ…基板、１２…レール嵌合部、１４…流路、２０…液体収容部、２２…レール部、２４…ウェル（収容空間）、２６…貫通孔、３０…ヘッドチップ（液滴吐出部）、１００…液滴吐出装置、１６０…キャップ格納部、１６１、１７１…キャップ、１７０…減圧手段
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記基板の一面側に設けられ、前記各流路にそれぞれ連通する複数の圧力室を備え、該圧力室に供給された液体を液滴として吐出する液滴吐出部と、
前記基板の他面側に設けられ、前記各流路に連通可能な複数の収容空間を備える液体収容部と、を有し、
前記流路と前記圧力室を同数備え、前記収容空間を前記流路の数の整数倍備えており、
前記液体収容部は、前記流路に連通する収容空間を変更できるように、前記基板に対して相対的に変位可能に設けられている、液滴吐出ヘッド。 A substrate on which a plurality of flow paths are formed;
A plurality of pressure chambers provided on one surface side of the substrate and communicating with the flow paths, respectively, and a liquid droplet discharge section that discharges the liquid supplied to the pressure chambers as liquid droplets;
A liquid storage section provided on the other surface side of the substrate, and having a plurality of storage spaces capable of communicating with the respective flow paths;
Equipped with the same number of the flow paths and the pressure chambers, the accommodation space with an integral multiple of the number of the flow paths,
The liquid discharge unit is a droplet discharge head provided so as to be relatively displaceable with respect to the substrate so that a storage space communicating with the flow path can be changed.
前記収容空間を覆うことにより閉空間を形成するキャップと、
前記各収容空間を前記キャップで覆うことにより前記閉空間を形成した状態で、前記液滴吐出部の吐出口から吸引して該閉空間内を減圧する減圧手段と、を有する液滴吐出装置。 The droplet discharge head according to claim 1 or 2,
A cap that forms a closed space by covering the accommodation space;
A liquid droplet ejection apparatus comprising: a decompression unit that suctions from the ejection port of the liquid droplet ejection unit and decompresses the closed space in a state where the closed space is formed by covering each of the accommodation spaces with the cap.
前記液体収容部を前記基板に対して所定の位置に配置し、前記収容空間のうち前記流路に連通していない収容空間に、前記液体を供給する工程と、
前記液体収容部を前記キャップで覆うことにより前記閉空間を形成する工程と、
前記減圧手段により、前記液滴吐出部の吐出口から吸引して前記閉空間を減圧し、前記液体から気泡を除去する工程と、を含む脱泡方法。 A defoaming method for removing bubbles from a liquid stored in a storage space of the droplet discharge head using the droplet discharge device according to claim 3,
Disposing the liquid storage portion at a predetermined position with respect to the substrate, and supplying the liquid to a storage space that is not in communication with the flow path in the storage space;
Forming the closed space by covering the liquid container with the cap;
A step of depressurizing the closed space by sucking from the discharge port of the droplet discharge section by the pressure reducing means, and removing bubbles from the liquid.
前記液体収容部を前記基板に対して相対的に変位させ、前記各流路を前記液体が収容された収容空間に連通させる工程と、
前記液体を前記圧力室に導入し、該液体をマイクロアレイ用基板に対して吐出する工程と、を含む、マイクロアレイ製造方法。
Removing air bubbles from the liquid by the defoaming method according to claim 5;
Displacing the liquid storage portion relative to the substrate, and communicating each flow path with a storage space in which the liquid is stored;
Introducing the liquid into the pressure chamber, and discharging the liquid onto the microarray substrate.
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