CN109789702A - 液体排出装置、具有液体排出装置的检查装置以及具有液体排出装置的细胞培养装置 - Google Patents

Abstract

采用一种液体排出装置，其包括：喷嘴，其具有第一把持部和第二把持部，并排出液滴；基体，其供上述喷嘴安装；固定部，其将上述喷嘴固定于上述基体；和驱动部，其使上述喷嘴产生位移，上述第一把持部和上述第二把持部中的至少一方把持于上述驱动部。另外，上述液体排出装置的上述第一把持部和上述第二把持部中的另一方把持于上述固定部。

Description

液体排出装置、具有液体排出装置的检查装置以及具有液体 排出装置的细胞培养装置

技术领域

本发明涉及液体排出用液体排出装置、具有该液体排出装置的检查装置以及具有该液体排出装置的细胞培养装置。特别涉及在药物开发、医疗、生物技术等领域中适合用于药液、试剂等的供给、分注的液体排出装置、具有该液体排出装置的检查装置以及具有该液体排出装置的细胞培养装置。

背景技术

近年来，利用喷墨方式的打印装置作为用于在各种记录介质上记录文字、图像的装置而得到推广，广为人知。该喷墨方式不仅用于对纸张、薄膜的打印，还被推广应用于药物开发、医疗、生物技术领域。喷墨方式的应用范围正在扩大。

特别是，近年来，正在进行利用喷墨方式的高精度的排出性能来向检体等微量且正确地供给药液、试剂等的尝试。

然而，在药物开发、医疗、生物技术领域中，容易受到金属离子的影响，当然液体接触部是无金属的。并且，在更换药液、试剂时，以往一直使用的药液、试剂与新的药液、试剂相混合不仅会降低性能，还会因相互作用而导致非预期的作用，因此必须避免。

然而，通常的液体排出头内部由金属材料构成，并且由狭窄的流体的流路、空间构成。因此，无法彻底清洗液体排出头内部，故而设计出能够容易地更换液体接触部的液体排出头(专利文献1)。

在专利文献1中，具备可拆下的容器，并由驱动机构从外部对该容器加压。由此，与驱动机构的位移量的增大相对应，容器内部的压力上升，从而能够从开放端的喷嘴排出内部的液体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-114569号公报

发明内容

然而，虽然在加压时能够直接对容器加压，但却无法在减压时跟上驱动机构的位移量的减少。这是因为受到容器的弹性复原性的支配，无法高速地恢复至初始位置。因此，无法以高速的重复频率排出。

本发明鉴于这一点而完成，其目的在于提供一种使用一次性压力室但能够高重复地高速动作的液体排出装置、具有该液体排出装置的检查装置以及具有该液体排出装置的细胞培养装置。

为了解决上述课题，采用一种液体排出装置，其包括：喷嘴，其具有第一把持部和第二把持部，并排出液滴；基体，其供上述喷嘴安装；固定部，其将上述喷嘴固定于上述基体；和驱动部，其使上述喷嘴产生位移，上述第一把持部和上述第二把持部中的至少一方把持于上述驱动部。

另外，采用具有该液体排出装置的检查装置。进而，采用具有该液体排出装置的细胞培养装置。

如上所述，根据本发明，通过将由驱动部生成的位移可靠地传递至喷嘴，由此不仅是在喷嘴的压缩方向上，在膨胀方向上也能动地发挥作用。

因此，能够提高对驱动部的位移追随性，从而能够以高速的重复频率实施排出。

并且，因为驱动部和喷嘴的把持部能够不依赖于重复频率而维持保持接触的状态，因此不会因为由分离和接合而产生的冲击致使喷嘴的与驱动部的接触面损耗，而能够使喷嘴长寿命化。因此，也能够实现喷嘴废弃损失的降低。

附图说明

图1A是示出实施方式1的液体排出装置的结构的立体图。

图1B是示出实施方式1的液体排出装置的结构的剖视图。

图1C是示出实施方式1的液体排出装置的排出部分的立体图。

图2是示出实施方式1的液体排出装置中的每单位时间的液滴排出量与排出频率的关系的图表。

图3是示出实施方式1的液体排出装置中的排出液滴量与排出次数的关系的图表。

图4A是示出实施方式1的喷嘴的变形例的主视图和俯视图。

图4B是示出实施方式1的喷嘴的变形例的主视图。

图5是示出实施方式2的液体排出装置的结构的图。

图6A是实施方式3的液体排出装置的侧视图。

图6B是实施方式3的检查单元的主视图。

图7A是实施方式3的细胞培养装置的侧视图。

图7B是实施方式3的容器的俯视图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

(实施方式1)

<结构>

图1A是示出从斜向观察本发明的实施方式1的液体排出装置而得到的内部结构的示意图。液体排出装置100的基体101的内部装配有驱动部110和固定部120。在驱动部110中装备有产生位移的压电元件111，与由外部的波形发生器130所生成的驱动脉冲信号同步使压电元件111伸缩而产生位移。

另外，图1B是示出从侧方观察本发明的实施方式1的液体排出装置100而得到的内部结构的示意图。驱动部110固定于基体101的后方。另外，使用固定棒102保持驱动部110，以保持驱动部110的位置。对供该固定棒102插入的驱动部110实施以压电元件111的位移方向为长径的长圆加工，使压电元件111的位移向前方传递。

这里，在驱动部110的端部设置有驱动销113。驱动销113与驱动部110一起移动。

另外，与驱动销113相同形状的固定销123设置于固定部120的端部。固定销123由固定部120保持而不移动。

在这些驱动销113与固定销123之间，设置有插入孔103，在这里插入喷嘴150。图1C是示出本发明的实施方式1的喷嘴150的立体图。在喷嘴150的径向上180度的位置处设置有一对把持部151(第一把持部、第二把持部)。在该把持部151设置有相对于驱动销113和固定销123的直径形成得略小的嵌入孔，通过分别将驱动销113和固定销123嵌入，能够再现性优良地限定喷嘴150的水平方向和垂直方向上的位置。

另外，驱动销113和固定销123加工为越靠顶端直径越大。这是为了防止因压电元件111所致的驱动部110的驱动销113的位移使得喷嘴150的把持部151与驱动销113和固定销123脱开，从而喷嘴150脱落。

进而，在喷嘴150上方的开口部152中插入节流阀160。节流阀160的内部为中空。并且，节流阀160向喷嘴150插入的插入侧形成有较细的节流孔。另外，节流阀160的相反侧加工为竹笋状接头，能够插入并固定管170。并且，管170与罐180相连。

<药液供给>

通过对该罐180加压，由此能够将药液190从罐180向管170压送。经由管170，能够在节流阀160和喷嘴150的内部填满药液190。由此，在整个液体排出装置100中填充药液，而做好用于排出的准备。

<排出动作>

在此，当为了驱动压电元件111而从波形发生器130发送排出信号时，压电元件111进行相应于该排出信号的波形的位移。此时，若由排出信号施加正电压，则压电元件111向伸长的方向位移。该位移通过驱动部110向驱动销113传递，施加从侧方压缩喷嘴150的作用。利用喷嘴150的顶端部和节流阀160的节流孔161形成流路阻力较大的近似闭合空间，作为用于提高内压的压力室发挥作用。

因此，施加于喷嘴150的来自侧方的压缩的位移，随着压力室内部的压力上升，最终将药液190从喷嘴150的顶端部排出。

接下来，当经过规定的时间时，波形发生器130的输出降低。此时，压电元件111随着所施加的电压的降低，从其伸长状态恢复到原来的状态，即动作从伸长转变为收缩。需要说明的是，在喷嘴150，该动作相当于动作从压缩转变为扩张。

通常，在从压缩释放时，从该压缩状态扩张开来的时间取决于弹性率。本实施方式的喷嘴150所使用的树脂材料即聚丙烯的弹性率为1.12～1.58GPa，经实验，自发扩张时间需要50毫秒左右。另一方面，压电元件111显示出遵循电压的反应。虽然受到形状的制约，但即便如此，恢复时间也为50微秒左右，与聚丙烯的自发恢复时间相比，响应足够高速。

这里，通过利用驱动销113和固定销123来约束喷嘴150的把持部151，由此能够更加能动地控制喷嘴150扩张时间。即，能够使喷嘴150的扩张时间向压电元件111的收缩时间接近。

这意味着，能够以高重复频率实施喷嘴150的压缩、扩张。即，能够以高频率实施排出动作。

此外，驱动销113和固定销123优选为以喷嘴150为中心对置。优选为相对于喷嘴150中心呈点对称配置。

图2示出每单位时间的排出液滴量与排出的重复频率之间的关系。在未设置把持部151的情况下，从重复频率超过200Hz附近起，每一秒的排出液滴量相对于重复频率、即排出的重复频率的直线性逐渐降低，以250Hz附近为峰值，之后急剧降低，最终变成排出本身不完全。

这是喷嘴150无法跟上驱动部110，在喷嘴150压缩后，驱动部110退避，并在发生喷嘴150的扩张之前，实施下一个压缩动作，因此，喷嘴150无法扩张，而在保持压缩状态的情况下，由于排出的喷嘴150的内部压力无法上升而导致的情况。

然而，在设置有本实施方式的把持部151的喷嘴150和液体排出装置100中，虽然能够看到排出液滴量的变化，但是即使在1000Hz下，也能维持排出。

并且，通过利用驱动销113和固定销123来固定喷嘴150的把持部151，即使在高重复频率下，也确保持久的接触。这有助于喷嘴150的长寿命化。

这是因为，在未能确保接触的情况下，喷嘴150的膨胀跟不上因压电元件111的收缩引起的驱动销113的退避，从而无法维持接触。

在该情况下意味着，在压电元件111再次伸长时，驱动销113会与喷嘴150碰撞。该碰撞会引起喷嘴150的损耗，最终减小压缩距离，因而引起压力降低，从而对排出稳定化造成较大妨碍，降低喷嘴150的寿命。

图3是示出排出液滴量与排出次数的关系的图表。在未设置把持部151的情况下，即驱动部110与喷嘴150反复进行分离和接合的情况下，从初始起，其排出液滴量逐渐减少，在排出50万次时，比初始值降低10％左右。

该排出液滴量的减少是因驱动部110与喷嘴150反复进行分离和接合，虽然微小，但喷嘴150存在损耗，驱动部110的位移无法可靠地向喷嘴150的内部传递而引起的。然而，采用设置有实施方式的把持部151的喷嘴和液体排出装置100，即使排出1000万次，其排出液滴量也未见减少。

<喷嘴150的变形例>

把持部151对驱动销113和固定销123承担着将它们的运动可靠地向喷嘴150传递的任务。然而，在各种用途中，也可能发生药液的频繁更换，因此能够容易地拔出喷嘴150也是重要因素。

图4A～图4C是示出实施方式1中说明的喷嘴150的变形例的主视图或俯视图。

在图4A所示的喷嘴301中，在把持部151的一部分设置有缺口302。利用该缺口302，能够以更小的力进行喷嘴301的插拔、特别是拔出。

图4B示出喷嘴311的侧视图。在与喷嘴311的插入方向平行的朝向上，形成有用于与驱动部110和固定部120连结的钩312。通过使该钩312的变形部313弯曲，使得插拔、特别是拔出变得容易。在该情况下，在驱动部110和固定部120需要接受该钩312的凹部。

另外，与喷嘴311的情况相同，通过使钩322的变形部323弯曲，使得插拔、特别是拔出变得容易。并且，因结构变得简单，能够价格低廉地制造喷嘴。

另外，喷嘴为了获得变形性，理想的是进行低弹性率化。这里示出了用单一材料形成喷嘴的状态，但另一方面，为了使喷嘴长寿命化而优选高弹性率化，采用不同材料的两阶段成型或者将它们分别单独形成后粘合而一体化也是有效的。

(实施方式2)

<构成>

图5是示出从侧面观察实施方式2中的液体排出装置200而得到的截面结构的示意图。未进行说明的事项都与实施方式1相同。与实施方式1的区别在于从两侧对喷嘴进行加压、压缩。

在液体排出装置200的基体201的内部装配有一对驱动部210。

在驱动部210装备有产生位移的压电元件211。它们与由外部的波形发生器230生成的驱动脉冲信号同步进行伸缩而产生位移。

另外，驱动部210在基体201的端部固定。另外，为保持驱动部210的位置而由固定棒202保持。对供该固定棒202插入的驱动部210实施以压电元件211的位移方向为长径的长圆加工，将压电元件211的位移向基体201的中心方向传递。

这里，在驱动部210的端部设置有驱动销213。在这一对驱动销213之间设置有插入孔203，喷嘴150在这里插入。

进而，在喷嘴150中插入节流阀160。从节流阀160经由管170与罐180连接。

<药液供给>

能够对该罐180进行加压，经由管170，在节流阀160和喷嘴150的内部填满药液190。由此，在整个液体排出装置200中填充药液，而做好用于排出的准备。

<排出动作>

这里，当为了驱动压电元件211而从波形发生器130发送排出信号时，压电元件211进行相应于该排出信号的波形的位移。此时，若由排出信号施加正电压，则压电元件211向伸长的方向位移。该位移通过驱动部210向驱动销213传递，施加从两侧压缩喷嘴150的作用。利用喷嘴150的顶端部和节流阀160的节流孔161形成流路阻力较大的近似闭合空间，作为用于提高内压的压力室发挥作用。因此，施加于喷嘴150的来自侧方的压缩的位移，随着压力室内部的压力上升，最终将药液190从喷嘴150的顶端部排出。

采用本实施方式，由于一对驱动部从两侧压缩喷嘴，因此能够在表观上以2倍的位移进行驱动。因此，与实施方式1所示的液体排出装置100相比，虽然大型化，但能够排出更大的液滴。

进而，能够使用上述液体排出装置来实现涂覆各种液体的装置。既可以使被涂覆物移动，也可以使液体排出装置本身移动。能够构成为具有驱动部、控制部的涂覆装置。

<效果>

在实施方式1、2的液体排出装置中，在用于排出液体的喷嘴设置把持部151，始终确保驱动部与喷嘴的接触，从而能够将驱动部的动作可靠地传递到喷嘴。因此，作为能够更换液体接触部的液体排出装置，能够以高重复频率实施排出，并且也能够使喷嘴长寿命化。

(实施方式3)

上述液体排出装置100、200能够高精度、恒定量、长时间地涂覆微量的液体。

因此，能够用于在向生物传感器(sensor)、生物芯片等涂覆血液。例如，在向血糖传感器涂覆血液的情况下，使用液体排出装置100、200向血糖传感器实施滴液，利用检测器读取该血糖传感器，由此得知血糖值。采用该方法，血液的液量精度好并且结果正确。

也可以涂覆于肿瘤标志物、心脏病标志物等免疫传感器而非血糖值传感器。并且，传感器也可以是表观遗传、感染症等的DNA传感器。作为传感器，能够使用广泛的生物传感器。

用图6A和图6B对实施方式3的装置进行说明。未进行说明的事项都与上述实施方式1、2相同。

图6A是液体排出装置100的侧视图。在液体排出装置100中，将液体601即血液向传感器602排出。

之后，用图6B所示的检查单元对传感器602进行分析。图6B是检查单元的主视图。将传感器602插入图6B所示的检测器604。检测器604由控制器603控制，检查传感器602并显示结果。

在图6A和图6B中为检查装置。

这里，也能够使用图7B的容器605来替代传感器602。在图7A和图7B中示出细胞培养装置的例子。图7B是容器605的俯视图。图7A是细胞培养装置的侧视图。容器605具有多个凹部606。只要在该多个凹部606分别保持细胞，利用排出装置100将培养液分别涂覆于多个凹部606，就能够作为细胞培养装置使用。在该情况下，需要向多个凹部606涂覆液滴，在容器605的下部有工作台607，工作台607能够在平面内移动。

需要说明的是，也存在容器605中凹部606为一个的情况。也有向一个凹部606数次排出液滴的情况。也可以在凹部606，放入细胞片，向细胞片涂覆液体601。

需要说明的是，同样地，为了用上述装置制造传感器，也可以将各种溶液涂覆于传感器。

(整体上)

实施方式1至3能够组合。

也可以是把持部151与驱动销113、固定销123之间的关系相反的机构。可以是，把持部151为销，在驱动销113、固定销123上有贯通孔。只要为嵌合机构即可。

只要两个把持部(第一把持部、第二把持部)中的至少一方保持于驱动部即可。并且，优选为，另一方把持于固定部或者驱动部。

工业实用性

在药物开发、医疗、生物技术等领域中，能够优选作为用于药液、试剂等的供给、分注的液体排出装置使用。能够用于实验用、量产用、试验用的供给、分注。

附图标记说明

100 液体排出装置

101 基体

102 固定棒

103 插入孔

110 驱动部

111 压电元件

113 驱动销

120 固定部

123 固定销

130 波形发生器

150 喷嘴

151 把持部

152 开口部

160 节流阀

161 节流孔

170 管

180 罐

190 药液

200 液体排出装置

201 基体

202 固定棒

203 插入孔

210 驱动部

211 压电元件

213 驱动销

230 波形发生器

301 喷嘴

311 喷嘴

312 钩

313 变形部

321 喷嘴

322 钩

323 变形部

601 液体

602 血液

603 控制器

604 检测器

605 容器

606 凹部

607 工作台。

Claims (13)

1.一种液体排出装置，包括：

喷嘴，其具有第一把持部和第二把持部，并排出液滴；

基体，其供所述喷嘴安装；

固定部，其将所述喷嘴固定于所述基体；和

驱动部，其使所述喷嘴产生位移，

所述第一把持部和所述第二把持部中的至少一方把持于所述驱动部。

2.根据权利要求1所述的液体排出装置，其中，

所述第一把持部和所述第二把持部中的另一方把持于所述固定部。

3.根据权利要求1所述的液体排出装置，其中，

所述第一把持部和所述第二把持部这双方把持于不同的所述驱动部。

4.根据权利要求1或3所述的液体排出装置，其中，

所述驱动部为两个，

所述第一把持部和所述第二把持部分别把持于两个所述驱动部。

5.根据权利要求1所述的液体排出装置，其中，

所述喷嘴以能够拆装的方式安装于所述基体。

6.根据权利要求1所述的液体排出装置，其中，

所述第一把持部与所述驱动部的把持机构为嵌合形式。

7.根据权利要求1所述的液体排出装置，其中，

使用层叠形的压电元件作为所述驱动部。

8.根据权利要求1所述的液体排出装置，其中，

所述第一把持部和所述第二把持部相对于所述喷嘴的中心对置配置。

9.根据权利要求1所述的液体排出装置，其中，

所述喷嘴为圆筒形状，

所述第一把持部和所述第二把持部配置于所述圆筒形状的侧面。

10.根据权利要求1所述的液体排出装置，其中，

所述第一把持部和所述第二把持部为长方体形状。

11.根据权利要求1所述的液体排出装置，其中，

所述喷嘴由所述第一把持部和所述第二把持部加压而变形。

12.一种检查装置，具有：

权利要求1所述的液体排出装置；

传感器，其由所述液体排出装置涂覆液体；

检查器，其检测所述传感器；和

控制器，其控制所述检查器。

13.一种细胞培养装置，具有：

权利要求1所述的液体排出装置；

容器，其由所述液体排出装置涂覆液体；和

工作台，其使所述容器移动。