CN110026260A - 药液喷出装置及药液滴加装置 - Google Patents

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Abstract

提供药液喷出装置及药液滴加装置。药液喷出装置具有压力室构造体和致动器，压力室构造体具有第一面及第二面，在内部设有压力室，压力室具有由第二面供给药液的供给口、和从第一面侧将药液排出的排出口，所述压力室的内壁的至少一部分的材料是硅或者氧化硅，所述压力室的内壁中由硅或者氧化硅构成的部分的表面，与没有进行紫外线照射或氧等离子处理的形成有自然氧化膜的硅晶片的表面相比，通过X射线光电子能谱分析检测出的一价、二价及三价的结合态的硅的峰值的合计面积与通过X射线光电子能谱分析检测出的四价的结合态的硅的峰值的面积之比值较大，所述致动器使所述压力室内的压力变化，使所述压力室内的所述药液从喷嘴喷出。

Description

药液喷出装置及药液滴加装置
技术领域
本发明的实施方式涉及药液喷出装置及药液滴加装置。
背景技术
在生物学、药学等领域的研发、医疗诊断及检查、以及农业试验中，有时进行分注皮升(pL)～微升(μL)级的液体的操作。作为在这种用途中使用的装置，已知有液滴喷射装置。
在分注的液体是药液的情况下，液滴喷射装置有时被称为药液滴加装置。还有在药液滴加装置安装可装卸的被填充了药液的药液喷出装置的装置。在这种药液滴加装置中，药液喷出装置为了防止污染，在喷出一次药液后就被废弃。
药液喷出装置喷出的药液的种类例如有水溶液和有机溶剂溶液这两种。水溶液的溶媒例如是水、磷酸缓冲生理盐水(水的含有率为99质量％以上)、甘油水溶液(甘油的含有率为60质量％以下、水的含有率为40质量％以上)。另外，有机溶剂溶液的溶媒例如是二甲基亚砜。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种药液喷出装置及药液滴加装置，即使药液是水溶液，也能够喷出药液。
根据本发明的一个方面提供一种药液喷出装置，具有：压力室构造体，是具有第一面及第二面且在内部设有压力室的压力室构造体，所述压力室具有由所述第二面供给药液的供给口、和从所述第一面侧将所述药液排出的排出口，所述压力室的内壁的至少一部分的材料是硅或者氧化硅，所述压力室的内壁中由硅或者氧化硅构成的部分的表面，与没有进行紫外线照射或氧等离子处理的形成有自然氧化膜的硅晶片的表面相比，通过X射线光电子光谱分析检测出的一价、二价及三价的结合态的硅的峰值的合计面积与通过X射线光电子光谱分析检测出的四价的结合态的硅的峰值的面积之比值较大；以及致动器，使所述压力室内的压力变化，使所述压力室内的所述药液从喷嘴喷出。
根据本发明的一个方面提供一种药液滴加装置，所述药液滴加装置具有药液喷出装置和安装所述药液喷出装置的安装部，所述药液喷出装置具有：压力室构造体，是具有第一面及第二面且在内部设有压力室的压力室构造体，所述压力室具有由所述第二面供给药液的供给口、和从所述第一面侧将所述药液排出的排出口，所述压力室的内壁的至少一部分的材料是硅或者氧化硅，所述压力室的内壁中由硅或者氧化硅构成的部分的表面，与没有进行紫外线照射或氧等离子处理的形成有自然氧化膜的硅晶片的表面相比，通过X射线光电子光谱分析检测出的一价、二价及三价的结合态的硅的峰值的合计面积与通过X射线光电子光谱分析检测出的四价的结合态的硅的峰值的面积之比值较大；以及致动器，使所述压力室内的压力变化，使所述压力室内的所述药液从喷嘴喷出。
附图说明
图1是表示具有实施方式的药液喷出装置的药液滴加装置的整体的概略结构的立体图。
图2是表示实施方式的药液喷出装置的俯视图。
图3是表示实施方式的药液喷出装置的仰视图。
图4是沿图2的F4-F4线的剖视图。
图5是表示实施方式的药液喷出装置的药液喷出阵列的俯视图。
图6是沿图5的F6-F6线的剖视图。
图7是沿图5的F7-F7线的剖视图。
图8是将实施氧等离子体灰化处理的时间、和纯水与氧化硅膜的接触角的关系绘制而得的曲线图。
图9是表示通过对具有氧化硅膜的硅晶片进行XPS测定得到的Si2p能谱的曲线图。
图10是表示通过对具有氧化硅膜的硅晶片进行氧等离子体灰化处理后进行XPS测定得到的Si2p能谱的曲线图。
图11是具有氧化硅膜的硅晶片的第二面的剖面示意图。
图12是压力室的内壁的剖面示意图。
图13是通过对形成有自然氧化膜的硅晶片进行XPS测定得到的Si2p能谱的曲线图。
图14是通过对形成有自然氧化膜的硅晶片进行氧等离子体灰化处理后进行XPS测定得到的Si2p能谱的曲线图。
附图标记说明：
1…药液滴加装置；2…药液喷出装置；5…安装部；21…基座部件；21a…药液保持容器用凹陷部；21b…电装基板用凹陷部；21d…药液喷出阵列部开口；22…药液保持容器；27…药液喷出阵列；100…喷嘴板；11…喷嘴；120…振动板；130…驱动元件；170…致动器；200…压力室构造体；210…压力室。
具体实施方式
下面，参照附图对实施方式进行说明。另外，各附图是用于帮助实施方式及其理解的示意图，其形状或尺寸、比值等存在与实际情况不同的部位，但这些都可以适当地进行设计变更。
<构造>
关于实施方式的药液喷出装置的一例，参照图1～图7进行说明。图1是表示具有实施方式的药液喷出装置的药液滴加装置的整体的概略结构的立体图。图2是表示实施方式的药液喷出装置的上表面的图。图3是表示实施方式的药液喷出装置的喷出液滴的面即下表面的图。图4是沿图2的F4-F4线的剖视图。图5是表示实施方式的药液喷出装置的药液喷出阵列的上表面的图。图6是沿图5的F6-F6线的剖视图。图7是沿图5的F7-F7线的剖视图。
图1所示的药液滴加装置1具有矩形平板状的基座3、实施方式的药液喷出装置2、和用于安装药液喷出装置2的安装部5。在本实施方式中，对向微型板4滴加药液的实施方式进行说明。在此，将基座3的前后方向称为X方向，将基座3的左右方向称为Y方向。X方向和Y方向垂直。
微型板4具有1536个孔300。并且，微型板4可装卸地固定于基座3。药液滴加装置1在基座3上的微型板4的两侧具有沿X方向延伸设置的左右一对的X方向引导导轨6a、6b。各X方向引导导轨6a、6b的两端部被固定于在基座3上突出设置的固定台7a、7b。
沿Y方向延伸设置的Y方向引导导轨8架设在X方向引导导轨6a、6b之间。Y方向引导导轨8的两端分别固定于顺着X方向引导导轨6a、6b沿X方向可滑动的X方向移动台9。
在Y方向引导导轨8设有顺着Y方向引导导轨8沿Y方向可移动的Y方向移动台10。安装部5安装于该Y方向移动台10。在该安装部5形成有切槽32，在该位置可装卸地固定本实施方式的药液喷出装置2。通过Y方向移动台10顺着Y方向引导导轨8沿Y方向移动的动作、和X方向移动台9顺着X方向引导导轨6a、6b沿X方向移动的动作的组合，药液喷出装置2能够移动到与X方向及Y方向平行的面内的任意位置。
在本实施方式中，对喷出一次药液后就被废弃的药液喷出装置的实施方式进行说明。
实施方式的药液喷出装置具有压力室构造体和致动器，压力室构造体具有第一面及第二面，在内部设有压力室，压力室具有由第二面供给药液的供给口、和从第一面侧将药液排出的排出口，压力室的内壁的至少一部分的材料是硅或者氧化硅，压力室的内壁中由硅或者氧化硅构成的部分的表面，与没有进行紫外线照射或氧等离子处理的形成有自然氧化膜的硅晶片的表面相比，通过X射线光电子能谱分析检测出的一价、二价及三价的结合态的硅的峰值的合计面积、与通过X射线光电子能谱分析检测出的四价的结合态的硅的峰值的面积之比值较大，致动器使压力室内的压力变化，使压力室内的药液从喷嘴喷出。
药液喷出装置2具有矩形板状的板体即平板状的基座部件21。如图1及图2所示，在该基座部件21的表面侧，多个药液保持容器22沿Y方向被并列设置成一列。另外，基座部件21的表面是指在将药液喷出装置2设置于药液滴加装置1时成为上表面的面。在本实施方式中，对药液保持容器22是8个的情况进行说明，但个数不限于8个。
如图2所示，在基座部件21的两端分别形成有向安装部5安装固定用的安装固定用切口(卡合凹部)28。该基座部件21的两个切口28形成为半长圆形的切口形状。另外，安装固定用切口28也可以是半圆形、半椭圆形、三角形的切口形状等。在本实施方式中，使两个切口28的形状不同。由此，基座部件21的左右的形状不同，容易进行基座部件21的姿势的确认。
在基座部件21的表面侧，如图4所示，在与各药液保持容器22对应的位置形成有圆筒形状的药液保持容器用凹陷部21a。药液保持容器22是上表面开口的有底圆筒形状的容器。
药液保持容器22的底部被粘接固定于药液保持容器用凹陷部21a。另外，药液保持容器22如图2及图4所示，在其底部的中心位置具有成为药液出口的开口部22a。药液保持容器22的上面开口部22b具有比药液出口的开口部22a大的开口面积。
如图3所示，基座部件21在其背面侧沿Y方向设置一列与药液保持容器22相同数量的电装基板23。另外，基座部件21的背面是指在将药液喷出装置2设置于药液滴加装置1时成为下表面的面。电装基板23是矩形状的平板部件。
如图4所示，基座部件21在其背面侧具有电装基板23的安装用的矩形状的电装基板用凹陷部21b、和与该电装基板用凹陷部21b连通的药液喷出阵列部开口21d。电装基板用凹陷部21b的基端部一直延伸到图3所示的基座部件21的上端部附近位置(图4的右端部附近位置)。并且，如图4所示，电装基板用凹陷部21b的末端部一直延伸到与药液保持容器22的一部分重叠的位置。
电装基板23被粘接固定于电装基板用凹陷部21b。电装基板23如图3及图4所示，在与电装基板用凹陷部21b的粘接固定面的相反侧的面上具有电装基板配线24。
电装基板配线24在其一端部具有用于输入来自外部的控制信号的控制信号输入端子25。电装基板配线24在其另一端部具有电极端子连接部26。
并且，如图3所示，电装基板配线24具有配线图案24a及24b。电极端子连接部26通过电线配线12与图5所示的在药液喷出阵列27形成的端子部131c及端子部133c连接。由此，配线图案24a及24b分别与下部电极端子部131c及上部电极端子部133c电连接。
如图4所示，在基座部件21设有作为药液喷出阵列部开口21d的贯通孔。如图3所示，药液喷出阵列部开口21d是矩形状的开口部。并且，如图4所示，药液喷出阵列部开口21d形成于在基座部件21的背面侧与药液保持容器用凹陷部21a重叠的位置。
图3～图5所示的药液喷出阵列27以覆盖药液保持容器22的开口部22a的状态被粘接固定于药液保持容器22的下表面。另外，药液保持容器22的下表面是指将药液喷出装置2设置于药液滴加装置1时成为下表面的面。该药液喷出阵列27如图3及图4所示被配置在与基座部件21的药液喷出阵列部开口21d对应的位置。
关于药液喷出阵列27的构造，参照图5～图7进一步进行说明。图6是沿图5的F6-F6线的剖视图。图7是沿图5的F7-F7线的剖视图。
如图6所示，药液喷出阵列27是将喷嘴板100和压力室构造体200进行层叠形成的。
压力室构造体200具有第一面200a及第二面200b。在第一面200a设有振动板120，在第二面200b设有作为翘曲减轻层的翘曲减轻膜220。压力室构造体200在其内部具有压力室210，压力室210贯通翘曲减轻膜220并到达振动板120的位置，并与后述的喷嘴110连通。
压力室210与药液保持容器22的开口部22a连通，具有从第二面200b侧供给药液的供给口、和从第一面200a侧将药液排出的排出口。压力室210例如形成为位于与喷嘴110同轴位置的圆形。
压力室210优选具有与压力室210的供给口的宽度方向的尺寸D相比，深度方向的尺寸L较大的尺寸。压力室210具有这样的尺寸，对延迟通过振动板120的振动而施加给压力室210内的药液的压力向药液保持容器22释放比较有利。
根据一例，包围压力室210的侧壁与第一面200a及第二面200b垂直。并且，根据另一例，压力室210具有从第二面200b朝向第一面200a而尖细的构造。在压力室210具有这样尖细形状的情况下，对获得更加有益于药液的喷出的药液喷出装置比较有利。
压力室210的内壁的至少一部分的材料是硅或者氧化硅。并且，压力室210的内壁中由硅或者氧化硅构成的部分的表面与没有进行紫外线照射或氧等离子处理的形成有自然氧化膜的硅晶片的表面相比，通过X射线光电子能谱(X-ray PhotoelectronSpectroscopy，以后称为XPS)分析检测出的一价、二价及三价的结合态的硅的峰值的合计面积、与通过XPS分析检测出的四价的结合态的硅的峰值的面积之比值较大。该面积比优选0.25以上。
另外，在该面积比过小的情况下，有可能难以喷出水溶液。
其中，所谓“一价、二价及三价的结合态”的峰值是指来源于具有未结合键的硅的峰值。所谓“一价、二价及三价的结合态”的峰值，例如是指存在于SiO2膜和硅基体的界面中的硅的氧化过程的中间生成物，即来源于低价氧化物的峰值。
低价氧化物的硅的结合态与氧化硅膜的硅的结合态(下面也表述为四价的硅或者Si4+)、以及仅与硅原子结合的硅晶片的基体的硅(下面也表述为零价的硅或者Si0(零))不同。
一价、二价及三价的结合态的硅分别是指存在用Si0.5O(或者Si2O)、SiO及Si1.5O(或者Si2O3)的组成式表述的物质。另外，Si0.5O、SiO及Si1.5O分别被称为一价的硅、二价的硅及三价的硅，并表述为Si1+、Si2+及Si3+。
压力室210的内壁中由硅或者氧化硅构成的部分的表面，具有在硅晶片201的表面形成的由自然氧化膜构成的压力室内膜202。
压力室内膜202例如具有3nm以下的膜厚。本实施方式的药液喷出装置2由于压力室内膜202包括许多具有未结合键的硅，因而即使是水溶液也能够实现较高的润湿性。另外，一价、二价及三价的结合态的硅至少存在一个即可，各自的存在比没有特别限定。
翘曲减轻膜220例如是在氧气氛围中对制造压力室构造体200用的硅晶片201进行加热处理而形成于硅晶片201的表面的厚度4μm的氧化硅膜。翘曲减轻膜220用于减轻在药液喷出阵列27产生的翘曲。另外，翘曲减轻膜220也可以是通过CVD法(化学气相成膜法)在硅晶片201的表面成膜的氧化硅膜。但是，在通过热氧化来形成氧化硅膜的情况下，与通过CVD法形成氧化硅膜的情况相比，能够对翘曲减轻膜220赋予均匀性更好的强度。
翘曲减轻膜220的材料及膜厚等可以与振动板120不同。但是，在将翘曲减轻膜220设为与振动板120相同的材料、相同膜厚的情况下，硅晶片201和振动板120的膜应力的差异、以及硅晶片201和翘曲减轻膜220的膜应力的差异大致相同。因此，在使翘曲减轻膜220及振动板120的材料及膜厚相同的情况下，容易减轻在药液喷出阵列27产生的翘曲。
喷嘴板100包括致动器170和喷嘴部件180。
其中，用语“喷嘴部件”是指形成喷嘴110的部件。下面对各构成要素进行说明。另外，在本实施方式中，对致动器170与喷嘴部件180一体形成的结构进行说明，但致动器170也可以与喷嘴部件180分体形成。在喷嘴部件180和致动器170被一体形成的情况下，对面向药液喷出装置的内表面整体进行的、在较短的时间内进行后述的氧等离子体灰化处理比较有利。
致动器170由振动板120和作为驱动部的驱动元件130构成。
振动板120是在氧气氛围中对制造压力室构造体200用的硅晶片201进行加热处理而形成于硅晶片201的表面的SiO2膜。因此，振动板120与压力室构造体120是一体的。但是，振动板120也可以是与压力室构造体120分体的。
振动板120的膜厚优选在1～30μm的范围内。另外，振动板120也可以通过CVD法(化学气相成膜法)在硅晶片201的表面成膜氧化硅膜来形成。但是，在通过热氧化来形成氧化硅膜的情况下，与通过CVD法形成氧化硅膜的情况相比，能够对振动板120赋予均匀性更好的强度。
如图6所示，驱动元件130形成于各个喷嘴110。并且，如图5所示，驱动元件130是包围喷嘴110的圆环状的形状。驱动元件130的形状没有限定，例如也可以是将圆环的一部分切掉而成的C字状。
图7所示的驱动元件130包括作为下部电极131的一部分的电极部131a、作为上部电极133的一部分的电极部133a、和压电体膜132。压电体膜132位于电极部131a和电极部133a之间。
下部电极131具有与圆形的多个喷嘴110同轴的圆环形的多个电极部131a。另外，在图5中将驱动元件130表示成下部电极131的电极部131a和上部电极133的电极部133a重叠的状态。下部电极131具有连接多个电极部131a的配线部131b，在配线部131b的端部具有端子部131c。
上部电极133具有在压电体膜132上与喷嘴110同轴且与压电体膜132相同形状的圆环状的多个电极部133a。如图5所示，上部电极133具有连接多个电极部133a的配线部133b，在配线部133b的端部具有端子部133c。
下部电极131及上部电极133与电装基板23的电极端子连接部26电连接。即，驱动元件130的一个面与配线图案24a电连接。并且，驱动元件130的另一个面与配线图案24b电连接。驱动元件130被施加的电压是施加给配线图案24a的电压与施加给配线图案24b的电压之差量的电压。驱动元件130根据差量的电压进行驱动。
驱动元件130具有由压电材料构成的压电体膜132。作为压电材料，例如可以使用PZT(Pb(Zr、Ti)O3，锆钛酸铅)。并且，作为压电材料，例如还可以使用PTO(PbTiO3，钛酸铅)、PMNT(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3)、PZNT(Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3)、KNN(KNb O3和NaNbO3的化合物)、ZnO、AlN等。
压电体膜132在厚度方向上产生极化。压电体膜132在施加与极化相同方向的电场时，在与电场方向垂直的方向上进行伸缩。即，驱动元件130在与膜厚垂直的方向上进行收缩或者伸长。
喷嘴部件180包括保护膜150、疏液膜160以及绝缘膜140。并且，喷嘴部件180通过其排出口与压力室210连通，形成将药液排出的多个喷嘴110。
疏液膜160被设置成覆盖保护膜150。疏液膜160通过旋转涂覆具有排斥药液的特性的例如硅酮类树脂而形成。疏液膜160也可以用含氟树脂等具有排斥药液的特性的材料形成。
绝缘膜140对下部电极131和上部电极133进行电气绝缘。绝缘膜140覆盖驱动元件130的侧面及配线部133b。绝缘膜140具有能够将上部电极133的电极部133a和配线部133b电连接的接触部140a。
喷嘴110例如被排列成3×3列。本实施方式的多个喷嘴110位于药液保持容器22的药液出口的开口部22a的内侧。
喷嘴110的内壁的至少一部分及第二面200b的至少一部分的材料是硅或者氧化硅，喷嘴110的内壁面及第二面200b中由硅或者氧化硅构成的部分的硅，优选包括一价、二价或者三价的结合态的硅。
针对喷嘴110的内壁面及第二面200b中由硅或者氧化硅构成的部分，通过XPS分析检测出的一价、二价及三价的结合态的硅的峰值的合计面积、与通过XPS分析检测出的四价的结合态的硅的峰值面积之比值优选0.02以上。在面积比处于这种范围的情况下，更有利于喷出水溶液。
压力室构造体200在第二面200b侧即翘曲减轻膜220侧具有药液保持容器22。药液保持容器22例如通过环氧树脂类粘接剂被粘接固定于压力室构造体200。
压力室210通过供给口与药液保持容器22的开口部22a连通。优选药液保持容器22的开口部22a的开口面积大于包括在药液喷出阵列27形成的所有供给口的区域的面积。药液保持容器22的开口部22a和压力室210的供给口的面积具有这种关系，将有利于使在药液喷出阵列27形成的所有压力室210与药液保持容器22的开口部22a连通。
<制造方法>
上述的药液喷出装置2例如能够通过以下的方法进行制造。
首先，粘接药液保持容器22和药液喷出阵列27。然后，从药液保持容器22的上面开口部22b侧进行氧等离子体灰化处理。例如，以200W、62Pa、氧气流量100cc/分的条件进行5分钟的氧等离子体灰化处理。
在实施了这样的氧等离子体灰化处理的药液喷出装置2中，压力室210的内壁中由硅或者氧化硅构成的部分的表面满足以下的条件。即，该表面与没有进行紫外线照射或氧等离子处理的形成有自然氧化膜的硅晶片的表面相比，一价、二价及三价的结合态的硅的峰值的合计面积、与四价的结合态的硅的峰值的面积之比值较大。
在以上说明的实施方式中，将作为驱动部的驱动元件130设为圆环形，但驱动部的形状没有限定。驱动部的形状也可以是例如菱形或者椭圆形等。并且，压力室210的形状不限于圆形，也可以是菱形或者椭圆形、乃至矩形等。
并且，在实施方式中，在驱动元件130的中心配置喷嘴110，但只要能够将压力室210的药液喷出，则喷嘴110的位置没有限定。例如，喷嘴110也可以不在驱动元件130的区域内，而形成于驱动元件130的外侧。
<动作>
本实施方式的药液喷出装置2被固定于药液滴加装置1的安装部5进行使用。在将该药液喷出装置2安装于安装部5的作业时，从切槽32的前面开口侧被插入切槽32的内部。
在使用药液喷出装置2时，首先从药液保持容器22的上面开口部22b通过未图示的移液器等，向药液保持容器22供给规定量的药液。药液被保持在药液保持容器22的内部。药液保持容器22的底部的开口部22a与药液喷出阵列27连通。被保持在药液保持容器22中的药液通过药液保持容器22的底面的开口部22a被填充到药液喷出阵列27的各压力室210中。
被保持在药液喷出装置2内的药液典型地讲是水溶液。作为药液，例如还有低分子化合物、荧光试剂、蛋白质、抗体、核酸、血浆、细菌、血球、细胞任意一种。药液的主溶媒(重量比或者体积比最高的物质)通常是水、甘油、二甲基亚砜。其中，用语“水溶液”是指水在溶液中所占的含有量为50质量％以上的溶液。
在这样设置的状态下，向电装基板配线24的控制信号输入端子25输入电压控制信号。从电装基板配线24的电极端子连接部26对驱动元件130施加电压控制信号。此时，振动板120通过针对面状的驱动元件130的电压控制，对应信号的施加而在厚度方向上变形。由此，压力室210的容积变化，被填充在压力室210内的药液的压力变化。其结果，药液作为药液滴被从药液喷出阵列27的喷嘴110喷出。并且，从喷嘴110向微型板4的各孔300滴加规定量的液体。
在使用药液喷出装置2时从喷嘴110喷出的一滴的液量是2～5皮升。因此，通过控制滴加次数，能够对微型板4的各孔300控制滴加pL～μL级的液体。
<效果>
如以上说明的那样，药液喷出装置2包括具有下述特性的压力室构造体200。
压力室210的内壁中由硅或者氧化硅构成的部分的表面，与没有进行紫外线照射或氧等离子处理的形成有自然氧化膜的硅晶片的表面相比，通过X射线光电子能谱分析检测出的一价、二价及三价的结合态的硅的峰值的合计面积、与通过X射线光电子能谱分析检测出的四价的结合态的硅的峰值的面积之比值较大。并且，即使药液是水溶液时，上述的药液喷出装置2也能够进行药液的喷出。
与此相对，在粘接了药液保持容器22和压力室构造体200后，没有从药液保持容器22的上面开口部22b侧进行氧等离子体灰化处理的药液喷出装置2，无法将向药液保持容器22填充的水溶液喷出。
下面，对其原因进行说明。
首先，对进行氧等离子体灰化处理的效果进行说明。
对具有氧化硅膜的硅晶片的表面进行氧等离子体灰化处理。并且，进行了氧化硅膜表面与水的接触角的测定。氧等离子体灰化处理的时间与纯水对氧化硅膜的接触角的关系在图8中示出。
图8的曲线图是按照以下所述得到的。对硅晶片的表面进行热氧化，在表面形成膜厚4μm的氧化硅膜。然后，对硅晶片的表面进行0分钟、1分钟、2分钟、3分钟、4分钟或者5分钟的氧等离子体灰化处理(200W、62Pa、氧气流量100cc/分)。然后，测定纯水对氧化硅膜的接触角。测定仪器使用协和界面科学公司制PCA-1，利用θ/2法测定滴加水5秒钟后的接触角。另外，根据各时间条件，进行5处的接触角的测定。测定结果在图8及表1中示出。在图8及表1中，用测定1、测定2、测定3、测定4、测定5示出5处的测定结果。
表1
如图8及表1所示，随着氧等离子体灰化处理时间的增加，水的接触角减小。即，随着氧等离子体灰化处理时间的增加，针对水溶液的润湿性提高。
然后，按照以下所述进行了水溶液的喷出试验。在组装了药液喷出装置2后，按照与得到图8的数据时进行的氧等离子体灰化处理相同的条件，从药液喷出装置2的药液保持容器22的上面开口部22b侧进行了氧等离子体灰化处理。并且，确认了药液喷出装置2中的氧等离子体灰化处理时间和有无水溶液的喷出。另外，图8所示结果的测定是针对硅晶片进行的。与此相对，此处进行的测定是针对组装品的。虽然存在这种构造上的差异，但是认为氧等离子对氧化硅膜形成的影响是一样的。
喷出试验的结果如下所述。即，在“氧等离子体灰化处理时间为0分钟”时，药液喷出装置2不能喷出水溶液。并且，在“氧等离子体灰化处理时间为3分钟以上”时，药液喷出装置2能够喷出水溶液。
因此，通过XPS分析，确认了进行0分钟或者5分钟的氧等离子体灰化处理的氧化硅膜各自所包含的硅和氧的结合态。
另外，此处使用的氧化硅膜的膜厚如上所述是4μm。这比如图11所示能够进行XPS测定的深度H(通常是10μm以下)足够大。因此，根据该测定，可以获得氧化硅膜的表面区域中包含的表示硅和氧的结合态的Si2p能谱。结果在图9及图10中示出。
图9是表示通过对具有氧化硅膜的硅晶片进行XPS测定得到的Si2p能谱的曲线图。图10是表示通过对具有氧化硅膜的硅晶片进行氧等离子体灰化处理后进行XPS测定得到的Si2p能谱的曲线图。
如图9所示，在“氧等离子体灰化处理时间为0分钟”时的Si2p能谱中，只检测出硅的结合态为四价的硅(Si4+)的峰值。另一方面，如图10所示，在“氧等离子体灰化处理时间为5分钟”时的Si2p能谱中，除Si4+的峰值以外，还检测出硅的结合态为二价的硅(Si2+)的峰值。
根据上述结果可知，在进行3分钟以上的氧等离子体灰化处理时，氧化硅膜对水溶液的润湿性提高，其结果，药液喷出装置2能够喷出水溶液。
并且，如根据进行5分钟的氧等离子体灰化处理时的Si2p能谱的结果所明确的那样，可知这是因为通过氧等离子体灰化处理，氧化硅膜的表面区域中包含的硅和氧的结合被切断，在硅原子形成有未结合键。另外，关于进行氧等离子体灰化处理时得到的XPS测定的结果，在图10中仅示出了进行5分钟的氧等离子体灰化处理的情况，但只要进行3分钟以上的氧等离子体灰化处理，就能够得到与图10所示的实验结果相同的Si2p能谱。
并且，与“氧等离子体灰化处理时间为2分钟”时、“氧等离子体灰化处理时间为0分钟”时相比，虽然接触角减小，但是药液喷出装置2不能喷出水溶液。这被认为是因为2分钟的氧等离子体灰化处理不足以将存在于硅晶片的表层的硅和氧的结合切断。即，这表明2分钟的氧等离子体灰化处理只不过是去除附着于硅晶片表面的有机物，使存在于硅晶片表面的硅和氧的结合露出，但不具有将该结合切断的程度的效果。
然后，按照与得到图8的数据时进行的氧等离子体灰化处理相同的条件，对形成有自然氧化膜的硅晶片进行了0分钟或者5分钟的氧等离子体灰化处理。然后，通过XPS分析，确认了进行0分钟或者5分钟的氧等离子体灰化处理的氧化硅膜各自所包含的硅和氧的结合态。另外，在硅晶片的表面形成的自然氧化膜、例如图12所示的压力室构造体200的表面中形成于压力室210的内壁的上述压力室内膜202的膜厚为3nm以下。这比按照图12所示能够进行XPS测定的深度H(通常为10nm以下)小。因此，根据该测定，能够获得示出作为压力室膜202的自然氧化膜、和硅晶片201、和自然氧化膜与硅晶片201的界面这三个区域的硅和氧的结合态的Si2p能谱。
即，形成有自然氧化膜的硅晶片包括自然氧化膜中的氧化硅膜的硅的结合态即四价的硅(Si4+)、硅晶片201包含的基体的硅的结合态即零价的硅(Si0)、和存在于上述界面的具有未结合键的低价氧化物的硅的结合态即一价的硅(Si1+)、二价的硅(Si2+)及三价的硅(Si3+)中至少一种。因此，在通过对形成有自然氧化膜的硅晶片进行XPS测定得到的Si2p能谱中，观测到三个以上的峰值。
测定结果在图13、图14及表2中示出。图13是通过对形成有自然氧化膜的硅晶片进行XPS测定得到的Si2p能谱的曲线图。图14是通过对形成有自然氧化膜的硅晶片进行氧等离子体灰化处理后进行XPS测定得到的Si2p能谱的曲线图。表2示出各峰值的面积相对于零价、一价、二价、三价及四价的硅的峰值的合计面积的比率。
如图13及图14所示，“氧等离子体灰化处理0分钟”及“氧等离子体灰化处理5分钟”时的Si2p能谱，都观测到了四价的硅(Si4+)、零价的硅(Si0)、一价的硅(Si1+)和二价的硅(Si2+)合计4个峰值。
表2
氧等离子体灰化 Si<sub>0</sub> Si<sub>1+</sub> Si<sub>2+</sub> Si<sub>3+</sub> Si<sub>4+</sub>
— 72.2％ 1.1％ 3.6％ 0％ 23.1％
○ 72.2％ 1.1％ 4.6％ 0％ 22.1％
如根据图13及图14及表2的结果所明确的那样，在“氧等离子体灰化处理5分钟”的Si2p能谱中，与“氧等离子体灰化处理0分钟”的Si2p能谱相比，二价的硅(Si2+)的峰值强度增加。
这表示通过氧等离子体灰化处理，自然氧化膜(压力室内膜202)的表面区域中包含的硅和氧的结合被切断，在硅原子形成未结合键。
另外，关于进行氧等离子体灰化处理时得到的XPS测定的结果，在图14中仅示出了进行5分钟的氧等离子体灰化处理的情况，但只要进行3分钟以上的氧等离子体灰化处理，就能够得到与图14所示的实验结果相同的Si2p能谱。
另外，虽然图13、图14及表2所示的测定是针对硅晶片进行的，但可以认为在针对组装品进行时也能够得到相同的结果。即，在针对形成于压力室210的内壁的自然氧化膜进行氧等离子体灰化处理达3分钟以上的情况下，认为在压力室210的内壁中由硅或者氧化硅构成的部分的表面中包含的硅形成有未结合键。由此，压力室210的内壁对水溶液的润湿性提高，因而压力室201被水溶液填充，在喷嘴110形成弯液面。由此，因振动板120的厚度方向的变形而引起的压力室210的容积的变化，使产生压力室210内的药液的压力变化。因此，药液喷出装置2能够进行水溶液的喷出。另一方面，在压力室210的内壁对水溶液的润湿性较低的情况下，水溶液到达不了喷嘴110。因此，在压力室210内形成有水溶液的气液界面，在压力室210内形成有空气层。在这种情况下，因振动板120的厚度方向的变形而引起的压力室210的容积的变化，仅仅是产生空气层的体积的变化，不会产生压力室210内的药液的压力变化。因此，认为药液喷出装置2不能进行水溶液的喷出。
另外，在本实施方式中，作为用于提高与药液接触的面的亲水性的处理方法，说明了进行氧等离子体灰化处理的情况，但也可以是照射300nm以下的紫外线的方法。紫外线照射有时是基于清洁硅晶片表面的目的而进行的。但是，基于这种目的进行的紫外线的照射时间，比基于获得本实施方式的药液喷出装置的目的而进行的紫外线的照射时间短。即，在想要通过紫外线照射来获得本实施方式的药液喷出装置的情况下，需要按照以下说明的那样进行足以将硅和氧的结合切断的时间的紫外线照射。
在基于清洁的目的来照射紫外线的情况下，紫外线照射是在去除附着于硅晶片的表面的有机物的程度的条件下进行的。例如，清洁是通过时间不足1分钟的300nm的紫外线照射来进行的。因此，位于硅晶片的表面的有机物减少至小于XPS测定的测定临界。
在以更长的时间例如1分钟以上小于3分钟的时间进行同样的紫外线照射时，在硅晶片的表面以小于测定临界的量而残留的有机物被去除，存在于硅晶片的表层的硅和氧的结合露出。但是，还不至于到硅和氧的结合被切断的程度，通过进行XPS测定而得到的Si2p能谱仅是Si4+。
因此，在以更长的时间例如3分钟以上的时间进行同样的紫外线照射时，在硅晶片的表层中硅和氧的结合被切断。因此，通过进行XPS测定而得到的Si2p能谱包括一价、二价或者三价的结合态的硅的峰值。
虽然说明了几个实施方式，但这些实施方式只是作为示例而提出的，并非旨在限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种方式进行实施，能够在不脱离发明的宗旨的范围内进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形被包括在发明的范围和宗旨中，同样地被包括在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。

Claims (10)

1.一种药液喷出装置，其特征在于，具有：
压力室构造体，是具有第一面及第二面且在内部设有压力室的压力室构造体，所述压力室具有由所述第二面供给药液的供给口、和从所述第一面侧将所述药液排出的排出口，所述压力室的内壁的至少一部分的材料是硅或者氧化硅，所述压力室的内壁中由硅或者氧化硅构成的部分的表面，与没有进行紫外线照射或氧等离子处理的形成有自然氧化膜的硅晶片的表面相比，通过X射线光电子能谱分析检测出的一价、二价及三价的结合态的硅的峰值的合计面积与通过X射线光电子能谱分析检测出的四价的结合态的硅的峰值的面积之比值较大；以及
致动器，使所述压力室内的压力变化，使所述压力室内的所述药液从喷嘴喷出。
2.根据权利要求1所述的药液喷出装置，其特征在于，
所述喷嘴的内壁的至少一部分以及所述第二面的至少一部分的材料是硅或者氧化硅，所述喷嘴的内壁面以及所述第二面中由硅或者氧化硅构成的部分的硅包括所述一价、二价及三价的结合态的硅。
3.根据权利要求1或2所述的药液喷出装置，其特征在于，
所述药液是水溶液。
4.根据权利要求1或2所述的药液喷出装置，其特征在于，
所述压力室从所述第二面朝向所述第一面而变尖细。
5.根据权利要求3所述的药液喷出装置，其特征在于，
所述压力室从所述第二面朝向所述第一面而变尖细。
6.根据权利要求1或2所述的药液喷出装置，其特征在于，
形成所述喷嘴的喷嘴部件和所述致动器是一体的。
7.根据权利要求3所述的药液喷出装置，其特征在于，
形成所述喷嘴的喷嘴部件和所述致动器是一体的。
8.根据权利要求4所述的药液喷出装置，其特征在于，
形成所述喷嘴的喷嘴部件和所述致动器是一体的。
9.根据权利要求5所述的药液喷出装置，其特征在于，
形成所述喷嘴的喷嘴部件和所述致动器是一体的。
10.一种药液滴加装置，其特征在于，
所述药液滴加装置具有药液喷出装置和安装所述药液喷出装置的安装部，
所述药液喷出装置具有：
压力室构造体，是具有第一面及第二面且在内部设有压力室的压力室构造体，所述压力室具有由所述第二面供给药液的供给口、和从所述第一面侧将所述药液排出的排出口，所述压力室的内壁的至少一部分的材料是硅或者氧化硅，所述压力室的内壁中由硅或者氧化硅构成的部分的表面，与没有进行紫外线照射或氧等离子处理的形成有自然氧化膜的硅晶片的表面相比，通过X射线光电子能谱分析检测出的一价、二价及三价的结合态的硅的峰值的合计面积与通过X射线光电子能谱分析检测出的四价的结合态的硅的峰值的面积之比值较大；以及
致动器，使所述压力室内的压力变化，使所述压力室内的所述药液从喷嘴喷出。
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