CN1669795A - 液滴喷出装置、微型阵列的制造方法、及其制造装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提供一种能制造高密度阵列的小型液滴喷出装置。本发明的液滴喷出装置(100)包括：具备收容液体的多个收容室(111)的第一块基板；供给收容室(111)所贮存的液体的供给口(121)；具备多个喷出单元的第二块基板，而该喷出单元含有向由供给口(121)供给的液体付与压力的加压室和将在该加压室加压的液体喷出到外部的喷出口；和夹持在上述第一块基板和第二块基板之间的，具备将上述多个收容室(111)和与其对应多个供给口(121)连接的流路的第三块基板；并通过使上述设在第二块基板上的多个供给口的排列，处于成为交错状配置的位置关系。由此解决了上述课题。
Description
背景技术
本发明是关于喷出极少量液体的液滴喷出装置、使用了该液滴喷出装置的微型阵列制造装置及微型阵列制造方法。
近年来，DNA碱序列的解读、和基因信息的功能解析已成为当前的课题，作为进行基因发现图案的监测、新型基团的掩蔽(筛选screening)技术，广泛利用DNA微型阵列。该阵列是通过调制探针DNA，以高密度在玻璃片等基板上形成点样后，在荧光标识的靶子DNA中，杂交上具有与探针DNA相辅助碱序列的靶子DNA，观察荧光图案，以评价基因的发现量。
应用这种技术，还开发了一种以高密度在基板上贴付蛋白质的蛋白片，用于蛋白质的发现解析和蛋白质间的相互作用解析等。
为了制造这种微型阵列，需要以高密度将多种探针载置在基板上，作为这种以高密度将多种探针载置在基板上的方法，例如有利用喷墨方式的液滴喷出装置的方法。
例如，特开2002-286735号公报中，公开了一种具有用各条管路与纵横整齐排列的多个液体收容部连接的，纵横整齐排列的液体供给口，该液体收容部的配置间距大于喷嘴开口配置间距的液滴喷出装置。为了提高该液滴喷出装置中，与喷嘴间距对应液体收容部的配置间距自由度，试图通过将形成连接喷嘴和液体收容部的流路基板形成多层加以解决。
然而，这种液滴喷出装置，由于具有多层结构的流路，从装置的小型化方面看，仍具有改进的余地。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种能制造高密度阵列的小型液滴喷出装置。
为了解决上述课题，本发明提供的液滴喷出装置，包括：具备多个收容液体的收容室的第一块基板；具备多个喷出单元的第二块基板，所述喷出单元包括接收上述收容室内所贮存的液体供给的供给口、向由该供给口供给的液体付与压力的加压室、和将在该加压室加压的液体喷出到外部的喷出口；和夹持在上述第一块基板和第二块基板之间、并具备流路的第三块基板，所述流路将上述多个收容室和与其对应的多个供给口进行连接；而设在上述第二块基板上的多个供给口的排列，处于成为交错状配置的位置关系。
根据这种构成，通过使供给口具有交错式配置，以确保流路间的宽度(壁部的厚度)达到所定厚度，由于流路自身宽度(流路宽)的选择自由度很大，所以流路间的密封性极好，而且通过限制流路宽度，能够防止流路阻力升高。通过使供给口形成这种配置，所以能提高流路和收容室的配置自由度，并能使液滴喷出装置获得小型化。
上述与交错式配置的多个供给口连接的流路，优选交替形成在该供给口配置排列的两侧。根据这种构成，通过使流路分散，可分散配置与其连接的收容室，所以可获得更加小型化的液滴喷出装置。
在上述第三块基板上形成的多条流路长度，优选全部大致一致。这样，能够减小因流路长度偏差形成流路阻力的差异，所以能抑制每个喷出口(喷嘴)的喷出特性偏差。
上述第二块基板的构成，优选包括表面具有电极的电极基板；相对于上述电极基板以微小间隙相对向配置，并具备加压室的加压室基板，该加压室的内部压力是通过利用由上述电极引发的静电力产生振动，使振动板变位，进行调整；配置在上述加压室基板的相反侧上，具有可将填充在上述加压室内的液体喷出到外部的喷嘴孔的喷嘴基板。根据这种静电驱动方式由于不产生热量，所以作为喷出液体，即使是使用含有生物体试料的溶液时，生物试料也不会受到热量产生的影响，所以最为理想。
液滴喷出装置的驱动方式，不限于静电驱动，也可采用不伴有热量产生的压电驱动(压电元件)方式。
上述第一块基板或第三块基板中的任一方，由玻璃构成，上述第一块基板或第三块基板中的一方由硅构成，上述第一块基板和第三块基板优选由阳极接合。这样，将玻璃基板和硅基板作为主要构成部件时，可使用半导体制造工艺等中利用的光刻过程，所以可容易设计、加工。根据阳极接合，接合时由于不存在粘接剂等其他因素，所以能防止因粘接剂成分混入导致液体被污染等其他因素造成的影响。
上述流路的一部可以形成在第一块基板上。若这样，流路设计的自由度会更广。
优选利用光刻蚀技术，在上述第一块基板和/或第三块基板上形成流路。若这样，可简便地进行细微流路的加工。只变更光罩的图案就完成了参量的变更，所以设计变更方便。
本发明的第二种方式是具有以下部的微型阵列制造装置，即，上述液滴喷出装置、和对固定上述液滴喷出装置喷出液滴的基板和上述液滴装置的位置，进行相对调整，使位置吻合的装置。
根据这种构成，由于具有上述小型的液滴喷出装置，所以能增加操作性，并能以低成本提供高精度的微型阵列。
本发明的微型阵列制造方法，作为喷出装置，最适宜在片上形成各种蛋白质点样，尤其是为制作医疗诊断等中使用的蛋白片(protein chip)。
本发明的第三种方式是使用上述液滴喷出装置，在基板上喷出液滴制造微型阵列的微型阵列制造方法。
根据这样的构成，由于具有上述小型的液滴喷出装置，所以能够增加操作性，并以低成本提供高精度的微型阵列。
附图说明
图1是为说明本实施方式的液滴喷出装置的平面图。
图2A是图1中A-A’线剖面图，图2B是图1中B-B’线剖面图。
图3A和图3B是表示头部中的供给口和喷嘴孔的位置关系的图，其中图3A是平面图，图3B表示图3A中C-C’线剖面图。
图4是说明本实施方式的微型阵列制造装置的图。
图5A和图5B是表示说明作为比较例的液滴喷出装置的图，其中图5A是为说明作为直线状配置供给口的比较例头部的图；图5B是为说明供给口与液体收容部的位置关系的作为比较例的液滴喷出装置的说明用图。
具体实施方式
以下参照各附图，对本发明的实施方式进行说明。
图4是说明本实施方式的微型阵列制造装置的图。
本实施方式的微型阵列制造装置500是为制造在制作微型阵列用的基板10上，配置许多点样而成的成微型阵列的装置，其主要部分由台面510、Y方向驱动轴520、液滴喷出装置100、X方向驱动轴530、作为驱动部540和控制装置的控制用计算机600而构成。另外，位置的控制，由台面510、Y方向驱动轴520、X方向驱动轴530、驱动部540、控制用计算机600进行(位置控制机构)。
台面510是为载置构成微型阵列基板10的工作台。该台面510构成为，可载置数块基板10，例如，利用真空吸附，可固定各块基板10。
Y方向驱动轴520是可使台面510沿着图示的Y方向自由移动的机构。该Y方向驱动轴520与驱动部540内所含的驱动马达(未图示)连接，由该驱动马达产生的驱动力，使台面510移动。
液滴喷出装置100是根据由控制用计算机600供给的驱动信号，向基板10喷出生物体试料溶液的装置，使喷出溶液的喷嘴面向着台面510，设置在X方向驱动轴530上。作为生物体试料溶液中所含的生物体试料，例如，使用DNA、蛋白质等。有关液滴喷出装置100的构成，在后面作详细讲述。
X方向驱动轴530是使液滴喷出装置沿着图示的X方向自由移动的装置。该X方向驱动轴530连接于驱动部540中所含的驱动马达(未图示)。由驱动马达产生的驱动力使液滴喷出装置100移动。
驱动部540，包括Y方向驱动轴520、X方向驱动轴530各自驱动的马达及其他驱动机构而构成。这些马达等根据由控制用计算机600供给的驱动信号进行工作，控制载置了基板10的台面510与液滴喷出装置100的相对位置。
控制用计算机600设置在驱动部540的箱体内，控制液滴喷出装置100的工作(定时喷出溶液、喷出次数等)的同时，控制驱动部540的工作。
以下参照图1和图2对本实施方式的液滴喷出装置进行说明。
图1是为说明本实施方式的液滴喷出装置的平面图，图2A是图1中A-A’线剖面图，图2B是图1中B-B’线剖面图。
液滴喷出装置100具有以下三层结构，即，具备多个液体收容室(收容室)111的第1块基板110、具备向由液体收容室111供给的液体付与压力的压力室131的第二块基板150、和具备将与各液体收容室111对应的加压室131之间进行连接的多条流路161的第三块基板160。
第二块基板(头部)150包括电极基板120、加压室基板130和喷嘴基板140而构成，。
电极基板120，在与加压室基板130相对向的面上具有多个凹部123，在各凹部123的底面形成一个个电极122。在电极基板120上，形成有向加压室131导入液体收容室111内液体的供给口121。
供给口121配置成从上面看第二块基板150时为交错状。
图3是表示在第二块基板150上的供给口121与喷嘴孔141的位置关系的图，图3A示出了平面图，图3B示出了图3A中C-C’线剖面图。如图3A中所示，为了获得头部小型化，以和喷嘴孔141间距大致相同的间距配置着供给口121。另外，以交错状(交错式)配置多个供给口121，彼此形成为位置交错。
加压室基板130备有将液滴挤出外部，付与压力的加压室131。加压室131的底部由薄板(振动板)形成。对于在未图示的在加压室基板130上形成的共同电极和在电极基板120上形成的电极122，由未图示的外部电源施加电压，通过静电力将其底部拉向电极基板120侧。随后关掉电压，底部又复归原位，这时由于加压室131内的压力暂时升高，将液滴挤出到外部。
喷嘴基板140具有可将由加压室131挤出的液体喷出到外部的喷出口(喷嘴孔)141。
这样的电极基板120、加压室基板130和喷嘴基板140，例如由玻璃或硅等构成。
在如此构成的第二块基板150上，层叠第三块基板160和第一块基板110。
在第一块基板(收容室基板)110上，形成有收容液体用的多个液体收容室111。液体收容室111配置成，如图1所示地交替位于以交错状配置的第二块基板150的液体供给口121两侧。这样，由于相对于一个供给口121排列分散配置液体收容室111，所以比一列配置液体收容室111时获得了有效的空间，从而能获得小型化的液体喷出装置100。
第三块基板(流路基板)160，配置在第一块基板110和第二块基板150之间。在第三块基板150与第一块基板110相对向的面上，形成有连接液体收容室111和供给口121的，平面方向延伸的细小流路161a。流路161a在供给口121的上部垂直降下，与供给口121相连接。作为第三块基板160，例如可以使用硅基板，细小流路161a，例如，可以利用光刻蚀法形成。
第一块基板和第三块基板，虽然没有特殊限定，但优选通过阳极接合进行接合。当通过这种阳极接合进行接合时，不再需要借助于粘接剂等，而且对生物试料的影响也很小。但是，本发明并没有排除用粘接剂接合的意思，也可以用粘接剂将各块基板接合起来。这时，优选选择使用对生物试料影响小的适宜粘接剂。在进行阳极接合时，作为第一块基板，可使用玻璃基板，具体讲使用硼酸玻璃基板。
图1中示出了第一块基板110(或第三块基板160)和第二块基板150的位置关系，尤其是供给口121、流路161a和液体收容室111的位置关系。像本实施方式的玻璃喷出装置100，通过将形成细小沟的基板贴合在一起形成流路161a时，为了确保邻近流路161a间的密封性，必需确保所定的壁厚(δ)。然而，使流路同向并行时，为确保必要的壁厚(δ)，流路宽度(W)会变得狭窄，导致流路阻力升高。在本实施方式中，将供给口121以交错形式配置，并将流路161a交替地形成在供给口121排列的两侧，在不使流路161a的宽度W1变窄下，能够使流路间的壁厚δ1保持所定的厚度。通过交错配置供给口121，可将液体收容室111分散在供给口121排列的两侧，这样，液体收容室111的配置位置与流路宽的设计自由度更宽。另外，由液体收容室111到供给口121的流路距离，全部形成大致一样，所以能抑制因流路长度偏差引发每个喷嘴的喷出特性偏差。
根据本实施方式，供给口121具有交错式配置，所以能使流路间161a的宽度(壁部的厚度)确保为所定厚度，由于流路161a自身宽度(流路宽)W1的选择自由度很大，所以流路间的密封性很优良，而且也能防止因限制流路宽度而导致流路阻力升高。通过使流路长度全部一样，可抑制每个喷嘴的喷出特性偏差。通过将流路161a和液体收容室111交替配置在供给口121排列的两侧，由于流路161a和液体收容室111获得分散化，所以能获得小型化的液滴喷出装置100。因此，可廉价提供操作性更好的液滴喷出装置。
使用这种液滴喷出装置制作微型阵列时，可廉价提供精度更高的微型阵列。
还有，在本实施方式中，作为第一块基板，使用玻璃基板、作为第三块基板，使用硅基板，但不限于此，作为第一块基板，也可使用硅基板，作为第三块基板，也可使用玻璃基板。也可将材质组合，不限于此。
另外，在上述例中，虽然说明了在第三块基板160上形成流路的实例，但并不限于此，也可将流路的一部形成在第一块基板110上。具体是，在第三块基板160上，只形成与供给口121连接的垂直方向流路161b，而在第一块基板110的背面(第三块基板160的相对向面)上形成横方向流路161a。这种情况下，将第一块基板110作成硅基板时，由于形成更高精度的细小流路，所以为理想。而且，在通过阳极接合将第一块基板110和第三块基板160接合时，作为第三块基板160，也可以使用玻璃基板。
图5中表示为说明本发明效果的比较例液滴喷出装置。
图5A是为说明作为直线状配置供给口的比较例头部的图。图5B是为说明供给口与液体收容部的位置关系的作为比较例的液滴喷出装置的说明用图。
如图5A、B所示，以喷嘴孔的间距并排直线状配置多个供给口121时，一旦确保流路161a间的壁厚δ2达到所定厚度，则限制流路161a的流路宽度W2。因此，由于流路宽度W2的狭窄，导致流路阻力增高，由于高粘度液体的喷出性降低，所以出现可喷出液体受限制等问题。例如图5B所示，在将全部液体收容室111配置在供给口121排列的一侧时，液滴喷出装置的外形尺寸变得很大，装置的操作性低劣，就成本言，也达到了高价产品。
而且，由于各条流路的长度偏差，因流路长度不同而产生流路阻力差异，所以存在每个喷嘴存在喷出特性不均匀的问题。
本发明的液滴喷出装置就是解决了此类问题的装置。
Claims (9)
1.一种液滴喷出装置，其特征在于，包括：
具备多个收容液体的收容室的第一块基板；
具备多个喷出单元的第二块基板，所述喷出单元包括接收上述收容室内所贮存的液体供给的供给口、向由该供给口供给的液体付与压力的加压室、和将在该加压室加压的液体喷出到外部的喷出口；和
夹持在上述第一块基板和第二块基板之间、并具备流路的第三块基板，所述流路将上述多个收容室和与其对应的多个供给口进行连接；
设在上述第二块基板上的多个供给口的排列，处于成为交错状配置的位置关系。
2.根据权利要求1所述的液滴喷出装置，其特征在于，与上述交错状配置的多个供给口连接的流路，交替地形成在该供给口排列的两侧。
3.根据权利要求1所述的液滴喷出装置，其特征在于，在上述第三块基板上形成的多条流路的长度，全部大致相同。
4.根据权利要求1所述的液滴喷出装置，其特征在于，上述第二块基板包括：表面上具有电极的电极基板；加压室基板，其相对于上述电极基板以微小间隙相对向配置，并具备通过由上述电极引发的静电力进行振动，由振动板的变位调整内部压力的加压室；和具有喷嘴孔的喷嘴基板，其配置在上述加压室基板的相对侧，将填充在上述加压室内的液体喷出到外部；而构成。
5.根据权利要求1所述的液滴喷出装置，其特征在于，上述第一块基板和第三块基板中的任一方，由玻璃构成，上述第一块基板和第三块基板中的一方，由硅构成，上述第一块基板和第三块基板，通过阳极接合进行接合。
6.根据权利要求1所述的液滴喷出装置，其特征在于，上述流路的一部分形成在第一块基板上。
7.根据权利要求1所述的液滴喷出装置，其特征在于，在上述第一块基板和/或第三块基板上形成的流路是利用光刻蚀技术形成的。
8.一种微型阵列制造装置，其特征在于，具备权利要求1～7中任一项所述的液滴喷出装置、和相对调整固定液滴喷出装置喷出液滴的基板和上述液滴喷出装置位置的位置吻合装置。
9.一种微型阵列的制造方法，其特征在于，制造微型阵列时，使用权利要求1～7中任一项所述的液滴喷出装置，以将液滴喷出到基板上。
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