JP2000509651A

JP2000509651A - 微量射出装置及びその操作方法

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Publication number: JP2000509651A
Application number: JP10524031A
Authority: JP
Inventors: ローラントツェンゲルレ; ミヒャエルフライガング; マンフレートシュテーエ; シュテファンメスナー; マティーアスアズハウアー; ライナーロースベルク
Original assignee: ハーン−シカルト−ゲゼルシャフトフュアアンゲヴァンテフォルシュングエーファオ
Priority date: 1997-02-19
Filing date: 1998-02-05
Publication date: 2000-08-02
Also published as: EP0961655A1; EP0961655B1; DE59800391D1; WO1998036832A1; ATE198166T1; US6280148B1; DE19802367C1

Abstract

(57)【要約】微量射出装置は、排除器（１０）によって少なくとも部分的に境界が定められている圧力チャンバー（２４）と、排除器（１０）を駆動するための装置であって排除器（１０）を駆動することでその圧力チャンバー（２４）の容量（２８）が変化するように適合されている駆動装置（３０）と、第１流体路（２０）を介して圧力チャンバー（２４）に流体連通している媒質リザバーと、第２流体路（２２）を介して圧力チャンバー（２４）に流体連通している出口開口（２６）とを備えている。微量射出装置は、排除器（１０）の位置を検出するための手段（１２，１４）と、駆動装置（３０）と排除器（１０）の位置を検出するための手段（１２，１４）とに接続され、規定容量の流体が出口開口（２６）から放出されるように、排除器（１０）の検出位置に基づいて、あるいは少なくとも一つ前の射出サイクルの間に検出された排除器位置に基づいて駆動装置（３０）を制御する制御手段とを付加的に備えている。

Description

【発明の詳細な説明】微量射出装置及びその操作方法本発明は、微量射出装置及びその操作方法に関する。０．０１μｌ〜１μｌの範囲にある極端に小容量の液体を正確に射出することは、例えばバイオテクノロジー、ＤＮＡ分析化学、化合化学の分野では、きわめてかつまぎれもなく重要である。従来技術によれば、小容量の射出のために、主にディスペンサー又はピペットが用いられている。射出されるべき容量は、これらの場合、いわゆるピストン型の直接排除によって直接、または中間にあるエアークッションを介して排除される。この点で、Ｕｍｓｃｈａｕ雑誌出版社発行の医学技術助手専門誌の第８巻（１９９３年）、第１２号、１１６〜１１７２ページにおけるＪ．Ｊａｈｎｓの論文「ピペット射出及びディスペンサー射出」が参照される。射出容量が０．０１μｌ〜５ｍｌの場合にはエアークッションピペットが適しており、同容量が１μｌを超えると±２〜３％の精度が達成される。しかしながら、それよりも少ない容量の場合には、同ピペットの先端における表面効果により、約±１０％の精度が達成されるに過ぎない。より少ない容量におけるこのように限られた射出精度は、主に、ピペットあるいはディスペンサーの先端が射出されるべき媒質の中に浸されなければならず、それによって射出量が表面張力、濡れ及び静水圧などの効果によって影響を受ける、という事実に帰する。これらの問題及び浸漬による媒質の持ち越しの危険を回避するために、射出システムは、自由噴出で射出容量の放出を行うことに基礎が置かれるべきである。分配装置を直接排除すれば、この付加的な利点がもたらされるが、これは約１０μｌ以上の容量の場合だけのことである。ごく小さい容量の液体を自由噴射で放出する公知のシステムは、インクジェット式印字ヘッドである。インクジェット式印字ヘッドは、基本的に異なる二つの原理に基づいており、その一方は熱変換器を効果的に使用することであり、他方は圧電変換器を効果的に使用することである。この点に関しては、Ｆ＆Ｍ、１１〜１２、４５６〜４６０ページ、１９９３年の刊行物であるＮ．Ｓｃｈｗｅｓｉｎｇｅｒの「いっそう平坦なインク噴出印字ヘッド」や、Ｊ．ＩｍａｇｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、３、１５２〜１５５ページ、１９８６年のＨ．Ｂｅｎｔｉｎ．Ｍ．Ｄｏｅｒｉｎｇ、Ｗ．Ｒａｄｔｋｅ、Ｕ．Ｒｏｔｈｇｏｒｄｔの「微小平面状インク液滴発生器の物理的性質」や、１９９５年６月版の第１部、１９９５年９月版の第２部におけるＷｏｌｆｇａｎｇｗｅｈｌの「インク印刷技術、微小システム法の実例とモータ、精密作業法と測定法」が参照される。「需要に応じた滴下」原理に従って操作される印字ヘッドが用いられるときには、電圧パルスの印加の後に、インクの小さい液滴が自由噴射で紙の上に浴びせられる。典型的な液滴の直径は約６０μｍであり、即ち、その容量は約０．０００１μｌである。しかしながら、これらの印字ヘッドは通常、特別なインクと結びついて用いられるように適合されているだけである。例えば、バイオテクノロジーの分野で用いられる媒質は、たいていの場合、粘度と表面張力に関する限り、それらのインクとは極端に異なっている。しかしながら、粘度と表面張力とは、液滴の大きさ、従って射出される容量に実質的に影響を及ぼす要因である。さらにまた、液滴の発生はきわめて限られた粘度範囲においてだけ可能である。さらに、個々の液滴の容量は、制御パルスを変更することで、きわめて限られた範囲においてだけ変更することができる。さらに、きわめて異なった粘度を有する媒質において液滴を発生させることもできる射出システムが知られている。このようなシステムは、例えば、１９９５年のＮｏｒｄｅｒｓｔｅｄｔの微量滴下有限会社の会社刊行物「微量射出」に記載されている。インクジェット式印字ヘッドの場合のように、これらのシステムで作られた液滴の容量はノズルの直径の大きさによって主に決められる。それもまた、アクチュエーターの電気的制御によって、非常に限られた範囲にだけ影響を及ぼすことができる。しかしながら、インクジェット式印宇ヘッドの場合のように、ノズルでの液滴の中断の過程は、射出されるべき媒質の物理的性質、即ち、粘度、表面張力などによって左右される。従って、液滴の正確な寸法はやはり強く媒質に依存する。たいていの場合、０．１μｌ〜１μｌの範囲にある所望容量の射出は、同じ寸法の個々の液滴を数えることに基礎が置かれている。個々の液滴の典型的な容量は、０．００１μｌよりも小さい。しかしながら、個々の液滴の容量誤差はこの過程では増大すると思われ、射出精度は強く制限される。この射出精度を増加させるためには複雑なシステムが要求される。射出過程の間に、個々の液滴の寸法を決定することができ、かつ必要な液滴の数を計算することのできる手段によって、例えば画像処理装置を用いることができる。射出精度を増加させる代わりの方法によれば、射出すべき媒質に蛍光物質を混ぜることができる。この代わりの方法の場合には、射出過程は蛍光信号の強度が設定値に到達すると終わるであろう。しかしながら、射出精度を増加させるこの方法は、きわめて複雑でありまた高価である。ヨーロッパ特許出願公開公報第０４３９３２７号には、例えば、射出装置に用いられるように適合されたマイクロポンプのための制御システムが記載されている。この制御システムは、そのポンプを通った流体の放出を制御するように駆動パルスの発生を選択的に制御する。公知の制御システムによれば、ポンプが適切に作動しているかどうかを検出するために、そのマイクロポンプにおける圧電駆動要素の電位変動が検出される。それによって必要があればポンプの操作を停止することができかつそのマイクロポンプを取り替えることができる。引用された従来技術から出発すると、本発明の目的は、正確に規定された容量の流体の放出を可能にする、複雑でない微量射出装置を提供することである。この目的は、請求項１に記載の微量射出装置によって達成される。本発明のさらなる目的は、吸引されかつ放出されるべき流体の容量を正確に規定するのを可能にする、複雑でないピペット射出装置を提供することである。この目的は、請求項１４に記載のピペット射出装置によって達成される。本発明のさらにまた別の目的は、そのような微量射出装置の操作方法を提供することである。この目的は、請求項１７に記載の方法によって達成される。本発明によれば、排除器によって少なくとも部分的に境界が定められている圧力チャンバーと、その排除器を駆動するための装置であって排除器を駆動することでその圧力チャンバーの容量が変化するように適合されている駆動装置と、第１流体路を介して圧力チャンバーに流体連通している媒質リザバーと、第２流体路を介して圧力チャンバーに流体連通している出口開口とを備えている微量射出装置が提供される。本発明に係る微量射出装置は、排除器のそれぞれの位置を検出するための手段と、前記駆動装置及び排除器位置検出手段に接続されている制御手段とを付加的に備えており、制御手段が、出口開口から流体の規定容量が放出されるように、排除器の検出位置に基づいてあるいは少なくとも一つ前の射出サイクルで検出された排除器の位置に基づいて、駆動装置を制御する。本発明に係る、このような微量射出装置の操作方法は、排除器を第１位置から、第１位置よりも容量の大きい圧力チャンバーを規定する所定の第２位置まで移動させるように、低エッジ勾配の信号で駆動装置を制御する工程と、続いて、排除器を第２位置から、規定容量の流体をこの方法で出口開口から放出するための第１位置まで移動させるように、高エッジ勾配の信号で駆動装置を制御する工程とを備えている。この微量射出装置が始めて操作状態に置かれると、圧力チャンバーと流体路とはその駆動装置が低エッジ勾配の信号で制御される前にまず流体で満たされる。本発明に係る微量射出装置は、微細機構的な方法、特に半導体技術の分野における方法を用いる有利な手法で作ることができる。さらにまた、本発明による微量射出装置は、例えば、圧力チャンバー、排除器、排除器位置検出手段、及び任意の、第１流体路の少なくとも一部と第２流体路の少なくとも一部とが、微細機構的な方法によって交換可能なモジュールとして実現される性質のモジュール型構造の設計を有することができる。本発明において、排除器の位置は一体センサーによって検出されるのが好ましい。それぞれの排除器の位置は圧力チャンバーの規定容量に対応する。従って、圧力チャンバーの容量が分かると、制御手段は、放出開口から規定容量の流体の放出が起きるような方法で排除器を移動させるための駆動手段を制御することができる。一体化された容量測定法を使用する射出方法の基本的利点は、例えば、バイオテクノロジーの分野で所望の射出容量を得るために複数の個々の液滴をまったく加える必要がなくとも、全体として流体噴射が行われるという事実に認められる。出口開口で自由噴射を正確に中断させることは、従来のシステムを用いる場合のように媒質の性質に影響されるが、本発明によれば、より高い射出精度がそれにもかかわらず達成される。本発明による微量射出装置の媒質排除器による操作の際に所望の０．０１μｌ〜１μｌの範囲でいっそう大きい容量を放出することもできるという事実によって、個々の液滴の中断に起因し、また、０．０００１μｌの液滴容量が放出されるとすれば大きい相対誤差を生じるであろう容量誤差は、もはやまったく重要性をもたなくなる。本発明によれば、液滴ごとの系統誤差の累積はもはや生じない。排除器が第２位置に戻されると、それによって、流体を出口開口を通して自由噴射の形態で射出するように圧力チャンバーの容量は減少し、第１流体路即ちリザバーチャネルと第２流体路即ちノズルチャネルとにおける流体の移動は、それぞれの流体路における流体慣性の間の関係と、流体路の、しかしながら無視することができる流動抵抗の間の関係によって、ほとんど独占的に決定される。従って、本発明による微量射出装置により射出される規定容量の流体は、射出される媒質の粘度、表面張力などにほとんど左右されない。それゆえ、本発明は、例えばバイオテクノロジーの分野で用いられる、異なった粘度と表面張力とを有する射出用媒質のために用いることができる。本発明に係る射出方法において、流体の噴射、あるいは、同装置が液体に用いられる場合には変わりやすく調整しやすい容量の液体の噴射は、媒質排除器によって発生し、その液体の噴射容量は、好ましい実施態様の事例における媒質排除器に一体化された容量センサーにより制御される。この容量センサーは、媒質排除器のそのときの排除状態を検出して、その排除状態を表示する電気信号を出力する。この制御手段は、容量センサーにより検出された時間依存する排除過程の進行を評価して、排除器のアクチュエーターを制御する。加えて、本発明に係る微量射出装置は、付加的要素、即ち、射出チャンバーということもできる、圧力チャンバーにおける圧力増加や媒質の温度などを測定するための付加的センサーを備えることができる。それによって付加的な物理的作用を射出過程の制御において考慮に入れることができる。さらにまた、圧力チャンバーからリザバーへの媒質の復帰流を阻止するために、能動又は受動バルブをリザバーチャネルの中に取り付けることができる。本発明に係る微量射出装置は、流体又は液体をピペット射出するために用いることもできる。この目的のために、流体はノズルということもできる出口開口から、例えば、そのノズルをピペット吸引される流体の中に浸すことで、吸引される。続いて、吸引された流体は先に述べた方法で、自由噴射で放出される。このような吸引は、例えば、流体を吸引するようにする媒質リザバーにおける真空によって、あるいはアクチュエーターの適切な移動によって果たされる。本発明によれば、さらに、アクチュエーターの適切な移動によって流体が出口開口を通して射出チャンバーの中に吸引される場合におけるピペット射出装置が提供される。このピペット射出装置の構造的設計は、本発明に係る微量射出装置に基本的に対応する。しかしながら、そのピペット射出装置には、媒質リザバーと、この媒質リザバーを射出チャンバーに接続する流体路とは設けられていない。本発明に係る微量射出装置は、いくつかの微量射出装置が並んで配置されかつ個々に特定位置を占めるように設置されている微量射出装置アレイを形成するための有利な方法で用いることができる。また、本発明に係るピペット射出装置は、微量ピペット射出装置のアレイを設けるために、同様の方法で用いることができる。本発明のさらなる展開は従属請求項に開示されている。以下に、本発明の好ましい実施形態を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る微量射出装置の好ましい実施形態における構成要素の概略断面図を示す。図２は、図１に示された実施形態に用いられた排除器の概略断面図を示す。図３は、本発明の好ましい実施形態による駆動装置を制御するための制御信号を示す図である。図４は、リザバーチャネルに配置されたバルブを有する、本発明に係る微量射出装置における構成要素の別の実施形態を示す。図５Ａ及び図５Ｂは、付加的圧力検出のための排除器の概略断面図を示す。図６Ａ及び図６Ｂは、本発明に係る微量射出装置を実現するための実施形態の概略図を示す。図７は、本発明に係る方法の必須パラメーターが示されている略図を示す。図８は、本発明に係る複数の微量射出装置から構成された微量射出装置アレイの実施態様を離して描いた概略図を示す。図９は、図８に示された微量射出装置アレイの、組み立てられた状態における概略図を示す。図１は、本発明に係る微量射出装置の可能な実施形態を示し、特に、半導体技術の方法によって射出用素子を製造するのに適した実施形態を示す。示された実施形態では、媒質排除器１０は、シリコンにエッチングされている強化膜として実現されている。この実施形態では、容量センサーは、媒質排除器に一体化されている圧力抵抗性抵抗器１２，１４からなる。媒質排除器１０における抵抗器１２，１４がある箇所での特定排除器位置から生じる機械的応力は、圧力抵抗性効果によって電気信号に変換される。図２は、排除器構造１０の拡大断面図を示す。図２に示されたこの排除器構造は、膜１６を構成する台形状凹所に施される異方性ＫＯＨエッチングによって作られている。図１に示された本発明の実施形態では、排除器構造１０は、アノード接合によってパイレックスガラス板１８に接続されている。好ましい実施形態では、排除器構造１０が規定されるシリコンウェハに凹所が設けられており、この凹所は、リザバーチャネル２０、ノズルチャネル２２及び圧力チャンバー２４を構成している。ノズルチャネル２２は、図１において破線で示される出口開口２６に流体連通している。出口開口２６はノズルの形態で実施することができる。リザバーチャネル２０は媒質リザバー（図示せず）に流体連通している。圧力チャンバー２４は、排除器の移動によって調整されるように設置されている射出用容量２８を規定する。図１に示された実施形態において、この実施形態では圧力スタック型アクチュエーター３０である圧電性駆動装置は、媒質排除器１０が圧力スタック３０を駆動させることで移動することができるように、当たり３２を介して排除器の中央強化領域に取り付けられている。圧力抵抗性抵抗器１２、１４及び圧力スタック３０は制御手段（図示せず）に電気的に接続されている。圧力チャンバー即ち射出チャンバー２４、流体路２０，２２及び出口開口２６は、例えば、標準エッチング法を用いてシリコンウェハの中に作ることができる。射出チャンバー及び流体路は、シリコンウェハをアノード接合によってパイレックス板（ガラス）に接続することで、密閉状にシールされている。これに代えて、加圧曲げ変換器又は加圧板は、示された圧力スタック型アクチュエーターから離れた駆動手段として用いられる。しかしながら、本発明が圧電性駆動手段に限定されないことは明らかであり、また、電磁駆動手段あるいは静電駆動手段などの他のすべての駆動手段を用いることができるということも明らかである。リザバーチャネル、圧力チャンバー、ノズルチャネル及び排除器膜は、断面が台形状又は三角形状のチャネルになる異方性ＫＯＨエッチングによって製作されるのが好ましい。しかしながら、断面が他の任意形状、例えば、ドライエッチング法によって作られた垂直壁を有するトレンチを用いることもできる。前記の構造的設計に加えて、微細機構的に作られた本発明に係る微量射出装置のチャネル及び凹所も、シリコンに構成されているものに代えてパイレックスガラスに構成することができ、シリコン及びパイレックスガラスに構成されている組合せをチャネル及び凹所を作るために用いることもできる。決定力を有するパラメーターである、流動抵抗、流体インダクタンス及び毛細管圧力の大きさは、チャネルの長さ及びエッチング深さによって決定される。二つのチャネルのエッチング深さと圧力チャンバーのエッチング深さとは、マルチマスク法によって、互いに無関係に変えることができる。図１からわかるように、中央強化領域を有する膜１６は、媒質排除器１０として用いられるのが好ましい。従って、この中央強化領域は、好ましくはアクチュエーター３０を取り付けるための面として用いることができる。強化膜が媒質排除器１０として用いられる場合には、射出用範囲は、そのアクチュエーターの所定排除通路に基づいて膜幅によって設置することができる。図３を参照して、本発明の好ましい実施形態による射出方法を、以下で詳しく説明する。まず始めに、配列、即ち、流体路２０，２２及び圧力チャンバー２４は、毛細管力によるか、または媒質リザバーに圧力を加え、その媒質の中でポンプにより汲み上げるか、あるいは例えば出口開口で真空を作ることによりその液体の中で吸い上げる外部サポートによるかのどちらかで、始めに互いに無関係に満たされる。出口開口又はノズルの位置では、媒質の放出は表面張力によって妨げられ、一方、射出チャンバーの方向における媒質の復帰流は、毛細管力によって妨げられる。即ち、その液体のメニスカスは、それ自体、自動的にノズルの位置に調整されるであろう。例えば、第１充満は本発明に係る射出装置の延長した非操作機関の後に第１射出過程を行う場合に実行されなければならず、第１充満の後に、ここまでに説明された工程が実行されるであろう。図３における吸引相とされた間隔に、低エッジ勾配を有する制御信号Ｕ（ｔ）が、まず駆動装置に適用される。これは、膜がその始動位置からゆっくりと動き、それによって、射出されるべき液体が二つのチャネル、即ち、ノズル側及びリザバー側から吸引されて射出チャンバーへ入る。制御信号の低エッジ勾配は、小さい加速が射出される液体に伝えられるという効果を有している。個々のチャネルにおける流動抵抗と毛細管圧力とによって、膜は二つのチャネルの外へ異なった副容量を吸い出す。その液体の慣性は、緩慢な過程のために無視することができる。しかしながら、この過程では、空気がその後に射出チャンバーの中に入り込むであろうから、ノズルチャネルは完全に空にはならないということに気を付けるべきである。このことは、アクチュエーター、即ち制御信号のエッジ勾配の制御を、媒質リザバーに接続された流体路の流動抵抗とノズルに接続された流体路の流動抵抗との間の関係に適合させることで保証することができる。始動位置からの膜のこのような緩慢動作過程は、その制御手段の一体化された容量センサーが所望の容量位置に到達したことを指し示す場合に終了する。続いて、「流体レベルの調整」といわれる相が、図３に示された実施形態の場合に生じる。流体メニスカスのノズル端へのこのような調整は、排除器が所望の容量位置に到達したときに毛細管力と表面張力とによって自動的に起きる。この過程の継続時間は、チャネルの流動抵抗と、おそらく射出チャンバーの流動抵抗（しかしながら、射出チャンバーの流動抵抗はチャネルの流動抵抗に比べてたいていの場合、無視することができる）と、媒質の物理的性質、即ち粘度と、リザバーにおける静水圧とによって決定される。流体レベルのこのような調整相は、吸引相が充分に緩慢な方法で起きるとすれば、そのとき常にノズルの位置にある流体メニスカスを不要にするので、任意である。図３において「射出相」といわれる第３相では、排除器は、制御手段の支援のもとで駆動装置を適切に制御することにより、きわめて速くその始動位置に戻される。このことは、大きいエッジ勾配を有しかつ液体への高度の加速を伝える制御信号によって行われる。このことは、液体がノズルを通して自由噴出として噴射されるという効果を有している。これらの状況下では、リザバーチャネルにおける液体の移動及びノズルチャネルにおける液体の移動は、それぞれの流体路における液体慣性の間の関係によってほとんど独占的に決定され、一方、流動抵抗の間の関係は無視することができる。もし、射出チャンバーとノズルとの間の流体路における液体の慣性が、射出チャンバーとリザバーとの間の流体路における液体の慣性に比べて小さい場合には、リザバーの中へ復帰する液体の流れは無視することができる。しかしながら、リザバーチャネルにおける液体の慣性を無視することができない場合には、そこから生じる復帰流は較正によって決定することができ、また、次の射出過程の間に補うことができる。このことは、流体路のインダクタンスＬ、即ち慣性がその幾何学データのみに依存し、Ｌが流体路の管路／断面の長さに等しいものの、流体路に含まれる液体の物理的性質には依存しないという事実を考慮すると可能になる。排除器が速く変化するとき、即ち流動抵抗が無視されるときには、ノズルの方向にある液体の加速量とリザバーの方向にある液体の加速量との比は、次式で与えられる。ここで、Φ_dとＬ_dとは、ノズルの方向にある容量流とインダクタンスとを示し、Φ_rとＬ_rとは、リザバーの方向にある容量流とインダクタンスとを示す。普通は、数ｍｂａｒになってもよい周囲の圧力とリザバーにおける圧力とは、排除器が速く変化するときに射出チャンバーに加えられ、数ｂａｒになってもよい圧力に比べると、両方とも無視することができる。従って、圧力差ΔＰ_d及び ΔＰ_rはほとんど同一であり、必然的に、ノズルの方向にある液体の流量と、復帰方向にある液体の流量との間には、安定した関係が存在する。この関係は、含まれた液体の粘度及び密度ρには無関係である。従って、射出過程の第１相におけるリザバーチャネルを通った復帰流、即ち圧力チャンバーの容量を増やすための排除器の緩慢な移動により失われた容量を、簡単に考慮に入れることができる。休止の位置を越えた、排除器の起こりうる過剰動程は、例えば、液体の噴出が噴射される間に容量センサーの検出された時間依存信号を制御手段の助けを借りて検出し、かつこの信号を解析することで、防止することができる。このことは、この射出過程への制御の影響を容認するが、しかしながら、この目的のためには複雑な電子部品が必要である。この代わりに、容量センサーにより検出された信号は、射出過程の後にも解析することができ、また、次の射出サイクルの間に駆動装置の制御パラメーターを最適化するために用いることができる。その結果、本発明に係る微量射出装置の制御手段が、このサイクルの間に容量センサー、即ち、膜の位置を検出するためのセンサーから受けた信号に基づいて、あるいは少なくとも一つ前のサイクルの間に検出されたセンサー信号に基づいて、その駆動装置を制御することになる。図４は、本発明に係る微量射出装置の別の実施形態を示し、この実施形態では、バルブが圧力チャンバーと媒質リザバーとの間でチャネルに配置されている。図１におけるものに対応するいくつかの要素は、図４において同一の参照番号により示されている。図４における矢印４０は、示された休止位置からの媒質排除器１０の移動を示す。図４からわかるように、参照番号４２で一般に示されているバルブは、流体路２０が閉じるように、流体路２０が媒質リザバー（図示せず）に流体連通するように、配置されている。図４に示されたバルブ４２は、圧電駆動装置４４によって操作することができ、かつ工業の分野でしばしば用いられるバルブである。このバルブの場合には、流体路２０は、駆動装置４４により移動されるように適合された膜４６によって閉じることができる。図４に示された実施形態に代えて、液体の噴射がノズルを通して噴出される間にリザバーチャネル２０を通る復帰流を阻止するために、あらゆる適切な能動又は受動バルブを用いることができる。このようなバルブは、インクジェット式印字ヘッドの場合と同様に、リザバーの方向へ逆流する液体の容量がその液体のより高い慣性のために無視することができるときには、必要ではない。さらに加えて、そのようなバルブは、液体の容量と射出されるべき容量との間に一定の関係があるときや、従って、その量を排除器の容量排除により前記のように補正することができるときには、なしですませることができる。液体の噴出中における排除器の移動は、休止位置へ直接行うことができる。これに代えて、液体の噴出中における排除器の移動は、小さい逆移動により終えることができ、このことは射出相の終わりを参照して図３に再び示されている。この逆移動により、液体の噴射の中止をサポートすることのできる逆加速が起きる。図５Ａ及び図５Ｂを参照して、媒質排除器の別の実施形態が以下に詳しく説明されている。この媒質排除器の容量排除と、射出チャンバー内の圧力とは、独立した二つの物理的パラメーターである。排除器の膜懸架部に適切な方法で異なった複数の抵抗器を配置してそれらを相互接続することで、排除器の容量位置をその圧力とは無関係に測定することができ、あるいは射出チャンバー内の圧力をその容量とは無関係に測定することができるようになる。圧電抵抗性抵抗器のそのような配列は、図５Ａ及び図５Ｂに示されている。四つの圧電抵抗性抵抗器５２，５４，５６，５８が、膜の懸架部５０に設けられている。図５Ａは、射出チャンバー内が過剰圧力にあり、排除器の容量を無視することができる事例における膜の機械的変形を示す。図５Ｂは、例えば、前記の相「流体レベルの調整」の終わりにおけるゼロになる圧力での排除の事例における膜の機械的変形を示す。それぞれの外部抵抗器の信号はほとんど同一であるものの、それら二つの事例では、膜の中央強化領域に近い機械的応力の符号が異なっている。図５Ａに示された事例では、引張応力は四つの圧電抵抗性抵抗器のそれぞれに作用する。図５Ｂに示された事例では、引張応力は圧電抵抗性抵抗器５２，５４に作用し、圧縮応力は圧電抵抗性抵抗器５６，５８に作用する。引張応力は射出チャンバー内の圧力によって発生し、純粋な容量変形は圧縮応力を発生させる。圧電抵抗効果が用いられる場合には、このことは、抵抗器の交換がある場合には異なる符号での表現を発見するであろう。従って、抵抗器の適切な配置と評価に基づいて、二つの物理量、即ち圧力と容量とを互いに無関係に決定することができる。次に、本発明に係る微量射出装置のさらに別の実施形態を説明する。射出サイクルの初期状態では、排除器は予備応力がかけられてこの位置、例えば、射出チャンバーへ押し込まれる位置にアクチュエーターで保持されてもよい。この場合に、排除器は、アクチュエーターの付加的な排除によってさらに予備応力がかけられる方向へ移動することができる。アクチュエーターの排除が減少すると、排除器は、予備応力がかけられる方向とは反対の方向へその回復力だけによって移動するであろう。この変形例を用いることで、アクチュエーターと排除器との間の一定の接続が不要になる。アクチュエーターと排除器との間の起こりうる接着剤接合はなしですませることができ、また、必要な組立作業は基本的に減少する。排除器に一体化された容量センサーに関しては、予備圧力によって生じる容量偏りを補正することだけが必要になるであろう。アクチュエーターと排除器をどのような一定関係もなしに用いる前記の変形例では、射出要素のモジュール型構造の設計をすることができる。このような構造の設計は、図解の目的で図６Ａ及び図６Ｂに示されている。電子部品と、駆動装置例えば圧力スタックアクチュエーター６０とが、ハウジング６２内に固定状に取り付けられており、媒質排除器とセンサーとを備えたチップ６４は取り替えることができる。図６Ａにおける矢印６６は圧力スタックアクチュエーターの移動方向を示す。さらに、図６Ａには、ハウジングを貫通して延びる流体路６８が示されている。図６Ａの右側部分には、微量射出装置の、微細機構的に作られた構成要素の拡大図が示されており、パイレックス板とシリコンチップとが分けて示されている。この微量射出装置の、微細機構的に作られた構成要素の拡大図は、図６Ｂに、分けて描かれた状態で示されている。これらの構成要素は、例えば、アノード接合でシリコンチップ７２に接続されたパイレックス板７０によって規定されている。媒質リザバー（図示せず）に流体連通する流体路７４は、パイレックスガラス板７０を貫通して延びている。パイレックスガラス板７０はさらに、シリコンチップの端子領域７８の電気的接続を許容するような凹所７６を含んでいる。リザバーチャネルは８０で示されており、射出チャンバーは８２で示されている。シリコンチップ７２にはさらに、その上面に、容量センサーまで延びる導線路８４が設けられている。さらに拡大８６によって、微量射出装置の出口端即ちノズルが図６Ｂで概略的に示されている。前記モジュール型構造では、アクチュエーターと排除器との間にどのような接着剤接合も必要でなく、これまでに説明されたように予備応力を作るための機械的接触だけが必要なときには有利である。一体化された容量センサーの信号によって、予備応力を再生可能な方法でかつ高精度で調整することも可能である。前述したすべての実施形態の事例では、排除器が駆動されるときに起きる非直線性と例えばヒステリシス効果とは、一体化された容量センサーによって補償することができる。さらに加えて、ノズルを疎水性材料でコーティングすることは有利である。なぜなら、このことは、表面張力を増加させそれによって非操作状態にあるノズル外の液体の流れがさらにいっそう抑制されるからである。この点で、ノズルの周囲に添ったその近傍におけるノズルの外側を疎水性材料でコーティングすることは特に有利である。媒質排除器における、前記容量センサーに代えて、容量センサーは排除器のための駆動装置に一体化することもできる。容量センサーは、例えば、圧力スタックアクチュエーターにおける歪みゲージとして実現することができ、この歪みゲージはその圧力スタックアクチュエーターの排除を検出する。すでに言及したように、本発明に係る微量射出装置はピペット射出装置として用いることもできる。この目的のために、微量射出装置には、その出口開口即ちノズルをピペット射出されるべき液体の中に浸すことで、その出口開口を通って射出チャンバー及び／又は媒質リザバーの中へ液体が吸引されるように、媒質リザバーの中に部分真空を作るための手段が設けられるのが好ましい。しかしながら、ピペット射出されるべき液体は、アクチュエーター従って排除器の適切な移動、媒質リザバーを設けること及び、媒質リザバーと射出チャンバーとの間の流体路を設けることによって、射出チャンバーの中へ吸引することもできる。他の特徴及びその実施に関しては、ピペット射出装置が本発明に係る微量射出装置に相当し、制御手段が、吸引及び／又は出口開口から放出されるべき明確な流体容量を求めるために、このピペットサイクルの間に排除器の位置を検出するためのセンサーからの信号に基づいて、あるいは少なくとも一つ前のサイクルの間に同センサーの信号に基づいて、駆動装置即ちアクチュエーターを制御する。本発明に係る装置の出口開口は、代わりに、例えば１０個のノズルからなるノズルアレイとして構成することができる。液体噴射口のアレイはこのようにして製作することができ、個々の噴射口は全体射出容量の１０分の１だけを含んでいる。いわゆるマルチチャネル型ピペットの機能性はこのようにして得られ、これらのマルチチャネル型ピペットは、いわゆる微量滴定板に射出するために用いられる。さらに加えて、一つの大きいノズルを使用するのに比べて、複数の小さいノズルを使用すると、放出側に作用する毛細管力がいっそう大きくなり、それによって、低エッジ勾配の信号が制御信号として用いられる場合に復帰流が減少するであろう。ノズル及びチップの平面状配列に加えて、ノズルは、本発明の他の実施形態ではチップに対して垂直に配列することもできる。その場合、流体はチップに対して直角のノズルから放出される。垂直な配列は、この射出装置に関する限り有利であり、即ち、アクチュエーター、チップ及びノズルは軸構造設計にすることができる。これは、例えば、従来のピペットにおける使用者のくせに対応する。次に、射出過程の動力学の簡略説明が行われる。そのようにして、流動抵抗はＲとして定められ、流体インダクタンスはＬとして定められる。流動チャネルを横切る圧力降下は、流動抵抗に打ち勝つように働く圧力降下ΔＰ_laminarと、チャネルにおける流体を加速する圧力降下ΔＰ_inertとから構成されている。従って、次の式は全流体路にわたる圧力差ΔＰ_lineに対して本当に当てはまる。 ΔＰ_line＝ΔＰ_1aminar＋ΔＰ_inert ΔＰ_inert＝ρＬ(dΦ/dt)とＬ＝1/Ａ ΔＰ_laminar＝ρＲΘ （式２）流動抵抗Ｒと流体インダクタンスＬとは、例えば、半径ｒを有する円形ホースのために次のように計算される。図７は、本発明に係る微量射出装置の動力学を説明するための略図を示す。Ｐ_R は媒質リザバーにおける圧力を表し、Ｐ_Kは毛細管圧力を表し、Ｐは圧力チャンバー内の圧力を表す。Ｖ_mは膜により排除された容量に相当し、Ｖ_oはハウジングへの歪み力と他の混乱作用とによって引き起こされたチャンバー容量の変化に相当する。Φ_rはリザバーチャネルにおける容量流であり、Φ_Dはノズルチャネルにおける容量流である。以下の各式において、Ｕはアクチュエーターでの制御電圧に相当する。次の式は、射出チャンバーとリザバーとの間の流体路に対して本当に当てはまる。次の式は、射出チャンバーとノズルとの間の流体路に対して本当に当てはまる。次の式は、射出チャンバーに対して本当に当てはまる。従って、要約すると、射出要素の動力学は、次のように、三つの独立変数Φ_r、Φ_D、Ｐについての三つの微分方程式により近似的に説明される、ということができる。次のような所定の設計パラメーター、Ｒ_R、Ｒ_D、Ｌ_R、Ｌ_Dが知られている。操作するパラメーターは、電圧Ｕ（ｔ）と媒質リザバー圧力Ｐ_Rとである。測定される量は圧力Ｐ_Kであり、測定されあるいは計算される量は、ｄＶ_m／ｄ_p、ｄＶ_o ／ｄ_p、ｄＶ_m／ｄＵである。前記微分方程式は、次の境界条件で所定のＵ（ｔ）について解かれる。Ｐ（ｔ＝０）＝０ Φ_R（ｔ＝０）＝０ Φ_D（ｔ＝０）＝０微量射出装置アレイは、本発明に係る複数の微量射出装置から構成することができ、それは整列状の形態に配置される。この微量射出装置は、例えば、互いに平行な並列関係に配置することができる。従って、例えば、四つのノズルを１平方ミリメートルよりも小さい面積の中に配置することができ、また、これらのノズルを個々に特定位置を占めるようにすることができる。それぞれの微量射出装置は、異なった媒質を放出するために、自由噴出の形態で媒質を他の装置から単独に放出する。複数の微量射出装置の配列に基づけば、単独に放出された媒質は、微量射出装置の配列が残った後に空気中で混合することが可能である。微量射出装置の配列は、媒質の混合物と同様に純媒質を射出する、きわめて多用途の可能性をもたらすことになる。混合物が射出されるときには、個々の媒質成分は個々の微量射出装置によって正確に射出することができる。本発明に係る微量射出装置の一つの実施態様は図８及び図９に示されている。図８から分かるように、本発明に係る微量射出装置の配列は、第１シリコン層２００、パイレックスガラス板２０２、及び第２シリコン層２０４を備えた構造から形成することができる。示された実施態様では、二つの微量射出装置のための構造は、第１シリコン層２００に形成されている。ここでの目的のために、それぞれ強化領域２０８が設けられている二つの排除器膜２０６は、シリコン層２００に形成されている。排除器膜２０６は、強化領域２０８によって作動するように設置されている。さらにまた、圧力チャンバーを媒質リザバー（図示せず）に接続する流体チャネル２１０は、第１シリコン層に配置されている。第２シリコン層２０４の構造設計は、第１シリコン層２００のそれと実質的に同じである。図８では、この図８に示された第１層２００の面とは反対側にある第２シリコン層２０４の面が認められる。第２シリコン層２０４に関しては、このシリコン層２０４に形成された圧力チャンバー２１２と、この圧力チャンバー２１２を媒質リザバーに接続する流体路２１４とを認めることができることになる。それぞれのシリコン層の流体路２１４は、それぞれの層の流体チャネル２１０で終わる。図８は、二つの圧力チャンバーをそれぞれの出口開口２１６に接続する流体路も示す。パイレックスガラス板２０２は、それぞれの主面が圧力チャンバー２１２の形成されている第１及び第２シリコン層の面に結合されるようにして、二つのシリコン層２００、２０４の間に配置されている。従って、それぞれの圧力チャンバーとそれぞれの流体路とは、シリコン層とパイレックスガラス板の面とで構成されている。このように形成された構造は、図９に示されているが、第１及び第２シリコンウェハにおける四つの出口開口２１６によって規定されたノズル２２０のアレイを備えている。２×２のアレイ２２０のそれぞれのノズルは、それらが個々に整列することができるように関連した駆動装置（図８及び図９では図示しない）を有する排除器膜２０６にそこで関連している。前記の構造設計を用いると、ほとんど任意の数の微量射出装置を備えた微量射出装置アレイを構成することができることは明らかである。加えて、それぞれの圧力チャンバーの流体チャネルを同じ媒質リザバーか異なる媒質リザバーに接続することができることは明らかである。さらにまた、ピペット射出装置のアレイは、本発明に係る複数のピペット射出装置を用いると、対応する方法で構成することができる。

【手続補正書】【提出日】平成１１年９月２９日（１９９９．９．２９）【補正内容】（１）請求の範囲を別紙のとおり補正します。（２）明細書第４頁第２行目と第３行目との間に以下の文章を挿入します。「米国特許第５２０５８１９号明細書には、例えば、液体が人体に注入される場合に液体を射出するための注入ポンプが開示されている。開示されたこのポンプは、膜によって部分的に境界が定められた圧力チャンバーを備えている。その膜を作動させるために圧電構成要素が設けられている。圧力チャンバーは、入口管路を介して液体リザバーに、また、出口管路を介して出口開口に接続されるように設けられている。その圧電構成要素を制御するために制御ユニットが設けられている。注入ポンプには、膜の湾曲度を表示する信号をもたらす検出電極を付加的に設けることができる。これらの検出電極は、一方で、ポンプチャンバーにおける気泡によりあるいは詰まった出口管路により生じた誤差条件を表示するという目的にかなう。標準的な操作の間に、検出電極は、他方で、膜のそれぞれの作動の場合に射出された液体容量の程度を表す出力信号をもたらすという目的にかなってもよい。所定の流速をもたらすために、制御ユニットは、検出電極の出力信号の信号振幅に依存してパルス周波数を圧電構成要素の作動のために調整するようにプログラムされている。従来知られている注入ポンプは、同一の振幅と継続時間とを有する正及び負のパルスのそれぞれからなる一連のパルスによって駆動され、その一連のパルスの周波数は必要な流速に従って制御される。」（３）図８及び図９を別紙のとおり補正します。請求の範囲１．排除器（１０）によって少なくとも部分的に境界が定められている圧力チャンバー（２４）と、排除器（１０）を駆動するための装置であって、排除器（１０）を駆動することでその圧力チャンバー（２４）の容量（２８）が変化するように設置されている駆動装置（３０）と、第１流体路（２０）を介して圧力チャンバー（２４）に流体連通している媒質リザバーと、第２流体路（２２）を介して圧力チャンバー（２４）に流体連通している出口開口（２６）と、排除器（１０）の位置を検出するための手段（１２、１４）と、駆動装置（３０）と、排除器（１０）の位置を検出するための手段（１２，１４）とに接続され、規定容量の流体が出口開口（２６）から放出されるように、排除器（１０）の検出位置に基づいて、あるいは少なくとも一つ前の射出サイクルの間に検出された排除器の位置に基づいて駆動装置（３０）を制御する制御手段と、を備えた微量射出装置において、前記制御手段は、排除器（１０）を第１位置から、第１位置よりも容量の大きい圧力チャンバー（２４）を規定する所定の第２位置まで移動させるように、低エッジ勾配の信号で駆動装置（３０）を制御する手段と、排除器（１０）を第２位置から、規定容量の流体をこの方法で出口開口（２６）から放出するための第１位置まで移動させるように、高エッジ勾配の信号で駆動装置（３０）を制御する手段と、を備えたことを特徴とする微量射出装置。２．能動又は受動バルブ（４２）が、媒質リザバーと圧力チャンバー（２４）との間で流体路（２０）の中に配置されており、このバルブが圧力チャンバー（２４）から媒質リザバーへの流体の復帰流を阻止するために用いられている請求項１に記載の微量射出装置。３．圧力チャンバー（２４）、排除器（１０）、及び排除器（１０）の位置を検出するための手段（１２，１４）が、微細機構的構造とされている請求項１又は請求項２に記載の微量射出装置。４．排除器（１０）がシリコンウェハの中でエッチングされた強化膜として実現されており、また、排除器（１０）の位置を検出するための手段が前記膜の中あるいは上に設けられた圧電抵抗素子（１２，１４）により実現されている請求項３に記載の微量射出装置。５．第１及び第２流体路（２０，２２）の少なくとも一部、出口開口（２６）、及び圧力チャンバー（２４）が、シリコンウェハにおける構造及び／又はそのシリコンウェハに接続されたパイレックスガラス板（１８）における構造からなる請求項４に記載の微量射出装置。６．圧力チャンバー（２４）がこの圧力チャンバー（２４）における圧力を検出するための手段の中に付加的に配置されている請求項１から請求項５のいずれかに記載の微量射出装置。７．駆動装置（３０）が圧力スタックアクチュエーターであり、排除器（１０）の位置を検出するための手段が圧力スタックアクチュエーター（３０）に設けられた歪みゲージによって実現されている請求項３に記載の微量射出装置。８．出口開口（２６）の外部環境が疎水性材料でコーティングされている請求項１から請求項７のいずれかに記載の微量射出装置。９．駆動装置（６０）及び制御手段がハウジング（６２）の中で固定して取り付けられており、圧力チャンバー（２４）、排除器（１０）、及び排除器の位置を検出するための手段が、前記ハウジングの中で取り外し可能に取り付けられるように設置されている請求項３から請求項８のいずれかに記載の微量射出装置。１０．出口開口（２６）が複数の開口を備えたアレイによって形成されている請求項１から請求項９のいずれかに記載の微量射出装置。１１．媒質リザバーの中に部分真空を生じせるための手段を付加的に備えている請求項１から請求項１０のいずれかに記載の微量射出装置。１２．請求項１から請求項１１のいずれかに記載の微量射出装置を複数個備えてなり、これらの微量射出装置が並んで配置されかつ個々に特定位置を占めるように設置されている微量射出装置アレイ。１３．微量射出装置のうちの第１番目の圧力チャンバー（２１２）、排除器（２０６）及び流体路（２１４）が、ガラス板（２０２）の第１主面に結合された主面を有する第１シリコン層（２００）に形成されており、微量射出装置のうちの第２番目の圧力チャンバー（２１２）、排除器（２０６）及び流体路（２１４）が、ガラス板（２０２）の第２主面に結合された主面を有する第２シリコン層（２０４）に形成されている請求項１２に記載の微量射出装置アレイ。１４．排除器（１０）によって少なくとも部分的に境界が定められている圧力チャンバー（２４）と、排除器（１０）を駆動するための装置であって、排除器（１０）を駆動することでその圧力チャンバー（２４）の容量（２８）が変化するように設置されている駆動装置（３０）と、流体路（２２）を介して圧力チャンバー（２４）に流体連通している出口開口（２６）と、排除器（１０）の位置を検出するための手段（１２，１４）と、駆動装置（３０）と、排除器（１０）の位置を検出するための手段（１２，１４）とに接続され、規定容量の流体が出口開口（２６）を通して吸引され及び／又は出口開口（２６）から放出されるように、排除器（１０）の検出位置に基づいて、あるいは少なくとも一つ前のピペットサイクルの間に検出された排除器の位置に基づいて駆動装置（３０）を制御する制御手段と、を備えたピペット射出装置において、前記制御手段は、排除器（１０）を第１位置から、第１位置よりも容量の大きい圧力チャンバー（２４）を規定する所定の第２位置まで移動させるように、低エッジ勾配の信号で駆動装置（３０）を制御する手段と、排除器（１０）を第２位置から、規定容量の流体をこの方法で出口開口（２６）から放出するための第１位置まで移動させるように、高エッジ勾配の信号で駆動装置（３０）を制御する手段と、を備えたことを特徴とするピペット射出装置。１５．別の流体路（２０）を介して圧力チャンバー（２４）に流体連通している媒質リザバーを付加的に備えている請求項１４に記載のピペット射出装置。１６．請求項１４又は請求項１５に記載のピペット射出装置を複数個備えてなり、これらのピペット射出装置が並んで配置されかつ個々に特定位置を占めるように設置されているピペット射出装置アレイ。１７．請求項１から請求項１０のいずれかに記載の微量射出装置の操作方法であって、（ａ）排除器（１０）を第１位置から、第１位置よりも容量の大きい圧力チャンバー（２４）を規定する所定の第２位置まで移動させるように、低エッジ勾配の信号で駆動装置（３０）を制御する工程と、（ｂ）排除器（１０）を第２位置から、規定容量の流体をこの方法で出口開口（２６）から放出するための第１位置まで移動させるように、高エッジ勾配の信号で駆動装置（３０）を制御する工程と、を備えたことを特徴とする操作方法。１８．工程（ａ）に先立ち、流体路（２０，２２）及び圧力チャンバー（２４）を媒質リザバーからの流体で満たす工程が実行される請求項１７に記載の操作方法。１９．工程（ａ）の後に、駆動装置（３０）のための制御信号が所定の期間中あるレベルに保たれ、この信号レベルが排除器（１０）を第２位置に残すようにする請求項１７又は請求項１８に記載の操作方法。２０．工程（ｂ）において、駆動装置（３０）は、排除器（１０）がその第１位置まで移動する際、最終的にその第１位置に到達する前に駆動装置（３０）によってその第１位置を越えて移動するように制御される請求項１７から請求項１９のいずれかに記載の操作方法。２１．規定容量の流体が工程（ｂ）において放出されるために、工程（ａ）において駆動装置を制御する間に、工程（ｂ）の間における第１流体路（２０）を通る復帰流が制御手段によって補償される請求項１７から請求項２０のいずれかに記載の操作方法。２２．排除器（１０）は、その第１位置にあるときに、工程（ａ）における駆動装置（３０）の制御により、排除器（１０）が復帰力でその第２位置へ移動する方法で、予備応力のかかった位置を占める請求項１７から請求項２１のいずれかに記載の操作方法。２３．射出されるべき流体の中に出口開口を浸す工程と、射出されるべきその流体を真空発生手段を作動させて媒質リザバーの中へ吸引する工程と、請求項１７に記載の操作方法を実行する工程と、を備えた請求項１１に記載の微量射出装置の操作方法。【図８】【図９】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＵＳ (72)発明者フライガングミヒャエルドイツ連邦共和国デエ―78050 ファウエス―フィリンゲンリートハイマーシュトラーセ４／２ (72)発明者シュテーエマンフレートドイツ連邦共和国デエ―78054 ファウエス―シュヴェンニンゲンフィルヒョーヴェーク９ (72)発明者メスナーシュテファンドイツ連邦共和国デエ―78054 ファウエス―シュヴェンニンゲンハンス―ザクス―シュトラーセ 38 (72)発明者アズハウアーマティーアスドイツ連邦共和国デエ―78089 ウンターキルナッハイムマーベンタル 19 (72)発明者ロースベルクライナードイツ連邦共和国デエ―78050 ファウエス―フィリンゲンリンデンシュトラーセ 19

Claims

【特許請求の範囲】１．排除器（１０）によって少なくとも部分的に境界が定められている圧力チャンバー（２４）と、排除器（１０）を駆動するための装置であって、排除器（１０）を駆動することでその圧力チャンバー（２４）の容量（２８）が変化するように設置されている駆動装置（３０）と、第１流体路（２０）を介して圧力チャンバー（２４）に流体連通している媒質リザバーと、第２流体路（２２）を介して圧力チャンバー（２４）に流体連通している出口開口（２６）と、を備えた微量射出装置において、排除器（１０）の位置を検出するための手段（１２，１４）と、駆動装置（３０）と、排除器（１０）の位置を検出するための手段（１２、１４）とに接続され、規定容量の流体が出口開口（２６）から放出されるように、排除器（１０）の検出位置に基づいて、あるいは少なくとも一つ前の射出サイクルの間に検出された排除器の位置に基づいて駆動装置（３０）を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする微量射出装置。２．能動又は受動バルブ（４２）が媒質リザバーと圧力チャンバー（２４）との間で流体路（２０）の中に配置されており、このバルブが圧力チャンバー（２４）から媒質リザバーへの流体の復帰流を阻止するために用いられている請求項１に記載の微量射出装置。３．圧力チャンバー（２４）、排除器（１０）、及び排除器（１０）の位置を検出するための手段（１２，１４）が、微細機構的構造とされている請求項１又は請求項２に記載の微量射出装置。４．排除器（１０）がシリコンウェハの中でエッチングされた強化膜として実現されており、また、排除器（１０）の位置を検出するための手段が前記膜の中あるいは上に設けられた圧電抵抗素子（１２，１４）により実現されている請求項３に記載の微量射出装置。５．第１及び第２流体路（２０，２２）の少なくとも一部、出口開口（２６）、及び圧力チャンバー（２４）が、シリコンウェハにおける構造及び／又はそのシリコンウェハに接続されたパイレックスガラス板（１８）における構造からなる請求項４に記載の微量射出装置。６．圧力チャンバー（２４）がこの圧力チャンバー（２４）における圧力を検出するための手段の中に付加的に配置されている請求項１から請求項５のいずれかに記載の微量射出装置。７．駆動装置（３０）が圧力スタックアクチュエーターであり、排除器（１０）の位置を検出するための手段が圧力スタックアクチュエーター（３０）に設けられた歪みゲージによって実現されている請求項３に記載の微量射出装置。８．出口開口（２６）の外部環境が疎水性材料でコーティングされている請求項１から請求項７のいずれかに記載の微量射出装置。９．駆動装置（６０）及び制御手段がハウジング（６２）の中で固定して取り付けられており、圧力チャンバー（２４）、排除器（１０）、及び排除器の位置を検出するための手段が、前記ハウジングの中で取り外し可能に取り付けられるように設置されている請求項３から請求項８のいずれかに記載の微量射出装置。１０．出口開口（２６）が複数の開口を備えたアレイによって形成されている請求項１から請求項９のいずれかに記載の微量射出装置。１１．媒質リザバーの中に部分真空を生じせるための手段を付加的に備えている請求項１から請求項１０のいずれかに記載の微量射出装置。１２．請求項１から請求項１１のいずれかに記載の微量射出装置を複数個備えてなり、これらの微量射出装置が並んで配置されかつ個々に特定位置を占めるように設置されている微量射出装置アレイ。１３．微量射出装置のうちの第１番目の圧力チャンバー（２１２）、排除器（２０６）及び流体路（２１４）が、ガラス板（２０２）の第１主面に結合された主面を有する第１シリコン層（２００）に形成されており、微量射出装置のうちの第２番目の圧力チャンバー（２１２）、排除器（２０６）及び流体路（２１４）が、ガラス板（２０２）の第２主面に結合された主面を有する第２シリコン層（２０４）に形成されている請求項１２に記載の微量射出装置アレイ。１４．排除器（１０）によって少なくとも部分的に境界が定められている圧力チャンバー（２４）と、排除器（１０）を駆動するための装置であって、排除器（１０）を駆動することでその圧力チャンバー（２４）の容量（２８）が変化するように設置されている駆動装置（３０）と、流体路（２２）を介して圧力チャンバー（２４）に流体連通している出口開口（２６）と、を備えたピペット射出装置において、排除器（１０）の位置を検出するための手段（１２，１４）と、駆動装置（３０）と、排除器（１０）の位置を検出するための手段（１２、１４）とに接続され、規定容量の流体が出口開口（２６）を通して吸引され及び／又は出口開口（２６）から放出されるように、排除器（１０）の検出位置に基づいて、あるいは少なくとも一つ前のピペットサイクルの間に検出された排除器の位置に基づいて駆動装置（３０）を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするピペット射出装置。１５．別の流体路（２０）を介して圧力チャンバー（２４）に流体連通している媒質リザバーを付加的に備えている請求項１４に記載のピペット射出装置。１６．請求項１４又は請求項１５に記載のピペット射出装置を複数個備えてなり、これらのピペット射出装置が並んで配置されかつ個々に特定位置を占めるように設置されているピペット射出装置アレイ。１７．請求項１から請求項１０のいずれかに記載の微量射出装置の操作方法であって、（ａ）排除器（１０）を第１位置から、第１位置よりも容量の大きい圧力チャンバー（２４）を規定する所定の第２位置まで移動させるように、低エッジ勾配の信号で駆動装置（３０）を制御する工程と、（ｂ）排除器（１０）を第２位置から、規定容量の流体をこの方法で出口開口（２６）から放出するための第１位置まで移動させるように、高エッジ勾配の信号で駆動装置（３０）を制御する工程と、を備えたことを特徴とする操作方法。１８．工程（ａ）に先立ち、流体路（２０、２２）及び圧力チャンバー（２４）を媒質リザバーからの流体で満たす工程が実行される請求項１７に記載の操作方法。１９．工程（ａ）の後に、駆動装置（３０）のための制御信号が所定の期間中あるレベルに保たれ、この信号レベルが排除器（１０）を第２位置に残すようにする請求項１７又は請求項１８に記載の操作方法。２０．工程（ｂ）において、駆動装置（３０）は、排除器（１０）がその第１位置まで移動する際、最終的にその第１位置に到達する前に駆動装置（３０）によってその第１位置を越えて移動するように制御される請求項１７から請求項１９のいずれかに記載の操作方法。２１．規定容量の流体が工程（ｂ）において放出されるために、工程（ａ）において駆動装置を制御する間に、工程（ｂ）の間における第１流体路（２０）を通る復帰流が制御手段によって補償される請求項１７から請求項２０のいずれかに記載の操作方法。２２．排除器（１０）は、その第１位置にあるときに、工程（ａ）における駆動装置（３０）の制御により、排除器（１０）が復帰力でその第２位置へ移動する方法で、予備応力のかかった位置を占める請求項１７から請求項２１のいずれかに記載の操作方法。２３．射出されるべき流体の中に出口開口を浸す工程と、射出されるべきその流体を真空発生手段を作動させて媒質リザバーの中へ吸引する工程と、請求項１７に記載の操作方法を実行する工程と、を備えた請求項１１に記載の微量射出装置の操作方法。