JP2002221470A - 生体液粒子排出装置 - Google Patents

生体液粒子排出装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 改良された生体液粒子排出装置を提供する。 【解決手段】 生体液粒子排出機構は、生体液粒子の排
出に用いられるエネルギーを発生するトランスデュー
サ、および薬剤カートリッジ、すなわち生体液を保有す
る生体液保有器を備える。この薬剤カートリッジは小容
積の生体液を保有する構造であって、しかも生体液の汚
染を回避する構造になっている。薬剤カートリッジは、
液粒子排出機構を作動すると、生体液粒子が排出される
ように液粒子排出機構に作動の際に接続される。この液
粒子排出機構は高効率装置であって、ツーピース型の装
置としても、ワンピース型の使い捨て装置としても構成
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、改良された生体液
粒子排出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】既存の液粒子排出装置では、液の汚染に
対して注意を払うことは特に優先的な課題ではなかっ
た。例えば、プリント業界で汚染問題といえば、目的と
するインク色を維持するためには起きてはならない異な
るインク間の混合を避けたり、インクにゴミが落ちるの
を防止する程度が中心であった。しかし、他の環境下で
は排出された液の汚染を回避することは、極めて重要な
課題である。例えば、科学的試験の中では特に、生物学
的、遺伝学的、医学的試験の多くでは生体液粒子のシー
ケンスやアレイを用いて試験が行われる。これらの実験
では、汚染された液粒子があると、信頼性のない結果と
なり、従って使用に不適な試験結果となる。
【０００３】そのような試験を行うに際しては、バイオ
アッセイの形で何千という個数の生体液粒子を一枚の基
板上に沈着する。これらのバイオアッセイは各々多岐に
わたるタイプのユニークな生体液を含んでいる。例え
ば、遺伝子欠陥や他の生化学的異常に対する現行の生物
学的試験では、何千という個々の液滴をガラス基板上の
明確に規定された異なる個所に配置する。その後で、別
の沈積液を上記ガラス基板の同じ個所に更に沈積する。
この点々とプリントされたバイオアッセイを、次いでレ
ーザで走査し、物理的特性の変化を観察する。これらの
状況下では、液粒子排出装置が汚染源とならず、生体液
間の交差汚染を引き起こさないことが極めて重要であ
る。従って、既存の液粒子排出装置では一個の液溜めに
対し多数の排出機構を備えるのが普通であるけれども、
このやり方は、生体液を排出する液粒子排出装置には許
容し得ない設計であると言える。
【０００４】更に、これらの実験に用いられる生体液は
極めて高価である。多くの生体液排出装置では、液溜め
と排出装置アセンブリ内に保有される液の量はバイオア
ッセイを調製するに必要な量よりもはるかに多い。生体
液をこのように不必要に使用すると、試験にかかる費用
が増大する結果となる。従って、これらの試験に使用す
るシーケンスやアレイを調製する既存の方法は、時間が
かかり、生体液を浪費し、正確さも限定された、経済的
に高価な方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、異なる生体液
間の交差汚染は勿論のこと、液粒子排出装置と生体液と
の間の汚染を回避する生体液粒子排出機構を提供するこ
とが望ましいと考えられたのである。また望ましいと考
えられるのは、生体液の微少流量を送出するに際して、
高度に精密に、効率的に行うことが可能で、また沈積さ
れる生体液の性質や排出される液粒子に使用目的に応じ
た異なる量で行うことが可能な液粒子排出機構を提供す
ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明では、生体液粒子
を排出する生体液粒子排出装置が提供される。このよう
な装置の生体液粒子排出機構は、生体液粒子の排出に用
いられるエネルギーを発生するトランスデューサを備え
る。更に備えられるのは、薬剤カートリッジ、すなわち
生体液を保有する生体液保有器である。この薬剤カート
リッジ、すなわち生体液保有器は、生体液粒子を排出す
るに使用される生体液の汚染を回避する構造になってい
る。薬剤カートリッジ、すなわち生体液保有器は、液粒
子排出機構を作動すると、生体液粒子が排出されるよう
に液粒子排出機構に作動の際に接続される。この液粒子
排出機構は、生体液保有器とトランスデューサとを一体
構造にしてワンピース型の使い捨て装置として構成する
こともできるし、使い捨てカートリッジとは別個のトラ
ンスデューサを用いてツーピース型の装置として構成す
ることもできる。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１に示すのは、生体液（薬剤と
も称する）を排出するツーピース型音波式液粒子排出装
置１０である。本議論では、生体液または薬剤は、他の
物質を検出し、測定し、検査し、製造する化学反応に使
用される物質ならなんでもよく、あるいは逆に検出さ
れ、測定され、検査される物質でもある。装置１０は、
薬剤カートリッジ１２などの使い捨て部と、音波式液粒
子排出機構１４などの再使用可能部とを備える構成にな
っている。図１では、薬剤カートリッジ１２は液粒子排
出機構１４から離れているように示されている。使用中
は、薬剤カートリッジ１２は液粒子排出機構１４内に挿
入されている。
【０００８】薬剤カートリッジ１２は、その内部に含ま
れている生体液が液粒子排出機構１４とは隔離され、汚
染を回避するような構成になっている。薬剤カートリッ
ジ１２の構造は生化学的に不活性なチャンバになってお
り、そのチャンバ内に一定量の生体液が含まれる。薬剤
カートリッジ１２と液粒子排出機構１４とは相互関係が
精密に整合され、液粒子排出を安定に行うとともに、排
出された液粒子を基板上の所望の位置に正確に配置する
ようになっている。
【０００９】図２を参照する。図示されているのは、音
波式液粒子排出機構１４内に挿入された薬剤カートリッ
ジ１２の断面図である。トランスデューサ１６には電源
１８でエネルギーが供給される。トランスデューサ１６
は、基板２０の表面に設けられている。基板２０は、実
施の態様の一つではガラス製でよい。基板２０の背後の
表面に配置もしくはパターン形成されているのは、フレ
ネルレンズのような合焦レンズ構造２２である。理解し
なければならないことは、他のタイプの合焦構造もフレ
ネルレンズの代わりに用いることができるということで
ある。
【００１０】音響結合層２４は、音響結合液を用いれば
よいが、フレネルレンズ２２と薬剤カートリッジ１２と
の間に配置される。音響結合液２４の選択基準は音の減
衰が少ないことである。この適用に有利な音響特性を有
する音響結合液のタイプの一つは、水である。
【００１１】別の実施の形態では、接続層２４はグリー
スの薄い層で作ってよい。グリース接続層が有利なの
は、閉じ込められた気泡を最小限に抑えるために接続表
面を比較的フラットにする時である。
【００１２】基板２０の頂部にあるのは壁面２６，２８
であって、薬剤カートリッジ１２が収められる内部チャ
ンバ３０を規定する。カートリッジ１２の側壁３１の外
表面に突起して備えられているのはシール３２である。
シール３２の役目は、カートリッジ１２をチャンバ３０
内にしっかり嵌め込み、音響接続液２４をシール３２の
下に漏れないように抑えておくことである。精密寸法の
深さ止め部材３４により、カートリッジ１２は所望の挿
入位置に止められる。カートリッジ１２の下表面３７に
形成されているのは薄い膜３６であり、この薄い膜３６
はフレネルレンズ２２の実質的に直ぐ上に配置される。
膜３６は音波に対して薄い膜である。音波に対して薄い
ということは、膜の厚さが十分に小さくて、入射する音
エネルギーの５０％以上がカートリッジ１２内の生体液
３８まで達することを意味すると、この文脈では定義さ
れる。
【００１３】作動に当たって、トランスデューサ１６を
起動すると音波が発射され、音波は基板２０を通ってフ
レネルレンズ２２に達する。レンズ２２は、音響結合液
２４と膜３６とを通過した音波エネルギーを焦点に集
め、集められた音波エネルギー３９は生体液３８のメニ
スカス表面４０の先端に達する。焦点に集められた音波
エネルギーがメニスカス表面４０に当たると、表面に乱
れが生じ、カートリッジ１２から基板４６に生体液粒子
４２が排出される。排出された生体液粒子４２は、直径
約１５μｍと小さくすることができる。しかし、このサ
イズ制約は使用する物理的コンポーネントに基づいてお
り、理解しなければならないことは、音波式液粒子排出
装置で排出される液粒子のサイズは、物理的コンポーネ
ントの設計を変更することによって大きくすることも小
さくすることも可能なことである。
【００１４】生体液粒子４２が排出される表面は、完全
に外に開いたものでも、あるいはアパーチャ板または蓋
４４の中に収められたものでもよい。蓋４４は適切なサ
イズのアパーチャ４５を備えるが、そのサイズは排出さ
れる液粒子よりも大きくして液粒子排出の際の邪魔にな
らないようにする。アパーチャ４５のサイズを決めるの
に必要なことは、アパーチャ４５に広がるメニスカス４
０の表面張力が生体液３８にかかる重力より十分に大き
くなるようにすることである。このような設計にする
と、カートリッジ１２を回転してアパーチャ４５が下向
きになった時でも生体液３８がカートリッジ１２から落
ちるのが防止される。このアパーチャ下向き構造の利点
は、基板４３から落ちる恐れのあるゴミによる汚染を防
げるので生体液３８をきれいに保てることである。基板
４６は、例えば、ペーパー、ガラス、プラスチックまた
は他の適当な材料でよい。
【００１５】トランスデューサ１６、電源１８、基板２
０，レンズ２２の作動機能は、音波式インク排出印刷法
の分野で用いられる既述の液粒子排出ユニットと同様な
ものである。このような操作は当業者にはよく知られて
いる。
【００１６】前述の設計では、生体液３８が薬剤カート
リッジ１２内に独立して収められるので、液粒子排出機
構１４や他の形式の汚染源、例えば、空気からくる汚染
源または液粒子排出機構１４に以前に使った生体液によ
る汚染源と生体液３８との接触が防止される。薬剤カー
トリッジ１２は、音響接続液２４とは膜３６で隔てられ
ている。カートリッジ１２全体は、生物学的に不活性な
材料、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどから
射出成形法で製造することができる。カートリッジ１２
は操作の際には、膜３６や音響結合液２４などの接続イ
ンターフェイスを用いて音波式液粒子排出機構１４に連
結される。
【００１７】本発明の具体的な設計の一例では、薬剤カ
ートリッジ１２の幅は約３００μｍで、膜３６の厚さは
３μｍ程度である。この特定の実施の形態では、焦点に
集められる音波の波長が３００μｍで作動周波数が既知
の音波式液粒子排出機構のものであるという設計条件下
において、メニスカスの位置は理想表面のレベルから±
５μｍ以内に維持しなければならない。
【００１８】電源１８は可変制御される。電源１８の出
力を変化することによってトランスデューサ１６が発生
するエネルギーが調節され、このエネルギーが、排出さ
れる生体液４２の容積を変えるのに用いられる。
【００１９】図３と図４を参照する。前記のように、こ
の実施の形態はツーピース型のユニットである。従っ
て、設計機能は、薬剤カートリッジ１２を取り出して新
しい薬剤カートリッジ１２を挿入することができるとい
うことである。図３は液粒子排出機構１４内に納められ
た薬剤カートリッジ１２を示す。薬剤カートリッジ１２
の取り出し方の一つを挙げれば、カートリッジのフラン
ジ４８に接続された成形リップ４７を備えたカートリッ
ジを設計することによって行うことである。カートリッ
ジ内の液がなくなったり、あるいは他の理由でもはや使
用しなくなった場合は、図４に示されるように上向きの
力を加えて音波式液粒子排出機構１４から成形リップ４
７を取り外すことができる。この実施の形態では、側壁
２６，２８にはノッチ５０を設けて置いて、成形リップ
４７をここに受容するようにする。理解しなければなら
ないことは、他の設計を用いてもカートリッジ１２の取
り出しを行うことができることである。成形リップ４７
をカートリッジ１２に取り付けるのはカートリッジを形
成した後でも行えるが、別の方法としてはカートリッジ
１２の本体を製作する射出成形法の一部として行うこと
もできる。
【００２０】図５と図６を注目すると、以前の図ではカ
ートリッジ１２は上表面が開いているものとして示され
ているが、汚染を回避するため、カートリッジは、図５
の５２のようなキャップまたはシール層で、あるいは図
６のキャップ構造５４で覆って形成することもできる。
図５では、キャップ５２はカートリッジ１２に超音波接
合することができる。この状況下では、キャップ５２を
取り外すには削ぎナイフ５５のようなある種の開き道具
を用いる必要がある。キャップ５２を取り外すのは、カ
ートリッジ１２を音波式液粒子排出機構１４内に挿入す
る前に行うのが好ましいが、状況次第では挿入後に行う
のも有用なこともある。
【００２１】別の方法としては、接着剤を選択的に貼っ
た薄いフィルム材をキャップ５２に用いることができ
る。この場合、フィルム状キャップ５２は、人の力やオ
ートメーションで加えられる引張り力で外すことができ
る。更に別の方法としては、図６に示されるようなプレ
ス嵌めキャップ５４を用いることができる。この場合シ
ール３２を用いてプレス嵌めキャップ５４を確実に嵌め
込む。キャップ５４を外すときには、上向きの圧力をプ
レス嵌めキャップ５４にかける。
【００２２】図７を参照する。以前の実施の形態ではレ
ンズ構成部はガラス基板２０の上表面部に配置されてい
たこと、従ってユニット１０の再使用可能部の一部であ
ることが注目される。しかし、別の実施の形態では、レ
ンズ２２は薬液カートリッジ１２の表面として構成する
ことができる。このような実施の形態は、カートリッジ
１２を成形するのに精密成形法を用いれば行える。
【００２３】図８では、本発明の更に別の実施の形態で
あるがトランスデューサ１６がレンズ構造５８に接して
形成されている。この構成では、トランスデューサの出
力密度は、トランスデューサが平面上にある場合に比較
して低い。従って、高出力をトランスデューサにかける
ことができ、過大電力故にトランスデューサが損傷する
ということはない。この構成が特に有用なのは、排出す
べき生体液の粘度が非常に高い場合や他では生体液の液
粒子を排出するのに大きな音響強度が必要な場合であ
る。この実施の形態ではもう一つ別のレンズ５９を生体
液の傍に設けることができる。この設計の下では液粒子
排出装置は単一の使い捨て装置である。図８の装置をツ
ーピース型装置として設計することができる別の方法も
ある。例えば、図７のレンズ５６をレンズ５８と併用し
て音波エネルギーを更に強力に焦点に集めることができ
る。曲面レンズ要素５６，５８，５９はフレネルレンズ
でも差し支えない。
【００２４】図９を参照する。図示されているのは、ワ
ンピース型生体液音波排出装置６０である。図２の排出
機構１４と同様なコンポーネントはここでも同様に作動
するので、詳細な議論は行わない。ツーピース型生体液
粒子排出装置１０とワンピース型装置６０との間の明確
な差は主に、薬剤カートリッジ１２のシール３２を後者
では最早用いないことである。前と違って、薬剤カート
リッジ６２は、側壁６４と平坦な外表面６６とを備え、
外表面６６は機構１４の壁面２６，２８と直接に接する
ようになっている。従って、壁面２６，２８と薬剤カー
トリッジ６２との間の接続は永久的になる。このような
接続の形成は、装置製造時にリソグラフィー技法を用い
たり、既知の接着技術を用いたりすることによって行う
ことができる。更に別の実施の形態では、下部の表面６
８を、膜７０とともに、取り除いてしまえば、生体液３
８がレンズ２２と直接に接するようにできる。更にもう
一つ別の実施の形態は、カートリッジ６２自体を取り除
き、生体液を直接チャンバ３０に供給することである。
この際はチャンバ３０が非汚染生体液保有器として機能
する。この設計では、チャンバ３０へ生体液を満たすの
は汚染物のない環境中で行われる。
【００２５】理解しなければならないことは、前述の諸
々の実施の形態に示されている薬剤カートリッジは単に
そのようなコンポーネントの代表的設計であり、カート
リッジ構成には多くの可能な変形が存在するということ
である。
【００２６】例えば、図１０と図１１は、別の薬剤カー
トリッジ構造を用いるツーピース型液粒子排出装置８０
の、縮尺は異なるが、それぞれ頂面図と側面図である。
直接排出される生体液３８を保有する排出液溜め８４に
加えて、主液溜め８６をも備え、ここから排出液溜め８
４に液を供給する。排出液溜め８４と主液溜め８６との
間の接続は、液溜め接続路８８経由で行われる。この設
計では、生体液３８が排出液溜め８４から排出されるに
連れて、新しい追加の生体液３８が主液溜め８６から液
溜め接続路８８経由で供給される。
【００２７】図１１は、音波式液粒子排出機構９０と一
緒に作動する配置になっている薬剤カートリッジ８２の
側面図である。特に、排出液溜め８４がレンズ２２、ガ
ラス基板２０，トランスデューサ１６の上に配置され、
その結果、発生された音エネルギーが焦点に集められ、
十分なエネルギーをもって排出液溜め８４に伝達され、
生体液粒子が排出されるようになっていることが示され
ている。このツーピース設計を行う場合、音響結合液の
ような接続層２４が設けられ、カートリッジ８２の底部
は、十分な音エネルギーを排出液溜め８４に伝達するこ
とができる膜９２で形成される。
【００２８】主液溜めと排出液溜めとが空の時に最初に
液を補充する際に、毛細管作用を補助的に用いて主液溜
め８６から排出液溜め８４へ生体液を引き込む。しか
し、一旦装置にプライミング（呼び水操作）が行われア
パーチャ４５の底部までに液が補充されると、メニスカ
ス４０の回復力／表面張力を用いて、液粒子が排出され
るにつれて主液溜め８６から排出液溜め８４へ生体液を
引き込む。アパーチャ４５に十分な表面張力を惹起する
には、アパーチャ４５を補充孔９４より十分に小さくし
て補充孔９４の表面張力と競合するのを回避することが
重要である。アパーチャ４５の表面張力はまた、当構造
の高さに起因する重力作用よりも大きくしなければなら
ない。これらの力、すなわち張力と重力とを適切にバラ
ンスすることによって、生体液はアパーチャの表面張力
によって排出液溜め８４に連続的に引き込まれ、主液溜
め８６に液がなくなるまで排出液溜め８４が満液状態に
維持される。
【００２９】図１２と図１３とを参照する。図示されて
いるのは、ワンピース型音波式液粒子排出装置１００の
別の実施の形態である。この図では、排出液溜め１０２
と主液溜め１０４とは、液溜め接続路１０６を介して流
体が繋がるように配置されている。生体液３８が主液溜
め１０４から排出液溜め１０２に供給されるのは、図１
１に関連して議論されているような方法による。
【００３０】トランスデューサ１６は基板１０７の第一
表面に連結して作動する。レンズ２２は膜１０８の第二
表面上に一体的に構成されているから、これらのコンポ
ーネントは単一装置１００の一部として形成される。こ
の実施の形態では、図１１の接続層２４は不要である。
この実施の形態は使い捨て的性格の単一コンポーネント
だからである。排出液溜め１０２では、生体液はレンズ
２２と直接に接する。主液溜め１０４には補充孔１０９
を通じて液が補給される。
【００３１】図１４と図１５を参照する。図示されてい
るのは、ワンピース型使い捨てのピエゾ電気式液粒子排
出装置１１０のそれぞれ頂面図と側面図である。排出液
溜め１１２は、液溜め接続路１１６を介して主液溜め１
１４に接続される。生体液３８は、補充孔１１８を通じ
て主液溜め１１４に供給される。ピエゾ式アクチュエー
タ１２０は、排出液溜め１１２の下表面１２２に取り付
けられて作動する。排出液溜め１１２を規定する上表面
には排出ノズル１２４が形成されている。ピエゾ式アク
チュエータ１２０には電源１３０が接続されている。
【００３２】作動に際して、ピエゾ式アクチュエータ１
２０は電源１３０で駆動される。アクチュエータ１２０
は、下表面１２２と組み合わさって一体構造板を構成
し、印加された電圧の応答して撓み力を発生する。加え
られた撓み力によって、上記一体構造板は排出液溜め１
１２の方に移動し、排出液溜め１１２の容積を変え、排
出液溜め１１２からノズル１２４を通じて生体液に力を
加え、生体液粒子を排出させる。ノズル１２４のサイズ
は、排出される液粒子サイズに関する制御因子である。
【００３３】生体液粒子が排出液溜め１１２から排出さ
れるとき、排出液溜め１１２に働いている表面張力によ
って、主液溜め１１４に貯えられていた生体液が液溜め
接続路１１６経由で排出液溜め１１２に引き出され、生
体液レベルの補充が行われる。図１１に関連する議論と
同じように、十分な表面張力は、補充孔１１８のサイズ
と当構造の高さに基づいて働く重力の作用を考慮して得
られる。この実施の形態では、主液溜め１１４の内部の
大きさは、長さが１ｃｍで、高さが２．５ｍｍである。
ピエゾ電気式液粒子排出装置全体の幅は、図１５に示さ
れるように５ｍｍである。このサイズは小さいので、一
つのシステム構成に多数の排出装置を集合して設け、多
数の生体液を点々とプリントすることが可能になる。
【００３４】図１４で分かるように、ピエゾ式アクチュ
エータ１２０に接続される下表面部１２２は、ピエゾ電
気式液粒子排出装置１１０全体と一体構造となってい
る。この構造の場合は、装置１１０の生体液を使い切っ
てしまうと、装置１１０全体を捨てることになる。
【００３５】図１６と図１７を参照する。図示されてい
るのは、使い捨て部分と再使用部分とを有するワンピー
ス型ピエゾ電気式生体液粒子排出ユニット１４０のそれ
ぞれ側面図と頂面図である。使い捨て部分は薬剤カート
リッジ１４２と排出液溜め１４６とを備え、薬剤カート
リッジ１４２には、排出ノズル１４４が一体構造で付け
られている。排出液溜め１４６は、液溜め接続路１５０
経由で主液溜め１４８に接続されている。液溜め接続路
１５０を経由する主液溜め１４８から排出液溜め１４６
への生体液の送達は、表面張力による供給作用によって
起こる。また備えられているのは補充孔１５２である。
【００３６】ユニット１４０の再使用部分に備えられる
のは、アクチュエータ１６０で、これには電源１６２で
電力が供給される。ピエゾ式アクチュエータ１６０は再
使用可能なフレーム１６４の上に装着されている。
【００３７】フレキシブルな膜である下表面部１６６
は、例えば、ポリエチレン、ポリイミド、または他の薄
いプラスチック製であるが、排出液溜め１４６の一部を
規定し、再使用可能なフレーム１６４のダイアフラム１
６８の上表面部に接合される。ダイアフラム１６８は、
実施の形態の一つではステンレス鋼でよいが、ピエゾ式
アクチュエータ１６０に接合法または他の方法で取り付
けられ、ダイアフラム１６８は一体構造の一部分として
作用し、排出液溜め１４６内に必要な容積変化を起こさ
せて、排出ノズル１４４から生体液の液粒子を排出させ
る。カートリッジ１４２のフレキシブル膜１６６の作用
は、再使用可能部分フレーム１６４の容積変化を使い捨
て部分に伝えることである。
【００３８】更に別の実施の形態では、再使用可能部分
にフレキシブルなダイアフラム１６８を設け、その一表
面にピエゾ式アクチュエータを取り付け、生体液粒子を
排出するのに必要な容積変化を起こさせる。容器を製作
して接続液を入れ、この接続液をトランスデューサ／ダ
イアフラムと接触させることができる。この液がある
と、異なる容器表面に取り付けられた膜にトランスデュ
ーサ誘起の容積変化を伝達するのに助けになる。上記容
器の端の構造は、再使用可能部分と使い捨て部分との間
にハーメチックシールができるような構造とする。上記
容器には、接続液から気泡を除く（放出する）手段が設
けられる。容器の反対側の表面は、使い捨て部分と一緒
に組み立てる前は開いた状態である。
【００３９】使い捨て部分と再使用可能部分との間にハ
ーメチックシールが設けられ、再使用可能部分には非常
に薄い接続液が満たされ、トランスデューサの容積変化
を使い捨て部分に伝える。容積変化の歪みと吸収とを最
小限に抑えるために、この液中の気泡はすべて、再使用
可能部分の放出機構から放出することによって操作前に
取り除かれる。別の方法としては、例えば、グリースや
他の材料を塗布して、物理的接触が一層緊密になるよう
な方法も用いられる。
【００４０】当業者なら理解することであるが、他のピ
エゾ式アクチュエータ構造も、例えば、バルク（ｂｕｌ
ｋ）またはシアー（ｓｈｅａｒ）モード設計も本発明に
関して用いることができる。
【００４１】本発明で開示の生体液粒子排出装置は、主
液溜め１４８と排出液溜め１４６内の少量の生体液を用
いて機能する。例えば、主液溜め１４８は一例では、満
液状態で生体液は５０〜１５０マイクロリットル程度
で、排出液溜め１４６は満杯で５〜２５マイクロリット
ル程度である。従って、記載の排出装置の作動は極めて
少容量の生体液を用いて可能なことが分かる。生体液粒
子自体はピコリットルの範囲程度である。これは、使用
される多くの生体液が高価なことから見てこれら排出器
装置の価値ある特徴である。また、所要生体液が極めて
少量であるから、使い捨ての排出器装置を用いることは
魅力的なオプションである。
【００４２】理解しなければならないことは、記載の装
置は高効率で作動させることができるということであ
る。生体液のロスは殆ど生じない。これは、装置自体の
作動特性であるとともに、装置を作動させるのに必要な
生体液の量が非常に少ないという事実に起因する。特
に、システム内のロスは、最初に少量の生体液を使用す
るので存在することはするが、それでも作動の高効率は
達成可能である。好ましい実施の形態では、高効率と
は、通常操作で生体液の８０％以上を用いて行われるこ
とと定義される。
【００４３】前述の議論では、主液溜め１４８では液量
が５０〜１５０マイクロリットルで、排出液溜めでは５
〜２５マイクロリットル程度であるとされたが、これら
の量は、使用される液粒子サイズ、行われる液粒子プリ
ント量、使用される生体液タイプおよびその他のパラメ
ータに依存して変わる。
【００４４】主液溜めと排出液溜めに入っている生体液
の比は、２対１から１０対１が好ましい範囲である。こ
の範囲を用いると、開示されたある種の実施の形態で
は、所望の小容積を用いながら、生体液を吸出すのに用
いられる表面張力が得られる。しかし、生体液のコスト
や排出装置の使用目的などの因子に依存するが、この比
はもっと大きい値を用いることも可能である。
【００４５】図９，１３，１４，１５が開示するのは、
生体液の高効率使用とともに生体液使用容積が小さいと
いう特徴を備える使い捨ての液粒子排出装置である。こ
の使い捨て機能に関連する別の点は、汚染を避けること
で得られる利点である。当装置は使い捨て可能で、従っ
て低コストであるから、汚染を避けるには、洗浄操作を
要する機構を備えたある種のパーツを保守するのとは異
なって、単に機構全体を廃棄してしまえば可能である。
更に、使い捨て的性格があり、生体液が小容積しか要ら
ないので、ピエゾ電気式液粒子排出機構にとっては、ノ
ズル閉塞に関する問題が回避される。理解しなければな
らないことは、ノズルを長い間使っていればいるほど、
閉塞が起こりやすくなるということである。これが起こ
ると、実際の操作では、生体液の液粒子が望ましくなく
衛星のように散らばって広がり、不適当な個所に落ちる
恐れがあるので、出力結果に汚染現象が生じる。
【００４６】ピエゾ電気式液粒子排出機構では、初期操
作では目的の液粒子出力が得られないおそれがある。特
に、排出液溜め内に気泡が存在する場合は非球形の液粒
子あるいは適切なコンシステンシーやサイズを有してい
ない液粒子が排出されるおそれがある。最悪には液粒子
が全く製造されないこともある。従って、排出装置のプ
ライミング（呼び水操作）が望ましい。
【００４７】図１８は、本発明に用いることができるプ
ライミング（呼び水）接続機構１７０を示す。図１８に
示されるように、プライミング接続機構１７０は、排出
液溜め（１１２，１４６）から生体液を排出する構造の
ノズル（１２４，１４４）の上方に配置される。操作で
は、プライミング接続機構１７０としては、排出ノズル
（１２４／１４４）の上を移動するロボット装置を用い
ることができる。プライミング接続機構１７０は、真空
ユニット１７４に接続された永久使用の真空ノズル１７
２を備える。永久使用の真空ノズル１７２の周りに配置
されるのは、エラストマー材または他の好適な接続材料
で製造された使い捨てのチューブ１７６である。排出ノ
ズル（１２４，１４４）の上に配置された後、真空ノズ
ル１７２は下向きに移動し、使い捨てのチューブ１７６
をノズル（１２４，１４４）に軽く接触させる。真空作
用により、排出液溜め（１１２，１４６）から真空脱気
する。液高さ検出センサ１７８により、生体液がノズル
（１２４，１４４）内のレベルに達した時が決定される
ので、排出液溜め内の空気が確実に除かれる。このプラ
イミング操作を行うと、液粒子排出操作を初期において
も適切に行うことができる。
【００４８】前述の議論では、アパーチャ板または蓋４
４が音波式液粒子排出機構に関連して用いられるように
示されているが、本発明はアパーチャ板または蓋４４を
用いない場合でも用いることができる。これらの実施の
形態は、前述の図面に示されるアパーチャ板または蓋４
４を取り去ってみれば明白に理解することができると思
われる。本出願はそのような実施の形態も網羅するもの
である。
【００４９】理解しなければならないことは、前述の説
明は音波式液粒子排出装置とピエゾ電気式液粒子排出装
置の実施の形態についてなされているが、本発明の概念
は、他のタイプの液粒子排出機構にも、汚染を避けるの
が有用である他の生体液にも、例えば、他のインクから
離しておくことが望ましいインク印刷の場合にも拡張す
ることができる。また、個々の液粒子排出装置はサイズ
が非常に小さいので、排出装置を多重に備えたシステム
に本発明を実際に用いることができる。そのようなシス
テムは、何百〜何千以上という個々の液粒子排出装置を
有する液粒子排出装置ヘッドを備えるものである。
【００５０】更に理解しなければならないことは、前記
の説明に関する図は本発明を図示するものではあるが、
例示目的に図示されているにすぎない。図示の実施の形
態からは本発明の原理に従う多くの修正や適用が思考さ
れると思われる。従って、本発明の範囲は前記の特許請
求の範囲のみで規定されるものとする。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、異なる
生体液間の交差汚染は勿論のこと、液粒子排出装置と生
体液との間の汚染を回避する生体液粒子排出機構を提供
し、また生体液の微少流量を送出するに際して効率的に
行うことが可能な液粒子排出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の教示に従う薬剤カートリッジと液粒
子排出機構を示す図である。
【図２】 音波式液粒子排出機構内に挿入された薬剤カ
ートリッジの断面図である。
【図３】 液粒子排出機構に薬剤カートリッジを挿入し
たり液粒子排出機構から薬剤カートリッジを取出したり
する方法を示す図である。
【図４】 液粒子排出機構に薬剤カートリッジを挿入し
たり液粒子排出機構から薬剤カートリッジを取出したり
する方法を示す図である。
【図５】 キャップ付薬剤カートリッジを示す図であ
る。
【図６】 キャップ付薬剤カートリッジを示す図であ
る。
【図７】 一体構造のレンズ要素を備える薬剤カートリ
ッジである。
【図８】 トランスデューサが曲面レンズに接して設け
られている実施の形態を示す図である。
【図９】 ワンピース型音波式液粒子排出機構を示す図
で、生体液を隔離して設ける構造を備えている図であ
る。
【図１０】 別の形のツーピース型音波式液粒子排出機
構の頂面と側面とをそれぞれ示す図である。
【図１１】 別の形のツーピース型音波式液粒子排出機
構の頂面と側面とをそれぞれ示す図である。
【図１２】 別の形のワンピース型音波式液粒子排出機
構の頂面と側面とをそれぞれ示す図である。
【図１３】 別の形のワンピース型音波式液粒子排出機
構の頂面と側面とをそれぞれ示す図である。
【図１４】 ワンピース型ピエゾ電気式液粒子排出機構
を示す図である。
【図１５】 ワンピース型ピエゾ電気式液粒子排出機構
を示す図である。
【図１６】 ツーピース型ピエゾ電気式液粒子排出機構
を示す図である。
【図１７】 ツーピース型ピエゾ電気式液粒子排出機構
を示す図である。
【図１８】 ワンピース型とツーピース型ピエゾ電気式
液粒子排出に関連して用いられる使い捨てのプライミン
グ接続構造を示す図である。
【符号の説明】
１０，６０，８０，１００，１１０ 液粒子排出装置、
１２，６２，８２，１０２ 薬剤カートリッジ、１４，
９０ 液粒子排出機構、１６ トランスデューサ、１
８，１３０，１６２ 電源、２０，１０７ 基板、２
２，５６，５８，５９ レンズ、２４ 音響接続層（音
響接続液）、２６，２８，３１，６４，６６，６８ 壁
面、３０ チャンバ、３６，７０，９２，１０８，１６
６ 膜、６６，６８，１２２ 表面、３８ 生体液、４
０ メニスカス、４２ 生体液粒子、４４ 蓋、４５
アパーチャ、４７ リップ、４８ フランジ、５０ ノ
ッチ、５２ キャップ（シール）層、５４ キャップ構
造、５５ 削ぎナイフ、１２０，１６０ アクチュエー
タ、８４，１０２，１１２，１２２，１４６ 排出液溜
め、８６，１０４，１１４，１４８ 主液溜め、８８，
１０６，１１６，１５０液溜め接続路、９４，１０９，
１１８，１５２ 補充孔、１２４，１４４ 排出ノズ
ル、１６４ フレーム、１６８ ダイアフラム、１７０
プライミング接続機構、１７２ 真空ノズル、１７４
真空ユニット、１７６ チューブ、１７８ 液高さ検
出センサ。
フロントページの続き (72)発明者 ベイバー ビー ハディミオグル アメリカ合衆国 カリフォルニア州 マウ ンテン ビュー オークツリー ドライブ 323 (72)発明者 リチャード エイチ ブルース アメリカ合衆国 カリフォルニア州 ロス アルトス アルフォード アベニュー 1956 (72)発明者 ジョイ ロイ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 サン ノゼ エクセター コート 5931 (72)発明者 スコット エイ エルロッド アメリカ合衆国 カリフォルニア州 ラ ホンダ シーニック ドライブ 401 Ｆターム(参考） 2G045 BA01 HA09 HA13 HA14 2G052 AA28 AD26 AD46 CA07 DA12 DA15 FC04 FC06 JA07 JA11

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 生体液粒子を排出する生体液粒子排出装
    置であって、 小容積の生体液を保有する生体液保有器と、 単一の使い捨て装置として前記生体液保有器と一体化さ
    れ、前記生体液保有器から生体液の液粒子を排出するよ
    うに構成されたトランスデューサと、を有する生体液粒
    子排出装置。
  2. 【請求項２】 生体液粒子を排出する生体液粒子排出装
    置であって、 生体液粒子を排出するのに用いられるエネルギーを発生
    するトランスデューサを備える生体液粒子排出機構と、 生体液を汚染の無い状態に保有する生体液保有器であっ
    て、前記液粒子排出機構を作動すると、生体液が生体液
    粒子として排出されるように前記液粒子排出機構に接続
    された生体液保有器と、を有する生体液粒子排出装置。
  3. 【請求項３】 前記生体液粒子排出機構と薬剤カートリ
    ッジとが単一の使い捨て装置として構成される請求項２
    記載の生体液粒子排出装置。
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