JP2003172744A - 非接触型微量液滴下方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定範囲内の金属薄膜表面に傷や接触痕等の
ダメージを与えることなく、微量の液体を測定基板上に
滴下することができる非接触型微量液滴下方法を提供す
る。 【解決手段】 本発明に係る基板１２の表面へ滴下部２
の先端から液体１４を滴下する非接触型微量液滴下方法
は、（ｉ）前記基板１２の表面と前記滴下部２の先端と
の間の静電容量を測定し、（ｉｉ）予め求めた前記基板
１２の表面と前記滴下部２の先端との間の距離及び静電
容量の相関関係に基づき、前記滴下部２の先端に生成さ
れた液滴１４のみを前記基板１２の表面に接触させるよ
うに、測定された静電容量に従って前記基板１２の表面
に対する前記滴下部２の位置を制御する、ことを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非接触型微量液滴
下方法及び装置に関し、特に、表面プラズモン共鳴を利
用した微量試料計測装置用の測定基板の金属薄膜上に微
量の生体試料やカップリング材を滴下する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＤＮＡ検査等のためにガラス製の
測定基板に微量の液体試料を滴下させる場合には、ペン
先のような形状をした金属製のピンの先端に液滴を付け
て、ガラス製の測定基板に直接接触をさせて行ってい
た。

【０００３】一方、従来より、生化学的反応の進行に伴
う物質の物理化学的な変化量を検出する方法として、表
面プラズモン共鳴現象を用いた表面プラズモン共鳴セン
サ装置が知られている。これは、例えば、ガラス製の測
定基板の表面に金や銀等の金属薄膜を真空蒸着等の既知
の成膜技術を用いて形成し、測定基板側から金属薄膜と
の界面に向かって全反射条件を満足する角度でレーザ光
線を照射すると、特定の入射角の時に、金属薄膜に表面
プラズモン共鳴が励起されるというものである。

【０００４】このような装置に用いられる測定基板で
は、平板状の基板上に成膜された金属薄膜上に、計測対
象である生体試料、すなわちリガンド試料（ＤＮＡも含
む）が付着される。また、金属薄膜とリガンド試料との
間の接合性を改善するために、予めカップリング材を金
属薄膜上に塗布しておく場合もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、表面プ
ラズモン共鳴センサ装置に用いる測定基板のように、ガ
ラス製の基板上に金属薄膜が成膜されている場合には、
金属製のピン先に液滴を付けて直接接触をさせると、測
定範囲の金属薄膜表面に傷や接触痕等のダメージを与え
てしまい、表面プラズモン共鳴現象が的確に生じ得ない
という問題点があった。

【０００６】また、滴下させる生体試料やカップリング
材は、非常に微量なため、金属薄膜表面の凹凸や傷等に
より、塗布範囲における滴下された生体試料等の濃度が
不均一になってしまい、位置決め誤差による測定値への
影響が少なくないという不具合も生じていた。

【０００７】従って、本発明は、上述した従来の技術の
問題を解決するためになされたもので、測定範囲内の金
属薄膜表面に傷や接触痕等のダメージを与えることな
く、微量の液体を測定基板上に滴下することができる非
接触型微量液滴下方法を提供することを主な目的とする
ものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、請求項１に記載の本発明に係る基板の表面へ滴下部
の先端から液体を滴下する非接触型微量液滴下方法は、
（ｉ）前記基板表面と前記滴下部の先端との間の静電容
量を測定し、（ｉｉ）予め求めた前記基板表面と前記滴
下部の先端との間の距離及び静電容量の相関関係に基づ
き、前記滴下部の先端に生成された液滴のみを前記基板
表面に接触させるように、測定された静電容量に従って
前記基板表面に対する前記滴下部の位置を制御する、こ
とを特徴とする。

【０００９】上記のような構成により、滴下部の先端を
基板表面に直接接触さることなく液体を滴下することが
でき、基板表面に傷や接触痕等のダメージを与えること
がない。

【００１０】前記基板表面と滴下部の先端との間の距離
及び静電容量の相関関係は、前記基板表面の形状を変位
計で測定し、測定された情報に基づき前記滴下部の位置
を制御し、該滴下部と前記基板表面との間の静電容量を
測定する、ことにより求められるのが好ましい。このよ
うな構成により、基板表面上の如何なる位置において
も、同じ状態で液体を滴下できるので、位置決め誤差に
よる測定値への影響を低減することができる。

【００１１】また、前記液体を常に攪拌したり、あるい
は、前記液体を、該液体の貯蔵タンクと前記滴下部との
間で循環させることが好ましい。このような構成によ
り、液滴の濃度の均一性が高くなる。

【００１２】さらに、前記滴下部の先端に生成された前
記液滴を定量化するために、該液滴の形状を測定するこ
とも望ましい。このような構成により、最適化した形状
時に液滴を基板表面に接触させることができ、液滴の濃
度の均一化をさらに高めることができる。

【００１３】なお、前記基板に、薄膜を成膜することも
できる。非接触で液体を滴下するため、ダメージを与え
ないという効果がより顕著にあらわれる。

【００１４】また、別の局面によれば、本発明に係る非
接触型微量液滴下装置は、（ｉ）液滴を滴下する滴下部
と、（ｉｉ）前記液滴が滴下される基板の表面上の測定
範囲外の領域で該基板と接触する接触部であって、該接
触部が前記基板表面に接触する際に、該基板表面と前記
滴下部との間に、前記滴下部の先端に生成される液滴よ
り小さな隙間を維持するように構成された該接触部と、
（ｉｉｉ）予め求めた前記基板表面と前記滴下部との間
の距離及び静電容量の相関関係に基づき、測定された静
電容量に従って前記基板表面に対する前記滴下部の位置
を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。

【００１５】接触部は、基板表面上の測定範囲外の領域
で基板と接触するため、測定範囲内に傷などが付くこと
がないと共に、滴下部と基板表面との間に所定の隙間を
維持するため、決して滴下部の先端が基板表面に接触す
ることがない。

【００１６】

【発明の実施の形態】［第１の実施形態］次に、本発明
の第１の実施の形態を、図１から図３を参照しながら説
明する。図１において、本発明に係る非接触型微量液滴
下装置により液滴１４を滴下される測定基板１２は、例
えば、表面プラズモン共鳴を利用した微量試料計測装置
に供されるものであり、図示しない金属薄膜が表面に成
膜されている。また、滴下される液滴１４としては、測
定されるべき生体試料（リガンド試料）やカップリング
材を用いている。

【００１７】図１において、非接触型微量液滴下装置
は、測定基板１２に生体試料の液滴１４を滴下する滴下
部２と、この滴下部２に直接取付けられた接触部８とを
備えており、これらは、測定基板１２に対して垂直方向
（矢印Ｚ方向）に上下動できるようになっていると共
に、測定基板と平行な面内（矢印Ｘ−Ｙ方向）において
も前後左右方向に移動できるようになっている。滴下部
２の先端側には、針状部４がばね要素６を介して取付け
られており、このばね要素６を上下動させることによ
り、針状部４の先端に液滴が形成され、測定基板１２の
金属薄膜上に滴下される。このように、滴下部２の先端
側を針状にしておくと、微量の液滴を形成させ易い。な
お、滴下部２の先端側の針状部４の形状は、先端におい
て微量の液滴を形成し得るものであれば、如何なる形状
でもかまわない。また、この実施形態においては、ばね
要素６を上下動させることにより、針状部４の先端に液
滴を形成し滴下したが、本願発明はこれに限定されるも
のではなく、開閉弁を制御することにより液滴を形成し
滴下してもよい。

【００１８】接触部８は、図１（ｂ）に示した測定基板
１２の測定範囲１０の外側で、この測定基板１２の金属
薄膜の表面に接触し得るように構成されている。また、
接触部８が測定基板１２の金属薄膜表面に接触する際に
は、測定基板１２の金属薄膜表面と針状部４の先端との
間に、針状部４の先端に形成される液滴１４の直径より
小さな隙間Ｓを維持するように構成されている。接触部
８が測定基板１２の金属薄膜表面に接触した際に、この
ような隙間Ｓを維持することで、針状部４は、決して金
属薄膜表面と接触することがない。なお、接触部８は、
直接針状部４に取付けられているため、接触部８と針状
部４とを一体成形することもできるし、これらを別個独
立して成形することもできる。また、例えば、針状部４
と同期的に駆動して、金属薄膜表面に接触する際に、針
状部４の先端側に隙間Ｓを形成するようになっていれ
ば、接触部８は、針状部４や滴下部２に直接取付けられ
ている必要はない。

【００１９】図２には、非接触型微量液滴下装置に取付
けられた変位計１６が、図３には、静電容量型変位計１
８が各々開示されている。変位計１６は、測定基板１２
の金属薄膜表面の微小な凹凸形状を予め測定し、この測
定値に基づき針状部４の位置を制御するようになってい
る。静電容量型変位計１８は、金属薄膜と針状部４との
間の静電容量を測定し、予め求めた金属薄膜表面からの
変位と静電容量との相関関係に従って、測定した静電容
量から得られる変位情報に基づき針状部４の位置をフィ
ードバック制御するようになっている。ここで、測定基
板１２に成膜された金属薄膜と針状部４とは、帯電する
ような物質であれば、如何なるもので作成しても良い。
なお、これらの変位計１６及び１８と、滴下部２と、そ
して針状部４等とは、図示しない制御装置に接続されて
おり、各々その位置などを駆動制御される。

【００２０】以下に、上記のような構成の非接触型微量
液滴下装置を用いた液体の滴下方法を説明する。先ず最
初に、図２及び図３に示すように、変位計１６によって
測定基板１２に成膜された金属薄膜表面の凹凸形状を測
定し、その測定された情報に基づいて、針状部４の位置
を制御する。それから、静電容量型変位計１８によって
金属薄膜表面と針状部４との間の静電容量を測定し、予
め金属薄膜表面からの針状部４の変位と静電容量との相
関関係を求めておく。

【００２１】次に、静電容量型変位計１８によって、針
状部４により液体を滴下したい位置における静電容量を
測定し、予め求めた相関関係から変位情報を引き出し、
この変位情報に基づいて、図１のように針状部４の先端
に液滴１４を形成させながら針状部４を所定位置に移動
させ、液滴１４のみを測定基板１２の金属薄膜表面に接
触させて、金属薄膜に液滴を滴下させる。この際、接触
部８により、針状部４の先端が測定基板１２の金属薄膜
表面に接触することが確実に回避されるので、金属薄膜
表面に傷や接触痕等のダメージを与えることがない。

【００２２】［第２の実施形態］次に、図４を用いて、
本発明の第２の実施形態を説明する。図４に示す実施形
態では、滴下部２に関連する接触部８や変位計１６及び
１８などは、第１の実施形態と同様な構成であるので、
説明を省略する。

【００２３】図４において、非接触型微量液滴下装置の
滴下部２は、管路２４を介してポンプ２０に接続されて
おり、ポンプ２０は、管路２６を介してタンク２２に接
続されている。タンク２２の内部には、滴下部２の針状
部４から滴下される液体が貯蔵されている。また、タン
ク２２には、内部に貯蔵されている液体を攪拌する攪拌
装置２３が設けられている。

【００２４】このような構成によれば、タンク２２の内
部で液体を常に攪拌することができるので、ポンプ２０
を介して非接触型微量液滴下装置の滴下部２の針状部４
から滴下される液滴１４の濃度を、より均一にすること
ができる。そのため、測定基板１２（図１参照）の塗布
範囲における生体試料、すなわち液体の濃度が平均化さ
れ、測定する際の位置決め誤差による測定値への影響を
低減することができる。

【００２５】［第３の実施形態］次に、図５を用いて、
本発明の第３の実施形態を説明する。図５に示す実施形
態では、図４に示した第２の実施形態に加えて、さら
に、非接触型微量液滴下装置の滴下部２からタンク２２
へ液体を循環させる管路２８が設けられている。

【００２６】このような構成によれば、非接触型微量液
滴下装置の滴下部２とタンク２２との間で、液体を常に
循環させることができるので、滴下部２の針状部４から
滴下される液滴１４の濃度を、さらに均一にすることが
できる。そのため、測定基板１２（図１参照）の塗布範
囲における生体試料、すなわち液体の濃度が平均化さ
れ、測定する際の位置決め誤差による測定値への影響を
低減することができる。

【００２７】［第４の実施形態］次に、図６を用いて、
本発明の第４の実施形態を説明する。図２に示す実施形
態では、滴下部２に関連する接触部８や変位計１６及び
１８などは、第１の実施形態と同様な構成であるので、
説明を省略する。

【００２８】図６において、センサ３０は、針状部４の
先端に形成された液滴１４の形状を計測するものであ
る。例えば、測定基板１２（図１参照）の金属薄膜表面
に接触する前の液滴１４に、ミクロンオーダの光を照射
し、その散乱光の広がりをセンサ３０で計測することに
より、液滴１４の大きさ（形状）を非接触で測定するこ
とができる。センサ３０で測定されたデータは、図示し
ない制御装置等を介して、ポンプ２０にフィードバック
される。

【００２９】このように針状部４の先端に形成された液
滴１４の形状を計測することにより、ポンプ２０により
送給される液体の量を制御すれば、液滴１４の大きさを
制御することが可能となる。その結果、最適化された形
状の液滴１４を測定基板１２の金属薄膜表面に接触させ
ることができ、液滴１４の定量化を図ることができる。
なお、センサ３０で測定されたデータは、本実施形態の
如くポンプ２０にフィードバックしなくても、例えば、
図１で示したばね要素６や図示しない開閉弁などへフィ
ードバックして、針状部４の先端に形成される液滴１４
の大きさを制御できればよい。また、第１の実施形態乃
至第４の実施形態は、各々組合わせて用いることができ
る。

【００３０】以上、一連の実施形態においては、測定基
板１２の表面に、金や銀などの金属薄膜（図示せず）
を、例えば、イオンプレーティング法、スパッタ法、蒸
着法等の周知の方法を用いて成膜した場合について説明
したが、薄膜としては、金属だけでなく、例えばシリコ
ンからなる半導体薄膜を使用することもできる。このよ
うな薄膜を用いても、上述したように、帯電するからで
ある。また、表面に薄膜を成膜することなしに、単なる
測定基板１２を用いても、測定基板１２の表面と接触す
ることなしに、液滴を滴下することができるので、表面
を傷つけないという同様な効果を得ることができる。

【００３１】一連の実施形態においては、金属薄膜上
に、計測対象である生体試料、すなわちリガンド試料
（ＤＮＡも含む）や、金属薄膜とリガンド試料との間の
接合性を改善するためのカップリング材を塗布する場合
について説明したが、このカップリング材として予め付
着させておく物質としては、抗体や酵素等のタンパク
質、ＤＮＡ等の生体由来物質、あるいは、その他の物質
を選択的に吸着あるいは物体と反応する様々な物質が考
えられる。そして、これらのカップリング材に付着した
生体試料の試料により、ＤＮＡの特定の成分の識別や、
タンパク質や核酸のハイブリダイゼーション、抗体アッ
セイ、ＤＮＡチップ（あるいはＤＮＡアレイ）を検出す
ることができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明に係る基板の表面へ滴下部の先端
から液体を滴下する非接触型微量液滴下方法は、（ｉ）
前記基板表面と前記滴下部の先端との間の静電容量を測
定し、（ｉｉ）予め求めた前記基板表面と前記滴下部の
先端との間の距離及び静電容量の相関関係に基づき、前
記滴下部の先端に生成された液滴のみを前記基板表面に
接触させるように、測定された静電容量に従って前記基
板表面に対する前記滴下部の位置を制御するので、滴下
部の先端を基板表面に直接接触さることなく液体を滴下
することができ、基板表面に傷や接触痕等のダメージを
与えることを回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る第１の実施形態を示す概要図で
ある。

【図２】 図１に示した第１の実施形態の測定原理を説
明するための概要図である。

【図３】 図１に示した第１の実施形態の測定原理を説
明するための概要図である。

【図４】 本発明に係る第２の実施形態を示す概要図で
ある。

【図５】 本発明に係る第３の実施形態を示す概要図で
ある。

【図６】 本発明に係る第４の実施形態を示す概要図で
ある。

【符号の説明】

２…滴下部、４…針状部、６…ばね要素、８…接触部、
１０…測定範囲、１２…測定基板、１４…液滴、１６…
変位計、１８…静電容量型変位計、２０…ポンプ、２２
…タンク、２３…攪拌装置、２４，２６，２８…管路、
３０…センサ。

フロントページの続き (72)発明者 坂井 琢磨 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 (72)発明者 犬塚 博誠 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 (72)発明者 内海 淳 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 Ｆターム(参考） 2F063 AA22 BB05 BC05 BC10 CA28 DA01 DA05 HA01 HA04 2G058 AA09 CC11 EA03 EA11 EA14 ED12 GA02 GB10 2G059 BB04 BB12 CC16 DD12 EE02 GG01 PP02

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の表面へ滴下部の先端から液体を滴
   下する方法であって、 前記基板表面と前記滴下部の先端との間の静電容量を測
   定し、 予め求めた前記基板表面と前記滴下部の先端との間の距
   離及び静電容量の相関関係に基づき、前記滴下部の先端
   に生成された液滴のみを前記基板表面に接触させるよう
   に、測定された静電容量に従って前記基板表面に対する
   前記滴下部の位置を制御する、非接触型微量液滴下方
   法。
2. 【請求項２】 前記基板表面と滴下部の先端との間の距
   離及び静電容量の相関関係は、前記基板表面の形状を変
   位計で測定し、測定された情報に基づき前記滴下部の位
   置を制御し、該滴下部と前記基板表面との間の静電容量
   を測定する、ことにより求められる請求項１に記載の非
   接触型微量液滴下方法。
3. 【請求項３】 さらに、前記液体を常に攪拌する請求項
   １または２に記載の非接触型微量液滴下方法。
4. 【請求項４】 さらに、前記液体を、該液体の貯蔵タン
   クと前記滴下部との間で循環させる請求項１または２に
   記載の非接触型微量液滴下方法。
5. 【請求項５】 さらに、前記滴下部の先端に生成された
   前記液滴を定量化するために、該液滴の形状を測定する
   請求項１乃至４に記載の非接触型微量液滴下方法。
6. 【請求項６】 前記基板には、薄膜が成膜されている請
   求項１乃至５に記載の非接触型微量液滴下方法。
7. 【請求項７】 液滴を滴下する滴下部と、 前記液滴が滴下される基板の表面上の測定範囲外の領域
   で該基板と接触する接触部であって、該接触部が前記基
   板表面に接触する際に、該基板表面と前記滴下部との間
   に、前記滴下部の先端に生成される液滴より小さな隙間
   を維持するように構成された該接触部と、 予め求めた前記基板表面と前記滴下部との間の距離及び
   静電容量の相関関係に基づき、測定された静電容量に従
   って前記基板表面に対する前記滴下部の位置を制御する
   制御装置と、を備える非接触型微量液滴下装置。