JP2004313891A - Method and device for discharging droplet - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液滴吐出方法、及び液滴吐出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年における遺伝子構造の解析方法の進歩にはめざましいものがあり、ヒトの遺伝子をはじめとして、多数の遺伝子構造が明らかにされてきている。このような遺伝子構造の解析には、顕微鏡スライドグラス等の基板上に数千から一万種類以上の異なる種類のDNA断片をスポットとして整列固定させて被検査体とし、これを顕微鏡等で観察するなどの方法が採られている。
【0003】
しかし、このような被検査体の作製のように、数千以上のものを作製する場合、その操作を全て人手で行うのでは極めて効率が悪く、従って、自動化が望まれている。
自動化を行うための一つの手法として、試薬等の液状体を吐出して被検査体に充填する充填装置を用いることが考えられる。液状体を吐出する充填装置としては、例えば従来よりプリンターなどに用いられているインクジェット装置(例えば、特許文献1参照。)と称される液滴吐出装置がある。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−324505号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前記の液滴吐出装置は、その吐出ヘッドの後方に液溜めタンクを設置し、ここから液状体を吐出ヘッドに供給して吐出ヘッドのノズルより液滴(液状体)を吐出するのが一般的である。
ところが、前述したようなDNA断片を用いる被検査体などの作製では、使用するDNA等の検体が希少であり、また使用する試薬も高価な場合が多い。従って、試料となる液状体を液溜めタンク、及び液溜めタンクから吐出ヘッドに至る経路中に多量に貯留し、これを吐出ヘッドに供給し、吐出するのは困難である。
【0006】
なぜなら、前述したように液溜めタンクを設けた場合では、この液溜めタンクから吐出ヘッドに至る経路中に液状体を充填させなければならず、しかも混入した空気(気泡)を取り除くため試しの液状体吐出を行わなければならず、従って、多量の液状体(試料)を必要とするとともに、多くを無駄にしてしまうことになり、コスト的に不利になり、また希少である液状体には基本的に適用できないからである。
【0007】
これに対し、上記の希少な液状体を取り扱う場合の困難性を回避するべく、液状体を吐出ヘッドのノズルから必要な分だけ吸引し、吐出ヘッドに充填する方法が提案されている。この方法によれば、液溜めタンク等に液状体を貯留する必要がなく、コスト的に有利になる。
【0008】
しかしながら、この方法においては、液状体をノズルから吸引することにより気泡が発生し、気泡が吐出ヘッド内に残留してしまうだけでなく、ノズル径よりも小径の微粒子等のゴミが残留してしまうという問題がある。更には、残留した気泡や微粒子等を取り除くには、より多くの液状体を吸引する必要があり、結果として液状体に無駄が生じてしまうという問題がある。
【0009】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高価な試薬や希少な検体等についてもこれを容易にかつ確実に充填することができると共に、液状体中への気泡や微粒子等の残留を抑制することが可能となる、液滴吐出方法、及び液滴吐出装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の液滴吐出方法は、液状体を貯留するキャビティと、該キャビティに連通するノズルと、キャビティ内に貯留された液状体をノズルより吐出させるための吐出手段とを有した吐出ヘッドを用いて液状体を所望箇所に吐出する液滴吐出方法であって、液状体に含まれる不純物を当該液状体が流動する流路内から除去する工程を具備することを特徴とする。
【0011】
この液滴吐出方法によれば、キャビティに貯留した液状体を吐出手段によってノズルより吐出させるようにしたので、吐出手段によってキャビティからノズルを介して前記液状体を吐出することができる。また、液状体が多量に貯留される貯留タンクと前記キャビティとを前記流路を介して接続した場合には、当該多量の液状体を前記ノズルから連続的に吐出することができる。更に、液状体に含まれる不純物を流路内から除去する際に、不純物と共に除去する液状体の量を最小限に抑えることが可能となり、従って、液状体が高価であったり希少である場合にも、液状体を無駄にすることなく不純物の除去の可能が可能となる。更に、このように不純物が流路内から除去されるので、当該不純物が吐出ヘッド内に残留することがなく、液状体の吐出を良好に行うことができる。
【0012】
また、前記液滴吐出方法においては、前記不純物を除去する工程は、前記流路の内部及び外部を連通状態にする開閉弁を開いて行うことが好ましい。
この液滴吐出方法によれば、前記開閉弁を開くことにより、前記流路の内部と外部とが連通状態となる。前記不純物が例えば気泡である場合には、気泡は連通状態にある当該流路の内部から外部へ移行するので、前記流路から当該気泡を除去することができる。即ち、開閉弁を開くことにより、前記気泡を除去することができる。なお、当該開閉弁においては、内部と外部とが連通した状態で前記気泡を吸引除去してもよい。
【0013】
また、前記液滴吐出方法においては、予め用意した液状体に前記ノズルを接触させて、当該液状体を当該ノズルに供給する工程と、前記キャビティ側に接続された前記流路から吸引することにより、前記ノズルを介して前記液状体を前記流路側に吸引する工程とを更に具備することが好ましい。
この液滴吐出方法によれば、ノズルから液状体を吸引してキャビティ内に貯留し、その後、貯留した液状体を吐出手段によってノズルより吐出させるようにしたので、吐出手段によってキャビティからノズルを介して吐出できる最少限の量だけ液状体を吐出ヘッドに吸引することが可能となり、従って、液状体が高価であったり希少である場合にも、液状体を無駄にすることなく少量の吐出を可能にすることができる。
【0014】
また、本発明の液滴吐出装置では、液状体を貯留するキャビティと、該キャビティに連通するノズルと、前記キャビティ内に貯留された液状体を前記ノズルより吐出させるための吐出手段とを有した吐出ヘッドを備えてなる液滴吐出装置であって、前記吐出ヘッドの前記キャビティ側に接続され、前記液状体が流動する流路と、前記液状体に含まれる不純物を前記流路内から除去する除去手段とを具備することを特徴とする。
【0015】
この液滴吐出装置によれば、キャビティに貯留した液状体を吐出手段によってノズルより吐出させるようにしたので、吐出手段によってキャビティからノズルを介して前記液状体を吐出することができる。また、液状体が多量に貯留される貯留タンクを設けて、当該貯留タンクと前記キャビティとを前記流路を介して接続した場合には、当該多量の液状体を前記ノズルから連続的に吐出することができる。更に、液状体に含まれる不純物が除去手段によって流路内から除去されるので、当該不純物が吐出ヘッド内に残留することがなく、液状体の吐出を良好に行うことができる。
【0016】
この液滴吐出装置においては、前記除去手段は前記流路の少なくとも一部に設けられ、当該流路の内部及び外部を連通状態にする開閉弁を備えていることが好ましい。
この液滴吐出装置によれば、前記開閉弁を開くことにより、前記流路の内部と外部とが連通状態となる。前記不純物が例えば気泡である場合には、気泡は連通状態にある当該流路の内部から外部へ移行するので、前記流路から当該気泡を除去することができる。即ち、流路の所望の位置に前記除去手段を設けることにより、前記気泡を除去することができる。なお、当該除去手段においては、吸引手段を設けて流路の内部と外部とが連通した状態で前記気泡を吸引除去してもよい。
【0017】
この液滴吐出装置においては、前記流路は底部と頂部とを備えた曲部を有し、当該曲部の頂部に前記除去手段が設けられていることが好ましい。
この液滴吐出装置によれば、流路の曲部に存在する気泡の浮力の作用により、前記気泡が前記底部側から前記頂部側に移行するので、当該頂部に気泡を集中することができる。
【0018】
この液滴吐出装置においては、予め用意した液状体に前記ノズルを接触させて、当該液状体を当該ノズルに供給する液状体供給部と、前記キャビティ側に接続された前記流路から吸引することにより、前記ノズルを介して前記液状体を前記流路側に吸引する吸引手段とを更に具備することが好ましい。
この液滴吐出装置によれば、吸引手段によって液状体を液状体供給部からノズルに供給し、更に吸引してキャビティ内に貯留する。その後、貯留した液状体を吐出手段によってノズルより吐出させるようにすれば、吐出手段によってキャビティからノズルを介して吐出できる最少限の量だけ液状体を吐出ヘッドに吸引することが可能となり、即ち、液状体が高価であったり希少である場合にも、液状体を無駄にすることなく少量の吐出を可能にすることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図1(a)、(b)は本発明の液滴吐出装置の一例を示す図であり、図1(a)中符号1は液滴吐出装置である。この液滴吐出装置1は、吐出ヘッド2と、吐出するための液状体を貯留する容器3と、液状体に含まれる気泡(不純物)を除去するための除去手段4と、吐出ヘッド2内に液状体を吸引するための吸引手段を備えた圧力コントローラ5とを備えて構成されたものである。
【0020】
吐出ヘッド2は、図2(a)に示すように例えばステンレス製のノズルプレート12と振動板13とを備え、両者を仕切部材(リザーバプレート)14を介して接合したものである。ノズルプレート12と振動板13との間には、仕切部材14によって複数のキャビティ15…とリザーバ16とが形成されており、これらキャビティ15…とリザーバ16とは流路17を介して連通している。
【0021】
各キャビティ15とリザーバ16の内部とは液状体で満たされるようになっており、これらの間の流路17はリザーバ16からキャビティ15に液状体を供給する供給口として機能するようになっている。また、ノズルプレート12には、キャビティ15から液状体を噴射するための孔状のノズル18が縦横に整列した状態で複数形成されている。一方、振動板13には、リザーバ16内に開口する孔19が形成されており、この孔19には流路24を介して前記除去手段4が接続されている。
【0022】
また、振動板13のキャビティ15に向く面と反対の側の面上には、図2(b)に示すように圧電素子(ピエゾ素子)20が接合されている。この圧電素子20は、一対の電極21、21間に挟持され、通電により外側に突出するようにして撓曲するよう構成されたもので、本発明における吐出手段として機能するものである。
【0023】
このような構成のもとに圧電素子20が接合された振動板13は、圧電素子20と一体になって同時に外側へ撓曲し、これによりキャビティ15の容積を増大させる。すると、キャビティ15内とリザーバ16内とが連通しており、リザーバ16内に液状体が充填されている場合には、キャビティ15内に増大した容積分に相当する液状体が、リザーバ16から流路17を介して流入する。
そして、このような状態から圧電素子20への通電を解除すると、圧電素子20と振動板13はともに元の形状に戻る。よって、キャビティ15も元の容積に戻ることから、キャビティ15内部の液状体の圧力が上昇し、ノズル18から液状体の液滴22が吐出される。
【0024】
また、前記流路17には、これの開閉をなすための電磁弁23が設けられている。従って、電磁弁23が閉じられると、キャビティ15とリザーバ16との間が閉じられ、これによりキャビティ15内の液状体の、リザーバ16側への逆流が確実に防止される。すなわち、後述するように液状体を少量しか吸引できない場合、リザーバ16に液状体が十分満たされないことがあるが、そのような状態でノズル18から液状体を吐出させる場合に、電磁弁23によってキャビティ15とリザーバ16との間の流路17を閉じておくことにより、液状体をリザーバ16側に逆流させることなくノズル18側から吐出させることができるようになっているのである。
【0025】
なお、吐出ヘッド2の吐出手段としては、前記の圧電素子(ピエゾ素子)20を用いた電気機械変換体以外でもよく、例えば、エネルギー発生素子として電気熱変換体を用いた方式や、帯電制御型、加圧振動型といった連続方式、静電吸引方式、更にはレーザーなどの電磁波を照射して発熱させ、この発熱による作用で液状体を吐出させる方式を採用することもできる。
【0026】
容器3は、本発明における液状体供給部となるもので、図1(a)に示したようにその内部に液状体Lを貯留するものである。この容器3としては、その内部に前記吐出ヘッド2を入れて貯留した液状体中に吐出ヘッドを浸漬することができる形状・大きさであれば、特に限定されることなくいずれのものも使用可能であり、例えばビーカーやシャーレ、更には試薬を入れるガラス瓶などが用いられる。ただし、特にその材質については、用いる液状体の種類に応じて、この液状体を変質させないものを用いる必要があるのはもちろんである。
【0027】
除去手段4は、図1(a)に示すように流路24の一部分に設けられたものである。更に、図3(a)に示すように、分岐部31と、分岐配管32と、除去口33と、開閉弁34、35とから構成されている。
流路24は、気泡を容易に目視により確認できる透明配管等からなり、その材料としては樹脂等からなるフレキシブルチューブ、又はガラス管等が好ましい。また、流路24は、底部24aと頂部24bとを備えた曲部を有しており、除去手段4は頂部24bに設けられている。また、吐出ヘッド2及び圧力コントローラ5は底部24a側に設けられている。
分岐部31は、流路24と分岐配管32との接続箇所であり、例えばT字配管等を用いたり、流路24に孔部を設けて分岐管32を直接的に接続してもよい。また、材料としては流路24と同一材料であることが好ましい。
除去口33は、流路24内の気泡を外部に取り出す部位であり、鉛直方向を向いていることが好ましい。
開閉弁34、35のそれぞれは、後述するように気泡が流路内にある場合に、開くことにより、液状体に含まれる気泡を除去するものである。また、その開閉弁34、35の種類としては、電磁力の作用を利用した電磁弁や、空気圧の作用を利用した圧空弁、もしくは作業者自身が開閉作業を行う手動弁等が採用される。ここで、電磁弁や圧空バルブ等を用いる場合には、開閉弁34、35を自動的に駆動させる制御部を設けてもよい。なお、本例においては、開閉弁34、35のそれぞれを駆動する場合について説明するが、これらを一般に市販されている三方弁に代替してもよい。
このような構成を有する除去手段4は、図1(a)に示すように2箇所設けているが、単数もしくは、3箇所以上設けてもよい。なお、以下の説明では、複数の除去手段4のうち代表して一つについて説明し、他の同一の除去手段4については説明を省略する。
【0028】
圧力コントローラ5は、流路24を介して除去手段4と接続されたもので、流路24に接続されたバッファ槽25と、このバッファ槽25にチューブ26を介して接続された圧発生器27と、バッファ槽25にチューブ28を介して接続された圧力センサ29と、圧発生器27を制御する制御部30とを備えてなるものである。
【0029】
圧発生器27は、本例における吸引手段、更には加圧手段として機能するもので、チューブ26を介して接続されたバッファ槽25内を減圧し、あるいは加圧することにより、吐出ヘッド2のリザーバ16内を減圧しあるいは加圧するものである。この圧発生器27としては、減圧ポンプ(真空ポンプ)や加圧ポンプ(送気ポンプ)を備えて三方弁などで減圧・加圧を切り換える機構のものや、ポンプ以外の手段、例えば水頭などを用いた負圧源・正圧源を用いる機構などが採用される。なお、本例においては減圧・加圧を行えるものとするが、この圧発生器27は必ずしも減圧・加圧の両方を行える必要はなく、少なくとも後述するような吐出ヘッド2を介しての吸引が行えるだけの減圧が行えれば十分である。
【0030】
圧力センサ29は、圧発生器27によって変圧されたバッファ槽25内の圧力を検出し、得られた電圧値を信号として制御部30に送るもので、市販されている従来公知の圧力センサからなるものである。
制御部30は、圧発生器27を制御してバッファ槽25内を設定した圧となるようにするもので、前記圧力センサ29で検出されたバッファ槽25内の圧力によって減圧度を変え、あるいは加圧度を変えるように圧発生器27を制御するものである。また、この制御部30は、圧発生器27によって形成するバッファ槽25の内圧を予め設定できるようになっており、更に、前記吐出ヘッド2の流路17に設けられた電磁弁23の開閉も制御するようになっている。
【0031】
なお、このような構成の液滴吐出装置1については、前記吐出ヘッド2を移動させる移動機構を備えることにより、液状体を吐出ヘッド2によって所望位置に自動的に吐出することが可能となる。ここで、移動機構は、液滴吐出装置1の吐出ヘッド2をX方向に移動させるX方向移送体と、Y方向に移動させるY方向移送体と、Z方向(高さ方向)移送体とを有したもので、これら移送体がリニアモータ等の駆動手段によって例えば1μm単位で移動することにより、吐出ヘッド2を水平方向であるXY方向と高さ方向(垂直方向)であるZ方向に精度よく移動させることができるようになっている。
また、吐出ヘッド2は前記移動機構に対して着脱可能になっており、これによって手動で液状体の吐出・分滴を行いたいような場合にもその操作が行えるようになっている。
【0032】
次に、前記構成の液滴吐出装置1の使用方法に基づき、本発明の液滴吐出方法を説明する。
まず、吐出ヘッド2に液状体Lを充填する工程について説明する。
即ち、充填目的とする液状体Lを用意し、これを容器3に入れる。ここで、本発明は特に高価な試薬や希少な検体などを充填するのに好適に用いられるものであり、従って、液状体Lとしても充填する最少限の量しかないものとする。なお、このような液状体Lに対しては、予め脱気しておくのが好ましい。
【0033】
次に、除去手段4の開閉弁34を閉じ、開閉弁35を開く。即ち、除去口33と流路24とが非連通状態となり、また、吐出ヘッド2と圧力コントローラ5とが連通状態となる。
【0034】
次に、吐出ヘッド2の電磁弁23が閉じた状態で、容器3内に吐出ヘッド2を入れて液状体L内に浸漬する。
更に、圧力コントローラ5の圧発生器27の減圧側の機構を作動させ、バッファ槽25内を予め設定した所定圧力にまで減圧する。ここで、吐出ヘッド2内のリザーバ16はチューブ24とフィルタ機構部4を介してバッファ槽25に接続されているので、リザーバ16内もバッファ槽25と同じ圧にまで減圧される。
【0035】
このようにしてバッファ槽25を所定圧まで減圧したら、電磁弁23を開く。すると、流路17が開通してキャビティ15とリザーバ16とが連通した状態になる。ここで、リザーバ16内及び流路24内は、バッファ槽25と同圧力まで減圧されているので、液状体Lがノズル18から吸引され、図3(b)に示すように液状体Lはキャビティ15、リザーバ16、流路24に流入する。
【0036】
このような液状体Lの流動に伴って、ノズル18やキャビティ15内を通過することにより生じた気泡Aが液状体L内に混入し、当該気泡Aは液状体L内に所々に現れる。更に、図1(a)に示すように流路24は曲部を有しているので、気泡Aは浮力の作用によって底部24a側から頂部24b側に向かって上昇し、頂部24bに設けられた除去手段4に集中する。
【0037】
上述のように流路24内に液状体Lが充填した後に、電磁弁23を閉じることにより、ノズル18からの液状体Lの吸引が停止する。更に、吐出ヘッド2を容器3から引き上げて、必要に応じて吐出ヘッド2のノズル18形成面に付着した液状体Lを拭き取ることにより、液状体Lの充填が終了となる。
ここで、次に説明する気泡Aを除去する工程において容易に気泡Aを除去するために、圧発生器27の加圧側の機構を作動させて予めバッファ槽25内を大気圧より僅かに高い圧力となるように加圧しておく。これに伴って、流路24内の液状体Lの圧力はバッファ槽25内の圧力と同圧となり、即ち、液状体Lの圧力は大気圧より僅かに高い状態となる。
【0038】
次に、液状体Lから気泡Aを除去する工程について説明する。
即ち、図3(c)に示すように除去手段4の開閉弁35を閉じ、開閉弁34を開く。これによって、また、吐出ヘッド2と圧力コントローラ5とが非連通状態となり、除去口33と流路24とが連通状態となる。更に、先に記載したように液状体Lの圧力は大気圧より僅かに高い状態になっているので、気泡Aが流路24内の液状体Lによって押圧され、開閉弁34を介して除去口33から押し出される。従って、気泡Aが液状体Lから完全に除去される。
【0039】
次に、液滴吐出工程の準備を行う。
即ち、除去手段4の開閉弁34を閉じた後に開閉弁35を開くことにより、除去口33と流路24とが非連通状態となり、リザーバ16と圧力コントローラ5とが連通状態となる。
なお、先に記載した気泡Aの除去による液状体Lの圧力低下を補うために、圧発生器27の加圧側の機構を作動させてバッファ槽25内を大気圧より僅かに高い圧にまで加圧してもよい。
【0040】
次に、液状体Lを吐出する液滴吐出工程について説明する。
まず、液状体Lの吐出に先立って、吐出ヘッド2を所定の位置に配置する。ここで、液状体Lを吐出する場合には、吐出ヘッド2の圧電素子20を作動することにより、液状体Lがキャビティからノズル18を介して吐出され、また、流路24からリザーバ16に流動し、リザーバ16からキャビティ15に流動する。このように液状体Lは、流路24からリザーバ16、キャビティ15を介してノズル18から液滴22として吐出される。
なお、吐出ヘッド2を移動させる移動機構を液滴吐出装置1に設けた場合には、移動機構を適宜に動作させることによって吐出ヘッド2を所望位置にまで移動させ、そこで液滴(液状体L)の吐出を行わせるようにする。
【0041】
このような液滴吐出方法にあっては、ノズル18から液状体Lを吸引してキャビティ15内に貯留し、その後、貯留した液状体Lを圧電素子20によってノズル18より吐出させるようにしたので、例えば吐出するのに必要な最少限の量だけを吐出ヘッド2に吸引することができる。従って、液状体Lが高価であったり希少である場合にも、液状体Lを無駄にすることなく少量の吐出を行うことができる。
更に、液状体Lに含まれる気泡Aを流路24内から除去する際に、気泡Aと共に除去する液状体Lの量を最小限に抑えることが可能となり、従って、液状体Lを無駄にすることなく気泡Aの除去が可能となる。また、液状体Lの除去は、流路24の頂部24bに集中した開閉弁34、35を開閉することで行われるので、容易に気泡Aを除去することができる。更に、気泡Aが流路24内から除去されるので、気泡Aが吐出ヘッド2内に残留することがなく、液状体Lの吐出を良好に行うことができる。
【0042】
なお、本例においては、流路24内の液状体Lの圧力を大気圧よりも僅かに高い状態にして除去口33から気泡Aを除去したが、当該除去口33に真空ポンプ等の吸引手段を設けて、液状体Lから気泡Aを吸引することにより除去してもよい。この場合、電磁弁23を開状態、及び開閉弁35を閉状態にしておく。
【0043】
また、本例においては、吐出ヘッド2から容器3内の液状体Lをノズル18から圧力コントローラ5によって吸引することで液状体Lを充填したが、圧力コントローラ5に代わって、液状体Lが多量に貯留されている貯留タンクを設け、貯留タンクから流路24及び除去手段4を介して吐出ヘッド2に液状体Lを供給してもよい。この場合には、上述の気泡Aの除去を行うことができると共に、貯留タンク内の液状体Lをノズル18から連続的に吐出することが可能となる。
【0044】
また、本例においては、曲部を有する流路24の頂部24bに除去手段4を配置した構成となっているが、本発明は本例に限定されることなく、種々の構成を採用することができる。
【0045】
次に、除去手段4及び流路24の他の形態について図4を参照して説明する。ここでは、先に記載した除去手段4及び流路24の異なる部分のみを説明し、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【0046】
図4(a)は、他の形態の流路24、除去手段4を備えた液滴吐出装置を示す図である。
液滴吐出装置1aは、吐出ヘッド2と圧力コントローラ5との間に螺旋状に配された流路24と、当該流路24の頂部24bに設けられた除去手段4a、4b、4cとを備えた構成となっている。
このように構成された液滴吐出装置1aの液状体Lを除去する方法は、除去手段4a、4b、4cのうちいずれかを選択して気泡Aを取り除く、又は、除去手段4a、4b、4cを段階的に選択して気泡Aを取り除く、又は、除去手段4a、4cの開閉弁35を閉じた状態で除去手段4bの除去口33に接続された真空ポンプで吸引することにより気泡Aを取り除く、等により行われる。
このような液滴吐出装置1aにおいても、先に記載した液滴吐出装置1と同様の効果を奏する。
【0047】
図4(b)は、他の形態の流路24を備えた液滴吐出装置を示す図である。
液滴吐出装置1bは、吐出ヘッド2と圧力コントローラ5との間に折曲して配された流路24と、当該流路24の頂部24bに設けられた除去手段4とを備えた構成となっている。
このような液滴吐出装置1bにおいても、先に記載した液滴吐出装置1と同様の効果を奏する。
【0048】
なお、前記例では、充填目的とする吐出用の液状体として、高価な試薬や希少な検体などとしたが、これらに限定されることなく、有機EL素子の形成材料や金属配線の材料となる金属コロイド、更にはマイクロレンズ材料やカラーフィルタ材料、液晶材料などの各種の材料を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)、(b)は本発明の液滴吐出装置の概略構成図である。
【図2】(a)、(b)は吐出ヘッドの概略構成図である。
【図3】(a)〜(c)は除去手段を説明するための図である。
【図4】他の液滴吐出装置を説明するための図である。
【符号の説明】
1…液滴吐出装置、2…吐出ヘッド、3…容器(液状体供給部)、4…除去手段、5…圧力コントローラ(吸引手段)、15…キャビティ、18…ノズル、20…圧電素子(吐出手段)、24…流路、24a…底部、24b…頂部、34、35…開閉弁、A…気泡(不純物)、L…液状体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a droplet discharging method and a droplet discharging device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, there has been remarkable progress in analyzing gene structures, and many gene structures including human genes have been revealed. In order to analyze such a gene structure, thousands or more than 10,000 different types of DNA fragments are aligned and fixed as spots on a substrate such as a microscope slide glass to obtain a test object, which is observed with a microscope or the like. Such methods are adopted.
[0003]
However, when several thousand or more objects are manufactured, such as in the case of such an object to be inspected, it is extremely inefficient if all the operations are performed manually, and thus automation is desired.
As one method for performing the automation, it is conceivable to use a filling device that discharges a liquid material such as a reagent and fills the test object. As a filling device for discharging a liquid material, for example, there is a droplet discharging device called an ink jet device (for example, see Patent Literature 1) conventionally used in printers and the like.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-324505 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described droplet discharge device, a liquid reservoir tank is provided behind the discharge head, and a liquid material is supplied to the discharge head from this tank, and a droplet (liquid material) is discharged from a nozzle of the discharge head. It is.
However, in the production of a test object or the like using a DNA fragment as described above, a specimen such as a DNA to be used is rare and a reagent to be used is often expensive. Therefore, it is difficult to store a large amount of the liquid material to be a sample in the liquid storage tank and in the path from the liquid storage tank to the discharge head, supply the liquid to the discharge head, and discharge the liquid.
[0006]
Because, when the liquid storage tank is provided as described above, the liquid must be filled in a path from the liquid storage tank to the discharge head, and a test liquid is used to remove mixed air (bubbles). Body discharge must be performed, and therefore, a large amount of liquid material (sample) is required, and a large amount of liquid material (sample) is wasted, which is disadvantageous in terms of cost. This is because it cannot be applied.
[0007]
On the other hand, in order to avoid the difficulty in handling the rare liquid material, a method has been proposed in which the liquid material is sucked by a necessary amount from the nozzles of the discharge head and charged into the discharge head. According to this method, there is no need to store the liquid in a liquid storage tank or the like, which is advantageous in cost.
[0008]
However, in this method, bubbles are generated by sucking the liquid material from the nozzle, and not only the bubbles remain in the ejection head, but also dust such as fine particles smaller in diameter than the nozzle diameter remains. There is a problem. Furthermore, in order to remove the remaining air bubbles, fine particles, and the like, it is necessary to suck more liquid material, and as a result, there is a problem that the liquid material is wasted.
[0009]
The present invention has been made in view of the above circumstances. It is an object of the present invention to easily and surely fill expensive reagents and rare specimens, etc. It is an object of the present invention to provide a droplet discharge method and a droplet discharge device which can suppress the residual of particles and fine particles.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a droplet discharging method according to the present invention includes a cavity for storing a liquid material, a nozzle communicating with the cavity, and a discharge unit for discharging the liquid material stored in the cavity from the nozzle. A droplet discharging method for discharging a liquid material to a desired location using a discharge head having the method, comprising a step of removing impurities contained in the liquid material from a flow path in which the liquid material flows. I do.
[0011]
According to this droplet discharging method, the liquid stored in the cavity is discharged from the nozzle by the discharging means, so that the liquid can be discharged from the cavity through the nozzle by the discharging means. Further, when a storage tank in which a large amount of liquid material is stored and the cavity are connected via the flow path, the large amount of liquid material can be continuously discharged from the nozzle. Further, when impurities contained in the liquid material are removed from the inside of the flow path, it is possible to minimize the amount of the liquid material to be removed together with the impurities, and therefore, when the liquid material is expensive or rare, Also, it is possible to remove impurities without wasting the liquid material. Further, since the impurities are removed from the inside of the flow path as described above, the liquids can be satisfactorily discharged without the impurities remaining in the discharge head.
[0012]
Further, in the droplet discharging method, it is preferable that the step of removing the impurities is performed by opening an on-off valve that makes the inside and the outside of the flow path communicate.
According to this droplet discharging method, by opening the on-off valve, the inside and the outside of the flow path are in communication. When the impurity is, for example, a bubble, the bubble moves from the inside of the communicating channel to the outside, so that the bubble can be removed from the channel. That is, the air bubbles can be removed by opening the on-off valve. In the on-off valve, the air bubbles may be removed by suction in a state where the inside and the outside communicate with each other.
[0013]
Further, in the droplet discharging method, by contacting the nozzle with a liquid material prepared in advance, supplying the liquid material to the nozzle, and suctioning the liquid material from the flow path connected to the cavity side. And a step of sucking the liquid material toward the flow channel through the nozzle.
According to this droplet discharging method, the liquid material is sucked from the nozzle and stored in the cavity, and then the stored liquid material is discharged from the nozzle by the discharging means. Liquid material can be sucked into the discharge head by the minimum amount that can be ejected. Therefore, even when the liquid material is expensive or scarce, a small amount of liquid material can be ejected without wasting it. Can be
[0014]
Further, the droplet discharge device of the present invention has a cavity for storing a liquid material, a nozzle communicating with the cavity, and a discharge unit for discharging the liquid material stored in the cavity from the nozzle. A droplet discharge device including a discharge head, the liquid discharge device being connected to the cavity side of the discharge head and removing a flow path through which the liquid flows and impurities contained in the liquid from the flow path. And a removing means.
[0015]
According to this droplet discharge device, since the liquid stored in the cavity is discharged from the nozzle by the discharge means, the liquid can be discharged from the cavity through the nozzle by the discharge means. Also, when a storage tank in which a large amount of liquid material is stored is provided, and the storage tank and the cavity are connected via the flow path, the large amount of liquid material is continuously discharged from the nozzle. be able to. Further, since the impurities contained in the liquid material are removed from the inside of the flow path by the removing means, the liquid material can be discharged favorably without the impurities remaining in the discharge head.
[0016]
In the droplet discharge device, it is preferable that the removing unit is provided in at least a part of the flow path, and includes an opening / closing valve that connects the inside and the outside of the flow path to each other.
According to this droplet discharge device, by opening the on-off valve, the inside and the outside of the flow path are in communication. When the impurity is, for example, a bubble, the bubble moves from the inside of the communicating channel to the outside, so that the bubble can be removed from the channel. That is, the air bubbles can be removed by providing the removing means at a desired position in the flow path. In the removing means, a suction means may be provided to remove the air bubbles by suction while the inside and outside of the flow path communicate with each other.
[0017]
In this droplet discharge device, it is preferable that the flow path has a curved portion having a bottom portion and a top portion, and the removing means is provided at the top portion of the curved portion.
According to this droplet discharge device, the bubbles move from the bottom side to the top side by the action of buoyancy of the bubbles existing in the curved portion of the flow path, so that the bubbles can be concentrated at the top.
[0018]
In this droplet discharge device, the nozzle is brought into contact with a liquid material prepared in advance, and the liquid material is supplied from the liquid supply unit that supplies the liquid material to the nozzle, and the liquid material is sucked from the flow path connected to the cavity side. Preferably, the apparatus further comprises a suction unit for sucking the liquid material toward the flow path through the nozzle.
According to this droplet discharge device, the liquid material is supplied from the liquid material supply unit to the nozzle by the suction means, and is further suctioned and stored in the cavity. Thereafter, if the stored liquid material is discharged from the nozzle by the discharge means, it becomes possible to suck the liquid material into the discharge head by a minimum amount that can be discharged from the cavity through the nozzle by the discharge means, that is, Even when the liquid material is expensive or scarce, it is possible to discharge a small amount without wasting the liquid material.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
FIGS. 1A and 1B are views showing an example of a droplet discharge device of the present invention, and
[0020]
As shown in FIG. 2A, the
[0021]
Each
[0022]
Further, a piezoelectric element (piezo element) 20 is joined to the surface of the
[0023]
The
When the power supply to the
[0024]
The
[0025]
The ejection means of the
[0026]
The
[0027]
The removing means 4 is provided in a part of the
The
The
The
Each of the on-off
Although the removing
[0028]
The
[0029]
The
[0030]
The
The
[0031]
In addition, in the
Further, the
[0032]
Next, a droplet discharge method of the present invention will be described based on a method of using the
First, a step of filling the
That is, a liquid material L to be filled is prepared and put into the
[0033]
Next, the on-off
[0034]
Next, with the
Further, the mechanism on the pressure reducing side of the
[0035]
When the
[0036]
With the flow of the liquid L, bubbles A generated by passing through the
[0037]
After the liquid material L is filled in the
Here, in order to easily remove the bubbles A in the process of removing the bubbles A described below, the mechanism on the pressurizing side of the
[0038]
Next, the step of removing the bubbles A from the liquid L will be described.
That is, as shown in FIG. 3C, the on-off
[0039]
Next, preparation for a droplet discharging step is performed.
That is, by opening the on-off
In order to compensate for the pressure drop of the liquid L caused by the removal of the air bubbles A described above, the mechanism on the pressure side of the
[0040]
Next, a droplet discharging step of discharging the liquid L will be described.
First, before discharging the liquid L, the
When a moving mechanism for moving the
[0041]
In such a droplet discharging method, the liquid L is sucked from the
Further, when the bubbles A included in the liquid L are removed from the inside of the
[0042]
In this example, the bubbles A were removed from the
[0043]
Further, in the present embodiment, the liquid L in the
[0044]
Further, in the present embodiment, the removing
[0045]
Next, another embodiment of the removing
[0046]
FIG. 4A is a diagram illustrating a droplet discharge device including a
The droplet discharge device 1a includes a
The method of removing the liquid material L of the droplet discharge device 1a configured as described above is performed by selecting one of the removing
Also in such a droplet discharge device 1a, the same effect as that of the
[0047]
FIG. 4B is a diagram illustrating a droplet discharge device including a
The
Also in such a
[0048]
In the above-described example, an expensive reagent or a rare specimen was used as the liquid material for discharging for the purpose of filling. However, the liquid material is not limited thereto, and may be a material for forming an organic EL element or a material for metal wiring. Various materials such as a metal colloid, a microlens material, a color filter material, and a liquid crystal material can also be used.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are schematic structural views of a droplet discharge device of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are schematic configuration diagrams of an ejection head.
FIGS. 3A to 3C are diagrams for explaining a removing unit.
FIG. 4 is a diagram for explaining another droplet discharge device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記液状体に含まれる不純物を当該液状体が流動する流路内から除去する工程を具備することを特徴とする液滴吐出方法。Using a discharge head having a cavity for storing the liquid material, a nozzle communicating with the cavity, and discharge means for discharging the liquid material stored in the cavity from the nozzle, the liquid material is placed at a desired location. A droplet discharging method for discharging,
A method of discharging liquid droplets, comprising a step of removing impurities contained in the liquid material from a flow path in which the liquid material flows.
前記キャビティ側に接続された前記流路から吸引することにより、前記ノズルを介して前記液状体を前記流路側に吸引する工程と、
を更に具備することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の液滴吐出方法。Contacting the nozzle with a liquid material prepared in advance, and supplying the liquid material to the nozzle;
A step of sucking the liquid material through the nozzle to the flow path side by suctioning from the flow path connected to the cavity side,
3. The droplet discharging method according to claim 1, further comprising:
前記吐出ヘッドの前記キャビティ側に接続され、前記液状体が流動する流路と、
前記液状体に含まれる不純物を前記流路内から除去する除去手段と、
を具備することを特徴とする液滴吐出装置。A droplet discharge device including a cavity for storing a liquid material, a nozzle communicating with the cavity, and a discharge head having a discharge unit for discharging the liquid material stored in the cavity from the nozzle. So,
A flow path connected to the cavity side of the discharge head and through which the liquid material flows,
Removing means for removing impurities contained in the liquid material from within the flow path,
A droplet discharge device comprising:
前記キャビティ側に接続された前記流路から吸引することにより、前記ノズルを介して前記液状体を前記流路側に吸引する吸引手段と、
を更に具備することを特徴とする請求項4から請求項6のうちいずれかに記載の液滴吐出装置。A liquid material supply unit that contacts the nozzle with a liquid material prepared in advance and supplies the liquid material to the nozzle.
By suctioning from the flow path connected to the cavity side, suction means for suctioning the liquid material to the flow path side via the nozzle,
The droplet discharge device according to any one of claims 4 to 6, further comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003109891A JP2004313891A (en) | 2003-04-15 | 2003-04-15 | Method and device for discharging droplet |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
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ID=33470893
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Country Status (1)
Country | Link |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015042498A (en) * | 2006-04-27 | 2015-03-05 | 東芝テック株式会社 | Inkjet apparatus |
JP2016058527A (en) * | 2014-09-09 | 2016-04-21 | 富士通テン株式会社 | Coating equipment |
JP2016150310A (en) * | 2015-02-18 | 2016-08-22 | 株式会社Screenホールディングス | Deaeration device, coating applicator and deaeration method |
-
2003
- 2003-04-15 JP JP2003109891A patent/JP2004313891A/en active Pending
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