JP2004340679A

JP2004340679A - 液体分注装置

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Publication number: JP2004340679A
Application number: JP2003136096A
Authority: JP
Inventors: Seiya Takahashi; 誠也高橋
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】１つのデバイスで液体吸引機能と高精度の液体吐出機能とを具備する分注ヘッドを用いることにより、簡便な構成でありながら高精度の分注吐出機能を有する液体分注装置を提供する。
【解決手段】本発明の液体分注装置は、内部に試料流路４５を備え先端部に吸引吐出用のノズル口１０を有する流路部材１１と、流路部材１１を吐出方向に沿って移動させる駆動手段である圧電素子９とを備え、ノズル口１０を試料液体に浸漬した状態で圧電素子９によって流路部材１１を吐出方向に沿って連続的に進退移動させることによりノズル口１０から試料流路４５内に前記試料液体を吸引するとともに、圧電素子９によって流路部材１１を吐出方向に沿って移動させることにより試料流路４５内に保持された試料液体をノズル口１０から吐出させるように構成されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料液体を微少量に分注する液体分注装置、特に、ＤＮＡや蛋白、血液等の生体に由来する有機化合物を含む溶液や試薬を分注する液体分注装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
試薬や試料等の試料液体を微少量に分注する従来技術としては、微小流体処理装置において、圧電吐出ヘッドを利用した分注技術（例えば、特許文献１参照）が提案されている。
この従来技術は、図１７に示す微量流体処理装置２１０を用いて、ガラス毛細管に取り付けられた圧電変換器を使用するマイクロディスペンサ２１６と、マイクロディスペンサ２１６に移送流体２１８を充填したり、マイクロディスペンサ２１６から移送流体２１８を吸引したり、システム流体２２０の圧力を制御したり、移送と移送との間にマイクロディスペンサ２１６を洗浄したりする容積式ポンプ２１２と、システム流体２２０の圧力を測定するとともに対応する電気信号を発する圧力センサ２１４とを具備して成る。
この微量流体処理装置２１０による液体の分注は、まず洗浄ステーションにてマイクロディスペンサ２１６の洗浄を行い、次に容積ポンプ２１２により移送流体２１８（本発明における吐出する試料液体に相当する）をマイクロディスペンサ２１６内に吸引し、その後、マイクロディスペンサ２１６により移送流体２１８を吐出するという手順で実行される。
【０００３】
また、試薬や試料等の試料液体を微少量に分注する他の従来技術としては、１つのデバイスで試料液体の吸引と吐出とを行う分注技術（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
この従来技術は、図１８の断面図に示す超音波ポンプ２３０によって試料液体の吸引と吐出とを行うものであり、この超音波ポンプ２３０は、超音波発生手段２３１により発生させた超音波によって収容容器２３２内の試料液体を軸体の液体吸込口２３３より吸引し、連通孔２３４を介して液体吐出口２３５から試料液体を噴霧状に吐出するように構成されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１１４３９４号公報
【特許文献２】
特開平１０−２３８５００号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１記載の微量流体処理装置２１０は、マイクロディスペンサ２１６と容積式ポンプ２１２とを組み合わせて用いているので構成部品が多く、装置構成が複雑である。一方、特許文献２記載のものは、１つの超音波ポンプ２３０で液体の吸引と吐出との両方を行い得るように構成されているが、吐出形態が噴霧状に限定されるので微小量の液体を高精度に吐出することは困難であり、例えばＤＮＡチップのスポッターのように試料液体をナノリットルオーダーで高精度に分注する用途には適していない。
【０００６】
本発明は上記の問題に着目してなされたものであり、１つのデバイスで液体の吸引機能とナノリットルオーダーの液体吐出機能とを具備する分注ヘッドを用いることにより、簡便な構成でありながら高精度の分注吐出機能を有する液体分注装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の第１発明は、試料液体を微少量に分注する液体分注装置であって、内部に流路を備えるとともに先端部に吸引吐出用の開口を有する流路部材と、前記流路部材を吐出方向に沿って移動させる駆動手段とを備え、前記吸引吐出用の開口を試料液体に浸漬した状態で前記駆動手段によって前記流路部材を吐出方向に沿って連続的に進退移動させることにより、前記吸引吐出用の開口から前記流路内に前記試料液体を吸引するとともに、前記駆動手段によって前記流路部材を吐出方向に沿って移動させることにより、前記流路内に保持された試料液体を前記吸引吐出用の開口から吐出させるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
第１発明では、流路部材の先端部の吸引吐出用の開口を試料液体に浸漬した状態で、駆動手段によって前記流路部材を吐出方向に沿って連続的に進退移動させると、前記吸引吐出用の開口から前記流路内に試料液体が吸引され、前記駆動手段によって前記流路部材を吐出方向に沿って移動させると、前記流路部材の流路内に保持された試料液体が前記吸引吐出用の開口から吐出される。
第１発明によれば、１つの駆動手段で試料液体の吸引と吐出とを実現するようにしたので、吸引のためのポンプを別途設ける必要がなく、装置構成の簡便化が可能である。したがって、簡便な構成でありながら高精度の分注吐出機能を有する液体分注装置を提供することができる。
【０００９】
請求項２に記載の第２発明は、前記駆動手段は、その内部に前記流路部材を挿入可能な略円筒形状に形成されており、かつ、前記駆動手段は、その半径方向に伸縮振動する固有振動モードの超音波振動によって前記流路部材を連続的に吐出方向に沿って進退移動させることを特徴とする。
【００１０】
第２発明によれば、前記駆動手段の内部は、前記流路部材を挿入可能な略円筒形状に形成されており、かつ、前記駆動手段は、その半径方向に伸縮振動する固有振動モードの超音波振動によって前記流路部材を吐出方向に沿って連続的に進退移動させるように構成されているので、略円筒形状に形成された前記駆動部材内に前記流路部材を挿入することにより、前記流路部材および前記駆動部材によって構成される吐出ヘッドの全長を短くすることが可能になる。
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項３に記載の第３発明は、試料液体を微少量に分注する液体分注装置であって、内部に流路を備えるとともに先端部に吸引吐出用の開口を有する流路部材と、前記流路部材を複数個収容する収容部材と、前記吸引吐出用の開口を試料液体に浸漬した状態で前記流路部材を吐出方向に沿って連続的に進退移動させることにより前記吸引吐出用の開口から前記流路内に前記試料液体を吸引するとともに、前記流路部材を吐出方向に沿って移動させることにより前記流路内に保持された試料液体を前記吸引吐出用の開口から吐出させる駆動手段と、前記駆動手段と前記流路部材とを着脱自在に連結する連結手段と、前記連結手段によって連結した前記駆動手段と前記流路部材とを、前記収容部と、試料液体吸引位置と、試料液体吐出位置とに搬送する搬送手段とを備えることを特徴とする
【００１２】
第３発明では、収容部において収容部材に収容された複数個の流路部材の何れか１つと駆動手段とを連結手段によって連結し、搬送手段によって試料液体吸引位置に搬送した後に、流路部材の先端部の吸引吐出用の開口を試料液体に浸漬した状態で、駆動手段によって前記流路部材を吐出方向に沿って連続的に進退移動させると、前記吸引吐出用の開口から前記流路内に試料液体が吸引され、搬送手段によって試料液体吐出位置に搬送した後、前記駆動手段によって前記流路部材を吐出方向に沿って移動させると、前記流路部材の流路内に保持された試料液体が前記吸引吐出用の開口から吐出される。
第３発明によれば、上記第１発明と同様の作用効果が得られる上に、複数種類の試料液体を分注する際に、１種類目の試料液体を流路部材に吸引して吐出した後に、連結手段によって別の流路部材を駆動手段に連結した状態で２種類目の試料液体を流路部材に吸引して吐出すればよいので、流路部材の洗浄を行わない構成となるため洗浄ポンプや洗浄槽や配管等が不要となり、装置構成の更なる簡便化が可能になる。また、１つの流路部材では１種類の試料液体だけしか取り扱わないので、流路部材を介してキャリーオーバーが生じることもない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明の第１実施形態の液体分注装置の全体構成を概略的に示す図である。本実施形態の液体分注装置を構成する主要な構成要素は、図１に示すように、吐出ヘッド部１、送気ポンプ２、洗浄水タンク３および洗浄ポンプ４であり、吐出ヘッド部１は、共通配管部５ｃ、送気配管５ａおよび電磁弁６ａを介して送気ポンプ２に接続されるとともに、共通配管部５ｃ、送水配管５ｂ、電磁弁６ｂおよび洗浄ポンプ４を介して洗浄水タンク３に接続されている。送気配管５ａ、送水配管５ｂおよび共通配管部５ｃとしては、例えばテフロン（登録商標）配管を用いるものとする。
【００１４】
吐出ヘッド部１は、架台ブロック７と、架台ブロック７に固定された吐出ヘッド８とから成る。吐出ヘッド８は、中空円筒型の圧電素子９と、圧電素子９の内部空間に収容される流路部材１１とから成り、流路部材１１の一端（図示下端）にはノズル部１９が形成されている。本実施形態では、圧電素子９は、外径φ３ｍｍ、内径φ２ｍｍ、長さ３０ｍｍであり、流路部材１１は、内部に直径φ０．８ｍｍの試料流路４５を有しており、ノズル部１９の先端にはφ０．２ｍｍのノズル口１０が設けられている。
【００１５】
架台ブロック７は、内部に流路１６を有しており、流路１６は架台ブロック７内で図示上下および左の三方向に分岐されている。図示下方向に分岐した流路１６は、Ｏリング２１を介して流路部材１１の試料流路４５に接続されており、図示上方向に分岐した流路１６は、大気開放電磁弁１２に連通しており、図示左方向に分岐した流路１６は、共通配管部５ｃに連通している。
【００１６】
中空円筒型の圧電素子９は、一端（図示上端）が架台ブロック７の下端部に固定されており、圧電素子の他端（図示下端）には、継手２０を介して流路部材１１が固定されている。圧電素子９の内周面および外周面にはそれぞれ電極が設けられており、内周面をグラウンドにするようにして径方向に分極されており、図示しない駆動回路基板から駆動電圧を印加するように構成されている。
【００１７】
吐出ヘッド部１は、さらに、図示しない移動手段に把持されている。吐出ヘッド部１は、移動手段によって、液体試料容器１３が設けられた試料液体吸引位置と、液体吐出基板１４が設けられた試料液体吐出位置と、洗浄槽１５が設けられた洗浄位置との間で、所望の位置に移動させるように構成されている。
【００１８】
次に、本実施形態の液体分注装置の各種工程を説明する。
［ノズル部の洗浄工程］
まず、図示しない移動手段により吐出ヘッド部１を洗浄槽１５の上方まで移動させてから下降させ、ノズル部１９を洗浄槽１５内の洗浄液に浸漬する。その後、流路部材１１の試料流路４５およびノズル部１９の外周面を以下のようにして洗浄する。すなわちまず、大気開放電磁弁１２と送気配管５ａに設けた電磁弁６ａとを閉じておき、その状態で送水配管５ｂに設けた電磁弁６ｂを開放してから洗浄ポンプ４を作動させることにより、洗浄水タンク３内の洗浄水を架台ブロック７内の流路１６に導入し、流路１６内を流れる洗浄水によって流路部材１１の試料流路４５を洗浄する。このとき、洗浄槽１５には、図示しない配管を経て外部から洗浄水が供給され、洗浄槽１５の導入口１７から排出口１８へ向かう洗浄水の流れが形成されるので、この洗浄水の流水洗浄効果によって流路部材１１のノズル部１９の外周面を洗浄することができる。なお、上述した流路部材１１の試料流路４５およびノズル部１９の外周面の洗浄動作は、一定時間継続して行うものとする。
【００１９】
［試料液体の吸引工程］
上記洗浄工程の完了後、洗浄ポンプ４の作動を停止させて電磁弁６ｂを閉じてから、吐出ヘッド部１を洗浄槽１５の上方に移動させる。その後、電磁弁６ａを開放してから送気ポンプ２を作動させることにより、架台ブロック７内の流路１６に空気を送り込み、流路１６内の洗浄水をノズル口１０から外部へ排出して、流路１６および試料流路４５の内部を空気で置換する。次に、吐出ヘッド部１を液体試料容器１３の上方に移動させてから下降させ、図２に示すようにノズル部１９のノズル口１０を液体試料容器１３内の試料液体に浸漬する。その後、大気開放電磁弁１２を開放して流路１６を外部大気に開放する。
【００２０】
この状態で、円筒型の圧電素子９に、圧電素子９がその半径方向に伸縮振動する固有振動モードの超音波振動による連続正弦波電圧を駆動電圧として印加する。この固有振動モードは、いわゆる呼吸振動モードと呼ばれるものであり、円筒型の振動体が半径方向に伸縮振動するとともに軸方向にも伸縮する振動モードである。このような呼吸振動を利用することにより、円筒型の圧電素子９が軸方向に伸縮振動するので、圧電素子９に連結された流路部材１１も軸方向（吐出方向；図１の場合、上下方向）に沿って振動（進退移動）することになる。
【００２１】
このとき、ノズル部１９の先端部では、端面から試料液体中に向かって超音波が伝達されるので、この超音波によってノズル口１０からノズル部１９内に液体（試料液体）を吸込むような対流が発生し、この対流によってノズル口１０から試料液体が吸引され、圧電素子９は超音波ポンプとして機能することになる。また、超音波は空気の場合よりも液体の場合の方が伝達性が高く、かつ、試料流路４５の上側は大気開放電磁弁１２を介して大気に開放されているので、試料液体には上方へ向かう軸心流が作用し、この軸心流によって試料液体は上方へ押し上げられ、試料流路４５内へ吸引されることになる。
【００２２】
上記吸引工程により所望量の試料液体を吸引した時点で、連続正弦波電圧の印加を停止し、それと同時に大気開放電圧１２を閉じる。これにより、試料流路４５内に吸引された液体が保持されることになる。上記固有振動モードの超音波振動を用いた場合に吸引される液体の量は、ノズル口１０の口径、駆動電圧値、電圧加時間等によって決定されるが、本実施形態では、口径φ０．２ｍｍのノズル口１０を有するノズル部１９を用いて、６０Ｖ、６６ＫＨｚの正弦波を０．２秒間印加するように設定したので、１０．０μＬの試料液体が吸引されることになる。
【００２３】
［試料液体の吐出工程］
上記試料液体の吸引工程の完了後、吐出ヘッド部１を液体吐出基板１４の上方に移動させてから所定位置まで下降させ、その状態で試料液体の吐出を行う。この吐出動作時には、図３に示すような駆動電圧波形（正のパルス電圧）を圧電素子９に印加する。図３の正のパルス電圧の印加前には、吐出ヘッド８は、図４（ａ）に示す基底状態となっている。吐出動作時には、印加される図３の正のパルス電圧に応じて、圧電素子９は図４（ｂ）に示すように軸方向に収縮し、流路部材１１もそれに伴い図中上方向へ移動する。このとき、流路部材１１の試料流路４５内に保持された試料液体は流路部材１１の急激な移動に追従できないため、試料液体には流路部材１１の移動方向と逆方向の慣性力が作用する。その結果、試料流路４５の先端部の圧力が上昇するので、ノズル口１０から試料液体が吐出されることになる。
【００２４】
上記吐出動作において吐出される液体の量は、試料液体の物性や駆動電圧値等によって決定されるが、本実施形態では、６０Ｖ、１００μｓｅｃの矩形波を印加するように設定したので、３ｎＬの試料液体が吐出されることになる。
【００２５】
上記のようにして液体吐出基板１４の所望の位置に試料液体を吐出した後、吐出ヘッド部１を洗浄槽１５へ移動させて、再び試料流路４５およびノズル部１９の外周面の洗浄を行う。以下同様にして、洗浄工程〜試料液体吸引工程〜試料液体吐出工程を繰り返すことにより、所望の種類の試料液体を液体吐出基板１４上へ吐出することになる。
【００２６】
本実施形態の液体分注装置によれば、１つの駆動手段である圧電素子９を備える吐出ヘッド８によって試料液体の吸引と吐出とを実現するようにしたので、吸引のためのポンプを別途設ける必要がなく、装置構成の簡便化が可能である。したがって、簡便な構成でありながら高精度の分注吐出機能を有する液体分注装置を提供することができる。また、圧電素子９を中空円筒型にしたため、圧電素子９の内部に流路部材４５を挿入することにより、流路部材４５および圧電素子９によって構成される吐出ヘッド８の全長を短くすることができる。
【００２７】
図５は本発明の第１実施形態の液体分注装置の変形例の全体構成を概略的に示す図である。この変形例は、図５に示すように、図１に示す第１実施形態の液体分注装置から洗浄タンク３、洗浄水タンク４、送水配管５ｂおよび電磁弁６ｂを削除するとともに、吐出ヘッド部１に対し、流路１６の経路変更および大気開放電磁弁１２の設置位置変更を行ったものである。
【００２８】
この変形例における試料液体の吸引工程および吐出工程は上記第１実施形態と同様であるが、洗浄工程は以下のように変更される。
［ノズル部の洗浄工程］
まず、図示しない移動手段により吐出ヘッド部１を洗浄槽１５の上方まで移動させてから下降させ、ノズル口１０を洗浄槽１５内の洗浄液に浸漬する。次に、大気開放電磁弁１２を閉じるとともに送気配管５ａに設けた電磁弁６ａを開き、その状態で送気ポンプ２を作動させることにより架台ブロック７内の流路１６に空気を送気して、試料流路４５内に残留している試料液体をノズル口１０から外部に排出する。その後、上述した試料液体の吸引工程と同様にして圧電素子９に連続正弦波電圧を印加することにより、図６に示すようにノズル口１０より流路部材１１の内部に洗浄水を吸引する。このとき、流路部材１１の内周面は、吸引される洗浄液の流水洗浄効果に加えて、流路部材１１自体の超音波振動による洗浄現象が作用するので、単純に洗浄水を流す場合よりも洗浄効果を高めることが可能になる。このようにして一定量の洗浄水を吸引した後に、再度送気ポンプ２を作動させることにより流路１６に空気を送気して試料流路４５内の洗浄水をノズル口１０から外部に排出して、流路１６および流路部材１１内の試料流路４５の内部を空気で置換する。
【００２９】
なお、図７に示すように、流路部材１１のノズル部１９の端面の直径を大きくした場合には、試料液体中に伝達する超音波が増大するので、試料液体中に発生する対流も大きくなり、ノズル口１０から吸引される液体の量が増加する。ただし、発明者等は実験により、ノズル口径φ０．２ｍｍ、ノズル部１９の端面直径φ１．６ｍｍの場合には吸引現象が発生するが、ノズル口径φ０．８ｍｍ、端面直径φ１．６ｍｍの場合には吸引現象が発生しないことを確認した。この実験結果に基づき、試料液体を確実に吸引するためには、ノズル部１９の端面の直径Ｄを、ノズル口１０の直径ｄの少なくとも２倍以上にする必要がある、と結論付けられる。
【００３０】
また、図７において、ノズル部１９の内部の流路の先端テーパ角度θは、なるべく大きい角度とすることが望ましい。ノズル部１９のテーパ部が上下方向に超音波振動することによって試料流路４５内に吸引された液体に超音波が伝達し、液体をさらに上方向に押し上げる作用が得られるため、先端テーパ角度θを大きくした場合、単位時間当たりの吸引量が増加する効果が得られる。
【００３１】
また、高分子溶液を吸引する際には、吸引時間をなるべく短くすることが望ましい。その理由は、超音波の照射によって高分子の分子鎖が切断されることを避けるためである。一般的には、高分子溶液の分子鎖を完全に切断するためには数分から数十分間超音波を照射する必要があるので、本実施形態のように吸引時間が１秒以下であればほとんど問題になることはないが、上記本実施形態の場合よりも多量の液体を吸引する場合には、吸引時間に関する注意が必要である。
【００３２】
また、本実施形態による固有振動モードの超音波振動を利用した液体の吸引方法では、超音波キャビテーションによって試料液体に気泡が発生する可能性があり、試料液体中に気泡が存在すると吐出量のばらつきの原因となるので好ましくない。気泡の発生を防止するためには、吸引中に発生した気泡が上昇して水面に達するまで一定時間待機してから吐出動作に行うことが効果的である。気泡の上昇速度は気泡の大きさや試料液体の粘性等によって異なるが、本実施形態では、試料として純水を用い、吸引後１０秒間待機することによって、目視で確認できるような大きい気泡はほとんど水面まで上昇して消えることを確認した。また、予め試料液体を脱気しておくことにより、気泡の発生を抑制する方法も効果的である。
【００３３】
なお、本実施形態では、圧電素子９の駆動電圧波形として、圧電素子９が半径方向に伸縮振動するとともに軸方向にも伸縮する呼吸振動モードの超音波振動を励起する波形（例えば連続正弦波）を用いたが、駆動電圧波形はこれに限定されるものではなく、流路部材１１が軸方向に進退移動する振動を励起する波形であればどのようなものでもよい。例えば、圧電素子９が軸方向にのみ伸縮する縦振動モードの超音波振動を励起する波形でもよく、また、流路部材１１が軸方向に伸縮する縦振動モードの超音波振動を励起する波形を駆動電圧波形として用いても、上記と同様に超音波ポンプによる吸引作用を発生することができる。
【００３４】
図８は本発明の第２実施形態の液体分注装置の構成を示す正面図であり、図９は本発明の第２実施形態の液体分注装置の構成を示す平面図である。なお、図８および図９は、一部に断面を含んでいる。本実施形態の液体分注装置は、吐出ターゲットとしてのスライドガラス３０を搭載するＸＹステージ３１と、流路部材３２を収容する流路部材収容部３３と、ＸＹＺ３軸ロボットアーム３４と、ＸＹＺ３軸ロボットアーム３４に保持される吐出ヘッドユニット３５と、液体試料容器３６とを具備して成る。
【００３５】
流路部材３２は、図１０に示すように、内部に流路３７を有するとともに先端にφ０．２ｍｍのノズル口３８を備えている。流路部材収容部３３には、縦４列×横４列＝合計１６本の流路部材３２が収容されている。
【００３６】
吐出ヘッドユニット３５は、図８に示すように、流路部材３２を着脱自在に把持する把持部３９と、流路部材３２を駆動する積層圧電素子４０と、積層圧電素子４０を固定する架台４１とを具備して成る。把持部３９は、図１１に示すように、上端部を積層圧電素子４０に固定されており、中央下部には穴部４２が設けられている。また、把持部３９の図１１中左側面にはソレノイドピストン４３が埋設されており、ソレノイドピストン４３のピストン部４６が穴部４２に突出するようになっている。ピストン部４６は、図１１中左右方向に往復移動するように構成されている。このピストン４６を流路部材３２の上部に設けられたＶ溝３２ａに押圧することにより、流路部材３２が穴部４２に固定されるようになっている。
【００３７】
積層圧電素子４０は、図８に示すように上端を架台４１に固定されており、図８中上下方向に伸縮可能であり、把持部３９に把持された流路部材３２を上下方向に移動するよう構成されている。液体試料容器３６は、縦４列×横４列＝合計１６個（流路部材３２と同数）の液体収容部４４を有している。
【００３８】
次に、本実施形態の液体分注装置の作用を図面に基づき説明する。まず、図８に示すように、ＸＹＺ３軸ロボットアーム３４により吐出ヘッドユニット３５を所望の流路部材３２の上部位置に移動配置する。次に、把持部３９を所望の流路部材３２まで下降させ、把持部３９によって所望の流路部材３２を把持し、その後、把持部３９を上昇させて流路部材収容部３３から取り出す。次に、図１２に示すように把持した流路部材３２を液体試料容器３６の上部位置に移動配置し、その後、流路部材３２を下降させて所望の試料液体が収容されている液体収容部４４にノズル口３８を浸漬する。
【００３９】
次に、積層圧電素子４０に、吐出ヘッドユニット３５の縦振動モードに対応する周波数の連続正弦波電圧を印加する。この電圧によって積層圧電素子４０が伸縮振動するため、流路部材３２は上下方向に振動する。このとき、上記第１実施形態と同様な液体吸引作用が生じることにより、流路部材３２の流路３７内に試料液体が吸引される。吸引された試料液体は、毛細管現象により流路３７内に保持されることになる。
【００４０】
その後、図１３に示すように、ＸＹＺ３軸ロボットアーム３４により吐出ヘッドユニット３５をスライドガラス３０の上部に移送してから、所望のスポット位置に流路部材３２を移動させる。次に、そのスポット位置で、積層圧電素子４０に駆動電圧を印加して、スライドガラス３０上に試料液体を吐出する。
【００４１】
その際、駆動電圧としては、例えば図１４に示す「のこぎり形の波形」を用いるものとする。この駆動波形を積層圧電素子４０に印加すると、図１５（ａ）から図１５（ｂ）に示すように最初の緩やかな電圧の上昇に伴い積層圧電素子４０は比較的ゆっくりと伸びていき、図１５（ｃ）に示すように最後の電圧減少時に急激に元の長さに戻るように収縮する。その間、流路部材３２の流路３７内部の液体試料には、電圧減少時の積層圧電素子４０の収縮に伴い図中下方向の慣性力が作用するので、ノズル口３８から試料液体が吐出されることになる。
以下、流路部材３２およびスライドガラス３０の相対位置関係を変えながら上述した方法を繰り返すことにより、所望の位置に試料液体を吐出していく。異なる試料液体を吐出する際には、把持している流路部材３２を流路部材収容部３３に戻した後に代わりの流路部材３２を把持し、所望の液体試料を上記と同様な方法で吸引してから、スライドガラス３０の所望の位置に試料液体を吐出する。
【００４２】
本実施形態の液体分注装置によれば、１つの駆動手段である積層型圧電素子４０を備える吐出ヘッドユニット３５によって試料液体の吸引と吐出とを実現するようにしたので、吸引のためのポンプを別途設ける必要がなく、装置構成の簡便化が可能である。したがって、簡便な構成でありながら高精度の分注吐出機能を有する液体分注装置を提供することができる。また、複数種類の試料液体を分注する際に、１種類目の試料液体を流路部材３２に吸引して吐出した後に、把持部３９によって別の流路部材３２を積層型圧電素子４０に連結した状態で２種類目の試料液体を流路部材３２に吸引して吐出すればよいので、流路部材３２の洗浄を行わない構成となるため洗浄ポンプや洗浄タンクや配管チューブ等が不要となり、装置構成の更なる簡便化が可能になる。また、１つの流路部材では１種類の試料液体だけしか取り扱わないので、流路部材を介してキャリーオーバーが生じることもない。
【００４３】
なお、上記においては本発明を液体分注装置に応用した例を示したが、これに限定されるものではなく、例えば図１６に示すような流路部材３２への液体充填装置としても応用することができる。図１６に示す液体充填装置は、ＸＹＺ３軸ロボットアーム３４と、ＸＹＺ３軸ロボットアーム３４に搭載された４本の吐出ヘッドユニット３５と、流路部材収容部３３と、液体試料容器３６とを具備して成る。この液体充填装置においては、上記と同様な方法によって、流路部材３２を流路部材収容部３３から取り出して把持した後に液体試料容器３６の上部に搬送して下降させ、試料液体を流路部材３２内に吸引して保持し、その後、試料液体を吸引した後の流路部材３２を流路部材収容部３３の元の位置へ戻すという工程を繰り返し行うことにより、複数の流路部材３２に異なる試料液体を迅速に充填することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の液体分注装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図２】第１実施形態の液体分注装置における試料液体の吸引工程を説明するための図である。
【図３】第１実施形態の液体分注装置の圧電素子に印加する駆動電圧波形を例示する図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は第１実施形態の液体分注装置における試料液体の吐出工程を説明するための図である。
【図５】第１実施形態の液体分注装置の変形例の全体構成を概略的に示す図である。
【図６】第１実施形態の液体分注装置の変形例におけるノズル部の洗浄工程を説明するための図である。
【図７】第１実施形態の液体分注装置における流路部材のノズル部の端面の直径およびノズル口径に関する好適条件を説明するための図である。
【図８】本発明の第２実施形態の液体分注装置の構成を示す正面図である。
【図９】本発明の第２実施形態の液体分注装置の構成を示す平面図である。
【図１０】第２実施形態の液体分注装置の流路部材の詳細図である。
【図１１】第２実施形態の液体分注装置の吐出ヘッドユニットにおける把持部の詳細図である。
【図１２】第２実施形態の液体分注装置の吐出ヘッドユニットにおける把持部による流路部材の把持動作を説明するための図である。
【図１３】第２実施形態の液体分注装置における試料液体の吐出工程を説明するための図である。
【図１４】第２実施形態の液体分注装置における試料液体の吐出時の積層型圧電素子の駆動電圧波形を例示する図である。
【図１５】（ａ）〜（ｃ）は第２実施形態の液体分注装置における試料液体の吐出動作を説明するための図である。
【図１６】本発明を液体充填装置に応用した場合の全体構成を概略的に示す図である。
【図１７】従来技術を説明するための図である。
【図１８】従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
１吐出ヘッド部
２送気ポンプ
３洗浄水タンク
４洗浄ポンプ
５ａ送気配管
５ｂ送水配管
５ｃ共通配管部
６ａ，６ｂ電磁弁
７架台ブロック
８吐出ヘッド
９圧電素子
１０ノズル口
１１流路部材
１２大気開放電磁弁
１３液体試料容器
１４液体吐出基板
１５洗浄槽
１６流路
１７導入口
１８排出口
１９ノズル部
２０継手
２１Ｏリング
３０スライドガラス
３１ＸＹステージ
３２流路部材
３３流路部材収容部
３４ＸＹＺ３軸ロボットアーム
３５吐出ヘッドユニット
３６液体試料容器
３７流路
３８ノズル口
３９把持部
４０積層圧電素子
４１架台
４２穴部
４３ソレノイドピストン
４４液体収容部
４５試料流路

Claims

試料液体を微少量に分注する液体分注装置であって、
内部に流路を備えるとともに先端部に吸引吐出用の開口を有する流路部材と、
前記流路部材を吐出方向に沿って移動させる駆動手段とを備え、
前記吸引吐出用の開口を試料液体に浸漬した状態で前記駆動手段によって前記流路部材を吐出方向に沿って連続的に進退移動させることにより、前記吸引吐出用の開口から前記流路内に前記試料液体を吸引するとともに、前記駆動手段によって前記流路部材を吐出方向に沿って移動させることにより、前記流路内に保持された試料液体を前記吸引吐出用の開口から吐出させるようにしたことを特徴とする液体分注装置。
前記駆動手段は、その内部に前記流路部材を挿入可能な略円筒形状に形成されており、かつ、前記駆動手段は、その半径方向に伸縮振動する固有振動モードの超音波振動によって前記流路部材を吐出方向に沿って連続的に進退移動させることを特徴とする請求項１記載の液体分注装置。
試料液体を微少量に分注する液体分注装置であって、
内部に流路を備えるとともに先端部に吸引吐出用の開口を有する流路部材と、
前記流路部材を複数個収容する収容部材と、
前記吸引吐出用の開口を試料液体に浸漬した状態で前記流路部材を吐出方向に沿って連続的に進退移動させることにより前記吸引吐出用の開口から前記流路内に前記試料液体を吸引するとともに、前記流路部材を吐出方向に沿って移動させることにより前記流路内に保持された試料液体を前記吸引吐出用の開口から吐出させる駆動手段と、
前記駆動手段と前記流路部材とを着脱自在に連結する連結手段と、
前記連結手段によって連結した前記駆動手段と前記流路部材とを、前記収容部と、試料液体吸引位置と、試料液体吐出位置とに搬送する搬送手段とを備えることを特徴とする液体分注装置。