JP2005140631A - Liquid droplet discharge device, manufacturing method of cell array and manufacturing method of particle array - Google Patents

Liquid droplet discharge device, manufacturing method of cell array and manufacturing method of particle array Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid droplet discharge device capable of stably providing a precise microarray. <P>SOLUTION: This liquid droplet discharge device is equipped with a liquid housing part for housing a liquid, a liquid droplet discharge means for discharging the liquid supplied from the liquid housing part to the outside and a fluidizing means for moving the liquid housed in the liquid housing part. The fluidizing means may be, for example, a rotor or a vibrator for rotating or vibrating a carriage for transporting the liquid housing part and the liquid droplet discharge means. Further, it may be a stirrer, arranged in the liquid housing part. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、インクジェット方式を利用した液滴吐出技術に関する。   The present invention relates to a droplet discharge technique using an inkjet method.

近年、DNAの塩基配列の解読、及び遺伝子情報の機能解析を目的とした、遺伝子発現パターンのモニタリング、新規遺伝子のスクリーニングをするための技術として、DNAマイクロアレイが利用されている。このDNAマイクロアレイの応用技術として、細胞マイクロアレイ及び粒子アレイといった技術が開発されており注目を集めている。このようなマイクロアレイは、例えばインクジェット方式を利用した液滴吐出装置により製造される。   In recent years, DNA microarrays have been used as techniques for monitoring gene expression patterns and screening for new genes for the purpose of decoding the base sequence of DNA and analyzing the function of gene information. As an application technique of this DNA microarray, techniques such as a cell microarray and a particle array have been developed and attracted attention. Such a microarray is manufactured by, for example, a droplet discharge device using an inkjet method.

例えば、特開2002−355025号公報(特許文献1)には、微小液滴吐出手段によりベース基板上の所定領域に細胞スクリーニング物質を固定化し、異なる細胞スクリーニング機能を有する複数の領域を有する細胞アレイを製造する方法が開示されている。このような液滴吐出手段を用いると、細胞やマイクロビーズのような粒子を吐出することも可能であり、効率よく細胞アレイや粒子アレイを作製することができる。   For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-355025 (Patent Document 1) discloses a cell array having a plurality of regions having different cell screening functions by immobilizing a cell screening substance in a predetermined region on a base substrate by means of microdroplet ejection means. A method of manufacturing is disclosed. When such a droplet discharge means is used, particles such as cells and microbeads can be discharged, and a cell array and a particle array can be efficiently produced.

しかしながら、試料溶液として粒子径の大きな細胞や粒子を含むものを用いるため、長時間使用しないと試料溶液を収容しているタンク内で沈降又は偏りが生じてしまう場合があった。このような試料溶液を用いた場合、溶液中に試料が均一に分散していないため、均一な密度のマイクロアレイを作製することが極めて困難であった。
特開2002−355025号公報
However, since a sample solution containing cells or particles having a large particle size is used, there is a case where sedimentation or unevenness occurs in a tank containing the sample solution unless it is used for a long time. When such a sample solution is used, since the sample is not uniformly dispersed in the solution, it is extremely difficult to produce a microarray having a uniform density.
JP 2002-355025 A

したがって、本発明は、精度のよいマイクロアレイを安定して提供し得る液滴吐出装置を提供することを目的としている。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a droplet discharge device that can stably provide a microarray with high accuracy.

本発明の第1の態様は、液体を収容する液体収容部と、上記液体収容部より供給される液体を外部に吐出する液滴吐出手段と、上記液体収容部内に収容された液体を動かす流動手段と、を備えることを特徴とする液滴吐出装置である。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a liquid storage unit that stores a liquid, a droplet discharge unit that discharges the liquid supplied from the liquid storage unit to the outside, and a flow that moves the liquid stored in the liquid storage unit And a droplet discharge device.

かかる構成によれば、液体収容部内にある液体を動かすことにより、液体中に含まれる成分を分散させることが可能となる。したがって、精度のよいマイクロアレイを安定して供給することが可能となる。   According to such a configuration, it is possible to disperse the components contained in the liquid by moving the liquid in the liquid container. Therefore, it is possible to stably supply a highly accurate microarray.

上記流動手段が、上記液体収容部及び上記液滴吐出手段を運搬するキャリッジを回転又は振動させる回転子又は振動子であることが好ましい。これによれば、液体を回転又は振動することにより、液体中に含まれる成分を分散させることが可能となる。   It is preferable that the flow means is a rotor or a vibrator that rotates or vibrates a carriage that carries the liquid container and the droplet discharge means. According to this, the component contained in the liquid can be dispersed by rotating or vibrating the liquid.

上記流動手段が、上記液体収容部内に配置された撹拌子であることが好ましい。これによれば、液体を効率よく撹拌することが可能となる。   It is preferable that the flow means is a stirrer arranged in the liquid container. According to this, it becomes possible to stir the liquid efficiently.

上記液体収容部が、弾性部材から構成され、密閉構造を有することが好ましい。これによれば、液体収容部が密閉構造を有するので、液体を動かした場合においても、液体がこぼれることがなく、貴重な液体の損失を防止することが可能となる。   It is preferable that the liquid container is made of an elastic member and has a sealed structure. According to this, since the liquid container has a sealed structure, even when the liquid is moved, the liquid is not spilled, and it is possible to prevent the loss of the valuable liquid.

上記液滴吐出手段が、液滴吐出ヘッドであることが好ましい。これによれば、精度よく簡便に液体を吐出することが可能となる。   The droplet discharge means is preferably a droplet discharge head. According to this, it becomes possible to discharge a liquid accurately and simply.

上記液体収容部及び上記液滴吐出ヘッド内の液体に接触する部位が、生体親和性を有する材料により被覆されていることが好ましい。これによれば、タンパク質、細胞等の生体試料を含む溶液を用いた場合においても、生体試料の変質等を防止することが可能となる。   It is preferable that the portions in contact with the liquid in the liquid storage portion and the droplet discharge head are covered with a biocompatible material. According to this, even when a solution containing a biological sample such as protein or cell is used, it is possible to prevent the deterioration of the biological sample.

上記液滴吐出ヘッドが、液滴を外部に吐出するための圧力を付与する加圧室と、上記加圧室から押出された液体を外部に吐出するノズルと、上記液体収容部から供給される液体を上記加圧室に供給する供給口とを有し、上記ノズル穴及び上記供給口の口径が、15μm〜100μmの範囲内であることが好ましい。例えば、試料に細胞又は粒子を用いる場合には、上記口径であると吐出ばらつきがなく良好に吐出し得る。   The droplet discharge head is supplied from a pressurizing chamber for applying a pressure for discharging droplets to the outside, a nozzle for discharging the liquid extruded from the pressurizing chamber to the outside, and the liquid storage unit. It is preferable to have a supply port for supplying a liquid to the pressurizing chamber, and the nozzle hole and the supply port have a diameter of 15 μm to 100 μm. For example, when cells or particles are used for the sample, the above-mentioned diameter can be discharged well without discharge variation.

上記液体としては、例えば細胞又は粒子を分散させた液体が用いられる。本発明の液滴吐出装置は、このような粒子径の大きい成分を用いた場合に特に好適である。   As the liquid, for example, a liquid in which cells or particles are dispersed is used. The droplet discharge device of the present invention is particularly suitable when such a component having a large particle diameter is used.

上記液滴吐出装置は、細胞アレイ作製又は粒子アレイの作製に特に好適に用いられる。本発明の液滴吐出装置は、このような粒子径の大きい成分を用いた場合に特に好適である。   The droplet discharge device is particularly preferably used for cell array production or particle array production. The droplet discharge device of the present invention is particularly suitable when such a component having a large particle diameter is used.

本発明の第2の態様は、上記いずれかに記載の液滴吐出装置を用いて、細胞が分散された液体を基板上に吐出して細胞アレイを製造することを特徴とする細胞アレイの製造方法である。これによれば、精度のよい細胞アレイを安定して提供し得る。   According to a second aspect of the present invention, a cell array is manufactured by discharging a liquid, in which cells are dispersed, onto a substrate using any one of the droplet discharge devices described above. Is the method. According to this, an accurate cell array can be provided stably.

本発明の第3の態様は、上記いずれかに記載の液滴吐出装置を用いて、粒子が分散された液体を基板上に吐出して粒子アレイを製造することを特徴とする粒子アレイの製造方法である。これによれば、精度のよい粒子アレイを安定して提供し得る。   According to a third aspect of the present invention, a particle array is manufactured by discharging a liquid, in which particles are dispersed, onto a substrate using any one of the droplet discharge devices described above. Is the method. According to this, an accurate particle array can be provided stably.

以下、本発明の実施形態について説明する。
(第一の実施形態)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
(First embodiment)

図1は、第一の実施形態に係る液滴吐出装置を説明するための図である。
図1に示すように、本実施形態の液滴吐出装置100は、液滴吐出ヘッドとタンクが一体的に形成されたカートリッジ200、カートリッジ200を運搬するキャリッジ300、基板を載置するテーブル103、及び制御部400を含み構成されている。なお、カートリッジ200及びテーブル103は、例えば、タイミングベルト機構やボールネジ機構等を用いて数値制御方式等により移動させることができる。
FIG. 1 is a diagram for explaining a droplet discharge device according to a first embodiment.
As shown in FIG. 1, a droplet discharge device 100 according to this embodiment includes a cartridge 200 in which a droplet discharge head and a tank are integrally formed, a carriage 300 that carries the cartridge 200, a table 103 on which a substrate is placed, And a control unit 400. The cartridge 200 and the table 103 can be moved by, for example, a numerical control method using a timing belt mechanism, a ball screw mechanism, or the like.

本実施形態においては、液体を動かす流動手段がキャリッジ300及びキャリッジ300を支える支持部材301に取り付けられている。   In the present embodiment, the fluid means for moving the liquid is attached to the carriage 300 and the support member 301 that supports the carriage 300.

カートリッジ200は、液滴吐出手段としての液滴吐出ヘッドと液体を収容する液体収容部としてのタンクが一体的に構成された構造を有している。   The cartridge 200 has a structure in which a droplet discharge head as a droplet discharge unit and a tank as a liquid storage portion for storing a liquid are integrally configured.

図2に、本実施形態に用いられるカートリッジ200の構造を示す。   FIG. 2 shows the structure of the cartridge 200 used in this embodiment.

図2に示すように、カートリッジ200は液体収容部210及び液滴吐出ヘッド220から要部が構成されている。   As shown in FIG. 2, the main part of the cartridge 200 includes a liquid storage unit 210 and a droplet discharge head 220.

液体収容部(リザーバタンク)210は、液体収容部210内に収容された液体の動きによっても液漏れが起こらないように密閉された構造を有している。液体収容部210は、液体収容部210内の液の減少に伴って変形し得る素材より構成されていることが好ましい。具体的には、ゴム等の弾性部材から構成されることが好ましい。これによれば、収容する液体の減少に伴い形状を変形し得るので、内圧を一定に保ち、吐出量を安定化することが可能となる。   The liquid storage part (reservoir tank) 210 has a sealed structure so that liquid leakage does not occur even when the liquid stored in the liquid storage part 210 moves. The liquid storage unit 210 is preferably made of a material that can be deformed as the liquid in the liquid storage unit 210 decreases. Specifically, it is preferably composed of an elastic member such as rubber. According to this, since the shape can be deformed as the liquid to be stored decreases, the internal pressure can be kept constant and the discharge amount can be stabilized.

液滴吐出ヘッド220は、液体収容部210から供給される液体をノズルから液滴を外部に吐出するものである。液滴吐出ヘッド12は、静電方式、圧電方式、サーマル方式のいずれの方式を採るものであってもよい。但し、生体試料を使用する場合には、生体試料への熱による影響を防止し得るという観点から、静電駆動方式または圧電方式を採用することが好ましい。これらの方式によれば、例えば、試料溶液中に熱により変性等しやすい生体分子等が含まれる場合にも、このような生体分子等にダメージを与えることなく、基板表面上に安定した吐出が可能となる。   The droplet discharge head 220 discharges the liquid supplied from the liquid storage unit 210 from the nozzle to the outside. The droplet discharge head 12 may adopt any method of an electrostatic method, a piezoelectric method, and a thermal method. However, when a biological sample is used, it is preferable to adopt an electrostatic drive method or a piezoelectric method from the viewpoint that the influence of heat on the biological sample can be prevented. According to these methods, for example, even when biomolecules that are easily denatured by heat are contained in the sample solution, stable discharge onto the substrate surface without damaging such biomolecules. It becomes possible.

図3に、本実施形態に用いられる液滴吐出ヘッドの一例を示す。図3(a)は、液滴吐出ヘッドの構造を説明するための分解斜視図であり、図3(b)は、液滴吐出ヘッドの断面構造を説明するための図である。   FIG. 3 shows an example of a droplet discharge head used in this embodiment. FIG. 3A is an exploded perspective view for explaining the structure of the droplet discharge head, and FIG. 3B is a view for explaining the sectional structure of the droplet discharge head.

図3に示すように、液滴吐出ヘッド220は、表面に電極が設けられた第一の基板221と、第一の基板221と接合される加圧室を有する第二の基板222と、第二の基板221の他面側に接合される第三の基板223とから要部が構成される。   As shown in FIG. 3, the droplet discharge head 220 includes a first substrate 221 having an electrode provided on the surface, a second substrate 222 having a pressure chamber bonded to the first substrate 221, The main part is composed of the third substrate 223 bonded to the other surface side of the second substrate 221.

液滴吐出ヘッド220は、第一の基板221上に設けられた電極の電位差に対応する静電力によって、第二の基板222に設けられた加圧室224底部に位置する振動板を変位させ、加圧室224内に圧力を付与することで液体を吐出する。   The droplet discharge head 220 displaces the vibration plate located at the bottom of the pressurization chamber 224 provided on the second substrate 222 by an electrostatic force corresponding to the potential difference between the electrodes provided on the first substrate 221. A liquid is discharged by applying pressure to the pressurizing chamber 224.

液滴を外部に吐出するノズル開口226及び液体収容部210から供給される液体を加圧室224に供給する供給口227の大きさ(口径)は、2μm〜10μm程度の大きさの物質(例:細胞又は粒子)を吐出する場合には、15μm〜100μmであることが好ましい。ノズル開口226及び供給口227が15μmより小さいと、細胞又は粒子がノズルに詰まり易くなる傾向にある。また、ノズル開口226及び供給口227が100μmより大きいと吐出量が多くなり微小なスポットの形成が困難となる傾向にある。   The nozzle opening 226 that discharges droplets to the outside and the supply port 227 that supplies the liquid supplied from the liquid storage unit 210 to the pressurizing chamber 224 have a size (diameter) of about 2 μm to 10 μm. : Cells or particles) is preferably 15 μm to 100 μm. If the nozzle opening 226 and the supply port 227 are smaller than 15 μm, the cells or particles tend to clog the nozzle. In addition, if the nozzle opening 226 and the supply port 227 are larger than 100 μm, the discharge amount increases and it is difficult to form a minute spot.

本実施形態に用いられる液滴吐出ヘッド220は、複数の加圧室、ノズル、及びこれらを繋ぐ流路を一の基板上に備えているので、一括して加工することができ、簡略な工程で得られるという利点がある。   Since the droplet discharge head 220 used in this embodiment includes a plurality of pressurizing chambers, nozzles, and a flow path connecting them, on one substrate, it can be processed in a lump and can be simplified. There is an advantage that can be obtained.

本実施形態において用いられる液体が生体試料溶液である場合には、液体収容部210及び液滴吐出ヘッド220内の生体試料溶液と接触する部位には、生体試料の壁面への付着を防止し、生体試料の劣化等を防止し得るコーティング膜が形成されていることが好ましい。このようなコーティング膜としては、例えばポリエチレングリコール、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン等からなる親水性ポリマー材料を用いることができる。   When the liquid used in the present embodiment is a biological sample solution, the biological sample solution in the liquid container 210 and the droplet discharge head 220 is prevented from adhering to the wall surface, It is preferable that a coating film capable of preventing deterioration of the biological sample is formed. As such a coating film, for example, a hydrophilic polymer material made of polyethylene glycol, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine, or the like can be used.

キャリッジ300は、カートリッジ200を搭載してx軸方向に往復移動させるものである。キャリッジ300には、カートリッジ200内に収容された液体を流動化させ、液体中に含まれる生体試料などの成分を分散し得るように構成されている。具体的には、図4に示すような構造を有している。   The carriage 300 mounts the cartridge 200 and reciprocates in the x-axis direction. The carriage 300 is configured to fluidize the liquid contained in the cartridge 200 and disperse components such as a biological sample contained in the liquid. Specifically, it has a structure as shown in FIG.

図4に、キャリッジを回転させる方法を説明する図を示す。   FIG. 4 is a diagram illustrating a method for rotating the carriage.

キャリッジ300は、キャリッジ300をx軸方向に往復移動させるための図示しない移動手段に固定化された支持部材301に対して回転自在に取り付けられている。支持部材301上にはキャリッジ300を回転させるための回転子(ロータ)を含むモータ302aが取り付けられており、コンピュータ(CPU)より構成される制御部400によりモータ302aの動作が制御される。   The carriage 300 is rotatably attached to a support member 301 fixed to a moving means (not shown) for reciprocating the carriage 300 in the x-axis direction. A motor 302a including a rotor (rotor) for rotating the carriage 300 is mounted on the support member 301, and the operation of the motor 302a is controlled by a control unit 400 configured by a computer (CPU).

モータ302aからの動力は、モータ302aの出力軸303から図示しない歯車機構等の伝達手段を介してキャリッジ300に伝えられる。   The power from the motor 302a is transmitted to the carriage 300 from the output shaft 303 of the motor 302a via a transmission means such as a gear mechanism (not shown).

このようなキャリッジ300の回転操作は、液滴吐出装置100の吐出間の休止時に行われる。   Such a rotation operation of the carriage 300 is performed during a pause between discharges of the droplet discharge device 100.

このような液滴吐出装置100を用い、種々の試料溶液をアレイ用基板に吐出することで種々のマイクロアレイを製造し得る。例えば、試料溶液として細胞を含む溶液を用いた場合には、細胞アレイを製造し得る。また、ポリスチレン、シリカ、ラテックス、磁性ビーズ等の粒子(ビーズ)を含む溶液を使用した場合には、粒子アレイを製造し得る。   Various microarrays can be manufactured by discharging various sample solutions onto an array substrate using such a droplet discharge apparatus 100. For example, when a solution containing cells is used as the sample solution, a cell array can be manufactured. In addition, when a solution containing particles (beads) such as polystyrene, silica, latex, and magnetic beads is used, a particle array can be manufactured.

なお、本例においては、液滴吐出ヘッド220は、静電駆動方式のものを挙げたが、これに限らず、ピエゾ方式を用いてもよい。この場合にも発熱を併有しないので、熱による試料溶液の変性等を防止し得る。   In this example, the droplet discharge head 220 is an electrostatic drive type, but is not limited thereto, and a piezo type may be used. Also in this case, since no heat is generated, it is possible to prevent denaturation of the sample solution due to heat.

また、モータ302aから動力を伝達する伝達手段としては歯車機構を挙げたが、これに限定されずベルト伝動によってもよい。   Further, the gear mechanism is exemplified as the transmission means for transmitting the power from the motor 302a, but the present invention is not limited to this, and belt transmission may be used.

また、本例においては、キャリッジ300を支持部材301を中心に回転させる例について挙げたが、これに限定されず支持部材301を中心に振り子状に揺動させてもよい。   In this example, the carriage 300 is rotated about the support member 301. However, the present invention is not limited to this, and the carriage 300 may be swung in a pendulum shape about the support member 301.

また、液滴吐出装置100の液体吐出時においては、製造するアレイの精度を高めるために液滴吐出ヘッド220は支持部材301に対し固定されていることが好ましい。したがって、液滴吐出時においては液滴吐出ヘッド220を支持部材301に対して固定化するロック機構を備えていることが好ましい。このようなロック機構としては、従来公知の技術が用いられる。   Further, at the time of liquid ejection of the liquid droplet ejection apparatus 100, it is preferable that the liquid droplet ejection head 220 is fixed to the support member 301 in order to increase the accuracy of the array to be manufactured. Therefore, it is preferable to provide a lock mechanism for fixing the droplet discharge head 220 to the support member 301 during droplet discharge. A conventionally well-known technique is used as such a lock mechanism.

本実施形態によれば、液滴吐出装置の休止時にキャリッジを回転させることで、液体収容部内の液体を動かすことにより、液体中に含まれる成分を分散させることが可能となる。したがって、製造を一旦中断し、再開した場合においても液体中の成分の沈降等を防止することができるので、精度のよいマイクロアレイを安定して供給することが可能となる。本実施形態の液滴吐出装置は、細胞アレイ、粒子アレイの作製といった、溶液を長時間放置した場合に沈降し易い試料を用いるアレイの製造に特に好適である。また、液滴吐出ヘッドの流路内がコーティング膜で覆われていることで、液体に含まれる成分が流路内壁に付着するのを防止することが可能となる。また、液滴吐出ヘッドに静電駆動方式を採用しているため、生体試料を用いた場合においても熱による影響を与えることがない。また、液体収容部が弾性部材から構成された密閉構造を有するため、液体の漏れ及び外部からの影響がなく、さらに液体収容部内の圧力を容易に保持することが可能である。   According to the present embodiment, the component contained in the liquid can be dispersed by moving the liquid in the liquid container by rotating the carriage when the droplet discharge device is stopped. Therefore, even when the production is interrupted and resumed, sedimentation of components in the liquid can be prevented, so that a highly accurate microarray can be stably supplied. The droplet discharge device of the present embodiment is particularly suitable for manufacturing an array using a sample that easily settles when a solution is left for a long time, such as production of a cell array or a particle array. Further, since the inside of the flow path of the droplet discharge head is covered with the coating film, it is possible to prevent components contained in the liquid from adhering to the inner wall of the flow path. In addition, since the electrostatic drive method is adopted for the droplet discharge head, there is no influence of heat even when a biological sample is used. In addition, since the liquid storage portion has a sealed structure composed of an elastic member, there is no liquid leakage and no external influence, and the pressure in the liquid storage portion can be easily maintained.

(第二の実施形態)
上記第一の実施形態では、収容部内の液体を動かす流動手段として回転子を利用したが、第二の実施形態では回転子の代わりに振動子を用いる。
(Second embodiment)
In the first embodiment, the rotor is used as the fluid means for moving the liquid in the container. In the second embodiment, a vibrator is used instead of the rotor.

図5は、キャリッジを振動させる方法を説明するための図である。   FIG. 5 is a diagram for explaining a method of vibrating the carriage.

図5に示すように、キャリッジ300の両端に振動子302bを設ける。このような振動子302bとしては、例えば圧電セラミック等の圧電素子を用いることができる。具体的には、圧電セラミックを貼り付けたステンレス等の弾性部材の一端をキャリッジ300に固定し、他端に錘を設け、圧電セラミック部に電圧を印加することにより振動を起こす。圧電セラミック部で生じた振動により錘が振動し、この振動は弾性部材との固定部を介してキャリッジ300に伝播される。圧電セラミック部への電圧印加の制御は、CPUより構成される制御部400により行われる。   As shown in FIG. 5, vibrators 302 b are provided at both ends of the carriage 300. As such a vibrator 302b, for example, a piezoelectric element such as a piezoelectric ceramic can be used. Specifically, one end of an elastic member such as stainless steel with a piezoelectric ceramic attached is fixed to the carriage 300, a weight is provided at the other end, and vibration is generated by applying a voltage to the piezoelectric ceramic portion. The weight is vibrated by the vibration generated in the piezoelectric ceramic portion, and this vibration is propagated to the carriage 300 through the fixing portion with the elastic member. Control of voltage application to the piezoelectric ceramic unit is performed by a control unit 400 including a CPU.

第二の実施形態によれば、キャリッジを振動させることで、液体収容部内の液体を流動化させ、また、液体中に含まれる試料を分散させることが可能となるので、精度のよいマイクロアレイを安定して提供し得る。   According to the second embodiment, by vibrating the carriage, the liquid in the liquid container can be fluidized and the sample contained in the liquid can be dispersed. Can be provided.

(第三の実施形態)
上記第一の実施形態では、収容部内の液体を動かす流動手段として、キャリッジを支える支持部材を中心としてキャリッジを回転させる例について説明したが、第三の実施形態では回転させる代わりに、支持部材を中心としてキャリッジを左右に平行移動させる例について説明する。
(Third embodiment)
In the first embodiment, the example in which the carriage is rotated around the support member that supports the carriage as the flow means for moving the liquid in the storage unit has been described. An example in which the carriage is translated from side to side as a center will be described.

図6は、キャリッジを左右に平行移動させる機構を説明するための図である。   FIG. 6 is a diagram for explaining a mechanism for translating the carriage from side to side.

図6に示すように、キャリッジ300の支持部材301を取付ける側面にX軸方向に伸びた溝部を設け、この溝部内の両端に電磁石302cを設置する。各電磁石302cは各々支持部材301の先端と繋がれている。支持部材301は磁性体から構成されているか又は少なくとも先端部に磁性体が取付けられているものが用いられる。各電磁石302cに電流を流すことにより、キャリッジ300は支持部材301を中心に左右に平行移動する。電磁石302cへの通電の制御は、CPUより構成される制御部400により行われる。   As shown in FIG. 6, a groove portion extending in the X-axis direction is provided on the side surface to which the support member 301 of the carriage 300 is attached, and electromagnets 302c are installed at both ends of the groove portion. Each electromagnet 302 c is connected to the tip of the support member 301. The support member 301 is made of a magnetic material or has a magnetic material attached to at least the tip. By passing a current through each electromagnet 302c, the carriage 300 translates left and right around the support member 301. Control of energization to the electromagnet 302c is performed by the control unit 400 constituted by a CPU.

第三の実施形態によれば、キャリッジを左右に揺動することが可能となるので、液体を流動化させ、また、液体中の成分を分散させることが可能となるので、精度のよいマイクロアレイを安定して提供し得る。   According to the third embodiment, the carriage can be swung from side to side, so that the liquid can be fluidized and the components in the liquid can be dispersed. It can be provided stably.

(第四の実施形態)
上記第一の実施形態ではキャリッジを回転させることにより液体収容部内の液体の流動化を図ったが、第四の実施形態では液体収容部内の液体を撹拌することで流動化させる態様について説明する。
(Fourth embodiment)
In the first embodiment, the liquid in the liquid container is fluidized by rotating the carriage. In the fourth embodiment, a mode in which the liquid in the liquid container is fluidized by stirring will be described.

図7は、磁性ビーズにより液体収容部内を撹拌する機構を説明するための図である。   FIG. 7 is a diagram for explaining a mechanism for stirring the inside of the liquid storage unit with magnetic beads.

図7に示すように、液体収容部210内に一又は二以上の磁性ビーズなどの磁性体305を予め挿入しておく。液体収容部210の上下方向に電磁石302cを設置し、各電磁石302cに電流を流すことにより磁性ビーズ305を上下運動させることができる。電磁石302cへの通電の制御は、CPUより構成される制御部400により行われる。   As shown in FIG. 7, a magnetic body 305 such as one or two or more magnetic beads is inserted into the liquid storage unit 210 in advance. The magnetic beads 305 can be moved up and down by installing the electromagnets 302c in the vertical direction of the liquid storage unit 210 and passing an electric current through the electromagnets 302c. Control of energization to the electromagnet 302c is performed by the control unit 400 constituted by a CPU.

第四の実施形態によれば、磁性ビーズ305により液体収容部210内の液体を撹拌することで、液体中に含まれる生体試料等の成分を均一に分散することが可能となる。したがって、精度のよいマイクロアレイを安定して提供し得る。   According to the fourth embodiment, it is possible to uniformly disperse components such as a biological sample contained in the liquid by stirring the liquid in the liquid storage unit 210 with the magnetic beads 305. Therefore, a highly accurate microarray can be provided stably.

なお、本実施形態においては、液体収容部210の上下方向に電磁石を設置した例を挙げたが、これに限らず、例えば、液体収容部210の左右方向に電磁石を配置してもよい。   In the present embodiment, an example in which electromagnets are installed in the vertical direction of the liquid storage unit 210 has been described. However, the present invention is not limited thereto, and for example, electromagnets may be arranged in the horizontal direction of the liquid storage unit 210.

また、棒状の磁性体(撹拌子)を液体収容部210内に装入し、例えば液体収容部210の下方に配置された磁石を回転させることで、液体収容部210内の撹拌子を回転させ、液体収容部210内を撹拌してもよい。   In addition, a rod-shaped magnetic body (stirring bar) is inserted into the liquid storage unit 210, and, for example, a magnet disposed below the liquid storage unit 210 is rotated to rotate the stirring bar in the liquid storage unit 210. The inside of the liquid container 210 may be stirred.

[実施例]
このような液滴吐出装置100を用いたアレイの製造方法を、細胞アレイの製造方法を例に採り以下に説明する。
[Example]
An array manufacturing method using such a droplet discharge device 100 will be described below by taking a cell array manufacturing method as an example.

(実施例1)
下記のように、細胞を含む試料溶液を調製した。ここで、使用する細胞としては牛由来の継体培養株の血管内皮細胞を用いた。
(Example 1)
A sample solution containing cells was prepared as described below. Here, as the cells to be used, vascular endothelial cells of bovine-derived passage cultures were used.

まず、シャーレで培養した培養細胞をトリプシンで処理した後、遠心分離で濃縮して全量1mLの細胞浮遊液を得た。細胞係数装置を用いてこの細胞浮遊液の細胞数をカウントし、このカウントされた細胞数より希釈率を計算し、培養液で希釈して10〜20万個/mLの濃度に調整した。   First, cultured cells cultured in a petri dish were treated with trypsin, and then concentrated by centrifugation to obtain a total cell volume of 1 mL. The number of cells in this cell suspension was counted using a cell coefficient device, the dilution rate was calculated from the counted number of cells, diluted with a culture solution, and adjusted to a concentration of 100,000 to 200,000 cells / mL.

第一の実施形態と同様の液滴吐出装置100を用いて、上記方法により調製した細胞浮遊液をアレイ用基板上に吐出した(図1参照)。この際、ノズル穴の口径は、最大幅が50μmのものを使用した。このときの液滴の大きさは、約100〜200pLであった。1スポットに付き、10ショットの吐出を行ったところ、細胞の数は1スポットに付き1〜5個であった。   Using the same droplet discharge apparatus 100 as in the first embodiment, the cell suspension prepared by the above method was discharged onto the array substrate (see FIG. 1). At this time, a nozzle hole having a maximum width of 50 μm was used. The size of the droplet at this time was about 100 to 200 pL. When 10 shots were discharged per spot, the number of cells was 1 to 5 per spot.

その後、液滴吐出ヘッドのノズル開口面をキャップしてキャリッジを鉛直方向を含む面内で6回転/minの速度で回転させた。1時間後に吐出を再開したところ、1スポットあたり2〜6個の細胞が入っていることが確認できた。   Thereafter, the nozzle opening surface of the droplet discharge head was capped and the carriage was rotated at a speed of 6 rotations / min within a plane including the vertical direction. When the discharge was resumed after 1 hour, it was confirmed that 2 to 6 cells were contained per spot.

(比較例1)
実施例1において、キャリッジを回転させずに、液滴吐出ヘッドのノズル開口面をキャップした状態で1時間放置した。その後、吐出を再開したところ、吐出が停止してしまった。
(Comparative Example 1)
In Example 1, the nozzle opening surface of the droplet discharge head was capped for 1 hour without rotating the carriage. Thereafter, when the discharge was resumed, the discharge stopped.

液滴吐出ヘッドを構成するガラス基板を通して加圧室内部を観察したところ、細胞が沈降してノズルを塞いでいた。   When the inside of the pressure chamber was observed through the glass substrate constituting the droplet discharge head, the cells settled and blocked the nozzle.

(実施例2)
実施例1において、細胞浮遊液の代わりにビーズを分散した懸濁液を用いた以外は実施例1と同様の方法で行った。
(Example 2)
In Example 1, the same method as in Example 1 was used, except that a suspension in which beads were dispersed was used instead of the cell suspension.

吐出する粒子は、Duke Scientific社製の粒径2μmのホウ珪酸ガラスビーズを用いた。このビーズをリン酸緩衝液に体積比で1%分散した懸濁液を調製した。1スポットあたり100〜150個のビーズが吐出されていることが確認できた。   As the particles to be discharged, borosilicate glass beads having a particle size of 2 μm manufactured by Duke Scientific were used. A suspension was prepared by dispersing the beads in a phosphate buffer at a volume ratio of 1%. It was confirmed that 100 to 150 beads were discharged per spot.

その後、液滴吐出ヘッドのノズル開口面をキャップしてキャリッジを鉛直方向を含む面内で6回転/minの速度で回転させると同時に静電アクチュエータを振動させた。   Thereafter, the nozzle opening surface of the droplet discharge head was capped, and the carriage was rotated at a speed of 6 rotations / min within a plane including the vertical direction, and at the same time, the electrostatic actuator was vibrated.

1時間後に吐出を再開したところ、ビーズの数は吐出休止前とほぼ同様の範囲であった。   When the discharge was resumed after 1 hour, the number of beads was in the same range as before the discharge stop.

(比較例2)
実施例2において、キャリッジを回転させずに、液滴吐出ヘッドのノズル開口面をキャップした状態で1時間放置した。その後、吐出を再開したところ、ビーズの吐出量は1000〜2000個に増加した。
(Comparative Example 2)
In Example 2, the nozzle opening surface of the droplet discharge head was capped for 1 hour without rotating the carriage. Thereafter, when the ejection was resumed, the ejection amount of beads increased to 1000 to 2000.

図1は、第一の実施形態に係る液滴吐出装置を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining a droplet discharge device according to a first embodiment. 図2は、カートリッジ200の構造の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the structure of the cartridge 200. 図3は、液滴吐出ヘッドの一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a droplet discharge head. 図4は、キャリッジの回転方法を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a method of rotating the carriage. 図5は、キャリッジを振動させる方法を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a method of vibrating the carriage. 図6は、キャリッジを左右に平行移動させる機構を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a mechanism for translating the carriage from side to side. 図7は、磁性ビーズにより液体収容部内を撹拌する機構を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a mechanism for stirring the inside of the liquid storage unit with magnetic beads.

符号の説明Explanation of symbols

100・・・液滴吐出装置、103・・・テーブル、200・・・カートリッジ、210・・・液体収容部、220・・・液滴吐出ヘッド、221・・・第一の基板、222・・・第二の基板、223・・・第三の基板、224・・・加圧室、226・・・ノズル開口、227・・・供給口、300・・・キャリッジ、301・・・支持部材、302・・・モータ、302・・・流動手段、303・・・出力軸、305・・・磁性ビーズ、400・・・制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Droplet discharge apparatus, 103 ... Table, 200 ... Cartridge, 210 ... Liquid container, 220 ... Droplet discharge head, 221 ... First substrate, 222 ... Second substrate, 223 ... third substrate, 224 ... pressure chamber, 226 ... nozzle opening, 227 ... supply port, 300 ... carriage, 301 ... support member, 302 ... Motor, 302 ... Flow means, 303 ... Output shaft, 305 ... Magnetic beads, 400 ... Control part

Claims (11)

液体を収容する液体収容部と、
前記液体収容部より供給される液体を外部に吐出する液滴吐出手段と、
前記液体収容部内に収容された液体を動かす流動手段と、
を備えることを特徴とする液滴吐出装置。
A liquid container for containing a liquid;
Droplet discharge means for discharging the liquid supplied from the liquid container to the outside;
A flow means for moving the liquid stored in the liquid storage portion;
A droplet discharge apparatus comprising:
前記流動手段が、前記液体収容部及び前記液滴吐出手段を運搬するキャリッジを回転又は振動させる回転子又は振動子である、請求項1に記載の液滴吐出装置。   The droplet discharge device according to claim 1, wherein the flow unit is a rotor or a vibrator that rotates or vibrates a carriage that conveys the liquid container and the droplet discharge unit. 前記流動手段が、前記液体収容部内に配置された撹拌子である、請求項1又は請求項2に記載の液滴吐出装置。   The droplet discharge device according to claim 1, wherein the flow unit is a stirrer disposed in the liquid storage unit. 前記液体収容部が、弾性部材から構成され、密閉構造を有する、請求項1乃至3のいずれかに記載の液滴吐出装置。   4. The droplet discharge device according to claim 1, wherein the liquid storage portion is made of an elastic member and has a sealed structure. 前記液滴吐出手段が、液滴吐出ヘッドである、請求項1乃至4のいずれかに記載の液滴吐出装置。   The droplet discharge device according to claim 1, wherein the droplet discharge unit is a droplet discharge head. 前記液体収容部及び前記液滴吐出ヘッド内の液体に接触する部位が、生体親和性を有する材料により被覆されている、請求項5に記載の液滴吐出装置。   The liquid droplet ejection apparatus according to claim 5, wherein the liquid container and the portion in contact with the liquid in the liquid droplet ejection head are covered with a biocompatible material. 前記液滴吐出ヘッドが、液滴を外部に吐出するための圧力を付与する加圧室と、前記加圧室から押出された液体を外部に吐出するノズルと、前記液体収容部から供給される液体を前記加圧室に供給する供給口とを有し、
前記ノズル穴及び前記供給口の口径が、15μm〜100μmの範囲内である、請求項5又は請求項6に記載の液滴吐出装置。
The droplet discharge head is supplied from a pressurizing chamber for applying pressure for discharging droplets to the outside, a nozzle for discharging the liquid extruded from the pressurizing chamber to the outside, and the liquid storage unit. A supply port for supplying liquid to the pressurizing chamber;
7. The droplet discharge device according to claim 5, wherein the nozzle holes and the supply ports have a diameter of 15 μm to 100 μm.
前記液体が、細胞又は粒子を分散させた液体である、請求項1乃至7のいずれかに記載の液滴吐出装置。   The liquid droplet ejection apparatus according to claim 1, wherein the liquid is a liquid in which cells or particles are dispersed. 前記液滴吐出装置が、細胞アレイ作製又は粒子アレイの作製に用いられる、請求項1乃至8のいずれかに記載の液滴吐出装置。   The droplet discharge device according to any one of claims 1 to 8, wherein the droplet discharge device is used for manufacturing a cell array or a particle array. 請求項1乃至9のいずれかに記載の液滴吐出装置を用いて、細胞が分散された液体を基板上に吐出して細胞アレイを製造することを特徴とする細胞アレイの製造方法。   A method for producing a cell array, comprising producing a cell array by discharging a liquid in which cells are dispersed onto a substrate using the droplet discharge device according to claim 1. 請求項1乃至9のいずれかに記載の液滴吐出装置を用いて、粒子が分散された液体を基板上に吐出して粒子アレイを製造することを特徴とする粒子アレイの製造方法。

A method for producing a particle array, comprising: using the droplet discharge device according to claim 1 to discharge a liquid in which particles are dispersed onto a substrate to manufacture a particle array.

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