JP2006130407A

JP2006130407A - パターン形成方法、不吐出ノズル検出方法及び不吐出ノズル補完方法

Info

Publication number: JP2006130407A
Application number: JP2004322340A
Authority: JP
Inventors: Jun Isozaki; 準磯崎; Naoki Morita; 直己森田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2004-11-05
Filing date: 2004-11-05
Publication date: 2006-05-25

Abstract

【課題】隣り合うノズル同士で液滴を吐出させた場合でも視認性を得ることができるパターン形成方法、また、不吐出のマイクロピペットを容易に検出できる不吐出ノズル検出方法及び不吐出ノズル補完方法を得る。
【解決手段】スキャン毎に、少なくとも一つのノズル群を選択し、該ノズル群のノズルを使用して、マイクロピペットの移動ピッチに合わせて、各セル３４にノズル群の配列順にノズルから液滴を吐出させる。これにより、隣り合うノズルであっても、マイクロピペットの移動ピッチ（セル３４の幅と同じ）分の間隔が空くこととなり、視認性が向上する。このため、パターン形成及び不吐出ノズルの検出を容易に行うことができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、定量の液滴を吐出させる定量吐出装置のパターン形成方法、不吐出ノズル検出方法及び不吐出ノズル補完方法に関する。

極微小の液体スポットを大量に作成するための方法として、アレイ状の圧電素子を用いたマイクロピペットなどが用いられている。特に、ＤＮＡの解析などの目的で使用される場合は、非常に小さなスポットが要求されるため、ノズルの径も非常に小さなものになる。

例えば、特許文献１では、外部から試料が注入・充填されるキャビティ内において、圧電／電歪素子の駆動により、体積を変化させ、キャビティ内の試料をノズルから吐出させるマイクロピペットを複数用いているが、具体的にどのようにしてパターンを形成するか記載されていない。

一方、特許文献２では、複数のノズルから液滴を吐出させて一つのスポットを形成することで、同一のスポット径を得る旨が記載されているが、隣り合うノズル同士で液滴を吐出させた場合、受液媒体上で隣り合う液滴同士が繋がり、視認性が悪くなってしまうという問題に関しては言及されていない。

また、特許文献１では、液滴の吐出不良等が生じた場合、該当するマイクロピペットを交換するようにし、特許文献２では液滴の吐出不良に関して、レーザ光や赤外線によって基板を照射し間接的に試料を加熱することで、液滴の吐出不良等の防止を可能としているが、そもそも特許文献１、２には、不吐出のノズルをどのようにして検出するのか明記されていない。
特開２００１−１２４７８９号公報特開２００１−１８６８８０号公報

本発明は、上記事実を考慮し、隣り合うノズル同士で液滴を吐出させた場合でも視認性を得ることができるパターン形成方法、また、不吐出のマイクロピペットを容易に検出できる不吐出ノズル検出方法及び不吐出ノズル補完方法を得ることを課題とする。

本発明は上記事実を考慮し、請求項１に記載の発明は、一定の方向へ移動し、少なくとも一列設けられた複数のノズルから液滴を吐出する定量吐出装置のパターン形成方法であって、前記定量吐出装置が一定のピッチ移動する毎に、所定の間隔を空けて選択した複数のノズル群からそれぞれ選択され、かつ前記ノズル群内の配列順にノズルから少なくとも一滴の液滴を、培養可能な受液媒体へ吐出させることを特徴としている。

請求項１に記載の発明では、定量吐出装置が一定のピッチ移動する毎に、所定の間隔を空けて選択した複数のノズル群からそれぞれ選択し、かつ該ノズル群内の配列順にノズルから少なくとも一滴の液滴を受液媒体へ吐出させることで、受液媒体には定量吐出装置の移動に合わせて一定のピッチで液滴が吐出されることとなる。

例えば、定量吐出装置を停止させた状態で、隣り合うノズル同士で液滴を吐出させた場合、受液媒体上では隣り合う液滴同士が繋がり、視認性が悪くなってしまうが、定量吐出装置を一定のピッチ移動させ、該ピッチに合わせて、該ノズル群内の配列順にノズルから液滴を吐出させることで、隣り合うノズルであっても、定量吐出装置の移動ピッチ分の間隔が空くこととなり、視認性を得ることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のパターン形成方法において、前記一定のピッチを移動しながら指定したノズルが複数の液滴を受液媒体へ吐出することを特徴としている。

請求項２に記載の発明では、指定したノズルから複数の液滴を受液媒体へ吐出させることで、パターンの視認性をさらに上げることができ、透明の液滴を吐出した場合でも視認可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のパターン形成方法において、前記受液媒体は複数のセルに分割され、前記定量吐出装置の移動方向のセルの幅は、前記定量吐出装置の移動ピッチと略同一であることを特徴としている。

請求項３に記載の発明では、受液媒体を複数のセルに分割し、定量吐出装置の移動方向のセルの幅を、定量吐出装置の移動ピッチと略同一とすることで、各セル毎に一つのノズルからの液滴の吐出が可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のパターン形成方法において、前記定量吐出装置の移動方向と直交する前記セルの長さは、前記ノズル群以上であることを特徴としている。

請求項４に記載の発明では、定量吐出装置の移動方向と直交するセルの長さを、ノズル群以上とすることで、定量吐出装置の１回の移動で、定量吐出装置の移動方向に沿った各セルには、ノズル群の配列順にノズルから液滴が吐出されることとなる。

請求項５に記載の発明は、不吐出ノズル検出方法において、請求項１〜４の何れか１項に記載のパターン形成方法で前記受液媒体へ吐出された液滴の有無によって不吐出ノズルを検出することを特徴としている。

請求項５に記載の発明では、上記のパターン形成方法で受液媒体へ吐出された液滴の有無によって不吐出ノズルを検出することで、隣り合うノズルであっても、視認性が向上するため、不吐出ノズルを容易に検出することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の不吐出ノズル検出方法において、前記受液媒体が、液滴の付着で発色する検査用紙であることを特徴としている。

請求項６に記載の発明では、受液媒体を、液滴の付着で発色する検査用紙とすることで、ノズルの不吐出検出の視認性を上げることができる。また、発色させることで、該不吐出検出を光学的に検出することもできる。

請求項７に記載の発明は、不吐出ノズル補完方法において、請求項５又は６に記載の不吐出ノズル検出方法で検出された不吐出ノズルの代替として、前記定量吐出装置の移動方向と直交する方向で前記不吐出ノズルの近傍に位置するノズルを使用することを特徴としている。

請求項７に記載の発明では、不吐出ノズルの代替として、定量吐出装置の移動方向と直交する方向で不吐出ノズルの近傍に位置するノズルを使用することで、不吐出ノズルを交換することなく定量吐出装置を使用することができる。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の不吐出ノズル補完方法において、前記受液媒体が載置された載置台が前記定量吐出装置の移動方向に対して直交する方向へ移動可能に設けられ、互いに隣接する複数のノズルから液滴が吐出可能な吐出可能領域と液滴が吐出されない不吐出領域とが存在する場合、前記載置台の移動ピッチを前記吐出可能領域の長さにすることを特徴としている。

請求項８に記載の発明では、互いに隣接する複数のノズルから液滴が吐出されない場合、吐出可能領域の長さ毎に載置台を移動させ、ノズルから液滴が吐出されない不吐出領域の代替として、液滴が吐出可能な吐出可能領域のノズルを使用することができ、請求項７に記載の発明と略同様の効果を得ることができる。

本発明は、上記構成としたので、請求項１に記載の発明では、定量吐出装置を一定のピッチ移動させ、該ピッチに合わせて、該ノズル群内の配列順にノズルから液滴を吐出させることで、隣り合うノズルであっても、定量吐出装置の移動ピッチ分の間隔が空くこととなり、視認性を得ることができる。

請求項５に記載の発明では、隣り合うノズルであっても、視認性が向上するため、不吐出ノズルを容易に検出することができる。

請求項７又は８に記載の発明では、不吐出ノズルを交換することなく定量吐出装置を使用することができる。

図１には、本発明の一実施形態に係る定量吐出装置としてのマイクロピペット１０が示されている。このマイクロピペット１０は、４００ｄｐｉの解像度で、１６０個のノズル１２を有している（図２参照）。

なお、ここでは、１行×１６０列のノズル１２を有するマイクロピペット１０について説明するが、マトリックス状、すなわち複数行のノズル１２を有するマイクロピペットであっても良い。

マイクロピペット１０はキャリッジ１４に保持されており、受液媒体Ｐ（例えばスライドグラス・プラスチックフイルム・紙など、さらに、この上に培養に適した培地を塗布したものなど培養可能な媒体）を載置する載置台１６に対向して配置される。

キャリッジ１４には貫通孔１４Ａが形成されており、貫通孔１４Ａ内には両端部を図示しない支持部材で支持された棒状のガイド部材１７が内挿されている。このガイド部材１７の両端側近傍には、それぞれ駆動プーリー１８と従動プーリー２０が配設されており、駆動プーリー１８と従動プーリー２０には、タイミングベルト２２が巻回されている。

このタイミングベルト２２の一部にキャリッジ１４が固定されており、駆動プーリー１８に連結されたモータ２３を駆動させると、タイミングベルト２２の回転と共に、キャリッジ１４を介してマイクロピペット１０がガイド部材１７に沿って移動（矢印Ａ方向）する。

一方、ガイド部材１７に対して直交する方向（矢印Ｂ方向）に沿う載置台１６の側面には、ラック２６が形成されており、ラック２６には載置台１６を収容する台座２８に取付けられたピニオン３０が噛み合っている。

このピニオン３０にはモータ３２が連結されており、モータ３２の駆動力がピニオン３０へ伝達されると、ピニオン３０の回転力はラック２６との噛み合いにより直線移動に変換され、載置台１６を矢印Ｂ方向へ移動させる。

以上のような構成により、載置台１６上の受液媒体Ｐに対して、マイクロピペット１０を矢印Ａ方向へ移動（いわゆるスキャン）させながら、ノズル１２（図２参照）から受液媒体Ｐ上に微量の液滴を吐出させる。一方、載置台１６を介して、受液媒体Ｐを矢印Ｂ方向へ移動させ、マイクロピペット１０に対する受液媒体Ｐの位置を変える。

ここで、マイクロピペット１０には、図示はしないが、ノズル１２と連通し液体が供給される圧力室に、ヒータが設けられており、該ヒータの加熱によりバブルを発生させ、その圧力で液滴を吐出させるように構成されている。

なお、ヒータの代わりに、圧電素子を用いても良い。この場合、圧電素子は、圧力室の体積を減少させるように凹状に撓み変形して圧力室内の液体を加圧し、液滴として吐出させる。

次に、本発明の一実施形態に係るマイクロピペットを用いたパターン形成方法について説明する。

図３には受液媒体Ｐのセル３４の配置例が示されている。マイクロピペット１０の移動方向と直交するセル３４の長さは、ノズル群３６以上としており、図４に示すように、セル３４の長さが９０ドット分＝５．７１５ｍｍである。また、セル３４の幅は約５ｍｍである。このため、マイクロピペット１０の移動ピッチは約５ｍｍとする。ここで、セル３４の数は任意であるが、横方向には１０以上並べることが望ましい（ここでは、図３に示すように、縦２０×横１６）。

本発明では、各セル３４内に１ドットずつ液滴を吐出させる。このため、スキャン毎に、図２に示す１６０個のノズル１２のうち、１０個を一つのノズル群３６として、少なくとも一つのノズル群３６を選択し、該ノズル群３６のノズル１２を使用して、ノズル群３６の配列順に各ノズル１２から液滴を吐出させる。

具体的には、図４及び図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、１回目のスキャンで、１〜１０番及び９１〜１００番（なお、番号は、図２に示すように、１６０個のノズル１２の一端側から順番に付したものである。）の２０個のノズル１２を選択し、マイクロピペット１０の移動ピッチに合わせて、ノズル群３６の配列順に各ノズル１２から液滴を吐出させる。

次に、２回目のスキャンで、２１〜３０番及び１１１〜１２０番の２０個のノズル１２を選択し、マイクロピペット１０の移動ピッチに合わせて、ノズル群３６の配列順に各ノズル１２から液滴を吐出させ、３回目のスキャンでは、４１〜５０番及び１３１〜１４０番の２０個のノズル１２を選択し、マイクロピペット１０の移動ピッチに合わせて、ノズル群３６の配列順に各ノズル１２から液滴を吐出させる。

また、４回目のスキャンでは、６１〜７０番及び１５１〜１６０番の２０個のノズル１２を選択し、マイクロピペット１０の移動ピッチに合わせて、ノズル群３６の配列順に各ノズル１２から液滴を吐出させ、５回目のスキャンでは、８１〜９０番の１０個のノズル１２を選択し、マイクロピペット１０の移動ピッチに合わせて、ノズル群３６の配列順に各ノズル１２から液滴を吐出させる。

さらに、６回目のスキャンで、１１〜２０番及び１０１〜１１０番の２０個のノズル１２を選択し、マイクロピペット１０の移動ピッチに合わせて、ノズル群３６の配列順に各ノズル１２から液滴を吐出させ、７回目のスキャンで、３１〜４０番及び１２１〜１３０番の２０個のノズル１２を選択し、マイクロピペット１０の移動ピッチに合わせて、ノズル群３６の配列順に各ノズル１２から液滴を吐出させる。

そして、８回目のスキャンで、５１〜６０番及び１４１〜１５０番の２０個のノズル１２を選択し、マイクロピペット１０の移動ピッチに合わせて、ノズル群３６の配列順に各ノズル１２から液滴を吐出させ、９回目のスキャンで７１〜８０番の１０個のノズル１２を選択し、マイクロピペット１０の移動ピッチに合わせて、ノズル群３６の配列順に各ノズル１２から液滴を吐出させる。このように、９回のスキャン（セル１６行分）によって、１６０個のノズル１２全てから液滴が吐出されたことになる。

ここで、選択する二つのノズル群３６の間には、８個のノズル群３６が配置され、セル３４の縦方向での液滴のピッチが、５．７１５ｍｍ（０．０６３５ｍｍ×９０）となるようにして、セル３４の縦方向での液滴のピッチＰを、セル３４の長さと同じ又は近似させる。また、全ノズル１２の長さ（０．０６３５ｍｍ×１６０）をセル３４の長さ（５．７１５ｍｍ）で割ったときに割り切れない寸法にセル３４の長さを設定する。

これにより、受液媒体Ｐの各セル３４には、一つずつ液滴が付着すると共に、液滴を各セル３４の中心近くに吐出させることができ、各セル３４に液滴が吐出されているか否かが検出しやすくなる。

ところで、通常、マイクロピペット１０を停止させた状態で、隣り合うノズル１２同士で液滴を吐出させた場合、隣り合う液滴同士が繋がり、視認性が悪くなってしまう。

しかし、本発明のように、マイクロピペット１０の移動ピッチ（セル３４の幅と同じ）に合わせて、指定したノズル１２から液滴を吐出させることで、隣り合うノズル１２であっても、マイクロピペット１０の移動ピッチ分の間隔が空くこととなり、視認性が向上する。このため、パターン形成及び不吐出ノズルの検出を容易に行うことができる。

また、指定したノズル１２から複数の液滴を各セル３４へ吐出させることも可能である。例えば、図６に示すように、通常吐出時よりも遅いスピードでスキャンを行う、もしくは図７に示すように、セル３４毎に停止させながら液滴を吐出させることにより、同一セル３４内に同じノズル１２から複数の液滴が吐出されることとなる。

これにより、パターン形成及び不吐出ノズル検出の視認性をさらに上げることができ、透明の液滴を吐出した場合でも視認可能となる。また、図４と比較して、各セル３４には通常吐出よりも大きなドットが形成されるため視認しやすくなる。

ここで、不吐出ノズル検出の場合、不吐出ノズル検出用の溶液を、吐出させる液滴内の微生物に影響を与えない程度の着色をして視認性を上げるようにしても良い。また、不吐出ノズル検出用の受液媒体Ｐとして、液滴の付着で発色する検査用紙を用いても良い。

例えば、受液媒体Ｐをリトマス試験紙等を用い、また、不吐出ノズル検出用の溶液として中性以外のｐＨの溶液、例えば弱酸性（ｐＨ６程度）溶液とすることで、液滴の付着によって受液媒体Ｐを発色させることができるため、不吐出ノズル検出の視認性を上げることができる。また、発色させることで、該不吐出ノズル検出を光学的に検出することも可能である。

そして、図６又は図７に示すように、液滴が付着していないセル３４があった場合、該セル３４に対応するノズル１２は不吐出ノズルであるということになるが、この場合、該不吐出ノズルの代替として、載置台１６（図１参照）の移動方向（矢印Ｂ方向）に沿った不吐出ノズルの近傍に位置するノズル１２を使用することで、図８に示すように、本来不吐出の部分に吐出されるはずの液滴が、該不吐出ノズルの近傍に位置するノズル１２を代替とすることで、補完の部分に吐出されることとなる。

このように、不吐出ノズルの近傍に位置するノズル１２を代替することで、不吐出ノズルを交換することなくマイクロピペット１０をそのまま使用することができる。

また、所定範囲内のノズル１２、例えば、１〜２０番のノズル１２が不吐出の場合、載置台１６の移動量（いわゆるスキャンの送り量）を減らすことで、該不吐出ノズル領域の代替として、液滴が吐出可能な領域のノズルを使用することができる。

具体的には、１回目のスキャンで、２１〜３０番及び１１１〜１２０番の２０個のノズル１２を選択し、２回目のスキャンでは、６１〜７０番及び１５１〜１６０番の２０個のノズル１２を選択する。３回目のスキャンでは、１０１〜１１０番の１０個のノズル１２を選択し、４回目のスキャンでは、５１〜６０番及び１４１〜１５０番の２０個のノズル１２を選択する。

そして、５回目のスキャンでは、９１〜１００番の１０個のノズル１２を選択し、６回目のスキャンで、４１〜５０番及び１４１〜１５０番の２０個のノズル１２、７回目のスキャンで、８１〜９０番の１０個のノズル１２を選択する。

次に、８回目のスキャンで、３１〜４０番及び１２１〜１３０番の２０個のノズル１２を選択し、９回目のスキャンで７１〜８０番の１０個のノズル１２を選択して、それぞれマイクロピペット１０の移動ピッチに合わせて、ノズル群３６の配列順に各ノズル１２から液滴を吐出させる。

このように、９回のスキャン（セル１４行分）で全てのノズル１２から液滴を吐出させることができる。ここで、載置台１６の移動量は、１４０ドット分とし、通常の１６０ドット分よりも少なくなる。不吐出ノズルが多い場合、載置台１６の移動量を減らし、スキャン回数を増やすことで、一部のノズル１２が不吐出になったとしても、マイクロピペット１０を交換することなく有効に使用できる。また、吐出可能なノズル１２をほぼ均一に使用することができるため、ノズル１２の目詰まりが発生しても、サンプル作成のスループットの低下を極力防止することができる。

なお、本形態はあくまでも一実施例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。

例えば、本形態では、図１に示すように、載置台１６の側面に、ラック２６を形成し、該ラック２６に台座２８に取付けられたピニオン３０を噛み合わせることで、載置台１６を矢印Ｂ方向へ移動させるようにしたが、載置台１６を移動させる手段としては、ラックとピニオンに限るものではない。例えば、ベルト及びプーリを用いた移動手段でも良いし、リニアガイド及びモータを用いた移動手段でも良い。

また、本形態では、受液媒体Ｐを載置台１６に載置し、載置台１６を矢印Ｂ方向に沿って移動可能としたが、載置台１６の代わりにローラなどの搬送手段を設け、該搬送手段に対して受液媒体Ｐが矢印Ｂ方向に沿って搬送されるようにしても良い。

本発明の一実施形態に係るマイクロピペットを示す斜視図である。本発明の一実施形態に係るマイクロピペットのノズルを示す平面図である。受液媒体のセルの配置例を示す平面図である。本発明の一実施形態に係るマイクロピペットで各セル毎に液滴を吐出させた状態を示す平面図である。（Ａ）は図４を拡大した図であり、（Ｂ）は本発明の一実施形態に係るマイクロピペットのスキャン回数と使用ノズルとを示す表である。本発明の一実施形態に係るマイクロピペットで各セル毎に液滴を複数吐出させた状態を示す平面図である。本発明の一実施形態に係るマイクロピペットで各セル毎に液滴を複数吐出させた状態を示す平面図である。本発明の一実施形態に係る不吐出ノズル補完方法を示す説明図である。

符号の説明

１０マイクロピペット（定量吐出装置）
１２ノズル
１６載置台
３４セル
３６ノズル群
Ｐ受液媒体

Claims

一定の方向へ移動し、少なくとも一列設けられた複数のノズルから液滴を吐出する定量吐出装置のパターン形成方法であって、
前記定量吐出装置が一定のピッチ移動する毎に、所定の間隔を空けて選択した複数のノズル群からそれぞれ選択され、かつ前記ノズル群内の配列順にノズルから少なくとも一滴の液滴を、培養可能な受液媒体へ吐出させることを特徴とするパターン形成方法。
前記一定のピッチを移動しながら指定したノズルが複数の液滴を受液媒体へ吐出することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
前記受液媒体は複数のセルに分割され、前記定量吐出装置の移動方向のセルの幅は、前記定量吐出装置の移動ピッチと略同一であることを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン形成方法。
前記定量吐出装置の移動方向と直交する前記セルの長さは、前記ノズル群以上であることを特徴とする請求項３に記載のパターン形成方法。
請求項１〜４の何れか１項に記載のパターン形成方法で前記受液媒体へ吐出された液滴の有無によって不吐出ノズルを検出することを特徴とする不吐出ノズル検出方法。
前記受液媒体が、液滴の付着で発色する検査用紙であることを特徴とする請求項５に記載の不吐出ノズル検出方法。
請求項５又は６に記載の不吐出ノズル検出方法で検出された不吐出ノズルの代替として、前記定量吐出装置の移動方向と直交する方向で前記不吐出ノズルの近傍に位置するノズルを使用することを特徴とする不吐出ノズル補完方法。
前記受液媒体が載置された載置台が前記定量吐出装置の移動方向に対して直交する方向へ移動可能に設けられ、
互いに隣接する複数のノズルから液滴が吐出可能な吐出可能領域と液滴が吐出されない不吐出領域とが存在する場合、前記載置台の移動ピッチを前記吐出可能領域の長さにすることを特徴とする請求項７に記載の不吐出ノズル補完方法。