JP2007057436A - Liquid droplet discharge head and apparatus therefor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid droplet discharge head capable of suppressing the liquid leak from a nozzle orifice by a simpler configuration. <P>SOLUTION: The liquid droplet discharge head (10) is used in order to discharge a liquid becoming a discharge target as liquid droplets and includes a compartment (20) having a plurality of liquid housing chambers (22) for housing the liquid, a nozzle element (20) having a plurality of nozzle orifices (26) provided so as to respectively communicate with the liquid housing chambers, a plurality of the pressure means provided to the respective liquid housing chambers in a relation of 1:1 in order to pressurize the liquid, a storage member (50) having a plurality of liquid storage chambers (16) provided in a relation of 1:1 with respect to the respective liquid housing chambers in order to supply the liquid and a plurality of the liquid holding means (18) constituted so as to contain porous members and provided in the respective liquid storage chambers. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、所望の液体を液滴化して吐出するために液滴吐出ヘッド及び当該液滴吐出ヘッドを含んで構成される液滴吐出装置に関する。   The present invention relates to a droplet discharge head and a droplet discharge device including the droplet discharge head for discharging a desired liquid into droplets.

近年、核酸やタンパク質、細胞等の生体由来物質をプローブとして基板上に固定化したいわゆるマイクロアレイを用い、生体分子間の結合の特異性を利用して、サンプル中の標的物質を検出・測定する方法が広く用いられている。このようなマイクロアレイの製造を高効率に行うために、液滴吐出装置を用いる方法が研究、開発されている。   In recent years, a method for detecting and measuring a target substance in a sample by using a so-called microarray in which a biological substance such as nucleic acid, protein, or cell is immobilized on a substrate as a probe, and utilizing the specificity of binding between biomolecules Is widely used. In order to manufacture such a microarray with high efficiency, a method using a droplet discharge device has been researched and developed.

一般に、プローブとして用いられる核酸等の生体由来物質は、少量しか得られない場合も多く、また非常に高価である。このため、液滴吐出装置を用いる場合には、ノズル孔からの液漏れによる生体由来物質の浪費を極力回避したいという技術的課題がある。また、このような課題は、マイクロアレイの製造に使用される液滴吐出装置に限られたものではない。例えば、印刷用途に用いられる液滴吐出装置であっても、高品質な印刷を行うために高価なインクを使用するような場合等においては、上記と同様な課題が生じ得る。   In general, biological materials such as nucleic acids used as probes are often obtained only in small amounts, and are very expensive. For this reason, in the case of using a droplet discharge device, there is a technical problem that it is desired to avoid as much as possible the waste of biological material due to liquid leakage from the nozzle hole. Further, such a problem is not limited to a droplet discharge device used for manufacturing a microarray. For example, even in the case of a droplet discharge device used for printing, the same problem as described above may occur when expensive ink is used to perform high-quality printing.

このような課題に対して、特開2004−160368号公報(特許文献1)には、生体由来物質を含有する液体を貯留するタンクとして複数の毛細管の束などの手段を用いることにより、毛細管現象を利用してタンク内に負圧を生じさせる技術が開示されている。かかる技術によれば、ノズル孔と連通したタンク内に液体を留めようとする力が生じるので、ノズル孔からの液漏れを抑制することができる。   In response to such a problem, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-160368 (Patent Document 1) discloses a capillary phenomenon by using means such as a bundle of a plurality of capillaries as a tank for storing a liquid containing a biological substance. A technique for generating a negative pressure in a tank using the above is disclosed. According to such a technique, a force for retaining the liquid is generated in the tank communicating with the nozzle hole, so that liquid leakage from the nozzle hole can be suppressed.

しかし、多数のノズルとこれに対応する多数のタンクとを有する液滴吐出ヘッドを構成する場合、上記特許文献1に開示される毛細管の束などからなる液体保持手段を導入するのは、製造コスト等の観点から難しいと考えられる。例えば、多数のタンクのそれぞれに毛細管の束を隙間なく装填するには、高い加工精度が必要となるからである。したがって、より簡易な構成によってタンク内に負圧を生じさせ、ノズル孔からの液漏れを抑制し得る技術が望まれていた。   However, when a droplet discharge head having a large number of nozzles and a large number of tanks corresponding to the nozzles is constructed, it is necessary to introduce a liquid holding means composed of a bundle of capillaries disclosed in Patent Document 1 in terms of manufacturing cost. It is considered difficult from the viewpoint of the above. For example, high processing accuracy is required to load a bundle of capillaries into each of a large number of tanks without gaps. Therefore, a technique capable of generating a negative pressure in the tank with a simpler configuration and suppressing liquid leakage from the nozzle hole has been desired.

特開2004−160368号公報JP 2004-160368 A

そこで、本発明は、より簡易な構成によって、ノズル孔からの液漏れを抑制し得る液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a droplet discharge head and a droplet discharge device that can suppress liquid leakage from a nozzle hole with a simpler configuration.

第1の態様の本発明は、液滴吐出装置等に装着され、吐出対象となる液体を液滴にして吐出するために用いられる液滴吐出ヘッドであって、上記液体を収容するための複数の液体収容室を有する収容体と、上記液体収容室のそれぞれに連通するように設けられる複数のノズル孔を有するノズル体と、上記液体に加圧するために上記液体収容室のそれぞれと一対一に設けられる複数の加圧手段と、上記液体を供給するために上記液体収容室のそれぞれと一対一に設けられる複数の液体貯留室を有する貯留体と、多孔質体を含んで構成され、上記液体貯留室のそれぞれの内部に設けられる複数の液体保持手段と、を含んで構成される、液滴吐出ヘッドである。ここで「多孔質体」とは、内部に多数の孔をもつ固体の総称であって、多孔体、多孔質固体、多孔材料とも呼ばれる。   A first aspect of the present invention is a droplet discharge head that is mounted on a droplet discharge device or the like and is used to discharge a liquid to be discharged as droplets, and includes a plurality of liquid discharge heads for containing the liquid. A container having a liquid storage chamber, a nozzle body having a plurality of nozzle holes provided to communicate with each of the liquid storage chambers, and each of the liquid storage chambers to pressurize the liquid. A plurality of pressurizing means provided, a storage body having a plurality of liquid storage chambers provided one-on-one with each of the liquid storage chambers for supplying the liquid, and a porous body, And a plurality of liquid holding means provided inside each of the storage chambers. Here, the “porous body” is a general term for a solid having a large number of pores therein, and is also called a porous body, a porous solid, or a porous material.

かかる構成では、多孔質体からなる液体保持手段を各液体貯留室の内部に設けることにより、吐出対象となる液体を保持する作用(すなわち負圧)を生じさせ、当該作用を利用してノズル孔からの液漏れを抑制している。具体的には、多孔質体の多数の孔における表面張力や毛細管現状等の界面作用を利用することにより、液体をその場に留める作用を得ることができる。したがって、より簡易な構成によって、ノズル孔からの液漏れを抑制し得る液滴吐出ヘッドを提供することができる。   In such a configuration, by providing liquid holding means made of a porous body inside each liquid storage chamber, an action (that is, negative pressure) for holding the liquid to be discharged is generated, and the nozzle hole is utilized using the action. The liquid leakage from the is suppressed. Specifically, the action of retaining the liquid in place can be obtained by utilizing the interfacial action such as the surface tension and the current state of the capillary in the numerous pores of the porous body. Therefore, it is possible to provide a droplet discharge head that can suppress liquid leakage from the nozzle hole with a simpler configuration.

好ましくは、上記液体保持手段は、複数の微小球を密集させたものである。   Preferably, the liquid holding means is a dense collection of a plurality of microspheres.

この場合には、例えば、各液体貯留室の中に微小球を適量、装填するという方法や、予め多数の微小球を所定サイズに整形して固着させたものを準備し、各液体貯留室内に装填するという方法など、比較的に簡便な方法によって各液体貯留室内に隙間なく液体保持手段を設けることが可能となる。   In this case, for example, a method of loading an appropriate amount of microspheres into each liquid storage chamber, or a method in which a large number of microspheres are shaped and fixed in advance and prepared in advance, It is possible to provide the liquid holding means without gaps in each liquid storage chamber by a relatively simple method such as a method of loading.

好ましくは、上記微小球は、ガラス球である。   Preferably, the microsphere is a glass sphere.

これによれば、吐出対象となる液体に生体由来分子が含まれる場合など、外界の影響を極力回避したい場合に都合がよい。   This is convenient when it is desired to avoid the influence of the outside world as much as possible, for example, when a biological molecule is contained in the liquid to be ejected.

また、上記液体保持手段は、スポンジ体(例えばPVAスポンジ等)であってもよい。   Further, the liquid holding means may be a sponge body (for example, PVA sponge or the like).

スポンジ体を用いることによっても、好適な液体保持手段が得られる。   A suitable liquid holding means can also be obtained by using a sponge body.

また、上記液体保持手段は、上記液体貯留室内に当該液体保持手段が存在しない余剰空間が確保されるように上記液体貯留室の全容積よりも体積を小さくして設けられることが好ましい。   Further, the liquid holding means is preferably provided with a volume smaller than the total volume of the liquid storage chamber so that an excess space in which the liquid holding means does not exist is secured in the liquid storage chamber.

これにより、液体貯留室や液体収容室等の洗浄をより効果的に行うことが可能となる。すなわち、各液体貯留室に余剰空間が確保されることにより、液体貯留室内に洗浄液をより多く供給することができるようになる。従って、洗浄時に液体貯留室に残存する廃棄対象の液体をより低濃度に希釈しながら洗浄処理を行うことが可能となるので、液体の付着を抑制することが可能となる。   This makes it possible to more effectively clean the liquid storage chamber, the liquid storage chamber, and the like. In other words, the extra space is secured in each liquid storage chamber, so that more cleaning liquid can be supplied into the liquid storage chamber. Accordingly, it is possible to perform the cleaning process while diluting the liquid to be discarded remaining in the liquid storage chamber at the time of cleaning to a lower concentration, and thus it is possible to suppress the adhesion of the liquid.

好ましくは、上記液体保持手段は、上記液体の付着を抑制する被膜を有する。   Preferably, the liquid holding means has a film that suppresses the adhesion of the liquid.

これにより、多孔質体の目詰まりを抑制することができる。   Thereby, clogging of a porous body can be suppressed.

上記被膜は、2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン単位からなる重合体又はこれを含む共重合体からなることも好ましい。   The coating is preferably made of a polymer comprising 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine units or a copolymer containing the polymer.

これによれば、吐出対象となる液体に生体由来分子が含まれる場合に特に都合がよい。   According to this, it is particularly convenient when the liquid to be ejected contains biological molecules.

第2の態様の本発明は、上記第1の態様の本発明にかかる液滴吐出ヘッドと、この液滴吐出ヘッドを支持し、少なくとも一方向に自在に移動させる駆動手段と、液滴吐出ヘッドから吐出される上記液滴が滴下される対象物を支持するテーブルと、を含む、液滴吐出装置である。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a liquid droplet ejection head according to the first aspect of the present invention, a driving means for supporting the liquid droplet ejection head and moving it freely in at least one direction, and the liquid droplet ejection head. And a table that supports an object onto which the droplets discharged from the apparatus are dropped.

かかる構成によれば、より簡易な構成によって、ノズル孔からの液漏れを抑制し得る液滴吐出装置を提供することが可能となる。   According to such a configuration, it is possible to provide a droplet discharge device that can suppress liquid leakage from the nozzle hole with a simpler configuration.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明では、本発明が適用された一実施形態の液滴吐出ヘッドと、当該液滴吐出ヘッドを備えて構成される液滴吐出装置の一例としてのマイクロアレイ製造装置について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, a droplet ejection head according to an embodiment to which the present invention is applied and a microarray manufacturing apparatus as an example of a droplet ejection apparatus configured to include the droplet ejection head will be described.

図1は、本発明を適用した一実施形態のマイクロアレイ製造装置の構成を説明するための概略斜視図である。図1に示すマイクロアレイ製造装置200は、生体由来物質を含む試料溶液(吐出対象となる液体)を液滴にし、対象物としてのガラス基板等の基板202上に吐出することによってマイクロアレイを製造するためのものである。図示のように、マイクロアレイ製造装置200は、主たる構成要素として、複数の基板202を載置可能に構成されたテーブル204と、液滴吐出ヘッド10を固定するための固定手段212と、テーブル204をX方向に自在に移動させるためのX方向駆動軸214と、液滴吐出ヘッド10をY方向に自在に移動させるためのY方向駆動軸216と、固定手段212をZ方向に自在に移動させるためのZ方向駆動軸218と、を備える。さらに、本例のマイクロアレイ製造装置200は、そのベース220に、液滴吐出ヘッド10を格納して密閉し、内部を減圧することが可能な減圧室Aを備える。このマイクロアレイ製造装置200においては、X方向駆動軸214、Y方向駆動軸216、Z方向駆動軸218を適宜作動させることにより液滴吐出ヘッド10を基板202に対して相対的に移動させ、基板202上の好適な位置に適量の試料溶液が吐出されることにより、マイクロアレイが作製される。   FIG. 1 is a schematic perspective view for explaining the configuration of a microarray manufacturing apparatus according to an embodiment to which the present invention is applied. The microarray manufacturing apparatus 200 shown in FIG. 1 manufactures a microarray by making a sample solution containing a biological substance (liquid to be discharged) into droplets and discharging the liquid onto a substrate 202 such as a glass substrate as an object. belongs to. As illustrated, the microarray manufacturing apparatus 200 includes, as main components, a table 204 configured to be able to place a plurality of substrates 202, a fixing unit 212 for fixing the droplet discharge head 10, and a table 204. An X-direction drive shaft 214 for freely moving in the X direction, a Y-direction drive shaft 216 for freely moving the droplet discharge head 10 in the Y direction, and a fixing means 212 for freely moving in the Z direction. Z-direction drive shaft 218. Furthermore, the microarray manufacturing apparatus 200 of this example includes a decompression chamber A in which the droplet discharge head 10 is housed and sealed, and the inside can be decompressed, in the base 220. In the microarray manufacturing apparatus 200, the droplet discharge head 10 is moved relative to the substrate 202 by appropriately operating the X-direction drive shaft 214, the Y-direction drive shaft 216, and the Z-direction drive shaft 218. A microarray is produced by discharging a suitable amount of sample solution to a suitable position above.

図2は、液滴吐出ヘッド10の構造を説明するための断面図である。図3は、液滴吐出ヘッド10の概略斜視図である。なお、図2の断面図は、図3に示すII−II線方向の断面に対応している。図4は、液滴吐出ヘッド10の構成要素たる各基板の構造を説明するための平面図である。以下、各図を参照しながら液滴吐出ヘッド10の詳細構成について説明する。   FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the structure of the droplet discharge head 10. FIG. 3 is a schematic perspective view of the droplet discharge head 10. 2 corresponds to the section taken along the line II-II shown in FIG. FIG. 4 is a plan view for explaining the structure of each substrate, which is a constituent element of the droplet discharge head 10. Hereinafter, the detailed configuration of the droplet discharge head 10 will be described with reference to the drawings.

図2に示すように、液滴吐出ヘッド10は、基板30、40および50を積層して構成されており、ノズル孔形成面12の略中央には、ノズル孔26および加圧室22等が形成されたヘッドチップ20が取り付けられている。各リザーバ(液体貯留室)16は、基板(貯留体)50に設けられた複数の貫通孔により構成されている。この各リザーバ16に供給された液体は流路13を通って各加圧室(液体収容室)22に到達し、加圧手段(詳細は後述)によって加圧され、ノズル孔26から吐出される。ノズル孔形成面12は、基板30の図中下側の面となる。また、各リザーバ16の内部には、それぞれ多孔質体からなる液体保持手段18が設けられている。   As shown in FIG. 2, the droplet discharge head 10 is configured by laminating substrates 30, 40, and 50, and a nozzle hole 26, a pressurizing chamber 22, and the like are provided at substantially the center of the nozzle hole forming surface 12. The formed head chip 20 is attached. Each reservoir (liquid storage chamber) 16 includes a plurality of through holes provided in the substrate (reservoir) 50. The liquid supplied to each reservoir 16 reaches each pressurizing chamber (liquid storage chamber) 22 through the flow path 13, is pressurized by a pressurizing means (details will be described later), and is discharged from the nozzle hole 26. . The nozzle hole forming surface 12 is the lower surface of the substrate 30 in the drawing. Each reservoir 16 is provided with a liquid holding means 18 made of a porous material.

図3に示すように、液滴吐出ヘッド10には8行×12列で96個のリザーバ16が設けられている。面14に配列された各リザーバ16の開口部から吐出対象となる液体が供給される。例えば、汎用されるマイクロタイタープレートのウェルの数および配置に従ってリザーバ16を設けることによって、マイクロタイタープレートから分注機等を使用して各リザーバ16に液体を供給することができる。また、面14と対向する面(図中では下面)がノズル孔形成面12であり、この中央にノズル孔26が設けられている(図2参照)。   As shown in FIG. 3, the droplet discharge head 10 is provided with 96 reservoirs 16 in 8 rows × 12 columns. Liquid to be ejected is supplied from the openings of the respective reservoirs 16 arranged on the surface 14. For example, by providing the reservoirs 16 according to the number and arrangement of wells of a commonly used microtiter plate, liquid can be supplied from the microtiter plate to each reservoir 16 using a dispenser or the like. Further, the surface (the lower surface in the drawing) facing the surface 14 is the nozzle hole forming surface 12, and the nozzle hole 26 is provided at the center (see FIG. 2).

次に、図4を参照しながら各基板30、40および50の構造を説明する。図4(A)に示すように、基板30には、基板40の一面とともに流路13を形成するための複数(本例では96本)の溝13’が形成されている。各溝13’は、基板30の周縁部から中央に向かって集束し、各溝13’の基板周縁側の末端はリザーバ16のピッチ(形成間隔)と一致していている。また、各溝13’の基板中央側の末端には、各溝13’と連通する貫通孔が設けられている。図4(B)に示すように、基板40には、8行×12列で96個の貫通孔42が形成されている。貫通孔42のピッチは、リザーバ16のピッチと一致する。貫通孔42は、流路13とリザーバ16とを連通させる流路となる。図4(C)に示すように、基板50には、8行×12列で96個の貫通孔52が形成されている。この基板50を基板40上に積層することによって貫通孔52の一方の開口が基板40の一面に覆われ、リザーバ16が構成される。各基板30、40、50は、ガラス、樹脂等の材料で形成することができ、溝や貫通孔は、エッチング、射出成形等、材料に適した方法によって形成することができる。基板30、40、50を積層し、熱溶着、または接着剤等を用いる方法により接着した後、基板30の中央にヘッドチップ20を接着することにより、液滴吐出ヘッド10が完成する。   Next, the structure of each of the substrates 30, 40 and 50 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4A, the substrate 30 is formed with a plurality (96 in this example) of grooves 13 ′ for forming the flow path 13 together with one surface of the substrate 40. Each groove 13 ′ converges from the periphery of the substrate 30 toward the center, and the end of each groove 13 ′ on the substrate periphery side coincides with the pitch (formation interval) of the reservoir 16. Further, a through hole communicating with each groove 13 ′ is provided at the end of each groove 13 ′ on the substrate center side. As shown in FIG. 4B, 96 through holes 42 are formed in the substrate 40 in 8 rows × 12 columns. The pitch of the through holes 42 matches the pitch of the reservoir 16. The through hole 42 serves as a flow path that allows the flow path 13 and the reservoir 16 to communicate with each other. As shown in FIG. 4C, the substrate 50 has 96 through holes 52 formed in 8 rows × 12 columns. By laminating the substrate 50 on the substrate 40, one opening of the through hole 52 is covered with one surface of the substrate 40, and the reservoir 16 is configured. Each board | substrate 30,40,50 can be formed with materials, such as glass and resin, and a groove | channel and a through-hole can be formed by methods suitable for material, such as an etching and injection molding. After the substrates 30, 40, and 50 are stacked and bonded by a method using thermal welding or an adhesive, the head chip 20 is bonded to the center of the substrate 30, thereby completing the droplet discharge head 10.

図5は、ヘッドチップ20の詳細構造を説明する断面図である。ヘッドチップ20は、電気的に接続するだけで単独で加圧室の加圧手段を作動させ、ノズル孔から液滴を吐出可能な構成となっている。図5では、ヘッドチップ20の一例として静電駆動方式のヘッドチップの断面図が示されている。なお説明の便宜上、基板40および50は省略し、基板30のみ示している。   FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the detailed structure of the head chip 20. The head chip 20 is configured to be able to discharge droplets from the nozzle holes by operating the pressurizing means of the pressurizing chamber alone by simply being electrically connected. FIG. 5 shows a cross-sectional view of an electrostatic drive type head chip as an example of the head chip 20. For convenience of explanation, the substrates 40 and 50 are omitted, and only the substrate 30 is shown.

図5に示すように、ヘッドチップ20は、電極108が形成された電極基板121、加圧室22を構成するための加圧室基板(収容体)122、ノズル孔26が形成されたノズル基板(ノズル体)123、を積層して構成されている。加圧室22、ノズル孔26は、リザーバ16と同数設けられ、それぞれ一対一で対応している。各加圧室22は、それぞれと一対一に設けられる複数のリザーバ16から流路13を通して供給される吐出対象の液体を収容する。各ノズル孔26は、各加圧室22のそれぞれに連通するように設けられる。加圧室22に流入した液体は、図示しない共通電極と電極108との間に電圧を加えると、振動板109が弾性変位することによって加圧され、ノズル孔26から吐出される。なお、電極基板121には、図中下側の面から溝が形成され、その天井部に電極108が形成されているため、電極108と振動板109との間にはわずかな空隙(エアギャップ)が形成されている。本実施形態では、電極108と振動板109とが加圧手段に相当し、当該各加圧手段は各加圧室22のそれぞれと一対一に設けられている。電極基板121、加圧室基板122、ノズル基板123のそれぞれを構成する材料は特に限定されないが、吐出する液体に生体試料が含まれる場合には、ガラス、シリコン等が適している。ヘッドチップ20を、基板30に接着することにより、電極基板121および加圧室基板122に設けられた貫通孔が、基板30の貫通孔と連通し、図示しないリザーバと加圧室22が連通し、液滴吐出ヘッド10が完成する。なお、本実施形態では、ヘッドチップのノズルが形成された面と基板30の下側の面とにわずかな段差が存在する構成となっているが、双方を併せてノズル孔形成面12と呼ぶ。   As shown in FIG. 5, the head chip 20 includes an electrode substrate 121 on which an electrode 108 is formed, a pressurizing chamber substrate (container) 122 for forming the pressurizing chamber 22, and a nozzle substrate on which a nozzle hole 26 is formed. (Nozzle body) 123 is laminated. The pressurizing chamber 22 and the nozzle holes 26 are provided in the same number as the reservoir 16 and correspond to each other one to one. Each pressurizing chamber 22 accommodates a liquid to be ejected supplied through a flow path 13 from a plurality of reservoirs 16 provided one-on-one. Each nozzle hole 26 is provided so as to communicate with each pressure chamber 22. When a voltage is applied between the common electrode (not shown) and the electrode 108, the liquid flowing into the pressurizing chamber 22 is pressurized by the elastic displacement of the vibration plate 109 and is discharged from the nozzle hole 26. Note that a groove is formed in the electrode substrate 121 from the lower surface in the drawing, and the electrode 108 is formed on the ceiling portion thereof. Therefore, a slight gap (air gap) is formed between the electrode 108 and the diaphragm 109. ) Is formed. In the present embodiment, the electrode 108 and the diaphragm 109 correspond to a pressurizing unit, and each pressurizing unit is provided one-on-one with each of the pressurizing chambers 22. The material constituting each of the electrode substrate 121, the pressurization chamber substrate 122, and the nozzle substrate 123 is not particularly limited, but glass, silicon, or the like is suitable when the liquid to be discharged includes a biological sample. By bonding the head chip 20 to the substrate 30, the through holes provided in the electrode substrate 121 and the pressurizing chamber substrate 122 communicate with the through holes of the substrate 30, and the reservoir (not shown) and the pressurizing chamber 22 communicate with each other. Then, the droplet discharge head 10 is completed. In the present embodiment, there is a slight step between the surface of the head chip on which the nozzles are formed and the lower surface of the substrate 30, but both are collectively referred to as the nozzle hole forming surface 12. .

ここで、液体保持手段18について更に詳細に説明する。液体保持手段18としては、例えば、粒径0.5mm〜1.0mm程度の多数の微小球を密集させたものを用いることができる。この場合、各微小球の相互間には多数の孔が形成され、全体として多孔質体とみなせる状態となる。これら多数の孔により、吐出対象液体を保持する(留める)効果が得られる。各微小球の構成材料は適宜選択することができる。例えば、本実施形態のように吐出対象の液体が生体由来分子を含む場合には、各微小球は、ガラス球(ガラスビーズ)であることが好ましい。このような液体保持手段18の形成方法としては、例えば、各リザーバ16の中に微小球を適量、装填する方法が考えられる。この方法によれば、リザーバ16内に隙間なく液体保持手段18を設けることが容易である。また、無数の微細孔を有するガラスろ過器を液体保持手段18として用いてもよい。この場合には、リザーバ16の内径に合わせてガラスろ過器の形状を加工した後に、当該加工後のガラスろ過器を各リザーバ16内に装填すればよい。なお、液体保持手段18として、PVAスポンジ等のスポンジ体を用いてもよい。   Here, the liquid holding means 18 will be described in more detail. As the liquid holding means 18, for example, one in which a large number of microspheres having a particle diameter of about 0.5 mm to 1.0 mm are densely used can be used. In this case, a large number of pores are formed between the microspheres, and the whole can be regarded as a porous body. These many holes provide an effect of holding (fastening) the liquid to be discharged. The constituent material of each microsphere can be selected as appropriate. For example, when the liquid to be ejected includes biological molecules as in the present embodiment, each microsphere is preferably a glass sphere (glass bead). As a method of forming such a liquid holding means 18, for example, a method of loading an appropriate amount of microspheres into each reservoir 16 can be considered. According to this method, it is easy to provide the liquid holding means 18 without any gap in the reservoir 16. Further, a glass filter having innumerable fine holes may be used as the liquid holding means 18. In this case, after processing the shape of the glass filter in accordance with the inner diameter of the reservoir 16, the processed glass filter may be loaded into each reservoir 16. Note that a sponge body such as a PVA sponge may be used as the liquid holding means 18.

また、図2に示すように、各液体保持手段18は、各リザーバ16内に液体保持手段18が存在しない余剰空間が確保されるように、各リザーバ16の全容積よりも体積を小さくして設けられることが好ましい。本実施形態では、各液体保持手段18は、各リザーバ16の全容積の半分を占める程度の体積となるようにして、各リザーバ16の底側(図中、下側)に配置されている。このように、各リザーバ16内に余剰空間を確保しておくことにより、液滴吐出ヘッド10の各リザーバ16の洗浄が容易となる。なお、洗浄方法については後ほど更に詳述する。   Further, as shown in FIG. 2, each liquid holding means 18 has a volume smaller than the total volume of each reservoir 16 so as to secure an extra space in which each liquid holding means 18 does not exist. It is preferable to be provided. In the present embodiment, each liquid holding means 18 is disposed on the bottom side (lower side in the drawing) of each reservoir 16 so as to have a volume that occupies half of the total volume of each reservoir 16. As described above, by securing an excess space in each reservoir 16, cleaning of each reservoir 16 of the droplet discharge head 10 is facilitated. The cleaning method will be described in detail later.

また、各液体保持手段18には、吐出対象となる液体の吸着を抑制する被膜が設けられていることも好ましい。このような被膜の構成材料は、吐出対象となる液体の性質に合わせて適宜選択することができる。例えば、本実施形態のように吐出対象の液体が生体由来分子を含む場合には、被膜は、2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン(MPC)単位からなる重合体又はこれを含む共重合体を用いて形成するとよい。このような被膜は、例えば以下のようにして形成することができる。MPCとn−ブチルメタクリレート(BMA)の比率が7:3の共重合体をエタノールに溶解し、0.1%のエタノール溶液を調製する。次に、この0.1%MPC−BMAエタノール溶液を各リザーバ16に注入し、プライミングした後、1分間程度放置する。その後、ノズル孔26の側から上記のエタノール溶液を吸引除去し、60℃で1時間程度乾燥させる。この方法によれば、各液体保持手段18に被膜が形成されると同時に、リザーバ16や、流路13、加圧室22にも被膜が形成されるので、液滴吐出ヘッド10の全体として液体の付着や目詰まりを抑制することができる。なお、予めMPCコーティングを施した液体保持手段18を各リザーバ16に装填してもよい。   It is also preferable that each liquid holding means 18 is provided with a coating that suppresses the adsorption of the liquid to be ejected. The constituent material of such a film can be appropriately selected according to the properties of the liquid to be ejected. For example, when the liquid to be ejected contains biological molecules as in the present embodiment, the coating is formed using a polymer comprising 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine (MPC) units or a copolymer containing the polymer. Good. Such a film can be formed as follows, for example. A copolymer having a ratio of MPC and n-butyl methacrylate (BMA) of 7: 3 is dissolved in ethanol to prepare a 0.1% ethanol solution. Next, this 0.1% MPC-BMA ethanol solution is poured into each reservoir 16, primed, and left for about 1 minute. Thereafter, the ethanol solution is removed by suction from the nozzle hole 26 side and dried at 60 ° C. for about 1 hour. According to this method, a film is formed on each of the liquid holding means 18, and at the same time, a film is formed on the reservoir 16, the flow path 13, and the pressurizing chamber 22. Adhesion and clogging can be suppressed. It should be noted that the liquid holding means 18 to which MPC coating has been applied in advance may be loaded in each reservoir 16.

図6は、液滴吐出ヘッド10の各リザーバ16の洗浄方法について説明する断面図である。なお、上述した図2に示した液滴吐出ヘッド10と共通する構成要素については同符号を付し、詳細な説明を省略する。各リザーバ16に吐出対象となる液体を注入し、液滴吐出動作を行った後には、残った液体を取り除くとともに、液滴吐出ヘッド10の内部を洗浄する必要がある。具体的には、まず各リザーバ16に洗浄液60を供給する。そして、この供給された洗浄液60をノズル孔26の側から吸引することにより、各リザーバ16、各流路13、各加圧室22などが洗浄される。この一連の処理は必要に応じて複数回行われる。本実施形態では、各リザーバ16に余剰空間が確保されるので、各リザーバ16内に洗浄液60をより多く供給することができる。一般に、タンパク質などの生体由来分子を含んだ試料溶液はその濃度が高いほどリザーバ16等に付着しやすくなるが、本実施形態の液滴吐出ヘッド10では、試料溶液をより低濃度に希釈しながら洗浄処理を行うことが可能となるので、試料溶液の付着を抑制することが可能となる。   FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method for cleaning each reservoir 16 of the droplet discharge head 10. Note that the same components as those in the droplet discharge head 10 shown in FIG. 2 described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. After injecting a liquid to be discharged into each reservoir 16 and performing a droplet discharge operation, it is necessary to remove the remaining liquid and clean the interior of the droplet discharge head 10. Specifically, first, the cleaning liquid 60 is supplied to each reservoir 16. Then, by sucking the supplied cleaning liquid 60 from the nozzle hole 26 side, each reservoir 16, each flow path 13, each pressurizing chamber 22, and the like are cleaned. This series of processing is performed a plurality of times as necessary. In the present embodiment, the surplus space is secured in each reservoir 16, so that more cleaning liquid 60 can be supplied into each reservoir 16. In general, the higher the concentration of a sample solution containing biological molecules such as proteins, the easier it will adhere to the reservoir 16 or the like. However, in the droplet discharge head 10 of this embodiment, the sample solution is diluted to a lower concentration. Since the cleaning process can be performed, the adhesion of the sample solution can be suppressed.

以上のように本実施形態では、多孔質体からなる液体保持手段を各リザーバの内部に設けることにより、吐出対象となる液体を保持する(留める)作用、すなわち負圧を生じさせ、当該作用を利用してノズル孔からの液漏れを抑制している。したがって、より簡易な構成によって、ノズル孔からの液漏れを抑制し得る液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置(マイクロアレイ製造)が得られる。   As described above, in this embodiment, the liquid holding means made of a porous body is provided inside each reservoir, thereby holding (fastening) the liquid to be discharged, that is, generating a negative pressure, Utilizing this, liquid leakage from the nozzle holes is suppressed. Therefore, a liquid droplet ejection head and a liquid droplet ejection device (microarray manufacturing) that can suppress liquid leakage from the nozzle holes can be obtained with a simpler configuration.

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において、種々に変更して実施することが可能である。   In addition, this invention is not limited to the content of embodiment mentioned above, In the range of the summary of this invention, it can change and implement variously.

例えば、液滴吐出ヘッドの構成は、液滴を吐出するノズル孔と、液体に加圧するための加圧手段を備えた加圧室と、加圧室と流路により連通されたリザーバ(液体貯留室)とを備えている限り、特に限定されず、基板30、40、50を積層するのではなく、射出成型等によって、一体的に形成されたものであってもよい。また、液体貯留部の数や配置も限定されず、目的に応じて変更できる。加圧手段は、静電駆動方式、圧電駆動方式などのいかなる方式であってもよい。   For example, the configuration of the droplet discharge head includes a nozzle hole that discharges droplets, a pressurization chamber that includes a pressurizing unit for pressurizing liquid, and a reservoir (liquid reservoir) that communicates with the pressurization chamber through a flow path. The substrate 30, 40, and 50 are not laminated, but may be integrally formed by injection molding or the like. Further, the number and arrangement of the liquid storage units are not limited and can be changed according to the purpose. The pressurizing means may be any system such as an electrostatic driving system or a piezoelectric driving system.

また、上述した実施形態では、本発明にかかる液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置の一例としてマイクロアレイ製造装置を挙げていたが、本発明は、印刷用途に用いられる液滴吐出装置(いわゆるインクジェットプリンタ)などに対しても広く適用することが可能である。   In the above-described embodiment, a microarray manufacturing apparatus has been described as an example of a droplet discharge apparatus including the droplet discharge head according to the present invention. However, the present invention is a droplet discharge apparatus (so-called inkjet) used for printing applications. The present invention can be widely applied to printers).

マイクロアレイ製造装置の構成を説明するための概略斜視図である。It is a schematic perspective view for demonstrating the structure of a microarray manufacturing apparatus. 液滴吐出ヘッドの構造を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the structure of a droplet discharge head. 液滴吐出ヘッドの概略斜視図である。It is a schematic perspective view of a droplet discharge head. 液滴吐出ヘッドの構成要素たる各基板の構造を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the structure of each board | substrate which is a component of a droplet discharge head. ヘッドチップの詳細構造を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the detailed structure of a head chip. 液滴吐出ヘッドの各リザーバの洗浄方法について説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the washing | cleaning method of each reservoir of a droplet discharge head.

符号の説明Explanation of symbols

10…液滴吐出ヘッド、12…ノズル孔形成面、13…流路、16…リザーバ、18…液体保持手段、20…ヘッドチップ、22…加圧室、26…ノズル孔、30、40、50…基板、42、52…貫通孔、108…電極、109…振動板、121、122、123…基板、200…マイクロアレイ製造装置

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Droplet discharge head, 12 ... Nozzle hole formation surface, 13 ... Flow path, 16 ... Reservoir, 18 ... Liquid holding means, 20 ... Head chip, 22 ... Pressure chamber, 26 ... Nozzle hole, 30, 40, 50 ... Substrate, 42, 52 ... Through hole, 108 ... Electrode, 109 ... Diaphragm, 121, 122, 123 ... Substrate, 200 ... Microarray manufacturing apparatus

Claims (8)

吐出対象となる液体を液滴にして吐出するために用いられる液滴吐出ヘッドであって、
前記液体を収容するための複数の液体収容室を有する収容体と、
前記液体収容室のそれぞれに連通するように設けられる複数のノズル孔を有するノズル体と、
前記液体に加圧するために前記液体収容室のそれぞれと一対一に設けられる複数の加圧手段と、
前記液体を供給するために前記液体収容室のそれぞれと一対一に設けられる複数の液体貯留室を有する貯留体と、
多孔質体を含んで構成され、前記液体貯留室のそれぞれの内部に設けられる複数の液体保持手段と、
を含んで構成される、液滴吐出ヘッド。
A droplet discharge head used to discharge a liquid to be discharged as droplets,
A container having a plurality of liquid storage chambers for storing the liquid;
A nozzle body having a plurality of nozzle holes provided to communicate with each of the liquid storage chambers;
A plurality of pressurizing means provided one-on-one with each of the liquid storage chambers to pressurize the liquid;
A reservoir having a plurality of liquid storage chambers provided one-on-one with each of the liquid storage chambers to supply the liquid;
A plurality of liquid holding means configured to include a porous body and provided in each of the liquid storage chambers;
A liquid droplet ejection head comprising:
前記液体保持手段は、複数の微小球を密集させたものである、請求項1に記載の液滴吐出ヘッド。   The liquid droplet discharge head according to claim 1, wherein the liquid holding unit is formed by densely arranging a plurality of microspheres. 前記微小球は、ガラス球である、請求項2に記載の液滴吐出ヘッド。   The liquid droplet ejection head according to claim 2, wherein the microsphere is a glass sphere. 前記液体保持手段は、スポンジ体である、請求項1に記載の液滴吐出ヘッド。   The droplet discharge head according to claim 1, wherein the liquid holding unit is a sponge body. 前記液体保持手段は、前記液体貯留室内に当該液体保持手段が存在しない余剰空間が確保されるように前記液体貯留室の全容積よりも体積を小さくして設けられる、請求項1に記載の液滴吐出ヘッド。   2. The liquid according to claim 1, wherein the liquid holding unit is provided with a volume smaller than a total volume of the liquid storage chamber so that an excess space in which the liquid holding unit does not exist is secured in the liquid storage chamber. Drop ejection head. 前記液体保持手段は、前記液体の付着を抑制する被膜を有する、請求項1に記載の液滴吐出ヘッド。   The droplet discharge head according to claim 1, wherein the liquid holding unit has a film that suppresses the adhesion of the liquid. 前記被膜は、2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン単位からなる重合体又はこれを含む共重合体からなる、請求項6に記載の液滴吐出ヘッド。   The droplet discharge head according to claim 6, wherein the coating is made of a polymer composed of 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine units or a copolymer containing the polymer. 請求項1乃至7のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドと、
前記液滴吐出ヘッドを支持し、少なくとも一方向に自在に移動させる駆動手段と、
前記液滴吐出ヘッドから吐出される前記液滴が滴下される対象物を支持するテーブルと、
を含む、液滴吐出装置。

A droplet discharge head according to any one of claims 1 to 7;
Driving means for supporting the droplet discharge head and moving it freely in at least one direction;
A table that supports an object to which the droplets discharged from the droplet discharge head are dropped; and
A droplet discharge device.

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