JP2008191091A - Droplet application device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は液滴塗布装置に関し、特に微小な液滴を塗布対象に的確に塗布できるようにしようとするものである。 The present invention relates to a droplet coating apparatus, and in particular, intends to allow minute droplets to be accurately coated on a coating target.
従来、細胞などを含む試料液体を塗布対象としての基板上に微小な液滴として配列塗布し、かくして形成されたマイクロアレーを生体の培養や改良などに用いられている。 Conventionally, a sample liquid containing cells and the like is arrayed and applied as fine droplets onto a substrate to be applied, and the microarray thus formed is used for culturing or improving a living body.
このマイクロアレーを形成する手法として、液保持管内に先端が先細りのピン部材を挿通させると共に、当該ピン部材の先端を塗布対象である基板に当接させることにより、ピン部材の先端に付着した液を液滴として塗布対象に塗布する方法のものが提案されている(特許文献1及び2参照)。
ところがこの種の従来の液滴塗布装置は、ピン部材の先端を塗布対象の塗布面に押し当てているため、押し当てた状態において試料液体が多量に流れ込んだり、当接したピン部材の針先が曲がったり、塗布対象の塗布面を損傷させたりするといった問題がある。 However, since this type of conventional droplet coating apparatus presses the tip of the pin member against the coating surface to be coated, a large amount of sample liquid flows in the pressed state, or the needle tip of the pin member that comes into contact Bends or damages the application surface to be applied.
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、塗布用針を塗布対象に当接させることなく微小な液滴を塗布対象に的確に塗布できるようにした液滴塗布装置を提案しようとするものである。 The present invention has been made in consideration of the above points, and an attempt is made to propose a droplet coating apparatus capable of accurately coating minute droplets on a coating target without bringing the coating needle into contact with the coating target. To do.
かかる課題を解決するため本発明においては、塗布液を収納する塗布液収納部材9を通って塗布用針11を降下させることにより塗布対象5に液滴LQを塗布する液塗布装置本体2を有する液滴塗布装置1において、塗布液収納部材9から降下して先端に液滴LQを生成した塗布用針11が、液滴LQが塗布対象5に接触する直前の寸止め位置に降下したことを検出する針降下検出手段21と、液滴LQを塗布対象5に塗布すると共に針降下検出手段21の検出出力S11によって塗布用針11の降下動作を停止させる寸止め手段SP10とを設けるようにする。
In order to solve this problem, the present invention has a liquid application apparatus
本発明によれば、先端に液滴を生成した塗布用針が寸止め位置に降下したときこれを検出して当該液塗布針の降下を停止させるようにしたことにより、塗布用針を塗布対象に当接させずに的確に液滴を塗布対象に塗布できる液滴塗布装置を実現できる。 According to the present invention, when the application needle that has generated a droplet at the tip is lowered to the dimension stop position, this is detected and the descent of the liquid application needle is stopped. It is possible to realize a liquid droplet applying apparatus that can accurately apply liquid droplets to an application target without being brought into contact with the liquid.
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(1)全体構成
図1において、1は全体として液滴塗布装置を示し、塗布対象としての基板上に液滴を順次塗布することによりマイクロアレーを形成する液滴塗布装置本体2を有する。
(1) Overall Configuration In FIG. 1,
液滴塗布装置本体2は、図2及び図3に示すように、固定基台3上に配設されたXYステージ4上にマイクロアレーを形成すべき塗布基板5を載置すると共に、当該塗布基板5の表面に上方から対向するようにZステージ6が設けられている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the droplet coating apparatus
この実施の形態の場合、XYステージ4は固定基台3の所定位置に位置決めされたXステージ部4Aを有し、このXステージ部4Aが上面に装着されたYステージ部4BをX軸方向に移動させると共に、Yステージ部4Bが上面に載置された塗布基板5をY軸方向に移動させ、これによりZステージ6に対する塗布基板5のXY平面上の位置を順次位置決めできるようになされている。
In the case of this embodiment, the XY stage 4 has an
Zステージ6は、固定基台3上に上方に延長するように設けられた架台8に粗動ステージ部6Aを取り付けてなり、当該粗動ステージ6Aの架台8に固着された固定部6A1に対してZ軸方向に摺動する摺動部6A2に対して微動ステージ部6Bの固定部6B1が固着され、これにより粗動ステージ部6Aは、移動ステージ部6BをZ軸方向に粗いピッチで降下又は上昇させる。
The
粗動ステージ部6Aの摺動部6A2には、下方に突出するように、塗布液保持部材を構成するガラス製ピペット9を保持するピペット保持部材10が取り付けられており、これによりピペット9が微動ステージ部6Bの固定部6B1と共に、Z軸方向に粗いピッチでZ軸方向に降下又は上昇するようになされている。
A pipette holding member 10 that holds a
微動ステージ部6Bの摺動部6B2には液滴塗布部材としての塗布用針11がZ軸方向に沿うように取り付けられ、これにより微動ステージ6Bの摺動部6B2が固定部6B1に対して摺動動作したとき、塗布用針11がZ軸方向に沿ってピペット9内を通って所定の速度で降下又は上昇する。
An
かくして図4(A)に示すように、微動ステージ6Bの摺動部6B2が摺動動作をしていない基準位置にある状態において、粗動ステージ部6Aの摺動部6A2が液滴塗布動作位置にまで降下したとき、塗布用針11の先端部がピペット9の先端より下方に突出した状態になる。
Thus, as shown in FIG. 4A, in the state where the sliding portion 6B2 of the
この状態において、微動ステージ6Bの摺動部6B2が、図4(B)において矢印aで示すように上方に摺動動作することによって塗布用針11の先端がピペット9の内部に引き込まれた状態になる。
In this state, the tip of the
この状態において、微動ステージ6Bの摺動部6B2が、図4(C)において矢印bで示すように、基準位置(4(A))より下方に降下すると、塗布用針11の先端がピペット9内に収納されている塗布液中を通って下方に突出する状態になる。
In this state, when the sliding portion 6B2 of the
このとき塗布用針11の先端面及びその近傍の周面がピペット9内から下方に突出する際に、ピペット9内に収納されている塗布液を引き連れて下方に突出することによって塗布用針11の先端に液滴LQが生成され、これが塗布基板5上に塗布される。
At this time, when the tip surface of the
この状態において、微動ステージ6Bの摺動部6B2が、図4(D)において矢印cで示すように、上方に摺動動作して基準位置に戻ると液滴塗布装置本体2の液滴塗布動作の一巡動作が終了する。
In this state, when the sliding portion 6B2 of the
かかる液滴塗布装置本体2の図4(A)ないし(D)の液滴塗布動作は、ステージ制御部15(図1)から送出されるZステージ制御信号S1によってZステージ6の粗動ステージ部6A及び微動ステージ部6Bが駆動制御されることにより実行される。
4 (A) to 4 (D) of the droplet applying apparatus
また図4(A)ないし(D)の液滴塗布動作は、ステージ制御部15から送出されるXYステージ制御信号S2によってXYステージ4が制御されることにより、Xステージ4A及びYステージ4Bが塗布基板5上にn行m列の液滴LQを塗布してなるマイクロアレーを形成するように、塗布用針11に対して塗布基板5を順次位置決めする。
4A to 4D, the XY stage 4 is controlled by the XY stage control signal S2 sent from the stage control unit 15, so that the
ステージ制御部15は、パーソナルコンピュータ構成のシステム制御ユニット16によって、ユーザがデータ入力部17から入力する入力データS3と、塗布用針降下位置検出装置21から得られる降下位置データS4とに基づいて制御される。 The stage control unit 15 is controlled by the system control unit 16 having a personal computer configuration based on input data S3 input by the user from the data input unit 17 and descent position data S4 obtained from the application needle descent position detecting device 21. Is done.
(2)塗布用針降下位置検出装置
塗布用針降下位置検出装置21は、液滴塗布装置本体2の塗布用針11が塗布基板5に対して降下したとき、データ入力部17からのユーザの指示内容に応じて、ユーザが「針接触モード」を選択したとき塗布用針11の針先が塗布基板5の表面に接触したことを検出して液滴塗布動作をさせるような制御を実行すると共に、ユーザが「寸止めモード」を選択したとき塗布用針11の先端が塗布基板5の表面に近接して液滴LQを塗布する位置にまで降下したとき(これを寸止め位置と呼ぶ)これを検出してその降下を止めて液滴塗布動作をさせる(この動作を寸止め動作と呼ぶ)ような制御を実行する。
(2) Application needle lowering position detection device The application needle lowering position detection device 21 is configured such that when the
塗布用針11が塗布基板5に接触したか否かの検出、及び寸止め位置にまで降下したか否かの検出は、図5ないし図8に示す構成の塗布用針降下検出装置21によって検出する。
Detection of whether or not the
塗布用針降下検出装置21は、塗布基板5上の塗布用針11の先端面と対向する投射点P1に向けて投射レーザ光L1を放出するレーザ光放射素子21Aと、投射レーザ光L1の塗布基板5からの反射光L2を受光するレーザ光素子21Bとを有する。
The application needle drop detecting device 21 applies a laser
この実施の形態の場合、レーザ光放射素子21A及び反射光受光素子21Bは、図2及び図3に示すように、ピペット保持部材10上においてピペット9の先端部を挟む位置に取り付けられ、粗動ステージ部6Aの摺動部6A2が下方摺動して微動ステージ6Bの摺動部6B2が図4(A)〜(D)の液滴塗布動作をする状態において、レーザ光放射素子21Aが投射レーザ光L1を塗布基板5の投射点P1に投射できるように設定されている。
In the case of this embodiment, the laser
かくして塗布基板5上の投射点P1を通って塗布基板5の表面に対して直角方向に延長する仮想線K1上を塗布用針11が上昇した状態にあると、レーザ光放射素子21Aの投射レーザ光L1が仮想線K1に対して入射角θ1で入射すると共に、反射光L2が仮想線K1に対して反射角θ1で反射する。
Thus, when the
反射光受光素子21Bは、図6に示すように、直交座標軸U軸及びV軸を有するU−V検出平面を有し、反射光L2が原点(U0,V0)に入射したとき、検出出力S11として(U=0〔V〕,V=0〔V〕)の電圧出力を発生する。 As shown in FIG. 6, the reflected light receiving element 21B has a U-V detection plane having orthogonal coordinate axes U and V, and when the reflected light L2 is incident on the origin (U0, V0), the detection output S11. As a result, a voltage output of (U = 0 [V], V = 0 [V]) is generated.
これに対して反射光L2の入射位置がU軸上を正の検出限界点(U1,V0)の方向にずれたとき、反射光受光素子21Bは検出出力S11として(U=0〜+10〔V〕,V=0〔V〕)の電圧出力を送出する。 On the other hand, when the incident position of the reflected light L2 deviates on the U axis in the direction of the positive detection limit point (U1, V0), the reflected light receiving element 21B outputs the detected output S11 (U = 0 to +10 [V , V = 0 [V]).
以下同様にして反射光L2の入射位置がU軸上を負の限界点(−U1,V0)の方向にずれたとき検出出力S11として(U=0〜−10〔V〕,V=0〔V〕)の電圧出力を送出し、反射光L2の入射位置がV軸上を正の検出限界点(U0,+V1)の方向にずれたとき検出出力S11として(U=0〔V〕,V=+10〔V〕)の電圧出力を送出し、反射光L2の入射位置がV軸上を負の検出限界点(U0,−V1)までずれたとき検出出力S11として(U=0〔V〕,V=−10〔V〕)の電圧出力を送出する。 Similarly, when the incident position of the reflected light L2 deviates on the U axis in the direction of the negative limit point (−U1, V0), the detection output S11 is (U = 0 to −10 [V], V = 0 [ V]) is output, and when the incident position of the reflected light L2 deviates on the V axis in the direction of the positive detection limit point (U0, + V1), the detection output S11 (U = 0 [V], V = + 10 [V]) is output, and when the incident position of the reflected light L2 deviates on the V axis to the negative detection limit point (U0, -V1), the detection output S11 (U = 0 [V]) , V = −10 [V]).
この結果反射光受光素子11Bは、反射光L2の入射位置が原点(U0,V0)から座標位置(−U1〜+U1,−V1〜+V1)のいずれかの座標位置にずれると、当該ずれた座標位置に対応する電圧出力(U=−10〜+10〔V〕,V=−10〜+10〔V〕)を検出出力S11として送出する。 As a result, when the incident position of the reflected light L2 shifts from the origin (U0, V0) to any one of the coordinate positions (−U1 to + U1, −V1 to + V1), the reflected light receiving element 11B shifts the shifted coordinates. The voltage output corresponding to the position (U = −10 to +10 [V], V = −10 to +10 [V]) is sent as the detection output S11.
このような構成の反射光受光素子21Bに対して、液滴塗布装置本体2の塗布用針11が図4について上述したような液滴塗布動作をする際に、図4(A)及び(B)のように、液滴形成前の状態において塗布用針11が塗布基板5から上方に大きく離間している場合には、レーザ光放出素子21Aの投射レーザ光L1が図5に示すように直接塗布基板5の投射位置P1に投射することによって反射光L2がレーザ光L1の入射角θ1と同じ反射角θ1で反射することにより、反射光L2は図6に示すように、反射光受光素子21Bの原点位置(U0,V0)に入射して反射光像Z1を生成する状態になる。
When the
このとき信号処理回路21Dから送出される降下位置データS4は原点位置(U0,V0)を表すことになり、この降下位置データS4がシステム制御ユニット16に取り込まれることにより、システム制御ユニット16は塗布用針11が塗布基板5に対して塗布動作を行う位置に降下していないことを判知できる。
At this time, the descent position data S4 sent from the signal processing circuit 21D represents the origin position (U0, V0), and when the descent position data S4 is taken into the system control unit 16, the system control unit 16 applies the coating. It can be seen that the
これに対して塗布用針11が、図4(C)に示すように、先端面が塗布基板5の表面に近接した寸止め位置にまで降下したことによって塗布用針11の先端面に形成された液滴LQが塗布基板5に塗布される状態になると、図7に示すように、液滴LQが基板5の投射位置P1に接触する直前の位置にまで近づくことによって、投射レーザ光L1が塗布用針11の先端部を照射すると共に、当該先端部の先端に形成された液滴LQを透過する状態になる。
On the other hand, as shown in FIG. 4C, the
このとき投射レーザ光L1は液滴LQの界面において屈折して当該屈折透過光L11が基板5の表面において反射して反射透過光L12として液滴LQの界面の方向に透過して行く。
At this time, the projection laser beam L1 is refracted at the interface of the droplet LQ, and the refracted and transmitted light L11 is reflected at the surface of the
この反射透過光L12は、液滴LQから外気に出る際に、液滴LQの界面によってさらに屈折して反射光L2として反射光受光素子21Bに入射する。 The reflected transmitted light L12 is further refracted by the interface of the droplet LQ when entering the outside air from the droplet LQ, and enters the reflected light receiving element 21B as reflected light L2.
このとき反射光受光素子21B上に生ずる反射光像Z2は、図8において矢印eで示すように、塗布用針11が塗布基板5から離間しているときに得られた反射光像Z1(図5及び6)が反射光受光素子21Bの原点位置(U0,V0)に入射していたのに対して、液滴LQの屈折によってその屈折量に応じた座標位置(UK,VK)に移動する。
The reflected light image Z2 generated on the reflected light receiving element 21B at this time is a reflected light image Z1 (FIG. 8) obtained when the
この反射光像Z2の入射位置を表す投下位置データS4はシステム制御ユニット16に供給され、これによりシステム制御ユニット16は、塗布用針11が寸止め位置にまで降下したこと及びこれにより液滴LQが基板5の表面に接触する状態に至ったことを明確に判知することができる。
The drop position data S4 representing the incident position of the reflected light image Z2 is supplied to the system control unit 16, which causes the system control unit 16 to drop the
このとき塗布用針11は図4(D)について上述したように、液滴LQを塗布基板5に塗布するので、システム制御ユニット16はステージ制御部15に対して上昇指令を与えることにより、塗布用針11を基準位置にまで上昇した状態に制御することができる。
At this time, as described above with reference to FIG. 4D, the
(3)液滴塗布処理手順
システム制御ユニット16はデータ入力部17によってユーザが液滴塗布処理指令を入力したとき、図9に示す液滴塗布処理手順RT1を実行する。
(3) Droplet Application Processing Procedure When the user inputs a droplet application processing command through the data input unit 17, the system control unit 16 executes a droplet application processing procedure RT1 shown in FIG.
液滴塗布処理手順RT1に入ると、システム制御ユニット16はステップSP1においてデータ入力部17から入力される入力データS1に基づいて、図10に示す項目を含む初期設定条件を初期設定条件メモリ16Aに保存する。 Upon entering the droplet application processing procedure RT1, the system control unit 16 sets initial setting conditions including the items shown in FIG. 10 in the initial setting condition memory 16A based on the input data S1 input from the data input unit 17 in step SP1. save.
続いてシステム制御ユニット16はステップSP2に移って、ステージ制御部15に対して基板位置決め情報を与えることにより、初期設定条件メモリ16Aに入力された条件に基づくXYステージ制御信号S2をXYステージ4に与えることにより塗布用針11に対して基板5を位置決めする。
Subsequently, the system control unit 16 moves to step SP2, and gives the substrate positioning information to the stage control unit 15, thereby providing the XY stage 4 with the XY stage control signal S2 based on the condition input to the initial setting condition memory 16A. By giving, the
図10の実施の形態の場合、基板5上には、図11に示すように、2行3列の塗布液滴LQXを塗布してなるマイクロアレー30を生成する。
In the case of the embodiment shown in FIG. 10, a microarray 30 is formed on the
続いてシステム制御ユニット16は、次のステップSP3に移って、塗布用針11を初期設定された速度で降下させる(微動ステージ部6Bによって)と共に、ステップSP4において塗布用針降下検出装置21を用いて基板5上の塗布用針11の検出動作を行う。
Subsequently, the system control unit 16 proceeds to the next step SP3, and lowers the
この実施の形態の場合塗布用針11が液滴塗布動作を開始するとき(図4(A))、塗布用針11の先端から基板5までの距離は5〔mm〕であり、この位置から2〔mm/s〕の針速度で50〔μm〕の塗布用針11を125〔μm〕のピペットの内を基板5まで5〔μm〕の寸止め位置まで降下させることにより、150〔μm〕の液滴サイズの塗布液滴LQXを塗布する。
In the case of this embodiment, when the
続くステップSP5において、システム制御ユニット16はユーザがデータ入力部17によって指定した塗布モードが「寸止めモード」か否かの判断をし、否定結果が得られたとき、ステップSP6に移って基板5に塗布用針11が適正に接触したか否かの判断をする。
In subsequent step SP5, the system control unit 16 determines whether or not the application mode designated by the user using the data input unit 17 is the “dimension mode”. If a negative result is obtained, the process proceeds to step SP6 and the
このようにステップSP5において否定結果が得られたことは、ユーザが図12に示すように塗布用針11を基板5に接触させた状態で液滴の塗布を行う接触塗布モードをユーザが選択したことを意味し、このとき投射レーザ光L1は基板5に接触した位置にまで降下した塗布用針11によって遮光されることにより投射点P1にまで到達できない状態になり、その結果図13に示すように、反射光受光素子21Bの原点位置(U0,V0)には反射光L2が到達しないために、破線図示のように反射光像Z1が形成されない状態になることを意味している。
Thus, the negative result obtained in step SP5 is that the user has selected the contact application mode in which droplet application is performed with the
このとき反射光受光素子21Bの原点位置(U0,V0)における検出出力S11は、図14に示すように、塗布用針11が降下している状態においてその先端が塗布基板5に接触する前の状態においては反射光像Z1が入射していることにより高い検出電圧V1が得られる状態になっているのに対して塗布用針11が塗布基板5に接近するに従って先端面と塗布基板5との間の間隙が狭くなって行くに従って検出出力が検出電圧V1から低下し始め、やがて先端が塗布基板5に接触したとき、投射レーザ光L1が遮光状態になることにより低い検出電圧V2が得られる状態に安定する。
At this time, the detection output S11 at the origin position (U0, V0) of the reflected light receiving element 21B is as shown in FIG. 14 before the tip of the
かくして、システム制御ユニット16は反射光受光素子21Bの原点位置(U0,V0)からの検出出力S1が検出電圧V1からV2に遷移する途中で参照値RF1を横切ったとき、塗布用針11が塗布基板5に接触したと判断してステップSP7に移る。
Thus, the system control unit 16 applies the
これに対して、反射光受光素子21Bの検出出力S1が基準値RF1を横切らない状態になったときには、システム制御ユニット16はステップSP6において否定結果が得られることにより塗布用針11が適正に塗布基板5に接触しなかったものとして、ステップSP8に移って塗布用針11を基準位置に上昇させた後、上述のステップSP3に戻って再度塗布用針11の降下処理をやり直す。
In contrast, when the detection output S1 of the reflected light receiving element 21B does not cross the reference value RF1, the system control unit 16 obtains a negative result in step SP6, so that the
これに対してステップSP6において肯定結果が得られたとき、このことは塗布用針11が塗布基板5に適正に接触して液滴の塗布動作ができることを意味しており、このときシステム制御ユニット16は塗布対象として用いられている塗布基板5に対する塗布用針11の降下条件を更に適正に調整するオフセット値(ユーザによってデータ入力部17から入力される)を設定した後、ステップSP10において液滴の塗布動作をする。
On the other hand, when an affirmative result is obtained in step SP6, this means that the
これに対して、上述のステップSP5において肯定結果が得られると、このことは塗布用針11を塗布基板5に接触させずに直前で止めて図7及び図8について上述した寸止めにより液滴の塗布をする動作モードが選定されていることを意味し、このときシステム制御ユニット16はステップSP11に移って反射光受光素子21Bにおいて生じた反射光像Z2の位置(UK,VK)と原点(U0,V0)との位置の差を検出し、その検出結果に基づいてステップSP12において液滴があるか否かの判断をする。
On the other hand, if a positive result is obtained in the above-described step SP5, this means that the
ここで肯定結果が得られると、このことは塗布用針11の先端に液滴LQがあることによって反射光受光素子21Bに生ずる反射光像Z2が、液滴がない場合に生ずる反射光像Z1の位置から移動していることを意味する(図8)。
If an affirmative result is obtained here, this means that the reflected light image Z1 generated in the reflected light receiving element 21B due to the presence of the droplet LQ at the tip of the
この反射光像の移動は、図10について上述したような初期設定条件のうち、液滴粘度、液滴サイズ、基板表面の親水性、現在塗布している液滴の液屈折率RFKによってレーザ光が液滴LQを透過する際の屈折動作によって決まる。 The movement of the reflected light image is determined by the laser beam according to the droplet viscosity, the droplet size, the hydrophilicity of the substrate surface, and the liquid refractive index RFK of the currently applied droplet among the initial setting conditions as described above with reference to FIG. Is determined by the refraction behavior when the liquid crystal L passes through the droplet LQ.
そこで当該屈折動作によって決まる所定位置に反射光像Z2が生じたとき、システム制御ユニット16は、ステップSP12において肯定結果が得られることにより、次のステップSP13に移って現在検出している塗布液についての調整条件となるオフセット値(ユーザによってデータ入力部17から入力される)を入力してより適正な検出結果を得られるように修正した後、ステップSP10に移って液滴を塗布基板5に塗布すると共に、塗布用針11の降下動作を停止させる。
Therefore, when the reflected light image Z2 is generated at a predetermined position determined by the refraction operation, the system control unit 16 moves to the next step SP13 when a positive result is obtained in step SP12, and the currently detected coating liquid. After the offset value (input from the data input unit 17 by the user) is input and the correction is made so as to obtain a more appropriate detection result, the process proceeds to step SP10 to apply the droplet onto the
これに対して上述のステップSP12において否定結果が得られると、このことは現在の液滴の検出条件に基づく移動位置に反射光像Z2が生じていないことを意味し、このときシステム制御ユニット16はステップSP14において塗布用針11を一旦上昇させた後上述のステップSP3に戻ってステップSP12において肯定結果が得られるまで針の降下動作をやり直す。
On the other hand, if a negative result is obtained in step SP12 described above, this means that the reflected light image Z2 is not generated at the moving position based on the current droplet detection condition. At this time, the system control unit 16 After the
実際上反射光受光素子21Bは反射光像Z2が生ずる位置(UK,VK)の検出出力S12として、図15に示すように、塗布用針11の先端に形成された液滴LQ(図7)が塗布基板5の光投射点P1の位置まで降下する前の状態においては反射光像Z1が生じている状態にあるので(図8)、電圧出力V11が得られている状態になっているのに対して、液滴LQが降下してきて塗布基板5の光投射位置P1に接近するに従って反射光像Z2への移動が開始されることにより、検出出力S12が電圧出力V11からV12に上昇して行き、やがて液滴LQが塗布基板5に接触する位置にまで降下したとき、以後電圧出力V12の状態に安定する。
In practice, the reflected light receiving element 21B detects, as a detection output S12 at a position (UK, VK) where the reflected light image Z2 occurs, as shown in FIG. 15, a droplet LQ formed at the tip of the application needle 11 (FIG. 7). Is in a state where a reflected light image Z1 is generated in a state before falling to the position of the light projection point P1 of the coated substrate 5 (FIG. 8), the voltage output V11 is obtained. On the other hand, as the droplet LQ descends and moves toward the reflected light image Z2 as it approaches the light projection position P1 of the
従ってシステム制御ユニット16は反射光受光素子21Bの反射光像Z2の位置(UK,VK)の検出出力S12が参照値RF2を横切ったとき、ステップSP12において肯定結果を得るような動作をする。 Therefore, the system control unit 16 operates to obtain a positive result in step SP12 when the detection output S12 of the position (UK, VK) of the reflected light image Z2 of the reflected light receiving element 21B crosses the reference value RF2.
このような検出動作を適正に行うため、現在検出している塗布液の粘度や基板の親水性などのバラツキをステップSP13においてオフセット値を設定することにより適正に修正する。 In order to appropriately perform such detection operation, variations such as the viscosity of the coating liquid currently detected and the hydrophilicity of the substrate are corrected appropriately by setting an offset value in step SP13.
かくしてシステム制御ユニット16は、マイクロアレー30(図11)の2行3列の塗布液滴LQXのうち、ステップSP2において位置決めされた位置の塗布液滴LQXを塗布基板5上に塗布した後、次のステップSP15において全ての塗布液滴LQXについて位置決めを終了したか否かを判断し、未だ全ての塗布液滴LQXを塗布していないときステップSP16において塗布用針11を上昇させた後上述のステップSP2に戻って他の塗布液滴LQXについての塗布動作を繰り返す。
Thus, the system control unit 16 applies the coating droplet LQX at the position positioned in step SP2 out of the two rows and three columns of coating droplets LQX of the microarray 30 (FIG. 11) to the next. In step SP15, it is determined whether or not the positioning has been completed for all the application droplets LQX. When all the application droplets LQX have not been applied yet, the
かくしてステップSP15において肯定結果が得られたとき、このことはマイクロアレー30上に全ての塗布液滴LQXを塗布したことを意味し、このときシステム制御ユニット16はステップSP17に移って当該液滴塗布処理手順RT1を終了する。 Thus, when an affirmative result is obtained in step SP15, this means that all the application droplets LQX have been applied on the microarray 30, and at this time, the system control unit 16 proceeds to step SP17 to apply the droplet application. The processing procedure RT1 is terminated.
図9の液滴塗布処理手順RT1によれば、塗布用針11を塗布基板5に接触させずに寸止め位置に停止させた状態で塗布用針11の先端に生成した液滴を塗布基板5上の所定位置に確実に塗布することができる。
According to the droplet application processing procedure RT1 of FIG. 9, the droplet generated at the tip of the
これに加えて、ユーザが塗布基板5に対して塗布用針11を接触させた状態で塗布する塗布モードを選択したときには、この場合も塗布基板5の所定位置に確実に液滴を塗布することができる。
In addition to this, when the user selects the application mode in which the
(4)異なる液滴量の塗布
図7について上述したように、塗布液を収納する塗布液収納部材としてのピペット9内を塗布用針11を降下させることにより形成した液滴LQを、塗布基板5上に接触させた状態で塗布用針11を寸止めして液滴LQを塗布基板5上に塗布するようにした液滴塗布装置本体2を用いて液滴塗布作業をする際に、液滴LQの大きさ(従って液滴塗布量)は、塗布用針11の降下速度と液滴LQの粘度の選択の仕方によって際立った差があり、これによりユーザは塗布基板5に塗布する液滴の大きさを塗布基板5の用途に従って必要に応じて選択することができる。
(4) Application of different droplet amounts As described above with reference to FIG. 7, the droplets LQ formed by lowering the
図16(A)の場合は、塗布用針11の降下速度を高速度(=2.5〔mm/sec〕)に選定すると共に、塗布液の粘度を高粘度(=1000〔mPas〕)に選定した場合の液滴生成動作を高速度カメラによって観察したもので、塗布用針11の降下開始時点t1から塗布用針11が寸止め位置まで降下した時点t6までの間において、塗布用針11の先端がピペット9から突出する際に、塗布液が高粘度であることにより粘性応力が大きくかつ塗布用針11の降下速度が高速度であることにより粘性応力が大きくなることによって全体として塗布用針11の先端が塗布液を引っ張る力が大きくなり、これにより塗布用針11に付着した塗布液が表面張力によってピペット9側に引き戻されずに塗布用針11の先端に付着したまま降下して行き、その結果塗布用針11が寸止め位置に達したとき、その先端面に残る液滴LQの量は最も多くなる。
In the case of FIG. 16A, the lowering speed of the
これに対して、図16(B)の場合は、塗布用針11の降下速度を高速度(=2.5〔mm/sec〕)に選定すると共に、塗布液の粘度を低粘度(=500〔mPas〕)に選定した場合、塗布用針11の降下開始時点t11から寸止め位置で停止した時点t15までの間において、塗布用針11の降下速度が図16(A)の場合と同じく高速度で粘性応力が大きいのに対して塗布液の粘度が低粘度になった分粘性応力が小さくなって塗布用針11の先端がピペット9から降下する際の塗布液に対する引っ張り力が図16(A)の場合と比較して小さくなる。このとき、塗布用針11の先端に付着する塗布液が表面張力によりピペット9側に引き戻される量が大きくなり、その結果塗布用針11が寸止め位置に来たときに先端に形成される液滴LQの液量は図16(A)の場合より少なくなり、第2番目の液量になる。
On the other hand, in the case of FIG. 16B, the lowering speed of the
また、図16(C)の場合は、塗布用針11の降下速度を低速度(=1.0〔mm/sec〕)に選定すると共に、塗布液の粘度を高粘度(=1000〔mPas〕)に選定した場合で、塗布用針11の降下開始時点t21から寸止めにより停止する時点t26までの間において、塗布用針11の降下速度が低速度になったことにより図16(A)の場合からの粘性応力の落ち込みが図16(B)の場合より大きくなるため塗布用針11の塗布液に対する引っ張り力が図16(B)の場合と比較して小さくなる。このとき、ピペット9の表面張力による引き戻し量が図16(B)の場合と比較して大きくなり、その結果塗布用針11が寸止め位置に来たとき先端に形成される液滴LQの量は図16(B)の場合より少ない第3番目の量になる。
In the case of FIG. 16C, the lowering speed of the
さらに、図16(D)の場合は、塗布用針11の降下速度を低速度(=1.0〔mm/sec〕)に選定すると共に、塗布液の粘度を低粘度(=500〔mPas〕)に選定する。
Further, in the case of FIG. 16D, the lowering speed of the
この場合塗布用針11の降下開始時点t31から寸止め位置に停止する時点t34に至るまでの間において、塗布液の粘度が図16(C)の場合と比較して小さくなったことにより小さくなるため、塗布用針11がピペット9から降下する際に表面張力により引き戻される量が大きくなることにより、寸止め位置t34に来たときに塗布用針11の先端に生成される液滴LQの量は図16(C)の場合より小さい第4番目の量になる。
In this case, the viscosity of the coating liquid is reduced as compared with the case of FIG. 16C from the time when the
図16(A)ないし(D)によれば、塗布基板5に対する液滴LQの塗布量を塗布用針11の降下速度及び塗布液の粘度を選択することによって4段階の大きさに区別できるような大きさの異なる液滴LQを生成することができる。
According to FIGS. 16A to 16D, the application amount of the droplet LQ on the
かくして液滴LQの大きさが4段階に変更された場合、液滴LQの形状が変わるので投射レーザ光L1に対する屈折投射光L11及び屈折反射光L12並びに反射光L2(図7)の屈折方向が当該形状に応じて異なる方向になる。 Thus, when the size of the droplet LQ is changed in four stages, the shape of the droplet LQ changes, so that the refractive direction of the refracted projection light L11, the refracted reflected light L12, and the reflected light L2 (FIG. 7) with respect to the projection laser light L1 is changed. The direction is different depending on the shape.
この結果反射光受光素子21Bに受ける反射光像Z2(図8)の原点(L0,V0)からの移動方向eがそれぞれ変化することにより、システム制御ユニット16は上述したと同様にしてそれぞれの場合において塗布用針11が寸止め位置にまで降下して来たときこれをそれぞれ検出することができる。
As a result, the movement direction e from the origin (L0, V0) of the reflected light image Z2 (FIG. 8) received by the reflected light receiving element 21B is changed, so that the system control unit 16 performs each case in the same manner as described above. When the
かくして同じ構成の液滴塗布装置本体2を用いてユーザが塗布基板5の用途に応じた塗布量の液滴を容易に生成することができる。
Thus, the user can easily generate droplets having a coating amount corresponding to the application of the
(5)第2の実施の形態
図17は第2の実施の形態を示すもので、図7との対応部分に同一符号を付して示すように、投射レーザ光L21として、塗布用針11の降下仮想線K1上における塗布基板5の光投射点P1に集束するようなレーザ光Lを用い、図17(A)に示すように、塗布用針11が寸止め位置にまで降下する前の状態において、投射レーザ光L21は塗布基板5において反射されて光投射点P1から発散するような反射光L22を形成し、これを反射受光素子21BXに入射させる。
(5) Second Embodiment FIG. 17 shows a second embodiment, and the
反射受光素子21BXは、入射して来る反射光L22の全光量に対応する検出出力を得るように構成され、これにより図17(B)に示すように、塗布用針11が寸止め位置にまで降下したとき、反射光L22のうち、塗布用針11の先端によって遮光された遮光部分L23の分だけ反射光受光素子21BXに対する光量が小さくなるように構成されている。
The reflection light receiving element 21BX is configured to obtain a detection output corresponding to the total light quantity of the incident reflected light L22, and as a result, the
かくして反射光受光素子21BXにおいて得られる検出出力は、図1の検出出力S11として信号処理回路21Dに入力され、信号処理回路21Dは当該反射光受光素子21BXへの反射光L22の光量の変化に応じて塗布用針11が図17(A)の降下動作状態から図17(B)の寸止め動作状態になるとき、これに応じて変化する降下位置データS4をシステム制御ユニット16に入力する。
Thus, the detection output obtained in the reflected light receiving element 21BX is input to the signal processing circuit 21D as the detection output S11 in FIG. 1, and the signal processing circuit 21D responds to the change in the amount of the reflected light L22 to the reflected light receiving element 21BX. When the
以上の構成において、第1の実施の形態において上述したと同様に塗布用針11がピペット9内を通って塗布基板5の方向に降下して行くことにより塗布用針11の先端に液滴LQを形成して寸止め位置にまで来たとき、反射光受光素子21BXの検出出力S11が受光した反射光L22の光量変化に応じて変化することにより、信号処理回路21Dが塗布用針11が寸止め位置に降下したことを表す降下位置データS4をシステム制御ユニット16に与え、これによりシステム制御ユニット16は図9の液滴塗布処理手順RT1に従って塗布基板5上に液滴を塗布する。
In the above configuration, as described above in the first embodiment, the
かくして図17の構成によっても、上述の場合と同様にして塗布用針11を塗布基板5に当接させずに寸止め位置において塗布基板5に対して液滴を的確に塗布することができる。
Thus, with the configuration shown in FIG. 17 as well, it is possible to accurately apply droplets to the
(6)他の実施の形態
上述の実施の形態においては、液滴LQとして細胞を含んだ資料をマイクロアレー30(図11)上に塗布液滴LQXとして塗布する場合に適用したが、本発明はこれに限らず、タンパク質又はDNAをマイクロアレー上に分注したり、液晶パネルについて、断線した箇所に導電樹脂を塗布することにより修復作業をしたり、基板上に接着剤や半田ペーストなどの微小液滴を塗布したりするような場合に広く適用し得る。
(6) Other Embodiments In the above-described embodiment, the present invention is applied to the case where a material containing cells as droplets LQ is applied as a coating droplet LQX on the microarray 30 (FIG. 11). Not limited to this, protein or DNA can be dispensed on a microarray, or a liquid crystal panel can be repaired by applying a conductive resin to the disconnected location, or an adhesive or solder paste can be applied on the substrate. The present invention can be widely applied to the case where fine droplets are applied.
また上述の実施の形態においては、塗布液収納部材としてのガラスピペット9内を、タングステン材料でなる塗布用針11を通すことにより塗布用針11の先端に液滴LQを形成させるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は塗布液を収納する塗布液収納部材を通って塗布用液を降下させる構成のものであれば良い。
In the above-described embodiment, when the liquid LQ is formed at the tip of the
さらに、上述の実施の形態においては液滴量を、塗布用針11の降下速度及び液滴LQの粘度に基づいて選択するようにした場合について述べたが、これに代え、又はこれと共に、塗布基板5の表面特性(粗さ、親水性)や、液滴LQ中の含有物に基づいて選択するようにしても良い。
Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the droplet amount is selected based on the descending speed of the
本発明は塗布対象に対して微小液滴を塗布する場合に利用できる。 The present invention can be used when fine droplets are applied to an application target.
1……液滴塗布装置、2……液滴塗布装置本体、3……固定基台、4……XYステージ、4A……Xステージ部、4B……Yステージ部、5……塗布基板、6……Zステージ、6A……粗動ステージ部、6A1……固定部、6A2……摺動部、6B……微動ステージ部、6B1……固定部、6B2……摺動部、8……架台、9……ピペット、10……ピペット保持部材、11……塗布用針、21……針降下検出装置、21B……反射光受光素子、30……マイクロアレー。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
上記塗布液収納部材から降下して先端に液滴を形成した上記塗布用針が、上記液滴が上記塗布対象に接触する寸止め位置に降下したことを検出する針降下検出手段と、
上記液滴を上記塗布対象に塗布すると共に上記針降下検出手段の検出出力によって上記塗布用針の降下動作を停止させる寸止め手段と
を具えることを特徴とする液滴塗布装置。 In a droplet coating apparatus having a liquid coating apparatus main body that applies a droplet to a coating target by lowering a coating needle through a coating liquid storage member that stores a coating liquid,
Needle drop detection means for detecting that the application needle, which has been dropped from the application liquid storage member and formed a droplet at the tip thereof, has been lowered to a stop position where the droplet contacts the application target;
A droplet coating apparatus comprising: a droplet stopping unit that applies the droplet to the application target and stops the lowering operation of the application needle by a detection output of the needle lowering detection unit.
ことを特徴とする請求項1に記載の液滴塗布装置。 When the application needle is lowered to the dimension stop position, the needle drop detection means projects a projection laser beam onto the droplet generated at the tip of the tip together with the tip of the application needle, The droplet coating apparatus according to claim 1, wherein the detection output is obtained in accordance with a projection position of reflected light that is transmitted through the droplet while being refracted, reflected by the application target, and emitted from the droplet. .
ことを特徴とする液滴塗布装置。 The liquid coating apparatus main body can selectively form a plurality of liquid droplets having different liquid droplet amounts by selecting a descending speed of the coating needle and a viscosity of the coating liquid.
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