JP2010035457A - Injection device and method of injection by using the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an injection device and a method of injection, capable of suppressing the development of an instantaneous sucking pressure in the depression time of an air pressure pulse. <P>SOLUTION: An ejection mechanism 10 of a microinjection device injects a substance 2 for introduction into an object 3 for introduction by impressing the air pulse into a capillary needle 1 filled with the substance 2 for introduction. The air pulse is developed by moving the air through a valve 15 between a capillary chamber 1 fitted with the capillary needle 1 and communicating with the capillary needle 1, and a regulator chamber 12. The ejection mechanism 10 has a sucking pressure-suppressing part 21 for controlling the air pressure of the capillary chamber 11. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、導入物質を導入対象内に注入する注入装置、及びそれを用いた注入方法に関する。   The present invention relates to an injection apparatus for injecting an introduction substance into an introduction target, and an injection method using the same.

近年、主にライフサイエンス、再生医療、及びゲノム創薬の分野において、細胞などの導入対象内に例えば遺伝子、抗体、タンパク質といった生体分子や化合物などを導入するために、マイクロインジェクション装置などの注入装置が適用されている。マイクロインジェクション装置は、上記のような導入物質(injectant)が充填された微細な中空のガラス針(キャピラリ針)を導入対象に突き刺し、該キャピラリ針を介して導入対象内に導入物質を注入する。この手法は、導入物質と導入対象との組合せを選ばずに遺伝子、タンパク質、化合物などを細胞などに確実に導入することができ、遺伝子の導入による人工多能性幹細胞(IPS細胞)の作成、タンパク質の導入による機能解析、化合物導入による薬物開発などへの応用が期待されている。   In recent years, mainly in the fields of life science, regenerative medicine, and genomic drug discovery, injection devices such as microinjection devices are used to introduce biomolecules and compounds such as genes, antibodies, and proteins into cells and the like. Has been applied. The microinjection device pierces the introduction target with a fine hollow glass needle (capillary needle) filled with the introduction substance (injectant) as described above, and injects the introduction substance into the introduction target through the capillary needle. This method can reliably introduce a gene, protein, compound, etc. into a cell or the like without selecting a combination of a substance to be introduced and a target of introduction, and generation of an induced pluripotent stem cell (IPS cell) by gene introduction, Application to functional analysis by introducing proteins and drug development by introducing compounds is expected.

マイクロインジェクション装置は、所定量の導入物質をキャピラリ針から吐出するための吐出機構を有する。この吐出機構に関する技術として、プランジャ等の部品の前進によって導入物質への押圧力を生成する技術や、空気圧パルスを生成して導入物質に印加する技術が知られている。   The microinjection apparatus has a discharge mechanism for discharging a predetermined amount of introduced substance from a capillary needle. As a technique related to the discharge mechanism, a technique for generating a pressing force on the introduced substance by advancing a part such as a plunger, or a technique for generating a pneumatic pulse and applying it to the introduced substance is known.

空気圧パルスを用いる既知のマイクロインジェクション装置の吐出機構100及び空気圧パルス生成方法を、それぞれ、図1及び図2に示す。吐出機構100は、導入物質102を導入対象103に注入するキャピラリ針101が装着されるキャピラリ室111、及びレギュレータ113によって圧力制御されるレギュレータ室112を有する。レギュレータ室112は、充填バルブ114(V1)を介してレギュレータ113に、仕切りバルブ115(V2)を介してキャピラリ室111に接続され得る。レギュレータ113は正圧ポンプ116及び負圧ポンプ117に接続されている。吐出機構100はまた、レギュレータ113、充填バルブ114(V1)及び仕切りバルブ115(V2)の動作を制御する制御装置118を有する。   FIG. 1 and FIG. 2 show a discharge mechanism 100 and a pneumatic pulse generation method of a known microinjection apparatus using pneumatic pulses, respectively. The discharge mechanism 100 includes a capillary chamber 111 in which a capillary needle 101 for injecting an introduction substance 102 into an introduction target 103 is mounted, and a regulator chamber 112 whose pressure is controlled by a regulator 113. The regulator chamber 112 can be connected to the regulator 113 via a filling valve 114 (V1) and to the capillary chamber 111 via a partition valve 115 (V2). The regulator 113 is connected to the positive pressure pump 116 and the negative pressure pump 117. The discharge mechanism 100 also includes a control device 118 that controls the operation of the regulator 113, the filling valve 114 (V1), and the partition valve 115 (V2).

吐出機構100による空気圧パルスの生成は、図2のタイミングチャートに示すように、制御装置118により生成されるレギュレータ指示圧及びバルブ開閉信号によって制御される。先ず、バルブ115(V2)を閉鎖した状態でバルブ114(V1)を開放し、レギュレータ室112の圧力P1がレギュレータ113によるレギュレータ指示圧PHに到達するまでレギュレータ室112を空気で充填し、その後、バルブV1を閉じる。この間、キャピラリ室111の圧力P2は導入物質を吐出しない圧力(以降、維持圧と称する)Pcに維持される。維持圧Pcは、非吐出時である待機状態においてキャピラリ針が毛細管現象によって細胞培地などを吸込むことを防止するため、一定の正圧に設定される。次に、バルブV2を開放し、キャピラリ室圧力P2を、導入物質を吐出する圧力(以降、吐出圧と称する)Piまで上昇させた後、バルブV2を閉じる。続いて、バルブV1を再び開放する。このとき、レギュレータ指示圧は維持圧Pc生成用圧力であるPLに設定されており、レギュレータ室112内の空気はバルブV1を介して排出され、レギュレータ室圧力P1はレギュレータ指示圧PLまで低下する。次に、所定の吐出時間Tiの経過に合わせて、バルブV1を再び閉鎖し、バルブV2を開放する。そして、キャピラリ室圧力P2及びレギュレータ室圧力P1が維持圧Pcにて平衡した後、バルブV2を閉じる。これにより一度の吐出、すなわち、1つの空気圧パルスの生成が完了する。   The generation of the air pressure pulse by the discharge mechanism 100 is controlled by the regulator command pressure and the valve opening / closing signal generated by the control device 118 as shown in the timing chart of FIG. First, the valve 114 (V1) is opened with the valve 115 (V2) closed, and the regulator chamber 112 is filled with air until the pressure P1 of the regulator chamber 112 reaches the regulator command pressure PH by the regulator 113, and then Close valve V1. During this time, the pressure P2 in the capillary chamber 111 is maintained at a pressure (hereinafter referred to as a maintenance pressure) Pc that does not discharge the introduced substance. The maintenance pressure Pc is set to a constant positive pressure in order to prevent the capillary needle from sucking the cell culture medium or the like due to capillary action in the standby state when not discharging. Next, the valve V2 is opened, the capillary chamber pressure P2 is increased to a pressure (hereinafter referred to as discharge pressure) Pi for discharging the introduced substance, and then the valve V2 is closed. Subsequently, the valve V1 is opened again. At this time, the regulator command pressure is set to PL, which is the maintenance pressure Pc generation pressure, the air in the regulator chamber 112 is discharged through the valve V1, and the regulator chamber pressure P1 drops to the regulator command pressure PL. Next, the valve V1 is closed again and the valve V2 is opened as the predetermined discharge time Ti elapses. Then, after the capillary chamber pressure P2 and the regulator chamber pressure P1 are equilibrated at the maintenance pressure Pc, the valve V2 is closed. Thus, one discharge, that is, generation of one air pressure pulse is completed.

このような空気圧パルスを用いる吐出機構は、高さ(吐出圧)及び持続時間(吐出時間)を規定した空気圧パルスを生成・印加することにより、例えばプランジャ等の部品を用いる機構などの他の吐出機構と比較して、高い精度で所望量の導入物質の吐出を行い得る。
特公平6−48975号公報 特開2007−300868号公報 特開2008−086242号公報
Such a discharge mechanism using a pneumatic pulse generates and applies a pneumatic pulse that defines a height (discharge pressure) and a duration (discharge time), thereby allowing other discharges such as a mechanism using a component such as a plunger. Compared with the mechanism, a desired amount of the introduced substance can be discharged with high accuracy.
Japanese Examined Patent Publication No. 6-48975 Japanese Patent Laid-Open No. 2007-300868 JP 2008-086242 A

しかしながら、斯くしてキャピラリ室111内に生成された空気圧パルスは、その昇圧部及び降圧部で減衰振動様の変化を有することが観測されている。図3は空気圧パルス波形の降圧部を拡大して示している。このような減衰振動する空気圧パルスは、培地などの吸込みを防止するために必要な維持圧Pc(例えば、図示の例では0.5kPa程度)を下回る圧力(以降、吸込み圧と称する)を、キャピラリ針101に瞬時的に印加することになる。   However, it has been observed that the air pressure pulse thus generated in the capillary chamber 111 has a damped oscillation-like change in its boosting and lowering parts. FIG. 3 shows an enlarged view of the step-down part of the pneumatic pulse waveform. Such a pneumatic pulse that oscillates and oscillates reduces the pressure (hereinafter referred to as suction pressure) below the maintenance pressure Pc (for example, about 0.5 kPa in the illustrated example) necessary for preventing suction of the medium and the like to the capillary. It is instantaneously applied to the needle 101.

空気圧振動の周期は、レギュレータ室とキャピラリ室との容積比や合計容積に依存する。例えば、レギュレータ室容積が10mLであり且つキャピラリ室容積が3mLである場合、空気圧振動の周期は約30msとなる。振動の最大振幅は、空気圧パルス高さに依存し、図3に示すようにPi=10kPaの場合、約1kPaに達し得る。吸込み圧発生期間は20ms程度、吸込み量は数10fL程度と考えられるが、キャピラリ針先端部内径はサブミクロンオーダ(例えば、0.5μm)と微細なため、針先端部から50〜100μmのところまで培地が吸い込まれることになり、無視できないレベルである。   The period of the pneumatic vibration depends on the volume ratio between the regulator chamber and the capillary chamber and the total volume. For example, when the regulator chamber volume is 10 mL and the capillary chamber volume is 3 mL, the period of the pneumatic vibration is about 30 ms. The maximum amplitude of vibration depends on the pneumatic pulse height and can reach about 1 kPa when Pi = 10 kPa as shown in FIG. The suction pressure generation period is considered to be about 20 ms, and the suction amount is considered to be about several tens of fL. However, since the inner diameter of the tip of the capillary needle is as fine as submicron (for example, 0.5 μm), it is 50 to 100 μm from the tip of the needle. The medium will be sucked in, which is a level that cannot be ignored.

培地には、細胞培養の過程で発生する死細胞や細胞片などの種々のゴミが含まれている。また、マイクロインジェクションで使用されるキャピラリ針の先端部内径は上述のようにサブミクロンオ−ダと極めて微細である。従って、僅かな量の培地吸込みであっても、キャピラリ針先端部付近にゴミが付着し、針詰まりによる吐出不能の要因となる。   The medium contains various kinds of garbage such as dead cells and cell debris that are generated in the process of cell culture. Further, as described above, the inner diameter of the tip of the capillary needle used in microinjection is as fine as submicron order. Therefore, even if a small amount of medium is sucked, dust adheres to the vicinity of the tip of the capillary needle, which can cause ejection failure due to needle clogging.

よって、空気圧パルスの降圧部における瞬時的な吸込み圧の発生を抑制することが可能な注入装置及び注入方法が望まれる。   Therefore, an injection device and an injection method that can suppress the instantaneous generation of suction pressure in the pressure reduction unit of the air pressure pulse are desired.

本発明の実施の形態の一観点に従って提供される注入装置は、導入物質を導入対象内に注入する注入部と、注入部に接続するキャピラリ室と、キャピラリ室の空気圧を制御するレギュレータ室とを有する。当該注入装置は、更に、キャピラリ室の空気圧を制御する吸込み圧抑制部を有する。   An injection device provided in accordance with one aspect of an embodiment of the present invention includes an injection unit that injects an introduction substance into an introduction target, a capillary chamber that is connected to the injection unit, and a regulator chamber that controls the air pressure of the capillary chamber. Have. The injection device further includes a suction pressure suppression unit that controls the air pressure in the capillary chamber.

本発明の実施の形態の他の一観点に従って、導入物質を導入対象内に注入する注入部と、注入部に接続するキャピラリ室と、キャピラリ室の空気圧を制御するレギュレータ室とを有する注入装置を用いた注入方法が提供される。当該注入方法は、注入部を用いて導入物質を導入対象内に注入する工程と、レギュレータ室よりキャピラリ室に空気を送る工程とを含む。当該注入方法は、更に、吸込み圧抑制部より、キャピラリ室の空気圧を制御する工程を含む。   According to another aspect of the embodiment of the present invention, there is provided an injection apparatus having an injection portion for injecting an introduction substance into an introduction target, a capillary chamber connected to the injection portion, and a regulator chamber for controlling the air pressure of the capillary chamber. The injection method used is provided. The injection method includes a step of injecting an introduction substance into an introduction target using an injection portion, and a step of sending air from the regulator chamber to the capillary chamber. The injection method further includes a step of controlling the air pressure in the capillary chamber from the suction pressure suppression unit.

ここで開示される実施形態によれば、空気圧パルスの降圧部において、瞬時的な吸込み圧の発生が抑制される。キャピラリ針の針詰まりが抑制されるため、キャピラリ針の交換頻度が低くなり、マイクロインジェクションの作業効率が向上する。   According to the embodiment disclosed herein, the generation of instantaneous suction pressure is suppressed in the step-down portion of the air pressure pulse. Since the needle clogging of the capillary needle is suppressed, the replacement frequency of the capillary needle is reduced, and the working efficiency of the microinjection is improved.

以下、添付図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。図面全体を通して、対応する要素には同一あるいは類似の参照符号を付する。   Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Corresponding elements are given the same or similar reference numerals throughout the drawings.

先ず、図4を用いて、空気圧パルスを用いるマイクロインジェクション装置による導入対象内への導入物質の注入方法を説明する。図4の(a)、(b)は、それぞれ、待機状態、吐出状態におけるキャピラリ針1を示している。キャピラリ針1内には、例えば遺伝子、抗体、タンパク質といった導入物質2が充填されている。図4(a)及び(b)はまた、導入物質を注入される導入対象である細胞3を示している。細胞3はシャーレ4の底に付着している。シャーレ4は培地5を収容しており、培地5内には細胞培養の過程で発生する死細胞や細胞片などの種々のゴミ6が浮遊している。   First, a method for injecting a substance to be introduced into a target to be introduced by a microinjection apparatus using an air pressure pulse will be described with reference to FIG. 4A and 4B show the capillary needle 1 in a standby state and a discharge state, respectively. The capillary needle 1 is filled with an introduction substance 2 such as a gene, an antibody, or a protein. 4 (a) and 4 (b) also show a cell 3 to be introduced into which the introduction substance is injected. The cells 3 are attached to the bottom of the petri dish 4. The petri dish 4 contains a medium 5 in which various trash 6 such as dead cells and cell debris generated in the process of cell culture is suspended.

待機状態において、キャピラリ針1は、対象とする細胞を選択する間、細胞が付着しているシャーレ4の底から数10μm上方の培地5内で待機する。このとき、毛細管現象による培地5やゴミ6の吸い上げが発生しないように、吸い上げ圧力とバランスするような空気圧Pc(維持圧)をキャピラリ針1の内部に印加しておくことが好ましい。一般的に、毛細管現象による吸い上げ圧力は吸い上げる水柱高さh[mm]で表され、通常の環境下では、内径d[mm]のガラス管と水の組み合わせに関してh〜28/dで与えられる。例えば、典型的なキャピラリ針の根元部内径0.7mmの場合、吸い上げ水柱高さhは40mm、圧力に換算して400Paとなる。従って、待機状態においてキャピラリ針1の内部に印加すべき維持圧Pcは、吸い上げ圧力に導入物質2を吐出させない範囲の好適なマージンを加えた値とすることができ、上記の例では、400Paに100Pa程度のマージンを加えて500Pa程度とし得る。   In the standby state, the capillary needle 1 waits in the culture medium 5 several tens of micrometers above the bottom of the petri dish 4 to which the cells adhere while selecting the target cells. At this time, it is preferable to apply an air pressure Pc (maintenance pressure) that is balanced with the suction pressure to the inside of the capillary needle 1 so that suction of the culture medium 5 and dust 6 due to capillary action does not occur. Generally, the suction pressure due to capillary action is expressed by the height of water column h [mm] to be sucked up, and is given by h to 28 / d for a combination of a glass tube having an inner diameter d [mm] and water under a normal environment. For example, in the case of a typical capillary needle having a root inner diameter of 0.7 mm, the suction water column height h is 40 mm and converted to a pressure of 400 Pa. Therefore, the maintenance pressure Pc to be applied to the inside of the capillary needle 1 in the standby state can be a value obtained by adding a suitable margin within a range in which the introduction substance 2 is not discharged to the suction pressure. In the above example, the maintenance pressure Pc is 400 Pa. A margin of about 100 Pa can be added to achieve about 500 Pa.

待機状態から吐出状態への移行に際し、キャピラリ針1は典型的に、キャピラリ針1の先端部が細胞3に挿入されるまで図4(a)中に示すキャピラリ針1の軸方向(A軸方向)に移動される。そして、吐出状態において、細胞3内に先端部が挿入されたキャピラリ針1の内部に、導入物質2を吐出するのに十分な吐出圧Piを印加する。キャピラリ針1内の空気圧は、吐出時間Tiと称する或る一定の時間(例えば、100ms程度)にわたって吐出圧Piに維持された後、再び維持圧Pcまで低下され、キャピラリ針1は上述の待機状態の位置に移動される。   During the transition from the standby state to the discharge state, the capillary needle 1 typically has the axial direction (A-axis direction) of the capillary needle 1 shown in FIG. 4A until the tip of the capillary needle 1 is inserted into the cell 3. ). In a discharge state, a discharge pressure Pi sufficient to discharge the introduction substance 2 is applied to the inside of the capillary needle 1 having the tip inserted into the cell 3. The air pressure in the capillary needle 1 is maintained at the discharge pressure Pi for a certain time (for example, about 100 ms) referred to as a discharge time Ti, and then is lowered to the maintenance pressure Pc again. Moved to the position.

図4(c)は、上述の一連の動作におけるキャピラリ針1の先端部のA軸座標と、生成される空気圧パルスの圧力変化とを概略的に示している。但し、A軸座標はシャーレ4の底からキャピラリ針1を見た方向を正としている。この動作は、一般的に、対象とする多数の細胞に対して繰り返される。   FIG. 4C schematically shows the A-axis coordinates of the tip of the capillary needle 1 and the pressure change of the generated air pressure pulse in the series of operations described above. However, the A-axis coordinate is positive when the capillary needle 1 is viewed from the bottom of the petri dish 4. This operation is generally repeated for a large number of cells of interest.

斯くして生成される空気圧パルスを用いるマイクロインジェクション装置は、吐出圧Piと吐出時間Tiとを適切に選択することにより、所望量の導入物質2を細胞3内に注入することが可能である。   The microinjection apparatus using the air pressure pulse thus generated can inject a desired amount of the introduced substance 2 into the cell 3 by appropriately selecting the discharge pressure Pi and the discharge time Ti.

一実施形態に従ったマイクロインジェクション装置の吐出機構10を図5に示す。吐出機構10は、図4を用いて概略的に説明した空気圧パルスを用いて、注入部を成すキャピラリ針1から細胞などの導入対象3内に、例えば遺伝子、抗体、タンパク質といった生体分子や化合物などの導入物質2を吐出する。   FIG. 5 shows a discharge mechanism 10 of a microinjection device according to an embodiment. The discharge mechanism 10 uses, for example, air pressure pulses schematically described with reference to FIG. 4, and introduces biomolecules such as genes, antibodies, proteins, compounds, and the like from the capillary needle 1 constituting the injection portion into the introduction target 3 such as cells. The introduced substance 2 is discharged.

吐出機構10は、キャピラリ針1が装着され該針1と連通するキャピラリ室11、及びキャピラリ室11の圧力を制御するレギュレータ室12を有する。レギュレータ室12は、充填バルブ14(V1)を介して、レギュレータ13によって圧力制御される。レギュレータ室12はまた、仕切りバルブ15(V2)を介してキャピラリ室11に接続され得る。レギュレータ13は正圧ポンプ16及び負圧ポンプ17に接続されている。吐出機構10はまた、レギュレータ13、充填バルブ14(V1)及び仕切りバルブ15(V2)の動作を制御する制御回路18を有する。   The discharge mechanism 10 includes a capillary chamber 11 to which the capillary needle 1 is attached and communicated with the needle 1, and a regulator chamber 12 that controls the pressure in the capillary chamber 11. The regulator chamber 12 is pressure-controlled by a regulator 13 through a filling valve 14 (V1). The regulator chamber 12 can also be connected to the capillary chamber 11 via a partition valve 15 (V2). The regulator 13 is connected to a positive pressure pump 16 and a negative pressure pump 17. The discharge mechanism 10 also includes a control circuit 18 that controls operations of the regulator 13, the filling valve 14 (V1), and the partition valve 15 (V2).

吐出機構10による空気圧パルスの生成は、概して、図6のタイミングチャートに示すように、制御装置18により生成されるレギュレータ指示圧及びバルブ開閉信号を用いて制御される。先ず、バルブ15(V2)を閉鎖した状態でバルブ14(V1)を開放し、レギュレータ室12の圧力P1がレギュレータ13によるレギュレータ指示圧PHに到達するまでレギュレータ室12を空気で充填し、その後、バルブV1を閉じる。この間、キャピラリ室11の圧力P2は維持圧Pcに維持される。次に、バルブV2を開放し、キャピラリ室圧力P2を吐出圧Piまで上昇させた後、バルブV2を閉じる。続いて、バルブV1を再び開放する。このとき、レギュレータ指示圧は維持圧Pc生成用圧力であるPLに設定されており、レギュレータ室12内の空気はバルブV1を介して排出され、レギュレータ室圧力P1はレギュレータ指示圧PLまで低下する。次に、所定の吐出時間Tiの経過に合わせて、バルブV1を再び閉鎖し、バルブV2を開放する。そして、キャピラリ室圧力P2及びレギュレータ室圧力P1が維持圧Pcにて平衡した後、バルブV2を閉じる。これにより一度の吐出、すなわち、1つの空気圧パルスの生成が完了する。   The generation of air pressure pulses by the discharge mechanism 10 is generally controlled using a regulator command pressure and a valve opening / closing signal generated by the control device 18 as shown in the timing chart of FIG. First, the valve 14 (V1) is opened with the valve 15 (V2) closed, and the regulator chamber 12 is filled with air until the pressure P1 of the regulator chamber 12 reaches the regulator command pressure PH by the regulator 13, and then Close valve V1. During this time, the pressure P2 in the capillary chamber 11 is maintained at the maintenance pressure Pc. Next, the valve V2 is opened, the capillary chamber pressure P2 is increased to the discharge pressure Pi, and then the valve V2 is closed. Subsequently, the valve V1 is opened again. At this time, the regulator command pressure is set to PL, which is the maintenance pressure Pc generation pressure, the air in the regulator chamber 12 is discharged through the valve V1, and the regulator chamber pressure P1 drops to the regulator command pressure PL. Next, the valve V1 is closed again and the valve V2 is opened as the predetermined discharge time Ti elapses. Then, after the capillary chamber pressure P2 and the regulator chamber pressure P1 are equilibrated at the maintenance pressure Pc, the valve V2 is closed. Thus, one discharge, that is, generation of one air pressure pulse is completed.

しかしながら、以上の制御で生成される空気圧パルスは、図3に示したように、減衰振動様の変化を有し、降圧部においてキャピラリ室圧力P2が維持圧Pc(例えば、上述の例では0.5kPa)に対して負の圧力(吸込み圧)となる期間を有し得る。この空気圧振動は、バルブV2の開放により、高圧Piのキャピラリ室11から低圧PLのレギュレータ室12へと質量のある空気が高速に移動するため、慣性作用が働くことによると考えられる。   However, as shown in FIG. 3, the air pressure pulse generated by the above control has a damped oscillation-like change, and the capillary chamber pressure P2 is maintained at the maintenance pressure Pc (for example, 0. 0 in the above example). It may have a period of negative pressure (suction pressure) with respect to 5 kPa). This pneumatic vibration is thought to be due to the inertial action acting because mass air moves at high speed from the high pressure Pi capillary chamber 11 to the low pressure PL regulator chamber 12 by opening the valve V2.

再び図5を参照するに、実施形態に係る吐出機構10は更に吸込み圧抑制部21を有する。吸込み圧抑制部21は、制御回路18に接続されるとともに、キャピラリ室11、レギュレータ13、充填バルブ14(V1)、及び/又は仕切りバルブ15(V2)に結合される。吸込み圧抑制部21は、特に吐出時間Tiに続く降圧期間(図6参照)において制御回路18による制御下で作動し、キャピラリ室11、レギュレータ13、充填バルブ14(V1)、及び仕切りバルブ15(V2)のうちの少なくとも1つに作用を及ぼす。より具体的には、吸込み圧抑制部21は、降圧期間中に上記の構成要素群の少なくとも1つに作用を及ぼすことにより、吸込み圧の発生を抑制あるいは回避するように、キャピラリ室11とレギュレータ室12との間での空気の移動を制御する。   Referring again to FIG. 5, the discharge mechanism 10 according to the embodiment further includes a suction pressure suppression unit 21. The suction pressure suppression unit 21 is connected to the control circuit 18 and is coupled to the capillary chamber 11, the regulator 13, the filling valve 14 (V1), and / or the partition valve 15 (V2). The suction pressure suppression unit 21 operates under the control of the control circuit 18 particularly in the step-down period (see FIG. 6) following the discharge time Ti, and the capillary chamber 11, the regulator 13, the filling valve 14 (V1), and the partition valve 15 ( Act on at least one of V2). More specifically, the suction pressure suppression unit 21 acts on at least one of the above-described component groups during the step-down period so as to suppress or avoid the generation of the suction pressure, and the capillary chamber 11 and the regulator. Controls air movement to and from the chamber 12.

なお、吸込み圧制御部21は、レギュレータ指示圧及び/又はバルブ開閉信号を変化させ得るが、図6においてはそれらの変化は示していない。また、吸込み圧制御部21は、降圧期間中に上記の構成要素群の少なくとも1つに作用を及ぼすことに備えて、降圧期間以外の期間においても作動してよい。   The suction pressure control unit 21 can change the regulator command pressure and / or the valve opening / closing signal, but these changes are not shown in FIG. In addition, the suction pressure control unit 21 may operate in a period other than the step-down period in preparation for acting on at least one of the above-described component groups during the step-down period.

マイクロインジェクション装置の吐出機構10は、吸込み圧抑制部21の作用により、空気圧パルスの降圧部において、瞬時的な吸込み圧の発生を抑制することが可能である。それにより、キャピラリ針1の針詰まりが抑制されるため、キャピラリ針1の交換頻度が低くなり、マイクロインジェクションの作業効率が向上する。   The discharge mechanism 10 of the microinjection device can suppress the generation of instantaneous suction pressure in the pressure reduction unit of the air pressure pulse by the action of the suction pressure suppression unit 21. Thereby, since the needle clogging of the capillary needle 1 is suppressed, the replacement frequency of the capillary needle 1 is reduced, and the working efficiency of the microinjection is improved.

続いて、実施形態に係る吐出機構の様々な実施例を説明する。   Subsequently, various examples of the discharge mechanism according to the embodiment will be described.

先ず、図7を用いて第1の実施例を説明する。本実施例に係る吐出機構30は、図6に示したレギュレータ及びバルブV1及びV2の制御に変更はないが、図7(a)に示すように、吸込み圧抑制部として容積可変チャンバ31を有する。容積可変チャンバ31は、キャピラリ室11と連通したサブチャンバ32と、サブチャンバ32の壁部に密着するように配置された圧電素子33とを有する。圧電素子33が配置されたサブチャンバ32の壁部は機械的柔軟性を有する隔膜34により形成され、サブチャンバ32は、圧電素子33による機械的な力に応じた隔膜34の移動により縮小且つ/或いは拡張されることが可能である。従って、容積可変チャンバ31は、キャピラリ室の実効的な容積をキャピラリ室11自体の容積とサブチャンバ32の容積とを足し合わせた値にし、且つ圧電素子33の動作によりキャピラリ室の実効的な容積を変化させ得る。   First, the first embodiment will be described with reference to FIG. The discharge mechanism 30 according to the present embodiment has no change in the control of the regulator and valves V1 and V2 shown in FIG. 6, but has a variable volume chamber 31 as a suction pressure suppression unit as shown in FIG. 7A. . The variable volume chamber 31 includes a sub-chamber 32 that communicates with the capillary chamber 11 and a piezoelectric element 33 that is disposed so as to be in close contact with the wall of the sub-chamber 32. The wall portion of the sub-chamber 32 in which the piezoelectric element 33 is disposed is formed by a diaphragm 34 having mechanical flexibility, and the sub-chamber 32 is reduced and / or reduced by the movement of the diaphragm 34 according to the mechanical force by the piezoelectric element 33. Or it can be expanded. Accordingly, the variable volume chamber 31 sets the effective volume of the capillary chamber to a value obtained by adding the volume of the capillary chamber 11 itself and the volume of the sub-chamber 32, and the effective volume of the capillary chamber by the operation of the piezoelectric element 33. Can be changed.

図7(b)は、本実施例で用いられるサブチャンバ32の容積制御と、それによる吸込み圧抑制効果とを示している。サブチャンバ容積は、事前に取得されたサブチャンバ32の容積制御を用いないときのキャピラリ室圧力波形(実線)の振動を打ち消すように制御される。すなわち、サブチャンバ容積(故に、キャピラリ室の実効的な容積)は、圧力P2が維持圧Pcを下回るときには、容積を減少させて圧力を高め、逆に上回るときには、容積を増大させて圧力を下げるよう制御される。これにより、圧力P2の振動が補償され、吸込み圧が抑制されたP2波形(破線)が得られる。   FIG. 7B shows the volume control of the sub-chamber 32 used in this embodiment and the suction pressure suppression effect thereby. The subchamber volume is controlled so as to cancel the vibration of the capillary chamber pressure waveform (solid line) when the volume control of the subchamber 32 acquired in advance is not used. That is, the sub-chamber volume (hence, the effective volume of the capillary chamber) increases the pressure by decreasing the volume when the pressure P2 is lower than the maintenance pressure Pc, and decreases the pressure by increasing the volume when the pressure P2 is higher. It is controlled as follows. Thereby, the vibration of the pressure P2 is compensated and the P2 waveform (broken line) in which the suction pressure is suppressed is obtained.

この容積制御を実現するため、制御回路18は、容積制御を用いないときのP2波形と位相の揃った減衰振動を有する駆動信号を圧電素子33に供給する。圧電素子33は、制御装置18からの駆動信号を受けて、補償すべき圧力振動の大きさやキャピラリ室11の容積に応じた所望のサブチャンバ容積変化をもたらす機械的な力を発生する。圧電素子はサブチャンバ32の複数の壁部に配置されてもよく、且つ/或いは、1つの壁部当たり多数個の圧電素子が配置されてもよい。   In order to realize this volume control, the control circuit 18 supplies the piezoelectric element 33 with a drive signal having a damped vibration in phase with the P2 waveform when the volume control is not used. The piezoelectric element 33 receives a drive signal from the control device 18 and generates a mechanical force that causes a desired sub-chamber volume change corresponding to the magnitude of pressure vibration to be compensated and the volume of the capillary chamber 11. The piezoelectric elements may be arranged on a plurality of walls of the sub-chamber 32 and / or a large number of piezoelectric elements may be arranged per one wall.

なお、第1の実施例の以上の説明では、容積可変チャンバ31の圧電素子33は、事前に取得された容積制御を用いないときのP2波形に基づく信号で駆動されるものとして説明した。しかしながら、第1の実施例はそのような形態に限定されるものではなく、圧電素子33は実時間測定されたキャピラリ室圧力P2に基づく信号で駆動されることも可能である。   In the above description of the first embodiment, it has been described that the piezoelectric element 33 of the variable volume chamber 31 is driven by a signal based on the P2 waveform when the volume control acquired in advance is not used. However, the first embodiment is not limited to such a form, and the piezoelectric element 33 can be driven by a signal based on the capillary chamber pressure P2 measured in real time.

図8は、キャピラリ室圧力の実時間測定に基づく、第1の実施例の変形例を示している。圧力センサ41は、キャピラリ室11の圧力P2を測定し、その測定値P2を出力する。差分回路42は、第1の入力として圧力センサ41からの測定値P2を、第2の入力として目標維持圧Pcを受け取り、P2とPcとの間の偏差ΔPを出力する。圧電素子駆動回路43は、差分回路42から偏差ΔPを受け取り、ΔPを低減させるように、すなわち、P2を目標維持圧Pcに近付けるように、圧電素子43を駆動する。このように偏差ΔPをフィードバックすることによって、より高精度に吸込み圧の発生を抑制することが可能になる。なお、圧力センサ41、差分回路42及び圧電素子駆動回路43は、制御回路18の一部と見なすこともできる。   FIG. 8 shows a modification of the first embodiment based on real time measurement of capillary chamber pressure. The pressure sensor 41 measures the pressure P2 in the capillary chamber 11 and outputs the measured value P2. The difference circuit 42 receives the measured value P2 from the pressure sensor 41 as a first input and the target maintenance pressure Pc as a second input, and outputs a deviation ΔP between P2 and Pc. The piezoelectric element drive circuit 43 receives the deviation ΔP from the difference circuit 42, and drives the piezoelectric element 43 so as to reduce ΔP, that is, to bring P2 close to the target maintenance pressure Pc. By feeding back the deviation ΔP in this way, it is possible to suppress the generation of the suction pressure with higher accuracy. Note that the pressure sensor 41, the difference circuit 42, and the piezoelectric element drive circuit 43 can also be regarded as a part of the control circuit 18.

次に、図9を用いて第2の実施例を説明する。本実施例に係る吐出機構50は、吸込み圧抑制部として、第1の実施例の容積可変チャンバ31に代えて、機械的柔軟性を有する壁部を含むキャピラリ室11’、及びキャピラリ室容積可変機構51とを有する点を除いて、第1の実施例に係る吐出機構30と同一である。なお、図9はキャピラリ針1とキャピラリ室11’との太さや長さの関係を縮尺通りに示していない。例えば、キャピラリ針1は約1mmの太さで数cmの長さを有し、キャピラリ室11’は約2mmの太さで約1mの長さを有していてもよい。   Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. The discharge mechanism 50 according to the present embodiment includes a capillary chamber 11 ′ including a wall portion having mechanical flexibility as a suction pressure suppressing portion, instead of the volume variable chamber 31 of the first embodiment, and a capillary chamber volume variable. Except for the point having the mechanism 51, it is the same as the discharge mechanism 30 according to the first embodiment. Note that FIG. 9 does not show the relationship between the thickness and length of the capillary needle 1 and the capillary chamber 11 ′ on a reduced scale. For example, the capillary needle 1 may be about 1 mm thick and several cm long, and the capillary chamber 11 ′ may be about 2 mm thick and about 1 m long.

キャピラリ室11’は、その壁部の少なくとも一部において、たわみやすい材料及び厚さを有する機械的に柔軟な壁部を含む。キャピラリ室容積可変機構51は、キャピラリ室11’の機械的柔軟性を有する壁部に密着するように配置された圧電素子53を含む。キャピラリ室11’は、例えば、キャピラリ針1と仕切りバルブ15(V2)との間を接続するプラスチック配管とし得る。なお、キャピラリ室11’(及び11)の容積は、キャピラリ針1と仕切りバルブ15(V2)との間に含まれる全容積を意味する。圧電素子53は、プラスチック配管であるキャピラリ室11’を取り囲むように配置されてもよい。圧電素子53により発生された機械的な力を用いてプラスチック配管を押しつぶすことにより、キャピラリ室11’の容積は減少する。従って、第1の実施例のサブチャンバ容積制御と同様の制御を行うことにより、空気圧振動を打ち消し、吸込み圧の発生を抑制あるいは回避することが可能である。   The capillary chamber 11 'includes a mechanically flexible wall having a flexible material and thickness in at least a portion of the wall. The capillary chamber volume varying mechanism 51 includes a piezoelectric element 53 disposed so as to be in close contact with the wall having mechanical flexibility of the capillary chamber 11 ′. The capillary chamber 11 'can be, for example, a plastic pipe connecting the capillary needle 1 and the partition valve 15 (V2). The volume of the capillary chamber 11 ′ (and 11) means the total volume contained between the capillary needle 1 and the partition valve 15 (V 2). The piezoelectric element 53 may be disposed so as to surround the capillary chamber 11 ′ that is a plastic pipe. By crushing the plastic pipe using the mechanical force generated by the piezoelectric element 53, the volume of the capillary chamber 11 'decreases. Therefore, by performing the same control as the sub-chamber volume control of the first embodiment, it is possible to cancel the pneumatic vibration and suppress or avoid the generation of the suction pressure.

なお、第2の実施例においても、第1の実施例と同様に、圧力センサを用いたフィードバック制御によって、より高精度に吸込み圧の発生を抑制することが可能である。   In the second embodiment, as in the first embodiment, it is possible to suppress the generation of the suction pressure with higher accuracy by feedback control using the pressure sensor.

続いて、図10−図12を用いて第3の実施例を説明する。図10に示すように、本実施例に係る吐出機構60は、吸込み圧抑制部として、多段階降圧制御回路61を有する。多段階降圧制御回路61は、レギュレータ13、充填バルブ14(V1)、及び仕切りバルブ15(V2)に結合され、図6に示した制御回路18によるレギュレータ、バルブV1及びV2の制御に変更を加えて、キャピラリ室11の圧力P2を多段階に分けて降圧する。なお、多段階降圧制御回路61は、図10においては制御回路18と別個の回路として示されているが、制御回路18と一体化されていてもよい。   Subsequently, a third embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 10, the discharge mechanism 60 according to the present embodiment includes a multistage step-down control circuit 61 as a suction pressure suppression unit. The multistage step-down control circuit 61 is coupled to the regulator 13, the filling valve 14 (V1), and the partition valve 15 (V2), and changes the control of the regulator and the valves V1 and V2 by the control circuit 18 shown in FIG. Thus, the pressure P2 in the capillary chamber 11 is lowered in multiple stages. Although the multi-stage step-down control circuit 61 is shown as a separate circuit from the control circuit 18 in FIG. 10, it may be integrated with the control circuit 18.

図11は、一例として、吐出圧Piにある圧力P2を二段階に分けて維持圧Pcに低下させるための、第3の実施例に従ったタイミングチャートを示している。第1段階として、キャピラリ室11の圧力P2が吐出圧Piにある吐出時間Ti中に、レギュレータ指示圧を維持圧Pc生成用圧力PLより高いPL’に設定することにより、レギュレータ室圧力P1をPL’まで低下させる。そして、所定の吐出時間Tiの経過に合わせて、バルブV1を再び閉鎖し、バルブV2を開放する。そして、キャピラリ室圧力P2及びレギュレータ室圧力P1が維持圧Pcより高い圧力Pc’にて平衡した後、バルブV2を閉じる。次に、第2段階として、レギュレータ指示圧を維持圧Pc生成用圧力PLに変更した上でバルブV1を開放することにより、レギュレータ室圧力P1をPLまで低下させる。そして、バルブV1を再び閉鎖し、バルブV2を開放する。そして、キャピラリ室圧力P2及びレギュレータ室圧力P1が維持圧Pcにて平衡した後、バルブV2を閉じる。これにより一度の吐出、すなわち、1つの空気圧パルスの生成が完了する。   FIG. 11 shows, as an example, a timing chart according to the third embodiment for reducing the pressure P2 at the discharge pressure Pi to the maintenance pressure Pc in two stages. As a first stage, the regulator chamber pressure P1 is changed to PL by setting the regulator command pressure to PL ′ higher than the maintenance pressure Pc generation pressure PL during the discharge time Ti when the pressure P2 in the capillary chamber 11 is at the discharge pressure Pi. 'Decrease until. And according to progress of predetermined discharge time Ti, valve | bulb V1 is closed again and valve | bulb V2 is open | released. Then, after the capillary chamber pressure P2 and the regulator chamber pressure P1 are balanced at a pressure Pc 'higher than the maintenance pressure Pc, the valve V2 is closed. Next, as a second stage, the regulator command pressure is changed to the maintenance pressure Pc generation pressure PL, and then the valve V1 is opened to lower the regulator chamber pressure P1 to PL. Then, the valve V1 is closed again and the valve V2 is opened. Then, after the capillary chamber pressure P2 and the regulator chamber pressure P1 are equilibrated at the maintenance pressure Pc, the valve V2 is closed. Thus, one discharge, that is, generation of one air pressure pulse is completed.

図12は、図11に従った二段階降圧時のキャピラリ室圧力P2の変化を例示している。P2を吐出圧PiからPc’まで降圧する第1段階においては、特にPc’が維持圧Pcに近いとき、かなりの減衰振動が発生するが、Pc’(故にPL’)を適切に選択することにより、第1段階におけるP2の最小値を維持圧Pc以上にすることができる。例えば、振動の最大振幅が約1kPaである図3の例においては、Pc’がPc+1kPa程度になるようにPL’を選択し得る。一方、P2をPc’から維持圧Pcまで降圧する第2段階においては、特にPc’が維持圧Pcに近いとき、減衰振動の振幅は小さいものとなる。これにより、吸込み圧の発生を抑制あるいは回避することが可能である。   FIG. 12 illustrates the change in the capillary chamber pressure P2 at the time of two-step pressure reduction according to FIG. In the first stage in which P2 is lowered from the discharge pressure Pi to Pc ′, a considerable amount of vibration is generated, particularly when Pc ′ is close to the maintenance pressure Pc, but Pc ′ (and hence PL ′) should be appropriately selected. Thus, the minimum value of P2 in the first stage can be made equal to or higher than the maintenance pressure Pc. For example, in the example of FIG. 3 where the maximum amplitude of vibration is about 1 kPa, PL ′ can be selected so that Pc ′ is about Pc + 1 kPa. On the other hand, in the second stage in which P2 is lowered from Pc 'to the maintenance pressure Pc, the amplitude of the damped oscillation is small particularly when Pc' is close to the maintenance pressure Pc. Thereby, it is possible to suppress or avoid the generation of the suction pressure.

図11及び図12においては、空気圧パルスの降圧時のバルブV1及びV2それぞれの開閉動作を2回にする二段階降圧について説明したが、これをさらに三段階以上の多段階に増加させることにより、空気圧振動を更に低減することが可能である。   In FIGS. 11 and 12, the two-stage step-down operation in which the opening and closing operations of the valves V1 and V2 at the time of the step-down of the air pressure pulse are described twice, but by further increasing the number of steps to three or more steps, It is possible to further reduce the pneumatic vibration.

次に、図13−図15を用いて第4の実施例を説明する。図13に示すように、本実施例に係る吐出機構70は、吸込み圧抑制部として、図10の多段階降圧制御回路61とは異なる多段階降圧制御回路71を有する。多段階降圧制御回路71は、仕切りバルブ15(V2)に結合され、図6に示した制御回路18によるバルブV2の制御に変更を加えてバルブV2の短時間の開放と閉鎖とを繰り返すことにより、キャピラリ室11の圧力P2を多段階に分けて降圧する。なお、多段階降圧制御回路71は、図13においては制御回路18と別個の回路として示されているが、制御回路18と一体化されていてもよい。   Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 13, the discharge mechanism 70 according to the present embodiment includes a multi-stage step-down control circuit 71 that is different from the multi-stage step-down control circuit 61 of FIG. 10 as a suction pressure suppression unit. The multistage step-down control circuit 71 is coupled to the partition valve 15 (V2), and changes the control of the valve V2 by the control circuit 18 shown in FIG. 6 to repeat opening and closing of the valve V2 in a short time. The pressure P2 in the capillary chamber 11 is lowered in multiple stages. Although the multi-stage step-down control circuit 71 is shown as a separate circuit from the control circuit 18 in FIG. 13, it may be integrated with the control circuit 18.

図14は、一例として、吐出圧Piにある圧力P2を二段階に分けて維持圧Pcに低下させるための、第4の実施例に従ったタイミングチャートを示している。第1段階として、所定の吐出時間Tiが経過した時刻t1にて、バルブV2を開放する。レギュレータ室圧力P1は吐出時間Ti中に維持圧Pc生成用圧力PLに制御されており、このバルブV2の開放により、圧力P1及びP2のそれぞれは維持圧Pcに向かって変化し始める。しかし、本実施例においては、P1及びP2がPcに達する前の時刻t1にて、バルブV2を閉鎖する。次に、第2段階として、時刻t2から或る一定時間(例えば、数10ms)経過してP1及びP2がそれぞれの定常状態での圧力Pc1’及びPc2’に達した時刻t3にて、バルブV2を開放する。そして、キャピラリ室圧力P2及びレギュレータ室圧力P1が維持圧Pcにて平衡した後の時刻t4にて、バルブV2を再び閉鎖する。これにより一度の吐出、すなわち、1つの空気圧パルスの生成が完了する。   FIG. 14 shows, as an example, a timing chart according to the fourth embodiment for reducing the pressure P2 at the discharge pressure Pi to the maintenance pressure Pc in two stages. As a first stage, the valve V2 is opened at time t1 when a predetermined discharge time Ti has elapsed. The regulator chamber pressure P1 is controlled to the maintenance pressure Pc generation pressure PL during the discharge time Ti, and each of the pressures P1 and P2 starts to change toward the maintenance pressure Pc by opening the valve V2. However, in this embodiment, the valve V2 is closed at time t1 before P1 and P2 reach Pc. Next, as a second stage, at a time t3 when P1 and P2 reach the respective steady state pressures Pc1 ′ and Pc2 ′ after a certain time (for example, several tens of ms) from the time t2, the valve V2 Is released. Then, at time t4 after the capillary chamber pressure P2 and the regulator chamber pressure P1 are equilibrated at the maintenance pressure Pc, the valve V2 is closed again. Thus, one discharge, that is, generation of one air pressure pulse is completed.

図15は、図14に従った二段階降圧時のキャピラリ室圧力P2の変化波形(実線)を例示している。図15はまた、図3に示した吸込み圧抑制部を用いない場合のP2変化(破線)を示している。時刻t1にて仕切りバルブV2を開放することにより、キャピラリ室圧力P2は低下し始める。P2が維持圧Pcより高いレベルにある時刻t2にてバルブV2を閉鎖することにより、吐出状態においてキャピラリ室内にあった空気は十分に流出しないうちにキャピアリ室11に閉じ込められる。このとき、キャピラリ室11とレギュレータ室12との間での空気の往復移動は行われず、P2は大きな空気圧振動を伴うことなく維持圧Pcより高い圧力Pc2’で定常状態となる。時刻t3にて、再びバルブV2を開放することにより、P2はPc2’から維持圧Pcまで低下するが、このとき、降圧量は小さいため大きな空気圧振動は発生しない。これにより、吸込み圧の発生を抑制あるいは回避することが可能である。   FIG. 15 illustrates a change waveform (solid line) of the capillary chamber pressure P2 at the time of two-step pressure reduction according to FIG. FIG. 15 also shows the P2 change (broken line) when the suction pressure suppression unit shown in FIG. 3 is not used. By opening the partition valve V2 at time t1, the capillary chamber pressure P2 starts to decrease. By closing the valve V2 at time t2 when P2 is higher than the maintenance pressure Pc, the air that has been in the capillary chamber in the discharge state is confined in the capillary chamber 11 before it sufficiently flows out. At this time, the air does not reciprocate between the capillary chamber 11 and the regulator chamber 12, and P2 is in a steady state at a pressure Pc2 'that is higher than the maintenance pressure Pc without large pneumatic vibration. By opening the valve V2 again at time t3, P2 decreases from Pc2 'to the maintenance pressure Pc. At this time, since the amount of pressure reduction is small, no large pneumatic vibration is generated. Thereby, it is possible to suppress or avoid the generation of the suction pressure.

図14及び図15においては、空気圧パルスの降圧時のバルブV2の開閉動作を2回にする二段階降圧について説明したが、これをさらに三段階以上の多段階に増加させることにより、空気圧振動を更に低減することが可能である。   14 and 15, the two-stage step-down operation in which the valve V2 is opened and closed twice during the step-down of the air pressure pulse has been described. However, by increasing this step to three or more steps, the pneumatic vibration can be reduced. Further reduction is possible.

第4の実施例に係る吐出機構70は、仕切りバルブ15(V2)の開閉のみを複数回にすればよく、第3の実施例に係る吐出機構60と比較して制御が容易になり得る。また、吐出機構70による空気圧パルスの降圧においては、途中段階(例えば、第1段階)にてレギュレータ室圧力P1とキャピラリ室圧力P2とがそれらの間での平衡状態に達する必要がなく、吐出機構60による降圧と比較して降圧期間の増大を抑制することが可能である。   The discharge mechanism 70 according to the fourth embodiment only needs to open and close the gate valve 15 (V2) a plurality of times, and can be controlled more easily than the discharge mechanism 60 according to the third embodiment. Moreover, in the pressure | voltage fall of the air pressure pulse by the discharge mechanism 70, it is not necessary for the regulator chamber pressure P1 and the capillary chamber pressure P2 to reach the equilibrium state between them in the middle stage (for example, 1st step), and the discharge mechanism Compared with the step-down by 60, an increase in the step-down period can be suppressed.

続いて、図16−図18を用いて第5の実施例を説明する。図16に示すように、本実施例に係る吐出機構80は、吸込み圧抑制部として、仕切りバルブ15(V2)に対するコンダクタンス制御部81を有する。本実施例は、下降期間の長さを除いて、図6に示したレギュレータ及びバルブV1及びV2の制御に対して変更を加えることなく、空気圧振動を抑制する。   Subsequently, a fifth embodiment will be described with reference to FIGS. As illustrated in FIG. 16, the discharge mechanism 80 according to the present embodiment includes a conductance control unit 81 for the partition valve 15 (V2) as a suction pressure suppression unit. In the present embodiment, the pneumatic vibration is suppressed without changing the control of the regulator and valves V1 and V2 shown in FIG.

図17は、コンダクタンス制御部81による仕切りバルブ15(V2)のコンダクタンス制御と、そのときのキャピラリ室圧力P2の変化波形を示している。空気圧パルス降圧時のバルブV2のコンダクタンスを、昇圧時のコンダクタンスより小さく制御することにより、降圧時の空気圧変化の傾きを昇圧時の傾きより小さくすることができる。これは、キャピラリ室11とレギュレータ室12との間での単位時間当たりの空気の移動量が低減されることを意味する。従って、空気による慣性作用が緩和され、空気圧の減衰振動ひいては吸込み圧力の発生を抑制あるいは回避することが可能になる。   FIG. 17 shows the conductance control of the partition valve 15 (V2) by the conductance control unit 81 and the change waveform of the capillary chamber pressure P2 at that time. By controlling the conductance of the valve V2 when the air pressure pulse is lowered to be smaller than the conductance during the pressure increase, the inclination of the air pressure change during the pressure reduction can be made smaller than the slope during the pressure increase. This means that the amount of air movement per unit time between the capillary chamber 11 and the regulator chamber 12 is reduced. Accordingly, the inertial action due to air is relieved, and it is possible to suppress or avoid the generation of the damping vibration of the air pressure and the suction pressure.

なお、コンダクタンス制御部81は、図16においては仕切りバルブ15(V2)と別個の要素として示されているが、仕切りバルブV2と一体化されていてもよい。図18は、コンダクタンス制御部81と仕切りバルブV2とが、コンダクタンス可変バルブ15’として一体化された場合の一例を示している。図18に示したコンダクタンス可変バルブ15’は具体的にはニードルバルブである。ニードルバルブ15’(V2)のコンダクタンスは、ニードル82をアクチュエータ83によって移動させることで制御することができ、ニードル82は空気圧パルスの降圧時において、空気の通路を昇圧時においてより狭くする位置に移動される。また、ニードルバルブ15’のコンダクタンスをゼロにすること、すなわち、該バルブを閉鎖することも可能である。   The conductance control unit 81 is shown as a separate element from the partition valve 15 (V2) in FIG. 16, but may be integrated with the partition valve V2. FIG. 18 shows an example in which the conductance control unit 81 and the partition valve V2 are integrated as a conductance variable valve 15 '. The conductance variable valve 15 ′ shown in FIG. 18 is specifically a needle valve. The conductance of the needle valve 15 ′ (V2) can be controlled by moving the needle 82 by the actuator 83, and the needle 82 moves to a position where the air passage becomes narrower at the time of pressure increase when the air pressure pulse is decreased. Is done. It is also possible to make the conductance of the needle valve 15 'zero, that is, to close the valve.

様々な実施例により説明したように、実施形態によれば、空気圧パルスの降圧時の瞬時的な吸込み圧の発生が抑制あるいは回避され、キャピラリ針への培地又はゴミの吸込みによる針詰まりの問題が緩和あるいは解消される。そのため、針の交換頻度が低下することから、多数の細胞への連続的なマイクロインジェクションが可能となり、マイクロインジェクションの作業効率が向上する。   As described in various examples, according to the embodiment, the generation of instantaneous suction pressure when the air pressure pulse is lowered is suppressed or avoided, and the problem of needle clogging due to suction of culture medium or dust into the capillary needle is avoided. Mitigated or eliminated. Therefore, since the needle replacement frequency decreases, continuous microinjection into a large number of cells becomes possible, and the working efficiency of microinjection is improved.

以上、実施形態について詳述したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。例えば、第1及び第2の実施例に関して説明された吸込み圧抑制部は、圧電素子に代えて、機械的な力を生成するミリ秒(ms)オーダーの制御が可能な素子又は装置を有することができる。また、様々な実施例にて説明された種々の吸込み圧抑制部は、組み合わせて使用されてもよい。   Although the embodiment has been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. is there. For example, the suction pressure suppression unit described with respect to the first and second embodiments has an element or device capable of controlling in the millisecond (ms) order to generate mechanical force instead of the piezoelectric element. Can do. In addition, various suction pressure suppression units described in various embodiments may be used in combination.

既知のマイクロインジェクション装置の吐出機構を示す図である。It is a figure which shows the discharge mechanism of a known microinjection apparatus. 既知の空気圧パルスの生成を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining generation of a known air pressure pulse. 空気圧パルスの降圧部における空気圧振動及び吸込み圧を説明する圧力波形である。It is a pressure waveform explaining the pneumatic vibration and suction pressure in the pressure | voltage fall part of a pneumatic pulse. 空気圧パルスの吐出によるマイクロインジェクションを説明する図である。It is a figure explaining the microinjection by discharge of a pneumatic pulse. 実施形態に従ったマイクロインジェクション装置の吐出機構を示す図である。It is a figure which shows the discharge mechanism of the microinjection apparatus according to embodiment. 実施形態に従った空気圧パルスの生成を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining generation of an air pressure pulse according to an embodiment. 第1の実施例に係る吐出機構及び容積制御を示す図である。It is a figure which shows the discharge mechanism and volume control which concern on a 1st Example. 第1の実施例の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of a 1st Example. 第2の実施例に係る吐出機構の一部を示す図である。It is a figure which shows a part of discharge mechanism which concerns on a 2nd Example. 第3の実施例に係る吐出機構を示す図である。It is a figure which shows the discharge mechanism which concerns on a 3rd Example. 第3の実施例による空気圧パルスの生成を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the production | generation of the air pressure pulse by the 3rd Example. 第3の実施例に係る空気圧パルスの降圧部を示す図である。It is a figure which shows the pressure | voltage fall part of the pneumatic pulse which concerns on a 3rd Example. 第4の実施例に係る吐出機構を示す図である。It is a figure which shows the discharge mechanism which concerns on a 4th Example. 第4の実施例による空気圧パルスの生成を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining the production | generation of the air pressure pulse by the 4th Example. 第4の実施例に係る空気圧パルスの降圧部を示す図である。It is a figure which shows the pressure | voltage fall part of the pneumatic pulse which concerns on a 4th Example. 第5の実施例に係る吐出機構を示す図である。It is a figure which shows the discharge mechanism which concerns on a 5th Example. 第5の実施例に係るバルブのコンダクタンス制御を示す図である。It is a figure which shows the conductance control of the valve | bulb which concerns on a 5th Example. コンダクタンス可変バルブの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a conductance variable valve.

符号の説明Explanation of symbols

1 キャピラリ針
2 導入物質
3 導入対象
4 シャーレ
5 培地
6 ゴミ
10、30、50、60、70、80 吐出機構
11、11’ キャピラリ室
12 レギュレータ室
13 レギュレータ
14 充填バルブ
15、15’ 仕切りバルブ
16 正圧ポンプ
17 負圧ポンプ
18 制御回路
21、31、51、61、71、81 吸込み圧抑制部
32 サブチャンバ
33、53 圧電素子
34 隔壁
41 圧力センサ
82 ニードル
83 アクチュエータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Capillary needle 2 Introduced substance 3 Introduction object 4 Petri dish 5 Medium 6 Garbage 10, 30, 50, 60, 70, 80 Discharge mechanism 11, 11 'Capillary chamber 12 Regulator chamber 13 Regulator 14 Filling valve 15, 15' Partition valve 16 Positive Pressure pump 17 Negative pressure pump 18 Control circuit 21, 31, 51, 61, 71, 81 Suction pressure suppression unit 32 Sub chamber 33, 53 Piezoelectric element 34 Partition 41 Pressure sensor 82 Needle 83 Actuator

Claims (6)

導入物質を導入対象内に注入する注入部と、
前記注入部に接続するキャピラリ室と、
前記キャピラリ室の空気圧を制御するレギュレータ室と、
前記キャピラリ室の空気圧を制御する吸込み圧抑制部と
を有することを特徴とする注入装置。
An injection part for injecting the introduction substance into the introduction target;
A capillary chamber connected to the injection part;
A regulator chamber for controlling the air pressure of the capillary chamber;
An injection apparatus comprising: a suction pressure suppression unit that controls air pressure in the capillary chamber.
前記吸込み圧抑制部は、前記キャピラリ室の容積を変化させる容積可変部を有することを特徴とする請求項1に記載の注入装置。   The injection device according to claim 1, wherein the suction pressure suppression unit includes a volume variable unit that changes a volume of the capillary chamber. 更に、前記キャピラリ室と前記レギュレータ室との間にバルブを有し、前記吸込み圧抑制部は、前記バルブを複数回開閉することにより、前記キャピラリ室の空気圧を段階的に降圧することを特徴とする請求項1に記載の注入装置。   Furthermore, a valve is provided between the capillary chamber and the regulator chamber, and the suction pressure suppression unit steps down the air pressure in the capillary chamber stepwise by opening and closing the valve a plurality of times. The injection device according to claim 1. 前記バルブは、少なくとも一回目の開動作の後、前記キャピラリ室と前記レギュレータ室との間で空気が平衡状態に達する前に閉じられることを特徴とする請求項3に記載の注入装置。   4. The injection device according to claim 3, wherein the valve is closed after at least a first opening operation and before air reaches an equilibrium state between the capillary chamber and the regulator chamber. 更に、前記キャピラリ室と前記レギュレータ室との間にバルブを有し、前記吸込み圧抑制部は、前記バルブのコンダクタンスを制御することを特徴とする請求項1に記載の注入装置。   The injection device according to claim 1, further comprising a valve between the capillary chamber and the regulator chamber, wherein the suction pressure suppression unit controls conductance of the valve. 導入物質を導入対象内に注入する注入部と、
前記注入部に接続するキャピラリ室と、
前記キャピラリ室の空気圧を制御するレギュレータ室と
を有する注入装置を用いた注入方法であって、
前記注入部を用いて導入物質を導入対象内に注入する工程と、
前記レギュレータ室より前記キャピラリ室に空気を送る工程と、
吸込み圧抑制部より、前記キャピラリ室の空気圧を制御する工程と
を含むことを特徴とする注入方法。
An injection part for injecting the introduction substance into the introduction target;
A capillary chamber connected to the injection part;
An injection method using an injection device having a regulator chamber for controlling the air pressure of the capillary chamber,
Injecting an introduction substance into an introduction target using the injection unit;
Sending air from the regulator chamber to the capillary chamber;
And a step of controlling the air pressure in the capillary chamber from a suction pressure suppression unit.
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