JP2016090278A - Control method of micropipette - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control method of a micropipette capable of improving accuracy of dispensation.SOLUTION: The control method of a micropipette 1 for changing a volume of a compressing chamber 10 by deformation of a piezoelectric body (a drive part 50) and dispensing liquid, includes: a suction step of driving the drive part 50 from a state where the compressing chamber 10 is in a predetermined volume, to increase the volume of the compressing chamber 10 and sucking the liquid; and a discharge step of, after the suction step, driving the drive part 50 to decrease the volume of the compressing chamber 10 from the predetermined volume and discharging the liquid.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、マイクロピペットの制御方法に関する。   The present invention relates to a method for controlling a micropipette.

ＤＮＡ解析などのために、微量の液体を高精度に分注するために、圧電体を駆動することにより生じる体積変化を利用したマイクロピペットが知られていた（例えば、特許文献１を参照。）。   In order to dispense a minute amount of liquid with high accuracy for DNA analysis or the like, a micropipette using a volume change generated by driving a piezoelectric body has been known (see, for example, Patent Document 1). .

特開平７−２１３９２６号公報JP 7-213926 A

特許文献１に記載されているようなマイクロピペットは、電圧を加えることでマイクロピペット内の体積を減少させて、液体をマイクロピペット内に吸い込み、電圧を低下させる（０Ｖを含む）ことで、マイクロピペット内の体積を元の体積に近づける、あるいは戻すことで、所望の体積の液体を分注する。しかし、実際には液体の表面張力や、液体とマイロピペットの先端部との濡れ性により液体の一部がマイクロピペット内に残って、分注の精度が低くなるという問題があった。   The micropipette as described in Patent Document 1 reduces the volume in the micropipette by applying a voltage, sucks liquid into the micropipette, and lowers the voltage (including 0 V). Dispense the desired volume of liquid by bringing the volume in the pipette closer to or back to the original volume. However, in practice, there is a problem that a part of the liquid remains in the micropipette due to the surface tension of the liquid or the wettability between the liquid and the tip of the micropipette, and the dispensing accuracy is lowered.

したがって、本発明の目的は、分注の精度を高くできるマイクロピペットの制御方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for controlling a micropipette that can increase the accuracy of dispensing.

本発明のマイクロピペットの制御方法は、圧電体の変形によって加圧室の体積を変化させて、液体を分注するマイクロピペットの制御方法であって、前記加圧室が所定の体積の状態から前記圧電体を駆動して前記加圧室の体積を増加させて液体を吸入する吸入工程と、該吸入工程の後で、前記圧電体を駆動して前記加圧室を前記所定の体積よりも減少させて液体を排出する排出工程とを含むことを特徴とする。   The micropipette control method of the present invention is a micropipette control method for dispensing a liquid by changing the volume of a pressurization chamber by deformation of a piezoelectric body, wherein the pressurization chamber is in a state of a predetermined volume. An inhalation step of inhaling liquid by driving the piezoelectric body to increase the volume of the pressurizing chamber; and after the inhalation step, driving the piezoelectric body to move the pressurization chamber from the predetermined volume. And a discharge step of discharging the liquid by reducing the volume.

本発明のマイクロピペットの制御方法によれば、液体を排出した後の、マイクロピペットに残る液体の量のばらつきを少なくでき、分注する液体の精度を高くできる。   According to the method for controlling a micropipette of the present invention, variation in the amount of liquid remaining in the micropipette after discharging the liquid can be reduced, and the accuracy of the dispensed liquid can be increased.

（ａ）は、本発明の一実施形態のマイクロピペットの制御方法で制御するマイクロピペットの縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のマイクロピペットに用いられる圧電基板の平面図であり、（ｃ）は、本発明の他の実施形態のマイクロピペットの制御方法で制御するマイクロピペットに用いられる圧電基板の平面図である。(A) is a longitudinal cross-sectional view of the micropipette controlled by the micropipette control method of one embodiment of the present invention, and (b) is a plan view of a piezoelectric substrate used in the micropipette of (a). (C) is a top view of the piezoelectric substrate used for the micropipette controlled by the micropipette control method of another embodiment of the present invention.

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係るマイクロピペットの制御方法で制御されるマイクロピペット１（以下で単にピペットと言うことがある）の一例の縦断面である。   FIG. 1A is a longitudinal cross-sectional view of an example of a micropipette 1 (hereinafter, simply referred to as a pipette) controlled by a micropipette control method according to an embodiment of the present invention.

ピペット１には、圧電体を含んで構成されている駆動部５０を駆動することで体積を変化させることのできる加圧室１０が設けられている。図示しない制御部により駆動部５０
を駆動することにより加圧室１０の体積が変化し、チップ８から液体を吸入あるいは排出することで、液体の分注ができる。 The pipette 1 is provided with a pressurizing chamber 10 whose volume can be changed by driving a drive unit 50 including a piezoelectric body. The drive unit 50 is controlled by a control unit (not shown).
The volume of the pressurizing chamber 10 is changed by driving and the liquid can be dispensed by sucking or discharging the liquid from the tip 8.

支持基板４は、金属などのプレートであり、例えば、厚さ５０μｍ〜５ｍｍ程度、１０〜１００ｍｍ□程度の大きさの四角形状をしている。支持基板４には、加圧室１０となる直径２〜５０ｍｍ程度の円形状の孔が形成されている。   The support substrate 4 is a plate made of metal or the like, and has, for example, a rectangular shape with a thickness of about 50 μm to 5 mm and a size of about 10 to 100 mm □. The support substrate 4 is formed with a circular hole having a diameter of about 2 to 50 mm to be the pressurizing chamber 10.

支持基板４の上面には、圧電基板４０が積層されて接合されており、加圧室１０の上側の開口は、圧電基板４０で塞がれている。   A piezoelectric substrate 40 is laminated and bonded to the upper surface of the support substrate 4, and the upper opening of the pressurizing chamber 10 is closed with the piezoelectric substrate 40.

支持基板４の下面には、接合部材６が積層されて接合されており、加圧室１０の下側の開口は、接合部材６で塞がれている。接合部材６は、支持基板４と接合されているのと反対側に円柱状の凸形状部を有しており、凸形状部にはチップ８が取り付けられている。接合部材６には、凸形状部を通って加圧室１０とチップ８内部とを繋げている直径０．１〜１ｍｍ程度の円管状の貫通孔６ａが設けられている。接合部材６は、例えばアクリルなどの樹脂で作製することができる。   A bonding member 6 is laminated and bonded to the lower surface of the support substrate 4, and the lower opening of the pressurizing chamber 10 is closed by the bonding member 6. The joining member 6 has a cylindrical convex portion on the opposite side to the joint with the support substrate 4, and a chip 8 is attached to the convex portion. The joining member 6 is provided with a circular through hole 6a having a diameter of about 0.1 to 1 mm that connects the pressurizing chamber 10 and the inside of the chip 8 through the convex portion. The joining member 6 can be made of a resin such as acrylic.

チップ８は、接合部材６に取り付けられている側と反対側の先端に向かって内径が小さくなっている円管形状を有しており、先端の開口は直径０．１〜２ｍｍ程度である。加圧室１０の体積を変化させることで、チップ８の先端の開口から液体を吸入あるいは排出することができる。   The tip 8 has a circular tube shape with an inner diameter decreasing toward the tip opposite to the side attached to the joining member 6, and the tip opening has a diameter of about 0.1 to 2 mm. By changing the volume of the pressurizing chamber 10, the liquid can be sucked or discharged from the opening at the tip of the chip 8.

圧電基板４０は、厚さ２０μｍ〜２ｍｍ程度で、３〜１００ｍｍ□程度の大きさの平板形状している。   The piezoelectric substrate 40 has a thickness of about 20 μm to 2 mm and has a flat plate shape with a size of about 3 to 100 mm □.

圧電基板４０は、圧電体である２枚の圧電セラミック層４０ａ、４０ｂからなる積層構造を有している。圧電セラミック層４０ａ、４０ｂは、例えば、強誘電性を有する、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系、ＮａＮｂＯ３系、ＢａＴｉＯ３系、（ＢｉＮａ）ＮｂＯ３系、ＢｉＮａＮｂ５Ｏ１５系などのセラミックス材料からなる。圧電セラミック層４０ａは圧電駆動される部位であるが、圧電セラミック層４０ｂは、振動板として働く部位であり、必ずしも圧電セラミック材料で構成される必要はない。 The piezoelectric substrate 40 has a laminated structure including two piezoelectric ceramic layers 40a and 40b that are piezoelectric bodies. The piezoelectric ceramic layers 40a, 40b may, for example, a ferroelectric, lead zirconate titanate (PZT) based, NaNbO 3 system, BaTiO 3 system, (BiNa) NbO 3 based ceramic material such BiNaNb 5 O 15 system Consists of. The piezoelectric ceramic layer 40a is a part that is piezoelectrically driven, but the piezoelectric ceramic layer 40b is a part that functions as a diaphragm and does not necessarily need to be made of a piezoelectric ceramic material.

圧電基板４０は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる内部電極４２、およびＡｕ系などの金属材料からなる表面電極４４を有している。内部電極４２の厚さは２μｍ程度であり、表面電極４４の厚さは、１μｍ程度である。圧電セラミック層４０ａ、４０ｂの厚さは、例えば、各２０μｍである。また本実施形態では、圧電セラミック層は２層であるが３層以上の層構成にして、間に異なる電位となる電極を配置した多層構造にしてもよい。   The piezoelectric substrate 40 has an internal electrode 42 made of a metal material such as Ag—Pd and a surface electrode 44 made of a metal material such as Au. The thickness of the internal electrode 42 is about 2 μm, and the thickness of the surface electrode 44 is about 1 μm. The thicknesses of the piezoelectric ceramic layers 40a and 40b are each 20 μm, for example. In this embodiment, the piezoelectric ceramic layer has two layers, but may have a multilayer structure in which electrodes having different potentials are arranged between three or more layers.

内部電極４２は、圧電セラミック層４０ａと、圧電セラミック層４０ｂとの間に配置されており、圧電基板４０と略同じ大きさを有する。   The internal electrode 42 is disposed between the piezoelectric ceramic layer 40 a and the piezoelectric ceramic layer 40 b and has substantially the same size as the piezoelectric substrate 40.

表面電極４４は、加圧室１０と略相似形の円形状をした表面電極本体４４ａと、表面電極本体４４ａから、加圧室１０の外まで引き出されている引出電極４４ｂとを含んでいる。引出電極４４ｂは、外部の制御部と電気的に接続される。加圧室１０の外で接続されていることにより、その接続部分が、駆動部５０の挙動に影響を与え難くなっている。   The surface electrode 44 includes a circular surface electrode main body 44 a that is substantially similar to the pressurizing chamber 10, and a lead electrode 44 b that is led out of the pressurizing chamber 10 from the surface electrode main body 44 a. The extraction electrode 44b is electrically connected to an external control unit. By being connected outside the pressurizing chamber 10, the connection portion hardly affects the behavior of the driving unit 50.

内部電極４２と表面電極本体４４ａとの間には、圧電セラミック層４０ａの一部が挟まれている。そして、内部電極４２と表面電極本体４４ａとが対向している領域の、内部電極４２、表面電極本体４４ａ、圧電セラミック層４０ａおよび圧電セラミック層４０ｂで駆動部５０が構成されている。   A part of the piezoelectric ceramic layer 40a is sandwiched between the internal electrode 42 and the surface electrode main body 44a. The drive unit 50 is configured by the internal electrode 42, the surface electrode body 44a, the piezoelectric ceramic layer 40a, and the piezoelectric ceramic layer 40b in a region where the internal electrode 42 and the surface electrode body 44a face each other.

また、圧電セラミック層４０ａには、圧電基板４０の表面に配置されている接続電極４６、および接続電極４６と内部電極４２とを電気的に接続する貫通電極４８が設けられている。外部にある制御部から、引出電極４４ｂと接続電極４６との間に電圧を加えることで、表面電極本体４４ａと内部電極４２との間の圧電セラミック層４０ａに電圧が加わり、圧電セラミック層４０ａが圧電変形し、駆動部５０が駆動される。   Further, the piezoelectric ceramic layer 40 a is provided with a connection electrode 46 disposed on the surface of the piezoelectric substrate 40 and a through electrode 48 that electrically connects the connection electrode 46 and the internal electrode 42. By applying a voltage between the extraction electrode 44b and the connection electrode 46 from an external control unit, a voltage is applied to the piezoelectric ceramic layer 40a between the surface electrode body 44a and the internal electrode 42, and the piezoelectric ceramic layer 40a Piezoelectric deformation occurs, and the drive unit 50 is driven.

駆動部５０の挙動について説明する上で、圧電セラミック層４０ａは上に向かって分極されており、これと逆方向の下向きに電界を生じさせる、あるいはその方向の電界を強くするように、表面電極本体４４ａと内部電極４２との間に電位差を生じさせるようにすることを、電圧を高くする、あるいは単に電圧を加えると言う。結果的に同様の挙動になるようにすれば、分極の方向、電圧の加え方は逆になっていてよい。また、駆動部５０を駆動するとは、加える電圧を、第１電圧から、第１電圧とは異なる第２電圧にすることであり、必要であればさらに第３電圧、第４電圧と電圧を変えることを指す。第１電圧および第２電圧のどちらか一方は０（ゼロ）Ｖであってもよい。また、便宜上、電圧が０（ゼロ）Ｖであっても、そのような電圧を加えると表現することがある。   In describing the behavior of the drive unit 50, the piezoelectric ceramic layer 40a is polarized upward, and the surface electrode is formed so as to generate an electric field downward in the opposite direction or to strengthen the electric field in that direction. Making a potential difference between the main body 44a and the internal electrode 42 means increasing a voltage or simply applying a voltage. As a result, if the behavior is the same, the direction of polarization and the method of applying voltage may be reversed. Driving the drive unit 50 means changing the applied voltage from the first voltage to the second voltage different from the first voltage, and changing the third voltage and the fourth voltage as necessary. Refers to that. Either one of the first voltage and the second voltage may be 0 (zero) V. Further, for convenience, even when the voltage is 0 (zero) V, it may be expressed that such a voltage is applied.

駆動部５０に電圧が加わると、圧電変形により、圧電セラミック層４０ａは、平面方向に伸びる。圧電セラミック層４０ｂには大きな電界は加わらず（なお、必要性がないので圧電セラミック層４０ｂは分極されないことが多い）、圧電セラミック層４０ｂの大きさは直接的には変わらない。上側が平面方向に広がるので、駆動部５０は、上側に凸変形し加圧室の体積は大きくなる。逆の電圧を加えれば、圧電セラミック層４０ａは、平面方向に縮み、駆動部５０は、下側に凸変形し加圧室の体積は小さくなる。   When a voltage is applied to the drive unit 50, the piezoelectric ceramic layer 40a extends in the plane direction due to piezoelectric deformation. A large electric field is not applied to the piezoelectric ceramic layer 40b (note that since there is no necessity, the piezoelectric ceramic layer 40b is often not polarized), the size of the piezoelectric ceramic layer 40b does not change directly. Since the upper side spreads in the plane direction, the drive unit 50 is convexly deformed upward, and the volume of the pressurizing chamber increases. When a reverse voltage is applied, the piezoelectric ceramic layer 40a contracts in the planar direction, the drive unit 50 is convexly deformed downward, and the volume of the pressurizing chamber is reduced.

本実施形態のピペットの制御方法では、ピペット１の引出電極４４ｂと接続電極４６との間に、外部から電圧を加えることで液体の分注を行なう。   In the pipette control method of the present embodiment, liquid is dispensed by applying a voltage from the outside between the extraction electrode 44 b and the connection electrode 46 of the pipette 1.

分注は、加圧室１０が所定の体積の状態から駆動部５０を駆動して加圧室１０の体積を増加させて液体を吸入する吸入工程と、吸入工程の後で、駆動部５０を駆動して所定の体積よりも減少させて液体を排出する排出工程とを含んでいる。つまり、吸入工程における体積変化の絶対値よりも、排出工程における体積変化の絶対値が大きくなっている。これにより、排出工程においては、吸入工程分の体積変化（体積減少）が終わった後に、さらに加圧室１０の体積減少が続くことになる。   In the dispensing, the driving unit 50 is driven from the state where the pressurizing chamber 10 is in a predetermined volume to increase the volume of the pressurizing chamber 10 and suck the liquid. A discharge step of driving to discharge the liquid by reducing the volume below a predetermined volume. That is, the absolute value of the volume change in the discharge process is larger than the absolute value of the volume change in the suction process. Thereby, in the discharge process, the volume reduction of the pressurizing chamber 10 continues after the volume change (volume reduction) for the suction process is completed.

排出工程において、吸入工程分の体積変化が終わった状態では、吸入した液体のうちのある程度の部分は、チップ８より外部に押し出されている。しかし、チップ８の内壁には、液体の残渣が残っており、一旦チップ８より外部に押し出された液体の一部も、チップ８の先端との濡れ、および液体の表面張力の影響で、引き戻されてチップ８の先端に残ってしまう。   In the discharge process, in a state where the volume change for the inhalation process is finished, a certain portion of the inhaled liquid is pushed out of the tip 8 to the outside. However, a liquid residue remains on the inner wall of the chip 8, and a part of the liquid once pushed out of the chip 8 is pulled back due to the wetness with the tip of the chip 8 and the surface tension of the liquid. And remains at the tip of the tip 8.

そこで、吸入工程分の体積変化が終わった後に、さらに加圧室１０の体積減少が続くことにより、チップ８の内壁に付着した液体が外部に押し出され易くなる。また、一旦チップ８より外部に押し出された液体が、チップ８の先端でちぎれる状態が安定するので、チップ８の先端に残る液体の量のばらつきが小さくなり、分注する液体の体積のばらつきも小さくできる。   Therefore, after the volume change for the suction process is completed, the volume of the pressurizing chamber 10 continues to decrease, so that the liquid attached to the inner wall of the chip 8 is easily pushed out. In addition, since the liquid once pushed out from the tip 8 is torn off at the tip of the tip 8, the amount of liquid remaining at the tip of the tip 8 is reduced, and the volume of the liquid to be dispensed is also changed. Can be small.

より具体的な電圧制御方法としては、次に示す方法がある。電圧を加えない自然状態の加圧室１０の体積をＣ０［ｍｍ２］（以下で単位を省略することがある）として説明する。 More specific voltage control methods include the following methods. The volume of the pressure chamber 10 in a natural state where no voltage is applied will be described as C0 [mm 2 ] (the unit may be omitted below).

電圧０［Ｖ］（以下で単位を省略することがある）、体積Ｃ０の状態から電圧Ｖ１（＞０）を加えて、体積をＣ１（Ｃ１＞Ｃ０）にする。続いて、ピペット１を分注する液体に付けて、電圧Ｖ２（＞Ｖ１）を加えて、体積をＣ２（＞Ｃ１）とすることで、液体を吸入する吸入工程を行なう。続いて、ピペット１を分注する先の場所に移動させるなどした後、電圧を０に戻して体積をＣ０にすることで排出工程を行なう。Ｃ２−Ｃ０＞Ｃ１−Ｃ０であるので、排出工程での体積変化は、吸入工程における体積変化よりも大きくできる。   The voltage is set to C1 (C1> C0) by adding voltage V1 (> 0) from the state of voltage 0 [V] (the unit may be omitted below) and volume C0. Subsequently, the pipette 1 is attached to the liquid to be dispensed, the voltage V2 (> V1) is applied, and the volume is set to C2 (> C1), thereby performing an inhalation step of inhaling the liquid. Subsequently, after the pipette 1 is moved to a place where the pipette 1 is to be dispensed, the discharge process is performed by returning the voltage to 0 and setting the volume to C0. Since C2-C0> C1-C0, the volume change in the discharge process can be larger than the volume change in the suction process.

また、次にようにしてよい、電圧０、体積Ｃ０の状態のピペット１を分注する液体に付けて、電圧Ｖ３（＞０）を加えて、体積をＣ３（Ｃ３＞Ｃ０）にすることで吸入工程を行なう。続いて、電圧Ｖ４（＜０）を加えて、体積をＣ４（＜Ｃ０）とすることで、排出工程を行なう。その後、電圧を０に戻す。Ｃ３−Ｃ４＞Ｃ３−Ｃ０であるので、排出工程での体積変化は、吸入工程における体積変化よりも大きくできる。   In addition, by adding the pipette 1 in the state of voltage 0 and volume C0 to the liquid to be dispensed and adding voltage V3 (> 0) to make the volume C3 (C3> C0) Perform the inhalation process. Subsequently, the discharging process is performed by applying voltage V4 (<0) and setting the volume to C4 (<C0). Thereafter, the voltage is returned to zero. Since C3-C4> C3-C0, the volume change in the discharge process can be larger than the volume change in the suction process.

以上のような、ピペットの制御方法により、０．１〜１０μＬ程度の液体を精度良く分注することができる。   By the pipette control method as described above, about 0.1 to 10 μL of liquid can be accurately dispensed.

また、上述の制御方法は、次に示すピペットに対して適用してよい。図１（ｃ）は、ピペット１で示した圧電基板４０の代わり用いることのできる圧電基板１４０の平面図である。   The above-described control method may be applied to the following pipette. FIG. 1C is a plan view of a piezoelectric substrate 140 that can be used in place of the piezoelectric substrate 40 shown by the pipette 1.

圧電基板１４０の層構成は、圧電基板４０と同じであり、表面の電極の構成が変わっている。圧電基板１４０の表面には、第１表面電極１４４と、第２表面電極１４５とが配置されている。   The layer configuration of the piezoelectric substrate 140 is the same as that of the piezoelectric substrate 40, and the configuration of the electrodes on the surface is changed. A first surface electrode 144 and a second surface electrode 145 are disposed on the surface of the piezoelectric substrate 140.

第２表面電極１４５は、加圧室１０と略相似形の円形状をした第２表面電極本体１４５ａと、第２表面電極本体１４５ａから、加圧室１０の外まで引き出されている第２引出電極１４５ｂとを含んでいる。第１引出電極１４５ｂは、外部の制御部と電気的に接続される。内部電極４２と第２表面電極本体１４５ａとが対向している領域の、内部電極４２、第２表面電極本体１４５ａ、圧電セラミック層４０ａおよび圧電セラミック層４０ｂで第２駆動部１５１が構成されている。   The second surface electrode 145 includes a second surface electrode main body 145a having a circular shape substantially similar to that of the pressurizing chamber 10, and a second lead extended from the second surface electrode main body 145a to the outside of the pressurizing chamber 10. Electrode 145b. The first extraction electrode 145b is electrically connected to an external control unit. In the region where the internal electrode 42 and the second surface electrode main body 145a are opposed to each other, the internal electrode 42, the second surface electrode main body 145a, the piezoelectric ceramic layer 40a, and the piezoelectric ceramic layer 40b constitute the second drive unit 151. .

第１表面電極１４４は、第２表面電極本体１４５ａを囲んでいる環状（第２引出電極１４５ｂが引き出されている部分は途切れている）の第１表面電極本体１４４ａと、第１表面電極本体１４４ａから、加圧室１０の外まで引き出されている第１引出電極１４４ｂとを含んでいる。第２表面電極本体１４５ａの外周は、加圧室１０と略相似形状をとなっている。第１引出電極１４４ｂは、外部の制御部と電気的に接続される。内部電極４２と第１表面電極本体１４４ａとが対向している領域の、内部電極４２、第１表面電極本体１４４ａ、圧電セラミック層４０ａおよび圧電セラミック層４０ｂで第１駆動部１５０が構成されている。   The first surface electrode 144 includes an annular first surface electrode body 144a surrounding the second surface electrode body 145a (a portion from which the second extraction electrode 145b is drawn is interrupted), and a first surface electrode body 144a. To the outside of the pressurizing chamber 10 and a first extraction electrode 144b. The outer periphery of the second surface electrode main body 145a has a substantially similar shape to the pressurizing chamber 10. The first extraction electrode 144b is electrically connected to an external control unit. In the region where the internal electrode 42 and the first surface electrode main body 144a are opposed to each other, the internal electrode 42, the first surface electrode main body 144a, the piezoelectric ceramic layer 40a, and the piezoelectric ceramic layer 40b constitute the first drive unit 150. .

第２表面電極１４４と第２表面電極１４５とは離間して配置されており、別々の電圧を加えられるようになっている。   The second surface electrode 144 and the second surface electrode 145 are arranged to be separated from each other so that different voltages can be applied.

第２駆動部１５１に電圧を加えた場合の挙動は、上述した駆動部５０と同様になる。第１駆動部１５０は、外周が加圧室１０の縁からある程度離れているため、第１駆動部１５０に電圧を加えた場合の挙動は、上述した駆動部５０と同様になる。（表面電極が加圧室１０の縁に沿って配置されて駆動部が構成されていると、電圧を加えて圧電セラミック層４０ａが平面方向に伸びると、その部分が屈曲して、加圧室１０の上に位置する圧電基板１４０を支持基板４側に押し込むように動作するため加圧室１０の体積は減少する。）
以下の制御方法では、上述の形態に限らず、加圧室１０の体積を独立して変えることの
できる加圧部が２つ（以上）あればよい。 The behavior when a voltage is applied to the second drive unit 151 is the same as that of the drive unit 50 described above. Since the outer periphery of the first drive unit 150 is separated from the edge of the pressurizing chamber 10 to some extent, the behavior when a voltage is applied to the first drive unit 150 is the same as that of the drive unit 50 described above. (If the surface electrode is arranged along the edge of the pressurizing chamber 10 to constitute the drive unit, when a voltage is applied and the piezoelectric ceramic layer 40a extends in the plane direction, the portion is bent, and the pressurizing chamber The volume of the pressurizing chamber 10 decreases because the piezoelectric substrate 140 positioned above the substrate 10 operates so as to be pushed into the support substrate 4 side.
In the following control method, not only the above-mentioned form, but only two (or more) pressurizing units that can independently change the volume of the pressurizing chamber 10 are required.

分注は、加圧室１０がある体積の状態から第１駆動部１５０を駆動して加圧室１０の体積を増加させて、所定の体積する吸入前工程と、吸入前工程の後で、第２駆動部１５１を駆動して加圧室１０の体積を所定の体積より増加させて液体を吸入する吸入工程と、吸入工程の後で、第１駆動部１５０および第２駆動部１５１を駆動して所定の体積よりも減少させて液体を排出する排出工程とを含んでいる。   In the dispensing, the first driving unit 150 is driven from a certain volume of the pressurizing chamber 10 to increase the volume of the pressurizing chamber 10. The second driving unit 151 is driven to increase the volume of the pressurizing chamber 10 from a predetermined volume to suck the liquid, and after the suction step, the first driving unit 150 and the second driving unit 151 are driven. And a discharge step of discharging the liquid by reducing the volume below a predetermined volume.

このような制御を行なうことで単一電圧の電源を使用しての制御が容易になる。具体的には、例えば、次のように制御を行なう。   By performing such control, control using a single voltage power supply becomes easy. Specifically, for example, the control is performed as follows.

第１駆動部１５０に電圧０、第２駆動部１５１に電圧０を加え、体積Ｃ０の状態から第１駆動部１５０に電圧Ｖ１−１（＞０）を加えて、体積をＣ５（Ｃ５＞Ｃ０）にする。続いて、ピペット１を分注する液体に付けて、第２駆動部１５１に電圧Ｖ２−１（＞０）を加えて、体積をＣ６（＞Ｃ５）とすることで、液体を吸入する吸入工程を行なう。続いて、ピペット１を分注する先の場所に移動させるなどした後、第１駆動部１５０および第２駆動部１５１の電圧を０に戻して体積をＣ０にすることで排出工程を行なう。Ｃ６−Ｃ０＞Ｃ５−Ｃ０であるので、排出工程での体積変化は、吸入工程における体積変化よりも大きくできる。   The voltage 0 is applied to the first driving unit 150, the voltage 0 is applied to the second driving unit 151, the voltage V1-1 (> 0) is applied to the first driving unit 150 from the state of the volume C0, and the volume is set to C5 (C5> C0). ). Subsequently, an inhalation step of inhaling the liquid by attaching the pipette 1 to the liquid to be dispensed and applying the voltage V2-1 (> 0) to the second drive unit 151 to set the volume to C6 (> C5). To do. Subsequently, after the pipette 1 is moved to a location where the pipette 1 is to be dispensed, the discharge process is performed by returning the voltages of the first drive unit 150 and the second drive unit 151 to 0 and setting the volume to C0. Since C6-C0> C5-C0, the volume change in the discharge process can be larger than the volume change in the suction process.

また、排出工程を次のように行ってもよい。第１排出工程では、第１駆動部１５０を駆動して、加圧室１０の体積を減少させた後、第１駆動部１５０を駆動して振動させる。第１排出工程では、第１排出工程の後で、第１駆動部１５０の振動を続けながら第２駆動部１５１を駆動して、加圧室の体積を減少させる。第２排出工程は、基本的に第１排出工程の後に連続的に行なう。   Moreover, you may perform a discharge | emission process as follows. In the first discharging step, the first driving unit 150 is driven to reduce the volume of the pressurizing chamber 10, and then the first driving unit 150 is driven to vibrate. In the first discharging step, after the first discharging step, the second driving unit 151 is driven while continuing the vibration of the first driving unit 150 to reduce the volume of the pressurizing chamber. The second discharge step is basically performed continuously after the first discharge step.

このようにすれば、第２排出工程で、液体に振動が加わった状態で液体が排出されるため、チップ８の先端に液体が残り難くなり、残る液体の量のばらつきも小さくできる。   In this way, in the second discharging step, since the liquid is discharged in a state where vibration is applied to the liquid, it is difficult for the liquid to remain at the tip of the chip 8, and variation in the amount of remaining liquid can be reduced.

上述の例では、第１駆動部１５０を先に駆動し、振動させたが、第１駆動部１５０と第２駆動部１５１との役割を入れ替えて、第２駆動部１５１を先に駆動し、振動させるようにしてもよい。ただし、加圧室１０の外周に近い第１駆動部１５１を振動させた方が、加圧室１０の外壁、および接続部材６を通じてチップ８に振動が伝わり易いので、第１駆動部１５０を振動させる方が好ましい。また、振動は２０ｋＨｚ以上の周波数で加えるのが好ましい。また、振動による加圧室１０の体積変化を、Ｃ６−Ｃ０よりも小さくすることで、振動の中で加圧室１０の増加する挙動が、第２吐出工程における吐出動作に影響を与え難くできる。   In the above example, the first driving unit 150 is driven and vibrated first, but the roles of the first driving unit 150 and the second driving unit 151 are switched to drive the second driving unit 151 first, You may make it vibrate. However, vibration is easily transmitted to the chip 8 through the outer wall of the pressurizing chamber 10 and the connecting member 6 when the first driving unit 151 close to the outer periphery of the pressurizing chamber 10 is vibrated. Therefore, the first driving unit 150 is vibrated. It is preferable to make it. Further, the vibration is preferably applied at a frequency of 20 kHz or more. Further, by making the volume change of the pressurizing chamber 10 due to vibration smaller than C6-C0, the increasing behavior of the pressurizing chamber 10 in the vibration can hardly affect the discharge operation in the second discharge step. .

第１駆動部１５０あるいは第２駆動部１５１を振動させるには、例えば次にようにすればよい。制御部が、第１駆動部１５０に加える電圧を０（ゼロ）からＶ７にし、加圧室１０の体積をＣ０からＣ７に変えようとする場合を考える。第１駆動部１５０のコンデンサ容量などの電気特性や、第１駆動部１５０の制御部までの配線の電気特性、さらには制御部内の電気特性により、電圧を０からＶ７に変わるまでには、所定の時間が必要である。また、電圧がＶ７になったとしても、第１駆動部１５０の変形が終了し、体積がＣ７に変わるまでにも所定の時間が必要である。したがって、このような状態において、体積がＣ７に変わる前に、電圧を０に戻せば（正確に言えば０に戻し始めれば）、加圧室１０の体積を大きく変えないで振動をさせることができる。このような制御は、単一電圧の電源を使用している場合でも容易である。   To vibrate the first drive unit 150 or the second drive unit 151, for example, the following may be performed. Consider a case where the control unit changes the voltage applied to the first driving unit 150 from 0 (zero) to V7 and changes the volume of the pressurizing chamber 10 from C0 to C7. Depending on the electrical characteristics such as the capacitor capacity of the first drive unit 150, the electrical characteristics of the wiring to the control unit of the first drive unit 150, and further the electrical characteristics in the control unit, a predetermined time is required until the voltage changes from 0 to V7. Time is required. Even if the voltage becomes V7, a predetermined time is required until the deformation of the first drive unit 150 is completed and the volume changes to C7. Therefore, in such a state, if the voltage is returned to 0 before the volume changes to C7 (more precisely, it starts to return to 0), the volume of the pressurizing chamber 10 can be vibrated without greatly changing. it can. Such control is easy even when a single voltage power supply is used.

１・・・マイクロピペット
４・・・支持基板
６・・・接合部材
８・・・チップ
１０・・・加圧室
４０・・・圧電基板
４０ａ・・・圧電セラミック層
４０ｂ・・・圧電セラミック層（振動板）
４２・・・内部電極
４４、１４４・・・（第１）表面電極
４４ａ、１４４ａ・・・（第１）表面電極本体
４４ｂ、１４４ｂ・・・（第１）引出電極
４６・・・接続電極
４８・・・貫通電極
１４５・・・第２表面電極
１４５ａ・・・第２表面電極本体
１４５ｂ・・・第２引出電極
４６・・・接続電極
４８・・・貫通電極
５０、１５０・・・（第１）駆動部
１５１・・・第２駆動部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Micro pipette 4 ... Support substrate 6 ... Joining member 8 ... Chip 10 ... Pressurizing chamber 40 ... Piezoelectric substrate 40a ... Piezoelectric ceramic layer 40b ... Piezoelectric ceramic layer (Diaphragm)
42 ... internal electrodes 44, 144 ... (first) surface electrodes 44a, 144a ... (first) surface electrode bodies 44b, 144b ... (first) extraction electrodes 46 ... connection electrodes 48 ... through electrode 145 ... second surface electrode 145a ... second surface electrode body 145b ... second extraction electrode 46 ... connection electrode 48 ... through electrode 50, 150 ... (first 1) Drive unit 151... Second drive unit

Claims (3)

圧電体の変形によって加圧室の体積を変化させて、液体を分注するマイクロピペットの制御方法であって、
前記加圧室が所定の体積の状態から前記圧電体を駆動して前記加圧室の体積を増加させて液体を吸入する吸入工程と、
該吸入工程の後で、前記圧電体を駆動して前記加圧室を前記所定の体積よりも減少させて液体を排出する排出工程と
を含むことを特徴とするマイクロピペットの制御方法。 A method of controlling a micropipette that changes the volume of a pressure chamber by deformation of a piezoelectric body and dispenses a liquid,
An inhalation step of driving the piezoelectric body from a state where the pressurizing chamber has a predetermined volume to inhale liquid by increasing the volume of the pressurizing chamber;
And a discharging step of discharging the liquid by driving the piezoelectric body to reduce the pressure chamber below the predetermined volume after the suction step. 前記圧電体が、独立に駆動可能な第１駆動部および第２駆動部を有しており、
前記吸入工程の前に、前記第１駆動部を駆動することで、前記加圧室を、前記所定の体積よりも体積が小さな状態から、前記所定の体積まで体積を増加させる吸入前工程を含んでおり、
前記吸入工程で、前記第２駆動部を駆動し、
前記排出工程で、前記第１駆動部および第２駆動部を駆動することを特徴とする請求項１に記載のマイクロピペットの制御方法。 The piezoelectric body has a first drive unit and a second drive unit that can be driven independently,
Before the inhalation step, the pre-inhalation step of increasing the volume of the pressurizing chamber from a state where the volume is smaller than the predetermined volume to the predetermined volume by driving the first driving unit is included. And
Driving the second drive unit in the inhalation step;
The method for controlling a micropipette according to claim 1, wherein the first driving unit and the second driving unit are driven in the discharging step. 前記排出工程が、
前記第１駆動部および第２駆動部のいずれか一方を駆動して、前記加圧室の体積を減少させた後、駆動させた方の駆動部を駆動して振動させ続ける第１排出工程と、
該第１排出工程の後で、前記駆動部を振動させ続けながら、前記第１駆動部および前記第２駆動部のうち前記第１排出工程で駆動させなかった方の駆動部を駆動して、前記加圧室の体積を減少させる第２排出工程と
を含むことを特徴とする請求項２に記載のマイクロピペットの制御方法。 The discharging step is
A first discharging step of driving one of the first driving unit and the second driving unit to reduce the volume of the pressurizing chamber and then continuously driving the driven driving unit to vibrate; ,
After the first discharging step, while driving the driving unit, the driving unit that is not driven in the first discharging step among the first driving unit and the second driving unit is driven, The micropipette control method according to claim 2, further comprising: a second discharge step of reducing the volume of the pressurizing chamber.
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