JP2017083439A

JP2017083439A - Droplet formation device

Info

Publication number: JP2017083439A
Application number: JP2016207746A
Authority: JP
Inventors: 学瀬尾; Manabu Seo; 聡中澤; Satoshi Nakazawa; 譲倉持; Yuzuru Kuramochi; 高木　大輔; Daisuke Takagi; 大輔高木; 貴彦松本; Takahiko Matsumoto
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2016-10-24
Publication date: 2017-05-18
Anticipated expiration: 2036-10-24
Also published as: JP6840988B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a droplet formation device capable of detecting a particle state around a nozzle with a distance between the nozzle and a droplet attachment object section being kept short.SOLUTION: A droplet formation device includes: a liquid holding section for holding particle suspension liquid in which precipitated particles are suspended; a membranous member in which a nozzle is formed and discharges the particle suspension liquid held in the liquid holding section from the nozzle by oscillation as droplets; and particle state detection means for detecting the particle state of the precipitated particles around the nozzle in the particle suspension liquid from the side of the liquid holding section.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、液滴形成装置に関する。 The present invention relates to a droplet forming apparatus.

近年、幹細胞技術の進展に伴い、複数の細胞をインクジェットで吐出し組織体を形成する技術の開発が行われている。インクジェットの方式としては、圧電素子を用いた圧電加圧方式、ヒータを用いたサーマル方式、静電引力によって液を引っ張る静電方式等が挙げられる。この中でも、圧電加圧方式は、他の方式と比べて熱や電場によるダメージを細胞に与え難いため、細胞溶液の液滴形成に用いるのに好適である。 In recent years, with the advancement of stem cell technology, development of technology for forming a tissue body by ejecting a plurality of cells by inkjet has been performed. Examples of the ink jet system include a piezoelectric pressure system using a piezoelectric element, a thermal system using a heater, and an electrostatic system that pulls liquid by electrostatic attraction. Among these, the piezoelectric pressurization method is suitable for use in forming droplets of a cell solution because it is less likely to damage the cells due to heat or an electric field than other methods.

細胞を代表とする粒子状の物質を含む液滴を吐出する際に、吐出する液滴中にどの程度の粒子が含まれているかを検知することが重要である。このため、吐出する液滴中に含まれる粒子の個数を検知する様々な方法が提案されている。 It is important to detect how much particles are contained in the ejected droplet when ejecting a droplet containing a particulate substance typified by a cell. For this reason, various methods for detecting the number of particles contained in the ejected droplets have been proposed.

一例を挙げると、圧電素子（アクチェータ）によって液室（キャビティ）を加圧してノズルから液滴を形成するインクジェット装置に関し、キャビティとノズルの間において側方より液に含まれる粒状体の個数及び形態を検知する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。これによって、吐出する液滴中に粒子が含まれるかどうかを識別することができる。 For example, the present invention relates to an ink jet apparatus that forms liquid droplets from a nozzle by pressurizing a liquid chamber (cavity) with a piezoelectric element (actuator), and the number and form of particles contained in the liquid from the side between the cavity and the nozzle. Is disclosed (see, for example, Patent Document 1). This makes it possible to identify whether or not particles are included in the ejected droplet.

他の例を挙げると、インクジェット素子等からなる分注素子から吐出される液滴を側方より観察し、液滴の状態や軌跡を確認する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。 As another example, a technique for observing a droplet discharged from a dispensing element such as an inkjet element from the side and confirming the state and locus of the droplet is disclosed (for example, see Patent Document 2). ).

ところで、微小な液滴を吐出する装置において、吐出部、すなわちノズルと、液を受ける着滴対象部の距離が離れていることは、その間に液滴が減速し所望の方向に正確に吐出することができなくなるため、好ましくない。よって、インクジェット等の微小な液滴を吐出する装置において、ノズルと着滴対象部の距離は数ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下とすることが一般的である。 By the way, in a device that discharges minute liquid droplets, the distance between the discharge unit, that is, the nozzle, and the liquid droplet target portion that receives the liquid is that the liquid droplets are decelerated during that time and discharged in a desired direction accurately. This is not preferable because it cannot be performed. Therefore, in an apparatus for discharging minute droplets such as an ink jet, the distance between the nozzle and the droplet landing target portion is generally several mm or less, more preferably 1 mm or less.

しかしながら、上記の技術は、何れも吐出方向に対して側方より液滴を観察するものである。このとき、側方にはレンズやカメラを含む大きな検出部が備えられるため、着滴対象部が検出部と干渉し、ノズルと着滴対象部との距離を短く保つことが困難となる問題があった。 However, all of the above techniques observe the droplet from the side with respect to the ejection direction. At this time, since a large detection unit including a lens and a camera is provided on the side, there is a problem that it is difficult to keep the distance between the nozzle and the droplet target part short because the droplet target part interferes with the detection part. there were.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、ノズルと着滴対象部との距離を短く保った状態でノズル周辺の粒子状態を検知することが可能な液滴形成装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a droplet forming apparatus capable of detecting the particle state around the nozzle while keeping the distance between the nozzle and the droplet deposition target portion short. For the purpose.

本液滴形成装置は、沈降性粒子を懸濁した粒子懸濁液を保持する液体保持部と、ノズルが形成され、前記液体保持部に保持された前記粒子懸濁液を振動により前記ノズルから液滴として吐出する膜状部材と、前記液体保持部の側より、前記粒子懸濁液における前記ノズルの周辺の前記沈降性粒子の粒子状態を検知する粒子状態検知手段と、を有することを要件とする。 The droplet forming apparatus includes a liquid holding unit that holds a particle suspension in which sedimentary particles are suspended, and a nozzle, and the particle suspension held in the liquid holding unit is vibrated from the nozzle by vibration. A film-like member ejected as droplets, and a particle state detecting means for detecting a particle state of the sedimentary particles around the nozzle in the particle suspension from the liquid holding unit side. And

開示の技術によれば、ノズルと着滴対象部との距離を短く保った状態でノズル周辺の粒子状態を検知することが可能な液滴形成装置を提供できる。 According to the disclosed technology, it is possible to provide a droplet forming apparatus capable of detecting the particle state around the nozzle while keeping the distance between the nozzle and the droplet landing target portion short.

第１の実施の形態に係る液滴形成装置を例示する模式図である。1 is a schematic view illustrating a droplet forming apparatus according to a first embodiment. 圧電素子の上下電極に印加される電圧を例示する図である。It is a figure which illustrates the voltage applied to the upper and lower electrodes of a piezoelectric element. 液滴が形成される過程を例示する図である。It is a figure which illustrates the process in which a droplet is formed. 粒子状態検知手段によって観察されるノズル周辺の粒子状態を例示する図である。It is a figure which illustrates the particle state of the nozzle periphery observed by a particle state detection means. 第１の実施の形態に係る液滴形成装置の動作を示すフローチャートの一例である。It is an example of the flowchart which shows operation | movement of the droplet forming apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施の形態に係る液滴形成装置の動作を示すフローチャートの他の例である。It is another example of the flowchart which shows operation | movement of the droplet forming apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施の形態の変形例１に係る液滴形成装置を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the droplet formation apparatus which concerns on the modification 1 of 1st Embodiment. 第１の実施の形態の変形例２に係る液滴形成装置を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the droplet formation apparatus which concerns on the modification 2 of 1st Embodiment. 第１の実施の形態の変形例３に係る液滴形成装置を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the droplet formation apparatus which concerns on the modification 3 of 1st Embodiment. 第１の実施の形態の変形例４に係る液滴形成装置を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the droplet formation apparatus which concerns on the modification 4 of 1st Embodiment. ２つの光源を時系列で順次点灯するタイミングを例示する図である。It is a figure which illustrates the timing which lights sequentially two light sources in time series. 第１の実施の形態の変形例５に係る液滴形成装置を例示する模式図であるFIG. 10 is a schematic view illustrating a droplet forming apparatus according to Modification 5 of the first embodiment.

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.

〈第１の実施の形態〉
［液滴形成装置の構造］
まず、第１の実施の形態に係る液滴形成装置について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る液滴形成装置を例示する模式図である。図１を参照するに、液滴形成装置１０は、液室１１と、メンブレン１２と、圧電素子１３と、粒子状態検知手段１４とを有する。図１では、液室１１に沈降性粒子３５０を含有する粒子懸濁液３００が保持されている状態を模式的に示している。 <First Embodiment>
[Structure of droplet forming apparatus]
First, the droplet forming apparatus according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic view illustrating a droplet forming apparatus according to the first embodiment. Referring to FIG. 1, the droplet forming apparatus 10 includes a liquid chamber 11, a membrane 12, a piezoelectric element 13, and a particle state detection unit 14. FIG. 1 schematically shows a state in which a particle suspension 300 containing settling particles 350 is held in the liquid chamber 11.

なお、本実施の形態では、便宜上、液室１１側を上側、圧電素子１３側を下側とする。又、各部位の液室１１側の面を上面、圧電素子１３側の面を下面とする。又、平面視とは対象物をメンブレン１２の上面の法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物をメンブレン１２の上面の法線方向から視た形状を指すものとする。 In the present embodiment, for convenience, the liquid chamber 11 side is the upper side, and the piezoelectric element 13 side is the lower side. Further, the surface on the liquid chamber 11 side of each part is the upper surface, and the surface on the piezoelectric element 13 side is the lower surface. The planar view refers to viewing the object from the normal direction of the upper surface of the membrane 12, and the planar shape refers to the shape of the object viewed from the normal direction of the upper surface of the membrane 12.

液滴形成装置１０において、液室１１は、沈降性粒子３５０を懸濁した（沈降性粒子３５０が分散された）粒子懸濁液３００を保持する液体保持部であり、例えば、金属やシリコン、セラミック等から形成することができる。液室１１は、液室１１内を大気に開放する大気開放部１１１を上部に有しており、粒子懸濁液３００中に混入した気泡を大気開放部１１１から排出可能に構成されている。 In the droplet forming apparatus 10, the liquid chamber 11 is a liquid holding unit that holds the particle suspension 300 in which the settling particles 350 are suspended (the settling particles 350 are dispersed). For example, metal, silicon, It can be formed from ceramic or the like. The liquid chamber 11 has an air release portion 111 that opens the inside of the liquid chamber 11 to the atmosphere, and is configured so that bubbles mixed in the particle suspension 300 can be discharged from the air release portion 111.

メンブレン１２は、液室１１の下端部に固定された膜状部材である。メンブレン１２の略中心には貫通孔であるノズル１２１が形成されており、液室１１に保持された粒子懸濁液３００はメンブレン１２の振動によりノズル１２１から液滴として吐出される。メンブレン１２の平面形状は、例えば、円形とすることができるが、楕円状や四角形等としてもよい。 The membrane 12 is a film-like member fixed to the lower end portion of the liquid chamber 11. A nozzle 121, which is a through-hole, is formed at the approximate center of the membrane 12, and the particle suspension 300 held in the liquid chamber 11 is discharged as a droplet from the nozzle 121 by the vibration of the membrane 12. The planar shape of the membrane 12 can be a circle, for example, but may be an ellipse or a rectangle.

メンブレン１２の材質としては特に限定はないが、柔らか過ぎるとメンブレン１２が簡単に振動し、吐出しないときに直ちに振動を抑えることが困難であるため、ある程度の硬さがある材質を用いることが好ましい。メンブレン１２の材質としては、例えば、金属材料やセラミック材料、ある程度硬さのある高分子材料等を用いることができる。 The material of the membrane 12 is not particularly limited. However, if the membrane is too soft, the membrane 12 vibrates easily, and it is difficult to suppress vibration immediately when it is not discharged. . As a material of the membrane 12, for example, a metal material, a ceramic material, a polymer material having a certain degree of hardness, or the like can be used.

特に、沈降性粒子３５０として細胞を用いる際には、細胞やタンパク質に対する付着性の低い材料であることが好ましい。細胞の付着性は一般的に材質の水との接触角に依存性があると言われており、材質の親水性が高い又は疎水性が高いときには細胞の付着性が低い。親水性の高い材料としては各種金属材料やセラミック（金属酸化物）を用いることが可能であり、疎水性が高い材料としてはフッ素樹脂等を用いることが可能である。 In particular, when cells are used as the precipitating particles 350, a material having low adhesion to cells and proteins is preferable. Cell adhesion is generally said to be dependent on the contact angle of the material with water. When the material is highly hydrophilic or highly hydrophobic, the cell adhesion is low. Various metal materials and ceramics (metal oxides) can be used as the highly hydrophilic material, and fluorine resin or the like can be used as the highly hydrophobic material.

このような材料の他の例としては、ステンレス鋼やニッケル、アルミニウム等や、二酸化ケイ素、アルミナ、ジルコニア等を挙げることができる。これ以外にも、材料表面をコーティングすることで細胞接着性を低下させることも考えられる。例えば、材料表面を前述の金属又は金属酸化物材料でコーティングすることや、細胞膜を模した合成リン脂質ポリマー（例えば日油株式会社製、Lipidure）によってコーティングすることが可能である。 Other examples of such materials include stainless steel, nickel, aluminum and the like, silicon dioxide, alumina, zirconia and the like. In addition to this, it is also conceivable to reduce cell adhesion by coating the material surface. For example, the surface of the material can be coated with the aforementioned metal or metal oxide material, or can be coated with a synthetic phospholipid polymer that imitates a cell membrane (for example, Lipidure manufactured by NOF Corporation).

ノズル１２１は、メンブレン１２の略中心に実質的に真円状の貫通孔として形成されていることが好ましい。この場合、ノズル１２１の径としては特に限定はないが、沈降性粒子３５０がノズル１２１に詰まることを避けるため、沈降性粒子３５０の大きさの２倍以上とすることが好ましい。具体的には、動物細胞、特にヒトの細胞の大きさは一般的に５μｍ〜５０μｍ程度であるため、ノズル１２１の径を、使用する細胞に合わせて１０μｍ〜１００μｍ以上とすることが好ましい。 The nozzle 121 is preferably formed as a substantially circular through hole substantially at the center of the membrane 12. In this case, the diameter of the nozzle 121 is not particularly limited. However, in order to avoid the sedimentation particles 350 from being clogged with the nozzle 121, it is preferable that the diameter be equal to or larger than twice the size of the sedimentation particles 350. Specifically, since the size of animal cells, particularly human cells, is generally about 5 μm to 50 μm, the diameter of the nozzle 121 is preferably set to 10 μm to 100 μm or more according to the cells to be used.

一方で、液滴が大きくなり過ぎると微小液滴を形成するという目的の達成が困難となるため、ノズル１２１の径は２００μｍ以下であることが好ましい。つまり、本実施の形態に係る液滴形成装置１０においては、ノズル１２１の径は、典型的には１０μｍ〜２００μｍの範囲となる。 On the other hand, if the droplets are too large, it is difficult to achieve the purpose of forming microdroplets, so the diameter of the nozzle 121 is preferably 200 μm or less. That is, in the droplet forming apparatus 10 according to the present embodiment, the diameter of the nozzle 121 is typically in the range of 10 μm to 200 μm.

圧電素子１３は、メンブレン１２の下面側に形成されている。圧電素子１３の形状は、メンブレン１２の形状に合わせて設計することができる。例えば、メンブレン１２の平面形状が円形である場合には、ノズル１２１の周囲に平面形状が円環状（リング状）の圧電素子１３を形成することが好ましい。 The piezoelectric element 13 is formed on the lower surface side of the membrane 12. The shape of the piezoelectric element 13 can be designed according to the shape of the membrane 12. For example, when the planar shape of the membrane 12 is circular, it is preferable to form the piezoelectric element 13 having an annular shape (ring shape) around the nozzle 121.

圧電素子１３は、例えば、圧電材料の上面及び下面に電圧を印加するための電極を設けた構造であり、圧電素子１３の上下電極に電圧を印加することによって紙面横方向に圧縮応力が加わりメンブレン１２を紙面上下方向に振動させることができる。圧電材料としては、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛を用いることができる。この他にも、ビスマス鉄酸化物、ニオブ酸金属物、チタン酸バリウム、或いはこれらの材料に金属や異なる酸化物を加えたもの等、様々な圧電材料を用いることができる。 The piezoelectric element 13 has, for example, a structure in which electrodes for applying a voltage are provided on the upper surface and the lower surface of a piezoelectric material. By applying a voltage to the upper and lower electrodes of the piezoelectric element 13, a compressive stress is applied in the lateral direction of the paper surface and the membrane 12 can be vibrated up and down in the drawing. As the piezoelectric material, for example, lead zirconate titanate can be used. In addition, various piezoelectric materials such as bismuth iron oxide, metal niobate, barium titanate, or a material obtained by adding a metal or a different oxide to these materials can be used.

但し、メンブレン１２を振動させる加振手段は圧電素子１３に限られない。例えば、メンブレン１２上にメンブレン１２とは線膨張係数が異なる材料を貼り付け、加熱することによって線膨張係数の差を利用してメンブレン１２を振動させることが可能である。この際、線膨張係数の異なる材料にヒータを形成し、通電によってヒータを加熱してメンブレン１２を振動させる構成とすることが好ましい。 However, the vibration means for vibrating the membrane 12 is not limited to the piezoelectric element 13. For example, it is possible to vibrate the membrane 12 using the difference in linear expansion coefficient by applying a material having a different linear expansion coefficient from the membrane 12 on the membrane 12 and heating the material. At this time, it is preferable that the heater is formed on materials having different linear expansion coefficients, and the membrane 12 is vibrated by heating the heater by energization.

粒子状態検知手段１４は、液室１１の上方に配置され、液室１１の側より、粒子懸濁液３００におけるノズル１２１周辺の沈降性粒子３５０の粒子状態を光学的な手法によって検知する。 The particle state detection means 14 is disposed above the liquid chamber 11 and detects the particle state of the sedimentary particles 350 around the nozzle 121 in the particle suspension 300 from the liquid chamber 11 side by an optical method.

ここで、ノズル１２１周辺とは、ノズル１２１全体及びノズル１２１と接するメンブレン１２上面の少なくとも一部の領域を指す。但し、メンブレン１２上面の領域の広狭は問わない。すなわち、光学系の設計により、ノズル１２１全体及びノズル１２１と接するメンブレン１２上面の極めて狭い範囲の粒子状態を取得することも可能であるし、ノズル１２１全体及びノズル１２１と接するメンブレン１２上面の略全領域の粒子状態を取得することも可能である。 Here, the periphery of the nozzle 121 refers to the entire nozzle 121 and at least a part of the upper surface of the membrane 12 in contact with the nozzle 121. However, the area of the upper surface of the membrane 12 is not limited. That is, by designing the optical system, it is possible to acquire a very narrow range of particle states on the entire nozzle 121 and the upper surface of the membrane 12 in contact with the nozzle 121, or substantially the entire surface of the entire nozzle 121 and on the upper surface of the membrane 12 in contact with the nozzle 121. It is also possible to obtain the particle state of the region.

粒子状態を検知するノズル１２１周辺の範囲は、実験的に決められた領域となっていることが好ましい。例えば、本発明の典型的な実施例として、メンブレン１２の厚み２０μｍ、ノズル１２１の径８０μｍから、液滴サイズ２００ｐｌの液滴を吐出する構成が挙げられる。 The area around the nozzle 121 that detects the particle state is preferably an experimentally determined area. For example, as a typical embodiment of the present invention, there is a configuration in which a droplet having a droplet size of 200 pl is ejected from a membrane 12 having a thickness of 20 μm and a nozzle 121 having a diameter of 80 μm.

このとき、ノズル１２１の部分に保持されている液の容量は１００ｐｌであり、吐出する液滴サイズにはノズル１２１周辺からの液も含まれる。この場合、粒子が含まれる可能性がある範囲として、ノズル１２１の中心から１００μｍの範囲を『ノズル１２１周辺』とすることが望ましい。この範囲は、インクジェットヘッドの構成や吐出する液滴サイズに対して最適に求められることが最も望ましく、実験的に算出することが好ましい。 At this time, the volume of the liquid held in the nozzle 121 is 100 pl, and the liquid droplets to be ejected include liquid from the periphery of the nozzle 121. In this case, as a range in which particles may be included, a range of 100 μm from the center of the nozzle 121 is desirably set as “the periphery of the nozzle 121”. This range is most desirably obtained optimally with respect to the configuration of the inkjet head and the droplet size to be ejected, and is preferably calculated experimentally.

又、粒子状態とは、少なくとも粒子の有無、粒子の個数、粒子の濃度を含む。又、粒子状態を検知するとは、後述の図４に示すように、粒子状態の違いを光学的に観察すること（光学情報を取得すること）である。つまり、粒子状態検知手段１４は、粒子の有無、粒子の個数、粒子の濃度の少なくとも１つを検知（観察）する手段であり、２つ以上を同時に検知してもよい。 The particle state includes at least the presence / absence of particles, the number of particles, and the concentration of particles. Also, detecting the particle state means optically observing the difference in particle state (acquiring optical information) as shown in FIG. 4 described later. That is, the particle state detection means 14 is a means for detecting (observing) at least one of the presence / absence of particles, the number of particles, and the concentration of particles, and may detect two or more simultaneously.

粒子状態検知手段１４は、結像レンズ１４１と、２次元撮像素子１４２とを有している。図１中の点線は、粒子状態検知手段１４における光路を模式的に示したものである。２次元撮像素子１４２としては、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を用いることができる。なお、２次元撮像素子１４２は、本発明に係る受光手段の代表的な一例である。粒子状態検知手段１４の具体的な検知方法については、後述する。 The particle state detection unit 14 includes an imaging lens 141 and a two-dimensional image sensor 142. A dotted line in FIG. 1 schematically shows an optical path in the particle state detection means 14. As the two-dimensional image sensor 142, for example, a charge coupled device (CCD), a complementary metal oxide semiconductor (CMOS), or the like can be used. The two-dimensional image sensor 142 is a typical example of the light receiving means according to the present invention. A specific detection method of the particle state detection means 14 will be described later.

沈降性粒子３５０としては、金属微粒子や無機微粒子、或いは細胞、特にヒト由来の細胞等が想定される。本実施の形態では、粒子状態検知手段１４により光学的な手法によって粒子の状態を検知するため、対象とする粒子サイズとしては１μｍ以上であることが望ましい。 Precipitating particles 350 are assumed to be metal fine particles, inorganic fine particles, cells, particularly human-derived cells. In the present embodiment, since the particle state is detected by the particle state detection means 14 by an optical method, the target particle size is desirably 1 μm or more.

粒子懸濁液３００として特に細胞を懸濁した細胞溶液を用いた際には、細胞の基材への接着、細胞分裂、細胞死、細胞間の凝集等、粒子に様々な状態の変化が起こり得る。そのため、液室内における粒子状態をモニタリングすることは重要であり、本装置の用途として最適である。本明細書においては、粒子として主にヒト細胞を用いたときを中心に述べるが、必ずしも用途としては細胞に限られるものでは無い。 When a cell solution in which cells are suspended is used as the particle suspension 300, various state changes occur in the particles, such as adhesion of cells to a substrate, cell division, cell death, and aggregation between cells. obtain. For this reason, it is important to monitor the particle state in the liquid chamber, which is optimal for the use of this apparatus. In the present specification, the description mainly focuses on the case where human cells are used as particles, but the use is not necessarily limited to cells.

粒子懸濁液３００として、細胞特にヒト細胞が分散された細胞懸濁液を用いる際に、細胞懸濁液の主たる成分としては細胞と親和性の高い水を用いる。更に溶液中には細胞と浸透圧を調整するための塩、ｐＨを調整するためのｐＨ調整剤が含まれていることが望ましい。より具体的には、細胞懸濁液としては、ｐＨを調整したＴｒｉｓバッファ水溶液や、Ｃａ、Ｋ、Ｎａ等の金属塩を培養液と同等に加えたＰＢＳ溶液を用いることができる。 When using a cell suspension in which cells, particularly human cells, are dispersed as the particle suspension 300, water having a high affinity for cells is used as the main component of the cell suspension. Furthermore, it is desirable that the solution contains a cell, a salt for adjusting osmotic pressure, and a pH adjusting agent for adjusting pH. More specifically, as the cell suspension, a Tris buffer aqueous solution adjusted in pH, or a PBS solution in which a metal salt such as Ca, K, Na or the like is added in the same amount as the culture solution can be used.

或いは、細胞懸濁液としては、当技術分野で通常用いられる細胞培養用培地であれば特に制限なく用いることができる。例えば、用いる細胞の種類に応じて、ＭＥＭ培地、ＢＭＥ培地、ＤＭＥ培地、αＭＥＭ培地、ＩＭＤＭ培地、ＥＳ培地、ＤＭ−１６０培地、Ｆｉｓｈｅｒ培地、Ｆ１２培地、ＷＥ培地及びＲＰＭＩ１６４０培地等、朝倉書店発行「日本組織培養学会編組織培養の技術第三版」のｐ５８１に記載されているような基礎培地を用いることができる。 Alternatively, the cell suspension can be used without particular limitation as long as it is a cell culture medium usually used in the art. For example, depending on the type of cells used, MEM medium, BME medium, DME medium, αMEM medium, IMDM medium, ES medium, DM-160 medium, Fisher medium, F12 medium, WE medium, RPMI1640 medium, etc. A basal medium such as that described in p581 of “Tissue Culture Technology Third Edition” edited by the Japanese Society for Tissue Culture can be used.

更に、基礎培地に血清（ウシ胎児血清等）、各種増殖因子、抗生物質、アミノ酸等を加えてもよい。又、Ｇｉｂｃｏ無血清培地（インビトロジェン社）等の市販の無血清培地等を用いることができる。 Furthermore, serum (such as fetal bovine serum), various growth factors, antibiotics, amino acids and the like may be added to the basal medium. A commercially available serum-free medium such as Gibco serum-free medium (Invitrogen) can also be used.

液滴形成装置１０は、駆動装置５００と接続可能に構成されている。駆動装置５００は、制御部５１０と、駆動部５２０とを有する。制御部５１０は、例えば、粒子状態検知手段１４の検知結果を入手し、検知結果に基づいて圧電素子１３を駆動する駆動波形を選択することができる。駆動部５２０は、制御部５１０が選択した駆動波形を圧電素子１３を駆動できる信号に変換して圧電素子１３を駆動することができる。 The droplet forming device 10 is configured to be connectable to the driving device 500. The driving device 500 includes a control unit 510 and a driving unit 520. For example, the control unit 510 can obtain a detection result of the particle state detection unit 14 and select a driving waveform for driving the piezoelectric element 13 based on the detection result. The drive unit 520 can drive the piezoelectric element 13 by converting the drive waveform selected by the control unit 510 into a signal that can drive the piezoelectric element 13.

制御部５１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、メインメモリ等を含む構成とすることができる。この場合、制御部５１０の各種機能は、ＲＯＭ等に記録されたプログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることによって実現できる。但し、制御部５１０の一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。又、制御部５１０は、物理的に複数の装置等により構成されてもよい。 The control unit 510 can include, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a main memory, and the like. In this case, various functions of the control unit 510 can be realized by reading a program recorded in the ROM or the like into the main memory and executing it by the CPU. However, part or all of the control unit 510 may be realized only by hardware. The control unit 510 may be physically configured by a plurality of devices.

このように、駆動装置５００は、粒子状態検知手段１４の検知結果に基づいて、メンブレン１２を振動させて液滴を形成する吐出波形と、液滴を形成しない範囲でメンブレン１２を振動させる撹拌波形とを圧電素子１３に選択的に（例えば、交互に）付与することができる。例えば、駆動装置５００は、粒子状態検知手段１４の検知結果に基づいて粒子が分散状態にあると判断した場合には吐出動作を行い、粒子が凝集状態にあると判断した場合には撹拌動作を行う。 Thus, the drive device 500 vibrates the membrane 12 to form droplets based on the detection result of the particle state detection means 14, and the agitation waveform that causes the membrane 12 to vibrate within a range where no droplets are formed. Can be selectively applied to the piezoelectric element 13 (for example, alternately). For example, the driving device 500 performs the discharge operation when it is determined that the particles are in a dispersed state based on the detection result of the particle state detection unit 14, and performs the stirring operation when it is determined that the particles are in an aggregated state. Do.

つまり、駆動装置５００は、吐出波形を圧電素子１３に加え、メンブレン１２の振動状態を制御することにより、液室１１に保持された粒子懸濁液３００をノズル１２１から液滴として吐出させることができる。又、駆動装置５００は、撹拌波形を圧電素子１３に加え、メンブレン１２の振動状態を制御することにより、液室１１に保持された粒子懸濁液３００を撹拌することができる。なお、撹拌時には、ノズル１２１から液滴は吐出されない。 That is, the driving device 500 can cause the particle suspension 300 held in the liquid chamber 11 to be discharged as droplets from the nozzle 121 by adding a discharge waveform to the piezoelectric element 13 and controlling the vibration state of the membrane 12. it can. Further, the driving device 500 can stir the particle suspension 300 held in the liquid chamber 11 by applying a stirring waveform to the piezoelectric element 13 and controlling the vibration state of the membrane 12. Note that no droplets are discharged from the nozzle 121 during stirring.

但し、液滴形成装置１０を駆動装置５００と接続可能に構成することは一例であり、これには限定されない。例えば、粒子状態検知手段１４の検知結果を表示装置（液晶ディスプレイ等）に表示し、液滴形成装置１０の使用者が表示装置を目視して吐出に適切な粒子状態か否かを判断するようにしてもよい。この場合、使用者が手動で吐出波形と撹拌波形の切り替えができるような装置構成とすることができる。 However, configuring the droplet forming apparatus 10 to be connectable to the driving apparatus 500 is an example, and the present invention is not limited to this. For example, the detection result of the particle state detection unit 14 is displayed on a display device (liquid crystal display or the like), and the user of the droplet forming device 10 visually checks the display device to determine whether or not the particle state is appropriate for ejection. It may be. In this case, it can be set as the apparatus structure which a user can switch a discharge waveform and a stirring waveform manually.

［液滴形成装置の液滴形成過程］
次に、第１の実施の形態に係る液滴形成装置によって、液滴が形成される過程について説明する。図２は、圧電素子の上下電極に印加される電圧を例示する図であり、図２（ａ）は液滴を形成するための駆動波形である吐出波形を、図２（ｂ）は吐出を行わず粒子を撹拌するための駆動波形である撹拌波形を示している。図３は、液滴が形成される過程を例示する図であり、液滴形成装置１０の一部を示している。 [Droplet formation process of droplet formation device]
Next, a process of forming droplets by the droplet forming apparatus according to the first embodiment will be described. 2A and 2B are diagrams illustrating the voltage applied to the upper and lower electrodes of the piezoelectric element. FIG. 2A shows a discharge waveform that is a drive waveform for forming a droplet, and FIG. The stirring waveform which is a drive waveform for stirring particles without performing is shown. FIG. 3 is a diagram illustrating a process in which droplets are formed, and shows a part of the droplet forming apparatus 10.

まず、吐出動作について説明する。液滴形成装置１０の圧電素子１３の上下電極に図２（ａ）に示すパルス状の電圧が印加された場合、図３に示すように液滴が形成される。まず、図２（ａ）のＡのタイミングでは、図３（ａ）に示すように、メンブレン１２が急激に変形することによって、液室１１に保持された粒子懸濁液３００とメンブレン１２との間に高い圧力が発生する。そして、この圧力によってノズル１２１から液滴３１０が外に押し出される。 First, the discharge operation will be described. When the pulsed voltage shown in FIG. 2A is applied to the upper and lower electrodes of the piezoelectric element 13 of the droplet forming apparatus 10, droplets are formed as shown in FIG. First, at the timing of A in FIG. 2A, as shown in FIG. 3A, when the membrane 12 is suddenly deformed, the particle suspension 300 held in the liquid chamber 11 and the membrane 12 are deformed. High pressure is generated between them. Then, the droplet 310 is pushed out from the nozzle 121 by this pressure.

次に、図２（ａ）のＢのタイミングでは、図３（ｂ）に示すように、圧力が上方に緩和するまでの時間、ノズル１２１からの液押し出しが続き液滴３１０が成長する。最後に、図２（ａ）のＣのタイミングでは、図３（ｃ）に示すように、メンブレン１２が元の状態に戻る際に、粒子懸濁液３００とメンブレン１２との界面近傍の液圧力が低下し、沈降性粒子３５０を含有する液滴３１０が形成される。 Next, at the timing B in FIG. 2A, as shown in FIG. 3B, the liquid extrusion from the nozzle 121 continues and the droplet 310 grows until the pressure relaxes upward. Finally, at the timing C in FIG. 2A, as shown in FIG. 3C, when the membrane 12 returns to the original state, the liquid pressure near the interface between the particle suspension 300 and the membrane 12 is restored. Drops, and droplets 310 containing sedimenting particles 350 are formed.

次に、撹拌動作について説明する。圧電素子１３に印加される電圧として、図２（ｂ）に示すような、液滴を吐出するほどには強くない複数のパルスを入力する。この電圧印加によりメンブレン１２が上下に振動し、液室１１に保持された粒子懸濁液３００に流れが発生する。これにより、凝集していた沈降性粒子３５０の再分散を促進することができる。 Next, the stirring operation will be described. As the voltage applied to the piezoelectric element 13, a plurality of pulses as shown in FIG. 2B that are not strong enough to eject a droplet are input. By applying this voltage, the membrane 12 vibrates up and down, and a flow is generated in the particle suspension 300 held in the liquid chamber 11. Thereby, re-dispersion of the settled sediment particles 350 can be promoted.

なお、液滴形成装置１０において、液室１１内の粒子懸濁液３００中に気泡が混入する場合がある。しかし、液滴形成装置１０では、液室１１の上部に大気開放部１１１が設けられているため、粒子懸濁液３００中に混入した気泡を大気開放部１１１を通じて外気に排出できる。これによって、気泡排出のために大量の液を捨てることなく、連続して安定的に液滴３１０を形成することが可能となる。 In the droplet forming apparatus 10, bubbles may be mixed in the particle suspension 300 in the liquid chamber 11. However, in the droplet forming apparatus 10, the air release unit 111 is provided above the liquid chamber 11, so that bubbles mixed in the particle suspension 300 can be discharged to the outside air through the air release unit 111. Thereby, it is possible to continuously and stably form the droplets 310 without discarding a large amount of liquid for discharging the bubbles.

すなわち、ノズル１２１の近傍に気泡が混入した場合や、メンブレン１２上に多数の気泡が混入した場合には吐出状態に影響を及ぼすため、長い時間安定的に液滴の形成を行うためには、混入した気泡を排出する必要がある。通常、メンブレン１２上に混入した気泡は、自然に若しくはメンブレン１２の振動によって上方に移動するが、液室１１には大気開放部１１１が設けられているため、混入した気泡を大気開放部１１１から排出可能となる。 That is, when bubbles are mixed in the vicinity of the nozzle 121, or when a large number of bubbles are mixed on the membrane 12, the discharge state is affected. It is necessary to discharge the mixed bubbles. Normally, the air bubbles mixed on the membrane 12 move upward naturally or by vibration of the membrane 12, but since the liquid chamber 11 is provided with the air release portion 111, the mixed air bubbles are removed from the air release portion 111. It becomes possible to discharge.

なお、液滴を形成しないタイミングで、液滴を形成しない範囲でメンブレン１２を振動させ、積極的に気泡を液室１１の上方に移動させてもよい。 Alternatively, the membrane 12 may be vibrated in a range where droplets are not formed at a timing when droplets are not formed, and bubbles may be positively moved above the liquid chamber 11.

このように、第１の実施の形態に係る液滴形成装置１０は、液室１１内を大気に開放する大気開放部１１１を有するため、液室１１内に気泡が混入しても大気開放部１１１を通じて気泡を外気に排出できる。そのため、通常の加圧液室を有するインクジェットヘッドとは異なり、液室１１に気泡が混入しても不吐出が発生することを防止可能となり、連続して安定的に液滴３１０を形成することができる。 As described above, since the droplet forming apparatus 10 according to the first embodiment includes the atmosphere opening unit 111 that opens the inside of the liquid chamber 11 to the atmosphere, the atmosphere opening unit even if bubbles are mixed in the liquid chamber 11. Air bubbles can be discharged to the outside air through 111. Therefore, unlike an ink jet head having a normal pressurized liquid chamber, it is possible to prevent non-ejection from occurring even if bubbles are mixed in the liquid chamber 11, and the droplets 310 can be formed continuously and stably. Can do.

［粒子状態検知手段］
次に、第１の実施の形態に係る液滴形成装置の粒子状態検知手段について説明する。液滴形成装置１０は、ノズル１２１が形成されたメンブレン１２の振動によって液室１１中の粒子懸濁液３００を液滴状に吐出することができる。液滴形成装置１０では、一般的なインクジェットと異なりキャビティを形成していないため、液室１１の上方からノズル１２１周辺の沈降性粒子３５０の粒子状態を簡単に観察・検知することが可能である。 [Particle state detection means]
Next, the particle state detection unit of the droplet forming apparatus according to the first embodiment will be described. The droplet forming apparatus 10 can discharge the particle suspension 300 in the liquid chamber 11 into droplets by the vibration of the membrane 12 on which the nozzles 121 are formed. Unlike the general ink jet, the droplet forming apparatus 10 does not form a cavity, so that it is possible to easily observe and detect the particle state of the settleable particles 350 around the nozzle 121 from above the liquid chamber 11. .

これにより、従来技術のように側方から液状態や粒子状態を観察する装置と比較して、着滴対象部と液滴形成装置との配置自由度を高くすることが可能となる。言い換えれば、ノズル１２１と着滴対象部との距離を短く保った状態で、ノズル１２１周辺の粒子状態を検知することが可能となる。 This makes it possible to increase the degree of freedom of arrangement of the droplet deposition target portion and the droplet forming device as compared with a device that observes the liquid state or particle state from the side as in the prior art. In other words, it is possible to detect the particle state around the nozzle 121 while keeping the distance between the nozzle 121 and the droplet deposition target portion short.

粒子状態検知手段について、以下に、より詳しく説明する。図４は、粒子状態検知手段によって観察されるノズル周辺の粒子状態を例示する図である。図４（ａ）では、沈降性粒子３５０が均等に分散しており、液滴を形成するのに適した状態となっている。これに対して、図４（ｂ）では、沈降性粒子３５０の一部が凝集体を形成しており、液滴を形成するのに不適な状態となっている。 The particle state detection means will be described in more detail below. FIG. 4 is a diagram illustrating the particle state around the nozzle observed by the particle state detection unit. In FIG. 4 (a), the sedimentary particles 350 are evenly dispersed and are in a state suitable for forming droplets. On the other hand, in FIG. 4B, a part of the sedimentary particles 350 forms aggregates, which is in an unsuitable state for forming droplets.

なお、図４（ｂ）とは別の液滴を形成するのに不適な状態として、大量の沈降性粒子３５０が存在する場合も考えられる。このときもメンブレン１２に焦点を合わせることによって沈降性粒子３５０を検知することが可能である。このように、液滴形成装置１０では、粒子状態検知手段１４を備えることにより、粒子状態の違いを観察することが可能であり、使用者が目視で、或いは画像処理によって自動で、吐出に適切な粒子状態か否かを判断することができる。 Note that there may be a case where a large amount of settleable particles 350 exist as a state unsuitable for forming a droplet different from that in FIG. At this time, it is possible to detect the sedimentary particles 350 by focusing on the membrane 12. As described above, the droplet forming apparatus 10 includes the particle state detection unit 14 so that the difference in the particle state can be observed. The user can visually observe or automatically perform image processing to appropriately discharge. It is possible to determine whether or not the particle state is correct.

図５は、第１の実施の形態に係る液滴形成装置の動作を示すフローチャートの一例である。まず、ステップＳ１０１では、粒子状態検知手段１４は、ノズル１２１周辺の沈降性粒子３５０からの散乱光を受光し、受光した散乱光から得られた２次元画像を駆動装置５００に送る。 FIG. 5 is an example of a flowchart showing the operation of the droplet forming apparatus according to the first embodiment. First, in step S 101, the particle state detection unit 14 receives scattered light from the sedimentary particles 350 around the nozzle 121 and sends a two-dimensional image obtained from the received scattered light to the driving device 500.

次に、ステップＳ１０２では、駆動装置５００の制御部５１０は、沈降性粒子３５０から入手した２次元画像に基づいて、沈降性粒子３５０の粒子状態が分散状態であるか否かを判断する。制御部５１０は、例えば、粒子状態検知手段１４から取得した図４に示す２次元画像に対して、閾値処理によって粒子の領域を抽出して粒子サイズを計測し、粒子サイズが規定値を超えているかどうかを検出することにより、沈降性粒子３５０の粒子状態が分散状態であるか凝集状態であるかを判断できる。 Next, in step S 102, the control unit 510 of the driving device 500 determines whether or not the particle state of the sedimentable particles 350 is a dispersed state based on the two-dimensional image obtained from the sedimentable particles 350. For example, with respect to the two-dimensional image shown in FIG. 4 acquired from the particle state detection unit 14, the control unit 510 extracts a particle region by threshold processing and measures the particle size, and the particle size exceeds a specified value. Whether or not the particle state of the sedimentary particles 350 is in a dispersed state or an aggregated state can be determined.

或いは、分布集中度を算出するための一般的な手法を適用することも可能である。例えば、得られた２次元画像を適切な大きさの区画に分け、夫々の区画に含まれる粒子数をカウントし、その粒子数の分散を平均値で割った分散指数を求めることによって、沈降性粒子３５０の粒子状態が分散状態であるか凝集状態であるかを判断することも可能である。 Alternatively, a general method for calculating the distribution concentration degree can be applied. For example, the obtained two-dimensional image is divided into sections of appropriate size, the number of particles contained in each section is counted, and the dispersion index obtained by dividing the dispersion of the number of particles by the average value is determined. It is also possible to determine whether the particle state of the particle 350 is a dispersed state or an aggregated state.

制御部５１０が、沈降性粒子３５０の粒子状態が分散状態であると判断した場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ１０３に移行する。ステップＳ１０３において、制御部５１０は、吐出波形を駆動部５２０に出力する。駆動部５２０は、制御部５１０からの吐出波形に基づいて、圧電素子１３を駆動し、吐出動作が行われる。吐出動作の終了後、ステップＳ１０４において、次の動作（吐出位置の移動等）が行われる。 When control unit 510 determines that the particle state of settleable particles 350 is a dispersed state (in the case of YES), the process proceeds to step S103. In step S103, control unit 510 outputs the ejection waveform to drive unit 520. The drive unit 520 drives the piezoelectric element 13 based on the ejection waveform from the control unit 510, and the ejection operation is performed. After the discharge operation is completed, the next operation (such as movement of the discharge position) is performed in step S104.

一方、ステップＳ１０２において、制御部５１０が、沈降性粒子３５０の粒子状態が分散状態でない（凝集状態である）と判断した場合（ＮＯの場合）には、ステップＳ１０５に移行する。ステップＳ１０５において、制御部５１０は、撹拌波形を駆動部５２０に出力する。駆動部５２０は、制御部５１０からの撹拌波形に基づいて、圧電素子１３を駆動し、撹拌動作が行われる。撹拌動作の終了後、ステップＳ１０１に移行し、上記と同様の処理が繰り返される。 On the other hand, when the control unit 510 determines in step S102 that the particle state of the settleable particles 350 is not in a dispersed state (in an agglomerated state) (NO), the process proceeds to step S105. In step S105, control unit 510 outputs a stirring waveform to drive unit 520. The drive unit 520 drives the piezoelectric element 13 based on the stirring waveform from the control unit 510, and the stirring operation is performed. After completion of the stirring operation, the process proceeds to step S101, and the same processing as described above is repeated.

このように、液滴形成装置１０では、粒子状態検知手段１４によってノズル１２１周辺の粒子状態（例えば、粒子の個数）を検知できる。そのため、その情報を利用して、沈降性粒子３５０が分散状態にあるか凝集状態にあるかを判断し、圧電素子１３に印加する電圧波形を吐出波形と撹拌波形とに切り替えることが可能である。これにより、沈降性粒子３５０が凝集状態や沈降状態にあるまま液滴を吐出することを防ぎ、液滴中に含まれる沈降性粒子３５０の数や吐出状態を安定化させることができる。 Thus, in the droplet forming apparatus 10, the particle state (for example, the number of particles) around the nozzle 121 can be detected by the particle state detection unit 14. Therefore, it is possible to determine whether the sedimentary particles 350 are in a dispersed state or an agglomerated state using the information, and to switch the voltage waveform applied to the piezoelectric element 13 between a discharge waveform and a stirring waveform. . Thereby, it is possible to prevent the droplets from being discharged while the sedimentation particles 350 are in the aggregated state or the sedimentation state, and it is possible to stabilize the number and ejection state of the sedimentation particles 350 contained in the droplets.

液滴形成装置１０を用いて、図６に示すように、１液滴に１個の沈降性粒子３５０を封入して吐出することも可能である。図６は、第１の実施の形態に係る液滴形成装置の動作を示すフローチャートの他の例である。まず、ステップＳ１０１では、粒子状態検知手段１４は、ノズル１２１周辺の沈降性粒子３５０の粒子状態を検知し、検知結果である２次元画像を駆動装置５００に送る。 Using the droplet forming apparatus 10, as shown in FIG. 6, it is possible to enclose and discharge one settling particle 350 in one droplet. FIG. 6 is another example of a flowchart showing the operation of the droplet forming apparatus according to the first embodiment. First, in step S 101, the particle state detection unit 14 detects the particle state of the sedimentary particles 350 around the nozzle 121, and sends a two-dimensional image as a detection result to the driving device 500.

次に、ステップＳ２０２では、駆動装置５００の制御部５１０は、沈降性粒子３５０から入手した２次元画像に基づいて、ノズル１２１周辺の沈降性粒子３５０の数が１個であるか否かを判断する。制御部５１０は、例えば、粒子状態検知手段１４から取得した図４に示す２次元画像からノズル１２１周辺のみの画像を切り出し、ノズル１２１周辺の沈降性粒子３５０のみの数をカウントする。この際、例えば、沈降性粒子３５０のエッジコントラストが所定閾値以上のもののみを抽出し、カウントする手法を採ることができる。 Next, in step S 202, the control unit 510 of the driving device 500 determines whether or not the number of the settling particles 350 around the nozzle 121 is one based on the two-dimensional image obtained from the settling particles 350. To do. For example, the control unit 510 cuts out only the image around the nozzle 121 from the two-dimensional image shown in FIG. 4 acquired from the particle state detection unit 14 and counts the number of only the sedimentary particles 350 around the nozzle 121. In this case, for example, it is possible to adopt a method of extracting and counting only the sedimentary particles 350 whose edge contrast is equal to or higher than a predetermined threshold.

制御部５１０が、沈降性粒子３５０の数が１個であると判断した場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ１０３に移行する。ステップＳ１０３において、制御部５１０は、吐出波形を駆動部５２０に出力する。駆動部５２０は、制御部５１０からの吐出波形に基づいて、圧電素子１３を駆動し、吐出動作が行われる。吐出動作の終了後、ステップＳ１０４において、次の動作（吐出位置の移動等）が行われる。 When control unit 510 determines that the number of settling particles 350 is one (in the case of YES), the process proceeds to step S103. In step S103, control unit 510 outputs the ejection waveform to drive unit 520. The drive unit 520 drives the piezoelectric element 13 based on the ejection waveform from the control unit 510, and the ejection operation is performed. After the discharge operation is completed, the next operation (such as movement of the discharge position) is performed in step S104.

一方、ステップＳ２０２において、制御部５１０が、沈降性粒子３５０の数が１個でないと判断した場合（ＮＯの場合）には、ステップＳ１０５に移行する。ステップＳ１０５において、制御部５１０は、撹拌波形を駆動部５２０に出力する。駆動部５２０は、制御部５１０からの撹拌波形に基づいて、圧電素子１３を駆動し、撹拌動作が行われる。撹拌動作の終了後、ステップＳ１０１に移行し、上記と同様の処理が繰り返される。 On the other hand, when the control unit 510 determines in step S202 that the number of the settleable particles 350 is not one (NO), the process proceeds to step S105. In step S105, control unit 510 outputs a stirring waveform to drive unit 520. The drive unit 520 drives the piezoelectric element 13 based on the stirring waveform from the control unit 510, and the stirring operation is performed. After completion of the stirring operation, the process proceeds to step S101, and the same processing as described above is repeated.

このように、液滴形成装置１０では、液室１１がキャビティを形成していないため、液室１１の側に粒子状態検知手段１４を配置できる。そのため、ノズル１２１と着滴対象部との距離を短く保った状態でノズル１２１周辺の粒子状態を検知することができる。 Thus, in the droplet forming apparatus 10, since the liquid chamber 11 does not form a cavity, the particle state detection means 14 can be disposed on the liquid chamber 11 side. Therefore, the particle state around the nozzle 121 can be detected in a state where the distance between the nozzle 121 and the droplet deposition target portion is kept short.

又、１液滴に１個の沈降性粒子３５０を封入して吐出することも可能であるため、例えば、沈降性粒子３５０が細胞である場合、多数のウェル中に１細胞ずつ吐出し、各細胞の遺伝子や遺伝子発現状態を解析することができる。 Further, since it is possible to enclose and discharge one sedimentation particle 350 in one droplet, for example, when the sedimentation particle 350 is a cell, each cell is ejected one by one into many wells. Cell genes and gene expression status can be analyzed.

すなわち、通常、粒子懸濁液から吐出された液滴中に含まれる粒子の個数はポアソン分布に従って分布する。一方で、所定の位置に所定数の粒子をより制御性高く吐出することができれば、従来にはない精密な液滴形成装置を実現できる。 That is, normally, the number of particles contained in the droplets discharged from the particle suspension is distributed according to the Poisson distribution. On the other hand, if a predetermined number of particles can be ejected to a predetermined position with higher controllability, a precise droplet forming apparatus that is not conventional can be realized.

特に、ヒト細胞を用いた研究において、従来の多数細胞を対象とした遺伝子解析、或いは遺伝子発現解析に対して、細胞１個ずつの個性を把握するための１細胞遺伝子解析・遺伝子発現解析の実現が望まれている。このためには、１細胞ずつ所定の位置に分注する簡便な装置が必要である。 In particular, in research using human cells, realization of single-cell gene analysis and gene expression analysis for grasping individuality of each cell compared to conventional gene analysis or gene expression analysis for many cells Is desired. For this purpose, a simple device for dispensing cells one by one at a predetermined position is necessary.

液滴形成装置１０では、粒子状態検知手段１４によってノズル１２１周辺の粒子状態を検知できるため、その結果に基づいてメンブレン１２を振動させることが可能である。例えば、粒子の個数が適当なときには吐出動作を行い、粒子の個数が不適切なときには撹拌動作を行うことによって、所定数又は所定範囲の粒子を安定的に吐出することが可能となる。これにより、粒子の個数の分布としてポアソン分布よりもシャープな分布、特に液滴中に１粒子ずつ封入して吐出することが可能となる。 In the droplet forming apparatus 10, the particle state around the nozzle 121 can be detected by the particle state detection unit 14, and therefore the membrane 12 can be vibrated based on the result. For example, it is possible to stably discharge a predetermined number or a predetermined range of particles by performing a discharging operation when the number of particles is appropriate and performing a stirring operation when the number of particles is inappropriate. Thereby, the distribution of the number of particles is sharper than the Poisson distribution, in particular, it is possible to enclose and discharge the particles one by one in the droplet.

又、従来のキャビティを加圧して液滴を形成するインクジェットヘッドでは、キャビティに気泡が混入すると、キャビティへの加圧を気泡が吸収してしまうため、キャビティ加圧ができなくなり直ちに不吐出となる。これに対して液滴形成装置１０では、ノズル１２１周辺のみをメンブレン１２の変形によって加圧するため気泡が混入したとしても、その影響を受けにくい。 In addition, in a conventional ink jet head that pressurizes a cavity to form droplets, if bubbles are mixed into the cavity, the bubbles absorb the pressurized pressure to the cavity, and the cavity cannot be pressurized and immediately becomes non-ejection. . On the other hand, in the droplet forming apparatus 10, only the periphery of the nozzle 121 is pressurized by deformation of the membrane 12, so even if bubbles are mixed, it is not easily affected.

ノズル１２１周辺に気泡が混入した場合や、メンブレン１２上に多数の気泡が混入した際には吐出状態に影響を及ぼすが、メンブレン１２上に混入した気泡は、自然に若しくはメンブレン１２の振動によって上方に移動するため、短期間で吐出状態が回復する。これにより、液滴形成装置１０では、表面張力の高い細胞懸濁液であっても安定的に液滴形成を行うことが可能である。 When air bubbles are mixed around the nozzle 121 or when a large number of air bubbles are mixed on the membrane 12, the discharge state is affected. However, the air bubbles mixed on the membrane 12 are naturally or due to vibration of the membrane 12. Therefore, the discharge state is recovered in a short period of time. As a result, the droplet forming apparatus 10 can stably form droplets even with a cell suspension having a high surface tension.

〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態の変形例１では、沈降性粒子からの蛍光像を取得可能な液滴形成装置の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。 <Variation 1 of the first embodiment>
In the first modification of the first embodiment, an example of a droplet forming apparatus capable of acquiring a fluorescent image from sedimentation particles is shown. In the first modification of the first embodiment, the description of the same components as those of the already described embodiments may be omitted.

図７は、第１の実施の形態の変形例１に係る液滴形成装置を例示する模式図である。図７を参照するに、液滴形成装置１０Ａは、粒子状態検知手段１４が粒子状態検知手段２４に置換された点が、液滴形成装置１０（図１参照）と相違する。 FIG. 7 is a schematic view illustrating a droplet forming apparatus according to Modification 1 of the first embodiment. Referring to FIG. 7, the droplet forming apparatus 10A is different from the droplet forming apparatus 10 (see FIG. 1) in that the particle state detecting unit 14 is replaced with a particle state detecting unit 24.

粒子状態検知手段２４は、光源２４１と、レンズ２４２と、励起フィルタ２４３と、ダイクロイックミラー２４４と、結像レンズ２４５と、蛍光フィルタ２４６と、結像レンズ２４７と、２次元撮像素子１４２を有する。 The particle state detection unit 24 includes a light source 241, a lens 242, an excitation filter 243, a dichroic mirror 244, an imaging lens 245, a fluorescence filter 246, an imaging lens 247, and a two-dimensional image sensor 142.

液滴形成装置１０Ａにおいて、光源２４１からの光はレンズ２４２を通り、沈降性粒子３５０を光励起するのに適した波長の光（励起光）のみを透過する励起フィルタ２４３を経てダイクロイックミラー２４４に入射する。そして、励起光は、ダイクロイックミラー２４４により光路を変換され、結像レンズ２４５により集光されて粒子懸濁液３００を照明する。 In the droplet forming apparatus 10A, the light from the light source 241 passes through the lens 242 and enters the dichroic mirror 244 through the excitation filter 243 that transmits only light having a wavelength suitable for optical excitation of the sedimentary particles 350 (excitation light). To do. Then, the optical path of the excitation light is converted by the dichroic mirror 244 and condensed by the imaging lens 245 to illuminate the particle suspension 300.

なお、粒子懸濁液３００には、沈降性粒子３５０として、光源２４１からの励起光により蛍光を発する蛍光粒子を分散させておく。蛍光粒子は、光源２４１からの励起光によって蛍光を発し、蛍光粒子からの蛍光は結像レンズ２４５によって集められ、ダイクロイックミラー２４４に入射する。そして、ダイクロイックミラー２４４を透過し、蛍光フィルタ２４６によって蛍光以外の光がカットされた後、結像レンズ２４７により２次元撮像素子１４２に結像する。 In the particle suspension 300, fluorescent particles that emit fluorescence by excitation light from the light source 241 are dispersed as the sedimentary particles 350. The fluorescent particles emit fluorescence by excitation light from the light source 241, and the fluorescence from the fluorescent particles is collected by the imaging lens 245 and enters the dichroic mirror 244. Then, after passing through the dichroic mirror 244 and light other than fluorescence being cut by the fluorescence filter 246, the image is formed on the two-dimensional image sensor 142 by the imaging lens 247.

蛍光粒子としては、例えば、予め蛍光色素によって染色された無機微粒子、有機ポリマー粒子等を用いることができる。又、蛍光染色された細胞や、蛍光タンパク質を発現可能な細胞等を用いることができる。 As the fluorescent particles, for example, inorganic fine particles or organic polymer particles previously dyed with a fluorescent dye can be used. Further, fluorescently stained cells, cells capable of expressing fluorescent proteins, and the like can be used.

このように、第１の実施の形態の変形例１では、沈降性粒子３５０として蛍光粒子を用いる。これにより、第１の実施の形態の効果の加えて更に以下の効果を奏する。すなわち、液滴形成装置１０Ａでは、状態を知りたい特定の粒子を蛍光粒子とすることにより、その特定粒子に関して高感度に粒子状態を検知可能であり、混入物等の影響を排除することができる。 Thus, in the first modification of the first embodiment, fluorescent particles are used as the sedimentary particles 350. Thereby, in addition to the effect of 1st Embodiment, there exist the following effects further. That is, in the droplet forming apparatus 10A, the specific particle whose state is to be known is a fluorescent particle, so that the particle state can be detected with high sensitivity with respect to the specific particle, and the influence of contaminants and the like can be eliminated. .

更に、応用として２つ以上の蛍光波長及び励起波長を用いることも可能である。この場合、励起フィルタ２４３及び蛍光フィルタ２４６として複数波長透過するものを用い、２次元撮像素子１４２として複数波長取得可能なセンサ、例えばフルカラーＣＣＤを用いることができる。 Furthermore, it is possible to use two or more fluorescence wavelengths and excitation wavelengths as applications. In this case, the excitation filter 243 and the fluorescence filter 246 that transmit a plurality of wavelengths can be used, and a sensor capable of acquiring a plurality of wavelengths, such as a full-color CCD, can be used as the two-dimensional image sensor 142.

これにより、例えば、複数種類の細胞が混在した状態において、特定の細胞を１細胞のみ吐出するように動作させることが可能となる。又、細胞への染色方法によっては、生細胞と死細胞の蛍光波長を変えることも可能であり、生細胞を吐出して死細胞を吐出しないことができる。 Thereby, for example, in a state where a plurality of types of cells are mixed, it is possible to operate so as to discharge only one specific cell. In addition, depending on the method of staining cells, it is possible to change the fluorescence wavelengths of live cells and dead cells, and it is possible to discharge live cells but not dead cells.

光源２４１としては、蛍光観察において一般的に用いられる水銀ランプ、ＬＥＤ（発光ダイオード）等を用いることができる。光源２４１としてＬＥＤを用いた際には、励起フィルタ２４３を省略することができる。又、複数色のＬＥＤを用いることで複数の励起波長とすることも可能であり、この場合にはＬＥＤを２次元撮像素子１４２の撮像タイミングと同期して順次点灯することで、複数の励起波長に対する像を取得することができる。 As the light source 241, a mercury lamp, an LED (light emitting diode) or the like generally used in fluorescence observation can be used. When an LED is used as the light source 241, the excitation filter 243 can be omitted. It is also possible to set a plurality of excitation wavelengths by using LEDs of a plurality of colors. In this case, by sequentially lighting the LEDs in synchronization with the imaging timing of the two-dimensional image sensor 142, a plurality of excitation wavelengths can be obtained. An image for can be acquired.

〈第１の実施の形態の変形例２〉
第１の実施の形態の変形例２では、着滴対象部の着滴側と逆側に光源等を配置した液滴形成装置の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例２において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。 <Modification 2 of the first embodiment>
In the second modification of the first embodiment, an example of a droplet forming device in which a light source or the like is arranged on the side opposite to the droplet deposition side of the droplet deposition target portion is shown. In the second modification of the first embodiment, the description of the same components as those of the already described embodiment may be omitted.

図８は、第１の実施の形態の変形例２に係る液滴形成装置を例示する模式図である。図８を参照するに、液滴形成装置１０Ｂは、粒子状態検知手段２４が粒子状態検知手段３４に置換された点が、液滴形成装置１０Ａ（図７参照）と相違する。沈降性粒子３５０は、第１の実施の形態の変形例１と同様に蛍光粒子である。 FIG. 8 is a schematic view illustrating a droplet forming apparatus according to Modification 2 of the first embodiment. Referring to FIG. 8, the droplet forming apparatus 10B is different from the droplet forming apparatus 10A (see FIG. 7) in that the particle state detecting unit 24 is replaced with a particle state detecting unit 34. The settleable particles 350 are fluorescent particles as in the first modification of the first embodiment.

粒子状態検知手段３４は、光源２４１と、レンズ２４２と、結像レンズ２４５と、蛍光フィルタ２４６と、結像レンズ２４７と、受光素子３４１とを有する。受光素子３４１は、１画素の受光素子であり、例えば、フォトダイオードやアバランシェフォトダイオード、光電子増倍管等を用いることができる。なお、受光素子３４１は、本発明に係る受光手段の代表的な一例である。 The particle state detection unit 34 includes a light source 241, a lens 242, an imaging lens 245, a fluorescent filter 246, an imaging lens 247, and a light receiving element 341. The light receiving element 341 is a one-pixel light receiving element, and for example, a photodiode, an avalanche photodiode, a photomultiplier tube, or the like can be used. The light receiving element 341 is a typical example of the light receiving means according to the present invention.

第１の実施の形態や変形例１では２次元撮像素子１４２を用いていた。しかしながら、２次元撮像素子は一般的にフレームレートが１００フレーム／秒以下であり、液滴の形成可能な速度に対して遅く、又、２次元の画像処理を行うのに時間がかかるという問題がある。より高速に液滴を吐出するためには、粒子状態検知手段３４として更に単純な処理で済むものを用いることが好ましい。そこで、本実施の形態では、２次元撮像素子に代えてフォトダイオード等である受光素子３４１を用い、粒子状態検知手段３４は受光素子３４１が受光する光量に基づいて、ノズル１２１周辺における沈降性粒子３５０の粒子状態を検知する。 In the first embodiment and the first modification, the two-dimensional image sensor 142 is used. However, the two-dimensional image sensor generally has a frame rate of 100 frames / second or less, and is slow with respect to the speed at which droplets can be formed, and it takes time to perform two-dimensional image processing. is there. In order to eject liquid droplets at a higher speed, it is preferable to use a particle state detecting unit 34 that requires simpler processing. Therefore, in the present embodiment, a light receiving element 341 such as a photodiode is used in place of the two-dimensional image pickup element, and the particle state detection means 34 is based on the amount of light received by the light receiving element 341 and the sedimentary particles around the nozzle 121. 350 particle states are detected.

液滴形成装置１０Ｂでは、着滴対象部６００の着滴側と逆側に光源２４１及びレンズ２４２が設置されている。そのため、液滴形成装置１０Ｂでは、着滴対象部６００としては、光透過性を有する材料を用いる必要がある。 In the droplet forming apparatus 10B, a light source 241 and a lens 242 are installed on the side opposite to the landing side of the landing target portion 600. Therefore, in the droplet forming apparatus 10B, it is necessary to use a light-transmitting material as the droplet landing target portion 600.

液滴形成装置１０Ｂにおいて、光源２４１からの光はレンズ２４２及び着滴対象部６００を通して、メンブレン１２を照明する。メンブレン１２は一般的に光透過性を有しない素材によって形成されるため、メンブレン１２によって殆どの光は遮られ、ノズル１２１を通過した僅かな光のみが粒子懸濁液３００を照明する。 In the droplet forming apparatus 10 B, the light from the light source 241 illuminates the membrane 12 through the lens 242 and the droplet target portion 600. Since the membrane 12 is generally formed of a material that does not transmit light, most of the light is blocked by the membrane 12 and only a small amount of light that has passed through the nozzle 121 illuminates the particle suspension 300.

ノズル１２１周辺に存在する沈降性粒子３５０（蛍光粒子）は、光源２４１からの励起光によって蛍光を発し、蛍光粒子からの蛍光は結像レンズ２４５によって集められ、蛍光フィルタ２４６によって蛍光以外の光がカットされる。その後、結像レンズ２４７により受光素子３４１に結像する。 Precipitating particles 350 (fluorescent particles) existing around the nozzle 121 emit fluorescence by excitation light from the light source 241, and fluorescence from the fluorescent particles is collected by the imaging lens 245, and light other than fluorescence is collected by the fluorescence filter 246. Cut. Thereafter, an image is formed on the light receiving element 341 by the imaging lens 247.

制御部５１０において、受光素子３４１で得られた信号強度に、蛍光粒子が存在しない場合と１つだけ存在する場合とを分離する第１閾値と、蛍光粒子が１つだけ存在する場合と２つ存在する場合とを分離する第２閾値とを予め設定しておく。これにより、適切な２つの閾値を設定することで、制御部５１０は、受光素子３４１で得られた信号強度が第１閾値と第２閾値の間の値を示している場合に、ノズル１２１周辺に蛍光粒子が１つだけ存在すると判断することができる。 In the control unit 510, the signal intensity obtained by the light receiving element 341 is divided into a first threshold value for separating the case where there is no fluorescent particle from the case where only one fluorescent particle is present, and the case where there is only one fluorescent particle. A second threshold value that separates the existing case from the existing one is set in advance. As a result, by setting two appropriate threshold values, the control unit 510 allows the periphery of the nozzle 121 when the signal intensity obtained by the light receiving element 341 indicates a value between the first threshold value and the second threshold value. It can be determined that there is only one fluorescent particle.

このように、第１の実施の形態の変形例２では、２次元撮像素子１４２に代えてフォトダイオード等の受光素子３４１を用いる。これにより、第１の実施の形態の変形例１の効果の加えて更に以下の効果を奏する。すなわち、液滴形成装置１０Ｂでは、より短い時間で粒子状態を検知することができる。 As described above, in the second modification of the first embodiment, the light receiving element 341 such as a photodiode is used instead of the two-dimensional imaging element 142. Thereby, in addition to the effect of the modification 1 of 1st Embodiment, there exist the following effects further. That is, the droplet forming apparatus 10B can detect the particle state in a shorter time.

又、液滴形成装置１０Ｂにおいて、結像光学素子である結像レンズ２４７によって、受光素子３４１とノズル１２１とが共役となるように配置されていると好適である。これにより、受光素子３４１には主としてノズル１２１周辺の極狭い領域に位置する粒子からの蛍光のみが受光されるようになり、ノズル１２１周辺の極狭い領域の粒子状態を厳密に検知することが可能となる。 In the droplet forming apparatus 10B, it is preferable that the light receiving element 341 and the nozzle 121 are conjugated with each other by an imaging lens 247 that is an imaging optical element. As a result, the light receiving element 341 mainly receives only fluorescence from particles located in a very narrow region around the nozzle 121, and it is possible to accurately detect the particle state in the extremely narrow region around the nozzle 121. It becomes.

〈第１の実施の形態の変形例３〉
第１の実施の形態の変形例３では、受光素子の入射側にピンホールを配置した液滴形成装置の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例３において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。 <Modification 3 of the first embodiment>
In the third modification of the first embodiment, an example of a droplet forming apparatus in which a pinhole is arranged on the incident side of the light receiving element is shown. Note that in the third modification of the first embodiment, the description of the same components as those of the already described embodiments may be omitted.

図９は、第１の実施の形態の変形例３に係る液滴形成装置を例示する模式図である。図９を参照するに、液滴形成装置１０Ｃは、粒子状態検知手段３４が粒子状態検知手段４４に置換された点、及び光源２４１及びレンズ２４２が着滴対象部の着滴側と同じ側に配置されている点が、液滴形成装置１０Ｂ（図８参照）と相違する。沈降性粒子３５０は、第１の実施の形態の変形例２と同様に蛍光粒子である。 FIG. 9 is a schematic view illustrating a droplet forming apparatus according to Modification 3 of the first embodiment. Referring to FIG. 9, in the droplet forming apparatus 10C, the particle state detecting unit 34 is replaced with the particle state detecting unit 44, and the light source 241 and the lens 242 are on the same side as the droplet landing side of the droplet landing target portion. The arrangement is different from the droplet forming apparatus 10B (see FIG. 8). The sedimentation particles 350 are fluorescent particles as in the second modification of the first embodiment.

粒子状態検知手段４４は、光源２４１と、レンズ２４２と、結像レンズ２４５と、蛍光フィルタ２４６と、結像レンズ２４７と、ピンホール４４１と、受光素子３４１とを有する。 The particle state detection unit 44 includes a light source 241, a lens 242, an imaging lens 245, a fluorescent filter 246, an imaging lens 247, a pinhole 441, and a light receiving element 341.

液滴形成装置１０Ｃにおいて、光源２４１からの光（励起光）はレンズ２４２を通り、ダイクロイックミラー２４４に入射する。そして、励起光は、ダイクロイックミラー２４４により光路を変換され、結像レンズ２４５により集光されて粒子懸濁液３００を照明する。 In the droplet forming apparatus 10 C, light (excitation light) from the light source 241 passes through the lens 242 and enters the dichroic mirror 244. Then, the optical path of the excitation light is converted by the dichroic mirror 244 and condensed by the imaging lens 245 to illuminate the particle suspension 300.

蛍光粒子は、光源２４１からの励起光によって蛍光を発し、蛍光粒子からの蛍光は結像レンズ２４５によって集められ、ダイクロイックミラー２４４に入射する。そして、ダイクロイックミラー２４４を透過し、蛍光フィルタ２４６によって蛍光以外の光がカットされた後、結像レンズ２４７により受光素子３４１に結像する。 The fluorescent particles emit fluorescence by excitation light from the light source 241, and the fluorescence from the fluorescent particles is collected by the imaging lens 245 and enters the dichroic mirror 244. Then, the light passes through the dichroic mirror 244, and light other than fluorescence is cut by the fluorescent filter 246, and then imaged on the light receiving element 341 by the imaging lens 247.

受光素子３４１の入射側の直前には、ピンホール４４１が設けられている。結像光学素子である結像レンズ２４７によって、ピンホール４４１に設けられた穴とノズル１２１とが共役となるように配置されていると好適である。これにより、受光素子３４１には主としてノズル１２１周辺の極狭い領域に位置する粒子からの蛍光のみがピンホール４４１に設けられた穴を介して受光されるようになり、ノズル１２１周辺の極狭い領域の粒子状態を厳密に検知することが可能となる。 A pinhole 441 is provided immediately before the incident side of the light receiving element 341. It is preferable that the hole provided in the pinhole 441 and the nozzle 121 are conjugated with each other by an imaging lens 247 that is an imaging optical element. As a result, the light receiving element 341 mainly receives only the fluorescence from the particles located in the extremely narrow area around the nozzle 121 through the hole provided in the pinhole 441, and the extremely narrow area around the nozzle 121. It is possible to accurately detect the particle state of the.

このように、第１の実施の形態の変形例３では、受光素子３４１の入射側の直前にピンホール４４１を配置する。これにより、第１の実施の形態の変形例２の効果の加えて更に以下の効果を奏する。すなわち、受光素子３４１の直前に、ノズル１２１と共役となるようにピンホール４４１を配置し、ピンホール４４１の径を最適な値とすることによって、液滴形成時に吐出される範囲に略等しいノズル１２１周辺の極狭い領域の粒子状態を検知することが可能となる。 As described above, in the third modification of the first embodiment, the pinhole 441 is disposed immediately before the incident side of the light receiving element 341. Thereby, in addition to the effect of the modification 2 of 1st Embodiment, there exist the following effects further. That is, a pinhole 441 is arranged immediately before the light receiving element 341 so as to be conjugate with the nozzle 121, and the diameter of the pinhole 441 is set to an optimum value, so that the nozzle substantially equal to the range discharged at the time of droplet formation. It becomes possible to detect the state of particles in an extremely narrow region around 121.

又、液滴形成装置１０Ｃでは、光源２４１等を着滴対象部の着滴側と同じ側に配置することにより、着滴対象部として光透過性を有しない材料を用いることができる。又、光源２４１等を着滴対象部の着滴側と反対側に配置すると、光源２４１等が大型化する傾向にあるが、液滴形成装置１０Ｃでは光源２４１等が大型化することを避けることができる。 Further, in the droplet forming apparatus 10C, by arranging the light source 241 and the like on the same side as the droplet landing side of the droplet deposition target portion, it is possible to use a material that does not transmit light as the droplet deposition target portion. Further, when the light source 241 and the like are arranged on the side opposite to the landing side of the droplet landing target portion, the light source 241 and the like tend to increase in size, but in the droplet forming apparatus 10C, avoiding the increase in the size of the light source 241 and the like. Can do.

〈第１の実施の形態の変形例４〉
第１の実施の形態の変形例４では、波長の異なる複数の光源を配置した液滴形成装置の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例４において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。 <Modification 4 of the first embodiment>
Modification 4 of the first embodiment shows an example of a droplet forming apparatus in which a plurality of light sources having different wavelengths are arranged. Note that in the fourth modification of the first embodiment, the description of the same components as those of the already described embodiments may be omitted.

図１０は、第１の実施の形態の変形例４に係る液滴形成装置を例示する模式図である。図１０を参照するに、液滴形成装置１０Ｄは、粒子状態検知手段４４が粒子状態検知手段５４に置換された点が、液滴形成装置１０Ｃ（図９参照）と相違する。沈降性粒子３５０は、第１の実施の形態の変形例２と同様に蛍光粒子である。 FIG. 10 is a schematic view illustrating a droplet forming apparatus according to Modification 4 of the first embodiment. Referring to FIG. 10, the droplet forming apparatus 10D is different from the droplet forming apparatus 10C (see FIG. 9) in that the particle state detecting unit 44 is replaced with a particle state detecting unit 54. The sedimentation particles 350 are fluorescent particles as in the second modification of the first embodiment.

液滴形成装置１０Ｄは、互いに波長の異なる光源２４１_１及び２４１_２を有している。例えば、光源２４１_１及び２４１_２として波長の異なるＬＥＤを用い、時分割で照明を行うことで、複数の細胞種類を区別してカウントすることが可能である。 Droplet forming apparatus 10D has a different light source 241 ₁ and 241 ₂ wavelengths from each other. For example, by using LEDs with different wavelengths as the light sources 241 ₁ and 241 ₂ and performing illumination in a time-sharing manner, it is possible to distinguish and count a plurality of cell types.

例えば、光源２４１_１は特定の粒子Ａを励起することが可能であり、光源２４１_２は粒子Ａとは異なる粒子Ｂを励起することが可能であるとする。このとき、図１１に示すように、光源２４１_１と光源２４１_２とを時系列で順次点灯することによって、粒子Ａと粒子Ｂの個数を測定することが可能である。 For example, it is assumed that the light source 241 ₁ can excite a specific particle A, and the light source 241 ₂ can excite a particle B different from the particle A. At this time, as shown in FIG. 11, by sequentially lighting the light source 241 ₁ and the light source 241 ₂ in a time series, it is possible to measure the number of particles A and particles B.

例えば、第１の実施の形態の変形例２と同様に、第１閾値及び第２閾値を予め設定しておく。これにより、光源２４１_１を点灯したときに信号強度が第１閾値と第２閾値の間の値を示している場合に、ノズル１２１周辺に粒子Ａが１つだけ存在する状態を検知することができる。又、光源２４１_２を点灯したときに信号強度が第１閾値と第２閾値の間の値を示している場合に、ノズル１２１周辺に粒子Ｂが１つだけ存在する状態を検知することができる。 For example, as in the second modification of the first embodiment, the first threshold value and the second threshold value are set in advance. Thus, when the signal intensity when the light source 241 ₁ lit indicates a value between the first threshold and the second threshold value, the particles A in the periphery of the nozzle 121 is able to detect the state there is only one it can. Further, when the signal intensity when the light source 241 ₂ lit indicates a value between the first threshold and the second threshold value, the periphery of the nozzle 121 particles B can be detected state there is only one .

なお、波長の異なる３つ以上の光源を用いることにより、３種類以上の粒子の個数を測定することができる。又、波長の異なる複数の光源を用いる代わりに、ピンホール４４１の後に、異なる波長フィルタを備えた複数の受光素子を備える構成としても、複数種類の粒子の個数を検知することができる。 Note that the number of three or more types of particles can be measured by using three or more light sources having different wavelengths. Further, instead of using a plurality of light sources having different wavelengths, the number of a plurality of types of particles can be detected even when a plurality of light receiving elements each having a different wavelength filter are provided after the pinhole 441.

このように、第１の実施の形態の変形例４では、複数の光源を時分割で照明する。これにより、第１の実施の形態の変形例３の効果の加えて更に以下の効果を奏する。すなわち、液滴形成装置１０Ｄでは、複数種類の粒子の個数を検知することができる。 Thus, in the modification 4 of 1st Embodiment, a several light source is illuminated by a time division. Thereby, in addition to the effect of the modification 3 of 1st Embodiment, there exist the following effects further. That is, the droplet forming apparatus 10D can detect the number of a plurality of types of particles.

〈第１の実施の形態の変形例５〉
第１の実施の形態の変形例５では、液滴形成装置１０をウェル中に１細胞ずつ分注するシステムに用いる例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例５において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。 <Modification 5 of the first embodiment>
Modification 5 of the first embodiment shows an example in which the droplet forming apparatus 10 is used in a system that dispenses cells one by one into a well. Note that in the fifth modification of the first embodiment, description of the same components as those of the already described embodiments may be omitted.

図１２は、第１の実施の形態の変形例５に係る液滴形成装置を例示する模式図である。図１２を参照するに、液滴形成装置１０は、ステージ７２０に沿って移動自在に構成されている。 FIG. 12 is a schematic view illustrating a droplet forming apparatus according to Modification 5 of the first embodiment. Referring to FIG. 12, the droplet forming apparatus 10 is configured to be movable along a stage 720.

着滴対象部である基材７００には多数のウェル７１０（穴）が形成されており、液滴形成装置１０から夫々のウェル７１０中に順次細胞を含む粒子懸濁液を吐出することができる。 A large number of wells 710 (holes) are formed in the base material 700 which is a droplet deposition target part, and a particle suspension containing cells can be sequentially discharged from the droplet forming apparatus 10 into each well 710. .

液滴形成装置１０は、例えば図６に示したフローチャートに従って、吐出動作と撹拌動作を適宜組み合わせることによって、ウェル７１０中に１細胞を含む溶液を吐出する。吐出後は、液滴形成装置１０がステージ７２０に沿って次のウェル７１０が形成されている位置に移動し、再度図６に示したフローチャートの処理を実行する。以上の動作を繰り返すことにより、多数のウェル７１０中に細胞を１つずつ分注することが可能になる。 For example, according to the flowchart shown in FIG. 6, the droplet forming apparatus 10 discharges a solution containing one cell into the well 710 by appropriately combining the discharge operation and the stirring operation. After the discharge, the droplet forming apparatus 10 moves along the stage 720 to a position where the next well 710 is formed, and the process of the flowchart shown in FIG. 6 is executed again. By repeating the above operation, it becomes possible to dispense cells one by one into many wells 710.

ステージ７２０に沿って液滴形成装置１０を所定の位置に移動させる機能は、例えば、駆動装置５００の制御部５１０にプログラムとして組み込むことができる。なお、液滴形成装置１０に代えて、液滴形成装置１０Ａ〜１０Ｄの何れかを用いてもよい。 The function of moving the droplet forming apparatus 10 to a predetermined position along the stage 720 can be incorporated into the control unit 510 of the driving apparatus 500 as a program, for example. Instead of the droplet forming device 10, any one of the droplet forming devices 10A to 10D may be used.

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiments and the like have been described in detail above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and the like, and various modifications can be made to the above-described embodiments and the like without departing from the scope described in the claims. Variations and substitutions can be added.

例えば、変形していないときのメンブレン１２の平面内にＸＹ方向をとり、メンブレン１２の法線方向をＺ方向とした際に、液滴形成装置１０をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に独立に移動できる機構を設けてもよい。これにより、ＸＹ平面内での細胞のパターニングや、Ｚ方向への細胞の積層を容易に行うことができる。 For example, when the XY direction is taken in the plane of the membrane 12 when not deformed, and the normal direction of the membrane 12 is set to the Z direction, the droplet forming device 10 can be moved independently in the X direction, the Y direction, and the Z direction. A movable mechanism may be provided. Thereby, cell patterning in the XY plane and cell stacking in the Z direction can be easily performed.

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ液滴形成装置
１１液室
１２メンブレン
１３圧電素子
１４、２４、３４、４４、５４粒子状態検知手段
１１１大気開放部
１２１ノズル
１４１結像レンズ
１４２２次元撮像素子
２４１、２４１_１、２４１_２光源
２４２レンズ
２４３励起フィルタ
２４４ダイクロイックミラー
２４５結像レンズ
２４６蛍光フィルタ
２４７結像レンズ
３００粒子懸濁液
３１０液滴
３４１受光素子
３５０沈降性粒子
４４１ピンホール
５００駆動装置
５１０制御部
５２０駆動部
７００基材
７１０ウェル
７２０ステージ 10, 10A, 10B, 10C, 10D Droplet forming apparatus 11 Liquid chamber 12 Membrane 13 Piezoelectric element 14, 24, 34, 44, 54 Particle state detection means 111 Atmospheric release part 121 Nozzle 141 Imaging lens 142 Two-dimensional imaging element 241 , 241 ₁ , 241 ₂ light source 242 lens 243 excitation filter 244 dichroic mirror 245 imaging lens 246 fluorescence filter 247 imaging lens 300 particle suspension 310 droplet 341 light receiving element 350 sedimentation particle 441 pinhole 500 driving device 510 control unit 520 drive unit 700 base material 710 well 720 stage

国際公開第２０１１／０９９２８７号International Publication No. 2011/099287 特許第４０１３８６９号Patent No. 4013869

Claims

A liquid holding unit for holding a particle suspension in which the settling particles are suspended;
A film-like member in which a nozzle is formed and ejects the particle suspension held in the liquid holding unit as a droplet from the nozzle by vibration;
A droplet forming apparatus comprising: a particle state detection unit configured to detect a particle state of the settling particles around the nozzle in the particle suspension from the liquid holding unit side.

The particle state detecting means has a light source and a light receiving means,
The droplet forming apparatus according to claim 1, wherein scattered light or fluorescence from the sedimentary particles around the nozzle illuminated by the light source is detected.

The particle state detection unit detects at least one of the presence / absence of the sedimentation particles around the nozzle, the number of sedimentation particles, and the concentration of the sedimentation particles based on the amount of light received by the light reception unit. The droplet forming apparatus according to claim 2.

The particle state detection means has an imaging optical element,
The droplet forming apparatus according to claim 2, wherein the light receiving unit and the nozzle are conjugated with each other by the imaging optical element.

The light receiving means is a light receiving element of one pixel,
A pinhole is provided immediately before the light receiving element,
The droplet forming apparatus according to claim 4, wherein the hole formed in the pinhole and the nozzle are conjugated with each other by the imaging optical element.

The droplet forming apparatus according to claim 1, wherein the particle suspension is a solution in which cells are suspended.

The droplet forming apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the droplet is formed based on a detection result of the particle state detection unit.

The droplet forming apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the particle suspension held in the liquid holding unit is agitated based on a detection result of the particle state detection means.