JP4788408B2

JP4788408B2 - マイクロピペット

Info

Publication number: JP4788408B2
Application number: JP2006063871A
Authority: JP
Inventors: 将也中谷; 浩司牛尾; 聡一郎平岡; 朗樋口
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2026-03-09
Also published as: JP2007240354A

Description

本発明は、薬剤などの液体を効率良く吐出するためのマイクロピペットであり、たとえば一度に多量の薬剤の調合を行うための化学物調合装置として広く用いられる。

従来、薬剤の精密な調合を行う為に、マイクロピペットが用いられる。このマイクロピペットは通常、圧力制御を行って液体が吐出する量を決めるものであるが、マイクロピペットの先端形状を樹脂などの成型加工物によって形成している。しかしながらこのような樹脂成型物では加工精度からマイクロリットル以下の液体量を制御するには限界があり、超微量の液体制御には不適である。一方、プリンタなどに用いられるインクジェットヘッドに代表される液体吐出デバイスは、近年の微細加工技術によってピコ・リットル程度の液体を制御することができる極めて高精度なものがあるが、通常はプリンタなどの高密度領域、たとえば１００〜６００ドット／インチ、にインクを吹き付けるように設計されているため、薬剤の調合を行う場合に汎用フォーマット、たとえば９ｍｍピッチで薬剤が貯留されるウエルが形成された１２×８フォーマット、４．５ｍｍピッチの２４×１６フォーマット、あるいは２．２５ｍｍピッチの４８×３２フォーマットのような比較的低密度の領域に液体吐出を行う場合には不適である。

また、高精度で圧力制御を行う基板をシリコンで形成し、圧力制御部を汎用フォーマットに適した配置とする構造について開示されており、汎用フォーマットに適合していながら、高精度に流体の吐出制御を行うことを可能にしている（例えば、非特許文献１参照）。
ＲｅｉｎｈａｒｄＳｔｅｇｅｒｅｔａｌ，ＦＩＸＥＤＶＯＬＵＭＥ３８４ＣＨＡＮＮＥＬＮＡＮＯＬＩＴＥＲＤＩＳＰＥＮＳＥＲＦＯＲＨＩＧＨＬＹＰＡＲＡＬＬＥＬＡＮＤＳＩＭＵＬＴＡＮＥＯＵＳＬＩＱＵＤＩＤＴＲＡＮＳＦＥＲＩＮＴＯＷＥＬＬＰＬＡＴＥＳ，８ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＭｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄＳｙｓｔｅｍｆｏｒＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅｓＳｅｐｒｅｍｂｅｒ２６−３０，Ｐ５１８〜５２０（２００４）

しかしながら、前記従来の構成では、圧力制御を行う方法として上部に別に圧力を加圧するための機能が必要であり、これらを個別のウエルごとに制御することは容易なことではないという課題を有している。

さらに、同一の基板内に高精度に圧力制御を行う圧力制御部を複数形成する必要があることから、基板を作成するためのコストが多くかかるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、薬剤などの液体を効率よく吐出するためのマイクロピペットを実現するとともに、このマイクロピペットを複数配置することが容易にできることから、多数の薬剤の調合を高速そして高精度に行うことができる。

上記課題を解決するため、本発明では、第一の貫通孔を有したダイアフラムと、第二の貫通孔を有した保持プレートと、からなるマイクロピペットであって、前記ダイアフラムの片側にアクチュエータが固着されており、前記電極プレートの片側に第一の引き出し電極および第二の引き出し電極が固着されており、前記アクチュエータが第一の引き出し電極、第二の引き出し電極に接続された、マイクロピペットを提供する。このようにアクチュエータを有したダイアフラムを保持プレートに固着させることで、高精度に圧力制御を行う機能を有したアクチュエータが個別に構成されることになり、極めて簡単な構造のマイクロピペットが実現できる。さらにアクチュエータを有したダイアフラムは保持プレート内に自由な配置で構成することが可能なので、マイクロピペットを１２×８列もしくは２４×１６列、もしくは４８×３２列のいずれの配置で複数配置することが簡単にできる。つまり、個別のウエルに対して高精度に圧力制御を行える液体吐出デバイスを、薬剤の調合のために標準で用いられる汎用のフォーマットに配置することが低コストで実現できるのである。

本発明のマイクロピペットは、高精度に液体の吐出制御を行うデバイスを低価格で実現できる。さらにこのデバイスは複数配置することが容易にできるので、多数の薬剤の調合を高速そして高精度に行う装置が実現できるのである。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１におけるマイクロピペットについて図面を用いて説明する。

図１は本発明の実施の形態１におけるマイクロピペットの断面図であり、図２および図３は別の例の断面図であり、図４および図５は他の例の断面図である。また図６はマイクロピペットの配置を示す上面図であり、図７は別の例の上面図、図８は他の例の上面図である。さらに、図９はマイクロピペットとマイクロウエルプレートの配置を示す分解斜視図、図１０はその断面図であり、図１１はその使用方法を説明するための断面図である。また図１２は他の例の断面図であり、図１３はその使用方法を説明するための断面図である。

図１において、１は樹脂よりなる保持プレートであり、２はシリコンよりなるダイアフラムである。このダイアフラム２および保持プレート１には、それぞれ第一の貫通孔８、第二の貫通孔９を設けている。そして、このダイアフラム２の下面側にはアクチュエータ１０を設けており、このアクチュエータ１０はダイアフラム２側から第一の電極３、圧電体４、第二の電極５が順に積層されたものである。

一方、保持プレート１の下面側には第一の引き出し電極６および第二の引き出し電極７を設けるとともに、ダイアフラム２の上面が保持プレート１の下面に面あわせして接合している。

さらに、この第一の引き出し電極６および第二の引き出し電極７は、それぞれ第一の電極３、第二の電極５へとワイヤーボンディング１８などの手段で接続している。

前記のような構成によって、本実施の形態１におけるマイクロピペットでは、ダイアフラム２が保持プレート１の第二の貫通孔９の下部に当接されているので、ダイアフラム２の上部には液体を蓄積できる領域が存在する。そして、この領域内に液体を蓄積した状態で、第一の電極３と第二の電極５間に所定の電圧を加えることでダイアフラム２は上下方向に屈曲変位を起こしてダイアフラム２の上下領域間で圧力差を発生させることができることから、ダイアフラム２の上部に蓄積された液体をダイアフラム２の下部へ第一の貫通孔８を通して効率よく吐出することができる。

このような構成は、アクチュエータ１０を形成したダイアフラム２を、樹脂などによる保持プレート１に接合し、電気配線を行うだけで容易に実現できることから、ダイアフラム２の上部に貯留している液体を高精度に容量を制御して効率よく吐出させるマイクロピペットを極めて容易に実現することができる。

そして、少なくとも第一の電極３を白金とし、圧電体４をチタン酸ジルコン酸鉛とすることが好ましい。これによって、アクチュエータ１０の変位量は大きなものとなりダイアフラム２の屈曲変位量を増大させ、上下領域における圧力差も大きくなるので、より幅広い量の液体の吐出制御を実現できる。

また、第一の貫通孔８の下部側には、図２に示すように窪み１１を形成することが好ましい。これにより、第一の貫通孔８内に浸透する第一の液体１５は窪み１１内で図３に示すように安定したメニスカス形状を形成することから、より安定した流体の吐出量を制御することが可能になる。

また、図４に示すようにダイアフラム２に設けられた第一の貫通孔８を複数形成することが好ましい。これによって、より広い範囲に均一に液体を吐出することが可能になる。

さらに、図５に示すようにダイアフラム２は複数個、保持プレート１に設置しており、これを設置する配置は図６に示すように１２×８列の９６個、あるいは図７に示すように２４×１６列の３８４個、あるいは図８に示すように４８×３２列の１５３６個である。これらの配列は標準的に用いられるマイクロウエルプレート１４と同じであり、図９の斜視図および図１０の断面図は２４×１６列の３８４個のウエルを配置したマイクロウエルプレート１４の例を示しているが、このようにマイクロウエルプレート１４の上部に、前記マイクロウエルプレート１４に対応して配置したダイアフラム２を複数保持したマイクロピペットをセットすれば、各ウエルに対して高精度な液体量の制御を実現することができる。

なお、図１１に示すようにダイアフラム２の上部領域においては同一種類の第一の液体１５を全てのダイアフラム２に行き渡るような共通領域とすることができる。この場合は最外周に外壁１３を設けておいて、同一種類の第一の液体１５を上部から一括で供給し、各ダイアフラム２に設置されたアクチュエータ１０の変位量をそれぞれ電気的に制御することで、各第一の貫通孔８から個別に吐出量を変更することができる。

また、別の方法として、図１２に示すようにダイアフラム２の上部を樹脂による外壁１３を設置することによってそれぞれの第一の貫通孔８に対応したリザーバー１９を形成している。このリザーバー１９は液体などを貯留しておくためのものである。このように構成することによって、図１３に示すように各ダイアフラム２へ供給される液体の種類を、例えば第一の液体１５、第二の液体１６、第三の液体１７というように異なる種類の液体をそれぞれのリザーバー１９に蓄積しておくことができることから、各ウエルへ違った液体を効率よく供給することができる。

（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２におけるマイクロピペットについて図面を用いて説明する。

図１４は本発明の実施の形態２におけるマイクロピペットの断面図である。本実施の形態２におけるマイクロピペットの構成において、実施の形態１と異なる点は、ダイアフラム２の上面側の外周部に枠体１２を当接していることである。この構成によって、枠体１２を保持プレート１の第二の貫通孔９の内部に挿入することが可能になり、ダイアフラム２を保持プレート１に設置することが容易にできるという製造上の利点を有する。

そして、第一の電極３を白金とし、圧電体４をチタン酸ジルコン酸鉛とすることが好ましい。これによって、アクチュエータ１０の変位量は大きなものとなりダイアフラム２の屈曲変位量を増大させ、上下領域における圧力差も大きくなるので、より幅広い量の液体吐出の制御ができる。

さらに上記構成は実施の形態１の図４で示したのと同様、好ましくは、第一の貫通孔８の下部側には、窪み１１を形成している。これにより、第一の貫通孔８内に浸透する液体は窪み１１内で安定したメニスカス形状を形成するので、より安定した吐出量制御が可能になる。

また好ましくは、実施の形態１の図６に示したのと同様、ダイアフラム２に設けられた第一の貫通孔８は複数である。これによって、より広い範囲に均一に液体を吐出することが可能になる。

また、実施の形態１の図５に示したのと同様に、ダイアフラム２を複数個、保持プレート１に形成することが好ましい。そして、これを形成する配置は１２×８列の９６個、２４×１６列の３８４個あるいは４８×３２列の１５３６個である。これらの配列は標準的に用いられるマイクロウエルプレートと同じであり、これら標準のマイクロウエルプレートの各ウエルに対して精度良く配置したダイアフラム２を配置することができることから効率よく液体量の制御ができる。なお、前記ダイアフラム２の上部領域においては、実施の形態１の図１１で示したのと同様に、同一種類の液体がすべてのダイアフラム２に行き渡るよう共通領域とすることができる。この場合は同一種類の液体を上部から一括で供給し、各ダイアフラム２に設置されたアクチュエータ１０の変位量をそれぞれ電気的に制御することで、各ウエルに対して吐出量を個別に変更することも可能である。

また、別の方法として、図１２に示した構成と同様にしてダイアフラム２の上部を樹脂による外壁１３を設置してリザーバー１９を設けることによって、各ダイアフラム２へ供給される液体の種類を変えて蓄積しておくことができるので、各ウエルへ違った液体を効率よく供給することができる。

以上のように本発明にかかるマイクロピペットは薬剤の調合を高精度に、また多数の調合を高速に行うための化合物調合装置として用いられ、たとえば薬剤開発を高速で行う薬品スクリーニング工程などで有用である。

本発明の実施の形態１におけるマイクロピペットの断面図同別の例の断面図同断面図同他の例の断面図同他の例の断面図同マイクロピペットの配置を示す上面図同他の例の上面図同他の例の上面図同マイクロピペットとマイクロウエルプレートの配置を示す分解斜視図同断面図同使用方法を説明するための断面図同他の例の断面図同使用方法を説明するための断面図本発明の実施の形態２におけるマイクロピペットの断面図

符号の説明

１保持プレート
２ダイアフラム
３第一の電極
４圧電体
５第二の電極
６第一の引き出し電極
７第二の引き出し電極
８第一の貫通孔
９第二の貫通孔
１０アクチュエータ
１１窪み
１２枠体
１３外壁
１４マイクロウエルプレート
１５第一の液体
１６第二の液体
１７第三の液体
１８ワイヤーボンディング
１９リザーバー

Claims

第一面側から第二面側へ貫通する第一の貫通孔を有したダイアフラムと、
第三面側から第四面側へ貫通する第二の貫通孔を有した保持プレートと、を備え、
前記ダイアフラムは、前記第一面が前記第二の貫通孔の前記第四面に当接され、前記第一面に液体を蓄積できる液体蓄積領域が形成されたマイクロピペットであって、
前記ダイアフラムは、前記第一面の外周部に、前記保持プレートの前記第二の貫通孔の内部に挿入され固着された枠体を備え、
前記第二面に、第一の電極、圧電体および第二の電極からなるアクチュエータを備え、
前記保持プレートは、前記第四面に前記第一の電極及び第二の電極にそれぞれ接続された第一の引き出し電極及び第二の引き出し電極を備え、
前記液体蓄積領域内に液体が蓄積された状態で、前記第一の電極と第二の電極に所定の電圧が加えられることにより、前記ダイアフラムが上下方向に屈曲変位し、前記液体が前記第一の貫通孔から吐出される
マイクロピペット。
第一面側から第二面側へ貫通する第一の貫通孔を有した複数のダイアフラムと、
第三面側から第四面側へ貫通する複数の第二の貫通孔を有した保持プレートと、を備え、
前記複数のダイアフラムは、それぞれ、前記第一面が前記各第二の貫通孔の前記第四面に当接され、前記第一面に液体を蓄積できる液体蓄積領域が形成されたマイクロピペットであって、
前記複数のダイアフラムは、前記第一面の外周部に、前記保持プレートの前記第二の貫通孔の内部に挿入され固着された枠体を備え、
前記第二面に、第一の電極、圧電体および第二の電極からなるアクチュエータを備え、
前記保持プレートは、前記第四面に前記第一の電極及び第二の電極にそれぞれ接続された第一の引き出し電極及び第二の引き出し電極を備え、
前記液体蓄積領域内に液体が蓄積された状態で、前記第一の電極と第二の電極に所定の電圧が加えられることにより、前記ダイアフラムが上下方向に屈曲変位し、前記液体が前記第一の貫通孔から吐出される
マイクロピペット。
前記保持プレートは、前記第二の貫通孔が１２×８列、２４×１６列、または４８×３２列のいずれかで配置された請求項２に記載のマイクロピペット。
前記保持プレートは、前記第一面に、前記第二の貫通孔の外周を取り囲む外壁部を備えた
請求項１または請求項２に記載のマイクロピペット。
前記第一の貫通孔の第二面側には、窪みが形成された請求項１または請求項２に記載のマイクロピペット。
前記第一の貫通孔が、複数形成された請求項１または請求項２に記載のマイクロピペット。
前記第一の電極を白金とし、前記圧電体をチタン酸ジルコン酸鉛とした請求項１または請求項２に記載のマイクロピペット。