JPH076975B2 - 試薬液の調合及びプリントのための装置及び方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、所定位置の標的に向かって少量の試薬液を送
出するためにトランスデューサを備えた試薬液の調合及
びプリントのための装置及び方法に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする問題点］ 診断上の分析のためにしばしば試薬液を計量し、調合
し、並びにプントするためのシステムが必要とされる。
計量及び調合の場合においては、そのようなシステム
は、手動の手段と自動の手段の両方を備える。実用上の
目的のために、この従来技術についての議論において
は、100μｌの体積又はそれ以下の量を計量し調合する
方法について焦点をあてる。

計量及び調合を行う手動のシステムは、ガラス毛細管ピ
ペットと、マイクロピペットと、精度の高い注射器と、
重み付け器具とを含む。ガラス毛細管ピペットは精度の
高い内径を有するガラス毛細管から形成される。上記ピ
ペットは典型的には、火で加熱されて形成されたバルブ
と、火で加熱されて細いポイントに形成された管状部と
を備える。液を該管を介してバルブに、明記されたマー
クによって指示された所定のレベルまで吸い込むことに
よって、正確に計量される。次いで、該液は管を介して
空気を吹き込むことによって調合される。

マイクロピペットは典型的には、シリンダとスプリング
で負荷がかけられたピストンとを備える。該ピストンの
動作は、突き通された止め具によって正確に決定され
る。シリンダ内でピストンが動く距離と、シリンダの直
径は正確な体積で定義される。シリンダ内のピストンの
動きによって正確な量の液がマイクロピストンに吸い込
まれ、かつマイクロピストンから調合される。

精度の高い注射器は一般に、精密に製造されたプランジ
ャと、正確に位置が明示された計量マークを有するシリ
ンダとを備える。液はマーク間のプランジャの動きによ
って注射器に注入され、逆に注射器から調合される。

液を調合するための重み付けを行う技術は、しばしば単
に液の量に対して重み付けを行うことを含む。このと
き、液の密度は液の体積を決定するために用いられる。

典型的な自動計量及び調合システムは、精密な注射器ポ
ンプと、ぜん動性のポンプと、高性能の液の色層分析
（以下、HPLCという。）計量バルブとを備える。精密な
注射器ポンプは一般的に、正確な内径を有するシリンダ
内に位置する精密なグラウンドピストンを備える。該ピ
ストンは、ステッピングモータによって正確な距離だけ
該シリンダ内で動かされる。

せん動性のポンプは、直列接続のローラによって順に挟
設されたエラストマー管を備える。しばしば、該管は、
半円形状のチャンネルと、ステッピングモータによって
駆動されるディスクの外側のエッジ上にはめ込まれて設
けられたローラーの内部に位置する。管に対するローラ
ーの動きによって液のぜん動性の動きを生じさせる。

HPLC計量バルブは、所定長さの正確な内径を有する管を
備える。液は、第１のピストンにおいてバルブを用いて
所定の体積の管に注入され、次いで、バルブが第２のピ
ストンにおいて位置するとき該管から調合される。

すべての上述の計量及び調合システムは、調合される体
積が比較的大きいという欠点を有する。さらに、これら
のシステムはまた比較的低速であってかつ非能率的であ
り、特に摩耗しやすい正確に装備された構成部材を備え
る。

試薬液のプリントは化学分析の試験ストリップの製造に
おいてしばしば必要とされる。選択された試薬は、フィ
ルタ紙のストリップ上において所望の形状でプリントさ
れる。このとき、該ストリップを種々の化学成分がある
か否かを決定するための使い捨ての診断器具として用い
られる。

一般に、試験ストリップを用いて化学分析を行うために
は、該ストリップに、例えば血液、血清、又は尿等の試
験すべき液、又は連続する液にさらされる。幾つかの例
において、該ストリップはゆすがれ、判断の前に付加的
な試薬を用いて処理が行われる。正確な判断は、含まれ
る化学的反応のタイプに依存するが、特別な色の変化に
よって試験ストリップを目視するように簡単に行うよう
にしてもよい。

試験ストリップの製造は一般に、プリントのプロセス又
はブロット（blotting）のプロセスのいずれかを含む。
ブロットのプロセスは最も簡単な製造方法であり、ほと
んどの試薬を修正なしに加えることができる。このプロ
セスの欠点は、該液を試験ストリップ上に正確にブロッ
トすることがむずかしいことである。

プリントのプロセスはしばしば、シルク・スクリーン、
グラビア、及び転写プリントの、公知の３つの方法をし
ばしば含む。試薬のシルク・スクリーンは一般に、プリ
ントされるべき各試薬に対して所望の形状で写真による
方法によってスクリーンを生成することを含む。該スク
リーンは、光のもとで予め選択されたパターンに露光さ
れた後、現像される。現像時において、光に露光されな
いスクリーンの領域は光透過性となる。しかしながら、
露光されていたスクリーンの領域は、依然なお非光透過
性となっている。次いで、このスクリーンはあるフレー
ムに固定され、該試験ストリップはその下側に位置す
る。特に高い粘着度を有して準備される所望の試薬液
は、スクリーンの上表面にわたって広がる。該試薬液
は、スクリーンの光透過性の領域を介して通過し、試験
ストリップ上に達する。次いで、該試験ストリップは、
各試薬に対して特別な乾燥プロセスの処理がなされる。
試験ストリップが乾燥されると、該試験ストリップは異
なるスクリーン、パターン、及び試薬を用いて再びプリ
ントされる。

試薬をプリントするグラビアの方法は、金属表面を感光
性のポリマー材料で被覆する工程を備える。ポリマー材
料は、所望の所定パターンに露光される。現像されたと
き、ポリマー材料は親水性の領域と疎水性の領域を形成
する。金属に加えられたとき疎水性の領域のみに付着す
るような試薬を特別に準備する。特別に準備された試薬
が加えられた後、試験ストリップが金属に対して押圧さ
れ、該試薬が金属から試験ストリップに転送される。

転送プリント方法は、該試薬をある金型から所望のパタ
ーンの試験ストリップに転送する工程を備える。該金型
は、その表面上において適当なパターンを用いて生成さ
れた後、所望の特別に準備された試薬を用いて被覆され
る。所望のパターン中の試薬を該金型からゴムスタンプ
に転送するために、ゴムスタンプ装置が該金型に対して
押圧される。次いで、同一のパターンにおける試薬を試
験ストリップに転送するために、ゴムスタンプは試験ス
トリップに対して押圧される。

上述の各試薬プリント技術は大きな欠点を有している。
最も大きな共通の欠点は、試薬を特別に準備する必要が
あるということである。さらに、もし、種々の試薬が１
つの試験ストリップ上にプリントされるならば、該スト
リップを各プリント工程の前に注意深く整列させて並置
する必要がある。整列されて並置する手順は、コストを
増加させるとともに、プリント工程のスループットを減
少させる。さらに、プリントすべき各パターンに対して
特別な金型もしくはスクリーンを生成する必要がある。
別の欠点として、上記プリント方法は、再現性が可能な
微量の試薬を試験ストリップ上に置くことができないと
いうことがある。

本発明の目的は、以上の欠点を克服することができる、
試薬液をプリント及び調合するための装置及び方法を提
供することにある。

［問題点を解決するための手段及び作用］ 本発明は、試薬を調合及びプリントするための装置及び
方法を提供し、ここで、該装置は正確な所定の方向で実
質的に均一な量の試薬を注入するように動作可能なトラ
ンスデューサを備える。

調合する試薬液において用いられる本発明の１つの好ま
しい実施例によれば、噴射管は圧電トランスデューサ内
に同心円状で設けられる。噴射管は一端において１つの
円筒の孔を有し、他端において試薬受け孔を有する。噴
射管の受け端部はフィルタに接続され、該フィルタはま
た選択された試薬を含む貯蔵器に接続される。噴射制御
装置はコンピュータから出力されるコンマドに応答して
トランスデューサに短い時間の電気パルスを供給する。
電気パルスは、貯蔵器から少量の試薬液を取り出すため
に十分な量だけ、噴射ヘッドによって形成される体積を
膨張させる。パルス期間の終わりにおいて、トランスデ
ューサは少量の試薬液を円筒の孔を介して液容器に輸送
するために収縮する。もし所望されるならば、付加的な
小滴を、上記容器、もしくは付加的な試薬液を受けるた
めの付加的な噴射管を用いて並置された容器に送入する
ようにしてもよい。

本発明の付加的な好ましい実施例を、試薬液をプリント
媒質上にプリントするために用いるようにしてもよい。
この実施例においては、送出される小滴が上記媒質上の
正確な位置に注入されるようにプリントの媒質を用いて
噴射管が整列されて並置される。このとき、噴射管又は
プリント媒質を再び位置決めし、もう１つの小滴を噴射
管から送出するようにしてもよい。該プロセスを、試薬
液の所望の形状が上記媒質上にプリントされるまで繰り
返すようにしてもよい。

［発明の効果］ 本発明の１つの利点は、正確に微量な試薬液を再現可能
な方法で調合し又はプリントすることができるというこ
とである。さらに、この方法及び装置を、広い範囲の試
薬液の粘着度と表面張力を有する液の小滴を注入するた
めに用いることができる。該試薬として一般に、本発明
で用いるために特別に用いるものを用いる必要がない。

本発明の別の目的及び付随する利点は添付の図面と関連
づけて、下記の詳細な記述を参照することによって理解
されるであろう。

［実施例］ 以下、図面を参照して実施例について説明する。第１図
は本発明の第１の実施例であり参照番号30で表される試
薬調合システムのブロック図である。試薬調合システム
30は、複数の試薬液貯蔵器200と、複数のフィルタ300
と、複数の試薬噴射ヘッド400と、複数の噴射ヘッド制
御装置500と、インターフェース装置600と、コンピュー
タ700と、輸送装置902と、複数の液体混合セル904と、
検出装置906とを備える。

貯蔵器200は調合を行うための選択された量の試薬液を
貯蔵する。貯蔵器200内の圧力は、例えば通気孔等の適
当な手段によって大気圧に保持される。試薬液は、貯蔵
器200からフィルタ300を介して試薬噴射ヘッド400に輸
送される。フィルタ300は、上記試薬液内の特別な異物
が噴射ヘッド400に入る前に捕捉されることを確実にす
るために貯蔵器200と噴射ヘッド400との間に設けられ
る。

複数の噴射ヘッド400と検出装置906は、処理通路を形成
している。詳細後述される各噴射ヘッド400は、均一な
大きさを有する小滴２の試薬液を噴射する。上記小滴２
は、輸送装置902によって、制御された速度と方向で、
処理通路に沿って設けられた選択された混合セル904に
向かって輸送される。混合セル904は、不活性材料にて
なり、調合された試薬液のための小さな保持タンクとし
て機能する。

第１図に示された複数の噴射ヘッド400は、上記処理通
路に沿って直列に設けられる。とって代わって、複数の
噴射ヘッド400の幾つか又はすべては、複数のヘッド400
が同時に小滴２を選択されるセル904に向くように、輸
送装置902とともに設けるようにしてもよい。

噴射ヘッド400及び輸送装置902はコンピュータ700によ
って制御される。コンピュータ700は、輸送装置902及び
噴射ヘッド制御装置500と電気的に接続されたインター
フェース装置600にコマンドを出力する。インターフェ
ース装置600は従来の設計による装置であって、コンピ
ュータ700と噴射制御装置500との間での情報の伝送の制
御のために用いられる。インターフェース装置600はま
た、コンピュータ700と輸送装置902との間での情報の伝
送の制御のために用いられる。

試薬噴射ヘッドの第１の実施例が第2a図ないし第2eに示
され、番号400によって表されている。噴射ヘッド400は
２個の対称なハウジング402,404を備える。ハウジング4
02,404が組み立てられたとき、ハウジング402,404は、
第2b図に示すように、円筒の孔406、通気孔及び試薬供
給チャンネル410、及びトランスジューサ・チャンバ403
を形成する。各ハウジングのネジ穴416に挿入される４
個のネジ408は、ある組み立てられた形状でハウジング4
02,404を保持する。

噴射ヘッド400はさらに、噴射管432と、圧電トランスジ
ューサ434と、試薬液供給管430を備える。噴射管432
は、一端において試薬液を送出するためのテイパー化さ
れた孔433と、他端において試薬液を受けるための液受
け孔431とを形成する。圧電トランスジューサ434は、円
筒形状で形成され、エポキシ樹脂又は他の適当な手段を
用いて噴射管432の概略中央領域において同心円状でし
っかりと固定される。

第2e図に示される圧電トランスジューサ434は、第１の
端部と第２の端部を形成し、円筒形状の圧電材料のセク
ション435を備える。内部のニッケル電極437は、シリン
ダ435の内表面を覆っている。電極437は、シリンダ435
に電気的な外部接続を行うことができるような十分な距
離で、シリンダ435の第１の端部の回りを包む。

第２のニッケル電極436は、シリンダ435の外表面のほと
んどを包む。第２の電極は、シリンダ435の第２の端部
の表面上で空隙によって、また第１の端部の近傍におい
てシリンダ435の外表面上で空隙によって、上記第１の
電極437から電気的に孤立される。ある電気パルスが第
１及び第２の電極437,436に印加されるとき、電圧は、
上記トランスジューサ材料435の両端において放射状に
生じる。その電圧は、トランスジューサ435の放射形状
の寸法を変化させ、これによってトランスジューサ434
によって形成される体積をまた変化させる。

噴射管432は、受け端部431がトランスジューサ434の後
方端部を超えて延在するように、トランスジューサ・チ
ャンバ403内に設けられる。噴射管432の受け端部431
は、試薬供給管430の一端に挿入される。供給管430は、
ハウジングセクション402,404によって形成された同心
円の歯状部材412によって噴射管432に密封されて保持さ
れる。歯状部材412は、供給管430を噴射管432に密封す
るのみならず、供給管430をハウジング402,404に密封す
る。

供給管430の第２の端部はチャンネル410を通過し、試薬
貯蔵器200内に設けられる。貯蔵器200は噴射ヘッド400
によって調合されるべき試薬液を含む。試薬液が調合さ
れるとき、貯蔵器200内で真空状態が生じることを防止
するために空気がチャンネル410を介して貯蔵器200に供
給される。貯蔵器200は、ハウジング402,404に着脱可能
に取り付けられ、摩擦力によってその位置に保持され
る。貯蔵器200がハウジング402,404からはずされるとき
上記キャップ202を貯蔵器200内の開口にしっかりと固定
して用いられるように、貯蔵器キャップ202は、柔軟性
があるように貯蔵器200に取り付けられる。

噴射管432は、噴射ヘッド400の水平面で位置決めされ
る。噴射管432及びトランスジューサ434は、２個の上側
の垂直な調節ピン418及び２個の下側の垂直な調節ピン4
18の手段によってハウジング402,404に対して所定の垂
直な関係で保持される。２個の上側の垂直な調節ピン41
8は、ハウジングセクション402からトランスジューサ・
チャンバ403内に水平に延在している。同様に、２個の
下側の垂直な調節ピン418は、ハウジングセクション404
からトランスジューサチャンバ403内に水平に延在して
いる。各垂直な調節ピン418は、ハウジングセクション4
02,404と一体化して形成される。

噴射管432とトランスジューサ434は４個の水平な調節ピ
ン424の手段によってハウジング402,404に対して所定の
水平な関係で保持される。２個の水平な調節ピン424
は、ハウジングセクション402からトランスジューサチ
ャンバ403の略中間位置に水平に延在している。同様
に、２個の水平な調節ピン424は、ハウジングセクショ
ン404からトランスジューサチャンバ403の略中間位置に
水平に延在している。各水平な調節ピン424は、各ハウ
ジングセクション402,404と一体的に形成される。歯状
部材412及び円筒の孔406を密封する調節ピン418,424は
整列されて並置され、噴射管432の円筒の孔433が円筒の
孔406内まで延在するように、噴射管432及びトランスデ
ューサ434を保持するために用いられる。

トランスデューサの活性化電気パルスは、２個の接触ピ
ン422の手段によって噴射ヘッド制御装置500から圧電ト
ランスデューサ434に供給される。所定量の液が、各印
加された活性化パルスに対して噴射管において調合され
るであろう。上記活性化パルスを、種々の従来の回路又
は市販の利用可能な装置によって発生することができ
る。従って、そのような回路の詳細な記述を行わない。
しかしながら、連続する活性化パルスを出力するための
回路は、以下のプリントの実施例において記述される。
調合及びプリントにおいて含まれる異なる制約条件のた
めに、プリントの実施例における回路は、単に単一のパ
ルスを発生させるためのみには必要とされない。しかし
ながら、もし所望されるならば、当該分野の専門家が、
調合の実施例において用いるための要求しだい、単一の
パルスを生成するための回路を変更又は修正することが
可能である。

各接触ピン422は、トランスデューサ434の外側表面上に
位置する各第１と第２の電極437,436を接触させるため
に用いられる拡張されたヘッド423を形成する。ハウジ
ング402,404と一体化される２個の接触ピンホルダー414
は、各ピンヘッド423がトランスデューサ434の適当な電
極437,436として電気的に動作するように、ピンヘッド4
23の下側において各接触ピン422を保持するために位置
する。２個の接触ピンの嵌合ポスト420は、接触ピンホ
ルダー414に対して接触ピン422を嵌合させて保持するた
めに、接触ピンホルダー414の反対側のハウジング402,4
04から延在する。ピンヘッド423の反対側の接触ピン422
の端部は、接触ピン孔421の手段によって、ハウジング4
02,404を介して延在する。ハウジングセクション402,40
4は、互いに対称的に形成され、接触ピン422を、上記ト
ランスデューサ434上でオプショナル的に取り付けても
よい。

動作中において、試薬液を含む貯蔵器200は、液供給管4
30が試薬液内に延在するように噴射ヘッド400にしっか
りと固定される。フィルタ300を、供給管300の自由端に
はめ込んで取り付けてもよいし、もしくは貯蔵器200の
内部に位置させてもよい。貯蔵器200内の圧力が大気圧
以下に低下することを防止するために、供給管430の回
りのチャンネル410を介して空気を供給される。密封の
ための歯状部材412と供給管430間に形成される密封状態
によって、上記空気が供給管430の回りに入ることを防
止するとともに、トランスデューサ・チャンバ403内に
入ることを防止している。試薬液を供給管430を介して
噴射管432内に輸送させるために、貯蔵器200内に少しの
圧力をかけることによって、噴射管432に呼び液を注入
する。いったん、呼び液が注入されると、上記液は、孔
433において試薬液の表面張力によって噴射管432から実
質的に引き戻されることが防止される。

トランスデューサの活性化パルスは、噴射ヘッド400の
接触ピン422に印加される。接触ピン422は、同心円状で
はめ込まれて設けられたトランスデューサ434が膨張す
るような極性で、トランスデューサ434の電極437,436
に、高電圧パルスを印加する。膨張の割合は、速い膨張
を行わせるために予め設定される高電圧パルスの立ち上
がり時間によって制御される。トランスデューサ434の
膨張は、トランスデューサ434にエポキシ樹脂で取り付
けられた噴射管432をまた膨張させる。管432の膨張によ
って、円筒の孔433及び液受け孔431に向かって軸方向で
伝搬する管432内部の音響膨張波が発生する。該膨張波
が円筒の孔433に到達するとき、試薬液の一部は内側方
向に引かれる。しかしながら、上記液の表面張力は、実
質的な内側方向への液の動きを禁止するように動作す
る。

上記膨張波が管432の端部431に到達するとき、膨張波が
反射され圧電管434の中心に向かって伝達する圧縮波と
なる。反射される圧縮波が圧電管434の下側に位置する
とき高電圧パルスが立ち下がるような高電圧のパルス幅
が用いられ、その結果、トランスデューサ434及び噴射
管432の収縮をもたらす。この動作によって、噴射管432
の内部に存在する音響圧縮波が加えられる。増幅された
圧縮波は円筒の孔に向かって伝送され、これによって試
薬液が管432から調合される。上記液は小滴２として円
筒の孔433から送出され、輸送装置902の近傍に位置する
選択された混合セル904に送入される。トランスデュー
サへの各活性化パルスに対して１つの小滴２が調合され
る。この調合モードは、要求モード上におけるドロップ
として参照される。

幾つかの実験例において、上記小滴２は、少なくとも１
個のより小さな取り巻き小滴とともに送出されるかもし
れない。しかしながら、取り巻きの小滴が存在する場合
であっても、試薬液の小滴２の体積及び速度を高い確率
で再現できる。この再現性によって、試薬液の制御され
た大きさを有する小滴２を、均一の正確な調合を行い混
合セル904に送出することができる。

試薬の小滴２は試薬液の混合を行うために十分な力と体
積で混合セル904にインパクトを与える。所望の量の選
択された試薬が選択された混合セル904に送入されると
き、混合セル904は検出装置904に輸送され、この検出装
置904において混合された試薬が使用のために抽出又は
分析試験のために分析される。

調合システム30は、均一な量で広い範囲の試薬を高速で
かつ良好な再現性を有して噴射するための試薬噴射ヘッ
ド400の能力に基礎を置く幾つかの利点を供給してい
う。幾つかの化学プロセスの反応時間は、使用される試
薬の体積に依存している。従って、そのような微少な量
の試薬を調合するための調合システム30の能力は、ある
化学の分析試験の処理時間を減少させることができる。
さらに、幾つかの化学の分析試験は広い範囲の希釈度を
必要としている。多くの従来の調合システムは、所望の
分析試験を実際に行うために十分に小さい体積の試薬を
調合することができない。本発明の調合システムは、こ
の欠点を克服している。

試薬液を調合するに加えて、分析試験のテストストリッ
プを生成するためのフィルタ紙のようなプリント媒体上
に正確に試薬をプリントするための実施例を用いてもよ
い。本発明を用いたプリントシステム10が第３図におい
て示される。上述した構造物と形成及び機能の点で同様
な構造物は、同一の参照番号で示される。プリントシス
テム10は、試薬液貯蔵器200と、フィルタ300と、試薬噴
射ヘッド400と、噴射ヘッド制御装置500と、インターフ
ェース装置600と、コンピュータ700と、Ｘ−Ｙプロッタ
800とを備える。

Ｘ−Ｙプロッタ800は、ペンを噴射ヘッド400で置き換え
るという従来の方法で機械的に変形された、市販の利用
可能なペンプロッタである。プロッタ800の一般的な動
作と構造は、詳細後述される。プロッタ800は、インタ
ーフェース装置600内に含まれる標準RS−232シリアルイ
ンターフェースを介してコンピュータ700からコマンド
を受信する。プロッタ800は、Ｘ軸モータ（図示せず）
及びＹ軸モータ（図示せず）を駆動するためのコマンド
と制御信号を生成する。Ｘ軸モータは噴射ヘッド400の
位置決めのために用いられ、Ｙ軸モータはドラム（図示
せず）の位置決めのために用いられ、該ドラムにプリン
ト標的１が取り付けられる。

プロッタ800は、ペンダウン信号PENDNを生成する。この
信号は、制御装置500に印加され、プロッタ800がプリン
ト動作を開始するための準備完了状態になったことを示
す。

制御装置500はまた、インターフェース装置600からの制
御信号を受信する。これらの信号は、トランデューサ43
4に印加されるパルスの振幅を制御するための信号HIGHE
R＊、LOWER＊と、制御装置500をリセットするためのリ
セット信号RSTと、シリーズに連続するプリント信号PRT
＊とを含む。これらの信号の発生は、従来のインターフ
ェース装置600によって実行されるので、詳細について
記述しない。

噴射ヘッド400と、液供給システム200,300が初期化さ
れ、上述のように実質的に動作する。第5a図ないし第5e
図において示される噴射ヘッド制御装置500は、プリン
ト制御回路510と、パルス発生器530と、高電圧電源540
と、ストローブパルス発生器560を備える。制御装置500
はまた、電源を備える。しかしながら、該電源は従来の
設計で構成されるので、該電源について詳細に記述しな
い。

プリント制御回路510は、プロッタ800からペンダウン信
号PENDNを受信し、トランジスタQ100と、ワンショット
回路U100と、２個のナンドゲートU101,102と、ラインデ
コーダマルチプレクサU107と、４個のインバータU103な
いしU106とを備える。ペンダウン信号PENDNは、抵抗R10
0,R101及びダイオードD100を介してトランジスタQ100の
ベースに印加される。トランジスタQ100のエミッタはア
ースに接続され、該トランジスタQ100のコレクタは抵抗
R102を介して＋5Vの電源に接続される。

ワンショット回路U100は、入力A,Bと出力Ｑを備える。
ワンショット回路U100のＢ入力はトランジスタQ100のコ
レクタに接続され、Ａ入力はアースに接続される。ワン
ショット回路U100によって生成されるパルスの時間周期
は、抵抗R104、可変抵抗R105及びキャパシタC100によっ
て決定される。ワンショット回路U100の出力Ｑは、ナン
ドゲートU101によってトランジスタQ100のコレクタ出力
と結合された後、ナンドゲートU102によって反転され
る。この回路はペンダウン信号PENDNを制御装置500に印
加する際に調節可能な遅延を生じさせるために動作す
る。

ラインデコーダU107は、３入力のアンドゲートとして機
能するように回路構成される。ナンドゲートU102の出力
はデコーダU107の第１の入力に印加される。インターフ
ェース装置600から出力される連続パルスを備えるプリ
ント信号ラインPRT＊は、デコーダU107の第２の入力に
印加される。スイッチS1から出力される噴射ヘッドオン
／オフ信号はデコーダU107の第３の入力に印加される。
インバータU106は、ラインデコーダU107の出力を反転し
て、プリント制御信号PRT＊を発生し、インバータU103
ないしU105はそれぞれ、制御信号LOWER＊、HIGHER＊、R
ST信号を反転する。

第5b図に示された高電圧電源540は、直流＋175Vを供給
し、試薬噴射ヘッド400において＋150Vp−ｐの最大パル
スを生成する。高電圧電源540は、差動増幅器U12と、ト
ランジスタQ1、Q2、Q13、Q14とを備える。直流−2.5Vの
安定化基準電圧は、−15Vの電源に接続される抵抗R13
と、アースに接続されるダイオードCR6との接続点で生
成される。上記基準電圧は、増幅器U12のための調節可
能であって安定化された基準電圧を生成するために、抵
抗R14と接続される。上記基準電圧は、抵抗R11を介して
増幅器U11の反転入力に印加される。増幅器U12の非反転
入力は抵抗R12を介してアースに接続される。帰還抵抗R
10と組み合わせられる増幅器U12は基準電圧信号とアー
ス電位の差に比例する出力信号を生成する。

増幅器U12の出力は、トランジスタQ2のベースに接続さ
れ、該トランジスタQ2のコレクタは＋15Vの電源に接続
される。トランジスタQ2のエミッタで生成される信号
は、抵抗R8、R6、R5、変圧器L1及びダイオードCR4、CR
2、CR1を介してトランジスタQ1のベースに印加される。
トランジスタQ1のエミッタはアースに接続され、トラン
ジスタQ1のコレクタは変圧器L1を介して＋15Vの電源に
接続される。ダイオードCR3は、トランジスタQ1のコレ
クタと、抵抗R5及びダイオードCR4の接続点間に接続さ
れる。トランジスタQ1は適当な動作のために抵抗R7、R
6、R5によってバイアスされる。抵抗R7とキャパシタC22
は、抵抗R8,R6の接続点と、＋15Vの電圧源間に接続され
る。

トランジスタQ1と変圧器L1は、“フライバック”ブロッ
キング発振器を形成する。トランジスタQ1によって供給
される電流の増加は、変圧器L1の２次巻線とダイオード
CR5を介して伝送され、エネルギーの増加をもたらす。
その結果、トランジスタQ1によって供給される電流の増
加は、高電圧出力を利用可能な電力の増加をもたらす。
ダイオードCR1−CR4は、トランジスタQ1が飽和すること
を防止する“ベイカー・クランプ（Baker clamp）”を
形成する。それによって、クランプがトランジスタの蓄
積時間を回避している。

ダイオードCR5は、インダクタL3,L2、キャパシタC24,C2
1,C41及び抵抗R29によって形成されるマルチプル・パイ
型フィルタに接続される。マルチプル・パイ型フィルタ
は、高電圧出力Ｖ＋＋を生成するトランジスタQ13に供
給される信号中のリップルとスイッチング・スパイクを
減衰させる。抵抗R64は、トランジスタQ13のベースと、
該トランジスタQ13のエミッタ及び抵抗R29間に接続され
る。トランジスタR13のベースはまた、抵抗R65を介して
トランジスタQ14のコレクタに接続される。トランジス
タQ14のベースは、抵抗R67を介して＋15Vの電圧源に接
続されるとともに、抵抗R66を介してアースに接続され
る。トランジスタQ13のエミッタは、信号HV SENSEを生
成し、該信号は抵抗R9を介して増幅器U12の反転入力に
帰還される。高電圧出力Ｖ＋＋はトランジスタQ13のコ
レクタで生成される。トランジスタQ13の適当なバイア
スは抵抗R64によって供給され、該バイアス回路はトラ
ンジスタQ14、抵抗R67,R66,R65を備えている。

第5d図及び第5e図で示されたパルス発生器530は、光ア
イソレータU18と、ワンショット回路U23と、ディジタル
・アナログ（以下、D/Aという。）変換器U30と、２個の
バイナリカウンタU24,U25とを備える。パルス発生器530
は、制御信号PRT＊、LOWER＊、HIGHER＊、及びRSTを受
信し、トランスジューサ434に印加される活性化パルス
を生成する。通常の動作においては、PRT＊制御信号
は、コンタクト点E5,E6間のジャンパーJMPによって光ア
イソレータU18に供給される。光アイソレータU18は、従
来の設計による装置であって、発光ダイオード（以下、
LEDという。）回路と、光素子回路を備える。抵抗R15
は、アイソレータのLED回路のための負荷抵抗して動作
し、キャパシタC25はアイソレータU18に印加される電圧
中の過渡ノイズを抑圧する。アイソレータU18の出力
は、ワンショット回路U23の１個の入力に印加され、該
ワンショット回路U23の時定数は、抵抗R38,R25及びキャ
パシタC30によって調節可能に設定される。ワンショッ
ト回路U23の非反転出力から出力されるパルスは、トラ
ンジスタQ9のベースに帰還される。抵抗R39は、CMOS信
号レベルを＋15Vの直流信号レベルに変換するためのレ
ベルシフタとして用いられるトランジスタQ9の適当なベ
ース電流を設定する。

パルス発生器530のパルスの立ち上がりレート及び立ち
下がりレートの制御は、１対の電流源トランジスタQ11,
Q12に対してキャパシタQ57の充電及び放電を指示するこ
とによって実行される。トランジスタQ11は電流源とし
て動作し、トランジスタQ12は電流のためのシンクとし
て動作する。トランジスタQ10は、抵抗R56を介してトラ
ンジスタQ11のベースに適当なバイアス電流を流すこと
によって、電流のレベルを制御する。トランジスタQ11,
Q12のバイアスは、適当な立ち上がりレート及び立ち下
がりレートに対して臨界的である。従って、正確な基準
電圧CR13,CR15は各バイアス基準電圧を供給するために
用いられる。温度補償回路網は、トランジスタQ11及びQ
12の動作を安定に維持するために、それぞれツェナーダ
イオードCR14,CR16と、抵抗R55,R54から構成される。可
変抵抗R49,R52はそれぞれ、試薬噴射ヘッド400に印加さ
れる出力パルスの立ち下がり時間と立ち上がり時間を調
節するために用いてもよい。複数の抵抗R45,R46,R47,R4
8,R49,R51,R52,R53,R56,R57,R58は、適当なバイアスを
行うために用いられ、トランジスタQ10,Q11,Q12及びキ
ャパシタC55,C60は、回路の安定を維持するために用い
られる。

ライズ回路とフォール回路Q10,Q11,Q12の出力段のイン
ピーダンスは、非常に高い。そのような高いインピーダ
ンスによって、キャパシタC57に接続された回路素子
は、立ち上がり時間及び立ち下がり時間の各定数の線形
性に影響を与える。従って、FET入力の演算増幅器U32
は、インピーダンス・インターフェース回路といて用い
られる。増幅器U32は、非反転モードとして動作するよ
うに構成され、安定化のためにキャパシタC58,C59とと
もに回路構成される。

増幅器U32の出力は抵抗R62の手段によって反転を行う増
幅器U31に印加される。増幅器U31は、パルス制御信号を
反転し、抵抗R59,R60を用いて波形整形する。−15Vの電
圧源に接続される抵抗R61,R63は、増幅器U31の出力信号
の直流レベルのオフセットを調節するための手段を供給
する。キャパシタC51,C52は該回路の性能及び安定性を
高めるために接続される。

増幅器U31の出力は、抵抗R41の手段を介してD/A変換器U
30の正電圧基準信号入力REF（＋）に印加される。負電
圧基準信号入力REF（−）は、抵抗R40を介してアースに
接続される。D/A変換器U30は、正と負の電圧基準信号入
力REF（＋）,REF（−）間の差に比例する出力信号IOUT,
IOUT＊を生成する。キャパシタC48,C49,C50は安定性を
高めるために、D/A変換器U30に接続される。

D/A変換器U30の出力IOUT,IOUT＊または、入力B1−B8に
印加される８ビットの２値信号の値に比例する。該２値
信号は、機能信号LOWER＊,HIGHER＊，及びRSTによって
制御されるカウンタU24,U25によって供給される。LOWER
＊信号とHIGHER＊信号は、光アイソレータU19,U20の手
段によってカウンタU24のカウントアップ入力CU及びカ
ウントダウン入力CDに印加される。カウンタU24のキャ
リー出力CYとボロー出力BRはそれぞれ、カウンタU25の
カウントアップ入力CU及びカウントダウン入力CDに接続
される。両カウンタU24,U25のリセット入力RSTは、光ア
イソレータU21の手段によってRST信号を受信する。抵抗
R16,R17,R18は、アイソレータU19,U20,U21のLED回路の
ための負荷抵抗として用いられ、キャパシタC26,C27,C2
8は、アイソレータ回路の安定性を高めるために用いら
れる。

カウンタU24,U25に、入力ラインTP0−TP7を介して選択
された８ビットの２値信号をオプショナル的に予めロー
ドするようにしてもよい。入力ラインTP0−TP7は通常、
抵抗回路網U22によって論理ハイ信号の状態にバイアス
される。各入力TP0−TP7をローにプルダウンし、外部ア
クティブ・ローのロード信号EXT LOADをピンTP8に印加
することによって、選択された２値信号がカウンタU24,
U25にロードされる。ロード信号が入力されるピンTP8
は、カウンタU24,U25のロード入力LOADに接続され、該
ピンTP8の信号は、ダイオードCR9,CR10と抵抗回路網U22
のプルアップ抵抗とを備えたクリップ回路によって波形
整形される。

非反転出力IOUT及び反転出力IOUT＊はそれぞれ、差動増
幅器U29の反転入力及び非反転入力に接続される。増幅
器U29の出力は、抵抗R50を介して反転入力に帰還され
る。増幅器U29は、D/A変換器U30の電流出力を電圧出力
に変換する。キャパタC56,C47は、回路の安定性を高め
るために供給される。

増幅器U29の出力は増幅器U28の非反転入力に印加され
る。増幅器U28の出力は、キャパシタC46と抵抗R37の手
段によって反転入力に帰還される。該反転入力はまた、
抵抗R36を介してアースに接続される。増幅器U28の周波
数応答特性を向上させるために、抵抗R43とキャパシタC
54は周波数補償入力FCとアースとの間に接続される。調
節可能な直流オフセットは、出力オフセット入力OF,OF
に可変抵抗R42を接続することによって供給される。抵
抗R42の摺動子は上記高電圧電源の出力Ｖ＋＋に接続さ
れる。

増幅器U28の出力はまた、トランジスタQ4のベースに接
続されるとともに、ダイオードCR11,CR12を介してトラ
ンジスタQ7のベースに接続される。トランジスタQ4,Q7,
Q3及び抵抗R30−R35は、大きな容量性負荷を大きな立ち
下がりレートと広い帯域幅で駆動することができる出力
回路を形成する。可変抵抗R31を、抵抗R35の両端の電圧
降下を測定することによって、バイアス回路網R30,R33
を介して最大電流を設定するために用いてもよい。

ストローブ発生器560はストローブパルスを発生し、ト
ランジスタQ101−Q105とワンショット回路U108を備え
る。ストローブ強度は、トランジスタQ101−Q104と抵抗
R109−R115を備えた回路によって決定される。該回路
は、LED900のアノードに接続され、LED900における光強
度を４つのレベルを生成するために、インタフェース装
置600から２個の入力を受信する。

LED900の活性化における発光とその発光時間はワンショ
ット回路U108と抵抗Q105によって決定される。ワンショ
ット回路U108は入力A,Bと出力Ｑとを備える。ストロー
ブ信号STROBEは、インターフェース装置600からＢ入力
に印加される。ワンショット回路U108から出力されるパ
ルスの出力時間は、調節可能なRC回路網R107,C108によ
って制御される。出力Ｑは抵抗R108を介してトランジス
タQ105のベースに印加される。トランジスタQ105のコレ
クタは、LED900を介して電流を流すためにLED900のカソ
ードに接続される。

コンピュータ700、制御装置500、プロッタ800は初期化
される。コンピュータ700及びプロッタ800の初期化につ
いては、これらの装置が従来の設計で構成され従来と同
様に動作するので、記述しない。

噴射ヘッド制御装置500を初期化するためには、コンピ
ュータ700はインターフェース回路600に対してリセット
コマンドを出力するように指示する。リセット信号RST
が制御装置500に入力するとき、カウンタU24,U25がクリ
アされる。このとき、コンピュータ700は、そのメモリ
からもしくは従来の操作者による入力により、D/A変換
器のための所望のディジタルの設定値を検索する。この
設定はまた、データから計算してもよいし、噴射ヘッド
400又は試薬液の特定の大きさに対して設定するように
してもよい。このとき、コンピュータ700は、所望の２
値の設定値に対応するカウンタU24,U25をインクリメン
トし、もしくはデクリメントするために、インターフェ
ース装置600を介して、シリーズで連続するコマンドを
出力する。もし、コマンドがカウンタを増加させるよう
に指示するとき、HIGHER＊信号が光アイソレータU20を
介してカウンタU24のカウントアップ入力CUに印加され
る。同様に、もし、コマンドがカウンタを減少させるよ
うに指示するとき、LOWER＊信号が光アイソレータU20を
介してカウンタU24のカウントダウン入力CDに印加され
る。カウントダウンU24のキャリー出力CY及びボロー出
力BRはそれぞれ、カウンタU25のカウントアップ入力CU
及びカウントダウン入力CDに接続され、A/D変換器U30に
印加されるディジタル設定値は、０から255の範囲であ
るようにいてもよい。とって代わって、カウンタU24,U2
5は、ラインTP0−TP7上の２値信号をロードし、EXT LOA
Dラインをストローブすることによって、所望の設定値
に初期化されるようにしてもよい。

制御装置500とプロッタ800が初期化されたとき、プリン
ト・サイクルが開始する。コンピュータ700はシリーズ
で連続するPRT＊信号パルスを発生するためにインター
フェイス装置600にコマンドを出力する。このとき、コ
ンピュータ700は、例えば選択されたパスに沿ったライ
ンをプリントするようにプロッタ800に指示する。プロ
ッタ800は、噴射ヘッド400と標的１を位置決めしン、ペ
ンダウン信号PENDNを出力する。該信号は、標的１が適
当に位置決めされることを確実にするために、プリント
制御回路510によって遅延される。該遅延動作が終了し
たとき、該信号は、閉じられたイネーブルスイッチS1
と、シリーズで連続するプリントパルスPRT＊ととも
に、論理積の計算が行なわれる。上記論理積の計算結果
は、PRT＊パルスのパルス発生回路530への印加動作であ
る。

PRT＊信号は、ジャンパーJMPを介して光アイソレータU1
8に印加されるとともに、ワンッショット回路U23に印加
される。このときワンショット回路U23は、CMOS信号レ
ベルから＋15Vの直流信号にトランジスタQ9によって変
換されたパルス信号を生成する。トランジスタQ10,Q11,
Q12を備えるライズ及びフォール回路は、２乗波パルス
を抵抗R49,R52によって予め設定された立ち上がり及び
立ち下がり特性を有するパルスに変換する。次いで、波
形整形されたパルスは、増幅器U32によって増幅された
後、増幅器U31に印加される。

増幅器U31は、波形整形されたパルスの極性を、D/A変換
器U30によって入力可能なパルスに変換し、調節可能な
オフセットを供給する。直流オフセットは、増幅器U31
に起因する可能な歪みを相殺するために用いられる。そ
の歪みは増幅器U31において、該増幅器U31が相応して応
答するように大きくなり、少量の電流が抵抗R41を介し
て流れる。この電流は増幅器U29の出力においてオフセ
ット状態を生じさせ、このとき、該オフセット状態は２
値データに対応してD/A変換器U30によって測定される。
抵抗R63は、抵抗41を介して電流が流れることに起因す
るオフセット状態を制御するために、少量の電流を増幅
器U31に印加することを可能にしている。

D/A変換器U30は、入力ラインB1−B8に供給される２値デ
ータを用いて入力REF（＋）,REF（−）間の差を測定し
て、電流出力パルスIOUTと、電流反転出力パルスIOUT＊
を生成する。２個の出力IOUT,IOUT＊は、電流出力を１
個の電圧出力に変換する増幅器U29に帰還される。この
とき電圧調整され波形整形されたパルスが、増幅器U28
とトランジスタQ3,Q4,Q5,Q6,Q7とを備える出力回路に印
加される。該回路は、圧電トランスデューサ434を駆動
するための上述の立ち上がり及び立ち下がり特性を有す
る高電圧パルスを生成する。

高電圧パルスは、トランスデューサ434に印加され、液
の小滴２を標的１に輸送させる。ペンダウン信号PENDN
がまだ印加されているので、付加的な小滴２が噴射ヘッ
ド400から生成される。プロッタ800は、小滴２の送出中
において所望のパスに沿って噴射ヘッド400及び標的１
を移動させ、所望のプリントされたラインを生成する。
上記プリントが完了した時、プロッタ800はペンダウン
信号PENDNの出力を停止し、小滴の送出を停止する。も
ちろん、標的１と噴射ヘッド400を適当に位置決めする
ことによってドット、円等が生成可能であることが理解
される。

任意の取り巻きの小滴の存在とともに、上記小滴２の大
きさと均一性を、スコープ950及びLED900を用いて観察
するようにしてもよい。スコープ950とLED900は、小滴
２がスコープ950とLED900間を通過しスコープ950の焦点
の範囲内にあるように位置決めされる。ストローブパル
スがLED900に印加されるとき、ストローブパルスは、LE
D900に瞬時において閃光を生じさせる。上記パルスの活
性化のタイミングと幅を、高電圧パルスに応答して輸送
される液がスコープ950とLED900間にあるとき閃光が生
じるように調節するようにしてもよい。このとき、噴射
されるとき、もしくは円筒の孔433から分離する動きが
あるかその近傍時において、液の調合量を観察するよう
にしてもよい。このとき、観察に基礎を置いた修正をシ
ステム10に行うようにしてもよい。

各小滴２の体積は小さいので、小滴２を標的１によって
高速で吸収するようにしてもよく、これによって、短縮
された乾燥時間と液の混合において低下された電圧で、
標的１上において種々の試薬を高速にかつ正確に置き換
えを行うことができる。さらに、ある正確な方法で、小
滴２を置き換える能力は、標的１に孤立化されたマトリ
ックスエレメントのような種々の試薬とともに高い密度
のマトリックス上においてプリントされることを可能に
している。

幾つかのプリントのアプリケーションにおいては、特
に、プリントを行う液が小さな粘着度と小さな表面張力
を有するとき、加圧された状態のもとで噴射管432を介
して液を噴射させ、トランスデューサ434によって生じ
る振動によって送出された液流を正確な小滴２に分割さ
せることができる。このプリントモードにおいては、小
滴２の送出をトランスデューサの活性化パルスの中断に
よって停止させることができない。従って、他の手段に
よって液の送出を防止する必要がある。該小滴の送出の
一次停止についての１つの好ましい手段が、第４図にお
いてブロック図として示されている。この装置におい
て、その構成と機能に関して第３図で表されたものと同
様のものについては同一の参照番号を付している。

参照番号20によって一般に表される装置は、通常閉じら
れた３方向バルブ970と、溜水槽960と、再循環ポンプ98
0とを備えた閉じられた試薬再循環システムを含む。連
続モードにおいては、試薬液を水圧によって円筒の孔43
3に押し出された後、トランスデューサ434の動きによっ
て連続し実質的に均一的な小滴２に分割される。圧力が
調節されろ過された空気の供給器100は、試薬液貯蔵器2
00に対して圧力をかけるために用いられる。貯蔵器200
内の試薬液を、オプショナル的に磁気撹はん装置990に
よって撹はんしてもよい。これは浮遊粒子を備えた試薬
液に対して特に有用である。

３方向バルブ970は、共通チャンネルと、通常開いてい
るチャンネルと、通常閉じているチャンネルとを備え
る。該液はフィルタ300を介して押し出され、バルブ970
の通常閉じているチャンネルに送入される。通常閉じて
いるチャンネルは閉じられ、通常開いているチャンネル
970は試薬液噴射ヘッド400のための通気孔として機能す
る。共通チャンネルは噴射ヘッド400400の試薬供給管40
0に接続される。試薬供給管430はまた溜水槽960に接続
される。

動作中において、通常閉じているチャンネルはコンピュ
ータ700から供給される適当な信号によって開かれ、該
信号はまた通常開いているチャンネルと閉じる。通常閉
じているチャンネルが開かれるとき、液は溜水槽960を
通過して噴射ヘッド400に送入されるとことが許可され
る。溜水槽960は噴射ヘッド400に送入されない試薬液を
集水する。溜水槽960は、集水された液を再循環ポンプ9
80の入り口側に供給し、該再循環ポンプ980は該液を貯
蔵器200に戻す。このとき該戻された液は、貯蔵器200内
の液と混合された後、再循環のために利用される。

噴射ヘッド400へのプリントパルスの連続的な流れを阻
止するのと反対の、連続モードの動作においては、プリ
ントの動作をバルブ970の通常閉じているチャンネルを
閉じることによって一時的に停止するようにしてもよ
い。通常閉じられたチャンネルの閉鎖は、噴射ヘッド40
0への試薬液の流れを停止させ、噴射ヘッド400の大気圧
の通気孔として動作させる。液の供給が阻止されたと
き、トランスデューサ434はさらに小滴２を送出させる
ことができない。このように、もしプロッタ800による
標的１の位置決めが、小滴２の送出間の時間よりも長い
時間間隔を必要とするならば、コンピュータ700がバル
ブ970の通常閉じられたチャンネルを閉じるようにして
もよい。このときプロッタ800は該標的１に位置決めす
るようにしてもよいし、もしくは、所望の新しい標的１
を位置決めするようにしてもよい。

プリントの際に、該試薬の活性の含有物が標的１上にお
ける単位面積当たりの所望の濃度を得るために調合され
る。しかしながら、ある量までは、単位面積当たりの最
終の濃度を、標的１上でプリントされる小滴２の密度を
変化することによって調節することができる。好ましい
実施例は、正確な分離された試薬の小粒をプリントする
ための能力による上記アプリケーションに特に良く適用
される。

噴射ヘッドの第２の好ましい実施例は、第6a図及び第6b
図において示され、一般的に400′によって表される。
噴射ヘッド400′は、３個のセクション401′,402′,40
3′により形成されるハウジングを備える。ハウジング
セクション403′は、試薬液の貯蔵器200′を形成する凹
部領域を備え、このときハウジングセクション403′は
ハウジングセクション402′に対して位置決めされる。

噴射ヘッド400′はさらに、第１の実施例の噴射ヘッド
と同様に圧電トランスデューサ434′と試薬噴射管432′
を備える。噴射ヘッド400′とトランスデューサ434′
は、第6b図に最も明らかに示されている。噴射管432′
は、一端において円筒の孔433′を形成し、他端におい
て試薬液受け孔431′を形成する。トランスデューサ43
4′は、管432′の概略中間領域で同心円状でエポキシ樹
脂を用いて噴射管432′にはめ込まれて取り付けられ
る。

トランスデューサ434′と噴射管432′はハウジングセク
ション402′,401′に位置するチャンネル420′,418′,4
16′に位置決めされる。チャンネル416′は、噴射管43
2′の液受け端431′に対して嵌合し密封するように動作
する複数の密封を行う歯状部材412′を備える。チャン
ネル416′は試薬液供給チャンネル430′に接続される。
供給チャンネル430′は、第6b図に示されたハウジング
セクション402′を介して孔431′の手段によって液貯蔵
器200′に接続される。

貯蔵器200′は試薬液を含むために用いられる柔軟性の
ある貯蔵ライニング201′を備える。ライニング201′
は、ハウジング402′に接続される１個の孔を備え、該
液をライニング201′から通過させるために該孔がハウ
ジング402′に接続される。ハウジング403′に位置する
通気孔（図示せず）は、貯蔵器200′とライニング201′
との間の空間に通気させ、圧力をかけることができる。
フィルタ300′は、望ましくない微粒子の異物をトラッ
プさせるために、孔202′内に位置させる。

電気パルスが、２個の接触ピン422′の手段を介してト
ラップ434′に供給される。ピン422′はハウジングセク
ション402′の各孔419′とハウジングセクション403′
の各孔421′を介して挿入される第6b図に示された２個
の薄くかつ電気導電性のストリップ410′,411′は、ト
ランスデューサ434′を接触ピン422′と接触させるため
に用いられる。保護シールド405′は、接触ピン422′の
突出部を部分的に孤立させるために、ハウジングセクシ
ョン403′から延在している。

噴射ヘッド400′の機能と動作は、噴射ヘッド400と同様
であるので、詳細に記述しない。貯蔵器200の組み立て
式の内部ライニング201′は、通気孔205′を介して貯蔵
器200′に圧力をかけることによって噴射管432′に呼び
水を送入させる。もし呼び水が送入されれば、噴射ヘッ
ド400′を噴射ヘッド400を参照して上述したように用い
ることができる。

噴射ヘッド400′は、全体の流体システムが１個のハウ
ジング内に含まれるという利点を有する。そのように含
むということが、高速でかつ能率的な噴射ヘッドの取り
替えを液の汚染なしに行うことを可能にしている。

噴射ヘッドの第３の好ましい実施例が第７図に示され、
一般に400″によって示されている。噴射ヘッド400″
は、ハウジング403″と、試薬液供給管406″と、圧電ト
ランスデューサ434″と、孔プレート404″を備える。ハ
ウジング403″は円錐形状の液チャンバ432″を形成す
る。円筒の孔433″を形成する孔プレート404″は、円筒
の孔433″が円錐形状の液チャンバ432″の頂点において
もしくはその近傍において位置するように、ハウジング
403″にしっかりと取り付けられる。

液供給管406″はハウジング403″に取り付けられ、供給
チャンネル430″を形成している。供給チャンネル430″
は、接続しているチャンネル431″の手段によって液チ
ャンバ432″と液流通可能に連通されている。該液チャ
ンバ432″の基底は、板形状のトランスデューサ434″に
よって形成される。トランスデューサ434″はハウジン
グ403″に取り付けられるホールドダウンプレート402″
によって所定の位置に保持される。トランスデューサ43
4″への電気的接続は従来の設計で行なわれるので、図
示していない。ハウジング403″はさらに、噴射ヘッド4
00″を取り付けるための貫通孔406″を備える。

噴射ヘッド400″は上述した噴射ヘッドと同様の方法で
動作する。しかしながら、この噴射ヘッドにおいて、ト
ランスデューサ434″は通常板形状である。電気パルス
が印加されるとき、トランスデューサ434″は少し曲が
り、それによって円錐形状の噴射チャンバ432″の体積
を変化させる。チャンバ432″の体積の変化によって、
噴射ヘッド400を参照して記述したように円筒の孔433″
を介して液を排出させ、供給チャンネル430″を介して
液を吸い込ませる。

噴射ヘッドの第４の実施例が第８図に示され、一般に40
0によって示されている。この噴射ヘッド400は噴射
ヘッド400と構成及び機能の点で非常に似ているので、
詳細に記述しない。噴射ヘッド400は２個の対称的な
ハウジングセクションを備える。該セクションを、孔40
9及び不図示のネジの手段によってともに接続するよ
うにしてもよい。組み立てられたとき、ハウジングセク
ション404,402はＴ字形状の供給チャンネル410を
形成する。

動作中において、噴射ヘッド400は噴射ヘッド400と同
様の方法で機能する。噴射ヘッド400は特に連続モー
ドにおいて使用するために適しているが、要求モード上
のドロップにおいて用いるようにしてもよい。連続モー
ドにおいては、液は供給チャンネル430を介して連続
的に循環し、これによって噴射管432から必要とする
量の液を送出させる。

図示された方法によってかつ意図された制限なしに、下
記の情報がさらに上述の実施例を図示するために与えら
れる。コンピュータ700は640KバイトのRAMメモリを有す
るIBMコーポレーションのパーソナルコンピュータであ
る。インターフェース装置600はバーブラウン製モデルP
C2001型インターフェース装置である。プロッタ800は、
ヒューストン・インスツルメントによってモデル番号DM
P−40として製造される。プロッタ800とインターフェー
ス装置600との間の通信は、標準の同期シリアル通信ポ
ートを介して行なわれる。

トランスデューサ434を動作させるための噴射ヘッド400
に印加される電気パルスは、約５マイクロ秒の立ち上が
り時間と、約５マイクロ秒の立ち下がり時間と、約35マ
イクロ秒のパルス幅を有する。トランスデューサ434が
要求モード上のドロップにおいて動作されるとき、パル
ス電圧は、60V＋もしくは−10Vであり、パルス周波数は
最大4KHzとなる。トランスデューサ434が連続モードで
動作されるとき、パルス電圧は30V＋もしくは−10Vであ
り、パルス周波数は最大10KHzとなる。

噴射管432はパイレックスガラス管にて製造され、外径
0.027インチ及び内径0.020インチを有する。該管は電気
炉において閉じられたテーパーとして引き出される。次
いで、テーパー化された端部が截断され、直径0.002な
いし0.004インチの所望の円筒の孔が形成されるように
すられる。調合器の実施例の場合、該管は0.945インチ
の最終の長さに切断され、アセトン中において超音波で
清掃される。該清掃及び乾燥の後、管の大きな端部が火
を用いて平らにされる。もし所望されるならば、上記管
の円筒の孔の端部は、管からの小滴の分離を高めるため
に、疎水性のポリマー材料のような被覆をほどこすよう
にしてもよい。

供給管430は、0.023インチの内径と0.38インチの外径を
有するポリエチレン管にてなり、イントラメディック・
コーポレーションによってモデル番号♯14 170 11Bとし
て製造された管である。組み立て中において、管の一端
は、暖かくテーパー化された主軸にわたって折り曲げら
れる。次いで、供給管430の折り曲げられた一端は、噴
射管432の火を用いて平らにされた大きな端部にわたっ
て、挿入される。このとき、組み立てられたものは清掃
され、10分間にわたって50℃で循環空気のオーブンで焼
かれる。

トランスデュサ434は、オハイオ州クレベランドのバー
ニトロンからモデル番号PZT−5Hとして販売された。電
極437,436はニッケルにてなり、トランスデューサの外
側表面上において互いに約0.030インチだけ離れてい
る。噴射管432は、円筒の圧電管434に挿入され、マサチ
ューセッツ州ベレリカのエポキシ・テクノロジーによっ
てモデル番号301として製造されたエポキシ樹脂でしっ
かりと固定される。該エポキシ樹脂は、注射器を用いて
管432とトランスデューサ434の間の接続点に注入され
る。エポキシ樹脂は毛細管現象によりトランスデューサ
434の内側で管432に沿って流れる。次いで、組み立てら
れたものは、エポキシ樹脂を硬化させるために、１時間
にわたって65℃で循環空気のオーブンで焼かれる。

接触ピン422は、エポキシ樹脂のドロップを用いてハウ
ジングセクション402,404の１個にしっかりと取り付け
られる。トランスデューサの噴射管434,432は、管432の
円筒の孔の端部433がハウジング402,404から約0.030イ
ンチだけ突出するようにハウジングに設けられる。シル
バーエポキシ（silver epoxy）のドロップが電気的接続
を確実にするために、各接触ピン422とトランスデュー
サ434との間に置かれる。エポキシ樹脂はまた、ハウジ
ング402,404と供給管430の間の接続点に注入される。次
いで、ハウジング402,404の他のセクションは該場所で
ネジづけされる。

ハウジング402,404の周辺は、サイクロヘキサンのよう
な毛細管の密封材を用いて密封される。次いで、エポキ
シ樹脂は接触ピン422の回りと、孔の端部433の回りに付
加される。次いで、組み立てられたものが、１時間にわ
たって65℃で循環空気オーブンで焼かれる。

フィルタ300は、20μｍの孔を有するポリエステルのメ
ッシュから形成され、ポリプロピレンにてなるハウジン
グ内に位置される。連続プリント動作中において貯蔵器
200に印加される空気圧は約10ないし30psiで調節され
る。

用いられた試薬は次の特性を有する。

プリント時（要求モード上のドロップ）； 液の粘着度の範囲:1−30センチポアズ 液の表面張力 :20−70ダイン/cm プリント時（連続モード）； 液の粘着度の範囲：最大50センチポアズ 液の表面張力 ：測定せず 調合時（要求モード上のドロップ）； 液の粘着度の範囲:2−30センチポアズ 液の表面張力 :20−70ダイン/cm 典型的な噴射ヘッドの性能及び選択された動作特性の測
定結果が、第９図ないし第11図に示されている。第９図
は、３つの液についての小滴の送出周波数に対する小滴
の質量のグラフである。液の粘着度は、１、５及び24セ
ンチポアズであり、トランスデューサの励起パルス幅は
35マイクロ秒であった。第９図に示すように、より大き
な液の粘着度は、噴射ヘッドのより安定な動作性能をも
たらすという結果を得る。第10図は、１、５、及び24セ
ンチポアズの液の粘着度についての小滴の送出周波数に
対する小滴の粘着度のグラフである。また、第11図にお
いて、輸送された小滴の数の対数値に対する全体の液の
重量の対数値が示されている。用いられる液は、２ンチ
ポアズの粘着度と、20ダイン/cmの表面張力と、0.8グラ
ム/ccの密度を有していた。トランスデューサの励起パ
ルスは80Vであって、励起周波数は約711Hzであった。

幾つかの血液型決定用試薬及び幾つかのアレルギー試薬
は、非常に小さい粘着度と、小さな表面張力を有する。
幾つかの場合においては、グリセリン、デキストラン、
ぶろう糖等の粘着度修正物を粘着度を大きくするいため
に付加してもよいが、幾つかの試薬はそのような修正物
によって逆に影響を受ける。

安定性を向上させかつ再現性の良い要求モードの噴射
は、非常に小さな粘着度を有する場合とともに、非常に
難しい。小滴の送出を幾つかの基本的な周波数で確立さ
せることができるが、調合される小滴はアプリケーショ
ンを計量し調合するための正確度を減少させる小さな取
り巻きの小滴を有するかもしれない。しかしながら、取
り巻きの小滴であっても、十分な試薬が、プリント量に
おける実質的な減少なしにほとんどのプリントぼアプリ
ケーションに対して適当に伝達される。

噴射の信頼性を向上させかつ試薬液の成分の蒸気によっ
て生じる孔の閉塞を防止するために、グリセリンを粘着
度の修正剤といて用いてもよい。グリセリンは微粒子材
料を含むこれらの試薬に対して本質的に有益であるとい
うことが知られている。該液の成分の蒸気によって、該
円筒の孔に位置するグリセリンの集中化をもたらす。グ
リセリンのグラフはさらに実質的に、試薬液の蒸発を防
止することができる。トランスデューサの次の活性化中
において、グリセリンのプラグは孔から送出される。

調合モードで動作するとき、小滴の体積を100plから１
μｌまで実質的に均一的に含むために変化させることが
できる。該小滴を、約1KHzと8Hzの間の周波数で生成す
ることができる。プリントモードにおいて動作すると
き、各小滴によって作られるペレットの大きさは、約0.
001−0.012インチの直径を有する。

プリント動作のためのコンピュータ700において用いら
れるプログラムの写しを下記に添付する。噴射制御装置
500の回路素子の製造業者及びパーツ番号は下記の第１
表の通りである。

もちろん、広い範囲の変形及び修正を上述した好ましい
実施例に施すことができる。例えば、トランスデューサ
として、圧電トランスデューサとは別の、磁気−歪み、
及び電気−機械等の端の型のトランスデューサを用いる
ことができる。従って、さらなる詳細な記述は限定より
はむしろ実例として考えられることが意図され、上述の
特許請求の範囲が、この発明の範囲を定義するすべての
等価な物を含むということが理解される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の好ましい実施例である試薬を計
量し調合するための複数の噴射ヘッドの使用を示すブロ
ック図、 第2a図は本発明の第１の好ましい実施例である噴射ヘッ
ドの斜視図、 第2b図は接触ピンを取り除いた場合の第2a図の2b−2b線
についての第2b図の好ましい実施例の切断斜視図、 第2c図は第2a図の2c−2c線についての第2a図の好ましい
実施例の縦断面図、 第2d図は第2c図の2d−2d線についての第2c図の好ましい
実施例の縦断面図、 第2e図は第2b図の2e−2e線についての第2b図の好ましい
実施例の噴射管及びトランスデューサの縦断面図、 第３図は第２の好ましい実施例である試薬プリントシス
テムの要求モード上のドロップにおける動作を示すブロ
ック図、 第４図は第３の好ましい実施例である試薬プリントシス
テムの連続モードにおける動作を示すブロック図、 第5a図はLEDストローブ回路を示す噴射ヘッド制御装置
の一部の回路図、 第5b図は高電圧電源回路を示す噴射ヘッド制御装置の一
部の回路図、 第5c図はプリント制御回路を示す噴射ヘッド制御装置の
一部の回路図、 第5d図はプリントパルス発生器の一部を示す噴射ヘッド
制御装置の一部の回路図、 第5e図はパルス発生器の付加部を示す噴射ヘッド制御装
置の一部の回路図、 第6a図は本発明の噴射ヘッドの第２の実施例の斜視図、 第6b図は第6a図の好ましい実施例の個々の部品の斜視
図、 第７図は本発明の噴射ヘッドの第３の好ましい実施例の
縦断面図、 第８図は本発明の噴射ヘッドの第４の好ましい実施例の
対称部分の縦断面図、 第９図は幾つかの液の粘着度についての送出周波数に対
する送出された小滴のドロップの質量を示すグラフ、 第10図は幾つかの液の粘着度についての周波数に対する
送出された小滴の粘着度を示すグラフ、 第11図は与えられた液についての送出された小滴の数に
対する送出された液の全体の重量を示すグラフである。 １……標的、２……小滴、10……プリントシステム、30
……調合システム、200……試薬液貯蔵器、202……貯蔵
器キャップ、300……フィルタ、400……試薬噴射ヘッ
ド、402,404……ハウジング、403……トランスデューサ
・チャンバ、406……円筒の孔、408……ネジ、410……
通気孔及び試薬供給チャンネル、412……歯状部材、414
……接触ピンホルダ、416……ハウジングネジ孔、418…
…調節ピン、420……チャンネル、421……接触ピン孔、
422……接触ピン、423……拡大されたヘッド、424……
調節ピン、430……試薬供給管、431……液受け孔、432
……噴射管、433……テーパー化された孔、434……圧電
トランスデューサ、435……円筒形状の圧電材料、436,4
37……内部ニッケル電極、500……噴射ヘッド制御装
置、510……プリント制御回路、530……パルス発生器、
540……高電圧電源、560……ストローブパルス発生器、
600……インターフェース装置、700……コンピュータ、
800……Ｘ−Ｙプロッタ、900……発光ダイオード、902
……輸送装置、904……液混合セル、906……検出装置、
950……スコープ、960……溜水槽、970……３方向バル
ブ、980……再循環ポンプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケネス・アール・ハウスマン アメリカ合衆国 53403 ウィスコンシン、 レーシン、エス・メイン・ストリート 1520番 (56)参考文献 特開 昭59−188539（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−47749（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−155092（ＪＰ，Ａ)

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所望の試薬液の正確な計量を行うための診
   断器具において用いるための調合システムであって、上
   記調合システムは、 ある体積を形成しかつ第１と第２の孔を有する噴射チャ
   ンバを備え、上記第１の孔が試薬液を受けるために用い
   られ、上記第２の孔が円筒の孔を形成し、上記調合シス
   テムは、 上記噴射チャンバと機械的に連通し、ある選択された電
   気パルスに応答して噴射チャンバの体積を交互に膨張し
   かつ収縮して、それぞれ上記試薬液において音響膨張波
   及び音響圧縮波を発生させ、それによって上記噴射チャ
   ンバによって上記円筒の孔を介して実質的に均一な大き
   さを有する試薬液の小滴を送出させるトランスデューサ
   と、 所望の量の試薬液を調合させるのに十分に多くの電気パ
   ルスを発生するための手段を備えたことを特徴とする調
   合システム。
2. 【請求項２】上記調合システムがさらに、 付加的な試薬液と流通する少なくとも１個の付加的な噴
   射チャンと、 上記付加的な噴射チャンバと機械的に連通する少なくと
   も１個の付加的なトランスデューサと、 上記付加的なトランスデューサに電気パルスを印加する
   ための少なくとも１個の付加的な手段と、 正確な量の上記試薬液を所望の体積比で調合させるため
   に十分な数の電気パルスを発生する手段と、 上記試薬液を受けかつ貯蔵するために用いられる容器と
   を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   調合システム。
3. 【請求項３】上記調合システムがさらに、 所望の量の上記試薬液が所定の調合指示に対して上記容
   器に調合されるように、（ａ）上記容器、並びに（ｂ）
   上記送出された試薬液と上記送出された付加的な試薬液
   とのいずれか少なくとも１つを指示するための手段を備
   えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の調合
   システム。
4. 【請求項４】上記試薬液の１つが血清を含み、上記他の
   試薬液が上記血清と接触しかつ混合するための方法で送
   出されるように上記複数の噴射チャンバが協力して動作
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の調合
   システム。
5. 【請求項５】上記噴射チャンバが円筒管を備え、上記ト
   ランスデューサが概略上記円筒管と同心円状に設けられ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の調合シ
   ステム。
6. 【請求項６】上記噴射チャンバが円錐形状であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の調合システム。
7. 【請求項７】上記噴射チャンバが上記トランスデューサ
   と一体的に形成された少なくとも１つのチャンバの壁を
   備えていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の調合システム。
8. 【請求項８】上記トランスデューサが、（ａ）圧電トラ
   ンスデューサ、（ｂ）磁気−歪みトランスデューサ、
   （ｃ）電気−歪みトランスデューサ、及び（ｄ）電気−
   機械トランスデューサのうちの１つであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の調合システム。
9. 【請求項９】上記噴射チャンバが円錐形状であり、上記
   トランスデューサがディスク形状であってかつ上記円錐
   形状の噴射チャンバの基底を形成することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の調合システム。
10. 【請求項１０】上記円筒の孔が端表面を備え、上記端表
    面が疎水性ポリマー材料で被覆されることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項記載の調合システム。
11. 【請求項１１】上記トランスデューサが円筒形状であり
    上記円筒の内部壁上に位置する第１の電極を備え上記円
    筒の一端の回りを包み、第２の電極が上記円筒の外側の
    壁上で実質的に位置し上記第１の電極から電気的に孤立
    していることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
    調合システム。
12. 【請求項１２】上記発生するための手段が、選択された
    立ち上がり及び立ち下がりの時間定数と、選択された期
    間の電圧及び極性を有する電気パルスを生成することを
    特徴とする特許請求の範囲第１項記載の調合システム。
13. 【請求項１３】上記電気パルスを発生するための手段
    が、選択可能なディジタル値に応答して上記パルスの電
    圧を変化させるための手段を備えたことを特徴とする特
    許請求の範囲第１項記載の調合システム。
14. 【請求項１４】上記調合システムがさらに、所望のパス
    に沿って上記送出された試薬液を導くための手段を備え
    たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の調合シ
    ステム。
15. 【請求項１５】正確な量の試薬液を調合する方法であっ
    て、上記方法が、 （ａ）所定の特性を有する電気パルスを発生する工程
    と、 （ｂ）上記電気パルスに応答して噴射チャンバの体積を
    交互に膨張しかつ収縮して、それぞれ上記試薬液におい
    て音響膨張波及び音響圧縮波を発生させ、それによって
    上記噴射チャンバによって上記噴射チャンバの孔を介し
    て実質的に均一な大きさを有する試薬液の小滴を送出さ
    せる工程と、 （ｃ）所望の量の試薬液が調合されるまで上記（ａ）及
    び（ｂ）の工程を繰り返す工程とを含むことを特徴とす
    る方法。