(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-05
(45)【発行日】2022-12-13
(54)【発明の名称】液滴吐出手段、液滴形成装置、撹拌装置、及び分注装置
(51)【国際特許分類】
C12M 1/00 20060101AFI20221206BHJP
C12M 1/34 20060101ALI20221206BHJP
【ＦＩ】
C12M1/00 A
C12M1/34 D
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2018047529
(22)【出願日】2018-03-15
(65)【公開番号】P2019154353
(43)【公開日】2019-09-19
【審査請求日】2021-01-18
(73)【特許権者】
【識別番号】000006747
【氏名又は名称】株式会社リコー
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100107515
【弁理士】
【氏名又は名称】廣田 浩一
(72)【発明者】
【氏名】赤井 武志
(72)【発明者】
【氏名】杉山 恵介
(72)【発明者】
【氏名】藤榮 博
(72)【発明者】
【氏名】山中 学
(72)【発明者】
【氏名】高木 大輔
【審査官】斉藤 貴子
(56)【参考文献】
【文献】特開２００８－２１３２８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－２０３１５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－３１４６６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／０４２７２２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１７－０８３４３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１４－５０４９７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－００７９０２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ１２Ｍ
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
吐出口と、前記吐出口が設けられたノズルプレートと、
前記ノズルプレートを振動させて、前記吐出口から液滴を吐出させる振動部材と、
前記吐出口を有する液保持部と、
前記液保持部内の液を吸引及び排出する第一及び第二の吸引排出部材と、
前記液保持部と前記第一の吸引排出部材とを繋ぐ第一の流路と、
前記液保持部と前記第二の吸引排出部材とを繋ぐ第二の流路と、
前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引量に対する、他方の吸引排出部材の排出量の補正量を決定する補正部と、
前記液保持部内の液量を検出する液量検出部材と、
を有し、
前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引量に対し、他方の吸引排出部材の排出量を前記補正量の分だけ多くすることを特徴とする液滴吐出手段。
【請求項2】
前記第一の吸引排出部材が吸引又は排出中は、前記第二の吸引排出部材はそれぞれ非吸引又は非排出である請求項１に記載の液滴吐出手段。
【請求項3】
前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれかの液吸引動作が、前記液滴吐出手段の吐出動作中に実施される請求項１から２のいずれかに記載の液滴吐出手段。
【請求項4】
前記第一の流路及び前記第二の流路に予め所定量の液を保持している請求項１から３のいずれかに記載の液滴吐出手段。
【請求項5】
前記補正部の補正量が、吐出される液量、吐出周波数、前記第一及び第二の吸引排出部材の吸引又は排出所要時間、並びに前記液量検出部材によって検出された前記液保持部内の液量の変化量のいずれかにより決定される請求項１から４のいずれかに記載の液滴吐出手段。
【請求項6】
前記液量検出部材が、吐出された液滴の滴数をカウントするセンサである請求項１から５のいずれかに記載の液滴吐出手段。
【請求項7】
前記液量検出部材が、前記液保持部内の液面の画像を撮影し画像処理により液面位置を検出するセンサである請求項１から５のいずれかに記載の液滴吐出手段。
【請求項8】
前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引動作に同期させて、他方の吸引排出部材が排出動作を行う請求項１から７のいずれかに記載の液滴吐出手段。
【請求項9】
吐出口と、
前記吐出口が設けられたノズルプレートと、
前記ノズルプレートを振動させて、前記吐出口から液滴を吐出させる振動部材と、
前記吐出口を有する液保持部と、
前記液保持部内の液を吸引及び排出する第一及び第二の吸引排出部材と、
前記液保持部と前記第一の吸引排出部材とを繋ぐ第一の流路と、
前記液保持部と前記第二の吸引排出部材とを繋ぐ第二の流路と、
前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引量に対する、他方の吸引排出部材の排出量の補正量を決定する補正部と、
を有し、
前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引量に対し、他方の吸引排出部材の排出量を前記補正量の分だけ多くする液滴吐出手段、並びに前記液滴に含まれる粒子を計数する粒子数計数手段を有することを特徴とする液滴形成装置。
【請求項10】
請求項９に記載の液滴形成装置を有することを特徴とする分注装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液滴吐出手段、液滴形成装置、撹拌装置、及び分注装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、溶媒中に細胞を分散させた液体をインクジェットヘッドにより液滴吐出することにより、所定数の細胞を分注する技術が既に知られている。
【0003】
しかし、今までのインクジェットヘッドによる細胞分注では従来のインクジェットで使用される顔料インクの粒子径がナノスケールであるのに対し、細胞の粒子径が数μｍ～数十μｍと大径であることに起因する細胞の沈降による、経時でのタンク内の細胞濃度の分布変化、あるいは、吐出によるタンク内の液量変化による経時でのノズルにかかる圧力変化に伴い、吐出安定性が低下するという問題がある。
【0004】
そこで、例えば、インクを吐出する複数のノズルを有し、該ノズルに連通する第１及び第２のインク導入部を有するインクヘッドと、第１及び第２のインク導入部とそれぞれ接続される第１及び第２の貯留部と、第１及び第２の貯留部内を加圧／減圧する加減圧手段と、第１の貯留部のインクを検出する検出手段と、第１の貯留部にインクを補給する補給手段と、を具備し、インクを往復動させて画像を記録するインクジェットプリンタで、加減圧手段の加圧／減圧動作の切り替えタイミングから所定時間経過後に設定されたインク量検出タイミングで第１の貯留部内のインク量を検出して、インク量検出タイミングにおいて検出されたインク量が予め決められた規定量よりも少ないか否かを判定して、検出されたインク量が規定量に対して少なければ第１の貯留部にインクを補給する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、液滴吐出手段における液保持部内の粒子を含む液体の粒子濃度を一定に維持することができると共に、連続供給することで液保持部内の懸濁液量も一定に維持でき、長時間吐出しても吐出液滴内の粒子数を一定に維持することができる液滴吐出手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前述の課題を解決するための手段としての本発明の液滴吐出手段は、吐出口と、前記吐出口を有する液保持部と、前記液保持部内の液を吸引及び排出する第一及び第二の吸引排出部材と、前記液保持部と前記第一の吸引排出部材とを繋ぐ第一の流路と、前記液保持部と前記第二の吸引排出部材とを繋ぐ第二の流路と、前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引量に対する、他方の吸引排出部材の排出量の補正量を決定する補正部と、を有し、前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引量に対し、他方の吸引排出部材の排出量を前記補正量の分だけ多くする。
【発明の効果】
【0007】
本発明によると、液滴吐出手段における液保持部内の粒子を含む液体の粒子濃度を一定に維持することができると共に、連続供給することで液保持部内の懸濁液量も一定に維持でき、長時間吐出しても吐出液滴内の粒子数を一定に維持することができる液滴吐出手段を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
（液滴吐出手段）
本発明の液滴吐出手段は、吐出口と、前記吐出口を有する液保持部と、前記液保持部内の液を吸引及び排出する第一及び第二の吸引排出部材と、前記液保持部と前記第一の吸引排出部材とを繋ぐ第一の流路と、前記液保持部と前記第二の吸引排出部材とを繋ぐ第二の流路と、前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引量に対する、他方の吸引排出部材の排出量の補正量を決定する補正部と、を有し、前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引量に対し、他方の吸引排出部材の排出量を前記補正量の分だけ多くし、更に必要に応じてその他の部材を有する。
本発明の液滴吐出手段は、吐出口と、前記吐出口を有する液保持部と、前記液保持部内の液を吸引及び排出する第一及び第二の吸引排出部材と、前記液保持部と前記第一の吸引排出部材とを繋ぐ第一の流路と、前記液保持部と前記第二の吸引排出部材とを繋ぐ第二の流路と、前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引量に対する、他方の吸引排出部材の排出量の補正量を決定する補正部と、を有し、前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引量に対し、他方の吸引排出部材の排出量を前記補正量の分だけ多くし、更に必要に応じてその他の部材を有する。
【0010】
本発明の液滴吐出手段は、従来技術では、液面高さが大きく変動する第１の貯留部内のインク量を検出しているため、加減圧手段の動作切替タイミングから所定時間後に設定されたインク量検出タイミングでしか液量が検出できず、吐出液量が大きい場合や吐出周波数が高い場合には吐出によるタンク内の液量変化による経時でのノズルにかかる圧力変化に伴い、吐出安定性が低下してしまうという知見に基づくものである。
【0011】
本発明においては、吐出口と、前記吐出口を有する液保持部と、前記液保持部内の液を吸引及び排出する第一及び第二の吸引排出部材と、前記液保持部と前記第一の吸引排出部材とを繋ぐ第一の流路と、前記液保持部と前記第二の吸引排出部材とを繋ぐ第二の流路と、前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引量に対する、他方の吸引排出部材の排出量の補正量を決定する補正部と、を有し、前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引量に対し、他方の吸引排出部材の排出量を前記補正量の分だけ多くする。その結果、吐出により減少する液保持部内の液量を予め算出しておく、又は吐出中の液保持部内の液量を連続的に検出し、リアルタイムフィードバック可能な構成であるため、上記あらかじめ算出、又は検出手段により検出した吐出による液保持部内の液減少量を第一及び第二の吸引排出部材のいずれかの吸引量に対して、排出量に加算補正することにより、液保持部内の粒子濃度と液量（液面の高さ）を常時一定に維持することで、吐出動作中における吐出液滴内の粒子数、吐出量、及び吐出速度を一定に維持することができる。
【0012】
＜液保持部＞
液保持部は、吐出口を有するノズルプレートと、振動部材とを有することが好ましく、更に必要に応じてその他の部材を有することがより好ましい。
液滴吐出手段がオープンヘッドの場合には、大気開放部を上部側に有していることが好ましい。なお、大気開放部の位置は上部に限定されない。液体中に混入した気泡は大気開放部から排出可能に構成されている。
液保持部は、吐出口を有するノズルプレートと、振動部材とを有することが好ましく、更に必要に応じてその他の部材を有することがより好ましい。
液滴吐出手段がオープンヘッドの場合には、大気開放部を上部側に有していることが好ましい。なお、大気開放部の位置は上部に限定されない。液体中に混入した気泡は大気開放部から排出可能に構成されている。
【0013】
液保持部の形状、大きさ、材質、及び構造については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
液保持部の材質としては、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム等や、二酸化ケイ素、アルミナ、ジルコニアなどが挙げられる。
これらの中でも、粒子として細胞やタンパク質を用いる際には、細胞やタンパク質に対する付着性の低い材料を用いることが好ましい。
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ス（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。
これら以外にも、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。
液保持部の材質としては、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム等や、二酸化ケイ素、アルミナ、ジルコニアなどが挙げられる。
これらの中でも、粒子として細胞やタンパク質を用いる際には、細胞やタンパク質に対する付着性の低い材料を用いることが好ましい。
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ス（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。
これら以外にも、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。
【0014】
－ノズルプレート－
ノズルプレートは、吐出口（ノズル）が形成され、液保持部に保持された液体をその振幅運動による振動により吐出口から液滴として吐出する部材である。
ノズルプレートは、液滴吐出手段がオープンヘッドの場合には、液保持部の下端部に固定されている。
ノズルプレートは、液滴吐出手段がクローズヘッドの場合には、液保持部の上端部に固定されている。
液保持部に保持された液体は、ノズルプレートの振動により貫通孔である吐出口から液滴として吐出される。
ノズルプレートは、吐出口（ノズル）が形成され、液保持部に保持された液体をその振幅運動による振動により吐出口から液滴として吐出する部材である。
ノズルプレートは、液滴吐出手段がオープンヘッドの場合には、液保持部の下端部に固定されている。
ノズルプレートは、液滴吐出手段がクローズヘッドの場合には、液保持部の上端部に固定されている。
液保持部に保持された液体は、ノズルプレートの振動により貫通孔である吐出口から液滴として吐出される。
【0015】
ノズルプレートの平面形状、大きさ、材質、及び構造については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
ノズルプレートの平面形状としては、例えば、円形、楕円形、長方形、正方形、菱形などが挙げられる。
ノズルプレートの材質としては、柔らかすぎるとノズルプレートが簡単に振動し、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、ある程度の硬さを有する材質を用いることが好ましく、例えば、金属、セラミックス、高分子材料などが挙げられ、具体的には、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、二酸化ケイ素、アルミナ、ジルコニアなどが挙げられる。これらの中でも、液保持部と同様に、粒子として細胞やタンパク質を用いる場合には、細胞やタンパク質に対する付着性の低い材料を用いることが好ましい。
ノズルプレートの平面形状としては、例えば、円形、楕円形、長方形、正方形、菱形などが挙げられる。
ノズルプレートの材質としては、柔らかすぎるとノズルプレートが簡単に振動し、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、ある程度の硬さを有する材質を用いることが好ましく、例えば、金属、セラミックス、高分子材料などが挙げられ、具体的には、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、二酸化ケイ素、アルミナ、ジルコニアなどが挙げられる。これらの中でも、液保持部と同様に、粒子として細胞やタンパク質を用いる場合には、細胞やタンパク質に対する付着性の低い材料を用いることが好ましい。
【0016】
－吐出口－
吐出口としては、その配列数、配列態様、間隔（ピッチ）、開口形状、開口の大きさなどについては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
吐出口の配列数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、液滴吐出手段の吐出面の長さ方向に沿って１列以上配設されていることが好ましく、１列以上４列以下がより好ましい。吐出口を１列以上設けることにより、単位時間当りの吐出する液滴数を増加させることができると共に、粒子の種類（例えば、細胞の種類など）応じて列を変えて一度に吐出することができる。
１列当たりの吐出口の数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択されるが、２個以上１００個以下が好ましく、２個以上５０個以下がより好ましく、２個以上１２個以下が更に好ましい。１列当たりの吐出口の数が２個以上１００個以下であると、単位時間当りの吐出する液滴数を増加させることができる高い生産性を有する液滴形成装置を提供することができる。
吐出口の配列態様としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、規則配列（例えば、千鳥格子配列など）であっても、不規則配列であってもよい。
吐出口が、複数列である場合には、隣接する吐出口から吐出される液滴同士の干渉を防止でき、粒子の検出感度を向上させるため、各列の間に仕切り部材を設けることが好ましい。仕切り部材としては、例えば、仕切り板などが挙げられる。
吐出口は、等間隔に並んで配列されていることが好ましく、隣接する吐出口の中心間の最短距離である間隔（ピッチ）Ｐとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、５０μｍ以上１,０００μｍ以下が好ましい。
吐出口の開口形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、円形、楕円形、四角形などが挙げられる。
吐出口の平均径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、粒子が吐出口に詰まることを避けるため、粒子の大きさの２倍以上とすることが好ましい。
粒子が、例えば、動物細胞、特にヒトの細胞である場合、ヒトの細胞の大きさは、一般的に、５μｍ以上５０μｍ以下であるため、吐出口の平均径は、使用する細胞に合わせて、１０μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。
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、吐出口の平均径は、２００μｍ以下であることが好ましい。したがって、吐出口の平均径は、１０μｍ以上２００μｍ以下がより好ましい。
吐出口としては、その配列数、配列態様、間隔（ピッチ）、開口形状、開口の大きさなどについては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
吐出口の配列数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、液滴吐出手段の吐出面の長さ方向に沿って１列以上配設されていることが好ましく、１列以上４列以下がより好ましい。吐出口を１列以上設けることにより、単位時間当りの吐出する液滴数を増加させることができると共に、粒子の種類（例えば、細胞の種類など）応じて列を変えて一度に吐出することができる。
１列当たりの吐出口の数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択されるが、２個以上１００個以下が好ましく、２個以上５０個以下がより好ましく、２個以上１２個以下が更に好ましい。１列当たりの吐出口の数が２個以上１００個以下であると、単位時間当りの吐出する液滴数を増加させることができる高い生産性を有する液滴形成装置を提供することができる。
吐出口の配列態様としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、規則配列（例えば、千鳥格子配列など）であっても、不規則配列であってもよい。
吐出口が、複数列である場合には、隣接する吐出口から吐出される液滴同士の干渉を防止でき、粒子の検出感度を向上させるため、各列の間に仕切り部材を設けることが好ましい。仕切り部材としては、例えば、仕切り板などが挙げられる。
吐出口は、等間隔に並んで配列されていることが好ましく、隣接する吐出口の中心間の最短距離である間隔（ピッチ）Ｐとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、５０μｍ以上１,０００μｍ以下が好ましい。
吐出口の開口形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、円形、楕円形、四角形などが挙げられる。
吐出口の平均径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、粒子が吐出口に詰まることを避けるため、粒子の大きさの２倍以上とすることが好ましい。
粒子が、例えば、動物細胞、特にヒトの細胞である場合、ヒトの細胞の大きさは、一般的に、５μｍ以上５０μｍ以下であるため、吐出口の平均径は、使用する細胞に合わせて、１０μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。
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、吐出口の平均径は、２００μｍ以下であることが好ましい。したがって、吐出口の平均径は、１０μｍ以上２００μｍ以下がより好ましい。
【0017】
－振動部材－
振動部材は、ノズルプレートを振動させて吐出口（ノズル）から液滴を吐出させる部材である。
振動部材は、液滴吐出手段がオープンヘッドである場合には、ノズルプレートの下面側に形成されている。
振動部材は、液滴吐出手段がクローズヘッドである場合には、ノズルプレートの上面側に形成されている。
振動部材の形状、大きさ、材質、及び構造については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
振動部材の形状としては、特に制限はなく、ノズルプレートの形状に合わせて適宜設計することができるが、例えば、ノズルプレートの平面形状が円形である場合には、クローズヘッドの場合には、円形の振動部材を設けることが好ましい。また、オープンヘッドの場合には、吐出口の周囲に平面形状が円環状（リング状）の振動部材を形成することが好ましい。
振動部材は、ノズルプレートを振動させて吐出口（ノズル）から液滴を吐出させる部材である。
振動部材は、液滴吐出手段がオープンヘッドである場合には、ノズルプレートの下面側に形成されている。
振動部材は、液滴吐出手段がクローズヘッドである場合には、ノズルプレートの上面側に形成されている。
振動部材の形状、大きさ、材質、及び構造については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
振動部材の形状としては、特に制限はなく、ノズルプレートの形状に合わせて適宜設計することができるが、例えば、ノズルプレートの平面形状が円形である場合には、クローズヘッドの場合には、円形の振動部材を設けることが好ましい。また、オープンヘッドの場合には、吐出口の周囲に平面形状が円環状（リング状）の振動部材を形成することが好ましい。
【0018】
振動部材としては、圧電素子が好適に用いられる。
圧電素子としては、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とすることができる。この場合、駆動手段から圧電素子の上下電極間に電圧を印加することによって膜の面横方向に圧縮応力が加わり、ノズルプレートを膜の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、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、ビスマス鉄酸化物、ニオブ酸金属物、チタン酸バリウム、又はこれらの材料に金属や異なる酸化物を加えたものなどが挙げられる。これらの中でも、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）が好ましい。
圧電素子としては、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とすることができる。この場合、駆動手段から圧電素子の上下電極間に電圧を印加することによって膜の面横方向に圧縮応力が加わり、ノズルプレートを膜の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、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、ビスマス鉄酸化物、ニオブ酸金属物、チタン酸バリウム、又はこれらの材料に金属や異なる酸化物を加えたものなどが挙げられる。これらの中でも、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）が好ましい。
【0019】
液保持部は、粒子を含む液体を保持し、ノズルプレートの吐出口から液滴として吐出される。
【0020】
＜液滴＞
液滴は、粒子を含むことが好ましい。
液滴中に含まれる粒子の個数は、１個以上が好ましく、１個以上５個以下がより好ましい。
液滴の直径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、２５μｍ以上１５０μｍ以下が好ましい。液滴の直径が２５μｍ以上であると、内包する粒子の直径が適正となり、適用できる粒子の種類が多くなる。また、液滴の直径が１５０μｍ以下であると、液滴の吐出が安定となる。
また、液滴の直径をＲとし、粒子の直径をｒとすると、Ｒ＞３ｒであることが好ましい。Ｒ＞３ｒであると、粒子の直径と液滴の直径との関係が適正であり、液滴の縁の影響を受けることがないため、粒子の計数精度が向上する。
液滴の液量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１,０００ｐＬ以下が好ましく、１００ｐＬ以下がより好ましい。
液滴の液量は、例えば、液滴の画像から液滴の大きさを求め、液量を算出する方法などにより測定することができる。
液滴は、粒子を含むことが好ましい。
液滴中に含まれる粒子の個数は、１個以上が好ましく、１個以上５個以下がより好ましい。
液滴の直径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、２５μｍ以上１５０μｍ以下が好ましい。液滴の直径が２５μｍ以上であると、内包する粒子の直径が適正となり、適用できる粒子の種類が多くなる。また、液滴の直径が１５０μｍ以下であると、液滴の吐出が安定となる。
また、液滴の直径をＲとし、粒子の直径をｒとすると、Ｒ＞３ｒであることが好ましい。Ｒ＞３ｒであると、粒子の直径と液滴の直径との関係が適正であり、液滴の縁の影響を受けることがないため、粒子の計数精度が向上する。
液滴の液量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１,０００ｐＬ以下が好ましく、１００ｐＬ以下がより好ましい。
液滴の液量は、例えば、液滴の画像から液滴の大きさを求め、液量を算出する方法などにより測定することができる。
【0021】
液滴に含まれる粒子としては、例えば、金属微粒子、無機微粒子、細胞などが挙げられる。これらの中でも、細胞が好ましい。
【0022】
細胞としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、真核細胞、原核細胞、多細胞生物細胞、単細胞生物細胞を問わず、すべての細胞について使用することができる。これらは、１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【0023】
真核細胞としては、特に制限はなく、目的応じて適宜選択することができ、例えば、動物細胞、昆虫細胞、植物細胞、真菌、藻類、原生動物などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、動物細胞、真菌が好ましく、ヒト由来の細胞がより好ましい。
【0024】
接着性細胞としては、組織や器官から直接採取した初代細胞でもよく、組織や器官から直接採取した初代細胞を何代か継代させたものでもよく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、分化した細胞、未分化の細胞などが挙げられる。
【0025】
分化した細胞としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、肝臓の実質細胞である肝細胞；星細胞；クッパー細胞；血管内皮細胞；類道内皮細胞、角膜内皮細胞等の内皮細胞；繊維芽細胞；骨芽細胞；砕骨細胞；歯根膜由来細胞；表皮角化細胞等の表皮細胞；気管上皮細胞；消化管上皮細胞；子宮頸部上皮細胞；角膜上皮細胞等の上皮細胞；乳腺細胞；ペリサイト；平滑筋細胞、心筋細胞等の筋細胞；腎細胞；膵ランゲルハンス島細胞；末梢神経細胞、視神経細胞等の神経細胞；軟骨細胞；骨細胞などが挙げられる。
【0026】
未分化の細胞としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、未分化細胞である胚性幹細胞、多分化能を有する間葉系幹細胞等の多能性幹細胞；単分化能を有する血管内皮前駆細胞等の単能性幹細胞；ｉＰＳ細胞などが挙げられる。
【0027】
真菌としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、カビ、酵母菌などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、細胞周期を調節することができ、１倍体を使用することができる点から、酵母菌が好ましい。
細胞周期とは、細胞が増えるとき、細胞分裂が生じ、細胞分裂で生じた細胞（娘細胞）が再び細胞分裂を行う細胞（母細胞）となって新しい娘細胞を生み出す過程を意味する。
細胞周期とは、細胞が増えるとき、細胞分裂が生じ、細胞分裂で生じた細胞（娘細胞）が再び細胞分裂を行う細胞（母細胞）となって新しい娘細胞を生み出す過程を意味する。
【0028】
酵母菌としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、細胞周期をＧ１期に制御するフェロモン（性ホルモン）の感受性が増加したＢａｒ－１欠損酵母が好ましい。酵母菌がＢａｒ－１欠損酵母であると、細胞周期が制御できていない酵母菌の存在比率を低くすることができるため、容器内に収容された細胞の特定の核酸の数の増加等を防ぐことができる。
【0029】
原核細胞としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、真正細菌、古細菌などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
【0030】
細胞としては、死細胞が好ましい。死細胞であると、分取後に細胞分裂が起こることを防ぐことができる。
【0031】
細胞としては、光を受光したときに発光可能な細胞であることが好ましい。光を受光したときに発光可能な細胞であると、細胞の数を高精度に制御して被着対象物に着弾させることができる。
受光とは、光を受けることを意味する。
光学センサとは、人間の目で見ることができる可視光線と、それより波長の長い近赤外線や短波長赤外線、熱赤外線領域までの光のいずれかの光をレンズで集め、対象物である細胞の形状などを画像データとして取得する受動型センサを意味する。
受光とは、光を受けることを意味する。
光学センサとは、人間の目で見ることができる可視光線と、それより波長の長い近赤外線や短波長赤外線、熱赤外線領域までの光のいずれかの光をレンズで集め、対象物である細胞の形状などを画像データとして取得する受動型センサを意味する。
【0032】
－－光を受光したときに発光可能な細胞－－
光を受光したときに発光可能な細胞としては、光を受光したときに発光可能であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、蛍光色素によって染色された細胞、蛍光タンパク質を発現した細胞、蛍光標識抗体により標識された細胞などが挙げられる。
細胞における蛍光色素による染色部位、蛍光タンパク質の発現部位、又は蛍光標識抗体による標識部位としては、特に制限はなく、細胞全体、細胞核、細胞膜などが挙げられる。
光を受光したときに発光可能な細胞としては、光を受光したときに発光可能であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、蛍光色素によって染色された細胞、蛍光タンパク質を発現した細胞、蛍光標識抗体により標識された細胞などが挙げられる。
細胞における蛍光色素による染色部位、蛍光タンパク質の発現部位、又は蛍光標識抗体による標識部位としては、特に制限はなく、細胞全体、細胞核、細胞膜などが挙げられる。
【0033】
－－－蛍光色素－－－
蛍光色素としては、例えば、フルオレセイン類、アゾ類、ローダミン類、クマリン類、ピレン類、シアニン類などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、フルオレセイン類、アゾ類、ローダミン類が好ましく、エオシン、エバンスブルー、トリパンブルー、ローダミン６Ｇ、ローダミンＢ、ローダミン１２３がより好ましい。
蛍光色素としては、例えば、フルオレセイン類、アゾ類、ローダミン類、クマリン類、ピレン類、シアニン類などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、フルオレセイン類、アゾ類、ローダミン類が好ましく、エオシン、エバンスブルー、トリパンブルー、ローダミン６Ｇ、ローダミンＢ、ローダミン１２３がより好ましい。
【0034】
蛍光色素としては、市販品を用いることができ、市販品としては、例えば、商品名：ＥｏｓｉｎＹ（和光純薬工業株式会社製）、商品名：エバンスブルー（和光純薬工業株式会社製）、商品名：トリパンブルー（和光純薬工業株式会社製）、商品名：ローダミン６Ｇ（和光純薬工業株式会社製）、商品名：ローダミンＢ（和光純薬工業株式会社製）、商品名：ローダミン１２３（和光純薬工業株式会社製）などが挙げられる。
【0035】
－－－蛍光タンパク質－－－
蛍光タンパク質としては、例えば、Ｓｉｒｉｕｓ、ＥＢＦＰ、ＥＣＦＰ、ｍＴｕｒｑｕｏｉｓｅ、ＴａｇＣＦＰ、ＡｍＣｙａｎ、ｍＴＦＰ１、ＭｉｄｏｒｉｉｓｈｉＣｙａｎ、ＣＦＰ、ＴｕｒｂｏＧＦＰ、ＡｃＧＦＰ、ＴａｇＧＦＰ、Ａｚａｍｉ－Ｇｒｅｅｎ、ＺｓＧｒｅｅｎ、ＥｍＧＦＰ、ＥＧＦＰ、ＧＦＰ２、ＨｙＰｅｒ、ＴａｇＹＦＰ、ＥＹＦＰ、Ｖｅｎｕｓ、ＹＦＰ、ＰｈｉＹＦＰ、ＰｈｉＹＦＰ－ｍ、ＴｕｒｂｏＹＦＰ、ＺｓＹｅｌｌｏｗ、ｍＢａｎａｎａ、ＫｕｓａｂｉｒａＯｒａｎｇｅ、ｍＯｒａｎｇｅ、ＴｕｒｂｏＲＦＰ、ＤｓＲｅｄ－Ｅｘｐｒｅｓｓ、ＤｓＲｅｄ２、ＴａｇＲＦＰ、ＤｓＲｅｄ－Ｍｏｎｏｍｅｒ、ＡｓＲｅｄ２、ｍＳｔｒａｗｂｅｒｒｙ、ＴｕｒｂｏＦＰ６０２、ｍＲＦＰ１、ＪＲｅｄ、ＫｉｌｌｅｒＲｅｄ、ｍＣｈｅｒｒｙ、ｍＰｌｕｍ、ＰＳ－ＣＦＰ、Ｄｅｎｄｒａ２、Ｋａｅｄｅ、ＥｏｓＦＰ、ＫｉｋｕｍｅＧＲなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
蛍光タンパク質としては、例えば、Ｓｉｒｉｕｓ、ＥＢＦＰ、ＥＣＦＰ、ｍＴｕｒｑｕｏｉｓｅ、ＴａｇＣＦＰ、ＡｍＣｙａｎ、ｍＴＦＰ１、ＭｉｄｏｒｉｉｓｈｉＣｙａｎ、ＣＦＰ、ＴｕｒｂｏＧＦＰ、ＡｃＧＦＰ、ＴａｇＧＦＰ、Ａｚａｍｉ－Ｇｒｅｅｎ、ＺｓＧｒｅｅｎ、ＥｍＧＦＰ、ＥＧＦＰ、ＧＦＰ２、ＨｙＰｅｒ、ＴａｇＹＦＰ、ＥＹＦＰ、Ｖｅｎｕｓ、ＹＦＰ、ＰｈｉＹＦＰ、ＰｈｉＹＦＰ－ｍ、ＴｕｒｂｏＹＦＰ、ＺｓＹｅｌｌｏｗ、ｍＢａｎａｎａ、ＫｕｓａｂｉｒａＯｒａｎｇｅ、ｍＯｒａｎｇｅ、ＴｕｒｂｏＲＦＰ、ＤｓＲｅｄ－Ｅｘｐｒｅｓｓ、ＤｓＲｅｄ２、ＴａｇＲＦＰ、ＤｓＲｅｄ－Ｍｏｎｏｍｅｒ、ＡｓＲｅｄ２、ｍＳｔｒａｗｂｅｒｒｙ、ＴｕｒｂｏＦＰ６０２、ｍＲＦＰ１、ＪＲｅｄ、ＫｉｌｌｅｒＲｅｄ、ｍＣｈｅｒｒｙ、ｍＰｌｕｍ、ＰＳ－ＣＦＰ、Ｄｅｎｄｒａ２、Ｋａｅｄｅ、ＥｏｓＦＰ、ＫｉｋｕｍｅＧＲなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【0036】
－－－蛍光標識抗体－－－
蛍光標識抗体としては、蛍光標識されていれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ＣＤ４－ＦＩＴＣ、ＣＤ８－ＰＥなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
蛍光標識抗体としては、蛍光標識されていれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ＣＤ４－ＦＩＴＣ、ＣＤ８－ＰＥなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【0037】
細胞は、特定の核酸を有することが好ましい。特定の核酸を有する細胞の細胞数は、複数であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【0038】
－－－特定の核酸－－－
特定の核酸としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、感染症検査に用いられる塩基配列、自然界には存在しない核酸、動物細胞由来の塩基配列、植物細胞由来の塩基配列などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。また、特定の核酸としては、プラスミドも好適に使用することができる。
核酸とは、プリン又はピリミジンから導かれる含窒素塩基、糖、及びリン酸が規則的に結合した高分子の有機化合物を意味する。
特定の核酸としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、感染症検査に用いられる塩基配列、自然界には存在しない核酸、動物細胞由来の塩基配列、植物細胞由来の塩基配列などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。また、特定の核酸としては、プラスミドも好適に使用することができる。
核酸とは、プリン又はピリミジンから導かれる含窒素塩基、糖、及びリン酸が規則的に結合した高分子の有機化合物を意味する。
【0039】
特定の核酸としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡなどが挙げられる。これらの中でも、ノロウイルスなどの感染症固定領域に由来するＲＮＡに対応するＤＮＡ、自然界に存在しないＤＮＡなどが好適に用いることができる。
【0040】
特定の核酸を有する複数の細胞は、使用する細胞由来の特定の核酸であってもよく、遺伝子導入により導入された特定の核酸であってもよい。特定の核酸として、遺伝子導入により導入された特定の核酸、及びプラスミドを使用する場合は、１細胞に１コピーの特定の核酸が導入されていることを確認することが好ましい。１コピーの特定の核酸が導入されていることの確認方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シーケンサー、ＰＣＲ法、サザンブロット法などを用いて確認することができる。
【0041】
遺伝子導入の方法としては、特定の核酸配列が狙いの場所に狙いの分子数導入できれば特に制限がなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、相同組換え、ＣＲＩＳＰＲ／Ｃａｓ９、ＴＡＬＥＮ、Ｚｉｎｃ ｆｉｎｇｅｒ ｎｕｃｌｅａｓｅ、Ｆｌｉｐ－ｉｎ、Ｊｕｍｐ－ｉｎなどが挙げられる。特に、酵母菌の場合は、効率の高さ、及び制御のしやすさの点から、相同組換えが好ましい。
【0042】
金属微粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、銀粒子、銅粒子などが挙げられる。これらは吐出した液滴によって配線を描画する用途に用いることができる。
【0043】
無機微粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、酸化チタン、酸化ケイ素等が白色インクとしての用途やスペーサ材料の塗布用途等で用いられる。
【0044】
粒子が凝集する場合には、粒子を含む液体の粒子の濃度を調整することにより、液体中の粒子の濃度と、液体中の粒子の個数とがポアソン分布に従う理論から、液体中の粒子の個数を適宜調整することができる。
液体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、イオン交換水、蒸留水、純水、生理食塩水、アルコール、鉱物油、植物油等の様々な有機溶媒を用いることができる。
溶媒として水を使用する際には、水分の蒸発を抑えるための湿潤剤や、表面張力を下げるための界面活性剤が含まれていることが好ましい。これらの処方には、インクジェットインクに用いられるごく一般的な材料を用いることができる。
液体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、イオン交換水、蒸留水、純水、生理食塩水、アルコール、鉱物油、植物油等の様々な有機溶媒を用いることができる。
溶媒として水を使用する際には、水分の蒸発を抑えるための湿潤剤や、表面張力を下げるための界面活性剤が含まれていることが好ましい。これらの処方には、インクジェットインクに用いられるごく一般的な材料を用いることができる。
【0045】
＜第一及び第二の流路＞
第一の流路は、液保持部と第一の吸引排出部材とを繋ぐ流路である。
第二の流路は、液保持部と第二の吸引排出部材とを繋ぐ流路である。
第一の流路及び第二の流路の形状、材質、大きさ、構造などについては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
第一の流路及び第二の流路の形状としては、例えば、チューブ状、管状などが挙げられる。
第一の流路及び第二の流路の材質としては、例えば、樹脂、ゴム、エラストマー、金属などが挙げられる。これらの中でも、樹脂が好ましい。樹脂としては、例えば、シリコーンゴム、ナイロン、ウレタンなどが挙げられる。
第一の流路は、液保持部と第一の吸引排出部材とを繋ぐ流路である。
第二の流路は、液保持部と第二の吸引排出部材とを繋ぐ流路である。
第一の流路及び第二の流路の形状、材質、大きさ、構造などについては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
第一の流路及び第二の流路の形状としては、例えば、チューブ状、管状などが挙げられる。
第一の流路及び第二の流路の材質としては、例えば、樹脂、ゴム、エラストマー、金属などが挙げられる。これらの中でも、樹脂が好ましい。樹脂としては、例えば、シリコーンゴム、ナイロン、ウレタンなどが挙げられる。
【0046】
第一の流路及び第二の流路は、交換可能であることが、吐出対象の種類を変更する際に流路のみの交換で対応が可能である点から好ましい。
第一の流路の容積及び第二の流路の容積は、変更可能であることが、吐出対象の種類や液保持部の容積変化により変化する、吐出対象を撹拌するために必要な吸引排出量に、流路の容積を合わせることができる点から好ましく、第一及び第二の流路の内径、長さ、形状などを調整することにより変更することができる。
第一の流路の容積及び第二の流路の容積は、例えば、第一の流路及び第二の流路の内径Ａと長さＢとから、次式、容積＝（Ａ／２）２π×Ｂ、により算出することができる。
第一の流路の容積と第二の流路の容積は、同じであることが、液面高さを一定に保持するために液吸引量と排出量を同一にした際に、不要な流路を生じない点から好ましい。
第一の流路の容積及び第二の流路の容積は、変更可能であることが、吐出対象の種類や液保持部の容積変化により変化する、吐出対象を撹拌するために必要な吸引排出量に、流路の容積を合わせることができる点から好ましく、第一及び第二の流路の内径、長さ、形状などを調整することにより変更することができる。
第一の流路の容積及び第二の流路の容積は、例えば、第一の流路及び第二の流路の内径Ａと長さＢとから、次式、容積＝（Ａ／２）２π×Ｂ、により算出することができる。
第一の流路の容積と第二の流路の容積は、同じであることが、液面高さを一定に保持するために液吸引量と排出量を同一にした際に、不要な流路を生じない点から好ましい。
【0047】
第一の流路及び第二の流路は、液保持部に連通し吐出口（又はノズルプレート）に対して傾斜配置されることが好ましい。即ち、吐出口を通る中心軸に対して傾いて配置されていることが好ましい。
第一の流路及び第二の流路の傾斜角度は、吐出口（又はノズルプレート）に対して、４５°以上８０°以下であることが好ましい。第一の流路及び第二の流路の傾斜角度が、４５°以上８０°以下であることにより、液保持部内に上昇流を発生させ、液保持部の底部に堆積した粒子を分散させることができる。
第一の流路及び第二の流路は、吐出口を通る中心軸に対して対称に配置されていることが、液保持部内の粒子の分布を均一にする点から好ましい。
第一の流路及び第二の流路の中心軸線がそれぞれ同一平面とならないことが、液保持部の内壁付近の粒子も分散させることが可能となる点から好ましい。
第一の流路及び第二の流路は、予め所定量の液を保持していることが、液保持部に供給する液を予め流路内に保持しておくことができる点から好ましい。
所定量の液における「所定量」とは、吐出口から吐出される液量以上の量を意味する。
第一の流路及び第二の流路の傾斜角度は、吐出口（又はノズルプレート）に対して、４５°以上８０°以下であることが好ましい。第一の流路及び第二の流路の傾斜角度が、４５°以上８０°以下であることにより、液保持部内に上昇流を発生させ、液保持部の底部に堆積した粒子を分散させることができる。
第一の流路及び第二の流路は、吐出口を通る中心軸に対して対称に配置されていることが、液保持部内の粒子の分布を均一にする点から好ましい。
第一の流路及び第二の流路の中心軸線がそれぞれ同一平面とならないことが、液保持部の内壁付近の粒子も分散させることが可能となる点から好ましい。
第一の流路及び第二の流路は、予め所定量の液を保持していることが、液保持部に供給する液を予め流路内に保持しておくことができる点から好ましい。
所定量の液における「所定量」とは、吐出口から吐出される液量以上の量を意味する。
【0048】
＜第一及び第二の吸引排出部材＞
第一及び第二の吸引排出部材は、液保持部内の液を吸引及び排出する部材である
第一及び第二の吸引排出部材の形状、材質、大きさ、構造などについては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
第一及び第二の吸引排出部材としては、例えば、シリンジタイプ、プランジャータイプの電動ポンプ等の定量の液量を吸引、保持、排出可能なポンプなどが挙げられる。
第一及び第二の吸引排出部材は、液保持部内の液を吸引及び排出する部材である
第一及び第二の吸引排出部材の形状、材質、大きさ、構造などについては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
第一及び第二の吸引排出部材としては、例えば、シリンジタイプ、プランジャータイプの電動ポンプ等の定量の液量を吸引、保持、排出可能なポンプなどが挙げられる。
【0049】
第一の吸引排出部材及び第二の吸引排出部材は、複数の送液量に切替え可能であることが、吐出対象の種類や液保持部の容積を変化させた際、吐出対象を十分撹拌するために必要な吸引排出量に切り替えることができる点から好ましい。
第一の吸引排出部材の送液量と第二の吸引排出部材の送液量とは同じであることが、撹拌時に液保持部内の液量を変化させず、液面高さを一定に保持することができる点から好ましい。
ここで、送液量としては、例えば、吸引液量、排出液量などが挙げられ、最も多い吸引液量を最大吸引液量、最も多い排出液量を最大排出液量という。
本発明においては、第一及び第二の吸引排出部材における各最大吸引液量が、それぞれ第一の流路及び第二の流路の容積未満である。これにより、液保持部内で撹拌している液が第一及び第二の吸引排出部材内まで進入しないように調整できるので、吐出対象の種類を変更するごとに、第一及び第二の吸引排出部材内の洗浄又は、第一及び第二の吸引排出部材の交換が必要なくなる。
第一の吸引排出部材の送液量と第二の吸引排出部材の送液量とは同じであることが、撹拌時に液保持部内の液量を変化させず、液面高さを一定に保持することができる点から好ましい。
ここで、送液量としては、例えば、吸引液量、排出液量などが挙げられ、最も多い吸引液量を最大吸引液量、最も多い排出液量を最大排出液量という。
本発明においては、第一及び第二の吸引排出部材における各最大吸引液量が、それぞれ第一の流路及び第二の流路の容積未満である。これにより、液保持部内で撹拌している液が第一及び第二の吸引排出部材内まで進入しないように調整できるので、吐出対象の種類を変更するごとに、第一及び第二の吸引排出部材内の洗浄又は、第一及び第二の吸引排出部材の交換が必要なくなる。
【0050】
第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引動作に同期させて、他方の吸引排出部材が排出動作を行うことが好ましい。これにより、液滴形成装置は、液保持部内の溶液に含まれる粒子の均一分散状態を維持しながら吐出動作を実施しても、吐出口（又はノズルプレート）からの液面高さが変化せず、吐出口（又はノズルプレート）にかかる静圧力が一定であるため、液滴の落下速度が変化することは無く、一定の落下速度かつ一定の含有される粒子濃度の液滴を吐出することが可能となる。
第一の吸引排出部材及び第二の吸引排出部材は、複数の送液速度に切替え可能であることが好ましい。
ここで、送液速度としては、例えば、吸引速度、排出速度などが挙げられる。
第一の吸引排出部材及び第二の吸引排出部材は、複数の送液速度に切替え可能であることが好ましい。
ここで、送液速度としては、例えば、吸引速度、排出速度などが挙げられる。
【0051】
第一及び第二の吸引排出部材のいずれかの液吸引動作が液滴吐出手段の吐出動作中に実施されることが、吐出を停止させることによる生産性を低下ならびに吐出口の乾燥を防止できる点から好ましい。
【0052】
＜補正部＞
補正部は、第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引量に対する、他方の吸引排出部材の排出量の補正量を決定する。
補正部としては、各種ソフトウェアやプログラムなどを内蔵したコンピュータにより実行される。コンピュータとしては、記憶、演算、制御などの装置を備えた機器であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、マイコンを備えたコントローラ、ＰＬＣ、パーソナルコンピュータなどが挙げられる。
補正部により決定された補正量の分だけ、第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の液吸引動作の吸引量に対し、他方の吸引排出部材の液排出量を大きくする。これにより、長時間吐出しても液保持部内の液量を一定に維持することで吐出される液滴の吐出速度を一定に維持することができる。
補正部は、第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引量に対する、他方の吸引排出部材の排出量の補正量を決定する。
補正部としては、各種ソフトウェアやプログラムなどを内蔵したコンピュータにより実行される。コンピュータとしては、記憶、演算、制御などの装置を備えた機器であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、マイコンを備えたコントローラ、ＰＬＣ、パーソナルコンピュータなどが挙げられる。
補正部により決定された補正量の分だけ、第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の液吸引動作の吸引量に対し、他方の吸引排出部材の液排出量を大きくする。これにより、長時間吐出しても液保持部内の液量を一定に維持することで吐出される液滴の吐出速度を一定に維持することができる。
【0053】
補正部の補正量は、吐出される液量、吐出周波数、並びに第一及び第二の吸引排出部材のいずれかの吸引又は排出所要時間のいずれかにより決定されることが、別途補正用の部材を追加することなくコストアップを防止できる点から好ましい。
【0054】
＜液量検出部材＞
本発明においては、液保持部内の液量を検出する液量検出部材を有することが、吐出だけでなく揮発による液量の変化を検出可能である点から好ましい。
補正部の補正量は、液量検出部材によって検出された液保持部内の液量の変化量により決定されることが、吐出だけでなく揮発による液量の変化分も補正可能である点から好ましい。
液量検出部材としては、例えば、吐出された液滴の滴数をカウントするセンサ、液面の画像を撮影し画像処理により液面位置を検出するセンサなどが挙げられる。
液滴の滴数をカウントするセンサとしては、例えば、マイコンを備えたコントローラ内の吐出信号出力カウンターなどが挙げられる。
液面の画像を撮影し画像処理により液面位置を検出するセンサとしては、例えば、カメラ、静電容量式の液量検知センサ、液体が不透明な場合には上方からのレーザー変位計などが挙げられる。
本発明においては、液保持部内の液量を検出する液量検出部材を有することが、吐出だけでなく揮発による液量の変化を検出可能である点から好ましい。
補正部の補正量は、液量検出部材によって検出された液保持部内の液量の変化量により決定されることが、吐出だけでなく揮発による液量の変化分も補正可能である点から好ましい。
液量検出部材としては、例えば、吐出された液滴の滴数をカウントするセンサ、液面の画像を撮影し画像処理により液面位置を検出するセンサなどが挙げられる。
液滴の滴数をカウントするセンサとしては、例えば、マイコンを備えたコントローラ内の吐出信号出力カウンターなどが挙げられる。
液面の画像を撮影し画像処理により液面位置を検出するセンサとしては、例えば、カメラ、静電容量式の液量検知センサ、液体が不透明な場合には上方からのレーザー変位計などが挙げられる。
【0055】
＜その他の部材＞
その他の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、制御部材を有することが好ましい。
その他の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、制御部材を有することが好ましい。
【0056】
（液滴形成装置）
本発明の液滴形成装置は、本発明の液滴吐出手段を有し、駆動手段及び粒子数計数手段を有することが好ましく、更に必要に応じてその他の手段を有する。
本発明の液滴形成装置は、本発明の液滴吐出手段を有し、駆動手段及び粒子数計数手段を有することが好ましく、更に必要に応じてその他の手段を有する。
【0057】
＜駆動手段＞
駆動手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、液滴吐出手段が圧電加圧方式によるインクジェットヘッドである場合、液滴吐出手段に駆動電圧を入力する手段などが挙げられる。この場合、駆動手段が圧電素子を変形させることにより微小な液滴を吐出させることができる。
駆動手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、液滴吐出手段が圧電加圧方式によるインクジェットヘッドである場合、液滴吐出手段に駆動電圧を入力する手段などが挙げられる。この場合、駆動手段が圧電素子を変形させることにより微小な液滴を吐出させることができる。
【0058】
＜粒子数計数手段＞
粒子数計数手段は、液滴に含まれる粒子を計数する手段であり、液滴の吐出後、かつ液滴の被着対象物への着弾前に、液滴に含まれる粒子数をセンサによって計数する手段であることが好ましい。
センサとは、自然現象や人工物の機械的・電磁気的、熱的、音響的、又は化学的性質、或いはそれらにより示される空間情報・時間情報を、何らかの科学的原理を応用して、人間や機械が扱い易い別媒体の信号に置き換える装置を意味する。
粒子数計数手段は、液滴に含まれる粒子を計数する手段であり、液滴の吐出後、かつ液滴の被着対象物への着弾前に、液滴に含まれる粒子数をセンサによって計数する手段であることが好ましい。
センサとは、自然現象や人工物の機械的・電磁気的、熱的、音響的、又は化学的性質、或いはそれらにより示される空間情報・時間情報を、何らかの科学的原理を応用して、人間や機械が扱い易い別媒体の信号に置き換える装置を意味する。
【0059】
粒子数計数手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、吐出前に粒子を観測する処理、着弾後の粒子をカウントする処理を含んでもよい。
【0060】
液滴の吐出後、かつ液滴の被着対象物への着弾前に、液滴に含まれる粒子数の計数としては、液滴が被着対象物としてのプレートのウェルに確実に入ることが予測されるウェル開口部の直上の位置にあるタイミングにて液滴中の粒子を観測することが好ましい。
【0061】
プレートとしては、特に制限はなく、バイオ分野において一般的に用いられる穴が形成されたものを用いることが可能である。
プレートにおけるウェルの数は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、単数であってもよく、複数であってもよい。
ウェルの数が複数であるプレートとしては、ウェルの数が２４個、９６個、３８４個など業界において一般的な個数及び寸法で穴が形成されたものを用いることが好ましい。
プレートの材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、後の処理のために、細胞や核酸の壁面への付着が抑制されているものを用いることが好ましい。
プレートにおけるウェルの数は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、単数であってもよく、複数であってもよい。
ウェルの数が複数であるプレートとしては、ウェルの数が２４個、９６個、３８４個など業界において一般的な個数及び寸法で穴が形成されたものを用いることが好ましい。
プレートの材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、後の処理のために、細胞や核酸の壁面への付着が抑制されているものを用いることが好ましい。
【0062】
液滴中の粒子を観測する方法としては、例えば、光学的に検出する方法、電気的・磁気的に検出する方法などが挙げられる。
【0063】
＜その他の手段＞
その他の手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、制御手段、表示手段、記録手段などを有することが好ましい。
その他の手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、制御手段、表示手段、記録手段などを有することが好ましい。
【0064】
（撹拌装置）
本発明の撹拌装置は、液を保持する液保持部と、前記液保持部内の液を吸引及び排出する第一及び第二の吸引排出部材と、前記液保持部と前記第一の吸引排出部材とを繋ぐ第一の流路と、前記液保持部と前記第二の吸引排出部材とを繋ぐ第二の流路と、前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引量に対する、他方の吸引排出部材の排出量の補正量を決定する補正部と、を有し、前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引量に対し、他方の吸引排出部材の排出量を前記補正量の分だけ多くし、更に必要に応じてその他の部材を有する。
本発明の撹拌装置は、液を保持する液保持部と、前記液保持部内の液を吸引及び排出する第一及び第二の吸引排出部材と、前記液保持部と前記第一の吸引排出部材とを繋ぐ第一の流路と、前記液保持部と前記第二の吸引排出部材とを繋ぐ第二の流路と、前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引量に対する、他方の吸引排出部材の排出量の補正量を決定する補正部と、を有し、前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引量に対し、他方の吸引排出部材の排出量を前記補正量の分だけ多くし、更に必要に応じてその他の部材を有する。
【0065】
本発明の撹拌装置によれば、液滴吐出手段における液保持部内の粒子を含む液体の粒子濃度を一定に維持することができると共に、連続供給することで液保持部内の懸濁液量も一定に維持でき、長時間吐出しても吐出液滴内の粒子数を一定に維持することができる。
撹拌装置における液保持部、第一及び第二の流路、第一及び第二の吸引排出部材、補正部、並びにその他の部材としては、上述した液滴吐出手段における液保持部、第一及び第二の流路、第一及び第二の吸引排出部材、補正部、並びにその他の部材と同様である。
撹拌装置における液保持部、第一及び第二の流路、第一及び第二の吸引排出部材、補正部、並びにその他の部材としては、上述した液滴吐出手段における液保持部、第一及び第二の流路、第一及び第二の吸引排出部材、補正部、並びにその他の部材と同様である。
【0066】
ここで、本発明の液滴形成装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本発明の液滴形成装置は、液滴吐出手段として本発明の液滴吐出手段を用いており、本発明の液滴吐出手段は本発明の液滴形成装置に含まれるため、以下の本発明の液滴形成装置の実施形態の説明を通じて、本発明の液滴吐出手段の実施形態についても説明する。
なお、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。また、下記構成部材の数、位置、形状等は本実施形態に限定されず、本発明を実施する上で好ましい数、位置、形状等にすることができる。
本発明の液滴形成装置は、液滴吐出手段として本発明の液滴吐出手段を用いており、本発明の液滴吐出手段は本発明の液滴形成装置に含まれるため、以下の本発明の液滴形成装置の実施形態の説明を通じて、本発明の液滴吐出手段の実施形態についても説明する。
なお、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。また、下記構成部材の数、位置、形状等は本実施形態に限定されず、本発明を実施する上で好ましい数、位置、形状等にすることができる。
【0067】
＜第１の実施形態＞
まず、第１の実施形態に係る液滴形成装置の構成について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る液滴形成装置２００の一例を示す図である。図１を参照すると、液滴形成装置２００は、液滴吐出手段１００と、駆動手段４０とを有する。
液滴吐出手段１００は、液保持部１と、振動部材２と、吐出口（ノズル）１３１を有するノズルプレート３と、第一の流路２１１と、第二の流路２１２と、第一及び第二の吸引排出部材２０１及び２０２とを有する。図１では、液保持部１に粒子３５０を含有する溶液３００が保持されている状態を模式的に示している。
まず、第１の実施形態に係る液滴形成装置の構成について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る液滴形成装置２００の一例を示す図である。図１を参照すると、液滴形成装置２００は、液滴吐出手段１００と、駆動手段４０とを有する。
液滴吐出手段１００は、液保持部１と、振動部材２と、吐出口（ノズル）１３１を有するノズルプレート３と、第一の流路２１１と、第二の流路２１２と、第一及び第二の吸引排出部材２０１及び２０２とを有する。図１では、液保持部１に粒子３５０を含有する溶液３００が保持されている状態を模式的に示している。
【0068】
なお、本実施形態では、便宜上、液保持部１側を上側、ノズルプレート３側を下側とする。各部位の液保持部１側の面を上面、ノズルプレート３側の面を下面とする。平面視とは対象物をノズルプレート３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ノズルプレート３の上面の法線方向から視た形状を指すものとする。
【0069】
液滴吐出手段１００において、液保持部１は、粒子３５０を含有する（粒子３５０が分散された）溶液３００を保持しており、例えば、金属、樹脂、シリコン、セラミック等から形成することができる。
液保持部１は、液保持部１内を大気に開放する大気開放部１１１を上部に有しており、溶液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。
液保持部１は、液保持部１内を大気に開放する大気開放部１１１を上部に有しており、溶液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。
【0070】
ノズルプレート３は、振動部材２を介して液保持部１の下端部に固定されている。
ノズルプレート３の略中心には貫通孔である吐出口（ノズル）１３１が形成されており、液保持部１に保持された溶液３００はノズルプレート３の振動によりノズル１３１から液滴として吐出される。ノズルプレート３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。
ノズルプレート３の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、柔らか過ぎるとノズルプレート３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く、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。なお、特に粒子３５０に対する付着性の低い材料であることが好ましい。
ノズルプレート３の略中心には貫通孔である吐出口（ノズル）１３１が形成されており、液保持部１に保持された溶液３００はノズルプレート３の振動によりノズル１３１から液滴として吐出される。ノズルプレート３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。
ノズルプレート３の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、柔らか過ぎるとノズルプレート３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く、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。なお、特に粒子３５０に対する付着性の低い材料であることが好ましい。
【0071】
吐出口（ノズル）１３１は、ノズルプレート３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１３１の径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、粒子３５０がノズル１３１に詰まることを避けるため、粒子３５０の大きさの２倍以上とすることが好ましい。
【0072】
振動部材２は、ノズルプレート３の上面側に形成されている。
振動部材２の形状は、ノズルプレート３の形状に合わせて設計することができ、例えば、ノズルプレート３の平面形状が円形である場合には、ノズル１３１の周囲に平面形状が円環状（リング状）の振動部材２を形成することが好ましい。
振動部材２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圧電素子であり、振動部材２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ノズルプレート３を振動させることができる。
振動部材２の形状は、ノズルプレート３の形状に合わせて設計することができ、例えば、ノズルプレート３の平面形状が円形である場合には、ノズル１３１の周囲に平面形状が円環状（リング状）の振動部材２を形成することが好ましい。
振動部材２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圧電素子であり、振動部材２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ノズルプレート３を振動させることができる。
【0073】
但し、ノズルプレート３を振動させる振動部材は圧電素子に限られない。例えば、ノズルプレート３上にノズルプレート３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ノズルプレート３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ノズルプレート３を振動させる構成とすることが好ましい。
【0074】
駆動手段４０は、振動部材２を駆動する手段である。駆動手段４０は、ノズルプレート３を振動させて液滴を形成する吐出波形を振動部材２に付与することができる。
つまり、駆動手段４０は、吐出波形を振動部材２に加え、ノズルプレート３の振動状態を制御することにより、液保持部１に保持された溶液３００をノズル１３１から液滴として吐出させることができる。
つまり、駆動手段４０は、吐出波形を振動部材２に加え、ノズルプレート３の振動状態を制御することにより、液保持部１に保持された溶液３００をノズル１３１から液滴として吐出させることができる。
【0075】
粒子３５０を含有する溶液３００において、粒子３５０としては、例えば、金属微粒子、無機微粒子、細胞などが挙げられる。これらの中でも、細胞が好ましい。
【0076】
溶液３００の溶媒としては、水が最も一般的であるが、これに限定されることはなく、アルコール、鉱物油、植物油等の様々な有機溶媒を用いることができる。
液保持部１に保持される溶液３００の量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１μＬ～１ｍＬであることが好ましい。特に、細胞懸濁液のように高価な液を使用する際には、少量の液量で液滴を形成する点から、１μＬ～２００μＬがより好ましい。
液保持部１に保持される溶液３００の量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１μＬ～１ｍＬであることが好ましい。特に、細胞懸濁液のように高価な液を使用する際には、少量の液量で液滴を形成する点から、１μＬ～２００μＬがより好ましい。
【0077】
第一及び第二の吸引排出部材２０１及び２０２は、第一の流路２１１及び第二の流路２１２により液保持部１と連通されている。
第一及び第二の吸引排出部材２０１及び２０２としては、例えば、シリンジタイプやプランジャータイプの電動ポンプなどの定量液量を吸引、保持、排出可能なポンプなどが挙げられる。
第一及び第二の吸引排出部材２０１及び２０２としては、例えば、シリンジタイプやプランジャータイプの電動ポンプなどの定量液量を吸引、保持、排出可能なポンプなどが挙げられる。
【0078】
第一の流路２１１及び第二の流路２１２は、いずれも内径２ｍｍ、長さ５０ｍｍのシリコーンゴムチューブである。なお、シリコーンゴムチューブの内径及び長さは、特に制限はなく、適宜選定することができる。
第一の吸引排出部材２０１及び第二の吸引排出部材２０２における各最大吸引液量が、それぞれ第一の流路２１１及び第二の流路２１２の容積より少なくなるように調整されている。これにより、液保持部内で撹拌している液が第一及び第二の吸引排出部材内まで進入しないように調整できるので、吐出対象の種類を変更するごとに、第一及び第二の吸引排出部材内の洗浄又は、第一及び第二の吸引排出部材の交換が不要である。
第一の流路２１１及び第二の流路２１２は、ノズル１３１（ノズルプレート３）に対して傾斜配置されている。即ち、ノズル１３１を通る中心軸に対して傾いて配置されている。
第一の流路２１１及び第二の流路２１２の配置としては連結部の中心軸の延長線がノズルプレート３と振動部材２により形成される隅部と一致、又は隅部よりもややノズル１３１側になるように配置するのが好適である。
第一の吸引排出部材２０１及び第二の吸引排出部材２０２における各最大吸引液量が、それぞれ第一の流路２１１及び第二の流路２１２の容積より少なくなるように調整されている。これにより、液保持部内で撹拌している液が第一及び第二の吸引排出部材内まで進入しないように調整できるので、吐出対象の種類を変更するごとに、第一及び第二の吸引排出部材内の洗浄又は、第一及び第二の吸引排出部材の交換が不要である。
第一の流路２１１及び第二の流路２１２は、ノズル１３１（ノズルプレート３）に対して傾斜配置されている。即ち、ノズル１３１を通る中心軸に対して傾いて配置されている。
第一の流路２１１及び第二の流路２１２の配置としては連結部の中心軸の延長線がノズルプレート３と振動部材２により形成される隅部と一致、又は隅部よりもややノズル１３１側になるように配置するのが好適である。
【0079】
次に、第１の実施形態に係る液滴形成装置２００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、液滴形成装置２００により液滴が形成される過程を示す図である。図２は、駆動手段４０から振動部材２に吐出波形を入力し、ノズルプレート３の振動によって液滴３１０を形成した状態を模式的に示している。吐出波形に応じて振動部材２を介してノズルプレート３の振動部材２と接しない部分が振動を起こし、ノズル１３１部分が最も振幅が大きくなる。ノズル１３１の振動により液保持部１内の溶液３００が液滴３１０として吐出される。
図２は、液滴形成装置２００により液滴が形成される過程を示す図である。図２は、駆動手段４０から振動部材２に吐出波形を入力し、ノズルプレート３の振動によって液滴３１０を形成した状態を模式的に示している。吐出波形に応じて振動部材２を介してノズルプレート３の振動部材２と接しない部分が振動を起こし、ノズル１３１部分が最も振幅が大きくなる。ノズル１３１の振動により液保持部１内の溶液３００が液滴３１０として吐出される。
【0080】
＜第２の実施形態＞
図３Ａ～図３Ｃは、第２の実施形態に係る液滴形成装置２００について、第一及び第二の吸引排出部材２０１、２０２を用いた液の撹拌動作について説明する図である。この第２の実施形態の液滴形成装置は、既に説明した実施形態と同一構成についての説明は省略する。
図３Ａ～図３Ｃは、第２の実施形態に係る液滴形成装置２００について、第一及び第二の吸引排出部材２０１、２０２を用いた液の撹拌動作について説明する図である。この第２の実施形態の液滴形成装置は、既に説明した実施形態と同一構成についての説明は省略する。
【0081】
図３Ａは、粒子３５０を含有する溶液３００を液保持部１に入れ静置した時の様子を示す図である。粒子３５０の自由沈降により、液保持部１の底部に粒子３５０が沈降し、堆積した状態となっている。この状態のまま、駆動手段４０から吐出波形を入力し液滴吐出動作を行うと、ノズル１３１近傍に粒子３５０が凝集しているため、ノズル１３１内に凝集した粒子３５０が詰まってしまい液滴が形成されない、所謂不吐出という不具合が発生する恐れがある。
また、液滴が形成できたとしても、初期の液滴内には大量の粒子３５０が含まれた状態で吐出され、徐々に液滴内に含まれる粒子３５０の含有量は減少し、ノズル上方の粒子３５０が排出されてしまうと上澄み液だけが吐出される状態となり、経時での液滴内の粒子３５０の含有量に大きなばらつきが発生してしまうという不具合がある。
また、液滴が形成できたとしても、初期の液滴内には大量の粒子３５０が含まれた状態で吐出され、徐々に液滴内に含まれる粒子３５０の含有量は減少し、ノズル上方の粒子３５０が排出されてしまうと上澄み液だけが吐出される状態となり、経時での液滴内の粒子３５０の含有量に大きなばらつきが発生してしまうという不具合がある。
【0082】
図３Ｂ及び図３Ｃは、第一及び第二の吸引排出部材２０１、２０２を用いた液保持部１に保持された溶液３００の撹拌による粒子３５０の再分散過程を示した図である。
第一及び第二の吸引排出部材２０１、２０２は、第一の流路２１１及び第二の流路２１２により液保持部１と連通されている。第一の流路２１１及び第二の流路２１２はノズル１３１（ノズルプレート３）に対して傾斜配置されている。即ち、ノズル１３１を通る中心軸に対して傾いて配置されている。
第一の流路２１１及び第二の流路２１２の配置としては、２つの流路が液保持部１と連結する部分の中心軸の延長線がノズルプレート３と振動部材２により形成される隅部と一致、又は隅部よりもややノズル１３１側になるように配置するのが好ましい。
第一及び第二の吸引排出部材２０１、２０２としては、例えば、シリンジタイプ、プランジャータイプの電動ポンプなどの定量液量を吸引、保持、排出可能なポンプが挙げられる。
第一及び第二の吸引排出部材２０１、２０２は、第一の流路２１１及び第二の流路２１２により液保持部１と連通されている。第一の流路２１１及び第二の流路２１２はノズル１３１（ノズルプレート３）に対して傾斜配置されている。即ち、ノズル１３１を通る中心軸に対して傾いて配置されている。
第一の流路２１１及び第二の流路２１２の配置としては、２つの流路が液保持部１と連結する部分の中心軸の延長線がノズルプレート３と振動部材２により形成される隅部と一致、又は隅部よりもややノズル１３１側になるように配置するのが好ましい。
第一及び第二の吸引排出部材２０１、２０２としては、例えば、シリンジタイプ、プランジャータイプの電動ポンプなどの定量液量を吸引、保持、排出可能なポンプが挙げられる。
【0083】
図３Ａに示すように、第一及び第二の吸引排出部材２０１、２０２のいずれか一方は予め、吸引動作を行い、第一の流路２１１内を負圧状態とすることで、液保持部１内の溶液３００を一定量吸引し、保持する。本実施形態では第一の吸引排出部材２０１が吸引し、保持する例を示している。
【0084】
図３Ｂは、第一の吸引排出部材２０１が排出動作を実行し、第二の吸引排出部材２０２が吸引動作を実行している。
第一の吸引排出部材２０１の排出動作により、第一の流路２１１内を正圧状態とし、吸引保持していた溶液３００を液保持部１内に排出する。排出された溶液３００は第一の流路２１１が液保持部１と連結する部分の中心軸と略平行な流れを形成し、ノズルプレート３と振動部材２により形成される隅部に堆積した粒子３５０を液保持部１の壁面に沿った上昇流により、液保持部１の上方に舞い上げる作用をする。液保持部１の壁面に沿って上昇した流れは液面付近で液保持部１の中心に向かう流れとなり、液の流れによってノズル１３１の中心より第二の流路２１２側の粒子３５０が分散された状態となる。
第二の吸引排出部材２０２は吸引動作を行い、第二の流路２１２内を負圧状態とすることで、液保持部１内の溶液３００を一定量吸引し、保持する。
第一の吸引排出部材２０１の排出動作により、第一の流路２１１内を正圧状態とし、吸引保持していた溶液３００を液保持部１内に排出する。排出された溶液３００は第一の流路２１１が液保持部１と連結する部分の中心軸と略平行な流れを形成し、ノズルプレート３と振動部材２により形成される隅部に堆積した粒子３５０を液保持部１の壁面に沿った上昇流により、液保持部１の上方に舞い上げる作用をする。液保持部１の壁面に沿って上昇した流れは液面付近で液保持部１の中心に向かう流れとなり、液の流れによってノズル１３１の中心より第二の流路２１２側の粒子３５０が分散された状態となる。
第二の吸引排出部材２０２は吸引動作を行い、第二の流路２１２内を負圧状態とすることで、液保持部１内の溶液３００を一定量吸引し、保持する。
【0085】
続けて、図３Ｃに示すように、第二の吸引排出部材２０２が排出動作をすることにより、液保持部１内のノズル１３１を通る中心軸より第一の流路２１１側の粒子３５０が分散された状態となる。
上記の動作を繰り返すことにより、少量の液量で液保持部１の底部に沈降した粒子３５０を再分散させることが可能である。再分散した状態で図２に示した液滴形成動作をすることにより、粒子３５０の沈降による不吐出や、経時での吐出された液滴３１０に含まれる粒子３５０の含有濃度の変化を防止することが可能である。
第一の流路２１１と第二の流路２１２は、ノズル１３１を通る中心軸に対して片側によった配置とすると、液保持部１内の粒子３５０の分布が偏ってしまうため、対称配置であることが好ましい。
また、第一及び第二の吸引排出部材２０１、２０２の吸引速度、排出速度、吸引液量、及び排出液量はそれぞれ、液保持部１内の粒子３５０を均一分散させるためには、第一及び第二の吸引排出部材２０１と２０２で同じ値であることが好ましい。
上記の動作を繰り返すことにより、少量の液量で液保持部１の底部に沈降した粒子３５０を再分散させることが可能である。再分散した状態で図２に示した液滴形成動作をすることにより、粒子３５０の沈降による不吐出や、経時での吐出された液滴３１０に含まれる粒子３５０の含有濃度の変化を防止することが可能である。
第一の流路２１１と第二の流路２１２は、ノズル１３１を通る中心軸に対して片側によった配置とすると、液保持部１内の粒子３５０の分布が偏ってしまうため、対称配置であることが好ましい。
また、第一及び第二の吸引排出部材２０１、２０２の吸引速度、排出速度、吸引液量、及び排出液量はそれぞれ、液保持部１内の粒子３５０を均一分散させるためには、第一及び第二の吸引排出部材２０１と２０２で同じ値であることが好ましい。
【0086】
＜第３の実施形態＞
図４及び図５は、第３の実施形態に係る液滴形成装置２００について、第一の流路２１１及び第二の流路２１２の配置について説明する図である。この第３の実施形態の液滴形成装置は、既に説明した実施形態と同一構成についての説明は省略する。
これら図４及び図５は、液保持部１、第一の流路２１１、及び第二の流路２１２を平面視した図である。
図４に示すように、流路の吸引排出口の直径に対して、液保持部の水平断面積が図のように大きく、第一の流路２１１と第二の流路２１２の中心軸線が同一平面となるように配置した場合、第一の吸引排出部材２０１と第二の吸引排出部材２０２が交互に動作する場合はよいが、いずれかの吸引排出部材の吸引動作ともう一方の吸引排出部材の排出動作の一部、又はすべてが同時に実施される場合に、排出動作によって液保持部１内に発生させた撹拌流がもう一方の吸引排出部材の吸引動作により、撹拌流が液保持部１内で広がらず、第一の流路２１１と第二の流路２１２の中心軸線を繋いだ平面付近のみの撹拌流となることが想定される。言い換えると、液保持部１の上面から見て、各流路２１１，２１２の吸引排出口が互いに完全対向する構成の場合は、その対向している一部領域が主に撹拌されることが想定される。
これに対し、図５に示すように、第一の流路２１１と第二の流路２１２の中心軸線が同一平面とならないように配置することにより、液保持部１の内壁付近の粒子３５０も分散させることが可能となる。また、第一の流路２１１と第二の流路２１２の吸引口（又は排出口）の高さや流路の傾斜角度を互いに違えるようにすることでもよい。また、液保持部１の水平断面が本実施例のように円筒形状の場合に、第一の流路２１１と第二の流路２１２とがそれぞれ対向配置され且つ各吸引排出口の鉛直断面が接線に平行となるように配置してもよい。
図４及び図５は、第３の実施形態に係る液滴形成装置２００について、第一の流路２１１及び第二の流路２１２の配置について説明する図である。この第３の実施形態の液滴形成装置は、既に説明した実施形態と同一構成についての説明は省略する。
これら図４及び図５は、液保持部１、第一の流路２１１、及び第二の流路２１２を平面視した図である。
図４に示すように、流路の吸引排出口の直径に対して、液保持部の水平断面積が図のように大きく、第一の流路２１１と第二の流路２１２の中心軸線が同一平面となるように配置した場合、第一の吸引排出部材２０１と第二の吸引排出部材２０２が交互に動作する場合はよいが、いずれかの吸引排出部材の吸引動作ともう一方の吸引排出部材の排出動作の一部、又はすべてが同時に実施される場合に、排出動作によって液保持部１内に発生させた撹拌流がもう一方の吸引排出部材の吸引動作により、撹拌流が液保持部１内で広がらず、第一の流路２１１と第二の流路２１２の中心軸線を繋いだ平面付近のみの撹拌流となることが想定される。言い換えると、液保持部１の上面から見て、各流路２１１，２１２の吸引排出口が互いに完全対向する構成の場合は、その対向している一部領域が主に撹拌されることが想定される。
これに対し、図５に示すように、第一の流路２１１と第二の流路２１２の中心軸線が同一平面とならないように配置することにより、液保持部１の内壁付近の粒子３５０も分散させることが可能となる。また、第一の流路２１１と第二の流路２１２の吸引口（又は排出口）の高さや流路の傾斜角度を互いに違えるようにすることでもよい。また、液保持部１の水平断面が本実施例のように円筒形状の場合に、第一の流路２１１と第二の流路２１２とがそれぞれ対向配置され且つ各吸引排出口の鉛直断面が接線に平行となるように配置してもよい。
【0087】
＜第４の実施形態＞
図６Ａ及び図６Ｂは、第４の実施形態に係る液滴形成装置２００について、具体的な吸引排出動作のタイミングについて説明する図である。この第４の実施形態の液滴形成装置は、既に説明した実施形態と同一構成についての説明は省略する。
これら図６Ａ及び図６Ｂは、第一の吸引排出部材２０１と第二の吸引排出部材２０２とが交互の動作する例を示している。
図６Ａは、第一の吸引排出部材２０１が排出動作を実施することで液保持部１内の溶液３００内に撹拌流を発生させ、沈降した粒子３５０を再分散させる状態を示している。この時、第一の流路２１１内に予め吸引されていた溶液が液保持部１内に流入するため、液保持部１内の溶液３００の液量が増加し、液面が上昇する。
図６Ａ及び図６Ｂは、第４の実施形態に係る液滴形成装置２００について、具体的な吸引排出動作のタイミングについて説明する図である。この第４の実施形態の液滴形成装置は、既に説明した実施形態と同一構成についての説明は省略する。
これら図６Ａ及び図６Ｂは、第一の吸引排出部材２０１と第二の吸引排出部材２０２とが交互の動作する例を示している。
図６Ａは、第一の吸引排出部材２０１が排出動作を実施することで液保持部１内の溶液３００内に撹拌流を発生させ、沈降した粒子３５０を再分散させる状態を示している。この時、第一の流路２１１内に予め吸引されていた溶液が液保持部１内に流入するため、液保持部１内の溶液３００の液量が増加し、液面が上昇する。
【0088】
図６Ｂは、第一の吸引排出部材２０１の排出動作中、又は排出動作完了後に第二の吸引排出部材２０２が吸引動作を行っている状態を示している。図６Ａで流入した液量を第二の吸引排出部材２０２で第二の流路２１２に吸引することにより、液保持部１内の溶液３００の液量は動作前の状態に戻すことができる。液滴の吐出を停止させた状態で、沈降した粒子３５０を再分散させる場合には本動作によって再分散が可能である。
【0089】
一方、溶液３００の撹拌には、一般的に上記の沈降した粒子３５０の再分散の他に、分散状態にある粒子３５０の沈降抑制の効果も期待できる。
図２の液滴吐出動作中に撹拌動作を実行することで、粒子３５０の沈降を抑制し、常に均一な分散状態を維持しながら液滴吐出を実施することができ、経時での液滴に含まれる粒子濃度を一定に維持することが可能である。
しかしながら、図６Ａ及び図６Ｂのように、第一と第二の吸引排出部材２０１、２０２が交互に動作する場合には、上述した通り、液保持部１内の溶液３００の液面が上昇することで、ノズルプレート３にかかる水圧が増加し、吐出される液滴３１０の落下速度が上昇する。液滴３１０を一ヶ所に連続して吐出を続ける場合にはよいが、液滴３１０を等間隔に並べる場合には、一般的に、液滴吐出手段１００又は液滴を載置する液保持部１を一定速度で移動させながら一定の周期で吐出動作を行うため、液滴３１０の落下速度が変化すると、液滴３１０の着弾位置が変化してしまい、液保持部１上での液滴３１０の間隔が均一にならない。
図２の液滴吐出動作中に撹拌動作を実行することで、粒子３５０の沈降を抑制し、常に均一な分散状態を維持しながら液滴吐出を実施することができ、経時での液滴に含まれる粒子濃度を一定に維持することが可能である。
しかしながら、図６Ａ及び図６Ｂのように、第一と第二の吸引排出部材２０１、２０２が交互に動作する場合には、上述した通り、液保持部１内の溶液３００の液面が上昇することで、ノズルプレート３にかかる水圧が増加し、吐出される液滴３１０の落下速度が上昇する。液滴３１０を一ヶ所に連続して吐出を続ける場合にはよいが、液滴３１０を等間隔に並べる場合には、一般的に、液滴吐出手段１００又は液滴を載置する液保持部１を一定速度で移動させながら一定の周期で吐出動作を行うため、液滴３１０の落下速度が変化すると、液滴３１０の着弾位置が変化してしまい、液保持部１上での液滴３１０の間隔が均一にならない。
【0090】
第一の吸引排出部材２０１の吸引動作に同期させて第二の吸引排出部材２０２の排出動作を、第二の吸引排出部材２０２の吸引動作に同期させて第一の吸引排出部材２０１の排出動作を行い、それぞれの吸引速度、排出速度、吸引液量、及び排出液量を同じ値とすることで、図３Ａ～図３Ｃに示すように、液保持部１内の液量を一定に維持したまま溶液３００を撹拌することができる。本動作とすることで、液保持部１内の溶液３００に含まれる粒子３５０の均一分散状態を維持しながら吐出動作を実施しても液滴の落下速度が変化することは無く、一定の落下速度かつ一定の含有される粒子濃度の液滴を吐出することが可能となる。
【0091】
この点について、図７Ａ及び図７Ｂに異なる細胞種、異なる細胞濃度の溶液での撹拌動作の有無による吐出された液滴中の細胞濃度の評価結果の一例を示す。図７Ａ及び図７Ｂの結果から、撹拌動作無し（点線グラフ）の場合、時間の経過とともに吐出液滴中の細胞濃度が上昇、下降しており、細胞濃度が一定になっていない。これに対し、撹拌動作有り（実太線グラフ）の場合、時間の経過に依らず一定の細胞濃度の液滴が吐出できている。
【0092】
また、液保持部１内の溶液３００の液量が多い場合や溶液３００中に含まれる粒子３５０の粒径が大きい場合、粒子の含有濃度が高い場合などは粒子を均一に分散させるためには、第一及び第二の吸引排出部材２０１、２０２の撹拌液量、吸引速度、又は排出速度は大きい方がよい。一方、含有される粒子３５０が動物細胞などの衝撃によりダメージを受けてしまうような粒子の場合には極力、撹拌液量、吸引速度、又は排出速度は小さく、撹拌の頻度も少ない方が好ましい。
また、上述のとおり、図３Ａのように、粒子３５０が完全に沈降した状態から粒子を再分散させる場合と、分散した状態の粒子３５０の沈降を抑制する場合では必要な撹拌液量、吸引速度、又は排出速度は異なり、前者の方が大きな撹拌液量、吸引速度、又は排出速度が必要である。
以上のように、溶液３００の量や粒子３５０の種類あるいは濃度、沈降の状態などにより必要な撹拌液量、吸引速度、又は排出速度が変化するため、撹拌液量、吸引速度、又は排出速度は切替可能であることが好ましい。
また、上述のとおり、図３Ａのように、粒子３５０が完全に沈降した状態から粒子を再分散させる場合と、分散した状態の粒子３５０の沈降を抑制する場合では必要な撹拌液量、吸引速度、又は排出速度は異なり、前者の方が大きな撹拌液量、吸引速度、又は排出速度が必要である。
以上のように、溶液３００の量や粒子３５０の種類あるいは濃度、沈降の状態などにより必要な撹拌液量、吸引速度、又は排出速度が変化するため、撹拌液量、吸引速度、又は排出速度は切替可能であることが好ましい。
【0093】
＜第５の実施形態＞
図８は、第５の実施形態に係る液滴形成装置２００について、吐出動作中の液保持部内の液量変化について説明する図である。この第５の実施形態の液滴形成装置は、既に説明した実施形態と同一構成についての説明は省略する。
図８は、第５の実施形態に係る液滴形成装置２００について、吐出動作中の液保持部内の液量変化について説明する図である。この第５の実施形態の液滴形成装置は、既に説明した実施形態と同一構成についての説明は省略する。
【0094】
図８に示すように、液滴形成装置２００により形成される吐出液滴量Ｍｊはノズル１３１の径により決定される。
また、図９に示すように吐出動作時間Ｔｊ、液滴吐出周波数ｆとすると、吐出動作中に液保持部１から吐出される累積吐出量ΔＳは、ΔＳ＝Ｍｊ×ｆ×Ｔｊ＝Ｍｊ×Ｎｊ（Ｎｊ：総吐出回数）により算出される。
１滴当たりの液量Ｍｊが小さい、あるいは総吐出回数Ｎｊが少ない場合にはΔＳが小さいため液保持部１内の液量変化は小さく、吐出に対して大きな影響を及ぼさないが、液量Ｍｊが大きい、あるいは総吐出回数Ｎｊが多い、つまり累積吐出量ΔＳが大きくなる場合には液保持部１内の液量変化が大きくなる。液保持部１内の液量が変化した時の液面高さ変化量ΔＨは以下の式で算出される。
ΔＨ＝ΔＳ／Ａ
ただし、Ａは液保持部１の内側の断面積であり、例えば、液保持部１の内側形状が半径ｒの円断面形状の場合は、Ａ＝πｒ２により算出される。
また、図９に示すように吐出動作時間Ｔｊ、液滴吐出周波数ｆとすると、吐出動作中に液保持部１から吐出される累積吐出量ΔＳは、ΔＳ＝Ｍｊ×ｆ×Ｔｊ＝Ｍｊ×Ｎｊ（Ｎｊ：総吐出回数）により算出される。
１滴当たりの液量Ｍｊが小さい、あるいは総吐出回数Ｎｊが少ない場合にはΔＳが小さいため液保持部１内の液量変化は小さく、吐出に対して大きな影響を及ぼさないが、液量Ｍｊが大きい、あるいは総吐出回数Ｎｊが多い、つまり累積吐出量ΔＳが大きくなる場合には液保持部１内の液量変化が大きくなる。液保持部１内の液量が変化した時の液面高さ変化量ΔＨは以下の式で算出される。
ΔＨ＝ΔＳ／Ａ
ただし、Ａは液保持部１の内側の断面積であり、例えば、液保持部１の内側形状が半径ｒの円断面形状の場合は、Ａ＝πｒ２により算出される。
【0095】
液保持部１内の液面高さがΔＨだけ変化した時のノズルプレート３上面にかかる水圧変化ΔＰは以下の式で算出される。
ΔＰ＝ρΔＨ
ただし、ρは液保持部１内の液の密度である。
ΔＰ＝ρΔＨ
ただし、ρは液保持部１内の液の密度である。
【0096】
ノズルプレート３上面にかかる水圧変化ΔＰの変化に伴い、液を吐出する際の吐出圧力も変化してしまうため、結果として吐出される液滴の吐出速度Ｖｊが変化する。
前述の通り、一ヶ所に連続して液滴を吐出する場合には吐出速度Ｖｊの変化は問題とはならないが、液滴形成装置２００と液滴を着弾させる分注装置の被着対象物（例えば、図２３の参照符号３０１）を一定の速度で相対的に移動させ、等間隔でパターニングさせる場合には、吐出速度Ｖｊが経時で変化すると、着弾した液滴の間隔も変化してしまい均一なパターニングができなくなるという不具合がある。
前述の通り、一ヶ所に連続して液滴を吐出する場合には吐出速度Ｖｊの変化は問題とはならないが、液滴形成装置２００と液滴を着弾させる分注装置の被着対象物（例えば、図２３の参照符号３０１）を一定の速度で相対的に移動させ、等間隔でパターニングさせる場合には、吐出速度Ｖｊが経時で変化すると、着弾した液滴の間隔も変化してしまい均一なパターニングができなくなるという不具合がある。
【0097】
＜第６の実施形態＞
図１０Ａ及び図１０Ｂは、第６の実施形態に係る液滴形成装置２００について、吐出動作中の液面高さを維持するための具体的な送液手段の動作及び駆動プロファイルについて説明する図である。この第６の実施形態の液滴形成装置は、既に説明した実施形態と同一構成についての説明は省略する。
図１０Ａ及び図１０Ｂは、第６の実施形態に係る液滴形成装置２００について、吐出動作中の液面高さを維持するための具体的な送液手段の動作及び駆動プロファイルについて説明する図である。この第６の実施形態の液滴形成装置は、既に説明した実施形態と同一構成についての説明は省略する。
【0098】
図１１に示すように、第一及び第二の吸引排出部材２０１、２０２の一回当たりの液吸引及び排出に要する時間をＴ１とすると、一回の吸引及び排出動作中に吐出される液量ΔＳ１は、ΔＳ１＝Ｍｊ×ｆ×Ｔ１となり、図１０Ａに示すように、液保持部１内の液面高さが下がってしまう。そこで、図１１に示した吐出動作開始と同期させて、第一及び第二の吸引排出部材２０１、２０２の吸引排出動作を開始させ、第一の吸引排出部材２０１の一回目の排出動作時（第二の吸引排出部材２０２の一回目の吸引動作時）から、第一及び第二の吸引排出部材２０１、２０２の排出動作の排出量Ｓに、ΔＳ１＝Ｍｊ×ｆ×Ｔ１から算出される吐出液量ΔＳ１分を補正量として加算させることにより、吐出されたΔＳ１分の液を補給することができる。その結果、図１０Ｂに示すように吐出動作中であっても液保持部１内の液面高さを一定に維持することが可能となる。
【0099】
吐出動作停止後は図１１に示すように、第二の吸引排出部材２０２の排出動作一回のみに吐出液量ΔＳ１を排出量Ｓに加算させ、その後は第一及び第二の吸引排出部材２０１、２０２の吸引量、排出量をＳで一定とすることで液面高さを維持することができる。
あるいは、動作開始前に吸引及び排出に要する時間Ｔ１、吐出周波数ｆ、及び吐出液滴量Ｍｊが設定値として既知の場合には、図１２に示すように、吐出開始と共に、第二の吸引排出部材２０２の排出動作に上記ΔＳ１を補正値として加算することにより、吐出開始から吐出終了まで液面を一定に維持することが可能である。
あるいは、動作開始前に吸引及び排出に要する時間Ｔ１、吐出周波数ｆ、及び吐出液滴量Ｍｊが設定値として既知の場合には、図１２に示すように、吐出開始と共に、第二の吸引排出部材２０２の排出動作に上記ΔＳ１を補正値として加算することにより、吐出開始から吐出終了まで液面を一定に維持することが可能である。
【0100】
第一及び第二の吸引排出部材２０１、２０２の動作時間Ｔ１はあらかじめ設定された数値でもよいが、より正確に液面高さを維持するために、吐出開始から第一の吸引排出部材２０１の吸引動作停止（第二の吸引排出部材２０２の排出動作停止）までの時間ｔ１を制御内部で実測しておくことで、図１３に示すように、吐出開始タイミングが送液手段の動作開始タイミングとずれた場合でも、吐出開始から送液手段停止までの時間ｔ１を用いて、ΔＳ２＝Ｍｊ×ｆ×ｔ１より算出できる。あるいは、吐出開始から第一の吸引排出部材２０１の吸引動作停止（第二の吸引排出部材２０２の排出動作停止）までの吐出回数Ｎ1をカウントすることにより、ΔＳ２＝Ｍｊ×Ｎ１から算出することも可能である。
上記ｔ１又はＮ１より算出されたΔＳ２を補正量として、第一の吸引排出部材２０１の次の排出動作時の排出量Ｓに加算させることで、間欠的に吐出動作が行われた場合においても、液保持部１内の液面高さを一定に維持することが可能である。
上記ｔ１又はＮ１より算出されたΔＳ２を補正量として、第一の吸引排出部材２０１の次の排出動作時の排出量Ｓに加算させることで、間欠的に吐出動作が行われた場合においても、液保持部１内の液面高さを一定に維持することが可能である。
【0101】
＜第７の実施形態＞
図１４は、第７の実施形態に係る液滴形成装置２０１について、液面高さの変化をセンサにより検出する場合について説明する図である。この第７の実施形態の液滴形成装置は、既に説明した実施形態と同一構成についての説明は省略する。
図１４は、第７の実施形態に係る液滴形成装置２０１について、液面高さの変化をセンサにより検出する場合について説明する図である。この第７の実施形態の液滴形成装置は、既に説明した実施形態と同一構成についての説明は省略する。
【0102】
この図１４の液滴形成装置２０１では液保持部１内の液面高さをカメラ２０５により撮影し、画像処理を用いて液面高さの変化量ΔＨを算出した場合を示している。液面高さの変化量ΔＨより以下の式で液保持部１内の液量変化量ΔＳを算出することができる。
ΔＳ＝ΔＨ×Ａ
ただし、Ａは液保持部１の内側の断面積であり、例えば、液保持部１の内側形状が半径ｒの円断面形状の場合は、Ａ＝πｒ２により算出される。
ΔＳ＝ΔＨ×Ａ
ただし、Ａは液保持部１の内側の断面積であり、例えば、液保持部１の内側形状が半径ｒの円断面形状の場合は、Ａ＝πｒ２により算出される。
【0103】
上記の計算式より算出されたΔＳを図１３のΔＳ１として第一及び第二の吸引排出部材２０１、２０２の排出量Ｓの補正値として加算することにより、吐出により変化した液量だけでなく、例えば、揮発によって液量が変化した場合においても液面高さを一定に維持することが可能である。
液保持部１内の液面高さを検出する手段としては、上記のカメラ２０５に限定されるものではなく、例えば、静電容量式の液量検知センサや、不透明液の場合は上方からのレーザー変位計による液面高さ検知などにより測定することが可能である。
液保持部１内の液面高さを検出する手段としては、上記のカメラ２０５に限定されるものではなく、例えば、静電容量式の液量検知センサや、不透明液の場合は上方からのレーザー変位計による液面高さ検知などにより測定することが可能である。
【0104】
＜第８の実施形態＞
－光学的に検出する方法－
図１５は、光学的に検出する方法に関する第８の実施形態に係る液滴形成装置２００Ａの一例を示す概略図である。この第８の実施形態の液滴形成装置は、既に説明した実施形態と同一構成についての説明は省略する。
－光学的に検出する方法－
図１５は、光学的に検出する方法に関する第８の実施形態に係る液滴形成装置２００Ａの一例を示す概略図である。この第８の実施形態の液滴形成装置は、既に説明した実施形態と同一構成についての説明は省略する。
【0105】
図１５に示すように、液滴形成装置２００Ａは、液滴吐出手段１００と、駆動手段４０と、光源５０と、受光素子６０と、制御手段７０とを有する。液滴吐出手段１００としては、第１の実施形態における液滴形成装置２００と同様である。
【0106】
図１５では、細胞懸濁液として細胞を特定の色素によって蛍光染色した後に所定の溶液に分散した液を用いており、液滴吐出手段１００から形成した液滴３１０に光源５０から発せられる特定の波長を有する光Ｌを照射し細胞から発せられる蛍光を受光素子６０によって検出することによって計数を行う。このとき、蛍光色素によって細胞を染色する方法に加え、細胞中に元々含まれる分子が発する自家蛍光を利用してもよいし、細胞に蛍光タンパク質（例えば、ＧＦＰ（Ｇｒｅｅｎ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｐｒｏｔｅｉｎ））を生産するための遺伝子を予め導入しておき細胞が蛍光を発するようにしておいてもよい。
【0107】
光源５０は、飛翔中の液滴３１０に光Ｌを照射する。なお、飛翔中とは、液滴３１０が液滴吐出手段１００から吐出されてから、着滴対象物に着滴するまでの状態を意味する。飛翔中の液滴３１０は、光Ｌが照射される位置では略球状となっている。また、光Ｌのビーム形状は略円形状である。
【0108】
ここで、液滴３１０の直径に対し、光Ｌのビーム直径が１０倍～１００倍程度であることが好ましい。これは、液滴３１０の位置ばらつきが存在する場合においても、光源５０からの光Ｌを確実に液滴３１０に照射するためである。
ただし、液滴３１０の直径に対し、光Ｌのビーム直径が１００倍を大きく超えることは好ましくない。これは、液滴３１０に照射される光のエネルギー密度が下がるため、光Ｌを励起光として発する蛍光Ｌｆの光量が低下し、受光素子６０で検出し難くなるからである。
ただし、液滴３１０の直径に対し、光Ｌのビーム直径が１００倍を大きく超えることは好ましくない。これは、液滴３１０に照射される光のエネルギー密度が下がるため、光Ｌを励起光として発する蛍光Ｌｆの光量が低下し、受光素子６０で検出し難くなるからである。
【0109】
光源５０から発せられる光Ｌはパルス光であることが好ましく、例えば、固体レーザー、半導体レーザー、色素レーザー等が好適に用いられる。光Ｌがパルス光である場合のパルス幅は１０μｓ以下が好ましく、１μｓ以下がより好ましい。単位パルス当たりのエネルギーとしては、集光の有無等、光学系に大きく依存するが、概ね０．１μＪ以上が好ましく、１μＪ以上がより好ましい。
【0110】
受光素子６０は、飛翔中の液滴３１０に蛍光染色細胞３５０が含有されていた場合に、蛍光染色細胞３５０が光Ｌを励起光として吸収して発する蛍光Ｌｆを受光する。蛍光Ｌｆは、蛍光染色細胞３５０から四方八方に発せられるため、受光素子６０は蛍光Ｌｆを受光可能な任意の位置に配置することができる。この際、コントラストを向上するため、光源５０から出射される光Ｌが直接入射しない位置に受光素子６０を配置することが好ましい。
【0111】
受光素子６０は、蛍光染色細胞３５０から発せられる蛍光Ｌｆを受光できる素子であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、液滴に特定の波長を有する光を照射して液滴内の細胞からの蛍光を受光する光学センサが好ましい。
受光素子６０としては、例えば、フォトダイオード、フォトセンサ等の１次元素子が挙げられるが、高感度な測定が必要な場合には、光電子増倍管やアバランシェフォトダイオードを用いることが好ましい。受光素子６０として、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、ゲートＣＣＤ等の２次元素子を用いてもよい。
受光素子６０としては、例えば、フォトダイオード、フォトセンサ等の１次元素子が挙げられるが、高感度な測定が必要な場合には、光電子増倍管やアバランシェフォトダイオードを用いることが好ましい。受光素子６０として、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、ゲートＣＣＤ等の２次元素子を用いてもよい。
【0112】
なお、光源５０が発する光Ｌと比較して蛍光染色細胞３５０の発する蛍光Ｌｆが弱いため、受光素子６０の前段（受光面側）に光Ｌの波長域を減衰させるフィルタを設置してもよい。これにより、受光素子６０において、非常にコントラストの高い蛍光染色細胞３５０の画像を得ることができる。フィルタとしては、例えば、光Ｌの波長を含む特定波長域を減衰させるノッチフィルタ等を用いることができる。
【0113】
また、前述のように、光源５０から発せられる光Ｌはパルス光であることが好ましいが、光源５０から発せられる光Ｌを連続発振の光としてもよい。この場合には、連続発振の光が飛翔中の液滴３１０に照射されるタイミングで受光素子６０が光を取り込み可能となるように制御し、受光素子６０に蛍光Ｌｆを受光させることが好ましい。
【0114】
制御手段７０は、駆動手段４０及び光源５０を制御する機能を有している。また、制御手段７０は、受光素子６０が受光した光量に基づく情報を入手し、液滴３１０に含有された蛍光染色細胞３５０の個数（ゼロである場合も含む）を計数する機能を有している。
以下、図１６～図１８を参照し、制御手段７０の動作を含む液滴形成装置２００Ａの動作について説明する。
以下、図１６～図１８を参照し、制御手段７０の動作を含む液滴形成装置２００Ａの動作について説明する。
【0115】
図１６は、図１５の制御手段７０のハードウェアブロックを例示する図である。図１７は、図１５の制御手段７０の機能ブロックを例示する図である。図１８は、液滴形成装置２００Ａの動作の一例を示すフローチャートである。
【0116】
図１６に示すように、制御手段７０は、ＣＰＵ７１と、ＲＯＭ７２と、ＲＡＭ７３と、Ｉ／Ｆ７４と、バスライン７５とを有している。ＣＰＵ７１、ＲＯＭ７２、ＲＡＭ７３、及びＩ／Ｆ７４は、バスライン７５を介して相互に接続されている。
【0117】
ＣＰＵ７１は、制御手段７０の各機能を制御する。記憶手段であるＲＯＭ７２は、ＣＰＵ７１が制御手段７０の各機能を制御するために実行するプログラムや、各種情報を記憶している。記憶手段であるＲＡＭ７３は、ＣＰＵ７１のワークエリア等として使用される。また、ＲＡＭ７３は、所定の情報を一時的に記憶することができる。Ｉ／Ｆ７４は、液滴形成装置２００Ａを他の機器等と接続するためのインターフェイスである。液滴形成装置２００Ａは、Ｉ／Ｆ７４を介して、外部ネットワーク等と接続されてもよい。
【0118】
図１７に示すように、制御手段７０は、機能ブロックとして、吐出制御手段７０１と、光源制御手段７０２と、細胞数計数手段（細胞数検知手段）７０３とを有している。
【0119】
図１７及び図１８を参照しながら、液滴形成装置２００Ａの粒子数計数について説明する。
まず、ステップＳ１１において、制御手段７０の吐出制御手段７０１は、駆動手段４０に吐出の指令を出す。吐出制御手段７０１から吐出の指令を受けた駆動手段４０は、振動部材２に駆動信号を供給してノズルプレート３を振動させる。ノズルプレート３の振動により、蛍光染色細胞３５０を含有する液滴３１０が、ノズル１３１から吐出される。
まず、ステップＳ１１において、制御手段７０の吐出制御手段７０１は、駆動手段４０に吐出の指令を出す。吐出制御手段７０１から吐出の指令を受けた駆動手段４０は、振動部材２に駆動信号を供給してノズルプレート３を振動させる。ノズルプレート３の振動により、蛍光染色細胞３５０を含有する液滴３１０が、ノズル１３１から吐出される。
【0120】
次に、ステップＳ１２において、制御手段７０の光源制御手段７０２は、液滴３１０の吐出に同期して（駆動手段４０から液滴吐出手段１００に供給される駆動信号に同期して）光源５０に点灯の指令を出す。これにより、光源５０が点灯し、飛翔中の液滴３１０に光Ｌを照射する。
【0121】
なお、ここで、同期するとは、液滴吐出手段１００による液滴３１０の吐出と同時に（駆動手段４０が液滴吐出手段１００に駆動信号を供給するのと同時に）発光することではなく、液滴３１０が飛翔して所定位置に達したときに液滴３１０に光Ｌが照射されるタイミングで、光源５０が発光することを意味する。つまり、光源制御手段７０２は、液滴吐出手段１００による液滴３１０の吐出（駆動手段４０から液滴吐出手段１００に供給される駆動信号）に対して、所定時間だけ遅延して発光するように光源５０を制御する。
【0122】
例えば、液滴吐出手段１００に駆動信号を供給した際に吐出する液滴３１０の速度ｖを予め測定する。そして、測定した速度ｖに基づいて液滴３１０が吐出されてから所定位置まで到達する時間ｔを算出し、液滴吐出手段１００に駆動信号を供給するタイミングに対して、光源５０が光を照射するタイミングをｔだけ遅延させる。これにより、良好な発光制御が可能となり、光源５０からの光を確実に液滴３１０に照射することができる。
【0123】
次に、ステップＳ１３において、制御手段７０の細胞数計数手段７０３は、受光素子６０からの情報に基づいて、液滴３１０に含有された蛍光染色細胞３５０の個数（ゼロである場合も含む）を計数する。ここで、受光素子６０からの情報とは、蛍光染色細胞３５０の輝度値（光量）や面積値である。
【0124】
細胞数計数手段７０３は、例えば、受光素子６０が受光した光量と予め設定された閾値とを比較して、蛍光染色細胞３５０の個数を計数することができる。この場合には、受光素子６０として１次元素子を用いても２次元素子を用いても構わない。
【0125】
受光素子６０として２次元素子を用いる場合は、細胞数計数手段７０３は、受光素子６０から得られた２次元画像に基づいて、蛍光染色細胞３５０の輝度値或いは面積を算出するための画像処理を行う手法を用いてもよい。この場合、細胞数計数手段７０３は、画像処理により蛍光染色細胞３５０の輝度値或いは面積値を算出し、算出された輝度値或いは面積値と、予め設定された閾値とを比較することにより、蛍光染色細胞３５０の個数を計数することができる。
【0126】
なお、蛍光染色細胞３５０は、細胞や染色細胞であってもよい。染色細胞とは、蛍光色素によって染色された細胞、又は蛍光タンパク質を発現可能な細胞を意味する。
【0127】
このように、液滴形成装置２００Ａでは、蛍光染色細胞３５０を縣濁した細胞懸濁液３００を保持する液滴吐出手段１００に、駆動手段４０から駆動信号を供給して、蛍光染色細胞３５０を含有する液滴３１０を吐出させ、飛翔中の液滴３１０に光源５０から光Ｌを照射する。そして、飛翔する液滴３１０に含有された蛍光染色細胞３５０が光Ｌを励起光として蛍光Ｌｆを発し、蛍光Ｌｆを受光素子６０が受光する。更に、受光素子６０からの情報に基づいて、細胞数計数手段７０３が、飛翔する液滴３１０に含有された蛍光染色細胞３５０の個数を計数（カウント）する。
【0128】
つまり、液滴形成装置２００Ａでは、飛翔する液滴３１０に含有された蛍光染色細胞３５０の個数を実際にその場で観察するため、蛍光染色細胞３５０の個数の計数精度を従来よりも向上することが可能となる。また、飛翔する液滴３１０に含有された蛍光染色細胞３５０に光Ｌを照射して蛍光Ｌｆを発光させて蛍光Ｌｆを受光素子６０で受光するため、高いコントラストで蛍光染色細胞３５０の画像を得ることが可能となり、蛍光染色細胞３５０の個数の誤計数の発生頻度を低減できる。
【0129】
＜第９の実施形態＞
図１９は、第９の実施形態に係る液滴形成装置２００Ｂであり、図１５の液滴形成装置２００Ａの変形例である。図１９に示すように、液滴形成装置２００Ｂは、受光素子６０の前段にミラー４５を配置した点が、液滴形成装置２００Ａ（図１５参照）と相違する。なお、既に説明した実施形態と同一構成についての説明は省略する場合がある。
図１９は、第９の実施形態に係る液滴形成装置２００Ｂであり、図１５の液滴形成装置２００Ａの変形例である。図１９に示すように、液滴形成装置２００Ｂは、受光素子６０の前段にミラー４５を配置した点が、液滴形成装置２００Ａ（図１５参照）と相違する。なお、既に説明した実施形態と同一構成についての説明は省略する場合がある。
【0130】
このように、液滴形成装置２００Ｂでは、受光素子６０の前段にミラー４５を配置したことにより、受光素子６０のレイアウトの自由度を向上することができる。
【0131】
例えば、ノズル１３１と着滴対象物を近づけた際に、図１５のレイアウトでは着滴対象物と液滴形成装置２００Ａの光学系（特に受光素子６０）との干渉が発生するおそれがあるが、図１９のレイアウトにすることで、干渉の発生を回避することができる。
即ち、図１９のように受光素子６０のレイアウトを変更することにより、液滴３１０が着滴する着滴対象物とノズル１３１との距離（ギャップ）を縮めることが可能となり、着滴位置のばらつきを抑制することができる。その結果、分注の精度を向上することが可能となる。
即ち、図１９のように受光素子６０のレイアウトを変更することにより、液滴３１０が着滴する着滴対象物とノズル１３１との距離（ギャップ）を縮めることが可能となり、着滴位置のばらつきを抑制することができる。その結果、分注の精度を向上することが可能となる。
【0132】
＜第１０の実施形態＞
図２０は、第１０の実施形態に係る液滴形成装置２００Ｃであり、図１５の液滴形成装置２００Ａの他の変形例を示す。図２０に示すように、液滴形成装置２００Ｃは、蛍光染色細胞３５０から発せられる蛍光Ｌｆ１を受光する受光素子６０に加え、蛍光染色細胞３５０から発せられる蛍光Ｌｆ２を受光する受光素子６１を設けた点が、液滴形成装置２００Ａ（図１５参照）と相違する。なお、既に説明した実施形態と同一構成についての説明は省略する場合がある。
図２０は、第１０の実施形態に係る液滴形成装置２００Ｃであり、図１５の液滴形成装置２００Ａの他の変形例を示す。図２０に示すように、液滴形成装置２００Ｃは、蛍光染色細胞３５０から発せられる蛍光Ｌｆ１を受光する受光素子６０に加え、蛍光染色細胞３５０から発せられる蛍光Ｌｆ２を受光する受光素子６１を設けた点が、液滴形成装置２００Ａ（図１５参照）と相違する。なお、既に説明した実施形態と同一構成についての説明は省略する場合がある。
【0133】
ここで、蛍光Ｌｆ１及びＬｆ２は、蛍光染色細胞３５０から四方八方に発せられる蛍光の一部を示している。受光素子６０及び６１は、蛍光染色細胞３５０から異なる方向に発せられる蛍光を受光できる任意の位置に配置することができる。なお、蛍光染色細胞３５０から異なる方向に発せられる蛍光を受光できる位置に３つ以上の受光素子を配置してもよい。また、各受光素子は同一仕様としてもよいし、異なる仕様としてもよい。
【0134】
受光素子が１つであると、飛翔する液滴３１０に複数個の蛍光染色細胞３５０が含まれる場合に、蛍光染色細胞３５０同士が重なることに起因して、細胞数計数手段７０３が液滴３１０に含有された蛍光染色細胞３５０の個数を誤計数する（カウントエラーが発生する）おそれがある。
【0135】
図２１Ａ及び図２１Ｂは、飛翔する液滴に２個の蛍光染色細胞が含まれる場合を例示する図である。例えば、図２１Ａに示すように、蛍光染色細胞３５０１と３５０２とに重なりが発生する場合や、図２１Ｂに示すように、蛍光染色細胞３５０１と３５０２とに重なりが発生しない場合があり得る。受光素子を２つ以上設けることで、蛍光染色細胞が重なる影響を低減することが可能である。
【0136】
前述のように、細胞数計数手段７０３は、画像処理により蛍光粒子の輝度値或いは面積値を算出し、算出された輝度値或いは面積値と、予め設定された閾値とを比較することにより、蛍光粒子の個数を計数することができる。
【0137】
受光素子を２つ以上設置する場合、それぞれの受光素子から得られる輝度値或いは面積値のうち、最大値を示すデータを採択することで、カウントエラーの発生を抑制することが可能である。これに関して、図２２を参照して、より詳しく説明する。
【0138】
図２２は、粒子同士の重なりが生じない場合の輝度値Ｌｉと、実測される輝度値Ｌｅとの関係を例示する図である。図２２に示すように、液滴内の粒子同士の重なりがない場合には、Ｌｅ＝Ｌｉとなる。例えば、細胞１個の輝度値をＬｕとすると、細胞数／滴＝１個の場合には、Ｌｅ＝Ｌｕであり、粒子数／滴＝ｎ個の場合はＬｅ＝ｎＬｕである（ｎ：自然数）。
【0139】
しかし、実際には、ｎが２以上の場合には粒子同士の重なりが発生し得るため、実測される輝度値はＬｕ≦Ｌｅ≦ｎＬｕ（図２２の網掛部分）となる。そこで、細胞数／滴＝ｎ個の場合、例えば、閾値を（ｎＬｕ－Ｌｕ／２）≦閾値＜（ｎＬｕ＋Ｌｕ／２）と設定することができる。そして、複数の受光素子を設置する場合、それぞれの受光素子から得られたデータのうち最大値を示すものを採択することで、カウントエラーの発生を抑制することが可能となる。なお、輝度値に代えて面積値を用いてもよい。
【0140】
また、受光素子を複数設置する場合、得られる複数の形状データを基に、細胞数を推定するアルゴリズムにより粒子数を決定づけてもよい。
このように、液滴形成装置２００Ｃでは、蛍光染色細胞３５０が異なる方向に発した蛍光を受光する複数の受光素子を有しているため、蛍光染色細胞３５０の個数の誤計数の発生頻度を更に低減できる。
このように、液滴形成装置２００Ｃでは、蛍光染色細胞３５０が異なる方向に発した蛍光を受光する複数の受光素子を有しているため、蛍光染色細胞３５０の個数の誤計数の発生頻度を更に低減できる。
【0141】
本発明の液滴形成装置は、液滴吐出手段における液保持部内の粒子を含む液体の粒子濃度を一定に維持することができると共に、連続供給することで液保持部内の懸濁液量も一定に維持でき、長時間吐出しても吐出液滴内の粒子数を一定に維持することができるので、各種分野に好適に用いられるが、以下に説明する本発明の分注装置に特に好適に用いられる。
【0142】
（分注装置）
本発明の分注装置は、本発明の上記液滴形成装置を有し、制御手段を有することが好ましく、更に必要に応じてその他の手段を有する。
分注装置は、被着対象物に対して液滴を吐出し、着滴させる。
本発明の分注装置は、本発明の上記液滴形成装置を有し、制御手段を有することが好ましく、更に必要に応じてその他の手段を有する。
分注装置は、被着対象物に対して液滴を吐出し、着滴させる。
【0143】
＜被着対象物＞
被着対象物は、液滴形成装置の液滴吐出手段から吐出された液滴が着滴する部材である。
被着対象物としては、吐出された液滴が付着することができれば、その材質、形状、大きさ、構造などについては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
被着対象物の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、半導体、セラミックス、金属、ガラス、石英ガラス、プラスチックスなどで形成されたものが好適に挙げられる。
被着対象物の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、板状、プレート状などが好ましい。
被着対象物の構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、単層構造であっても複数層構造であっても構わない。
被着対象物としては、複数の凹部が形成されたウェルプレート、凹部を有さないガラスプレートなどが挙げられる。これらの中でも、ウェルプレートが好ましい。
ウェルプレートを用いると、液滴形成装置の粒子数計数手段が、液滴に含まれる粒子の数が０個であると判定したとき、液滴吐出手段が、同じ凹部に対して液滴を再度吐出することが、凹部に確実に粒子を分注することができる点から好ましい。
ウェルプレートに設ける凹部の数は、複数であり、２以上が好ましく、５以上がより好ましく、５０以上が更に好ましい。
被着対象物は、液滴形成装置の液滴吐出手段から吐出された液滴が着滴する部材である。
被着対象物としては、吐出された液滴が付着することができれば、その材質、形状、大きさ、構造などについては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
被着対象物の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、半導体、セラミックス、金属、ガラス、石英ガラス、プラスチックスなどで形成されたものが好適に挙げられる。
被着対象物の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、板状、プレート状などが好ましい。
被着対象物の構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、単層構造であっても複数層構造であっても構わない。
被着対象物としては、複数の凹部が形成されたウェルプレート、凹部を有さないガラスプレートなどが挙げられる。これらの中でも、ウェルプレートが好ましい。
ウェルプレートを用いると、液滴形成装置の粒子数計数手段が、液滴に含まれる粒子の数が０個であると判定したとき、液滴吐出手段が、同じ凹部に対して液滴を再度吐出することが、凹部に確実に粒子を分注することができる点から好ましい。
ウェルプレートに設ける凹部の数は、複数であり、２以上が好ましく、５以上がより好ましく、５０以上が更に好ましい。
【0144】
＜制御手段＞
制御手段は、液滴吐出手段と被着対象物との相対的な位置関係を制御する手段であり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、メインメモリなどを有し、分注装置全体の動作を制御するための制御プログラムに基づいて各種処理を実行する。
制御手段は、液滴吐出手段と被着対象物との相対的な位置関係を制御する手段であり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、メインメモリなどを有し、分注装置全体の動作を制御するための制御プログラムに基づいて各種処理を実行する。
【0145】
＜その他の手段＞
その他の手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、記録手段、培養手段、加熱手段、撹拌手段、洗浄手段などを有することが好ましい。
その他の手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、記録手段、培養手段、加熱手段、撹拌手段、洗浄手段などを有することが好ましい。
【0146】
本発明の分注装置は、吐出された液滴に含まれる粒子の検知精度が向上すると共に、単位時間当りの吐出する液滴数を増加させることができる高い生産性を有する本発明の粒子計数装置を有しているので、再生医療、医薬、化粧品、化学物質の安全性や効能の評価などの各種分野に幅広く用いることができる組織体、特に三次元組織体の作製に好適に用いられる。
【0147】
ここで、本発明の分注装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0148】
＜分注装置の第１の実施形態＞
図２３は、第１の実施形態の分注装置の一例を示す概略図である。第１の実施形態の分注装置では、本発明の液滴形成装置を、被着対象物の凹部に粒子を分注する分注装置として用いる形態である。なお、第１の実施形態の分注装置において、既に説明した実施の形態と同一の構成については、同じ参照符号を付してその説明を省略する。
図２３は、第１の実施形態の分注装置の一例を示す概略図である。第１の実施形態の分注装置では、本発明の液滴形成装置を、被着対象物の凹部に粒子を分注する分注装置として用いる形態である。なお、第１の実施形態の分注装置において、既に説明した実施の形態と同一の構成については、同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【0149】
図２３に示す分注装置２２０は、液滴形成装置２００と、被着対象物３０１と、ステージ４００と、制御手段５００とを有している。
液滴形成装置２００としては、図１に示す第１の実施形態の液滴形成装置２００を用いている。
なお、液滴形成装置２００に代えて、図１５、図１９、及び図２０に示す液滴形成装置２００Ａから２００Ｃのいずれかを用いてもよい。
液滴形成装置２００としては、図１に示す第１の実施形態の液滴形成装置２００を用いている。
なお、液滴形成装置２００に代えて、図１５、図１９、及び図２０に示す液滴形成装置２００Ａから２００Ｃのいずれかを用いてもよい。
【0150】
被着対象物３０１は、移動可能に構成されたステージ４００上に配置されている。被着対象物３０１には、液滴形成装置２００の液滴吐出手段１００から吐出された液滴３１０が着滴する複数の凹部（ウェル）３３０が形成されている。
制御手段５００は、ステージ４００を移動させ、液滴形成装置２００の液滴吐出手段１００とそれぞれの凹部３３０との相対的な位置関係を制御する。これにより、液滴形成装置２００の液滴吐出手段１００からそれぞれの凹部３３０中に順次粒子３５０を含む液滴３１０を吐出することができる。
制御手段５００は、ステージ４００を移動させ、液滴形成装置２００の液滴吐出手段１００とそれぞれの凹部３３０との相対的な位置関係を制御する。これにより、液滴形成装置２００の液滴吐出手段１００からそれぞれの凹部３３０中に順次粒子３５０を含む液滴３１０を吐出することができる。
【0151】
制御手段５００は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、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、制御手段５００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、制御手段５００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。また、制御手段５００は、物理的に複数の装置等により構成されてもよい。
【0152】
図２４は、第１の実施の形態に係る分注装置の動作を示すフローチャートの例である。まず、ステップＳ１０１では、液滴形成装置２００の液滴吐出手段１００は、所定の凹部３３０に向けて液滴３１０を吐出する。
【0153】
次に、ステップＳ１０２では、液滴形成装置２００の粒子数計数手段６２は、飛翔する液滴３１０に含有された粒子３５０の個数を検知し、検知結果を制御手段５００に送る。粒子数計数手段６２の検知結果が『１個以上』でない場合（ゼロ個の場合）には、ステップＳ１０１の動作を繰り返す。
【0154】
ステップＳ１０２で粒子数計数手段６２の検知結果が『１個以上』である場合には、ステップＳ１０３に移行する。ステップＳ１０３では、制御手段５００はステージ４００を制御し、液滴形成装置２００の液滴吐出手段１００と次の凹部３３０とが対向する位置になるように被着対象物３０１を移動する。その後、ステップＳ１０１に移行して同様の動作を繰り返す。
【0155】
これにより、凹部３３０に向けて飛翔する液滴３１０に含有された粒子３５０の個数がゼロ個である場合には同じ凹部３３０に向けて液滴３１０を再度吐出するため、複数の凹部３３０中に確実に粒子３５０を分注することが可能となる。
【0156】
また、飛翔する液滴３１０に含有された粒子３５０の有無ではなく、図２５に示すように飛翔する液滴３１０に含有された粒子３５０の個数を検知することも可能である。
図２５は、第１の実施形態に係る分注装置の動作を示すフローチャートの他の例である。
図２５は、第１の実施形態に係る分注装置の動作を示すフローチャートの他の例である。
【0157】
図２５では、まず、図２４と同様のステップＳ１０１を実施後、ステップＳ２０２において、液滴形成装置２００の粒子数計数手段６２は、飛翔する液滴３１０に含有された粒子３５０の個数を検知し、検知結果を制御手段５００に送る。粒子数計数手段６２の検知結果が『３個』となるまで、ステップＳ１０１の動作を繰り返す。
【0158】
なお、液滴３１０に含有された粒子３５０の個数が増えると粒子数計数手段６２の検知精度が低下するおそれがあるため、必ずしも１回に吐出する液滴３１０に含有された粒子３５０の個数が３個になるように設定する必要はない。例えば、１回に吐出する液滴３１０に含有された粒子３５０の個数が０個又は１個になるように設定してもよい。この場合、液滴３１０に含有された粒子３５０の個数の合計が３個となるまで、ステップＳ１０１の動作を繰り返す。
【0159】
ステップＳ２０２で粒子数計数手段６２の検知結果が『３個』である場合には、ステップＳ１０３に移行し、図２４と同様のステップＳ１０３を実施する。その後、ステップＳ１０１に移行して同様の動作を繰り返す。これにより、各凹部３３０内の粒子３５０の個数が３個となるように分注することが可能になる。
【0160】
【0161】
本発明の態様としては、例えば、以下のとおりである。
＜１＞ 吐出口と、
前記吐出口を有する液保持部と、
前記液保持部内の液を吸引及び排出する第一及び第二の吸引排出部材と、
前記液保持部と前記第一の吸引排出部材とを繋ぐ第一の流路と、
前記液保持部と前記第二の吸引排出部材とを繋ぐ第二の流路と、
前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引量に対する、他方の吸引排出部材の排出量の補正量を決定する補正部と、を有し、
前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引量に対し、他方の吸引排出部材の排出量を前記補正量の分だけ多くすることを特徴とする液滴吐出手段である。
＜２＞ 前記第一の吸引排出部材が吸引又は排出中は、前記第二の吸引排出部材はそれぞれ非吸引又は非排出である前記＜１＞に記載の液滴吐出手段である。
＜３＞ 前記吐出口が設けられたノズルプレートと、
前記ノズルプレートを振動させて、前記吐出口から液滴を吐出させる振動部材と、を有する前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の液滴吐出手段である。
＜４＞ 前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれかの液吸引動作が、前記液滴吐出手段の吐出動作中に実施される前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の液滴吐出手段である。
＜５＞ 前記第一の流路及び前記第二の流路に予め所定量の液を保持している前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の液滴吐出手段である。
＜６＞ 前記補正部の補正量が、吐出される液量、吐出周波数、並びに前記第一及び第二の吸引排出部材の吸引又は排出所要時間のいずれかにより決定される前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の液滴吐出手段である。
＜７＞ 前記液保持部内の液量を検出する液量検出部材を有する前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の液滴吐出手段である。
＜８＞ 前記補正部の補正量が、前記液量検出部材によって検出された前記液保持部内の液量の変化量により決定される前記＜７＞に記載の液滴吐出手段である。
＜９＞ 前記液量検出部材が、吐出された液滴の滴数をカウントするセンサである前記＜７＞から＜８＞のいずれかに記載の液滴吐出手段である。
＜１０＞ 前記液量検出部材が、前記液保持部内の液面の画像を撮影し画像処理により液面位置を検出するセンサである前記＜７＞から＜８＞のいずれかに記載の液滴吐出手段である。
＜１１＞ 前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引動作に同期させて、他方の吸引排出部材が排出動作を行う前記＜１＞から＜１０＞のいずれかに記載の液滴吐出手段である。
＜１２＞ 前記＜１＞から＜１１＞のいずれかに記載の液滴吐出手段を有することを特徴とする液滴形成装置である。
＜１３＞ 液滴に含まれる粒子を計数する粒子数計数手段を有する前記＜１２＞に記載の液滴形成装置である。
＜１４＞ 前記液滴が、光を照射されたときに発光可能な粒子を含む前記＜１２＞又は＜１３＞に記載の液滴形成装置である。
＜１５＞ 前記光を照射されたときに発光可能な粒子が、細胞である前記＜１４＞に記載の液滴形成装置である。
＜１６＞ 前記光を照射されたときに発光可能な粒子が、蛍光色素によって染色された細胞及び蛍光タンパク質を発現可能な細胞の少なくともいずれかである前記＜１４＞又は＜１５＞に記載の液滴形成装置である。
＜１７＞ 液を保持する液保持部と、
前記液保持部内の液を吸引及び排出する第一及び第二の吸引排出部材と、
前記液保持部と前記第一の吸引排出部材とを繋ぐ第一の流路と、
前記液保持部と前記第二の吸引排出部材とを繋ぐ第二の流路と、
前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引量に対する、他方の吸引排出部材の排出量の補正量を決定する補正部と、を有し、
前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引量に対し、他方の吸引排出部材の排出量を前記補正量の分だけ多くすることを特徴とする撹拌装置である。
＜１８＞ 前記第一の吸引排出部材が吸引又は排出中は、前記第二の吸引排出部材はそれぞれ非吸引又は非排出である前記＜１７＞に記載の撹拌装置である。
＜１９＞ 前記＜１２＞から＜１６＞のいずれかに記載の液滴形成装置を有することを特徴とする分注装置である。
＜１＞ 吐出口と、
前記吐出口を有する液保持部と、
前記液保持部内の液を吸引及び排出する第一及び第二の吸引排出部材と、
前記液保持部と前記第一の吸引排出部材とを繋ぐ第一の流路と、
前記液保持部と前記第二の吸引排出部材とを繋ぐ第二の流路と、
前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引量に対する、他方の吸引排出部材の排出量の補正量を決定する補正部と、を有し、
前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引量に対し、他方の吸引排出部材の排出量を前記補正量の分だけ多くすることを特徴とする液滴吐出手段である。
＜２＞ 前記第一の吸引排出部材が吸引又は排出中は、前記第二の吸引排出部材はそれぞれ非吸引又は非排出である前記＜１＞に記載の液滴吐出手段である。
＜３＞ 前記吐出口が設けられたノズルプレートと、
前記ノズルプレートを振動させて、前記吐出口から液滴を吐出させる振動部材と、を有する前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の液滴吐出手段である。
＜４＞ 前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれかの液吸引動作が、前記液滴吐出手段の吐出動作中に実施される前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の液滴吐出手段である。
＜５＞ 前記第一の流路及び前記第二の流路に予め所定量の液を保持している前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の液滴吐出手段である。
＜６＞ 前記補正部の補正量が、吐出される液量、吐出周波数、並びに前記第一及び第二の吸引排出部材の吸引又は排出所要時間のいずれかにより決定される前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の液滴吐出手段である。
＜７＞ 前記液保持部内の液量を検出する液量検出部材を有する前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の液滴吐出手段である。
＜８＞ 前記補正部の補正量が、前記液量検出部材によって検出された前記液保持部内の液量の変化量により決定される前記＜７＞に記載の液滴吐出手段である。
＜９＞ 前記液量検出部材が、吐出された液滴の滴数をカウントするセンサである前記＜７＞から＜８＞のいずれかに記載の液滴吐出手段である。
＜１０＞ 前記液量検出部材が、前記液保持部内の液面の画像を撮影し画像処理により液面位置を検出するセンサである前記＜７＞から＜８＞のいずれかに記載の液滴吐出手段である。
＜１１＞ 前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引動作に同期させて、他方の吸引排出部材が排出動作を行う前記＜１＞から＜１０＞のいずれかに記載の液滴吐出手段である。
＜１２＞ 前記＜１＞から＜１１＞のいずれかに記載の液滴吐出手段を有することを特徴とする液滴形成装置である。
＜１３＞ 液滴に含まれる粒子を計数する粒子数計数手段を有する前記＜１２＞に記載の液滴形成装置である。
＜１４＞ 前記液滴が、光を照射されたときに発光可能な粒子を含む前記＜１２＞又は＜１３＞に記載の液滴形成装置である。
＜１５＞ 前記光を照射されたときに発光可能な粒子が、細胞である前記＜１４＞に記載の液滴形成装置である。
＜１６＞ 前記光を照射されたときに発光可能な粒子が、蛍光色素によって染色された細胞及び蛍光タンパク質を発現可能な細胞の少なくともいずれかである前記＜１４＞又は＜１５＞に記載の液滴形成装置である。
＜１７＞ 液を保持する液保持部と、
前記液保持部内の液を吸引及び排出する第一及び第二の吸引排出部材と、
前記液保持部と前記第一の吸引排出部材とを繋ぐ第一の流路と、
前記液保持部と前記第二の吸引排出部材とを繋ぐ第二の流路と、
前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引量に対する、他方の吸引排出部材の排出量の補正量を決定する補正部と、を有し、
前記第一及び第二の吸引排出部材のいずれか一方の吸引排出部材の吸引量に対し、他方の吸引排出部材の排出量を前記補正量の分だけ多くすることを特徴とする撹拌装置である。
＜１８＞ 前記第一の吸引排出部材が吸引又は排出中は、前記第二の吸引排出部材はそれぞれ非吸引又は非排出である前記＜１７＞に記載の撹拌装置である。
＜１９＞ 前記＜１２＞から＜１６＞のいずれかに記載の液滴形成装置を有することを特徴とする分注装置である。
【0162】
前記＜１＞から＜１１＞のいずれかに記載の液滴吐出手段、前記＜１２＞から＜１６＞のいずれかに記載の液滴形成装置、前記＜１７＞から＜１８＞のいずれかに記載の撹拌装置、及び前記＜１９＞に記載の分注装置によると、従来における諸問題を解決し、本発明の目的を達成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0163】
【文献】特開２０１２－１５２９３９号公報
【符号の説明】
【0164】
１ 液保持部
２ 振動部材
３ ノズルプレート
４０ 駆動手段
１００ 液滴吐出手段
１３１ 吐出口
２００ 液滴形成装置
２０１ 第一の吸引排出部材
２０２ 第二の吸引排出部材
２１１ 第一の流路
２１２ 第二の流路
３１０ 液滴
３５０ 粒子
２ 振動部材
３ ノズルプレート
４０ 駆動手段
１００ 液滴吐出手段
１３１ 吐出口
２００ 液滴形成装置
２０１ 第一の吸引排出部材
２０２ 第二の吸引排出部材
２１１ 第一の流路
２１２ 第二の流路
３１０ 液滴
３５０ 粒子
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21A】
【図21B】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】