JP4441875B2 - 液滴吐出装置用カートリッジの洗浄装置 - Google Patents

Description

本発明は、吐出する液体を収容するカートリッジを簡易に洗浄することができる液滴吐出装置、及び該装置を用いたカートリッジの洗浄方法に関する。

近年、核酸やタンパク質、細胞等の生体由来分子が基板上に固定化されたいわゆるマイクロアレイを用い、生体分子間の結合の特異性を利用して、サンプル中の標的物質を検出・測定する方法が広く用いられている。

特開平１１−１８７９００号公報では、標的物質に対して特異的に結合可能であるプローブを含む液体を、インクジェット法により固相表面に吐出し、該固相表面にプローブを付着させることを特徴とするプローブの固相へのスポッティング方法が開示されている。

マイクロアレイを製造する場合には、一つの基板上に数百〜数千種類の微量の試料を吐出する必要があるが、吐出する試料の種類を変更する際はインクジェットヘッド内の流路を十分に洗浄しなければならない。流路に試料等が残留していると、コンタミネーションが生じ、作製されるマイクロアレイの信頼性を低下させるおそれがある。

インクジェットヘッドの汚染防止のため、特開２００２−３２３５０７号公報には、試料を含む液体を吐出した後、洗浄・すすぎ・乾燥工程を自動で行うマイクロアレイ作製装置として、液体吐出後のインクジェットヘッドを超音波洗浄部、すすぎ洗浄部、乾燥部に移動させて洗浄する装置が開示されている。
特開平１１−１８７９００号公報 特開２００２−３２３５０７号公報

しかしながら、上述のマイクロアレイ作製装置では、洗浄の際、超音波洗浄部、すすぎ洗浄部、乾燥部を移動するための時間を要する。液体の吐出とインクジェットの洗浄を繰り返し行ってマイクロアレイを大量に製造する場合、吐出時間の方が洗浄時間よりも遥かに短いことから、洗浄時間を如何に短縮するかが生産性を高める上では極めて重要である。

一方、洗浄時間を短縮することによって、洗浄が不十分となることも防がなければならない。

そこで、本発明は、液体吐出後、液滴吐出ヘッドに装着されたカートリッジ内部を短時間で十分に洗浄できる液滴吐出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液体を吐出するノズルと、該液体を保持するリザーバと、該リザーバに該液体を供給する供給口と、を有し、前記ノズルがノズル形成面に形成され、前記供給口が供給口形成面に形成されたカートリッジを液滴吐出ヘッドに装着して使用する液滴吐出装置であって、前記リザーバ内の気体又は液体を前記供給口から吸引若しくは送入可能な第１の吸引送入手段と、前記リザーバ内の気体又は液体を前記ノズルから吸引若しくは送入可能な第２の吸引送入手段と、を備えることを特徴とする。

このような構成によれば、第１および第２の吸引送入手段をカートリッジのノズル形成面および供給口形成面に密着させることにより、液体を送入・吸引して内部を十分に洗浄することができると共に、送風して乾燥させることもできる。従って、洗浄工程から乾燥工程に移行する際に液滴吐出ヘッドを移動させる必要がなく、短時間で行うことができる。

また、本発明に係る液滴吐出装置において第１の吸引送入手段は、供給口を覆う凹部を有し、該凹部の周縁部をカートリッジの供給口形成面に密着させることが可能であって、該凹部の内側に液体または気体を注入可能な注入口を有する供給口用キャップを備えることが好ましい。

このような構成により、供給口用キャップの凹部の周縁部をカートリッジの供給口形成面に密着させて、複数の供給口から、複数のリザーバに対して一斉に液体または気体を吸引若しくは送入することができる。また、送入する液体又は気体は注入口を介して凹部に注入される。なお、注入口は、リザーバ内の液体又は気体を、排出するために用いてもよい。

また、供給口用キャップは、凹部の周縁部をカートリッジの供給口形成面に密着させた時に、該供給口形成面と接する気液分離フィルターを備えることが好ましい。気液分離フィルターが存在すれば、供給口用キャップを介してリザーバ内の液体を吸引しても、当該液体が供給口用キャップの注入口に流入するのを防ぐことができる。従って、リザーバがいっぱいになるまで洗浄液を充填し、十分に洗浄することが可能である。

本発明に係る液滴吐出装置は、１又は２以上の洗浄液タンクをさらに備え、前記ノズル用キャップの注入口が、各洗浄液タンクと接続され、所望の洗浄液を該注入口から前記凹部の内側に注入可能であることが好ましい。

このような構成によれば、数種類の洗浄液を用いてカートリッジ内を洗浄する場合も、ノズル用キャップに注入する液体を交換するだけでよく、液滴吐出ヘッドを移動させる必要がない。

また、本発明は、上述した本発明に係る液滴吐出ヘッドに装着して用いられるカートリッジも提供する。かかるカートリッジは、上記第１または第２の吸引送入手段を密着させることのできるノズル形成面および供給口形成面を有し、リザーバ内の気体または液体を好適に吸引若しくは送入可能な構造を有している。

本発明は、さらに、液体を吐出するノズルと、該液体を保持するリザーバと、該リザーバに該液体を供給する供給口と、を有するカートリッジを液滴吐出ヘッドに装着して使用され、前記リザーバ内の気体又は液体を前記供給口から吸引若しくは送入可能な第１の吸引送入手段と、前記リザーバ内の気体又は液体を前記ノズルから吸引若しくは送入可能な第２の吸引送入手段と、を備える液滴吐出装置におけるカートリッジの洗浄方法であって、前記ノズルを洗浄液に接触させた状態で、前記第１の吸引送入手段により前記送出口から吸引して、該洗浄液を前記リザーバ内に充填する第１工程と、前記第２の吸引送入手段により前記ノズルから吸引して、前記リザーバ内に充填された洗浄液を排出する第２工程と、前記第１又は第２の吸引送入手段から前記リザーバ内に送風して乾燥させる第３工程と、を含む洗浄方法を提供する。

上記方法によれば、カートリッジが装着された液滴吐出ヘッドを移動させずに、リザーバ内を洗浄、乾燥することができ、短時間でこれらの工程を行うことができるとともに、リザーバ内に洗浄液を通して十分に洗浄することが可能である。

また、一旦、第２工程で洗浄液を排出した後、洗浄液を交換し、さらに第１および第２工程を繰り返すことにより、より徹底して洗浄を行うことができる。

洗浄液としては、少なくとも界面活性剤、アルカリ性溶液、及び有機溶剤のいずれかが添加されたものを用いることが好ましい。また、これらの洗浄剤がリザーバ内に残留しないよう、洗浄液として純水を用いてリンスを行ってもよい。

上述の洗浄方法は、液滴吐出装置によってカートリッジ内部が汚染されやすい生体試料を含む液体を吐出した後にも、好適に用いられる。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態であるカートリッジ洗浄装置の全体構成を説明するブロック図である。図１に示すカートリッジ洗浄装置１００は、生体分子を含む溶液を滴下してマイクロアレイを製造するためのマイクロアレイ製造装置の液滴吐出ヘッドに装着して用いられるカートリッジ５０を洗浄するためのものであり、供給口用キャップ１０、ノズル用キャップ２０、供給口用キャップ１０に接続された吸引ポンプ１２、ノズル用キャップ２０に接続された洗浄液タンク３０、３１、吸引ポンプ３５、廃液タンク３６、配管３７を含んで構成されている。
である。

供給口用キャップ１０およびノズル用キャップ２０は、カートリッジ５０に密着させて配置され、当該カートリッジ５０を洗浄するために用いられるものである。

図２は、供給口用キャップ１０およびノズル用キャップ２０の詳細構成及び使用状態を説明するための模式断面図である。図２に示すように、本実施形態において洗浄対象となるカートリッジ５０は、液体を吐出するノズル５３と、当該ノズル５３から吐出される液体を保持するリザーバ５２と、リザーバ５２に液体を供給する供給口５１とを含んで構成されている。そして、図示されたように供給口用キャップ１０は、凹部１１を有し、凹部１１の周縁部１３を、カートリッジ５０の供給口形成面５４に密着させて用いられる。また、供給口用キャップ１０は、凹部１１の内側に液体または気体を注入可能な注入口１４を有している。尚、注入口１４は、液体または気体を、凹部１１の内側から排出することも可能である。本実施形態では、注入口１４は吸引ポンプ１２に接続され（図１参照）、吸引ポンプ１２を稼動することによって、凹部１１の内側の気体を大気中に排出することができるようになっている。さらに、供給口用キャップ１０には、カートリッジ５０の供給口形成面５４に接する気液分離フィルター１５が備えられている。気液分離フィルター１５は、気体のみを透過させて液体を透過させないフィルターであり、市販のものを利用することが可能である。

一方、ノズル用キャップ２０は、凹部２１を有し、凹部２１の周縁部２３を、カートリッジ５０のノズル形成面５５に密着させて用いられる。また、ノズル用キャップ２０は、凹部２１の内側に液体または気体を注入可能な３つの注入口２４ａ〜２４ｃを有している。注入口２４ａ〜２４ｃは、液体および気体のいずれをも注入または排出してもよく、それぞれを液体の注入／排出用、気体の注入／排出用と分けて使用してもよい。本実施形態では、後述するように、注入口２４ａは液体・気体の排出に、２４ｂおよび２４ｃは液体の注入に、それぞれ用いられる。

供給口用キャップ１０の注入口１４、およびノズル用キャップ２０の注入口２４ａ〜２４ｃに接続された配管には、それぞれバルブＢ１〜Ｂ４が設けられており、このバルブを切り替えて、キャップ凹部内への外部からの気体や液体の注入や、キャップ凹部内の気体や液体の外部への排出が可能となる。

本実施形態において、洗浄液タンク３０には、第１の洗浄液として、界面活性剤、アルカリ性液体、有機溶剤のうち少なくとも１種類が添加された液体が準備され、洗浄液タンク３１には、第２の洗浄液としてリン酸緩衝液が準備されている。

なお、吸引ポンプ１２および供給口用キャップ１０が、本発明における「第１の吸引送入手段」であり、洗浄液タンク３０、３１、ポンプ３５、配管３７、およびノズル用キャップ２０が、本発明における「第２の吸引送入手段」である。

吸引ポンプ３５は、配管３７を介して上述したノズル用キャップ２０の注入口２４ａと接続されている。この吸引ポンプ３５及び配管３７によって、カートリッジ５０内の洗浄液又は気体を、ノズル用キャップ２０の注入口２４ａから吸引して排出することができる。吸引された洗浄液は廃液タンク３６に貯留される。また、吸引ポンプ３５は、バルブＢ１を開放して作動させることによって、大気をカートリッジ内部に取り入れ、内部を送風乾燥するためにも使用できる。

本実施形態のカートリッジ洗浄装置１００はこのような構成を有しており、次に、当該カートリッジ洗浄装置１００を備えるマイクロアレイ製造装置の構成例を説明する。

図３は、マイクロアレイ製造装置の構成例を説明するブロック図である。図３に示すマイクロアレイ製造装置２００は、基板６４上に生体分子溶液の液滴を複数配置してなるマイクロアレイを製造するためのものであり、複数の基板６４を載置可能に構成されたテーブル６０と、カートリッジ５０をＸ方向に自在に移動させるためのＸ方向駆動軸６１、６２と、テーブル６０をＹ方向に自在に移動させるためのＹ方向駆動軸６３と、上述したカートリッジ洗浄装置１００と、を含んで構成されている。本構成例のマイクロアレイ製造装置２００では、例えば、吐出に使用するカートリッジ５０を一方のＸ方向駆動軸６１によってステージ６４上を移動させてマイクロアレイの製造を行いつつ、これと並行して、吐出に使用しないカートリッジ５０を他方のＸ方向駆動軸６２によってカートリッジ洗浄装置１００まで移動させて、カートリッジ洗浄を行うことができる。

次に、本実施形態のカートリッジ洗浄装置を用いて行われるカートリッジ洗浄方法について説明する。

図４および図５は、カートリッジ洗浄方法を説明するための図（模式断面図）である。

まず、図４（Ａ）に示すように、供給口用キャップ１０およびノズル用キャップ２０の凹部の周縁部が、カートリッジ５０の供給口形成面およびノズル形成面に密着するように配置する。

次に、図４（Ｂ）に示すように、バルブＢ３を開放し、吸引ポンプ１２を作動させて、タンク３０に準備されたアルカリ性液体等を含む第１の洗浄液を、ノズル用キャップ２０の凹部内に注入口から吸引する。カートリッジ内のすべての気体を吸引すると、第１の洗浄液は気液分離フィルター１５に接する高さまで上昇するが、気液分離フィルター１５は液体を透過させないため、供給口用キャップの凹部内には洗浄液は流入しない。

第１の洗浄液としては、界面活性剤、アルカリ性液体、有機溶剤のうち少なくとも１種類以上が添加されている液体であるＴｗｅｅｎ２０溶液又は次亜鉛酸系洗浄剤を用いることが好ましい。

なお、カートリッジ５０内に第１の洗浄液を送入するのに先立って、リザーバ内に残留した試料を含む液体をポンプ３５によって排出しておくことも好ましい。

続いて、図４（Ｃ）に示すように、バルブＢ３を閉じてＢ２を開放するとともに、バルブＢ１を切り替えて供給口用キャップ１０を大気に連通させ、吸引ポンプ３５を作動させてカートリッジ５０内の液体を排出させ、廃液タンク３６に送る。

次に、図５（Ａ）に示すように、バルブＢ４を開いて吸引ポンプ１２を作動させ、タンク３１に用意された第２の洗浄液をノズル用キャップ２０の注入口からカートリッジ内に吸引する。このときも、第２の洗浄液の液面が気液分離フィルター１５に接するまで吸引する。第２の洗浄液は、主としてリザーバ内のリンスを目的として送入されるので、残留しても次に吐出する試料に影響を与えない点で、純水や、試料溶液の溶媒として用いられている緩衝液（リン酸緩衝液等）を用いることが好ましい。

次に、図５（Ｂ）に示すように、バルブＢ１を切り替えて供給口用キャップ１０を大気に連通させた状態でバルブＢ２を開き、吸引ポンプ３５を作動させて、ノズル用キャップ２０の注入口から第２の洗浄液を排出し、排出タンク３６に送る。

洗浄液がすべて排出された後も、バルブＢ１を開放したまま吸引ポンプ３５による吸引を続けることによって、カートリッジ５０内に大気を取り込み、内部を乾燥させることができる。

このように本実施形態によれば、カートリッジ５０のリザーバの洗浄及びその後の乾燥を、カートリッジ５０を移動させることなく一連に行うことが可能となり、カートリッジ５０の洗浄時間を短縮することが可能となる。そして、カートリッジの洗浄時間が短縮されることにより、マイクロアレイの製造効率を高めることが可能となる。また、気液分離フィルターを用いる事でカートリッジの上端まで洗浄液を送入することができるので、リザーバ内の隅々まで洗浄することが可能となる。

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した供給口用キャップ１０およびノズル用キャップ２０を複数用意しておき、複数のカートリッジ５０を並行して（略同時に）洗浄するようにカートリッジ洗浄装置を構成することもできる。

また、洗浄液や乾燥用の気体は、ノズル用キャップ２０からではなく、供給口用キャップ１０の注入口から注入してもよい。洗浄液を供給口用キャップ１０から注入する場合は、気液分離フィルターを用いない。また、吐出する試料によっては、３種類以上の洗浄液を使用し、バルブを切り替えて注入することも可能である。さらに、バルブは、注入口ごとに設けず、２以上の配管を纏めて１つの切り替えバルブに接続してもよい。なお、上述の実施形態では、吸引ポンプ３５によってカートリッジ内に大気を取り込む方法を示したが、送風機を使用してノズル用キャップ２０の注入口から送風してもよい。

図６は、複数のカートリッジを並行して洗浄可能なカートリッジ洗浄装置の構成例を説明するブロック図である。図６に示すカートリッジ洗浄装置１００ａは、基本的には上述した実施形態にかかるカートリッジ洗浄装置１００と同様な構成を備えている（図１参照）。図６では、図１に示すカートリッジ洗浄装置１００と共通する構成要素には同符号が付されており、これらの構成要素については詳細な説明を省略する。本例のカートリッジ洗浄装置１００ａでは、バルブ４１、３７によって各キャップ１０、２０と吸引ポンプ１２、３５とのそれぞれの接続状態を切り替え可能である。また、本実施形態では、送風機３４もバルブ３９を介して、キャップ２０に接続され、カートリッジ内に送風可能となっている。このように、本実施形態では、洗浄に係る各過程を３つのカートリッジ５０のそれぞれに対して並行して行うことができる。

カートリッジ洗浄装置の全体構成を説明するブロック図である。 キャップの詳細構成及び使用状態を説明するための模式断面図である。 マイクロアレイ製造装置の構成例を説明するブロック図である。 カートリッジ洗浄方法を説明するための図（模式断面図）である。 カートリッジ洗浄方法を説明するための図（模式断面図）である。 複数のカートリッジを並行して洗浄可能なカートリッジ洗浄装置の構成例

符号の説明

１０…供給口用キャップ、２０…ノズル用キャップ、１１，２１…凹部、１２，３５…ポンプ、１３，２３…周縁部、１４，２４ａ〜２４ｃ…注入口、３０，３１…洗浄液タンク、３３，Ｂ１〜Ｂ４…バルブ、５０…カートリッジ、５１…供給口、５２…リザーバ、５３…ノズル、５４…供給口形成面、５５…ノズル形成面、６０…テーブル、６１，６２…Ｘ方向駆動軸、６３…Ｙ方向駆動軸、６４基板、１００…カートリッジ洗浄装置、２００…マイクロアレイ製造装置

Claims (6)

1. 液体を吐出するノズルと、該液体を保持するリザーバと、該リザーバに該液体を供給する供給口と、を有し、液滴吐出装置の液滴吐出ヘッドに装着して用いられるカートリッジを洗浄する装置であって、
   前記リザーバ内の気体又は液体を前記供給口から吸引若しくは送入可能な第１の吸引送入手段と、
   前記リザーバ内の気体又は液体を前記ノズルから吸引若しくは送入可能な第２の吸引送入手段と、を備え、
   前記第１の吸引送入手段は、
   前記供給口を覆う第１の凹部を有し、前記第１の凹部の周縁部を前記カートリッジの供給口形成面に密着させることが可能であって、前記第１の凹部の内側に液体または気体を注入可能な第１の注入口を有する供給口用キャップと、
   前記第１の注入口に接続された第１の吸引ポンプと、
   前記第１の注入口と前記第１の吸引ポンプの間に設けられ、前記第１の注入口と前記第１の吸引ポンプ、または前記第１の注入口と外気との連通を切り替え可能な第１のバルブと、を備え、
   前記供給口用キャップは、前記第１の凹部の前記周縁部を前記カートリッジの前記供給口形成面に密着させた時に、前記供給口形成面に接する気液分離フィルターを備え、
   前記第２の吸引送入手段は、
   前記ノズルを覆う第２の凹部を有し、前記第２の凹部の周縁部を前記カートリッジのノズル形成面に密着させることが可能であって、前記第２の凹部の内側に液体または気体を注入可能な第２及び第３の注入口を有するノズル用キャップと、
   前記第２の注入口に接続された第２の吸引ポンプと、
   前記第３の注入口に接続された洗浄液タンクと、
   前記第２の注入口と前記第２の吸引ポンプの間に設けられ、前記第２の注入口と前記第２の吸引ポンプ、または前記第２の注入口と外気との連通を切り替え可能な第２のバルブと、
   前記第３の注入口と前記洗浄液タンクの間に設けられ、前記第３の注入口と前記洗浄液タンクとの連通を切り替え可能な第３のバルブと、を備えたことを特徴とする、液滴吐出装置用カートリッジの洗浄装置。
2. 請求項１に記載の洗浄装置を備えるマイクロアレイ製造装置。
3. 請求項１に記載の洗浄装置を用いた液滴吐出装置用カートリッジの洗浄方法であって、
   前記第１のバルブを切り替えて前記第１の注入口と前記第１の吸引ポンプとを連通し、前記第３のバルブを開放して前記第３の注入口と前記洗浄液タンクとを連通すると共に、前記第１の吸引ポンプを作動させて前記洗浄液タンク内の洗浄液を前記第３の注入口から吸引することにより、前記洗浄液を前記リザーバ内に充填する第１工程と、
   前記第１のバルブを切り替えて前記第１の注入口を外気に連通し、前記第３のバルブを閉じ、前記第２のバルブを切り替えて前記第２の注入口と前記第２の吸引ポンプをとを連通すると共に、前記第２の吸引ポンプを作動させて、前記第２の注入口から、前記リザーバ内に充填された洗浄液を排出する第２工程と、
   前記洗浄液がすべて排出された後、前記第１の注入口を外気に連通した状態で前記第２の吸引ポンプを作動させることにより、前記リザーバ内に送風して乾燥させる第３工程と、を含む洗浄方法。
4. 前記第２工程の後、洗浄液を換えて、前記第１工程および前記第２工程を繰り返すことを特徴とする、請求項３に記載の洗浄方法。
5. 前記洗浄液として、界面活性剤、アルカリ性溶液、及び有機溶剤からなる群の少なくとも１種が添加されている液体を用いる、請求項３または４に記載の洗浄方法。
6. 液滴吐出装置を用いて、生体試料を含む液体を固相表面に吐出する工程と、
   請求項３から５のいずれか１項に記載の洗浄方法によって、前記液滴吐出装置に装着されたカートリッジを洗浄する工程と、を繰り返し行うことを特徴とするマイクロアレイの製造方法。

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