JP6925908B2

JP6925908B2 - 薬液滴下装置

Info

Publication number: JP6925908B2
Application number: JP2017159470A
Authority: JP
Inventors: 周平横山; 敏海宝; 楠　竜太郎; 竜太郎楠; 清水　誠也; 誠也清水
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2017-08-22
Filing date: 2017-08-22
Publication date: 2021-08-25
Anticipated expiration: 2037-08-22
Also published as: US20190060937A1; US11351563B2; CN109420572B; EP3446876B1; CN109420572A; JP2019037907A; EP3446876A1

Description

本発明の実施形態は、薬液滴下装置に関する。

薬液滴下装置には、薬液吐出装置をセットして、薬液吐出装置に充填された薬液を吐出するものがある。薬液吐出装置は、薬液滴下装置から脱着可能である。薬液吐出装置は、コンタミネーション防止のため、一度薬液を吐出すると破棄される。

しかしながら、従来、薬液滴下装置は、一度薬液を吐出した薬液吐出装置がセットされた場合であっても、薬液の吐出動作を行ってしまうという課題がある。

特開２０１７−１５４６６号公報特開２０１７−１３０４２号公報

上記の課題を解決するため、一度使用した薬液吐出装置を用いて吐出動作を行うことを防止することができる薬液滴下装置を提供する。

実施形態によると、薬液滴下装置は、装着部と、駆動回路と、測定部と、制御部と、を備える。装着部は、圧電材料の動作によって薬液を吐出する薬液吐出装置が装着される。駆動回路は、前記圧電材料に駆動電力を供給する。測定部は、前記圧電材料の静電容量を測定する。制御部は、前記静電容量に基づいて前記薬液吐出装置が使用済みであるか判定し、使用済みでないと判定した場合に前記薬液吐出装置に前記薬液を吐出させる。

図１は、第１の実施形態に係る吐出システムの概略構成を示す斜視図である。図２は、第１の実施形態に係る薬液吐出装置を示す上面（薬液保持容器側）の平面図である。図３は、第１の実施形態に係る薬液吐出装置を示す下面（薬液吐出側）の平面図である。図４は、図２のＦ４−Ｆ４線断面図である。図５は、図４のＦ５−Ｆ５線断面図である。図６は、第１の実施形態に係る吐出システムの制御系を示すブロック図である。図７は、第１の実施形態に係る駆動回路の接続例を示す図である。図８は、第１の実施形態に係る駆動回路の接続例を示す図である。図９は、第１の実施形態に係る薬液滴下装置の動作例を示すフローチャートである。図１０は、第２の実施形態に係る駆動回路の接続例を示す図である。図１１は、第２の実施形態に係る駆動回路の接続例を示す図である。図１２は、第２の実施形態に係る駆動回路の接続例を示す図である。図１３は、第２の実施形態に係る薬液滴下装置の動作例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら実施形態について説明する。なお、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際のものと異なる個所があるが、これらは適宜、設計変更することができる。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態について説明する。
実施形態に係る吐出システムは、ピエゾジェット方式で所定の薬液を吐出する。たとえば、吐出システムは、オペレータの操作に従って、マイクロプレートなどに数ピコリットル（ｐＬ）から数マイクロリットル（μＬ）の薬液を吐出する。たとえば、吐出システムは、生物学、化学又は薬学などの分野における研究所などで用いられる。

実施形態の吐出システムの物理的な構成例について図１乃至図５を参照して説明する。図１は、吐出システム５００の概略構成を示す斜視図である。図２は、薬液吐出装置２の上面図である。図３は、薬液吐出装置２の液滴を吐出する面である下面図を示す。図４は、図２のＦ４−Ｆ４線断面図を示す。図５は、図４のＦ５−Ｆ５線断面図である。

図１に示すように、吐出システム５００は、薬液滴下装置１、薬液吐出装置２、及び後述するホストコンピュータ１８（外部装置）などから構成される。なお、吐出システム５００は、図１に示すような構成の他に必要に応じた構成を具備したり、特定の構成を除外したりしてもよい。

薬液滴下装置１は、薬液吐出装置２を制御して薬液吐出装置２に充填された薬液を滴下する。
薬液滴下装置１は、矩形平板状の基台３と、薬液吐出装置２を装着する装着モジュール５（装着部）と、を有する。実施形態では、薬液滴下装置１は、１５３６穴のマイクロプレート４へ薬液を滴下するものとする。ここでは、基台３の前後方向をＸ方向、基台３の左右方向をＹ方向と称する。Ｘ方向とＹ方向とは直交する。

マイクロプレート４は、基台３に固定される。マイクロプレート４は、複数個のウエル開口３００を備える。マイクロプレート４の各ウエル開口３００は、所定の薬液を保持する。たとえば、薬液は、細胞、血球、細菌、血漿、抗体、ＤＮＡ、核酸又はタンパク質を含有した溶液などである。

薬液滴下装置１は、基台３の上に、マイクロプレート４の両側に、Ｘ方向に延設された左右一対のＸ方向ガイドレール６ａ及び６ｂを有する。各Ｘ方向ガイドレール６ａ及び６ｂの両端部は、基台３上に突設された固定台７ａ及び７ｂに固定される。

Ｘ方向ガイドレール６ａ及び６ｂ間には、Ｙ方向に延設されたＹ方向ガイドレール８が架設される。Ｙ方向ガイドレール８の両端は、Ｘ方向ガイドレール６ａ及び６ｂに沿ってＸ方向に摺動可能なＸ方向移動台９にそれぞれ固定される。

Ｙ方向ガイドレール８には、装着モジュール５がＹ方向ガイドレール８に沿ってＹ方向に移動可能なＹ方向移動台１０が設けられる。Ｙ方向移動台１０には、装着モジュール５が装着される。装着モジュール５には、実施形態の薬液吐出装置２が固定される。

Ｙ方向移動台１０がＹ方向ガイドレール８に沿ってＹ方向に移動する動作と、Ｘ方向移動台９がＸ方向ガイドレール６ａ及び６ｂに沿ってＸ方向に移動する動作との組み合わせにより、薬液吐出装置２は、直交するＸＹ方向の任意の位置に移動可能に支持される。

装着モジュール５には、薬液吐出装置２を固定するスリット３２が形成される。スリット３２の前面開口部側から薬液吐出装置２がスリット３２の内部に挿入されると、薬液吐出装置２は、薬液滴下装置１に固定される。
装着モジュール５は、駆動回路１１及び静電容量測定部４０など備える。駆動回路１１及び静電容量測定部４０については、後述する。

薬液吐出装置２は、薬液滴下装置１の制御に基づいて薬液を吐出する。
薬液吐出装置２は、矩形板状の板体である平板状のベース部材２１を有する。図２に示すようにこのベース部材２１の表面側には、複数の薬液保持容器２２がＹ方向に一列に並設される。実施形態では８個の薬液保持容器２２で説明しているが、個数は８個に限らない。薬液保持容器２２は、図４に示すように上面が開口された有底円筒形状の容器である。ベース部材２１の表面側には、各薬液保持容器２２と対応する位置に円筒形状の薬液保持容器用凹陥部２１ａが形成される。

薬液保持容器２２の底部は、薬液保持容器用凹陥部２１ａに接着固定される。さらに、薬液保持容器２２の底部には、中心位置に薬液出口となる下面開口部２２ａが形成される。薬液保持容器２２の上面開口部２２ｂの開口面積は、薬液出口の下面開口部２２ａの開口面積よりも大きくなっている。

また、ベース部材２１の両端には、装着モジュール５へ装着固定させるための装着固定用切欠き２８がそれぞれ形成される。装着固定用切欠き２８は、装着モジュール５に係合する。ベース部材２１の２つの切欠き２８は、半長円形の切欠き形状に形成される。なお、装着固定用切欠き２８は、半円形、半楕円形又は三角形の切欠き形状等であってもよい。実施形態では２つの切欠き２８の形状は、互いに異なる。これにより、ベース部材２１の左右の形状が異なり、ベース部材２１の姿勢の確認が行いやすくなっている。

図３に示すようにベース部材２１の裏面側には、薬液保持容器２２と同数の電装基板２３がＹ方向に一列に並設される。電装基板２３は、矩形状の平板部材である。ベース部材２１の裏面側には、図４に示すように電装基板２３の装着用の矩形状の電装基板用凹陥部２１ｂと、電装基板用凹陥部２１ｂと連通する薬液吐出アレイ部開口２１ｄとが形成される。電装基板用凹陥部２１ｂの基端部は、ベース部材２１の図３中で上端部近傍位置（図４中で右端部近傍位置）まで延設される。電装基板用凹陥部２１ｂの先端部は、図４に示すように薬液保持容器２２の一部と重なる位置まで延設される。電装基板２３は、電装基板用凹陥部２１ｂに接着固定される。

電装基板２３には、電装基板用凹陥部２１ｂとの接着固定面とは反対側の面に電装基板配線２４がパターニング形成される。電装基板配線２４には、駆動素子１３０にそれぞれ接続する配線パターン２４ａ及び２４ｂが形成される。

電装基板配線２４の一端部には、駆動回路１１からの電気信号（駆動信号ともいう）を入力するための制御信号入力端子２５が形成される。電装基板配線２４の他端部には、電極端子接続部２６を備える。

また、ベース部材２１には、薬液吐出アレイ部開口２１ｄが設けられる。薬液吐出アレイ部開口２１ｄは、図３に示すように矩形状の開口部で、ベース部材２１の裏面側に薬液保持容器用凹陥部２１ａと重なる位置に形成される。

薬液保持容器２２の下面には、薬液保持容器２２の下面開口部２２ａを覆う状態で薬液吐出アレイ２７が接着固定される。薬液吐出アレイ２７は、ベース部材２１の薬液吐出アレイ部開口２１ｄと対応する位置に配置される。

図５に示すように薬液吐出アレイ２７は、ノズルプレート１００と、圧力室構造体２００とが積層されて形成される。ノズルプレート１００は、薬液を吐出するノズル１１０と、振動板１２０と、駆動部である駆動素子１３０と、駆動素子１３０を絶縁する絶縁膜１４０と、保護層である保護膜１５０と、撥液膜１６０とを備える。振動板１２０と駆動素子１３０とによってアクチュエータ１７０が構成される。複数のノズル１１０は、例えば３×３列に配列される。実施形態の複数のノズル１１０は、薬液保持容器２２の薬液出口の下面開口部２２ａの内側に位置する。薬液保持容器２２、圧力室構造体２００及びアクチュエータ１７０などは、薬液を吐出する吐出部を形成する。

振動板１２０は、例えば圧力室構造体２００と一体に形成される。圧力室構造体２００を製造するためのシリコンウエハ２０１を酸素雰囲気で加熱処理すると、シリコンウエハ２０１の表面にＳｉＯ_２（酸化シリコン）膜が形成される。振動板１２０は、酸素雰囲気で加熱処理して形成されるシリコンウエハ２０１の表面のＳｉＯ_２（酸化シリコン）膜を用いる。振動板１２０は、シリコンウエハ２０１の表面にＣＶＤ法（化学的気相成膜法）でＳｉＯ_２（酸化シリコン）膜を成膜して形成しても良い。

振動板１２０の膜厚は、１〜３０μｍの範囲が好ましい。振動板１２０は、ＳｉＯ_２（酸化シリコン）膜に代えて、ＳｉＮ（窒化シリコン）等の半導体材料、或いは、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）等を用いることもできる。

駆動素子１３０は、各ノズル１１０に形成される。駆動素子１３０は、ノズル１１０を囲む円環状の形状である。駆動素子１３０の形状は限定されず、例えば円環の一部を切り欠いたＣ字状でも良い。

駆動素子１３０は、電極端子接続部２６と電気的に接続する。即ち、駆動素子１３０の一面は、配線パターン２４ａに電気的に接続する。また、駆動素子１３０の他面は、配線パターン２４ｂに電気的に接続する。

駆動素子１３０は、配線パターン２４ａに印加される電圧と配線パターン２４ｂに印加される電圧との差分の電圧を印加される。駆動素子１３０は、差分の電圧によって駆動する。

駆動素子１３０は、圧電材料である圧電体膜を備え、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３：チタン酸ジルコン酸鉛）を用いた。駆動素子１３０が備える圧電体膜は、例えばＰＴＯ（ＰｂＴｉＯ_３：チタン酸鉛）、ＰＭＮＴ（Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３）、ＰＺＮＴ（Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３）、ＫＮＮ（ＫＮｂＯ_３とＮａＮｂＯ_３の化合物）、ＺｎＯ、ＡｌＮ等の圧電材料を用いることもできる。

駆動素子１３０が備える圧電体膜は、厚み方向に分極を発生する。分極と同じ方向の電界を駆動素子１３０に印加すると、駆動素子１３０は、電界方向と直交する方向に伸縮する。即ち、駆動素子１３０は、膜厚に対して直交する方向に収縮又は伸長する。

ノズルプレート１００は、保護膜１５０を備える。保護膜１５０は、振動板１２０のノズル１１０に連通する円筒状の薬液通過部１４１を備える。

ノズルプレート１００は、保護膜１５０を覆う撥液膜１６０を備える。撥液膜１６０は、薬液をはじく特性のある例えばシリコン系樹脂をスピンコーティングして形成される。撥液膜１６０は、フッ素含有樹脂等の薬液をはじく特性を有する材料で形成することもできる。

圧力室構造体２００は、振動板１２０と反対側の面に、反り低減層である反り低減膜２２０を備える。圧力室構造体２００は、反り低減膜２２０を貫通して振動板１２０の位置に達し、ノズル１１０と連通する圧力室２１０を備える。圧力室２１０は、例えばノズル１１０と同軸上に位置する円形に形成される。

圧力室２１０は、薬液保持容器２２の下面開口部２２ａに連通する開口部を備える。圧力室２１０の開口部の幅方向のサイズＤより、深さ方向のサイズＬを大きくすることが好ましい。深さ方向のサイズＬ＞幅方向のサイズＤとすることにより、ノズルプレート１００の振動板１２０の振動により、圧力室２１０内の薬液にかかる圧力が、薬液保持容器２２へ逃げるのを遅らせる。

圧力室構造体２００は、圧力室２１０の振動板１２０が配置される側を第１の面２００ａとし、反り低減膜２２０が配置される側を第２の面２００ｂとする。圧力室構造体２００の反り低減膜２２０側には例えばエポキシ系接着剤により薬液保持容器２２が接着される。圧力室構造体２００の圧力室２１０は、反り低減膜２２０側の開口部で、薬液保持容器２２の下面開口部２２ａに連通する。

振動板１２０は、面状の駆動素子１３０の動作により厚み方向に変形する。薬液吐出装置２は、振動板１２０の変形により圧力室構造体２００の圧力室２１０内に発生する圧力変化によって、ノズル１１０に供給された薬液を吐出する。

駆動回路１１は、後述するプロセッサ１５（制御部）からの信号に基づいて薬液吐出装置２を駆動させる。たとえば、駆動回路１１は、薬液吐出装置２から薬液を吐出させるために信号及び電力などを薬液吐出装置２へ供給する。即ち、駆動回路１１は、薬液吐出装置２の駆動素子１３０に接続する配線パターン２４ａ及び２４ｂに電圧を印加する。

駆動回路１１は、薬液を吐出させるために、駆動素子１３０の分極方向と同一の方向に所定の電圧（吐出電圧）を印加する。即ち、駆動回路１１は、駆動素子１３０の分極を促進する方向に電圧を印加する。たとえば、駆動回路１１は、駆動素子１３０の正の分極側をＧＮＤに接続し、駆動素子１３０の負の分極側に負の電圧を印加する。また、駆動回路１１は、駆動素子１３０の負の分極側をＧＮＤに接続し、駆動素子１３０の正の分極側に正の電圧を印加してもよい。

また、駆動回路１１は、プロセッサ１５からの信号に基づいて、配線パターン２４ａ及び２４ｂと静電容量測定部４０とを接続する。即ち、駆動回路１１は、静電容量測定部４０が駆動素子１３０の静電容量を測定可能なように、駆動素子１３０と静電容量測定部４０とを接続する。

静電容量測定部４０は、接続された構成の静電容量を測定する。静電容量測定部４０は、駆動回路１１を通じて薬液吐出装置２の駆動素子１３０に接続する。静電容量測定部４０は、駆動素子１３０の静電容量を測定する。
静電容量測定部４０は、測定した静電容量をプロセッサ１５へ送信する。

たとえば、静電容量測定部４０は、接続された構成のインピーダンスを測定して静電容量を測定する。また、静電容量測定部４０は、測定したインピーダンスをプロセッサ１５へ送信してもよい。静電容量測定部４０が静電容量を測定する方法は、特定の方法に限定されるものではない。

次に、吐出システム５００の制御系について説明する。
前述のように、吐出システム５００は、薬液滴下装置１、薬液吐出装置２及びホストコンピュータ１８などを備える。

ホストコンピュータ１８は、オペレータからの操作に従って薬液滴下装置１を制御する。ホストコンピュータ１８は、操作部１８ａ及び表示部１８ｂなどを備える。また、ホストコンピュータ１８は、プロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＮＶＭなどから構成される。

操作部１８ａは、オペレータの操作の入力を受け付ける。操作部１８ａは、たとえば、キーボード、マウス又はタッチパネルなどである。

表示部１８ｂは、プロセッサ１５の制御により種々の情報を表示する。表示部１８ｂは、たとえば、液晶モニタから構成される。操作部１８ａがタッチパネルなどで構成される場合、表示部１８ｂは、操作部１８ａと一体的に形成されてもよい。

ホストコンピュータ１８は、操作部１８ａを通じて種々の操作を受け付ける。たとえば、ホストコンピュータ１８は、薬液保持容器２２に薬液を充填したことを示す操作を受け付ける。また、ホストコンピュータ１８は、薬液保持容器２２から薬液を吐出する操作を受け付ける。

ホストコンピュータ１８は、薬液保持容器２２から薬液を吐出する操作を受け付けると、薬液滴下装置１に薬液を吐出させる吐出信号を送信する。
なお、ホストコンピュータ１８は、薬液保持容器２２ごとに操作を受け付けてもよい。たとえば、ホストコンピュータ１８は、薬液保持容器２２ごとに薬液を充填したことを示す操作又は薬液を吐出する操作を受け付けてもよい。

図６に示すように、薬液滴下装置１は、Ｘ方向移動台制御回路９ａ、Ｘ方向移動台モータ９ｂ、Ｙ方向移動台制御回路１０ａ、Ｙ方向移動台モータ１０ｂ、駆動回路１１、プロセッサ１５、メモリ１６、インターフェース１７、静電容量測定部４０及びインターフェース４１などを備える。これらの各部は、データバスを介して互いに接続される。なお、薬液滴下装置１は、図６に示すような構成の他に必要に応じた構成を具備したり、特定の構成を除外したりしてもよい。

プロセッサ１５は、薬液滴下装置１全体の動作を制御する機能を有する。プロセッサ１５は、内部キャッシュ及び各種のインターフェースなどを備えてもよい。プロセッサ１５は、内部キャッシュ、メモリ１６などが予め記憶するプログラムを実行することにより種々の処理を実現する。

なお、プロセッサ１５がプログラムを実行することにより実現する各種の機能のうちの一部は、ハードウエア回路により実現されるものであってもよい。この場合、プロセッサ１５は、ハードウエア回路により実行される機能を制御する。

メモリ１６は、種々のデータを格納する。たとえば、メモリ１６は、制御プログラム及び制御データなどを記憶する。制御プログラム及び制御データは、薬液滴下装置１の仕様に応じて予め組み込まれる。制御プログラムは、薬液滴下装置１で実現する機能をサポートするプログラムなどである。

また、メモリ１６は、プロセッサ１５の処理中のデータなどを一時的に格納する。また、メモリ１６は、アプリケーションプログラムの実行に必要なデータ及びアプリケーションプログラムの実行結果などを格納してもよい。

インターフェース１７（通信部）は、ホストコンピュータ１８とデータを送受信するためのインターフェースである。たとえば、インターフェース１７は、有線又は無線回線を介してホストコンピュータ１８と接続する。たとえば、インターフェース１７は、ＬＡＮ接続、ＵＳＢ接続又はｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）接続をサポートするものであってもよい。

Ｘ方向移動台制御回路９ａは、プロセッサ１５からの信号に基づいてＸ方向移動台モータ９ｂを駆動する。Ｘ方向移動台制御回路９ａは、Ｘ方向移動台モータ９ｂに信号又は電力を供給してＸ方向移動台モータ９ｂを駆動する。

Ｘ方向移動台モータ９ｂは、Ｘ方向移動台９をＸ方向に移動させる。たとえば、Ｘ方向移動台モータ９ｂは、ギアなどを介してＸ方向移動台９に接続し、Ｘ方向移動台９をＸ方向に移動させる。

Ｙ方向移動台制御回路１０ａは、プロセッサ１５からの信号に基づいてＹ方向移動台モータ１０ｂを駆動する。Ｙ方向移動台制御回路１０ａは、Ｙ方向移動台モータ１０ｂに信号又は電力を供給してＹ方向移動台モータ１０ｂを駆動する。

Ｙ方向移動台モータ１０ｂは、Ｙ方向移動台１０をＹ方向に移動させる。たとえば、Ｙ方向移動台モータ１０ｂは、ギアなどを介してＹ方向移動台１０に接続し、Ｙ方向移動台１０をＹ方向に移動させる。

インターフェース４１は、静電容量測定部４０と駆動回路１１を接続するためのインターフェースである。たとえば、インターフェース４１は、接続端子などである。なお、インターフェース４１は、さらに、静電容量測定部４０とプロセッサ１５とを接続するものであってもよい。
薬液吐出装置２、駆動回路１１及び静電容量測定部４０は、前述の通りである。

次に、薬液滴下装置１のプロセッサ１５が実現する機能について説明する。以下の機能は、プロセッサ１５がメモリ１６などに格納されるプログラムを実行することで実現される。

まず、プロセッサ１５は、薬液吐出装置２の駆動素子１３０の静電容量を取得する機能を有する。
プロセッサ１５は、薬液吐出装置２が装着モジュール５にセットされたか判定する。たとえば、プロセッサ１５は、図示されないセンサからの信号に従って薬液吐出装置２が装着モジュール５にセットされたか判定する。

薬液吐出装置２が装着モジュール５にセットされたと判定すると、プロセッサ１５は、静電容量測定部４０に、駆動素子１３０の静電容量を測定させる。

たとえば、プロセッサ１５は、駆動回路１１に信号を送信して駆動素子１３０と静電容量測定部４０とを接続させる。プロセッサ１５は、静電容量測定部４０が測定した静電容量を取得する。

プロセッサ１５は、各薬液保持容器２２に対応する各駆動素子１３０の静電容量を取得する。

図７は、静電容量測定部４０が駆動素子１３０の静電容量を測定する際の接続関係の例を示す。
図７に示すように、静電容量測定部４０は、インターフェース４１及び駆動回路１１を通じて駆動素子１３０に接続する。静電容量測定部４０は、配線パターン２４ａ及び２４ｂに電気的に接続する。静電容量測定部４０は、配線パターン２４ａと配線パターン２４ｂとの間に生じる静電容量（駆動素子１３０の静電容量）を測定する。

また、プロセッサ１５は、取得した静電容量に基づいて、薬液吐出装置２が使用済みであるか判定する機能を有する。
プロセッサ１５は、静電容量に基づいて駆動素子１３０が動作済みであるか（動作状況）を判定する。

前述の通り、駆動回路１１は、薬液を吐出させるために、駆動素子１３０の分極方向と同一方向に電圧を印加する。その結果、駆動素子１３０の分極が進み、駆動素子１３０の静電容量は、上昇する。従って、駆動素子１３０の静電容量は、吐出動作によって上昇する。

そのため、プロセッサ１５は、取得した静電容量が所定の閾値よりも大きい場合には、駆動素子１３０が動作済みであると判定する。所定の閾値とは、例えば周波数１０ｋＨｚでの静電容量が、２４０ｐＦである。なお、閾値は適宜設定できる。

また、プロセッサ１５は、取得した静電容量が所定の閾値以下である場合には、駆動素子１３０が未動作であると判定する。

プロセッサ１５は、各駆動素子１３０について動作状況を判定する。

また、プロセッサ１５は、各駆動素子１３０の動作状況に基づいて、薬液吐出装置２が使用済みであるか判定する。
たとえば、プロセッサ１５は、少なくとも１つの駆動素子１３０が動作済みである場合、薬液吐出装置２が使用済みであると判定する。また、プロセッサ１５は、いずれの駆動素子１３０も未動作である場合、薬液吐出装置２が使用済みでない（未使用である）と判定する。

また、プロセッサ１５は、薬液吐出装置２が使用済みか否かの判定結果に基づいて薬液吐出装置２から薬液を吐出させる機能を有する。
プロセッサ１５は、薬液吐出装置２が使用済みでない場合、薬液吐出装置２から薬液を吐出させる。

たとえば、オペレータは、薬液保持容器２２の上面開口部２２ｂからピペッターなどにより、薬液を所定量、薬液保持容器２２に供給する。薬液は、薬液保持容器２２の内面で保持される。薬液保持容器２２の底部の下面開口部２２ａは、薬液吐出アレイ２７と連通する。薬液保持容器２２に保持された薬液は、薬液保持容器２２の底面の下面開口部２２ａを介して薬液吐出アレイ２７の各圧力室２１０へ充填される。

薬液吐出装置２内に保持される薬液は、例えば低分子化合物、蛍光試薬、タンパク質、抗体、核酸、血漿、細菌、血球又は細胞のいずれかを含有する。薬液の主溶媒（もっとも重量比、又は体積比が高い物質）は、一般的に、水、グリセリン、ジメチルスルホキシドである。

オペレータは、薬液を充填すると、ホストコンピュータ１８の操作部１８ａに薬液を吐出する操作を入力する。オペレータは、特定の薬液保持容器２２から薬液を吐出する操作を入力してもよい。

ホストコンピュータ１８は、薬液を吐出する操作を受け付けると、薬液滴下装置１に対して薬液を吐出することを指示する吐出信号を送信する。なお、吐出信号は、特定の薬液保持容器２２から薬液を吐出することを指示するものであってもよい。

プロセッサ１５は、インターフェース１７を通じて吐出信号を受信する。薬液吐出装置２が使用済みでない場合、プロセッサ１５は、吐出信号に基づいて薬液吐出装置２から薬液を吐出させる。

プロセッサ１５は、Ｘ方向移動台モータ９ｂ及びＹ方向移動台モータ１０ｂを制御して、装着モジュール５にセットされた薬液吐出装置２を所定の位置に移動させる。たとえば、プロセッサ１５は、薬液吐出装置２を複数のノズル１１０がウエル開口３００内に収まる位置に移動させる。なお、プロセッサ１５は、吐出信号に従って薬液吐出装置２を所定の位置に移動させてもよい。

薬液吐出装置２を所定の位置に移動させると、プロセッサ１５は、駆動回路１１を用いて駆動素子１３０に薬液を吐出するための電圧（分極方向の電圧）を印加する。

プロセッサ１５は、駆動回路１１へ信号を送り、駆動回路１１から駆動素子１３０に駆動電力として電圧制御信号を入力する。駆動素子１３０は、電圧制御信号の印加に対応して、振動板１２０を変形させ圧力室２１０の容積を変化させる。そのため、薬液吐出アレイ２７のノズル１１０から薬液が薬液滴として吐出される。その結果、薬液吐出装置２は、ノズル１１０から、マイクロプレート４のウエル開口３００に所定量の液体を滴下する。

マイクロプレート４の各ウエル開口３００に所定量の液体を滴下するため、プロセッサ１５は、Ｘ方向移動台制御回路９ａとＹ方向移動台制御回路１０ａと駆動回路１１とへ信号を送る動作を繰り返す。
なお、プロセッサ１５が薬液を吐出する回数及び位置は、特定の構成に限定されるものではない。

また、プロセッサ１５は、薬液吐出装置２が使用済みでない場合、薬液吐出装置２が未使用であることを示す信号をホストコンピュータ１８へ送信してもよい。ホストコンピュータ１８は、当該信号に基づいて、表示部１８ｂなどに薬液吐出装置２が未使用であることを表示してもよい。

図８は、プロセッサ１５が駆動回路１１を用いて吐出動作を行う際の接続関係の例を示す。
図８に示すように、駆動回路１１は、駆動素子１３０に接続する。駆動回路１１は、配線パターン２４ａ及び２４ｂに電気的に接続する。ここでは、配線パターン２４ａは、ＧＮＤに接続する。また、配線パターン２４ｂは、駆動回路１１の電力出力部に接続する。
駆動回路１１は、プロセッサ１５からの信号に基づいて、所定の電圧を配線パターン２４ｂに印加し、駆動素子１３０に吐出電圧を印加する。

また、プロセッサ１５は、薬液吐出装置２が使用済みである場合、薬液吐出装置２から薬液を吐出させない。
たとえば、プロセッサ１５は、薬液吐出装置２が使用済みである場合、吐出信号を受信しても薬液を吐出しない。また、プロセッサ１５は、インターフェース１７を通じて、薬液吐出装置２が使用済みであることを示す信号をホストコンピュータ１８に送信する。

ホストコンピュータ１８は、当該信号を受信すると、表示部１８ｂなどに薬液吐出装置２が使用済みであることを示す警告などを表示する。

次に、薬液滴下装置１のプロセッサ１５の動作例について説明する。
図９は、薬液滴下装置１のプロセッサ１５の動作例について説明するためのフローチャートである。

まず、プロセッサ１５は、装着モジュール５に薬液吐出装置２がセットされたか判定する（ＡＣＴ１１）。装着モジュール５に薬液吐出装置２がセットされていないと判定すると（ＡＣＴ１１、ＮＯ）、プロセッサ１５は、ＡＣＴ１１に戻る。

装着モジュール５に薬液吐出装置２がセットされたと判定すると（ＡＣＴ１１、ＹＥＳ）、プロセッサ１５は、各駆動素子１３０の静電容量を取得する（ＡＣＴ１２）。各駆動素子１３０の静電容量を取得すると、プロセッサ１５は、各駆動素子１３０の静電容量に基づいて、薬液吐出装置２が使用済みであるか判定する（ＡＣＴ１３）。

薬液吐出装置２が使用済みでない（未使用である）と判定すると（ＡＣＴ１３、ＮＯ）、プロセッサ１５は、インターフェース１７を通じて吐出信号を受信したか判定する（ＡＣＴ１４）。インターフェース１７を通じて吐出信号を受信していないと判定すると（ＡＣＴ１４、ＮＯ）、プロセッサ１５は、ＡＣＴ１４に戻る。

インターフェース１７を通じて吐出信号を受信したと判定すると（ＡＣＴ１４、ＹＥＳ）、プロセッサ１５は、吐出信号に従って薬液吐出装置２に薬液を吐出させる（ＡＣＴ１５）。

薬液吐出装置２が使用済みであると判定すると（ＡＣＴ１３、ＹＥＳ）、プロセッサ１５は、インターフェース１７を通じて、薬液吐出装置２が使用済みであることを示す信号（エラー）をホストコンピュータ１８へ送信する（ＡＣＴ１６）。

吐出信号に従って薬液吐出装置２に薬液を吐出させた場合（ＡＣＴ１５）、又は、薬液吐出装置２が使用済みであることを示す信号をホストコンピュータ１８へ送信した場合（ＡＣＴ１６）、プロセッサ１５は、動作を終了する。

なお、プロセッサ１５は、薬液吐出装置２の薬液保持容器２２ごとに使用済みであるかを判定してもよい。たとえば、プロセッサ１５は、動作済みである駆動素子１３０に接続する薬液保持容器２２を使用済みであると判定する。

薬液保持容器２２ごとに使用済みであるか判定すると、プロセッサ１５は、所定のタイミングでホストコンピュータ１８から吐出信号を受信する。ここでは、吐出信号は、所定の薬液保持容器２２から薬液を吐出することを指示する。薬液を吐出する薬液保持容器２２が使用済みでない場合、プロセッサ１５は、吐出信号に従って、当該薬液保持容器２２から薬液を吐出する。

また、薬液を吐出する薬液保持容器２２が使用済みである場合、プロセッサ１５は、吐出信号を受信しても吐出動作を行わない。また、この場合、プロセッサ１５は、当該薬液保持容器２２が使用済みであることを示す信号をホストコンピュータ１８へ送信してもよい。

以上のように構成された吐出システムは、薬液吐出装置の圧電素子の静電容量を測定する。吐出システムは、静電容量に基づいて駆動素子１３０が動作済みであるか判定する。吐出システムは、駆動素子１３０の動作状況に基づいて、薬液吐出装置が使用済みであるかをチェックする。吐出システムは、薬液吐出装置が使用済みである場合、薬液吐出装置から薬液を吐出させない。

その結果、吐出システムは、一度使用した薬液吐出装置を再度用いて薬液を吐出することを防止することができる。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態に係る吐出システム５００’は、薬液吐出装置２に薬液を吐出させた後に、駆動素子１３０に吐出電圧と逆方向の電圧を印加する点で第１の実施形態のそれと異なる。従って、他の点については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

第２の実施形態に係る吐出システム５００’は、薬液滴下装置１’を備える。
薬液滴下装置１’は、駆動回路１１に代えて駆動回路１１’を備える。
駆動回路１１’は、駆動回路１１の機能に加えて以下の機能を有する。

駆動回路１１’は、吐出電圧と逆方向に電圧（逆電圧）を印加する。即ち、駆動回路１１’は、駆動素子１３０の分極を抑制する方向に電圧を印加する。たとえば、駆動回路１１’は、駆動素子１３０の正の分極側をＧＮＤに接続し、駆動素子１３０の負の分極側に正の電圧を印加する。また、駆動回路１１’は、駆動素子１３０の負の分極側をＧＮＤに接続し、駆動素子１３０の正の分極側に負の電圧を印加してもよい。
なお、逆電圧の大きさは、吐出電圧の大きさと同一であってもよいし異なってもよい。

まず、プロセッサ１５は、薬液吐出装置２の駆動素子１３０の静電容量を取得する機能を有する。
プロセッサ１５が駆動素子１３０の静電容量を取得する方法は、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

図１０は、静電容量測定部４０が駆動素子１３０の静電容量を測定する際の接続関係の例を示す。
図１０に示すように、静電容量測定部４０は、インターフェース４１及び駆動回路１１’を通じて駆動素子１３０に接続する。静電容量測定部４０は、配線パターン２４ａ及び２４ｂに電気的に接続する。静電容量測定部４０は、配線パターン２４ａと配線パターン２４ｂとの間に生じる静電容量（駆動素子１３０の静電容量）を測定する。

後述する通り、駆動回路１１’は、薬液を吐出させると、駆動素子１３０の分極方向と反対方向の逆電圧を駆動素子１３０に印加する。即ち、駆動素子１３０は、逆分極処理される。その結果、駆動素子１３０の分極が抑制され、駆動素子１３０の静電容量は、低下する。

そのため、プロセッサ１５は、取得した静電容量が所定の閾値よりも小さい場合には、駆動素子１３０が動作済みであると判定する。
また、プロセッサ１５は、取得した静電容量が所定の閾値以上である場合には、駆動素子１３０が未動作であると判定する。

また、プロセッサ１５は、薬液吐出装置２が使用済みか否かの判定結果に基づいて薬液吐出装置２から薬液を吐出させる機能を有する。
プロセッサ１５は、薬液吐出装置２が使用済みでない場合、薬液吐出装置２から薬液を吐出させる。プロセッサ１５が薬液吐出装置２に薬液を吐出させる動作は、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

図１１は、プロセッサ１５が駆動回路１１’を用いて吐出動作を行う際の接続関係の例を示す。
図１１に示すように、駆動回路１１’は、駆動素子１３０に接続する。駆動回路１１’は、配線パターン２４ａ及び２４ｂに電気的に接続する。ここでは、配線パターン２４ａは、ＧＮＤに接続する。また、配線パターン２４ｂは、駆動回路１１’の電力出力部に接続する。
駆動回路１１’は、プロセッサ１５からの信号に基づいて、所定の電圧を配線パターン２４ｂに印加し、駆動素子１３０に吐出電圧を印加する。

また、プロセッサ１５は、薬液を吐出させると、駆動回路１１’を用いて逆電圧を駆動素子１３０に印加する機能を有する。
プロセッサ１５は、薬液の吐出が完了すると、駆動回路１１’と配線パターン２４ａ及び２４ｂとを接続する。プロセッサ１５は、駆動回路１１’に、逆電圧を印加させる。その結果、駆動素子１３０は、逆電圧を印加される。駆動素子１３０は、逆電圧によって逆分極処理される。

図１２は、プロセッサ１５が駆動回路１１’を用いて駆動素子１３０に逆電圧を印加する際の接続関係の例を示す。
図１２に示すように、駆動回路１１は、駆動素子１３０に接続する。即ち、駆動回路１１は、配線パターン２４ａ及び２４ｂに電気的に接続する。ここでは、配線パターン２４ａは、駆動回路１１’の電力出力部に接続する。また、配線パターン２４ｂは、ＧＮＤに接続する。即ち、配線パターン２４ａ及び２４ｂは、吐出動作時とは逆に駆動回路１１’に接続する。

駆動回路１１’は、プロセッサ１５からの信号に基づいて、所定の電圧を配線パターン２４ａに印加し、駆動素子１３０に逆電圧を印加する。

次に、薬液滴下装置１のプロセッサ１５の動作例について説明する。
図１３は、薬液滴下装置１のプロセッサ１５の動作例について説明するためのフローチャートである。
ＡＣＴ１１、１２、１４乃至１６は、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

各駆動素子１３０の静電容量を取得すると（ＡＣＴ１２）、プロセッサ１５は、各駆動素子１３０の静電容量に基づいて、薬液吐出装置２が使用済みであるか判定する（ＡＣＴ２１）。

薬液吐出装置２が使用済みでない（未使用である）と判定すると（ＡＣＴ２１、ＮＯ）、プロセッサ１５は、インターフェース１７を通じて吐出信号を受信したか判定する（ＡＣＴ１４）。

薬液吐出装置２が使用済みであると判定すると（ＡＣＴ２１、ＹＥＳ）、プロセッサ１５は、インターフェース１７を通じて、薬液吐出装置２が使用済みであることを示す信号（エラー）をホストコンピュータ１８へ送信する（ＡＣＴ１６）。

吐出信号に従って薬液吐出装置２に薬液を吐出させると（ＡＣＴ１５）、プロセッサ１５は、駆動回路１１’を用いて駆動素子１３０に逆電圧を印加する（ＡＣＴ２２）。駆動回路１１’を用いて駆動素子１３０に逆電圧を印加すると、プロセッサ１５は、動作を終了する。

以上のように構成された吐出システムは、薬液吐出装置に薬液を吐出させると薬液吐出装置の駆動素子に逆電圧を印加して駆動素子の静電容量を低下させる。そのため、吐出システムは、駆動素子の静電容量をより顕著に変化させることができる。その結果、吐出システムは、より正確に駆動素子が動作済みであるか判定することができる。

そして、吐出システムは、薬液吐出装置が使用済みである場合、薬液吐出装置から薬液を吐出させない。

その結果、吐出システムは、一度使用した薬液吐出装置を再度用いて薬液を吐出することを防止することができる。

以上説明した実施形態では、駆動部である駆動素子１３０を円形としたが、駆動部の形状は限定されない。駆動部の形状は、例えばひし形或いは楕円等であっても良い。また圧力室２１０の形状も円形に限らず、ひし形或いは楕円形、更には矩形等であっても良い。

また、実施形態では、駆動素子１３０の中心にノズル１１０を配置したが、圧力室２１０の薬液を吐出可能であれば、ノズル１１０の位置は限定されない。例えばノズル１１０を、駆動素子１３０の領域内ではなく、駆動素子１３０の外側に形成しても良い。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に本件出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
圧電材料の動作によって薬液を吐出する薬液吐出装置が装着される装着部と、
前記圧電材料に駆動電力を供給する駆動回路と、
前記圧電材料の静電容量を測定する測定部と、
前記静電容量に基づいて前記薬液吐出装置が使用済みであるか判定し、使用済みでないと判定した場合に前記薬液吐出装置に前記薬液を吐出させる制御部と、
を備える薬液滴下装置。
［Ｃ２］
前記制御部は、
前記駆動回路に前記圧電材料の分極方向と同一の方向に吐出電圧を印加させることで前記薬液を吐出させ、
前記静電容量が所定の閾値よりも大きい場合に、前記圧電材料が動作済みであると判定し、
前記圧電材料が動作済みであるか否かに基づいて前記薬液吐出装置が使用済みであるか判定する、
前記Ｃ１に記載の薬液滴下装置。
［Ｃ３］
前記制御部は、
前記薬液を吐出させると、前記圧電材料の分極方向とは逆の方向に電圧を印加し、
前記静電容量が所定の閾値よりも小さい場合に、前記圧電材料が動作済みであると判定し、
前記圧電材料が動作済みであるか否かに基づいて前記薬液吐出装置が使用済みであるか判定する、
前記Ｃ１に記載の薬液滴下装置。
［Ｃ４］
前記駆動回路は、前記圧電材料の分極方向と同一の方向に吐出電圧を印加して前記を吐出させ、前記薬液を吐出させると、前記吐出電圧と同一の電圧を前記圧電材料の分極方向と逆の方向に印加する、
前記Ｃ３に記載の薬液滴下装置。
［Ｃ５］
外部装置とデータを送受信する通信部を備え、
前記制御部は、前記薬液吐出装置が使用済みであると判定した場合、前記通信部を通じて前記外部装置に前記薬液吐出装置が使用済みであることを示す信号を送信する、
前記Ｃ１乃至４の何れか１項に記載の薬液滴下装置。

１及び１’…薬液滴下装置、２…薬液吐出装置、４…マイクロプレート、５…装着モジュール、１１及び１１’…駆動回路、１５…プロセッサ、１７…インターフェース、１８…ホストコンピュータ、１３０…駆動素子、１７０…アクチュエータ、２００…圧力室構造体、３００…ウエル開口、５００及び５００’…吐出システム。

Claims

圧電材料の動作によって薬液を吐出する薬液吐出装置が装着される装着部と、
前記圧電材料に駆動電力を供給する駆動回路と、
前記圧電材料の静電容量を測定する測定部と、
前記静電容量に基づいて前記薬液吐出装置が使用済みであるか判定し、使用済みでないと判定した場合に前記薬液吐出装置に前記薬液を吐出させる制御部と、
を備える薬液滴下装置。
前記制御部は、
前記駆動回路に前記圧電材料の分極方向と同一の方向に吐出電圧を印加させることで前記薬液を吐出させ、
前記静電容量が所定の閾値よりも大きい場合に、前記圧電材料が動作済みであると判定し、
前記圧電材料が動作済みであるか否かに基づいて前記薬液吐出装置が使用済みであるか判定する、
前記請求項１に記載の薬液滴下装置。
前記制御部は、
前記薬液を吐出させると、前記圧電材料の分極方向とは逆の方向に電圧を印加し、
前記静電容量が所定の閾値よりも小さい場合に、前記圧電材料が動作済みであると判定し、
前記圧電材料が動作済みであるか否かに基づいて前記薬液吐出装置が使用済みであるか判定する、
前記請求項１に記載の薬液滴下装置。
前記駆動回路は、前記圧電材料の分極方向と同一の方向に吐出電圧を印加して前記薬液を吐出させ、前記薬液を吐出させると、前記吐出電圧と同一の電圧を前記圧電材料の分極方向と逆の方向に印加する、
前記請求項３に記載の薬液滴下装置。
外部装置とデータを送受信する通信部を備え、
前記制御部は、前記薬液吐出装置が使用済みであると判定した場合、前記通信部を通じて前記外部装置に前記薬液吐出装置が使用済みであることを示す信号を送信する、
前記請求項１乃至４の何れか１項に記載の薬液滴下装置。