WO2022196781A1

WO2022196781A1 - 液体注入方法、液体注入装置および液体カートリッジ

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Publication number: WO2022196781A1
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Inventors: 辰昌折原; 伸一櫻田; 伸行桑原; 幸子山内
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Filing date: 2022-03-17
Publication date: 2022-09-22
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Abstract

無駄な液体の消費を抑制することができる液体注入方法、液体注入装置および液体カートリッジを提供する。そのために、液体を吐出する液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドと接続され前記液体吐出ヘッドに液体を供給可能な流路と、前記流路と接続され前記流路より広く設けられた開口部と、を備えた液体カートリッジに液体注入器から液体を注入する液体注入方法であって、液体を前記流路内に直接注入する。

Description

液体注入方法、液体注入装置および液体カートリッジ

　本発明は、液体注入方法、液体注入装置および液体カートリッジに関する。

　特許文献１には、インクタンク内に収容されたインク保持部材に、インク注入針を刺してインク注入することで、均一に短時間でインクを注入する方法が記載されている。

特開２００６－１５９６５６号公報

　特許文献１の方法では、インク保持部材に注入されたインクを、別途、吐出口からの吸引等で吐出口まで導く必要がある。しかし、吸引を行うことで、吐出口から少なからずインクが排出されてしまい、無駄にインクを消費するという課題があった。

　よって本発明は、無駄な液体の消費を抑制することができる液体注入方法、液体注入装置および液体カートリッジを提供する。

　そのため本発明の液体注入方法は、液体を吐出する液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドと接続され前記液体吐出ヘッドに液体を供給可能な流路と、前記流路と接続され前記流路より広く設けられた開口部と、を備えた液体カートリッジに液体注入器から液体を注入する液体注入方法であって、液体を前記流路内に直接注入することを特徴とする。

　本発明によれば、無駄な液体の消費を抑制することができる液体注入方法、液体注入装置および液体カートリッジを提供することができる。

　本開示の更なる特徴は、添付の図面を参照して行う以下の実施形態の説明より明らかになる。

液体カートリッジを示した図である。開口部へ液体を滴下する様子を示した図である。濡れのピン止め効果を説明する図である。マイクロピペットによる液体の注入方法を示した図である。マイクロピペットのピペットチップが差し込まれた流路を示した図である。液体注入装置を示した図である。短い流路にピペットチップが差し込まれた状態を示した図である。

　以下に、好ましい実施形態を挙げて、さらに本発明を説明するが、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書において物性値は、特に断りのない限り、常温（２５℃）における値とする。

＜＜第１の実施形態＞＞
　以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。

　図１（ａ）は、本実施形態における液体カートリッジ１１を示した斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ－Ｉｂにおける断面を示した図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）の液体吐出ヘッド２１を示した部分拡大図である。液体カートリッジ１１は、開口部２４と、開口部２４と液体吐出ヘッド２１との間に設けられた流路２３とを備えている。液体吐出ヘッド２１は、インクジェット方式の吐出原理を用いて液体を吐出する。流路２３は、液体吐出ヘッド２１に液体を供給可能に構成されており、液体吐出ヘッド２１の細い共通供給路２２に液体を効率的に導くために細くなっている。開口部２４は、液体を貯留することも可能であり、流路２３へとつながる斜面を備え、斜面により流路２３から広がるように形成されている。流路２３から液体吐出ヘッド２１へ供給された液体は、液体吐出ヘッド２１の供給流路２２を経て吐出口３１に供給される。吐出口３１に供給された液体は、加熱素子３３の作用によって吐出口３１から吐出される。

　液体吐出ヘッド２１は、シリコン基板３４とそこに設けられた加熱素子３３、吐出口形成材３５によって形成された吐出口３１などを備えている。また供給流路（以下、共通供給路とも称する）２２と流路２３とは連通するように取り付けられている。吐出口３１は、供給流路２２の両側に計３２０個、長手方向に沿って所定の間隔で配されている。

　図２（ａ）から（ｃ）は、開口部２４へ液体を滴下する様子を示した図である。ここでは、液体注入器であるマイクロピペットを用いて開口部２４の斜面に液体を滴下して、液体吐出ヘッド２１に液体を充填させることができるか検討を行った。ここでは、充填が困難な液体の代表例として純水２７を用いて検討を行った。図２（ａ）のように開口部２４の斜面にマイクロピペットのピペットチップ２５を用いて純水２７を滴下した。その後、純水２７は、図２（ｂ）のように、開口部２４と流路２３の接続部における角度がついている部分で、濡れのピン止め効果によってはじかれ、流路２３に流入しなかった。さらに滴下を続けていくと、図２（ｃ）のように、開口部２４と流路２３との接続部でメニスカスを形成して、流路２３を塞ぐように純水２７が留まり、液体吐出ヘッド２１が純水２７で充填されることはなかった。

　つまり、開口部２４の斜面に液体を滴下する場合には、滴下しただけでは液体吐出ヘッド２１に液体を充填させることはできず、液体吐出ヘッド２１側からの吸引等を行わなければ、液体吐出ヘッド２１を充填させることはできなかった。

　図３は、濡れのピン止め効果を説明する図である。濡れのピン止め効果とは、液滴が屈曲部のある表面に差しかかると、液滴の接触角θに屈曲角αを付け加えた分だけの接触角θ＋αになるまでその先に進めなくなる現象のことである。屈曲角αは仮に丸みが付けられていても液滴が進みにくくなることには変わりがない。図３（ａ）のように、接触角θを有する液滴は、図３（ｂ）のように、接触角θ＋αになるまで屈曲部のある表面を超えられずその場に留まる。接触角θ＋αになると、液滴は、図３（ｃ）のように屈曲部のある表面を越えて進む。しかし、図２（ｂ）のように、屈曲部のある表面を越えて進む先が細くなっている場合、純水２７が屈曲部を超える前に図２（ｃ）のように流路２３を塞いでしまい開口部２４に溜まる。

　そこで本実施形態では、このような濡れのピン止め効果による流路２３の閉塞を回避すべく、マイクロピペットで液体を流路２３内に直接注入する。

　図４は、本実施形態のマイクロピペットによる液体の注入方法を示した図である。マイクロピペットのピペットチップ２５は、外形が傾斜しつつ先端に向かうに従い漸次細くなっている。また、液体カートリッジ１１は、液体を直接注入可能な流路２３を備えており、本実施形態では、図４のように、流路２３内に直接、ピペットチップ２５（液体注入部）の先端２６を差し込み、純水２７を注入した。その結果、純水２７は、流路２３から液体吐出ヘッド２１の共通供給路２２に到達した。共通供給路２２に純水２７が到達すると、毛管力による作用および濡れ性から液体吐出ヘッド２１は純水２７で充填された。

　液体吐出ヘッド２１を充填するための純水２７の量は、数十μｌで十分であり、吐出口３１から排出されず、無駄になった純水２７は無かった。純水２７は、表面張力が高いため一般的に充填が難しいとされるが、本実施形態の方法では純水２７が容易に充填されることから、純水２７より表面張力の低い液体でも同様に液体吐出ヘッド２１を充填できることは明らかである。

　このように、流路２３内にマイクロピペットのピペットチップ２５を差し込んで純水２７を注入する。これによって、液体吐出ヘッド２１のフェイス面３６（図１参照）からの吸引や開口部側からの加圧を行わなくても、液体吐出ヘッド２１を純水２７で充填することができる。

　なお、ピペットチップの先端は、流路２３に差し込まれていなくてもよい。ピペットチップ２８のように、ピペットチップ２８の先端３７を、開口部２４と流路２３との接続部３０と、矢印Ｚ方向において略同一位置に配置し、ピペットチップ２８から排出された液滴が、開口部２４を介さずに流路２３に直接注入される構成でもよい。

　また、ピペットチップ２５から排出される液滴の大きさを制御し、流路２３の幅よりも小さな径の液滴とし、ピペットチップ２９のように、流路２３の上部から開口部２４を介さずに、直接、流路２３に液体を注入してもよい。

　図５は、流路２３にマイクロピペットのピペットチップ２５を差し込んだ状態を、開口部２４側から見た図である。図４では、流路２３にマイクロピペットのピペットチップ２５が差し込まれた状態で、流路２３は塞がれているように見える。しかし流路２３は、図５に示すように、矢印Ｙ方向に延在した溝状になっており、ピペットチップ２５が差し込まれても、流路２３が塞がれることはない。そのため流路２３に純水２７が注入される際、ピペットチップ２５が差し込まれても、流路２３内にあった空気は、流路２３のピペットチップ２５が差し込まれていない連通部から開口部２４側に流出することができる。

　なお、流路２３が開口部２４側でマイクロピペットによって閉塞されていてもよい。流路２３がマイクロピペットによって閉塞されていたとしても、流路２３や液体吐出ヘッド２１の共通供給路２２内に存在する空気は吐出口３１から徐々に流出できるためであると考えられる。しかし、よりスムーズに充填する観点から、流路２３にピペットチップ２５が差し込まれた状態においても、流路２３の一部が開口部２４側で大気と連通していることが好ましい。

　液体吐出ヘッド２１に純水２７が充填された後、さらに注入を続けていくと、純水２７は流路２３と開口部２４との接続部を越えて、開口部２４に貯留される状態となる。この状態からピペットチップ２５を流路２３に差し込んだままで純水２７を抜き取っていくと、開口部２４に貯留された純水２７はピン止めされずに流路２３に流れ込んだ。これは流路２３に既に存在する純水２７と開口部２４に貯留された純水２７とが、液滴として分離しているわけではなくバルクの液体として一体であるためであると考えられる。

　また、流路２３や開口部２４の壁面は、濡れ性を下げると壁面に付着する形で残る液体の量が減るため好ましく、流路２３及び開口部２４の壁面のうちの少なくとも一方の壁面の、純水に対する接触角が９０°以上であると好ましい。接触角の測定は公知の方法で行うことができる。

　吐出口３１を形成する吐出口形成材３５（図１（ｃ）参照）は、液体吐出ヘッド２１に自然に液体を導くために濡れ性が高いことが好ましい。しかし濡れ性が高すぎると液体内の成分が吸着したり、つまりを引き起こしたりすることがある。そのため吐出口形成材３５の表面における純水に対する微小接触角が４０°以上９０°以下であることが好ましい。微小接触角の測定は公知の方法で行うことができる。

　上記の説明では、流路２３に注入される液体として純水を挙げたが、用いる液体としては、純水以外にも画像形成に用いられるブラックやカラーなどの着色用の液体であってもよい。更に液体は、レジスト、金属ナノ粒子溶液、カーボンナノチューブ溶液、紫外線硬化材料、機能性高分子液、ＤＮＡ、細胞液などであってもよく、ここに挙げた液体はあくまで一例であって特に限定されない。液体を無駄にしないという有益性は、液体が少量である場合や高価である場合、また濡れ性が悪い液体を使用する場合により発揮される。

　例えばバイオテクノロジーの分野で使われる、細胞、核酸、タンパク質、標識物質、ホルモン、およびリボヌクレオチドのうちの少なくとも１つを含んだ液体は、本実施形態の液体として好適である。一例として細胞懸濁液を使用した用途では、１００μｌ以下の少量の液体を扱う場合がある。このような少量であっても本実施形態を適用することで、フェイス面３６からの吸引などを行うことなく液体吐出ヘッド２１へ液体を充填することができる。バイオテクノロジーの分野では無菌操作を行うことが大切になるが、フェイス面３６に吸引部材を接触する必要がなくコンタミのリスクがないことも優位性の一つである。また、液体カートリッジは滅菌されていることが好ましい。また細胞種としては、壁面に接着する性質を持つ接着細胞を用いることも多いが、流路２３や開口部２４、吐出口形成材３５の濡れ性（接触角や微小接触角）を上記の好ましい範囲にしておくことで、壁面への接着を抑制することができる。また、流路２３に注入される液体が、細胞、核酸、タンパク質、標識物質、ホルモン、およびリボヌクレオチドのうちの少なくとも１つを含んだ液体の場合、吐出性の観点から、注入から吐出までの時間は短い方が好ましい。具体的には、液体吐出ヘッドに供給可能な流路への液体の注入から液体吐出ヘッドの吐出口からの液体の吐出までの時間は、１０分以内であることが好ましく、５分以内であることがより好ましく、２分以内であることが更に好ましい。

　液体吐出ヘッド２１内が、液体で濡れている場合、液体の注入に先立って乾燥するなど液体を除去しておくことが好ましい。これは、液体吐出ヘッド２１内が液体で濡れていると、微小な泡が発生していることがあり、充填がしにくくなる場合があるためである。例えば上記のようにバイオテクノロジー分野で使用する場合に、加熱水蒸気による滅菌を行うことがあるが、このような操作を行うと液体吐出ヘッド内に水が溜まりやすくなる。そのような場合は、流路内に液体を注入する前に液体吐出ヘッド２１内を予め乾燥させておくことが好ましい。また、注入される液体は、その液体に含まれる細胞などの種類によっては室温（２５℃）よりも低温で扱う必要がある。しかしながら、液体吐出ヘッドが室温から注入される液体の温度まで冷却された場合、液体吐出ヘッドの内部に結露が生じ、その結果、液体がうまく吐出できない場合がある。そのため、液体吐出ヘッドに液体の注入は、細胞懸濁液の温度より低い露点の雰囲気下で行われることが好ましい。

　このように、マイクロピペット１０４で液体を流路２３内に直接注入する。これによって、無駄な液体の消費を抑制することができる液体注入方法、液体注入装置および液体カートリッジを提供することができる。

＜実施例＞
　以下に実施例および比較例を挙げて具体的に説明する。尚、その要旨を超えない限り、下記の実施例によって何ら限定されるものではない。なお、以下の記載における「％」は、特に断らない限り体積基準である。

＜実施例１＞
　本実施例では以下のような液体、液体カートリッジ、液体注入器、液体注入装置を用いて、液体カートリッジへの液体の注入を行った。液体の注入は、液体注入部を流路に差し込んだ状態で行った。

（液体）
　本実施例で用いた液体は、トリパンブルーで薄く色を付けた細胞懸濁液である。この液体は以下のように調製した。ＡｍｅｒｉｃａｎＴｙｐｅＣｕｌｔｕｒｅＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎよりマウス単球性白血病から樹立された細胞株であるＲＡＷ２６４．７を購入した。そしてその細胞株が２００万個／ｍｌになるように、１０％ＦＢＳ、１％Ｐ／Ｓ（シグマアルドリッチ社製）、および１％ＭＥＭ－ＮＥＡＡを含むＤ－ＭＥＭ（サーモフィッシャーサイエンティフィック社製）培地２０ｍｌ中に分散させた。その後、ポリスチレン製１００ｍｍディッシュ（コーニング社製）に２００万個ずつ播種した。５％ＣＯ₂存在下摂氏３７度でインキュベーションすることで細胞を増殖させた。２～４日後にディッシュ底面の面積の７０％程度を細胞が覆った状態になったことを確認した。その後、上澄みの培地を除去した。そして、ＰＢＳでリンスした後、０．２５％のトリプシンと、１ｍＭＥＤＴＡ（サーモフィッシャーサイエンティフィック社製）と、を含むＰＢＳを用いて、細胞をディッシュより剥離させた。その後、マクロファージをディッシュから回収した。なお、ＦＢＳはウシ胎児血清、Ｐ／Ｓはペニシリン－ストレプトマイシン、ＭＥＭ－ＮＥＡＡはＭＥＭ非必須アミノ酸、Ｄ－ＭＥＭはＤｕｌｂｅｃｃｏ‘ｓ　Ｍｏｄｉｆｉｅｄ　Ｅａｇｌｅ　Ｍｅｄｉｕｍ、ＰＢＳはリン酸緩衝生理食塩水、ＥＤＴＡはエチレンジアミン四酢酸を意味する。

　回収した細胞懸濁液に、滅菌された遠心管内へ、総量５０ｍｌになるように、上記培地を加え後、４℃、９０Ｇに設定した遠心分離機（日立社製、ＣＦ１６ＲＸ II）で５分処理し、細胞を沈降させた。沈降した細胞ペレットの上澄みを、静かに除去し後、該細胞ペレットを、上記培地を加え、細胞懸濁液を得た。この懸濁液を再び、上記操作に従い、培養を２回繰り返した。

　３回目の操作時では、必要な細胞数を別の遠心管へと取り分けて遠心分離し、沈降した細胞ペレットの上澄みを静かに除去した。その後、１倍のリン酸生理食塩緩衝液（１×ＰＢＳ）（サーモフィッシャーサイエンティフィック社製、ｐＨ＝７．４）と０．４質量／体積％のトリパンブルー溶液を９：１で混合した溶液を加えて、マイクロピペットで撹拌し細胞濃度１００万個／ｍｌの液体を得た。

（液体カートリッジ）
　本実施例で用いた液体カートリッジ１１は、図１（ａ）から（ｃ）で説明したものを用いた。流路２３の長さは６ｍｍ、流路２３の幅は１ｍｍであり、流路２３における縦横比（ここでは長さと幅の比）であるアスペクト比は６であった。流路２３と開口部２４とはポリプロピレン製であり、その壁面における純水に対する接触角は、接触角計（協和界面科学製、ＤＭｏ－７０１）で測定したところ１０５°であった。また、吐出口形成材３５の微小接触角は、微小接触角計（マイクロジェット製、ＤｒｏｐＭｅａｓｕｒｅ）で測定したところ５５°であった。なお吐出口形成材３５における微小接触角を測定する際には、カッターナイフで注意深く切り出して、液体が触れる側、すなわちフェイス面と逆の面で測定を行った。

（液体注入器）
　液体注入器としては、ピペットチップ（エッペンドルフ製、ｅｐＴ．Ｉ．Ｐ．Ｓ．２－２００μＬ、ｂｉｏｐｕｒ）を装着したマイクロピペット１０４（エッペンドルフ製、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ２、２０－２００μＬ、黄色）を用いた。

（液体注入装置）
　図６は、本実施例で用いた液体注入装置１０１を示した図である。液体注入装置１０１は、液体カートリッジ１１の保持部１０５と、マイクロピペット１０４の保持部１０３とを有し、その相対的な位置関係をステージ１０２で調整できる調整機構を備えている。

　マイクロピペット１０４は、先端の外径が開口部２４の幅よりも小さく、更に先端の外径が流路２３の幅よりも小さく構成されている。

　液体注入装置１０１は、液体カートリッジ１１とマイクロピペット１０４（液体注入器）とを保持する装置であり、液体カートリッジ１１とマイクロピペット１０４との相対位置の制御や注入操作の制御を行い得る。また液体注入装置１０１は、液体注入器を有していてもよい。

　本実施例では、液体注入装置１０１に、予め乾燥した液体カートリッジ１１と、液体を５０μｌ計り取ったマイクロピペット１０４とを装着し、ステージ１０２を動かして流路２３内にマイクロピペット１０４のピペットチップ２５を差し込んだ。

　流路２３にピペットチップ２５を差し込んだ状態で、マイクロピペット１０４の排出ボタンを押して、液体カートリッジ１１に液体を注入した。このとき流路２３は、ピペットチップ２５で塞がれておらず、開口部２４側で大気と連通しており、注入した液体で液体吐出ヘッド２１を充填することができた。

（評価）
　液体カートリッジ１１を、不図示のシリアル型のインクジェット記録装置に取り付け、紙上に各吐出口から順次１０発ずつ液体を吐出した。液体注入から吐出までの時間は５分であった。液体はトリパンブルーで着色されているため、その吐出結果を目視で判断することができ、３２０個の全ての吐出口から液体が吐出されており、不吐出の発生はなかった。またその後、各吐出口から順次１０００発ずつ吐出したが、吐出は安定しており不吐出の発生はなかった。

　吐出後に流路２３を観察すると流路２３の壁面は濡れておらず、壁面に付着して無駄になる液体もなかった。

＜比較例１＞
　液体の注入において、ピペットチップ２５を流路２３に差し込まず、開口部２４の壁面に液体を滴下して行う以外は、実施例１と同様の方法で行った。その結果、各吐出口３１から順次１０発ずつ吐出させる動作を行ったが、その全てが不吐出であった。またその後、各吐出口３１から順次１０００発ずつ吐出させる動作を行ったが、全て吐出口において不吐出が発生した。

＜比較例２＞
　２００μｌの液体を比較例１と同様に開口部２４の壁面に滴下した。そして、液体吐出ヘッド２１のフェイス面からアスピレータで吸引して、液体吐出ヘッド２１に強制的に液体を充填させた。これら以外は比較例１と同様の方法で液体の注入を行った。その結果、各吐出口から順次１０発ずつ吐出すると、３２０個の吐出口全てから吐出されており、不吐出の発生はなかった。しかし、アスピレータに吸引された液体の量を測定すると１００μｌであり、アスピレータに吸引された分が無駄になってしまった。

＜実施例２＞
　流路２３と開口部２４とをＡＢＳ樹脂で形成した以外は、実施例１と同様の方法で評価を行った。このＡＢＳ樹脂の純水に対する接触角は７５°であった。不吐出の発生はなかったが、吐出後に流路２３を観察すると、流路２３の壁面はわずかに液体によって濡れており、壁面に液体がわずかに残ったが、問題となるレベルのものではなかった。

＜実施例３＞
　吐出口形成材３５の純水に対する微小接触角を２５°とした以外は、実施例１と同様の方法で評価を行った。各吐出口から順次１０発ずつ吐出しところ、３０個の吐出口で不吐出が生じた。細胞が吐出口形成材３５に接着し、吐出口３１につまりが生じたと思われる。液体注入から吐出までの時間を２分にすると不吐出は発生しなかった。

＜＜第２の実施形態＞＞
　以下、図面を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は上記実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成について説明する。

　図７（ａ）は、流路２３が短い液体カートリッジ１１にピペットチップ２５が差し込まれた状態を示した図である。開口２４から液体吐出ヘッド２１までの距離となる流路２３の長さが短い場合、図７のように、ピペットチップ２５の先端２６が、液体吐出ヘッド２１と当接し、液体吐出ヘッド２１を破損させる虞がある。

　そこで本実施形態では図７（ｂ）のようにピペットチップ２５の形状とサイズと、流路２３の幅と長さとの関係からピペットチップ２５の先端２６が液体吐出ヘッド２１に到達する前にピペットチップ２５のテーパー部分が流路２３の入口に当接する構成とする。ピペットチップ２５は、先端２６が液体吐出ヘッド２１に到達する前に、傾斜した当接面が流路２３の入り口（当接部）と当接する。このような構成とすることで、ピペットチップ２５の先端２６が液体吐出ヘッド２１に当接することによる液体吐出ヘッド２１の破損を防止することができる。

　このように、ピペットチップ２５（液体注入部）を流路に差し込んだ際に、液体吐出ヘッド２１に接触しない状態に保持する機構を、マイクロピペット１０４或いは液体カートリッジ１１が備えることが好ましい。またはマイクロピペット１０４と液体カートリッジ１１との両方の関係から実現してもよく、液体注入装置１０１が有していてもよいが、液体カートリッジ１１が有しているとより好ましい。

　液体カートリッジ１１が有し得る該機構の例としては、ピペットチップ２５の先端２６が液体吐出ヘッド２１に到達しないように、流路内にピペットチップ２５より細い部分が存在する構成、流路２３が曲がっている構成等がある。更には、ピペットチップ２５が液体吐出ヘッド２１に到達する前に、ピペットチップ２５のテーパー部に流路２３を当接させる構成がある。特に流路２３のアスペクト比が２以上であると、汎用の多くのピペットチップ２５において液体吐出ヘッド２１に接触しないため好ましく、６以上であるとより好ましい。

＜実施例４＞
　流路２３の長さを１ｍｍ、流路の幅を１ｍｍで、流路のアスペクト比を１とした以外は、実施例１と同様の方法で液体の注入を行った。液体注入装置１０１のステージ１０２を注意深く動かすことで、流路２３にピペットチップ２５を差し込むことができた。しかしステージ１０２の動作距離を間違えて強く押し込んでしまうと、ピペットチップ２５の先端２６が液体吐出ヘッド２１に接触して、液体吐出ヘッド２１を破損してしまうことがあった。

　＜＜第３の実施形態＞＞
　本実施形態では、液体カートリッジ１１が搭載された吐出装置を、細胞に化合物を導入する化合物導入装置として用いる形態を説明する。液体吐出ヘッド２１には、化合物と、当該化合物が導入される細胞とを含む液体が充填される。本実施形態では、この液体のことを細胞懸濁液という（細胞含有液ともいう）。液体吐出ヘッド２１のことを細胞加工液体吐出ヘッドと呼んでもよい。液体吐出ヘッド２１から吐出された細胞懸濁液においては、化合物が導入された細胞が含まれる。以下の説明では、細胞に導入する対象となる化合物を、「導入対象化合物」と適宜に称する。

（導入対象化合物）
　導入対象となる化合物は、その目的に応じて、適宜選択可能である。導入可能である化合物として、例えば、核酸、タンパク質、または標識物質等が考えられる。尚、被導入細胞に対して内包される大きさの化合物であれば、これらの例に限定されるものではない。ただし、細胞へのダメージを最小化にする観点から、化合物の大きさは、細胞の平均直径に対し、５分の１以下が好ましく、１０分の１以下がより好ましい。本実施形態で適用できる代表的な化合物としてＤＮＡまたはＲＮＡなどの核酸が挙げられる。

（細胞種）
　本実施形態で取り扱う細胞とは、接着性細胞、浮遊性細胞、スフェロイド（凝集塊細胞）等をいう。細胞の平均直径は、吐出口３１から吐出可能な大きさであり、例えば、１μｍ以上かつ１００μｍ以下である。

（細胞懸濁液）
　細胞懸濁液は、少なくとも一つの導入対象となる導入対象化合物と少なくとも一つの導入被対象となる細胞とを有し、水を主成分として成る。また、本発明において細胞懸濁液は、細胞が液体中に分散されたものである。細胞懸濁液における細胞は、撹拌することによって液体中に分散が可能な状態となっていればよく、静置したときに細胞が液体中に沈殿するものであってもよい。また、導入加工時、また、その後の、細胞の生存を可能とするため、適宜、その他の成分を含むことが好ましい。

（水および水溶性有機溶剤）
　本実施形態で取り扱う細胞懸濁液は、水、または水と水溶性有機溶剤との混合物とを含む水性液媒体を用いることができる。水性液媒体に細胞および導入対象化合物を添加することで細胞懸濁液を得ることができる。

（化合物導入方法）
　本実施形態の化合物導入方法では、接着培養または浮遊培養等により培養された細胞を、酵素等を作用させることにより、単独の細胞または小塊状の細胞に分離させた後、遠心分離装置等を用いて、比重の違いを用いて、細胞のみを沈降させる。その後、細胞以外の上澄みの媒体を除去した後、導入対象化合物を含む媒体を添加し、ピペットまたは攪拌機を用い、攪拌し、細胞懸濁液を作製する。

　作製された細胞懸濁液を、用いる液体吐出ヘッド２１内の流路の最小径と同程度のセルストレーナーに通過させることで、大きな細胞塊を取り除く。このように作製された細胞懸濁液を液体吐出ヘッド２１内へとマイクロピペット等を用いて導入する。表面張力による濡れ広がりにより、細胞懸濁液が液体吐出ヘッド２１の吐出口３１まで、スムーズに充填される場合は、充填され次第、速やかに導入動作を実行する。

　その後、液体吐出ヘッド２１におけるエネルギー発生素子を駆動することで、吐出口３１から細胞懸濁液が、基材または培養液内に吐出される。吐出された細胞には、導入対象化合物が導入されている。

　本開示は上記実施の形態に制限されるものではなく、本開示の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本開示の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。

　本願は、２０２１年３月１８日提出の日本国特許出願特願２０２１－０４４７２１および２０２２年３月１０日提出の日本国特許出願特願２０２２－０３７１４５を基礎として優先権主張するものであり、その記載内容の全てをここに援用する。

Claims

　液体を吐出する液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドと接続され前記液体吐出ヘッドに液体を供給可能な流路と、前記流路と接続され前記流路より広く設けられた開口部と、を備えた液体カートリッジに液体注入器から液体を注入する液体注入方法であって、
　液体を前記流路内に直接注入することを特徴とする液体注入方法。
　前記液体注入器の先端を含み前記先端にかけて外形が傾斜しつつ漸次細くなった液体注入部、の前記先端を、前記流路内に差し込んで液体を注入することを特徴とする請求項１に記載の液体注入方法。
　前記先端が前記液体吐出ヘッドに到達する前に、前記液体注入部の傾斜した面を前記流路の一部に当接させることで、前記先端と前記液体吐出ヘッドとが接触しない状態を保持しつつ、液体を注入することを特徴とする請求項２に記載の液体注入方法。
　前記流路の一部が前記開口部側で大気と連通した状態で液体を注入することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液体注入方法。
　前記流路への液体の注入の前に、前記液体吐出ヘッド内の液体を除去することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体注入方法。
　細胞、核酸、タンパク質、標識物質、ホルモン、およびリボヌクレオチドのうち少なくとも１つを含んだ液体を注入することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液体注入方法。
　前記流路と前記開口部とが備える面のうち、少なくとも一方の前記面の、純水に対する接触角が９０°以上であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液体注入方法。
　前記液体吐出ヘッドは、吐出口が形成された吐出口形成材を備え、前記吐出口形成材の純水に対する微小接触角が４０°以上９０°以下であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の液体注入方法。
　前記流路は溝であり、前記流路の深さを幅で除したアスペクト比が６以上である前記流路を備えた前記液体カートリッジに前記液体注入器から液体を注入することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の液体注入方法。
　インクジェット方式の吐出原理を用いて液体を吐出する前記液体吐出ヘッドを備えた前記液体カートリッジに、前記液体注入器から液体を注入することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の液体注入方法。
　吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドと接続され前記液体吐出ヘッドに液体を供給可能な流路と、前記流路と接続され前記流路より広く設けられた開口部と、を備えた液体カートリッジに、液体注入器から液体を注入する液体注入装置であって、
　前記液体注入器は、液体を前記液体カートリッジの前記流路内に直接注入することを特徴とする液体注入装置。
　前記液体注入器は、先端の外径が前記開口部の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１１に記載の液体注入装置。
　前記液体注入器は、先端の外径が前記流路の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１１または１２に記載の液体注入装置。
　前記液体注入器は、先端を含み前記先端にかけて外形が傾斜しつつ漸次細くなった液体注入部を備え、
　前記先端を、前記液体カートリッジの前記流路内に差し込んで液体を注入することを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれか１項に記載の液体注入装置。
　前記液体注入器は、前記先端が前記液体吐出ヘッドに到達する前に、前記流路の一部に当接する前記液体注入器の傾斜した当接面を備えていることを特徴とする請求項１３に記載の液体注入装置。
　前記流路の一部が前記開口部側で大気と連通した状態で液体を注入することを特徴とする請求項１１ないし１５のいずれか１項に記載の液体注入装置。
　前記流路への液体の注入の前に、前記液体吐出ヘッド内の液体を除去することを特徴とする請求項１１ないし１６のいずれか１項に記載の液体注入装置。
　細胞、核酸、タンパク質、標識物質、ホルモン、およびリボヌクレオチドのうち少なくとも１つを含んだ液体を注入することを特徴とする請求項１１ないし１７のいずれか１項に記載の液体注入装置。
　前記流路と前記開口部とが備える面のうち、少なくとも一方の前記面の、純水に対する接触角が９０°以上であることを特徴とする請求項１１ないし１８のいずれか１項に記載の液体注入装置。
　前記液体吐出ヘッドは、前記吐出口が形成された吐出口形成材を備え、前記吐出口形成材の純水に対する微小接触角が４０°以上９０°以下であることを特徴とする請求項１１ないし１９のいずれか１項に記載の液体注入装置。
　前記流路は溝であり、前記液体注入器は、前記流路の深さを幅で除したアスペクト比が６以上である前記流路内に直接注入することを特徴とする請求項１１ないし２０のいずれか１項に記載の液体注入装置。
　インクジェット方式の吐出原理を用いて液体を吐出する前記液体吐出ヘッドを備えた前記液体カートリッジに、前記液体注入器から液体を注入することを特徴とする請求項１１ないし２１のいずれか１項に記載の液体注入装置。
　吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
　前記液体吐出ヘッドと接続され前記液体吐出ヘッドに液体を供給可能な流路と、
　前記流路と接続され前記流路より広く設けられた開口部と、
を備え、液体注入器から液体が注入される液体カートリッジであって、
　前記流路は、液体を前記流路内に直接注入可能に設けられ、前記液体注入器の先端よりも幅が大きいことを特徴とする液体カートリッジ。
　前記流路は、前記液体注入器の先端を含み前記先端にかけて外形が傾斜しつつ漸次細くなった液体注入部、の前記先端を差し込み可能に設けられ、
　前記先端が差し込まれた状態で液体が注入されることを特徴とする請求項２３に記載の液体カートリッジ。
　前記先端が前記液体吐出ヘッドに到達する前に、前記液体注入部の傾斜した当接面が当接する当接部を備えていることを特徴とする請求項２４に記載の液体カートリッジ。
　前記流路は、前記先端が、前記流路内に差し込まれた状態で前記流路の一部が前記開口部側で大気と連通する連通部を備えていることを特徴とする請求項２４または２５に記載の液体カートリッジ。
　前記流路と前記開口部とが備える面のうち、少なくとも一方の前記面の、純水に対する接触角が９０°以上であることを特徴とする請求項２３ないし２６のいずれか１項に記載の液体カートリッジ。
　前記液体吐出ヘッドは、前記吐出口が形成された吐出口形成材を備え、前記吐出口形成材の純水に対する微小接触角が４０°以上９０°以下であることを特徴とする請求項２３ないし２７のいずれか１項に記載の液体カートリッジ。
　前記流路は溝であり、前記流路の深さを幅で除したアスペクト比が６以上であることを特徴とする請求項２３ないし２８のいずれか１項に記載の液体カートリッジ。
　前記液体吐出ヘッドは、細胞、核酸、タンパク質、標識物質、ホルモン、およびリボヌクレオチドのうちの少なくとも１つを含む液体を吐出することを特徴とする請求項２３ないし２９のいずれか１項に記載の液体カートリッジ。
　前記液体吐出ヘッドは、インクジェット方式の吐出原理を用いて液体を吐出することを特徴とする請求項２３ないし３０のいずれか１項に記載の液体カートリッジ。