液滴形成設備的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及液滴(droplet)形成設備。
【背景技術】
[0002]近來，依照干細胞技術的發(fā)展，已經開發(fā)了其中通過將多種細胞經由噴墨排出而形成組織體的技術。作為噴墨的類型，可提到使用壓電元件的壓電加壓類型、使用加熱器的熱類型、其中通過靜電吸引來吸引液體的靜電類型等。在這些之中，優(yōu)選使用壓電加壓類型來形成細胞懸浮液的液滴，因為與其它類型相比，這種類型更難以對細胞造成由于熱或電場而引起的損害。
[0003]在常規(guī)的一般的壓電加壓類型的噴墨頭中，在加壓液體腔中使用液體的壓縮形成液滴。因此，一直有這樣的問題:如果在加壓液體腔中混有氣泡，則液體不能被壓縮且液體不能被排出。對于細胞懸浮液，使用水作為溶劑。然而，不能使用在一般的噴墨油墨中通常使用的表面活化劑(表面活性劑，surface active agent)，因為該表面活化劑可對細胞造成損害。因此，存在由于其高的表面張力，氣泡容易混入加壓液體腔中的問題。
[0004]進一步地，在一般的噴墨頭中，為了除去氣泡和恢復到常態(tài)，通過將液體腔加壓、或者從噴嘴部抽吸液體而使氣泡與大量液體一起從噴嘴部除去。然而，由于與一般的噴墨油墨相比，細胞懸浮液更昂貴和更有價值，通過該方法除去氣泡不是優(yōu)選的。
[0005]同時，公開了其中通過經由彎曲模式致動器使膜振蕩而使膜上的液體霧化的液滴制造設備。在該設備中，可使膜上形成的液體直接分散而不使用液體腔中的加壓力。因此，與一般的噴墨頭相比，可降低氣泡的影響(例如參見專利文獻I)。
[0006]然而，當使用如上描述的這種設備來形成細胞懸浮液的液滴時，由于膜的固有頻率(specific frequency)因殘留在液體腔中的氣泡的存在而偏移，因此如果混有大于或等于預定量的氣泡則對液滴形成狀態(tài)有影響。因此，難于長時間穩(wěn)定地排出細胞懸浮液。
[0007][專利文獻]
[0008][專利文獻I]日本專利N0.2,849,647

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明是鑒于以上問題而做出的，并且其提供能夠穩(wěn)定地排出細胞懸浮液的液滴形成設備。
[0010]根據(jù)一種實施方式，提供液滴形成設備，其包括:保持含有細胞的細胞懸浮液的液體保持部;設置有噴嘴的膜部件，其通過振蕩將保持在所述液體保持部中的細胞懸浮液作為液滴從所述噴嘴排出；以及使所述液體保持部向大氣開放的開放部。
【附圖說明】
[0011]本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點將從結合附圖閱讀時的以下詳細描述變得更加明晰。
[0012]圖1是示出第一實施方式的液滴形成設備的實例的橫截面圖；
[0013]圖2是示出施加至壓電元件的上電極和下電極的電壓的實例的圖；
[0014]圖3A-圖3C是示出其中形成液滴的過程的實例的圖；
[0015]圖4是示出第一實施方式的替代例I的液滴形成設備的實例的橫截面圖(N0.1);
[0016]圖5是示出第一實施方式的替代例I的液滴形成設備的實例的橫截面圖(N0.2);
[0017]圖6是示出第一實施方式的替代例I的液滴形成設備的實例的橫截面圖(N0.3);
[0018]圖7A-圖7B是示出第一實施方式的替代例2的液滴形成設備的實例的橫截面圖。
[0019]圖8是示出第一實施方式的替代例3的液滴形成設備的實例的橫截面圖(N0.1);
[0020]圖9是示出第一實施方式的替代例3的液滴形成設備的實例的橫截面圖(N0.2);
[0021]圖10是示出第一實施方式的替代例3的液滴形成設備的實例的橫截面圖(N0.3);以及
[0022]圖11是示出第一實施方式的替代例3的液滴形成設備的實例的橫截面圖(N0.4)。
【具體實施方式】
[0023]本文將參照說明性實施方式描述本發(fā)明。本領域技術人員將認識到使用本發(fā)明的教導能夠實現(xiàn)許多替代的實施方式，并且本發(fā)明不限于出于解釋性目的而示出的實施方式。
[0024]應注意，在附圖的解釋中，相同的組件被賦予相同的參考數(shù)字，并且不重復解釋。
[0025](第一實施方式)
[0026](液滴形成設備的結構)
[0027]描述第一實施方式的液滴形成設備。圖1是不出第一實施方式的液滴形成設備10的實例的橫截面圖。參照圖1，液滴形成設備10包括液體腔11、膜12和壓電元件13。在圖1中，示意性地示出了其中將含有細胞350的細胞懸浮液300保持在液體腔11中的狀態(tài)。
[0028]在該實施方式中，出于解釋的目的，將液體腔11側稱作上側，并將壓電元件13側稱作下側。進一步地，在各組件中，將在液體腔11側的表面稱作上側，并將在壓電元件13側的表面稱作下側。另外，“以俯視圖(平面圖)”意味著以垂直于膜12的上表面的方向察看物體，并且“平面形狀”意味著以垂直于膜12的上表面的方向看到的物體的形狀。
[0029]在液滴形成設備10中，液體腔11是保持含有細胞350的細胞懸浮液300(其中分散有細胞350)的液體保持部，且可由例如金屬、硅、陶瓷等形成。液體腔11在其上部設置有開放部111以使液體腔11向大氣開放。因而，液體腔11被配置成能夠將混入細胞懸浮液300中的氣泡從開放部111逐出(eject)。
[0030]膜12是固定在液體腔11的下端部的膜部件。膜12在其近似中央處設置有作為貫通孔的噴嘴121。保持在液體腔11中的細胞懸浮液300通過膜12的振蕩作為液滴從噴嘴121排出。膜12的平面形狀可為，例如，圓形、橢圓形、四邊形(正方形)等。
[0031]盡管膜12的材料沒有特別限制，但是如果膜12太軟，則膜12容易振蕩且在不應排出液滴時難以立即抑制所述振蕩。因此，使用具有一定硬度的材料是優(yōu)選的。作為膜12的材料，例如，可使用金屬材料、陶瓷材料、具有一定硬度的高聚物材料等。進一步地，特別地，優(yōu)選使用對細胞350的粘附性低的材料。
[0032]據(jù)說，通常，材料對細胞的粘附性取決于材料與水的接觸角。據(jù)說，如果材料的親水性高或材料的疏水性高，則所述材料對細胞的粘附性低。作為親水性高的材料，可使用各種金屬材料或陶瓷(金屬氧化物)。作為疏水性高的材料，可使用氟樹脂等。
[0033]作為這樣的材料的實例，可使用不銹鋼、鎳、鋁、二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯等。除此之外，可通過涂布材料的表面降低材料對細胞的粘附性。因此，可通過以上描述的金屬、金屬氧化物材料，或者模仿細胞膜的合成磷脂聚合物(例如，由NOF CORPORAT1N制造的“Lipidure”)涂布材料的表面。
[0034]優(yōu)選的是噴嘴121以近似圓形的貫通孔設置在膜12的近似中央處。在這種情形中，噴嘴121的直徑沒有特別限制，然而優(yōu)選的是所述直徑大于或等于細胞350各自的尺寸的兩倍，以避免細胞350被噴嘴121阻斷(block)。具體地，由于動物細胞、特別是人細胞的尺寸通常為約10μπ?-30μπ?，優(yōu)選的是噴嘴121的直徑按照所使用的細胞的尺寸大于或等于20μπ?-60μmD
[0035]另一方面，如果液滴變得太大，則難以實現(xiàn)形成微液滴的目的，因此優(yōu)選的是噴嘴121的直徑小于或等于200μπι。這意味著在所述實施方式的液滴形成設備10中，噴嘴121的直徑典型地在20μπι-200μπι的范圍內。
[0036]壓電元件13設置在膜12的下表面?zhèn)?。壓電元?3的形狀可按照膜12的形狀設計。例如，當膜12的平面形狀為圓形時，優(yōu)選在噴嘴121的周圍形成其平面形狀為圓形形狀(環(huán)形形狀)的壓電元件13。
[0037]壓電元件13具有例如其中在壓電材料的上表面和下表面分別設置用于施加電壓的電極的結構。通過向壓電元件13的上電極和下電極施加電壓，在所述圖的橫向上產生壓縮應力以使膜12振蕩。作為所述壓電材料，例如，可使用鋯鈦酸鉛?；蛘撸墒褂酶鞣N壓電材料，例如鉍鐵氧化物、金屬鈮酸鹽、鈦酸鋇、或通過向它們添加金屬或另外的氧化物得到的產物。
[0038]然而，用于使膜12振蕩的振動手段不限于壓電元件13。例如，可在膜12上附著其線性膨脹系數(shù)不同于膜12的線性膨脹系數(shù)的材料，并可加熱膜12和所述材料。使用這種配置，由于線性膨脹系數(shù)的差異，可使膜12振蕩。此時，優(yōu)選的是通過如下使膜12振蕩:在其線性膨脹系數(shù)不同的材料處形成加熱器并通過使電流流過對所述加熱器進行加熱。
[0039]細胞350為例如動物細胞，特別是人細胞。除細胞350外，細胞懸浮液300還包含細胞分散液。作為細胞分散液的主要組分，可使用與細胞350具有高親和性的水。進一步地，優(yōu)選的是該水溶液包含用于調節(jié)與細胞350的滲透壓的鹽和用于調節(jié)pH的pH調節(jié)劑。更具體地，作為細胞分散液，可使用經pH調節(jié)的Tris緩沖溶液或其中類似地添加金屬鹽例如Ca、K、Na等作為培養(yǎng)溶液的PBS(磷酸鹽緩沖鹽水，Phosphate buffered saline)。
[0040]替代地，可使用任何細胞培養(yǎng)基作