CN106715671A - 气泡喷出构件、气液喷出构件、局部消融装置以及局部注射装置 - Google Patents

气泡喷出构件、气液喷出构件、局部消融装置以及局部注射装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供即使施加高电压其前端部分也不会破损的气泡喷出构件。能够提供如下的气泡喷出构件，其包括：芯材，其由导电材料形成；轮廓部，其由绝缘材料形成，包含与所述芯材的前端相比进一步延伸而成的延伸部，且所述轮廓部以至少一部分与所述芯材紧贴的方式覆盖芯材；以及空隙，其形成在所述延伸部与所述芯材的前端之间且具有气泡喷出口，在所述延伸部的前端形成有厚度比延伸部的其他部分厚的厚壁部，从而前端部分不会破损。

Description

气泡喷出构件、气液喷出构件、局部消融装置以及局部注射 装置
技术领域
本发明涉及气泡喷出构件、气液喷出构件、局部消融装置以及局部注射装置。尤其涉及通过对以往的气泡喷出构件的前端进行厚壁加工而使气泡喷出口缩小且即使施加高电压也不易破损的气泡喷出构件、通过形成能够与气泡喷出构件相对移动的外侧轮廓部而能够容易地调整对加工对象物进行加工时的气泡喷出构件的位置的气液喷出构件、包含气泡喷出构件或气液喷出构件的局部消融装置、以及包含气液喷出构件的局部注射装置。
背景技术
随着近年来生物科技的发展，对在细胞的膜、壁上开孔并从细胞去除核或向细胞内导入DNA等核酸物质等、细胞等的局部加工的要求提高。作为局部加工技术(以下，有时记载为“局部消融”)，利用使用电动手术刀等的探针的接触加工技术、使用激光等的非接触消融技术等方法广为人知。
然而，在以往的使用电动手术刀等的探针的接触加工技术中存在以下问题：(1)具有因连续高频产生的焦耳热而烧断对象物的性质，因此切断面的粗糙度和热量对周围组织的热侵袭的影响大，尤其在液相中的活体材料加工中热量对切断面的损害大；(2)由于蛋白质的变性和酰胺键的断裂而难以进行再结合、再生；(3)另外，在持续加工中由于热改性蛋白质等向探针的吸附、因热量产生的气泡向探针的吸附，从而切开面的观察环境显著恶化，难以进行高分辨率加工。
另外，在利用飞秒激光等激光的非接触加工技术中也存在以下问题：由于高密度能量局部地接触而存在切断面周围组织的热量的影响，尤其在液相中的对象物的加工中，由于加工时产生的热量而产生气泡等，难以进行持续加工。
另一方面，作为用于向细胞等导入核酸物质等注射物质的局部的物理性注射技术(以下，有时记载为“局部注射”)，电穿孔法、使用了超声波的声孔效应技术以及粒子枪法等广为人知。然而，在以往的电穿孔法技术中存在以下问题：在通过电场强度来提高细胞膜的透过性方面存在极限，难以对具有较硬细胞膜、细胞壁而非柔软的脂质双层膜的对象物进行注射，因电极的配置等限制而难以对局部的目标部位进行注射。另外，在利用超声波的声孔效应技术中存在以下问题：超声波的会聚较为困难，难以产生局部的气泡的气蚀来提高分辨率。而且，在利用粒子枪法的注射方法中也存在附着于粒子表面的物质在打入粒子时从表面脱离而造成导入效率低等问题。
为了解决上述问题点，本发明人等制作了如下气泡喷出构件，该气泡喷出构件包括：芯材，其由导电材料形成；轮廓部，其由绝缘材料形成，覆盖所述芯材且包含从所述芯材的前端延伸出的部分；以及空隙，其形成在所述轮廓部的延伸后的部分与所述芯材的前端之间，并最新发现将该气泡喷出构件浸渍于溶液中，在溶液中施加高频电压而产生气泡，通过向加工对象物连续地排出该气泡而能够对加工对象物进行切削(局部消融)。而且发现：在所述气泡喷出构件的轮廓部的外侧以与轮廓部之间具有空间的方式设置外侧轮廓部，向所述空间导入溶解及/或分散有注射物质的溶液，由此能够产生在界面吸附有溶解及/或分散有注射物质而成的溶液的气泡，通过将向加工对象物连续地排出该气泡而能够对加工对象物进行切削，并且能够将覆盖气泡的溶液中包含的注射物质注射到加工对象物中，并进行了专利申请(参照专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第5526345号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在使用专利文献1所述的气泡喷出构件进行局部消融时，在加工对象物是细胞等柔软物的情况下能够局部消融。另一方面，在对比较硬的加工对象物进行局部消融的情况下，为了加快气泡的喷出速度而提高碰撞能量，需要对气泡喷出构件施加高电压。然而，若对专利文献1所述的气泡喷出构件施加高电压，则会产生气泡喷出构件的前端部分破损这一新的问题。
另外，在对加工对象物进行局部消融时，需要在显微镜观察下一边观察气泡喷出构件的气泡喷出口一边调整气泡喷出口与加工对象物的位置关系。然而，气泡喷出构件通过将玻璃等拉断而作成，因而气泡喷出口呈锐利的形状，从而会产生在进行局部注射时损伤加工对象物这一新的问题。
并且，专利文献1所述的气液喷出构件将外侧轮廓部外插到与气泡喷出构件嵌合的定位垫圈，因此无法改变气泡喷出构件的气泡喷出口与外侧轮廓部前端之间的距离。因此，会产生在界面吸附有包含喷出的注射物质的液体的气泡(以下，有时记载为“气液”)在到达加工对象物之前损失能量，由于加工对象物的不同，产生气液被加工对象物反弹这一新的问题。因此，虽然需要提高对气泡喷出构件施加的电压从而增大气液的碰撞能量，但如上所述，若施加高电压则会产生气泡喷出构件的前端部分破损这一新的问题。
本发明是为了解决上述问题点而完成的发明，经深入研究最新发现：(1)通过将绝缘材料拉断而制成的延伸部的前端进行加厚从而即使对气泡喷出构件施加高电压其前端部分也不会破损；(2)由于前端部分成为厚壁因此突刺加工对象物也不易破损；(3)在将前端部分加工成厚壁时能够缩小气泡喷出口的口径，因此前端部分不会破损而能够对加工对象物进行更细微的加工；(4)通过以气泡喷出构件与外侧轮廓部能够相对移动的方式制作气液喷出构件，从而能够容易地进行局部消融或局部注射时的气泡喷出构件和加工对象物的位置调整；(5)并且，通过使外侧轮廓部抵接于加工对象物，能够防止包含注射物质的溶液从外侧轮廓部漏出至外部，并且能够在该状态下调整气泡喷出构件与加工对象物的位置关系。因此，包含本发明的气液喷出构件的局部消融装置或局部注射装置在大气中也能够使用，例如，能够应用于无针注射装置。
即，本发明的目的在于提供气泡喷出构件、气液喷出构件、局部消融装置以及局部注射装置。
用于解决课题的方案
本发明涉及以下所示的气泡喷出构件、气液喷出构件、局部消融装置以及局部注射装置。
(1)一种气泡喷出构件，包括：芯材，其由导电材料形成；轮廓部，其由绝缘材料形成，包含与所述芯材的前端相比进一步延伸而成的延伸部，且所述轮廓部以至少一部分与所述芯材紧贴的方式覆盖芯材；以及空隙，其形成在所述延伸部与所述芯材的前端之间且具有气泡喷出口，所述气泡喷出构件的特征在于，在所述延伸部的前端形成有厚度比延伸部的其他部分厚的厚壁部。
(2)一种气液喷出构件，其特征在于，包括：上述(1)所述的气泡喷出构件；以及外侧轮廓部，其形成在所述气泡喷出构件的轮廓部的外侧，且以所述外侧轮廓部与所述轮廓部之间具有空间的方式形成在与所述轮廓部分离的位置。
(3)根据上述(2)所述的气液喷出构件，其特征在于，所述外侧轮廓部与所述气泡喷出构件形成为能够相对移动。
(4)根据上述(3)所述的气液喷出构件，其特征在于，所述外侧轮廓部的端部经由伸缩构件而与所述气泡喷出构件连接。
(5)根据上述(2)至(4)中任一项所述的气液喷出构件，其特征在于，在所述外侧轮廓部形成有狭窄部，该狭窄部在所述外侧轮廓部与所述气泡喷出构件相对运动时起引导作用。
(6)根据上述(2)至(5)中任一项所述的气液喷出构件，其特征在于，所述气液喷出构件还包括对置电极，该对置电极与所述气液喷出构件的芯材构成一对电极，所述对置电极形成在所述轮廓部的外表面或所述外侧轮廓部的内表面。
(7)根据上述(2)至(6)中任一项所述的气液喷出构件，其特征在于，所述外侧轮廓部的前端部分形成为厚度比外侧轮廓部的其他部分厚。
(8)一种局部消融装置，其包括上述(1)所述的气泡喷出构件、或上述(2)至(7)中任一项所述的气液喷出构件。
(9)一种局部注射装置，其包括上述(2)至(7)中任一项所述的气液喷出构件。
发明效果
本发明的气泡喷出构件的前端部分形成为厚壁，因此使用了本发明的气泡喷出构件或气液喷出构件的局部消融装置即便施加高电压其前端部分也不易破损。因此，能够增大喷出的气泡的碰撞能量，从而即便是更加坚固的加工对象物也能够进行局部消融。另外，气泡喷出构件的气泡喷出口在厚壁加工时能缩小，因此能够对加工对象物进行精细加工。并且，本发明的气泡喷出构件的前端能够呈平面状，因此局部注射时不易损伤加工对象物。
本发明的气液喷出构件被制作为气泡喷出构件与外侧轮廓部能够相对移动。因此，在利用使用了本发明的气液喷出构件的局部消融装置或局部注射装置对加工对象物进行局部消融或局部注射的情况下，能够容易地调整加工对象物与气泡喷出口的位置关系。并且，在调整位置时，通过使外侧轮廓部与加工对象物抵接，能够防止包含导电性溶液或注射物质的溶液漏出至外部，并且能够在该状态下调整气泡喷出构件与加工对象物的位置关系，因此本发明的局部消融装置或局部注射装置在大气中也能够使用。从而，例如，能够作为无针注射装置使用。
附图说明
图1是示出本发明的气泡喷出构件1的制作方法的一例的图。
图2是示出本发明的气液喷出构件10的实施方式的一例的制作方法的图。
图3是示出外侧轮廓部13的其他制作步骤的图。
图4是示出局部消融装置20的整体结构的图。
图5是示出本发明的局部注射装置的实施方式的一例的图。
图6的(1)是附图代用照片，是在实施例1中制作的气泡喷出构件1的前端部分的照片。图6的(2)是附图代用照片，是在比较例1中制作的气泡喷出构件1的前端部分的照片。
图7是附图代用照片，是在实施例2中制作的局部注射装置的整体照片、以及将气液喷出构件10的前端部分以及伸缩部分放大后的照片。
图8是附图代用照片，图8的(1)是将在实施例2中制作的局部注射装置的前端与加工对象物抵接之前的照片，图8的(2)是将前端按压于加工对象物之后的照片。
图9是附图代用照片，是在实施例3中制作的局部注射装置的整体照片、以及将气液喷出构件10的前端部分以及伸缩部分放大后的照片。
图10是附图代用照片，图10的(1)是在实施例4中施加电力前的气泡喷出构件1的前端部分的照片，图10的(2)是因电力的施加而刚破损后的前端部分的照片。另外，图10的(3)是在比较例3中施加电力前的气泡喷出构件1的前端部分的照片，图10的(4)是因电力的施加而刚破损后的前端部分的照片。
图11是附图代用照片，图11的(1)是在实施例5中向非洲爪蟾未受精卵刚喷出气泡后的照片，图11的(2)是在比较例4中向非洲爪蟾未受精卵刚喷出气泡后的照片。
图12是附图代用照片，图12的(1)至(4)是在实施例6中向非洲爪蟾未受精卵进行局部注射时的时间序列的照片。图12的(5)至(8)是在比较例5中向非洲爪蟾未受精卵进行局部注射时的时间序列的照片。
图13是对实施例6的使气泡碰撞而经过10秒后的未受精卵照射汞灯并由CCD相机拍摄到的照片。
图14是在实施例7中进行局部注射后的西红柿的照片。
图15是附图代用照片，是局部注射后的萝卜芽叶在暗视野下的照片。
图16是附图代用照片，是局部注射后的鸡胸肉在暗视野下的照片。
图17是附图代用照片，是局部注射后的糙米在暗视野下的照片。
图18是附图代用照片，是本发明的局部注射装置的另一实施方式，是示出在实施例11中制作的局部注射装置的外观的照片。
图19是附图代用照片，是示出在本发明的实施例8中制作的局部注射装置的前端部分的动作的照片。
具体实施方式
图1是示出本发明的气泡喷出构件1的制作方法的一例的图。本发明的气泡喷出构件1能够通过以下的步骤形成。
(1)准备中空的绝缘材料2，向所述中空的绝缘材料2插入由导电材料形成的芯材3并加热拉断。
(2)由于绝缘材料2与芯材3的粘弹性的差异，包括绝缘材料2从芯材3的前端进一步延伸而成的延伸部4的轮廓部5形成为与芯材3的外周紧贴。
(3)在延伸部4的前端配置加热机构6，使该加热机构6与延伸部4抵接。
(4)能够制作气泡喷出构件1，该气泡喷出构件1在所述延伸部4的前端形成有厚壁部41，包含由所述芯材3的前端部分与延伸部4形成且具有气泡喷出口8的空隙7。
(5)需要说明的是，为了易于与局部消融装置或局部注射装置的电极连接，也可以由导电材料9填充芯材3的周围且将周围由绝缘材料91覆盖。
作为绝缘材料2，只要是绝缘的材料则没有特别限定，例如可以举出玻璃、云母、石英、氮化硅、氧化硅、陶瓷、氧化铝等无机系绝缘材料；硅橡胶、乙丙橡胶等橡胶材料；乙烯-乙酸乙烯酯共聚物树脂、硅烷改性烯烃树脂、环氧树脂、聚酯树脂、氯乙烯树脂、丙烯酸树脂、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、聚苯乙烯树脂、氟系树脂、硅系树脂、聚硫化物系树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚乙烯、聚丙烯、纤维素系树脂、UV固化树脂等绝缘性树脂。
作为形成芯材3的导电材料，只要是能够用作通电的电极的材料则没有特别限制，但优选为金属，例如可以举出金、银、铜、铝等；以及在上述的金、银、铜、铝等中加入少量的锡、镁、铬、镍、锆、铁、硅等而形成的合金等。如上所述，空隙7由芯材3的前端以及绝缘材料2从该前端进一步延伸而成的延伸部5形成，因此以绝缘材料2的粘弹性比芯材3的粘弹性大的方式适当组合材料即可。例如，作为绝缘材料2与芯材3的组合，可以举出玻璃与铜、玻璃与铂、玻璃与铝、玻璃与金、玻璃与银、玻璃与镍、环氧树脂与铜、环氧树脂与铂、环氧树脂与铝、环氧树脂与金、环氧树脂与银、环氧树脂与镍、丙烯酸树脂与铜、丙烯酸树脂与铂、丙烯酸树脂与铝、丙烯酸树脂与金、丙烯酸树脂与银、丙烯酸树脂与镍、硅树脂与铜、硅树脂与铂、硅树脂与铝、硅树脂与金、硅树脂与银、硅树脂与镍等。
需要说明的是，在使用气泡喷出构件1喷出气泡时，若输出电力，则一端形成在空隙7的气泡以被扯碎的方式从气泡喷出口8喷出，因此不需要从外部向气泡喷出构件1供给气体。因此，如图1所示，本发明的芯材3以导电材料延伸后的实心状态形成，在芯材3的内部未形成有供给空气的管等。另外，因绝缘材料2与芯材3的粘弹性的差异，在气泡喷出构件1的前端附近，轮廓部5的至少一部分紧贴在芯材3上。
能够通过改变气泡喷出口8的直径来调整喷出的气泡的大小。需要说明的是，在使用局部消融装置或局部注射装置时，需要利用毛细现象向气泡喷出构件1的空隙7填充通电的溶液(以下，有时记载为“导电性溶液”)。因此，气泡喷出口8的直径需要为能够利用毛细现象使通电的导电性溶液通过的大小，优选为约100nm以上，更优选为200nm以上，尤其优选为500nm以上。另一方面，对于气泡喷出口8的直径的上限而言，只要处于能够喷出气泡且不会对加工对象物带来损害的范围内则没有特别限制，但在用于细胞的消融、对动物等的注射的情况下，优选为100μm以下，更优选为50μm以下，尤其优选为15μm以下。气泡喷出口的直径能够通过加热时的温度、拉断速度以及加热机构6的按压程度来调整。
加热机构6只要是能够加热至绝缘材料2的熔点以上的温度而使延伸部4的前端部分熔融并且对其进行按压而进行厚壁加工的机构则没有特别限制。例如，使用煅烧仪等公知的装置即可。需要说明的是，以往的气泡喷出构件的延伸部4直接使用将绝缘材料2拉断而成的部分。因此，气泡喷出口8越小，气泡喷出口8附近的延伸部4的厚度越薄，越易损伤加工对象物。此外，为了提高喷出的气泡的指向性，以使延伸部整体成为锥状那样的速度进行拉断，因此延伸部成为薄壁。
另一方面，本发明的气泡喷出构件1的气泡喷出口8的大小能够通过利用加热机构6使延伸部4的前端部分熔融来进行调整。因此，芯材3以及绝缘材料2能够使用比以往气泡喷出构件1大的材料。另外，(1)在比期望的气泡喷出口8大的状态下中止拉伸，也就是说，虽然芯材3由于拉伸而拉断，但延伸部4由于粘弹性的差异而处于拉断前的厚壁的状态下中止拉伸，(2)通过将延伸后的部分切断而形成开口部，(3)接下来，利用加热机构6使开口部熔融，在形成厚壁部的同时形成气泡喷出口8，(4)由此能够进一步确保延伸部4的厚度并且缩小气泡喷出口8。因此，在制作具有与以往的气泡喷出构件1的气泡喷出口8相同大小的气泡喷出口8的气泡喷出构件的情况下，本发明的气泡喷出构件1能够进一步加厚延伸部4从而能够提高耐久性。需要说明的是，在利用煅烧仪形成厚壁部时，若将延伸部4的前端部分设为厚壁则不易破损，因此对厚壁部的形状没有特别限制，但若以延伸部4的内侧朝向前端而成为锥状的方式形成为厚壁，则能够提高喷出的气泡的指向性而优选。
需要说明的是，为了在对加工对象物进行局部消融时不损伤加工对象物，优选通过加热并按压气泡喷出口8部分的延伸部4而将形成为厚壁，并且以与加工对象物接触的面为平面的方式利用加热机构6进行加工。
图2是示出本发明的气液喷出构件10的实施方式的一例的制作方法的图。图2所示的气液喷出构件10能够通过以下的步骤形成。
(1)准备内径比图1所示的中空的绝缘材料2大的绝缘材料11，加热并拉伸。
(2)通过拉断来制作前端尖细的管12。
(3)使用加热机构6加热管12的前端部分。
(4)通过切割管12的前端部分来制作外侧轮廓部13。需要说明的是，虽未图示，但也可以切割前端部分，并通过与气泡喷出构件1的延伸部4的前端部分同样的步骤在外侧轮廓部13的前端部分形成厚壁部。
(5)为了形成在外侧轮廓部13与气泡喷出构件1进行相对移动时用于对气泡喷出构件1进行引导的狭窄部，将加热机构6与外侧轮廓部13抵接。
(6)在外侧轮廓部13形成狭窄部14。
(7)将埋入有第一环15的垫圈16嵌入气泡喷出构件1。
(8)将外侧轮廓部13插入气泡喷出构件1的外侧。
(9)将第一环15与外侧轮廓部13的端部通过伸缩构件17连接，由此制作气液喷出构件10。
需要说明的是，在上述工序中根据需要形成狭窄部14即可，狭窄部14的形成不是必须的。
绝缘材料1使用与上述绝缘材料2相同的材料即可。在形成狭窄部14的情况下，为了抑制气泡喷出构件1移动时的位置偏移，优选以至少在三处成为对称形状的方式形成。第一环15也可以使用与绝缘材料2相同的材料。垫圈16利用使用聚合物膜、硅、橡胶、或PDMS(聚二甲基硅氧烷)并通过软光刻-三维光学立体光刻法等方法制作的材料即可。伸缩构件17只要能够与第一环15和外侧轮廓部13的端部连接并且能够通过伸缩使气泡喷出构件1与外侧轮廓部13进行相对移动则没有特别限制，例如可以举出PDMS片、橡胶、弹簧等。优选伸缩构件17在未抵接于加工对象物的状态下，向压出方向施力以使外侧轮廓部13位于比气泡喷出口8靠前方的位置，因此优选伸缩构件17由在停止按压后能够恢复为原来的形状的材料构成。
图3是示出外侧轮廓部13的其他制作步骤的图。图3所示的外侧轮廓部13能够通过如下方式来制作：对绝缘材料11加热并进行拉伸，且在加热部分达到比气泡喷出构件1的外径稍大的状态下停止。作为图2的(8)、(9)的外侧轮廓部13，能够通过使用图3所示的外侧轮廓部13来制作与图2不同的实施方式的气液喷出构件10。在加工对象物为细胞等较小的对象的情况下，使用图2所示的实施方式的气液喷出构件10即可。另外，在对人等动物进行局部注射的情况下，若外侧轮廓部13的开口部分小则可能会伤害人、动物，因此使用包含图3所示那样的开口部分大的外侧轮廓部13的气液喷出构件10即可。
需要说明的是，在图2所示的制作步骤中，将第一环15与外侧轮廓部13通过伸缩构件17连接，但只要是气泡喷出构件1与外侧轮廓部13能够相对移动且在气泡喷出构件1与外侧轮廓部13之间填充的导电性溶液不泄漏那样的结构则没有特别限制。例如，可以在外侧轮廓部13的端部安装第二环，将第一环15与第二环通过伸缩构件17连接，也可以不形成第一环15而将伸缩构件17的一个端部与外侧轮廓部13的端部粘接，将伸缩构件17的另一个端部与气泡喷出构件1粘接。另外，伸缩构件17不限定于单一的材料，也可以通过组合材料而形成。例如，也可以将弹簧等具有间隙的可伸缩的材料嵌合于第一环15和外侧轮廓部13的端部并通过粘接剂固定，然后通过薄膜将弹簧等的周围密封以使导电性溶液不泄漏，由此形成伸缩构件17。
需要说明的是，本发明的“外侧轮廓部与所述气泡喷出构件形成为能够相对移动”并不限定于将图2以及图3所示的形状不会发生变化的硬质的外侧轮廓部13借助伸缩构件17而以能够与气泡喷出构件相对移动的方式与气泡喷出构件连接的例子，只要是能够改变外侧轮廓部13的端部与气泡喷出构件1的气泡喷出口8的位置关系的结构则没有特别限制。例如，也可以通过树脂等材料形成外侧轮廓部13整体，通过将其一部分制成蛇腹状而将外侧轮廓部13的一部分形成为易于伸缩的构造。另外，也可以由具有挠性的材料形成外侧轮廓部13整体，通过向加工对象物按压而使外侧轮廓部13向外侧膨胀，从而能够调整气泡喷出构件1的位置。
需要说明的是，上述气液喷出构件10形成为气泡喷出构件1与外侧轮廓部13能够相对移动，本发明的气泡喷出构件1为与以往的气泡喷出构件相比呈现出优异的效果的构件，因此也可以仅将公知的气液喷出构件的气泡喷出构件置换成本发明的气泡喷出构件1。在该情况下，例如，将使用聚合物膜、橡胶垫圈、PDMS(PDMS)并通过软光刻-三维光学立体光刻法等方法制作的定位垫圈嵌入图1所示的气泡喷出构件1，将图2的(5)或(6)所示的外侧轮廓部13外插于垫圈即可。
图4是示出局部消融装置20的整体结构的图。电力输出机构至少包含电线23，该电线23用于与一般商用交流电源装置21、以及气泡喷出构件1或气液喷出构件10的芯材3(有源电极)、对置电极22形成回路，根据需要也可以设置无感电阻24、电压放大电路25以及未图示的DIO(数字输入输出)端口等。电力输出机构能够通过将无感电阻24、DIO端口等装入以往的电动手术刀用电路并设置为微小对象用的输出结构来简单地制成。
需要说明的是，对置电极22可以与气泡喷出构件1或气液喷出构件10形成为分体构件，但在使用气液喷出构件10的情况下，也可以配置于轮廓部的外表面或外侧轮廓部10的内表面。在将对置电极22设置于气液喷出构件10的情况下，对置电极22与芯材3能够形成回路即可，因此只要是同在气泡喷出构件1的轮廓部5与外侧轮廓部13之间填充的导电性溶液接触的位置则没有特别限制。对置电极22使用芯材3所例示的材料即可。
从电力输出机构向芯材3以及对置电极22输出的电流、电压以及频率只要处于能够对加工对象物进行局部消融、局部注射且不损伤气泡喷出构件1、气液喷出构件10的范围内则没有特别限制。例如，电流优选为1mA～10A，更优选为1mA～80mA，尤其优选为2mA～75mA。若电流小于1mA则有时不能顺利地生成气泡，若电流大于10A则会产生电极损耗而不优选。电压优选为0.1V～100KV，更优选为100V～1800V，尤其优选为200V～1200V。若电压小于0.1V则难以生成气泡，若电压大于100kV则可能会造成芯材3的损耗、气泡喷出构件1的破损而不优选。频率优选0.1kHz～10GHz，更优选为1kHz～1GHz，进一步优选为5kHz～1MHz，尤其优选为10kHz～60kHz。若频率小于0.1kHz则给加工对象物带来的冲击大，并且气泡喷出构件1可能会破损，若频率大于10GHz则可能无法生成气泡而不优选。
在使用局部消融装置的情况下，将气泡喷出构件1或气液喷出构件10以及对置电极22浸渍于导电性溶液并施加电压即可。作为加工对象物，只要是能够通过使气泡碰撞而开孔、切削的对象物则没有特别限制。例如，可以举出从人或非人动物的组织分离出的干细胞、皮肤细胞、粘膜细胞、肝细胞、胰岛细胞、神经细胞、软骨细胞、内皮细胞、上皮细胞、骨细胞、肌细胞、卵细胞等、以及植物细胞、昆虫细胞、大肠杆菌、酵母、霉菌等微生物细胞等细胞、和蛋白质等有机结晶等。
在专利文件1中，本发明人等明确了从气泡喷出构件喷出的气泡能够吸附注射物质。认为通过对芯材3通电而产生的气泡带电，通过电使气泡吸附注射物质。因此，在使用气液喷出构件10进行局部消融时，若使浸渍气液喷出构件10的导电性溶液包含注射物质，则能够喷出周围吸附有注射物质的气泡。因此，能够作为在对加工对象物进行局部消融的同时导入注射物质的局部注射装置而使用。
注射物质不论是气体、固体还是液体均可，只要是能够溶解及/或分散在溶液中的物质则没有特别限制，作为气体可以举出空气、氮、氦、二氧化碳、一氧化碳、氩、氧等，作为液体可以举出含有DNA、RNA、蛋白质、氨基酸等活体分子的溶液、药剂溶液等。
图5是示出本发明的局部注射装置的实施方式的一例的图。本发明的局部注射装置也能够与以往同样地将气液喷出构件10浸渍于导电性溶液内而使用。然而，本发明的气液喷出构件10如图5的(1)所示，在气液喷出构件10的外侧轮廓部13的内侧的空间填充有含有注射物质的溶液(以下，有时记载为“注射溶液”)，通过与加工对象物30抵接而使注射溶液不向外泄漏出，并且如图5的(2)所示，能够按压气泡喷出构件1而将气泡喷出口8配置在适于局部注射的位置。因此，本发明的局部注射装置能够在大气中使用。
并且，如上所述，在气泡喷出构件1的延伸部形成有厚壁部41而能够施加高电压，因此除了以往的细胞等之外还能够用于对动物等的局部注射。另外，本发明的局部注射装置能够在空气中使用并且能够施加高电压，因此也能够作为无针注射装置使用。特别是以往使用注射针的注射器不仅具有扎针的痛感，还存在针的重复使用和误用已使用针进行如此而导致的病毒感染等问题，通过将本发明的局部注射装置用作无针注射装置能够解决上述问题。
向气液喷出构件10的外侧轮廓部13的内侧的空间填充注射溶液时，可以将气液喷出构件10的前端浸渍于注射溶液中并利用毛细现象进行填充，也可以在气泡喷出构件1与外侧外壳部13之间的空间连接管等而进行注入。
以下举出实施例对本发明进行具体说明，但该实施例仅用于本发明的说明，是为了其具体方式的参考而提供的。上述的例示用于说明本发明的特定的具体方式，但并不限定或限制本发明公开的范围。
实施例
[气泡喷出构件1的制作]
<实施例1>
在微型移液管用硼硅玻璃管(外径1.37mm，内径0.93mm，Drummond ScientificCompany)内插入直径30μm的Cu线，在通过玻璃拉伸器(glass puller)(SUTTER公司制，P-1000IVF)加热的同时拉断而使玻璃与Cu线相比进一步延伸。接下来，使用煅烧仪(microforge)(MF-900，株式会社NARISHIGE)使延伸后的玻璃的前端部分熔融并且按压盖前端部分从而形成厚壁部，制作出本发明的气泡喷出构件1。图6的(1)是在实施例I中制作的气泡喷出构件1的前端部分的照片。由照片可知，能够确认延伸部4的内侧朝着前端呈锥状形成为厚壁。另外，芯材3的直径约为30μm，气泡喷出口8为直径约6μm的圆形状。
<比较例1>
不对延伸后的玻璃的前端部分进行厚壁加工，而将拉断后的构件作为比较例1的气泡喷出构件。图6的(2)是在比较例1中制作的气泡喷出构件1的前端部分的照片。由照片可以，能够确认延伸部4整体较薄且形成为锥状。另外，气泡喷出口8为直径约14μm的圆形状。
[局部注射装置(注射装置)的制作]
<实施例2>
(1)外侧轮廓部13的制作
通过玻璃拉伸器(SUTTER公司制，P-1000IVF)将微型移液管用硼硅玻璃管(外径2.03mm，内径1.68mm，Drummond Scientific Company)加热并拉断。将拉断的玻璃管设置于煅烧仪(MF-900，株式会社NARISHIGE)并以直径成为约100μm的方式切割。此外，使煅烧仪与从前端起向后300μm的位置抵接，以90°间隔在四处进行加热而制作狭窄部14。外侧轮廓部13的前端部分的内径约为100μm。
(2)局部注射装置的组装
首先，利用Ag胶(H20E，株式会社理经)使实施例1中制作的气泡喷出构件1与医用电动手术刀(CONMED公司制，714-S)连接。之后，用热板以120℃加热15分钟而使连接部固化。
接下来，在OHP膜(住友3M公司)上涂布进行了30分钟真空脱泡的PDMS(溶剂∶固化剂＝25∶1)(东丽·道康宁(株))，使用旋涂机以4000rpm的速度旋涂20秒。之后，利用烘箱以120℃加热60分钟而使其固化。
然后，将切割为2cm左右的硅管(内径2mm、外径3mm)套在切割为1.5cm左右的微型移液管用硼硅玻璃管(外径2.03mm，内径1.68mm，Drummond Scientific Company)上，且在硅管的中央设置缝隙，将气泡喷出构件1从缝隙部位插入至根部并使用粘接剂(超级X，CEMEDINE株式会社)结合以防空气泄漏。最后，将在上述(1)中制作的外侧轮廓部13外插于气泡喷出构件1，在使上述切割为1.5cm左右的玻璃管端部与外侧轮廓部13的端部相隔3mm左右的位置，将之前制作的上述PDMS片从HP膜剥离并将玻璃管与外侧轮廓部13的端部彼此包裹而结合，从而制作实施例2的局部注射装置。图7是在实施例2中制作的局部注射装置的整体照片、以及将气液喷出构件10的前端部分以及伸缩部分放大后的照片。
另外，图8是示出使用在实施例2中制作的局部注射装置时的前端部分的动作的照片。图8的(1)是使在实施例2中制作的注射装置的前端与加工对象抵接之前的照片，图8的(2)是将前端按压于加工对象物之后的照片。如图8所示，可知气泡喷出构件1与外侧轮廓部3能够相对移动，从而调整加工对象物与气泡喷出口8的位置关系。
<实施例3>
(1)外侧轮廓部13的制作
通过玻璃拉伸器(SUTTER公司制，P-1000IVF)将微型移液管用硼硅玻璃管(外径2.03mm，内径1.68mm，Drummond Scientific Company)加热并拉伸，在中央做出缩颈构造，通过将缩颈构造的两端切割为适当的长度而制作出外侧轮廓部13。外侧轮廓部13的内径约为1.6mm。
(2)局部注射装置的组装
接下来，使进行了30分钟真空脱泡的PDMS(溶剂∶固化剂＝10∶1)(东丽·道康宁(株))流入约7cm×7cm×3cm的塑料制的托盘使得高度成为3mm左右，再次进行20分钟真空脱泡后在90℃的烘箱内烘焙20分钟。之后，从塑料容器中取出固化的PDMS，用孔径8mm的活检环钻(贝印(株))挖通并进一步用孔径2mm的活检环钻(贝印(株))在其中心来制作环垫片。
接下来，在实施例2的(2)的步骤中，将上述环垫片插入切割为1.5cm左右的玻璃管的端部，将外侧轮廓部13替代为将上述环垫片插入实施例3(1)中制作的外侧轮廓部13的端部而成的构件，并使两个环垫片相隔约1cm左右，将两个环垫片通过PDMS片包裹，除此之外，通过与实施例2同样的步骤制作局部注射装置。图9是在实施例3制作的局部注射装置的整体照片、和将气液喷出构件10以及伸缩部分放大后的照片。
<比较例2>
除了代替实施例2的气泡喷出构件1而使用比较例1的气泡喷出构件以外，通过与实施例2同样的步骤制作局部注射装置。需要说明的是，为了使气泡喷出口8接近加工对象物，气泡喷出口8与外侧轮廓部13以成为大致相同的平面状的方式配置。
[气泡喷出构件1的前端的强度试验]
<实施例4>
将在实施例3中制作的局部注射装置的气液喷出构件10以及由铜板制作的对置电极22浸渍于Steinberg溶液中(NaCl 3.4g/L、KCl 0.05g/L、Ca(NO3)2·4H2O 0.08g/L、MgSo4·7H2O 0.205g/L、HEPES 0.715g/L、超纯水1L)。接下来，缓慢提高对芯材3与对置电极22施加的电力，在约8.80mA、2160V时气泡喷出构件1的前端部分破损。图10的(1)是施加电力前的气泡喷出构件1的前端部分的照片，图10的(2)是因施加电力而刚破损后的前端部分的照片。图10的(2)的箭头示出破损部位，轮廓部5在芯材3与轮廓部5的边界附近破损。
<比较例3>
除了代替实施例3的局部注射装置而使用比较例2的局部注射装置以外，与实施例4同样地施加电力，在约5.33mA、1560V时气泡喷出构件1的前端部分破损。图10的(3)是施加电力前的气泡喷出构件1的前端部分的照片，图10的(4)是因施加电力而刚破损后的前端部分的照片。图10的(4)的箭头示出破损部位，延伸部4的前端部分破损。
根据以上的结果可知，通过在气泡喷出构件1的前端形成厚壁部能够提高向气泡喷出构件1施加的电力。
[局部注射装置对加工对象物的损伤实验]
<实施例5>
在显微镜下观察实施例2中制作的局部注射装置的气泡喷出口8(口径6μm)，同时使气泡喷出口8从相反侧接近利用由PDMS制作的卵子把持用具固定的非洲爪蟾未受精卵(以下，有时记载为“未受精卵)，接下来施加1.8mA、440V的电力。图11的(1)是施加电力并刚喷出气泡后的照片。在向未受精卵喷出气泡时，由于气泡的碰撞能量未受精卵在气泡的前进方向上的一端而按压，但在停止气泡的喷出时，未受精卵有时会由于反作用而被压回到气泡喷出口8侧并与气泡喷出口8接触。然而，气泡喷出构件1的前端为平面状因而不会损伤未受精卵。
<比较例4>
除使用在比较例2中制作的局部注射装置以外，与实施例5同样地使气泡喷出口8(口径14μm)接近未受精卵并施加电力。图11的(2)是施加电力并刚喷出气泡后的照片。在比较例4中，气泡喷出构件的前端尖细，因此在未受精卵由于反作用而向气泡喷出口8侧变形时，气泡喷出口8会刺入未受精卵。
<实施例6>
在实施例5中确认了在使用本发明的气泡喷出构件1时不会在气泡喷出时损伤未受精卵，对局部注射的一系列操作对未受精卵的影响进行了调查。需要说明的是，为了观察未受精卵的损伤程度而在Steinberg溶液中添加了荧光试剂(Dextran，Alexa FluorR59410000MW；Life Technologies Japan公司制)。如果未受精卵损伤而内容物漏出至外部，荧光试剂会与内容物结合从而能够可视化。其他步骤与实施例5同样地进行。图12的(1)是施加电力前(t＝0秒)的照片，图12的(2)是施加电力后喷出的气泡碰撞的瞬间(t＝0.3秒)的照片，图12的(3)是将气泡喷出口8从未受精卵刚离开后(t＝5秒)的照片，图12的(4)是与气泡碰撞后经过10秒后的照片。
<比较例5>
除了使用在比较例2中制作的局部注射装置以外，通过与实施例6同样的步骤施加电力。图12的(5)是施加电力前(t＝0秒)的照片，图12的(6)是施加电力后喷出气泡碰撞的瞬间(t＝0.3秒)的照片，图12的(7)是将气泡喷出口8(口径14μm)从未受精卵刚离开后的(t＝5秒)照片，图12的(8)是与气泡碰撞后经过10秒后的照片。
由图12可知，能够确认在使用了以往的气液喷出构件10的情况下内容物从未受精卵飞出。认为其原因在于：以往的气液喷出构件10的气液喷出口8的口径大，因此气泡与未受精卵碰撞时的冲击大；以及气泡喷出口8的前端部分是通过拉断玻璃而形成的，因此在气泡喷出时气泡喷出口8可能会损伤未受精卵。
另一方面，在使用本发明的局部注射装置时，气泡喷出构件1的前端部分为厚壁且呈平滑的形状，因此在使气泡喷出口8接近未受精卵时不易损伤未受精卵。此外，认为其原因在于：气泡喷出口8的直径比以往的气泡喷出构件1小，因此在气泡与未受精卵碰撞时带来的冲击小。
图13是对实施例6的与气泡碰撞而经过10秒后的未受精卵照射汞灯并由CCD相机拍摄到的照片。如图13的照片的箭头所示，确认到实现了局部注射荧光试剂。根据以上结果，确认到通过使用本发明的局部注射装置，能够在抑制加工对象物的损伤的同时进行局部注射。
[在空气中使用局部注射装置(注射装置)的注射]
<实施例7：对西红柿的注射>
除了使用气泡喷出口的直径为4μm的气泡喷出构件1以外，通过与实施例3同样的步骤制作局部注射装置。接下来，向外侧轮廓部13的内部填充实施例4的Steinberg溶液并将其按压于西红柿。另外，将对置电极22配置为与西红柿底部接触。接下来，施加2.3mA、1740V的电压。图14是局部注射后的西红柿的照片，箭头的部分是注射后的部位。
<实施例8：对萝卜芽叶的局部注射>
向在实施例3中制作的外侧轮廓部13的内部填充纯水并按压于萝卜芽叶。需要说明的是，纯水中添加了荧光试剂(Fluorescein Isothiocyanate-Dextran(10000MW；SIGMA-Aldrich公司制)。另外，将对置电极22配置在萝卜芽叶的内侧。接下来，施加81.8mA、1.3kV的电压。图15是局部注射后的萝卜芽叶在暗视野下的照片。如图15所示，确认到了荧光，因此实现了向萝卜芽叶注射荧光试剂。
<实施例9：对鸡胸肉的局部注射>
除代替直径30μm的Cu线而使用直径100μm的Cu线以外，通过与实施例1同样的步骤制作了气泡喷出构件1。芯材的直径约为100μm，气泡喷出口8是直径约6μm的圆形状。接下来，除使用制作的气泡喷出构件1以外，通过与实施例3同样的步骤制作局部注射装置。
向制作的局部注射装置的外侧轮廓部13的内部填充NaCl溶液(0.9％w/V)并按压于鸡胸肉。NaCl溶液中添加了荧光珠(φ2.1μm；Thermo Scientrific公司制)。需要说明的是，在实施例9中使用荧光珠是由于实施例8的荧光试剂会渗入到鸡胸肉内。另外，对置电极22放置在鸡胸肉的下方。接下来，施加200mA、1.3kV的电压。图16是局部注射后的鸡胸肉在暗视野下的照片。如图16所示，实现了向鸡胸肉局部注射荧光珠。
<实施例10：对糙米(去除糠后)的注射>
使用糙米(去除糠后)代替鸡胸肉，将该糙米固定于由PDMS制作的夹具，将对置电极22配置为同气泡喷出构件1与外侧轮廓部13之间的NaCl溶液接触，施加420mA、1.8kV的电压，除此之外通过与实施例9同样的步骤进行局部注射。图17是局部注射后的糙米在暗视野下的照片。如图17所示，实现了向糙米进行局部注射。
如实施例7至10所示，确认了若使用本发明的局部注射装置，则能够在空气中实现对从软到硬的加工对象物的局部注射。
[局部注射装置(注射装置)的另一实施方式的制作]
<实施例11>
代替实施例2的外侧轮廓部13，使用PDMS并以形成为中空圆筒形状的方式利用塑胶模型、玻璃-金属棒等进行转印以及成形为三维形状，由此利用PDMS制作外侧轮廓部13整体。图18是示出制作的局部注射装置的外观的照片。
图19是示出在实施例11中制作的局部注射装置的前端部分的动作的照片。图19的(1)是抵接前的照片，图19的(2)是抵接后的照片，并且图19的(1)以及(2)的上段是外侧轮廓部13的整体照片，下段是将前端部分放大后的照片。由图19可知，通过使用具有挠性的材料形成外侧轮廓部13整体，即使不使用伸缩构件17也能够使气泡喷出构件1与外侧轮廓部13相对移动从而调整加工对象物与气泡喷出口8的位置关系。
工业实用性
通过使用本发明的气泡喷出构件、气液喷出构件、局部消融装置以及局部注射装置，与现有技术相比能够对加工对象物进行更细微的加工。并且，本发明的局部注射装置在大气中也能够使用，也能够作为无针注射装置使用。因此，除了能够在医疗机构、大学、企业等研究机构用于加工对象物的细微加工外，也能够在医疗机构、畜牧/农林水产机构等作为无针注射装置使用。

Claims (9)

1.一种气泡喷出构件，包括：
芯材，其由导电材料形成；
轮廓部，其由绝缘材料形成，包含与所述芯材的前端相比进一步延伸而成的延伸部，且所述轮廓部以至少一部分与所述芯材紧贴的方式覆盖芯材；以及
空隙，其形成在所述延伸部与所述芯材的前端之间且具有气泡喷出口，
所述气泡喷出构件的特征在于，
在所述延伸部的前端形成有厚度比延伸部的其他部分厚的厚壁部。
2.一种气液喷出构件，其特征在于，包括：
权利要求1所述的气泡喷出构件；以及
外侧轮廓部，其形成在所述气泡喷出构件的轮廓部的外侧，且以所述外侧轮廓部与所述轮廓部之间具有空间的方式形成在与所述轮廓部分离的位置。
3.根据权利要求2所述的气液喷出构件，其特征在于，
所述外侧轮廓部与所述气泡喷出构件形成为能够相对移动。
4.根据权利要求3所述的气液喷出构件，其特征在于，
所述外侧轮廓部的端部经由伸缩构件而与所述气泡喷出构件连接。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的气液喷出构件，其特征在于，
在所述外侧轮廓部形成有狭窄部，该狭窄部在所述外侧轮廓部与所述气泡喷出构件相对运动时起引导作用。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的气液喷出构件，其特征在于，
所述气液喷出构件还包括对置电极，该对置电极与所述气液喷出构件的芯材构成一对电极，
所述对置电极形成在所述轮廓部的外表面或所述外侧轮廓部的内表面。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的气液喷出构件，其特征在于，
所述外侧轮廓部的前端部分形成为厚度比外侧轮廓部的其他部分厚。
8.一种局部消融装置，其包括权利要求1所述的气泡喷出构件、或权利要求2至7中任一项所述的气液喷出构件。
9.一种局部注射装置，其包括权利要求2至7中任一项所述的气液喷出构件。
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