CN108350406A - 气泡喷出头、局部消融装置及局部消融方法、注射装置及注射方法 - Google Patents

气泡喷出头、局部消融装置及局部消融方法、注射装置及注射方法 Download PDF

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Abstract

提供一种能够使气泡向基板的上方喷出的气泡喷出头。一种气泡喷出头，其至少包括基板、通电部及气泡喷出部，所述通电部形成于所述基板上，所述气泡喷出部包括：电极，其由导电材料形成；轮廓部，其由绝缘性的感光性树脂形成；延伸部，其从轮廓部延伸，所述轮廓部覆盖所述电极的周围，且所述延伸部与所述电极的前端相比进一步延伸，而且，所述气泡喷出部包括在所述延伸部与所述电极的前端之间形成的空隙，所述气泡喷出部的电极形成于所述通电部上，能够利用该气泡喷出头向基板的上方喷出气泡。

Description

气泡喷出头、局部消融装置及局部消融方法、注射装置及注射 方法
技术领域
本申请涉及气泡喷出头、局部消融装置及局部消融方法、注射装置及注射方法。尤其是涉及如下气泡喷出头、包括该气泡喷出头的局部消融装置及局部消融方法、注射装置及注射方法，在该气泡喷出头中，以电极与在基板上形成的通电部连接的方式相对于基板平面朝向上方形成气泡喷出部，从而在放置了气泡喷出头时使气泡喷出口朝向上方，能够将气泡向上方喷出。
背景技术
伴随近年来生物科技的发展，对在细胞的膜、壁开孔并从细胞去除核或向细胞内导入DNA等核酸物质等对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“局部消融法”)，广泛知晓采用应用了电动手术刀等的探头的接触加工技术、应用了激光等的非接触消融技术等的方法。特别是对于电动手术刀的接触加工技术，最近提出了通过限制为几微米级别的烧结面来限制热侵袭区域，从而提高分辨率的技术(参照非专利文献1)。
另外，激光加工中的飞秒激光的发展显著，最近提出了进行细胞加工的技术(参照非专利文献2)、在液相中抑制气泡产生的激光加工技术。
然而，在以往的使用电动手术刀等的探头的接触加工技术中，具有因连续高频产生的焦耳热烧断对象物的性质，因此存在切断面的粗糙度和热量对周围组织的热侵袭的影响较大这样的问题。另外，在由飞秒激光等激光进行的非接触加工技术中，也由于局部地施加高密度能量而存在切断面周围组织的热侵袭的影响的问题。
另一方面，作为用于向细胞等导入核酸物质等的局部的物理性注射技术(以下，有时记载为“注射法”)，广泛知晓电穿孔法、使用了超声波的声孔效应技术及粒子枪法等。
然而，在以往的电穿孔法技术中，在通过电场强度来提高细胞膜的透过性方面存在极限，难以对具有较硬的细胞膜、细胞壁而非具有柔软的脂质双层膜的对象物进行注射，因电极的配置等的限制而难以对局部的目标部位进行注射。另外，在利用了超声波的声孔效应技术中难以实现超声波的会聚，难以产生局部的气泡的气蚀来提高分辨率。另外，在通过粒子枪法进行注射的注射方法中，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较低这样的问题。另外，在电穿孔法、声孔效应法及粒子枪法中，也存在注射的物质的消耗量多、难以注射贵重的物质这样的问题。
为了解决上述以往的局部消融方法、注射方法的问题，本发明人等发现如下内容并进行了专利申请(参照专利文献1)，即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，覆盖所述芯材且包括从所述芯材的前端延伸出来的部分；以及空隙，其形成于所述轮廓部的延伸出来的部分与所述芯材的前端之间，使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，向加工对象物连续地放出该气泡，由此能够对加工对象物进行切削(局部消融)。
另外，发现如下内容并进行了专利申请(参照专利文献1)，即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，通过向所述空间导入溶解和/或分散有注射物质的溶液，能够产生在界面吸附有溶解和/或分散有注射物质的溶液的气泡，通过向加工对象物连续地放出该气泡，由此能够对加工对象物进行切削，并且能够将覆盖气泡的溶液所含有的注射物质向加工对象物注射。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5526345号公报
非专利文献
非专利文献1：
D.Palanker et al.、J.Cataract.Surgery、38、127-132、(2010)
非专利文献2：
T.Kaji et al.、Applied Physics Letters、91、023904、(2007)
发明内容
发明要解决的课题
此外，本发明者们开发出一种气泡喷出头(以下，有时记载为“多筒式头1’”)，如图1的(1)所示，该气泡喷出头通过在层叠于基板上的感光性树脂与感光性树脂之间设置电极而形成气泡喷出部，并且，为了防止漏电，利用PDMS对气泡喷出头的上表面进行封装(山西阳子等、“通过微阵列电极进行的多筒式注射”、No.15-2 Proceedings of the 2015 JSMEConference on Robotics and Mechatronics，Kyoto，Japan，May 17-19，2015、以下记载为“非专利文献3”)。图1的(1)所示的气泡喷出部与基板平行地形成。因此，在使图1的(1)所示的多筒式头1’浸渍于放入到浅底盘等的溶液来使用时，由于是多筒式头1’的薄板状的基板，因此，如图1的(2)所示那样，多筒式头1’不是从铅垂方向、而是从水平或倾斜方向浸渍于浅底盘等的使用方法较普遍。当然，能够将多筒式头1’沿着铅垂方向浸渍，但在该情况下，需要使浅底盘等的深度比多筒式头1’的大小深。
另外，如图2所示，在上述非专利文献3中也记载有使对加工对象物进行把持的部位形成于气泡喷出部的前方，但图2所示的对加工对象物进行把持的部位是意图使气泡沿着水平方向喷出的结构。
本申请是为了解决上述问题点而做成的发明，进行了深入研究，结果新发现了如下内容：
(1)使用光刻技术在基板上形成通电部，以电极与在基板上形成的通电部连接的方式朝向上方形成气泡喷出部，由此在将气泡喷出头放置到浅底盘等时气泡喷出口朝向上方，能够将气泡沿着与基板平面大致垂直的方向喷出；
(2)通过将构成气泡喷出部的感光性树脂相对于基板从上方蚀刻成筒状来形成气泡喷出头1，从而能够制作配置有任意个数的气泡喷出部且将气泡喷出部配置于任意位置的气泡喷出头；
即，本申请的目的在于提供一种气泡喷出头、局部消融装置及局部消融方法、注射装置及注射方法。
用于解决课题的方案
本申请涉及以下所示的、气泡喷出头、局部消融装置及局部消融方法、注射装置及注射方法。
(1)一种气泡喷出头，其至少包括基板、通电部、气泡喷出部，
所述通电部形成于所述基板上，
所述气泡喷出部包括：电极，其由导电材料形成；轮廓部，其由绝缘性的感光性树脂形成；以及延伸部，其从轮廓部延伸，所述轮廓部覆盖所述电极的周围，且所述延伸部与所述电极的前端相比进一步延伸，而且，所述气泡喷出部包括在所述延伸部与所述电极的前端之间形成的空隙，
所述气泡喷出部的电极形成于所述通电部上。
(2)根据上述(1)所记载的气泡喷出头，其中，所述气泡喷出部形成有两个以上。
(3)根据上述(2)所记载的气泡喷出头，其中，所述气泡喷出部的高度不同。
(4)根据上述(1)～(3)中任一项所记载的气泡喷出头，其中，所述感光性树脂是负性光致抗蚀剂。
(5)根据上述(1)～(4)中任一项所记载的气泡喷出头，其中，与所述气泡喷出部的电极构成电极对的对置电极形成于所述基板上。
(6)根据上述(1)～(5)中任一项所记载的气泡喷出头，其中，所述气泡喷出头还包括形成于所述气泡喷出部的周围的外侧轮廓部，在所述气泡喷出部与所述外侧轮廓部之间的空间能够储存含有注射物质的溶液。
(7)根据上述(6)所记载的气泡喷出头，其中，所述气泡喷出头形成有流路，该流路用于将含有注射物质的溶液和/或用于形成辅助流的溶液向所述空间输送。
(8)一种局部消融装置，其包括上述(1)～(7)中任一项所记载的气泡喷出头。
(9)一种注射装置，其包括上述(1)～(7)中任一项所记载的气泡喷出头。
(10)一种局部消融方法，其中，利用溶液充满上述(8)所记载的局部消融装置的气泡喷出头的至少空隙，
向由所述局部消融装置的电极和对置电极构成的电极对施加高频脉冲，由此从气泡喷出部的前端放出气泡，
利用该气泡对加工对象物进行加工。
(11)根据上述(10)所记载的局部消融方法，其中，在施加所述高频脉冲时，从所述电极放电。
(12)一种注射方法，其中，利用含有注射物质的溶液充满上述(9)所记载的注射装置的气泡喷出头的至少空隙，
向由所述注射装置的电极和对置电极构成的电极对施加高频脉冲，由此放出吸附有含有所述注射物质的溶液的气泡，
一边利用该气泡对加工对象物进行局部消融，一边向加工对象物导入注射物质。
(13)根据上述(12)所记载的注射方法，其中，在施加所述高频脉冲时，从所述电极放电。
发明效果
本申请的气泡喷出头以气泡喷出口向基板的上方开口的方式形成气泡喷出部。因此，能够在溶液中将气泡朝向上方喷出，因此，在气泡在溶液中行进时，由浮力引起的行进方向的变化少。另外，气泡也不会附着于构成气泡喷出头1的构件等。而且，当将气泡喷出头配置于浅底盘等容器的底部时，气泡喷出部朝向上方，因此，能够从下方向对加工对象物进行局部消融或局部注射。
附图说明
图1的(1)和(2)是表示多筒式头1’的概要的图。
图2是表示多筒式头1’的概要的图。
图3是表示气泡喷出头1的实施方式的一例的概要的图。
图4的(1)～(4)是表示气泡喷出头1的另一实施方式的图。
图5-1是表示气泡喷出头1的制造工序的一例的图。
图5-2是表示气泡喷出头1的制造工序的一例的图。
图5-3是表示气泡喷出头1的制造工序的一例的图。
图6的(1)～(4)是表示气泡喷出头1的另一实施方式的图。
图7是表示使用了气泡喷出头1的局部消融装置6的实施方式的一例的整体结构的图。
图8是表示更适于注射装置的气泡喷出头1的实施方式的一例的概要的图。
图9是图8的A-A’剖视图。
图10的(1)～(6)是说明将气泡喷出头1用作无针注射的情况的实施方式的一例的图。
图11的(1)是代替附图的照片，是在实施例1中制作成的气泡喷出头1的照片，图11的(2)是代替附图的照片，是将气泡喷出部3附近放大后的照片。图11的(3)是用于表示制作成的气泡喷出部3附近的尺寸的图。图11的(4)是代替附图的照片，是将气泡喷出部3和至少对置电极5的一部配置于框体41内的照片。
图12是代替附图的照片，是由高速相机对气泡36的产生进行了拍摄而得到的照片。
图13是代替附图的照片，是表示在实施例3中除了气泡的喷出之外还从电极31放电的情况的照片。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边详细地说明气泡喷出头、局部消融装置及局部消融方法、注射装置及注射方法。
图3是表示气泡喷出头1的实施方式的一例的概要的图。气泡喷出头1至少包括基板2、气泡喷出部3及通电部4。通电部4形成于基板2上。另外，气泡喷出部3包括由导电性材料形成的电极31、轮廓部32、延伸部33、以及空隙34。更具体而言，轮廓部32覆盖电极31的周围，延伸部33与电极31的前端相比进一步从轮廓部32延伸。空隙34形成于延伸部33与电极31的前端之间，在与电极31相反的一侧形成有气泡喷出口35。如图3所示，空隙34除了气泡喷出口35以外被电极31和延伸部33覆盖。即，在电极31与轮廓部32之间未形成用于输送液体等的空间(通道)，空隙34仅经由气泡喷出口35与外部连通。通过对在图3中未图示的对置电极5和电极31施加电压，能够连续地喷出气泡36。需要说明的是，如后述那样，通过增大对电极31施加的电压，除了气泡36的喷出之外，还能够从电极31放电。另外，如后述那样，对置电极5既可以形成于基板2上，也可以与气泡喷出头1分体。
作为形成基板2的材料，只要能够层叠通电部4，就没有特别限制，例如可举出玻璃、石英、PMMA、硅等。
作为形成电极31的材料，只要是能够通电且能够通过电镀、无电解镀等方法而堆积于通电部4上的材料，就没有特别限制，例如可举出镍、金、铂、银、铜、锡、镁、铬、钨等金属、或它们的合金。
气泡喷出头1的轮廓部32和延伸部33使用光刻技术来制作。因此，形成轮廓部32和延伸部33的材料只要是绝缘性的感光性树脂，就没有特别限制。例如可举出市售的TSMRV50、PMER等正性光致抗蚀剂、SU-8、KMPR等负性光致抗蚀剂。由于通过向电极31和对置电极5通电而喷出气泡36，因此，特别是在施加了高电压的情况下，易于对作为微细的部分的气泡喷出口35施加负荷。SU-8、KMPR等负性光致抗蚀剂的硬度比正性光致抗蚀剂的硬度高，因此，在对气泡喷出部3施加高电压的情况下，优选使用负性光致抗蚀剂作为感光性树脂。
通电部4和对置电极5只要能够使外部电源的电向电极31流动，就没有特别限制，可以使用与上述电极31同样的材料。在将对置电极5设为分体的情况下，能够与电极31通电即可，因此，不特别限制于棒状、板状等形状等。在将对置电极5形成于基板2上的情况下，与通电部4同样地层叠于基板2上即可。
当向电极31和对置电极5输出电力时，在空隙34中形成的气泡以被撕碎的方式从气泡喷出口35喷出，因此，无需从外部向气泡喷出部3供给气体。
另外，在空隙34内形成气泡36时，生成接近气泡喷出口35的内径(以下，有时记载为“直径D”或“D”)的大小的气泡。因此，空隙34的深度(从电极31的前端到气泡喷出口35为止的长度。以下，有时记载为“L”)需要至少为能够在空隙34内生成气泡的大小，L/D优选至少为1以上。另一方面，L/D的上限只要是能够连续地喷出气泡36的大小，就没有特别限制。L/D可以通过层叠的感光性树脂的厚度及堆积的电极31的高度来进行调整。喷出的气泡36的大小可以通过改变气泡喷出口35的直径D来进行调整，在制造时通过光掩模的形状来进行调整即可。
图3所示的气泡喷出头1的实施方式由于说明的关系而示出了形成有多个气泡喷出部3的例子，但气泡喷出部3也可以是一个。另外，如后述的制造方法所示那样，气泡喷出头1通过将构成气泡喷出部3的轮廓部32和延伸部33相对于基板2从上方蚀刻成筒状而形成，能够制作配置有任意个数的气泡喷出部3并且将气泡喷出部3配置于任意位置的气泡喷出头。
图4是表示气泡喷出头1的其他实施方式的图，例如图4的(1)所示的等间隔、图4的(2)所示的圆形、图4的(3)所示的×状等能够将气泡喷出部3形成为任意个数和配置。另外，通过反复进行改变了层叠感光性树脂的厚度及光掩模的形状的曝光·蚀刻，从而除了能够配置有任意个数和配置于任意位置之外，还能够例如图4的(4)所示那样改变气泡喷出部3的高度。在对加工对象物进行注射时，有时不是对一处进行注射，而是呈线状或面状等一次对加工对象物的多个部位进行注射。在使用了多筒式头1’的情况下，除了线状的注射之外，还可以通过层叠多个多筒式头1’而呈面状进行注射。然而，在层叠有多个多筒式头1’的情况下，能够将气泡喷出口形成为面状，但难以任意地设定例如圆形状、×状等气泡喷出口的配置。另一方面，本申请的气泡喷出头1能够配置有任意个数的气泡喷出部并且将气泡喷出部配置于任意位置。而且，在如图4的(4)所示那样改变了气泡喷出部3的高度的情况下，即使加工对象物是立体形状，也能够使气泡喷出口与加工对象物的距离恒定。
图5-1～图5-3是表示本申请的气泡喷出头1的制造工序的一例的图。需要说明的是，图5-1～图5-3由于图示的关系而记载了气泡喷出部3是一个的例子，但在形成多个气泡喷出部3的情况下，改变光掩模的形状即可。
(1)通过溅射将形成通电部4的材料层叠于基板2上。
(2)涂布光致抗蚀剂8，以最终在形成通电部4的部分残留光致抗蚀剂8的方式使用掩模进行曝光-显影。
(3)通过湿蚀刻等方法将形成通电部4的部分以外的材料去除。
(4)去除光致抗蚀剂8而形成通电部4。需要说明的是，虽未图示，但在将对置电极5形成于基板2上的情况下，通过改变光掩模的形状来与通电部4同时地形成对置电极5即可。
(5)涂布光致抗蚀剂，以在通电部4的不需要部分(不形成气泡喷出部3的部分)之上残留光致抗蚀剂的方式使用掩模来进行曝光-显影。光致抗蚀剂通过曝光-显影而固化，因此在以下的工序中不被去除而形成绝缘层37。
(6)涂布光致抗蚀剂，使用设计成残留轮廓部32和延伸部33那样的形状的光掩模来进行曝光-显影。通过曝光-显影而固化的光致抗蚀剂成为轮廓部32和延伸部33。对于气泡喷出部3的电极31的大小，调整光掩模的大小即可。
(7)利用电镀使电极31在通电部4之上生长，从而能够制作实施方式所示的气泡喷出头1。如(6)和(7)所示，电极31的周围全部被筒状的感光性树脂(轮廓部32、延伸部33)覆盖这点与图1和图2所示的多筒式头1’不同。并且，通过使电极31在通电部4上生长，能够使气泡喷出口35朝向基板2的上方。需要说明的是，“基板的上方”是指相对于基板2的形成有通电部4的平面而言的大致铅垂方向、或者在从基板2观察时层叠有通电部4的方向。两者虽然表述不同但两者是相同的意思。因此，通过使气泡喷出头1的未形成气泡喷出部3的面处于下侧而将气泡喷出头1浸渍于浅底盘等，能够将气泡喷出口35在浅底盘等内朝向上方地配置，能够将气泡36向上方喷出。因此，在气泡36在溶液中行进时，由浮力引起的行进方向的变化少，并且同时气泡36的喷出方向与行进方向相同，因此，气泡不会在气泡喷出口35的周围滞留。需要说明的是，气泡喷出头1的对置电极5与电极31导通即可，因此，例如也可以是，将包括气泡喷出部3和至少对置电极5的一部分的框体形成于气泡喷出头1上，并在该框体之中充满导电性的溶液。
需要说明的是，也可以通过针对光致抗蚀剂的涂布而反复进行曝光-显影，来将气泡喷出头1制作成各种形态。例如，
(7-1)代替上述(7)的步骤，使电极31生长到与轮廓部32的高度相同的高度。
(8)涂布光致抗蚀剂，使用设计成残留延伸部33那样的形状的光掩模来进行曝光-显影。在(8)中，若电极31露出，则有可能漏电。因此，延伸部33以跨轮廓部32和电极31的方式形成即可。需要说明的是，在使延伸部33的外径比电极31的外径小的情况下，在形成了延伸部33之后，利用光致抗蚀剂、PDMS等对露出的电极31进行遮掩即可。另外，在上述的步骤中，利用光刻制作了延伸部33，但也可以是，利用三维造型-加工技术另外制作延伸部33，并利用粘接剂等进行粘接。作为另外制作的延伸部33，可举出(8-1)、(8-2)所示的锥形状，但也可以是其他的形状。如上述那样，通过使延伸部33比轮廓部32小，能够调整气泡的大小、速度、侵袭性、指向性等。
(9)需要说明的是，也可以根据需要而在上述(8)的步骤之后利用电镀使上层电极31生长。在(9)的情况下，通过调整电极的高度，能够调整气泡的大小、速度、侵袭性、指向性等。
在上述的制造方法中，能够任意地设定筒状的感光性树脂的厚度和内径，因此即使增大施加电压，延伸部33也不容易破损。因此，能够增大电极，其结果是，通过提高对电极施加的电压，除了气泡的喷出之外，还能够从电极放电。因此，除了由气泡引起的局部消融或注射之外，还能够对加工对象物进行电火花加工，因此，能够用作癌等的治疗装置。另外，能够对植物细胞等生物体材料、金属、聚合物等多种硬的材料开孔，并进一步根据需要导入基因、试剂等。
在图5-1～图5-3所示的步骤中，气泡喷出部3的高度全部相同。在如图4的(4)所示那样改变气泡喷出部3的高度的情况下，只要在上述(6)的步骤之后反复进行步骤(6)即可，此时，使涂布的光致抗蚀剂的高度与(6)所示的轮廓部32的高度不同即可。
图6是表示气泡喷出头1的实施方式的另一例的图。在设置多个气泡喷出部3的情况下，可以在单一通电部4之上形成全部气泡喷出部3，但也可以将通电部4分割成多个来形成。图6的(1)表示将通电部4分割成区块单位的例子，图6的(2)表示将通电部4分割成线单位的例子，图6的(3)表示将通电部4分割成内侧部分、外侧部分的例子，但分割单位并没有特别限制。通过分割通电部4，从而在局部消融、局部注射时，能够使对气泡喷出部3施加的电压按所分割的单位进行变化。例如，在使用图6的(3)所示的气泡喷出头1来对球状的加工对象物进行局部消融、局部注射的情况下，通过使气泡喷出口与加工对象物之间的距离远离的外侧部分的电压比内侧部分的电压高，能够抑制与加工对象物抵接的气泡的强度的不均。另外，也可以不将通电部4分割成区块单位，而是如图6的(4)所示那样，针对每个气泡喷出部3设置通电部4。在图6的(4)所示的形态的情况下，能够用于细胞图案化等。需要说明的是，在一次对在一个通电部4上设置的多个气泡喷出部3施加电压的情况下，需要对通电部4施加大的电压。另一方面，在图6的(4)的实施方式的情况下，对各气泡喷出部3施加电压即可，因此能够使电力输出部件小型化。
在上述工序中使用的抗蚀剂、蚀刻剂、溅射装置等采用在微细加工技术的领域中使用的公知的试剂、装置即可。
图7是表示使用了气泡喷出头1的局部消融装置6的实施方式的一例的整体结构的图。图7所示的局部消融装置6包括电力输出部件，电力输出部件至少包括一般商用交流电源装置61及电线62，该电线62用于使气泡喷出头1的电极31和对置电极5形成电路，也可以根据需要而设置无感电阻63、电压放大电路64及未图示的DIO(Digital Input Output)端口等。通过将无感电阻63、DIO端口等组装于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，能够简单地制作电力输出部件。
对于向电极31和对置电极5输出的电力的电流、电压及频率，只要处于能够喷出气泡、另外能够根据需要而从电极31放电且不损伤气泡喷出部3的范围内，就没有特别限制。例如，电流优选为10mA～10A，更优选为25mA～800mA。当电流小于10mA时，有时无法顺利地生成气泡36，当电流大于10A时会产生电极磨损，从而并不优选。电压优选为100V～100kV，更优选为200V～8.0kV。当电压小于100V时，难以生成气泡36，当大于100kV时，有可能产生电极31的磨损、延伸部33的破损，从而并不优选。频率优选为1kHz～1GHz，更优选为5kHz～1MHz，尤其优选为10kHz～60kHz。当频率小于1kHz时，延伸部33有可能破损，当频率大于1GHz时，有可能无法生成气泡36，从而并不优选。需要说明的是，上述的数值是标准的数值，可以根据电极31的大小而进行变更。
在局部消融方法中，首先将局部消融装置6的气泡喷出头1和对置电极5浸渍于导电性的溶液。然后，在气泡喷出头1的气泡喷出部3的上方配置加工对象物，并使从气泡喷出部3喷出的气泡36与加工对象物碰撞，由此能够使加工对象物局部地消融。
作为加工对象物，只要是能够通过气泡而消融的对象物，就没有特别限制，例如可举出细胞、蛋白质等。作为细胞，可举出从人或非人动物的组织离析出的干细胞、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、卵细胞等动物细胞、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。另外，在从电极31放电的情况下，除了获得由气泡进行的加工的效果之外，还获得电火花加工的效果，因此，也可以是更硬的加工对象物。例如可举出米、植物细胞等比较硬的生物体试样、树脂类、金属等。需要说明的是，本申请中的“加工”是指对加工对象物喷出气泡，并进一步根据需要而通过放电在对象物上开孔或切削对象物的一部分。
在专利文献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：通过向芯材通电而产生的气泡带电，通过电使注射物质吸附于气泡。因此，在使用图3或图4所示的气泡喷出头1进行局部消融时，若对气泡喷出头1进行浸渍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36。因此，能够在使加工对象物局部消融的同时导入注射物质。
图8是表示更适于注射装置的气泡喷出头1(以下，有时记载为“注射用气泡喷出头”)的实施方式的一例的概要的图。另外，图9是图8的A-A’剖视图。图8和图9所示的气泡喷出头1在气泡喷出部3的外周形成有能够充满含有注射物质的溶液的外侧轮廓部7。通过在外侧轮廓部7与气泡喷出部3之间充满含有第一注射物质的溶液，能够将第一注射物质吸附于从气泡喷出口35喷出来的气泡36的周围。外侧轮廓部7与气泡喷出头1分体地形成，并配置于气泡喷出部3的周围即可。
另外，也可以根据需要而形成为将用于输送导电性的溶液的流路71与外侧轮廓部7连接。能够经由流路71将含有第一注射物质的溶液向外侧轮廓部7与气泡喷出部3之间输送。
需要说明的是，在形成流路71的情况下，也可以持续输送不含有第一注射物质的导电性的液体。在该情况下，导电性的液体如图8的白色箭头所示那样沿着气泡喷出部3的延长线方向形成液体流。该液体流作为辅助流而辅助气泡36的移动，由此能够提高与加工对象物抵接的气泡36的力。
外侧轮廓部7、流路71可以通过光刻、纳米压印、蚀刻技术、三维造型、三维加工技术、紫外线固化技术、光造型技术、双光子吸收光造型等进行制作。另外，制作外侧轮廓部7和流路71的材料优选为绝缘性的材料，使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚对二甲苯、环氧树脂、聚酰亚胺、聚乙烯、玻璃、石英、PMMA、硅等周知的绝缘性材料即可。
通过代替上述的局部消融装置6的气泡喷出部头1而使用注射用气泡喷出部头1，能够制作注射装置。除了在外侧轮廓部7与气泡喷出部3之间充满含有注射物质的溶液以外，采用与局部消融方法同样的方法，能够一边对加工对象物进行局部消融，一边导入注射物质。
注射物质不论是气体、固体还是液体均可，只要是能够溶解和/或分散在液体中的物质，就没有特别限制，作为气体可举出空气、氮、氦、二氧化碳、一氧化碳、氩、氧等，作为固体可举出DNA、RNA、蛋白质、氨基酸、无机物等，作为液体可举出药剂溶液、氨基酸溶液等。作为使注射物质溶解和/或分散的溶液，可举出生理盐水、培养基等。
在将图8和图9所示的外侧轮廓部7配置于气泡喷出部3的周围的情况下，能够利用表面张力保持在气泡喷出部3与外侧轮廓部7之间充满的溶液。因此，图8和图9所示的注射用气泡喷出部头1在空气中进行局部消融或注射，即能够用作无针注射。在用作无针注射的情况下，图8和图9所示的气泡喷出头1在空气中直接与加工对象物抵接即可。
图10的(1)～(6)是说明用作无针注射的情况的实施方式的一例的图。在以从上方朝气泡喷出部3与外侧轮廓部7之间充满溶液50(以下，有时记载为“填充溶液”)的状态保持无针注射的情况下，需要防止填充溶液50干燥。图10的(1)表示在气泡喷出头1的周围设置有盖51的例子。另外，为了易于使气泡喷出头1与加工对象物抵接，也可以在气泡喷出头1的基板2安装支承体52。支承体52可以制作成实心形状，但也可以设为中空形状，在其内部穿过用于对通电部4和对置电极5施加电压的电线。另外，在设为中空形状的情况下，也可以在内部形成流路，通过与图8所示的流路71连接，能够连续地供给填充溶液。在该情况下，也可以没有盖51。在以下的实施方式中也同样。
图10的(2)和(3)是用于说明无针注射的另一实施方式的图。优选是如下构造：在使用无针注射时，气泡喷出口与加工对象物之间的距离能够微调整。图10的(2)和(3)表示易于进行距离的微调整的实施方式。在本实施方式中，将相对于气泡喷出头1滑动自如的可动框53设置于气泡喷出头1的周围，使支承体52以能够滑动的方式穿过在可动框53上形成的孔，然后，将支承体52固定于气泡喷出头1。另外，在气泡喷出头1的基板2与可动框53之间设置有弹簧等施力部件54，可动框53比气泡喷出头1突出。在使用本实施方式的无针注射的情况下，卸下盖51，使可动框53的前端与加工对象物10抵接，沿着与弹簧的作用力相反的方向将支承体52推入，由此能够微调整气泡喷出口与加工对象物10之间的距离。
图10的(4)和(5)是用于说明无针注射的另一实施方式的图。在图10的(4)和(5)所示的实施方式中，代替可动框53，利用硅等具有柔软性的材料在气泡喷出头1的周围形成可变框56。如图10的(4)所示，在使用前，可变框56的前端比气泡喷出头1突出。在使用本实施方式的无针注射的情况下，卸下盖，并使可变框56的前端与加工对象物10抵接而推入，由此可变框56变形，能够微调整气泡喷出口与加工对象物10之间的距离。
需要说明的是，上述图10的(1)～(5)所示的形态是用作无针注射的情况的简单的例示，也可以是其他实施方式。另外，图10的(1)～(5)表示从加工对象物的下方使用了无针注射的例子，但由于填充溶液50具有表面张力，因此，也可以如图10的(6)所示那样将气泡喷出口朝下来使用。
以下记载实施例来具体地说明实施方式，但该实施例只是为了说明本申请的实施方式、为了参考其具体的方案而提供的。这些例示并不表示限定或限制在本申请中所公开的发明的范围。
【实施例】
<实施例1>
〔气泡喷出头1的制作〕
(1)使用溅射装置((株式会社)VACUUM DEVICE MSP-30T)将Au在玻璃基板上以等离子体电流值(80mA)进行了1分钟的成膜。
(2)将OFPR-800LB(200CP)在玻璃基板上以2000rpm进行30秒钟的旋涂、以及以7000rpm进行2秒钟的旋涂，在烘箱内以90℃进行了30分钟的预烘烤。接下来，在使用铬掩模来进行了曝光后，使用NMD-3而进行了显影。在显影后，使用超纯水来进行冲洗，利用旋转式脱水机等甩干水分。
(3)将Au蚀刻剂(AURUM-302、关东化学株式会社)浸渍于图案化后的OFPR以外的区域而对Au进行蚀刻，并利用超纯水进行了冲洗。
(4)将玻璃基板浸于丙酮而去除剩余的OFPR膜，完成了Au电极部的图案化和对置电极5。
(5)对玻璃基板以2000rpm且以30秒钟的时长旋涂SU-83005，并在热板上以95℃进行了3分钟的预烘烤。之后使用铬掩模来进行曝光，在热板之上以95℃进行了3分钟的曝光后烘烤。最后使用PGMEA(2-Methoxy-1-methylethyl acetate；CAS号：142300-82-1)来进行显影，利用旋转式脱水机甩干水分，制作了SU-8的绝缘层。
(6)对玻璃基板以1000rpm且以30秒钟的时长旋涂SU-83050并且以4000rpm且以2秒钟的时长旋涂SU-83050，在热板上以95℃进行了50分钟的预烘烤。之后使用铬掩模来进行曝光，在热板之上以95℃进行了5分钟的曝光后烘烤。最后使用PGMEA(2-Methoxy-1-methylethyl acetate；CAS号：142300-82-1)来进行显影，利用旋转式脱水机甩干水分，制作了作为SU-8的筒状构造物的轮廓部32。
(7)将电极与Au图案化部连接，沿着SU-8的轮廓部32的内侧使镀Ni生长到SU-8图案的高度(100μm)。
(8)对玻璃基板以800rpm且以30秒钟的时长旋涂SU-83050并且以4000rpm且以2秒钟的时长旋涂SU-83050，在热板上以95℃进行了50分钟的预烘烤。之后使用铬掩模来进行曝光，在热板之上以95℃进行了5分钟的曝光后烘烤。最后使用PGMEA(2-Methoxy-1-methylethyl acetate；CAS号：142300-82-1)来进行显影，利用旋转式脱水机等甩干水分，在通过(6)制作成的轮廓部32之上制作了SU-8的筒状构造物(轮廓部32和延伸部33)。
(9)将电极与Au图案化部连接，沿着SU-8的筒状构造物的内侧使镀Ni从SU-8的筒状构造物之上生长到30μm。
图11的(1)是在实施例1中制作成的气泡喷出头1的照片，图11的(2)是将气泡喷出部3附近放大后的照片。另外，图11的(3)是用于表示制作成的气泡喷出部3附近的尺寸的图。下段的轮廓部32的厚度约为65μm，电极31的直径约为50μm，气泡喷出部3的高度约为150μm，气泡喷出口的直径约为40μm。
<实施例2>
〔局部消融装置、注射装置的制作及气泡喷出实验〕
代替医用电动手术刀(CONMED公司制，Hyfrecator2000)的手术刀而组装实施例1中制作成的气泡喷出头1，并且将无感电阻和DIO端口组装于电力输出部件，制作了局部消融装置和注射装置。
接着，如图11的(4)所示，利用PDMS制作能够将气泡喷出部3和至少对置电极5的一部分配置于框内的大小的框体41，将该框体41贴附于气泡喷出头1。在框体41的框内充满了2.5M的NaCl溶液42。然后，以电流27.7mA、电压309V、输出频率450kHz、用于阻抗匹配的采样频率450kHz、3.5kHz进行反馈，向电极31和对置电极5输出了电力。使用高速相机(VW-9000，基恩士公司制)从框体41的侧面对气泡的形成进行了拍摄。
图12是利用高速相机对气泡36的产生进行了拍摄而得到的照片。根据照片可知，能够确认到如下内容：通过使用在实施例1中制作成的气泡喷出头1，能够使气泡36从气泡喷出口35朝向上方喷出。另外，在气泡喷出口的周围未发现气泡的滞留。认为其原因在于，气泡喷出口朝向上方，除了气泡的喷出力之外，还借助浮力而向上方顺利地移动。
<实施例3>
〔含有等离子体的气泡的喷出〕
除了将在实施例2中制作成的局部消融装置和注射装置的溶液设为0.15M的NaCl溶液、电力输出条件设为以电流5.0A、电压6.2kV、输出频率450kHz、用于阻抗匹配的采样频率450kHz、3.5kHz进行了反馈以外，与实施例2同样地喷出了气泡。使用了VW600M(基恩士公司制)以230000fps的帧速率对喷出来的气泡进行了拍摄。图13是所拍摄的照片。根据图13可知，能够确认到如下内容：在实施例3中，除了气泡的喷出之外，还从电极31放电。另外，由于能够确认到放电，因此认为在原理上气泡含有等离子体。
附图标记说明：
1、1’…气泡喷出头、2…基板、3…气泡喷出部、4…通电部、5…对置电极、6…局部消融装置、7…外侧轮廓部、8…光致抗蚀剂、10…加工对象物、31…电极、32…轮廓部、33…延伸部、34…空隙、35…气泡喷出口、36…气泡、37…绝缘层、41…框体、42…溶液、51…盖、52…支承体、53…可动框、54…施力部件、56…可变框、61…一般商用交流电源装置、62…电线、63…无感电阻、64…电压放大电路、71…流路。

Claims (13)

1.一种气泡喷出头，其中，
所述气泡喷出头至少包括基板、通电部及气泡喷出部，
所述通电部形成于所述基板上，
所述气泡喷出部包括：电极，其由导电材料形成；轮廓部，其由绝缘性的感光性树脂形成；以及延伸部，其从轮廓部延伸，
所述轮廓部覆盖所述电极的周围，且所述延伸部与所述电极的前端相比进一步延伸，而且，所述气泡喷出部包括在所述延伸部与所述电极的前端之间形成的空隙，
所述气泡喷出部的电极形成于所述通电部上。
2.根据权利要求1所述的气泡喷出头，其中，
所述气泡喷出部形成有两个以上。
3.根据权利要求2所述的气泡喷出头，其中，
所述气泡喷出部的高度不同。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的气泡喷出头，其中，
所述感光性树脂是负性光致抗蚀剂。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的气泡喷出头，其中，
与所述气泡喷出部的电极构成电极对的对置电极形成于所述基板上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的气泡喷出头，其中，
所述气泡喷出头还包括形成于所述气泡喷出部的周围的外侧轮廓部，在所述气泡喷出部与所述外侧轮廓部之间的空间能够储存含有注射物质的溶液。
7.根据权利要求6所述的气泡喷出头，其中，
所述气泡喷出头形成有流路，该流路用于将含有注射物质的溶液和/或用于形成辅助流的溶液向所述空间输送。
8.一种局部消融装置，其中，
所述局部消融装置包括权利要求1至7中任一项所述的气泡喷出头。
9.一种注射装置，其中，
所述注射装置包括权利要求1至7中任一项所述的气泡喷出头。
10.一种局部消融方法，其中，
利用溶液充满权利要求8所述的局部消融装置的气泡喷出头的至少空隙，
向由所述局部消融装置的电极和对置电极构成的电极对施加高频脉冲，由此从气泡喷出部的前端放出气泡，
利用该气泡对加工对象物进行加工。
11.根据权利要求10所述的局部消融方法，其中，
在施加所述高频脉冲时，从所述电极放电。
12.一种注射方法，其中，
利用含有注射物质的溶液充满权利要求9所述的注射装置的气泡喷出头的至少空隙，
向由所述注射装置的电极和对置电极构成的电极对施加高频脉冲，由此放出吸附有含有所述注射物质的溶液的气泡，
一边利用该气泡对加工对象物进行局部消融，一边向加工对象物导入注射物质。
13.根据权利要求12所述的注射方法，其中，
在施加所述高频脉冲时，从所述电极放电。
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