JP2005102619A - 細胞変態装置及び細胞変態方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 単位時間当たりの細胞処理数が多く、細胞毎の処理にばらつきが少ない細胞変態装置及び細胞変態方法を提供する。
【解決手段】細胞と、この細胞を維持するリンガー液とを含む流体を収納する機械振動部１６と、この機械振動部１６に収納された流体中の振動子の質量と流体の減衰摩擦係数に基づいた固有の周波数の振動を振動子に印加する機械振動印加手段３１とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は生体から取り出した細胞の代謝の活性化、若しくはウイルスや細菌に侵されている細胞を見分けて破壊する細胞変態装置及び細胞変態方法に関する。

従来、細胞の構造、状態、機能を変化させるための一般的な手法としては、顕微鏡とマイクロッペット、マイクロピンセットを組み合わせた装置などが考えられる。この方法は、細胞を基板上で固定して光学顕微鏡で観察しながらマイクロピペットを差し込んでＤＮＡやＲＮＡ１０３、或いは酵素などを注入して細胞変態を行なう。又、細胞のタンパク質を分析するためには、染色して蛍光顕微鏡で観察、又乾燥させて電子顕微鏡で観察する必要がある。

細胞の核に存在するＤＮＡを取り出して遺伝子組換えを行なったり、人工的に生成したＲＮＡ１０３やタンパク質を細胞質に注入して、細胞分裂の制御やウイルスへの抵抗力を高めたりする細胞操作は、一つずつ丁寧に細胞を顕微鏡で観察しながらマイクロピペットを用いて行なわれる。その他、細胞に短時間電気パルスを印加して細胞膜に一時的に孔を開ける方法や、膜小胞に導入物質を入れて細胞膜と融合させる方法もある（非特許文献１参照）。
特開２００１−２７５６６３号公報 Ｂ．アルバーツ(Alberts)他著「細胞の分子生物学(Moleｃular biology of the ｃell )第３版」、ガーランド出版社(Garland Publishing Inｃ.)ｐ．１８５

上記の背景技術の課題は単位時間当たりの細胞処理数が少ないこと、細胞毎の処理にばらつきが大きいことである。

このため、本発明は、単位時間当たりの細胞処理数が多く、細胞毎の処理にばらつきが少ない細胞変態装置及び細胞変態方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴は、（イ）細胞を含む流体を収納する機械振動部と、（ロ）この機械振動部に収納された流体中の振動子の質量と流体の減衰摩擦係数に基づいた固有の周波数の振動を振動子に印加する機械振動印加手段とを備える細胞変態装置であることを要旨とする。

本発明の第２の特徴は、（イ）生体から取り出した細胞を流体に含ませて容器に収納するステップと、（ロ）この容器に収納された流体中の振動子の質量と流体の減衰摩擦係数に基づいた固有の周波数の振動を、振動子に印加するステップとを含む細胞変態方法であることを要旨とする。

本発明によれば、処理の必要のある細胞だけを選択的に選び、この選択された細胞の構造、状態、機能等を変化させることが出来るので、単位時間当たりの細胞処理数が多く、細胞毎の処理にばらつきが少ない細胞変態装置及び細胞変態方法を提供することが出来る。

動物や植物の細胞は様々な種類があり機能も多様である。しかしながら、基本的な構成要素は共通性があり、それは、細胞膜、細胞質、細胞核、ミトコンドリアなどである。細胞核の中には遺伝子が貯蔵されており、細胞分裂の際には２倍体になり、遺伝情報が継承される。生体が正常に機能している場合、細胞はお互いに連携して組織や臓器を機能させている。しかしながら、疾病になった場合、何らかの形で細胞レベルに問題が生じている。例えば、遺伝子病の場合は遺伝子のＤＮＡ配列が正常な場合と比較して異なっており、インフルエンザの場合はウイルスが細胞膜９５を突破して細胞質に侵入している状態である。又エイズの場合は、ＨＩＶ（ヒト免疫不全症ウイルス）の外殻を構成している糖タンパク質（ｇｐ１２０）がＣＤ４陽性ヘルパーＴ細胞の膜タンパクであるＣＤ４分子を認識して攻撃する。ガンの場合は、細胞の分裂機構に問題が生じており、細胞分裂が制御不能な状態である。

本発明の第１〜第５の実施の形態を説明する前に、細胞中の「振動子」の振動の基本方程式に関して説明する。

（振動の基本方程式）
図３（ａ）に示すように、細胞膜９５には、可動（動ける）タンパク質９１、固定（動けない）タンパク質９２ａ、受容体（レセプター）タンパク質９２ｂが存在している。この可動タンパク質９１は、細胞中の「振動子」の一例として機能する。受容体タンパク質９２ｂは、細胞膜９５で隔てられている細胞の内外情報の伝達を行なう。

ｋ_Bをボルツマン定数、Ｔを：絶対温度とすると、減衰摩擦係数Ｃ_xは、拡散定数Ｄとの間に
Ｃ_x＝ｋ_BＴ／Ｄ ・・・・・・（１）
の関係がある。典型的な拡散定数Ｄの値としてＤ＝１０^-8［ｃｍ²／ｓ］を仮定することが可能である。

図３（ａ）においてｘとｙを同一の絶対観測軸からの変位とすると、振動子である可動タンパク質９１（質量Ｍ）９１の運動方程式としては、次式が成立する：
Ｍ・ｘ"＝−Ｃ_x（ｘ'−ｙ'） ・・・・・・（２）
ここで、ｘ"はｘの２次の時間微分、ｘ'及びｙ'はそれぞれｘ及びｙの２次の時間微分である。可動タンパク質９１の膜上の相対位置パラメータを：
Δｘ＝ｘ−ｙ ・・・・・・（３）
とすると（２）式より
Ｍ・Δｘ"＋Ｃ_x・Δｘ'＝−Ｍ・ｙ" ・・・・・・（４）
が得られる。y"はｙの２次の時間微分である。（４）式を解くために、振動子である可動タンパク質９１の変動振幅Δｘ及び細胞の強制振動振幅ｙを、可動タンパク質９１の振動数ω、複素振幅Ａ及びＢを用いて、以下のように定義する。

Δｘ＝Ａ・exp(iωt) ・・・・・・（５）
ｙ＝Ｂ・exp(iωt) ・・・・・・（６）
ここで、振動子である可動膜タンパク質以外は図３（ａ）の系では膜に固定されており、可動タンパク質９１の復元力に関係するバネ定数ｋは、極めて小さく、ｋ〜０と見なせると仮定する。但し、長鎖のタンパク質や、細胞内の繊維質（細胞骨格）に結合している場合は、バネ定数ｋは有限の値を取る。（４）式に（５）式と（６）式を代入して、ＡとＢとの絶対値の比を励振効率を：
η＝｜Ａ／Ｂ｜ ・・・・・・（７）
と定義して整理すると次式が得られる：
（Ｃ_x／Ｍ・ω）²＝η^-2−１ ・・・・・・（８）
ここで、
η^-2 >>1 ・・・・・・（９）
の場合を扱うと、
η〜Ｍ・ω／Ｃ_x ・・・・・・（１０）
（１０）式とω＝２πｆ（周波数Ｈｚ）より、図１の質量Ｍと周波数ｆの関係が得られる。但し、図１では質量Ｍは、分子量で表示されている。図１は、典型的な値としてＤ＝１０^-8［ｃｍ²／ｓ］、絶対温度Ｔ＝３１０Ｋの場合について、励振効率ηをパラメータとして示す計算値である。前述のように励振効率ηは、（７）式で定義しているので、（１０）式から、振動子である可動タンパク質９１の特有の振動数（周波数）ω：
ω＝（Ｃ_x／Ｍ）（Δｘ／Δｙ） ・・・・・（１１）
が得られる。（１１）式からから細胞変態の指針を得ることが出来る。

（Ｃ_x／Ｍ）は振動子が可動タンパク質９１の場合は、可動タンパク質９１により決まり、Δｘは受容体（固定タンパク）９２ｂと可動タンパク質９１が衝突するために必要な平均移動距離から決まる。一方Δｙは細胞に損傷を与えないために設定される。したがって（１１）式より外部強制振動の周波数が得られる。例えば、減衰摩擦係数Ｃ_xはＴ＝３１０Ｋとして前述の値を用い、更に、質量Ｍ（分子量表示）＝１００ｋＤａ、Δｘ＝１０ｎｍ、Δｙ＝１００μｍとすると、ｆ＝４１０ＭＨｚが得られる。

上記の細胞中の振動子の振動の基本方程式を基礎として、以下に、本発明の第１〜第５の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。又、以下に示す第１〜第５の実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることが出来る。

（１１）式は、細胞中の「振動子」が可動タンパク質９１の場合のみに限定されるものではなく、以下の第２〜第５の実施の形態においては、ナノ粒子又は、修飾したナノ粒子等、更には可動タンパク質９１と修飾したナノ粒子の結合体等が細胞中の「振動子」として機能する。「ナノ粒子」とは、一般には、粒子の径が１００ｎｍ程度以下の金属、蛍光体、プラスティック、半導体、高分子有機物、無機化合物等の微細な粒子と定義されている。例えば、金属ナノ粒子は、粒径が５ｎｍ以下になると顕著な量子サイズ効果を示すようになり、バルクでは見られない特異な物理的・化学的性質が発現する。なかでも、粒径２ｎｍ以下の金属ナノ粒子は室温でクーロン閉塞現象を示等の特殊な効果が報告されている。操作の容易性を考慮すれば、粒径１ｎｍ〜１００ｎｍ程度のナノ粒子が好適である。又、実用的な意味からは、粒径５ｎｍ〜１００ｎｍ程度のナノ粒子でも、十分に適用可能であり、一定の場合は、粒径１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度のナノ粒子でも良い。又、以下の説明から理解出来るように、最適のナノ粒子の大きさは対象とする細胞の大きさとの相対的関係で決まり、巨大な細胞膜であれば、粒径１００ｎｍ程度以上の微粒子でも採用可能である。

この場合、（１１）式の質量Ｍは、振動子となるナノ粒子、修飾したナノ粒子、可動タンパク質９１と修飾したナノ粒子の結合体の質量に置き換えられることは勿論である。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る細胞変態装置は、図２に示すように、アクチュエータ基板１ａとカバーガラス２ａとを備えている。アクチュエータ基板１ａは、シリコン（Ｓｉ）等の半導体基板が使用可能で、アクチュエータ基板１ａの表面には、細胞群をリンガー液と共に注入し、一時収納する細胞注入槽１１ａと処理の終わった細胞群とリンガー液を一時保存し、排出する排出槽１４ａが形成され、細胞注入槽１１ａと排出槽１４ａとの間には、幅１μｍ〜１ｍｍ、好ましくは幅数μｍ〜数百μｍ、深さ１μｍ〜数百μｍ、好ましくは深さ数μｍ〜数十μｍの流路（マイクロ流路）１６が形成され、生体から分離・採取した細胞群がリンガー液と共に、この流路（マイクロ流路）１６を流れる。「リンガー液」は、細胞を生体外で生きた状態に維持するために用いられる液体で、ナトリウム、カリウム、カルシウム、塩素のイオンを含む。細胞注入槽１１ａの近傍の流路１６には入口側マイクロバルブ１２ａ及び入口側マイクロポンプ１３ａが配置されている。排出槽１４ａの手前の流路１６には出口側マイクロバルブ１５ａが配置されている。出口側マイクロバルブ１５ａが閉じられた状態で、リンガー液と共に流路１６に注入された細胞は、流路１６に収納されるので、流路１６は「細胞収納部」として機能する。図３に示した細胞の強制振動の振幅Δｙ＝１００μｍとすると、縦波の超音波で細胞の強制振動する場合は、流路（マイクロ流路）１６の幅は細胞の強制振動の振幅Δｙ＝１００μｍに選定出来る。即ち、印加される機械振動のモードによっては、流路（マイクロ流路）１６の幅に一定の制限を与えることが可能である。

アクチュエータ基板１ａの材料としては、Ｓｉ基板等の半導体基板、石英ガラス等のガラス基板、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等のセラミック基板の他、アクリル等のプラスティック（高分子材料）からなる基板や金属基板等が採用可能である。フォトリソグラフィ技術による法微細加工の容易性やＭＥＭＳ技術の適用性を考慮すると、半導体基板、ガラス基板、セラミック基板等が好ましい。但し、基板材料に応じて、フォトリソグラフィ技術以外のレーザ加工、超音波加工、放電加工、プラズマ加工、ダイヤモンドドリル等による微細機械加工法も適用可能である。例えば、アクチュエータ基板１ａがＳｉ基板の場合は、流路（マイクロ流路）１６は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液、エチレンジアミン水溶液、若しくは、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）等によるＳｉ基板の異方性エッチング等で形成出来る。異方性エッチングによれば、（１００）面のＳｉ基板であれば、（１００）面に約５５°で交わる（１１１）面からなるＶ字型溝として流路（マイクロ流路）１６を形成出来る。その他、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）やイオンミリング等種々の方法で、垂直側壁を有するＵ字型の流路（マイクロ流路）１６を形成出来る。

入口側マイクロバルブ１２ａ及び出口側マイクロバルブ１５ａとしては、ダイアフラム型（メンブレン型）、圧電素子型、静電型、電磁バルブ型やバイメタル・形状記憶合金型等の種々のマイクロバルブが使用可能である。入口側マイクロポンプ１３ａとしては、圧電素子型、静電型、電磁バルブ型やバイメタル・形状記憶合金型等の種々のマイクロポンプが使用可能である。更には、熱膨張や加熱による流体飽和蒸気圧の温度依存性と相変化による比容積の変化を利用するマイクロポンプ、磁性流体に磁場を印加するマイクロポンプ、高電界中で発生する電界と流体間の特殊な相互作用を利用したＥＨＤポンプ等も使用可能である。

入口側マイクロポンプ１３ａと出口側マイクロバルブ１５ａとの間の流路１６が機械振動部を構成している。この機械振動部の両側には、超音波発生素子（機械振動印加手段）３１と超音波検出素子（機械振動検出素子）３３が、アクチュエータ基板１ａに埋め込まれて配置されている。超音波発生素子（機械振動印加手段）３１としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、リチウムナイオベイト（ＬｉＮｂＯ₃）、ビスマスゲルマニウムオキサイド（Ｂｉ₁₂ＧｅＯ₂₀）等の圧電結晶が使用可能である。アクチュエータ基板１ａ自身をこれらの圧電結晶で構成しても良い。アクチュエータ基板１ａをこれらの圧電結晶を用いて構成した場合は、すだれ状電極で弾性表面波を発生し、弾性表面波が流路１６を横切るようにすることが可能になる。更にはガリウム砒素（ＧａＡｓ）のガンダイオードを用いて超音波を発生させても良い。超音波検出素子（機械振動検出素子）３３としてはＧａＡｓバルク超音波検出素子等が使用可能である。アクチュエータ基板１ａには、超音波発生素子（機械振動印加手段）３１に印加する高周波のインピーダンスを整合するインピーダンスマッチング素子３２が埋め込まれている。超音波発生素子（機械振動印加手段）３１とインピーダンスマッチング素子３２とはマイクロストリップ線路等の電気配線５１ｂで接続されている。インピーダンスマッチング素子３２は、同様にマイクロストリップ線路等の電気配線５１ａを介して外部回路に図示を省略した同軸ケーブルで接続されている。超音波検出素子（機械振動検出素子）３３は、超音波発生素子（機械振動印加手段）３１から照射される超音波の強度をモニタして、超音波発生素子（機械振動印加手段）３１を駆動する高周波発信器の出力をフィードバック制御する。

アクチュエータ基板１ａの細胞注入槽１１ａ及び排出槽１４ａの位置に対応するカバーガラス２ａには、細胞注入口２１ａ及び排出口２２ａが設けられている。これらの細胞注入口２１ａ及び排出口２２ａは、カラス基板に化学エッチングで開口しても良く、或いはレーザドリルで孔を開けても良い。アクチュエータ基板１ａとカバーガラス２ａとは、例えば、加熱ながら電圧を印加して接着する陽極融着法等の貼り合わせ法（直接接合法）で貼り合わせられている。

第１の実施の形態に係る細胞変態方法は、図２に示す細胞変態装置を用い、以下のような手順で行えば良い：
（イ）図２に示す細胞変態装置の入口側マイクロバルブ１２ａを閉じた状態で、生体から分離・採取した細胞群をリンガー液と共に、細胞注入口２１ａから細胞注入槽１１ａへ注入する。

（ロ）次に、出口側マイクロバルブ１５ａを閉じた状態で、入口側マイクロバルブ１２ａを開き、入口側マイクロポンプ１３ａを作動させ、細胞注入槽１１ａから細胞群をリンガー液と共に流路１６に注入する。

（ハ）細胞群がリンガー液と共に流路１６に注入されると同時に、超音波発生素子（機械振動印加手段）３１を動作させ、図１の質量Ｍと周波数ｆとの関係を参照して、特定の周波数の超音波を、細胞群に照射する。

（ニ）超音波の細胞群への照射が終了したら、出口側マイクロバルブ１５ａを開け、細胞群をリンガー液と共に、排出槽１４ａへ送り込み、排出槽１４ａから排出口２２ａを介して所定の容器へ排出する。

第１の実施の形態に係る細胞変態方法によれば、図３（ｂ）に示すように、振動子である可動タンパク質９１は、細胞外部から照射された超音波の強制振動で周期運動をさせることで、細胞膜９５上の受容体（固定タンパク質）９２ｂに可動タンパク質９１が反復衝突し、そのコンフォーメーション（形）を一定時間変形させ、細胞内のシグナル伝達分子に影響を与え、生体から分離・採取した細胞の機能を変えることが出来る。例えば、受容体（固定タンパク質）９２ｂが変形して、細胞内のシグナル伝達分子に影響を与えれば、生体から分離・採取した細胞の代謝機能が変化する。

第１の実施の形態に係る細胞変態方法によれば、このようにして、振動子である可動タンパク質９１と固定タンパク質９２ａとの衝突により、生体から分離・採取した細胞に影響を与えることが出来るが、一方で、可動タンパク質９１の振動で細胞膜９５を穿孔することも可能である。無論、このためには、振動強度や振動時間を一定以上に設定する必要がある。細胞膜９５に孔があくと、細胞の外部からイオンや高分子などが流れ込み（導入効率はΔｘに比例）細胞の状態を変化させる。あらかじめ細胞外に細胞変態に有効なイオンや高分子（タンパク質、ＲＮＡ１０３／ＤＮＡ）を注入しておけば、生体から分離・採取した細胞の修復又は、細胞の構造、状態、機能の変化が行なえる。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、図３（ａ）の可動タンパク質９１が生体の細胞中の「振動子」として機能すると説明した。本発明の第２の実施の形態に係る細胞変態装置においては、ナノ粒子又は、修飾したナノ粒子、更には可動タンパク質９１と修飾したナノ粒子の結合体が生体の細胞中の「振動子」として機能する。

本発明の第２の実施の形態に係る細胞変態装置は、図４に示すように、アクチュエータ基板１ｂと、アクチュエータ基板１ｂに貼り合わせ法（直接接合法）等で貼り合わせられたカバーガラス２ｂとを備えている点では、第１の実施の形態に係る細胞変態装置と同様である。しかし、カバーガラス２ｂには、細胞注入口２１ｂ及び排出口２２ｂの他に、ナノ粒子又は表面を高分子等で修飾したナノ粒子を注入するナノ粒子注入口２３が設けられている点が、第１の実施の形態に係る細胞変態装置とは異なる。

「表面を高分子等で修飾したナノ粒子」とは、図５に示すように、ナノ粒子１００の表面に多種類の役割の異なる、ＤＮＡ１０２，ＲＮＡ１０３，タンパク質９２ｃ、高分子１０１等を結合したナノ粒子を意味する。更に、図示を省略した酵素などを、ナノ粒子１００の表面にあらかじめ結合させておいても良い。或いは、図６に示すように、ナノ粒子１００の表面を高分子１０１等で、一部又は全部を被覆したナノ粒子を意味する。例えば、ＤＮＡ１０２，ＲＮＡ１０３，タンパク質９２ｃ、高分子１０１等の含まれた水溶液中に金属ナノ粒子１００を入れて表面吸着現象を利用すれば、ＤＮＡ１０２，ＲＮＡ１０３，タンパク質９２ｃ、高分子１０１等の表面の帯電部分に金属ナノ粒子１００が引き寄せられ、表面を高分子等で修飾したナノ粒子１００が生成される。

第２の実施の形態に係る細胞変態装置では、アクチュエータ基板１ｂの表面には、細胞注入口２１ｂ、排出口２２ｂ及びナノ粒子注入口２３に対応して、細胞注入槽１１ｂ、排出槽１４ｂ及びナノ粒子注入槽１１ｃが形成されている。ナノ粒子注入槽１１ｃには、ナノ粒子又は高分子等で修飾したナノ粒子を注入するナノ粒子が一時貯蔵される。

細胞注入槽１１ｂには幅数〜数百μｍ、深さ数〜数十μｍ程度のマイクロ流路である細胞流路１６ａが接続され、ナノ粒子注入槽１１ｃには、同様なマイクロ流路であるナノ粒子流路１６ｂが接続されている。細胞流路１６ａとナノ粒子流路１６ｂとは合流し、集合流路１６ｃとなり、排出槽１４ｂに導かれる。集合流路１６ｃも、幅数〜数百μｍ、深さ数〜数十μｍ程度のマイクロ流路であるが、流量を考慮すると、マイクロ流路の断面積は、細胞流路１６ａとナノ粒子流路１６ｂの断面積の合計程度が好ましい。

細胞注入槽１１ｂの近傍の細胞流路１６ａには第１入口側マイクロバルブ１２ｂ及び第１入口側マイクロポンプ１３ｂが配置され、ナノ粒子注入槽１１ｃの近傍のナノ粒子流路１６ｂには第２入口側マイクロバルブ１２ｃ及び第２入口側マイクロポンプ１３ｃが配置されている。

細胞流路１６ａとナノ粒子流路１６ｂとの合流点近傍の集合流路１６ｃには、攪拌槽１７が配置されている。攪拌槽１７は、例えばマイクロスクリューをマイクロアクチュエータで駆動するような構造が採用可能である。攪拌槽１７の下流側で、攪拌槽１７の近傍の集合流路１６ｃには、中間マイクロバルブ１８及び中間マイクロポンプ１９が配置され、排出槽１４ｂの手前の集合流路１６ｃには出口側マイクロバルブ１５ｂが配置されている。

第１入口側マイクロバルブ１２ｂ、第２入口側マイクロバルブ１２ｃ、中間マイクロバルブ１８及び出口側マイクロバルブ１５ｂとしては、第１の実施の形態に係る細胞変態装置において説明したような、種々のマイクロバルブが使用可能である。第１入口側マイクロバルブ１２ｂ、第２入口側マイクロポンプ１３ｃ及び中間マイクロポンプ１９も、第１の実施の形態に係る細胞変態装置において説明したような、種々のマイクロポンプが使用可能である。

中間マイクロポンプ１９と出口側マイクロバルブ１５ｂとの間の集合流路１６ｃが機械振動部を構成している。この機械振動部の両側には、第１の実施の形態に係る細胞変態装置と同様な、超音波発生素子（機械振動印加手段）３１と超音波検出素子（機械振動検出素子）３３が、アクチュエータ基板１ｂに埋め込まれて配置されている。アクチュエータ基板１ｂには、超音波発生素子（機械振動印加手段）３１に印加する高周波のインピーダンスを整合するインピーダンスマッチング素子３２が埋め込まれている。超音波発生素子（機械振動印加手段）３１とインピーダンスマッチング素子３２とは電気配線５１ｂで接続され、インピーダンスマッチング素子３２は、外部回路に図示を省略した同軸ケーブルで接続され点等は、第１の実施の形態に係る細胞変態装置と同様であり、重複した説明を省略する。

第２の実施の形態に係る細胞変態装置においては、細胞注入口２１ｂを介して細胞を細胞注入槽１１ｂに注入し、ナノ粒子注入口２３を介して、ナノ粒子注入槽１１ｃにナノ粒子又は表面を高分子等で修飾したナノ粒子を注入し、収納する。そして、細胞流路１６ａを流れてきた細胞と、ナノ粒子流路１６ｂを流れてきた表面を高分子等で修飾したナノ粒子１００（以下において「修飾ナノ粒子１００」という。）が、合流したのち、攪拌槽１７で攪拌される。この結果、図６に示すように、修飾ナノ粒子１００が、脂質二重層からなる細胞膜９５に結合する。或いは、細胞と修飾ナノ粒子１００を混合し、攪拌することにより、例えば、図９に示すように、細胞膜９５にある特殊タンパク質９２ｃと修飾ナノ粒子１００が選択的に結合する。

例えば、図１１（ａ）に示すように、ナノ粒子１００を、卵白由来のタンパク質であるアビジン１１１で被覆して修飾ナノ粒子１００を作製しておけば、アビジン１１１は一分子当たりに４分子のビオチン残基１１２に非常に強く結合出来る。そして一本鎖のビオチン残基１１２は、ＤＮＡ鎖の末端であるが、図１１（ａ）に示すように他の一本鎖のＤＮＡと選択的に結合する。即ち、アデニンＡとチミンＴ、グアニンＧとシトシンＣとで塩基対と呼ばれる水素結合を作り、二重螺旋（二本鎖）を形成するように相補結合する。アデニンＡとチミンＴは２本、グアニンＧとシトシンＣは３本の水素結合を作ることが出来る。

図１１（ｂ）及び（ｃ）に示すもう一種類の核酸であるＲＮＡ（リボ核酸）のペントースはリボースであり，塩基もチミンＴの代わりにウラシルＵを含んでいる。ＤＮＡ内の遺伝子領域は、タンパク質合成に使えるメッセンジャーＲＮＡという一本鎖の分子にコピーされる。図１１（ｂ）に示す一本鎖のメッセンジャーＲＮＡは，細胞質に移動し、一本鎖のＤＮＡと相補結合により選択的に結合する。

又別のタイプの一本鎖のＲＮＡ（トランスファーＲＮＡ）は，図１１（ｃ）に示すように一本鎖のＲＮＡと相補結合により選択的に結合し、タンパク鎖が作られる。このようにして、修飾ナノ粒子１００を作製しておけば、修飾ナノ粒子１００にある特殊タンパク質９２ｃが選択的に結合し、特有な糖鎖を結合することが出来る。

修飾ナノ粒子１００が、図６に示すように細胞膜９５に結合すれば、あとは前述のように（１１）式を用いて、振動子の振動の周波数を決めて、細胞の構造、状態、機能を変化させれば良い。即ち、修飾ナノ粒子１００が、細胞膜（脂質二重層）９５に結合した後に、特定の周波数の機械振動を印加して、図５に示すように、細胞膜９５を穿孔、或いは図６に示すように、細胞膜９５にある受容体タンパク質（レセプター）９２ｂと衝突させることが出来る。或いは、ナノ粒子１００を細胞質に導入させることで細胞の機能を変化させることが出来る。

なお、表面を高分子等で修飾しない孤立したナノ粒子１００の場合も、（１１）式を用いて、振動子となる孤立したナノ粒子１００の質量に対応する周波数を決めて、機械振動を印加すれば図７に示すように、細胞膜９５を穿孔出来る。即ち、図７に示す細胞膜９５の穿孔は、修飾ナノ粒子１００に対しても、孤立したナノ粒子１００に対しても実現可能である。

そして、図８に示すように修飾ナノ粒子１００と受容体９２ｂとの衝突により、受容体９２ｂと結合しているホルモン９９などのメッセンジャー分子の離脱が起こる。

又、修飾ナノ粒子１００を膜タンパク質９１と選択的に結合させ、その後に（１１）式で決まる、振動子となる修飾ナノ粒子１００と膜タンパク質９１との結合体の振動の周波数の機械振動を印加し、図９に示すように、細胞膜９５にある受容体タンパク質（レセプター）９２ｂと衝突させることで細胞の機能を変化させることが出来る。

このように、特定の周波数の機械振動を印加して細胞膜９５を穿孔したり、ナノ粒子１００をキャリアー（配達手段）として細胞質に高分子１０１などを導入させることで細胞の機能を変化させるこが出来る。したがって、振動子となる修飾ナノ粒子１００或いは、孤立したナノ粒子１００を利用することで、多彩な細胞変態を行なうことが可能になる。

第２の実施の形態に係る細胞変態方法は、第１の実施の形態に係る細胞変態方法での可動タンパク質９１の役割を、振動子となる修飾ナノ粒子１００或いは、孤立したナノ粒子１００が肩代わりした方法に対応する。

以下においては、ナノ粒子１００の表面を高分子等で修飾しない非修飾ナノ粒子１００を用いる場合について、具体的な作業手順を示す：
（イ）先ず、水溶液中で金属イオンを凝集させ加熱生成する方法、或いは真空蒸着法により基板表面に金属の２次元の島状構造を作製した後、熱処理を行う方法などでナノ粒子１００を作製する。溶液中でFe Cｌ₃・６H₂OとNH₄OHを反応させて凝集現象で沈殿させて磁性ナノ粒子（Ｆe₂O₃）を作製しても良い。

（ロ）次に、図４に示す細胞変態装置の第１入口側マイクロバルブ１２ｂを閉じた状態で、生体から分離・採取した細胞群をリンガー液と共に、細胞注入口２１ｂから細胞注入槽１１ｂへ注入する。更に、第２入口側マイクロバルブ１２ｃを閉じた状態で、非修飾ナノ粒子１００の一群をリンガー液と共に、ナノ粒子注入口２３からナノ粒子注入槽１１ｃへ注入する。

（ハ）次に、中間マイクロバルブ１８を閉じた状態で、第１入口側マイクロバルブ１２ｂを開き、第１入口側マイクロポンプ１３ｂを作動させ、細胞注入槽１１ｂから細胞群をリンガー液と共に細胞流路１６ａに注入する。同時に、第２入口側マイクロバルブ１２ｃを開き、第２入口側マイクロポンプ１３ｃを作動させ、ナノ粒子注入槽１１ｃから非修飾ナノ粒子１００の一群をリンガー液と共にナノ粒子流路１６ｂに注入する。この結果、細胞群と非修飾ナノ粒子１００の一群とは、集合流路１６ｃで混合される。

（ニ）更に、中間マイクロバルブ１８を閉じた状態で、攪拌槽１７を作動させ、非修飾ナノ粒子１００の一群と細胞群を均一になるまで十分に攪拌する。

（ホ）非修飾ナノ粒子１００の一群と細胞群とが十分に攪拌された後、出口側マイクロバルブ１５ｂを閉じた状態で、中間マイクロバルブ１８を開き、中間マイクロポンプ１９を作動させ、表面を細胞群で修飾した非修飾ナノ粒子１００の一群を集合流路１６ｃの下流に放流する。表面を細胞群で修飾した非修飾ナノ粒子１００の一群が集合流路１６ｃの下流に放流されると同時に、超音波発生素子（機械振動印加手段）３１を動作させ、前述した（１１）式から求められる特定の周波数の超音波を、細胞群に照射する。但し、（１１）式の質量Ｍは、振動子となる非修飾ナノ粒子１００の質量を考慮した値になる。特定の周波数の超音波で、非修飾ナノ粒子１００に機械振動を印加すれば図７に示すように、非修飾ナノ粒子１００が細胞膜９５を穿孔し、細胞の構造、状態、機能等を変化させることが出来る。或いは、非修飾ナノ粒子１００を受容体９２ｂと繰り返し衝突させ、受容体９２ｂと結合しているホルモン９９などのメッセンジャー分子の離脱を生じさせ、細胞の構造、状態、機能等を変化させることが出来る。

（ヘ）超音波の細胞群への照射が終了したら、出口側マイクロバルブ１５ｂを開け、細胞群をリンガー液と共に、排出槽１４ｂへ送り込み、排出槽１４ｂから排出口２２ｂを介して所定の容器へ排出する。

次に、ナノ粒子１００の表面を高分子等で修飾した修飾ナノ粒子１００を作製し、細胞膜９５自体と結合させる場合について、具体的な作業手順を示す：
（イ）先ず、前述と同様に、水溶液中で金属イオンを凝集させ加熱生成する方法等で、金属ナノ粒子１００を作製する。そして、タンパク質の水溶液中に金属ナノ粒子１００を入れて、タンパク質の表面の帯電部分に金属ナノ粒子１００を引き寄せる。このように、表面吸着現象により金属ナノ粒子１００の表面をタンパク質で被覆し、修飾ナノ粒子１００を作製する。

（ロ）次に、図４に示す細胞変態装置の第１入口側マイクロバルブ１２ｂを閉じた状態で、生体から分離・採取した細胞群をリンガー液と共に、細胞注入口２１ｂから細胞注入槽１１ｂへ注入する。更に、第２入口側マイクロバルブ１２ｃを閉じた状態で、修飾ナノ粒子１００の一群をリンガー液と共に、ナノ粒子注入口２３からナノ粒子注入槽１１ｃへ注入する。

（ハ）次に、中間マイクロバルブ１８を閉じた状態で、第１入口側マイクロバルブ１２ｂを開き、第１入口側マイクロポンプ１３ｂを作動させ、細胞注入槽１１ｂから細胞群をリンガー液と共に細胞流路１６ａに注入する。同時に、第２入口側マイクロバルブ１２ｃを開き、第２入口側マイクロポンプ１３ｃを作動させ、ナノ粒子注入槽１１ｃから修飾ナノ粒子１００の一群をリンガー液と共にナノ粒子流路１６ｂに注入する。この結果、細胞群と修飾ナノ粒子１００の一群とは、集合流路１６ｃで混合される。

（ニ）更に、中間マイクロバルブ１８を閉じた状態で、攪拌槽１７を作動させ、修飾ナノ粒子１００の一群と細胞群を均一になるまで十分に攪拌し、図６に示すように、修飾ナノ粒子１００を細胞膜９５に結合させる。或いは、図９に示すように、可動タンパク質９１と修飾ナノ粒子１００とを選択的に結合させる。

（ホ）修飾ナノ粒子１００の一群と細胞群とが十分に攪拌された後、出口側マイクロバルブ１５ｂを閉じた状態で、中間マイクロバルブ１８を開き、中間マイクロポンプ１９を作動させ、表面を細胞群で修飾した修飾ナノ粒子１００の一群を集合流路１６ｃの下流に放流する。表面を細胞群で修飾した修飾ナノ粒子１００の一群が集合流路１６ｃの下流に放流されると同時に、超音波発生素子（機械振動印加手段）３１を動作させ、前述した（１１）式から求められる特定の周波数の超音波を、細胞群に照射する。但し、（１１）式の質量Ｍは、振動子となる修飾ナノ粒子１００の質量若しくは、振動子となる可動タンパク質９１と修飾ナノ粒子１００の結合体の全体の質量を考慮した値になる。特定の周波数の機械振動を修飾ナノ粒子１００印加して、図５に示すように、細胞膜９５を穿孔、或いは図６に示すように、細胞膜９５にある受容体タンパク質（レセプター）９２ｂと衝突させる。或いは、図９に示すように、可動タンパク質９１と結合した修飾ナノ粒子１００を受容体タンパク質（レセプター）９２ｂと衝突させることで細胞の機能を変化させる。

（ヘ）超音波の細胞群への照射が終了したら、出口側マイクロバルブ１５ｂを開け、細胞群をリンガー液と共に、排出槽１４ｂへ送り込み、排出槽１４ｂから排出口２２ｂを介
以上のように、第２の実施の形態に係る細胞変態方法においては、修飾ナノ粒子１００は、膜タンパク質９２ｃの実効分子量を増加するの役割、ＲＮＡ１０３などを運搬する役割を果たしている。

ナノ粒子１００はその表面を修飾した修飾ナノ粒子１００とすることが出来るので、ＤＮＡ１０２，ＲＮＡ１０３、タンパク質９２ｃ、酵素、蛍光分子、高分子１０１などを細胞内に運搬することが出来、それによって細胞質や細胞核に存在するＤＮＡ１０２、ＲＮＡ１０３や酵素に対して干渉することが出来る。したがって、第２の実施の形態に係る細胞変態方法によれば、正常でない状態にある細胞にナノ粒子１００を作用させて細胞の修復を図ることが可能である。基本的な原理は、ナノ粒子１００を外力や選択的結合特性（例えば細胞やタンパク質９２ｃに特有な糖鎖を認識する）を用いて精密誘導しながら細胞の特定の場所に相互作用させて付着させ、更に外力でナノ粒子１００を励起することで細胞の活性度や細胞分裂を制御する。

即ち、細胞膜９５の穿孔により、図５のようにナノ粒子１００が細胞内に入り込み、表面にある高分子１０１が細胞内のＲＮＡ１０３／タンパク質９２ｃ／酵素などと結合し、或いはターゲット細胞に特定のＲＮＡ１０３を注入して、様々な生化学反応を制御し、細胞を修復することが可能となる。

第２の実施の形態に係る細胞変態方法によれば、図８に示すようにナノ粒子１００と受容体９２ｂとの衝突により、受容体９２ｂと結合しているホルモン９９などのメッセンジャー分子の離脱が起こる。これにより、好ましくないな細胞活性が抑制されて、細胞の構造、状態、機能を変化させることが可能になる。

更に、ニューロン（脳神経細胞）の場合、細胞膜９５上の可動タンパク質９１やナノ粒子１００は特に他の膜タンパク質９２ｃと衝突しなくとも、振動変位により図１０に示すように細胞膜９５に隣接する結合水９４のエントロピーを増加させることで、麻酔作用などを誘発して、神経伝達を制御することが可能である。
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る細胞変態装置は、図１２に示すように、細胞流路１６ａの第１入口側マイクロポンプ１３ｂの下流側に、ウイルスや細菌に侵されている細胞を見分ける細胞解析部（細胞診断用ＣＴ部）７が設けられている点が、第１及び第２の実施の形態に係る細胞変態装置とは異なる。細胞解析部７は、生体から分離・採取した細胞の３次元構造を得るＣＴ（コンピュータ・トモグラフィー）部分である。

細胞流路１６ａの細胞解析部７の下流側には、第１中間マイクロバルブ１８ａ及び第１中間マイクロポンプ１９ａが配置され、第１中間マイクロポンプ１９ａの下流側で、細胞流路１６ａとナノ粒子流路１６ｂとが合流している。細胞流路１６ａとナノ粒子流路１６ｂとの合流点近傍の集合流路１６ｃには、攪拌槽１７が配置されている。攪拌槽１７の下流側で、攪拌槽１７の近傍の集合流路１６ｃには、第２中間マイクロバルブ１８ｂ及び第２中間マイクロポンプ１９ｂが配置されている。第１中間マイクロバルブ１８ａ及び第２中間マイクロバルブ１８ｂとしては、第１及び第２の実施の形態に係る細胞変態装置において説明したような、種々のマイクロバルブが使用可能であり、第１中間マイクロポンプ１９ａ及び第２中間マイクロポンプ１９ｂも、第１及び第２の実施の形態に係る細胞変態装置において説明したような、種々のマイクロポンプが使用可能である。

第２中間マイクロポンプ１９ｂと出口側マイクロバルブ１５ｂとの間の集合流路１６ｃが機械振動部を構成している。この機械振動部の両側には、第１及び第２の実施の形態に係る細胞変態装置と同様な、超音波発生素子（機械振動印加手段）３１と超音波検出素子（機械振動検出素子）３３が、アクチュエータ基板１ｂに埋め込まれて配置されている。アクチュエータ基板１ｂには、超音波発生素子（機械振動印加手段）３１に印加する高周波のインピーダンスを整合するインピーダンスマッチング素子３２が埋め込まれ、超音波発生素子（機械振動印加手段）３１とインピーダンスマッチング素子３２とは電気配線５１ｂで接続され、インピーダンスマッチング素子３２は、外部回路に図示を省略した同軸ケーブルで接続され点等は、第１及び第２の実施の形態に係る細胞変態装置と同様であり、重複した説明を省略する。

又、図１２では、図示を省略しているが、アクチュエータ基板１ｂには、貼り合わせ法（直接接合法）等でカバーガラス２ｂが貼り合わせられていることは、第１及び第２の実施の形態に係る細胞変態装置と同様である。

細胞解析部７は、種々の構造が採用可能である。例えば、図１３（ａ）に示すような光ビームを利用した構造や、図１３（ｂ）に示すような電子線を用いる構造が採用可能である。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、図１２のＡ−Ａ方向から見た断面図に相当する。

図１３（ａ）に示すように、アクチュエータ基板１ｂには、細胞流路１６ａを横切るように、回転テーブル７１が埋め込まれている。したがって、細胞解析部７においては、細胞流路１６ａは、カバーガラス２ｂ側の溝により実現され、回転テーブル７１の上を、細胞９がリンガー液と共に流れる。更に、図１３（ａ）に示すように、アクチュエータ基板１ｂには面発光レーザダイオード７２とＳｉフォトダイオード７３がそれぞれ埋め込み実装されている。面発光レーザダイオード７２から出射したレーザ光（光ビーム）はカバーガラス２ｂの溝に設けられた第１ミラー７４ａで反射されて細胞９を通過後に再びカバーガラス２ｂの溝に設けられた第２ミラー７４ｂで反射され、その後にＳｉフォトダイオード７３で検出される。図１３（ａ）に示す細胞解析部７においては、回転テーブル７１により、細胞９を回転させながらＳｉフォトダイオード７３からの信号を計算機処理することで、細胞９の３次元構造が得られ、ウイルスや細菌に侵されている細胞を見分けることが出来る。回転テーブル７１としては、圧電素子型、電磁駆動型等の構造が採用可能である。

図１３（ｂ）に示す電子ビームを利用する場合は、電子線源７５として、例えば放射性同位元素³²Ｐを用いる。β崩壊により、最大１．７０７Ｖの電子線が電子線源７５放出される。図１３（ａ）と同様に、図１３（ｂ）の場合も、アクチュエータ基板１ｂには、細胞流路１６ａを横切るように、回転テーブル７１が埋め込まれている。このため、細胞解析部７においては、細胞流路１６ａは、カバーガラス２ｂ側の溝により実現され、回転テーブル７１の上を、細胞９がリンガー液と共に流れる。図１３（ｂ）では、アクチュエータ基板１ｂの上部に電子線源７５とＳｉフォトダイオード７６とが、互いに対向して実装されている。電子線源７５を出射した電子線は細胞９を通過後にＳｉダイオードで吸収され
信号が得られる。光ビームの場合と同様に、細胞９の３次元構造が得られる。

他は、第１及び第２の実施の形態に係る細胞変態装置と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。

なお、図１２では、細胞解析部７が第１入口側マイクロポンプ１３ｂと第１中間マイクロバルブ１８ａとの間にいるが、集合流路１６ｃの下流側に更に第２の細胞解析部を配置しても良い。即ち、集合流路１６ｃの両側の超音波発生素子（機械振動印加手段）３１と超音波検出素子（機械振動検出素子）３３が配置された箇所の下流側に、第２の細胞解析部を配置することにより、生体から分離・採取した細胞９の構造、状態、機能等を変化させる前と変化させた後を比較することが可能になる。

（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態に係る細胞変態装置は、図１４に示すように、集合流路１６ｃの超音波発生素子（機械振動印加手段）３１と超音波検出素子（機械振動検出素子）３３が配置された領域の下流側に、光、電波、磁界、放射線などの電磁波を照射する照射部８が設けられている点が、第３の実施の形態に係る細胞変態装置とは異なる。照射部８は、細胞膜９５に結合した修飾ナノ粒子１００、或いは、細胞の膜タンパク質と結合した修飾ナノ粒子１００が、外部から照射された電磁波のエネルギーを励起光、励起電子、或いは励起熱等の物理刺激に変換し、これらを細胞に更に与えるためのセルである。

このため、集合流路１６ｃの超音波発生素子（機械振動印加手段）３１と超音波検出素子（機械振動検出素子）３３が配置された領域（機械振動部）の下流側には、第３中間マイクロバルブ１８ｃ及び第３中間マイクロポンプ１９ｃが配置され、第３中間マイクロポンプ１９ｃの下流側に照射部８が配置されている。第３中間マイクロバルブ１８ｃとしては、第１〜第３の実施の形態に係る細胞変態装置において説明したような、種々のマイクロバルブが使用可能であり、第３中間マイクロポンプ１９ｃも、第１〜第３の実施の形態に係る細胞変態装置において説明したような、種々のマイクロポンプが使用可能である。他は、第３の実施の形態に係る細胞変態装置と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。

又、図１４では、図示を省略しているが、アクチュエータ基板１ｂには、貼り合わせ法（直接接合法）等でカバーガラス２ｂが貼り合わせられていることは、第１〜第３の実施の形態に係る細胞変態装置と同様である。

照射部８は、図１５（ａ）〜（ｃ）に示すような種々の構造が採用可能である。図１５（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図１４のＢ−Ｂ方向から見た断面図に相当する。図１５（ａ）に示す照射部８においては、アクチュエータ基板１ｂには発光素子８１と受光素子８２ｂが集合流路１６ｃを介して互いに対向するように埋め込み実装されている。更に、受光素子８２ｂの上部にはフィルタ８２ａが埋め込み実装されている。発光素子８１としては、青色や紫外のＧａＮ系ＬＥＤ等を用いることが可能である。発光素子８１から出射したレーザ光（光ビーム）はカバーガラス２ｂを伝送線路として反射伝搬し、その後に受光素子８２ｂで検出される。このため、集合流路１６ｃの上部を除き、カバーガラス２ｂの伝送線路として機能する領域の上面及び下面には金属薄膜が堆積され、反射鏡を構成している。

図１５（ｂ）に示す照射部８においては、マイクロコイル８３が集合流路１６ｃの近傍に埋め込み実装され、マイクロコイル８３による磁束線が集合流路１６ｃを横切ることにより、細胞を磁界励起可能なように構成されている。図１５（ｃ）に示す照射部８においては、放射線センサ８４が集合流路１６ｃの近傍に埋め込み実装され、集合流路１６ｃに照射された放射線の強度をモニタ可能なように構成されている。放射線センサ８４としては、例えばＣｄＴｅ、Ｃｄ_ｘ Ｚｎ_１−ｘＴｅ検出素子等の半導体検出素子が使用可能である。

図１６（ａ）は、ナノ粒子１００及びその近傍に外部から光、電波、磁界、放射線などの電磁波を照射することで、ナノ粒子１００の近傍に励起光、励起電子或いは励起熱を発生させて細胞の構造、状態、機能を変化させる効果を高める様子を模式的に示す図である。例えば、図１５（ａ）に示す照射部８において、蛍光体ナノ粒子１００に光、電波等の電磁波が照射されれば、蛍光体ナノ粒子１００からは励起光が発生する。具体的には、ＣｄＳからなる蛍光体ナノ粒子１００であれば、外部からの紫外線の照射を受けて、粒子径などに依存するが、おおよそ６００〜７００ｎｍの発光波長の励起光が発生する。

或いは、図１５（ｂ）に示す照射部８において、磁性体ナノ粒子１００に交流磁場が印加されれば、磁性体ナノ粒子１００からは、励起熱が発生する。更に、図１５（ｃ）に示す照射部８において、金属ナノ粒子１００に放射線（Ｘ線）が照射されれば、金属ナノ粒子１００からは、励起電子が発生する。

このように、ナノ粒子１００が、目標とする細胞内の場所に近づいた段階で、ナノ粒子１００の近傍に励起光、励起電子或いは励起熱が発生すると、タンパク質９２ｄ、ＤＮＡ１０２或いはＲＮＡ１０３への影響が増加して、細胞変態効果が向上する。例えばナノ粒子１００が蛍光体の場合、蛍光体ナノ粒子１００から発生した長波長光はエネルギー源の酵素をＯＮにして細胞を活性化し、蛍光体ナノ粒子１００から発生した短波長光は、ＤＮＡ１０２を切断してアポトーシス（細胞のプログラム死）を引き起こす。

第４の実施の形態に係る細胞変態方法として、ＣｄＳｅ蛍光体ナノ粒子を図１４に示す細胞変態装置に対して用いる場合について、説明する：
（イ）先ず、コロイド化学を駆使して、ＣｄＳｅ蛍光体ナノ粒子１００を作製する。即ち、液相中で原料を化学反応させて沈殿を作り、そのサイズをｎｍレベルに抑える。例えば以下の化学反応を利用する：
Ｃｄ(ＣｌＯ₄)₂ ＋ Ｎａ₂Ｓｅ → ＣｄＳｅ ・・・・・（１２）
そして、タンパク質の水溶液中にＣｄＳｅ蛍光体ナノ粒子１００を入れて、タンパク質の表面の帯電部分にＣｄＳｅ蛍光体ナノ粒子１００を引き寄せる。このように、表面吸着現象によりＣｄＳｅ蛍光体ナノ粒子１００のタンパク質で被覆（修飾）し、修飾ナノ粒子を作製する。

（ロ）次に、図１４に示す細胞変態装置の第１入口側マイクロバルブ１２ｂを閉じた状態で、生体から分離・採取した細胞群をリンガー液と共に、細胞注入口２１ｂから細胞注入槽１１ｂへ注入する。更に、第２入口側マイクロバルブ１２ｃを閉じた状態で、表面をタンパク質で被覆（修飾）したＣｄＳｅ蛍光体ナノ粒子１００をリンガー液と共に、ナノ粒子注入口２３からナノ粒子注入槽１１ｃへ注入する。

（ハ）次に、第１中間マイクロバルブ１８ａを閉じた状態で、第１入口側マイクロバルブ１２ｂを開き、第１入口側マイクロポンプ１３ｂを作動させ、細胞注入槽１１ｂから細胞群をリンガー液と共に細胞流路１６ａを介して、細胞解析部７に注入する。細胞解析部７においては、図示を省略した回転テーブルにより、細胞を回転させながら、光又は電子線を照射し、その検出器からの信号を計算機処理することで、細胞の３次元構造を得る。細胞の３次元構造が得られたら、第２中間マイクロバルブ１８ｂを閉じた状態で、第１中間マイクロバルブ１８ａを開き、第１中間マイクロポンプ１９ａを作動させ、細胞群をリンガー液と共に細胞流路１６ａの更に下流の集合流路１６ｃに向けて放流する。

（ニ）一方、第２中間マイクロバルブ１８ｂを閉じた状態で、第２入口側マイクロバルブ１２ｃを開き、第２入口側マイクロポンプ１３ｃを作動させ、ナノ粒子注入槽１１ｃからタンパク質で被覆（修飾）したＣｄＳｅ蛍光体ナノ粒子１００をリンガー液と共にナノ粒子流路１６ｂに注入する。この結果、細胞群とタンパク質で被覆（修飾）したＣｄＳｅ蛍光体ナノ粒子１００とは、集合流路１６ｃで混合される。その後、第２中間マイクロバルブ１８ｂを閉じた状態で、攪拌槽１７を作動させ、タンパク質で被覆（修飾）したＣｄＳｅ蛍光体ナノ粒子１００と細胞群を均一になるまで十分に攪拌する。この攪拌により、
タンパク質で被覆（修飾）したＣｄＳｅ蛍光体ナノ粒子１０を細胞膜９５に結合させる、或いは、細胞の膜タンパク質と選択的に結合させる。

（ホ）タンパク質で被覆（修飾）したＣｄＳｅ蛍光体ナノ粒子１００が、細胞膜９５、或いは、細胞の膜タンパク質と選択的に結合した後、第３中間マイクロバルブ１８ｃを閉じた状態で、第２中間マイクロバルブ１８ｂを開き、第２中間マイクロポンプ１９ｂを作動させ、細胞膜９５又は膜タンパク質と結合したＣｄＳｅ蛍光体ナノ粒子１００（以下において「細胞膜等に結合した蛍光体ナノ粒子１００」という。）を集合流路１６ｃの下流に放流する。細胞膜等に結合した蛍光体ナノ粒子１００が集合流路１６ｃの下流に放流されると同時に、超音波発生素子（機械振動印加手段）３１を動作させ、前述した（１１）式から求められる特定の周波数の超音波を、細胞膜等に結合した蛍光体ナノ粒子１００に照射する。但し、（１１）式の質量Ｍは、表面を修飾したＣｄＳｅ蛍光体ナノ粒子１００の質量、又は表面を修飾したＣｄＳｅ蛍光体ナノ粒子１００とタンパク質の質量の合計を考慮した値になる。

（ヘ）細胞膜等に結合した蛍光体ナノ粒子１００への超音波の照射が終了したら、出口側マイクロバルブ１５ｂを閉じた状態で、第３中間マイクロバルブ１８ｃを開け、第３中間マイクロポンプ１９ｃを作動させ、細胞膜等に結合した蛍光体ナノ粒子１００をリンガー液と共に、照射部８へ送り込む。照射部８では、図１５（ａ）に示すように、発光素子８１からの紫外光が、カバーガラス２ｂを伝送線路として反射伝搬し、ＣｄＳｅ蛍光体ナノ粒子１００への照射される。ＣｄＳｅ蛍光体ナノ粒子１００は、外部からの発光素子８１からの紫外線の照射を受けて６００〜７００ｎｍの波長の発光をする。蛍光体ナノ粒子１００から発生した６００〜７００ｎｍの波長の光は、エネルギー源の酵素をＯＮにして細胞を活性化する。

（ト）細胞膜等に結合した蛍光体ナノ粒子１００への紫外線の照射が終了したら、出口側マイクロバルブ１５ｂを開け、細胞膜等に結合した蛍光体ナノ粒子１００をリンガー液と共に、排出槽１４ｂへ送り込み、排出槽１４ｂから排出口２２ｂを介して所定の容器へ排出する。

この一連のプロセスにより、ナノ粒子１００は構造、状態、機能等を変化させる必要のある細胞に選択的に取り込まれ、目標とする ＤＮＡ１０２やＲＮＡ１０３に干渉して細胞変態を行なう。

第４の実施の形態に係る細胞変態方法の道具立てとしては、図１４に示すようなバイオＭＥＭＳを利用に細胞変態装置の他、密閉微小容器に周波数可変の振動子などを組み合わせて構成しても良い。

第４の実施の形態に係る細胞変態方法においては、ナノ粒子１００は、膜タンパク質９２ｃの実効分子量を増加するの役割、ＲＮＡ１０３などを運搬する役割、外部からの光、電波、磁界、放射線などの電磁波のエネルギーを励起熱や電子のエネルギーに変換する役割を果たしている。既に説明したように、ナノ粒子１００はその表面を修飾することが出来るので、ＤＮＡ１０２，ＲＮＡ１０３、タンパク質９２ｃ、酵素、蛍光分子、高分子１０１などを細胞内に運搬することが出来、それによって細胞質や細胞核に存在するＤＮＡ１０２、ＲＮＡ１０３や酵素に対して干渉することが出来る。更に第４の実施の形態に係る細胞変態方法によれば、ナノ粒子１００の素材としてとして、磁性体、蛍光体を利用することが出来るので、外部磁界や放射線で間接的に細胞内に熱エネルギーや光エネルギーを送り込むことが出来、細胞内の酵素やＤＮＡ１０２に対して影響を与えることが可能である。

第４の実施の形態に係る細胞変態方法の変形例としては、細胞分裂を抑制する応用がある。図１６（ｂ）に示すように、ナノ粒子１００を振動や磁力で細胞の核膜９７の中まで誘導して染色体９８に結合出来れば染色体９８の重量が増加する。これにより、染色体９８の固有共鳴振動数が低周波数側にシフトして共鳴ピークを利用した有糸細胞分裂の抑制が効果的に行なえる。

更に、図１６（ｃ）に示すように、染色体９８に結合したナノ粒子１００に光、電波、磁界、放射線などの電磁波を印加することでその近傍にある動原体微小管１２３ａ，１２３ｂに影響を与えて細胞分裂を抑制可能である。図１６（ｃ）の左側の動原体微小管１２３ａは、染色体９８と左側の中心体１２２ａを結ぶ直径が２５ｎｍ程度の繊維状の構造をなし、右側の動原体微小管１２３ｂは、染色体９８と右側の中心体１２２ｂを結ぶ直径が２５ｎｍ程度の繊維状の構造をなしている。例えば、細胞分裂中期の染色体９８にナノ粒子１００を付着させて重量を増加させ、外部から強制機械振動を印加したときの共鳴周波数を低周波側に変化させ、選択的に悪性細胞の細胞分裂を阻止することが可能である。更に、細胞分裂中期の染色体９８にナノ粒子１００を付着させ、外部から光、電波、磁界、放射線などの電磁波をナノ粒子１００に作用させることにより、選択的に悪性細胞の細胞分裂を阻止することが可能である。

その他、ナノ粒子１００の表面にＤＮＡ１０２／ＲＮＡ１０３を付けておくことで核膜９７内の遺伝子と結合して遺伝子をＯＦＦ状態にすることが出来るので遺伝子構造、状態、機能を変化させることも行なえる。

（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態に係る細胞変態装置は、図１７に示すように、集合流路１６ｃの第１の超音波発生素子（第１の機械振動印加手段）３１ａと第１の超音波検出素子（第１の機械振動検出素子）３３ａが配置された領域の下流側において、更に、第２の修飾ナノ粒子が流れる第２ナノ粒子流路１６ｄが合流している点が、第４の実施の形態に係る細胞変態装置とは異なる。「第２の修飾ナノ粒子」とは、第２の実施の形態での定義と同様に、表面に多種類の役割の異なる、ＤＮＡ，ＲＮＡ，タンパク質、高分子、酵素等が結合したナノ粒子を意味する。即ち、集合流路１６ｃの第１の超音波発生素子（第１の機械振動印加手段）３１ａと第１の超音波検出素子（第１の機械振動検出素子）３３ａが配置された領域の下流側には、第３中間マイクロバルブ１８ｃ及び第３中間マイクロポンプ１９ｃが配置され、この第３中間マイクロポンプ１９ｃの下流側に第２ナノ粒子流路１６ｄが合流している。

このため、アクチュエータ基板１ｂの表面には、第２の修飾ナノ粒子を注入し、一時収納する第２ナノ粒子注入槽１１ｄが形成され、第２ナノ粒子注入槽１１ｄには、マイクロ流路である第２ナノ粒子流路１６ｄが接続されている。第２ナノ粒子注入槽１１ｄの近傍の第２ナノ粒子流路１６ｄには第３入口側マイクロバルブ１２ｄ及び第３入口側マイクロポンプ１３ｄが配置されている。集合流路１６ｃの第１ナノ粒子流路１６ｂの合流点以降の断面積は、細胞流路１６ａと第１ナノ粒子流路１６ｂの２本のマイクロ流路の断面積の合計程度で、集合流路１６ｃの第２ナノ粒子流路１６ｄの合流点以降の断面積は、細胞流路１６ａ、第１ナノ粒子流路１６ｂと第２ナノ粒子流路１６ｄの３本のマイクロ流路の断面積の合計程度が好ましい。但し、上流側から３本のマイクロ流路の断面積の合計程度の均一の断面積のマイクロ流路としても構わない。

集合流路１６ｃと第２ナノ粒子流路１６ｄとの合流点近傍の集合流路１６ｃには、第２攪拌槽１７ｂが配置されている。第２攪拌槽１７ｂは、第２の実施の形態に係る細胞変態装置と同様な、マイクロスクリューをマイクロアクチュエータで駆動するような構造が採用可能である。第２攪拌槽１７ｂの下流側の第２攪拌槽１７ｂの近傍の集合流路１６ｃには、第４中間マイクロバルブ１８ｄ及び第４中間マイクロポンプ１９ｄが配置されている。

第４中間マイクロバルブ１８ｄ及び第４中間マイクロポンプ１９ｄの下流側の集合流路１６ｃの両側には、第１の実施の形態に係る細胞変態装置と同様な、第２超音波発生素子（第２機械振動印加手段）３１ｂと第２超音波検出素子（第２機械振動検出素子）３３ｂが、アクチュエータ基板１ｂに埋め込まれて配置されている。アクチュエータ基板１ｂには、第２超音波発生素子（第２機械振動印加手段）３１ｂに印加する高周波のインピーダンスを整合する第２インピーダンスマッチング素子３２ｂが埋め込まれている。第２超音波発生素子（第２機械振動印加手段）３１ｂと第２インピーダンスマッチング素子３２ｂとは電気配線５１ｄで接続され、第２インピーダンスマッチング素子３２ｂは、電気配線５１ｃを介して外部回路に図示を省略した同軸ケーブルで接続されている点等は、第１〜第４の実施の形態に係る細胞変態装置と同様であり、重複した説明を省略する。

本発明の第５の実施の形態に係る細胞変態装置においては、第１超音波発生素子（第１機械振動印加手段）３１ａと第１超音波検出素子（第１機械振動検出素子）３３ａが両側に配置された領域の集合流路１６ｃが構成する第１の機械振動部に加え、第２超音波発生素子（第２機械振動印加手段）３１ｂと第２超音波検出素子（第２機械振動検出素子）３３ｂが両側に配置された集合流路１６ｃの領域が第２の機械振動部を構成している。この第２の機械振動部の下流側には、第５中間マイクロバルブ１８ｅ及び第５中間マイクロポンプ１９ｅが配置され、更にその下流側には、照射部８が配置されている。照射部８の下流側の排出槽１４ｂの手前には出口側マイクロバルブ１５ｂが配置されている。

第４中間マイクロバルブ１８ｄ及び第５中間マイクロバルブ１８ｅとしては、第１〜第４の実施の形態に係る細胞変態装置において説明したような、種々のマイクロバルブが使用可能であり、第４中間マイクロポンプ１９ｄ及び第５中間マイクロポンプ１９ｅも、第１〜第４の実施の形態に係る細胞変態装置において説明したような、種々のマイクロポンプが使用可能である。他は、第４の実施の形態に係る細胞変態装置と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。

又、図１７では、図示を省略しているが、アクチュエータ基板１ｂには、貼り合わせ法（直接接合法）等でカバーガラスが貼り合わせられており、このカバーガラス２ｂには、細胞注入口、第１ナノ粒子注入口及び排出口に加え、第２ナノ粒子注入口が設けられている点が、第２〜第４の実施の形態に係る細胞変態装置とは異なる。

第５の実施の形態に係る細胞変態装置においては、図示を省略した細胞注入口を介して細胞を細胞注入槽１１ｂに注入し、図示を省略した第１ナノ粒子注入口を介して、第１ナノ粒子注入槽１１ｃにＤＮＡ，ＲＮＡ，タンパク質、高分子、酵素等で修飾した第１ナノ粒子Ａを注入する。そして、細胞流路１６ａを流れてきた細胞と、第１ナノ粒子流路１６ｂを流れてきたＤＮＡ，ＲＮＡ，タンパク質、高分子、酵素等で修飾した第１ナノ粒子Ａが、合流したのち、第１攪拌槽１７ａで攪拌される。この攪拌により、第１ナノ粒子Ａの表面に、細胞膜にある特殊タンパク質を結合させる（第１段階の結合）：
ＲＮＡ＋Ａ→ＲＮＡ・Ａ ・・・・・（１３）
特殊タンパク質と第１ナノ粒子Ａとが結合すれば、前述のように（１１）式を用いて、周波数を決めて細胞膜の穿孔をし、細胞質への第１ナノ粒子Ａの導入を実行する。こうして、第１段階の結合により、特殊タンパク質と選択的に結合した第１ナノ粒子Ａが、ターゲット細胞に特定のＲＮＡを注入することが可能になる。第１段階の結合で結合しなかった第１ナノ粒子Ａは、図示を省略したフィルタ等で除去する。

一方、図示を省略した第２ナノ粒子注入口を介して、第２ナノ粒子注入槽１１ｄにＤＮＡ，ＲＮＡ，タンパク質、高分子、酵素等で修飾した第２ナノ粒子Ｂが注入される。そして、集合流路１６ｃを流れてきた第１ナノ粒子Ａと、第２ナノ粒子流路１６ｄを流れてきたＤＮＡ，ＲＮＡ，タンパク質、高分子、酵素等で修飾された第２ナノ粒子Ｂが、合流したのち、第２攪拌槽１７ｂで攪拌される。この結果、第１ナノ粒子Ａの表面に第２ナノ粒子Ｂを結合させる（第２段階の結合）：
ＲＮＡ・Ａ＋Ｂ→ＲＮＡ・Ａ・Ｂ ・・・・・（１４）
第１ナノ粒子Ａと第２ナノ粒子Ｂと結合すれば、この結合ナノ粒子Ａ・Ｂに対して（１１）式を用いて、周波数を決めて細胞膜の穿孔をし、細胞質への結合ナノ粒子Ａ・Ｂの導入を実行する。この結合ナノ粒子Ａ・Ｂを照射部８に移動し、照射部８において、外部から光、電波、磁界、放射線などを照射することで、連鎖的なエネルギー変換を誘起する。例えば、第１ナノ粒子Ａを金（Ａｕ）、第２ナノ粒子Ｂを蛍光体とする。このとき、結合ナノ粒子Ａ・Ｂに放射線（Ｘ線）を照射した場合は、第１ナノ粒子Ａから励起電子が放出され、この励起電子が第２ナノ粒子Ｂに照射され、第２ナノ粒子Ｂから短波長の光子が放出され、ＲＮＡが短波長の光子により、切断される。このように、結合ナノ粒子Ａ・Ｂに連鎖的なエネルギー変換を誘起させることで、結合ナノ粒子Ａ・Ｂの近傍に、励起光、励起電子或いは励起熱等を発生させ、受容体、細胞膜、ＲＮＡ、ＤＮＡなどを変化させることが、可能になる。例えば、悪性細胞に対しては、アポトーシスのスイッチをオンにし、又、機能が低下している良性細胞を活性化させることが出来る。

このように、結合ナノ粒子Ａ・Ｂが、目標とする細胞内の場所に近づいた段階で、結合ナノ粒子Ａ・Ｂの近傍に、連鎖的なエネルギー変換で、励起光、励起電子或いは励起熱等を発生させ、タンパク質、ＤＮＡ或いはＲＮＡへの影響を増加させ、細胞変態効果を向上させることが出来、多彩な細胞変態を行なうことが可能になる。

第５の実施の形態に係る細胞変態方法においては、第１ナノ粒子Ａを金（Ａｕ）、第２ナノ粒子Ｂを蛍光体とし、図１７に示す細胞変態装置に対して用いる場合について、説明する：
（イ）先ず、第１ナノ粒子Ａ及び第２ナノ粒子Ｂを用意する。第１ナノ粒子Ａは、水溶液中で金属イオンを凝集させ加熱生成する方法、或いは真空蒸着法により基板表面に金属の２次元の島状構造を作製した後、熱処理を行う方法などを用いれば良い。第２ナノ粒子Ｂは、第４の実施の形態と同様に、コロイド化学を駆使して作製すれば良い。そして、タンパク質の水溶液中に第１ナノ粒子Ａ及び第２ナノ粒子Ｂを入れて、表面吸着現象を利用し、タンパク質の表面の帯電部分に第１ナノ粒子Ａ及び第２ナノ粒子Ｂを引き寄せ、それぞれタンパク質で被覆された第１ナノ粒子Ａ及び第２ナノ粒子Ｂを作製する。

（ロ）次に、図１７に示す細胞変態装置の第１入口側マイクロバルブ１２ｂを閉じた状態で、生体から分離・採取した細胞群をリンガー液と共に、細胞注入口２１ｂから細胞注入槽１１ｂへ注入する。更に、第２入口側マイクロバルブ１２ｃを閉じた状態で、第１ナノ粒子Ａをリンガー液と共に、第１ナノ粒子注入口から第１ナノ粒子注入槽１１ｃへ注入する。同様に、第３入口側マイクロバルブ１２ｄを閉じた状態で、第２ナノ粒子Ｂをリンガー液と共に、第２ナノ粒子注入口から第２ナノ粒子注入槽１１ｄへ注入する。

（ハ）次に、第１中間マイクロバルブ１８ａを閉じた状態で、第１入口側マイクロバルブ１２ｂを開き、第１入口側マイクロポンプ１３ｂを作動させ、細胞注入槽１１ｂから細胞群をリンガー液と共に細胞流路１６ａを介して、細胞解析部７に注入する。細胞解析部７においては、図示を省略した回転テーブルにより、細胞を回転させながら、光又は電子線を照射し、その検出器からの信号を計算機処理することで、細胞の３次元構造を得る。細胞の３次元構造が得られたら、第２中間マイクロバルブ１８ｂを閉じた状態で、第１中間マイクロバルブ１８ａを開き、第１中間マイクロポンプ１９ａを作動させ、細胞群をリンガー液と共に細胞流路１６ａの更に下流の集合流路１６ｃに向けて放流する。

（ニ）一方、第２中間マイクロバルブ１８ｂを閉じた状態で、第２入口側マイクロバルブ１２ｃを開き、第２入口側マイクロポンプ１３ｃを作動させ、第１ナノ粒子注入槽１１ｃから第１ナノ粒子Ａをリンガー液と共に第１ナノ粒子流路１６ｂに注入する。この結果、細胞群と第１ナノ粒子Ａとは、集合流路１６ｃで混合される。その後、第２中間マイクロバルブ１８ｂを閉じた状態で、第１攪拌槽１７ａを作動させ、第１ナノ粒子Ａと細胞群を均一になるまで十分に攪拌する。

（ホ）第１ナノ粒子Ａと細胞群とが十分に攪拌された後、第３中間マイクロバルブ１８ｃを閉じた状態で、第２中間マイクロバルブ１８ｂを開き、第２中間マイクロポンプ１９ｂを作動させ、第１ナノ粒子Ａを集合流路１６ｃの下流に放流する。第１ナノ粒子Ａが集合流路１６ｃの下流に放流されると同時に、超音波発生素子（機械振動印加手段）３１を動作させ、（１１）式から求められる特定の周波数の超音波を、第１ナノ粒子Ａに照射する。但し、（１１）式の質量Ｍは、第１ナノ粒子Ａの質量を考慮した値になる。

（ヘ）超音波の第１ナノ粒子Ａへの超音波の照射が終了したら、第４中間マイクロバルブ１８ｄを閉じた状態で、第３中間マイクロバルブ１８ｃを開け、第３中間マイクロポンプ１９ｃを作動させ、第１ナノ粒子Ａをリンガー液と共に第２攪拌槽１７ｂ移動する。一方、第４中間マイクロバルブ１８ｄを閉じた状態で、第３入口側マイクロバルブ１２ｄを開き、第３入口側マイクロポンプ１３ｄを作動させ、第２ナノ粒子注入槽１１ｄから第２ナノ粒子Ｂをリンガー液と共に第２ナノ粒子流路１６ｄに注入し、第２攪拌槽１７ｂに収納する。この結果、第１ナノ粒子Ａと第２ナノ粒子Ｂとは、第２攪拌槽１７ｂで混合される。その後、第４中間マイクロバルブ１８ｄを閉じた状態で、第２攪拌槽１７ｂを作動させ、第１ナノ粒子Ａと第２ナノ粒子Ｂを均一になるまで十分に攪拌し、第１ナノ粒子Ａと第２ナノ粒子Ｂとが結合した結合ナノ粒子Ａ・Ｂを生成する。

（ト）結合ナノ粒子Ａ・Ｂを生成された後、第５中間マイクロバルブ１８ｅを閉じた状態で、第４中間マイクロバルブ１８ｄを開き、第４中間マイクロポンプ１９ｄを作動させ、結合ナノ粒子Ａ・Ｂを集合流路１６ｃの下流に放流する。結合ナノ粒子Ａ・Ｂが集合流路１６ｃの下流に放流されると同時に、第２超音波発生素子（機械振動印加手段）３１ｂを動作させ、（１１）式から求められる特定の周波数の超音波を、結合ナノ粒子Ａ・Ｂに照射する。但し、（１１）式の質量Ｍは、結合ナノ粒子Ａ・Ｂの質量を考慮した値になる。

（チ）出口側マイクロバルブ１５ｂを閉じた状態で、第５中間マイクロバルブ１８ｅを開け、第５中間マイクロポンプ１９ｅを作動させ、結合ナノ粒子Ａ・Ｂをリンガー液と共に、照射部８へ送り込む。照射部８では、外部から結合ナノ粒子Ａ・Ｂに放射線（Ｘ線）を照射照射する。結合ナノ粒子Ａ・Ｂに放射線（Ｘ線）を照射すると、第１ナノ粒子Ａから励起電子が放出される。この励起電子が第２ナノ粒子Ｂに照射され、第２ナノ粒子Ｂから短波長の光子が放出され、ＲＮＡが短波長の光子により、切断される。

（リ）結合ナノ粒子Ａ・Ｂへの放射線（Ｘ線）の照射が終了したら、出口側マイクロバルブ１５ｂを開け、結合ナノ粒子Ａ・Ｂをリンガー液と共に、排出槽１４ｂへ送り込み、排出槽１４ｂから排出口を介して所定の容器へ排出する。

第５の実施の形態に係る細胞変態方法において、更に、第１ナノ粒子Ａと第２ナノ粒子Ｂに加え、第３、第４のナノ粒子を用いるようにしても良い。

第５の実施の形態に係る細胞変態方法によれば、複数種類のナノ粒子を用いることで、短時間に多種類の細胞変態を実行出来る。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１乃至第５の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、第１乃至第５の実施の形態に係る細胞変態装置においては、マイクロバルブとマイクロポンプを用いたＭＥＭＳポンプ方式の構造を主に説明した。しかし、流体駆動方式は、ＭＥＭＳポンプ方式に限定されるものではなく、バイオＭＥＭＳで利用される一般的な方法である外付ポンプ方式を用いても良い。

或いは、図１８に示すような、マイクロ磁性粒子駆動方式の流体駆動方式も採用可能である。図１８では、アクチュエータ基板１ｂ中に設けられた集合流路１６ｃの一部を模式的に示している。集合流路１６ｃの近傍には、磁界発生器６３が配置されている。カバーガラス２ｂには、入口導管６１に接続された磁性粒子注入口及び出口導管６２に接続された排出口、細胞、ナノ粒子１００又は表面を高分子等で修飾したナノ粒子１００を注入する細胞／ナノ粒子注入口が設けられている。図１８に示すマイクロ磁性粒子駆動方式の細胞変態装置においては、入口導管６１を介して磁性粒子１３０をリンガー液と共に注入し、同時に細胞／ナノ粒子注入口から細胞、ナノ粒子１００をリンガー液と共に導入する。磁界発生器６３を作動させ、アクチュエータ基板１ｂの外側から磁界を印加すると、磁性粒子１３０がマイクロチャンネルの溶液中を移動して流体の流れを作る。それによって図１８に示すように、細胞やナノ粒子１００も移動させることが可能である。

又、第１乃至第５の実施の形態に係る細胞変態方法においてはバイオＭＥＭＳを用いた細胞変態装置を用いる場合について説明したが、密閉容器中で、これら第１乃至第５の実施の形態に係る細胞変態方法の一連のプロセスを実行することが出来、細胞変態のシミュレーションを行なえる。この際、ナノ粒子１００の細胞内への導入効率を上げるために、密閉微小容器の内圧を増加させても良い。

更に、ナノ粒子１００に機械振動を与えるには、超音波の印加以外、磁性を有するナノ粒子１００、即ち、ナノ磁気ビーズに交流磁界を印加して機械振動を誘起する方法もある。

更に、細胞膜９５内に入れる方向性を出すには、圧力勾配（▽Ｐ）印加の他に、静止磁場勾配（▽Ｈ）の印加がある。

又、細胞変態に焦点をあて説明してきたが、第１乃至第５の実施の形態に係る細胞変態装置は、細胞に付随するタンパク質９２ｃ／ＲＮＡ１０３／ＤＮＡ１０２などをセンシングする装置として機能させることが出来る。即ち、ナノ粒子１００を選択的にタンパク質９２ｃ／ＲＮＡ１０３／ＤＮＡ１０２と結合する高分子１０１で表面修飾して、その後に標的とナノ粒子１００の結合状態を検出する装置として機能させることも可能である。

或いは、ナノ粒子に対象に対する細胞やタンパク質の糖鎖を認識して選択的に結合する高分子を付加し、かつ磁性や蛍光特性をもたせることで、細胞に付随するタンパク質、遺伝子、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ホルモン、酵素などの位置を検出するセンサとして機能させることも出来る。

更に、第１乃至第５の実施の形態に係る細胞変態方法においては生体外に取り出した細胞の構造、状態、機能を変化させる方法について説明したが、生体内の細胞に対しても、同様な機械振動の印加、電磁波の照射で有効な治療を行えることは勿論である。なお、「生体」とは、生物の生きている体の意であり、生活現象を行うあらゆる動物及び植物を含む。例えば、動物であれば、原生動物門、中生動物門、海綿動物門、刺胞動物門、有櫛動物門、扁形動物門、紐形動物門、曲形動物門、袋形動物門、軟体動物門、環形動物門、星口動物門、有爪動物門、緩歩動物門、舌形動物門、節足動物門、触手動物門、管艶動物門、毛顎動物門、半索動物門、棘皮動物門、原索動物門、脊椎動物門等の動物が含まれる。周知のように、脊椎動物門には、軟骨魚綱、硬骨魚綱、両生綱、爬虫綱、鳥綱、哺乳綱が含まれる。例えば、これらの軟骨魚綱、硬骨魚綱、両生綱、爬虫綱、鳥綱、哺乳綱の動物の生体内の細胞に対してナノ粒子を注入する場合は、これらの動物の体に小さな孔を開け、その孔から細い管を入れ、細い管を介してナノ粒子を注入すれば良い。この際、腹腔鏡や内視鏡で観察しながら、目的とする細胞にナノ粒子を注入し、超音波を外部から照射すれば良い。更に、電磁波を照射する場合は、別の同軸ケーブルやガラスファイバー等の別の細管を介して、腹腔鏡や内視鏡で観察しながら、電磁波を照射すれば良い。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

可動タンパク質の質量Ｍとこの可動タンパク質の振動周波数ｆとの関係を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る細胞変態装置の概略を示す模式的な鳥瞰図である。 図３（ａ）は、細胞膜の構造を示す模式図で、図３（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る細胞変態方法における可動タンパク質と受容体（固定タンパク質）との反復衝突を説明する模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係る細胞変態装置の概略を示す模式的な鳥瞰図である。 ＤＮＡ，ＲＮＡ，タンパク質、高分子等が結合したナノ粒子と細胞膜との相互作用を説明する模式図である。 表面を高分子等で修飾したナノ粒子が、脂質二重層からなる細胞膜に結合し、更に、このナノ粒子が細胞膜の受容体タンパク質（レセプター）と反復衝突する様子を説明する模式図である。 強制振動により、ナノ粒子が、細胞膜を穿孔する様子を説明する模式図である。 ナノ粒子が細胞膜の受容体タンパク質（レセプター）と反復衝突し、ホルモンなどのメッセンジャー分子を離脱させる様子を説明する模式図である。 可動タンパク質と結合したナノ粒子が受容体タンパク質（レセプター）と衝突することで細胞の機能を変化させる様子を説明する模式図である。 ナノ粒子の振動変位が細胞膜に隣接する結合水のエントロピーを増加させる様子を説明する模式図である。 表面を高分子等で修飾したナノ粒子の、特定のタンパク質との選択的結合を説明する模式図である。 本発明の第３の実施の形態に係る細胞変態装置の概略を示す模式的な鳥瞰図である。 本発明の第３の実施の形態に係る細胞変態装置の細胞解析部の詳細を示す模式的な断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る細胞変態装置の概略を示す模式的な鳥瞰図である。 本発明の第４の実施の形態に係る細胞変態装置の照射部の詳細を示す模式的な断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る細胞変態方法を説明する模式図である。 本発明の第５の実施の形態に係る細胞変態装置の概略を示す模式的な鳥瞰図である。 本発明の他の実施の形態に係る細胞変態装置の流体駆動方式を説明する模式的な断面図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ…アクチュエータ基板
２ａ，２ｂ…カバーガラス
７…細胞解析部
８…照射部
９…細胞
１０…ナノ粒子
１１ａ…細胞注入槽
１１ｂ…細胞注入槽
１１ｃ…ナノ粒子注入槽（第１ナノ粒子注入槽）
１１ｄ…第２ナノ粒子注入槽
１２ａ…入口側マイクロバルブ
１２ｂ…第１入口側マイクロバルブ
１２ｃ…第２入口側マイクロバルブ
１２ｄ…第３入口側マイクロバルブ
１３ａ…入口側マイクロポンプ
１３ｂ…第１入口側マイクロポンプ
１３ｃ…第２入口側マイクロポンプ
１３ｄ…第３入口側マイクロポンプ
１４ａ，１４ｂ…排出槽
１５ａ…出口側マイクロバルブ
１５ｂ…出口側マイクロバルブ
１６…流路
１６ａ…細胞流路
１６ｂ…ナノ粒子流路（第１ナノ粒子流路）
１６ｃ…集合流路
１６ｄ…第２ナノ粒子流路
１７…攪拌槽
１７ａ…第１攪拌槽
１７ｂ…第２攪拌槽
１８…中間マイクロバルブ
１８ａ…第１中間マイクロバルブ
１８ｂ…第２中間マイクロバルブ
１８ｃ…第３中間マイクロバルブ
１８ｄ…第４中間マイクロバルブ
１８ｅ…第５中間マイクロバルブ
１９…中間マイクロポンプ
１９ａ…第１中間マイクロポンプ
１９ｂ…第２中間マイクロポンプ
１９ｃ…第３中間マイクロポンプ
１９ｄ…第４中間マイクロポンプ
１９ｅ…第５中間マイクロポンプ
２１ａ，２１ｂ…細胞注入口
２２ａ，２２ｂ…排出口
２３…ナノ粒子注入口
３２…インピーダンスマッチング素子
３２ｂ…第２インピーダンスマッチング素子
５１ａ…電気配線
５１ｂ…電気配線
５１ｃ…電気配線
５１ｄ…電気配線
６１…入口導管
６２…出口導管
６３…磁界発生器
７１…回転テーブル
７２…面発光レーザダイオード
７３…Ｓｉフォトダイオード
７４ａ…第１ミラー
７４ｂ…第２ミラー
７５…電子線源
７６…Ｓｉフォトダイオード
８１…発光素子
８２ａ…フィルタ
８２ｂ…受光素子
８３…マイクロコイル
８４…放射線センサ
９１…タンパク質
９１…可動タンパク質
９１…膜タンパク質
９２ａ…固定タンパク質
９２ｂ…受容体タンパク質（レセプター）
９２ｃ…特殊タンパク質（膜タンパク質）
９２ｄ…タンパク質
９４…結合水
９５…細胞膜
９７…核膜
９８…染色体
９９…ホルモン
１００…ナノ粒子（修飾ナノ粒子、磁性体ナノ粒子、蛍光体ナノ粒子、金属ナノ粒子、非修飾ナノ粒子）
１０１…高分子
１０２…ＤＮＡ
１０３…ＲＮＡ
１１１…アビジン
１１２…ビオチン残基
１２２ａ，１２２ｂ…中心体
１２３ａ，１２３ｂ…動原体微小管
１３０…磁性粒子
Ａ…アデニン
Ｃ…シトシン
Ｇ…グアニン
Ｔ…チミン
Ｕ…ウラシル

Claims (10)

1. 細胞を含む流体を収納する機械振動部と、
   該機械振動部に収納された前記流体中の振動子の質量と前記流体の減衰摩擦係数に基づいた固有の周波数の振動を前記振動子に印加する機械振動印加手段
   とを備えることを特徴とする細胞変態装置。
2. 前記振動子は、細胞膜に存在する可動なタンパク質であることを特徴とする請求項１に記載の細胞変態装置。
3. 前記機械振動部は、アクチュエータ基板に設けられたマイクロ流路を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の細胞変態装置。
4. 前記機械振動部は、
   前記アクチュエータ基板に設けられ、前記細胞を含む流体が流れる細胞流路と、
   前記アクチュエータ基板に設けられ、ナノ粒子を含む流体が流れるナノ粒子流路
   とが合流した集合流路を備えることを特徴とする請求項３に記載の細胞変態装置。
5. 前記ナノ粒子流路には、前記ナノ粒子の表面に高分子、ＲＮＡ、ＤＮＡ、タンパク質、酵素の少なくともいずれか１が結合した修飾ナノ粒子が流れることを特徴とする請求項４に記載の細胞変態装置。
6. 前記振動子の質量は、
   前記修飾ナノ粒子の質量、若しくは
   細胞膜に存在する可動なタンパク質の質量と前記修飾ナノ粒子の質量との合計
   で与えられることを特徴とする請求項５に記載の細胞変態装置。
7. 前記機械振動部の下流側に、前記ナノ粒子に対して、電磁波を照射する照射部を備えることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の細胞変態装置。
8. 前記機械振動部の下流側に、前記ナノ粒子とは異なる第２ナノ粒子を含む流体が流れる第２ナノ粒子流路が合流することを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の細胞変態装置。
9. 生体から取り出した細胞を流体に含ませて容器に収納するステップと、
   該容器に収納された前記流体中の振動子の質量と前記流体の減衰摩擦係数に基づいた固有の周波数の振動を、前記振動子に印加するステップ
   とを含むことを特徴とする細胞変態方法。
10. 前記容器中に、ナノ粒子の表面に高分子、ＲＮＡ、ＤＮＡ、タンパク質、酵素の少なくともいずれか１が結合した修飾ナノ粒子を注入し、前記細胞と前記修飾ナノ粒子を混合し、前記修飾ナノ粒子と前記細胞の細胞膜又は前記細胞中のタンパク質とを結合させるステップを、前記振動を印加するステップの前に実行することを特徴とする請求項９に記載の細胞変態方法。
    

Images