JP2014513924A5

JP2014513924A5 - 操作装置、堆積方法、注入方法、検出装置及び検出方法

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Publication number: JP2014513924A5
Application number: JP2013556777A
Authority: JP
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2015-04-16
Anticipated expiration: 2032-02-27

Claims

基板上の個々の細胞を操作する操作装置において、
（ａ）マルチバレル式のナノピペットであって、
（ｉ）第１のバレル内の液体と接触するように配置した第１の電極を収容している当該第１のバレルと、
（ii）前記第１のバレルに隣接する第２のバレルであって、前記第２のバレル内の液体と接触するように配置した第２の基準電極を収容している当該第２のバレルと、
（iii）前記第１の電極に接続され、前記第１の電極及び前記第２の基準電極の間にバイアス電圧を生じる増幅器と
を有する当該マルチバレル式のナノピペットと、
（ｂ）前記マルチバレル式のナノピペピペットに取り付けられ、サブミクロンのｘ及びｙステップで前記マルチバレル式のナノピペットの機械的移動を行うとともに、前記基板に向かう又はこの基板から離れるｚ方向で前記マルチバレル式のナノピペットを移動させるｘｙｚコントローラであって、更にユーザ規定の制御に応じて前記機械的移動を制御する電子制御部を有している当該ｘｙｚコントローラと、
（ｃ）前記第１の電極に接続されるとともに、前記ナノピペット内の液体を排出させる必要のある所望の位置で前記第１のバレルから液体を排出させる排出電圧を前記第１の電極に印加するように構成された高電圧源に接続される回路であって、且つ前記回路は、前記ｘｙｚコントローラが前記所望の位置から離れる方向で前記ナノピペットの機械的移動を行なうときに前記排出電圧を除去する制御部を更に含み、更に前記回路は前記バイアス電圧と前記排出電圧との間で切換えを行うリレーを含み、これにより個々の細胞が排出された液体と接触しうる、回路と
を具える操作装置。
請求項１に記載の操作装置において、前記第１の電極に対する前記回路が、ピペットバイアス電圧を生じるとともに第１のバレルを流れるイオン電流を測定する低雑音増幅器を有する操作装置。
請求項１に記載の操作装置において、前記操作装置が更に、前記ｘｙｚコントローラのサブミクロン制御のための圧電アクチュエータを具える操作装置。
請求項１に記載の操作装置において、前記操作装置が更に、前記所望の位置を決定するユーザ入力のためのフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を有する操作装置。
請求項４に記載の操作装置において、前記フィールドプログラマブルゲートアレイは、前記基板上のパターン内にスポットを堆積するようにプログラミングされている操作装置。
請求項４に記載の操作装置において、前記フィールドプログラマブルゲートアレイは、前記基板上の所定の位置にある細胞を注入するようにプログラミングされている操作装置。
請求項６に記載の操作装置において、前記フィールドプログラマブルゲートアレイは、前記細胞内のオルガネラを注入するようにプログラミングされている操作装置。
請求項１〜７の何れか一項に記載の操作装置において、前記操作装置は、それぞれの細胞が個々の位置にある複数の細胞を含むようにした基板に動作的に接続されている操作装置。
請求項８に記載の操作装置において、前記基板は、個々の細胞を単一の空洞内に収容する寸法となるように内部に規定した複数の空洞を有する操作装置。
請求項９に記載の操作装置において、前記基板が、細胞を空洞内に保持するための負圧を加える貫通孔を有する操作装置。
請求項１０に記載の操作装置において、前記空洞が、細胞を空洞に引き付けるための電極を具える操作装置。
サブミクロンの形態を有する所定のパターンで液体を堆積させる堆積方法において、
（ａ）液体をマルチバレル式のナノピペット内に堆積するように配置するステップであって、前記ナノピペットは、
（ｉ）第１のバレル内の液体と接触するように配置する第１の電極を収容する当該第１のバレルと、
（ii）前記第１のバレルに隣接する第２のバレルであって、前記第２のバレル内の液体と接触するように配置する第２の電極を収容する当該第２のバレルと、
（iii）前記第１の電極に接続され、前記第１の電極及び前記第２の電極の間の電圧を制御する増幅器と
を有するステップと、
（ｂ）前記マルチバレル式のナノピペットに取り付けられ、サブミクロンのｘ及びｙステップで前記マルチバレル式のナノピペットの機械的移動を行うとともに、基板に向かう又は前記基板から離れるｚ方向で前記マルチバレル式のナノピペットを移動させるようにしたｘｙｚコントローラであって、前記ｘｙｚコントローラは更に、ユーザ規定の制御に応じて前記機械的移動を制御する電子制御部を有する、当該ｘｙｚコントローラを動作させるステップと、
（ｃ）（１）前記第１の電極及び前記第２の電極の間の電圧を制御するステップと、（２）前記ナノピペット内の液体を排出させる必要のある所望の位置で前記第１のバレルから液体を排出させる排出電圧を前記第１の電極に印加し、且つ前記ｘｙｚコントローラが、前記所望の位置から離れる方向で前記ナノピペットの機械的移動を行なう際に、前記排出電圧を除去し、これにより前記液体が前記所定のパターンで堆積されるステップと、を行う回路を用いるステップとを具える堆積方法。
請求項１２に記載の堆積方法において、前記液体が細胞付着材料を有し、堆積された前記細胞付着材料の領域でのみ基板上に細胞を取り付ける堆積方法。
請求項１３に記載の堆積方法において、前記細胞付着材料をラミニンとする堆積方法。
請求項１２に記載の堆積方法において、前記基板が均一のポリマーの頂面を具える堆積方法。
請求項１２に記載の堆積方法において、前記液体が、堆積された細胞付着材料の領域でのみ前記基板の上に細胞を取り付ける細胞付着材料を有しているとともに、前記堆積方法は更に、培養すべき付着細胞を前記基板に被着させ、これにより前記細胞が細胞付着材料を有する領域にのみ付着されるようにするステップを具えている堆積方法。
請求項１６に記載の堆積方法において、細胞付着材料を有する領域が、１００平方ミクロン当り少なくとも約１０個のスポットの密度にある堆積方法。
請求項１２に記載の堆積方法において、前記堆積方法を、前記ナノピペットの異なるバレルから異なる材料を堆積するのに用いる堆積方法。
請求項１２〜１８の何れか一項に記載の堆積方法において、前記ナノピペットを石英から形成し、前記ナノピペットが約２０〜１００nmの開口を有する堆積方法。
基板上の選択された細胞内に材料を注入する注入方法において、
（ａ）液体をマルチバレル式のナノピペット内に注入するように配置するステップであって、前記マルチバレル式のナノピペットは、
（ｉ）第１のバレル内の液体と接触するように配置する第１の電極を収容する当該第１のバレルと、
（ii）前記第１のバレルに隣接する第２のバレルであって、前記第２のバレル内の液体と接触するように配置する第２の電極を収容する当該第２のバレルと、
（iii）前記第１の電極に接続され、前記第１の電極及び前記第２の電極の間の電圧を制御する増幅器と
を有するステップと、
（ｂ）前記マルチバレル式のナノピペットに取り付けられ、サブミクロンのｘ及びｙステップで前記マルチバレル式のナノピペットの機械的移動を行うとともに、前記基板に向かう又は前記基板から離れるｚ方向で前記マルチバレル式のナノピペットを移動させるｘｙｚコントローラであって、ユーザ規定の制御に応じて前記機械的移動を制御する電子制御部を有するｘｙｚコントローラを動作させるステップと、
（ｃ）前記第１の電極及び前記第２の電極の間の電圧を制御するステップと、前記ナノピペット内の液体を排出させる必要のある所望の位置で前記第１のバレルから液体を排出させる排出電圧を前記第１の電極に印加し、且つ前記ｘｙｚコントローラが、前記所望の位置から離れる方向で前記ナノピペットの機械的移動を行う際に、前記排出電圧を除去し、これにより前記液体が前記細胞内に注入されるようにするステップとを行う回路を用いるステップと
を具える注入方法。
請求項２０に記載の注入方法において、前記注入方法が更に、前記基板内の空洞であって、個々の細胞のみを保持する寸法とした当該空洞内に前記細胞を配置することにより、前記基板上の前記細胞を固定化するステップを具える注入方法。
請求項２１に記載の注入方法において、前記注入方法が更に、前記細胞の固定化の援助のために前記空洞にまたがる圧力差を加えるステップを具える注入方法。
請求項２１に記載の注入方法において、前記液体は、ポリ核酸、抗体及び染料を含む群から選択され注入される材料を含む、注入方法。
基板上の個々の細胞内の検体を検出する検出装置において、
（ａ）第１の電極を収容するバレルを有するナノピペットであって、前記第１の電極は、前記細胞に接触する液体内の第２の基準電極と接触するように前記検体を保持するとともに、使用中に前記第１の電極及び第２の電極の間の電圧を制御する回路に接続されている、当該ナノピペットと、
（ｂ）前記ナノピペットに取り付けられ、サブミクロンのｘ及びｙステップで前記ナノピペットの機械的移動を行うとともに、ｚ方向で前記ナノピペットを移動させるｘｙｚコントローラであって、更に、ユーザ規定の制御に応じて前記機械的移動を制御する電子制御部を有している当該ｘｙｚコントローラと
を具えており、
（ｃ）前記ナノピペットの先端部が、先端部付近の前記細胞内で内側表面上に固定された検体結合材料を有する、検出装置。
請求項２４に記載の検出装置において、前記検体結合材料をタンパク質又はポリ核酸とした検出装置。
請求項２４に記載の検出装置において、前記検体結合材料を、スルホ‐ＳＭＣＣにより前記内側表面上のポリエルリジン（ＰＬＬ）被膜に結合されたタンパク質とした検出装置。
単一の生細胞内の生体分子を検出する検出方法において、
（ａ）官能化されたナノピペットを、細胞内で規定の深さに配置するステップと、
（ｂ）電流を監視して細胞膜付近のナノピペットの正確な位置を制御するステップと、
（ｃ）ナノピペットを高速度で細胞内に挿入するステップと、
（ｄ）高電圧を印加するステップと、
（ｅ）電流変化を測定して前記細胞内の生体分子を検出するステップと
を具え、前記官能化されたナノピペットはシステムに設けられており、更に前記システムは、ピペットをバイアスするとともに電流測定を行う増幅器と、Ｘ、Ｙ及びＺ方向で制御を行うマイクロマニピュレータと、Ｘ、Ｙ及びＺ方向で微細制御を行う圧電アクチュエータと、構造化可能な集積回路と、高電圧源と、低電圧及び高電圧の間の切換えを行うリレーとを具えている、検出方法。
請求項２７に記載の検出方法において、前記ナノピペットを抗体で官能化する検出方法。
請求項２７に記載の検出方法において、前記ナノピペットをアプタマーで官能化する検出方法。
請求項２７に記載の検出方法において、前記検出方法を、免疫測定法で単一の生細胞内で用いる検出方法。
請求項２７に記載の検出方法において、前記ナノピペットを受容体リガンドで官能化する検出方法。
請求項２７に記載の検出方法において、前記検出は、単一の生細胞内でのがんタンパクの検出とする検出方法。