JP2020524001A - ナノニードルならびに関連する装置および方法 - Google Patents
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Abstract
セル内部のin−vitroプロービングを、ナノニードルを用いて行う装置および方法が本明細書中に開示される。本出願の一部の態様は、流れチャネルに配置された垂直ナノニードルを有する装置に関し、流れチャネルは、流れチャネルの流体において再循環する細胞の、ナノニードルを用いての固定化および細胞膜のナノニードルを用いての貫通を容易にするように形成されている。本出願の態様はまた、関心のあるスクリーニングされた細胞と選択的かつ連続的に細胞内連通する医薬システムを形成するための、流れチャネルとセルソーターの統合も提供する。【選択図】図1A
Description
関連出願の相互参照
本出願は、本明細書内でその全体が参照によって援用される「ナノニードルならびに関連する装置および方法」と題された代理人整理番号第NO601.70000US00号で2017年6月16日に出願された米国特許出願第62/521,276号の米国特許法119条(e)に基づく利益を主張する。
本出願は、本明細書内でその全体が参照によって援用される「ナノニードルならびに関連する装置および方法」と題された代理人整理番号第NO601.70000US00号で2017年6月16日に出願された米国特許出願第62/521,276号の米国特許法119条(e)に基づく利益を主張する。
細胞内部のin−vitroプロービングは、通常、細胞を基板上に固定化または培養し、続いてパッチクランプなどのプローブを細胞の内部に挿入することによって行われる。
一部の実施形態によれば、装置が提供される。装置は、第1の流れ方向に沿って循環する細胞を含有する第1の流体を収容するように構成されている第1の流れチャネルと;第1の流れチャネルに配置されかつ細胞を貫通するように構成されているナノニードルとを備える。第1の流れチャネルは、ナノニードルに隣接するくびれ部を備える。
一部の実施形態によれば、ナノポンプ装置を製造する方法が提供される。方法は、ナノスケールワイヤを形成することと;ナノスケールワイヤを囲む側壁材料を形成することと;ナノスケールワイヤを第1の流れチャネルの内部に配置することと;ナノスケールワイヤを第1の流れチャネルの内部に配置したことに続いて、ナノワイヤを選択的に除去して、側壁材料からナノニードルを形成することとを含む。
一部の実施形態によれば、装置を動作させる方法が提供される。装置は、第1の流れチャネルと、第2の流れチャネルと、第1の流れチャネルに配置された第1の開口および第2の流れチャネルに配置された第2の開口を備えるナノニードルとを含む。第1の流れチャネルは、ナノニードルに隣接するくびれ部を備える。方法は、細胞を含有する第1の流体を、第1の流れチャネルにおいて第1の流れ方向に沿って循環させることと;細胞をナノニードルで貫通することと;試薬を含有する第2の流体を第2の流れチャネルに収容することと;第2の流体からナノニードルを介して細胞内に試薬を送達することとを含む。
一部の実施形態によれば、医薬システムが提供される。医薬システムは、第1の流れチャネルと、試薬を含有する流体を有する第2の流れチャネルと、第1の流れチャネルに配置された第1の開口および第2の流れチャネルに配置された第2の開口を備えるナノニードルとを備えるナノポンプを備える。第1の流れチャネルは、細胞を含有する第1の試料をユーザから受けるように構成されている。ナノニードルは、貫通しかつ試薬を細胞の内部に送達するように構成されている。
様々な態様および実施形態を以下の図を参照しながら記載する。添付図面は、縮尺通りであることを意図しない。図面において、様々な図に示された各同一のまたはほぼ同一の構成要素は、同様の数字によって表される。明確性のために、全ての図面において全ての構成要素がラベル付けされない場合がある。
細胞内部内に注入、そこから抽出、またはそれ以外の方法で電気化学的に連通する細胞内プロービングは、in−vitro診断、治療、ならびに脳研究において広範な用途を提供し得る。発明者は、スループットを向上させる1つの手法として、細胞内プロービングの連続的な動作を可能にするため、1つ以上のナノニードルを備える流れチャネル内での細胞の連続的な循環を提供すると認識かつ理解している。本出願の態様は、流れチャネルとセルソーターの統合を提供して、患者の血液試料からの、関心のあるスクリーニングされた細胞と選択的かつ連続的に細胞内連通する医薬システムを形成する。
本出願の一部の態様は、流れチャネルに配置された垂直ナノニードルを有する装置に関し、流れチャネルは、流れチャネルの流体において再循環する細胞のナノニードルでの固定化および細胞膜のナノニードルでの貫通を容易にするように形づくられる。発明者は、ナノニードルが配置されている流れチャネルのある領域は、細胞のサイズと実質的に同一またはそれより小さい、幅かつ/または高さ方向における低減された寸法を有し得ることを認識かつ理解している。この方法では、流れチャネルは、ナノニードルの先端の細胞内への挿入を容易にするために、細胞が、ナノニードルを越えて流れる(または通過する)ときに、細胞の流路にある、タイトフィット部を有するまたはわずかに圧縮されるように構成されている。一部の態様によれば、流れチャネルの当該領域は、さらに、ナノニードルが細胞核の流路に在り、ナノニードルの細胞核内への挿入を容易とするように、細胞核のサイズと実質的に同一またはそれより小さい、幅かつ/または高さ方向における低減された寸法を有するようなサイズにされる。さらに別の態様によれば、流れチャネルは、流れチャネル内の細胞がナノニードルを横切って流れるときそれらを撮像することが可能となるように透明であってもよい。細胞の固定化および貫通が容易になるように、撮像フィードバックが、流れ制御と併せて用いられ得る。
本出願の一部の態様は、ナノニードルを製造する方法に関する。ナノニードルは、ナノニードル側壁の材料を犠牲テンプレート上に蒸着することによって形成された中空、筒状構造を有し得る。犠牲テンプレートは、断面寸法が、犠牲テンプレートが除去された後のナノニードルの内部断面を画定する垂直ナノワイヤであってもよい。ナノニードルの側壁材料は、細胞固定化および細胞膜の貫通が容易になるように、選択され得かつさらに官能化され得る。ナノニードルの先端の断面形状および寸法は、細胞を実質的に生存可能なままで細胞膜のかつ/または細胞核内への貫通を可能とするように構成されている。この方法では、細胞内部の全寿命の研究が行われ得る。
一部の態様によれば、ナノニードルは、垂直に配向され、かつ、水平な第1の流れチャネルに配置される。ナノニードルの先端開口は、第1の流れチャネルの液体と流体連通し、または、細胞が先端上で固定化されるとき、流れチャネルの細胞の細胞内流体と流体連通する。一部の実施形態では、第2の流れチャネルが、ナノニードルの下に設けられ、ナノニードルの内部と接続され得る。一実施形態では、ナノニードルは、細胞内部から被分析物を抽出し得、それは診断分析のために第2の流れチャネルに送達される。別の実施形態では、ナノニードルは、第2の流れチャネルから材料を送達し得、それは、例えば治療薬の送達を行うために、細胞内部内にまたは核の内部に注入される。
発明者は、ナノニードルを介する細胞へのかつ細胞外への流体の制御されたポンピング、すなわちナノニードルをナノポンプとして用いることを可能とする様々な方法が提供され得ることを認識かつ理解している。一態様では、電極材料が、ナノニードルの側壁に沿ってかつナノニードルの基部に、例えば電子ウェッティング効果を用いて液体の流れを制御するために設けられ得る。別の態様では、圧電駆動モジュールが、ナノポンプの液体の流れを駆動するために流れチャネルの一方に設けられ得る。一部の態様によれば、細胞内部へのまたはその外へのナノニードルを介する制御されたポンピングにより、所定のタイミングおよび投与量による同期化された流体連通が可能になり得る。さらに別の態様によれば、制御されたポンピングは、ナノニードル上での細胞の選択的な付着および分離を容易にするのに用いられ得る。
一部の態様によれば、複数のナノニードルが、流れチャネルのある領域に設けられ得る。ナノニードルのそれぞれは、同一のまたは異なる液体に接続されるように構成され得る。一例では、ナノニードルの列は、細胞が第1のナノニードルに付着され、その後第1のナノニードルから分離され、次いで第2のナノニードルに付着され得、などを複数のナノニードルに対して繰り返すように、流れチャネル内に流れ方向に沿って配置され得る。ナノニードルの1つ以上、場合によって各々は、例えば治療薬の送達を行うために、特定の投与量の生化学的分子の選択された配列を同一の細胞内に注入するように構成され得る。ナノニードルの1つ以上、場合によって各々は、生化学的分子の選択された配列を、ナノニードルに順次または同時に付着される1つより多い細胞内に注入するように構成され得る。
一部の態様によれば、人間の患者の血流または体液から細胞を抽出かつ分離するセルソーターと、セルソーターから循環された細胞の内部と連通しかつ細胞または核内部に対して例えば遺伝子編集または薬物送達を行う、流れチャネルにおけるナノニードルとを備える医薬システムが提供され得る。一例では、遺伝子編集された細胞は培養され、自己移植により人間の患者に注入して戻され得る。一部の態様によれば、セルソーターおよびナノニードルおよび流れチャネル装置を備える自己移植システムは、がん免疫療法機器を形成し得る。
図1Aは、一部の実施形態による、装置100の断面図を示す概略図である。装置100は、本出願の態様による、第1の流れチャネル120に垂直に配置されかつ細胞10の核12の内部と流体連通するナノニードル102を備える。装置100は、さらに、基板110に配置されかつナノニードル102と流体連通する第2の流れチャネル130を備える。一部の実施形態では、第1の流れチャネル120は、細胞流れチャネルと称され得、ナノニードル102はナノポンプであり、第2の流れチャネル130は、ナノポンプ流れチャネルと称され得、ナノポンプ102は、流体を第2の流れチャネル130から細胞10または細胞核12内にポンプするものである。
図1Aに示すように、細胞10は、第1の流れチャネル120内で流体(図示せず)によって含有され、流れ方向122に沿って移動する。一部の実施形態では、ナノポンプ102は、流体をナノポンプ流れチャネル130から第1の流れチャネル120に向けて上方にポンプし得る。第1の流れチャネル120は、図1Aに示すようにくびれ部124を備える。第1の流れチャネル120は、くびれ部124内に第1の部分126、およびくびれ部の外に第2の部分128を有する。図1Aに示すように、くびれ部124は流れチャネルの内方に突出しているので、第1の部分126は、くびれ部124の外の第2の部分128における大きなサイズ129と比べると、液体が流れることを可能にするのに小さいサイズ127を有する。第1の部分126のサイズ127は、流れ方向122と直角な距離にあり得、細胞10がくびれ部124に侵入したときに細胞10がナノニードル102に隣接して流れるように方向付けられ、その結果ナノニードル102が細胞10と相互作用する可能性を高める。ナノニードル102による細胞の貫通が容易となるように細胞10の流れを方向付けるために、くびれ部124はナノニードル102に隣接して配置されることが好ましいと認識される。隣接するナノニードル102によって、くびれ部124は、一部の実施形態において、ナノニードルから100μmより近い、50μmより近い、または10μmより近い距離内で、上方に、隣に、囲むように、または全体的に配置され得る。
サイズ127および129は、図1Aに示すように、カバー106と基材104の間の、それぞれ第1の部分126および第2の部分128における第1の流れチャネルの高さであり得る。とは言え、サイズ127/129の方向は、第1の流れチャネル120が任意の方向、例えば流れチャネル120の底部を形成する基材104の面に平行な横方向に沿ってくぼみ部124において狭くなり得るとして限定されないことを理解すべきである。くぼみ部124は、流体の流れを制限するために流れ方向に沿って任意の適切な形状もとり得ること、および第1の部分126におけるサイズ127が流れ方向122に沿って均一であることは必須ではないことも認識される。一部の実施形態では、くぼみ部124は、カバー106の一部として形成され得るが、くぼみ部124は、カバー106とは異なる材料で分離した構造として形成され得ることを理解すべきである。
一部の実施形態では、くびれ部124は、ナノニードル102の細胞10の内部へのまたは細胞10の細胞核12内部への挿入を容易にするように構成されている。細胞10は、動物細胞、植物細胞、細菌細胞、または菌細胞であり得る。細胞10は、生化学的生体細胞、または微生物叢などの細胞様の生化学的小胞であり得る。細胞の挿入を容易にするために、第1の流れチャネル120の第1の部分126における第1のサイズ127の任意の適切なサイズが提供され得る。一部の実施形態では、第1のサイズ127は、細胞10の平均直径の0.25〜5倍、0.5〜2倍、または0.25〜10倍であり得る。本明細書中で用いる細胞10の平均直径は、単一細胞が不規則に成形され得る場合、複数の測定軸に沿う単一細胞の測定された横方向範囲の平均であり得、または、関心のある細胞群に対する測定された直径の平均を指し得る。当技術分野で既知の任意の適切な細胞のサイズ測定を用いて、細胞10の平均直径を判定し得る。第1のサイズ127は、0.2〜300μm、0.25〜200μm、0.5〜100μm、1〜100μm、または10〜100μmであり得る。
一部の実施形態では、細胞10は、くびれ部124および/またはナノニードル102からの貫通に部分的に起因して、第1の部分126内で、細胞10の構造および機能はそのままに、物理的に変形される。一部の実施形態では、第1の流れチャネル120は、マイクロ流体チャネルであり得、1つ以上の細胞10を含有する流体が、ナノニードル102が複数の細胞10を貫通可能であるように、第1の流れチャネル120内で連続的に循環される。
ナノニードル102が細胞10を貫通するとき、細胞10内の画定される貫通の深さは、例えば細胞のサイズに対する所定のナノニードルの高さといった様々な手段によって選択的に制御され得る。一部の実施形態では、細胞10は、第1の流れチャネル120内の第1の流体に含有され、ナノニードル102は、第2の流れチャネル130に収容された1つ以上の試薬(図示せず)を含有する第2の流体を、選択的に制御された量、流量、持続時間で、細胞10の膜もしくは細胞壁の内部または細胞核12の内部に選択的に送達し得る。注入はまた、ニードルのIDを表す物質も含み得る。第2の液体の内容は、以下に限定するものではないが、薬物、低分子医薬品、ゲノム、増殖因子、核酸、たんぱく質、脂質、ゲノム編集パッケージ、CRISPRフォーミュラ、RNA、またはそれらの組み合わせを含み得る。そのような方法におけるナノニードルによる細胞内注入は、がん、HIV、または他の疾患に関する細胞レベルの診断または治療の用途を可能にし得る。
一部の実施形態では、細胞10の内部への外部物質の送達に加えて、ナノニードル102はまた、貫通された細胞の内部から流体を抽出し得る。抽出された細胞内流体の内容物は、細胞内流体に含有される被分析物のさらなる分析のために、ナノニードル102を通って第2の流れチャネル130まで通過し得る。一部の実施形態では、細胞内流体の抽出は、分子レベルの検出、生細胞モニタリング、創薬を可能にし得、かつ、ゲノム編集、単一細胞研究、がん研究、HIVなどの研究を支援し得る。
一部の実施形態では、ナノニードル102を介する注入/抽出は、ナノニードル内部で流体に加えられた外圧によって駆動され得る。外圧の駆動は、圧電デバイス、微小電気機械システム(MEMS)アクチュエータもしくはポンプによるものであってもよく、または、エレクトロウェッティングによるものであってもよい。一部の実施形態では、ナノニードル102を介する注入/抽出は、連続的な動作として行われ得る。
図1Aは装置100内の単一のナノニードル102を示すが、順次的な注入、抽出、またはそれらの組み合わせを可能にする複数のナノニードル102が装置100内に設けられ得ることを理解すべきである。複数の薬剤の注入、経時的分析、またはリアルタイムでの生体反応および分析もまた提供され得る。
図1Aに示すような装置100は、セルソーターなどの細胞循環デバイスと統合されて、血液関連疾患、がん、HIVなどに関する治療かつ診断用途のための、装置100内で1つ以上のナノニードル102によって貫通されるよう第1の流れチャネル120を通る細胞の連続的な流れを可能とする医薬システムを形成し得る。CRISPRなどの遺伝子編集技術と関連し得る、細胞編集および修飾のために、細胞株、スタンドアローン高スループットデバイスとの統合に装置100が提供され得る。装置100を備える医薬システムはまた、幹細胞研究、バイオリアクター、創薬、および農業などにも用いられ得る。
一部の実施形態では、単一のナノポンプ/ナノニードルまたはナノポンプ/ナノニードルの配列は、剛体または柔軟な材料のいずれかを備え得、診断および治療を含む脳研究および疾患治療、ならびに微生物叢研究、診断、および治療に用いられ得る。
図1Bは、図1Aに示すような垂直面A−A’に沿う第1の部分126内の装置100の断面図を示す概略図である。図1Bは、ナノニードルに隣接する第1の流れチャネル120の幅はyであり、カバー106と基材104の上面の間の第1の流れチャネル120の高さはzであり、第1の流れチャネル120内部の第1の端部101と第2の流れチャネル130内部の第2の端部103の間のナノニードル102の間の高さはhであり、ナノニードルの直径はdであることを示す。ナノニードル102は、側壁材料を備える中空構造であり、端部101および103の両方は、それぞれ第1の流れチャネル120および第2の流れチャネル130と流体連通する開口である。
一部の実施形態では、高さzは、くびれ部124で細胞の流れを方向付けるように構成されている第1のサイズ127であり得る。代替としてまたは加えて、幅yは、くびれ部124で細胞の流れを方向付けるように構成されている第1のサイズ127であり得る。
一部の実施形態では、ナノニードルの高さhは、細胞膜のすぐ内側または細胞核内に注入/そこから抽出するのに必要な貫通の深さに基づいて調整可能であり得る。ナノニードルの高さhは、0.2〜1000μm、0.25〜500μm、0.5〜200μm、または1〜100μmであり得る。
一部の実施形態では、ナノニードルの直径dは、ナノニードル102の内径または外径であってもよく、注入される量および流量、ならびに貫通される細胞10のサイズおよび種類などの要因に基づいて選択され得る。ナノニードルの直径dは、2〜2000nm、2〜1500nm、5〜1500nm、または5〜1000nmであり得る。
図1Bは、基材104の横方向範囲に実質的にわたって延在する、ナノニードルの下の第2の流れチャネル130を示すが、係る配置は単なる例であり、限定するものではない。一部の実施形態では、第2の流れチャネル130は、基材の一部の下のみに設けられ得、第2の流れチャネル103の外にある基材104の残りの部分は、ナノニードル102が下の第2の流れチャネル130内に崩壊しないように基板110によって支持される。
図2Aは、一部の態様による、装置200の上面図を示す概略図である。装置200は、多くの面で装置100と類似のものである。装置200は、第1の流れチャネル220内に垂直に配置されたナノニードル102を備える。装置200は、さらに、ナノニードル102と流体連通する第2の流れチャネル230を備える。第1の流れチャネル220は、カバー206に形成され得、例えば媒体ポンプまたはセルソーターからの、細胞を含有する第1の流体を循環するように構成されているポート221および223を備える。第2の流れチャネル230は、細胞にナノニードル102を介して注入する第2の流体を循環するようにまたは測定および分析のために、ナノニードル102から、抽出された細胞内流体を送達するように構成されているポート231および233を備える。一部の実施形態では、ポート231および233は、カバー206を通って垂直に延在して、第2の流れチャネル130に流体アクセスを提供する。
図2Bは、一部の態様による、装置200の第1の流れチャネル220のカバー206の上面図を示す概略図である。装置200は、第1の流れチャネル220内にくびれ部224を有する。第1の流れチャネル220では、液体は、ポート221と223の間で流れ方向に沿って流れるように構成されている。くびれ部224は、流れチャネルの幅yを狭めるように内方に突出して、細胞をナノニードル102によって貫通されるように方向付け得、かつ、長さXを有する。長さXは、1〜500μm、1〜200μm、2〜200μm、または5〜200μmであり得る。
一部の実施形態では、複数のナノニードルが装置に設けられ、規則的な配列状に配置され得る。例えば、図3Aは、基材304に規則的な2次元配列状に配置された複数のナノニードル302を有する装置300Aの上面図を示す概略図である。複数のナノニードル302の配列は、第1の流れチャネル内に延在する同一の高さhを有し得る。一部の実施形態では、ナノニードル302の配列の少なくともいくつかは、異なる高さhを有し得、第1の流れチャネルにおける細胞がナノニードルの配列に付着されるときに異なる深さを貫通するように、または、1つより多い細胞の異なる深さを貫通するように構成されている。
いくつかの他の実施形態では、複数のナノニードルは、ランダムに分布した配列状に配置され得る。例えば、図3Bは、基材304にランダムな2次元配列状に配置された複数のナノニードル302を有する装置300Bの上面図を示す概略図である。
図3Cは、基材304に配置された複数のナノニードル302a、302b、302c、および302dを有する装置300Cの上面図を示す概略図である。例示的な装置300Cにおいて4つのナノニードルが図3Cに示されるが、本出願の態様にしたがって装置に任意の数の複数のナノニードルが存在し得ることを理解すべきである。図3Cでは、ナノニードル302a、302b、302c、302dは同一であってもよく、または、異なる材料組成、高さ、内径、および/または外径を有してもよい。ナノニードルはまた、1つより多い流れチャネル(図示せず)に接続され得る。例えば、ナノニードル302aは、基材304の下で第1のナノポンプ流れチャネルに接続され、細胞を貫通しつつ第1の種類の流体を注入するように構成され得、ナノニードル302bは、第2のナノポンプ流れチャネルに接続され、同じ細胞を貫通しつつ第2の種類の流体を注入するように構成され得る。この方法において、第1のかつ第2の種類の流体に含有される異なる試薬の、それぞれの投与量での細胞内部への選択的送達が提供され得る。代替としてまたは加えて、ナノニードル302cは、ナノニードル302aによって貫通された細胞からの細胞内流体を抽出するように構成されている第3のナノポンプ流れチャネルに接続され得、それによって、ナノニードル302aによる細胞内部への試薬の送達、およびナノニードル302cによる同じ細胞の細胞内流体の抽出が同時に提供され得る。同時の細胞内送達および抽出は、単一細胞レベルでの生化学的応答のリアルタイムのモニタリングを可能とし得る。1つ以上の細胞内に注入またはそこから抽出するように構成されているナノニードル配列の任意の組み合わせが装置内の同一の基材上に提供され得ることを理解すべきである。
図4Aおよび図4Bは、一部の態様による、基板410に底部チャネル430を形成する例示的な製造順序を示す概略図である。工程は、図4Aに示すように基板410から開始し得る。基板410は、単一層のウェハであってもよく、または、複数層の複合材であってもよい。一部の実施形態では、基板410は、以下に限定するものではないが、標準的な微細加工技術が後続の加工ステップに用いられ得るように、Siすなわち酸化ケイ素などの半導体材料を備え得る。
図4Bでは、標準的なフォトリソグラフィまたは電子ビームリソグラフィを用いて、基板410の一部をパターニングかつエッチング除去して、第2の流れチャネル430において流体を循環させる液体アクセスを提供するように構成されているポート434および436を有する第2の流れチャネル430を画定し得る。第2の流れチャネル430は、試薬または被分析物の流れに対する任意の適切な深さおよび幅を有し得る。一部の実施形態では、第2の流れチャネル430は、20〜200μm、50〜200μm、または50〜100μmの幅を有し得る。一部の実施形態では、第2の流れチャネル430は、20〜200μm、50〜200μm、または50〜100μmの深さを有し得る。第2の流れチャネル430の部分432は、ナノニードルがその上に配置されるように構成されている。第2の流れチャネル430は、部分432を隔てて第2の流れチャネル430の残りの部分と均一な幅を有し得、または、部分432は、ナノニードルへのまたはそこからの試薬または被分析物の流れを容易にするため、第2の流れチャネル430の残りの部分と異なる適切な形状および寸法を有し得る。
図5A〜5Eは、図1Aおよび1Bに示すタイプの装置において基材504上にナノニードル502を形成する例示的な製造順序を示す概略図である。工程は、図4Aに示すようにウェハ501から開始し得る。基材501は、単一の構成要素のウェハであってもよく、または、複数層の複合材であってもよい。一部の実施形態では、ウェハ501は、適切な半導体エッチング技術によってエッチング可能である半導体材料を備え得る。非限定的な例では、基材501は、Geウェハである。
図5Bでは、ナノワイヤ503が、Geウェハ501の上面上に垂直に形成される。ナノワイヤ503を形成するのに任意の適切なマイクロまたはナノファブリケーション技術が用いられ得る。例えば、ナノワイヤ503は、均一層の材料を蒸着しマスクを用いてナノワイヤ503の外の材料の一部を異方的にエッチング除去することによって形成され得る。代替として、ナノワイヤ503は、当技術分野で既知のボトムアップ成長技術を用いて形成され得る。例えば、気液固成長または気固成長工程が用いられ得る。1つの非限定的な例では、ナノワイヤ503は、Geウェハ501を、ナノワイヤ503の断面領域をエッチングから保護するエッチマスクを用いて異方的にエッチダウンすることによって形成され得る。エッチングは、ウェットエッチングまたはドライエッチング、好ましくは異方性反応性イオンエッチング(RIE)を用いてなされ得る。形成されたナノワイヤ503は、20〜300nm、50〜200nm、または100〜200nmの直径を有する任意の適切な断面形状を有し得る。ナノワイヤ503の長さは、元のウェハ501からのエッチ深さによって制御され得、5〜10μmの値を有し得る。ナノワイヤ503の断面形状および直径は、ナノワイヤ503が犠牲的に除去された後の最終的なナノニードルの内径および形状を決定付ける。
図5Cでは、基材の共形層504が蒸着され、ウェハ501の上部ならびにナノワイヤ503の側壁および上部を被覆する。基材504は、半導体材料であってもよく、基材504上に形成される最終的なナノニードルを支持するのに十分な機械的剛性を有する固体半導体材料であるのが好ましい。1つの非限定的な例では、基材504は酸化ケイ素を備える。
図5Dでは、基材504の上面ならびにナノワイヤ503上の基材504の側壁および上部を被覆する層506が蒸着される。層506は、下の層への保護ならびに第1の流れチャネルの液体との互換性をもたらす材料であり得る。一部の実施形態では、層506は、ポリジメチルシロキサン(PDMS)などのポリマーまたはSU−8などのエポキシ樹脂を備え得る。
図5Eでは、ナノワイヤ503がその上面を露出するように、ナノワイヤ503の先端の上部において、層506および基材504の一部を選択的にエッチバックするエッチングが行われる。
図6Aおよび6Bは、本出願の態様による、第1の流れチャネル621の例示的な製造順序の上面図を示す概略図である。工程は、図6Aに示すようにカバー材料606から開始し得る。出願の一部の態様は、SiまたはSiO2などの半導体基板、または可撓性成型ポリマー基板であるカバー材料上に製造された第1の流れチャネル621を提供するが、任意の適切な基板が用いられ得ることを理解すべきである。1つの非限定的な例では、カバー材料606は、PDMSを備える。
図6Bでは、第1の流れチャネル620が、カバー606の底面に形成される。一部の実施形態では、第1の流れチャネル620は、50〜100μmの幅を有する。第1の流れチャネル620は、ナノニードルをそこに配置するように構成されているくびれ部624を備える。図1Aおよび1Bに示す装置100に関する論述にしたがったサイズを有する、くびれ部624の任意の適切な形状が用いられ得る。第1の流れチャネル620の残りの部分からくびれ部624への移行は段階的であってもよく、または急激なインタフェースであってもよい。一部の実施形態では、くびれ部624は、20〜50μm、例えば40μmの長さを有し得る。ポート621および623は、第2の流れチャネル620に到達するように基材606をエッチングすることによって形成され、かつ、細胞を含有する第1の流体を循環するように構成されている。ポート631および633もまた、第2の流れチャネル620に到達するように基材606をエッチングすることによって形成され、かつ、細胞にナノニードルを介して注入するための第2の流体を循環させるように構成されている。
図7A〜7Cは、一部の態様による、ナノニードルを形成しかつナノニードルを第1のかつ第2の流れチャネルに取り付けるという例示的な製造順序を示す概略図である。
図7Aでは、まず図5Eに示す完成構造と図6Bに示す完成構造を統合し基材606の第1の流れチャネル620のくびれ部624をナノニードル502と注意深く整列させることによって、基材606が、層506の上面上に接着される。一部の実施形態では、PDMS層506上でのPDMS基材606の接着は、酸素プラズマ処理によって促進されて、2つの材料の接着を強化し得る。横方向の整列が不十分だと、カバー606が層506上で接着されたときにナノニードル502の破壊につながり得ることを理解すべきである。一部の実施形態では、第1の流れチャネル620の幅yは、接着の整列を考慮するように選択され得、複数のナノニードルが設けられる場合は、単一ナノニードル装置と比較して大きくなるだろう。
図7Bでは、ウェハ501およびナノワイヤ503の両方が、適切なエッチング工程によって除去される。一実施形態では、ウェハ501およびナノワイヤ503は、両方Geであり、H2O2を備えるウェットエッチング溶液で除去される。ナノワイヤ503が除去された後、側壁材料504がナノニードル502の構造を形成し、第1の開口601と第2の開口603の間に延在することを理解すべきである。
図7Cでは、図7Bに示す完成構造と図4Bに示すような完成構造を持ってきて基板410における第2の流れチャネル430をナノニードル502と注意深く整列させることによって、基板410は、基材504の底面の下で接着される。
図8Aおよび8Bは、本出願の一部の実施形態による、ナノニードル配列を形成しかつナノニードル配列を第1の流れチャネルおよび第2の流れチャネルに取り付ける製造順序の断面図を示す概略図である。図8Aは、ナノワイヤ配列503を有する層506上に接着された図5Eに示す完成した構造の基材606を示す。ウェハ501およびナノワイヤ503の両方は、適切なエッチング工程によって除去される。一実施形態では、ウェハ501およびナノワイヤ503は両方Geであり、H2O2を備えるウェットエッチング溶液で除去される。ナノワイヤ503のエッチング後、側壁504がナノニードル502となる。
図8Bでは、基板410は、ナノニードル502の配列が第2の流れチャネル430に配置されるように、基材504の底面の下で接着される。第1の流れチャネル620の幅yは、ナノニードル配列502における複数のナノニードルを収容するように選択され得る。
図9Aは、代替実施形態による、装置900の断面図を示す概略図である。装置900は、多くの面において図1Bに示す装置100と類似のものであり、1つの違いは、ナノニードル102が基板904上に配置されかつそれによって支持されることである。基板904は、ナノニードル102の底部開口903と一致する開口905を備える。図9Bは、装置900の上面図を示す概略図である。
図10A〜10Jは、一部の態様による、装置900を形成する例示的な製造順序を示す概略図である。工程は、図10Aに示すようにGeウェハ1001から開始し得る。図10Bでは、誘電層1004が、Geウェハ1001の上面上に蒸着される。誘電層は、任意の適切な半導体材料であり得る。一部の実施形態では、誘電層は、窒化ケイ素である。一例では、約500nm厚さの窒化ケイ素が、誘電層1004として化学蒸着工程によって蒸着される。
図10Cでは、開口1005が、RIEといった適切なエッチング技術とともにフォトリソグラフィまたは電子ビームリソグラフィを用いて、誘電層1004に形成される。開口1005の横方向サイズすなわち直径は、例えば150nmであり得る。
図10Dに先立ち、さらなる半導体材料1007が、誘電層1004および開口1005を被覆するように蒸着される。一部の実施形態では、半導体材料1007はGeであり、化学蒸着(CVD)または原子層蒸着などの適切な気相蒸着工程を用いて蒸着され得る。
図10Eでは、Geナノワイヤ1003が、蒸着されたGe材料1007をエッチングすることによって形成される。Geナノワイヤ1003は、最終的なナノニードルの内径のサイズおよび形状を規定する任意の適切な直径または形状を有し得る。一例では、Geナノワイヤ1003は、100nmの直径を有する。
図10Fでは、共形層1006が蒸着され、誘電層1004の上部ならびにナノワイヤ1003の側壁および上部を被覆する。一部の実施形態では、共形層1006は、CVD蒸着された酸化ケイ素である。1つの非限定的な例では、酸化ケイ素1006の厚さは150nmである。
図10Gでは、ナノワイヤ1003がその上面を露出するように、RIEエッチが行われて、ナノワイヤ1003の上部上で層1006の一部を選択的にエッチバックする。
図10Hでは、第1の流れチャネルを有する基材606が、誘電層1006の上面上で接着される。図10Iでは、Geウェハ1001およびナノワイヤ1003が、H2O2を備えるウェットエッチング溶液を用いるなど適切なGeエッチング工程によって除去される。ナノワイヤ1003が除去された後、側壁材料1006が図10Jに示すようにナノニードル1002の構造を形成することを理解すべきである。図10Jにやはり示すように、第2の流れチャネル430を有する基板410が、誘電層1004の底面下で接着される。
発明者は、代替装置900において、電子ビームリソグラフィなどの高精度なナノリソグラフィ技術を用いて、ナノニードルおよび第1の流れチャネル内のくびれ部のより小さい寸法を提供し得ることを理解かつ認識している。例えば、図10Jに示すように、第1の流れチャネルのその最も狭い場所における高さzおよび幅yは、5〜10μmであってもよい。ナノニードル1002の高さhは、蒸着されたGe材料1007の厚さによって選択的に制御され得、1〜5μm、または2〜4μmであってもよい。
図11は、本出願の態様による、ナノポンプ1102および圧電膜ドライバー1112を有する装置1100の断面図を示す概略図である。圧電膜ドライバー1112は、ナノニードル1102の開口1103に面して、基板1110の面近傍に形成され得、第2の流れチャネル1130の液体に圧力をかけて、第1の流れチャネル620におけるナノニードル1102によって貫通された細胞からの流体の注入および抽出を制御するように構成され得る。
図12Aは、本出願の態様による、ナノポンプ1202の断面図を示す概略図である。ナノポンプ1202は、側壁材料1202から構成され、半導体またはポリマー基板1204から延在する。誘電層1206または他の層が基板上に形成され得、その上に、ナノニードル1202の基材1208が形成され得る。ナノニードル1202の側壁1205は、ナノニードルを製造し得る上述の材料のいずれかから形成され得る。フルオロポリマー(例えばテフロン)または他の疎水性(例えば疎水性または超疎水性ポリマー)コーティング1207が、ナノニードル側壁1205の外面上に塗布され得る。コーティングは、例えば蒸着または溶液化学反応によって形成され得る1つ以上の薄膜を備え得る。1つの特定の実施形態では、ナノニードル側壁1205は、例えば金、銀、銅、またはチタンといった金属などの導電性材料から形成され得る。対電極(図示せず)が、電圧がナノニードル1202の導電側壁1205と対電極の間に印加され得るように、ナノニードル1202が配置されている流れチャネルの液体と接触して提供され得る。電圧は、ナノニードル1202の開口1201からの流体1210の吸入および排出を制御するのに用いられ得る。
液体1210は、ナノニードル1202による貫通の後にナノニードル1202の開口1201が細胞または細胞核内部に配置されるとき、細胞内流体であり得る。図12Aは、バイアス電圧が印加されていないときのナノポンプ1202を示す。図12Aでは、ナノニードル1202の外面は全体的に親水性であるので、ナノニードル1202の内部に開口1201を介して入る液体1210はほとんどまたは全くないだろう。
図12Bは、本出願の態様による、バイアス電圧下のナノポンプ1202の断面図を示す概略図である。バイアス電圧が導電性側壁1205と対電極の間で印加されると、正電荷が、ナノニードル1202を形成する導電性側壁1205上に成立し、流体1210は、エレクトロウェッティング効果ならびに毛細管作用によって、開口1201を介して底部開口1203を通ってナノニードル1202内に引き込まれる。ナノニードル1202は、次いで、バイアス電圧が継続的に印加されている状態で、細胞の内部から引き出され得る。引き出された後、バイアス電圧は次いで除去され得、流体は、毛細管作用およびその外面の疎水性により、ナノニードル1202から排出される。
図13は、本開示の態様による、ナノポンプ装置1340を含む例示的な医薬システム1300を示す概略図である。検体1310は、患者、ユーザ、医薬システム1300のオペレータ、またはいくつかの実施形態においては自己診断または治療用途の医薬システム1300の患者およびオペレータの両方であり得る。装置1340は、図1A〜図12Bに関連して上述した実施形態と類似の、ナノニードルを有するナノポンプであり得る。装置1340は、編集ユニット1350とともにデバイス1360内に配置され得る。検体1310からの血液または体液試料などの試料は、セルソーター1330で処理され得、そこで細胞は高スループットかつ高い選択性で分離されるが、他のタイプの細胞処理装置も用いられ得る。関心のある細胞を含有する流体が、セルソーター1330からデバイス1360に送達または循環される。デバイス1360内で、編集ユニット1350は、化学薬剤化合物を添加する、DNA、RNA、脂質、たんぱく質、またはゲノムを、CRISPRなどの当技術分野で既知の様々な手段を用いて編集するといった機能を行い得る。編集ユニットは、先行段落のいずれかに論述したような方法で、ナノポンプ装置1340を用いて関心のある細胞を処理し得る。デバイス1360は、編集ユニット1350における処理の結果として、1つ以上の編集された細胞を細胞培養ユニット1320に出力し得る。細胞培養ユニット1320の出力は、検体1310における1つ以上の疾患に対する治療的解決策として検体1310に注入で戻され得る。
一部の実施形態では、デバイス1360内の1つ以上の構成要素は、同一のまたは異なるセットの構成を用いて新しい用途のデバイス1360を再構成する際の柔軟性を可能とする消耗構成要素であってもよい。例えば、ナノポンプ装置1340は、消耗カートリッジの形で提供され得、したがって、デバイス1360全体を変更する必要なしに、以前に使用されていたナノポンプ装置カートリッジを置換するのに、ニードル寸法または生化学的機能化といった異なるナノニードル構成を有する異なるナノポンプ装置が用いられ得る。係る消耗カートリッジは、医薬システム1300を構成かつ再構成するコストを低減し得る。
図14は、本出願の別の態様による、例示的な医薬システム1400を示す概略図である。医薬システム1400では、セルソーター1430は、T−細胞、NK細胞、幹細胞などといった関心のある特定の細胞群をスクリーニングかつ分離し得る。デバイス1460は、細胞溶解、DNA分離、PCR−遺伝子増幅、またはNK細胞遺伝子注入の方法を行うために、先行段落のいずれかに記載されたものなどのナノポンプ装置を用い得る。デバイス1460からの出力が細胞培養ユニット1420で処理された後、細胞培養ユニット1420の出力は、1つ以上の疾患に対する治療的解決策として患者に注入で戻され得る。
図15は、本出願の態様による、例示的な装置1500を示す概略図である。装置1500は、互いと異なるかつ分離されているそれぞれ第2の流れチャネル1530a、1530b、および1530cに各々接続されている複数のナノニードル1502a、1502b、および1502cを備え、ナノニードルの底部開口において接続されている別々の第2の流れチャネルにおける流体に基づく個別的な注入および/または抽出を可能とする。図15に示す実施形態では、複数のナノニードル1502a、1502b、1502cは異なる高さを有し、かつ、第1の流れチャネルにおける細胞が複数のナノニードル1502a、1502b、1502cに付着されたときに異なる深さを貫通するようにまたは1つより多い細胞の異なる深さを貫通するように構成されている。基板1510は、装置1500が、例えば脳の細胞/組織を電気的にまたは電気化学的に刺激することによって、脳研究用の柔軟な配列となり得るように、ポリマーまたはファブリックなどの柔軟かつ伸縮性の材料から形成され得る。さらに、係る装置はまた、薬剤、遺伝子、神経伝達物質などの、脳の細胞または組織内への注入も可能にし得る。
発明者は、本出願に記載されたものなどの機能デバイスの製造は脳研究および神経疾患治療を可能とし得ることを理解かつ認識している。ナノニードル1502a〜1502cの各々はナノポンプであり得るが、流れチャネル1530a〜1530cの1つ以上は流体のポンピングを行うために外部マイクロポンプに接続され得る。
本発明の少なくとも一実施形態のいくつかの態様をこうして記載してきたが、様々な変形例、変更例、および改良例が容易に生成されることは当業者に理解されるだろう。係る変形例、変更例、および改良例は、本開示の一部であることが意図され、かつ、発明の精神および範囲内にあることが意図される。さらに、本発明の利点が記載されているが、本明細書中に記載された技術の実施形態全てが、記載された利点全てを含むわけではないことを理解すべきである。いくつかの実施形態は、本明細書中に利点として記載されたいずれかの特徴を実装しないこともあり、場合によっては、記載された特徴の1つ以上が、さらなる実施形態を達成するために実装され得る。したがって、前述の説明および図面は、単なる例である。
本発明の様々な態様は、単独で、組み合わされて、または前述の記載された実施形態において具体的に論じられていない様々な構成で用いられ得るので、その出願において、前述の説明に記載されたもしくは図面に例示された詳細および構成要素の配置に限定されない。例えば、一実施形態に記載された態様は、他の実施形態に記載された態様と任意の方法で組み合わせられ得る。
また、発明は、方法として具現化され得、その例が提供されている。方法の一部として行われる行為は、任意適切に順序付けられ得る。したがって、例示された順序とは異なる順序で行為が行われる実施形態が構築され得、それは、いくつかの行為を、例示的な実施形態では逐次的行為として示されていても、同時に行うことを含み得る。
係る変形例、変更例、および改良例は、本開示の一部であることが意図され、かつ、発明の精神および範囲内にあることが意図される。さらに、本発明の利点が記載されているが、発明の実施形態全てが記載された利点全てを含むわけではないことを理解すべきである。いくつかの実施形態は、場合によっては本明細書中に利点として記載されたいずれかの特徴を実装しないこともある。したがって、前述の説明および図面は、単なる例である。
請求項の要素を変更するための、特許請求の範囲における「第1の」、「第2の」、「第3の」などといった順序を示す用語の使用は、それら自体では、優位性、優先順、または1つの請求項の要素の、別の要素に対する順序、または方法の行為が行われる時間的順序を含意するものではなく、請求項の要素を区別するために、特定の名前を有する1つの請求項の要素を、同一の名前を有する(が、順序を示す用語の使用に関する)別の要素から区別するための単なるラベルとして用いられる。
「概ね」および「約」という用語は、一部の実施形態において目標値の±20%内、一部の実施形態において目標値の±10%内、一部の実施形態において目標値の±5%内、さらに一部の実施形態において目標値の±2%内を意味するのに用いられ得る。「概ね」および「約」という用語は、目標値を含み得る。
また、本明細書中で用いられる用語および専門用語は、説明を目的とするものであり、限定するものとして見なされるべきでない。本明細書中の「含む」、「備える」または「有する」、「含有する」、「包含する」およびそれらの変形例の使用は、その後に列挙される項目およびその均等物ならびに追加の項目を網羅することを意味する。
Claims (42)
- 第1の流れ方向に沿って循環する細胞を含有する第1の流体を収容するように構成されている第1の流れチャネルと、
前記第1の流れチャネルに配置されかつ前記細胞を貫通するように構成されているナノニードルと、を備え、
前記第1の流れチャネルは、前記ナノニードルに隣接するくびれ部を備える、装置。 - 前記第1の流れチャネルが、前記くびれ部内の第1の部分および前記くびれの外の第2の部分を有し、前記第1の部分は、前記第1の流れ方向に垂直な第1の方向に沿って第1のサイズを有し、前記第2の部分は、前記第1の方向に沿って第2のサイズを有し、
前記第1のサイズは、前記第2のサイズよりも小さい、請求項1に記載の装置。 - 前記第1のサイズが、前記第1の流れチャネルにおいて前記セルを、前記ナノニードルによって貫通されるよう方向付けるように構成されている、請求項2に記載の装置。
- 前記第1のサイズが、前記細胞の平均直径の0.25〜5倍である、請求項2に記載の装置。
- 前記第1のサイズが、前記細胞の平均直径の0.5〜2倍である、請求項2に記載の装置。
- 前記第1のサイズが、0.25〜200μmである、請求項2に記載の装置。
- 前記第1のサイズが、0.5〜100μmである、請求項2に記載の装置。
- 前記細胞が、動物細胞、植物細胞、細菌細胞、または菌細胞である、請求項1に記載の装置。
- 前記細胞が核を備え、前記ナノニードルが、前記細胞の前記核を貫通するように構成されている、請求項1に記載の装置。
- 前記細胞が核を備え、前記ナノニードルが、前記細胞の膜を貫通するように構成されている、請求項1に記載の装置。
- 第2の流体を収容するように構成されている第2の流れチャネルをさらに備え、
前記ナノニードルが、前記第1の流れチャネルに配置された第1の開口および前記第2の流れチャネルに配置された第2の開口を備え、前記第2の流れチャネルが、前記第1の流れチャネルと前記ナノニードルを介して流体連通するように構成されている、請求項1に記載の装置。 - 第2の流体を収容するように構成されている第2の流れチャネルをさらに備え、
前記ナノニードルが、前記第1の流れチャネルに配置された第1の開口および前記第2の流れチャネルに配置された第2の開口を備え、前記第2の流れチャネルが、前記細胞の内部と前記ナノニードルを介して流体連通するように構成されている、請求項1に記載の装置。 - 前記第2の流れチャネルに配置されかつ前記細胞の前記内部に前記ナノニードルを介して流体を注入または流体を抽出するように構成されている機械式アクチュエータをさらに備える、請求項12に記載の装置。
- 前記ナノニードルが、導電性側壁を有するナノポンプを備え、前記ナノポンプは、前記細胞の前記内部に前記ナノニードルを介して流体を注入または流体を抽出するように構成されている、請求項12に記載の装置。
- 前記ナノニードルが、前記第1の流れチャネルにおいて前記第1の流体に露出されるように構成されかつ0.5〜100μmの長さを有する第1のナノニードルセグメントを備える、請求項1に記載の装置。
- 前記第1のナノニードルセグメントが、5〜1000nmの平均外寸を有する第1の開口を備える、請求項15に記載の装置。
- 前記第1のナノニードルセグメントが、5〜1000nmの平均内寸を有する第1の開口を備える、請求項15に記載の装置。
- 前記第1の流れチャネルの前記第1の部分が、光学顕微鏡照明波長を透過する、請求項1に記載の装置。
- 前記ナノニードルが第1のナノニードルであり、前記装置が、さらに、
前記第1の流れチャネルに配置されかつ前記細胞を貫通するように構成されている第2のナノニードルを備える、請求項1に記載の装置。 - 前記ナノニードルが第1のナノニードルであり、前記装置が、さらに、第3の流体を収容するように構成されている第3の流れチャネルと、
前記第1の流れチャネルに配置されかつ前記細胞を貫通するように構成されている第2のナノニードルと、を備え、前記第2のナノニードルが、前記第1の流れチャネルに配置された第3の開口および前記第3の流れチャネルに配置された第4の開口を備え、前記第3の流れチャネルが、前記細胞の内部と前記第2のナノニードルを介して流体連通するように構成されている、請求項12に記載の装置。 - ナノスケールワイヤを形成することと、
前記ナノスケールワイヤを囲む側壁材料を形成することと、
第1の流れチャネル内部に前記ナノスケールワイヤを配置することと、
前記第1の流れチャネル内部に前記ナノスケールワイヤを配置した後で、前記ナノワイヤを選択的に除去して、前記側壁材料からナノニードルを形成することと、を含む、ナノポンプ装置を製造する方法。 - 前記ナノスケールワイヤを形成することが、前記ナノスケールワイヤを半導体基板上に、前記ナノスケールワイヤが前記半導体基板の平面に実質的に垂直な方向に沿って延びるように形成することを含む、請求項21に記載の方法。
- 前記ナノスケールワイヤが、前記半導体基板によって支持される第1の端部および前記第1の端部と遠位の第2の端部を有し、前記側壁材料が、前記ナノスケールワイヤの前記第1の端部を囲む第1の部分および前記ナノスケールワイヤの前記第2の端部を囲む第2の部分を備え、
流れチャネル取り付け面が前記半導体基板の前記平面と離れた方を向いた状態で、前記ナノスケールワイヤの前記第1の端部および前記側壁材料の前記第1の部分を支持層に埋め込むことをさらに含む、請求項22に記載の方法。 - 前記ナノスケールワイヤを前記第1の流れチャネル内部に配置することが、前記支持層の前記流れチャネル取り付け面を前記第1の流れチャネルに、前記ナノスケールワイヤの前記第1の端部が前記第1の流れチャネル内部に配置されるように結合させることを備える、請求項23に記載の方法。
- 前記半導体基板を除去することをさらに含む、請求項24に記載の方法。
- 前記ナノワイヤを除去してナノニードルを形成した後で、前記ナノニードルを第2の流れチャネルに対して、前記第2の流れチャネルが前記第1の流れチャネルと前記ナノニードルを介して流体連通するように露出させることをさらに含む、請求項21に記載の方法。
- 前記ナノスケールワイヤを選択的に除去してナノニードルを前記側壁材料から形成することが、前記ナノスケールワイヤの選択的ウェットエッチを備える、請求項21に記載の方法。
- 前記ナノニードルが第1のナノニードルであり、
第2のナノニードルを形成することと、
前記第1のナノニードルの第1の端部および前記第2のナノニードルの第1の端部を前記第1の流れチャネルに配置することと、を含む、請求項21に記載の方法。 - 前記第1のナノニードルの第2の端部を第2の流れチャネルに、前記第2の流れチャネルが前記第1の流れチャネルと前記第1のナノニードルを介して流体連通するように配置することと、
前記第2のナノニードルの第2の端部を第3の流れチャネルに、前記第3の流れチャネルが前記第1の流れチャネルと前記第2のナノニードルを介して流体連通するように配置することと、をさらに含む、請求項28に記載の方法。 - 第1の流れチャネルと、第2の流れチャネルと、前記第1の流れチャネルに配置された第1の開口および前記第2の流れチャネルに配置された第2の開口を備えるナノニードルとを含む装置を動作させる方法であって、前記第1の流れチャネルは、前記ナノニードルに隣接するくびれ部を備え、
細胞を含有する第1の流体を前記第1の流れチャネルにおいて第1の流れ方向に沿って循環させることと、
前記ナノニードルで前記細胞を貫通することと、
試薬を含有する第2の流体を前記第2の流れチャネルに収容することと、
前記第2の流体から前記試薬を、前記ナノニードルを介して前記細胞内に送達することと、を含む、方法。 - 前記第1の流れチャネルが、前記くびれ部内の第1の部分および前記くびれ部の外の第2の部分を有し、前記第1の部分は、前記第1の流れ方向に垂直な第1の方向に沿って第1のサイズを有し、前記第2の部分は、前記第1の方向に沿って第2のサイズを有し、
前記第1のサイズは、前記第2のサイズよりも小さい、請求項30に記載の方法。 - 前記第2の流れチャネルから前記試薬を前記細胞の核内に送達することをさらに含む、請求項30に記載の方法。
- 前記第2の流れチャネルから前記試薬を前記細胞の膜を通して送達することをさらに含む、請求項30に記載の方法。
- 前記細胞を前記第1の流れチャネル内で所定の循環タイミングで循環させることと、
前記試薬の前記送達を、前記所定の循環タイミングに少なくとも部分的に基づくタイミングおよび投与量で制御することと、をさらに含む、請求項30に記載の方法。 - 前記細胞から被分析物を前記第2の流れチャネルに送達することを含む、請求項30に記載の方法。
- 前記細胞を前記ナノニードルで貫通した後、前記細胞が生存する、請求項30に記載の方法。
- 前記細胞を前記ナノニードルで貫通した後、前記細胞が前記第1の流体において再び循環されるように、前記ナノニードルを前記細胞から除去することをさらに含む、請求項30に記載の方法。
- 前記ナノニードルが第1のナノニードルであり、前記装置が、さらに、前記第1の流れチャネルに配置された第2のナノニードルを備え、
前記細胞を前記ナノニードルで貫通した後、前記細胞を前記第2のナノニードルで貫通することをさらに含む、請求項30に記載の方法。 - 第1の流れチャネルと、試薬を含有する流体を有する第2の流れチャネルと、前記第1の流れチャネルに配置された第1の開口および前記第2の流れチャネルに配置された第2の開口を備えるナノニードルと、を備えるナノポンプを備え、
前記第1の流れチャネルは、細胞を含有する第1の試料をユーザから受けるように構成されており、
前記ナノニードルは、前記細胞を貫通しその内部に前記試薬を送達するように構成されている、医薬システム。 - 前記ナノポンプが、第2の試料を前記ユーザに送達するように構成されている、請求項39に記載の医薬システム。
- 前記ユーザから体液を受けるようにかつ前記細胞を含有する前記第1の試料を前記第1の流れチャネルに送達するように構成されているセルソーターをさらに備える、請求項39に記載の医薬システム。
- 前記ナノポンプおよび前記セルソーターがハウジングに配置されている、請求項41に記載の医薬システム。
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