JP2022520144A - デバイスに適用された外部磁気刺激を使用して、媒体を通って推進させるための推進デバイス - Google Patents

Abstract

推進デバイスおよびその使用方法。デバイスは、デバイス上に適用された外部磁気刺激を使用して、媒体を通って推進するように構成され、デバイスは、推進要素、および推進要素と連通する磁石を備える。磁石は、適用された磁気刺激に応答し、推進要素を回転させるように構成され、推進要素は、その回転運動を並進運動に変換し、それによって媒体を通ってデバイスを推進させるように構成される。【選択図】図１

Description

本開示は、デバイスに適用された外部磁気刺激を使用して、媒体を通って推進させるための推進デバイスに関する。

異なる生物学的マトリックスにおけるナノ／マイクロ粒子の再生可能かつ正確な推進力は、厄介な課題を提起する。生物学的または医学的に関連する環境におけるマイクロロボット（「マイクロボット」とも呼ばれる）の制御された動きは、信頼性の高い外力、ならびにマイクロボットのそれぞれのナノ／マイクロ粒子の特性に依存する。

正常組織および病理組織の両方が、明確な生物物理学的マイクロスケールの特徴を呈し、粒子の形状特性、サイズ特性、表面特性、および材料特性（例えば、剛性）、また「４Ｓ特性」とも記される、特性上に特定の要件を提起する。したがって、これらの４Ｓ特性の課題に答えるマイクロボットが必要である。

本発明のいくつかの実施形態によれば、推進デバイスおよびその使用方法が提供され、デバイスは、デバイス上に適用された外部磁気刺激を使用して、媒体を通って推進するように構成され、デバイスは、推進要素、および推進要素と連通する磁石を備える。いくつかの実施形態によれば、磁石は、適用された磁気刺激に応答し、推進要素を回転させるように構成され、推進要素は、その回転運動を並進運動に変換し、それによって媒体を通ってデバイスを推進させるように構成される。

本発明のいくつかの実施形態によれば、デバイスの上に適用された外部磁気刺激を使用して、媒体を通って推進するように構成された、推進デバイスが提供され、デバイスは、
・螺旋ばね状要素と、
・螺旋ばね状要素内に収容されている、立方体、直方体、角柱体、楕円体、円盤状、円筒形の磁石と、を備え、それらの長手方向軸は、整列する。

いくつかの実施形態によれば、磁石は、適用された磁気刺激に応答し、螺旋ばね状要素を回転させるように構成され、螺旋ばね状要素は、その回転運動を、長手方向軸、２Ｄ軌道、３Ｄ軌道のうちの少なくとも１つに沿った並進運動に変換し、それによって媒体を通ってデバイスを推進させるように構成される。

いくつかの実施形態によれば、以下：
・媒体は、粘弾性媒体、細胞外マトリックス、間質腔、生物学的区画、生物学的管、生物学的血管、生物学的結節、生物学的組織、生物学的器官から選択される少なくとも１つの材料を含むこと、
・螺旋ばね状要素は、任意選択的に、ポリプロピレン、ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリアミド（ナイロン）、ポリ（塩化ビニル）（ＰＶＣ）、ガラス、セラミック、銅、青銅チタン、チタン関連合金、ステンレス鋼、金から選択される金属から選択される、１ＧＰａを上回るヤング率剛性を有する少なくとも１つの材料を含むこと、
・磁石は、
－任意選択的に、Ｎ３５、Ｎ３８、Ｎ４０、Ｎ４２、Ｎ４５、Ｎ４８、Ｎ５０、Ｎ５２、およびＮ５５から選択される少なくとも１つのニッケルメッキネオジム、または
－サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）、アルニコ、セラミック、フェライトから選択される少なくとも１つの代替的な永久ナノ／マイクロ磁石材料を含むこと、のうちの１つが当てはまる。

いくつかの実施形態によれば、螺旋ばね状要素の前端部は、鋭利なおよび／またはのみ状の先端部を備える。

いくつかの実施形態によれば、磁石は、螺旋ばね状要素の前区分、中央区分、または後区分に収容される。

いくつかの実施形態によれば、磁石は、チタン容器の層で包まれる。

いくつかの実施形態によれば、デバイスの少なくとも一部は、視覚化を容易にするように構成された、造影剤を含有するマトリックスで覆われているか、またはマトリックスの中に埋め込まれており、造影剤は、任意選択的に、ローダミンＢ、フルオレセイン、マイクロバブル、微小欠陥、メソポーラスシリカナノおよびマイクロ粒子、ならびにアップコンバージョンリン光物質のうちの少なくとも１つを含む。

いくつかの実施形態によれば、磁石は、任意選択的に、エポキシ、アクリル、ポリウレタン、ＵＶ硬化性、およびシアノアクリレート系材料のうちの少なくとも１つを含む接着材料を介して、螺旋ばね状要素に固定される。

いくつかの実施形態によれば、接着剤材料は、超音波放射下でコントラストを増強するように構成されたメソポーラスナノまたはマイクロシリカ粒子と配合される。

いくつかの実施形態によれば、
・螺旋ばね状要素は、
－０．６６～１．２ｍｍの範囲の外径と、
－０．３～１．１ｍｍの範囲の内径と、
－０．５～２．２ｍｍの範囲のピッチ長と、
－１～５．６ｍｍの範囲の長さと、を含み、
・磁石は、
－０．３～０．８ｍｍの範囲の直径と、
－０．５～１．５ｍｍの範囲の長さと、を含む。

本発明のいくつかの実施形態によれば、デバイスの上に適用された外部磁気刺激を使用して、媒体を通って推進するように構成された、推進デバイスが提供され、デバイスは、
・円錐形コアまたは円筒形コア、および螺旋隆起を特徴とするねじ状要素と、
・円筒形コア内に穿設された穴内に収容される、円筒形磁石と、を備え、それらの長手方向軸は、整列する。

いくつかの実施形態によれば、磁石は、円筒形コアの前区分または後区分に収容される。

いくつかの実施形態によれば、磁石は、適用された磁気刺激に応答し、ねじ状要素を回転させるように構成され、ねじ状要素は、その回転運動を、長手方向軸、２Ｄ軌道、３Ｄ軌道のうちの少なくとも１つに沿った並進運動に変換し、それによって媒体を通ってデバイスを推進させるように構成される。

いくつかの実施形態によれば、以下：
・媒体は、粘弾性媒体、細胞外マトリックス、間質腔、生物学的区画、生物学的管、生物学的血管、生物学的結節、生物学的組織、生物学的器官から選択される少なくとも１つの材料を含むこと、
・ねじ状要素は、任意選択的に、ポリプロピレン、ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリアミド（ナイロン）、ポリ（塩化ビニル）（ＰＶＣ）、ガラス、セラミック、銅、青銅チタン、チタン関連合金、ステンレス鋼、金から選択される金属から選択される、１ＧＰａを上回るヤング率剛性を有する少なくとも１つの材料を含むこと、
・磁石は、
－任意選択的に、Ｎ３５、Ｎ３８、Ｎ４０、Ｎ４２、Ｎ４５、Ｎ４８、Ｎ５０、Ｎ５２、およびＮ５５から選択される少なくとも１つのニッケルメッキネオジム、または
－サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）、アルニコ、セラミック、フェライトから選択される少なくとも１つの代替的な永久ナノ／マイクロ磁石材料を含むこと、のうちの１つが当てはまる。

いくつかの実施形態によれば、
・ねじ状の要素は、
－１．１～１．７ｍｍの範囲の長さと、
－０．５７～０．６５ｍｍの範囲の外径と、
－０．３８～０．５ｍｍの範囲の内径と、
－０．３４～０．６０ｍｍの範囲のピッチと、
－０．２～０．４ｍｍの範囲の穴の直径と、を含み、
・磁石は、
－０．２～０．５ｍｍの範囲の直径と、
－０．５～１．５ｍｍの範囲の長さと、を含む。

本発明のいくつかの実施形態によれば、デバイスの上に適用された外部磁気刺激を使用して、媒体を通って推進するように構成された、推進デバイスが提供され、デバイスは、
・推進要素であって、
－中を通って回転する際に媒体の周囲を空けるように構成されているドリルビット状要素またはのみ状要素、
－円筒形コアおよび螺旋状隆起を特徴とするねじ状要素、または
－ツイストリボン状要素を備える、推進要素と、
・推進要素の後端部に取り付けられた円筒形磁石と、を備え、それらの長手方向軸は、整列する。

いくつかの実施形態によれば、円筒形磁石の直径は、推進要素の外径と同等、または外径より小さい。

いくつかの実施形態によれば、磁石は、任意選択的に、エポキシ、アクリル、ポリウレタン、ＵＶ硬化性、およびシアノアクリレート系材料のうちの少なくとも１つを含む接着材料を介して、推進要素の後端部に取り付けられる。

いくつかの実施形態によれば、磁石は、適用された磁気刺激に応答し、推進要素を回転させるように構成され、推進要素は、その回転運動を、長手方向軸、２Ｄ軌道、３Ｄ軌道のうちの少なくとも１つに沿った並進運動に変換し、それによって媒体を通ってデバイスを推進させるように構成される。

いくつかの実施形態によれば、以下：
・媒体は、粘弾性媒体、細胞外マトリックス、間質腔、生物学的区画、生物学的管、生物学的血管、生物学的結節、生物学的組織、生物学的器官から選択される少なくとも１つの材料を含むこと、
・推進要素は、任意選択的に、ポリプロピレン、ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリアミド（ナイロン）、ポリ（塩化ビニル）（ＰＶＣ）、ガラス、セラミック、銅、青銅チタン、チタン関連合金、ステンレス鋼、金から選択される金属から選択される、１ＧＰａを上回るヤング率剛性を有する少なくとも１つの材料を含むこと、
・磁石は、
－任意選択的に、Ｎ３５、Ｎ３８、Ｎ４０、Ｎ４２、Ｎ４５、Ｎ４８、Ｎ５０、Ｎ５２、およびＮ５５から選択される少なくとも１つのニッケルメッキネオジム、または
－サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）、アルニコ、セラミック、フェライトから選択される少なくとも１つの代替的な永久ナノ／マイクロ磁石材料を含むこと、のうちの１つが当てはまる。

いくつかの実施形態によれば、
・デバイスは、
－１．０～３．３ｍｍの範囲の長さと、
－０．５～１．５ｍｍの範囲の推進要素の外径と、
－０．２～０．８５ｍｍの範囲の推進要素の内径と、
－０．４４～０．８１ｍｍの範囲の推進要素のピッチと、を含み、
・磁石は、
－０．２～０．６ｍｍの範囲の直径と、
－０．５～１．５ｍｍの範囲の長さと、を含む。

本発明のいくつかの実施形態によれば、デバイスの上に適用された外部磁気刺激を使用して、媒体を通って推進するように構成された、推進デバイスが提供され、デバイスは、
・刻設された螺旋状前区分を特徴とするチューブと、
・チューブのボア内に、その後区分において収容される、円筒形磁石と、を備え、それらの長手方向軸は、整列する。

いくつかの実施形態によれば、磁石は、適用された磁気刺激に応答し、チューブを回転させるように構成されており、チューブの刻設された螺旋状の前区分が、その回転運動を、長手方向軸、２Ｄ軌道、３Ｄ軌道のうちの少なくとも１つに沿った並進運動に変換し、それによって媒体を通ってデバイスを推進させるように構成される。

いくつかの実施形態によれば、以下：
・媒体は、粘弾性媒体、細胞外マトリックス、間質腔、生物学的区画、生物学的管、生物学的血管、生物学的結節、生物学的組織、生物学的器官から選択される少なくとも１つの材料を含むこと、
・チューブは、任意選択的に、ポリプロピレン、ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリアミド（ナイロン）、ポリ（塩化ビニル）（ＰＶＣ）、ガラス、セラミック、銅、青銅チタン、チタン関連合金、ステンレス鋼、金から選択される金属から選択される、１ＧＰａを上回るヤング率剛性を有する少なくとも１つの材料を含むこと、
・磁石は、
－Ｎ３５、Ｎ３８、Ｎ４０、Ｎ４２、Ｎ４５、Ｎ４８、Ｎ５０、Ｎ５２、およびＮ５５から任意選択的に選択される少なくとも１つのニッケルメッキネオジム、または
－サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）、アルニコ、セラミック、フェライトから選択される少なくとも１つの代替的な永久ナノ／マイクロ磁石材料を含むこと、のうちの１つが当てはまる。

いくつかの実施形態によれば、
・チューブは、
－１．７～３．５ｍｍの範囲の長さと、
－０．７６～０．８３ｍｍの範囲の外径と、
－０．３～０．６ｍｍの範囲の内径と、
－０．５１～１．５０ｍｍの範囲の螺旋区分のピッチと、を含み、
・磁石は、
－０．３～０．６ｍｍの範囲の直径と、
－０．５～３．０ｍｍの範囲の長さと、を含む。

本発明のいくつかの実施形態によれば、デバイスの上に適用された外部磁気刺激を使用して、媒体を通って推進するように構成された、推進デバイスが提供され、デバイスは、
・並進する際に、媒体を貫通するように構成されているくさび状要素と、
・くさび状要素の後端部に取り付けられた、磁石であって、磁石の長手方向軸が、くさび状要素の後端部壁に対して平行である、磁石と、を備える。

いくつかの実施形態によれば、磁石は、任意選択的に、エポキシ、アクリル、ポリウレタン、ＵＶ硬化性、およびシアノアクリレート系材料のうちの少なくとも１つを含む接着材料を介して、くさび状要素の後端部に取り付けられる。

いくつかの実施形態によれば、磁石は、適用された磁気刺激に応答し、くさび状要素を並進させ、それによって媒体を通ってデバイスを推進させるように構成される。

いくつかの実施形態によれば、以下：
・媒体は、粘弾性媒体、細胞外マトリックス、間質腔、生物学的区画、生物学的管、生物学的血管、生物学的結節、生物学的組織、生物学的器官から選択される少なくとも１つの材料を含むこと、
・くさび状要素は、任意選択的に、ポリプロピレン、ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリアミド（ナイロン）、ポリ（塩化ビニル）（ＰＶＣ）、ガラス、セラミック、銅、青銅チタン、チタン関連合金、ステンレス鋼、金から選択される金属から選択される、１ＧＰａを上回るヤング率剛性を有する少なくとも１つの材料を含むこと、
・磁石は、
－任意選択的に、Ｎ３５、Ｎ３８、Ｎ４０、Ｎ４２、Ｎ４５、Ｎ４８、Ｎ５０、Ｎ５２、およびＮ５５から選択される少なくとも１つのニッケルメッキネオジム、または
－サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）、アルニコ、セラミック、フェライトから選択される少なくとも１つの代替的な永久ナノ／マイクロ磁石材料を含むこと、のうちの１つが当てはまる。

いくつかの実施形態によれば、
・広域状要素は、
－０．２～２．５ｍｍの範囲の側面の長さと、
－０．２～５．０ｍｍの範囲の高さと、
－２５～７５度の範囲のヘッド角度と、を含み、
・磁石は、
－０．２～０．６ｍｍの範囲の直径と、
－０．２～３．０ｍｍの範囲の長さと、を含む。

本発明とみなされる主題は、本明細書の結論部分で特に指摘され、明確に特許請求される。しかしながら、本発明は、その目的、特徴、および利点と共に、操作構成および方法の両方に関して、添付の図面と共に読まれる場合、以下の詳細な説明を参照することによって最良に理解され得る。

本発明の様々な実施形態による、螺旋ばね状要素を有する推進デバイスの一例を明示する。 本発明の様々な実施形態による、螺旋ばね状要素を有する推進デバイスのさらに４つの例を明示する。 本発明の様々な実施形態による、螺旋ばね状要素を有する推進デバイスのさらに４つの例を明示する。 本発明の様々な実施形態による、螺旋ばね状要素を有する推進デバイスのさらに４つの例を明示する。 本発明の様々な実施形態による、螺旋ばね状要素を有する推進デバイスのさらに４つの例を明示する。 本発明の様々な実施形態による、ねじ状要素を含む推進デバイスの一例を明示する。 本発明の様々な実施形態による、推進要素に取り付けられた磁石を有する推進デバイスの４つの例を明示する。 本発明の様々な実施形態による、推進要素に取り付けられた磁石を有する推進デバイスの４つの例を明示する。 本発明の様々な実施形態による、推進要素に取り付けられた磁石を有する推進デバイスの４つの例を明示する。 本発明の様々な実施形態による、推進要素に取り付けられた磁石を有する推進デバイスの４つの例を明示する。 本発明の様々な実施形態による、推進要素に取り付けられた磁石を有する推進デバイスの別の例を明示する。 本発明の様々な実施形態による、刻設された螺旋断面を有する推進デバイスの一例を明示する。 本発明の様々な実施形態による、くさび状要素を有する推進デバイスの一例を明示する。 本発明の様々な実施形態による、麻酔をかけたラットの肝臓に推進デバイスを挿入する方法の一例を明示する。 本発明の様々な実施形態による、外部刺激および推進デバイスの制御のために構成された方法および装置の一例を明示する。 本発明の様々な実施形態による、外部刺激および推進デバイスの制御のための装置の使用例を明示する。 本発明の様々な実施形態による、ＳＫＣ８粒子による治療後０日、１日および１４日における代表的な肝酵素（ＡＬＴ、ＡＳＴ）のレベルに関する試験結果を明示する。 本発明の様々な実施形態による、ＳＫＣ８粒子による治療後０日、１日および１４日における代表的な肝酵素（ＡＬＴ、ＡＳＴ）のレベルに関する試験結果を明示する。 本発明の様々な実施形態による、ＳＫＣ８粒子による治療後０日、１日および１４日における代表的な肝酵素（ＡＬＴ、ＡＳＴ）のレベルに関する試験結果を明示する。 本発明の様々な実施形態による、Ｈｏｖｏ２粒子による治療後０日、１日および１４日における代表的な肝酵素（ＡＬＴ、ＡＳＴ）のレベルに関する試験結果を明示する。 本発明の様々な実施形態による、Ｈｏｖｏ２粒子による治療後０日、１日および１４日における代表的な肝酵素（ＡＬＴ、ＡＳＴ）のレベルに関する試験結果を明示する。 本発明の様々な実施形態による、Ｈｏｖｏ２粒子による治療後０日、１日および１４日における代表的な肝酵素（ＡＬＴ、ＡＳＴ）のレベルに関する試験結果を明示する。 本発明の様々な実施形態による、Ｈｏｖｏ２粒子および２０Ｇ針による治療後０日、１日および１４日における代表的な肝酵素（ＡＬＴ、ＡＳＴ）のレベルを明示する。 本発明の様々な実施形態による、Ｈｏｖｏ２粒子および２０Ｇ針による治療後０日、１日および１４日における代表的な肝酵素（ＡＬＴ、ＡＳＴ）のレベルを明示する。 本発明の様々な実施形態による、Ｈｏｖｏ２粒子および２０Ｇ針による治療後０日、１日および１４日における代表的な肝酵素（ＡＬＴ、ＡＳＴ）のレベルを明示する。 本発明の様々な実施形態による、Ｈｏｖｏ２粒子および２０Ｇ針による治療後０日、１日および１４日における代表的な肝酵素（ＡＬＴ、ＡＳＴ）のレベルを明示する。 本発明の様々な実施形態による、Ｈｏｖｏ２粒子および２０Ｇ針による治療後０日、１日および１４日における代表的な肝酵素（ＡＬＴ、ＡＳＴ）のレベルを明示する。 それぞれ１時間、３時間、２４時間、および１４日で撮影されたＨｏｖｏ２マイクロボットで治療されたラットの肝障害の画像を明示する。 それぞれ１時間、３時間、２４時間、および１４日で撮影されたＨｏｖｏ２マイクロボットで治療されたラットの肝障害の画像を明示する。 それぞれ１時間、３時間、２４時間、および１４日で撮影されたＨｏｖｏ２マイクロボットで治療されたラットの肝障害の画像を明示する。 それぞれ１時間、３時間、２４時間、および１４日で撮影されたＨｏｖｏ２マイクロボットで治療されたラットの肝障害の画像を明示する。 全ての試料対治療後の時間で観察された、肝損傷スコアを明示する。 全ての試料対治療後の時間で観察された、肝損傷スコアを明示する。 画像追跡ソフトウェアを使用して処理された、ばねベースのマイクロボットの超音波画像を明示する。 先端部上にＮＤ５２ ０．８ｍｍマグネットを位置付けた状態のＥｐｐｅｎｄｏｒｆチューブを使用する牽引デバイスを明示する。

実例を単純かつ明確にするために、図に示される要素は、必ずしも縮尺どおりに描かれていないことが理解されるであろう。例えば、いくつかの要素の寸法は、明確にするために他の要素に比較して誇張され得る。さらに、適切であると考えられる場合、対応する要素または類似の要素を示すために、参照番号が図の間で繰り返され得る。

以下の詳細な説明において、本発明の完全な理解を提供するために、多くの具体的な詳細が記載される。しかしながら、本発明がこれらの具体的な詳細を伴わずに実行されてもよいということが、当業者によって理解されるであろう。他の事例では、本発明を不明瞭にしないために、周知の方法、手順、および構成要素は、詳細には説明されていない。

異なる生物学的マトリックスにおけるナノ／マイクロ粒子の再生可能かつ正確な推進力は、厄介な課題を提起する。生物学的または医学的に関連する環境におけるマイクロロボット（「マイクロボット」とも呼ばれる）の制御された動きは、信頼性の高い外力、ならびにマイクロボットのそれぞれのナノ／マイクロ粒子の特性に依存する。

正常組織および病理組織の両方が、明確な生物物理学的マイクロスケールの特徴を呈し、粒子の形状特性、サイズ特性、表面特性、および材料特性（例えば、剛性）（また「４Ｓ特性」とも記される）上に特定の要件を提起する。本発明の様々な実施形態は、以下に記載されるように、様々な４Ｓ特性を呈するこれらの課題に答えるように構成される。

本発明の様々な実施形態によれば、微粒子の能動的かつ正確な送達のためのプラットフォームが提供され、外部刺激を使用して特定の場所への多様な治療負荷（複数可）および／または診断が与えられる。

本発明の実施形態による推進デバイスおよびマイクロボットは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１８年５月３日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１８／０３０９６０号、名称「ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ ＴＯ ＣＯＮＴＲＯＬ ＰＡＲＴＩＣＬＥＳ ＡＮＤ ＩＭＰＬＡＮＴＡＢＬＥ ＤＥＶＩＣＥＳ」に記載された粒子を含むことが企図される。簡単に言えば、かかる粒子は、微小電気機械（ＭＥＭ）推進デバイスであり、（ｉ）アクチュエータ、（ｉｉ）応答要素、（ｉｉｉ）センサ、および（ｉｖ）電子回路を備え、アクチュエータは、応答要素を制御および操作し、電子回路は、アクチュエータを制御し、センサは、遠隔ユニットによって送信された信号を受信する。本発明の実施形態による推進デバイスおよびマイクロボットは、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１８／０３０９６０号に記載されるプラットフォーム内に含まれることもまた企図される。簡単に言えば、かかるプラットフォームは、以下のモジュール：（ａ）本明細書に記載され、組み込まれたロジックおよび様々なＭＥＭコンポーネントを含む１つ以上の推進デバイスまたはマイクロボットと、（ｂ）デバイスを送達および／または牽引するように構成された送達および／または牽引モジュールと、（ｃ）外部信号発生器と、（ｄ）粒子を監視するように構成された画像化モジュールと、（ｅ）他のモジュールから入力を受信し、他のモジュールに出力制御コマンドを提供するように構成された統合モジュールと、を備え、モジュールは、互いに相互作用／通信するように構成され、上記のモジュールは、内部制御、外部制御、またはその両方を行い、プラットフォームは、試験管内、生体内、および／または患者において、デバイスの能動的で、予め判定され、完全に制御された、正確なデバイスの送達を提供する。

ここで、コルク栓抜状の運動、これにより、変化する粘弾性媒体を通る効果的な推進運動を提供するように構成される、本発明のいくつかの実施形態に従って提供される（螺旋）「ばねベース」推進マイクロボットを明示する、図１、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、および図２Ｄを参照する。

いくつかの実施形態によれば、デバイスの上に適用された外部磁気刺激を使用して、媒体を通って推進するように構成された、推進デバイス（１００）が提供され、デバイスは、
・螺旋ばね状要素（１１０）と、
・螺旋ばね状要素内に収容されている、立方体、直方体、角柱体、楕円体、円盤状、円筒形の磁石（１２０）と、を備え、それらの長手方向軸（１１１、１２１）が整列している。

いくつかの実施形態によれば、磁石は、適用された磁気刺激に応答し、螺旋ばね状要素を回転させるように構成され、螺旋ばね状要素は、その回転運動を、長手方向軸、２Ｄ軌道、３Ｄ軌道のうちの少なくとも１つに沿った並進運動に変換し、それによって媒体を通ってデバイスを推進させるように構成される。

いくつかの実施形態によれば、上記および／または以下に記載の媒体（図示せず）は、粘弾性媒体、細胞外マトリックス、間質腔、生物学的区画、生物学的管、生物学的血管、生物学的結節、生物学的組織、生物学的器官のうちの少なくとも１つを含む。

いくつかの実施形態によれば、螺旋ばね状要素の前端部は、鋭利なおよび／またはのみ状の先端部（１１２）を備える。

いくつかの実施形態によれば、磁石は、（図２Ａ～図２Ｄに明示されるように）螺旋ばね状要素の中央区分、螺旋ばね状要素の前区分（図示せず）、または（図１に明示されるように）螺旋ばね状要素の後区分において収容される。「前部」および「後部」という用語は、マイクロボット粒子の設計された運動方向に関連していることに留意されたい。いくつかの実施形態によれば、磁石の場所および長さは、推進される媒体に基づいて判定される。

いくつかの実施形態によれば、磁石は、任意選択的に、接着材料を介して、螺旋ばね状要素に固定される。いくつかの実施形態によれば、接着剤材料は、エポキシ、アクリル、ポリウレタン、ＵＶ硬化性、およびシアノアクリレート系材料のうちの少なくとも１つを含む。

いくつかの実施形態によれば、ばねベースのマイクロボットは、超音波画像の下で効率的な運動を提供しながら、金属構成要素がないことにより、超音波応答の信号対雑音比が改善され得る。これは、関心器官に存在する大量の空洞により生体内で問題になる場合がある。いくつかの実施形態によれば、解決策は、様々な直径のメソポーラスシリカ粒子をばねベースのマイクロボットに配合することによって提供される。

かかる実施形態によれば、接着剤材料は、超音波放射下でコントラストを増強するように構成されたメソポーラスナノまたはマイクロシリカ粒子と配合される。したがって、「音波ばねベース」のマイクロボットが提供される。

かかる音波ばねベースのマイクロボットを製造するための一例は、上記のばねベースのマイクロボットの製造プロセスとほぼ同一の製造プロセスを含む。線径が０．１５０ｍｍ～０．２５５ｍｍの範囲である、０．４ｍｍ～１．１ｍｍの範囲の内径のステンレス鋼製マイクロばねを、ばねのピッチが０．７ｍｍ～１．５ｍｍになるまで、各端部上に均等な力で延長する。次いで、この延長されたばねの端部を、ニッパプライヤで切り落とす。その後、Ｎ５２磁石を、延長ばね内に挿入し、ばねと軸方向に整列させる。数ミリグラム（ｍｇ）のメソポーラスシリカ粒子を、エポキシと混合する。次いで、このメソポーラスシリカを配合したエポキシを、磁石の周りに均一に適用して、磁石を外部ばねに固着させる。図２Ｂは、典型的な音波ばねベースのマイクロボットを明示する。いくつかのさらなる実験によれば、ばねベースのマイクロボットを、１μｍのメソポーラスシリカ粒子に埋め込むとき、輝度が大幅に増加する。これは、入射超音波に応答するシリカ細孔内に存在する気泡が原因である。

いくつかの実施形態によれば、ばねベースの磁性粒子を調製することにおける変動を低減するために、任意の接着剤を必要としないが、ばね内にぴったりと嵌合するマイクロボットが、本明細書において提供される。かかる実施形態によれば、磁石は、螺旋ばね状要素に挿入される前に、チタン容器の層で包まれる。

非限定的な例が、図１に明示され、外径０．５ミリメートル（ｍｍ）、長さ１ｍｍのＮ５２磁石を示し、チタン容器の薄層で包まれる。次いで、磁石を含有するチタン容器を、内径０．６１ｍｍ、線の太さ（直径）０．１５２ｍｍのばね（１１０）の中に物理的に挿入する。接着剤なしのばねベースのマイクロボットを、回転する磁場勾配下で良好な移動性を呈するように、安楽死させたばかりのラットの肝臓の生体内で調べる。続いて、図１に表される単一のマイクロボットを、損傷または劣化なしに、磁場強度が約２５０ｍＴ、勾配が１０Ｔ／ｍで、８匹のラットの様々な肝臓サブ区画を通過させる。

いくつかの実施形態によれば、デバイスの少なくとも一部は、生体外でまたは生体内でのその視覚化を容易にするように構成された、造影剤を含有するマトリックスで覆われるか、またはマトリックスに埋め込まれる。造影剤は、任意選択的に、ローダミンＢ、フルオレセイン、微小欠陥、マイクロバブル、微小欠陥、メソポーラスシリカナノおよびマイクロ粒子、ならびにアップコンバージョンリン光物質のうちの少なくとも１つを含む。

いくつかの実施形態によれば、螺旋状要素は、任意選択的に、ポリプロピレン、ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリアミド（ナイロン）、ポリ（塩化ビニル）（ＰＶＣ）、ガラス、セラミック、金属、チタン、チタン関連合金、ステンレス鋼、金から選択される、１ギガパスカル（ＧＰａ）を上回るヤング率剛性を有する材料を含む。

いくつかの実施形態によれば、磁石（上記および／または以下に言及）は、
任意選択的に、Ｎ３５、Ｎ３８、Ｎ４０、Ｎ４２、Ｎ４５、Ｎ４８、Ｎ５０、Ｎ５２、およびＮ５５から選択される少なくとも１つのニッケルメッキネオジム、または
サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）、アルニコ、セラミック、フェライトから選択される少なくとも１つの代替的な永久ナノ／マイクロ磁石材料を含むこと、のうちの１つが当てはまる。

いくつかの実施形態によれば、螺旋ばね状要素は、
０．６６～１．２ｍｍの範囲の外径（１１３）と、
０．３～１．１ｍｍの範囲の内径（１１４）と、
０．５～２．２ｍｍの範囲のピッチ（１１５）の長さと、
１～５．６ｍｍの範囲の長さ（１１６）と、を含む。

いくつかの実施形態によれば、磁石は、
０．３～０．８ｍｍの範囲の外径（１２４）と、
０．５～１．５ｍｍの範囲の長さ（１２６）と、を含む。

「ばねベース」のマイクロボットの例：線径が０．１５０ｍｍ～０．２５５ｍｍの範囲である、０．４ｍｍ～１．１ｍｍの範囲の内径のステンレス鋼製マイクロばねを、ばねのピッチが０．７ｍｍ～１．５ｍｍになるまで、各端部上に均等な力で延長する。次いで、この延長されたばねの端部を、ニッパプライヤで切り落とす。これにより、マイクロボット用の鋭利なのみ状の先端部が作成される。その後、様々な直径および長さ（直径０．３ｍｍ～０．８ｍｍの範囲、長さ０．５ｍｍ～１．５ｍｍの範囲）のニッケルメッキネオジム５２（Ｎ５２）磁石を、延長ばね内に挿入し、軸方向に整列させる。磁石の縁部からばねの先端部までの距離は、０．３ｍｍ～１．２２ｍｍであると測定される。一度磁石がばねの軸に整列すると、少量のエポキシまたはシアノアクリレートで磁石をばねに固定し、８時間硬化させる。

図２Ａおよび図２Ｂは、磁石が、それぞれシアノアクリレートおよびエポキシでばねに固着された、ばねベースの粒子の代表的な画像である。エポキシで固定されたマイクロボットは、シアノアクリレートで接着されたマイクロボットよりも丸められた本体を有する傾向があることを実証する。

可視性が制限される組織へのマイクロボットの生体外および生体内注入のプロセスを支援するために、様々な造影剤を、マイクロボットに配合する。シアノアクリレートを使用して磁石をばねに接着するとき、造影剤（例えば、ローダミンＢ、フルオレセイン、アップコンバージョンリン光物質）を、最初に磁石の上部にまぶし、その後、シアノアクリレートを、上に堆積させて、造影剤を磁石に対して密封する。このプロセスを３回繰り返し、第３の層の堆積後、シアノアクリレートの最終層を、堆積させる。エポキシで接着されたマイクロボットの場合、造影剤を、エポキシ混合物に添加し、マイクロボットに適用する前に混合する。

図２Ｃは、シアノアクリレートを適用する前にローダミンＢをまぶしたばねベースのマイクロボットの代表的な画像である。同様に、図２Ｄは、ローダミンＢ懸濁エポキシで固着されたばねベースのマイクロボットを示す。

最良の性能を発揮するシステムおよび粒子を選択するために、粒子の推進力を、均一（０．１Ｔ）および勾配ベースの両方の磁気デバイスを使用して試験する。

（ｉ）勾配のある回転磁場下の寒天培地において。ばねベースのマイクロボットを、寒天培地片に挿入し、その後、推進デバイスの磁気面から所定の距離を離して（勾配磁気システムにおいて磁石の中心から約１７～２０ｍｍ離れて）配置し、ここで電界強度は、約３４０ｍＴ、勾配は１２Ｔ／ｍと測定される。約１Ｈｚの磁場回転を適用すると、ばねベースのマイクロボットの回転運動を観察し、それらの移動時間を、記録して、平均速度を計算する。ばねベースのマイクロボットの９７％が、寒天培地をうまく通過し、平均速度は、０．７ｍｍ／秒である。

（ｉｉ）均一な回転磁場下の寒天培地において。ばねベースのマイクロボットの移動性試験結果が、様々な結果を示す。表１に明示されるように、回転する均一な場で最も効率的に移動するマイクロボットが、回転する勾配場における平均的なばねベースのマイクロボットよりも速く移動する傾向がある。

（ｉｉｉ）生体内ラット肝臓、回転勾配磁場。１つのばねベースのマイクロボット（「ＳＫＣ８」）を、ばねベースのマイクロボットの予備的な安全性試験の目的で、４つの異なるラットの肝臓を生体内で通過させる。注入位置および牽引点に基づいて、２８０ｍＴの磁場強度および８Ｔ／ｍの勾配の下で、正の移動を確認する。

ここで、本発明のいくつかの実施形態に従って提供される「ねじ形状」推進マイクロボットを明示する図３が参照される。いくつかの実施形態によれば、この構成は、鋭利な先端部および一定のピッチを有する基部を有する、ねじの形状を厳密に模倣する。ねじ形状マイクロボットは、
マイクロボットの全長を低減させ、それによって、関心器官に生じる可能性のある損傷を最小限に抑え、
生体内での推進を助けるねじ状の運動を生成するように構成される。

いくつかの実施形態によれば、デバイスの上に適用された外部磁気刺激を使用して、媒体を通って推進するように構成された、推進デバイス（２００）が提供され、デバイスは、
・円錐コア（図示せず）または円筒形コア（２１１）および螺旋状隆起（２１２）を特徴とするねじ状要素（２１０）と、
・円筒形コア内に穿設された穴（２１３）内に収容される円筒形磁石（２２０）と、を備え、それらの長手方向軸（２１４、２２４）が、整列する。

いくつかの実施形態によれば、磁石は、円筒形コアの後区分に収容される。いくつかの実施形態によれば、磁石は、円筒形コア（図示せず）の前区分に提供され、かかる実施形態では、提供される磁石の長さは、穿設された穴の長さよりも小さい。

いくつかの実施形態によれば、磁石は、適用された磁気刺激に応答し、螺旋ばね状要素を回転させるように構成され、ねじ状要素は、その回転運動を、長手方向軸、２Ｄ軌道、３Ｄ軌道のうちの少なくとも１つに沿った並進運動に変換し、それによって媒体を通ってデバイスを推進させるように構成される。

いくつかの実施形態によれば、ねじ状要素は、任意選択的に、ポリプロピレン、ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリアミド（ナイロン）、ポリ（塩化ビニル）（ＰＶＣ）、ガラス、セラミック、銅、青銅チタン、チタン関連合金、ステンレス鋼、金から選択される金属から選択される、１ＧＰａを上回るヤング率剛性を有する少なくとも１つの材料を含む。

いくつかの実施形態によれば、ねじ状要素は、
１．１～１．７ｍｍの範囲の長さ（２１５）と、
０．５７～０．６５ｍｍの範囲の外径（２１６）と、
０．３８～０．５ｍｍの範囲の内径（２１７）と、
０．３４～０．６０ｍｍの範囲のピッチ（２１８）と、
０．２～０．４ｍｍの範囲の穴の直径（２１９）と、を含む。

いくつかの実施形態によれば、磁石（２２０）は、
０．２～０．５ｍｍの範囲の外径と、
０．５～１．５ｍｍの範囲の長さと、を含む。

「ねじベース」のマイクロボットの例：ねじ状の金の筐体を、長さ１．５ｍｍ、全幅（直径）０．５４ｍｍで製造する。ねじのピッチを、０．３９ｍｍと測定する。その後、ねじの端部に直径０．３ｍｍの小さい穴を穿設する。直径０．３ｍｍ、長さ１ｍｍのＮ５２磁石を、穴に挿入する。このようなねじ形状マイクロボットの代表的な画像を、図３に提供する。

磁場勾配を回転させながら、ねじ形状マイクロボットを寒天培地に埋め込むとき、同様の条件下で、マイクロボットを、寒天培地中のばねのマイクロボットと同等の速度で進行させる。しかしながら、安楽死させたばかりのラットの肝臓に挿入するとき、推進力は、ばねベースの粒子と比較するとより遅くなる。

ここで、本発明のいくつかの実施形態に従って提供される、推進要素に取り付けられた磁石を備える推進マイクロボットを明示する、図４Ａ～図４Ｄおよび図５を参照する。

マイクロドリルビットは、中を通って回転する際に媒体の周囲を空けるように最適化された独自のトポロジを提供するように構成される。ドリルビットコアの制限された内径により、完全性を損なうことなく穿設することができる最大の穴は、約０．１ｍｍであり、磁石を挿入するには小さすぎる場合がある。したがって、提供される解決策は、マイクロドリルビットの基部に磁石を取り付けることである。

いくつかの実施形態によれば、推進デバイス（３０２、３０４、３０５）は、デバイス上で適用された外部磁気刺激を使用して、媒体を通って推進するように構成されて提供され、デバイスは、
・推進要素であって、
中を通って回転する際に媒体の周囲を空けるように構成されるドリルビット状要素（図４Ａ～図４Ｂ、３１０）またはのみ状要素（図示せず）、
円筒形のコア（３３８）および螺旋状の隆起（３３９）を特徴とするねじ状の要素（図４Ｃ～図４Ｄ、３３０）、または
ツイストリボン状要素（図５、３４０）と、を備える、推進要素と、
・推進要素の後端部に取り付けられた、立方体、直方体、角柱体、楕円体、円盤状、円筒形の磁石（３２０）と、を備え、それらの長手方向軸（３１４／３３４／３４４、３２４）が整列している。

いくつかの実施形態によれば、円筒形磁石の直径（３２１）は、推進要素の外径（３１１／３３１／３４１）と同等、または外径より小さい。

いくつかの実施形態によれば、磁石は、任意選択的に、エポキシ、アクリル、ポリウレタン、ＵＶ硬化性、およびシアノアクリレート系材料のうちの少なくとも１つを含む接着材料を介して、推進要素の後端部に取り付けられる。

いくつかの実施形態によれば、磁石は、適用された磁気刺激に応答し、推進要素を回転させるように構成され、推進要素は、その回転運動を、長手方向軸、２Ｄ軌道、３Ｄ軌道のうちの少なくとも１つに沿った並進運動に変換し、それによって媒体を通ってデバイスを推進させるように構成される。

いくつかの実施形態によれば、推進要素は、任意選択的に、ポリプロピレン、ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリアミド（ナイロン）、ポリ（塩化ビニル）（ＰＶＣ）、ガラス、セラミック、銅、青銅チタン、チタン関連合金、ステンレス鋼、金から選択される金属から選択される、１ＧＰａを上回るヤング率剛性を有する少なくとも１つの材料を含む。

いくつかの実施形態によれば、デバイス（３０１、３０４、３０５）は、
１．０～３．３ｍｍの範囲の長さ（３５１、３５３、３５４）と、
０．５～１．５ｍｍの範囲の推進要素の外径（３１１、３３１、３４１）と、
該当する場合、０．２０～０．８５ｍｍの範囲の推進要素の内径（３１２、３３２）と、
０．４４～０．８１ｍｍの範囲の推進要素のピッチ範囲（３１５、３３５、３４５）と、を含む。

いくつかの実施形態によれば、磁石（３２０）は、
０．２～０．６ｍｍの範囲の外径と、
０．５～１．５ｍｍの範囲の長さと、を含む。

（背面に磁石が取り付けられている）「ドリルビット／ねじ状の」マイクロボットの例：直径０．６ｍｍ、長さ１ｍｍのＮ５２磁石を、２つの異なるタイプの先端部（推進要素）に取り付ける。まず、様々な構成のマイクロドリルビットを購入し、後処理に送って、ドリルビットの先端部を２ｍｍの長さにレーザ切断する。これらのマイクロドリル先端部の代表的な画像が、図４Ａで提供される。先端部の第２の組を、外径が０．７５ｍｍ、ピッチが２ターン／ｍｍまたは３ターン／ｍｍを有する、長さ１．５ｍｍのマイクロねじに製造する（図４Ｃ）。

外径０．６ｍｍ、長さ１ｍｍの一片のＮ５２磁石を、エポキシに浸し、マイクロドリルビット先端部およびマイクロねじ先端部のいずれかのベースに固定し、それらが静止するまで、手で数分間共に保持する。その後、マイクロボットを、硬化のために一晩空気中に放置する。マイクロドリルビット先端部およびマイクロねじ先端部で製造されたマイクロボットの代表的な画像は、それぞれ、図４Ｂおよび図４Ｄに表される。

これまでに組み立てられた２つのドリルビットベースのマイクロボットは、ばねベースの粒子と比較して、回転勾配場（０．０５ｍｍ／ｓ未満）下の寒天培地においてより遅い移動を呈する。

ここで、本発明のいくつかの実施形態に従って提供される、「刻設された螺旋」推進を明示する図６が参照される。

いくつかの実施形態によれば、中空の金属チューブ（限定されるものではないが、チタンおよびステンレス鋼を含む）を螺旋形状に刻設することによって、ピッチおよびワイヤの厚さなどの様々な物理的パラメータを制御することが可能となる。さらに、より厚い螺旋の使用は、螺旋により多くの剛性を提供し、それにより、推進中により多くの支持を提供する。

いくつかの実施形態によれば、デバイスの上に適用された外部磁気刺激を使用して、媒体を通って推進するように構成された、推進デバイス（４００）が提供され、デバイスは、
・刻設された螺旋状の前区分（４１１）を特徴とするチューブ（４１０）と、
・チューブのボア内に、その後区分において収容される、立方体、直方体、角柱体、楕円体、円盤状、円筒形の磁石（４２０）と、を備え、それらの長手方向軸（４１４、４２４）が、整列している。

いくつかの実施形態によれば、磁石は、適用された磁気刺激に応答し、チューブを回転させるように構成されており、チューブの刻設された螺旋状の前区分が、その回転運動を、長手方向軸、２Ｄ軌道、３Ｄ軌道のうちの少なくとも１つに沿った並進運動に変換し、それによって媒体を通ってデバイスを推進させるように構成される。

いくつかの実施形態によれば、チューブは、任意選択的に、ポリプロピレン、ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリアミド（ナイロン）、ポリ（塩化ビニル）（ＰＶＣ）、ガラス、セラミック、銅、青銅チタン、チタン関連合金、ステンレス鋼、金から選択される金属から選択される、１ＧＰａを上回るヤング率剛性を有する少なくとも１つの材料を含む。

いくつかの実施形態によれば、チューブは、
１．７～３．５ｍｍの範囲の長さ（４１５）と、
０．７６～０．８３ｍｍの範囲の外径（４１２）と、
０．３～０．６ｍｍの範囲の内径（４１３）と、
０．５１～１．５０ｍｍの範囲の螺旋区分のピッチ（４１６）と、を含む。
いくつかの実施形態によれば、磁石（４２０）は、
０．３～０．６ｍｍの範囲の外径と、
０．５～３．０ｍｍの範囲の長さと、を含む。

刻設された螺旋マイクロボットの例が、図６に提供され、ここで、Ｎ５２磁石（非表示、４２０）を、磁石の外径と一致する内径を有する金属チューブ（４１０）のベースに挿入させる。続いて、金属チューブの先端部を、ダイヤモンド先端部カッタ、レーザ、ＣＮＣ工具、および他のマイクロ切削技術などの金属切削デバイスで刻設して（４１１）、螺旋を作成する。刻設された螺旋マイクロボット（４００）の代表的な画像を、図６に提供する。

代表的な刻設された螺旋マイクロボットを、試験し、寒天培地中で約０．５ｍｍ／ｓの速度で進行される、注：（１）速度は、推定であり厳密には測定されない、（２）試験は、Ｍａｃｈｏ ３．０で実施し、したがって他のマイクロボットの速度と直接比較することはできない。試験結果によれば、チューブの長さおよび螺旋区分と滑らかな磁気筐体との間の比が、マイクロボットの可動性に影響を与える。

いくつかの実施形態によれば、図７に明示されるように、デバイスの上に適用された外部磁気刺激を使用して、媒体を通って推進するように構成された、推進デバイス（５００）が提供され、デバイスは、
・それが並進する際に媒体を貫通するように構成されたくさび状要素（５１０）と、
・くさび状要素の後端部に取り付けられた、磁石（５２０）であって、磁石の長手方向軸（５２４）が、くさび状要素の後端部壁に対して平行である、磁石と、を備える。

いくつかの実施形態によれば、磁石は、任意選択的に、エポキシ、アクリル、ポリウレタン、ＵＶ硬化性、およびシアノアクリレート系材料のうちの少なくとも１つを含む接着材料を介して、くさび状要素の後端部に取り付けられる。

いくつかの実施形態によれば、磁石は、適用された磁気刺激に応答し、くさび状要素を並進させ、それによって媒体を通ってデバイスを推進させるように構成される。

いくつかの実施形態によれば、くさび状要素は、任意選択的に、ポリプロピレン、ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリアミド（ナイロン）、ポリ（塩化ビニル）（ＰＶＣ）、ガラス、セラミック、銅、青銅チタン、チタン関連合金、ステンレス鋼、金から選択される金属から選択される、１ＧＰａを上回るヤング率剛性を有する少なくとも１つの材料を含む。

いくつかの実施形態によれば、広域状要素（５２０）は、
０．２～２．５ｍｍの範囲の側面の長さ（５１１）と、
０．２～５．０ｍｍの範囲の高さの範囲（５１２）と、
２５～７５度の範囲のヘッド角度（５１３）と、を含む。

いくつかの実施形態によれば、磁石（５２０）は、
０．２～０．６ｍｍの範囲の外径と、
０．２～３．０ｍｍの範囲の長さと、を含む。

いくつかの実施形態によれば、上記の磁石は、シリンダ、リング、またはチューブ構成を含むことができる。なお本明細書において、磁石の「外」径が言及されるとき、それはまた、シリンダの直径を指し得、または、磁石の直径が言及され、関連する場合、外径を指し得る。

マイクロボットの寸法例：上記の推進デバイスを、様々な形状および表面で試験する。さらに、同じ形状および表面特性内で、様々な寸法を試験して、物理的な寸法がマイクロボットの可動性に与える影響を明示する。表２は、マイクロボットのクラスごとの寸法範囲を提供する。

試験および結果

癌を含む複数の疾患の高度に局所化され、かつ患者固有の治療は、その強化された臨床的有効性、安全性の成果に起因して、新たに出現してきた戦略である。プラットフォームを、外部刺激を使用して、多様な治療負荷（複数可）および／または診断器具を負う微粒子の特定の場所への能動的かつ正確な送達のために提供する。これらの試験では、生体内での代表的なデバイスまたは針（陽性対照）によって引き起こされた組織損傷を、調査する。現在提供される粒子の肝臓組織を通る推進は、安全であり、マウスとラットの両方（Ｎ＝４０合計）で十分に許容される。針または現在の粒子で治療された動物の肝臓において、有意差は検出されない。特に、治療された全てのげっ歯類（マウス／ラット）は生き残り、正常に行動する。組織学および代表的なバイオマーカ（ＡＬＴ／ＡＳＴ）の両方を使用して、治療後１４日目までに肝臓の回復を観察し、完全であることを確認する。

空間的および長手方向の両方で高度に制御された安全な方式で、多様な異種組織を通して薬を送達させる能力は、複数の治療薬の安全性、有効性プロファイルを強化し、患者固有の状態に対処することが期待される。現在提供される技術の焦点は、肝臓を含む関心組織への多様な治療薬および／または診断薬の能動的かつ正確な送達である。この技術は、独立したアプローチになるか、または限定されるものではないが、腫瘍、炎症、慢性疼痛、眼および／または筋肉の変性疾患、細菌感染症を含む局所的な状態の治療に適した既存の標準治療を補完する可能性がある。この目標に向けて、多峰性プラットフォームを、開発し、これは磁気推進、多用途の微粒子、画像化／画像解析、ならびに粒子送達および牽引モジュールを含む。特に、提供された粒子は、小さい分子であり、生物製剤の両方である、薬および診断薬、を含む多様なペイロードを、人体の遠隔で到達しにくい場所に低侵襲で送達させることが可能である。現在提供された微粒子（マイクロボット）は、肝臓、胃、硝子体組織を含む様々な生物学的媒体において高精度で移動し、単一のデバイスを使用して、体積最大７ｃｍ^３までの患部を治療するために、多様な標的ペイロードを送達させることができる。

最初の概念実証研究では、肝細胞癌（ＨＣＣ）を、治療の焦点として選択する。ＨＣＣは、成人で最も一般的なタイプの原発性肝がんであり、肝硬変を有する人々における最も一般的な死因である。多くの認められる細胞毒性薬（例、ドキソルビシン）、標的薬（例、ネクサバール（商標））、ならびに新規免疫腫瘍療法（例、イピリムマブ（商標））は存在するが、これらの薬は、永続的な利益をもたらすことはめったになく、深刻な全身性副作用を引き起こす場合がある。いくつかの薬送達システムが提案および開発されるが、これらの薬剤は、依然として全身投与されており、不十分な有効性を含む複数の課題により、それらの可能性を満たしていない。

本明細書に記載の一連の実験では、器官を通る粒子の運動と関連付けられた一般的な肝臓の安全性／毒性の評価を目的として、げっ歯類（Ｎ＝４０、３６匹のラットおよび４匹のマウス）で予備的な安全性の研究を実施する。具体的には、２つの別個の代表的なマイクロボットを使用して、指定された肝臓区画を通って推進し、時間依存（１時間、３時間、２４時間、および１４日）の肝損傷を分析し、注射針で治療した陽性対照動物群と比較する。

調べたデータは、現在提供される粒子が、一般的な組織損傷を引き起こすことなく、肝臓を確実に、再現可能に、および安全に通過したことを示唆する。肝臓毒性の縦断的研究は、針治療および微粒子治療の両方が、治療の３時間後に肝臓組織学に急速かつ一過性の変化を引き起こしたことをさらに示す。病変は、７日目までに劇的に減少し、肝臓組織は、治療後１４日目に完全に回復する。これらの急性変化および１４日目までの肝臓組織の回復は、代表的な血液バイオマーカＡＬＴおよびＡＳＴの測定値を介してさらに裏付けられる。

推進の精度を推定するために、肝臓を通るマイクロボットの移動を視覚化および追跡することは、超音波の画像化を使用して可能となる。さらに、粒子の安全かつ正確な送達および牽引に好適な、プロトタイプデバイスもまた設計され、これらの実験を、マウスモデルにおける生体外および生体内の両方で検証する。

この研究の主な目的は、提供された粒子が非一時的な毒性を引き起こすことなく、不均一組織（肝臓）を通って移動する能力を評価することである。
研究の主な試験目標：
ａ．外部磁気刺激とそれに続く組織損傷の組織病理学的評価を使用して、体内で治療的に関心のある器官／組織（例えば、肝臓）を通して粒子を推進させること。
ｂ．陽性対照としての粒子（複数可）対針（同じ外径）による外傷後治療の組織再生の最初の時間経過（１４日）を調べること。
研究の二次的な試験目標：
ｃ．肝臓などの組織を通るデバイスの動きを視覚化し、追跡すること。
ｄ．粒子が進行した距離を判定すること。
ｅ．さらなる最適化に好適な予備的な粒子挿入、牽引プロトコルのためのプロトコルを開発すること。

処置

（ａ）動物：６～８週齢の雌Ｓｐｒａｇｕｅ－Ｄａｗｌｅｙ（ＳＤ）ラット（Ｎ＝３６）および１０週齢の雄ＢＡＬＢｃマウス（Ｎ＝４）。

（ｂ）麻酔（イソフルラン）の投与：ラットを１００％Ｏ_２中５％イソフルランを使用して麻酔し、つま先をつまんで鎮静状態を確認する。麻酔を、処置全体を通して吸入および換気によって１～２％のイソフルランに維持する。手術部位を、（必要に応じて）毛を剃って取り除き、７０％エタノールで拭いて皮膚を洗浄することにより準備する。

（ｃ）粒子の肝内移植：麻酔導入後、腹部の皮膚に正中切開を行い、先の尖っていないはさみを使用して腹腔に第２の切開を行う。粒子の挿入および牽引を、手術台上で実施する。粒子を、プラスチック鉗子を使用して、肝臓の右内側葉または左外側葉のいずれかに完全に挿入する。図８は、プラスチック鉗子を使用して、麻酔をかけたラットの肝臓（右内側葉）への粒子の挿入を明示する。針（２０Ｇ、外径約０．９１ｍｍ）の穿刺を、肝臓の損傷を評価するための陽性対照として使用する。穿刺を、粒子挿入配列を模倣するために、または皮膚を通してその場で、開放創処置を介して実行する。

（ｄ）外部回転磁石：粒子を挿入した後、麻酔をかけたラットを、外部磁石の隣のデバイスプラットフォームに移動させる。図９および図１０は、回転する永久磁石に基づき、外部推進プラットフォームを明示し、明示されているのは、回転磁石のセットアップ、麻酔をかけた動物、動物のためのプラットフォーム、および超音波プローブである。ラットの位置を、（図９および図１０のように）挿入された粒子が専用の固定磁石プラットフォームを使用して、所定の距離（約２０ｍｍ）で磁石の中心に面するように調整する。粒子を、外部の回転磁石を使用して起動および推進させ、一方でデバイスが肝臓を横断する際に継続的に観察される。一度粒子が、目視観察によって明らかであるように、肝臓を出る準備ができると、回転する磁石を停止させる。動物を、手術台に移動させて、プラスチックホルダーに取り付けられたＮｄ５２マイクロ磁石（０．８Ｘ２ｍｍ）を使用して、粒子を回収する。図１０は、磁石に対するラットの相対位置を明示し、示されているのは、磁気セットアップの表面、およびおおよその粒子位置である。肝臓内の粒子が進行した距離（平均５～８ｍｍ）を、キャリパーを使用して、測定する。腹腔を、ナイロンまたはポリプロピレンの縫合糸を使用して、処置後に閉鎖する。動物を、個々のケージに戻して、餌および水を自由に摂取する状態で回復させる。概して、麻酔からの回復には２５～３０分かかる。手術後１５分ごとに約３時間、全ての動物をモニタして、全体的な健康状態および正常な生理学的行動を究明する。特に、対照群（針）または粒子試験群のいずれかの処置が原因で動物が死ぬことはない。さらに、全ての試験動物は、処置後１時間以内に完全に回復したようであった。

研究設計、群１：

血液および肝臓組織の収集：０日目、１日目、および１４日目に、代表的な肝酵素（ＡＬＴおよびＡＳＴ、初期較正研究に基づいて、動的マーカとして選択）を測定するために、処置後の血液を、尾静脈から収集する。１４日目に、組織学（Ｈ＆Ｅ、ヘマトキシリンおよびエオシン染色）のために特定の肝臓組織を、収集する（粒子が通過した領域）。
研究設計、群２：

肝臓組織の収集：処置後１時間、３時間、２４時間、および１４日で、組織学（Ｈ＆Ｅ、ヘマトキシリンおよびエオシン染色）のために肝臓組織（粒子が通過した領域）を収集する。

多様な粒子（ＳＫＣ８およびＨｏｖｏ２）の結果：毒性評価試験では、いくつかの代表的な粒子を使用して、図２Ｃに明示されるように、磁石がばねの中心に収容された「糸ベースの粒子」（ＳＫＣ８）、および図１に示されるように、磁石がばね（Ｈｏｖｏ２）の背面に収容された「ばねベースの粒子」を含む、少なくとも２つの多様な設計を示す。粒子の設計および寸法を、表５にまとめる。

０日目、１日目、および１４日目のＳＫＣ８血中ＡＬＴおよびＡＳＴレベル：対照動物対粒子治療動物において、粒子挿入後１４日間、血中ＡＬＴおよびＡＳＴレベルに有意な変化を、観察しない。ＡＳＴレベルは、処置後１日目に一時的に上昇するが、１４日目には正常に戻る。図１１Ａ～図１１Ｃは、ＳＫＣ８粒子による治療後０日目、１日目、および１４日目の代表的な肝酵素（ＡＬＴ、ＡＳＴ）のレベルを明示し、図１１Ａは、肝酵素の全体的なプロファイルを明示し、図１１Ｂおよび図１１Ｃは、それぞれ、肝酵素ＡＬＴおよびＡＳＴに対する個々のプロファイルを明示し、各々異なる色の円は、個々の動物、４匹の動物のＮを表す。

０日目、１日目、１４日目のＨｏｖｏ２血中ＡＬＴおよびＡＳＴレベル：Ｈｏｖｏ２粒子推進研究では、ＡＬＴ（５６対８２ ＩＵ／Ｌ）とＡＳＴ（１１９対１８６ ＩＵ／Ｌ）の両方における有意な変化を、粒子挿入後１日目に観察する。１４日目、ＡＬＴおよびＡＳＴレベルは、１日目レベルと同様であり、有意ではない。図１２Ａ～図１２Ｃは、Ｈｏｖｏ２粒子による治療後０日目、１日目、および１４日目における代表的な肝酵素（ＡＬＴ、ＡＳＴ）のレベルの試験結果を明示し、図１２Ａは、肝酵素の全体的なプロファイルを明示し、図１２Ｂおよび図１２Ｃは、それぞれ、肝酵素ＡＬＴおよびＡＳＴに対する個々のプロファイルを明示し、各々異なる色の円は、個々の動物、３匹の動物のＮを表す。

時間経過研究－Ｈｏｖｏ２対針は、０日目、１日目、および１４日目の血中ＡＬＴおよびＡＳＴレベルを制御し、：予想どおり、Ｈｏｖｏ２および陽性対照実験（２０Ｇ針、内径０．６ｍｍ、外径０．９１ｍｍを使用）において、ＡＬＴおよびＡＳＴの血中値は、推定上、急性局所外傷に起因して、０日目と比較して１日目でより高い（Ｏｇａｗａ他、Ｈｅａｌｉｎｇ ｏｆ ｆｏｃａｌ ｉｎｊｕｒｙ ｉｎ ｒａｔ ｌｉｖｅｒ．Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐａｔｈｏｌｏｇｙ（１９８５）１１９：１５８－１６７）。

図１３Ａ～図１３Ｅは、Ｈｏｖｏ２粒子（Ｎ＝５）および２０Ｇ針（Ｎ＝３）による治療後０日目、１日目、および１４日目の代表的な肝酵素（ＡＬＴ、ＡＳＴ）のレベルを明示し、図１３Ａは、肝酵素の全体的なプロファイルを明示し、図１３Ｂおよび図１３Ｃは、Ｈｏｖｏ２（それぞれ、ＡＬＴおよびＡＳＴ）に対する個々のプロファイルを明示し、図１３Ｄおよび図１３Ｅは、２０Ｇ針群に対する個々のプロファイルを明示する（各々異なる色の円は、個々の動物を表し、Ｈｏｖｏ２群に対して５つのＮ、２０Ｇ針群に対して３つのＮ）。

肝損傷の組織学データ。概して、処置後１時間、３時間、および２４時間に粒子（Ｈｏｖｏ２）および針（２０Ｇ）で治療した動物の両方から収集した肝臓は、急性肝壊死、出血、浮腫、好中球性炎症、および被膜損傷を含む同様の器官病変を示す。興味深いことに、治療後ｔ＝３時間、および２４時間の群の動物は、肝壊死、浮腫、炎症、出血、および被膜損傷によって明らかであるように、肝損傷対１時間コホートのより顕著な組織病理学的マーカを呈する。治療後１４日目の動物は、１時間、３時間、および２４時間の群と比較して、軽度から無病変を一貫して呈する。病理学的領域は、存在しないか、または被膜もしくは被膜下領域に限定されるかのいずれかである。

図１４Ａ～図１４Ｄは、それぞれ１時間、３時間、２４時間、および１４日目で撮影されたＨｏｖｏ２マイクロボットで治療されたラットの肝障害の画像を示す。

図１５Ａおよび図１５Ｂは、全ての試料対治療後の時間で観察された肝損傷スコアを明示し、図１５Ａは、Ｈｏｖｏ２マイクロボットで治療された動物の損傷スコアを示し、図１５Ｂは、２０Ｇ針で治療された動物の損傷スコアを示す。

マウスの小群（ＢＡＬＢｃ、Ｎ＝４）における同様の研究は、ラットと同様に、全ての治療動物が針（Ｇ２５）または粒子（ＳＫＣ８）のいずれかで処置後１時間以内に回復したことを示唆する。実験期間中（１４日間）、不快感または他の治療効果は観察されない。粒子を用いた限定的な肝障害解析は、肝臓が７日目までに回復する傾向を示し、研究の１４日目までに完全に回復したことを示唆する。

二次的な試験目標：上記で定義された二次的な目標を達成するために、肝臓などの組織を通るデバイスの移動を追跡するのに好適な潜在的な画像化技術として、超音波ベースの視覚化もまた検証する。追跡ソフトウェアは、ピクセルごとの超音波ビデオの比較を、フレームごとに行って、マイクロボットを追跡する。比較は、ＯｐｅｎＣＶを介したＰｙｔｈｏｎソフトウェア環境における配色を使用して行われる。所定の動作しきい値を超えて、あるピクセルで前のフレームと後続のフレームとの間に大きな違いがある場合、コードはこれを動作中のロボットとして認識する。図１６は、画像追跡ソフトウェアを使用して処理された、ばねベースのマイクロボットの超音波画像を示す。

さらに、粒子は、特定の肝葉を完全に横断するために、生体外および生体内で５～１２ｍｍの距離で、確実かつ再現性よく推進される。以下の表６は、麻酔をかけたラット内の肝臓を通過する２つの粒子対それらの進行距離の生体内評価の代表的な例を示す。

また、安全で信頼性が高く、再現性のある粒子収集に好適な磁性粒子牽引デバイスの設計および最適化の概念もまた特定される。牽引デバイスは、左上隅にあるマイクロボット牽引プロトタイプデバイスを含む、図１７に明示されるように、先端部上にＮＤ５２ ０．８ｍｍ磁石を位置付けた状態のＥｐｐｅｎｄｏｒｆチューブを使用する。このデバイスを、治療実験後の粒子の生体内での回収のためにうまく使用する。

試験の概要：粒子を、マウスおよびラットモデルならびに外部の磁気刺激を使用して、生体内で肝臓を通して、うまく推進させる。組織損傷の組織病理学的評価は、肝臓が治療後３時間および２４時間の両方で一過性の損傷を持続したことを示唆する。主な病理学的観察は、肝壊死、出血、浮腫、炎症、および被膜損傷を含む。粒子および針で処理された動物の両方が、観察された肝臓の組織病理学と相関する処理後２４時間で肝酵素の上昇を示す。概して、粒子で治療された動物は、針で治療された対照群と比較して、同等の組織損傷およびより速い回復の傾向を示す。組織学および代表的な血液バイオマーカ（ＡＬＴ／ＡＳＴ）の両方から明らかであるように、全ての粒子および針で治療した動物は、治療後１４日目までに完全な回復を表示する。現在提供されている粒子の肝臓組織を通る推進は安全であり、マウスおよびラットの両方（Ｎ＝４０合計）において十分に許容されることが見出される。針または試験粒子で治療した動物の肝臓において有意差は検出されない。特に、治療された全てのげっ歯類（マウス／ラット）は生き残り、正常に行動する。

超音波を使用して、肝臓を通るマイクロボットの移動を、視覚化して追跡し、それによって推進の精度を推定する。さらに、プロトタイプデバイスが、設計され、粒子の安全で正確な送達および牽引に好適であり、マウスモデルにおける生体外および生体内の両方で検証する。

本明細書では本発明の特定の特徴が図示され、説明されてきたが、多くの修正、置換、変更、および同等物がここで、当業者に思いつくであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神趣旨に収まるように、全てのそのような修正および変更を網羅することを意図することを理解されたい。

Claims (30)

1. 推進デバイスであって、該デバイスの上に適用された外部磁気刺激を使用して、媒体を通って推進するように構成されており、
   螺旋ばね状要素と、
   前記螺旋ばね状要素内に収容されている、立方体、直方体、角柱体、楕円体、円盤状、円筒形の磁石と、を備え、それらの長手方向軸が、整列している、デバイス。
2. 前記磁石が、前記適用された磁気刺激に応答し、前記螺旋ばね状要素を回転させるように構成されており、
   前記螺旋ばね状要素が、その回転運動を、前記長手方向軸、２Ｄ軌道、３Ｄ軌道のうちの少なくとも１つに沿った並進運動に変換し、それによって前記媒体を通って前記推進デバイスを推進させるように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記媒体が、粘弾性媒体、細胞外マトリックス、間質腔、生物学的区画、生物学的管、生物学的血管、生物学的結節、生物学的組織、生物学的器官から選択される少なくとも１つの材料を含むこと、
   前記螺旋ばね状要素が、任意選択的に、ポリプロピレン、ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリアミド（ナイロン）、ポリ（塩化ビニル）（ＰＶＣ）、ガラス、セラミック、銅、青銅チタン、チタン関連合金、ステンレス鋼、金から選択される金属から選択される、１ＧＰａを上回るヤング率剛性を有する少なくとも１つの材料を含むこと、
   前記磁石が、
   任意選択的に、Ｎ３５、Ｎ３８、Ｎ４０、Ｎ４２、Ｎ４５、Ｎ４８、Ｎ５０、Ｎ５２、およびＮ５５から選択される少なくとも１つのニッケルメッキネオジム、または
   サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）、アルニコ、セラミック、フェライトから選択される少なくとも１つの代替的な永久ナノ／マイクロ磁石材料を含むこと、のうちの１つが当てはまる、請求項１に記載のデバイス。
4. 前記螺旋ばね状要素の前端部が、鋭利なおよび／またはのみ状の先端部を備える、請求項１に記載のデバイス。
5. 前記磁石が、前記螺旋ばね状要素の前区分、中央区分、または後区分に収容されている、請求項１に記載のデバイス。
6. 前記磁石が、チタン容器の層で包まれている、請求項１に記載のデバイス。
7. 前記推進デバイスの少なくとも一部が、視覚化を容易にするように構成された造影剤を含有するマトリックスで覆われているか、またはマトリックスの中に埋め込まれており、前記造影剤が、任意選択的に、ローダミンＢ、フルオレセイン、マイクロバブル、微小欠陥、メソポーラスシリカナノおよびマイクロ粒子、ならびにアップコンバージョンリン光物質のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のデバイス。
8. 前記磁石が、任意選択的に、エポキシ、アクリル、ポリウレタン、ＵＶ硬化性、およびシアノアクリレート系材料のうちの少なくとも１つを含む接着材料を介して、前記螺旋ばね状要素に固定されている、請求項１に記載のデバイス。
9. 前記接着材料が、超音波放射下でコントラストを増強するように構成されたメソポーラスナノまたはマイクロシリカ粒子と配合されている、請求項８に記載のデバイス。
10. 前記螺旋ばね状要素が、
    ０．６６～１．２ｍｍの範囲の外径と、
    ０．３～１．１ｍｍの範囲の内径と、
    ０．５～２．２ｍｍの範囲のピッチ長と、
    １～５．６ｍｍの範囲の長さと、を含み、
    前記磁石が、
    ０．３～０．８ｍｍの範囲の直径と、
    ０．５～１．５ｍｍの範囲の長さと、を含む、請求項１に記載のデバイス。
11. 推進デバイスであって、該デバイスの上に適用された外部磁気刺激を使用して、媒体を通って推進するように構成されており、
    円錐形コアまたは円筒形コア、および螺旋隆起を特徴とするねじ状要素と、
    前記円筒形コア内に穿設された穴内に収容されている円筒形の磁石と、を備え、それらの長手方向軸が、整列している、デバイス。
12. 前記磁石が、前記円筒形コアの前区分または後区分に収容されている、請求項１１に記載のデバイス。
13. 前記磁石が、前記適用された磁気刺激に応答し、前記ねじ状要素を回転させるように構成されており、
    前記ねじ状要素が、その回転運動を、前記長手方向軸、２Ｄ軌道、３Ｄ軌道のうちの少なくとも１つに沿った並進運動に変換し、それによって前記媒体を通って前記推進デバイスを推進させるように構成されている、請求項１１に記載のデバイス。
14. 前記媒体が、粘弾性媒体、細胞外マトリックス、間質腔、生物学的区画、生物学的管、生物学的血管、生物学的結節、生物学的組織、生物学的器官から選択される少なくとも１つの材料を含むこと、
    前記ねじ状要素が、任意選択的に、ポリプロピレン、ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリアミド（ナイロン）、ポリ（塩化ビニル）（ＰＶＣ）、ガラス、セラミック、銅、青銅チタン、チタン関連合金、ステンレス鋼、金から選択される金属から選択される、１ＧＰａを上回るヤング率剛性を有する少なくとも１つの材料を含むこと、
    前記磁石が、
    任意選択的に、Ｎ３５、Ｎ３８、Ｎ４０、Ｎ４２、Ｎ４５、Ｎ４８、Ｎ５０、Ｎ５２、およびＮ５５から選択される少なくとも１つのニッケルメッキネオジム、または
    サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）、アルニコ、セラミック、フェライトから選択される少なくとも１つの代替的な永久ナノ／マイクロ磁石材料を含むこと、のうちの１つが当てはまる、請求項１１に記載のデバイス。
15. 前記ねじ状要素が、
    １．１～１．７ｍｍの範囲の長さと、
    ０．５７～０．６５ｍｍの範囲の外径と、
    ０．３８～０．５ｍｍの範囲の内径と、
    ０．３４～０．６０ｍｍの範囲のピッチと、
    ０．２～０．４ｍｍの範囲の穴の直径と、を含み、
    前記磁石が、
    ０．２～０．５ｍｍの範囲の直径と、
    ０．５～１．５ｍｍの範囲の長さと、を含む、請求項１１に記載のデバイス。
16. 推進デバイスであって、該デバイスの上に適用された外部磁気刺激を使用して、媒体を通って推進するように構成されており、
    推進要素であって、
    中を通って回転する際に前記媒体の周囲を空けるように構成されているドリルビット状要素またはのみ状要素、
    円筒形コアおよび螺旋状隆起を特徴とするねじ状要素、または
    ツイストリボン状要素を備える、該推進要素と、
    前記推進要素の後端部に取り付けられた円筒形の磁石と、を備え、それらの長手方向軸が、整列している、デバイス。
17. 前記磁石の直径が、前記推進要素の外径と同等、または外径より小さい、請求項１６に記載のデバイス。
18. 前記磁石が、任意選択的に、エポキシ、アクリル、ポリウレタン、ＵＶ硬化性、およびシアノアクリレート系材料のうちの少なくとも１つを含む接着材料を介して、前記推進要素の後端部に取り付けられている、請求項１６に記載のデバイス。
19. 前記磁石が、前記適用された磁気刺激に応答し、前記ねじ状要素を回転させるように構成されており、
    前記推進要素が、その回転運動を、前記長手方向軸、２Ｄ軌道、３Ｄ軌道のうちの少なくとも１つに沿った並進運動に変換し、それによって前記媒体を通って前記推進デバイスを推進させるように構成されている、請求項１６に記載のデバイス。
20. 前記媒体が、粘弾性媒体、細胞外マトリックス、間質腔、生物学的区画、生物学的管、生物学的血管、生物学的結節、生物学的組織、生物学的器官から選択される少なくとも１つの材料を含むこと、
    前記推進要素が、任意選択的に、ポリプロピレン、ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリアミド（ナイロン）、ポリ（塩化ビニル）（ＰＶＣ）、ガラス、セラミック、銅、青銅チタン、チタン関連合金、ステンレス鋼、金から選択される金属から選択される、１ＧＰａを上回るヤング率剛性を有する少なくとも１つの材料を含むこと、
    前記磁石が、
    任意選択的に、Ｎ３５、Ｎ３８、Ｎ４０、Ｎ４２、Ｎ４５、Ｎ４８、Ｎ５０、Ｎ５２、およびＮ５５から選択される少なくとも１つのニッケルメッキネオジム、または
    サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）、アルニコ、セラミック、フェライトから選択される少なくとも１つの代替的な永久ナノ／マイクロ磁石材料を含むこと、のうちの１つが当てはまる、請求項１６に記載のデバイス。
21. 前記推進デバイスが、
    １．０～３．３ｍｍの範囲の長さと、
    ０．５～１．５ｍｍの範囲の推進要素の外径と、
    ０．２～０．８５ｍｍの範囲の推進要素の内径と、
    ０．４４～０．８１ｍｍの範囲の推進要素のピッチと、を含み、
    前記磁石が、
    ０．２～０．６ｍｍの範囲の直径と、
    ０．５～１．５ｍｍの範囲の長さと、を含む、請求項１６に記載のデバイス。
22. 推進デバイスであって、該デバイスの上に適用された外部磁気刺激を使用して、媒体を通って推進するように構成されており、
    刻設された螺旋状前区分を特徴とするチューブと、
    前記チューブのボア内に、その後区分において収容されている円筒形の磁石と、を備え、それらの長手方向軸が、整列している、デバイス。
23. 前記磁石が、前記適用された磁気刺激に応答し、前記チューブを回転させるように構成されており、前記チューブの刻設された螺旋状の前区分が、その回転運動を、前記長手方向軸、２Ｄ軌道、３Ｄ軌道のうちの少なくとも１つに沿った並進運動に変換し、それによって前記媒体を通って前記推進デバイスを推進させるように構成されている、請求項２２に記載のデバイス。
24. 前記媒体が、粘弾性媒体、細胞外マトリックス、間質腔、生物学的区画、生物学的管、生物学的血管、生物学的結節、生物学的組織、生物学的器官から選択される少なくとも１つの材料を含むこと、
    前記チューブが、任意選択的に、ポリプロピレン、ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリアミド（ナイロン）、ポリ（塩化ビニル）（ＰＶＣ）、ガラス、セラミック、銅、青銅チタン、チタン関連合金、ステンレス鋼、金から選択される金属から選択される、１ＧＰａを上回るヤング率剛性を有する少なくとも１つの材料を含むこと、
    前記磁石が、
    任意選択的に、Ｎ３５、Ｎ３８、Ｎ４０、Ｎ４２、Ｎ４５、Ｎ４８、Ｎ５０、Ｎ５２、およびＮ５５から選択される少なくとも１つのニッケルメッキネオジム、または
    サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）、アルニコ、セラミック、フェライトから選択される少なくとも１つの代替的な永久ナノ／マイクロ磁石材料を含むこと、のうちの１つが当てはまる、請求項２２に記載のデバイス。
25. 前記チューブが、
    １．７～３．５ｍｍの範囲の長さと、
    ０．７６～０．８３ｍｍの範囲の外径と、
    ０．３～０．６ｍｍの範囲の内径と、
    ０．５１～１．５０ｍｍの範囲の螺旋区分のピッチと、を含み、
    前記磁石が、
    ０．３～０．６ｍｍの範囲の直径と、
    ０．５～３．０ｍｍの範囲の長さと、を含む、請求項２２に記載のデバイス。
26. 推進デバイスであって、該デバイスの上に適用された外部磁気刺激を使用して、媒体を通って推進するように構成されており、
    それが並進する際に、前記媒体を貫通するように構成されているくさび状要素と、
    前記くさび状要素の後端部に取り付けられた、磁石であって、前記磁石の長手方向軸が、前記くさび状要素の後端部壁に対して平行である、磁石と、を備える、デバイス。
27. 前記磁石が、任意選択的に、エポキシ、アクリル、ポリウレタン、ＵＶ硬化性、およびシアノアクリレート系材料のうちの少なくとも１つを含む接着材料を介して、前記くさび状要素の後端部に取り付けられている、請求項２６に記載のデバイス。
28. 前記磁石が、前記適用された磁気刺激に応答し、前記くさび状要素を並進させ、それによって前記媒体を通って前記推進デバイスを推進させるように構成されている、請求項２６に記載のデバイス。
29. 前記媒体が、粘弾性媒体、細胞外マトリックス、間質腔、生物学的区画、生物学的管、生物学的血管、生物学的結節、生物学的組織、生物学的器官から選択される少なくとも１つの材料を含むこと、
    前記くさび状要素が、任意選択的に、ポリプロピレン、ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリアミド（ナイロン）、ポリ（塩化ビニル）（ＰＶＣ）、ガラス、セラミック、銅、青銅チタン、チタン関連合金、ステンレス鋼、金から選択される金属から選択される、１ＧＰａを上回るヤング率剛性を有する少なくとも１つの材料を含むこと、
    前記磁石が、
    任意選択的に、Ｎ３５、Ｎ３８、Ｎ４０、Ｎ４２、Ｎ４５、Ｎ４８、Ｎ５０、Ｎ５２、およびＮ５５から選択される少なくとも１つのニッケルメッキネオジム、または
    サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）、アルニコ、セラミック、フェライトから選択される少なくとも１つの代替的な永久ナノ／マイクロ磁石材料を含むこと、のうちの１つが当てはまる、請求項２６に記載のデバイス。
30. 広域状要素が、
    ０．２～２．５ｍｍの範囲の側面の長さと、
    ０．２～５．０ｍｍの範囲の高さと、
    ２５～７５度の範囲のヘッド角度と、を含み、
    前記磁石が、
    ０．２～０．６ｍｍの範囲の直径と、
    ０．２～３．０ｍｍの範囲の長さと、を含む、請求項２６に記載のデバイス。

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