JPWO2017069085A1 - 気泡噴出チップ、局所アブレーション装置及び局所アブレーション方法、並びにインジェクション装置及びインジェクション方法 - Google Patents

Abstract

基板の上方に気泡を噴出できる気泡噴出チップを提供する。基板、通電部、気泡噴出部を少なくとも含み、前記通電部は、前記基板上に形成され、前記気泡噴出部は、導電材料で形成された電極、絶縁性の感光性樹脂で形成された外郭部及び外郭部から延伸した延伸部を含み、前記外郭部は前記電極の周囲を覆い且つ前記延伸部は前記電極の先端より延伸し、更に、前記気泡噴出部は前記延伸部及び前記電極の先端との間に形成された空隙を含み、前記気泡噴出部の電極は前記通電部上に形成されている、気泡噴出チップ、により、基板の上方に気泡を噴出できる。

Description

本願は、気泡噴出チップ、局所アブレーション装置及び局所アブレーション方法、並びにインジェクション装置及びインジェクション方法に関する。特に、基板上に形成した通電部に電極が接続するように気泡噴出部を基板平面に対して上方に向けて形成することで、気泡噴出チップを置いた際に気泡噴出口が上方を向き、気泡を上方に噴出できる気泡噴出チップ、及び該気泡噴出チップを含む局所アブレーション装置及び局所アブレーション方法、並びにインジェクション装置及びインジェクション方法に関するものである。

近年のバイオテクノロジーの発展に伴い、細胞の膜や壁に孔をあけ、細胞から核を除去又はＤＮＡ等の核酸物質の細胞への導入等、細胞等の局所加工の要求が高まっている。局所加工技術（以下、「局所アブレーション法」と記載することがある。）としては、電気メス等のプローブを用いた接触加工技術や、レーザー等を用いた非接触アブレーション技術などを用いた方法が広く知られている。特に、電気メスの接触加工技術は最近数マイクロメートルオーダーの焼結面に抑えることによって、熱侵襲領域を抑えて分解能を向上させた技術が考案されている（非特許文献１参照）。

また、レーザー加工においてはフェムト秒レーザーの躍進が目覚ましく、最近では細胞加工を行う技術（非特許文献２参照）や液相中で気泡発生を抑えたレーザー加工技術が考案されている。

しかしながら、従来の電気メス等のプローブを用いた接触加工技術においては、連続高周波によって発生させたジュール熱により対象物を焼き切る性質があるため、切断面の粗さと熱による周辺組織への熱侵襲の影響が大きいという問題があった。また、フェムト秒レーザー等のレーザーによる非接触加工技術においても、高密度エネルギーが局所的に当たることで切断面周囲組織の熱侵襲の影響の問題があった。

一方、細胞等への核酸物質等を導入するための局所的な物理的インジェクション技術（以下、「インジェクション方法」と記載することがある。）としては、電気穿孔法、超音波を用いたソノポレーション技術及びパーティクルガン法等が広く知られている。

しかしながら、従来の電気穿孔法技術においては、電界強度により細胞膜の透過性を向上させるのに限界があり、柔軟な脂質２重膜ではなくて硬い細胞膜や細胞壁を有する対象物へインジェクションが困難であり、電極の配置などの制限により局所的な狙った場所へのインジェクションが困難であった。また、超音波を利用したソノポレーション技術においては超音波の集束が困難であり、局所的な気泡のキャビテーションを発生させ解像度を上げることが困難であった。また、パーティクルガン法によるインジェクション方法においても、粒子表面に付着させた物質が粒子を打ち込む際に表面から離脱してしまい導入効率が低いという問題があった。また、電気穿孔法、ソノポレーション法及びパーティクルガン法においては、インジェクションする物質の消費量が多く、貴重な物質をインジェクションすることが困難であるという問題もあった。

上記従来の局所アブレーション方法、インジェクション方法の問題を解決するため、本発明者らは、導電材料で形成された芯材と、絶縁材料で形成され、前記芯材を覆い、かつ前記芯材の先端から延伸した部分を含む外郭部、及び前記外郭部の延伸した部分及び前記芯材の先端との間に形成された空隙を含む気泡噴出部材を作製し、該気泡噴出部材を溶液に浸漬させ、溶液中で高周波電圧を印加することで気泡を発生し、該気泡を加工対象物に連続的に放出することで加工対象物を切削（局所アブレーション）できることを見出して、特許出願している（特許文献１参照）。

また、前記気泡噴出部材の外郭部の外側に、外郭部と空間を有するように外側外郭部を設け、前記空間にインジェクション物質を溶解及び／又は分散した溶液を導入することで、インジェクション物質が溶解及び／又は分散した溶液が界面に吸着した気泡を発生することができ、該気泡を加工対象物に連続的に放出することで加工対象物を切削するとともに、気泡を覆う溶液に含まれるインジェクション物質を加工対象物にインジェクションできることを見出し、特許出願している（特許文献１参照）。

特許第５５２６３４５号公報

Ｄ． Ｐａｌａｎｋｅｒ ｅｔ ａｌ．、Ｊ． Ｃａｔａｒａｃｔ． Ｓｕｒｇｅｒｙ、 ３８、 １２７−１３２、 （２０１０） Ｔ． Ｋａｊｉ ｅｔ ａｌ．、 Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、 ９１、 ０２３９０４、 （２００７）

ところで、図１（１）に示すように、基板上に積層した感光性樹脂と感光性樹脂の間に電極を設けることで気泡噴出部を形成し、更に漏電防止のため、気泡噴出チップの上面をＰＤＭＳでパッケージした気泡噴出チップ（以下、「多筒式チップ１’」と記載することがある。）を本発明者らは開発している（山西陽子等、“マイクロアレイ電極による多筒式インジェクション”、Ｎｏ．１５−２ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２０１５ ＪＳＭＥ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ， Ｋｙｏｔｏ， Ｊａｐａｎ， Ｍａｙ １７−１９， ２０１５、以下「非特許文献３」と記載する。）。図１（１）に示す気泡噴出部は、基板と平行に形成されている。そのため、図１（１）に示す多筒式チップ１’をシャーレ等に入れた溶液に浸漬して使用する時には、多筒式チップ１’の薄板状の基板の為、図１（２）に示すように、多筒式チップ１’は鉛直方向ではなく、水平又は斜め方向からシャーレ等に浸漬する使用方法が一般的である。無論、多筒式チップ１’を鉛直方向に浸漬することは可能であるが、その場合、シャーレ等の深さを多筒式チップ１’の大きさより深くする必要がある。

また、上記非特許文献３には、図２に示すように、加工対象物を把持する箇所を気泡噴出部の前方に形成することも記載されているが、図２に示す加工対象物を把持する箇所は、気泡を水平方向に噴出することを意図した構成である。

本願は、上記問題点を解決するためになされた発明であり、鋭意研究を行ったところ、
（１）フォトリソグラフィ技術を用いて基板上に通電部を形成し、基板上に形成した通電部に電極が接続するように気泡噴出部を上方に向けて形成することで、気泡噴出チップをシャーレ等に置いた際に気泡噴出口が上方を向き、気泡を基板平面に対して略垂直方向に噴出できること、
（２）気泡噴出部を構成する感光性樹脂を、基板に対して上方から筒状にエッチングして形成することで、気泡噴出部を任意の個数及び任意の位置に配置した気泡噴出チップを作製できること、
を新たに見出した

すなわち、本願の目的は、気泡噴出チップ、局所アブレーション装置及び局所アブレーション方法、並びにインジェクション装置及びインジェクション方法を提供することにある。

本願は、以下に示す、気泡噴出チップ、局所アブレーション装置及び局所アブレーション方法、並びにインジェクション装置及びインジェクション方法に関する。

（１）基板、通電部、気泡噴出部を少なくとも含み、
前記通電部は、前記基板上に形成され、
前記気泡噴出部は、導電材料で形成された電極、絶縁性の感光性樹脂で形成された外郭部及び外郭部から延伸した延伸部を含み、前記外郭部は前記電極の周囲を覆い且つ前記延伸部は前記電極の先端より延伸し、更に、前記気泡噴出部は前記延伸部及び前記電極の先端との間に形成された空隙を含み、
前記気泡噴出部の電極は前記通電部上に形成されている、
気泡噴出チップ。
（２）前記気泡噴出部が２以上形成されている上記（１）に記載の気泡噴出チップ。
（３）前記気泡噴出部の高さが異なる上記（２）に記載の気泡噴出チップ。
（４）前記感光性樹脂が、ネガティブ型フォトレジストである上記（１）〜（３）の何れか一に記載の気泡噴出チップ。
（５）前記気泡噴出部の電極とで電極対を構成する対向電極が、前記基板上に形成されている上記（１）〜（４）の何れか一に記載の気泡噴出チップ。
（６）前記気泡噴出部の周りに形成された外側外郭部を更に含み、前記気泡噴出部と前記外側外郭部との空間にインジェクション物質を含む溶液を貯めることができる上記（１）〜（５）の何れか一に記載の気泡噴出チップ。
（７）前記空間にインジェクション物質を含む溶液及び／又はアシスト流を形成するための溶液を送液するための流路が形成されている上記（６）に記載の気泡噴出チップ。
（８）上記（１）〜（７）の何れか一に記載の気泡噴出チップを含む局所アブレーション装置。
（９）上記（１）〜（７）の何れか一に記載された気泡噴出チップを含むインジェクション装置。
（１０）上記（８）に記載の局所アブレーション装置の気泡噴出チップの少なくとも空隙を溶液で満たし、
前記局所アブレーション装置の電極と対向電極とで構成される電極対に高周波パルスを印加することで、気泡噴出部の先端から気泡を放出させ、
該気泡で加工対象物を加工する局所アブレーション方法。
（１１）前記高周波パルスを印加した際に、前記電極から放電する上記（１０）に記載の局所アブレーション方法。
（１２）上記（９）に記載のインジェクション装置の気泡噴出チップの少なくとも空隙を、インジェクション物質を含む溶液で満たし、
前記インジェクション装置の電極と対向電極とで構成される電極対に高周波パルスを印加することで、前記インジェクション物質を含む溶液が吸着した気泡を放出し、
該気泡で加工対象物を局所アブレーションしながら、加工対象物にインジェクション物質を導入するインジェクション方法。
（１３）前記高周波パルスを印加した際に、前記電極から放電する上記（１２）に記載のインジェクション方法。

本願の気泡噴出チップは、気泡噴出口が基板の上方に開口するように気泡噴出部を形成している。そのため、溶液中で気泡を上方に向かって噴出できるので、溶液中で気泡が進む際に、浮力による進行方向の変化が少なくなる。また、気泡噴出チップ１を構成する部材等に気泡が付着することも無い。更に、気泡噴出チップをシャーレ等の容器の底部に配置すると、気泡噴出部が上方を向くことから、加工対象物を下方向から局所アブレーション又は局所インジェクションを行うことができる。

図１（１）及び（２）は、多筒式チップ１’の概略を示す図である。 図２は、多筒式チップ１’の概略を示す図である。 図３は、気泡噴出チップ１の実施形態の一例の概略を示す図である。 図４（１）〜（４）は気泡噴出チップ１の他の実施形態を示す図である。 図５−１は、気泡噴出チップ１の製造工程の一例を示す図である。 図５−２は、気泡噴出チップ１の製造工程の一例を示す図である。 図５−３は、気泡噴出チップ１の製造工程の一例を示す図である。 図６（１）〜（４）は、気泡噴出チップ１の他の実施形態を示す図である。 図７は、気泡噴出チップ１を用いた局所アブレーション装置６の実施形態の一例の全体構成を示す図である。 図８は、インジェクション装置により適した気泡噴出チップ１の実施形態の一例の概略を示す図である。 図９は、図８のＡ−Ａ’断面図である。 図１０（１）〜（６）は、気泡噴出チップ１を針なし注射として用いる場合の実施形態の一例を説明する図である。 図１１（１）は、図面代用写真で、実施例１で作製した気泡噴出チップ１の写真、図１１（２）は、図面代用写真で、気泡噴出部３付近を拡大した写真である。図１１（３）は作製した気泡噴出部３付近の寸法を表すための図である。図１１（４）は、図面代用写真で、気泡噴出部３と少なくとも対向電極５の一部を枠体４１内に配置した写真である。 図１２は、図面代用写真で、ハイスピードカメラで気泡３６の発生を撮影した写真である。 図１３は、図面代用写真で、実施例３で気泡の噴出に加え、電極３１から放電していることを示す写真である。

以下に、気泡噴出チップ、局所アブレーション装置及び局所アブレーション方法、並びにインジェクション装置及びインジェクション方法について図面を参照しながら詳しく説明する。

図３は、気泡噴出チップ１の実施形態の一例の概略を示す図である。気泡噴出チップ１は、基板２、気泡噴出部３、及び通電部４を少なくとも含んでいる。通電部４は、基板２上に形成されている。また、気泡噴出部３は、導電性材料で形成された電極３１、外郭部３２、延伸部３３、及び空隙３４を含んでいる。より具体的には、外郭部３２は電極３１の周囲を覆い、延伸部３３は電極３１の先端より更に外郭部３２から延伸している。空隙３４は、延伸部３３及び電極３１の先端との間に形成されており、電極３１と反対側には、気泡噴出口３５が形成されている。図３に示すように、空隙３４は、気泡噴出口３５以外は電極３１及び延伸部３３で覆われている。つまり、電極３１と外郭部３２の間には液体等を送るための空間（チャネル）は形成されておらず、空隙３４は気泡噴出口３５のみを介して外部と連通する。図３には図示していない対向電極５と電極３１とに電圧を印加することで、気泡３６を連続的に噴出することができる。なお、後述するとおり、電極３１に印加する電圧を大きくすることで、気泡３６の噴出に加え電極３１から放電することもできる。また、後述するとおり、対向電極５は、基板２上に形成してもよいし、気泡噴出チップ１とは別体としてもよい。

基板２を形成する材料としては、通電部４を積層できるものであれば特に制限は無く、例えば、ガラス、石英、ＰＭＭＡ、シリコン等が挙げられる。

電極３１を形成する材料としては、通電することができ、且つ、電気メッキ、無電解メッキ等の方法により通電部４上に堆積できる材料であれば特に制限は無く、例えば、ニッケル、金、白金、銀、銅、スズ、マグネシウム、クロム、タングステン等の金属、又はそれらの合金が挙げられる。

気泡噴出チップ１は、外郭部３２及び延伸部３３はフォトリソグラフィ技術を用いて作製する。したがって、外郭部３２及び延伸部３３を形成する材料は、絶縁性の感光性樹脂であれば特に制限は無い。例えば、市販されているＴＳＭＲ Ｖ５０、ＰＭＥＲ等のポジティブ型フォトレジスト、ＳＵ−８、ＫＭＰＲ等のネガティブ型フォトレジストが挙げられる。電極３１と対向電極５に通電することで気泡３６を噴出することから、特に高電圧を印加した場合、微細な部分である気泡噴出口３５に負荷がかかり易い。ＳＵ−８、ＫＭＰＲ等のネガティブ型フォトレジストは、ポジティブ型フォトレジストより硬度が高いため、気泡噴出部３に高電圧をかける場合は、感光性樹脂としてネガティブ型フォトレジストを用いることが好ましい。

通電部４及び対向電極５は、外部電源の電気を電極３１に流すことができれば特に制限は無く、上記電極３１と同様の材料を用いることができる。対向電極５を別体とする場合は、電極３１と通電できればよいので、棒状、板状等、形状等に特に制限は無い。対向電極５を基板２上に形成する場合は、通電部４と同様に基板２上に積層すればよい。

電極３１及び対向電極５に電気を出力すると、空隙３４で形成された気泡が引き千切られるように気泡噴出口３５から噴出するので、気泡噴出部３に外部から気体を供給する必要は無い。

また、空隙３４内で気泡３６が形成される際には、気泡噴出口３５の内径（以下、「直径Ｄ」又は「Ｄ」と記載することがある。）に近い大きさの気泡が生成される。したがって、空隙３４の深さ（電極３１の先端から気泡噴出口３５までの長さ。以下、「Ｌ」と記載することがある。）は、少なくとも空隙３４内で気泡が生成できる大きさである必要があり、Ｌ／Ｄは少なくとも１以上であることが好ましい。一方、Ｌ／Ｄの上限は、気泡３６が連続的に噴出できる大きさであれば特に制限はない。Ｌ／Ｄは、積層する感光性樹脂の厚さ、及び堆積する電極３１の高さで調整することができる。噴出する気泡３６の大きさは、気泡噴出口３５の直径Ｄを変えることで調整することができ、製造の際にフォトマスクの形状で調整すればよい。

図３に示す気泡噴出チップ１の実施形態は、説明の関係上、複数の気泡噴出部３を形成した例を示しているが、気泡噴出部３は一つであってもよい。また、後述する製造方法に示すとおり、気泡噴出チップ１は、気泡噴出部３を構成する外郭部３２及び延伸部３３を、基板２に対して上方から筒状にエッチングして形成することで、気泡噴出部３を任意の個数及び任意の位置に配置した気泡噴出チップを作製することができる。

図４は気泡噴出チップ１の他の実施形態を示す図で、例えば、図４（１）に示す等間隔、図４（２）に示す円形、図４（３）に示す×状等、気泡噴出部３を任意の個数及び配置に形成できる。また、感光性樹脂を積層する厚さ及びフォトマスクの形状を変えた露光・エッチングを繰り返すことで、任意の個数及び任意の位置に配置することに加え、例えば、図４（４）に示すように、気泡噴出部３の高さを変えることもできる。加工対象物にインジェクションを行う際に、一か所ではなく、ライン状又は面状等、加工対象物に対して複数箇所を一度にインジェクションする場合がある。多筒式チップ１’を用いた場合、ライン状のインジェクションに加え、多筒式チップ１’を複数個積層することで面状にインジェクションすることはできる。しかしながら、多筒式チップ１’を複数個積層した場合、気泡噴出口を面状に形成することはできるが、例えば、円形状、×状等、気泡噴出口の配置を任意に設定することは難しい。一方、本願の気泡噴出チップ１は、任意の個数及び任意の位置に気泡噴出部を配置することができる。更に、図４（４）に示すように、気泡噴出部３の高さを変えた場合、加工対象物が立体形状であっても、気泡噴出口と加工対象物の距離を一定にすることができる。

図５−１〜図５−３は、本願の気泡噴出チップ１の製造工程の一例を示す図である。なお、図５−１〜図５−３は図示の関係上、気泡噴出部３が一つの例が記載されているが、気泡噴出部３を複数形成する場合は、フォトマスクの形状を変えればよい。
（１）通電部４を形成する材料をスパッタリングにより基板２上に積層する。
（２）フォトレジスト８を塗布し、最終的に通電部４を形成する部分にフォトレジスト８が残るように、マスクを用いて露光・現像する。
（３）ウェットエッチング等の方法により、通電部４を形成する部分以外の材料を除去する。
（４）フォトレジスト８を除去することで、通電部４を形成する。なお、図示していないが、対向電極５を基板２上に形成する場合は、フォトマスクの形状を変えることで、通電部４と同時に対向電極５を形成すればよい。
（５）フォトレジストを塗布し、通電部４の不要部分（気泡噴出部３を形成しない部分）の上にフォトレジストが残るようにマスクを用いて露光・現像する。露光・現像によりフォトレジストは硬化することから、以下の工程で除去されず絶縁層３７を形成する。
（６）フォトレジストを塗布し外郭部３２及び延伸部３３が残るような形状に設計したフォトマスクを用いて露光・現像する。露光・現像により硬化したフォトレジストが外郭部３２及び延伸部３３となる。気泡噴出部３の電極３１の大きさは、フォトマスクの大きさを調整すればよい。
（７）通電部４の上に、電気めっきにより電極３１を成長させることで、実施形態に示す気泡噴出チップ１を作製することができる。（６）及び（７）に示すように、電極３１の周囲の全てが筒状の感光性樹脂（外郭部３２、延伸部３３）で覆われている点で、図１及び図２に示す多筒式チップ１’と異なる。そして、通電部４上で電極３１を成長させることで、基板２の上方に気泡噴出口３５を向かせることができる。なお、「基板の上方」とは、通電部４を形成した基板２の平面に対し略鉛直方向、または、基板２からみて通電部４を積層した方向を意味する。両者は、表現は異なるが同じ意味である。したがって、気泡噴出チップ１の気泡噴出部３を形成していない面を下側にしてシャーレ等に浸漬することで、気泡噴出口３５をシャーレ等内で上方に向けて配置でき、気泡３６を上方に噴出することができる。そのため、溶液中で気泡３６が進む際に、浮力による進行方向の変化が少なくなると同時に、気泡３６の噴出方向と進行方向が同じであるため、気泡噴出口３５の周囲で気泡が滞留することがない。なお、気泡噴出チップ１は、対向電極５と電極３１が導通すればよいので、例えば、気泡噴出部３及び少なくとも対向電極５の一部を含む枠体を気泡噴出チップ１上に形成し、当該枠体の中に導電性の溶液を満たしてもよい。

なお、フォトレジストの塗布を露光・現像を繰り返すことで、気泡噴出チップ１を様々な形態に作製してもよい。例えば、
（７−１）上記（７）の手順に代え、電極３１を外郭部３２と同じ高さまで成長させる。
（８）フォトレジストを塗布し、延伸部３３が残るような形状に設計したフォトマスクを用いて露光・現像する。（８）において、電極３１が露出すると漏電のおそれがある。そのため、延伸部３３は、外郭部３２と電極３１にまたがるように形成すればよい。なお、延伸部３３の外径を電極３１の外径より小さくする場合は、延伸部３３を形成した後に、露出している電極３１をフォトレジストやＰＤＭＳ等でマスクをすればよい。また、上記の手順はフォトリソグラフィにより延伸部３３を作製しているが、三次元造形・加工技術で別途延伸部３３を作製し、接着剤等で接着してもよい。別途作製する延伸部３３としては、（８−１）、（８−２）に示すテーパー形状が挙げられるがその他の形状であってもよい。上記のとおり、延伸部３３を外郭部３２より小さくすることで、気泡の大きさ、速度、侵襲性、指向性等を調整することができる。
（９）なお、必要に応じて、上記（８）の手順に後に、電気めっきにより上段電極３１を成長させてもよい。（９）の場合、電極の高さを調整することで気泡の大きさ、速度、侵襲性、指向性等を調整することができる。

上記の製造方法では、筒状の感光性樹脂の厚み及び内径を任意に設定できることから印加電圧を大きくしても延伸部３３が破損し難くなる。そのため、電極を大きくすることができ、その結果、電極に印加する電圧を上げることで気泡の噴出に加え、電極から放電することもできる。したがって、気泡による局所アブレーション又はインジェクションに加え、加工対象物を放電加工することができるので、癌等の治療装置として利用することができる。また、植物細胞等の生体材料、金属、ポリマー等の多岐にわたる硬い材料に穴を開け、更に、必要に応じて遺伝子や試薬等を導入することもできる。

図５−１〜図５−３に示す手順では、気泡噴出部３の高さは全て同じになる。図４（４）に示すように、気泡噴出部３の高さを変える場合は、上記（６）の手順の後、手順（６）を繰り返せばよく、その際に、塗布するフォトレジストの高さを、（６）に示す外郭部３２の高さとは異なるようにすればよい。

図６は、気泡噴出チップ１の実施形態の他の例を示す図である。気泡噴出部３を複数設ける場合、単一の通電部４の上に全ての気泡噴出部３を形成してもよいが、通電部４を複数に分割して形成してもよい。図６（１）は通電部４をブロック単位、図６（２）は通電部４をライン単位、図６（３）は通電部４を内側部分、外側部分に分割した例を示しているが、分割単位は特に制限はない。通電部４を分割することで、局所アブレーション、局所インジェクションする際に、気泡噴出部３に印加する電圧を分割した単位毎に変化することができる。例えば、図６（３）に示す気泡噴出チップ１を用いて球状の加工対象物を局所アブレーション、局所インジェクションする場合、気泡噴出口と加工対象物との距離が離れている外側部分の電圧を内側部分の電圧より高くすることで、加工対象物に当接する気泡の強さのバラツキを抑えることができる。また、通電部４をブロック単位に分割せずに、図６（４）に示すように、気泡噴出部３毎に通電部４を設けてもよい。図６（４）に示す形態の場合、細胞パターニング等に用いることができる。なお、一つの通電部４上に設けた複数の気泡噴出部３に一度に電圧を印加する場合、通電部４に大きな電圧を印加する必要がある。一方、図６（４）の実施形態の場合、個々の気泡噴出部３に電圧を印加すればよいので、電気出力手段を小型化できる。

上記工程で用いるレジスト、エッチャント、スパッタリング装置等は、微細加工技術の分野で用いられている公知の試薬、装置を用いればよい。

図７は、気泡噴出チップ１を用いた局所アブレーション装置６の実施形態の一例の全体構成を示す図である。図７に示す局所アブレーション装置６は、電気出力手段を含んでおり、電気出力手段は、一般商用交流電源装置６１、並びに気泡噴出チップ１の電極３１と対向電極５とで回路を形成するための電線６２、を少なくとも含み、必要に応じて、無誘導抵抗６３、電圧増幅回路６４、図示しないＤＩＯ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｎｐｕｔ Ｏｕｔｐｕｔ）ポート等を設けてもよい。電気出力手段は、従来の電気メス用電気回路に無誘導抵抗６３やＤＩＯポート等を組み込み、微小対象用の出力構成にセッティングすることで簡単に作成することができる。

電極３１及び対向電極５に出力する電気の電流、電圧及び周波数は、気泡を噴出することができ、また、必要に応じで電極３１から放電することができ、且つ気泡噴出部３を損傷しない範囲であれば特に制限は無い。例えば、電流は、１０ｍＡ〜１０Ａが好ましく、２５ｍＡ〜８００ｍＡがより好ましい。電流が１０ｍＡより小さいと気泡３６をうまく生成できないことがあり、１０Ａより大きいと電極摩耗を生じることとなり好ましくない。電圧は、１００Ｖ〜１００ｋＶが好ましく、２００Ｖ〜８．０ｋＶがより好ましい。電圧が１００Ｖより小さいと気泡３６の生成が困難となり、１００ｋＶより大きいと電極３１の摩耗や延伸部３３が破損する恐れがあり好ましくない。周波数は、１ｋＨｚ〜１ＧＨｚが好ましく、５ｋＨｚ〜１ＭＨｚがより好ましく、１０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚが特に好ましい。周波数が１ｋＨｚより小さいと、延伸部３３が破損する恐れがあり、１ＧＨｚより大きいと気泡３６が生成できなくなる恐れがあり好ましくない。なお、上記の数値は、目安の数値であって、電極３１の大きさにより変更可能である。

局所アブレーション方法は、先ず、局所アブレーション装置６の気泡噴出チップ１と対向電極５を導電性の溶液に浸漬する。そして、気泡噴出チップ１の気泡噴出部３の上方に加工対象物を配置し、気泡噴出部３から噴出した気泡３６を加工対象物に衝突させることで、加工対象物を局所的にアブレーションすることができる。

加工対象物としては、気泡によりアブレーションできるものであれば特に制限は無く、例えば、細胞やタンパク質が挙げられる。細胞としては、ヒトまたは非ヒト動物の組織から単離した幹細胞、皮膚細胞、粘膜細胞、肝細胞、膵島細胞、神経細胞、軟骨細胞、内皮細胞、上皮細胞、骨細胞、筋細胞、卵細胞等の動物細胞、植物細胞、昆虫細胞、大腸菌、酵母、カビなどの微生物細胞などの細胞を挙げることができる。また、電極３１から放電する場合、気泡による加工に加え、放電加工の効果も得られるので、より固い加工対象物であってもよい。例えば、米や植物細胞等の比較的固い生体試料、樹脂類、金属等が挙げられる。なお、本願における「加工」とは、加工対象物に気泡を噴出する、更に必要に応じて放電により、対象物に孔を開けたり、対象物の一部を切削することを意味する。

特許文献１において、本発明者らは、気泡噴出部材から噴出する気泡がインジェクション物質を吸着できることを明らかにしている。芯材に通電することで発生した気泡は電気を帯びており、電気によりインジェクション物質が気泡に吸着すると考えられる。したがって、図３又は図４に示す気泡噴出チップ１を用いて局所アブレーションを行う際に、気泡噴出チップ１を浸漬する導電性溶液にインジェクション物質を含ませると、インジェクション物質が周りに吸着した気泡３６を噴出することができる。そのため、加工対象物を局所アブレーションしながらインジェクション物質を導入することができる。

図８は、インジェクション装置により適した気泡噴出チップ１（以下、「インジェクション用気泡噴出チップ」と記載することがある。）の実施形態の一例の概略を示す図である。また、図９は図８のＡ−Ａ’断面図である。図８及び図９に示す気泡噴出チップ１は、気泡噴出部３の外周にインジェクション物質を含む溶液を満たすことができる外側外郭部７を形成している。外側外郭部７と気泡噴出部３の間に第１インジェクション物質を含む溶液を満たすことで、気泡噴出口３５から噴出した気泡３６の周囲に第１インジェクション物質を吸着することができる。外側外郭部７は、気泡噴出チップ１とは別体として形成し、気泡噴出部３の周りに配置すればよい。

また、必要に応じて導電性の溶液を送液するための流路７１を外側外郭部７に接続するように形成してもよい。流路７１を通して、第１インジェクション物質を含む溶液を外側外郭部７と気泡噴出部３の間に送液することができる。

なお、流路７１を形成する場合、第１インジェクション物質を含まない導電性の液体を送液し続けてもよい。その場合、導電性の液体は図８の白色矢印に示すように、気泡噴出部３の延長線方向に液体流を形成する。この液体流がアシスト流として、気泡３６の移動のアシストをすることで、加工対象物に当接する気泡３６の力を高めることができる。

外側外郭部７、流路７１は、フォトリソグラフィ、ナノインプリント、エッチング技術、三次元造形、三次元加工技術、紫外線硬化技術、光造形技術、２光子吸収光造形等により作製することができる。また、外側外郭部７及び流路７１を作製する材料は絶縁性の材料が好ましく、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、パリレン、エポキシ樹脂、ポリミド、ポリエチレン、ガラス、石英、ＰＭＭＡ、シリコン等の周知の絶縁性材料を用いればよい。

上記の局所アブレーション装置６の気泡噴出部チップ１に換え、インジェクション用気泡噴出部チップ１を用いることで、インジェクション装置を作製することができる。インジェクション物質を含む溶液を外側外郭部７と気泡噴出部３の間に満たす以外は、局所アブレーション方法と同様の手順で、加工対象物を局所アブレーションしながら、インジェクション物質を導入することができる。

インジェクション物質は、気体、固体、液体を問わず、液体に溶解及び／又は分散できるものであれば特に制限は無く、気体としては空気、窒素、ヘリウム、二酸化炭素、一酸化炭素、アルゴン、酸素等が挙げられ、固体としてはＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、アミノ酸、無機物等が挙げられ、液体としては薬剤溶液、アミノ酸溶液等が挙げられる。インジェクション物質を溶解及び／又は分散させる溶液としては、生理食塩水、培地等が挙げられる。

図８及び図９に示す外側外郭部７を気泡噴出部３の周囲に配置した場合、気泡噴出部３及び外側外郭部７の間に満たした溶液は表面張力により保持することができる。したがって、図８及び図９に示したインジェクション用気泡噴出部チップ１は、空気中で局所アブレーション又はインジェクションを行う、つまり、針なし注射として利用することができる。針なし注射として使用する場合、図８及び図９に示す気泡噴出チップ１を空気中で直接加工対象物に当接すればよい。

図１０（１）〜（６）は、針なし注射として使用する場合の実施形態の一例を説明する図である。気泡噴出部３及び外側外郭部７の間に溶液５０（以下、「充填溶液」と記載することがある。）を上方から満たした状態で針なし注射を保持する場合、充填溶液５０の乾燥防止が必要である。図１０（１）は気泡噴出チップ１の周囲にキャップ５１を設けた例を示している。また、加工対象物へ気泡噴出チップ１を当接し易くするために、気泡噴出チップ１の基板２に支持体５２を取付けてもよい。支持体５２は、中実形状に作製してもよいが、中空形状とし、内部に通電部４及び対向電極５に電圧を印加するための電線を通してもよい。また、中空形状にした場合は内部に流路を形成し、図８に示す流路７１と接続することで、充填溶液を連続的に供給できるようにしてもよい。その場合、キャップ５１は無くてもよい。以下の実施形態においても同様である。

図１０（２）及び（３）は、針なし注射の他の実施形態を説明するための図である。針なし注射を用いる際には、気泡噴出口と加工対象物の距離が微調整できる構造であることが好ましい。図１０（２）及び（３）は、距離の微調整をし易くした実施形態を示している。本実施形態では、気泡噴出チップ１に対して摺動自在な可動枠５３を気泡噴出チップ１の周囲に設け、支持体５２を可動枠５３に形成した孔に摺動可能に挿通し、そして支持体５２を気泡噴出チップ１に固定している。また、気泡噴出チップ１の基板２と可動枠５３の間には、バネ等の付勢手段５４を設け、可動枠５３が気泡噴出チップ１より突出するようになっている。本実施形態の針なし注射を使用する場合は、キャップ５１を外し、可動枠５３の先端を加工対象物１０に当接し、バネの付勢力とは反対方向に支持体５２を押し込むことで、気泡噴出口と加工対象物１０の距離を微調整できる。

図１０（４）及び（５）は、針なし注射の他の実施形態を説明するための図である。図１０（４）及び（５）に示す実施形態では、可動枠５３に変え、シリコン等の柔軟性のある材料で気泡噴出チップ１の周りに可変枠５６を形成している。図１０（４）に示すように、使用前は可変枠５６の先端が気泡噴出チップ１より突出するようになっている。本実施形態の針なし注射を使用する場合はキャップを外し、可変枠５６の先端を加工対象物１０に当接して押し込むことで、可変枠５６が変形し、気泡噴出口と加工対象物１０の距離を微調整できる。

なお、上記図１０（１）〜（５）に示す形態は針なし注射として用いる場合の単なる例示であって、その他の実施形態でも良い。また、図１０（１）〜（５）は針なし注射を加工対象物の下方から使用した例を示しているが、充填溶液５０は表面張力を有することから、図１０（６）に示すとおり、気泡噴出口を下に向けて使用してもよい。

以下に実施例を掲げ、実施形態を具体的に説明するが、この実施例は単に本願の実施形態の説明のため、その具体的な態様の参考のために提供されているものである。これらの例示は本願で開示する発明の範囲を限定したり、あるいは制限することを表すものではない。

＜実施例１＞
〔気泡噴出チップ１の作製〕
（１）ガラス基板上にスパッタリング装置（（株）真空デバイスＭＳＰ−３０Ｔ）を用いて、Ａｕをプラズマ電流値（８０ｍＡ）、１分間成膜した。
（２）ガラス基板上にＯＦＰＲ−８００ ＬＢ（２００ＣＰ）を２０００ｒｐｍで３０秒間、及び7０００ｒｐｍで２秒間スピンコートし、オーブン内で９０℃で３０分間プリベイクした。次いで、クロムマスクを用いて露光後、ＮＭＤ−３を用いて現像した。現像後は、超純水を用いてリンスをし、スピンドライヤー等で水分を飛ばし乾燥させた。
（３）パターニングされたＯＦＰＲ以外の領域にＡｕエッチャント（ＡＵＲＵＭ−３０２、関東化学（株）を浸漬させてＡｕをエッチングし、超純水でリンスした。
（４）ガラス基板をアセトンにつけて残りのＯＦＰＲ膜を除去して、Ａｕ電極部のパターニング、及び対向電極５を完成した。
（５）ガラス基板にＳＵ−８ ３００５を２０００ｒｐｍで３０秒間スピンコートし、ホットプレート上で９５℃で３分間、プリベイクした。その後クロムマスクを用いて露光を行い、ホットプレートの上で９５℃で３分間、ポストエクスポージャベイクを行った。最後にＰＧＭＥＡ（２−Ｍｅｔｈｏｘｙ−１−ｍｅｔｈｙｌｅｔｈｙｌ ａｃｅｔａｔｅ；ＣＡＳ Ｎｕｍｂｅｒ：１４２３００−８２−１）を用いて現像し、スピンドライヤーで水分をとばし乾燥させＳＵ−８の絶縁層を作製した。
（６）ガラス基板にＳＵ−８ ３０５０を１０００ｒｐｍで３０秒間及び４０００ｒｐｍで２秒間スピンコートし、ホットプレート上で９５℃で５０分間、プリベイクした。その後クロムマスクを用いて露光を行い、ホットプレートの上で９５℃で５分間、ポストエクスポージャベイクを行った。最後にＰＧＭＥＡ（２−Ｍｅｔｈｏｘｙ−１−ｍｅｔｈｙｌｅｔｈｙｌ ａｃｅｔａｔｅ； ＣＡＳ Ｎｕｍｂｅｒ：１４２３００−８２−１）を用いて現像し、スピンドライヤーで水分をとばし乾燥させＳＵ−８の筒状構造物である外郭部３２を作製した。
（７）Ａｕパターニング部に電極を接続し、ＳＵ−８の外郭部３２の内側に沿ってＮｉめっきをＳＵ−８パターンの高さ（１００μｍ）まで成長させた。
（８）ガラス基板にＳＵ−８ ３０５０を８００ｒｐｍで３０秒間及び４０００ｒｐｍで２秒間スピンコートし、ホットプレート上で９５℃で５０分間、プリベイクした。その後クロムマスクを用いて露光を行い、ホットプレートの上で９５℃で５分間、ポストエクスポージャベイクを行った。最後にＰＧＭＥＡ（２−Ｍｅｔｈｏｘｙ−１−ｍｅｔｈｙｌｅｔｈｙｌ ａｃｅｔａｔｅ；ＣＡＳ Ｎｕｍｂｅｒ：１４２３００−８２−１）を用いて現像し、スピンドライヤー等で水分をとばし乾燥させ、（６）で作製した外郭部３２の上にＳＵ−８の筒状構造物（外郭部３２及び延伸部３３）を作製した。
（９）Ａｕパターニング部に電極を接続し、ＳＵ−８の筒状構造物の内側に沿ってＮｉめっきをＳＵ−８の筒状構造物の上から３０μｍまで成長させた。

図１１（１）は実施例１で作製した気泡噴出チップ１の写真で、図１１（２）は気泡噴出部３付近を拡大した写真である。また、図１１（３）は作製した気泡噴出部３付近の寸法を表すための図である。下段の外郭部３２の厚さは約６５μｍ、電極３１の直径は約５０μｍ、気泡噴出部３の高さは約１５０μｍ、気泡噴出口の直径は約４０μｍであった。

＜実施例２＞
〔局所アブレーション装置及びインジェクション装置の作製及び気泡噴出実験〕
医療用電気メス（ＣｏｎＭｅｄ社製、Ｈｙｆｒｅｃａｔｏｒ２０００）のメスに換え、実施例１で作製した気泡噴出チップ１を組み込み、更に、無誘導抵抗及びＤＩＯポートを電気出力手段に組み込み、局所アブレーション装置及びインジェクション装置を作製した。
次に、図１１（４）に示すように、気泡噴出部３と少なくとも対向電極５の一部を枠内に配置できる大きさの枠体４１をＰＤＭＳで作製し、気泡噴出チップ１に貼り付けた。枠体４１の枠内には、２．５ＭのＮａＣｌ溶液４２を満たした。そして、電流２７．７ｍＡ、電圧３０９Ｖ、アウトプット周波数は４５０ｋＨｚ、インピーダンスマッチングのためのサンプリング周波数は４５０ｋＨｚ、３．５ｋＨｚでフィードバックを行い、電極３１と対向電極５に電気を出力した。気泡の形成は、ハイスピードカメラ（ＶＷ−９０００，Ｋｅｙｅｎｃｅ社製）を用いて、枠体４１の側面から撮影を行った。

図１２は、ハイスピードカメラで気泡３６の発生を撮影した写真である。写真から明らかなように、実施例１で作製した気泡噴出チップ１を用いることで、気泡噴出口３５から気泡３６を上方に向け噴出できることが確認できた。また、気泡噴出口の周囲に気泡の滞留は見られなかった。これは、気泡噴出口が上方を向いており、気泡の噴出力に加え、浮力により上方にスムーズに移動したためと考えられる。

＜実施例３＞
〔プラズマを含む気泡の噴出〕
実施例２で作製した局所アブレーション装置及びインジェクション装置の溶液を０．１５ＭのＮａＣｌ溶液とし、電気出力条件を電流５．０Ａ、電圧６．２ｋＶ、アウトプット周波数は４５０ｋＨｚ、インピーダンスマッチングのためのサンプリング周波数は４５０ｋＨｚ、３．５ｋＨｚでフィードバックした以外は、実施例２と同様に気泡を噴出した。噴出した気泡を、ＶＷ６００Ｍ（ＫＥＹＥＮＣＥ社製）を用い、フレームレート：２３０，０００ｆｐｓで撮影した。図１３は撮影した写真である。図１３から明らかなように、実施例３では、気泡の噴出に加え、電極３１から放電していることが確認できた。また、放電が確認できたことから、原理的に気泡にはプラズマが含まれていると考えられる。

１、１’…気泡噴出チップ、２…基板、３…気泡噴出部、４…通電部、５…対向電極、６…局所アブレーション装置、７…外側外郭部、８…フォトレジスト、１０…加工対象物、３１…電極、３２…外郭部、３３…延伸部、３４…空隙、３５…気泡噴出口、３６…気泡、３７…絶縁層、４１…枠体、４２…溶液、５１…キャップ、５２…支持体、５３…可動枠、５４…付勢手段、５６…可変枠、６１…一般商用交流電源装置、６２…電線、６３…無誘導抵抗、６４…電圧増幅回路、７１…流路

Claims (13)

1. 基板、通電部、気泡噴出部を少なくとも含み、
   前記通電部は、前記基板上に形成され、
   前記気泡噴出部は、導電材料で形成された電極、絶縁性の感光性樹脂で形成された外郭部及び外郭部から延伸した延伸部を含み、前記外郭部は前記電極の周囲を覆い且つ前記延伸部は前記電極の先端より延伸し、更に、前記気泡噴出部は前記延伸部及び前記電極の先端との間に形成された空隙を含み、
   前記気泡噴出部の電極は前記通電部上に形成されている、
   気泡噴出チップ。
2. 前記気泡噴出部が２以上形成されている請求項１に記載の気泡噴出チップ。
3. 前記気泡噴出部の高さが異なる請求項２に記載の気泡噴出チップ。
4. 前記感光性樹脂が、ネガティブ型フォトレジストである請求項１〜３の何れか一項に記載の気泡噴出チップ。
5. 前記気泡噴出部の電極とで電極対を構成する対向電極が、前記基板上に形成されている請求項１〜４の何れか一項に記載の気泡噴出チップ。
6. 前記気泡噴出部の周りに形成された外側外郭部を更に含み、前記気泡噴出部と前記外側外郭部との空間にインジェクション物質を含む溶液を貯めることができる請求項１〜５の何れか一項に記載の気泡噴出チップ。
7. 前記空間にインジェクション物質を含む溶液及び／又はアシスト流を形成するための溶液を送液するための流路が形成されている請求項６に記載の気泡噴出チップ。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の気泡噴出チップを含む局所アブレーション装置。
9. 請求項１〜７の何れか一項に記載された気泡噴出チップを含むインジェクション装置。
10. 請求項８に記載の局所アブレーション装置の気泡噴出チップの少なくとも空隙を溶液で満たし、
    前記局所アブレーション装置の電極と対向電極とで構成される電極対に高周波パルスを印加することで、気泡噴出部の先端から気泡を放出させ、
    該気泡で加工対象物を加工する局所アブレーション方法。
11. 前記高周波パルスを印加した際に、前記電極から放電する請求項１０に記載の局所アブレーション方法。
12. 請求項９に記載のインジェクション装置の気泡噴出チップの少なくとも空隙を、インジェクション物質を含む溶液で満たし、
    前記インジェクション装置の電極と対向電極とで構成される電極対に高周波パルスを印加することで、前記インジェクション物質を含む溶液が吸着した気泡を放出し、
    該気泡で加工対象物を局所アブレーションしながら、加工対象物にインジェクション物質を導入するインジェクション方法。
13. 前記高周波パルスを印加した際に、前記電極から放電する請求項１２に記載のインジェクション方法。