KR20050095607A

KR20050095607A - 고도로 조절 가능한 전기자극 및 그 응용

Info

Publication number: KR20050095607A
Application number: KR1020057012871A
Authority: KR
Inventors: 세데그 엠. 패리스
Original assignee: 레베오 인코포레이티드
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2004-01-12
Publication date: 2005-09-29
Also published as: TW200413525A; EP1615988A2; US20040241859A1; WO2004063350A3; CN1759172A; US6962816B2; WO2004063350A2; JP2006515758A; US20060073597A1

Abstract

수성 공극들(aqueous pores)의 크기, 개수, 위치 및 분포들을 조절할 수 있고 그리하여 그 활용성을 증대시킨 조절가능한 전기자극(electroporation) 장치 및 방법이 개시되어 있다. 여기에 개시된 조절가능한 전기자극 장치 및 방법은 적어도 2개의 활성화 서브시스템들(sub-systems) 및 서브프로세스들(sub-processes)을 채용한다. 하나의 서브시스템과 서브프로세스는 막(membrane)을 약화시키기 위해서 상대적으로 넓은 효과, 즉 브로드 이펙트 서브시스템(broad effect sub-system)을 채용한다. 다른 서브시스템 및 서브프로세스는 막에 있는 공극의 위치를 국지화하기 위하여 상대적으로 좁은 효과, 즉 내로우 이펙트 서브시스템(narrow effect sub-system)을 채용한다.

Description

고도로 조절 가능한 전기자극 및 그 응용{Highly Controllable Electroporation and Applications Thereof}

본 발명은 수성 공극들(aqueous pores)의 크기, 개수, 위치 및 분포들을 조절할 수 있고, 그 활용성을 증대시킨 조절가능한 전기자극(electroporation) 장치 및 방법에 관한 것이다.

세포막은 외부 환경으로부터 분자물질들을 분리시키는 필수적인 기능을 수행한다. 세포막들은 인지질들로 구성되는데, 이때 인지질들은 고도로 절연된 구조물들로서 자체 조립되고, 그리하여 전기자극 이온성 운반에 대하여 큰 에너지 장벽이 존재하게 된다.

그런데, 인지질 매트릭스는 강한 외부 전기장에 의해서 붕괴될 수 있다. 즉, 강한 외부 전기장은 전기자극 도전성 및 확산 투과성을 증가시키게 되는데, 이를 소위 전기자극(electroporation)이라 일컫는다. 이러한 전기자극에 의해서 막에 수성 공극들(aqueous pores)이 형성된다. 특히, 전기자극방법은 짧은 주기의 전기장 펄스들을 적용시킬 때 통상적으로 비교적 큰 판 전극들 사이에서 세포 막의 침투를 야기시킨다(참조문헌; Neumann, et al., Bioelectrochem Bioenerg 48, 3-16 (1999); Ho, et al., Crit Rev Biotechnol 16, 349-62 (1996)).

예를 들면, 도 2A 및 2B에는 종래의 전기자극 장치(20)가 도시되어 있는데, 전기장(즉, 폐쇄 회로(22)로 표시됨)의 영향에 의하여 세포막(24)에 임의의 공극들(26)이 형성된다. 크기와 개수의 견지에서 볼 때 그러한 공극들의 분포는 적용된 전기장의 강도와 주기에 의해서 결정된다. 강한 전기장이 오랫동안 적용되면, 상대적으로 많은 수의 큰 공극들이 형성된다. 그러나, 그러한 공극들의 정확한 위치는 조절될 수 없다. 따라서, 공극들의 최종적인 분포는 어느 정도 임의적이다. 화합물들이 세포 내의 매트릭스 내로 도입되는 위치들에 대하여 연구원들은 조절능력을 상실하게 되고, 그로 인하여 생화학적 경로들에 있어서 덜 중요한 인자들이 개입된다. 그래서 연구원들은 세포 자체의 본래 메카니즘에 의존하고, 이를 이용하는데 있어서 보다 느리고 어려운 공정들을 이용하게 된다.

전기자극(electroporation)은 DNA,RNA, 염료(dyes), 단백질 및 다양한 화학 제제를 포함한 거대분자들을 세포 내로 도입하기 위하여 사용된다. 큰 외부 전기장은 공극들(즉, 20 내지 120nm 범위의 직경을 가짐)의 형성을 초래하는 높은 전기자극 전위를 유도한다. 전기 펄스를 적용하는 동안에, DNA를 포함한 전하를 띤 거대분자들은 이러한 공극들을 통해서 세포 막을 가로지르는 전기이동(electrophoresis)에 의해서 활동적으로 운반된다(참조문헌; ZNeumann, et al., Biophys J 712 868-77(1996)). 전하를 띠지않은 분자들은 수동적인 확산에 의해서 공극들을 통해서 들어간다. 펄스의 인가가 종료되면, 공극들은 정상적인 막 컨덕턴스 값들의 회복에 의해서 측정된 바와 같이 수백 밀리초(milisecond) 동안에 재밀봉된다(참조문헌; ZHo, 1996, supra).

이러한 절차는 화학적 및 생물학적 성분들을 세포 내로 주입하도록 실험적으로 설정하는데 사용되며, 이때 세포 자체의 단백질 수용체들 및 세포막을 가로질러서 운반하기 위한 세포막 채널들에 대한 신뢰도는 회피한다. 이에 따라, 연구원들은 항암제로 사용되거나 아니면 생물학적으로 치명적인 독소가 될 수 있는 화합물들의 화학적인 영향에 대하여 용이하게 학습할 수 있다. 그러나, 현재의 전기자극방법은 제한적이다.

그러므로, 종래의 전기자극에서의 이러한 또는 다른 한계들을 극복할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이 바람직하다.

도 1A 및 1B는 본 발명에 따른 조절가능한 전기자극 장치의 작동을 나타낸 도면;

도 2A 및 2B는 종래기술에 따른 장치의 작동을 나타낸 도면;

도 3A 내지 도 3D는 세포 주입장치의 일반적인 예를 나타낸 도면;

도 4A 및 4B는 세포 주입장치의 일 예를 나타낸 도면;

도 5A 및 도 5B는 세포들의 열에 대한 세포 주입장치의 일 예를 나타낸 도면;

도 6은 다중 인지질 층들 및 전기자극법을 이용한 분리장치를 나타낸 도면;

도 7은 다중 층들, 전기자극법 및 미세유체 배열을 사용한 분리장치를 나타낸 도면;

도 8은 각기 다른 위치들에서 각기 다른 공극들을 가질 수 있는 단일 층을 사용하는 분리장치를 나타낸 도면; 그리고

도 9는 여기에 기재된 다양한 실시 예들을 사용한 바람직한 전극 그리드를 나타낸 도면.

전술한 바와 같은 종래기술의 문제점 및 결점들은 전기자극을 조절가능하게 하기 위한 본 발명에 따른 몇몇 방법 및 장치들에 의해서 극복될 것이다. 조절가능한 전기자극 장치 및 방법은 수성 공극들의 크기, 개수, 위치 및 분포를 조절할 수 있게 하여 그 활용성이 향상된다. 여기에서 설명하는 조절가능한 전기자극 장치 및 방법은 적어도 2개의 활성 서브시스템(sub-system) 및 서브프로세스(sub-processes)들을 채용한다. 한가지 서브시스템 및 서브프로세스는 막을 약화시키기 위하여 상대적으로 넓은 효과, 즉 브로드 이펙트 서브시스템(broad effect sub-system)을 채용한다. 다른 서브시스템 및 서브프로세스는 막에 있는 공극의 위치를 국지화하기 위하여 상대적으로 좁은 효과, 즉 내로우 이펙트 서브시스템(narrow effect sub-system)을 채용한다.

본 발명의 상기한 특징 및 장점들은 첨부도면을 참조한 하기의 상세한 설명을 통해서 해당 기술분야의 당업자에게 보다 명백하게 이해될 것이다.

수성 공극들의 크기, 개수, 위치 및 분포를 조절할 수 있어서 활용성이 향상된 조절가능한 전기자극 장치 및 방법이 설명된다. 도 1A 및 1B를 참조하면, 막(12)의 조절가능한 전기자극 장치 및 방법(10)은 일반적으로 적어도 2개의 활성 서브시스템 및 서브프로세스를 채용한다. 도 1A는 막(12)의 일부를 타나내며, 도 1B는 여기에 설명하는 조절가능한 전기자극 장치(10)를 나타낸다.

일반적으로, 활성 서브시스템들중 하나는 막에 공극(14)을 형성하는 것을 충족시키지 못하며, 따라서 2개의 활성 서브시스템들이 채용되는데, 이들은 논리적인 "앤드(and)" 게이트와 유사한 방식으로 기능을 수행한다. 브로드 이펙트 서브시스템(16)은 막을 취약하게 하기 위하여 상대적으로 넓은 이펙트(effect)를 채용하며, 내로우 이펙트 서브시스템(18)은 막(12)에서 공극(14)의 위치를 국부적으로 만들기 위해서 상대적으로 좁은 이펙트를 채용한다. 브로드 이펙트 서브시스템(16)과 내로우 이펙트 서브시스템(18) 모두를 채용함으로써, 고도로 국부화되고 조절가능한 전기자극방법이 수행되어 공극(14)이 개방된다.

그러므로, 종래의 전기자극방법의 적용된 전기장에 추가하여, 도 2A 및 2B를 참조하여 상기 배경 기술란에서 언급한 셀룰러 막들(cellular membranes)의 종래의 전기자극 프로세스들에 비교하여, 여기에서 설명하는 전기자극방법 및 장치는 세포룰러 막 상의 특정위치에서 일정방향을 향하는 내로우 이펙트 서브시스템(18)을 채용하며, 이에 의해 공극(14)에 걸쳐서 위치적인 제어를 가능하게 하다. 내로우 이펙트 서브시스템(18)은 인지질분자들을 여기시킬 것이며, 그로 인하여 수성 공극들을 형성하는데 일정량의 에너지가 브로드 이펙트 서브시스템(16)으로부터 요구된다. 그러므로, 예를 들면, 매우 약한 전기장이 장치에 적용될 수 있으며, 통상적으로 전기자극이 발생하지 않는다. 그러나, 이렇게 약한 전기장은 레이저빔에 의해서 이미 여기된 세포룰러 막의 위치들에 수성 공극들을 형성할 수 있다.

브로드 이펙트 서브시스템 또는 서브프로세스(16)는 적당한 막 약화장치 및/또는 프로세스들로부터 선택될 것이다. 그러한 막 약화장치 및/또는 프로세스들은 전기장들(일정한 바람직한 실시 예들에 있어서 균일한 전기장들), 마이크로웨브파 에너지, 다른 전자기 복사, 비교적 낮은(즉, 임의의 전기자극을 착수하는데 요구되는 것보다 낮은) 에너지의 레이저빔, 또는 상기한 약화장치 및/또는 프로세스들중 적어도 하나를 포함하는 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 것이다. 브로드 이펙트 서브시스템 또는 서브프로세스(16)의 에너지 크기는 종래의 전기자극 장치들의 에너지 크기보다 낮고, 이로 인하여 임의의 공극 형성이 야기된다. 또한, 취약한 브로드 이펙트 서브시스템 또는 서브프로세스(16)의 영역(즉, 단면 영역)은 원하는 공극 크기보다 큰 영역을 에워싼다. 몇몇 실시 예들에 있어서, 이러한 영역은 전체 세포 막 또는 세포 막들의 열을 에워싼다. 다른 실시 예들에 있어서, 이러한 영역은 막의 영역이다.

내로우 이펙트 서브시스템 또는 서브프로세스(18)는 적당한 막 공극 위치 국지화 장치 및/또는 프로세스들로부터 선택된다. 그러한 막 공극 위치 국지화 장치 및/또는 프로세스들은 레이저 빔들, 전기 팁들, 또는 상기한 막 공극 위치 국지화 장치 및/또는 프로세스들중 적어도 하나를 포함한 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 것이다. 이러한 막 공극 위치 국지화 장치 및/또는 프로세스들(18)의 영역(즉, 단면 영역)은 일반적으로 좁다. 즉, 공극 개구부의 원하는 치수에 대응한다. 그러므로, 예를 들면, 수미크론 또는 나노미크론(즉, 1 내지 100nm)의 크기를 갖는 조절된 공극 개구부들이 형성될 수 있고, 레이저 및 전극 팁 기술들이 진보함에 따라서 그러한 1미크론미만 크기 및 나노미크론 크기 치수들이 가능해진다.

실시예들

세포 주입(Cell Injection)

여기에서 설명하는 조절가능한 전기자극 장치 및 방법은 조절가능한 방식으로 DNA,RNA, 염료(dyes), 단백질 및 다양한 화학 제제를 포함한 거대분자들을 세포내로 도입하기 위하여 사용된다. 본 발명에 따른 조절가능한 전기자극 장치의 응용을 제한함이 없이, 도 3A 내지 도 5B는 조절가능한 전기자극 장치를 채용한 세포 공극 개방장치들의 여러가지 실시예들을 나타내고 있다.

도 3A 내지 도 3D를 참조하면, 세포내로 거대분자들을 조절가능하게 주입하기 위한 장치(30)가 도시되어 있다. 도 3A에는 세포(24)를 고정시키기 위한 기구(32)를 포함하는 장치(30)가 도시되어 있다. 기구(32)는 생물학적 기술로서 널리 알려진 관련 마이크로시스템들을 포함한 적당한 마이크로로보틱 장치(microrobotic device)이다. 그러한 장치(32)는 개별적인 세포 또는 조절된 그룹의 세포들을 고정시킬 수 있다. 또한, 기구(32)는 세포(24)로부터 생물학적, 전기적, 광학적 또는 다른 데이타를 얻기 위하여 사용될 수 있다.

도 3B를 참조하면, 장치(30)는 세포(24)를 고정시키기 위한 기구(32)를 포함하며, 조절가능한 전기자극 장치는 브로드 이펙트 서브시스템(16) 및 내로우 이펙트 서브시스템(18)을 포함하며, 이에 의해 내로우 이펙트 서브시스템(18)은 공극(34)의 개방을 유도하도록 세포(24) 상의 일정위치에 조준된다.

도 3C를 참조하면, 거대분자(38)가 나노노즐 또는 다른 적당한 주입장치(36)를 거쳐서 도입된다. 내로우 이펙트 서브시스템(18) 및/또는 브로드 이펙트 서브시스템(16)이 제거되는 경우, 공극이 폐쇄될 것이고, 그로 인하여 세포(24') 내에는 거대분자(38)가 존재하게 된다.

도 4A 및 도 4B에는 상기한 바와 같이 세포 내로 거대분자들을 도입하기 위하여 세포(24) 내의 공극(34)을 조절가능하게 개방시키기 위한 조절가능한 전기자극 장치(40)의 일 예가 도시되어 있다. 장치(40)는 전기장 유도장치들(42,44,46)의 형태를 갖는 브로드 이펙트 서브시스템 및 적당한 공급원(도시되지 않음)으로부터 제공되는 레이저빔(48)을 포함한다. 전기장 생성장치는 스위치절환 가능한(스위치(44)를 거쳐서) 전압 공급원(46)에 연결된 전극판(42)의 형태이다. 도시된 바와 같이, 상기한 바와 같은 논리 "앤드(and)" 회로와 유사한 공극 개구부 기구를 활성화시키도록 레이저빔이 집중 조사되고 전기장이 적용된다.

도 3A 내지 도 3D 및 도 4A 및 4B를 참조하여 위에서 설명한 장치 및 방법을 이용하여, 연구원은 조직체에 있는 몇몇 세포들을 생물학적 화합물에 노출시켜서 상기 신호가 이웃하는 세포들로 어떻게 전파되는 지를 관찰할 수 있다. 이와는 달리, 연구원들은 만일 뉴런 및 위장점막세포들과 같은 비대칭적인 세포들이 각기다른 위치들에서 주입된 화합물들과 각기 다르게 반응하는지의 여부를 연구할 수 있다.

도 5A 및 5B를 참조하면, 장치(50)는 세포(24)의 열(52)과 관련하여 도 3A 내지 도 3D 또는 도 4A 및 4B를 참조하여 설명한 것과 유사하게 동작함을 나타내었다. 브로드 이펙트 서브시스템(16) 및 내로우 이펙트 서브시스템(18)이 작동하는 경우에, 공극들(34)은 세포들(24) 내에 형성된다. 그러한 공극들은 거대분자들을 세포들(24) 내로 선택적으로 도입하기 위하여 사용된다.

분리장치(Separation Device)

도 6 내지 도 10을 참조하면, 여과/분리 장치들의 다양한 실시 예들은 조절가능한 전기자극 장치를 사용하여 제공된다.

도 6에는 장치(60), 즉 분자 체(molecular sieve)의 일 예가 도시되어 있다. 장치(60)는 다수의 막 층들(62), 즉 인지질 이중층들을 포함한다. 각각의 막 층(62)은 브로드 이펙트 서브시스템을 적용하는 동안에 내로우 이펙트 서브시스템을 경험하게 되며, 이와는 달리 공극들(64)의 위치는 조립 및/또는 제조시에 결정된다. 즉, 적당한 거대 또는 미소 결점들을 갖는지, 또는 동일한지가 결정된다. 이에 의해 각각의 층에 작용하는 각기 다른 전압에 따라 공극의 크기가 결정된다. 각각의 층에 각기 다른 전압들(즉, V1,V2 및 V3)이 적용되면, 큰 공극들(64)부터 작은 공극들(64)까지 필터 변화(filter gradient)가 제공되고, 이에 의해 적당한 층들을 통한 분자들(66)의 통로가 형성된다.

제조하기에 매우 저렴한 인지질 이중층을 사용함으로써, 적용된 전기장을 주의 깊게 제어하면서 전기자극방법을 사용하는데 요구되는 크기에 대하여 동일한 필터(60)가 반복적으로 사용되고 채택될 수 있다. 다중 필터들 대신에 단일 필터가 모든 상황에 대하여 사용될 수 있다.

도 7을 참조하면, 채널(74)을 갖는 바이오칩 열(72)과 연관하여 도 6에 도시된 것과 유사한 기능을 수행하는 분자체가 도시되어 있다. 채널들(74)은 크기에 따라 각각의 수준에서 거대분자 및 분자들을 수집하도록 기능한다. 또한, 채널들(74)은 바이오칩 열(72)을 통해서 거대분자들 또는 분자들을 유도하도록 변화요소, 즉, 압력, 열적, 전기적 또는 다른 요소와 통합하거나 연관될 것이다. 바이오칩 열(72)은 적당한 미소유체 또는 나노유체 장치가 될 것이다. 예를 들면, 그와 같은 장치들을 제조하기 위한 방법들은, 레베오 인코포레이티드(Reveo Inc.)사가 "3차원 장치 조립체 및 그 제조방법(Three Dimensional Device Assembly and Production Methods Thereof)"라는 발명의 명칭으로 2003년 11월 30일자로 출원된 국제출원번호 제 PCT/US03/37304호(여기에서는 참조문헌으로서 기재됨)에 개시되어 있다.

도 8에는 레이저들의 배열이 공극 개구부들에 걸쳐서 위치제어를 제공하는 다른 동적 여과장치의 예가 도시되어 있다. 도 8을 참조하면, 여과장치(80)는 브로드 이펙트 서브시스템(16) 및 내로우 이펙트 서브시스템(18)에 연관된 막 층(82)을 포함한다. 예를 들면, 내로우 이펙트 서브시스템(18)은 레이저 배열(88)을 사용하여 발생된다. 이와는 달리, 레이저 배열(88) 대신에, 빔 조향장치는 단지 하나의 레이저 공급원을 사용할 수 있도록 통합될 것이다. 레이저가 막(82) 상의 일정 위치와 연관된 배열로부터 활성화되는 경우에, 공극(84)이 개방될 것이다. 공극들의 크기는 소정의 막 특성들, 영역 또는 내로우 이펙트 서브시스템의 크기, 또는 브로드 이펙트 서브시스템의 크기에 의해서 조절될 것이다.

세포들, 단백질, 효소, DNA 분자들, RNA 분자들, 및 다른 거대분자들 또는 분자들은 컨테이너들(86), 즉 적당한 미소유체학적 장치의 배열을 거쳐서 수집될 것이다. 그러므로, 분리장치(80)는 용도에 따라 극단적으로 간소화되고 고도로 유연하게 적용될 것이다.

도 9에는 여기에서 설명하고 있는 여러 가지 실시 예들에서 브로드 이펙트 에너지 서브시스템을 제공하기에 적합한 전극의 예가 도시되어 있다. 그리드 패턴으로 전극들을 제공함으로써, 적당한 필드 발생장치가 내로우 이펙트 서브시스템, 거대분자 도입, 여과 또는 다른 목적과 같은 다양한 목적을 위한 접근이 가능하도록 제공될 것이다.

크기에 기초한 여과에 추가하여, 적용된 전압이 막을 가로지르는 한가지 타입의 이온들만을 구동시킬 것이므로, 상기한 분리장치들은 이온성 전하를 기초로하여 분리될 것이다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

막(membrane)의 조절가능한 전기자극(electroporation)을 위한 장치로서,

상기 막에 광대역 에너지(broad energy)를 제공하기 위한 브로드 이펙트 서브시스템(broad effect sub-system); 및

상기 막에 협대역 에너지(narrow energy)를 제공하기 위한 내로우 이펙트 서브시스템(narrow effect sub-system);을 포함하며,

상기 협대역 에너지의 위치와 상응하는 위치에 공극이 개방되거나 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 브로드 이펙트 서브시스템은 전기장, 마이크로파 에너지, 다른 전자기 복사, 저에너지 레이저 빔의 취약 시스템들, 또는 상기한 취약 시스템들중 적어도 하나를 포함하는 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 브로드 이펙트 서브시스템의 에너지 크기는, 상기 내로우 이펙트 서브시스템이 없는 전기자극 장치들의 에너지 크기보다 낮은 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 브로드 이펙트 서브시스템의 영역은 원하는 공극 크기보다 큰 영역을 에워싸는 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 브로드 이펙트 서브시스템의 영역은 세포막을 에워싸는 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 브로드 이펙트 서브시스템의 영역은 세포들의 열(array)의 막들을 에워싸는 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 브로드 이펙트 서브시스템의 영역은 막의 영역을 에워싸는 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 내로우 이펙트 서브시스템은, 레이저 빔, 전극 팁들로 이루어진 위치 국지화 장치들(position localization systems), 또는 상기 위치 국지화 장치들중 적어도 하나를 포함하는 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 내로우 이펙트 서브시스템의 영역은 상기 공극 개구부의 치수에 대응하는 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 공극은 1미크론미만의 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 공극은 약 100nm 이하의 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
조절가능한 전기자극을 위한 장치로서,

막에 광대역 에너지를 제공하기 위한 브로드 이펙트 서브시스템; 및

상기 막에 협대역 에너지를 제공하기 위한 내로우 이펙트 서브시스템;을 포함하며,

상기 브로드 이펙트 서브시스템과 상기 내로우 이펙트 서브시스템이 활성화되는 경우에 공극이 개방되는 것을 특징으로 하는 장치.
막에 있는 공극을 조절가능하게 개방시키기 위한 방법으로서,

상기 막에 광대역 에너지를 조사(照射)하는 단계; 그리고

상기 막에 협대역 에너지를 조사(照射)하는 단계;를 포함하며,

상기 협대역 에너지의 위치와 상응하는 위치에서 공극이 개방되거나 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 13에 있어서, 상기 광대역 에너지는 전기장, 마이크로파 에너지, 다른 전자기 복사, 저에너지 레이저 빔의 에너지 시스템들, 또는 상기한 에너지 시스템들중 적어도 하나를 포함하는 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 13에 있어서, 상기 광대역 에너지의 크기는 상기 내로우 이펙트 서브시스템이 없는 전기자극 장치들의 에너지 크기보다 낮으며, 이에 의해 임의의 공극 개방이 진행되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 13에 있어서, 상기 광대역 에너지의 영역은 원하는 공극 크기보다 큰 영역을 에워싸는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 13에 있어서, 상기 광대역 에너지의 영역은 세포의 막을 에워싸는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 13에 있어서, 상기 광대역 에너지의 영역은 세포들의 열(array)의 막들을 에워싸는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 13에 있어서, 상기 광대역 에너지의 영역은 막의 영역을 에워싸는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 13에 있어서, 상기 협대역 에너지는 레이저 빔, 전극 팁들로 이루어진 위치 국지화 에너지 시스템들, 또는 상기 위치 국지화 에너지 시스템들중 적어도 하나를 포함한 조합으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 13에 있어서, 상기 협대역 에너지의 영역은 상기 공극 개구부의 치수에 대응하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 13에 있어서, 상기 공극은 1미크론 미만의 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 13에 있어서, 상기 공극은 약 100nm 이하의 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
세포 공극 개방장치로서,

세포를 고정시키기 위한 마이크로로보틱 장치(microrobotic device); 및

상기 세포에 있는 공극을 조절가능하게 개방시키기 위한 상기 청구항 1에 기재된 바와 같은 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 공극 개방장치.
청구항 24에 있어서, 상기 브로드 이펙트 서브시스템은 전극판 및 절환가능한(switchable) 전압공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 공극 개방장치.
청구항 24에 있어서, 상기 내로우 이펙트 서브시스템은 레이저로 이루어진 것을 특징으로 하는 세포 공극 개방장치.
세포 공극 거대분자 장치로서,

세포를 고정시키기 위한 마이크로로보틱 장치;

상기 세포에 있는 공극을 조절가능하게 개방시키기 위한 상기 청구항 1에 기재된 바와 같은 장치; 및

상기 공극을 통해서 상기 세포에 거대분자를 주입시키기 위한 거대분자 주입장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 공극 거대분자 장치.
세포 공극의 개방 방법으로서,

세포를 고정시키는 단계; 그리고

상기 세포에 있는 공극을 조절가능하게 개방시키기 위해서 상기 청구항 13에 기재된 바와 같은 방법을 적용시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 공극의 개방 방법.
세포에 거대분자를 도입시키기 위한 방법으로서,

세포를 고정시키는 단계; 그리고

상기 세포에 있는 공극을 조절가능하게 개방시키기 위해서 상기 청구항 13에 기재된 방법을 적용시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포에 거대분자를 도입시키기 위한 방법.
분자들 또는 거대분자들을 여과하기 위한 장치로서,

세포에 있는 공극을 조절가능하게 개방시키기 위한 상기 청구항 1에 기재된 바와 같은 장치를 각각 포함하는 다수의 막 층들을 구비하며, 각각의 막층은 공극 크기 증감(pore size gradient)을 제공하도록 각기 다른 크기로 개방되는 것을 특징으로 하는 장치.
분자들 또는 거대분자들을 여과하기 위한 장치로서,

다수의 막 층들; 및

각각의 막 층과 연관된 브로드 이펙트 서브시스템;을 포함하며,

각각의 막 층은 결점을 갖는 위치를 포함하며, 이에 의해 상기 위치는 상기 브로드 이펙트 서브시스템이 활성화되지 않을 때 폐쇄되며, 상기 브로드 이펙트 서브시스템이 활성화될 때 개방되는 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 31에 있어서, 상기 각각의 막 층에 있는 상기 결점이 상기 공극의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 31에 있어서, 상기 브로드 이펙트 서브시스템의 에너지의 크기가 상기 공극의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 장치.
분자들 또는 거대분자들을 여과하기 위한 장치로서,

세포에 있는 공극을 조절가능하게 개방시키기 위한 상기 청구항 1에 기재된 바와 같은 장치를 포함하는 막 층;을 포함하며,

내로우 이펙트 에너지 서브시스템은 내로우 이펙트 에너지 서브-서브시스템(narrow effect energy sub-sub-system)의 열(array)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
분자들 또는 거대분자들을 여과하기 위한 장치로서,

세포에 있는 공극을 조절가능하게 개방시키기 위한 상기 청구항 1에 기재된 바와 같은 장치를 포함하는 막 층;을 포함하며,

내로우 이펙트 에너지 서브시스템은 레이저들의 열을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
분자들 또는 거대분자들을 여과하기 위한 장치로서,

세포에 있는 공극을 조절가능하게 개방시키기 위한 상기 청구항 1에 기재된 바와 같은 장치를 포함하는 막 층;을 포함하며,

내로우 이펙트 에너지 서브시스템은 전자기 에너지의 공급원과 연관된 빔 조향장치(beam steering device)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
조절가능한 공극 개방장치로서,

이중층 세포 막;

레이저빔 공급원; 그리고

전기장 공급원;을 포함하며,

상기 레이저 공급원으로부터 방출된 레이저 빔은 공극 개구부의 위치를 한정하도록 상기 이중층 세포 막 상의 소정 위치에 적용되고, 상기 전기장으로부터 방출된 전기장은 상기 공극을 개방시키도록 적용되는 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 37에 있어서, 상기 이중층 세포 막은 인지질(phospholipid)로 이루어진 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 37에 있어서, 상기 레이저빔은 현장에서 분자들을 여기시키고 이에 의해 상기 공극들을 개방시키기 위하여 상기 전기장에 요구되는 에너지의 양이 감소되며, 상기 전기장은 상기 레이저빔이 존재하지 않는 경우에 상기 공극들을 개방시키는데 필요한 수준의 전기장보다 약한 것을 특징으로 하는 장치.
청구항 37 내지 청구항 39중 어느 한 항에 기재된 바와 같은 조절가능한 공극 개방장치를 포함하는 필터장치.
청구항 40에 기재된 바와 같은 다중 필터들을 포함하고 각각의 필터에 각기 다른 전압들이 적용되며 이에 의해 공극의 크기가 서로 다른 분리장치.
청구항 40에 있어서, 상기 레이저빔 공급원은 상기 막 상의 다수 위치들에 레이저 빔을 조사(照射)할 수 있고, 이에 의해 전기장이 적용될 때 상기 공극 개구부들에 대한 각기 다른 위치들이 한정되는 것을 특징으로 하는 필터장치.
청구항 42에 있어서, 상기 공극의 크기는 상기 막의 특성들 또는 상기 전기장의 수준에 따라 변하며, 상기 레이저빔의 적용을 위해서 상기 막 상의 의도된 위치들과 연관된 다수의 콘테이너들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필터장치.
임자들을 분리하기 위한 방법으로서,

이중층 막을 제공하는 단계;

상기 막 상의 소정위치에 레이저빔을 조사(照射)하는 단계; 그리고

상기 막 상의 위치에서 공극을 개방시키도록 전기장을 적용하고, 이에 의해 상기 공극의 크기보다 작은 입자들이 분리되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
임자들을 분리하기 위한 방법으로서,

다수의 이중층 막들을 더미의 형태로 제공하는 단계;

상기 막 상의 소정위치에 레이저빔을 조사(照射)하는 단계; 그리고

상기 막 상의 위치에서 공극을 개방시키도록 전기장을 적용하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 45에 있어서, 상기 다수의 막들중 적어도 하나에 적용되는 전기장은 상기 공극의 개방크기를 변화시키도록 가변적인 것을 특징으로 하는 방법.
임자들을 분리하기 위한 방법으로서,

이중층 막을 제공하는 단계;

상기 막 상의 제 1 위치에 레이저빔을 조사(照射)하는 단계;

상기 막 상의 상기 제 1 위치에서 공극을 개방시키도록 전기장을 적용하고, 이에 의해 상기 제 1 공극 크기보다 작은 입자들이 분리되어 제 1 챔버 내에 수집되는 단계;

상기 막 상의 제 2 위치에 레이저빔을 조사(照射)하는 단계; 그리고

상기 막 상의 상기 제 2 위치에서 공극을 개방시키도록 전기장을 적용하고, 이에 의해 상기 제 2 공극 크기보다 작은 입자들이 분리되어 제 2 챔버 내에 수집되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.