KR20170040309A - 기포 분출 부재, 기액 분출 부재, 국소 어블레이션 장치 및 국소 인젝션 장치 - Google Patents
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Abstract
고전압을 인가해도 선단 부분이 파손되지 않는 기포 분출 부재를 제공한다. 도전 재료로 형성된 심재, 절연 재료로 형성되고 상기 심재의 선단으로부터 연신된 연신부를 포함하고, 또한 상기 심재에 적어도 일부가 밀착하여 심재를 덮는 외곽부, 및 상기 연신부 및 상기 심재의 선단과의 사이에 형성되고 또한 기포 분출구를 갖는 공극을 포함하는 기포 분출 부재에 있어서, 상기 연신부의 선단에 다른 연신부보다 두께가 후육부를 형성함으로써 선단 부분이 파손되지 않는 기포 분출 부재를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 기포 분출 부재, 기액 분출 부재, 국소 어블레이션 장치 및 국소 인젝션 장치에 관한 것이다. 특히, 종래의 기포 분출 부재의 선단을 두께가 두껍게 가공함으로써 기포 분출구를 작게 하고 또한 고전압을 인가해도 파손되기 어려운 기포 분출 부재, 및 기포 분출 부재와 상대 이동이 가능한 외측 외곽부를 형성함으로써 가공 대상물을 가공할 때에 기포 분출 부재의 위치를 용이하게 조정할 수 있는 기액 분출 부재, 기포 분출 부재 또는 기액 분출 부재를 포함하는 국소 어블레이션 장치, 및 기액 분출 부재를 포함하는 국소 인젝션 장치에 관한 것이다.
최근 바이오테크놀러지의 발전에 따라, 세포의 막이나 벽에 구멍을 뚫어 세포로부터 핵을 제거 또는 DNA 등의 핵산 물질의 세포에의 도입 등, 세포 등의 국소 가공의 요구가 높아지고 있다. 국소 가공 기술(이하, 「국소 어블레이션」이라고 기재하는 경우가 있음)로서는 전기 메스 등의 프로브를 사용한 접촉 가공 기술이나, 레이저 등을 사용한 비접촉 어블레이션 기술 등을 사용한 방법이 널리 알려져 있다.
그러나, 종래의 전기 메스 등의 프로브를 사용한 접촉 가공 기술에 있어서는 (1) 연속 고주파에 의해 발생시킨 줄(joule) 열에 의해 대상물을 달구어서 끊는 성질이 있기 때문에, 절단면의 조도와 열에 의한 주변 조직에의 열 침습의 영향이 크고, 특히 액상 중의 생체 재료 가공에 있어서는 열에 의한 절단면의 데미지가 크고, (2) 단백질의 변성이나 아미드 결합의 촌단에 의해 재결합이나 재생이 곤란하고, (3) 또한 지속적인 가공에 있어서는 프로브에의 열변성 단백질 등의 흡착이나 열에 의해 발생되는 기포의 흡착에 의해, 절개면의 관찰 환경은 현저하게 악화되어 고분해성 가공은 곤란하다고 하는 문제가 있었다.
또한, 펨토초 레이저 등의 레이저에 의한 비접촉 가공 기술에 있어서도, 고밀도 에너지가 국소적으로 닿음으로써 절단면 주위 조직의 열의 영향이 존재하고, 특히 액상 중의 대상물의 가공에 있어서는 가공시에 발생하는 열에 의한 기포 등의 발생에 의해 지속적 가공이 곤란한 등의 문제가 있었다.
한편, 세포 등에의 핵산 물질 등의 인젝션 물질을 도입하기 위한 국소적인 물리적 인젝션 기술(이하, 「국소 인젝션」이라고 기재하는 경우가 있음)로서는 전기 천공법, 초음파를 사용한 소노포레이션(sonoporation) 기술 및 입자총법 등이 널리 알려져 있다. 그러나, 종래의 전기 천공법 기술에 있어서는 전계 강도에 의해 세포막의 투과성을 향상시키는데 한계가 있고, 유연한 지질 2중막이 아닌 단단한 세포막이나 세포벽을 갖는 대상물에 인젝션이 곤란하고, 전극의 배치 등의 제한에 의해 국소적인 타겟 장소에의 인젝션이 곤란하다는 등의 문제가 있었다. 또한, 초음파를 이용한 소노포레이션 기술에 있어서는 초음파의 집속이 곤란하고, 국소적인 기포의 캐비테이션을 발생시켜 해상도를 높이는 것이 곤란한 등의 문제가 있었다. 또한, 입자총법에 의한 인젝션 방법에 있어서도, 입자 표면에 부착시킨 물질이 입자를 발사했을 때에 표면으로부터 이탈해버려 도입 효율이 낮은 등의 문제가 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명자들은 도전 재료로 형성된 심재와, 절연 재료로 형성되고, 상기 심재를 덮고, 또한 상기 심재의 선단으로부터 연신된 부분을 포함하는 외곽부, 및 상기 외곽부의 연신된 부분 및 상기 심재의 선단과의 사이에 형성된 공극을 포함하는 기포 분출 부재를 제작하고, 상기 기포 분출 부재를 용액에 침지시키고, 용액 중에서 고주파 전압을 인가함으로써 기포를 발생시키고, 상기 기포를 가공 대상물에 연속적으로 방출함으로써 가공 대상물을 절삭(국소 어블레이션)할 수 있는 것을 새롭게 발견했다. 또한, 상기 기포 분출 부재의 외곽부의 외측에 외곽부와 공간을 갖도록 외측 외곽부를 설치하고, 상기 공간에 인젝션 물질을 용해 및/또는 분산시킨 용액을 도입함으로써 인젝션 물질이 용해 및/또는 분산된 용액이 계면에 흡착된 기포를 발생할 수 있고, 상기 기포를 가공 대상물에 연속적으로 방출함으로써 가공 대상물을 절삭함과 아울러, 기포를 덮는 용액에 포함되는 인젝션 물질을 가공 대상물에 인젝션할 수 있는 것을 새롭게 발견하여, 특허 출원을 행하고 있다(특허문헌 1 참조).
특허문헌 1에 기재되어 있는 기포 분출 부재를 이용하여 국소 어블레이션을 행하는 경우, 가공 대상물이 세포 등 부드러운 물질인 경우에는 국소 어블레이션을 할 수 있다. 한편, 비교적 단단한 가공 대상물을 국소 어블레이션 하는 경우, 기포의 분출 속도를 빨리하여 충돌 에너지를 높이기 위해서 기포 분출 부재에 고전압을 인가할 필요가 있다. 그러나, 특허문헌 1에 기재되어 있는 기포 분출 부재에 고전압을 인가하면, 기포 분출 부재의 선단 부분이 파손되어버린다고 하는 새로운 문제가 발생했다.
또한, 가공 대상물을 국소 어블레이션할 때에는 현미경 관찰 하에서 기포 분출 부재의 기포 분출구를 관찰하면서 가공 대상물과의 위치 관계를 조정할 필요가 있다. 그러나, 기포 분출 부재는 유리 등을 잡아당겨 끊어서 작성하기 때문에 기포 분출구는 예리한 형상으로 되어 있고, 국소 인젝션을 할 때에 가공 대상물을 손상시켜버린다고 하는 새로운 문제가 발생했다.
또한, 특허문헌 1에 기재되어 있는 기액 분출 부재는 기포 분출 부재에 끼운 위치 결정 와셔에 외측 외곽부를 외삽하고 있기 때문에, 기포 분출 부재의 기포 분출구와 외측 외곽부 선단의 거리를 변경할 수는 없다. 그 때문에, 분출된 인젝션 물질을 포함하는 액체가 계면에 흡착된 기포(이하, 「기액」이라고 기재하는 경우가 있음)가 가공 대상물에 도달하기 전에 에너지를 손실하여, 가공 대상물에 따라서는 기액이 가공 대상물에 되튀겨져버리는 새로운 문제가 발생했다. 그 때문에, 기포 분출 부재에 인가하는 전압을 높게 하여 기액의 충돌 에너지를 크게 할 필요가 있지만, 상기한 바와 같이 고전압을 인가하면, 기포 분출 부재의 선단 부분이 파손되어버린다고 하는 새로운 문제가 발생했다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 발명이고, 예의 연구를 행한 바, (1) 절연 재료를 잡아당겨 끊어서 작성한 연신부의 선단을 두껍게 함으로써 기포 분출 부재에 고전압을 인가해도 선단 부분이 파손되지 않는 것, (2) 선단 부분이 두껍게 되기 때문에 가공 대상물을 찔러 파손시키기 어려운 것, (3) 선단 부분을 두껍게 가공할 때에 기포 분출구의 구경을 작게 할 수 있으므로 선단 부분이 파손되지 않고 가공 대상물을 보다 미세 가공할 수 있는 것, (4) 기포 분출 부재와 외측 외곽부가 상대 이동할 수 있도록 기액 분출 부재를 제작함으로써 국소 어블레이션 또는 국소 인젝션할 때의 기포 분출 부재와 가공 대상물의 위치 조정이 용이해지는 것, (5) 그리고, 외측 외곽부를 가공 대상물에 압박함으로써 인젝션 물질을 포함하는 용액이 외측 외곽부로부터 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있고, 그 상태에서 기포 분출 부재와 가공 대상물의 위치 관계를 조정할 수 있다. 그 때문에, 본 발명의 기액 분출 부재를 포함하는 국소 어블레이션 장치 또는 국소 인젝션 장치는 대기 중에서도 사용할 수 있고, 예를 들면 바늘없는 주사 장치에 응용이 가능하다는 것을 새롭게 발견했다.
즉, 본 발명의 목적은 기포 분출 부재, 기액 분출 부재, 국소 어블레이션 장치 및 국소 인젝션 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명은 이하에 나타낸 기포 분출 부재, 기액 분출 부재, 국소 어블레이션 장치 및 국소 인젝션 장치에 관한 것이다.
(1) 도전 재료로 형성된 심재,
절연 재료로 형성되고, 상기 심재의 선단으로부터 연신된 연신부를 포함하고, 또한 상기 심재에 적어도 일부가 밀착하여 심재를 덮는 외곽부, 및
상기 연신부 및 상기 심재의 선단과의 사이에 형성되고, 또한 기포 분출구를 갖는 공극을 포함하는 기포 분출 부재에 있어서,
상기 연신부의 선단에 다른 연신부보다 두께가 두꺼운 후육부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기포 분출 부재.
(2) 상기 (1)에 기재된 기포 분출 부재, 및
상기 기포 분출 부재의 외곽부의 외측에 형성되고, 상기 외곽부와의 사이에 공간을 갖도록 상기 외곽부로부터 이간된 위치에 형성한 외측 외곽부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기액 분출 부재.
(3) 상기 (2)에 있어서, 상기 외측 외곽부와 상기 기포 분출 부재가 상대 이동이 가능해지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기액 분출 부재.
(4) 상기 (3)에 있어서, 상기 외측 외곽부의 단부가 신축 부재를 통하여 상기 기포 분출 부재에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 기액 분출 부재.
(5) 상기 (2) 내지 (4) 중 어느 하나에 있어서, 상기 외측 외곽부와 상기 기포 분출 부재가 상대 이동할 때의 가이드 역할을 하는 협착부는 상기 외측 외곽부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기액 분출 부재.
(6) 상기 (2) 내지 (5) 중 어느 하나에 있어서, 상기 기액 분출 부재의 심재와 한 쌍의 전극을 구성하는 대향 전극을 더 포함하고,
상기 대향 전극이 상기 외곽부의 외면 또는 상기 외측 외곽부의 내면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기액 분출 부재.
(7) 상기 (2) 내지 (6) 중 어느 하나에 있어서, 상기 외측 외곽부의 선단 부분이 다른 외측 외곽부보다 두께가 두껍게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기액 분출 부재.
(8) 상기 (1)에 기재된 기포 분출 부재, 또는 상기 (2) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 기액 분출 부재를 포함하는 국소 어블레이션 장치.
(9) 상기 (2) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 기액 분출 부재를 포함하는 국소 인젝션 장치.
(발명의 효과)
본 발명의 기포 분출 부재는 선단 부분이 두께가 두껍게 되어 있으므로, 본 발명의 기포 분출 부재 또는 기액 분출 부재를 사용한 국소 어블레이션 장치는 고전압을 인가해도 선단 부분이 파손되기 어렵다. 따라서, 분출하는 기포의 충돌 에너지를 크게 할 수 있기 때문에, 보다 단단한 가공 대상물이어도 국소 어블레이션할 수 있다. 또한, 기포 분출 부재의 기포 분출구는 후육 가공시에 작게 할 수 있으므로 가공 대상물을 미세 가공할 수 있다. 또한, 본 발명의 기포 분출 부재는 선단을 평면상으로 할 수 있으므로 국소 인젝션시에 가공 대상물을 손상시키기 어렵다.
본 발명의 기액 분출 부재는 기포 분출 부재와 외측 외곽부가 상대 이동할 수 있도록 제작되어 있다. 따라서, 본 발명의 기액 분출 부재를 사용한 국소 어블레이션 장치 또는 국소 인젝션 장치를 이용하여 가공 대상물을 국소 어블레이션 또는 국소 인젝션하는 경우, 가공 대상물과 기포 분출구의 위치 조정을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 위치 조정시에는 외측 외곽부를 가공 대상물에 압박함으로써 도전성 용액 또는 인젝션 물질을 포함하는 용액이 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있고, 그 상태에서 기포 분출 부재와 가공 대상물의 위치 관계를 조정할 수 있으므로, 본 발명의 국소 어블레이션 장치 또는 국소 인젝션 장치는 대기 중에서도 사용할 수 있다. 따라서, 예를 들면 바늘없는 주사 장치로서 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 기포 분출 부재(1)의 제작 방법의 일례를 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명의 기액 분출 부재(10)의 실시형태의 일례의 제작 방법을 나타내는 도이다.
도 3은 외측 외곽부(13)의 다른 제작 순서를 나타내는 도이다.
도 4는 국소 어블레이션 장치(20)의 전체 구성을 나타내는 도이다.
도 5는 본 발명의 국소 인젝션 장치의 실시형태의 일례를 나타내는 도이다.
도 6의 (1)은 도면 대용 사진으로, 실시예 1에서 제작한 기포 분출 부재(1)의 선단 부분의 사진이다. 도 6의 (2)는 도면 대용 사진으로, 비교예 1에서 제작한 기포 분출 부재(1)의 선단 부분의 사진이다.
도 7은 도면 대용 사진으로, 실시예 2에서 제작한 국소 인젝션 장치의 전체사진, 및 기액 분출 부재(10)의 선단 부분 및 신축 부분을 확대한 사진이다.
도 8은 도면 대용 사진으로, 도 8의 (1)은 실시예 2에서 제작한 국소 인젝션 장치의 선단을 가공 대상물에 압박하기 전의 사진이고, 도 8의 (2)는 가공 대상물에 선단을 압박한 후의 사진이다.
도 9는 도면 대용 사진으로, 실시예 3에서 제작한 국소 인젝션 장치의 전체사진, 및 기액 분출 부재(10)의 선단 부분 및 신축 부분을 확대한 사진이다.
도 10은 도면 대용 사진으로, 도 10의 (1)은 실시예 4에 있어서 전력을 인가하기 전의 기포 분출 부재(1)의 선단 부분의 사진, 도 10의 (2)는 전력 인가에 의해 파손된 직후의 선단 부분의 사진이다. 또한, 도 10의 (3)은 비교예 3에 있어서 전력을 인가하기 전의 기포 분출 부재(1)의 선단 부분의 사진, 도 10의 (4)는 전력 인가에 의해 파손된 직후의 선단 부분의 사진이다.
도 11은 도면 대용 사진으로, 도 11의 (1)은 실시예 5에 있어서 아프리카 제노푸스 미수정란에 기포를 분출시킨 직후의 사진이다. 도 11의 (2)는 비교예 4에 있어서 아프리카 제노푸스 미수정란에 기포를 분출시킨 직후의 사진이다.
도 12는 도면 대용 사진으로, 도 12의 (1)∼(4)는 실시예 6에 있어서 아프리카 제노푸스 미수정란에 국소 인젝션을 행했을 때의 시계열의 사진이다. 도 12의 (5)∼(8)은 비교예 5에 있어서 아프리카 제노푸스 미수정란에 국소 인젝션을 행했을 때의 시계열의 사진이다.
도 13은 실시예 6의 기포를 충돌시켜 10초 경과 후의 미수정란에 수은 램프를 조사하여 CCD 카메라로 촬영한 사진이다.
도 14는 실시예 7에서 국소 인젝션을 행한 후의 토마토의 사진이다.
도 15는 도면 대용 사진으로, 국소 인젝션 후의 무순(radish sprouts)의 잎의 암시야에서의 사진이다.
도 16은 도면 대용 사진으로, 국소 인젝션 후의 닭가슴살의 암시야에서의 사진이다.
도 17은 도면 대용 사진으로, 국소 인젝션후의 현미의 암시야에서의 사진이다.
도 18은 도면 대용 사진으로, 본 발명의 국소 인젝션 장치의 다른 실시형태로, 실시예 11에서 제작한 국소 인젝션 장치의 외관을 나타내는 사진이다.
도 19는 도면 대용 사진으로, 본 발명의 실시예 8에서 제작한 국소 인젝션 장치의 선단 부분의 움직임을 나타내는 사진이다.
도 2는 본 발명의 기액 분출 부재(10)의 실시형태의 일례의 제작 방법을 나타내는 도이다.
도 3은 외측 외곽부(13)의 다른 제작 순서를 나타내는 도이다.
도 4는 국소 어블레이션 장치(20)의 전체 구성을 나타내는 도이다.
도 5는 본 발명의 국소 인젝션 장치의 실시형태의 일례를 나타내는 도이다.
도 6의 (1)은 도면 대용 사진으로, 실시예 1에서 제작한 기포 분출 부재(1)의 선단 부분의 사진이다. 도 6의 (2)는 도면 대용 사진으로, 비교예 1에서 제작한 기포 분출 부재(1)의 선단 부분의 사진이다.
도 7은 도면 대용 사진으로, 실시예 2에서 제작한 국소 인젝션 장치의 전체사진, 및 기액 분출 부재(10)의 선단 부분 및 신축 부분을 확대한 사진이다.
도 8은 도면 대용 사진으로, 도 8의 (1)은 실시예 2에서 제작한 국소 인젝션 장치의 선단을 가공 대상물에 압박하기 전의 사진이고, 도 8의 (2)는 가공 대상물에 선단을 압박한 후의 사진이다.
도 9는 도면 대용 사진으로, 실시예 3에서 제작한 국소 인젝션 장치의 전체사진, 및 기액 분출 부재(10)의 선단 부분 및 신축 부분을 확대한 사진이다.
도 10은 도면 대용 사진으로, 도 10의 (1)은 실시예 4에 있어서 전력을 인가하기 전의 기포 분출 부재(1)의 선단 부분의 사진, 도 10의 (2)는 전력 인가에 의해 파손된 직후의 선단 부분의 사진이다. 또한, 도 10의 (3)은 비교예 3에 있어서 전력을 인가하기 전의 기포 분출 부재(1)의 선단 부분의 사진, 도 10의 (4)는 전력 인가에 의해 파손된 직후의 선단 부분의 사진이다.
도 11은 도면 대용 사진으로, 도 11의 (1)은 실시예 5에 있어서 아프리카 제노푸스 미수정란에 기포를 분출시킨 직후의 사진이다. 도 11의 (2)는 비교예 4에 있어서 아프리카 제노푸스 미수정란에 기포를 분출시킨 직후의 사진이다.
도 12는 도면 대용 사진으로, 도 12의 (1)∼(4)는 실시예 6에 있어서 아프리카 제노푸스 미수정란에 국소 인젝션을 행했을 때의 시계열의 사진이다. 도 12의 (5)∼(8)은 비교예 5에 있어서 아프리카 제노푸스 미수정란에 국소 인젝션을 행했을 때의 시계열의 사진이다.
도 13은 실시예 6의 기포를 충돌시켜 10초 경과 후의 미수정란에 수은 램프를 조사하여 CCD 카메라로 촬영한 사진이다.
도 14는 실시예 7에서 국소 인젝션을 행한 후의 토마토의 사진이다.
도 15는 도면 대용 사진으로, 국소 인젝션 후의 무순(radish sprouts)의 잎의 암시야에서의 사진이다.
도 16은 도면 대용 사진으로, 국소 인젝션 후의 닭가슴살의 암시야에서의 사진이다.
도 17은 도면 대용 사진으로, 국소 인젝션후의 현미의 암시야에서의 사진이다.
도 18은 도면 대용 사진으로, 본 발명의 국소 인젝션 장치의 다른 실시형태로, 실시예 11에서 제작한 국소 인젝션 장치의 외관을 나타내는 사진이다.
도 19는 도면 대용 사진으로, 본 발명의 실시예 8에서 제작한 국소 인젝션 장치의 선단 부분의 움직임을 나타내는 사진이다.
도 1은 본 발명의 기포 분출 부재(1)의 제작 방법의 일례를 나타내는 도이다. 본 발명의 기포 분출 부재(1)는 이하의 순서에 의해 형성할 수 있다.
(1) 중공의 절연 재료(2)를 준비하고, 상기 중공의 절연 재료(2)에 도전 재료로 형성된 심재(3)를 삽입하고, 열을 가하여 잡아당겨 끊는다.
(2) 절연 재료(2)와 심재(3)의 점탄성의 차에 의해, 심재(3)의 선단으로부터 절연 재료(2)가 더 연신된 연신부(4)를 포함하는 외곽부(5)가 심재(3)의 외주에 밀착하도록 형성된다.
(3) 연신부(4)의 선단에 가열 수단(6)을 배치하고 연신부(4)를 압박한다.
(4) 상기 연신부(4)의 선단에 후육부(41)가 형성되고, 상기 심재(3)의 선단 부분과 연신부(4)로 형성되고, 또한 기포 분출구(8)를 갖는 공극(7)을 포함하는 기포 분출 부재(1)를 제작할 수 있다.
(5) 또한, 국소 어블레이션 장치 또는 국소 인젝션 장치의 전극에 접속하기 용이하게 하기 위해서, 심재(3)의 주위를 도전성 재료(9)로 충전하고, 둘레를 절연 재료(91)로 피복해도 좋다.
절연 재료(2)로서는 전기를 절연하는 것이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 유리, 마이카, 석영, 질화규소, 산화규소, 세라믹, 알루미나 등의 무기계 절연 재료, 실리콘 고무, 에틸렌프로필렌 고무 등 고무 재료, 에틸렌 아세트산비닐 공중합체 수지, 실란 변성 올레핀 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 염화비닐계 수지, 아크릴 수지, 멜라민 수지, 페놀 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리스티렌계 수지, 불소계 수지, 실리콘계 수지, 폴리술파이드계 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 셀룰로오스계 수지, UV 경화 수지 등의 절연성 수지를 들 수 있다.
심재(3)를 형성하는 도전 재료로서는 전기를 통과시키는 전극으로서 사용할 수 있는 것이면 특별히 제한은 없지만, 바람직하게는 금속이고, 예를 들면 금, 은, 구리, 알루미늄 등, 이들에 주석, 마그네슘, 크롬, 니켈, 지르코늄, 철, 규소 등을 소량 첨가한 합금 등을 들 수 있다. 상기와 같이, 공극(7)은 심재(3)의 선단 및 상기 선단으로부터 절연 재료(2)가 더 연신된 연신부(5)로 형성되기 때문에, 절연 재료(2)의 점탄성이 심재(3)의 점탄성보다 커지도록 적절한 재료를 조합하면 좋고, 예를 들면 절연 재료(2) 및 심재(3)의 조합으로는 유리 및 구리, 유리 및 백금, 유리 및 알루미늄, 유리 및 금, 유리 및 은, 유리 및 니켈, 에폭시 수지 및 구리, 에폭시 수지 및 백금, 에폭시 수지 및 알루미늄, 에폭시 수지 및 금, 에폭시 수지 및 은, 에폭시 수지 및 니켈, 아크릴 수지 및 구리, 아크릴 수지 및 백금, 아크릴 수지 및 알루미늄, 아크릴 수지 및 금, 아크릴 수지와 은, 아크릴 수지 및 니켈, 실리콘 수지 및 구리, 실리콘 수지 및 백금, 실리콘 수지와 알루미늄, 실리콘 수지 및 금, 실리콘 수지 및 은, 실리콘 수지 및 니켈 등을 들 수있다.
또한, 기포 분출 부재(1)를 사용하여 기포를 분출할 때에는 전기를 출력하면 공극(7)에서 일단 형성된 기포가 떼어내지도록 기포 분출구(8)로부터 분출하므로, 기포 분출 부재(1)에 외부로부터 기체를 공급할 필요는 없다. 따라서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 심재(3)는 도전 재료가 연신된 중실 상태에서 형성되어, 심재(3)의 내부에는 공기를 공급하는 관 등은 형성되어 있지 않다. 또한, 절연 재료(2)와 심재(3)의 점탄성의 차에 의해, 기포 분출 부재(1)의 선단 부근에 있어서 외곽부(5)의 적어도 일부는 심재(3)에 밀착되도록 되어 있다.
분출하는 기포의 크기는 기포 분출구(8)의 직경을 변경함으로써 조정할 수 있다. 또한, 국소 어블레이션 장치 또는 국소 인젝션 장치를 사용할 때에는 기포 분출 부재(1)의 공극(7)에 모세관 현상에 의해 전기를 통과시키는 용액(이하, 「도전성 용액」이라고 기재하는 경우가 있음)을 충전할 필요가 있다. 그 때문에, 기포 분출구(8)의 직경은 모세관 현상에 의해 도전성 용액을 통과시킬 수 있는 크기일 필요가 있고, 약 100nm 이상이 바람직하고, 200nm 이상이 보다 바람직하고, 500nm 이상이 특히 바람직하다. 한편, 상한은 기포를 분출할 수 있고, 또한 가공 대상물에 데미지를 주지 않는 범위이면 특별히 제한은 없지만, 세포의 어블레이션이나 동물 등에의 인젝션에 사용하는 경우에는 100㎛ 이하가 바람직하고, 50㎛ 이하가 보다 바람직하고, 15㎛ 이하가 특히 바람직하다. 기포 분출구(8)의 직경은 가열할 때의 온도 및 잡아당겨 끊는 스피드, 및 가열 수단(6)의 압박 상태에 의해 조정할 수 있다.
가열 수단(6)은 절연 재료(2)의 융점 이상의 온도로 가열하고, 연신부(4)의 선단 부분을 용융하면서 압박함으로써 후육 가공할 수 있는 것이면 특별히 제한은 없다. 예를 들면, 마이크로 포지 등의 공지의 장치를 사용하면 좋다. 또한, 종래의 기포 분출 부재의 연신부(4)는 절연 재료(2)를 잡아당겨 끊어진 것을 그대로 사용하고 있었다. 그 때문에, 기포 분출구(8)를 작게 하면 할수록, 기포 분출구(8) 부근의 연신부(4)의 두께가 얇아져서 가공 대상물을 손상시키기 쉬웠다. 또한, 분출하는 기포의 지향성을 향상시키기 위해서, 연신부 전체가 테이퍼상이 되는 스피드로 잡아당겨 끊어져 있기 때문에도 연신부가 박육으로 되어 있었다.
한편, 본 발명의 기포 분출 부재(1)의 기포 분출구(8)의 크기는 가열 수단(6)으로 연신부(4)의 선단 부분을 용융하여 조정할 수 있다. 따라서, 심재(3) 및 절연 재료(2)는 종래의 기포 분출 부재(1)보다 큰 것을 사용할 수 있다. 또한, (1) 소망하는 기포 분출구(8)보다 큰 상태, 즉 심재(3)는 인장함으로써 잡아당겨 끊어지지만, 연신부(4)는 점탄성의 차에 의해 잡아당겨 끊어지기 전의 후육의 상태에서 인장하는 것을 중지하고, (2) 연신된 부분을 절단함으로써 개구부를 형성하고, (3) 이어서, 가열 수단(6)으로 개구부를 용융하여 후육부를 형성하면서 기포 분출구(8)를 형성함으로써, (4) 연신부(4)의 두께를 보다 확보하면서 기포 분출구(8)를 작게 할 수 있다. 따라서, 종래의 기포 분출 부재(1)의 기포 분출구(8)와 같은 크기의 기포 분출구(8)를 갖는 기포 분출 부재(1)를 제작하는 경우, 본 발명의 기포 분출 부재(1)는 연신부(4)를 보다 두껍게 할 수 있어, 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 마이크로 포지로 후육부를 형성할 때에, 연신부(4)의 선단 부분을 두껍게 하면 파손되기 어려워지므로 후육부의 형상에 대해서 특별히 제한은 없지만, 연신부(4)의 내측이 선단을 향하여 테이퍼상이 되도록 두껍게 하면, 분출하는 기포의 지향성을 높일 수 있으므로 바람직하다.
또한, 가공 대상물을 국소 어블레이션할 때에, 가공 대상물을 손상시키지 않도록 하기 위해서는 기포 분출구(8) 부분의 연신부(4)를 가열하여 압입시킴으로써 두께가 두꺼워짐과 아울러, 가공 대상물에 접촉하는 면이 평면이 되도록 가열 수단(6)으로 가공하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 기액 분출 부재(10)의 실시형태의 일례의 제작 방법을 나타내는 도이다. 도 2에 나타내는 기액 분출 부재(10)는 이하의 순서에 의해 형성할 수 있다.
(1) 도 1에 나타내는 중공의 절연 재료(2)보다 내경이 큰 절연 재료(11)를 준비하고, 열을 가하여 인장한다.
(2) 잡아당겨 끊음으로써 선단이 뾰족한 관(12)을 제작한다.
(3) 관(12)의 선단 부분을 가열 수단(6)을 사용하여 가열한다.
(4) 관(12)의 선단 부분을 커팅함으로써 외측 외곽부(13)를 제작한다. 또한, 도시되지 않지만 선단 부분을 커팅함과 아울러, 기포 분출 부재(1)의 연신부(4)의 선단 부분과 같은 순서에 의해 외측 외곽부(13)의 선단 부분에 후육부를 형성해도 좋다.
(5) 외측 외곽부(13)와 기포 분출 부재(1)가 상대 이동할 때에, 기포 분출 부재(1)를 가이드하기 위한 협착부를 형성하기 위해서 가열 수단(6)을 외측 외곽부(13)에 압박한다.
(6) 외측 외곽부(13)에 협착부(14)를 형성한다.
(7) 제 1 링(15)을 매입한 와셔(16)를 기포 분출 부재(1)에 끼워넣는다.
(8) 외측 외곽부(13)를 기포 분출 부재(1)의 외측에 삽입한다.
(9) 제 1 링(15)과 외측 외곽부(13)의 단부를 신축 부재(17)에 의해 접속함으로써 기액 분출 부재(10)를 제작한다.
또한, 상기 공정에 있어서, 협착부(14)는 필요에 따라서 형성하면 좋고, 협착부(14)의 형성은 필수는 아니다.
절연 재료(11)는 상기 절연 재료(2)와 같은 재료를 사용하면 좋다. 협착부(14)를 형성하는 경우에는 기포 분출 부재(1)가 이동할 때의 위치 어긋남을 억제하기 위해서, 적어도 3개소에 대칭형이 되도록 형성하는 것이 바람직하다. 제 1 링(15)도 절연 재료(2)와 같은 재료를 사용하면 좋다. 와셔(16)는 폴리머 필름, 실리콘, 고무, 또는 PDMS(폴리디메틸실록산)를 사용한 소프트 리소그래피·3차원 광조형법 등의 방법에 의해 제작한 것을 사용하면 좋다. 신축 부재(17)는 제 1 링(15)과 외측 외곽부(13)의 단부에 접속할 수 있고, 또한 신축함으로써 기포 분출 부재(1)와 외측 외곽부(13)를 상대 이동할 수 있으면 특별히 제한은 없고, 예를 들면 PDMS 시트, 고무, 스프링 등을 들 수 있다. 신축 부재(17)는 가공 대상물에 접촉하지 않는 상태에서는 외측 외곽부(13)가 기포 분출구(8)보다 전방에 위치하도록 압출하는 방향으로 힘이 가해지고 있는 것이 바람직하므로, 신축 부재(17)는 압박을 중지하면 원래의 형상으로 되돌아오는 재료로 형성하는 것이 바람직하다.
도 3은 외측 외곽부(13)의 다른 제작 순서를 나타내는 도이다. 도 3에 나타내는 외측 외곽부(13)는 절연 재료(11)에 열을 가하여 인장하고, 가열 부분이 기포 분출 부재(1)의 외경보다 약간 커진 상태에서 중지함으로써 제작할 수 있다. 도 2의 (8), (9)의 외측 외곽부(13)로서 도 3에 나타내는 외측 외곽부(13)를 사용함으로써 도 2와는 다른 실시형태의 기액 분출 부재(10)를 제작할 수 있다. 가공 대상물이 세포 등의 작은 것일 경우에는 도 2에 나타내는 실시형태의 기액 분출 부재(10)를 사용하면 좋다. 또한, 인간 등의 동물에 국소 인젝션하는 경우, 외측 외곽부(13)의 개구 부분이 작으면 인간이나 동물을 손상시킬 가능성이 있으므로, 도 3에 나타내는 바와 같은 개구 부분이 큰 외측 외곽부(13)를 포함하는 기액 분출 부재(10)를 사용하면 좋다.
또한, 도 2에 나타내는 제작 순서에서는 제 1 링(15)과 외측 외곽부(13)를 신축 부재(17)에 의해 접속하고 있지만, 기포 분출 부재(1)와 외측 외곽부(13)가 상대 이동할 수 있고, 또한 기포 분출 부재(1)와 외측 외곽부(13) 사이에 충전한 도전성 용액이 누설되지 않는 구조이면 특별히 제한은 없다. 예를 들면, 외측 외곽부(13)의 단부에 제 2 링을 부착하고, 제 1 링(15)과 제 2 링을 신축 부재(17)에 의해 접속해도 좋고, 제 1 링(15)을 형성하지 않고 신축 부재(17)의 일방의 단부를 외측 외곽부(13)의 단부에 접착하고, 신축 부재(17)의 타방의 단부를 기포 분출 부재(1)에 접착해도 좋다. 또한, 신축 부재(17)는 단일 재료에 한정되지 않고 재료를 조합시켜 형성해도 좋다. 예를 들면, 스프링 등의 간격이 있는 신축 가능한 재료를 제 1 링(15)과 외측 외곽부(13)의 단부에 끼워 접착제로 고정한 후, 스프링 등의 주위를 도전성 용액이 누설되지 않도록 박막 필름으로 밀폐함으로써 신축 부재(17)를 형성해도 좋다.
또한, 본 발명의 「외측 외곽부와 상기 기포 분출 부재가 상대 이동이 가능해지도록 형성되어 있는」이란 도 2 및 도 3에 나타내고 있는 형상이 변화되지 않는 경질의 외측 외곽부(13)를 신축 부재(17)를 통하여 기포 분출 부재(1)와 상대 이동이 가능해지도록 접속하고 있는 예에 한정되지 않고, 외측 외곽부(13)의 단부와 기포 분출 부재(1)의 기포 분출구(8)의 위치 관계를 변경할 수 있는 구조이면 특별히 제한은 없다. 예를 들면, 외측 외곽부(13) 전체를 수지 등의 재료로 형성하고, 그 일부를 벨로우즈 형상으로 함으로써 외측 외곽부(13)의 일부를 신축하기 용이한 구조로 해도 좋다. 또한, 외측 외곽부(13) 전체를 가요성이 있는 재료로 형성하고, 가공 대상물에 압박함으로써 외측 외곽부(13)가 외측으로 팽창되어, 기포 분출 부재(1)의 위치를 조정할 수 있도록 해도 좋다.
또한, 상기한 기액 분출 부재(10)는 기포 분출 부재(1)와 외측 외곽부(13)가 상대 이동이 가능해지도록 형성된 것이지만, 본 발명의 기포 분출 부재(1)는 종래의 기포 분출 부재와 비교하여 우수한 효과를 나타내는 것이기 때문에, 공지의 기액 분출 부재의 기포 분출 부재만을 본 발명의 기포 분출 부재(1)로 대체해도 좋다. 그 경우에는, 예를 들면 폴리머 필름이나 고무 와셔, PDMS(폴리디메틸실록산)를 사용한 소프트 리소그래피·3차원 광 조형법 등의 방법에 의해 제작한 위치 결정 와셔를 도 1에 나타내는 기포 분출 부재(1)에 끼우고, 도 2의 (5) 또는 (6)에 나타내는 외측 외곽부(13)를 와셔에 외삽하면 좋다.
도 4는 국소 어블레이션 장치(20)의 전체 구성을 나타내는 도이다. 전기 출력 수단은 일반 상용 교류 전원 장치(21), 및 기포 분출 부재(1) 또는 기액 분출 부재(10)의 심재(3)(액티브 전극)와 대향 전극(22)으로 회로를 형성하기 위한 전선(23)을 적어도 포함하고, 필요에 따라서 무유도 저항(24), 전압 증폭 회로(25), 도시하지 않은 DIO(Digital Input Output) 포토 등을 설치해도 좋다. 전기 출력 수단은 종래의 전기 메스용 전기 회로에 무유도 저항(24)이나 DIO 포토 등을 조립하고, 미소 대상용 출력 구성에 세팅함으로써 간단히 작성할 수 있다.
또한, 대향 전극(22)은 기포 분출 부재(1) 또는 기액 분출 부재(10)와는 별체로서 형성해도 좋지만, 기액 분출 부재(10)를 사용하는 경우에는 외곽부(5)의 외면 또는 외측 외곽부(13)의 내면에 배치해도 좋다. 대향 전극(22)을 기액 분출 부재(10)에 설치하는 경우, 대향 전극(22)은 심재(3)와 회로를 형성할 수 있으면 좋으므로, 기포 분출 부재(1)의 외곽부(5)와 외측 외곽부(13) 사이에 충전되는 도전성 용액과 접촉하는 장소이면 특별히 제한은 없다. 대향 전극(22)은 심재(3)에서 예시한 재료를 사용하면 좋다.
전기 출력 수단으로부터 심재(3) 및 대향 전극(22)으로 출력하는 전류, 전압 및 주파수는 가공 대상물을 국소 어블레이션, 국소 인젝션할 수 있고, 기포 분출 부재(1), 기액 분출 부재(10)를 손상시키지 않는 범위이면 특별히 제한은 없지만, 예를 들면 전류는 1mA∼10A가 바람직하고, 1mA∼80mA가 보다 바람직하고, 2mA∼75mA가 특히 바람직하다. 전류가 1mA보다 작으면 기포가 잘 생성되지 않는 경우가 있고, 10A보다 크면 전극 마모가 발생하게 되어 바람직하지 않다. 전압은 0.1V∼100kV가 바람직하고, 100V∼1800V가 보다 바람직하고, 200V∼1200V가 특히 바람직하다. 전압이 0.1V보다 작으면 기포 생성이 곤란하게 되고, 100kV보다 크면 심재(3)의 마모나 기포 분출 부재(1)가 파손될 우려가 있어 바람직하지 않다. 주파수는 0.1kHz∼10GHz가 바람직하고, 1kHz∼1GHz가 보다 바람직하고, 5kHz∼1MHz가 더욱 바람직하고, 10kHz∼60kHz가 특히 바람직하다. 주파수가 0.1kHz보다 작으면 가공 대상물에 주는 충격이 크고 또한 기포 분출 부재(1)가 파손될 우려가 있고, 10GHz보다 크면 기포를 생성할 수 없게 될 우려가 있어 바람직하지 않다.
국소 어블레이션 장치를 사용하는 경우에는 도전성 용액에 기포 분출 부재(1) 또는 기액 분출 부재(10), 및 대향 전극(22)을 침지하고, 전압을 인가하면 좋다. 가공 대상물로서는 기포를 충돌시킴으로써 구멍이 나거나, 절삭될 수 있는 물질이면 특별히 제한은 없다. 예를 들면, 인간 또는 비인간 동물의 조직으로부터 단리한 줄기세포, 피부세포, 점막세포, 간세포, 췌도세포, 신경세포, 연골세포, 내피세포, 상피세포, 골세포, 근육세포, 난세포 등이나, 식물세포, 곤충세포, 대장균, 효모, 곰팡이 등의 미생물세포 등의 세포, 단백질 등의 유기 결정 등을 들 수 있다.
특허문헌 1에 있어서, 본 발명자들은 기포 분출 부재로부터 분출되는 기포가 인젝션 물질을 흡착할 수 있는 것을 명백히 하고 있다. 심재(3)에 통전함으로써 발생된 기포는 전기를 띄고 있고, 전기에 의해 인젝션 물질이 기포에 흡착된다고 생각된다. 따라서, 기액 분출 부재(10)를 사용하여 국소 어블레이션을 행할 때에, 기액 분출 부재(10)를 침지하는 도전성 용액에 인젝션 물질을 포함시키면 인젝션 물질이 주위에 흡착된 기포를 분출할 수 있다. 그 때문에, 가공 대상물을 국소 어블레이션하면서 인젝션 물질을 도입하는 국소 인젝션 장치로서 사용할 수 있다.
인젝션 물질은 기체, 고체, 액체를 불문하고, 용액에 용해 및/또는 분산시킬 수 있는 것이면 특별히 제한은 없고, 기체로서는 공기, 질소, 헬륨, 이산화탄소, 일산화탄소, 아르곤, 산소 등을 들 수 있고, 액체로서는 DNA, RNA, 단백질, 아미노산 등의 생체 분자를 함유하는 용액, 약제 용액 등을 들 수 있다.
도 5는 본 발명의 국소 인젝션 장치의 실시형태의 일례를 나타내는 도이다. 본 발명의 국소 인젝션 장치도 종래와 마찬가지로 도전성 용액에 기액 분출 부재(10)를 침지하여 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명의 기액 분출 부재(10)는 도 5의 (1)에 나타내는 바와 같이 기액 분출 부재(10)의 외측 외곽부(13)의 내측의 공간에 인젝션 물질을 포함하는 용액(이하, 「인젝션 용액」이라고 기재하는 경우가 있음)을 충전하여, 가공 대상물(30)에 접촉시킴으로써 인젝션 용액이 외부로 누설되지 않도록 하고, 그리고 도 5의 (2)에 나타내는 바와 같이 기포 분출 부재(1)를 압입하여 기포 분출구(8)를 국소 인젝션에 적합한 위치에 배치할 수 있다. 따라서, 본 발명의 국소 인젝션 장치는 대기 중에서 사용할 수 있다.
또한 상기한 바와 같이, 기포 분출 부재(1)의 연신부(4)에는 후육부(41)가 형성되어 있으므로 고전압을 인가할 수 있기 때문에, 종래의 세포 등 외에 동물 등에의 국소 인젝션에 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 국소 인젝션 장치는 공기 중에서 사용할 수 있고, 또한 고전압을 가할 수 있으므로 바늘없는 주사 장치로서 사용할 수도 있다. 특히, 종래의 주사 바늘을 사용하는 주사기는 바늘에 찔리는 통증에 추가하여, 바늘의 재사용이나 사용된 바늘을 잘못 찌르는 것에 의한 바이러스 감염 등의 문제가 있지만, 본 발명의 국소 인젝션 장치를 바늘없는 주사 장치로서 사용함으로써 상기 문제를 해결할 수 있다.
기액 분출 부재(10)의 외측 외곽부(13)의 내측의 공간에의 인젝션 용액의 충전은 인젝션 용액에 기액 분출 부재(10)의 선단을 침지하여 모세관 현상에 의해 충전해도 좋고, 기포 분출 부재(1)와 외측 외곽부(13) 사이의 공간에 튜브 등을 접속하여 주입해도 좋다.
이하에 실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 이 실시예는 단지 본 발명의 설명을 위해, 그 구체적인 형태의 참고를 위해 제공되는 것이다. 이들 예시는 본 발명의 특정 구체적인 형태를 설명하기 위한 것이지만, 본원에서 개시하는 발명의 범위를 한정하거나, 또는 제한하는 것을 나타내는 것은 아니다.
실시예
〔기포 분출 부재(1)의 제작〕
<실시예 1>
마이크로 피펫용 보로실리케이트 유리관(외경 1.37mm, 내경 0.93mm, Drummond Scientific Company)에 직경 30㎛의 Cu선을 삽입하고, 글래스 풀러(Sutter Instrument Company 제작, P-1000IVF)에 의해 가열하면서 잡아당겨 끊음으로써 유리를 Cu선으로부터 연신시켰다. 이어서, 마이크로 포지(MF-900, Narishige Group)를 사용하여, 연신된 유리의 선단 부분을 용융하면서 압입함으로써 후육부를 형성하여, 본 발명의 기포 분출 부재(1)를 제작했다. 도 6의 (1)은 실시예 1에서 제작한 기포 분출 부재(1)의 선단 부분의 사진이다. 사진으로부터 명백해지듯이, 연신부(4)의 내측이 선단을 향하여 테이퍼상으로 두께가 두꺼워지고 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 심재(3)의 직경은 약 30㎛, 기포 분출구(8)는 직경 약 6㎛의 원형상이었다.
<비교예 1>
연신된 유리의 선단 부분을 후육 가공하지 않고 잡아당겨 끊은 것을 비교예 1의 기포 분출 부재로 했다. 도 6의 (2)는 비교예 1에서 제작한 기포 분출 부재(1)의 선단 부분의 사진이다. 사진으로부터 명백해지듯이, 연신부(4) 전체가 박육이고 또한 테이퍼상으로 형성되어 있는 것을 확인했다. 또한, 기포 분출구(8)는 직경 약 14㎛의 원형상이었다.
〔국소 인젝션 장치(주사 장치)의 제작〕
<실시예 2>
(1) 외측 외곽부(13)의 제작
마이크로 피펫용 보로실리케이트 유리관(외경 2.03mm, 내경 1.68mm, Drummond Scientific Company)을 글래스 풀러(Sutter Instrument Company 제작, P-1000IVF)에 의해 가열하면서 잡아당겨 끊었다. 잡아당겨 끊은 유리관을 마이크로 포지(MF-900, Narishige Group)에 세팅하고, 선단을 직경 약 100㎛가 되도록 커팅했다. 또한, 선단으로부터 약 300㎛ 뒤쪽 위치에 마이크로 포지를 접촉시키고, 90° 간격으로 4개소 가열하여 협착부(14)를 제작했다. 외측 외곽부(13)의 선단 부분의 내경은 약 100㎛이었다.
(2) 국소 인젝션 장치의 조립
우선, 실시예 1에서 제작한 기포 분출 부재(1)를 Ag 페이스트(H20E, Rikei Corporation)를 이용하여 의료용 전기 메스(ConMed 제작, 714-S)에 접속했다. 그 후, 핫플레이트에서 120℃, 15분간 가열하고, 접속부를 경화시켰다.
이어서, OHP 필름(Sumitomo 3M Limited) 상에 진공 탈포를 30분간 가한 PDMS(용제:경화제=25:1)(Dow Corning Toray Co., Ltd.)를 도포하고, 스핀코터로 4000rpm, 20초간 스핀 코팅했다. 그 후, 오븐에서 120℃, 60분간 가열 경화시켰다.
그리고, 마이크로 피펫용 보로실리케이트 유리관(외경 2.03mm, 내경 1.68mm, Drummond Scientific Company)을 1.5cm 정도로 커팅한 것에, 실리콘 튜브(내경 2mm, 외경 3mm)를 2cm 정도로 자른 것을 피복하고, 또한 실리콘 튜브의 중앙에 절개를 넣고, 절개의 부분으로부터 기포 분출 부재(1)의 근본까지 삽입하고, 공기의 누설이 없도록 접착제(Super X, Cemedine Co., Ltd.)로 결합시켰다. 최후에, 상기 (1)에서 제작한 외측 외곽부(13)를 기포 분출 부재(1)에 외삽하고, 상기 1.5cm 정도로 커팅한 유리관의 단부와 외측 외곽부(13)의 단부를 약 3mm 정도 떨어진 위치에서, 먼저 제작한 상기 PDMS 시트를 OHP 필름으로부터 박리하고 유리관과 외측 외곽부(13)의 단부끼리를 래핑하여 결합시킴으로써 실시예 2의 국소 인젝션 장치를 제작했다. 도 7은 실시예 2에서 제작한 국소 인젝션 장치의 전체 사진, 및 기액 분출 부재(10)의 선단 부분 및 신축 부분을 확대한 사진이다.
또한, 도 8은 실시예 2에서 제작한 국소 인젝션 장치를 사용할 때의 선단 부분의 움직임을 나타내는 사진이다. 도 8의 (1)은 실시예 2에서 제작한 국소 인젝션 장치의 선단을 가공 대상물에 압박하기 전의 사진이고, 도 8의 (2)는 가공 대상물에 선단을 압박한 후의 사진이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 기포 분출 부재(1)와 외측 외곽부(13)가 상대 이동하여 가공 대상물과 기포 분출구(8)의 위치 관계를 조정할 수 있는 것이 명백해졌다.
<실시예 3>
(1) 외측 외곽부(13)의 제작
마이크로 피펫용 보로실리케이트 유리관(외경 2.03mm, 내경 1.68mm, Drummond Scientific Company)을 글래스 풀러(Sutter Instrument Company 제작, P-1000IVF)에 의해 가열하면서 당겨서, 중앙에 잘록한 구조를 만들고, 잘록한 구조의 양끝을 적당한 길이로 커팅함으로써 외측 외곽부(13)을 제작했다. 외측 외곽부(13)의 내경은 약 1.6mm이었다.
(2) 국소 인젝션 장치의 조립
이어서, 진공 탈포를 30분간 가한 PDMS(용제:경화제=10:1)(Dow Corning Toray Co., Ltd.)를 약 7cm×7cm×3cm의 플라스틱제 트레이에 높이가 3mm 정도가 되도록 흘려 넣고, 또한 진공 탈포를 20분간 가한 후에, 90℃ 오븐에서 20분간 베이킹했다. 그 후, 경화한 PDMS를 플라스틱 용기로부터 인출하고, 구멍지름 8mm의 생검 트레판(Kai Corporation)으로 도려내고, 그 중심을 구멍지름 2mm의 생검 트레판(Kai Corporation)으로 더 도려내어 링 스페이서를 제작했다.
이어서, 실시예 2의 (2)의 순서에 있어서, 1.5cm 정도로 커팅한 유리관의 단부에 상기 링 스페이서를 삽입하고, 외측 외곽부(13)를 실시예 3의 (1)에서 제작한 외측 외곽부(13)의 단부에 상기 링 스페이서를 삽입한 것 대신에, 2개의 링 스페이서를 약 1cm 정도 떨어뜨리고, 2개의 링 스페이서를 PDMS 시트로 래핑한 것 이외에는, 실시예 2와 동일한 순서로 국소 인젝션 장치를 제작했다. 도 9는 실시예 3에서 제작한 국소 인젝션 장치의 전체 사진, 및 기액 분출 부재(10)의 선단 부분 및 신축 부분을 확대한 사진이다.
<비교예 2>
실시예 2의 기포 분출 부재(1) 대신에, 비교예 1의 기포 분출 부재를 사용한 것 이외에는, 실시예 2와 동일한 순서로 국소 인젝션 장치를 제작했다. 또한, 기포 분출구(8)를 가공 대상물에 근접시키기 위해서, 기포 분출구(8)와 외측 외곽부(13)는 거의 같은 평면상이 되도록 배치했다.
〔기포 분출 부재(1)의 선단의 강도 시험〕
<실시예 4>
실시예 3에서 제작한 국소 인젝션 장치의 기액 분출 부재(10) 및 구리판으로 제작한 대향 전극(22)을 스테인버그(Steinberg) 용액(NaCl 3.4g/L, KCl 0.05g/L, Ca(NO3)2·4H2O 0.08g/L, MgSo4·7H2O 0.205g/L, HEPES 0.715g/L, 초순수 1L)에 침지했다. 이어서, 심재(3)와 대향 전극(22)에 인가하는 전력을 서서히 올린 바, 약 8.80mA, 2160V에서 기포 분출 부재(1)의 선단 부분이 파손됐다. 도 10의 (1)은 전력을 인가하기 전의 기포 분출 부재(1)의 선단 부분의 사진, 도 10의 (2)는 전력 인가에 의해 파손된 직후의 선단 부분의 사진이다. 도 10의 (2)의 화살표는 파손 개소를 나타내고 있고, 심재(3)와 외곽부(5)의 경계 부근에서 외곽부(5)가 파손되어 있었다.
<비교예 3>
실시예 3의 국소 인젝션 장치 대신에, 비교예 2의 국소 인젝션 장치를 사용한 것 이외에는 실시예 4와 마찬가지로 전력을 인가한 바, 약 5.33mA, 1560V에서 기포 분출 부재(1)의 선단 부분이 파손됐다. 도 10의 (3)은 전력을 인가하기 전의 기포 분출 부재(1)의 선단 부분의 사진, 도 10의 (4)는 전력 인가에 의해 파손된 직후의 선단 부분의 사진이다. 도 10의 (4)의 화살표는 파손 개소를 나타내고 있고, 연신부(4)의 선단 부분이 파손되어 있었다.
이상의 결과로부터, 기포 분출 부재(1)의 선단에 후육부를 형성함으로써 기포 분출 부재(1)에 인가하는 전력을 높게 할 수 있는 것이 명백해졌다.
〔국소 인젝션 장치에 의한 가공 대상물의 손상 실험〕
<실시예 5>
실시예 2에서 제작한 국소 인젝션 장치의 기포 분출구(8)(구경 6㎛)를 현미경 하에서 관찰하면서, PDMS로 제작한 난자 파지구로 고정한 아프리카 제노푸스 미수정란(이하, 「미수정란」이라고 기재하는 경우가 있음)에 반대측으로부터 근접시키고, 이어서 1.8mA, 440V의 전력을 인가했다. 도 11의 (1)은 전력을 인가하여 기포를 분출한 직후의 사진이다. 미수정란에 기포를 분출하면, 기포의 충돌 에너지에 의해 미수정란은 기포의 진행 방향으로 일단 압입되지만, 기포의 분출을 중지하면 반작용으로 미수정란이 기포 분출구(8)측으로 되돌아와서 기포 분출구(8)에 접촉하는 경우가 있었다. 그러나, 기포 분출 부재(1)의 선단은 평면 상으로 되어 있기 때문에 미수정란을 손상시키는 경우는 없었다.
<비교예 4>
비교예 2에서 제작한 국소 인젝션 장치를 사용한 것 이외에는 실시예 5와 마찬가지로, 기포 분출구(8)(구경 14㎛)를 미수정란에 근접시키고 전력을 인가했다. 도 11의 (2)는 전력을 인가하여 기포를 분출한 직후의 사진이다. 비교예 4에서는 기포 분출 부재의 선단이 뾰족하기 때문에, 미수정란이 반작용으로 기포 분출구(8)측으로 변형했을 때에 미수정란에 기포 분출구(8)가 꽂혀져버렸다.
<실시예 6>
실시예 5에서 본 발명의 기포 분출 부재(1)를 사용하면, 기포 분출시에 미수정란을 손상시키지 않는 것을 확인했지만, 국소 인젝션의 일련의 조작에 의한 미수정란에의 영향을 조사했다. 또한, 미수정란의 손상 정도를 관찰하기 위해서, Steinberg 용액에는 형광 시약(덱스트란， Alexa Fluor R 594 10,000 MW; Life Technologies Corporation 제작)을 첨가했다. 미수정란이 손상되어 내용물이 외부로 누설되면 형광 시약이 내용물과 결합하여 가시화될 수 있다. 그 외 순서는 실시예 5와 마찬가지로 행했다. 도 12의 (1)은 전력의 인가 전(t=0초), 도 12의 (2)는 전력을 인가하여 분출된 기포를 충돌시킨 순간(t=0.3초), 도 12의 (3)은 기포 분출구(8)를 미수정란으로부터 분리한 직후(t=5초), 도 12의 (4)는 기포를 충돌시킨 후 10초 경과한 후의 사진이다.
<비교예 5>
비교예 2에서 제작한 국소 인젝션 장치를 사용한 것 이외에는 실시예 6과 동일한 순서로 전력을 인가했다. 도 12의 (5)는 전력의 인가 전(t=0초), 도 12의 (6)은 전력을 인가하여 분출된 기포를 충돌시킨 순간(t=0.3초), 도 12의 (7)은 기포 분출구(8)(구경 14㎛)를 미수정란으로부터 멀어지게 한 직후(t=5초), 도 12의 (8)은 기포를 충돌시킨 후 10초 경과한 후의 사진이다.
도 12로부터 명백해지듯이, 종래의 기액 분출 부재(10)를 사용한 경우에는 미수정란으로부터 내용물이 튀어나와버리는 것을 확인할 수 있었다. 이것은 종래의 기액 분출 부재(10)의 기포 분출구(8)의 구경이 크기 때문에 미수정란에 기포가 충돌할 때의 충격이 큰 것, 및 기포 분출구(8)의 선단 부분이 유리를 잡아당겨 끊은 것이기 때문에 기포 분출시에 기포 분출구(8)가 미수정란을 손상시킬 가능성이 있기 때문이라고 생각된다.
한편, 본 발명의 국소 인젝션 장치를 사용하면, 기포 분출 부재(1)의 선단 부분은 두께가 두껍고 매끄러운 형상이기 때문에, 기포 분출부구(8)를 미수정란에 접근시킬 때에 미수정란을 손상시키기 어렵다. 또한, 기포 분출구(8)의 직경이 종래의 기포 분출 부재(1)의 직경보다 작기 때문에, 기포가 미수정란에 충돌할 때에 주는 충격이 적었기 때문이라고 생각된다.
도 13은 실시예 6의 기포를 충돌시키고 10초 경과 후의 미수정란에 수은 램프를 조사하여 CCD 카메라로 촬영한 사진이다. 도 13의 사진의 화살표로 나타내는 바와 같이, 형광 시약이 국소적으로 인젝션되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 이상의 결과로부터, 본 발명의 국소 인젝션 장치를 사용함으로써 가공 대상물의 손상을 억제하면서, 국소 인젝션을 행할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
〔국소 인젝션 장치(주사 장치)를 사용한 공기 중에서의 인젝션〕
<실시예 7: 토마토에의 인젝션>
기포 분출구의 직경이 4㎛인 기포 분출 부재(1)를 사용한 것 이외에는 실시예 3과 동일한 순서로 국소 인젝션 장치를 제작했다. 이어서, 외측 외곽부(13)의 내부에 실시예 4의 Steinberg 용액을 충전하여 토마토에 압입했다. 또한, 대향 전극(22)을 토마토 저면에 접하도록 배치했다. 이어서, 2.3mA, 1740V의 전압을 인가했다. 도 14는 국소 인젝션 후의 토마토의 사진이고, 화살표의 부분이 인젝션을 한 장소이다.
<실시예 8: 무순의 잎에의 국소 인젝션>
실시예 3에서 제작한 외측 외곽부(13)의 내부에 순수를 충전하고, 무순의 잎에 압박했다. 또한, 순수는 형광 시약(Fluorescein lsothiocyanate-Dextran(10,000MW; Sigma-Aldrich Co. LLC 제작))을 첨가했다. 또한, 대향 전극(22)을 무순의 잎의 이면에 배치했다. 이어서, 81.8mA, 1.3kV의 전압을 인가했다. 도 15는 국소 인젝션 후의 무순의 잎의 암시야에서의 사진이다. 도 15에 나타내는 바와 같이 형광이 확인된 점에서, 무순의 잎에 형광 시약을 인젝션할 수 있었다.
<실시예 9: 닭 가슴살에의 국소 인젝션>
직경 30㎛의 Cu선 대신에, 직경 100㎛의 Cu선을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 순서로 기포 분출 부재(1)를 제작했다. 심재의 직경은 약 100㎛, 기포 분출구(8)는 직경 약 6㎛의 원형상이었다. 이어서, 제작한 기포 분출 부재(1)를 사용한 것 이외에는 실시예 3과 동일한 순서로 국소 인젝션 장치를 제작했다.
제작한 국소 인젝션 장치의 외측 외곽부(13)의 내부에 NaCl 용액(0.9% w/v)을 충전하고, 닭 가슴살에 압박했다. NaCl 용액에는 형광 비즈(φ 2.1㎛; Thermo Scientific 제작)를 첨가했다. 또한, 실시예 9에서 형광 비즈를 사용한 것은 실시예 8의 형광 시약은 닭 가슴살에 스며들기 때문이다. 또한, 대향 전극(22)은 닭 가슴살 아래에 두었다. 이어서, 200mA, 1.3kV의 전압을 인가했다. 도 16은 국소 인젝션 후의 닭 가슴살의 암시야에서의 사진이다. 도 16에 나타내는 바와 같이, 닭 가슴살에 형광 비즈를 국소 인젝션할 수 있었다.
<실시예 10: 현미(왕겨 제거 후)에의 인젝션>
닭 가슴살 대신에 현미(왕겨 제거 후)를 사용하고, 상기 현미를 PDMS로 제작한 지그에 고정하고, 대향 전극(22)을 기포 분출 부재(1)와 외측 외곽부(13) 사이의 NaCl 용액에 접하도록 배치하고, 420mA, 1.8kV의 전압을 인가한 것 이외에는 실시예 9와 동일한 순서로 국소 인젝션을 행했다. 도 17은 국소 인젝션 후의 현미의 암시야에서의 사진이다. 도 17에 나타내는 바와 같이, 현미에 국소 인젝션할 수 있었다.
실시예 7∼10에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 국소 인젝션 장치를 사용하면, 공기 중에서 부드러운 것 내지 단단한 가공 대상물에 대하여 국소 인젝션을 할 수 있는 것을 확인했다.
〔국소 인젝션 장치(주사 장치)의 다른 실시형태의 제작〕
<실시예 11>
실시예 2의 외측 외곽부(13) 대신에, PDMS를 이용하여 중공 원통 형상이 되도록 플라스틱형이나 유리·금속봉을 이용하여 전사 및 3차원 형상으로 성형함으로써 외측 외곽부(13) 전체를 PDMS로 제작했다. 도 18은 제작한 국소 인젝션 장치의 외관을 나타내는 사진이다.
도 19는 실시예 11에서 제작한 국소 인젝션 장치의 선단 부분의 움직임을 나타내는 사진이다. 도 19의 (1)은 압박 전의 사진, 도 19의 (2)는 압박한 후의 사진, 그리고 도 19의 (1) 및 (2)의 상단은 외측 외곽부(13)의 전체 사진이고, 하단은 선단 부분을 확대한 사진이다. 도 19로부터 명백해지듯이, 외측 외곽부(13) 전체를 가요성이 있는 재료를 이용하여 형성함으로써, 신축 부재(17)를 사용하지 않아도 기포 분출 부재(1)와 외측 외곽부(13)를 상대 이동하여, 가공 대상물과 기포 분출구(8)의 위치 관계를 조정할 수 있는 것이 명백해졌다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명에 의한 기포 분출 부재, 기액 분출 부재, 국소 어블레이션 장치 및 국소 인젝션 장치를 사용함으로써 종래 기술과 비교하여, 가공 대상물을 보다 미세 가공할 수 있다. 또한, 본 발명의 국소 인젝션 장치는 대기 중에서도 사용할 수 있고, 바늘없는 주사 장치로서 사용할 수도 있다. 따라서, 의료기관, 대학, 기업 등의 연구기관 등에 있어서, 가공 대상물의 미세 가공에 사용할 수 있고, 다른 의료기관, 축산·농림수산기관 등에 있어서 바늘없는 주사 장치로서 사용할 수도 있다.
Claims (9)
- 도전 재료로 형성된 심재,
절연 재료로 형성되고, 상기 심재의 선단으로부터 연신된 연신부를 포함하고, 또한 상기 심재에 적어도 일부가 밀착하여 심재를 덮는 외곽부, 및
상기 연신부 및 상기 심재의 선단과의 사이에 형성되고 또한 기포 분출구를 갖는 공극을 포함하는 기포 분출 부재에 있어서,
상기 연신부의 선단에 다른 연신부보다 두께가 후육부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기포 분출 부재. - 제 1 항에 기재된 기포 분출 부재, 및
상기 기포 분출 부재의 외곽부의 외측에 형성되고, 상기 외곽부와의 사이에 공간을 갖도록 상기 외곽부로부터 이간된 위치에 형성한 외측 외곽부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기액 분출 부재. - 제 2 항에 있어서,
상기 외측 외곽부와 상기 기포 분출 부재는 상대 이동이 가능해지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기액 분출 부재. - 제 3 항에 있어서,
상기 외측 외곽부의 단부는 신축 부재를 통하여 상기 기포 분출 부재에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 기액 분출 부재. - 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외측 외곽부와 상기 기포 분출 부재가 상대 이동할 때의 가이드 역할을 하는 협착부는 상기 외측 외곽부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기액 분출 부재. - 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기액 분출 부재의 심재와 한 쌍의 전극을 구성하는 대향 전극을 더 포함하고,
상기 대향 전극은 상기 외곽부의 외면 또는 상기 외측 외곽부의 내면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기액 분출 부재. - 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외측 외곽부의 선단 부분은 다른 외측 외곽부보다 두께가 두껍게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기액 분출 부재. - 제 1 항에 기재된 기포 분출 부재, 또는 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 기액 분출 부재를 포함하는 국소 어블레이션 장치.
- 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 기액 분출 부재를 포함하는 국소 인젝션 장치.
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Non-Patent Citations (1)
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