WO2016052511A1 - 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

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 Download PDF

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injection
electrode
bubble
tip
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陽子 山西
洋平 濱野
卓也 神林
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国立研究開発法人科学技術振興機構
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    • A61B2018/00964—Features of probes

Definitions

  • the present invention relates to a bubble ejection tip, a local ablation device, a local ablation method, an injection device and an injection method, and in particular, an arbitrary number of bubble ejection portions can be formed on a substrate, and a bubble ejection port
  • the present invention relates to a bubble ejection tip that can reliably control the size of the bubble, a mass-produced bubble ejection tip, a local ablation device and a local ablation method including the bubble ejection tip, and an injection device and an injection method.
  • local processing technique examples include a contact processing technique using a probe such as an electric knife or a non-contact ablation technique using a laser or the like. Widely known.
  • a technique for improving the resolution by suppressing the heat invasive region has been devised by recently suppressing the contact processing technique of the electric knife to a sintered surface on the order of several micrometers (see Non-Patent Document 1).
  • Non-Patent Document 2 a technology for performing cell processing (see Non-Patent Document 2) and a laser processing technology that suppresses bubble generation in the liquid phase have been devised.
  • the conventional contact processing technique using a probe such as an electric scalpel has the property of burning an object by Joule heat generated by continuous high frequency. There was a problem that the influence was great. Further, even in a non-contact processing technique using a laser such as a femtosecond laser, there is a problem of a thermal invasion effect on a tissue around a cut surface due to a high density energy being locally applied.
  • injection method for introducing a nucleic acid substance or the like into a cell or the like
  • electroporation, ultrasonic sonopo And the like are widely known.
  • the conventional electroporation technique there is a limit in improving the permeability of the cell membrane due to the electric field strength, and it is difficult to inject an object having a hard cell membrane or cell wall instead of a flexible lipid bilayer membrane.
  • the sonoporation technique using ultrasonic waves it is difficult to focus the ultrasonic waves, and it is difficult to increase the resolution by generating local bubble cavitation.
  • the injection method based on the particle gun method also has a problem that the introduction efficiency is low because a substance adhered to the particle surface is detached from the surface when the particle is driven.
  • the electroporation method, the sonoporation method, and the particle gun method have a problem that it is difficult to inject a valuable substance because the amount of the substance to be injected is large.
  • the present inventors have formed a core material made of a conductive material, an insulating material, covered the core material, and the tip of the core material.
  • a bubble ejecting member including an outer portion including a stretched portion, and a gap formed between the stretched portion of the outer portion and the tip of the core, and immersing the bubble ejecting member in a solution;
  • a patent application has been filed for finding that bubbles are generated by applying a high-frequency voltage in a solution, and that the workpiece can be cut (local ablation) by continuously discharging the bubbles to the workpiece (patent) Reference 1).
  • an outer shell portion is provided outside the outer shell portion of the bubble ejection member so as to have a shell portion and a space, and the injection material is dissolved by introducing a solution in which the injection material is dissolved and / or dispersed in the space. And / or the dispersed solution can generate bubbles adsorbed on the interface, and the injection target contained in the solution covering the bubbles while cutting the workpiece by continuously releasing the bubbles to the workpiece.
  • Patent Document 1 has been found to be capable of being injected into a workpiece, and a patent application has been filed (see Patent Document 1).
  • the bubble ejecting member and the gas-liquid ejecting member described in Patent Document 1 are manufactured by heating and tearing a conductive core member and an insulating member. For this reason, there is a problem that it is difficult to accurately align the sizes of the bubble ejection ports of the individual bubble ejection members and gas-liquid ejection members, and it is difficult to achieve mass production.
  • the outer periphery of the bubble ejection member described in Patent Document 1 is covered with an insulating outer portion, and the outer periphery of the gas-liquid ejection member is covered with an outer outer portion.
  • the size is not constant because the insulating material is heated and cut. Therefore, there is a problem that the combination work is difficult because the sizes are different.
  • tip of a bubble ejection member and a gas-liquid ejection member is very weak, there exists a problem that the combination operation
  • the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and as a result of extensive research, it has been found that by using a photolithography technique, (1) bubbles of the same size having bubble outlets of the same size. It is possible to produce and mass-produce a bubble ejection tip including any number of ejection parts, (2) by sandwiching an electrode formed of a conductive material with a photosensitive resin, and extending the photosensitive resin from the electrode, It is possible to form a bubble jet port using a photosensitive resin, and (3) by forming a flow path for flowing a solution containing an injection substance on the bubble jet side of the bubble jet part, the solution containing the injection substance is adsorbed on the interface. Bubbles can be continuously ejected to the workpiece, cutting the workpiece and injecting the injection substance contained in the solution covering the bubbles into the workpiece. Kill it, it was newly found.
  • an object of the present invention is to provide a bubble ejection tip, a local ablation device, a local ablation method, an injection device, and an injection method.
  • the present invention relates to a bubble ejection tip, a local ablation device, a local ablation method, an injection device, and an injection method described below.
  • the bubble ejection part is Electrodes made of conductive material, An insulating part that is formed of an insulating photosensitive resin, is provided so as to sandwich the electrode, and includes an extending part that extends from the tip of the electrode, and between the extending part of the insulating part and the tip of the electrode Including formed voids, Bubble ejection tip.
  • a local ablation apparatus including the bubble ejection tip according to any one of (1) to (8).
  • the bubble ejection tip is formed by using the photolithography technique, so that mass production is possible.
  • (4) By forming a flow path through which the solution containing the injection substance flows on the bubble jetting side of the bubble jetting part, it becomes easy to continuously eject the bubbles having the solution containing the injection substance adsorbed on the interface to the workpiece.
  • the injection substance contained in the solution covering the bubbles can be injected into the object to be processed.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of a bubble ejection tip 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing another embodiment of the bubble ejection tip 1.
  • Drawing 3 is a figure showing an example of a manufacturing process of a 1st embodiment of bubble ejection tip 1 of the present invention.
  • FIG. 4 shows another embodiment of the bubble ejection tip 1 of the present invention.
  • FIG. 4 (1) is the entire bubble ejection tip 1
  • FIG. 4 (2) is an enlarged view of the vicinity of the bubble ejection portion 3.
  • FIG. 5 is a diagram showing an overall configuration of a local ablation apparatus 6 using the bubble ejection tip 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing an outline of the bubble ejection tip 1 suitable for the injection apparatus.
  • FIG. 7 (1-1) is a cross-sectional view of an example of the bubble ejection tip 1 for injection
  • FIG. 7 (1-2) is a top view thereof
  • FIG. 7 (2-1) is a cross-sectional view of another example of the injection bubble ejection tip 1
  • FIG. 7 (2-2) is a top view thereof.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a manufacturing process of the injection bubble ejection tip 1 shown in FIGS. 7 (2-1) and (2-2).
  • FIGS. 9A and 9B are diagrams showing another embodiment of the bubble ejection tip 1 for injection.
  • FIG. 10 is a drawing-substituting photograph
  • FIG. 10 (1) is a photograph of the bubble ejection tip 1 produced in Example 1
  • FIG. 10 (2) is an enlarged photograph of the vicinity of the bubble ejection portion.
  • FIG. 11 is a drawing-substituting photograph
  • FIG. 11 (1) is a photograph of the bubble ejection tip 1 produced in Example 2
  • FIG. 11 (2) is an enlarged photograph of the vicinity of the bubble ejection portion.
  • FIG. 12 is a drawing-substituting photograph, which is a photograph of the generation of bubbles 36 with a high-speed camera in Example 3.
  • FIG. 13 is a drawing-substituting photograph
  • FIG. 13 (1) is a photograph of the bubble ejection tip 1 produced in Example 4
  • FIG. 13 (2) is an enlarged photograph of the vicinity of the bubble ejection portion.
  • FIG. 14 is a drawing-substituting photograph, which is a photograph of the generation of bubbles 36 taken with a high-speed camera in Example 5.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of a bubble ejection tip 1 of the present invention.
  • the bubble ejection tip 1 of the present invention has a bubble ejection portion 3 formed on a substrate 2.
  • the bubble ejection portion 3 is formed of an electrode 31 formed of a conductive material, and an insulating portion 33 including an extending portion 32 provided so as to sandwich the electrode 31 and extending from the tip of the electrode 31, and extends from the tip of the electrode 31.
  • a gap 34 is formed with the portion 32.
  • the energization unit 4 connected to the electrode 31 is formed. However, the energization unit 4 may be formed integrally when the bubble ejection tip 1 is manufactured, or the bubble ejection tip 1.
  • the counter electrode 5 is also formed on the substrate 2, but the counter electrode 5 may be formed integrally when the bubble ejection tip 1 is manufactured, or separate from the bubble ejection tip 1 and when energized. It may be immersed in a solution. By applying a voltage to the electrode 31 and the counter electrode 5, the bubbles 36 can be continuously ejected from the bubble ejection ports 35 formed by the adjacent extending portions 32.
  • the material for forming the substrate 2 is not particularly limited as long as the electrode 31 and the insulating portion 33 can be deposited, and examples thereof include glass, quartz, PMMA, and silicon.
  • the material for forming the electrode 31 is not particularly limited as long as it is a material that can be energized and can be laminated on the substrate 2 by a method such as electroplating or electroless plating.
  • nickel, gold, platinum examples thereof include metals such as silver, copper, tin, magnesium, chromium, and tungsten, or alloys thereof.
  • the insulating portion 33 including the extending portion 32 is formed using a photolithography technique. Therefore, the material for forming the insulating portion 33 including the extending portion 32 is not particularly limited as long as it is an insulating photosensitive resin. Examples thereof include commercially available positive photoresists such as TSMR V50 and PMER, and negative photoresists such as SU-8 and KMPR.
  • a load is likely to be applied to the bubble outlet 35, which is a fine part, particularly when a high voltage is applied.
  • negative photoresists such as SU-8 and KMPR are harder than positive photoresists, it is preferable to use a negative photoresist as the photosensitive resin when a high voltage is applied to the bubble ejection portion 3.
  • the energization unit 4 and the counter electrode 5 are not particularly limited as long as electricity from an external power source can be passed to the electrode 31, and the same material as the electrode 31 can be used.
  • the energization unit 4 is separated from the bubble ejection tip 1, the end of the electrode 31 may be protruded from the insulating unit 33 so that the energization unit 4 can be easily connected.
  • the counter electrode 5 is a separate body, there is no particular limitation on the shape, such as a rod shape, a plate shape, or the like, as long as the electrode 31 can be energized.
  • the gap 34 is preferably small as it approaches the bubble outlet 35 in order to give directionality to the jetted bubbles 36, and a photomask having a shape in which the extending portion 32 is tapered in the manufacturing process described later. May be used.
  • the depth of the gap 34 (the length from the tip of the electrode 31 to the bubble ejection port 35.
  • L / D is a size at which bubbles can be generated at least in the gap 34. It is necessary that L / D is at least 1 or more.
  • the upper limit of L / D is not particularly limited as long as the bubbles can be continuously ejected.
  • the tip of the bubble ejection member described in Patent Document 1 is manufactured by heating and drawing glass or the like, the tip of the bubble ejection member was very thin and easily damaged. There is no fear of breakage because the bubble jet port is formed of photosensitive resin.
  • L / D can be adjusted by the shape of the photomask.
  • the size of the bubble 36 to be ejected can be adjusted by changing the diameter D of the bubble ejection port 35, and may be adjusted by the shape of the photomask at the time of manufacture.
  • FIG. 2 is a view showing another embodiment of the bubble ejection tip 1.
  • the size of the substrate 2 may be the same as that of the bubble ejection portion 3 (insulating portion 33).
  • the bubble ejection tip 1 is immersed in a solution that can conduct electricity, or the solution is injected onto the substrate 2 so that the electrode and the counter electrode are conductive, and the processing is performed on the substrate 2.
  • the bubble ejection tip 1 shown in FIG. 2 may immerse at least the bubble ejection port 35 in the solution. In any form, it is sufficient that the solution is injected so that the electrode and the counter electrode are electrically connected in use.
  • an insulating layer is formed on the upper surface when using the bubble ejection tip 1 to prevent leakage when the bubble ejection tip 1 is immersed in a solution.
  • a known insulating material such as polydimethylsiloxane (PDMS), parylene, epoxy resin, polyimide, polyethylene, glass, quartz, PMMA, silicon, or the like may be used.
  • the insulating layer may be attached to the bubble ejection tip 1 before use, or may be formed in advance when the bubble ejection tip 1 is manufactured.
  • Drawing 3 is a figure showing an example of a manufacturing process of a 1st embodiment of bubble ejection tip 1 of the present invention.
  • FIG. 3 shows an example in which one bubble ejection portion 3 is shown because of the illustration, but when a plurality of bubble ejection portions 3 are formed, the shape of the photomask may be changed.
  • the substrate 2 is cleaned using acetone, ethanol, ultrapure water, or the like.
  • the material for forming the energizing portion 4 is laminated on the substrate 2 by sputtering.
  • Photoresist 8 is applied, and exposure and development are performed using a mask so that the photoresist 8 remains in a portion where the energization portion 4 is finally formed.
  • the material other than the portion where the energizing portion 4 is formed is removed by a method such as wet etching.
  • the energization portion 4 is formed by removing the photoresist 8.
  • the portion where the electrode 31 is formed is a cross-sectional view taken along the line AA ′
  • the portion where the insulating portion 33 including the extended portion 32 is the cross section taken along the line BB ′ Shown as a diagram.
  • the positions of the AA ′ and BB ′ sectional views are shown in the drawing of (5) above (the left side of FIGS. 3-2 and 3-3).
  • a material for forming the insulating portion 33 including the extending portion 32 is laminated by spin coating. (7) It exposes using the photomask designed in the shape where the insulation part 33 including the extending part 32 remains. In order to facilitate connection to an external power source, it is desirable to use a photomask having such a shape that the insulating portion 33 at the end portion of the substrate 2 is removed and the energizing portion 4 is exposed. (8) After the development, materials other than the portion for forming the insulating portion 33 including the extending portion 32 are removed. (9) The electrode 31 is grown on the energizing portion 4 by electroplating. (10) The insulating layer 37 is formed.
  • the electrode 31 is grown on the energization unit 4 by electroplating, but the energization unit 4 may not be provided.
  • the insulating portion 33 is formed on the substrate 2 by omitting the steps (2) to (4), and then the material for forming the thin plate-like electrode 31 has the shape of the electrode 31. It is only necessary to cut and squeeze between the insulating parts 33. In that case, it is preferable to form the electrode 31 so as to be exposed at the end of the substrate 2 so that the external power source can be directly energized.
  • the manufacturing process shows an example in which the bubble ejection portions 3 are two-dimensionally arranged on the substrate 2, by repeating the steps (2) to (10) after the completion of the step (10), the substrate 2 On top of this, the bubble ejection part 3 can also be formed three-dimensionally.
  • FIG. 4 shows another embodiment of the bubble ejection tip 1 of the present invention.
  • FIG. 4 (1) is the entire bubble ejection tip 1
  • FIG. 4 (2) is an enlarged view of the vicinity of the bubble ejection portion 3.
  • the bubble ejection tip 1 of the present invention may form the insulating layer 37 on the upper surface of the bubble ejection tip 1 to prevent leakage.
  • an assist flow path 38 may be provided in the insulating portion 33 to form an assist flow (arrow in FIG. 4B) that pushes the ejected bubbles 36 forward.
  • the assist flow path 38 is not particularly limited as long as it can form an assist flow that pushes the bubbles 36 forward as described above.
  • the assist flow may be formed so as to flow along the bubble ejection portion 3.
  • the assist flow path 38 is provided between both ends of the plurality of bubble ejection portions 3 and between each bubble ejection portion 3.
  • the assist flow path 38 is provided for each of the plurality of bubble ejection portions 3. You may form in.
  • the bubble ejection portion 3 protrudes from the insulating portion 33, but the bubble ejection tip has a shape in which the bubble ejection portion 3 shown in FIGS. 1 and 2 does not protrude from the insulating portion 33.
  • the assist channel 38 may be formed in the insulating portion 33 by changing the shape of the photomask in the manufacturing process (7).
  • a pump connection portion 39 for connecting a pump for feeding liquid to the assist flow path 38 is formed at the end of the assist flow path 38 as shown in FIG. May be.
  • the pump connection portion 39 may be formed in the insulating portion 33 by changing the shape of the photomask in the manufacturing process (7).
  • a hole is formed in the insulating layer 37 on the upper surface of the bubble ejection tip 1, and a silicon tube or the like may be connected to the hole.
  • FIG. 5 is a diagram showing an overall configuration of a local ablation apparatus 6 using the bubble ejection tip 1 of the present invention.
  • the local ablation device 6 includes an electric output means.
  • the electric output means includes a general commercial AC power supply device 61 and an electric wire 62 for forming a circuit with the electrode 31 and the counter electrode 5 of the bubble ejection tip 1.
  • a non-inductive resistor 63, a voltage amplification circuit 64, a DIO (Digital Input Output) port (not shown), and the like may be provided as needed.
  • the electric output means can be easily created by incorporating a non-inductive resistor 63, a DIO port or the like into a conventional electric knife electric circuit and setting the output configuration for a minute object.
  • the electric current, voltage, and frequency output to the electrode 31 and the counter electrode 5 are not particularly limited as long as the bubble can be ejected and the bubble ejection portion 3 is not damaged.
  • the current is 10 mA. ⁇ 80 mA is preferable, and 25 mA to 75 mA is more preferable. If the current is less than 10 mA, the bubbles 36 may not be generated well, and if the current is more than 80 mA, electrode wear occurs, which is not preferable.
  • the voltage is preferably 100V to 800V, more preferably 200V to 600V. If the voltage is less than 100V, it is difficult to generate the bubbles 36, and if it is more than 800V, the electrode 31 may be worn and the stretched portion 32 may be damaged.
  • the frequency is preferably 1 kHz to 1 GHz, more preferably 5 kHz to 1 MHz, and particularly preferably 10 kHz to 60 kHz. If the frequency is less than 1 kHz, the stretched portion 32 may be damaged, and if it is greater than 1 GHz, the bubbles 36 may not be generated, which is not preferable.
  • the bubble ejection tip 1 and the counter electrode 5 of the local ablation apparatus 6 of the present invention are immersed in a conductive solution, or the electrode 31 and the counter electrode 5 are placed on the substrate 2 so as to be conductive. Inject the solution. And a processing target object is arrange
  • the processing object is not particularly limited as long as it can be ablated by bubbles, and examples thereof include cells and proteins.
  • cells include stem cells, skin cells, mucosal cells, hepatocytes, pancreatic islet cells, nerve cells, chondrocytes, endothelial cells, epithelial cells, bone cells, muscle cells, egg cells and the like isolated from human or non-human animal tissues.
  • examples include cells such as animal cells, plant cells, insect cells, microbial cells such as Escherichia coli, yeast and mold.
  • processing in the present invention means that a hole is made in a target object or a part of the target object is cut by ejecting bubbles to the target object.
  • Patent Document 1 the present inventors have revealed that bubbles ejected from a bubble ejecting member can adsorb an injection substance.
  • the bubbles generated by energizing the core material are charged with electricity, and it is considered that the injection substance is adsorbed by the bubbles. Accordingly, when local ablation is performed using the bubble ejection tip 1 shown in FIG. 1 or FIG. 2, if an injection substance is included in the conductive solution in which the bubble ejection tip 1 is immersed, the bubbles 36 around which the injection substance is adsorbed. Can be erupted. Therefore, the injection substance can be introduced while locally ablating the workpiece.
  • substrate 2 of the bubble ejection tip 1 of this invention to the insulating layer 37 is a micrometer order. Therefore, in terms of fluid dynamics, a laminar flow of the solution containing the injection substance can be formed by extruding the solution containing the injection substance into the conductive solution using a pump or the like.
  • FIG. 6 is a view showing an outline of a bubble ejection tip 1 (hereinafter, sometimes referred to as “injection bubble ejection tip”) more suitable for an injection apparatus.
  • a flow path 7 (hereinafter sometimes referred to as “injection solution flow path”) through which a solution containing an injection substance flows on the gap 34 side of the bubble ejection section 3. Is formed.
  • injection solution flow path 7 As described above, even if the injection solution flow path 7 is not particularly formed, a solution containing the injection substance can be made into a laminar flow in terms of fluid dynamics. However, by forming the injection solution flow path 7, the injection substance flow can be reduced. The contained solution tends to be more laminar.
  • FIG. 1 hereinjection bubble ejection tip
  • FIG. 7 (1-1) is a cross-sectional view of an example of the bubble ejection tip 1 for injection
  • FIG. 7 (1-2) is a top view thereof.
  • the current-carrying part 4 is not formed in the portion corresponding to the injection solution flow path 7, so that the flow path is made relatively lower than the other parts. 7 is formed.
  • FIG. 7 (2-1) is a cross-sectional view of another example of the bubble injection tip 1 for injection
  • FIG. 7 (2-2) is a top view thereof.
  • the insulating wall 71 is formed on the opposite side of the bubble ejection portion 3, so that the flow path is formed between the extending portion 32 of the bubble ejection portion 3 and the insulation wall 71. 7 is formed.
  • the bubbles 36 pass through the flow path 7 to form bubbles 36 around which the injection substance is adsorbed. be able to.
  • a processing object installation flow path 72 for placing the processing object is formed on the insulating wall 71 facing the bubble ejection portion 3. It is desirable.
  • the insulating wall 71 may be made of the same material as the insulating portion 32. In the example shown in FIGS. 7 (2-1) and (2-2), when the flow path 7 is very narrow and only the solution containing the injection substance is flowed, the processing object installation flow path 72 is formed, It is necessary to fill the processing object installation flow path 72 with a conductive solution.
  • the object to be processed can be arranged in the flow path 7.
  • the object installation flow path 72 is not essential.
  • an injection port for allowing the injection substance to flow in the flow path 7 may be formed in the bubble injection tip 1 for injection.
  • a solution flow containing an injection substance is formed in the conductive solution in which the bubble ejection tip 1 is immersed by injecting a solution containing an injection substance adjusted to have a different hydrophilicity from that of the conductive solution. be able to.
  • the number of inlets is not limited to one, and a plurality of inlets may be formed.
  • the discharge port may be formed on the opposite side of the flow path 7.
  • the injection port and the discharge port may be formed by forming a hole in the insulating layer 37 on the upper surface of the bubble ejection tip 1 and connecting a silicon tube or the like to the hole.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a manufacturing process of the injection bubble ejection tip 1 shown in FIGS. 7 (2-1) and (2-2).
  • the manufacturing process shown in FIG. 3 may be the same as the process shown in FIG. 3 except that the shape of the photomask in the step (7) is a shape that allows the insulating layer 71 and the workpiece installation flow path 72 to be formed.
  • FIG. 9 is a view showing another embodiment of the bubble ejection tip 1 for injection.
  • the bubble injection tip 1 for injection shown in FIGS. 6 and 7 has the bubble outlet 35 facing the injection solution flow path 7, but the bubble injection tip 1 for injection shown in FIG.
  • a first injection solution flow path 8 containing a first injection substance is formed around the first injection solution flow path 8, and the first injection solution flow path 8 is connected to the injection solution flow path 7 shown in FIGS.
  • an injection flow a containing an injection substance from the pump a is formed in the first injection solution flow path 8, and an injection flow containing an injection substance from the pump b in the injection solution flow path 7.
  • b is formed, and the injection flows a and b become laminar flows.
  • the injection flow a also serves as the assist flow described above.
  • the first injection substance contained in the solution flowing through the first injection solution flow path 8 is adsorbed around the bubbles ejected from the bubble outlet, and the injection substance contained in the solution flowing through the injection solution flow path 7 is surrounded by the first injection substance. Adsorb.
  • the processing object installation flow path 72 also has an injection flow c containing an injection substance. It is also possible to provide a pump c for forming and to make the injection flow into three layers.
  • the first injection solution flow path 8 containing the first injection substance is formed around the bubble ejection part 3, and the first injection solution flow path 8 includes the first injection solution flow path 8.
  • a hole 81 is formed for the passage of bubbles adsorbed by the injection substance.
  • a second injection solution channel 9 containing a second injection substance is formed around the first injection solution channel 8.
  • the first injection substance flowing through the first injection solution channel 8 is adsorbed around the bubbles ejected from the bubble ejection port, and the second injection solution channel 9 is surrounded around the first injection substance channel. It is possible to adsorb the second injection material flowing through the.
  • a pump connection portion for connecting a pump for feeding a solution containing an injection substance may be formed at the end of the injection solution flow paths 8 and 9. Good.
  • the injection solution channels 8 and 9 and the pump connection portion may be formed in the insulating portion 33 by changing the shape of the photomask in the manufacturing process (7).
  • a hole is formed in the insulating layer 37 on the upper surface of the injection bubble ejection tip 1, and a silicon tube or the like may be connected to the hole.
  • the injection device can be manufactured by using the bubble ejection tip 1 for injection instead of the bubble ejection tip 1 of the local ablation device 6 described above.
  • the injection substance can be introduced while locally ablating the object to be processed in the same procedure as the local ablation method except that the solution containing the injection substance is flowed to the flow path 7.
  • a conductive solution containing no injection substance it can be used as a local ablation device.
  • the injection substance is not particularly limited as long as it can be dissolved and / or dispersed in a liquid regardless of whether it is a gas, a solid, or a liquid.
  • the gas include air, nitrogen, helium, carbon dioxide, carbon monoxide, argon, oxygen, and the like.
  • the solid include DNA, RNA, protein, amino acid, and inorganic substance, and examples of the liquid include a drug solution and an amino acid solution.
  • the solution for dissolving and / or dispersing the injection substance include physiological saline, a culture medium, and the like.
  • Example 1 [Production of bubble ejection tip 1]
  • the glass substrate was organically cleaned with an ultrasonic cleaner at 100 kHz for 5 minutes in order of acetone, ethanol, and ultrapure water, and baked at 120 ° C. for 30 minutes.
  • a sputtering apparatus (Vacuum Device MSP-30T) was used to deposit Au on the glass substrate for 1 minute with a plasma current value (80 mA).
  • OFPR-800 LB (200CP) was spin-coated on a glass substrate at 2000 rpm for 30 seconds and 4000 rpm for 2 seconds, and prebaked at 90 ° C. for 30 minutes in an oven.
  • Polydimethylsiloxane (PDMS) was spin-coated on an OHP film at 1000 rpm for 20 seconds and baked in an oven at 90 ° C. for 15 minutes to prepare a sheet having a thickness of about 100 ⁇ m.
  • This PDMS sheet was placed on the upper surface of the produced bubble ejection chip 1 and adhered using an adhesive (SuperX Cemedine Co., Ltd.).
  • FIG. 10 (1) is a photograph of the bubble ejection tip 1 produced in Example 1
  • FIG. 10 (2) is an enlarged photograph of the vicinity of the bubble ejection portion.
  • the size of the bubble outlet 35 was about 50 ⁇ m.
  • Example 2 [Production of bubble ejection tip 1]
  • the shape of the emulsion mask in the step (7) of Example 1 was changed to produce a bubble ejection tip 1 having a plurality of bubble ejection portions.
  • FIG. 11 (1) is a photograph of the bubble ejection tip 1 produced in Example 2
  • FIG. 11 (2) is an enlarged photograph of the vicinity of the bubble ejection portion.
  • the size of the bubble outlet 35 was about 50 ⁇ m.
  • Example 3 [Production of local ablation device and injection device and bubble ejection experiment]
  • the bubble ejection tip 1 produced in Example 1 is incorporated, and further, a non-inductive resistor and a DIO port are incorporated in the electric output means, and a local ablation apparatus and injection apparatus are incorporated.
  • a local ablation apparatus and injection apparatus are incorporated.
  • the bubble ejection tip 1 is immersed in a 5M NaCl solution, and feedback is performed at a voltage of 27.7 mA, a current of 309 V, an output frequency of 450 kHz, and a sampling frequency for impedance matching of 450 kHz and 3.5 kHz. Electricity was output to 31 and the counter electrode 5.
  • the formation of bubbles was photographed using a high speed camera (VW-9000, manufactured by Keyence).
  • the counter electrode 5 was made of a copper plate and was arranged away from the bubble ejection tip 1.
  • FIG. 12 is a photograph of the occurrence of bubbles 36 with a high speed camera. As is apparent from the photograph, it was confirmed that the bubbles 36 could be ejected from the bubble ejection port 35 by using the bubble ejection tip 1 produced in Example 1.
  • Example 4 By changing the shape of the emulsion mask in the step (7) of Example 1 above, the bubble ejection tip 1 including the flow path 7 was produced.
  • FIG. 13 (1) is a photograph of the bubble ejection tip 1 produced in Example 4, and
  • FIG. 13 (2) is an enlarged photograph of the vicinity of the bubble ejection portion.
  • the size of the bubble ejection port 35 was about 50 ⁇ m
  • the height of the electrode 31 was 25 ⁇ m
  • the height of the flow path 7 was 50 ⁇ m
  • the width was 100 ⁇ m.
  • Example 5 A local ablation device and an injection device were produced using the same device as in Example 3 except that the bubble ejection tip 1 produced in Example 4 was used instead of the bubble ejection tip 1 produced in Example 1. A squirting experiment was conducted.
  • FIG. 14 is a photograph of the occurrence of bubbles 36 with a high speed camera. As is apparent from the photograph, by using the bubble ejection tip 1 produced in Example 4, the bubbles 36 can be ejected from the bubble ejection port 35 and the ejected bubbles 36 have reached the workpiece installation flow path 72. Was confirmed.

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Abstract

　同じ大きさの気泡噴出口を有する同じ大きさの気泡噴出部を任意の数含む気泡噴出チップを作製及び量産化する。　基板、該基板上に形成された気泡噴出部を含み、前記気泡噴出部が、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、前記電極を挟むように設けられ、且つ前記電極の先端より延伸した延伸部を含む絶縁部、及び前記絶縁部の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む、気泡噴出チップを作製することで、量産化できる。

Description

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
　本発明は、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もので、特に、任意の個数の気泡噴出部を基板上に形成することができ、また、気泡噴出口の大きさを確実にコントロールでき、量産可能な気泡噴出チップ、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）
　しかしながら、特許文献１に記載されている気泡噴出部材及び気液噴出部材は、導電性の芯材及び絶縁部材を加熱して引き切って作製している。そのため、個々の気泡噴出部材及び気液噴出部材の気泡噴出口の大きさを正確に揃えることが難しいとともに、量産化し難いという問題がある。
　また、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、複数個所に一度にインジェクションを行う場合がある。しかしながら、特許文献１に記載されている気泡噴出部材及び気液噴出部材は、上記のとおり、個々の気泡噴出部材及び気液噴出部材の気泡噴出口の大きさを正確に揃えることが難しいことから、従来の気泡噴出部材及び気液噴出部材を複数組み合わせた場合、インジェクション量を均一にし難いという問題がある。
　更に、特許文献１に記載されている気泡噴出部材の外周は絶縁性の外郭部で覆われており、気液噴出部材の外周は外側外郭部で覆われているが、外郭部及び外側外郭部も絶縁材料を加熱して引き切って作製していることから大きさは一定していない。そのため、大きさが違うことから、組み合わせ作業が困難であるという問題がある。そして、気泡噴出部材及び気液噴出部材の先端は非常に脆いことから、別々に作製した気泡噴出部材及び気液噴出部材の組み合わせ作業が難しいという問題がある。
　本発明は、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、フォトリソグラフィ技術を用いることで、（１）同じ大きさの気泡噴出口を有する同じ大きさの気泡噴出部を任意の数含む気泡噴出チップを作製、及び量産化できること、（２）導電性材料で形成した電極を感光性樹脂で挟み、且つ感光性樹脂を電極より延伸して形成することで、感光性樹脂を用いて気泡噴出口を形成できること、（３）気泡噴出部の気泡噴出口側にインジェクション物質を含む溶液を流す流路を形成することで、インジェクション物質を含む溶液が界面に吸着した気泡を加工対象物に連続的に噴出することができ、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、を新たに見出した。
　すなわち、本発明の目的は、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。
　本発明は、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、該基板上に形成された気泡噴出部を含み、
　前記気泡噴出部が、
　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、前記電極を挟むように設けられ、且つ前記電極の先端より延伸した延伸部を含む絶縁部、及び
　前記絶縁部の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む、
気泡噴出チップ。
（２）前記延伸部が、テーパー状である上記（１）に記載の気泡噴出チップ。
（３）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）又は（２）に記載の気泡噴出チップ。
（４）前記気泡噴出部が２以上形成されている上記（１）～（３）の何れか一に記載の気泡噴出チップ。
（５）前記絶縁部にアシスト流路が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）前記電極に接続する通電部を含む上記（１）～（５）の何れか一に記載の気泡噴出チップ。
（７）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）～（６）の何れか一に記載の気泡噴出チップ。
（８）前記気泡噴出部の空隙側に、インジェクション物質を含む溶液を流す流路が形成されている上記（１）～（７）の何れか一に記載の気泡噴出チップ。
（９）上記（１）～（８）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。
（１０）上記（１）～（８）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。
（１１）上記（９）に記載の局所アブレーション装置の電極と対向電極が導通するように溶液を注入し、
　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電気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。
（１２）上記（１０）に記載のインジェクション装置の電極と対向電極が導通するように溶液を注入し、
　インジェクション物質を含む溶液を気泡噴出部の前に流し、
　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電気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させ、
　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。
（１）本発明は、フォトリソグラフィ技術を用いることで、同じ大きさの気泡噴出口を有する同じ大きさの気泡噴出部を、基板上に任意の個数形成することができる。したがって、気泡噴出チップ毎の製造のバラツキを少なくすることができる。
（２）単一の加工対象物の複数個所を、同時に局所アブレーション又は局所インジェクションを行う場合、複数個所に対して、同じ大きさの気泡を噴出することができる。また、単一の気泡噴出チップ１上の気泡噴出部の気泡噴出口の大きさを変えることもでき、加工対象物の複数個所に対して、異なる大きさの気泡を噴出することもできる。
（３）従来の芯材と絶縁材料を加熱して引き切る製造方法と違い、フォトリソグラフィ技術を用いて気泡噴出チップを形成することから量産化が可能である。
（４）気泡噴出部の気泡噴出口側にインジェクション物質を含む溶液を流す流路を形成することで、インジェクション物質を含む溶液が界面に吸着した気泡を加工対象物に連続的に噴出しやすくなり、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することができる。
図１は、本発明の気泡噴出チップ１の概略を示す図である。 図２は、気泡噴出チップ１の他の実施形態を示す図である。 図３は、本発明の気泡噴出チップ１の第１の実施形態の製造工程の一例を示す図である。 図４は、本発明の気泡噴出チップ１の他の実施形態を示しており、図４（１）は気泡噴出チップ１の全体、図４（２）は気泡噴出部３付近の拡大図である。 図５は、本発明の気泡噴出チップ１を用いた局所アブレーション装置６の全体構成を示す図である。 図６は、インジェクション装置に適した気泡噴出チップ１の概略を示す図である。 図７（１－１）は、インジェクション用気泡噴出チップ１の一例の断面図、図７（１－２）はその上面図である。図７（２－１）は、インジェクション用気泡噴出チップ１の他の例の断面図、図７（２－２）はその上面図を示す。 図８は、図７（２－１）及び（２－２）に示すインジェクション用気泡噴出チップ１の製造工程の一例を示す図である。 図９（１）及び（２）は、インジェクション用気泡噴出チップ１の他の実施形態を示す図である。 図１０は、図面代用写真で、図１０（１）は実施例１で作製した気泡噴出チップ１の写真、図１０（２）は気泡噴出部付近を拡大した写真である。 図１１は、図面代用写真で、図１１（１）は実施例２で作製した気泡噴出チップ１の写真、図１１（２）は気泡噴出部付近を拡大した写真である。 図１２は、図面代用写真で、実施例３において、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、図１３（１）は実施例４で作製した気泡噴出チップ１の写真、図１３（２）は気泡噴出部付近を拡大した写真である。 図１４は、図面代用写真で、実施例５において、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。
　以下に、本発明の気泡噴出チップ、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１は、本発明の気泡噴出チップ１の概略を示す図である。本発明の気泡噴出チップ１は、基板２上に気泡噴出部３が形成されている。気泡噴出部３は、導電性材料で形成された電極３１、電極３１を挟むように設けられ且つ電極３１の先端より延伸した延伸部３２を含む絶縁部３３で形成され、電極３１の先端と延伸部３２とで空隙３４が形成されている。また、図１に示す例では、電極３１に接続する通電部４が形成されているが、通電部４は、気泡噴出チップ１の作製時に一体的に形成してもよいし、気泡噴出チップ１とは別体とし、通電時に接続してもよい。また、対向電極５も基板２上に形成されているが、対向電極５は、気泡噴出チップ１の作製時に一体的に形成してもよいし、気泡噴出チップ１とは別体とし、通電時に溶液に浸漬してもよい。電極３１と対向電極５に電圧を印加することで、隣り合う延伸部３２で形成した気泡噴出口３５から気泡３６を連続的に噴出することができる。
　基板２を形成する材料としては、電極３１、絶縁部３３を堆積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基板２上に積層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。
　本発明では、延伸部３２を含む絶縁部３３はフォトリソグラフィ技術を用いて作成する。したがって、延伸部３２を含む絶縁部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。本発明では、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。なお、通電部４を気泡噴出チップ１と別体にする場合は、電極３１の端部を絶縁部３３からはみ出す状態にし、通電部４を接続し易いように製造すればよい。また、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。
　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は、噴出する気泡３６に指向性を持たすため、気泡噴出口３５に近付くほど小さくなることが好ましく、後述する製造工程において、延伸部３２がテーパー状となるような形状のフォトマスクを用いればよい。
　また、空隙３４内で気泡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、気泡が連続的に噴出できる大きさであれば特に制限はない。特許文献１に記載の気泡噴出部材は、ガラス等を加熱して引き切って作製しているので、気泡噴出部材の先端は非常に細く破損し易かったが、本発明の場合は、基板上に感光性樹脂で気泡噴出口を形成しているので破損の恐れはない。Ｌ／Ｄは、フォトマスクの形状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２は、気泡噴出チップ１の他の実施形態を示す図である。対向電極５を別体にする場合、基板２の大きさは気泡噴出部３（絶縁部３３）と同じ大きさであればよい。図１に示す実施形態の場合は、電気を通すことができる溶液に気泡噴出チップ１を浸漬する、又は電極と対向電極が導通するように基板２上に溶液を注入し、基板２上に加工対象物を配置する必要があるが、図２に示す気泡噴出チップ１は、少なくとも気泡噴出口３５を溶液に浸漬すればよい。何れの形態であっても、使用の際に、電極と対向電極が導通するように、溶液が注入されていればよい。
　なお、図１及び図２には図示していないが、気泡噴出チップ１を溶液に浸漬した際の漏電防止のため、気泡噴出チップ１を使用する際には、上面に絶縁層を形成することが望ましい。絶縁層を形成する材料は、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。絶縁層は、使用の前に気泡噴出チップ１に貼り付けても、気泡噴出チップ１の製造時に予め形成してもよい。
　図３は、本発明の気泡噴出チップ１の第１の実施形態の製造工程の一例を示す図である。なお、図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）基板２を、アセトン・エタノール・超純水等を用いて洗浄する。
（２）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。
（３）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。
（４）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。
（５）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。
　以下の製造工程については、電極３１を形成する部分はＡ－Ａ’断面図、延伸部３２を含む絶縁部３３（図面上の符号は３３のみ記載）を形成する部分は、Ｂ－Ｂ’断面図として示す。なお、Ａ－Ａ’断面図、Ｂ－Ｂ’断面図の位置については、上記（５）の図面に図示した（図３－２及び図３－３の左側）。
（６）延伸部３２を含む絶縁部３３を形成する材料をスピンコートにより積層する。
（７）延伸部３２を含む絶縁部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する。なお、外部電源への接続を容易にするため、基板２の端部部分の絶縁部３３を除去し、通電部４が露出するような形状のフォトマスクを用いることが望ましい。
（８）現像後、延伸部３２を含む絶縁部３３を形成する部分以外の材料を除去する。
（９）通電部４の上に、電気メッキにより電極３１を成長させる。
（１０）絶縁層３７を形成する。
　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。
　なお、上記の製造工程は、通電部４上に電極３１を電気メッキにより成長させているが、通電部４を設けなくてもよい。具体的には、工程（２）～（４）を省略することで基板２上に絶縁部３３を形成し、次いで、薄板状の電極３１を形成するための材料を電極３１の形状となるように切断し、絶縁部３３の間にはめ込んで製造すればよい。その場合、電極３１が基板２の端部に露出するように形成し、外部電源に直接通電できるようにすることが好ましい。また、上記製造工程は、基板２上に気泡噴出部３を２次元に配置した例を示しているが、工程（１０）終了後に、工程（２）～（１０）を繰り返すことで、基板２上に、気泡噴出部３を３次元に形成することもできる。
　図４は、本発明の気泡噴出チップ１の他の実施形態を示しており、図４（１）は気泡噴出チップ１の全体、図４（２）は気泡噴出部３付近の拡大図である。上記のとおり、本発明の気泡噴出チップ１は、漏電防止のため、気泡噴出チップ１の上面に絶縁層３７を形成する場合がある。その場合、気泡噴出口３５と加工対象物との距離が長いと、気泡噴出口３５から噴出した気泡３６は溶液中を前方に移動するが、気泡３６の浮力のため絶縁層３７側にも移動し、絶縁層３７に付着する恐れがある。そのため、絶縁部３３にアシスト流路３８を設け、噴出した気泡３６を前方に押し出すアシスト流（図４（２）の矢印）を形成してもよい。
　アシスト流路３８は、上記のとおり気泡３６を前方に押し出すアシスト流を形成できれば特に制限はない。例えば、アシスト流が、気泡噴出部３に沿って流れるように形成すればよい。図４（２）に示す例では、複数の気泡噴出部３の両端及び各々の気泡噴出部３の間にアシスト流路３８を設けているが、アシスト流路３８を複数の気泡噴出部３毎に形成してもよい。また、図４（２）に示す例では、気泡噴出部３が絶縁部３３から突出しているが、図１及び図２に示す気泡噴出部３が絶縁部３３から突出していない形状の気泡噴出チップ１にアシスト流路３８を形成してもよい。アシスト流路３８は、上記の製造工程（７）のフォトマスクの形状を変えることで、絶縁部３３に形成すればよい。また、アシスト流路３８を形成する場合は、図４（１）に示すようにアシスト流路３８に送液するためのポンプを接続するポンプ接続部３９をアシスト流路３８の端部に形成してもよい。ポンプ接続部３９も製造工程（７）のフォトマスクの形状を変えることで、絶縁部３３に形成すればよい。ポンプ接続部３９を形成する場合は、気泡噴出チップ１の上面の絶縁層３７に孔を形成し、孔にシリコンチューブ等を接続すればよい。
　図５は、本発明の気泡噴出チップ１を用いた局所アブレーション装置６の全体構成を示す図である。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、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が、例えば、電流は、１０ｍＡ～８０ｍＡが好ましく、２５ｍＡ～７５ｍＡ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、８０ｍＡ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～８００Ｖが好ましく、２００Ｖ～６００Ｖ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、８００Ｖより大きいと電極３１の摩耗や延伸部３２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３２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。
　本発明の局所アブレーション方法は、先ず、本発明の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、又は電極３１と対向電極５が導通するように基板２上に溶液を注入する。そして、気泡噴出チップ１の気泡噴出部３と対向電極５の間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。なお、本発明における「加工」とは、加工対象物に気泡を噴出することで、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１又は図２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。また、本発明の気泡噴出チップ１の基板２から絶縁層３７までの高さはμｍオーダーである。したがって、流体力学上、ポンプ等を用いてインジェクション物質を含む溶液を導電性溶液に押し出すことで、インジェクション物質を含む溶液の層流を形成することができる。
　図６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。）の概略を示す図である。図６に示すインジェクション用気泡噴出チップ１は、気泡噴出部３の空隙３４側に、インジェクション物質を含む溶液を流す流路７（以下、「インジェクション溶液流路」と記載することがある。）が形成されている。上記のとおり、特にインジェクション溶液流路７を形成しなくても、流体力学上は、インジェクション物質を含む溶液を層流にすることができるが、インジェクション溶液流路７を形成することでインジェクション物質を含む溶液がより層流となりやすい。図７（１－１）は、インジェクション用気泡噴出チップ１の一例の断面図、図７（１－２）はその上面図である。図７（１－１）及び（１－２）に示す例では、インジェクション溶液流路７に相当する部分に通電部４を形成しないことで、他の部分より相対的に低くすることで流路７を形成している。
　図７（２－１）は、インジェクション用気泡噴出チップ１の他の例の断面図、図７（２－２）はその上面図を示す。図７（２－１）及び（２－２）に示す例では、絶縁壁７１を気泡噴出部３の反対側に形成することで、気泡噴出部３の延伸部３２と絶縁壁７１で流路７を形成している。なお、図７（２－１）及び（２－２）に示すインジェクション用気泡噴出チップ１の場合、気泡３６が流路７を通過することで、周囲にインジェクション物質が吸着した気泡３６を形成することができる。そのため、加工対象物は流路７から離れた位置に置く必要があるので、気泡噴出部３に対向する絶縁壁７１には、加工対象物を置くための加工対象物設置流路７２を形成することが望ましい。絶縁壁７１は、絶縁部３２と同じ材料を用いればよい。なお、図７（２－１）及び（２－２）に示す例において、流路７が非常に狭く、インジェクション物質を含む溶液のみを流す場合には加工対象物設置流路７２を形成し、加工対象物設置流路７２内に導電性溶液を満たす必要がある。一方、流路７が広く、流路７内の導電性溶液内にインジェクション物質を含む溶液の層流を形成することができれば、加工対象物は流路７内に配置することもできるので、加工対象物設置流路７２は必須ではない。
　なお、図７には示していないが、インジェクション用気泡噴出チップ１には、流路７内にインジェクション物質を流すための注入口を形成してもよい。導電性溶液とは親水度が異なるように調整したインジェクション物質を含む溶液を注入口から注入することで、気泡噴出チップ１を浸漬する導電性溶液の中に、インジェクション物質を含む溶液流を形成することができる。また、注入口は一つに限らず、複数形成してもよい。親水度が異なるように調整したインジェクション物質を夫々の注入口から注入することで、インジェクション物質を含む多層の溶液流を形成することができる。注入口を形成する場合は、流路７の反対側に排出口を形成すればよい。注入口及び排出口は、気泡噴出チップ１の上面の絶縁層３７に孔を形成し、孔にシリコンチューブ等を接続すればよい。
　図８は、図７（２－１）及び（２－２）に示すインジェクション用気泡噴出チップ１の製造工程の一例を示す図である。図３の示す製造工程の内、工程（７）のフォトマスクの形状を、絶縁層７１及び加工対象物設置流路７２ができる形状にする以外は、図３に示す工程と同じでよい。
　図９は、インジェクション用気泡噴出チップ１の他の実施形態を示す図である。図６及び７に示すインジェクション用気泡噴出チップ１は、気泡噴出口３５がインジェクション溶液流路７に面していたが、図９（１）に示すインジェクション用気泡噴出チップ１は、気泡噴出部３の周りに第１のインジェクション物質を含む第１インジェクション溶液流路８を形成し、そして、第１インジェクション溶液流路８が図６及び図７に示すインジェクション溶液流路７に接続している。図９（１）に示す実施形態では、第１インジェクション溶液流路８にはポンプａからインジェクション物質を含むインジェクション流ａが形成され、インジェクション溶液流路７にはポンプｂからインジェクション物質を含むインジェクション流ｂが形成され、インジェクション流ａ及びｂが層流となる。なお、この場合、インジェクション流ａは、前述したアシスト流の役割も果たす。気泡噴出口から噴出した気泡の周りには第１インジェクション溶液流路８を流れる溶液に含まれる第１のインジェクション物質が吸着し、その周りにインジェクション溶液流路７を流れる溶液に含まれるインジェクション物質が吸着する。なお、加工対象物を加工対象物設置流路７２の入口付近に置き、気泡噴出部３に印加する電圧を大きくすることで、加工対象物設置流路７２にもインジェクション物質を含むインジェクション流ｃを形成するためのポンプｃを設け、インジェクション流を３層にすることもできる。
　また、図９（２）に示す実施形態では、気泡噴出部３の周りに第１のインジェクション物質を含む第１インジェクション溶液流路８を形成し、第１インジェクション溶液流路８には、第１インジェクション物質が吸着した気泡が通過するための孔８１が形成されている。更に、第１インジェクション溶液流路８の周りに、第２のインジェクション物質を含む第２インジェクション溶液流路９を形成している。図９（２）に示す実施形態では、気泡噴出口から噴出した気泡の周りには第１インジェクション溶液流路８を流れる第１のインジェクション物質が吸着し、その周りに第２インジェクション溶液流路９を流れる第２のインジェクション物質を吸着することができる。
　なお、図９（２）では図示は省略しているが、インジェクション物質を含む溶液を送液するためのポンプを接続するポンプ接続部をインジェクション溶液流路８、９の端部に形成してもよい。インジェクション溶液流路８、９、及びポンプ接続部は、上記の製造工程（７）のフォトマスクの形状を変えることで、絶縁部３３に形成すればよい。ポンプ接続部を形成する場合は、インジェクション用気泡噴出チップ１の上面の絶縁層３７に孔を形成し、孔にシリコンチューブ等を接続すればよい。
　上記の局所アブレーション装置６の気泡噴出チップ１に換え、インジェクション用気泡噴出チップ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流路７に流す以外は、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。勿論、インジェクション物質を含まない導電性溶液を用いれば、局所アブレーション装置として使用することもできる。
　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。
　以下に実施例を掲げ、本発明を具体的に説明するが、この実施例は単に本発明の説明のため、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。これらの例示は本発明の特定の具体的な態様を説明するためのものであるが、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）ガラス基板をアセトン・エタノール・超純水の順に１００ｋＨｚで５分間ずつ超音波洗浄機により有機洗浄し、１２０℃で３０分間ベイクした。
（２）ガラス基板を常温まで冷却した後に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。
（３）ガラス基板上にＯＦＰＲ－８００　ＬＢ　（２００ＣＰ）を２０００ｒｐｍで３０秒間、及び４０００ｒｐｍ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、エマルジョン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。
（４）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。
（５）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を完成した。
（６）ガラス基板にＳＵ－８をスピンコートし、ホットプレート上で９５℃で５０分間、プリベイクした。
（７）エマルジョンマスクを用いて露光後、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。
（８）ＰＧＭＥＡ（２－Ｍｅｔｈｏｘｙ－１－ｍｅｔｈｙｌｅｔｈｙｌ　ａｃｅｔａｔｅ；　ＣＡＳ　Ｎｕｍｂｅｒ：１４２３００－８２－１）を用いて現像した。現像後は、超純水を用いてリンスし、スピンドライヤー等で水分をとばし乾燥させＳＵ－８のパターニング作業を完了した。
（９）Ａｕパターニング部に電極を接続し、ＳＵ－８のパターニングに沿ってＮｉめっきをＳＵ－８パターンの高さ（１００μｍ）まで成長させて、気泡噴出チップ１を作製した。
（１０）ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）をＯＨＰフィルムの上において１０００ｒｐｍで２０秒スピンコートし、オーブンにて９０℃で１５分間ベイクして、厚さ１００μｍ程度のシート状として用意した。このＰＤＭＳシートを、作製した気泡噴出チップ１の上面に被せ、接着剤（ＳｕｐｅｒＸセメダイン（株））を用いて接着した。
　図１０（１）は実施例１で作製した気泡噴出チップ１の写真で、図１０（２）は気泡噴出部付近を拡大した写真である。気泡噴出口３５の大きさは、約５０μｍであった。
＜実施例２＞
〔気泡噴出チップ１の作製〕
　上記実施例１の（７）の工程のエマルジョンマスクの形状を変え、気泡噴出部を複数形成した気泡噴出チップ１を作製した。図１１（１）は実施例２で作製した気泡噴出チップ１の写真で、図１１（２）は気泡噴出部付近を拡大した写真である。気泡噴出口３５の大きさは、約５０μｍであった。
＜実施例３＞
〔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、５ＭのＮａＣｌ溶液に、気泡噴出チップ１を浸漬し、電圧２７．７ｍＡ、電流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）を用いて撮影を行った。なお、対向電極５は銅板で作製し、気泡噴出チップ１とは離して配置した。
　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を噴出できることが確認できた。
＜実施例４＞
　上記実施例１の（７）の工程のエマルジョンマスクの形状を変えることで、流路７を含む気泡噴出チップ１を作製した。図１３（１）は実施例４で作製した気泡噴出チップ１の写真で、図１３（２）は気泡噴出部付近を拡大した写真である。気泡噴出口３５の大きさは約５０μｍ、電極３１の高さは２５μｍ、流路７の高さは５０μｍ及び幅は１００μｍであった。
〔局所アブレーション装置及びインジェクション装置の作製及び気泡噴出実験〕
＜実施例５＞
　実施例１で作製した気泡噴出チップ１に換え、実施例４で作製した気泡噴出チップ１を用いた以外は、実施例３と同様の装置を用いて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、気泡噴出実験を行った。
　図１４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４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を噴出できること、及び噴出した気泡３６が加工対象物設置流路７２に到達したことが確認できた。
１…気泡噴出チップ１、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…インジェクション溶液流路、８…第１インジェクション溶液流路、９…第２インジェクション溶液流路、３１…電極、３２…延伸部、３３…絶縁部、３４…空隙、３５…気泡噴出口、３６…気泡、３７…絶縁層、３８…アシスト流路、３９…ポンプ接続部、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…絶縁壁、７２…加工対象物設置流路、８１…孔
 

Claims (12)

  1. 　基板、該基板上に形成された気泡噴出部を含み、
    　前記気泡噴出部が、
    　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、前記電極を挟むように設けられ、且つ前記電極の先端より延伸した延伸部を含む絶縁部、及び
    　前記絶縁部の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む、
    気泡噴出チップ。
  2. 　前記延伸部が、テーパー状である請求項１に記載の気泡噴出チップ。
  3. 　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又は２に記載の気泡噴出チップ。
  4. 　前記気泡噴出部が２以上形成されている請求項１～３の何れか一項に記載の気泡噴出チップ。
  5. 　前記絶縁部にアシスト流路が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. 　前記電極に接続する通電部を含む請求項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１～６の何れか一項に記載の気泡噴出チップ。
  8. 　前記気泡噴出部の空隙側に、インジェクション物質を含む溶液を流す流路が形成されている請求項１～７の何れか一項に記載の気泡噴出チップ。
  9. 　請求項１～８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。
  10. 　請求項１～８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。
  11. 　請求項９に記載の局所アブレーション装置の電極と対向電極が導通するように溶液を注入し、
    　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電気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。
  12. 　請求項１０に記載のインジェクション装置の電極と対向電極が導通するように溶液を注入し、
    　インジェクション物質を含む溶液を気泡噴出部の前に流し、
    　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電気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させ、
    　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。
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