WO2020090312A1 - 気泡噴出方法、気泡噴出用電源装置、および、気泡噴出装置 - Google Patents

気泡噴出方法、気泡噴出用電源装置、および、気泡噴出装置 Download PDF

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WO2020090312A1
WO2020090312A1 PCT/JP2019/038170 JP2019038170W WO2020090312A1 WO 2020090312 A1 WO2020090312 A1 WO 2020090312A1 JP 2019038170 W JP2019038170 W JP 2019038170W WO 2020090312 A1 WO2020090312 A1 WO 2020090312A1
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bubble
voltage
power supply
bubble ejection
electrode
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Application number
PCT/JP2019/038170
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French (fr)
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壮 眞壁
廣道 渡部
康裕 森泉
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株式会社ベックス
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology

Definitions

  • the present disclosure relates to a bubble ejection method, a bubble ejection power supply device, and a bubble ejection device.
  • local processing technique there is a method using a contact processing technique using a probe such as an electric scalpel or a non-contact ablation technique using a laser or the like. Widely known.
  • local injection method for introducing a nucleic acid substance or the like into cells or the like
  • electroporation, sonograph using ultrasonic waves The poration technique and the particle gun method are widely known.
  • contact processing technology using a probe such as the above-mentioned electric scalpel, non-contact ablation technology using a laser etc., local physical injection technology for introducing nucleic acid substances into cells etc. such as electroporation method.
  • a local ablation method using a bubble jetting member, a local ablation method using a gas-liquid jetting member, and a local injection method are also known (see Patent Document 1).
  • Patent Document 2 a bubble ejecting chip in which an arbitrary number of bubble ejecting parts are formed on a substrate (see Patent Document 2), and a bubble ejecting part so that the bubble ejecting port opens above the substrate.
  • Patent Document 3 a bubble-jetting tip in which a bubble is formed.
  • the core material (electrode) formed of a conductive material is covered with an outer shell portion formed of an insulating material, and further, an extended portion and a core material (extended from the outer shell portion).
  • a voltage to a bubble ejecting member (bubble ejecting part) having a gap with the electrode bubbles are ejected from the tip of the bubble ejecting member (bubble ejecting part).
  • the present disclosure has been made in order to solve the above problems, and as a result of intensive research, (1) at least a bubble ejection device using a bubble ejection power supply device capable of adjusting the number of pulses to be output is provided. By applying a pulse, it was newly found that (2) the bubbles ejected from the bubble ejection device can be controlled.
  • an object of the present disclosure is to provide a bubble jetting method capable of jetting more controlled bubbles, a power source device for bubble jetting used in the bubble jetting method, and a bubble jetting device, as compared with a conventional bubble jetting method. That is.
  • the present disclosure relates to a bubble ejecting method, a bubble ejecting power supply device used in the bubble ejecting method, and a bubble ejecting device described below.
  • a method of ejecting bubbles to a conductor is A conductor contact step of contacting the bubble ejection device and the counter electrode with a conductor, A voltage application step of applying a voltage from the bubble ejection power supply device to the bubble ejection device and the counter electrode, A bubble jetting step of jetting bubbles from the bubble jet outlet of the bubble jetting device to the electric conductor, Including,
  • the bubble jetting power supply device can arbitrarily set at least the number of pulsed voltages to be applied, Bubble ejection method.
  • At least one of the voltage value to be applied, the voltage application time, and the voltage off time when the voltage is not applied can be arbitrarily set by the power supply device for bubble ejection.
  • the bubble ejecting device is An electrode formed of a conductive material, An outer shell portion formed of an insulating material and covering at least a part of the periphery of at least the tip portion of the electrode; An extension part that is a part of the outer shell part and is a part that extends from the tip part of the electrode, A bubble outlet formed at the tip of the extending portion,
  • the bubble-jetting method according to (1) or (2) above including: (4) A bubble jet power supply device used to jet bubbles from a bubble jet device, In the bubble jetting power supply device, at least the number of pulsed voltages to be applied can be arbitrarily set. Power supply device for bubble ejection.
  • At least one of a voltage value applied, a voltage application time, and a voltage off time in which the voltage is not applied by the power supply device for bubble ejection can be arbitrarily set.
  • a bubble jetting power supply device including the bubble jetting power source device according to (4) or (5), and a bubble jetting device, The bubble ejection device, An electrode formed of a conductive material, An outer shell portion formed of an insulating material and covering at least a part of the periphery of at least the tip portion of the electrode; An extension part that is a part of the outer shell part and is a part that extends from the tip of the electrode, A bubble outlet formed at the tip of the extending portion, including, Bubble ejector.
  • the bubble jetting method is implemented by the bubble jetting device including the bubble jetting power supply device disclosed in this specification, the number of jetted bubbles can be controlled as compared with the conventional bubble jetting method.
  • FIG. 1 is a flowchart of a bubble ejection method.
  • FIG. 2 is a diagram showing an outline of the bubble jetting device.
  • 3A and 3B are views for explaining the outline of another embodiment of the device 1.
  • 4A and 4B are diagrams for explaining the waveform of the voltage output from the power supply device 3.
  • FIG. 4A shows an example of a substantially rectangular wave pulse
  • FIG. 4B shows an example of a sine wave half wave pulse.
  • FIG. 5 is a photograph as a substitute for a drawing, which is a photograph of the tip portion of the device manufactured in Example 1.
  • FIG. 6 is a photograph as a substitute of a drawing, which is a continuous photograph in Example 1 in which voltage is applied for 0 ⁇ sec to 132.8 ⁇ sec.
  • FIG. 1 is a flowchart of a bubble ejection method.
  • FIG. 2 is a diagram showing an outline of the bubble jetting device.
  • 3A and 3B are views for explaining the outline of another embodiment of the device 1.
  • FIG. 7A shows the waveforms of the first to eighth applied voltages obtained by the oscilloscope in Examples 2 to 4.
  • FIG. 7B is a photograph as a substitute for a drawing, which is a photograph of the first, fifth, and tenth bubble jet portions after voltage application.
  • FIG. 8A (a) is a waveform of the applied voltage for the first to fourth times obtained by the oscilloscope of Example 5
  • FIG. 8A (b) is an enlarged view of the first pulse of FIG. 8A (a) in the time axis direction.
  • the obtained waveform, FIG. 8A (c) shows the waveform of the applied voltage at the first to eighth times obtained by the oscilloscope of Example 6.
  • FIG. 8B is a photograph as a substitute for a drawing, and is a photograph of the first, fifth, and tenth bubble jet portions after voltage application in Examples 5 and 6.
  • FIG. 9 is a waveform of the applied voltage of Comparative Example 1 obtained with an oscilloscope.
  • FIG. 10 is a waveform of the applied voltage of Comparative Examples 2 to 5 obtained by an oscilloscope, and is an enlarged view of the waveform portion immediately after the application.
  • FIG. 11 is a waveform obtained by enlarging the first pulse of the oscilloscope of FIG. 10 in the time axis direction.
  • FIG. 12 is a photograph as a substitute for a drawing, which is photographs of Comparative Examples 2 to 5 when bubbles were ejected from the bubble ejection port for the first time, the fifth time, and the tenth time, respectively.
  • FIG. 1 is a flowchart of a bubble jetting method
  • FIG. 2 is a schematic view of a bubble jetting apparatus.
  • the bubble ejecting method includes at least a conductor contacting step (S100), a voltage applying step (S110), and a bubble ejecting step (S120).
  • the bubble jetting device (hereinafter sometimes simply referred to as “device”) 1 and the counter electrode 2 are brought into contact with the conductor L.
  • a voltage is applied to the device 1 and the counter electrode 2 from the bubble jetting power supply device (hereinafter, may be simply referred to as “power supply device”) 3.
  • the bubble ejection step (S120) the bubble B is ejected from the bubble ejection port 11 of the device 1 to the conductor L. As shown in FIG. 2, when the bubble jetting method is performed, the power supply device 3 and the device 1 and the counter electrode 2 may be connected by the electric wire 4.
  • the device 1a shown in FIG. 2 includes an electrode 12 formed of a conductive material, an outer shell portion 13 formed of an insulating material and covering the periphery of the electrode 12, and a portion of the outer shell portion 13 extending from the tip of the electrode 12. It includes at least the extending portion 131 and the bubble jetting port 11 formed at the tip of the extending portion 131.
  • the electrode 12 is not particularly limited as long as it is made of a conductive material that can pass electricity and can be used as an electrode.
  • a conductive material that can pass electricity and can be used as an electrode.
  • metals such as gold, silver, copper, iron, aluminum, platinum and tungsten can be used.
  • an alloy obtained by adding tin, magnesium, chromium, nickel, zirconium, silicon, iridium or the like to the above metal may be used, and examples thereof include stainless steel.
  • carbon and the like can be used.
  • the insulating material forming the outer shell portion 13 and the extending portion 131 is not particularly limited as long as it insulates electricity.
  • inorganic insulating materials such as glass, mica, quartz, silicon nitride, silicon oxide, ceramics, alumina, silicone rubber, rubber materials such as ethylene propylene rubber, ethylene vinyl acetate copolymer resin, silane-modified olefin resin, epoxy resin , Polyester resin, vinyl chloride resin, acrylic resin, melamine resin, phenol resin, polyurethane resin, polystyrene resin, fluorine resin, silicon resin, polysulfide resin, polyamide resin, polyimide resin, polyethylene, polypropylene, cellulose resin And an insulating resin such as a UV curable resin.
  • the device 1a shown in FIG. 2 can be manufactured by inserting the electrode 12 into a tubular insulating material and heating and cutting it off. it can.
  • Patent Document 1 can be referred to for the detailed procedure of manufacturing the device 1a.
  • the device 1a may be manufactured by inserting the electrode 12 into a tubular insulating material.
  • a void 14 is formed by the tip portion of the electrode 12 and the extending portion 131.
  • the bubble outlet 11 is formed in the void 14 on the side opposite to the tip of the electrode 12.
  • the device 1 is not limited to the example shown in FIG. 2 as long as the bubble B can be ejected from the bubble ejection port 11 of the device 1 to the conductor L by combining the electrode 12 and the insulating material 13 and applying a voltage.
  • 3A and 3B are views for explaining the outline of another embodiment of the device 1.
  • a photosensitive resin can be used as an insulating material and can be manufactured by a photolithography technique.
  • the conducting portion 16 is formed on the substrate 15, and the bubble ejecting portion is provided so that the electrode 12 is in contact with the conducting portion 16.
  • the bubble jetting portion in other words, a plurality of bubble jet outlets 14 can be formed.
  • the bubble ejecting portion is the electrode 12, the outer shell portion 13 formed so as to sandwich the electrode 12, the extending portion 131 that is a portion of the outer shell portion 13 and extends from the tip portion of the electrode 12, and the tip of the extending portion 131. At least the bubble ejection port 11 formed in the.
  • a lid member may be used if necessary.
  • the lid member is provided on the side opposite to the substrate 15, and is used so that the bubble jetting portion is sandwiched between the substrate 15 and the lid member.
  • the electrode 12 can be made of the same material as the device 1a, but when the electrode 12 is laminated on the substrate 15 by a method such as electroplating or electroless plating, for example, nickel, gold, platinum, silver, A material that can be deposited by plating, such as a metal such as copper, tin, magnesium, chromium, or tungsten, or an alloy thereof, may be used.
  • the current-carrying portion 16 can be made of the same material as the electrode 12 of the device 1a.
  • the conducting portion 16 may be formed on the substrate 15 from the beginning, but may be arranged so as to come into contact with the electrode 12 when the device 1b is used.
  • photoresist As the photosensitive resin forming the outer shell portion 13 (extended portion 131), a commercially available photoresist can be used. Examples of photoresists include positive photoresists such as TSMR V50 and PMER, and negative photoresists such as SU-8 and KMPR.
  • the material for forming the substrate 15 is not particularly limited as long as it can deposit the electrode 12 and the outer shell portion 13 (extended portion 131), and examples thereof include glass, quartz, PMMA, and silicon.
  • an insulating material such as polydimethylsiloxane (PDMS), parylene, epoxy resin, polyimide, polyethylene, glass, quartz, PMMA, or silicon can be used.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • parylene parylene
  • epoxy resin epoxy resin
  • polyimide polyethylene
  • glass glass
  • quartz quartz
  • PMMA polymethylsiloxane
  • silicon silicon
  • the current-carrying portion 16 is formed on the substrate 15, and the electrode 12 is in contact with the current-carrying portion 16 in a substantially vertical direction.
  • the bubble jetting portion is directed upward with respect to the substrate 15.
  • a plurality of bubble ejection portions in other words, a plurality of bubble ejection ports 14 can be formed.
  • the bubble ejecting portion is an electrode 12, an outer shell portion 13 formed at one end on the substrate 15 so as to cover the periphery of the electrode 12, a portion of the outer shell portion 13, and a portion extending from the tip portion of the electrode 12.
  • It includes at least the extending portion 131 and the bubble jetting port 11 formed at the tip of the extending portion 131. Further, in the device 1c shown in FIG. 3B, a gap 14 is formed by the tip portion of the electrode 12 and the extending portion 131. The bubble outlet 11 is formed in the void 14 on the side opposite to the tip of the electrode 12.
  • Patent Document 3 can be referred to for a specific manufacturing procedure of the device 1c. Note that the devices 1b and 1c shown in FIGS. 3A and 3 show an example in which a plurality of bubble ejecting portions (bubble ejecting ports) are formed, but the number of bubble ejecting portions (bubble ejecting ports) may be one.
  • the electrode 12 is made of a conductive material
  • the outer shell portion 13 and the extending portion 131 are made of an insulating material
  • the extending portion 131 is formed at the tip of the.
  • the periphery of the tip end portion of the electrode 12 (which means the vicinity of the end portion on the side of the bubble jetting port 11) is covered with an insulating material, while the device shown in FIG. 3A.
  • the devices 1a to 1c are common in that at least a part of the periphery of the electrode 12 is covered with the outer shell portion 13. Therefore, in the present specification, the “periphery of the electrode” will be described with reference to FIG. 3B as an example.
  • the front end portion (the end portion on the bubble ejection port 11 side) and the rear end portion (the bubble ejection port 11) of the electrode 12 are opposite to each other.
  • the counter electrode 2 is not particularly limited as long as it can form a circuit with the electrode 12, and can be made of the same material as the electrode 12. Further, the electrode 12 and the counter electrode 2 may be made of the same material or different materials. Further, the counter electrode 2 is not particularly limited in shape and the like as long as the exposed conductive material can be immersed in the liquid, and may have any shape such as a linear shape or a plate shape.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an example of the waveform of the voltage output by the power supply device 3.
  • FIG. 4A is a diagram showing an example of a pulse in which the voltage output by the power supply device 3 is a substantially rectangular wave
  • FIG. 4B is a diagram showing an example of a pulse in which the voltage output by the power supply device 3 is a substantially sine wave half-wave. ..
  • the power supply device 3 used in the present disclosure is greatly characterized in that the number of pulsed voltages to be applied can be arbitrarily set.
  • pulse voltage means that “voltage application time” and “voltage off time when voltage is not applied” can be alternately repeated, and “voltage application time” is applied.
  • the applied voltage means a voltage to which only one of plus and minus is applied. In other words, a pulsed AC voltage having a plus-minus amplitude is not included in the “pulse-shaped voltage” disclosed herein.
  • the number of times the voltage is applied may be appropriately set according to the intended use of the bubble ejection, and for example, it is about 1 to 1000 times.
  • the “voltage value to be applied” means the absolute value of the output maximum voltage (for example, the symbol a in FIG. 4A for a substantially rectangular wave shape and the symbol a in FIG. 4B for a substantially sine wave half-wave shape). ).
  • the “voltage application time” means the time until the voltage rises from 0 V and after a predetermined time elapses, the voltage falls to 0 V (reference numeral c in FIGS. 4A and 4B).
  • the “voltage off time when no voltage is applied” means a time when the voltage value is 0 V until the next voltage is applied after the output voltage returns to 0 V (reference numeral d in FIGS. 4A and 4B). To do.
  • the rectangular wave pulse means that the above “voltage application time (reference numeral c)” is “the time required for a rapid rise of the voltage (time to reach the voltage of reference numeral a in FIG. 4A), and A sufficiently long time compared to the time required for abrupt fall (the time from the voltage indicated by the symbol b in FIG. 4A to 0 V), in other words, the voltage of the waveform having the time for continuously applying the voltage of the predetermined value.
  • the “voltage application time” is sufficiently longer than the “time required for abrupt rise of voltage and time required for abrupt fall of voltage” may be, for example, twice or more. Further, it is desirable that the absolute value of the voltage at the rising edge (reference numeral a in FIG.
  • the absolute value of the voltage at the falling edge (reference numeral b in FIG. 4) and the absolute value of the voltage at the falling edge (reference numeral b in FIG. 4) are the same, but the absolute value of the voltage at the falling edge ( b) is smaller than the absolute value (a) of the voltage at the time of rising, in other words, the voltage may be attenuated when the voltage is applied for a predetermined time.
  • the absolute value of the voltage at the fall (b) / the absolute value of the voltage at the rise (a) may be 0.8 to 1.
  • the sine wave half-wave pulse means that the time period during which the voltage of a predetermined value is continuously applied is extremely long compared to the “time period required for the voltage to rise and the time period required for the voltage to fall”. Means a short waveform voltage.
  • 4A and 4B are merely examples of the waveform output by the power supply device 3. As long as it is within the range that satisfies the above definition of “pulse voltage”, other waveforms such as a trapezoidal waveform (the time required for rising and falling of the voltage is longer than that of the example shown in FIG. 4A) are used. It may be.
  • the voltage value to be applied is not particularly limited as long as the bubble B is ejected from the bubble ejection port 11 of the device 1, but for example, an arbitrary voltage value can be set between 1V and 3000V.
  • the voltage application time is not particularly limited as long as the bubble B is ejected from the bubble ejection port 11 of the device 1. For example, any time may be set between 0.1 ⁇ sec and 3000 ⁇ sec. .. Further, the “voltage off time” may be set to an arbitrary time, for example, between 30 ⁇ sec and 10000 msec.
  • the power supply device 3 may be adjusted by adjusting the components constituting the power supply device 3 so that the above voltage can be applied, or may be produced by improving the drive program of a general power supply device.
  • the conductor L is not particularly limited as long as the device 1 and the counter electrode 2 can conduct electricity, and may be liquid, solid, or a mixture of liquid and solid.
  • the liquid include water, or a salt such as KCl or NaCl 2 dissolved in water, or a buffer such as PBS used in the biological field, a medium, and the like.
  • solids include metals and conductive resins.
  • the mixture of liquid and solid include plant tissues such as leaves and seeds, biological tissues such as animals, and the like.
  • the object to be processed is locally ablated.
  • the liquid contains nucleic acids such as DNA and RNA, proteins, amino acids, water-soluble drugs, or gaseous injection substances such as nitrogen, helium, carbon dioxide, and argon.
  • nucleic acids such as DNA and RNA
  • proteins such as DNA and RNA
  • amino acids such as amino acids
  • water-soluble drugs such as a lipid-based lipid-based lipid-based lipidsulfate
  • gaseous injection substances such as nitrogen, helium, carbon dioxide, and argon.
  • the object to be processed is not particularly limited as long as it can be ablated by bubbles, and examples thereof include living bodies such as animals, microorganisms and plants, tissues and cells separated from the living body, and proteins.
  • the cells include stem cells, skin cells, mucous cells, hepatocytes, pancreatic islet cells, nerve cells, chondrocytes, endothelial cells, epithelial cells, bone cells, muscle cells, egg cells, etc. isolated from human or non-human animal tissues. Examples thereof include animal cells, plant cells, insect cells, microbial cells such as Escherichia coli, yeast, and mold.
  • a liquid is used as a conductor
  • an object to be processed is arranged between the device 1 and the counter electrode 2 immersed in the liquid, and a voltage is applied to the device 1 and the counter electrode 2 to process the ejected bubbles. It can be implemented by colliding with an object.
  • the object to be processed is a biological tissue or a conductor such as a metal
  • the device 1 and the counter electrode 2 are brought into contact with the object to be processed, and a voltage is applied to the device 1 and the counter electrode 2 so that the object to be processed is Can be ablated directly.
  • Example 1 [Production of device 1]
  • a tungsten wire made by Niraco Co., Ltd. having a diameter of about 100 ⁇ m was used.
  • the outer shell portion 13 (stretched portion 131), a PFA microtube (made of fluororesin, inner diameter 0.1 mm, outer diameter 0.3 mm, Aswan Corporation 1-4423-01) was used.
  • Device 1 was prepared by inserting a tungsten wire into a PFA microtube.
  • FIG. 5 is a photograph of the tip portion of the manufactured device, and the length of the extending portion 131 was about 30 ⁇ m.
  • the applied voltage value is 1V to 1500V
  • the voltage application time is 1 ⁇ sec to 3000 ⁇ sec
  • the voltage off time is A power supply device which can be arbitrarily set within the range of 75 ⁇ sec to 10000 msec and the number of times of voltage application of 1 to 1000 times was manufactured.
  • the counter electrode 2 was made of stainless steel (including nickel and chromium) (about 3 mm ⁇ about 50 mm ⁇ about 0.5 mm).
  • the manufactured device 1 and the counter electrode 2 were connected to the power supply device 3 using an electric wire, and the bubble jetting port 11 and the counter electrode 2 of the device 1 were immersed in physiological saline.
  • the output conditions of the power supply device 3 were set such that the applied voltage value was 600 V, the voltage application time was 8 ⁇ sec, and the number of times of voltage application was one, and the voltage was output.
  • FIG. 6 is a continuous photograph of voltage application from 0 ⁇ sec to 132.8 ⁇ sec.
  • the growth of bubbles was confirmed in the vicinity of the bubble ejection port 11 after the voltage was applied, and as shown by the arrow in the photograph at 66.4 ⁇ s, the ejection of bubbles was confirmed. Not confirmed. From the above results, it was confirmed that in the bubble jetting method of Example 1, one bubble was formed and jetted by applying a voltage once. Therefore, when the bubble ejection method according to the present disclosure is used, the number of bubbles ejected can be controlled by the number of applied voltages.
  • Examples 2 to 4 The output condition of the power supply device 3 is that the applied voltage value is 500 V (Example 2), 600 V (Example 3), 800 V (Example 4), the voltage application time is 2 ⁇ sec, and the voltage off time is 0.1 msec. Then, the bubble ejection method was carried out by the same procedure as in Example 1 except that the voltage was applied 20 times.
  • FIG. 7A is a waveform of the applied voltage at the first to eighth times obtained with an oscilloscope
  • FIG. 7B is a photograph of the first, fifth, and tenth bubble jet portions after applying the voltage.
  • the applied voltage value 500V, 600V, 800V
  • the voltage value output in the first to eighth times was almost the same in all of Examples 2 to 4.
  • the bubbles generated also increased. From the above results, when the bubble ejection method according to the present disclosure is used, even when a voltage is applied a plurality of times, the individual applied voltages are uniform, so that the generated bubbles are also uniform bubbles, and they are applied. It was confirmed that the remarkable effect that the size of bubbles generated by the voltage value can be controlled is exhibited.
  • Example 5 The output conditions of the power supply device 3 are: (1) In Example 5, the applied voltage value is 500 V, the voltage application time is 4 ⁇ sec, the voltage off time is 0.2 msec, the voltage application frequency is 20 times, and (2) is performed. In Example 6, the bubble ejection was performed by the same procedure as in Example 1 except that the applied voltage value was 500 V, the voltage application time was 12 ⁇ sec, the voltage off time was 0.1 msec, and the voltage application frequency was 20 times. The method was carried out.
  • FIG. 8A is a waveform of the applied voltage obtained by an oscilloscope, where (a) is the first to fourth waveforms of Example 5, and (b) is the first pulse of Example 5 in the time axis (horizontal axis) direction. (C) is the first to eighth waveforms of Example 6.
  • FIG. 8B is a photograph of the first, fifth, and tenth bubble jet portions after voltage application. As shown in FIGS. 8A (a) and 8A (c), it was confirmed that the output voltage values were almost the same even if the conditions of the applied voltage were changed. Further, as shown in FIG. 8A (b), the applied voltage is substantially rectangular in that the “voltage application time” is sufficiently longer than the “time required for the voltage to rise and fall”. It was confirmed that the voltage was wavy. Further, as shown in FIG. 8B, it was confirmed that even if the conditions such as the voltage application time and the voltage off time were changed, one bubble was generated and ejected by applying the voltage once.
  • the comparative power supply is an alternating current device to which a voltage is applied at about 24.4 kHz during energization.
  • the comparison power supply has a structure in which a pulse is applied about 500 times by pressing the controller of the comparison power supply (software operation by an external personal computer, Project 4 of Visual Studio) once.
  • the comparison power supply has Hi and Low modes, but basically the strength is determined in watts (W), so it is not possible to control the voltage in detail, and the voltage is fixed because the waveform is fixed.
  • the structure is such that neither the time nor the voltage off time can be controlled.
  • FIG. 9 is a waveform of the applied voltage of Comparative Example 1 obtained with an oscilloscope. As shown in FIG. 9, it was confirmed that the voltage output from the comparison power source was applied with a plurality of pulses in one operation, and that the applied pulses had a large variation in voltage. According to the calculation from the obtained oscilloscope, the number of pulses when the controller was pressed once was about 488 (41 ⁇ sec / 1 pulse), and it was confirmed that the comparison power supply was almost in accordance with the specifications.
  • FIG. 10 is a waveform of the applied voltage of Comparative Examples 2 to 5 obtained by an oscilloscope, and is an enlarged view of the waveform portion immediately after the application. As shown in FIG. 10, the voltage value output by the comparison power supply was unstable especially at the start of application.
  • FIG. 11 is a waveform obtained by enlarging the first pulse of the oscilloscope of FIG. 10 in the time axis direction. From the waveform shown in FIG. 10, it is apparent that the voltage of the applied pulse gradually increases, in other words, the individual pulses can be distinguished from each other. However, as is clear from FIG. 11, a fine amplitude was confirmed during the first pulse, and it was difficult to identify the pulse that contributes to bubble ejection.
  • FIG. 12 is a photograph of the first, fifth, and tenth bubbles ejected from the bubble ejection ports in Comparative Examples 2 to 5, respectively.
  • Comparative Examples 2 to 5 as described above, the voltage output from the comparative power source showed amplitude, and the pulse contributing to the bubble ejection could not be identified. Therefore, unlike in Examples 2 to 6, ejection was performed. The number of bubbles was compared in the photograph.
  • the jetting bubbles can be controlled more accurately as compared with the bubble jetting method using the conventional power supply device. I confirmed the remarkable effect.
  • the jetted bubbles can be controlled more accurately as compared with the conventional bubble jetting method. Therefore, it is useful in fields such as livestock farming, agriculture, forestry and fisheries, where the object is processed by air bubbles.

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Abstract

従来の気泡噴出方法と比較して、よりコントロールされた気泡を噴出できる気泡噴出方法、気泡噴出用電源装置、および、気泡噴出装置を提供することを課題とする。　導電体への気泡噴出方法であって、　該気泡噴出方法は、　気泡噴出デバイスおよび対向電極を導電体に接触する導電体接触工程、　気泡噴出用電源装置から前記気泡噴出デバイスおよび前記対向電極に電圧を印加する電圧印加工程、　前記気泡噴出デバイスの気泡噴出口から前記導電体に気泡を噴出する気泡噴出工程、 を含み、　前記気泡噴出用電源装置は、少なくとも印加するパルス状の電圧の回数を任意に設定できる、 気泡噴出方法、により課題を解決できる。

Description

気泡噴出方法、気泡噴出用電源装置、および、気泡噴出装置
　本開示は、気泡噴出方法、気泡噴出用電源装置、および、気泡噴出装置に関する。
　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。
　また、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、「局所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。
　更に、上記の電気メス等のプローブを用いた接触加工技術、レーザー等を用いた非接触アブレーション技術、電気穿孔法等の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外にも、気泡噴出部材を用いた局所アブレーション法、気液噴出部材を用いた局所アブレーション法、局所インジェクション方法も知られている（特許文献１参照）。
　また、上記特許文献１に類似した技術として、基板上に任意の数の気泡噴出部を形成した気泡噴出チップ（特許文献２参照）、気泡噴出口が基板の上方に開口するように気泡噴出部を形成した気泡噴出チップが知られている（特許文献３参照）。
国際公開第２０１３／１２９６５７号 国際公開第２０１６／０５２５１１号 国際公開第２０１７／０６９０８５号
　上記特許文献１乃至特許文献３には、導電材料で形成された芯材（電極）の周囲を絶縁材料で形成した外殻部で覆い、更に、外殻部から延伸した延伸部と芯材（電極）とで空隙を設けた気泡噴出部材（気泡噴出部）に電圧を印加することで、気泡噴出部材（気泡噴出部）の先端から気泡を噴出している。ところで、加工対象物に対して局所アブレーションを実施、或いは、局所インジェクションを実施する際の精度を向上するためには、噴出する気泡をコントロールできることが望ましい。
　しかしながら、本発明者らは、特許文献１乃至特許文献３に記載されている電源、より具体的には、医療用電気メス等に使用されているハイフリケーター（Ｈｙｆｒｅｃａｔｏｒ２０００（ＣｏｎＭｅｄ（株））に着目して検討を行ったところ、（１）ハイフリケーターはコントローラーを1回押すと、５００回程度のパルスが印加されること、（２）ハイフリケーターは、基本的にはワット（Ｗ）で出力を設定するため、細かな電圧の制御ができないこと、（３）出力される波形が固定されていることから、パルスを印加する間隔等の制御ができないこと、（４）出力するワット（Ｗ）を設定しても、５００回程度出力されるパルスの強さが安定していないこと、等の問題を有することを新たに見出した。
　本開示は、上記問題点を解決するためになされたものであり、鋭意研究を行ったところ、（１）少なくとも、出力するパルスの回数を調整できる気泡噴出用電源装置を用いて気泡噴出デバイスにパルスを印加すると、（２）気泡噴出デバイスから噴出する気泡をコントロールできること、を新たに見出した。
　すなわち、本開示の目的は、従来の気泡噴出方法と比較して、よりコントロールされた気泡を噴出できる気泡噴出方法、該気泡噴出方法に用いる気泡噴出用電源装置、および、気泡噴出装置を提供することである。
　本開示は、以下に示す、気泡噴出方法、該気泡噴出方法に用いる気泡噴出用電源装置、および、気泡噴出装置に関する。
（１）導電体への気泡噴出方法であって、
　該気泡噴出方法は、
　　気泡噴出デバイスおよび対向電極を導電体に接触する導電体接触工程、
　　気泡噴出用電源装置から前記気泡噴出デバイスおよび前記対向電極に電圧を印加する電圧印加工程、
　　前記気泡噴出デバイスの気泡噴出口から前記導電体に気泡を噴出する気泡噴出工程、
を含み、
　前記気泡噴出用電源装置は、少なくとも印加するパルス状の電圧の回数を任意に設定できる、
気泡噴出方法。
（２）前記気泡噴出用電源装置が、印加する電圧値、電圧の印加時間、および、電圧を印加しない電圧ｏｆｆ時間、の少なくとも１以上を任意に設定できる、
上記（１）に記載の気泡噴出方法。
（３）前記気泡噴出デバイスが、
　　導電材料で形成された電極と、
　　絶縁材料で形成され、前記電極の少なくとも先端部分の周囲の少なくとも一部を覆う外殻部と、
　　前記外殻部の一部であり、前記電極の先端部より延伸した部分である延伸部と、
　　前記延伸部の先端に形成された気泡噴出口と、
を含む、上記（１）または（２）に記載の気泡噴出方法。
（４）気泡噴出デバイスから気泡を噴出するために用いる気泡噴出用電源装置であって、
　該気泡噴出用電源装置は、少なくとも印加するパルス状の電圧の回数を任意に設定できる、
気泡噴出用電源装置。
（５）前記気泡噴出用電源装置が、印加する電圧値、電圧の印加時間、および、電圧を印加しない電圧ｏｆｆ時間、の少なくとも１以上を任意に設定できる、
上記（４）に記載の気泡噴出用電源装置。
（６）上記（４）または（５）に記載の気泡噴出用電源装置、および、気泡噴出デバイスを含む気泡噴出装置であって、
　前記気泡噴出デバイスが、
　　導電材料で形成された電極と、
　　絶縁材料で形成され、前記電極の少なくとも先端部分の周囲の少なくとも一部を覆う外殻部と、
　　前記外殻部の一部であり、前記電極の先端部より延伸した部分である延伸部と、
　　前記延伸部の先端に形成された気泡噴出口と、
を含む、
気泡噴出装置。
　本明細書で開示する気泡噴出用電源装置を含む気泡噴出装置で気泡噴出方法を実施すると、従来の気泡噴出方法と比較して、噴出する気泡の数等のコントロールができる。
図１は、気泡噴出方法のフローチャートである。 図２は、気泡噴出装置の概略を示す図である。 図３Ａおよび図３Ｂは、デバイス１の他の実施形態の概略を説明するための図である。 図４は電源装置３が出力する電圧の波形について説明するための図で、図４Ａは略矩形波状のパルスの例、図４Ｂは正弦波半波状のパルスの例を示している。 図５は図面代用写真で、実施例１で作製したデバイスの先端部分の写真である。 図６は図面代用写真で、実施例１において、電圧印加０μｓｅｃ～１３２．８μｓｅｃまでの連続写真である。 図７Ａは、実施例２～４において、オシロスコープで得られた１回目～８回目の印加電圧の波形を表す。図７Ｂは図面代用写真で、電圧を印加後１回目、５回目、１０回目の気泡噴出口部分の写真である。 図８Ａ（ａ）は、実施例５のオシロスコープで得られた１回目～４回目の印加電圧の波形、図８Ａ（ｂ）は、図８Ａ（ａ）の１回目のパルスを時間軸方向に拡大した波形、図８Ａ（ｃ）は、実施例６のオシロスコープで得られた１回目～８回目の印加電圧の波形を表す。図８Ｂは図面代用写真で、実施例５および実施例６において、電圧を印加後１回目、５回目、１０回目の気泡噴出口部分の写真である。 図９は、オシロスコープで得られた比較例１の印加電圧の波形である。 図１０は、オシロスコープで得られた比較例２～５の印加電圧の波形であって、印加直後の波形部分を拡大したものである。 図１１は、図１０のオシロスコープの１回目のパルスを時間軸方向に拡大した波形である。 図１２は図面代用写真で、比較例２～５において、それぞれ、気泡噴出口から１回目、５回目、１０回目の気泡が噴出した際の写真である。
　以下に、図面を参照しながら、気泡噴出方法について、詳しく説明する。
（気泡噴出方法および気泡噴出装置の実施形態）
　図１および図２を参照して、気泡噴出方法および気泡噴出装置の実施形態を説明する。図１は、気泡噴出方法のフローチャート、図２は気泡噴出装置の概略を示す図である。気泡噴出方法は、導電体接触工程（Ｓ１００）、電圧印加工程（Ｓ１１０）、および、気泡噴出工程（Ｓ１２０）、を少なくとも含んでいる。
　導電体接触工程（Ｓ１００）では、気泡噴出デバイス（以下、単に「デバイス」と記載することがある。）１および対向電極２を導電体Ｌに接触させる。電圧印加工程（Ｓ１１０）では、気泡噴出用電源装置（以下、単に「電源装置」と記載することがある。）３からデバイス１および対向電極２に電圧を印加する。気泡噴出工程（Ｓ１２０）では、デバイス１の気泡噴出口１１から導電体Ｌに気泡Ｂを噴出する。図２に示すように、気泡噴出方法を実施する際には、電源装置３と、デバイス１および対向電極２とを、電線４で接続しておけばよい。
　図２示すデバイス１ａは、導電材料で形成された電極１２、絶縁材料で形成され電極１２の周囲を覆う外殻部１３、外殻部１３の一部であり電極１２の先端部より延伸した部分である延伸部１３１、延伸部１３１の先端に形成された気泡噴出口１１、を少なくとも含んでいる。
　電極１２は、電気を通し電極として使用できる導電材料で形成されていれば特に制限はない。例えば、金、銀、銅、鉄、アルミニウム、白金、タングステン等の金属が挙げられる。また、前記金属に、スズ、マグネシウム、クロム、ニッケル、ジルコニウム、ケイ素、イリジウムなどを加えた合金でもよく、例えば、ステンレス等が挙げられる。また、金属以外では、カーボン等が挙げられる。
　外殻部１３および延伸部１３１を形成する絶縁材料としては、電気を絶縁するものであれば特に限定はない。例えば、ガラス、マイカ、石英、窒化ケイ素、酸化ケイ素、セラミック、アルミナ、等の無機系絶縁材料、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム等ゴム材料、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂、シラン変性オレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニル系樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリスチレン系樹脂、弗素系樹脂、シリコン系樹脂、ポリサルファイド系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース系樹脂、ＵＶ硬化樹脂等の絶縁性樹脂が挙げられる。
　図２に示すデバイス１ａは、外殻部１３として熱溶融性の絶縁材料を用いる場合は、例えば、管状の絶縁材料の中に電極１２を挿入し、加熱して引き切ることで作製することができる。なお、デバイス１ａ作製の詳細な手順は、特許文献１を参照することができる。また、デバイス１ａは、管状の絶縁材料に、電極１２を挿入することで作製してもよい。図２に示すデバイス１ａは、電極１２の先端部と延伸部１３１とで空隙１４が形成されている。そして、気泡噴出口１１は、電極１２の先端部とは反対側の空隙１４に形成されている。
　デバイス１は、電極１２と絶縁材料１３を組み合わせ、電圧を印加することでデバイス１の気泡噴出口１１から導電体Ｌに気泡Ｂを噴出できれば、図２に示す例に制限されない。図３Ａおよび図３Ｂは、デバイス１の他の実施形態の概略を説明するための図である。図３Ａおよび図３Ｂに示す例では、絶縁材料として感光性樹脂を用い、フォトリソグラフィ技術を用いて作製することができる。
　より具体的には、図３Ａに示すデバイス１ｂは、基板１５上に通電部１６が形成され、電極１２が通電部１６に接するように気泡噴出部を設けている。なお、前記のように気泡噴出部を設けることで、図３Ａに示す例では、気泡噴出部、換言すると、気泡噴出口１４を複数形成できる。気泡噴出部は、電極１２、電極１２を挟むように形成した外殻部１３、外殻部１３の一部であり電極１２の先端部より延伸した部分である延伸部１３１、延伸部１３１の先端に形成された気泡噴出口１１、を少なくとも含んでいる。また、図３Ａには記載を省略しているが、図３Ａに示すデバイス１ｂを用いる場合は、必要に応じて、蓋部材を用いてもよい。蓋部材は基板１５と反対側に設けられ、基板１５と蓋部材で気泡噴出部を挟むようにして用いられる。
　電極１２は、デバイス１ａと同様の材料を用いることができるが、電気めっき、無電解めっき等の方法により基板１５に電極１２を積層により作製する場合は、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、又はそれらの合金等、めっきにより堆積できる材料を用いればよい。また、通電部１６は、デバイス１ａの電極１２と同じ材料を用いることができる。なお、通電部１６は、基板１５上に最初から形成しておいてもよいが、デバイス１ｂの使用時に、電極１２と接触するように配置してもよい。
　外殻部１３（延伸部１３１）を形成する感光性樹脂は、市販されているフォトレジストを用いることができる。フォトレジストの例としては、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。
　基板１５を形成する材料としては、電極１２、外殻部１３（延伸部１３１）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。
　蓋部材は、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、パリレン、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリエチレン、ガラス、石英、ＰＭＭＡ、シリコン等の絶縁材料を用いることができる。デバイス１ｂ作製の詳細な手順は、特許文献２を参照することができる。
　次に、図３Ｂに示すデバイス１ｃは、基板１５上に通電部１６が形成され、電極１２が通電部１６に略鉛直方向に接する、換言すると、気泡噴出部を基板１５に対して上方に向けて設けている。図３Ｂに示すデバイス１ｃも、気泡噴出部、換言すると、気泡噴出口１４を複数形成できる。気泡噴出部は、電極１２、一端が基板１５上に形成され電極１２の周囲を覆うように形成された外殻部１３、外殻部１３の一部であり電極１２の先端部より延伸した部分である延伸部１３１、延伸部１３１の先端に形成された気泡噴出口１１、を少なくとも含んでいる。また、図３Ｂに示すデバイス１ｃは、電極１２の先端部と延伸部１３１とで空隙１４が形成されている。そして、気泡噴出口１１は、電極１２の先端部とは反対側の空隙１４に形成されている。
　図３Ｂに示すデバイス１ｃの電極１２、外殻部１３（延伸部１３１）、基板１５、通電部１６を形成する材料は、図３Ａに示すデバイス１ｂと同様の材料を用いることができる。デバイス１ｃの具体的な作製手順は、特許文献３を参照することができる。なお、図３Ａおよび図３に示すデバイス１ｂ・１ｃは、気泡噴出部（気泡噴出口）を複数形成した例を示しているが、気泡噴出部（気泡噴出口）は一つでもよい。
　図２、図３Ａおよび図３Ｂに示したデバイス１ａ乃至１ｃは、電極１２が導電材料で形成されている点、外殻部１３および延伸部１３１が絶縁材料で形成されている点、延伸部１３１の先端に気泡噴出口１１が形成されている点、で共通する。一方、デバイス１ａおよびデバイス１ｃでは、電極１２の先端部分（気泡噴出口１１側の端部近傍を意味する。）の周囲は、絶縁材料で覆われているのに対して、図３Ａに示すデバイス１ｂは、電極１２の先端部分（気泡噴出口１１側の端部）は、絶縁材料で挟まれるように形成され、電極１２は基板１５および必要に応じて蓋部材に接触することになる。そのため、デバイス１ａ乃至１ｃは、電極１２の周囲の少なくとも一部が外殻部１３で覆われている点で共通する。したがって、本明細書において、「電極の周囲」とは、図３Ｂを例に説明すると、電極１２の先端部（気泡噴出口１１側の端部）と後端部（気泡噴出口１１とは反対側の端部）の中心軸ｘと略平行な面（電極１２が円柱や角柱の場合）、或いは、中心軸ｘと交差しない面（電極１２が先端部に向けて細くなる形状の場合等）を意味する。そして、「電極の少なくとも先端部分の周囲の少なくとも一部を覆う」とは、電極１２の中心軸ｘ方向の少なくとも気泡噴出口１１側の先端部分の「電極の周囲」の全体を覆う（例えば、デバイス１ａおよび１ｃ）、および、前記「電極の周囲」の一部を覆う（挟む、例えば、デバイス１ｂ）を意味する。
　対向電極２は、電極１２と回路を形成することができれば特に制限はなく、電極１２と同様の材料で作製することができる。また、電極１２と対向電極２は、同じ材料であってもよいし、異なっていてもよい。また、対向電極２は露出した導電材料を液体に浸漬することができれば形状等に特に制限はなく、線状、板状等の任意の形状であればよい。
［電源装置３の実施形態］
　次に、図４を参照して、電源装置３の実施形態について説明する。図４は、電源装置３が出力する電圧の波形の例について説明するための図である。図４Ａは、電源装置３が出力する電圧が略矩形波状のパルスの例を示す図で、図４Ｂは、電源装置３が出力する電圧が略正弦波半波状のパルスの例を示す図である。本開示で使用する電源装置３は、印加するパルス状の電圧の回数を任意に設定できることが大きな特徴である。なお、本明細書において「パルス状の電圧」とは、「電圧の印加時間」と「電圧を印加しない電圧ｏｆｆ時間」とを交互に繰り返すことができ、「電圧の印加時間」の際に印加される電圧がプラス、又は、マイナスの一方のみ印加される電圧を意味する。換言すると、プラス－マイナスに振幅するパルス状の交流電圧は、本明細書で開示する「パルス状の電圧」には含まれない。印加する電圧の回数は、気泡噴出の使用目的に応じて適宜設定すればよいが、例えば、１～１０００回程度が挙げられる。
　また、電圧の印加回数に加え、印加する電圧値、電圧の印加時間、および、電圧を印加しない電圧ｏｆｆ時間、の少なくとも１以上を任意に設定できるようにしてもよい。なお、本明細書において、「印加する電圧値」とは、出力した最大電圧の絶対値を意味する（例えば、略矩形波状では図４Ａの符号ａ、略正弦波半波状では図４Ｂの符号ａ）。また、「電圧の印加時間」とは、０Ｖから電圧が立ち上がり、所定時間経過後、電圧が立ち下がり、０Ｖになるまでの時間（図４Ａおよび図４Ｂの符号ｃ）を意味する。また、「電圧を印加しない電圧ｏｆｆ時間」とは、出力した電圧が０Ｖに戻った後、次に電圧を印加するまでの電圧値が０Ｖの時間（図４Ａおよび図４Ｂの符号ｄ）を意味する。
　また、矩形波状のパルスとは、上記の「電圧の印加時間（符号ｃ）」が、「電圧の急激な立ち上がりに要する時間（図４Ａの符号ａの電圧に到達する時間）、及び、電圧の急激な立ち下がりに要する時間（図４Ａの符号ｂに示す電圧から０Ｖになる時間）」と比較して十分長い、換言すれば、所定値の電圧を印加し続ける時間を有する波形の電圧を意味する。なお、「電圧の印加時間」が、「電圧の急激な立ち上がりに要する時間、及び、電圧の急激な立ち下がりに要する時間」と比較して十分長いとは、例えば、２倍以上であれよい。また、立ち上がり時の電圧の絶対値（図４の符号ａ）と立下り時の電圧の絶対値（図４の符号ｂ）は同じであることが望ましいが、立ち下がり時の電圧の絶対値（ｂ）は、立ち上がり時の電圧の絶対値（ａ）より小さい、換言すると、所定時間電圧を印加している時に、電圧が減衰してもよい。例えば、立ち下がり時の電圧の絶対値（ｂ）／立ち上がり時の電圧の絶対値（ａ）＝０．８～１としてもよい。
　正弦波半波状のパルスとは、図４Ｂに示すように、「電圧の立ち上がりに要する時間、及び、電圧の立ち下がりに要する時間」と比較して、所定値の電圧を印加し続ける時間が非常に短い波形の電圧を意味する。
　なお、図４Ａおよび図４Ｂは、電源装置３が出力する波形の単なる例示である。上記の「パルス状の電圧」の定義を満たす範囲内であれば、例えば、台形状（図４Ａに示す例より、電圧の立ち上がりと立ち下がりに要する時間が長い）の波形等、他の波形であってもよい。
　印加する電圧値は、デバイス１の気泡噴出口１１から気泡Ｂが噴出すれば特に制限はないが、例えば、１Ｖ～３０００Ｖの間で、任意の電圧値を設定できるようにすればよい。また、電圧の印加時間は、デバイス１の気泡噴出口１１から気泡Ｂが噴出すれば特に制限はないが、例えば、０．１μｓｅｃ～３０００μｓｅｃの間で、任意の時間を設定できるようにすればよい。また、「電圧ｏｆｆ時間」は、例えば、３０μｓｅｃ～１００００ｍｓｅｃの間で、任意の時間を設定できるようにすればよい。
　電源装置３は、上記の電圧が印加できるように、電源装置３を構成する部品を調整してもよいし、一般的な電源装置の駆動プログラムを改良することで作製してもよい。
　導電体Ｌは、デバイス１および対向電極２が通電できれば特に制限はなく、液体、固体、或いは、液体と固体の混合物等が挙げられる。液体としては、例えば、水、または、水にＫＣｌ、ＮａＣｌ２、等の塩を溶解、或いは、生物分野で用いられているＰＢＳ等の緩衝液、培地等が挙げられる。固体としては、例えば、金属や導電性樹脂等が挙げられる。液体と固体の混合物としては、例えば、葉や種等の植物組織、動物等の生体組織等が挙げられる。
　また、特許文献１乃至３に記載のように、本明細書で開示する気泡噴出方法により気泡噴出口１１から噴出した気泡Ｂ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。また、導電体Ｌとして液体を用いた場合、液体に、ＤＮＡやＲＮＡ等の核酸、タンパク質、アミノ酸、水溶性の薬剤、或いは、窒素・へリウム・二酸化炭素・アルゴン等の気体状のインジェクション物質を溶解しておくことで、加工対象物を局所的にアブレーションしながら、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もできる。
　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、動物、微生物、植物等の生体、該生体から分離した組織や細胞、或いは、タンパク質等が挙げられる。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。
　アブレーションは、例えば、導電体として液体を用い、液体に浸漬したデバイス１および対向電極２の間に加工対象物を配置し、デバイス１および対向電極２に電圧を印加することで噴出した気泡を加工対象物に衝突させることで実施できる。また、加工対象物が生体組織や金属等の導電体の場合は、デバイス１および対向電極２を加工対象物に接触させ、デバイス１および対向電極２に電圧を印加することで、加工対象物を直接アブレーションできる。
　以下に実施例を掲げ、各実施形態を具体的に説明するが、この実施例は単に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、発明の範囲を限定したり、あるいは制限するものではない。
＜実施例１＞
［デバイス１の作製］
　電極１２は、直径約１００μｍのタングステン線（株式会社ニラコ製）を用いた。また、外殻部１３（延伸部１３１）は、ＰＦＡマイクロチューブ（ふっ素樹脂製、内径０．１ｍｍ、外径０．３ｍｍ、アズワン株式会社製１－４４２３－０１）を用いた。タングステン線をＰＦＡマイクロチューブに挿入することで、デバイス１を作製した。図５は作製したデバイスの先端部分の写真で、延伸部１３１の長さは約３０μｍであった。
［電源装置３の作製］
　細胞融合・卵子活性化用の電源装置ＣＦＢ１６－ＨＢ（株式会社ベックス社製）のプログラムを改良することで、印加する電圧値が１Ｖ～１５００Ｖ、電圧の印加時間が１μｓｅｃ～３０００μｓｅｃ、電圧ｏｆｆ時間が７５μｓｅｃ～１００００ｍｓｅｃ、電圧の印加回数が１回～１０００回の範囲で、任意に設定できる電源装置を作製した。
［気泡噴出装置の作製および気泡噴出方法の実施］
　ステンレス綱（ニッケル、クロムを含む）（約３ｍｍ×約５０ｍｍ×約０．５ｍｍ）で対向電極２を作製した。次に、作製したデバイス１と対向電極２とを電線を用いて電源装置３に接続し、デバイス１の気泡噴出口１１と対向電極２を生理食塩水に浸漬した。次に、電源装置３の出力条件を、印加する電圧値を６００Ｖ、電圧の印加時間を８μｓｅｃ、電圧の印加回数を１回に設定し、電圧を出力した。デバイス１の気泡噴出口１１付近の状況は、ハイスピードカメラ（Ｋｅｙｅｎｃｅ社製　ＶＷ－９０００）を用い、１２００００ｆｐｓの条件で撮影した。図６は、電圧印加０μｓｅｃ～１３２．８μｓｅｃまでの連続写真である。図６に示すように、電圧印加後に気泡噴出口１１付近で気泡の成長が確認され、そして、６６．４μｓの写真の矢印に示すように、気泡の噴出が確認され、その後は気泡の噴出は確認されなかった。以上の結果より、実施例１の気泡噴出方法では、一回の電圧の印加で、一つの気泡が形成・噴出することを確認した。したがって、本開示による気泡噴出方法を用いると、噴出する気泡の数を印加する電圧の回数でコントロールできる。
＜実施例２～４＞
　電源装置３の出力条件を、印加する電圧値を５００Ｖ（実施例２）、６００Ｖ（実施例３）、８００Ｖ（実施例４）とし、電圧の印加時間を２μｓｅｃとし、電圧ｏｆｆ時間を０．１ｍｓｅｃとし、電圧の印加回数を２０回とした以外は、実施例１と同様の手順により、気泡噴出方法を実施した。
　図７Ａはオシロスコープで得られた１回目～８回目の印加電圧の波形、図７Ｂは、電圧を印加後１回目、５回目、１０回目の気泡噴出口部分の写真である。図７Ａに示すように、印加する電圧値（５００Ｖ、６００Ｖ、８００Ｖ）に関係なく、１回目～８回目に出力される電圧値は、実施例２乃至４の何れもほぼ同じ値であった。また。図７Ｂに示すように、電圧値が大きくなると、生成する気泡も大きくなった。以上の結果より、本開示による気泡噴出方法を用いると、複数回電圧を印加した場合でも、個々の印加電圧が均質であることから、発生した気泡も均質な気泡になること、そして、印加する電圧値により発生する気泡のサイズをコントロールできるという顕著な効果を奏することを確認した。
＜実施例５、６＞
　電源装置３の出力条件を、（１）実施例５では、印加する電圧値を５００Ｖ、電圧の印加時間を４μｓｅｃ、電圧ｏｆｆ時間を０．２ｍｓｅｃ、電圧の印加回数を２０回、（２）実施例６では、印加する電圧値を５００Ｖ、電圧の印加時間を１２μｓｅｃ、電圧ｏｆｆ時間を０．１ｍｓｅｃ、電圧の印加回数を２０回、とした以外は、実施例１と同様の手順により、気泡噴出方法を実施した。
　図８Ａはオシロスコープで得られた印加電圧の波形で、（ａ）は実施例５の１回目～４回目の波形、（ｂ）は実施例５の１回目のパルスを時間軸（横軸）方向に拡大した波形、（ｃ）は実施例６の１回目～８回目の波形である。図８Ｂは、電圧を印加後１回目、５回目、１０回目の気泡噴出口部分の写真である。図８Ａ（ａ）および図８Ａ（ｃ）に示すように、印加する電圧の条件を変更しても、出力される電圧値は、ほぼ同じ値となることを確認した。また、図８Ａ（ｂ）に示すように、印加される電圧は、「電圧の印加時間」が、「電圧の立ち上がり、及び、電圧の立ち下がりに要する時間」と比較して十分長い、略矩形波状の電圧であることを確認した。また、図８Ｂに示すように、電圧の印加時間や電圧ｏｆｆ時間等の条件を変更しても、一回の電圧の印加で一気泡を生成・噴出することを確認した。
＜比較例１＞
　電源装置として、特許文献１乃至３に記載されている「Ｈｙｆｒｅｃａｔｏｒ２０００（ＣｏｎＭｅｄ（株））、以下「比較電源」と記載することがある。」を用いた。なお、比較電源は、通電中は、約２４．４ｋＨｚで電圧が印加される交流電流装置である。また、比較電源は、比較電源のコンロトーラー（外部パソコンによるソフト操作、ＶｉｓｕａｌＳｔｕｄｉｏのＰｒｏｊｅｃｔ４）を１回押すことで、５００回程度のパルスが印加される構造となっている。また、比較電源は、ＨｉおよびＬｏｗモードはあるが、基本的にはワット（Ｗ）で強さを決めるため、細かな電圧の制御ができず、更に、波形が固定であるため、電圧の印加時間や電圧ｏｆｆ時間の制御もできない構造となっている。
　比較電源を１０Ｗに設定し、コントローラーを１回押した以外は、実施例１と同様の手順で気泡噴出方法を実施した。図９は、オシロスコープで得られた比較例１の印加電圧の波形である。図９に示すように、比較電源が出力する電圧は、１回の操作で複数のパルスが印加され、且つ、印加されたパルスの電圧のばらつきが非常に大きいことを確認した。なお、得られたオシロスコープからの計算では、コントローラーを１回押した時のパルス数は約４８８回（４１μｓｅｃ／１パルス）となり、比較電源のほぼスペック通りであることを確認した。
＜比較例２～５＞
　比較電源の出力を、５Ｗ（比較例２）、８Ｗ（比較例３）、１０Ｗ（比較例４）、１２Ｗ（比較例５）に設定し、比較例１と同様の手順で気泡噴出方法を実施した。図１０は、オシロスコープで得られた比較例２～５の印加電圧の波形であって、印加直後の波形部分を拡大したものである。図１０に示すように、比較電源が出力する電圧値は、特に印加開始時には不安定であった。
　図１１は、図１０のオシロスコープの１回目のパルスを時間軸方向に拡大した波形である。図１０に示す波形からは、一見すると、印加されるパルスの電圧は段階的に大きくなる、換言すると、個々のパルスが区別できるように見られた。しかしながら、図１１から明らかなように、１回目のパルス中には、細かな振幅が確認され、気泡噴出に寄与するパルスを特定することは困難であった。
　図１２は、比較例２～５において、それぞれ、気泡噴出口から１回目、５回目、１０回目の気泡が噴出した際の写真である。なお、比較例２～５においては、上記のとおり、比較電源から出力される電圧に振幅が見られ、気泡噴出に寄与するパルスが特定できないことから、実施例２～６とは異なり、噴出した気泡の回数の写真で比較した。例えば、比較例３では、５回目と１０回目の気泡の大きさは大きく異なり、また、比較例４では５回目より１０回目の気泡が小さく、更に、比較例２～５の順に印加する電圧は大きくなるものの、実施例２～４と異なり、気泡の大きさに比例関係は見られなかった。
　以上の結果より、本開示の気泡噴出用電源装置を含む気泡噴出装置で気泡噴出方法を実施すると、従来の電源装置を用いた気泡噴出方法と比較して、噴出する気泡をより正確にコントロールできるという顕著な効果を確認した。
　本明細書で開示する気泡噴出用電源装置を含む気泡噴出装置で気泡噴出方法を実施すると、従来の気泡噴出方法と比較して、噴出する気泡をより正確にコントロールできる。したがって、畜産・農林水産分野等、気泡により加工対象物を加工する分野において有用である。
１、１ａ、１ｂ、１ｃ…気泡噴出デバイス、２…対向電極、３…気泡噴出用電源装置、４…電線、１１…気泡噴出口、１２…電極、１３…外殻部、１４…空隙、１５…基板、１６…通電部、３１…制御部、１３１…延伸部、Ｂ…気泡、Ｌ…溶液

Claims (6)

  1. 　導電体への気泡噴出方法であって、
    　該気泡噴出方法は、
    　　気泡噴出デバイスおよび対向電極を導電体に接触する導電体接触工程、
    　　気泡噴出用電源装置から前記気泡噴出デバイスおよび前記対向電極に電圧を印加する電圧印加工程、
    　　前記気泡噴出デバイスの気泡噴出口から前記導電体に気泡を噴出する気泡噴出工程、
    を含み、
    　前記気泡噴出用電源装置は、少なくとも印加するパルス状の電圧の回数を任意に設定できる、
    気泡噴出方法。
  2. 　前記気泡噴出用電源装置が、印加する電圧値、電圧の印加時間、および、電圧を印加しない電圧ｏｆｆ時間、の少なくとも１以上を任意に設定できる、
    請求項１に記載の気泡噴出方法。
  3. 　前記気泡噴出デバイスが、
    　　導電材料で形成された電極と、
    　　絶縁材料で形成され、前記電極の少なくとも先端部分の周囲の少なくとも一部を覆う外殻部と、
    　　前記外殻部の一部であり、前記電極の先端部より延伸した部分である延伸部と、
    　　前記延伸部の先端に形成された気泡噴出口と、
    を含む、請求項１または２に記載の気泡噴出方法。
  4. 　気泡噴出デバイスから気泡を噴出するために用いる気泡噴出用電源装置であって、
    　該気泡噴出用電源装置は、少なくとも印加するパルス状の電圧の回数を任意に設定できる、
    気泡噴出用電源装置。
  5. 　前記気泡噴出用電源装置が、印加する電圧値、電圧の印加時間、および、電圧を印加しない電圧ｏｆｆ時間、の少なくとも１以上を任意に設定できる、
    請求項４に記載の気泡噴出用電源装置。
  6. 　請求項４または５に記載の気泡噴出用電源装置、および、気泡噴出デバイスを含む気泡噴出装置であって、
    　前記気泡噴出デバイスが、
    　　導電材料で形成された電極と、
    　　絶縁材料で形成され、前記電極の少なくとも先端部分の周囲の少なくとも一部を覆う外殻部と、
    　　前記外殻部の一部であり、前記電極の先端部より延伸した部分である延伸部と、
    　　前記延伸部の先端に形成された気泡噴出口と、
    を含む、
    気泡噴出装置。
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