Пузырьково-струйный чип для обработки объектов, средство для локальной абляции и способ локальной абляции, средство для инъекции и способ инъекции

Пузырьково-струйный чип для обработки объектов, средство для локальной абляции и способ локальной абляции, средство для инъекции и способ инъекции

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к пузырьково-струйному чипу, устройству для локальной абляции, способу локальной абляции, устройству для инъекции и способу инъекции, и, в частности, относится к производимому в массовом количестве чипу, в котором на подложке может быть сформировано желаемое количество участков выброса пузырьков, и размер выпускных отверстий для струйного выброса пузырьков можно надежно контролировать, а также к устройству для локальной абляции, способу локальной абляции, устройству для инъекции и способу инъекции, которые содержат (используют) упомянутый чип.

Уровень техники

Развитие биотехнологии, наблюдаемое в последние годы, сопровождается повышением требования к локальной обработке клеток и тому подобным объектам, и включает создание отверстия в клеточной мембране или клеточной стенке, и удаление из клетки ядра или доставку в клетку ДНК или другого вещества, содержащего нуклеиновую кислоту. Широко известны способы, использующие ряд методов локальной обработки (иногда называемых «методами локальной абляции»), такие как методы контактной обработки, использующие зонд, в частности, электронож или тому подобное, или метод бесконтактной абляции, использующий лазеры или тому подобные средства. В частности, в качестве контактного метода обработки, использующего электронож, в последнее время предложен метод, обеспечивающий ограничение поверхности прижигания до размеров порядка несколько микрон, что минимизирует зону термической инвазии и улучшает разрешающую способность (см. патент Японии №5526345 [D1]).

Кроме того, в области лазерной обработки достигнуты значительные успехи в отношении фемтосекундных лазеров, и в последнее время были предложены метод обработки клеток (см. D. Palanker et al., J. Cataract. Surgery, 38, 127-132 (2010) [D2], а также метод лазерной обработки, который минимизирует образование пузырьков в жидкой фазе (T. Kaji et al., Applied Physics Letters, 91, 023904 (2007) [D3]).

Однако в известных методах контактной обработки, использующих зонд, такой как электронож, существует тенденция к выжиганию обрабатываемого объекта (мишени) благодаря Джоулевому теплу, которое выделяется под действием непрерывных высоких частот, что приводит к значительной неровности рассеченной поверхности и окружающих тканей, которые вследствие нагревания в значительной степени подвержены тепловой инвазии. Кроме того, в методе бесконтактной обработки, использующем фемтосекундные лазеры и другие лазеры, существует проблема, связанная с проявлением тепловой инвазии тканей, окружающих рассеченную поверхность, за счет локального облучения энергией с высокой плотностью.

В то же время известные методы электропорации и сонопорации, использующие ультразвук, а также методы генной пушки и тому подобные широко используются в качестве методов локальной механической инъекции (способов инъекции) для доставки веществ, содержащих нуклеиновую кислоту, или тому подобных в клетки или подобные объекты. Однако в традиционном методе электропорации, в зависимости от напряженности электрического поля, существуют ограничения по улучшению проницаемости клеточной мембраны, что затрудняет инъекцию в мишени, имеющие жесткие клеточные мембраны или стенки, в отличие от мембран, имеющих мягкие липидные бислои, и вследствие ограничений, связанных с перемещением электрода и тому подобному, локальная инъекция в заданный участок была затруднительной. Кроме того, в методе сонопорации, использующем ультразвук, трудно сфокусировать ультразвук, что препятствует возникновению локальной кавитации пузырьков и увеличению разрешающей способности. В способах инъекции, которые основаны на методе генной пушки, помимо прочего, возникала проблема низкой эффективности внедрения вследствие отделения вещества, осажденного на поверхности частицы, происходящего при выстреле этой частицей в мишень. Кроме того, при осуществлении методов электропорации, сонопорации и генной пушки потребляется большое количество веществ для инъекции (инжекции), что в случае использования дорогостоящих веществ затрудняет использование этих методов.

В целях решения вышеупомянутых проблем авторы настоящего изобретения обнаружили, что рассечение (локальная абляция) обрабатываемого объекта может быть осуществлено посредством использования пузырьково-струйного элемента, содержащего сердцевину (центральный стержень), изготовленную из электропроводящего материала, оболочковую часть, которая выполнена из изоляционного (электроизоляционного) материала, охватывает сердцевину и содержит вытянутый участок, проходящий дальше конца сердцевины, и полость, образованную между вытянутым участком оболочковой части и концом сердцевины; погружения пузырьково-струйного элемента в раствор; приложения высокочастотного напряжения к раствору с образованием пузырьков; и непрерывного выброса пузырьков на обрабатываемый объект.

Кроме того, было обнаружено, что пузырьки, на поверхностях раздела фаз которых адсорбируется раствор растворенного и/или распределенного вещества для инъекции, могут быть образованы за счет размещения внешней оболочковой части снаружи оболочковой части пузырьково-струйного элемента так, чтобы между указанными оболочковыми частями оставался кольцевой зазор, и введения раствора растворенного и/или распределенного вещества, подлежащего инъекции, в указанный кольцевой зазор; при этом обрабатываемый объект может быть рассечен и может быть произведена инъекция вещества, содержащегося в растворе, окружающем пузырьки, в обрабатываемый объект посредством непрерывного выброса пузырьков в обрабатываемый объект. В результате проведенных работ была подана заявка на патент Японии и выдан патент [D1].

Сущность изобретения

Проблема, решаемая изобретением

Пузырьково-струйный элемент и газожидкостный струйный элемент, описанные в патентном документе [D1], изготавливают путем нагревания и разрыва проводящей сердцевины и изоляционного элемента при их растягивании. Соответственно, существует проблема в том, что трудно точно выдержать определенные размеры выпускного отверстия для струйного выброса пузырьков для каждого изготовленного пузырьково-струйного элемента и газожидкостного струйного элемента, и поэтому их массовое производство затруднено.

Кроме того, в ходе одной операции инъекцию часто производят не в одно место обрабатываемого объекта, а в большое количество мест. Однако при использовании пузырьково-струйного элемента и газожидкостного струйного элемента, описанных в патентном документе [D1], как отмечено выше, трудно точно выдержать определенные размеры выпускного отверстия для струйного выброса пузырьков для каждого изготовленного пузырьково-струйного элемента и газожидкостного струйного элемента, и поэтому существует проблема в том, что количество вводимого вещества совсем не одинаково, если используется ряд объединенных известных пузырьково-струйных элементов и газожидкостных струйных элементов.

Кроме того, хотя внешняя поверхность пузырьково-струйного элемента, описанного в D1, окружена изоляционной оболочковой частью, а внешняя поверхность газожидкостного струйного элемента окружена внешней оболочковой частью, указанный размер выпускного отверстия не является постоянным, поскольку упомянутая изоляционная оболочковая часть и внешняя оболочковая часть изготовлены путем нагревания и разрыва при растягивании электроизоляционного материала. Следовательно, проблема в том, что операция объединения элементов затруднена вследствие различия размеров. Другая существующая проблема заключается в том, что концы пузырьково-струйного элемента и газожидкостного струйного элемента весьма ломкие и легко повреждаемые, и поэтому операция объединения отдельно изготовленных пузырьково-струйного элемента и газожидкостного струйного элемента затруднительна.

Настоящее изобретение было задумано для решения вышеупомянутых проблем. После проведения всесторонних исследований было установлено, что за счет использования фотолитографии (1) пузырьково-струйный чип, который содержит желаемое количество участков одинакового размера для струйного выброса пузырьков, имеющих одинакового размера выпускные отверстия для выброса пузырьков, может быть изготовлен и произведен в массовом количестве; (2) выпускное отверстие для струйного выброса пузырьков может быть образовано с использованием фоточувствительной смолы путем размещения электрода, выполненного из проводящего материала, между фоточувствительной смолой и формирования фоточувствительной смолы, которая продолжена дальше конца электрода; и (3) формирование канала для подвода раствора, содержащего вещество для инъекции, со стороны выпускного отверстия участка струйного выброса пузырьков, обеспечивает непрерывный выброс в обрабатываемый объект пузырьков, в которых на поверхности раздела фаз адсорбируется раствор, содержащий вещество для инъекции, так чтобы обрабатываемый объект был прорезан, а вещество для инъекции, содержащееся в растворе, окружающем пузырьки, было доставлено в обрабатываемый объект.

Иначе говоря, задача изобретения заключается в том, чтобы обеспечить пузырьково-струйный чип, устройство для локальной абляции и способ локальной абляции, и устройство для инъекции и способ инъекции.

Средства для решения проблем

Настоящее изобретение относится к пузырьково-струйному чипу, устройству для локальной абляции и способу локальной абляции, и устройству для инъекции и способу инъекции, которые иллюстрируются ниже.

(1) Пузырьково-струйный чип, содержащий

подложку и участок струйного выброса пузырьков, сформированный на указанной подложке;

при этом участок струйного выброса пузырьков содержит:

электрод, выполненный из проводящего материала;

и изоляционный участок, сформированный из электроизоляционной фоточувствительной смолы, устроенный так, что электрод находится между фоточувствительной смолой, и содержащий протяженную вытянутую часть, которая продолжается дальше конца этого электрода; и

внутреннюю полость, образованную между указанной вытянутой частью изоляционного участка и концом электрода.

(2) Пузырьково-струйный чип в соответствии с (1), в котором вытянутая часть выполнена сужающейся.

(3) Пузырьково-струйный чип в соответствии с (1) или (2), в котором фоточувствительная смола является негативным фоторезистом.

(4) Пузырьково-струйный чип в соответствии с любым пунктом из (1) - (3), в котором образовано два или большее число участков струйного выброса пузырьков.

(5) Пузырьково-струйный чип в соответствии с любым пунктом из (1) - (4), в котором на указанном изоляционном участке образован вспомогательный канал.

(6) Пузырьково-струйный чип в соответствии с любым пунктом из (1) - (5), дополнительно содержащий участок подвода электрической энергии, подключенный к электроду.

(7) Пузырьково-струйный чип в соответствии с любым пунктом из (1) - (6), в котором на подложке сформирован противоэлектрод, образующий пару электродов с электродом участка струйного выброса пузырьков.

(8) Пузырьково-струйный чип в соответствии с любым пунктом из (1) - (7), в котором на стороне полости участка струйного выброса пузырьков образован канал для подачи раствора, содержащего вещество для инъекции.

(9) Устройство для локальной абляции, содержащее пузырьково-струйный чип в соответствии с любым пунктом из (1)-(8).

(10) Устройство для инъекции, содержащее пузырьково-струйный чип в соответствии с любым пунктом из (1) - (8).

(11) Способ локальной абляции, включающий:

инжекцию раствора, осуществляемую таким образом, чтобы противоэлектрод образовал замкнутую электрическую цепь с электродом устройства для локальной абляции, соответствующего пункту (9);

подвод высокочастотных импульсов к паре электродов, образованной электродом устройства для локальной абляции и противоэлектродом, и генерирование пузырьков, выбрасываемых из конца участка струйного выброса пузырьков; и

обработку целевого объекта пузырьками.

(12) Способ инъекции, включающий:

инжекцию раствора, осуществляемую так, чтобы противоэлектрод образовал замкнутую электрическую цепь с электродом устройства для инъекции, соответствующего пункту (10);

подвод раствора, содержащего вещество для инъекции, к передней стороне участка струйного выброса пузырьков;

подвод высокочастотных импульсов к паре электродов, образованной электродом устройства для локальной инъекции и противоэлектродом, с выбросом пузырьков, на которых адсорбирован раствор, содержащий вещество для инъекции;

доставку вещества для инъекции с помощью пузырьков в обрабатываемый объект при проведении локальной абляции в обрабатываемом объекте.

Эффекты изобретения

(1) В настоящем изобретении использование фотолитографии позволяет сформировать на подложке желаемое количество одинакового размера участков струйного выброса пузырьков, имеющих выпускные отверстия одинакового размера. Соответственно, любая неточность в изготовлении отдельных пузырьково-струйных чипов может быть уменьшена.

(2) Пузырьки одинакового размера могут быть выброшены и направлены в большое количество точек при осуществлении локальной абляции или локальной инъекции одновременно в большом количестве точек одного обрабатываемого объекта.

(3) В отличие от известных способов изготовления, в которых сердцевину и электроизоляционный материал нагревают и подвергают разрыву, пузырьково-струйные чипы сформированы с использованием фотолитографии, что делает возможным их массовое производство.

(4) Формирование канала для подвода раствора, содержащего вещество для инъекции, к стороне выпускного отверстия для струйного выброса пузырьков, образованного на участке струйного выброса пузырьков, способствует непрерывному выбросу пузырьков, в которых на поверхности раздела фаз адсорбируется вещество для инъекции, обеспечивает рассечение обрабатываемого объекта, и доставку вещества для инъекции, содержащегося в растворе, окружающем пузырьки, в обрабатываемый объект.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 – схематическое изображение пузырьково-струйного чипа 1 в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 2 – другое воплощение пузырьково-струйного чипа 1.

Фиг. 3 – один пример этапов изготовления в первом воплощении пузырьково-струйного чипа 1 в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 4 – другое воплощение пузырьково-струйного чипа 1 в соответствии с настоящим изобретением. Фиг. 4(1) – изображение пузырьково-струйного 1 чипа в целом. Фиг. 4(2) – увеличенное изображение зоны расположения участка 3 струйного выброса пузырьков.

Фиг. 5 – общая электрическая схема устройства 6 для локальной абляции, использующего пузырьково-струйный чип 1 в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 6 – схематическое изображение пузырьково-струйного чипа 1 применительно к устройству для инъекции.

Фиг. 7(1-1) – вид в разрезе одного примера пузырьково-струйного чипа 1 для инъекции. Фиг. 7(1-2) – вид сверху примера, представленного на фиг. 7(1-1). Фиг. 7(2-1) - вид в разрезе другого примера пузырьково-струйного чипа 1 для инъекции. Фиг. 7(2-2) – вид сверху примера, представленного на фиг. 7(2-1).

Фиг. 8 – один пример этапа изготовления пузырьково-струйного чипа 1 для инъекции, иллюстрируемого на фиг. 7(2-1) и (2-2).

Фиг. 9(1) и (2) – другие воплощения пузырьково-струйного чипа 1 для инъекции.

Фиг. 10 – фотографии, заменяющие чертеж. Фиг. 10(1) – фотографический снимок пузырьково-струйного элемента 1, изготовленного в примере 1. Фиг. 10(2) – фотографический снимок, отображающий в увеличении зону с участком струйного выброса пузырьков.

Фиг. 11 – фотографии, заменяющие чертеж. Фиг. 11(1) – фотографический снимок пузырьково-струйного элемента 1, изготовленного в примере 2. Фиг. 11(2) – фотографический снимок, отображающий в увеличении зону с участком струйного выброса пузырьков.

Фиг. 12 – фотографии, заменяющие чертежи и иллюстрирующие генерирование пузырьков 36, запечатленных высокоскоростной кинокамерой, в примере 3.

Фиг. 13 – фотографии, заменяющие чертеж. Фиг. 13(1) – фотографический снимок пузырьково-струйного элемента 1, изготовленного в примере 4. Фиг. 13(2) – фотографический снимок, отображающий в увеличении зону с участком струйного выброса пузырьков.

Фиг. 14 – фотографии, заменяющие чертежи и иллюстрирующие генерирование пузырьков 36, запечатленных высокоскоростной кинокамерой, в примере 5.

Описание предпочтительных воплощений

Пузырьково-струйный чип, устройство для локальной абляции и способ локальной абляции, устройство для инъекции и способ инъекции в соответствии с настоящим изобретением описаны ниже более подробно со ссылками на сопровождающие чертежи.

На фиг. 1 представлено схематическое изображение пузырьково-струйного чипа 1 в соответствии с настоящим изобретением. Пузырьково-струйного чипа 1 в соответствии с настоящим изобретением содержит участок 3 струйного выброса пузырьков, сформированный на подложке 2. Участок 3 струйного выброса пузырьков содержит электрод 31, изготовленный из проводящего материала, изоляционный участок 33, который выполнен так, что образует с электродом сэндвич-структуру и включает вытянутую часть 32, которая продолжается за пределами конца электрода 31, и полость 34, образованную между концом электрода 31 и вытянутой частью 32. Кроме того, в примере, иллюстрируемом на фиг. 1, сформирован участок 4 подвода электрической энергии, который соединен с электродом 31, при этом указанный участок 4 подвода электрической энергии может быть выполнен при изготовлении пузырьково-струйного чипа 1 как его неотъемлемая часть, или может быть изготовлен отдельно от пузырьково-струйного чипа 1 и может подключаться к чипу при подводе электроэнергии. Кроме того, подложка 2 снабжена противоэлектродом 5, и указанный противоэлектрод 5 при изготовлении пузырьково-струйного чипа 1, может быть выполнен как его неотъемлемая часть или может быть изготовлен отдельно от пузырьково-струйного чипа 1 и погружен в раствор при подводе электроэнергии. Пузырьки 36 могут постоянно выбрасываться из выпускного отверстия 35 струйного выброса пузырьков, образованного между соседними вытянутыми частями 32, под действием напряжения, подводимого к электроду 31 и противоэлектроду 5. Материал для изготовления подложки 2 особо не ограничивается при условии, что на ней могут быть осаждены электрод 31 и изоляционный участок 33. Примеры включают стекло, кварц, полиметилметакрилат (PMMA) и силикон.

Материал для изготовления электрода 31 также не имеет особых ограничений при условии, что этот материал может быть соединен с источником питания и нанесен слоями посредством метода электроосаждения, посредством нанесения покрытия химическим путем или другими способами. Примеры материала включают никель, золото, платину, серебро, медь, олово, магний, хром, вольфрам и другие металлы или их сплавы.

В настоящем изобретении изоляционный участок 33, включающий вытянутую часть 32, изготовлен с использованием фотолитографии. Соответственно, материал для изготовления изоляционного участка 33, включающего вытянутую часть 32, особо не ограничен при условии, что этим материалом является изоляционная фоточувствительная смола. Примеры включают TSMR V50, PMER и другие позитивные фоторезисты, а также SU-8, KMPR и другие негативные фоторезисты. В настоящем изобретении, ввиду того, что пузырьки 36 выбрасываются при подводе к электроду 31 и противоэлектроду 5 электрической энергии, к выпускному отверстию 35 для струйного выброса пузырьков, которое представляет собой весьма малый участок, безусловно приложено механическое усилие, в особенности, в случае подвода высокого напряжения. Поскольку SU-8, KMPR и другие негативные фоторезисты имеют более высокую прочность, чем положительные фоторезисты, то в случае подвода к участку 3 струйного выброса пузырьков высокого напряжения в качестве фоточувствительной смолы предпочтительно используют негативные фоторезисты.

Выбор материала участка 4 подвода электрической энергии и противоэлектрода 5 особенно не ограничивается при условии, что от внешнего источника энергии к электроду 31 может быть подведен электрический ток, и для участка 4 и противоэлектрода 5 может быть использован такой же материал, что и для вышеупомянутого электрода 31. Если участок 4 подвода электрической энергии выполнен отдельно от пузырьково-струйного чипа 1, конец электрода 31 должен выступать из изоляционного участка 33, а участок 4 подвода электрической энергии должен быть выполнен так, чтобы его можно было легко подсоединить к этому концу электрода. Кроме того, если противоэлектрод 5 выполнен отдельно, он должен обеспечивать подвод электрической энергии вместе с электродом 31 и, следовательно, этот противоэлектрод 5 особенно не ограничен выполнением в виде стержня, полосы или иной формы.

Благодаря тому, что пузырьки, образовавшиеся в полости 34, выбрасываются, отрываясь от выпускного отверстия 35, при подводе электрической энергии к электроду 31 и противоэлектроду 5, отсутствует необходимость подачи воздуха от внешнего источника к участку 3 струйного выброса пузырьков. Кроме того, полость 34 предпочтительно сужается по мере приближения к выпускному отверстию 35, чтобы пузырьки 36 выбрасывались в определенном направлении, и на этапах изготовления, рассмотренных ниже, следует использовать фотошаблон такой формы, чтобы вытянутая часть 32 имела сужающуюся клиновидную форму.

Кроме того, когда внутри полости 34 генерируются пузырьки, они имеют размер, близкий к величине внутреннего диаметра выпускного отверстия 35 для струйного выброса пузырьков (указанного ниже как «диаметр D» или «D»). Соответственно, длина полости 34 (расстояние от конца электрода 31 до выпускного отверстия 35, указанное ниже как «L») должна быть достаточно большой, чтобы внутри этой полости 34 генерировались пузырьки, и предпочтительно величина отношения L/D, по меньшей мере, равна 1. Следует отметить, что верхний предел отношения L/D особо не ограничен при условии, что величина этого отношения является достаточной для непрерывного выброса пузырьков. Поскольку пузырьково-струйный элемент, описанный в документе D1, изготавливают путем нагревания и разрыва при растяжении и т.д., конец пузырьково-струйного элемента получается очень острым и легко повреждается, но в случае настоящего изобретения выпускное отверстие для струйного выброса пузырьков выполнено из фоточувствительной смолы на подложке, что исключает опасность повреждения конца. Величину отношения L/D можно устанавливать в соответствии с формой фотошаблона. Размер выбрасываемых из отверстия пузырьков 36 можно изменять путем изменения величины диаметра D выпускного отверстия 35 и следует устанавливать за счет формы фотошаблона в процессе изготовления.

На фиг. 2 представлено другое воплощение пузырьково-струйного чипа 1. В том случае, если противоэлектрод 5 изготавливают отдельно, размер подложки 2 должен быть таким же, что и размер участка 3 для струйного выброса пузырьков (изоляционный участок 33). В случае воплощения, иллюстрируемого на фиг. 1, пузырьково-струйный чип 1 необходимо погружать в раствор, через который можно пропускать электрический ток, или этот раствор заливают на подложку 2 так, чтобы противоэлектрод имел электрическую связь с электродом 31, а обрабатываемый объект необходимо разместить на подложке 2. Для пузырьково-струйного чипа 1, представленного на фиг. 2, в раствор необходимо погрузить, по меньшей мере, выпускное отверстие 35 для струйного выброса пузырьков. Независимо от формы противоэлектрода, раствор необходимо залить так, чтобы при использовании чипа противоэлектрод имел электрическую связь с электродом.

Хотя на фиг. 1 и фиг. 2 это не показано, на верхней поверхности пузырьково-струйного чипа 1 желательно сформировать изоляционный слой для предотвращения утечек электрического тока при погружении пузырьково-струйного чипа 1 в раствор. В качестве изоляционного материала следует выбрать полидиметилсилоксан (PDMS), парилен, эпоксидную смолу, полиимид, полиэтилен, стекло, кварц, PMMA, силикон или другие хорошо известные электроизоляционные материалы. Изоляционный слой может быть прикреплен к пузырьково-струйному чипу 1 перед использованием, или может быть сформирован предварительно, при изготовлении пузырьково-струйного чипа 1.

Фиг. 3 иллюстрирует один пример этапов изготовления в первом воплощении пузырьково-струйного чипа 1 согласно настоящему изобретению. На фиг. 3 представлен пример, в котором имеется один участок 3 струйного выброса пузырьков с показанным взаимным расположением, но если формируется ряд участков 3 струйного выброса пузырьков, форма фотошаблона может быть изменена.

(1) Подложку очищают ацетоном, этанолом, ультрачистой водой и т.п.

(2) На подложку 2 методом напыления наносят слой материала для формирования участка 4 подвода электрической энергии.

(3) Наносят фоторезист 8, и осуществляют фотоэкспонирование и проявление с использованием фотошаблона так, что фоторезист 8 остается на участке, где в конечном итоге будет образован участок 4 подвода электрической энергии.

(4) Материал за пределами участка, на котором предусмотрено формирование участка подвода электрической энергии, удаляют с помощью травления в растворе или иным способом.

(5) Удаляют фоторезист 8, и в результате образуется участок 4 подвода электрической энергии.

Для этапов изготовления, описанных ниже, участок, на котором формируют электрод 31, показан в виде поперечного сечения A-A’, а участок, на котором формируют изоляционный участок 33, включающий вытянутую часть 32 (на чертеже показана лишь позиция 33), показан в виде поперечного сечения B-B’. Позиции поперечного сечения A-A’ и поперечного сечения B-B’ иллюстрируются на фигуре для указанного выше этапа (5) (левая сторона на фиг. 3-2 и фиг. 3-3).

(6) Посредством покрытия, нанесенного методом центрифугирования, формируют слой материала для образования изоляционного участка 33, включающего вытянутую часть 32.

(7) Осуществляется фотоэкспонирование с использованием фотошаблона, имеющего определенную форму, оставляющую изоляционный участок 33, содержащий вытянутую часть 32. Для облегчения соединения с внешним источником питания желательно использовать фотошаблон, имеющий форму, позволяющую удалить изоляционный участок 33 на концевой части подложки 2 и обнажить участок 4 подвода электрической энергии.

(8) После проявления удаляют материал за пределами участка, на котором формируется изоляционный участок 33, включающий вытянутую часть 32.

(9) На указанном участке 4 подвода электрической энергии посредством метода электроосаждения формируют электрод 31.

(10) Формируют изоляционный слой 37.

Резисты, травильные агенты, устройства для напыления и т.д., используемые на вышеупомянутых этапах, могут быть широко известными реагентами и устройствами, используемыми в области микромашиной технологии.

На вышеупомянутых этапах изготовления электрод 31 был сформирован посредством метода электроосаждения на участке 4 подвода электрической энергии, однако участок 4 подвода электрической энергии не является необходимым. В частности, изоляционный участок 33 может быть сформирован на подложке 2 с исключением этапов (2)-(4), и затем материал для формирования электрода 31 в форме тонкой пластины отрезают до придания ему формы электрода 31, и размещают электрод с образованием сэндвич-структуры с изоляционным участком 33. В этом случае электрод 31 предпочтительно сформирован так, что он открыт на конце подложки 2, и предпочтительно расположен с возможностью непосредственному подвода к нему электрической энергии от внешнего источника. Кроме того, для вышеупомянутых этапов изготовления был иллюстрирован пример, в котором участок 3 струйного выброса пузырьков был расположен на подложке 2 в двумерном исполнении, но участок 3 струйного выброса пузырьков может быть сформирован на подложке 2 и в виде трехмерной структуры за счет повторения этапов (2)-(10) после завершения этапа (10).

Фиг. 4 иллюстрирует другой пример пузырьково-струйного чипа 1 согласно настоящему изобретению. На фиг. 4(1) пузырьково-струйный чип 1 показан полностью, а на фиг. 4(2) представлено увеличенное изображение зоны расположения участка 3 струйного выброса пузырьков.

Как отмечено выше, пузырьково-струйный чип 1 согласно настоящему изобретению может содержать изоляционный слой 37, сформированный на верхней поверхности пузырьково-струйного чипа 1 для предотвращения утечек электрического тока. В этом случае, если расстояние между выпускным отверстием 35 для струйного выброса пузырьков и обрабатываемым объектом значительное, пузырьки 36, выбрасываемые из выпускного отверстия 35, могут двигаться вперед через раствор, но эти пузырьки 36 могут также перемещаться к поверхности изоляционного слоя 37 за счет выталкивающей силы раствора и прикрепляться к изоляционному слою 37. Поэтому на изоляционном участке 33 может быть сформирован вспомогательный канал 38 для создания вспомогательного потока (показан стрелкой на фиг. 4(2)), чтобы принуждать выброшенные пузырьки 36 двигаться вперед.

Вспомогательный канал не имеет особых ограничений при условии, что он может обеспечить создание вышеупомянутого вспомогательного потока для проталкивания пузырьков 36 вперед. Например, вспомогательный поток следует формировать так, чтобы он протекал в направлении вдоль участка 3 струйного выброса пузырьков. В примере, иллюстрируемом на фиг. 4(2), вспомогательные каналы 38 образованы как на концах ряда участков 3 струйного нагнетания пузырьков, так и между соседними участками 3 струйного нагнетания пузырьков, но вспомогательный канал 38 может быть также образован для каждого из некоторого количества участков 3 струйного выброса пузырьков. Кроме того, в примере, иллюстрируемом на фиг. 4(2), участки 3 струйного выброса пузырьков выступают вперед из изоляционного участка 33, но вспомогательный канал 38 может быть сформирован на пузырьково-струйном чипе 1, имеющим такую форму, при которой участки 3 струйного выброса пузырьков не выступают за пределы изоляционного участка 33, показанного на фиг. 1 и фиг. 2. Вспомогательный канал 38 следует формировать на изоляционном участке 33 за счет изменения формы фотошаблона на этапе (7) изготовления. Кроме того, при формировании вспомогательных каналов 38 на их концах могут быть сформированы элементы 39 соединения с насосом для нагнетания жидкости во вспомогательные каналы 38, показанные на фиг. 4(1). Указанные элементы 39 для соединения с насосом следует также формировать на изоляционном участке 33 за счет изменения формы фотошаблона на этапе (7) изготовления. При формировании элементов 39 для соединения с насосом в изоляционном слое 37 следует создать отверстие на верхней поверхности пузырьково-струйного чипа 1 и соединить с указанным отверстием силиконовую трубку и т.п.

На фиг. 5 представлена общая электрическая схема устройства 6 для локальной абляции, в котором используется пузырьково-струйный чип 1 согласно настоящему изобретению. Устройство 6 для локальной абляции содержит устройство для выработки электрической энергии. Устройство для выработки электрической энергии содержит, по меньшей мере, стандартный промышленный источник переменного тока 61 и электрический провод 62 для образования электрической цепи между электродом 31 пузырьково-струйного чипа 1 и противоэлектродом 5, и может также содержать не диэлектрический резистор 63, контур 64 усиления напряжения, канал цифрового ввода/вывода (DIO, не показан) и т.д. по мере необходимости. Устройство для выработки электрической энергии может быть собрано всего лишь путем включения не диэлектрического резистора 63, канала DIO и т.д. в традиционную электрическую цепь для электроножа и установки устройства на изготовленной конструкции для использования применительно к микроскопическим объектам.

Выходные электрический ток, напряжение и частота, подводимые от средства выработки электроэнергии к электроду 31 и противоэлектроду 5, особо не ограничены при условии, что интервалы их величин обеспечивают возможность выброса пузырьков, и при этом участок 3 струйного выброса пузырьков не повреждается. Например, величина электрического тока предпочтительно находится в интервале от 10 мА до 80А, более предпочтительно от 25 мА до 75 мА. Нежелательно, чтобы электрический ток был меньше 10 мА, поскольку в этом случае не представляется возможным эффективно генерировать пузырьки 36, или чтобы величина тока превышала 80А, иначе возможен износ электрода. Электрическое напряжение предпочтительно находится в интервале от 100 В до 800 В, более предпочтительно от 200 В до 600 В. Нежелательно, чтобы напряжение составляло менее 100 В, поскольку генерирование пузырьков 36 может быть затруднительным, и также нежелательно, чтобы напряжение составляло более 800кВ, так как существует вероятность износа электрода 31 или повреждения вытянутой части 32. Частота предпочтительно находится в интервале от 1 кГц до 1 ГГц, более предпочтительно от 5 кГц до 1 МГц, и особенно предпочтительно от 10 кГц до 60 кГц. Нежелательна частота менее 1кГц, поскольку существует вероятность повреждения вытянутой части 32, а если частота превышает 10 ГГц, генерирование пузырьков 36 может быть невозможным.

В способе локальной абляции, соответствующем настоящему изобретению, сначала пузырьково-струйный чип 1 устройства 6 для локальной абляции согласно настоящему изобретению и противоэлектрод 5 погружают в проводящий раствор, или раствор заливают на подложку 2 так, чтобы этот противоэлектрод 5 был электрически связан с электродом 31. Обрабатываемый объект размещают между участком 3 струйного выброса пузырьков пузырьково-струйного чипа 1 и противоэлектродом 5, пузырьки 36, выбрасываемые из участка 3 струйного выброса пузырьков, оказывают ударное воздействие на обрабатываемый объект, и в результате может быть осуществлен процесс локальной абляции.

Для обрабатываемого объекта особых ограничений не существует при условии, что на этом объекте может быть осуществлена абляция с использованием пузырьков. Примеры включают клетки и протеины. Примеры клеток включают стволовые клетки, отделенные от тканей человека или животного, кожные клетки, мукоциты, клетки печени, инсулоциты, нейроциты (нервные клетки), хондроциты, эндоцилиальные клетки, клетки эпителия, клетки кости, мышечные клетки, яйцеклетки и другие животные клетки, и клетки растений, клетки насекомых, кишечные палочки, дрожжевые грибки, плесневые грибы и другие микробные клетки, и другие клетки. «Обработка» в настоящем изобретении означает выброс пузырьков на обрабатываемый объект для создания отверстий или рассечение участка объекта.

В патентном документе D1 авторы настоящего изобретения показали, что пузырьки, выбрасываемые из пузырьково-струйного элемента, могут адсорбировать подлежащее инъекции вещество. По-видимому, пузырьки, генерируемые при подводе электрической энергии к сердцевине, заряжаются электричеством, и благодаря этому электричеству на пузырьках адсорбируется вещество для инъекции. Соответственно, при осуществлении локальной абляции с использованием пузырьково-струйного чипа 1, представленного на фиг. 1 и фиг. 2, если в проводящем растворе, в который погружают пузырьково-струйный чип 1, содержится вещество для инъекции, то могут быть выброшены пузырьки 36, вокруг которых адсорбируется вещество для инъекции. Таким образом, вещество для инъекции может быть введено при осуществлении локальной абляции на обрабатываемом объекте. Высота от подложки 2 до изоляционного слоя 37 пузырьково-струйного чипа 1 согласно настоящему изобретению составляет порядка микрон. В связи с этим, с точки зрения механики текучей среды, может быть создан ламинарный поток раствора, содержащего вещество для инъекции, с помощью насоса и т.п. для нагнетания раствора, содержащего вещество для инъекции, в проводящий раствор.

Фиг. 6 схематически изображает пузырьково-струйный чип 1 (называемый ниже – «пузырьково-струйный чип для инъекции»), используемый в устройстве для инъекции. Пузырьково-струйный чип 1 для инъекции, иллюстрируемый на фиг. 6, содержит канал 7 для подачи раствора, содержащего