(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物系での用途のためのマイクロデバイスであって、
（ａ）外膜と、
（ｂ）少なくとも一部が前記外膜の外側にある、生物系で器官構造及び組織構造の微視的特性を測定すること、及び、標的部位に前記マイクロデバイスを選択的に付着させるために前記標的部位を同定することが可能である検知ユニットと、
（ｃ）前記外膜内にある、前記検知ユニットが測定した前記微視的特性に基づく現場での意思決定用の論理ユニットと、
（ｄ）前記外膜の内側、外側、または一部外側にある、ハードウエアであり、前記ハードウエアは、マイクロインジェクター、マイクロカッター、マイクロハンマー、マイクロピン、マイクロナイフ、マイクロニードル、マイクロスレッドホルダ、マイクロピンセット、マイクロ光吸収体、マイクロミラー、マイクロシールド、マイクロチョッパ、マイクロシュレッダ、マイクロポンプ、マイクロ吸収体、マイクロドリル、マイクロ吸盤、マイクロプーラー、熱機械的デバイス、熱化学機械的デバイス、または熱電子機械的デバイスを含むハードウエアと、
（ｅ）マイクロ機械特性、マイクロ化学特性、マイクロ化学機械特性、マイクロ光学特性、マイクロ音響特性、マイクロ生物学特性、マイクロ生化学特性、マイクロ生化学機械特性、マイクロ電子生化学機械特性、マイクロ電子化学機械特性、マイクロ電子機械特性、マイクロ電磁機械特性、マイクロ音響機械特性、マイクロ熱機械特性、マイクロ熱電気特性、マイクロ熱電子機械特性及びマイクロ超伝導機械特性から成る群から選択される特性とを含み、前記マイクロデバイスは、大きさが約１オングストローム〜５ミリメートルである
ことを特徴とするマイクロデバイス。
【請求項２】
マイクロ機械特性、マイクロ化学特性、マイクロ化学機械特性、マイクロ光学特性、マイクロ音響特性、マイクロ生物学特性、マイクロ電子機械特性、マイクロ電磁機械特性、マイクロ音響機械特性、マイクロ熱機械特性、マイクロ熱化学機械特性、マイクロ熱電気特性、マイクロ熱電子機械特性及びマイクロ超伝導機械特性から成る群から選択される２つの特性を含む
請求項１に記載のマイクロデバイス。
【請求項３】
荷電表面、電位、化学電位、幾何学的整合性、電磁気、イオン勾配、熱勾配、表面張力、機械力、電子化学的電位、物理的力に関連する引力から成る群から選択される特性を含む
請求項１に記載のマイクロデバイス。
【請求項４】
正常細胞と癌細胞の鑑別が可能である
請求項１に記載のマイクロデバイス。
【請求項５】
器官構造及び細胞構造の微視的特性を測定し、微視的レベルで器官及び細胞構造を診断して、微視的レベルで所望の化学物質を器官構造及び細胞構造に送達し、微視的レベルで所望の薬剤を器官構造及び細胞構造に送達し、微視的レベルで選択された器官構造及び細胞構造を操作することが可能である
請求項１に記載のマイクロデバイス。
【請求項６】
非侵襲的方法で機能を実行する
請求項５に記載のマイクロデバイス。
【請求項７】
リアルタイムで機能を実行する
請求項５に記載のマイクロデバイス。
【請求項８】
表面電荷、静止電位、電子化学的電位、電位、表面湿潤性、接触角、密着率、温度、密度、摩擦力、硬度、表面張力、微量化学物質濃度、疎水度、親水度、ｐＨ、液体流量、圧力、光学特性、吸収、吸着及び組成から成る群から選択される少なくとも１つの特性を測定することが可能である
請求項５に記載のマイクロデバイス。
【請求項９】
前記ハードウエアは、衛星測位システム（ＧＰＳ）、信号送信器、信号受信器、マイクロモータ、マイクロプロペラ、ＲＦ通信チップ及びメモリ回路を含む
請求項１に記載のマイクロデバイス。
【請求項１０】
化学送達機能、制御化学送達機能、機械的動作、制御機械的動作、選択吸収、選択吸着、微視的レベルでの検出、電子機械的時限動作、制御電子機械的動作、制御電子化学機械的動作、制御電子生物学的動作、制御電子化学生物学的動作、制御電子化学生物学的動作、制御電子化学生物機械的動作、検出された信号によって開始される動作、外部命令によって開始される動作から成る群から選択される機能を含む
請求項１に記載のマイクロデバイス。
【請求項１１】
有機構造に対する化学送達、機械力動作、電荷注入、発光、電圧印加、冷却及び加熱から成る群から選択される動作のために予めプログラミングされた開始機能を有する
請求項１に記載のマイクロデバイス。
【請求項１２】
前記開始機能は、デバイスによって検出される電荷、静止電位、電位、電子化学的電位、表層流、バルク電流、表面湿潤性、密着性、疎水度、親水度、流動性、電場、磁場、音場、温度、光波長ならびに／または光度、摩擦力及び摩擦係数、硬度、圧力及び外部信号から成る群から選択されるパラメータの群から用いることによって達成される
請求項１１に記載のマイクロデバイス。
【請求項１３】
対象とするｐＨ範囲での溶解能力を３０秒〜３日間有する
請求項１に記載のマイクロデバイス。
【請求項１４】
有機的組織に比較的適合するポリマー、有機材料及び無機材料から成る群から選択される材料を含む
請求項１に記載のマイクロデバイス。
【請求項１５】
少なくとも１つの機能性を備える１つのユニットに複数のサブデバイスが集積した１つの材料を含む
請求項１に記載のマイクロデバイス。
【請求項１６】
ポリマー、有機物質、生体物質、生化学物質、無機導体、無機半導体、無機絶縁体及びセラミックから成る群から選択される材料を含む
請求項１に記載のマイクロデバイス。
【請求項１７】
生体物質は、人工生体物質、自然生体物質、培養生体物質及び自然生体物質と人工生体物質との組み合わせから成る群から選択される
請求項１６に記載のマイクロデバイス。
【請求項１８】
大きさが約０．０１ミクロン〜５ミリメートルである
請求項１５に記載のマイクロデバイス。
【請求項１９】
検知機能、検出機能、測定機能、計算機能、解析機能、診断機能、論理処理（意思決定）機能、送信機能及び手術機能または外科的機能から成る群から選択される１つの機能を含む集積化マイクロデバイスである
請求項１に記載のマイクロデバイス。
【請求項２０】
前記ハードウエアは、電圧比較器、４点プローブ、計算機、メモリユニット、マイクロダイ、マイクロホイラー、マイクロフィルタ、マイクロ信号検出器、マイクロテスター、マイクロコンテナ、信号送信器、信号発生器、摩擦力センサ、電荷センサ、温度センサ、硬度検出器、音波発生器、光波発生器、熱発生器、マイクロ冷蔵器、マイクロ信号送信器、マイクロ信号受信器及び電荷発生器から成る群から選択される
請求項１に記載のマイクロデバイス。
【請求項２１】
集積回路製造方法、半導体製造方法、機械的製造方法、化学的処理方法、合成方法、電子化学的処理方法、生物学的処理方法、生化学的処理方法及びレーザー処理方法から成る群から選択される方法によって製造される
請求項１に記載のマイクロデバイス。
【請求項２２】
前記ハードウエアは、クリーナ、フィルタ、シュレッダまたはインジェクタを含む
請求項１に記載のマイクロデバイス。
【請求項２３】
前記ハードウエアは、研磨パッドを備える研磨ユニットを含む
請求項１に記載のマイクロデバイス。
【請求項２４】
疾患の早期検出及び予防のために生命生体系を連続走査し、解析するためのマイクロテスターである
請求項１に記載のマイクロデバイス。
【請求項２５】
前記検知ユニットは、センサ、試料採取のためのマイクロチップ、採取試料を試験するためのマイクロアレイ、データ解析ユニットまたは信号送信器を含む
請求項１に記載のマイクロデバイス。
【請求項２６】
動脈洗浄に使用される
請求項１に記載のマイクロデバイス。
【請求項２７】
ｉｎ  ｖｉｖｏでの早期癌検出検査及び予防に使用される
請求項１に記載のマイクロデバイス。
【請求項２８】
生物系外の用途のためのマイクロデバイスであって、
（ａ）外膜と、
（ｂ）少なくとも一部が前記外膜の外側にある、生物系で器官構造及び組織構造の微視的特性を測定すること、及び、標的部位に前記マイクロデバイスを選択的に付着させるために前記標的部位を同定することが可能である検知ユニットと、
（ｃ）前記外膜内にある、前記検知ユニットが測定した前記微視的特性に基づく現場での意思決定用の論理ユニットと、
（ｄ）前記外膜の内側、外側、または一部外側にある、ハードウエアであり、前記ハードウエアは、マイクロインジェクター、マイクロカッター、マイクロハンマー、マイクロピン、マイクロナイフ、マイクロニードル、マイクロスレッドホルダ、マイクロピンセット、マイクロ光吸収体、マイクロミラー、マイクロシールド、マイクロチョッパ、マイクロシュレッダ、マイクロポンプ、マイクロ吸収体、マイクロドリル、マイクロ吸盤、マイクロプーラー、熱機械的デバイス、熱化学機械的デバイス、または熱電子機械的デバイスを含むハードウエアと、
（ｅ）マイクロ機械特性、マイクロ化学特性、マイクロ化学機械特性、マイクロ光学特性、マイクロ音響特性、マイクロ生物学特性、マイクロ電子機械特性、マイクロ電磁機械特性、マイクロ音響機械特性、マイクロ超伝導機械特性から成る群から選択される１つの特性とを含み、大きさが約１オングストローム〜５ミリメートルである
ことを特徴とするマイクロデバイス。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
過去１０〜２０年間、医学及び生物学、特にゲノミクスの領域で顕著な進展がある一方、癌などの疾患の予防及び診療を含む近代医学への従来の取り組みは、基本的には変わっていない状態であり、依然として巨視的な方法に焦点が主に向けられている。たとえば、現在の疾患診断技術は、体温、血圧、走査像、体内の化学成分の測定レベルなどの巨視的なデータ及び情報を使用している。リアルタイムで信頼性があり、正確かつ迅速で費用効率的なさまざまな疾患の診断に対する新たに出現したＤＮＡ検査の有効性でさえ確立していない。癌及び心疾患を含む疾病率及び死亡率が高い多くの疾患は、早期かつ正確に診断することがきわめて困難である。さらに、既存の診断技術のほとんどは侵襲的である。
【０００２】
疾病治療に関しては、状況はさらに悪い。これまで、多くの手術は依然として侵襲性が高く、費用が高く、合併症のリスクを伴い、長い回復時間を必要とする。いくつかの治療は、健康な細胞または組織を破壊さえもしてしまう。その一例は、放射線を使用する癌治療であり、癌細胞のみならず、正常かつ健康な細胞も破壊する。別の例は、血液関連疾患治療であり、侵襲的で危険性があり（たとえば開心術）、きわめて費用がかかり、多くの場合、術後の患者は正常な活動的な生活に戻ることができない。
【０００３】
この問題を防ぐ観点からは、健康的な食生活を送り、定期的に運動をする一般的なガイドラインの他には、癌などの多くの疾患の原因が現時点では未だに知られていない。このように疾患に関する知識の不足が直接、予防薬の開発の不足へと導く。
【０００４】
近代医療の予防、診断及び治療の上記の問題のほとんどは、たとえば、微視的レベル（細胞生物学レベル）で病理学の理解が不足し、効果的な薬剤の送達及び効率的な反応機序が欠落し、微視的レベル及び予防機序ならびに予防的アプローチでの非侵襲的監視が十分でなく、非侵襲的で効果的な疾患標的治療の方法及び技術がないことが原因であることが多い。
【０００５】
近年、生物学的用途、ほとんどがｉｎ  ｖｉｔｒｏ（体外）での使用のためのナノ技術を使用する領域に労力が注ぎ込まれている。このｉｎ  ｖｉｔｒｏでの取り組みによって、その分野でわずかに発展している。Ｐａｎｔｅｌらは、ｉｎ  ｖｉｔｒｏで血液及び骨髄の癌細胞を検出するための微小電気機械（ＭＥＭＳ）センサを使用することを検討した（非特許文献１）。Ｗｏｚｎｉａｋ及びＣｈｅｎは、試料細胞で発生する力を測定するためのレーザーピンセット及びマイクロ注射針を使用した（非特許文献２）。Ｋｕｂｅｎａらは、特許文献１に生物学的薬剤を検出するためのＭＥＭＳの展開に関して記載し、Ｗｅｉｓｓｍａｎらは、特許文献２に生体物質の付着物を検出するためのＭＥＭＳセンサの利用に関して記載している。
【０００６】
上記の制約のため、基本的なレベルでは、ｉｎ  ｖｉｖｏでの標的治療における微視的レベルでの検知、癌予防、早期検出及び正常な組織ならび器官の損傷を最小限にする非侵襲的治療を含む近代医療が直面する多くの問題が、依然として解決していない。しかしこれまでは、刊行物のほとんどは、ｉｎ  ｖｉｔｒｏでの検知のための例外に限定され、構成が比較的単純なシステムと機能が限られることの多い大規模なシステムとを使用している。高度な生物医学的用途、特にｉｎ  ｖｉｖｏ（体内）かつ微視的レベルでの用途のための高集積多機能マイクロデバイス（５ミリメートル以下）が報告されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６９２２１１８号
【特許文献２】米国特許第６３３０８８５号
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｋｌａｕｓ  Ｐａｎｔｅｌら、Ｎａｔｕｒｅ  Ｒｅｖｉｅｗｓ、２００８年８月、３２９
【非特許文献２】Ｍ．Ａ．Ｗｏｚｎｉａｋら、Ｎａｔｕｒｅ  Ｒｅｖｉｅｗｓ、２００９年１０月、３４
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一般に本発明は、微視的レベルで疾患の予防、診断または治療を実施するための新規のマイクロデバイス及びその使用に関し、微視的レベルで機能性を統合することによって達成したさまざまな新規機能を使用し、集積回路製造技術などの技術水準のマイクロデバイス製造技術を使用する。他の製造技術は、機械的、化学的、化学機械的、電子化学機械的、電子生化学機械的、生化学的、生化学機械的、光学的、光学電気的、光学電子機械的、熱化学的、熱機械的、熱化学機械的な回路及び集積回路ならびに半導体の製造技術及び生産方法を好適に含んでもよいが、これに限定されない。
【００１０】
１種類の用途では、マイクロデバイスは複数の構成要素を含み、各構成要素は通常、生物学的亜細胞の単位の大きさから典型的な生物学的完全細胞の大きさ（すなわち１ミクロンから数百ミクロン）に微小化されている。さまざまの機能の複数の構成要素は、単一のマイクロデバイスに集積して、さまざまな機能、たとえば疾患検出、疾患治療及び洗浄を通常微視的レベルで実施することができる。
【００１１】
意図される用途に応じて、本発明のマイクロデバイスまたは本発明に使用されるマイクロデバイスは、大きさを１オングストロームから５ミリメートルにすることができる。マイクロデバイスの機能性は、検知、検出、測定、診断、監視、解析、薬剤送達、選択吸収、選択吸着、予防手順及び外科的介入の実施またはその組み合わせを含む。
【００１２】
一態様では、本発明は、医学的用途または生命生体系での用途のためのマイクロデバイスを提供する。
【００１３】
いくつかの実施形態では、各デバイスは、外膜と、マイクロ機械特性、マイクロ化学特性、マイクロ化学機械特性、マイクロ光学特性、マイクロ音響特性、マイクロ生物学特性、マイクロ生化学特性、マイクロ生化学機械特性、マイクロ電子生化学機械特性、マイクロ電子化学機械特性、マイクロ電子機械特性、マイクロ電磁機械特性、マイクロ音響機械特性及びマイクロ超伝導機械特性から成る群から選択される特性とを含み、マイクロデバイスは、大きさが約１オングストロームから約５ミリメートルである。たとえば、マイクロ機械特性を備えるマイクロデバイスは、機械デバイスとも呼ぶことができ、一般に、この機械特性によってマイクロデバイスが意図する機能を実行することを意味する。
これらの実施形態のいくつかの例では、マイクロデバイスは、マイクロ機械特性、マイクロ化学特性、マイクロ化学機械特性、マイクロ光学特性、マイクロ音響特性、マイクロ生物学特性、マイクロ電子機械特性、マイクロ電磁機械特性、マイクロ音響機械特性及びマイクロ超伝導機械特性から成る群から選択される２つの特性を含む。他のいくつかの例では、マイクロデバイスは、荷電表面、化学電位、幾何学的整合性、電磁気、電子化学的電位に関連する引力から成る群から選択される特性をさらに含んでもよい。１または複数の他の特性によって、標的とする生体臓器または細胞構造の表面にマイクロデバイスを吸着させてもよい。
【００１４】
いくつかの実施形態では、マイクロデバイスは正常細胞と癌細胞の鑑別が可能であってもよい。たとえば、生化学特性、物理特性、電気特性、電磁特性、生化学特性、機械特性、音響特性、熱特性、光学特性を含むが、これらに限定されない細胞の微視的特性を測定することによって、この機能を実行してもよい。
【００１５】
いくつかの実施形態では、マイクロデバイスは、（たとえば、検出プローブを有するために）器官構造及び細胞構造の微視的特性を測定し、微視的レベルで器官及び細胞構造を診断して、（たとえば、送達能力を有するマイクロインジェクタまたはマイクロコンテナを有するために）微視的レベルで所望の化学物質を器官構造及び細胞構造に送達し、微視的レベルで所望の薬剤を器官構造及び細胞構造に送達し、微視的レベルで選択された器官構造及び細胞構造を操作することが可能であってもよい。マイクロデバイスは、非侵襲的方法またはリアルタイムで意図する機能を実行してもよい。
【００１６】
いくつかの実施形態では、マイクロデバイスは、表面電荷、静止電位、電子化学的電位、電位、表面湿潤性、接触角、密着率、温度、密度、摩擦力、硬度、表面張力、微量化学物質濃度、疎水度、親水度、ｐＨ、液体流量、圧力、光学特性、吸収、吸着及び組成から成る群から選択される少なくとも１つの特性を測定することが可能であってもよい。
【００１７】
本発明のマイクロデバイスは、ＧＰＳ、信号送信器、信号受信器、マイクロモータ、マイクロプロペラまたは高周波（ＲＦ）通信チップを含んでもよい。このため、マイクロデバイスは、局所位置決め、位置同定、位置情報通信及び位置調整が可能であってもよい。
【００１８】
他のいくつかの実施形態では、マイクロデバイスは、化学送達機能、制御化学送達機能、機械的動作、制御機械的動作、選択吸収、選択吸着、微視的レベルでの検出、電子機械的時限動作、制御電子機械的動作、制御電子化学機械的動作、制御電子生物学的動作、制御電子化学生物学的動作、制御電子化学生物学的動作、制御電子化学生物機械的動作、検出された信号によって開始される動作、外部命令によって開始される動作から成る群から選択される機能をさらに含んでもよい。このような機能は、マイクロデバイスまたはマイクロデバイスの特定のサブユニットが有する特性の結果であってもよい。
【００１９】
他のいくつかの実施形態では、マイクロデバイスは、有機構造に対する化学送達、機械力動作、電荷注入、発光、電圧印加、冷却及び加熱から成る群から選択される動作のために予めプログラミングされた開始機能を有してもよい。そのような機能は、メモリ機能及び論理機能を有するオンチップデバイスにプログラミングして開始してもよく、たとえば、検知信号または応答が既定値に達した場合に、動作または一連の動作が開始され、実行される。場合によっては、開始機能は、デバイスによって検出される電荷、静止電位、電位、電子化学的電位、表層流、バルク電流、表面湿潤性、密着性、疎水度、親水度、流動性、電場、磁場、音場、温度、光波長ならびに／または光度、摩擦力及び摩擦係数、硬度、圧力及び外部信号から成る群から選択されるパラメータの群から用いることによって達成してもよい。
【００２０】
いくつかの実施形態では、マイクロデバイスは、対象とするｐＨ範囲（たとえば、６〜８または６．８〜７．４）での溶解能力を３０秒から３日間有する。それは、マイクロデバイスがその期間に、対象とするｐＨ領域で溶解してもよいことを意味する。
【００２１】
いくつかの実施形態では、マイクロデバイスは、有機的組織に比較的適合するポリマー、有機材料及び無機材料から成る群から選択される材料を含む。「比較的適合する」という表現は、材料が一般に、哺乳動物の身体に生物学的に適合し、感染、障害、不快及び他の悪影響（免疫原性作用など）を引き起こさないことを意味する。マイクロデバイスは、生体材料を使用するか、もしくは、別の材料と組み合わせた生体材料を使用して製造することができ、あるいは、生体材料と接続させるか、もしくは、コーティングすることができる。生体材料は、天然由来の材料、合成材料または天然由来の材料（自家移植片、異系移植片または異種移植片を含む）と合成材料との複合材料を含むことができる。そのような材料の例は、シリコン、二酸化ケイ素、ポリシリコン、窒化シリコン、酸窒化ケイ素、酸化炭素及び窒化炭素、ＩＣデバイスパッケージ化に使用されるポリマー（不活性のため適合可能と予測される）、脂質、ペプチド、ヒドロキシアパタイト（ＨＡ）、リン酸カルシウム、炭酸カルシウム、リン酸マグネシウム、リン酸アンモニウム、ケイ酸塩及びオウムガイシェルを含むが、これに限定されない。
【００２２】
いくつかの実施形態では、マイクロデバイスは、約１オングストロームから約１００ミリメートル（たとえば、細胞構造、ＤＮＡまたは細菌関連用途のため、ヒト細胞の試験及び解析のため）、約１オングストロームから約１００ミクロン（たとえば、選択的付着用途のため）、約０．０１ミクロンから約５ミリメートル、約１０ミクロンから約２ミリメートルまたは約１００ミクロンから約１．５のミリメートルの大きさにすることができる。
【００２３】
いくつかの実施形態では、マイクロデバイスは、１または複数の機能性を備える１つのユニットに複数のサブデバイスが集積した１つの材料を含む。好適な材料の例は、有機ポリマー、有機物質、生体物質、生化学物質、無機導体、無機半導体、無機絶縁体及びセラミックを含むが、これに限定されない。好適な生体物質の例は、人工生体物質、自然生体物質、培養生体物質及び自然生体物質と人工生体物質との組み合わせを含むが、これに限定されない。
【００２４】
いくつかの実施形態では、マイクロデバイスは、検知機能、検出機能、測定機能、計算機能、解析機能、診断機能、論理処理（意思決定）機能、送信機能及び手術機能または外科的機能から成る群から選択される少なくとも１つの機能を含む集積化マイクロデバイスである。
【００２５】
他のいくつかの実施形態では、マイクロデバイスは、電圧比較器、４点プローブ、計算機、論理回路、メモリユニット、マイクロカッター、マイクロハンマー、マイクロシールド、マイクロダイ、マイクロピン、マイクロナイフ、マイクロニードル、マイクロスレッドホルダ、マイクロピンセット、マイクロ光吸収体、マイクロミラー、マイクロホイラー、マイクロフィルタ、マイクロチョッパ、マイクロシュレッダ、マイクロポンプ、マイクロ吸収体、マイクロ信号検出器、マイクロドリル、マイクロ吸盤、マイクロテスター、マイクロコンテナ、マイクロプーラー、信号送信器、信号発生器、摩擦力センサ、電荷センサ、温度センサ、硬度検出器、音波発生器、光波発生器、熱発生器、マイクロ冷蔵器及び電荷発生器から成る群から選択されるハードウエアをさらに含む。
これらの用語は当該技術分野で周知であり、一般定義を本発明に適用する。たとえば、フィルタは、大きさによってさまざまな構成要素を分離できるマイクロデバイス（またはサブマイクロデバイス）であってよく、クリーナは、意図する表面を洗浄し、研磨し、摩擦し、磨くことができるマイクロデバイスであってよく、ポンプは、ある位置から別の位置に意図する物体を輸送できるマイクロデバイスであってよく、シュレッダは、大きい物体をさらに小さい破片にすることができるブレードと鋭い刃とを備えるマイクロデバイスであってよい。さらにいくつかの実施形態では、マイクロデバイスは、クリーナ、フィルタ、シュレッダ、インジェクタ及びポンプを含み、クリーナ、フィルタ、シュレッダ及びインジェクタ、研磨パッドを備える研磨ユニットを含み、あるいは、センサ、試料採取のためのマイクロチップ、採取試料を試験するためのマイクロアレイ、データ解析ユニット及び信号送信器を含む。
【００２６】
いくつかの実施形態では、マイクロデバイスは、疾患の早期検出及び予防のために生命生体系を連続走査し、解析するためのマイクロテスターとして機能することができる。
【００２７】
あるいは、マイクロデバイスは、生物系外のｉｎ  ｖｉｔｒｏ用途のためであってよく、外膜と、マイクロ機械特性、マイクロ化学特性、マイクロ化学機械特性、マイクロ光学特性、マイクロ音響特性、マイクロ生物学特性、マイクロ電子機械特性、マイクロ電磁機械特性、マイクロ音響機械特性及びマイクロ超伝導機械特性から成る群から選択される１または複数の特性とを含み、大きさが約１オングストロームから約５ミリメートルである。
【００２８】
また、マイクロデバイスは、動脈洗浄ならびにｉｎ  ｖｉｖｏでの早期癌検出検査及び予防などの医学的用途に使用することができる。
【００２９】
従って、本発明は、生体物質を洗浄するために本発明のマイクロデバイスを使用する方法も提供する。各方法は、マイクロデバイスを生体物質と接触させるステップを使用することを含み、マイクロデバイスは、外膜と、マイクロ機械特性、マイクロ化学特性、マイクロ化学機械特性、マイクロ光学特性、マイクロ音響特性、マイクロ生物学特性、マイクロ生化学特性、マイクロ生化学機械特性、マイクロ電子生化学機械特性、マイクロ電子化学機械特性、マイクロ電子機械特性、マイクロ電磁機械特性、マイクロ音響機械特性及びマイクロ超伝導機械特性から成る群から選択される特性とを含み、マイクロデバイスは、大きさが約１オングストロームから約５ミリメートルである。洗浄される生体物質の例は、哺乳動物の静脈または動脈を含むが、これに限定されない。この洗浄は、たとえば、機械研磨、機械摩擦、化学機械研磨、化学溶解、化学的パッシベーション、化学的処理、生物学的処理、化学溶解による研磨、レーザー切断またはその組み合わせによって実施することができる。
【００３０】
いくつかの実施形態では、請求項３８の方法は、生体物質の一般領域にマイクロデバイスを送達するステップと、任意に、局部温度、局所圧力、局部摩擦力、局部表面電荷、局部静止電位、局部電位、局部表面特性、局所組成または局部液体流速を測定するステップと、任意に、洗浄機能を開始するステップと、洗浄を実施するステップと、任意に、マイクロコレクターによる洗浄から破片を収集し、破片を輸送して取り除くステップと、任意に、マイクロフィルタによって破片を収集し、破片を輸送して取り除くステップとを含む。
【００３１】
他のいくつかの実施形態では、その方法は、マイクロデバイスを静脈に送達するステップと、任意に、収集されるデータ、たとえば局部圧力を検出して解析するステップと、任意に、静脈の標的位置に到達した際に洗浄機能を開始するステップと、その標的位置で静脈壁からプラーク及び沈着物を洗浄するステップと、任意に、所望の化学物質を洗浄する閉塞箇所に注入して洗浄されるプラークを軟化させ、プラークの切断によって大きい破片が形成されるのを防ぎ、静脈に発生しうる損傷を最小限にするステップと、任意に、洗浄後または血液ろ過によるろ過後にマイクロデバイスを溶解するステップと、任意に、洗浄中及び洗浄後に血液ろ過によってマイクロデバイス及び破片をろ過するステップと、任意に、マイクロデバイスによって洗浄後処理を実施するステップとをさらに含む。
【００３２】
本発明のさらに他の側面は、ｉｎ  ｖｉｖｏで複数の用量の薬剤を標的位置に送達するための方法を提供し、各方法は、標的位置にマイクロデバイスを輸送するステップと、標的位置に第１の薬剤を送達するステップと、初回送達の送達時間から所望の時間間隔で薬剤の第２の用量を標的位置に送達するステップとを含み、マイクロデバイスは、外膜と、マイクロ機械特性、マイクロ化学特性、マイクロ化学機械特性、マイクロ光学特性、マイクロ音響特性、マイクロ生物学特性、マイクロ生化学特性、マイクロ生化学機械特性、マイクロ電子生化学機械特性、マイクロ電子化学機械特性、マイクロ電子機械特性、マイクロ電磁機械特性、マイクロ音響機械特性及びマイクロ超伝導機械特性から成る群から選択される特性とを含み、マイクロデバイスは、大きさが約１オングストロームから約５ミリメートルである。
【００３３】
いくつかの実施形態では、各用量によって別の用量で異なる薬剤を送達する。他のいくつかの実施形態では、薬剤はさまざまな化学物質であり、第１の薬剤の送達によって第２の薬剤との結合選択性が増大する。
【００３４】
あるいは、本発明は、医療目的のためにマイクロデバイスを使用する方法も提供し、マイクロデバイスは、外膜と、マイクロ機械特性、マイクロ化学特性、マイクロ化学機械特性、マイクロ光学特性、マイクロ音響特性、マイクロ生物学特性、マイクロ生化学特性、マイクロ生化学機械特性、マイクロ電子生化学機械特性、マイクロ電子化学機械特性、マイクロ電子機械特性、マイクロ電磁機械特性、マイクロ音響機械特性及びマイクロ超伝導機械特性から成る群から選択される特性とを含み、マイクロデバイスは、大きさが約１オングストロームから約５ミリメートルであり、医療目的は、標的領域の細胞構造またはマイクロ器官レベル（最大約５００ミクロン規模）での薬剤送達機能、切断機能、除去機能、研磨機能、輸送機能、接合機能、診断機能、検知機能、選択的保護機能、標的除去機能、測定機能、癌または血液関連疾患の治療機能、医療補助機能から成る群から選択される。
【００３５】
いくつかの実施形態では、その方法は、癌治療のためのものであり、薬剤送達機能を備えるマイクロデバイスを癌細胞に選択的に付着させるステップと、マイクロデバイスの注入機能を開始するステップと、癌細胞に薬剤を注入するステップとを含む。あるいは、その方法は、光反射率が高いマイクロデバイスを健康細胞に選択的に付着させるステップと、レーザー処理を実施して不健康細胞を破壊するステップと、レーザーへの曝露による処理で不健康細胞を除去するステップとを含む。
【００３６】
いくつかの実施形態では、これらの方法に使用されるマイクロデバイスは、信号検知ユニット、メモリユニット、論理処理ユニット、信号送信器及びマイクロ手術から成る群から選択される特性を含むことができ、マイクロデバイスは、診断、検知または測定の機能を実行し、その方法は、測定対象部位にマイクロデバイスを送達するステップと、その対象部位で測定を実行するステップと、データをメモリユニットに記録するステップと、任意に、論理処理機能を使用して操作を開始するステップと、任意に、マイクロデバイスを使用して手術を実施するステップと、マイクロデバイスを回収するステップと、記録データを解析するステップとを含む。
【００３７】
他のいくつかの実施形態では、マイクロデバイスは、標的部位を診断、感知または測定する機能を実行でき、マイクロデバイスは、信号検知ユニット、メモリユニット、信号送信器、現場意思決定及びマイクロ手術のための論理ユニットを含み、その方法は、マイクロデバイスを標的部位に送達し、標的部位で診断機能、検知機能または測定機能を実行するステップと、データをメモリユニットに記録するステップと、マイクロデバイスによって記録されたデータを解析するステップと、マイクロデバイスによるデータ解析及び予めプログラミングされた論理判定に基づいてマイクロ操作の過程及び種類を決定するステップと、標的部位でマイクロ操作を実行するステップとを含む。
【００３８】
さらに他のいくつかの実施形態では、マイクロデバイスは、電気特性測定ユニットを含み、標的部位の癌細胞を検出することが可能であり、その方法は、マイクロデバイスを標的部位に送達するステップと、標的部位で表面電荷、電荷密度、静止電位、電位、電子化学的電位、表層流、バルク電流及び電流密度から成る群から選択される１または複数の特性を測定するステップとを含む。マイクロデバイスは、たとえば、電圧測定感度が１ｍＶより高い電圧比較器をさらに含んでもよい。
【００３９】
他のいくつかの実施形態では、その方法は、標的部位の癌の細胞検出に使用でき、マイクロデバイスを標的部位に送達するステップと、表面電荷、静止電位、電子化学的電位、電位、表面電流、バルク電流、表面湿潤性、接触角、密着率、温度、密度、摩擦力、硬度、表面張力、微量化学物質濃度、ｐＨ、液体流量、圧力、光学特性、吸収、吸着及び組成から成る群から選択される１または複数のパラメータを標的部位上で測定するステップとを含む。
【００４０】
本発明のマイクロデバイスは、当該技術分野で知られている方法、たとえば、集積回路製造方法、半導体製造方法、機械的製造方法、化学的処理方法、合成方法、電子化学的処理方法、生物学的処理方法、生化学的処理方法及びレーザー処理方法から成る群から選択される１または複数の方法によって製造することができる。
【００４１】
したがって、本発明の別の態様は、非侵襲的な方法で細胞構造レベルのリアルタイムのデータ及び情報を得るためのマイクロデバイスの使用であり、たとえば、細胞表面電荷を測定するためにマイクロ電圧比較器、四点プローブ及び他の回路設計を使用する。細胞表面電荷を区別することは、細胞の健康または不健康な状態を判定し、必要であればその適切な治療を決定する重要な要素となりうる。その一例は、正常細胞と癌細胞とを鑑別するために、静止電位及び表面電荷を含む表面電気特性及び／またはバルク電気特性を測定するためのそのようなデバイスの使用である。
【００４２】
本発明のさらに別の態様は、人体内の標的位置に薬剤を送達するためのマイクロデバイスの使用であり、健康細胞と不健康細胞（たとえば癌）と鑑別する。これは、マイクロデバイスの選択吸収または選択吸着によって健康細胞または不健康細胞（癌細胞など）に達成することができる。たとえば、レーザー手術によって不健康な器官の一部を除去するために、光反射率が高いマイクロデバイスは、健康細胞に選択的に吸着するために使用でき、これにより、良好な細胞がレーザー処理によって除去及び／または剥離されるのを防ぐ。
【００４３】
本願明細書に使用するように、「または」という表現は、「及び」と「または」の両方を含むことを意図する。
【００４４】
本願明細書に使用するように、「１つ」という表現から成る用語及び単数の名詞は、複数の名詞の意味を含む。
【００４５】
本願明細書に使用するように、「マイクロデバイス」は必要に応じて、広範囲に及ぶ材料、特性、形状、複雑度及び集積度またはその組み合わせのいずれかでありうる。その用語には、単数の材料から、複数のサブユニット及び複数の機能を有する複数の材料を含むきわめて複雑なデバイスの用途にとって一般的な意味がある。本発明で想定する複雑性は、所望の特性一式を備えるきわめて小さい単一の粒子からさまざまな機能単位を含むきわめて複雑な集積ユニットに及ぶ。たとえば、単純なマイクロデバイスは、所望の硬度、所望の表面荷電または表面で吸収される所望の有機化学物質を有する粒径が１００オングストロームほどの単一の球形粒子でありうる。より複雑なマイクロデバイスは、センサ、単純な計算機、メモリユニット、論理ユニット及びカッタが全て集積した１ミリメートルのデバイスでありうる。前者の場合、粒子は、ヒューム処理またはコロイド沈殿処理によって粒子を形成できる一方、さまざまな構成要素が集積したデバイスは、さまざまな集積回路製造工程を使用して製造することができる。
【００４６】
本発明のマイクロデバイスまたは本発明に使用されるマイクロデバイスは、約１オングストローム単位から約５ミリメートル単位の大きさ（たとえば直径）にすることができる。たとえば、細胞構造、ＤＮＡ、細菌などの小さい標的生体分子、実体または組成物のために、約１０オングストローム単位から１００ミクロン単位の大きさのマイクロデバイスが本発明で使用することができる。あるいは、ヒト器官の一部などの比較的大きい生体物質を標的にするために、約１ミクロン単位から５ミリメートル単位の大きさのマイクロデバイスが本発明で使用することができる。例としては、本願で定義する単純なマイクロデバイスは、直径が１００オングストローム未満の単一の粒子であってよく、標的となる種類の細胞への優先吸収または優先吸着のために所望の表面特性（たとえば表面電荷または化学コーティング）を備えることができる。
【００４７】
「吸収」という用語は通常、表面と表面に付着した（この場合、吸収した）物質との間の物理結合を意味する。一方、「吸着」という単語は一般に、その２つの間にさらに強力な化学結合を意味する。これらの特性は、（ａ）微視的レベルでの測定、（ｂ）不健康細胞の標的除去及び（ｃ）レーザー手術などの治療時の健康細胞の保護のために、所望のマイクロデバイスによって標的となる付着に対して効果的に使用できるため、本発明にとってきわめて重要である。
【００４８】
本願明細書に使用するように、「化学物質」という用語は一般に、特定の活性の化学物質（たとえば、大きいまたは小さい化合物）または標的となる送達領域の物質と反応可能な化合物）に言及する。
【００４９】
新規のマイクロデバイス、その新規の組み合わせ、集積及び統合操作処理フローによって、今日の医療における多くの問題を解決することができる。特に本発明によって、マイクロデバイスは、静脈内のプラーク及び脂肪性沈着物による心臓発作、脳卒中及び血管閉塞を防ぐために、生体臓器、たとえば静脈を「洗浄する」際に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】マイクロインジェクタとして機能できるマイクロデバイスの斜視図であり、注入処理が終了する前後のマイクロデバイスを示す。
【図２】マイクロ研磨機として機能するマイクロデバイスの斜視図
【図３】マイクロ研磨機、マイクロフィルタ、マイクロインジェクタ、マイクロセンサ及びマイクロシュレッダとして機能するマイクロデバイスの斜視図
【図４】マイクロナイフとして機能するマイクロデバイスの斜視図
【図５】マイクロフィルタとして機能するマイクロデバイスの斜視図
【図６】マイクロシールドとして機能するマイクロデバイスの斜視図
【図７】血管壁内のプラーク近傍にある血管内のマイクロデバイスの斜視図
【図８】プラーク周囲の圧力の変化を検知し、マイクロデバイスの洗浄機能を開始する血管内のマイクロデバイスの斜視図
【図９】血管壁からプラークを洗浄した後の血管内のマイクロデバイスの斜視図
【図１０】健康細胞群及び不健康（癌）細胞群の斜視拡大図
【図１１】健康細胞群及び不健康（癌）細胞群の斜視拡大図であり、マイクロデバイスが電圧比較器として双方の細胞に作用することを示す。
【図１２】健康細胞群及び不健康（癌）細胞群の斜視拡大図
【図１３】健康細胞群及び不健康（癌）細胞群の斜視拡大図であり、マイクロデバイスを健康細胞のみに吸着または吸収することを示す。
【図１４】マイクロカッター、マイクロニードル、メモリユニット、解析及び論理処理のためのユニット、マイクロセンサ及び信号送信器であるさまざまなサブユニットを備える集積化マイクロデバイスの斜視拡大図
【図１５】検出ユニット、論理ユニット及びマイクロインジェクタを備えるマイクロデバイスの斜視図
【発明を実施するための形態】
【００５１】
本発明は、生物学的用途のための新規のマイクロデバイスを提供し、医療への現代の取り組みにおける多くの重大な問題を解決することが期待される。これらの問題には、たとえば、多くの命にかかわる疾患の病理学及び予防法と、さまざまな病状の非侵襲的かつ微視的で効果のある診断と、癌などの命にかかわる疾患のための効果的な標的薬物送達システム及び治療との理解の不足が含まれる。
【００５２】
本発明のマイクロデバイスは、約１オングストロームから約５ミリメートル（たとえば、約１オングストロームから約１００ミクロンまたは約１００ミクロンから５ミリメートル）の大きさにすることができる。小さいマイクロデバイス（たとえば、約１オングストロームから約１００ミクロン）は、検知目的、測定目的、診断目的のため、特に、細胞構造レベルまたは分子（たとえば、ＤＮＡ、ＲＮＡまたはタンパク質）レベルの情報及びデータを得るために使用できる一方、大きいマイクロデバイス（たとえば、約１００ミクロンから約５ミリメートル）は、細胞構造レベルでの操作を除き、ヒト器官またはヒト組織の機械的操作または外科的操作に使用することができる。
【００５３】
本願明細書に記載するように、「マイクロデバイス」という一般用語は、広範囲に及ぶ材料、特性、形状、複雑度及び集積度またはその組み合わせを意味する。本発明で想定する複雑性は、所望の特性一式を備えるきわめて小さい単一の粒子からさまざまな機能のサブユニットを含むきわめて複雑な集積ユニットに及ぶ。たとえば、単純なマイクロデバイスは、所望の硬度、所望の表面荷電または表面で吸収される所望の有機化学物質を有する粒径が１００オングストロームほどの単一の球形粒子でありうる。より複雑なマイクロデバイスは、センサ、単純な計算機、記憶ユニット、論理ユニット及びカッタが全て集積した１ミリメートルのデバイスでありうる。前者の場合、粒子はたとえば、ヒューム処理またはコロイド沈殿処理によって粒子を形成できる一方、さまざまな構成要素が集積されるデバイスは、さまざまな集積回路製造工程を使用して製造することができる。
【００５４】
本発明のマイクロデバイスは、さまざまな設計、構造及び機能性を備えることができる。マイクロデバイスは、たとえば、電圧比較器、４点プローブ、計算機、論理回路、記憶装置、マイクロカッター、マイクロハンマー、マイクロシールド、マイクロダイ、マイクロピン、マイクロナイフ、マイクロニードル、マイクロスレッドホルダ、マイクロピンセット、マイクロ光吸収体、マイクロミラー、マイクロホイラー、マイクロフィルタ、マイクロチョッパ、マイクロシュレッダ、マイクロポンプ、マイクロ吸収体、マイクロ信号検出器、マイクロドリル、マイクロ吸盤、マイクロテスター、マイクロコンテナ、信号送信器、信号発生器、摩擦力センサ、電荷センサ、温度センサ、硬度検出器、音波発生器、光波発生器、熱発生器、マイクロ冷蔵器及び電荷発生器を含む。
【００５５】
本願明細書に開示するように、マイクロデバイスを使用する機能性及び用途の範囲は、さまざまな特性、高度な柔軟性ならびに集積化能力及び小型化能力によってきわめて広くすることができる。
【００５６】
さらに、製造技術の進歩によって現在、さまざまなマイクロデバイスを製造し、さまざまな機能をマイクロデバイスに集積化することに対してきわめて実行可能で費用対効果が高くなっていることに留意する必要がある。典型的なヒト細胞の大きさは約１０ミクロンである。技術水準の集積回路製造技術を使用すると、マイクロデバイスで定義される最小機能の大きさは、０．１ミクロンほどにすることができる。したがって、本発明のマイクロデバイスは、生物学的用途に理想的である。
【００５７】
マイクロデバイスのための材料に関して、一般原理は、生体物質に適合可能な材料である。生体物質（たとえば、ＤＮＡ、ＲＮＡまたはタンパク質などの生体分子、細胞、細胞群、組織または器官）に接触する時間が用途によって異なる場合があるため、本発明のマイクロデバイスまたはそのあらゆるサブユニットを製造するためには、さまざまな材料を選択することが可能である。場合によっては、材料は、制御した状態で特定のｐＨに溶解してもよく、これによって、適切な材料として選択してもよい。他の考慮すべき事柄には、費用、単純性、易使用性及び実用性を含む。集積回路製造技術などの微細加工技術における著しい進歩によって、最小機能の大きさが０．１ミクロンほどの高集積化デバイスは現在、費用対効果が高く、市販することができる。その一例は、微小電気機械的装置（ＭＥＭＳ）の設計及び製造であり、現在、集積回路産業でさまざまな用途に使用されている。
【００５８】
以下の記載は、新規の生物学的用途に使用できる本発明のさまざまな種類のマイクロデバイスの使用のいくつかの例を含む。
【００５９】
検知、測定及び診断：
本発明以前には、生体臓器（ｉｎ  ｖｉｖｏ）の細胞レベルにおいて、リアルタイムで微視的特性を測定するプローブは存在しなかったと思われる。本発明が提供する新規のマイクロデバイスは、生体臓器の細胞特性を測定することができる。測定からの情報は、診断ツールとして使用するためにリアルタイムで検索することが求められる。
【００６０】
たとえば、本発明のマイクロデバイスは、非侵襲的な方法で生体臓器の癌細胞を検出するために利用することができる。図１０は、多くの健康（または正常）細胞「ａ」３９及び多くの不健康（または異常）細胞「ｂ」４０を有する人体の領域を示す。健康細胞「ａ」３９の電荷及び静止電位などの電気特性は、不健康細胞「ｂ」４０と異なる。最初に、電圧比較器を備えるマイクロデバイスは、既知の健康細胞での表面電荷（または電圧）を測定することによって較正される。次に、図１１に示すように、健康細胞３９及び不健康細胞４０を含む領域に関して、電圧比較器４２を備えるマイクロデバイス４１は、その領域を走査するために使用される。細胞表面の電圧（電荷または電位の差）を比較することによって、不健康細胞４０は、健康細胞３９と容易に鑑別することができる。そのようなマイクロデバイス４１は、電圧比較器と、論理回路ユニットと、たとえば抗癌剤を癌細胞に特異的に送達できるマイクロインジェクタ（ニードル）とを統合することによって、容易に拡張して癌細胞を鑑別、測定及び治療する機能を実行することができる。
【００６１】
薬剤送達：
これまで、マウスを使った実験室試験は成功したとも考えられるが、多くの癌治療薬は、ヒト臨床試験で期待する有望な結果を示していない。標的癌細胞への成功した効果的な薬剤送達に関して重大な問題が存在しうると考えられる。そのような薬剤は、錠剤または注射によって人体に投与されることが多いため、標的とする癌の部位に達する薬剤に重大な問題が存在すると考えられる。薬剤が標的部位に達することができるとしても、その力価（濃度）及び化学組成は変わってしまい、部分的または全体的に効果のない状態になると考えられる。このように送達された薬剤の量を増加すると、副作用が増大し、死亡率の上昇を引き起こす可能性がある。
【００６２】
本発明では、新規の効果的な標的薬物送達システムは、上記の問題の修正を考慮している。図１５に示すように、検出ユニット６２、論理ユニット６３及びマイクロインジェクタ６１を備えるマイクロデバイス６４が利用される。マイクロデバイス６４は、不健康細胞にのみ選択的に優先吸収（または優先吸着）するように設計される。あるいは、センサ６２は、走査される細胞の所望の物理特性、化学特性、電気特性、生物学特性の測定値によって不健康細胞を検出でき、検出された不健康細胞に付着される。マイクロデバイス６４は、不健康細胞に付着すると、マイクロインジェクタ６１から１または複数の抗癌剤を癌細胞に注入する。健康細胞が付着の誤りにより注入されないことを確実にするために、論理ユニット６３は、検出ユニット６２によって付着した細胞から受信したデータに基づいて正しい判断をするために使用ことができる。この方法は、不健康細胞に直接送達される抗癌剤を用いる標的方法であるため、その有効性によって、現在の癌治療のために従来使用される標準的治療を大幅に改善できることが期待される。
【００６３】
洗浄：
本発明の焦点の別の主な領域は、生物学的に「洗浄」するため、特にヒトの動脈及び静脈の「洗浄」のための新規の種類のマイクロデバイスである。図７は、血管壁３０、方向３３に移動するマイクロデバイス３２、血栓３６、拡張期血圧Ｐ１  ３４及び拡張期血圧Ｐ２  ３５を示す。この種類の用途では、本発明は、付着させる少なくとも１つのクリーナを有するマイクロデバイス３２である。さらに完備したマイクロデバイスは、少なくとも１つのセンサ、１つのクリーナ、１つのマイクロフィルタ、１つのインジェクタ、１つのシュレッダ及び１つのポンプから成る。
【００６４】
図８に示すように、検知（局所圧力の測定のため）及び洗浄３７の統合機能を備えるマイクロデバイス３２は、動脈及び静脈の洗浄用途のために使用することができる。この場合、局部圧力はさらに高く、プラーク３６は血管壁３０内でＰ２  ３５に位置している。デバイスは血管壁３０内のプラーク３６への方向３３に移動している。デバイス３２は、プラークに接近すると局所圧力のこの増大を感知し、洗浄機能３７の展開を開始する。
【００６５】
図９は、洗浄機能３７を備えるマイクロデバイス３２が血管壁３０内の領域３８からプラークを洗浄した後の血管壁３０を示す。これは、多くの例のまさにその１つであり、本出願に開示するマイクロデバイスは、非侵襲的かつリアルタイムの生物学的用途のための「高性能な」デバイスとして使用することができる。
【００６６】
図３では、さらに精密なマイクロデバイス１７を開示し、クリーナアーム８、クリーナ９、センサ１５、マイクロフィルタ１３及び１４、マイクロシュレッダ１１及びマイクロインジェクタ１６から成る。
この設計は、洗浄処理を容易にし、破片の洗浄によってさらに小さい破片にして完全に除去し、人体の他の領域で血栓を引き起こさないようにすることを確実にすることを目的としている。クリーナは通常、研磨能力または摩擦能力があり、フィルタは、洗浄した破片をろ過し、人体の他の部分に移動して血栓の問題を引き起こさないために使用される。インジェクタは、マイクロデバイスのクリーナ部分からの破片を溶解する溶解剤を分注するために使用され、「洗浄」（研磨）処理を容易にするために薬剤を送達することもできる。マイクロシュレッダ１１は、洗浄（がある場合）作業からの比較的大きい破片を粉砕するために使用することができる。さらに具体的には、洗浄ユニットは、研磨または摩擦のために所望の粗度のポリマー材料から作製された研摩パッド９であってよい。機械力を減少させてプラークが大きい破片に切断されるのを防ぐためには、研磨溶液は、インジェクタ１６を使用してマイクロ研磨の場所に添加することができる。好適な方法では、プラークは、除去率を制御しながら、層ごと（厚さが約１０オングストロームのいくつかの単層）の処理で研磨される。バランスのとれた化学機械研磨処理が好ましく、表面化学反応及び表面機械摩耗が存在する場合、プラークの切断を引き起こさないように機械摩耗が十分低いレベルに制御される。その一方では、マイクロフィルタ１３及び１４は、大きい破片が洗浄領域及び人体の他の部分の損傷を引き起こす領域に残らないことを確実にするために使用される。沈着物が静脈で増大する傾向の患者に関しては、心臓発作及び脳卒中のリスクを減少させ、次の洗浄処理の難度を下げるために、定期的に開示する方法を使用して洗浄する必要がある。
【００６７】
主幹動脈の直径は通常、数ミリメートル（直径約２ｍｍから４ｍｍ）であるため、この種類の洗浄用途（主幹動脈の洗浄）のためのマイクロデバイスの大きさは、約１０ミクロンから２ミリメートル未満であり、たとえば、約１００ミクロンから約１．５ミリメートルにすることができる。
【００６８】
標的治療：
本発明で開示するマイクロデバイスは理想的に、健康な細胞または器官部分への損傷を最小限にしながら、不健康な細胞または器官部分を除去または破壊する標的治療に適している。これは、きわめて選択的に実施でき、非侵襲的であり、微視的な方法で行うことができる。
【００６９】
図１２は、多くの健康細胞３９及び多くの不健康細胞４０を有する人体の領域を示す。図１３では、光学的切断処理を使用するレーザー手術で使用するために、健康細胞３９は最初に、光反射率が高いマイクロデバイス４３（マイクロシールドと呼ばれる）で覆われる。次に、癌細胞などの不健康細胞４０は、光学的切断によって除去される一方、健康細胞３９はマイクロシールド４３によって保護される。このように健康細胞にマイクロシールド４３が選択的に付着することは、処理及び／またはマイクロデバイスの荷電引力などの所望の特性を感知するマイクロデバイスによるマイクロデバイスと健康細胞の間の表面吸着（または表面吸収）によって可能となる。たとえば、マイクロデバイスは、上に示して図１１に詳しく説明するように、表面電荷測定、次の論理判定及び動作によって健康細胞にのみ付着するように設計またはプログラミングすることができる。
【００７０】
標的治療のための本発明の別の実施形態は、検知機能、論理処理機能及び注入機能を備える集積化マイクロデバイスの使用である。マイクロデバイスは最初に、標的を示す検知機能を使用する。次に、マイクロデバイスは標的に付着する。最終的には、マイクロデバイスは、癌細胞に抗癌剤を注入する。
【００７１】
マイクロ手術：
本願明細書に記載するように、幅広い外科的機能を実行できるさまざまなマイクロデバイスは、明確な目標を達成するために使用することができる。マイクロ手術を実施できるマイクロデバイスのいくつかの例を図１〜６に示す。
【００７２】
図１は、マイクロ手術が開始される前のマイクロデバイス６と、マイクロ手術が開始された後のマイクロデバイス７とを示す。デバイス６は、外膜１、検出ユニット２、下盤３及び領域４から成り、マイクロ手術開始前にさまざまな薬剤を格納することができる。マイクロ手術が開始したデバイス７は領域５を有し、この領域は、下盤３が垂直に押されて領域４の内容物を放出すると空になる。図２は、外膜１の外側の拡張アーム８に取り付けられる研磨／スクラバ機能９を備えるマイクロデバイス１０を示す。図４は、外膜１と、刃物先端１８を有する垂直留め具１９を備えるマイクロデバイス２０を示す。図５は、上面２４、外膜２１、上面２４に一連の開口部２２を備えるマイクロデバイス２５を示し、開口部２２は、マイクロデバイス２５全体にわたって底面２６に延びる管路２３に延伸する。図６は本体２７を備えるマイクロデバイス２９を示し、本体２７の上部には反射部２８が取り付けられる。
【００７３】
実際の手術用途には、複数の機能要素及び機能性を備える集積化マイクロデバイスが好ましい選択であり、手術に対して最も効果的な万能器具となることを強調する必要がある。本発明に開示するこれらの「高性能な」デバイスの明らかな利点は、最小侵襲的に微視的レベルで手術を実施し、精度が高く、きわめて選択的であり、健康な細胞及び器官への損傷を最小限に抑えることである。
【００７４】
集積化マイクロデバイスの一例は、少なくとも１つのセンサ、１つのメモリユニット、１つの論理処理ユニット、１つの信号送信器、１つの信号受信器、少なくとも１つのマイクロインジェクタ、複数のマイクロナイフ、複数のマイクロニードル、少なくとも１つのマイクロピンセット及び少なくとも１つのマイクロスレッドホルダを含む。このような集積化マイクロデバイスは、いくつかの基本外科手術を実施することができる。集積化マイクロデバイスの一例を図１４に示す。
図１４は、外膜４４と、経路４９を介してメモリユニット５０に接続される検出アーム４８に取り付けられる検出ユニット４７とを備える集積化マイクロデバイス４３を示し、メモリユニット５０は、信号送信器４５への経路４６を介して取り付けられる解析／論理ユニット５２に経路５１を介して接続され、ユニット５２は、外膜４４を通って延伸するニードル５４を介して外部に達するマイクロニードルユニット５５に経路５３を介して取り付けられ、切端５９を有する伸張アーム５８を備えるマイクロカッターユニット５７に経路５６を介して取り付けられる。
【００７５】
本願明細書に開示する発明に従って、生物学的用途のため、特に、微視的レベルでの生命生体系の疾患の検出、治療、予防のためのマイクロデバイスを提供し、本願明細書に詳しく記載する必要性及び利点を完全に満たすことは明らかである。特定の実施形態を本願明細書に示してきたが、発明の趣旨から逸脱することなくあらゆる改変及び変形ができることが当業者によって認識される。したがって、本発明は、本願明細書の記載によって限定されることを意図しない。本発明で開示するマイクロデバイスのあらゆる組み合わせと、生物学的用途のためのマイクロデバイスのあらゆる明らかな拡張は、本発明の範囲内である。さらに、疾患の検出、予防及び人体の手術を含む治療のための開示したマイクロデバイスのあらゆる統合も本願明細書に開示している。したがって、本発明は、その同じ目的に到達するのに適したあらゆる構成と、本願の特許請求の範囲内のそのようなすべての変形例及び改変例とを包含することを意図する。
【００７６】
本願明細書と同時に出願され、本願明細書とともに公開したすべての文書の内容は、参照することにより本願明細書の一部をなす。本願明細書（本願の特許請求の範囲、要約書及び図面を含む）に開示するすべての特徴は、明記されない限り、同一、均等または類似の目的にかなう別の特徴によって置き換えてもよい。したがって、明記されない限り、開示した各特徴は、一連の一般的な均等または類似の特徴の一例である。
【００７７】
特定の機能を実行する「ための手段」または特定の機能を実行する「ための工程」もしくは特定の機能を実行する「工程」を明記しない本願特許請求の範囲のあらゆる要素は、米国特許法第１１２状の第６段落で規定される「手段」または「工程」の形式として解釈されない。
【００７８】
上で参照したすべての刊行物は、その全体を参照することによって本願明細書の一部をなす。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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