(57)【要約】  埋め込み可能な医療装置であって、その装置の区域を有するステント、グラフト（graft）、カバーされたステント（covered stent）、カテーテル、パッチ（patch）などを含み、機能化されてマイクロ電気機械システムを用い、それは電気機械センサまたはバイオセンサとして作動可能である。そのセンサは、組織増殖、生化学的エベント、圧力変化のような内因性エベントに応じ、あるいは、ＲＦエネルギーなどの外部から与えられる刺激に応じて、発振信号の誘発等、装置の状態の変化を生じさせる。その信号は、本体の外部から呼びかけられかつ読み取ることができ、あるいは、装置内に誘電または電磁ポテンシャルを発生させることができ、マイクロモータを作動させて装置内の幾何学的変化をもたらす。
2007515195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管腔側および反管腔側の壁面を形成する複数の構成要素と、中心ルーメンと、前記管腔側と反管腔側の壁面を通る複数の開口と、を有する腔内ステントにおいて、
前記複数の構成要素の少なくとも１つと操作可能に関連する少なくとも１つのマイクロ電気機械システムを含むことを特徴とする腔内ステント。
【請求項２】
前記少なくとも１つのマイクロ電気機械システムは、
カンチレバー、加速度計、ガルバノ配列アッセンブリ、インピーダンス分光計、電流測定法、抗体／イオンチャンネル・センサ、電食センサ、マイクロポンプ、およびマイクロアクチュエータと、
駆動アセンブリと、
の群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の腔内ステント。
【請求項３】
前記複数の構成要素は、さらに、複数の第１の突起を有する複数の作動要素を含み、
前記ステントは、さらに、前記複数の作動要素と操作可能に関連する複数のマイクロモータを含み、
前記複数のマイクロモータは、複数の第２の突起を有する少なくとも１つの駆動要素を有し、
前記複数の第２の突起は、前記複数の第１の突起の少なくともいくつかとかみ合い、
前記複数のマイクロモータの作動は、前記駆動要素の少なくとも１つに、前記複数の第２の突起の少なくともいくつかと、前記複数の作動要素の少なくとも１つにおける前記複数の第１の突起の少なくともいくつかと、のかみ合わせを引き起こさせ、かつ前記複数の作動要素の少なくとも１つを軸方向にずらす
ことを特徴とする請求項１に記載の腔内ステント。
【請求項４】
前記複数のマイクロモータのそれぞれは、さらに、少なくとも２つのインターレース櫛部材を含むことを特徴とする請求項３に記載の腔内ステント。
【請求項５】
前記少なくとも２つのインターレース櫛部材は、少なくとも１つの誘導部材と電気的に関連することを特徴とする請求項４に記載の腔内ステント。
【請求項６】
前記ステントは、さらに、前記複数の構成要素の少なくとも１つに複数の凹所を含み、
前記複数の凹所のそれぞれは、少なくとも１つのカンチレバー部材を有し、
そのカンチレバー部材は、関連する凹所を超えて突き出るものであり、
前記少なくとも１つのカンチレバー部材は、それに外部エネルギーを加えることによって振動が可能である
ことを特徴とする請求項１に記載の腔内ステント。
【請求項７】
前記少なくとも１つのカンチレバー部材のそれぞれは、さらに圧電素子を含むことを特徴とする請求項６に記載の腔内ステント。
【請求項８】
前記少なくとも１つのカンチレバー部材に、少なくとも１つの細胞とサブ細胞との構成要素を充分に弱く結合させることは、それに外部エネルギーを加えることによって振動を可能とすることであり、これにより振動の呼びかけは減衰振動を表現する信号を戻すことを特徴とする請求項６に記載の腔内ステント。
【請求項９】
振動の呼びかけは超広帯域周波数において生じることを特徴とする請求項８に記載の腔内ステント。
【請求項１０】
前記複数の構成要素のいくつかに貫通する複数の開口と、
交互に電気的に結合し、かつ前記複数の開口に隣接して位置し、前記複数の電極に電圧が印加されたときに、前記複数の開口を越える電界勾配を伝える複数の電極と、
をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の腔内ステント。
【請求項１１】
エンドルミナルステントに操作可能に関連する少なくとも１つのアクチュエータ部材と、
前記少なくとも１つのアクチュエータ部材と操作可能に通信する少なくとも１つの通信回路と、
前記通信回路と電気的に結合する少なくとも１つのロジック回路と、
少なくとも１つの電源と、
を含むことを特徴とする腔内ステント作動用システム。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのアクチュエータ部材は、さらに、少なくとも２つのインターレース櫛部材を含み。
前記少なくとも２つの櫛部材は、コンタクトと操作可能に結合し、前記エンドルミナルステントの構成要素と通信するための複数の駆動突起を有する
ことを特徴とする請求項１１に記載の腔内ステント作動用システム。
【請求項１３】
前記コンタクトは、前記通信回路と操作可能に通信する状況にあることを特徴とする請求項１２に記載の腔内ステント作動用システム。
【請求項１４】
少なくとも１つの電源は、前記少なくとも１つのアクチュエータ部材に誘導結合される外部電源源を含むことを特徴とする請求項１１に記載の腔内ステント作動用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移植可能な装置、留置装置、カテーテル、および配送システムのような生体内の使用に好適な医療装置の分野に広く関する。より詳しくは、本発明は、エンドルミナルステント（endoluminal stents）のような移植可能な医療装置に関し、それは、生体内のセンサおよび／またはアクチュエータとして動作可能である。
【背景技術】
【０００２】
微小電気機械システム（ＭＥＭｓ）技術の出現により、極めて小型の装置の製造が可能となった。ＭＥＭｓ技術の主要の用途は、これまでは、電気機械技術、特定の流体工学、および流体センサであった。しかし本発明は、ＭＥＭｓ技術を医療装置の分野、特に、移植可能な医療装置の分野に適合させ、その医療装置は、生体内の状態を検出するように設計され、装置の形状、および／または生体内の生物活性物質の定量配送を変更する。
【０００３】
医療装置に基づく移植可能なＭＥＭｓの分野は、小型の質量分析計、分子認識バイオセンサ、およびマイクロ流体プロセッサを含む診断マイクロシステム、マイクロセンサやマイクロモータのような外科マイクロシステム、および移植可能な経皮薬配送マイクロシステムのような治療マイクロシステムに及んでいる。このようなタイプのマイクロデバイスは、PollaらによるAnn. Rev. Biomed. Eng. 2000, 02:551-575の”医学におけるマイクロデバイス（Microdevices in Medicine）”に説明されており、それは、参照することによりここに含まれる。移植可能な医療センサの更なる説明は、米国特許６，２０１，９８０号にあり、それは、参照することによりここに含まれる。コントロールされた医薬移送用のマイクロアクチュエータの更なる説明は、L.Mらによるセンサおよびアクチュエータ（Sensors and Actuators）のB 678 (2000) 149-160の”コントロールされた医薬移送に応答するためのマイクロバルブに関するマイクロアクチュエータ（Microactuators toward microvalves for responsive controlled drug delivery）”に見つけることができ、それも参照することによりここに含まれる。
【０００４】
マイクロポンプ、高分解能マイクロ加速度計、および静電リニアモータは、低電圧および低電力消費の要求に頼る微小電気機械設備の例である。例えば、Yun,K.SらによるJ. Microelectromechanical Sys,11:5,Oct.2002,454-461の”低電圧および低電力運転用の表面張力駆動マイクロポンプ（A Surface-Tension Driven Micropump for Low-voltage and Low-Power Operations）”、Yeh,R.らによるJ. Microelectromechanical Sys,11:4,Aug.2002,330-336の”シングルマスク、強力、および大変位の静電リニアインチオームモータ（Single Mask, Large force, and large Displacement Electrostatic Linear Inchworm Motors）”、およびLof,N.C.らによるJ. Microelectromechanical Sys,11:3,june.2002,182-187の”ナノグラム分解能の１０ｃｍ３未満干渉加速度計（Sub-10cm3 Interferometric Accelerometer with Nano-g Resolution）”が参照され、それらは、参照することによりここに含まれる。
【０００５】
誘導性高分子は、個人のセンシングユニット用としてナノ構造フィルムを加工することによって、電子舌開発用のセンサとして用いられている。そのフィルムは、１−１ＭＨｚの周波数範囲内の信号伝達用のインピーダンス分光法により作用して、液体システムにおける味物質や無機汚染物質の微小量を検出し、Riul,Jr.,A.らによるBiosensors and Bioelectronics,00(2003)1-5の”誘導性高分子に基づく人工的な味覚センサ（An Artificial Taste Sensor Based On Conducting Polymers）”は、参照することによりここに含まれる。血管に関連して、ヒドルグルおよび誘導性高分子は、電気活性ヒドルグル複合材料として結合され、それは、バイオセンサ構造用、および化学的な刺激制御放出（chemically stimulated controlled release）用の複合マトリクス内に酵素を捕捉する。ブドウ糖、コレステロール、およびガラクトース電流測定バイオセンサ（glactose amperometric biosensors）は、この複合材料を用いて作られ、それは、６０秒未満の応答時間をもって、１０−５から１０−２Ｍの間の延長された直線応答範囲を表す。ｐＨセンサは、メタクリル酸ジメチルアミノエチルモノマーによるヒドルグル構造の架橋結合によって作られる。Brahim,S.らによるBiosensors and Bioelectronics,17(2003)973-981の”バイオスマートヒドルグル：バイオセンサ構造および薬物配送における相互結合分子識別および信号伝達（Bio-joined Molecular Recognition and Signal Transduction in Biosensor Fabrication and Drug Delivery）”が参照でき、それは、参照することによりここに含まれる。
【０００６】
ガリウムとしての単結晶ＭｇＯナノチューブは、広い温度範囲のナノサーモメーターとして用いられる。例えば、Li,Y.B.らによるApp.Phys.Let.,83:5,Aug.2003,999-1001の”ＧＡ充填単結晶ＭｇＯなのチューブ：広い温度範囲のナノサーモメーター（Ga-filled Single-Crystalline MgO Nanotube: Wide-temperature Range Nanothermometer）”が参照でき、それは、参照することによりここに含まれる。
【０００７】
イオンチャンネルスイッチはバイオセンサに使用可能であること、および、そのイオンチャンネルを通るイオン通過によって生じる電流は、与えられた状況を検出するためのバイアスとして供給可能であること、認識される。例えば、イオンチャンネルスイッチは、抗体にリンクされ、かつ金電極に繋がれたグラミシジンイオンチャンネルを含む脂質膜によって、作られる。この繋がれる膜は、金電極と、その金電極との接続部を通して電気的にアクセスされる部材と、の間のイオン貯留層を作成する。加電圧（applied potential）の存在において、チャンネルが導電性であるときに、イオンは、貯留層と外液（external solution）との間を流れる。イオン電流がスイッチオフされたときに、その膜の外側半分に拡散する移動チャンネルは、抗体と架橋結合し、かつ固定される。Cornell,B.A.らによるLetters to Nature,1997の”イオンチャンネルスイッチを用いるバイオセンサ（A Biosensor that uses Ion-channel Switches）”を参照。
【０００８】
最後に、今日では電界効果内皮細胞移動（electrical fields effect endothelial cell migration）が知られている。Li,X.らによるJ.Vasc.Res.,2002;39:391-404の”細胞移動における直流電界の効果、およびウシ血管内皮細胞内のアクチンフィラメント配送（Effects of Direct Current Electric Fields on Cell Migration and Actin Filament Distribution in Bovine Vascular Endothelial Cells）”を参照することができ、それは、参照することによりここに含まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
内皮細胞移動の制御は、大きな治癒反応を示す移植可能な装置を設計する上において、重要な行程である。したがって、制御された電界を用いる移植可能な装置を設計することにより、内皮細胞は、その装置に対してより結合しやすくなり、その装置の表面に沿って増殖して、完全な治癒を早めて、平滑筋細胞増殖または血栓形成作用を最小限にする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
制御された電界を有する移植可能な装置を設計するために、互いにかみ合う電極（interdigitated electrodes）によって有利な利用法がもたらされて、ガルバノタクチック医学装置（galvanotactic medical device）を作成することができる。互いにかみ合う電極は、誘電誘導（dielectrophoresis）において用いられ、生細胞と死細胞との間の誘電特性の差を利用することにより、互いにかみ合う電極に用いられる微細加工装置上において、生細胞と、熱処理されたリステリア菌細胞（heated-treated Listeria innocua cells）と、を分け、Li,H.らによるhttp://www.nnf.cornell.edu/2002cnfra/2002/cnfra54.pdf、およびLi,H.によるJ.Sensors and Actuators, Apr.2002の”互いにかみ合う電極をもつ微細加工装置上における生細胞と、熱処理されたリステリア菌の細胞と、の誘電浮動分離および操作（Dielectrophoretic Separation and Manipulation of Life and Heat-Treated Cells of Listeria on Microfabricated Devices with Interdigitated Electrodes）”は、参照されることによりここに含まれる。互いにかみ合うマイクロセンサ電極もまた、互いにかみ合うアレイと称されて、絶縁基板チップ上に堆積された貴金属のパターンから微細加工される。これらの装置は、マイクロ電気化学、および電気／電気化学インピーダンス分光において、重合体フィルムやコーティングの電気、電気化学、または光学特性の同時測定（simultaneous interrogation）用に設計される。例えば、Guiseppi-Elie,A.によるAn ABTECH Application Note,http://www.abtechsci.com/pdfs/resist0501.pdf,May,2001の”微細加工されて互いにかみ合うマイクロセンサの電極（ＩＭＥｓ）を用いた電気材料特性の測定（Measuring Electrical Material Properties Using Microfabricated Interdigitated microsensor Electrodes (IMEs)）”を参照することができ、それは、参照することによりここに含まれる。
【００１１】
本発明は、ステントベースやグラフトベース（stent-based or graft-based）のセンサやアクチュエータの種々の実施形態をもたらす。本発明の第１の実施形態おいてはガルバステントを提供し、そのステント素材は、少なくとも一部が多層物理的気相成長法によって作られる。第１の基板層は積層され、そして導電膜が積層されて、それは導電層の中に形成された電極と互いに入り込み、隣接する電極は誘電体によって離される。最終表面の絶縁層が積層され、そして複数の開口は、中間導電層内において互いに入り込む電極の位置に適合するように、形成されてパターン化される。この装置に電流が与えられたときに、互いに入り込む電極は変化した状態となり、集中電流は、表面の絶縁層内の開口から放射されて、表面層内の開口のパターンに対応するようにパターン化される。
【００１２】
好適な電源は外部に適用されるＲＦ源を含んでもよく、それは、ステント内の共振器回路を誘発して、ステント内に形成されるソリッドステイトキャパシタを変化させ、そして、ステント内に総合電源装置を備えて、互いに入り込む電極用の充電源を維持する。電源は限定されず、他のものとしては、外部から付与される電磁場、超音波、紫外線（ＵＶ）、または光電子放出エネルギー（photoemissive energy）、あるいは熱エネルギーを含む。
与えられる場の影響下における内皮細胞は既知であるため、ステントを伴う電界移動の存在は、ステント表面の適用された場の影響下において、内皮細胞の移動が知られているため、ステントを伴う電界全体（electrical field integral）の存在は、ステント表面の内皮化（endothelialization）の向上、および健康な新生内膜組織の形成の促進が見込まれ、その上、ステントの移植と関連する再狭窄の発生を低下させる。
【００１３】
また、本発明によれば、エンドルミナルステント（endoluminal stent）が生物元素をもつ導電性ポリマーを含むことが意図され、それはステント内の埋め込み回路を形成し、それは、体の生理学的状態の変化に反応して、その生理学的状態の変化と既知の関係の導電率の変化を引き起こす。このタイプの動作のメカニズムの例は、食品産業において人工の舌として用いられるポリピロール（polypyroles）およびポリピロリドン（polypyrolidone）のような導電性ポリマーである。
【００１４】
本発明の他の形態として、ステント上の導電性ポリマーは、酸化酵素結合および過酸化物の発生に用いて、自由電子を引き起こし、ステントのセンサ装置用の電流源を提供することができる。あるいは、イオンチャンネル活動によって、仲介イベント（mediated events）に結合する受容体から生じる電圧を用いて、ステンドベースセンサ（stent-based sensor）用の電圧を生じさせてもよい。
【００１５】
本発明によって意図される独創的なマイクロセンサ装置の各タイプについては、そのマイクロセンサ装置を応答させて、その状態を決定させるための外部の手段をもつ必要がある。経皮的に付与されるＲＦエネルギー（transcutaneously applied RF nergy）は、好ましくは、独創的なマイクロセンサ装置を応答させるため、つまり薬剤配送あるいはマイクロマシンのいずれかの作動を独創的なマイクロセンサ装置にもたらすために用いられる。周波数と、与えられた周波数を伝わるデータ密度と、の間には指数関数的な関係があり、それはこの分野においては知られている。同様に、周波数とレンジとの間には、反比例の関係がある。例えば、２００２年５月のＬｅｅｐｅｒ，Ｄ．Ｇ．サイエンティックアメリカンを参照し、それは参照することによりここに含まれる。超広帯域周波数において、多くのギガバイトレベルのデータ密度は、数メートルの比較的短い距離を介してであるが得られる。本発明においては、テラヘルツ周波数にて、より高いデータ密度が犠牲的レンジの間でさえも得られることが期待されることを意図する。数センチメートルだけのレンジは、埋め込み医療装置を経皮的に応答させるために要求されるため、テラヘルツレンジ内の非常に高い周波数は、イールディングテラバイトデータ密度（yielding terabyte data densities）の付随的な作用をもって用いられ、それらは、充分なデータストリーム（data streams）を生じさせて、埋め込みマイクロセンサ医療装置の状態を代表するリアルタイム３次元画像（real-time 3D images）を構成することが期待される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
添付の図１−１８は本発明の異なる形態を示し、
マイクロセンサあるいは薬剤配送流体ポンプとして用いられる物理的気相成長法およびマイクロカンチレバーの構成と、
体外の呼び掛け回路と、体内に移植される受動的な共振器センサ回路と、の通信の典型的な可変共振回路と、
ＲＦ周波数の相関関係を示すグラフと、
特別なキャパシティおよびレンジと、
ナノサーモメーターと、
双方向性の移植可能ステントの基本要素と、
ＭＥＭｓ技術を用いて製造された横加速度計と、
内皮細胞移動を与えるための場の勾配を生じさせるダイアグラムガルバノ配列装置（diagrammatic galvanotactic device）と、
血栓の形成と組織の厚みを検出するセンサをベースにしたマイクロカンチレバーと、
結合事象に基づいて分子種を検出するセンサをベースにしたマイクロカンチレバーと、
電子バイオセンサのための異なる意図されたアプローチのテーブルと、
導電性重合体とインピーダンス分光法用脂質との複合によって成るダイアグラム装置と、
過酸化物による電流測定用のシステムと、
バイオセンサとしての抗体／イオンチャンネルスイッチと、
電食によって作動される薬剤解放バルブと、
人工筋肉による薬剤解放バルブと、
マイクロポンプと、
互いにかみ合う各素子と、トラックに沿って相互に入り込む各素子の相対移動用の対応するトラックと、を用いるリニアマイクロモータの動きを示す連続的な図（図１７Ａ−１７Ｄ）と、
各リニアマイクロモータと、リニアモータに与えられる電流に応じて作動ステントを放射状に広げることを目的とする作動リングユニットを形成する各トラックと、を有する作動ステントと、
を含む。
【００１７】
本発明の好適な実施形態において、ステント、ステントグラフト（stent-graft）、カバーされたステント（covered stent）、グラフト（graft）、または他の同様の装置のような移植可能な医療装置は、ＭＥＭｓ装置に適応させるような方法によって、それに、医療装置に結合される個別部品として製造されることが意図され、しかし好ましくは、その医療装置は、２００２年８月２日提出の同時継続出願番号第１０／２１１，４８９号であって、２００３年３月２７日に米国にて公開されたＵＳ２００３／００５９６４０に記載さているような物理的気相技術を用いて製造され、それは、その全体について参照することによりここに含まれる。
【００１８】
また、独創的な医療装置の製造中に、本発明のＭＥＭｓセンサおよび／またはアクチュエータは、その装置の製造中に形成されて、その装置の不可欠な要素となることが意図される。説明図だけのために、複数の構成要素を有する腔内ステント（endoluminal stent）が言及され、それは、複数の構成要素の少なくとも１つと関連するように説明されるＭＥＭｓセンサおよび／またはアクチュエータをもつ。この分野における通常の技術では、医療装置の幅広い種類が本発明によって意図されて、パッチ（patches）、グラフト、カーテル、バルーン、フィルター、コイル、カバーされたステントなどを制限なく含む本発明のＭＥＭｓセンサおよび／またはアクチュエータ用のキャリア基板として役立つことが理解されるであろう。
【００１９】
本発明の第１の実施形態１０は、図１に示される。ステント１２の構成部材には、少なくとも１つの凹所１３が形成される。その少なくとも１つの凹所には、犠牲材料（sacrificial material）１４が充填され、マイクロカンチレバー層１６が構成部材１２上に形成されて、犠牲材料を覆う。随意的に、圧電材料１８を備えて、マイクロカンチレバー層１６を覆ってもよい。圧電材料１８とマイクロカンチレバー層１６は、部分的に除去されて、マイクロカンチレバー層１６の範囲と、要求されるマイクロカンチレバー１６の範囲に対応する圧電材料１８と、を形成し、犠牲材料１４の一部が露出される。コンタクト２０と、隣接するカンチレバー２２の間の空間と、が与えられる。カンチレバー１６の下からの犠牲材料１４の除去は、凹所１３を再び開き、カンチレバーの末端と、そのカンチレバーが自由に振動する凹所の末端と、の間の空間２４を残す。
【００２０】
図８および図９に示すように、マイクロカンチレバーのコンセプトの他の実施形態９０および１００は、それぞれの医療装置９２，１０２に結合する血栓９８や血管組織、すなわち実施形態９０においては、カンチレバー部材９４，１０４に対する抗体１０５、ＤＮＡ、アンチセンスＤＮＡなどの細胞成分の生理化学結合の探知に用いることができ、それは、関連するマイクロカンチレバー９４，１０４の能力を弱め、外部信号の付与により振動を起こして、装置の状態を示す変化した信号を戻す。同様に、マイクロカンチレバーは、薬剤配送のための開口を開閉するためのゲートとして用いることができ、また付与される外部ＲＦ信号、または内因性や外因性物質の結合イベントのいずれかに応じて、開閉が刺激されてもよい。
【００２１】
生体外の呼び掛け回路３０と、生体内の受動的な共振回路３２と、を有する共振回路の一例は、図２Ａおよび２Ｂに示される。呼び掛け回路３０は、主に、発信器３４、抵抗３６、および電源３８を有する閉ループ回路から成り、一方、共振回路３２は、主に、電源４０と可変コンデンサ４２を有するループ回路から成る。
【００２２】
図３に示されるように、通信周波数と、バンド幅の空間キャパシティと、の間に重要な関係がある。同様に、信号のレンジと空間キャパシティとの間には、逆の関係がある。したがって、本発明の医療用途として超広帯域周波数を用いることが望ましく、それは、１，０００ｋｂｐｓ／ｍ２を越える空間キャパシティと、医療用途用の充分な量を超えた１０メートルのレンジと、を有する。
【００２３】
図４はナノ温度計を表し、それは、医療装置の構成要素に組み込まれ、あるいは結合することができる。そのナノ温度計は、淡結晶ＭｇＯチューブ５２が充填されたガリウムの列から成る。
【００２４】
図５は、ステントのような医療装置における各構成要素を相対移動させるための作動システムの概略を表す。そのシステムの一般的な構成要素は、ロジックコントロール回路６６に接続される発電機６８、そのロジックコントロール回路６６は通信モジュール６４に接続され、それは、医療装置の各構成部分に結合するアクチュエータアッセンブリ６２と交信する。したがって、各構成部分の他に対しての相対移動は、ロジック回路６６によって制御され、そして通信モジュール６４によって監視される。６７，６５，６３の相互接続は、電気的、ＲＦ、電磁気、磁気、あるいは当分野において知られている他の機能的な相互接続であってもよい。ロジック回路６６と通信モジュール６４を設計およびプログラムすることは、過度の実験の実行なしに、技術者の技術の範囲内であるとみなされる。
【００２５】
図６は、本発明の１つの実施形態による加速度計７０を表す。その加速度計７０は、圧力、パルス、および流れなどの患者のバイタルサインの監視を目的とする医療装置に組み込むことができる。加速度計７０は、主に、医療装置内の構成要素の一部、またはそれに付けられた静止要素７４と、可動要素７２と、から成る。可動要素７２は、その可動要素７２との相対移動を許容するスプリング要素７３によって、静止要素７４内に吊り下げられている。各第２突起７６内における第１突起７５の動きが静止要素７４内に電流を誘起するように、可動要素７２からの第１突起７５は、静止要素７４上の各第２突起７６と組み合わされる。誘起される電流の相対的な強さは、可動要素７２上の圧力と関連し、検出される刺激物を示す。
【００２６】
ガルバノ場勾配（galvanotactic field gradient）８０を用いる本発明の医療装置の実施形態は、図７に表される。本発明の実施形態によれば、ガルバノステントが備えられ、そのステント素材は、多層物理的気相成長法（multi-layer physical vapor deposition）によって少なくとも部分的が製造される。第１の基材層が積層されてから、隣接する電極が誘電体によって隔てられるように互いにかみ合う電極が形成された導電層が積層され、最終上端絶縁層（final top insulating layer）が積層され、そこには、中間導電層内において互いにかみ合う電極の位置に適合するパターンとされた複数の開口が形成される。装置に電流を流すと、互いにかみ合う電極は帯電し、上端絶縁層内の各開口から集中電流（focused current）が生じ、それは上端層の各開口のパターンに対応するパターンとされる。
【００２７】
適する電源は、外部印加ＲＦ源（externally applied RF source）であり、ステント内の共振器回路を誘発して、ステント内に形成されている固体キャパシターを誘起し、そしてステントに総合的な電力供給をもたらして、互いにかみ合う電極のための充電源を維持する。
【００２８】
適用された場の影響下において、内皮細胞が移動することが知られているため、ステントを伴う電界全体（electrical field integral）の存在は、ステント表面の内皮化（endothelialization）の向上、および健康な新生内膜組織の形成の促進が見込まれ、その上、ステントの移植と関連する再狭窄の発生を低下させる。
【００２９】
したがって、医療装置の構成要素８２内に配列されたパターンの複数の開口８４を形成し、かつ複数の開口８４の近傍に隣接する他のもの８８に電気的に接続される電極８６の列を備えて、各電極８６に電圧８１を印加することにより、医療装置の構成表面８２を横切る内皮細胞移動８５の通路に沿って、電界傾斜８３が引き起こされる。したがって、加えられる電界傾斜８３は、ステントのような医療装置と共に用いることができ、内皮細胞の結合と移動を好ましく向上させて、装置の表面被覆の癒合をもたらす。
【００３０】
図１０は、低感度をもつインピーダンス分光法と、高感度をもつ受容体／イオン−チャンネルコンプリーティング（receptor/ion-channel completing）と、により、感度に基づくバイオセンシングへの異なったアプローチを区別する。したがって、腔内ステントは、脂質のような生物元素をもつ導電ポリマーを含んでもよく、それはステント内に埋め込み回路を形成し、それは体の生理的状態の変化に応答して、生理的状態の変化との既知の関係において導電率の変化を生じさせる。このタイプの動作のメカニズムの例は、ポリピロール（polypyroles）のような導電性ポリマー、および食品産業において人工の舌として用いられるポリピロリドン（polypyrolidone）である。図１１は、分光装置１１０の代表的なタイプを表す。導電性ポリマーの合わせフィルムと、膜の資質と、を用いるインピーダンス分光法として適する装置１１０の例は、図１１に示される。導電性ポリマー膜１１２は、第１電極１１４と第２電極１１６とを含み、それらは互いに組み合わされている。ポリマー膜に対する外部部品の結合は、第１および第２電極１１２，１１６の間の電圧にインピーダンス変化を生じさせ、それはインピーダンス分光法によって検出される。
【００３１】
本発明の他の形態として、ステント上の導電性ポリマーは、酸化酵素結合による電流測定用の装置１２０であってもよく、それは過酸化膜を発生して自由電子を引き起こし、かつ図１２に表すようなセンサ装置から検出可能な信号をもたらす。したがって、ポリＨＥＭＡ（polyhydroxyethyl methacrylate）１２６またはポリエチレングリコールは、カウンタラニオン（counteranion）としての酵素と協働して、ポリピロル（polypyrole）をもつヒドロゲルマトリクスとして用いて、使用しもよい。導電性ポリマーは、ステントや他の医療装置を覆って、血糖のような化学作用による部分結合を検知し、かつ化学作用による部分結合を示す電流測定を実現する。
【００３２】
あるいは、図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、イオンチャンネル活動によって、仲介イベント（mediated events）に結合する受容体から生じる電圧を用いて、ステンドベースセンサ（stent-based sensor）１３０電圧信号を生じさせてもよい。固定化イオンチャンネル（ＧＴ）、合成古細菌膜貫通脂質（synthetic archaebacterial membrane spanning lipids）、および半古細菌膜貫通連結脂質（half-membrane-spanning tethered lipids）は、ポウラリンカー（polar linkers）および硫黄ボンド（sulphur bonds）を介して、導電性の面に直接付けられる。ポウラスペーサー分子（polar spacer molecules）は、同じ化学的性質を用いて導電性の面に直接付けられる。移動性の半古細菌膜貫通連結脂質、および移動性のイオンチャンネル（Ｇａ）は、膜を完成する。各移動性イオンチャンネルはビオチニル化され、ビオチニル化された抗体フラグメントＦａｂ９  １３２，１３４に、ストレプトアビジン（ＳＡ）中間体を用いて連結される。いくつかの膜貫通脂質は、ビオチン連結Ｆａｂ９  １３２，１３４をもつ。検体（Ａ）がない場合には、移動性のイオンチャンネルが連結膜の外側単分子内に拡散して、導電ダイマー（conducting dimers）（ＧＤ）を断続的に形成する。ターゲットの検体の追加は、各脂質上の各ＦａｂとＧａと交差結合させ、それらの固定内層パートナーから離れてＧａを拘束する複合体を形成する。これは、チャンネルダイマーの形成を防ぎ、膜の導電率を低下させる。
【００３３】
図１４は薬剤配送メカニズムのタイプを示し、それは電食１４０によって機能し、ステントのような埋め込み型医療装置に組み込むことができる。その装置は、主として導電性金属箔１４２により構成され、それは、生体活性物質を収容するリザーバー１４８上のカップ１４４を形成する。全体のアセンブリは医療装置の表面上に形成され、それは、シール層４６として動作して生体活性物質を保持することができる。導電性金属箔１４２に電界を加えたときに、カップ１４４は既知の速度で腐食し、カップが腐食した後に性活性物質の流れ１４５を放つであろう。したがって、制御された薬剤の溶出は、本発明の電食を利用した医薬移送装置１４０を用いて、達成することができる。
【００３４】
図１５Ａおよび図１５Ｂは、それぞれ、マイクロバルブ１５０の第１閉状態および第１開状態を表す。マイクロバルブ１５は、主として、ポリＨＥＭＡ（poly HEMA）によって覆うことができる骨格（scaffold）１５２と、可変開口として機能して、マイクロバルブ１５４を通る生体活性物質のような流体の通路を制御する駆動可能なマイクロバルブ１５４と、によって構成される。マイクロバルブ１５４は、ポリアナリン（polyanaline）のような形状記憶材料または導電性ポリマーによって製造することができる。マイクロバルブ１５０は、好ましくは、列状に備えられて、医療装置の構成要素内に形成される医薬溶離リザーバーと結合される。
【００３５】
図１６Ａおよび１６Ｂは、エレクトロウエッティング・マイクロポンプ１６０を表し、それらの構造の間には、ナノ技術や技術による流体流路が形成される。第１リザーバ１６１は第１ゲートバルブ１６６をもって終了し、それは、第１リザーバ１６１と第２リザーバ１７３との間の流体の流れを許容し、または規制する。電解ポンプ１８５は第１ダイアフラム１６５を駆動し、それは、第２リザーバ１７３に通じて第１ゲートバルブ１６６を閉じ、また第２ダイアフラム１６９を引き、その第２ダイアフラムは、第２ゲートバルブ１６８を開いき、第２リザーバ１７３から第３リザーバ１７３への流体を動かす。電解ポンプ１８５は、そのポンプの第１ゲートバルブ１６側上の第１膜１６２のエレクトロウエッティング（electrowetting）によって駆動される。第２膜１６３のエレクトロウエッティングをスイッチングすることにより、図１６Ｂに表されるように、第３リザーバ内の流体は、第２ダイアフラム１６９の動作によって出口開口１７０から放出される。
【００３６】
本発明によって意図される独創的なマイクロセンサ装置のタイプのそれぞれに関しては、マイクロセンサ装置を応答させて、その状態を決定させるための外部の手段をもつ必要がある。外部印加ＲＦエネルギー（externally applied RF nergy）は、好ましくは、独創的なマイクロセンサ装置を応答させるため、つまり、薬剤配送あるいはマイクロマシンの作動のいずれかの作動を独創的なマイクロセンサ装置にもたらすために用いられる。周波数と、与えられた周波数を伝わるデータ密度と、の間には指数関数的な関係があり、それはこの分野においては知られている。同様に、周波数とレンジとの間には、反比例の関係がある。例えば、図３、および２００２年５月のＬｅｅｐｅｒ，Ｄ．Ｇ．サイエンティックアメリカンを参照し、それは参照することによりここに含まれる。超広帯域周波数において、多くのギガバイトレベルのデータ密度は、数メートルの比較的短い距離を介してであるが得られる。本発明においては、テラヘルツ周波数にて、より高いデータ密度が犠牲的レンジの間でさえも得られることが期待されることを意図する。数センチメートルだけのレンジは、埋め込み医療装置を経皮的に応答させるために要求されるため、テラヘルツレンジ内の非常に高い周波数は、イールディングテラバイトデータ密度（yielding terabyte data densities）の付随的な作用をもって用いられ、それらは、充分なデータストリーム（data streams）を生じさせて、埋め込みマイクロセンサ医療装置の状態を代表するリアルタイム３次元画像（real-time 3D images）を構成することが期待される。
【００３７】
上述したように、ステントベースのアクチュエータは、図５に示されるような発電機、ロジック回路、通信モジュール、およびアクチュエータアセンブリの基本要素を有してもよい。ステントの直径の拡大が可能なステントアクチュエータの特定の実施形態は、図１７−１７Ｄ、および１８Ａ，１８Ｂに示され、そこにおいて、少なくとも２つの協業要素１９４，１９６を有するリニアマイクロメータは、ステント２０２、２０４、または２０６の少なくとも１つの弓状部と関連する駆動トラック１９２と共に用いられて、弓状ステント部２０２，２０４，２０６を軸方向に駆動し、これにより、図１８Ｂに示すようにステントを正反対に広げる。ステントは、複数のマイクロモータと、複数の湾曲トラックと、によって作ることができ、それぞれの湾曲トラックがナノスケールにおいてほぼ直線であることは理解される。マイクロモータ１９４，１９６のそれぞれは、"シャクトリムシ（inchworm）"タイプの装置として構成され、そこには、第１および第２のインターレース櫛部材１９１および１９３があり、第１および第２の櫛部材１９１および１９３のそれぞれはコンタクト１９５に電気機械的に結合され、そのコンタクト１９５は、第１および第２の櫛部材１９１および１９３の一方を他方に対して相対移動させる。第１の櫛部材１９１は、そこから延出する複数の突起を有し、それは、ステント部２０２，２０４，または２０６と関連する駆動トラック１９２上の複数のはめ合い突起１９２とかみ合う。操作中において、コンタクト１９５を通して送られる電気信号は、第１の櫛部材１９１をコンタクトに向かって駆動し、これにより、その櫛部材１９１を駆動トラック１９２に向かって、かつ第２の櫛部材１９３に向かってずらし、すると直ぐに、第１の櫛部材上の突起１９９が駆動トラック上の突起１０７とかみ合う。コンタクト１９５に付与される他の電気信号は、第２の櫛部材１９３のずれを引き起こし、これにより、駆動トラック１９２に対して軸方向に第１の櫛部材１９１と駆動トラック１９２を動かす。隣接するマイクロモータ１９６は、階段状形式（step-wise fashion）において連続的な同一のステップを受けて、”シャクトリムシ”形式において駆動トラック１９２を軸方向に移動させる。
【００３８】
本発明は、その好適な実施形態を参照して説明されたが、この分野において通常の技術をもつ者は、装置の設計、装置の選択、埋め込み可能な医療装置と一体のＭＥＭｓ装置の設計の変形が理解および認識できるであろう。また、ＭＥＭｓ装置の機能性は、本発明の範囲から逸脱することなく作られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】ＭＥＭｓ装置内のカンチレバー構造の製造を説明するためのパネルＡ−Ｇによる一連の図である。
【図２Ａ】第１の電気信号を生成するための呼び掛け回路を表す回路図である。
【図２Ｂ】第１の電気信号を送信しかつ可変コンデンサを駆動するための受動的共振回路を表す回路図である。
【図３】従来の無線通信様式の異なるバンド幅における空間的キャパシティの相関関係を説明するためのグラフである。
【図４】本発明の独創的な医療装置に有用なナノサーモメータ構造体の斜視図である。
【図５】独創的な機能の医療装置の各基本要素と、それらの相互作用と、を表す線図である。
【図６】本発明の独創的な医療装置に有用な加速度計構造体の線図である。
【図７】本発明の独創的な医療装置の一実施形態の部分斜視図であり、内皮細胞アタッチメントを活性化するためのガルバノ配列（galvanotactic）構造体と、その独創的な医療装置の表面に沿う増殖を表す。
【図８】カンチレバーの周囲に成長する組織による抑制を伴うＭＥＭｓ機能医療装置のカンチレバー構造体の正面図である。
【図９】生化学的な種の親和結合のための本発明のＭＥＭｓ機能医療装置におけるカンチレバー構造体の実施形態の正面図である。
【図１０】ＭＥＭｓ装置の機能性の特異性と、特異性の程度に基づいて適用可能な機能性のタイプと、の関係を説明するためのテーブルである。
【図１１】機能的なアプローチとしてインピーダンス分光法を用いる本発明の実施形態の斜視図である。
【図１２】複合生体活性ヒドルグル膜内の過酸化物生成による電流測定を用いる本発明の実施形態の線図である。
【図１３Ａ】合成バイオセンサとしての抗体／イオンチャンネルスイッチを用いる本発明の実施形態の線図である。
【図１３Ｂ】合成バイオセンサとしての抗体／イオンチャンネルスイッチを用いる本発明の実施形態の線図である。
【図１４】生体活性物質を解放する電食を用いる本発明の実施形態の一部切欠き斜視図である。
【図１５Ａ】人工筋肉バルブを形成する本発明の他の実施形態のＭＥＭｓ装置を表す顕微鏡写真であり、そのバルブは、開き位置において生体活性物質の解放を調整する。
【図１５Ｂ】人工筋肉バルブを形成する本発明の他の実施形態のＭＥＭｓ装置を表す顕微鏡写真であり、そのバルブは、閉じ位置において生体活性物質の解放を調整する。
【図１６Ａ】本発明のＭＥＭｓ機能医療装置の他の実施形態の連続エレクトロウエッティングマイクロポンプ（continuous electro-wetting micropump）の負荷状態における断面図である。
【図１６Ｂ】本発明のＭＥＭｓ機能医療装置の他の実施形態の連続エレクトロウエッティングマイクロポンプ（continuous electro-wetting micropump）の負荷状態における断面図である。
【図１７Ａ】マイクロモータを有するステント（stent）の作動およびステントを広げるためのレールの作動と、マイクロモータの作動および作動レールの動きの行程と、を表す部分図である。
【図１７Ｂ】マイクロモータを有するステント（stent）の作動およびステントを広げるためのレールの作動と、マイクロモータの作動および作動レールの動きの行程と、を表す部分図である。
【図１７Ｃ】マイクロモータを有するステント（stent）の作動およびステントを広げるためのレールの作動と、マイクロモータの作動および作動レールの動きの行程と、を表す部分図である。
【図１７Ｄ】マイクロモータを有するステント（stent）の作動およびステントを広げるためのレールの作動と、マイクロモータの作動および作動レールの動きの行程と、を表す部分図である。
【図１８Ａ】独創的な作動レールを示す分解図である。
【図１８Ｂ】充分に正反対に開いた状態における独創的な作動レールを示す図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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