(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
細胞に薬剤を送達するためのデバイスであって、前記デバイスは、光学的放射に暴露されたときに加熱する材料をコートしている薄膜をその上に蒸着している多孔質ポリマー膜を備え、前記薄膜コーティングは、前記多孔質ポリマー膜を備える孔の内側に実質的に蒸着され、前記多孔質ポリマー膜の表面には前記コーティングがない、デバイス。
【請求項２】
前記薄膜の蒸着の前に、前記多孔質ポリマー膜の平均細孔径が１００ｎｍから３μｍまでの範囲である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記多孔質ポリマー膜が、ナイロン若しくはナイロンメッシュ、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエステル、発泡ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、発泡ポリエーテルエーテルケトン（ｅＰＥＥＫ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）、エチルビニルアセテート（ＥＶＡ）、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）及びポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）から成る群から選択される膜材料を含む、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記薄膜が、金、銀、チタン（Ｔｉ）、ＴｉＮ、ＴｉＣｎ、及びＴｉＡｌＮからなる群より選択される材料を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記薄膜がチタンを含む、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記薄膜の厚みが、１０ｎｍから１μｍまでの範囲である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項７】
前記多孔質ポリマー膜が多孔質アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）構造を備えるか、または、前記多孔質ポリマー膜がポリエステル膜を備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項８】
前記多孔質ポリマー膜が複数の細胞と接触されるか、または複数の細胞と隣接して並置される、請求項１〜７のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項９】
細胞に薬剤を送達するためのデバイスであって、前記デバイスは、第１の表面及び前記第１の表面の反対側の第２の表面及び微小開口部のアレイを備える硬質基材であって、ここで、前記微小開口部は前記基材を通して前記第１の表面から前記第２の表面まで貫通しており、前記微小開口部は１０μｍ未満の最大直径を有し、前記微小開口部の内側が、光学的放射に露出されたときに加熱する材料の薄膜コーティングでコートされており、前記基材の表面には前記薄膜がない、硬質基材を備え、ならびに
前記第２の表面に隣接して配置されている液体チャネルまたは液体リザーバーであって、前記チャネルまたはリザーバーは、前記微小開口部のアレイを備える複数の微小開口部と液体で連絡している、チャネルまたはリザーバーを備え、ならびに
前記第１の表面の面は、細胞を受容及び支持するように、ならびに／または細胞を含有するように配置されている、
デバイス。
【請求項１０】
前記微小開口部が５μｍ以下の最大直径を有するか、または、３μｍ以下の最大直径を有する、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記硬質基材がマイクロリソグラフィーウェハ並びに／またはシリコン、石英、硬質ポリマー、及びセラミックからなる群より選択される材料から形成される、請求項９または１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記第１の表面が、細胞を含有するように構成されたチャンバーの表面を備え、顕微鏡を用いて観察するために配置されている、請求項９〜１１のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記微小開口部のアレイが、少なくとも５、少なくとも１０、少なくとも１５、少なくとも２０、少なくとも２５、少なくとも５０、少なくとも１００、少なくとも２００、または少なくとも５００の微小開口部を備える、請求項９〜１２のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記微小開口部が、前記表面の２ｃｍ２以内、または１．５ｃｍ２以内、または１ｃｍ２以内、または０．５ｃｍ２以内、または０．１ｃｍ２以内の領域内にすべて配置されている、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記薄膜が、金、銀、チタン（Ｔｉ）、ＴｉＮ、ＴｉＣｎ、及びＴｉＡｌＮからなる群より選択される材料を備える、請求項９〜１４のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記チャネルまたはリザーバーが加圧される、請求項９〜１５のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記デバイスが倒立顕微鏡上のステージを置き換えるように構成されている、請求項９〜１６のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１８】
細胞が前記第１の表面に配置されている、および／または、
細胞が、前記基材における複数の微小開口部上またはそれに隣接して配置されている、請求項９〜１７のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１９】
デバイスに統合されて液体チャネルまたは液体リザーバーの部分を形成し、前記微小開口部のアレイを通じて、試薬を能動的に送り出して細胞に送達させるように構成された、変形可能な膜ポンプを含み、前記第１の表面の面は細胞を受容及び支持するように配置されている、ならびに／または細胞を含有するように配置されている微小開口部が配置されている、請求項９〜１８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２０】
細胞に薬剤を送達するために選択的に開口するためのシステムであって、前記システムは、
請求項１〜８のいずれか１項に記載のデバイス、及び／または
請求項９〜１９のいずれか１項に記載のデバイス、及び
前記薄膜を加熱することが可能である光学的エネルギーの供給源
を備える、システム。
【請求項２１】
前記光学的エネルギーの供給源がレーザーまたは非コヒーレント光源である、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記システムが、前記第１の表面または前記多孔質ポリマー膜の特定の領域に、光学的エネルギーを方向付けるためにレンズシステム、ミラーシステム、及び／またはマスク、及び／またはポジショニングシステムを備える、請求項２０または２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記システムが、光学的エネルギーを前記第１の表面または前記多孔質ポリマー膜に焦点を合わせるように構成されている対物レンズを備える、請求項２０〜２２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２４】
請求項２０〜２３のいずれか１項に記載のシステムであって、前記システムは、前記光学的エネルギーの供給源による放射のパターン、前記光学的エネルギーの供給源によって放射される光パルスの発生のタイミング、前記光学的エネルギーの供給源によって放射されるパルスの発生の周波数、前記光学的エネルギーの供給源によって放射されるパルスの波長、前記光学的エネルギーの供給源によって放射されるパルスのエネルギー、及び前記光学的エネルギーの供給源によって放射されるパルスの照準または位置の少なくとも１つを調整するコントローラーを備える、システム。
【請求項２５】
細胞に試薬を送達する方法であって、前記方法は、請求項１〜８もしくは９〜２０のいずれか１項に記載のデバイス、及び／または請求項２０〜２４のいずれか１項に記載のシステムにおいて細胞を供給することであって、前記細胞は、前記第１の表面に配置されるか、または前記多孔質ポリマー膜に接触されるかもしくはその近傍に並置されていること、
前記細胞を前記試薬と接触させること、ならびに
前記表面または多孔質ポリマー膜の領域を光学的放射に露出し、それによって、前記薄膜の加熱を誘導し、ここで、前記加熱は、前記試薬のこれらの細胞への送達を生じる加熱領域中またはその近傍で細胞の膜において開口を導入する泡を形成すること
を備える、方法。
【請求項２６】
細胞の周囲を取り囲む培養培地中に前記試薬を供給することによって、前記細胞が前記試薬と接触される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
細胞が前記多孔質ポリマー膜の上端に配置されるかまたはそこで増殖され、かつ前記細胞またはその近傍の前記膜の表面が加熱されるか、または、
細胞が前記多孔質ポリマー膜の上端に配置されるかまたはそこで増殖され、かつ前記細胞の反対側の前記膜の表面が加熱されるか、または、
細胞が別個の基材上で配置または増殖され、前記多孔質ポリマー膜は試薬の送達のために前記細胞の上端に位置する、請求項２５または２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記硬質基材を組み込んでいる、請求項９〜１８のいずれか１項に記載のデバイスに、または請求項２０〜２４のいずれか１項に記載のシステムに細胞を供給することを備え、
前記表面に存在している１つ以上の開口部に前記試薬を供給することによって、前記細胞が前記試薬と接触されるか、または、
前記微小開口部と液体で連絡されているチャンバーまたはチャネルに前記試薬を供給することによって、前記細胞が前記試薬と接触される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記表面の領域を、レーザーパルスまたは非コヒーレント光源に露出することを備える、請求項２５〜２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記試薬が、核酸、染色体、タンパク質、標識、オルガネラ、及び小有機分子からなる群より選択される、請求項２５〜２８のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の参照
本願は、すべての目的のために参照により全体が本明細書に組み込まれる、２０１３年３月１５日に出願されたＵＳＳＮ６１／７９９，２２２に対する利益及び優先権を主張する。
【０００２】
連邦政府によって資金援助された研究開発の下でなされた発明に対する権利に関する声明
本発明は、米国国立衛生研究所によって授与された補助金番号ＥＢ０１４４５６の下で政府の援助で行われた。政府は本発明において一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
タンパク質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、染色体、核、ならびに、量子ドット、表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ）粒子、及びマイクロビーズなどの無生物粒子を含む広いサイズ範囲にわたる、哺乳動物細胞への導入カーゴは、生物学の多くの分野において高度に所望されている。エンドサイト−シスなどの送達方法は、エンドソーム中にカーゴを包括することができ、ここでは、低ｐＨ微小環境及び溶解酵素が、しばしば、カーゴの分解に導く（Ｌｕｏ  ａｎｄ  Ｓａｌｔｚｍａｎ（２０００）Ｎａｔ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．１８：３３−３７）。ウイルス及び化学的送達方法はウイルス内部にカーゴをパッケージし、または取り込みを増強する化学複合体を形成する（Ｎａｌｄｉｎｉ  ｅｔ  ａｌ．（１９９６）  Ｓｃｉｅｎｃｅ，２７２：２６３−２６７；Ｆｅｌｇｎｅｒ  ｅｔ  ａｌ．（１９８７）Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，８４：７４１３−７４１７）。しかし、毒性、細胞型特異的な取り込み、及びより重要には、限定的なカーゴパッケージ能力は、カーゴサイズ及び移入可能な細胞型にかなりの制限を課す（Ｌｕｏ  ａｎｄ  Ｓａｌｔｚｍａｎ、前出）。
【０００４】
物理的移入方法には、ランダムに分布するナノスケール孔を生じる方法である、エレクトロポレーション（Ｃｈｕ，ｅｔ  ａｌ．（１９８７）Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄｓ  Ｒｅｓ．１５：１３１１−１３２６）及びソノポレーション（Ｍｉｔｒａｇｏｔｒｉ（２００５）Ｎａｔ．Ｒｅｖ．Ｄｒｕｇ  Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ，４：２５５−２６０）、ならびに、レーザー焦点で細胞膜上に孔を生成する方法であるオプトポレーション（Ｔｉｒｌａｐｕｒ  ａｎｄ  Ｋｏｎｉｇ（２００２）Ｎａｔｕｒｅ，４１８：２９０−２９１；Ｖｏｇｅｌ，ｅｔ  ａｌ．（２００５）Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｂ：Ｌａｓｅｒ  Ｏｐｔ．，８１：１０１５−１０４７；Ｃｌａｒｋ  ｅｔ  ａｌ．（２００６）Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｏｐｔ．，１１：０１４０３４）が挙げられる。小さなカーゴは、熱拡散または電場によってこれらの孔を通して細胞に送達される。しかし、これらの方法を用いる大きなカーゴの送達は、カーゴ拡散のゆっくりした速度と、孔サイズの増加に伴う細胞生存度の減少に起因して、低い効率であった（Ｓｔｅｖｅｎｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ．（２００６）Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ，１４：７１２５−７１３３）。
【０００５】
マイクロキャピラリーインジェクションは、送達のために細胞膜を機械的に貫通する鋭いガラス先端を使用する（例えば、Ｋｉｎｇ（２００４）Ｍｅｔｈ．Ｍｏ．Ｂｉｏｌ．，２４５：Ｇｅｎｅ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ  ｔｏ  Ｍａｍｍａｌｉａｎ  Ｃｅｌｌｓ  １；Ｈｕｍａｎａ  Ｐｒｅｓｓ  Ｉｎｃ．Ｔｏｔｏｗａ，ＮＪを参照のこと）。しかし、膜貫通からの機械的外傷は、細胞生存度を維持するために、典型的なピペットチップを約０．５μｍ直径に限定する（例えば、Ｈａｎ  ｅｔ  ａｌ．（２９９８）Ｊ．Ｎａｎｏｍｅｄ．Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂｉｏｌ．Ｍｅｄ．，４：２１５−２２５を参照のこと）。
【０００６】
ピペットチップよりも大きなカーゴは、ピペットの詰まり及びカーゴの剪断に起因して注入ができない。エレクトロポレーションをマイクロキャピラリーインジェクションと組み合わせる方法であるエレクトロインジェクションは、ＲＮＡ及びプラスミドＤＮＡなどの小分子の生細胞への送達（例えば、Ｂｏｕｄｅｓ  ｅｔ  ａｌ．（２０８）Ｊ．Ｎｅｕｒｏｓｃｉ．Ｍｅｔｈ．，１７０：２０４−２１１；Ｋｉｔａｍｕｒａ  ｅｔ  ａｌ．（２００８）Ｎａｔ．Ｍｅｔｈ．，５：６１−６７などを参照のこと）及び人工脂質ベシクルへの細菌送達（例えば、Ｈｕｒｔｉｇ  ａｎｄ  Ｏｒｗａｒ（２００８）Ｓｏｆｔ  Ｍａｔｔｅｒ，４：１５１５−１５２０を参照のこと）を実証してきた。エレクトロインジェクションは、電場を用いて細胞膜を弱めること、続いて、細胞への穏やかな機械的貫通によって機能する。
【０００７】
単純脂質アシストマイクロインジェクション（ＳＬＡＭ）技術（Ｌａｆｆａｆｉａｎ  ａｎｄ  Ｈａｌｌｅｔｔ（１９９８）Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｊ．，７５：２５５８−２５６３）は、ガラスマイクロキャピラリーの先端に合成脂質分子を組み込む。ＳＬＡＭマイクロピペットの細胞膜との接触は、脂質分子が細胞膜と融合することを可能にして、カーゴ送達のための連続的及び一時的な経路を形成する。この方法は、細胞膜を通してのマイクロピペットチップの問題となるジグザグ突き刺し動作を回避する。しかし、カーゴ及び細胞膜との親油性相互作用は、細胞中で、望ましくない生物学的効果を生じ、ならびに送達カーゴを用いるとこの方法を特定の細胞型及びカーゴ内容物に限定する可能性がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｌｕｏ  ａｎｄ  Ｓａｌｔｚｍａｎ（２０００）Ｎａｔ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．１８：３３−３７
【非特許文献２】Ｎａｌｄｉｎｉ  ｅｔ  ａｌ．（１９９６）  Ｓｃｉｅｎｃｅ，２７２：２６３−２６７
【非特許文献３】Ｆｅｌｇｎｅｒ  ｅｔ  ａｌ．（１９８７）Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，８４：７４１３−７４１７
【非特許文献４】Ｃｈｕ，ｅｔ  ａｌ．（１９８７）Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄｓ  Ｒｅｓ．１５：１３１１−１３２６
【非特許文献５】Ｍｉｔｒａｇｏｔｒｉ（２００５）Ｎａｔ．Ｒｅｖ．Ｄｒｕｇ  Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ，４：２５５−２６０
【非特許文献６】Ｔｉｒｌａｐｕｒ  ａｎｄ  Ｋｏｎｉｇ（２００２）Ｎａｔｕｒｅ，４１８：２９０−２９１
【非特許文献７】Ｖｏｇｅｌ，ｅｔ  ａｌ．（２００５）Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｂ：Ｌａｓｅｒ  Ｏｐｔ．，８１：１０１５−１０４７
【非特許文献８】Ｃｌａｒｋ  ｅｔ  ａｌ．（２００６）Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｏｐｔ．，１１：０１４０３４
【非特許文献９】Ｓｔｅｖｅｎｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ．（２００６）Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ，１４：７１２５−７１３３
【非特許文献１０】Ｋｉｎｇ（２００４）Ｍｅｔｈ．Ｍｏ．Ｂｉｏｌ．，２４５：Ｇｅｎｅ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ  ｔｏ  Ｍａｍｍａｌｉａｎ  Ｃｅｌｌｓ  １；Ｈｕｍａｎａ  Ｐｒｅｓｓ  Ｉｎｃ．Ｔｏｔｏｗａ，Ｎ
【非特許文献１１】Ｈａｎ  ｅｔ  ａｌ．（２９９８）Ｊ．Ｎａｎｏｍｅｄ．Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂｉｏｌ．Ｍｅｄ．，４：２１５−２２５
【非特許文献１２】Ｂｏｕｄｅｓ  ｅｔ  ａｌ．（２０８）Ｊ．Ｎｅｕｒｏｓｃｉ．Ｍｅｔｈ．，１７０：２０４−２１１
【非特許文献１３】Ｋｉｔａｍｕｒａ  ｅｔ  ａｌ．（２００８）Ｎａｔ．Ｍｅｔｈ．，５：６１−６７
【非特許文献１４】Ｈｕｒｔｉｇ  ａｎｄ  Ｏｒｗａｒ（２００８）Ｓｏｆｔ  Ｍａｔｔｅｒ，４：１５１５−１５２０
【非特許文献１５】Ｌａｆｆａｆｉａｎ  ａｎｄ  Ｈａｌｌｅｔｔ（１９９８）Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｊ．，７５：２５５８−２５６３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特定の実施形態において、生細胞への薬剤（例えば、核酸、タンパク質、有機分子、オルガネラ、抗体、または他のリガンドなど）の送達及び／または前記細胞からの薬剤の抽出のための方法、デバイス、及びシステムが提供される。様々な実施形態において、生細胞への効率的な、高スループットカーゴ送達を可能にする光熱プラットフォーム及びこのような光熱プラットフォームを組み込むシステムが提供される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
様々な態様において、本明細書において意図される本発明は、以下の実施形態の任意の１つ以上を含んでもよいがこれらに限定されない。
【００１１】
実施形態１：細胞に薬剤を送達するためのデバイスであって、前記デバイスは、光学的放射に暴露されたときに加熱する材料をコートしている薄膜をその上に蒸着している多孔質膜を含み、前記薄膜コーティングは、前記多孔質膜を備える孔の中に実質的に蒸着され、前記多孔質膜の表面には前記コーティングが実質的にない、デバイス。
【００１２】
実施形態２：前記薄膜の蒸着の前に、前記多孔質膜の平均細孔径が約１００ｎｍから約３μｍまでの範囲である、実施形態１に記載のデバイス。
【００１３】
実施形態３：前記薄膜が、金、銀、チタン（Ｔｉ）、ＴｉＮ、ＴｉＣｎ、及びＴｉＡｌＮからなる群より選択される材料を含む、実施形態１〜２のいずれか１つに記載のデバイス。
【００１４】
実施形態４：前記薄膜がチタンを含む、実施形態１〜２のいずれか１つに記載のデバイス。
【００１５】
実施形態５：前記薄膜の厚みが、約１０ｎｍから約１μｍまでの範囲である、実施形態１〜４のいずれか１つに記載のデバイス。
【００１６】
実施形態６：前記多孔質膜が多孔質アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）構造を備える、実施形態１〜５のいずれか１つに記載のデバイス。
【００１７】
実施形態７：前記多孔質膜がポリエステル膜を備える、実施形態１〜５のいずれか１つに記載のデバイス。
【００１８】
実施形態８：前記多孔質膜が複数の細胞と接触されるか、または複数の細胞と隣接して並置される、実施形態１〜７のいずれか１つに記載のデバイス。
【００１９】
実施形態９：前記細胞が哺乳動物細胞である、実施形態８に記載のデバイス。
【００２０】
実施形態１０：細胞に薬剤を送達するためのデバイスであって、前記デバイスは、第１の表面及び前記第１の表面の反対側の第２の表面及び微小開口部のアレイを備える硬質基材であって、ここで、前記微小開口部は前記基材を通して前記第１の表面から前記第２の表面まで貫通しており、前記微小開口部は約１０μｍ未満の最大直径を有し、複数の前記微小開口部の壁または縁の少なくとも一部、及び／または前記微小開口部に隣接する前記第１の表面の領域が、光学的放射に露出されたときに加熱する材料の薄膜コーティングでコートされている、硬質基材を備え、ならびに前記第２の表面に隣接して配置されている液体チャネルまたは液体リザーバーであって、前記チャネルまたはリザーバーは、前記微小開口部のアレイを備える複数の微小開口部と液体で連絡している、チャネルまたはリザーバーを備え、ならびに前記第１の表面の面は、細胞を受容及び支持するように、ならびに／または細胞を含有するように配置されている、デバイス。
【００２１】
実施形態１１：前記微小開口部が約５μｍ以下の最大直径を有する、実施形態１０に記載のデバイス。
【００２２】
実施形態１２：前記微小開口部が約３μｍ以下の最大直径を有する、実施形態１０に記載のデバイス。
【００２３】
実施形態１３：前記硬質基材がマイクロリソグラフィーウェハから形成される、実施形態１０〜１２のいずれか１つに記載のデバイス。
【００２４】
実施形態１４：前記硬質基材が、シリコン、石英、硬質ポリマー、及びセラミックからなる群より選択される材料から形成される、実施形態１０〜１３のいずれか１つに記載のデバイス。
【００２５】
実施形態１５：前記硬質基材が、シリコンから形成される、実施形態１０〜１３のいずれか１つに記載のデバイス。
【００２６】
実施形態１６：前記硬質基材が、前記第１の表面が、細胞を含有するように構成されたチャンバーの表面を備え、顕微鏡を用いて観察するために配置されている、実施形態１０〜１５のいずれか１つに記載のデバイス。
【００２７】
実施形態１７：前記チャンバーがふたなしである、実施形態１６に記載のデバイス。
【００２８】
実施形態１８：前記チャンバーが、前記チャンバーを閉じるふたを有する、実施形態１６に記載のデバイス。
【００２９】
実施形態１９：前記微小開口部のアレイが、少なくとも５、少なくとも１０、少なくとも１５、少なくとも２０、少なくとも２５、少なくとも５０、少なくとも１００、少なくとも２００、または少なくとも５００の微小開口部を備える、実施形態１０〜１８のいずれか１つに記載のデバイス。
【００３０】
実施形態２０：前記微小開口部が、前記表面の約２ｃｍ２以内、または約１．５ｃｍ２以内、または約１ｃｍ２以内、または約０．５ｃｍ２以内、または約０．１ｃｍ２以内の領域内にすべて配置されている、実施形態１９に記載のデバイス。
【００３１】
実施形態２１：前記薄膜が、前記微小開口部の壁の部分及び／または縁の部分に蒸着されている、実施形態１０〜２０のいずれか１つに記載のデバイス。
【００３２】
実施形態２２：前記薄膜が、半導体、金属、金属合金、金属窒化物、及び金属酸化物からなる群より選択される材料を備える、実施形態１０〜２１のいずれか１つに記載のデバイス。
【００３３】
実施形態２３：前記薄膜が、遷移金属、遷移金属合金、遷移金属窒化物、及び遷移金属酸化物からなる群より選択される材料を備える、実施形態２２に記載のデバイス。
【００３４】
実施形態２４：前記薄膜が、金、銀、チタン（Ｔｉ）、ＴｉＮ、ＴｉＣｎ、及びＴｉＡｌＮからなる群より選択される材料を備える、実施形態２２に記載のデバイス。
【００３５】
実施形態２５：前記液体チャネルまたはリザーバーデバイスが細胞に送達される試薬を含有する、実施形態１０〜２４のいずれか１つに記載のデバイス。
【００３６】
実施形態２６：前記試薬が、核酸、リボザイム、タンパク質もしくはペプチド、酵素、抗体、オルガネラ、染色体、病原体、及び微粒子もしくはナノ粒子からなる群より選択される、実施形態２５に記載のデバイス。
【００３７】
実施形態２７：前記チャネルまたはチャンバーが加圧される、実施形態１０〜２６のいずれか１つに記載のデバイス。
【００３８】
実施形態２８：前記チャネルまたはチャンバーが、ガス圧、ポンプ、または重力送りによって加圧される、実施形態２７に記載のデバイス。
【００３９】
実施形態２９：前記デバイスが倒立顕微鏡上のステージを置き換えるように構成されている、実施形態１０〜２８のいずれか１つに記載のデバイス。
【００４０】
実施形態３０：細胞が前記第１の表面に配置されている、実施形態１０〜２９のいずれか１つに記載のデバイス。
【００４１】
実施形態３１：前記細胞が、前記基材における複数の微小開口部上またはそれに隣接して配置されている、実施形態３０に記載のデバイス。
【００４２】
実施形態３２：前記細胞が哺乳動物細胞である、実施形態３０〜３１のいずれか１つに記載のデバイス。
【００４３】
実施形態３３：細胞に薬剤を送達するために選択的に開口するためのシステムであって、前記システムは、実施形態１〜９のいずれか１つに記載のデバイス、及び／または実施形態１０〜３２のいずれか１つに記載のデバイス、及び前記薄膜を加熱することが可能である光学的エネルギーの供給源を備える、システム。
【００４４】
実施形態３４：前記光学的エネルギーの供給源がレーザーまたは非コヒーレント光源である、実施形態３３に記載のシステム。
【００４５】
実施形態３５：前記光学的エネルギーの供給源がレーザーである、実施形態３４に記載のシステム。
【００４６】
実施形態３６：前記システムが、前記第１の表面または前記多孔質膜の特定の領域に、光学的エネルギーを方向付けるためにレンズシステム、ミラーシステム、及び／またはマスク、及び／またはポジショニングシステムを備える、実施形態３３〜３５のいずれか１つに記載のシステム。
【００４７】
実施形態３７：前記システムが、光学的エネルギーを前記第１の表面または前記多孔質膜に焦点を合わせるように構成されている対物レンズを備える、実施形態３３〜３６のいずれか１つに記載のシステム。
【００４８】
実施形態３８：前記システムが半波長板を備えている、実施形態３７に記載のシステム。
【００４９】
実施形態３９：前記システムが偏光子を備えている、実施形態３７〜３８のいずれか１つに記載のシステム。
【００５０】
実施形態４０：前記偏光子が偏光ビームスプリッターキューブを備えている、実施形態３９に記載のシステム。
【００５１】
実施形態４１：実施形態３３〜４０のいずれか１つに記載のシステムであって、前記システムは、前記光学的エネルギーの供給源による放射のパターン、前記光学的エネルギーの供給源によって放射される光パルスの発生のタイミング、前記光学的エネルギーの供給源によって放射されるパルスの発生の周波数、前記光学的エネルギーの供給源によって放射されるパルスの波長、前記光学的エネルギーの供給源によって放射されるパルスのエネルギー、及び前記光学的エネルギーの供給源によって放射されるパルスの照準または位置の少なくとも１つを調整するコントローラーを備える、システム。
【００５２】
実施形態４２：細胞に試薬を送達する方法であって、前記方法は、実施形態１〜９もしくは１０〜２９のいずれか１つに記載のデバイス、及び／または実施形態３３〜４１のいずれか１つに記載のシステムにおいて細胞を供給することであって、前記細胞は、前記第１の表面に配置されるか、または前記多孔質膜に接触されるかもしくはその近傍に並置されていること、前記細胞を前記試薬と接触させること、ならびに前記表面または多孔質膜の領域を光学的放射に露出し、それによって、前記薄膜の加熱を誘導し、ここで、前記加熱は、前記試薬のこれらの細胞への送達を生じる加熱領域中またはその近傍で細胞の膜において開口を導入する泡を形成することを備える、方法。
【００５３】
実施形態４３：前記多孔質膜を組み込んでいる、実施形態１〜９のいずれか１つに記載のデバイス、または実施形態３３〜４１のいずれか１つに記載のシステムにおいて細胞を供給することを備える、実施形態４２に記載の方法。
【００５４】
実施形態４４：細胞の周囲を取り囲む培養培地中に前記試薬を供給することによって、前記細胞が前記試薬と接触される、実施形態４２〜４３のいずれか１つに記載の方法。
【００５５】
実施形態４５：細胞が前記多孔質膜の上端に配置されるかまたはそこで増殖され、かつ前記細胞またはその近傍の前記膜の表面が加熱される、実施形態４２〜４４のいずれか１つに記載の方法。
【００５６】
実施形態４６：細胞が前記多孔質膜の上端に配置されるかまたはそこで増殖され、かつ前記細胞の反対側の前記膜の表面が加熱される、実施形態４２〜４４のいずれか１つに記載の方法。
【００５７】
実施形態４７：細胞が別個の基材上で配置または増殖され、前記多孔質膜は試薬の送達のために前記細胞の上端に位置する、実施形態４２〜４４のいずれか１つに記載の方法。
【００５８】
実施形態４８：前記別個の基材が、カバースリップ、マイクロタイタープレート、ペトリディッシュ、及び培養容器からなる群より選択される物体の表面を備える、実施形態４７に記載の方法。
【００５９】
実施形態４９：前記硬質基材を組み込んでいる、実施形態１０〜２９のいずれか１つに記載のデバイス、または実施形態３３〜４１のいずれか１つに記載のシステムにおいて細胞を供給することを備える、実施形態４２に記載の方法。
【００６０】
実施形態５０：前記表面に存在している１つ以上の開口部に前記試薬を供給することによって、前記細胞が前記試薬と接触される、実施形態４２または４９のいずれか１つに記載の方法。
【００６１】
実施形態５１：前記微小開口部と液体で連絡されているチャンバーまたはチャネルに前記試薬を供給することによって、前記細胞が前記試薬と接触される、実施形態５０に記載の方法。
【００６２】
実施形態５２：前記表面の領域を、レーザーパルスまたは非コヒーレント光源に露出することを備える、実施形態３２〜５１のいずれか１つに記載の方法。
【００６３】
実施形態５３：前記試薬が、核酸、染色体、タンパク質、標識、オルガネラ、及び小有機分子からなる群より選択される、実施形態３２〜５２のいずれか１つに記載の方法。
【００６４】
実施形態５４：試薬を細胞に送達する方法であって、前記方法は、ナノ粒子または薄膜を実質的に欠く基材上に細胞を供給すること、前記細胞を前記試薬と接触させること、及び前記基材の領域を光学的放射に露出し、それによって、基材の加熱を誘導し、ここで、前記加熱が、加熱された領域またはその近傍での細胞の膜に開口を導入するバブルを形成し、前記試薬のこれらの細胞への送達を生じることを備える、方法。
【００６５】
実施形態５５：前記基材が、シリコン、石英、硬質ポリマー、金属、及びセラミックからなる群より選択される材料から形成される、実施形態５４に記載の方法。
【００６６】
実施形態５６：前記基材がシリコンから形成される、実施形態５４に記載の方法。
【００６７】
実施形態５７：前記基材が細胞を含有するように構成されたチャンバーの表面を備える、実施形態５４〜５６のいずれか１つに記載の方法。
【００６８】
実施形態５８：前記基材が顕微鏡で観察するために配置されている、実施形態５７に記載の方法。
【００６９】
実施形態５９：前記チャンバーがふたなしである、実施形態５７〜５８のいずれか１つに記載の方法。
【００７０】
実施形態６０：前記チャンバーが、前記チャンバーを閉じるふたを有する、実施形態５７〜５８のいずれか１つに記載の方法。
【００７１】
実施形態６１：前記試薬が、核酸、リボザイム、タンパク質もしくはペプチド、酵素、抗体、オルガネラ、染色体、病原体、及び微粒子もしくはナノ粒子からなる群より選択される、実施形態５4〜６０のいずれか１つに記載の方法。
【００７２】
実施形態６２：前記基材が倒立顕微鏡上のステージ上に配置されるか、またはそのステージを置き換えるように構成されている、実施形態５４〜６１のいずれか１つに記載の方法。
【００７３】
定義
「ポリペプチド」、「ペプチド」、および「タンパク質」という用語は、アミノ酸残基のポリマーをいうために、本明細書中では交換可能に使用される。この用語は、１つ以上のアミノ酸残基が対応する天然に存在するアミノ酸の人工の化学アナログであるアミノ酸ポリマー、ならびに天然に存在するアミノ酸ポリマーに適用される。この用語はまた、ポリペプチドを作り上げるアミノ酸を結合する従来的なペプチド結合の改変体もまた含む。好ましい「ペプチド」、「ポリペプチド」、および「タンパク質」は、アミノ酸のα炭素がペプチド結合を通して連結されているアミノ酸の鎖である。従って、この鎖の末端の末端アミノ酸（アミノ末端）は遊離のアミノ基を有するのに対して、この鎖の他の端の末端アミノ酸（カルボキシ末端）は遊離のカルボキシル基を有する。本明細書で使用される場合、「アミノ末端」（Ｎ末端と略される）とは、ペプチドのアミノ末端のアミノ酸のαアミノ酸、またはペプチド中の任意の他の位置のアミノ酸のαアミノ基（ペプチド結合に加わっている場合にはイミノ基）をいう。同様に、「カルボキシ末端」という用語は、ペプチドのカルボキシ末端の遊離のカルボキシル基、またはペプチド中の任意の他の位置のアミノ酸のカルボキシル基をいう。ペプチドにはまた、本質的に、アミド結合とは対照的に、エーテルによって結合されたアミノ酸などのペプチド模倣物を含むがこれに限定されない、任意のポリアミノ酸も含まれる。
【００７４】
「試薬」という用語は、細胞に送達される物質に関して使用される場合、細胞に送達される（または細胞から抽出される）任意の物質を含む。このような試薬には、核酸（例えば、ベクター、及び／または発現カセット、阻害ＲＮＡ（例えば、ｓｉＲＨＡ、ｓｈＲＮＡ、ｍｉＲＮＡなど）を含む）、リボザイム、タンパク質／ペプチド、酵素、抗体、イメージング試薬、オルガネラ（例えば、核、ミトコンドリア、核小体、リソソーム、リボソームなど）、染色体、細胞内病原体、量子ドット、表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ）粒子、及びマイクロビーズなどの無生物粒子などが挙げられるがこれらに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１Ａ】図１Ａは、哺乳動物の生細胞への高スループットカーゴ送達のための微小製造光熱プラットフォームの１つの実施形態を模式的に図示する。
【図１Ｂ】図１Ｂは、哺乳動物の生細胞への高スループットカーゴ送達のための微小製造光熱プラットフォームの１つの実施形態を模式的に図示する。
【図２】図２は、シリコンベースの光熱プラットフォームの製造を可能にするプロセスの１つの実施形態を図示する。
【図３】図３Ａおよび３Ｂは、光熱送達プラットフォームを図示する。図３Ａ：３μｍ開口部および５０μｍチャネルを有するシリコンベースの光熱送達プラットフォーム。図３Ｂ：ＰＤＭＳ製の変形可能な膜ポンプが、活発な液体ポンピングおよびカーゴ送達のためにシリコンベースの光熱プラットフォームと統合された。
【図４】図４、パネルＡ〜Ｃは、バブル生成試薬送達を図示する。パネルＡ：シリコンベースの光熱プラットフォーム上での三日月形状のバブル形成。パネルＢ：プラットフォーム上で培養されたＨｅＬａ細胞への１μｍ緑色蛍光マイクロビーズの送達。パネルＣ：複数の１μｍ緑色蛍光マイクロビーズを含有する細胞の明視野及び蛍光画像。容易な観察のために、送達後に細胞は細胞培養ディッシュに再プレートされた。
【図５】図５Ａは、細胞をチップに反転させることによって、微小製造光熱プラットフォームを使用する並行カーゴ送達の１つの代替構成を図示する。細胞は、カバースリップ（または他の透明な平面基材）上で増殖できる。スペーサーがカバースリップとシリコンチップの間で使用されて、チタンコートされた開口部と細胞膜の適切な接触を維持する。レーザーパルス及びバブルキャビテーションによる細胞膜切断の後、カーゴは変形可能なＰＤＭＳ膜ポンプを使用して細胞まで駆動できる。図５Ｂは、この構成を使用して２００ｎｍ蛍光マイクロビーズが送達された、ガラスカバースリップ上で培養されたＨｅＬａ細胞を示す。
【図６Ａ】図６Ａ及び６Ｂは、多孔質ポリマー膜ベースの送達プラットフォームの１つの実施形態を図示する。図６Ａ：並行送達プラットフォームは、トラックエッチドポリエステル多孔質膜にチタン薄膜を蒸着させることによって実現された。斜角でのパルスレーザー切断を使用して、膜表面上でのチタン薄膜は除去され、孔内部のチタンはインタクトなままであった。側壁のチタンは、隣接する細胞膜の切断を生じるために、パルスレーザー励起後のバブル導入部位として働く。
【図６Ｂ】図６Ｂ：キャビテーションバブルは、それぞれ、３μｍと１μｍの平均孔直径で多孔質膜上で生成した。
【図７】図７、パネルＡ〜Ｃは、多孔質ポリマー膜ベースの光熱プラットフォームを使用するカーゴ送達の様々な構成を図示する。蛍光デキストラン送達は、すべての構成について実証された。パネルＡ：細胞は多孔質膜の上端で増殖される。チタン薄膜上で生成したバブルは、送達のために接触している細胞膜を切断する。パネルＢ：細胞は多孔質膜の上端で培養される。チタン薄膜は、多孔質膜の反対（底面）側に蒸着される。レーザーパルスの際に、バブルキャビテーションは、孔を通した液体流を誘導し、一時的に細胞膜を貫通する。パネルＣ：細胞は基材（例えば、カバースリップ、プラスチックペトリディッシュ）上で培養される。チタンコートされた多孔質膜は、細胞膜ポレーション及びカーゴ送達のために、細胞の上端に配置される。
【図８】図８、パネルＡ：多孔質ポリマー膜ベースの光熱プラットフォームを使用して、ＧＦＰをコードするプラスミドＤＮＡは、ＨｅＬａ細胞に首尾よく送達され、発現された。図８、パネルＢ：蛍光デキストラン分子は、マトリゲルコートされた多孔質膜上で培養されたヒト胚性幹細胞（ｈＥＳＣ）コロニーに高い効率で送達された。
【図９】図９は、シリコンウェハベースの送達プラットフォームの１つの実施形態を図示する。シリコンウェハは、パルスレーザー光を吸収し、シリコンウェハ表面上で誘導された一時的な加熱およびキャビテーションは、ウェハの上端で培養されまたはウそこに配置された細胞を貫通する。カルセインなどの小分子の高スループット、並行送達は、示されるように、非接着Ｒａｍｏｓ細胞及び接着ＨｅＬａ細胞において実証された。
【発明を実施するための形態】
【００７６】
詳細な説明
特定の実施形態において、生細胞への薬剤（例えば、核酸、タンパク質、有機分子、オルガネラ、抗体、または他のリガンドなど）の送達及び／または前記細胞からの薬剤の抽出のための方法、デバイス、及びシステムが提供される。様々な実施形態において、生細胞への効率的な、高スループットカーゴ送達を可能にする光熱プラットフォーム及びこのような光熱プラットフォームを組み込むシステムが提供される。
【００７７】
様々な実施形態において、本明細書に記載される光熱プラットフォームは、液体及び／または表面（またはその成分または領域）を加熱するために光学的エネルギー源を利用し、それによって、急速に拡大する「キャビテーション」バブルを形成する。特定の理論に束縛されることはないが、様々な実施形態において、本明細書に記載される方法、プラットフォーム、及びシステムは、送達のために細胞膜を局所的かつ一時的に開くために、バブルキャビテーションによって発揮される流体力及び／または機械力に頼っている。この物理的メカニズムが、広い範囲の細胞型及びカーゴ（試薬）型に適用できることが発見された。
【００７８】
加えて、バブル拡大による超高速細胞膜切断は、細胞生存度を維持しながら、マイクロビーズまたはオルガネラなどのスーパーサイズのカーゴ送達のために、細胞膜にマイクロサイズの入口を開く。
【００７９】
微小製造技術を使用する特定の実施形態において、約１０６よりも多い光熱送達部位が、光熱プラットフォーム中の１ｃｍ×１ｃｍの面積にわたって実現できる。約１０６よりも多い細胞への同時送達は、有効領域への単一光学的エネルギー（例えば、レーザー）パルス、続いて、カーゴ拡散またはポンピングによって、数秒以内に行うことができる。
【００８０】
Ｉ．微小製造表面ベース光熱送達プラットフォーム
特定の実施形態において、微小製造（例えば、エッチング及び／または蒸着）表面ベース光熱送達プラットフォームが提供される。図１は、哺乳動物の生細胞への高スループットカーゴ送達のためのシリコンベースの微小製造光熱プラットフォームの原理を図示する。この図面に図示されるように、十分に規定され、間隔のあいた微小開口部の２Ｄアレイが製造される。典型的には、微小開口部のサイズは、約１００ｎｍから約4μｍまでの範囲である。特定の実施形態において、微小開口部のサイズは、約１００ｎｍから、または約３００ｎｍから、または約５００ｎｍから、または約８００ｎｍから、約１μｍまで、または約２μｍまで、または約３μｍまで、または約４μｍまで、または約５μｍまでの範囲である。様々な実施形態において、典型的な微小開口部の間の間隔は、約１μｍから約１０μｍまでの範囲である。薄膜は、光学的エネルギー源によって急速に加熱できる任意の材料を含むことができる。例示的であるが、非限定的な材料には、金属、半導体などが挙げられる。特定の実施形態において、この材料には、金、銀、チタン（Ｔｉ）、ＴｉＮ、ＴｉＣｎ、及びＴｉＡｌＮが挙げられる。他の金属、金属合金、金属酸化物などもまた使用できる。
【００８１】
高強度光学エネルギーに露出されたときに加熱する材料から形成される薄膜は、微小開口部の内側及び／または縁に蒸着される。様々な実施形態において、薄膜の厚みは約１０ｎｍから約１μｍまでの範囲である。
【００８２】
光学エネルギー源（例えば、レーザー）を用いるパルスの際に、薄膜（例えば、チタン薄膜）は加熱し、三日月形状の蒸気バブルを誘導する。キャビテーションバブルは隣接する細胞膜を切断し、細胞質ゾルへのカーゴ送達のために一時的な入口を作る。レーザーパルスと同期した拡散または能動的液体ポンピングによって、様々なサイズのカーゴが細胞に輸送できる。
【００８３】
様々な実施形態において、光熱基材を含む材料は、好ましくは細胞に対して非毒性である任意の便利な材料から製造でき、これは、薄膜コーティングを有することができ、そして表面及び／または薄膜への電磁エネルギー（例えば、光エネルギー）の適用によって産生される局所的加熱に耐えることができる。適切な材料には、ガラス及び／またはシリコン（ｓｉｌｉｃｉｏｎ）、ゲルマニウム、ミネラル（例えば、石英）、セラミック、プラスチック（例えば、ＤＥＬＲＩＮ（登録商標）、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）など）、金属、半導体などが挙げられるがこれらに限定されない。
【００８４】
特定の実施形態において、基材は、細胞スクリーニング及び／または細胞培養のために使用される容器の表面を備える。これは、例えば、接着または懸濁細胞培養のための容器が含むことができる。これはまた、マイクロタイタープレート（９６ウェル、３８４ウェル、８６４ウェル、１５３６ウェルなど）、微小流体デバイス、高密度（マイクロアレイ）基材、顕微鏡スライドまたはチャンバーなども含むことができる。
【００８５】
特定の実施形態において、細胞トランスフェクション基材は、半導体工業において公知である技術を使用して製造される。図２は、シリコンベースの光熱送達プラットフォームを製造するための１つのプロセスフローを図示する。ＳｉＯ２薄膜は、シリコンウェアの上端及び下端に蒸着される。フォトリソグラフィー及びドライエッチングを使用して、３ミクロン穴のアレイが上端酸化物層に規定され、５０〜１００ミクロンの大きな開口が下端の酸化物層に規定される。チタン薄膜は、上端酸化物層に蒸着される。深掘り反応性イオンエッチングを使用して、シリコンチャネルは、上端酸化物層における３ミクロン穴が接続されるまでウェハの全体の厚みを通して裏側からエッチングされ、続いて、側壁チタンコーティングを浮き彫りにするためにリフトオフプロセスを行った。
【００８６】
図示された開口部は環状であるが、これらはそのように限定される必要はない。標準的な方法（エッチング方法）を使用して、本質的に任意の形状の開口部（例えば、丸形、四角形、五角形、六角形、楕円形、台形、不規則型など）が製造できる。同様に、開口部のパターン形成は本質的に任意の所望のパターンであり得る。
【００８７】
図３Ａ及び３Ｂは、３μｍ開口部及び５０μｍチャネルを有する１つの例示的なシリコンベースの光熱送達プラットフォームを示す。大きなカーゴの効率的な送達を達成するために、この場合は、ＰＤＭＳで作られた変形可能な膜ポンプが、活発な液体ポンピングおよびカーゴ送達のためにシリコンベースの光熱プラットオームと統合された。他の弾性材料（例えば、様々なプラスチック及び／またはソフトリソグラフィーのために使用される他の材料）が膜ポンプを製造するために使用できることが認識される。
【００８８】
図４Ａは、細胞膜切断のためにチタン薄膜へのレーザーパルス後の三日月形状バブルの生成を示す。チタンコーティングは、５０回より多い操作で堅固であった。この送達プラットフォームを使用して、１μｍポリスチレンミクロスフェアまでの大きさのカーゴは、高い効率で細胞に送達できる。図４Ｂ及び４Ｃは、このプラットフォーム上での１ｃｍ×１ｃｍの面積にわたる、ＨｅＬａ細胞に１μｍ緑色蛍光マイクロビーズの高スループット送達を示す。
【００８９】
細胞をチップに反転させることによって、シリコンベースの光熱プラットフォームを使用する並行送達の１つの例示的な代替構成が図５Ａに図示される。細胞は、カバースリップ（または他の透明な、好ましくは平面基材）上で増殖できる。スペーサーがカバースリップとシリコンチップの間で使用されて、チタンコートされた開口部と細胞膜の適切な接触を維持する。レーザーパルス及びバブルキャビテーションによる細胞膜切断の後、カーゴは変形可能なＰＤＭＳ膜ポンプ（または他のポンピングシステム）を使用して細胞まで駆動できる。図５Ｂは、この構成を使用して２００ｎｍ蛍光マイクロビーズが送達された、ガラスカバースリップ上で培養されたＨｅＬａ細胞を示す。
【００９０】
マイクロサイズの粒子、オルガネラ、または細菌さえなどのスーパーサイズのカーゴ送達のための特定の実施形態において、微小製造光熱プラットフォームは、高い送達効率及び高い細胞生存度を達成できる。１つの例示的であるが、非限定的な実施形態において、細胞はチップ上で培養される。送達前に、カーゴはシリコンチャネルを満たしたチップの裏側から負荷された。ＰＤＭＳポンプは、レーザーパルスによって細胞膜を開いた直後にカーゴおよび液体を駆動するように作動される。
【００９１】
ＩＩ．多孔質ポリマー膜ベースの送達プラットフォーム
特定の実施形態において、トランスフェクションプラットフォームは、多孔質膜を使用
して製造される。多孔質膜は、広範な種々の材料の中で利用できる（例えば、ナイロン及
びナイロンメッシュ、フィルター膜、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、発泡ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、発泡ポリエーテルエーテルケトン（ｅＰＥＥＫ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）、エチルビニルアセテート（ＥＶＡ）、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳなど）。様々な実施形態において、多孔質硬質材料（例えば、多孔質セラミック）もまた意図される。多孔質膜は当業者に公知であり、多数の供給源から様々な孔径で商業的に利用可能である（例えば、Ｐｏｒｅｘ  Ｃｏｒｐ．Ｆａｉｒｂｕｍ  ＧＡなどを参照のこと）。
【００９２】
特定の実施形態において、薄膜（例えば、上記のような）は多孔質膜に蒸着される。特定の実施形態において、薄膜は、細胞と接触される表面からエッチング加工され、同様に、任意に反対の表面からエッチング加工される。従って、特定の実施形態において、細胞に接触される表面は、実質的に薄膜を有さない。
【００９３】
図６Ａは、多孔質ポリマー膜中で実現された並行送達プラットフォームを示す。チタン薄膜は、トラックエッチドポリエステル多孔質膜に蒸着された。斜角でのパルスレーザー切断を使用して、膜表面上でのチタン薄膜は除去され、孔内部のチタンはインタクトなままであった。側壁のチタンは、隣接する細胞膜の切断を生じるために、パルスレーザー励起後のバブル導入部位として働く。
【００９４】
図６Ｂは、それぞれ、３μｍと１μｍの平均孔直径で多孔質膜上で生成したキャビテーションバブルのイメージである。このプラットフォームの製造は単純であり、ポリマー膜は低コストで作製可能であり、１回の使用後に廃棄可能である。細胞膜切断および蛍光デキストラン送達は、図７、パネルＡ〜Ｃに示されるような３つの異なる構成で実証された。図７、パネルＡに示されるように、細胞は、多孔質膜の上端に沈着でき、またはそこで増殖できる。チタン薄膜上で生成したバブルは、カーゴ（例えば、細胞を取り囲む培地中に供給されたカーゴ）の送達のために接触している細胞膜を切断する。図７、パネルＢに図示されるように、細胞は、多孔質膜の上端に沈着でき、またはそこで培養でき、一方、チタン薄膜は、多孔質膜の反対（底面）側に存在している（例えば、事前に蒸着される）。レーザーパルスの際に、バブルキャビテーションは、孔を通した液体流を誘導し、一時的に細胞膜を貫通する。図７、パネルＣは、細胞が基材（例えば、カバースリップ、プラスチックペトリディッシュ、培養容器、マイクロタイタープレートなど）上に沈着され、またはそこで培養される実施形態を図示する。チタンコートされた多孔質膜は、細胞膜ポレーション及びカーゴ送達のために、細胞の上端に配置される。多孔質ポリマー膜ベースの光熱プラットフォームを使用して、ＧＦＰをコードするプラスミドＤＮＡは、ＨｅＬａ細胞に首尾よく送達され、発現された。図８に図示されるように、蛍光デキストラン分子は、マトリゲルコートされた多孔質膜上で培養されたヒト胚性幹細胞（ｈＥＳＣ）コロニーに高い効率で送達された。
【００９５】
多孔質膜プラットフォームは、プラスミドＤＮＡ、ＲＮＡ、及びタンパク質などの大きなカーゴの送達のために十分に適していることが注目される。
【００９６】
ＩＩＩ．空のウェハベースの送達プラットフォーム
蒸着フィルムまたはナノ粒子を含まない基材（例えば、空のウェハ）もまた、光熱送達プラットフォームとして使用できることは驚くべき発見であった。図９は、空のシリコンウェハベースのプラットフォームを図示する。シリコンウェハは、パルスレーザー光を吸収し、シリコンウェハ表面上で誘導された一時的な加熱およびキャビテーションは、シリコンウェハの上端で培養されまたはそこに配置された細胞を貫通する。カルセインなどの小分子の高スループット、並行送達は、非接着Ｒａｍｏｓ細胞及び接着ＨｅＬａ細胞において実証された。
【００９７】
カルセインおよびヨウ化プロピジウムなどの小分子については、空のシリコンウェハプラットフォームが使用できる。レーザーパルスおよびカーゴ送達の後に、細胞は、引き続く分析のために、収集でき、またはチップ上で培養することを継続できる。
【００９８】
本明細書に記載される実施形態は、例示であり、非限定的であることを意図する。本明細書に提供される教示を使用して、このような「光熱送達基材」の構成は、例えば、基材の特徴（例えば、孔（開口部）サイズ、サイズ分布、空間分布が変化できる）、フィルムの型、微小流動チャネルの分布及び／または構成などを変化させることによって日常的に変動できる。
【００９９】
エネルギー源および選択的照射
材料の選択に依存して、光熱送達プラットフォーム外科デバイスを含む基材及び／または薄膜及び／または本明細書に記載される基材が、本質的に様々な方法のいずれかの適用によって励起（加熱）できる。このような方法には、マイクロ波、非コヒーレント光学放射（例えば、赤外放射）、電気的加熱、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）加熱、磁気加熱などが挙げられるがこれらに限定されない。特定の例示的な実施形態において、薄層及び／または基材の加熱は、光学エネルギー源（例えば、レーザー）の適用によって達成される。
【０１００】
基材が選択的に加熱される場合（例えば、基材の一部）、デバイスまたは基材に局所的に／選択的に放射する任意の手段が使用できる。従って、例えば、特定の実施形態において、基材の特定の領域への局所放射は、例えば、集束レーザーまたは集束非コヒーレント光（例えば、赤外）源を使用することにより達成できる。
【０１０１】
特定の実施形態において、基材の１つ以上の領域の選択的照射は、マスク（シャドウマスク）によって達成される。特定の実施形態において、局所照射は、レンズ及び／またはミラーシステムを使用して特定の領域に照射エネルギー源（例えば、レーザー）を単に焦点を合わせることによって達成できる。特定の実施形態において、エネルギー源は、特定の領域の局所照射を達成するために、固定された領域および移動された基材（例えば、移動可能なステージまたは他の操作器具を使用して）焦点を合わせることができる。
【０１０２】
特定の実施形態において、エネルギーパルス（例えば、レーザーパルス）は、実施例に実証されるような静的シャドウマスクによってのみならず、ＴＩのＤＭＤマイクロディスプレイまたはＬＣＤディスプレイなどの空間光モジュレーターを使用する動的マスクによってもまた、形作ることができる。
【０１０３】
粒子／ナノ粒子／薄膜材料
様々な実施形態において、本明細書に記載される様々なデバイスを備える薄膜は、適切な電磁エネルギーの適用によって加熱できる、金属、金属合金、半導体、または他の材料から製造される。様々な実施形態において、金属、金属合金、半導体、その酸化物、及び／またはその窒化物が意図される。サイズ、アスペクト比、フィルム厚、及び／または材料に依存して、このような金属は、様々な供給源（例えば、レーザー光、電場、ＲＦフィールド、磁場、超音波の供給源など）を使用して容易に加熱される。
【０１０４】
本明細書に提供される議論の多くは半導体または金属フィルムに関し、実施例はチタンフィルムを説明しているが、エネルギー源によって加熱される材料はそのように限定される必要はない。生じる加熱に伴う適切なエネルギーを吸収する本質的に任意の物質が、本明細書に記載される方法およびデバイスにおいて材料を加熱するために使用できる。従って、特定の実施形態において、金、銀、タンタル、白金、パラジウム、ロジウム、またはチタン、またはその酸化物、窒化物、または合金などの材料を含むフィルムが意図される。
【０１０５】
本明細書に記載される薄膜を含むデバイスおよびシステムを含むにおいて有用な１つの重要な材料はチタン（Ｔｉ）及び／またはその酸化物、窒化物、合金またはドープ酸化物、ドープ窒化物、または合金である。特定の実施形態において、本明細書に記載される薄膜を含むシステムおよび方法は、チタン及び／または窒化チタン（ＴｉＮ）を含み、これは、金よりも３倍高い融点を有する非常に硬い物質である。
【０１０６】
ＴｉＮの他のバリアントは当業者に周知である。これらには、窒化炭素（ＴｉＣＮ）および窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ）が挙げられるがこれらに限定されず、これらは、個別に、またはＴｉＮとの交互の層で、またはＴｉＮ粒子との混合粒子集団中で使用できる。
【０１０７】
上記に示されるように、本明細書に記載されるフィルムを含むデバイス及び／または基材は、金属を含む材料に限定される必要はない。
【０１０８】
様々な実施形態において、周期表のＩＩ族、ＩＩＩ族、ＩＶ族、Ｖ族、またはＶＩ族からの１つ以上の物質を含む薄膜もまた意図され、ならびに、その酸化物、窒化物、合金、及びドープ型、及び／または遷移金属、遷移金属酸化物、遷移金属窒化物、遷移金属を含む合金または複合体などが意図される。特定の好ましい実施形態において、ナノ粒子及び／またはフィルムには、ＩＩ族、ＩＩＩ族、ＩＶ族、Ｖ族の物質（例えば、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、スズ、鉛）、ドープされたＩＩ族、ＩＩＩ族、ＩＶ族、Ｖ族、およびＶＩ族元素、または純粋なまたはドープされたＩＩ族、ＩＩＩ族、ＩＶ族、Ｖ族、およびＶＩ族元素の酸化物または遷移金属、遷移金属酸化物、または遷移金属窒化物が含まれる。特定の好ましい実施形態において、粒子／ナノ粒子及び／または薄膜には、ＩＩＩ族、ＩＶ族、またはＶ族の半導体が含まれる。
【０１０９】
特定の実施形態において、薄膜は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｍｎ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｌａ、Ｙ、Ｇｄ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｓ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｗなどの１つ以上の物質、及びそれらの酸化物及び窒化物を含むことが本明細書に教示から理解される。
【０１１０】
上記に示されるように、様々な実施形態において、ＩＩ族、ＩＩＩ族、ＩＶ族、Ｖ族、またはＶＩ族の元素、遷移金属、遷移金属酸化物または窒化物を含む薄層は、本質的に純粋であるか、またはドープされ得（例えば、ｐ−またはｎ−ドープされる）及び／または合金にされる。ＩＩ−Ｖ族元素を用いる使用のため、特に、ＩＩＩ族、ＩＶ族、およびＶ族元素を用いる使用のため、より特定には、ＩＶ族元素（例えば、ケイ素、ゲルマニウムなど）を用いる使用のためのｐ−またはｎ−ドーパントは、当業者に周知である。このようなドーパントには、リン化合物、ホウ素化合物、ヒ素化合物、アルミニウム化合物などが挙げられるがこれらに限定されない。
【０１１１】
特定の実施形態において、フィルムは、ケイ素、ゲルマニウム、および炭化ケイ素などのＩＶ族半導体を含む。このような半導体のための最も一般的なドーパントには、ＩＩＩ族元素からのアクセプター、またはＶ族元素からのドナーが挙げられる。このようなドーパントには、ホウ素、ヒ素、リン、および時折、ガリウムが挙げられるがこれらに限定されない。
【０１１２】
上記に示されたように、様々な実施形態において、薄膜は半導体を含む。多くのドープされたＩＩ族、ＩＩＩ族、ＩＶ族、Ｖ族、またはＶＩ族の元素が半導体であり、これらには、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＭｇＴｅ、ＣａＳ、ＣａＳｅ、ＣａＴｅ、ＳｒＳ、ＳｒＳｅ、ＳｒＴｅ、ＢａＳ、ＢａＳｅ、ＢａＴｅ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＡＩＳ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、Ｃｄ３Ｓｂ２、Ｚｎ３Ｐ２、Ｚｎ３Ａｓ２、Ｚｎ３Ｓｂ２、Ｔｉ０２、Ｔｉ０２、Ｔｉ０２、Ｃｕ２０、ＣｕＯ、Ｕ０２、Ｕ０３、Ｂｉ２０３、Ｓｎ０２、ＢａＴｉ０３、ＳｒＴｉ０３、ＬｉＮｂ０３、Ｌａ２ＣｕＣ４、Ｐｂｌ２、ＭｏＳ２、ＧａＳｅ、ＳｎＳ、Ｂｉ２Ｓ３、ＧａＭｎＡｓ、ＩｎＭｎＡｓ、ＣｄＭｎＴｅ、ＰｂＭｎＴｅ、Ｌａ０．７Ｃａ０．３Ｍｎ０３、ＦｅＯ、ＮｉＯ、ＥｕＯ、ＥｕＳ、ＣｒＢｒ３、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２、Ｃｕ２ＺｎＳｎＳ４、ＣｕＩｎＳｅ２、ＡｇＧａＳ２、ＺｎＳｉＰ２、Ａｓ２Ｓ３、ＰｔＳｉ、Ｂｉｌ３、Ｈｇｌ２、ＴＩＢｒ、Ｓｅ、Ａｇ２Ｓ、ＦｅＳ２、Ｇｅ、およびＳｉ、およびこれらの三元および四元混合物などが挙げられるがこれらに限定されない。
【０１１３】
レーザーエネルギーに加えて、特定の実施形態において、磁場、電場、およびＲＦ場もまた、特定の薄膜を加熱するために容易に使用できる。従って、例えば、参照により本明細書に組み込まれる米国特許公開第２００７／０１６４２５０号は、磁場の中に置かれたときに特定の周波数の磁場で選択的に加熱される磁気材料を提供する。
【０１１４】
様々な実施形態において、このようなフィルムは、十分な強度の磁場に露出されたときにエネルギーを変換する磁気材料（フェロＶ磁気色素など）を含む。従って、例えば、交互の磁場は粒子中で交互の電流を誘導し、熱を生じる。様々な磁気材料が使用できる。このような材料には、Ｆｅ−Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３などの磁気材料が挙げられるがこれらに限定されない。また、特定の実施形態において、銀、銅、白金、パラジウムなどは、本発明のデバイスにおいて使用される粒子、ナノ粒子、及び／または薄膜を含むことができる。特定の実施形態において、粒子、ナノ粒子、及び／または薄膜は、Ｔｉ０２、Ｃｅ０２、Ａｇ、ＣｕＯ、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）、Ｉｎ０２、ＣｄＳ、ＺｒＯ２、またはこれらの組み合わせをを含むことができる。別の実施形態において、任意の金属酸化物、金属合金、金属炭化物、及び／または遷移金属が本発明において使用されてもよい。ある実施形態において、粒子は、コーティングが適用された場に対するそれらのそれぞれの応答性を変化させないように、コートできる。
【０１１５】
特定の実施形態において、本発明のデバイスにおいて使用される薄膜は磁気材料で作ることができるのに対して、他の実施形態において、これらは、常磁性材料または超常磁性材料から作ることができるか、またはこれらを含むことができる。
【０１１６】
従って、特定の実施形態において、薄層は、電子スピン共鳴吸収（ＳＰＭ）及び／または強磁性共鳴を使用して加熱できる。電子スピン共鳴（ＥＳＲ）加熱及び強磁性共鳴（ＦＭＲ）加熱は、ＵＳ特許公開第２００６／０２６９６１２号及び同第２００５／０１１８１０２号に記載されており、これらは、参照により本明細書に組み込まれる。イットリウム−鉄ガーネットＹ３ＦＣ５Ｏ１２及びγ−Ｆｅ２Ｏ３は、ＥＳＲ及び／またはＦＭＲ加熱に適切である２つのよく知られた材料である。ＥＳＲ及び／またはＦＭＲ加熱異なるドーパントは、これらの材料様々な適用のスピン共鳴周波数を低下させるために加えることができる。磁気ガーネット及びスピネルもまた、正常な環境条件下で、化学的に不活性かつ破壊できない。
【０１１７】
周期表のＩＩ族、ＩＩＩ族、ＩＶ族、及びＶ族からの物質を含む様々な材料及び／または半導体もまた意図される。
【０１１８】
特定の実施形態において、本明細書に記載されるデバイスにおける使用のための薄膜の面積及び／または厚さは、調整または最適化でき、フィルム材料、励起エネルギーの性質、ならびに励起エネルギーの周波数及び／または強度の選択を反映できる。
【０１１９】
様々な実施形態において、存在する場合、薄膜の厚さは、約０．５、１、２、５、１０、５０、１００、１５０、２００、３００、４００、または５００ｎｍから約８００ｎｍ、１μｍ、５μｍ、１０μｍ、５０μｍ、または１００μｍの範囲である。特定の実施形態において、金属フィルムの厚さは、約２ｎｍまたは５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、または３０ｎｍから約１００ｎｍ、３００ｎｍ、５００ｎｍ、８００ｎｍまたは１μｍの範囲である。特定の実施形態において、金属フィルムの厚さは、１ｎｍ〜１５０ｎｍ、好ましくは、約５ｎｍ〜１００ｎｍ、より好ましくは、約５ｎｍ、１０ｎｍ、または２０ｎｍ〜約５０ｎｍ、７５ｎｍ、または１００ｎｍの範囲である。特定の実施形態において、金属フィルムは、約３０ｎｍの厚さである。
【０１２０】
様々な実施形態において、コートされた層を含む本明細書に記載されるデバイスは、連続する薄膜、または複数のドメイン（例えば、５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、５００ｎｍのドメイン）に分割された薄膜であり得る。ドメインの形状および薄膜の厚さは、材料の吸収スペクトル、エネルギーの供給源、及び所望の局所的加熱を生じるために必要とされる強度に影響を与える。
【０１２１】
一般的に、フィルムの厚さは、局所的加熱によって産生されるバブルのサイズ及びバブルの近傍の微小流動の性質に影響を与える。このことは、産生される剪断ストレス及び細胞中で産生される開口のサイズを決定する。一般的に、フィルムがより厚くなれば、産生されるバブルがより大きくなり、細胞中で産生される穴がより大きくなる。
【０１２２】
基材に対するフィルムの適用
表面上に薄膜を蒸着する方法は当業者に周知である。
【０１２３】
例えば、薄膜は、スパッタリング蒸着、化学蒸着（ＣＶＤ）、分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）、プラズマアシスト蒸着、陰極アーク蒸着すなわちＡｒｃ−ＰＶＤ、および電子ビーム蒸着を含むがこれらに限定されない任意の適切な方法によって蒸着できる。特定の実施形態において、薄膜はまた、光熱トランスフェクション基材上に化学的に蒸着できる。
【０１２４】
ＴｉＮ薄膜作製の最も一般的な方法は、物理蒸着（ＰＶＤ、通常はスパッタ蒸着、陰極アーク蒸着、または分子ビーム加熱）および化学蒸着（ＣＶＤ）である。両方の方法において、純粋なチタンが昇華させられ、高エネルギー、真空環境で窒素と反応される。
【０１２５】
バルクセラミック物体は、粉末金属チタンを所望の形状に充填すること、それを適切な密度まで圧縮すること、次いで、純粋な窒素の雰囲気中でそれに着火することによって製造できる。金属とガスの間の化学反応によって放出される熱は、窒化物反応生成物を焼成して、硬い、仕上がった品目にするために十分である。
【０１２６】
上記の表面上で薄膜を形成する方法は、例示であって限定を意図するものではない。本明細書に提供される教示を使用して、他の薄膜コート表面は、多くても日常的な実験を使用して産生できる。
【０１２７】
細胞型
本明細書に記載される方法及びデバイスは、細胞膜を有する本質的に任意の細胞とともに使用できると考えられている。加えて、これらの方法及びデバイスはまた、細胞壁を有する細胞に対して使用できる。従って、様々な実施形態において、動物細胞（例えば、哺乳動物細胞）及び植物細胞及び真菌細胞が意図される。
【０１２８】
従って、例えば、ＮＩＨ３Ｔ３マウス線維芽細胞、ＨＥＫ２９３Ｔ胚腎臓線維芽細胞、およびＨｅＬａ子宮頸癌細胞を含む接着細胞が、本明細書に記載されるデバイス及び方法を使用してＧＦＰ発現プラスミドを注入された。一般的に、任意の接着哺乳動物細胞型が、本明細書に記載されるデバイス及び方法を使用して容易に注入できると考えられている。なぜなら、１）効果的な細胞穿孔および細胞生存度の維持によって最適であると決定されるレーザーフルエンスは、試験されたすべての細胞型について比較的狭い範囲で存在し、そして２）適切な注入位置（例えば、核周囲またはおそらく核）を決定するために使用された接着細胞の特徴は容易に視覚的に同定されるからである。
【０１２９】
リンパ球、様々な型の幹細胞、生殖細胞、およびその他の細胞は非接触であるが、しばしば、このような細胞に対して他の「外科的な」手順を注入または実施することが望ましい。本明細書に記載されるような細胞外科ツールを用いる光ピンセットの組み込みは、このことを可能にする。
【０１３０】
加えて、本明細書に記載される方法およびデバイスを使用して、ヒト胚性幹細胞を増殖させ、多能性を維持するために必要とされるような、細胞クラスター中に個別の細胞を注入することは、本明細書に記載される方法及びデバイスを使用して、とりわけ、幹細胞クラスターの表面上に達成可能である。様々な理由のために（例えば、発生トラッキング、勾配の確立など）所望されている、クラスター内に特定の細胞を定位的に注入することもまた可能であると考えられている。
【０１３１】
送達可能な物質
本明細書に記載される方法及びデバイスを使用して、細胞に本質的に任意の所望の物質を送達することが可能であると考えられている。このような物質には、核酸、タンパク質、オルガネラ、薬物送達ナノ粒子、プローブ、標識などが挙げられるがこれらに限定されない。本明細書に記載される方法を使用する細胞へのプラスミドＤＮＡの送達は、少なくとも３種の接着細胞型においてすでに実証されている。従って、任意のプラスミドサイズの遺伝物質は、本明細書に記載される方法及びデバイスによって、容易に移入されるはずである。
【０１３２】
ＢＡＣ（細菌人工染色体）は、細胞を形質導入が困難な場合のため、サイズ制限を有する送達ビヒクル（プラスミド、レトロウイルス、レンチウイルス）のため、大きな遺伝的な異常を導入するため、または発生の間の特定の遺伝子の規則的な発現を追跡するために、望ましい目的である。
【０１３３】
従って、本明細書に記載される方法及びデバイスは、全体的または部分的な天然または合成の染色体を送達するために使用できると考えられている。ＢＡＣと同様に、以前の方法によって多くの細胞に導入できない大きな染色体または染色体フラグメントは、本発明者らの方法によって細胞に導入でき、例えば、ヒトのトリソミー障害（例えば、ダウン症候群及びクラインフェルター症候群）のモデルを確立する。
【０１３４】
同様に、これらの方法は、核の移入のために（例えば、体細胞核移入において）使用でき、または他のオルガネラ（例えば、ミトコンドリア、またはナノ操作された構造）が容易に細胞に導入できる。
【０１３５】
様々な実施形態において、送達可能な物質には試薬が含まれ、この試薬には、核酸（例えば、ベクター、及び／または発現カセット、阻害ＲＮＡ（例えば、ｓｉＲＨＡ、ｓｈＲＮＡ、ｍｉＲＮＡなど）を含む）、リボザイム、タンパク質／ペプチド、酵素、抗体、イメージング試薬、オルガネラ（例えば、核、ミトコンドリア、核小体、リソソーム、リボソームなど）、染色体、細胞内病原体、量子ドット、表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ）粒子、及びマイクロビーズなどの無生物粒子などからなる群より選択される試薬が挙げられるがこれらに限定されない。
【０１３６】
モジュラーシステム
特定の実施形態において、本明細書に記載されるトランスフェクションプラットフォームは、既存の設備と容易に統合できる「モジュール」として提供される。例えば、特定の実施形態において、トランスフェクション基材は、既存の顕微鏡上のステージに加えることができるか、またはそれを置き換えることができる形式で提供される。特定の実施形態において、基材は、倒立顕微鏡（例えば、Ｚｅｉｓ倒立顕微鏡）のｘ／ｙ／ｚステージを置き換えるように形式付けられる。
【０１３７】
特定の実施形態において、トランスフェクション基材は、微小流体システム（例えば、チップ上実験室システム）として、及び／または微小流体システムと統合できるモジュールとして提供される。
【０１３８】
パターン化されたトランスフェクションシステム
様々な実施形態において、本発明は、試薬（カーゴ）の細胞への効率的な高スループット送達（細胞トランスフェクション）のシステムを意図する。特定の実施形態において、１つ以上の光熱基材を備えるシステムは、本明細書に記載されるような細胞トランスフェクション基材（例えば、光熱基材）を備える。この基材は、典型的には、細胞及び／または細胞培養を有する。このシステムは、試薬を送達するための手段、細胞にトランスフェクトされる薬剤、電磁エネルギー源（例えば、光学的エネルギー源）から基材の部分をマスクするための手段などを任意に備えることができる。
【０１３９】
特定の実施形態において、システムは、薄膜及び／または光熱基材を加熱するための電磁エネルギー源をさらに任意に含む。適切なエネルギー源には、レーザー、高強度非コヒーレント光源、磁場発生装置、ＲＦ場発生装置などが挙げられるがこれらに限定されない。
【０１４０】
様々な実施形態において、システムは、コントローラー（例えば、レーザーコントローラー）を含むことができる。特定の実施形態において、コントローラーは、照射の供給源の強度及び／もしくは期間及び／もしくは波長ならびに／または光熱基材の照射のパターンを制御するために構成できる。特定の実施形態において、コントローラーは、光熱基材を備えるマイクロチャネルを通して、及び／または光熱基材が配置されている微小流体システムを通して、試薬の流れを検出し、及び／またはそれを制御する。光熱基材が顕微鏡（例えば、倒立顕微鏡）上に供給される場合、コントローラーは、顕微鏡のステージ、顕微鏡の焦点、及び／または顕微鏡からのイメージ獲得を任意に制御できる。
【０１４１】
キット
別の実施形態において、細胞へのカーゴの効率的な高スループット送達のためのキットが提供される。特定の実施形態において、これらのキットは、本明細書に記載されるような光熱送達デバイスを含有する容器を含む。様々な実施形態において、これらのキットは、細胞へのカーゴ送達を実施するための本明細書に記載された任意の試薬またはデバイス（例えば、試薬、緩衝剤、チュービング、指示試薬、マニピュレーターなど）をさらに任意に含むことができる。
【０１４２】
加えて、これらのキットは、ラベル材料、及び／または細胞にカーゴを送達するための本明細書に記載されたシステム及びデバイスの使用のための指示を提供する指示資料（すなわち、プロトコール）を任意に含む。
【０１４３】
指示資料は、典型的には、手書きまたは印刷された資料を含むが、これらはそのようなものに限定されない。このような指示を保存でき、エンドユーザーにこれらを情報伝達できる任意の媒体が本発明によって意図される。このような媒体には、電子保存媒体（例えば、磁気ディスク、テープ、カートリッジ、チップ）、光学媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ）などが挙げられるがこれらに限定されない。このような媒体は、このような指示資料を提供するインターネットサイトのアドレスを含んでもよい。
【０１４４】
本明細書に記載される実施例および実施形態は、例示目的のみのためであり、それを考慮した様々な修飾または変更が当業者に示唆され、そして本願の技術思想および範囲ならびに添付の特許請求の範囲に含まれることが理解される。本明細書において引用されるすべての刊行物、特許、および特許出願は、すべての目的のために、それらの全体が参照によりそれによって組み込まれる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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