(57)【要約】  射出装置から対象物に対して射出された射出液の、対象物内での挙動を測定する測定システムであって、樹脂材料で形成されたコンテナ部と、射出口が対象物に対してその正面側から位置決めされた所定状態において、対象物の背面側から、射出口が配置され且つ対象物と接触しているコンテナ部の先端面を、対象物を挟んで撮像可能に配置された撮像装置と、先端面に対して第１の近赤外光を照射する第１照射装置と、を備える。この構成により、射出装置から対象物に対して射出液を射出する場合の該射出液の挙動を、撮像装置により撮像して測定することができる。
2020022458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出装置から対象物に対して射出された射出液の、該対象物内での挙動を測定する測定システムであって、
前記射出液が収容される収容空間と、該収容空間と該射出液が外部に射出される射出口とを連通する流路と、を内部に含んで樹脂材料で形成されたコンテナ部と、
前記射出口が前記対象物に対してその正面側から位置決めされた所定状態において、該対象物の背面側から、該射出口が配置され且つ該対象物に対して位置決めされた前記コンテナ部の先端面を、該対象物を挟んで撮像可能に配置された撮像装置と、
前記先端面に対して、第１の近赤外光を照射する第１照射装置と、
を備える、測定システム。
【請求項２】
前記第１照射装置は、前記対象物の背面側から前記先端面に対して、前記第１の近赤外光を照射する装置であって、該第１の近赤外光の該先端面に対する照射角が、該先端面でのその反射光が前記撮像装置に向かうように設定されている、
請求項１に記載の測定システム。
【請求項３】
前記所定状態に置かれている前記コンテナ部の前記先端面と前記対象物との間に、該対象物の背面側から照射された前記第１の近赤外光の一部を反射する先端側反射層が形成される、
請求項２に記載の測定システム。
【請求項４】
前記対象物の正面側から、前記所定状態において前記対象物とは接触していない前記コンテナ部の外周面に入光される第２の近赤外光を照射する第２照射装置であって、該第２の近赤外光の該外周面に対する入射角が、該コンテナ部に入光された該第２の近赤外光が該コンテナ部内を通って該先端面に向かうように設定された、第２照射装置を、更に備える、請求項２に記載の測定システム。
【請求項５】
前記コンテナ部に、前記第２の近赤外光が入光された入光位置から前記先端面側の端部までの、前記外周面の少なくとも一部である所定領域において、該入光位置から該コンテナ部内を通って該所定領域に到達した該第２の近赤外光を該コンテナ部内に反射させる外周側反射部材が設けられる、
請求項４に記載の測定システム。
【請求項６】
前記第１照射装置は、前記対象物の正面側から、前記所定状態において前記対象物とは接触していない前記コンテナ部の外周面に入光される前記第１の近赤外光を照射する装置であって、該第１の近赤外光の該外周面に対する入射角が、該コンテナ部に入光された該第１の近赤外光が該コンテナ部内を通って該先端面に向かわせて該先端面を照射するように設定されている、
請求項１に記載の測定システム。
【請求項７】
前記コンテナ部に、前記第１の近赤外光が入光された入光位置から前記先端面側の端部までの、前記外周面の少なくとも一部である所定領域において、該入光位置から該コンテナ部内を通って該所定領域に到達した該第１の近赤外光を該コンテナ部内に反射させる外周側反射部材が設けられる、
請求項６に記載の測定システム。
【請求項８】
前記第１照射装置は、前記撮像装置による１フレームあたり前記第１の近赤外光を所定の露光時間で明滅するパルス光として照射するように構成される、
請求項１から請求項７の何れか１項に記載の測定システム。
【請求項９】
前記第２照射装置は、前記撮像装置による１フレームあたり前記第２の近赤外光を所定の露光時間で明滅するパルス光として照射するように構成される、
請求項４に記載の測定システム。
【請求項１０】
前記撮像装置は、１０００ｆｐｓ（フレーム毎秒）以上の撮像速度を有する、
請求項１から請求項９の何れか１項に記載の測定システム。
【請求項１１】
前記撮像装置は、１００００ｆｐｓ（フレーム毎秒）以上の撮像速度を有する、
請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の測定システム。
【請求項１２】
射出装置から対象物に対して射出された射出液の、該対象物内での挙動を測定する測定方法であって、
前記射出液が収容される収容空間と、該収容空間と該射出液が外部に射出される射出口とを連通する流路と、を内部に含んで樹脂材料で形成されたコンテナ部を装着した前記射出装置を準備し、
前記射出口が前記対象物に対してその正面側から位置決めされた所定状態において、該対象物の背面側から、該射出口が配置され且つ該対象物に対して位置決めされた前記コンテナ部の先端面を、該対象物を挟んで撮像可能となるように撮像装置を配置し、
第１照射装置から前記先端面に対して第１の近赤外光を照射し、
前記第１照射装置により前記第１の近赤外光を照射した状態で、前記撮像装置により前記射出装置から射出された前記射出液を撮像する、
測定方法。
【請求項１３】
前記第１照射装置は、前記先端面に対する、前記第１の近赤外光の前記対象物の背面側からの照射角が、該先端面でのその反射光が前記撮像装置に向かうように設定されている、
請求項１２に記載の測定方法。
【請求項１４】
更に、前記所定状態において前記対象物とは接触していない前記コンテナ部の外周面に対する、第２の近赤外光の該対象物の正面側からの入射角が、該コンテナ部に入光された該第２の近赤外光が該コンテナ部内を通って該先端面に向かうように設定された第２照射装置から、該外周面に対して該第２の近赤外光を照射し、
前記第１照射装置により前記第１の近赤外光を照射し、且つ、前記第２照射装置により前記第２の近赤外光を照射した状態で、前記撮像装置により前記射出装置から射出された前記射出液を撮像する、
請求項１３に記載の測定方法。
【請求項１５】
前記第１照射装置は、前記対象物の正面側から、前記所定状態において前記対象物とは接触していない前記コンテナ部の外周面に入光される前記第１の近赤外光を照射する装置であって、該第１の近赤外光の該外周面に対する入射角が、該コンテナ部に入光された該第１の近赤外光が該コンテナ部内を通って該先端面に向かわせて該先端面を照射するように設定されている、
請求項１２に記載の測定方法。
【請求項１６】
注入器本体から、所定の構造物が注入対象内に挿入された状態での前記所定の構造物を介した注入を行うことなく、生体分子を含む溶液を前記注入対象に対して注入する注入器であって、
生体分子を含む溶液を収容する収容部と、
加圧された前記生体分子を含む溶液が流れ、前記注入対象に対して射出される射出口を有するノズル部と、
を備え
前記注入対象内における前記生体分子を含む溶液の先端の変位ｘと該溶液の先端の速度ｕ（ｘ）との関係を、下記式（１）で表されるフィッティング関数により、最小二乗法を用いてフィッティングしたとき、減衰係数ｋが１．５９以上である、
注入器。
ｕ（ｘ）＝ｕ０ｅｘｐ（−ｋｘ）＋ｕｅ      ・・・（１）
（式（１）中、ｕ０は速度係数（ｍ／ｓ）を示し、ｋは減衰係数（１／ｍｍ）を示し、ｕｅは漸近速度（ｍ／ｓ）を示す。）
【請求項１７】
漸近速度ｕｅが０．０１以上である、請求項１６に記載の注入器。
【請求項１８】
注入器本体から、所定の構造物が注入対象内に挿入された状態での前記所定の構造物を介した注入を行うことなく、生体分子を含む溶液を前記注入対象に対して注入する注入器であって、
生体分子を含む溶液を収容する収容部と、
加圧された前記生体分子を含む溶液が流れ、前記注入対象に対して射出される射出口を有するノズル部と、
を備え、
前記注入対象内における前記生体分子を含む溶液の先端の変位ｘと該溶液の先端の速度ｕ（ｘ）との関係を、下記式（１）で表されるフィッティング関数により、最小二乗法を用いてフィッティングしたとき、漸近速度ｕｅが０．０１以上である、
注入器。
ｕ（ｘ）＝ｕ０ｅｘｐ（−ｋｘ）＋ｕｅ      ・・・（１）
（式（１）中、ｕ０は速度係数（ｍ／ｓ）を示し、ｋは減衰係数（１／ｍｍ）を示し、ｕｅは漸近速度（ｍ／ｓ）を示す。）
【請求項１９】
請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載の注入器を用いて、注入対象の細胞内に生体分子を含む溶液を注入する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出装置から対象物に対して射出された射出液の挙動を測定する測定システム、及びその測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来においては、流体の流動挙動を直接観測する方法として、例えば多数の短い糸（タフト）のなびき具合から流れの方向を知るタフト法、物体表面に油と顔料の混合物を塗布して、流れによって現れるすじ模様から流れの状態、方向、速度を知る油膜法、流体中にその流体とともに運動する微粒子を混ぜて、その動きを追跡して流れを観測する方法であるトレーサ法、光学的方法として、密度の変化に基づく屈折率の変化を利用したシュリーレン法の他、ホログラフ法およびレーザスペックル法など、様々な方法が使用されている（例えば、特許文献１を参照）。更に、特許文献２では、トレーサ法を用いる場合の、撮像画像におけるトレーサ粒子の挙動解析を簡便に行う技術が開示されている。【０００３】
また、流体の流動挙動を観測する際に近赤外光が利用される。例えば、特許文献３では、近赤外光は生体透過性が良い一方で、血液に強く吸収される特性を利用して、静脈注射を容易にするための可視化装置として近赤外光を利用する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１９４３７９号公報
【特許文献２】特開平１０−２２１３５７号公報
【特許文献３】特開２０１７−６４０９４号公報
【特許文献４】特開２００４−３５８２３４号公報
【特許文献５】米国特許出願公開第２００５／００１０１６８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
射出装置から射出される液体は、その射出のために比較的高い圧力が掛けられている。そのため射出された直後の射出液の速度は比較的高く、その挙動を測定することは容易ではない。特に、射出液が対象物内に射出される場合において、撮像装置により光学的に射出液の挙動を撮像し測定しようとする場合、射出液自体が対象物内に存在することからその測定はより困難となる。【０００６】
そこで、本発明は、上記した問題に鑑み、射出装置から対象物に対して射出液を射出する場合の該射出液の挙動を、撮像装置により撮像して測定する好適な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、射出装置から対象物に対して射出された射出液の、該対象物内での挙動を測定する測定システムであって、前記射出液が収容される収容空間と、該収容空間と該射出液が外部に射出される射出口とを連通する流路と、を内部に含んで樹脂材料で形成されたコンテナ部と、前記射出口が前記対象物に対してその正面側から位置決めされた所定状態において、該対象物の背面側から、該射出口が配置され且つ該対象物に対して位置決めされた前記コンテナ部の先端面を、該対象物を挟んで撮像可能に配置された撮像装置と、前記先端面に対して、第１の近赤外光を照射する第１照射装置と、を備える。【０００８】
上記測定システムは、射出装置においてコンテナ部の収容空間に収容されている射出液が流路を流れて射出口から対象物に向けて射出されるとき、その射出された射出液の挙動を測定する。ここで、射出装置は、当該コンテナ部を含むとともに、収容空間に収容されている射出液に対して、射出のためのエネルギーを付与する駆動部を含む。射出のためのエネルギー付与は、公知の加圧技術によるエネルギー付与の形態を採用できる。付与されるエネルギーの一例としては、化学的に生成されるエネルギー、例えば、火薬・爆薬等の酸化反応によって生じる燃焼エネルギーであってもよい。また別法として、当該加圧のためのエネルギーは、電気的に生成されてもよく、その一例としては、投入された電力により駆動される圧電素子や電磁アクチュエータに起因するエネルギーであってもよい。更に別法としては、当該加圧のためのエネルギーは、物理的に生成されてもよく、その一例としては、弾性体による弾性エネルギーや圧縮ガス等の圧縮物体が有する内部エネルギーであってもよい。すなわち、当該加圧のためのエネルギーは、射出装置において射出液の射出を可能とするエネルギーであれば何れのものであっても構わない。また、当該加圧のためのエネルギーは、これらの燃焼エネルギー、電力によるエネルギー、弾性エネルギー等の内部エネルギーを適宜組み合わせた複合型のエネルギーであっても構わない。【０００９】
また、射出液としては、射出装置からの射出目的に応じて適切な液体を採用できる。なお、射出液に所定物質が溶解した状態であってもよく、又は液体に溶解せずに単に混合された状態であってもよい。一例を挙げれば、射出装置が注射器である場合には、その射出目的、すなわち所定の医療効果等の発揮が期待される物質を生体等の目的部位に送達する目的を考慮して、当該所定物質として、抗体増強のためのワクチン、美容のためのタンパク質、毛髪再生用の培養細胞等があり、これらが射出可能となるように、液体の媒体に含まれることで射出液が形成される。【００１０】
また、コンテナ部は樹脂材料で形成されるが、上記の通り、第１の近赤外光をコンテナ部の先端面で反射でき、第２の近赤外光をコンテナ部内部に入光できる材料であれば、適宜採用することができる。例えば、当該樹脂材料としては、公知のナイロン６−１２、ポリアリレート、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド又は液晶ポリマー等が使用できる。また、これら樹脂材料にガラス繊維やガラスフィラー等の充填物を含ませてもよく、ポリブチレンテレフタレートにおいては２０〜８０質量％のガラス繊維を、ポリフェニレンサルファイドにおいては２０〜８０質量％のガラス繊維を、また液晶ポリマーにおいては２０〜８０質量％のミネラルを含ませることができる。【００１１】
ここで、射出システムにおいては、対象物に対して位置決めされたコンテナ部の先端面、特に、射出口を含む先端面が撮像装置によって撮像されることで、射出装置が作動して射出口から射出される射出液の挙動が測定されることになる。対象物に対するコンテナ部の位置決め、すなわち所定状態に関し、コンテナ部の先端面は対象物に接触した状態であってもよく、先端面と対象物との間に何らかの介在物が介する場合には、コンテナ部の先端面と介在物が接触し、且つ、介在物と対象物が接触するように位置決めされた状態であってもよい。なお、撮像装置は、コンテナ部の先端面を直接撮像してもよく、所定の光学装置（ミラー等）を介して撮像してもよい。このとき、コンテナ部の先端面は、対象物を挟んで対象物の背面側から撮像装置により撮像されるため、対象物の厚さは、射出口が把握できる程度に薄くなるよう所定の厚さに設定されるのが好ましい。そして、コンテナ部の先端面は、第１照射装置から第１の近赤外光が照射される。この結果、撮像装置は、対象物に射出された射出液をその撮像画像上に好適に捉えることができ、射出液の挙動測定が好適に実現されることになる。【００１２】
ここで、第１照射装置の一形態として、前記第１照射装置は、前記対象物の背面側から前記先端面に対して、前記第１の近赤外光を照射する装置であって、該第１の近赤外光の該先端面に対する照射角が、該先端面でのその反射光が前記撮像装置に向かうように設定されてもよい。この形態では、先端面での第１の近赤外光の反射光が撮像装置に向かうように、第１の近赤外光の照射角が設定されているため、撮像装置がコンテナ部の先端面を撮像しやすくなる状況が形成されることになる。この結果、上記の第１照射装置による第１の近赤外光の照射を利用することで、撮像装置は、対象物に射出された射出液をその撮像画像上に好適に捉えることができ、射出液の挙動測定が好適に実現されることになる。また、対象物に対して位置決めされたコンテナ部の先端面に対して第１の近赤外光を照射する形態であるため、コンテナ部の形状、特にコンテナ部に形成される流路近傍の部位の形状にかかわらず、射出液の挙動を測定することができる。【００１３】
上記形態において、更に好ましくは、前記所定状態に置かれている前記コンテナ部の前記先端面と前記対象物との間に、該対象物の背面側から照射された前記第１の近赤外光の一部を反射する先端側反射層が形成されてもよい。このように先端側反射層が、先端面と対象物との間に配置されることで、より多くの第１の近赤外光を撮像装置へと届けることができ、以てより好適な射出液の挙動測定が実現される。【００１４】
また、上記射出システムにおいて、前記第１照射装置は、前記撮像装置による撮像のための１フレームあたり、前記第１の近赤外光を所定の露光時間で明滅するパルス光として照射するように構成されてもよい。このようにパルス光として第１の近赤外光を照射することで、第１照射装置の発光素子への通電時間を短縮でき当該発光素子の発熱を抑制できる。換言すれば、通常の数倍の電圧を第１照射装置の発光素子に印加してパルス光を照射すれば、当該発光素子の動作を好適に維持しながら射出液の挙動を高輝度で測定することができる。【００１５】
ここで、上述までの測定システムにおいて、対象物の背面側から第１の近赤外光が照射されている状態でコンテナ部の周囲には大気が存在していることを考慮すると、撮像装置による撮像画像において、コンテナ部の先端面に対応する領域は、その周囲の領域（コンテナ部周囲の大気に対応する領域）と比べて光量が落ち暗く映る可能性がある。特に、前記所定状態において、対象物とコンテナ部との屈折率差が、対象物と大気との屈折率差より小さい場合には、コンテナ部の先端面での、第１の近赤外光の反射率が相対的に低くなるため、撮像画像における先端面に対応する領域は、より暗く映りやすい。このように先端面に対応する領域が暗くなると、撮像対象である射出液とのコントラストが小さくなり先端面の射出口から射出される射出液の挙動を把握しにくくなり得る。【００１６】
そこで、上記測定システムは、前記対象物の正面側から、前記所定状態において前記対象物とは接触していない前記コンテナ部の外周面に入光される第２の近赤外光を照射する第２照射装置であって、該第２の近赤外光の該外周面に対する入射角が、該コンテナ部に入光された該第２の近赤外光が該コンテナ部内を通って該先端面に向かうように設定された、第２照射装置を、更に備えてもよい。照射された第２の近赤外光はコンテナ部の外周面で比較的反射を起こしにくく、そして、第２の近赤外光の外周面への入射角が、第２の近赤外光がコンテナ部内を通って先端面に向かうように設定されることで、撮像装置による撮像画像において、コンテナ部の先端面に対応する領域の光量を増量させることができる。したがって、上記の第１照射装置による第１の近赤外光の照射と第２照射装置による第２の近赤外光の照射とを併せることで、更に撮像対象である射出液とのコントラストを大きくでき、撮像装置は、対象物に照射された射出液をその撮像画像上に好適に捉えることができ、射出液の挙動測定が好適に実現されることになる。なお、この第２照射装置は、第１照射装置と同様に、撮像装置による撮像のための１フレームあたり、前記第２の近赤外光を所定の露光時間で明滅するパルス光として照射するように構成されてもよい。また、この場合、第１照射装置と第２照射装置のうち一方がパルス光を照射するように構成された装置であってもよく、又は、その両方がパルス光を照射するように構成された装置であってもよい。【００１７】
ここで、上記の測定システムにおいて、前記コンテナ部に、前記第２の近赤外光が入光された入光位置から前記先端面側の端部までの、前記外周面の少なくとも一部である所定領域において、該入光位置から該コンテナ部内を通って該所定領域に到達した該第２の近赤外光を該コンテナ部内に反射させる反射部材が設けられてもよい。このように反射部材がコンテナ部の外周面の所定領域に設けられることで、コンテナ部内を進む第２の近赤外光を反射させて、その先端面に向かわせることができる。このことは、コンテナ部がその設計の都合や第２照射装置の配置の都合により、第２の近赤外光の一部又は全部がコンテナ部内を入光位置から直接先端面に向かうことができない場合等に極めて有用である。すなわち、反射部材は、コンテナ部内を進む第２の近赤外光の一部又は全部が、所定領域でコンテナ部から大気側に出てしまうことを防ぐことができ、以て、コンテナ部の先端面により多くの光量を集め、撮像対象である射出液とのコントラストを大きくすることで先端面近傍での射出液の好適な撮像画像を得ることができる。【００１８】
また、第１照射装置の別の形態として、前記第１照射装置は、前記対象物の正面側から、前記所定状態において前記対象物とは接触していない前記コンテナ部の外周面に入光される前記第１の近赤外光を照射する装置であって、該第１の近赤外光の該外周面に対する入射角が、該コンテナ部に入光された該第１の近赤外光が該コンテナ部内を通って該先端面に向かわせて該先端面を照射するように設定されてもよい。更には、前記コンテナ部に、前記第１の近赤外光が入光された入光位置から前記先端面側の端部までの、前記外周面の少なくとも一部である所定領域において、該入光位置から該コンテナ部内を通って該所定領域に到達した該第１の近赤外光を該コンテナ部内に反射させる外周側反射部材が設けられてもよい。このような形態においても、前記第１の近赤外光を所定の露光時間で明滅するパルス光として照射するように構成されてもよい。【００１９】
また、本願発明を、射出装置から対象物に対して射出された射出液の、該対象物内での挙動を測定する測定方法の側面から捉えることができる。当該方法は、前記射出液が収容される収容空間と、該収容空間と該射出液が外部に射出される射出口とを連通する流路と、を内部に含んで樹脂材料で形成されたコンテナ部を装着した前記射出装置を準備し、前記射出口が前記対象物に対してその正面側から位置決めされた所定状態において、該対象物の背面側から、該射出口が配置され且つ該対象物に対して位置決めされた前記コンテナ部の先端面を、該対象物を挟んで撮像可能となるように撮像装置を配置し、第１照射装置から、前記先端面に対して第１の近赤外光を照射し、前記第１照射装置により前記第１の近赤外光を照射した状態で、前記撮像装置により前記射出装置から射出された前記射出液を撮像する。好ましくは、前記第１照射装置は、前記先端面に対する、前記第１の近赤外光の前記対象物の背面側からの照射角が、該先端面でのその反射光が前記撮像装置に向かうように設定されてもよい。そして、当該測定方法において、更に、前記所定状態において前記対象物とは接触していない前記コンテナ部の外周面に対する、第２の近赤外光の該対象物の正面側からの入射角が、該コンテナ部に入光された該第２の近赤外光が該コンテナ部内を通って該先端面に向かうように設定された第２照射装置から、該外周面に対して該第２の近赤外光を照射し、前記第１照射装置により前記第１の近赤外光を照射し、且つ、前記第２照射装置により前記第２の近赤外光を照射した状態で、前記撮像装置により前記射出装置から射出された前記射出液を撮像してもよい。【００２０】
また、別法として、前記第１照射装置は、前記対象物の正面側から、前記所定状態において前記対象物とは接触していない前記コンテナ部の外周面に入光される前記第１の近赤外光を照射する装置であって、該第１の近赤外光の該外周面に対する入射角が、該コンテナ部に入光された該第１の近赤外光が該コンテナ部内を通って該先端面に向かわせて該先端面を照射するように設定されてもよい。【００２１】
なお、上記測定システムに関連して開示した技術思想は、技術的な齟齬が生じない限りにおいて上記測定方法に係る発明にも適用可能である。
【発明の効果】
【００２２】
射出装置から対象物に対して射出液を射出する場合の該射出液の挙動を、撮像装置により撮像して測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】測定システムの概略構成を示す第１の図である。
【図２】射出装置に取り付けられるコンテナ部の構成を示すとともに、コンテナ部への近赤外光の照射の第１形態を示す図である。
【図３】射出装置に取り付けられるコンテナ部の構成を示すとともに、コンテナ部への近赤外光の照射の第２形態を示す図である。
【図４】図３に示す近赤外光の照射が行われたときの、コンテナ部の先端面側への近赤外光の進行状態を示す図である。
【図５】高速度カメラにより対象物を挟んで背面側から撮像されたコンテナ部先端面の撮像画像である。
【図６】図５に示す撮像画像の対角線に沿って、当該撮像画像上の輝度を解析したグラフである。
【図７】測定システムにおける射出液の挙動を測定する方法の流れを示すフローチャートである。
【図８】射出装置による射出液の射出が行われたときの、高速度カメラにより時系列に撮像されたコンテナ部先端面及び対象物内に広がる薬液の撮像画像である。
【図９】測定システムの概略構成を示す第２の図である。
【図１０】図９に示す形態における、ノズル部先端の近傍領域の拡大図である。
【図１１】図９に示す形態において高速度カメラにより対象物を挟んで背面側から撮像されたコンテナ部先端面の撮像画像である。
【図１２】図１１に示す撮像画像の対角線に沿って、当該撮像画像上の輝度を解析したグラフである。
【図１３】測定システムの概略構成を示す第３の図である。
【図１４】本発明の一実施態様に係る注入器の概略構成を示す図である。
【図１５−１】本発明の一実施態様に係る、注入対象内における生体分子を含む溶液の先端の変位ｘと該溶液の先端の速度ｕ（ｘ）との関係を示すグラフである。
【図１５−２】本発明の一実施態様に係る、注入対象内における生体分子を含む溶液の先端の変位ｘと該溶液の先端の速度ｕ（ｘ）との関係を示すグラフである。
【図１５−３】本発明の一実施態様に係る、注入対象内における生体分子を含む溶液の先端の変位ｘと該溶液の先端の速度ｕ（ｘ）との関係を示すグラフである。
【図１６】本発明の一実施態様に係る、注入対象内における生体分子を含む溶液の先端の変位ｘと、該溶液の先端の速度ｕ（ｘ）を速度係数ｕ０で規格化した速度との関係を示すグラフである。
【図１７−１】本発明の一実施態様に係る、哺乳動物個体（生体）内の細胞核と哺乳動物個体（生体）内に注入されたＤＮＡの分布を示す図である（図面代用写真）。
【図１７−２】本発明の一実施態様に係る、哺乳動物個体（生体）内の細胞核と哺乳動物個体（生体）内に注入されたＤＮＡの分布を示す図である（図面代用写真）。
【図１７−３】本発明の比較例に係る、哺乳動物個体（生体）内の細胞核と哺乳動物個体（生体）内に注入されたＤＮＡの分布を示す図である（図面代用写真）。
【図１７−４】本発明の一実施態様に係る、哺乳動物個体（生体）内における、ＤＮＡ溶液の注入による組織の損傷を示す図である（図面代用写真）。
【図１７−５】本発明の一実施態様に係る、哺乳動物個体（生体）内における、ＤＮＡ溶液の注入による組織の損傷を示す図である（図面代用写真）。
【図１７−６】本発明の一実施態様に係る、哺乳動物個体（生体）内における、ＤＮＡ溶液の注入による組織の損傷を示す図である（図面代用写真）。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
＜第１実施形態＞
以下に、図面を参照して本実施形態に係る、射出装置から射出された射出液の挙動を測定する測定システム及びその測定方法について説明する。なお、本実施形態では、射出装置として、注射針を介することなく注射液（射出液）を対象物に射出する無針注射器（以下、単に「注射器」という）１を採用する。当該注射器１は、火薬の燃焼エネルギーを利用して注射液を対象物に射出する。なお、本実施形態において、注射器１の長手方向における相対的な位置関係を表す用語として、「先端側」及び「基端側」を用いる。当該「先端側」は、注射器１の先端寄り、すなわち射出口３１ａ寄りの位置を表し、当該「基端側」は、注射器１の長手方向において「先端側」とは反対側の方向、すなわち駆動部７側の方向を表している。また、以下の実施形態の構成は例示であり、測定システムの構成は、この実施形態の構成に限定されるものではない。
【００２５】
＜注射器１の構成＞
ここで、図１は、注射器１の概略構成とともに測定システムの全体を示す図である。図１において、注射器１はその長手方向に沿った断面状態で図示されている。なお、測定システムで注射液の挙動を測定する場合、射出される注射液は、必ずしも実際に注射器１が使用される場合の注射液（例えば、対象物で期待される効能や機能を発揮する所定物質が液体の媒体に含有されることで形成されている液体）である必要は無く、撮像装置である高速度カメラ３０で撮像しやすい、撮像用の液体であってもよい。本実施形態では、このような撮像用の液体も注射液の一形態として扱われる。
【００２６】
注射器１は、注射器本体６の先端側にコンテナ部３が装着され、基端側に駆動部７が装着されて構成される。ここで、コンテナ部３は、その本体の中心軸に沿って形成され、注射液を収容可能な空間である収容空間３４と、その収容空間３４に連通し先端側で開口する流路３１とを、内部に含んで樹脂で形成されている。より詳細には、コンテナ部３の先端側に、流路３１を含むノズル部３１ｂが形成され、ノズル部３１ｂの先端側の端面が先端面３２とされる（後述の図２、図３を参照）。したがって、ノズル部３１ｂは、収容空間３４を含まない、コンテナ部３の一部である。そして、この流路３１の開口部が射出口３１ａとなる。ノズル部３１ｂを含むコンテナ部３を形成する樹脂材料としては、例えば、公知のナイロン６−１２、ポリアリレート、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド又は液晶ポリマー等が使用できる。また、これら樹脂材料にガラス繊維やガラスフィラー等の充填物を含ませてもよく、ポリブチレンテレフタレートにおいては２０〜８０質量％のガラス繊維を、ポリフェニレンサルファイドにおいては２０〜８０質量％のガラス繊維を、また液晶ポリマーにおいては２０〜８０質量％のミネラルを含ませることができる。
【００２７】
そして、コンテナ部３の収容空間３４において、プランジャ４が流路３１方向（先端側方向）に摺動可能となるように配置され、プランジャ４とコンテナ部３の本体との間に形成される収容空間３４の一部又は全部が、注射液が実際に封入される空間となる。ここで、収容空間３４内をプランジャ４が摺動することで、収容空間３４に収容されている注射液が押圧されて流路３１の先端側に設けられた射出口３１ａより射出されることになる。そのため、プランジャ４は、収容空間３４内での摺動が円滑であり、且つ、注射液がプランジャ４側から漏出しないような材質で形成される。具体的なプランジャ４の材質としては、例えば、ブチルゴムやシリコンゴムが採用できる。更には、スチレン系エラストマー、水添スチレン系エラストマーや、これにポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、α−オレフィン共重合体等のポリオレフィンや流パラ、プロセスオイル等のオイルやタルク、キャスト、マイカ等の粉体無機物を混合したものがあげられる。さらにポリ塩化ビニル系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ポリウレタン系エラストマーや天然ゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴムのような各種ゴム材料（特に加硫処理したもの）や、それらの混合物等を、プランジャ４の材質として採用することもできる。また、プランジャ４とコンテナ部３との間の摺動性を確保・調整する目的で、プランジャ４の表面やコンテナ部３の収容空間３４の表面を各種物質によりコーティング・表面加工してもよい。そのコーティング剤としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、シリコンオイル、ダイヤモンドライクカーボン、ナノダイヤモンド等が利用できる。
【００２８】
ここで、プランジャ４の先端側の輪郭は、収容空間３４と流路３１との接続部位の内壁面の輪郭に概ね一致する形状となっている。これにより、注射液の射出時にプランジャ４が摺動し、収容空間３４において最も奥に位置する最奥位置に到達したときに、プランジャ４と当該接続部位の内壁面との間に形成される隙間を可及的に小さくでき、注射液が収容空間３４内に残り無駄となることを抑制することができる。
【００２９】
ここで、コンテナ部３の説明に戻る。コンテナ部３の流路３１の内径は、収容空間３４の内径よりも細く形成されている。このような構成により、高圧に加圧された注射液が、流路３１の射出口３１ａから外部に射出されることになる。また、コンテナ部３の基端側に位置する部分には、注射器本体６とコンテナ部３とを結合するためのネジ部が形成されている。
【００３０】
更に、コンテナ部３内には、プランジャ４に隣接する位置にピストン５が配置されている。ピストン５は、駆動部７の点火器７１で生成される燃焼生成物により加圧されて収容空間３４内を摺動するように構成されている。また、ピストン５は金属製であり、その一部にピストン５が摺動する摺動面との密着性を高めるために、Ｏリング等が配置されてもよい。別法としてピストン５は樹脂製でもよく、その場合、耐熱性や耐圧性が要求される部分は金属を併用してもよい。ピストン５の基端側の端面は、注射器本体６の内部に形成された貫通孔側に露出している。当該貫通孔は、駆動部７の点火器７１で生成される燃焼生成物が放出され、またはその燃焼生成物により燃焼されるガス発生剤８０が配置される燃焼室である。したがって、ピストン５の基端側の端面が当該燃焼室から圧力を受け、それをプランジャ４を介して収容空間３４に収容されている注射液に伝えて加圧する。
【００３１】
次に、駆動部７について説明する。駆動部７は、その本体が筒状に形成され、その内部に、点火薬を燃焼させて射出のためのエネルギーを発生させる電気式点火器である点火器７１を有し、点火器７１による燃焼エネルギーをピストン５の基端側端面に伝えられるように、当該基端側端面に対して点火器７１が対向するように注射器本体６に配置される。駆動部７の本体は、射出成形した樹脂を金属のカラーに固定したものであってもよい。当該射出成形については、公知の方法を使用することができる。駆動部７の本体の樹脂材料としては、コンテナ部３と同じ樹脂材料で形成されている。
【００３２】
ここで、点火器７１において用いられる点火薬の燃焼エネルギーは、注射器１が注射液を対象物に射出するためのエネルギーとなる。なお、当該点火薬としては、好ましくは、ジルコニウムと過塩素酸カリウムを含む火薬（ＺＰＰ）、水素化チタンと過塩素酸カリウムを含む火薬（ＴＨＰＰ）、チタンと過塩素酸カリウムを含む火薬（ＴｉＰＰ）、アルミニウムと過塩素酸カリウムを含む火薬（ＡＰＰ）、アルミニウムと酸化ビスマスを含む火薬（ＡＢＯ）、アルミニウムと酸化モリブデンを含む火薬（ＡＭＯ）、アルミニウムと酸化銅を含む火薬（ＡＣＯ）、アルミニウムと酸化鉄を含む火薬（ＡＦＯ）、もしくはこれらの火薬のうちの複数の組合せからなる火薬が挙げられる。これらの火薬は、点火直後の燃焼時には高温高圧のプラズマを発生させるが、常温となり燃焼生成物が凝縮すると気体成分を含まないために発生圧力が急激に低下する特性を示す。適切な注射液の射出が可能な限りにおいて、これら以外の火薬を点火薬として用いても構わない。
【００３３】
また、注射器１では、ピストン５を介して注射液にかける圧力推移を調整するために、上記点火薬に加えて、点火器７１での火薬燃焼によって生じる燃焼生成物によって燃焼しガスを発生させるガス発生剤８０が、注射器本体６の貫通孔内に配置されている。その配置場所は、点火器７１からの燃焼生成物に晒され得る場所である。また、別法としてガス発生剤８０を、国際公開公報０１−０３１２８２号や特開２００３−２５９５０号公報等に開示されているように、点火器７１内に配置してもよい。ガス発生剤の一例としては、ニトロセルロース９８質量％、ジフェニルアミン０．８質量％、硫酸カリウム１．２質量％からなるシングルベース無煙火薬が挙げられる。また、エアバッグ用ガス発生器やシートベルトプリテンショナ用ガス発生器に使用されている各種ガス発生剤を用いることも可能である。注射器本体６の貫通孔６４内に配置されるときのガス発生剤の寸法や大きさ、形状、特に表面形状を調整することで、該ガス発生剤の燃焼完了時間を変化させることが可能であり、これにより、注射液に掛ける圧力推移を調整し、その射出圧を所望の推移とすることができる。
【００３４】
このように構成される注射器１の駆動部７に対して電源装置４０から直流電力が供給されると、点火器７１が作動して燃焼生成物を放出するとともに、その燃焼生成物によってガス発生剤８０が燃焼する。この結果、ピストン５が押圧されてプランジャ４を介して注射液の加圧が行われる。加圧された注射液は、ノズル部３１ｂの射出口３１ａから射出される。なお、図１は、注射液が射出される対象物５１に対して、射出口３１ａが形成されているノズル部３１ｂの先端面３２が接触し位置決めされている状態であり、駆動部７が作動すると対象物５１への射出が可能な状態となっている。ここで、対象物５１は、本実施形態の測定システムによって挙動が測定される、注射液が射出される対象物体である。例えば、対象物５１は、ラットの摘出皮膚とすることができる。本実施形態では、注射液の対象物５１での挙動を測定するために、対象物５１は比較的薄く形成される。また、図１に示す状態では、対象物５１は無色透明なアクリル板５２上に配置された状態で、その上にノズル部３１ｂの先端面３２を位置決めして注射器１が配置される。このように対象物５１を基準としたときに注射器１が配置されている側を、対象物５１の正面側とする。
【００３５】
また、測定システムには、対象物５１の背面側（すなわち、注射器１が配置されている正面側とは反対側）から、対象物５１を挟んでノズル部３１ｂの先端面３２を撮像可能となる位置に、撮像装置である高速度カメラ３０が配置されている。高速度カメラ３０は、極めて短時間で生じる事象を、１秒間に数千〜１万フレーム程度の高速度で撮像できるカメラである。例えば、１０００フレーム毎秒以上、好ましくは５０００フレーム毎秒以上、更に好ましくは１００００フレーム毎秒以上の速度で撮像できるのが好ましい。注射器１から射出される注射液は極短時間で対象物５１内を拡散していくため、このような高速度カメラ３０が有用である。なお、高速度カメラ３０は、先端面３２を直接撮像してもよく、又は、図１に示すようにミラー２３等の光学装置を介して先端面３２を撮像するように配置されてもよい。更に、測定システムには、コンピュータである制御装置２０が配置されており、制御装置２０は電源装置４０や高速度カメラ３０を制御するとともに、高速度カメラ３０で撮像された画像データを収集し、所定の制御プログラムが実行されることで、収集された画像データの画像処理等を介して注射液の挙動測定を実現する。
【００３６】
ここで、測定システムでは、高速度カメラ３０が臨む視野においてノズル部３１ｂの先端面３２に撮像に必要な光量を供給するために、所定波長の近赤外光を照射する背面側照射装置２１（この場合、本願の第１照射装置に相当する。）が対象物５１の背面側に配置される。背面側照射装置２１は、例えば、８５０ｎｍの近赤外光を照射可能なレーザ照射装置である。そして、背面側照射装置２１はその近赤外光を先端面３２に対して照射し、先端面３２でのその反射光がミラー２３を介して高速度カメラ３０に向かうように、背面側照射装置２１からの先端面３２に対する照射角が設定されている。なお、照射角とは、先端面３２の法線方向と当該近赤外光の照射方向とが為す角度である。このように背面側照射装置２１から近赤外光が照射されることで、高速度カメラ３０が対象物５１を挟んで先端面３２に臨んでいる状態で、注射器１が作動したときに対象物５１内での注射液の挙動（例えば、注射液が対象物５１内でどのように拡散していくか等）を撮像していくことが可能となる。
【００３７】
しかしながら、図１に示す注射器１の配置状態では、ノズル部３１ｂの先端面３２が対象物５１に接触しているが、そのノズル部３１ｂの側方は大気が存在している。そのため、高速度カメラ３０からの視野において、先端面３２に対応する領域が、その周囲の大気に対応する領域よりも相対的に暗く映る傾向がある。これは、対象物５１の屈折率が、大気の屈折率よりもノズル部３１ｂを含むコンテナ部３の屈折率の方に相対的に近いため、対象物５１とコンテナ部３との屈折率差が、対象物５１とコンテナ部３の周囲の大気との屈折率差よりも小さいことに起因する。その結果、背面側照射装置２１によって近赤外光を照射していても、先端面３２で十分に反射されず対象物５１から先端面３２を介してコンテナ部３内に抜けてしまう近赤外光量が多くなり、以て、注射液の挙動を高速度で撮像するには十分な光量の反射光を得ることが困難となる。
【００３８】
そこで、本実施形態の測定システムでは、背面側照射装置２１に加えて、正面側照射装置２２（この場合、本願の第２照射装置に相当する。）を配置する。正面側照射装置２２も、所定波長（例えば、８５０ｎｍ）の近赤外光を照射可能なレーザ照射装置である。ただし、正面側照射装置２２は、背面側照射装置２１とは異なり対象物５１の正面側に配置されて、その近赤外光は、コンテナ部３の外周面に照射される。ここで、図２に基づいて、正面側照射装置２２による近赤外光の第１の照射形態について説明する。なお、図２に示すコンテナ部３においては、プランジャ４、ピストン５、注射液の記載は省略されている。
【００３９】
図２に示すように、コンテナ部３は、その先端側にはノズル部３１ｂが位置しその先端側に先端面３２が形成され、そこに射出口３１ａが配置されている。そして、その射出口３１ａから、ノズル部３１ｂの中心軸に沿って流路３１が形成され、さらにそれに収容空間３４が繋がっている。ここで、コンテナ部３の外周面のうち対象物５１に接触している先端面３２を除く外周面は、コンテナ部３の側方の外周面であって、図２に示すように、先端側から第１外周面３３ａ、第２外周面３３ｂ、第３外周面３３ｃとなっている。第１外周面３３ａは、先端面３２と隣接する外周面であり最もコンテナ部３の先端面３２近くに位置し、一方で、第３外周面３３ｃは、コンテナ部３の先端面３２から最も離れて位置する外周面であり注射器本体６に隣接している。また第３外周面３３ｃに対応するコンテナ部３の直径Ｄ３は、第１外周面３３ａに対応するコンテナ部３の直径Ｄ１よりも大きくなっている。そのため、第１外周面３３ａと第３外周面３３ｃとを繋ぐ第２外周面３３ｂは、図２に示す断面において、コンテナ部３の中心軸に対して傾斜した状態となる。
【００４０】
ここで、正面側照射装置２２からの近赤外光は、先端面３２を基準としたときにコンテナ部３の軸方向に距離Ｌ１離れた、第３外周面３３ｃ上の点Ｐ１に入光される。このときの正面側照射装置２２からの近赤外光の入射角θ１は、図２に示すように、点Ｐ１で入光された近赤外光が屈折角θ２で屈折してコンテナ部３内を進み、ノズル部３１ｂの先端面３２にそのまま到達するように設定されている。すなわち、第１外周面３３ａに対応するコンテナ部３の直径（先端面３２の直径）Ｄ１、第３外周面３３ｃに対応するコンテナ部３の直径Ｄ３、及び入光地点Ｐ１の先端面からの距離Ｌ１等の、コンテナ部３の幾何学的条件と、大気からコンテナ部３に入光される近赤外光の屈折とを考慮して、当該近赤外光が先端面３２に到達するように入射角θ１が設定されている。なお、コンテナ部３のノズル部３１ｂには流路３１が形成されているが、その流路径は極めて小さいため近赤外光のコンテナ部３内での進行を妨げるものではない。
【００４１】
このように正面側照射装置２２の設定が行われることで、正面側照射装置２２から照射された近赤外光は、入光地点Ｐ１で屈折してコンテナ部３の部材内を進んでいく。ここで、コンテナ部３においては、収容空間３４の内壁面と第１外周面３３ａ〜第３外周面３３ｃとの間には、比較的大きな肉厚が確保されている。そのため、その近赤外光はその肉厚を有する部材内を進み、先端面３２に直接到達することができる。この結果、高速度カメラ３０からの視野において、大気に対応する領域よりも相対的に暗く映る傾向がある、先端面３２に対応する領域に対して、高速度カメラ３０による撮像のために好ましい光量を供給することができる。上述の背面側照射装置２１からの近赤外光の照射と併せることで、高速度カメラ３０が対象物５１を挟んで先端面３２を臨んでいる状態で、射出された注射液の対象物５１内での挙動（例えば、注射液が対象物５１内でどのように拡散していくか等）を好適に撮像していくことが可能となる。
【００４２】
次に、図３に基づいて、正面側照射装置２２による近赤外光の第２の照射形態について説明する。図３に示すコンテナ部３には、その第１外周面３３ａに反射部材３５が設けられている。具体的には、反射部材３５は、いわゆるアルミ箔であり第１外周面３３ａを密着して覆うようにその表面上に設けられている。そして、第２の照射形態では、正面側照射装置２２から射出された近赤外光は地点Ｐ１でコンテナ部３に入光しそこで屈折すると（入射角θ１’に対して屈折角θ２’で屈折する）、先端面３２には直接到達せずに、第１外周面３３ａに到達する。しかし、第１外周面３３ａには反射部材３５が配置されているため、第１外周面３３ａに到達した近赤外光はコンテナ部３の外部には漏れ出ずに、反射部材３５によって反射され、その結果、先端面３２に到達することができる。正面側照射装置２２からの近赤外光がこのような光路をたどる場合の入射角θ１’も、「コンテナ部３に入光された近赤外光がコンテナ部３内を通って先端面３２に向かうように設定された」入射角ということができる。
【００４３】
ここで、先端面３２の前方に対象物５１を配置しない状態で注射器１を固定し且つコンテナ部３に対して図３に示すように正面側照射装置２２から近赤外光を照射した場合において、反射部材３５を取り付けた状態（すなわち図３に示す状態）と反射部材３５を取り外した状態のそれぞれの、先端面３２の状況を図４に示す。具体的には、図４の上段（ａ）に、反射部材３５を図３に示すように取り付けた状態で正面側照射装置２２による近赤外光の照射を行った場合の先端面３２の状況を示し、下段（ｂ）に、反射部材３５を取り外した状態で正面側照射装置２２による近赤外光の照射を行った場合の先端面３２の状況を示す。
【００４４】
上段（ａ）を見ると理解できるように、反射部材３５による近赤外光の反射の結果、先端面３２の前方領域３２１が明るくなっている。一方で、その反射部材３５が取り外されると、下段（ｂ）に示すように、先端面３２の前方領域３２１の明るさが、上段（ａ）と比べて暗くなっている。更に、前方領域３２１より外れた場所に、比較的明るくなっている場所３２２が現れているのが分かる。これは、図３に示すようにコンテナ部３への入光時に屈折した近赤外光が第１外周面３３ａに到達したときに、反射部材３５による反射が行われないためそのままコンテナ部３の外に出てしまった状態を表している。このように反射部材３５を設けることで、ノズル部３１ｂの先端面３２の前方領域３２１を効果的に明るくすることができることが理解できる。
【００４５】
＜撮像結果＞
ここで、図５及び図６に基づいて、高速度カメラ３０による撮像結果について説明する。図５の（ａ）〜（ｃ）のそれぞれは、注射器１で注射液の射出が行われていない状態で、以下に示す条件１〜条件３に対応した高速度カメラ３０による撮像画像である。
条件１：背面側照射装置２１のみによる近赤外光の照射
条件２：正面側照射装置２２のみによる近赤外光の照射
条件３：背面側照射装置２１及び正面側照射装置２２の両方による近赤外光の照射
また、図６は、図５のそれぞれの撮像画像における同一場所（撮像画像中の白色の同一対角線上の場所）での、画像ピクセルの輝度を表している。図６における線Ｌ１は図５の（ａ）に対応し、線Ｌ２は図５の（ｂ）に対応し、線Ｌ３は図５の（ｃ）に対応する。
【００４６】
また、高速度カメラ３０による注射液の挙動測定は、図７に示す測定方法のフローに従って実現される。先ず、Ｓ１０１で射出装置である注射器１が図１に示す状態になるようにセッティングを行う。このとき、注射器１のノズル部３１ｂの先端面３２が対象物５１に接触し、注射器１が作動したときに生じる衝撃等で注射器１が変位しないようにその固定は丁寧に行うのが好ましい。続いて、Ｓ１０２では、高速度カメラ３０がノズル部３１ｂの先端面３２がその視野に収まるように、図１に示すように高速度カメラ３０を対象物５１の背面側に配置する。このとき、高速度カメラ３０と先端面３２との間に、ミラー２３等の光学装置を配置してもよく、当該光学装置を除いても構わない。
【００４７】
そして、Ｓ１０３で、上述したように背面側照射装置２１を対象物５１の背面側に配置して、そこから先端面３２に向けて近赤外光を照射し、更に、Ｓ１０４で、図２や図３に示すように正面側照射装置２２を対象物５１の正面側に配置して近赤外光の照射を行い、その近赤外光をコンテナ部３に入光させて先端面３２までコンテナ部３の内部を進ませる。このような背面側照射装置２１及び正面側照射装置２２による近赤外光の照射が行われている状態で、Ｓ１０５の処理が行われる。Ｓ１０５では、先ず、制御装置２０から高速度カメラ３０に対して撮像待ちの指示が出される。当該指示を受けた高速度カメラ３０は、外部からトリガー信号が来ると直ちに撮像できるようにスタンバイ状態となる。そして、その状態において、ユーザが電源装置４０を操作すると、注射器１の駆動部７に駆動電力が供給されるとともに、電源装置４０から高速度カメラ３０に撮像実行のトリガー信号が送信される。当該トリガー信号を受け取った高速度カメラ３０は、撮像を開始し、その撮像結果は制御装置２０のモニタに映し出される。また、高速度カメラ３０による撮像結果は、制御装置２０内の記録装置に記録される。なお、Ｓ１０２〜Ｓ１０４の各処理は、順序を入れ替えてもよく、また同時に行ってもよい。
【００４８】
このような測定方法によって取得された撮像画像が、上記の条件３に従って撮像された画像になる。なお、上記の条件１及び条件２に従った撮像を行う場合、条件３と相違する照射装置による近赤外光の照射以外は、図７に示す測定方法のフローと同じである。
【００４９】
ここで、図５、特に（ａ）と（ｃ）において明確に分かる円形状の輪郭は、ノズル部３１ｂの先端面３２の外郭に相当する。条件１の場合、図５の（ａ）に示すように、先端面３２に対応する領域は非常に暗くなっている。このことは図６の線Ｌ１からも理解できる。これは上述したように背面側照射装置２１のみで近赤外光を照射した場合、対象物５１とノズル部３１ｂ（コンテナ部３）との屈折率差が相対的に小さいため、その近赤外光による反射光を十分に発生させることが容易でないことによる。ただし、このことは条件１に従った撮像形態が、本願発明の範疇から除かれることを意味するものではなく、この点については後述の第２の実施形態において説明する。
【００５０】
一方で、条件３の場合、図５の（ｃ）に示すように、先端面３２に対応する領域は条件１の場合と比べて明るくなっており、このことは図６の線Ｌ３からも理解できる。これは上述したように、背面側照射装置２１に加えて正面側照射装置２２からも近赤外光を照射することで、コンテナ部３の内部から先端面３２に近赤外光を到達させることができるからである。したがって、仮に射出口３１ａから注射液が射出されると、注射液とのコントラストを比較的大きくできるため注射液の存在を確実に捉えることができる。なお、条件２では、正面側照射装置２２のみから近赤外光を照射しているが、図６の線Ｌ２を見ると、１８０近傍となる位置を中心にして輝度推移の盛り上がりを認識できるものの、その輝度が比較的緩やかに推移するため射出された注射液の外郭（最も外側の位置）を識別しにくい。しかし、条件２に従った撮像形態であっても、線Ｌ２で示すように中心近傍での輝度の盛り上がりが見出せるのであるから、当該形態も本願発明の範疇に含まれる。なお、条件２に従った撮像形態については、後述の第３の実施形態において説明する。
【００５１】
次に、上記の条件３に従って注射液の挙動を測定した場合の注射液の拡散の推移を、高速度カメラ３０によって順次、撮像して得られた画像を図８に示す。図８の各図には、注射器１が作動してからの経過時間が記載されている。具体的には、経過時間が０ｍｓｅｃ、１ｍｓｅｃ、１．２ｍｓｅｃ、３ｍｓｅｃ、４．９ｍｓｅｃ、１０ｍｓｅｃの場合の、高速度カメラ３０による撮像画像である。各図において、白い実線で示すのがノズル部３１ｂの先端面３２の外郭線である。そして、経過時間が０ｍｓｅｃ以外の各図において、白い破線で示すのが射出されて対象物５１内で拡散している注射液の外郭線である。このように本実施形態の測定システムによれば、極めて短時間で生じる、射出された注射液の挙動を好適に測定することができる。特に、注射器１を作動して間もないタイミングでも、注射液の存在を好適に捉えることができているのが理解できる。
【００５２】
＜第２実施形態＞
次に、図９に基づいて、測定システムの第２の実施形態について説明する。図９に示す測定システムには、照射装置として、図１に示す測定システムの構成のうち正面側照射装置２２が含まれておらず、背面側照射装置２１のみが含まれており、それ以外の構成は基本的に同一である。この場合、当該背面側照射装置２１が、本願の第１照射装置に相当する。このような構成であっても、ノズル部３１ｂの先端面３２からの反射光が十分量得られる場合には、射出口３１ａから射出された注射液の挙動を、高速度カメラ３０にて十分に捉えることが可能となる。例えば、ノズル部３１ｂを含むコンテナ部３と対象物との屈折率差が比較的大きくなるように、コンテナ部３を形成する材料を適宜選択することで、先端面３２からの反射光量を増加させることが可能である。
【００５３】
また、このように構成される測定システムでは、先端面３２からの反射光が得られれば射出された注射液の挙動の撮像は可能である。したがって、ノズル部３１ｂやコンテナ部３の形状にかかわらず、注射液の挙動を的確に把握することができる。この点については、上記の第１実施形態で示した測定システムについても同様である。
【００５４】
更に本実施形態の変形例として、図１０に示すように、ノズル部３１ｂの先端面３２と対象物５１との間に、背面側照射装置２１からの近赤外光の一部を反射する反射層３８が形成されてもよい。具体的には、この反射層３８は、先端面３２に白色塗料（アクリル絵具）が所定の厚さ塗布されることで形成される。このような構成では、ノズル部３１ｂの先端面３２が対象物５１に対して、反射層３８を挟んで位置決めされた状態となる。また、別法として、対象物５１の表面（先端面３２が接触する表面）の上に白色塗料が塗布されることで、反射層３８が形成されてもよい。すなわち、反射層３８は、ノズル部３１ｂの先端面３２と、対象物５１の表面とに挟まれて配置されていればよい。
【００５５】
＜撮像結果＞
そして、図１１及び図１２に基づいて、本実施形態における高速度カメラ３０による撮像結果について説明する。図１１の（ａ）、（ｂ）のそれぞれは、注射器１で注射液の射出が行われていない状態で、以下に示す条件１１〜条件１２に対応した高速度カメラ３０による撮像画像である。
条件１１：背面側照射装置２１のみによる近赤外光の照射であって反射層３８が形成
条件１２：背面側照射装置２１のみによる近赤外光の照射であって反射層３８が無し
また、図１２は、図１１のそれぞれの撮像画像における同一場所（撮像画像中の直線上の場所）での、画像ピクセルの輝度を表している。図１２における線Ｌ１１は図１１の（ａ）に対応し、線Ｌ１２は図１１の（ｂ）に対応する。なお、高速度カメラ３０による注射液の挙動測定は、上記の図７に示す測定方法のフローに従って行われる。
【００５６】
条件１１の場合、図１１の（ａ）に示すように、先端面３２に対応する領域は条件１２の場合と比べて明るくなっており、このことは図１２の線Ｌ１１と線Ｌ１２との比較からも理解できる。これは、背面側照射装置２１からの近赤外光が反射層３８によってより多く反射され、ノズル部３１でのコントラストが改善されるからであり、この結果、注射液の存在を確実に捉えることができる。
【００５７】
＜第３実施形態＞
次に、図１３に基づいて、測定システムの第３の実施形態について説明する。図１３に示す測定システムには、照射装置として、図１に示す測定システムの構成のうち背面側照射装置２１が含まれておらず、正面側照射装置２２のみが含まれており、それ以外の構成は基本的に同一である。この場合、当該正面側照射装置２２が、本願の第１照射装置に相当する。
【００５８】
このような構成であっても、正面側照射装置２２から照射された近赤外光であってコンテナ部３を透過しノズル部３１ｂの先端面３２に到達した近赤外光の光量が十分量得られる場合には、射出口３１ａから射出された注射液の挙動を、高速度カメラ３０にて十分に捉えることが可能となる。そして、好ましくは、上記の図３に示したようにコンテナ部３の第１外周面３３ａに反射部材３５を設けることで、先端面３２に到達する近赤外光の光量を、注射液の挙動測定に適した程度に増加させることができる。
【００５９】
＜その他の実施形態＞
上述した各実施形態において、背面側照射装置２１は、近赤外光を高速度カメラ３０の１フレームあたり所定の露光時間で明滅するパルス光として照射するように構成されてもよい。所定の露光時間としては、例えば、高速度カメラ３０の撮影速度が１００００ｆｐｓ（フレーム毎秒）であるときに１０μｓｅｃとしてもよい。このように背面側照射装置２１がパルス光として近赤外光を照射することで、背面側照射装置２１の発光素子への通電時間を短縮でき当該発光素子の発熱を抑制できる。換言すれば、背面側照射装置２１の発光素子への通電量を一時的に増やしてパルスＯＮ時にその発光量を増大させても、当該発光素子が好適に動作し得る状態を維持することができる。その結果、効果的に先端面３２からの反射光量を増やすことができ、以て、射出液の挙動をより高輝度で測定することができる。
【００６０】
次に、本願は、以下に示す注入器及びそれを用いた注入対象の細胞内への生体分子を含む溶液の注入方法に関する発明も開示する。
【００６１】
生体等に薬液を注入する注入器として、注射針を介して注射を行う有針注射器、注射針を介することなく注射を行う無針注射器のほか、薬液を注入対象に輸送するために注射針や駆動源を備えたカテーテルなどが存在する。
このうち無針注射器では、加圧ガスやバネ、電磁力により注射液が収容された収容室に対して圧力を加えることで注射成分を射出する構成が採られることがある。例えば、注射器本体の内部に複数のノズル孔が形成されるとともに、各ノズル孔に対応して射出時に駆動されるピストンを配置させる構成が採用されている。この構成により、複数のノズル孔から注射液を同時に噴射させて対象への均一な注射を実現しようとしている。そして、ルシフェラーゼ遺伝子を含むプラスミドをラットに注射し、高効率に細胞移入できている。
また、無針注射器での注射液の射出動力源として、加圧ガスを利用する形態がある。例えば、射出初期に瞬間的に大きな加圧を行った後、40〜50msecかけて加圧力を徐々に低減させていく加圧形態が例示されている。
【００６２】
一方で、従来の注入器を用いた場合には、注入対象の注入口付近における組織が損傷することがあった。また、注入器により、注入対象における広範囲の細胞内に生体分子を含む溶液を直接注入できることは報告されていない。
すなわち、注入対象の注入口付近における組織の損傷をできるだけ小さくするために必要な注入器の特性はなされていない。また、注入対象における広範囲の細胞内に生体分子を含む溶液が直接注入されるために必要な注入器の特性に着目した報告はなされていない。
【００６３】
そこで、本願は、注入対象の注入口付近における組織の損傷をできるだけ小さくできる注射器の提供を解決課題とし、好ましくは、注入対象における広範囲の細胞内に生体分子を含む溶液を直接注入できる注射器の提供を解決課題とする発明も開示する。
【００６４】
以上を踏まえて、本発明者らは、鋭意検討した結果、生体分子を含む溶液を収容した注入器において、注入対象内における前記生体分子を含む溶液の先端の変位ｘと該溶液の先端の速度ｕ（ｘ）との関係を、下記式（１）で表されるフィッティング関数により、最小二乗法を用いてフィッティングしたときの、減衰定数と定義するｋ及び漸近速度と定義するｕｅに着目した結果、該ｋ又はｕｅが所定の数値範囲にあることで上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
ｕ（ｘ）＝ｕ０ｅｘｐ（−ｋｘ）＋ｕｅ      ・・・（１）
（式（１）中、ｕ０は速度係数（ｍ／ｓ）を示し、ｋは減衰係数（１／ｍｍ）を示し、ｕｅは漸近速度（ｍ／ｓ）を示す。）
【００６５】
本発明は以下に示すとおりである。
〔１〕注入器本体から、所定の構造物が注入対象内に挿入された状態での前記所定の構造物を介した注入を行うことなく、生体分子を含む溶液を前記注入対象に対して注入する注入器であって、
生体分子を含む溶液を収容する収容部と、
加圧された前記生体分子を含む溶液が流れ、前記注入対象に対して射出される射出口を有するノズル部と、
を備え、
前記注入対象内における前記生体分子を含む溶液の先端の変位ｘと該溶液の先端の速度ｕ（ｘ）との関係を、下記式（１）で表されるフィッティング関数により、最小二乗法を用いてフィッティングしたとき、減衰係数ｋが１．５９以上である、
注入器。
ｕ（ｘ）＝ｕ０ｅｘｐ（−ｋｘ）＋ｕｅ      ・・・（１）
（式（１）中、ｕ０は速度係数（ｍ／ｓ）を示し、ｋは減衰係数（１／ｍｍ）を示し、ｕｅは漸近速度（ｍ／ｓ）を示す。）
〔２〕漸近速度ｕｅが０．０１以上である、〔１〕に記載の注入器。
〔３〕注入器本体から、所定の構造物が注入対象内に挿入された状態での前記所定の構造物を介した注入を行うことなく、生体分子を含む溶液を前記注入対象に対して注入する注入器であって、
生体分子を含む溶液を収容する収容部と、
加圧された前記生体分子を含む溶液が流れ、前記注入対象に対して射出される射出口を有するノズル部と、
を備え、
前記注入対象内における前記生体分子を含む溶液の先端の変位ｘと該溶液の先端の速度ｕ（ｘ）との関係を、下記式（１）で表されるフィッティング関数により、最小二乗法を用いてフィッティングしたとき、漸近速度ｕｅが０．０１以上である、
注入器。
ｕ（ｘ）＝ｕ０ｅｘｐ（−ｋｘ）＋ｕｅ      ・・・（１）
（式（１）中、ｕ０は速度係数（ｍ／ｓ）を示し、ｋは減衰係数（１／ｍｍ）を示し、ｕｅは漸近速度（ｍ／ｓ）を示す。）
〔４〕〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の注入器を用いて、注入対象の細胞内に生体分子を含む溶液を注入する方法。
【００６６】
本発明によれば、注入対象の注入口付近における組織の損傷をできるだけ小さくできる注射器が提供できる。好ましくは、注入対象における広範囲の細胞内に生体分子を含む溶液を直接注入できる注射器が提供できる。
【００６７】
上述したように、本発明は、注入器の発明、及び、前記注入器を用いて注入対象の細胞内に生体分子を含む溶液を注入する方法の発明を含むものであり、以下にその詳細について説明する。
【００６８】
＜注入器の発明＞
本願の注入器の一態様は、注入器本体から、所定の構造物が注入対象内に挿入された状態での前記所定の構造物を介した注入を行うことなく、生体分子を含む溶液を前記注入対象に対して注入する注入器であって、
生体分子を含む溶液を収容する収容部と、
加圧された前記生体分子を含む溶液が流れ、前記注入対象に対して射出される射出口を有するノズル部と、
を備え、
前記注入対象内における前記生体分子を含む溶液の先端の変位ｘと該溶液の先端の速度ｕ（ｘ）とを、下記式（１）で表されるフィッティング関数により、最小二乗法を用いてフィッティングしたとき、減衰係数ｋが１．５９以上である、
注入器である。
ｕ（ｘ）＝ｕ０ｅｘｐ（−ｋｘ）＋ｕｅ      ・・・（１）
（式（１）中、ｕ０は速度係数（ｍ／ｓ）を示し、ｋは減衰係数（１／ｍｍ）を示し、ｕｅは漸近速度（ｍ／ｓ）を示す。）
【００６９】
本願の注入器では、注入対象内における前記生体分子を含む溶液の先端の変位ｘと該溶液の先端の速度ｕ（ｘ）との関係を、上記式（１）で表されるフィッティング関数により、最小二乗法を用いてフィッティングしたとき、減衰係数ｋが１．５９以上であることにより、注入対象の注入口付近における組織の損傷をできるだけ小さくすることができる。
減衰係数ｋの下限は、次第に好ましくなる順に、１．６以上、１．８以上、２．０以上である。また、減衰係数ｋの上限は、特に制限されないが通常、１０．０以下である。
詳細には、減衰係数ｋが１．５９以上であり、減数係数ｋが大きいほど、注入対象の注入口付近における組織の損傷を小さくできると推測される。これは、下記によると考えられる。すなわち、該溶液の先端の速度ｕ（０）（換言すれば、射出直後の前記溶液の先端の速度）が大きいことは、該溶液が生体組織に注入される際に生体組織に孔を形成するために必要である。一方で、該溶液が速い速度で注入方向に注入され、さらに注入方向を軸としてその周辺にも広がることにより、該周辺の細胞間質も広げられ、生体組織に損傷を与えることになる。そのため、該溶液の先端の速度ｕ（０）は大きい方が好ましいものの、前記式（１）の第１項であるｕ０ｅｘｐ（−ｋｘ）は、ｘが大きくなるにつれて鋭く小さくなることが好ましい。すなわち、減衰係数ｋは大きい方が好ましい。
【００７０】
本願の注入器では、注入対象内における前記生体分子を含む溶液の先端の変位ｘと該溶液の先端の速度ｕ（ｘ）との関係を、上記式（１）で表されるフィッティング関数により、最小二乗法を用いてフィッティングしたとき、漸近速度ｕｅが、好ましくは０．０１以上であると、注入対象における広範囲の細胞内に生体分子を含む溶液を直接注入することができる。また、本明細書における細胞内とは、好ましくは、細胞核内である。
漸近速度ｕｅは、好ましくは０．０１以上、より好ましくは０．０２以上であり、一方で好ましくは０．０４以下である。また、漸近速度ｕｅの上限は、特に制限されないが、通常０．１以下である。尚、速度ｕ（ｘ）は、組織内の注入対象内における抵抗を受ける。そのため、有限時間内で０となり、また、注入口から有限変位内で０となる。
詳細には、漸近速度ｕｅが０．０１以上であると、減衰係数ｋの寄与により上記式（１）の第１項がゼロに漸近した後も注入方向を軸としてその周辺に溶液が広がり、注入対象における広範囲の細胞内に生体分子を含む溶液を直接注入できる一方、０．０４以下であると、細胞間や組織間における結合の弱い箇所への該溶液の過度な注入が抑えられ、細胞内への注入率を大きくできると推測される。
【００７１】
本願における、注入対象の細胞内に注入される生体分子とは、注入対象の細胞内に注入された際に該注入対象の細胞内、好ましくは細胞核内において機能するものであれば特に制限されない。また、該生体分子は天然物であってもよいし、人工的に合成されたものであってもよい。例えば、核酸又はその誘導体；ヌクレオシド、ヌクレオチド、又はそれらの誘導体；アミノ酸、ペプチド、タンパク質、又はそれらの誘導体；脂質又はその誘導体；金属イオン；低分子化合物、又はその誘導体；抗生物質；ビタミン又はその誘導体等が挙げられる。核酸であれば、ＤＮＡでもＲＮＡでもよく、それらは遺伝子を含んでもよい。後述の実施例では、生体分子として、遊離のＣｙ３標識プラスミドＤＮＡを用いている。
注入対象の細胞内に注入される生体分子は、生体分子が安定して存在し、また、注入される注入対象や注入対象の細胞を破壊するなどの悪影響がなければ、遊離の形態でもナノ粒子等の担体に固定されている形態でもよく、修飾されていてもよく、溶媒を含め、その態様は特に限定されない。
ＤＮＡが遺伝子を含む場合には、発現カセットや発現ベクターに該遺伝子が含まれた形態で設計されること等が挙げられる。さらに、例えば、ＤＮＡが注入される注入対象の種類および注入部位に適したプロモーターの制御下に遺伝子が配置されていてもよい。すなわち、いずれの態様においても公知の遺伝子工学的手法を用いることができる。
【００７２】
本願の注入器において、「先端側」とは、注入器から生体分子を含む溶液が射出される射出口が配置されている側を意味し、「基端側」とは、注入器において先端側とは反対の側を意味するものであり、これらの文言は、特定の箇所や位置を限定的に指すものではない。
【００７３】
本願の注入器は、注入器本体から、所定の構造物が注入対象内に挿入された状態での前記所定の構造物を介した注入を行うことなく、生体分子を含む溶液を前記注入対象に対して注入するものである。本発明の第一の発明に係る注入器は、例えば、注入器本体から注入対象までの距離が大きい場合等に、生体分子を含む溶液を注入器本体から注入対象まで誘導するもの、例えば、カテーテル等のような所定の構造物を含んでもよい。したがって、本発明の第一の発明に係る注入器とは、そのような所定の構造物を含んでも含まなくてもよいが、所定の構造物を含む場合には、該所定の構造物が注入対象内に挿入された状態で生体分子を含む溶液が該注入対象に注入されるものではない。
【００７４】
本願の注入器において、生体分子を含む溶液を加圧するための駆動部は特に制限されない。加圧は、例えば、圧縮ガスの圧力が解放される際に生じる圧力によってもよいし、点火装置によって点火される火薬の燃焼により生じる圧力によってもよい。また、電磁力を用いた加圧、例えば、リニア電磁アクチュエータによる加圧によってもよい。好ましくは、少なくとも、点火装置によって点火される火薬の燃焼により生じる圧力を用いる態様であり、さらには、上記他の２つの加圧態様のいずれか、または両者と併用してもよい。
加圧として、点火装置によって点火される火薬の燃焼により生じる圧力を用いる態様を採用する場合、火薬としては、例えば、ジルコニウムと過塩素酸カリウムを含む火薬（ＺＰＰ）、水素化チタンと過塩素酸カリウムを含む火薬（ＴＨＰＰ）、チタンと過塩素酸カリウムを含む火薬（ＴｉＰＰ）、アルミニウムと過塩素酸カリウムを含む火薬（ＡＰＰ）、アルミニウムと酸化ビスマスを含む火薬（ＡＢＯ）、アルミニウムと酸化モリブデンを含む火薬（ＡＭＯ）、アルミニウムと酸化銅を含む火薬（ＡＣＯ）、アルミニウムと酸化鉄を含む火薬（ＡＦＯ）のうち何れか一つの火薬、又はこれらのうち複数の組み合わせからなる火薬であってもよい。これらの火薬の特徴としては、その燃焼生成物が高温状態では気体であっても常温では気体成分を含まないため、点火後燃焼生成物が直ちに凝縮を行う。
また、ガス発生剤の発生エネルギーを射出エネルギーとして利用する場合、ガス発生剤としては、シングルベース無煙火薬や、エアバッグ用ガス発生器やシートベルトプリテンショナ用ガス発生器に使用されている各種ガス発生剤を用いることも可能である。
【００７５】
本願の注入器では、充填室には当初から生体分子を含む溶液が収容されているのではなく、射出口を有するノズルを介して生体分子を含む溶液を充填室内に吸引することにより収容する。このように、充填室への充填操作を必要とする構成を採用することで、必要とする任意の生体分子を含む溶液を注入対象に注入することが可能となる。そのため、本発明の第一の発明に係る注入器では、シリンジ部は着脱可能に構成されている。
【００７６】
以下に、図面を参照して本発明の第一の発明における一実施形態に係る注入器の例として、注射器１（無針注射器）について説明する。なお、以下の実施形態の構成は例示であり、本発明の発明はこの実施の形態の構成に限定されるものではない。なお、注射器１０１の長手方向における相対的な位置関係を表す用語として、「先端側」及び「基端側」を用いる。当該「先端側」は、後述する注射器１０１の先端寄り、すなわち射出口１３１ａ寄りの位置を表し、当該「基端側」は、注射器１の長手方向において「先端側」とは反対側の方向、すなわち駆動部１０７側の方向を表している。また、本例示は、点火装置によって点火される火薬の燃焼エネルギーを射出エネルギーとして、また、ＤＮＡ溶液を、生体分子を含む溶液として用いる例示であるが、本発明の発明はこれに限定されるものではない。
【００７７】
（注射器１０１の構成）
図１４は、注射器１０１の概略構成を示す図であり、注射器１０１のその長手方向に沿った断面図でもある。注射器１０１は、シリンジ部１０３とプランジャ１０４とで構成されるサブ組立体と、注射器本体１０６とピストン１０５と駆動部１０７とで構成されるサブ組立体とが一体に組み立てられた注射器組立体１１０が、ハウジング（注射器ハウジング）１０２に取り付けられることで構成される。
【００７８】
上記の通り、注射器組立体１１０は、ハウジング１０２に対して脱着自在となるように構成されている。注射器組立体１１０に含まれるシリンジ部１０３とプランジャ１０４との間に形成される充填室１３２にはＤＮＡ溶液が充填され、そして、当該注射器組立体１１０は、ＤＮＡ溶液の射出を行う度に使い捨てられるユニットである。一方で、ハウジング１０２側には、注射器組立体１１０の駆動部１０７に含まれる点火器１７１に電力供給するバッテリ１０９が含まれている。バッテリ１０９からの電力供給は、ユーザがハウジング１０２に設けられたボタン１０８を押下する操作を行うことで、配線を介してハウジング１０２側の電極と、注射器組立体１１０の駆動部１０７側の電極との間で行われることになる。なお、ハウジング１０２側の電極と注射器組立体１１０の駆動部１０７側の電極とは、注射器組立体１１０がハウジング１０２に取り付けられると、自動的に接触するように両電極の形状および位置が設計されている。またハウジング１０２は、バッテリ１０９に駆動部１０７に供給し得る電力が残っている限りにおいて、繰り返し使用することができるユニットである。なお、ハウジング１０２においては、バッテリ１０９の電力が無くなった場合には、バッテリ１０９のみを交換しハウジング１０２は引き続き使用してもよい。
【００７９】
また、図１４に示す注射器本体１０６内には、特に追加的な火薬成分は配置されていないが、ピストン１０５を介してＤＮＡ溶液にかける圧力推移を調整するために、点火器１７１での火薬燃焼によって生じる燃焼生成物によって燃焼しガスを発生させるガス発生剤等を、点火器１７１内や注射器本体１０６の貫通孔内に配置することもできる。点火器１７１内にガス発生剤を配置する構成は、国際公開公報０１−０３１２８２号や特開２００３−２５９５０号公報等に開示されているように既に公知の技術である。また、ガス発生剤の一例としては、ニトロセルロース９８質量％、ジフェニルアミン０．８質量％、硫酸カリウム１．２質量％からなるシングルベース無煙火薬が挙げられる。また、エアバッグ用ガス発生器やシートベルトプリテンショナ用ガス発生器に使用されている各種ガス発生剤を用いることも可能である。貫通孔内に配置されるときのガス発生剤の寸法や大きさ、形状、特に表面形状を調整することで、該ガス発生剤の燃焼完了時間を変化させることが可能であり、これにより、ＤＮＡ溶液にかける圧力推移を所望の推移、すなわち注入対象にＤＮＡ溶液が適切に注入され得る推移とすることができる。本発明では、必要に応じて使用されるガス発生剤なども駆動部１０７に含まれるものとする。
【００８０】
（注入対象）
本願における注入対象は、例えば、細胞、細胞シート内の細胞、組織内の細胞、器官（臓器）内の細胞、器官系内の細胞、個体（生体）内の細胞等のいずれであってもよく制限はない。好ましい注入対象としては、哺乳動物由来の前記注入対象が挙げられる。より好ましくは、哺乳動物個体（生体）内の細胞であり、さらに好ましくは皮膚内の細胞であり、よりさらに好ましくは、皮内、皮下及び皮筋からなる群から選択される一以上の組織内の細胞である。この場合、注入器から哺乳動物個体（生体）の皮膚表面に生体分子を含む溶液を射出し、該皮膚表面から該皮膚内の皮内、皮下及び皮筋からなる群から選択される一以上の組織内の細胞に注入する方法を採用できる。
また、注入器から注入対象に生体分子を含む溶液を注入する場合の系としては、in vitro系、in vivo系、ex vivo系をはじめ、いずれであってもよい。
また、哺乳動物としては特に制限されないが、ヒト、マウス、ラット、モルモット、ハムスター、ウシ、ヤギ、ヒツジ、ブタ、サル、イヌ、ネコ等が挙げられる。また、注入対象によっては、哺乳動物としてヒトを除く態様も挙げられる。
【００８１】
（注入対象の細胞核内に生体分子を含む溶液が直接注入されたことを確認する方法）
注入対象の細胞核内に生体分子を含む溶液が直接注入されたことを確認する方法は、特に制限されず、公知の生物学的手法を用いることができる。例えば、生体分子を予め蛍光標識しておき、注入対象の細胞核内に注入した後に蛍光顕微観察する方法などが挙げられる。後述の実施例では、哺乳動物個体（生体）内の細胞の細胞核に直接注入されるＤＮＡとしてＣｙ３標識プラスミドＶ７９０５（Ｍｉｒｕｓ社製）を用い、核染色色素としてＤＡＰＩを用いている。サンプルは、例えば、ＤＮＡを注入後に直ちに組織を取得し、切片化して調製することができる。このとき、ＤＡＰＩ染色を同時に行ってもよい。Ｃｙ３標識プラスミドＶ７９０５が注入された位置では赤色の蛍光を発し、細胞核の位置ではＤＡＰＩにより青色の蛍光を発することから、蛍光顕微観察により、青紫色の蛍光を発する位置が、細胞核内に直接注入されたＣｙ３標識プラスミドＶ７９０５の位置であると同定できる。
【００８２】
本願の注入器の他の態様は、注入器本体から、所定の構造物が注入対象内に挿入された状態での前記所定の構造物を介した注入を行うことなく、生体分子を含む溶液を前記注入対象に対して注入する注入器であって、
生体分子を含む溶液を収容する収容部と、
加圧された前記生体分子を含む溶液が流れ、前記注入対象に対して射出される射出口を有するノズル部と、
を備え、
前記注入対象内における前記生体分子を含む溶液の先端の変位ｘと該溶液の先端の速度ｕ（ｘ）との関係を、下記式（１）で表されるフィッティング関数により、最小二乗法を用いてフィッティングしたとき、漸近速度ｕｅが０．０１以上である、
注入器である。
ｕ（ｘ）＝ｕ０ｅｘｐ（−ｋｘ）＋ｕｅ      ・・・（１）
（式（１）中、ｕ０は速度係数（ｍ／ｓ）を示し、ｋは減衰係数（１／ｍｍ）を示し、ｕｅは漸近速度（ｍ／ｓ）を示す。）
【００８３】
本態様の説明には、これまでに説明した本願の開示を援用する。すなわち、生体分子を含む溶液の挙動（流れ）を測定するために、図１〜図１３に基づいて説明した測定システムや測定方法を適用することができる。
【００８４】
＜注入器を用いて注入対象の細胞内に生体分子を含む溶液を注入する方法の発明（以下、単に「注入方法の発明」ともいう。）＞
本発明は、上記の注入器を用いて、注入対象の細胞内に生体分子を含む溶液を注入する方法である。
注入方法の発明における注入器、注入対象、生体分子を含む溶液については、上記した注入器の発明の説明を援用する。
【実施例】
【００８５】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を逸脱しない限り、下記の実施例に限定されるものではない。【００８６】
（皮内拡散速度の評価）
［実施例１−１］
ラットから摘出した皮膚組織を準備した。図１４に示す注入器（ノズル径：直径０．１ｍｍ）に１００μＬの墨汁を充填し、点火薬の燃焼により生じる圧力により皮膚組織内に墨汁を注入した。皮膚組織内において広がる墨汁の先端の変位ｘと該墨汁の先端の速度ｕ（ｘ）を測定した。当該測定において、図１〜図１３に基づいて説明した測定システムや測定方法が有用である。また、火薬として、ジルコニウムと過塩素酸カリウムを含む火薬（ＺＰＰ）を３５ｍｇ用い、ガス発生剤として、シングルベース無煙火薬を４０ｍｇ用いた。測定には、高速カメラ（Photoron社製、FASTCAM SA-Z）を用いた。
［実施例１−２］
ＺＰＰを５５ｍｇ用いたこと以外は、実施例１−１と同様にした。
［比較例１−１］
無針注射器としてBiojector 2000（登録商標、バイオジェクトメディカルテクノロジーズ社製、ノズル径：０．１２ｍｍ）を用い、１００μＬの墨汁を充填して、取扱説明書に従って行った。測定は、実施例１−１と同様にした。【００８７】
図１５−１と表１−１は、それぞれ、実施例１−１における、皮膚組織内における墨汁の先端の変位ｘと該墨汁の先端の速度ｕ（ｘ）との関係を示すグラフと表である。
尚、表１−１においては、ある時刻の墨汁の先端の速度の測定値(a)は、その１つ前に記載した時刻の墨汁の変位と、その１つ後に記載した時刻の墨汁の変位との差をその時間で除したものである。例えば、表１−１において、時刻０．９ミリ秒欄の測定値は、時刻０．８ミリ秒における墨汁の変位と時刻１．０ミリ秒における墨汁の変位との差をその時間０．２ミリ秒間で除したものである。尚、計算値(b)はフィッティングに用いた数値である。
また、表１−１の時刻は０．８ミリ秒から記載しているが、注入対象内における墨汁の移動が観察されたのが０．８ミリ秒以降であっただけであり、０．８ミリ秒自体に意味があるわけではない。【００８８】
【表１−１】
2020022458.tif 000003
【００８９】
図１５−２と表１−２は、それぞれ、実施例１−２における、注入対象内における墨汁の先端の変位ｘと該墨汁の先端の速度ｕ（ｘ）との関係を示すグラフと表である。表１−２に数値については、既に記載した表１−１の説明と同様である。【００９０】
【表１−２】
2020022458.tif 000004
【００９１】
図１５−３と表１−３は、それぞれ、比較例１−１における、注入対象内における墨汁の先端の変位ｘと該墨汁の先端の速度ｕ（ｘ）との関係を示すグラフと表である。表１−３に数値については、既に記載した表１−１の説明と同様である。【００９２】
【表１−３】
2020022458.tif 000005
【００９３】
実施例１−１、実施例１−２、比較例１−１で得られた結果を、速度係数ｕ０で規格化することにより、図１６のグラフを得た。
結果を整理すると、
実施例１−１では、ｕ０＝３．９７、ｋ＝２．８９、ｕｅ＝０．０２であった。
実施例１−２では、ｕ０＝５．１１、ｋ＝２．２６、ｕｅ＝０．０４であった。
比較例１−１では、ｕ０＝７．５４、ｋ＝１．５８、ｕｅ＝０．００であった。【００９４】
（哺乳動物個体（生体）内の細胞の細胞核内へのＤＮＡ溶液の注入試験）
［実施例２−１］
上記実施例１−１で用いた注入器に、火薬として、ジルコニウムと過塩素酸カリウムを含む火薬（ＺＰＰ）を３５ｍｇ、ガス発生剤として、シングルベース無煙火薬を４０ｍｇ用い、Ｃｙ３標識プラスミドＶ７９０５を含む溶液３０μＬ（溶媒：エンドトキシンフリーＴＥバッファ）、終濃度：０．１ｍｇ／ｍＬ）を充填し、雌性ＳＤラット（１０週齢）の腰背部の皮膚に注入した。【００９５】
注入後直ちに採皮し、ＯＣＴコンパウンド（凍結組織切片作製用包埋剤（ティシュー・テックO.C.T.コンパウンド）、サクラファインテックジャパン社製）中でドライアイスにより凍結した。クライオスタット（ライカ社製）を用いて注入部断面を６μｍの厚さで薄切しＤＡＰＩ入り封入剤で封入した。作成した試料をオールインワン蛍光顕微鏡（Ｚ−Ｘ７００、キーエンス社製）で蛍光観察し、Ｃｙ３の赤色蛍光画像とＤＡＰＩの青色蛍光画像を０．１〜０．４μｍ厚みで取得した。注入領域での注入分布を得るために複数の視野での画像を取得した。その結果を図１７−１に示す。尚、「１ｍｍ」、「２ｍｍ」との文言が付された、破線で描いた同心円は、注入口を中心とする同心円である。白色の矢印は注入口を示す。
ＤＮＡが直接注入された細胞数の割合を、ハイブリッドセルカウント機能を用いて次のように算出した。すなわち、各解析対象領域（図１７−１における白色の破線で囲われた各領域）内の各細胞について、細胞の面積に対して、青色蛍光と赤色蛍光とが重なった紫色蛍光の面積が５０％以上である細胞を、ＤＮＡが直接注入された細胞と定義し、その細胞数を数えた（これを細胞数Ａとする。）。一方で、各解析対象領域内の全細胞数を細胞核の個数を指標にして数えた（これを細胞数Ｂとする。）。図１７−１の各解析対象領域に記載した数値は、細胞数Ｂに対する細胞数Ａの割合である。尚、Ｃｙ３の赤色蛍光がほとんど観察されない表皮と毛包については解析対象から除外した。【００９６】
また、図１７−４は注入口付近の画像であり、ＤＮＡ溶液が注入されたことによる注入口付近の組織の損傷度合を評価するための画像である。損傷部分は各図において白線で囲んだ部分である。【００９７】
［実施例２−２］
ＺＰＰを５５ｍｇ用いたこと以外は、実施例２−１と同様にした。結果を図１７−２に示す。また、注入口付近の画像を図１７−５に示した。【００９８】
［比較例２−１］
上記比較例１−１で用いたBiojector 2000を用い、Ｃｙ３標識プラスミドＶ７９０５を含む溶液７０μＬに変更して、取扱説明書に従って行ったこと以外は、実施例２−１と同様にした。結果を図１７−３に示す。また、注入口付近の画像を図１７−６に示した。【００９９】
図１７−１、図１７−２、図１７−３より、実施例２−１、実施例２−２においては、比較例２−１に比べて、注射口から広範囲の細胞の細胞核に直接注入されるＤＮＡの割合が顕著に大きかった。
また、図１７−４、図１７−５、図１７−６より、実施例２−１、実施例２−２においては、比較例２−１に比べて、注射口付近の組織の損傷が顕著に小さかった。詳細には、損傷部分の面積は、実施例２−１では１．３×１０４μｍ２であり、実施例２−２では５．２×１０３μｍ２であった一方、比較例１−１では２．７×１０４μｍ２であった。
【符号の説明】
【０１００】
１        ：注射器
３        ：コンテナ部
２０      ：制御装置
２１      ：第１照射装置
２２      ：第２照射装置
３０      ：高速度カメラ
３１      ：流路
３１ａ    ：射出口
３１ｂ    ：ノズル部
３２      ：先端面
３３ａ    ：第１外周面
３３ｂ    ：第２外周面
３３ｃ    ：第３外周面
３４      ：収容空間
３５      ：反射部材
３８      ：反射層
４０      ：電源装置
５１      ：対象物
１０１    ：注射器
１０２    ：ハウジング
１０３    ：シリンジ部
１０４    ：プランジャ
１０５    ：ピストン
１０６    ：注射器本体
１０７    ：駆動部
１０８    ：ボタン
１０９    ：バッテリ
１１０    ：注射器組立体
１３１    ：ノズル部
１３１ａ  ：射出口
１３２    ：充填室
１７１    ：点火器
【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１５−１】
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【図１５−２】
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【図１５−３】
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【図１６】
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【図１７−１】
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【図１７−２】
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【図１７−３】
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【図１７−４】
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【図１７−５】
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【図１７−６】
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【国際調査報告】
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