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特開2024-112849レーザ駆動マイクロ流体ポンプの医療アプリケーションのための装置及び方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024112849
(43)【公開日】2024-08-21
(54)【発明の名称】レーザ駆動マイクロ流体ポンプの医療アプリケーションのための装置及び方法
(51)【国際特許分類】
A61B 17/3203 20060101AFI20240814BHJP
【ＦＩ】
A61B17/3203
【審査請求】有
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024076632
(22)【出願日】2024-05-09
(62)【分割の表示】P 2021569425の分割
【原出願日】2020-05-20
(31)【優先権主張番号】62/852,485
(32)【優先日】2019-05-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＪＡＶＡ
２．ＪＡＶＡＳＣＲＩＰＴ
３．ＶＩＳＵＡＬ ＢＡＳＩＣ
(71)【出願人】
【識別番号】511248249
【氏名又は名称】ユニバーシティー オブ ヒューストン システム
(74)【代理人】
【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
(74)【代理人】
【識別番号】100111235
【弁理士】
【氏名又は名称】原 裕子
(74)【代理人】
【識別番号】100195257
【弁理士】
【氏名又は名称】大渕 一志
(72)【発明者】
【氏名】バオ、 ジミン
(72)【発明者】
【氏名】チュー、 ウェイ―カン
(72)【発明者】
【氏名】リン、 フェン
(72)【発明者】
【氏名】ユエ、 シュイ
(72)【発明者】
【氏名】チェン、 ディ
(72)【発明者】
【氏名】マクウィリアムズ、 デニス
(57)【要約】 （修正有）
【課題】ＬＤＭＰの医療アプリケーションのための装置を提供する。
【解決手段】組織の切断装置であって、レーザ駆動光音響マイクロ流体ポンプ（ＬＤＭＰ：ｌａｓｅｒ－ｄｒｉｖｅｎ ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ ｐｕｍｐ）と、第１端部と第２端部を備える光ファイバ素子であって、前記第１端部は前記ＬＤＭＰに配置されている、光ファイバ素子と、水、血液、血漿又は体液のうち少なくとも１つを備える流体と、を備え、前記ファイバは前記流体内に配置され、且つ、前記ＬＤＭＰは前記流体から流体ジェットを生成し、組織を切断する。
【選択図】図１Ｃ
【解決手段】組織の切断装置であって、レーザ駆動光音響マイクロ流体ポンプ（ＬＤＭＰ：ｌａｓｅｒ－ｄｒｉｖｅｎ ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ ｐｕｍｐ）と、第１端部と第２端部を備える光ファイバ素子であって、前記第１端部は前記ＬＤＭＰに配置されている、光ファイバ素子と、水、血液、血漿又は体液のうち少なくとも１つを備える流体と、を備え、前記ファイバは前記流体内に配置され、且つ、前記ＬＤＭＰは前記流体から流体ジェットを生成し、組織を切断する。
【選択図】図１Ｃ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
薬剤輸送装置であって、
レーザ駆動光音響マイクロ流体ポンプ（ＬＤＭＰ：ｌａｓｅｒ－ｄｒｉｖｅｎ ｐｈｏ
ｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ ｐｕｍｐ）と、
第１端部と第２端部を備える光ファイバ素子であって、前記第１端部は前記ＬＤＭＰに
配置されている、光ファイバ素子と、
第１端部と第２端部を備える開管キャピラリであって、前記第１端部は前記光ファイバ
素子に配置されており、前記開管キャピラリは薬剤を貯蔵するように構成されている、開
管キャピラリと、を備え、
前記ＬＤＭＰは前記薬剤から指向性流体ジェットを生成し、前記薬剤を輸送するように
構成された、
装置。
レーザ駆動光音響マイクロ流体ポンプ（ＬＤＭＰ：ｌａｓｅｒ－ｄｒｉｖｅｎ ｐｈｏ
ｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ ｐｕｍｐ）と、
第１端部と第２端部を備える光ファイバ素子であって、前記第１端部は前記ＬＤＭＰに
配置されている、光ファイバ素子と、
第１端部と第２端部を備える開管キャピラリであって、前記第１端部は前記光ファイバ
素子に配置されており、前記開管キャピラリは薬剤を貯蔵するように構成されている、開
管キャピラリと、を備え、
前記ＬＤＭＰは前記薬剤から指向性流体ジェットを生成し、前記薬剤を輸送するように
構成された、
装置。
【請求項2】
前記ＬＤＭＰは、
第１サイドと第２サイドを有する基板と、
前記基板の前記第１サイドに配置された光音響材料の層であって、前記光音響材料の層
は、前記層に入射するレーザビームに応答して、指向性超音波を生成するように構成され
、前記光音響層はナノ粒子を備える、光音響材料の層と、
を備える請求項１に記載の装置。
第１サイドと第２サイドを有する基板と、
前記基板の前記第１サイドに配置された光音響材料の層であって、前記光音響材料の層
は、前記層に入射するレーザビームに応答して、指向性超音波を生成するように構成され
、前記光音響層はナノ粒子を備える、光音響材料の層と、
を備える請求項１に記載の装置。
【請求項3】
組織の切断装置であって、
レーザ駆動光音響マイクロ流体ポンプ（ＬＤＭＰ：ｌａｓｅｒ－ｄｒｉｖｅｎ ｐｈｏ
ｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ ｐｕｍｐ）と、
第１端部と第２端部を備える光ファイバ素子であって、前記第１端部は前記ＬＤＭＰに
配置されている、光ファイバ素子と、
水、血液、血漿又は体液のうち少なくとも１つを備える流体と、を備え、
前記ファイバは前記流体内に配置され、且つ、
前記ＬＤＭＰは前記流体から流体ジェットを生成し、組織を切断するように構成された
、
装置。
レーザ駆動光音響マイクロ流体ポンプ（ＬＤＭＰ：ｌａｓｅｒ－ｄｒｉｖｅｎ ｐｈｏ
ｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ ｐｕｍｐ）と、
第１端部と第２端部を備える光ファイバ素子であって、前記第１端部は前記ＬＤＭＰに
配置されている、光ファイバ素子と、
水、血液、血漿又は体液のうち少なくとも１つを備える流体と、を備え、
前記ファイバは前記流体内に配置され、且つ、
前記ＬＤＭＰは前記流体から流体ジェットを生成し、組織を切断するように構成された
、
装置。
【請求項4】
前記ＬＤＭＰは、
第１サイドと第２サイドを有する基板と、
前記基板の前記第１サイドに配置された光音響材料の層であって、前記光音響材料の層
は、前記層に入射するレーザビームに応答して、指向性超音波を生成するように構成され
、前記光音響層はナノ粒子を備える、光音響材料の層と、
を備える請求項３に記載の装置。
第１サイドと第２サイドを有する基板と、
前記基板の前記第１サイドに配置された光音響材料の層であって、前記光音響材料の層
は、前記層に入射するレーザビームに応答して、指向性超音波を生成するように構成され
、前記光音響層はナノ粒子を備える、光音響材料の層と、
を備える請求項３に記載の装置。
【請求項5】
動脈内の沈殿をパワーウォッシュする装置であって、
レーザ駆動光音響マイクロ流体ポンプ（ＬＤＭＰ：ｌａｓｅｒ－ｄｒｉｖｅｎ ｐｈｏ
ｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ ｐｕｍｐ）と、
第１端部と第２端部を備える光ファイバ素子であって、前記第１端部は前記ＬＤＭＰに
配置され、前記第２端部は動脈内に配置されるように構成され、前記動脈は流体を備える
、光ファイバ素子と、を備え、
前記流体は、水、血液、血漿又は体液のうち少なくとも１つを備え、且つ、
前記ＬＤＭＰは、前記流体から流体ジェットを生成し、前記動脈から沈殿を取り除くよ
うに構成された、
装置。
レーザ駆動光音響マイクロ流体ポンプ（ＬＤＭＰ：ｌａｓｅｒ－ｄｒｉｖｅｎ ｐｈｏ
ｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ ｐｕｍｐ）と、
第１端部と第２端部を備える光ファイバ素子であって、前記第１端部は前記ＬＤＭＰに
配置され、前記第２端部は動脈内に配置されるように構成され、前記動脈は流体を備える
、光ファイバ素子と、を備え、
前記流体は、水、血液、血漿又は体液のうち少なくとも１つを備え、且つ、
前記ＬＤＭＰは、前記流体から流体ジェットを生成し、前記動脈から沈殿を取り除くよ
うに構成された、
装置。
【請求項6】
前記ＬＤＭＰは、
第１サイドと第２サイドを有する基板と、
前記基板の前記第１サイドに配置された光音響材料の層であって、前記光音響材料の層
は、前記層に入射するレーザビームに応答して、指向性超音波を生成するように構成され
、前記光音響層はナノ粒子を備える、光音響材料の層と、
を備える請求項５に記載の装置。
第１サイドと第２サイドを有する基板と、
前記基板の前記第１サイドに配置された光音響材料の層であって、前記光音響材料の層
は、前記層に入射するレーザビームに応答して、指向性超音波を生成するように構成され
、前記光音響層はナノ粒子を備える、光音響材料の層と、
を備える請求項５に記載の装置。
【請求項7】
組織への薬剤輸送方法であって、
レーザ駆動光音響マイクロ流体ポンプ（ＬＤＭＰ：ｌａｓｅｒ－ｄｒｉｖｅｎ ｐｈｏ
ｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ ｐｕｍｐ）にレーザビームを照射するこ
とに基づいて、指向性超音波を生成することであって、
前記ＬＤＭＰは、
第１サイドと第２サイドを有する基板と、
前記基板の前記第１サイドに配置された光音響材料の層であって、前記光音響材料の
層は、前記層に入射するレーザビームに応答して、指向性超音波を生成するように構成さ
れ、前記光音響層はナノ粒子を備える、光音響材料の層と、
を備えることと、
前記光音響層に当たる前記レーザビームに応答して、前記光音響層を熱膨張及び収縮さ
せることと、
流体媒質中で指向性流体ジェットを生成することと、
を備え、
前記流体媒質は開管キャピラリ内に貯蔵されている薬剤を備え、前記開管キャピラリは
第１端部と第２端部を有し、前記第１端部は前記ＬＤＭＰに配置され、
前記開管キャピラリは前記薬剤を貯蔵するように構成された、
方法。
レーザ駆動光音響マイクロ流体ポンプ（ＬＤＭＰ：ｌａｓｅｒ－ｄｒｉｖｅｎ ｐｈｏ
ｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ ｐｕｍｐ）にレーザビームを照射するこ
とに基づいて、指向性超音波を生成することであって、
前記ＬＤＭＰは、
第１サイドと第２サイドを有する基板と、
前記基板の前記第１サイドに配置された光音響材料の層であって、前記光音響材料の
層は、前記層に入射するレーザビームに応答して、指向性超音波を生成するように構成さ
れ、前記光音響層はナノ粒子を備える、光音響材料の層と、
を備えることと、
前記光音響層に当たる前記レーザビームに応答して、前記光音響層を熱膨張及び収縮さ
せることと、
流体媒質中で指向性流体ジェットを生成することと、
を備え、
前記流体媒質は開管キャピラリ内に貯蔵されている薬剤を備え、前記開管キャピラリは
第１端部と第２端部を有し、前記第１端部は前記ＬＤＭＰに配置され、
前記開管キャピラリは前記薬剤を貯蔵するように構成された、
方法。
【請求項8】
レーザ駆動光音響マイクロ流体ポンプ（ＬＤＭＰ：ｌａｓｅｒ－ｄｒｉｖｅｎ ｐｈｏ
ｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ ｐｕｍｐ）からのフローレートを増加さ
せるための装置であって、
ＬＤＭＰと、
第１端部と第２端部を備える光ファイバ素子であって、前記第１端部は前記ＬＤＭＰに
配置されている、光ファイバ素子と、
前記光ファイバの一端が挿入されたチューブと、
水、血液、血漿又は体液のうち少なくとも１つを備える流体と、
を備える装置。
ｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ ｐｕｍｐ）からのフローレートを増加さ
せるための装置であって、
ＬＤＭＰと、
第１端部と第２端部を備える光ファイバ素子であって、前記第１端部は前記ＬＤＭＰに
配置されている、光ファイバ素子と、
前記光ファイバの一端が挿入されたチューブと、
水、血液、血漿又は体液のうち少なくとも１つを備える流体と、
を備える装置。
【請求項9】
前記光ファイバ素子は前記流体中に配置されている、請求項８に記載の装置。
【請求項10】
前記ＬＤＭＰは、逆流を防ぐ強力な流体ジェットを生成するように構成された、請求項
８に記載の装置。
８に記載の装置。
【請求項11】
細胞の精密な操作方法であって、
流体ピンセットを用いて細胞を掴むことであって、
前記流体ピンセットは、
二指向性レーザ駆動光音響マイクロ流体ポンプ（ＬＤＭＰ：ｌａｓｅｒ－ｄｒｉｖｅ
ｎ ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ ｐｕｍｐ）、
を備えることと、
光音響材料の層に当たるレーザビームに応答して、前記光音響材料の層を熱膨張及び収
縮させることと、
媒質中で２つの指向性流体ジェットを生成することと、
を備える方法。
流体ピンセットを用いて細胞を掴むことであって、
前記流体ピンセットは、
二指向性レーザ駆動光音響マイクロ流体ポンプ（ＬＤＭＰ：ｌａｓｅｒ－ｄｒｉｖｅ
ｎ ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ ｐｕｍｐ）、
を備えることと、
光音響材料の層に当たるレーザビームに応答して、前記光音響材料の層を熱膨張及び収
縮させることと、
媒質中で２つの指向性流体ジェットを生成することと、
を備える方法。
【請求項12】
前記二指向性ＬＤＭＰは、
第１端部と第２端部を備える光ファイバ光曲げユニットと、
前記光ファイバの前記第２端部に配置された光音響材料の層と、
を備える請求項１１に記載の方法。
第１端部と第２端部を備える光ファイバ光曲げユニットと、
前記光ファイバの前記第２端部に配置された光音響材料の層と、
を備える請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記光音響材料の層は、前記光音響材料の層に入射するレーザビームに応答して、指向
性超音波を生成するように構成された、請求項１２に記載の方法。
性超音波を生成するように構成された、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記光音響材料の層は、ナノ粒子を備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記媒質は、前記流体ピンセットによって操作される細胞を備える、請求項１４に記載
の方法。
の方法。
【請求項16】
脳血栓を破壊する方法であって、
レーザ駆動光音響マイクロ流体ポンプ（ＬＤＭＰ：ｌａｓｅｒ－ｄｒｉｖｅｎ ｐｈｏ
ｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ ｐｕｍｐ）にレーザビームを照射するこ
とに基づいて、指向性高速流動を生成することと、
前記光音響材料の層に当たる前記レーザビームに応答して、前記光音響材料の層を熱膨
張及び収縮させることと、
脳血管内において脳血栓への指向性流体ジェットを生成することと、
を備える方法。
レーザ駆動光音響マイクロ流体ポンプ（ＬＤＭＰ：ｌａｓｅｒ－ｄｒｉｖｅｎ ｐｈｏ
ｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ ｐｕｍｐ）にレーザビームを照射するこ
とに基づいて、指向性高速流動を生成することと、
前記光音響材料の層に当たる前記レーザビームに応答して、前記光音響材料の層を熱膨
張及び収縮させることと、
脳血管内において脳血栓への指向性流体ジェットを生成することと、
を備える方法。
【請求項17】
前記ＬＤＭＰは、
第１端部と第２端部を備える光ファイバと、
前記光ファイバの前記第２端部に配置された光音響材料の層と、
を備える請求項１６に記載の方法。
第１端部と第２端部を備える光ファイバと、
前記光ファイバの前記第２端部に配置された光音響材料の層と、
を備える請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記光音響材料の層は、前記光音響材料の層に入射するレーザビームに応答して、指向
性超音波を生成するように構成された、請求項１７に記載の方法。
性超音波を生成するように構成された、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記光音響材料の層は、ナノ粒子を備える、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、レーザ駆動マイクロ流体ポンプの医療アプリケーションのための装置及び方
法、特に、レーザ駆動光音響マイクロ流体ポンプの医療アプリケーションに関する。
法、特に、レーザ駆動光音響マイクロ流体ポンプの医療アプリケーションに関する。
【0002】
［関連する出願との相互参照］
本出願は、２０１９年５月２４日に出願された米国仮特許出願６２／８５２４８５号明
細書の利益と優先権を主張し、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１９年５月２４日に出願された米国仮特許出願６２／８５２４８５号明
細書の利益と優先権を主張し、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0003】
本開示は、レーザ駆動光音響マイクロ流体ポンプの医療アプリケーションのための装置
及び方法に関する。本開示の観点に係る、薬剤輸送装置が提示される。前記装置は、レー
ザ駆動光音響マイクロ流体ポンプ（ＬＤＭＰ：ｌａｓｅｒ－ｄｒｉｖｅｎ ｐｈｏｔｏａ
ｃｏｕｓｔｉｃ ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ ｐｕｍｐ）と、第１端部と第２端部を備える光
ファイバ素子であって、前記第１端部は前記ＬＤＭＰに配置されている光ファイバ素子と
、第１端部と第２端部を備える開管キャピラリであって、前記第１端部は前記光ファイバ
素子に配置されており、前記開管キャピラリは薬剤を貯蔵するように構成されている開管
キャピラリと、を備えている。前記ＬＤＭＰは前記薬剤から指向性流体ジェットを生成し
、薬剤を輸送するように構成されている。
及び方法に関する。本開示の観点に係る、薬剤輸送装置が提示される。前記装置は、レー
ザ駆動光音響マイクロ流体ポンプ（ＬＤＭＰ：ｌａｓｅｒ－ｄｒｉｖｅｎ ｐｈｏｔｏａ
ｃｏｕｓｔｉｃ ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ ｐｕｍｐ）と、第１端部と第２端部を備える光
ファイバ素子であって、前記第１端部は前記ＬＤＭＰに配置されている光ファイバ素子と
、第１端部と第２端部を備える開管キャピラリであって、前記第１端部は前記光ファイバ
素子に配置されており、前記開管キャピラリは薬剤を貯蔵するように構成されている開管
キャピラリと、を備えている。前記ＬＤＭＰは前記薬剤から指向性流体ジェットを生成し
、薬剤を輸送するように構成されている。
【0004】
本開示のある観点において、前記ＬＤＭＰは、第１サイドと第２サイドを有する基板と
、前記基板の前記第１サイドに配置された光音響材料の層を備えてもよい。前記光音響材
料の層は、前記層に入射するレーザビームに応答して、指向性超音波を生成するように構
成されてもよい。前記光音響層はナノ粒子を備えてもよい。
、前記基板の前記第１サイドに配置された光音響材料の層を備えてもよい。前記光音響材
料の層は、前記層に入射するレーザビームに応答して、指向性超音波を生成するように構
成されてもよい。前記光音響層はナノ粒子を備えてもよい。
【0005】
本開示の観点に係る、組織の切断装置が提示される。前記装置は、ＬＤＭＰと、第１端
部と第２端部を備える光ファイバ素子であって、前記第１端部は前記ＬＤＭＰに配置され
ている、光ファイバ素子と、水、血液、血漿及び／又は体液を備える流体と、を備える。
前記ファイバは前記流体内に配置されてもよい。前記ＬＤＭＰは前記流体から流体ジェッ
トを生成し、組織を切断するように構成されてもよい。
部と第２端部を備える光ファイバ素子であって、前記第１端部は前記ＬＤＭＰに配置され
ている、光ファイバ素子と、水、血液、血漿及び／又は体液を備える流体と、を備える。
前記ファイバは前記流体内に配置されてもよい。前記ＬＤＭＰは前記流体から流体ジェッ
トを生成し、組織を切断するように構成されてもよい。
【0006】
本開示のある観点において、前記ＬＤＭＰは、第１サイドと第２サイドを有する基板と
、前記基板の前記第１サイドに配置された光音響材料の層を備えてもよい。前記光音響材
料の層は、前記層に入射するレーザビームに応答して、指向性超音波を生成するように構
成されてもよい。前記光音響層はナノ粒子を備えてもよい。
、前記基板の前記第１サイドに配置された光音響材料の層を備えてもよい。前記光音響材
料の層は、前記層に入射するレーザビームに応答して、指向性超音波を生成するように構
成されてもよい。前記光音響層はナノ粒子を備えてもよい。
【0007】
本開示の観点に係る、ＬＤＭＰと、第１端部と第２端部を備える光ファイバ素子と、を
備える、動脈内の沈殿をパワーウォッシュする装置。前記第１端部は前記ＬＤＭＰに配置
されている。前記第２端部は動脈内に配置されるように構成されている。前記動脈は流体
を備える。前記流体は、水、血液、血漿及び／又は体液を備える。前記ＬＤＭＰは、前記
流体から流体ジェットを生成し、動脈から沈殿を取り除くように構成されている。
備える、動脈内の沈殿をパワーウォッシュする装置。前記第１端部は前記ＬＤＭＰに配置
されている。前記第２端部は動脈内に配置されるように構成されている。前記動脈は流体
を備える。前記流体は、水、血液、血漿及び／又は体液を備える。前記ＬＤＭＰは、前記
流体から流体ジェットを生成し、動脈から沈殿を取り除くように構成されている。
【0008】
本開示の観点において、前記ＬＤＭＰは、第１サイドと第２サイドを有する基板と、前
記基板の前記第１サイドに配置された光音響材料の層を備えてもよい。前記光音響材料の
層は、前記層に入射するレーザビームに応答して、指向性超音波を生成するように構成さ
れてもよい。前記光音響層はナノ粒子を備えてもよい。
記基板の前記第１サイドに配置された光音響材料の層を備えてもよい。前記光音響材料の
層は、前記層に入射するレーザビームに応答して、指向性超音波を生成するように構成さ
れてもよい。前記光音響層はナノ粒子を備えてもよい。
【0009】
本開示の観点に係る、組織への薬剤輸送方法が提示される。前記方法は、ＬＤＭＰにレ
ーザビームが当たることに基づいて、指向性超音波を生成することと、前記光音響層に当
たる前記レーザビームに応答して、前記光音響層を熱膨張及び収縮させることと、流体媒
質中で指向性流体ジェットを生成することと、を備える。前記ＬＤＭＰは、第１サイドと
第２サイドを有する基板と、前記基板の前記第１サイドに配置された光音響材料の層と、
を備える。前記光音響材料の層は、前記層に入射するレーザビームに応答して、指向性超
音波を生成するように構成される。前記光音響層はナノ粒子を備える。前記媒質は第１端
部と第２端部を有する開管キャピラリ内に貯蔵されている薬剤を備える。前記ＬＤＭＰに
配置された前記第１端部。薬剤を貯蔵するように構成された前記開管キャピラリ。
ーザビームが当たることに基づいて、指向性超音波を生成することと、前記光音響層に当
たる前記レーザビームに応答して、前記光音響層を熱膨張及び収縮させることと、流体媒
質中で指向性流体ジェットを生成することと、を備える。前記ＬＤＭＰは、第１サイドと
第２サイドを有する基板と、前記基板の前記第１サイドに配置された光音響材料の層と、
を備える。前記光音響材料の層は、前記層に入射するレーザビームに応答して、指向性超
音波を生成するように構成される。前記光音響層はナノ粒子を備える。前記媒質は第１端
部と第２端部を有する開管キャピラリ内に貯蔵されている薬剤を備える。前記ＬＤＭＰに
配置された前記第１端部。薬剤を貯蔵するように構成された前記開管キャピラリ。
【0010】
本開示の観点に係る、ＬＤＭＰからのフローレートを増加させるための装置が提示され
る。前記装置は、ＬＤＭＰと、第１端部と第２端部を備える光ファイバ素子であって、前
記第１端部は前記ＬＤＭＰに配置されている、光ファイバ素子と、前記光ファイバの一端
が挿入されたチューブと、水、血液、血漿及び／又は体液を備える流体と、を備える。前
記光ファイバ素子は前記流体中に配置されている。前記ＬＤＭＰは、逆流を防ぐ強力な流
体ジェットを生成するように構成されている。
る。前記装置は、ＬＤＭＰと、第１端部と第２端部を備える光ファイバ素子であって、前
記第１端部は前記ＬＤＭＰに配置されている、光ファイバ素子と、前記光ファイバの一端
が挿入されたチューブと、水、血液、血漿及び／又は体液を備える流体と、を備える。前
記光ファイバ素子は前記流体中に配置されている。前記ＬＤＭＰは、逆流を防ぐ強力な流
体ジェットを生成するように構成されている。
【0011】
本開示の観点に係る、細胞の精密な操作方法が提示される。前記方法は、流体ピンセッ
トを用いて細胞を掴むことを備え、前記流体ピンセットは、二指向性ＬＤＭＰを備える。
前記方法は更に、光音響材料の層に当たるレーザビームに応答して、前記光音響材料の層
を熱膨張及び収縮させることと、媒質中で２つの指向性流体ジェットを生成することと、
を備える。前記媒質は、前記流体ピンセットによって操作される細胞を備える。
トを用いて細胞を掴むことを備え、前記流体ピンセットは、二指向性ＬＤＭＰを備える。
前記方法は更に、光音響材料の層に当たるレーザビームに応答して、前記光音響材料の層
を熱膨張及び収縮させることと、媒質中で２つの指向性流体ジェットを生成することと、
を備える。前記媒質は、前記流体ピンセットによって操作される細胞を備える。
【0012】
本開示の観点において、前記二指向性ＬＤＭＰは、第１端部と第２端部を備える光ファ
イバ光曲げユニットと、前記光ファイバの前記第２端部に配置された光音響材料の層と、
を備える。前記光音響材料の層は、前記光音響材料の層に入射するレーザビームに応答し
て、指向性超音波を生成するように構成されている。前記光音響材料の層は、ナノ粒子を
備える。
イバ光曲げユニットと、前記光ファイバの前記第２端部に配置された光音響材料の層と、
を備える。前記光音響材料の層は、前記光音響材料の層に入射するレーザビームに応答し
て、指向性超音波を生成するように構成されている。前記光音響材料の層は、ナノ粒子を
備える。
【0013】
本開示の観点に係る、脳血栓を破壊する方法が提示される。前記方法は、ＬＤＭＰにレ
ーザビームを照射することに基づいて、指向性高速流動を生成することを備える。前記方
法は更に、前記光音響材料の層に当たる前記レーザビームに応答して、前記光音響材料の
層を熱膨張及び収縮させることと、脳血管内において脳血栓への指向性流体ジェットを生
成することと、を備える。
ーザビームを照射することに基づいて、指向性高速流動を生成することを備える。前記方
法は更に、前記光音響材料の層に当たる前記レーザビームに応答して、前記光音響材料の
層を熱膨張及び収縮させることと、脳血管内において脳血栓への指向性流体ジェットを生
成することと、を備える。
【0014】
本開示の観点において、前記ＬＤＭＰは、第１端部と第２端部を備える光ファイバと、
前記光ファイバの前記第２端部に配置された光音響材料の層と、を備える。前記光音響材
料の層は、前記光音響材料の層に入射するレーザビームに応答して、指向性超音波を生成
するように構成される。前記光音響材料の層は、ナノ粒子を備える。
前記光ファイバの前記第２端部に配置された光音響材料の層と、を備える。前記光音響材
料の層は、前記光音響材料の層に入射するレーザビームに応答して、指向性超音波を生成
するように構成される。前記光音響材料の層は、ナノ粒子を備える。
【0015】
本開示の代表的な実施形態の更なる詳細と観点は、添付の図を参照して以下でより詳細
に説明される。
に説明される。
【図面の簡単な説明】
【0016】
開示された技術の特徴及び利点のより良い理解が、技術の原理が利用されている実例的
な実施形態を明記する以下の詳細な説明、及びそれに伴う図を参照することで得られるで
あろう。
な実施形態を明記する以下の詳細な説明、及びそれに伴う図を参照することで得られるで
あろう。
【図1A】本開示の観点に係る、金イオンが注入された石英窓及び窓から発射されたジェットを示す。
【図1B】本開示の観点に係る、金イオンが注入された石英窓及び窓から発射されたジェットを示す。
【図1C】本開示の観点に係る、金イオンが注入された石英窓及び窓から発射されたジェットを示す。
【図1D-G】本開示の観点に係る、金イオンが注入された石英窓及び窓から発射されたジェットを示す。
【図2A-D】本開示の観点に係る、様々なレーザパワー及びスポットサイズにおける、マイクロポンプによるジェットストリームパターンである。
【図3A-F】本開示の観点に係る、移動するマイクロポンプ及び２つのマイクロポンプを示す。
【図4A-F】本開示の観点に係る、単一レーザパルスによるジェットの生成を示す。
【図5A】本開示の観点に係る、単一レーザパルスによって励起された長期的な光音響発振を示す。
【図5B】本開示の観点に係る、光音響波及びストリーミングの概略図を示す。
【図6】本開示の観点に係る、組織への薬剤輸送装置の代表的な実施形態である。
【図9A】本開示の観点に係る、ガラスファイバからのレーザストリーミングの画像である。
【図9B】本開示の観点に係る、ガラスファイバからのレーザストリーミングの画像である。
【図9C】本開示の観点に係る、ガラスファイバからのレーザストリーミングの画像である。
【図10A】本開示の観点に係る、カテーテルベースの流体ポンプの図である。
【図10B】本開示の観点に係る、カテーテルベースの流体ポンプの図である。
【図10C】本開示の観点に係る、カテーテルベースの流体ポンプの図である。
【図11】本開示の観点に係る、グラビングツールの図である。
【図12】本開示の観点に係る、ジェッティング及びカッティングツールの図である。
【図13】本開示の観点に係る、遠隔制御インジェクタの図である。
【図14】本開示の観点に係る、マイクロ流体チップの図である。
【図15】本開示の観点に係る、レーザ駆動光音響マイクロ流体ポンプ合成細胞の図である。
【0017】
本開示の様々な実施形態の更なる詳細と観点は、添付の図を参照して、以下でより詳細に
説明される。
説明される。
【発明を実施するための形態】
【0018】
本開示は、ＬＤＭＰの医療アプリケーションのための装置及び方法に関する。
【0019】
本開示は特定の実施形態に関して説明されるが、本開示の趣旨から逸脱することなく様
々な修正、再編成、及び代用を行うことができることは、当技術分野の当業者には容易に
明らかであろう。本開示の範囲は、本明細書に添付された特許請求の範囲によって定義さ
れる。
々な修正、再編成、及び代用を行うことができることは、当技術分野の当業者には容易に
明らかであろう。本開示の範囲は、本明細書に添付された特許請求の範囲によって定義さ
れる。
【0020】
本開示の原理の理解を促進するために、図面に示された代表的な実施形態を参照し、同
一のことを説明するために特定の用語が使用される。それにもかかわらず、本開示の範囲
の限定はそれによって意図されていないことを理解されたい。本明細書に例示された発明
の特徴の任意の変更及び更なる修正、並びに本明細書に示された本開示の原理の任意の追
加的な適用は、関連する技術分野の当業者及び本開示を保有する者が考えつくであろうが
、本開示の範囲内とみなされる。
一のことを説明するために特定の用語が使用される。それにもかかわらず、本開示の範囲
の限定はそれによって意図されていないことを理解されたい。本明細書に例示された発明
の特徴の任意の変更及び更なる修正、並びに本明細書に示された本開示の原理の任意の追
加的な適用は、関連する技術分野の当業者及び本開示を保有する者が考えつくであろうが
、本開示の範囲内とみなされる。
【0021】
ある形態のエネルギーを別の形態に変換する（又は変形する）プロセスは、しばしばト
ランスダクションと呼ばれる。トランスデューサとは、このような機能を果たすために一
般的に使用される装置であり、トランスダクタは物理系（例えば、圧力、温度、音波その
他）が通過する方向によって特徴付けられる。例えば、センサは、物理システム（例えば
、温度）からの信号／刺激を受けて応答し、物理システムに関する情報を表す電気信号を
生成するトランスデューサの一種である。一方、アクチュエータは、物理システム（例え
ば、音波）を、何らかの電気信号に応じて制御／生成するトランスデューサである。例え
ば、スピーカーは、録音の電気信号を機械的な音波に変形する。
ランスダクションと呼ばれる。トランスデューサとは、このような機能を果たすために一
般的に使用される装置であり、トランスダクタは物理系（例えば、圧力、温度、音波その
他）が通過する方向によって特徴付けられる。例えば、センサは、物理システム（例えば
、温度）からの信号／刺激を受けて応答し、物理システムに関する情報を表す電気信号を
生成するトランスデューサの一種である。一方、アクチュエータは、物理システム（例え
ば、音波）を、何らかの電気信号に応じて制御／生成するトランスデューサである。例え
ば、スピーカーは、録音の電気信号を機械的な音波に変形する。
【0022】
上述したように、あるエネルギーの形態は別のエネルギーの形態に変形することができ
る。これらのエネルギー形態は、例えば、機械エネルギー、電気エネルギー、化学エネル
ギー、電磁エネルギー、熱エネルギー、音響エネルギーを備えてもよい。光エネルギー（
例えば、高エネルギー光子）を機械的エネルギーに変形するといった、他のエネルギーの
形態を変形する研究が行われている。光エネルギーを何らかの機械的エネルギーに変形す
るには、効率的な運動量の伝達が必要であるが、その実現は困難である。このような変形
を行うことができる効率的なシステムが望まれている。
る。これらのエネルギー形態は、例えば、機械エネルギー、電気エネルギー、化学エネル
ギー、電磁エネルギー、熱エネルギー、音響エネルギーを備えてもよい。光エネルギー（
例えば、高エネルギー光子）を機械的エネルギーに変形するといった、他のエネルギーの
形態を変形する研究が行われている。光エネルギーを何らかの機械的エネルギーに変形す
るには、効率的な運動量の伝達が必要であるが、その実現は困難である。このような変形
を行うことができる効率的なシステムが望まれている。
【0023】
マイクロポンプは、その動作原理に基づいて、機械式と非機械式の２つのグループに分
けられる。機械式マイクロポンプは、１９８０年代に微小電気機械システムの登場ととも
に開発されたものであり、バルブや膜などの可動部で構成され、流体を直接移動させる巨
視的なポンプを小型化したものである。非機械式マイクロポンプには可動部がないが、流
体を動かすための熱、電気、磁気又は音響の刺激を生成するために、慎重に製造されたマ
イクロ構造と電気接点が必要である。マイクロポンプの性能は、製造技術の進化に伴って
向上したが、マイクロポンプの原理と設計は、過去数十年に渡り殆ど同じである。様々な
実施形態において、マイクロポンプは、可動部や電極を持たないため、マイクロ加工又は
ナノ加工を必要としない。マイクロポンプのサイズ、数、位置、及びタイミングは、リア
ルタイムで遠隔制御、再構成、及びプログラムされてもよい。ポンプは、半透明のプラズ
モニック石英窓を備えていてもよい。ポンプは、光音響レーザストリーミングの原理に基
づいていてもよく、共振レーザパルスによって生成された超音波が、音響ストリーミング
によって流体を動かす。石英窓の表面全体がプラズモニック層で覆われていてもよい。超
音波は窓のどの位置からでも生成させることができ、マイクロポンプの発射台となる。
けられる。機械式マイクロポンプは、１９８０年代に微小電気機械システムの登場ととも
に開発されたものであり、バルブや膜などの可動部で構成され、流体を直接移動させる巨
視的なポンプを小型化したものである。非機械式マイクロポンプには可動部がないが、流
体を動かすための熱、電気、磁気又は音響の刺激を生成するために、慎重に製造されたマ
イクロ構造と電気接点が必要である。マイクロポンプの性能は、製造技術の進化に伴って
向上したが、マイクロポンプの原理と設計は、過去数十年に渡り殆ど同じである。様々な
実施形態において、マイクロポンプは、可動部や電極を持たないため、マイクロ加工又は
ナノ加工を必要としない。マイクロポンプのサイズ、数、位置、及びタイミングは、リア
ルタイムで遠隔制御、再構成、及びプログラムされてもよい。ポンプは、半透明のプラズ
モニック石英窓を備えていてもよい。ポンプは、光音響レーザストリーミングの原理に基
づいていてもよく、共振レーザパルスによって生成された超音波が、音響ストリーミング
によって流体を動かす。石英窓の表面全体がプラズモニック層で覆われていてもよい。超
音波は窓のどの位置からでも生成させることができ、マイクロポンプの発射台となる。
【0024】
【0025】
光音響の発射台は、厚さ０．５ｍｍの石英窓１００にＡｕイオンを約６０ｋｅＶで、１
ｃｍ四方あたり約６×１０１６の量をＡｕイオン注入することで形成されてもよい。選択
された加速電圧に基づいて、Ａｕイオンは表面から約５０ｎｍ以内に注入されるであろう
。十分なＡｕナノ粒子濃度と対応する光吸収が得られるように、比較的大きな量を使用し
てもよい。また、図１Ａは、石英窓１００の中央に注入領域１０２を配置した石英窓１０
０の概略図を示す。図１Ａの吸収スペクトルは、Ａｕクラスタやナノ粒子の表面プラズモ
ン共鳴による５３０ｎｍ付近のピーク吸収１０３を示している。
ｃｍ四方あたり約６×１０１６の量をＡｕイオン注入することで形成されてもよい。選択
された加速電圧に基づいて、Ａｕイオンは表面から約５０ｎｍ以内に注入されるであろう
。十分なＡｕナノ粒子濃度と対応する光吸収が得られるように、比較的大きな量を使用し
てもよい。また、図１Ａは、石英窓１００の中央に注入領域１０２を配置した石英窓１０
０の概略図を示す。図１Ａの吸収スペクトルは、Ａｕクラスタやナノ粒子の表面プラズモ
ン共鳴による５３０ｎｍ付近のピーク吸収１０３を示している。
【0026】
【0027】
ハイドロフォンとは、水中での水中音響を録音又は聞くためのマイクロフォンである。
ハイドロフォンの多くは、音波等の圧力変化を受けたとき、電位を生成する圧電トランス
デューサを基にしている。
ハイドロフォンの多くは、音波等の圧力変化を受けたとき、電位を生成する圧電トランス
デューサを基にしている。
【0028】
窓をマイクロポンプの発射台として使用するために、例えば、キュベット１０６はＡｕ
ナノ粒子を含まない脱イオン水１０８で満たされてもよい。石英１００は、調整可能な傾
斜角を有するキュベット１０６（例えば、１－ｃｍ四方のガラスキュベット）内に設置さ
れてもよい。パルスレーザ１０４（例えば、１５０－ｎｓのパルス幅を持つ５２７－ｎｍ
のパルスレーザ）を、キュベットの壁の代わりに石英窓１００に集光（１０－ｃｍの焦点
距離のレンズ）させて、光音響波１０７及び光音響ジェットを生成してもよい。水１０８
の動きを高速カラーカメラ１５０で撮像するために、赤色蛍光ポリマーマイクロスフェア
１０９とレーザ（例えば、６３３－ｎｍのＨｅＮｅレーザ）が用いられてもよい。光音響
波１０７は、ハイドロフォン１２０によって検出され、その後高速オシロスコープによっ
て記録される前に、プリアンプによって増幅されていてもよい。フローイメージングのた
め５２７－ｎｍの光を遮断するために、ロングパスフィルタが用いられてもよい。レーザ
の繰り返し周波数は約１０００Ｈｚでもよい。窓上の任意の位置からレーザパルスを入射
することでジェットが生成されると、マイクロポンプは動作の準備が整う。
ナノ粒子を含まない脱イオン水１０８で満たされてもよい。石英１００は、調整可能な傾
斜角を有するキュベット１０６（例えば、１－ｃｍ四方のガラスキュベット）内に設置さ
れてもよい。パルスレーザ１０４（例えば、１５０－ｎｓのパルス幅を持つ５２７－ｎｍ
のパルスレーザ）を、キュベットの壁の代わりに石英窓１００に集光（１０－ｃｍの焦点
距離のレンズ）させて、光音響波１０７及び光音響ジェットを生成してもよい。水１０８
の動きを高速カラーカメラ１５０で撮像するために、赤色蛍光ポリマーマイクロスフェア
１０９とレーザ（例えば、６３３－ｎｍのＨｅＮｅレーザ）が用いられてもよい。光音響
波１０７は、ハイドロフォン１２０によって検出され、その後高速オシロスコープによっ
て記録される前に、プリアンプによって増幅されていてもよい。フローイメージングのた
め５２７－ｎｍの光を遮断するために、ロングパスフィルタが用いられてもよい。レーザ
の繰り返し周波数は約１０００Ｈｚでもよい。窓上の任意の位置からレーザパルスを入射
することでジェットが生成されると、マイクロポンプは動作の準備が整う。
【0029】
図１Ｄ－Ｇは、０°、３０°、４０°、及び５０°の入射角におけるジェットのスナッ
プショットを示している。破線は、水と接触している窓面１００ａを示している。横方向
の光線１７０は、約５２７－ｎｍの緑色光の励起下におけるマイクロスフェアからの蛍光
によるレーザ光である。このマイクロポンプによって石英窓１００（図１Ｂ）から発射さ
れたジェットは、レーザ光の方向に関わらず、常に窓面に対して垂直方向に流動する。こ
の観察結果から、単純な結論は、ジェットは入射光子からの運動量の伝達によって駆動さ
れているのではないということである。Ａｕが注入された石英層のレーザ誘起加熱とそれ
に続く光熱膨張は、レーザの入射角度に依存しないため、表面に垂直な方向にジェットの
観測は、光音響ストリーミングのメカニズムと一致し、これまでの観測と矛盾しない。一
方で、この窓－ジェットの関係は、マイクロポンプがレーザビームの方向を考慮すること
なく、同じ方向に流体をポンプすることを可能にする。ポンピングの方向は、窓１００の
方向によって変えることができる（図１Ｂ）。
プショットを示している。破線は、水と接触している窓面１００ａを示している。横方向
の光線１７０は、約５２７－ｎｍの緑色光の励起下におけるマイクロスフェアからの蛍光
によるレーザ光である。このマイクロポンプによって石英窓１００（図１Ｂ）から発射さ
れたジェットは、レーザ光の方向に関わらず、常に窓面に対して垂直方向に流動する。こ
の観察結果から、単純な結論は、ジェットは入射光子からの運動量の伝達によって駆動さ
れているのではないということである。Ａｕが注入された石英層のレーザ誘起加熱とそれ
に続く光熱膨張は、レーザの入射角度に依存しないため、表面に垂直な方向にジェットの
観測は、光音響ストリーミングのメカニズムと一致し、これまでの観測と矛盾しない。一
方で、この窓－ジェットの関係は、マイクロポンプがレーザビームの方向を考慮すること
なく、同じ方向に流体をポンプすることを可能にする。ポンピングの方向は、窓１００の
方向によって変えることができる（図１Ｂ）。
【0030】
図２Ａ－Ｄを参照すると、異なるレーザパワーとスポットサイズの下でのマイクロポン
プによるジェットストリームパターンが示されている。図２Ａ－Ｃは、レーザスポットサ
イズが直径５０μｍで、レーザパワーが、（Ａ）６．３ｍＷ、（Ｂ）１０ｍＷ、（Ｃ）４
０ｍＷの場合を示す。図２Ｄは、レーザパワーが３３０ｍＷ、スポットサイズが約３００
μｍ×５０μｍの場合を示す。
プによるジェットストリームパターンが示されている。図２Ａ－Ｃは、レーザスポットサ
イズが直径５０μｍで、レーザパワーが、（Ａ）６．３ｍＷ、（Ｂ）１０ｍＷ、（Ｃ）４
０ｍＷの場合を示す。図２Ｄは、レーザパワーが３３０ｍＷ、スポットサイズが約３００
μｍ×５０μｍの場合を示す。
【0031】
ジェットを起こすためのレーザパワーの閾値が存在する。これは、図２Ａ－Ｃに示され
た観察結果によって確認された。６．３ｍＷの低パワーではストリーミングは観察されな
かったが、１０ｍＷのパワーでは顕著なストリーミングが見られ、４０ｍＷでは更に強く
なる。第一に、図２Ｂ及び図２Ｃから、ジェットの速度が要因であることがわかる。速度
が速いジェットは、最初の直径が小さいものから始まり、前進するにつれて発散が小さく
なる。第二に、図２Ｄにおいて広い黄色の蛍光経路で示されているように、大きなレーザ
スポット又はマイクロポンプを使用すると、遠方での発散がより少なく、よりコリメート
されたジェットを作成できるが、最初のジェットサイズは図２Ｃのように小さいままであ
る。これらの観察結果は、ジェットのストリームライン、並びに、流体の質量保存、慣性
、及び音響放射力の間の相互作用から凡そ理解することができる。窓から高速ジェットが
発射されると、その周辺の領域から水が供給されなければならないため、ジェットはレー
ザスポットの中心から発生し、且つ、初期サイズはレーザスポットよりもはるかに小さく
なる。ジェットが窓から離れると、その動きは流体の慣性と音響放射力によって支配され
る。レーザスポットが大きいほど、より平行な超音波を生じるため、流れは小さい発散に
なる。
た観察結果によって確認された。６．３ｍＷの低パワーではストリーミングは観察されな
かったが、１０ｍＷのパワーでは顕著なストリーミングが見られ、４０ｍＷでは更に強く
なる。第一に、図２Ｂ及び図２Ｃから、ジェットの速度が要因であることがわかる。速度
が速いジェットは、最初の直径が小さいものから始まり、前進するにつれて発散が小さく
なる。第二に、図２Ｄにおいて広い黄色の蛍光経路で示されているように、大きなレーザ
スポット又はマイクロポンプを使用すると、遠方での発散がより少なく、よりコリメート
されたジェットを作成できるが、最初のジェットサイズは図２Ｃのように小さいままであ
る。これらの観察結果は、ジェットのストリームライン、並びに、流体の質量保存、慣性
、及び音響放射力の間の相互作用から凡そ理解することができる。窓から高速ジェットが
発射されると、その周辺の領域から水が供給されなければならないため、ジェットはレー
ザスポットの中心から発生し、且つ、初期サイズはレーザスポットよりもはるかに小さく
なる。ジェットが窓から離れると、その動きは流体の慣性と音響放射力によって支配され
る。レーザスポットが大きいほど、より平行な超音波を生じるため、流れは小さい発散に
なる。
【0032】
図３Ａ－Ｃを参照すると、レーザビームが約１ｍｍ／ｓの速度で下方に移動していると
きの０、１、２秒後のストリーミングのスナップショットが示されている。横の矢印はレ
ーザスポットの位置を示し、縦の矢印はレーザスポットの速度方向を示している。図３Ｄ
－Ｆは上下のレーザパワーが異なる２本のレーザビームによるストリーミングを示す。
きの０、１、２秒後のストリーミングのスナップショットが示されている。横の矢印はレ
ーザスポットの位置を示し、縦の矢印はレーザスポットの速度方向を示している。図３Ｄ
－Ｆは上下のレーザパワーが異なる２本のレーザビームによるストリーミングを示す。
【0033】
光音響キャビティの準備なしでのマイクロポンプの瞬時の動作は、これまでになく自由
にマイクロポンプのパターンや様々な流体の動きを作り出すことを可能にする。例えば、
レーザビームを掃引することで、掃引マイクロポンプを作成することができる（図３Ａ－
Ｃ）。流体の慣性のため、動いているジェットは安定したジェットほど遠くまで届かない
。２つのマイクロポンプ／ジェットを同時に生成させるには、ビームを２つに分ける。図
３Ｄ－Ｆは、２本のビームによって２つのジェットを生成させ、それぞれのジェットの強
さを各ビームによって独立して制御できることを示している。しかし、２つのジェットは
近接しているため、両方が同じ強さの場合は、より広いジェットに合流するか（図３Ｅ）
、又は、図３Ｄ及び図３Ｆのように弱いジェットが強いジェットによって飲み込まれる。
各ジェットを１つの噴水と考えた場合、単にレーザ光線で遊ぶことによって、あらゆる種
類の踊るような噴水ができる。
にマイクロポンプのパターンや様々な流体の動きを作り出すことを可能にする。例えば、
レーザビームを掃引することで、掃引マイクロポンプを作成することができる（図３Ａ－
Ｃ）。流体の慣性のため、動いているジェットは安定したジェットほど遠くまで届かない
。２つのマイクロポンプ／ジェットを同時に生成させるには、ビームを２つに分ける。図
３Ｄ－Ｆは、２本のビームによって２つのジェットを生成させ、それぞれのジェットの強
さを各ビームによって独立して制御できることを示している。しかし、２つのジェットは
近接しているため、両方が同じ強さの場合は、より広いジェットに合流するか（図３Ｅ）
、又は、図３Ｄ及び図３Ｆのように弱いジェットが強いジェットによって飲み込まれる。
各ジェットを１つの噴水と考えた場合、単にレーザ光線で遊ぶことによって、あらゆる種
類の踊るような噴水ができる。
【0034】
図４Ａ－Ｆを参照すると、単一のレーザパルスによるジェットの生成が示されている。
レーザパルスからの緑色の光も観察できるように、ロングパスフィルタは外されている（
図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｅ、図４Ｆ）。レーザパルスの前後での流体の動きの時系列スナッ
プショット。例えば、露光時間は約１０ｍＳである。図４Ｂの矢印４０３は、石英プレー
ト上のレーザの集光スポットを示している。マイクロスフェアの明るい白色は、強い蛍光
性とＣＣ飽和（ＣＣ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）によるものである（図４Ｃ及び図４Ｄ）。
Ａ及びＢの枠によって示された領域の拡大イメージ。レーザパルスエネルギー：０．５ｍ
Ｊ。
レーザパルスからの緑色の光も観察できるように、ロングパスフィルタは外されている（
図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｅ、図４Ｆ）。レーザパルスの前後での流体の動きの時系列スナッ
プショット。例えば、露光時間は約１０ｍＳである。図４Ｂの矢印４０３は、石英プレー
ト上のレーザの集光スポットを示している。マイクロスフェアの明るい白色は、強い蛍光
性とＣＣ飽和（ＣＣ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）によるものである（図４Ｃ及び図４Ｄ）。
Ａ及びＢの枠によって示された領域の拡大イメージ。レーザパルスエネルギー：０．５ｍ
Ｊ。
【0035】
オンデマンドでのジェットの生成及び制御されたレーザパルスの生成は、更に、１つの
レーザパルスのジェットを調べることによってポンピングのメカニズムを探ることを可能
にする。図４は、レーザパルスが当たる前後の２０ｍｓごとの流体の高速イメージのシー
ケンスを示す。図４Ａから、最初は流体が殆ど静止していることがわかる。レーザパルス
が到達して初めて流体が動き始めることが、図４Ｂの一部のトレーシング粒子が緑色にな
っていることによって示される。しかし、連続したストリーミングにおける窓付近の動き
とは異なり、窓付近の水は動かないままである。図４Ｂの緑色の枠で示されたように、最
も流体速度が大きい領域は、窓から約１ｍｍ離れている。図４Ｅ及び図４Ｆは、更に、４
０ｍＳ後には、流体の速度が急速に低下し、非常に小さくなっていることを示している。
レーザパルスのジェットを調べることによってポンピングのメカニズムを探ることを可能
にする。図４は、レーザパルスが当たる前後の２０ｍｓごとの流体の高速イメージのシー
ケンスを示す。図４Ａから、最初は流体が殆ど静止していることがわかる。レーザパルス
が到達して初めて流体が動き始めることが、図４Ｂの一部のトレーシング粒子が緑色にな
っていることによって示される。しかし、連続したストリーミングにおける窓付近の動き
とは異なり、窓付近の水は動かないままである。図４Ｂの緑色の枠で示されたように、最
も流体速度が大きい領域は、窓から約１ｍｍ離れている。図４Ｅ及び図４Ｆは、更に、４
０ｍＳ後には、流体の速度が急速に低下し、非常に小さくなっていることを示している。
【0036】
定常的なストリームラインと平均流速に加えて、トレーシング粒子の軌跡の詳細な検査
は、その軌跡に沿った粒子の局所的な瞬間速度についてのより多くの情報を提供する。こ
れは、各イメージに対する１０ｍｓの露光時間の間、カメラが絶えず粒子の位置を記録し
ているためである。ピクセルの蛍光強度は、粒子が一つの位置に留まっていた時間に比例
する。動いていない粒子の場合、ピクセルの蛍光強度は、イメージにおいて明るいスポッ
トとして見える。動きの速い粒子の場合は、短い露光時間のためトレースは暗くなる。し
かし、動きの遅い粒子では、各ピクセルに対する、増加する露光時間のため、トレースは
明るく見える。原理的には、同じ露光時間であれば蛍光又は散乱光の総量は同じなので、
粒子が動いているかに関係なく、粒子の軌跡から得られる積分蛍光強度は同じである。こ
のような相関関係は、図４Ａ、４Ｅ、４Ｆにおける軌跡で確認できる。トレーサ粒子は、
動いていないときは明るく見える。図４Ｅ及び４Ｆにおいて、流れが減速しているため、
軌跡は左側（始点）では暗く、右側（終点）では明るくなっている。
は、その軌跡に沿った粒子の局所的な瞬間速度についてのより多くの情報を提供する。こ
れは、各イメージに対する１０ｍｓの露光時間の間、カメラが絶えず粒子の位置を記録し
ているためである。ピクセルの蛍光強度は、粒子が一つの位置に留まっていた時間に比例
する。動いていない粒子の場合、ピクセルの蛍光強度は、イメージにおいて明るいスポッ
トとして見える。動きの速い粒子の場合は、短い露光時間のためトレースは暗くなる。し
かし、動きの遅い粒子では、各ピクセルに対する、増加する露光時間のため、トレースは
明るく見える。原理的には、同じ露光時間であれば蛍光又は散乱光の総量は同じなので、
粒子が動いているかに関係なく、粒子の軌跡から得られる積分蛍光強度は同じである。こ
のような相関関係は、図４Ａ、４Ｅ、４Ｆにおける軌跡で確認できる。トレーサ粒子は、
動いていないときは明るく見える。図４Ｅ及び４Ｆにおいて、流れが減速しているため、
軌跡は左側（始点）では暗く、右側（終点）では明るくなっている。
【0037】
図４Ｂ、特に矢印４０２で示された２つの軌跡を参照する。軌跡は、緑の斑点と明るい
赤色で始まり、その経路の最初の１／５（矢印４０２の先端によって示される）では暗く
なるが、その後はより強くなっていく。これらのカラーコードと強度コードは、ジェット
のダイナミクスの鮮明な像を与える。流体は、弱い軌跡によって明らかにされたように、
レーザパルスの照射直後に加速し始め、速やかに最大速度に達する。その後、強い軌跡で
示されるように、流体の速度は減少し始める。レーザが石英窓に当たると超音波パルスが
すぐに生成されるが、２つのトレーシング粒子に到達するまでに約０．５μＳかかる。こ
の時間の遅れは、１０ｍｓの総露光時間に比べれば無視できる。音響ストリーミングの原
理によれば、流体に作用する体積力は超音波強度に比例し、超音波の伝搬と同じ方向にな
る。超音波は約０．５ｍｓ続くため、流体はこの間に加速され、超音波パルスの終わりに
最高速度に達すると想定して良いだろう。流体の減衰は超音波パルスの通過後に始まるた
め、緑色のレーザが最初に見え、短い加速期間と、その後の長い減速期間が続くのである
。
赤色で始まり、その経路の最初の１／５（矢印４０２の先端によって示される）では暗く
なるが、その後はより強くなっていく。これらのカラーコードと強度コードは、ジェット
のダイナミクスの鮮明な像を与える。流体は、弱い軌跡によって明らかにされたように、
レーザパルスの照射直後に加速し始め、速やかに最大速度に達する。その後、強い軌跡で
示されるように、流体の速度は減少し始める。レーザが石英窓に当たると超音波パルスが
すぐに生成されるが、２つのトレーシング粒子に到達するまでに約０．５μＳかかる。こ
の時間の遅れは、１０ｍｓの総露光時間に比べれば無視できる。音響ストリーミングの原
理によれば、流体に作用する体積力は超音波強度に比例し、超音波の伝搬と同じ方向にな
る。超音波は約０．５ｍｓ続くため、流体はこの間に加速され、超音波パルスの終わりに
最高速度に達すると想定して良いだろう。流体の減衰は超音波パルスの通過後に始まるた
め、緑色のレーザが最初に見え、短い加速期間と、その後の長い減速期間が続くのである
。
【0038】
図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、光音響マイクロポンピングのメカニズムの図が示され
ている。１つのレーザパルスによって励起された、典型的な長持ちする光音響振動。ハイ
ドロフォンの電圧信号から変換された圧力が右軸に示されている。最初の３０μＳのハイ
ドロフォン信号が図５Ａに示されている。図５Ｂは、光音響波とストリーミングの模式図
を示す。入射したレーザの吸収が、表面層を熱的に膨張させ、機械的に振動させることで
超音波をもたらす。図５Ｂのストリームラインは、レーザパルスから約２０ｍｓ後の図４
Ｅに基づいている。
ている。１つのレーザパルスによって励起された、典型的な長持ちする光音響振動。ハイ
ドロフォンの電圧信号から変換された圧力が右軸に示されている。最初の３０μＳのハイ
ドロフォン信号が図５Ａに示されている。図５Ｂは、光音響波とストリーミングの模式図
を示す。入射したレーザの吸収が、表面層を熱的に膨張させ、機械的に振動させることで
超音波をもたらす。図５Ｂのストリームラインは、レーザパルスから約２０ｍｓ後の図４
Ｅに基づいている。
【0039】
メカニズムは、Ａｕナノ粒子／クラスタがキュベットキャビティの表面に付加されるの
ではなく、今回は石英の表面層に埋め込まれていることを除けば、以前と同じ光音響スト
リーミングである。ここでも、レーザストリーミングの成功の鍵は、１回のレーザパルス
で長時間持続する超音波を生成させることができることである。レーザ誘起加熱と埋め込
まれたＡｕ粒子の光熱膨張が、石英プレートの内部に応力を誘起し、石英板の超音波振動
を引き起こす。このような局所的な表面振動及び加熱は、石英表面に垂直な縦振動と、表
面に平行な剪断振動の２方向の水の振動を誘起する。しかし、プレートの剪断運動は、液
体中で指数関数的に減衰するため、効果的に液体中を伝播することができず、室温での浸
透距離は通常１μｍ以下である。石英プレートの縦振動だけが、液体中を効果的に伝搬す
る。この振動は、液体中に縦方向の超音波を誘起し、プレート表面に垂直な方向の液体ジ
ェットをもたらす。
ではなく、今回は石英の表面層に埋め込まれていることを除けば、以前と同じ光音響スト
リーミングである。ここでも、レーザストリーミングの成功の鍵は、１回のレーザパルス
で長時間持続する超音波を生成させることができることである。レーザ誘起加熱と埋め込
まれたＡｕ粒子の光熱膨張が、石英プレートの内部に応力を誘起し、石英板の超音波振動
を引き起こす。このような局所的な表面振動及び加熱は、石英表面に垂直な縦振動と、表
面に平行な剪断振動の２方向の水の振動を誘起する。しかし、プレートの剪断運動は、液
体中で指数関数的に減衰するため、効果的に液体中を伝播することができず、室温での浸
透距離は通常１μｍ以下である。石英プレートの縦振動だけが、液体中を効果的に伝搬す
る。この振動は、液体中に縦方向の超音波を誘起し、プレート表面に垂直な方向の液体ジ
ェットをもたらす。
【0040】
石英、ガラス又は他の透明な固体基板への金原子（又は他の金属原子）のイオン注入に
よって、ＬＤＭＰが作られる。基板の大きさは、例えばサブミリサイズのように小さくて
もよい。金は大きな薄い基板に注入されてもよい。その後、薄い基板は小さなサイズのＬ
ＤＭＰにダイシングされてもよい。
よって、ＬＤＭＰが作られる。基板の大きさは、例えばサブミリサイズのように小さくて
もよい。金は大きな薄い基板に注入されてもよい。その後、薄い基板は小さなサイズのＬ
ＤＭＰにダイシングされてもよい。
【0041】
システムのサイズは、アプリケーションに依存する場合もある。例えば、胃の内側の内
視鏡手術には、ミリサイズが使用されてもよい。心臓の動脈のアプリケーションにはサブ
ミリサイズが使われてもよい。この小型のＬＤＭＰは、ＬＤＭＰにレーザを運ぶ光ファイ
バに接するように取り付けられ（装着、接着又は融着）、流体ジェットを生成してもよい
。金属原子は光ファイバの先端に直接注入され、レーザが光ファイバを通ってヘッドに到
達するときに、先端を流体ジェットのヘッドとすることができる。
視鏡手術には、ミリサイズが使用されてもよい。心臓の動脈のアプリケーションにはサブ
ミリサイズが使われてもよい。この小型のＬＤＭＰは、ＬＤＭＰにレーザを運ぶ光ファイ
バに接するように取り付けられ（装着、接着又は融着）、流体ジェットを生成してもよい
。金属原子は光ファイバの先端に直接注入され、レーザが光ファイバを通ってヘッドに到
達するときに、先端を流体ジェットのヘッドとすることができる。
【0042】
流体は、医療又は手術のアプリケーションに応じて、水、血液、血漿、体液又は任意の
他の流体を備えてもよい。ジェットの断面は直径０．１ｍｍ以下と推定され、流体ジェッ
トを前方に誘起するレーザの出力に応じて、ジェット流体の速度は数ｃｍ／ｓｅｃに至る
。
他の流体を備えてもよい。ジェットの断面は直径０．１ｍｍ以下と推定され、流体ジェッ
トを前方に誘起するレーザの出力に応じて、ジェット流体の速度は数ｃｍ／ｓｅｃに至る
。
【0043】
図６を参照すると、組織への薬物輸送装置６００が示されている。この装置は、ＬＤＭ
Ｐ６８０と、光ファイバ素子６０４と、光ファイバ素子６０４又はＬＤＭＰ６８０上に配
置された開管キャピラリ６０２と、を備えてもよい。光ファイバ素子６０４は、第１端部
分６０４ａと第２端部分６０４ｂとを備える。第１端部分６０４ａは、ＬＤＭＰ６８０に
配置されてもよい。開管キャピラリ６０２は、第１端部分６０２ａと第２端部分６０２ｂ
とを備える。第１端部分６０２ａは、光ファイバ素子６０４に配置されていてもよい。開
管キャピラリは、リザーバ６０８に薬剤６０８ａを貯蔵するように構成されてもよい。Ｌ
ＤＭＰ６８０は、薬剤６０８ａから方向性のある流体ジェットを生成し、薬剤６０８ａを
送出するように構成されてもよい。流体ジェットは、気体及び／又は液体を備えてもよい
が、好ましくは液体であることが意図されている。
Ｐ６８０と、光ファイバ素子６０４と、光ファイバ素子６０４又はＬＤＭＰ６８０上に配
置された開管キャピラリ６０２と、を備えてもよい。光ファイバ素子６０４は、第１端部
分６０４ａと第２端部分６０４ｂとを備える。第１端部分６０４ａは、ＬＤＭＰ６８０に
配置されてもよい。開管キャピラリ６０２は、第１端部分６０２ａと第２端部分６０２ｂ
とを備える。第１端部分６０２ａは、光ファイバ素子６０４に配置されていてもよい。開
管キャピラリは、リザーバ６０８に薬剤６０８ａを貯蔵するように構成されてもよい。Ｌ
ＤＭＰ６８０は、薬剤６０８ａから方向性のある流体ジェットを生成し、薬剤６０８ａを
送出するように構成されてもよい。流体ジェットは、気体及び／又は液体を備えてもよい
が、好ましくは液体であることが意図されている。
【0044】
流体状の薬剤は、一端がＬＤＭＰ６８０に取り付けられた開管キャピラリ６０２に貯蔵
されてもよい。薬剤を伴う液体ジェットは、輸送のために目標領域に向けられてもよい。
また、流体ジェットによる薬剤輸送の前に、レーザビームによって目標領域に小さな空洞
を予め開けてもよい。穴開けとジェットに対して同じレーザを使用できる場合、位置合わ
せの助けとなり得る。例えば、目標領域の大きさは、０．１ｍｍ－２ｍｍ程度でもよい。
また、より大きな領域にレーザを走査してもよいと考えられる。
されてもよい。薬剤を伴う液体ジェットは、輸送のために目標領域に向けられてもよい。
また、流体ジェットによる薬剤輸送の前に、レーザビームによって目標領域に小さな空洞
を予め開けてもよい。穴開けとジェットに対して同じレーザを使用できる場合、位置合わ
せの助けとなり得る。例えば、目標領域の大きさは、０．１ｍｍ－２ｍｍ程度でもよい。
また、より大きな領域にレーザを走査してもよいと考えられる。
【0045】
流体ジェットストリームは、組織を切断するためのツールとして使用することができる
。流体ジェットストリームは、薄い膜を穿刺してもよい。流動性のあるジェットストリー
ムは、組織膜の薄層を剥離するために使用されてもよい。ジェットストリームを強くした
り弱くしたりするために、パワーが調整されてもよい。ＬＤＭＰ６８０が取り付けられた
光ファイバ素子６０４は、内視鏡セットと組み合わされてもよい。例えば、流体ジェット
ストリームを不要な組織に向けることで、レーザジェットは、癌細胞を標的にして切断す
るために使用されてもよい。
。流体ジェットストリームは、薄い膜を穿刺してもよい。流動性のあるジェットストリー
ムは、組織膜の薄層を剥離するために使用されてもよい。ジェットストリームを強くした
り弱くしたりするために、パワーが調整されてもよい。ＬＤＭＰ６８０が取り付けられた
光ファイバ素子６０４は、内視鏡セットと組み合わされてもよい。例えば、流体ジェット
ストリームを不要な組織に向けることで、レーザジェットは、癌細胞を標的にして切断す
るために使用されてもよい。
【0046】
流体ジェットストリームは、薬剤輸送の前に、炎症を起こした組織を洗浄するために使
用されてもよい。流体ジェットストリームは、動脈内の不要な沈殿の病を緩めるための小
型の鋤として使用されてもよい。光ファイバ素子６０４が動脈とほぼ平行になると、ジェ
ットストリームの方向は掠める角度（ｇｌａｎｃｉｎｇ ａｎｇｌｅ）になる。フィルタ
は、小さな厄介物（ｓｍａｌｌ ｐｌａｇｕｅｓ）をフィルタリングするために使用され
てもよい。
用されてもよい。流体ジェットストリームは、動脈内の不要な沈殿の病を緩めるための小
型の鋤として使用されてもよい。光ファイバ素子６０４が動脈とほぼ平行になると、ジェ
ットストリームの方向は掠める角度（ｇｌａｎｃｉｎｇ ａｎｇｌｅ）になる。フィルタ
は、小さな厄介物（ｓｍａｌｌ ｐｌａｇｕｅｓ）をフィルタリングするために使用され
てもよい。
【0047】
レーザは、約１８０ｎｍ－１ｍｍの範囲の任意の波長であってもよいと考えられる。フ
ァイバは、約数分の１ミクロンから数ミリメートル以上の範囲の直径であってもよい。
ァイバは、約数分の１ミクロンから数ミリメートル以上の範囲の直径であってもよい。
【0048】
ファイバベースの光音響デバイスは、人体内で薬剤輸送又は他の機能を果たすことができ
る。例えば、ファイバの超音波によって、血液や体液を循環させる、又は、体内の腫瘍の
周りに薬剤を移動させることができる。例えば、超音波は腎結石のような組織を直接狙う
こともできる。
る。例えば、ファイバの超音波によって、血液や体液を循環させる、又は、体内の腫瘍の
周りに薬剤を移動させることができる。例えば、超音波は腎結石のような組織を直接狙う
こともできる。
【0049】
図８Ａ－Ｃを参照すると、光ファイバ素子６０４の端面６０５は、平面６０５ａ、ディ
ンプル（凹面）６０５ｃ、又は凸面形状６０５ｂを備えてもよい。例えば、凸形状６０５
ｂは、レーザのデフォーカスに用いることができる。凹形状６０５ｃは、小さな目標領域
にレーザを集光させるために使用されてもよい。
ンプル（凹面）６０５ｃ、又は凸面形状６０５ｂを備えてもよい。例えば、凸形状６０５
ｂは、レーザのデフォーカスに用いることができる。凹形状６０５ｃは、小さな目標領域
にレーザを集光させるために使用されてもよい。
【0050】
図９Ａ－Ｃは、本開示の観点に係る、ガラスファイバからのレーザストリーミングのイ
メージを示す。図９Ａは、金が注入されたガラスファイバ（ｄ＝８０μｍ）からのレーザ
ストリーミングの実験的実証を示す。ガラスファイバの一端の表面には、６０ＫｅＶで約
２×１０１７／ｃｍ２の量の金が注入されている（図９Ａ）。波長５２７ｎｍの１０－１
５ｍＷのパルス（１５０ｎｍ）レーザがもう一方の端に当たると、金が注入されたガラス
ファイバの一端からレーザストリーミングが起きる（図９Ｂ）。レーザがガラス管内の粒
子を押し出す（図９Ｃ）。これらのタイプのポンプは、非接触式の流れであるため、従来
の機械ベースのポンプによる細胞の損傷及び血栓症を減らすことができること、非常に小
型であること、及び、レーザエネルギーが得られる場所であればどこでも流体を駆動する
ことができること、及び／又は、動作のために電気的又は機械的なエネルギー伝達を必要
としないこと、を備えるが、それらに限定されない、他の機械式ポンプより優れた多くの
点を提供する。
メージを示す。図９Ａは、金が注入されたガラスファイバ（ｄ＝８０μｍ）からのレーザ
ストリーミングの実験的実証を示す。ガラスファイバの一端の表面には、６０ＫｅＶで約
２×１０１７／ｃｍ２の量の金が注入されている（図９Ａ）。波長５２７ｎｍの１０－１
５ｍＷのパルス（１５０ｎｍ）レーザがもう一方の端に当たると、金が注入されたガラス
ファイバの一端からレーザストリーミングが起きる（図９Ｂ）。レーザがガラス管内の粒
子を押し出す（図９Ｃ）。これらのタイプのポンプは、非接触式の流れであるため、従来
の機械ベースのポンプによる細胞の損傷及び血栓症を減らすことができること、非常に小
型であること、及び、レーザエネルギーが得られる場所であればどこでも流体を駆動する
ことができること、及び／又は、動作のために電気的又は機械的なエネルギー伝達を必要
としないこと、を備えるが、それらに限定されない、他の機械式ポンプより優れた多くの
点を提供する。
【0051】
図１０Ａ－Ｃは、本開示の観点に係る、カテーテルベースの流体ポンプの図である。動
力源としてのレーザ光の使用は、体内における流体の流れを確立又は強化し得る、非常に
フレキシブルで小さなプロファイルツールを可能にする。これらは「ラムジェット」エン
ジンと同様の動作をし、流体が中空チューブ内のチャンバーに運ばれ、ＬＤＭＰポンプ（
例えば、単一、複数、及び／又は内腔の複数の部分に配置された）によって加速される。
この流れは、アプリケーションの有効性を高めるために複数の方法において変更されても
よい。例えば、一定の流量を提供することによって、このようなフローレートがレーザ１
００２の光量によって調整される（図１０Ａ）。脈動流は、心臓の生理学的活動をシミュ
レートするために作成され得る。これは、レーザ１００２をオン又はオフに循環させるこ
とによって達成され得る。加えて、超音波又は極超音速の流動循環も、血栓の除去のよう
な特定のツール活動を強化するために作成され得る。例えば、多方向の流れは、レーザ１
００２の方向を調整することにより、作成されてもよい。これは、特定のアプリケーショ
ンを強化するために渦１００５を作成することを備えることができる（図１０Ｂ）。これ
らのポンプの設計は、様々なアプリケーションに最適化するために、様々な流体入口及び
出口、及び／又は複数の窓１００６を備えてもよいことが意図されている（図１０Ｃ）。
例えば、脳血栓を破壊するための方法は、ＬＤＭＰにレーザビームを向けることに基づい
て、指向性のある高速の流れを生成することを備えてもよい。ＬＤＭＰは、第１端部と第
２端部とを備える光ファイバと、光ファイバの第２端部に配置された光音響材料の層とを
備える。その層に入射するレーザビームに応答して指向性超音波を生成するように構成さ
れた光音響材料の層。光音響材料の層は、ナノ粒子を備えてもよい。この方法は、光音響
材料の層にレーザビームが当たることに応答して、光音響材料の層を熱膨張及び収縮させ
て、脳血管内において脳血栓症に対する指向性液体ジェットを生成することを更に備えて
もよい。
力源としてのレーザ光の使用は、体内における流体の流れを確立又は強化し得る、非常に
フレキシブルで小さなプロファイルツールを可能にする。これらは「ラムジェット」エン
ジンと同様の動作をし、流体が中空チューブ内のチャンバーに運ばれ、ＬＤＭＰポンプ（
例えば、単一、複数、及び／又は内腔の複数の部分に配置された）によって加速される。
この流れは、アプリケーションの有効性を高めるために複数の方法において変更されても
よい。例えば、一定の流量を提供することによって、このようなフローレートがレーザ１
００２の光量によって調整される（図１０Ａ）。脈動流は、心臓の生理学的活動をシミュ
レートするために作成され得る。これは、レーザ１００２をオン又はオフに循環させるこ
とによって達成され得る。加えて、超音波又は極超音速の流動循環も、血栓の除去のよう
な特定のツール活動を強化するために作成され得る。例えば、多方向の流れは、レーザ１
００２の方向を調整することにより、作成されてもよい。これは、特定のアプリケーショ
ンを強化するために渦１００５を作成することを備えることができる（図１０Ｂ）。これ
らのポンプの設計は、様々なアプリケーションに最適化するために、様々な流体入口及び
出口、及び／又は複数の窓１００６を備えてもよいことが意図されている（図１０Ｃ）。
例えば、脳血栓を破壊するための方法は、ＬＤＭＰにレーザビームを向けることに基づい
て、指向性のある高速の流れを生成することを備えてもよい。ＬＤＭＰは、第１端部と第
２端部とを備える光ファイバと、光ファイバの第２端部に配置された光音響材料の層とを
備える。その層に入射するレーザビームに応答して指向性超音波を生成するように構成さ
れた光音響材料の層。光音響材料の層は、ナノ粒子を備えてもよい。この方法は、光音響
材料の層にレーザビームが当たることに応答して、光音響材料の層を熱膨張及び収縮させ
て、脳血管内において脳血栓症に対する指向性液体ジェットを生成することを更に備えて
もよい。
【0052】
図１１は、本開示の観点に係る、グラビングツール１１００の図である。フレキシブル
なカテーテル１１０６は、中空チューブ１００４内で流れが反転される場合に使用されて
もよく、その結果、吸引能力を提供する（例えば、ＬＤＭＰ吸引カテーテル）。例えば、
グラビングツール１１００は、細胞及び／又は組織１１１０を掴むために使用されてもよ
い。グラビングツール１１００は、身体の複数の部分に届けられ得る非常に小さく繊細な
吸引ツールとして使用されてもよい。或いは、グラビングツール１１００は、細胞及び／
又は組織１１１０、更には細胞内の要素を操作する研究に用いられてもよい。
なカテーテル１１０６は、中空チューブ１００４内で流れが反転される場合に使用されて
もよく、その結果、吸引能力を提供する（例えば、ＬＤＭＰ吸引カテーテル）。例えば、
グラビングツール１１００は、細胞及び／又は組織１１１０を掴むために使用されてもよ
い。グラビングツール１１００は、身体の複数の部分に届けられ得る非常に小さく繊細な
吸引ツールとして使用されてもよい。或いは、グラビングツール１１００は、細胞及び／
又は組織１１１０、更には細胞内の要素を操作する研究に用いられてもよい。
【0053】
例えば、グラビングツールは、細胞を操作するための流体ピンセットとして機能するこ
とができる。流体ピンセットは、ＬＤＭＰを備えてもよく、このＬＤＭＰは、第１端部及
び第２端部を備える光ファイバ光曲げユニット、及び、光ファイバの第２端部に配置され
た光音響材料の層を備える。光音響材料の層は、光音響材料の層に照射するレーザビーム
に応答して、指向性超音波を生成するように構成されていてもよい。光音響材料の層は、
ナノ粒子を備える。光音響材料の層は、光音響材料の層に当たるレーザビームに応答して
熱膨張及び収縮し、これにより、流体ピンセットによって操作される細胞を備える媒質（
例えば、液体媒質）において２つの指向性流体ジェットを生成するように構成されていて
もよい。
とができる。流体ピンセットは、ＬＤＭＰを備えてもよく、このＬＤＭＰは、第１端部及
び第２端部を備える光ファイバ光曲げユニット、及び、光ファイバの第２端部に配置され
た光音響材料の層を備える。光音響材料の層は、光音響材料の層に照射するレーザビーム
に応答して、指向性超音波を生成するように構成されていてもよい。光音響材料の層は、
ナノ粒子を備える。光音響材料の層は、光音響材料の層に当たるレーザビームに応答して
熱膨張及び収縮し、これにより、流体ピンセットによって操作される細胞を備える媒質（
例えば、液体媒質）において２つの指向性流体ジェットを生成するように構成されていて
もよい。
【0054】
図１２は、本開示の観点に係る、ジェッティング及び／又はカッティングツール１２０
０の図である。ジェッティング及び／又はカッティングツール１２００は、一般に、流体
リザーバとして構成されたフレキシブルな中空チューブ１００４と、ＬＤＭＰ１２０４と
、１つ以上の流体窓１２０２と、高速ジェット流１２０８を生成するための圧力弁１２０
６と、を備える。ＬＤＭＰポンプによって加速された流体（「ＬＤＭＰジェット」）を使
用するジェッティング及び／又はカッティングツール１２００は、サイズが非常に小さく
、フレキシブルであるため、既存の「ハイドロジェット」ナイフより優れているであろう
。ジェッティング及び／又はカッティングツール１２００は、周囲の流体、及び／又はチ
ャンバー内の流体を使用することを備えてもよい。非常に高いフローレート、又は振動フ
ローレート（例えば、高レート及び高周波数）において、そのようなツールは、組織又は
小規模の細胞構造を切断することができる。
０の図である。ジェッティング及び／又はカッティングツール１２００は、一般に、流体
リザーバとして構成されたフレキシブルな中空チューブ１００４と、ＬＤＭＰ１２０４と
、１つ以上の流体窓１２０２と、高速ジェット流１２０８を生成するための圧力弁１２０
６と、を備える。ＬＤＭＰポンプによって加速された流体（「ＬＤＭＰジェット」）を使
用するジェッティング及び／又はカッティングツール１２００は、サイズが非常に小さく
、フレキシブルであるため、既存の「ハイドロジェット」ナイフより優れているであろう
。ジェッティング及び／又はカッティングツール１２００は、周囲の流体、及び／又はチ
ャンバー内の流体を使用することを備えてもよい。非常に高いフローレート、又は振動フ
ローレート（例えば、高レート及び高周波数）において、そのようなツールは、組織又は
小規模の細胞構造を切断することができる。
【0055】
図１３は、本開示の観点に係る、遠隔制御式インジェクタ１３００の図である。遠隔制
御式インジェクタ１３００は、一般に、カテーテル１３０４を備え、カテーテル１３０４
内に配置されているのは、ＬＤＭＰ１３０２、ペイロード１３０６（例えば、薬剤）、圧
力を調節するように構成された圧力弁１３０８、及びペイロードエジェクタ１３１０であ
る。ペイロード１３０６は、カプセル化された後、活性化され、身体の領域又は細胞に積
極的にポンピングされてもよい。遠隔制御式インジェクタ１３００は、例えば、特定の薬
品の輸送が非常に小さいサイズにおいて行われる必要がある細胞治療において、又は、体
外受精又は遺伝子治療のような活動において、少量の材料が細胞に注入され得る場合に使
用されてもよい。
御式インジェクタ１３００は、一般に、カテーテル１３０４を備え、カテーテル１３０４
内に配置されているのは、ＬＤＭＰ１３０２、ペイロード１３０６（例えば、薬剤）、圧
力を調節するように構成された圧力弁１３０８、及びペイロードエジェクタ１３１０であ
る。ペイロード１３０６は、カプセル化された後、活性化され、身体の領域又は細胞に積
極的にポンピングされてもよい。遠隔制御式インジェクタ１３００は、例えば、特定の薬
品の輸送が非常に小さいサイズにおいて行われる必要がある細胞治療において、又は、体
外受精又は遺伝子治療のような活動において、少量の材料が細胞に注入され得る場合に使
用されてもよい。
【0056】
図１４は、本開示の観点に係る、マイクロ流体チップ１４００の図である。マイクロ流
体チップ１４００は、２つ以上の流体をミキシングするためのＬＤＭＰミキサ１４０４を
伴うミキシングチャンバー１４０２を備えてもよい。マイクロフルイディクスは、科学研
究及び薬剤開発に使用されてもよい。ＬＤＭＰポンプ１４０６は、例えば、カテーテルを
通して（ａ）、或いは回路に直接埋め込まれて（ｂ）、マイクロ流体回路内の流体の動き
を作り出してもよい。ミキシングチャンバーは、化学反応を促進するために使用されるこ
とができ、ミキシングはＬＤＭＰによって誘起された流体の流れによって誘起される（ｃ
）。
体チップ１４００は、２つ以上の流体をミキシングするためのＬＤＭＰミキサ１４０４を
伴うミキシングチャンバー１４０２を備えてもよい。マイクロフルイディクスは、科学研
究及び薬剤開発に使用されてもよい。ＬＤＭＰポンプ１４０６は、例えば、カテーテルを
通して（ａ）、或いは回路に直接埋め込まれて（ｂ）、マイクロ流体回路内の流体の動き
を作り出してもよい。ミキシングチャンバーは、化学反応を促進するために使用されるこ
とができ、ミキシングはＬＤＭＰによって誘起された流体の流れによって誘起される（ｃ
）。
【0057】
図１５は、本開示の観点に係るＬＤＭＰ合成細胞１５０２の図である。金粒子１５０６
を細胞の脂質構造に埋め込むことにより、外部レーザ１５０４を、これらの細胞１５０２
を動かし、操作するために使用することができる。
を細胞の脂質構造に埋め込むことにより、外部レーザ１５０４を、これらの細胞１５０２
を動かし、操作するために使用することができる。
【0058】
本明細書に開示されている実施形態は、本開示の例であり、様々な形態で具現化されて
もよい。例えば、本明細書の特定の実施形態は、別個の実施形態として説明されているが
、本明細書の各実施形態は、本明細書の他の実施形態の１つ以上と組み合わされてもよい
。本明細書で開示された特定の構造的及び機能的な詳細は、限定的なものとして解釈され
るべきではなく、特許請求の範囲の根拠として、及び、事実上あらゆる適切に詳細な構造
において本開示を様々に採用することを当業者に教えるための代表的な根拠として解釈さ
れるべきである。同様の参照番号は、図の説明全体にわたって類似又は同一の要素を指す
ことがある。
もよい。例えば、本明細書の特定の実施形態は、別個の実施形態として説明されているが
、本明細書の各実施形態は、本明細書の他の実施形態の１つ以上と組み合わされてもよい
。本明細書で開示された特定の構造的及び機能的な詳細は、限定的なものとして解釈され
るべきではなく、特許請求の範囲の根拠として、及び、事実上あらゆる適切に詳細な構造
において本開示を様々に採用することを当業者に教えるための代表的な根拠として解釈さ
れるべきである。同様の参照番号は、図の説明全体にわたって類似又は同一の要素を指す
ことがある。
【0059】
「ある実施形態において」、「実施形態において」、「様々な実施形態において」、「
いくつかの実施形態において」、又は「他の実施形態において」というフレーズは、それ
ぞれ、本開示に係る１つ以上の同じ又は異なる実施形態を指すことがある。Ａ又はＢとい
う形式のフレーズは、「（Ａ）、（Ｂ）、又は（Ａ及びＢ）」を意味する。Ａ、Ｂ、又は
Ｃのうちの少なくとも１つ」という形式のフレーズは、「（Ａ）；（Ｂ）；（Ｃ）；（Ａ
及びＢ）；（Ａ及びＣ）；（Ｂ及びＣ）；又は（Ａ、Ｂ、及びＣ）」を意味する。
いくつかの実施形態において」、又は「他の実施形態において」というフレーズは、それ
ぞれ、本開示に係る１つ以上の同じ又は異なる実施形態を指すことがある。Ａ又はＢとい
う形式のフレーズは、「（Ａ）、（Ｂ）、又は（Ａ及びＢ）」を意味する。Ａ、Ｂ、又は
Ｃのうちの少なくとも１つ」という形式のフレーズは、「（Ａ）；（Ｂ）；（Ｃ）；（Ａ
及びＢ）；（Ａ及びＣ）；（Ｂ及びＣ）；又は（Ａ、Ｂ、及びＣ）」を意味する。
【0060】
本明細書に記載されている方法、プログラム、アルゴリズム、又はコードのいずれも、
プログラミング言語又はコンピュータプログラムに変換又は表現することができる。本明
細書で使用される「プログラミング言語」及び「コンピュータプログラム」という用語は
、それぞれ、コンピュータへの命令を指定するために使用されるあらゆる言語を備え、且
つ、以下の言語及びその派生を備える（ただし、これらに限定されない）。アセンブラ、
ＢＡＳＩＣ、バッチファイル、ＢＣＰＬ、Ｃ、Ｃ＋、Ｃ＋＋、Ｄｅｌｐｈｉ、Ｆｏｒｔｒ
ａｎ、Ｊａｖａ、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ、マシンコード、ＯＳコマンド言語（ｏｐｅｒａ
ｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｍｍａｎｄ ｌａｎｇｕａｇｅ）、Ｐａｓｃａｌ、Ｐｅｒ
ｌ、ＰＬ１、スクリプト言語、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ、それ自体がプログラムを示す
メタ言語、第１世代、第２世代、第３世代、第４世代、第５世代、又はそれ以上の世代の
すべてのコンピュータ言語。また、データベース及び他のデータスキーマや、他の如何な
るメタ言語も備えられる。インタプリタ型、コンパイル型、又はコンパイル型とインタプ
リタ型の両方のアプローチを使用する言語の区別はない。コンパイル型とプログラムのソ
ース版の区別はない。したがって、プログラミング言語が複数の状態（ソース、コンパイ
ル、オブジェクト、リンクなど）で存在し得る場合、プログラムへの言及は、そのような
状態の如何なる及び全てへの言及となる。プログラムへの言及は、実際の命令及び／又は
その命令の意図を包含してもよい。
プログラミング言語又はコンピュータプログラムに変換又は表現することができる。本明
細書で使用される「プログラミング言語」及び「コンピュータプログラム」という用語は
、それぞれ、コンピュータへの命令を指定するために使用されるあらゆる言語を備え、且
つ、以下の言語及びその派生を備える（ただし、これらに限定されない）。アセンブラ、
ＢＡＳＩＣ、バッチファイル、ＢＣＰＬ、Ｃ、Ｃ＋、Ｃ＋＋、Ｄｅｌｐｈｉ、Ｆｏｒｔｒ
ａｎ、Ｊａｖａ、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ、マシンコード、ＯＳコマンド言語（ｏｐｅｒａ
ｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｍｍａｎｄ ｌａｎｇｕａｇｅ）、Ｐａｓｃａｌ、Ｐｅｒ
ｌ、ＰＬ１、スクリプト言語、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ、それ自体がプログラムを示す
メタ言語、第１世代、第２世代、第３世代、第４世代、第５世代、又はそれ以上の世代の
すべてのコンピュータ言語。また、データベース及び他のデータスキーマや、他の如何な
るメタ言語も備えられる。インタプリタ型、コンパイル型、又はコンパイル型とインタプ
リタ型の両方のアプローチを使用する言語の区別はない。コンパイル型とプログラムのソ
ース版の区別はない。したがって、プログラミング言語が複数の状態（ソース、コンパイ
ル、オブジェクト、リンクなど）で存在し得る場合、プログラムへの言及は、そのような
状態の如何なる及び全てへの言及となる。プログラムへの言及は、実際の命令及び／又は
その命令の意図を包含してもよい。
【0061】
前述の説明は、本開示の例示に過ぎないことを理解されたい。本開示から逸脱すること
なく、様々な代替案や修正案が当業者によって考案され得る。したがって、本開示は、そ
のような全ての代替案、修正案及び差異を包含することが意図されている。添付の図を参
照して説明された実施形態は、本開示の特定の例を説明するためにのみ提示されている。
上記及び／又は添付の請求項に記載されたものと実質的に異なる他の要素、ステップ、方
法、及び技術もまた、本開示の範囲内であることが意図されている。
なく、様々な代替案や修正案が当業者によって考案され得る。したがって、本開示は、そ
のような全ての代替案、修正案及び差異を包含することが意図されている。添付の図を参
照して説明された実施形態は、本開示の特定の例を説明するためにのみ提示されている。
上記及び／又は添付の請求項に記載されたものと実質的に異なる他の要素、ステップ、方
法、及び技術もまた、本開示の範囲内であることが意図されている。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D-G】
【図2A-D】
【図3A-F】
【図4A-F】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【手続補正書】
【提出日】2024-06-04
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
組織の切断装置であって、
レーザ駆動光音響マイクロ流体ポンプ（ＬＤＭＰ：ｌａｓｅｒ－ｄｒｉｖｅｎ ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ ｐｕｍｐ）と、
第１端部と第２端部を備える光ファイバ素子であって、前記第１端部は前記ＬＤＭＰに配置されている、光ファイバ素子と、
水、血液、血漿又は体液のうち少なくとも１つを備える流体と、を備え、
前記ファイバは前記流体内に配置され、且つ、
前記ＬＤＭＰは前記流体から流体ジェットを生成し、組織を切断するように構成された、
装置。
レーザ駆動光音響マイクロ流体ポンプ（ＬＤＭＰ：ｌａｓｅｒ－ｄｒｉｖｅｎ ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ ｐｕｍｐ）と、
第１端部と第２端部を備える光ファイバ素子であって、前記第１端部は前記ＬＤＭＰに配置されている、光ファイバ素子と、
水、血液、血漿又は体液のうち少なくとも１つを備える流体と、を備え、
前記ファイバは前記流体内に配置され、且つ、
前記ＬＤＭＰは前記流体から流体ジェットを生成し、組織を切断するように構成された、
装置。
【請求項2】
前記ＬＤＭＰは、
第１サイドと第２サイドを有する基板と、
前記基板の前記第１サイドに配置された光音響材料の層であって、前記光音響材料の層は、前記光音響材料の層に入射するレーザビームに応答して、指向性超音波を生成するように構成され、前記光音響材料の層はナノ粒子を備える、光音響材料の層と、
を備える請求項１に記載の装置。
第１サイドと第２サイドを有する基板と、
前記基板の前記第１サイドに配置された光音響材料の層であって、前記光音響材料の層は、前記光音響材料の層に入射するレーザビームに応答して、指向性超音波を生成するように構成され、前記光音響材料の層はナノ粒子を備える、光音響材料の層と、
を備える請求項１に記載の装置。
【請求項3】
動脈内の沈殿をパワーウォッシュする装置であって、
レーザ駆動光音響マイクロ流体ポンプ（ＬＤＭＰ：ｌａｓｅｒ－ｄｒｉｖｅｎ ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ ｐｕｍｐ）と、
第１端部と第２端部を備える光ファイバ素子であって、前記第１端部は前記ＬＤＭＰに配置され、前記第２端部は動脈内に配置されるように構成され、前記動脈は流体を備える、光ファイバ素子と、を備え、
前記流体は、水、血液、血漿又は体液のうち少なくとも１つを備え、且つ、
前記ＬＤＭＰは、前記流体から流体ジェットを生成し、前記動脈から沈殿を取り除くように構成された、
装置。
レーザ駆動光音響マイクロ流体ポンプ（ＬＤＭＰ：ｌａｓｅｒ－ｄｒｉｖｅｎ ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄ ｐｕｍｐ）と、
第１端部と第２端部を備える光ファイバ素子であって、前記第１端部は前記ＬＤＭＰに配置され、前記第２端部は動脈内に配置されるように構成され、前記動脈は流体を備える、光ファイバ素子と、を備え、
前記流体は、水、血液、血漿又は体液のうち少なくとも１つを備え、且つ、
前記ＬＤＭＰは、前記流体から流体ジェットを生成し、前記動脈から沈殿を取り除くように構成された、
装置。
【請求項4】
前記ＬＤＭＰは、
第１サイドと第２サイドを有する基板と、
前記基板の前記第１サイドに配置された光音響材料の層であって、前記光音響材料の層は、前記光音響材料の層に入射するレーザビームに応答して、指向性超音波を生成するように構成され、前記光音響材料の層はナノ粒子を備える、光音響材料の層と、
を備える請求項３に記載の装置。
第１サイドと第２サイドを有する基板と、
前記基板の前記第１サイドに配置された光音響材料の層であって、前記光音響材料の層は、前記光音響材料の層に入射するレーザビームに応答して、指向性超音波を生成するように構成され、前記光音響材料の層はナノ粒子を備える、光音響材料の層と、
を備える請求項３に記載の装置。
【外国語明細書】