JP6518971B2 - エレクトロポレーター用電源 - Google Patents
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Description
本発明は、エレクトロポレーター用電源およびそれを含むエレクトロポレーター、並びにそれを用いるエレクトロポレーション方法に関する。
電気刺激により細胞膜に微細孔を開け、ＤＮＡ等の高分子を細胞内へ導入するエレクトロポレーションを行うための装置として、種々のエレクトロポレーターが公知である。このようなエレクトロポレーターとしては、例えば、適当な緩衝液に懸濁した培養細胞や培養容器に付着した状態の培養細胞などを対象としたイン・ビトロ（in vitro）でのエレクトロポレーションを行うためのもの、あるいは、生体組織などを対象としたイン・ビボ（in vivo）でのエレクトロポレーションを行うためのものなどが市販されており、ＤＮＡワクチンの投与装置もエレクトロポレーターの１つである。
初期のエレクトロポレーターは、一定電圧の高電圧の矩形波パルスを所望のパルス長、パルス間隔、パルス数で複数回負荷するものであったが、エレクトロポレーション効率を高めるために、高電圧のパルスを比較的短時間（１０マイクロ秒オーダー）負荷した後、続いて、それより長い時間（１０ミリ秒オーダー）の低電圧パルスを負荷するデュアルパルス方式のエレクトロポレーションが開発された（非特許文献１）。この方式では、最初の高電圧パルスが細胞膜に微細孔を開けるために寄与し（ポレーションパルス。以下、略称としてＰｐを使用する）、続く低電圧パルスがＤＮＡ等の細部内部への移動に寄与している（ドライビングパルス。以下、Ｐｄ）と考えられている。前記非特許文献１に記載のエレクトロポレーションは、ポレーションパルス及びドライビングパルスのいずれも１回のパルスを負荷するものであるが、１回のポレーションパルス（Ｐｐ）を負荷した後、続いてドライビングパルス（Ｐｄ）として、一定電圧の矩形波パルスを複数回（図１）、あるいは、指数関数的減衰波を複数回（図３）、負荷することのできる装置（ＣＵＹ２１ＥＸ、（株）ベックス）も市販されている。
このようなデュアルパルス方式のエレクトロポレーション装置が開発される前のエレクトロポレーターは、一定電圧の矩形波パルスを出力するための単一電源を備えただけのものであったが、デュアルパルス方式のエレクロポレーターでは大幅に電圧の異なる２種類のパルスを短時間のインターバルを挟んで出力する必要があるため、２つの定電圧源を備えることによりこの課題を解決している。
Biophys. J., 1992, Vol. 63, p. 1320-1327
本発明の課題は、２種類以上のパルスを組み合わせて実施するエレクトロポレーション用電源であって、より高い導入率を達成することのできるエレクトロポレーション用電源を提供することにある。
本発明は、
［１］連動して使用可能な２以上の独立した直流電源部を備え、
前記直流電源部の少なくとも１つが、単極性の１又は複数のパルスを所定の電流値で出力することのできる定電流源を含む、エレクトロポレーター用電源；
［２］前記直流電源部として、
（Ａ）ポレーションパルス（Ｐｐ）を出力するための直流電源部（Ｐｐ／Ｐ）と、
（Ｂ）ドライビングパルス（Ｐｄ）を出力するための直流電源部（Ｐｄ／Ｐ）と
を含む、［１］のエレクトロポレーター用電源；
［３］前記直流電源部（Ｐｄ／Ｐ）が、
（Ｂ２）ドライビングパルス（Ｐｄ）として、単極性の１又は複数のパルスを所定の電流値で出力することのできる定電流源（Ｐｄ／ａ）
を含む、［２］のエレクトロポレーター用電源；
［４］前記直流電源部（Ｐｄ／Ｐ）が、更に、
（Ｂ１）ドライビングパルス（Ｐｄ）として、単極性の１又は複数のパルスを所定の電圧値で出力することのできる定電圧源（Ｐｄ／ｐ）
を含む、［３］のエレクトロポレーター用電源；
［５］前記直流電源部（Ｐｄ／Ｐ）として、
（Ｂ＋）正極性のドライビングパルス（Ｐｄ＋）を出力するための直流電源部（Ｐｄ＋／Ｐ）と、
（Ｂ−）負極性のドライビングパルス（Ｐｄ−）を出力するための直流電源部（Ｐｄ−／Ｐ）と
を含む、［２］のエレクトロポレーター用電源；
［６］前記定電流源（Ｐｄ／ａ）として、
（Ｂ２＋）正極性ドライビングパルス（Ｐｄ＋）として、正極性の１又は複数のパルスを所定の電流値で出力することのできる定電流源（Ｐｄ＋／ａ）と
（Ｂ２−）負極性ドライビングパルス（Ｐｄ−）として、負極性の１又は複数のパルスを所定の電流値で出力することのできる定電流源（Ｐｄ−／ａ）と
を含む、［３］のエレクトロポレーター用電源；
［７］前記定電圧源（Ｐｄ／ｐ）として、
（Ｂ１＋）正極性ドライビングパルス（Ｐｄ＋）として、正極性の１又は複数のパルスを所定の電圧値で出力することのできる定電圧源（Ｐｄ＋／ｐ）と
（Ｂ１−）負極性ドライビングパルス（Ｐｄ−）として、負極性の１又は複数のパルスからなる指数関数的減衰波を所定の電圧値で出力することのできる定電圧源（Ｐｄ−／ｐ）と
を含む、［４］のエレクトロポレーター用電源；
［８］前記直流電源部（Ｐｐ／Ｐ）が、
（Ａ１）ポレーションパルス（Ｐｐ）として、単極性の１又は複数のパルスを所定の電圧値で出力することのできる定電圧源（Ｐｐ／ｐ）、及び
（Ａ２）ポレーションパルス（Ｐｐ）として、単極性の１又は複数のパルスを所定の電流値で出力することのできる定電流源（Ｐｐ／ａ）
からなる群から選んだ少なくとも１つを含む、［２］〜［７］のいずれかのエレクトロポレーター用電源；
［９］［１］〜［８］のいずれかのエレクトロポレーター用電源と、エレクトロポレーション用電極とを含む、エレクトロポレーター；
［１０］［９］のエレクトロポレーターを用いることを特徴とする、エレクトロポレーション方法；
に関する。
［１］連動して使用可能な２以上の独立した直流電源部を備え、
前記直流電源部の少なくとも１つが、単極性の１又は複数のパルスを所定の電流値で出力することのできる定電流源を含む、エレクトロポレーター用電源；
［２］前記直流電源部として、
（Ａ）ポレーションパルス（Ｐｐ）を出力するための直流電源部（Ｐｐ／Ｐ）と、
（Ｂ）ドライビングパルス（Ｐｄ）を出力するための直流電源部（Ｐｄ／Ｐ）と
を含む、［１］のエレクトロポレーター用電源；
［３］前記直流電源部（Ｐｄ／Ｐ）が、
（Ｂ２）ドライビングパルス（Ｐｄ）として、単極性の１又は複数のパルスを所定の電流値で出力することのできる定電流源（Ｐｄ／ａ）
を含む、［２］のエレクトロポレーター用電源；
［４］前記直流電源部（Ｐｄ／Ｐ）が、更に、
（Ｂ１）ドライビングパルス（Ｐｄ）として、単極性の１又は複数のパルスを所定の電圧値で出力することのできる定電圧源（Ｐｄ／ｐ）
を含む、［３］のエレクトロポレーター用電源；
［５］前記直流電源部（Ｐｄ／Ｐ）として、
（Ｂ＋）正極性のドライビングパルス（Ｐｄ＋）を出力するための直流電源部（Ｐｄ＋／Ｐ）と、
（Ｂ−）負極性のドライビングパルス（Ｐｄ−）を出力するための直流電源部（Ｐｄ−／Ｐ）と
を含む、［２］のエレクトロポレーター用電源；
［６］前記定電流源（Ｐｄ／ａ）として、
（Ｂ２＋）正極性ドライビングパルス（Ｐｄ＋）として、正極性の１又は複数のパルスを所定の電流値で出力することのできる定電流源（Ｐｄ＋／ａ）と
（Ｂ２−）負極性ドライビングパルス（Ｐｄ−）として、負極性の１又は複数のパルスを所定の電流値で出力することのできる定電流源（Ｐｄ−／ａ）と
を含む、［３］のエレクトロポレーター用電源；
［７］前記定電圧源（Ｐｄ／ｐ）として、
（Ｂ１＋）正極性ドライビングパルス（Ｐｄ＋）として、正極性の１又は複数のパルスを所定の電圧値で出力することのできる定電圧源（Ｐｄ＋／ｐ）と
（Ｂ１−）負極性ドライビングパルス（Ｐｄ−）として、負極性の１又は複数のパルスからなる指数関数的減衰波を所定の電圧値で出力することのできる定電圧源（Ｐｄ−／ｐ）と
を含む、［４］のエレクトロポレーター用電源；
［８］前記直流電源部（Ｐｐ／Ｐ）が、
（Ａ１）ポレーションパルス（Ｐｐ）として、単極性の１又は複数のパルスを所定の電圧値で出力することのできる定電圧源（Ｐｐ／ｐ）、及び
（Ａ２）ポレーションパルス（Ｐｐ）として、単極性の１又は複数のパルスを所定の電流値で出力することのできる定電流源（Ｐｐ／ａ）
からなる群から選んだ少なくとも１つを含む、［２］〜［７］のいずれかのエレクトロポレーター用電源；
［９］［１］〜［８］のいずれかのエレクトロポレーター用電源と、エレクトロポレーション用電極とを含む、エレクトロポレーター；
［１０］［９］のエレクトロポレーターを用いることを特徴とする、エレクトロポレーション方法；
に関する。
本明細書において「定電圧源」とは、一定の電圧で複数パルスを出力できる電源を意味するだけでなく、例えば、初期設定電圧および減少率等により予め設定した所定の電圧で複数パルスを出力できる電源も意味する。
また、本明細書において「定電流源」とは、一定の電流値で複数パルスを出力できる電源を意味するだけでなく、予め設定した所定の電流値で複数パルスを出力できる電源も意味する。
また、本明細書において「定電流源」とは、一定の電流値で複数パルスを出力できる電源を意味するだけでなく、予め設定した所定の電流値で複数パルスを出力できる電源も意味する。
本発明のエレクトロポレーター用電源によれば、複数パルスを予め設定した所定の電流値で出力可能であるため、負荷中に抵抗値が変動することが予想される条件で実施するエレクトロポレーションであっても、高い導入効率を達成することができる。
また、本発明の好適態様である、正極性のドライビングパルス（Ｐｄ＋）を出力するための直流電源部（Ｐｄ＋／Ｐ）と、負極性のドライビングパルス（Ｐｄ−）を出力するための直流電源部（Ｐｄ−／Ｐ）とを備えたエレクトロポレーター用電源によれば、これまでのエレクトロポレーターでは実施できなかったパターン（例えば、図４〜図９）のドライビングパルスを出力することができる。
また、本発明の好適態様である、正極性のドライビングパルス（Ｐｄ＋）を出力するための直流電源部（Ｐｄ＋／Ｐ）と、負極性のドライビングパルス（Ｐｄ−）を出力するための直流電源部（Ｐｄ−／Ｐ）とを備えたエレクトロポレーター用電源によれば、これまでのエレクトロポレーターでは実施できなかったパターン（例えば、図４〜図９）のドライビングパルスを出力することができる。
本発明のエレクトロポレーター用電源は、単独でも、あるいは、連動しても使用可能な独立した直流電源部を少なくとも２以上（好ましくは３以上）備える。このような直流電源部の組合せとしては、エレクトロポレーションに使用可能な組合せであれば、特に限定されるものではないが、例えば、高電圧出力用電源と低電圧出力用電源との組合せを挙げることができ、特には、ポレーションパルス（Ｐｐ）を出力するための直流電源部（Ｐｐ／Ｐ）とドライビングパルス（Ｐｄ）を出力するための直流電源部（Ｐｄ／Ｐ）との組合せを挙げることができる。
本発明のエレクトロポレーター用電源は、直流電源部以外に、交流電源部を備えることもできる。
本発明のエレクトロポレーター用電源は、直流電源部以外に、交流電源部を備えることもできる。
従来のエレクトロポレーター用電源で用いられていた直流電源部としては、例えば、一定電圧の矩形波パルスを複数回出力することのできる定電圧源や、単極性の１又は複数のパルスからなる指数関数的減衰波を所定の電圧値で出力することのできる定電圧源が挙げられるが、本発明のエレクトロポレーター用電源は、直流電源部の少なくとも１つが、単極性の１又は複数のパルスを所定の電流値で出力することのできる定電流源を含む。
例えば、本発明のエレクトロポレーター用電源が、ポレーションパルス（Ｐｐ）を出力するための直流電源部（Ｐｐ／Ｐ）とドライビングパルス（Ｐｄ）を出力するための直流電源部（Ｐｄ／Ｐ）とを含む場合、直流電源部（Ｐｐ／Ｐ）又は直流電源部（Ｐｄ／Ｐ）のいずれか一方が前記定電流源を含むこともできるし、直流電源部（Ｐｐ／Ｐ）及び直流電源部（Ｐｄ／Ｐ）の両方が前記定電流源を含むこともできる。
本発明で用いることのできるポレーションパルス（Ｐｐ）を出力するための直流電源部（Ｐｐ／Ｐ）は、例えば、ポレーションパルス（Ｐｐ）として、単極性の１又は複数のパルスを所定の電圧値で出力することのできる定電圧源（Ｐｐ／ｐ）、あるいは、ポレーションパルス（Ｐｐ）として、単極性の１又は複数のパルスを所定の電流値で出力することのできる定電流源（Ｐｐ／ａ）を含むことができ、前記の定電圧源（Ｐｐ／ｐ）又は定電流源（Ｐｐ／ａ）のいずれか一方を、あるいは、両方を備えることができる。
同様に、本発明で用いることのできるドライビングパルス（Ｐｄ）を出力するための直流電源部（Ｐｄ／Ｐ）は、例えば、単極性の１又は複数のパルスを所定の電圧値で出力することのできる定電圧源（Ｐｄ／ｐ）、あるいは、ドライビングパルス（Ｐｄ）として、単極性の１又は複数のパルスを所定の電流値で出力することのできる定電流源（Ｐｄ／ａ）を含むことができ、前記の定電圧源（Ｐｄ／ｐ）又は定電流源（Ｐｄ／ａ）のいずれか一方を、あるいは、両方を備えることができる。
通常のデュアルパルス方式のエレクトロポレーションでは、ドライビングパルスの負荷回数は１回であることが多いため、このような用途では、構成の容易さとコストを考慮すると、前記定電圧源（Ｐｐ／ｐ）のみからなるポレーションパルス（Ｐｐ）出力用直流電源部（Ｐｐ／Ｐ）と、前記定電圧源（Ｐｄ／ｐ）及び定電流源（Ｐｄ／ａ）からなるドライビングパルス（Ｐｄ）出力用直流電源部（Ｐｄ／Ｐ）との組合せが好ましい。
本発明のエレクトロポレーター用電源は、ドライビングパルス（Ｐｄ）を出力するための直流電源部（Ｐｄ／Ｐ）として、極性の異なるドライビングパルス（Ｐｄ＋）を種々の組合せで出力するために、２種類の直流電源部、すなわち、正極性のドライビングパルス（Ｐｄ＋）を出力するための直流電源部（Ｐｄ＋／Ｐ）と、負極性のドライビングパルス（Ｐｄ−）を出力するための直流電源部（Ｐｄ−／Ｐ）とを含むことができる。
本発明で用いることのできるドライビングパルス（Ｐｄ）を出力するための直流電源部（Ｐｄ／Ｐ）が、正極性のドライビングパルス（Ｐｄ＋）を出力するための直流電源部（Ｐｄ＋／Ｐ）と、負極性のドライビングパルス（Ｐｄ−）を出力するための直流電源部（Ｐｄ−／Ｐ）とを含む場合、各直流電源部（Ｐｄ＋／Ｐ）及び（Ｐｄ−／Ｐ）は、それぞれ、先述したとおり、単極性の１又は複数のパルスを所定の電圧値で出力することのできる定電圧源（Ｐｄ／ｐ）、及び／又は、ドライビングパルス（Ｐｄ）として、単極性の１又は複数のパルスを所定の電流値で出力することのできる定電流源（Ｐｄ／ａ）を含むことができる。
具体的には、正極性のドライビングパルス（Ｐｄ＋）を出力するための直流電源部（Ｐｄ＋／Ｐ）は、正極性ドライビングパルス（Ｐｄ＋）として、正極性の１又は複数のパルスを所定の電圧値で出力することのできる定電圧源（Ｐｄ＋／ｐ）、及び／又は、正極性ドライビングパルス（Ｐｄ＋）として、正極性の１又は複数のパルスを所定の電流値で出力することのできる定電流源（Ｐｄ＋／ａ）を含むことができる。
また、負極性のドライビングパルス（Ｐｄ−）を出力するための直流電源部（Ｐｄ−／Ｐ）は、負極性ドライビングパルス（Ｐｄ−）として、負極性の１又は複数のパルスを所定の電圧値で出力することのできる定電圧源（Ｐｄ−／ｐ）、及び／又は、負極性ドライビングパルス（Ｐｄ−）として、負極性の１又は複数のパルスを所定の電流値で出力することのできる定電流源（Ｐｄ−／ａ）とを含むことができる。
また、負極性のドライビングパルス（Ｐｄ−）を出力するための直流電源部（Ｐｄ−／Ｐ）は、負極性ドライビングパルス（Ｐｄ−）として、負極性の１又は複数のパルスを所定の電圧値で出力することのできる定電圧源（Ｐｄ−／ｐ）、及び／又は、負極性ドライビングパルス（Ｐｄ−）として、負極性の１又は複数のパルスを所定の電流値で出力することのできる定電流源（Ｐｄ−／ａ）とを含むことができる。
以下、図１０に示す本発明のエレクトロポレーター用電源の一態様を例にとり、図１０〜図１３に基づいて、本発明を更に説明する。図１０に示す本発明の一態様は、
ポレーションパルス（Ｐｐ）を出力するための直流電源部（Ｐｐ／Ｐ）と、
正極性のドライビングパルス（Ｐｄ＋）を出力するための直流電源部（Ｐｄ＋／Ｐ）と、
負極性のドライビングパルス（Ｐｄ−）を出力するための直流電源部（Ｐｄ−／Ｐ）とを含み；
前記のポレーションパルス（Ｐｐ）出力用直流電源部（Ｐｐ／Ｐ）として、単極性の１又は複数のパルスを所定の電圧値で出力することのできる定電圧源（Ｐｐ／ｐ）を含み；
前記の正極性ドライビングパルス（Ｐｄ＋）出力用直流電源部（Ｐｄ＋／Ｐ）として、正極性の１又は複数のパルスを所定の電圧値で出力することのできる定電圧源（Ｐｄ＋／ｐ）と、正極性の１又は複数のパルスを所定の電流値で出力することのできる定電流源（Ｐｄ＋／ａ）とを含み；
前記の負極性ドライビングパルス（Ｐｄ−）出力用直流電源部（Ｐｄ−／Ｐ）として、負極性の１又は複数のパルスを所定の電圧値で出力することのできる定電圧源（Ｐｄ−／ｐ）と、負極性の１又は複数のパルスを所定の電流値で出力することのできる定電流源（Ｐｄ−／ａ）とを含む。
ポレーションパルス（Ｐｐ）を出力するための直流電源部（Ｐｐ／Ｐ）と、
正極性のドライビングパルス（Ｐｄ＋）を出力するための直流電源部（Ｐｄ＋／Ｐ）と、
負極性のドライビングパルス（Ｐｄ−）を出力するための直流電源部（Ｐｄ−／Ｐ）とを含み；
前記のポレーションパルス（Ｐｐ）出力用直流電源部（Ｐｐ／Ｐ）として、単極性の１又は複数のパルスを所定の電圧値で出力することのできる定電圧源（Ｐｐ／ｐ）を含み；
前記の正極性ドライビングパルス（Ｐｄ＋）出力用直流電源部（Ｐｄ＋／Ｐ）として、正極性の１又は複数のパルスを所定の電圧値で出力することのできる定電圧源（Ｐｄ＋／ｐ）と、正極性の１又は複数のパルスを所定の電流値で出力することのできる定電流源（Ｐｄ＋／ａ）とを含み；
前記の負極性ドライビングパルス（Ｐｄ−）出力用直流電源部（Ｐｄ−／Ｐ）として、負極性の１又は複数のパルスを所定の電圧値で出力することのできる定電圧源（Ｐｄ−／ｐ）と、負極性の１又は複数のパルスを所定の電流値で出力することのできる定電流源（Ｐｄ−／ａ）とを含む。
図１１〜図１３は、図１０に示す一態様に関して、各直流電源部のいずれか１つを太線で示すものである。図１１は、ポレーションパルス（Ｐｐ）を出力するための直流電源部（Ｐｐ／Ｐ）として機能する定電圧源（Ｐｐ／ｐ）のみを太線で示し、図１２は、正極性ドライビングパルス（Ｐｄ＋）出力用直流電源部（Ｐｄ＋／Ｐ）を構成する定電圧源（Ｐｄ＋／ｐ）のみを太線で示し、図１３は、正極性ドライビングパルス（Ｐｄ＋）出力用直流電源部（Ｐｄ＋／Ｐ）を構成する定電流源（Ｐｄ＋／ａ）のみを太線で示す。
図１１に示すポレーションパルス（Ｐｐ）出力用直流電源部（Ｐｐ／Ｐ）では、スイッチ（Ｐｐ出力）を切り替えることにより、Ｐｐ電源からキャパシタ（Ｐｐ容量）に蓄電し、Ｐｐ出力スイッチに入力されるＰｐドライブ信号に従って、所定の電圧値で、単極性の１又は複数のパルスを出力端子から出力することができる。
図１０における前記の正極性ドライビングパルス（Ｐｄ＋）出力用直流電源部（Ｐｄ＋／Ｐ）では、スイッチ操作により、図１２に示す、正極性の１又は複数のパルスを所定の電圧値で出力することのできる定電圧源（Ｐｄ＋／ｐ）と、図１３に示す、正極性の１又は複数のパルスを所定の電流値で出力することのできる定電流源（Ｐｄ＋／ａ）とを切り替えることができる。具体的には、スイッチをキャパシタモードに切り替えることにより、正極性ドライビングパルス（Ｐｄ＋）出力用直流電源部（Ｐｄ＋／Ｐ）を定電圧源（Ｐｄ＋／ｐ）として機能させることができる。また、スイッチをアンプモードに切り替えることにより、正極性ドライビングパルス（Ｐｄ＋）出力用直流電源部（Ｐｄ＋／Ｐ）を定電流源（Ｐｄ＋／ａ）として機能させることができる。
図１２に示す定電圧源（Ｐｄ＋／ｐ）では、スイッチを切り替えることにより、Ｐｄ＋電源からキャパシタ（Ｐｄ容量）に蓄電し、Ｐｄ＋出力スイッチに入力されるＰｄ＋ドライブ信号に従って、所定の電圧値で、単極性の１又は複数のパルスを出力端子から出力することができる。
一方、図１３に示す定電流源（Ｐｄ＋／ａ）では、Ｐｄ＋出力スイッチに入力されるＰｄ＋ドライブ信号に従って、Ｐｄ＋電源の印加電圧が直接、出力端子から出力される。その際、電流値および電圧値を検出し、それらのフィードバックにより、所定の電流値を出力端子から出力することができる。
本発明のエレクトロポレーター用電源では、このフィードバックを、例えば、半導体±スイッチアンプを用いて実施することができる。
本発明のエレクトロポレーター用電源では、このフィードバックを、例えば、半導体±スイッチアンプを用いて実施することができる。
図１０における前記の負極性ドライビングパルス（Ｐｄ−）出力用直流電源部（Ｐｄ−／Ｐ）は、極性が反対であること以外は、正極性ドライビングパルス（Ｐｄ＋）出力用直流電源部（Ｐｄ＋／Ｐ）と同じ構成であり、正極性ドライビングパルス（Ｐｄ＋）出力用直流電源部（Ｐｄ＋／Ｐ）と同じように作動する。
すなわち、スイッチをキャパシタモードに切り替えることにより、負極性ドライビングパルス（Ｐｄ−）出力用直流電源部（Ｐｄ−／Ｐ）を定電圧源（Ｐｄ−／ｐ）として機能させることができる。また、スイッチをアンプモードに切り替えることにより、負極性ドライビングパルス（Ｐｄ−）出力用直流電源部（Ｐｄ−／Ｐ）を定電流源（Ｐｄ−／ａ）として機能させることができる。
また、定電圧源（Ｐｄ−／ｐ）及び定電流源（Ｐｄ−／ａ）も、それぞれ、極性が反対であること以外は、定電圧源（Ｐｄ＋／ｐ）及び定電流源（Ｐｄ＋／ａ）と同様に作動する。
すなわち、スイッチをキャパシタモードに切り替えることにより、負極性ドライビングパルス（Ｐｄ−）出力用直流電源部（Ｐｄ−／Ｐ）を定電圧源（Ｐｄ−／ｐ）として機能させることができる。また、スイッチをアンプモードに切り替えることにより、負極性ドライビングパルス（Ｐｄ−）出力用直流電源部（Ｐｄ−／Ｐ）を定電流源（Ｐｄ−／ａ）として機能させることができる。
また、定電圧源（Ｐｄ−／ｐ）及び定電流源（Ｐｄ−／ａ）も、それぞれ、極性が反対であること以外は、定電圧源（Ｐｄ＋／ｐ）及び定電流源（Ｐｄ＋／ａ）と同様に作動する。
ポレーションパルス（Ｐｐ）に続いてドライビングパルス（Ｐｄ）を負荷するデュアルパルス方式のエレクトロポレーションにおいて、本発明のエレクトロポレーター用電源により出力可能な波形パターンを図１〜図９に示す。
図１は、定電圧源（Ｐｐ／ｐ）により出力したポレーションパルス（Ｐｐ）に続いて（以下、図２〜図７において同じ）、ドライビングパルス（Ｐｄ）として、正極性の矩形波パルスを複数回出力するものである。前記の正極性矩形波パルスを定電流源（Ｐｄ＋／ａ）により出力した場合、一定の電流値で矩形波パルスを負荷することができる。また、定電圧源（Ｐｄ＋／ｐ）により出力した場合、一定電圧の矩形波パルスを負荷することができる。
図１は、定電圧源（Ｐｐ／ｐ）により出力したポレーションパルス（Ｐｐ）に続いて（以下、図２〜図７において同じ）、ドライビングパルス（Ｐｄ）として、正極性の矩形波パルスを複数回出力するものである。前記の正極性矩形波パルスを定電流源（Ｐｄ＋／ａ）により出力した場合、一定の電流値で矩形波パルスを負荷することができる。また、定電圧源（Ｐｄ＋／ｐ）により出力した場合、一定電圧の矩形波パルスを負荷することができる。
図２は、同ポレーションパルス（Ｐｐ）に続いて、ドライビングパルス（Ｐｄ）として、複数の正極性パルスからなる指数関数的減衰波（各パルスそれ自体はスクエア（square））を複数回出力するものである。前記の正極性指数関数的減衰波を定電流源（Ｐｄ＋／ａ）により出力することにより、初期設定電流および減少率等により予め設定した所定の電流値で指数関数的減衰波を負荷することができる。
図３は、同ポレーションパルス（Ｐｐ）に続いて、ドライビングパルス（Ｐｄ）として、複数の正極性パルスからなる指数関数的減衰波（各パルスそれ自体も指数関数的減衰（exponential））を複数回出力するものである。前記の正極性指数関数的減衰波を定電圧源（Ｐｄ＋／ｐ）により出力することにより、初期設定電圧および減少率等により予め設定した所定の電圧で指数関数的減衰波を負荷することができる。
図３は、同ポレーションパルス（Ｐｐ）に続いて、ドライビングパルス（Ｐｄ）として、複数の正極性パルスからなる指数関数的減衰波（各パルスそれ自体も指数関数的減衰（exponential））を複数回出力するものである。前記の正極性指数関数的減衰波を定電圧源（Ｐｄ＋／ｐ）により出力することにより、初期設定電圧および減少率等により予め設定した所定の電圧で指数関数的減衰波を負荷することができる。
なお、図１〜図３は、正極性の矩形波パルス又は指数関数的減衰波を出力するものであるが、定電圧源（Ｐｄ＋／ｐ）又は定電流源（Ｐｄ＋／ａ）に代えて、定電圧源（Ｐｄ−／ｐ）又は定電流源（Ｐｄ−／ａ）を用いることにより、負極性（すなわち、ポレーションパルス（Ｐｐ）と反対極性）の矩形波パルス又は指数関数的減衰波を出力することができる。
図４は、同ポレーションパルス（Ｐｐ）に続いて、ドライビングパルス（Ｐｄ）として、正極性の矩形波パルスを複数回出力した後、更に負極性の矩形波パルスを複数回出力するものである。正極性矩形波パルスを定電流源（Ｐｄ＋／ａ）により、続いて負極性矩形波パルスを定電流源（Ｐｄ−／ａ）により出力することにより、一定の電流値で矩形波パルスを負荷することができる。また、定電圧源（Ｐｄ＋／ｐ）、続いて定電圧源（Ｐｄ−／ｐ）により出力した場合、一定電圧の矩形波パルスを負荷することができる。
図５は、同ポレーションパルス（Ｐｐ）に続いて、ドライビングパルス（Ｐｄ）として、正極性の矩形波パルスと負極性の矩形波パルスを１回ずつ交互に出力するものである。正極性矩形波パルスを定電流源（Ｐｄ＋／ａ）により、負極性矩形波パルスを定電流源（Ｐｄ−／ａ）により出力することにより、一定の電流値で矩形波パルスを負荷することができる。また、定電圧源（Ｐｄ＋／ｐ）、定電圧源（Ｐｄ−／ｐ）により出力した場合、一定電圧の矩形波パルスを負荷することができる。図５は、正極性パルスと負極性パルスを１回ずつ交互に出力するものであるが、複数回の正極性パルスと、それと同数の負極性パルスを交互に出力することもできる。
図５は、同ポレーションパルス（Ｐｐ）に続いて、ドライビングパルス（Ｐｄ）として、正極性の矩形波パルスと負極性の矩形波パルスを１回ずつ交互に出力するものである。正極性矩形波パルスを定電流源（Ｐｄ＋／ａ）により、負極性矩形波パルスを定電流源（Ｐｄ−／ａ）により出力することにより、一定の電流値で矩形波パルスを負荷することができる。また、定電圧源（Ｐｄ＋／ｐ）、定電圧源（Ｐｄ−／ｐ）により出力した場合、一定電圧の矩形波パルスを負荷することができる。図５は、正極性パルスと負極性パルスを１回ずつ交互に出力するものであるが、複数回の正極性パルスと、それと同数の負極性パルスを交互に出力することもできる。
図６は、同ポレーションパルス（Ｐｐ）に続いて、ドライビングパルス（Ｐｄ）として、正極性の指数関数的減衰波（各パルスそれ自体はスクエア（square））を複数回出力した後、更に負極性の指数関数的減衰波（各パルスそれ自体はスクエア（square））を複数回出力するものである。正極性指数関数的減衰波を定電流源（Ｐｄ＋／ａ）により、続いて負極性指数関数的減衰波を定電流源（Ｐｄ−／ａ）により出力することにより、初期設定電流および減少率等により予め設定した所定の電流値で指数関数的減衰波を負荷することができる。
図７は、同ポレーションパルス（Ｐｐ）に続いて、ドライビングパルス（Ｐｄ）として、正極性の指数関数的減衰波（各パルスそれ自体はスクエア（square））と負極性の指数関数的減衰波（各パルスそれ自体はスクエア（square））を１回ずつ交互に出力するものである。正極性指数関数的減衰波を定電流源（Ｐｄ＋／ａ）により、負極性指数関数的減衰波を定電流源（Ｐｄ−／ａ）により出力することにより、初期設定電流および減少率等により予め設定した所定の電流値で指数関数的減衰波を負荷することができる。図７は、正極性パルスと負極性パルスを１回ずつ交互に出力するものであるが、複数回の正極性パルスと、それと同数の負極性パルスを交互に出力することもできる。
図７は、同ポレーションパルス（Ｐｐ）に続いて、ドライビングパルス（Ｐｄ）として、正極性の指数関数的減衰波（各パルスそれ自体はスクエア（square））と負極性の指数関数的減衰波（各パルスそれ自体はスクエア（square））を１回ずつ交互に出力するものである。正極性指数関数的減衰波を定電流源（Ｐｄ＋／ａ）により、負極性指数関数的減衰波を定電流源（Ｐｄ−／ａ）により出力することにより、初期設定電流および減少率等により予め設定した所定の電流値で指数関数的減衰波を負荷することができる。図７は、正極性パルスと負極性パルスを１回ずつ交互に出力するものであるが、複数回の正極性パルスと、それと同数の負極性パルスを交互に出力することもできる。
図８は、同ポレーションパルス（Ｐｐ）に続いて、ドライビングパルス（Ｐｄ）として、正極性の指数関数的減衰波（各パルスそれ自体も指数関数的減衰（exponential））を複数回出力した後、更に負極性の指数関数的減衰波（各パルスそれ自体も指数関数的減衰（exponential））を複数回出力するものである。正極性指数関数的減衰波を定電圧源（Ｐｄ＋／ｐ）により、続いて負極性指数関数的減衰波を定電圧源（Ｐｄ−／ｐ）により出力することにより、初期設定電圧および減少率等により予め設定した所定の電圧で指数関数的減衰波を負荷することができる。
図９は、同ポレーションパルス（Ｐｐ）に続いて、ドライビングパルス（Ｐｄ）として、正極性の指数関数的減衰波（各パルスそれ自体も指数関数的減衰（exponential））と負極性の指数関数的減衰波（各パルスそれ自体も指数関数的減衰（exponential））を１回ずつ交互に出力するものである。正極性指数関数的減衰波を定電圧源（Ｐｄ＋／ｐ）により、負極性指数関数的減衰波を定電圧源（Ｐｄ−／ｐ）により出力することにより、初期設定電圧および減少率等により予め設定した所定の電圧で指数関数的減衰波を負荷することができる。図９は、正極性パルスと負極性パルスを１回ずつ交互に出力するものであるが、複数回の正極性パルスと、それと同数の負極性パルスを交互に出力することもできる。
図９は、同ポレーションパルス（Ｐｐ）に続いて、ドライビングパルス（Ｐｄ）として、正極性の指数関数的減衰波（各パルスそれ自体も指数関数的減衰（exponential））と負極性の指数関数的減衰波（各パルスそれ自体も指数関数的減衰（exponential））を１回ずつ交互に出力するものである。正極性指数関数的減衰波を定電圧源（Ｐｄ＋／ｐ）により、負極性指数関数的減衰波を定電圧源（Ｐｄ−／ｐ）により出力することにより、初期設定電圧および減少率等により予め設定した所定の電圧で指数関数的減衰波を負荷することができる。図９は、正極性パルスと負極性パルスを１回ずつ交互に出力するものであるが、複数回の正極性パルスと、それと同数の負極性パルスを交互に出力することもできる。
本発明のエレクトロポレーター用電源の仕様は、適宜決定することができるが、以下にその一例を記載する。なお、正極性ドライビングパルス（Ｐｄ＋）出力用直流電源部（Ｐｄ＋／Ｐ）と負極性ドライビングパルス（Ｐｄ−）出力用直流電源部（Ｐｄ−／Ｐ）については、極性が反対であること以外は同一仕様であるので、後者の記載は省略する。
ポレーションパルス（Ｐｐ）出力用直流電源部（Ｐｐ／Ｐ）〔定電圧源（Ｐｐ／ｐ）〕
・出力電圧：０〜４００Ｖ、設定単位：１Ｖ刻み
・キャパシタ：１４１０μＦ
・取扱出力電流：０．０１〜１０Ａ
・パルス数：１
・パルス幅：１０マイクロ秒〜９９．９ミリ秒
・ポレーションパルスとドライビングパルスとの間隔：５０マイクロ秒〜９９．９ミリ秒
・出力電圧：０〜４００Ｖ、設定単位：１Ｖ刻み
・キャパシタ：１４１０μＦ
・取扱出力電流：０．０１〜１０Ａ
・パルス数：１
・パルス幅：１０マイクロ秒〜９９．９ミリ秒
・ポレーションパルスとドライビングパルスとの間隔：５０マイクロ秒〜９９．９ミリ秒
正極性ドライビングパルス（Ｐｄ＋）出力用直流電源部（Ｐｄ＋／Ｐ）における定電圧源（Ｐｄ＋／ｐ）
・出力電圧：０〜３００Ｖ、設定単位：１Ｖ
・キャパシタ：２２μＦ、５５μＦ、１３９μＦ、３４９μＦ、８７６μＦ、２２００μＦ
・取扱出力電流：０〜１０Ａ
・パルス数：１〜１０００
・パルス幅：５０マイクロ秒〜１０００ミリ秒
・パルス間隔：５０マイクロ秒〜１０００ミリ秒
・出力電圧：０〜３００Ｖ、設定単位：１Ｖ
・キャパシタ：２２μＦ、５５μＦ、１３９μＦ、３４９μＦ、８７６μＦ、２２００μＦ
・取扱出力電流：０〜１０Ａ
・パルス数：１〜１０００
・パルス幅：５０マイクロ秒〜１０００ミリ秒
・パルス間隔：５０マイクロ秒〜１０００ミリ秒
正極性ドライビングパルス（Ｐｄ＋）出力用直流電源部（Ｐｄ＋／Ｐ）における定電流源（Ｐｄ＋／ａ）
・出力電圧：１〜２００Ｖ、設定単位：１Ｖ
・出力電流：１〜１０００ｍＡ、設定単位：１ｍＡ
・パルス数：１〜１０００
・パルス幅：５０マイクロ秒〜１０００ミリ秒
・パルス間隔：５０マイクロ秒〜１０００ミリ秒
・出力電圧：１〜２００Ｖ、設定単位：１Ｖ
・出力電流：１〜１０００ｍＡ、設定単位：１ｍＡ
・パルス数：１〜１０００
・パルス幅：５０マイクロ秒〜１０００ミリ秒
・パルス間隔：５０マイクロ秒〜１０００ミリ秒
本発明のエレクトロポレーター用電源は、所望により、本来目的とするパルス出力（例えば、ポレーションパルス（Ｐｐ）及びドライビングパルス（Ｐｄ）の出力）の前に、交流電源から細胞にダメージを与えない程度の微弱な定電流を流すことによりエレクトロポレーション電極間の抵抗を測定する手段を備えることができる。本発明のエレクトロポレーター用電源においては、このような抵抗測定手段と、これまで説明した各直流電源部とを連続する一連の操作として実施する構造とすることもできる。
また、本発明のエレクトロポレーター用電源は、安全のために、突発的な過出力を防止する手段を備えることができる。このような防止手段は、ハードウェア的に出力停止するものであっても、ソフトウェア的に出力制限するものであってもよい。ソフトウェア的な過出力防止手段としては、例えば、予め負荷の抵抗を測定し、設定した出力電流に対しては出力制限電圧を設定することにより、あるいは、設定した出力電圧に対しては出力制限電流を設定することにより、突発的な過出力を防止することができる。
また、本発明のエレクトロポレーター用電源では、定電流源（例えば、Ｐｄ＋／ａ、Ｐｄ−／ａ）において指数関数的減衰波を出力する場合には、所望により、その減衰率にあわせて、電源（例えば、Ｐｄ＋電源、Ｐｄ−電源）の電源電圧を事前低下させることができる。これにより、アンプのエネルギー損失（発熱）を軽減することができる。
また、本発明のエレクトロポレーター用電源では、所望により、設定電圧に対して電源電圧をやや高め（１０〜２０％程度）に設定することにより、大出力が必要となる場合であっても、設定電圧への到達時間を短縮することができる。
本発明のエレクトロポレーター用電源は、適当なエレクトロポレーション用電極と組み合わせて使用することにより、各種エレクトロポレーションを実施することができる。
本発明のエレクトロポレーター用電源を用いて実施することのできるエレクトロポレーションとしては、例えば、イン・ビボ（in vivo）エレクトロポレーション（例えば、in uteroエレクトロポレーション、ex uteroエレクトロポレーション、in ovoエレクトロポレーション）、ex ovoエレクトロポレーション、ex vivoエレクトロポレーション、イン・ビトロ（in vitro）エレクトロポレーション（例えば、懸濁した状態でのエレクトロポレーション、培養容器に付着した状態でのエレクトロポレーション）を挙げることができる。
本発明のエレクトロポレーター用電源を用いて実施することのできるエレクトロポレーションとしては、例えば、イン・ビボ（in vivo）エレクトロポレーション（例えば、in uteroエレクトロポレーション、ex uteroエレクトロポレーション、in ovoエレクトロポレーション）、ex ovoエレクトロポレーション、ex vivoエレクトロポレーション、イン・ビトロ（in vitro）エレクトロポレーション（例えば、懸濁した状態でのエレクトロポレーション、培養容器に付着した状態でのエレクトロポレーション）を挙げることができる。
本発明のエレクトロポレーター用電源は、エレクトロポレーション用電極と組み合わせて使用することにより、電気刺激により細胞膜に微細孔を開け、ＤＮＡ等の高分子を細胞内へ導入するエレクトロポレーションに利用することができる。
Claims (3)
- 連動して使用可能な２以上の独立した直流電源部と、
出力端子と
を備え、
前記２以上の独立した直流電源部は、
そのひとつが、ポレーションパルス（Ｐｐ）を出力するためのポレーションパルス直流電源部（Ｐｐ／Ｐ）であり、
別のひとつが、ドライビングパルス（Ｐｄ）を出力するためのドライビングパルス直流電源部（Ｐｄ／Ｐ）であり、
前記ポレーションパルス直流電源部（Ｐｐ／Ｐ）と前記ドライビングパルス直流電源部（Ｐｄ／Ｐ）の少なくとも一つが、単極性の１又は複数のパルスを所定の電流値で出力することのできる定電流源を含み、
前記出力端子から、先ず、前記ポレーションパルス（Ｐｐ）が出力され、次に、前記ドライビングパルス（Ｐｄ）が出力され、
前記ポレーションパルス（Ｐｐ）の電圧の絶対値は、前記ドライビングパルス（Ｐｄ）の電圧の絶対値より大きく、
前記出力端子から出力される電流値を検出し、フィードバックすることで、前記定電流源は、前記出力端子から所定の電流値を出力できる
エレクトロポレーター用電源。 - 請求項１に記載のエレクトロポレーター用電源と、
エレクトロポレーション用電極と、
を含む、エレクトロポレーター。 - 請求項２に記載のエレクトロポレーターを用いることを特徴とする、エレクトロポレーション方法。
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