JP2002263085A - 微量血液の採取方法ならびにその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】１μｌ以下の微量血液採取を従来方法および装
置を用いて試みると、痛みを伴い、また必要以上に採取
されてしまい、人に肉体的な苦痛を及ぼすという問題が
あった。また微量血液により人の日々の健康診断を家庭
で各人が行う手のひらにのる大きさのチップの採血装置
としては、従来方法による採血は修練を要するものであ
った。 【解決手段】１μｌ以下の微量の血液を過不足無く、人
に及ぼす苦痛を抑制しながら採取するために、０．２ｍ
ｍよりも細い外径の針を用いる。この針の径が細くなる
ことに起因する機械的強度の脆弱化は針の周囲にガイド
となる物質を配置することで対処し、また誰もが容易に
取り扱い血液採取ができるように、採取機構を指などで
採血部位の皮膚表面に押しつけるのみで、一連の採血作
業が完了するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は微量の血液から人間
の健康状態を診断する種々の検査診断機構及び装置のた
めの微量血液（１マイクロリットル（以下、μｌ）以
下）を痛みを伴うことなく採取する機構及び装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の定期健康診断や人間ドックなどの
検査における血液検査においては、種々の検査項目を行
うために数ｃｃの血液を被験者から採取することが必要
とされ、このために少なくとも０．２ｍｍ程度の直径の
針を用い、被験者から採取することが行われてきた。近
年、極度に進歩した半導体装置作製に用いられる微細加
工技術を応用し、たかだか数ｍｍから数ｃｍ四方のチッ
プ上に種々の分析器、分析装置を配置して、そこに被験
者の血液などの体液を導き、被験者の健康状態を瞬時に
把握することができる新しいデバイスの開発とその実用
化の気運が高まってきている。これはこのような安価な
デバイスの出現により、来たるべき高齢化社会において
老人の日々の健康管理を在宅で可能にすることなどで増
加の一途を辿る健康保険給付金の圧縮を図れることや救
急医療の現場においては被験者が感染症（肝炎、後天性
免疫不全症など）などを保持しているか否かを本デバイ
スを用いて迅速に判断できれば適切な対応ができるな
ど、種々の社会的な効果が期待されるために非常に注目
されつつある技術分野である。

【０００３】このような小さなデバイスが取り扱う血液
の量は従来の大型の検査装置を用いた検査の場合と比較
すると極端に少なく、従来の１／１０００以下の１μｌ
以下で十分であり、これも被験者に与える負担を少なく
する一つの利点である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上に述べたような血
液などの分析を行うチップが必要とする血液量は従来の
大型検査装置を用いた場合と比較して極端に少なくてよ
いのにも関わらず、従来の採血に用いられるような注射
針を用いた場合、必要以上の採血を被験者に強要するこ
とになり、本チップが有する大きな利点の一つが損なわ
れる。また従来の採血に用いられる針は少なくとも０．
２ｍｍ程度の直径を有し、如何に先端を鋭利に加工処理
を施していても少なからず被験者に肉体的苦痛を強要す
るものであった。

【０００５】本発明の目的は１μｌ以下の微少量の血液
を被験者に肉体的苦痛を従来の方法と比較して抑制しつ
つ採取し、またこの採取した血液を上述したようなチッ
プ上に導く手段を提供することにある。さらにこのよう
な採血を医療に対して造詣のない人でも手軽に行うこと
ができる様な手段を提供することも本発明の目的であ
る。

【０００６】

【課題を解決させるための手段】通常の健康診断では被
験者の腕の動脈から血液が採取され、これを検査する。
しかしながら動脈から採取することが要求される検査項
目は血液ガスなど一部であり、その他の検査項目に用い
る血液は皮膚直下の毛細血管から得られた血液でも検査
可能である。したがって皮膚直下の血液を採取するだけ
の注射針であれば、従来用いられてきた最小径である
０．２ｍｍよりも細い径のもので十分であり、このこと
は被験者に与える苦痛を抑制する、あるいは検査チップ
に用いられる１μｌ以下という微量の血液を過不足無く
採取するという目的からも都合がよい。この針の径が細
くなることに起因する機械的強度の脆弱化は針の周囲に
ガイドとなる物質を配置することで対処する。また誰も
が容易に取り扱い血液採取ができるように、採取機構を
指などで採血部位の皮膚表面に押しつけるのみで、一連
の採血作業が完了するようになっている。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１に本発明の微量血液採取用の
針およびその周辺機構の概略図を示す。１１は微小径の
中空ステンレス管をベースとして作製した針で、これは
採取した血液を受ける受け皿１２に固定設置されてい
る。この受け皿１２を構成する少なくとも一つの面は弾
力性のある材料の膜１３で覆い、１１の針の部分を除い
て密封されている。１４は弾力性を有するが１３の材料
と比較して復元力が弱い材料の板であり、また１５は採
血する際の被験者の皮膚に密着するガイド板である。

【０００８】次に図２において本発明の採血機構を用い
て実際に被験者から微少量の採血を行う様子を説明す
る。まず、同図（イ）では図１に示した本発明の採血機
構を被験者の採血部位の皮膚表面に設置している様子を
示している。次に同図（ロ）では２３の弾力性を有する
材料で構成された膜に圧力を加えていったときの様子を
示している。２３の材料は圧力に伴い受け皿２２内へと
凹み、結果として受け皿内の空気は針２１を介して受け
皿２２外へと排出される。またガイド板２５は皮膚表面
により密着し、また加えられた力を皮膚表面に分散す
る。次にさらに力を加えていくと同図（ハ）のように弾
力性を有する板２４が圧縮され針が皮膚に突き刺さる。
次に同図（ニ）のように２３の膜に加えていた力を除去
するとこの膜の凹みは復元され無くなり、それと同時に
皮膚内部から針２１を介し血液が受け皿２２に流れ込
む。膜２３に加えていた力を除去したときに針が皮膚か
ら抜けないのは２４の板が圧縮されたときの復元力が弱
いためである。最後にこの採血機構を皮膚から離せば皮
膚２６から針２１が抜け、その後受け皿２２内の採取し
た血を検査に用いればよい。

【０００９】

【実施例】〔第一の実施例〕図１に示したような微量血
液採取機構を作製した。まず図１中の針１１は外径８０
μｍ、内径５０μｍのステンレス製パイプを基に、以下
のようにして作製した。すなわち、針の片端を化学的機
械研磨を用いて図３（イ）に示すように２０°に研磨
し、先鋭化した。さらに同図（ロ）に示すように研磨し
た先端を治具を用いて抉りさらに先鋭化する。このよう
に加工することによってある程度の弾力性を有する皮膚
の一点に力が印加されるようにする。この先端加工後に
針の機械的強度向上のために窒素雰囲気中７００℃で焼
き鈍し処理を１時間行った。この様にして作製した針１
１を受け皿１２に隙間無く固定設置した。弾力性を有す
る材料の膜１３としては０．２ｍｍ厚のラテックスゴム
を用い、これも受け皿１２に張り付けた。このラテック
スゴムは印加された力に応じて弾性変形し、力が除去さ
れると直ちに元の形状に復元する。１４の弾力性を有す
る板には弾性発泡ポリマーを用いた。これは力が印加さ
れると圧縮するが、力を除去した後の形状の復元にはあ
る程度時間を要するという性質を有する。ガイド板１５
として１３、１５の膜や板に比して十分硬く、変形しに
くい厚さ２ｍｍのプラスチック板を用いた。このガイド
板１５を設置する意味は、皮膚がある程度の力により弾
性変形するために、針を直接皮膚に押しつけてもその押
しつけている部位の皮膚が局所的に変形して皮膚に突き
刺すことが困難であるため、予めこのガイド板を皮膚に
押しつけて皮膚を変形、固定するという所にある。この
ようにした後に針を皮膚に押しつけると皮膚には弾性変
形する余裕が少なくなっているために容易にこれを皮膚
に突き刺すことができる。

【００１０】このようにして作製した微量血液採取機構
を被験者の皮膚に設置し、図２に示した手順で血液の採
取を試みたところ、痛みをほとんど感じること無く、か
つ支障無く採血することができた。

【００１１】〔第二の実施例〕図１に示した微量血液採
取機構を改造した構造のものを図４（イ）に示す。この
場合、受け皿４１には針４２の他に弾力性および復元性
を有する中空のゴム４３を取り付ける。それ以外の構造
は図１に示したものと同じである。採血時には、同図
（ロ）に示すように予め中空ゴム４３に指でつまむこと
で圧力を加え、つぶすように変形させたまま、本採血機
構全体を採血する部位の皮膚表面に設置する。その後同
図（ハ）に示すように受け皿４１を皮膚に押しつけると
針が皮膚に突き刺さる。このとき同図（ニ）に示すよう
に中空ゴム４３に加えていた圧力を除去すると、これは
元の形状に復元するために受け皿４１内が陰圧になり、
結果として針を介して血液が受け皿に流れ込む。この様
な機構の装置を用いて実際に採血を試みたところ、痛み
をほとんど感じること無く、かつ支障無く採血すること
ができた。

【００１２】〔第三の実施例〕図１に示した微量血液採
取機構の変則例とその採血方法を図５に示す。同図
（イ）に示すように針５１をプラスチック板５２に貫
通、固定し、これを弾力性を有する板５３およびガイド
板５４を介して被験者の皮膚表面に設置する。次に同図
（ロ）に示すようにプラスチック板５２に圧力を印加し
てガイド板５４を皮膚５５に押しつけると同時に針５１
を皮膚５５に突き刺す。そして同図（ハ）に示すように
予め内部を減圧にしてある容器５６を針５１に突き刺し
て血液をこの容器内に採取する。この様な機構の装置を
用いて実際に採血を試みたところ、痛みをほとんど感じ
ること無く、かつ支障無く採血することができた。

【００１３】〔第四の実施例〕図６には本発明の微量血
液採取機構を実際に血液診断を行うチップ６１に搭載し
た例を示す。針６２はチップ６１上の流路６７に設置、
固定されており、このチップ上には蓋がされており流路
は密閉されている。この針６２の周囲にはこれまでと同
様に弾力性を有する板６３とガイド板６４があり、ガイ
ド板６４は皮膚６５に接触する。６６は弾力性および復
元性を有するゴムであり、これは流路６７と接続されて
いる。また６８は採取した血液を一旦貯めておく血液貯
めである。次に同図（ロ）に示すように流路６７に接続
されているゴム６６に圧力を印加して変形させた後に、
チップ６１全体に皮膚の方向へ力を加え、針を皮膚に突
き刺す。この後ゴム６６に印加している力を除去する
と、流路６７および血液貯め６８内が陰圧となるために
針を介して皮膚内部より血液がチップ内部へと流れ込
み、血液貯めにこれが蓄積される。ここでチップ上の分
離、分析系に至る流路６９の幅は流路６７のそれと比較
して意図的に狭くしてある。これは流路６７および血液
貯め６８内が陰圧となったときに流路６９を介して空気
等が流入しくることで皮膚からの血液の引き込み力の低
下を抑制するためである。

【００１４】流路６９の幅を狭くすることの他の方法と
して電圧を印加することにより収縮する性質を有するゲ
ルを流路６９に埋め込み、これを一種の電磁弁として動
作させることも試みた。この様子を図７を用いて説明す
る。図７の診断チップ上に搭載した血液採取機構は図６
（イ）で説明したものとほぼ同一であるが、異なる点は
流路７９の幅を特に狭くしていないことと、この流路７
９の一部に電圧を印加すると著しく体積が収縮する性質
を有するゲル８０を埋め込んであり、そのゲルの両端に
は電極ａ８１と電極ｂ８２が形成されていることであ
る。すなわち電極ａ８１および電極ｂ８２間に電圧を印
加していない場合は流路７９の一部はゲルで満たされて
いるために流路７７あるいは血液貯め７８等とチップ上
の分離、分析系は遮断されている。この状態で図６で説
明した採血を行うが、このとき上述のように流路７９は
ゲルで満たされているために、皮膚７５から血液を引き
込むときの流路７７あるいは血液貯め７８内が陰圧とな
った場合にこの流路７９を介した空気等の流入は無く、
結果として効率よく血液をチップ７１上へと引き込むこ
とができる。血液を血液貯め７８に引き込んだ後、この
血液を流路７９を介して分離、分析系に供給するために
今度は電極ａ８１および電極ｂ８２間に電圧を印加して
ゲル８０を収縮させ、流路７９に血液が流れることを可
能にする。図６および図７で説明した診断チップ上に搭
載した採血機構で実際に採血を試みたところ、痛みをほ
とんど感じること無く、かつ支障無く採血およびチップ
上に血液を導入することができた。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明により従来
の方法および装置と比較して被験者に与える痛みを抑制
しつつ微量の血液を採取することが可能となった。また
この採取装置を実際に被験者の健康状態を診断する手の
ひらにのる大きさのチップ上に搭載し、実際に採血する
ことができた。これにより人の日々の健康管理や救急時
の迅速な判断に多大なる寄与が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の微量血液採取方法およびその装置を説
明する図である。

【図２】本発明の微量血液採取装置の動作の様子を説明
する図である。

【図３】本発明の微量血液採取装置に取り付けられてい
る針の形状を説明する図である。

【図４】本発明の微量血液採取装置の動作の様子を説明
する図である。

【図５】本発明の微量血液採取装置の動作の様子を説明
する図である。

【図６】本発明の微量血液採取装置を手のひらにのる大
きさの血液診断チップ上に搭載した様子とその動作の様
子を説明する図である。

【図７】本発明の微量血液採取装置を手のひらにのる大
きさの血液診断チップ上に搭載した様子を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１１ 針 １２ 受け皿 １３ 膜 １４ 圧縮性を有する板 １５ ガイド板 ２１ 針 ２２ 受け皿 ２３ 膜 ２４ 圧縮性を有する板 ２５ ガイド板 ２６ 皮膚 ２７ 血液 ４１ 受け皿 ４２ 針 ４３ 中空ゴム ４４ 圧縮性を有する板 ４５ ガイド板 ４６ 皮膚 ４７ 血液 ５１ 針 ５２ 板 ５３ 圧縮性を有する板 ５４ ガイド板 ５５ 皮膚 ５６ 受け皿 ５７ 血液 ６１ 診断チップ ６２ 針 ６３ 圧縮性を有する板 ６４ ガイド板 ６５ 皮膚 ６６ 中空ゴム ６７ 流路 ６８ 血液貯め ６９ 流路 ７１ 診断チップ ７２ 針 ７３ 圧縮性を有する板 ７４ ガイド板 ７５ 皮膚 ７６ 中空ゴム ７７ 流路 ７８ 血液貯め ７９ 流路 ８０ ゲル ８１ 電極ａ ８２ 電極ｂ

フロントページの続き (72)発明者 高村 禅 東京都荒川区南千住四丁目９番地２ リバ ーハープ南千住 401号 (72)発明者 小川 洋輝 神奈川県横浜市港北区新横浜２丁目18番地 １ センチュリー新横浜701号室 (72)発明者 菊地 純 東京都港区白金台２丁目14番地６号 Ｆターム(参考） 2G045 AA01 AA13 AA25 CA25 CA26 HA06 JA07 4C038 TA04 TA06 UG03 UG04 UJ01

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中空の血液の受け皿に取り付けた中空の針
   と、当該針の周囲が圧縮変形が可能な物質と皮膚を押さ
   えるガイド板により囲まれ、かつ当該受け皿を構成する
   面の少なくとも一部が圧力を印加することにより弾力変
   形し、また圧力を除去すると形状が復元する性質を有す
   る材料で構成されることを特徴とする微量血液採取装
   置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の血液の受け皿の弾力変形
   および復元性を有する材料で構成された部分に圧力を印
   加し、針を被験者の皮膚に突き刺した後に、印加してい
   た圧力を除去する一連の微量血液の採取方法。
3. 【請求項３】請求項１乃至２に記載の血液の受け皿に独
   立の部品として弾力変形および復元性を有する材料で構
   成されたものを取り付けることを特徴とする微量血液の
   採取方法ならびにその装置。
4. 【請求項４】中空の針を取り付けた板と、当該針の周囲
   が圧縮変形が可能な物質と皮膚を押さえるガイド板によ
   り囲まれ、当該針を取り付けた板に圧力を印加して被験
   者の皮膚に当該針を突き刺した後に、予め容器内の圧力
   を陰圧にしてある血液容器を当該針の皮膚に突き刺した
   部分と反対側の端を突き刺すことを特徴とする微量血液
   の採取方法ならびにその装置。
5. 【請求項５】請求項１および４に記載の中空の針の外径
   が特に０．２ｍｍよりも小さいことを特徴とする微量血
   液採取装置。
6. 【請求項６】請求項１および４に記載の微量血液採取装
   置を、微量血液から種々の検査を行い、診断を行う診断
   チップに取り付けて微量血液の採取と診断を連続的に行
   うことを特徴とする微量血液の採取方法ならびにその装
   置。
7. 【請求項７】請求項６に記載の微量血液採取装置を装備
   した血液検査診断チップにおいて、血液を引き込む系と
   血液の分離や分析を行う系との間のチップ上の流路の少
   なくとも一部が、血液を引き込む系を構成するチップ上
   の流路よりも狭くなっていることを特徴とする微量血液
   の採取方法ならびにその装置。
8. 【請求項８】請求項６に記載の微量血液採取装置を装備
   した血液検査診断チップにおいて、血液を引き込む系と
   血液の分離や分析を行う系との間のチップ上の流路の少
   なくとも一部が、電圧を印加すると体積が収縮するよう
   な性質を有するゲルで埋められており、電圧を印加して
   いないときに血液を引き込む系と血液の分離や分析を行
   う系との間が当該ゲルにより隔離されていることを特徴
   とする微量血液の採取方法ならびにその装置。