JP2004147845A

JP2004147845A - センサーチップ

Info

Publication number: JP2004147845A
Application number: JP2002315831A
Authority: JP
Inventors: Shinya Ochiai; 信哉落合; Masahito Oya; 将人大矢
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2004-05-27

Abstract

【課題】定期的に血糖値など生体内の情報を測定する場合に、患者自身が採血することなく、また表皮を傷付けることなく、比較的安価に生体内の情報を知ることができるようにすることにある。
【解決手段】基体１の絶縁性表面上に、少なくとＩＣチップ３（半導体チップ）、結合コンポーネント２（コイル、アンテナ）、センサー４を具備した回路が形成されていることを特徴とするセンサーチップであり、該センサーチップの一部または全てが、生体適合処理されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、人体や動物などの体内に設置し、生体内部の状態を検知可能なセンサーチップに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
人体をはじめとする生体内の情報（体液中の成分濃度など）を知ることは、医療行為、健康管理、医学研究上重要である。
この為、シリンジや採血管のように中空な針（注射針など）を用いたり、皮膚を針で刺して、体内から血液などの体液を採取して測定を行っている。
一方、特願平０５−１９０６３に、移植可能なセンサが提案されている。これは生物学的適合性のある原料からなるカプセル中に配置され、発信器／受信器を用いて２種類のコード化された情報を非接触的に交換し得る小型化した電気反応器と、カプセルの壁を貫通した少なくとも一つの作用電極および一つの対電極、そして好ましくは対照電極とからなり、各電極と電気反応器とが電気的に接続されており、作用電極は膜の表面を横切って広がり、その内壁は伝導性のポリマーで覆われており、その上に酸化還元酵素が固定される中空繊維を用いた膜からなるもので、電磁気的呼掛け信号により誘電され、センサが血糖値（グルコース含有値）を測定し、測定検出されたグルコース含有値は、体外にある発信器／受信器によって、もし必要であればインシュリンポンプをコントロールするのに使用されるというものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、シリンジや採血管のように中空な針を用いたり、皮膚を針で刺して、体内から血液などの体液を採取する場合は、被採取者に苦痛を生じさせるものである。糖尿病患者のように定期的に血糖値の測定を必要とする場合は、患者自身が採取しなければならず、採取時の操作によっては、感染症などを生じる場合があり、長期間に渡って、表皮を傷付けること無く、血糖値のような生体内の情報を知る手段が望まれていた。
【０００４】
特願平０５−１９０６３にて提案されている移植可能なセンサは、この点を改善する上で優れているものの、前述のように多くの部品をカプセル内外に配置する必要があり、高価なものとなることは容易に予測可能である。
【０００５】
本発明の課題は、定期的に血糖値など生体内の情報を測定する場合に、患者自身が採血することなく、また表皮を傷付けることなく、比較的安価に生体内の情報を知ることができるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る発明は、基材１の絶縁性表面上に、少なくとＩＣチップ３（半導体チップ）、結合コンポーネント２（コイル、アンテナ）、センサー４を具備した回路が形成されていることを特徴とするセンサーチップである。
【０００７】
本発明の請求項２に係る発明は、上記請求項１に係るセンサーチップにおいて前記結合コンポーネント２が、基材１の絶縁性表面上に形成された導電層をエッチング法によりパターンエッチングして形成されていることを特徴とするセンサーチップである。
【０００８】
本発明の請求項３に係る発明は、上記請求項１に係るセンサーチップにおいて前記結合コンポーネント２が、導電性インキを用いて印刷法により形成されていることを特徴とするセンサーチップである。
【０００９】
本発明の請求項４に係る発明は、上記請求項１乃至３のいずれか１項に係るセンサーチップにおいて、前記基材１の絶縁性表面の回路上に、保護フィルム５が積層被覆していることを特徴とするセンサーチップである。
【００１０】
本発明の請求項５に係る発明は、上記請求項１乃至４のいずれか１項に係るセンサーチップにおいて、該センサーチップの一部または全てが、生体適合処理されていることを特徴とするセンサーチップである。
【００１１】
本発明の請求項６に係る発明は、上記請求項５に係るセンサーチップにおいて前記生体適合処理が、ヘパリンコーティングにより施されていることを特徴とするセンサーチップである。
【００１２】
本発明の請求項７に係る発明は、上記請求項１乃至６のいずれか１項に係るセンサーチップにおいて、前記センサー４が、少なくともグルコースを検知可能であることを特徴とするセンサーチップである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面に従って以下に詳細に説明すれば、本発明のセンサーチップは、図１の平面図及び図２の側断面図に示すように、例えば、フィルム状基板等の基材１の絶縁性表面上に、結合コンポーネント２（導電性材料によりパターン形成されたコイル、アンテナ）と、ＩＣチップ（データ演算制御用マイクロプロセッサ、メモリ等の集積回路を搭載した半導体チップ）と、センサー４とを配置した回路が形成されている。
【００１４】
本発明のセンサーチップは、読取手段（リーダー）より発射される電磁波や磁場などにより、直接接触すること無しに、結合コンポーネント２に電圧が誘起され、センサー４およびＩＣチップに電力が供給される。
【００１５】
この電力により、センサー４は、目的とする生体内の物理的、化学的データを検知し計測して電気信号として読み取り、その電気信号をＩＣチップ３に伝えるものである。
【００１６】
ＩＣチップ３は、センサー４からの電気信号を送信可能な信号に変換すると共に、メモリに記憶されている各種情報を併せて、結合コンポーネント２を通して電磁波や磁場などにより、直接接触すること無しに読取手段に対し発信する。また、読取手段は書込機能を搭載することにより、読取手段から情報を発信し、ＩＣチップ３に書き込むことも可能である。
【００１７】
本発明における結合コンポーネント２は、導電率が良好な金属または金属を主体とする成分材料より成り、エッチング法、印刷法などにより、フィルム状基板等の基材１の絶縁性表面上に形成される。
【００１８】
前記結合コンポーネント２は、導電性材料によりパターン形成されたコイルやアンテナであり、通常、マイクロ波やラジオ波などの電磁波により読取手段との信号のやり取りをする場合にはアンテナとよばれ、磁場により信号のやり取りするものはコイルと呼ばれている。
【００１９】
本発明におけるセンサー４は、生体内の血液など体液中の酸素や二酸化炭素などのガス濃度、グルコースなど体液成分（血液成分など）を検知するもので、これらを電気信号として出力可能であれば公知のものが利用可能である。温度、酸素濃度、炭酸ガス濃度等は、それぞれ熱検出素子（サーミスターなど）、酸素電極、炭酸ガス電極が、そのままセンサー４として利用可能である。
【００２０】
また、血液等の体液成分組成を確認する場合には、酵素固定化膜と電極とを組み合わせた酵素センサーが好適に利用可能である。これは、高分子膜などに酵素を固定化することにより分子識別素子とし、この分子識別素子で消費あるいは生成された化学物質を、酸素電極、白金電極、ｐＨ電極、炭酸ガス電極などの物理化学的デバイスで検出、電気信号に変換するものである。
【００２１】
一例を挙げると、血中のグルコースは酵素としてグルコースオキシダーゼを固定化した酵素固定化膜と酸素電極、過酸化水素はカタラーゼを固定化した酵素固定化膜と酸素電極、アミノ酸はアミノ酸オキシダーゼを固定化した酵素固定化膜とアンモニアガス電極との組み合わせで検出可能である。
【００２２】
ＩＣチップ３（半導体チップ）およびセンサー４の基材１（例えばフィルム状基板）への搭載方法は、所謂、ＩＣカードに半導体チップを搭載する方法等が利用可能であり、精密ロボット、導電性接着剤精密吐出装置、レーザー加工機などが組み合わされて搭載方法に使用され、ＩＣチップ３がフィルム状基板１上に搭載される。
【００２３】
本発明によるセンサーチップは、耐久性を高めるために、図２、３に示すように、基材１（例えばフィルム状基板）の回路が形成された面に、さらにプラスチック製の絶縁性保護フィルム５を、接着剤６を介して積層しても良い。積層方法は、ウレタン系接着剤など、衛生性に優れた既存の接着剤６を用いて行う。
【００２４】
さらに本発明によるセンサーチップは、生体適合性を高めるために、生体適合処理が施される。具体的には、ヘパリンおよびその誘導体のコーティングが有効である。コーティングにより固定化する方法としては、イオン照射により化学的に固定化する方法、ヘパリンがマイナスに荷電することを利用したイオン結合法や、ヘパリンおよびその誘導体のカルボキシル基、水酸基、アミノ基を利用して固定化する方法などがあり、利用可能である。
【００２５】
本発明のセンサーチップの利用方法は、あらかじめ被験者の体内に埋め込んでおき、例えば血糖値を被験者に苦痛を与えることなく瞬時に測定し、インシュリン投与などが速やかにできるようにするもので、本発明によるセンサーチップより発信される情報としては、測定値の他に、日時、過去の履歴（例えば過去の測定値など）、個別情報（例えば、患者情報など）を記憶、発信可能である。
【００２６】
【実施例】
本発明のセンサーチップの具体的な実施例を以下に詳細に説明する。
【００２７】
＜実施例１＞
図１の平面図、図２の側断面図に示す構成のセンサーチップであり、結合コンポーネント２（コイルまたはアンテナ）と、ＩＣチップ３（半導体チップ）と、測定センサー４とが、ポリエステルからなるフィルム状基材１上に設けられたものである。結合コンポーネント２は、導電性インキを使用して、印刷法により、図１に示すようにパターン形成した。
【００２８】
前記センサー４には、酵素としてグルコースオキシダーゼを固定化した酵素固定化膜と酸素電極によるグルコースセンサーを使用し、そのセンサー４先端部が基材１を貫通して露呈するようにして設けた。
【００２９】
センサー４およびＩＣチップ３を、ポリエチレンやポリエチレンテレフタレート樹脂シートを用いた基材１に固定する方法としては、ＩＣチップ３と結合コンポーネント２が接続通電して回路を形成する電極部分には、ホットメルト型導電性接着剤を、その他の基材１とＩＣチップ３の電極以外の部分には、ホットメルト型絶縁性接着剤を使用した。さらに、その上からポリエチレンフィルムやポリエチレンテレフタレートフィルムを積層した。積層にはウレタン系接着剤を用いた。さらに、センサー４の部分を除いて、センサーチップの全表面にイオン照射法によりヘパリンを固定化して、本発明のセンサーチップを作製した。
【００３０】
次に、本実施例１により作製したセンサーチップをラットの体内に埋め込み、外部読取手段を使用して該センサーチップに対して、誘電用の電界（又は磁界）を発信して、結合コンポーネント２に測定用の起電力を発生させ、測定送受信制御用のＩＣチップ３に電力を供給して測定動作させたところ、ＩＣチップ３を介してグルコースセンサー４にて生体内の血液成分が測定され、その測定信号が結合コンポーネント２を介して外部読取手段に送信されて、血液成分中の血糖値データが得られた。
【００３１】
＜実施例２＞
図１の平面図、図２の側断面図に示す構成のセンサーチップであり、結合コンポーネント２（コイルまたはアンテナ）と、ＩＣチップ３（半導体チップ）と、測定センサー４とが、ポリエステルからなるフィルム状基材１上に設けられたものである。結合コンポーネント２は、予め基材１上に蒸着法又はコーティング法などにて設けられた銀層を、エッチング液とレジストを用いてパターンエッチングする方法により設けた。なお、前記センサー４には、二酸化炭素測定用センサーを使用した。
【００３２】
センサー４およびＩＣチップ３を、ポリエチレンやポリエチレンテレフタレート樹脂シートを用いた基材１に固定する方法としては、ＩＣチップ３と結合コンポーネント２が接続通電して回路を形成する電極部分には、ホットメルト型導電性接着剤を、その他の基材１とＩＣチップ３の電極以外の部分には、ホットメルト型絶縁性接着剤を使用した。さらに、その上からポリエチレンフィルムやポリエチレンテレフタレートフィルムを積層した。積層にはウレタン系接着剤を用いた。さらに、センサー４の部分を除いて、センサーチップの全表面にイオン照射法によりヘパリンを固定化して、本発明のセンサーチップを作製した。
【００３３】
次に、本実施例２により作製したセンサーチップをラットの体内に埋め込み、外部読取手段を使用して該センサーチップに対して、誘電用の電界（又は磁界）を発信して、結合コンポーネント２に測定用の起電力を発生させ、測定送受信制御用のＩＣチップ３に電力を供給して測定動作させたところ、ＩＣチップ３を介して二酸化炭素測定用センサー４にて生体内の血液中の二酸化炭素濃度が測定され、その測定信号が結合コンポーネント２を介して外部読取手段に送信されて、血液中の二酸化炭素濃度データが得られた。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によるセンサーチップは、少なくとＩＣチップ（半導体チップ）、結合コンポーネント（コイル、アンテナ）、センサーを具備して回路が形成され、生体適合性を附与したので、安価であり、読取手段（リーダ）を用いて生体内の体液情報を即座に確認することができる。このため、患者の負担を軽減した治療が可能になり、また、電池などによる電源供給の必要性が無いので、一度埋め込めば、一生涯使用が可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセンサーチップの一例を示した平面図。
【図２】本発明のセンサーチップの一例を示した側断面図。
【図３】本発明のセンサーチップの他の例を示した側断面図。
【符号の説明】
１…基材（フィルム状基材）２…結合コンポーネント
３…ＩＣチップ（半導体チップ）４…センサー５…フィルム６…接着剤

Claims

基材の絶縁性表面上に、少なくとＩＣチップ（半導体チップ）、結合コンポーネント（コイル、アンテナ）、センサーを具備した回路が形成されていることを特徴とするセンサーチップ。
前記結合コンポーネントが、基材の絶縁性表面上に形成した導電層をエッチング法によりパターンエッチングして形成されていることを特徴とする請求項１記載のセンサーチップ。
前記結合コンポーネントが、導電性インキを用いて印刷法により形成されていることを特徴とする請求項１記載のセンサーチップ。
前記基材の絶縁性表面の回路上に、絶縁性フィルムが積層被覆していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のセンサーチップ。
請求項１乃至４のいずれか１項記載のセンサーチップにおいて、該センサーチップの一部または全てが、生体適合処理されていることを特徴とするセンサーチップ。
前記生体適合処理が、ヘパリンコーティングにより施されていることを特徴とする請求項５記載のセンサーチップ。
前記センサーが、少なくともグルコースを検知可能であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載のセンサーチップ。