JP2004208888A - 採血針、それを用いた採血システム及び採血針一体型センサ - Google Patents

Abstract

【課題】血液を確実に採血する採血針、それを利用した採血システム及び採血針一体型センサを提供する。
【解決手段】少なくとも一部に液体を検知することができる検知手段を有する採血針。採血システムは、先端またはその近傍に一対の検知用電極を有する中空針からなる採血針、採血針の中空孔にパイプで連結された吸引装置、および前記一対の電極間の抵抗値または導電率により採血針の先端付近における体液の有無を検知し、体液の有無に応じて前記吸引装置の動作をオンオフ制御する制御手段を具備する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定対象物を迅速かつ定量的に測定するための採血針、それを用いた採血システム、及び採血針一体型のセンサシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
中空針を通して吸引装置により血液を吸引するシステム（特許文献１参照特開平４−３３８４５８号公報）や中空針とセンサを一体化したデバイスを用いて吸引装置により中空針を通して血液を採血するデバイス（特許文献２参照特開２００１−１３３４３０号公報）等が開発されている。しかし、これらのシステム及びデバイスは、いずれも血液を吸引できるものの吸引中に気泡が混入した場合には、センサが誤動作するおそれがある。また、気泡の混入は、微量な血液を採集する場合には著しく発生する。特に、糖尿病患者がランシング後、採血する際には気泡が混入しやすい。従って、一般の人々が家庭などで簡易に測定対象物、例えば血糖値を定量する場合に使用する採血デバイスとしては適切でない。
【０００３】
近年開発が進んでいる使い捨て型のグルコースセンサにおいては、測定器に着脱可能に接続されたセンサに試料を導入するだけで容易にグルコース濃度を測定器で測定することができる。そのようなグルコースセンサを用いた測定では、数μｌの試料量で試料中の基質濃度を容易に求めることが可能である。このようなバイオセンサに、簡易に適用できる採血デバイスあるいはシステムの開発が各方面において切望されている。
【特許文献１】
特開平４−３３８４５８号公報
【特許文献２】
特開２００１−１３３４３０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、測定に必要なサンプル量の更なる微量化が求められていることから、極微量サンプルを確実に採血する技術の開発が、各方面において切望されている。従来の採血デバイスでは、極微量な試料量における採血の場合、血液に中空針の先端が接触することなく吸引を始めたり、吸引採血の途中で気泡が入ったりする場合があった。その結果、充分な採血量を確保できなかったりセンサが誤動作を起こしたりする場合が多かった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明の採血針は、少なくとも一部に液体を検知することができる検知手段を有している。
この採血針は、好ましくは中空針または溝を有する穿刺可能な形状を有する。
前記検知手段は、少なくとも一対の検知用電極であり、一対の電極間の抵抗値または導電率を検知することにより体液の有無を検知するのが好ましい。
【０００６】
本発明は、試料液供給路内に露出して少なくとも作用極および対極を有する電極系、および酸化還元酵素を含む試薬層を有するセンサ、並びに前記センサの試料液供給路と連通する中空孔を有する採血針からなり、前記採血針が液体を検知することができる検知手段を有する採血針一体型センサを提供する。
本発明は、先端またはその近傍に一対の検知用電極を有する中空針からなる採血針、前記採血針の中空孔にパイプで連結された吸引装置、および前記一対の電極間の抵抗値または導電率により前記採血針の先端付近における体液の有無を検知し、体液の有無に応じて前記吸引装置の動作をオンオフ制御する制御手段を具備する採血システムを提供する。
【０００７】
さらに、本発明は、先端またはその近傍に一対の検知用電極を有する中空針からなる採血針、前記採血針の中空孔に連通する試料液供給路を有し、その試料液供給路内に露出して少なくとも作用極および対極を有する電極系、および酸化還元酵素を含む試薬層を有する採血針一体型センサ、
前記センサの試料液供給路の末端にパイプで連結された吸引装置、および
前記一対の検知用電極間の抵抗値または導電率により前記採血針の先端付近における体液の有無を検知し、体液の有無に応じて前記吸引装置の動作をオンオフ制御する制御手段を具備するセンサシステムを提供する。
前記採血針は、中空孔の末端側に検知用電極をさらに有し、前記制御手段が、前記先端またはその近傍の検知用電極と前記中空孔の末端側の電極により、採血針へ吸引された体液に気泡が混入しているか否かを検出するように構成されることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の採血針は、採血路として好ましくは中空孔または溝を有する穿刺可能な形状を有している。中空孔の内径または溝の幅は、１〜１０００μｍの大きさを有し、さらに好ましくは５０〜５００μｍの大きさを有する。針の形状は、先端が鋭角となった柱状でその断面が半円形、円形、楕円形、六角形、八角形、ひし形、長方形、正方形、三角形などいずれでもよい。また三角錐のようなものでもよい。
【０００９】
液体を検知する検知手段としては、光学系を用いて液体を検知する手段、すなわち光源、例えばレーザ、ランプ、ＬＥＤと光検出器との組み合わせを用いることもできる。しかし、検知手段としては、電極が好ましい。一対の電極間の電気抵抗または導電率を測定することにより、体液（血液）を検知することができる。その設置位置としては、検知用電極が針の先端またはその近傍に存在していることが望ましい。その場合、採血針の内側または外側いずれでもよい。このような採血針を用いれば、採血針の先端が血液に接触していることを確認した後に吸引採血することができる。電極の材料としては、貴金属が好ましい。
検知用電極が針の先端またはその近傍と、採血路となる中空孔または溝において針の先端から離れた位置、すなわち下流側とに存在していると、両電極により、吸引採血中に気泡が混入した場合にはこれを検知することができる。
【００１０】
本発明の採血システムは、先端またはその近傍に一対の検知用電極を有する中空針からなる採血針、前記採血針の中空孔にパイプで連結された吸引装置、および前記一対の電極間の抵抗値または導電率により前記採血針の先端付近における体液の有無を検知し、体液の有無に応じて前記吸引装置の動作をオンオフ制御する制御手段を具備する。この採血システムによれば、採血針の先端またはその付近に存在している検知用電極により、採血箇所に穿刺後、針先端が血液に接触していることを確認して、吸引採血できる。従って、確実な吸引採血を実現することができる。
【００１１】
前記の採血システムが、さらに採血針における採血路の下流側に検知用電極を有すると、穿刺後、吸引採血する際に、気泡が混入しているか否かを検出することができる。従って、あらかじめセンサが誤動作することを防止できる。
【００１２】
上記の採血システムにおいて、センサを前記針と一体にした採血針一体型センサを用いれば、上記と同様に採血針の先端付近における体液の有無を検知し、体液の有無に応じて前記吸引装置の動作をオンオフ制御し、さらには採血針における採血路の下流側の検知用電極を利用して、吸引採血する際に、気泡が混入しているか否かを検出することができる。従って、あらかじめセンサが誤動作することを防止できる。
このように本発明の採血針とセンサを一体化することにより、採血とセンシングを同時に実施することができる。これによってセンシングの誤動作を防ぐことできるとともに作業工程を著しく減少させることもできる。
【００１３】
本発明において、採血針本体は、半導体、金属、セラミックあるいはプラスティックのいずれかあるいはそれらの混合物から形成される。好ましくは金属である。採血針本体の材料して金属などの導電性を有する材料を利用する場合には、電極を形成する部分にあらかじめ電気絶縁性物質をコーティングする必要がある。そのコーティング材としては、剛性を有する材料であれば用いることができる。
【００１４】
本発明に用いられるセンサは、試料液供給路内に露出して少なくとも作用極および対極を有する電極系、および酸化還元酵素を含む試薬層を有する。酸化還元酵素は、測定対象物質を基質とする酵素であり、グルコースを測定対象とするセンサでは、グルコースオキシダーゼを用いる。試薬層は、通常電子メディエータを含む。電子メディエータは、酸化還元酵素との電子伝達能を有するレドックス化合物から選択される。
センサの作用極としては、電子伝達体を酸化する際にそれ自身が酸化されない導電性材料であれば用いることができる。例えば、パラジウム、白金などの貴金属およびカーボンである。対極にはパラジウム、銀、白金、カーボン等の一般的に用いられる導電性材料であれば用いることができる。
センサの基板およびカバー部材には、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、飽和ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂、または尿素樹脂、メラニン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられる。なかでも、電極との密着性の点から、ポリエチレンテレフタレートが好ましい。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明する。採血針本体及び電極の形状、加工技術および材質は以下に示す実施例に限定されるものではない。
【００１６】
《実施例１》
本実施例の採血針を図１に示す。図２はその採血針を用いた採血システムの概略構成を示す。
この採血針１は、例えば市販の中空針（ミサワ医科社製、２８Ｇ、内径：１８０μｍ）に、その中空孔２の内面を含めて全体に約１０μｍ厚のポリスチレン膜３を形成し、先端にパラジウムをスパッタリングして１対の電極セット４および５を形成している。ポリスチレン膜は、溶媒、例えばアセトニトリルに溶解したポリスチレンの溶液に中空針を浸漬し、取り出した直後に、乾燥圧縮空気を孔２に導入し、余分なポリスチレンを除去することにより形成する。電極４および５は、厚み２μｍ、大きさ２μｍ×２μｍである。
【００１７】
上記の採血針１を用いた血液採取システムは、例えばペリスタポンプ（アトー社製）からなる吸引装置１１、この吸引装置１１と採血針１の後端とを接続するパイプ１２（外径：０．５ｍｍ）、および制御手段１０を有する。制御手段１０は、電極４および５に電気的に接続されており、両電極間の抵抗により針先端部における試料液の有無を検知する。制御手段１０は、試料液の有無に応じて吸引装置１１を制御する。すなわち、針先端に試料液があるときは吸引装置を作動させ、試料液がないときは吸引装置を停止させる。したがって、この血液採取システムによれば、採取する血液に気泡が入るのを抑制することができる。
【００１８】
このシステムを用いて、以下のようにして２μｌの血液を吸引した。まず、ポリエチレン製板の上に２μｌの血液を滴下した。その血液に上記の採血針１の先端を接触させると、ペリスタポンプが作動して血液を吸引した。ポリエチレン製板に血液が無くなるとほぼ同時にペリスタポンプが停止した。これは、針の先端付近に血液が無くなり、電極間の抵抗が上昇したためである。このシステムを用いて確実に採血することができる。
【００１９】
《実施例２》
図３は、本実施例の採血針の縦断面図である。この採血針は、図１の採血針１の孔２の後部側に、１対の電極６および７を追加したものである。電極６および７は、電極４および５と同様にパラジウムのスパッタリングにより作製した。この採血針を用いた採取システムは、制御手段１０と電極６および７とを電気的に接続し、電極４、５、６、７間の電気抵抗により吸引装置１１を制御するようにした点が図２のシステムと異なる。すなわち、まず、針先端が血液に接触すると、電極３、４間の抵抗値減少によりポンプが作動し、血液を吸引し始める。そして、針の孔内に血液が充満すると、針先端の電極と末端の電極間の抵抗値が減少する。その抵抗値を基準としてその後抵抗値が上昇するとポンプが停止するようにプログラムされている。
【００２０】
このシステムを用いて、以下のようにして１０μｌの血液を吸引した。まず、ポリエチレン製板の上に、あらかじめ故意に気泡を入れた１０μｌの血液を滴下しておく。その血液に上記の採血針の先端を接触させると、ペリスタポンプが作動して血液を吸引した。吸引途中で、滴下した血液滴中の気泡を吸引するとほぼ同時にペリスタポンプが停止した。これは、針が気泡を吸引したために、針先端の電極と末端の電極間の抵抗値が上昇したためである。このシステムを用いて採血中の気泡混入を確実に検知することができる。
【００２１】
《実施例３》
本実施例の採血システムを図４に示す。この採血システムは、図２のシステムにおいて、針１にセンサ２０を一体に組み合わせた例である。
センサ２０を以下に説明する。図５はセンサの分解斜視図であり、試薬層は省略している。図６はセンサの縦断面図である。
２１はポリエチレンテレフタレートからなる絶縁性の基板を表す。この基板に蒸着法によりパラジウム薄膜２２を形成し、レーザートリミングによって２つに分割し、電極パターンを形成している。２３は薄膜が除かれた部分を示す。分割された薄膜の領域の一方は作用極２４およびそのリード部、他方は対極２５およびそのリード部として働く。電極面積の規定は、このパターン形状と、後述する試料液供給路を形成するためのスリットを有するスペーサを基板２１に張り合わせることによって行い、作用極２４と対極２５を含む電極系を形成してある。
【００２２】
基板２１の電極系（作用極２４および対極２５）を被覆する位置で、かつ試料液供給路に露出する位置に、親水性高分子カルボキシメチルセルロース、酸化還元酵素のグルコースオキシダーゼおよび電子メディエータのフェリシアン化カリウムを含む水溶液を滴下し、乾燥することにより試薬層３１が形成され、その上に界面活性剤であるレシチンを含有する界面活性剤層３２が形成されている。
このようにして電極系および試薬層を形成した基板２１に、カバー部材である空気孔２９を備えたカバー２８およびスぺーサ２６を、図５中に一点鎖線で示すような位置関係をもって接着してバイオセンサが組み立てられる。このバイオセンサでは、基板２１とカバー２８との間において、スぺーサ２６のスリット２７の部分に、試料液供給路を構成する空間部が形成される。スリット２７の開放端３０は、前記試料液供給路の開口部となる。
【００２３】
このセンサ２０を図１に示す針１と組み合わせることにより、採血針一体型センサを構成する。すなわち、センサ２０の試料供給口３０と針１の孔２とが連通するように、例えば中継パイプを填め合わせ、両者を接着剤により接着する。吸引装置１１は、パイプ１３によりセンサ２０の空気孔２９に連結する。基板２１の空気孔２９は、試料液供給路に連通しているので、試料供給口３０に針１を通して試料が到達すれば、毛管現象により試料は容易に試料液供給路内にある試薬層に達する。
【００２４】
このシステムを用いて、以下のようにして２μｌの血液を吸引した。まず、ポリエチレン製板の上に２μｌの血液を滴下し、その血液に上記の採血針の先端を接触させるとペリスタポンプが作動して血液を吸引した。ポリエチレン製板に血液が無くなるとほぼ同時にペリスタポンプが停止した。これは、針の先端付近に血液が無くなり電極間の抵抗が上昇したためである。
このシステムを用いて一定量のグルコースを含む血液を試料としてグルコース濃度の測定を行った。本実施例では、ポリエチレン製板の上に各濃度のグルコースを含む２μｌの血液を滴下し、その血液を針に吸引させた後、一定時間経過後に、対極を基準にして作用極に３００ｍＶの電圧を印加した。この電圧印加により、作用極と対極との間に流れた電流値を測定したところ、試料中のグルコース濃度に比例した電流応答が観察された。また、一連の実験中も確実に採血することができた。
【００２５】
《実施例４》
本実施例では、実施例２のシステムにおいて、図３のように２組の電極を有する針に実施例３のセンサ２０を組み合わせる。この構成によれば、針１の孔２内に気泡が混入した場合には、これを検知できるから、測定を中止し、センサの誤動作を未然に防止することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明の採血針によれば、微量な血液を確実に採血することができる。この採血針とセンサを一体化することにより、採血とセンシングを同時に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における採血針の縦断面図である。
【図２】同採血針と制御手段を有する採血システムの構成を示す略図である。
【図３】本発明の他の実施の形態における採血針の縦断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態における採血針一体型センサを有する採血システムの構成を示す略図である。
【図５】採血針一体型センサに用いられるセンサの試薬層を除いた分解斜視図である。
【図６】同センサの縦断面図である。
【符号の説明】
１ 採血針
２ 孔
３ ポリスチレン膜
４、５ 先端電極
６、７ 末端電極
１２、１３ パイプ
１１ 吸引装置
１０ 制御手段
２０ グルコースセンサ
２４ 作用極
２５ 対極
２７ 試料液供給路を構成するスリット
３０ 開口部
３１ 試薬層

Claims (9)

1. 少なくとも一部に液体を検知することができる検知手段を有することを特徴とする採血針。
2. 前記採血針が中空針または溝を有する穿刺可能な形状を有する請求項１記載の採血針。
3. 前記検知手段が電極であり、電極間の抵抗値または導電率を検知することにより体液の有無を検知する請求項１記載の採血針。
4. 前記検知用電極が、針の先端またはその付近に存在している請求項１記載の採血針。
5. 前記検知用電極が、針の先端またはその近傍と、針の採血路において前記検知用電極より下流の位置に存在している請求項１記載の採血針。
6. 試料液供給路内に露出して少なくとも作用極および対極を有する電極系、および酸化還元酵素を含む試薬層を有するセンサ、並びに前記センサの試料液供給路と連通する中空孔を有する採血針からなり、前記採血針が液体を検知することができる検知手段を有することを特徴とする採血針一体型センサ。
7. 先端またはその近傍に一対の検知用電極を有する中空針からなる採血針、前記採血針の中空孔にパイプで連結された吸引装置、および前記一対の電極間の抵抗値または導電率により前記採血針の先端付近における体液の有無を検知し、体液の有無に応じて前記吸引装置の動作をオンオフ制御する制御手段を具備することを特徴とする採血システム。
8. 先端またはその近傍に一対の検知用電極を有する中空針からなる採血針、前記採血針の中空孔に連通する試料液供給路を有し、その試料液供給路内に露出して少なくとも作用極および対極を有する電極系、および酸化還元酵素を含む試薬層を有する採血針一体型センサ、
   前記センサの試料液供給路の末端にパイプで連結された吸引装置、および
   前記一対の検知用電極間の抵抗値または導電率により前記採血針の先端付近における体液の有無を検知し、体液の有無に応じて前記吸引装置の動作をオンオフ制御する制御手段を具備することを特徴とするセンサシステム。
9. 前記採血針が中空孔の末端側に検知用電極をさらに有し、前記制御手段が、前記先端またはその近傍の検知用電極と前記中空孔の末端側の電極により、採血針へ吸引された体液に気泡が混入しているか否かを検出するように構成された請求項８記載のセンサシステム。

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