JP2007155622A - 針付きバイオセンサチップ及びバイオセンサシステム - Google Patents

Abstract

【課題】検査対象者の採取や採血負担を軽減できるとともに安全な針付きバイオセンサチップを提供する。
【解決手段】互いに対向する２枚の基板３、９、これら２枚の基板３、９間に挟装されるスペーサ層８と、前記２枚の基板３、９の少なくとも１枚の基板のスペーサ層側の表面に設けられた検知用電極４、５と、前記２枚の基板３、９及び前記スペーサ層８により形成される中空反応部１０と、前記中空反応部１０に試料を導入する開口部１２と、生体内で溶解可能な針２とを有する針付きバイオセンサチップ１。
【選択図】 図２

Description

本発明は、チップの中空反応部に収容した試薬を用いて化学物質の測定や分析を行う針付きバイオセンサチップ及びバイオセンサシステムに関する。

針付きバイオセンサチップを用いた測定では、測定対象の試料をバイオセンサチップの中空反応部に導入し、該中空反応部で酵素反応や抗原−抗体反応等の生化学反応を起こし、この生化学反応により得られる情報をバイオセンサチップから測定装置に出力して試料の分析を行うものである。バイオセンサチップによる測定は、生体の持つ優れた分子識別機能を利用するものであり、微量な試料でもって化学物質の迅速かつ簡便な測定を可能にするものとして注目されている。一例として、バイオセンサチップによる測定方法を用いて、血液中のグルコース量（血糖値）や尿糖値を測定することができ、糖尿病を自己管理し予防する家庭内健康診断（セルフケア）等に使用することが可能である。

従来のバイオセンサチップの一例として下記２件の特許文献がある。特許文献１に記載された皮膚パッチは、図７に示すように、皮膚パッチ１００には２個の層１０１、１０２が形成され、層１０１に一定の針、ランセットまたはカニューレ等の侵入装置１０３、及び圧力リング１０４が取り付けられている。２個の層１０１、１０２の間には微小通路システム１０６があり、略中央に分配ポート１０５が形成されている。微小通路システム１０６に対応して、電気化学的な各検出器１０７、疎水性ゲート１０８、電気−浸透圧型ポンプ・システム１０９が配置されている。

また、特許文献２に記載された血液成分分析用センサでは、図８（Ａ）に示すように、センサ２００は、絶縁基板２０１の上にスペーサ層２０２を介して基板２０３が配置されている。絶縁基板２０１では、作用電極２０４及び対電極２０５が形成され、また、ランセット針若しくは刃を貫通させるための貫通孔２０６が形成されている。スペーサ層２０２にはランセット針若しくは刃を貫通させるための貫通孔および流路を兼ねる空隙２０７が形成され、基板２０３には空気抜孔２０８が形成されている。このセンサ２００の使用方法は、センサ２００に専用測定器（図示せず）をセット後、図８（Ｂ）に示すように、センサ２００を指２０９の腹の上に配置し、ランセットの針２１０で穿刺することで血液を採取することができる。

特表２００４−５２０１０３号公報 特開２００５−１１０７１２号公報

近年、バイオセンサチップの小型化、微小化が望まれている。これは、検査対象者の試料採取の負担を軽減すべく、微量の試料で正確かつ迅速に検査結果を導き出すためである。一例として、採血による血糖値の測定では、対象者自らが採血することがあり、採血時間が短く、かつ、採血量が少ないことが対象者の負担を軽減できる。特許文献１に記載の手法では、針により採血を開始するが、針が検査対象者に刺さったままの状態で採血を行わなければならなく、検査対象者の負担増が考えられる。また、特許文献２に記載の手法では、針の可動機構を別途必要となるばかりでなく、小さいバイオセンサチップでは、針の刺す場所を間違えると再度の刺し直が必要となる場合があり、検査対象者の負担が大きくなることが考えられる。さらに、試料の採取量や採血量が小さいバイオセンサチップでは、針も小型となるため、針が折れやすくなることが考えられる。特に、採取中や採血中に針が折れた場合は、折れた針の一部が体内に残存し、針の回収に対象者の身体的及び精神的負担が大きくなることが考えられる。

本発明の目的は、検査対象者の採取や採血負担を軽減できるとともに安全な針付きバイオセンサチップを提供することにある。

本発明に係る針付きバイオセンサチップは、互いに対向する２枚の基板と、前記２枚の基板間に挟装されるスペーサ層と、前記２枚の基板の少なくとも１枚の基板のスペーサ層側の表面に設けられた検知用電極と、前記２枚の基板及び前記スペーサ層により形成される中空反応部と、前記中空反応部に試料を導入する開口部と、生体内で溶解可能な針とを、有していることである。

上記構成の針付きバイオセンサチップによれば、試料採取中に針が折れた場合でも、折れた針の一部が体内で溶解するので、体内から折れた針を回収する必要がなくなる。また、溶解可能な針は、体内で溶け、そのまま放置しても、からだに悪い影響を与えない成分により作成されている。

また、本発明に係る針付きバイオセンサチップは、前記針は中空であり、前記針の先端が前記開口部から突出していることが望ましい。

また、本発明に係る針付きバイオセンサチップは、前記針は、前記中空反応部に備えられていることが望ましい。

また、本発明に係る針付きバイオセンサチップは、前記針は中実であり、前記針の先端が前記開口部から突出していることが望ましい。

また、本発明に係る針付きバイオセンサチップは、前記針は、前記開口部に備えられており、突出していない他端には前記中空反応部に試料を導入する流路を備えていることが望ましい。

また、本発明に係る針付きバイオセンサチップは、前記針は、糖類からなることが望ましい。

また、本発明に係るバイオセンサシステムは、上述した針付きバイオセンサチップとバイオセンサ測定器とを有している。

本発明に係る針付きバイオセンサチップ及びバイオセンサシステムによれば、溶解可能な針を用いているので検査対象者の採取や採血負担を軽減できる。また、針が溶解するため、採取中や採血中に針が折れたときであっても、検査対象者の安全に配慮したバイオセンサチップが提供できる。

本発明に係る針付きバイオセンサチップ及びバイオセンサシステムの実施の形態の一例を、図面を参照しながら以下に詳細に説明する。図１は本発明に係る針付きバイオセンサチップの斜視図であり、図２（Ａ）は上面方向からみた説明図、図２（Ｂ）は正面方向からみた説明図、図２（Ｃ）側面方向からみた説明図である。

針付きバイオセンサチップ１は、細長い長方形状であって、前方で針２が突出している。正面からみて、一番下側には基板３が備えられ、この基板３は後方において、幅が狭くなっている。基板３は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）で作成することができる。基板３の上には２つの検知用電極４、５が配置されており、これらの検知用電極４、５は、例えば、カーボンを基板３上に印刷等により形成することができる。一方の検知用電極４は、前方ではＬ型形状で、後方ではクランク形状となっており、基板３の前方及び側方を沿うように配置されている。他方の検知用電極５は、前方では逆Ｌ型形状で、後方ではクランク形状となっており、前方部分において一方の検知用電極４と若干の間隔をあけて略平行に配置され、かつ、基板３の側方を沿うように配置されている。

２つの検知用電極４、５の上には、レジスト６が備えられ、このレジスト６の前方中央部に細長いスリットが形成されている。また、レジスト６の後方は基板３よりも短く、バイオセンサチップ１の後方部分で検知用電極４、５が露出した構成となっている。レジスト６の上面には接着材７を介してスペーサ層８が貼られており、このスペーサ層８の形状はレジスト６と略同様であり前方中央部で細長いスリットが形成されている。スペーサ層８の上面では基板９が固定されており、基板９の材料としては基板３同様、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が採用可能である。基板及び基板の材質はＰＥＴ以外の絶縁性材料のフィルムであってもよく、絶縁性材料としては、セラミックス、ガラス、紙、生分解性材料（例えば、ポリ乳酸微生物生産ポリエステル等）、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリブチレンテレフタレート等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化樹脂、ＵＶ硬化樹脂等のプラスチック材料を例示することができる。機械的強度、柔軟性、及びチップの作製や加工の容易さ、折り加工の容易さ等から、ポリエチレンテレフタレート等のプラスチック材料が好ましい。

この針付きバイオセンサチップ１は、基板９と基板３及びレジスト６・スペーサ層７のスリットにより中空反応部１０が形成されている。中空反応部１０は、針付きセンサチップの使用時に試料を導入し、導入された試料が化学反応する部分である。中空反応部１０では、２つの検知用電極４、５の一部が露出しており露出した検知用電極４、５の直上或いは近傍に試薬１１が備えられている。この試薬１１は、触媒、酵素等の生化学反応をさせるためであり、試料の化学反応が促進される。例えば、血液中のグルコース量を測定するグルコースバイオセンサチップの場合は、試薬１１として、グルコースオキシダーゼや、グルコースオキシダーゼ−電子受容体（メディエータ）混合物層、グルコースオキシダーゼ−アルブミン混合物層、又はグルコースオキシダーゼ−電子受容体−アルブミン混合物等が用いられる。グルコースオキシダーゼ以外の酵素、例えばグルコースデヒドロゲナーゼ等を用いる場合もあり、添加剤として緩衝剤や親水性高分子等を試薬中に含めてもよい。

中空反応部１０には、針２が備えられており、中空反応部１０の開口部１２から針の先端が突出している。針２は中空又は中実であって、その形状は胴部が円柱形状であり、先端部は円錐形状となっている。針の形状については特に限定はなく円錐形状のみでもよく、また、多角錐形状であってもよい。この針２は、溶解可能な材料から構成されており、例えば、試料として血液を採取する際に検査対象者の皮膚に刺して針２が溶解することで血液を開口部１２から流路を経由して中空反応部１０に導入することができる。針２は、スペーサ層８のスリット部分により保持されており、その保持方法は、スペーサ層８のスリット部分に圧入して固定したり、或いは、接着材により固定可能である。接着材を用いた場合は、試薬１１に影響を及ぼすことがなく、更に、測定や分析に影響を及ぼすことがないような材料を選択する。血液採取の場合、接着材が検査対象者の皮膚と接触することがないように、接着箇所を考慮する必要がある。

針２は、試薬１１と間隔をあけて配置しておくと、試薬１１の活性を維持することができるとともに、針の固体形状を維持することができる。針２の材料としては、例えば、糖を主成分とする溶解可能な材料から作成することができ、糖類材料の一例として、マルトース、トレハロース、デンプン等がある。また、糖類材料が多くなると強度が弱くなるので、上記糖類材料にデキストランを加え針の強度向上をはかることができる。針の作成の一例としては、マルトース及びデキストランを容器に入れ、加熱していき流動性がでてきたら、型（針形状型）に流し込むことで作成できる。

次に本発明のバイオセンサシステムについて説明する。図３に示すように、バイオセンサシステム１３は、針付きバイオセンサチップ１とバイオセンサ測定器１４により構成されている。針付きバイオセンサチップ１の構成については上述したとおりであり、その説明はここでは省略する。バイオセンサ測定器１４は電源１５、制御装置１６、端子挿入部１７、表示部１８を備え、これらが互いに接続されている。端子挿入部１７には針付きバイオセンサチップ１の後方部分が挿入され、２つの検知用電極４、５（図２参照）がバイオセンサ測定器１４に電気的に接続可能となっている。このバイオセンサシステム１３は、小型であり、例えば、検査対象者が片手で持つことが可能なハンディタイプである。

このバイオセンサシステムを用いて、血糖値を測定する場合を例として、使用方法を説明する。最初に針付きバイオセンサチップ１の後方の検知用電極４、５が露出した箇所をバイオセンサ測定器１４の端子導入部１７に挿入する。バイオセンサシステム１３の電源を入れ、正常に起動しているか確認する。バイオセンサシステム１３を片手に持ち、針付きバイオセンサチップ１の針２を血液採取箇所、一例として、反対側の手の指に近づけていき、採取箇所を確認した後、針２を刺していく。すると、針２が溶解していき、針２の固体形状がくずれていく。

針２の形状がくずれると血液が出始め、引き続き血液の表面張力と中空反応部１０の毛細管現象により開口部１２から中空反応部１０に導入されていく。所定量の血液を採取したら、指からバイオセンサシステム１３を離し、測定結果が表示部１８に表示されるのを待つ。中空反応部１０に導入された血液は試薬１１と反応し、検知用電極４、５により計測された電流値或いは電荷値（電荷量）のデータが制御装置１６に送られる。制御装置１６内には検量線データテーブルが格納されており、測定した電流値（電荷値）を基に血糖値の計算が実行される。計算が終了すると、測定結果が表示部１８に表示され、例えば、血糖値が数値としてあらわすことができる。

このように針は、その一部が溶解するだけで血液を採取することができるので、必ずしも針全体を溶解してから測定する必要はない。そのため、針をバイオセンサチップ内に備えられている従来の針付きバイオセンサチップと比較しても測定時間は差がない。また、検査対象者の採血負担を考慮すると、中空反応部の容積は１μＬ（マイクロリットル）以下が好ましく、特に３００ｎＬ（ナノリットル）以下であることが好ましい。このような微小な中空反応部であると、針の直径は小さくても検査対象者の充分な血液量が採取可能である。好ましくは、直径が１０００μｍ以下である。更に、直径２００μｍ以下の細い針を使用すると採血時の針の溶解が迅速に進行していくことができ、より好ましい。検査対象者が採血中にバイオセンサシステム１３の保持が不安定となり、針２が折れて、折れた針の一部が指内に残ってしまうことが考えられる。この針２は溶解可能な材料できているため、仮に指内に残ったとしても、最終的には全て加水分解等により溶解され体内に吸収されていくが、針の成分は上述のごとく人体に対しては無害であるため取り除く必要がない。

本発明に係る針付きバイオセンサチップの別の実施形態について、図４に基づいて説明する。この針付きバイオセンサンサチップ１Ａは、先端部分においてキャップ１９が取り付けられ、突出した針２を含め前方部分を覆っている。また、中空反応部１０の奥側では、略長方形状の空間２０が形成されており、中空反応部１０と連通している。この空間２０は、レジスト６Ａとスペーサ層８Ａとに中空反応部となるスリットと連続して開口空間を形成することにより出来上がる。そして、空間２０及び中空反応部１０を真空にして先端にキャップ１９を装着することで、真空状態を維持することができる。そのため、溶解可能な針２を湿気等から保護することができるとともに試薬１１を活性状態で維持することができる。更に、キャップを装着しているので、中空反応部に塵等の異物の侵入を防ぐことができる。

上述の例では、キャップを装着して真空状態に維持していたがキャップを用いることなく真空状態を維持することも可能である。一例として、中空反応部１０の開口部１２全体を覆うような形状の針を用いて中空反応部１０に栓をして中空反応部１０及び空間２０を真空状態を維持することができる。この場合、検査対象者が採血を開始すると、針が溶解し始めて、開口部１２が開けられていく。針が溶解すると、採血する血液が真空状態の中空反応部１０側に迅速に導入されていき、微小な中空反応部１０であっても充分に血液を導入していくことができる。

上述した実施形態では、中空反応部でスペーサ層により針を保持していたが、図５に示すように中空反応部の形状をかえて針を載置して保持することができる。この形態の構成において、上述した実施形態と同じ構成には同一符号を付与し、それらの詳細な説明はここでは省略する。この針付きバイオセンサチップ１Ｂは、スペーサ層８Ａの前方の中央部には細長いスリットが形成され、このスリットと連続して前方横方向に中空反応部の一部である空間が形成されている。形成された空間には、針２Ａが配置され、基板９と接着材７により固定することができる。また、針２Ａの後方端部２´はスペーサ層８Ａの壁部８´と接触するので、針２Ａを検査対象者の皮膚等に刺したときに、針２Ａが後方に移動することがなく、確実に穿刺作業を行うことができる。

図６には、本発明に係る針付きバイオセンサチップの更に別な実施形態が示されている。この針付きバイオセンサチップ１Ｄは、一番上側に基板３Ｄを備え、この基板３Ｄから下方向に向けて針２Ｄが配置されている。基板３と一番下側の基板９Ｄとの間には、２つの検知用電極４Ｄ、５Ｄ、レジスト６Ｄ、接着剤７Ｄ、スペーサ層８Ｄが配置されており、中空反応部１０Ｄとなる箇所に空間が形成されている。この針付きバイオセンサチップ１Ｄで検査対象者から試料としての血液を採取するときは、例えば、指を基板９Ｄに添えて、指の皮膚を針２Ｄに刺し込んでいく。すると、針２Ｄが溶解しはじめ、血液が出始める。そして、血液の表面張力と中空反応部１０Ｄの毛細管現象により、血液が図でみて上方向、すなわち、開口部１２Ｄから電極４Ｄ、５Ｄ方向に流れ込んでいくことで採取することができる。

図１は本発明に係る針付きバイオセンサチップの概略斜視図である。 図２は本発明に係る針付きバイオセンサチップを示しており、（Ａ）は上面方向からみた説明図、（Ｂ）は正面方向からみた説明図、（Ｃ）は側面方向からみた説明図である。 図３は本発明に係る針付きバイオセンサシステムの説明図である。 図４は本発明に係る針付きバイオセンサチップの別な実施形態を示す説明図である。 図５は本発明に係る針付きバイオセンサチップの別な実施形態を示しており、（Ａ）は上面方向からみた説明図、（Ｂ）は正面方向からみた説明図である。 図６は本発明に係る針付きバイオセンサチップの別な実施形態を示しており、（Ａ）は上面方向からみた説明図、（Ｂ）は側面方向からみた説明図である。 図７は針付きバイオセンサチップの従来例を示している。 図８はバイオセンサオップの従来例を示している。

符号の説明

１ 針付きバイオセンサチップ
２ 針
３ 基板
４、５ 検知用電極
６ レジスト
７ 接着剤
８ スペーサ層
９ 基板
１０ 中空反応部
１１ 試薬
１２ 開口部

Claims (7)

1. 互いに対向する２枚の基板と、前記２枚の基板間に挟装されるスペーサ層と、前記２枚の基板の少なくとも１枚の基板のスペーサ層側の表面に設けられた検知用電極と、前記２枚の基板及び前記スペーサ層により形成される中空反応部と、前記中空反応部に試料を導入する開口部と、生体内で溶解可能な針とを、有することを特徴とする針付きバイオセンサチップ。
2. 前記針は中空であり、前記針の先端が前記開口部から突出していることを特徴とする請求項１に記載の針付きバイオセンサチップ。
3. 前記針は、前記中空反応部に備えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の針付きバイオセンサチップ。
4. 前記針は中実であり、前記針の先端が前記開口部から突出していることを特徴とする請求項１又は３に記載の針付きバイオセンサチップ。
5. 前記針は、前記開口部に備えられており、突出していない他端には前記中空反応部に試料を導入する流路を備えていることを特徴とする請求項２又は４に記載の針付きバイオセンサチップ。
6. 前記針は、糖類からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の針付きバイオセンサチップ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の針付きバイオセンサチップとバイオセンサ測定器とを有するバイオセンサシステム。

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