JP2007260315A - 分析装置および分析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、被験者に与える苦痛を軽減した、被験者の体内の組織液に含まれる所定の成分の濃度の分析方法および分析装置を提供することを課題とする。
【解決手段】分析装置は、被験者の皮膚を介して抽出される組織液を保持するための抽出媒体が供給される抽出媒体保持部と、前記抽出媒体に保持された組織液に含まれる所定の成分の量に関する成分量情報を取得する成分量情報取得部と、抽出された組織液を保持している前記抽出媒体に電力を供給し、前記抽出媒体から第１電気的情報を取得する電気的情報取得部と、前記成分量取得部が取得した前記成分量情報と、前記電気的情報取得部が取得した前記第１電気的情報とに基づいて、被験者の体液に含まれる前記所定の成分の濃度に関する情報を取得する成分濃度情報取得部とにより構成されている。
【選択図】図２０

Description

この発明は、被験者の体内に含まれる所定の成分の濃度を測定する装置と方法に関する。

血糖値を測定する方法として、ランセット機構（特許文献１参照）により指先から採取した血液を血中グルコース試験紙を用いて測定する方法がある。また、このような方法を実行するための装置も市販されている。しかし、上記装置は、被験者の指先に針を刺して血液を採取するため、被験者に苦痛を与える。

このような被験者の苦痛を軽減するための方法として、電気エネルギーを皮膚に付与することによって経皮的にグルコースを抽出するリバースイオントフォレシス法によるグルコース抽出方法が知られている（特許文献２参照）。

しかし、抽出されたグルコース量と血糖値との相関関係を確認するために、特許文献２に示されている方法においては、実際に採血を行って血糖値を測定するという過程が必要となる。従って、採血により被験者は苦痛を感じることになる。

米国特許第６６０７５４３号公報 特開２００２−１９１５８２号公報

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、被験者に与える苦痛を軽減した、被験者の体内の組織液に含まれる所定の成分の濃度の分析方法および分析装置を提供することを課題とする。

上記課題に鑑み、本願第一発明は、被験者の皮膚を介して抽出される組織液を保持するための抽出媒体が供給される抽出媒体保持部と、前記抽出媒体に保持された組織液に含まれる所定の成分の量に関する成分量情報を取得する成分量情報取得部と、抽出された組織液を保持している前記抽出媒体に電力を供給し、前記抽出媒体から第１電気的情報を取得する電気的情報取得部と、前記成分量取得部が取得した前記成分量情報と、前記電気的情報取得部が取得した前記第１電気的情報とに基づいて、被験者の体液に含まれる前記所定の成分の濃度に関する情報を取得する成分濃度情報取得部と、を備える分析装置を提供するものである。

また、本願第二発明は、被験者の皮膚を介して抽出された組織液を抽出媒体に保持する保持ステップと、保持した組織液に含まれる所定の成分の量に関する成分量情報を取得する成分量情報取得ステップと、抽出された組織液を保持する前記抽出媒体に電力を供給する電力供給ステップと、前記抽出媒体から電気的情報を取得する電気的情報取得ステップと、前記成分量情報と、前記電気的情報取得とに基づいて、被験者の体液に含まれる前記所定の成分の濃度に関する情報を取得する成分濃度情報取得ステップと、を有する分析方法を提供するものである。

本発明により、採血をすることなく体内の組織液に含まれる所定の成分の濃度を取得する分析装置および分析方法が提供されるので、被験者に与える苦痛を軽減することができる。

[血糖値測定装置１の全体構成]
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１〜図４を用いて、抽出カートリッジ２が装着された血糖値測定装置１の全体構成について説明する。本発明の一実施形態による血糖値測定装置１は、体内から生化学成分の一つであるグルコースを含む組織液を抽出するとともに、抽出された組織液に含まれるグルコースを分析することにより血糖値を算出する装置である。なお、組織液とは、動物の組織の細胞間を満たす液体成分である。

被験者は主としてヒトである。

図１に示すように、血糖値測定装置１は、バンド部材１９を用いて被験者の手首に装着されるように構成されている。血糖値測定装置１は、分析ユニット６と固定具２０とを連結する蝶番７を備えており、蝶番７の開閉動作により分析ユニット６は固定具２０の表面に接触するよう設置される。図２は、血糖値測定装置１から分析ユニット６が取り除かれたバンド部材１９を示した図である。図２に示すように、バンド部材１９の固定具２０は、所定の位置に開口２０ａを備えており、開口２０ａは固定具２０を貫通して被験者の皮膚が露出するよう構成されている。また、バンド部材１９の裏面には電極３（図示せず）が取り付けられている。電極３には金電極が用いられている。

血糖値測定装置１は、図４に示すように、分析ユニット６と、分析ユニット６に着脱可能に固定される抽出カートリッジ２と、上記したバンド部材１９とを備えている。抽出カートリッジ２が固定された分析ユニット６をバンド部材１９の固定具２０に設置すると、固定具２０の開口２０ａを介して、分析ユニット６に固定された抽出カートリッジ２が被験者の皮膚に接触するよう構成されている。

分析ユニット６は、図４に示すように、制御・解析部１１と、スイッチ回路１２と、入力部１４と、表示部（ＬＣＤ）１５と、直流方式の定電流電源１３と、定電流電源１３から印加される電圧を測定し、その測定結果を制御・解析部１１に出力する電圧計１６と、検知部３０とを備えている。なお、分析ユニット６は、血糖値の測定の際は、バンド部材１９が備える固定具２０に設置されて使用される。

制御・解析部１１は、定電流電源１３の出力およびスイッチ回路１２の動作を制御すると共に、検知部３０の出力と電圧計１６の出力を受けて血糖値を算出するために設けられている。制御・解析部１１は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどを含むマイクロコンピュータを用いて構成されている。

表示部（ＬＣＤ）１５は、制御・解析部１１の算出結果（例えば、血糖値）を表示するために設けられている。

入力部１４は、制御・解析部１１に測定の開始指令や必要な測定条件を入力するために設けられている。

定電流電源１３は、バンド部材１９が備えている電極３と、抽出カートリッジ２が備えている電極４および電極５の各電極間に電圧を印加するために設けられている。定電流電源１３は、内蔵するバッテリにトランジスタ定電流回路およびトランジスタ定電圧回路を組み合わせて構成されている。

スイッチ回路１２は、スイッチング素子を組み合わせた回路で構成されており、定電流電源１３の出力先を切り換えるために設けられている。スイッチ回路１２には二つの端子部（図示せず）が接続しており、この端子部は、抽出カートリッジ２を分析ユニット６に固定した際に、抽出カートリッジ２の電極４および電極５と接触するよう、分析ユニット６の表面に設けられている。また、スイッチ回路１２は、電極３と定電流電圧１３とを電気的に接続している。また、スイッチ回路１２には、直流電流を交流電流に変換するためのインバータ１２ａが設けられている。

検知部３０は、グルコース抽出量を検知するために設けられている。図１１に示すように、検知部３０は、単色光源３１、レンズ３２、レンズ３３および受光素子３４から構成されている。単色光源３１は、レンズ３２を介して、グルコースセンサ７０に分析用の光を照射する機能を有している。単色光源３１からレンズ３２を介してグルコースセンサ７０に照射された光は、グルコースセンサ７０の所定の経路を通過し、レンズ３３を介して受光素子３４に入射する。受光素子３４は、受光した光量に基づく信号を出力する機能を有している。

抽出カートリッジ２は、図５に示すように、アクリル製の樹脂からなるカートリッジ本体２２と、電極４と、電極５と、マスキングテープ２７と、メッシュシート２３と、グルコースセンサ７０とを備えている。抽出カートリッジ２は、図３に示すように、抽出カートリッジ２に形成された２つの取付孔２１に分析ユニット６の係合フック１７を各々係合させることによって、分析ユニット６に着脱可能に固定されるものである。この抽出カートリッジ２は、グルコースの測定毎に交換して使用することが可能なように構成されている。

抽出カートリッジ本体２２には、図５に示すように、四角形状の凹状の段差部２２ａが設けられている。また、図５、図６に示すように、段差部２２ａの中央部には、カートリッジ本体２２の下面にまで達する貫通孔２２ｂが形成されている。また、段差部２２ａの貫通孔２２ｂを挟んで対向する位置には、それぞれ、円形状の凹部２２ｃが形成されている。この二つの凹部２２ｃには、電極４および電極５の端子部２４ｃおよび２５ｃが各々嵌め込まれており、抽出カートリッジ２を分析ユニット６に固定することにより、端子部２４ｃおよび２５ｃとスイッチ回路１２に接続されている分析ユニット６側の二つの端子部とが接触し、電極４および電極５と定電流電源１３とが電気的に接続されるよう構成されている。

電極４、電極５には銀／塩化銀電極が用いられている。

マスキングテープ２７は、皮膚と電極とが直接接触することを防止し、電流が流れることによる皮膚の痛みを和らげるために設けられている。そのため、マスキングテープ２７は絶縁体である。図６に示すように、マスキングテープ２７は、電極４および電極５の下面に接触している。また、マスキングテープ２７には、開口部２７ａが設けられており、開口部２７ａを介して、皮膚の抽出部位からメッシュシート２３が保持する抽出媒体に組織液が抽出されるよう構成されている。

メッシュシート２３は、組織液を抽出するための抽出媒体を保持するために設けられている。本実施形態において使用されるメッシュシート２３は、ナイロン製で、約１０ｍｍの長さ、約４ｍｍの幅、および、約５０μｍの厚みを有している。抽出媒体には純水が使用され、血糖値測定装置１による測定開始前に、約１．５μｌの純水がメッシュシート２３に供給される。なお、本実施形態で使用する純水は１８．３ＭΩ・ｃｍの電気抵抗率を有しており、実質的に絶縁体（非導電性物質）である。

このメッシュシート２３は、実質的に伸縮性を有さず、厚みがほとんど変化しないように構成されている。また、メッシュシート２３は、約３０μｍの太さのナイロン繊維を編み込んで形成されており、縦横それぞれ約３３μｍの正方形状の網目構造を有している。図６に示すように、メッシュシート２３は、電極４および電極５の上面に接触するとともに、グルコースセンサ７０の下面に接触している。

グルコースセンサ７０は、メッシュシート２３が保持する抽出媒体に抽出された組織液中のグルコースを検出するために設けられている。図１１に示すように、グルコースセンサ７０は、下面側に計測面７０ａを有している。この計測面７０ａには、グルコースに対する触媒となる酵素（グルコースオキシターゼ）と、過酸化水素に対する触媒となる酵素（ペルオキシターゼ）と、活性酸素と反応して発色する発色色素とが塗布されている。また、グルコースセンサ７０は、ガラス製の基板７１と、基板７１の下方に取り付けられた第１光導波路層７２と、第１光導波路層７２の下方の中央部に取り付けられた第２光導波路層７３と、第２光導波路層７３を挟むように第１光導波路層７２の下方に形成された保護膜７４と、保護膜７４の外側を覆う遮光層７５とにより構成されている。第１光導波路層７２は、基板７１より高い屈折率を有している。また、第２光導波路層７３は、側方が傾斜した台形状を有するとともに、第１光導波路層７２より高い屈折率を有している。グルコースセンサ７０の計測面７０ａは、第２光導波路層７３のうちの保護膜７４から露出した部分であり、メッシュシート２３の上面と接触する。

次に、上記した血糖値測定装置１に装着される未使用の抽出カートリッジ２を収容した抽出カートリッジセット２００の構成について説明する。抽出カートリッジセット２００は、血糖値測定装置１に装着される前の未使用の抽出カートリッジ２を乾燥した状態で収容するとともに、血糖値測定装置１に装着する際には、抽出カートリッジ２のメッシュシート２３に所定量（本実施形態では、約１．５μｌ）の純水を含ませることが可能なように構成されている。抽出カートリッジセット２００は、図８に示すように、支持部材４０と、上述した抽出カートリッジ２と、乾燥剤５０と、液体供給部材６０と、分離部材８０とを備えている。

支持部材４０は、可撓性を有するシート状に形成されている。また、支持部材４０は、図７に示すように、Ｕ字状に折り曲げられている。図９に示すように、支持部材４０は、カートリッジ支持部４１と、カートリッジ支持部４１と対向して配置される液体供給部材支持部４２と、カートリッジ支持部４１および液体供給部材支持部４２を連結する折り曲げ部４３とから構成されている。支持部材４０は、実質的に袋のような形状に構成されるので、カートリッジ支持部４１、液体供給部材支持部４２および折り曲げ部４３により囲まれる領域内に抽出カートリッジ２および液体供給部材６０を保持（収容）することが可能になる。

抽出カートリッジ２は、支持部材４０のカートリッジ支持部４１の内面側に容易に離脱可能なように接着されている。

乾燥剤５０は、抽出カートリッジ２のメッシュシート２３が空気中の水分などを吸収して湿った状態になるのを抑制するために設けられている。

液体供給部材６０は、不織布である脱脂綿（カット綿）からなり、約１５ｍｍの長さ、約１５ｍｍの幅、および、約５０μｍの厚みを有する。また、液体供給部材６０は、所定量（本実施形態では、約１５０μｌ）の純水を吸収保持している。この液体供給部材６０は、図８に示すように、支持部材４０のカートリッジ支持部４１に取り付けられた抽出カートリッジ２のメッシュシート２３と対向するように、支持部材４０の液体供給部材支持部４２の内面側に固定されている。なお、本実施形態では、液体供給部材６０が吸収している純水（約１５０μｌ）のうち約１％の純水（約１．５μｌ）が、液体供給部材６０から抽出カートリッジ２のメッシュシート２３に供給される。

分離部材８０は、上記した支持部材４０と同様、可撓性を有するシート状に形成されている。この分離部材８０は、図８に示すように、Ｕ字状の支持部材４０のカートリッジ支持部４１、液体供給部材支持部４２および折り曲げ部４３により囲まれる領域内に収容されている。分離部材８０は挟持部８３を備えており、挟持部８３は、分離部材８０を支持部材４０から取り外す際に被験者によって挟持されるために設けられている。この挟持部８３を被験者が挟持して矢印Ｃ方向に引っ張ることによって、カートリッジ収容部８１および液体供給部材収容部８２を、支持部材４０のカートリッジ支持部４１および液体供給部材支持部４２から徐々に剥離させることが可能である。

次に、図１２のフローチャートを用いて、血糖値測定装置１による測定のための被験者の準備手順について説明する。

[準備手順]
（ステップＳ１）
まず、被験者は、手首にバンド部材１９を装着する（ステップＳ１）。このとき、被験者の皮膚の抽出部位Ａ（図６参照）がバンド部材１９の固定具２０の開口２０ａ（図２参照）内に位置するようにバンド部材１９を装着する。バンド部材１９の裏面には電極３が備えられているため、バンド部材１９を手首に装着することにより、電極３は皮膚の表面Ｂ（図６参照）と接触する。

（ステップＳ２）
次に、被験者は、被験者の手首の抽出部位Ａ（図６参照）への前処理を行う（ステップＳ２）。具体的には、被験者は、図１０に示す微細針アレイ５１を用いて抽出部位Ａを穿刺する。微細針アレイ５１の先端面には１０ｍｍ×１０ｍｍの面積内に高さ０．４ｍｍ、太さ０．２４ｍｍの４９本の針５２が等間隔で突出している。前処理を行うことにより、抽出部位Ａの表皮に微細孔が形成され、抽出部位Ａにおいて経皮的に組織液が抽出されやすくなる。なお、本実施形態においては、測定箇所と穿刺箇所とが正確に一致するように、バンド部材１９の固定具２０の開口２０ａを介して、被験者の手首の抽出部位Ａを穿刺する。本ステップにおいて抽出部位Ａに形成された複数の抽出孔１２１は、図１４に示すように、角質層および顆粒層等を貫通し、真皮の中間付近に達しているが、皮下組織には達していない。また、抽出孔１２１は、皮膚表面における径が最も大きく、皮下組織に近づくにつれて径が小さくなっている。抽出孔１２１が形成されると、矢印Ｓで示すように、真皮に充満している組織液が抽出孔１２１中に滲み出る。なお、この組織液には、グルコースが含まれている。

（ステップＳ３）
ここで、被験者は、未使用の抽出カートリッジ２を抽出カートリッジセット２００から取り出すことに伴い、メッシュシート２３に純水を供給する（ステップＳ３）。具体的には、被験者は、抽出カートリッジセット２００の分離部材８０の挟持部８３を、図７に示す矢印Ｃ方向に引っ張る。それにより、乾燥した抽出カートリッジ２と純水を含んだ液体供給部材６０との間から分離部材８０が取り除かれるとともに、支持部材４０のカートリッジ支持部４１および液体供給部材支持部４２が、被験者の指により矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向から押圧される。これにより、乾燥した抽出カートリッジ２のメッシュシート２３と純水を含んでいる液体供給部材６０とが接触して、液体供給部材６０に含まれている純水のうち約１．５μｌがメッシュシート２３に供給される。

（ステップＳ４）
次に、被験者は、抽出カートリッジ２の一対の取付孔２１に分析ユニット６の二つの係合フック１７を係合させることにより、分析ユニット６に、所定量（約１．５μｌ）の純水を含んだメッシュシート２３を含む抽出カートリッジ２を固定する（ステップＳ４）。

（ステップＳ５）
そして、被験者は、抽出カートリッジ２を固定した分析ユニット６をバンド部材１９の固定具２０に設置する（ステップＳ５）。これにより、純水を含んだメッシュシート２３が皮膚の抽出部位Ａに接触した状態で、血糖値測定装置１が被験者の手首に装着される。これにより、抽出部位Ａと接触したメッシュシート２３から、図１５に示すように、抽出孔１２１の内部に純水が流入する。純水が抽出孔１２１の内部に流入すると、ステップＳ１における抽出孔１２１の形成によって抽出孔１２１中に滲み出ている組織液は、図１６に示すように、メッシュシート２３の方向（図１６のＴ方向）に移動する。すると、抽出孔１２１中の純水に対する組織液の濃度が低くなるので、矢印Ｓで示すように、組織液が真皮から抽出孔１２１中の純水に抽出される。

以上の準備の後、被験者は、血糖値測定装置１により血糖値を測定する。具体的には、被験者は、入力部１４を操作し、測定開始指令を血糖値測定装置１の制御・解析部１１へ入力し、制御・解析部１１に測定動作を開始させる。図１３は、血糖値測定装置１の制御・解析部１１の測定動作手順を示したフローチャートである。図１３のフローチャートを用いて、各ステップについて説明する。

[血糖値測定装置１による測定手順]
（ステップＳ６１）
入力部１４からの測定開始指令が制御・解析部１１へ入力されると、制御・解析部１１は抽出処理を開始する（ステップＳ６１）。具体的には、制御・解析部１１は、抽出部位Ａの近傍に位置している二つの電極４と電極５とを定電圧電源の陰極に、皮膚の表面Ｂに接触している電極３を定電圧電源の陽極にそれぞれ電気的に接続するよう、スイッチ回路１２を制御する。図１７は、本ステップにおいて制御された結果、切り換えられた電気回路を示す図であり、この状態で被験者の皮膚に電場を付与する。

そして、制御・解析部１１は、定電流電源１３から電極３と皮膚と電極４と電極５との間を１５０μＡの直流電流が所定時間Ｔ（本実施形態では、６０秒間）流れるよう制御する。

抽出孔１２１中の純水に滲み出た組織液は電荷を帯びているので、電源１３による電場の付与によって、図１８に示すように、メッシュシート２３の方向（図１８のＴ方向）へ移動が促進される。なお、組織液に含まれるグルコースは電荷を帯びていないが、電荷を帯びている他の成分の移動に伴って移動する。メッシュシート２３内の抽出媒体まで移動したグルコースは、抽出媒体内を拡散（いわゆる、受動拡散）し、グルコースセンサ７０まで到達する。計測面７０ａに到達したグルコースは、グルコースオキシターゼを触媒として反応し、その結果生成される過酸化水素がさらにペルオキシターゼを触媒として反応する。その結果、活性酸素が生成される。計測面７０ａに塗布されている発色色素は、活性酸素と反応して発色する。したがって、発色色素は、体内から抽出されたグルコースの量に応じた強度で発色することになる。

一方、純水を含んだメッシュシート２３に接触しているグルコースセンサ７０の第２光導波路層７３内を全反射しながら通過する光は、体内から抽出されたグルコースの量に応じて発色する発色色素により吸収された後、受光素子３４に到達する。この結果、受光素子３４には、計測面７０ａに到達したグルコースの量に応じた強度の光が入射し、入射した光の強度に応じた信号が受光素子３４から出力される。

（ステップＳ６２）
皮膚への電流の供給開始から所定時間（本実施形態では、６０秒間）経過後、制御・解析部１１は、受光素子３４から出力された信号に基づいて、グルコース抽出量（Ｑ）を取得する（ステップＳ６２）。

（ステップＳ６３）
グルコース抽出量（Ｑ）を取得した後、制御・解析部１１は抽出媒体の電気伝導度を取得する（ステップＳ６３）。具体的には、制御・解析部１１は、電極４または電極５の一方が定電流電源１３の陽極に、もう一方が定電流電源１３の陰極に接続されるよう、スイッチ回路１２を制御する。なお、本実施形態では、スイッチ回路１２にインバータ１２ａが設けられており、周波数５０Hzの交流電流が電極４と電極５との間を流れるような構成となっている。図１９は、本ステップにおいて制御された結果、切り換えられた電気回路を示す図であり、この状態で抽出媒体の電気伝導度を測定する。

そして、制御・解析部１１は、定電流電源１３から定電流５０μＡが、電極４と電極５との間を５秒間流れるよう制御するとともに、電圧計１６がその際の電圧値（Ｘ）を測定するよう制御する。その後、制御・解析部１１は、電圧値（Ｘ）を電流値（Ｉ）（本実施形態では、５０μＡ）で割ることにより、抽出媒体の電気抵抗値（R）を
Ｒ＝Ｘ／Ｉ
として算出する。また、抽出媒体の電気伝導度（Ｋ）は電気抵抗値の逆数として算出されるため、制御・解析部１１は、抽出媒体の電気伝導度（K）を、
Ｋ＝１／Ｒ
＝Ｉ／Ｘ
として取得する。

（ステップＳ６４）
本ステップにおいて、制御・解析部１１は、単位時間（本実施形態では、１秒）あたりのグルコース抽出量を示すグルコース抽出速度（Ｊ）と、ステップＳ６３において取得した抽出媒体の電気伝導度（Ｋ）とに基づいて、以下の式（１）により血糖値を算出する（ステップＳ６４）。グルコース抽出速度（Ｊ）は、ステップＳ６２において取得したグルコース抽出量（Ｑ）を、定電流電源１３が電流を供給した所定時間Ｔ（本実施形態では、６０秒）で割ることによって、
Ｊ＝Ｑ／Ｔ
として算出される。なお、以下の式（１）で算出される値は体内の組織液に含まれるグルコースの濃度であるが、組織液に含まれるグルコースの濃度と血液に含まれるグルコースの濃度（すなわち血糖値）とはほとんど等しいため、本実施形態では、式（１）の算出結果を血糖値としている。

ＢＧ＝Ｊ／Ｐ
＝Ｊ／（ａＫ＋ｂ）・・・（１）
なお、上記式（１）において、「ＢＧ」は算出血糖値を表し、「Ｊ」は単位時間あたりのグルコース抽出量であるグルコース抽出速度を表し、「Ｐ」は抽出部位Ａにおけるグルコース透過率（グルコースの通しやすさ）を表し、「Ｋ」はステップＳ６３で算出される電気伝導度を表している。また、「ａ」「ｂ」は、予め設定された定数である。上記式（１）は予め制御・解析部１１に記憶されているとともに、血糖値の測定が行われる度に、上記式（１）が読み出されて血糖値が算出される。本実施形態で採用されている血糖値の算出原理については後で詳説する。

（ステップＳ６５）
制御・解析部１１は、ステップＳ６４において算出した血糖値を表示部１５に表示するよう制御する（ステップＳ６５）。表示部１５に血糖値が表示されることにより、被験者は、採血を要することなく、自己の血糖値を知ることができる。

[血糖値の算出原理]
ここで、本実施形態で採用されている血糖値の算出原理について説明する。

本実施形態のようにグルコース抽出量から血糖値を算出する場合、被験者によって皮膚の状態が異なり、皮膚の状態によってグルコース抽出量が変動することを考えると、グルコース抽出量をグルコース透過率（Ｐ）によって補正した方が精度よく血糖値を算出できる。例えば、同じ微細針アレイ５１を用いて皮膚の穿刺を行った場合であっても、角質層が柔らかく薄い被験者においては微細孔が形成されやすいため、抽出されるグルコース量は多くなるが、角質層が硬く厚い被験者においては、微細孔は形成されにくいため、抽出されるグルコース量は少なくなる。そのため、本実施形態では、抽出部位Ａにおけるグルコース透過率（Ｐ）の推定を行い、上記演算式（ＢＧ＝Ｊ／Ｐ）により血糖値を算出している。

ここで、組織液における電解質濃度は、血糖値の異なる複数の被験者間でもほぼ同様であることが分かっている。そのため、経皮的に抽出された組織液に含まれる電解質量を測定することにより、皮膚を組織液が透過してきた度合い（つまり、グルコース透過率（Ｐ））を推定することが可能である。そこで、本実施形態では、抽出された組織液を保持する抽出媒体として電解質を含んでいない純水を用い、組織液が抽出された抽出媒体に電力を供給してその電気伝導度（Ｋ）を測定することにより、抽出された組織液に含まれる電解質量を推定する。すなわち、組織液が抽出された抽出媒体の電気伝導度（Ｋ）からグルコース透過率（Ｐ）を推定する。

式（１）は、以下の実験により求められる。すなわち、まず、血糖値がｔ（定数）（本実施形態では、血糖値８０）である複数の被験者について、上記したステップＳ１からステップＳ５、および、ステップＳ６１からステップＳ６３までと同様の動作を複数回行うことによって、グルコース抽出速度（Ｊ）と、抽出媒体の電気伝導度（Ｋ）とを複数取得する。

次に、グルコース抽出速度（Ｊ）を縦軸、抽出媒体の電気伝導度（Ｋ）を横軸とする座標上に、上記のように取得したグルコース抽出速度（Ｊ）および抽出媒体の電気伝導度（Ｋ）からなる複数の座標データ（Ｊ，Ｋ）をプロットする。これによって、図２０に示す特性図が得られる。この特性図により、プロットされたグルコース抽出速度（Ｊ）と抽出媒体の電気伝導度（Ｋ）とは、比例関係にあることが分かる。この後、プロットされたグルコース抽出速度（Ｊ）と抽出媒体の電気伝導度（Ｋ）との関係を示す回帰直線Ｌを、この特性図上に描くとともに、その直線Ｌを表す式（Ｊ＝αＫ＋β）を求める。

ここで、血糖値がｔ（定数）（本実施形態では、血糖値８０）である被験者から得られるグルコース抽出速度（Ｊ）と抽出媒体の電気伝導度（Ｋ）との間には、上記の直線Ｌを表す式（Ｊ＝αＫ＋β）の関係が成り立っている。そこで、上記式（１）の前提である演算式（ＢＧ＝Ｊ／Ｐ）の「ＢＧ」に「ｔ」、「Ｊ」に「αＫ＋β」を代入すると、
ｔ＝（αＫ＋β）／Ｐ
となる。そのため、この式から、
Ｐ＝（αＫ＋β）／ｔ
としてグルコース透過率（Ｐ）を求めることができる。

そして、上記式（１）の前提である演算式（ＢＧ＝Ｊ／Ｐ）の「Ｐ」に上記の「（αＫ＋β）／ｔ」を代入することにより、
ＢＧ＝ｔＪ／（αＫ＋β）
＝Ｊ／（ａＫ＋ｂ）（ａ＝α／ｔ、ｂ＝β／ｔ）
となる上記式（１）が得られる。

なお、本実施形態では、抽出部位へ電流を流す方法を採用して組織液を抽出しているが、電流を流さずに組織液を抽出（いわゆる、受動拡散抽出）してもよい。

また、本実施形態では、微細針アレイ５１を使用して前処理を行った後に組織液を抽出するようにしているが、この前処理を行わずに、血糖値測定装置１による測定を行ってもよい。

また、本実施形態では、血糖値を求めるためにグルコース抽出速度を用いているが、メッシュシートに保持された抽出媒体におけるグルコース濃度を用いてもよい。

また、本実施形態では、被験者の体内の組織液中のグルコース濃度を血糖値とみなしているが、被験者の体内の組織液中のグルコース濃度を血糖値に変換するための補正を行ってもよい。

また、本実施形態では、測定前のメッシュシート２３は乾燥しているが、メッシュシート２３に予め所定量の純水を保持させてもよい。この場合、メッシュシート２３に保持されている純水が蒸発してしまったとしても、測定時にメッシュシート２３に純水を供給することによって、メッシュシート２３には所定量の純水が保持される。

また、本実施形態では、抽出カートリッジ２が備えているメッシュシート２３に純水を供給した後に、抽出カートリッジ２を分析ユニット６に装着しているが、抽出カートリッジ２を分析ユニット６に装着した後に、純水をメッシュシート２３に供給してもよい。このように構成すれば、抽出カートリッジ２と純水とが接触することによるグルコースセンサ７０の劣化の度合いを減少させることができる。

また、本実施形態では、ナイロン製のメッシュシート２３を用いることによって、抽出カートリッジ２が被験者の皮膚に対して押圧されたときに、メッシュシート２３の厚みが変わらず、容易に、測定時の皮膚とグルコースセンサ７０との距離を一定に保つことができる。そのため、測定誤差を減少させることができる。

また、本実施形態では、抽出カートリッジ２は、グルコースセンサ７０とマスキングテープ２７との間の空間に形成された抽出媒体保持部にメッシュシート２３を備えているが、抽出媒体保持部は、抽出媒体である液体を保持するための部材として、液体を吸収して保持する紙片などの吸収部材を備えてもよい。さらに、抽出媒体保持部は、メッシュシート２３などの部材を備えなくとも、抽出媒体を保持するための空間を有していればよい。この空間に保持される抽出媒体には、非導電性のゲルを用いてもよい。

また、本実施形態では、メッシュシート２３に供給される抽出媒体として純水を用いているが、純水以外の非導電性の液体をメッシュシート２３に供給してもよい。

また、本実施形態では、電解質を含んでいない純水中に組織液を抽出し、抽出された組織液を含む抽出媒体の電気伝導度を測定することにより、グルコース透過率を推定しているが、生理食塩水などの電解質溶液に組織液を抽出することによって、グルコース透過率を推定してもよい。なお、より精度よくグルコース透過率を推定するためには、非導電性の抽出媒体を用いることが好ましい。

また、本実施形態では直流の定電流電源１３を用いて皮膚に直流電流を流しているが、交流の定電流電源を用い、交流電流を直流電流に変換するコンバータを回路中に設けることにより、皮膚に直流電流を流してもよい。

また、本実施形態では、定電流電源から被験者の皮膚に定電流を供給することにより経皮的にグルコースを抽出し、抽出媒体の電気伝導度を用いてグルコース抽出量を補正しているが、定電圧電源から定電圧を印加することにより経皮的にグルコースを抽出してもよい。なお、定電圧を印加してグルコースを抽出する場合、皮膚を流れる電流の大きさは皮膚の抵抗に対応して変動する。グルコースの抽出量は皮膚を流れる電流の大きさに依存するため、電流値が大きくなれば、グルコース抽出量も増えることになる。そのため、定電圧を印加してグルコースを抽出する場合には、グルコース抽出時の電流値の変動をモニタリングする電流測定部を設け、抽出媒体の電気伝導度を用いたグルコース抽出量の補正に加えて、電流測定部がモニタリングした電流値に基づいて、グルコース抽出量の補正を行ってもよい。例えば、抽出媒体の電気伝導度を用いたグルコース抽出量の補正に加えて、グルコースを抽出する間の電流値の変動をモニタリングして、その平均電流値を計算し、その電流値と基準となる電流値の倍率を求めることにより、グルコース抽出量の補正を行ってもよい。

また、本実施形態では、グルコース透過率を推定するために、経皮的に抽出された組織液を保持する抽出媒体に電力を供給したときの抽出媒体の電気伝導度を測定しているが、抽出媒体に電力を供給したときの抽出媒体の電気抵抗値や、抽出媒体に印加された電圧値や抽出媒体に供給された電流値を測定してもよい。電気抵抗、電圧、電流の大きさに基づいても、グルコース透過率を推定することは可能である。

また、本実施形態では、グルコース透過率を推定するために、抽出媒体の電気伝導度という電気的情報を取得しているが、グルコースが皮膚を透過した度合いを反映する情報を取得できればよく、イオン電極を用いて、経皮的に抽出された組織液に含まれるイオンの量を計測することにより、グルコースが皮膚を透過した度合いを反映する情報を取得してもよい。

また、本実施形態では、電極４、電極５に銀／塩化銀電極を用いているが、活性炭電極を用いてもよい。活性炭電極を用いた場合には、抽出媒体の電気伝導度とグルコース抽出速度との相関を精度よく取得することができる。

また、本実施形態では、被験者の皮膚に電場を付与する際と抽出媒体に電流を流す際に、電極４と電極５を共用している。このように構成することにより、血糖値測定装置１に用いる電極の数を少なくすることができ、装置の小型化が可能となる。

また、本実施形態では、被験者の皮膚に電場を付与する際と抽出媒体に電流を流す際に、電極４と電極５を共用しているが、電極３，４，５以外に別途電極を設け、抽出媒体に電流を流す際には電極４と電極５を用い、被験者の皮膚に電場を付与する際には、電極３と別途設けられた前記電極との間を電流が流れるよう構成してもよい。

また、本実施形態では、表示部１５に被験者の血糖値が表示されるよう構成されているが、抽出媒体の電気伝導度や電気抵抗値など、抽出媒体に電力を供給することにより取得する電気的情報を表示部１５に表示するよう構成してもよい。このように構成することにより、被験者は、皮膚の透過率を反映した情報を容易に得ることができる。

また、本実施形態では、分析装置の一実施形態として、血糖値を測定するための血糖値測定装置１を説明したが、被験者の体内から抽出した組織液に含まれる成分の分析値に基づいて、被験者の体内の組織液中の成分の濃度を取得する分析装置に適用できる。本発明の分析装置が分析可能な成分の濃度としては、生化学成分の一つであるたんぱく質、および被験者に投与された薬剤の濃度などが挙げられる。これらの成分は、本実施形態と同様にして抽出媒体内に抽出することができる。

被験者の手首に装着された血糖値測定装置１の斜視図である。 固定具２０を備えるバンド部材１９の斜視図である。 抽出カートリッジ２が装着された血糖値測定装置１の内部構造を示す図である。 図３に示した血糖値測定装置１の構成を示す構成説明図である。 抽出カートリッジ２の構造を示す平面図である。 図５に示した抽出カートリッジ２の３００−３００線に沿った断面図である。 抽出カートリッジセット２００を示す斜視図である。 図７に示した抽出カートリッジセット２００の４００−４００線に沿った断面図である。 抽出カートリッジセット２００を示す斜視図である。 前処理用の微細針アレイ５１を示す斜視図である。 グルコースセンサ７０に光を照射することにより、検知部３０がグルコースを検知する構成を示す図である。 血糖値測定装置１による測定のための被験者の準備手順を示すフローチャートである。 血糖値測定装置１の制御・解析部１１の測定動作手順を示すフローチャートである。 血糖値測定装置１を用いたグルコースの抽出原理を説明するための模式図である。 血糖値測定装置１を用いたグルコースの抽出原理を説明するための模式図である。 血糖値測定装置１を用いたグルコースの抽出原理を説明するための模式図である。 被験者の皮膚に電場を付与する際の電気回路を示す図である。 血糖値測定装置１を用いたグルコースの抽出原理を説明するための模式図である。 抽出媒体の電気伝導度を測定する際の電気回路を示す図である。 プロットされたグルコース抽出速度と抽出媒体の電気伝導度との関係を示す特性図である。

符号の説明

１ 血糖値測定装置
２ 抽出カートリッジ
３ 電極
４ 電極
５ 電極
６ 分析ユニット
１１ 制御・解析部
１２ スイッチ回路
１３ 定電流電源
１４ 入力部
１５ 表示部
１６ 電圧計
１９ バンド部材
２０ 固定具
２３ メッシュシート
３０ 検知部
７０ グルコースセンサ

Claims (19)

1. 被験者の皮膚を介して抽出される組織液を保持するための抽出媒体が供給される抽出媒体保持部と、
   前記抽出媒体に保持された組織液に含まれる所定の成分の量に関する成分量情報を取得する成分量情報取得部と、
   抽出された組織液を保持している前記抽出媒体に電力を供給し、前記抽出媒体から第１電気的情報を取得する電気的情報取得部と、
   前記成分量取得部が取得した前記成分量情報と、前記電気的情報取得部が取得した前記第１電気的情報とに基づいて、被験者の体液に含まれる前記所定の成分の濃度に関する情報を取得する成分濃度情報取得部と、
   を備える分析装置。
2. 前記体液は、組織液または血液から選択される請求項１に記載の分析装置。
3. 前記第１電気的情報は、前記組織液が皮膚を介して抽出される時の皮膚の透過度合いを反映した情報である請求項１または請求項２に記載の分析装置。
4. 前記第１電気的情報は、前記抽出媒体の電気伝導度または電気抵抗に基づく情報である請求項１または請求項２に記載の分析装置。
5. 前記第１電気的情報は、前記抽出媒体に印加された電圧または前記抽出媒体に供給された電流に基づく情報である請求項１または請求項２に記載の分析装置。
6. 前記電気的情報取得部は、電源と、電源の一方の極に接続される第１電極と、電源の他方の極に接続される第２電極と、を備え、
   前記第１電極は前記皮膚と電気的に接続されるよう配置されるとともに、前記第２電極は前記抽出媒体保持部に保持された前記抽出媒体に接触するよう配置され、
   前記電源が、前記第１電極と、前記皮膚と、前記第２電極との間を流れる電流を供給することにより、前記組織液が前記抽出媒体に抽出される請求項１〜５のいずれか１項に記載の分析装置。
7. 前記電気的情報取得部は、さらに、前記抽出媒体保持部に保持された前記抽出媒体に接触するよう配置された第３電極を備え、
   前記電気的情報を取得するときは、前記電源は、前記第２電極と前記第３電極との間を流れる電流を供給する、請求項６に記載の分析装置。
8. 前記電気的情報取得部は、前記組織液が前記抽出媒体に抽出されるときに前記皮膚から第２電気的情報を取得し、
   前記成分濃度情報取得部は、前記成分量取得部が取得した前記成分量情報と、前記電気的情報取得部が取得した前記第１電気的情報と前記第２電気的情報とに基づいて、被験者の体液に含まれる前記所定の成分の濃度に関する情報を取得する請求項６または請求項７に記載の分析装置。
9. 前記抽出媒体保持部に供給される前記抽出媒体は非導電性である請求項１〜８のいずれか１項に記載の分析装置。
10. 前記抽出媒体は、液体、または、ゲルである請求項１〜９のいずれか１項に記載の分析装置。
11. 前記液体は純水である請求項１０に記載の分析装置。
12. 前記抽出媒体保持部は前記液体を吸収して保持するための吸収部材を備える請求項１０または請求項１１に記載の分析装置。
13. 前記吸収部材は紙またはメッシュシートである請求項１２に記載の分析装置。
14. 前記成分量情報取得部によって取得される情報は、前記抽出媒体に前記所定の成分が所定の単位時間あたりに抽出される量である請求項１〜１３のいずれか１項に記載の分析装置。
15. 前記所定の成分はグルコースである請求項１〜１４のいずれか１項に記載の分析装置。
16. 前記被験者の体液に含まれる前記所定の成分の濃度とは血糖値である請求項１５に記載の分析装置。
17. 前記第１電気的情報、前記第２電気的情報、または前記所定の成分の濃度に関する情報のいずれかを出力するための出力部をさらに備える請求項１〜１６のいずれか１項に記載の分析装置。
18. 被験者の皮膚を介して抽出された組織液を抽出媒体に保持する保持ステップと、
    保持した組織液に含まれる所定の成分の量に関する成分量情報を取得する成分量情報取得ステップと、
    抽出された組織液を保持する前記抽出媒体に電力を供給する電力供給ステップと、
    前記抽出媒体から電気的情報を取得する電気的情報取得ステップと、
    前記成分量情報と、前記電気的情報取得とに基づいて、被験者の体液に含まれる前記所定の成分の濃度に関する情報を取得する成分濃度情報取得ステップと、
    を有する分析方法。
19. 前記抽出媒体は非導電性である請求項１８に記載の分析方法。
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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