JP2008206721A - センサデバイス - Google Patents

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Takeshi Fujimura
剛 藤村
Hideaki Nakamura
秀明 中村
Tomoko Ishikawa
智子 石川
Masao Goto
正男 後藤
Masao Karube
征夫 輕部
Takahiko Kitamura
貴彦 北村
Shingo Kaimori
信吾 改森
Hiroto Nakajima
裕人 中嶋
Hiroshi Hayami
宏 早味
Toshifumi Hosoya
俊史 細谷
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Abstract

【課題】 ランセット針がバイオセンサチップに固定されたランセット針一体型のセンサデバイスにおいて、指先から出血させた血液をセンサチップ内の試料空間に十分に導入させる。
【解決手段】 バイオセンサチップ100と、前記バイオセンサチップ100の片端部に固定されたランセット針200を有する針一体型センサ体20を着脱可能に装着するセンサデバイス1において、穿刺対象面を押し当てることによって密閉空間(穿刺機構室51)を形成し、当該穿刺機構室51内において前記センサ体20を穿刺対象面に衝突させる穿刺機構(駆動バネ31)と、密閉された穿刺機構室31を減圧する減圧機構部60とを備え、減圧機構の駆動によって穿刺機構室51を減圧し、前記バイオセンサチップ100の試料導入口101から試料空間130内に試料を誘導する。
【選択図】 図3

Description

本発明は、センサデバイス、具体的にはバイオセンサチップとランセット針が一体になったランセット針一体型のセンサ体を装着するのに適したセンサデバイスに関する。
患者自身で血液採取用のランセット装置を用いて血液採取を行い、採取した血液中の血糖値等を測定することが行われている。ランセット装置は、一般には穿刺針などのランセット針とこれを駆動するためのランセット本体とからなり、ランセット針をランセット本体から勢いよく飛び出させて指先等に衝突させ、指先等に傷を付けて出血させる装置である。
従来、血糖値などの測定はこのようなランセット装置と、それと別体となった測定装置を用いて行われてきたが、近年、バイオセンサとランセット装置を組み合わせ、両者を一体にして血液採取から測定までを一度の操作で行えるようにしたランセット針一体型センサデバイスが提案されている。
例えば特許文献1に記載されたセンサデバイスは、内部空間を有するチップ本体とランセット針を備えたランセット体及びチップ本体を装着するデバイス本体とから構成されている。ランセット体はチップ本体の内部空間内を移動可能に作製されている。ランセット体はチップ本体内に収納された後、デバイス本体にセットされ、デバイス本体内の駆動装置によってランセット針の先端がチップ本体先端に開設された試料導入口から突出されるように構成されている。
チップ本体は、内部空間を構成するための凹所を備えた基板とバイオセンサが構成されたカバーとからなる。カバーの内面には、バイオセンサを構成する1対の電極と当該電極と配線で接続された端子部が設けられている。電極は試料導入口から内部空間に延びる溝状の試料空間に臨ませるように設けられており、当該電極と当該電極の表面に塗布された試薬層とによってバイオセンサが構成されている。
ところが、このセンサデバイスは、基板とカバーの間の試料空間内において針を移動させ、チップ本体の先端にある試料導入口から血液を試料空間内に導入する構造であるために、チップ本体の厚みが大きくなる。また、試料導入口は比較的大きく、それに伴い多くの血液量を必要とするので、患者への痛みが相当大きなものとなっていた。
その一方で、非常に小型でかつ簡単な方法で量産可能なセンサチップが開発されている。特許文献2に示すバイオセンサチップは、図5に示すバイオセンサチップとほぼ同様な構造をしており、絶縁性のある板部材を折り曲げることでカバーと基板とを形成し、両者を接着剤層によって接着することによりチップの先端に試料導入口を形成すると共に両者の間に血液を導入する試料空間を形成している。そして、板部材にはスパッタリングなどの方法によって電極と、当該電極と配線で結ばれた電極が形成されており、試料導入口近傍に設けられた電極と当該電極の表面及びその近傍に塗布された試薬層とによってバイオセンサが構成されている。このセンサチップは板部材が貼り合わせられた構造であるため、非常に薄くて小型に作製され、必要とされる血液量は少なくなり、患者への肉体的負担がかなり軽減されることが期待される。
国際公開公報WO02/056769号 国際公開公報WO05/010519号
ところで針のようなランセット針とバイオセンサチップとを一体にする場合、血液がバイオセンサチップの試料導入口から試料空間に導入されるためには、試料導入口に血液が十分に行き渡る必要がある。ところが、特許文献2のような薄型のバイオセンサチップを用いて一体型にする場合、試料空間から試料導入口において、皮膚に穿刺可能な剛性を有する針(つまり、ある程度の太さが必要である)を挿通して、特許文献1記載のセンサチップのように試料導入口から針先を飛び出させ、その後再び試料空間内に納める構造とすることは実現性に乏しい。
そこで、特許文献2に記載されたバイオセンサチップのカバー上面若しくは基板下面に針を固定することが考えられる。しかしながら、このバイオセンサチップの試料導入口は非常に狭いので、針を伝わった血液が試料導入口に接触しただけでは、試料空間に血液が十分に入り込まないおそれがある。また、試料導入口は針先(針の軸)から離れた位置にあるために、出血した血液が針を伝わって試料導入口に行き渡らないというおそれもある。
その一方で、折り曲げられた板部材の間に針を挟み込むように固定することも考えられる。この場合、試料導入口から針が飛び出る構造となるため、バイオセンサチップの上面(若しくは下面)に固定する場合に比べて血液を誘導しやすいとも考えられる。しかしながら、針が指先から抜かれるとセンサチップもそれと共に指先から離れるので、やはり出血した血液が試料導入口に血液が十分に行き渡らないことになる。そして、試料導入口に針を挿通させるためには、板部材を厚くする必要があるために、センサチップが大きくならざるを得ず、採取する血液量を十分に少なくできなくなるという問題も考えられた。
本発明は上記の背景技術に鑑みてなされたものであって、本発明は、穿刺針などのランセット針がバイオセンサチップに固定されたランセット針一体型となったセンサ体を装着するセンサデバイスにおいて、センサチップを減圧環境下に置くことによって、血液を効率よく試料空間に導入することをその目的としている。
すなわち、本発明のセンサデバイスは、バイオセンサチップと、前記バイオセンサチップの片端部に固定されたランセット針を有する針一体型センサ体を着脱可能に装着するセンサデバイスであって、穿刺対象面を押し当てることによって密閉空間を形成し、当該密閉空間内において前記センサ体を穿刺対象面に衝突させる穿刺機構と、密閉された前記密閉空間を減圧する減圧機構とを備え、減圧機構の駆動によって前記密閉空間を減圧し、前記バイオセンサチップの試料導入口から試料空間内に試料を誘導することを特徴としている。
本発明によると、指先等の穿刺対象面に衝突した後において、バイオセンサチップが減圧下に置かれるので、穿刺対象面から流れ出た試料たる体液が試料空間内に誘導されやすくなる。従って、特許文献2に開示されたような薄型で小型のバイオセンサチップを用いても良好な測定が行える。すなわち、少量の血液で測定が可能になる。
以下、本発明について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。図1は本発明のセンサデバイス1の概略斜視図、図2、図3はランセット針一体型のセンサ体20を装着したセンサデバイス1の概略断面構造図であって、図2は図1のA−A´線における断面構造図、図3は図1のB−B´線における断面構造図、図4は当該センサデバイス1に装着されたセンサ体20を一部破断した概略斜視図、図5はセンサ体20を構成するセンサチップ100の概略斜視図、図6はセンサ体20の一部を拡大した概略説明図、図7は本発明のセンサデバイス1の動作説明図である。
本発明のセンサデバイス1は、センサチップ100とランセット針200を備えたセンサ体20を着脱可能に装着するデバイス本体10を有する。センサ体20は、センサチップ100とランセット針200が一体に構成されたセンサ本体30とデバイス本体10に装着するためのセンサボディ40とから構成されている。センサ本体30は、皮膚に傷を付け出血させるための針や小型の刃物状物であるランセット針200とセンサチップ100が固定部材150と支持部材160によって一体化されたものである。そして、センサ体20はいわゆるディスポーザブル製品として提供される。
センサチップ100は、図5に示すように、絶縁性を有する板部材であるカバー120と基板110の間で試料空間130を形成するようにカバー120と基板110とが接着剤層140で貼り合わせられた構造をしており、センサチップ100の先端には試料空間130に繋がる試料導入口101が開設されている。また、試料空間130の後端には、試料空間130とセンサチップ100の外部と繋がった通気孔141がその両側に延設されている。
基板110には、試料空間130に臨ませて一対の電極111が形成されている。そして、試料導入口101と反対側にある基板端部には、前記電極111と導体で電気的に接続された電圧取り出し用の端子112が形成されている。カバー120には、試料空間130に臨ませて試料(具体的には血液等の体液)と反応する試薬層121が設けられている。この一対の電極111と試薬層121によってバイオセンサが構成されている。また、試料空間130の後端に望ませて、試料空間130に導入された試料を検出する液落検知回路用の電極113が基板に形成され、電圧取り出し用端子112の近傍に形成された電圧取り出し用の端子114と電気的に導通している。このようなセンサチップ100としては、例えば前記特許文献2に記載されたような板部材が折り曲げられて基板とカバーとが作製されたチップが例示される。もっとも、本発明においては、特許文献2に示された構造のものでなくても差し支えなく、基板110とカバー120との間に試料導入口101が備えられ、その試料導入口101から試料を導入する構造のものであれば適用が可能である。
ランセット針200はセンサチップ100のカバー120上に配置され、固定部材150と支持部材160によって挟まれてセンサチップ100に固定されている。ランセット針200は、皮膚に傷を付けるべくセンサチップ100の先端からランセット針200の先端を突出させて固定されている。また、皮膚から出た体液が速やかに試料導入口101に誘導されるように、ランセット針200の軸がほぼ試料空間130の配設方向とほぼ平行になるように配置され、当該軸が試料導入口101に近接、好ましくは試料導入口101の真上に位置するように配置されている。
支持部材160はセンサチップ100の下面からセンサチップ100を保持する機能を有しており、例えばプラスチック材料などから作製される。固定部材150はセンサチップ100の上面からセンサチップ100を保護する機能を有しており、例えばプラスチック材料などから作製される。また、固定部材150はランセット針200を固定する機能も有しており、その下面にはランセット針200を固定するための切り欠き(図示せず)が形成されている。もちろん、固定部材150と支持部材160を一体成形することもできる。
このセンサ本体30は、例えば図4に示すような略筒状をしたセンサボディ40に装着される。センサボディ40は、デバイス本体10への装着用に用いられるものであって、その内部には、センサチップ100の端子112とデバイス本体10の測定回路(図示せず)及び端子114と液絡検知回路(図示せず)を電気的に接続するためのコネクタ41を備えている。また、センサボディ40の後端側には、ボディ先端側に比べて外径が小さくなった筒状の駆動バネ装着部42が設けられている。駆動バネ装着部42の筒内部はセンサボディ40の先端に向かって径が細くなったテーパ状のセンサ体保持部43となっており、センサ体20を装着するための保持機構の一部を構成している。
デバイス本体10は、穿刺対象面を押し当てることによって密閉空間を形成し、当該密閉空間内においてセンサ体20を穿刺対象面に衝突させる穿刺機構部50と、当該密閉空間内を減圧する減圧機構部60、センサチップ100で生じた起電圧から測定値に変換する変換回路や測定値を表示するための表示機構(図示せず)、試料空間130内に試料が導入されたことを検知する液絡検知回路(図示せず)などを備えている。
穿刺機構部50は先端が筒状に作製された穿刺機構室51とセンサ体20を穿刺対象面に衝突させる穿刺機構とを備えている。穿刺機構室51は、指先などの穿刺対象面を先端の開口16に押し当てることによって、密閉空間を形成する。穿刺機構は例えばバネ機構からなり、センサ体20の後部に装着される駆動バネ31と、駆動バネ31を圧縮した状態で保持するとともに駆動ボタン11によって保持状態を解除する保持機構とから構成される。駆動バネ31はその一端が穿刺機構室51の後壁面52に固定されており、センサ体20の駆動バネ装着部42を駆動バネ31の他端側から挿入できるようになっている。
保持機構は、密閉空間内において駆動バネ31を圧縮した状態で保持し、ボタン操作などによって保持状態を解除し、センサ体20を穿刺対象面に衝突させる機構であればその構成はどのようなものであってもよい。図示するものでは、連接部材44に設けられたフック固定用の凹所45と駆動ボタン11と連動するフック部材46及び保持バネ47並びに連接部材44に前方に向けて突設された保持部材49並びにセンサ体保持部43とからなる。駆動ボタン11は保持バネ47によって上方に付勢されており、フック部材46の先端に設けられたフック48を凹所45に係止させている。保持部材49は、先が細くなった円錐台状に作製されており、センサ体保持部43(駆動バネ装着部42の筒内)に挿入されることにより駆動バネ31を圧縮した状態で保持する。また、連接部材44が前方に押し出されることによって保持部材49(若しくは駆動バネ装着部42の後端面が当接された連接部材44)がセンサ体20を前方に押し出し、駆動バネ31を開放する。
また、このセンサデバイス1においては、穿刺状態、つまり、センサ体20が穿刺対象面に衝突した状態においても密閉空間内を減圧状態に維持するために、穿刺状態において駆動バネ装着部42を穿刺機構室51の後壁面52に開設した開口53からわずかに後方に飛び出させてある。そして、開口53には図示しないフッ素樹脂などからなるOリングが備えられており、穿刺機構室51の気密性と駆動バネ装着部42の滑り性が確保されている。
減圧機構部60は、穿刺機構室51を減圧状態にし、穿刺後に放出された体液を試料導入口101から試料空間130に導入する機能を果たす。すなわち、本発明は、バイオセンサチップ100全体を減圧下に置くことによって通気孔141から試料空間130内の大気を排出し、そこに体液を速やかに送り込むことにしたものである。このような機能を果たす機構であれば具体的な構成は問われるものではなく、例えばエアダンパが用いられる。図示する減圧機構部60の減圧機構は、気密状態を形成できる筒状のシリンダ室61とシリンダ室61内に収納されたピストン62及びピストン62を駆動するピストンバネ63並びにピストンバネ63を圧縮した状態で保持するとともに駆動ボタン11によって保持状態を解除するピストン保持機構とから構成されている。シリンダ室61は、例えばシリンダ室61基端に設けられた連通孔64を介して穿刺機構室51と連通しており、穿刺機構室51と一体になって気密状態が担保される。また、シリンダ室61の基端には、シリンダ室61内を大気圧に開放する電磁弁65が備えられている。この電磁弁65は液絡検知回路により制御されており、試料空間130内に試料が導入されたことが検知されると電磁弁65が開放される。すなわち、電磁弁65が閉じられた状態においては、穿刺機構室51の先端開口16を指先等の穿刺対象面で塞ぐことによって、穿刺機構室51とシリンダ室61が気密状態に担保される。また、電磁弁65が開放されると、そこから空気が入り、穿刺機構室51とシリンダ室61が大気圧に開放される。また、ピストンロッド66を挿通させたシリンダ室61の後壁面67の開口には、図示しないフッ素樹脂などからなるOリングが備えられており、シリンダ室61の気密性とピストンロッド66の滑り性が確保されている。
ピストン62はシリンダ室61に収容され、ピストンバネ63の復元力によってシリンダ室61の空間を広げるようにピストンバネ63によって付勢されている。ピストン保持機構は、ピストン62の後端側に備えられたピストンロッド66と、当該ピストンロッド66の一端が固定された連接部材44に設けられたフック固定用の凹所45と駆動ボタン11と連動するフック部材46及び保持バネ47とからなる。すなわち、ピストンバネ63の保持機構と駆動バネ31の保持機構は同時に作動する仕組みになっており、駆動ボタン11を押下することによって、圧縮されていたピストンバネ63と駆動バネ31は自然な状態へと復元する。この結果、保持部材49の先端がセンサ体保持部43を押し、駆動バネ31が復元してセンサ体20が穿刺対象面に向けて勢いよく飛び出る。また、それとともに、気密状態下において、シリンダ室61の空間が広がる結果、シリンダ室61に負圧が生じ、穿刺機構室51(及びシリンダ室61)内が減圧される。
このとき、例えばピストンバネ63の復元力を駆動バネ31の復元力よりも弱く設定するなどして、穿刺機構室51が緩やかに減圧されるようにすることが望ましい。つまり、センサ体20を勢いよく飛び出させて穿刺対象面にランセット針200を衝突させることが必要とされる一方、減圧機構部60はエアダンパのように緩やかにピストン62を駆動し、徐々に負圧を発生させることが望まれる。そうではなく、駆動バネ31と同じような復元力でピストン62を駆動すれば、急激に負圧が発生することになり、一度に多量の体液が試料空間130内に流れることになる。この結果、試料空間130に気泡が入って測定不良を生じたり、被験者への負担つまり出血時の痛みが増大したりするおそれが強くなる。
ピストンロッド66と保持部材49が固定された連接部材44は、デバイス本体10の左右側面に飛び出たロック用レバー14と連動している。すなわち、ロック用レバー14を動かすことによって、ピストンバネ63が圧縮され、連接部材44の凹所45にフック48が係止される。また、保持部材49が後方に下がり、センサ体20を穿刺機構部50に装着することによって、駆動バネ31を圧縮した状態でセンサ体20がデバイス本体10にセットされる。
次に、本発明のセンサデバイス1の動作について図7の動作説明図に基づいて説明すると、以下のとおりである。まず、図7(a)に示すように、ピストンバネ及び駆動バネが復元した自然な状態にあるセンサデバイス1において、ロック用レバー14を後方に引き、ピストンバネ63を圧縮して、連接部材44の凹所45に保持機構のフック48を係止する。そして、センサ体20を穿刺機構室51の先端開口16から挿入し、センサ体保持部43に保持部材49を挿入して駆動バネ31を圧縮しながら、センサ体20をデバイス本体10にセットする(図7(b))。センサ体20がデバイス本体10にセットされると測定回路がオンとなる。この状態では、電磁弁65は開かれた状態であって、穿刺機構室51及びシリンダ室61は大気圧となっている。そして、同図(c)に示すように、穿刺機構室51の先端開口16に指先Mを押し当てて開口16を塞いだ状態で、駆動ボタン11を押下する。すると、電磁弁65が閉じられ密閉空間が構成されると共に係止状態が解かれ、ピストンバネ63の復元力によって連接部材44が前方に引き寄せられ、保持部材49(若しくは連接部材44)がセンサ体20を押し出す。センサ体20が押し出されると駆動バネ31が復元して、その復元力によってセンサ体20が勢いよく前方に飛び出し、ランセット針200が指先Mに突き刺さる。また、駆動ボタン11の押下により電磁弁65が閉じられているので、ピストンバネ63が復元するに連れて穿刺機構室51が徐々に減圧される。そうすると、穿刺箇所から血液が流れだし、その血液はランセット針200を伝わって、試料導入口101から排気された試料空間130内に誘導される。そして、試料空間130内に血液が充満すると、液絡検知回路がオンされて電磁弁65が開放される。その後、指先Mを開口16から離し、センサ体20をデバイス本体10から取り出して測定を終える。また、センサ体20がデバイス本体10から取り外されると測定回路がオフになり、取り外されたセンサ体20は廃棄される。
このように、本発明のセンサデバイス1においては、穿刺対象面に穿刺したセンサチップ100を減圧下に置くことによって、センサチップ100に設けられた試料空間130内に穿刺箇所から出た体液を速やかに誘導している。この結果、特許文献2に示されたような非常に小型化されたセンサチップ100を用いて正確な測定が行えるようになる。従って、極めて少量の採血量で検査ができ、患者への痛みも軽減される。特に、上記デバイス1においては液絡回路によって電磁弁65が制御されており、必要な量が採血されると穿刺機構室51を大気圧に開放する減圧開放機構を備えているので、必要以上の体液(血液)の採取が防止される。また、測定値が表示される前に採血が完了したことを指先等で感じとることができ、採血が良好にできたかどうか使用者の不安を取り除くこともできる。
上記実施形態においては、上面にランセット針200を配置したセンサチップ100を用いた場合について説明したが、例えば図8に示すように、板部材からなるカバー120と基板110との間にランセット針200を挟み、カバー120と基板110の間に形成された試料導入口101内にランセット針200の軸を位置させたセンサチップ100を用いることもできる。また、下面にランセット針300を配置することもできる。
もちろん、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の実施形態が考えられる。例えば、センサ体20を構成するセンサボディ40は必須の構成要件ではなく、ランセット針200が一体に構成されたセンサ本体30を直接デバイス本体10に直接取り付けるようにしてもよい。また、センサ体20を皮膚に衝突させる穿刺機構として、圧縮空気を利用した穿刺機構やモータの回転力を用いた穿刺機構を用いることもでき、押下ボタンを押すと同時にこうした穿刺機構やエアダンパなどの減圧機構を駆動させるようにしてもよい。
さらに、上記において説明したように減圧機構を本体内に組み込むことによって、一体型のデバイスとすることもできるが、本発明においては必ずしも減圧機構部を本体内に組み込む必要はなく、本体外に減圧機構部を構成し、例えば排気用のチューブ等を用いて穿刺機構室を減圧するように構成しても差し支えない。
本発明によると、患者への肉体的負担を軽減可能にした測定装置が提供される。この測定装置では、少ない採血量でも確実に測定が行えるので、非常に小型のバイオセンサチップを用いることができる。また、センサデバイス自体も小型化され、持ち運びにも好都合なセンサデバイスが提供される。
本発明のセンサデバイスの概略斜視図である。 センサ体を装着したセンサデバイスの概略断面構造図であって、図1のA−A´線における概略断面構造図である。 センサ体を装着したセンサデバイスの概略断面構造図であって、図1のB−B´線における概略断面構造図である。 センサデバイスに装着されたセンサ体の一部を破断した概略斜視図である。 センサ体を構成するセンサチップの概略斜視図である。 センサ体の一部を拡大した概略説明図であって、(a)はその正面説明図、(b)はその断面説明図である。 本発明のセンサデバイスの動作説明図である。 別な実施形態であるセンサ体の一部を拡大した概略説明図であって、(a)はその正面説明図、(b)はその断面説明図である。
符号の説明
1 センサデバイス
10 デバイス本体
11 駆動ボタン
14 ロック用レバー
16 デバイス本体先端の開口
20 センサ体
31 駆動バネ
40 センサボディ
41 コネクタ
42 駆動バネ装着部
43 センサ体保持部
44 連接部材
45 凹所
46 フック部材
48 フック
49 保持部材
50 穿刺機構部
51 穿刺機構室
60 減圧機構部
61 シリンダ室
62 ピストン
63 ピストンバネ
64 連通孔
65 電磁弁
66 ピストンロッド
100 センサチップ
101 試料導入口
110 基板
120 カバー
121 試薬層
130 試料空間
140 接着剤層
141 通気孔
200 ランセット針

Claims (5)

  1. バイオセンサチップと、前記バイオセンサチップの片端部に固定されたランセット針を有する針一体型センサ体を着脱可能に装着するセンサデバイスであって、
    穿刺対象面を押し当てることによって密閉空間を形成し、当該密閉空間内において前記センサ体を穿刺対象面に衝突させる穿刺機構と、
    密閉された前記密閉空間を減圧する減圧機構とを備え、
    減圧機構の駆動によって前記密閉空間を減圧し、前記バイオセンサチップの試料導入口から試料空間内に試料を誘導することを特徴とするセンサデバイス。
  2. 前記密閉空間を保持した状態で、試料空間内への試料が導入されたことを検知する検知機構と、
    当該検知機構と連動して、穿刺機構室内を大気圧に開放する減圧開放機構を備えたことを特徴とする請求項1に記載のセンサデバイス。
  3. 前記減圧機構はピストン機構と当該ピストン機構を駆動するバネ機構を備え、前記ピストン機構を構成するシリンダ室とからなることを特徴とする請求項1又は2の何れか一の請求項に記載のセンサデバイス。
  4. 前記穿刺機構はバネ機構からなることを特徴とする請求項1〜3の何れか一の請求項に記載のセンサデバイス。
  5. 前記バイオセンサチップは、板部材からなるカバーと基板とによって構成され、カバーと基板との間に試料と試薬層が反応する試料空間を備えたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一の請求項に記載のセンサデバイス。
JP2007046327A 2007-02-26 2007-02-26 センサデバイス Pending JP2008206721A (ja)

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