JP2009195560A - 針一体型測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】穿刺具およびバイオセンサチップを同時に駆動して穿刺を行うための駆動機構の構造を簡単かつ小型化し、ワンタッチで穿刺できると共に、正確な測定を行うことができる安価でコンパクトな針一体型測定装置を提供する。
【解決手段】針一体型測定装置１は、穿刺針１３とバイオセンサチップ２０を一体に備えたバイオセンサカートリッジ１１が着脱可能に装着されるコネクタ３２と、コネクタ３２を測定装置本体４０に対して穿刺駆動する駆動機構５１と、を備える。駆動機構５１は、駆動モータ５３により回転駆動されるトラバース軸５５と、トラバース軸５５の円筒表面に形成された無端螺旋状の溝に係合するトラバースガイドと、コネクタ３２に接続され、トラバース軸５５の回転速度と溝の傾斜角度に応じた速度で移動するトラバースガイドと共に往復運動させられる可動部材５９と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、針一体型測定装置に関し、例えばバイオセンサチップ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一体型測定装置に関するものである。

例えば糖尿病の早期発見・悪化防止のために用いられる血糖測定装置は、１日多数回の血糖値測定に利用されることから、穿刺装置と測定装置とを一体化し、かつ、血液を絞り出すための吸引手段を備えたものであることが好ましい。この種の血糖測定装置としては、例えば特許文献１等に開示される成分測定装置が知られている。

特許文献１等に記載された成分測定装置は、主として本体と、蓋体と、指当て部と、ハウジング内に収納された穿刺手段と、ポンプと、測定手段とを備えている。
そして、使用時にはチップをハウジングに装着し、指先を指当て部に押し当ててチップの先端を封止する。操作ボタンを押圧すると、チップが備える穿刺針が指先を穿刺し、ポンプがハウジング内及び穿刺部位を減圧状態とし、穿刺部位からは血液が吸い出され、採取された血液中の所定成分が測定手段で測定され、制御手段で処理され、その結果が表示部で表示される。

この様な成分測定装置の穿刺手段（駆動機構）は、先端に穿刺針が着脱自在に嵌合されるプランジャと、プランジャを先端方向へ付勢する穿刺用バネと、プランジャを基端方向へ付勢する押し戻し用バネとを有している。
穿刺用バネは、操作ボタンが押圧されると、伸張してプランジャを先端方向へ移動させ、穿刺針の刃先が指先の表面を穿刺する。

このとき、押し戻し用バネは、圧縮され、プランジャを基端方向へ付勢、すなわち、プランジャを基端方向へ押し戻そうとする。その後、プランジャは、減衰運動し、穿刺用バネの弾性力と押し戻し用バネの弾性力とが釣り合う位置で静止する。尚、プランジャが静止した状態では、穿刺針の刃先は、チップ内に収納されている。

一方、ランセットを長手方向に変位させるランセット駆動装置（駆動機構）としては、例えば特許文献２等に記載された切開器具におけるランセット駆動装置のように、ソレノイドを用いたものが知られている。

特開２００２−６５６４４号公報 特表２００５−５０４５６４号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の穿刺手段においては、チップを介して手動で穿刺用バネを圧縮状態とすることによって、穿刺手段による穿刺の準備及び検体採取の準備が完了する。
そこで、穿刺前に穿刺用バネを手動で圧縮状態とする必要があり、穿刺・測定までの操作に時間と手間がかかり、ワンタッチ動作での測定は困難である。

更に、穿刺手段にバネ部材を用いることで、穿刺針の穿刺速度は確保し易いが、正確な穿刺動作の制御ができず、プランジャ及び穿刺針が穿刺後に減衰運動してしまう。
そこで、血液を静止させた状態での測定が難しく、測定手段による正確な測定が困難である。

また、検体から採取した血液中の所定成分を測定手段により測定する為には、穿刺後に穿刺針だけを抜いてチップ位置を保持するなど測定するための戻り動作が必要なので、上述した穿刺手段における穿刺用バネと押し戻し用バネのように、複数のバネ部材が必要となる。また、穿刺用バネに所定以上の加速度をつける為には、ある程度の穿刺距離が必要である。
そこで、これら穿刺用バネ及び押し戻し用バネを収納するハウジングの容積が大きくなると共に、ハウジング内を減圧するポンプも大きくなるので、成分測定装置の本体が大型化する。

また、上述した特許文献２に記載の切開器具のように、ランセット駆動装置としてソレノイドを用いた場合にも、検体から採取した血液中の所定成分を測定手段により測定する為には、穿刺後にランセットを所定量だけ後退させる必要があるので、複数のソレノイドが必要となる。また、ランセットに所定以上の加速度をつける為には、ある程度のソレノイドの大きさが必要である。
そこで、ソレノイドを収容する静止ハウジングが大きくなり、この様なランセット駆動装置を備えた測定装置も大型化する。

従って、本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、穿刺具およびバイオセンサチップを同時に駆動して穿刺を行うための駆動機構の構造を簡単かつ小型化し、ワンタッチで穿刺できると共に、正確な測定を行うことができる安価でコンパクトな針一体型測定装置を提供することにある。

本発明に係る上記目的は、穿刺具とバイオセンサチップを一体に備えたバイオセンサカートリッジが着脱可能に装着されるコネクタと、前記コネクタを測定装置本体に対して穿刺駆動する駆動機構と、を備えた針一体型測定装置であって、
前記駆動機構が、
駆動モータにより回転駆動されるトラバース軸と、
前記トラバース軸の円筒表面に形成された無端螺旋状の溝に係合するトラバースガイドと、
前記コネクタに接続され、前記トラバース軸の回転速度と前記溝の傾斜角度に応じた速度で移動する前記トラバースガイドと共に往復運動させられる可動部材と、
を備えることを特徴とする針一体型測定装置により達成される。

上記構成の針一体型測定装置によれば、駆動機構は、駆動モータにより一方向に回転駆動されるトラバース軸の回転速度と溝の傾斜角度に応じた速度で往復運動させられるトラバースガイド及び可動部材を介して、バイオセンサカートリッジが装着されたコネクタを穿刺駆動することができる。
そこで、駆動機構の構造が簡単になり、測定装置本体の小型化及び低コスト化が可能となる。また、駆動機構は駆動モータを逆回転させることなくバイオセンサカートリッジを往復運動させることができ、穿刺動作の正確な制御が可能となる。

また、上記構成の針一体型測定装置において、前記バイオセンサカートリッジを収容する収容空間と伴に前記穿刺具による穿刺部位を減圧状態にする減圧機構を備えた針一体型測定装置であって、
前記減圧機構が、前記可動部材に接続された減圧ポンプのピストンを移動させることにより、前記収容空間内に負圧を付与することが望ましい。

このような構成の針一体型測定装置によれば、収容空間及び穿刺部位に対する減圧とバイオセンサカートリッジの穿刺が、同一の駆動動作で可能となる。そこで、ワンタッチ動作での測定が可能となる。

また、上記構成の針一体型測定装置において、前記可動部材の移動開始位置を変更することにより、前記ピストンの減圧ストロークを変更して前記収容空間内の減圧量を調整することが望ましい。
このような構成の針一体型測定装置によれば、穿刺速度を変えずに可動部材の移動開始位置を変更するだけで、減圧量を調整することができる。

また、上記構成の針一体型測定装置において、前記駆動モータが、前記トラバース軸の回転位置・速度制御モータ（例えば、ステッピングモータ、サーボモータ、超音波モータ、シンクロナスモータ）からなることが望ましい。
このような構成の針一体型穿刺装置によれば、穿刺駆動の数値制御が可能となり、穿刺速度及びストローク等の設定・変更が容易となる。

また、上記構成の針一体型測定装置において、先端当接部を前記穿刺部位に押し当てることにより、前記収容空間を気密に密閉可能な筒状ケースが、前記測定装置本体に対して着脱自在とされると共に、
前記測定装置本体には、前記筒状ケースの装着状態を検知するための検知機構が設けられることが望ましい。

このような構成の針一体型穿刺装置によれば、被検体と接触する当接部の交換が容易となる。
そこで、例えば血液等が筒状ケースに付着しても、容易に清掃又は交換ができ、針一体型穿刺装置を常に良好な衛生状態に保つことができる。また、筒状ケースの装着状態を検知するための検知機構を測定装置本体に設けることで、筒状ケースの不完全な装着状態による穿刺深さのバラツキ発生や、筒状ケースの未装着での使用等を防止することができる。

本発明に係る針一体型測定装置によれば、駆動機構の構造が簡単になり、測定装置本体の小型化及び低コスト化が可能となる。また、駆動機構は駆動モータを逆回転させることなくバイオセンサカートリッジを往復運動させることができ、穿刺動作の正確な制御が可能となる。
従って、穿刺具およびバイオセンサチップを同時に駆動して穿刺を行うための駆動機構の構造を簡単かつ小型化し、正確な測定を行うことができる安価でコンパクトな針一体型測定装置を提供することができる。

以下、添付図面に基づいて本発明に係る針一体型測定装置の好適な実施形態を詳細に説明する。
なお、今回開示される実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、下記する意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

図１は本発明の一実施形態に係る針一体型測定装置の構成図であり、図２は図１に示した針一体型測定装置の穿刺待機中の状態を示す水平断面図であり、図３及び図４は図２におけるIII−III断面矢視図及びIV-IV断面矢視図であり、図５は図１に示した針一体型測定装置の穿刺中の状態を示す水平断面図であり、図６（ａ）はバイオセンサチップの一例を示す断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）中Ａ方向から見たバイオセンサチップの端面図であり、図７はトラバース軸における無端螺旋状の溝の展開図である。

本実施形態に係る針一体型測定装置１は、図１，２及び図５に示すように、被検体を穿刺する穿刺具としての穿刺針１３とバイオセンサチップ２０を一体に備えたバイオセンサカートリッジ１１が着脱可能に装着されるコネクタ３２と、コネクタ３２を測定装置本体４０に対して穿刺駆動する駆動機構５１と、バイオセンサカートリッジ１１を収容する収容空間８５と伴に穿刺針１３による被検体の穿刺部位を減圧状態にする減圧機構４１と、これら駆動機構５１及び減圧機構４１の駆動制御やバイオセンサチップ２０による計測を行う計測制御装置３０と、を備える。

本実施形態において、穿刺具としては、中空の注射針や、ランセット(lancet；槍状刀)針や、カニューレ(cannula；套管)等が挙げられる。これらの針は、樹脂に固着されていても良いし、樹脂で一体化（針自体も樹脂で成形）されていても良い。本実施形態では、穿刺具の一例として樹脂にランセット針が固着されたものが例示されている。

図６（ａ）および（ｂ）には、穿刺針１３が一体的に設けられているバイオセンサチップ２０の一例が示されている。
このバイオセンサチップ２０は、チップ本体２１が、互いに対向する２枚の基板２２ａ，２２ｂと、この２枚の基板２２ａ，２２ｂ間に挟装されるスペーサ層２３とを有しており、穿刺針１３が２枚の基板２２ａ，２２ｂ間に固定されている。

２枚の基板２２ａ，２２ｂの少なくとも１枚の基板２２ａにおけるスペーサ層２３側の表面には、検知用電極２４ａ，２４ｂが設けられており、先端部（図６（ａ）において下端部）は互いに対向する方向へＬ字状に曲げられて、所定間隔を保持している。
チップ本体２１の後端部２１ｂにおいては、基板２２ａが基板２２ｂおよびスペーサ層２３よりも延設されており、検知用電極２４ａ，２４ｂは基板２２ａ上に露出している。

チップ本体２１の先端部２１ａから、２つの検知用電極２４ａ，２４ｂが対向している部分にかけて、２枚の基板２２ａ，２２ｂ及びスペーサ層２３により中空反応部２５が形成されている。
この中空反応部２５の先端には、検体に穿刺針１３を穿刺して採取した試料としての血液を中空反応部２５に導入する試料採取口２５ａが開口して設けられている。この試料採取口２５ａは穿刺針１３に近接して設けられており、少量の試料でも確実に採取することができ、使用者の負担を軽減することができるようになっている。

中空反応部２５においては、検知用電極２４ａ，２４ｂは露出しており、中空反応部２５における検知用電極２４ａ，２４ｂの直上或いは近傍に、例えば酵素とメディエータを固定化し血液中のグルコースと反応して電流を発生する試薬２６が設けられている。
従って、中空反応部２５は、試料採取口２５ａから採取された例えば血液等の血液が、試薬２６と生化学反応する部分となる。

基板２２ａおよび２２ｂ、スペーサ層２３の材質としては、絶縁性材料のフィルムが選ばれ、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、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）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。代表的なＰＥＴ樹脂としては、メリネックスやテトロン（以上、商品名、帝人デュポンフィルム株式会社製）、ルミラー（商品名、東レ株式会社製）等が挙げられる。

試薬２６の例としては、グルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ）やグリコースデヒドロゲナーゼ（ＧＤＨ）、コレステロールオキシダーゼ、ウリガーゼ等の酵素と、フェリシアン化カリウム、フェロセン、ベンゾキノン等の電子受容体が挙げられる。また、検体の採血負担を考慮すると、中空反応部２５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２５であると、チップ本体２１の直径は小さくても検体の充分な血液量が採取可能となる。また、穿刺針１３は、直径が１０００μｍ以下であることが好ましい。

更に、図２に示すように、バイオセンサカートリッジ１１の先端部には、穿刺針１３を挿通させるとともに、圧縮時に穿刺針１３を先端面に突出させる略円柱状の弾性体１５が設けられている。弾性体１５の先端面には凹部１９が形成され、凹部１９は中央底部に半球状の膨出部１８が形成されている。膨出部１８の中心には弾性体１５を貫通する貫通穴１６が穿設され、貫通穴１６はチップ本体２１の穿刺針１３を挿通させるため、穿刺針１３の外径より大きく形成されている。弾性体１５の軸線方向の寸法は、穿刺針１３の先端までを確実に覆うことができる長さとなっている。即ち、穿刺針１３は、膨出部１８の内部に配置されている。

弾性体１５は、先端面の周壁部１７が、軸線方向の圧縮力によって潰れるように変形する。また、同様の圧縮力が作用した際に、膨出部１８も凹部１９の底面近傍まで潰れるように変形する。即ち、この圧縮力が作用することにより、穿刺針１３が弾性体１５の先端面から相対的に突出されることとなる。この圧縮力は、駆動機構５１によって付与される。

尚、弾性体１５の材質としては、弾性を有するものであれば特に限定されないが、シリコーン、ウレタン、アクリル、エチレン、スチレン、ブタジエン、アクリロニトリル、プロピレン、クロロプレン等のポリマー単体若しくは共重合したポリマーからなるゴム若しくはスポンジ、ポリエチレン、及びポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート及びポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン及びパーフルオロアルコキシエチレンとポリフルオロエチレンの共重合体であるＰＦＡ等のフッ素樹脂などを利用できる。

コネクタ３２は、後端部が後述する駆動機構５１の連結軸７３の一端に接続固定されており、バイオセンサチップ２０を取り付けた状態で、駆動機構５１によって穿刺方向である前方（図２において下方）に駆動される。尚、コネクタ３２は密閉された構造であり、コネクタ配線等から駆動機構５１側へ空気漏れが生じることはない。
測定装置本体４０に対して穿刺方向に移動自在に配設されたコネクタ３２の先端部には、チップ本体２１の後端部２１ｂを挿入して固定するとともに、検知用電極２４ａ，２４ｂと導通する端子挿入部３２ａが設けられている。

端子挿入部３２ａの端子は、連結軸７３のコネクタ配線用貫通穴７３ａ内に配線された電線７７を介して計測制御装置３０の制御部に電気的に接続されており、バイオセンサチップ２０の検知用電極２４ａ，２４ｂが検知した試料と試薬２６との反応が、計測制御装置３０の制御部に伝達されるようになっている。

本実施形態の駆動機構５１は、図２乃至図５に示すように、駆動モータ５３により回転駆動されるトラバース軸５５と、トラバース軸５５の円筒表面に形成された無端螺旋状の溝６０に係合するトラバースガイド５６と、連結軸７３を介してコネクタ３２に接続され、トラバース軸５５の回転速度と溝６０の傾斜角度に応じた速度で移動するトラバースガイド５６と共に往復運動させられる可動部材５９と、トラバース軸５５に併設され、可動部材５９を移動案内するガイド軸７０と、を備える。

本実施形態の駆動モータ５３は、トラバース軸５５の回転位置・速度制御モータであるステッピングモータからなり、計測制御装置３０内のモータ制御部により回転速度制御される。尚、トラバース軸の回転位置・速度等を制御可能なモータとしては、サーボモータ、超音波モータ、シンクロナスモータ等を用いることもできる。
トラバース軸５５は、一端がカップリング５２を介して駆動モータ５３のモータ軸に連結されており、他端が軸受５４に回転自在に支持されている。

トラバース軸５５の円筒表面には、図４に示すように、無端螺旋状の溝６０が形成されている。この溝６０は、図７に示す展開図のように、軸方向に沿って互いに交差しながら螺旋状に形成された往路溝６０ａと復路溝６０ｂの両端をそれぞれ連結することにより、無端螺旋状に形成されている。

トラバースガイド５６は、図３及び図４に示すように、後述する可動部材５９の保持孔６３に回転自在に保持される円筒状の保持部５６ａと、該保持部５６ａの底面に垂設されて溝６０に係合する係合部５６ｂと、を備える。尚、係合部５６ｂは、往路溝６０ａと復路溝６０ｂが交差する部分において従動方向が変わることが無いように、トラバース軸５５の外周方向に沿った十分な係合長さを有している。

可動部材５９は、トラバース軸５５が挿通される貫通穴６１と、貫通穴６１に直交して連通する保持孔６３と、摺動部材７５を介してガイド軸７０が挿通されるガイド穴を有するガイド部６７と、連結軸７３に接続される連結部６９と、を備える。
穿刺方向と平行に配設されたトラバース軸５５及びガイド軸７０に沿って往復移動自在に支持された可動部材５９は、連結部６９を介して連結軸７３を穿刺方向に往復移動させることができる。

トラバースガイド５６は、可動部材５９の貫通穴６１に挿通されたトラバース軸５５の溝６０に、係合部５６ｂが係合するようにして保持孔６３内に装着される。そして、蓋６５が保持孔６３を覆って取り付けられることで、トラバースガイド５６が可動部材５９内に収容保持される。

そこで、トラバース軸５５が駆動モータ５３により一方向に回転駆動されると、可動部材５９に保持されたトラバースガイド５６の係合部５６ｂが溝６０に沿って従動させられるので、トラバースガイド５６は可動部材５９と共にトラバース軸５５の軸方向に沿って往復移動する。

即ち、可動部材５９は、トラバース軸５５の回転速度と溝６０の傾斜角度に応じた速度で軸方向に沿って往復移動する。尚、トラバースガイド５６は、保持部５６ａが保持孔６３に回転自在に保持されているので、無端螺旋状の溝６０の両端部（往路溝６０ａと復路溝６０ｂの両端）において傾斜角度が切り換わる際も、スムーズに方向転換することができる。

従って、駆動機構５１は、駆動モータ５３により一方向に回転駆動されるトラバース軸５５の回転速度と往路溝６０ａの傾斜角度に応じた速度で移動させられる可動部材５９及び連結軸７３を介して、バイオセンサカートリッジ１１が装着されたコネクタ３２を穿刺駆動する（図５参照）。

また、駆動機構５１は、駆動モータ５３により一方向に回転駆動されるトラバース軸５５の回転速度と復路溝６０ｂの傾斜角度に応じた速度で移動させられる可動部材５９及び連結軸７３を介して、コネクタ３２を穿刺方向と逆に後退駆動することができる。

本実施形態の減圧機構４１は、図２に示すように、一端にコネクタ３２が接続された連結軸７３の他端に接続されたピストン９０がシリンダ９３内を摺動する減圧ポンプ９１と、測定装置本体４０のカートリッジ装着部８３の開口に着脱自在に装着され、バイオセンサカートリッジ１１を収容する収容空間８５を区画形成する筒状ケース８０と、密閉されたシリンダ９３内の減圧空間９５と収容空間８５とを連通する圧力連通路９７と、を備える。

減圧ポンプ９１は、ピストン９０がシリンダ９３に対して穿刺方向へ移動させられることにより、減圧空間９５内に負圧を発生させる。
筒状ケース８０は、先端当接部８０ａが被検体の穿刺部位に押し当てられることにより、収容空間８５を気密に密閉することができる。尚、測定装置本体４０には、筒状ケース８０の装着状態を検知するための検知機構８１が設けられる。

圧力連通路９７は、チューブ等により減圧空間９５と収容空間８５とを連通することにより、両空間を同一圧力に保つ。収容空間８５内に挿脱される連結軸７３とカートリッジ装着部８３との間には、収容空間８５内を気密に保持するための気密シール８７が設けられている。
そこで、可動部材５９が連結軸７３を介して減圧ポンプ９１のピストン９０をシリンダ９３に対して穿刺方句へ移動させることにより、密閉された収容空間８５内に負圧を付与することができる。

従って、減圧機構４１は、図５に示すように、駆動モータ５３により一方向に回転駆動されるトラバース軸５５の回転速度と往路溝６０ａの傾斜角度に応じた速度で移動させられる可動部材５９及び連結軸７３を介して、減圧ポンプ９１のピストン９０がシリンダ９３に対して穿刺方句へ移動させられることにより、収容空間８５と伴に穿刺針１３による穿刺部位を減圧状態にすることができる。

また、減圧機構４１は、駆動モータ５３により一方向に回転駆動されるトラバース軸５５の回転速度と復路溝６０ｂの傾斜角度に応じた速度で移動させられる可動部材５９及び連結軸７３を介して、減圧ポンプ９１のピストン９０がシリンダ９３に対して穿刺方句と逆方向へ移動させられることにより、収容空間８５の減圧状態を解除することができる。

更に、本実施形態の減圧機構４１は、筒状ケース８０の先端当接部８０ａを被検体の穿刺部位に押し当てて測定を開始する前に、駆動モータ５３を駆動して可動部材５９を原点位置から適宜移動させることにより、ピストン９０の減圧ストロークを変更して収容空間８５内の減圧量を適宜調整することができる。
即ち、可動部材５９の移動ストロークの変更に対応して駆動モータ５３の回転速度を変更することにより、バイオセンサカートリッジ１１の穿刺速度を一定にすることができるので、穿刺速度を変えずに可動部材５９の移動開始位置を変更することができる。

そして、測定装置本体４０の表面にはスイッチ３５が設けられており、スイッチ３５の操作により、駆動モータ５３が回転駆動されて可動部材５９の移動開始位置が変更されると、設定された減圧量が表示部３６に表示されるようになっている。
尚、可動部材５９は、計測制御装置３０の制御部に接続された原点検出用のリミットスイッチ９９によって、原点位置に復帰可能とされている。

次に、上記のように構成された針一体型測定装置１の作用を説明する。
図８（ａ）は実施形態に係る針一体型測定装置の穿刺中の状態を示す要部概略断面図、図８（ｂ）は実施形態に係る針一体型測定装置の穿刺後の状態を示す要部概略断面図である。

この針一体型測定装置１は、小型であり、例えば、使用者が片手で持つことが可能なハンディタイプとなり、使用者が自分で操作できるようになっている。
先ず、測定装置本体４０のカートリッジ装着部８３から筒状ケース８０を外し、コネクタ３２の端子挿入部３２ａに、バイオセンサチップ２０を挿入して取り付ける。バイオセンサチップ２０がコネクタ３２の端子挿入部３２ａに取り付けられると、バイオセンサチップ２０が電線７７を介して計測制御装置３０の制御部に電気的に接続される。

そして、カートリッジ装着部８３に筒状ケース８０を装着する。この際、検知機構８１が筒状ケース８０の検知部８０ｂを検知することで、針一体型測定装置１は筒状ケース８０の装着状態を確認することができる。
当初、可動部材５９は原点位置に復帰しており、トラバースガイド５６の係合部５６ｂは溝６０の位置Ｏに位置しているが、スイッチ３５を押圧操作して減圧量を適宜調整することにより、係合部５６ｂが往路溝６０ａの位置Ｓに従動させられ、可動部材５９は測定開始位置に移動する（図７参照）。この状態では、バイオセンサチップ２０が取り付けられたコネクタ３２は、図２に示す位置に移動される。

そして、筒状ケース８０の先端当接部８０ａを被検体Ｍの穿刺部位（例えば指先）に押し当てる。
この状態でスイッチ３３が押下されると、駆動モータ５３によりゆっくり回転駆動されるトラバース軸５５の回転速度と往路溝６０ａの傾斜角度に応じた速度で移動させられる可動部材５９及び連結軸７３を介して、減圧ポンプ９１のピストン９０がシリンダ９３に対して穿刺方向へ移動させられる。

そこで、減圧ポンプ９１は、減圧空間９５内に負圧を発生させるので、圧力連通路９７により連通された収容空間８５も減圧状態となり、被検体Ｍの穿刺部位には吸引力が作用する。
次に、トラバース軸５５の回転により係合部５６ｂが往路溝６０ａの位置Ｔまで従動させられて減圧動作が完了すると、今度は駆動モータ５３により急速に回転駆動されるトラバース軸５５の回転速度と往路溝６０ａの傾斜角度に応じた速度で移動させられる可動部材５９及び連結軸７３を介して、バイオセンサカートリッジ１１を装着したコネクタ３２が穿刺駆動される。

そして、トラバース軸５５が更に回転し、係合部５６ｂが溝６０の位置Ｕまで従動させられ、穿刺駆動されたバイオセンサカートリッジ１１の先端が所定の押圧力で被検体Ｍに押し付けられると、図８（ａ）に示すように、弾性体１５の周壁部１７及び膨出部１８が潰れ、穿刺針１３が突出される。これにより、突出した穿刺針１３の先端が被検体Ｍに穿刺される。

更に、トラバース軸５５が回転し、係合部５６ｂが復路溝６０ｂの位置Ｖまで従動させられ、穿刺駆動されたバイオセンサカートリッジ１１の先端が所定量だけ後退させられると、図８（ｂ）に示すように、穿刺針１３が被検体Ｍから抜かれた最終移動測定位置に達して停止する。これと同時に、押し付け力により変形した弾性体１５は、復元力によって元の形状に戻る。この際、駆動機構５１は、駆動モータ５３を逆回転させることなくバイオセンサカートリッジ１１を所定量だけ後退させることができる。

被検体Ｍから穿刺針１３が抜かれると、その穿刺穴から流出する血液Ｂが、バイオセンサチップ２０の先端に開口する試料採取口２５ａへ導かれ、試料採取口２５ａから中空反応部２５への流入する。
この際、収容空間８５内には負圧が付与しているので、穿刺穴から流出した血液Ｂに対しても負圧が作用し、効率よくバイオセンサチップ２０の中空反応部２５に血液Ｂを吸引することができる。

そして、中空反応部２５に流入した血液Ｂが試薬２６と反応すると、電流が発生し、この電流が基板２２ａの検知用電極２４ａ，２４ｂに流れ、電線７７を介して計測制御装置３０に入力される。これにより、血液中の成分が計測され、その計測結果が制御部によって表示部３６へ表示される。

このように、駆動機構５１は、駆動モータ５３により一方向に回転駆動されるトラバース軸５５の回転速度と溝６０の傾斜角度に応じた速度で往復運動させられるトラバースガイド５６及び可動部材５９を介して、バイオセンサカートリッジ１１が装着されたコネクタ３２を穿刺駆動することができる。
そこで、駆動機構５１の構造が簡単になり、測定装置本体４０の小型化及び低コスト化が可能となる。また、駆動機構５１は駆動モータ５３を逆回転させることなくバイオセンサカートリッジ１１を往復運動させることができ、穿刺動作の正確な制御が可能となる。更に、駆動モータ５３がステッピングモータからなるので、穿刺駆動の数値制御が可能となり、穿刺速度及びストローク等の設定・変更が容易である。

また、減圧機構４１は、可動部材５９に接続された減圧ポンプ９１のピストン９０を穿刺方向に移動させることにより、バイオセンサカートリッジ１１の収容空間８５内に負圧を付与することができる。
そこで、本実施形態の針一体型測定装置１によれば、収容空間８５及び穿刺部位に対する減圧とバイオセンサカートリッジ１１による穿刺とが、同一の駆動動作となるので、ワンタッチ動作での測定が可能となる。その結果、短時間且つ容易な測定を可能にして、使用者の負担を軽減することができる。
従って、穿刺針１３およびバイオセンサチップ１１を同時に駆動して穿刺を行うための駆動機構５１の構造を簡単かつ小型化し、正確な測定を行うことができる安価でコンパクトな針一体型測定装置１を提供することができる。

次に、本発明の参考例に係る針一体型測定装置１００を説明する。
図９は本発明の参考例に係る針一体型測定装置の穿刺待機中の状態を示す水平断面図である。なお、針一体型測定装置１００は、上記実施形態に係る針一体型測定装置１の駆動機構５１に代えて駆動機構１５１を用いた以外は略同様の構成であるので、同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略するものとする。

図９に示した針一体型測定装置１００における駆動機構１５１は、駆動モータ５３により回転駆動される送りネジ軸１５５と、送りネジ軸１５５に螺合するボールねじナットである可動部材１５９と、送りネジ軸１５５に併設され、可動部材１５９のガイド部１６７を移動案内するガイド軸７０と、を備える。尚、駆動機構１５１は、送りネジ軸１５５とボールねじナットである可動部材１５９に代えて、台形ネジ軸とこれに螺合するナットである可動部材を用いることもできる。

可動部材１５９は、送りネジ軸１５５が駆動モータ５３により回転駆動されると、軸方向に沿って往復移動する。そして、可動部材１５９は、連結部１６９ａを介して連結軸１７３ａを穿刺方向に往復移動させることができる。

そこで、駆動機構１５１は、駆動モータ５３により正回転駆動される送りネジ軸１５５により送り駆動される可動部材１５９及び連結軸１７３ａを介して、バイオセンサカートリッジ１１が装着されたコネクタ３２を穿刺駆動することができる。
更に、駆動機構１５１は、駆動モータ５３により逆回転駆動される送りネジ軸１５５により戻り駆動させられる可動部材１５９及び連結軸１７３ａを介して、コネクタ３２を穿刺方向と逆に後退駆動することができる。

尚、送りネジ軸１５５を回転自在に支持している軸受５４の近傍には、クッション１６０が配設されており、可動部材１５９の衝突を防止している。
また、可動部材１５９は、計測制御装置３０の制御部に接続されたオーバーラン検出用のリミットスイッチ１９９によって、測定使用時の安全の為にバイオセンサカートリッジ１１の先端が穿刺方向へ所定以上突出しないように駆動制御される。

一方、可動部材１５９は、一端に減圧ポンプ９１のピストン９０が接続された連結軸１７３ｂの他端に接続された連結部１６９ｂを介して、ピストン９０をシリンダ９３に対して穿刺方向へ移動させることにより、減圧空間９５内に負圧を発生させることができる。
即ち、可動部材１５９が連結軸１７３ｂを介して減圧ポンプ９１のピストン９０をシリンダ９３に対して穿刺方句へ移動させることにより、密閉された収容空間８５内に負圧を付与することができる。

従って、減圧機構４１は、駆動モータ５３により正回転駆動される送りネジ軸１５５により送り駆動される可動部材１５９によって、減圧ポンプ９１のピストン９０がシリンダ９３に対して穿刺方句へ移動させられることにより、カートリッジ装着部１８３の収容空間１８５と伴に穿刺針１３による穿刺部位を減圧状態にすることができる。

更に、減圧機構４１は、駆動モータ５３により逆回転駆動される送りネジ軸１５５により戻り駆動させられる可動部材１５９及び連結軸１７３ｂを介して、減圧ポンプ９１のピストン９０がシリンダ９３に対して穿刺方句と逆方向へ移動させられることにより、収容空間１８５の減圧状態を解除することができる。

従って、上記実施形態に係る針一体型測定装置１と同様に、針一体型測定装置１００の減圧機構４１は、カートリッジ装着部１８３の先端当接部１８３ａを被検体Ｍの穿刺部位に押し当てて測定を開始する前に、駆動モータ５３により送りネジ軸１５５を回転駆動して可動部材１５９を原点位置から適宜移動させることにより、ピストン９０の減圧ストロークを変更して収容空間１８５内の減圧量を適宜調整することができる。

なお、本発明の針一体型測定装置に係る穿刺具、バイオセンサチップ、バイオセンサカートリッジ、コネクタ、測定装置本体、駆動機構、減圧機構、駆動モータ及び筒状ケース等の構成は、上記した実施形態の構成に限定されるものでなく、本発明の趣旨に基づいて適宜な変形、改良等が可能であることは云うまでもない。

本発明の一実施形態に係る針一体型測定装置の構成図である。 図１に示した針一体型測定装置の穿刺待機中の状態を示す水平断面図である。 図２におけるIII−III断面矢視図である。 図２におけるIV-IV断面矢視図である。 図１に示した針一体型測定装置の穿刺中の状態を示す水平断面図である。 （ａ）はバイオセンサチップの一例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）中Ａ方向から見たバイオセンサチップの端面図である。 トラバース軸における無端螺旋状の溝の展開図である。 （ａ）は図１に示した針一体型測定装置の穿刺中の状態を示す要部概略断面図であり、（ｂ）は図１に示した針一体型測定装置の穿刺後の状態を示す要部概略断面図である。 本発明の参考例に係る針一体型測定装置の穿刺待機中の状態を示す水平断面図である。

符号の説明

１…針一体型測定装置
１１…バイオセンサカートリッジ
１３…穿刺針（穿刺具）
１５…弾性体
２０…バイオセンサチップ
３０…計測制御装置
３２…コネクタ
４０…測定装置本体
４１…減圧機構
５１…駆動機構
５３…駆動モータ（トラバース軸の回転位置・速度制御モータ）
５５…トラバース軸
５６…トラバースガイド
５６ａ…保持部
５６ｂ…係合部
５９…可動部材
６０…溝
７０…ガイド軸
７３…連結軸
８０…筒状ケース
８５…収容空間
９０…ピストン
９１…減圧ポンプ
９３…シリンダ
９５…減圧空間
９７…圧力連通路
Ｍ…被検体

Claims (5)

1. 穿刺具とバイオセンサチップを一体に備えたバイオセンサカートリッジが着脱可能に装着されるコネクタと、前記コネクタを測定装置本体に対して穿刺駆動する駆動機構と、を備えた針一体型測定装置であって、
   前記駆動機構が、
   駆動モータにより回転駆動されるトラバース軸と、
   前記トラバース軸の円筒表面に形成された無端螺旋状の溝に係合するトラバースガイドと、
   前記コネクタに接続され、前記トラバース軸の回転速度と前記溝の傾斜角度に応じた速度で移動する前記トラバースガイドと共に往復運動させられる可動部材と、
   を備えることを特徴とする針一体型測定装置。
2. 前記バイオセンサカートリッジを収容する収容空間と伴に前記穿刺具による穿刺部位を減圧状態にする減圧機構を備えた針一体型測定装置であって、
   前記減圧機構が、前記可動部材に接続された減圧ポンプのピストンを移動させることにより、前記収容空間内に負圧を付与することを特徴とする請求項１に記載の針一体型測定装置。
3. 前記可動部材の移動開始位置を変更することにより、前記ピストンの減圧ストロークを変更して前記収容空間内の減圧量を調整することを特徴とする請求項２に記載の針一体型測定装置。
4. 前記駆動モータが、前記トラバース軸の回転位置・速度制御モータからなることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の針一体型測定装置。
5. 先端当接部を前記穿刺部位に押し当てることにより、前記収容空間を気密に密閉可能な筒状ケースが、前記測定装置本体に対して着脱自在とされると共に、
   前記測定装置本体には、前記筒状ケースの装着状態を検知するための検知機構が設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の針一体型測定装置。
   

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