JP2019178930A - センサチップ、センシング装置、カバー、体液収集デバイス及びセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】新規な構造を有するセンサチップを提供する。【解決手段】生体に近接させて体液を収集し体液の化学測定を行うためのセンサチップ３０において、生体に近接する表面１００が曲面で構成されている。【選択図】図１

Description

本開示は、センサチップ、センシング装置、カバー、体液収集デバイス及びセンサに関する。

近年、体液中に含まれる様々な物質を検出するセンサチップが開発されてきている。その一例として、血液中のグルコースを検出するためのグルコースセンサが開発されている。

本願発明者は、血液中のグルコースだけでなく、血液以外の体液（例えば、涙液）中に含まれる様々な物質（グルコースを含む。）も検出可能なセンサチップを検討した。また、体液に関わらず、種々の電気化学測定で高感度のセンサが必要とされている。この目的を達するべく、本願発明者は、センサチップの新規な構造や関連技術について検討した。

本開示の一実施形態によれば、
生体に近接させて体液を収集し体液の化学物質の測定を行うためのセンサチップであって、
生体に近接する表面が曲面で構成されている
ことを特徴とするセンサチップが提供される。

本開示の他の実施形態によれば、
生体に近接させて体液を収集し体液の化学物質の測定を行うためのセンサチップであって、
曲面で構成され生体に近接する表面と、体液を収集する体液収集口とを有する体液収集ユニットと、
前記体液収集ユニットで収集された前記体液に対して化学測定を行うセンシングユニットと
を備えるセンサチップが提供される。

本開示の他の実施形態によれば、
生体に近接させて体液を収集し体液の電気化学測定を行うためのセンサチップであって、
曲面で構成され生体に近接する表面と、体液を収集する体液収集口とを有する体液収集ユニットと、
前記体液収集ユニットで収集された前記体液に対して電気化学測定を行うセンシングユニットと、
前記センシングユニットからのアナログ電気信号を受けて、デジタル信号を出力する電気測定ユニットと
を備える、
センシング装置が提供される。

本開示の他の実施形態によれば、
生体に近接させて体液を収集し体液の電気化学測定を行うためのセンサチップであって、
曲面で構成され生体に近接する表面と、体液を収集する体液収集口とを有する体液収集ユニットと、
前記体液収集ユニットで収集された前記体液に対して電気化学測定を行うセンシングユニットと、
前記センシングユニットからのアナログ電気信号を受けて、デジタル信号を出力する電気測定ユニットと、
筐体と、
を備える、
センシング装置が提供される。

本開示の他の態様によれば、
生体に近接させて体液を収集し体液の化学測定を行うためのセンサチップに用いられるカバーであって、
曲面で構成され、生体に近接する表面を備えている、
カバーが提供される。

本開示の他の態様によれば、
生体に近接させて体液を収集する体液収集デバイスであって、
生体に近接する表面が曲面で構成されている、
体液収集デバイスが提供される。

本開示の他の態様によれば、
液体の電気化学測定用のセンサであって、
前記液体に接触するように構成された対極と、
前記液体に接触するように構成された作用極と、
前記液体に接触するように構成され、記対極と前記作用極の間に配置された参照極と、
を備えるセンサが提供される。

本開示の一実施形態によれば、新規な構造を有するセンサチップ及び関連技術が提供される。

一つの実施形態に係るセンサチップの断面図である。 他の実施形態に係るセンサチップ及びカバー（体液収集ユニット）の分解斜視図である。 さらに他の実施形態に係るセンサチップ及びカバー（体液収集ユニット）の分解斜視図である。 基板の第１面上に形成された電極のレイアウトの第１例を示す図である。 基板の第１面上に形成された電極のレイアウトの第２例を示す図である。 基板の第１面上に形成された電極のレイアウトの第３例を示す図である。 基板の第１面上に形成された電極のレイアウトの第４例を示す図である。 基板の第１面上に形成された電極のレイアウトの第５例を示す図である。 基板の第１面上に形成された電極のレイアウトの第６例を示す図である。 センサチップをセンサ装置本体に取り付ける方法を説明するための図である。 一つの実施形態に係るセンシング装置を説明するための図である。 センサチップの出力電流を示すグラフである。 図１２のグラフに基づいた出力電流とグルコース濃度の関係を示すグラフである。 図５に示したレイアウトを有するセンサチップによる外部環境ノイズの測定結果を示す図である。 図４に示したレイアウトを有するセンサチップによる外部環境ノイズの測定結果を示す図である。

本開示に係る「生体に近接する表面」が近接する生体の部分は、生体の外皮であってもよく、表皮であってもよく、上皮であってもよい。生体の外皮などは、動物の皮膚、表皮又は粘膜であってもよい。動物はヒトであってもよい。本開示の体液収集デバイスは、生体の表面に接触した際に、実質的に損傷を起こさず、又は痛みを与えないように形成されていることが好ましい。ある実施形態では、体液は、体内の臓器から体液を収集してもよい。「生体に近接する表面」は、切開などにより現れた臓器又は器官の表面であってもよく、その内部の組織表面であってもよい。別の実施形態では、切開せず医療機器や生体に挿入する機器などを用いて体内の所定の部所に到達して、体液を採取してもよい。

「生体」は、動物であってよく、哺乳類動物であってもよく、ヒトであってもよい。

溶液は、体液でもよく、体液由来の溶液でもよく、体液の希釈液であってもよい。溶液は、体液でない（非体液由来）溶液でもよく、体液又は体液由来の溶液と非体液由来の溶液の混合液であってもよい。溶液は、サンプル測定に使用される溶液であってもよく、校正用の測定に使用される溶液であってもよい。例えば、溶液は、標準液や校正液であってもよい。

「体液」は、リンパ液であってもよく、組織間液、細胞間液、間質液などの組織液であってもよく、体腔液、漿膜腔液、胸水、腹水、心嚢液、脳脊髄液（髄液）、関節液（滑液）、眼房水（房水）であってもよい。体液は、唾液、胃液、胆汁、膵液、腸液などの消化液であってもよく、汗、涙、鼻水、尿、精液、膣液、羊水、乳汁であってもよい。「体液」は溶液であってもよい。溶液は、測定対象物質を含む、リン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）やＮ−トリス（ヒドロキシメチル）メチル−２−アミノエタンスルホン酸緩衝液（ＴＥＳ）などの生理緩衝液を含んでいてもよい。

溶液は、測定対象物質を含んでいてもよい。例えば、溶液は涙であって、測定対象物質は涙に含まれるグリコアルブミンであってもよい。あるいは、測定対象物は、血液又は血清中のグルコース、乳酸、アルブミン、グリコアルブミン、尿酸、グリコヘモグロビン、間質液中のグルコース、涙のグルコース、アルブミン、尿中のアルブミン、グルコースなどであってもよい。

「生体に近接する表面」は、生体の表皮に接触する表面であってもよく、生体の表皮に対して体液を収集できる程度に十分近づくように構成された表面であってもよい。ある実施形態では、「生体に近接する表面」は、体液と接触するように構成されてもよい。「生体に近接する表面」は、その一部で生体に近接してもよく、全体で近接してもよい。

化学物質の測定は、電気化学的測定であってもよい。「体液の化学測定」は、体液に含まれる又は溶解している物質（測定対象物質）を検出又は定量などする測定であってもよい。

「化学物質の測定」は、電気化学的な測定であってもよく、非電気化学的な測定であってもよい。電気化学測定の例示として、「化学物質の測定」は、電位差測定（ポテンショメトリー）であってもよく、電流測定（アンペロメトリー）であってもよく、三電極法であってもよく、インピーダンス測定であってもよい。非電気化学的な測定の例示として、「化学物質の測定」は、光変化を検出するフォトダイオードやフォトンカウンター測定でもよく、発熱測定（カロリメトリー）、重量変化を検知する表面弾性波測定、表面プラズモン共鳴でもよい。「化学物質の測定」は、上記の例示を含めた電気化学測定、非電気化学測定、その他の測定の複数の組み合わせた測定であってもよい。

本開示において、「曲面」は、一つの曲率又は曲率半径で定められた曲面であってもよく、曲面の各箇所で曲率が異なった曲面であってもよく、複数の曲率又は曲率半径で定められた曲面であってもよく、数えることのできない曲率の組み合わせで成り立っていてもよい。ある実施形態では、表面上での曲率は連続であってもよい（曲率連続）。

曲率半径は、０．５ｍｍ（ミリメートル、以下同様）以上であってもよい。曲率半径は、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３５ｍｍ、０．５ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍなどの値以上であってもよく、それより大きくてもよい。曲率は、２ｍｍ^−１以下であってもよい。曲率半径が０．２ｍｍを超えると、生体が感じる恐怖感が低減される可能性が高いと考えられる。曲率半径が０．３５ｍｍ以上だと生体に接触しても損傷を与える可能性を低くできると考えられる。曲率半径が０．５ｍｍ以上だと生体に対して安心感を与える可能性を高くできると考えられる。以上の曲率半径と生体に対する損傷、恐怖感、安心感との関係は一例にすぎず、他の相関関係があってもよい。曲率は、１０ｍｍ^−１、５ｍｍ^−１、３ｍｍ^−１、２ｍｍ^−１、１．２５ｍｍ^−１、１ｍｍ^−１、０．６７ｍｍ^−１、０．３３ｍｍ^−１、０．２ｍｍ^−１、０．１ｍｍ^−１などの値以下であってもよく、それより小さくてもよい。理論上、曲率半径に最大値又は曲率の最小値は特にないと考えられる。より大きい曲率半径又はより小さい曲率を有する表面は、皮膚などの表皮又は上皮に対して与えうる損傷や生体に対して与える痛みなどを回避又は低減することができる。

生体に近接する表面の表面粗さは、１μｍ（マイクロメートル、以下同様）Ｒａ（算術平均粗さ、以下同様）であってもよい。表面粗さが、０．１μｍＲａ以下だと、材質の影響に比較的依らず、生体に対して与える抵抗感を更に低くし、ツルツルした感触を与えることができると考えられる。表面粗さが０．１μｍＲａ以上であっても、材質の硬さを選ぶことにより、生体に対して抵抗感を与える可能性を低くすることができると考えられる。以上の表面粗さと生体に対して与える感覚の相関関係は一例にすぎず、他の相関関係があってもよい。

生体に近接する表面の表面粗さは、６μｍＲｙ又はＲｚ（最大高さ、以下同様）であってもよい。表面粗さが、０．６μｍＲｙ又はＲｚ以下だと、材質の影響に比較的依らず、生体に対して与える抵抗感を更に低くし、ツルツルした感触を与えることができると考えられる。表面粗さが６μｍＲｙ又はＲｚ以上であっても、材質の硬さを選ぶことにより、生体に対して抵抗感を与える可能性を低くすることができると考えられる。以上の表面粗さと生体に対して与える感覚の相関関係は一例にすぎず、他の相関関係があってもよい。

本開示の実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１は、実施形態に係るセンサチップ３０の断面図である。図１は、後述する流路１１０の延伸方向に沿った断面を示している。

図１に示すように、ある実施形態では、生体に近接させて体液を収集し体液の化学測定を行うためのセンサチップ３０において、生体に近接する表面１００が曲面で構成されている。図１に示す例では、センサチップ３０は、曲面で構成される、生体に近接する表面１００を備えている。別の実施形態では、生体に近接させて体液を収集する体液収集デバイスにおいて、生体に近接する表面が曲面で構成されていてもよい。

図１に示すセンサチップ３０は、体液収集口１０２を備えている。体液収集口１０２は、生体に近接する表面１００内に配置されていてもよく、生体に近接する表面１００に囲まれていてもよい。

ある実施形態では、体液収集口１０２の開口部は曲面で形成されていてもよい。体液収集口１０２の開口部は、第２曲面として定義されてもよい。この場合、開口部以外の生体に近接する表面は第１曲面と定義されてもよい。体液収集口１０２の開口部の曲面の曲率半径は、０．５ｍｍ以上であってもよく、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２ｍｍ、２．５ｍｍ、３ｍｍなどの値以上であってもよく、それより大きくてもよい。体液収集口の開口部の曲面の曲率は、２ｍｍ^−１以下であってもよい。曲率は、１ｍｍ^−１、０．６７ｍｍ^−１、０．５ｍｍ^−１、０．４ｍｍ^−１、０．３３ｍｍ^−１などの値以下であってもよく、それより小さくてもよい。第１曲面と第２曲面との曲率は連続で繋がっていてもよい。

ある実施形態では、体液収集口１０２の開口部は、センサチップ３０に対して貫通孔の開口部として形成されていてもよい。別の実施形態では、センサチップ３０の生体に近接する表面の端部に切欠き状に形成されていてもよい。

別の実施形態では、体液収集口１０２の開口部は曲面形状でなくてもよい。

ある実施形態では、当該開口部は、弾性材料であってもよい。弾性材料を含む又は実質的に弾性材料からなる開口部は、生体に接触又は押し付けられたときに弾性変形し、生体への損傷などを回避又は低減することができる。その場合は、体液収集口１０２の開口部は、曲面形状でなくてもよい。例えば、弾性材料は、シリコーンであってもよく、ゴム材料であってもよく、低硬度高分子材料であってもよい。弾性材料は、高分子材料であってもよく、非高分子材料であってもよい。弾性材料は、低硬度（硬度計より硬度が３０°程度以下）材料であってもよく、一般硬度（硬度計より硬度が４０°から６０°程度）材料であってもよく、高硬度（硬度計より硬度が７０°から８０°程度）材料であってもよい。

センサチップ３０は、体液収集ユニット１０及びセンシングユニット２０を備えている。体液収集ユニット１０は、表面１００及び体液収集口１０２を有している。センシングユニット２０は、体液収集口１０２で収集された体液に対して化学測定を行う。体液収集ユニット１０とセンシングユニット２０とは、一体的に形成されてもよく、機械的、物理的、又は化学的に結合されるように構成されてもよい。体液収集ユニット１０とセンシングユニット２０とは、互いにはめ込み式に結合されてもよく、互いに取り外し可能であってもよい。体液収集ユニット１０とセンシングユニット２０とは貼り合わせてもよい。

体液収集ユニット１０は、流路１１０を有している。流路１１０は、体液収集口１０２からセンシングユニット２０を流体連結する。ある実施形態では、流路１１０は、体液収集ユニット１０を貫通する貫通孔であってもよく、表面１００に形成されたスリットであってもよく、貫通孔とスリットとを複合して形成してもよい。ある実施形態では、体液収集ユニット１０あたりに、一つの流路１１０が形成されてもよく、複数の流路１１０が形成されてもよい。

体液又は溶液が通る流路１１０は、その少なくとも一部の表面が親水性であってもよい。親水性の表面により、流路１１０内の体液等の移動や送達が促進されうる。

親水性とは、体液又は溶液が、流路１１０などの体液又は溶液が接触する部位の表面に到達する時間が、目的とする化学測定に対して実質的に影響しない程度の速さで、流路１１０等内を進行していくような表面の状態であってもよい。ある実施形態では、親水性とは、その使用されるべき体液又は溶液、あるいは親水性を測定するにあたり同等の性質を有する液体の接触角が９０度、６０度、４５度、２０度、１０度、又は５度以下の表面の状態であってもよい。一般に、接触角が小さい方が、体液の流路内への収集速度が上がると考えられる。

ある実施形態では、ヘマトクリット毛細管が流路１１０内に挿入又は配置されて形成されてもよい。ある実施形態では、体液収集ユニット１０には、流路１１０にヘマトクリット毛細管が設けられていてもよい。ある実施形態では、流路１１０は貫通孔であって、当該貫通孔にヘマトクリット毛細管が挿入されていてもよい。

体液収集ユニット１０に配置されたヘマトクリット管は、その一端部が体液収集口１０２から外部に非突出であってもよく、全長に亘り前記体液収集ユニット１０の前記貫通孔内部に収容されていてもよい。ヘマトクリット毛細管の端部を体液収集ユニット（センサチップ３０）内に配置することにより、体液収集口１０２が生体に近接し又は接触したときに、ヘマトクリット菅の端部による生体への損傷を低減することができる。

別の実施形態では、流路１１０の少なくとも一部の表面は、親水性薄膜でコーティングされていてもよく、ＵＶ又はプラズマ処理などの表面処理により親水化処理されてもよい。流路１１０に対して、親水薄膜のコーティングや表面処理による親水化処理を施すことにより、ガラス等の塑性材料の使用を回避し、デバイスへの圧力負荷や変形などによる機械的破損による生体への損傷を低減することができる。

体液は、体液収集口１０２に接触すると、表面張力で流路１１０に流入してもよい。体液は、流路１１０内の減圧又は陰圧により流路１１０に吸引されてもよい。

図１に示すように、ある実施形態では、体液収集口１０２から前記センシングユニット２０を流体連結する流路１１０の少なくとも一部には、液体吸収体１１２が配置されていてもよい。

液体吸収体１１２は、線維状物質、多孔質素材、ポリマーなどの材料であってもよい。液体吸収体１１２は、親水性の材料で形成されていてもよく、例えば親水性ポリマーであってもよい。

液体吸収体１１２を配置する場合に、流路１１０の表面は疎水性であってもよい。

液体吸収体１１２は、流路１１０内での液体の搬送の効率を向上させることができる。液体吸収体１１２は、例えば、液体の流路１１０内への流入速度、流路１１０内への吸い取り速度、また体液の採取速度などを上げ、体液の収集又は採取の時間を短縮することができる。例えば、涙は比較的短時間で蒸発するので、短時間で採取することが好ましい。流路１１０の内壁が親水性である場合、液体吸収体１１２が体液と接触することができる。特に液体吸収体１１２が体液収集口１０２の開口部より突出している場合には特にこの作用は顕著になる。流路１１０の内壁が疎水性である場合、液体吸収体１１２がないと体液は流路１１０に入っていかない。したがって、液体吸収体１１２により体液との接触が効率的になり、流路１１０への送液を可能にし、流入速度を上げることができる。

図１に示すように、ある実施形態では、体液収集ユニット１０及びセンシングユニット２０は、液体収容部１２０を規定するように構成されていてもよい。図１に示す例では、センシングユニット２０は、基板２００、電気化学電極２１２、出力端子２１４及び配線２１６を備えている。基板２００は、第１面２０２及び第２面２０４及び側面２０６を有している。電気化学電極２１２、出力端子２１４及び配線２１６は、第１面２０２上に形成されている。第２面２０４は、第１面２０２の反対側にある。側面２０６は、第１面２０２と第２面２０４の間にある。体液収集ユニット１０は、基板２００の第１面２０２の一部及び基板２００の側面２０６を覆っている。液体収容部１２０は、電気化学電極２１２と重なっており、流路１１０に連結されている。

図１に示すように、ある実施形態では、体液収集ユニット１０には、空気孔１３０が形成されていてもよい。空気孔１３０は、液体収容部１２０と重なっている。

電気化学電極２１２は、体液に接触するように構成されている。出力端子２１４は、電気化学電極２１２で発生する電気信号を出力する。配線２１６は、電気化学電極２１２と出力端子２１４とを接続する。

電気化学電極２１２は、三電極法用の電極であってもよく、その他の電気化学測定に用いられる電極であってもよい。

電極は、複数の電極を含んでいてもよく、２つの電極であっても、３つの電極であってもよい。ある実施形態では、電極は２つの電極を有し、当該２つの電極は、電気化学測定に用いられる作用極と参照極であってもよい。別の実施形態では、電極は３つの電極を有し、当該３つの電極は、作用極と参照極と対極であってもよい。

電極は、複数の電極グループを有していてもよい。各電極グループは、複数の電極を含んでいてもよい。

後述する図４から図９に示すように、ある実施形態では、センサチップ３０（センサ）は、溶液に接触するように構成された対極２１２ａと、溶液に接触するように構成された参照極２１２ｂと、溶液に接触するように構成された作用極２１２ｃとを備えていてもよい。ある実施形態では、センサチップ３０（センサ）は、対極２１２ａで発生する電気信号を出力する対極出力端子２１４ａと、参照極２１２ｂで発生する電気信号を出力する参照極出力端子２１４ｂと、作用極２１２ｃで発生する電気信号を出力する作用極出力端子２１４ｃとを備えていてもよい。ある実施形態では、センサチップ３０（センサ）は、対極２１２ａと対極出力端子２１４ａとを接続する対極配線２１６ａと、参照極２１２ｂと参照極出力端子２１４ｂとを接続する参照極配線２１６ｂと、作用極２１２ｃと作用極出力端子２１４ｃとを接続する作用極配線２１６ｃとを備えていてもよい。

体液収集ユニット１０又は体液収集ユニット１０の内少なくとも体液収集口１０２や流路１１０など溶液と接触するあるいは接触する可能性のある部分の表面（以降、カバーと呼ぶ。）は、生体材料又は生体適合性を有する材料で形成されていてもよい。ある実施形態では、カバーは、生体適合性を有する樹脂又は高分子で形成されていてもよい。ある実施形態では、カバーは、シリコーンなどの柔軟性を有する材料で形成されていてもよい。ある実施形態では、カバーは、主に親水性材料で形成されていてもよい。

図１に示す例において、表面１００は、面１００ａ、面１００ｂ、面１００ｃ、面１００ｄ、端部１００ｅ及び端部１００ｆを含んでいる。面１００ａ及び面１００ｂは、互いに対向しており、流路１１０の一部を画定している。面１００ｃは、面１００ａの反対側にある。面１００ｄは、面１００ｂの反対側にある。端部１００ｅは、面１００ａと面１００ｃの間にある。端部１００ｆは、面１００ｂと面１００ｄの間にある。表面１００は、端部１００ｅから面１００ａにかけての角、端部１００ｅから面１００ｃにかけての角、端部１００ｆから面１００ｂにかけての角及び端部１００ｆから面１００ｄにかけての角において曲面を構成している。

図２は、他の実施形態に係るセンサチップ３０（カバー１２、体液収集ユニット１０を含む。）の分解斜視図である。

図２に示すように、ある実施形態では、カバー１２（体液収集ユニット１０）がセンサチップ３０に用いられていてもよい。図２に示す例では、センサチップ３０は、センシングユニット２０（基板２００）及び流路ユニット４００を備えている。流路ユニット４００は、流路４０２（切欠き）を規定している。流路４０２は、カバー１２と、センシングユニット２０とを流体連結する。流路ユニット４００は、カバー１２とセンシングユニット２０とによって挟まれる。流路４０２は、図１に示した流路１１０に対応する。

カバー１２は、表面１００を有している。表面１００は、曲面で構成されており、生体に近接する。表面１００は、体液収集口１０２を有している。カバー１２は、カバー流路１４０を有している。図２に示す例では、カバー流路１４０は、カバー１２を貫通するように形成されている。流路１１０は、センシングユニット２０（２００）と流路ユニット４００とカバー１２（１０）とが組み合わされて規定され、カバー流路１４０と流体連結されまたはそれを一部として、体液収集口１０２（図１）と電気化学電極２１２（図１）又は収容部１２０（図１）とを流体連結するように構成されている。

図２に示す例において、Ｘ方向は、カバー１２の幅の方向を示し、Ｙ方向は、カバー１２の高さの方向を示し、Ｚ方向は、カバー１２の奥行きの方向（流路１１０の延伸方向）を示している。

図２に示す例において、表面１００は、面１００ｇ、面１００ｈ、面１００ｉ１及び面１００ｉ２を含んでいる。面１００ｇは、Ｚ方向に沿った方向を向いている。面１００ｈは、Ｙ方向に沿った方向を向いている。面１００ｉ１及び面１００ｉ２は、Ｘ方向に沿って互いに反対方向を向いている。カバー１２は、面１００ｇから面１００ｈにかけての角（角又はエッジ、以下同様）、面１００ｇから面１００ｉ１にかけての角及び面１００ｇから面１００ｉ２にかけての角において曲面で構成されている。

図３は、さらに他の実施形態に係るセンサチップ３０（カバー１２と体液収集ユニット１０とを含む。）の分解斜視図である。図３に示す例は、以下の点を除いて、図２に示した例と同様である。

図３に示すように、ある実施形態では、カバー１２と流路ユニット４００との間に蓋５００が配置されていてもよい。図３に示す例では、カバー流路１４０は、カバー１２の表面にスリット状に形成されている。蓋５００は、突起５０２を有している。突起５０２は、カバー流路１４０に入り込んでいる。突起５０２の先端は、曲面で構成されている。

ある実施形態では、蓋５００は、親水性材料で形成されていてもよい。蓋５００が親水性材料で形成されている場合、カバー１２が親水性材料で形成されていなくても、体液を流路ユニット４００の流路４０２に沿って容易に送ることができる。

図３に示す例において、表面１００は、面１００ｇ１、面１００ｇ２、面１００ｇ３、面１００ｈ１及び面１００ｈ２を含んでおり、カバー流路１４０は、面１４０ａ、面１４０ｂ及び面１４０ｃを含んでいる。面１００ｇ１及び面１００ｇ２は、カバー流路１４０を挟んでＸ方向に並んでおり、Ｚ方向に沿った方向を向いている。面１００ｈ１及び面１００ｈ２は、カバー流路１４０を挟んでＸ方向に並んでおり、Ｙ方向に沿った方向を向いている。面１４０ａ及び面１４０ｂは、Ｘ方向に互いに並んでおり、互いに対向している。面１００ｇ３は、Ｙ方向においてカバー流路１４０と並んでおり、Ｚ方向に沿った方向を向いている。面１４０ｃは、面１４０ａと面１４０ｂの間にあって、Ｙ方向に沿った方向を向いている。カバー１２は、面１００ｇ１から面１４０ａにかけての角、面１００ｇ２から面１４０ｂにかけての角、面１００ｈ１から面１４０ａにかけての角、面１００ｈ２から面１４０ｂにかけての角及び面１００ｇ３から面１４０ｃにかけての角において曲面で構成されている。

ある実施形態において、測定時に作用極に流れる電流、又は作用極において流れる測定に必要な電流は、１０００ｎＡ、５００ｎＡ、１００ｎＡ、６０ｎＡ、５０ｎＡ、３０ｎＡ、２０ｎＡ、１５ｎＡ、１０ｎＡ、５ｎＡなどの値より小さくてもよい。

ある実施形態において、測定時に測定対象となる溶液の容積、測定対象となる溶液、又は溶液を収容する容器の容積は、１０μＬ、５μＬ、３μＬ、２μＬ、１μＬ、０．５μＬ、０．３μＬ、０．１５μＬなどの値以下又はこれらの値より小さくてもよい。

一般に電気化学測定で流れる電流は、これまで小さくて１００ｎＡあるいは３０ｎＡであった。この電流レベルでは、既存のノイズ対策によりノイズを十分低減することは可能であった。

特に測定対象となる溶液の容積が小さくなると、ノイズの問題は顕著になり得る。一例を挙げるならば、涙の電気化学測定を挙げるならば、涙の採集量は１μＬ以下と小さく、涙に含まれる例えばグルコースの濃度は２０−３０μＭと小さい。したがって、溶液を収容する容積が小さくなり、電極も小さくしなければならない。その結果、電流値が３０ｎＡ以下、あるいは２０ｎＡ程度になる場合がある。このような電流レベルの測定を行う際に、例えば人体などの誘電体を近づけると、数ｎＡから１ｎＡ程度のノイズが発生し得る。このノイズレベルは、電流レベルに対して無視することはできない。

例えば、ノイズ対策として、作用極の両側に、あるいは作用極を挟むようにガードを設けることがある。しかし、溶液を収容する容器のサイズが小さくなると、電極の接触面積も小さくなる。一方で、感度のために電極の接触面積をできるだけ大きくするために、電極以外のスペースをとることが難しい。また、配線周りにガードを設けることができても、センシング部分である電極周りにガードを設けることが難しい。これらのことから、電極を含むセンシング部分が小さく、少量の体液を対象とする測定では、従前のガード等によるノイズ対策は有効に機能しない場合がある。

図４から図９は、基板２００の第１面２０２上に形成された電極のレイアウトの第１例から第６例をそれぞれ示す図である。

図４から図９に示す例において、対極２１２ａ、参照極２１２ｂ及び作用極２１２ｃは、液体収容部１２０と重なっている。

図４及び図６から図９に示すように、参照極２１２ｂは、対極２１２ａと作用極２１２ｃの間に配置されていてもよい。参照極２１２ｂが、対極２１２ａと作用極２１２ｃの間に配置されることで、電気化学電極から得られた電気信号のノイズを低減することができる。

参照極２１２ｂが対極２１２ａと作用極２１２ｃの間にあることで、容積が大きければガード等の設置により低減し得たノイズを、小さい容積でも低減することができる。ノイズの主たる原因が外部からの電場、磁場、電磁波、静電気にあり、両端にある作用極２１２ｃや対極２１２ａに比べて参照極２１２ｂが高インピーダンスであるために発生すると考えられる。そして、対極２１２ａと作用極２１２ｃが参照極２１２ｂに対してガードとしての役割を果たしていると考えられる。しかし、参照極２１２ｂが対極２１２ａと作用極２１２ｃとの間に配置されたことがノイズ低減につながるメカニズムは、上記に限らず又は上記でなくてもよく、他の説明が可能であればそれでもよい。

図４から図６に示すように、ある実施形態では、対極２１２ａと参照極２１２ｂと作用極２１２ｃは、各々（線状線形、線型、リニア）に形成され、各々に対して平行に配置されていてもよい。

図７に示すように、別の実施形態では、対極２１２ａと参照極２１２ｂと作用極２１２ｃは、実質的に同心円状に配置されていてもよい。図７に示す例では、参照極２１２ｂは、作用極２１２ｃを囲んでおり、対極２１２ａは、参照極２１２ｂよりも外側において作用極２１２ｃを囲んでいる。

図８及び図９に示すように、更なる別の実施形態では、対極２１２ａと参照極２１２ｂと作用極２１２ｃは、実質的に同心多角形状に配置されていてもよい。例えば、同心多角形は、同心四角形でもよく、同心三角形でもよく、同心六角形でもよく、他の同心Ｎ角形でもよい。図８及び図９に示す例では、参照極２１２ｂは、作用極２１２ｃを囲んでおり、対極２１２ａは、参照極２１２ｂよりも外側において作用極２１２ｃを囲んでいる。

ある実施形態では、対極２１２ａと参照極２１２ｂと作用極２１２ｃを一つの電極グループとし、複数の電極グループを配置して体液又は溶液と接触させようにしてもよい。複数の電極グループは、同種の電極グループで構成してもよく、異なる種類の電極グループを混在させて構成してもよい。

電極の角は丸まっていてもよい。電極の角では、電界集中が起こりやすく、製造中、製造後、使用中などでの電極の膜剥がれなど欠陥が起こり易くなると考えられる。したがって、電極の角には丸み（Ｒ）又は曲率を有するように形成されていてもよい。

図１０は、センサチップ３０をセンサ装置本体３２に取り付ける方法を説明するための図である。

図１０に示すように、ある実施形態では、センサチップ３０は、センサ装置本体３２と電気的に接続されるように構成されている。センサ装置本体３２には、センサチップ３０の各出力端子に対応する端子が設けられていてもよい。センサ装置本体３２は、電気回路３００を有し、この電気回路３００にはセンサチップ３０の各出力端子（例えば、図４から図９に示した対極出力端子２１４ａ、参照極出力端子２１４ｂ及び作用極出力端子２１４ｃ）に対応する端子が設けられてもよい。これらの端子が互いに電気的に接続されることで、センサチップ３０で体液と接触した電極（例えば、図４から図９に示した対極２１２ａ、参照極２１２ｂ及び作用極２１２ｃ）からの電気信号を電気回路３００へ送信することができる。

ある実施形態では、電気回路３００は、内部に通信ユニットを有していてもよく、外部の通信ユニットと接続されていても良く又は接続されるように構成されていてもよい。通信ユニット（図示せず）は、電気通信を行ってもよく、光通信を行ってもよい。通信ユニットは、有線又は無線で他のデバイス、システム、サーバー、ネットワークなどと通信又は交信できる。例えば、センサチップと通信ユニットを有するデバイスは、生体情報を取得し、これをスマートフォンなどの電子デバイスにＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ、国際標準規格ＩＳＯ/ＩＥＣ１８０９２（ＮＦＣＩＰ−１））やＦｅｌｉＣａ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などで通信してもよい、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）などの無線ＬＡＮへ通信してもよい。

図１１は、実施形態に係るセンシング装置１を説明するための図である。

図１１に示すように、ある実施形態では、センシング装置１は、センサチップ３０（体液収集ユニット１０及びセンシングユニット２０）、電気測定ユニット３４及び筐体３１０を備えている。電気測定ユニット３４は、センシングユニット２０からのアナログ信号を受けて、デジタル信号を出力する。別の実施形態では、センシング装置１は、筐体３１０を備えていなくてもよい。

図１１（ａ）に示すように、ある実施形態では、筐体３１０は、センサチップ３０の全体及び電気測定ユニット３４の全体を収容していてもよい。図１１（ｂ）に示すように、別の実施形態では、筐体３１０は、センサチップ３０の一部及び電気測定ユニット３４を収容していてもよい。図１１（ｃ）に示すように、筐体３１０は、センサチップ３０及び電気測定ユニット３４を全く収容せず機械的な接続がなされていてもよい。図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）に示す例において、筐体３１０は把持部又はグリップと呼んでもよい。

体液収集ユニット１０は、筐体３１０に対して可動であってもよい。体液収集ユニット１０は、筐体３１０に対して弾性的に支持されていてもよく、付勢されていてもよい。体液収集ユニット１０が、生体に接触した際に、ヒトや機械に把持された筐体３１０に対して弾性的に動き、生体に対し加える力を低減し、又生体に対する損傷を含む問題の発生を回避又は低減することができる。筐体３１０は、把持部又はグリップであってもよい。

センシングユニット２０は、体液収集ユニット１０に対して固定され、又は体液収集ユニット１０とともに筐体３１０に対して可動であってもよい。

以下の３つのサンプル０Ｔ、１Ｔ及び２Ｔを準備した。各サンプルは、ヒトから採取された涙にグルコースを溶け込ませることで調製した。各サンプルのグルコース濃度を高速液体クロマトグラフ（ＨＰＬＣ）によって測定した。ＨＰＬＣにより測定されたグルコース濃度は、以下のとおりである。
０Ｔ：６６．８μＭ
１Ｔ：１１６．９μＭ
２Ｔ：１５８．０μＭ

図３に示したセンサチップ３０によって各サンプルを測定した。基板２００の第１面２０２上の電極のレイアウトは、図４、６に示すようにした。

図１２は、センサチップ３０の出力電流を示すグラフである。センサチップ３０の流路１１０がサンプルで満たされたことを確認した後に測定を開始した。図１２において１０秒の時点が測定開始（電圧印加開始）時刻である。センサチップ３０の出力電流は、アンペロメトリによって測定された。図１３は、グルコース濃度と図１２のグラフの時刻４０秒（測定開始後３０秒）における出力電流の関係を示すグラフである。

図１２に示すように、１０秒の時点すなわち測定開始時刻から、サンプル０Ｔ、１Ｔ及び２Ｔのそれぞれについて出力電流が測定された。

図１３に示すように、グルコース濃度とセンサチップ３０の出力電流には、相関係数の二乗Ｒ^２が０．９７５７の線型な相関が確認された。この結果は、センサチップ３０の出力電流によって、涙に含まれるグルコースの濃度を正確に検出可能なことを示唆する。

図１４は、図５に示したレイアウトを有するセンサチップ３０による外部環境ノイズの測定結果を示す図である。図１５は、図４に示したレイアウトを有するセンサチップ３０による外部環境ノイズの測定結果を示す図である。

図１４及び図１５の測定では、センサチップ３０の流路１１０内をＴＥＳバッファ（１ｍＭ ＴＥＳ＋１５０ｍＭ ＮａＣｌ、ｐＨ７）で満たして、アンペロメトリによってセンサチップ３０の出力電流を測定した。この測定では、センサチップ３０に手をかざして外部環境ノイズをセンサチップ３０に与えた。

図１４の測定では、図５に示したように、参照極２１２ｂは、対極２１２ａと作用極２１２ｃの間に配置されておらず、参照極２１２ｂは、外側に配置されている。図１４の測定では、時刻約１１００秒、時刻約１３５０秒及び時刻約１５００秒においてノイズが確認された。

図１５の測定では、図４に示したように、参照極２１２ｂは、対極２１２ａと作用極２１２ｃの間に配置されており、参照極２１２ｂは、内側に配置されている。図１５の測定では、図１４で測定されたノイズと同等の大きさを有するノイズは確認されなかった。

図１４の測定結果及び図１５の測定結果の比較から、参照極２１２ｂが対極２１２ａと作用極２１２ｃの間に配置されていることで、センサチップ３０での外部環境ノイズを抑えることができるといえる。

本開示は以下の実施形態を含む。

１．生体に近接させて体液を収集し体液の化学物質の測定を行うためのセンサチップであって、
生体に近接する表面が曲面で構成されている
ことを特徴とするセンサチップ。
２．前記曲面の曲率は、５ｍｍ^−１以下である、
実施形態１に記載のセンサチップ。
３．前記曲面の表面粗さは、１μｍＲａ以下である、
実施形態１又は２に記載のセンサチップ。
４．前記生体に近接する表面内に配置された体液収集口を更に備える、
実施形態１から３のいずれか一項に記載のセンサチップ。
５．前記体液収集口の開口部は曲面で形成されている、
実施形態４に記載のセンサチップ。
６．生体に近接させて体液を収集し体液の化学物質の測定を行うためのセンサチップであって、
曲面で構成され生体に近接する表面と、体液を収集する体液収集口とを有する体液収集ユニットと、
前記体液収集ユニットで収集された前記体液に対して化学測定を行うセンシングユニットと
を備えるセンサチップ。
７．前記体液収集ユニットと前記センシングユニットは、互いに取り外し可能である、
実施形態６に記載のセンサチップ。
８．前記体液収集ユニットは、前記体液収集口から前記センシングユニットを流体連結する流路を更に有している、
実施形態６又は７に記載のセンサチップ。
９．前記体液収集ユニットと、前記センシングユニットとを流体連結する流路を規定する流路ユニットを更に備える、実施形態６から８のいずれか一項に記載のセンサチップ。
１０．前記流路の表面の少なくとも一部は親水性である
実施形態８又は９に記載のセンサチップ。
１１．前記体液は、前記体液収集口に接触すると、表面張力で前記流路に流入する、
実施形態８から１０のいずれか一項に記載のセンサチップ。
１２．前記体液収集口から前記センシングユニットを流体連結する前記流路に配置された液体吸収体を更に備える、
実施形態８から１１のいずれか一項に記載のセンサチップ。
１３．前記センシングユニットは、
前記体液に接触するように構成された電気化学電極と、
前記電気化学電極で発生する電気信号を出力する出力端子と、
前記電気化学電極と前記出力端子とを接続する配線と、
を更に備える、
実施形態６から１２のいずれか一項に記載のセンサチップ。
１４．前記電気化学電極は三電極法用電極を含む、
実施形態１３に記載のセンサチップ。
１５．電気回路を有するセンサ装置本体と電気的に接続されるように構成されている、
実施形態１３又は１４に記載のセンサチップ。
１６．生体に近接させて体液を収集し体液の電気化学測定を行うためのセンサチップであって、
曲面で構成され生体に近接する表面と、体液を収集する体液収集口とを有する体液収集ユニットと、
前記体液収集ユニットで収集された前記体液に対して電気化学測定を行うセンシングユニットと、
前記センシングユニットからのアナログ電気信号を受けて、デジタル信号を出力する電気測定ユニットと
を備えるセンシング装置。
１７．生体に近接させて体液を収集し体液の電気化学測定を行うためのセンサチップであって、
曲面で構成され生体に近接する表面と、体液を収集する体液収集口とを有する体液収集ユニットと、
前記体液収集ユニットで収集された前記体液に対して電気化学測定を行うセンシングユニットと、
前記センシングユニットからのアナログ電気信号を受けて、デジタル信号を出力する電気測定ユニットと、
筐体と、
を備えるセンシング装置。
１８．前記体液収集ユニットは、前記筐体に対して可動である、
実施形態１７に記載のセンシング装置。
１９．生体に近接させて体液を収集し体液の化学測定を行うためのセンサチップに用いられるカバーであって、
曲面で構成され、生体に近接する表面を備えているカバー。
２０．前記生体に近接する表面は体液収集口を有し、
前記センサチップと前記カバーが組み合わされて、前記体液収集口と前記センサチップとを流体連結するように構成されたカバー流路と、
を更に有する、
実施形態１９に記載のカバー。
２１．前記カバー流路は、前記カバーを貫通するように形成された、
実施形態２０に記載のカバー。
２２．前記カバー流路は、前記カバーの表面にスリット状に形成された、
実施形態２０に記載のカバー。
２３．主に親水性材料で形成された、
実施形態１９から２２のいずれか一項に記載のカバー。
２４．生体に近接させて体液を収集する体液収集デバイスであって、
生体に近接する表面が曲面で構成されている、
体液収集デバイス。
２５．液体の電気化学測定用のセンサであって、
前記液体に接触するように構成された対極と、
前記液体に接触するように構成された作用極と、
前記液体に接触するように構成され、前記対極と前記作用極の間に配置された参照極と、
を備えるセンサ。
２６．前記対極と前記参照極と前記作用極は、各々線状に、各々に対して平行に配置されている、
実施形態２５に記載のセンサ。
２７．前記対極と前記参照極と前記作用極は、実質的に同心円状に配置されている、
実施形態２５に記載のセンサ。
２８．前記対極と前記参照極と前記作用極は、実質的に同心多角形状に配置されている、
実施形態２５に記載のセンサ。

以上、本開示の幾つかの実施形態及び実施例について説明したが、これらの実施形態及び実施例は、本開示を例示的に説明するものである。例えば、上記各実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必要に応じて回路を追加してもよい。特許請求の範囲は、本開示の技術的思想から逸脱することのない範囲で、実施形態に対する多数の変形形態を包括するものである。したがって、本明細書に開示された実施形態及び実施例は、例示のために示されたものであり、本開示の範囲を限定するものと考えるべきではない。

１ センシング装置
１０ 体液収集ユニット
２０ センシングユニット
３０ センサチップ
３２ センサ装置本体
３４ 電気測定ユニット
１００ 表面
１００ａ 面
１００ｂ 面
１００ｃ 面
１００ｄ 面
１００ｅ 端部
１００ｆ 端部
１００ｇ２ 面
１００ｇ１ 面
１００ｈ１ 面
１００ｈ２ 面
１００ｈ 面
１００ｉ１ 面
１００ｉ２ 面
１０２ 体液収集口
１１０ 流路
１１２ 液体吸収体
１２０ 液体収容部
１３０ 空気孔
１４０ カバー流路
１４０ａ 面
１４０ｂ 面
１４０ｃ 面
２００ 基板
２０２ 第１面
２０４ 第２面
２０６ 側面
２１２ 電気化学電極
２１２ａ 対極
２１２ｂ 参照極
２１２ｃ 作用極
２１４ 出力端子
２１４ａ 対極出力端子
２１４ｂ 参照極出力端子
２１４ｃ 作用極出力端子
２１６ 配線
２１６ａ 対極配線
２１６ｂ 参照極配線
２１６ｃ 作用極配線
３００ 電気回路
３１０ 筐体
４００ 流路ユニット
４０２ 流路
５００ 蓋
５０２ 突起

Claims (28)

1. 生体に近接させて体液を収集し体液の化学物質の測定を行うためのセンサチップであって、
   生体に近接する表面が曲面で構成されている
   ことを特徴とするセンサチップ。
2. 前記曲面の曲率は、５ｍｍ^−１以下である、
   請求項１に記載のセンサチップ。
3. 前記曲面の表面粗さは、１μｍＲａ以下である、
   請求項１又は２に記載のセンサチップ。
4. 前記生体に近接する表面内に配置された体液収集口を更に備える、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のセンサチップ。
5. 前記体液収集口の開口部は曲面で形成されている、
   請求項４に記載のセンサチップ。
6. 生体に近接させて体液を収集し体液の化学物質の測定を行うためのセンサチップであって、
   曲面で構成され生体に近接する表面と、体液を収集する体液収集口とを有する体液収集ユニットと、
   前記体液収集ユニットで収集された前記体液に対して化学測定を行うセンシングユニットと
   を備えるセンサチップ。
7. 前記体液収集ユニットと前記センシングユニットは、互いに取り外し可能である、
   請求項６に記載のセンサチップ。
8. 前記体液収集ユニットは、前記体液収集口から前記センシングユニットを流体連結する流路を更に有している、
   請求項６又は７に記載のセンサチップ。
9. 前記体液収集ユニットと、前記センシングユニットとを流体連結する流路を規定する流路ユニットを更に備える、請求項６から８のいずれか一項に記載のセンサチップ。
10. 前記流路の表面の少なくとも一部は親水性である
    請求項８又は９に記載のセンサチップ。
11. 前記体液は、前記体液収集口に接触すると、表面張力で前記流路に流入する、
    請求項８から１０のいずれか一項に記載のセンサチップ。
12. 前記体液収集口から前記センシングユニットを流体連結する前記流路に配置された液体吸収体を更に備える、
    請求項８から１１のいずれか一項に記載のセンサチップ。
13. 前記センシングユニットは、
    前記体液に接触するように構成された電気化学電極と、
    前記電気化学電極で発生する電気信号を出力する出力端子と、
    前記電気化学電極と前記出力端子とを接続する配線と、
    を更に備える、
    請求項６から１２のいずれか一項に記載のセンサチップ。
14. 前記電気化学電極は三電極法用電極を含む、
    請求項１３に記載のセンサチップ。
15. 電気回路を有するセンサ装置本体と電気的に接続されるように構成されている、
    請求項１３又は１４に記載のセンサチップ。
16. 生体に近接させて体液を収集し体液の電気化学測定を行うためのセンサチップであって、
    曲面で構成され生体に近接する表面と、体液を収集する体液収集口とを有する体液収集ユニットと、
    前記体液収集ユニットで収集された前記体液に対して電気化学測定を行うセンシングユニットと、
    前記センシングユニットからのアナログ電気信号を受けて、デジタル信号を出力する電気測定ユニットと
    を備える、
    センシング装置。
17. 生体に近接させて体液を収集し体液の電気化学測定を行うためのセンサチップであって、
    曲面で構成され生体に近接する表面と、体液を収集する体液収集口とを有する体液収集ユニットと、
    前記体液収集ユニットで収集された前記体液に対して電気化学測定を行うセンシングユニットと、
    前記センシングユニットからのアナログ電気信号を受けて、デジタル信号を出力する電気測定ユニットと、
    筐体と、
    を備える、
    センシング装置。
18. 前記体液収集ユニットは、前記筐体に対して可動である、
    請求項１７に記載のセンシング装置。
19. 生体に近接させて体液を収集し体液の化学測定を行うためのセンシングユニットに用いられるカバーであって、
    曲面で構成され、生体に近接する表面を備えている、
    カバー。
20. 前記生体に近接する表面は体液収集口を有し、
    前記センシングユニットと前記カバーが組み合わされて、前記体液収集口と前記センシングユニットとを流体連結するように構成されたカバー流路と、
    を更に有する、
    請求項１９に記載のカバー。
21. 前記カバー流路は、前記カバーを貫通するように形成された、
    請求項２０に記載のカバー。
22. 前記カバー流路は、前記カバーの表面にスリット状に形成された、
    請求項２０に記載のカバー。
23. 主に親水性材料で形成された、
    請求項１９から２２のいずれか一項に記載のカバー。
24. 生体に近接させて体液を収集する体液収集デバイスであって、
    生体に近接する表面が曲面で構成されている、
    体液収集デバイス。
25. 液体の電気化学測定用のセンサであって、
    前記液体に接触するように構成された対極と、
    前記液体に接触するように構成された作用極と、
    前記液体に接触するように構成され、前記対極と前記作用極の間に配置された参照極と、
    を備えるセンサ。
26. 前記対極と前記参照極と前記作用極は、各々線状に、各々に対して平行に配置されている、
    請求項２５に記載のセンサ。
27. 前記対極と前記参照極と前記作用極は、実質的に同心円状に配置されている、
    請求項２５に記載のセンサ。
28. 前記対極と前記参照極と前記作用極は、実質的に同心多角形状に配置されている、
    請求項２５に記載のセンサ。

Images