JP3700856B2

JP3700856B2 - 採血装置

Info

Publication number: JP3700856B2
Application number: JP2003422109A
Authority: JP
Inventors: 美彦鈴木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2020-09-28
Also published as: JP2004136106A

Description

本発明は、人間、動物等の生体から血液を採取する際に用いる採血装置に関する。

血液内の物質の検出技術の進展にともなって、血液検査時に要する採血量は微量でその目的を達成する事が出来るという事例が多くなっている。数マイクロリットル程度の微量採血については、先端の開口径及び外形が微小（直径が約２０μｍ）なガラス製のマイクロピペットを用いて行う。採血は、毛細血管にこのマイクロピペットを差し込んで行う。毛細血管はまばらに存在するため、皮膚表面を顕微鏡で観察し、動脈と静脈の間を結ぶ毛細血管を画面上で観察しながら、前述のマイクロピペットを位置決めをして、差し込んでいた。人間の痛点は、まばらに存在するため、マイクロピペットのように微小な径のものが差し込まれても痛さを感じない。このようにして、無痛で、微量の採血を行っていた。

しかしながら従来の方法では、皮膚表面の観察装置、マイクロピペットの位置決め装置等が必要であるため、価格が高価であると同時に装置が大型になるという問題点があった。本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、小型、低価格でありかつ微量な採血を無痛ですることが可能な採血装置を提供することを目的とする。

本発明者は、採血するための微小径の中空針（例えば、マイクロピペット）を複数設けることによって、いずれかの中空針が毛細血管にあたり、採血を行うことができることを見出し本発明を成すに至った。従って、本発明の採血装置は、第１に『微小径の中空針を複数備えた多針構造体と、前記中空針内の圧力を変化させる圧力可変手段とからなり、前記圧力可変手段は可撓性を有するメンブレンであり、前記メンブレンを変形させる変形誘発機構を設け、前記多針構造体は空洞構造を有し、該空洞構造は前記中空針の一端に接続していること（請求項１）』から構成する。

また、好ましくは第２に『微小径の中空針を複数備えた多針構造体と、前記中空針内の圧力を変化させる圧力可変手段とからなり、前記圧力可変手段は可撓性を有するメンブレンであり、前記メンブレンを変形させる変形誘発機構を設け、前記メンブレンは熱膨張係数の異なる複数の材料からなり、前記変形誘発機構は熱を発生させる熱発生機構であること（請求項２）』から構成する。また、好ましくは第３に『前記メンブレンは熱膨張係数の異なる複数の材料からなり、前記変形誘発機構は熱を発生させる熱発生機構であること（請求項３）』から構成する。

本発明は、従来必要であった皮膚表面の観察装置、マイクロピペットの位置決め装置等の高価な構成要素を用いる必要がないため、小型で低価格であり、さらに無痛の微量採血をすることが可能である。

本発明の採血装置は、微小径の中空針を複数設けた多針構造体を用いることによって、この複数の微小径の中空針のいずれかが毛細血管にあたり、毛細血管に差し込まれた任意の中空針から血液を吸い上げることが可能になるため、皮膚表面の観察装置やマイクロピペット等を位置決めする位置決め装置等の高価で大型な装置を用いずに無痛で微量の採血を行うことができる。

また、中空針は微小径なため、ほとんど痛さを感じずに採血を行うことができる。また、微小径の中空針内の圧力を変化させる弾性部材をメンブレンにすることによって、メンブレンと微小径の中空針を半導体製造技術を用いて一体形成することが可能になる。

また、メンブレンを熱膨張係数の異なる複数の材料を用いて、加熱時に複数の微小径の中空針内の圧力を減圧するように構成することによって、熱の変化を用いて血液の採取を行うことができる。メンブレンを変形させる変形誘発機構としては、上記のように熱変形させるものはマイクロヒータ等を用い、機械的に変形させるものはピエゾ素子、油圧シリンダー、空気圧シリンダー、電磁モータ等のアクチュエータを用いる。また、人間の指の押圧力を用いることでも達成できる。このような変形誘発機構で変形を加えたメンブレンは、ヒータによる加熱の解除や外力（すなわち変形力）の解除により、変形前の状態に戻ろうとするため、複数の微小径の中空針内の圧力を減圧することができ、毛細血管に差し込まれた任意の中空針から血液を採取することができる。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれに限るものではない。

図１は、本発明の第１の実施例による採血装置を示す概略断面図である。この採血装置は、空洞構造と複数の微小径の中空針１１を有する多針構造体１とメンブレン１２と保持機構２とマイクロヒータ３とから構成されており、採血装置を人間が把持しやすいように支持体４を設けている。

多針構造体１とメンブレン１２は一体形成されており、保持機構２は多針構造体１を保持している。また、メンブレン１２は２層構造となっており、中空針側の層がＳｉで形成され、逆側の層がＡｕで形成されている。ＳｉはＡｕよりも熱膨張係数の小さい材料である（Ｓｉ：２．６ＰＰｍ／℃、Ａｕ：１４．２ＰＰｍ／℃）。

このような装置において、中空針１１を皮膚表面に押入する。その後、マイクロヒータ３から熱を発生させると、メンブレン１２は空洞構造の容積を増加する方向に変形し、空洞構造及び中空針内の負圧力によって血液を採取することができる。次にこの採血装置の製造方法を図２を用いて説明する。図２は本発明の実施例による多針構造体及びメンブレンの製造方法を示す図である。

第１の基板材料である厚みが９００μｍの１００面方位の単結晶シリコン基板２１を用意し、基板２１の両面に低圧気相成長法により第１の窒化珪素膜２２を成膜した、そののちドライエッチング法により部分的に窒化膜を一辺が約３０μｍの四角形状に多数除去する（２ａ図）。次に、シリコン基板２１部にドライエッチング法により深さ約５００μｍの穴を形成した。この穴は、１５０μｍ間隔で縦５０個、横５０個とし、計２５００個形成した。その後、第２の窒化珪素膜２３を成膜した（２ｂ図）。

その後、裏面部の窒化珪素膜２２を部分的に除去し、水酸化カリウム等の異方性エッチング液により第１のシリコン基板２１を４０５μｍエッチングし、穴の底部に成膜された窒化珪素膜２３を露出させた（２ｃ図）。その後、窒化珪素膜２３の露出部をドライエッチング法により除去し、さらに再び異方性エッチングにより厚みが５０μｍになるまで第１のシリコン基板をエッチングした（２ｄ図）。

その後、異方性エッチングにより厚さが１０μｍ前後のメンブレン１２を有する第２のシリコン基板２５のメンブレン１２の片側（異方性エッチングされてない側）にＡｕを１００〜２００ｎｍ成膜する。そして、この第２のシリコン基板２５をガラスからなる接合層２４により第１のシリコン基板に陽極接合した（２ｅ図）。

その後、ダイシングソーにより、中空針１１側からはじめに厚めのブレードで第２のシリコン基板の途中まで切削し、さらに薄いブレードで第２の基板が分割出来るまで切削し、第２のシリコン基板に段差部２６を持つ多針構造体を形成した。この様にして作製した多針構造体１及びメンブレン１２を用い、採血装置を作製した。

ここで中空針１１は直径が３０μｍ前後、肉厚が１μｍ前後であるため極度な痛みを感じる事はない。さらに多針構造体１は半導体製造技術を用いて製作することが可能であるので安価に製造できる。第１の実施例ではマイクロヒータ３で熱を発生させていたが、これはメンブレン１２上の金属層（Ａｕ）に電流を流すことによって熱を発生させてもよい。

また、Ａｕの層は、第１の実施例のようにメンブレン１２の上に形成することに限らず、メンブレン１２の下に形成してもよい。この場合は、メンブレン１２に熱が加えられるとメンブレン１２は空洞構造の容積を減少する方向に変形し、熱を解除することによって血液の採取ができる。

図３は、本発明の第２の実施例による採血装置を示す概略断面図である。
多針構造体１及びメンブレン３６は第１の実施例と同様にして作製した。但し、メンブレン３６はメンブレン１２と異なり、Ａｕを成膜していない。多針構造体１は、蝶合部３２を軸に回転可能なクランプ３１と、ばね３３により支持体３５に固定した。多針構造体１のメンブレン３６は、圧縮空気を用いた空気圧シリンダーのシリンダー３４を動作させ多針構造体１の空洞構造の容積を減少せしめるように変形を加えた。この変形量は、採血量に寄って決定されるが、本実施例ではメンブレンの中央部の撓み量が５０μｍとなるようにした。

この状態の採血装置を、兎の耳の皮膚表面と人間の左上腕部の皮膚表面に中空針１１が刺さるように、人間の手で押し当て、その後に空気圧シリンダーのシリンダー３４を後退させてメンブレン部を初期状態に戻した。変形前の状態にメンブレン部を戻すのには、強制的に外力で変形させても良いが、メンブレンの持つばねの性質を利用して、自然に戻してもよい。このようにして多針構造体１の内部に採取された血液量を測定したところ、痛みが殆どなく、２マイクロリットルの血液が採血されていることが判った。

このようにして、半導体技術を用いて多針構造体とメンブレンを一体形成することが可能なため、安価に大量に生産することが可能となる。尚、微小な中空針を複数設けることは、単にガラス性のマイクロピペットを複数設けることでもよい。また、中空針の直径は１０μｍ〜５０μｍ程度にすることが、好ましい。

本発明の第１の実施例による採血装置を示す概略断面図である。本発明の実施例による採血装置を構成する多針構造体及びメンブレンの製造方法の一例を示す図である。本発明の第２の実施例による採血装置を示す概略断面図である。

符号の説明

１・・・多針構造体
２・・・保持機構
３・・・マイクロヒータ
４・・・支持体
１１・・・中空針
１２・・・メンブレン
２１・・・第一のシリコン基板
２２・・・窒化珪素膜
２３・・・窒化珪素膜
２４・・・ガラス膜
２５・・・第二のシリコン基板
２６・・・段差部
３１・・・クランプ
３２・・・蝶合部
３３・・・ばね
３４・・・シリンダー
３５・・・支持体

Claims

微小径の中空針を複数備えた多針構造体と、
前記中空針内の圧力を変化させる圧力可変手段とからなり、
前記圧力可変手段は可撓性を有するメンブレンであり、
前記メンブレンを変形させる変形誘発機構を設け、
前記多針構造体は空洞構造を有し、該空洞構造は前記中空針の一端に接続していることを特徴とする採血装置。
微小径の中空針を複数備えた多針構造体と、
前記中空針内の圧力を変化させる圧力可変手段とからなり、
前記圧力可変手段は可撓性を有するメンブレンであり、
前記メンブレンを変形させる変形誘発機構を設け、
前記メンブレンは熱膨張係数の異なる複数の材料からなり、
前記変形誘発機構は熱を発生させる熱発生機構であることを特徴とする採血装置。
前記メンブレンは熱膨張係数の異なる複数の材料からなり、
前記変形誘発機構は熱を発生させる熱発生機構であることを特徴とする請求項１記載の採血装置。