JP4272893B2 - 検体採取器具及びこれを備える簡易型検体分析装置並びに検体採取器具の製造方法 - Google Patents
検体採取器具及びこれを備える簡易型検体分析装置並びに検体採取器具の製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体などの生体から血液等を採るために使用する低侵襲採血器具及びこれを含有する簡易型血液分析器具もしくは、POCT（ポイント オブ ケアーテスティング）に好適に用いられる検体採取器具及びこれを備えた簡易型検体分析器具、並びに検体採取器具の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、低侵襲採血器具は、先端に外径約300μｍ以上のステンレス製の針１本を保持した、スプリング式採血機構が市販化され使われている。このスプリング式採血機構では、指先や腕に瞬間的に針を刺し、毛細血管を破壊し皮膚から米粒大（約２〜３μｌ）の血液を染み出させて、その血液を採取して診断器具にて血液を分析している。例えば血液中のグルコース濃度を測定する血糖値検査が代表的なものである。
一方、特開2000-185034号公報記載の様に、極細針と吸引用のマイクロポンプを備える採血器具、また、それを臨床検査チップに繋げた器具が発案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開2000−185034号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の外径約300μｍ以上のステンレス製の針１本を保持したスプリング式採血機構では若干の痛みがあり、採血の際恐怖にさいなまれることが多い。特に糖尿病患者の様に頻繁に採血をする患者にとっては、その傾向は顕著であり、約300μｍ以上の針跡がいたるところに残って、採血者としても皮膚の採血部分の選択に困惑する。また、上記の方法では、皮膚から血液が染み出た後、その血液を診断器具に採取するが微量の血液が直ちに凝固、蒸発し始め、必要量の血液を診断器具に採取できないこともしばしばある。
一方、上記公報記載のマイクロポンプを保持した採血機構では、採血の際に空気の混入は避けられず、圧力ダンパーとなる空気が入っても吸引が成り立つためには、ポンプの性能向上が必要である。
【０００５】
また、この方法では、血液を扱うという観点から汚染の問題を避けるために使い捨てであることが必要条件と考えられるが、針とポンプ一体型ではコストの面で問題がある。極細針のみ使い捨てでポンプをチューブ等のインターフェースを介して接続する方法もあるが、デッドボリュームが増えて採血しなければならない血液の量が極端に増えること、１回毎に極細針をチューブ等のインターフェースに装着しなければならず、操作が煩わしく実用的でない。さらに、臨床検査チップがポンプ等に付加されれば、同様の問題点がさらに追加される。
【０００６】
本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、患者に恐怖感を与えない低侵襲採血が可能であり、採血及び臨床検査のための操作が簡単で、微量採血及び微量検査を短時間でおこなうことができ、かつ、低コストで使い捨てが可能な、低侵襲採血器具等に特に好適に用いられる検体採取器具及びこれを備える簡易型検体分析器具、並びに検体採取器具の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願発明者等は、上記目的を達成するために鋭意検討した。その結果、平板状等の基体上に中空極細針を立設させ、これらと該中空極細針により採取された検体を吸引するための吸引手段とを互いに近接させて配置してなる構成とすることにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
請求項１の検体採取器具は、上記の課題を解決するために、平板状の基体と、前記基体上に立設された複数個の中空極細針と、前記基体に直接又は間接的に超音波振動子が接続され、前記中空極細針内に採取された検体に対し超音波振動を与えることにより該検体を中空極細針内から吸引するための吸引手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００９】
上記の構成によれば、中空極細針を用いることで検体採取の際、痛みを感じることがないので、患者に恐怖感を与えることなくかつ、微量で検体採取を行える。例えば、基体を平板状とし、該平板の平面上に上記中空極細針を複数本立設させることで、指先等への注射がコンパクトかつ簡便に行えるので、さらに患者の恐怖感を軽減させることができる。また、吸引手段により中空極細針内に採取された検体をスムーズに吸引できるので、微量検体採取、微量検査を短時間で行うことができる。また、これにより、デッドボリュームを極端に少なくすることができるので、無駄な血液等を採取する必要がなく、他のインターフェースへの接続など煩わしい操作が不要であり、低コストで使い捨ても可能な検体採取器具を提供することができる。
【００１１】
請求項２の検体採取器具は、上記の課題を解決するために、中空極細針は、前記基体表面内に貫設若しくは挿設され又は基体表面側において基体と一体に形成され、かつ、基体裏面側においてその末端が開口しており、超音波振動によって前記基体が振動することにより、中空極細針の末端開口部から吐出する検体が外部方向へ移動することを特徴としている。
【００１２】
上記の構成によれば、超音波振動を検体に対し与えることで、中空極細針内に採取されている血液等の検体を中空極細針の外部方向へ移動させることができる。これにより、中空極細針の毛細管力のみでは吸引できない検体の吸引または吸引の促進が簡便に行えるので、小型で簡便な構造の検体採取器具を提供できる。
【００１３】
請求項３の検体採取器具は、上記の課題を解決するために、中空極細針は外径０．０２ｍｍ〜０．３ｍｍ、長さ０．５ｍｍ〜３ｍｍであることを特徴としている。
【００１４】
上記の構成によれば、中空極細針の外径を上記範囲とすることで、蚊の採血針に近づけることができ、無痛に近い採血が可能となるものである。また、長さを上記範囲内とすることで、皮膚からの毛細血管到達可能距離に近づけることができ、より正確に検体採取を行うことができる。
【００１５】
請求項４の検体採取器具は、前記中空極細針の数が、１０数個〜数１０個であることを特徴としている。
上記の構成によれば、毛細管の位置を正確に見極めなくても、高確率で採血をすることができ作業能率を向上させることができる。請求項５の検体採取器具は、上記の課題を解決するために、中空極細針の末端開口部のピッチに合わせて、基体が開口されてなることを特徴とする。上記の構成によれば、中空極細針の末端開口部のピッチに合わせて基体が開口されてなることで、効率よく中空極細針の中空（貫通孔）を通して検体を吸引することができる。
【００１６】
請求項６の検体採取器具は、上記の課題を解決するために、中空極細針は、少なくとも一端がテーパーであることを特徴としている。
上記の構成によれば、中空極細針の少なくとも一端がテーパー状であることで、生体に針を刺す場合の圧力を低減させ、よりスムーズに刺すことができる。
【００１７】
請求項７の検体採取器具は、上記の課題を解決するために、中空極細針及び／又は吸引手段は、Si、Ni、Au、Pd、セラミックス、アクリルからなる群より選ばれる少なくとも1種の樹脂又は該樹脂の表面に金属を成膜してなることを特徴としている。
【００１８】
上記の構成によれば、上記材質を用いることで中空極細針及び基体を一体に成形するなどの加工が容易に行えるので、中空極細針と基体その他からなる吸引手段とを位置合わせして貼り付けるなどの組み立て工程を省略でき、リークなどが生じない信頼性の高い検体採取機構を実現することができる。
【００１９】
請求項８の簡易型検体分析装置は、上記の課題を解決するために、請求項１〜７のいずれか1項に記載の検体採取器具を備え、前記検体採取器具の基体において中空極細針が立設している側と反対側の面付近に検体検出用の検出部を保持してなることを特徴としている。
【００２０】
上記の構成によれば、検体検出用のセンサーを基体に対して中空極細針が立設している側と反対側の面に保持してなることで、検体採取手段である中空極細針と吸引機構、及びセンサーとの間に他のインターフェースを接続することなくセンサー側へ検体を供することができる。これにより、採血した血液等を時間的、量的なロスなく、かつ、空気に触れない状態で即時検査することができる。これにより、例えば、小型血液分析器具、POCT、臨床検査チップ等の小型かつ簡便な臨床検査形態を提供することができる。
【００２１】
請求項９の検体採取器具の製造方法は、上記の課題を解決するために、基体としてＳｉ及びＳＯＩ基板を用いて、Ｓｉ半導体プロセスのフォトリソグラフィー、成膜、エッチングにより、基体表面側から中空極細針を、基体裏面側から吸引手段を作製することを特徴としている。
【００２２】
請求項１０の検体採取器具の製造方法は、上記の課題を解決するために、Ｓｉ及びＳＯＩ基板を用いてエッチングをする際、エッチングマスク材として厚膜感光性レジストを用いることを特徴としている。上記の構成によれば、上記Ｓｉ半導体プロセスを用い、上記のような両面エッチング等により基体と一体型で検体採取器具を微細加工することができるので、より高精度な検体採取器具を得ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態について、図面に基づいて説明すれば以下のとおりである。
本発明は、中空極細針と小型吸引機構を備えた検体採取器具である。また、その検体採取器具を備える簡易型検体分析装置並びに検体採取器具の製造方法を提供するものである。
【００２４】
図１（a）は、本実施の形態に係る極低侵襲採血器具１（検体採取器具）の斜視図、図１（b）は、その中空極細針２部分の拡大図、図２は中空極細針２を取り除いた振動板（メッシュ）３（基体）の斜視図である。
【００２５】
本実施の形態の極低侵襲採血器具１は、図１（a）に示すように、振動板３と、振動板３上にアレイ状に立設された複数の中空極細針２とから、主に構成されている。中空極細針２は、図１（b）に示すように、先端部がテーパー状に形成されており、内部は中空（空洞）となっている。中空極細針２が振動板３に対し立設される角度は特に限定はなく、検体の採取部位により適宜定めることができるが、例えば、指先から採血する等の場合、本実施の形態に示すように振動板３の法線方向等に設定されていることがより好ましい。
【００２６】
中空極細針２の外径は、本実施の形態では、１００μｍに、内径（中空径）は、５０μｍ程度に設定されている。中空極細針２の外径は、特に限定されないが、０．０２ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲内であることが好ましく、長さ（長軸方向距離）は、特に限定されないが、０．５ｍｍ〜４ｍｍの範囲内が好ましく、０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲内がより好ましい。
【００２７】
中空極細針２の外径寸法を上記範囲とすることで、蚊の採血針に近づけ、これにより、できるだけ無痛に近い採血が可能となる。また、長さを上記範囲とすることで、採取対象である毛細管採血等を想定して、皮膚からの毛細管到達可能距離に近づけることができ、より軽負担の検体採取を実現することができる。
【００２８】
また、上記のように、先端部をテーパーとすることで、中空極細針２を生体に刺す際の圧力を軽減させることができ、よりスムーズに検体採取を行うことができる。
【００２９】
また、中空極細針２の図示しない末端部（根元部）は、振動板３に挿設されており、振動板３の裏面すなわち、振動板３に対して、中空極細針２が立設していると反対側の面において開口している。つまり、中空極細針２の中空は、貫通孔として形成されており、上記テーパー状に形成された先端部より検体を採取し、検体が、後述する吸引手段によって裏面側開口まで到達するように構成されている。また、振動板３は、中空極細針２の空孔３aのピッチに合わせて開口されており、これにより効率よく中空極細針２の貫通孔を通して検体を吸引することができる。尚、この場合、中空極細針２の空孔３aの中心と振動板３のメッシュ開口部の中心とは必ずしも一致しなくてもよく、また、孔径も必ずしも同一でなくてもよい。
【００３０】
振動板３に挿設する中空極細針２の数は、特に限定されず、採取する検体の種類、生体における採取部位等により適宜定めればよく、１個または複数個用いられる。例えば、指先や耳たぶ等の毛細管採血を行う場合、中空極細針２の数は複数、具体的には、１０数個〜数１０個とすることが好ましい。中空極細針２数を上記範囲とすることで、毛細管の位置を正確に見極めなくても、高確率で採血をすることができ作業能率を向上させることができる。
【００３１】
すなわち、通常、採血箇所は、中空極細針２が折れる危険性等を考慮すると、静脈血や動脈血ではなく指先、腕、耳たぶなどの毛細管血が想定される。毛細管血を採取する際に、複数の極細針群を用いることで、毛細血管に針が突き刺さる確率を上げることができ、さらに、所定の採血量を確保することが有利になり、弾力性を有している皮膚に刺す際に圧力が逃げないようにすることが可能となる。これにより、検体採取時の作業能率をさらに向上させることができる。尚、この場合、針の長さを必要以上に長くするメリットは少ない。
【００３２】
振動板３は図２に示すように、直径３ｍｍの円盤状に形成されている。また、中空極細針２の中空径のピッチに合わせて、空孔３aが複数配置されている。すなわち、各空孔３aに中空極細針２を貫設または挿設させることにより、振動板３上にアレイ状に中空極細針２が配置される。
中空極細針２の材質及び加工方法としては、例えば、半導体プロセス加工によるSi、電鋳法によるNi、Pd、Au、Cu等、レーザー加工又はグリーンシートの焼成によるセラミック焼結体、成型によるアクリル、テフロン（登録商標）などの樹脂、樹脂の表面を補強のため金属で成膜した樹脂-金属複合体、ガラスなどが挙げられる。
上記例示の材質のうち、強度、加工性、コスト面からは、Siを用いることがより好ましい。以下に各種材質の破壊強度、加工法その他についての比較表を示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】
本実施の形態の極低侵襲採血器具１は、上記中空極細針２内に採取した血液等の検体を吸引して、中空極細針２内より取り出して分析に供するための吸引手段として、上記振動板３を備え、振動板３には、超音波振動子が接続される。超音波振動子は、それ自体振動板３とともに吸引手段を構成してもよく、また、振動板３に外部から接続された構成としてもよい。
【００３５】
振動板３及びこれに接続される超音波振動子は、例えば、PZTやニオブ酸リチウム等の圧電素子を用いた超音波振動子に、１０KHｚ〜１００KHzの高周波電圧を印加することにより、その近傍に吐出等された液体を霧化する霧化装置（超音波ネブライザー）に用いられるメッシュ板及び超音波振動子と同様の構成を採用することができる。
【００３６】
超音波振動子は、振動板３上に直接配置して駆動させてもよいし、外部の超音波振動子を振動板３に接触、非接触で駆動させてもよい。このように、超音波振動を利用した吸引手段を基体に直接又は間接的に接続することにより、中空極細針２中に採取された検体を吸引して各種分析に供することができる。
【００３７】
すなわち、中空極細針２内に採取された検体は、通常その毛細管力だけで吸引することは困難である。このため、中空極細針２の末端開口部付近で上記超音波振動により検体を吸引（必要に応じ霧化してもよい）することで、検体を中空極細針２の外部へ吸引することができる。超音波振動子からの振動は極細針に伝わって増幅される。一方、穴をあけたメッシュ振動板が、極細針の振動に合わせて振動している。このとき、極細針の端とメッシュとの間にできる負圧によって、検体が吸い上げられる。さらに、メッシュ振動板の穴を通る検体の上昇運動は器具全体の振動によっても加速される。こうして、メッシュ振動板外部にスムーズに検体が到達できる。
【００３８】
吸引手段としてこのような構成を採用することで、小型で簡便な構造により、吸引または吸引の促進を行うことができるので、小型で簡便な構造の検体採取器具を提供することができる。さらにまた、超音波振動により、中空極細針を生体に刺す際に力を軽減し、よりスムーズに刺すことが可能となる。
上記のように、本実施の形態に係る極低侵襲採血器具１によれば、患者に恐怖感を与えることなくスムーズに採血等を実施でき、また、デッドボリュームが極めて少なく済むため、無駄な血液量を採取しなくてよい。また、上記吸引手段と基体、中空極細針を一体型で構成できるので、インターフェース接続などの煩わしい操作が不要である。
【００３９】
次に、本実施の形態の極低侵襲採血器具１の構造及びこれを備える簡易型検体分析装置の動作について説明する。図３は、極低侵襲採血器具１の縦断面図、図４は極低侵襲採血器具１を備えた簡易型検体分析装置５の断面図である。すなわち、図３に示す極低侵襲採血器具１は、図４に示すように、センサー４に接続されるようになっている。センサー４には、例えば、グルコースオキシダーゼ等が固定化されており、グルコース電極での分析等を行えるようになっている。
【００４０】
本実施の形態に係る極低侵襲採血器具１による採血動作を、例えば、被験者の指先から採血する場合を例として説明する。極低侵襲採血器具１に備えられた複数中空極細針２を被験者の指先に刺すと、中空極細針２の先端部分より毛細管血が中空内に採取される。このとき、上述のように、振動板３を超音波振動により所定振動数で振動させておくことで、採血作業がよりスムーズに行える。
【００４１】
図３に示すように、採取された血液は、中空極細針２内を通過して振動板３の裏面側の末端開口部において表面張力により血液溜りの状態で静止する。このとき、中空極細針２自体の毛細管力のみでは、中空内に採取されている血液をさらにセンサー４側に吸引することは困難であるため、超音波振動を振動板３に与える。こうすることで、中空極細針２内の血液が外部方向へ順次移動して行き、吸引または吸引の促進が行われる。
【００４２】
具体的には、図３に示す空孔３a付近に滞留する血液粒に対し、振動板３を介して超音波振動が与えられることにより血液がセンサー４側に微小距離移動する。これにより、空孔３a内に採取された血液が順次センサー４側へ移動していくことにより血液が吸引される。超音波振動子は、振動板３上に直接配置して駆動させてもよいし、外部の超音波振動子を振動板３に接触または非接触で作用させ振動を与える構成としてもよい。また、超音波振動を与えることにより血液を噴霧化する構成としてもよい。
【００４３】
本実施の形態では、センサー４は、例えば、血糖値を測定する場合であれば、GOD（グルコースオキシダーゼ）を固定化したグルコース電極板としてセンサー４の一部を構成すればよい。これにより、血中のグルコースがGODと反応して過酸化水素を生じて白金電極側で電子の受け渡しが行われることにより、血中グルコース量に応じた電流値を測定することができる。
【００４４】
本発明の簡易型検体分析装置５は、上記のように、簡易な構成とすることで、デッドボリュームを極端に減少させることができ、またインターフェースへの接続等を省略できるので、短時間で微量検体採取、微量検査を行うことができる。
【００４５】
本実施の形態の極低侵襲採血器具１の製造方法としては、例えば、半導体プロセス加工によるＳｉ、電鋳法によるＮｉ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｃｕ等、エッチング又は成型、レーザー加工によるガラス、レーザー加工又はグリーンシートの焼成によるセラミック、レーザー等により加工したカプトン等の樹脂フイルム、成型により加工したアクリル、テフロン（登録商標）などの樹脂、樹脂の表面を補強のため金属で成膜した樹脂−金属複合体を用いる方法などが挙げられる。上記例示の方法のうち、材質強度、製造コスト等の面から、半導体プロセス加工によるＳｉを用いる方法、より具体的には、Ｓｉ及びＳＯＩ基板を用いてＳｉ半導体プロセスによる両面エッチングを行う方法が特に好ましい。また、上記エッチングを行う際、エッチングマスク材として厚膜感光性レジストを用いて形成することが好ましい。
【００４６】
図５は、本実施の形態の極低侵襲採血器具１をSi製検体採血器具として製造した場合の製造フローを示すフロー図である。以下、その製造方法を具体的に図面に沿って説明する。まず、ステップ１（S1）では、１．５ｍｍ厚みのSiウエハー１３に、熱酸化炉で約１１００℃で０．５μｍのSiO2(酸化膜１４)を両面成膜する。次にフォトリソグラフィーを行う。すなわち、ポジ型レジストOFPR-800（東京応化製）をスピンコーターを用いて１．０μm塗布し、アライナーで露光し、現像液NMD-3で現像する。
【００４７】
次いで、ステップ２（S2）で、RIE（反応性イオンエッチング）装置にて、CHF3ガスを導入反応させ、酸化膜１４をドライでエッチングし、硫酸過水（硫酸：過酸化水素＝４：１）にてレジストを剥離する。
【００４８】
次に、ステップ３（S3）において、KOH３０％溶液中にてSiウエハー１３表面の酸化膜１４が除去されている部分のみ選択的に結晶異方性エッチングし、中空極細針２の先端形状に対応するテーパー形状を作成し、表面だけTEOS-CVD（化学的気相成膜）装置にてSiO2を３μm成膜する。その後、裏面のSiO2（酸化膜１４）をRIEにて剥離し、裏面に厚膜レジスト１５（商品名SU-8：ネガ型エポキシ系レジスト）をスピンコーターにて３０μm塗布し、アライナーにて露光、クリーンオーブンにてベークする。
【００４９】
ステップ４（S４）では、現像液にて厚膜レジスト１５を現像し、このレジストをマスクとしてＩＣＰ（イオンカップルドプラズマ）装置にて、ＳＦ6とＣ4Ｆ8のガスを交互に導入し、Ｓｉを約１．４ｍｍエッチングをおこなう。Siのエッチング時にＳＵ−８のSiとのエッチング選択比は、条件にもよるが約１：５０である。表面のSiO2膜は、Siエッチングの際のエッチングストップ層となる。ちなみにSiのエッチング時にSiO2とSiとのエッチング選択比は、約１：２５０である。
【００５０】
次に、ステップ５（S5）で、裏面の厚膜レジスト１５を剥離液にて剥離し、予め作成しておいたメッシュ振動板３と４００℃、９００Ｖの条件にて陽極接合をおこない張り合わせる。
ステップ６（S6）では、表面の酸化膜１４´をフッ酸溶液にて剥離し、中空極細針２の中空内をＣＶＤを用いてパリレンを被覆する。この被覆処理は、採血時に血液凝固防止を目的としておこなっている。
【００５１】
図６はＳＯＩ製検体採血器具製造フローである。以下、極低侵襲採血器具１の他の製造例について図面に沿って具体的に説明する。
まず、ステップ １（S１）で、１．５ｍｍ厚みのＳＯＩ（Si On Insulator）ウエハー２３に熱酸化炉で約１１００℃で０．５μｍのSiO2２４を両面成膜する。次に、フォトリソグラフィーを行う。すなわち、ポジ型レジストOFPR-800（東京応化製）をスピンコーターを用いて１．０μm塗布し、アライナーで露光し、現像液NMD-3で現像する。
【００５２】
ステップ２（S2）では、RIE（反応性イオンエッチング）装置にて、CHF3ガスを導入反応させ、酸化膜SiO2２４をドライでエッチングし、硫酸過水（硫酸：過酸化水素＝４：１）処理にてレジストを剥離する。
ステップ３（S３）では、Siウエハーを、KOH３０％溶液中にて表面の酸化膜SiO2２４が除去されている部分のみ選択的に結晶異方性エッチングし、振動板メッシュ孔（空孔３a）部分を作製する。その後裏面のSiO2２４をRIEにて剥離し、裏面に厚膜レジスト（商品名SU-8：ネガ型エポキシ系レジスト）２４´をスピンコーターにて３０μm塗布し、アライナーにて露光、クリーンオーブンにてベークし、現像し所定パターンを得る。
【００５３】
ステップ４（S4）では、超音波振動子としてPZT２５をボンダーにて振動板メッシュ部分に貼り付け実装する。次いで、ステップ５（S5）では、裏面から厚膜レジストをマスクとして、ＩＣＰ（イオンカップルドプラズマ）装置にて、ＳＦ6とＣ4Ｆ8のガスを交互に導入し、中空極細針２の先端部分に相当するＳｉを約１．２ｍｍエッチングする。エッチング終了後に裏面から厚膜レジストを剥離液にて剥離する。
【００５４】
ステップ6では、RIE装置にて表面からSiO2２４‘をエッチング除去し、メッシュ振動板（振動板３）と中空極細針２とを連通させる。その後表面および裏面の不要な部分の酸化膜SiO2２４をRIE装置にてエッチング除去し、CVDにより針の中空内をパリレンで被覆する。図６のSOI製検体採血器具の製造方法は、組み立て工程が全くなく、より信頼性の高い採血器具を提供できるものである。
【００５５】
次に簡易型検体分析装置５材質としては、例えば、半導体プロセス加工によるSi、電鋳法によるNi、Pd、Au、Cu等、エッチング又は成型、レーザー加工によるガラス、ガラス繊維、レーザー加工又はグリーンシートの焼成によるセラミック、レーザー等により加工したカプトン等の樹脂フイルム、成型により加工したアクリル、テフロン（登録商標）などの樹脂、樹脂の表面を補強のため金属で成膜した樹脂-金属複合体、プラスチック繊維などが挙げられる。
【００５６】
中空極細針２、振動板３、簡易型検体分析装置５は、同一の基板、基材から加工して組み立てなしで作成しても良いし、それぞれ別々に作ってそれを接着・接合・かしめ等で組み立てても良い。
【００５７】
本発明の検体採取器具の用途としては、例えば、小型血液分析（臨床検査チップ、POCT）用の採血が挙げられる。また、本発明の簡易型検体分析装置の用途として、生化学検査、免疫学的検査、血液形態学的検査などに大きく分類されその項目も多岐に亘る。この中でも特に、小型の簡易血液分析の好適な具体的検査項目としては、現在市場２０００億円と言われるグルコース、グリコヘモグロビン、フルクトサミンなどを検出する糖尿病検査がまず挙げられる。その他、肝炎ウイルス、STD（クラミジア）などを検出する感染症検査、アレルゲン、IｇEなどを検出するアレルギー検査、麻薬、治療薬を検出する薬物検査、CEA（大腸がん）、PSA（前立腺がん）などを検出するがん検査、コレステロール、トロポニン、CKアイソザイム、ミオグロビンなどを検出する心疾患検査などが挙げられる。
【００５８】
【発明の効果】
請求項１の検体採取器具は、以上のように、平板状の基体と、前記基体上に立設された複数個の中空極細針と、前記基体に直接又は間接的に超音波振動子が接続され、前記中空極細針内に採取された検体対し超音波振動を与えることにより該検体を中空極細針内から吸引するための吸引手段と、を備えた構成である。
【００５９】
それゆえ、中空極細針を用いることで検体採取の際、痛みを感じることがないので、患者に恐怖感を与えることなくかつ、微量で検体採取を行える。例えば、基体を平板状とし、該平板の平面上に上記中空極細針を複数本立設させることで、指先等への注射がコンパクトかつ簡便に行えるので、さらに患者の恐怖感を軽減させることができる。また、吸引手段により中空極細針内に採取された検体をスムーズに吸引できるので、微量検体採取、微量検査を短時間で行えるという効果を奏する。また、これにより、デッドボリュームを極端に少なくすることができるので、無駄な血液等を採取する必要がなく、他のインターフェースへの接続など煩わしい操作が不要であり、低コストで使い捨ても可能な検体採取器具を提供できるという効果を奏する。
【００６１】
請求項２の検体採取器具は、以上のように、中空極細針は、前記基体表面内に貫設若しくは挿設され又は基体表面側において基体と一体に形成され、かつ、基体裏面側においてその末端が開口しており、超音波振動によって前記基体が振動することにより、中空極細針の末端開口部から吐出する検体が外部方向へ移動する構成である。
【００６２】
それゆえ、超音波振動を検体に対し与えることで、中空極細針内に採取されている血液等の検体を中空極細針の外部方向へ移動させることができる。これにより、中空極細針の毛細管力のみでは吸引できない検体の吸引または吸引の促進が簡便に行えるので、小型で簡便な構造の検体採取器具を提供できるという効果を奏する。
【００６３】
請求項３の検体採取器具は、以上のように、中空極細針は外径０．０２ｍｍ〜０．３ｍｍ、長さ０．５ｍｍ〜３ｍｍである構成である。
【００６４】
それゆえ、中空極細針の外径を上記範囲とすることで、蚊の採血針に近づけることができ、無痛に近い採血を可能とするものである。また、長さを上記範囲内とすることで、皮膚からの毛細血管到達可能距離に近づけることができ、より正確に検体採取を行えるという効果を奏する。
【００６５】
請求項５の検体採取器具は、以上のように、中空極細針の末端開口部のピッチに合わせて、基体が開口されてなる構成である。
【００６６】
それゆえ、中空極細針の末端開口部のピッチに合わせて基体が開口されてなることで、効率よく中空極細針の中空（貫通孔）を通して検体を吸引できるという効果を奏する。
【００６７】
請求項６の検体採取器具は、以上のように、中空極細針は、少なくとも一端がテーパーである構成である。
【００６８】
それゆえ、中空極細針の少なくとも一端がテーパー状であることで、生体に針を刺す場合の圧力を低減させ、よりスムーズに刺すことができるという効果を奏する。
【００６９】
請求項７の検体採取器具は、以上のように、中空極細針及び／又は吸引手段は、Si、Ni、Au、Pd、セラミックス、アクリルからなる群より選ばれる少なくとも1種の樹脂又は該樹脂の表面に金属を成膜してなる構成である。
【００７０】
それゆえ、上記材質を用いることで中空極細針及び基体を一体に成形するなどの加工が容易に行えるので、中空極細針と基体その他からなる吸引手段とを位置合わせして貼り付けるなどの組み立て工程を省略でき、リークなどが生じない信頼性の高い検体採取機構を実現できるという効果を奏する。
【００７１】
請求項８の簡易型検体分析装置は、以上のように、請求項１〜７のいずれか1項に記載の検体採取器具を備え、前記検体採取器具の基体において中空極細針が立設している基体表面側と反対側の基体裏面付近に検体検出用の検出部を保持してなる構成である。
【００７２】
それゆえ、検体検出用のセンサーを基体に対して中空極細針が立設している側と反対側の面に保持してなることで、検体採取手段である中空極細針と吸引機構、及びセンサーとの間に他のインターフェースを接続することなくセンサー側へ検体を供することができる。これにより、採血した血液等を時間的、量的なロスなく、かつ、空気に触れない状態で即時検査することができる。これにより、例えば、小型血液分析器具、POCT、臨床検査チップ等の小型かつ簡便な臨床検査形態を提供できるという効果を奏する。
【００７３】
請求項９の検体採取器具の製造方法は、以上のように、上記の課題を解決するために、基体としてＳｉ及びＳＯＩ基板を用いて、Ｓｉ半導体プロセスのフォトリソグラフィー、成膜、エッチングにより、基体表面側から中空極細針を、基体裏面側から吸引機構を作製する構成である。
【００７４】
請求項１０の検体採取器具の製造方法は、以上のように、Ｓｉ及びＳＯＩ基板を用いてエッチングをする際、エッチングマスク材として厚膜感光性レジストを用いる構成である。
【００７５】
それゆえ、上記Si半導体プロセスを用い、上記のような両面エッチング等により基体と一体型で検体採取器具を微細加工することができるので、より高精度な検体採取器具を得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１（a）は、本発明の一実施の形態に係る検体採取器具の外観構成を示す斜視図である。
図１（b）は、上記検体採取器具に備えられる中空極細針の拡大図である。
【図２】検体採取器具から中空極細針を取り除いた振動板（メッシュ部）の外観構成を示す斜視図である。
【図３】検体採取器具の縦断面図である。
【図４】検体採取器具を備える簡易型検体分析装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る極低侵襲採血器具１をSi製検体採血器具として製造した場合の製造フローを示す説明図である。
【図６】ＳＯＩ製検体採血器具の製造フローを示す説明図である。
【符号の説明】
１ 極低侵襲採血器具（検体採取器具）
２ 中空極細針
３ 振動板（基体，吸引手段）
３a 空孔
４ センサー（検出部）
５ 簡易型検体分析装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体などの生体から血液等を採るために使用する低侵襲採血器具及びこれを含有する簡易型血液分析器具もしくは、POCT（ポイント オブ ケアーテスティング）に好適に用いられる検体採取器具及びこれを備えた簡易型検体分析器具、並びに検体採取器具の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、低侵襲採血器具は、先端に外径約300μｍ以上のステンレス製の針１本を保持した、スプリング式採血機構が市販化され使われている。このスプリング式採血機構では、指先や腕に瞬間的に針を刺し、毛細血管を破壊し皮膚から米粒大（約２〜３μｌ）の血液を染み出させて、その血液を採取して診断器具にて血液を分析している。例えば血液中のグルコース濃度を測定する血糖値検査が代表的なものである。
一方、特開2000-185034号公報記載の様に、極細針と吸引用のマイクロポンプを備える採血器具、また、それを臨床検査チップに繋げた器具が発案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開2000−185034号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の外径約300μｍ以上のステンレス製の針１本を保持したスプリング式採血機構では若干の痛みがあり、採血の際恐怖にさいなまれることが多い。特に糖尿病患者の様に頻繁に採血をする患者にとっては、その傾向は顕著であり、約300μｍ以上の針跡がいたるところに残って、採血者としても皮膚の採血部分の選択に困惑する。また、上記の方法では、皮膚から血液が染み出た後、その血液を診断器具に採取するが微量の血液が直ちに凝固、蒸発し始め、必要量の血液を診断器具に採取できないこともしばしばある。
一方、上記公報記載のマイクロポンプを保持した採血機構では、採血の際に空気の混入は避けられず、圧力ダンパーとなる空気が入っても吸引が成り立つためには、ポンプの性能向上が必要である。
【０００５】
また、この方法では、血液を扱うという観点から汚染の問題を避けるために使い捨てであることが必要条件と考えられるが、針とポンプ一体型ではコストの面で問題がある。極細針のみ使い捨てでポンプをチューブ等のインターフェースを介して接続する方法もあるが、デッドボリュームが増えて採血しなければならない血液の量が極端に増えること、１回毎に極細針をチューブ等のインターフェースに装着しなければならず、操作が煩わしく実用的でない。さらに、臨床検査チップがポンプ等に付加されれば、同様の問題点がさらに追加される。
【０００６】
本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、患者に恐怖感を与えない低侵襲採血が可能であり、採血及び臨床検査のための操作が簡単で、微量採血及び微量検査を短時間でおこなうことができ、かつ、低コストで使い捨てが可能な、低侵襲採血器具等に特に好適に用いられる検体採取器具及びこれを備える簡易型検体分析器具、並びに検体採取器具の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願発明者等は、上記目的を達成するために鋭意検討した。その結果、平板状等の基体上に中空極細針を立設させ、これらと該中空極細針により採取された検体を吸引するための吸引手段とを互いに近接させて配置してなる構成とすることにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
請求項１の検体採取器具は、上記の課題を解決するために、平板状の基体と、前記基体上に立設された複数個の中空極細針と、前記基体に直接又は間接的に超音波振動子が接続され、前記中空極細針内に採取された検体に対し超音波振動を与えることにより該検体を中空極細針内から吸引するための吸引手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００９】
上記の構成によれば、中空極細針を用いることで検体採取の際、痛みを感じることがないので、患者に恐怖感を与えることなくかつ、微量で検体採取を行える。例えば、基体を平板状とし、該平板の平面上に上記中空極細針を複数本立設させることで、指先等への注射がコンパクトかつ簡便に行えるので、さらに患者の恐怖感を軽減させることができる。また、吸引手段により中空極細針内に採取された検体をスムーズに吸引できるので、微量検体採取、微量検査を短時間で行うことができる。また、これにより、デッドボリュームを極端に少なくすることができるので、無駄な血液等を採取する必要がなく、他のインターフェースへの接続など煩わしい操作が不要であり、低コストで使い捨ても可能な検体採取器具を提供することができる。
【００１１】
請求項２の検体採取器具は、上記の課題を解決するために、中空極細針は、前記基体表面内に貫設若しくは挿設され又は基体表面側において基体と一体に形成され、かつ、基体裏面側においてその末端が開口しており、超音波振動によって前記基体が振動することにより、中空極細針の末端開口部から吐出する検体が外部方向へ移動することを特徴としている。
【００１２】
上記の構成によれば、超音波振動を検体に対し与えることで、中空極細針内に採取されている血液等の検体を中空極細針の外部方向へ移動させることができる。これにより、中空極細針の毛細管力のみでは吸引できない検体の吸引または吸引の促進が簡便に行えるので、小型で簡便な構造の検体採取器具を提供できる。
【００１３】
請求項３の検体採取器具は、上記の課題を解決するために、中空極細針は外径０．０２ｍｍ〜０．３ｍｍ、長さ０．５ｍｍ〜３ｍｍであることを特徴としている。
【００１４】
上記の構成によれば、中空極細針の外径を上記範囲とすることで、蚊の採血針に近づけることができ、無痛に近い採血が可能となるものである。また、長さを上記範囲内とすることで、皮膚からの毛細血管到達可能距離に近づけることができ、より正確に検体採取を行うことができる。
【００１５】
請求項４の検体採取器具は、前記中空極細針の数が、１０数個〜数１０個であることを特徴としている。
上記の構成によれば、毛細管の位置を正確に見極めなくても、高確率で採血をすることができ作業能率を向上させることができる。請求項５の検体採取器具は、上記の課題を解決するために、中空極細針の末端開口部のピッチに合わせて、基体が開口されてなることを特徴とする。上記の構成によれば、中空極細針の末端開口部のピッチに合わせて基体が開口されてなることで、効率よく中空極細針の中空（貫通孔）を通して検体を吸引することができる。
【００１６】
請求項６の検体採取器具は、上記の課題を解決するために、中空極細針は、少なくとも一端がテーパーであることを特徴としている。
上記の構成によれば、中空極細針の少なくとも一端がテーパー状であることで、生体に針を刺す場合の圧力を低減させ、よりスムーズに刺すことができる。
【００１７】
請求項７の検体採取器具は、上記の課題を解決するために、中空極細針及び／又は吸引手段は、Si、Ni、Au、Pd、セラミックス、アクリルからなる群より選ばれる少なくとも1種の樹脂又は該樹脂の表面に金属を成膜してなることを特徴としている。
【００１８】
上記の構成によれば、上記材質を用いることで中空極細針及び基体を一体に成形するなどの加工が容易に行えるので、中空極細針と基体その他からなる吸引手段とを位置合わせして貼り付けるなどの組み立て工程を省略でき、リークなどが生じない信頼性の高い検体採取機構を実現することができる。
【００１９】
請求項８の簡易型検体分析装置は、上記の課題を解決するために、請求項１〜７のいずれか1項に記載の検体採取器具を備え、前記検体採取器具の基体において中空極細針が立設している側と反対側の面付近に検体検出用の検出部を保持してなることを特徴としている。
【００２０】
上記の構成によれば、検体検出用のセンサーを基体に対して中空極細針が立設している側と反対側の面に保持してなることで、検体採取手段である中空極細針と吸引機構、及びセンサーとの間に他のインターフェースを接続することなくセンサー側へ検体を供することができる。これにより、採血した血液等を時間的、量的なロスなく、かつ、空気に触れない状態で即時検査することができる。これにより、例えば、小型血液分析器具、POCT、臨床検査チップ等の小型かつ簡便な臨床検査形態を提供することができる。
【００２１】
請求項９の検体採取器具の製造方法は、上記の課題を解決するために、基体としてＳｉ及びＳＯＩ基板を用いて、Ｓｉ半導体プロセスのフォトリソグラフィー、成膜、エッチングにより、基体表面側から中空極細針を、基体裏面側から吸引手段を作製することを特徴としている。
【００２２】
請求項１０の検体採取器具の製造方法は、上記の課題を解決するために、Ｓｉ及びＳＯＩ基板を用いてエッチングをする際、エッチングマスク材として厚膜感光性レジストを用いることを特徴としている。上記の構成によれば、上記Ｓｉ半導体プロセスを用い、上記のような両面エッチング等により基体と一体型で検体採取器具を微細加工することができるので、より高精度な検体採取器具を得ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態について、図面に基づいて説明すれば以下のとおりである。
本発明は、中空極細針と小型吸引機構を備えた検体採取器具である。また、その検体採取器具を備える簡易型検体分析装置並びに検体採取器具の製造方法を提供するものである。
【００２４】
図１（a）は、本実施の形態に係る極低侵襲採血器具１（検体採取器具）の斜視図、図１（b）は、その中空極細針２部分の拡大図、図２は中空極細針２を取り除いた振動板（メッシュ）３（基体）の斜視図である。
【００２５】
本実施の形態の極低侵襲採血器具１は、図１（a）に示すように、振動板３と、振動板３上にアレイ状に立設された複数の中空極細針２とから、主に構成されている。中空極細針２は、図１（b）に示すように、先端部がテーパー状に形成されており、内部は中空（空洞）となっている。中空極細針２が振動板３に対し立設される角度は特に限定はなく、検体の採取部位により適宜定めることができるが、例えば、指先から採血する等の場合、本実施の形態に示すように振動板３の法線方向等に設定されていることがより好ましい。
【００２６】
中空極細針２の外径は、本実施の形態では、１００μｍに、内径（中空径）は、５０μｍ程度に設定されている。中空極細針２の外径は、特に限定されないが、０．０２ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲内であることが好ましく、長さ（長軸方向距離）は、特に限定されないが、０．５ｍｍ〜４ｍｍの範囲内が好ましく、０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲内がより好ましい。
【００２７】
中空極細針２の外径寸法を上記範囲とすることで、蚊の採血針に近づけ、これにより、できるだけ無痛に近い採血が可能となる。また、長さを上記範囲とすることで、採取対象である毛細管採血等を想定して、皮膚からの毛細管到達可能距離に近づけることができ、より軽負担の検体採取を実現することができる。
【００２８】
また、上記のように、先端部をテーパーとすることで、中空極細針２を生体に刺す際の圧力を軽減させることができ、よりスムーズに検体採取を行うことができる。
【００２９】
また、中空極細針２の図示しない末端部（根元部）は、振動板３に挿設されており、振動板３の裏面すなわち、振動板３に対して、中空極細針２が立設していると反対側の面において開口している。つまり、中空極細針２の中空は、貫通孔として形成されており、上記テーパー状に形成された先端部より検体を採取し、検体が、後述する吸引手段によって裏面側開口まで到達するように構成されている。また、振動板３は、中空極細針２の空孔３aのピッチに合わせて開口されており、これにより効率よく中空極細針２の貫通孔を通して検体を吸引することができる。尚、この場合、中空極細針２の空孔３aの中心と振動板３のメッシュ開口部の中心とは必ずしも一致しなくてもよく、また、孔径も必ずしも同一でなくてもよい。
【００３０】
振動板３に挿設する中空極細針２の数は、特に限定されず、採取する検体の種類、生体における採取部位等により適宜定めればよく、１個または複数個用いられる。例えば、指先や耳たぶ等の毛細管採血を行う場合、中空極細針２の数は複数、具体的には、１０数個〜数１０個とすることが好ましい。中空極細針２数を上記範囲とすることで、毛細管の位置を正確に見極めなくても、高確率で採血をすることができ作業能率を向上させることができる。
【００３１】
すなわち、通常、採血箇所は、中空極細針２が折れる危険性等を考慮すると、静脈血や動脈血ではなく指先、腕、耳たぶなどの毛細管血が想定される。毛細管血を採取する際に、複数の極細針群を用いることで、毛細血管に針が突き刺さる確率を上げることができ、さらに、所定の採血量を確保することが有利になり、弾力性を有している皮膚に刺す際に圧力が逃げないようにすることが可能となる。これにより、検体採取時の作業能率をさらに向上させることができる。尚、この場合、針の長さを必要以上に長くするメリットは少ない。
【００３２】
振動板３は図２に示すように、直径３ｍｍの円盤状に形成されている。また、中空極細針２の中空径のピッチに合わせて、空孔３aが複数配置されている。すなわち、各空孔３aに中空極細針２を貫設または挿設させることにより、振動板３上にアレイ状に中空極細針２が配置される。
中空極細針２の材質及び加工方法としては、例えば、半導体プロセス加工によるSi、電鋳法によるNi、Pd、Au、Cu等、レーザー加工又はグリーンシートの焼成によるセラミック焼結体、成型によるアクリル、テフロン（登録商標）などの樹脂、樹脂の表面を補強のため金属で成膜した樹脂-金属複合体、ガラスなどが挙げられる。
上記例示の材質のうち、強度、加工性、コスト面からは、Siを用いることがより好ましい。以下に各種材質の破壊強度、加工法その他についての比較表を示す。
【００３３】
【表１】
本実施の形態の極低侵襲採血器具１は、上記中空極細針２内に採取した血液等の検体を吸引して、中空極細針２内より取り出して分析に供するための吸引手段として、上記振動板３を備え、振動板３には、超音波振動子が接続される。超音波振動子は、それ自体振動板３とともに吸引手段を構成してもよく、また、振動板３に外部から接続された構成としてもよい。
【００３５】
振動板３及びこれに接続される超音波振動子は、例えば、PZTやニオブ酸リチウム等の圧電素子を用いた超音波振動子に、１０KHｚ〜１００KHzの高周波電圧を印加することにより、その近傍に吐出等された液体を霧化する霧化装置（超音波ネブライザー）に用いられるメッシュ板及び超音波振動子と同様の構成を採用することができる。
【００３６】
超音波振動子は、振動板３上に直接配置して駆動させてもよいし、外部の超音波振動子を振動板３に接触、非接触で駆動させてもよい。このように、超音波振動を利用した吸引手段を基体に直接又は間接的に接続することにより、中空極細針２中に採取された検体を吸引して各種分析に供することができる。
【００３７】
すなわち、中空極細針２内に採取された検体は、通常その毛細管力だけで吸引することは困難である。このため、中空極細針２の末端開口部付近で上記超音波振動により検体を吸引（必要に応じ霧化してもよい）することで、検体を中空極細針２の外部へ吸引することができる。超音波振動子からの振動は極細針に伝わって増幅される。一方、穴をあけたメッシュ振動板が、極細針の振動に合わせて振動している。このとき、極細針の端とメッシュとの間にできる負圧によって、検体が吸い上げられる。さらに、メッシュ振動板の穴を通る検体の上昇運動は器具全体の振動によっても加速される。こうして、メッシュ振動板外部にスムーズに検体が到達できる。
【００３８】
吸引手段としてこのような構成を採用することで、小型で簡便な構造により、吸引または吸引の促進を行うことができるので、小型で簡便な構造の検体採取器具を提供することができる。さらにまた、超音波振動により、中空極細針を生体に刺す際に力を軽減し、よりスムーズに刺すことが可能となる。
上記のように、本実施の形態に係る極低侵襲採血器具１によれば、患者に恐怖感を与えることなくスムーズに採血等を実施でき、また、デッドボリュームが極めて少なく済むため、無駄な血液量を採取しなくてよい。また、上記吸引手段と基体、中空極細針を一体型で構成できるので、インターフェース接続などの煩わしい操作が不要である。
【００３９】
次に、本実施の形態の極低侵襲採血器具１の構造及びこれを備える簡易型検体分析装置の動作について説明する。図３は、極低侵襲採血器具１の縦断面図、図４は極低侵襲採血器具１を備えた簡易型検体分析装置５の断面図である。すなわち、図３に示す極低侵襲採血器具１は、図４に示すように、センサー４に接続されるようになっている。センサー４には、例えば、グルコースオキシダーゼ等が固定化されており、グルコース電極での分析等を行えるようになっている。
【００４０】
本実施の形態に係る極低侵襲採血器具１による採血動作を、例えば、被験者の指先から採血する場合を例として説明する。極低侵襲採血器具１に備えられた複数中空極細針２を被験者の指先に刺すと、中空極細針２の先端部分より毛細管血が中空内に採取される。このとき、上述のように、振動板３を超音波振動により所定振動数で振動させておくことで、採血作業がよりスムーズに行える。
【００４１】
図３に示すように、採取された血液は、中空極細針２内を通過して振動板３の裏面側の末端開口部において表面張力により血液溜りの状態で静止する。このとき、中空極細針２自体の毛細管力のみでは、中空内に採取されている血液をさらにセンサー４側に吸引することは困難であるため、超音波振動を振動板３に与える。こうすることで、中空極細針２内の血液が外部方向へ順次移動して行き、吸引または吸引の促進が行われる。
【００４２】
具体的には、図３に示す空孔３a付近に滞留する血液粒に対し、振動板３を介して超音波振動が与えられることにより血液がセンサー４側に微小距離移動する。これにより、空孔３a内に採取された血液が順次センサー４側へ移動していくことにより血液が吸引される。超音波振動子は、振動板３上に直接配置して駆動させてもよいし、外部の超音波振動子を振動板３に接触または非接触で作用させ振動を与える構成としてもよい。また、超音波振動を与えることにより血液を噴霧化する構成としてもよい。
【００４３】
本実施の形態では、センサー４は、例えば、血糖値を測定する場合であれば、GOD（グルコースオキシダーゼ）を固定化したグルコース電極板としてセンサー４の一部を構成すればよい。これにより、血中のグルコースがGODと反応して過酸化水素を生じて白金電極側で電子の受け渡しが行われることにより、血中グルコース量に応じた電流値を測定することができる。
【００４４】
本発明の簡易型検体分析装置５は、上記のように、簡易な構成とすることで、デッドボリュームを極端に減少させることができ、またインターフェースへの接続等を省略できるので、短時間で微量検体採取、微量検査を行うことができる。
【００４５】
本実施の形態の極低侵襲採血器具１の製造方法としては、例えば、半導体プロセス加工によるＳｉ、電鋳法によるＮｉ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｃｕ等、エッチング又は成型、レーザー加工によるガラス、レーザー加工又はグリーンシートの焼成によるセラミック、レーザー等により加工したカプトン等の樹脂フイルム、成型により加工したアクリル、テフロン（登録商標）などの樹脂、樹脂の表面を補強のため金属で成膜した樹脂−金属複合体を用いる方法などが挙げられる。上記例示の方法のうち、材質強度、製造コスト等の面から、半導体プロセス加工によるＳｉを用いる方法、より具体的には、Ｓｉ及びＳＯＩ基板を用いてＳｉ半導体プロセスによる両面エッチングを行う方法が特に好ましい。また、上記エッチングを行う際、エッチングマスク材として厚膜感光性レジストを用いて形成することが好ましい。
【００４６】
図５は、本実施の形態の極低侵襲採血器具１をSi製検体採血器具として製造した場合の製造フローを示すフロー図である。以下、その製造方法を具体的に図面に沿って説明する。まず、ステップ１（S1）では、１．５ｍｍ厚みのSiウエハー１３に、熱酸化炉で約１１００℃で０．５μｍのSiO2(酸化膜１４)を両面成膜する。次にフォトリソグラフィーを行う。すなわち、ポジ型レジストOFPR-800（東京応化製）をスピンコーターを用いて１．０μm塗布し、アライナーで露光し、現像液NMD-3で現像する。
【００４７】
次いで、ステップ２（S2）で、RIE（反応性イオンエッチング）装置にて、CHF3ガスを導入反応させ、酸化膜１４をドライでエッチングし、硫酸過水（硫酸：過酸化水素＝４：１）にてレジストを剥離する。
【００４８】
次に、ステップ３（S3）において、KOH３０％溶液中にてSiウエハー１３表面の酸化膜１４が除去されている部分のみ選択的に結晶異方性エッチングし、中空極細針２の先端形状に対応するテーパー形状を作成し、表面だけTEOS-CVD（化学的気相成膜）装置にてSiO2を３μm成膜する。その後、裏面のSiO2（酸化膜１４）をRIEにて剥離し、裏面に厚膜レジスト１５（商品名SU-8：ネガ型エポキシ系レジスト）をスピンコーターにて３０μm塗布し、アライナーにて露光、クリーンオーブンにてベークする。
【００４９】
ステップ４（S４）では、現像液にて厚膜レジスト１５を現像し、このレジストをマスクとしてＩＣＰ（イオンカップルドプラズマ）装置にて、ＳＦ6とＣ4Ｆ8のガスを交互に導入し、Ｓｉを約１．４ｍｍエッチングをおこなう。Siのエッチング時にＳＵ−８のSiとのエッチング選択比は、条件にもよるが約１：５０である。表面のSiO2膜は、Siエッチングの際のエッチングストップ層となる。ちなみにSiのエッチング時にSiO2とSiとのエッチング選択比は、約１：２５０である。
【００５０】
次に、ステップ５（S5）で、裏面の厚膜レジスト１５を剥離液にて剥離し、予め作成しておいたメッシュ振動板３と４００℃、９００Ｖの条件にて陽極接合をおこない張り合わせる。
ステップ６（S6）では、表面の酸化膜１４´をフッ酸溶液にて剥離し、中空極細針２の中空内をＣＶＤを用いてパリレンを被覆する。この被覆処理は、採血時に血液凝固防止を目的としておこなっている。
【００５１】
図６はＳＯＩ製検体採血器具製造フローである。以下、極低侵襲採血器具１の他の製造例について図面に沿って具体的に説明する。
まず、ステップ １（S１）で、１．５ｍｍ厚みのＳＯＩ（Si On Insulator）ウエハー２３に熱酸化炉で約１１００℃で０．５μｍのSiO2２４を両面成膜する。次に、フォトリソグラフィーを行う。すなわち、ポジ型レジストOFPR-800（東京応化製）をスピンコーターを用いて１．０μm塗布し、アライナーで露光し、現像液NMD-3で現像する。
【００５２】
ステップ２（S2）では、RIE（反応性イオンエッチング）装置にて、CHF3ガスを導入反応させ、酸化膜SiO2２４をドライでエッチングし、硫酸過水（硫酸：過酸化水素＝４：１）処理にてレジストを剥離する。
ステップ３（S３）では、Siウエハーを、KOH３０％溶液中にて表面の酸化膜SiO2２４が除去されている部分のみ選択的に結晶異方性エッチングし、振動板メッシュ孔（空孔３a）部分を作製する。その後裏面のSiO2２４をRIEにて剥離し、裏面に厚膜レジスト（商品名SU-8：ネガ型エポキシ系レジスト）２４´をスピンコーターにて３０μm塗布し、アライナーにて露光、クリーンオーブンにてベークし、現像し所定パターンを得る。
【００５３】
ステップ４（S4）では、超音波振動子としてPZT２５をボンダーにて振動板メッシュ部分に貼り付け実装する。次いで、ステップ５（S5）では、裏面から厚膜レジストをマスクとして、ＩＣＰ（イオンカップルドプラズマ）装置にて、ＳＦ6とＣ4Ｆ8のガスを交互に導入し、中空極細針２の先端部分に相当するＳｉを約１．２ｍｍエッチングする。エッチング終了後に裏面から厚膜レジストを剥離液にて剥離する。
【００５４】
ステップ6では、RIE装置にて表面からSiO2２４‘をエッチング除去し、メッシュ振動板（振動板３）と中空極細針２とを連通させる。その後表面および裏面の不要な部分の酸化膜SiO2２４をRIE装置にてエッチング除去し、CVDにより針の中空内をパリレンで被覆する。図６のSOI製検体採血器具の製造方法は、組み立て工程が全くなく、より信頼性の高い採血器具を提供できるものである。
【００５５】
次に簡易型検体分析装置５材質としては、例えば、半導体プロセス加工によるSi、電鋳法によるNi、Pd、Au、Cu等、エッチング又は成型、レーザー加工によるガラス、ガラス繊維、レーザー加工又はグリーンシートの焼成によるセラミック、レーザー等により加工したカプトン等の樹脂フイルム、成型により加工したアクリル、テフロン（登録商標）などの樹脂、樹脂の表面を補強のため金属で成膜した樹脂-金属複合体、プラスチック繊維などが挙げられる。
【００５６】
中空極細針２、振動板３、簡易型検体分析装置５は、同一の基板、基材から加工して組み立てなしで作成しても良いし、それぞれ別々に作ってそれを接着・接合・かしめ等で組み立てても良い。
【００５７】
本発明の検体採取器具の用途としては、例えば、小型血液分析（臨床検査チップ、POCT）用の採血が挙げられる。また、本発明の簡易型検体分析装置の用途として、生化学検査、免疫学的検査、血液形態学的検査などに大きく分類されその項目も多岐に亘る。この中でも特に、小型の簡易血液分析の好適な具体的検査項目としては、現在市場２０００億円と言われるグルコース、グリコヘモグロビン、フルクトサミンなどを検出する糖尿病検査がまず挙げられる。その他、肝炎ウイルス、STD（クラミジア）などを検出する感染症検査、アレルゲン、IｇEなどを検出するアレルギー検査、麻薬、治療薬を検出する薬物検査、CEA（大腸がん）、PSA（前立腺がん）などを検出するがん検査、コレステロール、トロポニン、CKアイソザイム、ミオグロビンなどを検出する心疾患検査などが挙げられる。
【００５８】
【発明の効果】
請求項１の検体採取器具は、以上のように、平板状の基体と、前記基体上に立設された複数個の中空極細針と、前記基体に直接又は間接的に超音波振動子が接続され、前記中空極細針内に採取された検体対し超音波振動を与えることにより該検体を中空極細針内から吸引するための吸引手段と、を備えた構成である。
【００５９】
それゆえ、中空極細針を用いることで検体採取の際、痛みを感じることがないので、患者に恐怖感を与えることなくかつ、微量で検体採取を行える。例えば、基体を平板状とし、該平板の平面上に上記中空極細針を複数本立設させることで、指先等への注射がコンパクトかつ簡便に行えるので、さらに患者の恐怖感を軽減させることができる。また、吸引手段により中空極細針内に採取された検体をスムーズに吸引できるので、微量検体採取、微量検査を短時間で行えるという効果を奏する。また、これにより、デッドボリュームを極端に少なくすることができるので、無駄な血液等を採取する必要がなく、他のインターフェースへの接続など煩わしい操作が不要であり、低コストで使い捨ても可能な検体採取器具を提供できるという効果を奏する。
【００６１】
請求項２の検体採取器具は、以上のように、中空極細針は、前記基体表面内に貫設若しくは挿設され又は基体表面側において基体と一体に形成され、かつ、基体裏面側においてその末端が開口しており、超音波振動によって前記基体が振動することにより、中空極細針の末端開口部から吐出する検体が外部方向へ移動する構成である。
【００６２】
それゆえ、超音波振動を検体に対し与えることで、中空極細針内に採取されている血液等の検体を中空極細針の外部方向へ移動させることができる。これにより、中空極細針の毛細管力のみでは吸引できない検体の吸引または吸引の促進が簡便に行えるので、小型で簡便な構造の検体採取器具を提供できるという効果を奏する。
【００６３】
請求項３の検体採取器具は、以上のように、中空極細針は外径０．０２ｍｍ〜０．３ｍｍ、長さ０．５ｍｍ〜３ｍｍである構成である。
【００６４】
それゆえ、中空極細針の外径を上記範囲とすることで、蚊の採血針に近づけることができ、無痛に近い採血を可能とするものである。また、長さを上記範囲内とすることで、皮膚からの毛細血管到達可能距離に近づけることができ、より正確に検体採取を行えるという効果を奏する。
【００６５】
請求項５の検体採取器具は、以上のように、中空極細針の末端開口部のピッチに合わせて、基体が開口されてなる構成である。
【００６６】
それゆえ、中空極細針の末端開口部のピッチに合わせて基体が開口されてなることで、効率よく中空極細針の中空（貫通孔）を通して検体を吸引できるという効果を奏する。
【００６７】
請求項６の検体採取器具は、以上のように、中空極細針は、少なくとも一端がテーパーである構成である。
【００６８】
それゆえ、中空極細針の少なくとも一端がテーパー状であることで、生体に針を刺す場合の圧力を低減させ、よりスムーズに刺すことができるという効果を奏する。
【００６９】
請求項７の検体採取器具は、以上のように、中空極細針及び／又は吸引手段は、Si、Ni、Au、Pd、セラミックス、アクリルからなる群より選ばれる少なくとも1種の樹脂又は該樹脂の表面に金属を成膜してなる構成である。
【００７０】
それゆえ、上記材質を用いることで中空極細針及び基体を一体に成形するなどの加工が容易に行えるので、中空極細針と基体その他からなる吸引手段とを位置合わせして貼り付けるなどの組み立て工程を省略でき、リークなどが生じない信頼性の高い検体採取機構を実現できるという効果を奏する。
【００７１】
請求項８の簡易型検体分析装置は、以上のように、請求項１〜７のいずれか1項に記載の検体採取器具を備え、前記検体採取器具の基体において中空極細針が立設している基体表面側と反対側の基体裏面付近に検体検出用の検出部を保持してなる構成である。
【００７２】
それゆえ、検体検出用のセンサーを基体に対して中空極細針が立設している側と反対側の面に保持してなることで、検体採取手段である中空極細針と吸引機構、及びセンサーとの間に他のインターフェースを接続することなくセンサー側へ検体を供することができる。これにより、採血した血液等を時間的、量的なロスなく、かつ、空気に触れない状態で即時検査することができる。これにより、例えば、小型血液分析器具、POCT、臨床検査チップ等の小型かつ簡便な臨床検査形態を提供できるという効果を奏する。
【００７３】
請求項９の検体採取器具の製造方法は、以上のように、上記の課題を解決するために、基体としてＳｉ及びＳＯＩ基板を用いて、Ｓｉ半導体プロセスのフォトリソグラフィー、成膜、エッチングにより、基体表面側から中空極細針を、基体裏面側から吸引機構を作製する構成である。
【００７４】
請求項１０の検体採取器具の製造方法は、以上のように、Ｓｉ及びＳＯＩ基板を用いてエッチングをする際、エッチングマスク材として厚膜感光性レジストを用いる構成である。
【００７５】
それゆえ、上記Si半導体プロセスを用い、上記のような両面エッチング等により基体と一体型で検体採取器具を微細加工することができるので、より高精度な検体採取器具を得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１（a）は、本発明の一実施の形態に係る検体採取器具の外観構成を示す斜視図である。
図１（b）は、上記検体採取器具に備えられる中空極細針の拡大図である。
【図２】検体採取器具から中空極細針を取り除いた振動板（メッシュ部）の外観構成を示す斜視図である。
【図３】検体採取器具の縦断面図である。
【図４】検体採取器具を備える簡易型検体分析装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る極低侵襲採血器具１をSi製検体採血器具として製造した場合の製造フローを示す説明図である。
【図６】ＳＯＩ製検体採血器具の製造フローを示す説明図である。
【符号の説明】
１ 極低侵襲採血器具（検体採取器具）
２ 中空極細針
３ 振動板（基体，吸引手段）
３a 空孔
４ センサー（検出部）
５ 簡易型検体分析装置
Claims (10)
- 平板状の基体と、
前記基体上に立設された複数個の中空極細針と、
前記基体に直接又は間接的に超音波振動子が接続され、前記中空極細針内に採取された検体対し超音波振動を与えることにより該検体を中空極細針内から吸引するための吸引手段と、を備えたことを特徴とする検体採取器具。 - 中空極細針は、前記基体表面内に貫設若しくは挿設され又は基体表面側において基体と一体に形成され、かつ、基体裏面側においてその末端が開口しており、超音波振動によって前記基体が振動することにより、中空極細針の末端開口部から吐出する検体が外部方向へ移動することを特徴とする請求項１記載の検体採取器具。
- 中空極細針は外径０．０２ｍｍ〜０．３ｍｍ、長さ０．５ｍｍ〜３ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の検体採取器具。
- 前記中空極細針の数が、１０数個〜数１０個であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の検体採取器具。
- 中空極細針の末端開口部のピッチに合わせて、基体が開口されてなることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の検体採取器具。
- 中空極細針は、少なくとも一端がテーパーであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の検体採取器具。
- 中空極細針及び／又は吸引手段は、Ｓｉ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、セラミックス、アクリルからなる群より選ばれる少なくとも１種の樹脂又は該樹脂の表面に金属を成膜してなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の検体採取器具。
- 請求項１〜７のいずれか１項に記載の検体採取器具を備え、前記検体採取器具の基体において中空極細針が立設している基体表面側と反対側の基体裏面付近に検体検出用の検出部を保持してなることを特徴とする簡易型検体分析装置。
- 基体としてＳｉ及びＳＯＩ基板を用いて、Ｓｉ半導体プロセスのフォトリソグラフィー、成膜、エッチングにより、基体表面側から中空極細針を、基体裏面側から吸引手段を作製することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の検体採取器具の製造方法。
- Ｓｉ及びＳＯＩ基板を用いてエッチングをする際、エッチングマスク材として厚膜感光性レジストを用いることを特徴とする請求項９記載の検体採取器具の製造方法。
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