JP4773004B2 - マイクロニードルモジュール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、検体表皮の外側から試料を採取したり液体を注入したりするサンプリングおよび注入を行うための中空の針を含むモジュールおよび採取した試料の分析を行う分析モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、表皮の外側から、血液などの体液を採取したり、注射液を注入する場合には、直径が、０．２から１ミリ程度の注射針が使用されている。しかし、注射針を挿入する際には、痛みが伴うことから、近年、１００ミクロン以下の痛みを感じにくい注射針を開発することが提案されている。このような注射針を実現するため、主に半導体プロセスを利用することによってＷＯ００７４７６３に記載されているようなマイクロニードルを作成する方法が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなマイクロニードルにおいて問題となる点は、マイクロニードルがきわめて細いため、機械的な強度の問題が生じ、表皮に挿入した状態で折れてしまうことである。また、血液などの体液を効率よく採取しようとした場合、ニードル先端をちょうど血管のある位置まで挿入する必要があるが、単にマイクロニードルを挿入するだけでは、マイクロニードル先端を確実に血管部分に導き、効率的にサンプリングを行うことができないことも考えられる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明では、検体表皮の外側から試料を採取したり液体を注入したりする中空のマイクロニードルと、マイクロニードルの外径より太く一体で形成されたマイクロシリンダーと、マイクロニードルおよびマイクロシリンダーの外径よりわずかに大きくマイクロニードルの先端までを収容できるガイド孔を備えたモジュールベースとからなり、マイクロニードルが、モジュールベースに収容されており、検体表皮の外面にモジュールベースが接触した状態から、マイクロニードルが表皮に挿入される構造のマイクロニードルモジュールを考案した。さらに、マイクロシリンダーが、初期状態において前記モジュールベースに微小な支持体によって支持されており、表皮に挿入される際に支持体部分で分離することによって、マイクロニードルが挿入可能な状態となるようなマイクロニードルモジュールの構成を考案した。このような構成とすることによって、マイクロニードルを挿入する際に、マイクロニードルに横方向の応力がかかることを防ぐことができ、マイクロニードルを折れにくくすることができる。
【０００５】
一方、マイクロニードルに入射側光導波路および検出側光導波路の２つの光導波路を形成し、マイクロニードル先端の光吸収の変化を検知することによって、血管部分を検知することで、より効率的な採血を行えるようにすることができる。
【０００６】
また、検出器をモジュールベースと組み合わせることによって、マイクロ分析モジュールとすることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【０００８】
図１は、本発明のマイクロニードルモジュールの一つの構成図を示したものである。図１において、マイクロニードルモジュールは、検体表皮の外側から試料を採取したり液体を注入したりする中空のマイクロニードル１と、マイクロニードル１の外径より太く一体で形成されたマイクロシリンダー３と、マイクロニードル１およびマイクロシリンダー３の外径よりわずかに大きくマイクロニードル１の先端までを収容できるガイド孔２を備えたモジュールベース４からなり、マイクロニードル１が、モジュールベース４に収容されている。検体表皮の外面にモジュールベース４の底面５が接触した状態から、マイクロニードル１が表皮に挿入されるような構造になっている。さらに、マイクロシリンダー３とモジュールベース４は、初期状態において微小な支持体６によって支持されている。この支持体６は、マイクロシリンダー３を動かそうとする外力によって容易にはずれて、マイクロニードル１が挿入可能な状態となるようになっている。このようなピストンとシリンダーのような構成とすることによって、マイクロニードル１に横方向の応力がかかることを防ぐことができ、マイクロニードル１を挿入する際に、マイクロニードル１を折れにくくすることができる。
マイクロニードル１を挿入する際には、マイクロシリンダー３と一体に形成されている挿入用ボタン７に挿入方向の外力を加えることによって、図２に示すように、支持体６が分離して、マイクロニードル１を検体表面１５から内部へ挿入することができる。また逆方向の外力を加えることによって、マイクロニードル１を抜き出すことができる。
【０００９】
また、マイクロシリンダー３には、送液チューブ８が一体に形成されており、マイクロニードル１およびマイクロシリンダー３の中心に形成されている中空部分と接続されている。
さらに、送液チューブ８の先には、圧力調整手段９が接続され、試料採取または注入が行えるようになっている。図１に示した圧力調整手段の場合は、じゃばら状の容積可変膜１０、マイクロシリンダー部１１、つまみ部１２で構成されており、マイクロシリンダー部１１を上下させることによって、試料採取または注入が行えるようになっている。ここで、つまみ部１２は、マイクロシリンダー部１１から取り外し可能で、取り外した部分からじゃばら状の容積可変膜１０の内部の液体の出し入れを行うことができる。
【００１０】
図３に本発明のマイクロニードル先端部の構造を示す。図３（ａ）は、本発明のマイクロニードル先端の一例を示したもので、マイクロニードル先端２１は尖鋭な形状をしており、先端近傍の側面にマイクロニードルの中空部分に通じる開口２２が形成されている。図３（ｂ）の場合は、複数の微小な開口２３が形成されている。このような微小な開口を用いることで、血球などの大きな成分は採取せずに液体成分のみを採取することもできる。これらのマイクロニードルの太さは、１００μｍとすることによって、人体における採取や注入時において、痛みを伴わずに操作を行うことができる。一方、図３（ｃ）には、一般的なニードル形状を示しているが、このような従来の形状を用いることも可能である。
【００１１】
次に、図４は、送液チューブ８と圧力調整手段９の間に検出手段３１を接続することによってマイクロ分析モジュールを構成した例を示している。例えば、採血を行った後、グルコースオキシターゼおよびメディエータを形成した電極間の電解電流を測定することで、血液中のグルコース濃度などを検出することができる。
【００１２】
一方、図５は、マイクロニードルを複数形成したマイクロニードルモジュールを示している。このように複数のマイクロニードルを同時に用いることによって、単位時間あたりに操作できる液体の流量を増やすことができる。さらに、マイクロニードルを複数形成して、検出手段を接続することでマイクロ分析モジュールを構成することも可能である。
【００１３】
図６は、マイクロニードルにマイクロニードルに光導波路が形成した例を示したものである。入射側光導波路および検出側光導波路の２つの光導波路を形成し、マイクロニードル先端の光吸収の変化を検出し、血管部分を検知してマイクロニードルの挿入深さを調整することで、より効率的に採血を行えるようにすることができる。図６（ａ）では、入射側光導波路は、コア部５１と周囲のクラッド部５２で構成されており、検出側光導波路もコア部５３と周囲のクラッド部５２で構成されている。コア部は、マイクロニードル先端部５５で近接または接続しており、マイクロニードル先端の光吸収の変化を検知可能となっている。
【００１４】
図６（ｂ）では、マイクロニードルとそのマイクロシリンダー部、ボタン部について示した図で、入射側導波路端５６と出射側導波路端５７がボタン部上面に形成され、それぞれの導波路端の周囲に位置あわせのためのガイド穴５８が形成されている例を示している。
【００１５】
本発明のマイクロニードルモジュールを形成する方法としては、個々の部品を組み合わせて形成することも可能であるが、特開平11-170377やProceedings of MEMS 98 (1998) p.290-295 に記載されているようなマイクロ光造形法を用いてほとんどの形状を一体に同時形成することができる。この場合、モジュールを形成する材料としては、ウレタンアクリレート系やエポキシ系などの光硬化性樹脂を用いることができる。
【００１６】
また、導波路の形成においては、光造形の課程において、屈折率の高い材料でコア部を形成した後、屈折率の低い材料で周囲のクラッド部を形成することによって、製作することができる。
【００１７】
また、光造形法においては、原理的には２００ｎｍ程度の分解能が達成でき、１００μｍ以下のマイクロニードルを形成することが可能である。一方、マイクロニードル部の機械的性質を変化させる場合には、ステンレス材などで、マイクロニードルを別個に作成して、モジュールに組み込むことも可能である。
【００１８】
【発明の効果】
本願構成によれば、マイクロニードルを挿入する際に、マイクロニードルに横方向の応力がかかることを防ぐことができ、マイクロニードルを折れにくくすることができる。
【００１９】
一方、マイクロニードルに入射側光導波路および検出側光導波路の２つの光導波路を形成し、マイクロニードル先端の光吸収の変化を検知することによって、血管部分を検知することで、より効率的な採血を行えるようにすることができる。
【００２０】
また、検出器をモジュールベースと組み合わせることによって、マイクロ分析モジュールとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロニードルモジュールの構成を示す断面図
【図２】本発明のマイクロニードルモジュールの構成を示す断面図
【図３】本発明のマイクロニードル先端部の構造を示す図
【図４】本発明のマイクロ分析モジュールの構成を示す断面図
【図５】本発明のマイクロニードルモジュールの構成を示す断面図
【図６】本発明の光導波路が形成したマイクロニードルの構成図
【符号の説明】
１ マイクロニードル
２ ガイド孔
３ マイクロシリンダー
４ モジュールベース
５ モジュールベースの底面
６ 支持体
７ ボタン
８ 送液チューブ
９ 圧力調整手段
１０ じゃばら状の容積可変膜
１１ マイクロシリンダー部
１２ つまみ部
１５ 検体表面
２１ マイクロニードル先端
２２ マイクロニードルの開口
２３ マイクロニードルの開口
３１ 検出手段
５１ コア部
５２ クラッド部
５３ コア部
５５ マイクロニードル先端部
５６ 入射側導波路端
５７ 出射側導波路端
５８ ガイド穴
【発明の属する技術分野】
この発明は、検体表皮の外側から試料を採取したり液体を注入したりするサンプリングおよび注入を行うための中空の針を含むモジュールおよび採取した試料の分析を行う分析モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、表皮の外側から、血液などの体液を採取したり、注射液を注入する場合には、直径が、０．２から１ミリ程度の注射針が使用されている。しかし、注射針を挿入する際には、痛みが伴うことから、近年、１００ミクロン以下の痛みを感じにくい注射針を開発することが提案されている。このような注射針を実現するため、主に半導体プロセスを利用することによってＷＯ００７４７６３に記載されているようなマイクロニードルを作成する方法が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなマイクロニードルにおいて問題となる点は、マイクロニードルがきわめて細いため、機械的な強度の問題が生じ、表皮に挿入した状態で折れてしまうことである。また、血液などの体液を効率よく採取しようとした場合、ニードル先端をちょうど血管のある位置まで挿入する必要があるが、単にマイクロニードルを挿入するだけでは、マイクロニードル先端を確実に血管部分に導き、効率的にサンプリングを行うことができないことも考えられる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明では、検体表皮の外側から試料を採取したり液体を注入したりする中空のマイクロニードルと、マイクロニードルの外径より太く一体で形成されたマイクロシリンダーと、マイクロニードルおよびマイクロシリンダーの外径よりわずかに大きくマイクロニードルの先端までを収容できるガイド孔を備えたモジュールベースとからなり、マイクロニードルが、モジュールベースに収容されており、検体表皮の外面にモジュールベースが接触した状態から、マイクロニードルが表皮に挿入される構造のマイクロニードルモジュールを考案した。さらに、マイクロシリンダーが、初期状態において前記モジュールベースに微小な支持体によって支持されており、表皮に挿入される際に支持体部分で分離することによって、マイクロニードルが挿入可能な状態となるようなマイクロニードルモジュールの構成を考案した。このような構成とすることによって、マイクロニードルを挿入する際に、マイクロニードルに横方向の応力がかかることを防ぐことができ、マイクロニードルを折れにくくすることができる。
【０００５】
一方、マイクロニードルに入射側光導波路および検出側光導波路の２つの光導波路を形成し、マイクロニードル先端の光吸収の変化を検知することによって、血管部分を検知することで、より効率的な採血を行えるようにすることができる。
【０００６】
また、検出器をモジュールベースと組み合わせることによって、マイクロ分析モジュールとすることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【０００８】
図１は、本発明のマイクロニードルモジュールの一つの構成図を示したものである。図１において、マイクロニードルモジュールは、検体表皮の外側から試料を採取したり液体を注入したりする中空のマイクロニードル１と、マイクロニードル１の外径より太く一体で形成されたマイクロシリンダー３と、マイクロニードル１およびマイクロシリンダー３の外径よりわずかに大きくマイクロニードル１の先端までを収容できるガイド孔２を備えたモジュールベース４からなり、マイクロニードル１が、モジュールベース４に収容されている。検体表皮の外面にモジュールベース４の底面５が接触した状態から、マイクロニードル１が表皮に挿入されるような構造になっている。さらに、マイクロシリンダー３とモジュールベース４は、初期状態において微小な支持体６によって支持されている。この支持体６は、マイクロシリンダー３を動かそうとする外力によって容易にはずれて、マイクロニードル１が挿入可能な状態となるようになっている。このようなピストンとシリンダーのような構成とすることによって、マイクロニードル１に横方向の応力がかかることを防ぐことができ、マイクロニードル１を挿入する際に、マイクロニードル１を折れにくくすることができる。
マイクロニードル１を挿入する際には、マイクロシリンダー３と一体に形成されている挿入用ボタン７に挿入方向の外力を加えることによって、図２に示すように、支持体６が分離して、マイクロニードル１を検体表面１５から内部へ挿入することができる。また逆方向の外力を加えることによって、マイクロニードル１を抜き出すことができる。
【０００９】
また、マイクロシリンダー３には、送液チューブ８が一体に形成されており、マイクロニードル１およびマイクロシリンダー３の中心に形成されている中空部分と接続されている。
さらに、送液チューブ８の先には、圧力調整手段９が接続され、試料採取または注入が行えるようになっている。図１に示した圧力調整手段の場合は、じゃばら状の容積可変膜１０、マイクロシリンダー部１１、つまみ部１２で構成されており、マイクロシリンダー部１１を上下させることによって、試料採取または注入が行えるようになっている。ここで、つまみ部１２は、マイクロシリンダー部１１から取り外し可能で、取り外した部分からじゃばら状の容積可変膜１０の内部の液体の出し入れを行うことができる。
【００１０】
図３に本発明のマイクロニードル先端部の構造を示す。図３（ａ）は、本発明のマイクロニードル先端の一例を示したもので、マイクロニードル先端２１は尖鋭な形状をしており、先端近傍の側面にマイクロニードルの中空部分に通じる開口２２が形成されている。図３（ｂ）の場合は、複数の微小な開口２３が形成されている。このような微小な開口を用いることで、血球などの大きな成分は採取せずに液体成分のみを採取することもできる。これらのマイクロニードルの太さは、１００μｍとすることによって、人体における採取や注入時において、痛みを伴わずに操作を行うことができる。一方、図３（ｃ）には、一般的なニードル形状を示しているが、このような従来の形状を用いることも可能である。
【００１１】
次に、図４は、送液チューブ８と圧力調整手段９の間に検出手段３１を接続することによってマイクロ分析モジュールを構成した例を示している。例えば、採血を行った後、グルコースオキシターゼおよびメディエータを形成した電極間の電解電流を測定することで、血液中のグルコース濃度などを検出することができる。
【００１２】
一方、図５は、マイクロニードルを複数形成したマイクロニードルモジュールを示している。このように複数のマイクロニードルを同時に用いることによって、単位時間あたりに操作できる液体の流量を増やすことができる。さらに、マイクロニードルを複数形成して、検出手段を接続することでマイクロ分析モジュールを構成することも可能である。
【００１３】
図６は、マイクロニードルにマイクロニードルに光導波路が形成した例を示したものである。入射側光導波路および検出側光導波路の２つの光導波路を形成し、マイクロニードル先端の光吸収の変化を検出し、血管部分を検知してマイクロニードルの挿入深さを調整することで、より効率的に採血を行えるようにすることができる。図６（ａ）では、入射側光導波路は、コア部５１と周囲のクラッド部５２で構成されており、検出側光導波路もコア部５３と周囲のクラッド部５２で構成されている。コア部は、マイクロニードル先端部５５で近接または接続しており、マイクロニードル先端の光吸収の変化を検知可能となっている。
【００１４】
図６（ｂ）では、マイクロニードルとそのマイクロシリンダー部、ボタン部について示した図で、入射側導波路端５６と出射側導波路端５７がボタン部上面に形成され、それぞれの導波路端の周囲に位置あわせのためのガイド穴５８が形成されている例を示している。
【００１５】
本発明のマイクロニードルモジュールを形成する方法としては、個々の部品を組み合わせて形成することも可能であるが、特開平11-170377やProceedings of MEMS 98 (1998) p.290-295 に記載されているようなマイクロ光造形法を用いてほとんどの形状を一体に同時形成することができる。この場合、モジュールを形成する材料としては、ウレタンアクリレート系やエポキシ系などの光硬化性樹脂を用いることができる。
【００１６】
また、導波路の形成においては、光造形の課程において、屈折率の高い材料でコア部を形成した後、屈折率の低い材料で周囲のクラッド部を形成することによって、製作することができる。
【００１７】
また、光造形法においては、原理的には２００ｎｍ程度の分解能が達成でき、１００μｍ以下のマイクロニードルを形成することが可能である。一方、マイクロニードル部の機械的性質を変化させる場合には、ステンレス材などで、マイクロニードルを別個に作成して、モジュールに組み込むことも可能である。
【００１８】
【発明の効果】
本願構成によれば、マイクロニードルを挿入する際に、マイクロニードルに横方向の応力がかかることを防ぐことができ、マイクロニードルを折れにくくすることができる。
【００１９】
一方、マイクロニードルに入射側光導波路および検出側光導波路の２つの光導波路を形成し、マイクロニードル先端の光吸収の変化を検知することによって、血管部分を検知することで、より効率的な採血を行えるようにすることができる。
【００２０】
また、検出器をモジュールベースと組み合わせることによって、マイクロ分析モジュールとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロニードルモジュールの構成を示す断面図
【図２】本発明のマイクロニードルモジュールの構成を示す断面図
【図３】本発明のマイクロニードル先端部の構造を示す図
【図４】本発明のマイクロ分析モジュールの構成を示す断面図
【図５】本発明のマイクロニードルモジュールの構成を示す断面図
【図６】本発明の光導波路が形成したマイクロニードルの構成図
【符号の説明】
１ マイクロニードル
２ ガイド孔
３ マイクロシリンダー
４ モジュールベース
５ モジュールベースの底面
６ 支持体
７ ボタン
８ 送液チューブ
９ 圧力調整手段
１０ じゃばら状の容積可変膜
１１ マイクロシリンダー部
１２ つまみ部
１５ 検体表面
２１ マイクロニードル先端
２２ マイクロニードルの開口
２３ マイクロニードルの開口
３１ 検出手段
５１ コア部
５２ クラッド部
５３ コア部
５５ マイクロニードル先端部
５６ 入射側導波路端
５７ 出射側導波路端
５８ ガイド穴
Claims (12)
- 検体に挿入する中空のマイクロニードルと、
前記マイクロニードルの外径より太く前記マイクロニードルと一体で形成されたマイクロシリンダーと、
前記マイクロニードルおよび前記マイクロシリンダーの外径よりも大きく、前記マイクロニードルを収容するとともに、前記マイクロシリンダーの軸方向にマイクロシリンダーをガイドするガイド部を備えたモジュールベースとを備え、
前記モジュールベースは、
前記マイクロシリンダーとは別体に設けられ、前記マイクロニードルを通して前記検体からの前記試料の採取または前記検体に対しての前記液体の送液を行う採取送液部と、
前記マイクロシリンダーと前記採取送液部とを接続し、前記マイクロシリンダーと前記採取送液部とのそれぞれの軸方向の動きに基づいて動作する送液チューブとを有することを特徴とするマイクロニードルモジュール。 - 前記ガイド部に取り付けられ、前記マイクロシリンダーを支持する微小な支持体を有し、
前記支持体は、前記マイクロシリンダーに前記軸方向の外力がかかることにより、前記マイクロシリンダーからはずれ、前記マイクロシリンダーを前記軸方向に移動可能にするために用いられることを特徴とする請求項１記載のマイクロニードルモジュール。 - 前記マイクロニードルは、挿入用ボタン部を有し、
前記マイクロシリンダーは、前記挿入用ボタン部に前記外力がかかることにより、前記軸方向に移動することを特徴とする請求項２記載のマイクロニードルモジュール。 - 前記マイクロニードルの先端部分は、尖鋭な形状をしており、
前記先端部分の側面は、前記マイクロニードルの中空部分に通じる開口を有することを特徴とする請求項１記載のマイクロニードルモジュール。 - 前記開口は、複数形成されていることを特徴とする請求項４記載のマイクロニードルモジュール。
- 前記採取送液部は、圧力調整手段を有することを特徴とする請求項１記載のマイクロニードルモジュール。
- 前記マイクロニードルは、光導波路を有することを特徴とする請求項１記載のマイクロニードルモジュール。
- 前記光導波路は、少なくとも入射側光導波路および検出側光導波路の２つの光導波路によって構成されており、前記マイクロニードルの先端の光吸収の変化を検知可能であることを特徴とする請求項７記載のマイクロニードルモジュール。
- 前記送液チューブと前記圧力調整手段の間に試料分析手段が接続されていることを特徴とする請求項６に記載のマイクロニードルモジュール。
- 前記マイクロニードルが複数形成されていることを特徴とする請求項１記載のマイクロニードルモジュール。
- 前記マイクロニードルの外径は、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のマイクロニードルモジュール。
- 光造形法により、概ね一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載のマイクロニードルモジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001250358A JP4773004B2 (ja) | 2001-08-21 | 2001-08-21 | マイクロニードルモジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001250358A JP4773004B2 (ja) | 2001-08-21 | 2001-08-21 | マイクロニードルモジュール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003052672A JP2003052672A (ja) | 2003-02-25 |
| JP4773004B2 true JP4773004B2 (ja) | 2011-09-14 |
Family
ID=19079192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001250358A Expired - Fee Related JP4773004B2 (ja) | 2001-08-21 | 2001-08-21 | マイクロニードルモジュール |
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|---|---|
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