JP7046781B2

JP7046781B2 - 血糖値測定装置

Info

Publication number: JP7046781B2
Application number: JP2018200138A
Authority: JP
Inventors: 莫皓然; 陳世昌; 廖家▲ユ▼; 陳寿宏; 韓永隆; 黄啓峰; 李偉銘
Original assignee: Microjet Technology Co Ltd
Current assignee: Microjet Technology Co Ltd
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2022-04-04
Anticipated expiration: 2038-10-24
Also published as: TW201927239A; TWI640296B; JP2019103785A

Description

本発明は血糖値測定装置に関し、特に持ち運びが容易で、痛みを与えずに血糖値を測定可能な血糖値測定装置に関する。

血糖値の自己検査は、糖尿病患者の血糖管理において非常に重要な役割を果たすが、血糖値の測定に使用される血糖計は持ち運びが容易でないため、外出時に血糖値を測定することが困難である。また、血糖値を測定する過程において、時には針で刺しても出血や血液が少なすぎるため、再度針で刺すか、または、強く圧迫して血液を取る必要がある。しかし、再度針で刺すのは患者さんに負担をかけ、強く圧迫して血液を取るのは不正確な測定結果を引き起こす可能性がある。

本発明の主な目的は、日常生活で患者さんがいつでも気軽く血糖含有量を測定できるように、安全で、持ち運びが容易で、痛みのないスマート血糖値測定装置を提供することである。これにより、上記従来の血糖測定の課題を解決することができる。

従来の血糖値測定装置による持ち運びが不便で、検出が不正確な問題を解決するために、本発明は、キャリア、ガスポンプ、防水膜、マイクロニードルパッチ、センサーモジュール及び制御チップを有する血糖値測定装置を提供する。前記キャリアは、収容溝と排気孔を有し、前記排気孔が前記収容溝に連通する。前記ガスポンプは、前記収容溝内に設置され、駆動されるとガスを輸送し、また、少なくとも一つの入気孔が設置され、ガスが前記少なくとも一つの入気孔から導入された後、前記キャリアの前記排気孔から排出される。前記防水膜は、前記少なくとも一つの入気孔をカバーする。前記マイクロニードルパッチは、取り外し可能に前記キャリアに貼り付けられ、前記少なくとも一つの入気孔をカバーし、複数の中空マイクロニードル及び前記複数の中空マイクロニードルと連通する液体収容空間を有し、前記液体収容空間と前記少なくとも一つの入気孔は連通する。前記センサーモジュールは、前記液体収容空間に収容される。前記制御チップは、前記キャリアに設置され、前記センサーモジュールと電気的に接続される。ここで、前記マイクロニードルパッチの前記複数の中空マイクロニードルは人間の皮膚に刺された後、制御チップで前記ガスポンプの駆動を制御し、前記入気孔からガスが入り、前記マイクロニードルパッチの前記液体収容空間内に負圧状態を形成させ、前記複数の中空マイクロニードルは人間の皮膚下の組織液を吸引して前記液体収容空間内に入らせ、前記センサーモジュールは組織液中の血糖含有量を測定し、測定数値を生成する。

本発明の血糖値測定装置の断面構造を示す図である。本発明の血糖値測定装置のガスポンプの断面を示す図である。図２Ａに示すガスポンプ作動を示す図である。本発明の血糖値測定装置の関連部品の電気的接続関係を示す図である。

以下、本発明の特徴及び利点を具体化する実施例を詳細に説明する。本発明は、様々な態様において様々な変更が可能であり、限定として解釈されるものではないことを理解されたい。

図１に示すように、本発明が提供する血糖値測定装置１００は、少なくとも一つのキャリア１、少なくとも一つの収容溝１１、少なくとも一つの排気孔１２、少なくとも一つのガスポンプ２、少なくとも一つの入気孔２０、少なくとも一つの防水膜３、少なくとも一つのマイクロニードルパッチ４、複数の中空マイクロニードル４１、前記複数の中空マイクロニードル４１と連通する少なくとも一つの液体収容空間４２、少なくとも一つのセンサーモジュール５、少なくとも一つの制御チップ６、少なくとも一つの測定数値を有する。以下の実施例における、キャリア１、収容溝１１、排気孔１２、ガスポンプ２、防水膜３、マイクロニードルパッチ４、前記複数の中空マイクロニードル４１と連通する液体収容空間４２、センサーモジュール５、制御チップ６、測定数値の数はすべて一個にして例として説明するが、これに限定されない。キャリア１、収容溝１１、排気孔１２、ガスポンプ２、防水膜３、マイクロニードルパッチ４、前記複数の中空マイクロニードル４１と連通する液体収容空間４２、センサーモジュール５、制御チップ６、測定数値は、複数の組み合わせでも良い。

本発明は血糖値測定装置１００であり、図１に示すように、血糖値測定装置１００は、キャリア１、ガスポンプ２、防水膜３、マイクロニードルパッチ４、センサーモジュール５及び制御チップ６を有する。キャリア１には収容溝１１が凹設され、また、キャリア１には排気孔１２が設置され、収容溝１１との連通に用いられる。ガスポンプ２は、収容溝１１内に設置され、また、ガスポンプ２には少なくとも一つの入気孔２０が設置され、ガスポンプ２が駆動されるとガスを輸送し、少なくとも一つの入気孔２０から導入し、排気孔１２から排出する。防水膜３は、少なくとも一つの入気孔２０をカバーし、防水膜３は通気性、防水性フィルムであり、液体がガスポンプ２内への進入を防ぎ、同時にガスがガスポンプ２への進入に影響を与えない。マイクロニードルパッチ４は、取り外し可能にキャリア１１に貼り付けられ、少なくとも一つの入気孔２０をカバーし、複数の中空マイクロニードル４１及び前記複数の中空マイクロニードル４１と連通する液体収容空間４２を有し、液体収容空間４２と少なくとも一つの入気孔２０は連通する。センサーモジュール５は、液体収容空間４２に収容される。制御チップ６は、キャリア１に設置され、センサーモジュール５と電気的に接続される。マイクロニードルパッチ４の複数の中空マイクロニードル４１が人間の皮膚に非侵襲的または低侵襲的に刺すと、この時、制御チップ６はガスポンプ２を駆動させ、ガスポンプ２はポンピング動作を開始し、マイクロニードルパッチ４の液体収容空間４２内に負圧を産生し、前記複数の中空マイクロニードル４１で人体の皮下の組織液を吸引し、液体収容空間４２に入らせ、液体収容空間４２内に位置するセンサーモジュール５は液体収容空間４２内の組織液を測定開始し、測定結果を制御チップ６まで伝送する。また、センサーモジュール５及び制御チップ６は、微小電気機械システム（MEMS）のプロセスによりキャリア１に統合され、二つとも同様にキャリア１上に系統的にパッケージされるが、これに限定されない。センサーモジュール５は、センサー５１及びフレキシブル回路基板５２をさらに含み、センサー５１はフレキシブル回路基板５２に設置される同時に電気的に接続され、フレキシブル回路基板５２を介して制御チップ６にも電気的に接続される。このように、制御チップ６は、ガスポンプ２を制御し、センサーモジュール５で測定したデータを受信し、分析する。

さらに、上記のマイクロニードルパッチ４は、取り外し可能にキャリア１に貼り付けられ、少なくとも一つの入気孔２０カバーする。ここで、使い捨ての粘着層をキャリア１に貼り付けることにより、測定終了後、使用済みのマイクロニードルパッチ４をキャリア１から剥がし、再度測定する際に、斬新なマイクロニードルパッチ４を貼り付けるため、マイクロニードルパッチ４の再利用により発生する創傷感染、細菌感染などの衛生問題を防ぐことも可能になる。

図１に示すように、本発明の血糖値測定装置１００のガスポンプ２は、作動部品２１、共振片２２、カバー２３を順に積み重ねて構成される構造であり、ここで、作動部品２１は、外枠２１１、振動片２１２、複数の接続部２１３及び圧電片２１４を含み、外枠２１１は振動片２１２の周縁を囲み、二つの間は前記複数の接続部２１３により接続される。さらに、振動片２１２と外枠２１１の間が前記複数の接続部２１３により接続されていない領域は、ガスが通過する複数の間隙２１５を構成する。本実施例において、キャリア１には作動部品２１の外枠２１１を固定する受け部１１１が設けられ、作動部品２１の振動片２１２は収容溝１１内で排気孔１２との間に間隙を維持するように設置され、二つの間には排気室１１２が形成され、振動片２１２は排気孔１２に向かう第一表面２１２a及び共振片２２に向かう第二表面２１２bを有し、圧電片２１４は振動片２１２の第一表面２１２aに貼り付け、振動片２１２の第二表面２１２bは凸出部２１２cを有し、凸出部２１２cは振動片２１２と一体成形されるが、これに限定されない。共振片２２は、共振部２２１及び固定部２２２を有し、共振部２２１は共振片２２の中心領域に設置され、固定部２２２は共振片２２の周縁領域であり、共振片２２は、共振部２２１の中心領域を貫通する、ガスが通過する通孔２２３を形成する。本実施例において、通孔２２３は振動片２１２の凸出部２１２cと垂直に相対する。さらに、共振片２２は固定部２２２を経由して作動部品２１の外枠２１１に積み重ねられ、振動片２１２との間に間隔hを維持する。本実施例において、作動部品２１の外枠２１１の厚さが振動片２１２の厚さより大きいことを利用して間隔hを維持する。また、粘着層２４との組み合わせを使用したり、直接に粘着層２４を使用したりすることにより、間隔hを維持して調整しても良いが、これに限定されない。これにより、振動片２１２と共振片２２の間は間隔hを通じて圧力室２５を画定することができる。

以上より、ガスポンプ２の少なくとも一つの入気孔２０はカバー２３上に形成され、カバー２３を貫通する。カバー２３は、共振片２２の表面に向かって少なくとも一つの入気孔２０と対応する少なくとも一つの流路２３１及び合流溝２３２を形成し、合流溝２３２は通孔２２３、凸出部２１２cと同軸線上に位置する。本実施例において、入気孔２０と流路２３１はそれぞれ４つであるが、これに限定されない。また、この4つの流路２３１の一端はそれぞれ4つの入気孔２０と接続され、その他端は合流溝２３２に接続され、ガスが4つの入気孔２０からカバー２３に進入した後、それぞれ対応する流路２３１を通過して合流溝２３２で合流する。

上記制御チップ６は駆動電圧をガスポンプ２まで伝送した後、ガスポンプ２は作動を開始する。図２Ａ～図２Ｄにおいて、図２Ａは本発明のガスポンプ２の断面を示す図であり、図２Ｂ～図２Ｄは本発明のガスポンプ２の作動を示す図である。図２Ｂに示すように、駆動電圧が圧電片２１４まで伝送された後、圧電片２１４は圧電効果により変形を産生し、振動片２１２を連動して上下に移動させる。まず、振動片２１２が上方向へ移動する時に、共振片２２の共振部２２１はヘルムホルツ共鳴（Helmholtz resonance）原理により上方向へ移動し、振動片２１２と共振片２２の間の圧力室２５の容積が増加し、負圧を産生する。これにより、ガスポンプ２外部のガスは圧力室２５負圧の影響により、入気孔２０から進入を開始し、入気孔２０と対応する流路２３１を通過して合流溝２３２で合流する。最後に、共振片２２の通孔２２３を通過して圧力室２５内に進入する。図２Ｃに示すように、制御チップ６は継続的に駆動電圧をガスポンプ２まで伝送し、作動部品２１の振動片２１２は下方向へ移動する。この時、共振片２２の共振部２２１はヘルムホルツ共鳴（Helmholtz resonance）原理により下方向へ移動し、合流溝２３２の容積が減少するため、ガスは合流溝２３２から圧力室２５内に進入し、ガスを前記複数の間隙２１５内に進入させる。図２Ｄに示すように、作動部品２１の振動片２１２が上方向へ移動して初期位置まで移動した時、共振片２２の共振部２２１はヘルムホルツ共鳴（Helmholtz resonance）原理により上方向へ移動して振動片２１２の凸出部２１２cに当接し、同時にその通孔２２３を閉鎖する。この時、カバー２３の合流溝２３２の容積が増加し、負圧を産生し、ガスポンプ２外部の空気を合流溝２３２に進入させる。圧力室２５は振動片２１２の位置復原及び共振部２２１の上方向への移動の影響を受け、その容積が大幅に縮小し、正圧を産生してガスを押出する作用を果たす。さらに、本ステップにおいて、振動片２１２の凸出部２１２cは共振片２２の通孔２２３を閉鎖し、同時に圧力室２５を圧縮し、ガスが逆流して合流溝２３２に戻ることを防ぐことができ、逆流防止の効果を果たし、出力効率を効果的に向上させることができる。

図２Ａに示すように、共振片２２はヘルムホルツ共鳴（Helmholtz resonance）原理により上下方向へ移動し、圧力室２５を圧縮する同時に、圧力室２５内のガスを押し出して作動部品２１の複数の間隙２１５に進入させることで、ガスを複数の間隙２１５を通過させて排気室１１２（図１に示す）に流入させ、最後に排気孔１２から排出される。制御チップ６により継続的に駆動電圧を作動部品２１に出力し、ガスポンプ２がガスを伝送し続けることで、マイクロニードルパッチ４の液体収容空間４２が真空に近い状態を形成させて負圧を産生する。複数の中空マイクロニードル４１が負圧により、人間の皮膚下の組織液を吸引して液体収容空間４２内に進入させ、センサーモジュール５で人体の皮下組織の組織液中の血糖含有量を測定して測定数値を生成する。

上記マイクロニードルパッチ４の複数の中空マイクロニードル４１は、皮膚を刺すことが可能なミクロンサイズのピンホールであり、その材料は高分子重合体、金属或はシリコンでも良いが、好ましくは生体適合性の高い二酸化ケイ素であり、中空マイクロニードル４１の孔径はインスリン分子が通過できる大きさであり、好ましくは、中空マイクロニードル７１の内径が１０μｍ～５５０μｍであり、中空マイクロニードル４１の長さが４００μｍ～９００μｍであり、人体の皮下組織に刺すことは可能だが、深さは人体神経までは届かないため、痛みは全くない。複数の中空マイクロニードル４１は、マイクロニードルパッチ４にアレイ方式で配置され、隣接する中空マイクロニードル４１の間の距離は２００μｍより大きいので、お互いに干渉しない。このようなアレイ方式で配置された複数の中空マイクロニードル４１により、流体の注入機能は、複数の中空マイクロニードル４１のうちの1つの目詰まりの影響を受けず、他の中空マイクロニードル４１は、流体の注入機能を維持し続けることができる。

図３は、本発明の血糖値測定装置の部品の接続関係をブロックで示す図であり、本実施例において、血糖値測定装置１００は伝送モジュール７をさらに含む。制御チップ６は、キャリア３上に構成され、ガスポンプ２、センサーモジュール５、伝送モジュール７と電気的に接続し、センサーモジュール５で人体の皮下組織の組織液中の血糖含有量を測定し、対応する測定数値を生成し、制御チップ６まで伝送する。制御チップ６がセンサーモジュール５の測定数値を受信した後、伝送モジュール７まで伝送し、伝送モジュール７を利用して血糖含有量の測定情報を外部装置２００まで伝送する。ここで、外部装置２００は、クラウドシステム、携帯式装置、コンピュータシステム、表示装置、インスリン注射装置などの中の一つでも良い。ここで、制御チップ６は、グラフェン電池（図示せず）をさらに含み、電源を提供するが、これに限定されない。

さらに、上記伝送モジュール７は、有線伝送を採用しても良く、例えば、USB、mini-USB、micro-USBなどのうちの少なくとも一つの有線伝送モジュールであり、或は無線伝送方式を採用しても良く、例えば、Wi-Fiモジュール、ブルートゥースモジュール、無線周波数識別モジュール、近距離通信モジュールなどのうちの少なくとも一つの無線伝送モジュールである。

以上より、本発明は血糖値測定装置を提供する。マイクロニードルパッチが人体の皮下組織に刺された後、ガスポンプの作動により、マイクロニードルパッチの液体収容空間の内部ガスを吸引し、液体収容空間内に負圧吸引力を形成し、マイクロニードルパッチ内の複数の中空マイクロニードルにより、皮下組織の組織液を吸引し、液体収容空間内に位置するセンサーモジュールにより組織液内の血糖含有量の測定数値を測定し、測定情報を解析する。測定情報は、制御チップを介して伝送モジュールまで伝送され、使用者に提供される。また、グラフェン電池を設置することで、本発明は、電源と接続しなくても、容易で簡単にいつでもどこでも血糖を測定でき、使用者が血糖値を測定する悩みを減少できる。さらに、本発明はマイクロニードルパッチを使用することで非侵襲的または低侵襲的に皮下組織の組織液を取得して血糖値を測定できるため、使用者の負担を軽減し、傷の発生を防ぎ、感染のリスクを減らすことができる。

本発明は当業者によって、特許請求の範囲を逸脱しない範囲内での変更は可能である。

１００：血糖値測定装置
１：キャリア
１１：収容溝
１１１：受け部
１１２：排気室
１２：排気孔
２：ガスポンプ
２０：入気孔
２１：作動部品
２１１：外枠
２１２：振動片
２１２a：第一表面
２１２b：第二表面
２１２c：凸出部
２１３：接続部
２１４：圧電片
２１５：間隙
２２：共振片
２２１：共振部
２２２：固定部
２２３：通孔
２３：カバー
２３１：流路
２３２：合流溝
２４：粘着層
２５：圧力室
３：防水膜
４：マイクロニードルパッチ
４１：中空マイクロニードル
４２：液体収容空間
５：センサーモジュール
５１：センサー
５２：フレキシブル回路基板
６：制御チップ
７：伝送モジュール
２００：外部装置
h：間隔

Claims

キャリア、ガスポンプ、防水膜、マイクロニードルパッチ、センサーモジュール及び制御チップを有する血糖値測定装置であって、
前記キャリアは、収容溝と排気孔を有し、前記排気孔が前記収容溝に連通し、
前記ガスポンプは、前記収容溝内に設置され、駆動されるとガスを輸送し、且つ少なくとも一つの入気孔が設置され、ガスが前記少なくとも一つの入気孔から導入された後、前記キャリアの前記排気孔から排出され、
前記防水膜は、前記少なくとも一つの入気孔をカバーし、
前記マイクロニードルパッチは、取り外し可能に前記キャリアに貼り付けられ、前記少なくとも一つの入気孔をカバーし、複数の中空マイクロニードル及び前記複数の中空マイクロニードルと連通する液体収容空間を有し、前記液体収容空間が前記少なくとも一つの入気孔に連通し、
前記センサーモジュールは、前記液体収容空間に収容され、
前記制御チップは、前記キャリアに設置され、前記センサーモジュールに電気的に接続され、
前記マイクロニードルパッチの前記複数の中空マイクロニードルは人間の皮膚に刺された後、前記制御チップにより前記ガスポンプの駆動を制御し、前記入気孔からガスが入り、前記マイクロニードルパッチの前記液体収容空間内に負圧状態を形成させ、前記複数の中空マイクロニードルが人間の皮膚下の組織液を吸引して前記液体収容空間内に入らせ、前記センサーモジュールが組織液中の血糖含有量を測定し、測定数値を生成することを特徴とする血糖値測定装置。
前記センサーモジュールは、センサー及びフレキシブル回路基板をさらに含み、前記センサーが前記フレキシブル回路基板に設置され、前記フレキシブル回路基板が前記制御チップに電気接続されることを特徴とする請求項１に記載の血糖値測定装置。
前記ガスポンプは、作動部品、共振片、カバーを順に積み重ねて構成され、前記少なくとも一つの入気孔が前記カバーに形成され、前記作動部品と前記共振片の間を圧力室として定義し、前記作動部品と前記キャリアの前記排気孔の間を排気室として定義することを特徴とする請求項１に記載の血糖値測定装置。
前記カバーは、少なくとも一つの流路及び合流溝をさらに有し、前記少なくとも一つの流路の一端が前記少なくとも一つの入気孔に対応して連通し、他端が前記合流溝に連通することを特徴とする請求項３に記載の血糖値測定装置。
前記作動部品は、圧電片及び振動片を含み、前記圧電片が前記振動片の前記排気孔方向に向かう第一表面に貼り付けられ、前記振動片の前記共振片方向に向かう第二表面に凸出部を有することを特徴とする請求項３に記載の血糖値測定装置。
前記血糖値測定装置は伝送モジュールを含み、前記伝送モジュールが前記制御チップに電気的に接続され、外部装置との接続に用いられ、前記伝送モジュールがUSB、mini-USB、micro-USB、Wi-Fiモジュール、Bluetoothモジュール、無線周波数識別モジュール、及び近距離通信モジュールのうちの少なくとも一つであることを特徴とする請求項１に記載の血糖値測定装置。
前記外部装置は、クラウドシステム、携帯式装置、コンピュータシステム、表示装置、インスリン注射装置のうちの少なくとも一つであることを特徴とする請求項６に記載の血糖値測定装置。
前記マイクロニードルパッチの複数の中空マイクロニードルのそれぞれの内径が１０μｍ～５５０μｍであり、長さが４００μｍ～９００μｍであり、前記複数の中空マイクロニードルがアレイ方式で配置され、前記複数の中空マイクロニードルのそれぞれの間隔が２００μｍより大きいことを特徴とする請求項１に記載の血糖値測定装置。
前記複数の中空マイクロニードルは、二酸化ケイ素材料で作製され、また、前記制御チップはグラフェン電池をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の血糖値測定装置。
少なくとも一つのキャリア、少なくとも一つのガスポンプ、少なくとも一つの防水膜、少なくとも一つのマイクロニードルパッチ、少なくとも一つのセンサーモジュール及び少なくとも一つの制御チップを有する血糖値測定装置であって、
前記少なくとも一つのキャリアは、少なくとも一つの収容溝と少なくとも一つの排気孔を有し、前記排気孔が前記収容溝に連通し、
前記少なくとも一つのガスポンプは、前記収容溝内に設置され、駆動されるとガスを輸送し、且つ少なくとも一つの入気孔が設置され、ガスが前記少なくとも一つの入気孔から導入された後、前記キャリアの前記排気孔から排出され、
前記少なくとも一つの防水膜は、前記少なくとも一つの入気孔をカバーし、
前記少なくとも一つのマイクロニードルパッチは、取り外し可能に前記キャリアに貼り付けられ、前記少なくとも一つの入気孔をカバーし、複数の中空マイクロニードル及び前記複数の中空マイクロニードルと連通する少なくとも一つの液体収容空間を有し、前記液体収容空間が前記少なくとも一つの入気孔に連通し、
前記少なくとも一つのセンサーモジュールは、前記液体収容空間に収容され、
前記少なくとも一つの制御チップは、前記キャリアに設置され、前記センサーモジュールに電気的に接続され、
前記マイクロニードルパッチの前記複数の中空マイクロニードルは人間の皮膚に刺された後、前記制御チップにより前記ガスポンプの駆動を制御し、前記入気孔からガスが入り、前記マイクロニードルパッチの前記液体収容空間内に負圧状態を形成させ、前記複数の中空マイクロニードルが人間の皮膚下の組織液を吸引して前記液体収容空間内に入らせ、前記センサーモジュールが組織液中の血糖含有量を測定し、少なくとも一つの測定数値を生成することを特徴とする血糖値測定装置。