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JP2828064B2 - 吸引浸出液採取方法および装置 - Google Patents
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JP2828064B2 - 吸引浸出液採取方法および装置 - Google Patents

吸引浸出液採取方法および装置

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JP2828064B2
JP2828064B2 JP8250095A JP25009596A JP2828064B2 JP 2828064 B2 JP2828064 B2 JP 2828064B2 JP 8250095 A JP8250095 A JP 8250095A JP 25009596 A JP25009596 A JP 25009596A JP 2828064 B2 JP2828064 B2 JP 2828064B2
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  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、生体内物質を計測
するために、皮膚表面から体液を吸引して吸引浸出液を
採取する方法およびそれに用いられる吸引浸出液採取装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】吸引浸出液は、角質層を除去した皮膚を
減圧吸引して得られる微量の液体であり、皮下組織の間
質液あるいは血液が毛細血管壁に濾過され浸出した液体
であると考えられている。吸引浸出液は、血清に類似し
た体液であり、グルコースや乳酸などいくつかの成分の
濃度は、血液中の濃度と良い相関を持っていることが近
年の研究で明らかになっている(例えば、村上,兼吉,
西田,岩崎,川上,萓島,荒井,菊池「第35回日本エ
ム・イー学会大会論文集474ページ,1996年
刊)。
【0003】吸引浸出液の採取は非観血的に行われるた
め、採血に比べて被験者の肉体的,精神的苦痛が小さ
く、感染の危険性が低い。また、吸引浸出液採取が血球
成分を含まないため、抗凝固処理など特別な処理を行わ
なくても容易に体液成分の連続計測をすることができ
る。そして、吸引浸出液を生体関連物質の計測に用いる
ことによって、採血に伴う肉体的,精神的苦痛が低減さ
れ、採血の難しい女性や乳児などの体液成分測定も容易
に行うことができるという利点がある。このような吸引
浸出液の採取は、近年に至るまで、テープストリッピン
グ法などによって角質層を除去してから行われていた。
【0004】しかしながら、角質層を除去するには手間
と時間がかかり、また、組織の再生にも2週間程度を要
するという問題点があった。これらの問題点を解決する
方法として、角質層の除去が不要な吸引浸出液採取方法
が提案されている。この方法は例えば、特願平7−24
1774号に開示されている。以下、図面を用いなが
ら、この方法を説明する。
【0005】図11は、従来の方法で用いられる浸出液
吸引装置を示す断面図である。この浸出液吸引装置は、
一端に吸引口501を有し、他端に皮膚に当接する開口
部502をもつ吸引セル503と、開口部502に嵌合
された皮膚に直接接触する流路板504とからなる。そ
して、流路板504の吸引口501側には、中心から放
射状に流路溝505が形成されるとともに、これらの流
路溝505内には、複数の貫通口506が形成されてい
る。一方、開口部502側には、貫通口506の周縁が
突出した複数の突起針507が形成されている。この突
起針の長さは50μm前後であり、貫通口の直径は50
〜200μmである。
【0006】この装置による浸出液の採取は、次のよう
にして行われる。まず、浸出液を採取しようとする部分
に開口部502を皮膚に向けて角質層表面に密着させ
る。次いで、吸引口501から排気し吸引する。吸引す
ると、突起針507は皮膚面に侵入し角質層を貫通す
る。そして、皮膚内の間質液は、皮膚面との間を通り浸
出液となって浸出する。浸出液は貫通口506,流路溝
505を通って吸引口501に集められ、吸引セル50
3の外部に取り出される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図11に示した従来の
吸引浸出液採取装置を用いた吸引浸出液採取方法によれ
ば、角質層の除去が不要であり、採取における前処理の
時間,組織が再生するまでの時間を大幅に短縮できるよ
うになった。しかしながら、下記のような問題点があっ
た。
【0008】第1の問題点は、吸引浸出液の浸出効率が
低いことにあった。その理由は、一つには貫通口506
の当接する部分の皮膚しか吸引されず、角質層を除去す
る方法に比べ浸出に寄与する表皮層の面積が小さいため
であった。また、浸出液の浸出経路である突起針507
と角質層との間隙が狭いためであった。
【0009】第2の問題点は、突起針による角質の穿通
が不十分になりやすいことにあった。その理由は、皮膚
が穿刺圧力を分散するように変形してしまうためであ
り、穿刺が押圧と吸引という準静的な動作によって行わ
れていたことが原因であった。
【0010】本発明の目的は、簡便で効率が良く、かつ
痕跡の残らない吸引浸出液採取方法および装置を提供す
ることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る吸引浸出液採取装置は、角質穿刺治具
と、吸引セルとを有し、生体から吸引浸出液を採取する
吸引浸出液採取装置であって、 角質穿刺治具は、生体皮
膚の角質層に針を穿刺して吸引浸出液の吸引用穿孔を形
成するものであり、該穿孔は、角質層を貫通し、かつ毛
細血管に到達しない深さに形成されるものであり、 吸引
セルは、生体皮膚の角質層に形成された穿孔を被覆する
カップ状の中空構造体からなり、その開口部に生体の皮
膚があてがわれ内部が真空吸引されるものである。
【0012】また、前記針は、先端径を1.5μm、先
端角を15〜45°としたものである。
【0013】また、前記針は、鉛直方向に加振されて生
体皮膚に穿刺されるものである。
【0014】また、前記吸引セルの開口部は、直径が5
mm以上50mm以下の円形、または、これと同等な面
積を有する多角形である。
【0015】また、前記吸引セルは、内壁面が円弧状に
湾曲形成され、その内壁に放射状の溝を有するものであ
る。
【0016】また、前記吸引セルは、体液成分を測定す
る化学センサあるいはバイオセンサを有するものであ
る。
【0017】また、前記吸引セルは、開口部に複数の貫
通穴をもつスペーサを有するものである。
【0018】また、前記スペーサの開口率は、20%以
上である。
【0019】また、前記スペーサの貫通穴は、2から2
0の範囲の個数で設けられたものである。
【0020】また、前記スペーサは、前記貫通穴の背面
側に半球状の空間を有し、該半球状の空間を囲む壁面に
前記貫通穴に連通する放射状の溝を設けたものである。
【0021】また、前記吸引セルは、前記貫通穴に連通
する放射状の流路溝を有するものである。
【0022】また、本発明に係る吸引浸出液採取方法
は、前記吸引浸出液採取装置を用いて浸出液を採取する
方法であって、 角質穿刺治具で生体皮膚に吸引浸出液の
吸引用穿孔を形成するステップと、 生体皮膚に形成され
た吸引用穿孔を吸引セルで被覆し、該吸引セルを生体皮
膚に密着固定するステップと、 生体皮膚に密着固定され
た吸引セル内を真空吸引し、穿孔を拡径して該穿孔から
吸引浸出液を吸引セル内に吸引するステップとを行なう
ものである。
【0023】
【0024】
【0025】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図に
より説明する。
【0026】(実施形態1)図1は、本発明の実施形態
1を示す断面模式図であり、本発明の吸引装置を用いて
皮膚を吸引し吸引浸出液(以下、浸出液という)を採取
している様子を示す図である。
【0027】図1に示すように円筒状の吸引セル1が皮
膚に装着され、吸引口2に接続されたチューブ4を介し
て吸引される。吸引セル1の中には、吸引によって隆起
した皮膚が入り込んでおり、角質層11には、種子層1
2に達し、真皮13には到達しない深さの穿孔15が開
口される。図1では、穿孔15から浸出した浸出液16
が角質層11と吸引セル1との間の空間と吸引口2およ
びチューブ4の一部を満たしている様子が示されてい
る。ここで、種子層12とは角質層11を除く表皮層の
ことである。
【0028】先ず、吸引セル1の構造について説明す
る。図2は、吸引セル1の外観斜視図であり、吸引セル
1は、カップ状の中空構造体からなり、実施形態1で
は、円筒形となっている。図1に示すように、吸引セル
1の一端は皮膚に接触する大径の開口部3となってお
り、他端は開口部3より径の小さい吸引口2となってお
り、開口部3の開口縁には、皮膚に押し当てる鍔部1a
が設けられている。
【0029】吸引セル1の寸法は所望の効率で浸出液1
6が採取できるように決められている。1μl/min
の採取速度を得るためには、開口部3の直径を5mm以
上とするべきであり、吸引セル1の装着に違和感を感じ
させないためには、最大でも50mm以下にしておくこ
とが望ましい。
【0030】また、吸引セル1の高さは、皮膚が十分に
隆起できる空間を確保するように定めるべきであり、高
さと開口部3の直径との比を2:1から1:2程度する
ことが望ましい。また、吸引セル1の材質は、生体適合
性,生産性を考慮すると、テフロンや塩化ビニールなど
の樹脂が望ましいが、これに限られるものではない。こ
の吸引セル1には、小型のバイオセンサや化学センサを
直接取り付けても良いし、ピペット,真空吸引管,手動
ポンプ,シリンジ等の小型の吸引手段を一体に取り付け
てもよい。
【0031】次に、皮膚の処理方法について説明する。
本発明では吸引に先立って角質層11を貫通して種子層
12に達し、かつ真皮13には到達しない深さの穿孔1
5を開口する。図3(a),(b)は、この処理に用い
る角質穿刺治具の一例を示す斜視模式図と断面模式図で
ある。支持体22は、複数の針21を保持するとともに
針21の侵入深さを制限するストッパとしての機能も果
たすものである。
【0032】支持体22は加振機構部23に接続され、
加振機構部23は支柱24に支持されている。針21先
端の高さは、支柱24下端におおむね一致させてある。
【0033】通常、人の皮膚は弾力に富んでいるため、
本発明のように浅く針21を穿刺しようとすると、皮膚
が逃げてしまう。このため、加振機構部23が必要とな
り、加振機構部23により針21を鉛直方向に加振させ
て穿刺するようになっている。このような加振機構部2
3としては振動が高速で、振幅を正確に制御できる圧電
アクチュエータや電磁石などが好適である。
【0034】皮膚を処理するときには、まず支柱24を
皮膚に固定し、針21を角質層11に接触または近付け
る。その状態で加振機構部23を動作させ針21を角質
層11に穿刺する。1つの穿孔15から浸出する浸出液
16は極めて微量であるため、効率良く浸出液16を採
取するためには、穿孔15の密度を1cm2あたり10
0個以上としておくことが望ましい。このとき、針21
の本数が少ないと、場所を何回も変えながら穿刺処理を
行わなければならず、また、多すぎると、1本あたりの
穿刺圧が小さくなって穿刺されなくなるため、針21の
本数を10〜1000としておくのが適当である。
【0035】そして、処理部の面積は、吸引セル1の開
口部3の直径より大きくする必要はなく、加振機構部2
3をコンパクトにした方が電源その他も小さくできるた
め、針21が整列している開口部の直径は50mm以下
としておくと良い。
【0036】また、前腕部から採取する場合、角質層の
厚さは20〜30μm,種子層の厚さは30〜40μm
であるため、針21の長さは0.05〜0.8mmとし
ておくのが良い。他の部位から採取する場合や、角質の
厚さが標準的な人と異なる人の場合には、適宜針21の
長さの異なる角質穿刺治具を用いれば良い。通常は、
0.03〜1mmの間でほぼ対応できる。このような角
質穿刺治具を用いると、処理を2〜3秒で完了でき、出
血することもない。また、前記針21は、先端径を1〜
5μm、先端角を15〜45゜の範囲に設定することに
より、スムーズに穿刺することができる。
【0037】次に、図4を参照しながら浸出液16が採
取される機構を説明する。まず、浸出液16を採取しよ
うとする部分に図4(a)のように角質穿刺治具を用い
て角質に穿孔15を設ける。この処理は以下のようにし
て行う。まず角質穿刺治具の支柱24を皮膚にしっかり
と固定する。次いで、加振機構部23を働かせて針を角
質層11に穿刺する。図中の矢印は、針を振動させる方
向を示している。加振機構部23として圧電アクチュエ
ータや電磁石を用いると、数十Hzの振動数で針21を
高速に駆動できるため、角質層11は確実に穿刺され
る。このようにして角質層11に形成した穿孔15は、
面積が極めて小さくかつ浅いため、被験者は痛みを感じ
ることがなく、また感染の可能性も極めて低い。
【0038】次に、図4(b)のように吸引セル1を皮
膚に密着させる。この時点では穿孔15は閉じている。
次に吸引口2から吸引する。すると、図4(c)に示す
ように、吸引によって皮膚が吸引セル1内に吸込まれ、
皮膚が隆起し、穿孔15が拡げられる。このため種子層
12に吸引圧が加わり、穿孔15から浸出液16が浸出
する。浸出液16は吸引セル1と皮膚の間の空間部を満
たした後、吸引口2を通して外部に取り出される。
【0039】吸引圧:−0.8気圧のときの浸出液16
の採取効率は、おおむね5μl/minであり、角質層
を除去する方法に比べても2倍以上であった。このため
吸引開始後30分位からは1分間隔の測定が可能であっ
た。また、吸引セル1を取り外した後の採取部は10分
後には全く目立たなくなり、周りの角質層11と区別が
付かなくなった。
【0040】以上のようにして本発明によって角質層1
1を除去することなく十分な効率で浸出液を採取するこ
とができた。さらに、傷跡も全く残らなくなった。
【0041】(実施形態2)図5は、本発明の実施形態
2を示す断面模式図である。図に示すように吸引セル1
01は、一端に大径の開口部103,他端に小径の吸引
口102を有する円筒形のものであり、開口部103に
円盤型の穴板105が嵌合された構造となっている。吸
引セル101は、実施形態1よりも高さと開口部103
の直径との比が小さく、1:10前後になっている。穴
板105と吸引セル101の天井との間には、吸引時に
隆起した皮膚を収納するための空間部104がある。
【0042】また、図6に示すように穴板105は、複
数の穴106を有する円形の薄板である。その材質は樹
脂,金属,半導体などのどれでも良いが、金属アレルギ
ーなどを予防するためには、テフロンなど生体適合性の
良い材料を用いることが望ましい。
【0043】図5の点線は、吸引を行った場合の角質層
111を表している。なお、その他の皮膚の構成要素は
省略してある。また、図5には示していないが、吸引口
102には吸引手段が接続されている。
【0044】この吸引セル101は高さと直径の比が小
さいため、空間部104の体積が実施形態1の吸引装置
よりも小さい。空間部104を満たすための液は外部に
取り出すことができないため、その体積が小さいほど吸
引を開始してから液が取り出されるまでの待機時間は短
くなる。このため待機時間を実施形態1の約2/3に短
縮することができた。
【0045】(実施形態3)図7は、本発明の実施形態
3に用いられる吸引セルを示す模式図であり、(a)は
断面模式図、(b)は外観斜視図である。
【0046】図7(a)のように吸引セル201は、一
端に小径の吸引口202を有し、他端に大径の開口部2
03を有し、かつ内壁面が半球状に湾曲した漏斗状をな
すものであり、半球状内壁面に吸引口202に連通する
放射状の溝204が形成されている。点線は吸引時を想
定したときの角質層11であり、他の皮膚組織は省略し
てある。
【0047】次に採取機構を説明する。穿孔を開口され
た角質層11は吸引によって隆起し、吸引セル201の
内壁に近づくかあるいは接触する。穿孔から浸出した浸
出液16は、溝204を通って吸引口202に集めら
れ、吸引セル201の外部に取り出される。
【0048】この吸引セル201の内壁面の曲率半径
は、開口部203の半径と同程度とすると、角質層11
が十分に伸張されさらに隙間が小さくなる。この方法で
は角質層11と吸引セル201との間には、溝204を
除いて皮膚と吸引セル201の間に隙間がないので、測
定に寄与しない液の体積、いわゆるデッドボリュームは
極めて小さくなる。吸引を開始してから液が取り出され
るまでの待機時間を実施形態1の約1/3に短縮するこ
とができた。
【0049】本実施形態による採取結果を従来の結果と
ともに図8に示す。このように本発明では吸引開始後3
0分には成分測定が可能であり、また、採取効率も図1
1に示した方法に比べて4倍,角質を除去する方法に比
べても2倍以上であった。このため、1〜2分間隔で連
続的に成分測定をすることが可能であった。
【0050】(実施形態4)図9は、本発明の実施形態
4を示す断面模式図である。図9に示すように吸引装置
は、一端に開口部303,他端に吸引口302を有する
円筒形の吸引セル301に円盤型のスペーサ305が嵌
合された構造となっている。
【0051】スペーサ305には、半球型の凹部306
が複数設けられ、吸引口302側の頂点には、貫通口3
07が形成されている。凹部306の内壁面には貫通口
307に連通する放射状の溝308が設けられている。
スペーサ305の裏面には、それぞれの貫通口307と
連通し吸引口302直下を中心とする放射状の流路溝3
09が形成されている。
【0052】次に採取機構を説明する。吸引セル301
を皮膚に装着し吸引すると、皮膚が隆起して凹部306
に入り込む。そして穿孔15から浸出液16が浸出す
る。浸出液16は溝308を通って貫通口307に集め
られ、さらに流路溝309を通って吸引口302に集め
られ外部に取り出される。
【0053】図に示した凹部306の開口部303の半
径を2〜10mm,曲率半径をこれとほぼ同等にしてお
くと、実施形態3と同様にデッドボリュームを極めて小
さく、採取効率も良い。さらに、本実施形態の吸引装置
では、皮膚の変形が小さいため皮膚の弱い人にも安心し
て使えるという利点がある。
【0054】(実施形態5)図10は、本発明の実施形
態5を示す断面模式図である。この吸引装置は実施形態
3の吸引セル201に、バイオセンサまたは化学センサ
などのセンサ8を一体化したものである。このような装
置では、吸引セル201からセンサ8までの送液系を充
填するための液量が少ないため、最初の測定までの待機
時間を少なくすることができる。
【0055】また、浸出液16の浸出に伴い時々刻々変
化する成分を連続計測することができる。図示はしてい
ないが、センサには配線,検出回路,表示部などが接続
されている。センサとしてはグルコースセンサ,尿素セ
ンサ,乳酸センサなどのバイオセンサや、pHセンサ,
Na+センサ,K+センサ,Cl-センサ,p02センサ,
pC02センサ,アンモニアセンサ等の化学センサなど
を用いることができる。
【0056】なお、本実施形態のようなセンサを付加し
た浸出液採取装置は、前記実施形態1〜4のいずれの吸
引セルを用いても作製することができる。
【0057】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、角
質層を除去しなくても、浸出液を確実に採取することが
できる。さらに採取効率を従来の数倍に向上することが
できる。このため、検査の失敗がなく、しかも時間が短
縮でき、このため採血の難しい女性や幼児などの体液成
分計測が容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1を示す断面模式図である。
【図2】本発明の実施形態1に用いられる吸引セルの外
観を示す斜視図である。
【図3】(a)は、本発明に用いられる角質穿刺装置の
概略を示す斜視図、(b)は断面模式図である。
【図4】本発明による採取方法の手順を示す断面模式図
である。
【図5】本発明の実施形態2を示す断面模式図である。
【図6】図5の吸引浸出液採取装置に用いられる穴板の
斜視図である。
【図7】(a)は、本発明の実施形態3を示す断面模式
図、(b)は外観斜視図である。
【図8】本発明による吸引浸出液採取結果を示す特性図
である。
【図9】本発明の実施形態4を示す断面模式図である。
【図10】本発明の実施形態5を示す断面模式図であ
る。
【図11】従来の吸引浸出液採取方法を示す断面模式図
である。
【符号の説明】
1,101,201,301 吸引セル 2,102,202,302 吸引口 3,103,203,303 開口部 4 チューブ 8 センサ 11 角質層 12 種子層 13 真皮 14 毛細血管 15 穿孔 16 浸出液 21 針 22 支持体 23 加振機構部 24 支柱 105 穴板 106 穴 204 溝 305 スペーサ 306 貫通口 308 溝 309 流路溝 501 吸引口 502 開口部 503 吸引セル 504 流路板 505 流路溝 506 貫通口 507 突起針
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−70934(JP,A) 特開 平8−308804(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) A61B 5/14 A61B 10/00 G01N 33/48

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 角質穿刺治具と、吸引セルとを有し、生
    体から吸引浸出液を採取する吸引浸出液採取装置であっ
    て、角質穿刺治具は、生体皮膚の角質層に針を穿刺して
    吸引浸出液の吸引用穿孔を形成するものであり、該穿孔
    は、角質層を貫通し、かつ毛細血管に到達しない深さに
    形成されるものであり、吸引セルは、生体皮膚の角質層
    に形成された穿孔を被覆するカップ状の中空構造体から
    なり、その開口部に生体の皮膚があてがわれ内部が真空
    吸引されるものであることを特徴とする吸引浸出液採取
    装置。
  2. 【請求項2】 前記針は、先端径を1.5μm、先端角
    を15〜45°としたものであることを特徴とする請求
    に記載の吸引浸出液採取装置。
  3. 【請求項3】 前記針は、鉛直方向に加振されて生体皮
    膚に穿刺されるものであることを特徴とする請求項
    記載の吸引浸出液採取装置。
  4. 【請求項4】 前記吸引セルの開口部は、直径が5mm
    以上50mm以下の円形、または、これと同等な面積を
    有する多角形であることを特徴とする請求項に記載の
    吸引浸出液採取装置。
  5. 【請求項5】 前記吸引セルは、内壁面が円弧状に湾曲
    形成され、その内壁に放射状の溝を有するものであるこ
    とを特徴とする請求項に記載の吸引浸出液採取装置。
  6. 【請求項6】 前記吸引セルは、体液成分を測定する化
    学センサあるいはバイオセンサを有するものであること
    を特徴とする請求項に記載の吸引浸出液採取装置。
  7. 【請求項7】 前記吸引セルは、開口部に複数の貫通穴
    をもつスペーサを有するものであることを特徴とする請
    求項に記載の吸引浸出液採取装置。
  8. 【請求項8】 前記スペーサの開口率は、20%以上で
    あることを特徴とする請求項に記載の吸引浸出液採取
    装置。
  9. 【請求項9】 前記スペーサの貫通穴は、2から20の
    範囲の個数で設けられたものであることを特徴とする請
    求項に記載の吸引浸出液採取装置。
  10. 【請求項10】 前記スペーサは、前記貫通穴の背面側
    に半球状の空間を有し、該半球状の空間を囲む壁面に前
    記貫通穴に連通する放射状の溝を設けたものであること
    を特徴とする請求項に記載の吸引浸出液採取装置。
  11. 【請求項11】 前記吸引セルは、前記貫通穴に連通す
    る放射状の流路溝を有するものであることを特徴とする
    請求項10に記載の吸引浸出液採取装置。
  12. 【請求項12】 請求項1に記載の吸引浸出液採取装置
    を用いて浸出液を採取する吸引浸出液採取方法であっ
    て、 角質穿刺治具で生体皮膚に吸引浸出液の吸引用穿孔を形
    成するステップと、 生体皮膚に形成された吸引用穿孔を吸引セルで被覆し、
    該吸引セルを生体皮膚に密着固定するステップと、 生体皮膚に密着固定された吸引セル内を真空吸引し、穿
    孔を拡径して該穿孔から吸引浸出液を吸引セル内に吸引
    するステップとを行なう ことを特徴とする吸引浸出液採
    取方法。
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