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JP3784014B2 - Puncture needle - Google Patents
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JP3784014B2 - Puncture needle - Google Patents

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JP3784014B2 JP2002382255A JP2002382255A JP3784014B2 JP 3784014 B2 JP3784014 B2 JP 3784014B2 JP 2002382255 A JP2002382255 A JP 2002382255A JP 2002382255 A JP2002382255 A JP 2002382255A JP 3784014 B2 JP3784014 B2 JP 3784014B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体から血液や体液を採取する際に用いる穿刺針に関するものである。
【0002】
【背景技術】
分析装置の高感度化・小型化に伴い、極微量のサンプルで必要十分な分析情報が得られるようになっている。特に血液などの生体成分の微量分析では健康管理や疾病診断を目的とした貴重な情報が得られ、μ−TAS (Total Analysis System)やLab on a chipの技術進展により、個人や医療機関が簡便に生体情報を得られるようになりつつある。
【0003】
生体から血液や体液を採取するサンプリング方法としては注射針による方法が一般的であるが、穿刺時に痛みを伴うため、より快適で不安感のないサンプリング方法が望まれている。例えば、特許文献1では中空のマイクロニードルを用いて血液をサンプリングする装置および方法が示されている。同様にして、特許文献2では微小径の中空針を複数備え、中空針内の圧力を変化させて採血する装置が示されている。
【0004】
非特許文献1では、外径70μmの中空のステンレスチューブを窒化して硬化させ、この先端を化学的機械研磨により研磨し、さらに電解研磨により先鋭化した無痛針が示されている。
【0005】
特許文献3では血液を無痛で皮膚上に滲出させることを目的として、ベベル面を有する管状の採血針において、ベベル面から採血針の長手方向にスリットを形成した採血針が示されている。
【0006】
また、特許文献4〜8には中空の微小針アレイとその作製方法が示されている。さらに、特許文献9ではマイクロモールドを用いた中空あるいは多孔質の微小針が示されている。
【0007】
以上は皮膚を針で穿刺して血液等を採取する装置あるいは方法であるが、穿刺することなく体液を吸引採取する装置が、特許文献10〜11に示されている。
【0008】
【特許文献1】
特開2001−258868
【特許文献2】
特開平07−132119号公報
【特許文献3】
特開平08−187237号公報
【特許文献4】
米国特許第6256533号明細書
【特許文献5】
米国特許第6312612号明細書
【特許文献6】
米国特許第6379324号明細書
【特許文献7】
米国特許第6451240号明細書
【特許文献8】
米国特許第6471903号明細書
【特許文献9】
米国特許第6334856号明細書
【特許文献10】
特開平04−060208号公報
【特許文献11】
米国特許第6340354号明細書
【非特許文献1】
A.Oki et.al,“Electrophoresis”22,(2001),p.341、
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、この様な従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、生体から血液や体液を採取する際に用いる穿刺針において、従来のような中空の穿刺針を使用しないで、ほとんど痛みを感じることなく、迅速かつ安全に体液を採取することができる穿刺針を提供することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、生体に針を穿刺して体液を採取するための穿刺針であって、先端が閉塞した針本体と、前記針本体の外面に位置し、生体に前記針本体を穿刺後、前記針本体に体液が付着した状態で抜去し、付着した体液を収納するためのらせん状の凹部を有する体液付着用部とを備えることを特徴とする穿刺針である。
【0014】
次に、本発明の穿刺針の好ましい実施態様を示す。
本発明の穿刺針は、人体、動物などの体内にある液体で、例えば血液、リンパ液、組織液等の体液を、皮膚外へ取り出すために用いられ、穿刺針の直径が10〜60μmであり、穿刺針の直径と長さの比が1:2〜1:20であることを特長とする。
【0015】
前記穿刺針の体液付着用部は、穿刺針の外周部において、該穿刺針の長さ方向に、該穿刺針の直径の半分以下の幅と深さをもつらせん状の溝を一つ以上形成したものが好ましい。
【0016】
前記穿刺針の先端の皮膚へ穿孔する穿孔端は、円筒形、円錐形またはベベル面となっているのが好ましい。
前記穿刺針は、サンプル貯留・前処理・濃縮・分離・検出などの手段と接続されて、穿刺装置と一体に形成されていることが好ましい。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
皮膚に針を穿刺するときの痛みは皮膚に点在する痛点の感覚であり、この痛点は皮膚1平方cm当たりに100〜200個あるといわれている。この穿刺時の痛みは被験者にとって大きなストレスであり、より痛みの少ない、あるいは全く痛みのないサンプリングが強く望まれている。痛みの低減には背景技術で記したようないくつかの方法や装置があるが、本質的に痛みのない方法は痛点を刺激しないサンプリング、あるいは痛点を麻痺させたサンプリングに大別できる。
【0018】
一方、迅速かつ安全なサンプリングのためには被験者や生体に特殊な前処理を何も行わないことが望ましい。従って、皮膚の痛点間隔よりも細い針を作製し、これを血液などの体液の採取に供するサンプリング装置および方法は、実質的に痛みを伴わないストレスの少ない生体試料の採取を可能とする。
【0019】
しかしながら、これまでに開示された痛みの少ない、あるいは痛みのない穿刺針は中空の微細な針であり、針の中空部を通して生体試料をサンプリングするために十分な中空径を必要とする。さらに、穿刺時に針が折れたりしないように針の機械的な強度が要求され、このためには硬い材質で十分な肉厚の中空管を作製することが望まれる。このような穿刺針としての要求性能を満たすためには、50μm以下の極端に細い中空管を利用することは困難であり、またそのような中空管を作製することもプロセス上困難である。
【0020】
このような課題を解決するために、本発明の穿刺針は中空管を用いることなく、穿刺針の外周部に血液などの体液を保持・通過させる凹部を有し、これにより従来は困難であった微細な穿刺針を提供するものである。
【0021】
より具体的な穿刺針の形状として、その直径は10〜60μmであり、かつその直径と長さの比が1:2〜1:10である穿刺針である。
【0022】
また、穿刺針の外周部に設けた凹部の断面形状については、その幅と深さが穿刺針の直径の半分以下であり、凹部が穿刺針の外周部にらせん状に形成された穿刺針でもよい。さらに、穿刺針の直径が50μm以下では穿孔端は円筒形でもよいが、穿孔端が円錐形であればさらに穿刺時により圧迫感のないサンプリングが可能となる。
【0023】
これらの穿刺針は、例えばシリコン基板のドライエッチングで直接に作製することができる。あるいは、フォトレジスト等をモールドとして、電解めっきで基板上に柱状構造を作製することも可能である。さらに複雑な構造の穿刺針、例えばらせん状の凹部をもつ穿刺針は光造形法を用いて作製することが可能である。さらに、光造形法でモールドを形成して、最後に電解めっきにより所望の形状をした穿刺針を作製することもできる。
【0024】
次に、本発明を図面に基づいて説明する。なお、以下に示す図1乃至図4において、図3は本発明の穿刺針を示し、図1、2及び図4は穿刺針の参考例を示す。
図1は、本発明の穿刺針の一例を示す概略図である。本発明の穿刺針は、基体101上に円柱形の針本体102が形成されており、該針本体102の直径は10〜60μm、針本体102の直径と長さの比は1:2〜1:20が望ましい。皮膚に穿刺された針本体102はその表面に血液などの体液を保持し、針本体102の抜き出しにより体液を取り出すことが可能となる。なお、基体101は針本体102を保持するためのものであり、その形状はとくにディスク状である必要はなく、製造プロセスや使用目的に最適な形状を選択する。
【0025】
図2は、本発明の穿刺針の他の例を示す概略図である。同図2には、針本体202の外周部に直線の凹部203を形成した穿刺針の一例を示す。該穿刺針は図1と同様に基体201上に円柱状の針本体202が形成され、その外周部には針本体202の直径の半分以下の幅と深さをもつ直線状の凹部203が形成されている。この直線状の凹部により血液などの生体試料を保持あるいは皮膚外へ通過させ、効率よくサンプリングすることができる。なお、直線状の凹部203の幅や深さは針本体202の機械的強度が実用的に十分確保できるよう、かつ必要量の試料が採取できるように設計される。
【0026】
図3は、本発明の穿刺針の他の例を示す概略図である。同図3には、針本体302の外周部304にらせん状の凹部303を形成した穿刺針の一例を示す。該穿刺針は図1と同様に基体301上に円柱状の針本体302が形成され、その外周部304には針本体302の直径の半分以下の幅と深さをもつらせん状の凹部303が形成されている。
【0027】
図4は、本発明の穿刺針の他の例を示す概略図である。同図4には、針本体402の先端405を円錐状に加工した穿刺針の一例を示す。該穿刺針は図1と同様に基体401上に先端405が円錐状に尖った等方性エッチング面404を有する針本体402が形成され、その外周部には針本体402の直径の半分以下の幅と深さをもつ直線状あるいはらせん状の凹部403が形成されている。
【0028】
穿刺針の材質としては、シリコン、ニッケル、またはクロムなどの無機材料、あるいはポリスチレンやポリメチルメタクリレートなどの有機材料が利用できる。また、生体に直接穿刺するため毒性のないもの、滅菌が可能なようにオートクレーブ加熱や紫外線照射、γ線照射による材質変化がないもの、使い捨てで利用されることが多いため安価な材料/安価な製造プロセスであること、などが望まれる。また、穿刺針の表面が親水性加工されたものが望ましい。
【0029】
また必要に応じて、穿刺針の表面のみをディップ法やスパッタリング法を用いてコーティングすることも可能である。
【0030】
次に、本発明の穿刺装置について説明する。
本発明の穿刺装置は、上記の穿刺針と、前記穿刺針に対して生体に穿刺する力を付与するための穿刺力付与手段とを備えることを特徴とする。
【0031】
具体的には、本発明の穿刺装置は上記の穿刺針をなるべく穿刺時に無痛とするために、中空針ではなく棒状の断面が極小径の針とし、穿刺後に引き抜いた時に針の外面に設けられた凹部や親水性加工部に血液等の体液を付着させ、この体液をバイオチップへ移行させることを特徴とする。
【0032】
本発明の穿刺装置は、生体内より血液を採取する採取手段と、少なくとも採取した血液をろ過し血漿を得る濾過手段あるいは前記血液から血清を分離する分離手段と、前記血液中の物質を分析する分析手段と、それらの各手段を接続する流路手段と、それらの各手段内に存在する血液の成分を移動させる移動手段と、前記分析手段からの情報を外部に取出すための出力手段と、前記各手段の少なくとも一つの手段の動作を制御するための制御手段と、前記血液の成分を基板内に保持しておくための保持手段等を具備する。
【0033】
図5は本発明の穿刺装置の一例を示す概略図である。図5に示す装置は、石英基板501上に、血液を採取するのための穿刺針502針を介して血液をマイクロキャピラリ503ヘ導入する。この際キャピラリ503中で血液が凝固しないように液貯め504に貯めておいた抗凝固剤(クエン酸ナトリウム、EDTA、ヘパリンなど)をゴム栓505を押すことで適宜キャピラリ503内に供給してもよい。次に、濾過手段506に導入して血液から血漿と血球を分離する。分離した血漿を分析手段507へ導入する。分析手段507へは、電極508と509の間に電場を印加することで生じる電気浸透流により導入し、血漿中のpH、ナトリウムイオン、カリウムイオン、グルコース等の濃度を検出する。図中には分析手段が複数設けられ、上記の各成分の濃度を一度に分析することが可能である。
【0034】
本発明では、前記穿刺針の体液付着用部に付着した体液を採取手段を用いて、穿刺装置に供給する。前記採取手段は、前記穿刺針の前記体液付着用部に対して負圧を作用させか、物理的力を付与するか、気体を送風するときの力を利用して行うことができる。前記物理的力は前記体液付着用部に付着した体液を払拭するときの力で行うのが好ましい。
【0035】
本発明の穿刺針は、一度使用したあとに洗浄することにより再利用することができる。再利用するときの穿刺針の洗浄液としては変性剤が用いられ、変性剤としては、チオシアン酸のナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩又はアンモニウム塩、グアニジウム塩酸塩、グアニジウム誘導体の塩酸塩、尿素等が用いられる。このような変性剤は界面活性剤と併用することが好ましく、界面活性剤としては、ツイン、トリトン系の非イオン系界面活性剤又はデオキシコール酸ナトリウム等が用いられる。緩衝液としては、リン酸緩衝液、トリス緩衝液、酢酸緩衝液等が用いられる。
【0036】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。
なお、下記実施例中における、寸法、形状、材質、作製プロセス条件は一例であり、本発明の要件を満たす範囲内であれば、設計事項として任意に変更することが可能である。なお、以下に示す実施例1乃至実施例4において、実施例3は本発明の穿刺針の実施例を示し、実施例1、2及び実施例4は参考例を示す。
【0037】
実施例1
本実施例では、図1に示す穿刺針を作製した。
はじめに、基体としてシリコン基板を用意した。
次に、上記シリコン基板にフォトレジスト(AZ−P4620:クラリアント社製)を、膜厚8μmとなるようにスピンコート法を用いて塗布した。上記フォトレジストをベーク、露光、現像することによりシリコン基板上に直径10μmの円形のレジストパターンを作製した。
【0038】
次に、上記レジストパターンをエッチングマスクとしてシリコン基板をドライエッチングした。エッチングガスとしてはC48 ガスとSF6 ガスを用い、上記2種類のガスを交互に流すことによりエッチング側壁の保護をしながら、基板面に対し垂直にエッチングを行った。エッチングの深さは100μmとした。この結果、穿刺針の直径と長さの比は1:10となった。
【0039】
次に、基板表面全体をフォトレジストにより保護した後、ダイシングを行いシリコンからなる一つの穿刺針と保持基板を取り出した。
次に、取り出した穿刺針および保持基板をアセトンおよびイソプロピルアルコールに浸漬することによりレジスト膜を除去した。取り出した穿刺針を走査型電子顕微鏡で観察し、設計通りの穿刺針ができていることを確認した。
【0040】
次に、作製した穿刺針をエチルアルコールで洗浄後に紫外線で滅菌・乾燥し、これを直接に人体へ穿刺して痛みがないことを確認した。さらに抜き出した穿刺針を光学顕微鏡で観察し、穿刺針の外周部および凹部の部分に血液成分が保持されていることを確認した。
【0041】
また、エッチングマスクとなるフォトレジストパターンを図2の針本体202の断面形状をもつパターンとすることにより、図2に示した穿刺針が作製できることも確認できた。このとき、針の直径は60μm、凹部203の幅と深さは10μm、針の長さは300μmであった。
【0042】
本実施例の作製方法では、フォトリソグラフィ法を用いるので、任意の断面形状の穿刺針を作製することが可能である。また、フォトリソグラフィとドライエッチングを用いることにより、同時に多数の針を作製することができ、作製コストを低減することが可能である。また、ドライエッチングのエッチング深さを制御することにより、任意の長さの針を形成することが可能である。またドライエッチング時の圧力や、ガス比等を調節することにより、テーパー形状の穿刺針を形成することも可能である。
【0043】
実施例2
本実施例では、実施例1とは異なるプロセスにより、図2の穿刺針を作製した。
まず、ガラス基板を用意した。これにスパッタ法により密着層となるチタン薄膜を50nm形成した。次に、同様にしてチタン薄膜の上から金薄膜を300nm成膜し、後のめっき工程のシード層とした。
【0044】
次に、チタンおよび金薄膜を成膜した基板上に、スピンコート法を用いてフォトレジスト(PMER P−GH3000PM:東京応化社製)を厚み50μmで形成した。このときフォトレジストの厚さは作製する穿刺針の長さよりも厚く設定する。
【0045】
次に、フォトリソグラフィーにより針本体202の断面形状(直径20μm、凹部の幅と深さはそれぞれ5μm)のネガパターンすなわちモールドとなるパターンを形成した。
【0046】
次に、上記基板に対してスルファミン酸ニッケル、塩化ニッケル、ホウ酸を主成分とするめっき浴を用いて、浴温度50℃、陰極電流密度10A/dm2 、pH4.2の条件で電解ニッケルめっきを行った。これにより、上記基板に形成した金薄膜表面のうちレジストパターンの形成されていない部分にニッケルが柱状に成長した。上記柱状ニッケル構造体の長さが、所望とする穿刺針の長さとなったところで、基板をめっき浴から引き上げた。
【0047】
次に、水で洗浄した後、ダイシングにより個々のニッケルからなる穿刺針と支持基板に分離した。
次に、専用のレジスト剥離液を用いて基板上のレジストを除去した。
最後に、露出した針部をエチルアルコールで洗浄後に紫外線で滅菌・乾燥し、図2に示した穿刺針が完成した。
【0048】
取り出した穿刺針を走査型電子顕微鏡で観察したところ、設計通りの断面形状をもつ穿刺針が作製できていることが確認された。なお、穿刺針の長さは40μmであり、穿刺針の直径と長さの比は1:2であった。
【0049】
本実施例の作製方法では、フォトリソグラフィ法を用いて穿刺針のモールドを作製するので、任意の断面形状の穿刺針を作製することが可能である。また、同時に多数の針を作製することができ、作製コストを低減することが可能である。さらに、本実施例の作製方法は、穿刺針の材料を電解めっきもしくは無電解めっきの可能な材料から選択することが可能であり、実施例1と比較して作製材料の限定が少ない作製方法である。
【0050】
実施例3
本実施例では、図3に示す穿刺針を作製した。
本実施例では、作製方法として『マイクロ造形法』を用いた。マイクロ光造形法とは、たとえば、[A.Bertsch et al.:Proc.Of the IEEE International Workshop on Micro Electro Mechanical Systems(1998)p.18],[K.Ikuta et al:Proc.Of the IEEE International Workshop on Micro Electro Mechanical Systems,(1998)p.290]に示されている作製方法である。本作製方法では、液状の紫外線硬化樹脂に紫外線ビームを照射し、XYステージを操作しながら所望の位置を硬化させることにより、一層ぶんの断面形状を加工する。一層ぶんの加工が完了した後、Zステージを一層ぶんだけ下げて、さらにもう一層ぶんの加工を実施する。上記工程を繰り返すことにより、最終的に任意形状の構造体を形成することが可能である。
【0051】
本実施例では、紫外線硬化性の樹脂としてSU−8(Micro Chemical Corp.社製)を用い、波長365nmのUVランプを光源として光造形法を実施した。UVランプをSU−8に照射しながらXYZステージを操作することにより、図3に示した穿刺針の形状を作製することができた。
【0052】
未硬化のSU−8を除去した後、露出した針部をエチルアルコールで洗浄後に紫外線で滅菌・乾燥し、図3に示した穿刺針が完成した。
取り出した穿刺針を走査型電子顕微鏡で観察したところ、設計通りの断面形状をもつ穿刺針が作製できていることが確認された。
本実施例では、マイクロ光造形法を用いて穿刺針を作製した。これにより、外周部にらせん状の凹部を形成した穿刺針等の任意形状の穿刺針を形成することが可能となった。
【0053】
また、本実施例ではマイクロ光造形法で針本体を作製したが、マイクロ光造形法によりモールドを形成し、該モールドを実施例2と同様にめっきし、めっき後、モールドを除去することにより穿刺針を形成しても良い。この場合、紫外線硬化性以外の材料からなる穿刺針を形成することが可能となり、材料の選択範囲を広げることが可能である。
【0054】
実施例4
本実施例では、図4に示す穿刺針を作製した。まず、実施例1と同様にして円柱状の穿刺針を作製した。次に、その先端部10μmをHF(フッ酸)とHNO3(硝酸)を体積比1:2で混合した水溶液に浸漬し、等方性エッチングにより先端を円錐状に加工した。これを走査型電子顕微鏡で観察し、設計通りの穿刺針ができていることを確認した。
【0055】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により生体から血液や体液をサンプリングする際にほとんど痛みを感じることがなく、迅速かつ安全に生体試料を採取できる穿刺針を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】 穿刺針の参考例を示す概略図である。
【図2】 穿刺針の参考例を示す概略図である。
【図3】 本発明の穿刺針の実施例を示す概略図である。
【図4】 穿刺針の参考例を示す概略図である。
【図5】 本発明の穿刺装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
101,201,301,401 基体
102,202,302,402 針本体
203,303,403 凹部
304 外周部
404 等方性エッチング面
405 先端
501 基板
502 穿刺針
503 マイクロキャピラリ
504 液貯め
505 ゴム栓
506 濾過手段
507 分析手段
508,509 電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a puncture needle used when blood or body fluid is collected from a living body.
[0002]
[Background]
With the increase in sensitivity and miniaturization of analyzers, necessary and sufficient analysis information can be obtained with a very small amount of sample. In particular, microanalysis of blood and other biological components provides valuable information for the purpose of health management and disease diagnosis, and the development of μ-TAS (Total Analysis System) and Lab on a chip makes it easier for individuals and medical institutions. It is becoming possible to obtain biological information.
[0003]
As a sampling method for collecting blood or body fluid from a living body, a method using an injection needle is generally used. However, since it is painful at the time of puncture, a more comfortable sampling method without anxiety is desired. For example, Patent Document 1 discloses an apparatus and method for sampling blood using a hollow microneedle. Similarly, Patent Document 2 discloses a device that includes a plurality of hollow needles having a small diameter and collects blood by changing the pressure in the hollow needle.
[0004]
Non-Patent Document 1 discloses a painless needle in which a hollow stainless steel tube having an outer diameter of 70 μm is nitrided and cured, the tip is polished by chemical mechanical polishing, and further sharpened by electrolytic polishing.
[0005]
Patent Document 3 discloses a blood collection needle in which a slit is formed in the longitudinal direction of the blood collection needle from the bevel surface in a tubular blood collection needle having a bevel surface for the purpose of causing blood to bleed on the skin without pain.
[0006]
Patent Documents 4 to 8 show a hollow microneedle array and a manufacturing method thereof. Further, Patent Document 9 discloses a hollow or porous microneedle using a micromold.
[0007]
The above is an apparatus or method for collecting blood and the like by puncturing the skin with a needle, but Patent Documents 10 to 11 show apparatuses for collecting and collecting body fluid without puncturing.
[0008]
[Patent Document 1]
JP2001-258868
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 07-132119 [Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 08-187237 [Patent Document 4]
US Pat. No. 6,256,533 [Patent Document 5]
US Pat. No. 6,311,612 [Patent Document 6]
US Pat. No. 6,379,324 [Patent Document 7]
US Pat. No. 6,451,240 [Patent Document 8]
US Pat. No. 6,471,903 [Patent Document 9]
US Pat. No. 6,334,856 [Patent Document 10]
Japanese Patent Laid-Open No. 04-060208 [Patent Document 11]
US Pat. No. 6,340,354 [Non-Patent Document 1]
A. Oki et. al, “Electrophoresis” 22, (2001), p. 341,
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the problems of the prior art as described above, and the puncture needle used when collecting blood or body fluid from a living body is almost without using a conventional hollow puncture needle. An object of the present invention is to provide a puncture needle that can quickly and safely collect body fluid without feeling pain.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention relates to a puncture needle for puncturing a living body to collect a body fluid, the needle body having a closed tip, and an outer surface of the needle body, and the body after the needle body is punctured A puncture needle comprising a body fluid adhering portion having a helical recess for removing the body fluid attached to the needle body and storing the attached body fluid.
[0014]
Next, a preferred embodiment of the puncture needle of the present invention is shown.
The puncture needle of the present invention is a liquid in the body of a human body, an animal, etc., and is used for taking out body fluids such as blood, lymph and tissue fluids from the skin. The puncture needle has a diameter of 10 to 60 μm and is punctured. It is characterized in that the ratio of the diameter and the length of the needle is 1: 2 to 1:20.
[0015]
The body fluid adhering portion of the puncture needle forms one or more spiral grooves having a width and depth less than half of the diameter of the puncture needle in the length direction of the puncture needle on the outer periphery of the puncture needle Is preferred.
[0016]
The piercing end for piercing the skin at the tip of the puncture needle is preferably cylindrical, conical or beveled.
The puncture needle is preferably formed integrally with the puncture device by being connected to means such as sample storage / pretreatment / concentration / separation / detection.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
Pain when a needle is punctured into the skin is a sensation of pain points scattered on the skin, and it is said that there are 100 to 200 pain points per square centimeter of skin. The pain at the time of puncture is a great stress for the subject, and sampling with less pain or no pain is strongly desired. There are several methods and devices for reducing pain as described in the background art, but methods that are essentially painless can be broadly divided into sampling that does not stimulate the pain point, or sampling that is paralyzed.
[0018]
On the other hand, for quick and safe sampling, it is desirable that no special pretreatment is performed on the subject or the living body. Therefore, the sampling apparatus and method for producing a needle that is thinner than the pain point interval of the skin and using this for collecting body fluid such as blood enables collection of a biological sample that is substantially painless and has little stress.
[0019]
However, the less painful or painless puncture needles disclosed so far are hollow fine needles and require a sufficient hollow diameter to sample a biological sample through the hollow portion of the needle. Furthermore, the mechanical strength of the needle is required so that the needle does not break during puncturing. For this purpose, it is desired to produce a hollow tube having a sufficient thickness with a hard material. In order to satisfy the required performance as such a puncture needle, it is difficult to use an extremely thin hollow tube of 50 μm or less, and it is also difficult to produce such a hollow tube in the process. .
[0020]
In order to solve such a problem, the puncture needle of the present invention has a recess for holding and passing a body fluid such as blood on the outer peripheral portion of the puncture needle without using a hollow tube. The present invention provides a fine puncture needle.
[0021]
A more specific shape of the puncture needle is a puncture needle having a diameter of 10 to 60 μm and a ratio of the diameter to the length of 1: 2 to 1:10.
[0022]
In addition, the cross-sectional shape of the concave portion provided on the outer peripheral portion of the puncture needle is such that the width and depth thereof are half or less of the diameter of the puncture needle, and the concave portion is formed in a spiral shape on the outer peripheral portion of the puncture needle. Good. Further, if the diameter of the puncture needle is 50 μm or less, the piercing end may be cylindrical, but if the piercing end is conical, sampling without a sense of pressure can be further performed during puncturing.
[0023]
These puncture needles can be directly produced, for example, by dry etching of a silicon substrate. Alternatively, a columnar structure can be formed on the substrate by electrolytic plating using a photoresist or the like as a mold. Further, a puncture needle having a complicated structure, for example, a puncture needle having a spiral recess, can be produced by using an optical modeling method. Furthermore, a mold can be formed by stereolithography, and finally a puncture needle having a desired shape can be produced by electrolytic plating.
[0024]
Next, the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 4 shown below, FIG. 3 shows a puncture needle of the present invention, and FIGS. 1, 2, and 4 show reference examples of the puncture needle.
FIG. 1 is a schematic view showing an example of the puncture needle of the present invention. In the puncture needle of the present invention, a cylindrical needle body 102 is formed on a base 101, the diameter of the needle body 102 is 10 to 60 μm, and the ratio of the diameter and length of the needle body 102 is 1: 2-1. : 20 is desirable. The needle body 102 punctured into the skin holds body fluid such as blood on its surface, and body fluid can be taken out by extracting the needle body 102. The base 101 is for holding the needle body 102, and the shape thereof does not have to be a disc shape, and an optimum shape for the manufacturing process and the purpose of use is selected.
[0025]
FIG. 2 is a schematic view showing another example of the puncture needle of the present invention. FIG. 2 shows an example of a puncture needle in which a linear recess 203 is formed on the outer periphery of the needle body 202. As in FIG. 1, the puncture needle has a cylindrical needle body 202 formed on a base body 201, and a linear recess 203 having a width and depth less than half of the diameter of the needle body 202 is formed on the outer periphery thereof. Has been. This linear recess allows a biological sample such as blood to be held or passed out of the skin and efficiently sampled. The width and depth of the linear recess 203 are designed so that the mechanical strength of the needle body 202 can be practically sufficiently secured and a necessary amount of sample can be collected.
[0026]
FIG. 3 is a schematic view showing another example of the puncture needle of the present invention. FIG. 3 shows an example of a puncture needle in which a spiral recess 303 is formed in the outer peripheral portion 304 of the needle body 302. As in FIG. 1, the puncture needle has a cylindrical needle body 302 formed on a base body 301, and a helical recess 303 having a width and depth less than half the diameter of the needle body 302 on its outer peripheral portion 304. Is formed.
[0027]
FIG. 4 is a schematic view showing another example of the puncture needle of the present invention. FIG. 4 shows an example of a puncture needle in which the tip 405 of the needle body 402 is processed into a conical shape. As in FIG. 1, the puncture needle has a needle body 402 having an isotropic etching surface 404 with a tip 405 sharpened in a conical shape on a base body 401, and the outer periphery thereof has a diameter less than half of the diameter of the needle body 402. A linear or helical recess 403 having a width and a depth is formed.
[0028]
As the material of the puncture needle, an inorganic material such as silicon, nickel, or chromium, or an organic material such as polystyrene or polymethyl methacrylate can be used. In addition, it is non-toxic because it punctures directly into a living body, it does not change material due to autoclave heating, ultraviolet irradiation, or γ-ray irradiation so that it can be sterilized. The manufacturing process is desired. Further, it is desirable that the surface of the puncture needle is hydrophilic.
[0029]
If necessary, it is also possible to coat only the surface of the puncture needle using a dip method or a sputtering method.
[0030]
Next, the puncture device of the present invention will be described.
A puncture device according to the present invention includes the puncture needle described above, and a puncture force applying means for applying a force to puncture a living body with respect to the puncture needle.
[0031]
Specifically, in order to make the puncture needle as painless as possible when puncturing the puncture device of the present invention, it is not a hollow needle but a needle having a rod-shaped cross-section that has an extremely small diameter, and is provided on the outer surface of the needle when pulled out after puncturing. A bodily fluid such as blood is attached to the recessed portion or the hydrophilic processed portion, and the bodily fluid is transferred to the biochip.
[0032]
The puncture device according to the present invention comprises a collecting means for collecting blood from within a living body, a filtering means for filtering at least the collected blood to obtain plasma, or a separating means for separating serum from the blood, and analyzing substances in the blood Analysis means, flow path means for connecting each of these means, movement means for moving blood components existing in each of these means, and output means for taking out information from the analysis means, Control means for controlling the operation of at least one of the means, and holding means for holding the blood component in the substrate.
[0033]
FIG. 5 is a schematic view showing an example of the puncture device of the present invention. The apparatus shown in FIG. 5 introduces blood into a microcapillary 503 on a quartz substrate 501 via a puncture needle 502 for collecting blood. At this time, an anticoagulant (sodium citrate, EDTA, heparin, etc.) stored in the liquid reservoir 504 so that blood does not coagulate in the capillary 503 can be appropriately supplied into the capillary 503 by pressing the rubber stopper 505. Good. Next, it is introduced into the filtering means 506 to separate plasma and blood cells from the blood. The separated plasma is introduced into the analysis means 507. It introduce | transduces into the analysis means 507 by the electroosmotic flow produced by applying an electric field between the electrodes 508 and 509, and detects the density | concentrations, such as pH, a sodium ion, potassium ion, glucose, in plasma. In the figure, a plurality of analysis means are provided, and the concentration of each of the above components can be analyzed at a time.
[0034]
In the present invention, the bodily fluid adhering to the bodily fluid adhering portion of the puncture needle is supplied to the puncture device using the collecting means. The collecting means can be performed by applying a negative pressure to the body fluid adhering portion of the puncture needle, applying a physical force, or utilizing a force when air is blown. It is preferable that the physical force is a force used when wiping the body fluid adhered to the body fluid adhesion portion.
[0035]
The puncture needle of the present invention can be reused by washing after being used once. As the cleaning liquid for the puncture needle when reusing, a denaturant is used. Examples of the denaturant include sodium salt, potassium salt, lithium salt or ammonium salt of thiocyanic acid, guanidinium hydrochloride, hydrochloride of guanidinium derivative, urea and the like. Used. Such a denaturing agent is preferably used in combination with a surfactant. As the surfactant, twin, triton-based nonionic surfactants, sodium deoxycholate, or the like is used. As the buffer solution, phosphate buffer solution, Tris buffer solution, acetate buffer solution and the like are used.
[0036]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
In addition, the dimension, shape, material, and manufacturing process conditions in the following examples are examples, and can be arbitrarily changed as design matters as long as they satisfy the requirements of the present invention. In Examples 1 to 4 shown below, Example 3 shows an example of the puncture needle of the present invention, and Examples 1, 2 and 4 show reference examples.
[0037]
Example 1
In this example, the puncture needle shown in FIG. 1 was produced.
First, a silicon substrate was prepared as a base.
Next, a photoresist (AZ-P4620: manufactured by Clariant) was applied to the silicon substrate by a spin coating method so as to have a film thickness of 8 μm. The photoresist was baked, exposed and developed to produce a circular resist pattern having a diameter of 10 μm on the silicon substrate.
[0038]
Next, the silicon substrate was dry etched using the resist pattern as an etching mask. Etching was performed perpendicular to the substrate surface while using C 4 F 8 gas and SF 6 gas as the etching gas and protecting the etching side walls by alternately flowing the above two kinds of gases. The etching depth was 100 μm. As a result, the ratio of the diameter and length of the puncture needle was 1:10.
[0039]
Next, after the entire substrate surface was protected with a photoresist, dicing was performed, and one puncture needle made of silicon and the holding substrate were taken out.
Next, the resist film was removed by immersing the extracted puncture needle and holding substrate in acetone and isopropyl alcohol. The removed puncture needle was observed with a scanning electron microscope, and it was confirmed that the puncture needle was designed as designed.
[0040]
Next, the prepared puncture needle was washed with ethyl alcohol and then sterilized and dried with ultraviolet rays. This was directly punctured into the human body to confirm that there was no pain. Further, the extracted puncture needle was observed with an optical microscope, and it was confirmed that blood components were retained in the outer peripheral portion and the concave portion of the puncture needle.
[0041]
It was also confirmed that the puncture needle shown in FIG. 2 could be produced by making the photoresist pattern serving as an etching mask a pattern having the cross-sectional shape of the needle body 202 of FIG. At this time, the diameter of the needle was 60 μm, the width and depth of the recess 203 were 10 μm, and the length of the needle was 300 μm.
[0042]
In the manufacturing method of this embodiment, since a photolithography method is used, a puncture needle having an arbitrary cross-sectional shape can be manufactured. Further, by using photolithography and dry etching, a large number of needles can be manufactured at the same time, and the manufacturing cost can be reduced. Further, by controlling the etching depth of dry etching, it is possible to form a needle having an arbitrary length. It is also possible to form a tapered puncture needle by adjusting the pressure during dry etching, the gas ratio, and the like.
[0043]
Example 2
In this example, the puncture needle of FIG. 2 was produced by a process different from that of Example 1.
First, a glass substrate was prepared. A 50 nm thick titanium thin film serving as an adhesion layer was formed by sputtering. Next, a gold thin film having a thickness of 300 nm was formed on the titanium thin film in the same manner as a seed layer for the subsequent plating step.
[0044]
Next, a photoresist (PMER P-GH3000PM: manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) having a thickness of 50 μm was formed on the substrate on which the titanium and gold thin films were formed by using a spin coating method. At this time, the thickness of the photoresist is set larger than the length of the puncture needle to be produced.
[0045]
Next, a negative pattern having a cross-sectional shape of the needle main body 202 (diameter: 20 μm, recess width and depth: 5 μm each), that is, a mold pattern was formed by photolithography.
[0046]
Next, electrolytic nickel plating is performed on the above substrate using a plating bath mainly composed of nickel sulfamate, nickel chloride, and boric acid at a bath temperature of 50 ° C., a cathode current density of 10 A / dm 2 , and a pH of 4.2. Went. As a result, nickel grew in a columnar shape on the surface of the gold thin film formed on the substrate where no resist pattern was formed. When the length of the columnar nickel structure became the desired length of the puncture needle, the substrate was lifted from the plating bath.
[0047]
Next, after washing with water, it was separated into a puncture needle made of individual nickel and a support substrate by dicing.
Next, the resist on the substrate was removed using a dedicated resist stripping solution.
Finally, the exposed needle part was washed with ethyl alcohol and then sterilized and dried with ultraviolet rays to complete the puncture needle shown in FIG.
[0048]
When the extracted puncture needle was observed with a scanning electron microscope, it was confirmed that a puncture needle having a cross-sectional shape as designed could be produced. The length of the puncture needle was 40 μm, and the ratio of the diameter and length of the puncture needle was 1: 2.
[0049]
In the manufacturing method of this embodiment, a puncture needle mold is manufactured by using a photolithography method, and thus a puncture needle having an arbitrary cross-sectional shape can be manufactured. In addition, a large number of needles can be manufactured at the same time, and the manufacturing cost can be reduced. Further, in the manufacturing method of this example, the material of the puncture needle can be selected from materials that can be electroplated or electrolessly plated. is there.
[0050]
Example 3
In this example, the puncture needle shown in FIG. 3 was produced.
In this example, “micro modeling method” was used as a manufacturing method. The micro stereolithography method is, for example, [A. Bertsch et al. : Proc. Of the IEEE International Workshop on Micro Electro Mechanical Systems (1998) p. 18], [K. Ikuta et al: Proc. Of the IEEE International Workshop on Micro Electro Mechanical Systems, (1998) p. 290]. In this manufacturing method, a liquid ultraviolet curable resin is irradiated with an ultraviolet beam, and a desired position is cured while the XY stage is operated, thereby processing a cross-sectional shape of one layer. After one layer of processing is completed, the Z stage is lowered by one layer and further processing is performed. By repeating the above steps, it is possible to finally form a structure having an arbitrary shape.
[0051]
In this example, SU-8 (manufactured by Micro Chemical Corp.) was used as an ultraviolet curable resin, and an optical modeling method was performed using a UV lamp having a wavelength of 365 nm as a light source. By manipulating the XYZ stage while irradiating the SU-8 with a UV lamp, the shape of the puncture needle shown in FIG. 3 could be produced.
[0052]
After removing uncured SU-8, the exposed needle part was washed with ethyl alcohol and then sterilized and dried with ultraviolet rays to complete the puncture needle shown in FIG .
When the extracted puncture needle was observed with a scanning electron microscope, it was confirmed that a puncture needle having a cross-sectional shape as designed could be produced .
In this example, a puncture needle was produced using a micro stereolithography method. As a result, it becomes possible to form a puncture needle having an arbitrary shape such as a puncture needle having a helical recess formed on the outer peripheral portion.
[0053]
Moreover, although the needle | hook main body was produced by the micro stereolithography method in the present Example, a puncture is carried out by forming a mold by the micro stereo lithography method, plating this mold like Example 2, and removing the mold after plating. A needle may be formed. In this case, it is possible to form a puncture needle made of a material other than the ultraviolet curable material, and it is possible to widen the selection range of the material.
[0054]
Example 4
In this example, the puncture needle shown in FIG. 4 was produced. First, a cylindrical puncture needle was prepared in the same manner as in Example 1. Next, the tip of 10 μm was immersed in an aqueous solution in which HF (hydrofluoric acid) and HNO 3 (nitric acid) were mixed at a volume ratio of 1: 2, and the tip was processed into a conical shape by isotropic etching. This was observed with a scanning electron microscope, and it was confirmed that a puncture needle as designed was made.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it was possible to provide a puncture needle capable of collecting a biological sample quickly and safely with almost no pain when sampling blood or body fluid from a living body.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a reference example of a puncture needle .
FIG. 2 is a schematic view showing a reference example of a puncture needle .
FIG. 3 is a schematic view showing an embodiment of the puncture needle of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing a reference example of a puncture needle .
FIG. 5 is a schematic view showing an example of the puncture device of the present invention.
[Explanation of symbols]
101, 201, 301, 401 Substrate 102, 202, 302, 402 Needle body 203, 303, 403 Recess 304 Outer periphery 404 Isotropic etching surface 405 Tip 501 Substrate 502 Puncture needle 503 Microcapillary 504 Liquid reservoir 505 Rubber stopper 506 Filtration Means 507 Analytical means 508,509 Electrode

Claims (2)

生体に針を穿刺して体液を採取するための穿刺針であって、先端が閉塞した針本体と、前記針本体の外面に位置し、生体に前記針本体を穿刺後、前記針本体に体液が付着した状態で抜去し、付着した体液を収納するためのらせん状の凹部を有する体液付着用部とを備えることを特徴とする穿刺針。A puncture needle for puncturing a living body to collect a body fluid, the needle body having a closed tip, and an outer surface of the needle body, and puncturing the body of the needle into the body, A puncture needle comprising: a body fluid adhering portion having a helical recess for removing the adhering body fluid and storing the adhered body fluid . 前記穿刺針の直径が10〜60μmであり、穿刺針の直径と長さの比が1:2〜1:20である請求項1または2記載の穿刺針。  The puncture needle according to claim 1 or 2, wherein a diameter of the puncture needle is 10 to 60 µm, and a ratio of a diameter and a length of the puncture needle is 1: 2 to 1:20.
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