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JP5562138B2 - 微細孔形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は被験者の皮膚に微細針を衝突させて当該皮膚に微細孔を形成する微細孔形成装置及び微細孔形成方法に関する。
被験者の組織液中のグルコースなどの所定成分を測定するために、多数の微細針を有する微細針チップで被験者の皮膚を穿刺して当該皮膚に微細孔を形成する技術が知られている（例えば、本出願人による特許文献１参照）。この特許文献１記載の微細孔形成用の穿刺装置では、穿刺動作を行った後、穿刺部位に測定器を装着して皮膚からの組織液を抽出してグルコースを測定する。
特許文献１に記載されている穿刺装置では、多数の穿刺用微細針を備えた微細針チップが先端に配設されたピストン（アレイチャック）を駆動バネにより駆動させて、微細針チップを被験者の皮膚に衝突させ、当該皮膚に微細孔を形成している。
本出願人は、組織液に含まれているナトリウムイオンの量を利用して被験者の血糖―時間曲線下面積を算出（推定）する方法を提案している（特許文献２参照）。この方法においても、被験者の皮膚に穿刺装置を用いて微細孔を形成し、微細孔が形成された皮膚にゲルからなる収集体を有する組織液収集シートを所定時間（例えば、６０分以上の時間）貼り付けることにより、当該皮膚から滲み出る組織液を収集する。ついで、収集体に収集された組織液に含まれるグルコース量及びナトリウムイオン量を測定し、得られるグルコース量及びナトリウムイオン量に基づいて、被験者の血糖―時間曲線下面積を推定する。この場合、前記収集体には微細孔から抽出される組織液以外に少量ではあるが被験者の皮膚からの汗も収集される。この汗にもナトリウムイオンが含まれているので、汗による影響を低減するためには微細孔から抽出される組織液の量が多いほうが望ましい。
特開２００７−２３６８４４号公報 国際公開第２０１０／０１３８０８号パンフレット
しかしながら、従来技術には、被験者の皮膚に形成された複数の微細孔から滲出する組織液を抽出部材に収集する場合に、微細孔から抽出される組織液の量を増加させることについて記載されていない。
本発明者らは、被験者の皮膚に形成された複数の微細孔から滲出する組織液を抽出部材に収集する場合に、微細孔から抽出される組織液の量を増加させるべく鋭意研究を重ねた結果、従来のように微細針を被験者の皮膚に衝突させた後すぐに当該微細針を装置内に後退させるのではなく、皮膚に微細針を衝突させた後所定の時間当該微細針を皮膚に押し付けることで、形成された微細孔から抽出される組織液の量が増加することを見出し、本発明を完成するに至った。
（１）本発明の微細孔形成装置は、被験者の皮膚に形成された複数の微細孔から滲出する組織液を抽出部材に収集するために、前記皮膚に前記複数の微細孔を形成する微細孔形成装置であって、
被験者の皮膚の角質層を貫通し真皮中の血管叢までは到達しない微細孔を形成するための複数の微細針を有する皮膚当接部と、
この皮膚当接部を被験者の皮膚に向けて付勢するスプリングと
を備えており、
前記スプリングは、皮膚当接部の複数の微細針を被験者の皮膚に衝突させた後、衝突位置において前記複数の微細針が前記皮膚に押し付けられた状態を保つべく、前記衝突後に、その自然長よりも短い長さに保たれるように構成されていることを特徴としている。
本発明の微細孔形成装置では、被験者の皮膚に衝突した微細針はスプリングによって当該皮膚に押し付けられた状態を保つように構成されている。すなわち、被験者の皮膚に微細針を衝突させた後すぐに当該微細針を穿刺装置内に退避させていた従来技術と異なり、本発明では、穿刺後所定の時間微細針を被験者の皮膚に押し付けた状態を保つようにしている。これにより、すべての微細針によって皮膚に微細孔を形成することができるので、従来と比較して組織液の量を増加させることができ、抽出した組織液を用いた測定の精度を向上させることができる。
（２）前記（１）の微細孔形成装置において、前記微細針が皮膚に衝突する際の速度をＳ（ｍ／ｓ）としたとき、４．８≦Ｓとすることができる。
（３）前記（１）又は（２）の微細孔形成装置において、前記微細針が皮膚に衝突する際の速度をＳ（ｍ／ｓ）としたとき、Ｓ≦６．１とすることができる。
（４）前記（１）〜（３）の微細孔形成装置において、前記微細針が皮膚に衝突した後、前記スプリングが微細針を介して皮膚に与える単位面積あたりの力をＰ（Ｐａ）としたとき、２．５６×１０５≦Ｐとすることができる。
（５）前記（１）〜（４）の微細孔形成装置において、前記皮膚当接部は、前記複数の微細針を有する微細針チップを着脱可能に保持することができる。
（６）前記（１）〜（５）の微細孔形成装置において、前記スプリングにより皮膚当接部の複数の微細針を被験者の皮膚に衝突させた後、前記微細針を皮膚に押し付けた状態を保つ時間を６０秒以下とすることができる。
本発明の微細孔形成装置によれば、被験者の皮膚に形成された複数の微細孔から滲出する組織液を抽出部材に収集する場合に、微細孔から抽出される組織液の量を増加させることができる。
本発明の微細孔形成装置の一実施の形態の全体構成を示す斜視図である。 図１に示される微細孔形成装置の内部構造を示す斜視図である。 図１に示される微細孔形成装置の分解斜視図である。 図１に示される微細孔形成装置のリアカバーの内部構造を示す正面図である。 図１に示される微細孔形成装置のフロントカバーの内部構造を示す斜視図である。 図１に示される微細孔形成装置のチップ収容具挿入部材の底面図である。 図１に示される微細孔形成装置のアレイチャックの正面図である。 図１に示される微細孔形成装置のリリースボタンの斜視図である。 図１に示される微細孔形成装置に装着される微細針チップを備えたチップ収容キットの全体構成を示す斜視図である。 図９に示されるチップ収容キットの分解斜視図である。 図９に示されるチップ収容キットの微細針チップの斜視図である。 図１０のＩ−Ｉ線断面図である。 図９に示されるチップ収容キットのチップ収容具の上面図である。 図９に示されるチップ収容キットのチップ収容具の斜視図である。 図９に示されるチップ収容キットのチップ収容具の底面図である。 図１３のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 従来の微細針形成装置の発射原理を説明する図である。 本発明の微細針形成装置の発射原理を説明する図である。 グルコース透過率の押し付け時間依存性を示す図である。 穿刺後の経過時間とグルコース透過率の関係を示す図である。 グルコース透過率と痛みの関係を示す図である。 グルコース透過率と出血の関係を示す図である。
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の微細孔形成装置及び微細孔形成方法の実施の形態を詳細に説明する。
〔微細孔形成装置の全体構成〕
図１は本発明の一実施の形態に係る微細孔形成装置１の全体構成を示す斜視図である。図２〜８は、図１に示される微細孔形成装置１の各部材の詳細な構造を説明するための図である。図９は、図１に示される微細孔形成装置に装着される微細針チップを備えたチップ収容キットの全体構成を示す斜視図である。図１０〜１６は、図９に示されるチップ収容キットの各部材の詳細な構造を説明するための図である。
本発明の一実施の形態に係る微細孔形成装置１（図１参照）は、滅菌処理された微細針チップ１１０（図１１参照）を装着して、当該微細針チップ１１０の微細針１１３ａを被験者の皮膚に当接（衝突）させることによって、被験者の皮膚に体液の抽出孔（微細孔）を形成する装置である。そして、微細孔形成装置１及び微細針チップ１１０により形成された被験者の皮膚の抽出孔から滲出した体液（組織液）を抽出媒体に収集して、この抽出媒体をグルコース濃度分析装置（図示せず）で測定することにより、組織液中のグルコース濃度を算出してこの値を元にＡＵＣを推定する。まず、図１〜１２を参照しつつ、本発明の一実施の形態に係る微細孔形成装置１の構造について詳細に説明する。
微細孔形成装置１は、皮膚の表皮の角質層を貫通し、真皮中の血管叢までは到達しない複数の微細な抽出孔を形成して、その抽出孔から組織液を滲出させる装置である。この微細孔形成装置１は、被験者の皮膚を穿刺する穿刺機構を有する本体部１ａを備えている。微細孔形成装置１の本体部１ａは、図１〜３に示されるように、リアカバー１０と、フロントカバー２０と、チップ収容具挿入部材３０と、皮膚当接部であるアレイチャック４０と、スプリングストッパ５０と、リリースボタン６０と、イジェクタ７０と、付勢手段であるメインスプリング８０（図３参照）と、複数のスプリング９０ａ、９０ｂ（図３参照）とを備えている。なお、スプリング（メインスプリング８０及び複数のスプリング９０ａ、９０ｂ）を除いた７つの部材（リアカバー１０、フロントカバー２０、チップ収容具挿入部材３０、アレイチャック４０、スプリングストッパ５０、リリースボタン６０及びイジェクタ７０）は、それぞれ、合成樹脂により作製されている。微細孔形成装置１の本体部１ａの穿刺機構は、前記アレイチャック４０、スプリングストッパ５０、リリースボタン６０及びメインスプリング８０により主に構成されている。
[本体部の各要素の構成]
リアカバー１０及びフロントカバー２０からなる筐体は、図２及び図３に示されるように、その内部に前述したアレイチャック４０、スプリングストッパ５０、リリースボタン６０、イジェクタ７０、メインスプリング８０及び複数のスプリング９０ａ、９０ｂを収容可能に構成されている。そして、図３及び図４に示されるように、リアカバー１０の下部には、チップ収容具挿入部材３０を取り付けるための取付部１１が形成されている。また、リアカバー１０の上部には、イジェクタ７０のボタン部７２を露出させて使用者が押圧可能な状態にするための開口部１２が形成されている。また、リアカバー１０の側面には、リリースボタン６０のボタン部６４を露出させるための開口部１３が形成されている。また、リアカバー１０の内部には、スプリングストッパ５０のスプリング受部５２の一方の端部５２ａが嵌め込まれる凹部１４と、リリースボタン６０の支持軸６３が係合する凹部１５と、筐体の内部をＹ方向（図１〜５において上下方向）に移動するアレイチャック４０のガイド部４３をガイドするガイド溝１６と、スプリング９０ａ及び９０ｂをそれぞれ設置するためのスプリング設置部１７及び１８と、フロントカバー２０の４つのボス部２７（図５参照）が挿入される４つのボス挿入孔１９とが設けられている。なお、この実施の形態では、スプリングストッパ５０のスプリング受部５２により、メインスプリング８０の一端がハウジング内に配置保持されている。
フロントカバー２０は、図３及び図５に示されるように、リアカバー１０と同様に、チップ収容具挿入部材３０を取り付けるための取付部２１と、イジェクタ７０のボタン部７２を露出させて使用者が押圧可能な状態にするための開口部２２と、リリースボタン６０のボタン部６４を露出させるための開口部２３と、スプリングストッパ５０のスプリング受部５２の他方の端部５２ｂが嵌め込まれる凹部２４と、リリースボタン６０の支持軸６３が係合する凹部２５と、筐体の内部をＹ方向に移動するアレイチャック４０のガイド部４３をガイドするガイド溝２６とが設けられている。また、フロントカバー２０には、リアカバー１０の４つのボス挿入孔１９（図３参照）に対向する位置に４つのボス部２７が形成されている。これにより、フロントカバー２０の４つのボス部２７をリアカバー１０の４つのボス挿入孔１９に挿入することによって、リアカバー１０に対してフロントカバー２０が位置決めされた状態で取り付けられる。
チップ収容具挿入部材３０は、微細針チップ１１０（図１１参照）の装着時に微細針チップ１１０が収容されたチップ収容具１２０を挿入するとともに、使用済みの微細針チップ１１０の廃棄時に空のチップ収容具１２０を挿入するために設けられている。このチップ収容具挿入部材３０は、図３及び図６に示されるように、リアカバー１０の取付部１１及びフロントカバー２０の取付部２１に取り付けられる取付部３１と、被験者の腕の皮膚に当接する当接面３２と、この当接面３２に形成される開口部３３ａ（図６参照）及びその反対側に設けられる開口部３３ｂ（図３参照）を有する貫通孔３３と、短手方向の外側面から外側に向かって張り出すように形成される２つの鍔部３４とを含んでいる。
また、本実施の形態では、当接面３２側に形成される開口部３３ａは、微細針チップ１１０が着脱自在に収容されるチップ収容具１２０（図１０参照）が挿入可能に構成されている。そして、開口部３３ａを通過したチップ収容具１２０は、貫通孔３３をＹ方向に移動することが可能となる。
微細針チップ１１０を被験者の皮膚に衝突ないしは当接させるピストンとして機能するアレイチャック４０は、リアカバー１０のガイド溝１６及びフロントカバー２０のガイド溝２６に沿ってＹ方向に移動可能に構成されている。アレイチャック４０に保持される微細針チップ１１０（図１１参照）は、チップ収容具挿入部材３０の貫通孔３３をＹ方向に移動することが可能である。このアレイチャック４０は、図３及び図７に示されるように、軽量化のために複数の孔部４１ａが設けられた本体４１と、微細針チップ１１０の鍔部１１２（図１２参照）と係合して当該微細針チップ１１０を保持する弾性変形可能な一対のチャック部４２と、リアカバー１０のガイド溝１６に挿入されるガイド部４３ａ、及びフロントカバー２０のガイド溝２６に挿入されるガイド部４３ｂと、後述するリリースボタン６０の２つの固定部６２と係合する２つの係合部４４と、後述するスプリングストッパ５０の軸部５１が挿入可能な挿入孔４５ａ（図３参照）を有する凸部４５と、本体４１の下側（矢印Ｙ１方向側）に形成されるブッシュ部４６とを含んでいる。また、微細針チップ１１０の鍔部１１２に当接するチャック部４２の先端部４２ａは、テーパー形状に形成されているとともに、鍔部１１２に係合可能なフック形状に形成されている。
ここで、本実施の形態では、アレイチャック４０は、２つの係合部４４と後述するリリースボタン６０の２つの固定部６２とが係合していない場合に、チップ収容具１２０（図１０参照）が前記チップ収容具挿入部材３０の開口部３３ａに挿入されることにより、チップ収容具１２０内に収容される微細針チップ１１０を自動的に保持するように構成されている。そして、Ｙ方向に移動可能なアレイチャック４０は、微細針チップ１１０を保持した後、係合部４４が固定部６２に固定するまで矢印Ｙ２方向まで移動される。
また、本実施の形態では、アレイチャック４０に保持される微細針チップ１１０は、２つの係合部４４と後述するリリースボタン６０の２つの固定部６２とが係合していない場合に、チップ収容具１２０が前記チップ収容具挿入部材３０の開口部３３ａに挿入されることにより、アレイチャック４０のチャック部４２から自動的に取り外されるように構成されている。
また、本実施の形態では、チャック部４２は、他の部分（本体４１、ガイド部４３ａ、４３ｂ、係合部４４、凸部４５及びブッシュ部４６）とともに合成樹脂により一体的に形成されている。
スプリングストッパ５０は、アレイチャック４０を矢印Ｙ１方向に付勢するメインスプリング８０を支持するために設けられている。このスプリングストッパ５０は、図３に示されるように、メインスプリング８０の内部に挿入される軸部５１と、この軸部５１に挿入されるメインスプリング８０が上方（矢印Ｙ２方向）に抜けるのを防止するためのスプリング受部５２とを含んでいる。そして、スプリング受部５２の一方の端部５２ａ及び他方の端部５２ｂは、それぞれ、リアカバー１０の凹部１４及びフロントカバー２０の凹部２４（図５参照）に嵌め込まれるように形成されている。また、本実施の形態では、軸部５１の根元にメインスプリング８０の圧縮距離を調整するための短円筒体形状のスペーサー５５が設けられている。後述するメインスプリング８０の一端８０ａは前記スペーサー５５の下面に当接する。スペーサー５５の軸方向の長さは、メインスプリング８０の所望の圧縮距離に応じて適宜変更可能である。また、このスペーサー５５は、メインスプリング８０のバネ定数や長さを調整することで省略することができる。
リリースボタン６０には、図３及び図８に示されるように、本体６１と、アレイチャック４０の２つの係合部４４と係合する２つの固定部６２と、リアカバー１０の凹部１５及びフロントカバー２０の凹部２５（図５参照）と係合する２つの支持軸６３と、リアカバー１０の側面に設けられる開口部１３及びフロントカバー２０の側面に設けられ開口部２３（図５参照）から露出されるボタン部６４とが設けられている。また、本体６１のボタン部６４が設けられる側面には、図８に示されるように、リアカバー１０のスプリング設置部１８（図３及び図４参照）に設置されるスプリング９０ｂ（図３参照）の一方の端部が当接する凹部６１ａが形成されている。また、本実施の形態では、２つの固定部６２は、後述するメインスプリング８０の矢印Ｙ１方向への付勢力に抗して矢印Ｙ２方向に移動されるアレイチャック４０を固定して当該アレイチャック４０を発射待機位置に維持するストッパとしての機能を有している。
また、本実施の形態では、イジェクタ７０は、微細針チップ１１０が収容されるチップ収容具１２０をチップ収容具挿入部材３０の貫通孔３３（図３参照）から排出する機能を有している。このイジェクタ７０は、図３に示されるように、後述するチップ収容具１２０の縁部１２１ｂ（図１０参照）及び縁部１２２ｄ（図１４参照）を押圧する押圧部７１と、リアカバー１０の開口部１２及びフロントカバー２０の開口部２２から露出して被験者が押圧可能な状態となるボタン部７２と、リアカバー１０のスプリング設置部１７に設置されるスプリング９０ａの一方の端部が当接する当接部７３とを備えている。そして、当接部７３には、スプリング９０ａの内部に挿入されるボス部７３ａが形成されており、リアカバー１０のスプリング設置部１７からスプリング９０ａが外れるのを抑制することが可能となる。
メインスプリング８０は、アレイチャック４０を矢印Ｙ１方向に付勢するために設けられている。このメインスプリング８０の内部には、図３に示されるように、スプリングストッパ５０の軸部５１が挿入されている。この際、メインスプリング８０の一方の端部８０ａは、前記スペーサー５５に当接し、このスペーサー５５はスプリングストッパ５０のスプリング受部５２に当接する。また、メインスプリング８０の他方の端部８０ｂは、アレイチャック４０の係合部４４の上面に当接している。すなわち、本実施の形態における付勢手段であるメインスプリング８０は、いずれの端部も他の部材に固定されておらずフリーな状態にされている。
リアカバー１０のスプリング設置部１７に設置されるとともにイジェクタ７０の当接部７３のボス部７３ａに挿入されるスプリング９０ａは、図３に示されるように、矢印Ｙ２方向に押し上げられたイジェクタ７０を矢印Ｙ１方向に付勢する機能を有している。また、リアカバー１０のスプリング設置部１８及びリリースボタン６０の凹部６１ａ（図８参照）に設けられるスプリング９０ｂは、支持軸６３を支点として矢印Ｇ２方向に回動されたリリースボタン６０を矢印Ｇ１方向に回動させるために設けられている。
[チップ収容キット]
次に、図１、図３、図７及び図９〜１６を参照しつつ、本実施の形態に係る微細孔形成装置１のアレイチャック４０に装着される微細針チップ１１０、微細針チップ１１０を収容するチップ収容具１２０及び滅菌維持シール１３０から構成されるチップ収容キット１００について詳細に説明する。
微細針チップ１１０は、前述した微細孔形成装置１（図１参照）のアレイチャック４０（図７参照）に装着されて用いられ、被験者の皮膚から組織液（体液）を滲出させための複数の微細な抽出孔を形成する複数の微細針１１３ａを有する。この微細針チップ１１０は、図１０〜１２に示されるように、平面的に見て略長方形状に形成されており、短手方向の外側面から外側に突出するように配置される一対の突起部１１１と、長手方向の外側面から外側に突出するように配置される一対の鍔部１１２と、３０５本の微細針１１３ａを有する微細針アレイ部１１３と、前述した微細孔形成装置１のアレイチャック４０のブッシュ部４６（図７参照）が挿入される凹部１１４とを含んでいる。また、一対の突起部１１１は、後述するチップ収容具１２０の係止孔１２２ｂに係止されるように形成されるとともに、一対の鍔部１１２は、アレイチャック４０のチャック部４２（図７参照）の先端部４２ａと係合するように形成されている。なお、微細針チップ１１０は、３０５本の微細針１１３ａも含めて合成樹脂から形成されている。また、本実施の形態における微細針１１３ａは、図１２に示されるように、円錐形状を呈しており、その頂角は約３０°にされている。なお、前述した３０５本の微細針１１３ａを有する微細針アレイ部１１３を含む微細針チップ１１０以外に、１８９本の微細針を有する微細針アレイ部を含む微細針チップなど他のものを用いてもよい。
ここで、本実施の形態では、合成樹脂からなるチップ収容具１２０は、図１０及び図１３〜１６に示されるように、滅菌処理された使用前の微細針チップ１１０（図１０参照）を収容する開口部１２１と、被験者の皮膚に穿刺された使用後の微細針チップ１１０を収容する開口部１２２とを含んでいる。そして、この開口部１２１及び開口部１２２は、互いに反対側に設けられており、未使用の微細針チップ１１０が収容される開口部１２１には、後述する滅菌維持シール１３０が当該開口部１２１を密封するように貼り付けられる。また、開口部１２１は、図１０及び図１３に示されるように、滅菌処理された使用前の微細針チップ１１０の側面を支持する４つの支持部１２１ａと、イジェクタ７０の押圧部７１（図３参照）に当接する縁部１２１ｂと、支持部１２１ａに保持された微細針チップ１１０の突起部１１１（図１０及び図１１参照）が縁部１２１ｂに接触しないように形成された逃がし部１２１ｃとを有している。
また、本実施の形態では、開口部１２２は、図１４及び図１５に示されるように、被験者の皮膚に穿刺された使用後の微細針チップ１１０の突起部１１１（図１０及び図１１参照）が挿入される係止孔１２２ｂを有する保持部１２２ａを含んでいる。また、開口部１２２には、微細孔形成装置１のアレイチャック４０のチャック部４２（図７参照）と微細針チップ１１０の鍔部１１２との係合を解除する解除片１２２ｃと、イジェクタ７０の押圧部７１（図３参照）に当接する縁部１２２ｄとが設けられている。この解除片１２２ｃの先端部分１２２ｅは、図１６に示されるように、テーパー形状に形成されている。また、チップ収容具１２０の側面１２２ｆには、図１４に示されるように、開口部１２２を上側に配置した場合に確認可能な「２」が印刻されている。
滅菌維持シール１３０は、アルミフィルムからなり、γ線などを照射することにより滅菌処理された微細針チップ１１０にウイルスや菌などが付着するのを抑制する機能を有している。この滅菌維持シール１３０は、図９及び図１０に示されるように、使用前の微細針チップ１１０が収容される開口部１２１を覆うように貼り付けられている。また、この滅菌維持シール１３０は、前述したチップ収容具１２０の側面１２２ｆに印刻される「２」を覆い隠すように貼り付けられている。そして、チップ収容具１２０の側面１２２ｆに貼り付けられる部分には、図９に示されるように、開口部１２１を上側に配置した場合に確認可能な「１」が印字されている。
本実施の形態では、アレイチャック４０の係合部４４とリリースボタン６０の固定部６２との係合が解除されている場合に、チップ収容具１２０がチップ収容具挿入部材３０の開口部３３ａに挿入されることにより、微細針チップ１１０を保持するアレイチャック４０を設けることによって、被験者は、チップ収容具挿入部材３０の開口部３３ａにチップ収容具１２０が挿入されるように微細孔形成装置１を移動させるだけで、アレイチャック４０のチャック部４２に微細針チップ１１０の鍔部１１２を保持させることができる。この際、アレイチャック４０の係合部４４と係合してアレイチャック４０を固定する固定部６２（リリースボタン６０）を設けるとともに、アレイチャック４０をＹ方向に移動可能に構成することによって、アレイチャック４０に微細針チップ１１０が保持されるのと同時に、アレイチャック４０をメインスプリング８０による付勢力に抗して矢印Ｙ２方向に移動させた状態で、固定部６２により固定することができる。これにより、被験者は、微細針チップ１１０を保持したアレイチャック４０が当接被験者の皮膚に向かう方向（矢印Ｙ２方向）に付勢された状態で固定された状態に微細孔形成装置１をセットすることができる。このように、被験者は、微細孔形成装置１を移動させるだけで、煩雑な作業を要せずに、当該微細孔形成装置１を被験者の皮膚に微細孔を形成することが可能な状態にセットすることができる。そして、この状態から、リリースボタン６０のボタン部６４を押圧することにより、アレイチャック４０の係合部４４と固定部６２との係合が解除されるので、微細針チップ１１０がチップ収容具挿入部材３０の開口部３３ａを通って、矢印Ｙ１方向に向かって移動して、被験者の皮膚の穿刺箇所に微細孔を形成することができる。
また、本実施の形態では、微細針チップ１１０がアレイチャック４０に保持されるとともに、アレイチャック４０の係合部４４と固定部６２との係合が解除されている場合に、微細針チップ１１０が収容されていない空のチップ収容具１２０をチップ収容具挿入部材３０の開口部３３ａに挿入することによって、被験者は、チップ収容具挿入部材３０の開口部３３ａにチップ収容具１２０が挿入されるように微細孔形成装置１を移動するだけで、固定部６２との係合が解除されているアレイチャック４０に保持される使用済みの微細針チップ１１０を容易に取り外すことができる。その結果、被験者は、使用済みの微細針チップ１１０に触れることなく、当該使用済み微細針チップ１１０を安全に廃棄することができる。
〔穿刺後微細針の皮膚への押圧〕
本実施の形態では、メインスプリング８０の付勢力によって被験者の皮膚に衝突させられた微細針チップ１１０の微細針１１３ａは、穿刺した状態のまま、同じくメインスプリング８０の付勢力によって被験者の皮膚に押圧される。これにより、微細孔から抽出される組織液の量を増加させることができ、抽出した組織液を用いた測定の精度を向上させることができる。以下、本発明の特徴である穿刺した状態での押圧について説明する。
図１７は、従来の穿刺原理を説明する図で、穿刺直後に微細針を被験者の皮膚から引き抜く従来の穿刺原理を説明する図である。また、図１８は、本発明の穿刺原理の説明図であり、被験者の皮膚に衝突した微細針をその状態のままで当該被験者の皮膚に所定時間押圧する説明図である。なお、分かりやすくするために、説明に必要な要素ないし部材だけを図示している。
図１７の（ａ）は、従来の微細孔形成装置の通常の状態を示しており、ピストン２００は微細針引き抜き用スプリング２０１に支えられており、当該ピストン２００の先端に装着された微細針チップ２０２の微細針２０２ａの先端がハウジング２０３の開口部２０４から若干外方に飛び出している。また、微細針発射用スプリング２０５は圧縮されていない自然長の状態にあり、この微細針発射用スプリング２０５から微細針２０２ａに対して皮膚方向の付勢力は作用していない。
図１７の（ｂ）は、図１７の（ａ）に示される状態からピストン２００を非穿刺方向（穿刺方向と反対の方向であり、図では上向きの方向）に移動させて微細針発射用スプリング２０５を圧縮し、ストッパ２０６でその状態を維持したロード状態を示している。ピストン２００は微細針引き抜き用スプリング２０１から離反し、微細針２０２ａは完全にハウジング２０３内に収まっている。この状態で、ハウジング２０３の開口部２０４を被験者の皮膚Ｈに当接させることでピストン２００の発射準備が完了する。
図１７の（ｃ）は、図１７の（ｂ）に示される状態においてストッパ２０６を解除して、微細針発射用スプリング２０５の付勢力で皮膚方向に微細針２０２ａを発射した状態を示している。微細針２０２ａが被験者の皮膚Ｈに衝突した後、皮膚Ｈからの反力と、皮膚方向に移動したピストン２００により圧縮された微細針引き抜き用スプリング２０１の反発力とにより、微細針２０２ａは瞬間的に皮膚Ｈから引き抜かれる。
図１８の（ａ）は、本発明の微細孔形成装置の通常の状態を示しており、微細針２０２ａの先端がハウジング２０３の開口部２０４から大きく外方に飛び出しているが、微細針発射用スプリング２０５は圧縮されていない自然長の状態にあり、この微細針発射用スプリング２０５から微細針２０２ａに対して皮膚方向の付勢力は作用していない。なお、図１８において、２０７は、微細針発射用スプリング２０５の圧縮距離を調整するための短円柱状のスペーサー（図３の５５に対応している）であり、ハウジング２０３の内面に設けられている。
図１８の（ｂ）は、図１８の（ａ）に示される状態からピストン２００を非穿刺方向に移動させて微細針発射用スプリング２０５を圧縮し、ストッパ２０６でその状態を維持したロード状態を示している。その際、微細針２０２ａは完全にハウジング２０３内に収まっている。この状態で、ハウジング２０３の開口部２０４を被験者の皮膚Ｈに当接させることでピストン２００の発射準備が完了する。
図１８の（ｃ）は、図１８の（ｂ）に示される状態においてストッパ２０６を解除して、微細針発射用スプリング２０５の付勢力で皮膚方向に微細針２０２ａを発射した状態を示している。微細針発射用スプリング２０５は、微細針２０２ａが被験者の皮膚Ｈに衝突した状態において、当該微細針２０２ａを皮膚側に押し付ける付勢力を有している。換言すれば、このような付勢力を有するように微細針発射用スプリング２０５の長さ、バネ定数、圧縮距離が選定され、所望により前述したようなスペーサー２０７が使用される。微細針２０２ａは、被験者の皮膚Ｈに衝突した後、皮膚Ｈからの反力以上の微細針発射用スプリング２０５からの付勢力により皮膚Ｈに押し付けられる。
〔穿刺後押圧の効果〕
穿刺後に微細針を皮膚に押し付けることによる抽出組織液増量の効果を実験により検証した。被験者の皮膚に穿刺後の微細針を５秒間、１０秒間、６０秒間押し付けたときのグルコース（Ｇｌｃ）透過率を測定した。
グルコース透過率とは抽出溶媒に抽出されるグルコースの単位時間あたりの量（グルコース抽出速度：ｎｇ／ｍｉｎ）を血糖値：ｍｇ／ｄＬで規格化した指標である。
グルコース透過率の測定方法としては、微細孔形成装置により前腕部表層に組織液の通る微細孔を形成した部位に容量 ９０μＬの樹脂製のチャンバを設置し、その中に抽出溶媒としてＲＯ水（脱イオン水）を満たし、組織液を浸出させる。ついで、１０ 分間隔で３０分間に渡りサンプリングを行う。サンプリングした抽出溶媒９０μＬにＲＯ水（脱イオン水）１２０μＬを添加した試料中に含まれるグルコース濃度を酵素を用いた蛍光法で分析する。反応試薬としてはグルコースオキシダーゼ（オリエンタル酵母社製）、アスコルビン酸オキシダーゼ（和光純薬工業社製）、アンプレックスレッド（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ社製）、ムタロターゼ（オリエンタル酵母社製）及びペルオキシダーゼ（和光純薬工業社製）を用い、マイクロプレートリーダー（ＭＴＰ−８００ＡＦＣ、コロナ電気社製）で蛍光測定を行う。また血糖値は前腕から採血して血糖自己測定機（ＳＭＢＧ）を用いて測定した。
また、比較のために従来方法（穿刺後すぐに微細針を皮膚から引き抜く）でのグルコース透過率も測定した。結果を図１９に示す。図１９において、□は穿刺後に押し付けた場合（本発明の方法）を示し、▲は従来方法（通常穿刺）を示す。なお、押し付け時間がほぼゼロの位置に本発明の方法による□がプロットされているが、この位置は、体感の押し付け時間が０秒である場合（穿刺操作開始後に被験者が微細針による皮膚への穿刺を感じて、すぐに微細針形成装置を皮膚から離した場合。被験者が穿刺を感じてから微細針形成装置を皮膚から引き離すという動作に至るまで、通常、０．１５秒は要するとされているが、被験者の体感上の押し付け時間は０秒である。）を示している。
図１９より、穿刺後に微細針を皮膚に押し付けることにより、明らかにグルコースの透過率が大きくなっていることが分かる。押し付け時間が体感上０秒でも従来方法の２倍程度の透過率が得られ、さらに押し付け時間を延長させるに従い透過率も増大することが分かる。なお、穿刺後に微細針を皮膚に押し付ける時間について、測定時間の短縮及び被験者の負担を考慮すると、穿刺後に微細針を皮膚に押し付ける時間は、６０秒以下であることが望ましい。一方、体感０秒（実際には０．１５秒程度は押し付けられている）でも透過率が大幅に増加することを考慮すると、穿刺後に微細針を皮膚に押し付ける所定の時間は、０．１５秒以上であることが望ましい。
図２０は、穿刺後の時間経過に伴うグルコース透過率の変移を本発明の方法（押し付け穿刺）と従来方法（通常穿刺）について検証した結果を示す。
押し付け穿刺における皮膚面衝突時の微細針の速度は５（ｍ／ｓ）であり、穿刺後の押し付け時間は１分間であった。また、通常穿刺における皮膚面衝突時の微細針の速度は６（ｍ／ｓ）であった。抽出面積は５×１０ｍｍ２であり、抽出溶媒として液量９０ｕｌのＲＯ水を用いた。
図２０より、穿刺後に微細針を皮膚に押し付ける本発明の方法によれば、従来の穿刺装置を用いて微細孔を形成する場合に比べて、長時間に亘り約５倍の透過率が得られることが分かる。
〔透過率とダメージについて〕
測定精度の向上という観点からは、できるだけ多くの微細孔を被験者の皮膚にしっかりと形成することが望ましいが、一方において、被験者の負担を考慮すると、穿刺に伴う痛みや出血などのダメージは極力少なくすることが望ましい。
２人の被験者Ａ、Ｂについて、以下の条件に従い穿刺実験を行い、グルコース透過率と被験者が受けるダメージとの関係について検証した。結果を図２１及び図２２に示す。
実験条件
・穿刺：本発明による押し付け穿刺と通常穿刺（比較例）
押し付け穿刺における皮膚面衝突時の微細針の速度は５（ｍ／ｓ）であり、押 し付け時間は体感０秒であった。通常穿刺における皮膚面衝突時の微細針の速 度は８．５（ｍ／ｓ）であった。
・ 部位数：押し付け穿刺は２部位、通常穿刺は３部位。
・ 抽出条件：
抽出面積：５×１０ｍｍ２
抽出時間：１０分×３回＝計３０分
抽出溶媒／液量：ＲＯ水／９０ｕｌ
・ 評価項目：
透過率：グルコース（Ｇｌｃ）透過率を測定
ダメージ：痛み、出血
図２１はグルコース透過率と痛みとの関係を示す図である。痛みは被験者の相対的且つ主観的な評価を１０段階で行った。図２１より、押し付け穿刺は通常穿刺（従来方法）に比べて痛みは同等以下であり、グルコース透過率は高いことが分かる。
図２２はグルコース透過率と出血との関係を示す図である。穿刺により形成される微細孔から出血する場合があるが、微細針アレイの針の部分に対応して見られるごく小さな出血状の赤い点状に見える箇所の数を目視にてカウントした。図２２より、押し付け穿刺では出血が視認できないが、グルコース透過率は通常穿刺よりも高いことが分かる。
〔押し付け力とダメージについて〕
本発明の特徴は、穿刺後に微細針を皮膚に向けて押圧することであるが、この皮膚への押し付け力が痛みや出血に寄与するかどうかについて検証した。微細針を皮膚側に付勢する発射用スプリングの圧縮距離（ｍｍ）を変えることで、微細針の皮膚への押し付け力（Ｐａ）を変化させた。発射用スプリングの圧縮距離が大きくなるほど皮膚への押し付け力は大きくなる。結果を表１及び表２に示す。表１は痛みと押し付け力の関係を示しており、表２は出血と押し付け力との関係を示している。
表１において、「押し付けのみ」は、発射用スプリングにより付勢された状態の微細針チップを手で押さえ、当該微細針チップの微細針を低速（０．６ｍ／ｓ）で検体の皮膚に当接させ、ついで発射用スプリングの付勢力によって皮膚を押し付けることを意味している。また、「発射と押し付け」は、図１８の（ｂ）に示されるロード状態においてストッパを解除することでピストンを皮膚側に移動させて微細針を皮膚に衝突させ、衝突後に発射用スプリングの付勢力により微細針を皮膚に押し付けることを意味する。
表１より、発射用スプリングの圧縮距離を８ｍｍ、１０ｍｍ、１１ｍｍと長くして押し付け力を大きくしていっても、「押し付けのみ」の場合は「痛くない」という評価に変化がないこと、及び、発射用スプリングの圧縮距離が１１ｍｍの場合、押し付け力が同じであるにもかかわらず「発射と押し付け」のケースだけが「痛い」と評価していることからして、被験者が感じる痛みは微細針の皮膚への衝突速度（穿刺速度）に影響され、微細針を穿刺後に皮膚に押し付けることが痛みには寄与しないものと考えられる。
表２より、発射用スプリングの圧縮距離を８ｍｍ、１０ｍｍ、１１ｍｍと長くして押し付け力を大きくしていっても、「押し付けのみ」及び「発射と押し付け」のいずれの場合でも「出血なし」であったことから、押し付け力は出血には寄与しないものと考えられる。
本発明の微細孔形成方法は、微細針により皮膚を穿刺した後に当該微細針を所定時間皮膚に押し付けるものであるので、穿刺後に微細針が皮膚から抜けないような付勢力を発射用スプリングに与えておく必要がある。また、あまりに付勢力を大きくして皮膚面への衝突速度を大きくしすぎると、被験者に痛みを与えることになる。したがって、微細針が皮膚面に衝突するときの速度や微細針が皮膚を押し付ける力には、望ましい範囲がある。この範囲は、微細針の仕様（形状、数、材質など）により異なるが、その一例について表３に基づいて説明する。
表３の微細針は、図１１〜１２に示されるように矩形の領域（５×１０ｍｍ）に３０５本の合成樹脂製の微細針が設けられたものである。微細針は円錐形状であり、その頂角は３０°である。発射用スプリングの圧縮距離は、当該発射用スプリングの一端（被験者の皮膚側の端部と反対側の端部）に当接するスペーサー（図１８参照）のサイズを変えることで変化させた。微細針の挙動（皮膚への衝突後に抜けるか否か）、並びに痛み及び出血の有無について評価した。
表３に示される例の場合、穿刺速度４．７ｍ／ｓでは皮膚との衝突後に微細針が当該皮膚から抜け、穿刺速度４．８ｍ／ｓでは皮膚との衝突後に微細針が当該皮膚から抜けないことから、微細針が皮膚に衝突する際の速度は４．８ｍ／ｓ以上であることが望ましい。一方、穿刺速度が６．７ｍ／ｓでは被験者が痛みを感じ、６．１ｍ／ｓでは被験者が痛みを感じないことから、微細針が皮膚に衝突する際の速度は６．１ｍ／ｓ以下であることが望ましい。
また、押し付け力について、２．１２×１０５（Ｐａ）では膚との衝突後に微細針が当該皮膚から抜け、２．５６×１０５（Ｐａ）では皮膚との衝突後に微細針が当該皮膚から抜けないことから、微細針の押し付け力は２．５６×１０５（Ｐａ）以上であることが望ましい。
〔その他の変形例〕
なお、本発明は前述した実施の形態に限定されることなく適宜設計変更可能である。
例えば、皮膚当接部であるアレイチャックを構成する部材の形状や、付勢手段であるメインスプリングの設置方法などは適宜変更可能である。
また、前述した実施の形態では、微細針チップとして３０５本の円錐形状の微細針が矩形状の領域に配置されたものを用いているが、微細針の数、形状及び材質、さらには微細針を備えた微細針チップの形状も適宜変形可能である。
また、前述した実施の形態では、アレイチャックを付勢する手段として、当該アレイチャックを穿刺方向に付勢するメインスプリングだけが採用されているが、穿刺及び押圧操作の終了後に微細孔形成装置を被験者の皮膚から離したときに、微細針の先端がチップ収容具挿入部材の開口部から外部に突出するのを防ぐために、バネ定数の小さい押し上げ用スプリングをリアカバーのガイド溝及びフロントカバーのガイド溝内にそれぞれ配設することもできる。この場合、メインスプリングのバネ定数や長さなどの仕様は、ガイド部が押し上げ用スプリングを圧縮して微細針が皮膚に衝突したときに、当該微細針を皮膚に押し付ける付勢力を有するように選定する必要がある。
また、微細孔形成装置は、微細針を皮膚に押し付ける時間を被験者に知らせるためのタイマー部を備えていてもよい。この場合、微細針チップをアレイチャックに装着して当該アレイチャックを発射待機位置に移動させる動作に連動してタイマー部の電源をオンにし、アレイチャックの発射によりタイマーが起動するように構成することができる。
１ 微細孔形成装置
１０ リアカバー
２０ フロントカバー
３０ チップ収容具挿入部材
４０ アレイチャック（皮膚当接部）
４３ｂ ガイド部
４３ｄ 先端部
５０ スプリングストッパ
６０ リリースボタン
７０ イジェクタ
８０ メインスプリング（付勢手段）
１００ チップ収容キット
１１０ 微細針チップ
１２０ チップ収容具

Claims (6)

  1. 被験者の皮膚に形成された複数の微細孔から滲出する組織液を抽出部材に収集するために、前記皮膚に前記複数の微細孔を形成する微細孔形成装置であって、
    被験者の皮膚の角質層を貫通し真皮中の血管叢までは到達しない微細孔を形成するための複数の微細針を有する皮膚当接部と、
    この皮膚当接部を被験者の皮膚に向けて付勢するスプリングと
    を備えており、
    前記スプリングは、皮膚当接部の複数の微細針を被験者の皮膚に衝突させた後、衝突位置において前記複数の微細針が前記皮膚に押し付けられた状態を保つべく、前記衝突後に、その自然長よりも短い長さに保たれるように構成されていることを特徴とする、微細孔形成装置。
  2. 前記微細針が皮膚に衝突する際の速度をＳ（ｍ／ｓ）としたとき、４．８≦Ｓである、請求項１に記載の微細孔形成装置。
  3. 前記微細針が皮膚に衝突する際の速度をＳ（ｍ／ｓ）としたとき、Ｓ≦６．１である、請求項１又は２に記載の微細孔形成装置。
  4. 前記微細針が皮膚に衝突した後、前記スプリングが微細針を介して皮膚に与える単位面積あたりの力をＰ（Ｐａ）としたとき、２．５６×１０５≦Ｐである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の微細孔形成装置。
  5. 前記皮膚当接部は、前記複数の微細針を有する微細針チップを着脱可能に保持する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の微細孔形成装置。
  6. 前記スプリングにより皮膚当接部の複数の微細針を被験者の皮膚に衝突させた後、前記微細針を皮膚に押し付けた状態を保つ時間が６０秒以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の微細孔形成装置。
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