(57)【要約】      （修正有）【課題】従来の力学的皮膚隆起方法では、皮膚の隆起が埋め込まれる人、埋め込み箇所に依存して一様にならず、埋め込まれたセンサーチップの深さ、皮膚に対する傾きが埋め込み都度に応じて一定にならないため、埋めこみ皮膚表面に対してセンサーチップを一定の角度に挿入することができる装置を提供する。【解決手段】埋め込み皮膚表面を吸引することで任意の形状に隆起させ、皮膚表面の頂点部に対する接面と平行な面上を通じてセンサーチップを隆起皮膚内の表皮または真皮に埋め込むことで、接面に対して垂直な方向から入射した光に対する反射光・表面増強ラマン光・蛍光といった生体内に埋め込まれたセンサーチップ表面を利用して得ることのできる光学的信号強度を高効率に得られるような埋め込み方式を提供できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
皮膚吸引機と埋め込み機とコントローラで構成され、前記皮膚吸引機は、皮膚の隆起部位を決定、維持する間隙部と、前記皮膚表面に隙間なく密着させられる接着部と、前記皮膚を隆起させる吸引部で構成され、前記埋め込み機は、前記皮膚表面上に安定かつ平行に設置可能な支持台、前記皮膚表面頂点部に対する接面に平行な面上にシリンジを保持可能な部位である挿入針外筒、前記シリンジを前記皮膚吸引機内に通すことのできる案内孔で構成されることを特徴とする吸引型埋め込み装置。
【請求項２】
前記接着部には、前記間隙部内を外気から遮断するような規制部材を備えた請求項１記載の吸引型埋め込み装置。
【請求項３】
前記支持台及び前記接着部を通じて所望の皮膚上に設置され、前記吸引部によって前記間隙部内の空気を脱気することで前記皮膚を隆起可能な請求項１記載の吸引型埋め込み装置。
【請求項４】
前記間隙部には、隆起させた皮膚の形状を前記間隙部形状に密着して規制可能な部材及び形状で作製されていることを特徴とする請求項１または3記載の吸引型埋め込み装置。
【請求項５】
前記間隙部には、前記吸引部が間隙部内部の空気を排気可能な吸引口と、前記皮膚が請求項４記載の間隙部形状に密着して隆起されているか検知可能なセンサーが内包されていることを特徴とする請求項１または３記載の吸引型埋め込み装置。
【請求項６】
前記コントローラには、前記センサーを通じて前記皮膚が請求項４記載の形状に隆起されているか確認後に、前記吸引部の吸引を自動制御するフィードバック回路の設置を特徴とする請求項１記載の吸引型埋め込み装置。
【請求項７】
前記センサーチップは、表面構造を利用した表面増強ラマン現象ならびに蛍光現象を通じてグルコース濃度を測定可能な請求項１記載の吸引型埋め込み装置。
【請求項８】
前記吸引部は、請求項4記載の間隙部形状に密着して隆起させるために十分な吸引能力を有することを特徴とする請求項1記載の吸引型埋め込み装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体内へのセンサーチップ埋め込み方法に対する装置に関するものである。特に、真皮内に、局在化表面プラズモン共鳴が発生する金属微粒子や、被検物質と反応して蛍光特性が変化する蛍光微粒子を皮膚表面に対して平行に埋め込みする装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体外から特定波長の光を照射し、蛍光やラマン散乱光などの発生した光強度を検出し、グルコース等の被検物質の濃度を計測する装置が様々に提案されてきた。
【０００３】
前記披検物質濃度計測装置のうち、生体内へセンサーチップを埋め込み、前記埋め込みセンサーチップの表面で生じる現象を用いて、前記被検物質を検出する装置が従来提案されてきた。
【０００４】
例えば、グルコースと反応することで蛍光特性が変化する試薬を含んだ微粒子をセンサーチップとして皮膚上層部に埋め込み、生体外から光を微粒子に照射し、微粒子で発生した蛍光を経皮的に検出することにより、グルコース濃度を計測する装置が開示されている。（特許文献１）。
【０００５】
上記従来技術は、センサーチップを完全に生体内に埋め込むことで、グルコース濃度を測定したい時のみ外部から、ある波長の光を照射するだけで、都度の痛みを伴うことなく、所望の生体成分濃度を測定可能なことを意味している。
【０００６】
一方、センサーチップそのものの生体内への埋め込み装置として、皮膚を力学的に隆起させ、皮膚頂点に対する接面と平行な面で生体内の特定部位に穿刺可能な装置が従来提案されてきた。
【０００７】
例えば穿刺針移動手段を移動させることによって穿刺針を移動させて、前記開口部から隆起させた皮膚に穿刺するように構成したことが開示されている（特許文献２参照）。
【０００８】
上記技術は、所望の位置の皮膚を力学的に押し上げ、隆起させることによって、皮下の所望の位置及び部位を狙って穿刺可能なことを意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００２−５１９１６４号公報
【特許文献２】特表２００８−１３６２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の力学的皮膚隆起方法を用いると、所望の位置の皮膚が埋め込まれる人、埋め込み箇所、埋め込み都度に依存して一様に隆起されえないため、埋め込まれたセンサーチップの深さ、皮膚に対する傾きが埋め込む都度で一定にならない。従って、従来の方法では、埋めこみ皮膚に対してセンサーチップが傾いて挿入され、蛍光強度、または表面増強ラマン強度といった光学的信号強度を高効率に得ることが困難であるという課題を有していた。
【００１１】
そこで本発明は、前記従来課題を解決するために、所望の埋め込み皮膚表面を吸引することによって前記皮膚表面を一様な形状に隆起させ、前記隆起皮膚表面の頂点に対する接面に対して平行面を通じ、センサーチップを埋め込む装置を採用する。本発明の目的は、前記センサーチップ埋め込み装置により、生体内に埋め込まれたセンサーチップの所望の皮膚表面の頂点への接面に対する埋め込み角度を前記従来課題の装置より低減させることで、前記皮膚隆起表面の頂点部の接面に対し垂直方向から光を入射した際にセンサーチップ表面からの応答である蛍光強度、表面増強ラマン信号強度といった光学的信号強度を高効率に得られることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記従来課題を解決するために、本発明のセンサーチップ埋め込み装置は、皮膚吸引機及び、埋め込み機から構成され、前記皮膚吸引機は、間隙部を有した皮膚隆起形状支持体、また前記間隙部内を外部から密閉可能な接着部、前記密閉された間隙部内の皮膚を前記間隙部形状に依存して隆起可能な吸引部、さらに間隙部内の空気の吸引部に至る経路として排気路を有し、前記間隙部内には、前記隆起皮膚がセンサーチップを埋め込み可能な程度に隆起されているか確認するためのセンサー及び、吸引部によって密閉された間隙部内の空気を吸引可能な吸引口を内包し、一方、前記埋め込み装置は、センサーチップを挿入可能にするシリンジと、シリンジを皮膚に対して平行方向から埋め込み可能にする支持台を有し、前記支持台上部にはシリンジを平行かつ安定的に保持可能な挿入針外筒を備え、前記センサーは所望の皮膚の隆起形状を検知でき、検知された信号を処理及び判断することができるコントローラで構成されている。
【００１３】
前記センサーは、皮膚が間隙部形状に密着するようにして所望の深さを持って隆起されることを確認可能なものである。例えば、圧力センサー、光センサー、導電率センサーであることが好ましい。
【００１４】
前記コントローラは、前記センサーを通じて前記皮膚が間隙部形状に沿ったセンサーチップを埋め込み可能な程度に隆起されているかを判断後に、隆起された皮膚形状をそのままの形状で維持できるように、前記吸引部を自動制御できるフィードバック回路を有する。
【００１５】
前記支持台は前記皮膚に対して安定的に設置できるようにシリンジの長さよりも長いことが必要である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の吸引型埋め込み装置によれば、皮膚をセンサーチップ埋め込み可能な形状に隆起させた後に、吸引力を自動調整することで前記皮膚形状を前記形状で維持し、前記隆起皮膚頂点に接する面に平行な面でセンサーチップを生体皮膚内の所望の位置に埋め込むことによって、前記接面に対して垂直な方向から隆起皮膚頂点に入射した光の前記センサーチップ表面を介して得ることができる蛍光強度、表面増強ラマン信号強度といった光学的信号強度を高効率に得られるため、有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１における吸引型埋め込み装置１００の構成を示す概要断面図
【図２】本発明の実施の形態１における吸引型埋め込み装置１００の詳細を示す断面図
【図３】本発明の実施の形態１における吸引型埋め込み装置１００に挿入可能なシリンジの構成を示した断面図
【図４】本発明の実施の形態１における吸引型埋め込み装置１００の全構成を示した詳細断面図
【図５】本発明の吸引型埋め込み装置１００全体構成を示した詳細な平面図
【図６】本発明の実施の形態１における光学センサーを用いた場合の吸引型埋め込み装置１００の断面図
【図７】本発明の実施の形態１における導電率センサーを用いた場合の吸引型埋め込み装置１００の断面図
【図８】本発明吸引型埋め込み装置１００の実施方法を説明した断面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図７を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施の形態における吸引型埋め込み装置１００の構成を示す図である。
【００２０】
図１において吸引型埋め込み装置１００は、皮膚吸引機２００、埋め込み機３００から構成されている。
【００２１】
皮膚吸引機２００は、図２に示されているように、所望の皮膚を隆起可能な吸引部２１０、隆起させた皮膚を一定の形状に保持・制限可能な間隙部２２０、間隙部２２０内部を密閉遮断可能な接着部２６０、間隙部２２０から吸引部２１０まで通じている排気路２３０、間隙部内に設置された吸引口２４０、及び皮膚の形状変化を検知可能なセンサー２５０及びセンサー２５０で読み取った情報を処理し、皮膚がセンサーチップ４１０を埋め込むために必要十分な形状に隆起されたか判断するコントローラ６００から構成される。
【００２２】
一方、埋め込み機３００は、同じく図２に示されているように、センサーチップ４１０を埋め込み所望の皮膚５００にセンサーチップ４１０ないしシリンジ４００を挿入する際に埋め込み機３００を正しく保持可能な把持部３１０、及び挿入針外筒３２０、皮膚吸引機２００とシリンジ４００を接続する案内孔３２０、及び埋め込み機３００を皮膚５００表面に対して安定的に保持可能な支持台３４０で構成される。
【００２３】
シリンジ４００は、図３に示されているように皮下の生体成分を測定可能にするセンサーチップ４１０、センサーチップ４１０を力学的に押し込むことで皮膚５００に埋め込み可能なプランジャ４４０、及びプランジャ４４０の通り道である挿入針内筒４３０、皮膚５００内に穿刺可能な挿入針４２０で構成される。
【００２４】
皮膚５００は、図４に示されているように主に表皮組織５１０、真皮組織５２０、皮下組織５３０から構成される。
【００２５】
表皮組織５１０は、生体の表面にあり、０．２〜０．５ｍｍ程度の厚さを有する。
【００２６】
真皮組織５２０は、０．５〜２ｍｍ程度の厚さを有する。
【００２７】
センサーチップ４１０は真皮組織５２０中に埋め込み、組織細胞間の体液、即ち細胞間質液に浸った状態にある。真皮組織５２０中では毛細血管が多数存在するので、細胞間質液にはこれら毛細血管中の成分が浸透していることがよく知られている。
【００２８】
特に、グルコースは浸透性が高いことから、細胞間質液のグルコース濃度は、血糖値との相関が高いことが確認されている。皮下組織５３０は主に脂肪細胞から構成される。
【００２９】
間隙部２２０は、吸引部２１０によって吸引された皮膚５００の形状を制限し、決定し、維持するものでなければならない。
【００３０】
ここで、間隙部２２０の形状及び大きさの要件を、吸引部２１０によって隆起された前記皮膚５００が間隙部２２０に密着すれば、前記皮膚５００内にセンサーチップ４１０を埋め込み可能なものだと定義する。
【００３１】
間隙部２２０の形状の例としては、半球が挙げられる。
【００３２】
その他にも、楕円球、直方体、立方体、円柱の一部といった構造体が挙げられる。
【００３３】
ただし、間隙部２２０の構造はこれらの構造体にのみ限定されるものではない。
【００３４】
さらに吸引部２１０を利用して皮膚５００の隆起を可能にさせるために、間隙部２２０は吸引口２４０を内包している。
【００３５】
ただし、間隙部２２０に前記皮膚が密着し、そのままの形状を維持できる程度に隆起可能であれば、吸引口２４０の形状、数は一意に制限されるべきものではない。
【００３６】
吸引部２１０は、間隙部２２０に前記皮膚が触れた状態を維持できる程度に密着して隆起を満たすような吸引力を少なくとも有さなければならない。
【００３７】
吸引部２１０の例としては、ダイアフラム型真空ポンプ、ドライポンプといった真空ポンプが挙げられる。
【００３８】
ただし、吸引部２１０はこれらのポンプにのみ限定されるものではない。
【００３９】
センサー２５０は、隆起された皮膚５００が間隙部２２０に触れた状態を維持できる程度に密着しているかどうかを確認するための能力を有しなければならない。
【００４０】
各種センサーによって検知された前記信号は、コントローラ６００に情報伝達及び処理され、コントローラ６００は前記皮膚５００が間隙部２２０に密着して変形されているかどうかを判断する。
【００４１】
センサー２５０の例としては、圧力センサー、光センサー、導電率センサーといったセンサーが挙げられるだろう。
【００４２】
圧力センサーの場合、図５で示されているように、間隙部２２０内に少なくとも一箇所以上設置され、圧力センサーが隆起された皮膚から圧力の大きさと向きを検知し、コントローラ６００に前記圧力信号を伝達する。圧力の大きさがある閾値を超え、かつその向きが間隙部２２０に対する応力方向の場合、コントローラ６００は、隆起された皮膚５００が間隙部２２０内壁に十分密着し、センサーチップ４１０を埋め込み可能だと判断する。
【００４３】
一方、光センサーの場合、図６に示されるように、少なくともレーザー２５１と受光部２５２の一対の組み合わせが一箇所以上、間隙部２２０内に設置される。レーザー２５１から発せられた光の透過光量は受光部２５２で検知され、コントローラ６００に信号として転送される。そのレーザー２５１の照射光量に対する受光部２５２における光量の割合がある閾値以下の際には、コントローラ６００は隆起された皮膚５００が間隙部２２０に密着されて隆起されていると判断を下す。
【００４４】
最後に、導電率センサーの場合、図７に示されているように、間隙部２２０内に少なくとも一対の電極部すなわち、第一電極部２５３、第二電極部２５４が一箇所以上設置される。隆起された皮膚５００が第一電極部２５３と第二電極部２５４同時に触れている場合、電源２５５から第一電極部２５３、隆起された皮膚５００内部を伝って第二電極部２５４に電圧差が生じる仕組みである。そして、この流れた電圧差の情報はコントローラ６００に伝達される。コントローラ６００は、前述された電圧がある閾値を越えていた場合、埋め込み所望の皮膚５００が間隙部２２０に密着され隆起されていると判断する。
【００４５】
ただし、センサー２５０の種類は、先に記載された三つのセンサーにのみ限定されるべきものではなく、他のセンサーでも同様の能力を有していれば使用可能である。
【００４６】
コントローラ６００が吸引部２１０によって隆起された皮膚５００の間隙部２２０を埋めるかのように十分に密着していると判断した際には、吸引部２１０の吸引を一時停止し、隆起された皮膚５００が間隙部２２０に密着した形状で保持されるように自動制御を実施する。
【００４７】
ただし、コントローラ６００は、皮膚５００の隆起形状が著しく損なわれた場合、再度吸引部２１０による吸引を再開することもできる。
【００４８】
排気路２３０は吸引口２４０を通じて間隙部２２０の一部または全部を覆うように設置されている。
【００４９】
この排気路２３０は、吸引部２１０によって排気されるべき間隙部２２０内空気の経路として使用される。
【００５０】
排気路２３０の形状と断面は間隙部２２０及び吸引口２４０の形状にも依存するものの、全く同じ形状または大きさである必要はない。
【００５１】
接着部２６０は、吸引部２１０によって間隙部２２０内の空気を排気できるように外気から密閉遮断される構造及び形状を有するべきである。
【００５２】
接着部２６０の材料としては、天然ゴム、人工ゴムといったゴム、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリアミドといったプラスチック、アルミ、鉄といった金属が挙げられる。
【００５３】
ただし、吸着部２６０の材料は、前記要件を満たせば、これらの材料にのみ限定されるわけではない。
【００５４】
シリンジ４００は、図３に示されるように、センサーチップ４１０の大きさ若しくは形状に依存するものの、真皮５２０内部に埋め込み可能にするために、0.1-2.0 mm程度の内径を有することが望ましい。
【００５５】
ただし、センサーチップ４１０が埋め込まれていく過程を目視可能なように透明であることがより好ましい。
【００５６】
また、市販されているシリンジでも皮膚５００に穿刺及びセンサーチップ４１０を皮膚５００の所望の位置に埋め込み可能であれば、使用可能である。
【００５７】
挿入針外筒３３０はシリンジ４００を保持し、かつ支持台３４０上に安定的に設置できるような形状及び大きさであればよい。
【００５８】
挿入針外筒３３０の形状の一例としては、直方体、円柱といってものが挙げられる。
【００５９】
ただし挿入針外筒３３０は、これらの形状に限定されるべきものではない。
【００６０】
なお、挿入針外筒は内部の視認性を確保するために実質的には透明であることがより好ましい。
【００６１】
挿入針４２０も表皮５１０及び真皮５２０を穿刺でき、かつセンサーチップ４１０の通路が確保され、かつ埋め込み可能であれば市販されている挿入針でも使用可能である。
【００６２】
また、挿入針４２０は、例えば、塑性加工によって製造される。
【００６３】
支持台３４０はセンサーチップ４１０を埋め込む際に吸引型埋め込み装置１００が皮膚５００表面所望の位置から脱離したり、ずれたりしないようにぴったりと皮膚に密着させるために、シリンジ４００の長さよりも十分な長さと面積を有するべきである。
【００６４】
支持台３４０の材料の一例としては、軟質ポリウレタン等の軟質ポリマーやゴム弾性エストラマー、その他の合成樹脂やゴム等が列挙されうる。
【００６５】
ただし、支持台３４０の材料としては、これらの材料だけに限定されるべきものではない。
【００６６】
把持部３１０は、吸引型埋め込み装置１００の使用者の指の一部または全部をかけて、挿入針４２０やプランジャ４４０を操作することによって各々、シリンジ４００若しくは、センサーチップ４１０をより安定的に埋め込み可能な機能を有する。
【００６７】
案内孔３２０は、シリンジ４００を皮膚吸引機２００内に通すために設けられた孔であり、挿入針外筒３３０内に設けられた断面と同じ形状を有して設置されている。
【００６８】
なお、開口の形状は、本実施形態の形状にのみ限定されるものではない。
【００６９】
次に、表面増強ラマン原理を利用したグルコース検出用センサーチップを埋め込む際の本実施の形態における吸引型埋め込み装置１００の動作について、図８を参照しながら説明していく。
【００７０】
まず、図８.Ａにおいてセンサーチップ４１０の埋め込み所望の皮膚５００の場所を選択し、吸引型埋め込み装置１００を設置する。
【００７１】
この際、吸引型埋め込み装置１００は接着部２６０によって間隙部２２０内が十分に密閉されるように支持台３４０を介して表皮５１０表面上に安定的に設置されるべきである。
【００７２】
吸引部２１０を通じて間隙部２２０内の皮膚５００の吸引を開始する。
【００７３】
この時、排気路２３０及び吸引口２４０を通じて間隙部２２０内の空気が排気されていく。
【００７４】
図８Ｂに示されるように所望の皮膚５００がセンサーチップ４１０を埋め込むために必要な形状を有して変形されているか、すなわち間隙部２２０の形状に密着して隆起されているかをコントローラ６００はセンサー２５０によって判断する。
【００７５】
前記吸引条件による皮膚５００の間隙部２２０に変形して密着しているかどうか確認後、コントローラ６００は、前記皮膚隆起形状を維持するように、吸引部２１０の吸引力の自動制御を行う。
【００７６】
吸引型埋め込み装置１００の使用者は、図８.Cに示されるように、センサーチップ４１０を挿入針内筒４３０内に有したシリンジ４００を把持部３１０に指の一部または全部をかけ、表皮５１０及び真皮５２０に穿刺し、皮下の所望の位置まで挿入針４２０を移動させる。
【００７７】
最後に図８Dに示されるように、吸引型埋め込み装置１００の使用者は、プランジャ４４０を押し出すことによって、センサーチップ４１０を表皮５１０内に挿入し、所望の皮膚の位置に留置させる。
【００７８】
センサーチップ４１０の埋め込み終了後、シリンジ４００は隆起された皮膚５００、案内孔３２０、挿入針外筒３３０の順で引き抜かれる。そして、吸引型埋め込み装置１００の使用者は、吸引部２１０による吸引を解除した後に、吸引型埋め込み装置１００をセンサーチップ４１０を埋め込んだ皮膚５００表面から取り外す。以上で、埋め込み操作は終了である。
【００７９】
本実施形態の吸引型埋め込み装置１００は、センサーチップ４１０を埋め込むために必要な形状と大きさを持つように間隙部２２０に密着して自動吸引、変形させ、皮膚の隆起形状が一定になった後に、隆起された皮膚５００の頂点部に対する接面に対して平行な面上に打ち込むことで皮膚を人・身体箇所・都度に依存せず、センサーチップ４１０を皮膚５００表面に対して平行に留置させることができる。
【００８０】
吸引型埋め込み装置１００は、隆起された皮膚表面の頂点に接する面に対して平行な面上にセンサーチップが埋め込まれることにより、前記接面に垂直な方向から入射した光に対するセンサーチップ４１０表面を介して得ることのできる蛍光強度及び表面増強ラマン信号強度といった光学的信号強度を高効率で検出可能にする。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明を用いて、センサーチップが皮膚の内部に埋め込まれる。
【符号の説明】
【００８２】
１００  吸引型埋め込み装置
２００  皮膚吸引機
２１０  吸引部
２２０  間隙部
２３０  排気路
２４０  吸引口
２５０  センサー
２５１  レーザー
２５２  受光部
２５３  第一電極部
２５４  第二電極部
２５５  電源
２６０  接着部
３００  埋め込み機
３１０  把持部
３２０  案内孔
３３０  挿入針外筒
３４０  支持台
４００  シリンジ
４１０  センサーチップ
４２０  挿入針
４３０  挿入針内筒
４４０  プランジャ
５００  皮膚
５１０  表皮
５２０  真皮
５３０  皮下組織
６００  コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014069027.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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