CN111836582A - 检测芯片以及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明的检测芯片包括：基板，所述基板具有流入孔、与流入孔连接的微流路以及与微流路连接的反应室；多孔质的微针，所述多孔质的微针由生物降解性材料形成，设置于与流入孔重叠的位置；传感器，所述传感器配置于反应室；以及毛细管泵部，所述毛细管泵部具有小径流路，并且所述毛细管泵部设置于基板并与反应室连接。

Description

检测芯片以及检测装置

技术领域

本发明涉及一种检测芯片，更详细地说，涉及具有微针的检测芯片以及具有该检测芯片的检测装置。

本申请基于2018年3月16日向美国提出的申请号为62/643761的临时申请并主张其优先权，并将该申请的内容援引至此。

背景技术

糖尿病患者为了进行血糖值的管理，需要每天多次自测血糖。目前市场上出售的自测血糖装置是用针刺破手指等毛细血管，并通过使从伤口渗出的血液与传感器接触来测量血糖。由于该自测血糖装置在测量时伴随着疼痛，对高频度地进行测量的糖尿病患者而言负担沉重。

作为不伴随疼痛的微创采血方式，已知采血用微针。通常，采血用微针是长度约1mm、外径100～300μm、内径60～100μm左右的中空针，作为材质，提出了镍等金属、光刻胶等。在专利文献1中，记载有具备采血用微针的血液监视系统。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-78698号公报。

发明内容

发明要解决的问题

采血用微针因其结构以及尺寸而使制造变得困难。而且，在微针的强度不足的情况下，具有在体内折断而残留在皮内的可能性。

另外，为了更准确地把握糖尿病患者的病情，持续地监测血糖很重要，但专利文献1中记载的血液监视系统不具有持续吸取血液的结构，因此，无法满足该要求。若利用专利文献1中记载的血液监视系统进行持续的血糖监测，则需要泵、用于驱动泵的电源等各种机构，从而使装置大型化并增加了制造成本。

由于上述情况，当前不存在患者自己能够简便地进行持续的血糖监测的微创设备。

本发明的目的在于，提供一种能够以微创的方式持续地获取血液并进行检测的检测芯片。

本发明的另一目的在于，提供一种能够以微创的方式持续地监测血液中的物质的检测装置。

用于解决问题的手段

本发明的第一实施方式是一种检测芯片，包括：基板，所述基板具有流入孔、与流入孔连接的微流路以及与微流路连接的反应室；多孔质的微针，所述多孔质的微针由生物降解性材料形成，设置于与流入孔重叠的位置；传感器，所述传感器配置于反应室；以及毛细管泵部，所述毛细管泵部具有小径流路，并且所述毛细管泵部设置于所述基板并与所述反应室连接。

本发明的第二实施方式是一种检测装置，其具有本发明的检测芯片。

发明的效果

根据本发明，能够以微创的方式持续地获取血液，并且能够进行各种检测、监测。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的检测芯片的立体图。

图2是示意性地示出同一检测芯片的基板的俯视图。

图3是图2的I-I线的剖视图。

图4是示意性地示出同一检测芯片的微针的剖视图。

图5是表示同一微针的制造方法的一个过程的图。

图6是表示同一微针的制造方法的一个过程的图。

图7是表示同一微针的制造方法的一个过程的图。

图8是表示同一微针的制造方法的一个过程的图。

图9是表示同一微针的制造方法的一个过程的图。

图10是表示应用了同一检测芯片的检测装置的一例的图。

图11是表示同一检测装置的背面的图。

图12是同一检测装置的框图。

具体实施方式

参照图1至图12对本发明的一实施方式进行说明。

图1是表示本实施方式的检测芯片1的立体图。检测芯片1包括：具有微流路的基板10；以及形成在基板10上的复数个微针20和传感器19。

图2是形成微针20之前的基板10的俯视示意图。在基板10的一个端部侧的区域中，有复数个流入孔11开口。在基板10的另一个端部侧的区域中，形成有毛细管泵部16。在流入孔11和毛细管泵部16之间形成一条中间流路17。

图3是图2的I-I线的剖视图。在基板10的厚度方向的中间部形成有复数个微流路12。微流路12与各流入孔11连通。微流路12随着接近于毛细管泵部16而逐渐合流，并最终成为一条流路而与中间流路17连接。

毛细管泵部16由从中间流路17逐渐分支的大量的小径流路构成。作为逐渐地分支的形状，例如，能够列举类似赛程(tournament)表的形状。小径流路的宽度以及深度可以在产生毛细现象的范围内适当地设置，例如能够设置为约2～5μm。

毛细管泵部16的上部可以是开放的，也可以用盖等覆盖，但至少终端部对大气敞开，从而使流体能够流入。

基板10的微流路12以及毛细管泵部16能够组合光刻(Photo Lithogra phy)、反应性离子蚀刻、使用二氟化氙(XeF₂)的干法蚀刻等来形成。从应用这些技术的观点来看，硅晶片适合作为基板10的材质。

中间流路17在中间部的宽度变宽而成为反应室18。在反应室18内设置传感器19。传感器19位于能够与流过中间流路17的流体接触的位置。

传感器19的具体内容根据测量的项目而适当确定。例如，在测量血糖值的情况下，能够使用利用葡萄糖氧化酶、葡萄糖脱氢酶的电化学或光学葡萄糖传感器的电极部分。

图4是微针20的剖视图。微针20包括多孔质的主体21和覆盖主体21的尖端部的涂层(coating)22。

主体21由生物降解性材料形成，主体21的表面以及内部具有大量的空孔21a。作为生物降解性材料，例如能够列举聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚(丙交酯-乙交酯)共聚物(PLGA)等。

微针20为大致圆锥形或大致棱锥形，基部的直径或最大尺寸例如为50μm～200μm左右。微针20的高度规定了进入皮肤的深度。在本实施方式中，考虑到达至真皮且不刺激痛觉，将高度设为300μm以上且1mm以下。

形成于主体21的复数个空孔21a在主体21的内部局部地连通。其结果，在主体21中形成了从主体21的侧面至底面连通的连通通路。

空孔21a的形状没有特别的限制。能够考虑要采集的流体的构成等来适当地设定空孔21a的大小。例如，在流体包含固体物质且该固体物质妨碍在传感器19中进行的测量的情况下，使空孔21a的大小小于该固体物质，进而能够形成使固体物质不进入基板10内的构成。

在检测芯片1用于血糖测量的情况下，例如考虑到血球成分的大小，空孔21a的大小能够设为30μm～60μm左右。

涂层22覆盖主体21的尖端部分，从而构成微针20的尖锐的尖端。作为涂层22的材质，能够列举对生物体具有高亲和性并且在干燥状态下具有恒定硬度的材料，例如透明质酸。

对微针20的制造顺序进行说明。

首先，将水溶性粒子和主体21的材料混合而不使水溶性粒子溶解，来调整粘性材料。水溶性粒子的大小与形成于主体21的空孔21a的尺寸相同。水溶性粒子的数量基于在主体21中设定的空隙率来确定。对水溶性粒子没有特别的限制，但优选氯化钠，因为相对容易控制氯化钠粒子的大小。

接下来，如图5所示，将调整后的粘性材料填充至分配器(dispenser)等，使分配器D的尖端接近基板10并轻轻地排出粘性材料。由此，在基板10上配置包括水溶性粒子23的粘性材料24的液滴。此时，液滴配置成与基板10上的流入孔11重叠。

接下来，若将分配器D缓慢地提起而远离基板10，则液滴的一部分跟随着分配器D而被向上方提起。其结果，液滴变形成上方尖锐的针状的形状。如图7所示，将分配器D进一步提起而与液滴分离之后，若使粘性材料24干燥并固化，则形成包含水溶性粒子23的主体21的原型21p。

接下来，将原型21p浸入水中以使水溶性粒子23溶解。如图8所示，若去除水溶性粒子23，则水溶性粒子23所存在的部位变为空孔21a，从而完成主体21的制造。在这时，在主体21中，由于位于原型21p的尖端部的水溶性粒子23被溶解并去除，因此，也存在尖端部缺失的情况。这样的主体21不能直接刺入皮肤，从而不能作为针头发挥作用。

最后，若将主体21的尖端部浸入涂层材料的溶液中并向上提起，则涂层材料以覆盖主体21的尖端部的方式附着，成为针的尖端状的外形。即使在主体21的尖端部缺失的情况下，缺失部分也被涂层材料补充，进而成为与不缺失尖端部的情况大致相同的尖端形状。

如图9所示，若使附着的涂层材料干燥，则形成覆盖主体21的尖端部的涂层22，从而完成微针20的制造。

对使用检测芯片1时的动作进行说明。

微针20的尖端按压至使用者的皮肤时，微针从尖端刺入皮肤，并且整体进入皮内。由于在微针20的尖端存在固化的涂层22，因此，微针具有足够的硬度来刺入皮肤。由于主体21的长度，微针20的主体到达真皮并且不刺激痛觉。其结果，在不会让使用者感到疼痛的状态下建立能由微针20采集血液的状态。

由于涂层22能够迅速地在皮肤内溶解，因此，主体21的空孔21a在皮肤内暴露并且血液能够进入。

从空孔21a进入的血液由于毛细现象流经主体21内的连通孔，并从主体21的底面开口进入流入孔11。而且，血液穿过微流路12流经中间流路17，进入反应室18中并与传感器19接触。因此，利用传感器19对进入的血液进行用于测量的反应，并且能够获取作为结果而获得的电信号。

到达反应室18的血液进一步从中间流路17流入毛细管泵部16，并逐渐填充毛细管泵部16的小径流路。由于血液的流入一直持续到毛细管泵部16被完全填充为止，因此，传感器19能够持续地进行测量直到毛细管泵部16被血液充满为止。

如上所述，根据本实施方式的检测芯片1，以往难以由患者自己进行的持续的血液检测能够在患者完全不会感受到疼痛的情况下，简便地进行。

另外，由于微针20由生物降解性材料形成，因此，假设即使因使用者的操作等使微针在皮内折断，微针也会直接被分解并吸收，而不会发生发炎等不良后果。因此，对生物体的负荷小并且非常安全。

在检测芯片1中，由于利用在毛细管泵部16产生的毛细现象持续地采血，因此，即使没有机械泵、其驱动源等，也能够持续地采血。其结果，能够使检测芯片1的结构小型且易于操作，并且能够低成本地制造。

而且，传感器19能够持续测量的时间能够通过改变毛细管泵部16的容积、即基板10的俯视图中的毛细管泵部16的面积来自动地调节。因此，根据目标检测项目，能够应对各种方式的持续测量。

另外，根据本实施方式中的微针的制造方法，利用包含水溶性粒子23的生物降解性粘性材料24形成主体21的原型21p之后，通过将水溶性粒子23溶解并去除来形成空孔21a。因此，通过适当地设定使用的水溶性粒子的尺寸，能够极高精度地控制形成的主体21的空孔的尺寸、空隙率。

在发明人使用了猪血的研究中可知，若使用15根空孔尺寸为30～60μm、空隙率为60～80％的微针20，则能够获取进行持续血糖测量所必要的足够量的血液。根据本实施方式的制造方法，能够可靠且简便地制造满足这种条件的微针。

而且，由于微针20在尖端部具有涂层22，因此，不必为了确保主体的尖端部为尖锐的状态而考虑空孔的尺寸。因此，能够不受制约地根据使用条件来设定最佳的空孔尺寸、空隙率，并且利用涂层22使尖端部尖锐来确保作为针的功能。即，能够同时高水准地实现优异的空孔条件和良好的皮肤刺入性等。

通过将本实施方式的检测芯片1组装至规定的检测装置，能够更适当地使用本实施方式的检测芯片1。

图10表示应用了检测芯片1的检测装置100的一例的图。检测装置100具有腕套(wristband)101和设置在腕套101上的显示屏102。

图11是表示检测装置100的背面的图。在腕套101的背面形成有用于嵌入检测芯片1的腔103。使用者将检测芯片1嵌入腔103，然后将腕套101穿戴至手腕时，微针20以恒定的压力按压皮肤，并且刺穿皮肤。刺穿皮肤并开始采血之后，由于腕套101保持微针20而防止微针从皮肤脱落，因此，能够稳定并持续地获取血液。

图12是检测装置100的框图。检测装置100包括能够进行无线通信的通信部105以及向显示屏102和通信部105供电的电源106。在检测芯片1构成为能够应用于检测装置1的情况下，预先在检测芯片1的周缘形成与传感器19连接的端子。由此，通过将检测芯片1嵌入腔103中使传感器19和通信部105电连接，从而能够将传感器19获取的电信号发送至计算机、移动电话等外部终端。

作为另一实施方式，也可以是如下结构：代替通信部105而具有可拆卸的存储介质，并将传感器19获取的电信号存储至存储介质。也可以是如下结构：具有存储介质和通信部两者，在可通信的外部终端不在附近的情况下，将电信号保存至存储介质。在这种情况下，存储介质也可以是不可拆卸的。

使用者在测量结束之后，从检测装置100取出检测芯片1并将其丢弃。通过将新的检测芯片1嵌入腔103，能够简便地进行重复检测。

在上述中，列举了穿戴于手腕的手表型检测装置，但检测装置的形式不限于此，只要是能够以恒定的压力将微针20保持在皮肤的结构，就可以不特别地限制检测装置的形状、穿戴部位。例如，也能够列举夹在耳垂而使用的夹状的构成、具有粘合部并贴附于腹部或胸部的皮肤而使用的贴片状的构成等。

以上，对本发明的一实施方式以及该实施方式的实施例进行了说明，但本发明的技术范围并不限于上述实施方式，在不脱离本发明的精神的范围内，能够超出该实施方式来改变构成要素的组合、或者对各构成要素增加或删除各种变更。

例如，本发明中的微针也可以通过上述方法以外的方法来形成。例如，在转印了主体的形状的模具中填充混合有水溶性粒子的生物降解性材料，并将其室温无压接合在基板10上之后去除模具，也能够在流入孔上形成微针。

在本发明的微针中，能够通过各种方式改变涂层的方式。在涂层由在皮内迅速溶解的材料形成的情况下，涂层也可以覆盖主体的侧面整体。在涂层仅覆盖主体尖端部的情况下，若涂层由生物降解性材质形成，则也可以是不一定在皮内迅速溶解的构成。而且，由于空孔的尺寸和主体的尺寸之间的关系等，只要确保形成的主体的尖端部是尖锐的状态，就可以不设置涂层。即，在本发明的微针中，涂层不是必须的。

而且，也可以设置复数组中间流路以及反应室，并分别配置不同的传感器。由此，能够使用一片检测芯片持续地进行复数个项目的检测。

本发明的检测芯片的获取对象不限于血液，能够获取可以从皮下获取的各种体液。例如，也可以获取组织液、淋巴液等，因此，通过选择合适的传感器并将其配置于反应室，本发明的检测芯片能够应对非常广泛的检测。

工业实用性

本发明能够适用于检测芯片以及检测装置。

附图标记说明

1 检测芯片；

10 基板；

11 流入孔；

12 微流路；

16 毛细管泵部；

18 反应室；

19 传感器；

20 微针；

21 主体；

21a 空孔；

22 涂层；

100 检测装置。

Claims (6)

1.一种检测芯片，其中，

包括：基板，所述基板具有流入孔、与所述流入孔连接的微流路以及与所述微流路连接的反应室；

多孔质的微针，所述多孔质的微针由生物降解性材料形成，设置于与所述流入孔重叠的位置；

传感器，所述传感器配置于所述反应室；以及

毛细管泵部，所述毛细管泵部具有小径流路，并且所述毛细管泵部设置于所述基板并与所述反应室连接。

2.根据权利要求1所述的检测芯片，其中，

所述微针具有：

主体，所述主体由所述生物降解性材料形成，具有复数个空孔；以及

涂层，所述涂层覆盖所述主体的至少尖端部，并形成能够刺入皮肤的尖端部。

3.根据权利要求2所述的检测芯片，其中，

所述涂层由在皮肤内溶解的材料形成。

4.根据权利要求2所述的检测芯片，其中，

在所述主体中，所述空孔的尺寸为30μm～60μm，并且空隙率为60％～80％。

5.根据权利要求1所述的检测芯片，其中，

所述生物降解性材料包括聚乳酸、聚乙醇酸、聚(丙交酯-乙交酯)共聚物中的至少一个。

6.一种检测装置，其中，

具有权利要求1～5中任一项所述的检测芯片。

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