JP2002369816A - 中空針、該中空針を用いた検査チップおよび血液分析装置 - Google Patents
中空針、該中空針を用いた検査チップおよび血液分析装置Info
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- JP2002369816A JP2002369816A JP2001182216A JP2001182216A JP2002369816A JP 2002369816 A JP2002369816 A JP 2002369816A JP 2001182216 A JP2001182216 A JP 2001182216A JP 2001182216 A JP2001182216 A JP 2001182216A JP 2002369816 A JP2002369816 A JP 2002369816A
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- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 十分な強度を有する細い注射針を提供する。
【解決手段】 中空針４０は、シリコンで略中空円筒状
に形成される。一端にテーパ面４６を有する。外径が２
００μｍ以下、長さが５００μｍ以上である。
に形成される。一端にテーパ面４６を有する。外径が２
００μｍ以下、長さが５００μｍ以上である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、中空針、該中空針
を用いた検査チップおよび血液分析装置に関する。
を用いた検査チップおよび血液分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の血液検査では、採血後、血液を試
験管に移し遠心血球分離を行い、上澄み液だけを採取
し、別の試験管に移し、その後、検査のための検査装置
に移して、血液分析を行っている。このため、検査結果
が出るまでに、例えば数日を要する。また、血液も途中
で無駄に消費され、採血量は約５ｍｌと多い。
験管に移し遠心血球分離を行い、上澄み液だけを採取
し、別の試験管に移し、その後、検査のための検査装置
に移して、血液分析を行っている。このため、検査結果
が出るまでに、例えば数日を要する。また、血液も途中
で無駄に消費され、採血量は約５ｍｌと多い。
【０００３】採血には、一般にステンレス製の注射針が
用いられるが、注射針を刺すときに痛みを伴なう。その
ため、特に頻繁に検査が必要な人、高齢者、乳幼児にと
っては、非常に負担が大きく、低侵襲な採血が強く望ま
れている。
用いられるが、注射針を刺すときに痛みを伴なう。その
ため、特に頻繁に検査が必要な人、高齢者、乳幼児にと
っては、非常に負担が大きく、低侵襲な採血が強く望ま
れている。
【０００４】採血時の痛みを極力与えないようにするた
めは、細い注射針を用いればよい。
めは、細い注射針を用いればよい。
【０００５】市販のステンレス製の注射針は、外径が
０．３ｍｍ以上である。現在の技術では、外径０．２ｍ
ｍ程度が技術的な限界である。
０．３ｍｍ以上である。現在の技術では、外径０．２ｍ
ｍ程度が技術的な限界である。
【０００６】マイクロピペッターのように、ガラスを引
き伸ばせば、外径４０μｍの針も作ることは可能であ
る。しかし、熟練者が手作業により作るため、非常に高
価となり、一度に大量に高精度、低コストで作成するこ
とができない。また、ガラスは、中空針として十分な強
度を確保することができない。
き伸ばせば、外径４０μｍの針も作ることは可能であ
る。しかし、熟練者が手作業により作るため、非常に高
価となり、一度に大量に高精度、低コストで作成するこ
とができない。また、ガラスは、中空針として十分な強
度を確保することができない。
【０００７】特開２０００−１８５０３４号公報には、
ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｉｎ
ｇ）ウエハーを用いてポンプと一体化して外径５０μｍ
程度の針を作成することが提案されている。しかし、針
の具体的な形状や製造方法について、十分には開示され
ていない。
ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｉｎ
ｇ）ウエハーを用いてポンプと一体化して外径５０μｍ
程度の針を作成することが提案されている。しかし、針
の具体的な形状や製造方法について、十分には開示され
ていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明が
解決しようとする技術的課題は、十分な強度を有する細
い注射針を提供することである。
解決しようとする技術的課題は、十分な強度を有する細
い注射針を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記技術的課
題を解決するために、以下の構成の中空針を提供する。
題を解決するために、以下の構成の中空針を提供する。
【００１０】中空針は、シリコンで略中空円筒状に形成
される。一端にテーパ面を有する。外径が２００μｍ以
下、長さが５００μｍ以上である。
される。一端にテーパ面を有する。外径が２００μｍ以
下、長さが５００μｍ以上である。
【００１１】上記構成において、テーパ面は、中空針を
刺しやすくする。中空針を採血に用いる場合には、先端
が毛細血管に到達するように、５００μｍ以上の長さが
必要である。シリコンを用いれば、ステンレス管では技
術的な限界である外径が２００μｍ以下の中空針を作る
ことができる。シリコンは、破壊強さが大きく、化学的
に安定な材料であるので、中空針の材料として好適であ
る。また、シリコンを用いれば、半導体工程により、高
い加工精度で、大量に、かつ安価に、中空針を製造する
ことができ、テーパ面の形成も容易である。
刺しやすくする。中空針を採血に用いる場合には、先端
が毛細血管に到達するように、５００μｍ以上の長さが
必要である。シリコンを用いれば、ステンレス管では技
術的な限界である外径が２００μｍ以下の中空針を作る
ことができる。シリコンは、破壊強さが大きく、化学的
に安定な材料であるので、中空針の材料として好適であ
る。また、シリコンを用いれば、半導体工程により、高
い加工精度で、大量に、かつ安価に、中空針を製造する
ことができ、テーパ面の形成も容易である。
【００１２】したがって、、十分な強度を有する細い注
射針を提供することができる。
射針を提供することができる。
【００１３】好ましくは、上記テーパ面が、シリコンの
結晶方位（１１１）面である。
結晶方位（１１１）面である。
【００１４】シリコンの結晶方位（１１１）面は鏡面で
あり、強度も高いので、刺針時に抵抗が加わるテーパ面
に好適である。また、結晶方位（１００）面に対して所
定のオリアングルの表面を有するシリコンウエハーを用
いれば、所望の角度のテーパ面を形成することができ
る。
あり、強度も高いので、刺針時に抵抗が加わるテーパ面
に好適である。また、結晶方位（１００）面に対して所
定のオリアングルの表面を有するシリコンウエハーを用
いれば、所望の角度のテーパ面を形成することができ
る。
【００１５】具体的には、表面が結晶方位（１００）面
に対して所定のオフアングルを有するシリコンウエハー
を用いる。結晶異方性エッチングにより上記テーパ面が
形成される。ウエットエッチングにより外周面および内
周面が形成される。
に対して所定のオフアングルを有するシリコンウエハー
を用いる。結晶異方性エッチングにより上記テーパ面が
形成される。ウエットエッチングにより外周面および内
周面が形成される。
【００１６】結晶異方性エッチングドライエッチングと
ウエットエッチングとを組み合わせることにより、シリ
コンウエハーの厚さ方向が中空針の軸方向となるように
して、中空針を作成することができる。
ウエットエッチングとを組み合わせることにより、シリ
コンウエハーの厚さ方向が中空針の軸方向となるように
して、中空針を作成することができる。
【００１７】好ましくは、厚いシリコンウエハーに、Ｔ
ＥＯＳ−ＣＶＤにより酸化膜をマスクとして成膜した
後、ドライエッチングにより外周面および内周面が形成
される。
ＥＯＳ−ＣＶＤにより酸化膜をマスクとして成膜した
後、ドライエッチングにより外周面および内周面が形成
される。
【００１８】通常のシリコンウエハー（例えば、厚さが
５２５μｍ）よりも厚いシリコンウエハーを用いること
により、シリコンウエハーの厚さ方向が中空針の軸方向
となるようにして、５００μｍ以上の長さの中空針を作
ることができる。ドライエッチングを行うと、シリコン
のみならず、マスクの酸化膜も少しずつ除去される。例
えば、酸化膜（ＳｉＯ２）のエッチング速度は、シリコ
ン（Ｓｉ）のエッチング速度の１／２００である。厚い
シリコンウエハーに対してドライエッチングにより深い
加工（中空針の外径および内径の加工）を行うために
は、酸化膜も厚くする必要がある。酸化膜は、熱酸化法
によれば１．５μｍ程度の厚さまでしか形成することが
できないが、ＴＥＯＳ−ＣＶＤによれば、より厚い酸化
膜（例えば、厚さ５μｍ以上）を形成することができ
る。したがって、厚いシリコンウエハーを用いて、中空
針を加工することができる。
５２５μｍ）よりも厚いシリコンウエハーを用いること
により、シリコンウエハーの厚さ方向が中空針の軸方向
となるようにして、５００μｍ以上の長さの中空針を作
ることができる。ドライエッチングを行うと、シリコン
のみならず、マスクの酸化膜も少しずつ除去される。例
えば、酸化膜（ＳｉＯ２）のエッチング速度は、シリコ
ン（Ｓｉ）のエッチング速度の１／２００である。厚い
シリコンウエハーに対してドライエッチングにより深い
加工（中空針の外径および内径の加工）を行うために
は、酸化膜も厚くする必要がある。酸化膜は、熱酸化法
によれば１．５μｍ程度の厚さまでしか形成することが
できないが、ＴＥＯＳ−ＣＶＤによれば、より厚い酸化
膜（例えば、厚さ５μｍ以上）を形成することができ
る。したがって、厚いシリコンウエハーを用いて、中空
針を加工することができる。
【００１９】好ましくは、ライトエッチングにより、外
周面に凹凸が形成される。
周面に凹凸が形成される。
【００２０】中空針の外周面を鋸歯状とすることによ
り、中空針を刺しやすくすることができる。
り、中空針を刺しやすくすることができる。
【００２１】また、本発明は、上記各構成の複数の中空
針を、針先を上にして、共通ベースの上面に立設したア
レイ針を、提供する。
針を、針先を上にして、共通ベースの上面に立設したア
レイ針を、提供する。
【００２２】複数の中空針を用いることにより、いずれ
かの中空針が被採血部位の毛細血管に到達する確率が増
大するので、確実に採血することができる。また、採血
量を確保することもできる。
かの中空針が被採血部位の毛細血管に到達する確率が増
大するので、確実に採血することができる。また、採血
量を確保することもできる。
【００２３】また、本発明は、上記各構成の中空針、又
は上記構成のアレイ針を備えた検査チップを提供する。
は上記構成のアレイ針を備えた検査チップを提供する。
【００２４】検査チップは、中空針又はアレイ針で採血
した微量の血液を用いて、短時間で検査を行うようにす
ることができる。
した微量の血液を用いて、短時間で検査を行うようにす
ることができる。
【００２５】また、本発明は、上記各構成の中空針、又
は上記構成のアレイ針を備えた血液分析装置を提供す
る。
は上記構成のアレイ針を備えた血液分析装置を提供す
る。
【００２６】血液分析装置は、中空針又はアレイ針で採
血した微量の血液を用いて、短時間で検査を行うように
することができる。
血した微量の血液を用いて、短時間で検査を行うように
することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係る中
空針、該中空針を用いた検査チップおよび血液分析装置
について、図１〜図８を参照しながら説明する。
空針、該中空針を用いた検査チップおよび血液分析装置
について、図１〜図８を参照しながら説明する。
【００２８】図４（ａ）は、単品針３０を示す。図４
（ｂ）は、剣山のように、複数の針３１を共通ベース３
３上に並べ、針先を上にして林立させたアレイ針部３２
を示す。
（ｂ）は、剣山のように、複数の針３１を共通ベース３
３上に並べ、針先を上にして林立させたアレイ針部３２
を示す。
【００２９】図１は、本体上面１６にアレイ針部３２を
備えた検査チップ１０を示す。
備えた検査チップ１０を示す。
【００３０】検査チップ１０内には、アレイ針部３２と
流路２３で接続された血球分離部２４と、血球分離部２
４と流路２５で接続された混合部２６と、混合部２６と
流路２７で接続された検出部２８とが配置されている。
流路２３で接続された血球分離部２４と、血球分離部２
４と流路２５で接続された混合部２６と、混合部２６と
流路２７で接続された検出部２８とが配置されている。
【００３１】検査チップ１０は、本体と針３１とを同じ
シリコンプロセスで作ることができる。あるいは、予め
作成した針３１を、樹脂製の本体にインサート成型等に
より組み込むようにしてもよい。
シリコンプロセスで作ることができる。あるいは、予め
作成した針３１を、樹脂製の本体にインサート成型等に
より組み込むようにしてもよい。
【００３２】検査チップ１０のアレイ針部３２に、採血
部位（例えば、耳たぶや指）を押しつけることにより、
アレイ針部３２の各針３１が採血部位に刺さる。アレイ
針部３２に適宜間隔で複数の針３１が配置されているの
で、針３１のいくつかが採血部位の毛細血管に達し、毛
細管現象により採血することができる。これにより、採
血量を確保することができる。
部位（例えば、耳たぶや指）を押しつけることにより、
アレイ針部３２の各針３１が採血部位に刺さる。アレイ
針部３２に適宜間隔で複数の針３１が配置されているの
で、針３１のいくつかが採血部位の毛細血管に達し、毛
細管現象により採血することができる。これにより、採
血量を確保することができる。
【００３３】採血された血液は、血球分離部２４に送ら
れる。血球分離部２４には、マイクロストラクチャー
（図示せず）が配置され、寸法の大きい赤血球等が引っ
掛かり、血球成分を除いた血漿成分が混合部２６に送ら
れる。
れる。血球分離部２４には、マイクロストラクチャー
（図示せず）が配置され、寸法の大きい赤血球等が引っ
掛かり、血球成分を除いた血漿成分が混合部２６に送ら
れる。
【００３４】混合部２６には試薬が配置され、血漿成分
が試薬と混合する。混合液は、検出部２８に送られる。
が試薬と混合する。混合液は、検出部２８に送られる。
【００３５】検査チップ１０は、不図示の血液分析装置
に装着される。血液分析装置内には、不図示の分析部が
配置され、装着された検査チップ１０の検出部２８に対
向するようになっている。分析部は、例えば、検出部２
８に光を照射する光源と、検出部２８からの反射光又は
透過光を検出する光検出器とを備え、血液と試薬との反
応結果を検出する。
に装着される。血液分析装置内には、不図示の分析部が
配置され、装着された検査チップ１０の検出部２８に対
向するようになっている。分析部は、例えば、検出部２
８に光を照射する光源と、検出部２８からの反射光又は
透過光を検出する光検出器とを備え、血液と試薬との反
応結果を検出する。
【００３６】図２は、変形例の検査チップ１２を示す。
検査チップ１２は、本体側面１８にアレイ針部３２が配
置され、ポンプ２２を備える。アレイ針部３２とポンプ
２２とが流路２１で接続され、ポンプ２２と血球分離部
２４とが流路２３ａで接続されている。他の部分は、図
１と同様に構成されている。ポンプ２２を備えることに
より、細いために流路抵抗が大きい針３１から、ある程
度まとまった量の血液を採血することができる。
検査チップ１２は、本体側面１８にアレイ針部３２が配
置され、ポンプ２２を備える。アレイ針部３２とポンプ
２２とが流路２１で接続され、ポンプ２２と血球分離部
２４とが流路２３ａで接続されている。他の部分は、図
１と同様に構成されている。ポンプ２２を備えることに
より、細いために流路抵抗が大きい針３１から、ある程
度まとまった量の血液を採血することができる。
【００３７】図３は、他の変形例の検査チップ１４を示
す。検査チップ１４は、アレイ針部３２の代わりに、単
品針３０を用いる。単品針３０とポンプ２２とは流路２
１ａで接続されている。他の部分は、図２と同様に構成
されている。この検査チップ１４は、採血する静脈が決
まっている場合などに、好適である。
す。検査チップ１４は、アレイ針部３２の代わりに、単
品針３０を用いる。単品針３０とポンプ２２とは流路２
１ａで接続されている。他の部分は、図２と同様に構成
されている。この検査チップ１４は、採血する静脈が決
まっている場合などに、好適である。
【００３８】単品針３０や、アレイ針部３２の針３１
は、例えば以下のようにシリコンプロセスにより、作成
することができる。
は、例えば以下のようにシリコンプロセスにより、作成
することができる。
【００３９】図８に示すように、シリコンウエハーを用
い、ドライエッチングとウエットエッチングとを組み合
わせて、先端にテーパがついた針を形成する。
い、ドライエッチングとウエットエッチングとを組み合
わせて、先端にテーパがついた針を形成する。
【００４０】まず、シリコン基板５０の上下面に、酸化
膜５２，５４を形成する（図８（１）参照）。シリコン
基板５０には、例えば厚さ１．５ｍｍのシリコンウエハ
ーを用いる。酸化膜５２，５４は、例えば、それぞれの
厚さが１０μｍとなるように、ＴＥＯＳ−ＣＶＤにより
成膜する。具体的には、ＴＥＯＳ、すなわち（Ｃ２Ｈ ５
Ｏ）４Ｓｉのガスをプラズマにして成膜する。これによ
り、低温で厚膜を形成することができる。
膜５２，５４を形成する（図８（１）参照）。シリコン
基板５０には、例えば厚さ１．５ｍｍのシリコンウエハ
ーを用いる。酸化膜５２，５４は、例えば、それぞれの
厚さが１０μｍとなるように、ＴＥＯＳ−ＣＶＤにより
成膜する。具体的には、ＴＥＯＳ、すなわち（Ｃ２Ｈ ５
Ｏ）４Ｓｉのガスをプラズマにして成膜する。これによ
り、低温で厚膜を形成することができる。
【００４１】次に、上面にレジストを塗布し、所定のマ
スクパターンを露光し、現像する。そして、酸化膜をエ
ッチングした後、上面のレジストを剥離する（図８
（２）参照）。これにより、符号５２ａで示したよう
に、針のテーパとなる部分に対応して、上面の酸化膜５
２をエッチングにより除去する。レジスト塗布にはスピ
ンコ−ターを用いる。レジストには、例えばＯＦＰＲ８
００を用いる。露光にはアライナーを用いる。現像には
ＮＭＤ−３を用いる。酸化膜のエッチングには、例えば
ＲＩＥを用いる。
スクパターンを露光し、現像する。そして、酸化膜をエ
ッチングした後、上面のレジストを剥離する（図８
（２）参照）。これにより、符号５２ａで示したよう
に、針のテーパとなる部分に対応して、上面の酸化膜５
２をエッチングにより除去する。レジスト塗布にはスピ
ンコ−ターを用いる。レジストには、例えばＯＦＰＲ８
００を用いる。露光にはアライナーを用いる。現像には
ＮＭＤ−３を用いる。酸化膜のエッチングには、例えば
ＲＩＥを用いる。
【００４２】次に、同様、下面にレジストを塗布し、露
光、現像し、酸化膜をエッチングした後、レジストを剥
離する（図８（４）参照）。これにより、酸化膜５４
は、符号５４ａで示したように、針の中空穴と針の周囲
とに対応する部分が、例えば２重円形状に完全に除去さ
れる。
光、現像し、酸化膜をエッチングした後、レジストを剥
離する（図８（４）参照）。これにより、酸化膜５４
は、符号５４ａで示したように、針の中空穴と針の周囲
とに対応する部分が、例えば２重円形状に完全に除去さ
れる。
【００４３】次に、上面について、ウエットエッチング
（結晶異方性エッチング）を行い、符号５０ａで示す部
分を除去し、針のテーパ面となる部分を形成する（図８
（４）参照）。ウエットエッチングには、例えば、３０
％水酸化カリウムを用い、深さ１００μｍまで加工す
る。シリコン基板５０には、表面が（１００）面のもの
を用い、異方性エッチングにより、鏡面で剛性が強い
（１１１）面がテーパ面となるようにする。
（結晶異方性エッチング）を行い、符号５０ａで示す部
分を除去し、針のテーパ面となる部分を形成する（図８
（４）参照）。ウエットエッチングには、例えば、３０
％水酸化カリウムを用い、深さ１００μｍまで加工す
る。シリコン基板５０には、表面が（１００）面のもの
を用い、異方性エッチングにより、鏡面で剛性が強い
（１１１）面がテーパ面となるようにする。
【００４４】次に、下面について、ドライエッチングを
行い、針の外周を囲む部分５０ｂと、針の中空穴となる
部分５０ｃとを除去する（図８（５）参照）。ドライエ
ッチングには、例えば、ＩＣＰ（高周波誘導結合型プラ
ズマ、Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌ
ａｓｍａ）を用いる。このとき、針となる部分がシリコ
ン基板５０から完全に分離してしまわないように、例え
ば上面側からワックスを塗布して仮固定することが好ま
しい。
行い、針の外周を囲む部分５０ｂと、針の中空穴となる
部分５０ｃとを除去する（図８（５）参照）。ドライエ
ッチングには、例えば、ＩＣＰ（高周波誘導結合型プラ
ズマ、Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌ
ａｓｍａ）を用いる。このとき、針となる部分がシリコ
ン基板５０から完全に分離してしまわないように、例え
ば上面側からワックスを塗布して仮固定することが好ま
しい。
【００４５】次に、ライトエッチングを行い、針が刺さ
りやすくなるように、針の外周面となる部分５０ｄを鋸
歯状に荒らす。例えば、５０％水酸化カリウムを用いる
ウエット法で、数分間のエッチングを行う。なお、この
ライトエッチング工程は、省略することも可能である。
りやすくなるように、針の外周面となる部分５０ｄを鋸
歯状に荒らす。例えば、５０％水酸化カリウムを用いる
ウエット法で、数分間のエッチングを行う。なお、この
ライトエッチング工程は、省略することも可能である。
【００４６】次に、下面の酸化膜５４を剥離し、完全に
除去し、針となる部分５１を基板５０から分離する（図
８（７）参照）。酸化膜５４の剥離は、ウエット法で行
う。
除去し、針となる部分５１を基板５０から分離する（図
８（７）参照）。酸化膜５４の剥離は、ウエット法で行
う。
【００４７】最後に、親水化処理を行い、中空穴５１ａ
を液体が流れやすいようにする。親水化処理は、例え
ば、Ｏ２ガスを用いるドライ法で行う。または、１０％
ＨＣｌを針の中空部に流すウエット法で行う。
を液体が流れやすいようにする。親水化処理は、例え
ば、Ｏ２ガスを用いるドライ法で行う。または、１０％
ＨＣｌを針の中空部に流すウエット法で行う。
【００４８】以上の工程により、加工精度が高い針を低
コストで量産することが可能である。
コストで量産することが可能である。
【００４９】通常、ＩＣを作るシリコンウエハーの表面
は、結晶方位（１００）面である。このようなシリコン
ウエハーを用いて、上述したように針を作ると、針先の
先端角は３５．３°に固定される。しかし、例えば、ガ
ラスを引き伸ばして作った針では、３０°程度の先端角
が好適であるとの研究報告もある。
は、結晶方位（１００）面である。このようなシリコン
ウエハーを用いて、上述したように針を作ると、針先の
先端角は３５．３°に固定される。しかし、例えば、ガ
ラスを引き伸ばして作った針では、３０°程度の先端角
が好適であるとの研究報告もある。
【００５０】先端角を任意に変えるためには、適宜なオ
フアングルのシリコンウエハーを用いればよい。
フアングルのシリコンウエハーを用いればよい。
【００５１】シミュレーション結果の一例によれば、結
晶方位（１００）面に対して±９．６°のオフアングル
を持つシリコンウエハーに対して、４０重量％の水酸化
カリウムを用い、４０°Ｃでエッチングを行えば、先端
角を２５．６°とすることができる。
晶方位（１００）面に対して±９．６°のオフアングル
を持つシリコンウエハーに対して、４０重量％の水酸化
カリウムを用い、４０°Ｃでエッチングを行えば、先端
角を２５．６°とすることができる。
【００５２】ところで、ガラスでは、引張り強度（破壊
強度）が非常に弱い。破壊強度は、ニッケルが５００〜
９００ＭＰａ、ステンレスが１ＧＰａ、シリコンが７．
０ＧＰａであり、シリコンで作成した針は、十分な強度
を確保することができる。
強度）が非常に弱い。破壊強度は、ニッケルが５００〜
９００ＭＰａ、ステンレスが１ＧＰａ、シリコンが７．
０ＧＰａであり、シリコンで作成した針は、十分な強度
を確保することができる。
【００５３】次に、図５〜図７を参照しながら、シリコ
ンを用いた中空針の応力計算例について説明する。
ンを用いた中空針の応力計算例について説明する。
【００５４】まず、計算条件について説明する。図５に
示すように、中空針４０の先端４０ａから根元４０ｂま
での軸方向長さが１ｍｍ、先端角θが３５．３°とす
る。針先のテーパ面４６に、矢印４８で示す軸方向と、
矢印４９で示す曲げ方向とに、それぞれ６３．６６２Ｎ
／ｍｍ２の圧力（直径２００μｍに２Ｎが必要という実
績から換算）を加えた場合について、根元４０ｂの拘束
面から軸方向に１０μｍ離れた面４０ｃにおけるミゼス
の相当応力を計算した。中空穴４２の内径と、外周面４
４の外径との比を１：２に固定し、外径２０、６０、１
００、１５０μｍについて計算した。中空針４０の材質
はシリコンで、ヤング率Ｅ＝１２７．４ＧＰａ、ポアソ
ン比は０．３とした。
示すように、中空針４０の先端４０ａから根元４０ｂま
での軸方向長さが１ｍｍ、先端角θが３５．３°とす
る。針先のテーパ面４６に、矢印４８で示す軸方向と、
矢印４９で示す曲げ方向とに、それぞれ６３．６６２Ｎ
／ｍｍ２の圧力（直径２００μｍに２Ｎが必要という実
績から換算）を加えた場合について、根元４０ｂの拘束
面から軸方向に１０μｍ離れた面４０ｃにおけるミゼス
の相当応力を計算した。中空穴４２の内径と、外周面４
４の外径との比を１：２に固定し、外径２０、６０、１
００、１５０μｍについて計算した。中空針４０の材質
はシリコンで、ヤング率Ｅ＝１２７．４ＧＰａ、ポアソ
ン比は０．３とした。
【００５５】図６は、軸方向に圧力が加わった場合の計
算結果である。シリコンの引張り強さ７．０ＧＰａに対
して、計算結果は１桁小さいので、中空針４０は十分な
強度を有することが分かる。
算結果である。シリコンの引張り強さ７．０ＧＰａに対
して、計算結果は１桁小さいので、中空針４０は十分な
強度を有することが分かる。
【００５６】図７は、曲げ方向に圧力が加わった場合の
計算結果である。中空針４０の外径が１００μｍより小
さくなると、シリコンの引張り強さ７．０ＧＰａを越え
るので、中空針４０は破損するおそれがあることが分か
る。中空針４０の軸方向長さを短くしたり、内径を小さ
くするなどすれば、曲げ方向に圧力が加わった場合の強
度を確保することが可能である。
計算結果である。中空針４０の外径が１００μｍより小
さくなると、シリコンの引張り強さ７．０ＧＰａを越え
るので、中空針４０は破損するおそれがあることが分か
る。中空針４０の軸方向長さを短くしたり、内径を小さ
くするなどすれば、曲げ方向に圧力が加わった場合の強
度を確保することが可能である。
【００５７】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
ものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
【００５８】
【発明の効果】中空針は、シリコンプロセスを用いた化
学的エッチング加工によって作成するので、内径、外形
が小さくても、高精度に加工することができる。また、
先端のテーパ形状も高精度に欠陥なく作成できる。
学的エッチング加工によって作成するので、内径、外形
が小さくても、高精度に加工することができる。また、
先端のテーパ形状も高精度に欠陥なく作成できる。
【００５９】また、内径、外形は任意寸法に変えること
ができる。先端角も、使用するシリコンウエハー表面の
オフアングルを変えることにより、ある程度任意に変え
ることができる。
ができる。先端角も、使用するシリコンウエハー表面の
オフアングルを変えることにより、ある程度任意に変え
ることができる。
【００６０】また、外径が２００μｍ以下と小さいの
で、一度に多量に低コストに作成可能である。例えば、
４インチウエハー１枚で約１０００本、８インチウエハ
ー１枚で約４０００本を同時に作成できる。上記のよう
な方法を用いれば、内径約１０μｍ程度までは、加工可
能である。
で、一度に多量に低コストに作成可能である。例えば、
４インチウエハー１枚で約１０００本、８インチウエハ
ー１枚で約４０００本を同時に作成できる。上記のよう
な方法を用いれば、内径約１０μｍ程度までは、加工可
能である。
【００６１】シリコンを材料とするので、破壊強さが
７．０ＧＰａと、従来のガラスやステンレスに比べる
と、各段に大きいので、採血時にかかる針への応力によ
る破壊が他の材料と比べて極端に起こりにくい。
７．０ＧＰａと、従来のガラスやステンレスに比べる
と、各段に大きいので、採血時にかかる針への応力によ
る破壊が他の材料と比べて極端に起こりにくい。
【００６２】また、シリコンを材料とするので、生体組
織に対して化学的に安定である。
織に対して化学的に安定である。
【００６３】また、片側をテーパ加工でき、またテーパ
面がシリコンの（１１１）方位面なので、鏡面で他の方
位より機械的強度が強く、比較的圧力のかかる針先とし
てはさらに有利である。
面がシリコンの（１１１）方位面なので、鏡面で他の方
位より機械的強度が強く、比較的圧力のかかる針先とし
てはさらに有利である。
【００６４】針径を小さくすることにより、低侵襲を達
成することができる。
成することができる。
【００６５】針単品もしくは、数本以内で使用する場合
には、同じシリコンプロセスで作ったマイクロポンプを
同じ基板上に配置し、超小型の採血セットとして使用す
ることができる。また、同じシリコンプロセスにより、
血液分析(診断)を行うための検査チップを同じ基板上に
作成することも可能である。
には、同じシリコンプロセスで作ったマイクロポンプを
同じ基板上に配置し、超小型の採血セットとして使用す
ることができる。また、同じシリコンプロセスにより、
血液分析(診断)を行うための検査チップを同じ基板上に
作成することも可能である。
【００６６】アレイ状に針を複数本セットにした剣山の
ような針として使えば、毛細管力のみでも必要な採血量
を確保できる。また、同じシリコンプロセスにより血液
分析(診断)を行うための検査チップを同じ基板上に作成
できる。
ような針として使えば、毛細管力のみでも必要な採血量
を確保できる。また、同じシリコンプロセスにより血液
分析(診断)を行うための検査チップを同じ基板上に作成
できる。
【００６７】また、複数本セットにしたアレイ状の針を
使用することにより耳たぶ、指先等に穿刺した際に、針
先が毛細血管に到達する確率も増えてくるので、より血
液を採取しやすい。
使用することにより耳たぶ、指先等に穿刺した際に、針
先が毛細血管に到達する確率も増えてくるので、より血
液を採取しやすい。
【００６８】シリコンプロセスで針を作成できるので、
同じシリコンプロセスで同時に、ポンピング機構、血球
分離機構、混合機構、検出機構を同じチップ上に配置
し、超小型の採血から血液分析までのトータルなシステ
ムチップ（検査チップ）を構成することができる。この
ことは、ハイスループット化につながり、採血から血液
分析まで非常に短時間で行え、また血液量の無駄もなく
なる。
同じシリコンプロセスで同時に、ポンピング機構、血球
分離機構、混合機構、検出機構を同じチップ上に配置
し、超小型の採血から血液分析までのトータルなシステ
ムチップ（検査チップ）を構成することができる。この
ことは、ハイスループット化につながり、採血から血液
分析まで非常に短時間で行え、また血液量の無駄もなく
なる。
【図１】 本発明の実施形態に係る検査チップの構成図
である。
である。
【図２】 変形例の検査チップの構成図である。
【図３】 他の変形例の検査チップの構成図である。
【図４】 本発明の実施形態に係る単品針およびアレイ
針部の構成図である。
針部の構成図である。
【図５】 計算モデルの説明図である。
【図６】 中空針の外径と応力の関係を示す図である。
【図７】 中空針の外径と応力の関係を示す図である。
【図８】 中空針の製造工程の説明図である。
３０，３１，４０ 中空針 ４２ 中空穴 ４４ 外周面 ４６ テーパ面 ５０ シリコン基板（シリコンウエハー） ５２，５４ 酸化膜 θ 先端角
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ａ６１Ｍ 5/14 ３６９Ｂ Ｆターム(参考） 4C038 TA06 UJ01 4C066 BB01 CC01 FF05 KK03 KK04
Claims (8)
- 【請求項１】 シリコンで略中空円筒状に形成され、一
端にテーパ面を有し、外径が２００μｍ以下、長さが５
００μｍ以上の中空針。 - 【請求項２】 上記テーパ面が、シリコンの結晶方位
（１１１）面であることを特徴とする、請求項１記載の
中空針。 - 【請求項３】 表面が結晶方位（１００）面に対して所
定のオフアングルを有するシリコンウエハーを用い、 結晶異方性エッチングにより上記テーパ面が形成され、 ウエットエッチングにより外周面および内周面が形成さ
れたことを特徴とする、請求項１記載の中空針。 - 【請求項４】 厚いシリコンウエハーに、ＴＥＯＳ−Ｃ
ＶＤにより酸化膜をマスクとして成膜した後、ドライエ
ッチングにより外周面および内周面が形成されたことを
特徴とする、請求項１記載の中空針。 - 【請求項５】 ライトエッチングにより、外周面に凹凸
が形成されたことを特徴とする、請求項１記載の中空
針。 - 【請求項６】 請求項１〜５記載の複数の中空針を、針
先を上にして、共通ベースの上面に立設したことを特徴
とする、アレイ針。 - 【請求項７】 請求項１乃至５記載の中空針、又は請求
項６記載のアレイ針を備えた、検査チップ。 - 【請求項８】 請求項１乃至５記載の中空針、又は請求
項６記載のアレイ針を備えた、血液分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001182216A JP2002369816A (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 中空針、該中空針を用いた検査チップおよび血液分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001182216A JP2002369816A (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 中空針、該中空針を用いた検査チップおよび血液分析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002369816A true JP2002369816A (ja) | 2002-12-24 |
Family
ID=19022363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001182216A Pending JP2002369816A (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 中空針、該中空針を用いた検査チップおよび血液分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002369816A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007260889A (ja) * | 2006-03-02 | 2007-10-11 | Toppan Printing Co Ltd | 針状体の製造方法 |
| WO2008013282A1 (en) | 2006-07-27 | 2008-01-31 | Toppan Printing Co., Ltd. | Method for producing microneedle |
| JP2008023149A (ja) * | 2006-07-24 | 2008-02-07 | Toppan Printing Co Ltd | 針状体の製造方法 |
| JP2008035874A (ja) * | 2006-08-01 | 2008-02-21 | Toppan Printing Co Ltd | 針状体の製造方法 |
| WO2014073531A1 (ja) | 2012-11-09 | 2014-05-15 | 凸版印刷株式会社 | 針状構造体及びその製造方法 |
| JP2014172103A (ja) * | 2013-03-06 | 2014-09-22 | Fujifilm Corp | 凹凸構造体の製造方法 |
-
2001
- 2001-06-15 JP JP2001182216A patent/JP2002369816A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7789733B2 (en) | 2006-07-27 | 2010-09-07 | Toppan Printing Co., Ltd. | Method of manufacturing microneedle |
| US8292696B2 (en) | 2006-07-27 | 2012-10-23 | Hisamitsu Pharmaceutical Co., Inc. | Method of manufacturing microneedle |
| EP2789363A2 (en) | 2006-07-27 | 2014-10-15 | Toppan Printing Co., Ltd. | Method of manufacturing microneedle |
| US8876575B2 (en) | 2006-07-27 | 2014-11-04 | Toppan Printing Co., Ltd. | Microneedle and method of manufacturing microneedle |
| JP2008035874A (ja) * | 2006-08-01 | 2008-02-21 | Toppan Printing Co Ltd | 針状体の製造方法 |
| WO2014073531A1 (ja) | 2012-11-09 | 2014-05-15 | 凸版印刷株式会社 | 針状構造体及びその製造方法 |
| KR20150084806A (ko) | 2012-11-09 | 2015-07-22 | 도판 인사츠 가부시키가이샤 | 바늘 형상 구조체 및 그 제조 방법 |
| US10918844B2 (en) | 2012-11-09 | 2021-02-16 | Toppan Printing Co., Ltd. | Needle-like structure and method for manufacturing the same |
| JP2014172103A (ja) * | 2013-03-06 | 2014-09-22 | Fujifilm Corp | 凹凸構造体の製造方法 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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