JP2002527177A

JP2002527177A - 低侵襲性センサーシステム

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Publication number: JP2002527177A
Application number: JP2000576758A
Authority: JP
Inventors: マインハルドクノール
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-10-19
Filing date: 1999-09-28
Publication date: 2002-08-27
Also published as: DE19848112C2; DE19848112A1; EP1123040A1; CA2347378A1; WO2000022977A1

Abstract

(57)【要約】【課題】人体中の物質濃度を測定する低侵襲性センサーシステムの提供を目的とする。センサーシステムは、医療診断、特に、糖尿病の治療における人体の血液または間質液中のグルコース濃度を測定するために用いられる。【解決手段】低侵襲性センサーシステムは、組織から液体を取り出し、支持体（２）に位置する中空探針（３）を備える。支持体には、センサー素子とともにセンサー（Ｓ）が設けられる。センサー（Ｓ）は、センサー素子と空間的に接触しかつ中空探針（３）の空洞と直接接続する流路を有する。中空接続部（４）を通じて接続してもよい。微小流量素子が、中空探針（３）、中空接続部（４）およびセンサー（Ｓ）に用いられ、中空探針（３）を通じて組織から取り出された液体をセンサー（Ｓ）で直接的かつ連続的に測定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、人体中の物質濃度を測定する低侵襲性センサーシステムに関する。
このタイプのセンサーシステムは、医療診断、例えば、糖尿病治療における血液
中や間質液中のグルコース濃度を測定するために用いられる。

【０００２】

【従来の技術】

例えば、Ｄ．モスコネ(D. Moskone)らの「連続監視用限外濾過試料採取装置」
（メディカル・アンド・バイオロジカル・エンジニアリング・アンド・コンピュ
ーティング(Medical and Biological Engineering and Computing)、１９９６年
、第３４巻、２９０ページから２９４ページ）で与えられる従来技術によれば、
血液中のグルコースを測定するセンサーシステムは、採取された組織液を蓄える
ための細く長いホースに接続された限外濾過探針を備える。この蓄積ホースに採
取されて蓄積された組織液は、この組織液中に見出されるグルコースの濃度を測
定するセンサーに等時間間隔で搬送される。組織間質液は、ここでは、皮膚に輪
状に横たえた限外濾過探針中の限外濾過膜を通した負圧を利用して、皮下組織か
ら採取される。採取量は、数百ｎｌ／ｍｉｎの範囲である。センサーに供給する
ことができる量をさらに増やすために、採取された組織液の収集と中間貯蔵の後
に、それがさらに希釈バッファを用いて希釈される。この種の限外濾過方法にお
ける欠点は、中間貯蔵の結果として相当の時間のずれをもって物質濃度が測定さ
れるので、当該システムはバッチ内の採取標本測定にしか使えないことである。
よって、人体の物質濃度の直接観察はできない。

【０００３】さらに、限外濾過探針を用いる欠点は、それらが中空繊維膜より成るという点
にある。これら探針は一般には、その内部ルーメン(lumen)においてより安定し
た物質によって支持される必要がある。この種の限外濾過探針は製造が高価とな
るばかりでなく、例えば糖尿病患者へのインシュリン治療に用いられる細い鉄製
カニューレよりも相当大きい直径を有する。したがって容易に分かるように、糖
尿病患者にとってこの種の太い限外濾過探針を埋め込むことは許容しがたい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】

そこで本発明は、人間や動物の血液や組織液の物質濃度を直接的、連続的かつ
最小の侵襲性で測定でき、簡便で快適に使用できるセンサーシステムを適用可能
とすることを目的とする。さらに本発明は、そのような低侵襲性センサーシステ
ムの用途を適用可能とすることを目的とする。

【０００５】この目的は特許請求の範囲における請求項１に記載の低侵襲性センサーシステム
および請求項２２に記載のこの種の低侵襲性センサーシステムの使用方法により
達成される。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本発明による低侵襲性センサーシステムは、生物の組織から液体を採取する探
針と流量センサーとが配される支持体を備える。流量センサーは、センサー素子
と、このセンサー素子と空間的に接触する流路とを有する。流路と中空探針の空
洞とは互いに直接的に接続される。本発明による低侵襲性センサーシステムの利
点は、特に、支持体の上にまたはそれ自身に探針およびセンサー素子を集約的に
配置した結果として、小型となっており、さらに少ない量の採取組織液を直接計
測することができる。この方法により、センサーにおいて物質濃度を測定する前
に、採取した組織液を中間的に蓄積したり希釈したりすることが不用になる。結
果として、生物、とくに人体の血液または組織中の物質濃度を直接的かつ真に連
続的に、低侵襲で測定することができる。支持体と、流量センサーと、さらに特
に中空探針とが小さい大きさおよび面積を持っているので、患者のストレスは非
常に低減され、従来の計測方法の場合と比べて患者が本発明による低侵襲性セン
サーシステムを受け入れることができる可能性は相当高い。

【０００７】本発明によるセンサーシステムは、生体中において、生物の物理的、化学的、
および・または生化学的特性、特に生物の組織および身体の液体中の物質濃度を
測定するのに用いることができる。

【０００８】本発明による低侵襲性センサーシステムとその使用方法の好ましい発展は、各
々の従属クレームで与えられる。

【０００９】組織または身体の液体を受け入れるために、中空探針は、微視的、巨視的いず
れかまたは両方の開口を有する。この前記中空探針は、センサーから離れる側の
その端部において開口しており、かつ・または、その表面領域上において穴を有
し若しくは多孔である末端の中空探針である。これにより、開口を通じて中空探
針に組織液または体液が入り、特に、流量センサーの流路の中空探針から離れる
側に配置された真空ポンプまたは真空容器などの真空生成装置を用いて、流量セ
ンサーの方向へ搬送される。中空探針と、中空探針と流量センサーとの間の中空
接続部と、流量センサーとに対して、微小流量素子が用いられた場合には、非常
に微小な量の組織液でも計測することができる。

【００１０】中空探針を安定させるために、前記探針は例えば針金やガラス繊維束もしくは
炭素繊維束などの繊維束などの補強支持体を含んでもよい。この補強支持体が取
り外し可能である場合には、中空探針が皮下組織内に設置された後に取り外され
て、本発明による低侵襲性センサーシステムは患者の忍耐をより軽くすることが
できる。

【００１１】間質液または組織液の中空探針方向の流れと計測のために収集されるその量は
、カソードとして接続される少なくとも１つの電極を支持体に配することによっ
て向上する。大面積アノードを対となる電極として使用してもよい。カソードに
電圧が印加されたときには、例えば間質液はカソードの方向すなわち支持体の方
向に引っ張られて、それにより中空探針への流れが生成される。さらなる効果と
して、カソード領域の皮膚が腫れて、中空探針の領域により大きな量の間質液が
現れる。理想的には中空探針自身または中空探針内に残された補強支持体が電気
導体として設計され、カソードと接続可能にされる。これは、中空針の方向への
間質液の電気泳動・電気浸透流れを整流させる。中空探針は、ステンレス鉄、貴
金属などの電気導体からなるか、または金属などを蒸着した電気導体コーティン
グを有してもよい。カソードとして接続される追加電極を支持体に配する場合に
は、さらに間質液の電気泳動・電気浸透流れを強くかつ整流させることができる
。

【００１２】本発明による低侵襲性センサーシステムの中空探針は、限外濾過探針として構成
される必要はない。この場合には、中空探針と流量センサーとの間に流体フィル
タを設けることが好ましい。さらに、中空接続部または流量センサーの内部の流
体から不要な気泡を取り除き、計測システムの中断を避けるために、気泡止めを
この領域に設けることが好ましい。

【００１３】中空探針は間質液または体液を収集し、計測される物質に加えてこの中には添
加成分を含有するので、これらの乱流物質を除くために前酸化反応室を中空探針
と流量センサーとの間に設けてもよい。

【００１４】本発明による低侵襲性センサーシステムの流量センサーとしては、ベースプレ
ートと、溝状凹部がその上に配置される板状溝支持部と、その上に設けられてセ
ンサー素子と接続される平面状凹部を有する板状センサー支持部とを有し、また
は板状センサー支持体の代わりに平面状センサー素子を有する流量センサーが好
ましい。ベースプレート、溝支持体およびセンサー支持体またはセンサー素子は
互いに封止し合うように互いに積み重ねられ、平面状凹部または平面状センサー
が溝支持部内の溝状凹部の上に位置している。これにより、微少量の流体を正確
かつ直接的に連続して計測するのに適した最小面積の流量センサーを作ることが
できる。中空探針それ自身は、その一端がベースプレートをつきぬけて溝支持部
の溝状凹部に突出するように支持体に配される。

【００１５】収集された微少量の流体を測定するのに適したさらに好ましい流量センサーは
、センサー素子を含む少なくとも１つのテーパー収納部が導入され、センサー支
持体の二つの表面の間に延びてセンサー支持体の第２の表面と結合するする少な
くとも１つの板を含む板状センサー支持体を有する。センサー支持体と板との境
界面、例えばセンサー支持体の表面または板の表面またはその両方にそれぞれ部
分的に、センサー支持体と板との間の境界面に位置し収納部の微小開口と接触す
る溝状窪みが設けられる。流路の面積が非常に小さいので、このように与えられ
るセンサーは、流れる液体を最適に計測することができる。

【００１６】低侵襲性センサーシステムの支持体は、同時にベースプレートとして、または
溝状凹部を有する流量センサーの板状溝支持体となるよう設計することもできる
。この場合には、本願による低侵襲性センサーシステムは非常に集約的にかつ簡
便な構成とすることができる。

【００１７】ここでさらに、センサーシステムは、板状に形成され、その中に二つの表面の
間がテーパー状とされた収納部が導入される基板を備えてもよく、収納部は、セ
ンサー素子を収納し、支持体に面している側または溝に面している側にはテーパ
ー状の微小開口を有する。

【００１８】この構成において、さらに中空探針はセンサー素子のベースプレートとしての
支持体をつきぬけて溝に突出するように支持体に配されてもよい。よって支持体
、中空探針およびセンサーは、組織における採取点とセンサー素子との間の液体
の行路が非常短い集約的なユニットを形成する。

【００１９】本発明による低侵襲性センサーシステムは、特に、組織および身体の生体内の体
液の検体濃度を測定するために用いることができ、特に、人体の血液および・ま
たは間質液中のグルコース濃度を測定するために用いることができる。したがっ
て適用できる分野は、特に医学に関し、特に人体の診断医学および治療医学、血
糖値を制御してインスリン(insulin)の用量を決定する糖尿病の治療に用いられ
る。本発明による低侵襲性センサーシステムの好ましい実施形態のいくつかは後
述される。

【００２０】

【発明の実施の形態】

図１は、本発明による低侵襲性センサーシステムの使用例を示す。図１（ａ）
に示す低侵襲性センサーシステムは支持体２を備え、その上には流量センサー５
が流路６と共に配置されている。

【００２１】さらに、流路６の延長上には中空コネクターが中空探針３へと伸びている。中
空探針３は支持体２の中に配置され、流量センサー５から離れる側に支持体２か
ら突出する。さらに、流路６は中空コネクター４から離れる側に、中空コネクタ
ー７を通じてシステムモジュール８へ接続される。システムモジュール８は、さ
らに２個の電気供給線９，１０を通じて流量センサー５のセンサー素子に接続さ
れ、それによって検出された測定信号が導かれる。システムモジュール８は、電
子系Ｅと、電子系Ｅに電力を供給するバッテリーＢと、中空コネクター７、流路
６、中空コネクター４および中級探針３に負圧を与えるための吸入ポンプＰと、
中空コネクター７を通じてシステムモジュールに液体を入れるための溜部Ｃとを
含む。センサーシステムによって得られた計測値や他のシステムデータはディス
プレイＤによってシステムモジュール８に表示されることができる。

【００２２】図１（ａ）に示すように、支持体２は中空探針３が支持体２から突出する側を
接触させて皮膚表面１に配される。すなわち、中空探針は皮膚表面１を貫き、患
者の皮下組織に到達する。

【００２３】吸入ポンプＰによって生成された中空探針３、中空コネクター４、７及び流路６
の中の真空を用いて、皮下組織間質液が中空探針３から吸引されて、中空コネク
ター４により流量センサー５の流路６へと送り込まれ、中空コネクター７を通っ
てポンプＰへ送り込まれ、溜部Ｃへと送り込まれる。中空コネクター４、７及び
流路６の体積は非常に小さい。

【００２４】図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すのと同様の低侵襲性センサーシステムを示す
。したがって図１（ａ）に示すのと同じ構成には同じ番号が付されている。しか
しここでは図１（ａ）に加えて、カソードとして接続される電極が中空探針３に
配される。

【００２５】さらに皮膚表面に面する側に、支持体２は大面積のアノードを有する。カソー
ド１１とアノード１２は、双方に電圧を印加することができる電気接続部１３、
１４によってシステムモジュール１８に接続される。これらの電圧と電流は、シ
ステムモジュール８の電源Ｂと電子系Ｅを用いて生成される。電圧が印加される
結果として、皮下領域中で間質体液のカソード１１への電気泳動・電気浸透流れ
が発生する。これにより、中空探針３へ及びこの中空探針３の中へ組織間質液の
相当な大きさの流れが導かれる。

【００２６】この効果は、図１（ｃ）に示すような、支持体２の皮膚表面１に面する側に配
されたさらなるカソードによってさらに強くなる。このカソードも電気接続部１
６を通じてシステムモジュール１６と結線される。このカソード１５は、組織間
質液のさらなる電気泳動・電気浸透流れを生じさせる。皮膚の上の層ほど浸透性
が低いことにより、電気泳動・電気浸透流れの傾きは皮膚表面１に直交するので
、皮膚の最上面の下では、中空探針３のごく近傍で皮膚の腫れが起こる。よって
このように、より大きな量の組織間質液がポンプＰによって中空探針３を通じて
流量センサー５へと運ばれる。その他、図１（ａ）および図１（ｂ）と同じ構成
には同じ番号が付されている。

【００２７】図２は、本発明による低侵襲性センサーシステムのさらなる実施形態を示す。
このシステムは、支持体２と、溝１８がその中に設けられた溝支持体１７と、開
口２０を有する溝カバー１９とを備える。支持体２、溝支持体１７及び溝カバー
１９は互いに密閉し合うように上下に配される。図２（ａ）は図２（ｂ）の本発
明による低侵襲性センサーシステムの分解図である。同図にはセンサー５が示さ
れている。このセンサー５は、溝カバー１９の開口２０の大きさに対応する外形
大きさを有する。

【００２８】センサー５は、測定電気信号を導出する２個のセンサー接触面２１、２２を有す
る。支持体における溝支持体から離れる側には、支持体２を通って溝支持体１７
の溝１８の中に伸びる探針３が配置される。

【００２９】図２（ｂ）は、この低侵襲性センサーシステムを組み立てた状態で示している
。よって、同じ構成には同じ番号が付されている。図１（ａ）に加え、測定電気
信号線９、１０が図示されており、これらはセンサー接触面２１、２２に接続さ
れる。ここから分かるように、センサー素子５は、溝１８に沿って中空探針と溝
外部開口２４との間に位置するように設けられる。溝外部開口２４には、例えば
ホースなどの中空コネクター７がシール２３によって密封されるように設けられ
る。中空探針３によって受け入れられた間質液や血液は、中空探針３及び溝１８
を通じてセンサー素子５の傍を通って、溝外部開口２４へと搬送されて、中空コ
ネクター７を通る。

【００３０】支持体２、溝支持体１７および溝カバー１９は、薄膜技術を用いてポリエステ
ル膜から製作することができる。別個の層は、熱ラミネート加工や貼り合せによ
り結合される。

【００３１】センサー素子の底面を貼り合せまたは圧接によって溝支持体１７に固定的に接
続して、センサー素子５を開口２０に配置する。ここで、活性素子表面は、セン
サー５の図示しない底面から溝１８の中へ突き出でる。シール２３は、例えばシ
リコーンのような従来の封止材料よりなっている。

【００３２】図３は、図２のセンサー素子５に用いられる一例としての２個のセンサー素子
を示す。

【００３３】図３（ａ）で用いられるセンサー素子５は、例えば本願にその開示をここに組
み込まれるところのドイツ国特許出願Ｐ４１１５４１４に記載される。センサー
素子は、その表面がＳｉＯ_２とＳｉ_３Ｎ_４のいずれかまたは両方より形成される
誘電層２６よりなるシリコン基板２５を備える。異方性エッチングによって、角
錐台形状の開口がシリコン基板に作られる。これらのいわゆる格納部３５は、そ
の内面が例えば白金やＡｇ／ＡｇＣｌにより形成される電極層２７、２７’、２
７’’、２７’’’によって覆われる。格納部には、ＰＶＡにグルコースセンサ
ーのためのＧＯＤ酵素を加えて作られる膜材料２８が充填されている。センサー
素子の底面には、膜２８、２８’が露出され、活性膜２９、２９’を形成してい
る。これは同時に図２の溝１８の上面限界ともなっている。電極層２７、２７’
、２７’’、２７’’’は、図２の参照番号２１、２２で示されるセンサー接触
面によって電気的にタップされる。

【００３４】図３（ｂ）は、本願にその開示をここに組み込まれるところのドイツ国特許Ｐ
４１３７２６１．１−５２などにより知られるセンサー素子を示す。二重マトリ
ックス膜３１がセンサー素子支持体３０の開口３６に固定的に取り付けられる。
この膜は、例えばＧＯＤ酵素（グルコースオキシダーゼ）を含有するゲルを染み
込ませた紙からなる。膜材料３１には２個の電極３３、３４が蒸着またはスクリ
ーン印刷によって取り付けられている。電極３３は白金からなり、電極３４はＡ
ｇ／ＡｇＣｌ電極である。開口３６の活性自由膜表面３２はここでは、図２の溝
１８の上端部となっている。電極３３、３４は、図２のセンサー接触面２１、２
２に相当する。

【００３５】図４に示すのは、図２に示すのと同様の低侵襲性センサーシステムである。図
２と同じ参照番号は同じ構成を表す。図２とは異なり、板状フィルタ支持体３７
がさらに支持体２と溝支持体３７との間に配されている。フィルタキャリアは、
凹部とその凹部上に設けられるフィルタ膜３８を含む。ここでの凹部は、溝支持
体１７の溝１８の領域に配され、それ自身で溝の一部をなす。中空探針３は、フ
ィルタ支持体３７のフィルタ膜３８の凹部に、その凹部の支持体２と連結する側
において接続されるように配置されている。支持体２、フィルタ支持体３７、溝
支持体１７、センサー支持体１９及びセンサー素子５は、図２と同じように互い
に封止し合うように結合される。この実施例においては、中空探針３によって収
集された液体は、フィルタ膜３８をくぐらされ、その後の溝支持体１７の溝１８
に導入されて、さらにセンサー素子５の上を溝の外口２４へ搬送される。限外濾
過探針が中空探針として使用されない場合、不要な物質は、この種のフィルタ膜
によってふるい落とすことができる。

【００３６】図５および図６は、図３（ａ）に対応する流量センサーを示す。ただし流路は
センサー内に組み込まれる。

【００３７】この種のセンサーは、本願にその開示をここに組み込まれるところのドイツ国
特許Ｐ４４０８３５２などにより知られる。センサーは、その中に格納部３５が
位置するシリコン基板３５を備える。格納部３５は、センサー膜材料２８と、収
納部内に突出する電極２７、２７’’とを含む。収納部は、シリコン基板２５の
一方側から他方側へとテーパー状になっている。収納部の小開口を有する側には
、異方性エッチングによってシリコン基板２５に溝３９が設けられ、膜表面をな
す収納部の活性小開口２９、２９’と立体的に接触状態にある。この溝は、ガラ
スカバー４０により封止される。ガラスカバー４０は陽極接合により、シリコン
基板に密着される。よってシリコン基板２５の中には、中空探針により収集され
る液体を活性膜表面２９、２９’に導く溝２９が形成される。

【００３８】実現可能な溝３９の半径は数十から数百μｍまでの範囲にあり、非常に小さいサ
ンプル量を測定することができる。図６に示す構成は、センサー素子２８、２８
'に加えて、供給口４１、４２がシリコン基板２５に設けられ、シリコン基板の
一方から他方へと伸び、溝３９'と接続される。この供給口・排出口４１または
４２を通じて、計測媒体が溝３９（開口４１）の方へ若しくは溝３９から遠ざか
る（開口４２）の方へ導かれる。したがってこの場合、溝３９'はその長さに制
限があるため、シリコン基板２５'の端面からは出ない。

【００３９】図７は、図６によるセンサー素子の図２および３に対応するセンサーシステムに
おける利用形態を示す。これらの図において、同じ構成には同じ参照番号が付さ
れている。図２とは対照的に、溝支持体１７'はもはや単一の溝１８を有してい
ない。代わりに、溝は仕切によって互いに離隔された２個の部分１８'および１
８''に分割される。溝部１８'は、センサー素子側の中空探針開口とセンサー支
持体２０の開口２０との間に伸びている。第２溝部１８''は、第１溝部１８'の
横で、センサー支持体１９の開口２０の下と外部開口２４まで伸びている。２個
の溝部１８'および１８''はセンサー支持体１９の開口２０を通してのみ互いに
つながっている。ここでのセンサー接触面２１’および２２''を有するセンサー
素子５''は、前出の図６のものである。ここでセンサー素子５は、図６の供給口
４１が溝部１８’と連通し、図６の排出口４２が溝部１８''と連通するように開
口２０に配置される。よって計測される液体は、中空探針から溝部１８’および
供給口４１によって溝３９’の中を通って、センサー素子２８、２８’の横を通
り過ぎ、その後、排出口４２および溝部１８''により本発明のセンサーシステム
の外部に運び出される。溝３９’は、その流体抵抗によって流体流量を制御する
毛細管弁を構成する。この技術は、本願にその開示をここに組み込まれるところ
のドイツ国特許Ｐ４４１０２２４などにより知られる。

【００４０】計測される流体を中空探針からセンサー素子５’’の傍を通るように搬送するた
めに、本発明にかかるセンサーシステムの通孔の中に真空が生成される。この目
的のために、非常に簡便な容器または真空容器（ヴァキュテイナー(vacutainer)
）が溝部１８’’の開口２４に取り付けられても良い。溝３９’の小さい溝断面
で大きい流体抵抗の結果として、中空探針３を通じて溝３９’に入り込む流体は
その後、実質的に一定の流量で搬送される。流体抵抗は、チップ上の溝３９’自
身を長くすることにより大きくすることができる。

【００４１】図７に示すセンサーシステムは、さらに図８に示すように変形することができ
る。図７と同じ構成には同じ参照番号が付されている。ここで図７の構成に加え
て、さらなる溝４３が真空溝として溝カバー１９’に設けられている。この溝４
３は開口２０の周りにめぐらされ、仕切りによってこれと離隔されている。さら
に溝支持体１７’の溝開口１８’は真空溝４３’をも覆う側に少し伸びている。
真空溝４３は結果的に、開口２０に加えて溝開口１８’および１８’’と接続し
ている。溝支持体１７’と溝カバー１９’との間には、通気膜が溝開口１８’と
真空溝４３との連通している領域に設けられている。すなわち、通気膜が真空溝
４３に面している側に、ポンプＰ若しくは開口２４へのヴァキュテイナーによっ
て与えられる真空が表れる。中空探針３を通じて溝部１８’に到達した測定媒体
の中に空気の泡が含まれている場合、その空気は通気膜側の真空溝にかかる真空
を利用して、通気膜４４によって真空溝４３内に運び去られる。したがって、測
定媒体は通気膜を透過することができずにセンサー素子５’’の図６に示す流路
３９’に入り、脱気される。例えば真空溝４３とシステムモジュール８との間の
ホースなど、別個の真空路を設けることもできる（図１を参照のこと）。

【００４２】図９は、図２に示すのと同様の実施形態を示す。ここで支持体２’には、皮下
組織中の測定媒体を電気泳動・電気浸透により搬送する電極が一体化されている
。図２と同じ構成には同じ参照番号が付されている。

【００４３】支持体２’の上には、ある角度でステンレス鉄製の導電性中空探針３が設けら
れ、支持体２’の底面から溝支持体１７の溝１８へと伸びており、その空洞が溝
１８と連通する。支持体２’には、さらに互いに電気的に絶縁されて、電圧を印
加するための接触接続部５１、５２、５３を有する通電路導体４８、４９、５０
が設けられる。通電路導体４９は、ここでは中空探針と電気的に接続される。さ
らに支持体２’の皮膚表面に面する側には、支持体２’の両面間接続によって通
電路導体５０または４８に電気的に接続される２個の電極１２’および１５’が
位置する。電極１２’は、ここでは支持体２’の底面の概略中心に位置する大面
積アノードである。電極１５’は、中空探針３が支持体２’を突き抜けて傾斜さ
れた中空探針３の自由端から上がった支持体２’の底面の点近傍に位置する。こ
の電極１５’はカソードとして働く。このカソード１５’は白金製またはＡｇ／
ＡｇＣｌカソードである。中空探針３の外端面は、点状先端を有しており、医療
技術のカニューレ(cannulae)として通常のように前面が開いている。図示しない
が、中空探針はその外周面に穴が穿たれるという実施形態もあり、この場合は皮
下組織からさらに多い量の標本を採取することができる。ここで接触部５１およ
び５２によりカソード１５’若しくは中空探針３に負極電圧が印加され、接触接
続部５３によりさらに正極電圧がアノード１２に印加された場合には、中空探針
３’の方向に間質液の電気泳動・電気浸透による移送が起こる。さらにはアノー
ド１５’の下の組織は腫れて、より大きな量の間質液を標本として採取すること
ができる。カソード１５’が中空探針３’の真上に位置しているので、間質液の
流れは中空探針３’の開放端の方へ向けられて、これによってさらに採取が向上
する。

【００４４】中空探針３’それ自体が電気導体でない場合には、接触部１１’（図９（ａ）
）を通じて中空探針３’内の流管との電気接続が図られる。

【００４５】図９（ｂ）は、図９（ａ）に記載されたセンサーシステムを組み立てられた状
態で示す。

【００４６】図１０は、本発明による低侵襲性センサーシステムのための中空探針３’の様
々な実施形態を示す。中空探針３’は、ステンレス鉄により形成された管状体を
備える。これは電気導体であり、例えば図９によるセンサーシステムの実施形態
において、中空探針として働くと同時にカソードとしても働くことができる。こ
れら中空探針の外端面は、点状先端を有して、医療技術のカニューレとして通常
のように前面が開くようにすることもできる。その外周面に穴を穿ったり、多孔
にすることもできる。

【００４７】図１０（ｂ）は、テフロン（商標）、ポリアミド若しくは他のプラスチック材
料により形成されてホース的特性を有する中空探針３’を示す。テフロン膜はこ
こでは、その表面領域に穴を穿って、管質液を透過可能としてもよい。テフロン
や他の膜材料においてこの種の穴を穿つにはレーザーを用いることができる。穴
を穿つことに相当するものとして、中空探針３’に限外濾過中空ファイバを用い
ることもできる。

【００４８】図１０（ｂ）に示される中空探針３'のホース的性質は、計測中に中空探針が
この中空探針のルーメン内の真空によりつぶれるということが起こることを意味
する。よって中空探針には、例えば同時に中空探針のカソードとしても働く針金
のような、補強支持体５４が設けられる。２本またはそれ以上の針金を捻ること
によって補強支持体を形成することもできる。

【００４９】図１０（ｃ）は、さらなる補強中空探針３'''を示す。補強支持体５５は、繊
維束を備える。炭素繊維束またはガラス繊維束は、この目的のために特に適する
。炭素繊維束が補強支持体として用いられた場合には、その電気伝導性の結果と
して同時にカソードとしても働く。

【００５０】ここで説明されている中空探針は、０．１から２ｍｍまでの間の外径を有し、
０．４から０．５ｍｍまでの間がより好ましい。

【００５１】図１０による中空探針は、透析および限外濾過中空繊維として用いられる他の
公知材料から作ることもできる。

【００５２】補強支持体５４は気泡止めとして構成することもできる。この場合、補強支持
体は、たとえはテフロン管のようにその壁が通気性であるものよりなる。テフロ
ン管の内ルーメンは真空とつながる。これによって、溝３４を通じて図８による
実施形態と同様の状態が生じる。

【００５３】図１１は、図２に関連する本発明によるさらなる実施形態を示す。図２と対応
する構成には対応する参照番号が付されている。ここで図２とは異なり、中空探
針３は多孔質テフロンカテーテル(catheter)から作られる自在中空探針３^ＩＶと
なっている。しかしながら、この自在中空探針は、皮下組織内に挿入させること
は容易ではない。したがって中空探針３^ＩＶ内には、補強支持体として安定用針
が設けられる。この針は、溝カバー１９のシリコーン中隔５６を通り、溝支持体
１７の溝１８を通って、中空探針３^ＩＶ内に導入される。中隔５６は、ここでは
溝１８の中に生じる真空を維持するのに十分に非浸透性を有する。本実施形態に
おける利点は、中空探針３^ＩＶが皮下組織に挿入されたらすぐに、安定用針５７
を中空探針３^ＩＶから引き抜くことによって外せる点である。この低侵襲性セン
サーシステムの探触時に支持体にかかる応力を低減し、この種のセンサーシステ
ムが患者に受け入れやすくなる。

【００５４】図１１（ｂ）は、このセンサーシステムを組み付けた状態で示す。

【００５５】好ましくは、本発明によるセンサーシステムは、流れの中断を表示するために
流れ制御をできるようにしてもよい。この流れ制御は非常に簡素な実施例は、セ
ンサー５（図１を参照）の流路６内に一方が他方を後ろになるように位置させた
２個のグルコースセンサーにより実現される。従来のグルコースセンサーは従来
技術として一般に知られているように、検体を酵素によって変換するため、第２
のセンサーは第１のセンサーに比べてよりグルコース濃度が低くなる。いま流れ
ているところの第２のセンサーの信号がその時間の第１のセンサーの信号よりも
その絶対値が小さければ、組織間質液の流れは中断されていないと考えることが
できる。

【００５６】さらに、グルコースセンサーの前に、前酸化反応室を中空探針とセンサー素子
との間に配置することも望ましい。この反応室の働きにより、前酸化処理によっ
てセンサーは内容物のかき乱しから免れる。この処理中に前酸化反応室全体にも
流れがあるため、前酸化反応室と下流のグルコースセンサーとの流れの比は、セ
ンサー５（図１を参照）の溝６の中の組織間質液の流れを制御するパラメーター
として用いることができる。この種の前酸化反応室は、上流に接続されて、例え
ば図５および図６にような前述のセンサーと同じ技術手段によって作成すること
ができる。

【００５７】図２、４、７から９に示す低侵襲性センサーシステムにおいて、支持体２、溝
支持体１７、溝カバー１９およびフィルタ支持体３７若しくはこれに対応する素
子は、プラスチック材料からなっている。その材料は、ポリ塩化ビニル(polyvin
yl chloride) （ＰＶＣ）、ポリエチレン(polyethylene)（ＰＥ）、ポリオキシ
メチレン(polyoxymethylene)（ＰＯＭ）、ポリカーボネイト(polycarbonate)（
ＰＣ）、エチレン・プロピレン共重合体(ethylene propylene copolymer)（ＥＰ
ＤＭ）、ポリ塩化ビニリデン(polyvinylidene chloride)（ＰＶＤＣ）、ポリク
ロロトリフルオロエチレン(polychlorotrifluoroethylene)（ＰＣＴＦＥ）、ポ
リビニール・ブチラール(polyvinyl butyral)（ＰＶＢ）、セルロース・アセテ
ート(cellulose acetate)（ＣＡ）、ポリプロピレン(polypropylene)（ＰＰ）、
ポリメタクリル酸メチル(polymethyl methacrylate)（ＰＭＭＡ）、ポリアミド(
polyamide)（ＰＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重
合体(tetrafluoroethylene hexafluoropropylene copolymer)（ＦＥＰ）、ポリ
テトラフルオロエチレン(polytetrafluoroethylene)（ＰＴＦＥ）、フェノール
・ホルムアルデヒド(phenol-formaldehyde)（ＰＦ）、エポキシド(epoxide)（Ｅ
Ｐ）、ポリウレタン(polyurethane)（ＰＵＲ）、ポリエステル(polyester)（Ｕ
Ｐ）、シリコーン(silicone)、メラミン・ホルムアルデヒド(melamine-formalde
hyde)（ＭＦ）、ユリア・ホルムアルデヒド(urea-formaldehyde)（ＵＦ）、アニ
リン・ホルムアルデヒド(aniline-formaldehyde)、キャプトン(capton)などであ
る。

【００５８】支持体２、溝支持体１７、溝カバー１９およびフィルタ支持体３７は、接着、
溶接、ラミネートによって接合される。特にラミネートについては、熱ラミネー
トができる特別なラミネート膜を使用することができる。その一例は、ポリエチ
レンとポリエステルから作られる、ドイツ国、マールのＴＥＡＭＣＯＤＯＲ社
製のＣＯＤＯＲフィルムである。支持体２、溝支持体１７、溝カバー１９、フィ
ルタ支持体３７のそれぞれの膜厚は、１０から数１０００μｍで、好ましくは、
略数１００μｍである。支持体２、他の支持体、カバーの平坦面の大きさは数ｃ
ｍ平方、例えば図２の支持体２で２×３ｃｍである。支持体２の底面は、好まし
くは、全面的若しくは部分的に皮膚に対して適用可能で、皮膚の表面にしっかり
接着する接着剤からなる接着層を設ける。

【００５９】アノード１２、カソード１１および１５'ならびに通電路導体４８、４９、５
０、相当する図中における接触接続部５１、５２、５３は、スクリーン印刷また
は薄膜法により生成される。これに用いられる材料は、貴金属または他の金属を
もとにしたスクリーン印刷用ペーストなどがある。薄膜法によって生成される層
は、白金、金、銀、塩化銀層（Ａｇ／ＡｇＣｌ）のような貴金属からなるものな
どがある。アノード、カソード、通電路導体および接触接続部は数１００ｎｍか
ら数μｍの間の膜厚である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による低侵襲性センサーシステム

【図２】本発明によるさらなる低侵襲性センサーシステム

【図３】本発明による低侵襲性センサーシステムの２個のセンサー素子

【図４】本発明によるさらなる低侵襲性センサーシステム

【図５】本発明による低侵襲性センサーシステムのセンサー素子

【図６】本発明による低侵襲性センサーシステムのさらなる流量センサー素子

【図７】本発明による低侵襲性センサーシステム

【図８】本発明による低侵襲性センサーシステム

【図９】本発明による低侵襲性センサーシステム

【図１０】本発明による低侵襲性センサーシステムの中空探針

【図１１】本発明によるさらなる低侵襲性センサーシステム

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年９月１日（２０００．９．１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】組織から液体を採取するための少なくとも一つ探針と、少な
くとも一つのセンサー素子とを備える低侵襲性センサーシステムであって、中空探針と、センサー素子を有するセンサーと、前記センサー素子に空間的に
接触する流路とが、支持体に設けられ、前記中空探針の空洞は、前記センサーの前記流路と直接にまたは中空接続部を
通じて接続されることを特徴とする低侵襲性センサーシステム。
【請求項２】前記中空探針が、微視的、巨視的またはその両方の開口を有
することを特徴とする請求項１に記載の低侵襲性センサーシステム。
【請求項３】前記中空探針が、末端の中空探針であることを特徴とする前出の請求項のいずれかに記載の低侵襲性センサーシステム。
【請求項４】前記中空探針が、センサーから離れる側のその端部において
開口しており、かつ・または、その表面領域上において穴を有し若しくは多孔で
あることを特徴とする前出の請求項のいずれかに記載の低侵襲性センサーシステ
ム。
【請求項５】前記センサーの前記流路は、前記探針から真空を生成する装
置、特に吸入ポンプまたは真空容器、へ向かう側に接続されることを特徴とする
前出の請求項のいずれかに記載の低侵襲性センサーシステム。
【請求項６】前記中空探針、前記中空接続部、前記流路、前記センサーの
いずれか若しくは全てが微小流量素子であることを特徴とする前出の請求項のい
ずれかに記載の低侵襲性センサーシステム。
【請求項７】前記中空探針内に、針金、針またはガラス繊維束若しくは炭
素繊維束などの繊維束などの補強支持体が設けられることを特徴とする前出の請
求項のいずれかに記載の低侵襲性センサーシステム。
【請求項８】前記補強支持体が取り外し可能であることを特徴とする前出
の請求項に記載の低侵襲性センサーシステム。
【請求項９】カソードとして接続される少なくとも一つの電極が前記支持
体上の位置することを特徴とする前出の請求項のいずれかに記載の低侵襲性セン
サーシステム。
【請求項１０】前記中空探針、前記補強支持体のいずれかまたは両方が、
電気導体であり、カソードとして接続されることを特徴とする前出の請求項のい
ずれかに記載の低侵襲性センサーシステム。
【請求項１１】前記中空探針、前記補強支持体のいずれかまたは両方が、
電気導体からなるまたは電気導体コーティングを有することを特徴とする前出の
請求項に記載の低侵襲性センサーシステム。
【請求項１２】前記中空探針、前記補強支持体のいずれかまたは両方が、
プラスチック材料、ステンレス鉄、貴金属、のいずれかまたはこれに金属を蒸着
してなることを特徴とする請求項７から１１のいずれかに記載の低侵襲性センサ
ーシステム。
【請求項１３】カソードとして接続される追加電極が、前記支持体に設け
られることを特徴とする前出の請求項のいずれかに記載の低侵襲性センサーシス
テム。
【請求項１４】アノードとして接続される大面積電極が、前記支持体に設
けられることを特徴とする前出の請求項のいずれかに記載の低侵襲性センサーシ
ステム。
【請求項１５】流体フィルタが、前記中空探針と前記センサーとの間に設
けられることを特徴とする前出の請求項のいずれかに記載の低侵襲性センサーシ
ステム。
【請求項１６】気泡止めが、前記中空探針と前記センサーとの間に設けら
れることを特徴とする前出の請求項のいずれかに記載の低侵襲性センサーシステ
ム。
【請求項１７】前酸化反応室が、前記中空探針と前記センサーとの間に配
置されることを特徴とする前出の請求項のいずれかに記載の低侵襲性センサーシ
ステム。
【請求項１８】前記センサーが、ベースプレートと、溝状凹部を有する板
状溝支持部と、前記センサー素子と平面センサー素子のいずれかまたは両方に組
み込まれる平面凹部を持つ板状センサー支持体とを有し、前記ベースプレート、前記溝支持部およびセンサー支持部および・またはセン
サー素子は互いに封止し合うように互いに積み重ねられ、平面凹部および・また
は平面センサー素子が溝状凹部の上に配置されることを特徴とする前出の請求項のいずれかに記載の低侵襲性センサーシステム。
【請求項１９】その一端部が前記溝状凹部に突出するように、前記探針が
前記ベースプレートをつきぬけて配されていることを特徴とする前出の請求項に
記載の低侵襲性センサーシステム。
【請求項２０】前記センサーは板状の基板を有し、その基板には前記基板
の前面から第２の表面に向けてテーパーとされる少なくとも１つの収納部が導入
され、その収納部は前記前面に大きな開口と前記第２の表面に小さな開口とを有
するセンサー素子と、前記第２の表面と接続される少なくとも１つの板とを有し
、前記基板は前記収納部の前記小開口と接触する少なくとも１つの溝状空洞とを
有し、前記溝状空洞は計測室として働き、前記溝状空洞は前記基板または前記板
またはその両方に設けられることを特徴とする請求項１から１７のいずれかに記
載の低侵襲性センサーシステム。
【請求項２１】前記センサーシステムの前記支持体は、板状基板または板
状溝支持体として構成されることを特徴とする請求項１８から２０のいずれかに
記載の低侵襲性センサーシステム。
【請求項２２】前記流路は、前記流路の流れ方向に沿って一方が他方の後
ろに位置する少なくとも二つのセンサー素子と空間的に接触することを特徴とす
る前出の請求項のいずれかに記載の低侵襲性センサーシステム。
【請求項２３】前記支持体、前記ベースプレート、前記溝支持体、前記セ
ンサー支持体およびフィルタ支持体、前記板状基板若しくは前記基板の前記第２
の表面と結合される前記板は、ポリ塩化ビニル(polyvinyl chloride) （ＰＶＣ
）、ポリエチレン(polyethylene)（ＰＥ）、ポリオキシメチレン(polyoxymethyl
ene)（ＰＯＭ）、ポリカーボネイト(polycarbonate)（ＰＣ）、エチレン・プロ
ピレン共重合体(ethylene propylene copolymer)（ＥＰＤＭ）、ポリ塩化ビニリ
デン(polyvinylidene chloride)（ＰＶＤＣ）、ポリクロロトリフルオロエチレ(
polychlorotrifluoroethylene)（ＰＣＴＦＥ）、ポリビニール・ブチラール(pol
yvinyl butyral)（ＰＶＢ）、セルロース・アセテート(cellulose acetate)（Ｃ
Ａ）、ポリプロピレン(polypropylene)（ＰＰ）、ポリメタクリル酸メチル(poly
methyl methacrylate)（ＰＭＭＡ）、ポリアミド(polyamide)（ＰＡ）、テトラ
フルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(tetrafluoroethylene h
exafluoropropylene copolymer)（ＦＥＰ）、ポリテトラフルオロエチレン(poly
tetrafluoroethylene)（ＰＴＦＥ）、フェノール・ホルムアルデヒド(phenol-fo
rmaldehyde)（ＰＦ）、エポキシド(epoxide)（ＥＰ）、ポリウレタン(polyureth
ane)（ＰＵＲ）、ポリエステル(polyester)（ＵＰ）、シリコーン(silicone)、
メラミン・ホルムアルデヒド(melamine-formaldehyde)（ＭＦ）、ユリア・ホル
ムアルデヒド(urea-formaldehyde)（ＵＦ）、アニリン・ホルムアルデヒド(anil
ine-formaldehyde)、キャプトン(capton)などのプラスチック材料からなること
を特徴とする前出の請求項のいずれかに記載の低侵襲性センサーシステム。
【請求項２４】プラスチック材料からなる、前記支持体、前記ベースプレ
ート、前記溝支持体、前記センサー支持体、前記フィルタ支持体、前記板状基板
および・または前記基板の前記第２の表面と結合される前記板が１０μｍから数
１０００μｍの間の厚さ、好ましくは約１００μｍの厚さを有することを特徴と
する請求項２３に記載の低侵襲性センサーシステム。
【請求項２５】前記支持体、前記センサー、前記ベースプレート、前記溝
支持体、前記センサー支持体、前記フィルタ支持体、前記板状基板、および・ま
たは前記基板の前記第２の表面と接続される前記板は、貼り合せ、溶着、および
・またはラミネートにより接続されることを特徴とする請求項２３に記載の低侵
襲性センサーシステム。
【請求項２６】生物の物理的、化学的、および・または生化学的特性を測
定することを特徴とする前出の請求項のいずれかに記載の低侵襲性センサーシス
テムの使用方法。
【請求項２７】組織および身体の生体内の体液の検体濃度を測定すること
を特徴とする前出の請求項に記載の使用方法。
【請求項２８】人体の血液および・または間質液中のグルコース濃度を測
定することを特徴とする前出の２つの請求項に記載の使用方法。
【請求項２９】医学、特に人体の診断医学および治療医学に用いられるこ
とを特徴とする請求項２６から２８のいずれかに記載の使用方法。
【請求項３０】糖尿病の治療に用いられることを特徴とする前出の請求項
に記載の使用方法。