JP2010075374A - 針状体デバイスおよび針状体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】型材の耐久性の向上と、デバイス方向の確認が可能となることを目的とする。
【解決手段】本発明の針状体は、針状体底面と同一面の端部において、一辺もしくは数辺に対し、面取り加工が施されていることを特徴とする。
本発明の作製方法および構造を用いることで、成形時の型材に対する負荷を緩和させることが可能となり、型材の耐久性の向上を実現することが可能となる。また、面取り加工時に非対称性を持たせることで、デバイス方向の確認が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、医薬品を皮膚から体内に伝達することを可能とする微細な針状体デバイスに関するものである。

皮膚上から薬剤を浸透させ体内に薬剤を投与する方法である経皮吸収法は、人体に痛みを与えることなく簡便に薬剤を投与することが出来る方法として用いられているが、薬剤の種類によっては経皮吸収法で投与が困難な薬剤が存在する。これらの薬剤を効率よく体内に吸収させる方法として、ミクロンオーダーの針状体を用いて皮膚を穿孔し、皮膚内に直接薬剤を投与する方法が注目されている。この方法によれば、投薬用の特別な機器を用いることなく、簡便に薬剤を皮下投薬することが可能となる（特許文献１参照）。

この際に用いる針状体の形状は、皮膚を穿孔するための十分な細さと先端角、および皮下に薬液を浸透させるための十分な長さを有していることが必要とされ、直径は数μｍから数百μｍ、長さは皮膚の最外層である角質層を貫通し、かつ神経層へ到達しない長さ、具体的には数十μｍから数百μｍ程度のものであることが望ましいとされている。

角質層の厚さは部位によっても若干異なるが、平均して２０μｍ程度である。また、角質層の下にはおよそ２００μｍから３５０μｍ程度の厚さの表皮が存在し、さらにその下層には毛細血管が張りめぐる真皮層が存在する。このため、角質層を貫通させ薬液を浸透させるためには少なくとも２０μｍ以上の針が必要となる。また、採血を目的とする針状体を製造する場合には、上記の皮膚の構成から少なくとも３５０μｍ以上の高さの針状体が必要となる。

また、針状体を構成する材料としては、仮に破損した針状体が体内に残留した場合でも、人体に悪影響を及ぼしにくい材料であることが必要であり、この材料としては医療用シリコーンや、マルトース、ポリ乳酸、デキストラン、ポリカーボネート等の生体適合樹脂が有望視されている（特許文献２参照）。

微細な針状体の製造方法の例として、精密機械加工とエッチング加工技術を用いて金型原版作製する手法が提案されている（特許文献３参照）。

また、医療用の生体適合性のある針状体の作製方法として、金型から型材を起こし、その型材を用いて転写成形を行う手法が提案されている。（特許文献４参照）。

以下に公知文献を記す。
米国特許第６，１８３，４３４号明細書 特開２００５−２１６７７号公報 特開２００２−７９４９９号公報 特表２００７−５２３７７１号公報

このような微細構造を低コストかつ大量に製造するためには、射出成形法、インプリント法、キャスティング法に代表される転写成形方法が有効であるが、いずれの方法においても成形を行うためには所望の形状を有する型材からの転写によって行われる。

しかしながら、成形時には用いる型材には機械的もしくは熱的な負荷が強く加わるため、特に角を有する構造体の近傍および周辺から破壊が生じるという問題がある。

また、医療用デバイスにおいてトレーサビリティー（履歴管理ができること）は必要不可欠であり、デバイス個体の認識はもちろんのこと、さらにデバイス方向（上下左右等）の確認が取れることも重要である。

しかしながら、対称性の高い材料に対して方向の確認を取ることは困難である。一方、極端に対称性を崩した形状では、転写成形時の圧力及び熱制御が極めて繁雑であり、形状成形が困難となる問題がある。

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、成形性の向上とデバイス方向の認識性の向上という二条件を満たす針状体デバイスを提供することを目的とする。

上記の問題を解決する為の手段として、本発明の請求項１に係る発明は、台座の上に微細な針状体が一本または複数本配置された針状体デバイスであって、台座の側面上端に面取り加工が施されていることを特徴とする針状体デバイスである。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の針状体デバイスであって、台座の側面上端の一辺に対し、面取り加工が施されていることで非対称性を持たせたことを特徴とした針状体デバイスである。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項１に記載の針状体デバイスであって、台座の側面上端の複数辺に対し、異なる条件の面取り加工が施されていることで非対称性を持たせたことを特徴とした針状体デバイスである。

本発明の請求項４に係る発明は、型取り用の型材と、その型材を用いた成型加工により針状体デバイスを製造する針状体デバイスの製造方法において、型取り用の型材を作製するために使用する原版として、針状体デバイスの針状体が起立している台座の側面上端の一辺に対し面取り加工が施されている原版を使用することを特徴とする針状体デバイスの製造方法である。

本発明の請求項５に係る発明は、請求項４に記載の針状体の製造方法において、針状体デバイスの針状体が起立している台座の側面上端の複数辺に対し、異なる条件の面取り加工が施されている原版を使用する事を特徴とする針状体の製造方法である。

本発明の請求項６に係る発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の針状体デバイスの構成材料に生体適合材料を用いることを特徴とする針状体デバイスである。

本発明の針状体デバイスは、針状体デバイスの針状体が起立している台座の側面上端の、一辺もしくは複数の辺に対し、面取り加工が施されていることを特徴とする。

また、本発明の針状体デバイスの作製方法および構造を用いることで、圧力及び熱制御機構の複雑化を抑制しつつ、成形時の型材に対する負荷を緩和させることが可能となり、型材の耐久性の向上を実現することが可能となる。

更に、面取り加工時に非対称性を持たせることで、トレーサビリヒティーに必要となるデバイス方向の確認が可能となる。これは画像装置を用いた機械的方向識別はもちろんの
こと、光の反射の加減から目視でもデバイス方向を確認することを可能とする。

また、本発明の針状体デバイスは、型材を用いた転写成形によって作製される。転写成形方法はその充填材料を選択することで、機械的もしくは化学的な加工方法を用いて針状体を作製することが困難である材料においても形成が可能となり、尚且つ、大量の製品を効率良く低コストで製造することが可能である。しかも、転写成形のための材料に生体適合材料を用いた場合、生体に低負荷の材料を用いた針状体を製造することが可能となる。生体適合材料を用いれば、微細な針状体が折れて、体内に取り残された場合も、無害であるという効果を有する。

本発明の針状体ならびに針状体の製造方法は、医療のみならず、微細な針状体を必要とする様々な分野に適用可能であり、例えばマイクロデバイス、計測治具、創薬、化粧品、バイオマテリアルなどに用いる微細な針状体ならびに針状体の製造方法としても有用である。

以下、本発明の針状体デバイスおよび製造方法の一例について実施形態の説明を行う。

本発明における針状体デバイスは、針状体デバイスの針状体が起立している台座の側面上端に面取り加工が施されていることを特徴とする。面取りのサイズは特に決められた値は無いが、バリやチッピング等の発生による形状破損が無いことが必要である。面取り加工は図１のように一辺のみ、および、図２のように複数辺を適宜選択することができる。複数辺に面取りが施される場合は、それぞれの加工幅、加工角度、平行性、水平性、表面粗さ等を異なる値に選択することで、デバイスに非対称性を持たせることができる。また、複数の同一加工条件での面取りと、一つもしくは複数の異なる加工条件からなる面取りの組み合わせからも非対称形状を作製することができる。また、一辺の面取りに於いて角度の異なる多数の面によって構成されていても良い。もしくは角R（かどアール）を設けたように極めて滑らかに変化する加工面であっても良い。

例えば四角形のデバイス外形であれば、外周の四辺に面取り加工を施すことができる。

このとき、四辺が同一の面取り形状である必要は無く、一辺もしくは複数辺において加工条件が異なって良い。このときの面取り加工条件としては、加工幅、加工角度、平行性、水平性、表面粗さを考慮し任意に選択して良い。また、辺のすべてを均一に面取りする条件だけでなく、途中までを面取りした構造を取っても良い。

本発明における針状体デバイスの概形は特に限定されず、多角形、円形、もしくはそれらを組み合わせた形状において面取り構造を持たせることが出来る。

本発明における針状体デバイスは、任意の加工材料から作製された加工品であって良い。もしくは、原版を作製した後にこれを複製した型を起こし、型材を用いて転写成形する方法によって作製されたものであって良い。もしくは型材を直接加工することで作製し、これから転写成形する方法を用いて作製されたものであっても良い。

以下、本発明における針状体デバイスの製造方法の一例として、図を用いて説明を行う。ここでは原版を作製する工程、及び、型材を作製する工程、型材から転写成型する工程、を経る手法によって行われる事例について示す。針状体デバイスもしくは型材を直接加工する方法においても同様の手法を用いて作製しても良い。

＜原版作製工程＞
まず、基板上に針状体を作製する。針状体の作製方法は、公知の手法を用いて良く、機械加工もしくは半導体製造に用いられる微細加工を用いることができる。このとき、基材としては、材質は特に制限されず、加工適性や、材料の入手容易性などから材質を選択することが望ましい。例えば、SUSやアルミ、チタン等の金属材料、アルミナ、窒化アルミニウム、マシナブルセラミックスなどのセラミックス、また、シリコンやガラスなどの硬脆性材料、アクリルやポリアセタールなどの有機材料が挙げられる。

次に、面取り加工を施す。本発明における面取り加工は、微細加工方法によって行われる。加工方法は特に限定されず、研削加工、切削加工、ワイヤー加工、放電加工、レーザー加工、エッチング加工、等を用いてよい。より好ましくは研削加工であり、特に基板材料にSi基板を用いた場合、ダイヤモンドから成る研削刃を用いることで任意の微細な加工を施すことができる。

以上より、面取り加工条件を制御することで、任意の形状を成した針状体デバイスを作製することが出来る。ここまでで得られた針状体デバイスは、以下に説明する複製のための原版として用いることができる。

＜型材作製工程＞
次に、原版から型材を製造する方法（図３−（ａ），（ｂ）参照）について図を用いて説明する。図３（ａ）では、原版３０に型原料３１を充填する。このとき添加剤等を加えることにより、その後の工程を良好に進めることが可能となる。型原料硬化の後、図３（ｂ）のように、型原料３１を原版３０から剥離することで凹型に複製された型材３３を作製することができる。型材を作製することで、同一の型材から多量の針状体を製造することが出来るため、生産コストを抑制し、生産性を高めることが可能となる。

ここで用いられる原版には型材の離型性を向上させるために、転写前に表面形状の加工及び化学的な表面改質を施しても良い。具体的には、機械加工による研磨、穴あけ、溝加工や、エッチングプロセスを用いた表面加工および表面改質、もしくは離型剤の塗布等を好適に用いることが出来る。

型原料は、特に制限されるものではないが、原版を良好に転写し得る形状追従性、後述する転写成型における転写性、耐久性および離型性を考慮した材質を選択することが出来る。また、型原料中の不純物を除去するために精製工程を加えても良い。

＜転写成形工程＞
次に、型材を用いた転写成型工程（図３−（ｃ）、（ｄ）参照）について説明する。図３（ｃ）では、型材３３に成形材３４を充填する。成形材は特に制限されないが、穿刺部となる針状体においては生体適合性材料である医療用シリコーン樹脂や、マルトース、ポリ乳酸、デキストラン、糖質、ポリカーボネート等を用いることが好ましい。生体適合性材料を用いれば、針状体が折れて体内に取り残された場合も、無害であるという効果を有する。このときの成形材３４の充填方法についての制限は無いが、生産性の観点から、インプリント法、ホットエンボス法、射出成形法、押し出し成形法およびキャスティング法を好適に用いることが出来る。

成形材３４充填の後、これを型材３３から剥離し、針状体３５を得る。このとき、型材の剥離性を向上させるために、針状体の材料の充填前に、型材の表面上に離型効果を増すための離型層を形成してもよい（図示せず）。離型層としては、例えば広く知られているフッ素系の樹脂を用いることができる。また、離型層の形成方法としては、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、スピンコート法、ディップコート法等の薄膜形成手法を好適に用いることができる。

以上より、本発明の針状体ならびに針状体の製造を実施することが出来る。なお、本発明の針状体ならびに針状体の製造方法は上記実施の形態に限定されず、各工程において類推することのできる他の公知の方法をも含むものとする。

以下、本発明の実施例について、具体的に一例を挙げながら説明を行う。当然のことながら、本発明の針状体の製造方法は下記実施例に限定されず、各工程において公知の資料から類推できる他の製造方法をも含むものとする。

まず、ダイヤモンド刃を有する切削加工装置を用い、シリコン基板上に５列５行のアレイ状に並んだ２５個の針状体を作製した。このとき得られた針状体は四角錐であり、先端角が４０°、高さが約１６２μｍ、底面の一辺の幅が２３１μｍとなった。

次に、この２５個の針状体の外周の未加工領域に対し、基板表面から３００μｍまで掘り下げることで、２５個の針状体の外周四辺に平面域を作製した。このようにして作製された２５個の針状体の外周の一辺に対して、４５°の傾斜面を持つ研削砥石により深さ１００μｍまで面取り加工を行った。これにより図３（ａ）のように面取りされた側面形状を持つ針状体デバイスの原版を作製することができた。

次に、作製した針状体デバイスを複製するため、前記針状体デバイスの原版から型材を作り、転写成形を行う工程を実施した。

まず、メッキ法によって、針状体デバイスの表面にニッケル膜を６００μｍ形成した。

次に前記ニッケル膜を針状体デバイスから剥離し、型材を作製した。次に、上記型材に対し、インプリント法を用いて針状体デバイスの作製を行った。充填する針状体材料として、生体適合性材料であるポリカーボネートを用いた。以上の工程により、生体適合性樹脂であるポリカーボネートで構成された面取り加工が施された針状体デバイスを作製することが出来た。

本実施形態では、型材の角部に集中していた負荷を分散させ、型材の耐久性向上させることが出来ると共に、面取り域の有無を瞬時に目視で確認することが出来た。これにより生体適合性材料を用いた針状体デバイスの成形における作業効率の向上と、デバイス方向のトレーサビリティーの二条件を実現することが可能となった。

本発明の針状体デバイスは、医薬、創薬、化粧品などの薬物を輸送するデバイスに用いる微細な針として、利用することが期待できる。

本発明の針状体デバイスの針状体の面取り構造の一例を示す概略平面図である。 本発明の針状体デバイスの針状体における複数の面取り構造の一例を示す概略平面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の針状体の製造工程を説明するための概略工程の一事例を示す断面図である。

符号の説明

１０…針状体
１１…台座
１２…面取りＡ
２０…面取りＢ
２１…面取りＣ
２２…面取りＤ
２３…面取りＥ
３０…原版
３１…型原料
３３…型材
３４…成形材
３５…針状体

Claims (6)

1. 台座の上に微細な針状体が一本または複数本配置された針状体デバイスであって、台座の側面上端に面取り加工が施されていることを特徴とする針状体デバイス。
2. 請求項１に記載の針状体デバイスであって、台座の側面上端の一辺に対し、面取り加工が施されていることで非対称性を持たせたことを特徴とした針状体デバイス。
3. 請求項１に記載の針状体デバイスであって、台座の側面上端の複数辺に対し、異なる条件の面取り加工が施されていることで非対称性を持たせたことを特徴とした針状体デバイス。
4. 型取り用の型材と、その型材を用いた成型加工により針状体デバイスを製造する針状体デバイスの製造方法において、型取り用の型材を作製するために使用する原版として、針状体デバイスの針状体が起立している台座の側面上端の一辺に対し面取り加工が施されている原版を使用することを特徴とする針状体デバイスの製造方法。
5. 請求項４に記載の針状体の製造方法において、針状体デバイスの針状体が起立している台座の側面上端の複数辺に対し、異なる条件の面取り加工が施されている原版を使用する事を特徴とする針状体の製造方法。
6. 請求項１〜３の何れか１項に記載の針状体デバイスの構成材料に生体適合材料を用いることを特徴とする針状体デバイス。

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