JP2004526581A - ソフトリソグラフィ及びフォトリソグラフィを使用して微小針（ｍｉｃｒｏｎｅｅｄｌｅｓ）構造を製造する方法 - Google Patents

Abstract

ソフトリソグラフィ及びフォトリソグラフィを使用して微小針構造を製造する方法が開示され、そこではフォトレジスト材料またはＰＤＭＳで作られた微小型構造が製作される。この微小型の製造は、廉価な材料及び方法を使用して、極めて速やかに実施される。型が一旦利用可能になると、微小針配列は、ポリマーなどの成型可能な材料を使用して、比較的迅速な方法で成型またはエンボス加工され得る。分離容易化のために、犠牲層が形成微小型とその基板層との間に設けられる場合もある。微小針そのものは、中空でない突出部、中空「微小管」または浅い「マイクロカップ」とすることができる。中空の微小管ごとの個々の電極を含む電極が、微小針配列上に形成可能である。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に微小針配列に関し、特に、ソフトリソグラフィ及びフォトリソグラフィを使用して微小針構造を製造する方法を対象とする。本発明は、特に、フォトレジスト材料またはＰＤＭＳで微小型(micromold)構造を作り出し、及びある場合には基板層からの分離を容易にするための犠牲層を使用することにより、微小針を製造する方法として開示される。
【背景技術】
【０００２】
薬剤の局所投与は全身的及び局部的な薬理効果を達成するために非常に有用な方法であるが、十分に皮膚を通過して浸透する薬剤を提供するためには課題が存在する。皮膚は複数の層からなり、その中では角質層が最も外側の層であり、次に生表皮層がきて、最後に真皮組織層がある。角質層の薄い層が、皮膚を通る化学物質浸透に対して主な障壁を呈する。角質層は、薬剤物質の水溶解度及び分子量に従って、皮膚の障壁特質の５０％〜９０％が原因となる。
【０００３】
注射による薬剤投与のための皮下注射針の使用の代替法が、米国特許第３，９６４，４８２号（ガーステル（Gerstel）による）で開示され、そこでは中空でないまたは中空であるいずれかの微小針の配列が角質層を通って表皮層へ貫通するために使用される。流体は、中空微小針を通してか、または浸透性の固体突出部を通してかのいずれかによって、あるいは場合によっては浸透性の材料若しくは開口部によって囲まれた非浸透性の固体突出部の周りで分配される。薬剤放出の速度を制御するために膜材料が使用され、薬剤移動機構は吸収性である。
【０００４】
他のタイプの微小針構造が、ＰＣＴ国際公開公報ＷＯ９８／００１９３（アルテアテクノロジー社（Altea Technologies, Inc.）による）、並びにＷＯ９７／４８４４０、ＷＯ９７／４８４４１、及びＷＯ９７／４８４４２（アルザ社（Alza Corp.）による）にて開示されている。更に、ＰＣＴ国際公開公報ＷＯ９６／３７２５６では、別のタイプのマイクロブレード構造が開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
微小針の使用は、皮内薬剤投与または薬剤サンプリングが痛みまたは出血無しに達成できるという点で１つの大きな利点を有する。本明細書で使用する「微小針」という用語は、角質皮膚層を通って表皮層へ貫通するために十分に伸長した複数の長い構造を指す。一般的には、微小針は真皮層にまで貫通する程長くはないが、それが望ましい状況もある。微小針は製造が比較的難しいので、比較的速やかに製造できる様々なタイプの微小型から作られる微小針を構成する方法を提供することに利点がある。金属の型または半導体の型を使用することは可能であるが、そのような構造の製作には通常比較的長い期間を必要とする。これに対して、その型がポリマーまたは他のタイプのプラスチック（若しくは他の成型可能な）材料で作られる場合、そのような型構造は比較的速やかに且つはるかに少ない費用で製作することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
それ故に、微小型及び使用可能な微小針構造の両方が速やかに製造可能な、フォトリソグラフィ及びソフトリソグラフィ技法を使用する微小針の作製方法を提供することが本発明の利点である。
【０００７】
フォトレジスト材料が単一または複数の層で適用されてフォトリソグラフィによりパターン化されることにより、直接使用することができる微小針構造を作り出すか、または微小針構造を製造するポリマーなどの成型可能な材料と共に使用することができる微小型構造を作り出すかのいずれかである、微小針の作製方法を提供することが本発明の別の利点である。
【０００８】
直接使用することができる微小針構造を作り出すか、または微小針構造を製造するポリマーなどの成型可能な材料と共に使用することができ、成型可能な材料を別の比較的「柔軟な」材料、たとえば金属以外の何かによって少なくとも部分的に形成する微小型構造を作り出すかするために、ソフトリソグラフィを使用して微小針の作製方法を提供することが本発明の更なる利点である。
【０００９】
ソフトリソグラフィを使用して、微小針構造を作り出し、微小針構造を使用して微小針構造を製造するポリマーなどの成型可能な材料と共に使用可能な可撓性の微小型構造を作り出すことができ、得られた微小針配列の全体形状が凹形または凸形のいずれかである、微小針の作製方法を提供することが本発明の更なる別の利点である。
【００１０】
フォトリソグラフィ及び／またはソフトリソグラフィを使用して、微小型構造を作り出して、基板から微小型構造を分離するために材料の犠牲層を溶解若しくは分解する、微小針の作製方法を提供することが本発明の更なる利点である。
【００１１】
フォトリソグラフィ及び／またはソフトリソグラフィを使用して微小針構造を作り出し、蒸着法、及び／または電気メッキ、電着、無電界メッキ、スパッタリング、若しくはプラズマ堆積(plasma deposition)などの他のコーティング法を使用して微小針構造の表面を更に被覆する、微小針の作製方法を提供することが本発明の更なる別の利点である。
【００１２】
その上、フォトリソグラフィ及び／またはソフトリソグラフィを使用してマスター構造を作り出し、更にマイクロエンボシングまたは成型法を使用して微小針構造を製造する、微小針の作製方法を提供することが本発明の別の利点である。
【００１３】
フォトリソグラフィ及び／またはソフトリソグラフィを使用して微小針構造を作り出し、更に、複数の微小針をそれぞれ包囲する導電性材料の「バンド」内、または単一の中空微小針の内側を走る個々の小さな導電性構造内のいずれかで微小針構造の上に電極を作り出す、微小針の作製方法を提供することが本発明の更なる別の利点である。
【００１４】
微小針の先端は硬化されるかまたはより可撓性に作られるかのいずれかであり、微小針配列のベース（または基板）はより可撓性に作られ、または微小針を皮膚に適用の後、配列のベース（基板）から分離して（break away)、これにより角質層を通して突き出す中空微小管を後に残す、フォトリソグラフィ及び／またはソフトリソグラフィを使用して微小針構造を作り出す、微小針の作製方法を提供することが本発明の更なる利点である。
【００１５】
本発明の追加的な利点及びその他の新規な特徴は、部分的には以降に続く説明で述べられ、部分的には以降を検討することにより当業者にとって明らかとなり、または本発明の実践によって会得することができる。
【００１６】
前述及び他の利点を達成するために、本発明の一態様により、（ａ）複数の微小構造を含む基板を提供する工程、（ｂ）基板を微小構造ネガ形態をとる第一の成型可能な材料の層で被覆して、第一の成型可能な材料を硬化させる工程、（ｃ）硬化した第一の成型可能な材料を基板から分離して、微小構造を包含する第一の硬化した成型可能な材料で微小型を作り出す工程、及び（ｄ）第二の成型可能な材料を微小型の上に塗布して、ソフトリソグラフィ法を使用して第二の成型可能な材料を硬化させ、次に硬化した第二の成型可能な材料を微小型から分離することにより、パターン化された微小型の微小構造の三次元ネガ形態を有する硬化した第二の成型可能な材料で微小針構造を作り出す工程、とを含む微小針の作製方法が提供される。
【００１７】
本発明の別の態様により、（ａ）基板材料を提供する工程、（ｂ）基板材料に少なくとも１層のフォトレジスト材料を被覆し、フォトリソグラフィ法を使用してフォトレジスト材料を複数の微小構造でパターン化する工程、及び（ｃ）パターン化したフォトレジスト材料を基板材料から分離することにより微小構造を包含するパターン化したフォトレジスト材料で微小針構造を作り出す工程、を含む微小針の作製方法が提供される。
【００１８】
本発明の更なる態様により、（ａ）基板材料を提供する工程、（ｂ）基板材料に少なくとも１層のフォトレジスト材料を被覆し、フォトリソグラフィ法を使用してフォトレジスト材料を複数の微小構造でパターン化する工程、（ｃ）パターン化したフォトレジスト材料を微小構造ネガ形態をとる成型可能な材料の層で被覆し、ソフトリソグラフィ法を使用して成型可能な材料を硬化させ、次に硬化した成型可能な材料をパターン化したフォトレジスト材料及び基板材料の両方から分離する工程、及び（ｄ）分離して硬化した成型可能な材料の少なくとも１つの表面に蒸着法を使用して被覆する工程、を含む微小針の作製方法が提供される。
【００１９】
その上、本発明の更なる態様により、（ａ）基板材料を提供する工程、（ｂ）基板材料を少なくとも１層のフォトレジスト材料で被覆し、フォトリソグラフィ法を使用してフォトレジスト材料を複数の微小構造でパターン化する工程、（ｃ）第一の成型可能な材料をパターン化したフォトレジスト材料／基板の上に塗布し、ソフトリソグラフィ法を使用して第一の成型可能な材料を硬化させ、次に硬化した第一の成型可能な材料をパターン化したフォトレジスト材料／基板から分離して微小構造を作り出す工程、及び（ｄ）第二の成型可能な材料を微小構造の上に成型またはエンボス加工し、第二の成型可能な材料を硬化後に硬化した第二の成型可能な材料を微小構造から分離し、これにより微小構造の三次元ネガ形態を有する硬化した第二の成型可能な材料で微小針構造を作り出す工程、を含む微小針の作製方法が提供される。
【００２０】
本発明の更なる態様により、（ａ）基板材料を提供する工程、（ｂ）基板材料に少なくとも１層のフォトレジスト材料を被覆し、フォトリソグラフィ法を使用してフォトレジスト材料を複数の微小構造でパターン化することで、パターン化されたフォトレジスト材料が微小構造を含むようにする工程、（ｃ）微小構造ネガ形態をとる成型可能な材料の層で基板を被覆して、成型可能な材料をソフトリソグラフィ法により硬化させ、（ｄ）硬化した成型可能な材料を基板から分離することによりマスクを作り出す工程、（ｅ）ベースから突き出る複数の個々の突出部を有する微小針配列構造を提供する工程、及び（ｆ）微小針配列構造に近接してマスクを配置し、マスクを通して微小針配列構造の表面上に導電性物質を適用して、これにより少なくとも１つのパターンの導電性通路を表面上に作り出す工程、を含む微小針の作製方法が提供される。
【００２１】
本発明の更なる別の態様により、第一の端部及び第二の端部を有する長手方向要素を含む微小針構造が提供され、長手方向要素は第一の端部と第二の端部との間を突き出る側壁を有し、側壁はまた第一の端部と第二の端部との間を実質的に走る少なくとも１つの外溝を有する。
【００２２】
本発明の更なる別の利点は、本発明の好ましい実施形態が、本発明を実践するために考慮された最良の形態の１つで記載され示されている次の説明及び図面から当業者には明らかである。理解されるように、本発明はその他の異なった実施形態が可能であり、すべて本発明から逸脱することなく、その幾つかの詳細部は様々な明白な態様の改質が可能である。従って、図面及び説明は本質的に例証としてみなされ、限定するとはみなされない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本明細書に組み入れてその一部を構成する添付図面は、本発明のいくつかの態様を図解し、その説明及び請求項と共に本発明の原理を解説するものである。以下、本発明の好ましい実施形態を詳細に参照するが、それらの例が添付図面に図示され、そこでは同じ数字が図面全体を通して同一要素を示す。
【００２４】
本発明の原理を使用すると、ポリマーの微小針はレプリカ成型により作製することができ、そこではＰＤＭＳの型がフォトレジストマスターを使用して調製される。別の方法としては、ポリマーの微小針はレプリカ成型により製作することができ、そこではＰＤＭＳの型が深反応性のイオンエッチングまたは当業者に既知のいずれか他のエッチング技法により作製されるシリコンウェーハを使用して製作される。両方の場合において、ＰＤＭＳ材料は、後にそれ自体が微小針の配列となるプレポリマー材料で満たされ得る型として使用されるネガレプリカとなる。中空でない微小針及び中空微小針の両方が、本発明の技法により製作されることができる。
【００２５】
「ＰＤＭＳ」という用語はこの特許文献を通して非常に多くの場所で使用されているが、選択される微小加工法に従って、ＰＤＭＳの代わりに他の材料も本発明に使用できることが理解されるであろう。レプリカ成型法においては、表面エネルギーが低いことにより大部分の基板との接着性が少ない、いかなる成型可能な材料でも使用することができる。犠牲層に対しては、高反応性のポリマー、または有機若しくは無機溶媒中で可溶な他の材料でＰＤＭＳを置き換えることができる。更に、完全に非反応性のエラストマーがレプリカに使用される場合（例えば、フッ素化ポリマー）、シラン処理は一般的には必要ではない。ＰＤＭＳ（商標）は、ミシガン州（Midland, Michigan）のダウコーニング社（Dow Corning Corporation）により製造される。
【００２６】
フォトレジスト材料が使用される状態では、この材料は、フォトリソグラフィ技法を使用してパターン化され、パターン化された構造がＰＤＭＳのネガレプリカを作り出すために使用される。フォトリソグラフィ法で使用する透明なマスクのための正確なデザインは、デザインソフトウエア及び高解像度印刷機を使用する急速原型技法に基づく微小加工法を使用するが、当業者に既知の伝統的な方法を使用して調製したマスクもこの方法を使用して実施することができる。本発明は、一般的にＳＵ−８フォトレジスト材料を使用するフォトリソグラフィ、並びにソフトリソグラフィを使用するレプリカ成型、電気メッキまたはマイクロエンボシング法の組合せをうまく利用している。そのような方法は、微小針の作製に当技術分野で従来から既知のものよりも費用が安く、より早い応答時間（例えば、２４時間未満）を有する。
【００２７】
「ＳＵ−８」という用語がフォトレジスト材料の例としてこの発明文書を通して非常に多くの場所で使用されているが、これはマサチューセッツ州（Newton, Massachusetts）のマイクロケム社（MicroChem Corporation）により製造されるフォトレジストの特定のブランド名であって、ＳＵ−８の代わりに他の材料が使用できることが理解されるであろう。ＳＵ−８（商標）は、フォトレジストとして３０ミクロン以上の被膜の厚さを形成することができるという点で幾つかの特に望ましい特性を有する。もちろん、設計者が３０ミクロン未満の厚さのフォトレジスト被膜を形成することを望む場合には、他のフォトレジスト材料を確実に使用することができる。その上、３０ミクロンより厚い被膜の厚さを形成するＳＵ−８以外のフォトレジスト材料も利用することができるか、または利用可能になるかもしれず、且つそれらは本発明の中で有利に使用できる可能性がある。
【００２８】
本発明は、ある構造をパターン化するためにフォトリソグラフィを使用するのみならず、ポリマー材料または同様な非金属材料で作られた型を使用して三次元の構造を作り出すために「ソフトリソグラフィ」を使用する。ソフトリソグラフィは、含まれる全ての部材がマスク、スタンプ、または型としてパターン化されたエラストマーを使用するという共通の特徴を共有する方法論である。（ヨウナン シャ（Younan Xia）及びジョージ Ｍ．ホワイトサイド（George M. Whitesides）による「ソフトリソグラフィ」アンギューケムインターナショナルエディション（Angew. Chem. Int. Ed.）１９９８．３７．５５０〜５７５を参照のこと）このエラストマーのスタンプまたは型は、マイクロエレクトロニクス作製において今日普通に使用される剛性の無機材料ではなく可撓性の有機分子または他の材料を含むことができる「成型可能な材料」に、そのパターンを転写する。本発明では、そのようなソフトリソグラフィ法を、微小針の配列を作り出す殆ど全ての方法に使用する。
【００２９】
ジョージホワイトサイド（George Whitesides）教授及び同僚は、ソフトリソグラフィを多数の微小加工法に使用し、それらの方法には、エラストマー型を使用する炭素微小構造の作製（公開特許出願ＰＣＴ国際公開公報ＷＯ９８／３４８８６Ａ１参照）、マイクロコンタクトプリント法による物品のエッチング（ＰＣＴ国際公開公報ＷＯ９８／３４８８６Ａ１）、触媒作用コロイドのマイクロプリント（ＰＣＴ国際公開公報ＷＯ９７／３４０２５参照）、自己集結した単層のパターンで円筒状物体をパターン化する小さなコイル及びバンドの作製（ＰＣＴ国際公開公報ＷＯ９７／４４６９２及びＷＯ９７／０７４２９参照）、毛管微小成型による物品の形成（ＰＣＴ国際公開公報ＷＯ９７／３３７３７参照）及びエレクトロルミネセント表示を作製するためのエラストマーマスクの使用（ＰＣＴ国際公開公報ＷＯ９９／５４７８６参照）などが挙げられる。
【００３０】
深反応イオンエッチングなどの従来型シリコン微小加工技法を使用して作製されたシリコンマスター、またはＬＩＧＡ法を使用して調整された構造も、微小針のレプリカ成型に使用することができる。そのようなシリコンマスターは、フォトレジストまたはＰＤＭＳ（若しくは同様の）材料を使用して型レプリカを作り出す本発明の微小加工法と比較して、一般的にはレプリカ成型を作り出すのためにより多くの時間を必要とする。
【００３１】
以降説明する方法は、中空でない、部分中空、または完全中空の微小針の製造に使用でき、そのような微小針は、電着可能な金属、熱可塑性樹脂、または熱エネルギー、光エネルギーの使用若しくは正規状態下で反応開始剤の添加により硬化するポリマーで製作することができる。フォトリソグラフィ技法を使用する場合には、材料のパターン化及び硬化の両方に光エネルギーを使用するが、硬化方法は光以外の他のタイプのエネルギー源も確かに含むことができる。
【００３２】
上述のように、この文書で説明する作製技法は、微小針を作製する従来技術で説明されてきた多数の他の方法よりも早い応答時間を有する。レプリカ型は、大抵、適切な形状に完全に形成されたシリコン若しくは金属構造か、またはフォトリソグラフィ技法を使用してパターン化されたフォトレジスト材料で製作された所定の突出部を有するシリコンウェーハ構造を使用して適切な形状に形成されたＰＤＭＳ材料で製作できる。ＰＤＭＳ型のネガレプリカが一旦形成されると、プレポリマーまたは他のタイプの成型可能な材料でそれを満たすことができ、その中でプレポリマーまたは他の材料が実際の微小針の配列になる。次に、プレポリマーは、ソフトリソグラフィ法の工程で硬化される。
【００３３】
代替作成技法は、ＰＤＭＳまたはシリコン酸化物などの材料で製造された「犠牲層」によりシリコンウェーハまたは他の基板材料から分離されたフォトレジスト材料の層で始まる。１つの作製技法は、マスクを使用せずに硬化させるフォトレジストの第一の層を置き、次にフォトリソグラフィまたは他のパターン化技法を使用してパターン化するフォトレジストの第二の層を置くことである。第一のフォトレジスト層は後に微小針配列の基板またはベースになり、一方、フォトレジスト材料の第二の層は後に中空でないまたは中空であるいずれかの微小針構造を作り出す実際の突出部になる。フォトレジスト層が一旦完全にパターン化され硬化されると、次に犠牲層が溶解されるかまたはさもなくば分解され、これによりシリコンウェーハの最初の基板が微小針配列から分離される。
【００３４】
上述のように、その作製法は、中空でないまたは中空であるいずれかの微小針を作成するために使用することができる。フォトレジストのトップ層を有するシリコンウェーハから中空の微小管が作り出されると、次に、フォトリソグラフィ技法を使用して、フォトレジストのトップ層が中空微小管の配列としてパターン化される。これが生じた後に、「ウェーハ／パターン化フォトレジスト」はシラン処理され、ＰＤＭＳ材料で被覆されてソフトリソグラフィ法で硬化される。ＰＤＭＳが一旦硬化すると、それは、当初のシリコンウェーハ／基板とパターン化されたフォトレジストの組合せから分離することによりＰＤＭＳを含むネガレプリカが形成される。次に、プレポリマー材料がネガレプリカに満たされて、プレポリマー材料はソフトリソグラフィ法において電磁エネルギーまたは熱エネルギーで硬化され、一旦硬化したプレポリマーはＰＤＭＳ型レプリカから取り出されることにより、中空の微小針の配列が形成される。この時点では、微小針は、貫通穴がフォトレジスト材料の中に深く入っているだけなので、完全に中空とは限らない。もちろん、これらの「マイクロカップ」は、レーザー除去または何か他のタイプの微小加工技法により開口することができる。
【００３５】
中空微小針または「微小管」を作り出す代替方法は、シリコンウェーハまたは他の基板材料から始まって、その上に犠牲層を置いて更にその犠牲層の上にフォトレジストの層を置く。このフォトレジストの第一の層はマスクを使用せずに硬化され、次に、焼成して乾燥されるフォトレジストの第二の層で覆われる。次に、フォトリソグラフィ技法により、微小針または「微小管」の配列がフォトレジストの第二の層の中に形成される。これが一旦生じると、犠牲層は溶解または別の方法では分解され、これによりフォトレジスト材料で作られた微小針の配列が後に残される。この時点では、微小針は、貫通穴がフォトレジスト材料の中に深く入っているだけなので、完全に中空とは限らない。もちろん、これらの「マイクロカップ」は、レーザー除去または何か他のタイプの微小加工技法により開口することができる。
【００３６】
中空の微小管またはマイクロカップがシリコンウェーハまたは他の基板の上に一旦形成されると、微小針の外側壁のベースに沿って酸を適用して材料の小さな部分をベースでエッチングし、皮膚中でより取り外し可能にすることができる。これにより、微小針が微小針配列の主ベースまたは基板から容易に取り外し得る傾向が強くなる。これは、微小針が皮膚の角質層を貫通して使用され、次に配列のベースまたは基板が皮膚表面から取り去られる状態では有用である。その時に微小針は基板／ベースから分離され（break away）、これにより中空の微小針は角質層内に残される。そのような微小針は角質層が再生するまで角質層内に埋められて残り、これにより流体が一時的に導入されるかまたは抽出される場所を皮膚上に提供する。
【００３７】
実際の微小針を作り上げている基板とフォトレジスト材料としてのフォトポリマーとの接着性が低いＰＤＭＳ材料、または他のコーティングを使用して分離型(break-away)の微小針を作ることもできる。そのようなフォトレジストの中空微小針は、皮膚の角質層中に適用されるとＰＤＭＳ基板／ベースから分離（break away）する傾向がある。これにより、配列のベース／基板が一旦取り外されると、次に複数のそのような中空の微小針が角質層中に残される。
【００３８】
本発明はまた、堆積技法を使用して中空微小針を作製することができる方法を提供する。金属の中空微小針及びポリマーの中空微小針の両方をそのような様式で構成することができる。金属中空微小針は、ＰＤＭＳ陰レプリカを作り出すことにより製作され、次に微小針構造上に電気メッキされる。これにより、通常「閉止した」微小針が形成され、これらはそれら自体で有用性を有することができるが、微小針は多くの場合ある型の研磨操作を使用して微小管に貫通穴を作り出して開口される。
【００３９】
ポリマーの中空微小針は、ＰＤＭＳネガレプリカを作り出して、ＰＤＭＳで構成された「柱」または他の微小針型の構造上にポリマーを電着することにより、堆積技法を使用して構成することができる。ポリマーがＰＤＭＳ上に一旦メッキされると、メッキされたポリマーはＰＤＭＳ型から分離され、これにより「閉止された」微小針の形態を有する複数の微小針構造が後に残される。そのような微小針は、研磨操作により、開口されて、完全に貫通した中空微小針を作り出すことができる。
【００４０】
本発明の原理はまた、ＰＤＭＳで作られた相補的な型を使用して、中空の微小針を製造することにも使用できる。この状態では、例えば、そのそれぞれがフォトレジスト材料の層で被覆された２つの別個のシリコンウェーハを出発点として使用することができる。これらウェーハのそれぞれが、フォトリソグラフィ技法を使用してフォトレジスト層をパターン化し、第一の場合、フォトレジスト層に穴が形成され、第二の場合、柱または他の同様な構造がフォトレジストに形成される。これらのパターンは、後に見るように相補的である。ここで両方のウェーハは、シラン処理されてＰＤＭＳで被覆される。ＰＤＭＳを硬化し、ＰＤＭＳは一旦硬化されると、それぞれのシリコンウェーハから取り外すかまたは引き離すことができるネガレプリカを形成する。フォトリソグラフィ段階は互いに相補的な穴と「柱」の両方を形成し、したがって、ＰＤＭＳで作られた２つのネガレプリカもまた相補的である。これらのネガレプリカの１つが上下にひっくり返され、次にプレポリマーの層が「向きを変えた」ＰＤＭＳのネガレプリカの上に置かれ、次に第二のネガレプリカがプレポリマーの上に置かれて、これによりプレポリマーを所定の位置に挟む。プレポリマーがここで硬化されて、２つのＰＤＭＳ型が取り外されることにより別個のポリマー構造が後に残される。形成された形状が「閉止した」穴の微小針の場合には、これらの微小針の閉止した端部は、あるタイプの仕上げまたは研磨法を使用して開けることができる。
【００４１】
複数のパターンの層をまた本発明の原理で使用し、中空でない又は中空であるいずれかの望みに従って、ポリマーの微小針を作り出すことができる。フォトレジストの第一の層をシリコンウェーハまたは他の基板構造の上に置いて、フォトリソグラフィ技法により穴または他の同様なパターンをフォトレジスト中に形成する。次に、フォトレジストの第二の層をこの構造上に被覆し、第二のフォトリソグラフィ法を使用して、中空管の微小針を含む微小針形体を作ることができる。この構造はシラン処理され、このパターンを基にしてＰＤＭＳネガレプリカが形成される。ＰＤＭＳが型そのものになって、ポリマー材料をＰＤＭＳのネガレプリカの上に置いて硬化またはエンボス加工することができ、これにより微小針構造の配列が形成される。微小針が「閉止した」中空の微小針を形成する場合には、閉じた端部は研磨または他のタイプの仕上げ法により取り除くことができる。これにより、貫通穴を有する中空微小針の配列が残される。ＰＤＭＳをプレポリマーが充填された型に対して平らに押すことにより、研磨を避けることができる。
【００４２】
本発明の原理は、内部電極を有する微小針を作り出すことにも使用できる。２つの異なる初期構造を使用して、電極−微小針の組合せを作り出す。一方では、貫通穴を有して中空であるポリマーの微小針の配列を上述の方法の１つによって構成する。もう１つの構造は、シリコン（または他の材料）基板からなり、シリコン基板は塗布されてフォトリソグラフィを使用してパターン化されたフォトレジスト材料の層を有する。次に、この構造はシラン処理されると共にＰＤＭＳで被覆されて、硬化される。硬化されたＰＤＭＳ層は、次に、フォトレジスト基板構造から分離され、これにより第一の構造の中空微小針と一列にあるマスクとなる。パターン化されたＰＤＭＳマスクが中空微小針と一旦一列になると、中空微小針の内側円筒状表面に沿って長さの一部を走るパターンで、金属が微小針の内側に蒸着される。同様なマスクが、電気メッキ、無電界メッキ、電気化学的マイクロマシン、シリコンまたはポリマーエッチングを使用しても調製することができる。
【００４３】
電極−微小針の組合せは、それぞれの中空微小針が他のそのような中空微小針から電気的に隔離されている電極を有するように構成することができる。あるいは、微小針の群は電極「バンド」を使用して共に電気的に接続することができ、複数の微小針の第一の群が「作用電極」に電気的に接続され、複数の微小針の第二の群が「照合電極」に接続され、及び最後に複数の微小針の第三の群が「対極」に電気的に接続される。
【００４４】
照合電極は２電極システムでは必要とされないが、電気化学的なセル設計によっては微小針配列は、ただ１つの電極タイプ、たとえば作用電極、対極、照合電極などからなる構造で使用することができる。これらの単一タイプ電極構造は、２電極または３電極装置と組み合わせることができる。微小針は大きさが非常に小さいので、「電極バンド」はある用途ではより有用であることがあり、且つ微小針は中空でないまたは中空であるいずれにもすることができる。
【００４５】
本発明の原理は、非常に鋭い先端を有する微小針を構成することにも使用できる。これは順々にパターン化された複数の層を有することにより作ることができ、そこでは、それぞれのパターンが円筒形または楕円形の開口部を作り出し、各下部開口部が次に隣接する、より高い開口部よりも大きさが小さいようになっている。これにより、例えば、非常に小さな開口部になるまで次第に細くなる一連のフォトレジスト層を作り出す。これらのフォトレジスト層構造が完了すると、フォトレジスト層構造は基板（例えば、シリコン）から分離することができ、この分離は酸化珪素などの材料の犠牲層の使用により容易にすることができる。型が基板から一旦分離されると、ポリマーまたはプレポリマー材料が型の上に置かれて、次第に細くなってついには非常に小さな開口部になる開口部へと押し込まれる。これらの次第に細くなる構造のそれぞれは、硬化されると、鋭い先端の微小針となる。硬化の後に、鋭い先端の微小針の配列は、フォトレジスト型から分離される。
【００４６】
他の型の代替構造も、本発明の原理を使用すると、入手することができる。例えば、微小針配列のベース材料は第一の構造材料で作ることができ、一方、微小針そのものは第二の構造材料で作ることができる。これにより、疎水性−親水性の組合せ、及び針のベースに対する制御した接着を作り出す設計自由度を得ることができる。他の代替構造として、例えばシリコン微小針をシラン試薬で処理して表面を改質するなど、微小針を化学的に変性してそれらの特性を変化させることがある。更なる代替構造処理としては、異なる表面特性を付与する（疎水性または親水性特性に影響を与える）エポキシまたは他のポリマーの微小針のプラズマ処理の使用がある。微小針のプラズマ処理または化学改質の使用は分子レベルで生じることができ、かかる方法は通常、構造の「表面改質」と呼ばれる。
【００４７】
別の代替構造は、基板及び／または微小針をより剛性にするために、エポキシ微小針またはポリマー微小針、並びにそれらの基板に炭素繊維または他の複合材料を取り入れることである。確かに、複合材料または炭素繊維を使用すると、微小針そのものを強化してより剛性にすることができる。あるいは、そのような基板は、基板中へのマイクロチャネル及び溝の使用を含んで、より可撓性にすることができる。微小針そのものは、そのような構造で剛性のままとすることができる。
【００４８】
微小針の更なる代替構造は微小針をより可撓性に作ることであり、そこでは微小針は皮膚を破るために十分に剛性であるが、依然としてある量の可撓性を有する。これは、微小針が皮膚を貫通して比較的長い時間所定の場所に保持される状態に使用することができる。これは連続監視及び／または分配システムで使用することができる。そのような状態で使用する間に実質的に折れることない可撓性の微小針を提供することは１つの利点である。
【００４９】
別の代替構造は、微小針の上に金属コーティングを最外層として置くことである。電気メッキ（または電着）、無電界メッキ、スパッタリング、蒸着、及びプラズマ堆積を含む幾つかの異なる方法が、微小構造に金属層を被覆するために使用できる。幾つかの合金、金属酸化物、ポリマー、及び複合材料の電気メッキが可能である。電気メッキされる材料に従って、メッキ溶液は水性または有機とすることができる。
【００５０】
無電界メッキは、実質的にいかなる種類の基板の上にも、金属、酸化物、またはポリマーを堆積させるために使用することができる。スパッタリングは、薄い（オングストロームからナノメートルまで）金属被膜を堆積させることにのみ使用できるが、後の電気メッキ工程のために非導電体試料に種金属層を被覆するために便利な早くて経済的な技法である。
【００５１】
蒸着は、微小的に滑らかな金属または酸化物被膜が望ましい場合、あるいは普通の金属が基板に強く接着しないときに、スパッタリングよりも好ましい。蒸着の場合、試料は、抵抗加熱または電子ビームを使用して金属を蒸発する真空チャンバー内に置かれる。金属蒸気は、サンプル表面を含む真空チャンバーの冷たい領域上に堆積する。通常、標本は、関心のある金属または酸化物の堆積の前に、数オングストロームの金属付着層で被覆される。
【００５２】
プラズマ堆積は、導電性または非導電性の基板の上に幾つかの種類の材料の非常に薄い（オングストローム級の厚さを有する）被膜を堆積するのに使用できる技法である。しかし、この方法は通常時間がかかりしかも高価である。通常これは、上述の方法を使用しても処理できない材料の被膜を調製するために使用される。
【００５３】
本発明の原理を利用した１つの方法は、フォトリソグラフィ及びレプリカ成型を使用する中空でないポリマー微小針の作製を含む。２つの異なる作成方法が以降記述され、これらは図１及び図２に示される。「図１」は、図１Ａ〜図１Ｆからなり、熱的には軽い若しくは自己硬化性のポリマーまたはエンボス加工熱可塑性樹脂で作られる中空でない微小針を作製するために使用されるポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）の型を形成することができる方法を示す。本発明の微小加工方法の第一の工程は、シリコンウェーハ上にフォトレジスト化合物（例えば、ＳＵ−８）の厚さが約２０〜２００ミクロンの層をスピンコートし、９０℃で焼成して乾燥することである。図１Ａにおいて、シリコンウェーハは、参照番号１０で示され、フォトレジストは参照番号１２で示される。
【００５４】
次に、フォトレジスト被膜は、図１Ｂに示すように、フォトリソグラフィを使用して直径が１０〜１００ミクロンの範囲の柱１４でパターン化される。ウェーハは次にアルカリクロロシロキサン化合物でシラン処理され、次に、ＰＤＭＳで覆われて、加熱炉中において約６０〜７０℃で約２時間硬化される。このソフトリソグラフィ工程は図１Ｃに示され、ＰＤＭＳの層は参照番号１６である。
【００５５】
ＰＤＭＳのネガレプリカは、図１Ｄのネガレプリカ１６に示されるように、シリコン／ＳＵ−８マスターから手で取り外される。この取り外し操作は当然自動化可能である。
【００５６】
次に、ＰＤＭＳ構造は、真空下でＵＶＯ−１１０と呼ばれるエポキシなどの、光硬化性ポリマーまたはプレポリマー材料で真空下で充填される。この構造は、ソフトリソグラフィ加工工程において、水銀ランプまたは他の紫外光源を使用して紫外光を２時間照射され、ポリマー１８が硬化される。これは図１Ｅに示され、プレポリマーは参照番号１８である。最後に、微小針構造が型から分離されて、図１Ｆに見られるようにポリマーで作られた微小針配列１８が残される。
【００５７】
代替方法として、深反応イオンエッチング（ＤＲＩＥ）を使用して調製されたシリコン微小構造配列マスターまたは金属微小構造配列マスター（例えば、ＬＩＧＡ技法を使用して調製される）が、ＳＵ−８フォトレジストマスターの代わりに使用され、図１に示されるようなポリマー微小針を製造することができる。この代替方法は「図２」に示され、これは図２Ａ〜図２Ｅからなる。図２Ａでは、シリコン微小構造配列マスターが参照番号２０で示される。上述のように、微小構造は、シリコン構造の代わりに金属基板で作ることもできる。
【００５８】
次に、シリコン構造２０は、図２Ｂに見られるように、シラン処理されてＰＤＭＳ２２で覆われる。ＰＤＭＳ材料で覆われた後に、その構造は加熱炉において約６０〜７０℃で約２時間硬化される。
【００５９】
ＰＤＭＳネガレプリカはシリコンまたは金属マスター２０から取り外されて、図２Ｃに見られるようなネガレプリカ構造２２が残される。次に、ＰＤＭＳ構造２２は、図２Ｄに見られるように、光硬化性ポリマー２４で充填される。次に、この光硬化性ポリマーは、水銀ランプからの紫外光源などの光源に曝される。これにより、ポリマーが硬化され、次に微小針装置が分離されて、図２Ｅに見られるような微小針配列２４が残される。紫外線硬化性のポリマーの例として、エポキシテクノロジー社（Epoxy Technologies Inc.）により製造されるＵＶ−１１４と呼ばれる化合物がある。
【００６０】
図１で説明した方法は、改質して自立型のフォトレジスト微小針デバイスを生じることができ、その例が、図３及び図４にそれらの構成技法に関して示される。「図３」は、図３Ａ〜図３Ｅからなる。酸化シリコンウェーハ３０は、図３Ａに見られるように、フォトレジスト材料層３４で被膜されたＰＤＭＳのトップ層３２を含む。この構造が、焼成されて乾燥されると共に紫外光で硬化され、硬化されたフォトレジスト材料の固体被膜３６を得る（図３Ｂ参照）。このフォトレジスト材料の例として、ＳＵ−８がある。図３Ｂの構造は、フォトレジスト、本実施例では、厚さが２０〜２００ミクロンの範囲にある層３８で再度被覆される。この構造が、約９０℃で焼成されて乾燥され、図３Ｃの構造を提供し、そこではフォトレジストの第二の層は参照番号３８で示される。
【００６１】
微小針は、直径が２０〜１００ミクロンの範囲にあるドットでパターン化された透明マスクを使用するフォトリソグラフィ技法により、フォトレジストの第二の層３８内に形成される。これにより、図３Ｄの構造が提供され、そこでは中空でない微小針４０が配列型の構造で形成されている。
【００６２】
微小針構造は、ＰＤＭＳ層３２がテトラブチルアンモニウムフッ化物（ＴＢＡＦ）及びテトラヒドロフランで分解される適切な試薬で「犠牲層」を溶解することにより、ウェーハから分離され、図３Ｅの微小針配列構造４０が後に残される。
【００６３】
フォトレジスト材料の自立微小針配列を作り出す代替方法が、「図４」に関連して説明され、図４は図４Ａ〜図４Ｅからなる。図４Ａでは、シリコン酸化物層４２を含む酸化シリコンウェーハ３０がフォトレジスト材料層３４で被覆され、焼成されて乾燥される。フォトレジスト層３４は、マスクを使用することなく暴露されて硬化され、これは図４Ｂで参照番号３６で示される。次に、ウェーハ構造は、フォトレジスト材料の第二の層３８で被覆されると共に、約９０℃で焼成されて乾燥され、これが図４Ｃに示される。
【００６４】
微小針様の構造が、一般的な直径が２０〜１００ミクロンの範囲にあるドットでパターン化された透明マスクを使用するフォトリソグラフィ法により、第二のフォトレジスト層内に形成される。これが図４Ｄに示される構造であり、トップ層４４は、図中で上向きに突き出る微小針構造を有する第二のフォトレジスト層である。次に、ウェーハ構造はフッ化水素酸（例えば、１０％溶液）中に浸漬され、シリコン基板からポリマー構造を取り外す。これによって、図４Ｅに示されるような、分離された微小針（ポリマー）構造４４が提供される。シリコン酸化物層４２は、犠牲層として作用して、フッ化水素酸中で溶解、さもなければ分解される。
【００６５】
図３Ｅの４０及び図４Ｅの４４の中空でない微小針の配列は、様々な技法により「中空」微小針に変換することができる。良く知られた１つの技法は、レーザー除去であって、これは、円筒状微小針構造のそれぞれの中心線（または中心線のほぼ近く）を通じて基本的に穴を焼き切る。
【００６６】
本発明の一態様は、「高縦横比」を呈する個々の微小針を含む微小針配列を作り出すことである。微小針の全長をその全幅で割り算したものが縦横比に等しい。微小針は、長さが２００ミクロン及び幅（または円形の場合は直径）が５０ミクロンの場合には、その縦横比は４．０である。少なくとも３：１の比較的高い縦横比を使用することが望ましいが、そのような構造を作り出すことは困難なことがある。
【００６７】
微小針は、実際の大きさが（特に、より小さな幅または直径においては）非常に小さいので、壊れることなく皮膚の角質層を貫通するために十分な強度にすることは容易なことではない。したがって、そこには二律背反があり、微小針を単に「より厚く」（またはより拡幅）できないのは、微小針の先端が皮膚の外側層を実際に貫通できるように、微小針の配列のそれぞれの間に幾分の開口領域が必要だからである。微小針使用のこの態様には、プロクターアンドギャンブル社（The Procter & Gamble Company）に譲渡された、１９９９年６月９日に出願され「皮内用微小針配列装置（Intracutaneous Microneedle Array Apparatus）」という名称の特許出願第０９／３２８，９４７号に詳細に記載されている。この特許出願の全体を参考として本明細書に組み入れる。
【００６８】
同時に、微小針を単により短くして、皮膚へ挿入した時に壊れる可能性を削減することはできない。個々の微小針は角質層の厚さよりも長くあるべきであり、そうでなければ、関心のある流体への皮膚の透過性を十分に大きくすることができない。これらの制限により、大部分の場合において、（上述のように３：１などの）比較的高い縦横比の構造が必要とされる。
【００６９】
中空の微小針を作製する２つの異なる方法が、図５及び図６に示され、引き続いて以降、説明する。「図５」（図５Ａ〜図５Ｆを含む）は、フォトレジストのトップ層５２（図５Ａ参照）を有するシリコンウェーハ５０で始まる。この構造を作り出す１つの好ましい方法は、スピンコート法を使用して、２０〜２００ミクロンの範囲の厚さのフォトレジスト材料の層をシリコンウェーハ５０の上に塗布することである。この構造は約９０℃で焼成されて乾燥されて、次にフォトレジスト５２はフォトリソグラフィ法を使用して中空円筒でパターン化され、結果として図５Ｂの構造になる。図５Ｂでは、フォトレジスト材料は複数の中空管５４に形成されており、この中空管のそれぞれが、壁５８及びこれらの壁５８内の開放中空空間５６を有する中空円筒を含む。
【００７０】
その構造は次に、アルカリクロロシロキサン化合物でシラン処理されて、真空下にてＰＤＭＳで覆われ、ソフトリソグラフィ加工工程において加熱炉中にて６０〜７０℃の範囲で約２時間硬化される。これにより、図５Ｃに見られる構造が提供され、ＰＤＭＳ層は参照番号６０で示される。
【００７１】
ＰＤＭＳ型がフォトレジストマスターから分離され、これにより図５Ｄに見られるように、構造６０自体だけが提供される。この構造６０は、プラスチックの「マイクロカップ」を得るために使用される。
【００７２】
図５Ｅでは、ＰＤＭＳ型６０は、図５Ｄに対して反転されている。このＰＤＭＳ型６０はここでプレポリマー材料６２で充填され、このプレポリマーは、別のソフトリソグラフィ加工工程において、あるタイプの熱エネルギーまたは紫外光などの電磁波照射で硬化される。一旦硬化されると、プレポリマー材料６２は型６０から取り出されることにより、図５Ｆに見られるような構造６２が後に残される。図５Ｆに見ることができるように、ポリマー微小針は、構造６２の部分として形成され、これら微小針のそれぞれが「マイクロカップ」６４の形態を有する。これらのマイクロカップは、外側円筒壁６８及び中央開放容積６６を含む。もちろん望むならば、これらのマイクロカップは、レーザー除去により、または何か他の技法により、「微小管」または他の型の中空微小針にすることができる。
【００７３】
「図５」に示される方法では、中空微小針またはマイクロカップは、ＰＤＭＳ型を使用して形成された。代替作製方法として、図６Ａ〜図６Ｅからなる「図６」を参照してこれから説明するように、犠牲被膜で覆われた基板上に搭載されたフォトレジストのフォトリソグラフィが使用できる。
【００７４】
ＰＤＭＳまたは二酸化珪素材料のいずれかの層７２を有するシリコンウェーハ７０を出発点として、フォトレジスト材料の層７４が、好ましくはスピンコートで塗布される。これが図６Ａに示される構造である。この構造は、次に約９０℃で焼成され乾燥される。層７２にＰＤＭＳが使用される場合は、約１００ミクロンの厚さを有することができ、シリコン酸化物が使用される場合には、その厚さは遥かに小さく、５００ナノメートル程度であり得る。
【００７５】
焼成後に、その構造は、図６Ｂに示されるような外観を有し、そこでは、シリコンウェーハ７０及び中間層７２が、フォトレジストの硬化または「焼成」された層７６で最上が覆われる。
【００７６】
次に、この構造は、図６Ｃに見られるように、フォトレジストの更なる層７８で再度被覆される。この構造は次に焼成され、フォトリソグラフィ技法を使用して透明マスクでパターン化される。これにより、図６Ｄに見られるような構造が提供され、そこでは複数の中空構造８２がフォトレジスト層８０全体の部分として形成されている。これらの中空構造８２はまた、図５Ｆを参照して開示したものと同様な「マイクロカップ」の形体である。
【００７７】
マイクロカップ８２は、それぞれ、円筒状壁８６、並びに円筒状壁８６内に中空容積空間８４を有する。この微小針またはマイクロカップの配列構造８０は基板から容易に取り外すことができ、これにより図６Ｅに見られるような配列構造が後に残される。これには犠牲層７２の溶解を含むことができ、これは、犠牲層がＰＤＭＳからなる場合には、ＴＨＦ（テトラヒドロフラン）中のＴＢＡＦ（テトラブチルアンモニウムフッ化物）を含み、犠牲層が二酸化珪素からなる場合には、溶解溶液は１０％フッ化水素酸である。
【００７８】
犠牲層が被覆されたウェーハは、小さな力をかけると微小針配列のベース構造または基板から容易に取り外すことができる中空微小管の作製にも使用できる。そのような取り外し可能な中空微小針または微小管は、皮膚の角質層を横切る一時的な空洞を開放するのに使用することができる。これらは、角質層の自然離脱法のため、永久的ではない。そのような取り外し可能な中空微小管を構成する１つの方法が「図７」に示される。「図７」は図７Ａ〜図７Ｂ及び図７Ｘ〜図７Ｚからなるが、図７Ｘ〜図７Ｚでのこの方法の最初の３つの工程は、図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃに示される構造が含まれることが判る。
【００７９】
図３Ｃに示される構造は、シリコンウェーハ３０と、焼成されて乾燥されたＰＤＭＳ材料層３８とを含む。図３Ｄでは、リソグラフィ法を使用して中空でないの微小針が形成されている。図７Ａでは、中空でない微小針の代わりに中空微小管が形成され、これらの構造は参照番号９０で示される。
【００８０】
シリコンウェーハがＰＤＭＳで覆われ焼成されて乾燥された後、フォトリソグラフィを使用して中空チューブ９０が製造される。これらの中空微小管のそれぞれは、開放容積９２を包囲する円筒状壁部分９４からなる。ＰＤＭＳ被膜（すなわち、層３２）の上に作製された微小針は、ＰＤＭＳと大部分のポリマーとの間の接着が比較的弱いので、皮膚を貫通する前にいかなるタイプの処理も必要としない。したがって、その微小針は、角質層を貫通するとかなり容易に外れる。これは図７Ｂに示され、そこでは、微小管９０が角質層１００の中の所定の位置に示される。図７Ｂには、表皮層１０２及び真皮層１０４も示され、これらはもちろん角質層１００の下にある。
【００８１】
代替作成方法として、図４Ｃに示される構造により示されるような、シリコン酸化物層４２を有するシリコンウェーハの使用がある。この代替作成方法は「図８」に示され、図８Ａ〜図８Ｄ及び図８Ｘ〜図８Ｚからなる。図８Ｘ〜図８Ｚの最初の３つの加工工程は図４Ａ、図４Ｂ、及び図４Ｃの外観を有する構造を含むことが判るであろう。
【００８２】
図４Ｃの構造は、シリコンウェーハ３０と、シリコン酸化物層４２と、硬化されたフォトレジストの上側層３６と、焼成されて乾燥されたフォトレジストの第二の層３８を含む。図４Ｄでは、フォトリソグラフィ法を使用して中空でない微小針が形成されている。しかし、図８Ａでは、透明なマスクが使用され、同じタイプのフォトリソグラフィ法により、中空微小針または「微小管」が作り出される。
【００８３】
図８Ａにおいては、微小管９０は、図７Ａに示されるものに外観が非常に似ている。微小管のそれぞれは、中空容積空間９２を包囲する円筒外側壁９４を有する。
【００８４】
図８Ｂでは、「犠牲層」４２を水素フッ化物（１０％）で約２〜５分処理する追加の方法が、参照番号９６で示される部分に見られるように、針／基板の界面を脆弱化する。言い換えれば、水素フッ化物処理は、シリコン酸化物層のある部分をエッチング除去する傾向があり、皮膚を貫通すると中空微小管の分離が容易になる円筒状壁の「分離された（break away）」部分を後に残す。「脆弱化」（または「分離された（break away）」）領域９６を有する得られた微小管９８の拡大図が、図８Ｄに示される。
【００８５】
試験して成功した一構造は、厚さが約５００ナノメートルであって、９０℃で焼成されて乾燥された約２０〜２００ミクロンのフォトレジスト材料（例えば、ＳＵ−８）で覆われたシリコン酸化物の層を含む。これにより、長さが約２０〜２００ミクロンの範囲の中空微小管または微小針が形成される。
【００８６】
図８Ｃは最終結果を示し、そこでは「分離された（break-away）」中空微小針または微小管９８が角質層１００の中に埋められている。
【００８７】
金属中空微小針も、フォトリソグラフィ技法を使用して構成され得る。図９及び図１０は、金属中空微小針を作製する２つの異なる方法の工程の幾つかを示す。「図９」は図９Ａ〜図９Ｇからなり、一方「図１０」は図１０Ａ〜図１０Ｇからなる。
【００８８】
図９Ａは、スピンコートングされたフォトレジスト層１１２を有するシリコンウェーハ１１０を示す。フォトレジスト材料の例としてＳＵ−８があり、この材料の厚さは２０〜２００ミクロンの範囲とすることができる。次に、フォトレジストは、フォトリソグラフィ法を使用して円筒状穴１１６でパターン化されることで、図９Ｂの構造が提供され、そこではシリコンウェーハ１１０が複数のそうした円筒状穴１１６を有するフォトレジスト層１１４により最上を覆っている。これらの穴は、直径が２０〜１００ミクロンの範囲、または特定の用途に望まれる実質上いかなる大きさの穴にもすることができる。
【００８９】
この構造では、ここでシラン処理され、次にソフトリソグラフィ加工工程においてほぼ６０〜７０℃で約２時間硬化されたＰＤＭＳ材料で覆われる。得られた構造は図９Ｃに示され、そこではシリコンウェーハ１１０及びフォトレジスト層１１４が硬化されたＰＤＭＳ１１８により最上を覆っている。 ＰＤＭＳのネガレプリカ１１８は、ここでフォトレジストマスターから取り去られまたは取り外され、図９Ｄに示される一体構造１１８が後に残される。
【００９０】
ＰＤＭＳ型のネガレプリカ１１８は、ここでスパッタリングまたは蒸着を使用して金属物質で被覆される。これは図９Ｅに示され、そこではＰＤＭＳ材料１１８が金属層１２０を被覆またはメッキされている。この金属コーティングの一例として、厚さがほぼ５０オングストロームの金の層とすることができる。
【００９１】
他の例として、以前に被覆した金／ＰＤＭＳ構造の上に電気メッキ法を使用することによる、厚さが１０〜３０ミクロンの範囲のニッケル、銅、金、白金、または銀の層の使用がある。これでＰＤＭＳ層をＴＨＦ中のＴＢＡＦ１Ｍの溶液で溶解することにより遊離することができる金属針の配列が形成され、これにより図９Ｆに示される一体構造１２０が残される。
【００９２】
構造１２０は、ＰＤＭＳ型から取り外された別個の金属層である。この構造１２０は、それぞれが中空微小針または微小管の基礎となる突出配列１２２を含む。その方法のこの時点では、微小針１２２は基本的に「閉止」されており、上から見た時本質的に「マイクロカップ」の形体である。もちろん下から見ると、これらの閉止された微小針１２２は、中空でない微小針の外観を有する液密の微小針として基本的に作用する。
【００９３】
これらの管状の微小針１２２は、幾つかの可能な技法の１つによる閉止端の研磨によりここで「開放」され、これにより図９Ｇに示される一体配列構造１２４の中空微小針の配列が後に残される。中空微小針または「微小管」１２２のそれぞれは、中空の容積空間１２６を囲む円筒状壁１２８を含み、この示された実施形態では、容積空間が一体構造１２４の１つの表面から同一構造の反対側への管状通路または貫通穴を供給する。上述の研磨技法は、図９Ｆで閉止端部１２２が存在する表面上でサンドペーパを使用するような単純なものにすることができ、またはミーリング若しくはグラインディング操作のあるタイプとすることができ、または最後にレーザー除去により閉止端部を焼き切るか若しくは蒸発させるレーザービームのような非機械的技法を使用することもできる。
【００９４】
微小針配列は、ＰＤＭＳ型から手で分離することができ、金属構造は、無電界メッキ技法を使用して合成することができる。構造が手で分離されれば、その型は再使用することができる。更に、ＰＤＭＳ／金の柱（１２２）の先端がチオール単層若しくはポリマーなどの非導電性材料で早期に打ち抜かれるか、または接着テープを使用して剥がされる場合、研磨工程は省くことができる。
【００９５】
金属微小針を作り出す代替技法が図１０に示される。図１０Ａを出発点として、スピンコートされたフォトレジスト層１１２を有するシリコンウェーハ１１０が示される（図９Ａと同様）。フォトレジスト材料の例としてＳＵ−８があり、この材料の厚さは２０〜２００ミクロンの範囲とすることができる。次に、フォトレジストは、フォトリソグラフィ法を使用して円筒状穴１１６でパターン化されて図１０Ｂの構造が提供され、そこではシリコンウェーハ１１０が複数のそのような円筒状穴１１６を有するフォトレジスト層１１４により最上を覆われている。これらの穴は、直径が２０〜１００ミクロンの範囲、または特定の用途に望まれる実質上いかなる大きさの穴にもすることができる。
【００９６】
この構造は、ここでシラン処理され、次にソフトリソグラフィ法工程においてほぼ６０〜７０℃で約２時間硬化されたＰＤＭＳ材料で覆われる。得られた構造は図１０Ｃに示され、そこではシリコンウェーハ１１０及びフォトレジスト層１１４が、硬化されたＰＤＭＳ１１８により最上を覆う。
【００９７】
ＰＤＭＳのネガレプリカ１１８は、ここでフォトレジストマスターから取り去られまたは取り外され、図１０Ｄに示される一体構造１１８が後に残される。図１０ＤのＰＤＭＳネガレプリカ１１８は、ここで蒸着法に、次にポリマーが電気メッキされる方法に使用される。蒸着は、例えばクロームまたは金を含むことができる。この結果が図１０Ｅの構造１１８となり、ここで、メッキされたポリマー層は１３０で示される。
【００９８】
この特定の方法を改質して、フォトレジストマスターを過剰暴露し、次にメッキしたポリマー材料の層１３０のようなポリマーを電着することによりプラスチックの中空微小針を作製して、テーパ付き微小針を構成するようにもできる。電気メッキできるそのようなポリマー材料として、ＰＯＷＥＣＲＯＮ（登録商標）アクリルエポキシ類（ペンシルバニア州（Pittsburgh, Pennsylvania）のＰＰＧインダストリアルコーティング（PPG Industrial Coatings）により製造）、及びＥＡＧＬＥ ２１００（登録商標）（マサチューセッツ州（Marlboro, Massachusetts）のシップレイ社（The Shipley Company）により製造）が含まれる。
【００９９】
ポリマー微小針がＰＤＭＳ型から分離されることにより、図１０Ｆの一体構造１３０が後に残される。この時点では、最終的に管状微小針となる突出部は、図１０Ｆの１３２に見られるように「閉止」されている。したがって、図９Ｇを参照して上述したものと同様な研磨技法のあるタイプを使用して、微小針を「開放」する方法が実行される。これによって、図１０Ｇに示される構造１３４が提供される。微小針配列構造１３４は中空微小針または「微小管」を含み、そのそれぞれが、微小針配列１３４の１つの表面から他の表面へ広がる開放容積空間１３６を包囲する円筒状壁１３８からなる。
【０１００】
「図１１」は、相補的なＰＤＭＳ構造の間に挟まれたポリマーを硬化することにより微小針が構成される作製技法を示す。「図１１」は図１１Ａ〜図１１Ｋからなり、図１１Ａを出発点として、シリコンウェーハ１４０はＳＵ−８などのフォトレジスト材料１４２がスピンコーティングされる。第二のウェーハ１５０もまた、図１１Ｅに示されるように、フォトレジスト化合物１５２がスピンコートされる。図１１Ａのウェーハ１４０のフォトレジスト層１４２の厚さはほぼ１７５ミクロンであり、一方、図１１Ｅのフォトレジスト層１５２の厚さはほぼ２００ミクロンである。
【０１０１】
これらの構造は、フォトリソグラフィ法を使用してここでパターン化され、且つ穴の配列がフォトレジスト層１４２中に形成される。これは、図１１Ｂで穴１４６により示され、フォトレジストの残る部分１４４に取り囲まれる。これらの穴は、ほぼ３００ミクロン離れ、及びこれらの円筒状の穴は、深さが約１７５ミクロン、直径が約５０ミクロンである。
【０１０２】
柱１５４の配列がパターン化及びフォトリソグラフィ技法を使用してフォトレジスト１５２から形成され、これらの柱は、ほぼ３００ミクロン離れ、高さがほぼ２００ミクロンであって、直径が５０ミクロンを多少下回る。図１１Ｆ参照。柱１５４及び穴１４６がそれぞれの構造上に形成された後、両方のウェーハはシラン処理され、ＰＤＭＳまたは同等材料で覆われて、ソフトリソグラフィを使用してほぼ６０℃で約２時間硬化される。これによって図１１Ｃ及び図１１Ｇに示される構造が提供され、そこでは、ＰＤＭＳ層１４８がフォトレジスト構造１４４の間の「穴」空間１４６の中へ突き出し、及び図１１ＧのＰＤＭＳ層１５６が柱１５４を囲む空間へ突き出る。
【０１０３】
標本がここで室温度へ冷却されて、ＰＤＭＳレプリカがウェーハから取り外され、これにより図１１Ｄ及び図１１Ｈでそれぞれ示されるような構造１４８及び１５６が提供される。これらのレプリカ構造の１つ（好ましくは、「穴」を有する構造１５６）が、ポリウレタン（ＰＵ）、エポキシ、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、骨縫合材料、歯科ポリマー、または他の同様なプレポリマー化合物などの、プレポリマー材料の比較的薄い層により被覆される。２つの構造１４８及び１５６はここで一列にされ、構造１４８内に存在する柱が構造１５６内に存在する「穴」と一列になる。その結果が図１１Ｉに示され、ここで、「柱」を有するレプリカ構造１４８が「穴」を有するレプリカ構造１５６の上に合わせられ、上記プレポリマー材料１６０がこれら２つのレプリカ構造１４８と１５６との間に置かれる。一旦一列にされると、これらは押圧、即ち共に保持され、熱エネルギーまたは場合により紫外光若しくは可視光などの電磁エネルギーを使用して、必要に応じて硬化される。
【０１０４】
２つのＰＤＭＳ型レプリカ１４８及び１５６がここで分離され、今や硬化されたポリマー材料１６０がこれらの型レプリカの両方から分離される。これによって図１１Ｊに示される構造が提供され、硬化されたポリマー配列１６０は複数の柱または突出部１６２からなる。これらの柱／突出部１６２は中空であり、上述の「マイクロカップ」にやや似た形体を有する。図１１Ｊにおいて、上から見ると、これらの突出部はマイクロカップの外観を有するが、下から見ると、中空でない柱または微小針の外観を有する。
【０１０５】
この構造の目的は必ずしも中空でない微小針またはマイクロカップを作り出すことではないので、これらの突出部の閉止端部１６２はあるタイプの研磨法により開放され、これにより中空の微小針またはマイクロカップが形成される。これらの微小針／微小管は円筒状壁１６８（図１１Ｋ参照）を有して、壁１６８は１６６で示される空の容積空間を囲む。研磨法は、単にサンドペーパを使用するか、または例えばミーリングマシンまたはグラインダーを使用する、より高度化または自動化された方法とすることができる。
【０１０６】
（凸形または凹形の微小針の配列）
望むならば、図１１Ｇの型材料１５６は、可撓特性を有する材料から作ることができる。そのような可撓性の型を使用して、全体形状（すなわち、それらの基板の形状）が凸形または凹形の微小針配列を形成することができる。ここで「図１６（これは図１６Ａ〜図１６Ｅを含む）」を参照すると、型１５６の初期長方形形状が、凸形の頂部型板５００と凹形の底部型板５０２と共に図１６Ａに示される。
【０１０７】
図１６Ｂでは、２つの型板５００及び５０２が可撓性の型１５６に対して押し付けられ、型１５６そのものが凹形構造の全体形状をとる（この図で上から見て）。これにより、開放チャンバー５０４が、型の頂部微小構造部分と頂部型板５００の底表面との間に作り出される。頂部型板５００中の穴５０６を使用して、（溶融プラスチックまたはプレポリマー材料などの）流体材料をこのチャンバー５０４の中に置くことができる。
【０１０８】
チャンバー５０４はここで、ポリウレタン（ＰＵ）、エポキシ、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、骨縫合材料、歯科ポリマー、または他の同様なプレポリマー化合物などのプレポリマー材料で充填される。プレポリマー材料が所定の位置に入ると、熱エネルギーまたは場合によっては紫外光若しくは可視光などの電磁エネルギーを使用して、必要ならば硬化される（硬化が光で行われる場合、半型の１つは特定の波長に対して透明でなければならない）。これが図１６Ｃに見られる構成である。
【０１０９】
一旦硬化されると、型板５００及び５０２が分離され、硬化されたポリマー材料が開放されて、凸形の微小針配列５１０となる。個々の微小針は参照番号５１２で示され、一方、微小針の間の半円基板表面は参照番号５１４で示される。基板の「内側」表面５１６は基本的に凹形であり、望むならば流体を保持する液だめを形成するのに使用することができる。
【０１１０】
型板５００及び５０２が反対形状に作られる場合、すなわち頂部型板５００が凹形状に作られ底部型板が凸形状に作られた場合には、得られる微小針配列も反対形状、すなわち全体的に凹形状になる。これによって、図１６Ｅに示されるような外観を有する微小針配列５２０の結果となる。個々の微小針は参照番号５２２で示され、一方、微小針の間の半円基板表面は参照番号５２４で示される。基板の「外側」表面５２６は基本的に凸形である。
【０１１１】
上記可撓性の型の使用は多数の利点を有し、単一の微小構造型１５６を使用して様々な円弧態様の微小針配列を製造することができる。例えば、単に２つの異なる角度の板を頂部板５００及び底部板５０２に使用するだけで、２つの異なる凸形形状を単一の可撓性型１５６から製造することができる。もちろん、２つの反対形状の頂部板及び底部板（図示せず）の使用により、凹形の微小針も同一の可撓性型１５６から製作することができる。
【０１１２】
（ポリマーの中空微小針）
ポリマーの中空微小針は、図１２Ａ〜図１２Ｇからなる「図１２」に示すように、多層フォトレジストマスターを使用して作製することができる。図１２Ａを出発点として、ＳＵ−８などのフォトレジスト材料の層１７２が、シリコンウェーハ１７０の上にスピンコートされ、約９０℃で焼成されて乾燥される。フォトレジストの厚さは、１０〜１００ミクロンの範囲とすることができる。次に、このフォトレジスト被膜１７２が、フォトリソグラフィを使用して円筒状穴でパターン化され、これにより図１２Ｂに示されるように、直径が約１０〜１００ミクロンの穴の配列が得られる。穴は参照番号１７６で表わされ、一方、これらの穴１７６を取り囲む残るフォトレジスト被膜は１７４で表わされる。
【０１１３】
このパターン化されたウェーハ構造は、ここで再びフォトレジストの第二の層１７６を厚さが約１０〜２００ミクロンまたは場合によって望むならばより厚く被覆され、図１２Ｃに示される構造となる。フォトレジスト層１７６は、ここでフォトリソグラフィ技法を使用して底部層（元々は被膜層１７２）の穴と中心を合わせた中空円筒でパターン化される。
【０１１４】
このフォトレジスト構造は、ここでシラン処理され、真空下でポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で覆われて、６０〜７０℃の範囲で約２時間硬化される。得られた構造が図１２Ｄに示され、そこでは最終フォトレジスト材料が中空微小針配列の形体を有し、全体が１８０で示される。微小針のそれぞれは、中空円筒状容積１８２を包囲する外側円筒状壁１８４を有する。
【０１１５】
ＰＤＭＳ材料１８０は、室温でシリコン／フォトレジストマスターから取り外されて型そのものになり、ポリウレタン（ＰＵ）、エポキシ、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、骨縫合材料、または歯科ポリマーなどの、プレポリマーを充填される。これは今や、図１２Ｅの構造１９０の形態を有する。図１２Ｅに見られるように、円筒状「柱」１９２が形成され、柱１９２は開放領域１９４により囲まれ、これが円筒状で中空である微小針を形成するための型レプリカとなる。ＰＤＭＳの型レプリカはまた、微小針位置の間で基板の基本的には平らな表面となる比較的平らな表面１９６を有し、及び円筒状開放領域１９４の最深部分を表わす最終「底」表面（図１２Ｅ上に見られる）１９８を有する。
【０１１６】
図１２Ｈはこの構造１９０の斜視図であって、そこでは比較的平らな表面１９６がこの図に見えるように最も大きな表面領域を表わす。最も遠くまで突き出る円筒状の柱は参照番号１９２で示され、これは底表面１９８を有する円筒状外側溝１９４を有する。
【０１１７】
エンボス加工ポリマーが、ここでこの表面上に置かれ、エンボス法が完了後に実際の微小針構造になる。一般的には、エンボス加工ポリマーはＰＤＭＳ型レプリカ１９０に対して締め付けられるが、ある用途には、またはある材料の使用により、必要でないこともある。これによって、図１２Ｆに示されるような微小針配列構造２００が得られる。
【０１１８】
エンボス加工の代替として、プレポリマー材料をレプリカ型構造１９０に対して置いて、ソフトリソグラフィ法で（例えば、熱エネルギー、または可視光若しくは紫外光などの電磁エネルギーの使用により）必要に応じて硬化することができ、硬化後に微小針配列を型１９０から分離する。これによっても、図１２Ｆに示されるような微小針配列構造２００が得られる。
【０１１９】
微小針配列構造２００は、それぞれが円筒状容積空間２０４を包囲する円筒状壁２０６を有する複数の微小針構造２０２からなる。これらの微小針は、この時点では「閉止」されており、「マイクロカップ」の全体形態をとる。微小針の閉じられた端部分は、配列構造の２００の表面２０８により形成される。
【０１２０】
貫通穴を有する中空微小針を作り出すことが望ましいことがあるので、閉止された部分２０８は配列構造から取り除くことができ、それから図１２Ｇに示される構造２１０が提供される。これらの中空微小針または中空管は、参照番号２１２で示され、開放された円筒形状の貫通穴２１４を包囲する外側円筒状壁２１６を有する。
【０１２１】
エンボス法が上述のようなＰＤＭＳ型に使用される場合には、ＰＤＭＳ微小構造の型片１９０のいずれかの顕著な変形を避けるために、エンボス加工するポリマーの軟化点は約４００℃未満であるべきである。もちろん代わりに金属材料で型が製造される場合には、より高い温度のエンボス加工法及び材料を使用することができる。
【０１２２】
図１２Ｅの型構造１９０は、閉止部分２０８を取り除くミーリングまたはグラインディング法の必要無しに、図１２Ｆに見られるような中空微小針を直接作り出すために使用することができる。ここで１２Ｉを参照すると、型構造１９０の表面は、エンボス加工ポリマー材料２２０で覆われて、頂部板（または頂半型）２３０の圧力下で絞られる。エンボス加工ポリマー材料が固められるかまたは硬化されてから、頂半型２３０が取り外される。これによって、中空円筒状構造がエンボス加工ポリマー材料２２０中に形成され、そこで、円筒の壁が２２２で、内部開口部が２２４で示される。
【０１２３】
図１２Ｊは、頂半型２３０が取り去られた後の成型された材料を示す。新構造２２０は、ここでは貫通穴２２４である円筒状の開口部を引き続いて示し、そのような穴のそれぞれは円筒状壁構造２２２を有する。穴２２４が成型加工中に直接形成されたのは、型構造１９０の柱１９２の上から全ての過剰なエンボス可能材料が頂半型２３０により除去された（図１２Ｉ参照）からである。
【０１２４】
貫通穴及び関連する壁構造は、本発明の原理から逸脱することなく、円筒状以外の形状を有することができるのが理解されるであろう。確かに、微小針配列構造２２０の中に形成されたこれらの中空微小針は、代わりに楕円形、正方形、長方形、または刃付きの形体とすることができる。
【０１２５】
（微小針内側の電気化学的センサー）
グルコースオキシダーゼ、電解質、及びヒドロゲルから構成される導電性媒体中に浸漬された２つの電極からなるマクロスケールのグルコース電気化学的センサーは、利用可能な最も信頼性のある糖検知器の１つである。そのようなシステム中では、グルコースオキシダーゼが二酸化炭素及び水素に変換され、及び白金電極表面上での水素の触媒酸化により電気信号が生じる。電極を含む微小針デバイスは、電気化学的センサーとして使用することができ、間質液中での薬剤の電離療法的または電気泳動的投与のためにも使用することができる。微小針デバイスと一体になった電極を作り出す作製技法を以下詳細に説明する。蒸着技法を使用して金属またはポリマー微小針表面上に微小電極を構成する方法が開示される。
【０１２６】
「図１３」は、微小針構造中の微小電極の作製方法及び構造設計を示し、図１３Ａ〜図１３Ｊからなる。図１３Ａでは、シリコンウェーハ３００がフォトレジスト３０２でスピンコーティングされ、厚さがほぼ５０ミクロンのＳＵ−８フォトレジストとすることができる。フォトレジストは図１３Ｄに示される構造でパターン化される。１つの特定の設計が図１３Ｄに示され、フォトレジスト３０４は図１３上に示される寸法を有し、図１３Ｂ上ではパターン化デザインの配列として見える。
【０１２７】
このパターン化法は好ましくはフォトリソグラフィを含み、その後、構造がシラン処理される。その処理の後で、パターン化されたウェーハは、ＰＤＭＳで覆われて、ガラススライドなどの平らな表面に対して押し付けられ、次にソフトリソグラフィ加工工程において約６０℃で硬化される。ウェーハから取り外された後のＰＤＭＳ膜が図１３Ｃに示され、一般的には参照番号３０６で表わされる。この形状を有する単一の構造が図１３Ｅに示され、そこではＰＤＭＳ膜３０６が３０８で示されるような形状の開放領域を有する。
【０１２８】
その構造３０６は、金属蒸着法の間にマスクとして使用されるＰＤＭＳ膜内に穴または開口部３０８を表す。パターンの相対中心領域内のこの開口部３０８の長手方向部分３１６は、それぞれの微小針の内側で２つの微小電極を形成するように設計される。パターン３０８のより大きな長方形部分３１８は、微小電極を電気化学的分析器のリードに接続する導電性パッド３０４を構成するために使用される。図１３Ｄ上に示される寸法を使用すると、パッド３０４のそれぞれは約３００ミクロン×７００ミクロンの寸法を有し、長手方向部分は約２５ミクロン×３００ミクロンの寸法を有する長方形形状３１６で表わされる。
【０１２９】
ポリマーまたは金属の微小針の配列３１０を調製して、図１３Ｆに示すような構造に形成し、これにより微小針３１２が配列構造または基板３１０の一方の表面から突き出る。微小針が金属である場合、図９または図１０のいずれかを参照して説明した作製技法を使用して調製することができる。金属微小針が使用される場合、絶縁ポリマーの薄い（厚さがほぼ５〜１０ミクロンの）被膜がこの配列３１０の表面上に電気メッキされ、これによって図１３Ｇに示されるような絶縁性材料層を被覆された構造が提供される。これは微小針そのものの上の絶縁性のコーティング層３１４に繋がる。もちろん、微小針配列構造３１０が絶縁性の材料からなる場合には、追加のポリマー層は必要とされない。
【０１３０】
硬化されたＰＤＭＳパターン３０６がここで微小針構造３１０の平面の上に置かれて、パターン３０８のそれぞれの線状または長手方向中心部分３１６が微小針構造３１４のそれぞれに一列になる。これは、図１３Ｈに見られるように、ＰＤＭＳ層３０６が微小針配列３１０の頂部表面に対して置かれることを含む。一旦これがなされると、あるタイプのクランプ、テープ、または短期接着により構造を所定の位置に保持して、金属蒸着法を開始することができる。
【０１３１】
次に、金または白金などの金属の層が膜／微小針の構造の上に熱蒸発器中で蒸着され、その後ＰＤＭＳマスク３０６が微小針から取り外されることにより、図１３Ｉに示すような微小針配列構造３３０が形成される。熱蒸発器内にある間、金属が確実に微小針の内側へ堆積するために、試料は金属源に関して約３０〜４５℃に保たれる。針は、グルコースセンサーとして使用される前に、上述の導電媒体（例えば、ヒドロゲル、電解質類、またはグルコースオキシダーゼ）で満たされる。得られた微小針３１４のそれぞれは、平面状基板３１０から突き出し、中空微小針３１４のそれぞれは、微小針３１４の円筒壁表面３２２の内側を少なくとも部分的に下へ向かって走る電極構造３２０を含む。電極構造３２０は、図１３Ｉに示されるようなパッド３０６に電気的に接続される。
【０１３２】
この構造３３０の更なる詳細な図が図１３Ｊに示され、そこでは、微小針配列３３０が、上側平面状表面または基板３１０と、導電性パッド３０６と、パッド３０６に接続すると共に微小針そのものの中空内側表面を形成する円筒壁３２２の内側表面を下に向けて走る電極３２０とを含む。
【０１３３】
電気メッキされるポリマーがフォトレジストである場合は、ＰＤＭＳマスクの作製及び金属材料の蒸着は必要とされない。この場合には、電極及びパッドは、フォトリソグラフィ技法を使用して構成することができる。非常に小さな電極構造がフォトリソグラフィにより構成できるのみならず、より大きな電極構造も同様にフォトリソグラフィを使用して形成することができる。そのような例が図１４に示される。
【０１３４】
それぞれの微小針に対して図１３Ｉに示すような独立した電極システムを使用するのではなく、図１４では電極「バンド」が微小針配列構造の上に形成される。図１４では、多数の微小針３５２が微小針配列３５０上に形成される。上平面３５４は、そこへ異なる材料を適用できることを示す。例えば、「作用電極」３６０は、この構造３５０の１つの部分上に形成でき、多数の微小針３５２をこれらの微小針３５２の中空円筒内側表面を含めて包囲することができる。「対極」３６４が、異なる領域に形成でき、多数のそのような微小針構造３５２を包囲することもできる。最後に、「照合電極」３６２が、微小針３５２の第３の組を使用して形成され得る。それぞれの電極領域は、基板３５４の上側に沿う導電性金属表面により、その個々の微小針３５２のそれぞれの間が導電性になる。そのような電極バンドは、あるいは、微小針配列の反対側上に形成することもできる。言い換えれば、電極バンドは、中空の微小針を使用する時に、微小針配列３５０の上側または下側のいずれの上にでも形成することができる。
【０１３５】
他方では、望むならば、中空でない微小針３５２を使用することもできる。その状況では、中空でない構造３５２は、様々なバンド３６０、３６２、または３６４内の導電性金属で被覆された円筒状の柱の形態を有することができる。微小針が中空構造として開始する場合には、それらの内径は、電極バンド３６０、３６２、または３６４の金属により充填する（または少なくとも埋める）ことができる。
【０１３６】
グルコースセンサーはまた、上述のようにポリマーの微小針を使用して形成することができる。ポリマー微小針は、金属微小針と同じ様式で形成することができ、最初の標本は図１３Ａ〜図１３Ｃを参照して説明したように調製されたＰＤＭＳマスクで覆われる。次に、電極が、熱蒸発または場合によってはスパッタリングマシンで金属蒸着して形成できる。
【０１３７】
本発明の原理を使用すると、フォトリソグラフィ技法を使用して、鋭い先端を有する微小針を作ることができる型挿入体を製造することも可能である。「図１５」は、そのような方法の作製工程の幾つかを示し、図１５Ａ〜図１５Ｌからなる。ＰＤＭＳ材料またはシリコン酸化物材料のいずれかのトップ層４０２を有するシリコンウェーハ４００から出発して、そのウェーハ構造はフォトレジストの層４０４で被覆される。この層４０４は、焼成されて乾燥され、次に透明マスク及び（紫外光源などの）電磁光源を使用してパターン化され、図１５Ｂ中で４１０に見られるような比較的小さな円筒状の穴が局所的に作り出される。図１５Ｂでは、フォトレジスト層４０４は、これで２つの半分４０６及び４０８として示される。
【０１３８】
この最初のフォトリソグラフィ工程の後、図１５Ｃに見られるように、フォトレジスト材料の第二の層４２０が構造の上に置かれる。このフォトレジスト４２０が焼成されて乾燥された後、紫外光及び透明マスクを使用してパターン化され、第一のもの４１０よりやや大きな別の円筒状開口部が局所的に作り出される。この第二の円筒状開口部は、図１５Ｄ上で参照番号４２６により示され、フォトレジスト材料４２０を２つの半分４２２及び４２４に分離しているのを見ることができる。この図１５Ｄは表面を一部切り取った図であり、開口部４２６は実際には円筒状内側壁の（こちらから見て）遠い方の半分であり、したがって、２つの「半分」４２２及び４２４は依然開口部４２６などの開口部を有するフォトレジスト材料の単一層を作り上げることが理解されるであろう。
【０１３９】
この第二のフォトリソグラフィ工程の後の次の工程は、フォトレジスト材料の更なる層４３０をその構造の上に再度置くことであり、これにより図１５Ｅに示される構造に到達する。この新しいフォトレジスト層４３０が焼成されて乾燥された後、光源及び透明マスクを使用してパターン化され、図１５Ｆで４３６に示されるように、やや大きな円筒状の穴が局所的に作り出される。フォトレジスト層４３０は、２つの半分４３２及び４３４からなるものとして示され、これは実際には単一層である。
【０１４０】
この第３のフォトリソグラフィ工程の後、フォトレジスト材料の更なる別の層４４０が、図１５Ｇに示すように、この構造の上に置かれる。この例では、フォトレジスト層４４０は、より早いフォトレジスト層４０４、４２０、または４３０のいずれよりもかなり厚い。
【０１４１】
フォトレジスト層４４０が焼成されて乾燥された後、紫外光及び透明マスクを使用してパターン化され、図１５Ｈで４４６に示されるように、更に大きな円筒状の穴が局所的に作り出される。フォトレジスト層４４０は、２つの半分４４２及び４４４で示される。図１５Ｈに示されるものと比較して、確かに３つより多いフォトレジスト材料の中間層を使用して型形体を作り出せることが理解されるであろう。
【０１４２】
図１５Ｉでは、一般的に参照番号４５０で示される型構造が、犠牲層４０２を適切な試薬で溶解または別な方法では分解して、シリコンウェーハ４００から分離される。上記のように、ＰＤＭＳはＴＢＡＦで分解することができ、シリコン酸化物またはシリコン二酸化物をフッ化水素酸の中に浸漬して剥離を引き起すことができる。
【０１４３】
図１５Ｊは、全体型構造４５０の中のそのような穴配列の部分として、穴４４６の幾つかを示す。どの実際的な微小針配列型に関しても、確かに、その全体の型構造４５０の部分として、そのような穴４４６が数百または数千でないとしても数ダースはある。
【０１４４】
今や型４５０が作製されたので、射出成型、エンボス加工、または他の型の微小加工技法を使用して、金属微小針を作り出すことを望む場合には（異なる材料を使用する必要があるが）マイクロキャスティングさえも含んで、微小針を形成することができる。図１５Ｋは、一般的に参照番号４６０で示されるプラスチック構造が２つの半型４７０及び４７２の間に置かれているのを示し、半型は、圧力ベースとして作用すると共に、パターン付きの型４５０に接触して利用可能な型空洞の中にプラスチック材料４６０をも保持する。図１５Ｋに見られるように、プラスチック材料４６０は、この型構造４５０の中に作り出された形状付き穴４４６へ流れ込む。型から取り出されると、一般的に参照番号４６０で示される微小針配列が形成されている。配列４６０は、図１５Ｌに見られるように、複数の「鋭い」微小針４６２を含む。上記のように、これらの「鋭い先端」の微小針は、様々な大きさ及び形状にすることができ、本発明の原理から逸脱すること無く、フォトグラフィ技法を使用しパターン化された３段より多いフォトレジスト層から確かに作り出すこともできる。
【０１４５】
上述の微小針の１つの任意選択変形は、ベース材料が微小針構造材料とは異なる構造を作り出すことであり、これにより設計者は疎水性／親水性の組合せを作り出す自由度を得ることができる。そのような異なるタイプの材料の例として、ガラス、雲母、テフロン（登録商標）、及び金属化表面がある。
【０１４６】
上述の微小針構造の全ては、本発明の原理から逸脱することなく、いかなる長さまたは幅、あるいは中空微小針またはマイクロカップに対していかなる内直径にもし得ることが理解されるであろう。ある代表的な寸法が上記に開示されてきたが、これらは原型ユニットの単なる例に過ぎない。微小針（中空でない及び中空の両方）は、楕円輪郭などの円筒状以外の様々な形状に、または２０００年５月２６日に出願されてプロクターアンドギャンブル社（The Procter & Gamble Company）に譲渡された「皮内投与用エッジ付き微小針装置（Intracutaneous Edged Microneedle Apparatus）」という名称の特許出願番号０９／５８０，７８０号にて開示されるような「エッジ付き」微小針に構成できることもまた理解される。この特許出願の全体を参考として本明細書に組み入れる。
【０１４７】
上で開示された化学化合物は、ある原型的な微小針に代表的なものであり極めて有用であるが、同時に他の化合物も本発明の範囲から逸脱することなく容易に使用できることも更に理解される。例えば、基板は常にシリコンである必要はなく、犠牲層は常にＰＤＭＳまたはシリコン酸化物のいずれかである必要はない。確かに、上述で開示された以外のポリマー若しくはプラスチック、または他の金属も使用することができる。
【０１４８】
上述された微小針構造の別の代替実施形態は、分子レベルで生じるコーティングを可能とする「表面改質」処理によりその特性を変化させることである。この処理をもたらすために、シリコン針は、試薬でシラン処理して、表面を変性することができる。通常は、そのようなコーティングは、微小針が既に形成された後に実施される。
【０１４９】
更に別の代替実施形態は、エポキシまたは他のタイプのポリマーの微小針をプラズマ処理して異なる表面特性を付与することである。再び、そのような処理は、通常は微小針が既に形成された後に実施される。そうした異なる表面特性の１つは、疎水性／親水性特性を微小針に付与することであり得る。
【０１５０】
本発明の微小針の更なる別の代替実施形態は、炭素繊維または他の複合材料をエポキシまたはポリマー針及び場合によっては基板に組み入れることである。より固い材料を使用すると、ポリマー針を強化及びより剛性にすることができる。一例は、炭素繊維または複合材料を図３Ａの３４で示されるなどのフォトレジスト化合物に加えることである。これにより、図３Ｄの微小針配列４０の微小針がより剛性のあるものになる。望むならば、その構造を製造するのに使用されるベースまたは基板を含む全ての材料に炭素繊維または他の複合材料を組み入れて、微小針構造全体を固くすることもできる。
【０１５１】
微小針自体は剛性構造として保たれるのが普通は好まれるが、上記の代替として、本発明の微小針を作り出すのに使用される基板材料をより可撓性にすることもできる。より可撓性のある基板を作り出す１つの方法は、基板にマイクロチャネル及び溝を加えることであり、これによりかなり剛性がある材料が幾分の「曲げ性」を有し、しかも破断する傾向にはならない。
【０１５２】
別の代替「可撓性」実施形態は、より可撓性の微小針そのものを作り出すことであり、それによって微小針構造は皮膚を破るのに十分に剛性であるが、連続感知及び分配のシステムにかなり有用なある種の可撓性を依然有する。これは、上記で、例えば図８Ｂ及び図８Ｃで開示した分離（break-away）微小針と反対である。これらの可撓性微小針は、成型可能またはエンボス可能なエラストマー及びポリウレタンのような材料を使用して達成できる。そのようなエラストマーの例はシリコンである。
【０１５３】
更に別の代替「可撓性」実施形態は、針の可撓性特性はベースの可撓性特性とは異なり得るが、全体構造が少なくともある程度可撓性である微小針構造を作り出す。これの例は、針または少なくともその先端が第一の（第一の可撓性または弾性特性を有する）材料で作られ、及びベース／基板が第二の（第二の可撓性または弾性特性を有する）材料で作られる場合である。例えば、ベース／基板はナイロンで、一方微小針はシリコンまたはポリウレタンで作られ、これによりかろうじて可撓性のベース／基板であるが、はるかに可撓性がある針の組を有する微小針配列が提供される。
【０１５４】
本発明の微小針の更なる代替実施形態は、微小針構造の上に金属コーティングの最外層を置くことである。中空でない微小針の場合、これは図９Ｅに見られるような外観を有し、この図はそれ自体が微小針配列となり得るＰＤＭＳレプリカの上にメッキされた金属を示す。そのような構造は、かなり早く製造できるという利点を有し、その上、微小構造レベルでの正確性を維持し、及び全体的に金属で形成された構造の表面特性を有する。外側金属コーティングの厚さは、蒸着または電気メッキ法で制御することができる。
【０１５５】
幾つかの異なる方法が、微小構造を金属層で被覆するために使用できる。最も普通の技法は、電気メッキ（または電着）、無電界メッキ、スパッタリング、蒸着、及びプラズマ堆積である。電気メッキ法では、基板上に堆積される金属（例えば、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ａｌ、またはＰｔ）のイオンを含有する電気化学的システムのカソード（電気酸化反応の場合はアノード）として、導電性の試料が使用される。
【０１５６】
幾つかの合金類（例えば、鉛／錫、青銅、または鋼）、金属酸化物類（例えば、チタニウムまたはアルミニウム酸化物）、及びポリマー類（例えば、ポリフェノール類またはポリピロール類）を電気メッキすることもまた可能である。電気メッキされる材料に従って、メッキ溶液は、水性（例えば、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｓｎ、またはＰｔ）、あるいは有機（例えば、ポリマー類、Ａｌ、またはチタン酸化物類）とすることができ、安定剤、光沢剤、及び湿潤剤を含有してもよい。多くの場合、電気メッキによって１〜２ミリメートル程度の厚さの結晶性被膜を形成することができる。電気メッキされる試料が導電性ではない場合、電気化学的セルへ浸漬する前に導電性材料（例えば、金属または導電性ポリマー）の薄い皮膜で被覆しなければならない。
【０１５７】
無電界メッキは、実質的にいかなる種類の基板の上にも、金属、酸化物類、またはポリマー類を堆積するために使用できる。この場合、試料は、有機溶媒類（例えば、アセトン若しくはメタノール）及び／または鉱酸類（例えば、フッ化水素酸若しくは硝酸）を使用して洗浄され、メタライゼーション触媒（例えば、パラジウムクロライド）を使用して金属堆積のために活性化され、及び電子供与種（例えばリン酸イオン類）及びメッキされる材料を含む溶液中に浸漬される。無電界メッキ被膜の厚さは、数オングストロームから数ミリメートルの範囲にすることができ、メッキ溶液のｐＨ、反応時間、及び堆積法に伴う化学薬品の濃度に影響される。
【０１５８】
スパッタリングは、導電性または非導電性のいずれかの基板の上に薄い金属被膜（数オングストロームから数ナノミリメートルまで）を堆積することにのみに使用できる。スパッタリング器具では、ガス（例えば、Ａｒ）イオンが金属（例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ａｇ、またはＣｕ）源の原子を蒸発させるのに使用され、これらは次に電界を使用して試料表面に向けられて堆積される。スパッタリングは、金属被膜と基板との間に良好な接着が存在するという条件で、（図１３Ｈのマスク３０６などのマスクを使用する）電極の作製を含む、後の電気メッキ工程のために種金属層を非導電性試料に被覆するのに便利な、早くて（数分を要するのみ）経済的な技法である。
【０１５９】
蒸着は、（オングストロームまたはナノメートル級のコーティング厚さを有する）微小的に滑らかな金属及び酸化物被膜が望ましい場合、即ち通常の金属（例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、またはＣｕ）が基板に対して強く接着しないときに、スパッタリングよりも好まれる。蒸着の場合、サンプルは、金属を抵抗加熱または電子ビームを使用して蒸発する真空チャンバー内に置かれる。金属蒸気は、サンプル表面を含む真空チャンバー内の冷たい領域上に堆積する。通常、標本は、関心のある金属または酸化物の堆積の前に数オングストロームの金属付着層（例えば、ＣｒまたはＴｉ）で被膜される。この方法は、一般的に１〜２時間で完了し、並びに電極、電気メッキ法のための種層、及び三次元試料の上に薄い金属層の堆積（この場合、試料は真空室内においてある角度で回転できる）の作製のために使用することができる。
【０１６０】
プラズマ堆積は、導電性または非導電性基板の上に、幾つかの種類の材料（例えば、有機化合物類、ポリマー類、酸化物類、または金属先前駆体類）の非常に薄い（オングストローム級の厚さを有する）被膜を堆積するために使用できる技法である。この方法は時間がかかりしかも高価である。通常は、上述の方法をもって処理することができない材料の被膜を調製するのに使用される。
【０１６１】
（外溝微小針）
中空でない微小針は、長い壁の１つ以上の側に沿って走る外溝を有して製造することができる。例えば、図１７は、伸長した側壁６１０及び先端の頂部表面６１２を有する中空でない微小針６００を示す。微小針の長さは寸法線６１４により示され、１００〜５００ミクロンの範囲にすることができる。
【０１６２】
外溝６２０が壁６１０の１つの側に形成される。溝６２０は、この図の輪郭ではほぼ長方形であり、約１０ミクロン×１０ミクロン（それぞれ６２２及び６２４）の寸法を有することができる。もちろん望むならば、溝６２０は他の寸法にすることができる。溝は、毛管駆動力を増加するためにテーパを付けることもできる。
【０１６３】
外溝６２０は、微小針配列のベース構造６３０内にある他の溝６３２と連通しているのが好ましい。このベース溝６３２は、隙間流体を例えばセンサーデバイス６４０へ輸送するのに使用できる。このセンサーデバイスは、本質的に電気化学的または光学的にでき、あるいは場合によっては異なる操作原理を使用することができる。
【０１６４】
外溝を有する中空でない微小針の群は、単一の微小針配列に形成され得る。図１８では、４つのそのような中空でない微小針が、参照番号６５０、６５２、６５４、及び６５６で示される。それらの対応する外溝が、それぞれ参照番号６６０、６６２、６６４、及び６６６で示される。図１８では、それぞれの微小針は２つのそのような外溝を有することに注意のこと。
【０１６５】
外溝の幾つかは、ベース構造６９０内の溝により、流体的に結合されている。これらのベース溝は、それぞれ参照番号６７０、６７２、６７４、及び６７６で示される。４つのベース溝６７０、６７２、６７４、及び６７６の全ては、「集合口」６８０で合流し、これは微小針ベース構造（または基板）６９０中の貫通穴とすることができる。そのような集合口はベース６９０上のいずれの場所にも配置することができ、図１８に示された実施形態は４つの微小針が単一の集合口に集まる単なる例に過ぎない。更に望むならば、微小針ごとに個々の集合口とすることができ、そのような対の微小針と集合口は通常は相互に近接して配置される。
【０１６６】
ベース溝６７０、６７２、６７４、及び６７６、並びに外微小針溝６６０、６６２、６６４、及び６６６を横切る流体は、いずれの方向にも流れ得る。例えば隙間内流体をサンプリングする場合には、集合口は、関連するセンサー装置を有するか、または後の使用または測定のために流体を捕捉するかのいずれかであるチャンバーまたは貯留器へ導かれることが多い。例えば流体を分配する場合には、集合口は、外皮膚層を通って置かれるべき薬剤または活性剤を含有する貯蔵器と流体連通している。
【０１６７】
本発明の好ましい実施形態のこれまでの説明は、例示及び説明のために提示してきた。それは、包括的であること、または開示されたその形態に本発明を限定することを意図してはいない。上記教示を考慮すれば、変更または改変が明白に可能である。その実施形態が選定され説明されたのは、本発明の原理及びその実際的用途を最良に説明し、それにより普通の当業者が考えられる特定の用途に適する様々な実施形態で様々な修正を行って本発明を最良に利用することを可能にするためである。本発明の範囲はここに付随する請求項により定義されていると考える。
【図面の簡単な説明】
【０１６８】
【図１Ａ】レプリカ成型によりポリマー微小針を製造する加工工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでＰＤＭＳ型がフォトレジストマスターを使用して調製される。
【図１Ｂ】レプリカ成型によりポリマー微小針を製造する加工工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでＰＤＭＳ型がフォトレジストマスターを使用して調製される。
【図１Ｃ】レプリカ成型によりポリマー微小針を製造する加工工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでＰＤＭＳ型がフォトレジストマスターを使用して調製される。
【図１Ｄ】レプリカ成型によりポリマー微小針を製造する加工工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでＰＤＭＳ型がフォトレジストマスターを使用して調製される。
【図１Ｅ】レプリカ成型によりポリマー微小針を製造する加工工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでＰＤＭＳ型がフォトレジストマスターを使用して調製される。
【図１Ｆ】レプリカ成型によりポリマー微小針を製造する加工工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでＰＤＭＳ型がフォトレジストマスターを使用して調製される。
【図２Ａ】レプリカ成型によりポリマー微小針を製造する加工工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでＰＤＭＳ型が深反応イオンエッチング（ＤＲＩＥ）により作製されるシリコン標本を使用して製作される。
【図２Ｂ】レプリカ成型によりポリマー微小針を製造する加工工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでＰＤＭＳ型が深反応イオンエッチング（ＤＲＩＥ）により作製されるシリコン標本を使用して製作される。
【図２Ｃ】レプリカ成型によりポリマー微小針を製造する加工工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでＰＤＭＳ型が深反応イオンエッチング（ＤＲＩＥ）により作製されるシリコン標本を使用して製作される。
【図２Ｄ】レプリカ成型によりポリマー微小針を製造する加工工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでＰＤＭＳ型が深反応イオンエッチング（ＤＲＩＥ）により作製されるシリコン標本を使用して製作される。
【図２Ｅ】レプリカ成型によりポリマー微小針を製造する加工工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでＰＤＭＳ型が深反応イオンエッチング（ＤＲＩＥ）により作製されるシリコン標本を使用して製作される。
【図３Ａ】フォトレジスト材料で作られる微小針配列を構成するために使用される工程を示す概略断面図であり、ここでフォトリソグラフィがシリコン酸化物で被覆される基板上に使用される。
【図３Ｂ】フォトレジスト材料で作られる微小針配列を構成するために使用される工程を示す概略断面図であり、ここでフォトリソグラフィがシリコン酸化物で被覆される基板上に使用される。
【図３Ｃ】フォトレジスト材料で作られる微小針配列を構成するために使用される工程を示す概略断面図であり、ここでフォトリソグラフィがシリコン酸化物で被覆される基板上に使用される。
【図３Ｄ】フォトレジスト材料で作られる微小針配列を構成するために使用される工程を示す概略断面図であり、ここでフォトリソグラフィがシリコン酸化物で被覆される基板上に使用される。
【図３Ｅ】フォトレジスト材料で作られる微小針配列を構成するために使用される工程を示す概略断面図であり、ここでフォトリソグラフィがシリコン酸化物で被覆される基板上に使用される。
【図４Ａ】フォトレジスト材料で作られる微小針配列を構成するために使用される工程を示す概略断面図であり、ここでフォトリソグラフィがＰＤＭＳで被覆される基板上に使用される。
【図４Ｂ】フォトレジスト材料で作られる微小針配列を構成するために使用される工程を示す概略断面図であり、ここでフォトリソグラフィがＰＤＭＳで被覆される基板上に使用される。
【図４Ｃ】フォトレジスト材料で作られる微小針配列を構成するために使用される工程を示す概略断面図であり、ここでフォトリソグラフィがＰＤＭＳで被覆される基板上に使用される。
【図４Ｄ】フォトレジスト材料で作られる微小針配列を構成するために使用される工程を示す概略断面図であり、ここでフォトリソグラフィがＰＤＭＳで被覆される基板上に使用される。
【図４Ｅ】フォトレジスト材料で作られる微小針配列を構成するために使用される工程を示す概略断面図であり、ここでフォトリソグラフィがＰＤＭＳで被覆される基板上に使用される。
【図５Ａ】堆積技法を使用して中空微小針を作製するために使用される様々な工程を示す概略断面図であり、ここで金属中空微小針がＰＤＭＳ構造上に電気メッキして製作される。
【図５Ｂ】堆積技法を使用して中空微小針を作製するために使用される様々な工程を示す概略断面図であり、ここで金属中空微小針がＰＤＭＳ構造上に電気メッキして製作される。
【図５Ｃ】堆積技法を使用して中空微小針を作製するために使用される様々な工程を示す概略断面図であり、ここで金属中空微小針がＰＤＭＳ構造上に電気メッキして製作される。
【図５Ｄ】堆積技法を使用して中空微小針を作製するために使用される様々な工程を示す概略断面図であり、ここで金属中空微小針がＰＤＭＳ構造上に電気メッキして製作される。
【図５Ｅ】堆積技法を使用して中空微小針を作製するために使用される様々な工程を示す概略断面図であり、ここで金属中空微小針がＰＤＭＳ構造上に電気メッキして製作される。
【図５Ｆ】堆積技法を使用して中空微小針を作製するために使用される様々な工程を示す概略断面図であり、ここで金属中空微小針がＰＤＭＳ構造上に電気メッキして製作される。
【図６Ａ】堆積技法を使用して中空微小針を作製するために使用される様々な工程を示す概略断面図であり、ここでポリマー中空微小針がＰＤＭＳ柱上に電着して構成される。
【図６Ｂ】堆積技法を使用して中空微小針を作製するために使用される様々な工程を示す概略断面図であり、ここでポリマー中空微小針がＰＤＭＳ柱上に電着して構成される。
【図６Ｃ】堆積技法を使用して中空微小針を作製するために使用される様々な工程を示す概略断面図であり、ここでポリマー中空微小針がＰＤＭＳ柱上に電着して構成される。
【図６Ｄ】堆積技法を使用して中空微小針を作製するために使用される様々な工程を示す概略断面図であり、ここでポリマー中空微小針がＰＤＭＳ柱上に電着して構成される。
【図６Ｅ】堆積技法を使用して中空微小針を作製するために使用される様々な工程を示す概略断面図であり、ここでポリマー中空微小針がＰＤＭＳ柱上に電着して構成される。
【図７Ａ】剥離性微小管の配列を作製するために使用される構造工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでフォトリソグラフィがＰＤＭＳで被覆されるウェーハ上に使用される。
【図７Ｂ】剥離性微小管の配列を作製するために使用される構造工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでフォトリソグラフィがＰＤＭＳで被覆されるウェーハ上に使用される。
【図７Ｘ】剥離性微小管の配列を作製するために使用される構造工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでフォトリソグラフィがＰＤＭＳで被覆されるウェーハ上に使用される。
【図７Ｙ】剥離性微小管の配列を作製するために使用される構造工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでフォトリソグラフィがＰＤＭＳで被覆されるウェーハ上に使用される。
【図７Ｚ】剥離性微小管の配列を作製するために使用される構造工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでフォトリソグラフィがＰＤＭＳで被覆されるウェーハ上に使用される。
【図８Ａ】剥離性微小管の配列を作製するために使用される構造工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでフォトリソグラフィが酸化されたシリコンウェーハ上に使用される。
【図８Ｂ】剥離性微小管の配列を作製するために使用される構造工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでフォトリソグラフィが酸化されたシリコンウェーハ上に使用される。
【図８Ｃ】剥離性微小管の配列を作製するために使用される構造工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでフォトリソグラフィが酸化されたシリコンウェーハ上に使用される。
【図８Ｄ】剥離性微小管の配列を作製するために使用される構造工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでフォトリソグラフィが酸化されたシリコンウェーハ上に使用される。
【図８Ｘ】剥離性微小管の配列を作製するために使用される構造工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでフォトリソグラフィが酸化されたシリコンウェーハ上に使用される。
【図８Ｙ】剥離性微小管の配列を作製するために使用される構造工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでフォトリソグラフィが酸化されたシリコンウェーハ上に使用される。
【図８Ｚ】剥離性微小管の配列を作製するために使用される構造工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでフォトリソグラフィが酸化されたシリコンウェーハ上に使用される。
【図９Ａ】堆積技法を使用して中空微小針を作製するために使用される構造工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここで金属中空微小針がＰＤＭＳ構造上に電気メッキして製作される。
【図９Ｂ】堆積技法を使用して中空微小針を作製するために使用される構造工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここで金属中空微小針がＰＤＭＳ構造上に電気メッキして製作される。
【図９Ｃ】堆積技法を使用して中空微小針を作製するために使用される構造工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここで金属中空微小針がＰＤＭＳ構造上に電気メッキして製作される。
【図９Ｄ】堆積技法を使用して中空微小針を作製するために使用される構造工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここで金属中空微小針がＰＤＭＳ構造上に電気メッキして製作される。
【図９Ｅ】堆積技法を使用して中空微小針を作製するために使用される構造工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここで金属中空微小針がＰＤＭＳ構造上に電気メッキして製作される。
【図９Ｆ】堆積技法を使用して中空微小針を作製するために使用される構造工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここで金属中空微小針がＰＤＭＳ構造上に電気メッキして製作される。
【図９Ｇ】堆積技法を使用して中空微小針を作製するために使用される構造工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここで金属中空微小針がＰＤＭＳ構造上に電気メッキして製作される。
【図１０Ａ】堆積技法を使用して中空微小針を作製するために使用される構造工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでポリマー中空微小針がＰＤＭＳ柱上に電着して構成される。
【図１０Ｂ】堆積技法を使用して中空微小針を作製するために使用される構造工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでポリマー中空微小針がＰＤＭＳ柱上に電着して構成される。
【図１０Ｃ】堆積技法を使用して中空微小針を作製するために使用される構造工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでポリマー中空微小針がＰＤＭＳ柱上に電着して構成される。
【図１０Ｄ】堆積技法を使用して中空微小針を作製するために使用される構造工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでポリマー中空微小針がＰＤＭＳ柱上に電着して構成される。
【図１０Ｅ】堆積技法を使用して中空微小針を作製するために使用される構造工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでポリマー中空微小針がＰＤＭＳ柱上に電着して構成される。
【図１０Ｆ】堆積技法を使用して中空微小針を作製するために使用される構造工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでポリマー中空微小針がＰＤＭＳ柱上に電着して構成される。
【図１０Ｇ】堆積技法を使用して中空微小針を作製するために使用される構造工程の幾つかを示す概略断面図であり、ここでポリマー中空微小針がＰＤＭＳ柱上に電着して構成される。
【図１１Ａ】相補的なＰＤＭＳ型を使用して中空微小針を製造するために使用される構造工程を示す概略断面図である。
【図１１Ｂ】相補的なＰＤＭＳ型を使用して中空微小針を製造するために使用される構造工程を示す概略断面図である。
【図１１Ｃ】相補的なＰＤＭＳ型を使用して中空微小針を製造するために使用される構造工程を示す概略断面図である。
【図１１Ｄ】相補的なＰＤＭＳ型を使用して中空微小針を製造するために使用される構造工程を示す概略断面図である。
【図１１Ｅ】相補的なＰＤＭＳ型を使用して中空微小針を製造するために使用される構造工程を示す概略断面図である。
【図１１Ｆ】相補的なＰＤＭＳ型を使用して中空微小針を製造するために使用される構造工程を示す概略断面図である。
【図１１Ｇ】相補的なＰＤＭＳ型を使用して中空微小針を製造するために使用される構造工程を示す概略断面図である。
【図１１Ｈ】相補的なＰＤＭＳ型を使用して中空微小針を製造するために使用される構造工程を示す概略断面図である。
【図１１Ｉ】相補的なＰＤＭＳ型を使用して中空微小針を製造するために使用される構造工程を示す概略断面図である。
【図１１Ｊ】相補的なＰＤＭＳ型を使用して中空微小針を製造するために使用される構造工程を示す概略断面図である。
【図１１Ｋ】相補的なＰＤＭＳ型を使用して中空微小針を製造するために使用される構造工程を示す概略断面図である。
【図１２Ａ】多層パターンのレプリカ成型によりポリマー中空微小針を作製するために使用される構造工程の幾つかの概略断面図である。
【図１２Ｂ】多層パターンのレプリカ成型によりポリマー中空微小針を作製するために使用される構造工程の幾つかの概略断面図である。
【図１２Ｃ】多層パターンのレプリカ成型によりポリマー中空微小針を作製するために使用される構造工程の幾つかの概略断面図である。
【図１２Ｄ】多層パターンのレプリカ成型によりポリマー中空微小針を作製するために使用される構造工程の幾つかの概略断面図である。
【図１２Ｅ】多層パターンのレプリカ成型によりポリマー中空微小針を作製するために使用される構造工程の幾つかの概略断面図である。
【図１２Ｆ】多層パターンのレプリカ成型によりポリマー中空微小針を作製するために使用される構造工程の幾つかの概略断面図である。
【図１２Ｇ】多層パターンのレプリカ成型によりポリマー中空微小針を作製するために使用される構造工程の幾つかの概略断面図である。
【図１２Ｈ】図１２Ｅに見られるようなＰＤＭＳレプリカ成型の斜視図である。
【図１２Ｉ】多層パターンのレプリカ成型によりポリマー中空微小針を作製するために使用される構造工程の幾つかの更なる概略断面図である。
【図１２Ｊ】多層パターンのレプリカ成型によりポリマー中空微小針を作製するために使用される構造工程の幾つかの更なる概略断面図である。
【図１３Ａ】中空微小針の内側に電極を構成するために使用される構造工程の幾つかの斜視図である。
【図１３Ｂ】中空微小針の内側に電極を構成するために使用される構造工程の幾つかの斜視図である。
【図１３Ｃ】中空微小針の内側に電極を構成するために使用される構造工程の幾つかの斜視図である。
【図１３Ｄ】図１３Ｂ及び図１３Ｃのフォトリソグラフィ工程で使用される個々の電極パターンの拡大平面図である。
【図１３Ｅ】図１３Ｂ及び図１３Ｃのフォトリソグラフィ工程で使用される個々の電極パターンの拡大平面図である。
【図１３Ｆ】中空微小針の内側に電極を構成するために使用される構造工程の幾つかの斜視図である。
【図１３Ｇ】中空微小針の内側に電極を構成するために使用される構造工程の幾つかの斜視図である。
【図１３Ｈ】中空微小針の内側に電極を構成するために使用される構造工程の幾つかの斜視図である。図１３Ｄ〜図１３Ｅは、図１３Ｂ及び図１３Ｃのフォトリソグラフィ工程で使用される個々の電極パターンの拡大平面図である。
【図１３Ｉ】中空微小針の内側に電極を構成するために使用される構造工程の幾つかの斜視図である。
【図１３Ｊ】図１３Ｉに見られるように内部電極を有する単一の中空微小針の部分断面拡大斜視図である。
【図１４】電極バンドを含む微小針配列の平面図である。
【図１５Ａ】鋭い先端の微小針を作製するために使用される構造工程の概略断面図である。
【図１５Ｂ】鋭い先端の微小針を作製するために使用される構造工程の概略断面図である。
【図１５Ｃ】鋭い先端の微小針を作製するために使用される構造工程の概略断面図である。
【図１５Ｄ】鋭い先端の微小針を作製するために使用される構造工程の概略断面図である。
【図１５Ｅ】鋭い先端の微小針を作製するために使用される構造工程の概略断面図である。
【図１５Ｆ】鋭い先端の微小針を作製するために使用される構造工程の概略断面図である。
【図１５Ｇ】鋭い先端の微小針を作製するために使用される構造工程の概略断面図である。
【図１５Ｈ】鋭い先端の微小針を作製するために使用される構造工程の概略断面図である。
【図１５Ｉ】鋭い先端の微小針を作製するために使用される構造工程の概略断面図である。
【図１５Ｊ】鋭い先端の微小針を作製するために使用される構造工程の概略断面図である。
【図１５Ｋ】鋭い先端の微小針を作製するために使用される構造工程の概略断面図である。
【図１５Ｌ】鋭い先端の微小針を作製するために使用される構造工程の概略断面図である。
【図１６Ａ】可撓性の型を使用して凸形または凹形の微小針を製造するために使用される構造工程を示す斜視図である。
【図１６Ｂ】可撓性の型を使用して凸形または凹形の微小針を製造するために使用される構造工程を示す斜視図である。
【図１６Ｃ】可撓性の型を使用して凸形または凹形の微小針を製造するために使用される構造工程を示す斜視図である。
【図１６Ｄ】可撓性の型を使用して凸形または凹形の微小針を製造するために使用される構造工程を示す斜視図である。
【図１６Ｅ】可撓性の型を使用して凸形または凹形の微小針を製造するために使用される構造工程を示す斜視図である。
【図１７】伸長した側壁に沿って外溝を有する中空でない微小針の斜視図である。
【図１８】伸長した側壁に沿って２つの外溝をそれぞれが有する複数の中空でない微小針の正面からの平面図である。

Claims (38)

1. 微小針(microneedles)を作製する方法であって、
   （ａ）複数の微小構造を含む基板を提供すること；
   （ｂ）前記基板を前記複数の微小構造のネガ形態をとる第一の成型可能な材料層で被覆し、前記第一の成型可能な材料を硬化させること；
   （ｃ）前記硬化した第一の成型可能な材料を前記基板から分離することにより、前記複数の微小構造を含む前記硬化した第一の成型可能な材料で微小型(micromold)を作り出すこと；及び
   （ｄ）第二の成型可能な材料を前記微小型上に塗布し、ソフトリソグラフィ法を使用して前記第二の成型可能な材料を硬化させ、次に前記硬化させた第二の成型可能な材料を前記微小型から分離することにより、該パターン化した微小型の前記複数の微小構造の三次元ネガ形態を有する前記硬化した第二の成型可能な材料から微小針構造を作り出すこと、
   を含む方法。
2. 前記微小針構造は、（ａ）複数の中空でない突出部、（ｂ）貫通穴を形成する複数の中空突出部、（ｃ）前記硬化した第二の成型可能な材料を通じて完全に突き出ないマイクロカップを形成する複数の中空突出部、または（ｄ）少なくとも１つの表面外溝をそれぞれが有する複数の中空でない突出部、の内の１つを含む請求項１に記載の方法。
3. 前記第一の成型可能な材料がＰＤＭＳを含み、前記第二の成型可能な材料がプレポリマーを含み、前記基板がシリコンまたは金属物質の１つを含み、且つ前記微小針構造がポリマー材料を含む請求項１に記載の方法。
4. 前記基板が、ウェーハ材料から開始して、前記ウェーハ材料を少なくとも１層のフォトレジスト材料で被覆し、前記フォトレジスト材料にフォトリソグラフィ法を使用して複数の微小構造をパターン化することで、前記パターン化したフォトレジスト材料が前記複数の微小構造を含むよう構成され、且つ前記第一の成型可能な材料が第二のソフトリソグラフィ法により加工及び硬化される、請求項１に記載の方法。
5. 前記ウェーハがシリコンを含み、前記フォトレジスト材料がＳＵ−８を含み、前記第一の成型可能な材料がＰＤＭＳを含み、前記第二の成型可能な材料がプレポリマーを含み、且つ前記微小針構造がポリマー材料を含む、請求項４に記載の方法。
6. （ｅ）前記第一の複数の微小構造と比較した時に、形状が実質的に相補的である第二の複数の微小構造を含む第二の基板を提供すること；
   （ｆ）前記第二の基板を前記第二の複数の微小構造のネガ形態をとる第三の成型可能な材料層で被覆し、前記第三の成型可能な材料を硬化させること；
   （ｇ）前記硬化した第三の成型可能な材料を前記第二の基板から分離することにより、前記第二の複数の微小構造を含む前記硬化した第三の成型可能な材料から第二の微小型を作り出すこと；
   （ｈ）第四の成型可能な材料を前記第二の微小型上に塗布し、ソフトリソグラフィ法を使用して前記第四の成型可能な材料を硬化させ、次に前記硬化させた第四の成型可能な材料を前記第二の微小型から分離することにより、該パターン化した第二の微小型の前記第二の複数の微小構造の三次元ネガ形態を有する前記硬化した第四の成型可能な材料から第二の微小針構造を作り出すこと；
   （ｉ）前記第一または第二の微小針構造の１つの上に第五の成型可能な材料層を塗布し、前記第一及び第二の微小針構造を向き合う関係に配置することにより、それらの間に前記第五の成型可能な材料層を挟み、ソフトリソグラフィ法を使用して前記第五の成型可能な材料層を硬化させ、次に前記硬化した第五の成型可能な材料を前記第一と第二との微小針構造の両方から分離することにより、前記第一と第二との微小針構造の両方の三次元ネガ形態を有する前記硬化した第五の成型可能な材料から第三の微小針構造を作り出すこと、
   を更に含む請求項１に記載の方法。
7. 前記第一及び第三の成型可能な材料がＰＤＭＳを含み、前記第二及び第四の成型可能な材料がプレポリマーを含み、前記基板がシリコンまたは金属物質の１つを含み、前記第五の成型可能な材料がプレポリマーを含み、且つ前記第一、第二、及び第三の微小針構造のそれぞれがポリマー材料を含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記第一の成型可能な材料が硬化後に可撓特性を示し、従って破断することなく所定の程度に変形可能であり、更に前記硬化した可撓性の第一の成型可能な材料から前記微小型を作り出した後に、該第二の成型可能な材料を前記微小型上に塗布する工程間に、前記微小型を変形させることにより、凹形または凸形いずれかの微小型を作り出すことを含む、請求項１に記載の方法。
9. 微小針を作製する方法であって、
   （ａ）基板材料を提供すること；
   （ｂ）前記基板材料を少なくとも１層のフォトレジスト材料で被覆し、フォトリソグラフィ法を使用して前記フォトレジスト材料に複数の微小構造をパターン化すること；及び
   （ｃ）前記パターン化したフォトレジスト材料を前記基板材料から分離することにより、前記複数の微小構造を含む前記パターン化したフォトレジスト材料から微小針構造を作り出すこと、
   を含む方法。
10. 前記微小針構造が、（ａ）複数の中空でない突出部、（ｂ）貫通穴を形成する複数の中空突出部、または（ｃ）前記硬化した第二の成型可能な材料を通じて完全に突き出ないマイクロカップを形成する複数の中空突出部、
    の内の１つを含む請求項９に記載の方法。
11. 前記フォトレジスト材料が第一の層及び第二の層を含み、前記第二の層が塗布される前に前記第一の層を硬化し、前記第二の層を前記フォトリソグラフィ法によりパターン化する、請求項９に記載の方法。
12. 前記方法の開始時に前記基板と前記フォトレジスト材料との間に酸溶解性材料層を塗布し、該パターン化したフォトレジスト材料を該基板から分離する前記工程間に、犠牲層としての前記酸溶解性材料を溶解することを更に含む、請求項９に記載の方法。
13. 前記基板がシリコンまたは金属物質の１つを含み、前記フォトレジスト材料がＳＵ−８を含み、且つ前記酸溶解性材料がＰＤＭＳまたはシリコン酸化物の１つを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記複数の微小構造を含む該パターン化したフォトレジスト材料の突出部とベース構造との間の接合部に近接した前記複数の微小構造部分を簡単にエッチングすることにより、分離型(break-away)微小針を作り出すことを更に含み、前記ベース構造と前記微小構造突出部との両方が前記フォトレジスト材料から構成されている、請求項１２に記載の方法。
15. 該酸溶解性材料層としてＰＤＭＳを使用すると共に、該少なくとも１つのフォトレジスト材料層としてＳＵ−８を使用することにより、分離型微小針を作り出すことを更に含む請求項１２に記載の方法。
16. 前記フォトレジスト材料は少なくとも２つの個々の層を含み、前記少なくとも２つの個々の第一の層が第一の大きさである第一の複数開口部をパターン化され、前記少なくとも２つの個々の第二の層が前記第一の大きさである前記開口部より大きい第二の大きさである第二の複数開口部をパターン化され、前記第一及び第二の複数の開口部は実質的に相互に一列にあり、該パターン化したフォトレジスト材料からの該基板の前記分離の後に、前記複数の微小構造が鋭い先端を有する複数の微小針を含む、請求項９に記載の方法。
17. 前記微小針構造が、少なくとも３：１の縦横比を有する複数の個々の微小針を含む請求項９に記載の方法。
18. 微小針を作製する方法であって、
    （ａ）基板材料を提供すること；
    （ｂ）前記基板材料を少なくとも１層のフォトレジスト材料で被覆し、フォトリソグラフィ法を使用して前記フォトレジスト材料に複数の微小構造をパターン化すること；及び
    （ｃ）前記複数の微小構造のネガ形態をとる成型可能な材料層で前記パターン化したフォトレジスト材料を被覆し、ソフトリソグラフィ法を使用して前記成型可能な材料を硬化させ、次に前記硬化した成型可能な材料を前記パターン化したフォトレジスト材料と前記基板材料との両方から分離すること、
    を含む方法。
19. 前記分離し硬化した成型可能な材料の前記少なくとも１つの表面を（ａ）電気メッキ、（ｂ）電着、（ｃ）無電界メッキ、（ｄ）スパッタリング、（ｅ）蒸着、または（ｆ）プラズマ堆積(plasma deposition)の方法の内の１つを使用して被覆することにより、独立した微小構造層を作り出すことを更に含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記独立した微小構造層が前記複数の微小構造を保護及び強化し、前記独立した微小構造層が電気メッキした金属または電気メッキしたポリマーの１つを含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記独立した微小構造層を前記硬化した成型可能な材料から分離することにより、電気メッキした金属、電気メッキしたポリマー、または電気メッキした複合材料の内の少なくとも１つから成る前記微小構造層を完全に含む、微小針配列構造を作り出すことを更に含む請求項１９に記載の方法。
22. 前記基板材料がシリコンを含み、前記フォトレジスト材料がＳＵ−８を含み、且つ前記成型可能な材料がＰＤＭＳを含む、請求項１８に記載の方法。
23. 微小針を作製する方法であって、
    （ａ）基板材料を提供すること；
    （ｂ）前記基板材料を少なくとも１層のフォトレジスト材料で被膜し、フォトリソグラフィ法を使用して前記フォトレジスト材料に複数の微小構造をパターン化すること；
    （ｃ）第一の成型可能な材料を前記パターン化したフォトレジスト材料／基板の上に塗布して、ソフトリソグラフィ法を使用して前記第一の成型可能な材料を硬化させ、次に前記硬化した第一の成型可能な材料を前記パターン化したフォトレジスト材料／基板から分離することにより微小構造を作り出すこと；及び
    （ｄ）第二の成型可能な材料を前記微小構造の上に塗布し、前記第二の成型可能な材料を硬化した後に、前記硬化した第二の成型可能な材料を前記微小構造から分離することにより、前記微小構造の三次元ネガ形態を有する前記硬化した第二の成型可能な材料で微小針構造を作り出すこと、
    を含む方法。
24. 前記微小針構造が、（ａ）複数の中空でない突出部、（ｂ）貫通穴を形成する複数の中空突出部、または（ｃ）前記硬化した第二の成型可能な材料を通じて完全に突き出ないマイクロカップを形成する複数の中空突出部、の内の１つを含む請求項２３に記載の方法。
25. 前記複数のマイクロカップの１つの端部を開放するための研磨またはグラインディング法を更に含むことにより、貫通穴を形成する複数の中空突出部を作り出す請求項２４に記載の方法。
26. 前記基板がシリコンまたは金属物質の１つを含み、前記フォトレジスト材料がＳＵ−８を含み、前記第一の成型可能な材料がＰＤＭＳを含み、前記第二の成型可能な材料が前記第一の成型可能な材料の軟化温度よりも低い温度で軟化するポリマー材料を含む、請求項２４に記載の方法。
27. 前記第二の成型可能な材料を前記微小構造の上に塗布する該工程間に、第二の半型を使用して圧力をかけて、最も遠くに突き出る微小構造から、硬化していない過剰材料を除去することにより、前記微小針構造を、前記微小構造から分離して前記微小針構造の中に貫通穴を作り出す請求項２３に記載の方法。
28. 電極を有する微小針を作製する方法であって、
    （ａ）基板材料を提供すること；
    （ｂ）前記基板材料を少なくとも１層のフォトレジスト材料で被覆し、フォトリソグラフィ法を使用して前記フォトレジスト材料に複数の微小構造をパターン化し、前記パターン化したフォトレジスト材料が前記複数の微小構造を含むようにすること；
    （ｃ）前記基板を前記複数の微小構造のネガ形態をとる成型可能な材料層で被覆し、前記成型可能な材料をソフトリソグラフィ法で硬化すること；
    （ｄ）前記硬化した成型可能な材料を前記基板から分離することによりマスクを作り出すこと；
    （ｅ）ベースから突き出る複数の個々の突出部を有する微小針配列構造を提供すること；
    （ｆ）前記マスクを前記微小針配列構造に近接して配置して、前記マスクを通して導電性物質を前記微小針配列構造の表面上に適用することにより、前記表面上に導電性通路の少なくとも１つのパターンを作り出すこと、
    を含む方法。
29. 前記導電性通路のそれぞれは、前記複数の突出部個々の少なくとも２つの間の間隔よりも大きい前記表面上の領域を覆うように大きさ及び配置が決められることにより、少なくとも１つの電極バンドを作り出す、請求項２８に記載の方法。
30. 前記導電性通路のそれぞれは、前記複数のそれぞれ個々の突出部よりも小さい前記表面上の領域を覆うように大きさ及び配置が決められることにより、複数の電気的に隔離された電極を作り出し、そのような電極の少なくとも１つが前記複数の突出部個々の唯１つに対応するようになる、請求項２８に記載の方法。
31. 前記複数の突出部個々の前記少なくとも１つが中空微小針を含み、該電気的に隔離された電極の少なくとも１つが、パッド表面及び長手方向部分を含み、前記長手方向部分は、蒸着法により前記中空微小針の内側表面の中へ広がる、請求項３０に記載の方法。
32. 前記微小構造で形成された複数の微小針の先端を硬化することを更に含む請求項１に記載の方法。
33. 前記先端が、炭素繊維または複合材料を添加することにより硬化される請求項３２に記載の方法。
34. 前記複数の微小針を皮膚へ適用し、ここで前記複数の可撓性微小針が前記微小構造のベース構造から分離することにより、前記ベース構造が取り外された後に前記皮膚の角質層内に残り、且つ前記複数の可撓性微小針は中空であり；少なくとも一回は前記複数の可撓性中空微小針を通って流体を適用し、それにより前記角質層を通り；前記可撓性中空微小針が前記角質層内に長期間に亘って残ることを更に含む、請求項１に記載の方法。
35. 第一の端部及び第二の端部を有すると共に、前記第一の端部と前記第二の端部との間に広がる側壁を有する長手方向要素を含み、前記側壁は、前記第一の端部と前記第二の端部との間を実質的に走る少なくとも１つの外溝を有する、微小針構造。
36. ベース部材を更に含み、前記第一の端部が前記微小針構造の先端を含み、前記第二の端部が前記ベース部材に取り付けられるかまたは一体になっている、請求項３５に記載の微小針構造。
37. 長手方向溝を前記ベース部材内に更に含み、前記少なくとも１つの外溝が前記長手方向溝と流体連通している請求項３６に記載の微小針構造。
38. 前記ベース部材に近接して配置されるかまたは一体化したセンサーデバイスを更に含み、前記長手方向溝が前記センサーデバイスと流体連通している請求項３７に記載の微小針構造。

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