JP2005246595A

JP2005246595A - マイクロニードルアレイ及びその製造方法

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Publication number: JP2005246595A
Application number: JP2004109466A
Authority: JP
Inventors: Susumu Sugiyama; 進杉山; Sommawan Khumpuang; クンプワンソマワン; Takeshi Kawaguchi; 岳川口
Original assignee: Ritsumeikan Trust
Current assignee: Ritsumeikan Trust
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】無痛で血液を容易に採取することができるマイクロニードルアレイを提供することを目的とする。又、このようなマイクロニードルアレイを精度良く簡易に製造することができる製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】基部１０１の表面に同形状のニードル１０が多数配設されたマイクロニードルアレイ１００において、ニードル１０が、その先端から基部１０１の表面に向かって延び、微小な隙間を介して互いに向き合う壁面１２からなる切込み１１ａ、１１ｂを１つあるいは複数備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロニードルアレイ及びその製造方法に関するものである。

マイクロニードルアレイは、微小なニードルが基部の表面に多数配設され構成されている。ニードルが穴を備えていないマイクロニードルアレイは鍼等として、ニードルが穴を備えるマイクロニードルアレイは薬液注入及び生体液採取の用途等に用いられる。特に、血液採取に用いられるマイクロニードルアレイ９００は、図１２（ａ）から図１２（ｄ）に示すように、その中心軸に微小径の長穴９１１を備えたニードル９１０が基部９０１の表面に多数配設されている。ニードル９１０の先端は皮膚表面の固い角質層を貫通する必要があるため鋭い。医療分野における各種血液検査のためには、一般に０．３〜１．０マイクロリットル程度の血液量が必要である。血液検査のために、マイクロニードルアレイ９００を皮膚に押し当て、基部９０１の底面に設けた空室を電動ポンプ等にて減圧し負圧にすることにより血液を採取している。ニードル９１０の高さは、約３００μｍ程度である。

このようなマイクロニードルアレイ９００は、例えば、特許文献１に開示されるように、ＰＣＴ（Ｐｌａｎｅ−ｐａｔｔｅｒｎｔｏＣｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎＴｒａｎｓｆｅｒ）法を用いることにより製造されている。ＰＣＴ法を用いたマイクロニードルアレイの製造方法について、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に基づいて説明する。まず、ポリメチルメタクリレート（以下、ＰＭＭＡという。）等からなるレジスト材９３０の表面から厚さ方向へ縦及び横方向に所定の間隔Ｗで微小径の長穴９３１を貫通して開ける。次に、Ｘ線マスク９２０をレジスト材９３０の表面と所定の間隔を隔てて水平に配置する。Ｘ線マスク９２０は、所望のニードルの断面形状に対応した突起形状が配列されるパターンに形成されたＸ線吸収層９２１を備えている。Ｘ線吸収層９２１の突起形状は、細長く先端が平らであり、レジスト材９３０に設けられた長穴９３１の間隔と等しい間隔を隔てて、その長手方向とは垂直方向に配列されている。Ｘ線マスク９２０を、そのＸ線吸収層９２１の各突起形状の中心線Ｌ１が、レジスト材９３０に設けた長穴９３１の中心の各連結線とが対向するように配置する。次に、Ｘ線マスク９２０をレジスト材９３０の表面と水平を保ち、かつＸ線吸収層９２１の突起形状の中心線Ｌ１と、レジスト材９３０に設けた長穴９３１の中心の連結線とを対向させつつ、所定速度にてレジスト材９３０を移動させながら、図示しないＸ線照射部からＸ線マスク９２０を介してレジスト材９３０表面に対して垂直にＸ線を照射して露光を行なう。

次に、同じＸ線マスク９２０を用い、レジスト材９３０を９０度回転させた後に、Ｘ線マスク９２０をレジスト材９３０の表面と所定の間隔を隔てて水平に配置する。Ｘ線マスク９２０を、そのＸ線吸収層９２１の突起形状の中心線Ｌ１と、レジスト材９３０に設けた長穴９３１の中心の連結線とが対向するように配置する。次に、Ｘ線マスク９２０をレジスト材９３０の表面と水平を保ち、かつＸ線吸収層９２１の突起形状の中心線Ｌ１と、レジスト材９３０に設けた長穴９３１の中心の連結線とを対向させつつ、所定速度にレジスト材９３０を移動させながら、Ｘ線照射部からＸ線マスク９２０を介してレジスト材９３０表面に対して垂直にＸ線を照射して露光を行なう。Ｘ線マスク９２０を通過してレジスト材９３０の表面に照射されるＸ線は、露光工程において、その直上にＸ線吸収層９２１にてＸ線を遮断された割合により定まる。

２回の露光終了後にレジスト材９３０を所定の現像液で現像する現像工程を行なう。レジスト材９３０の表面に照射されるＸ線の照射量が多いほど、レジスト材９３０内部に吸収されるＸ線エネルギは大きく、レジスト材９３０表面へのＸ線積算照射量に、その内部への現像工程による加工深さは略比例する。これにより、各露光工程において、Ｘ線吸収層９２１の形状のレジスト材９３０の移動方向における形状に、レジスト材９３０の移動方向の側面視からの形状が厚さ方向にのみ拡縮した形状に加工可能になる。従って、２回の露光工程後に現像工程を行うと、図１２（ａ）から図１２（ｄ）に示すように、中心軸に長穴９１１を備え先端が平面状の正四角錐からなる形状が得られる。

このようにして得られたＰＭＭＡからなる構造体をそのままマイクロニードルアレイとして用いてもよい。しかしながら、量産化のため、電気めっき法により、この構造体の上にニッケル等の金属を電鋳した後、ＰＭＭＡを除去することにより、凹凸を反転させた形状を有する金属構造体が得られる。この金属構造体を金型として転写成形加工を行なうことによって、プラスチック又はセラミック製のマイクロニードルアレイを大量生産することが可能である。
特願２０００−３４７１０３号公報

しかしながら、皮膚表面から約１５０μｍを超える深さの皮膚には神経終末を含む神経層が存在し、上記従来のマイクロニードルアレイ９００により血液を採取する際、ニードル９１０の高さが３００μｍ程度であるため、ニードル９１０の先端が神経層に達し、血液を採取される者が痛みを感じるという問題があった。

又、上記従来のマイクロニードルアレイの製造方法は、予めレジスト材９３０の表面から縦方向及び横方向に一定間隔で長穴９３１を開ける必要があった。又、各々の露光工程において、長穴９３１の中心の連結線とＸ線吸収層９２１の突起形状の中心線Ｌ１とを対向させ一致する方向に正確に配置し、レジスト材９３０をその方向に沿って正確に相対移動させる必要があった。これらの理由により、マイクロニードルアレイ９００を製造することが困難であるという問題があった。又、精度の良いマイクロニードルアレイ９００を得ることができないという問題があった。

本発明は、かかる問題を解決すべくなされたものであり、無痛で血液を容易に採取することができるマイクロニードルアレイを提供することを目的とする。又、このようなマイクロニードルアレイを精度良く簡易に製造することができる製造方法を提供することを目的とする。

当該目的を達成するために、請求項１に記載のマイクロニードルアレイは、基部の表面に同形状のニードルが多数配設されたマイクロニードルアレイにおいて、前記ニードルが、その先端から前記基部の表面に向かって延び、微小な隙間を介して互いに向き合う壁面からなる切込みを１つあるいは複数備えることを特徴としている。

請求項２に記載のマイクロニードルアレイの製造方法は、Ｘ線の照射量に応じた深さで加工可能な材料にＸ線マスクを介してＸ線を照射することにより、前記材料を加工しマイクロニードルアレイを得るマイクロニードルアレイの製造方法であって、前記Ｘ線マスクは、微小幅の開口を有した細長い突起形状がパターンに形成されるＸ線吸収層を備え、前記Ｘ線マスクを材料の表面との間に所定間隔を保ち、Ｘマスクの突起形状の長手方向に相対移動させながら前記Ｘ線マスクを介して前記材料にＸ線を照射し、さらに、前記相対移動の方向とは異なる方向でかつ前記Ｘ線マスクの突起形状の長手方向に相対移動させながら前記Ｘ線マスクを介して前記材料にＸ線を照射することにより、前記材料を加工しマイクロニードルアレイを得ることを特徴としている。

請求項３に記載のマイクロニードルアレイは、請求項２に記載のマイクロニードルアレイの製造方法において加工した前記材料を母型として電鋳加工を行い微細構造体を得て、該微細構造体を金型として転写成形加工を行なうことによって製造されたことを特徴としている。

請求項４に記載のマイクロニードルアレイは、請求項１又は３に記載のマイクロニードルアレイにおいて、生体液採取用手段に用いられることを特徴としている。

請求項１に記載のマイクロニードルアレイによれば、ニードルが、その先端から基部の表面に向かって延び、微小な隙間を介して互いに向き合う壁面からなる切込みを１つあるいは複数備えている。そのため、皮膚にマイクロニードルアレイを圧着させると、毛細管現象によって先端から切込みの隙間を血液が上昇するとともに、切込みの隙間に血液を保持することができる。これにより、前記従来の空室を減圧することにより血液を採取するマイクロニードルアレイと比較して、血液を容易に採取することができる。又、人間の皮膚表面から約１５０μｍの深さ（浅さ）を超えると通常神経が通っているため、例えばニードルの全高を約１５０μｍ以下としても、血液検査等に必要な量の血液を採取することが可能となり、これによって無痛で血液を採取することができる。

請求項２に記載のマイクロニードルアレイの製造方法によれば、微小幅の開口を有した細長い突起形状がパターンに形成されるＸ線吸収層を備えるＸ線マスクを材料の表面との間に所定間隔を保ち、Ｘ線マスクの突起形状の長手方向に相対移動させながらＸ線マスクを介して材料にＸ線を照射し、さらに、前記相対移動の方向とは異なる方向でかつＸ線マスクの突起形状の長手方向に相対移動させながらＸ線マスクを介して材料にＸ線を照射することにより、材料を加工しマイクロニードルアレイを得るので、Ｘ線マスクの開口に応じた切込みを有しＸ線マスクの突起形状に応じたニードルを備えるマイクロニードルアレイを容易に製造することができる。前記従来のマイクロニードルアレイの製造方法とは異なり、予め材料に長穴を開ける必要がなく、又、長穴に対してＸ線マスクの位置を定めながら相対移動を行なう必要がないので、より簡易にマイクロニードルアレイを製造することができる。又、前記従来のマイクロニードルアレイの製造方法とは異なり、露光を行なう際に正確な位置合わせを行なう必要がないので、より精度の良いマイクロニードルアレイを容易に製造することができる。

請求項３に記載のマイクロニードルアレイによれば、請求項２に記載のマイクロニードルアレイの製造方法において加工した材料を母型として電鋳加工を行い微細構造体を得て、該微細構造体を金型として転写成形加工を行なうので、精度の良いマイクロニードルアレイを容易に大量生産することができる。

請求項４に記載のマイクロニードルアレイによれば、生体液採取用手段に用いられるので、上記効果を備えた生体液採取用手段を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係るマイクロニードルアレイについて図面に基づき説明する。このマイクロニードルアレイ１００は、図１（ａ）にその一部を示すように、基部１０１の表面に同形状のニードル１０が多数配設されている。基部１０１は薄厚の板状部材であり、寸法を例示すると、Ｘ軸方向長さ（幅）１ｃｍ、Ｙ軸方向長さ（奥行き）１ｃｍ、Ｚ方向長さ（高さ）１５０μｍ〜１ｍｍの板状部材である。基部１０１は、ポリメチルメタクリレート（以下、ＰＭＭＡという。）、アクリル、ポリスチレン、エポキシ、ポリカーボネイト等のプラスチック及びシリコン等の無機質からなる単層、又は上面側がＰＭＭＡで下面側がシリコン等の異なる材質からなる層が複数積層された複層である。

ニードル１０は、基部１０１のＸ軸方向及びＹ軸方向に一定間隔Ｗにて規則正しく、基部１０１の表面から上方に向かって配設されている。例えば、基部１０１が前記例示した寸法である場合には、間隔Ｗは３００μｍであり、この基部１０１にＸ軸方向３２列Ｙ軸方向３２列の計１０２４個のニードル１０が配設されている。ニードル１０は、ポリメチルメタクリレート（以下、ＰＭＭＡという。）、アクリル、ポリスチレン、エポキシ、ポリカーボネイト等のプラスチック及びシリコン等の無機質であり単一の材質からなる。ニードルは、基部１０１と一体に設けられていてもよい。

ニードル１０は、図１（ｂ）から図１（ｄ）に示すように、その底面が基部１０１の表面に接する正四角錐からなり、その先端から基部１０１の表面に向かって鉛直下方（Ｚ軸負方向）に延びる互いに直交する２つの切込み１１ａ、１１ｂを備えることにより正四角錐が４分割された形状をしている。ニードル１０は、全体として先端に向かって細くなっている。切込み１１ａ、１１ｂにより分割された個々は、底面が直角二等辺の三角錐からなり、各々鋭い先端を備えている。各切込み１１ａ、１１ｂは、ニードル１０の中心軸Ｌ０を含んだ垂直面を挟み微小な隙間Ｂを介して互いに向き合う壁面１２からなる。図示したニードル１０は、２つの切込み１１ａ、１１ｂを備えている。１方の切込み１１ａは、中心軸Ｌ０を含んだＸＺ平面（垂直面）を挟み微小な隙間Ｂを介して互いに向き合う壁面１２からなる。他方の切込み１１ｂは、中心軸Ｌ０を含んだＹＺ平面（ＸＺ平面に直交する垂直面）を挟み微小な隙間Ｂを介して互いに向き合う壁面１２からなる。正四角錐の寸法を例示すると、高さＨ１５０μｍ、底面の対角辺の長さＡ１００μｍ、隙間Ｂ１０〜２０μｍである。中心軸Ｌ０を含みＸＺ平面方向及びＹＺ平面方向に切断したニードル１０の断面は、同じ形状として現われ、図１（ｃ）に示すように、その底辺を基部１０１の表面に接する直角二等辺三角形が、中心軸Ｌ０を挟み隙間Ｂを介して互いに対向し、Ｚ軸方向に延びる垂直辺からなる切込みを備えている。ニードル１０の切込み１１ａ、１１ｂを形成する壁面１２は、ニードル１０の一方の外側辺から中心軸Ｌ０を対称に対向する他方の外側辺に渡っている。ニードル１０は、Ｚ軸方向上面視において、図１（ｄ）に示すように、正方形の両対角線を中心に所定間隔Ｂを隔てて、壁面１２がそれぞれ対向して切込み１１ａ、１１ｂを形成している。

次に、このマイクロニードルアレイ１００を用いて血液を採取する過程について説明する。マイクロニードルアレイ１００の各ニードル１０の先端を人間等の皮膚に均一に押し当てると、ニードル１０の先端は鋭いため、皮膚の最上層である固い角質層を貫通する。ニードル１０の高さＨは、例えば１５０μｍであるので、その先端が毛細血管を含む皮膚の中層に達する。皮膚表面から約１５０μｍを超える深さの神経層まで神経が存在しないので、ニードル１０の先端が神経に接触することがなく、血液を採取される者は無痛である。ニードル１０の先端が毛細血管に達すると、切込み１１ａ、１１ｂの隙間Ｂは微小であるため、血液の表面張力に起因する毛細管現象により、切込み１１ａ、１１ｂのなす間隙を血液が上昇する。又、切込み１１ａ、１１ｂの隙間Ｂは微小であるので、切込み１１ａ、１１ｂのなす間隙に血液を保持するので、良好に血液を採取することができる。なお、図示しないが、基部１０１内に切込み１１ａ、１１ｂと連通する空洞を設け、空洞を減圧し負圧にする電動ポンプ等を備えた血液採取用バイオチップにマイクロニードルアレイ１００を用いて、これにより血液を採取してもよい。採取した血液は、マイクロニードルアレイ１００を複数の領域（例えば、４つの領域）に分割して、それぞれ別個に同時に（並行して）各領域毎に検査等を行なう。なお、マイクロニードルアレイ１００は、血液採取用バイオチップなどの各種生体液採取用手段に用いることができる。又、マイクロニードルアレイ１００は、ニードル１０から薬液を切込み１１ａ、１１ｂの間隙に取込んだ後に皮膚に圧着させることなどによって、薬液注入に用いることができる。マイクロニードルアレイ１００は、ニードル１０を薬剤を含む材料から形成し、皮膚に挿入させたニードル１０を折ることなどによって、薬剤埋込みに用いることができる。

次に、第１の実施の形態に係るマイクロニードルアレイの変形例について説明する。第１の変形例は、図２（ａ）から図２（ｃ）に示すように、ニードル１０が全体に渡って分割されている図１（ｂ）に示したニードル１０と異なり、ニードル２０の一部のみがその先端から切込み２１ａ、２１ｂにより分割されている。切込み２１ａ、２１ｂは基部１０１との接続部分までは設けられておらず、ニードル２０の先端から鉛直下方に長さＨ′の切込み２１ａ、２１ｂを設けることによりニードル２０の一部が分割されている。このように切込み２１ａ、２１ｂの長さを短くしても検査に必要な血液量を採取することができればよい。又、図２（ｄ）から図２（ｆ）に示すように、ニードル２０′が２つの切込み２１ａ、２１ｂの重複する領域からなる一辺幅Ｂの正四角柱が切込み２１ａ、２１ｂの底部から更に基部１０１の表面に向かって延びるように形成される穴２２を有するものであってもよい。

第２の変形例は、図３（ａ）から図３（ｃ）に示すように、図１（ｂ）に示したニードル１０の先端が鋭端であるのとは異なり、ニードル３０の先端は平面状に形成されている。すなわち、ニードル３０は、先端が水平に切り落された正四角錐が４分割された形状をしている。中心軸Ｌ０を含みＸＺ平面方向及びＹＺ平面方向に切断したニードル１０の断面は、同じ形状として現われ、図３（ｂ）に示すように、直角台形が中心軸Ｌ０を挟み対向して向かい合っている。寸法を例示すると、直角台形の上辺の幅Ｃは１０μｍである。ニードル３０の先端が鋭端でないため、先端が折れにくい利点がある。又、ニードル３０の先端が全体として半球状等の曲面体であってもよい。第３の変形例は、図３（ｄ）から図３（ｆ）に示すように、第１と第２の変形例の特徴を組み合わせたニードル４０を備えている。

第４の変形例は、図４（ａ）から図４（ｃ）に示すように、ニードル５０が基部１０１との接続部分から鉛直上方（Ｚ軸方向正方向）に所定高さＨ１の正四角柱が設けられ、その上に正四角錐を設けたものである。切込みはニードル５０全体に設けられている。第５の変形例は、図４（ｄ）から図４（ｆ）に示すように、ニードル６０が円錐形である。又、図示しないが、ニードルは、正四角錐の他に三角錐や五角錐等の多角錐であってもよい。又、上記説明した各ニードルは、その先端から基部の表面に向かって鉛直下方（Ｚ軸負方向）に延びる切込みを備えているが、これに限定されず、その先端から基部の表面に向って鉛直下方に対し傾斜して延びる切込みを備えていてもよい。又、上記説明した各ニードルは、その先端から基部の表面に向かって延びる切込みを２つ備えているが、これに限定されず、その先端から基部の表面に向かって延びる切込みを１つ又は３つ以上備えていてもよい。又、切込みがニードルの先端から基部の底面まで延びるものであってもよい。これにより、基部の底面に空室を設け、この空室を減圧する電動ポンプ等ることによって、血液を採取するものであってもよい。更に、上記説明した各ニードルの特徴を組み合わせて有するニードルであってもよい。

本発明の第２の実施の形態に係るマイクロニードルアレイについて図面に基づき説明する。このマイクロニードルアレイ２００は、に、図５（ａ）にその一部を示すように、各ニードル７０の切込み７１ａ、７１ｂがＸ軸方向及びＹ軸方向の隣り合うニードル７０の切込み７１ａ、７１ｂと一体化して連通している。各ニードル７０は、図５（ｂ）に示すように、図１（ｂ）に示したニードル１０に対して、隣り合うニードル７０との間に渡って設けられる堤状の連結部７２を追加した形状である。この連結部７２は、図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示すように、基部１０１の表面に幅Ａを有し、鉛直上方（Ｚ軸正方向）に向かって高さＤまで順次先細に形成されている。図１（ａ）に示したマイクロニードルアレイ１００と比較して、切込み７１ａ、７１ｂの間隙が増すので、血液を採取する際にニードル７０の先端から毛細管現象により上昇した血液をより多く保持することができる。又、上記説明した各ニードルの特徴を有するニードルが連結部を備えるものであってもよい。

次に、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロニードルアレイの製造方法について図面に基づき説明する。図６、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、所定位置に固定して配置されたＸ線マスク８０に対して、レジスト材９０をテーブル９５に載置する。レジスト材９０は、ＰＭＭＡ等からなり、金属やシリコン等からなる基板９１をその底面に伴っている。レジスト材９０は、Ｘ軸及びＹ軸方向の長さが同じＷ０である。Ｘ線マスク８０は、微小幅の開口を有する切込みを有し縦方向（Ｙ軸方向）に細長い突起形状を、横方向（Ｘ軸方向）に間隔を隔てて多数配列したＸ線吸収層８１を有している。Ｘ線吸収層８１は、Ａｕ等の金属からなり、ポリイミド等のメンブレン８２に支持されている。Ｘ線マスク８０は、横方向の長さがレジスト材９０のＸ軸及びＹ軸方向の長さと同じＷ０である。

図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、Ｘ線マスク８０とレジスト材９０の表面との間に所定間隔を隔て水平に載置する。図示しない駆動部は、Ｘ線マスク８０に対してテーブル９５を、Ｙ軸方向へ所定速度で往復移動させる。Ｘ線マスク８０やテーブル９５は、真空あるいはＨｅ等のガス（１気圧程度）が充填された図示しない露光チャンバ内に配置されている。露光チャンバ外のシンクロトロン放射光装置等からなる図示しないＸ線照射部から露光チャンバ内にＸ線が入射され、Ｘ線マスク８０を介してレジスト材９０に照射される。Ｘ線照射部からのＸ線はＸ線マスク８０が配置された範囲のみに照射され、テーブル９５の移動に伴ってレジスト材９０がＸ線マスク８０と重なり合う範囲からはみ出た場合には、Ｘ線マスク８０と重ならない範囲のレジスト材９０上にはＸ線が照射されない。

図７（ｂ）に示すように、テーブル９５をＹ軸方向へ一定速度で往復移動させながら固定したＸ線マスク８０を介してレジスト材９０にＸ線を露光する。Ｘ線マスク８０をレジスト材９０の表面との間に所定間隔を保ち、Ｘ線吸収層８１の突起形状の長手方向（中心軸Ｌ１方向）に相対移動させながらＸ線マスク８０を介してレジスト材９０にＸ線を照射し露光する。この時、レジスト材９０の手前に向くＹＺ面を面Ｓとする。

この場合、テーブル９５は、レジスト材９０のＹ軸方向の前端位置Ｓ１がＸ線マスク８０のＹ軸方向の後端位置ａより手前側に位置するＩ位置と、レジスト材９０のＹ軸方向の後端位置Ｓ２がＸ線マスク８０のＹ軸方向の前端位置ｂを通過するＩＩ位置との間で移動させるようにする。すなわち、テーブルの１回の往動（Ｙ軸正方向移動）又は復動（Ｙ軸負方向移動）中に、レジスト材９０の全領域がＸ線マスク８０の下方を通過するように移動範囲を設定する。

上記のように、テーブル９５をＹ軸方向へ一定移動させながらレジスト材９０にＸ線を照射した場合、レジスト材９０のＸ軸方向の各部におけるＸ線積算照射量は、図８（ａ）に示すような分布となる。Ｘ線吸収層８１によりＸ線が常に遮断されるＸ座標においては、照射されるＸ線は全てＸ線吸収層８１により吸収されるので、Ｘ線積算照射量は０である。一方、Ｘ線吸収層８１により全く遮断されないＸ座標においては、照射されるＸ線は全てレジスト材９０により吸収されるので、Ｘ線積算照射量は全Ｘ線積算照射量に等しい。

又、Ｘ線吸収層８１によりＸ線が一部遮断されるＸ座標においては、照射されるＸ線は一部レジスト材９０に吸収される。具体的に説明すると、図８（ｂ）において、Ｘ座標がＸ１におけるＸ線吸収層８１のＹ軸方向の長さをＹ１とし、Ｘ線吸収層８１のＹ軸方向の全長をＹ０とする。レジスト材９０のＸ座標がＸ１の位置においては、テーブルの移動速度は一定であることを考慮し、Ｘ線の全照射期間中にＸ線が遮断される確率はＹ１／Ｙ０、逆にＸ１の位置にＸ線が照射される確率（Ｘ座標がＸ１の位置への実際のＸ線照射時間／全照射時間）は（Ｙ０−Ｙ１）／Ｙ０＝α１となる。

従って、Ｘ線積算照射量のＺ軸方向の変化は、Ｘ線吸収層８１のＹ軸方向における長さを反比例させたものとなる。なお、レジスト材９０上のＸ座標が等しい場合、Ｙ座標、つまり、レジスト材８０のＹ軸方向位置に関わらず、Ｘ線積算照射量は一定となる。これは、テーブル９５の１回の往動又は復動中に、レジスト材９０のＹ軸方向の全域がＸ線マスク８０のＹ軸方向の全域の下方を通過するためである。

その結果、もし、この１回目の露光後、現像液を用いて現像すると、レジスト材９０が図８（ｃ）に示すような形状に加工される。すなわち、レジスト材９０のＸＺ平面における断面形状はＹ座標に関わらず一定になり、Ｘ線マスク８０のＸＹ平面内でのＸ線吸収層８１の形状がレジスト材９０のＸＺ平面にＺ軸方向に拡大又は縮小した形状（Ｘ軸方向は等倍）に加工される。

次に、図９に示すように、所定位置に固定して配置された同じＸ線マスク８０に対して、前記１回目の露光とはレジスト材９０を９０度ＸＹ面にて回転させてテーブルに載置する。レジスト材９０の外面Ｓに直交する外面ＴをＹＺ平面の手前に向くように載置する。Ｘ線マスク８０とレジスト材９０の表面との間に所定間隔を隔て水平に載置する。１回目の露光と同様に、Ｘ線マスク８０に対してテーブル９５をＹ軸方向へ一定速度で往復移動させながら、Ｘ線マスク８０の突起形状の長手方向に相対移動させながらＸ線マスク８０を介してレジスト材９０にＸ線を照射し露光する。

上記のように、テーブル９５をＹ軸方向へ一定移動させながらレジスト材９０にＸ線を照射した場合、レジスト材９０のＸ軸方向の各部におけるＸ線積算照射量は、図８（ａ）に示すような分布となる。その結果、もし、この２回目の露光のみを行なった場合、その後現像すると、レジスト材９０が図８（ｄ）に示すような形状に加工される。すなわち、レジスト材のＸＺ平面における断面形状はＹ座標に関わらず一定になり、Ｘ線マスク８０のＸＹ平面内でのＸ線吸収層８１の形状がレジスト材９０のＸＺ平面にＺ軸方向に拡大又は縮小した形状（Ｘ軸方向は等倍）に加工される。

従って、上記計２回の露光後に、２−（２−ブトキシエトキシ）エタノール、モルホリン及び２−アミノエタノールの混合水溶液などの適宜の現像液を用いて現像すると、レジスト材９０が図１０（ａ）又は図１０（ｂ）に示すような形状に加工される。ここで、レジスト材９０の厚さが薄く、１回のみに露光にてレジスト材９０の全厚さを除去可能な場合には、図１０（ａ）に示した形状に加工される。レジスト材９０の厚さが厚く、１回のみに露光にてレジスト材９０の全厚さを除去できない場合には、２回の露光における合計のＸ線積算照射量に応じて除去され、図１０（ｂ）に示した形状に加工される。又、Ｘ線積算照射量を減らすことによっても、図１０（ｂ）に示した形状に加工できる。

上記のようにレジスト材９０を部分的に除去して得られる残存したレジスト材を、マイクロニードルアレイとしてそのまま利用してもよい。しかしながら、さらに、この残存したレジスト材を母型として電鋳加工を行い、反転させた形状の凹凸を有する金属製微細構造体を得ることができる。例えば、残存したレジスト材の表面上に、ニッケルからなるめっき被膜を形成する。続いて、このめつき被膜を導電層膜として電鋳加工を行い、ニッケルやニッケル合金等からなる金属層を形成する。その後、残存したレジスト材を溶剤によって除去すると、金属層のみが残存して微細金属構造体が得られる。さらに、この金属製微細構造体を金型として用いて、ホットエンボス加工、射出成形等の転写成形加工を行なうことによりアクリル、ポリスチレン、エポキシ、ポリカーボネイト等のプラスチック又はセラミック製のマイクロニードルアレイを大量に生産することができる。

なお、Ｘ線マスク８０のＸ線吸収層８１の形状を適宜変更することにより異なった形状のニードルを備えたマイクロニードルアレイを製造することができる。例えば、図１１（ａ）に斜線で示す領域を有するＸ線吸収層を用いて、上記同様に２回の露光を行なった後、現像することにより、図２（ａ）又は図２（ｄ）に示したニードル２０、２０′を備えたマイクロニードルアレイを製造することができる。図１１（ｂ）に斜線で示す領域を有するＸ線吸収層を用いて、同様に２回の露光を行なった後、現像することにより、図３（ａ）に示したニードル３０を備えたマイクロニードルアレイを製造することができる。図１１（ｃ）に斜線で示す領域を有するＸ線吸収層を用いて、同様に２回の露光を行なった後、現像することにより、図４（ａ）に示したニードル５０を備えたマイクロニードルアレイを製造することができる。又、現像の加工後に得られる形状は、露光時におけるＸ線積算照射量により定まるので、Ｘ線吸収層のＹ軸方向の長さが同じであれば、Ｘ線吸収層の具体的な形状に関わらず、同じ形状に加工することができる。例えば、図８（ｂ）に斜線で示す領域を有するＸ線吸収層を用いた場合と、図１１（ｄ）に斜線で示す領域を有するＸ線吸収層８１を用いた場合では、同じ形状にレジスト材を加工することができる。

レジスト材９０としてＰＭＭＡを使用した場合、加工深さが数百μｍ程度以下の範囲ではＸ線積算照射量と加工深さが略比例するので、最大の加工深さ、つまり、レジスト材９０の厚さが数百μｍ程度以下の場合、Ｘ線マスクのＸ線吸収層の形状を加工後のレジスト材の断面形状と略比例させるのみでよい。

なお、本発明の実施の形態に係るマイクロニードルアレイの製造方法においては、２回の露光にて互いに直交する方向にＸ線マスクに対してレジスト材を相対移動させながら露光を行なっているが、これに限定されるものではない。例えば、３回の露光を互いに異なる向きにＸ線マスクに対してレジスト材を相対移動させながら露光を行なってもよい。これにより、３つ以上の切込みを有する六角錐のニードルを備えたマイクロニードルアレイを製造することができる。ただし、３回目の露光においては、２回の露光にて加工されるべき隣接するニードルの先端を連ねた方向に対して、Ｘ線吸収層の突起形状の中心線を対向させながら、相対移動させる必要がある。又、１回目の露光時のレジスト材に対してＸ線マスクを相対移動させる方向に対して、２回目の露光では９０度以外の異なる角度で相対移動させながらＸ線を照射してもよい。これにより、底面が平行四辺形の角錐からなるニードルが９０度以外の異なる角度に連なって配列されるマイクロニードルアレイを製造することができる。さらに、２回の露光にて互いに異なるＸ線マスクに対してレジスト材を相対移動させながらＸ線を照射してもよい。例えば、１回目の露光において図６に示した切込みを有するＸ線吸収層８１を備えたＸ線マスク８０を介してレジスト材に露光を行ない、２回目の露光において図１３に示した切込みを有さないＸ線吸収層９２１を備えたＸ線マスク９２０を介して前記レジスト材に露光を行なってもよい。これにより、１つの切込みを備えたニードルが配列されるマイクロニードルアレイを製造することができる。

本発明に係るマイクロニードルアレイ及びその製造方法はマイクロニードルアレイ等及びその製造方法にて利用することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るマイクロニードルアレイを示し、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）はニードルの斜視図、（ｃ）はニードルの中心軸Ｌ０におけるＸＺ面方向及びＹＺ面方向の断面図、（ｄ）はニードルの上面図である。（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロニードルアレイの第１の変形例を示し、（ａ）はニードルの斜視図、（ｂ）はニードルの中心軸Ｌ０におけるＸＺ面方向及びＹＺ面方向の断面図、（ｃ）はニードルの上面図である。（ｄ）〜（ｆ）は、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロニードルアレイの第１の別の変形例を示し、（ｄ）はニードルの斜視図、（ｅ）はニードルの中心軸Ｌ０におけるＸＺ面方向及びＹＺ面方向の断面図、（ｆ）はニードルの上面図である。（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロニードルアレイの第２の変形例を示し、（ａ）はニードルの斜視図、（ｂ）はニードルの中心軸Ｌ０におけるＸＺ面方向及びＹＺ面方向の断面図、（ｃ）はニードルの上面図である。（ｄ）〜（ｆ）は、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロニードルアレイの第３の変形例を示し、（ｄ）はニードルの斜視図、（ｅ）はニードルの中心軸Ｌ０におけるＸＺ面方向及びＹＺ面方向の断面図、（ｆ）はニードルの上面図である。（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロニードルアレイの第４の変形例を示し、（ａ）はニードルの斜視図、（ｂ）はニードルの中心軸Ｌ０におけるＸＺ面方向及びＹＺ面方向の断面図、（ｃ）はニードルの上面図である。（ｄ）〜（ｆ）は、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロニードルアレイの第５の変形例を示し、（ｄ）はニードルの斜視図、（ｅ）はニードルの中心軸Ｌ０におけるＸＺ面方向及びＹＺ面方向の断面図、（ｆ）はニードルの上面図である。本発明の第２の実施の形態に係るマイクロニードルアレイを示し、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）はニードルの斜視図、（ｃ）はニードルの中心軸Ｌ０におけるＸＺ面方向及びＹＺ面方向の断面図、（ｄ）はニードルの上面図である。本発明の実施の形態に係るマイクロニードルアレイの製造方法における１回目の露光時のレジスト材の移動方向を示す説明図である。１回目の露光時のレジスト材の移動方向を示す説明図であり、（ａ）はＹ軸方向視、（ｂ）はＸ軸方向視である。（ａ）は露光におけるＸ軸方向のＸ線積算照射量を示すグラフ、（ｂ）はＸ線マスクのＸ線吸収層の形状を示す説明図、（ｃ）は１回目の露光のみにより加工した場合に得られるレジスト材の形状を示す斜視図、（ｄ）は２回目の露光のみにより加工した場合に得られるレジスト材の形状を示す斜視図である。２回目の露光時のレジスト材の移動方向を示す説明図である。（ａ）、（ｂ）は残存したレジスト材の形状を示す斜視図である。（ａ）から（ｄ）はＸ線マスクのＸ線吸収層の別例を示す説明図である。従来のマイクロニードルアレイを示し、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）はニードルの斜視図、（ｃ）はニードルの中心軸Ｌ０におけるＸＺ面方向及びＹＺ面方向の断面図、（ｄ）はニードルの上面図である。従来のマイクロニードルアレイの製造方法における説明図であり、（ａ）は１回目の露光時のレジスト材の移動方向を示す斜視図であり、（ｂ）は露光時のレジスト材とＸ線マスクとの配置を示すＹ軸方向視である。

符号の説明

１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０ニードル
１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ、７１ａ、７１ｂ切込み
１２壁面
８０Ｘ線マスク
８１Ｘ線吸収層
９０レジスト材（材料）
１００、２００マイクロニードルアレイ
１０１基部

Claims

基部の表面に同形状のニードルが多数配設されたマイクロニードルアレイにおいて、
前記ニードルが、その先端から前記基部の表面に向かって延び、微小な隙間を介して互いに向き合う壁面からなる切込みを１つあるいは複数備えることを特徴とするマイクロニードルアレイ。
Ｘ線の照射量に応じた深さで加工可能な材料にＸ線マスクを介してＸ線を照射することにより、前記材料を加工しマイクロニードルアレイを得るマイクロニードルアレイの製造方法であって、前記Ｘ線マスクは、微小幅の開口を有した細長い突起形状がパターンに形成されるＸ線吸収層を備え、前記Ｘ線マスクを材料の表面との間に所定間隔を保ち、Ｘマスクの突起形状の長手方向に相対移動させながら前記Ｘ線マスクを介して前記材料にＸ線を照射し、さらに、前記相対移動の方向とは異なる方向でかつ前記Ｘ線マスクの突起形状の長手方向に相対移動させながら前記Ｘ線マスクを介して前記材料にＸ線を照射することにより、前記材料を加工しマイクロニードルアレイを得ることを特徴とするマイクロニードルアレイの製造方法。
請求項２に記載のマイクロニードルアレイの製造方法において加工した前記材料を母型として電鋳加工を行い微細構造体を得て、該微細構造体を金型として転写成形加工を行なうことによって製造されたことを特徴とするマイクロニードルアレイ。
生体液採取用手段に用いられることを特徴とする請求項１又は３に記載のマイクロニードルアレイ。