JP2009233808A - Hollow needle sheet and manufacturing method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高アスペクト比構造の中空ニードルを有する中空ニードルシート及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a hollow needle sheet having a hollow needle having a high aspect ratio structure and a method for producing the same.
近年、高アスペクト比構造が表面に形成された機能性膜は、様々な分野で応用されている。例えば、医療技術分野では、高アスペクト比構造を有する機能性膜を用いることで、患者の皮膚表面又は皮膚角質層を介して、薬剤を患者に効率的に投与する経皮吸収システムが注目を集めている。 In recent years, functional films having a high aspect ratio structure formed on the surface have been applied in various fields. For example, in the medical technology field, a percutaneous absorption system that efficiently administers a drug to a patient via the patient's skin surface or skin stratum corneum by using a functional membrane having a high aspect ratio structure attracts attention. ing.
経皮吸収システム用の高アスペクト比構造として、ニードル形状、先端ナイフ形状、矢じり形状などの様々な外形の中実構造及び中空構造が提案されている。中でも、内部が中空であるニードル形状を有する中空ニードル構造は、薬剤を中空部に内包させることで経皮吸収効率を向上させることができる点で有用とされている。 Solid structures and hollow structures with various external shapes such as a needle shape, a tip knife shape, and an arrowhead shape have been proposed as a high aspect ratio structure for a transdermal absorption system. Among these, a hollow needle structure having a hollow needle shape is useful in that the percutaneous absorption efficiency can be improved by encapsulating the drug in the hollow part.
例えば、特許文献1は、中空部と連通する貫通孔が先端に形成された中空ニードルを、薬剤を含む溶液に浸漬して、毛細管現象により、貫通孔を介して中空部に薬剤を充填する技術を開示している。 For example, Patent Document 1 discloses a technique in which a hollow needle having a through-hole communicating with a hollow portion formed at the tip is immersed in a solution containing a drug, and the drug is filled into the hollow part through the through-hole by a capillary phenomenon. Is disclosed.
また特許文献2は、針状凹形の鋳型を用いて、糖類材料を射出成形することにより、キャピラリー空洞部を有する中空ニードルを形成する技術を開示している。
しかしながら、特許文献1には、内部が空洞である中空ニードルを形成する具体的な方法が開示されていない。 However, Patent Document 1 does not disclose a specific method for forming a hollow needle having a hollow inside.
また特許文献2のように射出成形により中空ニードルを形成する場合は、モールドに溶融樹脂を射出した後、不活性ガスを注入し中空を形成するガスアシスト法が用いられる。しかし、中空ニードルの形状は鋭い先端を有する高アスペクト比構造であるため、ガスアシスト法により高中空率の中空ニードルを高精度に形成することは難しい。 Moreover, when forming a hollow needle by injection molding like patent document 2, after inject | pouring molten resin into a mold, the gas assist method which inject | pours inert gas and forms hollow is used. However, since the shape of the hollow needle is a high aspect ratio structure having a sharp tip, it is difficult to form a hollow needle having a high hollow ratio with high accuracy by the gas assist method.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、簡単かつ高精度に中空ニードルを形成できる中空ニードルシートの製造方法と、当該製造方法により製造される中空ニードルシートとに関する。 This invention is made | formed in view of such a situation, and relates to the manufacturing method of the hollow needle sheet which can form a hollow needle easily and with high precision, and the hollow needle sheet manufactured by the said manufacturing method.
請求項1に記載の発明は、針状凹部を有するモールドにポリマー溶解液を付与する付与工程と、前記針状凹部の反転形状である中空凸部を有するポリマーシートが形成されるように、前記ポリマー溶解液が前記針状凹部に密着した状態を維持しながら前記ポリマー溶解液を乾燥収縮させる乾燥収縮工程と、前記乾燥収縮工程で形成された前記ポリマーシートを前記モールドから剥離する剥離工程とを含むことを特徴とする中空ニードルシートの製造方法に関する。 In the invention according to claim 1, the application step of applying a polymer solution to the mold having a needle-like concave portion, and the polymer sheet having a hollow convex portion that is a reverse shape of the needle-like concave portion are formed. A drying shrinkage step for drying and shrinking the polymer solution while maintaining a state in which the polymer solution is in close contact with the needle-shaped recess, and a peeling step for peeling the polymer sheet formed in the drying shrinkage step from the mold. It is related with the manufacturing method of the hollow needle sheet characterized by including.
請求項1に係る製造方法によれば、乾燥収縮工程におけるポリマー溶解液の膜厚減少を利用して、針状凹部に沿った中空凸部を簡単かつ高精度に形成することができる。 According to the manufacturing method concerning Claim 1, the hollow convex part along a needle-shaped recessed part can be formed easily and with high precision using the film thickness reduction | decrease of the polymer solution in a drying shrinkage | contraction process.
ここで、ポリマー溶解液が針状凹部に密着した状態とは、ポリマー溶解液が針状凹部から剥離していない状態、すなわち、ポリマー溶解液と針状凹部との間に空隙が生じていない状態又はこれに準ずる状態をいう。 Here, the state in which the polymer solution is in close contact with the needle-shaped recess means a state in which the polymer solution is not peeled from the needle-shaped recess, that is, a state in which no gap is generated between the polymer solution and the needle-shaped recess. Or the state according to this.
請求項2に記載された発明は、前記モールドはシリコーン樹脂を含むことを特徴とする請求項1に記載の中空ニードルシートの製造方法に関する。 The invention described in claim 2 relates to the method of manufacturing a hollow needle sheet according to claim 1, wherein the mold contains a silicone resin.
請求項2に係る製造方法によれば、剥離性が良好なシリコーン樹脂の特性を利用することで、剥離工程において、損傷を与えずにポリマーシートをモールドから剥離することができる。 According to the manufacturing method according to claim 2, the polymer sheet can be peeled from the mold without damaging in the peeling step by utilizing the characteristics of the silicone resin having good peelability.
請求項3に記載された発明は、前記ポリマーシートの膜厚は、前記針状凹部の形状に基づいて調節されることを特徴とする請求項1又は2に記載の中空ニードルシートの製造方法に関する。 Invention of Claim 3 is related with the manufacturing method of the hollow needle sheet of Claim 1 or 2 with which the film thickness of the said polymer sheet is adjusted based on the shape of the said needle-shaped recessed part. .
請求項3に係る製造方法によれば、針状凹部の形状に応じてポリマーシートの膜厚を調節することにより、様々な形状の中空ニードルを形成することができる。 According to the manufacturing method which concerns on Claim 3, the hollow needle of various shapes can be formed by adjusting the film thickness of a polymer sheet according to the shape of a needle-shaped recessed part.
請求項4に記載された発明は、前記ポリマー溶解液は薬剤を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の中空ニードルシートの製造方法に関する。 The invention described in claim 4 relates to the method for producing a hollow needle sheet according to any one of claims 1 to 3, wherein the polymer solution contains a drug.
請求項4に係る製造方法によれば、薬剤を含有し、経皮吸収システムとして利用可能である中空ニードルシートを作製することができる。この中空ニードルシートを用いて患者に投薬すれば、中空凸部が中空構造を有するため、患者体内における中空凸部の溶解に必要な時間、すなわち投薬時間を短縮可能である。 According to the manufacturing method which concerns on Claim 4, the hollow needle sheet which contains a chemical | medical agent and can be utilized as a percutaneous absorption system can be produced. If the hollow needle sheet is used to administer the patient, the hollow convex portion has a hollow structure, so that the time required for dissolving the hollow convex portion in the patient body, that is, the medication time can be shortened.
請求項5に記載された発明は、前記ポリマーシートの前記中空凸部の中空部分に薬剤を注入する薬剤注入工程をさらに含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の中空ニードルシートの製造方法に関する。 The invention described in claim 5 further includes a drug injection step of injecting a drug into the hollow portion of the hollow convex portion of the polymer sheet. The present invention relates to a method for manufacturing a hollow needle sheet.
請求項5に係る製造方法によれば、薬剤を内包し、経皮吸収システムとして利用可能である中空ニードルシートを作製することができる。 According to the manufacturing method which concerns on Claim 5, the chemical | medical agent is included and the hollow needle sheet | seat which can be utilized as a percutaneous absorption system can be produced.
請求項6に記載された発明は、前記ポリマーシートの前記中空凸部の中空率は、50%以上であって95%以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の中空ニードルシートの製造方法に関する。 The invention described in claim 6 is characterized in that the hollow ratio of the hollow convex portion of the polymer sheet is 50% or more and 95% or less. The present invention relates to a method for producing the described hollow needle sheet.
請求項7に記載された発明は、前記ポリマーシートの前記中空凸部の裏面が開放であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の中空ニードルシートの製造方法に関する。 Invention of Claim 7 is related with the manufacturing method of the hollow needle sheet as described in any one of Claims 1-6 by which the back surface of the said hollow convex part of the said polymer sheet is open | released.
請求項8に記載された発明は、前記ポリマー溶解液が、生分解性材料のポリマーを含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の中空ニードルシートの製造方法に関する。 The invention described in claim 8 relates to the method for producing a hollow needle sheet according to any one of claims 1 to 7, wherein the polymer solution contains a polymer of a biodegradable material.
請求項9に記載された発明は、前記ポリマー溶解液が、生体適合材料のポリマーを含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の中空ニードルシートの製造方法に関する。 The invention described in claim 9 relates to the method for producing a hollow needle sheet according to any one of claims 1 to 8, wherein the polymer solution contains a polymer of a biocompatible material.
請求項10に記載された発明は、請求項1〜9のいずれか一項に記載の中空ニードルシートの製造方法により製造される中空ニードルシートに関する。
Invention of
本発明によれば、ポリマー溶解液がモールドの針状凹部に密着した状態を維持しながら、ポリマー溶解液を乾燥収縮させることにより、乾燥収縮によるポリマー溶解液の膜厚減少を利用して、簡単かつ高精度に中空ニードルを形成することができる。 According to the present invention, the polymer solution is dried and shrunk while maintaining the state in which the polymer solution is in close contact with the needle-shaped recess of the mold, thereby making it easy to utilize the film thickness reduction of the polymer solution due to drying shrinkage. And a hollow needle can be formed with high precision.
以下添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。まず本発明の一実施形態に係る中空ニードルシートの製造方法に説明し、次に当該方法により製造される中空ニードルシートの構造について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. First, a method for manufacturing a hollow needle sheet according to an embodiment of the present invention will be described, and then a structure of the hollow needle sheet manufactured by the method will be described.
図1(a)〜(d)は、本発明の一実施形態に係る中空ニードルシートが製造されるまでの様子を示す図である。 Drawing 1 (a)-(d) is a figure showing a situation until a hollow needle sheet concerning one embodiment of the present invention is manufactured.
まず、図1(a)に示すように、針状凹部12を有するモールド10を準備する。針状凹部12は、モールド10の平坦面16に比べてくぼんだ領域であり、凹部壁面14により画成される。
First, as shown to Fig.1 (a), the
モールド10の材質は特に限定されないが、中空ニードルシートの剥離時の損傷を防止する観点から、剥離性が良好な樹脂を用いたり、中空ニードルの形成を容易にする観点から、気体透過性が低い金属を用いたりすることができる。例えば、剥離性が良好な樹脂としてシリコーンゴムを挙げることができ、気体透過性の低い金属としてニッケルや銅などを挙げることができる。
The material of the
次に、図1(b)に示すように、モールド10にポリマー溶解液20を付与する。
Next, as shown in FIG. 1B, a
ポリマー溶解液20の付与方法として、バー塗布、スピン塗布、スプレー塗布、ディスペンサを用いた滴下などの方法が挙げられる。中でも、ディスペンサを用いてポリマー溶解液20を滴下する態様は、ポリマー溶解液20の粘度を問わず、高精度に滴下量を制御できるため好ましい。
Examples of the method for applying the
ポリマー溶解液20は、水・アルコール・メチルエチルケトン(MEK)などの溶媒にポリマーが分散した溶液である。ポリマー溶解液20は、溶媒及びポリマー以外にも、種々の添加剤を含んでいてもよく、例えば、患者に投与すべき薬剤をポリマー溶解液20に添加してもよい。
The
ポリマー溶解液20のポリマーは、生体内で分解されやすい材料(生分解性材料)であるとともに、生体適合性を有する材料(生体適合材料)であることが好ましい。例えば、グルコース、マルトース、プルランなどの糖類や、ゼラチン、ポリ乳酸、乳酸・グリコール酸共重合体などの生分解性ポリマーを使用することができる。中でも、プルラン及びゼラチンは、低温でのキャスト成形が可能な材料であるから、ポリマー溶解液20に薬剤を添加する場合に、ポリマーシート成形時の薬剤の熱劣化を防止できる点で好ましい。
The polymer of the
ポリマー溶解液20のポリマー濃度は、中空率が十分に高い中空ニードルを形成する観点から、5〜50重量%であることが好ましい。またポリマー溶解液20の粘度は、ポリマー溶解液20の凹部12への充填を容易にする観点から、5Pa・sec以下であることが好ましく、2Pa・sec以下であることがさらに好ましい。
The polymer concentration of the
ポリマー溶解液20の付与量(膜厚)は、所望の膜厚の中空ニードルシートが得られるように、ポリマー溶解液20のポリマー濃度を考慮して、適宜調節されることが好ましい。
The application amount (film thickness) of the
次に、図1(c)に示すように、ポリマー溶解液20がモールド10の凹部壁面14に密着した状態を維持しながら、ポリマー溶解液20を乾燥収縮させる。ポリマー溶解液20を乾燥収縮させる方法として、加熱、送風、減圧などにより、ポリマー溶解液20の溶媒を揮発させる方法が挙げられる。
Next, as shown in FIG. 1C, the
ここで、ポリマー溶解液20が凹部壁面14に密着した状態とは、ポリマー溶解液20が凹部壁面14から剥離していない状態、すなわち、ポリマー溶解液20と凹部壁面14との間に空隙が生じていない状態、又はこれに準ずる状態をいう。ポリマー溶解液20と凹部壁面14との間の空隙発生を防止するためには、気体透過性が低い材質のモールド10を用いることが好ましい。気体がモールド10を透過して、ポリマー溶解液20と凹部壁面14との間に侵入して、空隙を形成することを抑制することができるからである。
Here, the state in which the
ポリマー溶解液20の乾燥収縮の過程において、ポリマー溶解液20は、ポリマー濃度に応じた一定の収縮率で膜厚減少するため、乾燥収縮したポリマーシート22はモールド10の表面に沿った形状を有する。すなわち、モールド10の針状凹部12には、中空部26を有する中空針状凸部24が凹部壁面14に沿って形成される。
In the process of drying shrinkage of the
中空針状凸部24に中空部26を形成するには、モールド10の針状凹部12の形状(例えば、直径(幅)や深さ)に応じて、ポリマーシート22の膜厚tを適切な値に設定することが好ましい。例えば、直径(幅)が400μmであり、深さが2000μmの針状凹部12の場合は、ポリマーシート22の膜厚tは、200μm以下であることが好ましく、150μm以下であることがさらに好ましい。なお、ポリマーシート22の膜厚tは、モールド10の表面の平坦面16上のポリマーシート22の厚さ(図2に示す基底部28の膜厚)を意味する。このように、針状凹部12の直径(幅)や深さに応じてポリマーシート22の膜厚を調節することにより、中空針状凸部24を高精度に形成することができる。
In order to form the
そして、モールド10から剥離することで、図1(d)に示すような、中空針状凸部24を有するポリマーシート22が得られる。
And the
ポリマーシート22の剥離の態様として、例えば、片面に接着層を有するシートをポリマーシート22の裏面に付着させて当該シートごと剥離する方法や、ポリマーシート22の裏面に吸盤を吸着させて剥離する方法などが挙げられる。
As an aspect of peeling of the
次に、上述の工程により製造されるポリマーシート22の構造について説明する。
Next, the structure of the
図2は本実施形態に係る方法により製造されるポリマーシートの構造例を示す断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing a structural example of a polymer sheet manufactured by the method according to the present embodiment.
図2に示すように、ポリマーシート22は、中空部26が形成された中空針状凸部24を有する。図2には一本の中空針状凸部24のみを示しているが、複数本の中空針状凸部24を二次元又は三次元配列してもよい(図1(d)に図示)。
As shown in FIG. 2, the
中空針状凸部24の形状は、高さが10〜2000μm、アスペクト比が1以上である高アスペクト比構造であることが好ましく、例えば、円柱や角柱などの柱形状や、円錐または角錐などの錐形状や、柱形状と錐形状とを組み合わせた形状(「錐柱形状」と呼ぶ。「鉛筆形状」ともいう。)や、これらに準ずる形状であってもよい。錐柱形状として、例えば、三角柱と三角錐を組み合わせた三角錐柱形状や、四角柱と四角錐を組み合わせた四角錐柱形状に代表される多角錐柱形状、円柱と円錐を組み合わせた円錐柱形状等が挙げられる。図2には、錐形状の先端部と、柱形状の根元部とを有する錐柱形状の中空針状凸部24を例示している。
The shape of the hollow needle-like
ここで、中空針状凸部24の高さは基底部28の表面からの突起長さHを意味し、中空針状凸部24のアスペクト比Aは、中空針状凸部24の高さ(突起長さ)Hと幅(直径)Dを用いて、A=H/Dにより定義される。
Here, the height of the hollow needle-like
中空針状凸部24の先端厚さH1は、中空針状凸部24のニードル強度を決定する重要な因子の一つであり、ポリマー溶解液20のポリマー濃度及びポリマーシート22の膜厚により調節可能である。また、中空針状凸部24の先端部(錐状部)の長さH2も、中空針状凸部24のニードル強度を決定する重要な因子の一つであり、針状凹部12の形状を適宜変更することで調節可能である。
The tip thickness H 1 of the hollow needle-like
中空針状凸部24の裏面は密閉されているのではなく、開放されている。中空針状凸部24の中空部26は、ニードル外表面30の形状に追従するように陥没した形状を有するニードル内表面32により画成される。
The back surface of the hollow needle-like
また、中空部26の中空率は、中空針状凸部24の強度を維持しつつ十分な中空体積を確保する観点から、50〜95%であることが好ましい。ここで、中空針状凸部24の中空率は、基底部28を無視して、中空針状凸部24のみに着目して算出した中空率を意味する。
Moreover, it is preferable that the hollow rate of the
以上説明したように、中空針状凸部24に中空部26を設けることにより、患者の体内における中空針状凸部24の溶解に必要な時間、すなわち投薬時間を短縮することができるため、より効率的な薬剤投与が可能となる。
As described above, by providing the
さらに、中空部26に薬剤を充填することもできる。図3は、中空部に薬剤を充填したポリマーシートの構造例を示す断面図である。
Further, the
図3に示すポリマーシート22の裏面には、中空針状凸部24の中空部26に充填された薬剤の漏出を防ぐ目的で、接着剤シート34が設けられている。中空部26に充填する薬剤は、中空針状凸部24が生分解された後、患者体内に吸収される。中空部26に充填する薬剤は、乾燥した粉末状であってもよいし、液状であってもよい。
An
中空部26への薬剤充填は、ポリマー溶解液20への薬剤添加の有無にかかわらず行うことができ、ポリマー溶解液20への薬剤添加と、中空部26への薬剤充填とを併用することも可能である。ポリマー溶解液20への薬剤添加と、中空部26への薬剤充填とを併用する場合は、ポリマー溶解液20に添加する薬剤と、中空部26に充填する薬剤との種類を自由に組み合わせてもよい。
The filling of the drug into the
特に、先に投与すべき一次薬剤をポリマー溶解液20に添加し、後で投与すべき二次薬剤を中空部26に充填することにより、時間差をおいて、異なる効能を有する二つの薬剤を患者に投与することが可能となる。この場合は、中空針状凸部24の膜厚により、一次薬剤と二次薬剤の投与間隔(時間差)を調節することができる。
In particular, by adding the primary drug to be administered first to the
次に、ポリマーシート22の製造に用いられるモールド10の作製方法について説明する。モールド10の作製方法として、ドリルを用いた機械加工により金属板に針状凹部12を穿孔する方法や、原版を樹脂で型取りする方法や、電鋳により原版の反転形状を形成する方法が挙げられる。
Next, a method for producing the
図4は樹脂型取りによるモールド作製方法を示す図である。原版40に樹脂溶液を注型して固化した後に、原版40から剥離して、モールド10を作製する。モールド10の作製に用いる原版40は、金属材料を機械加工することで作製してもよいし、電子ビームリソグラフィ及びエッチングにより、石英、ガラス、シリコン等の無機材料を微細加工することで作製してもよい。耐久性の高い材料を用いて原版40を作製すれば、一個の原版40を繰り返し使用して、モールド10の作製を反復することも可能である。
FIG. 4 is a view showing a mold manufacturing method by resin molding. After the resin solution is cast on the
上述の方法で作製されるモールド10は単独で使用してもよいし、複数のモールド10を並べて使用してもよい。図5は複数のモールドを含む大面積モールドを示す図である。
The
図5に示す大面積モールド100は、複数のモールド10が接着剤層42を介して基板44に固定された構成を有する。大面積モールド100を用いてポリマーシート22を製造すれば、生産効率が大幅に向上する。
A
以上説明したように、本実施形態によれば、ポリマー溶解液20がモールド10の凹部壁面14に密着した状態を維持しながら、ポリマー溶解液20を乾燥収縮させることにより、中空針状凸部24を有するポリマーシート22を容易に作製することができる。
As described above, according to the present embodiment, the hollow hollow needle-shaped
また、モールド10の材質として、剥離性に優れるシリコーン樹脂を選択することにより、ポリマーシート22に損傷を与えずに、ポリマーシート22をモールド10から剥離することができる。
Further, by selecting a silicone resin having excellent peelability as the material of the
さらに、針状凹部12の形状(例えば、針状凹部の幅や深さ)に基づいて、ポリマーシート22の膜厚tを調節することで、中空針状凸部24を高精度に形成することができる。
Furthermore, the hollow needle-like
以上、本発明の一例について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。 As described above, an example of the present invention has been described in detail. However, the present invention is not limited to this example, and various improvements and modifications may be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、上述の実施形態では、モールド10にポリマー溶解液20を付与した後、続けて、ポリマー溶解液20を乾燥収縮させる例について説明したが、ポリマー溶解液20を乾燥収縮させる前に、ポリマー溶解液20の針状凹部12への充填を促進してもよい。ポリマー溶解液20の針状凹部12への充填を促進する方法として、ポリマー溶解液20をモールド10に注型した後にポリマー溶解液20を加圧する方法や、ポリマー溶解液20を減圧下でモールド10に注型した後に大気圧に戻す方法などが挙げられる。
For example, in the above-described embodiment, the example in which the
図6はポリマー溶解液の針状凹部への充填を促進する加圧充填装置を示す図である。 FIG. 6 is a view showing a pressure filling device that promotes filling of the polymer solution into the needle-like concave portion.
図6に示す加圧充填装置50は、流入口58及び排出口60を備える耐圧容器52と、耐圧容器52の内部に設けられた台座54と、耐圧容器52に加圧流体を送り込むコンプレッサー56とを含む。以下で、加圧充填装置50の動作について説明する。
A
ポリマー溶解液20を注型したモールド10が台座54に載置された状態で、コンプレッサー56により、流入口58を介して耐圧容器52に加圧流体を送り込む。コンプレッサー56による加圧は、例えば、圧力が0.01〜5MPaの範囲で、加圧時間が5sec〜5000secの条件で行われる。なお、ポリマー溶解液20の注型は、耐圧容器52の中で行ってもよい。
In a state where the
加圧流体は、気体又は液体を用いることができる。加圧流体として使用可能な気体には、空気を挙げることができるが、ポリマー溶解液20への加圧流体の溶解を防止する観点から、ポリマー溶解液20に対する溶解率が低い気体を選択することが好ましい。例えば、ポリマー溶解液20の溶媒が水の場合は、加圧流体として窒素ガスを用いることが好ましい。
As the pressurized fluid, gas or liquid can be used. Examples of the gas that can be used as the pressurized fluid include air. From the viewpoint of preventing dissolution of the pressurized fluid in the
ポリマー溶解液20の揮発による粘度上昇を防止する観点から、ポリマー溶解液20の溶媒と同種の液体を耐圧容器52の内部に予め溜めておき、耐圧容器52の内部が当該液体の蒸気で飽和した状態にすることが好ましい。
From the viewpoint of preventing an increase in viscosity due to volatilization of the
このようにして、ポリマー溶解液20の針状凹部12への充填を促進することによって、ポリマー溶解液20が凹部壁面14に密着した状態を積極的に作り出すことができ、中空針状凸部24の形成が容易になる。
In this way, by promoting the filling of the
なお、上述の実施形態では、中空針状凸部24を有する中空ニードルシートを作製する例について説明したが、本発明はこれに限定されず、中空マイクロピラーなど、種々の高アスペクト比の中空構造が形成されたシートを作製する場合にも適用可能である。
In the above-described embodiment, the example of producing the hollow needle sheet having the hollow needle-like
上述の実施形態に係る方法により、以下に示すように中空ニードルシートを作製して、中空ニードルの中空状態を評価した。 By the method according to the above-described embodiment, a hollow needle sheet was produced as shown below, and the hollow state of the hollow needle was evaluated.
[実施例1]
<モールドの作製>
まず、40mm×40mmの平滑な銅板の中央部10mm×10mmの領域に、ダイヤモンドバイトを用いた切削加工により、先端部が底面直径400μm、高さ1000μmの円錐であり、根元部が直径400μm、高さ1000μmの円柱である円錐柱状(鉛筆形状)の凹部を、ピッチ460μmで形成して、原版を作製した。この原版を用いて、シリコーンゴム(信越化学工業株式会社製、信越シリコーン型取り用RTVゴム)の転写品を作製し、厚さが5mmであって、サイズが40mm×40mmのモールドを得た。モールドの中央部10mm×10mmには、先端部が底面直径400μm、高さ1000μmの円錐であり、根元部が直径400μm、高さ1000μmの円柱である円錐柱状の凹部が形成された。
[Example 1]
<Mold production>
First, in a region of 10 mm × 10 mm in a central portion of a smooth copper plate of 40 mm × 40 mm, the tip is a cone having a bottom diameter of 400 μm and a height of 1000 μm by cutting using a diamond tool, and the root is 400 μm in diameter and high Conical columnar (pencil-shaped) concave portions that are 1000 μm thick cylinders were formed at a pitch of 460 μm to prepare an original plate. Using this original plate, a transfer product of silicone rubber (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., RTV rubber for Shin-Etsu silicone mold making) was produced, and a mold having a thickness of 5 mm and a size of 40 mm × 40 mm was obtained. In the central portion of the
<ポリマー溶解液の調製>
ゼラチン(新田ゼラチン株式会社製、新田ゼラチン732)を水で溶解し、ゼラチン濃度が20重量%の水溶液を調製した。このゼラチン水溶液を、40℃で攪拌し、40℃で保温した。ゼラチン水溶液の40℃における粘度は、約300mPa・secだった。
<Preparation of polymer solution>
Gelatin (Nitta Gelatin KK, Nitta Gelatin 732) was dissolved in water to prepare an aqueous solution having a gelatin concentration of 20% by weight. This gelatin aqueous solution was stirred at 40 ° C. and kept at 40 ° C. The viscosity of the gelatin aqueous solution at 40 ° C. was about 300 mPa · sec.
<ポリマー溶解液の注型>
サイズが40mm×40mm、厚さが3mmのシリコーンシート(信越ファインテック株式会社製、シンエツシリコシートBAグレード)の中央部分に、30mm×30mmの開口部を設けた。モールドの円錐柱状孔パターン部がシリコーンシートの開口部から露出するように位置合わせした状態で、シリコーンシートをモールドに積層・接着した。この後、ディスペンサを用いて、シリコーンシートが接着されたモールド(シリコーンシートの開口部)に、ポリマー溶解液を0.5ml滴下した。
<Polymer solution casting>
An opening of 30 mm × 30 mm was provided in the central portion of a silicone sheet having a size of 40 mm × 40 mm and a thickness of 3 mm (manufactured by Shin-Etsu Finetech Co., Ltd., Shinetsu Silicon Sheet BA grade). The silicone sheet was laminated and bonded to the mold in a state where the conical columnar hole pattern portion of the mold was positioned so as to be exposed from the opening of the silicone sheet. Then, 0.5 ml of polymer solution was dripped at the mold (silicone sheet opening) to which the silicone sheet was adhered using a dispenser.
<加圧充填装置>
内径150mm、長さ150mm、肉厚10mmのアクリルパイプに、肉厚1mmのアクリル底板を溶接して、上部の開口部にはO-リング用の溝が刻まれたアクリルフランジを取り付けた。この後、フランジにボルトで固定可能な蓋を取り付けて、耐圧容器を作製した。
<Pressure filling device>
An acrylic bottom plate having a thickness of 1 mm was welded to an acrylic pipe having an inner diameter of 150 mm, a length of 150 mm, and a thickness of 10 mm, and an acrylic flange having an O-ring groove engraved in the upper opening was attached. Then, the lid | cover which can be fixed with a volt | bolt was attached to the flange, and the pressure-resistant container was produced.
蓋に2つの貫通口(流入口及び排出口)を設けて、流入口をコンプレッサーと接続し、排出口に弁を設けた。流入口とコンプレッサーとの間には、圧力計を配置した。 The lid was provided with two through-holes (inlet and outlet), the inlet was connected to a compressor, and a valve was provided at the outlet. A pressure gauge was placed between the inlet and the compressor.
高さ50mmの脚に支持される、直径が100mmのアクリル製ステージを、耐圧容器の内部に設置した。さらに、耐圧容器全体を加熱ジャケットで覆った。 An acrylic stage having a diameter of 100 mm supported by a leg having a height of 50 mm was installed inside the pressure vessel. Furthermore, the entire pressure vessel was covered with a heating jacket.
<ポリマー溶解液の加圧充填>
ポリマー溶解液の溶媒である水の揮発を防止するため、耐圧容器内の底部に、高さ40mmまで温水を溜めた。ポリマー溶解液を注型したモールドを、耐圧容器内のステージ上に載置して、フランジと蓋の間にO-リングを挟み、耐圧容器をボルトで密封した。加熱ジャケットにより耐圧容器の内部を40℃まで加熱した後、コンプレッサーから耐圧容器内に圧縮空気を注入した。これにより、耐圧容器内の圧力を、0.5MPaで、5分間保持した。
<Pressure filling of polymer solution>
In order to prevent volatilization of water which is a solvent of the polymer solution, hot water was stored up to a height of 40 mm at the bottom of the pressure vessel. The mold in which the polymer solution was cast was placed on the stage in the pressure vessel, an O-ring was sandwiched between the flange and the lid, and the pressure vessel was sealed with a bolt. After heating the inside of a pressure vessel to 40 degreeC with the heating jacket, compressed air was inject | poured in the pressure vessel from the compressor. Thereby, the pressure in the pressure vessel was held at 0.5 MPa for 5 minutes.
<乾燥工程>
モールドを耐圧容器から取り出し、オーブンに投入して、50℃、12時間の乾燥処理を行った。乾燥処理により、ポリマー溶解液が固化して、ポリマーシートが得られた。
<Drying process>
The mold was taken out from the pressure vessel, put into an oven, and dried at 50 ° C. for 12 hours. By the drying treatment, the polymer solution was solidified to obtain a polymer sheet.
<剥離工程>
モールドに積層・接着したシリコーンシートを取り外した後、ポリマーシートの裏面に粘着テープを貼りつけて、当該粘着テープごとモールドから剥離した。
<Peeling process>
After the silicone sheet laminated and adhered to the mold was removed, an adhesive tape was attached to the back surface of the polymer sheet, and the entire adhesive tape was peeled off from the mold.
<成形品>
モールドから剥離したポリマーシートは、円錐柱状のニードルが表面に形成され、基底部の膜厚は100±20μmであった。ポリマーシートの円錐柱状ニードルを測長して、円錐柱状ニードルの中空度を算出したところ、中空度は80%であった。
<Molded product>
The polymer sheet peeled from the mold had conical columnar needles formed on the surface, and the thickness of the base portion was 100 ± 20 μm. When the conical columnar needle of the polymer sheet was measured to calculate the hollowness of the conical columnar needle, the hollowness was 80%.
[実施例2]
実施例1の方法で、ゼラチン濃度が5重量%のポリマー溶解液を、ディスペンサで0.5ml滴下した。最終的に得られたポリマーシートは、基底部膜厚が30±10μm、中空度が95%であった。
[Example 2]
According to the method of Example 1, 0.5 ml of a polymer solution having a gelatin concentration of 5% by weight was dropped with a dispenser. The finally obtained polymer sheet had a base film thickness of 30 ± 10 μm and a hollowness of 95%.
[実施例3]
実施例1の方法で、ゼラチン濃度が5重量%のポリマー溶解液を、ディスペンサで3ml滴下した。最終的に得られたポリマーシートは、基底部膜厚が150±20μm、中空度が95%であった。
[Example 3]
In the method of Example 1, 3 ml of a polymer solution having a gelatin concentration of 5% by weight was dropped with a dispenser. The finally obtained polymer sheet had a base film thickness of 150 ± 20 μm and a hollowness of 95%.
[比較例1]
円錐柱状凹部の幅が200μmのモールドを用いて、実施例1と同様に、ゼラチン濃度が20重量%のポリマー溶解液を、ディスペンサで0.5ml滴下した。最終的に得られたポリマーシートは、基底部膜厚が100±20μmであった。ポリマーシートの円錐柱状ニードルは、中空部を持たない中実構造であった。
[Comparative Example 1]
Using a mold having a conical columnar recess having a width of 200 μm, 0.5 ml of a polymer solution having a gelatin concentration of 20% by weight was dropped by a dispenser in the same manner as in Example 1. The polymer sheet finally obtained had a base film thickness of 100 ± 20 μm. The conical columnar needle of the polymer sheet had a solid structure with no hollow part.
[比較例2]
実施例1の方法で、ゼラチン濃度が20重量%のポリマー溶解液を、ディスペンサで3ml滴下した。最終的に得られたポリマーシートは、基底部膜厚が650±20μmであった。ポリマーシートの円錐柱状ニードルは、中空部を持たない中実構造であった。
[Comparative Example 2]
In the method of Example 1, 3 ml of a polymer solution having a gelatin concentration of 20% by weight was dropped with a dispenser. The finally obtained polymer sheet had a base film thickness of 650 ± 20 μm. The conical columnar needle of the polymer sheet had a solid structure with no hollow part.
[実施例及び比較例の比較検討]
上述の実施例1〜3と比較例1及び2とにおける、ポリマーシートの膜厚及び中空度の測定結果を下記の表に示す。
[Comparison study of Examples and Comparative Examples]
The measurement results of the film thickness and the hollowness of the polymer sheets in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in the following table.
この表から、ゼラチン濃度及びポリマー溶解液の滴下量に応じて、ポリマーシートの膜厚が変化することが分かる。ポリマーシートの膜厚が100±20μm(実施例1)、30±10μm(実施例2)および150±20μm(実施例3)の場合には、中空ニードルを形成可能であった。一方、円錐柱状凹部の幅が200μm(比較例1)の場合やポリマーシートの膜厚が650±20μm(比較例2)の場合には、中空ニードルを形成することができなかった(中空率が0%)。 From this table, it can be seen that the film thickness of the polymer sheet varies depending on the gelatin concentration and the amount of the polymer solution dropped. When the film thickness of the polymer sheet was 100 ± 20 μm (Example 1), 30 ± 10 μm (Example 2), and 150 ± 20 μm (Example 3), a hollow needle could be formed. On the other hand, when the width of the conical columnar recess was 200 μm (Comparative Example 1) or when the film thickness of the polymer sheet was 650 ± 20 μm (Comparative Example 2), a hollow needle could not be formed (the hollow ratio was 0%).
[中空ニードルの形成条件]
ニードルが中空の場合は、モールド10の凹部壁面14に沿ってニードルが形成されるので、ニードル幅は針状凹部12の幅と略同じになる一方で、ニードルが中実の場合は、ポリマー溶解液20の凹部壁面14からの剥離を伴うため、ニードル幅は針状凹部12の幅よりも小さくなる。この性質を利用して、モールドの円錐柱状凹部の幅と、ニードル幅とを比較することにより、ニードルが中実であるか、中空であるかを判断することができる。
[Hollow needle formation conditions]
When the needle is hollow, the needle is formed along the
ポリマーシートの膜厚と、ポリマー濃度を変化させて、中空ニードル形成条件についての検討実験を行った。 Experiments on the hollow needle formation conditions were performed by changing the film thickness of the polymer sheet and the polymer concentration.
実施例1の方法で、ゼラチン濃度が、それぞれ、5重量%、10重量%、15重量%及び20重量%の4種類のポリマー溶解液を調製して、種々の滴下量でモールドに注型した。モールドは、実施例1と同様に、先端部が底面直径400μm、高さ1000μの円錐であり、根元部が直径400μm、高さ1000μmの円柱である円錐柱状凹部パターンが形成されたものを用いた。 According to the method of Example 1, four types of polymer solutions having gelatin concentrations of 5% by weight, 10% by weight, 15% by weight and 20% by weight, respectively, were prepared and poured into molds with various dropping amounts. . As in Example 1, a mold having a conical columnar concave pattern in which a tip portion is a cone having a bottom diameter of 400 μm and a height of 1000 μm, and a root portion is a cylinder having a diameter of 400 μm and a height of 1000 μm was used. .
作製されたポリマーシートの膜厚(基底膜厚)と、当該ポリマーシートの針状凸部の幅(ニードル幅)とを測定した。さらに、ポリマーシートに中空ニードルが形成された場合には、中空ニードルの先端厚さも測定した。 The film thickness (basic film thickness) of the produced polymer sheet and the width of the needle-like convex portion (needle width) of the polymer sheet were measured. Furthermore, when the hollow needle was formed in the polymer sheet, the tip thickness of the hollow needle was also measured.
図7はポリマーシートの膜厚(基底膜厚)及び針状凸部の幅(ニードル幅)の関係を示すグラフである。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the film thickness (base film thickness) of the polymer sheet and the width of the needle-like convex portion (needle width).
図7から分かるように、基底膜厚が所定値(約170μm)より小さい場合は、ニードル幅が円錐柱状凹部の幅(400μm)と略同一であることから、中空ニードルが形成されていることが分かる。一方で、基底膜厚が所定値(約170μm)より大きい場合は、ニードル幅が円錐柱状凹部の幅よりも小さいことから、中実ニードルが形成されていることが分かる。なお、基底膜厚が170μm近傍の場合は、中空ニードルと中実ニードルが混在した。 As can be seen from FIG. 7, when the basal film thickness is smaller than a predetermined value (about 170 μm), the needle width is substantially the same as the width of the conical columnar recess (400 μm), so that a hollow needle is formed. I understand. On the other hand, when the base film thickness is larger than the predetermined value (about 170 μm), it can be seen that a solid needle is formed because the needle width is smaller than the width of the conical columnar recess. When the base film thickness was around 170 μm, hollow needles and solid needles were mixed.
このように、ポリマーシートの膜厚tが200μm以下の場合は、中空ニードルが形成された。 Thus, when the film thickness t of the polymer sheet was 200 μm or less, a hollow needle was formed.
図8はポリマーシートの膜厚(基底膜厚)及び中空ニードルの先端厚さの関係を示すグラフである。 FIG. 8 is a graph showing the relationship between the film thickness (base film thickness) of the polymer sheet and the tip thickness of the hollow needle.
図8から分かるように、ポリマー濃度が10重量%以上の場合は、基底膜厚が薄くなるほど、中空ニードルの先端厚さが薄くなる傾向があった。一方で、ポリマー濃度が5重量%の場合は、基底膜厚と中空ニードルの先端厚さとの間に明確な相関はみられなかった。 As can be seen from FIG. 8, when the polymer concentration was 10% by weight or more, the tip thickness of the hollow needle tended to decrease as the base film thickness decreased. On the other hand, when the polymer concentration was 5% by weight, no clear correlation was found between the base film thickness and the tip thickness of the hollow needle.
このように、ポリマーシートの膜厚及びポリマー濃度により、中空ニードルの先端厚さを調節可能であった。 Thus, the tip thickness of the hollow needle could be adjusted by the film thickness and polymer concentration of the polymer sheet.
10…モールド、12…針状凹部、14…凹部壁面、16…平坦面、20…ポリマー溶解液、22…ポリマーシート、24…中空針状凸部、26…中空部、28…基底部、30…ニードル外表面、32…ニードル内表面、34…接着剤シート、40…原版、42…接着剤層、44…基板、100…大面積モールド
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記針状凹部の反転形状である中空凸部を有するポリマーシートが形成されるように、前記ポリマー溶解液が前記針状凹部に密着した状態を維持しながら前記ポリマー溶解液を乾燥収縮させる乾燥収縮工程と、
前記乾燥収縮工程で形成された前記ポリマーシートを前記モールドから剥離する剥離工程とを含むことを特徴とする中空ニードルシートの製造方法。 An application step of applying a polymer solution to a mold having a needle-like recess;
Dry shrinkage for drying and shrinking the polymer solution while maintaining the state in which the polymer solution is in close contact with the needle-like recess so as to form a polymer sheet having a hollow convex portion that is an inverted shape of the needle-like recess. Process,
A method for producing a hollow needle sheet, comprising: a peeling step of peeling the polymer sheet formed in the drying shrinkage step from the mold.
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