JP2009240410A - Stylet array and method for manufacturing the array - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微細構造体である針状体を具備する針状体アレイに関する。 The present invention relates to a needle-like body array including needle-like bodies that are fine structures.
皮膚上から薬剤を浸透させ体内に薬剤を投与する方法である経皮吸収法は、人体に痛みを与えることなく簡便に薬剤を投与することが出来る方法として用いられているが、薬剤の種類によっては経皮吸収法で投与が困難な薬剤が存在する。これらの薬剤を効率よく体内に吸収させる方法として、ミクロンオーダーの針状体を具備する針状体アレイを用いて皮膚を穿孔し、皮膚内に直接薬剤を投与する方法が注目されている。この方法によれば、投薬用の特別な機器を用いることなく、簡便に薬剤を皮下投薬することが可能となる(特許文献1)。 The percutaneous absorption method, which is a method of infiltrating a drug from the skin and administering the drug into the body, is used as a method that can be easily administered without causing pain to the human body. There are drugs that are difficult to administer by transdermal absorption. As a method for efficiently absorbing these drugs into the body, attention has been focused on a method of perforating the skin using a needle-like array having micron-order needles and administering the drug directly into the skin. According to this method, it is possible to simply administer a drug subcutaneously without using a special device for dosing (Patent Document 1).
この際に用いる微細な針状体の形状は、皮膚を穿孔するための十分な細さと先端角、および皮下に薬液を浸透させるための十分な長さを有していることが必要とされ、針状体の直径は数μmから数百μm、長さは皮膚の最外層である角質層を貫通し、かつ神経層へ到達しない長さ、具体的には数十μmから数百μm程度のものであることが望ましいとされている。 The shape of the fine needle-like body used at this time is required to have a sufficient fineness and tip angle for piercing the skin and a sufficient length for allowing the drug solution to penetrate subcutaneously, The diameter of the acicular body is several μm to several hundred μm, and the length penetrates through the stratum corneum, which is the outermost layer of the skin, and does not reach the nerve layer, specifically about several tens μm to several hundred μm. It is considered desirable.
より具体的には、最外皮層である角質層を貫通することが求められる。角質層の厚さは人体の部位によっても若干異なるが、平均して20μm程度である。また、角質層の下にはおよそ200μmから350μm程度の厚さの表皮が存在し、さらにその下層には毛細血管の張りめぐる真皮層が存在する。このため、角質層を貫通させ薬液を浸透させるためには少なくとも20μm以上の針状体が必要となる。また、採血を目的とする針状体を製造する場合には、上記の皮膚の構成から少なくとも350μm以上の高さの針状体が必要となる。 More specifically, it is required to penetrate the stratum corneum that is the outermost skin layer. The thickness of the stratum corneum varies slightly depending on the part of the human body, but is about 20 μm on average. Under the stratum corneum, there is an epidermis having a thickness of about 200 μm to 350 μm, and further below that there is a dermis layer in which capillaries are stretched. For this reason, in order to penetrate the stratum corneum and permeate the chemical, a needle-like body of at least 20 μm or more is required. Further, when producing a needle-like body for the purpose of blood collection, a needle-like body having a height of at least 350 μm or more is required due to the above-described skin structure.
また、針状体アレイを構成する材料としては、仮に破損した針状体が体内に残留した場合でも、人体に悪影響を及ぼさない材料であることが必要であり、この材料としては医療用シリコーン樹脂や、マルトース、ポリ乳酸、デキストラン等の生体適合樹脂が有望視されている(特許文献2)。 In addition, the material constituting the acicular array must be a material that does not adversely affect the human body even if a damaged acicular body remains in the body. In addition, biocompatible resins such as maltose, polylactic acid, and dextran are considered promising (Patent Document 2).
このような微細構造体を低コストかつ大量に製造するためには、射出成形法、インプリント法、キャスティング法などに代表される転写成形法が有効であるが、何れの方法においても成形を行うためには所望の形状を凹凸反転させた原型が必要であり、針状体アレイのようなアスペクト比(構造体の幅に対する高さ、もしくは深さの比率)が高く、先端部の先鋭化が必要である構造体を形成するためには、その製造工程が非常に複雑となる。 In order to manufacture such a fine structure at a low cost and in large quantities, a transfer molding method represented by an injection molding method, an imprinting method, a casting method or the like is effective, but molding is performed in any method. In order to achieve this, it is necessary to have a prototype in which the desired shape is inverted, and the aspect ratio (height or depth ratio to the width of the structure) is high as in the needle array, and the tip is sharpened. In order to form the necessary structure, the manufacturing process becomes very complicated.
例えば、針状体アレイを製造する方法として、X線リソグラフィにより針状体アレイの原版を作製し、原版から複製版を作り、転写加工成形を行う製造方法が提案されている(特許文献3)。 For example, as a method for manufacturing an acicular array, a manufacturing method has been proposed in which an original plate of an acicular array is prepared by X-ray lithography, a replica plate is formed from the original plate, and transfer processing is performed (Patent Document 3). .
また、機械加工により針状体アレイの原版を作製し、原版から複製版を作り、転写加工成形を行う製造方法が提案されている(特許文献4)。
針状体アレイのような微小な構造体を製造および/または使用して穿刺対象に穿刺した場合、対象物の性質(例えば、伸縮性など)によって穿刺状況が変化することが考えられる。 When a puncture target is punctured by manufacturing and / or using a minute structure such as an acicular array, it is conceivable that the puncture situation changes depending on the properties of the object (for example, stretchability).
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、効率良く穿刺可能で、針の破損を低減する針状体アレイを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a needle-like array that can be punctured efficiently and that can reduce needle breakage.
上述の問題を解決するための本願発明は、
(1)基体と、前記基体の第一の面の針状体領域に形成された針状体と、前記針状体領域を取り囲む領域に形成された穿刺対象収納部とを具備する針状体アレイ;
(2)前記第一の面における穿刺対象収納部に相当する面が、前記針状体基底部に相当する面よりも低いことを特徴とする(1)に記載の針状体アレイ;
(3)生体適合性材料によりなることを特徴とする(1)または(2)に記載の針状体アレイ;
(4)(1)から(3)の何れか1項に記載の針状体アレイを製造する方法であって、
目的とする針状体パターンに合わせて、基板に厚み分布を持つエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクを形成した側から前記基板に対して異方性エッチングを行い針状体を形成する工程と、
前記針状体が形成された領域を取り囲む領域に穿刺対象収納部を設ける工程と
を具備する方法;
(5)(1)から(3)の何れか1項に記載の針状体アレイを製造する方法であって、
目的とする針状体パターンに合わせて、基板に厚み分布を持つエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクを形成した側から前記基板に対して異方性エッチングを行って針状体を形成する工程と、
前記針状体が形成された領域を取り囲む領域に穿刺対象収納部を設けることにより針状体アレイを得る工程と
得られた針状体アレイを母型とし、該母型から複製版を作製する工程と、
前記複製版を用いて転写加工成形を行う工程と、
を具備する特徴とする方法;
である。
The present invention for solving the above problems
(1) A needle-like body comprising a base body, a needle-like body formed in a needle-like body region on the first surface of the base body, and a puncture target storage portion formed in a region surrounding the needle-like body region array;
(2) The acicular body array according to (1), wherein a surface corresponding to the puncture target storage portion on the first surface is lower than a surface corresponding to the acicular base portion;
(3) The needle array according to (1) or (2), which is made of a biocompatible material;
(4) A method for manufacturing the needle-shaped body array according to any one of (1) to (3),
A step of forming an etching mask having a thickness distribution on the substrate in accordance with the target needle pattern,
Forming an acicular body by performing anisotropic etching on the substrate from the side on which the etching mask is formed;
Providing a puncture target storage portion in a region surrounding the region where the needle-like body is formed;
(5) A method for producing the needle-shaped body array according to any one of (1) to (3),
A step of forming an etching mask having a thickness distribution on the substrate in accordance with the target needle pattern,
Forming an acicular body by performing anisotropic etching on the substrate from the side on which the etching mask is formed;
A step of obtaining a needle-like body array by providing a puncture target storage portion in a region surrounding the region where the needle-like body is formed, and using the obtained needle-like body array as a mother die, and producing a duplicate plate from the mother die Process,
Performing transfer processing molding using the duplicate plate;
A method comprising:
It is.
本発明により、効率良く穿刺可能で、針の破損を低減する針状体アレイが提供される。 According to the present invention, there is provided an acicular body array that can be punctured efficiently and reduces the breakage of needles.
本発明に従う針状体アレイの例を示す図1を用いて説明を行う。図1を参照されたい。図1(a)は当該針状体アレイの第一の面から見た平面図であり、図1(b)は線I−Iに沿って切った断面図である。当該針状体アレイ1は、基板2の第一の面の針状体領域3に形成された針状体4と、前記針状体領域3を取り囲む領域に形成された穿刺対象収納部5とを具備する。当該第一の面における穿刺対象収納部5は、針状体4を具備する針状体領域3内に配列する針状体4群の1行に含まれる複数の針状体4の中心を通る直線に平行する辺と、1列に含まれる複数の針状体4の中心を通る直線に平行する辺で囲まれる領域の外側に形成される。図1(b)に示すように、第一の面の穿刺対象収納部5に相当する面は、当該針状体領域3の針状体4の基底部に相当する面よりも低い。
An explanation will be given with reference to FIG. 1 showing an example of an acicular array according to the present invention. Please refer to FIG. Fig.1 (a) is the top view seen from the 1st surface of the said acicular body array, FIG.1 (b) is sectional drawing cut | disconnected along line II. The needle-like body array 1 includes a needle-
当該針状体アレイ1の第一の面に穿刺対象収納部5を設けることにより、当該穿刺対象収納部5に穿刺対象が接近または接触する。これにより、穿刺対象収納部5が形成されずに、針状体4が第一の面に連続的に配置されている場合に比べて、基底部のより近くまで針状体4を穿刺することが可能となる。また、穿刺対象収納部5が形成されることにより、針状体領域3に具備される針状体4群のうち外周付近に存在する針状体4には、穿刺対象に水平方向の引っ張り応力が働くので、当該針状体4群の外周付近の針状体4においてもより効果的な穿刺が可能となる。
By providing the puncture
なお、本発明において穿刺対象収納部とは、2つの針状体の間隔以上の領域を占有する、針状体構造を持たないラフネスの小さい領域をいう。図1に示した針状体アレイ1においては、当該穿刺対象収納部5は、当該針状体4の基底部よりも低い位置に形成されているが、当該基底部と同じ高さであってもよい。その場合、針状体領域3に含まれる2つの針状体4に挟まれる領域の最短距離よりも長い距離で配置されればよい。しかしながら、本発明において穿刺対象収納部5は、当該針状体4の基底部よりも低い位置に形成されることが好ましい。また、1つの針状体アレイ1に含まれる穿刺対象収納部5の数や形は特に限定されるものではない。即ち、図1(a)に示すように行列する針状体4群の行および列に含まれる針状体4により構成される互いに直行する2つの直線にそれぞれ平行する4つの辺で構成される矩形の針状体領域3以外の領域を穿刺対象収納部5としてもよく、針状体4を含む針状体領域3が円形または楕円形で構成され、それ以外の領域を穿刺対象収納部5としてもよい。また、穿刺対象収納部5が、針状体4の基底部よりも低い位置に形成される場合には、当該第一の面の端、即ち、第一の面に隣接する面と第一の面との境界部の付近に、針状体4の基底部と同じ高さの平坦部が形成されてもよく、隣り合う2つの針状体領域3の間に存在する穿刺対象収納部5の中に、針状体4の基底部と同じ高さの平坦部が形成されてもよい。例えば、穿刺対象収納部5は、当該針状体領域3を囲むように、ドーナツ型であってもよく、針状体アレイ1の第一の面の任意の領域に対してランダムに形成してもよい。また、1つの針状体領域3に含まれる針状体4の数は、針状体アレイ1の全面に亘り同じであってもよく、異なってもよい。また、針状体アレイ1に具備される全ての針状体領域3の面積が同じであっても、異なっていてもよい。
In the present invention, the puncture target accommodating portion refers to a region having a small roughness that does not have a needle-like structure and occupies a region that is larger than the interval between two needle-like members. In the needle-like body array 1 shown in FIG. 1, the puncture
当該針状体アレイの材料は、針状体を保持するのに充分な機械特性を備えていればよく、特に制限されるものではない。例えば、ステンレス、シリコン、Mg系化合物およびTi系化合物などの金属、例えば、石英およびセラミックスなどの無機材料、例えば、医療用シリコーン樹脂などの生体適合性材料、例えば、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ乳酸グリコール酸共重合体、ポリクエン酸、ポリリンゴ酸、ポリアミノ酸、マルトース、デキストランなどの生体適合性を有する生分解性材料、並びに、その他の生体適合性と生分解性とを有するポリマーなどの有機材料などであればよい。 The material for the needle-like body array is not particularly limited as long as it has sufficient mechanical properties to hold the needle-like body. For example, metals such as stainless steel, silicon, Mg-based compounds and Ti-based compounds, for example, inorganic materials such as quartz and ceramics, biocompatible materials such as medical silicone resins, such as polylactic acid, polyglycolic acid, poly Biodegradable materials with biocompatibility such as lactic acid glycolic acid copolymer, polycitric acid, polymalic acid, polyamino acid, maltose, dextran, and other organic materials such as other biocompatible and biodegradable polymers And so on.
しかしながら、本発明の針状体アレイは、生体適合性材料よりなることが好ましい。生体適合性を備えた材料を用いることにより、生体皮膚への適用時に針状体アレイが破損して、その一部が生体内に取り残されても、生体への影響を低減することが出来る。生体適合性を備えた材料としては、例えば、Mg系化合物、Ti系化合物などの無機化合物、ポリグリコール酸、ポリクエン酸、ポリリンゴ酸、ポリアミノ酸、マルトース、デキストランなどの生体適合性と生分解性を有する有機高分子などが挙げられる。 However, the needle array of the present invention is preferably made of a biocompatible material. By using a biocompatible material, it is possible to reduce the influence on the living body even if the needle-like body array is damaged when it is applied to living body skin and a part of the needle array is left in the living body. Examples of materials having biocompatibility include biocompatibility and biodegradability such as inorganic compounds such as Mg compounds and Ti compounds, polyglycolic acid, polycitric acid, polymalic acid, polyamino acid, maltose, and dextran. And organic polymers having the same.
また、本発明の針状体アレイは、針状体内部、または、針状体の近傍に、貫通孔を形成してもよい。貫通孔を設けることにより、体液および/または薬液を貫通孔を通して採取および/または供給する構成のデバイスに好適に用いることが出来る。 Moreover, the needle-shaped object array of the present invention may form a through hole in the needle-shaped object or in the vicinity of the needle-shaped object. By providing the through-hole, it can be suitably used for a device configured to collect and / or supply body fluid and / or drug solution through the through-hole.
また、本発明の針状体アレイは、形状、寸法、構成する材料等は特に限定されず、用途/仕様に応じて適宜設計を行って良い。例えば、経皮投与の目的で針状体を用いる場合、直径は数μmから数百μm、長さは数十μmから数百μm程度のものであることが望ましい。 In addition, the shape, dimensions, constituent materials, and the like of the acicular array of the present invention are not particularly limited, and may be appropriately designed according to the use / specification. For example, when a needle-like body is used for the purpose of transdermal administration, it is desirable that the diameter is several μm to several hundred μm and the length is about several tens μm to several hundred μm.
図2を用いて本発明に従う針状体アレイの効果を示す。図2(a)は従来の針状体アレイ101を、図2(b)は本発明に従う針状体アレイ110を示す。従来の針状体アレイ101では、基板103に連続して針状体102が形成される。従来の針状体アレイ101で対象物104を穿刺すると、針状体アレイ101の中央部に穿刺の深度が浅い部分が生じてしまう。即ち、従来の針状体アレイのように広範囲にわたって連続的に針状体が存在する場合、針状体が柱のような効果を持ち、穿刺対象104を、針状体102の先端付近で保持してしまう恐れがある。仮に、このような従来の針状体アレイ101の針状体102のピッチを大きくとった場合には、比較的よく穿刺されることも考えられるが、針状体アレイ101の第一の面における針状体102の密集度が小さくなり、横方向の応力に耐えられず、破損してしまう恐れが考えられる。またさらに、針状体102の高さを高くして、効率よく穿刺することも考えられるが、穿刺時の力のかけ方によっては穿刺の深さが変化し、アスペクト比の増大により穿刺時に破損し易くなる可能性ある。
The effect of the acicular array according to the present invention is shown using FIG. FIG. 2 (a) shows a
これに対して、本発明に従う針状体アレイ110は、複数の針状体領域120を具備し、当該針状体領域120を取り囲む領域に穿刺対象物収納部130を具備することを特徴とする。このような構成によれば、穿刺対象収納部130に穿刺対象150が収納されるので、より効果的に針状体140を当該穿刺対象150に穿刺することが可能となり、針状体アレイ110の全面に存在する全ての針状体140について良好な穿刺深度を得ることが可能となる。また針状体領域120の周辺に存在する針状体140に対して穿刺対象150に水平方向の引っ張り応力が働くのでより穿刺しやすくなる。また、針状体140を連続的に配置するのではなく、選択的に配置することで、穿刺の領域が全体に広がらず折れや曲がりといった針状体140の破損を低減することが可能となる。本発明に従う針状体アレイ110によれば、特に、伸縮性のあるもの(例えば、生体皮膚など)に対して穿刺する場合、対象の伸縮性により、針状体アレイ110端部では比較的よく穿刺されるのに対して、中央部では対象に引っ張りや圧縮応力といったものが発生しづらく、穿刺しにくい場合であっても、針状体アレイ110に具備される針状体140全体について良好な穿刺を得られることが可能である。
On the other hand, the needle-shaped
当該針状体アレイは、それ自身公知の方法、例えば、精密機械加工などにより直接製造されてもよく、それ自身公知の方法により金型または複製版を使用して転写成形することにより製造されてもよい。そのような製造方法は何れも本発明の範囲に含まれる。以下、当該針状体アレイの製造方法について説明する。 The needle-shaped array may be directly manufactured by a method known per se, for example, precision machining or the like, and is manufactured by transfer molding using a mold or a duplicate plate by a method known per se. Also good. Any such manufacturing method is within the scope of the present invention. Hereinafter, the manufacturing method of the said acicular body array is demonstrated.
本発明の針状体アレイの製造に適した針状体製造方法について、図3を用いながら説明を行う。本発明に従う針状体アレイの製造方法は、基板に厚み分布を持つエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクを形成した側から前記基板に対して異方性エッチングを行う工程と、基底部に穿刺対象収納部を設ける工程とを備える方法である。 A needle-shaped body manufacturing method suitable for manufacturing the needle-shaped body array of the present invention will be described with reference to FIG. The method for manufacturing an acicular array according to the present invention includes a step of forming an etching mask having a thickness distribution on a substrate, a step of performing anisotropic etching on the substrate from the side on which the etching mask is formed, and a base portion Providing a puncture target storage section on the puncture target.
<厚み分布を持つエッチングマスクを形成する工程>
まず厚み分布を持つエッチングマスクを形成する。
<Process for forming etching mask with thickness distribution>
First, an etching mask having a thickness distribution is formed.
基板201にエッチングマスク202を形成する(図3(a))。エッチングマスク202は、図3(b)に示すエッチングマスク203のように厚み分布を有することが好ましい。即ち、その高さを厚み方向に変化させ、エッチングマスク203の縁部付近の厚みを、エッチングマスク203の内部の厚みと比べて薄くし、エッチングマスク203の縁部付近から内部に向けてエッチングマスク203の厚みを連続的に変化させることが好ましい(図3(b))。これにより、後述するエッチングが進むにつれて、エッチングマスク203縁部から徐々にマスクは除去されることとなり、基板201とエッチングマスク203とのエッチング選択比(エッチングマスク203のエッチングレートに対する基板201のエッチングレートの比)に応じたテーパー角度を持つ針状体を製造することが可能となる。
An
エッチングマスク202または203は、基板201の第一の面に形成しようとする針状体の配置に応じて、当該基板201の第一の面に形成すればよい。従って、複数の針状体を形成しようとする場合には、エッチングマスク202また203をアレイ状に複数形成すればよい。エッチングマスク202または203をアレイ状に複数形成することにより、針状体がアレイ状に複数本並んだ針状体アレイを製造することが可能である。このとき、エッチングマスク202または203のパターンレイアウトを変更すれば、針状体の間隔、および本数を制御することが出来る。例えば、図1に記載の針状体アレイ1を形成するためには、針状体領域3に含まれる針状体4に対応するようにエッチングマスク202または203を狭ピッチで並べたものを、複数個配置すればよい。従って、当該エッチングマスク202または203の形成パターンは、目的とする針状体パターンに合わせて形成すればよい。
The
当該エッチングマスク202または203のパターン径を変更することにより、製造される針状体の径を制御することが出来る。
By changing the pattern diameter of the
エッチングマスク202または203を形成するための基板201は、後述するエッチングを行う工程に適した加工特性を備える材料であることが好ましい。例えば、シリコン基板、サファイア基板および石英基板などでよい。
The
エッチングマスク202または203のマスク材料としては、当該基板201と密着し、後述するエッチングを行う工程において、エッチングマスク202または203のエッチングレートが、当該基板201のエッチングレートより小さいものであればよい。例えば、エッチングマスクの材料の例は、基板の酸化膜、基板の窒化膜および金属材料などであればよい。
As a mask material for the
基板201にエッチングマスク202または203を形成する方法としては、適宜公知のパターニング方法を用いてよい。例えば、パターニング方法として、露光現像による方法(これは、用いるフォトマスクによりパターン部を制御可能な方法である)、液滴吐出法(パターン部のみに液滴吐出する方法である)などの方法を用いてもよい。
As a method for forming the
エッチングマスク202に厚み分布を持たせる方法としては、例えば、マスク材料をリフローさせる、グレースケールマスクを用いてマスク材料の露光量を制御する、インクジェット装置を用いてマスク材料の液滴投下量で調整する、などの方法を用いてよい。 As a method of giving the etching mask 202 a thickness distribution, for example, the mask material is reflowed, the exposure amount of the mask material is controlled using a gray scale mask, and the droplet dropping amount of the mask material is adjusted using an inkjet apparatus. Or the like.
<エッチングマスクを形成した側から前記基板に対して異方性エッチングを行う工程>
次に、エッチングマスク202または203を形成した側から基板201全体にエッチングを進め(図2(c))、針状体204を製造する(図2(d))。
<Step of performing anisotropic etching on the substrate from the side on which the etching mask is formed>
Next, etching is performed on the
エッチング方法としては、基板201のエッチングレートとエッチングマスク202または203とのエッチングレートが異なる異方性のエッチング方法であればよく、適宜公知の方法を用いること出来る。例えば、RIE、マグネトロンRIE、ECR、ICP、NLD、マイクロ波およびヘリコン波などの放電方式を用いたドライエッチング装置を用いたドライエッチングを行ってもよい。
The etching method may be an anisotropic etching method in which the etching rate of the
このとき、エッチングマスク202または203に対する基板201のエッチング選択比によって、針状体204の先端角度の制御が可能である。上記エッチング選択比が高い場合、針状体204の先端角度は鋭くなり、高さは高くなる傾向がある。また、エッチング選択比が低い場合、先端角度は広くなり、高さは低くなる傾向がある。エッチング選択比は基板201およびエッチングマスク202または203の材料の選択の他、エッチング時の種々の条件(例えば、圧力およびプロセスガス流量など)により、制御することが出来る。
At this time, the tip angle of the needle-
また、徐々にエッチングマスク202または203が除去されていき、最終的にエッチングマスク202または203が微小な範囲に収束してから完全に除去されることで針状体204を形成するため、エッチングマスク202または203脱落による汚染等が発生することなく、また先端形状が鋭利な針状体204を製造することが可能となる。(図2(d))
また、エッチングマスク202または203が残存した状態(図2(c))でエッチングを停止し、エッチングマスク202または203を剥離してもよい。このとき、先端部分のみ平坦な形状を残した、刺突の際に先端部の欠けを低減する効果を奏する針状体204を製造することが可能となる。
Further, the
Alternatively, the etching may be stopped while the
ここではエッチングマスクを用いた方法を示したが、本発明の針状体アレイの製造はこれに限定されず、他の微細加工技術を用いて製造してもよい。ここで、微細加工技術としては、例えば、エンドミルを用いた微細切削加工技術、レーザー光を用いた加工技術などが挙げられる。 Here, a method using an etching mask is shown, but the production of the needle-like array of the present invention is not limited to this, and may be produced using other fine processing techniques. Here, examples of the fine processing technique include a fine cutting technique using an end mill and a processing technique using a laser beam.
<基板に穿刺対象収納部を形成する工程>
次に、基板201に穿刺対象収納部205を形成する。
<Process for forming a puncture target storage portion on a substrate>
Next, the puncture
基板201の針状体204を含む針状体領域205を取り囲む領域に、針状体204の基底部よりも低い面を形成して凹部を設けることにより、穿刺対象収納部206を形成し、当該針状体アレイ209を得る(図3(e))。ここで、穿刺対象収納部206を形成する方法は、それ自身公知の加工技術を用いることが可能である。そのような加工技術の例は、例えば、エンドミルを用いた微細切削加工技術、レーザー光を用いた加工技術などが上げられる。
In the region surrounding the needle-
上述の方法では、基板201にエッチングマスク202または203を形成し、エッチングして針状体204を形成した後に穿刺対象収納部206を形成する方法の1例を示した。しかしながら、本発明において針状体アレイを形成する方法は、針状体204を形成する前に、穿刺対象収納部206を形成してもよい。
In the above-described method, an example of the method of forming the puncture
例えば、そのような方法の例を図4に示す。基板301にそれ自体公知の加工技術により凹部302を形成する。当該加工技術の例は、エッチング、エンドミルを用いた微細切削加工技術、レーザー光を用いた加工技術などの微細加工技術であればよい。
For example, an example of such a method is shown in FIG. A
次に、当該凹部302にエッチングマスク303を形成する。上述したとおり、エッチングマスク303は、厚み部分布を有するエッチングマスク304であってもよい(図4(c))。エッチングマスク304は、上述した方法により形成してよい。
Next, an
次に、エッチングマスク303または304を形成した側から基板301全体にエッチングを行う(図4(d))。エッチング方法の好ましい例は、上述した方法を使用してよい。当該エッチングは、図4(d)のように、エッチングマスクを残した状態で終了し、先端部分のみに平坦な形状を残した針状体305を形成してもよく、エッチングマスク303または304が完全に除去された状体までエッチングを行い、図4(e)に示す針状体306を形成してもよい。
Next, the
このように針状体アレイ309を形成した場合、凹加工を行った箇所に針状体306を形成するので、針状体306の基底部と同じ高さに穿刺対象収納部307が形成され、当該穿刺対象収納部307よりも外側に平坦部308が形成される(図4(e))。
When the needle-
また、本発明に従う針状体アレイの製造方法は、上述のように製造した針状体アレイを母型とし、該母型から複製版を作製する工程と、前記複製版を用いて転写加工成形を行う工程とを更に備えてもよい。一体成形された機械的強度の高い複製版を作製することにより、同一の複製版で多量の針状体アレイを製造することが出来る。そのため、生産コストを低くし、生産性を高めることが可能となる。また、転写材料は微細加工に対する加工特性を考慮することなく選択することが出来るため、特に、生体適合性材料により形成された針状体を好適に製造することが出来る。 In addition, the method for manufacturing the needle-shaped body array according to the present invention includes a step of using the needle-shaped body array manufactured as described above as a mother mold and producing a duplicate plate from the mother mold, and transfer processing molding using the duplicate plate. And a step of performing. By producing a replica plate having a high mechanical strength that is integrally formed, a large number of needle-like arrays can be manufactured using the same replica plate. Therefore, it is possible to reduce the production cost and increase the productivity. In addition, since the transfer material can be selected without considering the processing characteristics for microfabrication, in particular, a needle-like body made of a biocompatible material can be suitably manufactured.
以下、一例として具体的に、図5を用いて、上述した図3に示す製造方法により製造した針状体アレイ209を母型とし、鋳型層401を形成し、それを基に複製版402を形成することを具備する針状体アレイの転写加工成形について説明を行う。
Hereinafter, specifically, as an example, using FIG. 5, the needle-
<針状体の転写加工成形>
まず、針状体アレイ209の針状体204の形成された面に接して、複製版402を形成するための鋳型層401を形成する(図5(a))。
<Needle transfer processing molding>
First, a
次に、針状体アレイ209と鋳型層401を分離し、複製版402を得る(図5(b))。
Next, the
針状体アレイ209と鋳型層401を分離する方法としては、物理的な剥離力による分離または選択性エッチング法を用いてよい。
As a method of separating the needle-
次に、複製版402に針状体材料403を充填する(図5(c))。ここで、針状体材料403は特に制限されるものではないが、生体に対して低刺激の材質であることが好ましい。また、曲面に対しても面に対して均一な押圧が出来るように柔軟性を持つことが好ましい。針状体材料403の材料の例は、上述したような針状体アレイの材料の何れかであってもよい。特に、例えば、針状体材料403として、医療用シリコーン樹脂、マルトース、デキストランなどを用いることが好ましい。
Next, the
針状体材料403が硬化した後に、複製版402から離型し、転写成形された針状体アレイ404を得る(図5(d))。
After the needle-shaped
<穿刺対象収納部の加工成形>
また、本発明に従う針状体アレイの製造方法は、図3(d)において得られた基体207に針状体204を具備する針状体アレイ208を原版として用いて、転写加工成形時に穿刺対象収納部を形成してもよい。
<Processing of the puncture target storage unit>
In addition, the method for manufacturing the needle-shaped object array according to the present invention uses the needle-shaped
図6を参照されたい。原版208に複製版材料を充填し、転写成型後、硬化して離型することにより複製版501を成形する(図6(b))。その後、複製版501に対して、穿刺対象収納部505に相当する領域にエジェクタピン503を挿入し、針状体アレイ材料502を充填する(図6(c))。ここで、当該エジェクタピン503を挿入する前に、当該エジェクタピン503を挿入する領域に対応する複製版501を削ってもよい。
See FIG. The
針状体材料502が硬化した後で離型し、針状体アレイ504を得る(図6(d))。
After the
上述したように、転写時において、エジェクタピンを使用することも可能である。エジェクタピンを使用することで潤滑に離型を行うことも可能である。また、このようにエジェクタピンを使用することによって、複製版から針状体アレイを転写する際に、穿刺対象収納部を形成することが可能である。また、エジェクタピンの形状および初期位置を調整することにより、原版(または金型)を成形する段階で穿刺対象収納部を形成せずとも、複製版から針状体アレイを転写成型する工程において所望の面積および/または深さ(または高さ)の穿刺対象収納部を針状体アレイに設けることが可能である。 As described above, an ejector pin can be used at the time of transfer. By using an ejector pin, it is possible to perform mold release for lubrication. In addition, by using the ejector pins in this way, it is possible to form the puncture target storage portion when transferring the needle-like body array from the duplicate plate. Further, by adjusting the shape and initial position of the ejector pin, it is desirable in the step of transferring and molding the needle-shaped body array from the duplicate plate without forming the puncture target storage portion at the stage of forming the original plate (or mold). It is possible to provide the puncture target storage portion in the needle-shaped body array with the area and / or depth (or height).
<実施例1>
本発明に従う針状体アレイの例の製造方法について図1および図7を用いて説明する。ここで製造する針状体アレイは、図1に示すような基体に複数の針状体4を含む複数の針状体領域3を具備し、更に、当該針状体領域3取り囲む領域に形成された穿刺対象収納部5を具備する針状体アレイ1である。
<Example 1>
A method for manufacturing an example of an acicular array according to the present invention will be described with reference to FIGS. The acicular body array manufactured here includes a plurality of
まず、基板としてシリコンウェハ(厚み:525μm、42mm×42mm)を用意した。 First, a silicon wafer (thickness: 525 μm, 42 mm × 42 mm) was prepared as a substrate.
図7を参照されたい。次に、前記シリコンウェハ601上に、エッチングマスクとして汎用厚膜フォトレジスト(クラリアント社製、商品名:AZ PLP)を、スプレーコート法を用いて、膜厚13μmでコートした。フォトリソグラフィー法により直径80μmの円形ドットパターンを200μmの間隔で3×3のアレイ状に並べたものを一単位として、これを1.2mm間隔で3×3の格子状に形成した。
Please refer to FIG. Next, a general-purpose thick film photoresist (manufactured by Clariant, trade name: AZ PLP) as an etching mask was coated on the
当該エッチングマスクをクリーンオーブンにおいて150℃で30分間加熱し、リフローを行った。リフロー後のレジスト形状は厚み分布を有し、中央部の最もレジスト厚が厚い部位は20μmであった。(図6(a))
当該基板601のエッチングマスク602を形成した面を、フッ素系ガスを用いたICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合プラズマ)エッチングすることにより当該エッチングマスクが完全に除去されるまでエッチングを行った。このとき、エッチングマスク602およびシリコン基板601のエッチングレートを測定した結果、シリコン基板601とエッチングマスク602のエッチング選択比は約11であった。
The etching mask was heated in a clean oven at 150 ° C. for 30 minutes for reflow. The resist shape after reflow had a thickness distribution, and the thickest part of the resist at the center was 20 μm. (Fig. 6 (a))
The surface of the
次に、全面エッチングを終えた当該基板604を走査型電子顕微鏡で観察した。基底部の直径が約100μm、高さ約220μm、先端角度が約25°の円錐型の針状体603が形成されていることを確認した。(図6(b))
次に、ダイシング装置を用いて幅600μm深さ100μmの凹部606を、先にアレイ状に形成した9つの針状体領域605のうちの1行に含まれる3つ針状体領域605の両側に、計4本となるように、且つ隣り合う凹部606が1.2mmの間隔となるように形成した。4本の前記凹部606に直行するように更なる凹部606を隣り合う凹部606が1.2mmの間隔となるように更に4本作製した。これにより、針状体領域605以外の部分は、ダイシングにより形成された凹部606が配置された。従って、針状体領域605は、それぞれ縦横600μmの凸部となり、計9箇所の当該凸部である針状体領域605には、それぞれ3×3の針状体が具備された。このような構造を有する針状体アレイ608は、計81本の針状体603と、穿刺対象収納部607を具備する42mm×42mmの針状体アレイであった(図7(c))。
Next, the
Next, using a dicing apparatus, recesses 606 having a width of 600 μm and a depth of 100 μm are formed on both sides of the three needle-
<実施例2>
以下、転写加工成形による針状体の製造法について説明する。
<Example 2>
Hereinafter, a method for producing a needle-like body by transfer processing will be described.
実施例1で製造された針状体アレイ608を原版として用いて、当該針状体を具備する面に、蒸着法により膜厚300nmのニッケル層を形成し、このニッケル層をシード層としてメッキ法によりニッケルを1mm形成した。
Using the
次に、濃度25wt%、液温90℃の水酸化カリウム水溶液を用いてシリコン基板を溶解させ、ニッケルからなる複製版を作製した。 Next, a silicon substrate was dissolved using a potassium hydroxide aqueous solution having a concentration of 25 wt% and a liquid temperature of 90 ° C. to produce a replica plate made of nickel.
この複製版を用い、マルトースおよびデキストランを針状体アレイ材料として用いて、インプリント法により転写成型した。その後、それぞれ原版と同形状の針状体アレイが形成されていることを確認した。 Using this duplicated plate, maltose and dextran were used as the needle-shaped array material, and transferred and molded by the imprint method. Thereafter, it was confirmed that an acicular array having the same shape as the original plate was formed.
本発明の針状体は、医療のみならず、微細な針状構造体を必要とする様々な分野に適用可能であり、例えばMEMSデバイス、創薬、化粧品などに用いる針状体としても有用である。 The needle-like body of the present invention can be applied not only to medical treatment but also to various fields that require fine needle-like structures. For example, it is also useful as a needle-like body used for MEMS devices, drug discovery, cosmetics, and the like. is there.
1、101、110、208、209、309、404、504、608 針状体アレイ
2、103、207 基体
3、120、205 針状体領域
104、150 穿刺対象
201、301、601、604 基板
302、606 凹部
202、303 エッチングマスク
203、304、602 エッチングマスク(変形後)
4、102、140、204、305、306、603 針状体
5、130、206、307、505、607 穿刺対象収納部
308 平坦部
401 鋳型層
402、501 複製版
403、502 針状体アレイ材料
503 エジェクタピン
1, 101, 110, 208, 209, 309, 404, 504, 608
4, 102, 140, 204, 305, 306, 603 Needle-
Claims (5)
目的とする針状体パターンに合わせて、基板に厚み分布を持つエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクを形成した側から前記基板に対して異方性エッチングを行って針状体を形成する工程と、
前記針状体が形成された領域を取り囲む領域に穿刺対象収納部を設ける工程と
を具備する方法。 A method for manufacturing the acicular array according to any one of claims 1 to 3,
A step of forming an etching mask having a thickness distribution on the substrate in accordance with the target needle pattern,
Forming an acicular body by performing anisotropic etching on the substrate from the side on which the etching mask is formed;
Providing a puncture target accommodation portion in a region surrounding the region where the needle-like body is formed.
目的とする針状体パターンに合わせて、基板に厚み分布を持つエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクを形成した側から前記基板に対して異方性エッチングを行って針状体を形成する工程と、
前記針状体が形成された領域を取り囲む領域に穿刺対象収納部を設けることにより針状体アレイを得る工程と
得られた針状体アレイを母型とし、該母型から複製版を作製する工程と、
前記複製版を用いて転写加工成形を行う工程と、
を具備する特徴とする方法。 A method for producing the acicular array according to any one of claims 1 to 3,
A step of forming an etching mask having a thickness distribution on the substrate in accordance with the target needle pattern,
Forming an acicular body by performing anisotropic etching on the substrate from the side on which the etching mask is formed;
A step of obtaining a needle-like body array by providing a puncture target storage portion in a region surrounding the region where the needle-like body is formed, and using the obtained needle-like body array as a mother die, and producing a duplicate plate from the mother die Process,
Performing transfer processing molding using the duplicate plate;
A method comprising:
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