JP2010030201A - 針状体製造方法、針状体および針状体複製版 - Google Patents

Abstract

【課題】好適に針状体形状を形成することの出来る針状体製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の針状体製造方法は、針状体原版を形成し該針状体原版の複製版を形成するにあたり、複製版に形成に熱硬化性樹脂を用いた加熱硬化処理を用い、針状体形状の先鋭部と前記針状体形状の根元部とで加熱硬化処理を行う温度が異なる。熱硬化性樹脂は、加熱硬化処理を行う温度により、常温に戻した際の熱収縮量に差ができることが知られている。このため、本発明の構成によれば、針状体形状の先鋭部と前記針状体形状の根元部とで加熱硬化処理を行う温度が異なることにより、熱収縮量を利用して針状体形状の先鋭部および根元部の微細な調製を行うことが出来る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、針状体製造方法、針状体、および、該針状体製造方法に好適に用いられる針状体複製版に関する。

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

この際に用いる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、針状体の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。

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が張りめぐる真皮層が存在する。このため、角質層を貫通させ薬液を浸透させるためには少なくとも２０μｍ以上の針が必要となる。

また、針状体を構成する材料としては、仮に破損した針状体が体内に残留した場合でも、人体に悪影響を及ぼさない材料であることが望ましく、この材料としては、医療用シリコーン樹脂や、多糖類（例えば、マルトース、デキストラン、キチンキトサン）等の生体適合樹脂が有望視されている（特許文献２参照）。

このような微細構造を低コストかつ大量に製造するためには、射出成形法、インプリント法、キャスティング法等に代表される転写成形法が有効であるが、いずれの方法においても成形を行うためには所望の形状を凹凸反転させた原型が必要であり、針状体のようなテーパー形状を持つ構造体を精度良く成形するためには、その製造工程が非常に複雑となる。

上述した構造体を形成する方法の一例として、機械加工と結晶異方性ウェットエッチング加工を組み合わせた針状体の製造方法が挙げられている。（特許文献３参照）

米国特許第６，１８３，４３４号明細書 特開２００５−２１６７７号公報 特開２００４−５８２６５号公報

しかしながら、従来技術のような結晶異方性ウェットエッチングを用いる製造方法では、物理的な結晶面を使用するため、使用できる材料が限定される、製造できる針状体の角度が限定される、という問題がある。
また、機械加工のみで針状体のようなテーパー面を形成する場合においても、１０度未満の微細な角度制御や数ｕｍオーダーの先端幅制御は非常に困難である。

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、好適に針状体形状を形成することの出来る針状体製造方法を提供すること目的とする。

請求項１に記載の本発明は、針状体形状が形成された針状体原版を形成する工程と、前記針状体原版に、熱硬化性樹脂を流入し、加熱硬化処理を施し、熱硬化性樹脂からなる針状体複製版を形成する工程と、前記針状体複製版を用いて転写成形を行い針状体を形成する工程と、を備え、前記加熱硬化処理を行うにあたり、前記針状体形状の先鋭部と前記針状体形状の根元部とで加熱硬化処理を行う温度が異なることを特徴とする針状体製造方法である。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の針状体製造方法であって、針状体原版は、針状体形状がアレイ状に配列された針状体原版であることを特徴とする針状体製造方法である。

請求項３に記載の本発明は、請求項１または２のいずれかに記載の針状体製造方法であって、前記加熱硬化処理を行うにあたり、前記針状体原版の先鋭部側が、前記針状体原版の根元部側よりも高温であることを特徴とする針状体製造方法である。

請求項４に記載の本発明は、請求項１または２のいずれかに記載の針状体製造方法であって、前記加熱硬化処理を行うにあたり、前記針状体原版の根元部側が、前記針状体原版の先鋭部側よりも高温であることを特徴とする針状体製造方法である。

請求項５に記載の本発明は、請求項１から４のいずれかに記載の針状体製造方法であって、熱硬化性樹脂は、１×１０−５／Ｋ以上１×１０−３／Ｋ以下の熱膨張係数を有する熱硬化性樹脂であることを特徴とする針状体製造方法である。

請求項６に記載の本発明は、針状体形状が転写された針状体複製版であって、熱硬化性樹脂からなり、針状体形状の先鋭部と針状体形状の根元部とで前記熱硬化性樹脂の硬化度合いが異なることを特徴とする針状体複製版である。

請求項７に記載の本発明は、請求項１から５のいずれかに記載された針状体製造方法を用いて製造された針状体である。

本発明の針状体製造方法は、針状体原版を形成し該針状体原版の複製版を形成するにあたり、複製版の形成に熱硬化性樹脂を用いた加熱硬化処理を用い、針状体形状の先鋭部と前記針状体形状の根元部とで加熱硬化処理を行う温度が異なる。
熱硬化性樹脂は、加熱硬化処理を行う温度により、常温に戻した際の熱収縮量に差ができることが知られている。
このため、本発明の構成によれば、針状体形状の先鋭部と前記針状体形状の根元部とで加熱硬化処理を行う温度が異なることにより、熱収縮量を利用して針状体形状の先鋭部および根元部の微細な調製を行うことが出来る。

以下、具体的に本発明の針状体製造方法について、図１を用いながら説明を行う。

＜針状体形状が形成された針状体原版を形成する工程＞
まず、針状体原版１０を形成する（図１（ａ））。

針状体原版１０は適宜公知の材料および製造方法を用いて形成してよい。
例えば、エッチング技術を用いて形成してもよいし、微細機械加工により針状体形状を形成してもよい。
基板を加工して針状体原版１０を作成するとき、用いる基板としては、針状体形状を形成するための微細加工技術に適した特性を示す基板であればよい。
例えば、シリコン基板は、種々の微細加工技術に対し、良好な加工性をしめすことから、針状体原版に用いる基板として好ましい。

また、針状体原版は、針状体形状がアレイ状に配列された針状体原版であることが好ましい。
後述する針状体複製版を形成する工程にあたり、針状体複製版に形成される針状体形状は、用いる熱硬化性樹脂の熱収縮量により調製される。このため、成形される材料の性質により、形状が決定されることから、複数の針状体がアレイ状に並んだ針状体原版の場合、各々の針状体形状を均質に同程度の調製を行うことが出来る。このため、各々の針状体形状での形状のバラツキが抑制されることから、本発明の針状体製造方法は、特に、アレイ状に配列された針状体原版を用いるとき、好適に作用する。
なお、本明細書において、アレイ状とは、各単位針状体同士が規則的に並んでいる状態を示すものものとして定義する。このため、アレイ状とは、例えば、碁盤目状、蜂の巣状（ハニカム構造）などの配列で整列されたものを含み、またこれらの配列に限定されるものではない。

針状体形状がアレイ状に配列された針状体原版を形成する場合、アレイ状に一括成形できる方法が好ましく、例えば、機械加工やエッチング加工、リソグラフィ加工の様に同一形状を一括成形出来る方法を好適に用いることが出来る。

また、針状体形状の上面図は仕様や用途により適宜決定してよく、類推し得る様々な形状を形成して良い。
例えば、四角形（図２（ａ））、円形（図２（ｂ））、三角形（図２（ｃ））、各々の針状体形状の寸法が異なる形（（図２（ｃ））、などであっても良い。

＜前記針状体原版から針状体複製版を形成する工程＞
次に、針状体原版１０から針状体複製版１４を形成する。
まず、針状体原版１０に熱硬化性樹脂１２を流入し、上下面から熱源１３を接触し、加熱硬化処理を施す（図１（ｂ））。
そして、熱硬化性樹脂１２から、針状体原版１０を離型し、針状体複製版１４を得る（図１（ｃ））。

熱硬化性樹脂は、例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂を用いても良い。

熱源１３は、熱硬化性樹脂１２が硬化するまで、加熱できるものであればよい。 例えば、熱源として、ホットプレートを用いて良い。
上下の熱源１３の温度は、原版の針状体に対して複製版の針状体の先端角を変化させる目的（ここで記述する変化とは、先端角の鋭角化または鈍角化およびその変化量）に応じて、適宜調整することができることが望ましい。

本発明の針状体製造方法では、針状体複製版の形成にあたり、針状体原版に対し熱硬化性樹脂を流入し、加熱硬化処理を施す。このとき、本発明の針状体製造方法は、前記加熱硬化処理を行うにあたり、前記針状体形状の先鋭部と前記針状体形状の根元部とで加熱硬化処理を行う温度が異なる。
熱硬化性樹脂は、加熱硬化処理を行う温度により、常温に戻した際の熱収縮量に差ができることが知られている。
このため、本発明の構成によれば、針状体形状の先鋭部と前記針状体形状の根元部とで加熱硬化処理を行う温度が異なることにより、熱収縮量を利用して針状体形状の先鋭部および根元部の微細な調製を行うことが出来る。

また、本発明の針状体製造方法によれば、熱硬化性樹脂の熱収縮量により針状体先鋭部の形状の角度制御を行うことが出来ることから、１０度未満の微細な単位で制御することが出来る。このため、特に、針状体の先鋭角度が３０度以下、より好ましくは２０度以下の針状体を好適に形成することが出来る。

本発明の針状体製造方法に用いる熱硬化性樹脂は、熱膨張係数の大きさに起因して収縮量が異なることから、熱硬化処理による先端角度の変化量に応じて、適宜選択してよい。

また、本発明の針状体製造方法に用いる熱硬化性樹脂は、１×１０^−５／Ｋ以上１×１０^−３／Ｋ以下の熱膨張係数を有する熱硬化性樹脂であることが好ましい。

また、前記加熱硬化処理を行うにあたり、前記針状体原版の先鋭部側が、前記針状体原版の根元部側よりも高温であることが好ましい。このとき、針状体複製版に形成される針状体形状は、針状体原版で作製した針状体形状に比べ、先端角度が鈍角化する方向に調整することが出来るという効果を奏する。

また、前記加熱硬化処理を行うにあたり、前記針状体原版の根元部側が、前記針状体原版の先鋭部側よりも高温であることが好ましい。このとき、針状体複製版に形成される針状体形状は、針状体原版で作製した針状体形状に比べ、先端角度が鋭角化する方向に調整することが出来るという効果を奏する。

＜針状体複製版を用いて転写成形を行い針状体を形成する工程＞
次に、針状体複製版１４に針状体材料１５を充填する（図１（ｄ））。

針状体材料は、使用や用途により適宜選択してよく、特に制限されない。
また、針状体材料の充填方法についての制限は無いが、生産性の観点から、インプリント法、ホットエンボス法、射出成形法、押し出し成形法およびキャスティング法を好適に用いることが出来る。

次に、針状体複製版１４を離型することにより、針状体１６を得る（図１（ｅ））。

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

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

＜実施例１＞
まず、基板として、厚さ５２５μｍのシリコン基板を用意した。

次に、１０度のテーパー角度を有したダイジングブレードを用い、シリコン基板を碁盤目状に研削加工を行った。上記工程により、概針状体の先端角度は２０度で成形された。また、この時加工によって形成される概針状体の上部平面を一辺の長さが１０μｍの正方形状とし、加工深さは５０μｍとした。

次に、形成された概針状体に熱膨張係数が３×１０^−４／Ｋであるシリコーン樹脂を流入し、上下面からホットプレートを接触させた。ホットプレートの温度は針状体の先端部側を２００℃、根元側を６０℃とした。前述の状態で２時間硬化処理を行った後、ホットプレートをはずし、複製版を原版から剥離した。

以上の工程より、上部平面の１辺の長さ９．３５μｍ、高さ４８．２８μｍであり、先端角が２２度の針状体形状を備えた針状体複製版が形成できた。
＜実施例２＞

実施例１で作製した複製版から、転写加工成形によって針状体を成形した。

複製版に対し、インプリント法を用いて針状体の作製を行った。
充填する針状体材料として、ポリカーボネート樹脂を用いた。

以上より、ポリカーボネート樹脂から成る針状体を製造できた。製造されたポリカーボネート樹脂からなる針状体は、針状体複製版の針状体形状に良く追従していた。

本発明の針状体製造方法は、錐形状の３次元構造パターンを形成することが求められる広範な分野に利用することが期待される。
前記広範な分野としては、例えば、半導体デバイス、光学素子、配線回路、データストレージメディア（ハードディスク、光学メディアなど）、医療用部材（分析検査用チップ、マイクロニードルなど）、化粧品用途マイクローニードル、バイオデバイス（バイオセンサ、細胞培養基板など）、精密検査機器用部材（検査プローブ、試料保持部材など）、ディスプレイパネル、パネル部材、エネルギーデバイス（太陽電池、燃料電池など）、マイクロ流路、マイクロリアクタ、ＭＥＭＳデバイスなどが挙げられる。

本発明の針状体の製造方法を説明するための概略断面図である。 本発明の針状体の形状の一例を示す上面図である。

１０……針状体形状
１１……針状体原版
１２……熱硬化性樹脂
１３……熱源
１４……針状体複製版
１５……針状体充填材料
１６……針状体

Claims (7)

1. 針状体形状が形成された針状体原版を形成する工程と、
   前記針状体原版に、熱硬化性樹脂を流入し、加熱硬化処理を施し、熱硬化性樹脂からなる針状体複製版を形成する工程と、
   前記針状体複製版を用いて転写成形を行い針状体を形成する工程と、を備え、
   前記加熱硬化処理を行うにあたり、
   前記針状体形状の先鋭部と前記針状体形状の根元部とで加熱硬化処理を行う温度が異なること
   を特徴とする針状体製造方法。
2. 請求項１に記載の針状体製造方法であって、
   針状体原版は、針状体形状がアレイ状に配列された針状体原版であること
   を特徴とする針状体製造方法。
3. 請求項１または２のいずれかに記載の針状体製造方法であって、
   前記加熱硬化処理を行うにあたり、
   前記針状体原版の先鋭部側が、前記針状体原版の根元部側よりも高温であること
   を特徴とする針状体製造方法。
4. 請求項１または２のいずれかに記載の針状体製造方法であって、
   前記加熱硬化処理を行うにあたり、
   前記針状体原版の根元部側が、前記針状体原版の先鋭部側よりも高温であること
   を特徴とする針状体製造方法。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の針状体製造方法であって、
   熱硬化性樹脂は、１×１０^−５／Ｋ以上１×１０^−３／Ｋ以下の熱膨張係数を有する熱硬化性樹脂であること
   を特徴とする針状体製造方法。
6. 針状体形状が転写された針状体複製版であって、
   熱硬化性樹脂からなり、
   針状体形状の先鋭部と針状体形状の根元部とで前記熱硬化性樹脂の硬化度合いが異なること
   を特徴とする針状体複製版。
7. 請求項１から５のいずれかに記載された針状体製造方法を用いて製造された針状体。

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