JP2013153959A - 針状体の構造 - Google Patents

Abstract

【課題】皮膚内に薬剤を投与するのに用いられる針状体の構造に関し、皮膚への穿刺時および複製版への転写時等に破損が生じにくい針状体の構造を提供する。
【解決手段】針状体１５は、シリコンから成る基板１３の少なくとも一部に薄膜１４が設けられている。当該薄膜を構成する材料として機械的強度の高い材料を選択することにより、皮膚への穿刺時および複製版への転写時等に針状体が破損することを抑制することが可能となる。従って皮膚への穿刺性能や針状体の転写成型における歩留まりを向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、皮膚内に薬剤を投与するのに用いられる針状体の構造に関する。

ワクチンなどの薬剤を注射により体内に投与することは、広く定着している。注射は、安全性の高い投与方法であるが、その多くは皮下組織への薬剤投与のために注射針を体内深くまで穿刺するため強い痛みを伴う。また、特に発展途上国では注射針の再利用による感染や針刺し事故などが絶えない。

そこで、注射に代わる薬剤の投与方法として、ミクロンオーダーの多数の針状体からなるアレイを用いて皮膚に穿孔し、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、針状体の長さを真皮層の神経細胞に到達しない長さに制御することにより皮膚への穿刺時にほとんど痛みを感じることをなくすことが可能である。また、投薬用の特別な機器を用いることなく、簡便に薬剤を皮内投与することができる（例えば特許文献１、２参照）。

さらに、針状体を用いてワクチンを皮内投与する場合には、抗原提示細胞が豊富に存在する皮膚内へ投与するために皮下注射に比べて使用するワクチンの量を低減できる可能性がある。

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、および皮内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る。このため、針状体は、直径が数μｍから数百μｍ、長さが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であることが望ましいとされている。

針状体を構成する材料は、仮に針状体が破損して体内に残留した場合でも、人体に悪影響を及ぼさないことが要求される。このような材料として、例えば医療用シリコーンや、マルトース、ポリ乳酸、デキストラン等の生体適合性を有する樹脂が有望視されている（特許文献３参照）。

このような樹脂材料を用いて針状体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、射出成型法、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型法が有効である。しかし、いずれの方法においても成型を行うためには、所望の形状を凹凸反転させた型が必要となり、針状体のようなアスペクト比（構造体の直径に対する高さ、もしくは深さの比率）が高い構造体を形成するには複雑な製造工程を必要とするという問題を有する。

一方で、針状体を構成する材料としてシリコンを用いた針状体も提案されている（例えば特許文献４参照）。このシリコンを用いた針状体は、半導体製造プロセスを応用して作製できるという利点がある。

ところが、これまでに提案されている針状体の多くは、鋭く尖った先端形状を有しており、シリコンのような脆い材料で形成された針状体では皮膚への穿刺時および複製版への転写時等に針状体、特にその先端部が容易に破損するという問題を有する。

特開２００６−３４５９８３号公報 特開２００６−３４１０８９号公報 特開２００５−２１６７７号公報 特許第４２６５６９６号公報

本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、皮膚への穿刺時および複製版への転写時等に破損が生じにくい針状体の構造を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、シリコンからなる基板上の少なくとも一部に薄膜を形成したことを特徴とする針状体の構造にある。

請求項２に係る発明は、請求項１の針状体の構造における薄膜に、板面を貫通する孔あるいは凹部のいずれか一方が設けたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１及び２の針状体の構造における薄膜を、生体適合性を有する材料で形成したことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１から３の針状体の構造における薄膜を、Mg、Ti、Cr、Co、Zr、Nb、Mo、Ag、Ta、Ir、Pt、Auの中のいずれか一つの金属、またはこれらを含む合金、酸化物、窒化物のいずれかで形成したことを特徴とする。

本発明の針状体は、シリコンから成る基板の少なくとも一部に薄膜が設けられている。当該薄膜を構成する材料として機械的強度の高い材料を選択することにより、皮膚への穿刺時および複製版への転写時等に針状体が破損することを抑制することが可能となる。従って皮膚への穿刺性能や針状体の転写成型における歩留まりを向上させることができる。

また、薄膜を構成する材料として、生体適合性を有する材料を選択することにより、皮膚への穿刺時に人体に悪影響を及ぼすことを低減することができる。

本発明の一実施の形態に係る針状体の構造を説明するために示した断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る針状体の構造を説明するために示した断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る針状体の構造を説明するために示した断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る針状体の構造について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る針状体の構造の製造手順を示すもので、基板は、シリコンで形成される。基板上には、エッチングマスクが形成される。

エッチングマスク１２は、例えば底面部の外形形状の一部または全部に円弧形状を含み、周縁部から中央部へ連続的に厚みが増加する形状を有する（図１（ａ）参照）。このエッチングマスク１２は、例えば基板１１上にレジストをパターニングした後に、当該レジストをリフローすることにより形成することができる。

また、このエッチングマスク１２の形状（直径や高さ等）は、ドライエッチング条件とともに針状体の形状を決定する重要な要素の１つであるため、適切に設計する必要がある。

次に、この基板１１は、そのエッチングマスク１２を用いてフロロカーボン系の混合ガスプラズマを用いたドライエッチング処理を施すことにより、シリコンから成る針状体１３が形成される（図１（ｂ）参照）。

ここで、エッチングマスク１２は、周縁部から中央部へ連続的に厚みが増加しているため、基板１１のドライエッチングが進行するのに伴って、その周縁部から徐々に除去される。その結果、基板１１は、所望のテーパー形状に加工される。

なお、ドライエッチングは、異方性のドライエッチングであることが好ましく、例えばＥＣＲ、ＩＣＰ、ＮＬＤ、マイクロ波、ヘリコン波等の各種放電方式を用いたドライエッチングを行うことが望ましい。

次に、前記針状体１３には、その表面に薄膜１４が設けられて本発明の針状体１５が形成される。この薄膜１４は、必ずしもシリコンから成る針状体１３の表面全体に設ける必要はなく、針部のみに形成してもよい。

前記薄膜１４は、例えば蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、等の各種の公知技術で形成することが可能であり、その膜厚には注意を要する。例えば、薄膜１４の膜厚が薄すぎる場合には、皮膚への穿刺時および複製版への転写時等に本発明の針状体１５の破損を防止する効果があまり得られない。

ここで、薄膜１４の膜厚が厚くなるのに伴って針状体１５の先端部はより大きな丸みを帯びる傾向がある。従って、この膜厚が厚
すぎる場合には、皮膚への穿刺性能が大幅に低下してしまう。

この薄膜１４を構成する材料としては、機械的強度が高く、生体適合性を有する材料、例えばMg、Ti、Cr、Co、Zr、Nb、Mo、Ag、Ta、Ir、Pt、Auの中のいずれか一つの金属、またはこれらを含む合金、酸化物、窒化物等を好適に用いることができる。

また、前記エッチングマスク１２を基板１１上に複数、アレイ状に配置することにより、簡単な工程で大量の針状体製造が可能となる。

前記針状体１５には、表面全体の少なくとも一部に薄膜１４が設けられている。この薄膜１４を構成する材料としては、機械的強度の高い材料を選択することにより、皮膚への穿刺時および複製版への転写時等に針状体１５が破損することを抑制することが可能となる。従って、皮膚への穿刺性能や針状体１５の転写成型における歩留まりを向上させることができる。

そして、前記薄膜１４は、構成材料として生体適合性を有する材料を選択することにより、皮膚への穿刺時に人体に悪影響を及ぼすことを低減することができる。

ここで、本発明の実施の形態においては、製造具体例として、前記針状体１５を以下の如く製造して確認した。

先ず、７２５μｍ厚の単結晶シリコンからなる基板１１上にスピンナーにより厚さ２５μｍのフォトレジスト層を形成した後、露光および現像を行い直径３００μｍの円形ドットパターンを形成した。

次に、図１（ａ）に示すようにレジストパターンを１５０℃でリフローすることにより、高さ３５μｍの円弧状のエッチングマスク１２を形成した。続いて、このエッチングマスク１２を用いてフロロカーボン系の混合ガスプラズマを用いたドライエッチング処理を施すことにより、円錐状のシリコンから成る針状体１３を形成した。この針状体１３の根元寸法は、２００μｍ、高さは５００μｍであった。

ここで、図１（ｃ）に示すように針状体１３の表面にＣＶＤ法を用いて厚さ１０μｍのTiNの薄膜１４を形成して針状体１５を製造した。

また、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、例えば図２および図３に示すように構成しても良く、同様の効果が期待される。

即ち、図２に示す実施の形態では、先ずシリコンでなる基板２１の一方面に未貫通の凹部２２が形成され（同図（ａ）参照）、この基板２１の他方面には、エッチングマスク２３が形成される（同図（ｂ）参照）。

ここで、前記凹部２２を形成する工程は、ウエットエッチング、ドライエッチング、レーザー加工、機械加工等の各種の公知技術を用いることができる。

前記エッチングマスク２３は、底面部の外形形状の一部または全部に円弧形状を含むこと、および周縁部から中央部へ連続的に厚みが増加するように形成される。このエッチングマスク２３を形成する工程においては、当該エッチングマスク２３と先に形成された凹部２２との位置合わせを適切に行うことが重要である。

前記エッチングマスク２３を用いてフロロカーボン系の混合ガスプラズマを用いたドライエッチング処理を施して、貫通孔２４を有するシリコンから成る針状体２５を形成する（図２（ｃ）参照）。

次に、前記針状体２５の表面には、薄膜２６が形成され、貫通孔２４を有する本発明の針状体２７が形成される。前記薄膜２６は、貫通孔２４内壁にも形成してかまわないが、その場合は当該薄膜２６の膜厚に応じて貫通孔２４の寸法が縮小することに注意する必要がある。

ここで、図２に示す実施の形態に関しては、製造具体例として、前記針状体２７を以下の如く製造して確認した。

先ず、図２（ａ）に示すように７２５μｍ厚の単結晶シリコンからなる基板２１にフォトリソグラフィー、およびフロロカーボン系の混合ガスプラズマを用いたドライエッチング処理を施すことにより、直径５０μｍ、深さ６００μｍの凹部２２を形成した。

次に、前記凹部２２が形成された面とは、反対の面の基板２１上に上述した図１に示す実施の形態と同様の処理を施した（図２（ｂ）（ｃ）参照）。この際、エッチングマスク２３は、前記凹部２２に対して３０μｍずらした位置に形成した。これにより、図２（ｄ）に示したように貫通孔２４を有する高さ５００μｍの針状体２７を製造した。

また、図３に示す実施の形態は、図２の実施の形態の基板２１に形成した貫通孔２４の配置に代えて同図（ａ）〜（ｄ）の如く貫通孔２４１、２４２，２４３あるいは未貫通の凹部２４４を設けて構成した。

即ち、図３（ａ）に示す実施の形態では、貫通孔２４１が薄膜２６の中腹を貫通させて形成され、図３（ｂ）に示す実施の形態では、貫通孔２４２が薄膜２６の頂点を貫通させて形成される。そして、図３（ｃ）に示す実施の形態では、薄膜２６の裾野を貫通させて形成され、図３（ｄ）に示す実施の形態では、薄膜２６の頂点近傍に未貫通の凹部２４４が形成される。

また、この図２及び図３に示す実施の形態における貫通孔２４，２４１，２４２，２４３および凹部２４４の配置位置としては、図２および図３に示す配置位置に制約を受けることなく、配置可能である。

さらに、図２、図３（ａ）〜（ｃ）に示す貫通孔２４，２４１，２４２，２４３においても、貫通させることなく、未貫通の凹部として設けるように構成しても良い。

本発明は、上記各実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより、種々の発明が抽出され得る。

例えば実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１１、２１ … 基板
１２、２３ … エッチングマスク
１３、２５ … シリコンから成る針状体
１４、２６ … 薄膜
１５、２７ … 針状体
２２ … 未貫通孔
２４、２４１、２４２、２４３ … 貫通孔
２４４ … 凹部

Claims (4)

1. シリコンからなる基板上の少なくとも一部に薄膜を形成したことを特徴とする針状体の構造。
2. 前記基板の薄膜には、板面を貫通する孔あるいは凹部のいずれか一方が設けられることを特徴とする請求項１記載の針状体の構造。
3. 前記薄膜は、生体適合性を有する材料であることを特徴とする請求項１又は２に記載の針状体の構造。
4. 前記薄膜は、Mg、Ti、Cr、Co、Zr、Nb、Mo、Ag、Ta、Ir、Pt、Auの中のいずれか一つの金属、またはこれらを含む合金、酸化物、窒化物のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の針状体の構造。

Images