JP2013252580A - Method for manufacturing microneedle structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、細長い貫通孔が形成されたマイクロニードルを有するマイクロニードル構造体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a microneedle structure having a microneedle having an elongated through hole.
医療の分野においては、皮膚上から薬剤を浸透させ体内に薬剤を投与する方法として、経皮吸収法が知られている。この方法は、皮膚や粘膜等の生体表面に液状あるいはゲル状の薬剤を塗布するもので、非侵襲的であり、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を可能にする。 In the medical field, a percutaneous absorption method is known as a method of infiltrating a drug from the skin and administering the drug into the body. This method applies a liquid or gel-like drug to the surface of a living body such as skin or mucous membrane, is non-invasive, and allows a drug to be easily administered without causing pain to the human body.
しかしながら、発汗や外部接触等によって塗布した薬剤が除去されやすい。また、投与期間が長期にわたる場合は、皮膚障害が発生する等、安全性の面でも問題が生じることがある。さらに、対象薬剤の分子量が大きい場合や、水溶性薬剤である場合などは、生体表面に塗布しても体内にはほとんど吸収されず、それらの薬剤の経皮的投与は困難であった。 However, the applied drug is easily removed by perspiration or external contact. In addition, if the administration period is long, problems such as skin disorders may occur in terms of safety. Furthermore, when the molecular weight of the target drug is large or when it is a water-soluble drug, it is hardly absorbed into the body even when applied to the surface of a living body, and it is difficult to administer these drugs transdermally.
そこで、これらの薬剤を効率よく体内に吸収させるために、ミクロンオーダーの多数のニードルを有するマイクロニードル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、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与することができる(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, in order to efficiently absorb these drugs into the body, a method of perforating the skin using a microneedle array having a large number of micron-order needles and administering the drug directly into the skin has attracted attention. According to this method, a drug can be easily administered subcutaneously without using a special device for medication (see, for example, Patent Document 1).
このマイクロニードルの形状は、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る。このため、ニードルの直径は数ミクロンから数百ミクロン、ニードルの長さは皮膚の最外層である角質層を貫通し、且つ神経層へ到達しない長さ、具体的には数十ミクロンから数百ミクロンであることが望ましいとされている。 The shape of the microneedle is required to have a sufficient fineness and a tip angle for piercing the skin, and a sufficient length for allowing the drug solution to penetrate subcutaneously. Therefore, the diameter of the needle is several microns to several hundred microns, and the length of the needle penetrates the stratum corneum, which is the outermost layer of the skin, and does not reach the nerve layer, specifically several tens of microns to several hundreds. It is considered desirable to be micron.
このような微細構造を低コスト、且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であり、マイクロニードル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)が高く、先端部の先鋭化が必要な構造体を形成するには、非常に複雑な製造工程を必要とする。 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 and the like is effective. However, in any method, in order to perform molding, a mold in which a desired shape is inverted is necessary, and an aspect ratio (height or depth ratio to the diameter of the structure) like a microneedle is required. However, in order to form a structure that requires a sharp tip, a very complicated manufacturing process is required.
マイクロニードルの製造方法としては、例えば、シリコンウェハ等の単結晶材料の結晶面方位ごとのエッチングレート差を利用した異方性ウェットエッチングを行うことにより、ニードルの先端の先鋭化を実現することが提案されている。しかし、先端部の先鋭化には、異方性ウェットエッチングの厳密な時間制御が必要となる。このように各工程に高度な加工技術が必要となる(例えば、特許文献2参照)。 As a microneedle manufacturing method, for example, the tip of the needle can be sharpened by performing anisotropic wet etching using an etching rate difference for each crystal plane orientation of a single crystal material such as a silicon wafer. Proposed. However, the sharpening of the tip requires strict time control of anisotropic wet etching. Thus, advanced processing techniques are required for each process (see, for example, Patent Document 2).
また、露光マスクを移動させながら、露光し、露光量を変化させてニードルの先端角を制御する方法(例えば、特許文献3参照)や、薬液を用いたウェットエッチングとプラズマエッチングを組み合わせた方法(例えば、特許文献4参照)等、様々な方法が提案されている。 In addition, exposure is performed while moving the exposure mask, and the tip angle of the needle is controlled by changing the exposure amount (see, for example, Patent Document 3), or a combination of wet etching and chemical etching using a chemical solution ( For example, various methods such as Patent Document 4) have been proposed.
また、マイクロニードルの製造方法として、レジストマスク下で等方性エッチングを行ってマイクロニードルの先端を形成した後、異方性エッチングをおこなって所望の高さのマイクロニードルを有するマイクロニードルパッチを形成する方法が開示されている(例えば、特許文献5参照)。 Also, as a microneedle manufacturing method, isotropic etching is performed under a resist mask to form the tip of the microneedle, and then anisotropic etching is performed to form a microneedle patch having a microneedle of a desired height. Is disclosed (see, for example, Patent Document 5).
しかしながら、上記の製造方法は、熱酸化膜の形成、レジスト塗布、フォトリソグラフィー法によるマスクパターン形成、等方性エッチング、異方性エッチング、側面堆積層の除去、および勾配エッチングと複雑な多数工程を必要とするため、コストと時間がかかるという問題を有する。 However, the manufacturing method described above involves the formation of a thermal oxide film, resist coating, mask pattern formation by photolithography, isotropic etching, anisotropic etching, removal of side-deposited layers, and gradient etching, and many complicated processes. This requires the problem of cost and time.
マイクロニードルは、真皮等の生体組織内に確実に到達させる必要があるため、特に高さについては均一に形成する必要があるため、上記方法によって精度よく形成することは困難である。 Since the microneedles need to surely reach a living tissue such as the dermis, and particularly need to be formed uniformly with respect to the height, it is difficult to accurately form the microneedles by the above method.
上記のように、従来のマイクロニードルの製造方法では、高アスペクト比であることに加え、先端の先鋭化が必要であるという、マイクロニードルの構造上の要求を満たすため、一般的にはあまり用いられない特殊な露光装置、高精度の機械加工技術、または複雑な製造工程が必要となる場合が多く、また、エッチングが進むことにより脱落したマスクが周辺を汚すという問題を有する。 As described above, in order to meet the structural requirements of microneedles that a conventional microneedle manufacturing method requires a sharp tip in addition to a high aspect ratio, it is generally used less frequently. In many cases, a special exposure apparatus that cannot be used, a high-precision machining technique, or a complicated manufacturing process is required, and there is a problem that a mask that has dropped off due to progress of etching contaminates the periphery.
また、マイクロニードルの使用目的によっては、単純な突起形状ではなく、中央に孔の開いた、注射針のような形状が望ましい場合がある。マイクロニードルにおいて、この様な形状を得るためには、先端が先鋭でテーパーのついたニードル構造と、垂直で深い中央の孔を同時に形成することは困難であり、重ね合わせプロセスを用いて製造する手法が一般的である。 Further, depending on the purpose of use of the microneedle, there may be a case where a shape like an injection needle having a hole in the center is desirable instead of a simple protrusion shape. In order to obtain such a shape in a microneedle, it is difficult to simultaneously form a needle structure with a sharp tip and a tapered tip and a vertical and deep central hole. The method is common.
なぜなら、製造過程において、針構造部は基板の途中までエッチングすれば良いのに対し、中央孔部は基板全体を貫通させるエッチングを実施する必要があり、各々に必要な深さが異なるためである。ドライエッチング工程では、基板の面内でエッチング深さを意図的に変えることは容易でないため、結果として針構造部と中央孔部をドライエッチングで一括的に製造することは困難となり、リソグラフィーとドライエッチングを2回ずつ実施する必要が生じてくる。 This is because, in the manufacturing process, the needle structure portion may be etched halfway through the substrate, whereas the central hole portion needs to be etched through the entire substrate, and the depth required for each differs. . In the dry etching process, it is not easy to intentionally change the etching depth in the plane of the substrate. As a result, it becomes difficult to collectively manufacture the needle structure portion and the central hole portion by dry etching. It becomes necessary to perform etching twice.
しかし、多数のマイクロニードルを一括で形成する目的で、レジストを利用したリソグラフィーを行う場合、マイクロニードルのような高アスペクトの構造体には適用が難しいと言う問題がある。さらに、全てのニードル構造体に対して、中央の孔の位置を正確に合わせて形成する必要があり、それらの位置合わせに細心の注意を要する。 However, when lithography using a resist is performed for the purpose of forming a large number of microneedles at once, there is a problem that it is difficult to apply to a high aspect structure such as a microneedle. Furthermore, it is necessary to form the central hole with a precise alignment for all needle structures, and careful attention is required for their alignment.
また、仮に前記位置合わせが誤差なく正確に可能だとしても、マイクロニードル構造のように、中央の孔部と周辺のテーパー部が共に数百ミクロンといった深い構造を持つ場合には、中央の孔部又は周辺のテーパー部どちらか一方を形成した後、他方を形成するためのリソグラフィーに用いるレジストを、均一に塗布することが極めて困難となるという問題がある。 Also, even if the alignment can be performed accurately without error, if the central hole and the peripheral taper are both deep structures such as several hundred microns as in the microneedle structure, the central hole Alternatively, after either one of the peripheral tapered portions is formed, there is a problem that it is extremely difficult to uniformly apply a resist used for lithography for forming the other.
一方、中央の孔部を裏面より形成し、その後、表面から周辺テーパー部を形成する工程も考えられる。この工程によれば、レジストの均一塗布が困難な問題は解消されるが、表裏両面からの位置合わせが必要となる。一般的にこの様な両面合わせの露光装置では、片面合わせの露光装置に対して位置合わせ精度が低下する上に、裏面から開ける中央の孔が正確に垂直にエッチングされていない場合には、表裏の位置合わせを正確に行ったとしても、結果として形成されるマイクロニードル構造体の中央に貫通孔を開けることが不可能となる。 On the other hand, a process of forming a central hole portion from the back surface and then forming a peripheral tapered portion from the front surface is also conceivable. According to this process, the problem that it is difficult to uniformly apply the resist is solved, but alignment from both the front and back sides is required. In general, in such a double-sided aligner, the alignment accuracy is lower than that of a single-sided aligner, and when the central hole opened from the back side is not etched vertically correctly, Even if the positioning is accurately performed, it is impossible to make a through hole in the center of the resulting microneedle structure.
また、仮に、これらの問題を全て回避できたとしても、中央に貫通孔を有するマイクロニードルを製造するのは、やはり容易でない。 Even if all these problems can be avoided, it is still not easy to manufacture a microneedle having a through hole in the center.
その理由は、一般的なマイクロニードルの直径が、大きくてもせいぜい100〜200ミクロン程度であるから、中央に貫通孔を設ける場合、空間的な制約や強度面の問題を考慮すると、その直径は数ミクロン〜数十ミクロンとなる。このような細い孔を、マイクロニードルの一般的な高さである数百ミクロン程度の長さで貫通させる加工を施すことは、容易ではない。 The reason for this is that the diameter of a general microneedle is at most about 100 to 200 microns at most. Therefore, when a through hole is provided in the center, the diameter of the microneedle is determined in consideration of space constraints and strength problems. Several microns to several tens of microns. It is not easy to process such a fine hole to penetrate through a length of about several hundred microns, which is a general height of a microneedle.
以上のように、従来の製造方法では、第1の問題として、貫通孔の形成に当たって、その位置を正確にマイクロニードルの中心に位置合わせする必要が有るために、位置合わせが面倒であるという不都合を有する。第2の問題として、中央の貫通孔をエッチングや機械加工で除去的に加工する場合、細くて長い孔を形成するのが困難であるという不都合を有する。 As described above, in the conventional manufacturing method, as a first problem, it is necessary to accurately align the position of the through hole with the center of the microneedle. Have As a second problem, when the central through hole is removed by etching or machining, it is difficult to form a thin and long hole.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、高精度な細長い貫通孔を有するマイクロニードルを、簡便にして容易に製造し得るようにしたマイクロニードル構造体の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a manufacturing method of a microneedle structure that can easily and easily manufacture a microneedle having a highly accurate elongated through hole. Objective.
本発明は、中空状の貫通孔にメッキを施してマイクロニードルを形成することにより、簡便にして、容易に高精度な細長い貫通孔を有するマイクロニードルを形成し得るようにしたマイクロニールド構造体の製造方法を特徴とする。 The present invention relates to a microneed structure that can easily and easily form a microneedle having an elongated through-hole by simply plating a hollow through-hole to form a microneedle. The manufacturing method is characterized.
即ち、本発明マイクロニードル構造体の製造方法は、基板に貫通孔を形成する第一の工程と、前記貫通孔の少なくとも内壁に、金属メッキを施す第二の工程と、前記金属メッキを施した貫通孔の先端部を削り落として針先形状に形成する第三の工程と、前記貫通孔の周囲の基板部分を溶解除去して針先形状のマイクロニードルを形成する第四の工程とを備えて構成される。 That is, the method for manufacturing a microneedle structure according to the present invention includes a first step of forming a through hole in a substrate, a second step of applying metal plating to at least an inner wall of the through hole, and applying the metal plating. A third step of scraping off the tip of the through hole to form a needle tip; and a fourth step of dissolving and removing the substrate portion around the through hole to form a needle tip shaped microneedle. Configured.
本発明によれば、位置合わせが必要なくなるため、位置合わせ誤差による精度の劣化が防止され、簡便にして容易に細長い貫通孔を有するマイクロニードルを形成し得るマイクロニードル構造体の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a method for manufacturing a microneedle structure that can easily form a microneedle having an elongated through-hole easily and easily because deterioration in accuracy due to an alignment error is prevented because alignment is not required. be able to.
以下、本発明の実施の形態に係るマイクロニードル構造体の製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing a microneedle structure according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施の形態に係るマイクロニードル構造体の製造方法を示すもので、基板101には、後述するように第一の工程において中空マイクロニードルと称するマイクロニードルを形成する箇所に対応して複数の例えば垂直状貫通孔104を設ける(図1(a)(b)参照)。この貫通孔104は、マイクロニードル中央の貫通孔そのものではなく、マイクロニードルの外形を成型する際の型となるものである。このため、この貫通孔104の開口幅は、概ね数百ミクロン程度となり、極端に細い孔を開ける必要は無い。このため、詳細を後述する貫通孔104を設ける工程は、それほど困難なものではない。
FIG. 1 shows a method for manufacturing a microneedle structure according to an embodiment of the present invention. In a
基板101の材料は、ウェットエッチング、プラズマエッチング、ブラスト処理等で加工可能なものであれば良い。代表的な例としてシリコンが挙げられるが、本実施形態の加工が可能であれば、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料や、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリル樹脂等の合成樹脂を用いても構わない。
The material of the
前記貫通孔104を設ける方法としては、各種の機械加工やレーザー加工、反応性イオンエッチング、収束イオンビーム加工など、種々の除去的な加工法を用いる事ができる。また、この後の工程上差し支えなければ、パンチングや型抜き、インプリントなどの手法を用いても良い。ここでは、用いる基板101に対して所望の開口径と深さを有する貫通孔104を、単独あるいは複数形成することのみが重要であり、形成方法について限定するものではない。
As a method of providing the through-
貫通孔104の形成に当たっては、1工程で基板101の表面から裏面まで貫通させることが、効率面から見て最も望ましいが、必ずしもそのような工程には限定されるものではない。例えば、厚さ1.2mmの基板101を用い、表面から深さ1mmまで孔を形成した後、裏面から0.2mm以上基板101を研磨して薄くし、裏面からも孔を開口させることで、貫通孔104を形成しても良い。
In forming the through
貫通孔104の形状については、図2(a)に示す円形状とするのが典型的だが、図2(b)に示す楕円形状や多角形状、例えば図2(c)に示す四辺形状、図2(d)に示す三角形状等が可能である。但し、頂点を持つ多角形の場合は、頂点部にRを持たせた形状にするのが望ましい。これは、頂点部のRが極端に小さい孔加工が事実上不可能であることに加え、後述するメッキ工程でも不良が生じやすくなるためである。このため、貫通孔104の形状は、円又は楕円が好適である。
The shape of the through-
ここで、反応性イオンエッチングにより貫通孔104を設ける場合は、まず、基板101上に、個々のマイクロニードルの形状及び幅に対応する孔パターン103を有するエッチングマスク層102を形成する(図1a参照)。エッチングマスクとしては、レジストを用いてもよいし、金属膜に開口パターンを設けたハードマスクを用いてもよいし、CVD(Chemical Vapor Deposition)またはPVD(Physical Vapor Deposition)により直接基板101上に形成した金属膜、有機金属膜、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜を用いてもよいし、基板101がシリコンであれば熱酸化によるシリコン酸化膜を用いてもよい。
Here, when providing the through-
複数のマイクロニードルをアレイ状に形成したマイクロニールド構造体を製造する場合、形成するエッチングマスクのパターンレイアウトを適切に設計し、任意の本数のマイクロニードルが、任意の間隔で並べて形成することが可能である。 When manufacturing a microneed structure in which a plurality of microneedles are formed in an array, the pattern layout of the etching mask to be formed can be appropriately designed, and any number of microneedles can be formed side by side at any interval. Is possible.
エッチングマスク層102の孔パターン103から露出した基板を、反応性イオンエッチングによりエッチングすることにより、貫通孔104を形成する。その後エッチングマスク層102を除去することで、図1bに示す貫通孔104が形成された基板101を得る。
The through
次に、第二の工程(表面メッキ工程)に移行して、貫通孔104の内壁を含む基板101の表面に金属メッキを施し、図1(c)に示すように金属層105を形成する。この第二の工程により、後のマイクロニードルの基本的な構造となる、円筒形状の金属構造107が形成される。
Next, the process proceeds to the second step (surface plating step), and the surface of the
)。なお、円筒形状の金属構造107の内部には、同時に細孔106が形成される。
). Note that pores 106 are simultaneously formed inside the
この技術は、プリント基板などの製造で用いられるスルーホールメッキと呼ばれる技術とよく似ている。このようなメッキを行う場合、一般的には最初に、無電解メッキによって薄い金属層を形成し、次にこの薄い金属層を導電層として電流を流して、電解メッキを行う。これは、深い孔の内側に均一な導電膜を形成する手法としては、スパッタや蒸着等の物理的な製膜法では不適であるのに対し、無電解メッキでは孔の内側への均一な成膜が期待できるからである。しかし、もしスパッタや蒸着などの手法によって、孔の内側に導電層を形成することが可能であれば、それらの手法を用いても良く、導電層の形成方法については限定するものでない。 This technique is very similar to a technique called through-hole plating used in the manufacture of printed circuit boards and the like. In the case of performing such plating, generally, a thin metal layer is first formed by electroless plating, and then, the thin metal layer is used as a conductive layer and an electric current is applied to perform electrolytic plating. This is not suitable as a method for forming a uniform conductive film inside a deep hole, but by physical deposition such as sputtering or vapor deposition, while in electroless plating, a uniform film is formed on the inside of the hole. This is because a film can be expected. However, if a conductive layer can be formed inside the hole by a technique such as sputtering or vapor deposition, these techniques may be used, and the method for forming the conductive layer is not limited.
例えば、基板101自体が導電性で、電解メッキを行うための電流を、基板101を通して流すことが可能ならば、上述の薄い金属層105を形成する必要は無い。そこで、本発明の説明においては、導電層となる薄い金属層105を形成する工程と、引き続き行われる電解メッキを合わせて、表面メッキ工程と称する事にする。
For example, if the
一般的なスルーホールメッキで用いられる金属は、銅やその合金の場合が多いが、表面メッキ工程の材料として銅やその合金を用いても構わない。一方、その他の材料の例としては、ニッケルやその合金が挙げられる。ニッケルやその合金は、微細な金型のメッキに用いられることが多く、機械的強度が銅に比べて高い事から、マイクロニードルの材料としてはニッケルの方が好適と考えられるが、金属層105の材料については特に限定しない。 The metal used in general through-hole plating is often copper or an alloy thereof, but copper or an alloy thereof may be used as a material for the surface plating process. On the other hand, examples of other materials include nickel and its alloys. Nickel and its alloys are often used for plating of fine molds and have higher mechanical strength than copper. Therefore, it is considered that nickel is preferable as a material for the microneedle. The material is not particularly limited.
この表面メッキ工程(第二の工程)では、貫通孔104の内部を完全に埋めるのではなく、中心部に細孔106を残す様にメッキを行う。これは、この細孔106が、最終的に形成されるマイクロニードルにおける貫通孔104となるためであり、完全に埋めてしまうとマイクロニードルとして機能しなくなってしまうので、特に注意を要する。
In this surface plating step (second step), plating is performed so that the inside of the through
この工程においては、貫通孔104の幅が、一般的なスルーホールメッキの場合と比べて狭い点に注意が必要である。一般的なスルーホールメッキで用いられる孔の寸法に対し、マイクロニードルの外形幅はやや狭い場合が多いと考えられる。このため、高速にメッキを行うと貫通孔104が全て埋まってしまう恐れがある。そのような事態が生じないように、メッキ条件などを厳密に制御する必要が有る。
In this step, it should be noted that the width of the through
以上の様に、表面メッキ工程(第二の工程)によって、マイクロニードルにおける針構造の基本となる円筒形状の金属構造107が形成されることになる。細孔106の位置は、位置合わせをしなくても円筒形状の金属構造107のほぼ中心に配置されることになるので、両者の位置ズレの問題は基本的に生じない。
As described above, the
また、この工程によって形成される細孔106の孔径は、元の貫通孔104の孔径と比べて小さくなることは明らかである。一方、細孔106の高さは、貫通孔104の高さとほぼ同じであるから、細孔106の(高さ/孔径)で求められるアスペクト比は、貫通孔104のそれより大きくなる。前述したように、このアスペクト比の大きい細孔を、ドライエッチングや機械加工のような除去加工で形成するのは容易ではない。このため、例えばドライエッチングで形成可能な細孔のアスペクト比を10と仮定し、1mmの高さのマイクロニードルを形成する場合を考えると、貫通孔104を前記のような除去加工で形成すると、孔径は最低でも100ミクロンまでにしか小さく出来ないことになる。
Further, it is clear that the pore diameter of the
これに対し、本発明の製造方法によれば、同じく1mmの高さのマイクロニードルを形成する場合を考えると、貫通孔104の孔径を100ミクロンまで小さく出来る事になる。この貫通孔104に、例えば厚さ30ミクロンの表面メッキを施したとすると、細孔106の径は40ミクロンとなり、アスペクト比が25の細孔を形成できることになる。このように、本発明の製造方法によれば、従来の方法では達成できないアスペクト比の貫通孔を有するマイクロニードルを形成することが可能になるのである。
On the other hand, according to the manufacturing method of the present invention, considering the case of forming a microneedle having a height of 1 mm, the hole diameter of the through
以上の工程で、マイクロニードル構造の基礎部が形成されたので、引き続き針先部を成形する加工を行う。この加工工程(第三の工程)としては、切削や研削などの機械加工が好適であるが、所望の形状の加工が可能であれば、加工方法自体は限定しない。ここでは一例として、ダイシングソーを用いた研削加工の場合を説明する
先ず、基板101の裏面をワックス109で被覆し、同時にダミー基板108に固定する(図1(d)参照)。この時、細孔106にもワックス109が充填されるように、ワックス109の種類や量、貼り付け温度等を調整する。これは、次に行う研削加工時に、円筒形状の金属構造107が塑性変形して、細孔106が塞がれるのを防ぐ役割を果たす。もし、この工程時、そのような問題が生じる虞れが無ければ、この調整は省略しても構わない。
With the above steps, the basic portion of the microneedle structure has been formed, so that the processing for subsequently forming the needle tip portion is performed. As this processing step (third step), machining such as cutting and grinding is suitable, but the processing method itself is not limited as long as processing of a desired shape is possible. Here, as an example, the case of grinding using a dicing saw will be described. First, the back surface of the
次に、細孔106の位置に合わせて、ダイシングソー等を用いて図1(e)に示すように研削加工を行う。この時、用いるダイシングブレードの先端110は通常とは異なり、V型又は斜めの刃先形状を有するものを用いるのが望ましい。これは、円筒形状の金属構造107を斜めに削り落とすことで、鋭利な針先を形成するためである。V型のダイシングブレードを用いる場合は、その刃先の片方の辺で、円筒形状の金属構造107を削るように位置を合わせて加工すればよい。
Next, in accordance with the position of the
円筒形状の金属構造107が非常に細い場合は、図1(e)に示すように斜めに研削せず、ほぼ水平に研削しても穿刺性が得られる可能性が有る。そのような場合は、必ずしも斜めに研削する必要は無いが、より穿刺性を高めるには、一般的には斜めに研削するのが望ましい。
When the
この工程によって斜めに加工されたマイクロニードルの形状例としては、例えば図2(a)〜(d)に示すように円形状、楕円形状、四辺形状、三角形状等に形成され、その先端部が斜めにカットされた先端形状に形成される。これにより、一般的な注射針と同様の高い穿刺性が得られる。 As an example of the shape of the microneedle processed obliquely by this process, for example, as shown in FIGS. 2A to 2D, it is formed in a circular shape, an elliptical shape, a quadrilateral shape, a triangular shape, etc. It is formed in a tip shape that is cut obliquely. Thereby, the same high puncture property as a general injection needle is obtained.
一般的な注射針では、カット面の角度は20°以下として、鋭利にすることで穿刺性を高めている。マイクロニードルにおいても、同等のカット面で成形することは不可能では無いが、実用上で問題が生じることも考えられる。なぜなら、図2(a)から明らかなように、針先を斜めにカットした場合、針の最先端部に対して、中空孔の開口高さが下がることになる。これは、中空孔から薬液を注入するという、マイクロニードルの使用目的を考えると、実質的な針の長さが短くなることを意味する。この中空孔の開口位置低下は、カット面の角度を小さくするほど顕著になる。 In a general injection needle, the angle of the cut surface is set to 20 ° or less, and the puncture property is enhanced by making it sharp. Even with a microneedle, although it is not impossible to mold with an equivalent cut surface, there may be problems in practical use. This is because, as is apparent from FIG. 2 (a), when the needle tip is cut obliquely, the opening height of the hollow hole is lowered with respect to the most distal end portion of the needle. This means that the length of the substantial needle is shortened in consideration of the intended use of the microneedle, in which the chemical solution is injected from the hollow hole. The decrease in the opening position of the hollow hole becomes more remarkable as the angle of the cut surface is reduced.
マイクロニードルの目的の一つは、針を小さくする、つまり高さを低く、且つ細く製作することにより、皮膚に穿刺した時の痛みを低減することに有る。このため、針高さはそれほど高くなく、数百ミクロン程度のものが一般的である。このようなニードルで、カット面の角度を非常に小さくすると、中空孔の開口高さ低下が無視できなくなるので、カット面の角度はある程度大きくせざるを得ない、という状況は十分考え得るものである。 One of the purposes of the microneedle is to reduce pain when the skin is punctured by making the needle small, that is, making the height low and making it thin. For this reason, the needle height is not so high, and is generally about several hundred microns. With such a needle, if the angle of the cut surface is made very small, the decrease in the opening height of the hollow hole cannot be ignored, so the situation where the angle of the cut surface has to be increased to some extent is fully conceivable. is there.
そもそも、マイクロニードルは、通常の注射針に比べて外形が細いので、余りカット面の角度を小さくしなくても、十分な穿刺性が得られる可能性が高い。このため、カット面の角度は、中空孔の開口位置と穿刺性を考慮して、使用目的に応じて決めれば良い。勿論、このような斜めカットによる中空孔の開口高さ低下が問題にならないような使用目的・形状の場合は、カット面の角度を小さくしても構わない。 In the first place, since the outer shape of the microneedle is thinner than that of a normal injection needle, there is a high possibility that sufficient puncture properties can be obtained without reducing the angle of the cut surface. For this reason, the angle of the cut surface may be determined according to the purpose of use in consideration of the opening position of the hollow hole and the puncture property. Of course, the angle of the cut surface may be reduced in the case of a purpose of use and shape in which a decrease in the opening height of the hollow hole due to such an oblique cut does not become a problem.
なお、斜めカットだけでは、十分な穿刺性が得られない場合は、図2(b)に示したように、マイクロニードル202の水平断面212を、中空の楕円形とすることも考えられる。楕円の長手方向を斜めにカットすることで、図2(a)の水平断面211に比べて、切断面がより細長い楕円形となるため、より鋭利な針先を形成し、穿刺性の向上が期待される。
In addition, when sufficient puncture property is not obtained only by oblique cutting, it is also conceivable that the
また、設計上、製造上、あるいは使用上優位な点が有るなら、図2(c)、(d)に示すように、マイクロニードル203、204の水平断面213、214を四辺形、三角形状として製作しても構わない。本発明では、マイクロニードルの水平断面形状については限定しない。
If there is an advantage in design, manufacture, or use, as shown in FIGS. 2C and 2D, the
このようにして、針先形状の加工が完了した後、ワックス109を除去してダミー基板108から剥離した後、除去工程(第四の工程)に移行して基板101を溶解除去し、更に残った金属層105の不要部分を取り除くことで、中空のマイクロニードル111がアレイ状に複数配置された構造が得られる(図1(f)参照)。
In this way, after the processing of the needle tip shape is completed, the
この基板101の除去方法は、ウェット処理による溶解が好適であり、例えば基板101がシリコンで、金属層105がニッケルの場合は、水酸化カリウム水溶液など、強アルカリ水溶液を用いて、シリコンのみを選択的に溶解することが出来る。金属層105に対して、基板101が選択的に溶解除去可能であれば、別の手段を用いても構わず、また、機械的に捲って剥離する溶射手法をとっても良く、その手段は限定されない。
The
上記実施の形態では、貫通孔104の側壁を垂直として説明してきたが、これに限ることなく、その他、図3に示すように貫通孔104の側壁が傾斜させて構成することも可能で、同様の効果が記載される。
In the above embodiment, the side wall of the through-
即ち、この実施の形態では、垂直状の前記貫通孔104の代わりに、上方に狭まって傾斜された順テーパー形状(先端が細く、根元が広くなった形状)に貫通孔304を基板301に形成するように構成したものである。この場合も、貫通孔304の形成方法は限定するものでなく、その形状の上方に広くなるように傾斜された逆テーパー形状に形成したり、曲線状に傾斜させるよう構成しても、同様の効果が期待される。
That is, in this embodiment, instead of the vertical through-
この実施の形態の場合は、同様の工程により、先ず、図3(a)に示すように貫通孔304を形成して、図3(b)に示すようにマイクロニードル311、及び細孔306が形成される。
In the case of this embodiment, first, through
この実施の形態の利点として、細孔306の内部に薬液を流すときの注入抵抗を低く出来ることが挙げられる。図1に示す垂直側壁のマイクロニードル111では、細孔106を通して薬液を注入する際に、細孔106の内径が非常に狭いため、薬液の性質によっては、注入抵抗が非常に高くなる場合が考えられる。これに対し、図3に示す順テーパー側壁のマイクロニードル311では、注入経路が段階的に細くなるので、垂直な側壁と比べ、最も細い部分の内径が同じであれば、注入抵抗を下げることが出来る。
An advantage of this embodiment is that the injection resistance when the chemical solution is allowed to flow inside the
このため、高粘度の薬液を使う場合など、注入抵抗を下げる必要が有る場合は、特に、図3に示すマイクロニードル311が望ましい。一方、順テーパー形状のマイクロニードル311は、先端を垂直側壁のマイクロニードル111と同じ太さにした場合、穿刺性の面で劣るのは明らかである。特に、ニードルアレイの構造として、各々のニードルのピッチを狭めた時には、この穿刺性低下の影響が顕著になるので、より不利となる。このため、穿刺性を重視する場合には、図1に示す垂直側壁のマイクロニードル111の方が望ましいと考えられる。
For this reason, the
また、図3(a)の実施の形態では、貫通孔304の側壁形状を逆テーパーとしているが、エッチング等で貫通孔304を形成する場合は、必ずしも逆テーパーでなく、順テーパー形状であっても構わない。なぜなら、貫通孔304を形成した段階で順テーパーの側壁形状であった場合は、基板301の上下を入れ替えるように向きを変えてから、以降のプロセスを実施すれば、製造されるマイクロニードルの形状は311と同じ順テーパー形状になるからである。
In the embodiment of FIG. 3A, the side wall shape of the through-
なお、上記各実施の形態では、複数のマイクロニードル111,311をアレイ状に配置したマイクロニードル構造体について説明したが、これに限ることなく、例えばマイクロニードル111,311を単独で配置するマイクロニードル構造体においても適用可能で、同様の効果が期待される。
In each of the above embodiments, the microneedle structure in which a plurality of
以下、本発明の実施の形態に基づく具体的な実施例について説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, specific examples based on the embodiment of the present invention will be described. In addition, this invention is not limited to this Example.
本実施例では、円筒形の先端を斜め45°に削り落とした形状のマイクロニードルの製作例を、図1に示す手順に則って説明する。 In this embodiment, a manufacturing example of a microneedle having a shape in which a cylindrical tip is scraped off at an angle of 45 ° will be described in accordance with the procedure shown in FIG.
基板101として、直径200mmの片面研磨シリコンウェハを用意した。このシリコンウェハの厚みは、725ミクロンである。シリコン製基板101の表面上に、スピンコート法によって、厚さ50ミクロンのレジスト膜102を塗布した。使用したレジストは、東京応化社のネガ型フォトレジストPMER−N CA3000である。更に、フォトマスクとコンタクトアライナーを用いて、直径100ミクロンの孔パターン103を多数形成した。孔パターン103の配置は、500ミクロンピッチ正方配列で、10行×10列、合計100個の孔を配列したチップを、20mm間隔で基板101内に規則的に設けた。
As the
次に、この孔パターン103をエッチングマスク層102でマスクして、フッ素系ガスを用いたICP−RIE(Inductively Coupled Plasma − Reactive Ion Etching:誘導結合型プラズマ−反応性イオンエッチング)により、基板裏面まで達する貫通孔104を形成した。更に、残ったレジスト及び反応残渣などを、有機溶剤、酸溶液、アルカリ溶液などを用いて除去し、シリコン基板101を洗浄した。
Next, the
続いて、貫通孔104が形成されたシリコン製基板101に対し、ニッケルの無電解メッキを施した後、硫酸ニッケルを主成分とする水溶液中で電解メッキを行い、シリコン製基板101の表面、及び貫通孔104の内面に、厚さ30ミクロンのニッケル製金属層105を得た。この工程により、貫通孔104の内側に、円筒形状のニッケル製金属構造107が形成された。この時、細孔106の直径は、40ミクロンとなっている。
Subsequently, after the electroless plating of nickel is performed on the
次に、別のシリコン製ダミー基板108をホットプレート上で加熱し、その表面に仮固定用の固形ワックス109を溶かした後、シリコン製基板101を貼り付けた。この時、溶けたワックス109が細孔106を充填している事を目視で確認した。
Next, another
そして、刃先形状が斜め45°にカットされたダイヤモンドブレードを用いて、円筒形状のニッケル製金属構造107の先端部に、斜め研削加工を施した。
The tip of the cylindrical
この研削加工では、ホットプレート上でワックス109を溶かし、シリコン製ダミー基板108からシリコン製基板101を剥がした後、有機溶剤で洗浄した。更に、90℃に加熱した水酸化カリウム40wt%水溶液中にシリコン基板101を浸漬して、シリコン部を溶解することで、最終的にアレイ状に配置されたニッケル製の複数のマイクロニードル111を得た。
In this grinding process,
本発明は、上記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。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention at the stage of implementation. Furthermore, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements.
例えば実施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。 For example, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements shown in the embodiment, the problems described in the column of problems to be solved by the invention can be solved, and the effects described in the effects of the invention can be obtained. In some cases, a configuration from which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
本発明によれば、位置合わせが必要なくなるため、位置合わせ誤差による精度の劣化が防止され、簡便にして、容易に高精度な細長い貫通孔を有するマイクロニードルを形成し得るマイクロニードル構造体の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, since alignment is not necessary, deterioration of accuracy due to alignment error is prevented, and manufacturing of a microneedle structure that can easily and easily form a microneedle having a highly accurate elongated through-hole is easy. A method can be provided.
101,301 … 基板
102 … エッチングマスク層
103 … 孔パターン
104 … 貫通孔
105 … 金属層
106 … 細孔
107 … 円筒形状の金属構造
108 … ダミー基板
109 … ワックス
110 … ダイシングブレードの先端
111 … マイクロニードル
201,202,203,204 … マイクロニードル
211,212,213,214 … 水平断面
304 … 貫通孔
306 … 細孔
311 … マイクロニードル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101,301 ... Board |
Claims (5)
前記貫通孔の少なくとも内壁に、金属メッキを施す第二の工程と、
前記金属メッキを施した貫通孔の先端部を削り落として針先形状に形成する第三の工程と、
前記貫通孔の周囲の基板部分を溶解除去して針先形状のマイクロニードルを形成する第四の工程と、
を具備することを特徴とするマイクロニードル構造体の製造方法。 A first step of forming a through hole in the substrate;
A second step of applying metal plating to at least the inner wall of the through hole;
A third step of scraping off the tip of the through hole subjected to metal plating to form a needle tip;
A fourth step of dissolving and removing the substrate portion around the through hole to form a needle-shaped microneedle;
A method for producing a microneedle structure, comprising:
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-
2012
- 2012-06-05 JP JP2012128288A patent/JP2013252580A/en active Pending
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