JP2016112169A - マイクロニードルアレイ製造装置及びマイクロニードルアレイの製造方法並びにマイクロニードルアレイを有する製品 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の一見地に係るマイクロニードルアレイ製造装置は、型に形成されている複数の凹部にマイクロニードルを形成するための原料液を充填して、複数のマイクロニードルからなるマイクロニードルアレイを成形するためのマイクロニードルアレイ製造装置であって、各凹部に対して当該凹部の容積以下の所定量ずつ原料液の液滴を吐出可能な液滴吐出装置と、液滴吐出装置から各凹部の中に液滴を着弾させられるように、液滴吐出装置と型との相対的な位置を合わせることが可能な位置合せ装置とを備える。
また、液滴吐出装置は、1回に吐出する1つの液滴の液量が各凹部の容積の3分の1以下であり、液滴吐出装置と位置合せ装置は、3滴以上の液滴が凹部内の異なる位置に着弾するように位置合せを行なう構成とされてもよい。
また、液滴吐出装置と位置合せ装置は、型の第1領域にある凹部の中に原料液を第1の量だけ充填し、型の第2領域にある凹部の中に原料液を第2の量だけ充填することができるように構成されてもよい。
また、マイクロニードルアレイの製造方法は、第3原料液で表面の少なくとも一部が覆われている多孔質ベース部材を、型の第1凹部が形成されている面の上に重ね合わせて、第3原料液を乾燥させることによって多孔質ベース部材の上に第1原料液が乾燥して成形された部分を含むマイクロニードルを固着させる固着工程をさらに備える構成とされてもよい。
以下、本発明の第1実施形態に係るマイクロニードルアレイ製造装置及びマイクロニードルアレイの製造方法並びに製造されたマイクロニードルアレイを有する製品について図面を用いて説明する。
(1)マイクロニードルアレイ製造装置の概要
図1は、マイクロニードルアレイ製造装置の概要を示す模式的な斜視図である。図1に示されているように、マイクロニードルアレイ製造装置1は、液滴吐出装置10と位置合せ装置20とを備えている。位置合せ装置20は、XYZステージ21とCCDカメラ22とアライメントモニタ23を備えている。液滴吐出装置10には、図1に示されている液滴を吐出するためのノズル11aと、ノズル11aに供給される原料液が入れられているカートリッジ13aが設けられている。なお、図1には示されていないが、液滴吐出装置10は、図10に示されている他のノズル11b及び他のカートリッジ13bも有している。
マイクロニードルアレイ製造装置1を使って製造されるマイクロニードルアレイを有する製品について説明する。マイクロニードルアレイ製造装置1によって形成されるのは、図3に示されている複数のマイクロニードル103からなるマイクロニードルアレイ110である。
マイクロニードル103の大きさは、例えば、高さが10μmから1mmで、底面の最大幅が10μmから1mmで、アスペクト比が0.5から4の範囲で設定される。
また、互いに隣接するマイクロニードル103の間隔d1(表面102において最も近接する箇所の距離)は、例えば、10μmから2mmの範囲で設定される。マイクロニードルアレイ110を構成するマイクロニードル103の密度でいえば、例えば1平方センチメートル当たりのおよその本数が数本から105本程度の範囲で設定される。このようなマイクロニードルアレイ110を製造するために、マイクロニードルアレイ製造装置1は、マイクロニードル103の間隔d1以下の移動距離を繰り返すことができるように構成されている。また、マイクロニードルアレイ製造装置1の移動距離の誤差は、マイクロニードル103の底面の最大幅よりも小さくなるように設定されている。
この板状のベース部材101は、通気性の良いベース部材であり、例えば多孔質ベース部材である。多孔質ベース部材としては、例えば、酢酸セルロースを主成分とする多孔質ベース部材、多孔質セラミックベース部材、多孔質金属ベース部材、パルプを板状に成形されてなるパルプ成形品又は多孔質樹脂ベース部材を用いることができる。
図4には、図3の一部領域EA1が拡大して示されている。マイクロニードル103は、先端の頂部層104とそれに続く底部層105とからなる2層構造を有している。これら頂部層104と底部層105は、互いに組成物が異なっている。
以下の説明で、原料液の成分というときには、必ずしもその成分が原料液に溶解している必要は無く、例えば原料液が懸濁液であるときにその懸濁液の成分が例えばマイクロカプセル又はリポソームである場合も含まれる。
図5に示されている型80は、原料液におかされない衛生的な材料で形成されていればよいが、気体透過度が大きい材質であることが好ましい。例えばプラスチック、エラストマー、セラミック又は金属で形成できる。型80を形成する材料としては、シリコーンゴムが好ましい。また、型80を形成するプラスチックとしては、例えば、ポリメチルペンテン(TPX(登録商標))又はポリテトラフロロエチレンが好ましい。また、型80を形成する金属としては、気体を透過しないが錆び難いので、例えばステンレスが好ましい。型80の凹部81は、型80の表面82に沿った水平断面の形状が例えば円形、多角形又は楕円形である。そして、凹部81の内部空間は、例えば円錐状、角錐状、円柱状又は角柱状の空間である。
型80の表面82には、アライメントマーク83が形成されている。このアライメントマーク83は、マイクロニードルアレイ製造装置1のCCDカメラ22によって読み取られる。アライメントマーク83を基準として液滴吐出装置10から吐出された液滴が凹部81内に着弾するように制御されるので、アライメントマーク83を基準として各凹部81の位置が定まっている。なお、このアライメントマーク83は、衛生的なものであり、例えば表面82の凹凸で形成される。
シリコンーンゴムで形成される場合の型80の外寸は、例えば6mm×20mm×20mmであり、凹部81が形成される領域の大きさは、例えば15mm×15mmである。
マイクロニードル103の頂部層104を形成するための頂部層用原料液91(図7参照)は、例えば水もしくは水とアルコールの混合溶媒又は他の溶媒に固形の原材料を溶かし込んだ溶液、水もしくは水とアルコールの混合溶媒又は他の溶媒に固形の原材料を分散した懸濁液、又はそれらの混合液である。固形の原材料としては、人体に無害な高分子物質であり、例えば、人体に無害な樹脂、人体に無害な多糖類及び人体に無害なタンパク質並びにそれらに由来する人体に無害な化合物が含まれる。人体に導入するための化合物としては、例えば傷病の治療や診断や予防目的のために用いられる生物活性物質が挙げられる。
頂部層用原料液は、例えば水溶性の多糖類(その誘導体及びそれらの塩を含む)が溶かしこまれた溶媒に、疾病の診断、治療や予防のために投与される生物活性物質が添加されたものである。このような頂部層用原料液の溶媒が蒸発させられることにより、多糖類の基材中に生物活性物質が含まれた頂部層104が形成される。水溶性の多糖類(その誘導体及びそれらの塩を含む)としては、例えばコンドロイチン硫酸ナトリウム、ヒアルロン酸、デキストラン及びカルボキシメチルセルロースがある。また、このような生物活性物質としては、例えばインスリン及び成長ホルモンがある。
頂部層用原料液は、例えば、液滴吐出装置10から液滴として吐出されるが、液滴の量は、例えば0.1ナノリットル/滴から1マイクロリットル/滴の範囲で設定される。例えば、1本のマイクロニードル103を形成するための凹部81の容量が20ナノリットルとすると、1個の凹部81を20滴で充填するとすれば、1滴が1ナノリットルになる。このような微小な液滴で充填するためには粘度が低いことが好ましく、例えば、0.1mPa・secから100mPa・secの範囲、好ましくは1mPa・secから10mPa・secの範囲で設定される。
図6は、マイクロニードルアレイ製造装置1を用いた上述のマイクロニードルアレイを有する製品100の製造工程を説明するためのフローチャートである。マイクロニードルアレイを有する製品100の製造工程において、図6のステップS1からステップS5までの作業とステップS11からステップS15までの作業とは互いに独立に並行して実施することができる。ただし、2つの作業の流れにおいて、共通化できる作業は共通化されてもよい。また、各ステップにおけるマイクロニードルアレイ製造装置1の動作が制御装置30によって制御されるが、以下の説明では、マイクロニードルアレイ製造装置1の各部の制御装置30による制御についての言及が一部省略されている。なお、第1実施形態では、ノズル11aから液滴を吐出させる第1吐出ヘッド用アクチュエータ12aのみが用いられ、第2吐出ヘッド用アクチュエータ12bを用いる製造方法についての説明は第2実施形態において行われる。また、第1実施形態ではθ軸用ステッピングモータ21dが用いられず、θ軸用ステッピングモータ21dを用いる製造方法についての説明は第3実施形態において行われる。
図6のステップS1からステップS5までは、型80を用いる作業である。まず、図5に示されている型80を準備する(ステップS1)。ステップS1の型80の準備工程では、例えば所定数の型80の水洗が行なわれて所定の場所に並べられる。準備された全ての型80は、例えばオートクレーブ(図示せず)を使用して滅菌される(ステップS2)。滅菌された型80は、清浄な環境下で、マイクロニードルアレイ製造装置1のXYZステージ21の上に載置されて位置合せが行なわれる(ステップS3)。
ステップS4では、図7及び図8に示されているように、ノズル11aに対して型80を移動させ、型80の各凹部81にノズル11aから吐出される液滴を直接着弾させて、各凹部81に頂部層用原料液91を充填する。図8に示されているように各凹部81に着弾する液滴を小分けにすると、空気に触れる量が増えて頂部層用原料液91の乾燥時間を短くすることができる。ノズル11aから吐出される頂部層用原料液91は、型80の表面82には着弾しないように、液滴吐出装置10とXYZステージ21が同期して動作するように制御されている。図8には、一つの凹部81に対してノズル11aから吐出された5滴の頂部層用原料液91の液滴91a,91b,91c,91d,91eと、各液滴91a,91b,91c,91d,91eのそれぞれの着弾点Lp1,Lp2,Lp3,Lp4,Lp5が示されている。着弾点Lp1,Lp2,Lp3,Lp4,Lp5は、各凹部81の中であって互いに異なる位置である。例えば、一定の速度でノズル11aを型80に対して相対的に移動させながら液滴を順次吐出することで着弾点Lp1,Lp2,Lp3,Lp4,Lp5を異ならせることができる。このようにノズル11aを移動させながら吐出を繰り返して異なる位置に液滴を着弾させると、各型80における充填時間を短縮でき、ひいてはマイクロニードルアレイを有する製品を短い時間で製造することができる。また、各凹部81に着弾が始まってから着弾が終了するまでの間で、型80に対するノズル11aの相対的な速度を変化させるように設定してもよい。
る。一つの凹部81当たりの液滴数は、例えば、1滴から数十滴の範囲で設定される。また、吐出する頂部層用原料液91の液滴量も適宜設定可能である。例えば、各液滴91a,91b,91c,91d,91eの量を一定にすることもできるし、互いに異ならせるように設定することもできる。例えば、各凹部81の端に近いほど液適量を少なくして中心部に近いほど液適量を多くする設定、その逆に各凹部81の端に近いほど液適量を多くして中心部に近いほど液適量を少なくする設定、各凹部81において吐出し始めたときよりも吐出の終わりに近づくに従って液適量を少なくする設定、及びその逆に各凹部81において吐出し始めたときよりも吐出の終わりに近づくに従って液適量を多くする設定がある。
また、ここでは、一つの凹部81に吐出される5滴の頂部層用原料液91の液滴量の総計が当該凹部81の内部空間の体積(凹部81の容積)に等しく設定されている。従って、ステップS4の頂部層用原料液充填工程が終了すると、全ての凹部81に満杯に頂部層用原料液91が充填される。しかし、一つの型80における頂部層用原料液91の充填量を、各凹部81の位置に応じて異ならせるように設定することもできる。例えば、型80の中心部に近い凹部81の頂部層用原料液91の充填量を多くして型80の端部に近づくに従って充填量を少なくする設定及び、その逆に型80の中心部に近い凹部81の充填量を多くして型80の端部に近づくに従って充填量を少なくする設定である。充填量を変えるには、例えば1滴の液適量を変化させてもよく、各凹部81当たりの液滴数を変化させてもよく、あるいは液適量と液滴数の両方を変化させてもよい。
頂部層用原料液充填工程(ステップS4)が終了すると、型80は、例えば滅菌されたロボットアームなどによってXYZステージ21から風乾部(図示せず)に移動される。風乾部では、例えば、充填を終えた型80が順次ベルトコンベアー(図示せず)に乗せられて、クリーンなドライエアーの送風下で移動される。そして、ベルトコンベアーの終点では、頂部層用原料液91が乾燥されて固化された状態で、型80が順次取り出されて次の組み合わせ工程に移される。
図9(c)の状態にある型80と多孔質ベース部材85とが載置ステージ42からストック部(図示せず)に移動される。ストック部では、型80の上から荷重を掛けた状態で、型80と多孔質ベース部材85との間の底部層用原料液92の乾燥が行われる。型80の上から荷重を掛ける方法は、例えば、型80の上に重りを載せる方法、又は空気圧やバネによる圧力によって荷重を掛ける荷重ストック専用機に型80と多孔質ベース部材85の組立体をセットする方法である。
(6−1)変形例1A
上記第1実施形態では、頂部層104が生物活性物質を含み薬効があるが底部層105が生物活性物質を含まず薬効がない2層構造のマイクロニードル103について説明している。例えば、頂部層104に含まれる薬剤の量の製造誤差を極めて小さくしたい場合には、凹部に充填される原料液の量を極めて精度良く制御することが必要になる。そのような場合において、従来のようにスキージを使って凹部に原料液を充填するのに比べて、上述の第1実施形態に係るマイクロニードルアレイ製造装置1やマイクロニードルアレイの製造方法は、液量が調節された所定数の液滴で凹部に原料液を充填する方が原料液の量を精度良く制御することができるので、薬剤の量を極めて精度よく調整することができる。
しかし、第1実施形態で説明したマイクロニードルアレイ製造装置1やマイクロニードルアレイの製造方法により製造できるマイクロニードルアレイは、上述の2層構造のマイクロニードル103からなるマイクロニードルアレイ110にかぎられるものではない。例えば、頂部層104が生物活性物質を含まずに薬効がなく底部層105が生物活性物質を含み薬効がある2層構造のマイクロニードルからなるマイクロニードルアレイを製造することもできる。また、上記(4)原料液のところで説明したように、各マイクロニードルの頂部層と底部層の両方に薬効のある生物活性物質を含めてもよい。さらに、2層よりも多い3層以上の層からなる多層構造を有するマイクロニードルからなるマイクロニードルアレイを製造することもできる。このように、第1実施形態で説明したマイクロニードルアレイ製造装置1やマイクロニードルアレイの製造方法は、複数の層の組成物が互いに異なる複数のマイクロニードルからなるマイクロニードルアレイを有する製品の製造に適している。
また、マイクロニードルアレイが用いられる分野が医療以外の分野である場合には、例えば美容と健康に関する分野である場合には、頂部層104と底部層105の両方が生物活性物質を含まず薬効がない2層構造のマイクロニードル103であってもよい。
また、頂部層104及び底部層105の少なくとも一方は、第1実施形態で例示した多糖類を用いずに、生物活性物質のみで形成することもできる。
上述の頂部層用原料液は、例えば上述の水溶性の多糖類、水溶性のタンパク質、ポリビニルアルコール、カルボキシビニルポリマー及びポリアクリル酸ナトリウムのうちの少なくとも一つ又はそれらのうちの幾つかの組み合わせを溶かした溶液であってもよい。水溶性のタンパク質としては、例えば血清アルブミンがある。また、頂部層用原料液には、他の物質が含まれてもよく、例えば、単糖類や小糖類が含まれてもよい。単糖類としては、例えばブドウ糖があり、小糖類としては二糖類が挙げられ、二糖類としては例えばショ糖がある。
上記第1実施形態では、アライメントマーク83をCCDカメラ22で撮影して、アライメントマーク83を基準にXYZステージ21を移動させることによって位置合せが行なわれるが、位置を合わせる方法はこのような方法に限られるものではなく、例えば、治具に型80の側面を突き当てることで基準位置を設定して位置合せを行ってもよい。
上記第1実施形態では、ベース部材101が平坦な板状の形状を持つ場合を例に挙げて説明したが、ベース部材101は、薄いシート状であってもよく、また表面が曲面の立体的な形状を持つものであってもよい。図17(a)に示されているように、型80Aの表面82Aが凹面鏡のように湾曲した形状にして、この表面82の曲面に沿ってノズル11aを動かして各凹部81に頂部層用原料液91を充填することができる。このようにして形成すると、図17(b)に示されているように、固定部109fの表面102fの曲面形状に関わらず常に複数のマイクロニードル103fを互いに平行に形成することができる。それにより、マイクロニードルアレイ110Eのいずれの箇所のマイクロニードル103fも刺さり易くなる。例えば、シートの上にマイクロニードルアレイを形成してシートを立体的に変形させると、マイクロニードルは曲面に対して略垂直になり、互いに平行にならないので一部のマイクロニードルが刺さり難くなったり、壊れ易くなったりする。
また、固定部109fは、底部層用原料液92を用いて第1実施形態と同様の方法で形成することができる。頂部層用原料液91の液滴数によって、一本のマイクロニードル103f当たりに含める組成物の量を、予め設定されている設定量に精度良く調整することができる。
なお、固定部109fの表面形状は、立体的な形状であれば、他の形状であってもよい。また、複数のマイクロニードル103fは、固定部109fの表面102f上に立体的に配置され、互いに平行に形成されていれば、上述の作用効果を奏する。
(7)マイクロニードルアレイの製造方法の概要
上記第1実施形態では、液滴吐出装置10において、一つのノズル11aを使う場合について説明したが、第2実施形態として、図10に示されているように、2つのノズル11a,11bを使う場合を説明する。図10に示されている2つのカートリッジ13a,13bには、組成の異なる頂部層用原料液91,93が入っている。
図10に示されている液滴吐出装置10は、互いに隣接する凹部81にノズル11aとノズル11bで交互に頂部層用原料液91の液滴と頂部層用原料液93の液滴を吐出している。また、各凹部81当たりにノズル11a,11bが吐出する総液適量がそれぞれ異なっている。
図11には、上述の製造方法により形成されたマイクロニードルアレイ110Aを有する製品100Aが示されている。図12には、図11の一部領域EA2が拡大して示されている。第2実施形態に係る第1マイクロニードル103aと第2マイクロニードル103bも、第1実施形態に係るマイクロニードル103と同様に、先端の頂部層104a,104bとそれに続く底部層105a,105bとからなる2層構造を有している。ここでは、底部層105a,105bが頂部層104a,104bの次の第2層になっている。第1マイクロニードル103aの頂部層104aと底部層105aは互いに異なっており、第2マイクロニードル103bの頂部層104bと底部層105bは互いに異なっている。底部層105a,105bは、第1実施形態と同様の方法で形成されて互いに同じ成分で形成されているが、頂部層104a,104bの層厚みが異なることから底部層105a,105bの層厚みが自ずと互いに異なるものになる。
従来のスキージを用いたマイクロニードルアレイの製造方法では、このように互いに隣接する列ごとに交互にマイクロニードルの構造を異ならせ、しかも各マイクロニードルの層厚みを精度良く調整することが難しかったが、第2実施形態のマイクロニードルアレイ110Aの製造方法ではそれが可能になっている。
上述のように第2実施形態によるマイクロニードルアレイ110Aの製造方法では、図6に示されている頂部層用原料液充填工程(ステップS4)が上述のように変更されるだけで、他の工程は第1実施形態と同様に行われる。
(8−1)変形例2A
上記第2実施形態では、第1組成物に対して第3組成物の種類が異なるとともに第2組成物に対して第4組成物の種類が異なっている。そして、第1組成物に対して第2組成物の種類及び量が異なっている。第2実施形態では、さらに、第3組成物と第4組成物の量が異なる場合を例に挙げて示したが、次のような組み合わせも可能である。
つまり、第1組成物に対して第3組成物の種類が異なるとともに第2組成物に対して第4組成物の種類が異なり、且つ第1組成物に対して第2組成物の種類又は量が異なり、且つ第3組成物と第4組成物の両方が異なるように構成することができる。
例えば、カートリッジ13aとカートリッジ13bの中身に同じ組成物の頂部層用原料液91を入れることによって、第1組成物に対して第3組成物の種類が異なるとともに第2組成物に対して第4組成物の種類が異なり、第1組成物と第2組成物の量のみが異なり、第3組成物と第4組成物の量のみが異なるように構成することができる。
上記第2実施形態では、図11及び図12に示されているように、一直線に配置されている第1マイクロニードル103aの列と、一直線に配置されている第2マイクロニードル103bについて説明した。しかし、異なる構造のマイクロニードルの配置は、図11及び図12に示されている配置に限られない。例えば、第1マイクロニードル103aをm1列(m1は自然数)並べ、次に第2マイクロニードル103bをn1列(n1は自然数)並べ、次に第1マイクロニードル103aをm2列(m2は自然数)並べ、次に第2マイクロニードル103bをn2列(n2は自然数)並べるというように、任意の列数で交互に第1マイクロニードル103aと第2マイクロニードル103bとを並べてもよい。それぞれの列数を調節することによって、一つのマイクロニードルアレイに含まれる第1マイクロニードル103aの頂部層104aの総体積と第2マイクロニードル103bの頂部層104bの総体積との割合を調節することで、例えば2種類の薬剤の投薬量を調節することができる。
ここでは、2つの第1領域Ar3,Ar5のマイクロニードル103aが同じ場合について説明したが、2つの第1領域Ar3,Ar5のマイクロニードルの種類(含有する組成物の種類と量)を異ならせて、Ar5で示されている領域を第3領域とすることもできる。例えば、医療の分野で用いる場合に、第1領域Ar3のマイクロニードルで薬剤αを20wt%投薬し、第2領域Ar4で薬剤βを35wt%投薬し、第3領域で薬剤γを45wt%投薬するように構成することができる。
上記第1実施形態及び第2実施形態では、マイクロニードル103,103a,103bが、頂部層104,104a,104bに続いて底部層105,105a,105bが形成される2層構造を持つ場合について説明している。しかし、マイクロニードルが3層以上の構造を持ってもよい。例えば、図15(a)に示されているマイクロニードル103c,103d,103eのように、頂部層104c,104d,104eと底部層105c,105d,105eの間に、一つの中間層106c,106d,106eを形成することもできる。ここでは、中間層106c,106d,106eであるが、中間層を複数層にすることもできる。
マイクロニードル103c,103d,103eが持つような3層構造を形成する場合には、例えば、図6に示されている乾燥工程(ステップS5)と組み合わせ工程(ステップS20)の間に、中間層用原料液充填工程と、その中間層を乾燥させる他の乾燥工程が追加される。中間層用原料液充填工程では、液滴吐出装置10を用いて頂部層用原料液充填工程と同じようにして中間層用原料液を充填することができる。なお、図15(a)のように、3種類のマイクロニードル103c,103d,103eを持つマイクロニードルアレイの製造は、液滴吐出装置10を用いて、2種類のマイクロニードル103c,103dのための充填を終えた後にカートリッジ13a又はカートリッジ13bを交換してもう1種類のマイクロニードル103eのための充填を行うようにしてもよいが、ノズル11a,11b以外の第3のノズルと、カートリッジ13a,13b以外の第3のカートリッジをさらに備える他の液滴吐出装置(図示せず)を用いるとカートリッジの交換の手間が省けて製造時間を短縮することができる。
上述のマイクロニードル103cを図15(b)に示されている第1領域Ar6に配置し、マイクロニードル103dを第2領域Ar7に配置し、マイクロニードル103eを第3領域Ar8に配置して、マイクロニードルアレイ110Cを構成することもできる。あるいは、マイクロニードル103cを図15(c)に示されている第1領域Ar9に配置し、マイクロニードル103dを第2領域Ar10に配置し、マイクロニードル103eを第3領域Ar11に配置して、マイクロニードルアレイ110Dを構成することもできる。
このような場合に、第1領域Ar6,Ar9に配置される第1マイクロニードル103cと、第2領域Ar7,Ar10に配置される第2マイクロニードル103dとに着目すると、第1マイクロニードル103cの頂部層104cの組成物(第1組成物)に対して第1マイクロニードル103cの中間層106c(第3組成物)の種類が異なるとともに第2マイクロニードル103dの頂部層104dの組成物(第2組成物)に対して第2マイクロニードル103dの中間層106dの組成物(第4組成物)の種類を異ならせることができる。そして、第1マイクロニードル103cの頂部層104cの組成物(第1組成物)に対して第2マイクロニードル103dの頂部層104dの組成物(第2組成物)の種類及び量のうちの少なくとも一方を異ならせることができる。さらに、第1マイクロニードル103cの中間層106cの組成物(第3組成物)と第2マイクロニードル103dの中間層106d(第4組成物)の種類及び量のうちの少なくとも一方を異ならせることができる。なお、ここでは、中間層106c,106dが第2層に相当する。
図13には、第1領域Ar3が第2領域Ar4の中に同心円状に含まれる場合が示されているが、第1領域Ar3が第2領域Ar4に含まれる形態はこれだけには限られない。例えば、マイクロニードルアレイにおいて、複数の第1領域が第2領域の海の中に島のように点在する海島構造を呈するように構成することもできる。
(9)マイクロニードルアレイ製造装置と製造方法の概要
上記第1実施形態及び第2実施形態では、同じマイクロニードルのための充填を行うために1つのノズル11a,11bを使う場合について説明したが、同じマイクロニードルのための充填を複数の凹部81に対して一緒に行うために、ノズルをアレイ状に配置してもよい。
図16に示されている第3実施形態に係る液滴吐出装置10Aは、アレイ状に配置されたノズル11c,11dを備えている。13個のノズル11cには、13個の第1吐出ヘッド用アクチュエータ12aが取り付けられ、13個のノズル11dには、13個の第2吐出ヘッド用アクチュエータ12bが取り付けられている。
一方、一つのXYZステージ21上に載せられて連続してX軸方向に移動する型80A,80B,80Cは、それぞれX軸方向に10個、Y軸方向に10個の凹部81がマトリクス状に並んでいる。
このとき、型80に対応する凹部81の存在しないノズル、例えばノズル11cb,11dbは、対応する第1吐出ヘッド用アクチュエータ12aの動作が停止されるとともに、対応する第2吐出ヘッド用アクチュエータ12bの動作が停止されて、液滴の吐出をしないように制御される。
型80A,80B,80Cが連続して移動されるので、一つのノズルアレイのノズル11caが型80Aに対して吐出しているときに、他のノズル11ccが次の型80Bに対して吐出している状態が生じる。液滴吐出装置10Aが、このように連続する複数の型80A,80Bに対して同時に吐出することにより、液滴吐出装置10Aによる充填時間を短縮することができる。
なお、図16に示されているマイクロニードルアレイ製造装置1Aの図示されていない部分の構成は、第1実施形態のマイクロニードルアレイ製造装置1と同じように構成することができる。
(10−1)変形例3A
上記第3実施形態では、ノズル11c,11dが2列に並べて配置されている場合について説明したが、液滴吐出装置10Aを3列以上のノズルを持つように構成することもできる。また、液滴吐出装置10Aをノズル11cのみ1列に並べて配置されているものに変更することもできる。
上記第3実施形態では、複数の凹部81が正方形状に配置されていたが、複数の凹部81が円形状に配置されている場合には、型をθ方向に回転させながら吐出するように構成することもできる。
(11−1)
以上説明したように、マイクロニードルアレイ製造装置1,1Aは、型80,80A,80B,80Cに形成されている複数の凹部81に、マイクロニードル103,103a〜103fを成形するための原料液を充填してマイクロニードル103,103a〜103fからなるマイクロニードルアレイ110,110A〜110Eを成形するための装置であり、液滴吐出装置10,10Aと位置合せ装置20とを備えている。位置合せ装置20のXYZステージ21によって、位置合せ装置20は、例えば図8に示されているように、液滴吐出装置10,10Aから各凹部81の中に液滴を着弾させられるように、液滴吐出装置10,10Aのノズル11a,11b,11c,11dと型80との相対的な位置を合わせる。そして、液滴吐出装置10,10Aは、各凹部81に対して当該凹部81の容積以下の所定量ずつ、例えば図8に示されているように頂部層用原料液91の液滴91a〜91eを吐出して充填する。
このように、1つの凹部81当たりに吐出される液滴91a〜91eの総量を調節することで、1つの凹部81当たりの頂部層用原料液91の量が精度良く調整される。この頂部層用原料液91の中の組成物の濃度がほぼ一定していることから、頂部層用原料液91を原料にして固化されてできる頂部層104,104a〜104eに含まれる組成物の量が精度良く調整される。その結果、マイクロニードルアレイ110,110A〜110Eの組成物の分布が精度良く調整される。
上述のように、液滴吐出装置10,10Aは、図8に示されているように、複数の液滴91a〜91eで各凹部81の容積以下になるように吐出可能に構成されている。1滴で凹部81に頂部層用原料液91を充填しようとすると、図8に示されているような円錐形の凹部81の場合には、底部に気泡ができ易くなったり、着弾したときの反動で凹部81の外に頂部層用原料液91がこぼれ易くなったりする。それに対して、複数の液滴で充填する場合には、底部に気泡ができにくくなり、また凹部81の外部にこぼれ難くなるので、充填量を精度良く調整し易くなる。
上述の図8に示されている場合には、5滴の液滴91a〜91eで一つの凹部81を満杯にする場合について説明したが、液滴吐出装置10.10Aは、1回に吐出する1つの液滴の液量が各凹部81の容積の3分の1以下になるように調節可能に構成されている。そして、液滴吐出装置10.10Aと位置合せ装置20は、3滴以上の液滴が凹部81内の異なる位置に着弾するように位置合せを行なうことができるように構成されている。例えば、図8に示されている場合には、着弾位置は、それぞれ異なる着弾点Lp1〜Lp5である。このように液滴91a〜91eが着弾する位置がことなることで、頂部層用原料液91の粘度が高い場合であっても、凹部81内に気泡が発生するのを抑えられ、外部にこぼれたりするのを防止することができる。
上記第2実施形態及び第3実施形態で説明したように、カートリッジ13a,13bに頂部層用原料液91(第1液の例)と頂部層用原料液93(第2液の例)を入れることで、液滴吐出装置10,10Aは、原料液として、互いに成分が異なる頂部層用原料液91,93をノズル11aとノズル11b又はノズル11cとノズル11dを使って別々に吐出することができる。その結果、様々なマイクロニードル103,103a〜103fを組み合わせて、例えば図4、図11乃至図15、及び図17に示されているような様々な形態のマイクロニードルアレイ110,110A〜110Eを容易に形成することができるようになる。
図10乃至図14を用いて説明したように、液滴吐出装置10,10Aと位置合せ装置20は、型80の第1領域Ar1,AR3,Ar5,Ar6,Ar9にある凹部81の中に原料液を第1の量だけ充填し、型80の第2領域Ar2,AR4,Ar7,Ar6,Ar10にある凹部81の中に原料液を第2の量だけ充填することができるように構成されている。その結果、第1領域Ar1,AR3,Ar5,Ar6,Ar9の組成物の量と、第2領域Ar2,AR4,Ar7,Ar6,Ar10の組成物の量を精度良く調節することができるようになる。
図10を用いて説明した頂部層用原料液93が着弾する凹部81を第2凹部とみなすことができる。そのようにみなした場合には、この頂部層用原料液93を充填するための図6の頂部層用原料液充填工程(ステップS4)は、型80の凹部81の中に凹部81の容積以下の量の頂部層用原料液93(第2原料液の例)の液滴を着弾させて凹部81に頂部層用原料液93を充填する第2充填工程である。また、図6の乾燥工程(ステップS5)は、複数の凹部81の頂部層用原料液93を乾燥させて複数のマイクロニードル103a〜103fからなるマイクロニードルアレイ110A〜110Eを形成する乾燥工程とみなすことができる。
この場合には、頂部層用原料液91(第1原料液の例)から製造されるマイクロニードルの配置領域と、頂部層用原料液93(第2原料液の例)から製造されるマイクロニードルの配置領域とを様々に組み合わせて、種々のマイクロニードルアレイを製造することが可能になる。
この場合には、頂部層用原料液91,93(第1原料液の例)から製造される頂部層104c,104d,104eと、中間層用原料液(第2原料液の例)から製造される中間層106c,106d,106eとを様々に組み合わせて、種々のマイクロニードルアレイ110C,110Dを製造することが可能になる。
図6の組み合わせ工程(ステップS20)と乾燥・貼り合せ(ステップS21)は、底部層用原料液92(第3原料液の例)で表面の少なくとも一部が覆われている多孔質ベース部材85を、型80の凹部81が形成されている面の上に重ね合わせて、底部層用原料液92を乾燥させることによって多孔質ベース部材85の上に頂部層用原料液91,93が乾燥して成形された部分を含むマイクロニードル103a〜103fを固着させる固着工程である。
多孔質ベース部材85の表面の少なくとも一部を底部層用原料液92で覆うことで、多孔質ベース部材85の孔の中に底部層用原料液92が浸透し易くなり、多孔質ベース部材85にしっかりと固定されたマイクロニードルを有する製品100,100Aを形成し易くなる。固着工程の前に、養生工程(ステップS15)を設けることで、その効果が向上する。
例えば、図11乃至図15を用いて説明したように、第1マイクロニードル103a,103cは、少なくとも一つの第1領域Ar1,Ar3,Ar5,Ar6,Ar9に形成され、先端にある頂部層104a,104cに第1組成物を含み、次の底部層105a(第1マイクロニードルの第2層の例)又は中間層106c(第1マイクロニードルの第2層の例)に第3組成物を含んでいる。また、第2マイクロニードル103b,103dは、第1領域Ar1,Ar3,Ar5,Ar6,Ar9に隣接する少なくとも一つの第2領域Ar2,Ar4,Ar7,Ar10に形成され、先端にある頂部層104b,104dに第2組成物を含み、次の底部層105b(第2マイクロニードルの第2層の例)又は中間層106d(第2マイクロニードルの第2層の例)に第4組成物を含んでいる。そして、上述のマイクロニードルアレイ製造装置又はマイクロニードルアレイの製造方法を用いることにより、第1組成物に対して第3組成物の種類が異なるとともに第2組成物に対して第4組成物の種類が異なり、且つ第1組成物に対して第2組成物の種類及び量のうちの少なくとも一方が異なり、且つ第3組成物と第4組成物の種類及び量のうちの少なくとも一方が異なるように構成することができるようになっている。
その結果、例えば医療分野でマイクロニードルアレイを有する製品100,100A,100C,100Dを使用すると、様々な薬剤の調合に対応できるようになり、様々な投薬の場面で使用できるようになる。
また、上述のマイクロニードルアレイ製造装置又はマイクロニードルアレイの製造方法を用いることにより、少なくとも一つの第2領域Ar2,AR4,Ar7は、少なくとも一つの前記第1領域Ar1,AR3,Ar6の周囲を囲むように配置されているように構成することができる。その結果、マイクロニードルアレイを有する製品100,100A,100Cは、例えば皮膚にマイクロニードル全体が接触しなかったときに、一方の領域のマイクロニードルだけが使われるという不具合を防止することができる。
上述の図17(a)及び図17(b)を用いて変形例1Cとして説明したように、マイクロニードルアレイを有する製品100Eは、固定部109fと複数のマイクロニードル103fとを備えている。固定部109fの表面102fは、凹面鏡のように湾曲した立体的な形状である。そのため、複数のマイクロニードル103fも固定部109fの表面102f上に凹面鏡のように湾曲した立体形状に沿って立体的に配置されている。しかも、複数のマイクロニードル103fは、互いに平行に形成されているので、押し付ける方向に全てのマイクロニードル103fが延びて刺さり易くなる。また、例えば耳のように複雑な立体形状をした比較的小さな箇所にも取り付け易くなる。
10,10A 液滴吐出装置
11a,11b,11c,11d ノズル
12a 第1吐出ヘッド用アクチュエータ
12b 第2吐出ヘッド用アクチュエータ
13a,13b カートリッジ
20 位置合せ装置
21 XYZステージ
22 CCDカメラ
23 アライメントモニタ
80,80A,80B,80C 型
81 凹部
83 アライメントマーク
85 多孔質ベース部材
91,93 頂部層用原料液
92 底部層用原料液
100,100A マイクロニードルアレイを有する製品
103,103a〜103e マイクロニードル
104,104a〜104e 頂部層
105,105a〜105c,105e 底部層
106c〜106e 中間層
110,110A〜110E マイクロニードルアレイ
Claims (11)
- 型に形成されている複数の凹部にマイクロニードルを形成するための原料液を充填して、複数のマイクロニードルからなるマイクロニードルアレイを成形するためのマイクロニードルアレイ製造装置であって、
各前記凹部に対して当該凹部の容積以下の所定量ずつ前記原料液の液滴を吐出可能な液滴吐出装置と、
前記液滴吐出装置から各前記凹部の中に前記液滴を着弾させられるように、前記液滴吐出装置と前記型との相対的な位置を合わせることが可能な位置合せ装置と
を備える、マイクロニードルアレイ製造装置。 - 前記液滴吐出装置は、複数の前記液滴で各前記凹部の容積以下になるように吐出可能に構成されている、
請求項1に記載のマイクロニードルアレイ製造装置。 - 前記液滴吐出装置は、1回に吐出する1つの前記液滴の液量が各前記凹部の容積の3分の1以下であり、
前記液滴吐出装置と前記位置合せ装置は、3滴以上の前記液滴が前記凹部内の異なる位置に着弾するように位置合せを行なう
請求項2に記載のマイクロニードルアレイ製造装置。 - 前記液滴吐出装置は、前記原料液として、互いに成分が異なる第1液と第2液を別々に吐出可能に構成され、
前記液滴吐出装置と前記位置合せ装置は、前記凹部毎に前記第1液と前記第2液とを選択的に吐出可能に構成されている、
請求項1から3のいずれか一項に記載のマイクロニードルアレイ製造装置。 - 前記液滴吐出装置と前記位置合せ装置は、前記型の第1領域にある前記凹部の中に前記原料液を第1の量だけ充填し、前記型の第2領域にある前記凹部の中に前記原料液を第2の量だけ充填することができるように構成されている、
請求項1から4のいずれか一項に記載のマイクロニードルアレイ製造装置。 - 型の複数の第1凹部の中に前記第1凹部の容積以下の量の第1原料液の液滴を着弾させて複数の前記第1凹部に前記第1原料液を充填する第1充填工程と、
複数の前記第1凹部の前記第1原料液を乾燥させて複数のマイクロニードルからなるマイクロニードルアレイを形成する乾燥工程と、
を備える、マイクロニードルアレイの製造方法。 - 前記型の第2凹部の中に前記第2凹部の容積以下の量の第2原料液の液滴を着弾させて前記第2凹部に前記第2原料液を充填する第2充填工程をさらに備え、
前記乾燥工程は、前記第2凹部の前記第2原料液を乾燥させてマイクロニードルを形成する工程を含む、
請求項6に記載のマイクロニードルアレイの製造方法。 - 第3原料液で表面の少なくとも一部が覆われている多孔質ベース部材を、前記型の前記第1凹部が形成されている面の上に重ね合わせて、前記第3原料液を乾燥させることによって前記多孔質ベース部材の上に前記第1原料液が乾燥して成形された部分を含むマイクロニードルを固着させる固着工程をさらに備える、
請求項6又は請求項7に記載のマイクロニードルアレイの製造方法。 - 少なくとも一つの第1領域に形成され、先端にある頂部層に第1組成物を含み、次の第2層に第3組成物を含む第1マイクロニードルと、
少なくとも一つの前記第1領域に隣接する少なくとも一つの第2領域に形成され、先端にある頂部層に第2組成物を含み、次の第2層に第4組成物を含む第2マイクロニードルと
を備え、
前記第1組成物に対して前記第3組成物の種類が異なるとともに前記第2組成物に対して前記第4組成物の種類が異なり、且つ前記第1組成物に対して前記第2組成物の種類及び量のうちの少なくとも一方が異なり、且つ前記第3組成物と前記第4組成物の種類及び量のうちの少なくとも一方が異なるように構成されている、マイクロニードルアレイを有する製品。 - 少なくとも一つの第1領域に形成され、先端にある頂部層に第1組成物を含む複数の第1マイクロニードルと、
少なくとも一つの前記第1領域に隣接する少なくとも一つの第2領域に形成され、先端にある頂部層に第2組成物を含む複数の第2マイクロニードルと
を備え、
少なくとも一つの前記第2領域は、少なくとも一つの前記第1領域の周囲を囲むように配置されている、マイクロニードルアレイを有する製品。 - 立体的な形状の表面を持つ固定部と、
前記固定部の前記表面上に立体的に配置されている複数のマイクロニードルと
を備え、
複数の前記マイクロニードルは、互いに平行に形成され、所定の組成物を設定量ずつ含む、マイクロニードルアレイを有する製品。
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