JP2016123743A - 針状体の製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】針面を破損させることなく、針状体の打抜と、針状体の保持・搬送を同時に行うことができる針状体の製造装置を提供することを目的とする。
【解決手段】支持基板１０上に複数の針部２０が形成された針状体シート１から任意のサイズの針状体１ａに周囲を打抜き、打抜かれた針状体を搬送する針状体の製造装置であって、
前記針状体シートを設置する台座８０と、針状体シートから任意のサイズに周囲を打抜くための打抜き刃５１を備えた昇降可能な打抜きユニット５０と、打抜き領域の内側空間の空気の給気と排気のための給排気ユニット６０と、針状体を収納容器９０に収納して搬送する搬送ユニット１００とを具備することを特徴とする針状体の製造装置４０である。
【選択図】 図４

Description

本発明は、針状体の製造装置、より詳しくは、皮膚に貼付することにより穿刺される微細な針を備える針状体の製造装置及び製造方法に関する。

皮膚から薬剤などの送達物を浸透させ体内に送達物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送達物を投与することが出来る方法として用いられている。

経皮吸収法を用いた経皮投与の分野において、μｍオーダーのサイズの針が形成された針状体を用いて皮膚に穿刺を行い、皮膚内に薬剤などを投与する方法が提案されている（特許文献１参照）。

針状体の製造方法として、機械加工を用いて原版を作製し、該原版から転写版を形成し、該転写版を用いた転写加工成型を行なうことが提案されている（特許文献３参照）。
また、針状体の製造方法として、エッチング法を用いて原版を作製し、該原版から転写版を形成し、該転写版を用いた転写加工成型を行なうことも提案されている（特許文献４参照）。

針状体を構成する材料は、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い。このため、針状体材料としてキチン・キトサン等の生体適合材料が提案されている（特許文献５参照）。

特開２００７−１３００３０号公報 特開平９−２５４０６９号公報 国際公開第２００８／０１３２８２号公報 国際公開第２００８／００４５９７号公報 国際公開第２００８／０２０６３２号公報

水溶性高分子からなる生体適合性材料を用いた針状体は、皮膚に穿刺後に皮膚内部で溶解させることができる。したがって、水溶性高分子の他に皮膚内への送達を目的とした送達物を含有させて針を作製することにより、針を皮膚に穿刺した際に水溶性高分子の溶解により送達物を皮膚内に送達することができる。

水溶性高分子材料で針を作製する場合、水溶性高分子材料溶液を針状体凹版にキャストした後に乾燥する方法や、凍結乾燥して材料を固化させることで針状体を得る方法がある。乾燥を速めるために所望の温度で加熱する方法がある。

加熱乾燥後に形成した針状体シートを針状体凹版から、吸着パッドもしくはチャックによる両端保持にて、垂直に剥離する。

剥離した針状体シートは、針状体の針面を上側にしてワーク台に搭載し、針部を破損させないように刃物等を用いて所望の形状に打抜く。

この時、剥離前に針状体凹版上で打抜くと、針部が破損することはないが、針状体凹版が破損する可能性がある。針状体凹版は製造コスト等を考慮すると、繰り返し使用できることが好ましいため、破損させてはならない。

打抜き後、針状体の針面を上側にした状態で保持し、収納容器に収納し、搬送する。この搬送時に針面を破損させることなく、搬送中に落下することのないように保持できる必要がある。

一般的に知られる、収納容器に針状体を収納、搬送する装置及び方法では、精度よく収納、搬送するために複雑な冶具や機構を必要とし、品質の確保と安定した生産性を得ることが難しい。

上記事情を踏まえて、本発明は、針面を破損させることなく、針状体の打抜と、針状体の保持・搬送を同時に行うことができる針状体の製造装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、支持基板上に複数の針部が形成された針状体シートから任意のサイズの針状体に周囲を打抜き、打抜かれた針状体を搬送する針状体の製造装置であって、
前記針状体シートを設置する台座と、針状体シートから任意のサイズに周囲を打抜くための打抜き刃を備えた昇降可能な打抜きユニットと、打抜き領域の内側空間の空気の給気と排気のための給排気ユニットと、針状体を収納容器に収納して搬送する搬送ユニットとを具備することを特徴とする針状体の製造装置である。

請求項２に記載の発明は、前記給排気ユニットが流量制御機構を有することを特徴とする請求項１に記載の針状体の製造装置である。

請求項３に記載の発明は、前記打抜き刃が片刃構造であることを特徴とする請求項１または２に記載の針状体の製造装置である。

請求項４に記載の発明は、前記針状体の収納容器が樹脂からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の針状体の製造装置である。

請求項５に記載の発明は、支持基板上に複数の針部が形成された針状体シートから任意のサイズの針状体に周囲を打抜く針状体の製造方法であって、
支持基板上に複数の針部が形成された針状体シートの針部側を上向きにして台座に設置する工程と、
打抜き刃を備えた打抜きユニットを降下させて針状体シートの表面に打抜き刃を接地させる工程と、
打抜き刃が接地した内側空間の空気を負圧状態に排気する工程と、
打抜きユニットをさらに降下させて打抜き刃で打抜く工程と、
打抜き刃で打抜かれた針状体を負圧状態で保持したまま打抜きユニットを上昇させる工程と、
台座を移動させて、その位置に収納容器を挿入した後に打抜きユニットを打抜いた位置まで降下させる工程と、
負圧状態を大気圧に戻した後、打抜き領域の内側空間に給気して加圧状態にする工程と、
打抜きユニットを上昇させて加圧状態の前記針状体を収納容器に納める工程と、
その後収納容器を移動する工程からなることを特徴とする針状体の製造方法である。

請求項６に記載の発明は、前記打抜き領域の内側空間の負圧状態の真空度が、−３８．５〜−１３ＫＰａであることを特徴とする請求項５に記載の針状体の製造方法である。

請求項７に記載の発明は、前記打抜き領域の内側空間の加圧状態の圧力が、０．１〜０．２ＭＰａであることを特徴とする請求項５または６に記載の針状体の製造方法である。

本発明の針状体の製造装置及び製造方法によれば、複数の針状体が形成された針状体シートから任意のサイズの針状体（例えば製品サイズ）に、針面を破損させることなく打抜き、収納容器に収納して搬送することができる。

本発明の製造物である針状体の斜視図 （ａ）図１の平面図（ｂ）図１の断面図 （ａ）図１に示す針状体形成用の凹版の断面図（ｂ）上記凹版による針状体の形成方法を示す概要図 本発明の針状体の製造装置を示す概要図 図４の製造装置を用いた針状体シートの断裁プロセスを示す概要図 （ａ）打抜きユニットの上昇と針状体シートのセット（ｂ）打抜きユニットの降下と断裁（打抜き）（ｃ）吸気口からの吸気（ｄ）打抜きユニットの上昇（ｅ）針状体の搬送、セット（ｆ）針状体の収納

本発明の針状体（製品サイズ）について説明する。
図１に本発明の針状体の斜視図を示した。本発明の針状体（製品サイズ）１ａは、支持基板１０上に針状の突起部２０を備える。

本発明の針状体は、針状の突起部２０が皮膚を穿刺する。本発明の針状体において、突起部２０は皮膚を穿刺するのに適した形状であればよい。突起部２０は、例えば円錐、角錐、円柱、角柱、鉛筆形状（胴体部が柱状であり、先端部が錐形状のもの）等の形状を有する。また、突起部は（１）支持基板上に一本存在する形態、（２）支持基体上に複数本林立した形態、のいずれでもよい。支持基板上に突起部が複数林立した場合、各突起部はアレイ状に配列することが好ましい。ここで、「アレイ状」とは各単位針状体が並んでいる状態を示す。例えば、格子配列、最密充填配列、同心円状配列、ランダム配列、などを含むものとする。

本発明の針状体の使用形態において、針状体の挿入位置および方向を固定するためのアプリケータを取付けることができる。本発明の針状体は、突起部に孔を設けてもよい。孔は、支持基板の裏面まで貫通する孔でも、未貫通孔でもよい。また、支持基板に孔を設けてもよい。孔は、支持基板の裏面まで達する貫通孔でも、未貫通孔でもよい。

図２（ａ）は図１に示す本発明の針状体の上部から見た平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）における針状体のＩ−Ｉ´面での断面図である。

本発明の針状体（製品サイズ）１ａにおいて、針状の突起部２０の寸法は皮膚に穿刺孔
を形成するのに適した細さと長さを有することが好ましい。具体的には、図２（ｂ）に示す突起部２０の高さＨは１０μｍ以上１０００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。突起部の高さＨは、支持基板１０から突起部２０の先端までの距離である。
突起部の高さＨは、前記範囲内で針状体を穿刺した際に形成される穿刺孔を皮膚内のどのくらいの深さまで形成するかを考慮して決定することが好ましい。
特に、針状体を穿刺した際に形成される穿刺孔を「角質層内」に留める場合、針状体の突起部の高さＨは例えば１０μｍ以上３００μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以上２００μｍ以下、の範囲内にすることが望ましい。

また、針状体を穿刺した際に形成される穿刺孔を「角質層を貫通し、かつ神経層へ到達しない長さ」に留める場合、針状体の突起部の高さＨは２００μｍ以上７００μｍ以下、より好ましくは２００μｍ以上５００μｍ以下、さらに好ましくは２００μｍ以上３００μｍ以下、の範囲内にすることが望ましい。

さらに、針状体を穿刺した際に形成される穿刺孔を「穿刺孔が真皮に到達する長さ」とする場合、針状体の突起部の高さＨは２００μｍ以上５００μｍ以下の範囲内とすることが好ましい。また、針状体を穿刺した際に形成される穿刺孔を「穿刺孔が表皮に到達する長さ」の場合、針状体の突起部の高さＨは２００μｍ以上３００μｍ以下の範囲内とすることが好ましい。

突起部の幅Ｄは、１μｍ以上３００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。突起部の幅Ｄは、前記範囲内で針状体を穿刺した際に形成される穿刺孔を皮膚内のどのくらいの深さまで形成するか等を考慮して決定することが好ましい。
突起部の幅Ｄは、突起部を基板面と平行に投影した際の支持基板と接している突起部の長さのうち最大の長さである。例えば、突起部が円錐状である場合、突起部と支持基板と接している面の円の直径が幅Ｄとなる。突起部が正四角錐である場合、突起部と支持基板と接している面の正方形の対角線が幅Ｄとなる。また、突起部が円柱である場合、突起部と支持基板と接している面の円の直径が幅Ｄとなる。突起部が正四角柱である場合、突起部と支持基板と接している面の正方形の対角線が幅Ｄとなる。

アスペクト比は、１以上１０以下の範囲内であることが好ましい。アスペクト比Ａとは、突起部の長さＨと幅Ｄを用い、Ａ＝Ｈ／Ｄにより定義される。
実施形態に係る針状体において、突起部が錐形状のように先端角を有し、角質層を貫通させる場合、突起部の先端角θは５°以上３０°以下、より好ましくは１０°以上２０°以下、の範囲内であることが望ましい。なお、先端角θは突起部を支持基板面と平行に投影した際の角度（頂角）のうち最大のものを指す。
実施形態に係る針状体において、支持基板は突起部の材料と同じであることが好ましい。支持基板と突起部とを同材料で形成することにより、支持基板と突起部を一体的に成形することが可能になる。以下、支持基板と突起部を一体的に成形して得られる針状体を例に具体的に説明する。

上記で説明した本発明の針状体１ａは、針状体シート１を任意のサイズに打抜くことで得られる。そこで先ず、針状体シート１の製造方法を図３に基づいて以下に説明する。

図３（ａ）に示すような針状（例えば円錐形）に形成された凹部３０ａが一定の間隔で隣接した凹版３０を用いて、図３（ｂ）に示すように、凹部３０ａに満遍なく充填されるように針状体シート成形用組成物(液状)２０ａを塗布し、加圧ロールＰにて凹版３０上のシート膜厚（支持基板に相当する部分）を均一に形成し、硬化させて針状体シートを作製する。

前記凹版３０は、針部の形状に応じて公知の方法で製造することができ、微細加工技術を用いて形成してもよい。微細加工技術の例としては、例えばリソグラフィ法、ウェットエッチング法、ドライエッチング法、サンドブラスト法、レーザー加工法、精密機械加工法などが挙げられる。原版から凹版を形成するには、公知の形状転写法を用いることができる。例えば、Ｎｉ電鋳法によるＮｉ製凹版の形成や、溶融した樹脂を用いた転写成形等が挙げられる。

次に針状体シート成形用組成物(液状)２０ａ（以下、針状体成形用組成物と記す）について説明する。

針状体成形用組成物２０ａとしては、水溶性高分子または多糖で構成されることが好ましい。例えば水溶性高分子および多糖としては、キトサン、キトサンサクシナミド、ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、コンドロイチン硫酸ナトリウム、カードラン、トレハロース、スクロース、ゼラチン、コラーゲン、プルラン、ペクチン、アルギン酸塩、デンプン、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリル酸系ポリマー，ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）等を用いることができるが、これに限定されるものではない。また、これらの材料を混合しても良い。

中でも、キトサン、キトサンサクシナミド、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、コンドロイチン硫酸ナトリウム、カードラン、トレハロース、スクロース、ゼラチン、コラーゲン、プルラン、ペクチン、アルギン酸塩の中から選択されることが好ましい。理由としては、生物学的に安全性が高いことによる。なお、これらの材料を混合しても良い。

上記の材料は溶媒に溶解又は分散し、液状物とすることができるものであればよく、材料は特に限定されるものではない。

本発明の針状体の製造方法としては、前記針状体成形用組成物２０ａに皮膚内へ送達するための送達物を含有させて、針状体を製造してもよい。送達物は、薬理活性物質や、化粧品送達物を含むことができる。このとき、送達物として芳香を有する材料を用いた場合、使用に際して匂いを付与することができ、美容品として用いるのに好ましいものとすることができる。

前記薬理活性物質は、用途に応じて適宜選択してよい。例えば、インフルエンザなどのワクチン、癌患者の痛止め向け薬、インスリン、生物製剤、遺伝子治療薬、注射剤、経口剤、皮膚適用製剤等であっても良い。本発明の針状体は皮膚を穿刺することから、従来の経皮投与に用いられる薬理活性物質以外にも、皮下注射が必要な薬理活性物質にも適用することが出来る。特に、注射剤であるワクチンなどは、針状体を用いた場合、投与に際し痛みがないため、小児への適用に適している。また、従来の経口剤の投与では、小児は経口剤を飲むのが困難であるが、針状体を用いた場合、投与に際し薬剤を飲む必要がないため、小児への適用に適している。

前記化粧品送達物は、化粧品および美容品として用いられる組成物である。例えば、保湿剤、色料、香料、美容効果（しわ、にきび、妊娠線などに対する改善効果、脱毛に対する改善効果など）を示す生理活性物質、などが挙げられる。

凹版３０に針状体成形用組成物２０ａを注型方法としては、減圧下で凹版３０に針状体形成用組成物２０ａを流し込むか、もしくは常圧下で図３（ｂ）のように凹版３０に針状
体形成用組成物２０ａを塗布し、溶液上から加圧体Ｐを用いて加圧することで、針先まで注型することができる。

次に、針状体形成用組成物２０ａが注型された凹版３０を乾燥させて針状体形成用組成物２０ａ固化する。乾燥方法は、乾燥速度を速めるために、所望の温度で乾燥させるのがよい。

その後、凹版３０から剥離して針状体シート１を得る。剥離方法は吸着パッドもしくはチャックによる両端保持にて、針部２０を破損しないよう垂直に剥離することが望ましい。

以下、図４及び図５に基づいて針状体シート１から針状体（製品サイズ）１ａを打抜いて収納容器に納入し搬送する、本発明に係る針状体の製造装置（打抜き搬送装置）４０及び製造方法について具体的に説明する。

本発明に係る針状体の製造装置４０は図４に示すように、前記針状体シート１を設置する台座８０と、針状体シート１から任意のサイズに周囲を打抜くための打抜き刃５１を備えた昇降可能な打抜きユニット５０と、打抜き領域の内側空間７０の空気の給気と排気のための給排気ユニット６０と、針状体１ａを収納容器９０に収納して搬送する搬送ユニット１００とを具備することを特徴とする。

針状体の製造装置４０を用いた針状体（製品サイズ）１ａの打抜き搬送に係る製造方法について説明する。

図５（ａ）に示すように、先ず針状体シート１の針部（突起部）２０が上になるように台座８０に設置し、打抜きユニットを降下させて、打抜き刃５１が針状体シート１に軽く突き当たるようにして、給排気ユニット６０の給排気口６１から排気する。この時、打抜き刃の内側領域７０は負圧空間となるが、負圧が大きすぎると針状体シート１がよれて針面を破損する恐れがある。このため、負圧空間７０の真空度は−３８．５〜−１３ＫＰａであることが好ましい。

負圧状態にする時、針状体シート１の重量によっては、負圧空間７０を保持できず、針状体シート１がよれて針部を破損させることがある。この場合は、例えば、図５（ｃ）に示すような打抜き刃５１の内側にストッパー５２を設置することで針状体シート１のよれを防ぐことができる。

次に、図５（ｂ）に示すように、打抜き刃５１を備えた打抜きユニット５０をさらに降下させて、針状体シート１を打抜く。打抜いた後、打抜いた針状体１ａを保持するために、使用する打抜き刃５１は片刃構造が望ましい。

次に、図５（ｄ）に示すように、打抜いた針状体１ａを保持した状態で打抜きユニット５０を上昇させて搬送ユニット１００の台座８０を移動させる。その後、図５（ｅ）に示すように、収納容器９０を台座８０のあった位置に移動させ、打抜きユニット５０を針状体１ａの底部が収納容器９０の底部に触れるように降下させる。

その後、給排気ユニット６０の給排気６１から加圧して、図５（ｆ）に示すように、加圧を開放して大気に戻した状態で打抜きユニット５０を上昇させて、打抜いた針状体１ａを収納容器９０に収納し、収納後、搬送して一連の操作を終了する。この時、加圧が大きすぎると、針状体１ａを吹き飛ばす可能性があるため、加圧は０．１〜０．２ＭＰａが好ましい。上記のように微妙な負圧・加圧空間を制御する上で、給排気ユニット６０には流
量制御機構を備えることが望ましい。

上記の方法で打抜いた針状体１ａの周囲に粘着剤を貼り付けると、皮膚等に貼り付け可能な針状体となる。粘着材は皮膚貼付に適した材質のものを用いることが好ましく、滅菌工程に耐えられるものがさらに好ましい。

以上説明したように、本実施形態の針状体の製造方法によれば、打抜・搬送工程において、所望の形状に成形した片刃構造の打抜き刃５１は、針状体１ａを保持するガイドの役割と、所望の形状の打抜く役割を担う。この二つの役割を担う打抜き刃５１を使用することで、針面を破損させることなく、針状体の打抜を針状体の保持・搬送を同時に行うことができる。

１ 針状体シート
１ａ 針状体（製品サイズ）
１０ 支持基板
２０ 針部（突起部）
２０ａ 針状体シート形成用組成物（液状）
３０ 凹版
３０ａ 凹部
４０ 針状体の製造装置（打抜き搬送装置）
５０ 打抜きユニット
５１ 打抜き刃
５２ ストッパー
６０ 給排気ユニット
６１ 給排気口
７０ 負圧・加圧空間（打抜き刃の内側領域）
８０ 台座
９０ 収納容器
１００ 搬送ユニット

Claims (7)

1. 支持基板上に複数の針部が形成された針状体シートから任意のサイズの針状体に周囲を打抜き、打抜かれた針状体を搬送する針状体の製造装置であって、
   前記針状体シートを設置する台座と、針状体シートから任意のサイズに周囲を打抜くための打抜き刃を備えた昇降可能な打抜きユニットと、打抜き領域の内側空間の空気の給気と排気のための給排気ユニットと、針状体を収納容器に収納して搬送する搬送ユニットとを具備することを特徴とする針状体の製造装置。
2. 前記給排気ユニットが流量制御機構を有することを特徴とする請求項１に記載の針状体の製造装置。
3. 前記打抜き刃が片刃構造であることを特徴とする請求項１または２に記載の針状体の製造装置。
4. 前記針状体の収納容器が樹脂からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の針状体の製造装置。
5. 支持基板上に複数の針部が形成された針状体シートから任意のサイズの針状体に周囲を打抜く針状体の製造方法であって、
   支持基板上に複数の針部が形成された針状体シートの針部側を上向きにして台座に設置する工程と、
   打抜き刃を備えた打抜きユニットを降下させて針状体シートの表面に打抜き刃を接地させる工程と、
   打抜き刃が接地した内側空間の空気を負圧状態に排気する工程と、
   打抜きユニットをさらに降下させて打抜き刃で打抜く工程と、
   打抜き刃で打抜かれた針状体を負圧状態で保持したまま打抜きユニットを上昇させる工程と、
   台座を移動させて、その位置に収納容器を挿入した後に打抜きユニットを打抜いた位置まで降下させる工程と、
   負圧状態を大気圧に戻した後、打抜き領域の内側空間に給気して加圧状態にする工程と、
   打抜きユニットを上昇させて加圧状態の前記針状体を収納容器に納める工程と、
   その後収納容器を移動する工程からなることを特徴とする針状体の製造方法。
6. 前記打抜き領域の内側空間の負圧状態の真空度が、−３８．５〜−１３ＫＰａであることを特徴とする請求項５に記載の針状体の製造方法。
7. 前記打抜き領域の内側空間の加圧状態の圧力が、０．１〜０．２ＭＰａであることを特徴とする請求項５または６に記載の針状体の製造方法。