JP2017074196A

JP2017074196A - 針状体デバイス及びこれを備えるアプリケータ

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Publication number: JP2017074196A
Application number: JP2015202951A
Authority: JP
Inventors: 亮一旭井; Ryoichi Asai; 知也住田; Tomoya Sumita
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2015-10-14
Filing date: 2015-10-14
Publication date: 2017-04-20

Abstract

【課題】穿刺効率をあげ、皮膚への穿刺を確実なものすることができる針状体デバイスおよびアプリケータを提供する。【解決手段】針状体デバイスは、基板の一方の面に複数の突起部を備え、複数の突起部が角錐形状であり、かつ、角錐形状の２つの側面で形成される刃が、基板表面上の所定の位置を中心点とする円の接線方向となるように配置されている。アプリケータは、支持部と、上記支持部に相対的に移動可能に保持され、上記針状体デバイスを一端に固定可能な回転部とを備え、回転部は、当該一端側への移動につれて回転する、アプリケータである。【選択図】図１

Description

本発明は、皮膚に穿刺して用いられる針状体デバイス及びこれを備えるアプリケータに関する。

従来、皮膚の上から薬剤を浸透させ、体内に薬剤を投与することができる方法である経皮吸収法が知られている。薬剤を効率良く体内に吸収させるために、マイクロメートルオーダーの針部を具備することができるマイクロニードル（ＭＮ）と呼ばれる針状体デバイスを用いて皮膚を穿刺し、皮膚内に薬剤を直接投与することができる方法が注目されている。このような経皮吸収法に用いられる針状体デバイスとして、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。

その一方で、ＭＮを精度良く穿刺するのは難しく、皮膚は柔軟で伸びがあるために皮膚を伸張し穿刺する技術が報告されている。例えば特許文献２では、皮膚に位置決めした装置を下向きに押圧して、伸張装置が皮膚穿通部材の目標域の皮膚を伸張させることで、皮膚の均等な穿通が可能になる旨が記載されている。また特許文献３には、２つの内部拡張部を離すようにこれらの拡張部を動かすことで、皮膚を伸ばした上で微小突起を皮膚に刺すことと、その後更にそれらの拡張部を動かすことでその微小突起が皮膚を切ることとが記載されている。さらに特許文献４には、伸張可能な錐体を皮膚に押し込むことで皮膚を伸ばした上で、その錐体内に配されているＭＮを皮膚に穿刺する技術が記載されている。このように皮膚を変形させるためには大掛かりな機構が必要である。特許文献５では、互いに向きが異なる各ＭＮが各ＭＮ先端方向に動き、移動方向の相違が皮膚の変形の誘引となり、ＭＮ自体で皮膚を変形させることで、穿刺冶具機構を不要にしている。しかしながら、確実に穿刺するためには皮膚に対してＭＮを垂直に押し当てなければ、皮膚を変形することはできず、ＭＮの垂直方向への押し当てと皮膚の変形とを同時に満たす機構が必要である。

特許第５２８５９４３号公報特表２００３−５３４８８１号公報米国特許第７０８７０３５号明細書米国特許第６７４３２１１号明細書国際公開第２０１４／１２６１０１号

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、皮膚への穿刺を確実なものすることができる針状体デバイス及びこれを備えるアプリケータを提供することを課題とする。

上記課題を解決するための、この発明の一局面は、基板の一方の面に複数の突起部を備え、複数の突起部が角錐形状であり、かつ、角錐形状の２つの側面で形成される刃が、基板表面上の所定の位置を中心点とする円の接線方向となるように配置されている、針状体デバイスである。

また、本発明の他の局面は、支持部と、上記支持部に相対的に移動可能に保持され、上記針状体デバイスを一端に固定可能な回転部とを備え、回転部は、当該一端側への移動につれて回転する、アプリケータである。

本発明の針状体デバイスは、ねじりモーメントを加えながら穿刺することにより、穿刺効率を上げることができる。

本発明の一実施形態に係る針状体デバイスの平面図、断面図、および斜視図本発明の一実施形態に係る針状体デバイスの平面図本発明の一実施形態に係る針状体デバイスの平面図本発明の一実施形態に係る針状体デバイスの平面図本発明の一実施形態に係る針状体デバイスの平面図本発明の一実施形態に係る針状体デバイスを備えたアプリケータの断面図本発明の一実施形態に係るアプリケータの分解図本発明の一実施形態に係る針状体デバイスの製造方法を示す図本発明の一実施形態に係る針状体デバイスの製造方法を示す図本発明の一実施形態に係る針状体デバイスの製造方法を示す図本発明の一実施形態に係る針状体デバイスの製造方法を示す図本発明の一実施形態に係る針状体デバイスの製造方法を示す図本発明の一実施形態に係る針状体デバイスの製造方法を示す図本発明の一実施形態に係る針状体デバイスの製造方法を示す図

以下に、本発明の一実施形態に係る針状体デバイス１０、アプリケータ２０及び針状体デバイス１０の製造方法について図面を参照して説明する。ここで、各図面は模式的なものであり、寸法や各部の比率等は現実のものとは異なる。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化することができるための構成を例示することができるものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造等が下記のものに特定することができるものでない。本発明の技術的思想は、少なくとも特許請求の範囲に記載された請求項が規定することができる技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。まず、本実施形態の針状体デバイス１０について説明する。この針状体デバイス１０は、例えば後述の製造方法によって製造することができる。

＜針状体デバイス１０＞
図１に、針状体デバイス１０の平面及び断面図（ａ）、斜視図（ｂ）を示す。針状体デバイス１０は、図１の（ａ）、（ｂ）に示すように、基板１２の一方の面に針状の構造体である針状部１１を備える。針状体デバイス１０にあっては、１つの基板１２上に形成することができる針状部１１の数は１つに限定されない。基板１２上には複数の針状部１１が形成されていてもよい。なお、複数の針状部１１を形成することにより、より多くの薬剤を皮膚内に移行させることができる。また、基板１２の面に対して針状部１１は垂直方向に立設していなくてもよい。図１に示す例では、針状部１１は三角錐形状であり、かつ、三角錐体の２つの面で形成される刃（三角錐体の長軸方向に沿った稜線）が、基板１２表面上の所定の位置を中心点とする円の接線方向を向くように配置されている。

図２から図５には、針状体デバイス１０の針状部１１の形状、配置例を示す。図２の（ａ）、（ｂ）では、針状部１１が四角錐状の場合を例示した。針状部１１の形状としては、円錐や四角錐等の角錐からなる柱状形状であってよいし、図３の（ａ）、（ｂ）のように、十字架状の多角錐からなる錐体形状であってもよい。また、針状部１１の配置パターンは、図３の（ａ）、（ｂ）に示すように、針状部１１を円中心から外周に向かって放射線状に配置した形状であってもよいし、図４の（ａ）、（ｂ）に示すように、円中心から外周に向かって広がる渦巻線状に配置した形状であってもよい。更に、針状部１１の配置パターンは、図５の（ａ）のように、針状部１１を中心軸から偏心した線状でもよいし、図５の（ｂ）のように非線対称な複数の線状でもよい。要は、針状部１１は長軸方向に沿った稜線が基板１２表面上の所定の位置を中心点とする円の接線方向に向けて配置されていればよい。

針状部１１は、基板１２の表面から針状部１１の先端までの高さをＨと定義し、針状部１１の底面（基板１２の平坦面による断面）における断面積に等しい面積を有する円の最大の直径をＡと定義した場合、下記（１）、（２）式を満足することが望ましい。
０．２ｍｍ≦Ｈ≦２ｍｍ・・・（１）
１≦（Ｈ／Ａ）≦１０・・・（２）
針状部１１の高さ（Ｈ）が０．２ｍｍに満たない場合、針状部１１を皮膚に穿刺することができることが困難となる場合がある。一方、針状部１１の高さ（Ｈ）が２ｍｍを超える場合、針状部１１を皮膚に穿刺した場合に被穿刺者が穿刺に伴い大きな痛みを感じる場合がある。

また、（Ｈ／Ａ）が１に満たない場合、針状部１１を皮膚に穿刺することができることが困難となる場合がある。一方（Ｈ／Ａ）が１０を超える場合、針状部１１の強度が低下し、針状体デバイス１０を皮膚に穿刺した際に針状部１１が変形または破壊されるおそれがある。

＜アプリケータ２０＞
得られた針状体デバイス１０は、図６及び図７に示すようにアプリケータ２０を用いて、皮膚に穿刺することができる。そして、穿刺から一定時間経過後、針状体デバイス１０は皮膚から取り除かれる。アプリケータ２０は、針状体デバイス１０の穿刺位置及び皮膚と針状部１１との角度を固定するための補助器具である。アプリケータ２０は、例えば、支持部２２と、下端に針状体デバイス１０が取り付けられ上部が支持部２２の内部に嵌入する回転部２１とを含む。また、粘着フィルム３２、リング材３１、３２等の部材を適宜備えてもよい。支持部２２の内部の溝２２ａおよびこれに嵌合する回転部２１の凸条２１ａとが、支持部２２への回転部２１の嵌入方向に対して斜め方向に延伸して形成されている、これにより、穿刺する際に、支持部２２の下端を皮膚に押し当て、回転部を押下すると、回転部２１が回転し、針状体デバイス１０に回転力が加わる。すなわち、このように、アプリケータ２０は、押下にともなう支持部２２との干渉に応じて針状体デバイス１０にねじりモーメントを作用させる回転部２１を備えることで、針状体デバイス１０の針状部１１から、皮膚表面に対して垂直な方向と、皮膚表面および針状部１１の刃の延長方向に平行な方向とに好適に力が作用し容易、確実、効率的に皮膚を穿刺することができる。

＜針状体デバイス１０の製造方法＞
次に、針状体デバイス１０の製造方法の一例を説明する。まず、基板１２として、厚さ７００μｍの単結晶のシリコンウェハ等のシリコン（Ｓｉ）基板１２を準備し、次に、この加工対象物を切削、研削、エッチング、積み上げ等を行うことで針状体デバイス１０を作製することができる。以下で、詳細に説明する。

単純な形状の針状体デバイス１０は、シリコンウェハに切削工具を用いて加工することで製造できる。研削加工機を用いると、高速で回転することができる研削砥石を用いて、砥石を構成することができるため、極めて硬く微細な砥粒によって加工物を削り取ることができる。図８には、研削加工機を用いた針状体デバイス１０の製造方法を示す。例えば、図８の（ａ）に示すようにダイシングソー４０を用いて、研削砥石として、ダイシングブレード４２を用いることができる。ダイシングソー４０は、図８の（ｂ）に示すように高速で回転することができるスピンドルの先端に取り付けられたダイシングブレード４２によって、被加工基板１２に直線状溝を加工することができる。ダイシングブレード４２は、円盤状の支持体の外周部に形成することができる。ダイシングブレード４２の材質は高い硬度を有することが望ましく、一般にダイヤモンド砥粒を用いることがさらに望ましい。ダイシングソー４０においては、円盤状の支持体の外周部全面にダイヤモンド砥粒を含むダイシングブレード４２が形成された、ダイヤモンドホイールを用いることができる。ダイヤモンドホイールは、半導体産業における基板１２の断裁工程で広く用いられており、安価で入手が容易な部材である。

通常、ダイシングブレード４２の断面形状は、側面と先端面とが９０°の角を成して交わり、頂点を形成することができる。これに対して、針状体デバイス１０原版の製造に用いるダイシングブレード４２は、側面と先端面と、これらの間に形成された傾斜面を有するものを用いる。傾斜面の傾斜角度により、最終的に形成することができる針状部１１の側壁角度を決定することができる。このようにダイシングブレード４２の傾斜面により、形成することができる針状部１１の側壁角度を制御することができる。図９には、研削加工機を用いて形成された針状体デバイス１０の平面図を示す。ダイシング加工深さ、ダイシングブレード４２の先端傾斜面の角度、及びダイシングブレード４２の幅を考えて基板１２の他面を研削することにより、針状部１１は、図９の（ａ）、（ｂ）のような単調な形状を作製することができる。

複雑な製造方法としては、マイクロドリル５０を用いた回転切削工具５１を用いて加工する方法がある。図１０には、マイクロドリル５０を用いた針状体デバイス１０の製造方法を示す。針状体デバイス１０は、マイクロドリル５０を用いた切削加工を用いることで、図１０に示す針状部１１の中央部が窪んだ複雑な形状およびパターンを作製することができる。マイクロドリル５０は、機械本体にミーリング用の専用スピンドルを搭載した同時多軸制御が可能で、空気軸受化されたサーボ機構を備える加工機が望ましい。同時多軸制御により各種の三次元加工を高い精度で行うことができる。

図１１に、エッチングを用いた針状体デバイス１０の製造方法を示す。図１１の（１）〜（４）を参照してエッチングを用いた作製方法に係る針状体デバイス１０の製造方法を説明する。まず、基板１２上にエッチングマスク６０を形成する（図１１の（１））。基板１２の材料は、プラズマエッチング等のエッチング法で加工可能なものであれば良く、加工法に適する材料を適宜選択することができる。具体的には、シリコンや、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、フッ素樹脂等の合成樹脂を用いてよい。エッチングマスク６０の材料は、上述した基板１２と密着し、後述するエッチングを行う工程において、エッチングマスク６０のエッチングレートが、基板１２のエッチングレートより小さいものであればよい。エッチングマスク６０を形成するには、基板１２上に均一に形成できる方法、具体的には、ＣＶＤ、スプレーコート法、液滴吐出法等の方法を用いることができる。エッチングマスク６０のパターンを形成する方法としては、公知の方法を適宜使用することができる。例えば、露光現像による方法（用いるエッチングマスク６０によりパターンを制御することができる）、液滴吐出法（パターンのみに液滴を吐出することができる）等の方法を用いることができる。製造することができる針状部１１の径は、形成するエッチングマスク６０の径に依存するので、所望の針状体デバイス１０の径に応じてエッチングマスク６０の径を調整することが好ましい。このとき複数のエッチングマスク６０のアレイを形成してもよい。エッチングマスク６０のアレイを形成することにより、針状体デバイス１０を製造することができる。このとき、エッチングマスク６０のパターンレイアウトを調整することで、針状部１１の間隔および本数を制御することができる。

次に、エッチングマスク６０を、膜厚分布をもつように変形させる（図１１の（２））。後述するエッチング工程において、エッチングマスク６０の薄い部位は、エッチングマスク６０の厚い部位と比べて早く除去することができる。よって、エッチングマスク６０に膜厚分布を付与することで、マスク６０が除去される時間を制御することができる。このとき、基板１２も同時にエッチングされているため、マスク６０が除去されるにつれ、除去されたマスク６０の部位に対応する基板１２の部位のエッチングも進む。エッチングマスク６０周縁部の厚みを、エッチングマスク６０中央部の厚みと比べて薄くし、周縁部から中央部へ向けてエッチングマスク６０の厚みを連続的に変化させた場合、エッチングが進むにつれて、エッチングマスク６０周縁部から徐々にマスク６０が除去され、基板１２とエッチングマスク６０とのエッチングレート比に応じたテーパー角度を持つ針状体デバイス１０を製造することができる。このようにエッチングマスク６０に膜厚分布を付与することで、マスク６０を除去する時間を制御することができる。そのため、後述するエッチング工程で製造する針状体デバイス１０の先端角度及び高さを制御することができる。

同一のエッチング条件下でエッチングマスク６０が消失するまでエッチングを実施する場合、初期のエッチングマスク６０が厚いほど、製造される針状部１１は高くなる。エッチングマスク６０を、膜厚分布を付与するように変形させるために、エッチングマスク６０をリフローさせてもよい。エッチングマスク６０を加熱して流動させると、表面張力によりエッチングマスク６０の厚みが滑らかに変化する。こうして、エッチングマスク６０周縁部の厚みを、エッチングマスク６０中央部の厚みと比べて薄くし、エッチングマスク６０の厚みを周縁部から中央部へ向けて連続的に変化させることができる。エッチングマスク６０の膜厚分布はリフロー条件で決定することができる。このため、特にエッチングマスク６０を基板１２上に複数設けた場合、各エッチングマスク６０の膜厚分布を一様にすることができることができ、一度の工程で精度良く複数の針状部１１を製造することができる。このように、エッチングマスク６０の初期厚さ、加熱温度等を調整することができることにより、リフロー後のエッチングマスク６０の厚みおよび厚さ分布を調整することができる。

また、液滴吐出法を用い、エッチングマスク６０材料を溶媒に溶解した液滴またはエッチングマスク６０材料を加熱溶融させた液滴を吐出してエッチングマスク６０を形成した場合、溶媒を揮発させるかまたはエッチングマスク６０材料を凝固させることにより、エッチングマスク６０に膜厚分布をもつように変形させることができる。これらの方法でも、表面張力によりエッチングマスク６０の厚みを滑らかに変化させることができる。このため、エッチングマスク６０周縁部の厚みを、エッチングマスク６０中央部の厚みと比べて薄くし、エッチングマスク６０の厚みを周縁部から内部へ向けて連続的に変化させることができる。

液滴吐出でエッチングマスク６０を形成する場合、液滴吐出の精度の範囲で任意の形状のエッチングマスク６０を形成することができる。また、エッチングマスク６０の膜厚分布は、溶媒揮発条件または凝固条件で決定することができる。このため、特に、エッチングマスク６０を基板１２上に複数設けた場合、各エッチングマスク６０の膜厚分布を一様にすることができることができ、一度の工程で精度良く複数の針状部１１を製造することができる。溶媒を揮発させるか、またはエッチングマスク６０材料を凝固させる場合、加熱、減圧または減圧下で加熱等を行う。減圧手段および加熱手段は特に限定されず、例えば、減圧環境下でオーブンやホットプレートといった加熱装置を用いてもよい。

次に、エッチングマスク６０を形成した基板１２全体のエッチングを進め（図１１の（３））、針状体デバイス１０を製造することができる（図１１の（４））。エッチング方法は、基板１２のエッチングレートとエッチングマスク６０のエッチングレートとが異なる異方性エッチング方法であれば良く、適宜公知の方法を用いることができる。例えば、ＲＩＥ、マグネトロンＲＩＥ、ＥＣＲ、ＩＣＰ、ＮＬＤ、マイクロ波、ヘリコン波等の放電方式を用いたドライエッチング装置を用いたドライエッチングを行ってもよい。エッチングマスク６０周縁部の厚みがエッチングマスク６０中央部の厚みと比べて薄くなるように、周縁部から中央部へ向けてエッチングマスク６０の厚みを連続的に変化させた場合、エッチングが進むにつれて、エッチングマスク６０周縁部から徐々にマスク６０が除去され、基板１２とエッチングマスク６０とのエッチングレート比に応じたテーパー角度を持つ針状体デバイス１０を製造することができる。図１２に、エッチングを用いて形成された針状体デバイス１０の形状を示す。

基板１２上にノズル７０などから針状部前駆体となる液体１３を付着させ、液体１３から固体の針状構造体を形成することができる針引き出し法を用いて作製してもよい。図１３、１４に、針引き出し法を用いた針状体デバイス１０の製造方法を示す。図１３、１４に示すように、針引き出し法は基板１２上に針状部前駆体となる非固体形状物質を付着させる工程と、非固体形状物質を固体の針状部１１に形成する工程とを有する。非固体形状物質は、例えば、液体、ゲル、エマルジョン、クリーム、ペースト状を用いることができる。非固体形状物質から固体の針状部１１を形成する工程は、例えば、固体ポリマーを形成するために非固体形状物質に紫外線を照射したり、溶媒を風乾して飛ばしたりしてもよいし、時間をかけて硬化させてもよい。

以上で説明した製造方法により、図２から図５に示すような、針状体デバイス１０が得られる。なお、上記の針状体デバイス１０の製造方法については、特に制限は無い。針状体デバイス１０の製造方法は、公知の方法を用いても良く、機械加工若しくは半導体製造に用いられる微細加工を用いることもできる。このとき、基板１２としては、材質は特に制限されず、加工適性や、材料の入手容易性等から材質を選択することができることが望ましい。例えば、ＳＵＳやアルミ、チタン等の金属材料、アルミナ、窒化アルミニウム、マシナブルセラミックス等のセラミックス、又はシリコンやガラス等の硬脆性材料、アクリルやポリアセタール等の有機材料が挙げられる。作製することができる針状体デバイス１０の形状に応じて適宜公知の製造方法を用いてよい。例えば、微細加工技術によって所望することができるパターン形状を有することができる原版を作製してもよい。ここで、微細加工技術としては、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、精密機械加工法等を用いてもよい。原版材料についての制限は特に無く、微細加工に用いる方法に適することができる材料を選択することができる。

以上針状体デバイス１０の製造方法を示したが、原版から複製版を作製し、複製版を用いて転写成形加工を行って針状部１１を作製してもよい。

複製版は熱硬化型シリコーン樹脂溶液を用いて作製することができる。例えば、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）溶液を用いて原版に垂らし、転写させる複製版の基材となるシリコン基板１２を載せる。その後、１００℃１０分間加熱し、ＰＤＭＳ溶液を硬化することができる。その後、原版を剥離して完全に除去し、１９０℃で１時間加熱硬化することで、ＰＤＭＳから成る複製版が得られる。得られた複製版を用いて針状部１１を作製する場合には、熱圧縮成形を用いる。針状部１１の材料として、融点が１７０℃のＰＬＡ（ポリ乳酸）を採用し、ＰＬＡを複製版上に配置し、２１０℃で加熱してＰＬＡを溶融し、金属の熱プレス機で溶融しＰＬＡを圧縮して成形する熱圧縮成型を用いることができる。

その後、熱圧縮中に複製版と成形材料であるＰＬＡを室温まで急速に冷却して複製版からのＰＬＡの離型を促進することができる。このとき、ＰＬＡは複製版から容易に剥離することができる。例えば、ピンセットで針状体デバイス１０材料であるＰＬＡの端部を摘んで複製版から容易に剥離することができる、このとき、基板１２と針状部１１とは、ＰＬＡにより一体成形することができるため、いずれもＰＬＡ製である。但し、実際には、ＰＬＡを複製版上に配置した後、基板１２としてシリコン基板１２等を複製版上に配置してもよい。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。さらに、実施形態で示した各構成のそれぞれを適宜組み合わせて利用できることは、言うまでもない。

本発明の針状体デバイスは、医療のみならず、微細な針状構造体を必要とする様々な分野に適用可能であり、例えばＭＥＭＳデバイス、創薬、化粧品などに用いる針状体デバイスとしても有用である。

１０針状体デバイス
１１針状部
１２基板
１３針状部前駆体となる液体
２０アプリケータ
３２粘着フィルム
４０研削装置および研削工具（ダイシングソー）
５０切削装置および切削工具（マイクロドリル）
６０エッチングマスク
７０ノズル

Claims

基板の一方の面に複数の突起部を備え、
前記複数の突起部が角錐形状であり、かつ、前記角錐形状の２つの側面で形成される刃が、前記基板表面上の所定の位置を中心点とする円の接線方向となるように配置されている、針状体デバイス。
支持部と、
前記支持部に相対的に移動可能に保持され、請求項１に記載の針状体デバイスを一端に固定可能な回転部とを備え、
前記回転部は、前記一端側への移動につれて回転する、アプリケータ。