JP2018082742A

JP2018082742A - マイクロニードルの製造方法、マイクロニードル及び金型

Info

Publication number: JP2018082742A
Application number: JP2016225781A
Authority: JP
Inventors: 阿部　秀夫; Hideo Abe; 秀夫阿部
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2018-05-31

Abstract

【課題】針本数が１００本以上のマイクロニードルの製造方法を提供する。【解決手段】針本数が１００本以上のマイクロニードルの射出成形方法であって、金型のキャビティ内部を外部から脱気減圧しながら、キャビティ内部を１００℃以上１４０℃以下の範囲になるまで昇温させ、キャビティ内部へ成形樹脂を射出してマイクロニードルを成形した後、キャビティ内部を室温まで低下させるヒートサイクル行う。【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロニードルの製造方法、及び当該方法に用いる金型に関する。

薬剤を人体に投与する方法としては、経口投与、注射器による皮膚真皮層または静脈への穿刺、皮膚表面への軟膏剤の塗布による局部真皮層への投与、皮膚表面への貼付け方法による局部真皮層への投与、などの方法が挙げられる。

この中で、貼付けまたはアプリケーターを用いて穿刺する方法によって体内に薬剤を投与する器具として、近年、複数の微小な針を備えたマイクロニードル（以後ＭＮと略記する）の開発が進められて来た。ＭＮの材料には、穿刺によって針形状体の一部が折れて体内に残留しても悪影響がないように、生体内で溶解しても無害なものが選択されている。具体的には、マルトース、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、デキストリンなどが選択可能で、これをスタンパーに載せて加熱し、形状を転写することでＭＮを製造する方法が知られている。

これらの材料を用いた塗布型のＭＮとして、針先の穿刺性を良くする為、蚊の針先形状を模倣したマイクロニードル形状が特許文献１、および特許文献２に示されている。これらのＭＮは針本数が少ないため、比較的簡単に射出成形によって成形することができる。この場合、成形材料としてポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、ポリ乳酸−ポリグリコール酸共重合体、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡｃ）などを使用することが可能である。

特許第３８８７６５７号公報特許第４６４９５６５号公報

一般に、射出成形において、成形物の形状が複雑で凹みなどがある場合、金型ブロックに空気ベントを設ける方法が採られるが、ＭＮのような複雑な形状のキャビティ構造であると、凹み部への樹脂充填が悪く、成形物としての針先への充填性が低下する。ＭＮの針本数が１０本以下と少ない場合では金型ブロックに空気ベントを設ける方法が考えられる。この場合、コマを装着した金型ブロックの針先の空気ベントを行った上で、金型ブロックを加熱した後、材料を射出し、保圧しながら金型温度を室温まで低下させるいわゆるヒートアンドクール方法を用いることができる。しかしながら、針本数が１００本以上のＭＮの場合は、それぞれの針先にベントを設けることは金型加工上困難である。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、針本数が１００本以上のＭＮの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の一局面は、針本数が１００本以上のマイクロニードルの射出成形方法であって、金型のキャビティ内部を外部から脱気減圧しながら、キャビティ内部を１００℃以上１４０℃以下の範囲になるまで昇温させ、キャビティ内部へ成形樹脂を射出してマイクロニードルを成形した後、キャビティ内部を室温まで低下させるヒートサイクル行うマイクロニードルの製造方法である。

また、本発明の他の局面は、上述の製造方法に用いる金型であって、キャビティ内部近傍に加熱用のヒーターと冷却用配管とを備える金型である。

また、キャビティ内部の外側にＯリングを有し、キャビティ内部を減圧する脱気用パイプをさらに備えてもよい。

本発明によれば、針本数が１００本以上のＭＮの製造方法を提供することができる。

ＭＮの一例を示す斜視図ＭＮの一例を示す斜視図本発明の一実施形態に係る射出成形方法に用いる設備の模式図

一般に、針本数が１００本以上のＭＮのような複雑な形状を射出成形する場合、それぞれの針先に空気ベントを設けることは、金型加工上困難である。そこで、本発明の実施形態に係る射出成形方法では、ヒーターを用いたキャビティ内部の加熱と真空ポンプを用いた減圧を同時に行った後、所定の条件に到達した後キャビティ内部へ樹脂を射出し、保圧しながら室温付近まで冷却し、その後、大気開放して型を開き成形物を取り出す方法を用いる。キャビティ内部を減圧するために、コマ（入子）よりも外側の金型の型合わせ面にＯリングを設置した。

以下に本発明の実施形態に係る射出成形方法ついて図面を参照しながら説明する。

図１及び図２には、本発明の実施形態に係る射出成形方法を用いて製造されるＭＮの一例であるＭＮ３及びＭＮ６の斜視図を示す。

ＭＮ３は、円盤状の基体２の一方の面上に、四角錐状の微小な針１を複数備える。実際は、ＭＮ３は針１を１００本以上備えるが、図１では、便宜上、針１を４本のみ示している。ＭＮ６は、円盤状の基体５の一方の面上に、段付きの円錐状の微小な針４を複数備える。ＭＮ６も、実際には、針４を１００本以上備えるが、図２では、便宜上、針４を４本のみ示している。針１、４の形状は薬剤の塗布量や、穿刺性を考慮した形状に変えることが可能である。

（コマの作製）
ＭＮ３及びＭＮ６の原版は金属またはシリコン等を加工して作製し、これを元に電鋳で凹版を作製し、この外部を予定寸法に研削加工してコマ１４を作製することができる。コマの表面には、成形樹脂の離型性を良くする為、離型膜をコーティングしてもよい。

次に、本発明の実施形態に係る射出成形方法について、図３に示した射出成形設備１００の模式図に基づいて説明する。

（射出成形設備）
射出成形設備１００は、金型を構成するキャビティ１２とコア１６とを含む。キャビティ１２は、加熱ヒーター１１と、冷却用配管１３と、ＭＮ３及びＭＮ６を元に作製されたコマ（入子）１４と、脱気用パイプ１８とを備える。また、コア１６は、冷却用配管１３と、Ｏリング１５とを備える。キャビティ１２とコア１６とを合わせた際の空洞部（以下、キャビティ内部という）には、コア１６側から、図示しない射出成形機によりノズル１７を介して成形樹脂が供給される。

加熱ヒーター１１は、例えば、電気を用いて金型及びキャビティ内部を所定温度に昇温させる。

冷却用配管１３は、例えば、内部に冷却水を流すことでキャビティ１２及びコア１６のそれぞれを冷却させ、金型及びキャビティ内部を冷却する。

脱気用パイプ１８は、キャビティ内部と連通し、図示しない真空ポンプを用いることでキャビティ内部を脱気することができる。

Ｏリング１５は、コア１６の型合わせ面であって、キャビティ１２とコア１６とを合わせた際にキャビティ内部よりも外側となる位置に設けられ、脱気時におけるキャビティ内部への外気の流入を抑制する。

（射出成形方法）
はじめに、離型膜をコーティングしたコマ１４を、キャビティ１２に固定する。このキャビティ１２とコア１６とを１０〜２０トン程度の比較的小型の射出成形機に搭載する。射出成形機のホッパーに成形樹脂を入れた後、射出成形機のノズル１７が所定温度になるように昇温させる。昇温後パージを行い安定した射出ができるように条件を整えておく。

次に、キャビティ１２とコア１６とを閉じる（合わせる）。その後、ヒーター１１を用いてキャビティ１２とコア１６とを所定の金型温度に昇温させる。同時に真空ポンプを用いて脱気用パイプ１８からキャビティ内部の脱気減圧を行う。キャビティ内部が所定の温度になり、キャビティ内部が所定の真空度になったら、ノズル１７から成形樹脂を射出して、ＭＮを成形する。このときのキャビティ内部の温度は、１００℃以上１４０℃以下の範囲の温度が好適である。

次に、保圧を掛けながら、冷却配官１３中に冷却用の水を流すことによりキャビティ内部の温度を約４０℃付近まで、好ましくは室温まで低下させる。金型温度が低下してから、キャビティ１２内部へ空気を導入し、キャビティ１２とコア１６とを開いて成形物であるＭＮを取り出す。

＜実施例１＞

全自動射出成形機（住友重機械工業（株）製、ＳＥ１８ＤＵ、１８トン機）を用い、上述の射出成形方法で実施例１に係るＭＮ３を製造した。材料とする樹脂としては、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）を用いた。キャビティ内部の温度を１５０℃に加熱し、減圧したキャビティ内部へ射出速度５０〜２００ｍｍ／ｓｅｃで樹脂を射出し、保圧力８０〜９０ＭＰａで２秒間保圧した。

次に、キャビティ１２及びコア１６内部の冷却用配管１３に冷水を流し、キャビティ内部の温度を約４０℃程度まで低下させた。その後、キャビティ内部を大気圧に戻し、金型を開いて目的とするＭＮ３を得た。

＜実施例２＞

実施例１と同じ設備を用いて、上述の射出成形方法で実施例２に係るＭＮ３を製造した。材料とする樹脂として、ポリ乳酸（ＰＬＡ）を用いた。キャビティ内部の温度を１２０℃に加熱し、減圧したキャビティ内部へ射出速度１００〜２００ｍｍ／ｓｅｃで樹脂を射出し、保圧力２０〜５０ＭＰａで２秒間保圧した。

＜実施例３＞
実施例１と同じ設備を用いて、上述の射出成形方法で実施例３に係るＭＮ３を製造した。材料とする樹脂として、ポリカーボネイト（ＰＣ）を用いた。キャビティ内部の温度を１００℃に加熱し、減圧したキャビティ内部へ射出速度６０〜１００ｍｍ／ｓｅｃで樹脂を射出し、保圧力８０〜１００ＭＰａで２秒間保圧した。

＜実施例４＞
全自動射出成形機（ソディック（株）製、ＬＤ１０ｍ８、１０トン機）を用い、上述の射出成形方法で実施例４に係るＭＮ３を製造した。材料とする樹脂として、ポリ乳酸（ＰＬＡ）を用いた。キャビティ内部の温度を９０℃に加熱し、減圧したキャビティ内部へ射出速度４５〜６５ｍｍ／ｓｅｃで樹脂を射出し、保圧力７０〜１７０ＭＰａで３〜１０秒間保圧した。

次に、キャビティ１２及びコア１６内部の冷却用配官１３に冷水を流し、キャビティ内部の温度を約４０℃程度まで低下させた。その後、キャビティ内部を大気圧に戻し、金型を開いて目的とするＭＮ３を得た。

＜実施例５＞
実施例４と同じ設備を用いて、上述の射出成形方法で実施例５に係るＭＮ３を製造した。材料とする樹脂として、ポリカーボネイト（ＰＣ）を用いた。キャビティ内部の温度を１００℃に加熱し、減圧したキャビティ内部へ射出速度６０〜１００ｍｍ／ｓｅｃで樹脂を射出し、保圧力８０〜１００ＭＰａで２秒間保圧した。

実施例１〜５により得られたＭＮ３は、いずれも針先まで樹脂充填がされていた。以上の結果から、本射出成形方法によって、成形物の形状が複雑なためエアベントを設けることができない金型においても、加熱・冷却とキャビティ内部を減圧・大気開放するサイクル成形によって、充填率を向上させることが可能であることが確認できた。

以上説明したように、本発明のように加熱・冷却及び脱気・大気開放を併用した射出成形方法によれば、針本数が１００本以上あるような複雑な形状のＭＮであっても、比較的短いサイクルタイムで充填率の高い製品を製造することができる。

本発明は、医療、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）デバイス、光学部材、創薬、化粧品、美容用途等に用いるＭＮの製造に用いることができる。

１針
２基体
３マイクロニードル
４２段を特徴とする針
５基体
６マイクロニードル
１１加熱ヒーター
１２キャビティ
１３冷却用配管
１４コマ（入子）
１５Ｏリング
１６コア
１７ノズル
１８脱気用パイプ
１００射出成形設備

Claims

針本数が１００本以上のマイクロニードルの製造方法であって、
金型のキャビティ内部を外部から脱気減圧しながら、前記キャビティ内部を１００℃以上１４０℃以下の範囲になるまで昇温させ、
前記キャビティ内部へ成形樹脂を射出してマイクロニードルを成形した後、前記キャビティ内部を室温まで低下させるヒートサイクル行うマイクロニードルの製造方法。
請求項１に記載の製造方法に用いる金型であって、
キャビティ内部近傍に加熱用のヒーターと冷却用配管とを備える金型。
前記キャビティ内部の外側にＯリングを有し、キャビティ内部を減圧する脱気用パイプをさらに備える請求項２記載の金型。