JP2018161327A

JP2018161327A - マイクロニードルの製造方法

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Publication number: JP2018161327A
Application number: JP2017060705A
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: 2017-03-27
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2018-10-18

Abstract

【課題】突起部先端まで材料が充填されたマイクロニードルの製造方法を提供することを目的とする。【課題手段】上記課題を解決するために、請求項１にかかる発明としては、第一の面と第二の面を有する基板の一方の面に複数の突起部を備えるマイクロニードルの製造方法であって、マイクロニードルに対応した空洞を備える金型内部に材料を射出し、固化することによりマイクロニードルを成形する射出工程と、前記金型からマイクロニードルを剥離する剥離工程とを備え、前記射出工程において、前記金型に材料を注入する際の注入口が前記基板の第一の面と第二の面を接続する側面に対応した箇所にあり、かつ、前記金型が前記注入口の対向した基板の側面部に余分な材料を充填するための樹脂溜まりを備えることを特徴とするマイクロニードルの製造方法とした。【選択図】図１

Description

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マイクロニードルの製造方法に関する。皮膚に穿刺するマイクロニードルの製造方法に関する。

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、貼り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の開発が進められてきた。マイクロニードル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。

また、医療用針において、針先の穿刺性を良くする為，蚊の針先形状を模倣した針形状が特許文献１、および特許文献２に示されている。これらの医療用針は針本数が少ない為，比較的簡単に射出成形によって成形することができる。

国際公開第２００５／０５８１６２号特開２００６−３３４４１９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、マイクロニードルのような複雑な形状のキャビティ構造であると、凹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場合がある。突起部本数が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、突起部に対応した凹部を備えるコマを装着した金型ブロックの突起部先端箇所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、突起部本数が少ない場合は、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、突起部先端まで材料が充填されたマイクロニードル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に、請求項１にかかる発明としては、第一の面と第二の面を有する基板の一方の面に複数の突起部を備えるマイクロニードルの製造方法であって、マイクロニードルに対応した空洞を備える金型内部に材料を射出し、固化することによりマイクロニードルを成形する射出工程と、前記金型からマイクロニードルを剥離する剥離工程とを備え、前記射出工程において、前記金型に材料を注入する際の注入口が前記基板の第一の面と第二の面を接続する側面に対応した箇所にあり、かつ、前記金型が前記注入口の対向した基板の側面部に余分な材料を充填するための樹脂溜まりを備えることを特徴とするマイクロニードルの製造方法とした。
また、請求項２にかかる発明としては、前記射出工程において、前記金型に材料を注入する前に脱気減圧が行われることを特徴とする請求項１記載のマイクロニードルの製造方法とした。
また、請求項３にかかる発明としては、前記射出工程において、前記金型に材料を注入する前に空洞内が３０℃以上５０℃以下に加熱されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロニードルの製造方法とした。
また、請求項４にかかる発明としては、前記樹脂溜まりの体積が、前記マイクロニードルの体積の１／１０以上１／３以下の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のマイクロニードルの製造方法とした。
また、請求項５にかかる発明としては、前記複数の突起部が、基板の一方の面に１００個以上備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のマイクロニードルの製造方法とした。

本発明のマイクロニードルの製造方法によれば、突起部先端まで材料が充填されたマイクロニードルを容易に製造することが可能となる。

図１は、本発明のマイクロニードルの一実施態様の斜視図である。図２は、本発明のマイクロニードルの一実施態様の断面図である。図３は、本発明の射出成形設備の説明図である。図４は、本発明のマイクロニードルの製造方法の説明図である（図４（ａ）：上面図、図４（ｂ）：側面図）。図５は、図３の射出成形設備により成形された直後のマイクロニードルの斜視図である。

図１、図２を参照して本発明のマイクロニードルの一実施形態を説明する。図１は本発明のマイクロニードルの一実施態様の斜視図であり、図２は本発明のマイクロニードルの一実施態様の断面図である。

本発明のマイクロニードル１は、第一の面１２Ａと第二の面１２Ｂを有する板状の基板の第一の面１２Ａに複数の突起部を備える。マイクロニードル１は、板状を有する基板１２の少なくとも一方の面に、基板１２から突き出た突起部１１を備えている。基板の第１の面１２Ａと対向する方向から見た基板１２の外形は特に限定されず、基板１２の外形は、円形や楕円形であってもよいし、矩形であってもよい。

突起部１１の形状は、角錐形状であってもよいし、円錐形状であってもよい。また、突起部１１は、例えば、円柱形状や角柱形状のように、先端が尖っていない形状であってもよい。また、突起部１１は、例えば、円柱に円錐が積層された形状のように、２以上の立体が結合した形状であってもよい。要は、突起部１１は皮膚を刺すことが可能な形状であればよい。また、突起部１１の側壁には、括れや段差が形成されていてもよいし、溝や孔が形成されていてもよい。

突起部１１の数は１以上であれば特に限定されない。マイクロニードル１が複数の突起部１１を有する場合、複数の突起部２２は、基体２１の第１面２１Ｓに規則的に並んでいてもよいし、不規則に並んでいてもよい。例えば、複数の突起部１１は、格子状や同心円状に配列される。

図２が示すように、突起部１１の長さＨは、基板１２の厚さ方向、すなわち、基体２１の第一の面１２Ａと直交する方向における、第一の面１２Ａから突起部１１の先端までの長さである。突起部１１の長さＨは、１０μｍ以上２０００μｍ以下であることが好ましく、突起部１１の長さＨは、この範囲のなかで、突起部２２によって穿孔の対象に形成される孔に必要な深さに応じて決定される。穿孔の対象が人体の皮膚であって、孔の底が角質層内に設定される場合、長さＨは１０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以上２００μｍ以下であることがより好ましい。孔の底が角質層を貫通し、かつ、神経層へ到達しない深さに設定される場合、長さＨは２００μｍ以上７００μｍ以下であることが好ましく、２００μｍ以上５００μｍ以下であることがより好ましく、２００μｍ以上３００μｍ以下であることがさらに好ましい。孔の底が真皮に到達する深さに設定される場合、長さＨは２００μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。孔の底が表皮に到達する深さに設定される場合、長さＨは２００μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。

突起部１１の幅Ｄは、基板１２の第一の面１２Ａに沿った方向、すなわち、第一の面２１２Ａと平行な方向における突起部１１の長さの最大値である。例えば、突起部１１が正四角錐形状や正四角柱形状を有するとき、基板１２の第一の面１２Ａにて、突起部１１の底部によって区画された正方形における対角線の長さが、突起部１１の幅Ｄである。また、例えば、突起部１１が円錐形状や円柱形状を有するとき、突起部１１の底部によって区画された円の直径が、突起部１１の幅Ｄである。突起部１１の幅Ｄは、１μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。
突起部１１の幅Ｄに対する長さＨの比であるアスペクト比Ａ（Ａ＝Ｈ／Ｄ）は、１以上１０以下であることが好ましい。

マイクロニードル１の材料としては、熱可塑性樹脂等を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、ポリ乳酸−ポリグリコール酸共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアクリロニトリル、環状ポリオレフィン、ポリカプロラクトン、アクリル、ウレタン樹脂、芳香族ポリエーテルケトン、および、エポキシ樹脂等が挙げられる。ただし、本発明においてマイクロニードルの形成材料はこれらに限定されるものではない。

次に、本発明のマイクロニードルの製造方法について説明する。

本発明のマイクロニードルは、マイクロニードルに対応した空洞を備える金型を使用した射出成形法により作製される。

（射出成形設備）
図３に本発明の射出成形設備の説明図を示す。
射出成形設備（金型）２は、金型を構成するキャビティ２２とコア２３とを含む。キャビティ２２は、冷却用配管２５と、マイクロニードル１を元に作製されたコマ（入子）２４と、脱気用パイプ２７とを備える。また、コア２３は、冷却用配管２５と、Ｏリング２１とを備える。キャビティ２２とコア２３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１１側から、図示しない射出成形機によりノズル２６を介して材料が供給される。

冷却用配管２５は、例えば、内部に冷却水を流すことでキャビティ２２及びコア２３のそれぞれを冷却させ、金型及びキャビティ内部を設定温度に保つ。

脱気用パイプ２７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２１は、コア２３の型合わせ面であって、キャビティ２２とコア２３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。

コマ２４は、マイクロニードル１の原版から作製できる。マイクロニードル１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とすることができる。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た方が良い。

また、射出成形設備には、加熱機構（図示せず）を備え、金型（キャビティ内部）を加熱するできることが好ましい。

なお、図３に記載の射出成形設備は、１回の材料の注入によりマイクロニードルを２つ作製することができる。

射出成形設備は、マイクロニードル１の基板の側面に対応した注入口から材料が導入される。また、射出成形整備は、注入口２８の対向した基板の側面部に余分な材料を充填するための樹脂溜まり２９を備える。

図４に、本発明のマイクロニードルの製造方法の説明図を示す。図４（ａ）は上面図であり、図４（ｂ）は側面図である。
本発明のマイクロニードルの製造方法にあっては、材料を注入する際の注入口２８が基板の第一の面１２Ａと第二の面１２Ｂを接続する側面１２Ｃに対応した箇所にあり、かつ、前記金型が前記注入口２８の対向した基板１２の側面部１２Ｃに余分な材料を充填するための樹脂溜まり２９を備える。

当該構成とすることにより、突起部先端まで材料を充填することが可能となる。なお、注入口は、少なくとも注入口２８の一部が側面１２Ｃと接触していればよい。また、注入口２８と樹脂溜まり２９は、基板１２の中心点を基準として互いに対向する位置に設けられる。少なくとも注入口２８の一部と樹脂溜まり２９の一部が基板１２の中心点を基準として互いに対向する位置に設けられていればよい。

なお、樹脂溜まり２９の体積は、マイクロニードルの体積の１／１０以上１／３以下の範囲内であることが好ましい。樹脂溜まり２９の体積がマイクロニードルの体積の１／１０を下回る場合、本発明の効果を十分に得られない場合がある。一方、樹脂溜まり２９の体積がマイクロニードルの体積の１／３を超える場合、余分な材料を使用することにより、製造コスト面で不利となる。

（射出成形方法）
はじめに、離型膜をコーティングしたコマ２４を、キャビティ２２に固定する。このキャビティ２２とコア２３とを３〜２０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２６が所定温度になるように加熱機能により昇温させる。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２２とコア２３とを閉じる（合わせる）。その後、真空ポンプを用いて脱気用パイプ２７からキャビティ内部の脱気減圧をおこなう。脱気減圧をおこなうことにより、材料の充填性をより高めることができる。キャビティ内部が所定の真空度になったら、ノズル２６から成形樹脂を射出して、マイクロニードルを成形する（射出工程）。このときのキャビティ内部の温度は、３０〜５０℃であることがこのましい。

次に、保圧を掛けながら、材料温度を金型設定温度の約３０〜５０℃付近まで低下させる。その後、キャビティ１２内部へ空気を導入し、キャビティ１２とコア１３とを開いて成形物であるマイクロニードルを剥離し、取り出す（剥離工程）。

図５に、図３の射出成形設備により成形された直後のマイクロニードルの斜視図を示した。この後、必要に応じて、樹脂溜まりに対応した部分等は切除され、マイクロニードル１となる。

本発明のマイクロニードルの製造方法にあっては、基板の一方の面に設ける突起部は１００個以上であることが好ましい。本発明のマイクロニードルの製造方法にあっては、基板の一方の面に設ける突起部の数が１００個以上であっても突起部先端まで材料を充填することができる。

＜実施例１＞
全自動射出成形機（住友重機械工業（株）製、ＳＥ７Ｍ、７トン機）を用い、上述の射出成形方法で実施例１に係るマイクロニードルを製造した。なお、樹脂溜まりの体積はマイクロニードルの体積の１／７とした。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４０℃に設定し、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５０〜７０ＭＰａで２秒間保圧した。

次に、キャビティ内部の温度を約４０℃としてＰＧＡ温度がこの温度になるまで樹脂を低下させた。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マイクロニードル（突起部形状：円錐、突起部本数：１５０本、：Ｈ：３００μｍ、Ｄ：１００μｍ）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に係るマイクロニードルを製造した。材料とする樹脂として、ポリ乳酸（ＰＬＡ）を用いた。なお、樹脂溜まりの体積はマイクロニードルの体積の１／７とした。キャビティ内部の温度を３５℃に設定し、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。

次に、キャビティ及びコア内部の樹脂が３５℃になるまで低下させた。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マイクロニードル（突起部形状：円錐、突起部本数：１５０本、Ｈ：３００μｍ、Ｄ：１００μｍ）を得た。

＜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に係るマイクロニードルを製造した。材料とする樹脂として、ポリカーボネート（ＰＣ）を用いた。なお、樹脂溜まりの体積はマイクロニードルの体積の１／７とした。キャビティ内部の温度を３５℃に設定し、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６０〜８０ＭＰａで２秒間保圧した。

次に、キャビティ及びコア内部の樹脂温度が約３５℃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マイクロニードル（突起部形状：円錐、突起部本数：１５０本、Ｈ：３００μｍ、Ｄ：１００μｍ）を得た。

＜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に係るマイクロニードルを製造した。材料とする樹脂として、ポリ乳酸（ＰＬＡ）を用いた。なお、樹脂溜まりの体積はマイクロニードルの体積の１／７とした。キャビティ内部の温度を３５℃に設定し、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。

＜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に係るマイクロニードルを製造した。材料とする樹脂として、ポリカーボネイト（ＰＣ）を用いた。なお、樹脂溜まりの体積はマイクロニードルの体積の１／７とした。キャビティ内部の温度を４０℃に設定し、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。

次に、キャビティ及びコア内部の樹脂温度を約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マイクロニードル（突起部形状：円錐、突起部本数：１５０本、Ｈ：３００μｍ、Ｄ：１００μｍ）を得た。

実施例１〜５により得られたマイクロニードルは、いずれも突起部先端まで材料が充填されていた。以上の結果から、本マイクロニードルの製造方法によって、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。

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マイクロニードルの製造に用いることができる。

１マイクロニードル
１１突起部
１２基板
１２Ａ基板の第一の面
１２Ｂ基板の第二の面
１２Ｃ基板側面
２射出成形設備（金型）
２１Ｏリング
２２キャビティ
２３コア
２４コマ（入子）
２５冷却配管
２６ノズル
２７脱気用パイプ
２８注入口
２９樹脂溜まり（樹脂溜まりに対応した空洞）

Claims

第一の面と第二の面を有する基板の一方の面に複数の突起部を備えるマイクロニードルの製造方法であって、
マイクロニードルに対応した空洞を備える金型内部に加熱された材料を射出し、固化することによりマイクロニードルを成形する射出工程と、
前記金型からマイクロニードルを剥離する剥離工程とを備え、
前記射出工程において、前記金型に材料を注入する際の注入口が前記基板の第一の面と第二の面を接続する側面に対応した箇所にあり、かつ、前記金型が前記注入口の対向した基板の側面部に余分な材料を充填するための樹脂溜まりを備えることを特徴とする
マイクロニードルの製造方法。
前記射出工程において、前記金型に材料を注入する前に脱気減圧が行われることを特徴とする請求項１記載のマイクロニードルの製造方法。
前記射出工程において、前記金型に材料を注入する前に空洞内が３０℃以上５０℃以下に加熱されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロニードルの製造方法。
前記樹脂溜まりの体積が、前記マイクロニードルの体積の１／１０以上１／３以下の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のマイクロニードルの製造方法。
前記複数の突起部が、基板の一方の面に１００個以上備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のマイクロニードルの製造方法。