JP4816939B2 - マイクロニードルの製造方法及びマイクロニードル - Google Patents

Description

本発明は、マイクロニードルの製造方法に関り、特にインプリント法によるマイクロニードル製造方法とその製造方法で作製されたマイクロニードルに関する。

マイクロニードルは微小な針構造体であり、主に医療、生物現象、創薬などの分野で微細な針として使用される。

これまでにマイクロニードルの作製方法は各種考案されているが、外径、長さ、強度の全ての要求を満たすものは今のところ存在しない。外径は２００μｍ以下、長さは毛細血管に到達する５００μｍ以上、強度は構造の一部が使用後に体内に残らないことが要求されており、マイクロニードル、マイクロニードルを用いた検査チップ及び血液分析装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

マイクロニードルの作製方法としては、精密微細加工や半導体デバイスを作製する際に用いられるリソグラフィー技術によりマスターモールドを作製し、それを型にして熱プレスにて転写する方法が知られている。

マイクロニードルを作製する手順の一例として、まずマイクロニードルの原版となるマスターモールドを作製し、それを型に熱プレスにて２次モールドを作製、さらに２次モールドを型にして同様に熱プレスにてマイクロニードルを作製する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

上記マスターモールドの作製は、まず平行六面体の機械加工鋼板１１１の一面を高精度ワイヤカッティングでＸ方向とＹ方向の２方向で機械加工し、機械加工鋼板１１１の所定位置に四角錐台形のマスターモールドニードル１１２を形成したマスターモールド１１０を作製する（図６（ａ）及び（ｂ）参照）。

次に、マスターモールド１１０上に、熱可塑性樹脂からなるエンボスプレート１２１とアルミニウム、アルミニウム合金等からなるトッププレートを配し、加熱プレス成形して、四角錐のスルーホール１２２を形成し、エンボスプレート１２１上及び四角錐内にＰＶＤ、ＣＶＤ、蒸着等によりＴｉ、Ｃｒ、Ａｌ層からなる分離層を設けて２次モールド１２０を得る（図７（ａ）及び（ｂ）参照）。

次に、２次モールド１２０の上面及び四角錐のスルーホール１２２内にＰＶＤ、ＣＶＤ，蒸着等によりＴｉ、Ｃｒ、Ａｌ層からなる導電性シード（種）を形成してメタライズ（金属化）する。

次に、に、Ｎｉ又はＮｉ／Ｆｅ合金或いはその他の金属／合金のエレクトロフォーミングを行い、二次モールド１２０上の薄い金属シードフィルム１３１とマイクロニードル１３２を作製する（図８（ａ）及び（ｂ）参照）。めっきされた金属／合金層の厚さは、２０〜１００μｍである。

上記のマイクロニードルの作製方法では、精密機械加工を少なくとも２方向で行うため、一度溝を設けたのちに再度溝を設けて四角錐台形を形成するため、二度目以降の溝を設ける工程において、既に設けた溝を潰してしまい、マイクロニードルの先端部が平坦になってしまうという問題がある。

また、最初マスターモールドを作製し、さらに加熱成型にて２次モールドを作製するため、２次モールドの型精度はマスターモールドに比べて劣化するという問題を有している。
特開２００２−３６９８１６号公報 特表２００６−５１３８１１号公報

本発明は、上記問題点に鑑み考案されたものであり、マスターモールドを用いて被転写基材に転写加工成形を行ってマイクロニードルを作製するマイクロニードルの製造方法において、形状再現性に優れたマイクロニードルの製造方法及びマイクロニードルを提供することを目的とする。

本発明に於いて上記問題と解決するために、まず、請求項１においては、平面上にＶ字型の直線溝が少なくとも１個以上形成されたマスターモールドを用いて被転写基材に転写加工成形を行ってマイクロニードルを作製するマイクロニードルの製造方法であって、
前記マスターモールドの平面及びＶ字型の直線溝と前記被転写基材を接触させ加圧加熱する転写加工成形を、前記Ｖ字型の直線溝の方向を変えて複数回行い、
平面上に角錐状の突起を備えるマイクロニードルを製造する
ことを特徴とするマイクロニードルの製造方法としたものである。

また、請求項２においては、前記マスターモールドを回転させて前記被転写基材に複数回転写加工成形を行うことを特徴とする請求項１に記載のマイクロニードルの製造方法としたものである。

また、請求項３においては、前記被転写基材を回転させて前記被転写基材に複数回転写加工成形を行うことを特徴とする請求項１に記載のマイクロニードルの製造方法としたものである。

さらにまた、請求項４においては、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のマイクロニードルの製造方法にて作製されたことを特徴とするマイクロニードルとしたものである。

本発明のマイクロニードルの製造方法によれば、マスターモールドのＶ字型の溝の角度を変えて被転写基材に転写することで、生産効率の高い、形状再現精度に優れたマイクロニードルを作製することができる。
また、マスターモールドのＶ字型の溝の角度を変えて被転写基材に転写することで、転写角度に応じた所望の角錐状のマイクロニードルを作製することができる。

以下本発明の実施の形態につき説明する。
図５は、本発明のマイクロニードルの製造方法にて作製されたマイクロニードルの一実施例を示す模式構成図である。
マイクロニードル１００は、Ｖ字型の溝が形成されたマスターモールドを被転写基材１１に角度を変えて転写加工成形を行って、被転写基材１１の所定位置に四角錐のマイクロニードルを形成したものである。
本発明のマイクロニードル１００は医療、生物現象、創薬など広範に利用可能である。

以下、本発明のマイクロニードルの作製方法について説明する。
まず、フォトリソグラフィー法や精密機械加工により、加工基材５１にＶ字型の溝５２を作製し、マイクロニードル用のマスターモールド５０を作製する（図１（ａ）及び（ｂ）参照）。
このマスターモールド５０上のＶ字型の溝５２は、その後転写して作製されるマイクロニードルの頂角に相当するため、できるだけ鋭角であることが望ましい。
また、加工基材５１としては、銅、真鍮、アルミニウム等の金属もしくは金属合金、シリコン基板等が使用できる。
さらに、型表面をニッケルコーティング、ハードクロムコーティング、ダイヤモンドカーボンコーティング等の硬質皮膜でコーティングすることにより、マスターモールド５０の転写性を良好にし、型寿命を伸ばすことができる。

Ｖ字型の溝５２をフォトリソグラフィー法を用いて作製する場合、例えば、加工基材５１としてシリコン基板を用いると、結晶異方性エッチング加工を用いてＶ字型の溝を形成出来る。このとき、シリコンは結晶異方性エッチング加工に対して、面方位によって大きくエッチング速度が違うため、針の先端形状となる斜めのテーパ面を容易に、精度良く形成することができる。

次に、図２に示すように、被転写基材１１に上記マスターモールド５０を載置し、加圧・加熱してインプリントすることで被転写基材１１上に複数本（ここでは４本）の３角形状の突起１２を形成した中間加工材９０を作製する（図３（ａ）及び（ｂ）参照）。
ここで、被転写基材１１としては、熱可塑性樹脂（ポリカーボネート、ナイロンポリイミド、ＰＭＭＡ等）が使用できる。

次に、マスターモールド５０あるいは中間加工材９０のいずれかを回転（ここでは、中間加工材９０を９０度回転）させ、再度加圧・加熱してインプリントすることで（図４参照）、被転写基材１１上に四角錐状のニードル１３が形成されたマイクロニードル１００を作製する（図５（ａ）及び（ｂ）参照）。

このとき、インプリントする場合に回転させるのはマスターモールド５０あるいは中間加工材９０のどちらでも良い。この方法により、被転写基材１１上に先鋭なマイクロニードル１３が作製される。

上記の例ではインプリントの回数は２回であり、その場合のマイクロニードルの形状は四角錐であるが、一般に、毎回マスターモールドを１８０°／Ｎずつ回転させ、被転写基材にインプリントをＮ回行うことで、（２Ｎ）角錐状のマイクロニードルが作製可能である。

例えば、Ｖ字型の溝が形成されたマスターモールドあるいは被転写基材のいずれかを６０°ずつ回転させ、３回インプリントを行うことで、六角錐のニードルを作製することができる。

同様に、Ｖ字型の溝が形成されたモールドあるいは被転写基材のいずれかを４５°ずつ回転させ、４回インプリントを行うことで、八角錐のニードルを作製することができる。

上記したように、本発明のマイクロニードルの製造方法によれば、マスターモールドのＶ字型の溝の角度を変えて被転写基材に転写することで、生産効率の高い、形状再現精度に優れたマイクロニードルを作製することができる。
また、マスターモールドのＶ字型の溝の角度を変えて被転写基材に転写することで、転写角度に応じた所望の角錐状のマイクロニードルを作製することができる。

（ａ）は、マスターモールドの一例を示す模式斜視図である。（ｂ）は、（ａ）をＡ−Ａ’線で切断したマスターモールドの模式構成断面図である。 マスターモールド５０を被転写基材１１上に載置し、加圧・加熱してインプリントしている状態を示す説明図である。 （ａ）は、被転写基材１１上に３角状の突起１２が形成された中間加工材９０の一例を示す模式斜視図である。（ｂ）は、（ａ）をＡ−Ａ’線で切断した中間加工材９０の模式構成断面図である。 マスターモールド５０を９０°回転した中間加工材９０上に載置し、加圧・加熱してインプリントしている状態を示す説明図である。 （ａ）は、本発明のマイクロニードルの製造方法にて作製されたマイクロニードルの一例を示す模式斜視図である。（ｂ）は、（ａ）をＡ−Ａ’線で切断したマイクロニードルの模式構成断面図である。 （ａ）は、マスターモールドの一例を示す模式斜視図である。（ｂ）は、（模式斜視図である。 （ａ）は、マスターモールドを型にして作製された２次モールドの一例を示す模式斜視図である。（ｂ）は、（ａ）をＡ−Ａ’線で切断した２次モールドの模式構成断面図である。 （ａ）は、２次モールドを型にして作製されたマイクロニードルの一例を示す模式斜視図である。（ｂ）は、（ａ）をＡ−Ａ’線で切断したマイクロニードルの模式構成断面図である。

符号の説明

１１……被転写基材
１２……３角形状の突起ライン
１３……マイクロニードル
５０、１１０……マスターモールド
５１……加工基材
５２……Ｖ字状の溝
９０……３角形状の突起ラインが形成された中間加工材
１００……マイクロニードル
１１１……機械加工鋼板
１１２……マスターモールドニードル
１２０……２次モールド
１２１……エンボスプレート
１２２……四角錐のスルーホール
１３１……金属シードフィルム
１３２……マイクロニードル

Claims (4)

1. 平面上にＶ字型の直線溝が少なくとも１個以上形成されたマスターモールドを用いて被転写基材に転写加工成形を行ってマイクロニードルを作製するマイクロニードルの製造方法であって、
   前記マスターモールドの平面及びＶ字型の直線溝と前記被転写基材を接触させ加圧加熱する転写加工成形を、前記Ｖ字型の直線溝の方向を変えて複数回行い、
   平面上に角錐状の突起を備えるマイクロニードルを製造する
   ことを特徴とするマイクロニードルの製造方法。
2. 前記マスターモールドを回転させて前記被転写基材に複数回転写加工成形を行うことを特徴とする請求項１に記載のマイクロニードルの製造方法。
3. 前記被転写基材を回転させて前記被転写基材に複数回転写加工成形を行うことを特徴とする請求項１に記載のマイクロニードルの製造方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のマイクロニードルの製造方法にて作製されたことを特徴とするマイクロニードル。