JP5216312B2 - 医薬物運搬用器具の製造方法 - Google Patents
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Description
D. V. McAllister et al., "MICROFABRICATED MICRONEEDLES: A NOVEL APPROACH TO TRANSDERMAL DRUG DELIVERY", Proceed. Int' 1. Symp. Control. Rel. Bioact. Mater., 25 (1998) Controlled Release Society, Inc.
また、本発明の金型の製造方法を用いることにより、柱状のSiマスタから先端が先鋭な(医薬物運搬特性が優れた)凸部を備えた医薬物運搬用器具を製造可能な金型を得ることができる。
本発明の医薬物運搬用器具は、前述した金型を用いて製造することで、先端が先鋭な凸部を備えたものとなり、無痛で皮膚下に穿刺可能とするとともに、効果的な医薬物供与を広範囲に渡って高効率に行うことができる。
図1は、本発明の医薬物運搬用器具の第1実施形態を示す図であり、図1(a)は平面図、(b)は(a)中のA−B間断面図である。本実施形態では、本発明の医薬物運搬用器具の一例として、皮膚に無痛で穿刺し、医薬物の運搬を行うアレイ状針状体(以下、アレイ状無痛針と示す)を例示している。図1中、符号1はアレイ状無痛針、2は基部、3は凸部、4は柱部、5は先端部である。
・基部厚さa:200〜1000μm。
・凸部高さb:50〜500μm。
・凸部の形成ピッチc:30〜1000μm(但し、c>d)。
・凸部下底幅d:20〜150μm。
・凸部上底幅e:3μm以下。
・基部に対する柱部の立設角度(第1の角度)θ1:70〜90度。
・柱部に対する先端部の立設角度(第2の角度)θ2:約55度。
なお、以降の実施形態の例示において、基材8とは凸部3と基部2を形成するための素材であることを指し、基部2とは医薬物運搬用器具の一構成部を指す。
図3(a)は、アレイ状無痛針6を製造するための金型7と厚さ1000μmの板状ポリ乳酸基材8(以下、ポリ乳酸基材と記す)である。金型7の詳細な製造例は後記するが、本金型7は、柱部4を形成するための略四角柱状の凹部がNiで構成され、先端部5を形成するための略四角錐状の凹部がSiで構成されている。
以上の工程を経て、ポリ乳酸素材で構成されたアレイ状無痛針6が形成できる。
図4は、本発明に関わるSiマスタを製造する工程を順に示す断面図である。
Siマスタ14の製造には、片面をミラー研磨した厚さ500μmの単結晶Siウェーハ(以下、Siウェーハ9)を用いる。このSiウェーハの結晶方位面は、(100)である。
スパッタリング法により、Siウェーハ9の表面に厚さ約4μmのクロム(Cr)薄膜10を形成する。
次いで、フォトリソグラフィ技術により、Siウェーハ9の表面に凸部13のネガパターン、即ち、凸部13形成位置にフォトレジスト11を残し、非凸部のフォトレジストを除去したパターンを形成する。本製造例においては、凸部13のマスク形状を50μm角の正方形とした。
次いで、フォトレジスト11をマスクとし、フォトレジスト11下部に配置されたCr薄膜10をエッチングし、Crパターン12を形成する。Cr薄膜10のエッチングは、硝酸第2セリウム塩と過塩素酸を主成分とする水溶液を用いたウェットエッチングにより行った。
次いで、Crパターン12をマスクとし、Siウェーハ9表面に凸部13を形成する。凸部13の形成はドライエッチングプロセスにより行う。Siウェーハ9を平行平板型ドライエッチング装置のチャンバ内に設置し、真空排気を行った後、以下の条件でエッチングを行った。
・エッチングガス流量:SF6=50sccm/O2=3sccm(SF6とO2の混合ガス)
・プロセス真空度:1.3Pa
・RF投入電力:100W
Siエッチング速度が約20μm/hであることを鑑みて、エッチング時間を12.5時間とし、Siウェーハ9表面に下底幅約50μm、高さ約250μmの凸部13を形成した。このエッチング条件では垂直異方性が高いため、凸部13はSiウェーハ9表面に対して約87度の立設角度を有する略四角柱状となった。
本エッチング条件では、Crマスクを損なうことがないため、凸部13の高さおよび幅を精度良く作製することができ、非常に歩留まりが高い。
最後に、硝酸第2セリウム塩と過塩素酸を主成分とする水溶液を用いたウェットエッチングによりSi表面に残存するCrマスクを除去し、Siマスタ14とした。なお、Siマスタ14の基部裏面から凸部先端までの総厚みは、使用したSiウェーハ9の厚みと同じく500μmであった。
Siマスタ製造方法の比較として、特許文献1および特許文献2を参照してSiマスタを製造した。
Crパターンをマスクとし、下記に示すドライエッチング条件によりSiウェーハ表面に凸部を形成した。なお、このときの凸部のマスク形状は、90μm角の正方形とした。
・エッチングガス流量:SF6=50sccm/O2=7sccm
・プロセス真空度:1.6Pa
・RF投入電力:100W
Crパターンをマスクとし、下記に示すドライエッチング条件によりSiウェーハ表面に凸部を形成した。なお、このときの凸部のマスク形状は、90μm角の四角形とした。
『工程1(先端部作製)』
・エッチングガス流量:SF6=50sccm/O2=12sccm
・プロセス真空度:1.8Pa
・RF投入電力:100W
『工程2(柱部作製)』
・エッチングガス流量:SF6=50sccm/O2=3sccm
・プロセス真空度:1.3Pa
・RF投入電力:100W
『工程3(マスク剥離)』
・エッチングガス流量:SF6=50sccm/O2=12sccm
・プロセス真空度:1.8Pa
・RF投入電力:100W
本発明の製造例、比較例1,比較例2の形状精度の比較を行った。
各製造方法によりSiウェーハ表面の10mm角正方形の領域に、400本の凸部を作製し、高さが設計値である250μmに対して10%以上低い(即ち、225μm以下)である凸部が、全凸部数の10%以上(即ち、40本以上)存在するSiマスタを不良品として、歩留まりの評価を行った。結果を表1に示す。
図5は、本発明の金型を製造する工程を順に示す断面図である。
このSiマスタは、図4に示すSiマスタの製造工程で作製したSiマスタ14である。このSiマスタ14は、基部に多数の略四角柱状をなす凸部13が立設された構造になっている。
スパッタリング法により、Siマスタ14の表面に、厚さ約0.3μmのNi薄膜15を堆積してSiマスタ14表面を導電化した。堆積させる薄膜は、Siマスタ14表面を導電化できるものであれば如何なるものでも構わない。例えば、Au、Cr、Cuなども用いることができる。
次いで、導電化したSiマスタ14をNiめっき浴に浸漬してNi電鋳を行う。Niめっき浴はスルファミン酸ニッケルを主成分としており、これを50℃い加熱・保持して電鋳を行う。陽極となるNi板と陰極となるSiマスタ14間に0.5〜2.0Aの電流を流し、約24時間電鋳することで、厚さ約500μmのNi電鋳層16を得た。
次いで、約60%に希釈した水酸化カリウム(化学式:KOH)溶液を80℃に加熱・保持し、該溶液中にSiマスタ14およびNi電鋳層16を浸漬させる。まず、Siマスタ14の基部がエッチングされ、次いで凸部13(Ni電鋳層16の凹部)がエッチングされる(図5(d)中、符号14Aは、残存するSi部分を示す。)。このとき、Siマスタ14の凸部13は約55度の角度を保ってエッチングが進行していく。このように約55度の角度を保ってエッチングを進行させることができるエッチング溶液として、KOH溶液の他、水酸化テトラメチルアンモニウム(略式名称:TMAH)を用いることができる。
次いで、上記KOH溶液の濃度および温度の条件においてSiのエッチング速度が30μm/hであることを鑑みて、17時間浸漬エッチングしたところでエッチングストップした。これにより、柱部4を形成するための略四角形上の凹部がNiで構成され、該四角柱状の凹部の先端に連設された、先端部5を形成するための略四角錐状の凹部がSi部分14Aで形成されている金型7を得ることができた。なお、18時間以上浸漬エッチングを行うと、ほぼ完全にSiマスタ14が除去されて凹部の形状は略四角錐状になることが確認された。
Claims (1)
- 基部と、その表面に凸部を有し、前記凸部が、前記基部に対して略垂直な第1の角度で立設された柱部と、該柱部上に前記第1の角度よりも小さい第2の角度で連設された先端部とから形成され、前記基部及び凸部が、ポリ乳酸素材で構成されている医薬物運搬用器具の製造方法であって、
前記凸部を形成するための凹部を有する金型と基材とを対向して配置し、前記金型と前記基材の少なくともいずれか一方を加熱した上で基材に圧力を加えて前記金型の形状を前記基材に転写させる工程と、冷却して前記基材を離型する工程とを有し、
前記金型は、基部とその表面に立設された柱状の凸部とを備えたシリコンマスタを製造する工程と、次いで、このシリコンマスタの表面を導電化した後にニッケル電鋳する工程と、次いで、表面を導電化したシリコンマスタを選択的にエッチングし、柱部を形成するための凹部がニッケル中に形成され、且つ該凹部内に残存したシリコンによって、柱部上に連設される前記先端部を形成するための凹部が形成された時点でエッチングストップし、前記金型を得る工程と、を備える方法によって製造され、
かつ、前記柱部を形成するための凹部がニッケルで構成され、前記柱部上に連設される前記先端部を形成するための凹部がシリコンで構成されていることを特徴とする医薬物運搬用器具の製造方法。
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