JP5233534B2 - 針状体 - Google Patents
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Description
なお、本明細書において、「表面」および「裏面」とは、基板の互いに対向しあう表面を相対的に示したものである。
なお、本明細書において、「表面」および「裏面」とは、基板の互いに対向しあう表面を相対的に示したものである。
請求項7に記載の本発明は、請求項1乃至6のいずれかに記載の針状体であって、前記突起部が生体適合性を備えた材料により形成されることを特徴とする針状体である。
以下、本発明の針状体について説明を行う。
本発明の針状体は、基板5と、基板の表面に形成された突起部2と、基板5の裏面に形成された梁構造部3と、梁構造部3により囲われた空間である開口部7と、前記梁構造部3により囲われた部位の基板5である薄膜部4と、を備える。
なお、本明細書において、「表面」および「裏面」とは、基板の互いに対向しあう表面を相対的に示したものであり、突起部が形成された面と相対的に異なる面側に梁構造部が形成されていれば良い。
また、皮膚を介した物質の送達能力を補強するための流路などが突起部2や基板5に設けられても良い。
例えば、図2に示すように、正方形の開口形状を有する開口部7を正方格子配列する場合は碁盤の目状の梁構造となり(図2(a))、正六角形の開口形状を有する未貫通口7を細密配列する場合はハニカム状の梁構造となる(図2(b))。
また、開口部7を複数形成し、各開口部7間に一定の距離を設けることで、各開口部7の間に梁を渡した構造を形成しても良い。
また、梁構造部3における梁の太さは一律でなくてもよい。例えば、基板5の外周部に開口部7を形成しない領域を設けることで、基板5の外周部に大きな梁構造を得ても良く、また、例えば、基板5の中央部を横断するような十字状の大きな梁構造を設けてもよい。
開口部7の開口形状、開口寸法、開口深さ、配置、密度などについては特に制限は無く、基板を構成する材料の使用量低減、基板の強度、表面に形成される突起部の配列などを考慮して設計してよい。
例えば、開口部7の開口形状としては、円形、三角形、矩形、六角形、八角形などを好適に適用できる。また、個々の未貫通口の開口面積は一定であっても、面内で変化も持たせても良い。
開口部7の深さが大きい場合、開口部7により形成される薄膜部4が薄くなり、基板5の強度低下を引き起こす。一方、開口部7の深さが小さい場合、薄膜部4の強度は大きくなるが、基板5の成形材料使用量低減効果は小さい。したがって、開口部7の深さは、開口形状、開口寸法、配置、密度などと共に、最適に設計されることが望ましい。
以下、本発明の1つの実施形態について、図3を用いて説明する。
図3では、梁構造部3と対向する部位の基板5の表面のみに選択的に形成されている。
開口部7が形成された基板5は十分な基板強度を有するように設計されるが、微視的には、基板5の裏面に形成された梁構造部3に対応した位置の強度がより高くなる。このため、皮膚適用時の押圧に十分耐えるためには、突起部2を梁構造部3に対応する位置に配置することが好ましい。
特に、梁構造部3の交差する位置の強度が高いため、梁構造部3の交差する位置に突起部2を配置することが好ましい。
なお、突起部2が配置される基板部5上からは、裏面に位置する梁構造部3は確認できないため、図3中には、便宜上梁構造体に支持された基板部6を表す破線が示されている。
図4aは、開口部が正方格子配列の場合の一例である。図4bは、開口部がハニカム構造配列であり、開口部形状が6角形の場合の一例である。図4cは、開口部がハニカム構造配列であり、開口部形状が円形状の場合の一例である。
以下、本発明の別の実施形態について、図5を用いて説明する。
図5では、突起部2は薄膜部4に対応する部位の基板5の表面のみに選択的に形成されている。
突起部2を薄膜部4上に形成することにより、突起部2を支持する薄膜部4に可撓性を付与することが出来る。このため、薄膜部4に配置された突起部2が穿刺時に受ける押圧を受けた場合に、薄膜基板部4が撓んで圧力を吸収した後、薄膜部4が元の形状に戻ろうとして反発する。この過程で、より高い穿刺能力が得られる。なお、突起部2が配置される基板5上からは、裏面に位置する梁構造部3は確認できないため、図5中には、便宜上梁構造体に支持された基板部6を表す破線が示されている。
図6aは、開口部が正方格子配列の場合の一例である。図6bは、開口部がハニカム構造配列であり、開口部形状が6角形の場合の一例である。図6cは、開口部がハニカム構造配列であり、開口部形状が円形状の場合の一例である。
開口部内を流体で満たすことにより、圧縮空気や圧縮窒素等の圧縮流体の供給手段と排気手段を接続し、開口部7内部の圧力を変動させることが出来る。このため、突起部2が振動することが可能となり、穿刺能力を向上できる。
振動手段を備えることにより、薄膜部4上の突起部2を上下に駆動させることが可能となる。薄膜部4の変形手段は特に制限されないが、例えば上下動する機械的手段や振動子を接続しても良い。
本発明の針状体の製造方法は特に制限されず、適宜公知の微細加工技術を用いても良い。針状体の形状を凹凸反転した金型を用いて針状体を転写成形する場合、少なくとも突起部は、生体適合性を備えた材料により形成されることが好ましく、工程簡略化の観点からは、突起部と基板部を一体で成形することがより好ましい。生体適合性を備えた材料としては、例えば、ポリカーボネート、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ乳酸グリコール酸共重合体、ポリクエン酸、ポリリンゴ酸、ポリアミノ酸、マルトース、デキストランなどのポリマーが挙げられる。
図7(a)に示す通り、表面突起部金型11と裏面開口部金型12を準備し、成形材料13を用いて成形を実施する。この時、裏面開口部金型12の開口部相当部位14は、表面突起部金型11の突起部と異なる位置に配置する。成形後、成形品を金型から剥離することで、図7(b)に示す、本発明の針状体1が得られる。得られた針状体1の突起部2は、梁構造部3上に配置される。
図8(a)に示す通り、表面突起部金型11と裏面開口部金型12を準備し、成形材料13を用いて成形を実施する。この時、裏面開口部金型12の開口部相当部位14は、表面突起部金型11の突起部と重なる位置に配置する。成形後、成形品を金型から剥離することで、図8(b)に示す、本発明の針状体1が得られる。得られた針状体1の突起部2は、薄膜基板部4上に配置される。
まず、レーザー加工機を用いて、厚さ1.5mmのシリコン基板に、概円錐形の突起部(高さ:850μm、底面直径:240μm)を、1mmピッチで、15列15行の格子状に計225本配列して具備する針状体原型を形成した。このとき、225本の突起部は、一辺が約14mmの正方形領域内に配置された。
次に、前記シード層上に、電解メッキ法によってニッケル膜を1200μmの厚さに形成した。
次に、90℃に加熱した重量パーセント濃度30%の水酸化カリウム水溶液を用いてウェットエッチングを行い、前記シリコン基板を完全に除去した。
以上より、図7(a)に示す、ニッケルからなる表面突起部金型11を作製した。
このとき、表面突起部金型11の突起部が、裏面開口部金型12によって形成される梁状構造の交点に位置するように、表面突起部金型11と裏面開口部金型12の位置を合わせた。
実施例1と同様に、表面突起部金型11と裏面開口部金型12を用いて、成形材料13としてポリカーボネートを針状体形状に成形した。
ただし、表面突起部金型11は、突起部2に相当する開口パターンを16列16行の格子状に計256本配列して具備するものとした。このとき、該256本の突起部は、一辺が約15mmの正方形領域内に配置された。
また、図8(a)に示すように、表面突起部金型11の突起部が、裏面開口部金型の開口部相当部位14の中央に位置するように、表面突起部金型11と裏面開口部金型12の位置を合わせて成形した。
実施例1、および実施例2の方法で、針状体を作製した。
また、比較例として、図9に示す通りの、従来の基板部5と突起部2を一括で成形し、針状体基板部に未貫通口を設けない針状体1も作製した。
実施例1、実施例2、比較例、共に全てのサンプルはポリカーボネートを成形材料とした熱インプリント法で作製し、針状体の外形寸法は、17mm×17mm、基板部厚さは1500μmとした。突起部は、実施例1の方法で作製した針状体は15列15行の格子状に計225個具備し、実施例2の方法および、針状体基板部に未貫通口を設けない針状体は、16列16行の格子状に計256個具備した。
評価1と同様に、実施例1、実施例2、比較例1の評価を行った。
ただし、指による押圧によって、ゴム硬度50度のシリコーン樹脂膜(厚さ約1mm)上に配置したPET膜(厚さ約100um)に約0.5MPaの荷重で押し付けた。
前記広範な分野としては、例えば、半導体デバイス、光学素子、配線回路、データストレージメディア(ハードディスク、光学メディアなど)、医療用部材(分析検査用チップ、マイクロニードルなど)、化粧品用途マイクローニードル、バイオデバイス(バイオセンサ、細胞培養基板など)、精密検査機器用部材(検査プローブ、試料保持部材など)、ディスプレイパネル、パネル部材、エネルギーデバイス(太陽電池、燃料電池など)、マイクロ流路、マイクロリアクタ、MEMSデバイスなどが挙げられる。
2……突起部
3……梁構造部
4……薄膜部
5……基板
6……梁構造部と対向する部位
7……開口部
11……表面突起部金型
12……裏面開口部金型
13……成形材料
14……開口部相当部位
Claims (7)
- 基板と、
前記基板の表面に形成された複数の突起部と、
前記基板の裏面に形成された梁構造部と、
前記梁構造部により囲われた空間である開口部と、
前記梁構造部により囲われた部位の基板である薄膜部と、
を備え、かつ、
前記突起部が皮膚を穿刺すること
を特徴とする針状体。 - 請求項1に記載の針状体であって、
突起部は、梁構造部と対向する部位の基板の表面のみに選択的に形成されていること
を特徴とする針状体。 - 請求項1に記載の針状体であって、
突起部は、薄膜部に対応する部位の基板の表面のみに選択的に形成されていること
を特徴とする針状体。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の針状体であって、
開口部の配列は、正方格子配列であること
を特徴とする針状体。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の針状体であって、
開口部の配列は、ハニカム構造配列であること
を特徴とする針状体。 - 請求項1乃至5のいずれかに記載の針状体であって、
更に、
開口部内を充填する流体と、
を備えたこと
を特徴とする針状体。 - 請求項1乃至6のいずれかに記載の針状体であって、
前記突起部が生体適合性を備えた材料により形成されること
を特徴とする針状体。
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