JP5412045B2 - Acicular body array and array manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、微細構造体として複数の針状体を有する針状体アレイに関する。 The present invention relates to an acicular array having a plurality of acicular bodies as a fine structure.
皮膚上から薬剤を浸透させ体内に薬剤を投与する方法である経皮吸収法は、人体に痛みを与えることなく簡便に薬剤を投与することが出来る方法として用いられている。しかしながら、薬剤の種類によっては経皮吸収法で投与が困難な薬剤が存在する。これらの薬剤を効率よく体内に吸収させる方法として、ミクロンオーダーの針状体を含む針状体アレイを用いて皮膚を穿孔し、皮膚内に直接薬剤を投与する方法が注目されている。この方法によれば、投薬用の特別な機器を用いることなく、簡便に薬剤を皮下投薬することが可能となる(特許文献1)。 The percutaneous absorption method, which is a method of infiltrating a drug from the skin and administering the drug into the body, is used as a method that can easily administer the drug without causing pain to the human body. However, depending on the type of drug, there are drugs that are difficult to administer by the transdermal absorption method. As a method for efficiently absorbing these drugs into the body, attention has been focused on a method of perforating the skin using a needle-like array containing micron-order needles and directly administering the drug into the skin. According to this method, it is possible to simply administer a drug subcutaneously without using a special device for dosing (Patent Document 1).
この際に用いる微細な針状体の形状は、皮膚を穿孔するための十分な細さと先端角、および皮下に薬液を浸透させるための十分な長さを有していることが必要とされ、針状体の直径は数μmから数百μm、針状体の長さは皮膚の最外層である角質層を貫通し、かつ神経層へ到達しない長さ、具体的には数十μmから数百μm程度のものであることが望ましいとされている。 The shape of the fine needle-like body used at this time is required to have a sufficient fineness and tip angle for piercing the skin and a sufficient length for allowing the drug solution to penetrate subcutaneously, The diameter of the acicular body is several μm to several hundred μm, and the length of the acicular body is a length that penetrates the stratum corneum that is the outermost layer of the skin and does not reach the nerve layer, specifically several tens μm to several It is desirable that the thickness is about 100 μm.
より具体的には、最外皮層である角質層を貫通することが求められる。角質層の厚さは人体の部位によっても若干異なるが、平均して20μm程度である。また、角質層の下にはおよそ200μmから350μm程度の厚さの表皮が存在し、さらにその下層には毛細血管が張りめぐる真皮層が存在する。このため、角質層を貫通させ薬液を浸透させるためには少なくとも20μm以上長さが必要となる。また、採血を目的とする針状体アレイを製造する場合には、上記の皮膚の構成から少なくとも350μm以上の高さの針状体が必要となる。 More specifically, it is required to penetrate the stratum corneum that is the outermost skin layer. The thickness of the stratum corneum varies slightly depending on the part of the human body, but is about 20 μm on average. In addition, an epidermis having a thickness of about 200 μm to 350 μm exists under the stratum corneum, and further, a dermis layer in which capillaries are stretched exists under the epidermis. For this reason, in order to penetrate the stratum corneum and to infiltrate the chemical solution, a length of at least 20 μm or more is required. Further, when manufacturing an acicular array for the purpose of blood collection, a acicular body having a height of at least 350 μm or more is required due to the above-described skin structure.
また、針状体アレイを構成する材料としては、仮に破損した針状体が体内に残留した場合であっても、人体に悪影響を及ぼさない材料であることが必要であり、このような材料としては医療用シリコーン樹脂や、マルトース、ポリ乳酸、デキストランなどの生体適合樹脂が有望視されている(特許文献2)。 In addition, the material constituting the acicular array must be a material that does not adversely affect the human body even if the damaged acicular body remains in the body. Biomedical resins such as medical silicone resins, maltose, polylactic acid, and dextran are considered promising (Patent Document 2).
このような針状体アレイを低コストかつ大量に製造するためには、射出成形法、インプリント法、キャスティング法などに代表される転写成形法が有効であるが、いずれの方法においても成形を行うためには所望の形状を凹凸反転させた原型が必要であり、針状体のようなアスペクト比(即ち、構造体の幅に対する高さ、もしくは深さの比率)が高く、先端部の先鋭化が必要である構造体を形成するためには、その製造工程が非常に複雑となる。 In order to manufacture such a needle array at a low cost and in large quantities, a transfer molding method typified by an injection molding method, an imprinting method, a casting method, etc. is effective. In order to do this, it is necessary to have a prototype in which the desired shape is inverted, and the aspect ratio (ie, the ratio of the height to the width of the structure or the depth) is high, and the tip is sharp. In order to form a structure that needs to be made, the manufacturing process becomes very complicated.
例えば、針状体アレイを製造する方法として、X線リソグラフィにより針状体アレイの原版を作製し、原版から複製版を作り、転写加工成形を行う製造方法が提案されている(特許文献3)。 For example, as a method for manufacturing an acicular array, a manufacturing method is proposed in which an original plate of an acicular array is produced by X-ray lithography, a duplicate plate is produced from the original plate, and transfer processing is performed (Patent Document 3). .
また、機械加工により針状体の原版を作製し、原版から複製版を作り、転写加工成形を行う製造方法が提案されている(特許文献4)。
本発明は、効率良く穿刺可能で、針の破損を低減できる針状体アレイを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an acicular array that can be punctured efficiently and that can reduce needle breakage.
上記課題を解決するための手段は、
(1)基体と、前記基体の第一の面に複数形成された針状体とを具備する針状体アレイであって、
前記複数の針状体が前記基体の第一の面に一体的に形成され、
当該第一の面の部位によって針状体の密集度が異なり、
前記複数の針状体の高さが同一であり、
前記基体および前記複数の針状体を備える針状体アレイがマルトース、デキストランおよびポリ乳酸から選択される生体適合性を有する生分解性材料から形成され、かつ
当該第一の面の端部における針状体の密集度を、当該第一の面の中央部における当該針状体の密集度に対し、前記端部の外周に亘るいずれの箇所においても大きくすることを特徴とする針状体アレイ:
(2)基体と、前記基体の第一の面に複数形成された針状体とを具備する針状体アレイの製造方法であって、
基板の第一の面に密集度に分布を持つエッチングマスクを形成する工程と、
前記基板の第一の面に異方性エッチングを行って、高さが同一で、密集度が異なる複数の針状体を前記第一の面に一体的に形成する工程と、
を備え、
当該第一の面の端部における針状体の密集度を、当該第一の面の中央部における当該針状体の密集度に対し、前記端部の外周に亘るいずれの箇所においても大きくすることを特徴とする針状体アレイの製造方法:
(3)(2)に記載の針状体アレイの製造方法であって、
更に、製造した針状体アレイを母型とし、当該母型から当該母型に対し前記針状体アレイが反転形成された複製版を作製する工程と、
前記複製版を用いて転写加工成形を行う工程と、
を備えたことを特徴とする針状体アレイの製造方法:
である。
Means for solving the above problems are as follows:
(1) An acicular array comprising a substrate and a plurality of acicular bodies formed on the first surface of the substrate,
The plurality of needle-like bodies are integrally formed on the first surface of the base body,
The density of the needle-like body varies depending on the portion of the first surface,
The plurality of needles have the same height;
A needle array comprising the substrate and the plurality of needles is formed from a biocompatible biodegradable material selected from maltose, dextran and polylactic acid ; and
The density of the needle-like bodies at the end of the first surface is increased at any location across the outer periphery of the end relative to the density of the needle-like bodies at the center of the first surface. An acicular array characterized by:
(2) A method for producing a needle-shaped body array comprising a base and a plurality of needle-shaped bodies formed on the first surface of the base,
Forming an etching mask having a dense distribution on the first surface of the substrate;
Performing anisotropic etching on the first surface of the substrate to integrally form a plurality of needles having the same height and different densities on the first surface;
With
The density of the needle-like bodies at the end of the first surface is increased at any location across the outer periphery of the end relative to the density of the needle-like bodies at the center of the first surface. A method for producing an acicular array characterized by:
( 3 ) The method for producing the needle-shaped body array according to ( 2 ),
Furthermore, the manufactured needle-shaped body array is used as a mother mold, and a process for producing a duplicate plate in which the needle-shaped array is inverted from the mother mold to the mother mold;
Performing transfer processing molding using the duplicate plate;
A method for producing a needle-shaped body array comprising:
It is.
本発明は、効率良く穿刺可能で、針の破損を低減できる針状体アレイを提供する。 The present invention provides a needle-like body array that can be punctured efficiently and that can reduce needle breakage.
1.針状体アレイ
以下、本発明の針状体について説明を行う。
1. Acicular body array The acicular body of the present invention will be described below.
図1(a)および(b)は、本発明に従う針状体アレイを模式的に示した図である。図図1(a)は、本発明に従う針状体アレイの平面図であり、1(b)は図1(a)を線I−Iに沿って切った断面である。図1(a)および(b)に示すように、本発明に従う針状体アレイ1は、基体2と、前記基体2の第一の面に形成された複数の針状体3を具備し、当該第一の面の部位により当該針状体3の密集度が異なる。特に、当該針状体アレイ1は、当該第一の面の中央部の針状体3の密集度に対して、第一の面の端部における針状体3の密集度が大きいことが好ましく、図1(a)および(b)に示す針状体アレイ1はそのように密集度に分布を有する針状体アレイの例である。
FIGS. 1A and 1B are diagrams schematically showing an acicular array according to the present invention. FIG. 1A is a plan view of an acicular array according to the present invention, and 1B is a cross-sectional view taken along line I-I in FIG. As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), an
本発明は、本発明者らが針状体アレイにおける針状体の破損の原因を仮定し、それを基に当該原因を解決するための手段を考案したことにより提供されるものである。即ち、基体に針状体をアレイ状に配置して、当該針状体を針部として利用することによって対象を穿刺しようとする場合、針状体を具備する針状体アレイの第一の面の中央部と端部における穿刺状態が異なることが考えられる。特に、伸縮性のあるもの、例えば、生体皮膚などに対して穿刺する場合には、対象の伸縮性により、針状体アレイの端部では表面方向に引っ張り応力が大きく働くのに対して、中央部では応力が働きにくい。また、同一ピッチで針状体をアレイ状に並べた場合、当該第一の面の端部では近接する針の本数が少ないのに対し、中央部では針の近接する針の本数が多く針状体が対象物を穿刺することが困難になることも考えられる。 The present invention is provided by the inventors of the present invention assuming a cause of breakage of the needle-like body in the needle-like body array and devising means for solving the cause based on the cause. That is, when the needle-like bodies are arranged in an array on the base and the needle-like body is used as a needle portion to puncture the target, the first surface of the needle-like body array including the needle-like bodies It is conceivable that the puncture state is different between the central part and the end part. In particular, when puncturing a material having elasticity, for example, living skin, a tensile stress acts greatly in the surface direction at the end of the needle array due to the elasticity of the object, whereas Stress is hard to work at the part. In addition, when the needle-like bodies are arranged in an array at the same pitch, the number of adjacent needles is small at the end of the first surface, whereas the number of adjacent needles is large at the center portion. It may be difficult for the body to puncture the object.
そのような穿刺状態を針状体アレイの第一の面に亘り均一にするために、針状体の高さを部位によって変化させることも考えられる。しかしながら、高さを調整するためには多くの場合、針状体の作製条件を部位毎に変化させる必要がある。また、針状体アレイの第一の面の端部においては、当該第一の面と平行に働く応力が中央部に比べ大きく、針状体が破損しやすいと考えられる。 In order to make such a puncture state uniform over the first surface of the needle-like body array, it is also conceivable to change the height of the needle-like body depending on the part. However, in order to adjust the height, in many cases, it is necessary to change the production conditions of the needle-like body for each part. In addition, at the end of the first surface of the acicular array, the stress acting in parallel with the first surface is greater than that in the central portion, and the acicular body is considered to be easily damaged.
また、単純に針間のピッチを広くとると、単位面積当たりの針状体本数が減少し、穿刺総本数が減少してしまう。また、一本当たりにかかる力が大きくなることから、例えば横方向の力に耐えることが困難になり、その結果、針状体の折れや、欠けなどが発生し破損しやすくなる。また、単純に針間のピッチを狭く取ると、単位面積あたりの針状体本数が増加し、穿刺しづらくなるという問題がある。 Further, if the pitch between the needles is simply widened, the number of needle-like bodies per unit area is reduced and the total number of punctures is reduced. In addition, since the force applied to each piece increases, it becomes difficult to withstand, for example, a lateral force, and as a result, the needle-like body is broken or chipped, and is easily damaged. In addition, if the pitch between the needles is simply reduced, the number of needle-like bodies per unit area increases, which makes it difficult to puncture.
本発明者らは、針状体アレイの第一の面の部位によって針状体の密集度を変化させることで、針状体アレイに具備される全ての針状体にかかる応力を調整することができることを見出し本発明に至った。これにより、針状体アレイにおける各針状体の穿刺状況を調整することが可能となる。例えば、当該第一の面の中央部における針状体の密集度を小さくし、端部の密集度を大きくすることによって、針状体の穿刺能力を端部に集中させず、針状体アレイの第一の面の全体に亘り全ての針状体を効率的に使用することが可能となる。 The inventors adjust the stress applied to all the needle-shaped bodies included in the needle-shaped body array by changing the density of the needle-shaped bodies depending on the portion of the first surface of the needle-shaped body array. As a result, the present invention has been found. Thereby, it becomes possible to adjust the puncture state of each needle-like body in the needle-like body array. For example, by reducing the density of the needles at the center of the first surface and increasing the density of the ends, the puncture ability of the needles is not concentrated on the ends, and the needles array It is possible to efficiently use all the needle-like bodies over the entire first surface.
また、応力が集中する第一の面の端部の密集度を大きくすることにより、一本当たりに働く応力を軽減し、横方向に大きな力が働く端部の針状体の破損を防止することが可能となる。 In addition, by increasing the density of the end of the first surface where the stress is concentrated, the stress acting on each side is reduced, and the needle-like body at the end where a large force acts in the lateral direction is prevented from being damaged. It becomes possible.
ここで使用する「密集度」とは、当該針状体アレイの第一の面において任意に選択した1領域当たりの針状体の本数を意味する。ここで使用する「密集度が異なる」および「密集度に分布を持つ」とは、第一の面の任意に選択した少なくとも2つの領域間において針状体の本数が異なることを意味する。 As used herein, “density” means the number of needles per region arbitrarily selected on the first surface of the needle array. As used herein, “the degree of density is different” and “having a distribution in the density” means that the number of needle-like bodies is different between at least two regions arbitrarily selected on the first surface.
当該針状体アレイの材料は、針状体を保持するのに充分な機械特性を備えていればよく、特に制限されるものではない。例えば、ステンレス、シリコン、Mg系化合物およびTi系化合物などの金属、例えば、石英およびセラミックスなどの無機材料、例えば、医療用シリコーン樹脂などの生体適合性材料、例えば、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生体適合性を有する生分解性材料、並びに、その他の生体適合性と生分解性とを有するポリマーなどの有機材料などであればよい。 The material for the needle-like body array is not particularly limited as long as it has sufficient mechanical properties to hold the needle-like body. For example, metals such as stainless steel, silicon, Mg-based compounds and Ti-based compounds, for example, inorganic materials such as quartz and ceramics, biocompatible materials such as medical silicone resins, such as polylactic acid, polyglycolic acid, poly Biodegradable materials with biocompatibility such as lactic acid glycolic acid copolymer, polycitric acid, polymalic acid, polyamino acid, maltose, dextran, and other organic materials such as other biocompatible and biodegradable polymers And so on.
当該針状体アレイを生体皮膚に対して適用する場合、針状体アレイの材料は生体適合性を有していることが好ましく、更に、生体適合性と生分解性を有していることがより好ましい。また、少なくとも針状体が、生分解性を備えた材料により形成されることも好ましく、生分解性を備えた材料を用いることにより、生体皮膚への適用時に針状体が破損し、その一部が生体内に取り残されても生体への影響を低減することが可能である。 When the needle-shaped body array is applied to living body skin, the material of the needle-shaped body array preferably has biocompatibility, and further has biocompatibility and biodegradability. More preferred. In addition, it is also preferable that at least the needle-like body is formed of a material having biodegradability. By using a material having biodegradability, the needle-like body is damaged when applied to living body skin. Even if the part is left in the living body, the influence on the living body can be reduced.
当該針状体アレイに具備される針状体は、基体と同種の材料を用いて成形されてもよく、基体と別種の材料を用いて成型されてもよい。別種の材料を用いる場合、基体のために使用される材料は、例えば、シリコン、ステンレスおよびポリカーボネートなどであればよく、針状体のために使用される材料は、例えば、ポリ乳酸、ポリグリコール酸およびマルトースなどであればよい。例えば、シリコンを基体として用いて、ポリ乳酸を針状体として使用する場合には、例えば、シリコン基板上に、ポリ乳酸針状体のみを選択的に熱プレス成形して製造すればよい。 The needle-like bodies included in the needle-like body array may be molded using the same type of material as the base, or may be molded using a different type of material from the base. When using different types of materials, the materials used for the substrate may be, for example, silicon, stainless steel and polycarbonate, and the materials used for the needles are, for example, polylactic acid, polyglycolic acid And maltose. For example, when silicon is used as a base and polylactic acid is used as a needle-like body, for example, only a polylactic acid needle-like body may be selectively hot-pressed on a silicon substrate.
当該針状体アレイは、用途によってその形状を自由に設計されてよく、また本発明の針状体も、形状、寸法、構成する材料なども特に限定されるものではなく、用途および/または仕様に応じて適宜設計を行ってよい。例えば、生理活性物質の経皮吸収を促進する目的や、経皮的に生体内の物質を生体外へ取り出す目的で使用される場合、皮膚穿刺性能の観点から、針状体アレイに具備される針状体の先端が先鋭な錐形状であって、根元幅は数μmから数百μm、長さは数十μmから数百μm程度であり、針状体側壁には括れや段差が無いことが望ましい。 The shape of the needle-shaped body array may be freely designed depending on the application, and the needle-shaped body of the present invention is not particularly limited in shape, size, material constituting the material, and the use and / or specification. Depending on the design, it may be appropriately designed. For example, when it is used for the purpose of promoting percutaneous absorption of a physiologically active substance or for the purpose of taking a substance in a living body percutaneously out of the living body, it is provided in an acicular array from the viewpoint of skin puncture performance. The tip of the needle-like body has a sharp cone shape, the root width is several μm to several hundred μm, the length is about several tens μm to several hundred μm, and there is no constriction or step on the side wall of the needle-like body Is desirable.
また、本発明の針状体アレイは、針状体内部、または、針状体の近傍に、貫通孔を有してもよい。貫通孔を設けることにより、体液および/または薬液を貫通孔を通して採取および/または供給する構成のデバイスとして好適に用いることが出来る。 Moreover, the needle-shaped object array of the present invention may have a through hole in the needle-shaped object or in the vicinity of the needle-shaped object. By providing the through-hole, it can be suitably used as a device having a configuration in which body fluid and / or chemical liquid is collected and / or supplied through the through-hole.
当該針状体アレイは、それ自身公知の方法、例えば、精密機械加工などにより直接製造されてもよく、それ自身公知の方法により金型または複製版を使用して転写成形することにより製造されてもよい。そのような製造方法は何れも本発明の範囲に含まれる。以下、当該針状体アレイの製造方法について説明する。 The needle-shaped array may be directly manufactured by a method known per se, for example, precision machining or the like, and is manufactured by transfer molding using a mold or a duplicate plate by a method known per se. Also good. Any such manufacturing method is within the scope of the present invention. Hereinafter, the manufacturing method of the said acicular body array is demonstrated.
2.針状体アレイの製造方法
本発明に従う針状体アレイは、基板の第一の面に密集度に分布を持つエッチングマスクを形成する工程と、前記基板の第一の面に異方性エッチングを行う工程により製造されればよい。
2. Method for manufacturing needle array The needle array according to the present invention includes a step of forming an etching mask having a dense distribution on the first surface of the substrate, and anisotropic etching on the first surface of the substrate. What is necessary is just to manufacture by the process to perform.
以下、当該針状体アレイの製造に適した針状体製造方法の一例について、針状体アレイの製造工程を基板の一部分を模式的に示した図2を用いながら説明を行う。 Hereinafter, an example of a needle-shaped object manufacturing method suitable for manufacturing the needle-shaped object array will be described with reference to FIG. 2 schematically showing a part of the substrate.
<基板にエッチングマスクを形成する工程>
まず、図2(A)および(a)に示すように、形成される針状体の位置に対応するように基板101の第一の面にアレイ状にエッチングマスク102を形成する。図2(A)は基板101の第一の面の上方からの平面図であり、図2(a)〜(d)は図2(A)を線II−IIに沿って切った断面図である。
<Process for forming etching mask on substrate>
First, as shown in FIGS. 2A and 2A, an
当該エッチングマスク102は、基板101の第一の面の部位により密集度が異なるように配置されればよい。好ましくは第一の面の中央部の密集度に対して、第一の面の端部における針状体の密集度が大きくなるように形成される。即ち、図3(a)に示すように基板201の第一の面に等間隔にエッチングマスク202を配置するのではなく、図3(b)に示すように基板201の第一の面の部位によって密集度を変化させてエッチングマスク202を配置することが好ましい。
The
また、図2(b)に示すように、エッチングマスク103の厚みを厚み方向に変化させ、エッチングマスク103の縁周辺の厚みがエッチングマスク103の中央の厚みに比べて薄くなるように、当該中央から縁に向けてエッチングマスク103の厚みを連続的に変化させることも好ましい。これにより、後述するエッチングを行う工程が進むにつれて、エッチングマスク103は外側から徐々に除去されるので、基板101とエッチングマスク103とのエッチング選択比(エッチングマスク103のエッチングレートに対する基板101のエッチングレートの比)に応じたテーパー角度を持つ針状体アレイを製造することが可能である。
Further, as shown in FIG. 2B, the thickness of the
上述したようにエッチングマスク102または103の密集度を当該第一の面の部位によって異なるように配置することにより、製造される針状体の密集度を制御することが可能となる。特に、エッチングマスク102または103の密集度を第一の面の中央部は小さく、端部を大きくすることで、マスクパターンを反映したピッチを持つ針状体アレイを製造することが可能となる。また、形成するエッチングマスクのパターン径を変更することにより、製造される針状体の径を制御することが出来る。
As described above, it is possible to control the density of the needle-shaped body to be manufactured by arranging the density of the
基板101は、後述するエッチングを行う工程に適した加工特性を備える材料であればよい。例えば、シリコン基板、例えば、単結晶シリコン基板を使用してよい。
The
エッチングマスク102および103のマスク材料としては、上述した基板101と密着し、後述するエッチングを行う工程において、エッチングマスク102または103のエッチングレートが、基板101のエッチングレートより小さいものであればよい。
As a mask material for the etching masks 102 and 103, it is sufficient that the etching rate of the
基板101にエッチングマスク102を形成する方法としては、適宜公知のパターニング方法を用いてよい。例えば、パターニング方法としては、露光現像による方法(即ち、用いるフォトマスクによりパターン部を制御可能する方法)、液滴吐出法(即ち、パターン部のみに液滴吐出する方法)などを用いてもよい。
As a method for forming the
エッチングマスク102に厚み分布を持たせる方法としては、例えば、マスク材料をリフローさせる方法、グレースケールマスクを用いてマスク材料の露光量を制御する方法、インクジェット装置を用いてマスク材料の液滴投下量で調整する用法などの方法を用いてよい。
Examples of a method for providing the
<エッチングマスクを形成した側から前記基板に対して異方性エッチングを行う工程>
基板101にエッチングマスク102または103を形成した後に、エッチングを行う工程に進む。図2(c)および(d)に示すように、エッチングを行う工程では、エッチングマスク102または103を形成した基板101の第一の面側から、第一の面の全体に亘りエッチングを進めて(図1(c))、針状体104を製造する(図1(d))。
<Step of performing anisotropic etching on the substrate from the side on which the etching mask is formed>
After the
本発明において使用されるエッチング方法は、基板101のエッチングレートとエッチングマスク102または103とのエッチングレートが異なる異方性のエッチング方法であればよく、適宜公知の方法を用いることが出来る。そのような方法は、例えば、RIE、マグネトロンRIE、ECR、ICP、NLD、マイクロ波およびヘリコン波などの放電方式を用いたドライエッチング装置を用いたドライエッチングを含む。
The etching method used in the present invention may be an anisotropic etching method in which the etching rate of the
このとき、エッチングマスク102または103に対する基板101のエッチング選択比によって、針状体104の先端角度の制御が可能である。上記エッチング選択比が高い場合、針状体104の先端角度は鋭くなり、高さは高くなる傾向がある。また、エッチング選択比が低い場合、先端角度は広くなり、高さは低くなる傾向がある。エッチング選択比は、基板101およびエッチングマスク102または103の材料の選択の他、エッチング時の種々の条件、例えば、圧力およびプロセスガス流量などにより制御することが出来る。
At this time, the tip angle of the needle-
また、徐々にエッチングマスク102または103が除去されていき、最終的にエッチングマスク102または103が微小な範囲に収束してから完全に除去することにより、針状体104を形成すれば、エッチングマスク102または103の脱落による汚染などが発生することなく、また先端形状が鋭利な針状体104を製造することが可能である。
Further, the
また、エッチングマスク102または103が残存した状態(図1(c))でエッチングを停止し、エッチングマスク102または103を剥離してもよい。これにより、先端部分に平坦な部分を有する針状体が形成される。このような形態の針状体は、刺突の際に先端部の欠けを低減することが可能である。
Alternatively, the etching may be stopped while the
以上より、本発明に従う針状体アレイを製造することが出来る。ここではエッチングマスク102または103を用いた方法を示したが、本発明の針状体アレイの製造はこれに限定されるものではなく、他の微細加工技術を用いて製造してもよい。微細加工技術の例は、エンドミルを用いた微細切削加工技術およびレーザー光を用いた加工技術などを含む。
From the above, the acicular array according to the present invention can be manufactured. Although the method using the
また、本発明に従う針状体アレイの製造方法は、更に、製造した針状体アレイを母型とし、当該母型から複製版を作製する工程と、前記複製版を用いて転写加工成形を行う工程とを備えることが好ましい。一体成形された機械的強度の高い複製版を作製することにより、同一の複製版で多量の針状体アレイを製造することが出来るため、生産コストを低く抑え、生産性を高めることが可能である。また、転写材料は微細加工に対する加工特性を考慮することなく選択することが出来るため、特に、生体適合性材料により形成された針状体アレイを好適に製造することが出来る。 The method for manufacturing a needle-shaped body array according to the present invention further includes a step of using the manufactured needle-shaped body array as a mother die, producing a duplicate plate from the mother die, and performing transfer processing molding using the duplicate plate. It is preferable to provide a process. By producing a replica plate with high mechanical strength that is integrally molded, it is possible to manufacture a large number of needle-shaped object arrays with the same replica plate, which can reduce production costs and increase productivity. is there. In addition, since the transfer material can be selected without considering processing characteristics for microfabrication, in particular, a needle-like array formed of a biocompatible material can be preferably manufactured.
以下、一例として具体的に、図4を用いて、上述したエッチングなどの製造方法により製造した針状体アレイ401を母型とし、鋳型層402を形成し、得られた鋳型層402を複製版403として使用することを具備する針状体アレイの転写加工成形について説明する。
Hereinafter, specifically as an example, using FIG. 4, the needle-shaped
<針状体の転写加工成形>
まず、針状体400が形成された針状体アレイ401の第一の面に、鋳型層402を形成する(図4(a))。
<Needle transfer processing molding>
First, the
次に、針状体アレイ401と鋳型層402を分離し、複製版403を得る(図4(b))。針状体401と鋳型層402を分離する方法としては、物理的な剥離力による分離または選択性エッチング法を用いればよい。
Next, the
次に、複製版403に針状体アレイ材料を充填する(図4(c))。当該針状体アレイ材料には特に制限はなく、一般的に転写加工成形することが可能な何れの材料であってもよく、上述した「1.針状体アレイ」の項で列挙した針状体アレイの材料であってもよい。特に生体に対して使用するための針状体アレイを形成する場合には、生体に対して低刺激性の材質であることが好ましい。また、曲面に対しても接触面の全体に対して均一な押圧が出来るように、最終的に得られる針状体アレイが柔軟性を有することも好ましい。
Next, the
次に、硬化した針状体アレイ材料を複製版403から離型して、針状体アレイ404を得る(図4(d))。
Next, the cured needle array material is released from the
鋳型層材料(即ち、複製版材料)は、所望の複製版403を得るために適切なそれ自身公知の何れの材料であってもよく、例えば、針状体アレイ401を転写し得る形状追従性、転写加工成形における転写性、耐久性および離型性を考慮した材質を選択すればよい。例えば、高分子化合物、例えば、ウレタン樹脂やシリコーン樹脂などのエラストマーを用いてもよい。また、例えば、金属材料、例えば、ニッケル、アルミ合金、銅合金、鉄合金などを用いてもよい。これに限定するものではないが、例えば、シリコーン樹脂は、安価かつ危険性の低い材料として好適である。また、複製版材料中の不純物を除去するために、転写成形工程に使用する前に複製版材料を精製してもよい。
The template layer material (i.e., the replica plate material) may be any material known per se suitable for obtaining the desired
また、複製版作製時には硬化速度を制御するために加熱および/または冷却を行ってもよく、加熱温度および加熱時間、並びに冷却温度および冷却時間は、使用する複製版材料の性質などに応じて選択すればよい。 In addition, heating and / or cooling may be carried out in order to control the curing speed when making a duplicate plate, and the heating temperature and heating time, and the cooling temperature and cooling time are selected according to the properties of the duplicate plate material used. do it.
複製版作製工程においては、微細領域での再現性を高めるために複製版材料を針状体401に充填する前に脱泡工程をおこなってもよい。脱泡工程は公知の脱泡法を用いればよい。例えば、真空脱泡、遠心脱および攪拌脱泡等の脱泡方法を用いてよい。
In the duplicate plate making process, a defoaming process may be performed before filling the replica plate material into the needle-
当該針状体アレイ材料の複製版403への充填方法は、これに限定するものではないが、生産性の観点から、インプリント法、ホットエンボス法、射出成形法、押し出し成形法およびキャスティング法を用いることが好ましい。
The method for filling the
当該複製版403の剥離性を向上するために、針状体アレイ材料の充填前に、複製版403の表面に離型効果を増すための離型層を形成してもよい。離型層としては、例えば広く知られているフッ素系の樹脂を用いることができる。また、離型層の形成方法としては、PVD法、CVD法、スピンコート法およびディップコート法などの薄膜形成手法を好適に用いることができる。離型層を適用することにより、微細な突起部を有する針状体および更に当該突起部をより安定して提供することが可能である。
In order to improve the peelability of the
<実施例1>
本発明の針状体製造方法について、エッチングマスクのピッチが基板の第一の面の中央部で広く、端部で狭い場合における一例について、具体的に挙げながら説明する。
<Example 1>
The method for producing the needle-shaped body of the present invention will be described with reference to an example in which the pitch of the etching mask is wide at the center of the first surface of the substrate and narrow at the end.
まず、基板としてシリコンウェハ(厚み:525μm、直径100mm)を用意した。 First, a silicon wafer (thickness: 525 μm, diameter 100 mm) was prepared as a substrate.
次に、シリコンウェハ上に、エッチングマスクとして汎用厚膜フォトレジスト(クラリアント社製、商品名:AZ PLP)を、スプレーコート法を用いて、膜厚13μmでコートし、フォトリソグラフィー法により直径が100μmの円形ドットパターンを形成した。 Next, a general-purpose thick film photoresist (manufactured by Clariant, trade name: AZ PLP) as an etching mask is coated on the silicon wafer with a film thickness of 13 μm using a spray coating method, and the diameter is 100 μm by a photolithography method. A circular dot pattern was formed.
この時、エッチングマスクをアレイ状に配列した。即ち、図3(b)に示すように、基板の第一の面の端部、特に第一の面に具備される4つの角に集中的に針状体が形成されるようにエッチングマスクを配置した。 At this time, the etching masks were arranged in an array. That is, as shown in FIG. 3B, the etching mask is formed so that needles are formed intensively at the four corners of the first surface of the substrate, particularly the first surface. Arranged.
次に、エッチングマスクをクリーンオーブンにおいて150℃で30分間加熱し、熱収縮を行った。熱収縮後のレジスト形状は半球状であり、中央部のレジスト厚は20μmであった。 Next, the etching mask was heated in a clean oven at 150 ° C. for 30 minutes to perform thermal shrinkage. The resist shape after heat shrinkage was hemispherical, and the resist thickness at the center was 20 μm.
次に、当該基板の第一の面を、フッ素系ガスを用いたICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合プラズマ)エッチングにより当該基板上のエッチングマスクが完全に除去されるまでエッチングを行った。このとき、エッチングマスクおよびシリコン基板のエッチングレートを測定した結果、シリコンとエッチングマスクのエッチング選択比は約11であった。 Next, the first surface of the substrate was etched until the etching mask on the substrate was completely removed by ICP (Inductively Coupled Plasma) etching using a fluorine-based gas. At this time, as a result of measuring the etching rate of the etching mask and the silicon substrate, the etching selectivity between silicon and the etching mask was about 11.
次に、当該基板について全面エッチングを行い得られた針状体アレイを走査型電子顕微鏡で観察した。その結果、基底部の直径が約100μm、高さ約220μm、先端角度が約25°の円錐型の針状体が、前記エッチングマスクの配置を反映して形成されていることが確認された。 Next, the acicular array obtained by etching the entire surface of the substrate was observed with a scanning electron microscope. As a result, it was confirmed that a conical needle-like body having a base diameter of about 100 μm, a height of about 220 μm, and a tip angle of about 25 ° was formed reflecting the arrangement of the etching mask.
<実施例2>
以下、転写加工成形による針状体アレイの製造法について説明する。
<Example 2>
Hereinafter, a method for manufacturing the needle-like body array by transfer processing will be described.
実施例1で製造された針状体アレイを原版として使用し、当該原版に蒸着法により膜厚300nmのニッケル層を形成し、このニッケル層をシード層としてメッキ法によりニッケルを1mm形成した。 The acicular body array produced in Example 1 was used as an original plate, and a nickel layer having a thickness of 300 nm was formed on the original plate by vapor deposition, and 1 mm of nickel was formed by plating using the nickel layer as a seed layer.
次に、濃度25wt%、液温90℃の水酸化カリウム水溶液を用いて原版を溶解し、ニッケルからなる複製版を作製した。 Next, the original plate was dissolved using an aqueous potassium hydroxide solution having a concentration of 25 wt% and a liquid temperature of 90 ° C. to prepare a duplicate plate made of nickel.
この複製版を用いてマルトース、デキストラン、ポリ乳酸をそれぞれ材料として用いてインプリント法により転写成型した。走査型電子顕微鏡により観察すると、得られた針状体アレイは、それぞれの原版と同形状の針状体を有することが確認された。 Using this duplicate plate, maltose, dextran, and polylactic acid were respectively transferred and molded by imprinting. When observed with a scanning electron microscope, it was confirmed that the obtained acicular array had acicular bodies having the same shape as each original plate.
本発明の針状体は、医療のみならず、微細な針状構造体を必要とする様々な分野に適用可能であり、例えばMEMSデバイス、創薬、化粧品などに用いる針状体としても有用である。 The needle-like body of the present invention can be applied not only to medical treatment but also to various fields that require fine needle-like structures. For example, it is also useful as a needle-like body used for MEMS devices, drug discovery, cosmetics, and the like. is there.
1 針状体アレイ
2 基体
3 針状体
101、201 基板
102、202 エッチングマスク
103 エッチングマスク(変形後)
104 針状体
401、404 針状体アレイ
402 鋳型層
403 複製版
DESCRIPTION OF
104 Needle-
Claims (3)
前記複数の針状体が前記基体の第一の面に一体的に形成され、
当該第一の面の部位によって針状体の密集度が異なり、
前記複数の針状体の高さが同一であり、
前記基体および前記複数の針状体を備える針状体アレイがマルトース、デキストランおよびポリ乳酸から選択される生体適合性を有する生分解性材料から形成され、かつ
当該第一の面の端部における針状体の密集度を、当該第一の面の中央部における当該針状体の密集度に対し、前記端部の外周に亘るいずれの箇所においても大きくすることを特徴とする針状体アレイ。 A needle-like body array comprising a base and a plurality of needle-like bodies formed on the first surface of the base,
The plurality of needle-like bodies are integrally formed on the first surface of the base body,
The density of the needle-like body varies depending on the portion of the first surface,
The plurality of needles have the same height;
A needle array comprising the substrate and the plurality of needles is formed from a biocompatible biodegradable material selected from maltose, dextran and polylactic acid ; and
The density of the needle-like bodies at the end of the first surface is increased at any location across the outer periphery of the end relative to the density of the needle-like bodies at the center of the first surface. An acicular array characterized by the above.
基板の第一の面に密集度に分布を持つエッチングマスクを形成する工程と、
前記基板の第一の面に異方性エッチングを行って、高さが同一で、密集度が異なる複数の針状体を前記第一の面に一体的に形成する工程と、
を備え、
当該第一の面の端部における針状体の密集度を、当該第一の面の中央部における当該針状体の密集度に対し、前記端部の外周に亘るいずれの箇所においても大きくすることを特徴とする針状体アレイの製造方法。 A method for producing a needle-like body array comprising a base and a plurality of needle-like bodies formed on the first surface of the base,
Forming an etching mask having a dense distribution on the first surface of the substrate;
Performing anisotropic etching on the first surface of the substrate to integrally form a plurality of needles having the same height and different densities on the first surface;
With
The density of the needle-like bodies at the end of the first surface is increased at any location across the outer periphery of the end relative to the density of the needle-like bodies at the center of the first surface. A method for manufacturing a needle-shaped body array.
更に、製造した針状体アレイを母型とし、当該母型から当該母型に対し前記針状体アレイが反転形成された複製版を作製する工程と、
前記複製版を用いて転写加工成形を行う工程と、
を備えたことを特徴とする針状体アレイの製造方法。 It is a manufacturing method of the acicular body array according to claim 2 ,
Furthermore, the manufactured needle-shaped body array is used as a mother mold, and a process for producing a duplicate plate in which the needle-shaped array is inverted from the mother mold to the mother mold;
Performing transfer processing molding using the duplicate plate;
A method of manufacturing an acicular array, comprising:
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