JP5969495B2

JP5969495B2 - 液晶ポリマーマイクロニードル

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Publication number: JP5969495B2
Application number: JP2013541980A
Authority: JP
Inventors: シー．デュアンダニエル; レンドンスタンリー
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2016-08-17
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Description

本件は液晶ポリマーマイクロニードル、特にサーモトロピック液晶ポリマーマイクロニードルに関する。

１つの態様においては、本明細書はサーモトロピック液晶ポリマーマイクロニードルを含むデバイスを提供する。

他の態様においては、本明細書は、２ポンドの力（８．９Ｎ）を１０秒間かけた場合にマイクロニードルが５０〜１２０マイクロメートルの侵入深さを有する、液晶ポリマーマイクロニードルのアレイを含むデバイスを提供する。

他の態様においては、本明細書は、３ポンドの力（１３．３Ｎ）を１０秒間かけた場合にマイクロニードルが５０〜１５０マイクロメートルの侵入深さを有する、液晶ポリマーマイクロニードルアレイを含むデバイスを提供する。

更に他の態様においては、本明細書は、３ポンドの力（１３．３Ｎ）を１０秒間かけた場合にマイクロニードルが７０％以上の侵入効率を有する、液晶ポリマーマイクロニードルアレイを含むデバイスを提供する。

他の実施形態においては、本明細書はサーモトロピック液晶ポリマーマイクロニードル及びマイクロニードルアレイの製造方法を提供する。

添付の図面において、
本明細書のデバイスの側断面図。

本明細書の成形プロセスは、以下の利点の１つ以上を提供することができる。すなわち、サーモトロピック液晶ポリマー（「ＴＬＣＰ」）中のメソゲンの、成形中における流動配向の生成及び／又はタンブル流の生成の程度を選択的に制御することによって、成形品の巨視的な特性を調整する能力、結果として得られる成形品において物品の成形型キャビティの形状を確実に複製する能力、サブマイクロメートル寸法の物品の特徴部を生成する能力、異方性の物理特性を有する微細物品の特徴部を生成する能力、及び／又は均衡した物理的メゾスコピック特性を有する微細物品の特徴部を生成する能力である。

商業に関連するＴＬＣＰにおいて、メソゲンは、長距離配向秩序を見せるが、短距離のみのパッキング又は位置秩序の中間相単位を特徴とする「ネマチック」として知られる配列における構造秩序を誘導する、液晶ポリマーの最も基本の単位を構成する。「ディレクター」として定義される平均配向方向（又はベクトル）に沿ったメソゲンの整列は、メソゲン分子配向のランダム分布（すなわち、異方性）に対して０〜完全分子整列に対して１の範囲である、分子異方性因子（以下「異方性因子」と称する）により特徴付けられる。

本明細書において使用する時、用語「溶融ＴＬＣＰ」は、溶融状態である（すなわち、そこではそのメソゲンがタンブル流を生成し得る）すべてのＴＬＣＰだけではなく、そのメソゲンを固体の配向結晶性領域（例えば、そこではメソゲンが流動配向している）の形態として有し、ＴＬＣＰの残部は溶融している（例えば、１つ又は複数個の流体非晶質領域の形態である）ＴＬＣＰも指す。

本明細書において使用する時、用語「流動配向した」は、流れ方向に対して、少なくとも約０．４〜１．０、好ましくは少なくとも約０．５〜１．０未満、及びより好ましくは約０．６〜１．０未満の範囲の異方性因子を呈する、ＴＬＣＰメソゲンの状態を指す。

本発明に従って、各成形型チャンバを充填する溶融組成物は、利用に応じて、成形型チャンバを充填するＴＬＣＰメソゲンの少なくとも約３０％〜１００％、３５％〜１００％、４０％〜１００％、４５％〜１００％、５０％〜１００％、５５％〜１００％、６０％〜１００％、６５％〜１００％、７０％〜１００％、７５％〜１００％、８０％〜１００％、８５％〜１００％、９０％〜１００％、又は９５％〜１００％が流動配向した場合、相当な量の流動配向したＴＬＣＰメソゲンを有すると見なされる。これに応じて、各成形型チャンバにより形成されるデバイス又は成形物品（例えば各マイクロニードル）の部分は、マイクロニードル全域のＴＬＣＰメソゲンの少なくとも約３０％〜１００％、３５％〜１００％、４０％〜１００％、４５％〜１００％、５０％〜１００％、５５％〜１００％、６０％〜１００％、６５％〜１００％、７０％〜１００％、７５％〜１００％、８０％〜１００％、８５％〜１００％、９０％〜１００％、又は９５％〜１００％が流動配向した場合、相当な割合の整列したＴＬＣＰメソゲンを有すると見なされる。マイクロニードル全域のＴＬＣＰのメソゲンの最大約２５％がタンブル流動であること（すなわち、デバイス又は成形物品の対応する部分の微小寸法の最大約２５％が等方性であること）が望ましい場合がある。他の利用においては、各マイクロニードル中により多量のタンブル流動のＴＬＣＰメソゲンが許用されてよい。他の利用においては、タンブル流動ＴＬＣＰメソゲンのより低い最大値のマイクロニードルさえも望ましいことがある。

ＴＬＣＰメソゲンは、ＴＬＣＰが溶融している成形温度で、流動配向した状態から速やかに回転を開始する。それ故、少なくともマイクロニードル成形チャンバ中の溶融ＴＬＣＰを、マイクロニードルの成形型チャンバが充填された後速やかに固化させ、流動配向したメソゲンのかなりの量が成形されたマイクロニードルの中で流動配向した状態に確実に留まるようにしなければならない。各マイクロニードルの成形型キャビティの寸法は、キャビティ中の溶融ＴＬＣＰの冷却速度に影響を与え得る。例えば、成形型キャビティの寸法が小さいほど、固化する溶融ＴＬＣＰの量がより少ないので、冷却速度はより速い。更に、成形型が例えば銅合金のような熱伝導率の高い材料に比べて、例えばステンレス鋼のような熱伝導率の低い材料で作製されている場合、熱伝導率のより低い成形型材料はより遅い速度で溶融ＴＬＣＰから熱を奪うので、成形型の設計が大型化又は巨大化するほど冷却速度は遅くなる。適量のＴＬＣＰメソゲンが固化した成形物品に望ましい物理特性を提供する流動配向した状態に留まるか否かを、この冷却速度が決定する。

流動配向したＴＬＣＰメソゲンは、各キャビティにより形成された又は少なくとも各マイクロニードル成形キャビティによって形成された物品の成形された要素全体に見いだされる。あるいは、各マイクロニードル成形キャビティによって形成された成形要素の流動配向したＴＬＣＰメソゲンは、外側領域又は層厚に比べて、流動配向していない（例えば、大部分又は完全にタンブル流動であるかそうでなければ等方性である）ＴＬＣＰメソゲンを含有する溶融組成物の芯を包み込む外側領域又は層厚（例えばスキン）において認めることができる。流動配向したＴＬＣＰメソゲンのそのような外側領域又は層厚は、３つの可能な条件下で形成され得る。（１）微小寸法が大きすぎて、微小寸法全体において十分に高い流速を可能にすることができない場合、（２）外側部分のみが、メソゲンを流動配向した状態で固化するのに十分急速に冷却される場合、又は（３）（１）及び（２）の両方である。マイクロニードルの寸法が十分小さく、溶融ＴＬＣＰの冷却速度が十分に速い場合には、マイクロニードル全体にわたる溶融ＴＬＣＰ中のすべてのメソゲンは、流動配向した状態であることができ、溶融ＴＬＣＰが固化した時点で流動配向した状態に留まることができる。

本明細書によるマイクロニードルの製造方法の詳細は、米国特許仮出願第６１／２８７，７９９号（２００９年１２月１８日に出願）に記載されている。下記の例示的な方法は、ラミネートキャビティのツール構成を用いる、ＴＬＣＰマイクロニードルアレイの射出成形に関連する成形手順を述べる。

低から中圧縮用に設計された２２ｍｍ往復スクリューを備えたＫｒａｕｓｓ−Ｍａｆｆｅｉ射出成形機（Ｋｒａｕｓｓ−Ｍａｆｆｅｉ，Ｆｌｏｒｅｎｃｅ，ＫＹから入手可能）を使用して、純粋なＴＬＣＰ材料（例えばＴｉｃｏｎａＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｏｌｙｍｅｒｓ，Ｉｎｃ，Ｆｌｏｒｅｎｃｅ，ＫＹから入手できるＶｅｃｔｒａＭＴ１３００）の固体ペレットを可塑化することから、この方法が始まる。スクリューの供給部位にポリマーの公称融点（例えば、ＶｅｃｔｒａＭＴ１３００，については＜４８０°Ｆ（２４９℃））に近い温度で材料を導入し、材料の熱暴露履歴を確実に制限する。スクリューの回転につれて材料は可塑化し始め、スクリューの圧縮区域に移動し、そこでポリマーは高せん断力を呈し始め、これにより柔軟化中の材料の５２０〜５４０°Ｆ（２７１〜２８２℃）にいたる融解プロセスが始まる。

射出ショットが完了すると、ポリマーはスクリューの計量部分を通り、射出待機（この時点で５６０°Ｆ（２９３℃））となる。材料は、該当するキャビティへの射出の前に、更にホットマニホールド（又はホットランナー）に導入することもまたできる。ホットランナードロップは、スクリューの計量ゾーンと同じ公称温度に保たれている。

材料のショットが完了し、ポリマーがスクリュー及びバレルアセンブリと熱平衡に達すると、サイクルの開始準備が完了である。可塑化プロセス中に得た異方性の量を減らし、またポリマーが成形型の入口付近において時期尚早に凝固しないことを確保する温度に、ＴＬＣＰを保つ。

成形型を閉め、材料を射出した場合のキャビティの内部圧力（２０Ｋｐｓｉ（１３７．９ＭＰａ）を超える）に打ち勝つように、２０〜３０トンの間の十分なクランプ力を確保する。クランプ力が高まり次第、望ましい速度に達するに十分な第１段階の圧力（２５Ｋｐｓｉ（１７２．４ＭＰａ）を超える）が得られるとして、ＴＬＣＰを射出装置のラムにより高速（＞４インチ／秒（１０．１６ｃｍ／ｓ））で射出する。成形型の温度は、サイクルの継続期間を通して１８０°Ｆ（８２℃）に固定する。

流入する高分子材料は射出ゲートを通して極めて高いせん断速度に会い、このことは成形されたマイクロニードルの機械特性がニードルの長軸方向（すなわち、正方形ピラミッドのニードルでは、ベースから先細先端部に向かう軸に沿った）に優勢的になることを確実にする、高度の分子異方性を促進する。材料が平衡の「タンブル流動」状態から「流動配向」の１つの状態へ遷移するのは、この工程中である（米国特許仮出願第６１／２８７，７９９号（２００９年１２月１８日に出願）を参照）。

ＴＬＣＰのための別の加工要素は、材料の射出速度で同時にキャビティを脱気することを促進するのに役立つＰ２０又は４２０ステンレス鋼をラミネートしたツールの使用である。空気の粘度は十分低く、ガスはニードルの形状を画定するサブミクロン表面を通して抜け出ることができる。同時に、急速に入り、配向し、そして固化しつつあるポリマーの粘度が、ラミネートされたツールのキャビティにより画定されたサブミクロン表面に入るには高すぎて、それ故空気のみが逃げることができる。

第１段階の充填は、材料のフローパスの広がりに依存して、典型的には、０．３秒未満に起こる。より典型的には、第１段階の射出中にキャビティを完全に充填するのには０．１秒必要である。

第１段階（速度によって制御される）の射出により材料が入りキャビティの約９８％を満たした時点で、成形型の残りの部分は第２段階（圧力によって制御される）の射出により充填される。

１８Ｋｐｓｉ（１２４．１ＭＰａ）又はそれに近い第２段階の圧力は、成形型のあらゆる残部（マクロ又はミクロ）も完全に充填され、そしてどのような材料の収縮も、スクリューの前で得られる少量のポリマークッションによりあてがわれる余分の材料により補われることを、保証する。

３５０°Ｆ（１７７℃）の熱変形温度（ＨＤＴ）未満への材料の急速固化で、マイクロニードルアレイは、プロセスの排出フェースの準備が完了する。

排出は、成形した部品を射出成形型キャビティから取り除くための機構である。これは、典型的には、部品が適切にツールから確実に取り除かれ得るように、一連の、排出ピン、空気介助、真空介助などによって生じてもよい。

射出成形ポリカーボネートアレイの比較実施例もまた実施される。ラミネートキャビティツール構成を使用する、カーボネート（ＰＣ）系マイクロニードルアレイの射出成形に使用する、比較成形手順を以下に記述する。

中圧縮用に設計された１８ｍｍ往復スクリューを備えたＫｒａｕｓｓ−Ｍａｆｆｅｉ射出成形機を使用して、純粋なポリカーボネート（「ＰＣ」）材料（ＳａｂｉｃＩｎｎｏｖａｔｉｖｅＰｌａｓｔｉｃｓ，Ｐｉｔｔｓｆｉｅｌｄ，ＭＡから入手できる、ＬｅｘａｎＨＰＳ１Ｒ）の固体ペレットを可塑化することから、この方法が始まる。

スクリューの供給部位にポリマーの公称融点（例えば、Ｌｅｘａｎについては、＜４８０°Ｆ（２４９℃））に近い温度で材料を導入し、材料の熱暴露履歴を確実に制限する。スクリューの回転につれて材料は可塑化し始め、スクリューの圧縮区域に移動し、そこでポリマーは高せん断力を呈し始め、これにより柔軟化中の材料の５４０°Ｆ（２８２℃）にいたる融解プロセスが始まる。

射出ショットが完了すると、ポリマーはスクリューの計量部分を通り、射出準備完了領域に入る（まだ５４０°Ｆ（２８２℃）であり、スクリューの長手方向に直線状の温度分布を保持している）。該当するキャビティへの射出の前に、更にホットマニホールド（又はホットランナー）に材料を導入することもまたできる。ホットランナードロップは、スクリューの計量ゾーンと同じ公称温度に保たれている。

材料ショットが完了し、ポリマーがスクリュー及びバレルアセンブリと熱平衡に達すると、サイクルの開始準備が完了である。ラミネートされた成形型キャビティの表面をポリカーボネートが完全に複製することを保証するために、流入するポリマーの温度が軟化点未満とはならず、該当キャビティを満たすのに十分低い粘度をポリマーが持つことを保証する適切な状態まで、成形型の温度を上げる必要がある。

キャビティ近くの成形型温度を、３３０〜３６０°Ｆ（１６６〜１８２℃）の温度まで急速に上昇させる。この温度は、材料のずり粘度、メルトフローインデックス、マクロ対ミクロの成形型キャビティ特徴部のサイズ及びベントに依存して変化する。第２段階の前に当該キャビティの完全な充填を保証するに十分な長さでこの温度を保持する。温度に到達した時点で成形型を閉め、材料を射出した場合のキャビティの内部圧力（１６Ｋｐｓｉ（１１０．３ＭＰａ）を超える）に打ち勝つように、十分なクランプ力（２０〜３０トン）をかける。クランプ力が高まり次第、望ましい速度に達するに十分な第１段階の圧力が得られるとして、ＰＣを射出装置のラムにより比較的低速（＜２インチ／ｓ（５．０８ｃｍ／ｓ））で射出する。

流入する材料は高いせん断力を受けるが、しかし、成形型の温度が第１段階の射出中非常に高く保たれることを前提にすれば、この力は従来のＰＣの射出成型に比較して相当低い。これは、冷却後の最終物品に付随する、熱及びせん断応力が最小であることを保証する。これはとりもなおさず、物品の均一でバランスの取れた巨視的及び微視的微細特性の増進に役立つことになる。

材料の射出速度で同時にキャビティを脱気できることが、ラミネートしたツールを使用するＰＣマイクロニードルアレイの加工にとって有用である。空気の粘度は十分低く、ガスはニードルの形状を画定するサブミクロンの表面を通して抜け出ることができる。同時に、急速に入り、配向し、そして固化しつつあるポリマーは、ラミネートされたツールのキャビティにより画定されたサブミクロン表面に入るには粘度が高すぎる。

成形型は１９６（１４×１４）のキャビティからなり、それぞれが７００マイクロメートルの深さであり、直径５マイクロメートル未満の先端に狭まる。第１段階の充填は、材料のフローパスの広がり次第であるが、典型的には、２秒未満に起こる。より典型的には、第１段階の射出中にキャビティを完全に充填するには１秒が必要である。

第１段階（速度によって制御される）の射出により材料が入り、キャビティの約９８％が満たされるとすぐに、成形型の残りの部分が第２段階（圧力によって制御される）の射出により充填される。第２段階の射出は、成形型のあらゆる残った部分（マクロ又はミクロ）も完全に充填され、そしてどのような材料の収縮も、スクリューの前で得られる少量のポリマークッションによりあてがわれる余分の材料により補われることを、保証する。

ポリマーの温度を材料のガラス転移未満にするために、成形型の温度（２４０〜２５０°Ｆ（１１６〜１２１℃））を劇的に低下させるのは、第２段階においてである。材料の固化が完了する時点で（ポリマーがそのＨＤＴ未満であることを確実にして）、マイクロニードルアレイは、プロセスの排出フェースの準備が完了する。

排出は、成形した部品を射出成形型キャビティから取り除くための機構である。これは、典型的には、部品が適切にツールから取り除かれ得ることを保証するために、一連の、排出ピン、空気介助、真空介助などによって生じてもよい。

上記例示の方法のそれぞれを使用して、多様な異なる成形物品を形成することができる。更に、各特徴部のキャビティに溶融組成物を充填することによって、中空の構造の特徴部（例えば、中空のニードル）、中実である構造の特徴部（例えば、中実のニードル又はピン）、又は双方の組み合わせをもたらすことができる。

１つの態様においては、本明細書はサーモトロピック液晶ポリマーマイクロニードルを含む、デバイスを提供する。

この出願において使用する時、マイクロニードルは、典型的には、１０００マイクロメートル未満の高さ、８００マイクロメートル未満の高さ、時には５００マイクロメートル未満の高さである。マイクロニードルは５０マイクロメートルを超える高さ、２００マイクロメートルを超える高さ、時には５００マイクロメートルを超える高さであってもよい。

マイクロニードルはアスペクト比により特徴付けることができる。本明細書において使用するとき、用語「アスペクト比」は、マイクロニードルの高さ（マイクロニードルのベースを囲む表面の上方）の、最大のベース寸法、すなわち、ベースが占める最長の直線（マイクロニードルのベースが占める表面上の）の寸法に対する比である。長方形のベースを有するピラミッド型マイクロニードルの場合には、最大のベース寸法はベースを横切って対角を結ぶ対角線である。本明細書によるマイクロニードルは、典型的には、約２：１〜約６：１の間の、時には約２．５：１〜約４：１の間のアスペクト比を有する。

本明細書に記載された任意の実施形態により作製されるマイクロニードルアレイは、開示が本明細書に援用される、以下の特許及び特許出願に記載されたものなどの任意のさまざまな構造を含んでもよい。マイクロニードルデバイスの１つの実施形態は、米国特許出願公開第２００３／００４５８３７号に開示された構造を含む。前述の特許出願において開示された微細構造体は、各マイクロニードルの外表面に形成された少なくとも１つのチャネルを含む傾斜構造を有するマイクロニードルの形態である。マイクロニードルは、１つの方向に引き延ばされたベースを有してもよい。引き延ばされたベースを有するマイクロニードルのチャネルは、伸長されたベースの末端部の１つから、マイクロニードルの先端へ延びていてもよい。マイクロニードルの側面に沿って形成されたチャネルは、任意に、マイクロニードルの先端の手前で終わってもよい。マイクロニードルアレイは、マイクロニードルアレイが位置する基材の表面に形成される導管構造もまた含んでもよい。マイクロニードル中のチャネルは、導管構造体と流体連通していてもよい。マイクロニードルデバイスに関する別の実施形態は、切頭の傾斜した形体と制御されたアスペクト比を持つマイクロニードルを記載する、同時係属中の米国特許出願公開第２００５／０２６１６３１号に開示された構造を含む。更にマイクロニードルアレイに関する別の実施形態は、中空の中央チャネルを有する傾斜した構造を記述する、米国特許第６，３１３，６１２号（Ｓｈｅｒｍａｎら）に開示された構造を含む。更にマイクロニードルアレイに関する別の実施形態は、少なくとも１つの縦ブレードをマイクロニードルの先端の頂上表面に有する中空のマイクロニードルを記述する、国際特許公開ＷＯ００／７４７６６号（Ｇａｒｔｓｔｅｉｎら）に開示された構造を含む。

１つの実施形態においては、マイクロニードルは０．３を超え１．０までの範囲の異方性因子に分子的に整列した、メソゲンを含む。本明細書に記載の成形工程は、このような異方性を有するマイクロニードルに導くことができる。例えば、図１は本明細書によるデバイスの断面図を示す。デバイス１０は、ベース１３０及びマイクロニードル１００を含む。マイクロニードル１００は更に整列したメソゲン層１１０及び整列していないメソゲン層１２０を含む。ベース１３０は整列していないメソゲン層１２０と同じくらいの整列した層を含んでもよい。

図１においては、整列したメソゲン層１１０はベースで終わっているように示されているが、ある程度の整列を有する層がベース１３０の表面に沿って存在してもよいことに留意されるべきである（マイクロニードルの近傍及びマイクロニードルの反対側の表面に沿っての両方）。ほとんどの場合、樹脂が成形型と接触するどのような場所においても、特にこのような部位が整列を保存するのに十分速やかに冷却し得る場所である場合には、ある程度のメソゲン的整列があることがある。このような整列は、ＴＬＣＰが成形型キャビティを充填する際に受ける流動応力、及び同時に起こる成形型表面に最も近いＴＬＣＰの急速冷却が原因であり得る。

本明細書のデバイスは、例えば皮膚への容易な侵入が可能な、高い曲げ弾性率のマイクロニードルを提供することができる。更に、本明細書のマイクロニードルは丈夫である。「丈夫」により、本明細書によるデバイスはニードルがベースから完全には折れないことを意味する。特に本明細書のデバイスに関しては、ニードルの中央部に十分高い力を無理に加えるとマイクロニードルはベースで折れることがあるが、ニードルはベースから分離しない傾向にあることが観察された。

幾つかの実施形態においては、マイクロニードルはベース１３０と一体であり、ベース１３０から突き出ている。上記の方法において記載のとおり、メソゲンの少なくとも一部は流動配向していてもよい。更なる実施形態においては、少なくとも約３０％のメソゲンが流動配向している。更に別の実施形態においては、少なくとも約１０％のメソゲンが流動配向しており、残りのメソゲンは比較的等方性の配向状態を有する。

理論に束縛されるものではないが、整列したメソゲン層１１０の高度に整列した整列メソゲン「スキン」は、本明細書のデバイスの容易な皮膚侵入を可能にする強度を与え得ると信じられる。一方において、整列していないメソゲン層は、その整列していない状態により、ベース１３０の整列していない状態とともに、高結晶性の成形したポリマーマイクロニードルデバイスに典型的にみられる折れによる不具合にマイクロニードルが抵抗できる強靱性を与え得る。

更なる実施形態において、それ自身が先端及びベースを含むマイクロニードルを、本明細書のデバイスは含む。ニードルの剛性を説明するため、幾つかの実施形態において、先端からベースまでの距離の１５％において測定した３０，０００〜６０，０００ｍＮ−μｍの曲げモーメントをマイクロニードルが有することを観察し得る。更に他の実施形態においては、先端からベースまでの距離の６０％において測定した８５，０００〜１０５，０００ｍＮ−μｍの曲げモーメントをマイクロニードルは有する。

マイクロニードルを含むデバイスの性能は、破壊的変形が観察される前にマイクロニードルの先端に加えられることが必要な座屈力により説明することができる。例えば、１つの実施形態においては、マイクロニードルを含む本明細書のデバイスは０．２〜０．５Ｎの座屈力を持つ。参照のために実施例に示されるように、ポリカーボネートマイクロニードルの類似の座屈力の値は約０．１Ｎで、本明細書のマイクロニードルにおいて破壊的変形をもたらすのに要求される力の半分未満である。

本明細書のデバイスを説明する更に他の方法は、マイクロニードルの断面の弾性率を明らかにすることである。例えば、１つの実施形態においては、分子的に整列したメソゲンを含有するマイクロニードルの領域は、６〜８Ｇｐａの弾性率を有する。他の実施形態においては、マイクロニードルはメソゲンが実質的にほぼ等方性（例えば、整列していないメソゲン層１２０）である領域を更に含む場合には、等方性領域は４〜６Ｇｐａの弾性率を有する。この差のある弾性率は、マイクロニードルの皮膚への容易な挿入を可能にし、一方同時にマイクロニードルの折れる傾向を減らすことができる。

本明細書のデバイスは、その配向度により記述され得るマイクロニードルを有する。例えば、Ｈｅｒｍａｎｓ配向関数は、特定のポリマーの試料の配向度を記述する比較的簡単な数学的表現である。例えば、上述のように製造されたＰＣアレイは、散漫なｘ線散乱を示すのみで、整列した結晶質材料の証拠は示さない。しかし、本明細書によるＴＬＣＰマイクロニードルに関しては、０．４〜０．８、より正確には０．６〜０．７５、のＨｅｒｍａｎｓ配向関数の値が観測される。

他の態様においては、本明細書は２ポンドの力（８．９Ｎ）を１０秒間かけた場合に、マイクロニードルが５０〜１２０マイクロメートルの侵入深さを有する、液晶ポリマーマイクロニードルアレイを含むデバイスを提供する。

他の態様においては、本明細書は３ポンドの力（１３．３Ｎ）を１０秒間かけた場合に、マイクロニードルが５０〜１５０マイクロメートルの侵入深さを有する、液晶ポリマーマイクロニードルアレイを含むデバイスを提供する。

当業者は、侵入深さの調査は被侵入基材の選択に影響され得ることを理解するであろう。例えば、実施例でより詳細に説明するように、豚に関する侵入深さの調査結果は、試験がもも肉か又はあばら肉で行われたかによって異なる。本出願においては特に断りのない限り、豚のあばら部分に適用して測定された侵入深さの値が提供される。

更に１つの態様においては、本明細書は３ポンドの力（１３．３Ｎ）を１０秒間かけた場合に、マイクロニードルが７０％以上、又は８０％以上、又は９０％以上さえもの侵入効率を有する、液晶ポリマーマイクロニードルアレイを含むデバイスを提供する。この文脈においては、侵入効率は、与えられたマイクロニードルアレイに関して、皮膚に侵入するマイクロニードルのアレイ中のニードルの総数に対する比を指す。測定技術のより詳細な説明は実施例に記載する。

再度この文脈においいて、侵入効率の調査は被侵入基材の選択に影響され得る。本出願においては特に断りのない限り、豚のハム部分に適用して測定された侵入効率値が提供される。

更に別の態様においては、本明細書は手で挿入可能な成形したプラスチックマイクロニードルに関する。より具体的には、マイクロニードルはサーモトロピック液晶ポリマーであってもよい。１つの実施形態においては、手により挿入可能は、通常手で加えられる圧力によりヒトの皮膚への挿入が可能であることを意味する。例えば、好適な手で加えられる圧力は、８ポンド（３５．６Ｎ）力未満、５ポンド（２２．２Ｎ）力未満、又は３ポンド（１３．３Ｎ）力未満でさえもあり得る。

ヒトに対するこのようなデバイスの試験は都合のよいことではないので、手による挿入の可能性の決定には代用動物の使用が要求される可能性があることが理解されるであろう。同業者は、典型的に、豚の皮膚がヒトの皮膚に近い動物モデルであると考えている。したがって、１つの実施形態においては、マイクロニードルは、手で加えられる通常の圧力を使用して、豚の皮膚に手で挿入可能であり得る。例えば、手で加えられる適した圧力は、８ポンド（３５．６Ｎ）力未満、５ポンド（２２．２Ｎ）力未満、又は３ポンド（１３．３Ｎ）力未満でさえもあり得る。

更なる実施形態においては、本明細書のデバイスをヒトの皮膚に挿入するのに要求される力は十分低くてもよく、マイクロニードルは十分短い長さであってもよく、このようなデバイスのヒトの皮膚への手による挿入では、わずかにしか出血しないか又は出血しない。これは、その長さが原因である侵入深さのため、典型的に、皮膚挿入時に出血させる、例えば、ランセット、皮下注射針などと対照的である。

本明細書によるデバイス及びマイクロニードルアレイは、多くの用途に使用できる。例えば、中空のマイクロニードル又はマイクロニードルアレイは、活性薬剤製剤の皮内空間への送達に使用され得る。更に、中空のマイクロニードル又はマイクロニードルアレイは、キャピラリー力、吸引、又は他の適切な方法を使用する引き抜き、皮膚からの体液（例えば間質液など）の引き抜きに使用され得る。本明細書による固体マイクロニードル又はマイクロニードルアレイは、多くの方法により使用することができる。固体マイクロニードル又はマイクロニードルアレイに活性薬剤を塗布し、活性薬剤を角質層を通す皮内空間への送達に使用することができる。固体マイクロニードル又はマイクロニードルアレイはまた、角質層を貫通する皮内空間へのチャネルの提供にも使用することもでき、経皮的な貼付剤、クリームなどの適用などの後処置がこれに続き得る。更に、チャネルをマイクロニードルの中（例えば適切な形の成形型キャビティを使用して）に作ることができ、このチャネルはキャピラリーの作用により体液（例えば間質液）を引き抜くことができるように構成することができる。

以下の実施例は、あくまで本発明の特徴、利点、及び他の詳細を更に説明する目的で選択されたものである。しかしながら、実施例はこの目的の働きをしているが、各実施例の詳細は、本発明の範囲を過度に限定するように解釈されるべきではないことを明確に理解すべきである。

（実施例１）
皮膚への手による適用をシミュレーションするように適用し、液晶ポリマーマイクロニードルアレイの侵入深さ（ＤＯＰ）を、イン．ビボによりドメスティックヨークシャー交雑ブタ（ＭｉｄｗｅｓｔＲｅｓｅａｒｃｈＳｗｉｎｅ，Ｇｉｂｂｏｎ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）を使用して測定した。各アレイは、ＶｅｃｔｒａＭＴ１３００サーモトロピック液晶ポリマー（ＴｉｃｏｎａＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｏｌｙｍｅｒｓ，Ｆｌｏｒｅｎｃｅ，Ｋｅｎｔｕｃｋｙ）を使用して成形され、１５行×１５列のパターンの四角錐形のマイクロニードルを特徴とし、公称７００マイクロメートルのマイクロニードルの高さ、約３．１のアスペクト比、公称５５０マイクロメートルの隣接するマイクロニードルの間の先端間距離を有していた。

適用に先立ち、ＤＯＰ測定のためにマイクロニードルを薄い不透明なローダミンＢのコーティングにより完全被覆した。アレイを２工程の下塗りプロセスにより下塗りした。工程１）アレイを３５μｌの０．５ｍｇ／ｍｌポリビニルアルコール（８０％加水分解）（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｉｎｃ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，Ｍｉｓｓｏｕｒｉ）、９０％（ｖ／ｖ）エタノール／水中の３５ｕｇ／ｍｌのＴｗｅｅｎ（登録商標）８０（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｉｎｃ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，Ｍｉｓｓｏｕｒｉ）によりフラッドコーティングし、９５°Ｆ（３５℃）で２０分間乾燥し、次に工程２）アレイを３５μｌの３３．３ｍｇ／ｍｌの硫酸カリウムアルミニウム（ＰｅｎｔａＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，Ｌｉｖｉｎｇｓｔｏｎ，ＮｅｗＪｅｒｓｅｙ）水溶液によりフラッドコーティングし、９５°Ｆ（３５℃）で３０分間乾燥した。次いで、下塗りしたアレイを３５μｌの０．０８％（ｗ／ｖ）ローダミンＢ（ＡｌｄｒｉｃｈＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ）水溶液によりフラッドコーティングし、９５°Ｆ（３５℃）で３０分間乾燥した。

動物の適用部位をクリップし、実施例に２に記載のとおりに剃って、あばら及びハム領域から毛を除去し、動物にイソフルランガスを使用して麻酔し、実験中麻酔を継続した。

ローダミンＢを塗布したＴＬＣＰマイクロニードルアレイを両面感圧テープにより、Ｃｈａｔｉｌｌｏｎ（登録商標）フォースゲージ（モデルＤＦＳ−０５０）のシャフトに取り付け、適用時の力の大きさを測定した。アレイを豚の皮膚に、２ｌｂｆ（８．９Ｎ）、３ｌｂｆ（１３．３Ｎ）、及び５ｌｂｆ（２２．２Ｎ）の力で、１０秒間適用した。試験アレイ（ｎ＝３）を、各印加力で骨（あばら領域）の上の組織及び堅くひきしまった筋肉（ハム領域）の上の組織の両方に適用した。

マイクロニードルの先端から、皮膚に適用後にローダミンＢの塗膜がマイクロニードルから拭き取られているか溶解している場所までの距離を測定することにより、皮膚への侵入の深さを間接的に測定した。侵入深さの解析は、Ｐｒｏ（登録商標）Ｐｌｕｓ画像解析ソフトウェア（ＭｅｄｉａＣｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ，Ｉｎｃ，Ｂｅｔｈｅｓｄａ，Ｍａｒｙｌａｎｄ）を備えた顕微鏡を使用して、マイクロニードルを撮像して実施した。各アレイの平均ＤＯＰは、アレイパターンの４つの領域において、アレイ毎にある２２５の全マイクロニードルの中の６６を測定して決めた。

豚の皮膚に適用した、ローダミンＢをコーティングしたＴＬＣＰマイクロニードルアレイの侵入深さの結果を、骨（あばら領域）の上の組織に適用したアレイについては表１に、堅くひきしまった筋肉（ハム領域）の上の組織に適用したアレイについては表２に示す。

（実施例２）
比較調査においては、マイクロニードルアレイをＶｅｃｔｒａＭＴ−１３００サーモトロピック液晶ポリマーを使用して成形し、アレイはまたＬＥＸＡＮＨＰＳ１Ｒ−１１２５ポリカーボネート（ＰＣ）（ＧＥＰｌａｓｔｉｃｓ，Ｐｉｔｔｓｆｉｅｌｄ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）を使用しても成形した。各ケースにおいて同じ成形型インサートを使用した。マイクロニードルアレイは、１４行×１４列パターンの三角錐形のマイクロニードルを特徴とし、公称７００マイクロメートルのマイクロニードル高さ、公称５５０マイクロメートルの隣接するマイクロニードルの間の先端間距離を有していた。個々のニードルは三面から構成されており、１つの壁はアレイベースに垂直であり、他の２つは傾斜していた。マイクロニードルの垂直の壁は、アレイベースに交わるところで２７５マイクロメートルの幅があり、ニードルの３つの壁間の角度はすべて６０度であった。

手で印加される力を模したマイクロニードルの皮膚への侵入能力の試験を、イン．ビボでドメスティックヨークシャー交雑ブタ（ＭｉｄｗｅｓｔＲｅｓｅａｒｃｈＳｗｉｎｅ，Ｇｉｂｂｏｎ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）を使用して行なった。ハム領域をまず電気バリカン（＃５０ブレードを備えたＯｓｔｅｒＧｏｌｄｅｎＡ５バリカン）により刈り、次いで剃刀とシェービングクリームを使用して剃った。次いで、ハムを脱イオン水ですすぎ、７０／３０のイソプロパノール水で拭いた。マイクロニードルアレイをハム領域に適用し、加えた力を（範囲が０〜５ｌｂｆ（０〜２２．２Ｎ）であるフォースメーター、ＡｍｅｔｅｋＭａｎｓｆｉｅｌｄ＆ＧｒｅｅｎＤｉｖｉｓｉｏｎＡｃｃｕＦｏｒｃｅＣａｄｅｔ）を使用して測定した。試験するマイクロニードルアレイを皮膚の表面に置き、次いで規定の力のフォースメーターを使用して、力をアレイに規定の時間かけた。

マイクロニードルによる皮膚角質層への侵入は、脱イオン水中の、Ｔｗｅｅｎ８０（２．０ｍｇ／ｍｌ）を含むメチレンブルー（２．０ｍｇ／ｍｌ）染色溶液による、イン．ビボの適用後染色により評価した。マイクロニードルアレイを適用後、アレイを皮膚から取り除き、メチレンブルー染色溶液を飽和した先端が綿のアプリケータを使用して、適用場所を湿らせた。メチレンブルー染色溶液でほぼ飽和している適用部位を、ＨｉｌｌＴｏｐＣｈａｍｂｅｒ（登録商標）システム（ＨｉｌｌＴｏｐＲｅｓｅａｒｃｈ，Ｉｎｃ．，Ｃｉｎｎｃｉｎｎａｔｉ，Ｏｈｉｏ）により直ちに覆い、液体と皮膚との接触を保った。１０分の染色時間後、ＨｉｌｌＴｏｐＣｈａｍｂｅｒ（登録商標）を取り除き、適用部位を脱イオン水でよくすすぎ、紙タオルで吸い取り乾燥した。部位を写真撮影した。

マイクロニードルの侵入の結果、角質層が破れ染色溶液の下の組織への拡散が可能となり、青色の染色された穴が生じた。染色された穴のパターン（すなわち、ニードル及びアレイのニードルパターン間の間隔）は目に見え、毛嚢又は剥離若しくはかすり傷が原因の皮膚の損傷領域から容易に識別できた。ニードルが侵入した部位の数は、該当する青色ドットを数えることにより測定した。

ＴＬＣＰマイクロニードルアレイを使用して、豚ハムに３ｌｂｆ（１３．３Ｎ）を１０秒間適用して、合計６回の反復を行った。ＰＣマイクロニードルアレイを使用して、豚ハムに５ｌｂｆ（２２．２Ｎ）を３０秒間適用して、合計６回の反復を行った。各アレイの種類について個々の反復の結果を、平均し、アレイ中の適用部位に侵入したマイクロニードルのパーセントの形式として、報告した（表３）。アレイ中のＴＬＣＰマイクロニードルの平均８９％が豚ハムに侵入したが、一方アレイ中のＰＣマイクロニードルの平均３６％が豚ハムに侵入した。

（実施例３）
ＴＬＣＰマイクロニードルのＸ線回折（ＸＲＤ）分析を以下の手順により実施した。ＶｅｃｔｒａＭＴ１３００サーモトロピック液晶ポリマー（ＴｉｃｏｎａＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｏｌｙｍｅｒｓ，Ｆｌｏｒｅｎｃｅ，Ｋｅｎｔｕｃｋｙ）を用いて、マイクロニードルアレイを成形した。ＴＬＣＰマイクロニードルアレイは、八角形のパターンの３１６の四面ピラミッド形のマイクロニードルを特徴とし、公称５００マイクロメートルのマイクロニードル高さ、約３．１のアスペクト比、公称５５０マイクロメートルの隣接するマイクロニードルの間の先端間距離を有していた。マイクロニードルの１つの行を、両側で、アレイベース面に垂直に、かつマイクロニードルの行に平行に切断し、アレイから取り除いた。得られたマイクロニードルの行を、両面接着テープを使用して平らな１ｍｍのガラス片に乗せた。行中の５つの個々のマイクロニードルを調べた。ＢｒｕｋｅｒＧＡＤＤＳマイクロディフラクトメータ（Ｂｒｕｋｅｒ−ＡＸＳ，Ｍａｄｉｓｏｎ，Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ）、銅Ｋ_α放射、及びＶÅＮＴＥＣ２０００２Ｄ光位置センサ（Ｂｒｕｋｅｒ−ＡＸＳ）を使用して、透過構造データを集めた。５００μｍのピンホールでコリメートした入射ｘ線ビームを、黒鉛モノクロメータで調整し、ニードルの長軸が垂直に位置するように置いた試料ニードルの軸に垂直に向けた。試料と検出器との距離を１２ｃｍとし、データを３時間蓄積した。検出器電子装置は、２Ｄ検出器レジストリー面の全域にわたる２０４８×２０４８チャネルに設定し、０度（２シータ）に中心を合わせた。試料傾斜角（ω）をゼロ、Ｘ線発生装置を５０ｋＶ、５０ｍＡに設定した。観測された２Ｄデータを、ＢｒｕｋｅｒＧＡＤＤＳソフトウェア（バージョン４．１．３２、Ｂｒｕｋｅｒ−ＡＸＳ）を使用して、空間線形性と感度に関して、処理し修正した。各２Ｄ検出器イメージを使用して、最大回折ピークを特定した。マイクロニードルの長軸に沿ったポリマー鎖の整列により、最大は２Ｄ検出器画像の赤道に沿って起こった。ＴＬＣＰマイクロニードルは、１９．７度（２シータ）の散乱角（０．１度の標準偏差、０．５％の％ＲＳＤ）において、測定平均（ｎ＝５）赤道回折ピークの最大を示した。

３６０度の方位角にわたり、０．５度の散乱角（２シータ）ウィンドウ幅を有する最大を中心とする方位トレースを、１度角刻みで２Ｄデータセットから選択した。方位トレースデータを調べて、データの最大の角度の位置を特定した。方位最大の中心を特定し、角ファイ（φ）値としてゼロを与えた。ファイ＝０及びファイ＝９０の間の観測した方位強度データを表にした。方位バックグラウンド強度（Ｉ−ｂｋｇ）値は、８５度及び９０度間のファイ値における方位強度の平均として見積もった。平均方位バックグラウンド値（Ｉ−ｂｋｇ）を、ファイ＝０及びファイ＝９０度の間の各観測方位強度データ（Ｉ−観測）から差し引き、修正強度値（Ｉφ）を得た。参考資料、Ｘ−ｒａｙＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｓｉｎＰｏｌｙｍｅｒＳｃｉｅｎｃｅ，ＬｅｒｏｙＥ．Ａｌｅｘａｎｄｅｒ（１９６９），ＪｏｈｎＷｉｌｅｙ＆Ｓｏｎ，Ｉｎｃ．，ＮｅｗＹｏｒｋ；Ｃｈａｐｔｅｒ４，「ＰｒｅｆｅｒｒｅｄＯｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｉｎＰｏｌｙｍｅｒｓ」中の手順を使用して、Ｈｅｒｍａｎｓ配向関数値（ｆ）を決定した。Ｈｅｒｍａｎｓ配向関数の計算及びデータの可視化は、表示及び計算ソフトウェア、ＯＲＩＧＩＮバージョン６．１（ＭｉｃｒｏＬａｂＣｏｒｐ．，Ｎｏｒｔｈａｍｐｔｏｎ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｓｅｔｔｓ）を使用して行った。ＴＬＣＰマイクロニードルの平均（ｎ＝５）Ｈｅｒｍａｎｓ配向関数は、０．６１（標準偏差が０．１２、％ＲＳＤが１９．６％であった。ＴＬＣＰマイクロニードルの測定平均方位ピーク幅は、３３．９度（標準偏差が１．４度、％ＲＳＤが４．１％）であった。

（実施例４）
アレイ中の個々のマイクロニードルの座屈力（Ｐ）は、マイクロメカニカルテスター（参考資料、Ｐａｒｋｅｒ，Ｅ．Ｒ．，Ｒａｏ，Ｍ．Ｐ．，Ｔｕｒｎｅｒ，Ｋ．Ｌ．，Ｍｅｉｎｈａｒｔ，Ｃ．Ｄ．，ＭａｃＤｏｎａｌｄ，Ｎ．Ｃ．，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ，２００７，１６巻，２８９〜２９５ページの図４に記載の一般的な設計の改良バージョン、改良の詳細を以下に示す）を使用して測定した。ＶｅｃｔｒａＭＴ１３００ＴＬＣＰ（ＴｉｃｏｎａＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｏｌｙｍｅｒｓ，Ｆｌｏｒｅｎｃｅ，Ｋｅｎｔｕｃｋｙ）を使用して成形したアレイ中の、マイクロニードルを試験した。ＴＬＣＰマイクロニードルアレイは、八角形パターンの、３１６の四面ピラミッド形のマイクロニードルを特徴とし、公称５００マイクロメートルのマイクロニードル高さ、約３．１のアスペクト比、公称５５０マイクロメートルの隣接するマイクロニードルの間の先端間距離を有していた。

マイクロニードルの軸の向きがプローブの長軸に対して０度となるように（すなわちマイクロニードルの先端がプローブ方向に配向する）、エポキシを使用してアレイをメカニカルテストベッドに装着した。テストベッドは、手動のｚ軸マイクロメートル制御を含んでいた。

ＮａｔｉｏｎａｌＪｅｔＮＡＪＥＴＦｌａｔＮｏｓｅＰｕｎｃｈＳｅｒｉｅｓ１００（材料はＨＳＳＣ、シャンクは０．０４０インチ（０．１０ｃｍ）、ＯＡＬ７／８インチ．０．００２インチ×７Ｘ（２．２２ｃｍ、０．００５１ｃｍ×７Ｘ））（ＴｈｅＮａｔｉｏｎａｌＪｅｔＣｏｍｐａｎｙ，ＬａＶａｌｅ，Ｍａｒｙｌａｎｄ）を、エポキシを使用してねじ込みインサートに付着させ、次いでこれをＧＳＯ−１５０ロードセル（ＴｒａｎｓｄｕｃｅｒＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，Ｔｅｍｅｃｕｌａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）に取り付けた。ロードセルを、メカニカルテストベッドに面して置かれたＴＬＳＲ−７５Ｂ２軸移動ステージ（ｘ軸及びｙ軸制御）に搭載した。ステージは、プログラムできる速度傾斜及びジョイスティックドライブ（ＺａｂｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｖａｎｃｏｕｖｅｒ，Ｃａｎａｄａ）を特徴としていた。ポジションゲージは、ＬｉｏｎＣＰＬ２９０ＣａｐａｃｉｔａｎｃｅＧａｕｇｅ（ＬｉｏｎＰｒｅｃｉｓｉｏｎ，ＳａｉｎｔＰａｕｌ，ＭＮ）であった。パンチのマイクロニードル方向への前進は、倍率２００倍のＶＨ−２２０デジタル顕微鏡（ＫｅｙｅｎｃｅＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｏｓａｋａ，Ｊａｐａｎ）により観測した。顕微鏡のカーソルを使用して、パンチの中心がマイクロニードルの先端に激突するように、パンチを配置した。パンチを、４マイクロメートル／秒の速度で進むように、プログラムした。荷重変位データを実時間で記録し、グラフ処理ソフトウェアパッケージＩｇｏｒＰｒｏバージョン３．１．５（ＷａｖｅＭｅｔｒｉｃｓ，ＬａｋｅＯｓｗｅｇｏ，Ｏｒｅｇｏｎ）を使用して解析した。力及び変位に関して記録された電圧を、力［Ｎ］及び変位［マイクロメートル］の単位に変換した。力対サンプルポイントをプロットし、力の突然の低下がプロットで観測される前に印加された最大の力を、座屈力（Ｐ）として記録した。１本のＴＬＣＰマイクロニードルに関する平均（ｎ＝４）座屈力値は、０．３４Ｎ（標準偏差が０．０３Ｎ、％ＲＳＤが８．８％）と測定された。

ＬＥＸＡＮＨＰＳ１Ｒ−１１２５ポリカーボネート（ＰＣ）（ＧＥＰｌａｓｔｉｃｓ，Ｐｉｔｔｓｆｉｅｌｄ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）を使用してマイクロニードルアレイを成形して、比較実施例を準備した。ＰＣマイクロニードルアレイは、八角形パターンの３６６の四面ピラミッド形のマイクロニードルを特徴とし、公称５００マイクロメートルのマイクロニードル高さ、約３．１のアスペクト比、公称５５０マイクロメートルの隣接するマイクロニードルの間の先端間距離を有していた。１本のＰＣマイクロニードルに関する平均（ｎ＝３）座屈力の値は、０．１５Ｎ（標準偏差が０．０１７Ｎ、％ＲＳＤが１１．３％）と測定された。

（実施例５）
ＴＬＣＰマイクロニードルアレイ中の１本のマイクロニードルの最大持続曲げモーメント（Ｍ）は、実施例４と同じアレイタイプ、計装、及び測定条件を使用し、以下の変更を加えて測定した。曲げモーメントのデータ解析では、マイクロニードルが単純に担持されたカンチレバーとしてモデル化できると仮定する。アレイ中のマイクロニードルの軸の向きが、プローベの長軸に対して９０度となるように、アレイを装着した。内部のマイクロニードルに近づくために、アレイをアレイベース面に垂直に分割した。マイクロニードルの全長の先端からベースまでを測った１５％又は６５％の位置において、パンチの中央がマイクロニードルに衝撃を与えるように、パンチを調整した。

マイクロニードルの最初の高さの寸法に基づき、マイクロニードルの高さの、試験によるが、１５％又は６０％を計算した。すべての測定は、マイクロニードルの先端を基準とした（例えば１５％におけるたわみ試験では、最初にニードルの全長の測定を行ない、この値の１５％を計算し、次にプローブをマイクロニードルの先端から測定した長さの１５％下に置く）。次いで、マイクロニードルの長軸に垂直な、試験が行われる位置においてマイクロニードルを通るセンターライン上に、パンチの中心点が位置するように、プローブを置いた。曲げモーメントの測定におけるレバーアームを、レバー＝Ｌ−Ｌ１５％とし、ここでＬはニードルの長さであり、Ｌ１５％はマイクロニードルの長さの１５％である。最大持続曲げモーメント（Ｍ）は、荷重−変位からの最大力にレバーアームの長さを乗じて計算した。表４は、アレイ中の１本のＴＬＣＰマイクロニードルについて測定した、平均最大持続曲げモーメント（ｎ＝３）を与える。

ＬＥＸＡＮＨＰＳ１Ｒ−１１２５ポリカーボネート（ＰＣ）（ＧＥＰｌａｓｔｉｃｓ，Ｐｉｔｔｓｆｉｅｌｄ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）を使用して、マイクロニードルアレイを成形して、比較実施例を準備した。ＰＣマイクロニードルアレイは実施例４と同じものであった。アレイ中の１本の比較ＰＣマイクロニードルに関する、測定された平均最大持続曲げモーメント（ｎ＝３）を表５に示す。

（実施例６）
マイクロニードルの弾性応答はＥ、弾性率、で測定され、一方塑性（永久変形に対する抵抗）応答はＨ、材料の堅さ、で示される。ナノインデンテーション測定法を使用して、弾性率（Ｅ）及び硬さ（Ｈ）をマイクロニードルの表面への深さの連続関数として測定した。硬さ及びモジュラスの一点評価のために、１０００ｎｍの空間ウィンドウに関して弾性率及び硬さのデータを平均した。ＴＬＣＰマイクロニードルアレイタイプとＰＣマイクロニードルアレイタイプは、実施例４におけるものと同じであった。

試験するマイクロニードルを、マイクロニードルの先端か、先端から測ったマイクロニードルの長さの１５％下のいずれかにおいてエポキシで取り付けた後、ミクロトームにより輪切りにした。ＡｇｉｌｅｎｔＮａｎｏｉｎｄｅｎｔｅｒＸＰ（ＡｇｉｌｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ＳａｎｔａＣｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）を使用して、アレイの１本のマイクロニードルを、マイクロニードルの端及びマイクロニードルの中央において、試験した。

ダイヤモンド製のＢｅｒｋｏｖｉｃｈプローブを使用し、空間ドリフトセットポイントを最大０．８ｎｍ／ｓにセットした。一定ひずみ速度実験は、０．０５／ｓにて、１０００ｎｍの指示深さまで実施した。試験領域は、４００倍の倍率でビデオ画面を介して見た際に、トップダウンに見えるように配置した。ＮａｎｏｉｎｄｅｎｔｏｒＸＰの４００倍のビデオ倍率で試験領域を局所的に選定して、試験領域が試料材料を確実に代表するように（すなわち、空隙、介在物、又はくずがない）した。圧子の動的励起周波数及び振幅は、全実験において４５ｈｚ及び１ｎｍの一定に保った。各サンプルに対して試験を複数回実施して、再現性を評価した。ＮａｎｏｉｎｄｅｎｔｅｒＸＰを組み込んだＣＳＭ法、「ＸＰＣＳＭＳｔａｎｄａｒｄＨａｒｄｎｅｓｓＭｏｄｕｌｕｓａｎｄＴｉｐＣａｌ」により、ポアソン比を０．３５と仮定して、弾性率及び硬さを測定した。弾性率（Ｅ）及び硬さ（Ｈ）の平均値をＧＰａ単位で報告し、表６〜８に示した。

本発明はまた、以下の項目１〜１７の内容を包含する。
（１）
サーモトロピック液晶ポリマーマイクロニードルを含む、デバイス。
（２）
前記マイクロニードルが、０．３より大きく１．０以下の範囲の異方性因子で分子配向したメソゲンを含む、項目１に記載のデバイス。
（３）
前記マイクロニードルが基底部と一体でありかつ前記基底部から突き出ており、更に前記メソゲンの少なくとも一部が流動配向した、前記基底部を更に含む、項目１に記載のデバイス。
（４）
前記メソゲンの少なくとも約３０％が流動配向した、項目３に記載のデバイス。
（５）
前記メソゲンの少なくとも約１０％が流動配向し、前記メソゲンの残り部分が比較的等方性の配向状態を有する、項目２に記載のデバイス。
（６）
前記マイクロニードルが先端部と基底部を含み、前記マイクロニードルが、前記先端部から前記基底部への距離の１５％において測定した時に３０，０００〜６０，０００ｍＮ−μｍの曲げモーメントを有する、項目１に記載のデバイス。
（７）
前記マイクロニードルが先端部と基底部を含み、前記マイクロニードルが、前記先端部から前記基底部への距離の６０％において測定した時に８５，０００〜１０５，０００ｍＮ−μｍの曲げモーメントを有する、項目１に記載のデバイス。
（８）
前記マイクロニードルが０．２〜０．５Ｎの座屈力を有する、項目１に記載のデバイス。
（９）
前記マイクロニードルの前記分子配向したメソゲン含有領域が、６〜８Ｇｐａの弾性率を有する、項目２に記載のデバイス。
（１０）
前記マイクロニードルは、前記メソゲンが実質的に等方性である領域を更に含む、項目２又は９に記載のデバイス。
（１１）
前記等方性領域が４〜６Ｇｐａの弾性率を有する、項目１０に記載のデバイス。
（１２）
前記マイクロニードルが０．４〜０．８のＨｅｒｍａｎｓ配向関数値を有する、項目１に記載のデバイス。
（１３）
前記サーモトロピック液晶ポリマーが、主鎖型サーモトロピック液晶ポリマーマイクロニードルである、項目１に記載のデバイス。
（１４）
前記サーモトロピック液晶ポリマーが、主鎖型ポリエステルサーモトロピック液晶ポリマーマイクロニードルである、項目１に記載のデバイス。
（１５）
２ポンドの力（８．９Ｎ）を１０秒間掛けた場合に、前記マイクロニードルが５０〜１２０マイクロメートルの侵入深さを有する、液晶ポリマーマイクロニードルアレイを含む、デバイス。
（１６）
３ポンドの力（１３．３Ｎ）を１０秒間掛けた場合に、前記マイクロニードルが５０〜１５０マイクロメートルの侵入深さを有する、液晶ポリマーマイクロニードルのアレイを含む、デバイス。
（１７）
３ポンドの力（１３．３Ｎ）を１０秒間掛けた場合に、前記マイクロニードルが７０％以上の侵入効率を有する、液晶ポリマーマイクロニードルアレイを含むデバイス。

Claims

サーモトロピック液晶ポリマーマイクロニードルを含む、デバイスであって、前記マイクロニードルが先端部と基底部を含み、前記マイクロニードルが、前記先端部から前記基底部への距離の１５％において測定した時に３０，０００〜６０，０００ｍＮ−μｍの曲げモーメントを有し、かつ、前記先端部から前記基底部への距離の６０％において測定した時に８５，０００〜１０５，０００ｍＮ−μｍの曲げモーメントを有する、デバイス。