JP6119609B2 - 中空針状体の製造方法，中空針状体および中空針状体送液システム - Google Patents
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Description
本発明は、中空針状体の製造方法およびそれによって製造された中空針状体に関する。
経皮吸収法は、皮膚上から薬剤などの送達物を浸透させて人体内に送達物を投与する方法である。この方法は、人体に痛みを与えることなく簡便に送達物を投与することができる。
経皮投与の分野において、μｍオーダーの針が形成された針状体を用いて皮膚に穿刺し、薬剤などを投与する方法が提案されている（特開昭４８−９３１９２号公報参照）。
また、μｍオーダーの針が形成された針状体において、中空部を備えることにより該中空部を通して送達物を投与することが提案されている（米国特許第３９６４４８２号明細書参照）。
機械加工を用いて原版を作製すること、この原版から転写版を形成すること、この転写版を用いて転写加工成型を行なうことを含む針状体の製造方法が提案されている（国際公開第２００８／０１３２８２号パンフレット参照）。
エッチング法を用いて原版を作製すること、この原版から転写版を形成すること、この転写版を用いて転写加工成型を行なうことを含む針状体の別の製造方法が提案されている（国際公開第２００８／００４５９７号パンフレット参照）。
針状体を構成する材料は、針状体が仮に破損し、人体内に残留した場合でも、人体に悪影響を及ぼさない材料であることが望ましい。このため、針状体の材料にはキチン、キトサン等の生体適合材料を用いることが提案されている（国際公開第２００８／０２０６３２号パンフレット参照）。
従来の中空針状体の製造方法は、多くの工程と時間を費やさなければならず、量産性に乏しい問題がある。特に、複数の針が配列された中空針状体を製造する場合には、各針の中空部を精度良く配置して形成することが困難である。
また、量産性に優れた射出成形などの転写成形法を用いて中空針状体を製造する場合、細長い金型を用いて中空構造を微細な針状体の内部に形成する必要がある。しかしながら、中空構造形成用の金型を針状体構造金型内部に精度良く配置することは困難である。細長い中空構造形成用の金型は強度が低いため、金型寿命が短い問題がある。さらに、中空針状体の成形後に細長い中空構造形成用金型を成形品から引き抜く工程においても、金型が破損しやすい問題がある。
本発明は、中空針状体を分割した、表面に溝を有する第１の針状体基材と被覆部材を作製し、第１の針状体基材の溝を含む面に被覆部材を覆うことによって、被覆部材で囲まれた溝を中空部として有する中空針状体を簡便かつ量産的に製造可能な方法、およびそれによって製造された中空針状体を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様によると、内部に中空部を有する中空針状体を製造する方法であって、表面に前記中空部の少なくとも一部を構成する溝を有する第１の針状体基材を作製する工程と、前記第１の針状体基材の溝を含む面を被覆部材で覆う工程と、を含み、前記被覆部材は、前記第１の針状体基材と組み合わせて前記中空針状体を構成する第２の針状体基材であり、前記第１の針状体基材および前記第２の針状体基材の夫々は、針状体部と、前記針状体部をその基底部において保持する基板部とを備え、前記第１の針状体基材の前記溝は前記針状体部及び前記基板部に形成されていて、前記基板部の前記溝は前記針状体部の前記溝に連結されている、中空針状体の製造方法が提供される。
本発明の第２の態様によると、内部に中空部を有する中空針状体を製造する方法であって、表面に前記中空部の少なくとも一部を構成する溝を有する第１の針状体基材を作製する工程と、前記第１の針状体基材の溝を含む面を被覆部材で覆う工程と、を含み、前記被覆部材は、前記第１の針状体基材と組み合わせて前記中空針状体を構成するシート状部材であり、前記第１の針状体基材は、針状体部と、前記針状体部をその基底部において保持する基板部とを備え、前記第１の針状体基材の前記溝は前記針状体部及び前記基板部に形成されていて、前記基板部の前記溝は前記針状体部の前記溝に連結されている、中空針状体の製造方法が提供される。
本発明の第２の態様によると、内部に中空部を有する中空針状体を製造する方法であって、表面に前記中空部の少なくとも一部を構成する溝を有する第１の針状体基材を作製する工程と、前記第１の針状体基材の溝を含む面を被覆部材で覆う工程と、を含み、前記被覆部材は、前記第１の針状体基材と組み合わせて前記中空針状体を構成するシート状部材であり、前記第１の針状体基材は、針状体部と、前記針状体部をその基底部において保持する基板部とを備え、前記第１の針状体基材の前記溝は前記針状体部及び前記基板部に形成されていて、前記基板部の前記溝は前記針状体部の前記溝に連結されている、中空針状体の製造方法が提供される。
本発明の第３の態様によると、中空部を有する針状体部を備える中空針状体であって、表面に前記中空部の少なくとも一部を構成する溝を有する第１の針状体基材と、前記第１の針状体基材の溝を含む面を覆う被覆部材と、を備え、前記被覆部材は、前記第１の針状体基材と組み合わせて前記中空針状体を構成する第２の針状体基材であり、前記第１の針状体基材および前記第２の針状体基材の夫々は、針状体部と、前記針状体部をその基底部において保持する基板部と、を備え、前記第１の針状体基材の前記溝は前記針状体部及び前記基板部に形成されていて、前記基板部の前記溝は前記針状体部の前記溝に連結されている、中空針状体が提供される。
本発明の第４の態様によると、中空部を有する針状体部を備える中空針状体であって、表面に前記中空部の少なくとも一部を構成する溝を有する第１の針状体基材と、前記第１の針状体基材の溝を含む面を覆う被覆部材と、を備え、前記被覆部材は、前記第１の針状体基材と組み合わせて前記中空針状体を構成するシート部材であり、前記第１の針状体基材は、針状体部と、前記針状体部をその基底部において保持する基板部と、を備え、前記第１の針状体基材の前記溝は前記針状体部及び前記基板部に形成されていて、前記基板部の前記溝は前記針状体部の前記溝に連結されている、中空針状体が提供される。
本発明の第５の態様によると、第３又は第４の態様に係る中空針状体と、この中空針状体の中空部に連結された液体の押し出し手段および吸引手段の少なくとも一方の手段と、を具備する中空針状体送液システムが提供される。
本発明の第４の態様によると、中空部を有する針状体部を備える中空針状体であって、表面に前記中空部の少なくとも一部を構成する溝を有する第１の針状体基材と、前記第１の針状体基材の溝を含む面を覆う被覆部材と、を備え、前記被覆部材は、前記第１の針状体基材と組み合わせて前記中空針状体を構成するシート部材であり、前記第１の針状体基材は、針状体部と、前記針状体部をその基底部において保持する基板部と、を備え、前記第１の針状体基材の前記溝は前記針状体部及び前記基板部に形成されていて、前記基板部の前記溝は前記針状体部の前記溝に連結されている、中空針状体が提供される。
本発明の第５の態様によると、第３又は第４の態様に係る中空針状体と、この中空針状体の中空部に連結された液体の押し出し手段および吸引手段の少なくとも一方の手段と、を具備する中空針状体送液システムが提供される。
以下、本発明の実施形態に係る中空針状体の製造方法および中空針状体を詳細に説明する。
実施形態に係る中空針状体の製造方法は、内部に中空部を有する中空針状体を製造する方法であって、表面に中空部の少なくとも一部を構成する溝を有する第１の針状体基材を作製すること、第１の針状体基材の溝を含む面を被覆部材で覆うことを含む。
実施形態に係る中空針状体の製造方法は、中空構造を有する微細な針状体を直接作製せず、第１の針状体基材に最終的に中空部の少なくとも一部を構成する溝を形成し、その後溝を含む第１の針状体基材の表面を被覆部材で覆う。このような工程によって、中空構造を有する針状体を製造する。したがって、実施形態に係る中空針状体の製造方法においては最初に表面に溝を有する第１の針状体基材を作製する。
表面に溝を有する第１の針状体基材は、公知の微細加工技術を用いて作製することができる。微細加工技術は、例えばリソグラフィ法、ウェットエッチング法、ドライエッチング法、サンドブラスト法、レーザー加工法、または精密機械加工法などを適宜組み合わせて用いることができる。
針状体は、微細加工技術によって所望の針状体構造を凹凸反転した形状の金型を作製すること、転写成形法により金型の形状を凹凸反転こと、により製造してもよい。金型は、その耐熱性、機械的強度および形状追従性を有すれば、特に材質の制約はない。金型の材質は、例えば金属、シリコン、ガラス、樹脂、セラミックスなどを用いることができる。転写成形材料は、ポリマー材料が好適である。ポリマー材料の金型への充填方法は、用いる成形材料に応じて公知の転写成形方法を適宜、用いることができる。転写成形法は、例えば射出成形法、押し出し成形法、インプリント法、キャスティング法などを採用することができる。
針状体の形状は、用途に応じて適宜設計し、選択することができる。針状体の形状は、例えば円錐や多角錐などの錐体形状、円錐台や多角錐台などの錐台形状、円柱や多角柱などの柱形状、柱形状の先端を斜めに切り落とした形状、またはこれらの形状を組み合わせた形状等を挙げることができる。
実施形態に係る中空針状体の製造において、第１の針状体基材表面の溝を覆うことが必須である。このため、溝が形成される第１の針状体基材の形状は少なくとも溝を形成する面が平坦であることが好ましい。具体的には、図１の（ａ）に示す円錐、図１の（ｂ）に示す三角錐、図１の（ｃ）に示す三角錐台、図１の（ｄ）に示す直方体と三角錐の組み合わせ、図１の（ｅ）に示すサイズの異なる三角錐の組み合わせ，の構造物をその中心を含む面で切断した形状が挙げられる。
なお、図１において、第１の針状体基材は針状体部１ａがその基底部において平板状の基板部２ａに接続、保持された形態を有する。しかしながら、実施形態に係る中空針状体の製造はこれに限られるものではない。例えば、基板部を用いなくても、また基板部により保持されない場合であっても、また基板部は必ずしも平板形状でなくても、よい。
針状体の長さは、針状体の使用目的によって適宜選択することができる。皮膚内への生理活性物質の注入および皮膚内からの生体試料の取り出しの目的の場合には、針の長さは２０〜２０００μｍにすることが好ましい。
第１の針状体基材に形成する溝は、針状体の形状、寸法を逸脱しない範囲で、適宜設計できる。溝の形成方法は、特に制限はなく、所望の溝を形成可能な方法を適宜選択することができる。溝の形成方法は、例えばリソグラフィ法、ウェットエッチング法、ドライエッチング法、サンドブラスト法、レーザー加工法、精密機械加工法などを適宜組み合わせた方法を用いることができる。
第１の針状体基材への溝の形成は、微細加工技術によって所望の溝構造を凹凸反転した形状の金型を作製し、この金型を用いて転写成形法により溝を形成してもよい。金型は、その使用に耐え得る耐熱性、機械的強度および形状追従性を有すれば、特に材質の制約はない。金型の材質は、例えば金属、シリコン、ガラス、樹脂、セラミックスなどが挙げられる。転写成形法により成形される針状体の材料は、ポリマー材料が好適である。ポリマー材料の金型への充填方法は、用いる材料に応じて公知の転写成形方法を適宜選択すればよい。転写成形法は、例えば射出成形法、押し出し成形法、インプリント法、キャスティング法などを挙げることができる。
特に、第１の針状体基材の金型および溝の金型を準備し、これら２つの金型を位置合せし、ポリマーを充填して成形する方法を選択することによって、第１の針状体基材と溝とを一括成形できるため、針状体の生産性を向上できる。この方法により成形する場合には、射出成形法が特に好適である。
このような２つの金型を用いる方法において、溝の金型のパターンを適宜設計することによって種々の溝の形態を第１の針状体基材に付与することが可能である。例えば、針状体基材の先端部から基板裏面に亘って直線状に溝を形成することによって、基板裏面から第１の針状体基材の先端に亘って直線状に流路を形成することができる。溝の金型を基板の裏面まで到達させなければ、第１の針状体基材の先端を通る未貫通の溝を形成することができる。
実施形態に係る中空針状体の製造方法によると、針状体の中空構造となる部分を平面的な溝加工により形成することができる。このため、実施形態の方法は三次元加工で針状体の中空部を形成する場合、実現が困難な複雑な流路構造も容易に形成することが可能になる。例えば、流路へのテーパー形状の付与、流路の湾曲、Ｌ型接続、Ｔ型接続、などを容易に達成できる。
具体的には、図２の（ａ）に示す基板部２ａの裏面から針状体部１ａの先端（切除されている）までの溝３を容易に形成できる。また、図２の（ｂ）に示す基板部２ａの裏面から針状体部１ａの中腹部までは直線的な溝形状とし、そこから横方向へ流路を曲げて接合針状体部１の中腹部に流路出口を設けた溝３も容易に形成できる。さらに前記図２の（ｂ）に示す構造において、図２の（ｃ）に示すように針状体部１ａに設けた溝をさらに基板部２ａの横方向に延びるように設けた溝３も容易に形成することができる。図２（ｃ）に示すような分岐した溝構造にすることにより、流路出口（後述する開口部）から２種類の液体を輸送することが容易になる。
金型を用いた転写成形法によって第１の針状体基材を成形する場合のポリマー材料は、特に制限はなく、公知のポリマー材料を適宜、使用することができる。ポリマー材料は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネートなどが好適である。特に、針状体を生体に対して適用する場合には生分解性のポリマーを用いることが好ましい。生分解性のポリマーは、例えばポリε−カプロラクトン、ポリグリコール酸、およびこれらのポリマー材料のモノマーと乳酸のような他のモノマーとの共重合体などが好適である。
＜第１の実施形態＞
第１の実施形態に係る中空針状体の製造方法は、前述した第１の針状体基材の溝を含む面を被覆部材である第２の針状体基材で覆い、それによって内部に中空構造を有する針状体を製造する。
第１の実施形態に係る中空針状体の製造方法は、前述した第１の針状体基材の溝を含む面を被覆部材である第２の針状体基材で覆い、それによって内部に中空構造を有する針状体を製造する。
第２の針状体基材の材質や形状には特に制限はない。針状体を生体に対して適用する場合には、生分解性のポリマーを用いることが好ましい。
次に、第１の針状体基材の溝を含む面を第２の針状体基材で覆って中空針状体を製造する工程を図３の（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する。
まず、図３の（Ａ）に示すように針状体部１ａと基板部２ａとから構成され、針状体部１ａから基板部２ａにかけて溝３が形成された第１の針状体基材１１を作製する。針状体部１ａの形状は適宜設計され得る。ここでは、針状体部１ａは先端が切除された正四角錐を底面の対角線と錐の中心軸（または錐の仮想頂点）を含む面で分割した形状を有する。
第１の針状体基材１１の作製にあたっては、公知の精密加工技術または微細加工技術を適宜、用いることができる。例えば、精密加工技術を用いて所望する針状体部１ａおよび基板部２ａの形状を凹凸反転した針状体金型と、溝３の形状を凹凸反転した溝金型とを準備する。つづいて、針状体金型と溝金型を対向して位置合せした上で、ポリマーを射出充填することによって、溝３が形成されたポリマー製の第１の針状体基材１１を得る。
また、針状体金型上に熱可塑性ポリマー材料を配置し、ポリマー材料を融点以上に加熱して溶融させた後、針状体金型に溝金型を位置合せし、プレス成形することによっても溝３が形成された第１の針状体基材１１を得ることができる。
第２の針状体基材１２を作製する。ここでは、第２の針状体基材１２を、溝のない被覆部材として用いる場合について説明する。溝金型の代わりに溝形成用パターンを有さない金型を用い、前記第１の針状体基材の作製と同様な方法により、針状体部１ｂと基板部２ｂとから構成される第２の針状体基材１２を得ることができる。なお、針状体部１ｂは第１の針状体基材１１の針状体部１ａと異なり、溝は設けられていない。
次いで、図３の（Ｂ）に示すように溝３が形成された第１の針状体基材１１と溝が形成されていない第２の針状体基材１２とを針状体部１ａおよび針状体部１ｂが対向して位置合せし、接合する。図中、符号２４は接合面を示す。接合により、図３の（Ｃ）に示すように内部に中空構造部２１が形成された接合針状体部１と接合基板部２とからなる針状体１３が得られる。なお、中空構造部２１は図３の（Ｂ）に示すように接合針状体部１の中腹部に開口部２２および接合基板部２の裏面にもう一方の開口部２３をそれぞれ有する。
前述した第１の針状体基材１１の溝３の形態を変更することによって、中空構造部２１を多様に設計することが可能となる。例えば、接合針状体部１の開口部の位置を変える、開口部を複数設ける、中空部を未貫通とする、中空部をテーパー形状とする、ことができる。
ここでは、第２の針状体基材１２に溝が形成されていない場合を示したが、第２の針状体基材１２にも溝を形成してもよい。接合される第１の針状体基材１１および第２の針状体基材１２の両方に溝を設けることによって、より複雑な中空部構造部を形成することが可能になる。このため、第２の針状体基材１２への溝形成の有無は用途によって選択することが好ましい。
第１および第２の針状体基材の接合方法は、特に制限はなく、針状体基材の材質または形状、寸法などに考慮して公知の接合方法を適宜、用いることができる。接合方法は、例えばレーザー溶着法、熱溶着法、振動溶着法、超音波溶着法、接着剤接着法などを用いることができる。この接合方法において、接合強度を向上させるために、接合に先立って接合面に処理を施してもよい。
中空針状体の製造方法において、中空構造部２１の表面濡れ性等を制御することが場合によって好ましい。しかしながら、一般的に微細かつ細長い孔の内部の表面改質を有効に実施することは困難な場合がある。実施形態に係る中空針状体の製造方法は、中空構造部２１を形成する前の段階で溝３に表面改質を実施することが可能であるため、中空構造部の内部においても十分な表面改質効果が期待できる。表面改質を施す場合、少なくとも溝３の表面に実施する他に、第２の針状体基材１２の表面のうち、接合後に中空構造部２１の内面を構成する領域にも表面改質を施すことが好ましい。表面改質の方法は特に限定されず、針状体基材の材質や所望する表面特性に応じて公知の方法を適宜、用いることができる。表面改質は、例えばプラズマ処理、エッチング処理、成膜処理などを利用することができる。
以上の工程により、図３の（Ｃ）に示すように、中空の針状体１３が得られる。この中空の針状体１３において、接合針状体部１は正四角錐であり、接合針状体部１の側面の開口部２２と接合基板部２の裏面の開口部（図示せず）を連結する中空構造（図示せず）を内部に有する。
図３の（Ｃ）に示す針状体部１の側面に開口部を備える中空の針状体は、針状体部１の先端に開口部を備える中空の針状体と比較して、針状体部の先端を先鋭化することができるこのため、皮膚への穿刺性に優れた針状体を得ることができる。
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態に係る中空針状体の製造方法は、前述した第１の針状体基材の溝を含む面を被覆部材である第２の針状体基材で覆い、それによって内部に中空構造を有する針状体を製造する。この製造工程を図４の（Ａ），（Ｂ）を参照して説明する。第２の実施形態は、前記図３の（Ａ）〜（Ｃ）を用いて説明した第１の実施形態における針状体基材と溝の形状を一部変更したものである。
第２の実施形態に係る中空針状体の製造方法は、前述した第１の針状体基材の溝を含む面を被覆部材である第２の針状体基材で覆い、それによって内部に中空構造を有する針状体を製造する。この製造工程を図４の（Ａ），（Ｂ）を参照して説明する。第２の実施形態は、前記図３の（Ａ）〜（Ｃ）を用いて説明した第１の実施形態における針状体基材と溝の形状を一部変更したものである。
図４の（Ａ）に示すように第１の針状体基材１１の溝３は、錐台形状の針状体部１ａの頂点から基板部２ａの裏面にかけて直線状に形成されている。対向する第２の針状体基材１２の針状体部１ｂも角錐台形であるが、第１の針状体基材１１の針状体部１ａよりも短くなっている。両者を接合すると、図４の（Ｂ）に示す形態の接合針状体部１および接合基板部２からなる針状体１３が得られる。図中、参照符号２４は、接合面を示す。
第２の実施形態において、中空構造部２１は接合針状体部１の中腹部に開口部２２および接合基板部２の裏面にもう一方の開口部２３をそれぞれ有する。
第２の実施形態において、図４に示すように溝３を有する第１の針状体基材１１の針状部１aと第２の針状体基材１２の針状体部１ｂは長さが異なり、接合後の針状体１３において接合針状体部１が段差を備え、当該段差部分に開口部２２が形成される。第２の実施形態における針状体は、図４に示すような溝を有する第１の針状体基材の針状体部長さが第２の針状体基材のそれよりも長い構造に限定されない。例えば、溝を有する第１の針状体基材の針状体部長さが第２の針状体基材のそれよりも短い構造とすることもできる。
第２の実施形態に係る針状体は、先端が接合面を含まないため成形のみで精度の高い針状体部先端が形成できる。このため、皮膚への穿刺性に優れるという利点を有する。さらに、段差部分に形成される開口部２２の先に第１の針状体基材もしくは第２の針状体基材を備えることにより、当該針状体を皮膚に穿刺した際に開口部近傍に段差による空間が形成される。その結果、皮膚内への液体注入性に優れた針状体を得ることができる。
＜第３の実施形態＞
図５は、第３の実施形態に係る中空針状体の製造方法を示す斜視図である。第１および第２の針状体基材１１,１２を接合する際、接合位置を合せるために嵌め合せ構造を基板部に付与している。すなわち、第１の針状体基材１１の基板部２ａの上部に嵌め合せ凹部３１を設け、凹部３１と対向する第２の針状体基材１２の基板部２ｂに嵌め合せ凸部３２を設ける。第１の針状体基材１１と第２の針状体基材１２を接合する際に、それぞれの基板部２ａ，２ｂに設けた凹部３１および突部３２を嵌め合せることによって、接合位置を正確に設計できる。嵌め合せ構造の形状や寸法は特に限定されるものではなく、適宜設計すればよい。
図５は、第３の実施形態に係る中空針状体の製造方法を示す斜視図である。第１および第２の針状体基材１１,１２を接合する際、接合位置を合せるために嵌め合せ構造を基板部に付与している。すなわち、第１の針状体基材１１の基板部２ａの上部に嵌め合せ凹部３１を設け、凹部３１と対向する第２の針状体基材１２の基板部２ｂに嵌め合せ凸部３２を設ける。第１の針状体基材１１と第２の針状体基材１２を接合する際に、それぞれの基板部２ａ，２ｂに設けた凹部３１および突部３２を嵌め合せることによって、接合位置を正確に設計できる。嵌め合せ構造の形状や寸法は特に限定されるものではなく、適宜設計すればよい。
＜第４の実施形態＞
図６の（Ａ）〜（Ｃ）は、第４の実施形態に係る中空針状体の製造工程を示す斜視図である。図６において、第１の針状体基材１１に形成された溝３を覆う被覆部材は、シート１４である。
図６の（Ａ）〜（Ｃ）は、第４の実施形態に係る中空針状体の製造工程を示す斜視図である。図６において、第１の針状体基材１１に形成された溝３を覆う被覆部材は、シート１４である。
まず、図６の（Ａ）に示すように溝３を有する第１の針状体基材１１とシート１４とを用意する。図６の（Ｂ）に示すように第１の針状体基材１１の溝３が形成された面の全面をシート１４で覆い、接合する。つづいて、シート１４のうち、第１の針状体基材１１を覆っていない余剰部分を除去して、図６の（Ｃ）に示す中空構造を有する中空針状体１３を製造する。
シート１４の余剰部分の除去は、シート１４、針状体部１ａ、および基板部２ａの形状、寸法、材質などを考慮した上、公知の方法を用いて、適宜行うことができる。この除去は、例えばレーザー法、材質のエッチング選択性を利用したエッチング法、サンドブラスト法などが挙げられる。
第４の実施形態に係る中空針状体は、第２の針状体基材としてシート状部材を用いることにより、第１の針状体基材と第２の針状体基材の接合時に精密な位置合わせを行なう必要がない。このため、製造工程を簡便化できる。
＜第５の実施形態＞
図７の（Ａ），（Ｂ）は、第５の実施形態に係る中空針状体の製造方法を示す斜視図である。前記第１〜第４の実施形態では、１つの針状体を備える例について説明したが、図７に示すように一列に配列された針状体を一括して作製することが可能である。
図７の（Ａ），（Ｂ）は、第５の実施形態に係る中空針状体の製造方法を示す斜視図である。前記第１〜第４の実施形態では、１つの針状体を備える例について説明したが、図７に示すように一列に配列された針状体を一括して作製することが可能である。
金型を用いたポリマー材料の転写成形法を用いる場合は、針状体が一列に複数配列された金型を準備し、図７の（Ａ）に示す成形品である第１の針状体基材１１および第２の針状体基材１２を作製する。第１の針状体基材１１は、針状体部１ａと基板部２ａとから構成され、針状体部１ａから基板部２ａにかけて溝３が形成された構造体を一列に複数連ねた形状を有する。第２の針状体基材１２は、針状体部１ｂと基板部２ｂとから構成され、溝のない針状体部１ｂの構造体を一列に複数連ねた形状を有する。つづいて、第１、第２の針状体基材１１，１２を接合することによって、図７の（Ｂ）に示す複数の中空針状体が１列に配置された針状体を製造することができる。
＜第６の実施形態＞
図８は、第６の実施形態に係る中空針状体を示す斜視図である。一枚の接合基板部２上に１本の接合針状体部１を備えた針状体１３を縦横複数配置し、接合基板部２の端面同士を接合することにより、図８に示す複数の接合針状体部１がアレイ上に配置された針状体を得ることができる。また、複数の接合針状体部が１列に配列された針状体を行方向に複数配置し、基板部の端面同士を接合することによっても、図８と同様の構成の針状体を得ることができる。これらの場合、予め接合基板部２の内部に接合基板部２表面に並行に走る中空流路を設け、接合によって各々の流路を接続すれば、基板内部に流路のネットワークを有する中空針状体が得られる。
図８は、第６の実施形態に係る中空針状体を示す斜視図である。一枚の接合基板部２上に１本の接合針状体部１を備えた針状体１３を縦横複数配置し、接合基板部２の端面同士を接合することにより、図８に示す複数の接合針状体部１がアレイ上に配置された針状体を得ることができる。また、複数の接合針状体部が１列に配列された針状体を行方向に複数配置し、基板部の端面同士を接合することによっても、図８と同様の構成の針状体を得ることができる。これらの場合、予め接合基板部２の内部に接合基板部２表面に並行に走る中空流路を設け、接合によって各々の流路を接続すれば、基板内部に流路のネットワークを有する中空針状体が得られる。
また、流路には、各開口部毎に異なる２種類以上の液体を輸送することもできる。
前述した方法によって中空部の開口部の一方を針状体に、もう一方の開口部を基板部（例えば基板部裏面）に形成した中空構造部を貫通構造として有する針状体を得ることができる。このような針状体において、基板部の開口部に送液手段および吸引手段の少なくとも一方の手段を接続することによって、針状体を介した液体の輸送が簡便に実施可能となる。送液手段、吸引手段は、ポンプや注射器を挙げることができる。特に、送液／吸引手段としてマイクロポンプを用い、中空針状体の基板部に接合することによって、送液／吸引機能を有する中空針状体システムの小型化を実現できる。
＜第７の実施形態＞
第７の実施形態に係る中空針状体の製造方法は、前述した錐体の頂部を含む面ではなく、錐体の頂部を含まない面を第１の針状体基材と第２の針状体基材の接合面として用いている。換言すると、針状体部１ａは先端が切除された正四角錐を底面の対角線と錐の中心軸（または錐の仮想頂点）を含まない面で分割した形状を有する。
第７の実施形態に係る中空針状体の製造方法は、前述した錐体の頂部を含む面ではなく、錐体の頂部を含まない面を第１の針状体基材と第２の針状体基材の接合面として用いている。換言すると、針状体部１ａは先端が切除された正四角錐を底面の対角線と錐の中心軸（または錐の仮想頂点）を含まない面で分割した形状を有する。
第７の実施形態における、第１の針状体基材の溝を含む面を第２の針状体基材で覆って中空針状体を製造する工程を図９の（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する。
まず、図９の（Ａ）に示すように針状体部１ａと基板部２ａとから構成され、針状体部１ａから基板部２ａにかけて溝３が形成された第１の針状体基材１１を作製する。針状体部１ａの形状は適宜設計され得る。ここでは、針状体部１ａは先端が切除された正四角錐を底面の対角線と錐の中心軸（または錐の仮想頂点）を含まない面で分割した形状を有する。
次いで、図９の（Ｂ）に示すように溝３が形成された第１の針状体基材１１と溝が形成されていない第２の針状体基材１２とを針状体部１ａおよび針状体部１ｂが対向して位置合せし、接合する。図中、符号２４は接合面を示す。接合により、図９の（Ｃ）に示すように内部に中空構造部２１が形成された接合針状体部１と接合基板部２とからなる針状体１３が得られる。
また、図１０は、図９（Ａ）に示す第１の針状体基材１１の溝３を含む面をシート１４である第２の針状体基材で覆うことによって製造される内部に中空構造を有する針状体を示す。
第７の実施形態による針状体は、先端が接合面を含まないため、成形のみで精度の高い針状体部先端が形成でき、皮膚への穿刺性が優れるという利点を有する。
なお、本発明の針状体の製造方法は上記実施形態に限定されず、各工程において類推することのできる他の公知の工程に置き換えた方法をも含む。
以上説明したように実施形態によれば、内部に中空部を有する中空針状体を製造する方法であって、中空針状体を分割した、表面に前記中空部の少なくとも一部を構成する溝を有する第１の針状体基材と被覆部材とを作製し、前記第１の針状体基材の溝を含む面を前記被覆部材で覆うことによって、中空針状体を簡便かつ量産的に製造することが可能な方法を提供できる。
以下、本発明の実施例を前述した図面を参照して説明する。
（実施例１）
まず、精密機械加工によって、高さ１０００μｍ、底面の１辺が２８０μｍの正四角錐を底面の対角線と錐の頂点を含む面で分割して得た三角錐形状を凹凸反転した金型を作製した。また、精密機械加工によって、幅６０μｍ、高さ６０μｍの突起構造を有する溝形成用金型を作製した。溝形成用金型の突起構造は、最終的に得られる中空針状体基板において、基板部裏面と、針状体中腹部（高さ約５００μｍ）に開口部が位置し、針状体内部で屈曲するように設計した。
まず、精密機械加工によって、高さ１０００μｍ、底面の１辺が２８０μｍの正四角錐を底面の対角線と錐の頂点を含む面で分割して得た三角錐形状を凹凸反転した金型を作製した。また、精密機械加工によって、幅６０μｍ、高さ６０μｍの突起構造を有する溝形成用金型を作製した。溝形成用金型の突起構造は、最終的に得られる中空針状体基板において、基板部裏面と、針状体中腹部（高さ約５００μｍ）に開口部が位置し、針状体内部で屈曲するように設計した。
次いで、成形材料であるポリプロピレンと前記金型および溝形成用金型を用い、射出成形法により針状体１ａが基板部２ａに保持された形態の、溝３を有する第１の針状体基材１１を成形した。また、成形材料であるポリプロピレンと前記三角錐形状を凹凸反転した金型を用い、射出成形法により針状体１ｂが基板部２ｂに保持された形態の、溝のない第２の針状体基材１２を成形した（図３の（Ａ）図示）。なお、針状体基材１２は、溝がないことを除いて針状体基材１１と同様の形状であった。
次いで、第１の針状体基材１１と第２の針状体基材１２を光学顕微鏡で観察しながら位置を合わせて対向させ、図３の（Ｂ）に示すように接合した。これにより、図３の（Ｃ）に示す、内部に中空構造部２１が形成された接合針状体部１と接合基板部２とからなる針状体１３を得た。
得られた針状体１３の接合針状体部１は、高さ１０００μｍ、底面の一辺の長さが２８０μｍの正四角錐形状であった。また、接合針状体部１は針の高さが５００μｍの位置に縦横約６０μｍの正方形の開口部２２を有し、かつ接合基板部２の裏面にも縦横約６０μｍの正方形の開口部（図示せず）を有していた。このような形態は、走査電子顕微鏡による観察で確認した。さらに、中空構造体の内部を走査電子顕微鏡で観察したところ、開口部付近は中空構造であることを確認できたが、内部の状況までは観察できなかった。
次に、同様の方法により針状体１３を合計９個作製し、各々を接合して図８に示す接合基板部２上に接合針状体部１が形成された針状体１３を３行３列で配列された針状体アレイを得た。針状体アレイの基板の裏面をプラスチック製のシリンジ先端部に接触させ、針状体アレイの裏面に形成された開口部を塞がないように接着剤で接合した。
シリンジ内に純水を充填し、接合針状体部１を実体顕微鏡で観察しながらプランジャに圧力を加えたところ、９本全ての接合針状体部１の中腹部から純水が射出されたことを確認した。このとき、接合基板部２やリシンジとの接続部からの漏れは確認されなかった。
以上の結果から、作製した針状体アレイ内部の中空構造部が流路として機能していることを確認することができた。
（実施例２）
まず、実施例１と同様に、精密機械加工によって、高さ１５００μｍ、底面の１辺が４２０μｍの正四角錐を底面の対角線と錐の頂点を含む面で分割して得た三角錐形状を凹凸反転した金型を作製した。また、精密機械加工によって、幅６０μｍ、高さ６０μｍの突起構造を有する溝形成用金型を作製した。溝形成用金型の突起構造は、最終的に得られる中空針状体基板において、基板部裏面と、針状体中腹部（高さ約５００μｍ）に開口部が位置し、針状体内部で屈曲するように設計した。
まず、実施例１と同様に、精密機械加工によって、高さ１５００μｍ、底面の１辺が４２０μｍの正四角錐を底面の対角線と錐の頂点を含む面で分割して得た三角錐形状を凹凸反転した金型を作製した。また、精密機械加工によって、幅６０μｍ、高さ６０μｍの突起構造を有する溝形成用金型を作製した。溝形成用金型の突起構造は、最終的に得られる中空針状体基板において、基板部裏面と、針状体中腹部（高さ約５００μｍ）に開口部が位置し、針状体内部で屈曲するように設計した。
次いで、成形材料であるポリプロピレンと前記金型および溝形成用金型を用い、射出成形法により針状体１ａが基板部２ａに保持された形態の、溝３を有する第１の針状体基材１１を成形した。また、厚さ５０μｍのポリプロピレンからなるシートを用意した。（図６の（Ａ）図示）。
次いで、第１の針状体基板とポリプロピレンシートを図６の（Ｂ）に示すように接合した。最後にレーザーにより第１の針状体基板と接合していない余剰のポリプロピレンシートを除去し、図６の（Ｃ）に示す、内部に中空構造部２１が形成された接合針状体部１と接合基板部２とからなる針状体１３を得た。
得られた針状体１３の接合針状体部１は、高さ約１０００μｍ、底面の一辺の長さが約２８０μｍの正四角錐形状を２分割した三角錐形状であった。また、接合針状体部１は針の高さが約５００μｍの位置に縦横約６０μｍの正方形の開口部２２を有し、かつ接合基板部２の裏面にも縦横約６０μｍの正方形の開口部（図示せず）を有していた。このような形態は、走査電子顕微鏡による観察で確認した。
次に、針状体アレイの基板の裏面をプラスチック製のシリンジ先端部に接触させ、針状体アレイの裏面に形成された開口部を塞がないように接着剤で接合した。シリンジ内に純水を充填し、接合針状体部１を実体顕微鏡で観察しながらプランジャに圧力を加えた。その結果、接合針状体部１の中腹部から純水が射出されたことを確認した。このとき、接合基板部２やリシンジとの接続部からの漏れは確認されなかった。
以上の結果から、作製した針状体アレイ内部の中空構造部が流路として機能していることを確認することができた。
（実施例３）
まず、実施例１と同様に、精密機械加工によって、高さ１０００μｍ、底面の１辺が２８０μｍの正四角錐を底面の対角線と錐の頂点を含む面で分割して得た三角錐形状を凹凸反転した金型を作製した。また、精密機械加工によって、幅６０μｍ、高さ６０μｍの突起構造を有し、かつ基板部において凸形状を備える溝形成用金型を作製した。溝形成用金型の突起構造は、最終的に得られる中空針状体基板において、基板部裏面と、針状体中腹部（高さ約５００μｍ）に開口部が位置し、針状体内部で屈曲するように設計した。
まず、実施例１と同様に、精密機械加工によって、高さ１０００μｍ、底面の１辺が２８０μｍの正四角錐を底面の対角線と錐の頂点を含む面で分割して得た三角錐形状を凹凸反転した金型を作製した。また、精密機械加工によって、幅６０μｍ、高さ６０μｍの突起構造を有し、かつ基板部において凸形状を備える溝形成用金型を作製した。溝形成用金型の突起構造は、最終的に得られる中空針状体基板において、基板部裏面と、針状体中腹部（高さ約５００μｍ）に開口部が位置し、針状体内部で屈曲するように設計した。
また、前記溝形成用金型の凸形状を反転した凹形状を基板部に備える第２の金型を作成した。
次いで、成形材料であるポリプロピレンと前記金型および溝形成用金型を用い、射出成形法により針状体１ａが基板部２ａに保持された形態の、溝３および凹部３１を有する第１の針状体基材１１を成形した。さらに、成形材料であるポリプロピレンと前記金型および第２の金型を用い、射出成形法により針状体１ａが基板部２ａに保持された形態の、凸部３２を有する第２の針状体基材１２を成形した（図５図示）。
次いで、第１の針状体基材１１と第２の針状体基材１２を光学顕微鏡で観察しながら位置を合わせて対向させ、接合した。これにより、内部に中空構造部２１が形成された接合針状体部１と接合基板部２とからなる針状体１３を得た。このとき、実施例１の第１の針状体基材１１と第２の針状体基材１２の接合工程と比較して、位置合わせの時間を短くすることができた。
得られた針状体は、（実施例１）と同様の針状体であることが走査電子顕微鏡による観察で確認された。また、針状体アレイの基板の裏面をプラスチック製のシリンジ先端部に接触させ、針状体アレイの裏面に形成された開口部を塞がないように接着剤で接合した。シリンジ内に純水を充填し、接合針状体部１を実体顕微鏡で観察しながらプランジャに圧力を加えた。その結果、接合針状体部１の中腹部から純水が射出されたことを確認した。このとき、接合基板部２やリシンジとの接続部からの漏れは確認されなかった。
以上の結果から、作製した針状体アレイ内部の中空構造部が流路として機能していることを確認することができた。
本発明の製造方法で得られた中空針状体は、医療のみならず、微細な針状体を必要とする様々な分野に適用可能である。中空針状体は、例えば半導体デバイス、光学素子、配線回路、記録デバイス（ハードディスクやＤＶＤなど）、医療検査用チップ（ＤＮＡ分析用途など）、ディスプレイパネル、マイクロ流路、マイクロリアクタ、ＭＥＭＳデバイス、検査機器のプローブ先端部、電界放出素子、創薬、化粧品などの製造工程において好適に利用することが期待できる。
Claims (17)
- 内部に中空部を有する中空針状体を製造する方法であって、
表面に前記中空部の少なくとも一部を構成する溝を有する第１の針状体基材を作製する工程と、
前記第１の針状体基材の溝を含む面を被覆部材で覆う工程と、
を含み、
前記被覆部材は、前記第１の針状体基材と組み合わせて前記中空針状体を構成する第２の針状体基材であり、
前記第１の針状体基材および前記第２の針状体基材の夫々は、針状体部と、前記針状体部をその基底部において保持する基板部とを備え、
前記第１の針状体基材の前記溝は前記針状体部及び前記基板部に形成されていて、前記基板部の前記溝は前記針状体部の前記溝に連結されている、
中空針状体の製造方法。 - 前記第２の針状体基材は、前記第１の針状体基材の溝の一部を覆う、請求項１記載の中空針状体の製造方法。
- 前記第２の針状体基材は、前記第１の針状体基材の溝と合わせて前記中空部を構成する溝を有する、請求項１記載の中空針状体の製造方法。
- 前記第１の針状体基材及び前記第２の針状体基材の夫々は、複数の針状体部が１つの基板部に一列に配列して保持された構造を有し、前記第１の針状体基材及び前記第２の針状体基材を用いて１列に配列された複数の中空針状体を得る、請求項１記載の中空針状体の製造方法。
- 請求項１記載の方法により製造された中空針状体を複数準備する工程と、前記各針状体の基板部を連結する工程とを含む、中空針状体の製造方法。
- 前記第１の針状体基材及び前記第２の針状体基材を組み合わせる際のそれぞれの基板部の連結面の連結位置を合わせるための嵌め合わせ用凹凸構造を基板部に加工する工程をさらに含む請求項１記載の中空針状体の製造方法。
- 内部に中空部を有する中空針状体を製造する方法であって、
表面に前記中空部の少なくとも一部を構成する溝を有する第１の針状体基材を作製する工程と、
前記第１の針状体基材の溝を含む面を被覆部材で覆う工程と、
を含み、
前記被覆部材は、前記第１の針状体基材と組み合わせて前記中空針状体を構成するシート状部材であり、
前記第１の針状体基材は、針状体部と、前記針状体部をその基底部において保持する基板部とを備え、
前記第１の針状体基材の前記溝は前記針状体部及び前記基板部に形成されていて、前記基板部の前記溝は前記針状体部の前記溝に連結されている、
中空針状体の製造方法。 - 前記第１の針状体基材および前記被覆部材は、生分解性材料からなる請求項１または７記載の中空針状体の製造方法。
- 少なくとも前記第１の針状体基材の溝の表面に表面処理を施す工程をさらに含む請求項１または７記載の中空針状体の製造方法。
- 中空部を有する針状体部を備える中空針状体であって、
表面に前記中空部の少なくとも一部を構成する溝を有する第１の針状体基材と、
前記第１の針状体基材の溝を含む面を覆う被覆部材と、
を備え、
前記被覆部材は、前記第１の針状体基材と組み合わせて前記中空針状体を構成する第２の針状体基材であり、
前記第１の針状体基材および前記第２の針状体基材の夫々は、針状体部と、前記針状体部をその基底部において保持する基板部と、を備え、
前記第１の針状体基材の前記溝は前記針状体部及び前記基板部に形成されていて、前記基板部の前記溝は前記針状体部の前記溝に連結されている、
中空針状体。 - 前記第２の針状体基材は、前記第１の針状体基材の溝の一部を覆う、請求項１０記載の中空針状体。
- 前記第２の針状体基材は、前記第１の針状体基材の溝と合わせて前記中空部を構成する溝を有する、請求項１０記載の中空針状体。
- 前記第１の針状体基材及び前記第２の針状体基材の夫々は、複数の針状体部が１つの基板部に一列に配列して保持された構造を有し、前記第１の針状体基材及び前記第２の針状体基材を用いて１列に配列された複数の中空針状体を得る、請求項１０記載の中空針状体。
- 中空部を有する針状体部を備える中空針状体であって、
表面に前記中空部の少なくとも一部を構成する溝を有する第１の針状体基材と、
前記第１の針状体基材の溝を含む面を覆う被覆部材と、
を備え、
前記被覆部材は、前記第１の針状体基材と組み合わせて前記中空針状体を構成するシート部材であり、
前記第１の針状体基材は、針状体部と、前記針状体部をその基底部において保持する基板部と、を備え、
前記第１の針状体基材の前記溝は前記針状体部及び前記基板部に形成されていて、前記基板部の前記溝は前記針状体部の前記溝に連結されている、
中空針状体。 - 前記第１の針状体基材および前記被覆部材は、生分解性材料からなる請求項１０または１４記載の中空針状体。
- 少なくとも前記第１の針状体基材の溝の表面に表面処理が施されている請求項１０または１４記載の中空針状体。
- 請求項１０乃至１６の何れか１項に記載の中空針状体と、この中空針状体の中空部に連結された液体の押し出し手段および吸引手段の少なくとも一方の手段と、を具備する中空針状体送液システム。
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