JP6290989B2 - マイクロニードル製造装置 - Google Patents

Description

本発明はマイクロニードル製造装置に関するものである。

従来技術において、マイクロニードルは主にモールディング方式で製造された。モールディング方式のマイクロニードル製造装置は、例えば、大韓民国公開特許公報１０−２０１１−００１２９８６号（特許文献１）などに開示されている。

ところで、モールディング方式でマイクロニードルを製造する場合、鋳型からマイクロニードルが形成された製品を分離する過程でマイクロニードルが損傷する問題がある。また、モールディング方式で製造されたマイクロニードルは自体の強度が比較的弱いという問題がある。

このようなモールディング方式のマイクロニードル製造装置の問題を解決するために、本発明者は大韓民国特許出願第１０−２０１２−００２９３１５号（特許文献２）で完全に新しい方式でマイクロニードルを製造するマイクロニードル製造装置を出願したことがある。前記出願のマイクロニードル製造装置を概略的に説明するために、図１を参照することにする。図１に用いられた図面符号が指示する構成要素の名称は次のとおりである：
１１０：水平移動ステージ
１３０：垂直移動ステージ
１２１：スクリュー
１２２：ナット
３００：送風機
ｇ：基板。

従来技術のマイクロニードル製造装置は、水平移動ステージ１１０と垂直移動ステージ１３０を含む。水平移動ステージ１１０は、スクリュー１２１とナット１２２で構成される駆動源に連結されて直線方向に移動可能に配置され、図１に仮想線で図示された第１位置と実線で図示された第２位置の間で直線移動する。垂直移動ステージ１３０は駆動源に連結されて垂直方向に移動可能に配置される。

このような従来技術のマイクロニードル製造装置では、セラミックや金属で製造される堅固な基板（ｇ）上に粘性組成物の塗布のための基盤となる底層を噴射形成し、その上に粘性組成物を塗布しているが、このような堅固な基板を垂直移動ステージ１３０に移動固定させる過程で少なくとも基板（ｇ）の安定した固定側面での問題は発生しなかった。

ところで、本発明者が新規に発明して出願した大韓民国特許出願第１０−２０１５−０１７４０６６号（発明の名称：マイクロ構造体製造方法（特許文献３））の発明では、基板（ｇ）上に粘性組成物を塗布して底層を形成せずに、別途に事前製造したパッチシートに底層を形成し、このようなパッチシートをマイクロニードル製造工程に投入している。前記発明で用いられるパッチシートは図２に図示される。図２に図示されたパッチシート３０について説明すれと次のとおりである。

まず、パッチシート３０の構成要素として支持層３１が提供される。支持層３１は薬物または生理活性物質が透過されず、透湿性と伸縮性が優秀な材質で構成され、例えば、紙、不織布、織布、天然または合成ゴム、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートグリコール、エチレンビニルアルコール、ポリエチレン、ポリエステルおよびナイロンの中から選択される一つ以上の素材で構成されるフィルムが使用され得る。

支持層３１の表面には粘着剤層３２が位置する。粘着剤層３２に用いられる粘着剤は医薬的に使用が可能な減圧性粘着性成分で構成され、水系または有機溶媒物質が使用され得る。このような粘着性高分子物質としては、アクリレート重合体、ビニルアセテート−アクリレート共重合体などのアクリル系樹脂、ポリイソブチレン、ポリスチレンまたはポリブタジエン共重合体樹脂、またはロジン系樹脂、ポリテルペン樹脂、石油系樹脂、テルペンフェノール樹脂、シリコン重合体、天然または合成ゴム類またはこれらの混合物が使用され得る。前記粘着性高分子物質は単独でまたは２種以上を混合して使用することができる。

粘着剤層３２の表面には剥離フィルム３３が形成される。図２に図示された通り、概略的に二重楕円形（このような形状に制限されない）の切断線が剥離フィルム３３に形成されたまま剥離フィルム３３が粘着剤層３２に付着していれば、切断線が形成されて残りの部分と分離することができる剥離フィルム３３の部分、例えば、二重楕円形のうち、中の小さい楕円の部分を容易に分離可能である。

前記で説明したような構造のパッチシート３０を提供することを製造工程の最初の段階とすれば、あらかじめ形成された剥離フィルム３３の切断線を利用して剥離フィルム３３の中央部を除去することが２番目の段階であり、これは図２の左側から２番目の図面に該当する。剥離フィルム３３の中央部が除去されるとその部位で粘着剤層３２が露出された状態となる。

次に、露出された粘着剤層３２に底層３４が覆われる。底層３４という用語は、マイクロニードルが形成される底という意味で用いられる。底層３４は粘着剤層３２の粘着剤と接触して堅固な結合状態を維持する。底層３４はその上にマイクロ構造体が形成されるように、親水性表面を有する任意のフィルムであり得る。好ましくは、底層３４は一定かつ均一な厚さを有して表面上に親水性基を有する任意のフィルムであり得る。さらに好ましくは、底層３４は曲面部位に密着できるように適正水準の伸縮性を有する親水性高分子重合体フィルムであり得る。

このように事前製造されるパッチシート３０を前記従来技術のマイクロニードル製造装置に適用するには、手動またはロボットアームなどを利用した自動化方式でパッチシート３０を垂直移動ステージ１３０に積載する過程を経なければならないが、パッチシート３０は従来技術の基板（ｇ）とは違って堅固な固形材質ではないため容易に曲がってしまい、前記過程において平たく固定するのが困難であった。

したがって、生産性を高めながらもパッチシート３０の堅固で精密な固定を達成できるマイクロニードル製造装置の必要性が求められた。

さらに、図１の従来技術のマイクロニードル製造装置では水平移動ステージ１１０の移動範囲が大きいため、空間活用の側面で非効率性が存在した。

大韓民国公開特許公報１０−２０１１−００１２９８６号 大韓民国特許出願第１０−２０１２−００２９３１５号明細書 大韓民国特許出願第１０−２０１５−０１７４０６６号明細書

本発明は前述した従来技術の問題点を解決することを目的とする。

より具体的には、本発明はパッチシートの堅固な固定と精密な位置制御を達成できるマイクロニードル製造装置を提供することを目的とする。

また、本発明はステージの移動範囲を小さくすることによって空間活用を最大化できるマイクロニードル製造装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための本発明の代表的な構成は次のとおりである。

本発明の一実施例に係るマイクロニードル製造装置は、上板ステージと、前記上板ステージと水平に並んで配列された下板ステージと、前記上板ステージを前記下板ステージの上部に回転移動させる回転装置と、前記回転装置によって前記上板ステージが前記下板ステージの上部に回転移動した状態で前記下板ステージを垂直方向下方に移動させる第１シリンダ型アクチュエータを含む。

前記第１シリンダ型アクチュエータは前記上板ステージに積載されたパッチシートと前記下板ステージに積載されたパッチシートのうちいずれか一つまたは両方すべてに塗布された粘性組成物に対する接触がなされた状態で、これを垂直方向に引っ張ることができるように上下移動可能である。

また、本発明の一実施例に係るマイクロニードル製造装置は、前記上板ステージが前記下板ステージの上部に回転移動した状態で前記上板ステージに積載されたパッチシートと前記下板ステージに積載されたパッチシートのうちいずれか一つまたは両方すべてに塗布された粘性組成物に対する接触がなされるように前記上板ステージを垂直方向下方に移動させる第２シリンダ型アクチュエータを含むことができる。

また、本発明の一実施例に係るマイクロニードル製造装置は、前記上板ステージおよび前記下板ステージ上に積載されたパッチシートの位置を検査するモニタリング装置をさらに含むことができる。この場合、前記モニタリング装置はパッチシートに形成された位置標識と前記上板ステージおよび前記下板ステージに形成された位置標識の相互一致の有無を映像で感知し、その結果を出力することができる。一方、前記パッチシートに形成された位置標識はパッチシートの上下部に孔で形成され、前記孔はパッチシートの垂直方向積層保管のためのバー（ｂａｒ）の通過のためにも使用され得る。

また、本発明の一実施例に係るマイクロニードル製造装置は、前記上板ステージおよび前記下板ステージ上に積載されたパッチシートの位置を固定する真空吸着器をさらに含むことができるが、前記真空吸着器は前記モニタリング装置がパッチシートの位置選定が正確になされたという結果を出力することにより、真空吸着によってパッチシートの位置を固定することができる。

その他にも本発明に係るマイクロニードル製造装置には他の構成要素がさらに含まれ得る。

本発明によれば、背景技術の部分で説明した従来技術の問題点が解決される。

より具体的には、本発明によれば、パッチシートの堅固な固定と精密な位置制御を達成できるマイクロニードル製造装置が提供される。

また、本発明によれば、ステージの移動範囲を小さくすることによって空間活用を最大化できるマイクロニードル製造装置が提供される。

従来技術のマイクロニードル製造装置を図示する図面である。 本発明のマイクロニードル製造装置に提供されるパッチシートを図示する図面である。 本発明に係るマイクロニードル製造装置を図示する図面である。 本発明のマイクロニードル製造装置に提供されるパッチシートの工程投入前の保管された様子を図示する図面である。

後述する本発明に対する詳細な説明は、本発明が実施され得る特定実施例を例示として図示する添付図面を参照する。このような実施例は、当業者が本発明を実施できるほど充分かつ詳細に説明される。本発明の多様な実施例は、互いに異なるものの相互排他的である必要はないということが理解されるべきである。例えば、本明細書に記載されている特定形状、構造および特性は、本発明の精神と範囲を逸脱せず、一実施例から他の実施例に変更されて具現され得る。また、それぞれの実施例中の個別構成要素の位置または配置も本発明の精神と範囲を逸脱せずに変更され得ることが理解されるべきである。したがって、後述する詳細な説明は限定的な意味として用いられるものではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲の請求項が請求する範囲およびそれと均等なすべての範囲を包括するものとして理解されるべきである。図面において類似の参照符号は多様な側面にわたって同一または類似の構成要素を表わす。

以下では、本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者が本発明を容易に実施できるようにするために、本発明の好ましい実施例に関して添付された図面を参照して詳細に説明することにする。

図３には本発明に係るマイクロニードル製造装置が図示される。より正確には、図３は全体マイクロニードル製造装置の中で本発明における改善事項の核心となるグローイング（ｇｒｏｗｉｎｇ）装備を図示したものである。図２において、図面符号１００は上板ステージを、図面符号２００は下板ステージを、図面符号３００は回転装置を、図面符号４００は第１シリンダ型アクチュエータを、図面符号５００は第２シリンダ型アクチュエータを示す。

図３に図示された通り、上板ステージ１００と下板ステージ２００は回転装置３００を挟んで水平に並んで配列される。回転装置３００を挟んで水平に並んで配列された上板ステージ１００と下板ステージ２００の組合せは一対だけ提供されることもあれば、図３に図示された通り、複数の対が提供されることもある。

上板ステージ１００と下板ステージ２００には、以前の工程で粘性組成物の噴射が完了したパッチシート３０が積載される。粘性組成物の噴射は図３には図示されていないディスペンサーによってなされる。

粘性組成物としては、ヒアルロン酸とその塩、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、セルロースポリマー（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｐｏｌｙｍｅｒ）、デキストラン、ゼラチン、グリセリン、ポリエチレングリコール、ポリソルベート、プロピレングリコール、ポビドン、カルボマー（ｃａｒｂｏｍｅｒ）、ガッチガム（ｇｕｍ ｇｈａｔｔｉ）、グアガム、グルコマンナン、グルコサミン、ダンマルガム（ｄａｍｍａｒ ｇｕｍ）、レンネットカゼイン（ｒｅｎｎｅｔ ｃａｓｅｉｎ）、ローカストビーンガム（ｌｏｃｕｓｔ ｂｅａｎ ｇｕｍ）、微小繊維状セルロース（ｍｉｃｒｏｆｉｂｒｉｌｌａｔｅｄ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、サイリウムシードガム（ｐｓｙｌｌｉｕｍ ｓｅｅｄ ｇｕｍ）、ザンサンガム、アラビノガラクタン（ａｒａｂｉｎｏ ｇａｌａｃｔａｎ）、アラビアガム、アルギン酸、ゼラチン、ジェランガム（ｇｅｌｌａｎ ｇｕｍ）、カラギナン、カラヤガム（ｋａｒａｙａ ｇｕｍ）、カードラン（ｃｕｒｄｌａｎ）、キトサン、キチン、タラガム（ｔａｒａ ｇｕｍ）、タマリンドガム（ｔａｍａｒｉｎｄ ｇｕｍ）、トラガカントガム（ｔｒａｇａｃａｎｔｈ ｇｕｍ）、ファーセルラン（ｆｕｒｃｅｌｌｅｒａｎ）、ペクチン（ｐｅｃｔｉｎ）またはプルラン（ｐｕｌｌｕｌａｎ）などがある。

より好ましくは、本発明で利用される粘性組成物は、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、アルキルセルロースおよびカルボキシルメチルセルロースであり、最も好ましくはカルボキシルメチルセルロースである。

また、前述した粘性物質を溶解する溶媒は特に制限されず、水、炭素数１−４の無水または含水低級アルコール、アセトン、エチルアセテート、クロロホルム、１、３−ブチレングリコール、ヘキサン、ジエチルエーテルまたはブチルアセテートを溶媒として利用することができ、好ましくは水または低級アルコールであり、最も好ましくは水である。

このような粘性組成物の噴射は上板ステージ１００上に積載されるパッチシート３０と下板ステージ２００上に積載されるパッチシート３０のすべてに対して実施されることもあれば、両方中のいずれか一つに対して実施されることもある。

本発明に係るマイクロニードル製造装置における核心的な改善事項中の一つは上板ステージ１００と下板ステージ２００上にすべてパッチシート３０が積載された状態で、上板ステージ１００が回転装置３００により下板ステージ２００の上部に回転移動するという点である。このような回転移動は図３に矢印で図示される。図３に図示された５対のステージの中で最左側のステージでは、上板ステージ１００の回転装置３０による回転移動が完全になされた。左側から２番目、３番目および４番目のステージでは上板ステージ１００の回転装置３０による回転移動が漸次的になされている。図３に図示された５体のステージの中で最右側ステージでは上板ステージ１００の回転装置３０による回転移動が全くなされていない。

図３に図示されたような上板ステージ１００の回転移動のために上板ステージ１００が回転装置３０と回転駆動結合されるという点は自明である。反面、下板ステージ２００は回転装置３０と駆動結合されない。

上板ステージ１００が下板ステージ２００上に回転移動完了した状態で上板ステージ１００に積載されたパッチシート３０と下板ステージ２００に積載されたパッチシート３０のすべてまたは両方中のいずれか一つに塗布された粘性組成物に対する接触がなされる。これに後続して引っ張り工程が開始される。このような引っ張り工程は図３に図示された第１シリンダ型アクチュエータ４００によって実施される。

本発明の核心的な改善事項中他の一つは、図１に図示された従来技術のマイクロニードル製造装置とは違って、上板ステージ１００が垂直方向上方に移動して粘性組成物を引っ張るのではく、下板ステージ２００が垂直方向下方に移動することによって粘性組成物を引っ張るということである。粘性組成物の接触に後続してなされる引っ張り工程では、その引っ張り速度と引っ張り距離の非常に微細な制御が必須であり、いかに精密に制御できるかによって最終生産物であるマイクロニードルの品質が左右され得る。このような状況で、重量物であるステージを上部に持ち上げながらその速度と距離を制御することに比べ、下部に移動させながらその速度と距離を制御するのが制御精密性の側面で有利である。

図３において、左側から一番目のステージでは第１シリンダ型アクチュエータ４００の下方移動が完了し、粘性組成物に対する引っ張りが完了した。残りのステージでは、上板ステージ１００の回転装置３０による下板ステージ１００上部での回転移動が完了する以前であるため、粘性組成物に対する接触がなされておらず、したがって、第１シリンダ型アクチュエータ４００の下方移動がなされていないため、第１シリンダ型アクチュエータ４００の位置が最左側ステージでとは異なっていることがわかる。

上板ステージ１００が下板ステージ２００上に回転移動完了した状態で、上板ステージ１００に積載されたパッチシート３０と下板ステージ２００に積載されたパッチシート３０のすべてまたは両方中のいずれか一つに塗布された粘性組成物に対する接触が正確になされると、直ちに上板ステージ１００と下板ステージ２００の垂直方向距離の相互離隔を通じて引っ張り工程を実施することができ、本発明に係るマイクロニードル製造装置は、このような実施形態を発明の範囲に包括する。ところで、塗布された粘性組成物への正確な接触のためには、上板ステージ１００を下板ステージ２００上に回転移動させながらその動作を完了する時に、上板ステージ１００と下板ステージ２００の間には非常に微細な間隔だけが残るようにしなければならない。ステージの重量と回転移動による慣性を考慮する時、このような制御は非常に難しい。これほどの精密な制御のためには、回転装置３００自体とその制御装置のために、非常に高い費用が要されるという問題が発生され得る。また、制御が失敗する場合、上板ステージ１００が下板ステージ２００にぶつかり、塗布された粘性組成物がつぶれてしまい不良が発生するおそれがある。

このような点を考慮して、本発明に係るマイクロニードル製造装置には第２シリンダ型アクチュエータ５００が含まれ得る。第２シリンダ型アクチュエータ５００は図３に図示された通り、上板ステージ１００に駆動連結される。このような第２シリンダ型アクチュエータ５００が提供される実施例においては、上板ステージ１００を下板ステージ２００上に回転移動させながらその動作を完了する時に上板ステージ１００と下板ステージ２００の間に十分な間隔をおくことができる。したがって、上板ステージ１００が下板ステージ２００にぶつかることが未然に防止される。このように、上板ステージ１００と下板ステージ２００の間に十分な間隔をおいて回転移動動作が完了すると、第２シリンダ型アクチュエータ５００の動作が開始される。第２シリンダ型アクチュエータ５００は上板ステージ１００の下方移動を通じて上板ステージ１００と下板ステージ２００の間の間隔を少しずつ縮めて粘性組成物に対する正確な接触を達成する。

本発明の核心的な改善事項中他の一つは上板ステージ１００および下板ステージ２００上に積載されたパッチシート３０の位置を検査するモニタリング装置がさらに含まれ得るということである。図３に図示されたマイクロニードル製造装置、より正確には、グローイングステージへのパッチシート３０の移送および積載は手動でなされることもあればロボットアームによる自動化工程によってなされることもある。いずれの方式であれ、パッチシートの積載が上板ステージ１００および下板ステージ２００上の正確な位置になされないと、パッチシートの所望の位置にマイクロニードルが形成されないため、不良が発生し得る。

これを防止するために設けられる上板ステージ１００および下板ステージ２００上に積載されたパッチシート３０の位置を検査するモニタリング装置は、パッチシート３０に形成された位置標識と上板ステージ１００および下板ステージ２００に形成された位置標識の相互一致の有無を映像で感知し、その結果を出力するように実施可能である。このとき、パッチシート３０に形成された位置標識はパッチシート３０の上下部に孔で形成され得る。このような孔は、図２に図示されたパッチシートの上部と下部においてそれぞれ一つずつ確認可能である。パッチシート３０に形成された孔形態の位置標識と対応するように、上板ステージ１００と下板ステージ２００にも孔が形成され得る。モニタリングシステムの構成要素であるカメラ（図示されず）は、パッチシート３０に形成された孔と上板ステージ１００および下板ステージ２００に形成された孔の相互位置関係を撮影する。パッチシート３０の正確な積載がなされた状態とそうでない状態で相互重なった孔の撮影イメージは異なって識別され、これを利用して正確なモニタリングが可能となる。

パッチシート３０に形成される位置標識を孔で形成することによって追加的な利点が達成される。これは図４と関連して理解することができる。図４にはパッチシート３０の上下にそれぞれ一つずつ提供されて位置標識として機能する孔にバー４１が挿入されて、各パッチシート３０がシート保管基板４０上に積層方式で保管された状態が図示されている。図４に図示されたものは、マイクロニードル製造工程に投入されるために待機状態であるパッチシート３０である。このような状態でマイクロニードル形成工程に提供されると、工程の最初の段階として例えば、真空吸着器を有するロボットアームが下降して保管されたパッチシート３０の上部面を真空吸着した後上昇する時に、個別のパッチシート３０は上下部に形成された孔によってバー４１に沿ってガイドされて上昇移動しながら保管された状態から離れることになる。

整理すれば、パッチシート３０に孔形態で位置標識を提供することによって、ビジュアルモニタリングを通じてパッチシート３０を上板ステージ１００および下板ステージ２００上に正確に積載させることができるだけでなく、工程投入前の待機状態で、同じ孔をパッチシート３０の積層保管のためのバー４１の貫通孔としても利用できる、一石二鳥の効果が得られる。

前述したような積載位置のモニタリングに後続して正確な積載位置の固定が必要なこともある。このために本発明に係るマイクロニードル製造装置は、真空吸着器を含むことができる。真空吸着器は前述した通り、実施され得るモニタリング装置がパッチシートの位置選定が正確になされたという結果を出力することにより、真空吸着でパッチシート３０の位置を固定することによって、上板ステージ１００の回転装置３０による回転移動、下板ステージ２００の第１シリンダ型アクチュエータ４００による垂直移動などの動作中にパッチシート３０の動きを防止することができる。

前記説明では、本発明に係るマイクロニードル製造装置でパッチシート３０に形成される孔を活用したビジュアルモニタリング方式について記述したが、本発明の範囲はこれに制限されない。本発明に係るマイクロニードル製造装置で積載位置のモニタリングは、必ずしも実施されるべきものではない。例えば、パッチシート３０に形成された孔が上板ステージ１００および下板ステージ２００上に形成された突起に挿入されるようにする方式でもパッチシート３０のアライメントが可能である。同様に、本発明に係るマイクロニードル製造装置でパッチシート３０の積載位置の固定は真空吸着方式の他にも多様な方式、例えば、係止固定方式でも実施され得る。

３０：パッチシート
３１：支持層
３２：粘着剤層
３３：剥離フィルム
３４：底層
４０：シート保管基板
１００：上板ステージ
２００：下板ステージ
３００：回転装置
４００：第１シリンダ型アクチュエータ
５００：第２シリンダ型アクチュエータ

Claims (5)

1. 上板ステージと、
   前記上板ステージと水平に並んで配列された下板ステージと、
   前記上板ステージを前記下板ステージの上部に回転移動させる回転装置と、
   前記下板ステージを垂直方向に移動させる第１シリンダ型アクチュエータと、
   前記上板ステージを垂直方向に移動させる第２シリンダ型アクチュエータを含み、
   前記第２シリンダ型アクチュエータは、前記回転装置によって前記上板ステージが前記下板ステージの上部に回転移動した状態で、前記上板ステージに積載されたパッチシートまたは前記上板ステージに積載されたパッチシート上に塗布された粘性組成物が前記下板ステージに積載されたパッチシート上に塗布された粘性組成物に接触するように、前記上板ステージを垂直方向下方に移動させ、
   前記第２シリンダ型アクチュエータの垂直方向移動によって前記上板ステージに積載されたパッチシートまたは前記上板ステージに積載されたパッチシート上に塗布された粘性組成物が前記下板ステージに積載されたパッチシート上に塗布された粘性組成物に接触した状態で、前記第１シリンダ型アクチュエータは前記下板ステージを垂直方向下方に移動させて前記粘性組成物を引っ張る、マイクロニードル製造装置。
2. 前記上板ステージおよび前記下板ステージ上に積載されたパッチシートの位置を検査するモニタリング装置をさらに含む、請求項１に記載のマイクロニードル製造装置。
3. 前記モニタリング装置はパッチシートに形成された位置標識と前記上板ステージおよび前記下板ステージに形成された位置標識の相互一致の有無を映像で感知し、その結果を出力する、請求項２に記載のマイクロニードル製造装置。
4. 前記パッチシートに形成された位置標識はパッチシートの上下部に孔で形成され、前記孔はパッチシートの垂直方向積層保管のためのバー（ｂａｒ）の通過のためにも用いられる、請求項３に記載のマイクロニードル製造装置。
5. 前記上板ステージおよび前記下板ステージ上に積載されたパッチシートの位置を固定する真空吸着器をさらに含み、前記真空吸着器は前記モニタリング装置がパッチシートの位置選定が正確になされたという結果を出力することにより真空吸着によってパッチシートの位置を固定する、請求項２に記載のマイクロニードル製造装置。