JP6533520B2 - 金属マイクロニードルの作製方法 - Google Patents
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Description
・非特許文献1
・非特許文献2
・非特許文献3
・非特許文献4
・特許文献1(キムら(Kim et al.))
本発明の一態様は、有孔マイクロニードルを作製する方法を提供する。本方法は、モールドピラーを準備することと、有孔導電層をモールドピラー上に形成することと、有孔導電層上に金属層を堆積させて有孔マイクロニードルを得ることとを含む。
(モールドピラーの作製または別の方法による提供)
モールドピラーはマイクロマシニング(例えば、シリコンマイクロマシニング)、エンボス加工(例えば、熱エンボス加工)、リソグラフィ(例えば、ソフトリソグラフィおよび任意のリソグラフィ)、3Dプリント、および同等の方法、あるいはマイクロマシニング(例えば、シリコンマイクロマシニング)、エンボス加工(例えば、熱エンボス加工)、リソグラフィ(例えば、ソフトリソグラフィおよび任意のリソグラフィ)、3Dプリント、または同等の方法を含む任意の好適な方法によって作製されてもよい。モールドピラーは任意の好適な材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、あらかじめ作製されたマイクロニードルをモールドピラーとして使用してもよい。
(導電層のモールドピラー上における形成)
モールドピラー110を作製または別の方法で提供した後に、モールドピラー110の露光される表面は、非限定例として、昇華、噴霧堆積、凝結、鋳込み、回転成形、溶液流延、スパッタリング、および同等の方法、あるいは昇華、噴霧堆積、凝結、鋳込み、回転成形、溶液流延、スパッタリング、または同等の方法を含む任意の好適な方法によって導電層114でコーティングしてもよい。モールドピラー110が保護層112を有する場合、保護層112の露光される表面は、導電層114でコーティングされてもよい。いくつかの実施形態において、モールドピラー110または保護層112は、まず犠牲層(すなわち、後に溶解、融解、または別の方法で破壊されてもよい層)でコーティングされてよく、その後犠牲層の露光される表面は導電層114でコーティングされてもよい。いくつかの実施形態では、導電層114それ自体が犠牲層を提供してもよい(以下で詳述される)。
・ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)、・ポリ(酢酸ビニル)、・ポリアクリロニトリル、・ポリ(塩化ビニル)、・ポリ(塩化ビニリデン)、・ポリエチレン(LDPE、HDPE)、・ポリプロピレン、・ポリスチレン、・ポリテトラフルオロエチレン、・生分解性のポリマーおよびコポリマー(例えば、ポリ(乳酸)、ポリ(乳酸−コ−グリコール酸)、ポリ(カプロラクトン)、ポリホスファゼン、およびポリ無水物)、・バイオポリマー(例えば、多糖類(例えば、キトサンおよびセルロース)、ポリペプチド、およびポリヌクレオチド)、および/または
・同等のもの
導電性複合ポリマーマトリックスに使用してもよい導電性粒子としては、カーボンブラック(CB)粒子、金属粒子(例えば、銀ナノ粒子)、金属酸化物粒子、導電性ポリマーを含む粒子、および同等のもの、あるいはカーボンブラック(CB)粒子、金属粒子(例えば、銀ナノ粒子)、金属酸化物粒子、導電性ポリマーを含む粒子、または同等のものが挙げられる。いくつかの実施形態では、導電層114は1種以上の好適な金属またはそれらの合金を含んでもよい。
・以下を含む非イオン性界面活性剤:
○ポリオキシエチレングリコールオクチルフェノールエーテル(Triton X−100)、○グルコシドアリルエーテル(ラウリルグルコシド)、○ソルビタンアルキルエステル(span)、○ポリエチレングリコールのコポリマー類、○ポリプロピレングリコール(ポロキサマー)、および/もしくは
○同等のもの
・以下を含むアニオン性界面活性剤:
○ドデシル硫酸ナトリウム、○ラウリル硫酸アンモニウム、○ラウリル硫酸ナトリウム、○アルキル−アリールエーテルホスフェート、○アルキルエーテルホスフェート、○ジオクチルナトリウムスルホスクシネート
○パーフルオロオクタンスルホネート、および/もしくは
○同等のもの
・以下を含むカチオン性界面活性剤:
○セチルトリメチルアンモニウムブロミド、○塩化セチルピリジニウム、および
○ジメチルジオクタデシルアンモニウムクロリド、および/もしくは
○同等のもの、ならびに
・以下を含む双極性界面活性剤:
○レシチン(ホスファチジルコリン)、○CHAPS(3−[(3−コラミドプロピル)ジメチルアンモニオ]−1−プ○ロパンスルホネート)、および/もしくは
○同等のもの、ならびに/または
・同等のもの
いくつかの実施形態において、導電層114を塗布する前に、物質をモールドピラー110および基材104、あるいはモールドピラー110または基材104(または、存在する場合、保護層112または犠牲層)に塗布して、表面付着性を改善してもよい。例えば、特定の一例示的実施形態において、20μlのヘキサメチルジシラザン(HMDS、オンタリオ州オークビルSigma−Aldrich(登録商標)より入手)をモールドピラー110(例えば、図示した実施形態の場合、保護層112に)および基材104に室温で塗布してもよい。次いで、40μlの9重量%PMMA/CB混合物をモールドピラー110および基材104に堆積させて、その後80℃で3時間ベークし、NMPを蒸発させ、PMMA/CB混合物を完全に乾燥させてもよい。PMMA/CBの得られた層は基材104において100μm厚であってよく、モールドピラー110の先端110Aに向かうにつれて厚さが徐々に減少してもよい。
(マイクロニードルを提供するための導電層への金属層の堆積)
1つまたは複数の金属層118を、電気めっき、スパッタリングおよび同等の方法、あるいは電気めっき、スパッタリングまたは同等の方法を含む任意の好適な方法を使用して導電層114に堆積させてもよい。現在好ましい実施形態では、1つまたは複数の金属層118は、電気めっき技術を使用して有孔導電層114Aに塗布され、これにより1つまたは複数の対応する有孔金属層118Aを形成する。本明細書においては、用語「金属層118」の使用は、その文脈が指示する場合、有孔金属層118Aを含んでもよい(が、必ずしも含まなくてもよい)。金属層118は、非限定的な例として、コバルト、ニッケル、クロム、マンガン、鉄、金、銅、鉛、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、水銀、レニウム、チタン、ニオビウム、タンタル、オスミウム、イリジウム、プラチナ、これらの組み合わせ、および同等のもの、あるいはコバルト、ニッケル、クロム、マンガン、鉄、金、銅、鉛、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、水銀、レニウム、チタン、ニオビウム、タンタル、オスミウム、イリジウム、プラチナ、これらの組み合わせ、または同等のものを含む任意の好適な金属を含んでもよい。金属層118は、これから作製されるマイクロニードル120に望ましい構造強度を付与することができる。
(マイクロニードルのモールドピラーからの除去)
金属層118により提供されるマイクロニードル120は任意の好適な方法によってモールドピラー110から除去されてもよい。非限定例としては、・モールドピラー110は、金属層118(およびマイクロニードル120)がモールドピラー110から除去できるまで、少なくとも部分的に溶解されるか、または別の方法で消耗されてもよい。
・導電層114は、金属層118(およびマイクロニードル120)がモールドピラー110から除去できるまで、少なくとも部分的に溶解されるか、または別の方法で消耗されてもよい。
・導電層114は金属層118との表面結合が弱くてもよいことにより、金属層118(およびマイクロニードル120)がモールドピラー110から機械的に除去できる。
・導電層114は、金属層118(およびマイクロニードル120)が機械的に除去できるまで、熱処理によって軟化されるか、または融解されてもよい。
・犠牲層はモールドピラー110と導電層114との間に形成されてもよい:
○マイクロニードル120(金属層118と、導電層114の可能であれば一部またはすべてを含む)をモールドピラー110から除去できるように、犠牲層は少なくとも部分的に溶解され、消耗され、または破壊されてもよい
○マイクロニードル120(金属層118と、導電層114の可能であれば一部またはすべてを含む)のモールドピラー110からの機械的除去が可能なように、犠牲層は導電層144と弱く表面結合してもよい
○マイクロニードル120(金属層118と、導電層114の可能であれば一部またはすべてを含む)をモールドピラー110から除去するために、犠牲層は熱処理によって少なくとも軟化されるか、または融解されてもよい、および/または
・同等の方法
犠牲層は導電性であっても非導電性であってもよい。犠牲層は二酸化ケイ素、窒化ケイ素、シリコンゲルマニウム、およびポリシリコンを含む任意の好適な材料から作成されてもよい。昇華、噴霧堆積、化学気相成長、凝結、鋳込み、溶液流延、スパッタリング、および同等の方法、あるいは昇華、噴霧堆積、化学気相成長、凝結、鋳込み、溶液流延、スパッタリング、または同等の方法を含む任意の好適な方法によって犠牲層が堆積されてもよい。
(用途1:送達デバイス)
マイクロニードル120は、ヒトもしくは動物の組織、または植物もしくは土壌へと作用物質を送達するために使用されてもよい。マイクロニードル120を使用して、薬物、化合物、粒子、および懸濁液を含む任意の好適な作用物質を送達してもよい。マイクロニードル120を使用して、ワクチン、Botox(登録商標)のような神経毒、およびアレルギー検査のための作用物質を送達してもよい。
(用途2:穿孔デバイス)
マイクロニードル120は、皮膚(例えば、角質層)に穿孔する(例えば、孔を形成する、引っかく、傷をつける)穿孔デバイスとして使用してもよい。中実または中空のマイクロニードル120を使用してもよい。マイクロニードル120は、スタンピングおよびロール(例えば、マイクロニードル120のアレイをローラーに取り付け、ローラーを皮膚領域全体に転がす)を含む任意の好適な方法によって皮膚に当ててもよい。
(用途3:センシング)
マイクロニードル120を使用して、1種以上の作用物質を吸い上げることができる。例えば、中空マイクロニードル120のアレイを使用して、皮膚に貫入し、生体液(例えば、抗がん剤を含有する間質液)を吸い上げることができる。流体は、圧力、電界、毛細管力、およびマイクロニードル120内のキャリア液体による拡散を含む任意の好適な方法によって能動的にマイクロニードル120に引き込まれ得る。流体はその後、1つまたは複数のセンシング領域へと向けられてもよい。流体はチャネルを介してセンシング領域へと移送されてもよい。センシング領域は、マイクロニードルアレイの、流体がマイクロニードルアレイに入る側とは反対側に位置付けられてもよい。センシング領域は、光学センサおよび電気化学センサを含む任意の好適なセンサを備えてもよい。
(用途4:材料堆積)
マイクロニードル129を使用して、材料(例えば、流体、粉末等)を堆積させることができる。マイクロニードル120はノズルとして機能してもよい。流体の液滴が個々のマイクロニードル開口部から排出され得る(インクジェット式印刷と同様の方法で)。あるいは、流体の噴流が個々のマイクロニードル開口部から排出されてもよい。比較的粘稠な流体の場合、この排出によって比較的粘稠な噴流を形成できる。材料は、圧力および電界の印加を含む任意の好適な方法を使用して排出されてもよい。
(用途5:電着)
マイクロニードル120を使用して、電界紡糸またはエレクトロスプレー堆積によって材料を堆積させてもよい。電界が、排出される材料と、標的基材(または標的基材の下の電極)との間に印加されてもよい。材料が電極に接触してから材料がマイクロニードル120を出てもよく、またはマイクロニードル120を電極として使用してもよい。材料はさらに、容積移送式ポンプによって駆動されてもよい。材料がマイクロニードル120を出るときに材料は液滴へと分裂してもよく、または材料は噴流を形成してもよい。電界によって、この噴流はホイッピングモーションを受け、噴流を引き延ばす。材料がポリマー溶液である場合、溶媒は蒸発して、非常に薄い繊維を残すことができる。
(用途6:燃焼)
マイクロニードル120は液体または気体燃料用の燃料噴射器として使用できる。燃料はマイクロニードル120を通って排出されてもよい。燃料は、互いに反応可能な材料の混合物を含んでもよい。燃料は周りの空気または他のマイクロニードル120を出る物質と反応してもよい。燃料は点火されてもよい。
(用途7:入れ墨)
マイクロニードル120を使用して、入れ墨を形成することができる。比較的短いマイクロニードル120を使用して、一時的な入れ墨を形成することができる。比較的長いマイクロニードル120を使用して、永久的な入れ墨を形成することができる。
(用途8:画像化)
マイクロニードル120は材料または組織に埋め込まれて、画像化することができる。例えば、マイクロニードルアレイは器械またはインプラントのような医療デバイスの一部を形成することができ、このデバイスは組織に挿入または埋め込まれ得る。マイクロニードルアレイは、放射線イメージング、X線イメージング、コンピュータ断層撮影イメージング、蛍光透視/血管造影イメージング、およびこれらの任意の組み合わせを含む任意の好適な画像化プロセスによって画像化され得る。金属マイクロニードル120は、良好なX線造影特性を有してもよい。
Claims (28)
- マイクロニードルを作製する方法であって、
モールドピラーを準備することと、
導電性ポリマー層を前記モールドピラー上に形成することと、
前記導電性ポリマー層上に金属層を堆積させてマイクロニードルを得ることと
を含み、
前記マイクロニードルは前記金属層から形成され、
前記金属層を前記導電性ポリマー層上に堆積させることは、前記金属層を前記導電性ポリマー層上に電気めっきすることと、前記電気めっきプロセスにおいて前記導電性ポリマー層を電極として使用することとを含む方法。 - 前記モールドピラーは基材表面から離れるように延びる、請求項1に記載の方法。
- 前記モールドピラーは、底部および先端を有する円錐形モールドピラーを含み、前記モールドピラーを準備することは、エッチングプロセスを使用して前記モールドピラーの前記先端を鋭利にすることを含む、請求項1または2に記載の方法。
- 前記モールドピラーは、前記モールドピラーを後のプロセスから保護し、複数のマイクロニードルを作製するために前記モールドピラーを使用可能にするための保護層を含む、請求項1〜3のうちいずれか一項に記載の方法。
- 前記モールドピラー上に前記導電性ポリマー層を形成することは、溶液流延プロセスを使用することを含む、請求項1〜4のうちいずれか一項に記載の方法。
- 前記導電性ポリマー層を溶液流延することは、ポリマーおよび導電性粒子を溶媒に添加することを含む、請求項5に記載の方法。
- 界面活性剤を前記溶媒に添加することを含む、請求項6に記載の方法。
- 前記導電性ポリマー層は有孔導電性ポリマー層を含む、請求項1〜7のうちいずれか一項に記載の方法。
- 前記モールドピラーを前記導電性ポリマー層でコーティングすることと、その後前記導電性ポリマー層の一部を除去して孔を形成することとによって有孔導電性ポリマー層を形成することを含む、請求項8に記載の方法。
- ドライエッチング、フォトリソグラフィ、機械的研削、および局所加熱の1つまたは複数によって前記導電性ポリマー層の一部を除去することを含む、請求項9に記載の方法。
- 前記モールドピラーの領域にコーティングを塗布することと、
前記導電性ポリマー層が前記コーティングされる領域に位置する孔を有して形成されるように、前記コーティングによってはじかれる溶媒を使用して前記モールドピラーに前記導電性ポリマー層を溶液流延することとによって前記有孔導電性ポリマー層を形成することを含む、請求項8に記載の方法。 - 前記モールドピラーの第1の領域が前記モールドピラーの第2の領域よりも縦方向に高くなるように、前記モールドピラーを配向させることと、
重力によって前記導電性ポリマー層が第1の領域に孔を有して形成されるように、前記モールドピラー上に前記導電性ポリマー層を溶液流延することとによって前記有孔導電性ポリマー層を形成することを含む、請求項8に記載の方法。 - 前記金属層は、前記導電性ポリマー層に隣接する金属製の第1の副層と、前記金属製の第1の層に隣接する金属製の第2の副層とを含む、請求項1〜12のうちいずれか一項に記載の方法。
- 前記金属製の第1の副層は構造的金属を含み、前記金属製の第2の副層は生体適合性金属を含むか、または
前記第1の金属副層は生体適合性金属を含み、前記第2の金属副層は構造的金属を含む、請求項13に記載の方法。 - コーティングを前記マイクロニードルに塗布することをさらに含む、請求項1〜14のうちいずれか一項に記載の方法。
- 前記マイクロニードルを前記モールドピラーから除去することと、
前記コーティングを前記マイクロニードルの内部表面に塗布することと
を含み、
前記マイクロニードルの前記内部表面は、前記マイクロニードルが前記モールドピラーから除去される前に前記モールドピラーによって隠されている、請求項15に記載の方法。 - 前記コーティングは、生体適合性コーティング、電気絶縁性コーティング、および金属のうち少なくとも1つを含む、請求項15または16に記載の方法。
- 前記マイクロニードルを前記モールドピラーから除去することと、再び前記モールドピラーを使用して第2のマイクロニードルを作製することとを含む、請求項1〜17のうちいずれか一項に記載の方法。
- 前記再び前記モールドピラーを使用して前記第2のマイクロニードルを作製することは、第2の金属層を前記モールドピラー上に堆積させて、前記第2のマイクロニードルを得ることを含む、請求項18に記載の方法。
- 前記モールドピラーから前記第1のマイクロニードルを除去することは、少なくとも部分的に前記導電性ポリマー層を溶解させることを含む、請求項18または19に記載の方法。
- 前記モールドピラーと前記導電性ポリマー層との間に犠牲層を形成することを含み、前記モールドピラーから前記第1のマイクロニードルを除去することは、少なくとも部分的に前記犠牲層を溶解させることを含む、請求項18〜20のうちいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の金属層を前記モールドピラー上に堆積させて、前記第2のマイクロニードルを得ることは、前記導電性ポリマー層上に前記第2の金属層を堆積させて前記第2のマイクロニードルを得ることを含む、請求項19〜21のうちいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の金属層を前記モールドピラー上に堆積させて、前記第2のマイクロニードルを得ることは、
第2の導電層を前記モールドピラー上に形成することと、
前記第2の導電層上に前記第2の金属層を堆積させて前記第2のマイクロニードルを得ることとを含む、請求項19〜21のうちいずれか一項に記載の方法。 - 前記モールドピラーから前記第1のマイクロニードルを除去することは、前記モールドピラーを無傷のままで残す、請求項18〜23のうちいずれか一項に記載の方法。
- 前記導電性ポリマー層を前記モールドピラー上に形成することは、保護層を前記モールドピラー上に堆積させて前記モールドピラーを前記保護層でコーティングすることと、前記導電性ポリマー層を前記保護層上に堆積させて前記保護層をコーティングすることと、を含む、請求項2に記載の方法。
- 前記保護層をコーティングする前記導電性ポリマー層を形成した後において、前記モールドピラーをコーティングした複数の層の厚さは、前記基材に近い領域では比較的厚く、前記基材からより離れた領域では比較的薄い、請求項25に記載の方法。
- 前記保護層をコーティングする前記導電性ポリマー層を形成した後において、前記モールドピラーをコーティングする前記保護層と、前記保護層をコーティングする前記導電性ポリマー層とを合わせた厚さは、前記基材に近い領域では比較的厚く、前記基材からより離れた領域では比較的薄い、請求項25に記載の方法。
- 前記保護層をコーティングする前記導電性ポリマー層の厚さは、前記基材に近い領域では比較的厚く、前記基材からより離れた領域では比較的薄い、請求項25に記載の方法。
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