JP6608336B2

JP6608336B2 - マイクロニードルアレイ

Info

Publication number: JP6608336B2
Application number: JP2016112572A
Authority: JP
Inventors: 正哉原; 潤二黒木; 史樹谷口; 啓二木寺; 利明中; 敦弘東島; 正昭松尾; 康典田代; 高廣伊藤; 知広引間; 正人高田
Original assignee: Kyushu Institute of Technology NUC; Mishima Kosan Co Ltd
Current assignee: Kyushu Institute of Technology NUC; Mishima Kosan Co Ltd
Priority date: 2016-06-06
Filing date: 2016-06-06
Publication date: 2019-11-20
Anticipated expiration: 2036-06-06
Also published as: JP2017217132A

Description

本発明は、例えば、従来使用されている注射器の代わりに体内への投薬を行うことが可能なマイクロニードルアレイに関する。

今後、高齢化社会が進むにつれ、社会体制の中で医療の占める比率が増加する。このため、例えば、老齢者や仕事多忙者等の通院頻度の軽減化を図る方策の一つとして、また、遠隔地や過疎地のような医師や病院数の不足地域に対する在宅医療の一環として、医師の処方に基づいた在宅投薬を行うニーズは大きくなる。
医療行為の中では、外傷等の患部への外科的処置と投薬治療が大きな比率を占め、更に投薬治療においては、注射器による体内投薬が大きな比率を占めている。この注射器による投薬は、通常、医師や看護師のような有資格者が病院で施行するものであるが、糖尿病に対するインシュリン投与のように、中には患者自身が在宅で施行することを認められているものもある。

注射器による投薬の長所は、皮下や血管に直接投薬できる点にあるが、欠点は、注射の際の痛みや、投薬回数の増加に伴い傷（注射痕）が残ったり腫れたりする点にある。
そこで、注射器の代わりに、先端が尖ったマイクロニードル（例えば、直径が０．３〜０．５ｍｍの微小針）を平板上に複数（例えば、３０〜３００／ｃｍ^２）有する樹脂製のマイクロニードルアレイを使用することが考えられている。このマイクロニードルアレイの使用にあっては、マイクロニードルの長さを皮下の無痛点の深さに到達可能な寸法にすることで使用時の痛みを解消（無痛化を達成）することができ、また、パッチ式に表皮に貼り当てるだけの使用方法となるため患者自身が在宅で容易に投薬できることから、患者への負担が大いに軽減される。

このように、マイクロニードルアレイは、各種長所を有し、今後社会の中で大きなニーズを有するものであるため、その実用化が図られれば、今後の高齢化社会に大きく貢献できるものと考えられる。
上記したマイクロニードルアレイは、例えば、特許文献１に開示の金型、具体的には、マイクロニードルの形状、例えば、先側が単純円錐形状に対応した凹部が形成された金型を用いて、射出成形により製造できる。これにより、マイクロニードルアレイを、安価に大量生産することが可能となる。

特開２０１２−２１７６５３号公報

しかしながら、従来の単純円錐形状のマイクロニードルアレイでは、皮膚に刺した際に、皮膚が蓋状に穴開き変形する（マイクロニードルと接触した皮膚の一部が、皮膚表層と一部で繋がった状態でマイクロニードルと共に皮膚内に押し込まれる）ため、マイクロニードルを抜いた際皮膚の穴が塞がり（マイクロニードルと共に皮膚内に押し込まれた皮膚の一部が、マイクロニードルの引き抜きに合わせて皮膚表層部に復帰する際に、マイクロニードルにより注入された薬品を皮膚表層側に移動させるため）薬品が浸透し難くなるという問題が生じる。
このため、従来の形状のマイクロニードルアレイは、注射器の代わりとして使用するための十分な機能を備えていなかった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、注射器の代わりに表皮下に効果的に薬品を注入することが可能なマイクロニードルアレイを提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係るマイクロニードルアレイは、円錐台状に先細になった複数の樹脂製のマイクロニードル１１ａが台座１２ａ上に分散配置されたマイクロニードルアレイ１０ａにおいて、
前記各マイクロニードル１１ａには、該マイクロニードル１１ａの軸心に沿って先側に開口して薬剤を保持可能な収納部２９が形成され、
しかも、該収納部２９の断面形状を前記マイクロニードル１１ａの軸心に沿って底側に向けて前記収納部２９の幅が徐々に幅狭となる台形状とし、
かつ、前記収納部２９の先側には、底部が円弧状となったＶ字状の切欠きによって形成され、該収納部２９の内側面２９ａと前記マイクロニードル１１ａの外側面３０とを有する刃先部３３が設けられ、
前記刃先部３３は、前記軸心に向けて下り勾配となる２つの傾斜面と前記マイクロニードル１１ａの外側面３０のそれぞれの交差部に沿って形成される第１、第２の分割刃３４、３５を備えた第１、第２の分割刃先部３４ａ、３５ａを有し、使用時に前記収納部２９内に溜めた薬剤を前記切欠きから側方に押し出している。

本発明に係るマイクロニードルアレイにおいては、マイクロニードルを皮膚に刺し込むと、皮膚の上面側（表皮）には収納部の刃先部により切り裂かれた環状の切り込み部を備えた穴が形成される（切り込み部の内側に存在する表皮は収納部内に収納される）。
従って、マイクロニードルを、マイクロニードルの先端が表皮下（真皮）に到達するのに十分な長さ（高さ）に形成し、マイクロニードルに形成した収納部内に薬剤（薬液）を存在させておくことにより、マイクロニードルの先端が表皮下に達した際に、皮膚に開けた穴を通して薬剤を体内へ移動させることができる。更に、収納部内に進入した表皮で収納部内の薬剤を押し出すことができ、薬剤を切り込み部から表皮内に進入させて表皮下に効果的に到達させることも期待できる。これにより、注射器の代わりに使用可能な性能を備えたマイクロニードルアレイを提供することが可能となる。

本発明の第1、第２の実施の形態に係るマイクロニードルアレイの斜視図である。（Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係るマイクロニードルアレイを構成するマイクロニードルの斜視図、（Ｂ）は同マイクロニードルの側断面図である。同マイクロニードルの平面図である。（Ａ）は本発明の第２の実施の形態に係るマイクロニードルアレイを構成するマイクロニードルの斜視図、（Ｂ）は同マイクロニードルの側断面図である。同マイクロニードルの平面図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の第１、第２の実施の形態に係るマイクロニードルアレイ１０、１０ａは、概略形状が円錐台状（先細になった形状の一例）となった複数の樹脂製のマイクロニードル（針又は微小針ともいう）１１、１１ａが、例えば、マイクロニードル１１、１１ａと同一の樹脂を用いて形成された台座の一例である平板１２、１２ａ上に分散配置（設定した配置パターンで立設）されたものであって、例えば、従来使用されている注射器の代わりに体内への投薬を行うもの（医療用デバイス）である。以下、詳細に説明する。

図２（Ａ）、（Ｂ）、図３に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロニードルアレイ１０の各マイクロニードル１１には、例えば、平面視して円形となって、マイクロニードル１１の軸心に沿って先側に開口して薬剤（薬液）を保持可能な収納部１３が形成され、かつ、収納部１３の先側には、収納部１３の内側面１４とマイクロニードル１１の側面１５とを有する刃先部１６が設けられている。そして、刃先部１６の刃１６ａは、収納部１３の内側面１４とマイクロニードル１１の側面１５の交差部に沿って連続して形成されている。

図１に示すように、平板１２の形状は、平面視して長方形（正方形でもよい）であるが、特に限定されるものではなく、使用する状況に合わせて、例えば、円形、楕円形、又は多角形（正多角形）等でもよい。
更に、台座を平板１２とする代わりに、薬剤を注入する部位の表面形状に合わせて湾曲した曲面状としても、穿刺具の先端部に容易に装着できるように立体形状（例えば、キャップ状）としてもよい。
また、マイクロニードル１１の概略形状を円錐台状としたが、マイクロニードルの概略形状を、例えば、楕円錐台状や多角錐台状（三角錐台状や四角錐台状等）としてもよい。
図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、各マイクロニードル１１の高さＨ_１は０．２〜２ｍｍ、好ましくは０．３〜０．７ｍｍである。これによって、刃先部１６の刃１６ａにより皮膚の表皮を破って刃１６ａを真皮に到達させることができる。

各マイクロニードル１１の底面直径Ｄ（基端幅）は、０．１〜０．５ｍｍ、好ましくは０．３〜０．５ｍｍである。これによって、マイクロニードルアレイ１０の使用時（マイクロニードル１１を皮膚に刺し込んだ際）に、マイクロニードル１１が折損するのを抑制、更には防止することができると共に、マイクロニードルアレイ１０の使用時に、各マイクロニードル１１の先端を皮下の無痛点の深さに到達させて、痛みを感じさせないように（感じ難くさせることが）できる。

マイクロニードル１１を皮膚（表皮）に押し当てると（刃先部１６の刃１６ａにより皮膚に切り込みを入れると）、皮膚の表層側には平面視して環状の切り込み部が形成され、マイクロニードル１１を皮膚に押し込むと、切り込み部の内側に存在する皮膚は収納部１３内に進入することになる。ここで、収納部１３の深さＨ_２を、マイクロニードル１１の高さＨ_１に相当する長さより短く形成することにより、収納部１３内の薬剤は表皮下に移動する、あるいは、収納部１３内の薬剤を収納部１３内に進入する皮膚により確実に押し出すことも期待できる。これにより、押し出された薬剤を、収納部１３の内側面１４に沿って皮膚に形成される切り込み部を用いて真皮（表皮下）に効果的に到達させることが可能になる。

なお、収納部１３の深さＨ_２は、収納部１３の幅（直径）と収納部１３内に保持させる薬剤の量に基づいて決定することになるが、収納部１３の幅を０．０５〜０．３ｍｍ、好ましくは０．１〜０．２ｍｍの範囲で、収納部１３の深さＨ_２を０．１〜１．９ｍｍ、好ましくは０．１〜１ｍｍの範囲でそれぞれ設定することが望ましい。
なお、図２（Ｂ）に示すように、収納部１３の断面形状を、マイクロニードル１１の軸心方向に沿って長辺が配置される長方形状としたが、内側面１４と底面が滑らかに接続されるように底面側の角部に丸みを形成した長方形状とすることも、マイクロニードル１１の軸心に沿って収納部１３の幅が徐々に幅狭となる三角形状又は台形状とすることもできる。

マイクロニードル１１は、平板１２の１ｃｍ^２程度の範囲に、例えば、１０〜３０００本（好ましくは、下限が５０本、上限が１０００本）程度、分散配置されている。従って、平板１２の大きさは、上記マイクロニードル１１を配置可能な面積を有すればよい。
ここで、図１に示すように、複数のマイクロニードル１１で構成されるマイクロニードル群１７の平板１２上の配置領域は、平面視して長方形（正方形でもよい）であるが、例えば、円形や楕円形、また、多角形でもよく、長方形であれば長辺が、円形であれば直径が、楕円形であれば長径が、多角形（正多角形）であれば一辺が、例えば、５〜５０ｍｍ程度となっている。

また、図１において、各マイクロニードル１１は平板１２上に、平面視して碁盤目状に分散配置されているが、各マイクロニードルを平板上に、例えば、千鳥状に又はランダムに分散配置することもできる。ここで、千鳥状に分散配置するとは、マイクロニードルが一定間隔で直線状に並んだ（立設した）複数の列でマイクロニードル群が構成される場合において、平面視して隣り合う列の間で、一方の列のマイクロニードルが、他方の列の隣り合うマイクロニードルの隙間の中央に対応する位置に配置（立設）されている状態をいう。
なお、マイクロニードル１１の形状、寸法、及び、本数、また、平板１２へのマイクロニードル１１の配置の仕方や配置範囲の各条件は、マイクロニードルアレイ１０の使用用途（例えば、人体に必要な投薬量）を満足できれば、特に限定されるものでなく、種々変更できる。

マイクロニードル１１を形成する樹脂としては、例えば、生分解性プラスチック（生分解性樹脂）や熱可塑性樹脂を使用できる。
生分解性プラスチックは、微生物により分解されるプラスチックであり、例えば、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリグリコール酸、変性ポリビニルアルコール、カゼイン、変性澱粉等があるが、特にポリ乳酸が好ましい。このポリ乳酸は、トウモロコシを原料としており、人の体内や自然環境で二酸化炭素と酸素に分解されるという特徴を持っている。このため、マイクロニードルをポリ乳酸製とすることで、マイクロニードルがもし体内で折れてしまっても、体内で分解され吸収されてしまうので，人体に対し安全である。

熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、メタクリル酸樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等を使用できるが、ポリカーボネート樹脂が好ましい。

図１、図４（Ａ）、（Ｂ）、図５に示すように、本発明の第２の実施の形態に係るマイクロニードルアレイ１０ａの各マイクロニードル１１ａには、例えば、平面視して円形となって、マイクロニードル１１ａの軸心に沿って先側に開口して薬剤を保持可能な収納部２９が形成され、かつ、収納部２９の先側には、収納部２９の内側面２９ａとマイクロニードル１１ａの側面３０とを有する刃先部３３が設けられ、刃先部３３は、例えば、軸心に向けて両側から下り勾配となって対向する第１、第２の傾斜面３１、３２とマイクロニードル１１ａの側面３０のそれぞれの交差部に沿って形成される第１、第２の分割刃３４、３５を備えた第１、第２の分割刃先部３４ａ、３５ａを有している。
即ち、円錐状のマイクロニードル１１ａの先部には、薬剤を保持可能な有底円筒状の収納部（窪み）２９が設けられ、かつ、マイクロニードル１１ａの先部には、上方に開口する複数の切欠きが設けられていることになる。

図４（Ｂ）に示すように、第１の分割刃先部３４ａを側面視した際の先端の刃先角α（側面３０と収納部２９の内側面２９ａとの間の角度）と、第２の分割刃先部３５ａを側面視した際の先端の刃先角β（側面３０と収納部２９の内側面２９ａとの間の角度）はそれぞれ３〜４５度である。なお、刃先角α、βを共に４５度より大きくすると、刃先部３３の刃（第１、第２の分割刃３４、３５）の切り込み性能が低下するので好ましくない。また、刃先角α、βを３度未満とすると、第１、第２の分割刃先部３４ａ、３５ａの剛性が低下し、変形し易くなるので好ましくない。
なお、本実施の形態では、刃先部３３を、第１の分割刃３４を備えた第１の分割刃先部３４ａと、第２の分割刃３５を備えた第２の分割刃先部３５ａを有する構成としたが、軸心に向けて下り勾配となる３以上の傾斜面とマイクロニードルの側面のそれぞれの交差部に沿って形成される分割刃をそれぞれ備えた３以上の分割刃先部を有する構成とすることもできる。

図１に示すように、平板１２ａの形状は、平面視して長方形（正方形でもよい）であるが、特に限定されるものではなく、使用する状況に合わせて、例えば、円形、楕円形、又は多角形（正多角形）等でもよい。
更に、台座を平板１２ａとする代わりに、薬剤を注入する部位の表面形状に合わせて湾曲した曲面状としても、穿刺具の先端部に容易に装着できるように立体形状（例えば、キャップ状）としてもよい。
また、マイクロニードル１１ａの概略形状を円錐台状としたが、マイクロニードルの概略形状を、例えば、楕円錐台状や多角錐台状（三角錐台状や四角錐台状等）としてもよい。

図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、各マイクロニードル１１ａの高さＨ_１は０．２〜２ｍｍ、好ましくは０．３〜０．７ｍｍである。これによって、皮膚の表皮を破り、第１、第２の分割刃先部３４ａ、３５ａの先端を真皮に到達させることができる。
各マイクロニードル１１ａの底面直径Ｄ（基端幅）は、０．１〜０．５ｍｍ、好ましくは０．３〜０．５ｍｍであり、第１、第２の分割刃先部３４ａ、３５ａの先端間の距離Ｓ、即ち、収納部２９の幅（直径）は０．０５〜０．３ｍｍ、好ましくは０．１〜０．２ｍｍである。これによって、マイクロニードルアレイ１０ａの使用時（マイクロニードル１１ａを皮膚に刺し込んだ際）に、マイクロニードル１１ａが折損するのを抑制、更には防止することができると共に、マイクロニードルアレイ１０ａの使用時に、各マイクロニードル１１ａの先端を皮下の無痛点の深さに到達させて、痛みを感じさせないように（感じ難くさせることが）できる。

マイクロニードル１１ａを皮膚（表皮）に押し当てると（第１、第２の分割刃先部３４ａ、３５ａの第１、第２の分割刃３４、３５により皮膚に切り込みを入れると）、皮膚の表層側には平面視して環状の切り込み部が形成され、マイクロニードル１１ａを皮膚に押し込むと、切り込み部の内側に存在する皮膚は収納部２９内に進入することになる。ここで、収納部２９の深さＨ_２を、マイクロニードル１１ａの高さＨ_１に相当する長さより短く形成することにより、収納部２９内の薬剤は表皮下に移動する、あるいは、収納部２９内の薬剤を収納部２９内に進入する皮膚により確実に押し出すことも期待できる。これにより、押し出された薬剤を、収納部２９の内側面２９ａに沿って皮膚に形成される切り込み部を用いて真皮（表皮下）に効果的に到達させることが可能になる。

なお、収納部２９の深さＨ_２は、収納部２９の幅（直径）と収納部２９内に保持させる薬剤の量に基づいて決定することになるが、収納部２９の幅を０．０５〜０．３ｍｍ、好ましくは０．１〜０．２ｍｍの範囲で、収納部２９の深さＨ_２を０．１〜１．９ｍｍ、好ましくは０．１〜１ｍｍの範囲でそれぞれ設定することが望ましい。
なお、図４（Ｂ）に示すように、収納部２９の基側の断面形状を、マイクロニードル１１ａの軸心方向に沿って長辺が配置される長方形状としたが、内側面２９ａと底面が滑らかに接続されるように底面側の角部に丸みを形成した長方形状とすることも、マイクロニードル１１ａの軸心に沿って収納部２９の幅が徐々に幅狭となる三角形状又は台形状とすることもできる。

マイクロニードル１１ａは、平板１２ａの１ｃｍ^２程度の範囲に、例えば、１０〜３０００本（好ましくは、下限が５０本、上限が１０００本）程度、分散配置されている。従って、平板１２の大きさは、上記マイクロニードル１１ａを配置可能な面積を有すればよい。
ここで、図１に示すように、複数のマイクロニードル１１ａで構成されるマイクロニードル群３６の平板１２ａ上の配置領域は、平面視して長方形（正方形でもよい）であるが、例えば、円形や楕円形、また、多角形でもよく、長方形であれば長辺が、円形であれば直径が、楕円形であれば長径が、多角形（正多角形）であれば一辺が、例えば、５〜５０ｍｍ程度となっている。

図１において、各マイクロニードル１１ａは平板１２ａ上に、平面視して碁盤目状に分散配置されているが、各マイクロニードルを平板上に、例えば、千鳥状に又はランダムに分散配置することもできる。
また、マイクロニードル１１ａの形状、寸法、及び、本数、また、平板１２ａへのマイクロニードル１１ａの配置の仕方や配置範囲の各条件は、マイクロニードルアレイ１０ａの使用用途（例えば、人体に必要な投薬量）を満足できれば、特に限定されるものでなく、種々変更できる。

マイクロニードル１１ａを形成するために使用する樹脂は、マイクロニードル１１の形成に使用したのと同様の樹脂を使用することができるので、説明は省略する。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
また、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明のマイクロニードルアレイを構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、マイクロニードルアレイ全体が樹脂で構成される必要はなく、少なくともマイクロニードルが樹脂で構成されていればよい。
また、マイクロニードルの表面が処理（例えば、粗度の調整、めっき層等のコーティング層の形成等）されていてもよい。
更に、本発明の第１、第２の実施の形態に係るマイクロニードルアレイは、従来使用されている注射器の代わりに体内への投薬を行うもの（医療用デバイス）であるが、皮膚や頭皮への美容液の投与等に使用することも可能である。

１０、１０ａ：マイクロニードルアレイ、１１、１１ａ：マイクロニードル、１２、１２ａ：平板、１３：収納部、１４：内側面、１５：側面、１６：刃先部、１６ａ：刃、１７：マイクロニードル群、２９：収納部、２９ａ：内側面、３０：側面、３１：第１の傾斜面、３２：第２の傾斜面、３３：刃先部、３４：第１の分割刃、３４ａ：第１の分割刃先部、３５：第２の分割刃、３５ａ：第２の分割刃先部、３６：マイクロニードル群

Claims

円錐台状に先細になった複数の樹脂製のマイクロニードル１１ａが台座１２ａ上に分散配置されたマイクロニードルアレイ１０ａにおいて、
前記各マイクロニードル１１ａには、該マイクロニードル１１ａの軸心に沿って先側に開口して薬剤を保持可能な収納部２９が形成され、
しかも、該収納部２９の断面形状を前記マイクロニードル１１ａの軸心に沿って底側に向けて前記収納部２９の幅が徐々に幅狭となる台形状とし、
かつ、前記収納部２９の先側には、底部が円弧状となったＶ字状の切欠きによって形成され、該収納部２９の内側面２９ａと前記マイクロニードル１１ａの外側面３０とを有する刃先部３３が設けられ、
前記刃先部３３は、前記軸心に向けて下り勾配となる２つの傾斜面と前記マイクロニードル１１ａの外側面３０のそれぞれの交差部に沿って形成される第１、第２の分割刃３４、３５を備えた第１、第２の分割刃先部３４ａ、３５ａを有し、使用時に前記収納部２９内に溜めた薬剤を前記切欠きから側方に押し出すことを特徴とするマイクロニードルアレイ。
請求項１記載のマイクロニードルアレイ１０ａにおいて、前記第１、第２の分割刃先部３４ａ、３５ａの先端間の距離Ｓは０．０５〜０．３ｍｍであり、円錐台状となった前記マイクロニードル１１ａの底面直径Ｄは０．３〜０．５ｍｍとなっていることを特徴とするマイクロニードルアレイ。