JP6732373B2 - 微細中空突起具の製造方法、及び微細中空突起具 - Google Patents

微細中空突起具の製造方法、及び微細中空突起具 Download PDF

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Description

本発明は、開孔部を有する微細中空突起具の製造方法に関する。また、本発明は、開孔部を有する微細中空突起具に関する。
近年、医療分野或いは美容分野において、マイクロニードルによる剤の供給が注目されている。マイクロニードルは、微小サイズの針を皮膚の浅い層に穿刺することで、痛みを伴わずに、注射器による剤の供給と同等の性能を得ることができる。マイクロニードルの中でも、特に開孔部を有する中空型マイクロニードルは、マイクロニードルの内部に配される剤の選択肢を広げることができ有効である。しかし、開孔部を有する中空型マイクロニードルは、特に医療分野或いは美容分野にて使用される場合に、マイクロニードルの形状の精度が求められ、開孔部を通して皮膚の内部に剤を安定的に供給する安定性が求められる。
開孔部を有する中空型マイクロニードルは、例えば、特許文献1〜3に開示されている製造方法により製造することができる。特許文献1には、予め形成されている複数の凹部を備えた型と予め形成されている複数の凸部を備えた型とを用い、各凸部を各凹部内に挿入して、中空マイクロニードルアレイを射出成型により製造する方法が記載されている。
また、特許文献2には、熱インプリント法により基板上に複製された微細なマイクロニードルに、短パルスレーザー光によって開孔部を形成して、微細な開孔部を有する微細なマイクロニードルを製造する方法が記載されている。
また、特許文献3には、熱サイクル射出成形によって中実のマイクロニードルを作製した後、レーザードリルでチャネル孔を形成して、1mm未満の長さを有し且つ断面積が20〜50平方μmの平均チャネル孔を有する中空のマイクロニードルを製造する方法が記載されている。
特表2012−523270号公報 特開2011−72695号公報 特表2012−509106号公報
しかし、特許文献1に記載の製造方法は、射出成型により製造するため、使用する凹部の型と凸部の型との間に、温度のバラつき、或いは摩耗による型の変形が生じ易く、マイクロニードルの形状を精度良く製造することが難しく、開孔部を通して皮膚の内部に剤を安定的に供給することが難しい。
また、特許文献2及び特許文献3に記載の製造方法は、別工程でマイクロニードルを形成した後、後加工でレーザー光を用いて開孔部を形成しているので、別工程の成形型に形成されたマイクロニードルを該成形型から取り出す必要があり、位置合わせがリセットされてしまい、精度良くレーザー光を照射することが難しく、開孔部を有するマイクロニードルの形状を精度良く製造することが難しい。
したがって本発明は、前述した従来技術が有する欠点を解消し得る開孔部を有する微細中空突起具の製造方法を提供することにある。また、本発明は、前述した従来技術が有する欠点を解消し得る開孔部を有する微細中空突起具を提供することにある。
本発明は、微細中空突起具の製造方法であって、熱可塑性樹脂を含む基材シートの一面側から、加熱手段を備える突起部形成用凸型部を当接させて、該基材シートにおける該突起部形成用凸型部との当接部分を熱により軟化させながら、該基材シートの他面側に向かって該突起部形成用凸型部を該基材シートに刺してゆき、該基材シートの他面側から突出する非貫通の微細中空突起部を形成する突起部形成工程と、前記微細中空突起部の内部に前記突起部形成用凸型部を刺した状態で該微細中空突起部を冷却する冷却工程と、前記冷却工程の後工程に、前記微細中空突起部の内部から前記突起部形成用凸型部を抜いて内部が中空の前記微細中空突起部を形成するリリース工程と、形成された前記微細中空突起部の先端部の中心からずれた位置に、該微細中空突起部の内部に貫通する開孔部を形成する開孔部形成工程とを備える、微細中空突起具の製造方法を提供するものである。
また、本発明は、開孔部を有する微細中空突起部を備えた微細中空突起具であって、前記開孔部は、前記微細中空突起部の先端部の中心からずれた位置に配され、該微細中空突起部の中空の内部に貫通しており、前記微細中空突起部は、前記開孔部の周縁部に、該微細中空突起部の内部に向かって凸曲面を描いて隆起する隆起部を備えている、開孔部を有する微細中空突起具を提供するものである。
本発明の製造方法によれば、開孔部を有する微細中空突起具の形状を精度良く製造することができる。また、本発明の微細中空突起具によれば、皮膚に穿刺する際に潰れ難い開孔部を形成できる。
図1は、本発明の開孔部を有する微細中空突起具の製造方法で製造される、開孔部を有する微細中空突起部が配列された微細中空突起具の一例の模式斜視図である。 図2は、図1に示す1個の微細中空突起部に着目した微細中空突起具の斜視図である。 図3は、図2に示すIII−III線断面図である。 図4は、図1に示す微細中空突起具を製造する製造装置の本実施態様の全体構成を示す図である。 図5は、凸型部の凸型の先端径及び先端角度の測定方法を示す説明図である。 図6(a)〜(f)は、図4に示す製造装置を用いて開孔部を有する微細中空突起具を製造する工程を説明する図である。 図7は、図1に示す微細中空突起具を製造する他の製造方法を説明する図である。 図8は、図1に示す微細中空突起具を製造する別の製造方法を説明する図である。 図9(a)及び(b)は、図1に示す微細中空突起部具とは異なる形態を製造する製造方法を説明する図である。 図10は、図1に示す微細中空突起具とは異なる形態を製造する他の製造方法を説明する図である。 図11は、図1に示す微細中空突起具とは異なる形態を製造する別の製造方法を説明する図である。
以下、本発明を、その好ましい実施態様に基づき図面を参照しながら説明する。
図1には、本発明の微細中空突起具の好ましい一実施態様の微細中空突起具1としてのマイクロニードルアレイ1Mの斜視図が示されている。本実施態様のマイクロニードルアレイ1Mは、開孔部3hを有する微細中空突起部3を備えている。そして、マイクロニードルアレイ1Mは、先端側に開孔部3hを有し内部に開孔部3hに繋がる内部空間の形成された微細中空突起部3が、基底部材2から突出する形態となっている。本実施態様のマイクロニードルアレイ1Mは、シート状の基底部材2と複数の微細中空突起部3とを有している。
微細中空突起部3の数、微細中空突起部3の配置及び微細中空突起部3の形状には、特に制限はないが、本実施態様のマイクロニードルアレイ1Mは、シート状の基底部材2の上面に、9個の円錐台状の微細中空突起部3を配列している。配列された9個の微細中空突起部3は、後述する基材シート2Aを搬送する方向(基材シート2Aの縦方向)であるY方向に3行、搬送する方向と直交する方向及び搬送される基材シート2Aの横方向であるX方向に3列に配されている。尚、図2は、マイクロニードルアレイ1Mの有する配列された微細中空突起部3の内の1個の微細中空突起部3に着目したマイクロニードルアレイ1Mの斜視図であり、図3は、図2に示すIII−III線断面図である。
マイクロニードルアレイ1Mは、図2に示すように、開孔部3hを有している。また、マイクロニードルアレイ1Mは、図3に示すように、各微細中空突起部3の内部に、基底部材2から開孔部3hに亘る空間が形成されている。本実施態様のマイクロニードルアレイ1Mでは、開孔部3hは、微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に配され、微細中空突起部3の中空の内部に貫通している。このように開孔部3hが微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に配されていると、マイクロニードルアレイ1Mの微細中空突起部3を皮膚に穿刺する際に開孔部3hが潰れ難く、開孔部3hを通して皮膚の内部に剤を安定的に供給することができる。各微細中空突起部3の内部の空間は、マイクロニードルアレイ1Mにおいては、微細中空突起部3の外形形状に対応した形状に形成されており、本実施態様では、円錐状の微細中空突起部3の外形形状に対応した円錐状に形成されている。尚、微細中空突起部3は、本実施態様においては、円錐状であるが、円錐状の形状以外に、角錐状等であってもよい。
本実施形態のマイクロニードルアレイ1Mでは、微細中空突起部3は、開孔部3hの周縁部に、該微細中空突起部3の内部に向かって凸曲面を描いて隆起する隆起部4を備えている。好適には、微細中空突起部3の頂点と開孔部3hの中心とを通る縦断面を視た際(図3参照)に、微細中空突起部3は、開孔部3hを有する側の一壁部3aにおいて、開孔部3hの周縁部の少なくとも下方側に隆起部4を有している。隆起部4は、図3に示すように、開孔部3hの周縁部から内方に、微細中空突起部3の内部に向かって凸曲面を描いて隆起している。隆起部4は、マイクロニードルアレイ1Mでは、図3に示すように、開孔部3hの周縁部の下方側における肉厚T1(開孔部3hの周縁部の下方側における隆起部4の頂部と外壁32との間隔)が、開孔部3hの周縁部の上方側における肉厚T2(開孔部3hの周縁部の上方側における隆起部4の頂部と外壁32との間隔)よりも厚くなっている。また、本実施態様のマイクロニードルアレイ1Mでは、図3に示すように、開孔部3hを有する側の一壁部3aを構成する下方側の下方壁部分30bの外壁32が、直線状に形成されており、下方壁部分30bの内壁31が、隆起部4を除いて、直線状に形成されている。このように、開孔部3hの周縁部に隆起部4を有していれば、マイクロニードルアレイ1Mの微細中空突起部3を皮膚に穿刺する際に開孔部3hが更に潰れ難く、また、隆起部4が内部に隆起しているので、微細中空突起部3を皮膚に穿刺する際にスムーズに穿刺でき、開孔部3hを通して皮膚の内部に剤を安定的に供給することができる。
マイクロニードルアレイ1Mの各微細中空突起部3は、その突出高さH1が、その先端を最も浅いところでは角層まで、深くは真皮まで刺入するため、好ましくは0.01mm以上、更に好ましくは0.02mm以上であり、そして、好ましくは10mm以下であり、更に好ましくは5mm以下であり、具体的には、好ましくは0.01mm以上10mm以下であり、更に好ましくは0.02mm以上5mm以下である。
マイクロニードルアレイ1Mの各微細中空突起部3の先端径L(先端における外壁32、32どうしの間隔)は、その直径が、好ましくは1μm以上、更に好ましくは5μm以上であり、そして、好ましくは500μm以下であり、更に好ましくは300μm以下であり、具体的には、好ましくは1μm以上500μm以下であり、更に好ましくは5μm以上300μm以下である。微細中空突起具1の先端径Lは、微細中空突起部3の先端における最も広い位置での長さである。当該範囲であると、マイクロニードルアレイ1Mを皮膚に刺し入れた際の痛みが殆どない。前記先端径Lは、以下のようにして測定する。
〔マイクロニードルアレイ1Mの微細中空突起部3先端径の測定〕
微細中空突起部3の先端部を、走査型電子顕微鏡(SEM)もしくはマイクロスコープを用いて、図3(a)に示すように所定倍率拡大した状態で観察する。
次に、図3(a)に示すように、外壁32を形成する両側辺1a,1bの内の一側辺1aにおける直線部分に沿って仮想直線ILaを延ばし、他側辺1bにおける直線部分に沿って仮想直線ILbを延ばす。次に、先端側にて、一側辺1aが仮想直線ILaから離れる箇所を第1先端点1a1として求め、他側辺1bが仮想直線ILbから離れる箇所を第2先端 点1b1として求める。このようにして求めた第1先端点1a1と第2先端点1b1とを結ぶ直線の長さLを、走査型電子顕微鏡(SEM)又はマイクロスコープを用いて測定し、測定した該直線の長さを、微細中空突起部3の先端径とする。
微細中空突起具1は、図3に示すように、各微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に配された開孔部3hと、各微細中空突起部3に対応する基底部材2の下面に位置する基底側開孔部2hとを有している。
開孔部3hは、その開孔面積S1が、好しくは0.7μm2以上、更に好ましくは20μm2以上であり、そして、好ましくは200000μm2以下であり、更に好ましくは70000μm2以下であり、具体的には、好ましくは0.7μm2以上200000μm2以下であり、更に好ましくは20μm2以上70000μm2以下である。
基底側開孔部2hは、その開孔面積S2が、好しくは0.007mm2以上、更に好ましくは0.03mm2以上であり、そして、好ましくは20mm2以下であり、更に好ましくは7mm2以下であり、具体的には、好ましくは0.007mm2以上20mm2以下であり、更に好ましくは0.03mm2以上7mm2以下である。
シート状の基底部材2の上面に配列された9個の微細中空突起部3は、縦方向(Y方向)の中心間距離が均一で、横方向(X方向)の中心間距離が均一であることが好ましく、縦方向(Y方向)の中心間距離と横方向(X方向)の中心間距離とが同じ距離であることが好ましい。好適には、微細中空突起部3の縦方向(Y方向)の中心間距離が、好ましくは0.01mm以上、更に好ましくは0.05mm以上であり、そして、好ましくは10mm以下であり、更に好ましくは5mm以下であり、具体的には、好ましくは0.01mm以上10mm以下であり、更に好ましくは0.05mm以上5mm以下である。また、微細中空突起部3の横方向(X方向)の中心間距離が、好ましくは0.01mm以上、更に好ましくは0.05mm以上であり、そして、好ましくは10mm以下であり、更に好ましくは5mm以下であり、具体的には、好ましくは0.01mm以上10mm以下であり、更に好ましくは0.05mm以上5mm以下である。
次に、本発明の微細中空突起具の製造方法を、前述した微細中空突起具1としてのマイクロニードルアレイ1Mの製造方法を例にとり図4〜図6を参照して説明する。図4には、本実施態様の製造方法の実施に用いる一実施態様の製造装置100の全体構成が示されている。尚、上述したように、マイクロニードルアレイ1Mの各微細中空突起部3は非常に小さなものであるが、説明の便宜上、図4においてはマイクロニードルアレイ1Mの各微細中空突起部3が非常に大きく描かれている。
図4に示す本実施態様の製造装置100は、基材シート2Aに微細中空突起部3を形成する突起部形成部10、冷却部20、後述する突起部形成用凸型部11Aを抜き出すリリース部30、中空の微細中空突起部3の内部に貫通する開孔部3hを形成する開孔部形成部9を備えている。
以下の説明では、基材シート2Aを搬送する方向(基材シート2Aの縦方向)をY方向、搬送する方向と直交する方向及び搬送される基材シート2Aの横方向をX方向、搬送される基材シート2Aの厚み方向をZ方向として説明する。
基材シート2Aは、製造するマイクロニードルアレイ1Mの有する基底部材2となるシートであり、熱可塑性樹脂を含んでいる。基材シート2Aとしては、熱可塑性樹脂を主体とする、即ち50質量%以上含むものであることが好ましく、熱可塑性樹脂を90質量%以上含むものであることが更に好ましい。熱可塑性樹脂としては、ポリ脂肪酸エステル、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート類、ポリ塩化ビニル、ナイロン樹脂、アクリル樹脂等又はこれらの組み合わせが挙げられ、生分解性の観点から、ポリ脂肪酸エステルが好ましく用いられる。ポリ脂肪酸エステルとしては、具体的に、ポリ乳酸、ポリグリコール酸又はこれらの組み合わせ等が挙げられる。尚、基材シート2Aは、熱可塑性樹脂以外に、ヒアルロン酸、コラーゲン、でんぷん、セルロース等を含んだ混合物で形成されていても良い。基材シート2Aの厚みは、製造するマイクロニードルアレイ1Mの有する基底部材2の厚みT2と同等である。
突起部形成部10は、図4に示すように、加熱手段(不図示)を有した突起部形成用凸型部11Aを備えている。突起部形成用凸型部11Aは、製造するマイクロニードルアレイ1Mの微細中空突起部3の個数、配置、各微細中空突起部3の略外形形状に対応した凸型110Aを有しており、本実施態様の製造装置100においては、9個の円錐台状の微細中空突起部3に対応して、9個の円錐状の凸型110Aを有している。
本実施態様の製造装置100では、図4に示すように、突起部形成用凸型部11Aに、9個の尖鋭な先端の円錐状の凸型110Aが、その先端を上方に向けて配置されており、突起部形成用凸型部11Aが、少なくとも厚み方向(Z方向)の上下に移動可能となっている。本実施態様の製造装置100では、突起部形成用凸型部11Aは、電動アクチュエータ(不図示)によって、厚み方向(Z方向)の上下に移動可能となっている。
開孔部形成部9は、図4に示すように、加熱手段(不図示)を有した開孔用凸型部11Bを備えている。本実施態様の製造装置100では、図4に示すように、突起部形成部10の備える突起部形成用凸型部11Aと、開孔部形成部9の備える開孔用凸型部11Bとが異なるものである。開孔用凸型部11Bは、製造するマイクロニードルアレイ1Mの微細中空突起部3の個数に対応した凸型110Bを有しており、本実施態様の製造装置100においては、9個の円錐台状の微細中空突起部3に対応して、9個の円錐状の凸型110Bを有している。
本実施態様の製造装置100では、図4に示すように、開孔用凸型部11Bに、9個の尖鋭な先端の円錐状の凸型110Bが、その先端を下方に向けて配置されており、開孔用凸型部11Bが、少なくとも厚み方向(Z方向)の上下に移動可能となっている。本実施態様の製造装置100では、開孔用凸型部11Bは、電動アクチュエータ(不図示)によって、厚み方向(Z方向)の上下に移動可能となっている。
本実施態様の製造装置100では、図4に示すように、突起部形成部10の備える突起部形成用凸型部11Aの凸型110Aの先端が上方に向けて配置され、開孔部形成部9の備える開孔用凸型部11Bの凸型110Bの先端が下方に向けて配置されており、各凸型部11A,11Bが厚み方向(Z方向)の上下に移動可能となっている。このように、本実施態様の製造装置100では、突起部形成用凸型部11Aの基材シート2Aに対する刺込角度θ1と、開孔用凸型部11Bの基材シート2Aに対する刺込角度θ2とが異なっており、その差が180度である。その為、本実施態様の製造装置100では、突起部形成用凸型部11Aを基材シート2Aの一面2D側(下面側)から当接させ、開孔用凸型部11Bを基材シート2Aの他面2U側(上面側)から当接させるように構成されている。
尚、本明細書において、突起部形成用凸型部11A,開孔用凸型部11B(以下、双方合わせて各凸型部11A,11B、または区別せず凸型部11とも言う)とは基材シート2Aに刺さる部分である、各凸型部11A,11Bそれぞれに対応して、凸型110A,110Bを備えた部材のことであり、各凸型部11A,11Bは、本実施態様の製造装置100では、円盤状の土台部分の上に配された構造となっている。ただし、これに限られず、各凸型部11A,11Bは、凸型110A,110Bのみからなる凸型部であっても良いし、複数の凸型110A,110Bを台状支持体の上に配した各凸型部11A,11Bであっても良い。
本実施態様の製造装置100では、各凸型部11A,11Bの動作(電動アクチュエータ)の制御は、本実施態様の製造装置100に備えられた、制御手段(不図示)により制御されている。なお、各凸型部11A,11Bの加熱手段(不図示)の作動は、突起部形成用凸型部11Aが対象物に当接する直前から、後述する冷却工程に至る直前まで行われることが好ましい。
各凸型部11A,11Bの動作、各凸型部11A,11Bの加熱手段(不図示)の作動等の各凸型部11A,11Bの備える加熱手段(不図示)の加熱条件の制御は、本実施態様の製造装置100に備えられた、制御手段(不図示)により制御されている。
本実施態様では、突起部形成部10での加工熱量条件と、開孔部形成部9での加工熱量条件とが異なっている。製造装置100では、突起部形成部10で用いる突起部形成用凸型部11Aと、開孔部形成部9で用いる開孔用凸型部11Bとは異なるものであり、突起部形成用凸型部11Aから基材シート2Aに与える加工熱量が、開孔用凸型部11Bから微細中空突起部3に与える加工熱量よりも大きくなっている。ここで、基材シート2Aに与える加工熱量とは、基材シート2Aに与える単位刺入高さ当たりの熱量のことを意味する。微細中空突起部3に与える加工熱量とは、基材シート2Aに与える熱量と同様に、微細中空突起部3に与える単位刺入高さ当たりの熱量のことを意味する。具体的に、突起部形成部10にて突起部形成用凸型部11Aから基材シート2Aに与える加工熱量が、開孔部形成部9にて開孔用凸型部11Bから微細中空突起部3に与える加工熱量よりも大きくなる条件としては、(条件a)基材シート2Aへの突起部形成用凸型部11Aの刺入速度及び微細中空突起部3への開孔用凸型部11Bの刺入速度に関し、突起部形成部10の該刺入速度の方が開孔部形成部9の該刺入速度よりも遅いこと、(条件b)各凸型部11A,11Bの加熱手段(不図示)が超音波振動装置である場合に、突起部形成用凸型部11Aの超音波の周波数の方が開孔用凸型部11Bの超音波の周波数よりも高いこと、及び(条件c)各凸型部11A,11Bの加熱手段(不図示)が超音波振動装置である場合に、突起部形成用凸型部11Aの超音波の振幅の方が開孔用凸型部11Bの超音波の振幅よりも大きいこと、(条件d)各凸型部11A,11Bの加熱手段(不図示)が加熱ヒーターである場合に、突起部形成用凸型部11Aのヒーター温度の方が開孔用凸型部11Bのヒーター温度よりも高いこと、の少なくとも1つの条件を満たしていることを意味する。
尚、本発明の微細中空突起具の製造方法に用いる製造装置においては、各凸型部11A,11Bの加熱手段(不図示)以外に加熱手段を設けていない。なお、本明細書で「各凸型部11A,11Bの加熱手段以外に加熱手段を設けていない」とは、他の加熱手段を一切排除する場合を指すだけではなく、基材シート2Aの軟化温度未満、好ましくはガラス転移温度未満に加熱する手段を備える場合も含む。具体的には、各凸型部11A,11Bの加熱手段で加えられる基材シート2Aの温度が該基材シート2Aの軟化温度以上であれば、他に軟化温度未満の加熱が存在しても良い。また、各凸型部11A,11Bの加熱手段で加えられる基材シート2Aの温度がガラス転移温度以上軟化温度未満であれば、他にガラス転移温度未満の加熱が存在していても良い。但し、各凸型部11A,11Bに設けられた加熱手段以外の、他の加熱手段を一切含まないことが好ましい。
本実施態様の製造装置100においては、各凸型部11A,11Bの加熱手段(不図示)は、超音波振動装置である。
突起部形成用凸型部11Aの凸型110Aは、その外形形状が、マイクロニードルアレイ1Mの有する微細中空突起部3の外形形状よりも尖鋭な形状である。突起部形成用凸型部11Aの凸型110Aは、その高さH2(図4参照)が、製造されるマイクロニードルアレイ1Mの高さH1に比べて高く形成されており、好ましくは0.01mm以上、更に好ましくは0.02mm以上であり、そして、好ましくは30mm以下であり、更に好ましくは20mm以下であり、具体的には、好ましくは0.01mm以上30mm以下であり、更に好ましくは0.02mm以上20mm以下である。
突起部形成用凸型部11Aの凸型110Aは、その先端径D1(図5参照)が、好ましくは0.001mm以上、更に好ましくは0.005mm以上であり、そして、好ましくは1mm以下であり、更に好ましくは0.5mm以下であり、具体的には、好ましくは0.001mm以上1mm以下であり、更に好ましくは0.005mm以上0.5mm以下である。突起部形成用凸型部11Aの凸型110Aの先端径D1は、以下のようにして測定する。
突起部形成用凸型部11Aの凸型110Aは、その根本径D2(図5参照)が、好ましくは0.1mm以上、更に好ましくは0.2mm以上であり、そして、好ましくは5mm以下であり、更に好ましくは3mm以下であり、具体的には、好ましくは0.1mm以上5mm以下であり、更に好ましくは0.2mm以上3mm以下である。
突起部形成用凸型部11Aの凸型110Aは、十分な強度が得られ易くなる観点から、その先端角度α(図5参照)が、好ましくは1度以上、更に好ましくは5度以上である。そして、先端角度αは、適度な角度を有する微細中空突起部3を得る観点から、好ましくは60度以下であり、更に好ましくは45度以下であり、具体的には、好ましくは1度以上60度以下であり、更に好ましくは5度以上45度以下である。突起部形成用凸型部11Aの凸型110Aの先端角度αは、以下のようにして測定する。
〔突起部形成用凸型部11Aの凸型110Aの先端径の測定〕
突起部形成用凸型部11Aの凸型110Aの先端部を、走査型電子顕微鏡(SEM)もしくはマイクロスコープを用いて所定倍率に拡大した状態で観察する。次に、図5に示すように、両側辺11a,11bの内の一側辺11aにおける直線部分に沿って仮想直線ILcを延ばし、他側辺11bにおける直線部分に沿って仮想直線ILdを延ばす。そして、先端側にて、一側辺11aが仮想直線ILcから離れる箇所を第1先端点11a1として求め、他側辺11bが仮想直線ILdから離れる箇所を第2先端点11b1として求める。このようにして求めた第1先端点11a1と第2先端点11b1とを結ぶ直線の長さD1を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて測定し、測定した該直線の長さを、凸型110Aの先端径とする。
〔突起部形成用凸型部11Aの凸型110Aの先端角度αの測定〕
突起部形成用凸型部11Aの凸型110Aの先端部を、走査型電子顕微鏡(SEM)もしくはマイクロスコープを用いて所定倍率に拡大した状態で観察する。次に、図5に示すように、両側辺11a,11bの内の一側辺11aにおける直線部分に沿って仮想直線ILcを延ばし、他側辺11bにおける直線部分に沿って仮想直線ILdを延ばす。そして、仮想直線ILcと仮想直線ILdとのなす角を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて測定し、測定した該なす角を、突起部形成用凸型部11Aの凸型110Aの先端角度αとする。
開孔用凸型部11Bの凸型110Bは、その外形形状が、突起部形成部10で用いる突起部形成用凸型部11Aの凸型110Aと同一形状であってもよいが、微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に開孔部3hを形成する観点から、異なる形状でもよい。
開孔用凸型部11Bの凸型110Bの高さH3は、好ましくは0.01mm以上、更に好ましくは0.02mm以上であり、そして、好ましくは30mm以下であり、更に好ましくは20mm以下であり、具体的には、好ましくは0.01mm以上30mm以下であり、更に好ましくは0.02mm以上20mm以下である。
開孔用凸型部11Bの凸型110Bは、その先端径が、突起部形成用凸型部11Aの凸型110Aの先端径D1(図5参照)と同一形状であってもよいが、微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に開孔部3hを形成する観点から、突起部形成用凸型部11Aの凸型110Aの先端径D1(図5参照)よりも小さいことが好ましい。開孔用凸型110Bの先端径は、好ましくは0.001mm以上、更に好ましくは0.005mm以上であり、そして、好ましくは1mm以下であり、更に好ましくは0.5mm以下であり、具体的には、好ましくは0.001mm以上1mm以下であり、更に好ましくは0.005mm以上0.5mm以下である。凸型110Bの先端径は、上述した凸型110Aの先端径D1と同様にして測定する。
開孔用凸型部11Bの凸型110Bは、その根本径が、突起部形成用凸型部11Aの凸型110Aの根本径D2(図5参照)と同一形状であってもよいが、微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に開孔部3hを形成する観点から、凸型110Aの根本径D2(図5参照)よりも小さいことが好ましい。凸型110Bの根本径は、好ましくは0.1mm以上、更に好ましくは0.2mm以上であり、そして、好ましくは5mm以下であり、更に好ましくは3mm以下であり、具体的には、好ましくは0.1mm以上5mm以下であり、更に好ましくは0.2mm以上3mm以下である。
開孔用凸型部11Bの凸型110Bは、その先端角度が、突起部形成用凸型部11Aの凸型110Aの先端角度α(図5参照)と同一であってもよいが、微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に開孔部3hを形成する観点から、凸型110Aの先端角度α(図5参照)よりも小さいことが好ましい。凸型110Bの先端角度は、好ましくは1度以上、更に好ましくは5度以上であり、そして、好ましくは60度以下であり、更に好ましくは45度以下であり、具体的には、好ましくは1度以上60度以下であり、更に好ましくは5度以上45度以下である。凸型110Bの先端角度は、上述した凸型110Aの先端角度αと同様にして測定する。
本実施態様の製造装置100では、図6に示すように、突起部形成用凸型部11Aの凸型110Aの先端部の中心11t1と、開孔用凸型部11Bの凸型110Bの先端部の中心11t2とがずれるように、突起部形成用凸型部11Aと開孔用凸型部11Bとが配されている。即ち、突起部形成用凸型部11Aを基材シート2Aに刺して形成される非貫通の微細中空突起部3の先端部の中心が、開孔用凸型部11Bの凸型110Bの先端部の中心11t2からずれている。本実施態様の製造装置100では、図6に示すように、突起部形成用凸型部11Aの先端部の中心11t1と、開孔用凸型部11Bの先端部の中心11t2とがY方向にずれている。ここで、突起部形成用凸型部11Aの先端部の中心11t1(非貫通の微細中空突起部3の先端部の中心)と開孔用凸型部11Bの先端部の中心11t2とのずれ量M1(図6(c)参照)は、先端部の中心からずれた位置に開孔部3hを有する微細中空突起部3を備えるマイクロニードルアレイ1Mを効率的に製造する観点から、突起部形成用凸型部11Aの凸型110Aの根本径D2(図5参照)の半分以内であることが好ましく、好適には、好ましくは0.001mm以上、更に好ましくは0.005mm以上であり、そして、好ましくは1.5mm以下であり、更に好ましくは1.0mm以下であり、具体的には、好ましくは0.001mm以上1.5mm以下であり、更に好ましくは0.005mm以上1.0mm以下である。
各凸型部11A,11Bは、折れ難い高強度の材質で形成されている。各凸型部11A,11Bの材質としては、鋼鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、銅、銅合金、ベリリウム銅、ベリリウム銅合金等の金属、又はセラミック等が挙げられる。
突起部形成部10は、本実施態様の製造装置100では、図4に示すように、突起部形成用凸型部11Aを基材シート2Aに刺してゆく際に基材シート2Aを支持する支持部材12を有している。本実施態様では、支持部材12として、突起部形成用凸型部11Aにおける凸型110を挿通可能な開口部12aを複数有する開口プレート12Uを用いている。開口プレート12Uは、基材シート2Aの他面2U側に配されており、突起部形成用凸型部11Aを一面2Dから刺し込んだ際に基材シート2Aが撓みにくくする役目を担っている。したがって、開口プレート12Uは、基材シート2Aの突起部形成用凸型部11Aが刺し込まれる領域以外の部分に配置されている。一方、開孔部形成部9では、開孔用凸型部11Bを基材シート2Aの微細中空突起部3に刺し込む際に、基材シート2Aを支持する支持部材12としての開口プレート12Dを備えている。開口プレート12Dを用いることで、突起部形成用凸型部11Aの刺し込み操作時及び抜出し操作時に、基材シート2Aが安定する。
本実施態様の製造装置100では、各開口プレート12U,12Dは、突起部形成部10、冷却部20、リリース部30、及び開孔部形成部9に至るまで配されている。各開口プレート12U,12Dは、搬送方向(Y方向)に平行に延在する板状部材から形成されている。開口プレート12U,12Dでは、開口部12a以外の領域で基材シート2Aを支持している。
開口プレート12U,12Dは、1個の開口部12aに対して各凸型部11A,12Bにおける各凸型110A,110Bが複数個挿通できるように、各凸型110A,110Bの断面積よりも大きな開口面積で形成されていてもよいが、本実施態様の製造装置100では、図4に示すように、1個の開口部12aに対して1個の凸型110A,凸型110Bが挿通されるように形成されている。
開口プレート12U,12Dは、基材シート2Aに当接する方向と離間する方向に移動可能となっている。本実施態様の製造装置100では、開口プレート12U,12Dは、電動アクチュエータ(不図示)によって、厚み方向(Z方向)の上下に移動可能となっている。
開口プレート12U,12Dの動作の制御は、本実施態様の製造装置100に備えられた、制御手段(不図示)により制御されている。
なお、本実施形態では、開口プレート12U,12Dは、基材シート2Aに当接する方向と離間する方向に移動可能となっているが、一方の開口プレート12Dは、基材シート2Aに当接する方向と離間する方向に移動可能となっていなくても良い。
支持部材12(開口プレート12U,12D)を形成する材質としては、各凸型部11A,11Bの材質と同じ材質でもよく、合成樹脂等から形成されていてもよい。
また、本実施態様の製造装置100では、図4に示すように、突起部形成部10の次に冷却部20が設置されている。冷却部20は、図4に示すように、冷風送風装置21を備えている。本実施態様の製造装置100では、冷風送風装置21には、冷風送風する送風口22が基材シート2Aの他面2U側(上面側)に配されており、送風口22から冷風を吹き付けて微細中空突起部3を冷却するようになっている。尚、冷風送風装置は、搬送される帯状の基材シート2Aの他面2U側(上面側)及び一面2D側(下面側)の全体を中空状に覆い、冷風送風装置の内部を帯状の基材シート2Aが搬送方向(Y方向)に搬送されるようにし、中空内に、例えば、冷風送風する送風口22を設けるようにしてもよい。冷風送風装置21の冷却温度、冷却時間の制御は、本実施態様の製造装置100に備えられた、制御手段(不図示)により制御されている。
また、本実施態様の製造装置100では、図4に示すように、冷却部20の次にリリース部30が設置されている。リリース部30では、上述したように、突起部形成用凸型部11Aが、電動アクチュエータ(不図示)によって、厚み方向(Z方向)の下方に移動可能となっている。
本実施態様の開孔部3hを有する微細中空突起具1(マイクロニードルアレイ1M)の製造方法は、熱可塑性樹脂を含む基材シート2Aの一面2D側(下面側)から、加熱手段を備える突起部形成用凸型部11Aを当接させて、該基材シート2Aにおける該突起部形成用凸型部11Aとの当接部分TPを熱により軟化させながら、基材シート2Aの他面2U側(上面側)に向かって該凸型部を該基材シート2Aに刺してゆき、基材シート2Aの他面2U側(上面側)から突出する非貫通の微細中空突起部3を形成する突起部形成工程を備えている。また、本実施態様においては、突起部形成工程の後工程に、微細中空突起部3の内部に突起部形成用凸型部11Aを刺した状態で該微細中空突起部3を冷却する冷却工程を備えている。また、本実施態様においては、冷却工程の後工程に、微細中空突起部3の内部から突起部形成用凸型部11Aを抜いて内部が中空の微細中空突起部3を形成するリリース工程を備えている。また、本実施態様においては、リリース工程の後工程に、形成された微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に、微細中空突起部3の内部に貫通する開孔部3hを形成する開孔部形成工程を備えている。以下、具体的に図面を参照しながら説明する。
上述した製造装置100を用いる本実施態様においては、先ず、熱可塑性樹脂を含む基材シート2Aの原反ロールから帯状の基材シート2Aを繰り出し、Y方向に搬送する。そして、基材シート2Aが所定位置まで送られたところで、基材シート2Aの搬送を止める。このように、本実施態様では、帯状の基材シート2Aの搬送を間欠的に行うようになっている。
次いで、本実施態様では、図6(a)に示すように、突起部形成用凸型部11Aを基材シート2Aの一面2D(下面)に対する刺込角度θ1で上方に移動させ、Y方向に搬送された帯状の基材シート2Aの一面2Dから突起部形成用凸型部11Aを当接させる。ここで、刺込角度θ1とは、突起部形成工程で用いる突起部形成用凸型部11Aの凸型110Aの先端部の中心11tを通る2等分線と基材シート2Aの一面(下面)2Dとのなす角をいう。本実施態様では、刺込角度θ1は90度になっており、厚み方向(Z方向)と同じになっている。
そして、基材シート2Aにおける当接部分TPを熱により軟化させながら、突起部形成用凸型部11Aを基材シート2Aに刺してゆき、基材シート2Aの他面2U側(上面側)から突出する非貫通の微細中空突起部3を形成する(突起部形成工程)。製造装置100を用いる本実施態様の突起部形成工程では、図4に示すように、原反ロールから繰り出されてY方向に搬送された帯状の基材シート2Aの他面2U側(上面側)に配された開口プレート12Uで、基材シート2Aを支持する。そして、基材シート2Aにおける開口プレート12Uの開口部分に対応する一面2D(下面)に、電動アクチュエータ(不図示)によって突起部形成用凸型部11Aを厚み方向(Z方向)の上方に移動させ、突起部形成用凸型部11Aの各凸型110Aの先端部を当接させる。このように、突起部形成工程では、突起部形成用凸型部11Aの各凸型110Aを当接させた基材シート2Aの当接部分TPに対応する他面2U(上面)が、突起部を形成する為の、突起部形成用凸型部11Aに嵌合する凹部等を設けておらず、浮いた状態となっている。
本実施態様では、図6(a)に示すように、各当接部分TPにおいて、超音波振動装置により突起部形成用凸型部11Aの超音波振動を発現させ、当接部分TPに摩擦による熱を発生させて当接部分TPを軟化させる。そして、本実施態様の突起部形成工程では、各当接部分TPを軟化させながら、図6(b)に示すように、基材シート2Aの一面2D(下面)から他面2U(上面)に向かって突起部形成用凸型部11Aを上昇させて基材シート2Aに凸型110Aの先端部を刺してゆき、基材シート2Aの他面2U側(上面側)から突出する非貫通の微細中空突起部3を形成する。
本実施態様の突起部形成工程では、突起部形成用凸型部11Aの超音波振動装置による超音波振動に関し、その振動周波数(以下、周波数という)は、基材シート2Aから突出する非貫通の微細中空突起部3の形成の観点から、好ましくは10kHz以上、更に好ましくは15kHz以上であり、そして、好ましくは50kHz以下であり、更に好ましくは40kHz以下であり、具体的には、好ましくは10kHz以上50kHz以下であり、更に好ましくは15kHz以上40kHz以下である。
また、突起部形成用凸型部11Aの超音波振動装置による超音波振動に関し、その振幅は、基材シート2Aから突出する非貫通の微細中空突起部3の形成の観点から、好ましくは1μm以上、更に好ましくは5μm以上であり、そして、好ましくは60μm以下であり、更に好ましくは50μm以下であり、具体的には、好ましくは1μm以上60μm以下であり、更に好ましくは5μm以上50μm以下である。本実施態様のように超音波振動装置を用いる場合には、突起部形成工程では、突起部形成用凸型部11Aの超音波振動の周波数及び振幅を上述した範囲で調整すればよい。
本実施態様の突起部形成工程では、突起部形成用凸型部11Aを基材シート2Aに刺してゆく刺入速度は、遅過ぎると樹脂を過剰に軟化させ過ぎ、速過ぎると軟化不足となり微細中空突起部3の高さが不足し易いので、非貫通の微細中空突起部3を効率的に形成する観点から、好ましくは0.1mm/秒以上、更に好ましくは1mm/秒以上であり、そして、好ましくは1000mm/秒以下であり、更に好ましくは800mm/秒以下であり、具体的には、好ましくは0.1mm/秒以上1000mm/秒以下であり、更に好ましくは1mm/秒以上800mm/秒以下である。
本実施態様の突起部形成工程では、基材シート2Aに刺す突起部形成用凸型部11Aの刺入高さは、非貫通の微細中空突起部3を効率的に形成する観点から、好ましくは0.01mm以上、更に好ましくは0.02mm以上であり、そして、好ましくは10mm以下であり、更に好ましくは5mm以下であり、具体的には、好ましくは0.01mm以上10mm以下であり、更に好ましくは0.02mm以上5mm以下である。ここで、「刺入高さ」とは、基材シート2Aに突起部形成用凸型部11Aの凸型110Aを刺し込んだ状態において、突起部形成用凸型部11Aの凸型110Aの頂点と、基材シート2Aの他面2Uとの間の距離を意味する。したがって、突起部形成工程における刺入高さとは、突起部形成工程で凸型110Aが最も深く刺し込まれて基材シート2Aの他面2Uから突出する微細中空突起部3の内部に凸型110Aが配された状態における、該他面2Uから垂直方向に測定した凸型110A頂点までの距離のことである。
本実施態様の突起部形成工程では、加熱状態の突起部形成用凸型部11Aの上昇を停止させ、微細中空突起部3の内部に突起部形成用凸型部11Aの凸型110Aを刺した状態のまま次工程の冷却工程を施すまでの時間である軟化時間は、長過ぎると、基材シート2Aにおける各当接部分TPが過剰に軟化してしまうが、軟化不足を補う観点から、好ましくは0秒以上、更に好ましくは0.1秒以上であり、そして、好ましくは10秒以下であり、更に好ましくは5秒以下であり、具体的には、好ましくは0秒以上10秒以下であり、更に好ましくは0.1秒以上5秒以下である。
次いで、図6(c)に示すように、微細中空突起部3の内部に突起部形成用凸型部11Aを刺した状態で該微細中空突起部3を冷却する(冷却工程)。本実施態様の冷却工程では、電動アクチュエータ(不図示)による突起部形成用凸型部11Aの厚み方向(Z方向)の移動を停止し、突起部形成用凸型部11Aの凸型110Aを微細中空突起部3の内部に刺し込んだ状態で、基材シート2Aの他面2U側(上面側)に配された送風口22から冷風を吹き付けて、微細中空突起部3の内部に凸型110Aを刺した状態のまま冷却する。尚、冷却する際には、突起部形成用凸型部11Aの超音波装置による超音波振動は、継続状態でも止められた状態でも良いが、微細中空突起部3の形状を過度な変形をさせず一定に保つ観点から、止められていることが好ましい。
吹き付ける冷風の温度は、非貫通の微細中空突起部3の形成の観点から、好ましくは−50℃以上、更に好ましくは−40℃以上であり、そして、好ましくは26℃以下であり、更に好ましくは10℃以下であり、具体的には、好ましくは−50℃以上26℃以下であり、更に好ましくは−40℃以上10℃以下である。
冷風を吹き付けて冷却する冷却時間は、成形性と加工時間の両立性の観点から、好ましくは0.01秒以上、更に好ましくは0.5秒以上であり、そして、好ましくは60秒以下であり、更に好ましくは30秒以下であり、具体的には、好ましくは0.01秒以上60秒以下であり、更に好ましくは0.5秒以上30秒以下である。
次いで、図6(d)に示すように、微細中空突起部3の内部から突起部形成用凸型部11Aを抜いて内部が中空の微細中空突起部3を形成する(リリース工程)。本実施態様のリリース工程では、突起部形成用凸型部11Aの超音波振動装置による超音波振動を停止し、電動アクチュエータ(不図示)によって、突起部形成用凸型部11Aを厚み方向(Z方向)の下方に移動させ、各微細中空突起部3の内部に凸型110Aを刺し込んだ状態から、凸型110Aを抜いて、内部が中空の微細中空突起部3を形成する。本実施態様では、このように形成された微細中空突起部3が、9個、基材シート2Aの他面2U(上面)に配列されている。
次いで、図6(e)に示すように、形成された微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に、微細中空突起部3の内部に貫通する開孔部3hを形成する(開孔部形成工程)。本実施態様の開孔部形成工程においては、突起部形成用凸型部11Aとは別の開孔用凸型部11Bを、基材シート2Aの一面(下面)2Dに対する刺込角度θ2で、基材シート2Aの他面2U側(上面側)から下方に移動させる。ここで、刺込角度θ2とは、開孔部形成工程で用いる開孔用凸型部11Bの凸型110Bの先端部の中心11tを通る2等分線と基材シート2Aの一面(下面)2Dとのなす角をいう。本実施形態では、刺込角度θ2は270度になっており、前述した突起部形成工程に用いられる突起部形成用凸型部11Aの刺込角度θ1(90度)との差が180度となっている。
開孔用凸型部11Bを下方に移動すると、非貫通の微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に当接し、該開孔用凸型部11Bとの当接部分TP1を熱により軟化させながら開孔用凸型部11Bを微細中空突起部3に刺してゆき、微細中空突起部3の内部に貫通する開孔部3hを形成する。好適に、本実施態様の製造装置100では、上述したように、突起部形成用凸型部11Aの先端部の中心11t1(非貫通の微細中空突起部3の先端部の中心)と開孔用凸型部11Bの先端部の中心11t2とがずれ量M1(図6(c)参照)でずれている。製造装置100を用いる本実施態様の開孔部形成工程では、図6(e)に示すように、電動アクチュエータ(不図示)によって開孔用凸型部11Bを、厚み方向(Z方向)の下方に移動させ、基材シート2Aの他面2U側から、微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に当接させる。
本実施態様では、図6(e)に示すように、各当接部分TP1において、超音波振動装置により開孔用凸型部11Bの超音波振動を発現させ、当接部分TP1に摩擦による熱を発生させて当接部分TP1を軟化させる。そして、本実施態様の開孔部形成工程では、各当接部分TP1を軟化させながら、図6(e)に示すように、基材シート2Aの他面2U(上面)側から一面2D(下面)側に向かって開孔用凸型部11Bを下降させて、微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に凸型110Bの先端部を刺してゆき、基材シート2Aの他面2U側(上面側)から突出する微細中空突起部3の内部に貫通する開孔部3hを形成する。
本実施態様の開孔部形成工程では、開孔用凸型部11Bの超音波振動装置による超音波振動に関し、その振動周波数(以下、周波数という)は、先端部の中心からずれた位置に開孔部3hを有する微細中空突起部3を効率的に形成する観点から、好ましくは10kHz以上、更に好ましくは15kHz以上であり、そして、好ましくは50kHz以下であり、更に好ましくは40kHz以下であり、具体的には、好ましくは10kHz以上50kHz以下であり、更に好ましくは15kHz以上40kHz以下である。
また、開孔用凸型部11Bの超音波振動装置による超音波振動に関し、その振幅は、先端部の中心からずれた位置に開孔部3hを有する微細中空突起部3を効率的に形成する観点から、好ましくは1μm以上、更に好ましくは5μm以上であり、そして、好ましくは60μm以下であり、更に好ましくは50μm以下であり、具体的には、好ましくは1μm以上60μm以下であり、更に好ましくは5μm以上50μm以下である。本実施態様のように超音波振動装置を用いる場合には、開孔部形成工程では、開孔用凸型部11Bの超音波振動の周波数及び振幅を上述した範囲で調整すればよい。
本実施態様の開孔部形成工程では、開孔用凸型部11Bを非貫通の微細中空突起部3に刺してゆく刺入速度は、遅過ぎると樹脂を過剰に軟化させ開孔部3hの大きさが大きく変化し過ぎ、速過ぎると軟化不足となり所望の形状に開孔部3hが形成され難いので、先端部の中心からずれた位置に開孔部3hを有する微細中空突起部3を効率的に形成する観点から、好ましくは0.1mm/秒以上、更に好ましくは1mm/秒以上であり、そして、好ましくは1000mm/秒以下であり、更に好ましくは800mm/秒以下であり、具体的には、好ましくは0.1mm/秒以上1000mm/秒以下であり、更に好ましくは1mm/秒以上800mm/秒以下である。
本実施態様の開孔部形成工程では、超音波振動装置による開孔用凸型部11Bの超音波振動の周波数及び振幅が、それぞれ、突起部形成工程で用いる突起部形成用凸型部11Aの超音波振動の周波数及び振幅と同じである。
一方、本実施態様の開孔部形成工程では、開孔用凸型部11Bを非貫通の微細中空突起部3に刺してゆく刺入速度が、突起部形成工程において突起部形成用凸型部11Aを基材シート2Aに刺してゆく刺入速度よりも速くなっている。
本実施態様では、各凸型部11A,11Bの加熱手段(不図示)が超音波振動装置の場合であるが、突起部形成部10の有する突起部形成用凸型部11Aの超音波振動の周波数及び振幅と開孔部形成部9の有する開孔用凸型部11Bの超音波振動の周波数及び振幅とが同じであり前記(条件b)及び前記(条件c)の条件を満たしていない。しかし、本実施態様では、突起部形成工程における基材シート2Aへの突起部形成用凸型部11Aの刺入速度の方が、開孔部形成工程における微細中空突起部3への開孔用凸型部11Bの刺入速度よりも遅くなっており、前記(条件a)の条件を満たしている。その為、突起部形成工程にて突起部形成用凸型部11Aから基材シート2Aに与える加工熱量が、開孔部形成工程にて開孔用凸型部11Bから微細中空突起部3に与える加工熱量よりも大きくなっている。従って、先端部の中心からずれた位置に開孔部3hを有する微細中空突起部3が精度良く製造できる。
次いで、図6(f)に示すように、電動アクチュエータ(不図示)によって開孔用凸型部11Bを厚み方向(Z方向)の上方に移動させ、微細中空突起部3に突き刺さった開孔用凸型部11Bを抜いてマイクロニードルアレイ1Mの前駆体1Aを形成する。このように形成されたマイクロニードルアレイ1Mとなる帯状の微細中空突起具の前駆体1Aは、先端部の中心からずれた位置に開孔部3hを有する微細中空突起部3が、9個、配列されている。
以上のように形成されたマイクロニードルアレイ1Mの前駆体1Aは、その後、搬送方向(Y方向)下流側に搬送される。その後、カット工程にて、所定の範囲でカットされ、図1に示すような、シート状の基底部材2と複数の微細中空突起部3とを有する実施態様の微細中空突起具1としてのマイクロニードルアレイ1Mが製造できる。以上の工程を繰り返すことによって、基材シート2Aの他面2U側(上面側)に微細中空突起具1を連続的に効率良く製造できる。
なお、上述したように製造されたマイクロニードルアレイ1Mは、その後の工程において更に所定の形状に形成されても良いし、突起部形成用凸型部11Aを刺し込む工程の前に所望の形状に基材シート2Aを予め調整しておいても良い。
以上説明したように、マイクロニードルアレイ1Mを製造する本実施態様の製造方法によれば、加熱手段を備える突起部形成用凸型部11Aを用いて非貫通の微細中空突起部3を形成する突起部形成工程と、微細中空突起部3の内部に突起部形成用凸型部11Aを刺した状態で冷却する冷却工程と、突起部形成用凸型部11Aを抜いて内部が中空の微細中空突起部3を形成するリリース工程とを備え、更に、リリース工程の後工程に、形成された微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に、微細中空突起部3の内部に貫通する開孔部3hを形成する開孔部形成工程を備えている。本実施態様の製造方法は、このような突起部形成工程、冷却工程、リリース工程及び開孔部形成工程をこの順に備えているので、先端部の中心からずれた位置に開孔部3hを有する微細中空突起具1の形状を精度良く製造することができる。また、このように製造されたマイクロニードルアレイ1Mは、微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に開孔部3hを有するので、皮膚に穿刺する際に開孔部3hが潰れ難く、皮膚の内部に剤を安定的に供給できる。本実施態様の製造方法によれば、加熱手段を備えた各凸型部11A,11Bを用いるシンプルな工程で微細中空突起部3を形成できるので、皮膚の内部に剤を安定的に供給可能なマイクロニードルアレイ1Mを効率良く製造することができ、低コスト化を図ることができる。
また、本実施態様の開孔部形成工程においては、加熱手段(不図示)を有した開孔用凸型部11Bを用いて開孔部3hを形成している。その為、先の工程の突起部形成工程で形成された微細中空突起部3の成形性に極力ダメージを与えずに、微細中空突起部3の内部に貫通する開孔部3hを形成でき、先端部の中心からずれた位置に開孔部3hを有する微細中空突起具1の形状を更に精度良く製造することができる。
また、本実施態様においては、各凸型部11A,11Bの加熱手段(不図示)として超音波振動装置を用いているので、冷風送風装置21を必ず備える必要はなく、超音波振動装置の振動を切るだけで、冷却することもできる。この点で、超音波振動を加熱手段として用いると、装置の簡便化とともに、高速で、開孔部3hを有するマイクロニードルアレイ1Mを製造することができる。
また、本実施態様においては、突起部形成工程で用いる突起部形成用凸型部11Aの基材シート2Aの一面2Dに対する刺込角度θ1と、開孔部形成工程で用いる開孔用凸型部11Bの基材シート2Aの一面2Dに対する刺込角度θ2とが異なっている。このように刺込角度が異なっていると、微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に開孔部3hを形成し易く、先端部の中心からずれた位置に開孔部3hを有する微細中空突起具1の形状を更に精度良く製造することができる。
また、本実施態様においては、突起部形成工程で用いる突起部形成用凸型部11Aを基材シート2Aの一面2D側から当接させ、開孔部形成工程で用いる開孔用凸型部11Bを基材シート2Aの他面2U側から当接させるようになっている。その為、微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に開孔部3hを形成し易く、先端部の中心からずれた位置に開孔部3hを有する微細中空突起具1の形状を更に精度良く製造することができる。
また、本実施態様においては、突起部形成用凸型部11Aと開孔用凸型部11Bとで異なるものを用いている。その為、開孔部3hの形状の自由度と微細中空突起具1の形状の自由度が向上すると共に、加工性が向上する。
また、上述したように、本実施態様においては、図6(a)に示す突起部形成用凸型部11Aを当接させた基材シート2Aの当接部分TPにおいてのみ、且つ、図6(e)に示す別の開孔用凸型部11Bを当接させた微細中空突起部3の当接部分TP1においてのみ、超音波振動装置により各凸型部11A,11Bを振動させ、当接部分TP,TP1を軟化させるので、省エネルギーで、効率的に連続して開孔部3hを有するマイクロニードルアレイ1Mを製造することができる。
また、上述したように、本実施態様の製造装置100は、制御手段(不図示)により、突起部形成部10における、突起部形成用凸型部11Aの動作、突起部形成用凸型部11Aの加熱手段(不図示)の加熱条件、基材シート2Aの当接部分TPの軟化時間、突起部形成用凸型部11Aの基材シート2Aへの刺入速度が調整できるようになっている。また、制御手段(不図示)により、冷却部20における、冷風送風装置21の冷却温度、冷却時間が制御されている。また、開孔部形成部9における、開孔用凸型部11Bの動作、開孔用凸型部11Bの加熱手段(不図示)の加熱条件、微細中空突起部3の当接部分TP1の軟化時間、微細中空突起部3への開孔用凸型部11Bの刺入速度が調整できるようになっている。その為、制御手段(不図示)により、開孔部3hを有するマイクロニードルアレイ1Mの形状を自由にコントロールすることができる。
また、上述の製造方法で形成された、開孔部3hの周縁部に隆起部4を有する微細中空突起具1によれば、皮膚に穿刺する際に潰れ難い開孔部を通して皮膚の内部に剤を安定的に供給できる。
以上、本発明を、その好ましいい本実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に制限されるものではなく、適宜変更可能である。
例えば、上述した実施形態のマイクロニードルアレイ1Mの製造方法においては、突起部形成用凸型部11Aの基材シート2Aに対する刺込角度θ1と、開孔用凸型部11Bの基材シート2Aに対する刺込角度θ2とが異なっている。具体的には、突起部形成用凸型部11Aの基材シート2Aの一面(下面)2Dに対する刺込角度θ1と、開孔用凸型部11Bの基材シート2Aの一面(下面)2Dに対する刺込角度θ2との差が180度となっている。しかし、その差が180度以外であってもよい。例えば、突起部形成用凸型部11Aの基材シート2Aの一面(下面)2Dに対する刺込角度θ1(図6(a)参照)と、開孔用凸型部11Bの基材シート2Aに対する刺込角度θ3との差が、図7に示すように、90度よりも大きく、180度未満の範囲内であってもよい。
このように、突起部形成工程での突起部形成用凸型部11Aの基材シート2Aに対する刺込角度θ1と、開孔部形成工程での開孔用凸型部11Bの基材シート2Aに対する刺込角度θ3との差が、90度よりも大きく、180度未満の範囲内の場合においても、微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に開孔部3hを形成可能になり、微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に開孔部3hを有するマイクロニードルアレイ1Mの形状を精度良く効率的に製造することができる。また、開孔部3hの形状の自由度が向上すると共に、加工性を向上させることができる。
また、上述した実施形態のマイクロニードルアレイ1Mの製造方法においては、円錐状の凸型110Bを有する開孔用凸型部11Bを用いて説明したが、開孔用凸型部11Bの凸型110Bは、円錐状に限らず、角錐状、円柱状及び角柱状等であってもよい。更に、上述した実施形態のマイクロニードルアレイ1Mの製造方法においては、開孔部形成工程で用いる開孔用凸型部11Bの凸型110Bは、縦断面視して左右対称な円錐状であったが、縦断面視して左右非対称な形状であってもよい。
開孔用凸型部11Bが、角錐状、円柱状及び角柱状や縦断面視して左右非対称な形状の凸型110Bを有する場合においても、超音波振動装置により開孔用凸型部11Bの超音波振動を発現させて、非貫通の微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に当接させて、該当接部分TP1を熱により軟化させながら凸型部11Bを微細中空突起部3に刺してゆくことで、非貫通の微細中空突起部3の内部に貫通する開孔部3hを形成することができる。
また、上述した実施形態のマイクロニードルアレイ1Mの製造方法においては、開孔部形成工程は、加熱手段を備える開孔用凸型部11Bを用いて、開孔部3hを形成しているが、非接触式の熱加工手段を用いて、非貫通の微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に、他面2U側(上面側)から一面2D側(下面側)に向かって、非貫通の微細中空突起部3を貫通する開孔部3hを形成してもよい。例えば、図8に示すようなレーザー照射装置13を用いて開孔部3hを形成してもよい。非接触式の熱加工手段としては、レーザー照射装置13以外にも、例えば、ホットエアーを発射するホットエアー発射装置等であってもよい。非接触式の熱加工手段を用いた場合においても、好適に、開孔部形成工程での基材シート2Aに開孔部3hを形成することができる。
非接触式の熱加工手段を用いることで、例えば、長期間使用しても、摩耗等による精度の低下がないため、開孔部3hを有するマイクロニードルアレイ1Mの形状を精度良く効率的に製造することができる。また、非接触式の熱加工手段を用いることで、開孔部3hの形状の自由度を向上させることができる。
また、上述した実施形態のマイクロニードルアレイ1Mの製造方法においては、開孔部形成工程において、開孔用凸型部11Bで、非貫通の微細中空突起部3に対して、先端部の中心からずれた位置に1つの開孔部3hを形成したが、例えば、非貫通の微細中空突起部3に対して、先端部の中心からずれた位置に複数の開孔部3hを形成してもよい。
このように、非貫通の微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に複数の開孔部3hを形成することで、剤を注入する際の微細中空突起部3の内部の液圧を低くすることが可能になり、開孔部閉塞のリスクを低減し、注液性を向上させることができる。
なお、開孔部3hは、微細中空突起部3の先端部から、微細中空突起部3の高さH1の2%以上根本方向にずれた位置に配置することが好ましく、5%以上ずれていることが更に好ましく、10%以上ずれていることが特に好ましい。また、開孔部3hの位置は、微細中空突起部3の根本部から、微細中空突起部3の高さH1の2%以上先端部方向にずれた位置に配置することが好ましく、5%以上ずれていることが更に好ましく、10%以上ずれていることが特に好ましい。
また、上述した実施形態のマイクロニードルアレイ1Mの製造方法においては、開孔用凸型部11Bの超音波振動の周波数及び振幅と、突起部形成用凸型部11Aの超音波振動の周波数及び振幅とが同じであり、前記(条件b)及び前記(条件c)を満たしていないが、基材シート2Aへの刺入速度に関し、突起部形成用凸型部11Aの刺入速度の方が開孔用凸型部11Bの刺入速度よりも遅く、前記(条件a)を満たしている。結果として、突起部形成工程にて突起部形成用凸型部11Aから基材シート2Aに与える加工熱量が、開孔部形成工程にて開孔用凸型部11Bから基材シート2Aに与える加工熱量よりも大きくなっている。
即ち、上述した実施態様のマイクロニードルアレイ1Mの製造方法は、開孔用凸型部11Bの加工条件と、突起部形成用凸型部11Aの加工条件との違いとして、開孔部形成工程にて開孔用凸型部11Bの備える加熱手段の条件と、突起部形成工程にて突起部形成用凸型部11Aの備える加熱手段の条件とが同じであり、突起部形成工程にて突起部形成用凸型部11Aを基材シート2Aに刺してゆく速度を、開孔部形成工程にて開孔用凸型部11Bを基材シート2Aに刺してゆく速度よりも遅くしている。
しかし、マイクロニードルアレイ1Mの製造方法においては、開孔部形成工程にて開孔用凸型部11Bを基材シート2Aに刺してゆく速度と突起部形成工程にて突起部形成用凸型部11Aを基材シート2Aに刺してゆく速度とが同じであり、突起部形成工程にて突起部形成用凸型部11Aの備える加熱手段の条件で基材シート2Aに付与する加工熱量が、開孔部形成工程にて開孔用凸型部11Bの備える加熱手段の条件で基材シート2Aに付与する加工熱量に比べて大きい製造方法であってもよい。具体的には、前記(条件a)を満たしていないが、突起部形成用凸型部11Aの超音波振動の周波数又は振幅の方が、開孔用凸型部11Bの超音波振動の周波数又は振幅よりも大きく、前記(条件b)又は前記(条件c)を満たし、結果として、突起部形成用凸型部11Aから基材シート2Aに与える加工熱量が、開孔用凸型部11Bから基材シート2Aに与える加工熱量よりも大きくなっていてもよい。
また、上術した実施態様のマイクロニードルアレイ1Mの製造方法においては、各凸型部11A,Bの加熱手段として超音波振動装置を用いて説明したが、各凸型部11A,Bの加熱手段を加熱ヒーター装置としてもよい。
上述の凸型部11の加熱手段を加熱ヒーター装置とする実施態様の製造方法においては、突起部形成用凸型部11Aのヒーター温度と、開孔用凸型部11Bのヒーター温度とを同じ温度にした場合、前記(条件d)を満たしていないが、突起部形成工程における突起部形成用凸型部11Aの刺入速度の方を開孔部形成工程における開孔用凸型部11Bの刺入速度よりも遅くすることで、前記(条件a)を満たし、結果として、突起部形成工程にて突起部形成用凸型部11Aから基材シート2Aに与える加工熱量が、開孔部形成工程にて開孔用凸型部11Bから基材シート2Aに与える加工熱量よりも大きくなっている。また、前記(条件a)を満たしていないが、突起部形成用凸型部11Aのヒーター温度の方が、開孔用凸型部11Bのヒーター温度よりも高く、前記(条件d)を満たし、結果として、突起部形成工程にて突起部形成用凸型部11Aから基材シート2Aに与える加工熱量が、開孔部形成工程にて開孔用凸型部11Bから基材シート2Aに与える加工熱量よりも大きくなっていてもよい。更に、前記(条件a)、前記(条件b)の条件、前記(条件c)の条件、及び前記(条件d)全てを満たしていてもよい。
各凸型部11A,11Bによる基材シート2Aの加熱温度は、基材シート2Aのガラス転移温度以上溶融温度未満であることが好ましく、特に軟化温度以上溶融温度未満であることが好ましい。詳述すると前記加熱温度は、好ましくは30℃以上、更に好ましくは40℃以上であり、そして、好ましくは300℃以下であり、更に好ましくは250℃以下であり、具体的には、好ましくは30℃以上300℃以下であり、更に好ましくは40℃以上250℃以下である。なお、基材シート2Aを、超音波振動装置を用いて加熱する場合においては、凸型110と接触した基材シート2Aの部分の温度範囲として適用される。一方、加熱ヒーター装置を用いる場合には、凸型部11の加熱温度を上述した範囲で調整すればよい。
ガラス転移温度(Tg)の測定方法は、以下の方法によって測定され、軟化温度の測定方法は、JIS K-7196「熱可塑性プラスチックフィルム及びシートの熱機械分析による軟化温度試験方法」に従って行う。
尚、前記「基材シート2Aのガラス転移温度(Tg)」は、基材シート2Aの構成樹脂のガラス転移温度(Tg)を意味し、該構成樹脂が複数種存在する場合においてそれら複数種のガラス転移温度(Tg)が互いに異なる場合、前記加熱手段による基材シート2Aの加熱温度は、少なくともそれら複数のガラス転移温度(Tg)のうち最も低いガラス転移温度(Tg)以上であることが好ましく、それら複数のガラス転移温度(Tg)のうち最も高いガラス転移温度(Tg)以上であることがさらに好ましい。
また、前記「基材シート2Aの軟化温度」についてもガラス転移温度(Tg)と同様であり、即ち、基材シート2Aの構成樹脂が複数種存在する場合においてそれら複数種の軟化温度が互いに異なる場合、前記加熱手段による基材シート2Aの加熱温度は、少なくともそれら複数の軟化温度のうち最も低い軟化温度以上であることが好ましく、それら複数の軟化温度のうち最も高い軟化温度以上であることがさらに好ましい。
また、基材シート2Aが融点の異なる2種以上の樹脂を含んで構成されている場合、前記加熱手段による基材シート2Aの加熱温度は、それら複数の融点のうち最も低い融点未満であることが好ましい。
〔ガラス転移温度(Tg)の測定方法〕
DSC測定器を使用して熱量の測定を行い、ガラス転移温度を求める。具体的に、測定器はPerkin Elmer社製の示差走査熱量測定装置(Diamond DSC)を使用する。基材シートから試験片10mgを採取する。測定条件は20℃を5分間等温した後に、20℃から320℃まで、5℃/分の速度で昇温させ、横軸温度、縦軸熱量のDSC曲線を得る。そして、このDSC曲線からガラス転移温度Tgを求める。
また、上述した本実施態様のマイクロニードルアレイ1Mの製造方法においては、シート状の基底部材2の上面に、9個の円錐台状の微細中空突起部3を配列したマイクロニードルアレイ1Mの製造方法を用いて説明したが、1個の微細中空突起部3を有するマイクロニードルアレイ1Mの製造方法に用いてもよい。
また、上述した実施態様のマイクロニードルアレイ1Mの製造方法においては、電動アクチュエータ(不図示)によって厚み方向(Z方向)の上下に凸型部11が移動可能な構成を用いて説明したが、凸型部11の厚み方向(Z方向)の上下への移動は無限軌道を描くボックスモーション式の凸型部11を用いる構成であってもよい。
また、上述した実施形態のマイクロニードルアレイ1Mの製造方法においては、開孔部3hの周縁部に、該微細中空突起部3の内部に向かって凸曲面を描いて隆起する隆起部4を有する微細中空突起部3を備えたマイクロニードルアレイ1Mの製造方法を用いて説明したが、本発明の微細中空突起具の製造方法は、開孔部3hの周縁部に、該隆起部4を有しない微細中空突起具1を製造することもできる。
開孔部3hの周縁部に該隆起部4を有しない、微細中空突起具1としてのマイクロニードルアレイ1Mの製造方法としては、図9(a)に示す突起部形成工程の後、開孔部形成工程にて、図9(b)に示すように、基材シート2Aの一面2D側(下面側)から他面2U側(上面側)に向けて、突起部形成用凸型部11Aとは別の開孔用凸型部11Bを、超音波振動装置により超音波振動を発現させた状態で、厚み方向(Z方向)の上方に移動させる。そして、突起部形成工程で形成された非貫通の微細中空突起部3の内部から、非貫通の微細中空突起部3の内部における先端部の中心からずれた位置に当接させ、当接部分TP1に摩擦による熱を発生させて当接部分TP1を軟化させる。各当接部分TP1を軟化させながら、基材シート2Aの一面2D側(下面側)から他面2U側(上面側)に向かって開孔用凸型部11Bを上昇させて、微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に凸型110Bの先端部を刺してゆくことで、微細中空突起部3の内部から外部に向けて貫通する開孔部3hを形成する。
このように、開孔部形成工程において、開孔用凸型部11Bを、突起部形成用凸型部11Aと同じ方向である基材シート2Aの一面(下面)2D側から同じ刺込角度で移動させ、非貫通の微細中空突起部3の内部から、微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に凸型110Bの先端部を刺してゆくことで、開孔部3hを形成する。
開孔部形成工程において、開孔用凸型部11Bで開孔部3hを形成する場合、図9(a)及び(b)に示すように、突起部形成用凸型部11Aの基材シート2Aに対する刺込角度θ1と、開孔用凸型部11Bの基材シート2Aに対する刺込角度とが同じであってもよいが、図9(a)及び図10に示すように、突起部形成用凸型部11Aの基材シート2Aに対する刺込角度θ1と、開孔用凸型部11Bの基材シート2Aに対する刺込角度θ4とを異ならせてもよい。例えば、図10に示すように、開孔用凸型部11Bの基材シート2Aに対する刺込角度θ4を90度未満にしてもよい。
このように、非貫通の微細中空突起部3の内部から、開孔用凸型部11Bで開孔部3hを形成する際に、突起部形成用凸型部11Aの基材シート2Aに対する刺込角度θ1と、開孔用凸型部11Bの基材シート2Aに対する刺込角度θ4とを異ならせた場合においても、微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に開孔部3hを形成可能になり、微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に開孔部3hを有するマイクロニードルアレイ1Mの形状を精度良く効率的に製造することができる。
また、突起部形成用凸型部11Aの基材シート2Aに対する刺込角度θ1と、開孔用凸型部11Bの基材シート2Aに対する刺込角度θ4とを異ならせることで、開孔部3hの形状の自由度が向上すると共に、加工性を向上させることができる。
また、開孔部形成工程において、非貫通の微細中空突起部3の内部から、微細中空突起部3に開孔部3hを形成する場合、突起部形成用凸型部11Aと開孔用凸型部11Bとは別の凸型部であっても、同じ凸型部であってもよい。
更に、開孔部形成工程において、非貫通の微細中空突起部3の内部から、微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に開孔部3hを形成する場合、上述したように、加熱手段を備える開孔用凸型部11Bを用いて開孔部3hを形成してもよいが、加熱手段を備える開孔用凸型部11Bの代わりに、非接触式の熱加工手段を用いて、非貫通の微細中空突起部3の先端部の中心からずれた位置に、非貫通の微細中空突起部3を貫通する開孔部3hを形成する構成であってもよい。例えば、図11に示すようなレーザー照射装置13を用いて開孔部3hを形成する構成であってもよい。非接触式の熱加工手段としては、レーザー照射装置13以外にも、例えば、ホットエアーを発射するホットエアー発射装置等であってもよい。非接触式の熱加工手段を用いた場合においても、好適に、開孔部形成工程において、非貫通の微細中空突起部3に開孔部3hを形成することができる。
非接触式の熱加工手段を用いることで、例えば、長期間使用しても、摩耗等による精度の低下がないため、開孔部3hを有するマイクロニードルアレイ1Mの形状を精度良く効率的に製造することができる。また、非接触式の熱加工手段を用いることで、開孔部3hの形状の自由度を向上させることができる。
また、上述の製造方法で形成された、開孔部3hの周縁部に隆起部4を有しない微細中空突起具1においても、皮膚に穿刺する際に潰れ難い開孔部を通して皮膚の内部に剤を安定的に供給できる。
また、上述した実施態様のマイクロニードルアレイ1Mの製造方法においては、突起部形成工程において、突起部形成用凸型部11Aを基材シート2Aの一面2Dから他面2Uに向かって刺入しているが、突起部形成工程における、基材シート2Aに対する突起部形成用凸型部11Aや支持部材12(開口プレート12U,12D)の位置関係、刺入方向はこれに限定されず、突起部形成用凸型部11Aの刺入方向を、基材シート2Aの他面2Uから一面2Dに向かう方向としてもよい。
上述した実施態様に関し、本発明は更に以下の開孔部を有する微細中空突起具の製造方法を開示する。
<1>
微細中空突起具の製造方法であって、熱可塑性樹脂を含む基材シートの一面側から、加熱手段を備える突起部形成用凸型部を当接させて、該基材シートにおける該当接部分を熱により軟化させながら、該基材シートの他面側に向かって該凸型部を該基材シートに刺してゆき、該基材シートの他面側から突出する非貫通の微細中空突起部を形成する突起部形成工程と、前記微細中空突起部の内部に前記凸型部を刺した状態で該微細中空突起部を冷却する冷却工程と、前記冷却工程の後工程に、前記微細中空突起部の内部から前記凸型部を抜いて内部が中空の前記微細中空突起部を形成するリリース工程と、形成された前記微細中空突起部の先端部の中心からずれた位置に、該微細中空突起部の内部に貫通する開孔部を形成する開孔部形成工程とを備える、微細中空突起具の製造方法。
<2>
前記開孔部形成工程は、加熱手段を備える開孔用凸型部を用いて行い、
前記開孔部形成工程においては、前記開孔用凸型部を前記微細中空突起部の先端部の中心からずれた位置に当接させて、該当接部分を熱により軟化させながら該開孔用凸型部を該微細中空突起部に刺してゆき、該微細中空突起部の内部に貫通する前記開孔部を形成する、前記<1>に記載の微細中空突起具の製造方法。
<3>
前記突起部形成工程での加工熱量条件と、前記開孔部形成工程での加工熱量条件とが異なる、前記<2>に記載の微細中空突起具の製造方法。
<4>
前記加工熱量を異ならせる方法が、以下の(条件a)〜(条件d)の少なくとも1つを満たすものである、前記<3>に記載の微細中空突起具の製造方法。
(条件a)基材シートへの突起部形成用凸型部の刺入速度及び微細中空突起部への開孔用凸型部の刺入速度に関し、突起部形成工程の該刺入速度の方が開孔部形成工程の該刺入速度よりも遅いこと
(条件b)各凸型部の加熱手段が超音波振動装置である場合に、突起部形成用凸型部の超音波の周波数の方が開孔用凸型部の超音波の周波数よりも高いこと
(条件c)各凸型部の加熱手段が超音波振動装置である場合に、突起部形成用凸型部の超音波の振幅の方が開孔用凸型部の超音波の振幅よりも大きいこと
(条件d)各凸型部の加熱手段が加熱ヒーターである場合に、突起部形成用凸型部のヒーター温度の方が開孔用凸型部のヒーター温度よりも高いこと
<5>
前記加熱手段が超音波振動装置である、前記<1>〜<4>の何れか1に記載の微細中空突起具の製造方法。
<6>
前記突起部形成工程での前記突起部形成用凸型部の前記基材シートに対する刺込角度と、前記開孔部形成工程での前記開孔用凸型部の前記基材シートに対する刺込角度とが異なる、前記<2>〜<5>の何れか1に記載の微細中空突起具の製造方法。
<7>
前記突起部形成工程では、前記突起部形成用凸型部を前記基材シートの一面側から当接させ、前記開孔部形成工程では、前記開孔用凸型部を前記基材シートの他面側から当接させる、前記<2>〜<6>の何れか1に記載の微細中空突起具の製造方法。
<8>
前記突起部形成用凸型部と、前記開孔用凸型部とが異なるものである、前記<2>〜<6>の何れか1に記載の微細中空突起具の製造方法。
<9>
前記開孔部形成工程においては、非接触式の熱加工手段を用いて、前記微細中空突起部の先端部の中心からずれた位置に前記開孔部を形成する、前記<1>に記載の微細中空突起具の製造方法。
<10>
前記開孔部形成工程においては、形成された前記微細中空突起部の先端部の中心からずれた位置に、前記開孔部を複数形成する、前記<1>〜<7>の何れか1に記載の微細中空突起具の製造方法。
<11>
前記突起部形成用凸型部及び前記開孔用凸型部の加熱手段以外に加熱手段を設けていない、前記<2>〜<10>の何れか1に記載の微細中空突起具の製造方法。
<12>
前記突起部形成用凸型部の凸型は、その外形形状が、前記微細中空突起部の外形形状よりも尖鋭な形状である、前記<1>〜<11>の何れか1に記載の微細中空突起具の製造方法。
<13>
前記突起部形成用凸型部の凸型は、その高さが、製造される微細中空突起具の高さに比べて高く形成されており、好ましくは0.01mm以上30mm以下であり、更に好ましくは0.02mm以上20mm以下である、前記<1>〜<12>の何れか1に記載の微細中空突起具の製造方法。
<14>
前記突起部形成用凸型部の凸型は、その先端径が、好ましくは0.001mm以上1mm以下であり、更に好ましくは0.005mm以上0.5mm以下である、前記<1>〜<13>の何れか1に記載の微細中空突起具の製造方法。
<15>
前記突起部形成用凸型部の凸型は、その根本径が、好ましくは0.1mm以上5mm以下であり、更に好ましくは0.2mm以上3mm以下である、前記<1>〜<14>の何れか1に記載の微細中空突起具の製造方法。
<16>
前記突起部形成用凸型部の凸型は、その先端角度が、好ましくは1度以上60度以下であり、更に好ましくは5度以上45度以下である、前記<1>〜<15>の何れか1に記載の微細中空突起具の製造方法。
<17>
前記突起部形成工程では、前記基材シートを支持する支持部材を前記他面側に有している、前記<1>〜<16>の何れか1に記載の微細中空突起具の製造方法。
<18>
前記支持部材として、前記突起部形成用凸型部における凸型を挿通可能な開口部を複数有する開口プレートを用いている、前記<17>に記載の微細中空突起具の製造方法。
<19>
前記開孔部形成工程では、前記基材シートを支持する支持部材を該基材シートの一面側に備えている、前記<17>又は<18>に記載の微細中空突起具の製造方法。
<20>
前記一面側に備える支持部材が開口プレートである、前記<19>に記載の微細中空突起具の製造方法。
<21>
前記突起部形成工程では、突起部形成用凸型部を基材シートに刺してゆく刺入速度は、好ましくは0.1mm/秒以上1000mm/秒以下であり、更に好ましくは1mm/秒以上800mm/秒以下である、前記<1>〜<20>の何れか1に記載の微細中空突起具の製造方法。
<21>
前記突起部形成工程では、基材シートに刺す突起部形成用凸型部の刺入高さは、好ましくは0.01mm以上10mm以下であり、更に好ましくは0.02mm以上5mm以下である、前記<2>〜<20>の何れか1に記載の微細中空突起具の製造方法。
<23>
前記開孔用凸型部を非貫通の前記微細中空突起部に刺してゆく刺入速度は、0.1mm/秒以上1000mm/秒以下であり、更に好ましくは1mm/秒以上800mm/秒以下である、前記<1>〜<22>の何れか1に記載の微細中空突起具の製造方法。
<24>
前記突起部形成用凸型部による基材シートの加熱温度は、前記基材シートのガラス転移温度以上溶融温度未満であり、好ましくは軟化温度以上溶融温度未満である、前記<1>〜<23>の何れか1に記載の微細中空突起具の製造方法。
<25>
前記開孔用凸型部による基材シートの加熱温度は、前記基材シートのガラス転移温度以上溶融温度未満であり、好ましくは軟化温度以上溶融温度未満である、前記<2>〜<24>の何れか1に記載の微細中空突起具の製造方法。
<26>
開孔部を有する微細中空突起部を備えた微細中空突起具であって、前記開孔部は、前記微細中空突起部における先端部の中心からずれた位置に配され、該微細中空突起部の中空の内部に貫通しており、前記微細中空突起部は、前記開孔部の周縁部に、該微細中空突起部の内部に向かって凸曲面を描いて隆起する隆起部を備えている、微細中空突起具。
<27>
前記微細中空突起部は、その突出高さが、好ましくは0.01mm以上10mm以下であり、更に好ましくは0.02mm以上5mm以下である、前記<26>に記載の微細中空突起具。
<28>
前記微細中空突起部の先端径は、その直径が好ましくは1μm以上500μm以下であり、更に好ましくは5μm以上300μm以下である、前記<26>又は<27>に記載の微細中空突起具。
<29>
前記開孔部の開孔面積が、好ましくは0.7μm2以上200000μm2以下であり、更に好ましくは20μm2以上70000μm2以下である、前記<26>〜<28>の何れか1に記載の微細中空突起具。
<30>
微細中空突起部がシート状の基底部材から起立しており、該基底側部材における、微細中空突起部とは反対側の面に基底側開孔部を備えている、前記<26>〜<29>の何れか1に記載の微細中空突起具。
<31>
前記基底側開孔部の開孔面積が、好ましくは0.007mm2以上20mm2以下であり、更に好ましくは0.03mm2以上7mm2以下である、前記<30>に記載の微細中空突起具。
<32>
前記微細中空突起具は、シート状の基底部材の上面に、縦方向及び横方向それぞれに前記微細中空突起部が複数配列されたマイクロニードルアレイである、前記<26>〜<31>の何れか1に記載の微細中空突起具。
<33>
隣り合った前記微細中空突起部における縦方向及び横方向それぞれの中心間距離が均一である、前記<32>に記載の微細中空突起具。
<34>
縦方向に隣り合った前記微細中空突起部の中心間距離が、好ましくは0.01mm以上10mm以下であり、更に好ましくは0.05mm以上5mm以下である、前記<33>に記載の微細中空突起具。
<35>
横方向に隣り合った前記微細中空突起部の中心間距離が、好ましくは0.01mm以上10mm以下であり、更に好ましくは0.05mm以上5mm以下である、<33>又は<34>に記載の微細中空突起具。
<36>
前記開孔部は、前記微細中空突起部の先端部から、該微細中空突起部の高さの2%以上根本方向にずれた位置に配置され、好ましくは5%以上ずれており、特に好ましくは10%以上ずれている、前記<26>〜<35>の何れか1に記載の微細中空突起具。
<37>
前記開孔部の位置は、微細中空突起具の根本部から、微細中空突起部の高さの2%以上先端部方向にずれた位置に配置され、好ましくは5%以上ずれており、特に好ましくは10%以上ずれている、前記<36>に記載の微細中空突起具。
<38>
前記微細中空突起部が、先端部の中心からずれた位置に複数の開孔部を有している、前記<26>〜<36>の何れか1つに記載の微細中空突起具。
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲はかかる実施例に制限されない。
(1)製造装置の備える突起部形成用凸型部11Aの準備
突起部形成用凸型部11Aとしては、その材質がステンレス鋼であるSUS304で形成されたものを用意した。突起部形成用凸型部11Aは、1個の円錐状の凸型110Aを有していた。凸型110Aは、その高さ(テーパー部の高さ)H2が2.5mmであり、その先端径D1が15μmであり、その根本径D2が0.5mmであり、その先端角度が11度であった。
(2)製造装置の備える開孔用凸型部11Bの準備
開孔用凸型部11Bとしては、その材質がステンレス鋼であるSUS304で形成されたものを用意した。開孔用凸型部11Bは、1個の円錐状の凸型110Bを有していた。凸型110Bは、その高さ(テーパー部の高さ)H2が2.5mmであり、その先端径D1が15μmであり、その根本径D2が0.5mmであり、その先端角度が11度であった。
(2)基材シート2Aの準備
基材シート2Aとしては、ポリ乳酸(PLA;Tg55.8℃)の厚み0.3mmの帯状のシートを用意した。
〔実施例1〕
図6に示す順序で、微細中空突起具1としてのマイクロニードルアレイ1Mを製造した。具体的には、本実施態様の製造装置100は、各凸型部11A,11Bの加熱手段が超音波振動装置であった。
製造条件としては、突起部形成用凸型部11A及び開孔用凸型部11Bの超音波振動の周波数が20kHzであり、超音波振動の振幅が40μmであった。また、突起部形成工程における突起部形成用凸型部11Aの刺入高さが0.7mmであり、刺入速度が10mm/秒であり、刺込角度θ1が90度であった。また、開孔部形成工程における非貫通の微細中空突起部に対する開孔用凸型部11Bの刺入量が0.15mm、刺入速度が30mm/秒、刺込角度θ2が270度、非貫通の微細中空突起部の先端部の中心とのずれ量は、10μmであった。また、軟化時間は0.1秒であり、冷却時間は0.5秒であった。以上の製造条件で、実施例1の微細中空突起具を製造した。なお、刺入時の基材シートの温度は85℃であり、基材シートは軟化していた。
〔比較例1〕
非貫通の微細中空突起部の先端部の中心とのずれ量(ずれ量0μm)以外は、実施例1と同様の製造条件で、比較例1の微細中空突起具を製造した。
〔性能評価〕
実施例1、比較例1の微細中空突起具について、マイクロスコープを用いて観察し、以下の評価基準により微細中空突起部の加工形状を評価した。それらの結果を下記表1に示す。また、製造された実施例1の微細中空突起具の写真も併せて示す。
表1に示す結果から明らかなように、実施例1の微細中空突起具は、形状が良好であった。従って、実施例1の微細中空突起具を製造する製造方法によれば、微細中空突起部の高さ及び開孔部の大きさの精度の良好な微細中空突起具を、効率的に連続して製造できることが期待できる。
また、実施例1の微細中空突起具は、開孔部の周縁部に、内部に向かって隆起する隆起部を備え、皮膚に穿刺する際に潰れ難い。このため、スムーズに穿刺でき、開孔部を通して剤を安定的に供給できることが期待できる。
1 微細中空突起具
2 基底部材
2A 基材シート
2D 一面
2U 他面
3 微細中空突起部
3h 開孔部
4 隆起部
10 突起部形成部
11A 突起部形成用凸型部
11B 開孔用凸型部
110A、110B 凸型
TP、TP1 当接部分

Claims (7)

  1. 微細中空突起具の製造方法であって、
    熱可塑性樹脂を含む基材シートの一面側から、超音波振動装置である加熱手段を備える突起部形成用凸型部を当接させて、該基材シートにおける該突起部形成用凸型部との当接部分を熱により軟化させながら、該基材シートの他面側に向かって該突起部形成用凸型部を該基材シートに刺してゆき、該基材シートの他面側から突出する非貫通の微細中空突起部を形成する突起部形成工程と、
    前記微細中空突起部の内部に前記突起部形成用凸型部を刺した状態で該微細中空突起部を冷却する冷却工程と、
    前記冷却工程の後工程に、前記微細中空突起部の内部から前記突起部形成用凸型部を抜いて内部が中空の前記微細中空突起部を形成するリリース工程と、
    形成された前記微細中空突起部の先端部の中心からずれた位置に、該微細中空突起部の内部に貫通する開孔部を形成する開孔部形成工程とを備え、
    前記開孔部形成工程は、加熱手段を備える開孔用凸型部を用いて行い、
    前記開孔部形成工程においては、前記開孔用凸型部を前記微細中空突起部の先端部の中心からずれた位置に当接させて、該開孔用凸型部との当接部分を熱により軟化させながら該開孔用凸型部を該微細中空突起部に刺してゆき、該微細中空突起部の内部に貫通する前記開孔部を形成する、微細中空突起具の製造方法。
  2. 前記突起部形成工程での加工熱量条件と、前記開孔部形成工程での加工熱量条件とが異なる請求項に記載の微細中空突起具の製造方法。
  3. 前記突起部形成工程での前記突起部形成用凸型部の前記基材シートに対する刺込角度と、前記開孔部形成工程での前記開孔用凸型部の前記基材シートに対する刺込角度とが異なる請求項又はに記載の微細中空突起具の製造方法。
  4. 前記突起部形成工程では、前記突起部形成用凸型部を前記基材シートの一面側から当接させ、前記開孔部形成工程では、前記開孔用凸型部を前記基材シートの他面側から当接させる請求項1〜3の何れか1項に記載の微細中空突起具の製造方法。
  5. 前記突起部形成用凸型部と、前記開孔用凸型部とが異なるものである請求項1〜4の何れか1項に記載の微細中空突起具の製造方法。
  6. 前記開孔部形成工程においては、形成された前記微細中空突起部の先端部の中心からずれた位置に、前記開孔部を複数形成する請求項1〜の何れか1項に記載の微細中空突起具の製造方法。
  7. 開孔部を有する微細中空突起部を備えた微細中空突起具であって、
    前記開孔部は、前記微細中空突起部の先端部の中心からずれた位置に配され、該微細中空突起部の中空の内部に貫通しており、
    前記微細中空突起部は、前記開孔部の周縁部における前記先端部側及び下方側それぞれに、該微細中空突起部の内部に向かって凸曲面を描いて隆起する隆起部を備えており、
    前記開孔部の周縁部においては、前記下方側の隆起部の頂部と前記微細中空突起部の外壁との間隔が、前記先端部側の隆起部の頂部と前記微細中空突起部の外壁との間隔よりも長い、開孔部を有する微細中空突起具。
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