JP7202638B2 - Separate tip microneedle - Google Patents
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Description
本発明は薬剤搬送システム(drug delivery system:DDS)、特に皮膚を介して体内に薬剤等を投与する経皮吸収システム(trans-dermal therapeutic system:TTS、以下、TTSと略記することがある。)に用いられるマイクロニードルに関し、より詳細には、マイクロニードルの形状を角錐とし、皮膚に穿刺する角錐状マイクロニードルを支持部と先端部の二段構造として、体内には先端部のみを残留させる先端分離型角錐状マイクロニードルに関し、更に詳細には、先端部の側稜(側辺)と支持部の側稜(側辺)とが角錐の頂点を回転中心としてずれた状態で二段構造を有するマイクロニードルに関する。 The present invention is a drug delivery system (DDS), particularly a transdermal therapeutic system (TTS, hereinafter sometimes abbreviated as TTS) that administers drugs into the body through the skin. More specifically, the shape of the microneedle is a pyramid, and the pyramidal microneedle that punctures the skin has a two-step structure of the support and the tip, and the tip that leaves only the tip in the body. More specifically, the separation type pyramidal microneedle has a two-stage structure in which the side edge (side edge) of the tip portion and the side edge (side edge) of the support portion are displaced around the apex of the pyramid as the center of rotation. Regarding microneedles.
TTSによる薬剤投与法は、注射剤に比較して痛みが少なく人体に対する侵襲性が低いこと、経口剤に比較して消化器や肝臓への負担が少なく初回通過効果を受けないこと、長期間に亘り一定濃度の薬剤を体内に搬送できることなどの利便性がある。 Compared to injections, TTS is less painful and less invasive to the human body. There is convenience such as being able to deliver a constant concentration of drug into the body over a period of time.
TTSの一つとしてマイクロニードル法が知られており、一般に円錐あるいはピラミッド状の角錐で高さが数百μmのマイクロニードルが複数配列されたマイクロニードルアレイの形で使用される。その表面に薬剤がコーティングされたニードル、又はその内部に薬剤が含浸されたニードルが皮膚の角質層を貫通することで、真皮組織内で溶解した薬剤の体内への搬送が実現される。その際、ニードルが神経に到達しないので、痛みは殆ど感じられないという利点がある。 A microneedle method is known as one of the TTSs, and is generally used in the form of a microneedle array in which a plurality of microneedles each having a conical or pyramidal shape and a height of several hundred μm are arranged. A needle whose surface is coated with a drug or a needle whose interior is impregnated with a drug penetrates the stratum corneum of the skin, thereby realizing delivery of the drug dissolved in the dermal tissue into the body. At that time, since the needle does not reach the nerve, there is an advantage that the pain is hardly felt.
医療におけるマイクロニードル法の開発当初は、チタンなどの金属材料によってマイクロニードルが製造されたが、近年では、紫外線あるいは電子線フォトリソグラフィなどを用いた三次元微細加工技術(micro electro mechanical systems:MEMS)の進展によって、例えば特許文献1に示されるような、単結晶シリコンを素材としたマイクロニードル製造法の研究が進められている。
At the beginning of the development of the microneedle method in medicine, microneedles were manufactured from metal materials such as titanium, but in recent years, three-dimensional microfabrication technology (micro electromechanical systems: MEMS) using ultraviolet or electron beam photolithography has been introduced. With the progress of the technology, research on a microneedle manufacturing method using single-crystal silicon as a raw material, as disclosed in
シリコンを素材としたマイクロニードルは安価かつ大量な生産が可能であるという優れた特徴を有しているが、折損により皮膚内部に残存するというリスクもあり、その回避策として、例えば特許文献2には、薬剤を含有させた生体内溶解性高分子を、マイクロニードル部に設けた貫通孔を通して真皮組織内に穿刺挿入する方法が開示されているが、マイクロニードルの構造が複雑になるという問題がある。 Microneedles made of silicon have the excellent feature of being inexpensive and mass-producible, but there is also the risk of them remaining inside the skin due to breakage. discloses a method of puncturing and inserting a drug-containing biosoluble polymer into dermal tissue through a through-hole provided in a microneedle, but there is a problem that the structure of the microneedle becomes complicated. be.
比較的シンプルなマイクロニードル構造で真皮組織内に薬剤を穿刺挿入する方法として、例えば非特許文献1には、支持部マイクロニードルに直列的に薬剤を含有させた生体内溶解性高分子を素材とする先端部マイクロニードルを設けて、マイクロニードルを二階建て構造とし、このマイクロニードルを皮膚に穿刺後、先端部マイクロニードルのみを真皮組織内に残留させる方式のTTS用のマイクロニードル構造が開示されているが、皮膚内穿刺後の引抜き時において、支持部から先端部を分離し留置することが困難という問題がある。
As a method of puncturing and inserting a drug into the dermal tissue with a relatively simple microneedle structure, for example, Non-Patent
非特許文献1に記載の二階建て構造のマイクロニードルを利用したTTSによる薬剤投与法においては、支持部マイクロニードルに直列的に薬剤を含有させた生体内溶解性高分子を素材とする先端部マイクロニードルを設けて、マイクロニードルを二階建て構造とし、このマイクロニードルを皮膚に穿刺後、先端部マイクロニードルのみを真皮組織内に残留させることから、真皮組織内に残留させる薬剤量の精確な調整が可能であり、しかも薬剤投与を簡便にかつ短い処理時間で行うことができるという特徴がある。
In the drug administration method by TTS using the two-story microneedle described in Non-Patent
しかしながら、非特許文献1に記載の二階建て構造のマイクロニードルでは、皮膚内穿刺後の引抜き時において、返しとして作用する先端部底面部分が小さく、すなわち支持部側面に対する先端部底面の外側への突出部分が小さく、その結果、先端部底面が皮膚に引っ掛かり難く、支持部から先端部を分離し留置することが難しいという課題がある。
However, in the microneedle with the double-decker structure described in Non-Patent
本発明は、以上の事情を背景として種々の検討を重ねるうちに、マイクロニードルの形状を角錐とし、皮膚に穿刺する角錐状マイクロニードルを支持部と先端部の二段構造として、体内には先端部のみを残留させる先端分離型角錐状マイクロニードルに関し、先端部の側稜(側辺)と支持部の側稜(側辺)とが角錐の頂点を回転中心としてずれた状態で二段構造を有するマイクロニードルにすることで、皮膚内穿刺後の引抜き時において、返しとして作用する先端部底面部分が大きく、すなわち支持部側面に対する先端部底面の外側への突出部分が大きく、その結果、先端部底面が皮膚へ引っ掛かり易く、容易に支持部から先端部を分離し留置することが可能になることを見出した。本発明は、このような知見に基づき為されたものである。 In the course of various investigations against the background of the above circumstances, the present invention has found that the shape of the microneedle is a pyramid, and the pyramidal microneedle that punctures the skin has a two-step structure of a support portion and a tip portion, and the tip is placed in the body. Regarding the tip-separated pyramidal microneedle that leaves only the part, the side edge (side edge) of the tip part and the side edge (side edge) of the support part are displaced around the apex of the pyramid as the center of rotation. By using a microneedle having a microneedle, the bottom surface of the tip that acts as a barb when pulled out after puncturing the skin is large, that is, the portion that protrudes outward from the bottom surface of the tip with respect to the side surface of the support is large, and as a result, the tip It has been found that the bottom surface is easily caught on the skin, and the distal end portion can be easily separated from the support portion and retained. The present invention has been made based on such findings.
すなわち、第1発明の要旨とするところは、皮膚を介して体内に薬剤等を投与する経皮吸収システムに用いられるマイクロニードルであって、マイクロニードルの形状を角錐とし、皮膚に穿刺する角錐状マイクロニードルを支持部と先端部の二段構造として、体内には先端部のみを残留させる先端分離型角錐状マイクロニードルに関し、先端部の側稜(側辺)と支持部の側稜(側辺)とが角錐の頂点を回転中心としてずれた状態で二段構造を有するマイクロニードルであることにある。 That is, the gist of the first invention is a microneedle used in a transdermal absorption system for administering a drug or the like into the body through the skin, wherein the microneedle has a pyramidal shape and a pyramidal shape that penetrates the skin. The microneedle has a two-step structure of a support part and a tip part, and the tip separation type pyramidal microneedle that leaves only the tip part in the body. ) is a microneedle having a two-stage structure with the apex of the pyramid as the center of rotation.
第2発明の要旨とするところは、第1発明において、前記角錐状マイクロニードルの前記支持部と前記先端部とからなる二段構造を有する前記マイクロニードルで、角錐形状が三角錐以上の多角錐であることにある。なお、分離留置という観点では、前記角錐状マイクロニードルは三角錐、四角錐が好ましい。 The gist of the second invention is that in the first invention, the microneedle has a two-stage structure consisting of the support part and the tip part of the pyramidal microneedle, and the pyramid shape is a polypyramid not less than a triangular pyramid. It is in being. From the standpoint of separation and retention, the pyramidal microneedle is preferably a triangular pyramid or a quadrangular pyramid.
第3発明の要旨とするところは、第1発明において、前記角錐状マイクロニードルの前記支持部と前記先端部とからなる二段構造を有する前記マイクロニードルで、かつ前記先端部の側稜(側辺)と前記支持部の側稜(側辺)とが前記角錐の頂点を回転中心としてずれた状態で二段構造を有する前記マイクロニードルで、前記マイクロニードルを真上から眺めた平面図において、前記先端部の側稜(側辺)が前記支持部の底辺の中央に位置するような二段構造になることにある。 The gist of the third invention is that in the first invention, the microneedle has a two-stage structure consisting of the support portion and the tip portion of the pyramidal microneedle, and the side ridge (side) of the tip portion side) and the side edge (side edge) of the support part are the microneedles having a two-stage structure in a state where the apex of the pyramid is the center of rotation, and the microneedle is viewed from above in a plan view, A two-step structure is provided in which the side edge (side edge) of the tip portion is positioned at the center of the bottom side of the support portion.
第4発明の要旨とするところは、第1発明から第3発明のいずれかに記載の前記支持部と前記先端部とからなる二段構造を有する前記マイクロニードルで、前記支持部と前記先端部とが相似の角錐形状であることにある。 The gist of the fourth invention is the microneedle having a two-step structure consisting of the support part and the tip part according to any one of the first to third inventions, wherein the support part and the tip part and have similar pyramidal shapes.
第5発明の要旨とするところは、第1発明から第3発明のいずれかに記載の前記支持部と前記先端部とからなる二段構造を有する前記マイクロニードルで、前記先端部は角錐形状であり、支持部は角錐台形状であることにある。 The gist of the fifth invention is the microneedle having a two-stage structure consisting of the support part and the tip part according to any one of the first to third inventions, and the tip part is pyramid-shaped. and the supporting portion is in the shape of a truncated pyramid.
第6発明の要旨とするところは、第1発明から第3発明のいずれかに記載の前記支持部と前記先端部とからなる二段構造を有する前記マイクロニードルで、前記支持部と前記先端部とを作製する際の元となる金型がシリコン材であり、かつ角錐形状がエッチングにより形成されることにある。 The gist of the sixth invention is the microneedle having a two-stage structure consisting of the support part and the tip part according to any one of the first to third inventions, wherein the support part and the tip part The metal mold used as the base for manufacturing is made of a silicon material, and the pyramidal shape is formed by etching.
第7発明の要旨とするところは、第1発明から第3発明のいずれかに記載の前記支持部と前記先端部とからなる二段構造を有する前記マイクロニードルで、前記先端部の材料が生分解性素材であることにある。 The gist of the seventh invention is the microneedle having a two-step structure consisting of the support part and the tip part according to any one of the first to third inventions, wherein the material of the tip part is raw. It is a degradable material.
第8発明の要旨とするところは、第1発明から第3発明のいずれかに記載の前記支持部と前記先端部とからなる二段構造を有する前記マイクロニードルで、二段構造を有する前記マイクロニードル全体の高さが0.1mm~2.0mmであることにある。 The gist of the eighth invention is the microneedle having a two-step structure consisting of the support part and the tip part according to any one of the first to third inventions, and the microneedle having the two-step structure The whole height of the needle is 0.1 mm to 2.0 mm.
第9発明の要旨とするところは、第1発明から第3発明のいずれかに記載の前記支持部と前記先端部とからなる二段構造を有する前記マイクロニードルを複数配列してなるマイクロニードルアレイであることにある。 The gist of the ninth invention is a microneedle array formed by arranging a plurality of the microneedles having a two-stage structure consisting of the support part and the tip part according to any one of the first to third inventions. It is in being.
第1発明のマイクロニードルによれば、マイクロニードルの形状を角錐とし、皮膚に穿刺する角錐状マイクロニードルを支持部と先端部の二段構造として、体内には先端部のみを残留させる先端分離型角錐状マイクロニードルに関し、先端部の側稜(側辺)と支持部の側稜(側辺)とが角錐の頂点を回転中心としてずれた状態で二段構造を有することから、皮膚内穿刺後の引抜き時において、返しとして作用する先端部底辺部分が大きく、すなわち支持部側面に対する先端部底面の外側への突出部分が大きく、その結果、先端部底辺が皮膚へ引っ掛かり易く、容易に支持部から先端部を分離し留置することが可能になる。その結果、真皮組織内に残留させる薬剤量の精確な調整が可能であり、しかも薬剤投与を簡便にかつ短い処理時間で行うことができる。 According to the microneedle of the first invention, the shape of the microneedle is a pyramid, and the pyramidal microneedle that punctures the skin has a two-step structure of the support part and the tip part, and the tip part is left in the body. Regarding the pyramid-shaped microneedle, the side edge (side edge) of the tip and the side edge (side edge) of the support part have a two-step structure in a state where the apex of the pyramid is the center of rotation. At the time of withdrawal, the base portion of the tip portion that acts as a barb is large, that is, the portion that protrudes outward from the bottom surface of the tip portion with respect to the side surface of the support portion is large. The tip can be separated and left in place. As a result, it is possible to precisely adjust the amount of drug to remain in the dermal tissue, and to administer the drug simply and in a short processing time.
第2発明のマイクロニードルによれば、前記角錐状マイクロニードルの前記支持部と前記先端部とからなる二段構造を有する前記マイクロニードルで、角錐形状が三角錐以上の多角錐であること、そして好ましくは三角錐、四角錐があることで、皮膚内穿刺後の引抜き時において、返しとして作用する先端部底辺部分がより大きくなり、すなわち支持部側面および側稜に対する先端部底面の外側への突出部分がより大きく、その結果、先端部底辺が皮膚へ引っ掛かり易く、さらに容易に支持部から先端部を分離し留置することが可能になる。 According to the microneedle of the second invention, the microneedle has a two-stage structure consisting of the support portion and the tip portion of the pyramidal microneedle, and the pyramidal shape is a polypyramid not less than a triangular pyramid, and Preferably, the presence of a triangular pyramid or a square pyramid results in a larger tip base portion acting as a barb during withdrawal after intradermal puncture, i.e. outward projection of the tip bottom surface relative to the support side and lateral ridges. The portion is larger so that the base of the tip is more likely to hook into the skin, allowing for easier separation and placement of the tip from the support.
第3発明のマイクロニードルによれば、前記角錐状マイクロニードルの前記支持部と前記先端部とからなる二段構造を有する前記マイクロニードルで、前記先端部の側稜(側辺)と前記支持部の側稜(側辺)とが前記角錐の頂点を回転中心としてずれた状態で二段構造を有する前記マイクロニードルで、前記マイクロニードルを真上から眺めた平面図において、前記先端部の側稜(側辺)が前記支持部の底辺の中央に位置するように二段構造になることから、皮膚内穿刺後の引抜き時において、返しとして作用する先端部底辺部分を角錐体形状において最も大きく、すなわち支持部側面に対する先端部底面の外側への突出部分が最も大きく、その結果、先端部底辺が皮膚へ引っ掛かり易く、さらに容易に支持部から先端部を分離し留置することが可能になる。 According to the microneedle of the third invention, the microneedle having a two-step structure consisting of the support portion and the tip portion of the pyramidal microneedle, the side edge (side edge) of the tip portion and the support portion The microneedle has a two-step structure in which the side edge (side edge) of the pyramid is shifted around the apex of the pyramid, and in a plan view of the microneedle from directly above, the side edge of the tip Since it has a two-step structure so that the (side side) is located in the center of the base of the support part, when pulling out after puncturing the skin, the base part of the tip part that acts as a barb is the largest in the pyramid shape, That is, the portion of the bottom surface of the distal end that protrudes outward from the side surface of the supporting portion is the largest, and as a result, the base of the distal end is easily caught on the skin, and the distal end can be easily separated from the supporting portion and left in place.
第4発明のマイクロニードルによれば、前記支持部と前記先端部とからなる二段構造を有する前記マイクロニードルで、前記支持部と前記先端部とが相似の角錐形状であることにあることから、前記支持部と前記先端部とを作製する際の元となる金型の構造が簡素化されるとともに同一加工プロセスで作製することが可能となり、低コスト化を図ることができる。 According to the microneedle of the fourth invention, the microneedle has a two-stage structure consisting of the support portion and the tip portion, and the support portion and the tip portion have similar pyramidal shapes. In addition, the structure of the mold used to manufacture the support portion and the tip portion can be simplified, and the manufacturing process can be the same, thereby reducing the cost.
第5発明のマイクロニードルによれば、前記支持部と前記先端部とからなる二段構造を有する前記マイクロニードルで、前記先端部は角錐形状であり、支持部は角錐台形状であることにあることから、前記角錐形状の先端部と前記角錐台形状の支持部とで構成される二段構造を有するマイクロニードルに荷重を印加して皮膚に穿刺をした場合、支持部先端部での応力集中が小さくなり、高荷重印加時による穿刺時において先端部の破壊を防ぐことが容易になる。また、先端部体積を増加させることができ、その結果、薬剤投与量を増加させることができる。 According to the microneedle of the fifth invention, the microneedle has a two-stage structure consisting of the support portion and the tip portion, the tip portion has a pyramid shape, and the support portion has a truncated pyramid shape. Therefore, when the skin is punctured by applying a load to the microneedle having a two-stage structure composed of the pyramid-shaped tip and the truncated pyramid-shaped support, stress concentration at the tip of the support becomes smaller, and it becomes easier to prevent breakage of the tip portion during puncture due to application of a high load. Also, tip volume can be increased, resulting in increased drug dosage.
第6発明のマイクロニードルによれば、前記支持部と前記先端部とを作製する際の元となる金型としてシリコン材を用い、微細性に長けたエッチング工程により角錐形状がエッチングで角錐形状を作製することから先鋭度に優れた前記先端部ができる。 According to the microneedle of the sixth invention, a silicon material is used as a mold that is the base for manufacturing the support portion and the tip portion, and the pyramid shape is etched by an etching process that is excellent in fineness. As a result of the production, the tip portion having excellent sharpness can be obtained.
第7発明のマイクロニードルによれば、前記支持部と前記先端部とからなる二段構造を有する前記マイクロニードルで、前記先端部の材料が生分解性素材であることから、薬剤成分を含んだ生分解性先端部を安全にしかも簡便に、皮膚内に留置することが可能になる。 According to the microneedle of the seventh invention, the microneedle has a two-stage structure consisting of the support part and the tip part, and the material of the tip part is a biodegradable material, so it contains a drug component The biodegradable tip can be safely and conveniently placed in the skin.
第8発明のマイクロニードルによれば、二段構造を有する前記マイクロニードル全体の高さが0.1mm~2.0mmであることから、弾性を有する皮膚内に前記マイクロニードルの前記先端部を穿刺かつ留置することが可能になる。 According to the microneedle of the eighth invention, since the total height of the microneedle having a two-step structure is 0.1 mm to 2.0 mm, the tip of the microneedle is punctured into the skin having elasticity. and can be retained.
第9発明のマイクロニードルによれば、前記マイクロニードルを複数配列してなるマイクロニードルアレイであることから、マイクロニードルの本数を変えることで、薬剤投与量を容易に変更することが可能になる。 According to the microneedle of the ninth invention, since the microneedle array is formed by arranging a plurality of the microneedles, it is possible to easily change the drug dosage by changing the number of microneedles.
以下、本発明の支持部と先端部とからなる二段構造を有するマイクロニードルの構造を、図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the structure of the microneedle having a two-stage structure consisting of a support portion and a tip portion of the present invention will be described in detail based on the drawings.
図1は、支持部2と先端部3とからなる二段構造を有するマイクロニードル1の構造の複数配列を示す図である。薬剤投与量に応じて支持部2と先端部3とからなる二段構造を有するマイクロニードル1が複数本、基板上に形成される。図2の動作原理図に示すように、二段構造を有するマイクロニードル1を皮膚4に穿刺し先端部全体が皮膚内に挿入するまで押し込み、その後、支持基板を引き上げると先端部根元の底面が返しとして作用し、その結果、基板の引抜き時に先端部底面が皮膚4に引っ掛かり、薬剤成分を含んだ先端部3が支持部2から分離し皮膚内に留置される。真皮組織内に残留させる薬剤量が先端部体積で決まることから、薬剤投与量を精確に調整でき、しかも薬剤投与を簡便にかつ短い処理時間で行うことができるという特徴がある。
FIG. 1 is a diagram showing a plurality of structures of
図3は、従来の支持部2と先端部3とからなる二段構造を有するマイクロニードルの構造を示す図である。図3に示した従来のマイクロニードルでは、例えば八角錐形状が用いられており、かつ先端部3の側稜と支持部2の側稜とが角錐の頂点を回転中心として一致するように二段構造のマイクロニードルが形成されている。このため、このような構造の二階建て構造のマイクロニードルでは、皮膚内穿刺後の引抜き時において、返しとして作用する先端部底面部分が小さく、すなわち支持部側面に対する先端部底面の外側への突出部分が小さく、その結果、先端部底面が皮膚に引っ掛かり難く、支持部2から先端部3を分離し留置することが難しいという課題がある。
FIG. 3 is a diagram showing the structure of a conventional microneedle having a two-step structure consisting of a
図4は、本発明の支持部2と先端部3とからなる二段構造を有するマイクロニードルの構造を示す図である。本発明のマイクロニードルでは四角錐形状を用い、そして支持部2と先端部3とからなる二段構造を有するマイクロニードルでは、先端部3の側稜と支持部2の側稜とが角錐の頂点を回転中心としてずれた状態で二段構造を有するマイクロニードルを形成している。このため、皮膚内穿刺後の引抜き時において、返しとして作用する先端部底面部分が大きく、すなわち支持部側面に対する先端部底面の外側への突出部分が大きく、その結果、先端部底面が皮膚に引っ掛かり易く、容易に支持部2から先端部3を分離し留置することが可能になる。特に、先端部3の側稜と支持部2の側稜とが角錐の頂点を回転中心としてずれた状態で二段構造を有するマイクロニードルを形成するとき、マイクロニードルを真上から眺めた平面図において、先端部3の側稜が支持部2の底辺の中央に位置するような二段構造にすると、返しとして作用する先端部底面部分が最も大きく、すなわち支持部側面に対する先端部底面の外側への突出部分が最も大きくなり、皮膚内での支持部2から先端部3の分離がさらに容易になるという利点がある。また、相似形状の角錐を支持部2と先端部3に用いることで、支持部2と先端部3とを作製する際の元となる金型の構造が簡素化されるとともに同一加工プロセスで作製することが可能となり、低コスト化を図ることができる。
FIG. 4 is a diagram showing the structure of a microneedle having a two-step structure consisting of a
図5は、本発明の他の実施例における支持部2と先端部3とからなる二段構造を有するマイクロニードルの構造を示す図である。本発明の他の実施例では、三角錐および六角錐の形状で、二段構造を有するマイクロニードルを形成している。本発明の趣旨から、角錐形状が三角錐以上であればどのような多角錐でも良いが、角数が大きくなると円に近くなり、回転中心をずらして先端部底面の返し領域を支持部に対して突出させる効果が低くなることから、三角錐、四角錐、五角錐などの角数が小さいことが好ましい。
FIG. 5 is a diagram showing the structure of a microneedle having a two-stage structure consisting of a
図6は、本発明の他の実施例における支持部2と先端部3とからなる二段構造を有するマイクロニードルの構造を示す図である。本発明の他の実施例では、先端部3は角錐形状であり、支持部2は角錐台形状で二段構造を有するマイクロニードルを形成している。この構造のマイクロニードルでは、先端部体積を増加させることができ、その結果、薬剤投与量を増加させることができるほか、マイクロニードルに荷重を印加して皮膚に押し込む場合、支持部先端部での応力集中が小さくなり、穿刺時における先端部3の破壊を防ぐことが容易になり、その結果、さまざまな硬さとなる薬剤成分を含む先端部材料を用いることが可能になるという特徴がある。なお、支持部2は先端部3を支えることが目的であり、その役目を満たすのであれば、角錐台以外の形状、例えば、円錐台、円柱、角柱など、いかなる立体形状でも良い。
FIG. 6 is a diagram showing the structure of a microneedle having a two-stage structure consisting of a
図7は、本発明の実施例における支持部と先端部とからなる二段構造を有するマイクロニードルの構造において、支持部と先端部を作製する際の金型となるシリコン製ニードルを示す図である。シリコン製ニードルはフォトリソグラフィ工程とエッチング工程とで作製する。具体的には、フォトリソグラフィによりシリコン基板表面にエッチングマスクを形成し、その後、シリコン基板をエッチングマスク形状に従い、エッチングすることでシリコン製ニードルを作製する。エッチングには結晶方位によるエッチレートの違いを利用した三次元微細加工法である結晶異方性エッチングを用いる。またエッチング液には、TMAH(テ卜ラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、KOH(水酸化カリウム)などのアルカリ性水溶液を用いる。以下に更に詳細な作製法を示す。 FIG. 7 is a diagram showing a silicon needle that serves as a mold for fabricating a support portion and a tip portion in a structure of a microneedle having a two-stage structure consisting of a support portion and a tip portion in an embodiment of the present invention. be. Silicon needles are produced by a photolithography process and an etching process. Specifically, an etching mask is formed on the surface of the silicon substrate by photolithography, and then the silicon needle is manufactured by etching the silicon substrate according to the shape of the etching mask. Crystal anisotropic etching, which is a three-dimensional microfabrication method that utilizes the difference in etch rate due to crystal orientation, is used for etching. An alkaline aqueous solution such as TMAH (tetramethylammonium hydroxide, KOH (potassium hydroxide), etc. is used as an etchant. A more detailed manufacturing method is shown below.
まず、単結晶シリコンウェハを準備し、その表面を熱酸化して酸化膜を形成する。そして、シリコンウェハの例えば(100)表面にレジストを塗布する。シリコンウェハ面上に個々のマイクロニードルに対応するマスクパターンを多数配列したフォトマスクを設置する。フォトマスクを設置したシリコンウェハに対し紫外線を照射し現像することでレジストをパターンニングする。BHF溶液を用いて酸化膜を除去し、エッチングマスクパターンをシリコンウェハ表面に形成する。 First, a single crystal silicon wafer is prepared and its surface is thermally oxidized to form an oxide film. Then, a resist is applied to, for example, the (100) surface of the silicon wafer. A photomask having a large array of mask patterns corresponding to individual microneedles is placed on the surface of a silicon wafer. The resist is patterned by irradiating the silicon wafer on which the photomask is placed with ultraviolet rays and developing it. A BHF solution is used to remove the oxide film and form an etching mask pattern on the surface of the silicon wafer.
次に、アルカリ性水溶液を用いて、シリコンウェハ表面でマスキングされていない部分をエッチングする。シリコンウェハの厚さ方向における(100)面にエッチングが進行するとともに、マスキング材である酸化膜の下部に対してもアンダーカットが生じ、その結果、エッチングマスク下にマイクロニードルが形成される。そして、多数のマイクロニードルを形成したシリコンウェハを所定のサイズにダイシングし、チップ化したマイクロニードルの金型が得られる。 Next, an alkaline aqueous solution is used to etch the unmasked portion of the silicon wafer surface. As the etching progresses on the (100) plane in the thickness direction of the silicon wafer, an undercut also occurs in the lower part of the oxide film which is the masking material, and as a result, microneedles are formed under the etching mask. Then, the silicon wafer on which a large number of microneedles are formed is diced into a predetermined size to obtain molds for chipped microneedles.
図8は、本発明の実施例における支持部と先端部とからなる二段構造を有するマイクロニードルの構造の作製方法を示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing a method of fabricating a microneedle structure having a two-step structure consisting of a support portion and a tip portion in an example of the present invention.
金型として機能するシリコン製マイクロニードル20、30を用いてモールド型となるPDMS型21,31を形成するプロセスと、PDMS型21,31に基板材料および生分解性素材を充填し、基板部2と先端部3を位置合わせしてマイクロニードルを製造するプロセスとを説明する。
A process of forming
モールド型であるPDMS型21,31を形成するプロセスでは、モールド工程においてシリコン製のマイクロニードル20,31とPDMS型21,31との剥離を容易にすることを目的として、支持部と先端部のそれぞれを作製するためのシリコン製マイクロニードル20,30の表面にスパッタ法によりCr層を密着層としてAu層40を被覆する。層厚は、例えば、Crが10nm、Auが250nmである。
In the process of forming the
つぎに、PDMS型の材料であるPDMS(ポリジメチルシロキサン)を用意する。二液常温硬化性のPDMSの主剤と硬化剤とを例えば重量比10:1の割合で混合した後、真空ポンプを用いて長時間脱泡する。そして、脱泡したPDMSを支持部と先端部のそれぞれを作製するためのシリコン製マイクロニードル20,30の表面を覆うように充填しPDMSを硬化させ、硬化したPDMS型をシリコン製マイクロニードルから剥がすことで、支持部と先端部を作製するためのそれぞれのPDMS型21,31を作製する。
Next, PDMS (polydimethylsiloxane), which is a PDMS type material, is prepared. After mixing the two-component room temperature curable PDMS main agent and the curing agent at a weight ratio of 10:1, for example, defoaming is performed for a long period of time using a vacuum pump. Then, the defoamed PDMS is filled so as to cover the surfaces of the
支持部用PDMS型21を用いて支持部2をモールド成型するプロセスでは、支持部2となる液状の材料が支持部作製用PDMS型21を覆うように充填し液状支持部材を硬化させ、硬化した支持部2を支持部作製用PDMS型21から剥がすことで支持部2を作製する。なお、支持部材には生体適合性を有する材料であることが好ましい。
In the process of molding the
先端部用PDMS型31を用いて、支持部2と先端部3とからなる二段構造を有するマイクロニードルをモールド成型するプロセスでは、まず、先端部用PDMS型上に形成された先端部形成用凹みのみに先端部作製材料32である薬剤成分を含んだ生分解性材料を充填し、その後、支持部2と先端部3とを位置合わせをした後、両者を重ね合わせ、先端材料を硬化させた後に、先端部3を含んだ支持部2を先端部用PDMS型31から剥がすことで支持部2と先端部3とからなる二段構造を有するマイクロニードルを作製する。本実施例では、生分解性材料としてコラーゲンヒアルロン酸を用いたが、これ以外の生分解性材料でも良い。なお、支持部2と先端部3を重ねる際に、両者の間に厚さが定義された板41を挟むことで、支持部2と先端部3との重ね合わせ量を制御する。
In the process of molding a microneedle having a two-stage structure consisting of a
図9は、本発明の実施例における支持部2と先端部3とからなる二段構造を有するマイクロニードルの構造の作製例を示す図である。先端部2と支持部3の形状は四角錐で、先端部と支持部の底面間隔は0.2mmになっている。また、二段構造を有するマイクロニードルを真上から眺めると、先端部の四角錐が支持部に対して45°回転しており、先端部3の側稜が支持部2の底辺の中央に位置する、すなわち支持部側面に対する先端部底面の外側への突出部分が最も大きくなるように重なっている。
FIG. 9 is a diagram showing a fabrication example of a microneedle structure having a two-stage structure consisting of a
本発明によれば、マイクロニードルを利用したTTSによる薬剤投与法において、マイクロニードルの形状を角錐とし、皮膚に穿刺する角錐状マイクロニードルを支持部と先端部の二段構造として、体内には先端部のみを残留させる先端分離型角錐状マイクロニードルに関し、先端部の側稜と支持部の側稜とが角錐の頂点を回転中心としてずれた状態で二段構造を有するマイクロニードルにすることで、皮膚内穿刺後の引抜き時において、返しとして作用する先端部底面部分が大きく、すなわち支持部側面に対する先端部底面の外側への突出部分が大きく、その結果、先端部底面が皮膚へ引っ掛かり易く、容易に支持部から先端部を分離し留置することが可能になる。 According to the present invention, in the drug administration method by TTS using microneedles, the shape of the microneedle is a pyramid, and the pyramidal microneedle for puncturing the skin has a two-step structure of a support portion and a tip portion. Regarding the tip-separated pyramidal microneedle that leaves only the part, by making the microneedle having a two-step structure in a state where the side edge of the tip part and the side edge of the support part are shifted around the apex of the pyramid, At the time of withdrawal after puncturing the skin, the bottom surface of the tip portion acting as a barb is large, that is, the portion of the bottom surface of the tip portion that protrudes outward from the side surface of the support portion is large. It is possible to separate the tip part from the support part immediately and place it.
1:二段構造からなるマイクロニードル
2:支持部
3:先端部
4:皮膚
20:支持部作製用シリコン製金型
21:支持部作製用PDMS製型
22:支持部作製用材料
30:先端部作製用シリコン製金型
31:先端部作製用PDMS製金型
32:先端部作製用材料
40:金属薄膜(金薄膜)
41:板
1: Microneedle having a two-step structure 2: Support part 3: Tip part 4: Skin 20: Silicon mold for support part production 21: PDMS mold for support part production 22: Support part production material 30: Tip part Fabrication silicon mold 31: Tip part fabrication PDMS mold 32: Tip part fabrication material 40: Metal thin film (gold thin film)
41: Board
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