JP7459459B2

JP7459459B2 - マイクロニードル

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Publication number: JP7459459B2
Application number: JP2019121322A
Authority: JP
Inventors: 亮一旭井
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Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2024-04-02
Anticipated expiration: 2039-06-28
Also published as: JP2021007449A

Description

本発明はマイクロニードルに関する。

薬剤を人体に投与する方法としては、経口投与、注射器の穿刺による皮膚真皮層又は静脈への投与、皮膚表面への軟膏剤の塗布による局部真皮層への投与、皮膚表面への貼付けによる局部真皮層への投与などの方法が挙げられる。
これらの中で、貼り付け又はアプリケーターを用いて穿刺する方法によって体内に薬剤を投与する器具として、近年、複数の微小な針である突起部を備えたマイクロニードルの開発が進められてきた。マイクロニードルの材料には、針形状体の一部が穿刺によって折れて体内に残留しても悪影響がないように、生体内で溶解又は残留しても無害なものが選択されている。

国際公開第２００５／０５８１６２号特開２００６－３３４４１９号公報

マイクロニードルの使用時には微小な針を皮膚に穿刺するが、皮膚に穿刺した状態での保持時間はマイクロニードルの種類によって異なる。
本発明は、皮膚に穿刺した状態での保持時間中に使用者が装着感を得ることが可能なマイクロニードルを提供することを課題とする。

本発明の一態様に係るマイクロニードルは、第１の面及び第２の面を有する基板と、基板の第１の面から突出する複数の突起部と、を備えるマイクロニードルであって、複数の突起部の基板の第１の面との接合面の形状は四角形状であり、複数の突起部の少なくとも一部は、その四角形状の接合面の一辺が、隣接する２つの突起部の四角形状の接合面の一辺と略平行となるように配列されており、基板は、接合面の一辺が略平行に配された隣接する２つの突起部の間に縞状の凹凸構造を備え、縞状の凹凸構造は、該縞状の凹凸構造を挟む２つの突起部の接合面の一辺と略平行をなすことを要旨とする。

本発明に係るマイクロニードルによれば、皮膚に穿刺した状態での保持時間中に使用者が装着感を得ることが可能である。

本発明の第一実施形態に係るマイクロニードルの構造を示す斜視図である。図１のマイクロニードルの上面図及び断面図である。本発明の第二実施形態に係るマイクロニードルの構造を示す斜視図である。図３のマイクロニードルの上面図及び断面図である。本発明の第三実施形態に係るマイクロニードルの構造を示す斜視図である。図５のマイクロニードルの上面図及び断面図である。

本発明の一実施形態について説明する。なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。また、本実施形態には種々の変更又は改良を加えることが可能であり、その様な変更又は改良を加えた形態も本発明に含まれ得る。

まず、第一実施形態に係るマイクロニードル１について、図１の斜視図、図２の（ａ）の上面図、及び図２の（ｂ）の断面図を参照しながら説明する。
第一実施形態に係るマイクロニードル１は、第１の面１２Ａ及び第２の面１２Ｂを有する基板１２と、基板１２の第１の面１２Ａから突出する複数の突起部１１と、を備える。突起部１１は、皮膚を穿孔するための針として作用する。

複数の突起部１１の基板１２の第１の面１２Ａとの接合面の形状は四角形状であり、複数の突起部１１の少なくとも一部は、その四角形状の接合面の一辺が、隣接する２つの突起部１１の四角形状の接合面の一辺と略平行となるように配列されている。すなわち、複数の突起部１１は、いわゆる格子状（マトリックス状）に配置されており、基板１２の第１の面１２Ａにおいて、隣接する突起部１１の対向する互いの辺が略平行となるように配置されている。

突起部１１の形状は、例えば、四角錐形状、四角柱形状、四角錐形状と四角柱形状との組み合わせ形状とすることができるが、これらの形状に限定されるものではない。また、突起部１１の側壁には、括れや段差が形成されていてもよいし、溝が形成されていてもよい。また、四角錐形状の突起部１１の先端は、平坦面を有していてもよい。

基板１２は、接合面の一辺が略平行に配された隣接する２つの突起部１１の間に縞状の凹凸構造１３を備える。この縞状の凹凸構造１３は、該縞状の凹凸構造１３を挟む２つの突起部の接合面の一辺と略平行をなしている。なお、縞状の凹凸構造１３とは、線状に延びる凹部と凸部が平行をなして並ぶことにより構成されるものである。
突起部１１の高さＨは、基板１２の厚さ方向、すなわち、基板１２の第１の面１２Ａと直交する方向における、第１の面１２Ａから突起部１１の先端までの長さである。突起部１１の高さＨは、５０μｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。

突起部１１の幅Ｄは、基板１２の第１の面１２Ａに沿った方向、すなわち、第１の面１２Ａと平行な方向における突起部１１の長さの最大値である。例えば、突起部１１が正四角錐形状や正四角柱形状を有するときは、突起部１１の底部によって区画された、基板１２の第１の面１２Ａ上の正方形の対角線の長さが、突起部１１の幅Ｄである。また、例えば、突起部１１が円錐形状や円柱形状を有するときは、突起部１１の底部によって区画された円の直径が、突起部１１の幅Ｄである。突起部１１の幅Ｄは、１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。突起部１１の幅Ｄに対する長さＨの比であるアスペクト比Ａ（Ａ＝Ｈ／Ｄ）は、１以上１０以下であることが好ましい。

次に、第二実施形態に係るマイクロニードル１について、図３の斜視図、図４の（ａ）の上面図、及び図４の（ｂ）の断面図を参照しながら説明する。
第二実施形態に係るマイクロニードル１の構成は、第一実施形態に係るマイクロニードル１とほぼ同様であるが、第一実施形態に係るマイクロニードル１の場合は、基板１２の第１の面１２Ａに対して凹部を設けることによって凹凸構造１３が形成されているのに対して、第二実施形態に係るマイクロニードル１の場合は、基板１２の第１の面１２Ａに対して凸部を設けることによって凹凸構造１３が形成されている。
このように、本発明のマイクロニードルにあっては、基板の第１の面に対して凹部を形成することによって凹凸構造としてもよいし、凸部を形成することによって凹凸構造としてもよい。また、凸部と凹部の両方を形成することによって凹凸構造としてもよい。

次に、第三実施形態に係るマイクロニードル１について、図５の斜視図、図６の（ａ）の上面図、及び図６の（ｂ）の断面図を参照しながら説明する。
第三実施形態に係るマイクロニードル１の構成は、第一実施形態に係るマイクロニードル１とほぼ同様であるが、以下の点で異なっている。すなわち、第一実施形態に係るマイクロニードル１の場合は、基板１２の第１の面１２Ａのうち隣接する突起部１１の間の部分（以下「突起部間部分」と記す）にのみ凹凸構造１３が形成されているのに対して、第三実施形態に係るマイクロニードル１の場合は、突起部間部分とともに、基板１２の第１の面１２Ａのうち突起部間部分以外の部分にも凹凸構造１３が形成されている。

すなわち、第三実施形態に係るマイクロニードル１の場合は、図６の（ａ）に示すように、１つの突起部間部分のみに形成されている凹凸構造１３と、複数の突起部間部分にわたって連続して形成されている凹凸構造１３との両方を有している。
このように、本発明のマイクロニードルにあっては、少なくとも突起部間部分に凹凸構造が形成されていればよいが、突起部間部分以外にも凹凸構造が形成されていてもよい。さらには、基板１２の第１の面１２Ａのうち、最外側に位置する突起部によって区画される突起部形成領域の外側の部分に、凹凸構造が形成されていてもよい。

なお、図１～６に示す第一、第二、及び第三実施形態に係るマイクロニードル１にあっては、断面形状が矩形状の凹凸構造１３が形成されているが、凹凸構造１３の断面形状はこれに限定されるものではなく、断面形状が曲線状の凹凸構造１３であってもよい。
また、図１、２、５、６に示す第一、第三実施形態に係るマイクロニードル１にあっては、平坦な第１の面１２Ａに凹部が形成されており、図３、４に示す第二実施形態に係るマイクロニードル１にあっては、平坦な第１の面１２Ａに凸部が形成されているが、凹凸構造１３はこれに限定されるものではなく、凹凸構造１３は平坦な面を有さなくてもよい。

基板１２の第１の面１２Ａの表面に形成される凹凸構造１３にあっては、その高低差は０．１μ以上１０．０μｍ以下の範囲内であることが好ましい。なお、凹凸構造１３の高低差は、凹凸構造１３を構成する、隣接する凹部と凸部の最大高さと最小高さとの差で求められる。凹部又は凸部の組み合わせが複数ある場合には、その平均値が高低差となる。凹凸構造１３の高低差を上記範囲内とすることにより、本発明の効果をより高めることができる。

また、基板１２の第１の面１２Ａの表面に形成される凹凸構造１３にあっては、隣接する突起部１１の間の部分において凹部と凸部の組み合わせが少なくとも１つ以上あることが好ましい。さらには、基板１２の第１の面１２Ａの表面に形成される凹凸構造１３にあっては、隣接する突起部１１の間の部分において凹部と凸部の組み合わせが少なくとも２つ以上あることが好ましく、さらには、少なくとも３つ以上あることが好ましい。

以上のように、第一、第二、及び第三実施形態に係るマイクロニードル１は、突起部間部分に縞状の凹凸構造１３を備えるため、突起部１１を皮膚に穿刺した際に、皮膚の表面の水分が凹凸構造１３の凹部に移動する。それにより、皮膚に穿刺した状態での保持時間中に使用者が装着感を得ることが可能である。第一、第二、及び第三実施形態に係るマイクロニードル１は、例えば、医療、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）デバイス、光学部材、創薬、化粧品、美容用途等に用いることができる。

以下に、第一、第二、及び第三実施形態に係るマイクロニードル１及びその製造方法について、さらに詳細に説明する。
〔マイクロニードル１の詳細な構成〕
第一、第二、及び第三実施形態に係るマイクロニードル１は、生体適合性を有する材料から形成されることが好ましい。マイクロニードル１を構成する材料としては、例えば、シリコンや、ステンレス鋼、チタン、マンガン等の金属や、医療用シリコーン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリカーボネート、環状オレフィンコポリマー等の熱可塑性樹脂等を用いることができる。

また、マイクロニードル１は、突起部１１の少なくとも一部が、水分によって溶解する材料、すなわち、水溶性材料から構成されていてもよい。水溶性材料としては、水溶性高分子や多糖類を用いることができる。水溶性高分子としては、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、メチルセルロース（ＭＣ）、ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣ）、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリル酸系ポリマー、ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、プルラン、アルギン酸塩、ペクチン、キトサン、キトサンサクシナミド、オリゴキトサンが挙げられる。また、多糖類としては、トレハロースやマルトースが挙げられる。

また、第一、第二、及び第三実施形態に係るマイクロニードル１は、突起部１１の表面に薬剤を保持することができる。また、第一、第二、及び第三実施形態に係るマイクロニードル１は、水分によって溶解する材料を突起部１１の形成材料として用いた場合に、突起部１１の内部に薬剤を保持することができる。

薬剤としては、各種タンパク質、薬理活性物質、化粧品組成物等を用いることができる。皮膚内へ送達する送達物の種類は、目的に応じて選択される。薬理活性物質としては、例えば、インフルエンザ等のワクチン、癌患者等のための痛み止め薬、生物製剤、遺伝子治療薬、注射剤、経口剤、皮膚適用製剤等が挙げられる。

第一、第二、及び第三実施形態に係るマイクロニードル１を用いた経皮投与では、皮膚に形成された穿刺孔に薬剤が供給される。そのため、第一、第二、及び第三実施形態に係るマイクロニードル１を用いた経皮投与は、従来の経皮投与に用いられる薬理活性物質以外に、皮下注射が必要な薬理活性物質の投与にも利用できる。特に、第一、第二、及び第三実施形態に係るマイクロニードル１は、投与の際に痛みを伴わないため、小児向けの薬剤の投与に適している。また、第一、第二、及び第三実施形態に係るマイクロニードル１を用いた経皮投与は、投与の際に送達物を飲む必要がないため、経口剤を飲むことが困難な小児や高齢者に対する経口剤の投与に適している。

化粧品組成物は、化粧品又は美容品として用いられる組成物である。化粧品組成物としては、例えば、保湿剤、色料、香料、生理活性物質等が挙げられる。生理活性物質としては、シワやニキビや妊娠線等に対する改善効果や脱毛に対する改善効果等の美容効果を示す生理活性物質が挙げられる。

〔マイクロニードル１の製造方法〕
第一、第二、及び第三実施形態に係るマイクロニードル１の基板１２、突起部１１、凹凸構造１３は、各種の公知技術を用いて製造することができる。例えば、マイクロニードル１を構成する材料に応じて、ダイシングやドリル加工等の機械加工や、レーザー加工や、射出成形等の成形技術や、エッチング等によって形成することができる。また、こうした方法によってマイクロニードル１の原版を作製し、さらに、めっき法や樹脂を用いた型取り法によって原版の凹凸を反転させた凹版を作製し、作製された凹版を用いてマイクロニードル１を複製することができる。

以下に、本発明の実施例及び比較例を示す。
アルミナ基板の表面に線状溝を形成する研削加工を実施した。さらに、線状溝と直交する方向に同様の研削加工を行い、基板上に突起部を備える構造体を作製した。さらに、当該構造体の突起部間部分に研削加工によって凹凸構造を形成し、マイクロニードル原版を作製した。
次に、マイクロニードル原版から凹版を作製した。具体的には、メッキ法によって、マイクロニードル原版の表面にニッケル膜を形成した。次に、ニッケル膜をマイクロニードル原版から剥離することにより、凹版を作製した。

得られた凹版から、ポリグリコール酸製のマイクロニードルを作製した。得られたポリグリコール酸製のマイクロニードルの突起部に、レーザー加工により貫通孔を形成し、貫通孔を有するマイクロニードルを作製した。得られた実施例のポリグリコール酸製のマイクロニードルは、高さＨ２００μｍ、幅Ｄ５０μｍの突起部が格子状に４列×４行で配置されている。また、隣接する突起部の間の突起部間部分に５本の凹部が形成されており、凹凸構造をなしている。凹凸構造の高低差は３μｍであった。

あわせて、比較例として凹凸構造を形成しないマイクロニードルを作製した。比較例のマイクロニードルにあっては、凹凸構造の形成工程を除き、実施例のマイクロニードルと同様の作製方法により作製した。得られた比較例のポリグリコール酸製のマイクロニードルは、高さＨ２００μｍ、幅Ｄ５０μｍの突起部が格子状に４列×４行で配置されている。また、隣接する突起部の間の突起部間部分は、平坦面である。

実施例及び比較例のマイクロニードルを人工皮膚に穿刺した。このとき、人工皮膚に微量の水滴を配置し、人工皮膚上の水滴に向かってマイクロニードルを穿刺した。そして、マイクロニードルを穿刺した状態で、人工皮膚の観察を行った。観察の結果、比較例のマイクロニードルでは、マイクロニードルの外周部に水滴が漏れ出す様子が確認された。一方、実施例のマイクロニードルでは、マイクロニードルの外周部に水滴が漏れ出す様子は確認されなかった。

１・・・マイクロニードル
１１・・・突起部
１２・・・基板
１２Ａ・・・第１の面
１２Ｂ・・・第２の面
１３・・・凹凸構造

Claims

第１の面及び第２の面を有する基板と、前記基板の第１の面から突出する複数の突起部と、を備えるマイクロニードルであって、前記複数の突起部の前記基板の第１の面との接合面の形状は四角形状であり、前記複数の突起部の少なくとも一部は、その四角形状の接合面の一辺が、隣接する２つの突起部の四角形状の接合面の一辺と略平行となるように配列されており、前記基板は、前記接合面の一辺が略平行に配された隣接する２つの前記突起部の間に縞状の凹凸構造を備え、前記縞状の凹凸構造は、該縞状の凹凸構造を挟む前記２つの突起部の接合面の一辺と略平行をなす第一の縞状の凹凸構造であり、前記基板は、前記基板の第１の面のうち、前記接合面の一辺が略平行に配された隣接する２つの前記突起部の間の部分以外の部分にも、第二の縞状の凹凸構造をさらに備え、前記第一の縞状の凹凸構造と前記第二の縞状の凹凸構造は交差せず、前記第一の縞状の凹凸構造の延在方向と前記第二の縞状の凹凸構造の延在方向は交差し、前記縞状の凹凸構造の高低差が０．１μｍ以上１０．０μｍ以下であり、前記突起部の前記基板の第１の面からの高さが５０μｍ以上２ｍｍ以下の範囲内である、マイクロニードル。
前記縞状の凹凸構造が、前記基板の外縁には達していない、請求項１に記載のマイクロニードル。
前記縞状の凹凸構造の、凹凸構造が延在する方向に直交する面で切断した際の凸部の断面形状が平坦もしくは曲線である、請求項１または２に記載のマイクロニードル。