WO2017195790A1 - レーザ加工方法及びマイクロニードルの製造方法 - Google Patents

レーザ加工方法及びマイクロニードルの製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2017195790A1
WO2017195790A1 PCT/JP2017/017588 JP2017017588W WO2017195790A1 WO 2017195790 A1 WO2017195790 A1 WO 2017195790A1 JP 2017017588 W JP2017017588 W JP 2017017588W WO 2017195790 A1 WO2017195790 A1 WO 2017195790A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser beam
workpiece
optical vortex
wavelength
microneedle
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/017588
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
邦夫 宮地
及川　陽一
尾松　孝茂
Original Assignee
シンクランド株式会社
国立大学法人 千葉大学
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by シンクランド株式会社, 国立大学法人 千葉大学 filed Critical シンクランド株式会社
Priority to EP17796151.3A priority Critical patent/EP3456373A4/en
Priority to JP2018517041A priority patent/JP6601558B2/ja
Priority to CN201780027737.4A priority patent/CN109310853A/zh
Priority to US16/300,526 priority patent/US20190209821A1/en
Publication of WO2017195790A1 publication Critical patent/WO2017195790A1/ja

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M37/00—Other apparatus for introducing media into the body; Percutany, i.e. introducing medicines into the body by diffusion through the skin
    • A61M37/0015—Other apparatus for introducing media into the body; Percutany, i.e. introducing medicines into the body by diffusion through the skin by using microneedles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M37/00—Other apparatus for introducing media into the body; Percutany, i.e. introducing medicines into the body by diffusion through the skin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/0006—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0652—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising prisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M37/00—Other apparatus for introducing media into the body; Percutany, i.e. introducing medicines into the body by diffusion through the skin
    • A61M37/0015—Other apparatus for introducing media into the body; Percutany, i.e. introducing medicines into the body by diffusion through the skin by using microneedles
    • A61M2037/0053—Methods for producing microneedles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2207/00—Methods of manufacture, assembly or production
    • A61M2207/10—Device therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/20—Tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/30—Organic material
    • B23K2103/42—Plastics

Definitions

  • the present invention is applied, for example, when manufacturing a microneedle made of a bioabsorbable polymer using pulsed light of a circularly polarized light vortex laser beam in which the rotation direction of circularly polarized light and the rotation direction of an optical vortex laser beam are the same. Is preferred.
  • the circularly polarized light vortex laser beam is a laser beam having a spiral phase by passing the circularly polarized laser beam through a special spiral phase plate, and has characteristics different from those of a normal circularly polarized laser beam.
  • a technology to generate protrusions needle-like bodies on the surface of the work piece by using the ablation phenomenon that evaporates the work piece surface by irradiating the work piece with this circularly polarized vortex laser beam.
  • optical vortex technology is based on the premise of semiconductors and metals as workpieces, and has a problem that it does not assume so-called organic polymer compounds such as plastic materials and biopolymers.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a laser processing method and a microneedle manufacturing method capable of forming fine protrusions on an organic polymer compound.
  • the laser processing method of the present invention is performed on a workpiece mainly composed of a polymer compound.
  • a pulsed light of a circularly polarized light vortex laser beam having a wavelength of 1.0 to 10.0 ⁇ m and having the same rotation direction of the circularly polarized light and the rotation direction of the optical vortex laser beam It is characterized by forming minute protrusions on the surface.
  • the manufacturing method of the microneedle of the present invention is for a workpiece mainly composed of a bioabsorbable polymer, By irradiating a pulsed light of a circularly polarized light vortex laser beam having a wavelength of 1.0 to 10.0 ⁇ m and having the same rotation direction of the circularly polarized light and the rotation direction of the optical vortex laser beam, Forming a minute protrusion on the surface.
  • the present invention can realize a laser processing method and a microneedle manufacturing method capable of forming minute protrusions on a polymer compound.
  • FIG. 1 It is a microprojection formation schematic. It is a schematic diagram of an example of an optical system for carrying out a laser processing method.
  • 3 is an enlarged view of a microprotrusion produced according to Example 1.
  • FIG. It is the enlarged view of the microprotrusion produced by Example 2, and its cross-sectional waveform.
  • 6 is an enlarged view of a microprotrusion produced according to Example 3.
  • FIG. 1 is a microprojection formation schematic. It is a schematic diagram of an example of an optical system for carrying out a laser processing method.
  • 3 is an enlarged view of a microprotrusion produced according to Example 1.
  • FIG. 2 It is the enlarged view of the microprotrusion produced by Example 2, and its cross-sectional waveform.
  • 6 is an enlarged view of a microprotrusion produced according to Example 3.
  • microneedles having small protrusions with a small diameter have been proposed for the purpose of injecting cosmetic ingredients and drugs into the skin so as not to damage the skin as much as possible in beauty and medical applications (see, for example, Japanese Patent No. 5495034).
  • the microneedle itself contains a cosmetic component and a drug, and the microneedle stuck in the skin is absorbed into the body as it is.
  • the smaller the microneedle diameter the less pain the patient feels and the wounds on the skin, so there has been a strong demand for a smaller diameter and a larger aspect ratio.
  • the diameter of the base portion of the minute protrusion is at least about 200 ⁇ m.
  • the risk that the needle breaks when the mold is removed increases, and it is difficult to manufacture fine microneedles.
  • microprotrusions can be formed in a polymer compound that is an organic substance, it can be used for various purposes other than the above-described microneedles.
  • the optical vortex technology is a processing technology on the premise of a semiconductor or metal as a workpiece, and there is no example of processing for a polymer compound.
  • the inventor of the present application has arrived at the present invention as a result of an attempt to form microprotrusions using a so-called optical vortex technique using a circularly polarized optical vortex laser beam. As a result, it has been found that in the present invention, it is possible to manufacture a microneedle having a microprojection having a root portion having a diameter of 20 ⁇ m or less.
  • the surface 4 a of the workpiece 4 is irradiated with a pulsed light 2 of a laser beam formed of a circularly polarized light vortex, thereby forming a microprojection 101 protruding from the workpiece 4.
  • the workpiece is mainly composed of a polymer compound.
  • the polymer compound means an organic compound having a weight average molecular weight Mw of 5000 or more.
  • a main component means that a high molecular compound is 50 weight% or more of the whole workpiece.
  • Tg glass transition point
  • Tg glass transition point
  • the ratio of the main component is the weight after completion of all the processing steps of the workpiece, and does not include a so-called solvent component that is intentionally evaporated in the drying step after the formation of the minute protrusions. That is, the ratio after the processing of the workpiece is completed.
  • polymer compound known compounds (synthetic polymers and natural polymers) can be used.
  • synthetic polymers and natural polymers can be used.
  • plastic materials such as PET (polyethylene terephthalate), polyethylene, polypropylene, acrylic resin, epoxy resin, and polystyrene, bioabsorbable polymers can be used.
  • bioabsorbable polymer known compounds (synthetic polymer and natural polymer) can be used.
  • synthetic polymer and natural polymer can be used.
  • cellulose compound ethi Cellulose, carboxymethylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxy
  • the circularly polarized light vortex laser beam used in the present invention is a circularly polarized laser beam having a spiral property, and is a pulsed light in which the rotation direction of the circularly polarized light and the rotation direction of the optical vortex laser beam are the same.
  • the pulse width of the pulsed light is appropriately selected according to the material of the workpiece 4 and the size of the fine protrusions to be formed, but is preferably 10 picoseconds or more and 100 nanoseconds or less.
  • Examples of the circularly polarized optical vortex laser beam include a Laguerre Gaussian beam, a Bessel Gaussian beam, and a multiple optical vortex having a plurality of phase singularities on the wavefront.
  • a Laguerre Gaussian beam and a Bessel Gaussian beam are eigenmodes of the cylindrical coordinate system, and a Laguerre Gaussian beam with a diameter having a refractive index distribution or a gain distribution proportional to the square of the radius vector, and a Bessel Gaussian beam without a diameter Become.
  • the Laguerre Gaussian beam is a typical optical vortex laser beam, and has zero intensity (phase singularity) on the optical axis and a ring-shaped intensity distribution on the optical axis cross section.
  • a Laguerre Gaussian beam like a spiral staircase, has a phase that changes an integral multiple of 2 ⁇ when rotated once around the optical axis, and has an equiphase surface with a helical structure. This integer is the vortex order of the Laguerre Gaussian beam. When the vortex order is a negative integer, the direction of rotation is reversed.
  • the Bessel Gaussian beam like the Laguerre Gaussian beam, has a phase change of an integral multiple of 2 ⁇ when rotated once around the optical axis, like a spiral staircase, and the equiphase surface has a helical structure. This integer is the vortex order of the Bessel Gaussian beam.
  • Examples of the multiple optical vortex having a plurality of phase singularities on the wavefront include a double optical vortex and a triple optical vortex. In the double optical vortex, there are two phase singularities and two vortices, and each vortex has a + 1st order and a ⁇ 1st order vortex order. In the case of a triple light vortex, there are three phase singularities and three vortices, and each vortex has a + 1st order, + 1st order, and ⁇ 1st order vortex order.
  • the circularly polarized light vortex laser beam is an optical vortex laser beam in which a spin angular momentum corresponding to circularly polarized light is added to an orbital angular momentum corresponding to the vortex order of the optical vortex laser beam.
  • the signs of the angular momentum of both the orbital angular momentum corresponding to the vortex order of the optical vortex laser beam and the spin angular momentum corresponding to circularly polarized light are the same. That is, the direction of rotation of the optical vortex and the direction of rotation of the circularly polarized light are the same. This is because if the signs are reversed, that is, if the rotation method is reversed, the orbital angular momentum of the optical vortex and the spin angular momentum of the circularly polarized light cancel each other.
  • the generation method of the optical vortex laser beam is not particularly limited, and the optical vortex laser beam generation method may be a fork type displayed on a liquid crystal spatial modulator.
  • FIG. 2 shows an optical system 20 for generating an optical vortex laser beam by a spiral phase plate.
  • the laser oscillator 1 is not particularly limited.
  • the laser oscillator 1 is an Nd: YAG laser.
  • the laser oscillator 1 performs Q-switch oscillation of linearly polarized pulsed light 2.
  • the pulse width of the linearly polarized pulsed light 2 is 10 picoseconds or more and 100 nanoseconds or less. This is because if the pulse width is less than 10 picoseconds, plasma is hardly generated, and if it exceeds 100 nanoseconds, the problem of HAZ occurs. When the pulse width is 10 picoseconds or more, the light and the workpiece can sufficiently interact with each other.
  • the wavelength of the linearly polarized pulsed light 2 oscillated from the laser oscillator 1 is 1.0 ⁇ m or more and 10.0 ⁇ m or more.
  • a carbonization phenomenon occurs in which it decomposes and carbonizes due to overheating. For this reason, when laser light having a large energy and a short wavelength is used, carbonization tends to occur simultaneously with ablation (sublimation), and control of the laser light becomes very difficult.
  • the wavelength of the pulsed light 2 is more preferably 1.2 ⁇ m or more and less than 7.0 ⁇ m.
  • the wavelength of the pulsed light 2 is particularly preferably 1.5 ⁇ m or more and less than 4.0 ⁇ m.
  • the so-called near-infrared region of 1.5 ⁇ m to 2.0 ⁇ m combined sound absorption of hydrogen bonds such as C—H, O—H, and N—H is observed, and the absorption is relatively small, and the energy of the wavelength And the absorption amount are balanced.
  • infrared region of 2.0 ⁇ m to 4.0 ⁇ m many absorptions peculiar to organic polymer compounds are observed, and the absorption is very high, and ablation can be caused even with energy at a low wavelength. Become.
  • a thickness of 2.0 ⁇ m to 3.7 ⁇ m is preferable because there are broad absorption bands such as a hydroxyl group and an amide group, which can absorb a slight fluctuation in wavelength.
  • the wavelength of the pulsed light 2 can be converted by, for example, an optical parametric resonance (OPO) configured using a KTP crystal (KTiOPO 4 ), an up-conversion from a CO 2 laser, or the like.
  • the output of the laser oscillator may be set so as to have a set peak power density, the spot diameter on the workpiece 4 of the pulsed light 3 of the optical vortex laser beam, the workpiece It is appropriately selected according to factors such as the material of the object 4 and the wavelength of the pulsed light 2.
  • the output of the laser oscillator is not particularly limited, but is preferably 0.01 mJ to 10 mJ. This is because if the output is too small, ablation does not occur or is insufficient, and if the output is too large, the workpiece 4 is carbonized.
  • the spot diameter of the pulsed light 3 of the optical vortex laser beam on the workpiece 4 is appropriately selected according to the size of the microprojections to be formed, and is not particularly limited, but may be 10 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less. preferable.
  • the linearly polarized pulsed light 2 oscillated from the laser oscillator 1 passes through a lens 5 having a focal length of 50 mm and a lens 6 having a focal length of 300 mm, and the beam size is magnified 6 times. Is converted into pulsed light 3 of an optical vortex laser beam.
  • the distance between the lens 5 having a focal length of 50 mm and the lens 6 having a focal length of 300 mm is 350 mm. This is to improve the beam quality by effectively using the area of the spiral phase plate 13 and to prevent damage to the spiral phase plate 13, and the focal length is not particularly limited.
  • the object is reduced by the objective lens 12 (focal length 50 mm) and irradiated onto the workpiece 4.
  • the magnification of the objective lens 12 is determined according to the desired spot diameter and is not particularly limited. In this example, the magnification of the objective lens 12 is 5 to 50 times. Further, the focal length of the objective lens 12 is not particularly limited.
  • the helical phase plate 13 is a phase plate whose thickness distribution is controlled so as to give a predetermined phase distribution to the transmitted laser beam.
  • the thickness distribution of the phase plate is approximated by a step-like discontinuous distribution, and the number of steps is the number of divisions.
  • the number of divisions of the spiral phase plate 13 is not particularly limited. For example, those having 12 divisions or 16 divisions are used.
  • An optical vortex laser beam can also be generated by a fork type hologram displayed on the liquid crystal spatial modulator instead of the spiral phase plate 13. Such an optical system is described in Patent Document 1. Further, as the optical vortex transmitting device, the devices described in Patent Documents 3 to 5 may be applied as appropriate.
  • the optical vortex laser beam is a Laguerre Gaussian beam or a Bessel Gaussian beam
  • the vortex order is preferably an integer of 1 or more, or an integer of -1 or less, more preferably, the vortex order is 2 It is an integer greater than or equal to or less than -2. This is because the processed surface becomes smoother as the absolute value of the vortex order of the Laguerre Gaussian beam is higher.
  • a method of generating a Laguerre Gaussian beam having a higher vortex order can be realized by using a spiral phase plate in an overlapping manner. For example, the vortex order can be made 2 by using it to generate a primary vortex or by doubling the spiral phase plate.
  • the vortex order is obtained by making the fork type hologram displayed on the phase plate liquid crystal spatial modulator into three fork types.
  • the optical vortex laser beam is preferably a multiple optical vortex having a plurality of phase singularities on the wavefront.
  • Example 1 Using the optical system shown in FIG. 2, minute protrusions were formed on the workpiece 4.
  • the laser oscillator 1 was an Nd: YAG laser, the output was 0.05 mJ, the pulse width of the pulsed light 2 was 20 ns, and the wavelength was 2480 nm.
  • the focal length of the objective lens 12 was 50 mm, and the magnification was 20 times.
  • the number of divisions of the spiral phase plate 13 was 16.
  • the workpiece 4 was a sheet-like sodium hyaluronate (100%).
  • the generated pulse light 3 of the optical vortex laser beam is a Laguerre Gaussian beam, and the vortex order is 1.
  • the spot diameter on the workpiece 4 of the pulsed light 3 of the optical vortex laser beam (pulsed light of the Laguerre Gaussian beam) was 50 ⁇ m.
  • the processing material 4 contains a processing agent that can be removed by drying.
  • a processing agent a compound having a weight average molecular weight Mw of less than 300 is preferably used.
  • Water or an organic solvent that can be easily removed by heating, a compound having absorption characteristics with respect to the wavelength of the optical vortex laser beam, and the like are particularly preferable.
  • ethyl alcohol are preferably used.
  • limiting in particular in content of a processing agent It is about 95.0%-2.0% of the total amount (weight conversion) in the to-be-processed object 4, More preferably, it is 70.0%-5.0% Is preferred.
  • the processing agent can be contained by placing the workpiece 4 under high humidity of the processing agent for a certain period of time after the preparation of the workpiece 4 to absorb or impregnate the workpiece 4.
  • the processing agent enters between the polymer compounds, the polymer compounds are in a state of being dissolved.
  • ablation is likely to occur, and the formation of minute protrusions is facilitated.
  • the workpiece 4 may be dried with a dryer or the like.
  • the drying conditions are not limited, but for example, drying is performed at 50 to 80 ° C. for about 1 to 5 hours.
  • a compound such as water or ethyl alcohol
  • the product may be included while the processing agent is included. Of course, it can be used as it is without being dried.
  • Example 2 As the workpiece 4, a sheet-like sodium hyaluronate (100%) containing water was used. The water content was about 30% of the entire workpiece 4. When forming sodium hyaluronate dispersed in water into a sheet, moisture was left on the workpiece 4 by shortening the drying process.
  • the workpiece 4 was irradiated with pulsed light 3 of an optical vortex laser beam under the same conditions except that a wavelength of 1064 nm was used as the laser oscillator 1.
  • Example 3 The workpiece 4 used was sodium hyaluronate (100%) containing a large amount of water and dried at a predetermined temperature (for example, 40 to 60 ° C.). The water content was about 50% of the entire workpiece 4. When forming sodium hyaluronate dispersed in water into a sheet, a certain amount of water was left on the workpiece 4 by adjusting the drying temperature and humidity.
  • the workpiece 4 was irradiated with pulsed light 3 of an optical vortex laser beam under the same conditions except that a wavelength of 1064 nm was used as the laser oscillator 1.
  • the aspect ratio which is the ratio of the height to the root diameter
  • the aspect ratio can be increased by increasing the water content in the sodium hyaluronate sheet.
  • This is considered to be caused by water which is a processing agent.
  • Collagen and the like which is also a water-retaining polymer having a high water-retaining capability (a polymer compound that can contain 30%, more preferably 100% or more of water relative to the polymer compound body), is 30% of the total weight. It is possible to produce a microneedle with a high aspect ratio by containing at least% water.
  • the laser processing method of the present invention comprises: For workpieces composed mainly of polymer compounds, By irradiating a pulsed light of a circularly polarized light vortex laser beam having a wavelength of 1.0 to 10.0 ⁇ m and having the same rotation direction of the circularly polarized light and the rotation direction of the optical vortex laser beam, It is characterized in that a minute protrusion is formed on the surface.
  • ablation can be generated without carbonizing the polymer compound which is the main component of the workpiece, and minute protrusions can be formed on the workpiece.
  • ablation can be generated at a wavelength having appropriate energy and absorption characteristics of the workpiece.
  • the workpiece contains a processing agent that is a solvent that can be easily removed by heating, thereby reducing the entanglement between the polymer compounds and promoting the ablation of the processing agent.
  • the processing agent is a solvent that can be easily removed by heating, it is possible to prevent carbonization of the polymer compound of the workpiece by absorbing energy due to ablation of the solvent or by absorbing energy generated in a gaseous state.
  • the processing agent has absorption characteristics at the wavelength of the irradiating optical vortex laser beam, thereby promoting the heat generation of the workpiece and effectively generating ablation.
  • the processing agent is water or ethyl alcohol, it not only causes absorption of the optical vortex laser beam and lowers the entanglement of the polymer compound, but also does not harm the human body or the environment.
  • the workpiece contains water, an organic solvent, or a mixed solvent thereof as a processing agent, and after the irradiation with the pulsed light, the processing solvent is removed by drying. Thereby, the thing of the same composition as an original work piece can be obtained after processing. Moreover, the microprojections formed large can be reduced by utilizing shrinkage caused by drying.
  • the processing agent contains at least water and the wavelength of the optical vortex laser beam is 1.7 to 3.5 ⁇ m, it is effective to utilize the large absorption of the optical vortex laser beam by the OH group of water. Can cause ablation.
  • the processing agent is mainly composed of water or ethyl alcohol, When the optical vortex laser beam is irradiated, it occupies 20% to 70% of the total weight of the workpiece.
  • the main component means that it accounts for 50% or more of the total weight of the processing agent.
  • the wavelength of the optical vortex laser beam is 1.0 to 3.5 ⁇ m. Thereby, a microneedle can be manufactured using a wavelength region with relatively high energy.
  • the rotation direction of the optical vortex laser beam is the same, thereby forming minute protrusions on the workpiece.
  • ablation can be generated without carbonizing the bioabsorbable polymer, which is the main component of the workpiece, and microprotrusions can be formed on the workpiece, so that the microbe based on the bioabsorbable polymer is the main component.
  • a needle can be manufactured.
  • a minute protrusion without a hole is formed, but a minute protrusion having a hole at the center like an injection needle may be formed.
  • a hole may be formed in the minute protrusion later.
  • microprojections may be formed on the surface of a polymer material such as a plastic material in industrial applications.
  • the surface of the workpiece need not be a flat surface, and for example, fine protrusions may be formed on a curved surface such as the surface of a sphere.
  • the present invention can be applied to, for example, a microneedle to be attached to a human body.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Anesthesiology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

【課題】　高分子を主成分とする被加工物に対して光渦技術を用いて微小突起を形成することができる。 【解決手段】本発明のレーザ加工方法は、高分子化合物を主成分とする被加工物に対し、　１．０～１０．０μｍの波長を有し、円偏光の回転方向と光渦レーザービームの回転方向が同一である円偏光光渦レーザービームのパルス光を照射することにより、前記被加工物状に微少な突起を形成することを特徴とする。

Description

レーザ加工方法及びマイクロニードルの製造方法
　本発明は、例えば円偏光の回転方向と光渦レーザービームの回転方向が同一である円偏光光渦レーザービームのパルス光を用いて生体吸収高分子からなるマイクロニードルを製造する際に適用して好適なものである。
　近年、円偏光の回転方向と光渦レーザービームの回転方向が同一である円偏光光渦レーザビームを用いる光渦技術が種々の分野で注目を浴びている。円偏光光渦レーザビームは、円偏光レーザビームに特殊な螺旋位相板を通過させることにより、螺旋状の位相を有するレーザビームであり、通常の円偏光レーザビームとは相違する特性を有する。
　被加工物に対してこの円偏光光渦レーザビームを照射することにより、被加工物表面を蒸発させるアブレーション現象を利用して、被加工物表面に突起（針状体）を生成する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特許第５５３１２６１号
　しかしながら、上述した光渦技術は、被加工物として半導体や金属を前提にしており、プラスチック材料や生体高分子などの、いわゆる有機高分子化合物を想定したものではないという問題があった。
　本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、有機高分子化合物に対して微小突起を形成可能なレーザ加工方法及びマイクロニードルの製造方法を提供するものである。
　かかる課題を解決するため、本発明のレーザ加工方法は、高分子化合物を主成分とする被加工物に対し、
　１．０～１０．０μｍの波長を有し、円偏光の回転方向と光渦レーザービームの回転方向が同一である円偏光光渦レーザービームのパルス光を照射することにより、前記被加工物状に微少な突起を形成する
　ことを特徴とする。
　また、本発明のマイクロニードルの製造方法は、生体吸収高分子を主成分とする被加工物に対し、
　１．０～１０．０μｍの波長を有し、円偏光の回転方向と光渦レーザービームの回転方向が同一である円偏光光渦レーザービームのパルス光を照射することにより、前記被加工物状に微少な突起を形成することを有することを特徴とする。
　本発明は、高分子化合物に対して微小突起を形成可能なレーザ加工方法及びマイクロニードルの製造方法を実現できる。
微小突起物形成概略図である。 レーザー加工方法を実施するための光学系の一例の概略図である. 実施例１によって作製された微小突起の拡大図である。 実施例２によって作製された微小突起の拡大図及びその断面波形である。 実施例３によって作製された微小突起の拡大図である。
＜第１の実施の形態＞
　以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
　近年、美容や医療用途において、皮膚をできるだけ傷付けないように美容成分や薬剤を皮膚に注入することを目的として、直径が小さい微小突起でなるマイクロニードルが提案されている（例えば特許第５４９５０３４号参照）。このマイクロニードルでは、マイクロニードルそのものが美容成分や薬剤を含んでおり、皮膚に刺さったマイクロニードルがそのまま体内に吸収される。
　これらのマイクロニードルでは、マイクロニードルの径が小さいほど患者が感じる痛みや皮膚につく傷が小さくなることから、直径をより小さく、かつアスペクト比を大きくすることが切望されていた。このパターン転写方式では、微小突起の根元部分の直径が最小でも２００μｍ程度である。パターン転写方式では、直径が小さくなるほど、またアスペクト比が大きくなるほど鋳型を取り外す際に針が折れてしまうリスクが増大してしまい、さらに微細なマイクロニードルの製造が困難とされている。
　また、有機物である高分子化合物に微小突起を形成できれば、上述したマイクロニードル以外にも種々の用途に利用できると考えられる。
　上述したように、光渦技術は、被加工物として半導体や金属を前提にした加工技術であり、高分子化合物を対象にして加工した例はない。
　本願発明人は、円偏光光渦レーザビームを用いる、いわゆる光渦技術を用いて微小突起を形成する試みの結果、本願発明に至った。この結果、本願発明では、根元部分の直径が２０μｍ若しくはそれ以下の微小突起でなるマイクロニードルを製造可能であることが見出された。
　図１に示すように、本願発明では、被加工物４の表面４ａに対し、円偏光光渦でなるレーザービームのパルス光２を照射することにより、被加工物４から突出する微小突起１０１を形成する。
　被加工物としては、高分子化合物を主成分とする。本明細書において、高分子化合物とは、量平均分子量Ｍｗが５０００以上の有機化合物を意味する。主成分とは、高分子化合物が被加工物全体の５０重量％以上であることを意味する。高分子化合物としては、Ｔｇ（ガラス転移点）が５０℃以上、より好ましくは７０℃以上であることが好ましい。Ｔｇが低いと、常温での取り扱いがしづらくなるからである。
　高分子化合物としては、１種類のみ含有しても良く、２種類以上混合しても良い。なお、この主成分の割合は、被加工物の全加工工程終了後の重量であり、微少突起の形成後の乾燥工程で意図して蒸発させる、いわゆる溶媒成分を含まない。すなわち、被加工物の加工終了後における割合である。
　高分子化合物としては、既知の化合物（合成高分子及び天然高分子）を使用することができる。例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）や、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリスチレンなど、種々のプラスチック材料の他、生体吸収高分子を使用することができる。
　生体吸収高分子としては、既知の化合物（合成高分子及び天然高分子）を使用することができる。例えば、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ－εカプロラクトン、ポリ－ρ－ジオキサン、ポリリンゴ酸などのエステル化合物、ポリ酸無水物などの酸無水物、ポリオルソエステルなどのオルソエステル化合物、ポリカーボネートなどのカーボネート化合物、ポリジアミノホスファゼンなどのホスファゼン化合物、合成ポリペプチドなどのペプチド化合物、ポリホスホエステルウレタンなどのリン酸エステル化合物、ポリシアノアクリレートなどの炭素－炭素化合物、ポリ－β－ヒドロキシ酪酸、ポリリンゴ酸などのエステル化合物、ポリアミノ酸、キチン、キトサン、ヒアルロン酸、ヒアルロン酸ナトリウム、ペクチン酸、ガラクタン、デンプン、デキストラン、デキストリン、アルギン酸、アルギン酸ナトリウム、セルロース化合物（エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース）、ゼラチン、寒天、ケルトロール、レオザン、キサンタンガム、プルラン、アラビアゴムなどのグリコシド化合物（多糖類）、コラーゲン、ゼラチン、フィブリン、グルテン、血清アルブミンなどのペプチド化合物（ペプチド、タンパク質）、デオキシリボ核酸、リボ核酸などのリン酸エステル化合物（核酸）、ポリビニルアルコールなどのビニル化合物などが挙げられる。
　本発明で使用される円偏光光渦レーザビームは、円偏光のレーザビームに螺旋性を持たせたものであり、円偏光の回転方向と光渦レーザービームの回転方向が同一のパルス光である。パルス光のパルス幅は、被加工物４の材質や形成したい微小突起のサイズなどに応じて適宜選択されるが、１０ピコ秒以上、１００ナノ秒以下であることが好ましい。
　円偏光光渦レーザビームとしては、ラゲールガウスビーム、ベッセルガウスビーム、及び波面に位相特異点が複数ある多重光渦が例示される。ラゲールガウスビーム、ベッセルガウスビームは円筒座標系のそれぞれ固有モードで、動径の二乗に比例する屈折率分布や利得分布を有する径では、ラゲールガウスビームになり、それがない径ではベッセルガウスビームとなる。
　ラゲールガウスビームは、光渦レーザービームの代表的なものであり、光軸上の強度が零（位相特異点）で、光軸断面の強度分布がリング状をなしている。ラゲールガウスビームは、螺旋階段のように、光軸のまわりに１回転した時に位相が２πの整数倍変化するものであり、等位相面が螺旋構造をとる。この整数がラゲールガウスビームの渦次数である。渦次数が、負の整数の場合、回転方向が逆となる。
　ベッセルガウスビームは、ラゲールガウスビームと同様に、螺旋階段のように、光軸のまわりに１回転した時に位相が２πの整数倍変化するものであり、等位相面が螺旋構造をとる。この整数がベッセルガウスビームの渦次数である。波面に位相特異点が複数ある多重光渦としては、２重光渦、３重光渦などがある。２重光渦では、位相特異点が２つあり、渦が２つあり、それぞれの渦について＋１次と－１次の渦次数となる。３重光渦の場合、位相特異点が３つあり、渦が３つあり、それぞれの渦について＋１次、＋１次、－１次の渦次数となる。
　すなわち、円偏光光渦レーザービームとは、光渦レーザービームの渦次数に対応する軌道角運動量に、円偏光に対応するスピン角運動量が加わっている光渦レーザービームである。本発明の円偏光光渦レーザービームでは、光渦レーザービームの渦次数に対応する軌道角運動量と円偏光に対応するスピン角運動量の両者の角運動量の符号が同じである。すなわち、光渦の回転の方向と円偏光の回転の方向が同じである。逆符号である場合、つまり回転の方法が逆となると、光渦の軌道角運動量と円偏光のスピン角運動量が打ち消しあってしまうからである。
　本発明のレーザー加工方法及びマイクロニードルの製造方法において、光渦レーザービームの発生方法は特に限定されるものではなく、光渦レーザービームの発生方法としては、液晶空間変調器に表示したフォーク型のホログラムにより光渦レーザービームを発生させる方法、螺旋状位相板により光渦レーザービームを発生させる方法、エルミートガウシアンモードからの変換により光渦レーザービームを発生させる方法、およびレーザー共振器から直接出す方法が例示される。
　図２には、螺旋状位相板により光渦レーザビームを発生させるための光学系２０を示している。
　レーザー発振器１は、特に限定されなく、この例においてレーザー発振器１は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーである。レーザー発振器１は、直線偏光のパルス光２をＱスイッチ発振する。直線偏光のパルス光２のパルス幅は、１０ピコ秒以上１００ナノ秒以下である。該パルス幅が１０ピコ秒未満であると、プラズマが発生しにくく、１００ナノ秒を超えると、ＨＡＺの問題が生じるからである。該パルス幅が１０ピコ秒以上であると光と被加工物とが十分に相互作用してくれる。
　レーザー発振器１から発振される直線偏光のパルス光２の波長としては、１．０μｍ以上、１０．０μｍ以上が使用される。高分子化合物では、無機物とは異なり、過熱により分解し、炭化してしまう炭化現象が発生する。このため、エネルギーが大きく波長の短いレーザ光を使用すると、アブレーション（昇華）と同時に炭化が生じやすく、レーザ光のコントロールが非常に難しくなる。一方、１０．０μｍ以上の波長では、エネルギーが低くなり過ぎて効率が低下すると共に、収光時の最小径が大きくなるため、スポットサイズの制御がしづらくなる。同様の理由により、パルス光２の波長としてより好ましくは１．２μｍ以上、７．０μｍ未満である。
　パルス光２の波長としては、特に、１．５μｍ以上、４．０μｍ未満であることが好ましい。１．５μｍ～２．０μｍのいわゆる近赤外領域では、Ｃ－Ｈ、Ｏ－Ｈ、Ｎ－Ｈなどの水素結合の結合音吸収が見られると共に、その吸収度が比較的小さく、波長のエネルギーと吸収量との均衡が取れていて好ましい。また、２．０μｍ～４．０μｍのいわゆる赤外領域では、有機高分子化合物特有の吸収が数多く見られると共に、その吸収度が非常に高く、低い波長のエネルギーでもアブレーションを生じさせることが可能となる。特に、２．０μｍ～３．７μｍでは、ブロードなヒドロキシル基及びアミド基などの吸収帯が存在し、波長の多少のブレをも吸収でき、好ましい。なお、パルス光２の波長は、例えば光パラメトリック共振（ＯＰＯ）をＫＴＰ結晶（ＫＴｉＯＰＯ４）を用いて構成したものや、ＣＯ２レーザからのアップコンバージョンなどにより変換することが可能である。
　本発明のレーザー加工方法において、レーザー発振器の出力は、設定するピークパワー密度になるように設定されればよく、光渦レーザービームのパルス光３の被加工物４上でのスポット径、被加工物４の材質やパルス光２の波長などの要因に応じて適宜選択される。好ましくは、レーザー発振器の出力は、特に限定されるものではないが、好ましくは０．０１ｍＪ～１０ｍＪである。出力が小さすぎるとアブレーションが生じない又は不足し、出力が大きすぎると被加工物４の炭化を生じさせるからである。光渦レーザービームのパルス光３の被加工物４上でのスポット径は、形成する微小突起のサイズに応じて適宜選択され、特に限定されるものではないが、１０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。
　前記レーザー発振器１から発振される該直線偏光のパルス光２は、焦点距離５０ｍｍのレンズ５と焦点距離３００ｍｍのレンズ６を通ってビームサイズが６倍に拡大され、１２分割の螺旋状位相板１３によって、光渦レーザービームのパルス光３に変換される。なお、焦点距離５０ｍｍのレンズ５と焦点距離３００ｍｍのレンズ６との距離は３５０ｍｍである。螺旋状位相板１３の面積を有効に使うことによるビーム品質の向上のためであり、螺旋状位相板１３の損傷をなくすためであり、焦点距離は特に限定されるものではない。その後、対物レンズ１２（焦点距離５０ｍｍ）で絞られて、被加工物４に照射される。対物レンズ１２の倍率は所望のスポット径に応じて決められるものであり特に限定されなく、この例において対物レンズ１２の倍率は５～５０倍である。また、対物レンズ１２の焦点距離は、特に限定されるものではない。
　螺旋状位相板１３は、透過させるレーザービームに対して所定の位相分布を与えるように厚さ分布を制御した位相板である。位相板の厚さ分布は、階段状の不連続分布で近似されていて、その階段数が分割数である。螺旋状位相板１３の分割数は特に限定されないが、例えば１２分割や１６分割のものが使用される。なお、螺旋状位相板１３の代わりに液晶空間変調器に表示したフォーク型のホログラムにより光渦レーザービームを発生させることも可能である。かかる光学系については、特許文献１に記載されている。また、光渦発信装置としては、特許文献３～５に記載のものを適宜適用しても良い。
特許第５８３１８９６号 特願２０１３－５１９５２２ 特許第５０３５８０３号
　本発明のレーザー加工方法において、光渦レーザービームがラゲールガウスビームもしくはベッセルガウスビームであり、渦次数が１以上の整数もしくは－１以下の整数であることが好ましく、より好ましくは、渦次数が２以上の整数もしくは－２以下の整数である。ラゲールガウスビームの渦次数が絶対値が高いほど、加工表面が滑らかになるからである。高次の渦次数のラゲールガウスビームを発生させる方法としては、螺旋状位相板を重ねて使用することにより実現できる。例えば、１次の渦を発生させるのに使用するや螺旋状位相板を２重にすることによって、渦次数を２とすることができる。また、液晶空間変調器に表示したフォーク型のホログラムにより光渦レーザービームを発生させる方法の場合は、位相板液晶空間変調器に表示されたフォーク型ホログラムを３本フォーク型にすることにより渦次数を２とすることができる。また、本発明のレーザー加工方法において、光渦レーザービームが波面に位相特異点が複数ある多重光渦であることが好ましい。
［実施例１］
　図２に示した光学系を用いて、被加工物４に対する微小突起の形成を行った。
　レーザー発振器１はＮｄ：ＹＡＧレーザーであり、出力は０．０５　ｍＪであり、パルス光２のパルス幅は２０ｎｓ、波長は２４８０ｎｍであった。対物レンズ１２の焦点距離は５０ｍｍ、倍率は２０倍であった。螺旋状位相板１３の分割数は１６であった。被加工物４は、シート状のヒアルロン酸ナトリウム（１００％）であった。また、発生させた光渦レーザービームのパルス光３は、ラゲールガウスビームのパルス光であり、その渦次数は１であった。光渦レーザービームのパルス光３（ラゲールガウスビームのパルス光）の被加工物４上でのスポット径は、５０μｍであった。
　この結果、図３に示すように、根元部分の直径Ｗが約２０μｍ、高さＨが約２５μｍの微小突起を形成することができた。アスペクト比（高さＨ／直径Ｗ）はほぼ１．２５であった。なお、根元部分の直径は、被加工物４表面のベースライン（すなわち表面４ａ）上の直径であり、高さは同じくベースラインからの高さである。
＜第２の実施の形態＞
　次に、第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同一箇所についての説明は省略する。
　本発明では、被加工物４に乾燥によって除去可能な加工用剤を含有させておく。加工用剤としては、量平均分子量Ｍｗが３００未満の化合物が好適に用いられる。加熱によって容易に除去できる水又は有機溶媒や、光渦レーザービームの波長に対して吸収特性を有する化合物などが特に好ましく、特に注射用途のマイクロニードルを作製する場合には、人体に影響の小さい水やエチルアルコールなどが好適に用いられる。加工用剤の含有量に特に制限はないが、被加工物４における総量（重量換算）の９５．０％～２．０％程度、より好ましくは７０．０％～５．０％であることが好ましい。
　例えば、予め加工用剤に対して高分子化合物を分散させ、乾燥により被加工物４を作製する場合、乾燥条件の設定により、加工用剤を一定量残留させた状態にする。また、被加工物４の作製後に被加工物４を加工用剤の高湿下に一定時間置いて吸湿させたり、含浸させたりすることによって加工用剤を含有させることもできる。
　これにより、高分子化合物間に加工用剤が入り込むため、高分子化合物がいわば解けた状態となる。この結果、加工用剤を含まない場合と比較して、アブレーションが生じやすくなり、微小突起の形成が容易となる。
　微小突起を形成した後、被加工物４は乾燥機などで乾燥されても良い。乾燥条件に制限はないが、例えば５０～８０℃で１～５時間程度乾燥させる。なお、加工用剤として人体に影響のない化合物（水やエチルアルコールなど）を使用した場合には、加工用剤を含んだまま製品としても良い。もちろん、乾燥させないでそのまま使用することも可能である。
［実施例２］
　被加工物４は、シート状のヒアルロン酸ナトリウム（１００％）に対して、水を含有させたものを使用した。水の含有量は、被加工物４全体の３０％程度であった。水に分散したヒアルロン酸ナトリウムをシート状に形成する際に、乾燥工程を短縮することにより、水分を被加工物４に残留させた。
　レーザー発振器１として、１０６４ｎｍの波長を使用した以外は同一の条件で光渦レーザービームのパルス光３を被加工物４に照射した。
　この結果、図４に示すように、高さＨが４０μｍ、根元の直径Ｗが１１０μｍの微小突起を形成することができた。
［実施例３］
　被加工物４として、ヒアルロン酸ナトリウム（１００％）に対して、多量の水を含有させてから所定の温度（例えば４０～６０℃）で乾燥させたものを使用した。水の含有量は、被加工物４全体の５０％程度であった。水に分散したヒアルロン酸ナトリウムをシート状に形成する際に、乾燥温度及び湿度を調整することにより、一定量の水分を被加工物４に残留させた。
　レーザー発振器１として、１０６４ｎｍの波長を使用した以外は同一の条件で光渦レーザービームのパルス光３を被加工物４に照射した。
　この結果、図５に示すように、高さＨが４７μｍ、根元の直径Ｗが７８μｍの微小突起を形成することができた。
　このように、ヒアルロン酸ナトリウムシートにおける水分含有量を増大させることにより、根元直径に対する高さの比率であるアスペクト比を高くすることができることが確認された。これは、加工用剤である水に起因するものと考えられる。同じく保水能力が高い保水性高分子（高分子化合物本体に対して３０％、より好ましくは１００％以上の水を含有することができる高分子化合物）であるコラーゲンなどでも、全体重量に対して３０％以上の水を含有させることにより、アスペクト比の高いマイクロニードルを製造することが可能である。
＜動作及び効果＞
　以上の構成において、本発明のレーザ加工方法は、
　高分子化合物を主成分とする被加工物に対し、
　１．０～１０．０μｍの波長を有し、円偏光の回転方向と光渦レーザービームの回転方向が同一である円偏光光渦レーザービームのパルス光を照射することにより、前記被加工物状に微少な突起を形成することを特徴とする。
　これにより、被加工物の主成分である高分子化合物を炭化させることなく、アブレーションを生じさせることができ、被加工物上に微小突起を形成させることができる。
　光渦レーザービームの波長が、１．２～７．０μｍであることにより、適切なエネルギー及び被加工物の吸収特性を有する波長でアブレーションを生じさせることができる。
　光渦レーザービームの波長が、１．５～４．０μｍであることにより、比較的大きな吸収により効果的に被加工物のアブレーションを生じさせることができる。
　前記被加工物は、加熱により容易に除去できる溶媒である加工用剤を含有することにより、高分子化合物同士の絡み合いを低下させて加工用剤のアブレーションを促進することができる。
　前記加工用剤は、加熱により容易に除去できる溶媒であることにより、溶媒のアブレーションによるエネルギーの吸収や気体状態で生じるエネルギー吸収により被加工物の高分子化合物の炭化を防止することができる。
　前記加工用剤は、照射する光渦レーザービームの波長に吸収特性を有することにより、被加工物の発熱を促進し、効果的にアブレーションを生じさせることができる。
　前記加工用剤は、水又はエチルアルコールであることにより、光渦レーザービームの吸収、高分子化合物の絡み合い低下を生じさせるだけでなく、人体や環境に害を及ぼさない。
　前記被加工物は、加工用剤として、水又は有機溶媒、若しくはこれらの混合溶媒を含有し、前記パルス光の照射後、前記加工溶剤を乾燥により除去する。これにより、加工後には本来の被加工物と同じ組成のものを得ることができる。また、大きく形成した微小突起を乾燥による収縮を利用して小さくすることもできる。
　前記加工用剤として少なくとも水を含有し、光渦レーザービームの波長が、１．７～３．５μｍであることにより、水が有するＯＨ基による光渦レーザビームの大きな吸収を利用して効果的にアブレーションを生じさせることができる。
　前記加工用剤は、水又はエチルアルコールを主成分とし、
　前記光渦レーザビーム照射時において、前記被加工物における全体重量の２０％～７０％を占めることを特徴とする。なお、主成分とは、加工用剤の全体重量のうち５０％以上を占めることをいう。
　これにより、水及びエチルアルコールが有する水酸基由来の吸収特性を利用して、光産レーザービームによるアブレーションを効果的に生じさせることができる。例えば、実施例２及び実施例３では、水を加工用剤として多量に含有させることにより、ヒアルロン酸ナトリウム自体が殆ど吸収しない１０６４ｎｍの光渦レーザービームに対するアブレーションの効率を高めることが可能となっている。
　前記光渦レーザビームの波長が、１．０～３．５μｍであることを特徴とする。これにより、エネルギーが比較的高い波長領域を使用してマイクロニードルを製造することができる。
　以上の構成によれば、本発明のマイクロニードルの製造方法では、生体吸収高分子を主成分とする被加工物に対し、１．０～１０．０μｍの波長を有し、円偏光の回転方向と光渦レーザービームの回転方向が同一である円偏光光渦レーザービームのパルス光を照射することにより、前記被加工物状に微少な突起を形成する。
　これにより、被加工物の主成分である生体吸収高分子を炭化させることなく、アブレーションを生じさせることができ、被加工物上に微小突起を形成させ、生体吸収高分子を主成分とするマイクロニードルを製造することが可能となる。
＜他の実施の形態＞
　なお上述実施形態では、孔のない微小突起を形成したが、注射針のように中心に孔を有する微小突起を形成しても良い。微小突起として初めから中心に孔を形成する他、後から微小突起に孔を形成しても良い。
　また上述実施形態では、医療及び美容用途におけるマイクロニードルの製造に本発明を適用したが、例えば工業用途でプラスチック材料などの高分子材料の表面に微小突起を形成しても良い。また、被加工物表面は平面である必要はなく、例えば球の表面など曲面上に微小突起を形成しても良い。
　本発明は、例えば人体に貼るマイクロニードルに適用することができる。
１　　　：レーザー発振器
２　　　：パルス光
３　　　：パルス光
４　　　：被加工物
４ａ　　：表面
１２　　：対物レンズ
１３　　：螺旋状位相板
２０　　：光学系
１０１　：微小突起
 
 
 

 

Claims (10)

  1. 　高分子化合物を主成分とする被加工物に対し、
    　１．０～１０．０μｍの波長を有し、円偏光の回転方向と光渦レーザービームの回転方向が同一である円偏光光渦レーザービームのパルス光を照射することにより、前記被加工物状に微少な突起を形成する
    　ことを特徴とするマイクロニードルの製造方法。
  2. 　光渦レーザービームの波長が、
    　１．０～７．０μｍである
    　ことを特徴とするに請求項１に記載のマイクロニードルの製造方法。
  3. 　光渦レーザービームの波長が、
    　１．５～４．０μｍである
    　ことを特徴とするに請求項１に記載のマイクロニードルの製造方法。
  4. 　前記被加工物は、
    　加工用剤を含有する
    　ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロニードルの製造方法。
  5. 　前記加工用剤は、
    　加熱により容易に除去できる溶媒である
    　ことを特徴とする請求項４に記載のマイクロニードルの製造方法。
  6. 　前記加工用剤は、
    　水又はエチルアルコールであり、
    　前記光渦レーザビーム照射時において、前記被加工物における全体重量の２０％～７０％を占める
    　ことを特徴とする請求項４に記載のマイクロニードルの製造方法。
  7. 　前記光渦レーザビームの波長が、
    　１．０～３．５μｍである
    　ことを特徴とする請求項６に記載のマイクロニードルの製造方法。
  8. 　前記被加工物は、
    　加工用剤として、水又は有機溶媒、若しくはこれらの混合溶媒を含有し、
    　前記パルス光の照射後、前記加工溶剤を乾燥により除去する
    　ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロニードルの製造方法。
  9. 　前記加工用剤として少なくとも水を含有し、
    　光渦レーザービームの波長が、
    　１．７～３．５μｍである
    　ことを特徴とする請求項４に記載のマイクロニードルの製造方法。
  10. 　生体吸収高分子を主成分とする被加工物に対し、
    　１．０～１０．０μｍの波長を有し、円偏光の回転方向と光渦レーザービームの回転方向が同一である円偏光光渦レーザービームのパルス光を照射することにより、前記被加工物状に微少な突起を形成する
    　ことを特徴とするレーザ加工方法。

     
PCT/JP2017/017588 2016-05-09 2017-05-09 レーザ加工方法及びマイクロニードルの製造方法 WO2017195790A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17796151.3A EP3456373A4 (en) 2016-05-09 2017-05-09 LASER MACHINING METHOD, AND MICRO NEEDLE MANUFACTURING METHOD
JP2018517041A JP6601558B2 (ja) 2016-05-09 2017-05-09 レーザ加工方法及びマイクロニードルの製造方法
CN201780027737.4A CN109310853A (zh) 2016-05-09 2017-05-09 激光加工方法以及微针的制造方法
US16/300,526 US20190209821A1 (en) 2016-05-09 2017-05-09 Laser beam machining method and microneedle fabrication method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-093632 2016-05-09
JP2016093632 2016-05-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017195790A1 true WO2017195790A1 (ja) 2017-11-16

Family

ID=60267985

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/017588 WO2017195790A1 (ja) 2016-05-09 2017-05-09 レーザ加工方法及びマイクロニードルの製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20190209821A1 (ja)
EP (1) EP3456373A4 (ja)
JP (1) JP6601558B2 (ja)
CN (1) CN109310853A (ja)
WO (1) WO2017195790A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019111959A1 (ja) * 2017-12-05 2019-06-13 古河電気工業株式会社 機能性部材及びその製造方法
US11844919B2 (en) 2018-01-03 2023-12-19 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Microneedle for local delivery of therapeutic agent

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117226254B (zh) * 2023-11-02 2024-06-21 武汉华日精密激光股份有限公司 基于超快激光-长脉冲激光复合的激光打孔装置及方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009061212A (ja) * 2007-09-10 2009-03-26 Toppan Printing Co Ltd マイクロニードルおよびマイクロニードル製造方法
JP5531261B2 (ja) * 2009-03-27 2014-06-25 国立大学法人 千葉大学 レーザー加工方法、円偏光光渦レーザービームを用いたレーザー加工方法、針状体を有する部材の製造方法、および針状体を有する部材

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3783862B2 (ja) * 2001-11-01 2006-06-07 日東電工株式会社 微小隆起物を有する構造体形成用金型の作製方法および該金型を用いた微小隆起物を有する構造体の製造方法
CN100408126C (zh) * 2004-12-13 2008-08-06 纳生微电子(苏州)有限公司 表皮针及其制作方法
JP4483793B2 (ja) * 2006-01-27 2010-06-16 セイコーエプソン株式会社 微細構造体の製造方法及び製造装置
JP5419702B2 (ja) * 2007-10-18 2014-02-19 久光製薬株式会社 マイクロニードルデバイス
CN103777447B (zh) * 2012-10-17 2016-03-16 深圳市绎立锐光科技开发有限公司 一种光源系统、波长转换装置及相关投影系统
WO2014181890A2 (ja) * 2013-05-10 2014-11-13 国立大学法人 千葉大学 有機螺旋構造体の製造方法、及びそれにより製造される有機螺旋構造体
JP6236905B2 (ja) * 2013-06-20 2017-11-29 凸版印刷株式会社 中空針状体装置の製造方法
CN104874911B (zh) * 2015-05-27 2016-10-12 四川大学 一种微探针尖端成形激光加工系统
CN105081586B (zh) * 2015-09-14 2017-11-21 郑州轻工业学院 一种激光加工方法和装置
CN105458529A (zh) * 2016-01-21 2016-04-06 北京理工大学 一种高效制备高深径比微孔阵列的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009061212A (ja) * 2007-09-10 2009-03-26 Toppan Printing Co Ltd マイクロニードルおよびマイクロニードル製造方法
JP5531261B2 (ja) * 2009-03-27 2014-06-25 国立大学法人 千葉大学 レーザー加工方法、円偏光光渦レーザービームを用いたレーザー加工方法、針状体を有する部材の製造方法、および針状体を有する部材

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3456373A4 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019111959A1 (ja) * 2017-12-05 2019-06-13 古河電気工業株式会社 機能性部材及びその製造方法
CN111433001A (zh) * 2017-12-05 2020-07-17 古河电气工业株式会社 功能性构件及其制造方法
JPWO2019111959A1 (ja) * 2017-12-05 2020-12-17 古河電気工業株式会社 機能性部材及びその製造方法
US11844919B2 (en) 2018-01-03 2023-12-19 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Microneedle for local delivery of therapeutic agent

Also Published As

Publication number Publication date
CN109310853A (zh) 2019-02-05
EP3456373A1 (en) 2019-03-20
US20190209821A1 (en) 2019-07-11
EP3456373A4 (en) 2019-05-22
JP6601558B2 (ja) 2019-11-06
JPWO2017195790A1 (ja) 2019-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6589115B2 (ja) マイクロニードル製造装置
JP6601558B2 (ja) レーザ加工方法及びマイクロニードルの製造方法
US11504177B2 (en) Manufacturing method for bone implant
US10099921B2 (en) Method for producing organic helical structure, and organic helical structure produced using said method
JP6454125B2 (ja) コラーゲンゲルの作製方法
US20220111470A1 (en) Method for fabricating nanostructured optical elements
FISHER Photons, physiatrics, and physicians: a practical guide to understanding laser light interaction with living tissue, part I
Sato et al. Femtosecond laser-induced periodic nanostructure creation on PET surface for controlling of cell spreading
Volova et al. Laser processing of polymer films fabricated from phas differing in their monomer composition
Chen et al. High‐Speed NIR‐Driven Untethered 3D‐Printed Hydrogel Microrobots in High‐Viscosity Liquids
CN205831906U (zh) 一种手持激光器
CN109491097A (zh) 一种基于晶体旋光性产生轴对称矢量光束的方法
CN105048272B (zh) 一种基于LiIO3晶体的全固态激光器及其工作方法
CN208078373U (zh) 一种外腔倍频紫外激光器
TW201027198A (en) Improved structure of liquid crystal and its manufacturing method
Smith et al. Crystalline flat surface recovered by high-temperature annealing after laser ablation
Wang et al. Research on the Application of Self-Phase Locking Laser in the Fabrication of Micro-Nano Structures of Scaffolds
Savelyev et al. Investigation of albumin denaturation when exposed to a nanosecond laser source
Guidetti Cellulose photonics: designing functionality and optical appearance of natural materials
CN220695326U (zh) 一种采用激光转镜表面处理装置加工的医用钛合金骨板
Wang et al. Femtosecond‐Laser‐Direct‐Writing Micro‐Scale Soft Actuators with Controllable Shape Morphing
Xiao et al. Thermal damage and the prognostic evaluation of laser ablation of bone tissue—a review
Zelentsov et al. Morphological Changes in Mammal Skeletal Muscle under the Action of Powerful THz Laser Radiation
Omatsu Optical vortex lasers for chiral material science
JPH1039267A (ja) 液晶偏光制御素子

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018517041

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17796151

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017796151

Country of ref document: EP

Effective date: 20181210