WO2018020911A1 - マイクロニードル製造方法及びマイクロニードル製造装置 - Google Patents

マイクロニードル製造方法及びマイクロニードル製造装置 Download PDF

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WO2018020911A1
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optical vortex
needle
light
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代康 志賀
及川　陽一
邦男 宮地
耕平 豊田
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シンクランド株式会社
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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 only forms a needle mountain, and there is a demand for manufacturing a so-called hollow needle for injecting a drug or the like as an injection needle as a microneedle.
  • the present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to provide a microneedle manufacturing method and a microneedle manufacturing apparatus capable of forming a hollow needle.
  • the microneedle manufacturing method of the present invention includes: An optical vortex conversion step for converting a laser beam into an optical vortex pulsed light having a helical polarization; A needle ridge forming step for forming a needle ridge on a workpiece to be processed by irradiating the optical vortex pulse light; and A hole forming step of forming a hole or a hole in the needle peak by irradiating the needle peak with a laser pulse light; The spot size of the laser pulse light is smaller than the spot size of the optical vortex pulse light.
  • the microneedle manufacturing method of the present invention includes laser emitting means for emitting a laser beam made of pulsed light, and A needle ridge that forms a needle ridge on the object to be processed by converting the laser beam into an optical vortex pulse light having a spiral polarization and irradiating the object to be processed with the optical vortex pulse light.
  • the spot size of the laser pulse light is smaller than the spot size of the optical vortex pulse light.
  • the present invention can realize a microneedle manufacturing method and a microneedle manufacturing apparatus capable of forming a hollow needle.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a microneedle manufacturing apparatus in a first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration of a common light irradiation unit in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of a specific configuration of the microneedle manufacturing apparatus according to the first embodiment.
  • It is a basic diagram which shows the example (1) of formation of a hole.
  • It is a basic diagram which shows the example (2) of formation of a hole.
  • It is a basic diagram which shows the structure of the common light irradiation part in 2nd Embodiment.
  • It is a block diagram which shows the structure of the light irradiation part in 3rd Embodiment.
  • Patent Document 1 describes a method for forming a needle mountain using an optical vortex technique.
  • the inventors of the present invention produce a so-called hollow needle by forming a needle mountain using this optical vortex technique and then forming a hole for injecting a drug or the like like an injection needle into the needle mountain. Invented a technique.
  • a control unit 2 that controls the whole
  • a light irradiation unit 3 that irradiates light
  • an irradiation position adjustment unit 4 that adjusts the irradiation position.
  • a needle mountain is formed by optical vortex pulse light, and then a hole is formed in the needle mountain by circularly polarized laser pulse light.
  • the needle ridge and the hole are formed by the common light irradiation unit 13 that irradiates both the optical vortex pulse light and the laser pulse light as the light irradiation unit 3.
  • the needle crest and the hole are respectively formed by separate light irradiation units (the first light irradiation unit 23A and the second light irradiation unit 23B). Form.
  • the microneedle manufacturing apparatus 1C includes a needle ridge forming apparatus and a hole forming apparatus (irradiation apparatuses 1Ca and 1Cb) which are completely separate apparatuses, and forms a needle ridge by the needle ridge forming apparatus 1Ca to form a hole.
  • a hole is formed by the device 1Cb.
  • the workpiece 9 in which the needle threads and the holes are formed is not particularly limited, but various inorganic materials such as metals such as aluminum and stainless steel, silicon, carbon, ceramics, various mineral materials including calcium-based minerals, organic It is possible to suitably use a high molecular compound as a main component. In particular, when used for medical or cosmetic purposes, it is preferable to use a bioabsorbable material that is harmless to the human body and is absorbed by the body as the material of the workpiece 9.
  • 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 9 and the size of the microprojection 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 gain distribution proportional to the square of the radius vector, and a Bessel Gaussian beam with a diameter without it. 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 is a fork-type hologram displayed on a liquid crystal spatial modulator. Illustrates a method of generating an optical vortex laser beam by a method, a method of generating an optical vortex laser beam by a helical phase plate, a method of generating an optical vortex laser beam by conversion from Hermitian Gaussian mode, and a method of directly emitting from a laser resonator Is done.
  • a control unit 12 composed of an MPU (Micro Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random Access Memory) (not shown) is included in the microneedle manufacturing apparatus 1A. It is designed to control the whole.
  • MPU Micro Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • FIG. 3 shows an optical system in the common light irradiation unit 13. First, formation of a needle ridge will be described.
  • the laser oscillator 41 is not particularly limited.
  • the laser oscillator 41 is an Nd: YAG laser.
  • the laser oscillator 41 performs Q-switch oscillation of the linearly polarized pulsed light LP.
  • the pulse width of the linearly polarized pulsed light LP is not less than 10 picoseconds and not more than 100 nanoseconds. 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 LP oscillated from the laser oscillator 41 is not particularly limited. However, when an inorganic material is used as the workpiece 9, a large energy of 2.0 ⁇ m to 0.2 ⁇ m is preferable. used. On the other hand, when a polymer compound is used as the processing object 9, 1.0 ⁇ m or more and 10.0 ⁇ m or more are used. In the polymer compound, unlike the inorganic substance, 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 LP is preferably 1.2 ⁇ m or more and less than 7.0 ⁇ m.
  • the wavelength of the pulsed light LP 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 LP can be converted by, for example, an optical parametric resonance (OPO) configured using a KTP crystal (KTiOPO 4 ) or an up-conversion from a CO 2 laser.
  • the output of the laser oscillator may be set so as to have a set peak power density, and on the processing object 9 of the optical vortex pulse light SB that is the pulse light of the optical vortex laser beam.
  • the spot diameter is appropriately selected according to factors such as the material of the workpiece 9 and the wavelength of the pulsed light LP.
  • the output of the laser oscillator is not particularly limited, but is preferably 0.01 mJ to 10 mJ. This is because ablation does not occur or is insufficient when the output is too small, and carbonization of the workpiece 9 occurs when the output is too large.
  • the spot diameter of the optical vortex pulse light SB on the workpiece 9 is appropriately selected according to the size of the fine protrusion to be formed, and is not particularly limited, but is preferably 10 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less.
  • the pulsed light LP oscillated from the laser oscillator 41 passes through a lens 42 having a focal length of 50 mm and a lens 43 having a focal length of 300 mm.
  • the light is converted into optical vortex pulsed light SB by the converter 13a.
  • the distance between the lens 42 having a focal length of 50 mm and the lens 43 having a focal length of 300 mm is 350 mm. This is for the purpose of improving the beam quality by effectively using the area of the spiral phase plate 44 and for eliminating the damage to the spiral phase plate 44, and the focal length is not particularly limited.
  • the object 9 is squeezed by the objective lens 45 (focal length 50 mm) and irradiated onto the workpiece 9.
  • the magnification of the objective lens 45 is determined according to the desired spot diameter and is not particularly limited. In this example, the magnification of the objective lens 45 is 5 to 50 times. Further, the focal length of the objective lens 45 is not particularly limited.
  • the helical phase plate 44 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 44 is not particularly limited, for example, those having 12 divisions or 16 divisions are used. It is also possible to generate an optical vortex laser beam by using a fork type hologram displayed on the liquid crystal spatial modulator instead of the spiral phase plate 44. 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.
  • the optical path direction during irradiation is the Z direction
  • the slide rail 14aa direction of the sled motor 14a is the X direction
  • the direction perpendicular to the X and Z directions is the Y direction.
  • the microneedle manufacturing apparatus 1A includes an actuator 46 that performs fine adjustment of the objective lens 45 in the X, Y, and Z directions as a focus moving unit 13b, and a sled motor 14a that moves the objective lens 45 in the X direction along the slide rail 14aa.
  • the irradiation position adjusting unit 14 includes a stage 14b for adjusting the position of the workpiece 9 in the X, Y, and Z directions.
  • the control unit 12 controls the focal point moving unit 13b and the irradiation position adjusting unit 14 to irradiate the processing object 9 with the optical vortex pulse light SB at a preset needle mountain formation interval, thereby forming a needle mountain.
  • a light receiving system that separates return light from the surface of the workpiece 9 with a beam splitter or the like and receives the light with a photo detector or the like, and sequentially adjusts the focal position with the light receiving system.
  • the common light irradiation unit 13 forms a hole in the needle peak by irradiating the needle peak with the pulsed light LP as the laser pulse light PB made of normal linearly polarized light or circularly polarized light.
  • a movable spiral phase plate 44 is provided as the optical vortex conversion unit 13a.
  • the helical phase plate 44 is removed from the optical path.
  • the condensing limit width is 1.0 ⁇ m which is substantially the same as the wavelength. Since the optical vortex pulsed light SB uses the principle that the processed object 9 sublimated accumulates in the central portion of the optical vortex, the spot size is set to be as large as 10 to 300 ⁇ m.
  • the laser pulse light PB is irradiated with the same spot size, the laser pulse light PB is irradiated so as to cover the formed needle peaks, and the needle peaks are destroyed.
  • the focal state of the laser pulse light PB when entering the objective lens 45 is changed by the focal point moving unit 13b to change the spot size (XY).
  • a movable condensing state changing unit 47 is provided in the common light irradiation unit 13.
  • the condensing state changing unit 47 is composed of a lens or a diffraction grating that changes the condensing state with respect to the objective lens 45, and is removed from the optical path when forming the needle ridge, while being arranged on the optical path when forming the hole. Is done.
  • the spot size when irradiating the laser pulse light PB is preferably about 1/3 to 1/20, more preferably about 1/4 to 1/10 as compared with the optical vortex pulse light SB. If the spot size is too large, the hole is too large and the strength as a hollow needle becomes insufficient, which is not preferable. On the other hand, if the spot size is too small, the pores are too small, and it is not preferable because a sufficient space for injecting a drug cannot be secured.
  • the control unit 12 drives the stage 14b in the Z direction so that the focal point FP of the laser pulse light PB coincides with the vicinity of the apex TP of the needle mountain.
  • the hole is slightly offset from the apex TP of the needle ridge (for example, 5 to 20 ⁇ m).
  • HL can be formed.
  • the size of this offset (hereinafter referred to as the hole center offset amount) is preferably approximately the same as or slightly larger than the radius of the hole HL (for example, shifted by 0.5 to 5 ⁇ m larger than the radius of the hole HL). .
  • the hole HL can be formed without breaking the apex of the needle ridge.
  • the laser pulse light PB is irradiated to the workpiece 9 while being slightly inclined from the vertical, and the position of the focal point FP in the XY direction of the laser pulse light PB is changed from the apex TP of the needle mountain.
  • shifting it is possible to form a hole HL substantially parallel to the inclination of the needle ridge.
  • the area of the hole HL on the surface of the needle hill can be minimized, and the volume of the hole HL can be maximized while maintaining the strength of the needle hill.
  • the focus correction unit 12a of the control unit 12 controls the irradiation position adjusting unit 14 when forming the needle ridge, thereby causing the optical vortex pulse light to be applied to the workpiece 9 at the preset needle ridge formation position. SB is irradiated to form a needle thread.
  • the workpiece 9 is placed in advance at a reference position on the stage 14b.
  • the focus correction unit 12a uses the needle ridge formation position as a reference, sets the position shifted from the needle ridge formation position by the hole center offset amount as the hole formation position, and applies the laser pulse light PB to the workpiece 9 at the hole formation position. Irradiate to form holes HL.
  • the control unit 12 arranges the condensing state changing unit 47 on the optical path and removes the spiral phase plate 44 from the optical path. As a result, the needle hill is appropriately irradiated with the laser pulse light PB, and the hole HL is formed. Note that the hole HL can be inclined as shown in FIG.
  • the control unit 12 controls the stage 14b, the sled motor 14a, and the actuator 46 to displace the focal positions of the optical vortex pulse light SB and the laser pulse light PB to the needle ridge formation position and the hole formation position.
  • Arbitrary timing can be selected as the switching timing when forming the hole.
  • holes may be formed after one needle ridge is formed, or holes may be formed in one needle ridge after one row is formed in the X direction. Moreover, after forming the needle ridge for one sheet, the hole for one sheet can also be formed.
  • the common light irradiation unit 13 forms the needle crest using the optical vortex pulse light SB, and then the common light irradiation unit 13 forms the hole using the laser pulse light PB as it is. I made it. Accordingly, since the hole forming position may be determined based on the needle mountain forming position, there is no need to detect the needle mountain position. Moreover, since both a needle mountain and a hole can be formed by one common light irradiation part 13, the structure as 1 A of microneedle manufacturing apparatuses can be simplified.
  • a hollow needle was created on the workpiece 9 using the microneedle manufacturing apparatus 1A.
  • the processing object 9 used is a gel sheet of sodium hyaluronate containing purified water.
  • a needle ridge was formed by focusing on the back (inside the processing object) from the surface of the processing object 9.
  • the power of the optical vortex pulsed light SB at this time was 1.4 mj
  • the pulse width was 25 ps
  • the wavelength was 1.064 ⁇ m
  • the spot size at the focal position was about 20 ⁇ m.
  • a needle thread having a height of about 40 ⁇ m and a bottom surface diameter of about 80 ⁇ m was formed on the workpiece 9.
  • the vicinity of the needle mountain surface slightly shifted from the apex of the needle mountain is set as the first focal position, and the focal position is determined in accordance with the formation of the hole.
  • the laser pulse light PB by a normal Gaussian beam was irradiated while sliding into the needle mountain at a speed of.
  • the power of the laser pulse light PB at this time was 0.1 mj
  • the pulse width was 25 ps
  • the wavelength was 1.064 ⁇ m
  • the spot size at the focal position was about 10 ⁇ m.
  • FIG. 12 shows a micrograph of the produced hollow needle.
  • the black part shows the needle mountain part, and the hole in which the white part inside the circle is formed.
  • a hollow needle can be manufactured using the same laser light source.
  • the common light irradiation unit 13x in the microneedle manufacturing apparatus 1Ax includes a liquid crystal type spiral phase plate 44x that gives a phase difference using liquid crystal as the optical vortex conversion unit 13ax.
  • the liquid crystal type spiral phase plate 44x converts the liquid crystal display to convert the pulsed light LP into the optical vortex pulsed light SB and emits it, or the pulsed light LP is a laser pulsed light PB made of linearly polarized light or circularly polarized light. Can be emitted as a fixed type.
  • control unit 12 changes the liquid crystal display of the liquid crystal type spiral phase plate 44x so as to irradiate the processing object 9 with the optical vortex pulse light SB while forming the needle thread,
  • the laser pulse light PB can be irradiated to the workpiece 9.
  • the common light irradiation unit 13x includes a rotationally movable galvanometer mirror 48 as the irradiation position adjustment unit 14ax, and the objective lens 45x uses a lens distortion effect for a constant-velocity linear motion of a spot moving on the focal plane.
  • a so-called F ⁇ lens for conversion is used.
  • only the stage 14b is provided in addition to the galvanometer mirror 48 as the irradiation position adjusting unit 14ax.
  • a laser scanning system in which an f ⁇ lens and a galvanometer mirror unit are combined is adopted, and a laser beam is two-dimensionally scanned to irradiate the workpiece 9.
  • the laser pulse light PB is irradiated at a lower power than when forming the needle ridge so that the size of the hole formed is smaller than the diameter of the bottom surface of the needle ridge. It is made to be small. Therefore, unlike the first embodiment, the common light irradiation unit 13x does not have the light collection state changing unit 47 (FIG. 3).
  • the control unit 12 controls the liquid crystal type spiral phase plate 44x to convert the incident pulse light LP into the optical vortex pulse light SB.
  • the focus correction unit 12a of the control unit 12 controls the irradiation position adjustment unit 14 to irradiate the processing object 9 with the optical vortex pulse light SB at a preset needle mountain formation position, thereby forming a needle mountain.
  • the workpiece 9 is placed in advance at a reference position on the stage 14b.
  • the control unit 12 controls the liquid crystal type spiral phase plate 44x to emit the incident pulsed light LP as the laser pulsed light PB.
  • the focus correction unit 12a uses the needle ridge formation position as a reference, sets a position shifted from the needle ridge formation position by the hole center offset amount as a hole formation position, and the laser pulse light PB with respect to the workpiece 9 at the hole formation position. To form holes HL.
  • the stage 14b is displaced in the XY direction, and further the plurality of needle peaks and holes Will be formed.
  • microneedle manufacturing apparatus 1Ax uses a two-dimensional scanning system using a galvanometer mirror unit, it is possible to quickly form many needle peaks and holes.
  • the irradiation position adjusting unit 24 has a configuration in which the stage on which the workpiece 9 is placed can move in the Y direction.
  • the workpiece placed on the stage travels in the Y direction (left direction in the figure) after the needle ridge is formed by the optical vortex pulse light SB irradiated from the first light irradiation unit 23A, and the second light A hole is formed by the laser pulse light PB irradiated from the irradiation unit 23B.
  • the microneedle manufacturing apparatus 1B irradiates the optical vortex pulsed light SB and the laser pulsed light PB by the two light irradiating units 23A and 23B having different configurations, if the microneedle manufacturing apparatus 1B is configured by an optical system configured according to each irradiation, good. That is, as the first light irradiation unit 23A, the one in which the spiral phase plate 44 in the common light irradiation unit 13 shown in FIG. 3 is fixed on the optical path is used, and the one that does not have the condensing state changing unit 47 is used. Is done. Moreover, the common light irradiation part 13x shown in FIG. 7 may be used.
  • the first light irradiation unit 23A is obtained by removing the spiral phase plate 44 and the condensing state changing unit 47 from the common light irradiation unit 13 shown in FIG. Further, the common light irradiation unit 13x shown in FIG. 7 excluding the liquid crystal type spiral phase plate 44x may be used.
  • the control unit 12 irradiates the processing object 9 with the optical vortex pulse light SB at a preset needle ridge formation position to form the needle ridge.
  • the workpiece 9 is placed in advance at a reference position on the stage.
  • the control unit 12 irradiates the workpiece 9 with the laser pulse light PB at the hole forming position.
  • microneedle manufacturing apparatus 1B needle ridges and holes can be formed simultaneously, so that manufacturing efficiency is good and suitable for mass production. In addition, since the workpiece 9 placed on the stage is automatically moved, it is not necessary to perform alignment.
  • the hole forming position of the processing object 9 in the second light irradiation unit 23B is not aligned because the movement amount of the processing object 9 generated along with the movement of the stage is corrected in advance. Has also been adjusted to match the needle mountain. This adjustment is performed using, for example, an adjustment sample including an adjustment mark.
  • the fourth embodiment shown in FIG. 9 is different from the above-described third embodiment in that needle ridge formation and hole formation are performed by two irradiation devices 1Ca and 1Cb having different configurations. Note that, in the fourth embodiment, reference numerals obtained by adding 10 to portions corresponding to those of the third embodiment are given, and description of the same parts is omitted.
  • the microneedle manufacturing apparatus 1C forms a needle crest and a hole by two irradiation apparatuses 1Ca and 1Cb having different configurations.
  • the irradiation device 1 ⁇ / b> Cb is provided with a position detection unit 36, and an accurate position of the processing object 9 is detected from a formed needle ridge or a position adjustment mark previously formed on the processing object 9. At the same time, a hole forming position is set.
  • the microneedle manufacturing apparatus 1C can manufacture a microneedle by forming a needle crest and a hole by two irradiation apparatuses 1Ca and 1Cb having different configurations.
  • step SP1 the control unit 12 moves to the next step SP2 when recognizing that the workpiece 9 is set on the stage by an automatic detection function or the like, for example, the start person wants to operate the start button.
  • step SP2 when the control unit 12 sets the irradiation position so that the optical vortex pulsed light SB is irradiated to the needle mountain formation position, the process proceeds to the next step SP3.
  • step SP3 when the control unit 12 irradiates the processing object 9 with the optical vortex pulse light SB to form a needle thread, the process proceeds to the next step SP4.
  • step SP4 when the control unit 12 sets the irradiation position so that the laser pulse light PB is irradiated to the hole forming position, the process proceeds to the next step SP5.
  • step SP5 when the control unit 12 forms a hole by irradiating the workpiece 9 with the laser pulse light PB, the control unit 12 proceeds to an end step and ends the process.
  • the following points can be extracted as inventions for producing hollow needle-shaped microneedles.
  • the invention group A can be extracted from the viewpoint that a hollow needle-shaped microneedle can be produced.
  • the invention B group can be extracted from the viewpoint that the configuration as a microneedle manufacturing apparatus can be simplified and the positioning can be easily performed.
  • the invention C group can be extracted from the viewpoint that the positioning can be simplified and the needle ridge and the hole can be efficiently formed.
  • the method for producing microneedles of the present invention comprises: An optical vortex conversion step for converting a laser beam (pulsed light LP) into an optical vortex pulsed light (optical vortex pulsed light SB) having a spiral polarization; A needle ridge forming step for forming a needle ridge on a workpiece to be processed by irradiating the optical vortex pulse light; and A hole forming step of forming a hole or hole (hole HL) in the needle peak by irradiating the needle peak with laser pulse light (laser pulse light PB); The spot size of the laser pulse light is smaller than the spot size of the optical vortex pulse light.
  • the spot (diameter) size of the laser pulse light is preferably about 1/2 to 1/10 of the spot size of the optical vortex pulse light.
  • the spot size is too large, the needle ridge may be broken.
  • the spot size is too small, holes cannot be formed or the holes are too small.
  • the hole can be formed using the laser beam in the needle mountain formed using the laser beam, the needle mountain forming process and the hole forming process are highly compatible.
  • a hollow needle can be formed by accurately making a hole.
  • Feature A2 In the microneedle manufacturing method according to Feature A1, In the hole forming step, the optical vortex focal position, which is the focal position of the optical vortex pulse light with respect to the workpiece, and the laser focal position (focal point FP), which is the focal position of the laser pulse light with respect to the workpiece, are displaced. It is characterized by making it.
  • the optical vortex focal point position is set with reference to the plane when forming a needle ridge with a flat surface of the workpiece, and the needle ridge is set when forming a hole after the needle ridge is formed. Since the laser focus position can be set as a reference, an appropriate focus position can be set in each step for forming the hollow needle.
  • Feature A3 In the microneedle manufacturing method according to Feature A1 or Feature A2, In the hole forming step, The needle pulse is irradiated with the laser pulse light based on the laser beam.
  • the optical vortex pulse light and the laser pulse light are generated based on the laser beam emitted from the same light source, and both the needle ridge and the hole are formed by one optical system. Therefore, the microneedle manufacturing apparatus and the manufacturing process can be simplified.
  • Feature A4 In the microneedle manufacturing method according to any one of Features A1 to A3, In the hole forming step, In a plane direction perpendicular to the optical axis direction, an optical vortex focal position that is a focal position of the optical vortex pulse light with respect to the workpiece, and a laser focal position that is a focal position of the laser pulse light with respect to the workpiece. It is characterized by displacing.
  • the apex of the needle ridge and the center of the hole in the plane direction of the workpiece can be offset, and the hollow needle is formed while maintaining the height of the apex of the needle ridge. be able to.
  • the bite of meat when stabbed into a person's skin is reduced, and a needle that is small in wounds due to injection and gentle to the human body can be formed.
  • Feature A5 In the microneedle manufacturing method according to any one of Features A1 to A4, In the hole forming step, by slightly tilting from the optical axis direction, an optical vortex focal position, which is a focal position of the optical vortex pulse light with respect to the workpiece, and a focal point of the laser pulse light with respect to the workpiece.
  • the laser focus position which is a position, is displaced.
  • the hole can be formed while being inclined with respect to the needle thread, the hole can be formed along the conical needle thread, and the diameter of the hole with respect to the needle thread is increased. Or the strength of the needle mountain wall (portion where no hole is formed) can be increased.
  • the laser focal position is It is set near the inclined surface of the needle mountain.
  • the vicinity of the inclined surface means that the laser focal position is located within a range of 1/5, more preferably 1/10 of the height of the needle ridge from the inclined surface.
  • the laser focus position is located in a distance range of 40 ⁇ m, more preferably 20 ⁇ m from the needle ridge surface. If there is variation in the shape of the needle ridge, the laser focus position is set based on the average needle ridge shape.
  • the microneedle manufacturing apparatus (microneedle manufacturing apparatus 1) of the present invention is: Laser emitting means (laser oscillator 41) for emitting a laser beam of pulsed light; A needle ridge that forms a needle ridge on the object to be processed by converting the laser beam into an optical vortex pulse light having a spiral polarization and irradiating the object to be processed with the optical vortex pulse light.
  • Forming means common light irradiation unit 13
  • a hole forming means (common light irradiation unit 13) for forming a hole or a hole in the needle peak by irradiating the needle peak with a laser pulse light, and the spot size of the laser pulse light is the optical vortex. It is characterized by being smaller than the spot size of the pulsed light.
  • the manufacturing apparatus since both the needle ridge and the hole can be formed using a laser, the manufacturing apparatus can be designed using a similar or identical optical system. It is possible to simplify the adjustment of the needle mountain and hole positions.
  • the needle mountain forming means includes: A displacement mirror section for displacing the optical vortex focal position in the plane direction of the optical vortex pulse light by a movable mirror; And an objective lens that collects the optical vortex pulse light emitted from the displacement mirror portion and irradiates the workpiece to be processed substantially perpendicularly.
  • the hole forming means includes A displacement mirror section for displacing a laser focal position in a planar direction of the laser pulse light by a movable mirror; And an objective lens that condenses the laser pulse light emitted from the displacement mirror unit and irradiates the workpiece to be processed substantially perpendicularly.
  • the manufacturing speed of the microneedle can be remarkably improved.
  • the needle mountain forming means includes: A branching portion for branching the optical vortex focal position in the plane direction of the optical vortex pulse light into a plurality of parts; And an objective lens that collects the optical vortex pulse light emitted from the branching portion and irradiates the processed object substantially perpendicularly.
  • the microneedle manufacturing apparatus described in the feature A10 by splitting the optical vortex pulse light into a plurality by the branching section, a plurality of needle peaks can be formed at the same time, and the manufacturing speed of the microneedle can be significantly improved. it can.
  • the needle mountain forming means includes: A branching portion for branching a laser focal position in the planar direction of the laser pulse light into a plurality of portions; And an objective lens that condenses the laser pulse light emitted from the branch portion and irradiates the workpiece to be processed substantially perpendicularly.
  • a plurality of holes can be formed at the same time by branching the optical vortex pulse light into a plurality of parts by the branching portion, and the manufacturing speed of the microneedle can be significantly improved. it can.
  • the needle ridge forming means and the hole forming means are: Laser emitting means for emitting a laser beam in pulses; An objective lens for condensing pulsed light based on the laser beam and irradiating the object to be processed; A selective type provided between the laser emitting means and the objective lens and capable of converting the laser beam into an optical vortex pulsed light having a spiral polarization while allowing the laser beam to pass through as a laser pulsed light.
  • Optical vortex conversion means By having a control unit that controls the selective optical vortex conversion means, The processing object is irradiated with the optical vortex pulse light and the laser pulse light from the same optical path.
  • the time required for position adjustment can be shortened, and the manufacturing speed of the microneedle can be further improved.
  • the microneedle manufacturing method of the present invention includes an optical vortex conversion step for converting a laser beam (pulsed light LP) into an optical vortex pulsed light having a helical polarization, A processing object (processing object 9) to be processed by irradiating the optical vortex pulse light.
  • a laser beam emitted from one light source can be irradiated as a light vortex pulse light and a laser pulse light onto a workpiece to form a hole or a hole in a needle ridge, the same characteristics can be obtained.
  • a homogeneous hollow needle can be formed.
  • Feature B2 In the microneedle manufacturing method according to Feature B1, In the hole forming step, A laser based on an optical vortex focal position, which is a focal position of the optical vortex pulse light with respect to the workpiece, is irradiated with laser pulse light through the same objective lens as the optical vortex pulse light. The focal position is irradiated with the laser pulse light.
  • laser pulse light is irradiated to the laser focus position based on the optical vortex focus position via the same objective lens, so that the position of the needle ridge is detected and detailed position adjustment is performed. Without performing the above, it is possible to accurately irradiate the laser pulse light to the assumed position in the already formed needle mountain, and to form the hollow needle as expected.
  • Feature B3 In the microneedle manufacturing method according to any one of the features B2, In the needle mountain formation step, The object to be processed is set on an object setting means (irradiation position adjusting unit 24) that can be displaced at least in a plane direction perpendicular to the laser traveling direction, In the hole forming step, By moving the object setting means, the optical vortex pulse light and the optical vortex pulse light and the optical vortex pulse light and the offset position slightly offset from the optical vortex irradiation position irradiated with the optical vortex pulse light in the needle ridge formation step The focus of the laser pulse light is slightly displaced in the plane direction.
  • an object setting means irradiation position adjusting unit 24
  • the irradiation position of the laser pulse light can be adjusted to an offset position slightly offset from the optical vortex irradiation position only by moving the object setting means. Fine adjustment of the position becomes unnecessary.
  • Feature B4 In the microneedle manufacturing method according to any one of the features B1 to B3, In the hole forming step, The laser pulse light is slightly inclined with respect to the object to be processed, and the laser focal position in the optical axis direction is located near the surface of the needle ridge.
  • the shape of the Gaussian beam can be used to form a hole that gradually spreads downward from the surface of the needle mountain, and the diameter of the needle mountain wall can be maintained while maintaining the strength. Large holes can be formed.
  • Feature B5 In the microneedle manufacturing apparatus (microneedle manufacturing apparatus 1A, 1B) of the present invention, laser emitting means for emitting a laser beam in pulses, An objective lens for condensing pulsed light based on the laser beam and irradiating the object to be processed; A selective type provided between the laser emitting means and the objective lens and capable of converting the laser beam into an optical vortex pulsed light having a spiral polarization while allowing the laser beam to pass through as a laser pulsed light. Optical vortex conversion means; And a control unit for controlling the selective optical vortex conversion means.
  • the configuration as the microneedle manufacturing apparatus can be simplified.
  • the laser pulse light can be irradiated to the same place simply by irradiating the laser pulse light to the position where the needle ridge is formed, fine position adjustment becomes almost unnecessary.
  • Feature B6 In the microneedle manufacturing apparatus according to Feature B5, Displaceable in at least a plane direction perpendicular to the laser traveling direction, and has an object setting means on which the processing object is set, The controller is By controlling the object placing means, the laser pulse light is irradiated to an offset position in which the focal point of the laser pulse light is slightly offset in the plane direction from the optical vortex irradiation position irradiated with the optical vortex pulse light.
  • the irradiation position can be easily adjusted by the movement of the object setting means, and the configuration for specifying the position of the needle mountain is not necessary.
  • the selective optical vortex conversion means includes: By the conversion element that converts the pulsed light into an optical vortex, the pulsed light is converted into the optical vortex pulsed light and emitted, The pulsed light is emitted as the laser pulsed light by not passing through the conversion element.
  • the optical vortex pulse light and the laser pulse light can be switched with a simple configuration only by whether or not the conversion element is passed.
  • the selective optical vortex conversion means includes: It is a pattern variable type conversion element that can adjust the polarization of pulsed light by changing the polarization pattern, By the polarization pattern that converts the pulsed light into an optical vortex, the pulsed light is converted into the optical vortex pulsed light and emitted, The pulsed light is emitted as the laser pulsed light by a polarization pattern that does not change the polarization direction of the pulsed light.
  • the optical vortex pulse light and the laser pulse light can be switched with a simple configuration by switching the polarization pattern.
  • the microneedle manufacturing apparatus includes a lens driving unit capable of displacing the objective lens at least in the optical axis direction.
  • the controller is By controlling the lens driving means, in the optical axis direction, an optical vortex focal position that is a focal position of the optical vortex pulse light with respect to the workpiece, and a focal position of the laser pulse light with respect to the workpiece. It is characterized by displacing a certain laser focus position.
  • the optical vortex pulse light and the laser are moved to an appropriate focal position by displacing the optical vortex focal position and the laser focal position with a simple configuration that only controls the lens driving unit. Pulse light can be irradiated.
  • Feature B10 In the microneedle manufacturing apparatus according to Feature B9, The controller is By controlling the lens driving means, the laser pulse light is irradiated to an offset position in which the focal point of the laser pulse light is slightly offset in the plane direction from the light vortex irradiation position irradiated with the optical vortex pulse light. And
  • the optical vortex pulse light and the laser are moved to an appropriate focal position by displacing the optical vortex focal position and the laser focal position with a simple configuration that only controls the lens driving unit. Pulse light can be irradiated.
  • the microneedle manufacturing apparatus of the present invention is An object setting means on which a processing object to be processed is set; A needle ridge that forms a needle ridge on the object to be processed by converting a laser beam of pulsed light into optical vortex pulsed light having a helical polarization and irradiating the optical vortex pulse light at a set optical vortex focal position.
  • Forming means A hole forming means for forming a hole or a hole in the needle ridge by irradiating a laser pulse light to a set laser focal position; And an irradiation control unit that sets the laser focus position on the basis of the optical vortex focus position.
  • the laser focus position can be set with reference to the optical vortex focus position, the adjustment of the laser focus position with respect to the needle hill can be simplified.
  • the needle mountain forming means includes: A laser emitting section for emitting the laser beam; An optical vortex converter that converts the laser beam into optical vortex pulse light; and An objective lens that collects the optical vortex pulse light and irradiates the object to be processed;
  • the hole forming means includes As the laser pulse light, a laser pulse light based on the laser beam is applied to the object to be processed through the objective lens.
  • the microneedle manufacturing apparatus described in the feature C2 since a common objective lens is used for the needle crest forming means and the hole forming means, for example, by irradiating laser pulse light under the same conditions as optical vortex pulse light, Since the vortex focus position and the laser focus position can be set at the same position, the laser focus position can be easily adjusted based on the optical vortex focus position.
  • the optical vortex converter is A selective type provided between the laser emitting means and the objective lens and capable of converting the laser beam into an optical vortex pulsed light having a spiral polarization while allowing the laser beam to pass through as a laser pulsed light. It is the optical vortex conversion part.
  • needle peaks, holes, or holes can be formed with a single optical system, and the configuration of the microneedle manufacturing apparatus can be simplified.
  • Feature C4 In the microneedle manufacturing apparatus according to any one of Features C1 to C3,
  • the hole forming means includes A condensing state changing unit that changes a condensing state of the laser pulse light incident on the objective lens;
  • the object setting means includes: According to the displacement of the laser focus position in the optical axis direction due to the change in the condensing state, it is displaced in the optical axis direction.
  • a needle crest and a hole or a hole having a diameter smaller than the needle crest can be formed in a short time with a single optical system, and the configuration as a microneedle manufacturing apparatus is simplified. Can be.
  • Feature C5 In the microneedle manufacturing apparatus according to Feature C1, The needle ridge forming means and the hole forming means have different configurations, The needle ridge forming means and the hole forming means are: The processing object installed in the common object installation means is irradiated with optical vortex pulse light and laser pulse light, respectively.
  • the laser focus position can be set based on the optical vortex focus position.
  • Feature C6 In the microneedle manufacturing apparatus according to Feature C3, The needle ridge forming means and the hole forming means have different configurations, It has a switching movable part which can switch the laser to irradiate to either the optical vortex pulse light or the laser pulse light.
  • the optical vortex pulse light and the laser pulse light can be irradiated at substantially the same position by switching the optical vortex pulse light and the laser pulse light.
  • the object setting means includes: The processing object is displaced within an irradiation range of the optical vortex pulse light and the laser pulse light.
  • the term “in the irradiation range” means that the processing object is within the range in which the optical vortex pulse light and the laser pulse light can be appropriately irradiated by adjusting the positions of the objective lens and the optical system.
  • the workpiece is corrected by correcting the difference between the positional relationship between the needle ridge forming means and the optical vortex irradiation position and the positional relationship between the hole forming means and the laser irradiation position.
  • the workpiece is corrected by correcting the difference between the positional relationship between the needle ridge forming means and the optical vortex irradiation position and the positional relationship between the hole forming means and the laser irradiation position.
  • Feature C8 In the microneedle manufacturing apparatus according to Feature C7, The irradiation controller is The formation of the needle ridge and the hole by the optical vortex pulsed light and the laser pulsed light is performed simultaneously.
  • needle ridge formation and hole formation can be performed at the same time, so that production efficiency can be remarkably improved.
  • Feature C9 In the microneedle manufacturing apparatus according to Feature C7 or Feature C8, The irradiation control unit The optical vortex relative positional relationship between the objective lens of the needle ridge forming means and the formed needle ridge when the target object setting means is within the irradiation range of the optical vortex pulse light, and the processing target object is the laser pulse light.
  • the laser focus position is set with reference to the optical vortex focus position by correcting the difference in the laser relative positional relationship between the objective lens of the hole forming means and the needle ridge when displaced into the irradiation range of It is characterized by that.
  • Feature D1 An optical vortex conversion step for converting a laser beam into an optical vortex pulse light having a helical polarization, A needle ridge forming step for forming a needle ridge on a workpiece to be processed by irradiating the optical vortex pulse light; and A hole forming step of forming a hole or a hole in the needle peak by irradiating the needle peak with a laser pulse light; In the hole forming step, A vertex of the needle ridge is detected, and a laser focal position which is a focal position of the laser pulse light with respect to the object to be processed is determined with reference to the vertex of the needle ridge.
  • laser pulse light can be irradiated at an arbitrary position in the needle mountain, and a hole or a hole can be formed in the needle mountain.
  • Feature D2 In the microneedle manufacturing method according to Feature D1, laser emitting means for emitting a laser beam in pulses, and An objective lens that collects circularly polarized laser pulse light based on the laser beam and irradiates the object to be processed; Detecting means for detecting the apex of the needle thread of the workpiece; A focal position adjusting means for adjusting a focal position of the laser pulse light with respect to the workpiece; And a control unit that controls the focal position adjusting unit so that the irradiation position based on the detection vertex position by the detection unit is irradiated with the laser pulse light.
  • laser pulse light can be irradiated at an arbitrary position in the needle mountain, and a hole or a hole can be formed in the needle mountain.
  • the present invention can be applied to microneedles used as injection needles for medical or cosmetic purposes, for example.

Abstract

中空針を形成できるマイクロニードル製造方法及びマイクロニードル製造装置を提供するものである。 本発明のマイクロニードル製造方法は、レーザビームを、螺旋状の偏光を有する光渦パルス光に変換する光渦変換ステップと、前記光渦パルス光を照射することにより、加工する対象となる加工対象物に対して針山を形成する針山形成ステップと、前記針山に対してレーザパルス光を照射することにより、前記針山に穴又は孔を形成する孔形成ステップとを有し、前記レーザパルス光のスポットサイズは、前記光渦パルス光のスポットサイズよりも小さいことを特徴とする。

Description

マイクロニードル製造方法及びマイクロニードル製造装置
　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、針山を形成するだけであり、マイクロニードルとして、注射針のように薬剤などを注入するための筒状のいわゆる中空針を製造したいという要望がある。
　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、中空針を形成できるマイクロニードル製造方法及びマイクロニードル製造装置を提供するものである。
　かかる課題を解決するため、本発明のマイクロニードル製造方法は、
　レーザビームを、螺旋状の偏光を有する光渦パルス光に変換する光渦変換ステップと、
　前記光渦パルス光を照射することにより、加工する対象となる加工対象物に対して針山を形成する針山形成ステップと、
　前記針山に対してレーザパルス光を照射することにより、前記針山に穴又は孔を形成する孔形成ステップとを有し、
　前記レーザパルス光のスポットサイズは、前記光渦パルス光のスポットサイズよりも小さいことを特徴とする。
　また、本発明のマイクロニードル製造方法は、パルス光でなるレーザビームを出射するレーザ出射手段と、
　前記レーザビームを螺旋状の偏光を有する光渦パルス光に変換し、加工する対象となる加工対象物に対して前記光渦パルス光を照射することにより、前記加工対象物に針山を形成する針山形成手段と、
　前記針山に対してレーザパルス光を照射することにより、前記針山に穴又は孔を形成する孔形成手段とを有し、
　前記レーザパルス光のスポットサイズは、前記光渦パルス光のスポットサイズよりも小さい
　ことを特徴とする
　本発明は、中空針を形成できるマイクロニードル製造方法及びマイクロニードル製造装置を実現できる。
本願発明の構成を示すブロック図である。 第1の実施の形態におけるマイクロニードル製造装置の構成を示すブロック図である。 第1の実施の形態における共通光照射部の構成を示す略線図である。 第1の実施の形態におけるマイクロニードル製造装置の具体的な構成の例を示す略線図である。 孔の形成の例（１）を示す略線図である。 孔の形成の例（２）を示す略線図である。 第２の実施の形態における共通光照射部の構成を示す略線図である。 第３の実施の形態における光照射部の構成を示すブロック図である。 第４の実施の形態における光照射部の構成を示すブロック図である。 中空針形成処理手順を示すフローチャートである。 実施例における針山の３Ｄ写真である。 実施例における中空針の実体顕微鏡写真である。
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。
　上述したように、特許文献１には、光渦技術を用いて針山を形成する方法について記載されている。本願発明人は、この光渦技術を用いて針山を形成した後、当該針山に対し注射針のように薬剤などを注入するための孔を形成することにより、筒状のいわゆる中空針を製造する手法を発明した。
　図１に示すように、本願発明人が発明したマイクロニードル製造装置１では、全体を制御する制御部２と、光を照射する光照射部３と、照射位置を調整する照射位置調整部４を有している。マイクロニードル製造装置１では、光渦パルス光によって針山を形成した後、円偏光を有するレーザパルス光によって針山内に孔を形成する。
　第１及び第２の実施の形態によるマイクロニードル製造装置１Ａでは、光照射部３として光渦パルス光及びレーザパルス光の両方を照射する共通光照射部１３によって針山及び孔を形成する。
　第３の実施の形態によるマイクロニードル製造装置１Ｂでは、照射位置調整部１４を共有するものの、別々の光照射部（第１光照射部２３Ａ及び第２光照射部２３Ｂ）によって針山及び孔をそれぞれ形成する。
　第４の実施の形態によるマイクロニードル製造装置１Ｃでは、全く別個の装置である針山形成装置及び孔形成装置（照射装置１Ｃａ及び１Ｃｂ）を有し、針山形成装置１Ｃａによって針山を形成し、孔形成装置１Ｃｂによって孔を形成する。
　針山及び孔が形成される加工対象物９としては、特に限定されないが、例えばアルミニウムやステンレス合金などの金属、シリコン、カーボン、セラミック、カルシウム系鉱物を含む各種鉱物材料などの各種無機材料や、有機系の高分子化合物などを主成分として好適に使用することができる。特に医療や美容用途で使用される場合、加工対象物９の材料としては、人体に無害であり、整体に吸収される生体吸収材料が使用されることが好ましい。
　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、加工対象物９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。
＜第１の実施の形態＞
　図２に示すように、マイクロニードル製造装置１Ａでは、図示しないＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）から構成される制御部１２がマイクロニードル製造装置１Ａの全体を統括的に制御するようになされている。
　図３に共通光照射部１３における光学系を示している。まず、針山の形成について説明する。
　レーザー発振器４１は、特に限定されなく、この例においてレーザー発振器４１は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーである。レーザー発振器４１は、直線偏光のパルス光ＬＰをＱスイッチ発振する。直線偏光のパルス光ＬＰ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４１から発振される直線偏光のパルス光ＬＰの波長としては、特に限定されないが、加工対象物９として無機材料を使用する場合には、エネルギーの大きい２．０μｍ～０．２μｍが好適に使用される。一方、加工対象物９として高分子化合物を使用する場合には、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、加工対象物９として高分子化合物を使用する場合には、パルス光ＬＰの波長として１．２μｍ以上、７．０μｍ未満が好適に使用される。
　パルス光ＬＰ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ＬＰ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である光渦パルス光ＳＢの加工対象物９上でのスポット径、加工対象物９の材質やパルス光ＬＰ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加工対象物９の炭化を生じさせるからである。光渦パルス光ＳＢの加工対象物９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４１から発振されるパルス光ＬＰは、焦点距離５０ｍｍのレンズ４２と焦点距離３００ｍｍのレンズ４３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４４である光渦変換部１３ａによって、光渦パルス光ＳＢに変換される。なお、焦点距離５０ｍｍのレンズ４２と焦点距離３００ｍｍのレンズ４３との距離は３５０ｍｍである。螺旋状位相板４４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４４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４５（焦点距離５０ｍｍ）で絞られて、加工対象物９に照射される。対物レンズ４５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４５の倍率は５～５０倍である。また、対物レンズ４５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４４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４４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４４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。
　図４に示すように、照射時の光路方向をＺ方向、スレッドモータ１４ａのスライドレール１４ａａ方向をＸ方向、Ｘ及びＺ方向に垂直な方向をＹ方向とする。マイクロニードル製造装置１Ａは、焦点移動部１３ｂとして、対物レンズ４５のＸ，Ｙ，Ｚ方向の微調整を行うアクチュエータ４６と、対物レンズ４５をスライドレール１４ａａに沿ってＸ方向に移動させるスレッドモータ１４ａとを有し、照射位置調整部１４として加工対象物９のＸ，Ｙ，Ｚ方向の位置を調整するステージ１４ｂを有している。
　制御部１２は、焦点移動部１３ｂ及び照射位置調整部１４を制御することにより、予め設定された針山形成間隔で加工対象物９に対して光渦パルス光ＳＢを照射し、針山を形成する。なお図示しないが、加工対象物９の表面からの戻り光をビームスプリッタなどで分離してフォトディテクなどで受光する受光系を設け、当該受光系によって逐次焦点位置を合わせることも可能である。これにより、加工対象物９の表面に凹凸がある場合などであっても、確実に針山を形成することができる。
　かかる構成に加えて、共通光照射部１３では、パルス光ＬＰを通常の直線偏光又は円偏光でなるレーザパルス光ＰＢとして針山に照射することにより、針山に孔を形成するようになされている。
　図３に示すように、共通光照射部１３では、光渦変換部１３ａとして、可動式の螺旋状位相板４４が設けられている。孔を形成する場合、螺旋状位相板４４は光路から外される。
　ここで、例えば波長が１．０μｍの波長のレーザビームを使用する場合、集光限界幅が波長とほぼ同じ１．０μｍとなる。光渦パルス光ＳＢは、光渦の中心部分に昇華した加工対象物９が堆積する原理を使用するため、そのスポットサイズは１０～３００μｍと大きく設定されている。
　仮に同じスポットサイズでレーザパルス光ＰＢを照射した場合、形成した針山を覆うようにレーザパルス光ＰＢが照射され、針山が破壊されてしまう。
　そこで、共通光照射部１３では、レーザパルス光ＰＢを照射する際には、焦点移動部１３ｂにより対物レンズ４５に入射するときのレーザパルス光ＰＢをの集光状態を変化させ、スポットサイズ（ＸＹ方向におけるスポットの直径）を絞るようになされている。具体的に、共通光照射部１３では、可動式の集光状態変化部４７が設けられている。集光状態変化部４７は、対物レンズ４５に対する集光状態を変化させるレンズ又は回折格子からなり、針山を形成する際には光路から外される一方、孔を形成する際には光路上に配置される。
　レーザパルス光ＰＢを照射する際のスポットサイズは、光渦パルス光ＳＢと比較して１／３～１／２０程度、さらには１／４～１／１０程度であることが好ましい。スポットサイズが大きすぎると、孔が大きすぎ中空針としての強度が不十分となり、好ましくない。また、スポットサイズが小さすぎると、孔が小さすぎ薬剤などを注入するスペースが十分に確保できなくなり、好ましくない。
　また、対物レンズ４５に入射するときのレーザパルス光ＰＢをの集光状態を変化させると、Ｘ方向の焦点位置が変化してしまう。そこで、制御部１２は、針山の頂点ＴＰ付近にレーザパルス光ＰＢの焦点ＦＰが合致するようにステージ１４ｂをＺ方向に駆動する。
　このとき、図５に示すように、レーザパルス光ＰＢのＸＹ方向における焦点ＦＰの位置を針山の頂点ＴＰからずらすことにより、針山の頂点ＴＰからわずかに（例えば５～２０μｍ）オフセットした位置に孔ＨＬを形成することができる。これにより、針山の鋭利さを保ったまま孔ＨＬを形成できる。このオフセットの大きさ（以下、これを孔中心オフセット量と呼ぶ）は、孔ＨＬの半径とほぼ同じかわずかに大きい（例えば孔ＨＬの半径より０．５～５μｍだけ大きめにずらす）ことが好ましい。これにより、針山の頂点を崩さずに孔ＨＬを形成することができる。
　また、図６に示すように、加工対象物９に対してレーザパルス光ＰＢを垂直からわずかに傾斜させて照射すると共に、レーザパルス光ＰＢのＸＹ方向における焦点ＦＰの位置を針山の頂点ＴＰからずらすことにより、針山の傾斜に対してほぼ平行な孔ＨＬを形成することもできる。これにより、針山の表面における孔ＨＬの面積を最小限に抑えると共に、針山としての強度を保ちつつ孔ＨＬの体積を最大限大きくすることができる。
　具体的に、制御部１２の焦点補正部１２ａは、針山を形成する際、照射位置調整部１４を制御することにより、予め設定された針山形成位置で加工対象物９に対して光渦パルス光ＳＢを照射し、針山を形成する。なお、加工対象物９は、ステージ１４ｂ上における基準位置に予め載置されている。
　次いで、焦点補正部１２ａは、針山形成位置を基準とし、当該針山形成位置から孔中心オフセット量だけずらした位置を孔形成位置とし、孔形成位置で加工対象物９に対してレーザパルス光ＰＢを照射し、孔ＨＬを形成する。このとき、制御部１２は、レーザパルス光ＰＢのＺ方向の焦点位置を補正するため、集光状態変化部４７を光路上に配置すると共に、螺旋状位相板４４を光路上から外す。この結果、針山に対して適切にレーザパルス光ＰＢが照射され、孔ＨＬが形成される。なお、アクチュエータ４６の駆動（片側だけを大きく変位させてチルトを形成する）により対物レンズ４５を傾斜させることにより、図６のように孔ＨＬに傾斜を設けることができる。また、レーザパルス光ＰＢにおけるＺ方向の焦点位置を針山の斜面近傍に設定することにより、ガウスビームの特性を利用して下広がりの孔を形成することができる。
　なお、制御部１２は、ステージ１４ｂ、スレッドモータ１４ａ、アクチュエータ４６を制御することにより、光渦パルス光ＳＢ及びレーザパルス光ＰＢの焦点位置を針山形成位置及び孔形成位置に変位させるが、針山と孔とを形成するときの切替タイミングは、任意のタイミングを選択することができる。例えば、１つ針山を形成した後に孔を形成してもよく、Ｘ方向に１列形成した後、形成した１列分の針山に孔を形成してもよい。また、１シート分の針山を形成した後、１シート分の孔を形成することもできる。
　このように、マイクロニードル製造装置１Ａでは、共通光照射部１３によって光渦パルス光ＳＢを用いて針山を形成した後、そのまま共通光照射部１３によってレーザパルス光ＰＢを用いて孔を形成するようにした。これにより、針山形成位置を基準として孔形成位置を決定すればよいため、針山の位置を検出したりする必要がない。また、ひとつの共通光照射部１３によって針山と孔との両方を形成できるため、マイクロニードル製造装置１Ａとしての構成を簡易にすることができる。
＜実施例＞
　次に、実際に中空針を形成した実験結果について説明する。
　マイクロニードル製造装置１Ａを用いて加工対象物９に中空針を作成した。使用した加工対象物９は、精製水を含有させたヒアルロン酸ナトリウムのジェルシートである。
　まず、加工対象物９の表面よりも奥（加工対象物内部）に焦点を合わせて、針山を形成した。このときの光渦パルス光ＳＢのパワーは１．４ｍｊ、パルス幅２５ｐｓ、波長は１．０６４μｍ、焦点位置におけるスポットサイズは約２０μｍであった。加工対象物９には、図１１に示すように、高さ約４０μｍ、底面直径約８０μｍの針山が形成された。なお、スポットサイズとは、光強度が最大値を基準として１３．５％（=１／e２）の強度まで低下している部分のサイズ（直径）を意味するものとする。
　続いて、針山の中心からレーザパルス光ＰＢの中心を少しずらしてオフセットさせた状態で、針山の頂点から少しずらした針山表面近傍を最初の焦点位置として、孔の形成に伴って焦点位置を所定の速度で針山内部へスライドさせながら通常のガウスビームによるレーザパルス光ＰＢを照射した。このときのレーザパルス光ＰＢのパワーは０．１ｍｊ、パルス幅２５ｐｓ、波長は１．０６４μｍ、焦点位置におけるスポットサイズは約１０μｍであった。
　図１２には、作製した中空針の顕微鏡写真を示している。黒い部分が針山部分、円内部の白い部分が形成された孔を示している。このように、同一のレーザ光源を用いて中空針が製造できることが確認された。
＜第２の実施の形態＞
　図７に示す第２の実施の形態では、共通光照射部１３ｘ及び照射位置調整部１４ｘの構成の一部が上述した第１の実施の形態と相違している。なお、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と対応する箇所に同一符号を附し、同一部分についての説明を省略する。
　マイクロニードル製造装置１Ａｘ（図示せず）における共通光照射部１３ｘでは、光渦変換部１３ａｘとして、液晶を用いて位相差を与える液晶型螺旋状位相板４４ｘを有している。液晶型螺旋状位相板４４ｘは、液晶の表示を変化させることにより、パルス光ＬＰを光渦パルス光ＳＢに変換して出射したり、パルス光ＬＰを直線偏光や円偏光でなるレーザパルス光ＰＢとして出射することが可能であり、固定式である。このため、制御部１２は、液晶型螺旋状位相板４４ｘの液晶表示を変化させることにより、針山を形成する際には加工対象物９に対して光渦パルス光ＳＢを照射する一方、孔を形成する際には加工対象物９に対してレーザパルス光ＰＢを照射することができる。
　また、共通光照射部１３ｘでは、照射位置調整部１４ａｘとして回転可動式のガルバノミラー４８を有すると共に、対物レンズ４５ｘとして、レンズのディストーション効果を使って焦点平面状を動くスポットの等速直線運動に変換する、いわゆるＦθレンズを使用する。また、焦点平面（加工対象物９の表面）に対して垂直に光渦パルス光ＳＢを照射するため、テレセントリックタイプを使用することが好ましい。なお、第２の実施の形態では、照射位置調整部１４ａｘとしてガルバノミラー４８の他に、ステージ１４ｂのみを有している。
　すなわち、マイクロニードル製造装置１Ａｘでは、ｆθレンズとガルバノミラーユニットを組合わせたレーザスキャニングシステムを採用し、レーザビームを２次元走査して加工対象物９に照射するようになされている。
　また、マイクロニードル製造装置１Ａｘでは、孔を形成する際、針山を形成するときよりもパワーを低下させてレーザパルス光ＰＢを照射することにより、形成される孔のサイズを針山の底面直径よりも小さくするようになされている。従って、共通光照射部１３ｘでは、第１の実施の形態とは異なり集光状態変化部４７（図３）を有していない。
　具体的に、制御部１２は、針山を形成する際、液晶型螺旋状位相板４４ｘを制御し、入射されたパルス光ＬＰを光渦パルス光ＳＢに変換する。このとき制御部１２の焦点補正部１２ａは照射位置調整部１４を制御することにより、予め設定された針山形成位置で加工対象物９に対して光渦パルス光ＳＢを照射し、針山を形成する。なお、加工対象物９は、ステージ１４ｂ上における基準位置に予め載置されている。
　次いで、制御部１２は、孔を形成するため、液晶型螺旋状位相板４４ｘを制御し、入射されたパルス光ＬＰをレーザパルス光ＰＢとして出射させる。このとき、焦点補正部１２ａは、針山形成位置を基準とし、当該針山形成位置から孔中心オフセット量だけずらした位置を孔形成位置とし、孔形成位置で加工対象物９に対してレーザパルス光ＰＢを照射し、孔ＨＬを形成する。
　このマイクロニードル製造装置１Ａｘでは、ガルバノミラーユニット（ガルバノミラー４８及び対物レンズ４５ｘ）による照射範囲内に複数の針山及び孔を形成した後、ステージ１４ｂをＸＹ方向に変位させ、さらに複数の針山及び孔を形成していく。
　このように、マイクロニードル製造装置１Ａｘでは、ガルバノミラーユニットを用いた２次元スキャニングシステムを用いるため、素早く多くの針山及び孔を形成することが可能となる。
　また、図示しないが、ガルバノミラー４８の代わりに回折格子を用い、一つの光を複数に分岐させて加工対象物９に照射することにより、複数の針山、複数の孔を同時に形成することも可能である。
＜第３の実施の形態＞
　図８に示す第３の実施の形態では、照射位置調整部１４を共有するものの針山の形成と孔の形成を別構成の２つの照射部によって実行する点が上述した第１の実施の形態と相違している。なお、第３の実施の形態では、第１の実施の形態と対応する箇所に１０を足した符号を附し、同一部分についての説明を省略する。
　第３の実施の形態におけるマイクロニードル製造装置１Ｂにおいて、照射位置調整部２４は、加工対象物９が載置されるステージがＹ方向に移動可能な構成を有している。ステージ上に載置された被加工物は、第１光照射部２３Ａから照射される光渦パルス光ＳＢによって針山が形成された後、Ｙ方向（図では左方向）へ進行し、第２光照射部２３Ｂから照射されるレーザパルス光ＰＢによって孔が形成される。
　マイクロニードル製造装置１Ｂは、別構成でなる２つの光照射部２３Ａ及び２３Ｂによって光渦パルス光ＳＢ及びレーザパルス光ＰＢを照射するため、それぞれの照射に応じた構成の光学系で構成されれば良い。すなわち、第１光照射部２３Ａは、図３に示した共通光照射部１３における螺旋状位相板４４を光路上に固定したものが使用され、集光状態変化部４７を有さないものが使用される。また、図７に示した共通光照射部１３ｘが使用されても良い。
　第２光照射部２３Ｂは、第１光照射部２３Ａは、図３に示した共通光照射部１３から螺旋状位相板４４及び集光状態変化部４７を除いたものが使用される。また、図７に示した共通光照射部１３ｘから液晶型螺旋状位相板４４ｘを除いたものが使用されても良い。
　具体的に、制御部１２は、針山を形成する際、予め設定された針山形成位置で加工対象物９に対して光渦パルス光ＳＢを照射し、針山を形成する。なお、加工対象物９は、ステージ上における基準位置に予め載置されている。次いで、制御部１２は、孔を形成するため、孔形成位置で加工対象物９に対してレーザパルス光ＰＢを照射する。
　このマイクロニードル製造装置１Ｂでは、同時進行で針山と孔とを形成することができるため、製造効率がよく、大量生産に向いている。また、ステージ上に載置された加工対象物９を自動的に移動させるため、位置合わせを行う必要がない。
　なお、第２光照射部２３Ｂとにおける加工対象物９の孔形成位置は、ステージの移動に伴って発生する加工対象物９の移動量が予め補正されていることにより、位置合わせを行わなくても針山と合致するように調整されている。この調整は、例えば調整用のマークなどが入った調整サンプルを用いて行われる。
＜第４の実施の形態＞
　図９に示す第４の実施の形態では、針山の形成と孔の形成を別構成の２つの照射装置１Ｃａ及び１Ｃｂによって実行する点が上述した第３の実施の形態と相違している。なお、第４の実施の形態では、第３の実施の形態と対応する箇所に１０を足した符号を附し、同一部分についての説明を省略する。　
　図９に示すように、第４の実施の形態によるマイクロニードル製造装置１Ｃは、別構成でなる２つの照射装置１Ｃａ及び１Ｃｂによって針山及び孔をそれぞれ形成する。照射装置１Ｃｂには、位置検出部３６が設けられており、形成された針山又は予め加工対象物９に形成された位置調整用のマークなどから、加工対象物９の正確な位置が検出されると共に、孔形成位置が設定される。
　このように、マイクロニードル製造装置１Ｃは、別構成でなる２つの照射装置１Ｃａ及び１Ｃｂによって針山及び孔をそれぞれ形成することにより、マイクロニードルを製造することができる。
＜マイクロニードル作製処理＞
　次に、マイクロニードルの作成処理手順ＲＴ１について、図１０のフローチャートを用いて説明する。
　ステップＳＰ１において、制御部１２は、例えば製造担当者によって開始ボタンが操作されたい、自動検出機能などにより、加工対象物９がステージ上にセットされたことを認識すると、次のステップＳＰ２へ移る。
　ステップＳＰ２において、制御部１２は、光渦パルス光ＳＢが針山形成位置に照射されるよう照射位置を設定すると、次のステップＳＰ３へ移る。ステップＳＰ３において、制御部１２は、加工対象物９に対して光渦パルス光ＳＢを照射して針山を形成すると、次のステップＳＰ４へ移る。
　ステップＳＰ４において、制御部１２は、レーザパルス光ＰＢが孔形成位置に照射されるよう照射位置を設定すると、次のステップＳＰ５へ移る。ステップＳＰ５において、制御部１２は、加工対象物９に対してレーザパルス光ＰＢを照射して孔を形成すると、終了ステップへ移り、処理を終了する。
　＜上記実施形態から抽出される発明＞
　以下、上記した実施形態から抽出される発明群の特徴について、必要に応じて課題及び効果等を示しつつ説明する。なお以下においては、理解の容易のため、上記各実施形態において対応する構成を括弧書き等で適宜示すが、この括弧書き等で示した具体的構成に限定されるものではない。また、各特徴に記載した用語の意味や例示等は、同一の文言にて記載した他の特徴に記載した用語の意味や例示として適用しても良い。
　従来、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）を生成する光渦技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
　ところが、光渦技術を用いて形成できるのは、あくまで針山であり、中空針状のマイクロニードルを製造するためには、針山に孔を形成しなければならない。
　中空針状のマイクロニードルを製造する発明として、以下の点を抽出することができる。中空針状のマイクロニードルを製造できるという観点から、発明Ａ群を抽出することができる。また、マイクロニードル製造装置としての構成を簡易にすると共に、位置合わせを簡易に行うことができるという観点から、発明Ｂ群を抽出することができる。また、位置合わせを簡易にできると共に効率良く針山と孔とを形成できるという観点から、発明Ｃ群を抽出することができきる。
＜発明Ａ群＞
　特徴Ａ１：本発明のマイクロニードル製造方法は、
　レーザビーム（パルス光ＬＰ）を、螺旋状の偏光を有する光渦パルス光（光渦パルス光ＳＢ）に変換する光渦変換ステップと、
　前記光渦パルス光を照射することにより、加工する対象となる加工対象物に対して針山を形成する針山形成ステップと、
　前記針山に対してレーザパルス光（レーザパルス光ＰＢ）を照射することにより、前記針山に穴又は孔（孔ＨＬ）を形成する孔形成ステップとを有し、
　前記レーザパルス光のスポットサイズは、前記光渦パルス光のスポットサイズよりも小さいことを特徴とする。
　なお、レーザパルス光のスポット（径）サイズは、光渦パルス光のスポットサイズの１／２～１／１０程度であることが好ましい。スポットサイズがレーザパルス光のスポットサイズが大きすぎると針山が崩れてしまう恐れがある一方、小さすぎると孔が形成できない又は孔が小さすぎるため好ましくない。
　特徴Ａ１に記載のマイクロニードル製造方法によれば、レーザビームを用いて形成した針山にレーザビームを用いて孔を形成できるため、針山の形成工程と孔の形成工程に親和性が高く、針山に対して的確に孔を開けて中空針を形成することができる。
　特徴Ａ２：特徴Ａ１に記載のマイクロニードル製造方法において、
前記孔形成ステップでは、
　光軸方向において、前記光渦パルス光の前記加工対象物に対する焦点位置である光渦焦点位置と、前記レーザパルス光の前記加工対象物に対する焦点位置であるレーザ焦点位置（焦点ＦＰ）とを変位させることを特徴とする。
　特徴Ａ２に記載のマイクロニードル製造方法によれば、加工対象物の表面が平坦な針山形成時には、当該平面を基準に光渦焦点位置を設定し、針山が形成された後の孔形成時には針山を基準にレーザ焦点位置を設定することができるため、中空針を形成するための各工程において適切な焦点位置を設定することができる。
　特徴Ａ３：特徴Ａ１又は特徴Ａ２に記載のマイクロニードル製造方法において、
前記孔形成ステップでは、
　前記レーザビームに基づく前記レーザパルス光が前記針山に照射される
　ことを特徴とする。
　特徴Ａ３に記載のマイクロニードル製造方法によれば、同一の光源から発射されたレーザビームに基づいて光渦パルス光とレーザパルス光とを生成し、一つの光学系によって針山と孔の両方を形成することができるため、マイクロニードル製造装置及び製造工程を簡易にすることができる。
　特徴Ａ４：特徴Ａ１～特徴Ａ３のいずれかに記載のマイクロニードル製造方法において、
　前記孔形成ステップでは、
　前記光軸方向と垂直な平面方向において、前記光渦パルス光の前記加工対象物に対する焦点位置である光渦焦点位置と、前記レーザパルス光の前記加工対象物に対する焦点位置であるレーザ焦点位置とを変位させることを特徴とする。
　特徴Ａ４に記載のマイクロニードル製造方法によれば、加工対象物の平面方向における針山の頂点と孔の中心とをオフセットさせることができ、針山の頂点の高さを維持したまま中空針を形成することができる。また、孔周縁部の高さが変化することにより、人の皮膚に刺したときの肉の食い込みが少なくなり、注射に伴う傷が小さく人体に優しい針を形成できる。
　特徴Ａ５：特徴Ａ１～特徴Ａ４のいずれかに記載のマイクロニードル製造方法において、
　前記孔形成ステップでは、前記光軸方向からわずかに傾斜させることにより、前記光渦パルス光の前記加工対象物に対する焦点位置である光渦焦点位置と、前記レーザパルス光の前記加工対象物に対する焦点位置であるレーザ焦点位置とを変位させることを特徴とする。
　特徴Ａ５に記載のマイクロニードル製造方法によれば、針山に対して傾斜させて孔を形成することができるため、円錐状の針山に沿うように孔を形成でき、針山に対する孔の径を大きくしたり、針山の壁（孔の形成されていない部分）の強度を高めることができる。
　特徴Ａ６：特徴Ａ１～特徴Ａ５のいずれかに記載のマイクロニードル製造方法において、
　前記レーザ焦点位置は、
　針山の傾斜表面近傍に設定されることを特徴とする。なお、傾斜表面近傍とは、傾斜表面から針山の高さの１／５、より好ましくは１／１０の範囲内にレーザ焦点位置が位置することをいう。例えば針山が２００μｍの場合、針山表面から４０μｍ、より好ましくは２０μｍの距離範囲にレーザ焦点位置が位置することになる。なお、針山の形状にばらつきがある場合には、平均的な針山の形状を基にレーザ焦点位置が設定される。
　特徴Ａ６に記載のマイクロニードル製造方法によれば、ガウスビームの形状を利用して、針山の円錐に沿うように下広がりの孔を形成することができる。
　特徴Ａ７：本発明のマイクロニードル製造装置（マイクロニードル製造装置１）は、
　パルス光でなるレーザビームを出射するレーザ出射手段（レーザー発振器４１）と、
　前記レーザビームを螺旋状の偏光を有する光渦パルス光に変換し、加工する対象となる加工対象物に対して前記光渦パルス光を照射することにより、前記加工対象物に針山を形成する針山形成手段（共通光照射部１３）と、
　前記針山に対してレーザパルス光を照射することにより、前記針山に穴又は孔を形成する孔形成手段（共通光照射部１３）とを有し、前記レーザパルス光のスポットサイズは、前記光渦パルス光のスポットサイズよりも小さいことを特徴とする。
　特徴Ａ７に記載のマイクロニードル製造装置によれば、レーザを用いて針山と孔の両方を形成できるため、類似又は同一の光学系を用いて製造装置を設計することができ、製造装置の構成を簡易したり、針山と孔の位置の調整を簡易にしたりできる。
　特徴Ａ８：特徴Ａ７に記載のマイクロニードル製造装置（マイクロニードル製造装置１）において、
　前記針山形成手段は、
　前記光渦パルス光の平面方向の光渦焦点位置を可動式のミラーにより変位させる変位ミラー部と、
　前記変位ミラー部から出射される光渦パルス光を集光し、加工対象物に対してほぼ垂直に照射する対物レンズとを有することを特徴とする。
　特徴Ａ８に記載のマイクロニードル製造装置によれば、変位ミラー部による少量かつ迅速な動きによって次々に針山を形成できるため、マイクロニードルの製造速度を著しく向上させることができる。
　特徴Ａ９：特徴Ａ７又はＡ８に記載のマイクロニードル製造装置において、
　前記孔形成手段は、
　前記レーザパルス光の平面方向のレーザ焦点位置を可動式のミラーにより変位させる変位ミラー部と、
　前記変位ミラー部から出射されるレーザパルス光を集光し、加工対象物に対してほぼ垂直に照射する対物レンズとを有することを特徴とする。
　特徴Ａ９に記載のマイクロニードル製造装置によれば、変位ミラー部による少量かつ迅速な動きによって次々に孔を形成できるため、マイクロニードルの製造速度を著しく向上させることができる。
　特徴Ａ１０：特徴Ａ７に記載のマイクロニードル製造装置において、
　前記針山形成手段は、
　前記光渦パルス光の平面方向の光渦焦点位置を複数に分岐させる分岐部と、
　前記分岐部から出射される光渦パルス光を集光し、加工対象物に対してほぼ垂直に照射する対物レンズとを有することを特徴とする。
　特徴Ａ１０に記載のマイクロニードル製造装置によれば、分岐部によって光渦パルス光を複数に分岐することにより、同時に複数の針山を形成することができ、マイクロニードルの製造速度を著しく向上させることができる。
　特徴Ａ１１：特徴Ａ７又はＡ１０に記載のマイクロニードル製造装置において、
　前記針山形成手段は、
　前記レーザパルス光の平面方向のレーザ焦点位置を複数に分岐させる分岐部と、
　前記分岐部から出射されるレーザパルス光を集光し、加工対象物に対してほぼ垂直に照射する対物レンズとを有することを特徴とする。
　特徴Ａ１１に記載のマイクロニードル製造装置によれば、分岐部によって光渦パルス光を複数に分岐することにより、同時に複数の孔を形成することができ、マイクロニードルの製造速度を著しく向上させることができる。
　特徴Ａ１２：特徴Ａ７～Ａ１１のいずれかに記載のマイクロニードル製造装置において、
　前記針山形成手段及び前記孔形成手段は、
　レーザビームをパルス出射するレーザ出射手段と、
　前記レーザビームに基づくパルス光を集光して加工対象となる加工対象物に照射する対物レンズと、
　前記レーザ出射手段と前記対物レンズとの間に設けられ、前記レーザビームを螺旋状の偏光を有する光渦パルス光に変換する一方、前記レーザビームをレーザパルス光として通過させることが可能な選択式光渦変換手段と、
　前記選択式光渦変換手段を制御する制御部とを有することにより、
　前記加工対象物に対して、前記光渦パルス光と前記レーザパルス光とを同一光路から照射することを特徴とする。
　特徴Ａ１２に記載のマイクロニードル製造装置によれば、同一の光学系を用いるため、位置調整に要する時間を短縮でき、マイクロニードルの製造速度をさらに向上させることができる。
＜発明Ｂ群＞
　特徴Ｂ１：本発明のマイクロニードル製造方法は、レーザビーム（パルス光ＬＰ）を、螺旋状の偏光を有する光渦パルス光に変換する光渦変換ステップと、
　前記光渦パルス光を照射することにより、加工する対象となる加工対象物（加工対象物９）
に対して針山を形成する針山形成ステップと、
　前記針山に対してレーザパルス光を照射することにより、前記針山に穴又は孔を形成する孔形成ステップとを有し、
　前記孔形成ステップでは、
　前記レーザビームに基づく前記レーザパルス光が前記針山に照射されることを特徴とする。
　特徴Ｂ１に記載の発明によれば、一つの光源から発射されたレーザビームを光渦パルス光及びレーザパルス光として加工対象物に照射して針山に穴又は孔を形成できるため、同一の特性を上手く利用することにより、均質な中空針を形成することができる。
　特徴Ｂ２：特徴Ｂ１に記載のマイクロニードル製造方法において、
　前記孔形成ステップでは、
　前記光渦パルス光と同一の対物レンズを介してレーザパルス光を前記加工対象物に対して照射し、前記光渦パルス光の前記加工対象物に対する焦点位置である光渦焦点位置に基づいたレーザ焦点位置に前記レーザパルス光を照射することを特徴とする。
　特徴Ｂ２に記載のマイクロニードル製造方法によれば、光渦焦点位置に基づいたレーザ焦点位置に同一の対物レンズを介してレーザパルス光を照射するため、針山の位置を検出したり詳細な位置調整を行うことなく、すでに形成されている針山における想定している位置にレーザパルス光を的確に照射することができ、想定通りの中空針を形成することができる。
　特徴Ｂ３：特徴Ｂ２のいずれかに記載のマイクロニードル製造方法において、
　前記針山形成ステップでは、
　前記加工対象物を、少なくともレーザの進行方向と垂直な平面方向に変位可能な対象物設置手段（照射位置調整部２４）上に設置し、
　前記孔形成ステップでは、
　前記対象物設置手段を移動させることにより、前記針山形成ステップにおいて光渦パルス光を照射した光渦照射ポジションからわずかにオフセットしたオフセットポジションにレーザパルス光を照射するよう、前記光渦パルス光と前記レーザパルス光の焦点を前記平面方向にわずかに変位させることを特徴とする。
　特徴Ｂ３に記載のマイクロニードル製造方法によれば、前記対象物設置手段を移動させるだけで、光渦照射ポジションからわずかにオフセットしたオフセットポジションにレーザパルス光の照射ポジションを調整することができ、照射ポジションの微調整が不要となる。
　特徴Ｂ４：特徴Ｂ１～特徴Ｂ３のいずれかに記載のマイクロニードル製造方法において、
　前記孔形成ステップでは、
　前記加工対象物に対し、前記レーザパルス光をわずかに傾斜させると共に、光軸方向におけるレーザ焦点位置が前記針山の表面近傍に位置することを特徴とする。
　特徴Ｂ４に記載のマイクロニードル製造方法によれば、ガウスビームの形状を利用して針山の表面から下に徐々に広がるような孔を形成することができ、針山の壁の強度を保ちつつ径の大きな孔を形成することができる。
　特徴Ｂ５：本発明のマイクロニードル製造装置（マイクロニードル製造装置１Ａ、１Ｂ）において、レーザビームをパルス出射するレーザ出射手段と、
　前記レーザビームに基づくパルス光を集光して加工対象となる加工対象物に照射する対物レンズと、
　前記レーザ出射手段と前記対物レンズとの間に設けられ、前記レーザビームを螺旋状の偏光を有する光渦パルス光に変換する一方、前記レーザビームをレーザパルス光として通過させることが可能な選択式光渦変換手段と、
　前記選択式光渦変換手段を制御する制御部とを有することを特徴とする。
　特徴Ｂ５に記載のマイクロニードル製造装置によれば、一つの光学系で光渦パルス光とレーザパルス光の両方を照射することができるため、マイクロニードル製造装置としての構成を簡易にすることができる。また、針山を形成した位置にそのままレーザパルス光を照射するだけで同一箇所にレーザパルス光を照射できるため、微細な位置調整がほぼ不要となる。
　特徴Ｂ６：特徴Ｂ５に記載のマイクロニードル製造装置において、
　少なくともレーザの進行方向と垂直な平面方向に変位可能であり、前記加工対象物が設置される対象物設置手段を有し、
　前記制御部は、
　前記対象物設置手段を制御することにより、光渦パルス光を照射した光渦照射ポジションから前記レーザパルス光の焦点を前記平面方向にわずかにオフセットしたオフセットポジションに前記レーザパルス光を照射させることを特徴とする。
　特徴Ｂ６に記載のマイクロニードル製造装置によれば、前記対象物設置手段の移動によって簡単に照射ポジションを調整でき、針山の位置を特定するための構成が不要となる。
　特徴Ｂ７：特徴Ｂ５に記載のマイクロニードル製造装置において、選択式光渦変換手段は、
　前記パルス光を光渦へ変換させる変換素子によって、前記パルス光を前記光渦パルス光に変換して出射し、
　前記変換素子を通過させないことによって、前記パルス光を前記レーザパルス光として出射することを特徴とする。
　特徴Ｂ７に記載のマイクロニードル製造装置によれば、変換素子を通過させるか否かだけにより、簡易な構成で光渦パルス光とレーザパルス光とを切り替えることができる。
　特徴Ｂ８：特徴Ｂ１～特徴Ｂ７のいずれかに記載のマイクロニードル製造装置において、　選択式光渦変換手段は、
　偏光パターンを変更することによりパルス光の偏光を調整可能なパターン可変型の変換素子であり、
　前記パルス光を光渦へ変換させる偏光パターンによって、前記パルス光を前記光渦パルス光に変換して出射し、
　前記パルス光の偏光方向を変化させない偏光パターンによって、前記パルス光を前記レーザパルス光として出射することを特徴とする。
　特徴Ｂ８に記載のマイクロニードル製造装置によれば、偏光パターンの切替により、簡易な構成で光渦パルス光とレーザパルス光とを切り替えることができる。
　特徴Ｂ９：特徴Ｂ５～特徴Ｂ７のいずれかに記載のマイクロニードル製造装置において、少なくとも光軸方向に前記対物レンズを変位可能なレンズ駆動手段を有し、
　前記制御部は、
　前記レンズ駆動手段を制御することにより、前記光軸方向において、前記光渦パルス光の前記加工対象物に対する焦点位置である光渦焦点位置と、前記レーザパルス光の前記加工対象物に対する焦点位置であるレーザ焦点位置とを変位させることを特徴とする。
特徴Ｂ９に記載のマイクロニードル製造装置によれば、レンズ駆動手段を制御するだけの簡易な構成により、光渦焦点位置とレーザ焦点位置とを変位させて適切な焦点位置に光渦パルス光とレーザパルス光を照射することができる。
　特徴Ｂ１０：特徴Ｂ９に記載のマイクロニードル製造装置において、
　前記制御部は、
　前記レンズ駆動手段を制御することにより、光渦パルス光を照射した光渦照射ポジションから前記レーザパルス光の焦点を前記平面方向にわずかにオフセットしたオフセットポジションに前記レーザパルス光を照射させることを特徴とする。
　特徴Ｂ１０に記載のマイクロニードル製造装置によれば、レンズ駆動手段を制御するだけの簡易な構成により、光渦焦点位置とレーザ焦点位置とを変位させて適切な焦点位置に光渦パルス光とレーザパルス光を照射することができる。
　特徴Ｃ１：本発明のマイクロニードルの製造装置は、
　加工する対象となる加工対象物が設置される対象物設置手段と、
　パルス光でなるレーザビームを螺旋状の偏光を有する光渦パルス光に変換し、設定された光渦焦点位置に前記光渦パルス光を照射することにより、前記加工対象物に針山を形成する針山形成手段と、
　設定されたレーザ焦点位置にレーザパルス光を照射することにより、前記針山に穴又は孔を形成する孔形成手段と、
　前記光渦焦点位置を基準に前記レーザ焦点位置を設定する照射制御部と
　を有することを特徴とする。
　特徴Ｃ１に記載のマイクロニードル製造装置によれば、光渦焦点位置を基準に前記レーザ焦点位置を設定することができるため、針山に対するレーザ焦点位置の調整を簡易することができる。
　特徴Ｃ２：特徴Ｃ１に記載のマイクロニードル製造装置において、
　前記針山形成手段は、
　前記レーザビームを出射するレーザ出射部と、
　前記レーザビームを光渦パルス光に変換する光渦変換部と、
　前記光渦パルス光を集光して前記加工対象物に照射する対物レンズとを有し、
　前記孔形成手段は、
　前記レーザパルス光として、前記レーザビームに基づく記レーザパルス光を前記対物レンズを介して前記加工対象物に照射することを特徴とする。
　特徴Ｃ２に記載のマイクロニードル製造装置によれば、針山形成手段と孔形成手段とで共通の対物レンズを使用するため、例えば光渦パルス光と同条件でレーザパルス光を照射することにより、光渦焦点位置とレーザ焦点位置とを同一位置に設定できるため、光渦焦点位置を基準にして簡単にレーザ焦点位置を調整することができる。
　特徴Ｃ３：特徴Ｃ１又は特徴Ｃ２に記載のマイクロニードル製造装置において、
　前記光渦変換部は、
　前記レーザ出射手段と前記対物レンズとの間に設けられ、前記レーザビームを螺旋状の偏光を有する光渦パルス光に変換する一方、前記レーザビームをレーザパルス光として通過させることが可能な選択式の光渦変換部であることを特徴とする。
　特徴Ｃ３に記載のマイクロニードル製造装置によれば、ひとつの光学系で針山及び孔又は穴を形成することができ、マイクロニードルの製造装置としての構成を簡易にできる。
（光学系共通＋集光状態に合わせて光軸方向に変位）
　特徴Ｃ４：特徴Ｃ１～特徴Ｃ３のいずれかに記載のマイクロニードル製造装置において、
　前記孔形成手段は、
　前記対物レンズに入射するレーザパルス光の集光状態を変化させる集光状態変化部を有し、
　前記対象物設置手段は、
　前記集光状態の変化に起因する前記レーザ焦点位置の前記光軸方向の変位に応じて、前記光軸方向に変位することを特徴とする。
　特徴Ｃ４に記載のマイクロニードル製造装置によれば、ひとつの光学系で針山及び当該針山よりも小さい径の孔又は穴を短時間で形成することができ、マイクロニードルの製造装置としての構成を簡易にできる。
　特徴Ｃ５：特徴Ｃ１に記載のマイクロニードル製造装置において、
　前記針山形成手段及び前記孔形成手段は別構成でなり、
　前記針山形成手段及び前記孔形成手段は、
　共通の前記対象物設置手段に設置された前記加工対象物に対して、光渦パルス光及びレーザパルス光をそれぞれ照射することを特徴とする。
　特徴Ｃ５に記載のマイクロニードル製造装置によれば、対象物設置手段が共通であるため、光渦焦点位置を基準に前記レーザ焦点位置を設定することができる。
　特徴Ｃ６：特徴Ｃ３に記載のマイクロニードル製造装置において、
　前記針山形成手段及び前記孔形成手段は別構成でなり、
　照射するレーザを前記光渦パルス光及び前記レーザパルス光のいずれかに切り替え可能な切替可動部を有することを特徴とする。
　特徴Ｃ６に記載のマイクロニードル製造装置によれば、光渦パルス光及びレーザパルス光を切り替えることによりほぼ同位置で、光渦パルス光及びレーザパルス光を照射することができる。
　特徴Ｃ７：特徴Ｃ１～特徴Ｃ６のいずれかに記載のマイクロニードル製造装置において、
　前記対象物設置手段は、
　前記光渦パルス光及び前記レーザパルス光の照射範囲内に前記加工対象物を変位させることを特徴とする。
　なお照射範囲内とは、対物レンズや光学系の位置を調整することにより加工対象物に光渦パルス光及びレーザパルス光が適切に照射できる範囲内であることをいう。
　特徴Ｃ７に記載のマイクロニードル製造装置によれば、加工対象物を針山形成手段と光渦照射ポジションとの位置関係と、孔形成手段とレーザ照射ポジションとの位置関係との相違を補正すると共に任意でオフセットなどを設定するだけで、針山における任意の位置にレーザパルス光を照射することができる。
　特徴Ｃ８：特徴Ｃ７に記載のマイクロニードル製造装置において、
　前記照射制御部は、
　前記光渦パルス光及び前記レーザパルス光による前記針山及び前記孔の形成を同時に実行することを特徴とする。
　特徴Ｃ８に記載のマイクロニードル製造装置によれば、針山形成と孔形成とを同時に行うことができるため、生産効率を著しく向上させ得る。
　特徴Ｃ９：特徴Ｃ７又は特徴Ｃ８に記載のマイクロニードル製造装置において、
　前記照射制御部は、
　前記対象物設置手段が前記光渦パルス光の照射範囲内にあったときの前記針山形成手段の対物レンズと形成された針山との光渦相対位置関係と、前記加工対象物を前記レーザパルス光の照射範囲内へ変位させたときの前記孔形成手段の対物レンズと前記針山とのレーザ相対位置関係との相違を補正することにより、前記光渦焦点位置を基準に前記レーザ焦点位置を設定することを特徴とする。
　特徴Ｃ９に記載のマイクロニードル製造装置によれば、孔を形成する際、加工対象物の位置を検出する必要がないため、位置調整を簡易にできる。
＜発明Ｄ群＞
　特徴Ｄ１：本発明のマイクロニードル製造方法は、レーザビームを、螺旋状の偏光を有する光渦パルス光に変換する光渦変換ステップと、
　前記光渦パルス光を照射することにより、加工する対象となる加工対象物に対して針山を形成する針山形成ステップと、
　前記針山に対してレーザパルス光を照射することにより、前記針山に穴又は孔を形成する孔形成ステップとを有し、
　前記孔形成ステップでは、
　前記針山の頂点を検出し、当該針山の頂点を基準にして前記レーザパルス光の前記加工対象物に対する焦点位置であるレーザ焦点位置を決定することを特徴とする。
　特徴Ｄ１に記載のマイクロニードル製造方法によれば、針山における任意の位置にレーザパルス光を照射することができ、針山に穴又は孔を形成できる。
　特徴Ｄ２：特徴Ｄ１に記載のマイクロニードル製造方法において、レーザビームをパルス出射するレーザ出射手段と、
　前記レーザビームに基づく円偏光のレーザパルス光を集光して加工対象となる加工対象物に照射する対物レンズと、
　前記加工対象物の針山の頂点を検出する検出手段と、
　前記加工対象物に対する前記レーザパルス光の焦点位置を調整する焦点位置調整手段と、
　前記検出手段による検出頂点位置に基づいた照射位置に前記レーザパルス光を照射させよう前記焦点位置調整手段を制御する制御部と
　を有することを特徴とする。
　特徴Ｄ２に記載のマイクロニードル製造方法によれば、針山における任意の位置にレーザパルス光を照射することができ、針山に穴又は孔を形成できる。
　本発明は、例えば医療又は美容用途の注射針として使用されるマイクロニードルに適用することができる。
１，１Ａ，１Ａｘ，１Ｂ，１Ｃ：マイクロニードル製造装置
１Ｃａ　　：針山形成装置
１Ｃｂ　　：孔形成装置
２　　　　：制御部
３　　　　：光照射部
４　　　　：照射位置調整部
９　　　　：加工対象物
１２　　　：制御部
１２ａ　　：焦点補正部
１３，１３ｘ　　　：共通光照射部
１３ａ，１３ａｘ：光渦変換部
１３ｂ　　：焦点移動部
１４，２４　　　：照射位置調整部
１４ａ　　：スレッドモータ
１４ａａ　：スライドレール
１４ａｘ　：照射位置調整部
１４ｂ　　：ステージ
１４ｘ　　：照射位置調整部
２３Ａ　　：第１光照射部
２３Ｂ　　：第２光照射部
４１　　　：レーザー発振器
４２，４３　　　：レンズ
４４　　　：螺旋状位相板
４４ｘ　　：液晶型螺旋状位相板
４５，４５ｘ　　　：対物レンズ
ＦＰ　　　：焦点
ＨＬ　　　：孔
ＬＰ　　　：パルス光
ＰＢ　　　：レーザパルス光
ＲＴ１　　：作成処理手順
ＳＢ　　　：光渦パルス光
ＴＰ　　　：頂点
 
 

 

Claims (15)

  1. 　レーザビームを、螺旋状の偏光を有する光渦パルス光に変換する光渦変換ステップと、
    　前記光渦パルス光を照射することにより、加工する対象となる加工対象物に対して針山を形成する針山形成ステップと、
    　前記針山に対してレーザパルス光を照射することにより、前記針山に穴又は孔を形成する孔形成ステップとを有し、
    　前記レーザパルス光のスポットサイズは、前記光渦パルス光のスポットサイズよりも小さい
    　ことを特徴とするマイクロニードル製造方法。
  2. 　前記孔形成ステップでは、
    　光軸方向において、前記光渦パルス光の前記加工対象物に対する焦点位置である光渦焦点位置と、前記レーザパルス光の前記加工対象物に対する焦点位置であるレーザ焦点位置とを変位させる
    　ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロニードル製造方法
  3. 　前記孔形成ステップでは、
    　前記レーザビームに基づく前記レーザパルス光が前記針山に照射される
    　ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のマイクロニードル製造方法。
  4. 　光軸方向と垂直な平面方向において、前記光渦パルス光の前記加工対象物に対する焦点位置である光渦焦点位置と、前記レーザパルス光の前記加工対象物に対する焦点位置であるレーザ焦点位置とを変位させることを特徴とする請求項１～請求項３のいずれかに記載のマイクロニードル製造方法
  5. 　前記孔形成ステップでは、前記光軸方向からわずかに傾斜させることにより、前記光渦パルス光の前記加工対象物に対する焦点位置である光渦焦点位置と、前記レーザパルス光の前記加工対象物に対する焦点位置であるレーザ焦点位置とを変位させる
    　ことを特徴とする請求項１～請求項４のいずれかに記載のマイクロニードル製造方法
  6. 　前記レーザ焦点位置は、
    　針山の傾斜表面近傍に設定される
    　ことを特徴とする請求項１～請求項５のいずれかに記載のマイクロニードル製造方法
  7. 　パルス光でなるレーザビームを出射するレーザ出射手段と、
    　前記レーザビームを螺旋状の偏光を有する光渦パルス光に変換し、加工する対象となる加工対象物に対して前記光渦パルス光を照射することにより、前記加工対象物に針山を形成する針山形成手段と、
    　前記針山に対してレーザパルス光を照射することにより、前記針山に穴又は孔を形成する孔形成手段とを有し、
    　前記レーザパルス光のスポットサイズは、前記光渦パルス光のスポットサイズよりも小さい
    　ことを特徴とするマイクロニードル製造装置。
  8. 　前記針山形成手段は、
    　前記光渦パルス光の平面方向の光渦焦点位置を可動式のミラーにより変位させる変位ミラー部と、
    　前記変位ミラー部から出射される光渦パルス光を集光し、加工対象物に対してほぼ垂直に照射する対物レンズとを有する
    　ことを特徴とする請求項７に記載のマイクロニードル製造装置。
  9. 　前記孔形成手段は、
    　前記レーザパルス光の平面方向のレーザ焦点位置を可動式のミラーにより変位させる変位ミラー部と、
    　前記変位ミラー部から出射されるレーザパルス光を集光し、加工対象物に対してほぼ垂直に照射する対物レンズとを有する
    　ことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のマイクロニードル製造装置
  10. 　前記針山形成手段は、
    　前記光渦パルス光の平面方向の光渦焦点位置を複数に分岐させる分岐部と、
    　前記分岐部から出射される光渦パルス光を集光し、加工対象物に対してほぼ垂直に照射する対物レンズとを有する
    　ことを特徴とする請求項７に記載のマイクロニードル製造装置。
  11. 　前記針山形成手段は、
    　前記レーザパルス光の平面方向のレーザ焦点位置を複数に分岐させる分岐部と、
    　前記分岐部から出射されるレーザパルス光を集光し、加工対象物に対してほぼ垂直に照射する対物レンズとを有する
    　ことを特徴とする請求項７又は請求項１０に記載のマイクロニードル製造装置。
  12. 　前記針山形成手段及び前記孔形成手段は、
    　レーザビームをパルス出射するレーザ出射手段と、
    　前記レーザビームに基づくパルス光を集光して加工対象となる加工対象物に照射する対物レンズと、
    　前記レーザ出射手段と前記対物レンズとの間に設けられ、前記レーザビームを螺旋状の偏光を有する光渦パルス光に変換する一方、前記レーザビームをレーザパルス光として通過させることが可能な選択式光渦変換手段と、
    　前記選択式光渦変換手段を制御する制御部とを有することにより、
    　前記加工対象物に対して、前記光渦パルス光と前記レーザパルス光とを同一光路から照射することを特徴とする請求項７～請求項１１のいずれかに記載のマイクロニードル製造装置。
  13. 　加工する対象となる加工対象物が設置される対象物設置手段と、
    　前記光渦パルス光の焦点位置である光渦焦点位置を基準に前記レーザパルス光の焦点位置であるレーザ焦点位置を設定する照射制御部と
    　を有することを特徴とする請求項７～請求項１２のいずれかに記載のマイクロニードル製造装置。
  14. 　前記針山形成手段は、
    　前記レーザビームを出射するレーザ出射部と、
    　前記レーザビームを光渦パルス光に変換する光渦変換部と、
    　前記光渦パルス光を集光して前記加工対象物に照射する対物レンズとを有し、
    　前記孔形成手段は、
    　前記レーザパルス光として、前記レーザビームに基づく記レーザパルス光を前記対物レンズを介して前記加工対象物に照射することを特徴とする請求項１３に記載のマイクロニードル製造装置。
  15. 　前記光渦変換部は、
    　前記レーザ出射手段と前記対物レンズとの間に設けられ、前記レーザビームを螺旋状の偏光を有する光渦パルス光に変換する一方、前記レーザビームをレーザパルス光として通過させることが可能な選択式の光渦変換部であることを特徴とする請求項１４に記載のマイクロニードル製造装置。
     

     
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