マイクロニードルデバイスおよびその製造方法
【課題】皮膚に対して小さい力で痛みなく穿刺可能で、穿刺後は薬剤注入または血液、体液等の吸引を円滑に行うことが可能な高品質のマイクロニードルデバイスを提供する。
【解決手段】平坦な基板１１の上面に複数の針状突起物１２を基板と一体的に整列した構造体であって、針状突起物は内部に基板に対し垂直もしくは略垂直な流体管路１５を有し、前記流体管路は境界面から僅かに針状突起物の先端側に近い位置から基板の底面までを貫通して形成され、針状突起物は基板に対して水平もしくは略水平な境界面を境に上下２層の異なる材料からなり、境界面よりも先端側部分の第１の材料１４ａが人体の皮膚に接触すると溶解する可溶性材料であり、境界面よりも基板側部分の第２の材料１４ｂが人体の皮膚に接触しても溶解しない不溶性材料であり、かつ針状突起物の先端部１７は針状突起物の側面よりも小さな傾斜を持つ傾斜平面７０が形成された形状を有する構成とする。
【解決手段】平坦な基板１１の上面に複数の針状突起物１２を基板と一体的に整列した構造体であって、針状突起物は内部に基板に対し垂直もしくは略垂直な流体管路１５を有し、前記流体管路は境界面から僅かに針状突起物の先端側に近い位置から基板の底面までを貫通して形成され、針状突起物は基板に対して水平もしくは略水平な境界面を境に上下２層の異なる材料からなり、境界面よりも先端側部分の第１の材料１４ａが人体の皮膚に接触すると溶解する可溶性材料であり、境界面よりも基板側部分の第２の材料１４ｂが人体の皮膚に接触しても溶解しない不溶性材料であり、かつ針状突起物の先端部１７は針状突起物の側面よりも小さな傾斜を持つ傾斜平面７０が形成された形状を有する構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロニードルデバイスおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロニードルデバイスは、人体の皮膚を通して薬液を体内に移送する、または体内より血液や体液を吸引する、複数の微細な針状突起物を備えた構造を有する。例えば、特許文献１、２には基板上に複数の微細な針状突起物を形成し、かつ針状突起物に貫通孔を設けたマイクロニードルデバイスにおいて、前記貫通孔の針側の開口部を針状突起物の最先端部に設けた構造のものが開示されている。
【０００３】
また、人体の皮膚への穿刺性向上や複製の容易化などの理由から、貫通孔の針側開口部を針状突起物の傾斜面上に設けた構造が多く採用されている（例えば、特許文献３、４参照）。
【０００４】
前記貫通孔を有するマイクロニードルデバイスの複製および成形方法は、特許文献２、４に記載されている。すなわち、１つ目の複製および成形方法は針状突起物の反転形状を有する第１のモールド型と、貫通孔の反転形状を有する支柱を針状突起物と同ピッチ設けた第２のモールド型とを対向させ、上下の半型間にシート状の樹脂材料を挟み込むように設置し、熱によって樹脂材料を溶融させつつ、上下の半型間の隙間を狭めて材料をプレスすることによって所定のマイクロニードル形状に成形する方法である。２つ目の複製および成形方法は、予め貫通孔の無いマイクロニードルデバイスを熱プレス等で成形し、貫通孔の反転形状を有する支柱を基板上に設けた剣山状の型を加熱し、剣山状の型の支柱に前記貫通孔の無いマイクロニードルの底面側より突き刺すことによって貫通孔を設ける方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００２−５２１２２２号公報
【特許文献２】特表２００３−５０１１６１号公報
【特許文献３】特表２００４−５０７３７１号公報
【特許文献４】特表２００６−５１８６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２のように貫通孔の開口部を針状突起物の最先端部に設けたマイクロニードルデバイスの場合には、構造上、皮膚との接触面積が比較的大きくなる。その結果、穿刺時の抵抗が増加して複数の針状突起物を皮膚内に確実に刺し込むために大きな力が必要となる。その上、穿刺抵抗の増大が痛みを増大させる要因にもなる。さらに、皮膚組織の一部が貫通孔に入り込んで詰まり、薬液の注入または血液、体液等の吸引が非常に困難となる。
【０００７】
また、特許文献３、４のように貫通孔の開口部を針状突起物の傾斜面に設けた場合、皮膚との初期の接触面積を小さくできるため、穿刺能力は先端に開口部がある場合に比較して改善が見込める。しかしながら、穿刺後の皮膚内部では周囲に押しのけられた皮膚組織が針状突起物表面に密着するため、貫通孔の開口部が塞がれた状態となり、円滑な薬剤注入または血液、体液等の吸引が行えなくなるという課題がある。
【０００８】
さらに、マイクロニードルデバイスの複製および成形方法についても課題がある。例えば、特許文献２、４のように上下に分割されたモールド間にある材料をプレスして最終形状を得るような複製および成形方法の場合では、バリ（型同士の合わせ面の隙間に樹脂が流れ込む現象）が無く一様な貫通孔を形成するために、針状突起物の反転形状を有する窪み部を備えた第１のモールド型の窪み部ピッチと、貫通孔の反転形状を有する複数の細長い支柱を備えた第２のモールド型の支柱ピッチとを高精度で合わせ込む必要がある。
【０００９】
また、ピッチのみならず、支柱先端が隙間なく第１のモールド型の針状突起物の反転形状を有する窪み部分に密着していることが重要となる。すなわち、第２のモールド型の支柱上面と第１のモールド型との合わせ面の高さ位置も非常に高い精度が要求される。
【００１０】
さらに、成形硬化後の樹脂材料をモールド型より剥離する際に、第１のモールド型の窪み部が先細りの微細な止まり穴形状であるため、その窪み部に充填された樹脂が固着し易くなり、針状突起物の先端部分に破断や塑性変形を生じる課題もある。
【００１１】
本発明は、流体管路を有するマイクロニードルデバイスにおいて、皮膚に対して小さい力で痛みがなく穿刺可能で、かつ穿刺後は薬剤注入または血液、体液等の吸引を円滑に行うことが可能な高品質のマイクロニードルデバイスを提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は分割されたモールド型の合わせ部分での高い精度を必要とせずにバリ等が少なく、かつ剥離時の針状突起物の破断や塑性変形が生じることない、高品質なマイクロニードルデバイスを簡単に複製、成形することが可能な製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様によると、
平坦な基板の上面に複数の円錐状または多角錐状の微細な針状突起物を前記基板と一体的に整列した構造体であって、
前記針状突起物は、内部に前記基板に対し垂直もしくは略垂直な流体管路を有し、前記流体管路は前記境界面から僅かに前記針状突起物の先端側に近い位置から前記基板の底面までを貫通して形成され、
前記針状突起物は、前記基板に対して水平もしくは略水平な境界面を境に上下２層の異なる材料からなり、前記境界面よりも先端側部分の第１の材料が人体の皮膚に接触すると溶解する可溶性材料であり、前記境界面よりも基板側部分の第２の材料が人体の皮膚に接触しても溶解しない不溶性材料であり、かつ
前記針状突起物の先端部は、針状突起物の側面よりも小さな傾斜を持つ傾斜平面が形成された形状を有することを特徴とするマイクロニードルデバイスが提供される。
【００１４】
本発明の第２の態様によると、
前記第１の態様のマイクロニードルデバイスの製造方法であって、
（ａ）前記針状突起物の反転形状の窪み部を有する第１のモールド型を準備する工程で、前記第１のモールド型は前記針状突起物の前記傾斜平面を含む境界面で第１、第２の分割モールド型に分割された構造を有し、前記２つの分割モールド型のうち、針状突起物の反転形状を有する側の第１の分割モールド型の窪み部に前記針状突起物の前記傾斜平面で分断される切断面形状の貫通孔を有すること、
（ｂ）前記第１のモールド型における前記第１、第２の分割モールド型の境界面を含む全域に離型処理を施す工程と、
（ｃ）前記第１のモールド型の各窪み部に人体の皮膚に接触すると溶解する可溶性材料からなる第１の材料を一定量充填する工程と、
（ｄ）前記第１のモールド型の上に、前記流体管路の反転形状を有する複数の細長い支柱を備えた第２のモールド型を前記窪み部と前記支柱が同じ位置となるように対向密着させ、これらのモールド型内に目的となる成形物の形状を有するキャビティ空間を形成する工程と、
（ｅ）前記キャビティ空間内の前記第１の材料を硬化させる工程と、
（ｆ）前記キャビティ空間に人体の皮膚に接触しても溶解しない不溶性材料からなる第２の材料を射出充填する工程と、
（ｇ）前記第２のモールド型と前記第１のモールド型とを引き離し、硬化一体化した前記第１および第２の材料による成形物を取り出す工程と、
を含むことを特徴とするマイクロニードルデバイスの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、流体管路（貫通孔）を有するマイクロニードルデバイスにおいて、皮膚に対して小さい力で痛み無く穿刺可能で、かつ穿刺後は薬剤注入または血液、体液等の吸引を円滑に行うことが可能な高品質のマイクロニードルデバイスを提供することができる。
【００１６】
また、本発明によれば分割されたモールド型の合わせ部分での高い精度を必要とせずにバリ等が少なく、かつ剥離時の針状突起物の破断や塑性変形が生じることない、高品質なマイクロニードルデバイスを簡単に複製、成形することが可能な製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係るマイクロニードルデバイスを概略的に示す縦断側面図である。
【図２】図１の針状突起物単体の構造を示す斜視図である。
【図３】マイクロニードルデバイスの外観形態例を概略的に示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係るマイクロニードルデバイスの製造に用いられるモールド型の構造を示す断面模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係るマイクロニードルデバイスの製造に用いられるモールド型の構造を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態に係るマイクロニードルデバイスの製造に用いられる第１のモールド型における第１の分割モールド型の構造を示す斜視図である。
【図７】図６の第１のモールド型の離型処理状態を示す部分拡大断面模式図である。
【図８】本発明の実施形態に係るマイクロニードルデバイスの製造方法を工程順に示す縦断側面図である。
【図９】本発明の実施形態に係るマイクロニードルデバイスのアプリケータへの装着形態を概略的に示す縦断側面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るマイクロニードルデバイスのアプリケータへの装着形態を概略的に示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施形態に係るマイクロニードルデバイスの皮膚への穿刺および薬液投与の手順を示す縦断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係るマイクロニードルデバイスおよび製造方法を図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は、実施形態に係るマイクロニードルデバイスを示す概略縦側面図、図２は図１のマイクロニードルデバイスの針状突起物単体の構造を示す拡大斜視図である。
【００２０】
図１、図２に示すように実施形態に係るマイクロニードルデバイス１０は、平坦な基板１１に複数の針状突起物１２が前記基板１１と一体的に整列した構造体である。
【００２１】
前記針状突起物１２は基本部分が円錐もしくは多角錐形状であり、先端鋭角部分に傾斜平面７０を形成した形状を有する。傾斜平面７０は、針状突起物１２の錐形状を構成する側面と基板１１表面とがなす角度よりも小さな角度を持つ。傾斜平面７０の角度は、錐形状を構成する側面と基板１１表面とがなす角度よりも５〜４５°小さいことが好ましい。
【００２２】
針状突起物１２は、基板１１に対して水平もしくは略水平な境界面１３を境に上下２層の異なる第１、第２の材料１４ａ，１４ｂで構成されている。なお、略水平とは水平に対し、±３０°の範囲で傾いた状態を意味する。また、針状突起物１２の内部には基板１１に対して垂直もしくは略垂直な流体管路１５が形成されている。なお、略垂直とは垂直に対し、±２０°の範囲で傾いた状態を意味する。流体管路１５は、一端が基板１１の底面に開口して開口部１６を形成し、他端が針状突起物１２の先端側の表面には開口せず、境界面１３よりも僅かに先端部１７に近い側の位置で止まり穴となっている。
【００２３】
針状突起物１２を構成する第１の材料１４ａは、境界面１３よりも先端部１７側に位置し、人体の皮膚に接触するとその体温で溶解する可溶性の材料で構成される。第２の材料１４ｂは、境界面１３よりも基板１１側に位置し、人体の皮膚に接触してもその体温で溶解しない不溶性の材料で構成されている。なお、基板１１の材料は、針状突起物１２の下層の第２の材料（不溶性材料）１４ｂと同じであることが望ましいが、人体の皮膚との接触で不溶であれば、これに限定するものではない。
【００２４】
針状突起物１２は、基板１１の上面からの長さが１００〜２０００μｍ、より好ましくは１５００〜１８００μｍであることが望ましい。針状突起物１２の第１の材料（可溶性材料）１４ａで構成される部分の長さは、１００〜３００μｍであることが好ましい。
【００２５】
流体管路１５の止まり穴位置における内径は、１０〜５０μｍであることが好ましい。流体管路１５の開口部１６内径は、流動抵抗を減らすために、少なくとも前記止まり穴位置の内径と同じか、隣り合う流体管路１５のピッチ間隔以下で可能な限り大きくとることがより望ましい。また、流体管路１５自体の内径は、止まり穴位置から開口部１６までは段階的もしくはテーパ状に徐々に大きくなることが好ましい。
【００２６】
なお、針状突起物１２の先端側を構成する第１の材料（可溶性材料）１４ａは、人体の皮膚内の水分で比較的短時間で溶融すること、生体との適合性および高い安全性が必要となることから、例えばキトサン、ペクチン、アルギン酸塩等が挙げられる。
【００２７】
針状突起物１２の境界面１３よりも基板１１側部分および基板１１を構成する第２の材料（不溶性材料）１４ｂは、例えばポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）などの汎用樹脂が挙げられる。また、生体との適合を考慮して、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）などの生分解性の熱可塑性プラスチックも好適である。
【００２８】
実施形態に係るマイクロニードルデバイス１０は、前述した図１、図２に示す構造に限定されず、例えば以下に説明する図３の（ａ）〜（ｃ）に示す構造であってもよい。
【００２９】
すなわち、図３の（ａ）は基板１１が円形で、針状突起物１２が円錐形状を有するマイクロニードルデバイス１０の一例を示し、後述する穿刺器具への装着を考慮して基板１１の外周縁部分に段差部１８が形成されている。
【００３０】
図３の（ｂ）は、同様に基板１１が円形で、針状突起物１２が四角錐形状を有する一例を示している。また、図３の（ｃ）は、基板１１が四角形状を有し、針状突起物１２が四角錘形状を有する一例を示している。
【００３１】
各例とも、針状突起物１１が異なる第１、第２の材料１４ａ，１４ｂの２層で構成され、内部に流体管路１５を備えている。流体管路１５は、針状突起物１２の表面には開口していないため、前記針状突起物１２の外観は円錐もしくは角錐の先端部分に傾斜平面７０を形成された中実構造のように見える。そのため、図３において流体管路１５を破線で表した。
【００３２】
次に、実施形態に係るマイクロニードルデバイス１０の製造方法を図４〜図７および図８の（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。図４〜図７は、マイクロニードルデバイス１０の製造工程の成形に用いるモールド型を詳述する図である。
【００３３】
図４は、マイクロニードルデバイスの成形に使用するモールド型の構造を示す断面模式図である。モールド型は、前記針状突起物１２の反転形状を有する複数の窪み部２１が等ピッチで形成された第１のモールド型２０と、前記流体管路１５の反転形状を有する複数の細長い支柱３１が前記窪み部２１と等しいピッチで配置された第２のモールド型３０から構成されている。成形時には、第１のモールド型２０と第２のモールド型３０がパーティング面２３で互いに対向密着し、これらのモールド型２０，３０の内部に目的となる成形物であるマイクロニードルデバイス１０の形状を有するキャビティ空間４０が形成される。
【００３４】
また、第１のモールド型２０は前記針状突起物１２の反転形状を有する窪み部２１の前記傾斜平面７０を含む境界面２４を境に、第１の分割モールド型２０ａと第２の分割モールド型２０ｂに分割可能な構造となっている。
【００３５】
図５は、マイクロニードルデバイスの成形に使用するモールド型の外観を示す斜視図である。第１のモールド型２０のパーティング面２３側には、マイクロニードルデバイス１０の外形形状を有する円形の段差形状と、その底面には前記針状突起物１２の反転形状を有する複数の窪み部２１が等ピッチで形成されている。他方、第２のモールド型３０のパーティング面２３側には、前記流体管路１５の反転形状を有する複数の細長い支柱３１が前記窪み部２１と等しいピッチで配置されている。成形時には、これらのモールド型２０、３０のパーティング面２３同士を密着させる。この密着によって、前記支柱３１は前記窪み部２１に嵌合される。
【００３６】
図６は、第１のモールド型の分割構造を示す斜視図で、第１の分割モールド型２０ａおよび第２の分割モールド型２０ｂの合わせ面である境界面２４が共に上向きになっている状態を示す。第１の分割モールド型２０ａの境界面２４上には、前記針状突起物１２の反転形状を有する窪み部２１（図示せず）が前記傾斜平面７０によって分断された断面形状を有する複数の貫通孔７１が配置されている。
【００３７】
第１のモールド型２０における材料の離型性を向上させる表面処理を図７を参照して詳述する。第１のモールド型２０は、境界面２４によって第１の分割モールド型２０ａと第２の分割モールド型２０ｂに分割した状態で表面処理を行うことが可能である。第１のモールド型を止まり穴形状にすると、離型処理が困難になる。図６および図７に示すように第１の分割モールド型２０ａの微細な窪み部２１は、前記貫通孔７１から露出するため、離型処理剤の流れ８１が発生し、離型処理面８０ａ全域に均等な離型処理が可能になる。また、第２の分割モールド型２０ｂも離型処理面８０ｂ全域が露出しているため、同様に均一の離型処理が可能になる。
【００３８】
実施形態に係るマイクロニードルデバイスの製造方法を前述した図４〜図７のモールド型に関する記述を参考にし、図８の（ａ）〜（ｅ）を参照して具体的に説明する。なお、以下の実施形態に係るマイクロニードルデバイス１０の製造方法は、好適な一例であり、この方法のみに限定するものではなく、その他の製造方法も適宜適用することが可能である。
【００３９】
まず、図８（ａ）に示すように前記針状突起物１２の反転形状の複数の窪み部２１を有する第１のモールド型２０を用意する。第１のモールド型２０は、互に分割可能な第１の分割モールド型２０ａおよび第２の分割モールド型２０ｂからなり、各分割モールド型２０ａ，２０ｂは前述したように離型処理面８０ａ，８０ｂ全域に均等な離型処理が施されている。つづいて、第１のモールド型２０の各窪み部２１に第１の材料（可溶性材料）１４ａを微量吐出手段２２によって一定量充填する。微量吐出手段２２は、ピエゾ方式、電磁ピストン方式のような微量吐出ディスペンサ等が好適である。
【００４０】
次いで、図８（ｂ）に示すように前記流体管路１５の反転形状を有し、かつ第１のモールド型２０の窪み部２１と同数、同間隔で配置された複数の細長い支柱３１を備えた第２のモールド型３０を用意する。つづいて、この第２のモールド型３０を第１のモールド型２０の上方に対向配置する。この型締めによって、第１のモールド型２０の窪み部２１と第２のモールド型３０の支柱３１とが一対一に嵌合し合うように位置決めされ、かつ窪み部２１の傾斜表面と支柱３１の先端部とが接触することなく僅かな間隔を維持した状態で固定される。このため、第１、第２のモールド型２０，３０の合わせ部分に目的となる成形物であるマイクロニードルデバイス１０の形状を有するキャビティ空間４０が形成される。
【００４１】
なお、図８の（ｂ）に示す工程における第１の材料１４ａの充填量は、乾燥硬化後の収縮した状態において前記支柱３１の先端部を下回らないように予め調整されている。
【００４２】
次いで、図８（ｃ）に示すように前記キャビティ空間４０内の第１の材料１４ａを硬化させる。すなわち、第１の材料１４ａは人体の皮膚に接触すると溶解する可溶性材料を溶液化したものであり、第１のモールド型２０に設けられたゲート３２もしくは図示しないベント経路を通して図示しない減圧手段によってキャビティ空間４０を減圧することによって、第１の材料１４ａの脱気を行い、さらに図示しない加熱手段によって第１の材料１４ａを加熱し乾燥硬化させる。
【００４３】
次いで、図８（ｄ）に示すように前記キャビティ空間４０に第２の材料１４ｂを射出充填する。すなわち、第１のモールド型２０に設けられたゲート３２を通して図示しない射出手段により溶融した第２の材料１４ｂをキャビティ空間４０に高圧充填する。この充填過程において、射出された第２の材料１４ｂはゲート３２からキャビティ空間４０の末端へと流れて行き、前記支柱３１と前記針状突起物１２の反転形状を有する窪み部２１との隙間を通じて、既に硬化している第１の材料１４ａの位置まで到達し、最終的にキャビティ空間４０の全域が第１、第２の材料１４ａ，１４ｂによって満たされる。
【００４４】
次いで、図８（ｅ）に示すように第１、第２のモールド型２０，３０から成形物であるマイクロニードルデバイス１０を取り出す。すなわち、第２の材料１４ｂの冷却硬化後、初めに第２のモールド型３０が第１のモールド型２０の上方向へ離れ、支柱３１が成形物より抜かれる。つづいて、第１のモールド型２０側に残った成形物が第１のモールド型２０に組み込まれた排出ピン２５によって排出される。取り出された成形物は、周囲のランナー部１９を除去することによって、最終形態である平坦な基板１１に２層の異なる材料からなる複数の針状突起物１２を形成した、前述した図１、図２に示す構造のマイクロニードルデバイス１０が得られる。
【００４５】
次に、実施形態のマイクロニードルデバイス１０の実際の皮膚への穿刺時に使用するアプリケータへの装着形態について説明する。
【００４６】
図９は、マイクロニードルデバイス１０をアプリケータ５０に装着した状態を示す。アプリケータ５０は、マイクロニードルデバイス１０を直接的に固定するホルダ５１と、実際に薬液の注入や血液、体液の吸引を行うシリンジ５２とから構成される。
【００４７】
ホルダ５１は、マイクロニードルデバイス１０とシリンジ５２とを実質的に結合する異なる内径のフランジ構造を有する支持ベース５６と、マイクロニードルデバイス１０を支持ベース５６に密着固定するためのスリーブ５５とから構成される。
【００４８】
支持ベース５６の大きい側の開口部の外径は、マイクロニードル１０の基板寸法に合わせて設定されている。マイクロニードルデバイス１０は、その裏面を支持ベース５６の開口口元部に密着させた状態でスリーブ５５によって固定される。固定の圧力によりマイクロニードルデバイス１０と支持ベース５６で囲まれたリザーバ空間５９は密閉が確保される。
【００４９】
支持ベース５６の小さい側の円筒部外側には、ロック部５７が設けられている。このロック部５７によって、マイクロニードルデバイス１０を含む支持ベース５６とシリンジ５２とを漏れなく確実に密着固定する。
【００５０】
このような図９に示す構成によれば、シリンジ５２内部の薬液５８は、リザーバ空間５９およびマイクロニードルデバイス１０の流体管路１５を通して人体の皮膚内に注入可能な状態となる。
【００５１】
図１０は、前記アプリケータ５０の実体を示している。マイクロニードルデバイス１０は、ホルダ５１を介してシリンジ５２に装着可能に設けられている。このようなアプリケータ５０において、マイクロニードルデバイス１０の針状突起物１２部分のみがホルダ５１のスリーブ５５の円柱形状断面側に突出したような形態となるため、通常の注射針と比較して針を差し込む深さおよび角度に細かく配慮することなく、スキルレスに穿刺可能になる。
【００５２】
次に、マイクロニードルデバイス１０を用いて実際に皮膚に穿刺して、薬液を体内に投与する状況を図１１の（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。
【００５３】
最初に、図１１の（ａ）に示すようにホルダ５１に装着されたマイクロニードルデバイス１０を皮膚６０に穿刺する。皮膚６０は、表面の角質層を含む表皮６１（厚さ０．２ｍｍ程度）と、毛細血管や神経、汗腺などがある真皮６２（厚さ１．５〜２．０ｍｍ程度）、およびその下の主に脂肪等からなる皮下組織６３で構成される。第１の材料（可溶性材料）１４ａからなる針状突起物１２の先端部１７は、未だこの時点では溶融しておらず、鋭角な状態を保っているため、比較的硬い表皮６１を容易に貫くことが可能である。
【００５４】
次いで、図１１の（ｂ）に示すようにマイクロニードルデバイス１０の針状突起物１２は表皮６０に貫通して、真皮６２もしくは皮下組織６３の上面まで達する。この状態を僅かな時間維持することで、第１の材料１４ａからなる針状突起物１２の先端部１７が皮膚内に溶融し始める。
【００５５】
次いで、図１１の（ｃ）に示すように第１の材料１４ａからなる針状突起物１２の先端部１７のほぼ全体が溶融し、針状突起物１２内の流体管路１５が皮膚６０内に露出する。その結果、体内とリザーバ空間５９とがマイクロニードルデバイス１０の流体管路１５を通して直接導通する。この状態で図示しないシリンジの加圧することによって、リザーバ空間５９内に満たされた薬液５８を小さい力で容易に体内に注入することが可能になる。
【００５６】
次いで、図１１の（ｄ）に示すようにマイクロニードルデバイス１０を皮膚６０から引き抜いく。引き抜き直後には、皮膚６０に穿刺痕６５として微細な穴が残るが、通常、短時間でこの穴は塞がり、注入した薬液５８などの流出は殆ど起きない。
【００５７】
以上説明したように実施形態に係る本発明のマイクロニードルデバイスによれば、平坦な基板１１上に複数の針状突起物１２を基板１１と一体的に整列して形成した構造体であり、人体を含む生体の皮膚に針状突起物１２を穿刺することによって内部に設けた流体管路１５を通して体内に薬液を移送することが可能となり、体内からの血液、体液等を吸引することも可能なマイクロニードルデバイス１０を提供することができる。
【００５８】
また、前記針状突起物１２の先端部１７には針状突起物１２を構成する側面よりも小さな傾斜を持つ傾斜平面７０が形成された形状を有し、前記針状突起物１２内部の流体管路１５がその先端側には開口することなく、前記基板１１の底面のみ貫通する構造であるため、前記針状突起物１２の表面は連続面で覆われた一体の鋭利な針形状とすることができる。その結果、皮膚への穿刺は小さい力で円滑に行うことができるようになり、穿刺に伴う痛みも大幅に低減することが可能となる。
【００５９】
さらに、針状突起物１２は基板１１に対して水平もしくは略水平な境界面１３を境に上下二層の異なる材料から形成され、前記境界面１３より上側の第１の材料１４ａが人体の皮膚に接触すると溶解する可溶性材料であり、前記境界面１３より下側の第２の材料１４ｂが人体の皮膚に接触しても溶解しない不溶性材料で構成され、針状突起物１２内部の流体管路１５の未開口側の位置が境界面１３から僅かに針状突起物１２の先端側に近い位置とすることによって、穿刺後は針状突起物１２の先端部１７が皮膚内で溶融し、流体管路１５が皮膚内で開口、露出し、基板１１裏面すなわち皮膚外部、から皮膚内部までが流体管路１５を通して導通された状態になるため、体内への薬液の移送、または体内からの血液、体液の吸引を非常に円滑かつ効率的に行うことが可能となる。
【００６０】
実施形態に係るマイクロニードルデバイスの製造方法によれば、（ａ）針状突起物１２の反転形状の窪み部２１を有する第１のモールド型２０を準備する工程で、前記第１のモールド型２０は針状突起物１２の傾斜平面７０を含む境界面で第１、第２の分割モールド型２０ａ，２０ｂに分割された構造を有し、前記２つの分割モールド型２０ａ，２０ｂのうち、針状突起物１２の反転形状を有する側の第１の分割モールド型２０ａの窪み部２１に針状突起物１２の傾斜平面７０で分断される切断面形状の貫通孔７１を有すること、（ｂ）第１のモールド型２０における第１、第２の分割モールド型２０ａ，２０ｂの境界面を含む全域に離型処理を施す工程と、（ｃ）第１のモールド型２０の各窪み部２１に人体の皮膚に接触すると溶解する可溶性材料からなる第１の材料１４ａを一定量充填する工程と、（ｄ）第１のモールド型２０の上に、前記流体管路１５の反転形状を有する複数の細長い支柱３１を備えた第２のモールド型３０を、窪み部２１と支柱３１が同じ位置となるように対向密着させ、これらのモールド型２０，３０内に目的となる成形物の形状を有するキャビティ空間４０を形成する工程と、（ｅ）キャビティ空間４０内の第１の材料１４ａを硬化させる工程と、（ｆ）キャビティ空間４０に人体の皮膚に接触しても溶解しない不溶性材料からなる第２の材料１４ｂを射出充填する工程と、（ｇ）第２のモールド型３０と第１のモールド型２０とを引き離し、硬化一体化した第１および第２の材料１４ａ、１４ｂからなる成形物を取り出す工程とを含む。このために、基板１１上面に複数の針状突起物１２を基板１１と一体的に整列した構造体のマイクロニードルデバイス１０を容易に製造することができる。
【００６１】
また、第１のモールド型２０は針状突起物１２の傾斜平面７０を含む境界面を境に２つの分割モールド型２０ａ，２０ｂからなり、針状突起物１２の反転形状を有する側の第１の分割モールド型２０ａの窪み部に針状突起物１２の傾斜平面７０で分断される切断面形状の貫通孔を有するため、予めモールド型の離型性を向上させる表面処理において、前記分割モールド型２０ａ，２０ｂを分離した状態でそれぞれ処理を行うことができる。その結果、針状突起物１２の反転形状を有する微細な溝部先端部１７まで離型処理を十分に行うことが可能となる。従って前記製造工程（ｇ）において、成形硬化後の樹脂材料を第１のモールド型２０より剥離する際に、材料が第１のモールド型２０に固着し難くなり、針状突起物１２部分に破断や塑性変形を生じることなく、高品質のマイクロニードルデバイス１０を安価かつ容易に製造することができる。
【００６２】
特に、前記工程（ｄ）において第２のモールド型３０の支柱３１の先端部が、充填された第１の材料１４ａ内に少なくとも僅かに沈み込み、かつ第１のモールド型２０の窪み部２１の側壁には接触しない位置に保たれているために、第１のモールド型２０の窪み部２１と第２のモールド型３０の支柱３１との間に高い位置合せ精度が必要なくなり、針状突起物１２および内部の流体経路１５部分にバリ等が発生することを回避できる。
【００６３】
また、前記工程（ｅ）において，キャビティ空間４０内を減圧および加熱することによって、第１の材料１４ａの脱泡および乾燥硬化を促進させることが可能となるため、成形時間の短縮および品質の向上を達成することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０…マイクロニードルデバイス、１１…基板、１２…針状突起物、１３…境界面、１４ａ…第１の材料（可溶性材料）、１４ｂ…第２の材料（不溶性材料）、１５…流体管路、１６…開口部、１７…先端部、２０…第１のモールド型、２０ａ…第１の分割モールド型，２０ｂ…第２の分割モールド型、２１…窪み部、３０…第２のモールド型、３１…支柱、４０…キャビティ空間、５０…アプリケータ、５１…ホルダ、５２…シリンジ、５５…スリーブ、５６…支持ベース、５７…ロック部、５８…薬液、５９…リザーバ空間、７０…傾斜平面、７１…貫通孔。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロニードルデバイスおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロニードルデバイスは、人体の皮膚を通して薬液を体内に移送する、または体内より血液や体液を吸引する、複数の微細な針状突起物を備えた構造を有する。例えば、特許文献１、２には基板上に複数の微細な針状突起物を形成し、かつ針状突起物に貫通孔を設けたマイクロニードルデバイスにおいて、前記貫通孔の針側の開口部を針状突起物の最先端部に設けた構造のものが開示されている。
【０００３】
また、人体の皮膚への穿刺性向上や複製の容易化などの理由から、貫通孔の針側開口部を針状突起物の傾斜面上に設けた構造が多く採用されている（例えば、特許文献３、４参照）。
【０００４】
前記貫通孔を有するマイクロニードルデバイスの複製および成形方法は、特許文献２、４に記載されている。すなわち、１つ目の複製および成形方法は針状突起物の反転形状を有する第１のモールド型と、貫通孔の反転形状を有する支柱を針状突起物と同ピッチ設けた第２のモールド型とを対向させ、上下の半型間にシート状の樹脂材料を挟み込むように設置し、熱によって樹脂材料を溶融させつつ、上下の半型間の隙間を狭めて材料をプレスすることによって所定のマイクロニードル形状に成形する方法である。２つ目の複製および成形方法は、予め貫通孔の無いマイクロニードルデバイスを熱プレス等で成形し、貫通孔の反転形状を有する支柱を基板上に設けた剣山状の型を加熱し、剣山状の型の支柱に前記貫通孔の無いマイクロニードルの底面側より突き刺すことによって貫通孔を設ける方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００２−５２１２２２号公報
【特許文献２】特表２００３−５０１１６１号公報
【特許文献３】特表２００４−５０７３７１号公報
【特許文献４】特表２００６−５１８６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２のように貫通孔の開口部を針状突起物の最先端部に設けたマイクロニードルデバイスの場合には、構造上、皮膚との接触面積が比較的大きくなる。その結果、穿刺時の抵抗が増加して複数の針状突起物を皮膚内に確実に刺し込むために大きな力が必要となる。その上、穿刺抵抗の増大が痛みを増大させる要因にもなる。さらに、皮膚組織の一部が貫通孔に入り込んで詰まり、薬液の注入または血液、体液等の吸引が非常に困難となる。
【０００７】
また、特許文献３、４のように貫通孔の開口部を針状突起物の傾斜面に設けた場合、皮膚との初期の接触面積を小さくできるため、穿刺能力は先端に開口部がある場合に比較して改善が見込める。しかしながら、穿刺後の皮膚内部では周囲に押しのけられた皮膚組織が針状突起物表面に密着するため、貫通孔の開口部が塞がれた状態となり、円滑な薬剤注入または血液、体液等の吸引が行えなくなるという課題がある。
【０００８】
さらに、マイクロニードルデバイスの複製および成形方法についても課題がある。例えば、特許文献２、４のように上下に分割されたモールド間にある材料をプレスして最終形状を得るような複製および成形方法の場合では、バリ（型同士の合わせ面の隙間に樹脂が流れ込む現象）が無く一様な貫通孔を形成するために、針状突起物の反転形状を有する窪み部を備えた第１のモールド型の窪み部ピッチと、貫通孔の反転形状を有する複数の細長い支柱を備えた第２のモールド型の支柱ピッチとを高精度で合わせ込む必要がある。
【０００９】
また、ピッチのみならず、支柱先端が隙間なく第１のモールド型の針状突起物の反転形状を有する窪み部分に密着していることが重要となる。すなわち、第２のモールド型の支柱上面と第１のモールド型との合わせ面の高さ位置も非常に高い精度が要求される。
【００１０】
さらに、成形硬化後の樹脂材料をモールド型より剥離する際に、第１のモールド型の窪み部が先細りの微細な止まり穴形状であるため、その窪み部に充填された樹脂が固着し易くなり、針状突起物の先端部分に破断や塑性変形を生じる課題もある。
【００１１】
本発明は、流体管路を有するマイクロニードルデバイスにおいて、皮膚に対して小さい力で痛みがなく穿刺可能で、かつ穿刺後は薬剤注入または血液、体液等の吸引を円滑に行うことが可能な高品質のマイクロニードルデバイスを提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は分割されたモールド型の合わせ部分での高い精度を必要とせずにバリ等が少なく、かつ剥離時の針状突起物の破断や塑性変形が生じることない、高品質なマイクロニードルデバイスを簡単に複製、成形することが可能な製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様によると、
平坦な基板の上面に複数の円錐状または多角錐状の微細な針状突起物を前記基板と一体的に整列した構造体であって、
前記針状突起物は、内部に前記基板に対し垂直もしくは略垂直な流体管路を有し、前記流体管路は前記境界面から僅かに前記針状突起物の先端側に近い位置から前記基板の底面までを貫通して形成され、
前記針状突起物は、前記基板に対して水平もしくは略水平な境界面を境に上下２層の異なる材料からなり、前記境界面よりも先端側部分の第１の材料が人体の皮膚に接触すると溶解する可溶性材料であり、前記境界面よりも基板側部分の第２の材料が人体の皮膚に接触しても溶解しない不溶性材料であり、かつ
前記針状突起物の先端部は、針状突起物の側面よりも小さな傾斜を持つ傾斜平面が形成された形状を有することを特徴とするマイクロニードルデバイスが提供される。
【００１４】
本発明の第２の態様によると、
前記第１の態様のマイクロニードルデバイスの製造方法であって、
（ａ）前記針状突起物の反転形状の窪み部を有する第１のモールド型を準備する工程で、前記第１のモールド型は前記針状突起物の前記傾斜平面を含む境界面で第１、第２の分割モールド型に分割された構造を有し、前記２つの分割モールド型のうち、針状突起物の反転形状を有する側の第１の分割モールド型の窪み部に前記針状突起物の前記傾斜平面で分断される切断面形状の貫通孔を有すること、
（ｂ）前記第１のモールド型における前記第１、第２の分割モールド型の境界面を含む全域に離型処理を施す工程と、
（ｃ）前記第１のモールド型の各窪み部に人体の皮膚に接触すると溶解する可溶性材料からなる第１の材料を一定量充填する工程と、
（ｄ）前記第１のモールド型の上に、前記流体管路の反転形状を有する複数の細長い支柱を備えた第２のモールド型を前記窪み部と前記支柱が同じ位置となるように対向密着させ、これらのモールド型内に目的となる成形物の形状を有するキャビティ空間を形成する工程と、
（ｅ）前記キャビティ空間内の前記第１の材料を硬化させる工程と、
（ｆ）前記キャビティ空間に人体の皮膚に接触しても溶解しない不溶性材料からなる第２の材料を射出充填する工程と、
（ｇ）前記第２のモールド型と前記第１のモールド型とを引き離し、硬化一体化した前記第１および第２の材料による成形物を取り出す工程と、
を含むことを特徴とするマイクロニードルデバイスの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、流体管路（貫通孔）を有するマイクロニードルデバイスにおいて、皮膚に対して小さい力で痛み無く穿刺可能で、かつ穿刺後は薬剤注入または血液、体液等の吸引を円滑に行うことが可能な高品質のマイクロニードルデバイスを提供することができる。
【００１６】
また、本発明によれば分割されたモールド型の合わせ部分での高い精度を必要とせずにバリ等が少なく、かつ剥離時の針状突起物の破断や塑性変形が生じることない、高品質なマイクロニードルデバイスを簡単に複製、成形することが可能な製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係るマイクロニードルデバイスを概略的に示す縦断側面図である。
【図２】図１の針状突起物単体の構造を示す斜視図である。
【図３】マイクロニードルデバイスの外観形態例を概略的に示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係るマイクロニードルデバイスの製造に用いられるモールド型の構造を示す断面模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係るマイクロニードルデバイスの製造に用いられるモールド型の構造を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態に係るマイクロニードルデバイスの製造に用いられる第１のモールド型における第１の分割モールド型の構造を示す斜視図である。
【図７】図６の第１のモールド型の離型処理状態を示す部分拡大断面模式図である。
【図８】本発明の実施形態に係るマイクロニードルデバイスの製造方法を工程順に示す縦断側面図である。
【図９】本発明の実施形態に係るマイクロニードルデバイスのアプリケータへの装着形態を概略的に示す縦断側面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るマイクロニードルデバイスのアプリケータへの装着形態を概略的に示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施形態に係るマイクロニードルデバイスの皮膚への穿刺および薬液投与の手順を示す縦断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係るマイクロニードルデバイスおよび製造方法を図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は、実施形態に係るマイクロニードルデバイスを示す概略縦側面図、図２は図１のマイクロニードルデバイスの針状突起物単体の構造を示す拡大斜視図である。
【００２０】
図１、図２に示すように実施形態に係るマイクロニードルデバイス１０は、平坦な基板１１に複数の針状突起物１２が前記基板１１と一体的に整列した構造体である。
【００２１】
前記針状突起物１２は基本部分が円錐もしくは多角錐形状であり、先端鋭角部分に傾斜平面７０を形成した形状を有する。傾斜平面７０は、針状突起物１２の錐形状を構成する側面と基板１１表面とがなす角度よりも小さな角度を持つ。傾斜平面７０の角度は、錐形状を構成する側面と基板１１表面とがなす角度よりも５〜４５°小さいことが好ましい。
【００２２】
針状突起物１２は、基板１１に対して水平もしくは略水平な境界面１３を境に上下２層の異なる第１、第２の材料１４ａ，１４ｂで構成されている。なお、略水平とは水平に対し、±３０°の範囲で傾いた状態を意味する。また、針状突起物１２の内部には基板１１に対して垂直もしくは略垂直な流体管路１５が形成されている。なお、略垂直とは垂直に対し、±２０°の範囲で傾いた状態を意味する。流体管路１５は、一端が基板１１の底面に開口して開口部１６を形成し、他端が針状突起物１２の先端側の表面には開口せず、境界面１３よりも僅かに先端部１７に近い側の位置で止まり穴となっている。
【００２３】
針状突起物１２を構成する第１の材料１４ａは、境界面１３よりも先端部１７側に位置し、人体の皮膚に接触するとその体温で溶解する可溶性の材料で構成される。第２の材料１４ｂは、境界面１３よりも基板１１側に位置し、人体の皮膚に接触してもその体温で溶解しない不溶性の材料で構成されている。なお、基板１１の材料は、針状突起物１２の下層の第２の材料（不溶性材料）１４ｂと同じであることが望ましいが、人体の皮膚との接触で不溶であれば、これに限定するものではない。
【００２４】
針状突起物１２は、基板１１の上面からの長さが１００〜２０００μｍ、より好ましくは１５００〜１８００μｍであることが望ましい。針状突起物１２の第１の材料（可溶性材料）１４ａで構成される部分の長さは、１００〜３００μｍであることが好ましい。
【００２５】
流体管路１５の止まり穴位置における内径は、１０〜５０μｍであることが好ましい。流体管路１５の開口部１６内径は、流動抵抗を減らすために、少なくとも前記止まり穴位置の内径と同じか、隣り合う流体管路１５のピッチ間隔以下で可能な限り大きくとることがより望ましい。また、流体管路１５自体の内径は、止まり穴位置から開口部１６までは段階的もしくはテーパ状に徐々に大きくなることが好ましい。
【００２６】
なお、針状突起物１２の先端側を構成する第１の材料（可溶性材料）１４ａは、人体の皮膚内の水分で比較的短時間で溶融すること、生体との適合性および高い安全性が必要となることから、例えばキトサン、ペクチン、アルギン酸塩等が挙げられる。
【００２７】
針状突起物１２の境界面１３よりも基板１１側部分および基板１１を構成する第２の材料（不溶性材料）１４ｂは、例えばポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）などの汎用樹脂が挙げられる。また、生体との適合を考慮して、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）などの生分解性の熱可塑性プラスチックも好適である。
【００２８】
実施形態に係るマイクロニードルデバイス１０は、前述した図１、図２に示す構造に限定されず、例えば以下に説明する図３の（ａ）〜（ｃ）に示す構造であってもよい。
【００２９】
すなわち、図３の（ａ）は基板１１が円形で、針状突起物１２が円錐形状を有するマイクロニードルデバイス１０の一例を示し、後述する穿刺器具への装着を考慮して基板１１の外周縁部分に段差部１８が形成されている。
【００３０】
図３の（ｂ）は、同様に基板１１が円形で、針状突起物１２が四角錐形状を有する一例を示している。また、図３の（ｃ）は、基板１１が四角形状を有し、針状突起物１２が四角錘形状を有する一例を示している。
【００３１】
各例とも、針状突起物１１が異なる第１、第２の材料１４ａ，１４ｂの２層で構成され、内部に流体管路１５を備えている。流体管路１５は、針状突起物１２の表面には開口していないため、前記針状突起物１２の外観は円錐もしくは角錐の先端部分に傾斜平面７０を形成された中実構造のように見える。そのため、図３において流体管路１５を破線で表した。
【００３２】
次に、実施形態に係るマイクロニードルデバイス１０の製造方法を図４〜図７および図８の（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。図４〜図７は、マイクロニードルデバイス１０の製造工程の成形に用いるモールド型を詳述する図である。
【００３３】
図４は、マイクロニードルデバイスの成形に使用するモールド型の構造を示す断面模式図である。モールド型は、前記針状突起物１２の反転形状を有する複数の窪み部２１が等ピッチで形成された第１のモールド型２０と、前記流体管路１５の反転形状を有する複数の細長い支柱３１が前記窪み部２１と等しいピッチで配置された第２のモールド型３０から構成されている。成形時には、第１のモールド型２０と第２のモールド型３０がパーティング面２３で互いに対向密着し、これらのモールド型２０，３０の内部に目的となる成形物であるマイクロニードルデバイス１０の形状を有するキャビティ空間４０が形成される。
【００３４】
また、第１のモールド型２０は前記針状突起物１２の反転形状を有する窪み部２１の前記傾斜平面７０を含む境界面２４を境に、第１の分割モールド型２０ａと第２の分割モールド型２０ｂに分割可能な構造となっている。
【００３５】
図５は、マイクロニードルデバイスの成形に使用するモールド型の外観を示す斜視図である。第１のモールド型２０のパーティング面２３側には、マイクロニードルデバイス１０の外形形状を有する円形の段差形状と、その底面には前記針状突起物１２の反転形状を有する複数の窪み部２１が等ピッチで形成されている。他方、第２のモールド型３０のパーティング面２３側には、前記流体管路１５の反転形状を有する複数の細長い支柱３１が前記窪み部２１と等しいピッチで配置されている。成形時には、これらのモールド型２０、３０のパーティング面２３同士を密着させる。この密着によって、前記支柱３１は前記窪み部２１に嵌合される。
【００３６】
図６は、第１のモールド型の分割構造を示す斜視図で、第１の分割モールド型２０ａおよび第２の分割モールド型２０ｂの合わせ面である境界面２４が共に上向きになっている状態を示す。第１の分割モールド型２０ａの境界面２４上には、前記針状突起物１２の反転形状を有する窪み部２１（図示せず）が前記傾斜平面７０によって分断された断面形状を有する複数の貫通孔７１が配置されている。
【００３７】
第１のモールド型２０における材料の離型性を向上させる表面処理を図７を参照して詳述する。第１のモールド型２０は、境界面２４によって第１の分割モールド型２０ａと第２の分割モールド型２０ｂに分割した状態で表面処理を行うことが可能である。第１のモールド型を止まり穴形状にすると、離型処理が困難になる。図６および図７に示すように第１の分割モールド型２０ａの微細な窪み部２１は、前記貫通孔７１から露出するため、離型処理剤の流れ８１が発生し、離型処理面８０ａ全域に均等な離型処理が可能になる。また、第２の分割モールド型２０ｂも離型処理面８０ｂ全域が露出しているため、同様に均一の離型処理が可能になる。
【００３８】
実施形態に係るマイクロニードルデバイスの製造方法を前述した図４〜図７のモールド型に関する記述を参考にし、図８の（ａ）〜（ｅ）を参照して具体的に説明する。なお、以下の実施形態に係るマイクロニードルデバイス１０の製造方法は、好適な一例であり、この方法のみに限定するものではなく、その他の製造方法も適宜適用することが可能である。
【００３９】
まず、図８（ａ）に示すように前記針状突起物１２の反転形状の複数の窪み部２１を有する第１のモールド型２０を用意する。第１のモールド型２０は、互に分割可能な第１の分割モールド型２０ａおよび第２の分割モールド型２０ｂからなり、各分割モールド型２０ａ，２０ｂは前述したように離型処理面８０ａ，８０ｂ全域に均等な離型処理が施されている。つづいて、第１のモールド型２０の各窪み部２１に第１の材料（可溶性材料）１４ａを微量吐出手段２２によって一定量充填する。微量吐出手段２２は、ピエゾ方式、電磁ピストン方式のような微量吐出ディスペンサ等が好適である。
【００４０】
次いで、図８（ｂ）に示すように前記流体管路１５の反転形状を有し、かつ第１のモールド型２０の窪み部２１と同数、同間隔で配置された複数の細長い支柱３１を備えた第２のモールド型３０を用意する。つづいて、この第２のモールド型３０を第１のモールド型２０の上方に対向配置する。この型締めによって、第１のモールド型２０の窪み部２１と第２のモールド型３０の支柱３１とが一対一に嵌合し合うように位置決めされ、かつ窪み部２１の傾斜表面と支柱３１の先端部とが接触することなく僅かな間隔を維持した状態で固定される。このため、第１、第２のモールド型２０，３０の合わせ部分に目的となる成形物であるマイクロニードルデバイス１０の形状を有するキャビティ空間４０が形成される。
【００４１】
なお、図８の（ｂ）に示す工程における第１の材料１４ａの充填量は、乾燥硬化後の収縮した状態において前記支柱３１の先端部を下回らないように予め調整されている。
【００４２】
次いで、図８（ｃ）に示すように前記キャビティ空間４０内の第１の材料１４ａを硬化させる。すなわち、第１の材料１４ａは人体の皮膚に接触すると溶解する可溶性材料を溶液化したものであり、第１のモールド型２０に設けられたゲート３２もしくは図示しないベント経路を通して図示しない減圧手段によってキャビティ空間４０を減圧することによって、第１の材料１４ａの脱気を行い、さらに図示しない加熱手段によって第１の材料１４ａを加熱し乾燥硬化させる。
【００４３】
次いで、図８（ｄ）に示すように前記キャビティ空間４０に第２の材料１４ｂを射出充填する。すなわち、第１のモールド型２０に設けられたゲート３２を通して図示しない射出手段により溶融した第２の材料１４ｂをキャビティ空間４０に高圧充填する。この充填過程において、射出された第２の材料１４ｂはゲート３２からキャビティ空間４０の末端へと流れて行き、前記支柱３１と前記針状突起物１２の反転形状を有する窪み部２１との隙間を通じて、既に硬化している第１の材料１４ａの位置まで到達し、最終的にキャビティ空間４０の全域が第１、第２の材料１４ａ，１４ｂによって満たされる。
【００４４】
次いで、図８（ｅ）に示すように第１、第２のモールド型２０，３０から成形物であるマイクロニードルデバイス１０を取り出す。すなわち、第２の材料１４ｂの冷却硬化後、初めに第２のモールド型３０が第１のモールド型２０の上方向へ離れ、支柱３１が成形物より抜かれる。つづいて、第１のモールド型２０側に残った成形物が第１のモールド型２０に組み込まれた排出ピン２５によって排出される。取り出された成形物は、周囲のランナー部１９を除去することによって、最終形態である平坦な基板１１に２層の異なる材料からなる複数の針状突起物１２を形成した、前述した図１、図２に示す構造のマイクロニードルデバイス１０が得られる。
【００４５】
次に、実施形態のマイクロニードルデバイス１０の実際の皮膚への穿刺時に使用するアプリケータへの装着形態について説明する。
【００４６】
図９は、マイクロニードルデバイス１０をアプリケータ５０に装着した状態を示す。アプリケータ５０は、マイクロニードルデバイス１０を直接的に固定するホルダ５１と、実際に薬液の注入や血液、体液の吸引を行うシリンジ５２とから構成される。
【００４７】
ホルダ５１は、マイクロニードルデバイス１０とシリンジ５２とを実質的に結合する異なる内径のフランジ構造を有する支持ベース５６と、マイクロニードルデバイス１０を支持ベース５６に密着固定するためのスリーブ５５とから構成される。
【００４８】
支持ベース５６の大きい側の開口部の外径は、マイクロニードル１０の基板寸法に合わせて設定されている。マイクロニードルデバイス１０は、その裏面を支持ベース５６の開口口元部に密着させた状態でスリーブ５５によって固定される。固定の圧力によりマイクロニードルデバイス１０と支持ベース５６で囲まれたリザーバ空間５９は密閉が確保される。
【００４９】
支持ベース５６の小さい側の円筒部外側には、ロック部５７が設けられている。このロック部５７によって、マイクロニードルデバイス１０を含む支持ベース５６とシリンジ５２とを漏れなく確実に密着固定する。
【００５０】
このような図９に示す構成によれば、シリンジ５２内部の薬液５８は、リザーバ空間５９およびマイクロニードルデバイス１０の流体管路１５を通して人体の皮膚内に注入可能な状態となる。
【００５１】
図１０は、前記アプリケータ５０の実体を示している。マイクロニードルデバイス１０は、ホルダ５１を介してシリンジ５２に装着可能に設けられている。このようなアプリケータ５０において、マイクロニードルデバイス１０の針状突起物１２部分のみがホルダ５１のスリーブ５５の円柱形状断面側に突出したような形態となるため、通常の注射針と比較して針を差し込む深さおよび角度に細かく配慮することなく、スキルレスに穿刺可能になる。
【００５２】
次に、マイクロニードルデバイス１０を用いて実際に皮膚に穿刺して、薬液を体内に投与する状況を図１１の（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。
【００５３】
最初に、図１１の（ａ）に示すようにホルダ５１に装着されたマイクロニードルデバイス１０を皮膚６０に穿刺する。皮膚６０は、表面の角質層を含む表皮６１（厚さ０．２ｍｍ程度）と、毛細血管や神経、汗腺などがある真皮６２（厚さ１．５〜２．０ｍｍ程度）、およびその下の主に脂肪等からなる皮下組織６３で構成される。第１の材料（可溶性材料）１４ａからなる針状突起物１２の先端部１７は、未だこの時点では溶融しておらず、鋭角な状態を保っているため、比較的硬い表皮６１を容易に貫くことが可能である。
【００５４】
次いで、図１１の（ｂ）に示すようにマイクロニードルデバイス１０の針状突起物１２は表皮６０に貫通して、真皮６２もしくは皮下組織６３の上面まで達する。この状態を僅かな時間維持することで、第１の材料１４ａからなる針状突起物１２の先端部１７が皮膚内に溶融し始める。
【００５５】
次いで、図１１の（ｃ）に示すように第１の材料１４ａからなる針状突起物１２の先端部１７のほぼ全体が溶融し、針状突起物１２内の流体管路１５が皮膚６０内に露出する。その結果、体内とリザーバ空間５９とがマイクロニードルデバイス１０の流体管路１５を通して直接導通する。この状態で図示しないシリンジの加圧することによって、リザーバ空間５９内に満たされた薬液５８を小さい力で容易に体内に注入することが可能になる。
【００５６】
次いで、図１１の（ｄ）に示すようにマイクロニードルデバイス１０を皮膚６０から引き抜いく。引き抜き直後には、皮膚６０に穿刺痕６５として微細な穴が残るが、通常、短時間でこの穴は塞がり、注入した薬液５８などの流出は殆ど起きない。
【００５７】
以上説明したように実施形態に係る本発明のマイクロニードルデバイスによれば、平坦な基板１１上に複数の針状突起物１２を基板１１と一体的に整列して形成した構造体であり、人体を含む生体の皮膚に針状突起物１２を穿刺することによって内部に設けた流体管路１５を通して体内に薬液を移送することが可能となり、体内からの血液、体液等を吸引することも可能なマイクロニードルデバイス１０を提供することができる。
【００５８】
また、前記針状突起物１２の先端部１７には針状突起物１２を構成する側面よりも小さな傾斜を持つ傾斜平面７０が形成された形状を有し、前記針状突起物１２内部の流体管路１５がその先端側には開口することなく、前記基板１１の底面のみ貫通する構造であるため、前記針状突起物１２の表面は連続面で覆われた一体の鋭利な針形状とすることができる。その結果、皮膚への穿刺は小さい力で円滑に行うことができるようになり、穿刺に伴う痛みも大幅に低減することが可能となる。
【００５９】
さらに、針状突起物１２は基板１１に対して水平もしくは略水平な境界面１３を境に上下二層の異なる材料から形成され、前記境界面１３より上側の第１の材料１４ａが人体の皮膚に接触すると溶解する可溶性材料であり、前記境界面１３より下側の第２の材料１４ｂが人体の皮膚に接触しても溶解しない不溶性材料で構成され、針状突起物１２内部の流体管路１５の未開口側の位置が境界面１３から僅かに針状突起物１２の先端側に近い位置とすることによって、穿刺後は針状突起物１２の先端部１７が皮膚内で溶融し、流体管路１５が皮膚内で開口、露出し、基板１１裏面すなわち皮膚外部、から皮膚内部までが流体管路１５を通して導通された状態になるため、体内への薬液の移送、または体内からの血液、体液の吸引を非常に円滑かつ効率的に行うことが可能となる。
【００６０】
実施形態に係るマイクロニードルデバイスの製造方法によれば、（ａ）針状突起物１２の反転形状の窪み部２１を有する第１のモールド型２０を準備する工程で、前記第１のモールド型２０は針状突起物１２の傾斜平面７０を含む境界面で第１、第２の分割モールド型２０ａ，２０ｂに分割された構造を有し、前記２つの分割モールド型２０ａ，２０ｂのうち、針状突起物１２の反転形状を有する側の第１の分割モールド型２０ａの窪み部２１に針状突起物１２の傾斜平面７０で分断される切断面形状の貫通孔７１を有すること、（ｂ）第１のモールド型２０における第１、第２の分割モールド型２０ａ，２０ｂの境界面を含む全域に離型処理を施す工程と、（ｃ）第１のモールド型２０の各窪み部２１に人体の皮膚に接触すると溶解する可溶性材料からなる第１の材料１４ａを一定量充填する工程と、（ｄ）第１のモールド型２０の上に、前記流体管路１５の反転形状を有する複数の細長い支柱３１を備えた第２のモールド型３０を、窪み部２１と支柱３１が同じ位置となるように対向密着させ、これらのモールド型２０，３０内に目的となる成形物の形状を有するキャビティ空間４０を形成する工程と、（ｅ）キャビティ空間４０内の第１の材料１４ａを硬化させる工程と、（ｆ）キャビティ空間４０に人体の皮膚に接触しても溶解しない不溶性材料からなる第２の材料１４ｂを射出充填する工程と、（ｇ）第２のモールド型３０と第１のモールド型２０とを引き離し、硬化一体化した第１および第２の材料１４ａ、１４ｂからなる成形物を取り出す工程とを含む。このために、基板１１上面に複数の針状突起物１２を基板１１と一体的に整列した構造体のマイクロニードルデバイス１０を容易に製造することができる。
【００６１】
また、第１のモールド型２０は針状突起物１２の傾斜平面７０を含む境界面を境に２つの分割モールド型２０ａ，２０ｂからなり、針状突起物１２の反転形状を有する側の第１の分割モールド型２０ａの窪み部に針状突起物１２の傾斜平面７０で分断される切断面形状の貫通孔を有するため、予めモールド型の離型性を向上させる表面処理において、前記分割モールド型２０ａ，２０ｂを分離した状態でそれぞれ処理を行うことができる。その結果、針状突起物１２の反転形状を有する微細な溝部先端部１７まで離型処理を十分に行うことが可能となる。従って前記製造工程（ｇ）において、成形硬化後の樹脂材料を第１のモールド型２０より剥離する際に、材料が第１のモールド型２０に固着し難くなり、針状突起物１２部分に破断や塑性変形を生じることなく、高品質のマイクロニードルデバイス１０を安価かつ容易に製造することができる。
【００６２】
特に、前記工程（ｄ）において第２のモールド型３０の支柱３１の先端部が、充填された第１の材料１４ａ内に少なくとも僅かに沈み込み、かつ第１のモールド型２０の窪み部２１の側壁には接触しない位置に保たれているために、第１のモールド型２０の窪み部２１と第２のモールド型３０の支柱３１との間に高い位置合せ精度が必要なくなり、針状突起物１２および内部の流体経路１５部分にバリ等が発生することを回避できる。
【００６３】
また、前記工程（ｅ）において，キャビティ空間４０内を減圧および加熱することによって、第１の材料１４ａの脱泡および乾燥硬化を促進させることが可能となるため、成形時間の短縮および品質の向上を達成することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０…マイクロニードルデバイス、１１…基板、１２…針状突起物、１３…境界面、１４ａ…第１の材料（可溶性材料）、１４ｂ…第２の材料（不溶性材料）、１５…流体管路、１６…開口部、１７…先端部、２０…第１のモールド型、２０ａ…第１の分割モールド型，２０ｂ…第２の分割モールド型、２１…窪み部、３０…第２のモールド型、３１…支柱、４０…キャビティ空間、５０…アプリケータ、５１…ホルダ、５２…シリンジ、５５…スリーブ、５６…支持ベース、５７…ロック部、５８…薬液、５９…リザーバ空間、７０…傾斜平面、７１…貫通孔。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な基板の上面に複数の円錐状または多角錐状の微細な針状突起物を前記基板と一体的に整列した構造体であって、
前記針状突起物は、内部に前記基板に対し垂直もしくは略垂直な流体管路を有し、前記流体管路は前記境界面から僅かに前記針状突起物の先端側に近い位置から前記基板の底面までを貫通して形成され、
前記針状突起物は、前記基板に対して水平もしくは略水平な境界面を境に上下２層の異なる材料からなり、前記境界面よりも先端側部分の第１の材料が人体の皮膚に接触すると溶解する可溶性材料であり、前記境界面よりも基板側部分の第２の材料が人体の皮膚に接触しても溶解しない不溶性材料であり、かつ
前記針状突起物の先端部は、針状突起物の側面よりも小さな傾斜を持つ傾斜平面が形成された形状を有することを特徴とするマイクロニードルデバイス。
【請求項２】
前記第１の材料は、キトサン、ペクチン、アルギン酸塩から選ばれることを特徴とする請求項１記載のマイクロニードルデバイス。
【請求項３】
前記第２の材料は、汎用樹脂またはポリグリコール酸（ＰＧＡ）、ポリ乳酸から選ばれることを特徴とする請求項１または２記載のマイクロニードルデバイス。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか１項記載のマイクロニードルデバイスの製造方法であって、
（ａ）前記針状突起物の反転形状の窪み部を有する第１のモールド型を準備する工程で、前記第１のモールド型は前記針状突起物の前記傾斜平面を含む境界面で第１、第２の分割モールド型に分割された構造を有し、前記２つの分割モールド型のうち、針状突起物の反転形状を有する側の第１の分割モールド型の窪み部に前記針状突起物の前記傾斜平面で分断される切断面形状の貫通孔を有すること、
（ｂ）前記第１のモールド型における前記第１、第２の分割モールド型の境界面を含む全域に離型処理を施す工程と、
（ｃ）前記第１のモールド型の各窪み部に人体の皮膚に接触すると溶解する可溶性材料からなる第１の材料を一定量充填する工程と、
（ｄ）前記第１のモールド型の上に、前記流体管路の反転形状を有する複数の細長い支柱を備えた第２のモールド型を前記窪み部と前記支柱が同じ位置となるように対向密着させ、これらのモールド型内に目的となる成形物の形状を有するキャビティ空間を形成する工程と、
（ｅ）前記キャビティ空間内の前記第１の材料を硬化させる工程と、
（ｆ）前記キャビティ空間に人体の皮膚に接触しても溶解しない不溶性材料からなる第２の材料を射出充填する工程と、
（ｇ）前記第２のモールド型と前記第１のモールド型とを引き離し、硬化一体化した前記第１および第２の材料による成形物を取り出す工程と、
を含むことを特徴とするマイクロニードルデバイスの製造方法。
【請求項５】
前記工程（ｄ）において前記第２のモールド型の前記支柱の先端部が充填された前記第１の材料内に少なくとも僅かに沈み込み、かつ前記第１のモールド型の前記窪み部の側壁には接触しない位置に保たれていることを特徴とする請求項４記載のマイクロニードルデバイスの製造方法。
【請求項６】
前記製造工程（ｅ）において、前記キャビティ空間内を減圧および加熱することにより、前記第１の材料を脱泡および乾燥硬化させることを特徴とする請求項４記載のマイクロニードルデバイスの製造方法。
【請求項１】
平坦な基板の上面に複数の円錐状または多角錐状の微細な針状突起物を前記基板と一体的に整列した構造体であって、
前記針状突起物は、内部に前記基板に対し垂直もしくは略垂直な流体管路を有し、前記流体管路は前記境界面から僅かに前記針状突起物の先端側に近い位置から前記基板の底面までを貫通して形成され、
前記針状突起物は、前記基板に対して水平もしくは略水平な境界面を境に上下２層の異なる材料からなり、前記境界面よりも先端側部分の第１の材料が人体の皮膚に接触すると溶解する可溶性材料であり、前記境界面よりも基板側部分の第２の材料が人体の皮膚に接触しても溶解しない不溶性材料であり、かつ
前記針状突起物の先端部は、針状突起物の側面よりも小さな傾斜を持つ傾斜平面が形成された形状を有することを特徴とするマイクロニードルデバイス。
【請求項２】
前記第１の材料は、キトサン、ペクチン、アルギン酸塩から選ばれることを特徴とする請求項１記載のマイクロニードルデバイス。
【請求項３】
前記第２の材料は、汎用樹脂またはポリグリコール酸（ＰＧＡ）、ポリ乳酸から選ばれることを特徴とする請求項１または２記載のマイクロニードルデバイス。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか１項記載のマイクロニードルデバイスの製造方法であって、
（ａ）前記針状突起物の反転形状の窪み部を有する第１のモールド型を準備する工程で、前記第１のモールド型は前記針状突起物の前記傾斜平面を含む境界面で第１、第２の分割モールド型に分割された構造を有し、前記２つの分割モールド型のうち、針状突起物の反転形状を有する側の第１の分割モールド型の窪み部に前記針状突起物の前記傾斜平面で分断される切断面形状の貫通孔を有すること、
（ｂ）前記第１のモールド型における前記第１、第２の分割モールド型の境界面を含む全域に離型処理を施す工程と、
（ｃ）前記第１のモールド型の各窪み部に人体の皮膚に接触すると溶解する可溶性材料からなる第１の材料を一定量充填する工程と、
（ｄ）前記第１のモールド型の上に、前記流体管路の反転形状を有する複数の細長い支柱を備えた第２のモールド型を前記窪み部と前記支柱が同じ位置となるように対向密着させ、これらのモールド型内に目的となる成形物の形状を有するキャビティ空間を形成する工程と、
（ｅ）前記キャビティ空間内の前記第１の材料を硬化させる工程と、
（ｆ）前記キャビティ空間に人体の皮膚に接触しても溶解しない不溶性材料からなる第２の材料を射出充填する工程と、
（ｇ）前記第２のモールド型と前記第１のモールド型とを引き離し、硬化一体化した前記第１および第２の材料による成形物を取り出す工程と、
を含むことを特徴とするマイクロニードルデバイスの製造方法。
【請求項５】
前記工程（ｄ）において前記第２のモールド型の前記支柱の先端部が充填された前記第１の材料内に少なくとも僅かに沈み込み、かつ前記第１のモールド型の前記窪み部の側壁には接触しない位置に保たれていることを特徴とする請求項４記載のマイクロニードルデバイスの製造方法。
【請求項６】
前記製造工程（ｅ）において、前記キャビティ空間内を減圧および加熱することにより、前記第１の材料を脱泡および乾燥硬化させることを特徴とする請求項４記載のマイクロニードルデバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−９４２２４（Ｐ２０１３−９４２２４Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３６９９２（Ｐ２０１１−２３６９９２）
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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