マイクロニードルの製造方法
【課題】所望の長さを有し、先端が先鋭である、錐形状のマイクロニードルの製造方法を提供する。
【解決手段】研削加工を用いて基板に第１の方向に沿って互いに平行な複数の第１の線状溝を形成する工程と、研削加工を用いて基板に第１の方向と交差する第２の方向に沿って互いに平行な複数の第２の線状溝を形成し、上部に平面を有する島状構造体を形成する工程と、該上部に平面を有する島状構造体に等方性エッチングを施す工程とを備えることを特徴とするマイクロニードルの製造方法。
【解決手段】研削加工を用いて基板に第１の方向に沿って互いに平行な複数の第１の線状溝を形成する工程と、研削加工を用いて基板に第１の方向と交差する第２の方向に沿って互いに平行な複数の第２の線状溝を形成し、上部に平面を有する島状構造体を形成する工程と、該上部に平面を有する島状構造体に等方性エッチングを施す工程とを備えることを特徴とするマイクロニードルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロニードルの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
皮膚上から薬剤を浸透させ体内に薬剤を投与する方法として経皮吸収法が知られている。この方法は、非侵襲的であり、人体に痛みを与えることなく簡便に薬剤を投与することを可能にする。しかし、薬剤の種類によっては経皮吸収法による投与が困難なことがある。
【０００３】
そこで、これらの薬剤を効率よく体内に吸収させるために、ミクロンオーダーの多数のニードルを有するマイクロニードルアレイを用いて皮膚を穿孔し、皮膚内に直接薬剤を投与する方法が注目されている。この方法によれば、投薬用の特別な機器を用いることなく、簡便に薬剤を皮下投与することができる（特許文献１参照）。
【０００４】
マイクロニードルは、皮膚を穿孔するための十分な細さと先端角、および皮下に薬液を浸透させるための十分な長さを有していることが必要とされる。ニードルの直径は数μｍから数百μｍであることが望ましい。ニードル長さは皮膚の最外層である角質層を貫通する長さが望ましいとされている。角質層の厚さは人体の部位によっても若干異なるが、平均して２０μｍ程度である。また、角質層の下にはおよそ２００μｍから３５０μｍ程度の厚さの表皮が存在し、さらにその下層には毛細血管が張りめぐる真皮層が存在する。このため、角質層を貫通させ薬液を浸透させるためには少なくとも２０μｍ以上のニードル長さが要求される。また、採血を目的とする場合には、少なくとも３５０μｍ以上のニードル長さが要求される。
【０００５】
マイクロニードルは、一般的にシリコンを加工して製造することが試みられている。シリコンは、ＭＥＭＳデバイスや半導体製造に広く用いられている材料であり、安価で、且つ微細加工性に優れる。シリコン製のマイクロニードルの作製方法としては、シリコンウェハの両面にシリコン酸化膜を形成してパターニングを施し、その表面から結晶異方性エッチング加工を施し、裏面から等方性エッチングを施す方法が提案されている。この方法により、例えば長さ５００μｍ以上、幅２００μｍ以下のマイクロニードルを作製することができる。また、そのマイクロニードルをアレイ状にすることによって採血の確実性を増すことができる（特許文献２参照）。同様に、シリコン基板にウェットエッチングを行い、シリコンの単結晶材料の結晶面方位ごとのエッチングレート差を利用した製造方法が提案されている（特許文献３参照）。
【０００６】
シリコン以外の材料によるマイクロニードルの作製方法も提案されている。例えば機械加工鋼板の一面上にワイヤカッティング法でマイクロニードルを形成するものである。この方法は、上向きおよび下向きカッティングの角度を変化させることで、形成するマイクロニードルの寸法と形状を制御するというものである（特許文献４参照）。
【０００７】
また、マイクロニードルを構成する材料は、仮に破損したマイクロニードルが体内に残留した場合でも、人体に悪影響を及ぼさないことが必要である。このような材料として医療用シリコーン樹脂や、マルトース、ポリ乳酸、デキストラン等の生体適合材料が有望視されている（特許文献５参照）。
【０００８】
このような微細構造を低コストかつ大量に製造するためには、射出成型法、インプリント法、キャスティング法等に代表される転写成型法が有効である。しかし、いずれの方法でも成型を行うためには所望の形状を凹凸反転させた原型が必要であり、マイクロニードルのようなアスペクト比（構造体の幅に対する高さ、もしくは深さの比率）が高く、先端部の先鋭化が必要である構造体を形成するためには、製造工程が非常に複雑となる。
【０００９】
しかし、従来のウェットエッチングを用いる方法は、結晶面方位ごとのエッチングレート差を利用するものであり、マイクロニードルを製造するには高度に精製された単結晶材料を必要とし、マイクロニードルのテーパ角度、先端角度は単結晶材料の物性により規定される。このため、皮膚の構成を考慮し、適切な形状、寸法にマイクロニードルを設計し、製造することは困難である。
【００１０】
ワイヤカッティングを用いる方法では、上向きカッティングがマイクロニードルの頂部に到達した後、直ちに下向きカッティングに移行することができないため、現実的には１乃至２０μｍは水平にカッティングが進行する。そのため、製造されるマイクロニードルは先端部に平坦面を有する角錐台形形状となり、マイクロニードルの穿刺性が悪くなるという問題がある。
【００１１】
また、アレイ状に配列されたマイクロニードルでは、一般に平坦な基板表面に柱形状または錐形状のニードルが直立して配置される。しかし、従来の方法では、マイクロニードルの基底部において、基板表面とマイクロニードル側面が角を成した形状となる。このような形状だと、穿刺時にマイクロニードル基底部の角部に応力が集中し、マイクロニードルが破損するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第６，１８３，４３４号明細書
【特許文献２】特開２００２−３６９８１６号公報
【特許文献３】特開２００４−５８２６５号公報
【特許文献４】特表２００６−５１３８１１号公報
【特許文献５】特開２００５−２１６７７号公報
【発明の概要】
【００１３】
本発明の目的は、所望の長さを有し、先端が先鋭である、錐形状のマイクロニードルの製造方法を提供することにある。
【００１４】
本発明は、研削加工を用いて基板に第１の方向に沿って互いに平行な複数の第１の線状溝を形成する工程と、研削加工を用いて基板に第１の方向と交差する第２の方向に沿って互いに平行な複数の第２の線状溝を形成する工程とを有することを特徴とするマイクロニードルの製造方法である。
【００１５】
本発明においては、線状溝を形成するにあたり、一本の線状溝に対し、基板面に対して水平方向に移動した研削加工を複数回行ってもよい。
【００１６】
本発明においては、第１の線状溝と第２の線状溝を形成するにあたり、第１の線状溝と第２の線状溝とを相互に相前後して形成してもよい。
【００１７】
本発明においては、研削加工として、ダイシングブレードを用いた研削を行い、前記ダイシングブレードは、側面と先端面とこれらの間の傾斜面とを含み、傾斜面と先端面との境界が面取りされていることが好ましい。
【００１８】
本発明においては、研削加工として、ダイシングブレードを用いた研削を行い、隣接する２つの第１の線状溝を形成する際に前記ダイシングブレードを傾斜面が部分的に重なるように移動させ、隣接する２つの第２の線状溝を形成する際に前記ダイシングブレードを傾斜面が部分的に重なるように移動させてもよい。
【００１９】
本発明においては、研削加工を用いて基板に第１の方向に沿って互いに平行な複数の第１の線状溝を形成する工程と、研削加工を用いて基板に第１の方向と交差する第２の方向に沿って互いに平行な複数の第２の線状溝を形成する工程によって、島状構造体を形成し、前記島状構造体に等方性エッチングを施してもよい。
【００２０】
本発明においては、研削加工として、ダイシングブレードを用いた研削を行い、傾斜面の角度が異なるダイシングブレードを用い、前記第１および／または第２の線状溝に対応して、基板にさらなる線状溝を形成してもよい。
【００２１】
本発明において、たとえば前記第１の線状溝と第２の線状溝は９０度の角度をなして交差する。
【００２２】
本発明は、さらに、前記第１の方向および第２の方向に交差する第３の方向に沿って互いに平行な複数の第３の線状溝を形成する工程を有していてもよい。この場合、たとえば前記第１の線状溝、第２の線状溝および第３の線状溝のうちの２つは１２０度の角度をなして交差する。
【００２３】
本発明においては、前記基板に未貫通孔または貫通孔を設け、前記未貫通孔または貫通孔の位置からはずれた位置にマイクロニードルを形成してもよい。
【００２４】
本発明においては、前記基板に未貫通孔または貫通孔を設け、前記未貫通孔または貫通孔の位置に重なるようにマイクロニードルを形成してもよい。
【００２５】
また、本発明は、上記のマイクロニードルの製造方法で作製したマイクロニードルを母型とし、前記母型から複製版を作製し、前記複製版からの転写によりマイクロニードルを製造することを特徴とするマイクロニードルの製造方法である。前記複製版からの転写のとき、生体適合性材料に転写を行うことが好ましい。
【００２６】
また、本発明は、上記のいずれかのマイクロニードルの製造方法によって製造されたマイクロニードルである。
【００２７】
また、本発明は、側面と先端面とこれらの間の傾斜面とを含むダイシングブレードを有することを特徴とするマイクロニードルの製造装置である。
【００２８】
本発明の一実施形態に係るマイクロニードルの製造方法では、研削加工により溝を形成し、マイクロニードルの先鋭部の頂点は溝の傾斜面の重なりによって形成される。このため、ワイヤカッティングのようにマイクロニードルの先鋭部が平坦となることがない。また、線状に溝を設けることで、列毎にマイクロニードルを作製することができるため、特に、アレイ状に配列されたマイクロニードルを製造する場合、一括で形成することが可能となる。また、溝の形状および溝同士が交差する角度を制御することにより、多様な底面の形状を有する錐状のマイクロニードルを製造することができる。例えば、第１の線状溝と第２の線状溝を９０度で交差させることにより、底面が長方形の形状を有するマイクロニードルを製造することができる。
【００２９】
また、本発明のマイクロニードルの製造方法において、先端面と傾斜面とが角を成して交わらないように面取り加工したダイシングブレードを用いることにより、基底部に緩やかな裾の形状を有するマイクロニードルを製造することができる。これにより、穿刺時のマイクロニードル基底部に集中する応力を緩和し、その結果穿刺時のマイクロニードルの破損を抑制するのに適した形状のマイクロニードルを製造することが可能となる。
【００３０】
また、本発明の他の実施形態に係るマイクロニードルの製造方法では、ダイシングブレードによる溝加工と等方性エッチングを併用することにより、単結晶材料からなる基板に限定されることなくマイクロニードル先端部を先鋭化することができる。このとき、溝の形状によりマイクロニードルの形状を制御することができる。このため、形状およびテーパ角度、先端角度の設計の自由度が高く、先端部が鋭利なマイクロニードルを製造可能である。
【００３１】
また、上記のような方法で作製したマイクロニードルを母型とし、前記母型から複製版を作製し、前記複製版からの転写によりマイクロニードルを製造すると、様々な材料にマイクロニードルの形状を転写することができる。このため、例えば、生体適合材料（医療用シリコーン樹脂や、マルトース、ポリ乳酸、デキストラン等）に転写することで、生体に低負荷の材料を用いたマイクロニードルを製造することが可能となる。また、機械的強度の高い複製版を作製することにより、同一の複製版で多量のマイクロニードルを製造することができるため、生産コストを低くし、生産性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１はダイシングブレードの先端部の一例を示す断面図である。
【図２】図２は本発明のマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図３】図３は本発明の方法によって製造されたマイクロニードルの一例を示す断面図である。
【図４】図４は本発明の方法によって製造されたマイクロニードルの他の例を示す断面図である。
【図５】図５は本発明の方法によって製造されたマイクロニードルの斜視図である。
【図６】図６は本発明の方法によって水平方向に複数回研削して線状溝を形成する、マイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図７】図７は本発明の方法によって第１の線状溝と第２の線状溝を相互に相前後して形成する方法を示す平面図である。
【図８】図８は本発明のマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図９】図９は本発明の方法によって製造されたマイクロニードルの斜視図である。
【図１０】図１０は本発明のマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１１】図１１は本発明のマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１２】図１２は本発明のマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１３】図１３は本発明のマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１４】図１４は本発明のマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１５】図１５は溝加工の例を示す平面図である。
【図１６】図１６は溝加工を繰り返す事による多段構造の形成方法の例を示す断面図である。
【図１７】図１７は溝加工を繰り返す事による多段構造の形成方法の例を示す断面図である。
【図１８】図１８は等方性エッチングによるマイクロニードルの形状変化を示す断面図である。
【図１９】図１９は本発明の方法によって製造されたマイクロニードルの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明のマイクロニードルの製造方法では、研削加工を用いて、基板を加工し、マイクロニードルを製造する。ここで、「研削加工」とは、高速で回転する研削砥石を用いて、該砥石を構成するきわめて硬く微細な砥粒によって加工物を削り取ってゆく加工法をいう。例えば、研削砥石として、ダイシングブレードを用いてもよい。
【００３４】
本発明における研削加工は、高速で回転するスピンドルの先端に取り付けられたダイシングブレードによって、被加工基板に線状溝を加工してもよい。ダイシングブレードは、円盤状の支持体の外周部に形成される。ダイシングブレードの材質は高い硬度を有することが望ましく、一般にダイヤモンド砥粒を用いることが多い。本発明においても、円盤状の支持体の外周部全面にダイヤモンド砥粒を含むダイシングブレードが形成された、ダイヤモンドホイールを用いてもよい。ダイヤモンドホイールは、半導体産業における基板の断裁工程で広く用いられており、安価で入手が容易な部材である。
【００３５】
図１にダイシングブレード先端の部分断面図を示す。図１（ａ）に示す通り、通常、ダイシングブレード１２の断面形状は、側面４と先端面５が９０°の角を成して交わり、頂点６を形成する。これに対して、本発明のマイクロニードルの製造方法に用いるダイシングブレード１１は、図１（ｂ）に示す通り、側面４と先端面５と、これらの間に形成された傾斜面７を有する。傾斜面７の傾斜角度は、最終的に形成されるマイクロニードルの側壁角度を決定する。このようにダイシングブレードの傾斜面により、製造されるマイクロニードルの側壁角度を制御することができる。
【００３６】
また、ダイシングブレード１１の先端面４と傾斜面７との境界は角を成して交わらないように面取り加工されていることが望ましい。図１（ｂ）は、傾斜面７と先端面５とが交わって成す頂点部分を、角取り面８を有する形状に加工されたダイシングブレード１１の断面図を示す。このとき、角取り面８は、最終的に形成されるマイクロニードルの基底部の形状を決定する。つまり、角取り面８を設けることで、基底部に緩やかな裾の形状を有するマイクロニードルを製造することができる。これにより、穿刺時のマイクロニードル基底部に集中する応力を緩和し、その結果穿刺時のマイクロニードルの破損を抑制するのに適した形状のマイクロニードルを製造することが可能となる。ダイシングブレード先端部の加工方法は特に制限されないが、砥石による研磨加工を好適に用いることができる。
【００３７】
以下、本発明におけるマイクロニードルの製造方法の一例として、図２を用いて説明する。
【００３８】
＜基板に第１の線状溝を設ける工程＞
まず、図２（ａ）に示す通り、基板１を準備する。基板１の材質は特に制限されず、加工適正や、材料の入手容易性などから材質を選択することが望ましい。具体的には、アルミナ、窒化アルミニウム、マシナブルセラミックスなどのセラミックス；シリコン、シリコンカーバイト、石英などの結晶材料；アクリル、ポリアセタールなどの有機材料；ニッケル、アルミニウムなどの金属材料；ガラスなどが挙げられる。
【００３９】
次に、図２（ｂ）に示す通り、ダイシングブレード１１を回転させながら基板１の表面をダイシング加工し、所定の長さだけ第１の線状溝を形成する。このとき、第１の線状溝は直線状に形成するのに限定されず、曲線状に形成してもよい。曲線状に第１の線状溝を設けた場合、底面が曲線で閉じられた多角形の形状であるマイクロニードルを製造することが可能となる。また、ダイシングブレードの回転数や研削速度などの研削条件は特に制限されず、ダイシングブレード１１および基板１の材質を考慮したうえで、加工性に優れた条件に最適化することが望ましい。
【００４０】
上記ダイシング加工によって、図２（ｃ）に示す通り、第１の線状溝２１が形成される。第１の線状溝２１の側面の傾きは、図１（ｂ）に示すダイシングブレード１１の先端に形成された傾斜面７の傾きに一致する。同様に、第１の線状溝２１の側面と底面が交わる部分は、図１（ｂ）に示すダイシングブレード１１の先端に形成された角取り面８に対応した裾をもった形状となる。
【００４１】
＜他の第１の線状溝を形成する工程＞
次に、前述した第１の線状溝２１と交わらず、平行となるように隣接する第１の線状溝２２を形成する。他の第１の線状溝は１つ以上形成する。図２（ｄ）に示すように、ダイシングブレード１１によって、第１の線状溝２１の隣に第１の線状溝２２を加工する。このとき、ダイシングブレード１１は、第１の線状溝２１に対して、傾斜面の一部に重なりを持つようにして移動させることが望ましい。これにより、先端部が平坦となることがなく、鋭利にすることができ、穿刺性に優れたマイクロニードルを製造することが可能となる。第１の線状溝２２は第１の線状溝２１に対して、平行にダイシングする。これにより、図２（ｅ）に示す通り、隣接する第１の線状溝２２が形成される。第１の線状溝２１と第１の線状溝２２の間には、第１の線状溝２１を形成する際のダイシングブレード１１の傾斜面７と、第１の線状溝２２を形成する際のダイシングブレード１１の傾斜面７との重なりによって先端部の頂点が形成されるため、先端形状が先鋭なニードル２が形成される。このように、第１の線状溝を複数設ける場合、既に設けた第１の線状溝と隣接するように形成する。
【００４２】
ニードル２の高さは、ダイシング加工深さ、ダイシングブレード１１の先端傾斜面７の角度、および第１の線状溝２１と第１の線状溝２２の重なり距離によって決定する。
【００４３】
次に、第１の線状溝２２を形成したのと同様に順次溝を形成していき、図２（ｆ）に示す通り、ニードル２を所望の数だけ形成して、ほぼ三角断面形状を有するニードル２が表面に形成された基板３を得る。このとき、形成するニードル２の数により、製造されるアレイ状に配列されたマイクロニードルの列数が決定する。図３に示す通り、ニードル２の断面形状は、ダイシングブレード１１の先端に形成された傾斜面７の傾きに一致する側壁傾斜を有し、側面と底面が交わる部分は、図１（ｂ）のダイシングブレード１１の先端に形成された角取り面８に対応した裾を持った形状１３となる。
【００４４】
図３では、ニードル２の断面形状において側面と底面が交わる部分が、円弧状の裾の形状になる例を示したが、図４に示すように、側面と底面とが交わる角度Ａよりも、補助平面と底面とが交わる角度Ｂが、小さい角度となるような少なくとも１つの補助平面を形成することでも、穿刺時にマイクロニードル基底部に集中する応力を緩和することができる。この場合、ダイシングブレード１１の先端加工時に、傾斜面７とダイシングブレード先端面５が交わって成す頂点部分を面取りするように、少なくとも１つの補助面を形成したダイシングブレードを用いる。
【００４５】
＜第２の線状溝を設ける工程＞
次に、前記第１の線状溝と交差するように複数の第２の線状溝を設ける。このとき、第１の線状溝２１および第１の線状溝２２を設けた基板３を回転させることで、第１の線状溝２１および第１の線状溝２２を設けた条件と同等に、複数の第２の線状溝を形成することができる。上述の場合、複数の第１の線状溝と、複数の第２の線状溝との交差角度は基板３の回転角度と同等となる。
【００４６】
図５に、ニードル２が表面に形成された基板３を９０°回転して、前記の溝形成工程と同じ条件でダイシング加工を実施した例を示す。この場合、研削されずに残る部分が、図５に示す通り、アレイ状の正四角錐２４となり、基板２３上にアレイ状のマイクロニードル２５が得られる。図５では正四角錐２４と基板２３が角を成して接続されているが、前述した面取り加工を施したダイシングブレード１１を用いることで、角錐の基底部に緩やかな裾の形状を持たせることができる。
【００４７】
さらに、第２の線状溝を設ける工程を複数回行っても良い。この工程の施工回数および溝同士が交差する角度を制御することにより、多様な底面の形状を有する錐状のマイクロニードルを製造することができる。
【００４８】
例えば、複数の第２の線状溝を設ける工程を行い、２方向のダイシング加工をそれぞれ６０°ずらして実施する場合、底面がひし形である四角錐形状が得られる。このとき、ひし形の頂角は、対向する頂点が６０°および１２０°に成る。
【００４９】
また、複数の第２の線状溝および複数の第３の線状溝を設ける工程を行い、３方向にダイシング加工を行えば、六角錐形状のマイクロニードルが得られる。
【００５０】
また、得られたマイクロニードル群の周辺には、場合によっては凸部が残留する。これを除去する必要がある場合には、ダイシング加工で凸部を除去すればよい。
【００５１】
以上より、ダイシングブレードの断面形状、ダイシング工程の施工回数、および、溝同士が交差する角度を制御することにより、底面が様々な多角形の形状を成した錐状のマイクロニードルを製造することができる。また、線状に溝を設けることで、列毎にマイクロニードルを作製することができるため、特に、アレイ状に配列されたマイクロニードルを製造する場合、一括で形成することが可能となる。
【００５２】
＜水平方向に複数回研削し、線状溝を形成する場合＞
また、線状溝を形成するにあたり、一本の線状溝に対し、基板面に対して水平方向に移動した研削加工を複数回行ってもよい。基板面に対して水平方向に移動した研削加工を複数回行うことにより、線状溝同士の間隔を研削加工の回数により制御することが出来るため、製造されるマイクロニードル間のピッチ幅を制御することが出来る。
【００５３】
水平方向に複数回研削し、線状溝を形成する場合の具体的な実施の一例として、図６（ａ）〜（ｄ）に示す。図６（ｂ）において、１１は１回目の研削加工におけるブレードの軌跡であり、２１はブレード先端の平坦部の幅である。図６（ｃ）において、１２は２回目の研削加工におけるブレードの軌跡である。図６（ｄ）において、２２はニードル間の距離である。
【００５４】
＜第１の線状溝と第２の線状溝を相互に相前後して形成する場合＞
また、第１の線状溝と第２の線状溝を形成するにあたり、第１の線状溝と第２の線状溝とを相互に相前後して形成しても良い。第１の線状溝と第２の線状溝とを相互に相前後して形成することにより、線状溝を形成するにあたり基板の機械的強度を損なうことを抑制し、マイクロニードルが加工の段階で破損することを抑制することが出来、マイクロニードルの形状精度（特に、マイクロニードル先端部の形状精度）に優れたマイクロニードルを製造することが出来る。
【００５５】
第１の線状溝と第２の線状溝を相互に相前後して形成する場合の具体的な実施の一例として、図７を示す。図７は第１の線状溝Ａを１〜ｎ列（以下、それぞれ、Ａ１〜Ａｎ（ｎ＝１、２、３、・・・））、第２の線状溝Ｂを１〜ｎ行（以下、それぞれ、Ｂ１〜Ｂｎ（ｎ＝１、２、３、・・・））、形成し、第１の線状溝Ａと第２の線状溝Ｂが互いに９０°で交差し、（ｎ−１）行×（ｎ−１）列のマイクロニードルを形成する場合の一例である。このとき、第１の線状溝Ａと第２の線状溝Ｂとを相互に相前後して形成するには、１）Ａｎの次にＡｎ＋１を形成することを禁止し、かつ、２）Ｂｎの次にＢｎ＋１を形成することを禁止すれば良い。例えば、Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２、・・・といった順に加工したり、Ａ１、Ａ３、Ｂ１、Ｂ３、Ａ２、Ａ４、Ｂ２、Ｂ４、・・・といった順に加工したりしてよい。
【００５６】
また、第１の線状溝Ａ、第２の線状溝Ｂに加え、更に、第３の線状溝Ｃ、・・・第Ｎの線状溝α（Ｎ＝１、２、３、・・・，α＝Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・）を設ける場合、αｎの次にαｎ＋１を形成することを禁止すればよい。
【００５７】
＜マイクロニードルの転写加工成形＞
作製したマイクロニードルを複製する場合、前記マイクロニードル２５を母型とし、前記母型から複製版を作り、転写加工成形を行う工程を実施する。これにより、様々な材料に製造されたマイクロニードルの形状を転写することができる。このため、例えば、生体適合材料（医療用シリコーン樹脂や、マルトース、ポリ乳酸、デキストラン等）に転写することで、生体に低負荷の材料を用いたマイクロニードルを製造することが可能となる。また、機械的強度の高い複製版を作製することにより、同一の複製版で多量のマイクロニードルを製造することができるため、生産コストを低くし、生産性を高めることが可能となる。
【００５８】
＜中空部を有するマイクロニードルを形成する場合＞
また、基板１にあらかじめ貫通孔を形成し、貫通孔の位置からはずれた位置にマイクロニードルを形成してもよい。この方法を図８（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。基板１に貫通孔２６を形成し（図８ａ）、貫通孔２６の位置からはずれた位置にニードル２を形成するようにダイシングする（図８ｂ）。基板１上に充填層３１を形成し（図８ｃ）、充填層３１を基板１から剥離して複製版３１ｂを形成する（図８ｄ）。複製版３１ｂ上にマイクロニードル材料３２ａを形成し（図８ｅ）、マイクロニードル材料３２ａを複製版３１ｂから剥離してマイクロニードル３２ｂを形成する（図８ｆ）。
【００５９】
図９にこのようにして形成されたマイクロニードルの斜視図を示す。図９に示すように、基板２３上に、アレイ状の正四角錐２４が形成され、正四角錐２４に囲まれた中央部に貫通孔２６が形成されたアレイ状のマイクロニードル２５が得られる。
【００６０】
また、基板に貫通孔または未貫通孔を設け、該貫通孔または未貫通孔の位置に重なるようにマイクロニードルを形成してもよい。この方法の例を図１０〜図１３を参照して説明する。
【００６１】
図１０（ａ）に示すように、基板１に貫通孔２６を設ける。図１０（ｂ）に示すように、貫通孔２６の位置と重なる位置にニードル２を形成するようにダイシングしてニードル２を形成する。
【００６２】
図１１（ａ）では、基板１に未貫通孔２６を設ける。次に、図１１（ｂ）に示すように、基板１の未貫通孔２６を設けた面とは反対の面において、未貫通孔２６の位置と重なる位置にニードル２を形成するようにダイシングして孔が貫通するように加工し、ニードル２を形成する。
【００６３】
図１２（ａ）では、基板１に未貫通孔２６を設ける。次に、図１２（ｂ）に示すように、基板１の未貫通孔２６を設けた面において、未貫通孔２６の位置と重なる位置にニードル２を形成するように未貫通孔２６の深さよりも浅い位置までダイシングしてニードル２を形成する。
【００６４】
図１３（ａ）では、基板１に未貫通孔２６を設ける。次に、図１３（ｂ）に示すように、基板１の未貫通孔２６を設けた面において、未貫通孔２６の位置と重なる位置にニードル２を形成するように未貫通孔２６の深さよりも深い位置までダイシングしてニードル２を形成する。
【００６５】
図８〜図１３に示したように、中空部を有するマイクロニードルでは、中空部に薬液を保持できるという効果が得られる。
【００６６】
次に、本発明の他の実施形態を、図１４を参照しながら説明する。
【００６７】
＜基板に溝加工を施し、島状構造体を形成する工程（図１４（ａ）〜（ｂ））＞
まず、基板１０を用意し、研削加工により溝加工を施す。これにより、碁盤目形状に整列した島状構造体１１を形成することができる。ここで、碁盤目形状とは、連続した直線または曲線により閉じた図形が一定間隔に並んでいる形状のことである。例えば、図１５（ａ）に示す四角形が並んだ形状、図１５（ｂ）に示す三角形が並んだ形状の他、任意の数の頂点を持つ図形が並んだ形状を含むものとする。基板に溝を設け、列ごとに島状構造体を形成することにより、列ごとに加工が行われることになり、マイクロニードルを複数一括して製造することができ、特に、針がアレイ状に整列された構造体を容易に形成することが可能となる。
【００６８】
基板材料としては、加工方法に応じて適宜選択することができる。具体的には、アルミナ、窒化アルミニウム、マシナブルセラミックスなどのセラミックス；シリコン、シリコンカーバイト、石英などの結晶材料；アクリル、ポリアセタールなどの有機材料；ニッケル、アルミニウムなどの金属材料；ガラスなどの基板を用いてもよい。
【００６９】
研削加工においてダイシング加工を用いた場合においては、ダイシングブレードの傾斜面の角度を変更することにより、製造されるマイクロニードルのテーパ角度を制御することができる。
【００７０】
また、ダイシングで溝加工を行う際に、溝ごとに異なる傾斜面を有するダイシングブレードに変更してもよい。これにより、溝ごとに溝の側面のテーパ角度を異なるようにすることができる。よって、例えば、製造されるマイクロニードルのテーパ角度が側面ごとに異なるようにすることができ、左右非対称のマイクロニードルを設計し、製造することができる。
【００７１】
また、図１６（ａ）〜（ｃ）に示すように、ブレード１６で一段目の溝を形成した後、ブレード１７で一段目の溝をなぞるように再度加工し、二段目の溝を形成してもよい。このように、例えば傾斜面が垂直なダイシングブレード１７を用いて加工することにより、側面に垂直面を含み、高アスペクト比のマイクロニードルを製造することが可能となる。
【００７２】
また、一段目の溝と二段目の溝を形成する際に、ダイシングブレードの傾斜面をそれぞれ変更することにより、製造されるマイクロニードル側面のテーパ角度を段階的に変更することができる。このため、例えば、マイクロニードル基底部のテーパ角度をゆるくすることで、刺突の際に大きな応力がかかる基底部が補強された形状のマイクロニードルを製造することができ、刺突の際に折れにくいという効果を奏するマイクロニードルを設計し、製造することが可能となる。
【００７３】
また、二段目の溝と同様に異なる傾斜面を有するダイシングブレードに変更し、溝をなぞるように再度加工する操作を繰り返して、三段目以降の溝を形成してもよい。これにより、多様なテーパ角度を有するマイクロニードルを設計し、製造することが可能となる。
【００７４】
図１７（ａ）〜（ｃ）に示すように、あらかじめ基板１０に貫通孔２６を形成した状態で、一段目の溝を形成した後、一段目の溝をなぞるように再度加工し、二段目の溝を形成してもよい。
【００７５】
＜島状構造体に等方性エッチングを施しマイクロニードル版型を形成する工程（図１４（ｃ））＞
次に、島状構造体１１が形成された基板１０に等方性エッチングを施す。なお、ここで、「等方性エッチング」とは、完全な等方性を示すエッチングのみならず、わずかに異方性の傾向を示す等方性の傾向が強いエッチングをも含むものとして定義する。等方性エッチングを行うことにより、基板の結晶方位面に限定されることなく、マイクロニードルの先端部を先鋭化させることが可能となる。ここで等方性エッチングとしては、特にその方法を限定されず、例えば、ＲＩＥ、マグネトロンＲＩＥ、ＥＣＲ、ＩＣＰ、ＮＬＤ、マイクロ波、ヘリコン波等の放電方式を用いたドライエッチング装置を用いて行うことができる。また、例えば、ＸｅＦ2などのガスを用いてドライエッチングを行っても良い。
【００７６】
図１８（ａ）の状態から等方性エッチングを行うと、図１８（ｂ）に示すように、島状構造体全体の形状が等方的に一定距離だけ縮小した形状となる。このため、図１８（ｃ）に示すように、ニードルの底部は丸みを帯びた形状となり、ニードルの先端部は先鋭化した形状となる。このように等方性エッチングを施すことにより、ニードルの形状を調整して、より穿刺しやすく折れにくい形状にすることが出来る。
【００７７】
島状構造体を形成した後、等方性エッチングを行うことで、形状およびテーパ角度、寸法の設計の自由度を高くし、基板が単結晶材料に限定されることなく、マイクロニードルの先端部を先鋭化させることが可能となる。
【００７８】
＜マイクロニードルから複製版を作製する工程（図１４（ｄ）〜（ｅ））＞
次に、上述の方法によって形成されたマイクロニードル１２に充填層１３ａを形成し、充填層１３ａをマイクロニードル１２から剥離する事で凹型の複製版１３ｂを形成する。一体成形された機械的強度の高い複製版を作製することにより、同一の複製版１３ａで多量のマイクロニードルを製造することができるため、生産コストを低くし、生産性を高めることが可能となる。
【００７９】
充填層の材料は特に制限されず、複製版として機能するだけの形状追従性、後述する転写加工成形における転写製、耐久性および離型性を考慮した材質を選択することができる。例えば、充填層としてニッケル、熱硬化性のシリコーン樹脂などを用いても良い。ニッケルを選択した場合、充填層の形成方法としては、メッキ法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法などが挙げられる。
【００８０】
また、充填層とマイクロニードル１２の剥離方法としては、物理的な剥離力による剥離または選択性エッチング法などを用いることができる。
【００８１】
＜複製版を用いた転写加工成形（図１４（ｆ）、（ｇ））＞
次に、複製版１３ｂにマイクロニードル材料１４を充填する。マイクロニードル材料は特に制限されないが、生体適合性材料である医療用シリコーン樹脂や、マルトース、ポリ乳酸、デキストラン、糖質等を用いることで、生体に適用可能なマイクロニードルを形成できる。生体適合性材料を用いれば、マイクロニードルが折れて、体内に取り残された場合も、無害であるという効果を奏する。また、マイクロニードル材料の充填方法は制限されないが、生産性の観点から、インプリント法、ホットエンボス法、射出成形法、押し出し成形法およびキャスティング法を好適に用いることができる。
【００８２】
次に、マイクロニードル材料を複製版から離型し、転写成形されたマイクロニードル１４を得る。
【００８３】
このとき、複製版の剥離性を向上させるために、マイクロニードル材料の充填前に、複製版の表面上に離型効果を増すための離型層を形成してもよい（図示せず）。離型層としては、例えば広く知られているフッ素系の樹脂を用いることができる。また、離型層の形成方法としては、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、スピンコート法、ディップコート法等の薄膜形成手法を好適に用いることができる。
【００８４】
以上より、本発明のマイクロニードルの製造方法を実施することができる。なお、本発明のマイクロニードルの製造方法は上記実施の形態に限定されず、各工程において類推することのできる他の公知の方法をも含むものとする。
【００８５】
また、本発明のマイクロニードルの製造方法は、形成する溝のテーパ角度を制御することにより、多彩な形状のマイクロニードルを設計し、製造することができる。例えば、溝を３方向から形成し３方向のうち１方向の溝の側面のテーパ角度を他の２方向の溝と異ならせることで、底面の三角形のある頂点と先端の頂点とを結ぶ稜線が略垂直となる形状（図１９（ａ））を設計することができる。溝を２方向から形成し、それぞれの溝の深さ方向の中途でテーパ角度を変更することで、底面が四角形であり側面が垂直であり先端部が角錐の形状（図１９（ｂ））を形成することができる。溝を２方向から形成しそれぞれの溝が９０°で交差することで、底面が長方形である四角錐の形状（図１９（ｃ））を設計することができる。当然のことながら、本発明のマイクロニードルの製造方法により製造できるマイクロニードルはこれらの形状に限定されるものではない。
【００８６】
実施例１
以下に、具体的実施例を示し、本発明を詳細に説明する。図２は本発明の実施形態の一例を示す部分断面図である。
【００８７】
まず、ダイヤモンド砥粒を含有したダイシングブレードの先端部を、ダイヤモンド砥石による研磨加工によって、後述する所望の形状に加工した。図１は円盤状のダイシングブレード先端の部分断面図である。図１（ａ）に示す通り、研磨加工前のダイシングブレード１２の形状は、側面４と先端面５が９０°の角を成して交わり、頂点６を形成している。このダイシングブレード１２を、ダイヤモンド砥石を用いて加工し、ダイシングブレード１１を得た。ダイシングブレード１１は、図２（ｂ）に示す通り、傾斜面７を有し、且つ傾斜面７と先端面５が交わって成す頂点部分は角取り面８を有する形状に加工された。本実施例では、厚みが１ｍｍのダイシングブレードを用い、先端面５が幅２００μｍとなり、側面４と傾斜面７との成す角度が１６０°となるように、ダイシングブレードの先端を研磨加工した。傾斜面７の傾斜角度は、最終的に形成されるマイクロニードルの側壁角度を決定する。また角取り面８は、最終的に形成されるマイクロニードルの基底部の形状を決定する。最終的に形成される角錐形状のマイクロニードル先端角度を４０°とするために、本実施例におけるダイシングブレード先端部の傾斜面７の傾きは１６０°を選択した。
【００８８】
次に、前記の通り先端を加工したダイシングブレード１１によるダイシング加工で、アルミナ基板１の表面に第１の線状溝を形成する工程を実施した。まず図２（ａ）に示す通り、一辺が３０ｍｍの正方形で、厚さ３ｍｍのアルミナ基板１を準備し、続いて図２（ｂ）に示す通り、ダイシングブレード１１を回転させながらアルミナ基板１の表面を深さ３００μｍとなるようにダイシング加工し、長さ３０ｍｍの溝を形成した。
【００８９】
上記ダイシング加工によって、図２（ｃ）に示す通り、第１の線状溝２１が形成された。第１の線状溝２１の開口上部の幅は約４１８μｍ、深さは３００μｍとなった。第１の線状溝２１の側面の傾きは、図１（ｂ）に示すダイシングブレード１１の先端に形成された傾斜面７の傾きに対応し、本実施例ではアルミナ基板１の表面と第１の線状溝２１の側面との成す角度は１１０°となった。同様に、第１の線状溝２１の側面と底面が交わる部分は、図１（ｂ）に示すダイシングブレード１１の先端に形成された角取り面８に対応した裾を持った形状となった。
【００９０】
次に隣接する第１の線状溝２２を基板１の表面に加工する工程を実施した。図２（ｄ）に示すように、第１の線状溝２１の隣に、第１の線状溝２１と同一の条件でダイシングブレード１１によって溝を加工した。このとき、ダイシングブレード１１は、第１の線状溝２１に対して、幅１００μｍだけ重なりを持つようにして溝を加工した。また、第１の線状溝２１に対して、平行に研削した。これにより、図２（ｅ）に示す通り、深さ３００μｍで長さ３ｍｍの第１の線状溝２２が、第１の線状溝２１に隣接して形成された。第１の線状溝２１と第１の線状溝２２の間には、先端形状が先鋭なニードル２が形成された。
【００９１】
ニードル２の高さは、ダイシング加工深さ、ダイシングブレード１１の先端傾斜面７の角度、および第１の溝２１と第２の溝２２の重なり距離によって決定する。本実施例におけるニードル２の高さは約１６２μｍ、根元の幅は約１１８μｍとなった。ダイシングブレード先端の傾斜面７の重なりで形成されたニードル２の先端は、角度４０°の頂点となった。
【００９２】
次に、第１の線状溝２２を形成したのと同様に順次溝を形成していき、図２（ｆ）に示す通り、ニードル２を所望の数だけ形成して、ほぼ三角断面形状を有するニードル２が表面に形成された基板３を得た。本実施例においては、合計６本の溝を作製した。６本の溝形成によって、５本のニードル２が形成された。図３に示す通り、ニードル２の断面形状は、ダイシングブレード１１の先端に形成された傾斜面７の傾きに一致する側壁傾斜を有し、側面と底面が交わる部分は、図１（ｂ）のダイシングブレード１１の先端に形成された角取り面８に対応した裾を持った形状１３となった。
【００９３】
次に、前記６本の溝形成工程によって５本形成されたニードル２が表面に形成された基板３を９０°回転し、前記の溝形成工程と同じ条件でダイシング加工を実施した。これにより、第２の線状溝が合わせて５本形成され、その結果研削されずに残る部分が、図５に示す通り、アレイ状の正四角錐２４となり、基板２３上にアレイ状の配列されたマイクロニードル２５が得られた。本実施例においては、マイクロニードルは５列５行のアレイ状に並んだ２５のマイクロニードルが得られた。このとき得られたマイクロニードルは四角錐であり、先端角が４０°、高さが約１６２μｍ、底面の一辺の幅が１１８μｍとなった。
【００９４】
実施例２
作製したマイクロニードルを複製するため、前記マイクロニードル２５を母型とし、前記母型から複製版を作り、転写加工成形を行う工程を実施した。まず、メッキ法によって、マイクロニードル２５の表面にニッケル膜を６００μｍ形成した。次に前記ニッケル膜をマイクロニードル２５から剥離し、複製版を作製した。次に、インプリント法によって、ポリ乳酸に前記複製版を転写し、ポリ乳酸から成るマイクロニードルを得た。
【００９５】
実施例３
基板として、５２５μｍ厚さの単結晶シリコン基板を用意した。
【００９６】
次に、側面と傾斜面との成す角度が１７０°の傾斜を持つダイジングブレードを用い、シリコン基板を碁盤目状にダイシング加工を行った。このとき、加工によって形成される島状構造体の上部平面を一辺の長さが１００μｍの正方形状とした。また、加工深さは２５０μｍとした。
【００９７】
次に、形成された島状構造体に等方性エッチングを施した。等方性エッチングとしてはＩＣＰ−ＲＩＥを用い、反応ガス種にはＳＦ6ガスを用いた。エッチングは島状構造体の上部平面が点状になるまで行った。
【００９８】
以上より、根元径１００μｍ、高さ２５０μｍであり、先端角が２０°、先端径が１００ｎｍの四角錐状のマイクロニードルが形成できた。
【００９９】
実施例４
基板として、５２５μｍ厚さの単結晶シリコン基板を用意した（図１６（ａ））。
【０１００】
次に、側面と傾斜面との成す角度が１６５°の傾斜を持つダイシングブレード１６を用い、シリコン基板を碁盤目状にダイシング加工を行った（図１６（ｂ））。このとき、加工によって形成される島状構造体の上部平面を一辺の長さが７０μｍの正方形状とした。また、加工深さは１５０μｍとした。
【０１０１】
次に、上述の加工箇所と同じ箇所を９０°の傾斜を持つダイシングブレード１７を用いダイシング加工処理を行った（図１６（ｂ））。また、加工深さは１５０μｍとした。
【０１０２】
次に、形成された島状構造体に等方性エッチングを施した。等方性エッチングとしてはＩＣＰ−ＲＩＥを用い、反応ガス種にはＳＦ6ガスを用いた。エッチングは島状構造体の上部平面が点状になるまで行った。
【０１０３】
上記の条件でマイクロニードルを作製した結果、先端側のテーパ部の高さ１５０μｍ、基底部側の垂直部の高さ１５０μｍ、先端角３０°、先端径１００ｎｍのマイクロニードルが形成できた。
【０１０４】
実施例５
実施例３で作製したマイクロニードルを版型とし、転写加工成型を行った。まず、マイクロニードルに充填層としてニッケルを電鋳法で形成した。メッキ浴にはスルファミン酸ニッケル溶液を用いた。６０％スルファミン酸溶液を用い、浴温は４５℃として５時間のメッキ処理により充填層を形成した。次に、版型であるシリコン製のマイクロニードルに、２５％ＫＯＨ溶液を用いて８０℃で４時間溶解処理を施し、複製版を作製した。
【０１０５】
次に、複製版に対し、熱プレス法を用いてマイクロニードルの作製を行った。充填するマイクロニードル材料としては、生体適合性材料であるポリ乳酸を用いた。
【０１０６】
以上より、ポリ乳酸から成る根元径１００μｍ、高さ２５０μｍであり、先端角が２０°、先端径が１００ｎｍの四角錐形状のマイクロニードルを製造できた。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明のマイクロニードルの製造方法は、医療のみならず、マイクロニードルを必要とする様々な分野に適用可能であり、例えばＭＥＭＳデバイス、創薬、化粧品などに用いるマイクロニードルの製造方法としても有用である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロニードルの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
皮膚上から薬剤を浸透させ体内に薬剤を投与する方法として経皮吸収法が知られている。この方法は、非侵襲的であり、人体に痛みを与えることなく簡便に薬剤を投与することを可能にする。しかし、薬剤の種類によっては経皮吸収法による投与が困難なことがある。
【０００３】
そこで、これらの薬剤を効率よく体内に吸収させるために、ミクロンオーダーの多数のニードルを有するマイクロニードルアレイを用いて皮膚を穿孔し、皮膚内に直接薬剤を投与する方法が注目されている。この方法によれば、投薬用の特別な機器を用いることなく、簡便に薬剤を皮下投与することができる（特許文献１参照）。
【０００４】
マイクロニードルは、皮膚を穿孔するための十分な細さと先端角、および皮下に薬液を浸透させるための十分な長さを有していることが必要とされる。ニードルの直径は数μｍから数百μｍであることが望ましい。ニードル長さは皮膚の最外層である角質層を貫通する長さが望ましいとされている。角質層の厚さは人体の部位によっても若干異なるが、平均して２０μｍ程度である。また、角質層の下にはおよそ２００μｍから３５０μｍ程度の厚さの表皮が存在し、さらにその下層には毛細血管が張りめぐる真皮層が存在する。このため、角質層を貫通させ薬液を浸透させるためには少なくとも２０μｍ以上のニードル長さが要求される。また、採血を目的とする場合には、少なくとも３５０μｍ以上のニードル長さが要求される。
【０００５】
マイクロニードルは、一般的にシリコンを加工して製造することが試みられている。シリコンは、ＭＥＭＳデバイスや半導体製造に広く用いられている材料であり、安価で、且つ微細加工性に優れる。シリコン製のマイクロニードルの作製方法としては、シリコンウェハの両面にシリコン酸化膜を形成してパターニングを施し、その表面から結晶異方性エッチング加工を施し、裏面から等方性エッチングを施す方法が提案されている。この方法により、例えば長さ５００μｍ以上、幅２００μｍ以下のマイクロニードルを作製することができる。また、そのマイクロニードルをアレイ状にすることによって採血の確実性を増すことができる（特許文献２参照）。同様に、シリコン基板にウェットエッチングを行い、シリコンの単結晶材料の結晶面方位ごとのエッチングレート差を利用した製造方法が提案されている（特許文献３参照）。
【０００６】
シリコン以外の材料によるマイクロニードルの作製方法も提案されている。例えば機械加工鋼板の一面上にワイヤカッティング法でマイクロニードルを形成するものである。この方法は、上向きおよび下向きカッティングの角度を変化させることで、形成するマイクロニードルの寸法と形状を制御するというものである（特許文献４参照）。
【０００７】
また、マイクロニードルを構成する材料は、仮に破損したマイクロニードルが体内に残留した場合でも、人体に悪影響を及ぼさないことが必要である。このような材料として医療用シリコーン樹脂や、マルトース、ポリ乳酸、デキストラン等の生体適合材料が有望視されている（特許文献５参照）。
【０００８】
このような微細構造を低コストかつ大量に製造するためには、射出成型法、インプリント法、キャスティング法等に代表される転写成型法が有効である。しかし、いずれの方法でも成型を行うためには所望の形状を凹凸反転させた原型が必要であり、マイクロニードルのようなアスペクト比（構造体の幅に対する高さ、もしくは深さの比率）が高く、先端部の先鋭化が必要である構造体を形成するためには、製造工程が非常に複雑となる。
【０００９】
しかし、従来のウェットエッチングを用いる方法は、結晶面方位ごとのエッチングレート差を利用するものであり、マイクロニードルを製造するには高度に精製された単結晶材料を必要とし、マイクロニードルのテーパ角度、先端角度は単結晶材料の物性により規定される。このため、皮膚の構成を考慮し、適切な形状、寸法にマイクロニードルを設計し、製造することは困難である。
【００１０】
ワイヤカッティングを用いる方法では、上向きカッティングがマイクロニードルの頂部に到達した後、直ちに下向きカッティングに移行することができないため、現実的には１乃至２０μｍは水平にカッティングが進行する。そのため、製造されるマイクロニードルは先端部に平坦面を有する角錐台形形状となり、マイクロニードルの穿刺性が悪くなるという問題がある。
【００１１】
また、アレイ状に配列されたマイクロニードルでは、一般に平坦な基板表面に柱形状または錐形状のニードルが直立して配置される。しかし、従来の方法では、マイクロニードルの基底部において、基板表面とマイクロニードル側面が角を成した形状となる。このような形状だと、穿刺時にマイクロニードル基底部の角部に応力が集中し、マイクロニードルが破損するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第６，１８３，４３４号明細書
【特許文献２】特開２００２−３６９８１６号公報
【特許文献３】特開２００４−５８２６５号公報
【特許文献４】特表２００６−５１３８１１号公報
【特許文献５】特開２００５−２１６７７号公報
【発明の概要】
【００１３】
本発明の目的は、所望の長さを有し、先端が先鋭である、錐形状のマイクロニードルの製造方法を提供することにある。
【００１４】
本発明は、研削加工を用いて基板に第１の方向に沿って互いに平行な複数の第１の線状溝を形成する工程と、研削加工を用いて基板に第１の方向と交差する第２の方向に沿って互いに平行な複数の第２の線状溝を形成する工程とを有することを特徴とするマイクロニードルの製造方法である。
【００１５】
本発明においては、線状溝を形成するにあたり、一本の線状溝に対し、基板面に対して水平方向に移動した研削加工を複数回行ってもよい。
【００１６】
本発明においては、第１の線状溝と第２の線状溝を形成するにあたり、第１の線状溝と第２の線状溝とを相互に相前後して形成してもよい。
【００１７】
本発明においては、研削加工として、ダイシングブレードを用いた研削を行い、前記ダイシングブレードは、側面と先端面とこれらの間の傾斜面とを含み、傾斜面と先端面との境界が面取りされていることが好ましい。
【００１８】
本発明においては、研削加工として、ダイシングブレードを用いた研削を行い、隣接する２つの第１の線状溝を形成する際に前記ダイシングブレードを傾斜面が部分的に重なるように移動させ、隣接する２つの第２の線状溝を形成する際に前記ダイシングブレードを傾斜面が部分的に重なるように移動させてもよい。
【００１９】
本発明においては、研削加工を用いて基板に第１の方向に沿って互いに平行な複数の第１の線状溝を形成する工程と、研削加工を用いて基板に第１の方向と交差する第２の方向に沿って互いに平行な複数の第２の線状溝を形成する工程によって、島状構造体を形成し、前記島状構造体に等方性エッチングを施してもよい。
【００２０】
本発明においては、研削加工として、ダイシングブレードを用いた研削を行い、傾斜面の角度が異なるダイシングブレードを用い、前記第１および／または第２の線状溝に対応して、基板にさらなる線状溝を形成してもよい。
【００２１】
本発明において、たとえば前記第１の線状溝と第２の線状溝は９０度の角度をなして交差する。
【００２２】
本発明は、さらに、前記第１の方向および第２の方向に交差する第３の方向に沿って互いに平行な複数の第３の線状溝を形成する工程を有していてもよい。この場合、たとえば前記第１の線状溝、第２の線状溝および第３の線状溝のうちの２つは１２０度の角度をなして交差する。
【００２３】
本発明においては、前記基板に未貫通孔または貫通孔を設け、前記未貫通孔または貫通孔の位置からはずれた位置にマイクロニードルを形成してもよい。
【００２４】
本発明においては、前記基板に未貫通孔または貫通孔を設け、前記未貫通孔または貫通孔の位置に重なるようにマイクロニードルを形成してもよい。
【００２５】
また、本発明は、上記のマイクロニードルの製造方法で作製したマイクロニードルを母型とし、前記母型から複製版を作製し、前記複製版からの転写によりマイクロニードルを製造することを特徴とするマイクロニードルの製造方法である。前記複製版からの転写のとき、生体適合性材料に転写を行うことが好ましい。
【００２６】
また、本発明は、上記のいずれかのマイクロニードルの製造方法によって製造されたマイクロニードルである。
【００２７】
また、本発明は、側面と先端面とこれらの間の傾斜面とを含むダイシングブレードを有することを特徴とするマイクロニードルの製造装置である。
【００２８】
本発明の一実施形態に係るマイクロニードルの製造方法では、研削加工により溝を形成し、マイクロニードルの先鋭部の頂点は溝の傾斜面の重なりによって形成される。このため、ワイヤカッティングのようにマイクロニードルの先鋭部が平坦となることがない。また、線状に溝を設けることで、列毎にマイクロニードルを作製することができるため、特に、アレイ状に配列されたマイクロニードルを製造する場合、一括で形成することが可能となる。また、溝の形状および溝同士が交差する角度を制御することにより、多様な底面の形状を有する錐状のマイクロニードルを製造することができる。例えば、第１の線状溝と第２の線状溝を９０度で交差させることにより、底面が長方形の形状を有するマイクロニードルを製造することができる。
【００２９】
また、本発明のマイクロニードルの製造方法において、先端面と傾斜面とが角を成して交わらないように面取り加工したダイシングブレードを用いることにより、基底部に緩やかな裾の形状を有するマイクロニードルを製造することができる。これにより、穿刺時のマイクロニードル基底部に集中する応力を緩和し、その結果穿刺時のマイクロニードルの破損を抑制するのに適した形状のマイクロニードルを製造することが可能となる。
【００３０】
また、本発明の他の実施形態に係るマイクロニードルの製造方法では、ダイシングブレードによる溝加工と等方性エッチングを併用することにより、単結晶材料からなる基板に限定されることなくマイクロニードル先端部を先鋭化することができる。このとき、溝の形状によりマイクロニードルの形状を制御することができる。このため、形状およびテーパ角度、先端角度の設計の自由度が高く、先端部が鋭利なマイクロニードルを製造可能である。
【００３１】
また、上記のような方法で作製したマイクロニードルを母型とし、前記母型から複製版を作製し、前記複製版からの転写によりマイクロニードルを製造すると、様々な材料にマイクロニードルの形状を転写することができる。このため、例えば、生体適合材料（医療用シリコーン樹脂や、マルトース、ポリ乳酸、デキストラン等）に転写することで、生体に低負荷の材料を用いたマイクロニードルを製造することが可能となる。また、機械的強度の高い複製版を作製することにより、同一の複製版で多量のマイクロニードルを製造することができるため、生産コストを低くし、生産性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１はダイシングブレードの先端部の一例を示す断面図である。
【図２】図２は本発明のマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図３】図３は本発明の方法によって製造されたマイクロニードルの一例を示す断面図である。
【図４】図４は本発明の方法によって製造されたマイクロニードルの他の例を示す断面図である。
【図５】図５は本発明の方法によって製造されたマイクロニードルの斜視図である。
【図６】図６は本発明の方法によって水平方向に複数回研削して線状溝を形成する、マイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図７】図７は本発明の方法によって第１の線状溝と第２の線状溝を相互に相前後して形成する方法を示す平面図である。
【図８】図８は本発明のマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図９】図９は本発明の方法によって製造されたマイクロニードルの斜視図である。
【図１０】図１０は本発明のマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１１】図１１は本発明のマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１２】図１２は本発明のマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１３】図１３は本発明のマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１４】図１４は本発明のマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１５】図１５は溝加工の例を示す平面図である。
【図１６】図１６は溝加工を繰り返す事による多段構造の形成方法の例を示す断面図である。
【図１７】図１７は溝加工を繰り返す事による多段構造の形成方法の例を示す断面図である。
【図１８】図１８は等方性エッチングによるマイクロニードルの形状変化を示す断面図である。
【図１９】図１９は本発明の方法によって製造されたマイクロニードルの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明のマイクロニードルの製造方法では、研削加工を用いて、基板を加工し、マイクロニードルを製造する。ここで、「研削加工」とは、高速で回転する研削砥石を用いて、該砥石を構成するきわめて硬く微細な砥粒によって加工物を削り取ってゆく加工法をいう。例えば、研削砥石として、ダイシングブレードを用いてもよい。
【００３４】
本発明における研削加工は、高速で回転するスピンドルの先端に取り付けられたダイシングブレードによって、被加工基板に線状溝を加工してもよい。ダイシングブレードは、円盤状の支持体の外周部に形成される。ダイシングブレードの材質は高い硬度を有することが望ましく、一般にダイヤモンド砥粒を用いることが多い。本発明においても、円盤状の支持体の外周部全面にダイヤモンド砥粒を含むダイシングブレードが形成された、ダイヤモンドホイールを用いてもよい。ダイヤモンドホイールは、半導体産業における基板の断裁工程で広く用いられており、安価で入手が容易な部材である。
【００３５】
図１にダイシングブレード先端の部分断面図を示す。図１（ａ）に示す通り、通常、ダイシングブレード１２の断面形状は、側面４と先端面５が９０°の角を成して交わり、頂点６を形成する。これに対して、本発明のマイクロニードルの製造方法に用いるダイシングブレード１１は、図１（ｂ）に示す通り、側面４と先端面５と、これらの間に形成された傾斜面７を有する。傾斜面７の傾斜角度は、最終的に形成されるマイクロニードルの側壁角度を決定する。このようにダイシングブレードの傾斜面により、製造されるマイクロニードルの側壁角度を制御することができる。
【００３６】
また、ダイシングブレード１１の先端面４と傾斜面７との境界は角を成して交わらないように面取り加工されていることが望ましい。図１（ｂ）は、傾斜面７と先端面５とが交わって成す頂点部分を、角取り面８を有する形状に加工されたダイシングブレード１１の断面図を示す。このとき、角取り面８は、最終的に形成されるマイクロニードルの基底部の形状を決定する。つまり、角取り面８を設けることで、基底部に緩やかな裾の形状を有するマイクロニードルを製造することができる。これにより、穿刺時のマイクロニードル基底部に集中する応力を緩和し、その結果穿刺時のマイクロニードルの破損を抑制するのに適した形状のマイクロニードルを製造することが可能となる。ダイシングブレード先端部の加工方法は特に制限されないが、砥石による研磨加工を好適に用いることができる。
【００３７】
以下、本発明におけるマイクロニードルの製造方法の一例として、図２を用いて説明する。
【００３８】
＜基板に第１の線状溝を設ける工程＞
まず、図２（ａ）に示す通り、基板１を準備する。基板１の材質は特に制限されず、加工適正や、材料の入手容易性などから材質を選択することが望ましい。具体的には、アルミナ、窒化アルミニウム、マシナブルセラミックスなどのセラミックス；シリコン、シリコンカーバイト、石英などの結晶材料；アクリル、ポリアセタールなどの有機材料；ニッケル、アルミニウムなどの金属材料；ガラスなどが挙げられる。
【００３９】
次に、図２（ｂ）に示す通り、ダイシングブレード１１を回転させながら基板１の表面をダイシング加工し、所定の長さだけ第１の線状溝を形成する。このとき、第１の線状溝は直線状に形成するのに限定されず、曲線状に形成してもよい。曲線状に第１の線状溝を設けた場合、底面が曲線で閉じられた多角形の形状であるマイクロニードルを製造することが可能となる。また、ダイシングブレードの回転数や研削速度などの研削条件は特に制限されず、ダイシングブレード１１および基板１の材質を考慮したうえで、加工性に優れた条件に最適化することが望ましい。
【００４０】
上記ダイシング加工によって、図２（ｃ）に示す通り、第１の線状溝２１が形成される。第１の線状溝２１の側面の傾きは、図１（ｂ）に示すダイシングブレード１１の先端に形成された傾斜面７の傾きに一致する。同様に、第１の線状溝２１の側面と底面が交わる部分は、図１（ｂ）に示すダイシングブレード１１の先端に形成された角取り面８に対応した裾をもった形状となる。
【００４１】
＜他の第１の線状溝を形成する工程＞
次に、前述した第１の線状溝２１と交わらず、平行となるように隣接する第１の線状溝２２を形成する。他の第１の線状溝は１つ以上形成する。図２（ｄ）に示すように、ダイシングブレード１１によって、第１の線状溝２１の隣に第１の線状溝２２を加工する。このとき、ダイシングブレード１１は、第１の線状溝２１に対して、傾斜面の一部に重なりを持つようにして移動させることが望ましい。これにより、先端部が平坦となることがなく、鋭利にすることができ、穿刺性に優れたマイクロニードルを製造することが可能となる。第１の線状溝２２は第１の線状溝２１に対して、平行にダイシングする。これにより、図２（ｅ）に示す通り、隣接する第１の線状溝２２が形成される。第１の線状溝２１と第１の線状溝２２の間には、第１の線状溝２１を形成する際のダイシングブレード１１の傾斜面７と、第１の線状溝２２を形成する際のダイシングブレード１１の傾斜面７との重なりによって先端部の頂点が形成されるため、先端形状が先鋭なニードル２が形成される。このように、第１の線状溝を複数設ける場合、既に設けた第１の線状溝と隣接するように形成する。
【００４２】
ニードル２の高さは、ダイシング加工深さ、ダイシングブレード１１の先端傾斜面７の角度、および第１の線状溝２１と第１の線状溝２２の重なり距離によって決定する。
【００４３】
次に、第１の線状溝２２を形成したのと同様に順次溝を形成していき、図２（ｆ）に示す通り、ニードル２を所望の数だけ形成して、ほぼ三角断面形状を有するニードル２が表面に形成された基板３を得る。このとき、形成するニードル２の数により、製造されるアレイ状に配列されたマイクロニードルの列数が決定する。図３に示す通り、ニードル２の断面形状は、ダイシングブレード１１の先端に形成された傾斜面７の傾きに一致する側壁傾斜を有し、側面と底面が交わる部分は、図１（ｂ）のダイシングブレード１１の先端に形成された角取り面８に対応した裾を持った形状１３となる。
【００４４】
図３では、ニードル２の断面形状において側面と底面が交わる部分が、円弧状の裾の形状になる例を示したが、図４に示すように、側面と底面とが交わる角度Ａよりも、補助平面と底面とが交わる角度Ｂが、小さい角度となるような少なくとも１つの補助平面を形成することでも、穿刺時にマイクロニードル基底部に集中する応力を緩和することができる。この場合、ダイシングブレード１１の先端加工時に、傾斜面７とダイシングブレード先端面５が交わって成す頂点部分を面取りするように、少なくとも１つの補助面を形成したダイシングブレードを用いる。
【００４５】
＜第２の線状溝を設ける工程＞
次に、前記第１の線状溝と交差するように複数の第２の線状溝を設ける。このとき、第１の線状溝２１および第１の線状溝２２を設けた基板３を回転させることで、第１の線状溝２１および第１の線状溝２２を設けた条件と同等に、複数の第２の線状溝を形成することができる。上述の場合、複数の第１の線状溝と、複数の第２の線状溝との交差角度は基板３の回転角度と同等となる。
【００４６】
図５に、ニードル２が表面に形成された基板３を９０°回転して、前記の溝形成工程と同じ条件でダイシング加工を実施した例を示す。この場合、研削されずに残る部分が、図５に示す通り、アレイ状の正四角錐２４となり、基板２３上にアレイ状のマイクロニードル２５が得られる。図５では正四角錐２４と基板２３が角を成して接続されているが、前述した面取り加工を施したダイシングブレード１１を用いることで、角錐の基底部に緩やかな裾の形状を持たせることができる。
【００４７】
さらに、第２の線状溝を設ける工程を複数回行っても良い。この工程の施工回数および溝同士が交差する角度を制御することにより、多様な底面の形状を有する錐状のマイクロニードルを製造することができる。
【００４８】
例えば、複数の第２の線状溝を設ける工程を行い、２方向のダイシング加工をそれぞれ６０°ずらして実施する場合、底面がひし形である四角錐形状が得られる。このとき、ひし形の頂角は、対向する頂点が６０°および１２０°に成る。
【００４９】
また、複数の第２の線状溝および複数の第３の線状溝を設ける工程を行い、３方向にダイシング加工を行えば、六角錐形状のマイクロニードルが得られる。
【００５０】
また、得られたマイクロニードル群の周辺には、場合によっては凸部が残留する。これを除去する必要がある場合には、ダイシング加工で凸部を除去すればよい。
【００５１】
以上より、ダイシングブレードの断面形状、ダイシング工程の施工回数、および、溝同士が交差する角度を制御することにより、底面が様々な多角形の形状を成した錐状のマイクロニードルを製造することができる。また、線状に溝を設けることで、列毎にマイクロニードルを作製することができるため、特に、アレイ状に配列されたマイクロニードルを製造する場合、一括で形成することが可能となる。
【００５２】
＜水平方向に複数回研削し、線状溝を形成する場合＞
また、線状溝を形成するにあたり、一本の線状溝に対し、基板面に対して水平方向に移動した研削加工を複数回行ってもよい。基板面に対して水平方向に移動した研削加工を複数回行うことにより、線状溝同士の間隔を研削加工の回数により制御することが出来るため、製造されるマイクロニードル間のピッチ幅を制御することが出来る。
【００５３】
水平方向に複数回研削し、線状溝を形成する場合の具体的な実施の一例として、図６（ａ）〜（ｄ）に示す。図６（ｂ）において、１１は１回目の研削加工におけるブレードの軌跡であり、２１はブレード先端の平坦部の幅である。図６（ｃ）において、１２は２回目の研削加工におけるブレードの軌跡である。図６（ｄ）において、２２はニードル間の距離である。
【００５４】
＜第１の線状溝と第２の線状溝を相互に相前後して形成する場合＞
また、第１の線状溝と第２の線状溝を形成するにあたり、第１の線状溝と第２の線状溝とを相互に相前後して形成しても良い。第１の線状溝と第２の線状溝とを相互に相前後して形成することにより、線状溝を形成するにあたり基板の機械的強度を損なうことを抑制し、マイクロニードルが加工の段階で破損することを抑制することが出来、マイクロニードルの形状精度（特に、マイクロニードル先端部の形状精度）に優れたマイクロニードルを製造することが出来る。
【００５５】
第１の線状溝と第２の線状溝を相互に相前後して形成する場合の具体的な実施の一例として、図７を示す。図７は第１の線状溝Ａを１〜ｎ列（以下、それぞれ、Ａ１〜Ａｎ（ｎ＝１、２、３、・・・））、第２の線状溝Ｂを１〜ｎ行（以下、それぞれ、Ｂ１〜Ｂｎ（ｎ＝１、２、３、・・・））、形成し、第１の線状溝Ａと第２の線状溝Ｂが互いに９０°で交差し、（ｎ−１）行×（ｎ−１）列のマイクロニードルを形成する場合の一例である。このとき、第１の線状溝Ａと第２の線状溝Ｂとを相互に相前後して形成するには、１）Ａｎの次にＡｎ＋１を形成することを禁止し、かつ、２）Ｂｎの次にＢｎ＋１を形成することを禁止すれば良い。例えば、Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２、・・・といった順に加工したり、Ａ１、Ａ３、Ｂ１、Ｂ３、Ａ２、Ａ４、Ｂ２、Ｂ４、・・・といった順に加工したりしてよい。
【００５６】
また、第１の線状溝Ａ、第２の線状溝Ｂに加え、更に、第３の線状溝Ｃ、・・・第Ｎの線状溝α（Ｎ＝１、２、３、・・・，α＝Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・）を設ける場合、αｎの次にαｎ＋１を形成することを禁止すればよい。
【００５７】
＜マイクロニードルの転写加工成形＞
作製したマイクロニードルを複製する場合、前記マイクロニードル２５を母型とし、前記母型から複製版を作り、転写加工成形を行う工程を実施する。これにより、様々な材料に製造されたマイクロニードルの形状を転写することができる。このため、例えば、生体適合材料（医療用シリコーン樹脂や、マルトース、ポリ乳酸、デキストラン等）に転写することで、生体に低負荷の材料を用いたマイクロニードルを製造することが可能となる。また、機械的強度の高い複製版を作製することにより、同一の複製版で多量のマイクロニードルを製造することができるため、生産コストを低くし、生産性を高めることが可能となる。
【００５８】
＜中空部を有するマイクロニードルを形成する場合＞
また、基板１にあらかじめ貫通孔を形成し、貫通孔の位置からはずれた位置にマイクロニードルを形成してもよい。この方法を図８（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。基板１に貫通孔２６を形成し（図８ａ）、貫通孔２６の位置からはずれた位置にニードル２を形成するようにダイシングする（図８ｂ）。基板１上に充填層３１を形成し（図８ｃ）、充填層３１を基板１から剥離して複製版３１ｂを形成する（図８ｄ）。複製版３１ｂ上にマイクロニードル材料３２ａを形成し（図８ｅ）、マイクロニードル材料３２ａを複製版３１ｂから剥離してマイクロニードル３２ｂを形成する（図８ｆ）。
【００５９】
図９にこのようにして形成されたマイクロニードルの斜視図を示す。図９に示すように、基板２３上に、アレイ状の正四角錐２４が形成され、正四角錐２４に囲まれた中央部に貫通孔２６が形成されたアレイ状のマイクロニードル２５が得られる。
【００６０】
また、基板に貫通孔または未貫通孔を設け、該貫通孔または未貫通孔の位置に重なるようにマイクロニードルを形成してもよい。この方法の例を図１０〜図１３を参照して説明する。
【００６１】
図１０（ａ）に示すように、基板１に貫通孔２６を設ける。図１０（ｂ）に示すように、貫通孔２６の位置と重なる位置にニードル２を形成するようにダイシングしてニードル２を形成する。
【００６２】
図１１（ａ）では、基板１に未貫通孔２６を設ける。次に、図１１（ｂ）に示すように、基板１の未貫通孔２６を設けた面とは反対の面において、未貫通孔２６の位置と重なる位置にニードル２を形成するようにダイシングして孔が貫通するように加工し、ニードル２を形成する。
【００６３】
図１２（ａ）では、基板１に未貫通孔２６を設ける。次に、図１２（ｂ）に示すように、基板１の未貫通孔２６を設けた面において、未貫通孔２６の位置と重なる位置にニードル２を形成するように未貫通孔２６の深さよりも浅い位置までダイシングしてニードル２を形成する。
【００６４】
図１３（ａ）では、基板１に未貫通孔２６を設ける。次に、図１３（ｂ）に示すように、基板１の未貫通孔２６を設けた面において、未貫通孔２６の位置と重なる位置にニードル２を形成するように未貫通孔２６の深さよりも深い位置までダイシングしてニードル２を形成する。
【００６５】
図８〜図１３に示したように、中空部を有するマイクロニードルでは、中空部に薬液を保持できるという効果が得られる。
【００６６】
次に、本発明の他の実施形態を、図１４を参照しながら説明する。
【００６７】
＜基板に溝加工を施し、島状構造体を形成する工程（図１４（ａ）〜（ｂ））＞
まず、基板１０を用意し、研削加工により溝加工を施す。これにより、碁盤目形状に整列した島状構造体１１を形成することができる。ここで、碁盤目形状とは、連続した直線または曲線により閉じた図形が一定間隔に並んでいる形状のことである。例えば、図１５（ａ）に示す四角形が並んだ形状、図１５（ｂ）に示す三角形が並んだ形状の他、任意の数の頂点を持つ図形が並んだ形状を含むものとする。基板に溝を設け、列ごとに島状構造体を形成することにより、列ごとに加工が行われることになり、マイクロニードルを複数一括して製造することができ、特に、針がアレイ状に整列された構造体を容易に形成することが可能となる。
【００６８】
基板材料としては、加工方法に応じて適宜選択することができる。具体的には、アルミナ、窒化アルミニウム、マシナブルセラミックスなどのセラミックス；シリコン、シリコンカーバイト、石英などの結晶材料；アクリル、ポリアセタールなどの有機材料；ニッケル、アルミニウムなどの金属材料；ガラスなどの基板を用いてもよい。
【００６９】
研削加工においてダイシング加工を用いた場合においては、ダイシングブレードの傾斜面の角度を変更することにより、製造されるマイクロニードルのテーパ角度を制御することができる。
【００７０】
また、ダイシングで溝加工を行う際に、溝ごとに異なる傾斜面を有するダイシングブレードに変更してもよい。これにより、溝ごとに溝の側面のテーパ角度を異なるようにすることができる。よって、例えば、製造されるマイクロニードルのテーパ角度が側面ごとに異なるようにすることができ、左右非対称のマイクロニードルを設計し、製造することができる。
【００７１】
また、図１６（ａ）〜（ｃ）に示すように、ブレード１６で一段目の溝を形成した後、ブレード１７で一段目の溝をなぞるように再度加工し、二段目の溝を形成してもよい。このように、例えば傾斜面が垂直なダイシングブレード１７を用いて加工することにより、側面に垂直面を含み、高アスペクト比のマイクロニードルを製造することが可能となる。
【００７２】
また、一段目の溝と二段目の溝を形成する際に、ダイシングブレードの傾斜面をそれぞれ変更することにより、製造されるマイクロニードル側面のテーパ角度を段階的に変更することができる。このため、例えば、マイクロニードル基底部のテーパ角度をゆるくすることで、刺突の際に大きな応力がかかる基底部が補強された形状のマイクロニードルを製造することができ、刺突の際に折れにくいという効果を奏するマイクロニードルを設計し、製造することが可能となる。
【００７３】
また、二段目の溝と同様に異なる傾斜面を有するダイシングブレードに変更し、溝をなぞるように再度加工する操作を繰り返して、三段目以降の溝を形成してもよい。これにより、多様なテーパ角度を有するマイクロニードルを設計し、製造することが可能となる。
【００７４】
図１７（ａ）〜（ｃ）に示すように、あらかじめ基板１０に貫通孔２６を形成した状態で、一段目の溝を形成した後、一段目の溝をなぞるように再度加工し、二段目の溝を形成してもよい。
【００７５】
＜島状構造体に等方性エッチングを施しマイクロニードル版型を形成する工程（図１４（ｃ））＞
次に、島状構造体１１が形成された基板１０に等方性エッチングを施す。なお、ここで、「等方性エッチング」とは、完全な等方性を示すエッチングのみならず、わずかに異方性の傾向を示す等方性の傾向が強いエッチングをも含むものとして定義する。等方性エッチングを行うことにより、基板の結晶方位面に限定されることなく、マイクロニードルの先端部を先鋭化させることが可能となる。ここで等方性エッチングとしては、特にその方法を限定されず、例えば、ＲＩＥ、マグネトロンＲＩＥ、ＥＣＲ、ＩＣＰ、ＮＬＤ、マイクロ波、ヘリコン波等の放電方式を用いたドライエッチング装置を用いて行うことができる。また、例えば、ＸｅＦ2などのガスを用いてドライエッチングを行っても良い。
【００７６】
図１８（ａ）の状態から等方性エッチングを行うと、図１８（ｂ）に示すように、島状構造体全体の形状が等方的に一定距離だけ縮小した形状となる。このため、図１８（ｃ）に示すように、ニードルの底部は丸みを帯びた形状となり、ニードルの先端部は先鋭化した形状となる。このように等方性エッチングを施すことにより、ニードルの形状を調整して、より穿刺しやすく折れにくい形状にすることが出来る。
【００７７】
島状構造体を形成した後、等方性エッチングを行うことで、形状およびテーパ角度、寸法の設計の自由度を高くし、基板が単結晶材料に限定されることなく、マイクロニードルの先端部を先鋭化させることが可能となる。
【００７８】
＜マイクロニードルから複製版を作製する工程（図１４（ｄ）〜（ｅ））＞
次に、上述の方法によって形成されたマイクロニードル１２に充填層１３ａを形成し、充填層１３ａをマイクロニードル１２から剥離する事で凹型の複製版１３ｂを形成する。一体成形された機械的強度の高い複製版を作製することにより、同一の複製版１３ａで多量のマイクロニードルを製造することができるため、生産コストを低くし、生産性を高めることが可能となる。
【００７９】
充填層の材料は特に制限されず、複製版として機能するだけの形状追従性、後述する転写加工成形における転写製、耐久性および離型性を考慮した材質を選択することができる。例えば、充填層としてニッケル、熱硬化性のシリコーン樹脂などを用いても良い。ニッケルを選択した場合、充填層の形成方法としては、メッキ法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法などが挙げられる。
【００８０】
また、充填層とマイクロニードル１２の剥離方法としては、物理的な剥離力による剥離または選択性エッチング法などを用いることができる。
【００８１】
＜複製版を用いた転写加工成形（図１４（ｆ）、（ｇ））＞
次に、複製版１３ｂにマイクロニードル材料１４を充填する。マイクロニードル材料は特に制限されないが、生体適合性材料である医療用シリコーン樹脂や、マルトース、ポリ乳酸、デキストラン、糖質等を用いることで、生体に適用可能なマイクロニードルを形成できる。生体適合性材料を用いれば、マイクロニードルが折れて、体内に取り残された場合も、無害であるという効果を奏する。また、マイクロニードル材料の充填方法は制限されないが、生産性の観点から、インプリント法、ホットエンボス法、射出成形法、押し出し成形法およびキャスティング法を好適に用いることができる。
【００８２】
次に、マイクロニードル材料を複製版から離型し、転写成形されたマイクロニードル１４を得る。
【００８３】
このとき、複製版の剥離性を向上させるために、マイクロニードル材料の充填前に、複製版の表面上に離型効果を増すための離型層を形成してもよい（図示せず）。離型層としては、例えば広く知られているフッ素系の樹脂を用いることができる。また、離型層の形成方法としては、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、スピンコート法、ディップコート法等の薄膜形成手法を好適に用いることができる。
【００８４】
以上より、本発明のマイクロニードルの製造方法を実施することができる。なお、本発明のマイクロニードルの製造方法は上記実施の形態に限定されず、各工程において類推することのできる他の公知の方法をも含むものとする。
【００８５】
また、本発明のマイクロニードルの製造方法は、形成する溝のテーパ角度を制御することにより、多彩な形状のマイクロニードルを設計し、製造することができる。例えば、溝を３方向から形成し３方向のうち１方向の溝の側面のテーパ角度を他の２方向の溝と異ならせることで、底面の三角形のある頂点と先端の頂点とを結ぶ稜線が略垂直となる形状（図１９（ａ））を設計することができる。溝を２方向から形成し、それぞれの溝の深さ方向の中途でテーパ角度を変更することで、底面が四角形であり側面が垂直であり先端部が角錐の形状（図１９（ｂ））を形成することができる。溝を２方向から形成しそれぞれの溝が９０°で交差することで、底面が長方形である四角錐の形状（図１９（ｃ））を設計することができる。当然のことながら、本発明のマイクロニードルの製造方法により製造できるマイクロニードルはこれらの形状に限定されるものではない。
【００８６】
実施例１
以下に、具体的実施例を示し、本発明を詳細に説明する。図２は本発明の実施形態の一例を示す部分断面図である。
【００８７】
まず、ダイヤモンド砥粒を含有したダイシングブレードの先端部を、ダイヤモンド砥石による研磨加工によって、後述する所望の形状に加工した。図１は円盤状のダイシングブレード先端の部分断面図である。図１（ａ）に示す通り、研磨加工前のダイシングブレード１２の形状は、側面４と先端面５が９０°の角を成して交わり、頂点６を形成している。このダイシングブレード１２を、ダイヤモンド砥石を用いて加工し、ダイシングブレード１１を得た。ダイシングブレード１１は、図２（ｂ）に示す通り、傾斜面７を有し、且つ傾斜面７と先端面５が交わって成す頂点部分は角取り面８を有する形状に加工された。本実施例では、厚みが１ｍｍのダイシングブレードを用い、先端面５が幅２００μｍとなり、側面４と傾斜面７との成す角度が１６０°となるように、ダイシングブレードの先端を研磨加工した。傾斜面７の傾斜角度は、最終的に形成されるマイクロニードルの側壁角度を決定する。また角取り面８は、最終的に形成されるマイクロニードルの基底部の形状を決定する。最終的に形成される角錐形状のマイクロニードル先端角度を４０°とするために、本実施例におけるダイシングブレード先端部の傾斜面７の傾きは１６０°を選択した。
【００８８】
次に、前記の通り先端を加工したダイシングブレード１１によるダイシング加工で、アルミナ基板１の表面に第１の線状溝を形成する工程を実施した。まず図２（ａ）に示す通り、一辺が３０ｍｍの正方形で、厚さ３ｍｍのアルミナ基板１を準備し、続いて図２（ｂ）に示す通り、ダイシングブレード１１を回転させながらアルミナ基板１の表面を深さ３００μｍとなるようにダイシング加工し、長さ３０ｍｍの溝を形成した。
【００８９】
上記ダイシング加工によって、図２（ｃ）に示す通り、第１の線状溝２１が形成された。第１の線状溝２１の開口上部の幅は約４１８μｍ、深さは３００μｍとなった。第１の線状溝２１の側面の傾きは、図１（ｂ）に示すダイシングブレード１１の先端に形成された傾斜面７の傾きに対応し、本実施例ではアルミナ基板１の表面と第１の線状溝２１の側面との成す角度は１１０°となった。同様に、第１の線状溝２１の側面と底面が交わる部分は、図１（ｂ）に示すダイシングブレード１１の先端に形成された角取り面８に対応した裾を持った形状となった。
【００９０】
次に隣接する第１の線状溝２２を基板１の表面に加工する工程を実施した。図２（ｄ）に示すように、第１の線状溝２１の隣に、第１の線状溝２１と同一の条件でダイシングブレード１１によって溝を加工した。このとき、ダイシングブレード１１は、第１の線状溝２１に対して、幅１００μｍだけ重なりを持つようにして溝を加工した。また、第１の線状溝２１に対して、平行に研削した。これにより、図２（ｅ）に示す通り、深さ３００μｍで長さ３ｍｍの第１の線状溝２２が、第１の線状溝２１に隣接して形成された。第１の線状溝２１と第１の線状溝２２の間には、先端形状が先鋭なニードル２が形成された。
【００９１】
ニードル２の高さは、ダイシング加工深さ、ダイシングブレード１１の先端傾斜面７の角度、および第１の溝２１と第２の溝２２の重なり距離によって決定する。本実施例におけるニードル２の高さは約１６２μｍ、根元の幅は約１１８μｍとなった。ダイシングブレード先端の傾斜面７の重なりで形成されたニードル２の先端は、角度４０°の頂点となった。
【００９２】
次に、第１の線状溝２２を形成したのと同様に順次溝を形成していき、図２（ｆ）に示す通り、ニードル２を所望の数だけ形成して、ほぼ三角断面形状を有するニードル２が表面に形成された基板３を得た。本実施例においては、合計６本の溝を作製した。６本の溝形成によって、５本のニードル２が形成された。図３に示す通り、ニードル２の断面形状は、ダイシングブレード１１の先端に形成された傾斜面７の傾きに一致する側壁傾斜を有し、側面と底面が交わる部分は、図１（ｂ）のダイシングブレード１１の先端に形成された角取り面８に対応した裾を持った形状１３となった。
【００９３】
次に、前記６本の溝形成工程によって５本形成されたニードル２が表面に形成された基板３を９０°回転し、前記の溝形成工程と同じ条件でダイシング加工を実施した。これにより、第２の線状溝が合わせて５本形成され、その結果研削されずに残る部分が、図５に示す通り、アレイ状の正四角錐２４となり、基板２３上にアレイ状の配列されたマイクロニードル２５が得られた。本実施例においては、マイクロニードルは５列５行のアレイ状に並んだ２５のマイクロニードルが得られた。このとき得られたマイクロニードルは四角錐であり、先端角が４０°、高さが約１６２μｍ、底面の一辺の幅が１１８μｍとなった。
【００９４】
実施例２
作製したマイクロニードルを複製するため、前記マイクロニードル２５を母型とし、前記母型から複製版を作り、転写加工成形を行う工程を実施した。まず、メッキ法によって、マイクロニードル２５の表面にニッケル膜を６００μｍ形成した。次に前記ニッケル膜をマイクロニードル２５から剥離し、複製版を作製した。次に、インプリント法によって、ポリ乳酸に前記複製版を転写し、ポリ乳酸から成るマイクロニードルを得た。
【００９５】
実施例３
基板として、５２５μｍ厚さの単結晶シリコン基板を用意した。
【００９６】
次に、側面と傾斜面との成す角度が１７０°の傾斜を持つダイジングブレードを用い、シリコン基板を碁盤目状にダイシング加工を行った。このとき、加工によって形成される島状構造体の上部平面を一辺の長さが１００μｍの正方形状とした。また、加工深さは２５０μｍとした。
【００９７】
次に、形成された島状構造体に等方性エッチングを施した。等方性エッチングとしてはＩＣＰ−ＲＩＥを用い、反応ガス種にはＳＦ6ガスを用いた。エッチングは島状構造体の上部平面が点状になるまで行った。
【００９８】
以上より、根元径１００μｍ、高さ２５０μｍであり、先端角が２０°、先端径が１００ｎｍの四角錐状のマイクロニードルが形成できた。
【００９９】
実施例４
基板として、５２５μｍ厚さの単結晶シリコン基板を用意した（図１６（ａ））。
【０１００】
次に、側面と傾斜面との成す角度が１６５°の傾斜を持つダイシングブレード１６を用い、シリコン基板を碁盤目状にダイシング加工を行った（図１６（ｂ））。このとき、加工によって形成される島状構造体の上部平面を一辺の長さが７０μｍの正方形状とした。また、加工深さは１５０μｍとした。
【０１０１】
次に、上述の加工箇所と同じ箇所を９０°の傾斜を持つダイシングブレード１７を用いダイシング加工処理を行った（図１６（ｂ））。また、加工深さは１５０μｍとした。
【０１０２】
次に、形成された島状構造体に等方性エッチングを施した。等方性エッチングとしてはＩＣＰ−ＲＩＥを用い、反応ガス種にはＳＦ6ガスを用いた。エッチングは島状構造体の上部平面が点状になるまで行った。
【０１０３】
上記の条件でマイクロニードルを作製した結果、先端側のテーパ部の高さ１５０μｍ、基底部側の垂直部の高さ１５０μｍ、先端角３０°、先端径１００ｎｍのマイクロニードルが形成できた。
【０１０４】
実施例５
実施例３で作製したマイクロニードルを版型とし、転写加工成型を行った。まず、マイクロニードルに充填層としてニッケルを電鋳法で形成した。メッキ浴にはスルファミン酸ニッケル溶液を用いた。６０％スルファミン酸溶液を用い、浴温は４５℃として５時間のメッキ処理により充填層を形成した。次に、版型であるシリコン製のマイクロニードルに、２５％ＫＯＨ溶液を用いて８０℃で４時間溶解処理を施し、複製版を作製した。
【０１０５】
次に、複製版に対し、熱プレス法を用いてマイクロニードルの作製を行った。充填するマイクロニードル材料としては、生体適合性材料であるポリ乳酸を用いた。
【０１０６】
以上より、ポリ乳酸から成る根元径１００μｍ、高さ２５０μｍであり、先端角が２０°、先端径が１００ｎｍの四角錐形状のマイクロニードルを製造できた。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明のマイクロニードルの製造方法は、医療のみならず、マイクロニードルを必要とする様々な分野に適用可能であり、例えばＭＥＭＳデバイス、創薬、化粧品などに用いるマイクロニードルの製造方法としても有用である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研削加工を用いて基板に第１の方向に沿って互いに平行な複数の第１の線状溝を形成する工程と、
研削加工を用いて基板に第１の方向と交差する第２の方向に沿って互いに平行な複数の第２の線状溝を形成し、上部に平面を有する島状構造体を形成する工程と、
該上部に平面を有する島状構造体に等方性エッチングを施す工程と
を備えることを特徴とするマイクロニードルの製造方法。
【請求項２】
前記研削加工はダイシングブレードを用いた研削加工であり、前記上部に平面を有する島状構造体が前記ダイシングブレードの先端に形成された傾斜面の傾きに一致した側壁を有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロニードルの製造方法。
【請求項３】
前記第１の線状溝と前記第２の線状溝は９０度の角度をなして交差することを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロニードルの製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のマイクロニードルの製造方法で作製したマイクロニードルを母型とし、前記母型から複製版を作製し、前記複製版からの転写によりマイクロニードルを製造することを特徴とするマイクロニードルの製造方法。
【請求項５】
前記複製版からの転写のとき、生体適合性材料に転写を行うことを特徴とする請求項４に記載のマイクロニードルの製造方法。
【請求項１】
研削加工を用いて基板に第１の方向に沿って互いに平行な複数の第１の線状溝を形成する工程と、
研削加工を用いて基板に第１の方向と交差する第２の方向に沿って互いに平行な複数の第２の線状溝を形成し、上部に平面を有する島状構造体を形成する工程と、
該上部に平面を有する島状構造体に等方性エッチングを施す工程と
を備えることを特徴とするマイクロニードルの製造方法。
【請求項２】
前記研削加工はダイシングブレードを用いた研削加工であり、前記上部に平面を有する島状構造体が前記ダイシングブレードの先端に形成された傾斜面の傾きに一致した側壁を有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロニードルの製造方法。
【請求項３】
前記第１の線状溝と前記第２の線状溝は９０度の角度をなして交差することを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロニードルの製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のマイクロニードルの製造方法で作製したマイクロニードルを母型とし、前記母型から複製版を作製し、前記複製版からの転写によりマイクロニードルを製造することを特徴とするマイクロニードルの製造方法。
【請求項５】
前記複製版からの転写のとき、生体適合性材料に転写を行うことを特徴とする請求項４に記載のマイクロニードルの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１２−１４３５７９（Ｐ２０１２−１４３５７９Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５５６３９（Ｐ２０１２−５５６３９）
【出願日】平成２４年３月１３日（２０１２．３．１３）
【分割の表示】特願２００９−１８４１８９（Ｐ２００９−１８４１８９）の分割
【原出願日】平成１９年７月２７日（２００７．７．２７）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【出願人】（０００１６０５２２）久光製薬株式会社 (121)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月１３日（２０１２．３．１３）
【分割の表示】特願２００９−１８４１８９（Ｐ２００９−１８４１８９）の分割
【原出願日】平成１９年７月２７日（２００７．７．２７）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【出願人】（０００１６０５２２）久光製薬株式会社 (121)
【Ｆターム（参考）】
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