微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の作製方法
【課題】 複雑な形状を有する微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の作製方法を提供する。
【解決手段】 先鋭状の先端部１３０を有する、シリコンで形成された針模型１００をシリコン基板１４０に固定するステップと、前記シリコン基板１４０の前記針模型１００を固定した面側に鋳型材料を堆積するステップと、前記シリコン基板１４０および前記針模型１００を除去するステップとを備える。
【解決手段】 先鋭状の先端部１３０を有する、シリコンで形成された針模型１００をシリコン基板１４０に固定するステップと、前記シリコン基板１４０の前記針模型１００を固定した面側に鋳型材料を堆積するステップと、前記シリコン基板１４０および前記針模型１００を除去するステップとを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の作製方法であって、詳しくは、複雑な形状を有する微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体からの採血において、金属製のストレート形状の中実な針（ランセット）が利用される場合がある。採血は、針を皮膚に突き刺すことで微量の出血を生じさせ、これを検査紙で吸い取っている。
【０００３】
現状の針は、概ね直径３００μｍ以上と比較的太い。そのため、皮膚の痛点を避けることが困難であること等の理由から、採血は、痛みや恐怖を伴っている。医療現場では、低侵襲性のランセットが強く望まれている。
【０００４】
シリコン基板に対してエッチング処理を施すことで鋳型を製造し、鋳型を利用して微細金属部品を作製する技術が知られている（たとえば、非特許文献１）。より細い針を得ることを目的として、この技術を利用して微細針を作製することが考えられている。他に、シリコン基板表面に対して垂直方向に微細針を作製する技術が知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】藤田博之、小西聡、江刺正喜、佐藤一雄、勝部昭明、前中一介、「ＥＥ Ｔｅｘｔ センサ・マイクロマシン工学」、株式会社オーム社、平成１７年１０月５日、第１版、７６頁および７７頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１に記載の技術を利用して微細針を作製する場合、マスク処理を施したレジスト材料を紫外光やＸ線により感光させ，それを現像することで鋳型を製造している。この方法では、基板表面に対してレジストを垂直方向にエッチングすることになる。そのため、複雑な形状の微細針を作製することは難しい。
【０００７】
シリコン基板に垂直に微細針を作製する場合、ドライエッチングなどを利用して針を作製する。ドライエッチングにおいても、複雑な形状の微細針を作製することは難しい。
【０００８】
本発明は、斯かる事情に鑑み、複雑な形状を有する微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の作製方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る微細針を作製するための鋳型の製造方法は、先鋭状の先端部を有する、シリコンで作成された針模型をシリコン基板に固定するステップと、シリコン基板の針模型を固定した面側に鋳型材料を堆積するステップと、シリコン基板および針模型を除去するステップとを備える。
【００１０】
斯かる構成によれば、針模型にはシリコンが利用される。針模型は、予め複雑な形状に形成された後、シリコン基板に固定される。すなわち、針模型は、先鋭状の先端部を有する形状に形成された後、シリコン基板に固定される。
【００１１】
シリコン基板の針模型を固定した面側に、鋳型材料を堆積する。鋳型材料は、針模型を覆う程度に堆積される。鋳型材料が堆積された後に、シリコン基板および針模型は、除去される。針模型の形状が鋳型材料に転写され、鋳型材料は微細針の鋳型となる。
【００１２】
また、シリコン基板の針模型を固定した面側に鋳型材料を堆積するステップは、シリコン基板の針模型を固定した面側に電極層を形成するステップと、電極層を利用して、鋳型材料を堆積するステップを有する。
【００１３】
斯かる構成によれば、電極層は、シリコン基板の針模型を固定した面側に形成される。シリコン基盤は、鋳型材料となる金属を含む水溶液中に浸される。電極層を利用して電解メッキをすることで、鋳型材料は、シリコン基板の針模型を固定した面側に堆積される。
【００１４】
また、微細針の作製方法は、上記微細針を作製するための鋳型の製造方法により製造された鋳型に、針材料を充填して作製されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上の如く、本発明に係る微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の製造方法によれば、複雑な形状を有する微細針を作製することができるというすぐれた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る微細針を作製するための鋳型の製造工程の概略図を示す。図１（ａ）は、針模型の斜視図、図１（ｂ）は、針模型を固定して電極層を形成したシリコン基板の斜視図、図１（ｃ）は、鋳型材料を堆積したシリコン基板の斜視図、図１（ｄ）は、シリコン基板を除去した鋳型材料の斜視図を示す。
【図２】同実施形態に係るシリコン基板に針模型を固定する工程の概略図を示す。図２（ａ）は、シリコン基板の側面図、図２（ｂ）は、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）を塗布したシリコン基板の側面図、図２（ｃ）は、レジストを塗布したシリコン基板の側面図、図２（ｄ）は、針模型を固定したシリコン基板の側面図を示す。
【図３】同実施形態に係る鋳型材料を堆積する工程の概略図を示す。図３（ａ）は、スパッタリングにより電極層を堆積する概略図、図３（ｂ）は、電解メッキにより鋳型材料を堆積したシリコン基板の側面図を示す。
【図４】同実施形態に係るシリコン基板を除去する工程の概略図を示す。
【図５】同実施形態に係る製造された鋳型の上方図を示す。
【図６】同実施形態に係る製造された鋳型の針鋳型部における拡大図を示す。
【図７】同実施形態に係る微細針の作製工程の概略図を示す。図７（ａ）は、鋳型に射出成型して微細針を作製する射出成型機の概略図を示す。図７（ｂ）は、鋳型を除去して作製された微細針の概略図を示す。
【図８】同実施形態に係る作製された微細針先端部の拡大図を示す。図８（ａ）は、微細針先端部の上方図、図８（ｂ）は、微細針先端部の側面図を示す。
【図９】同実施形態に係る作製された微細針の寸法を示す。図９（ａ）は、微細針の上方図における寸法、図９（ｂ）は、微細針の側面図における寸法を示す。
【図１０】同実施形態に係る他の針模型の斜視図を示す。
【図１１】同実施形態に係るさらに他の針模型の斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の作製方法における一実施形態について、図１〜図１０を参照して説明する。
【００１８】
本実施形態における微細針７７０を作製するための鋳型１６０の製造方法および微細針７７０の作製方法は、鋳型１６０を製造する工程と、微細針７７０を作製する工程とに大別される。微細針７７０を作製するための鋳型１６０の製造方法は、先鋭状の先端部１３０を有する、シリコンで形成された針模型１００をシリコン基板１４０に固定する工程と、シリコン基板１４０の針模型１００を固定した面側に電極層１５０を形成する工程と、シリコン基板１４０の針模型１００を固定した面側に鋳型材料を堆積する工程と、シリコン基板１４０および針模型１００を除去する工程とを備える。微細針７７０の作製方法は、針材料を充填する工程と、鋳型１６０を除去する工程とを備える。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る微細針を作製するための鋳型の製造工程の概略図を示す。図１（ａ）は、針模型の斜視図、図１（ｂ）は、針模型を固定して電極層を形成したシリコン基板の斜視図、図１（ｃ）は、鋳型材料を堆積したシリコン基板の斜視図、図１（ｄ）は、シリコン基板を除去した鋳型材料の斜視図を示す。
【００２０】
針模型１００は、ホルダ部１１０と、針部１２０とを備える。針部１２０は、中途部１２５と、先端部１３０とを有する。針模型１００は、シリコンで形成される。針模型１００は、たとえば、電解エッチングを利用して先鋭化される。針模型１００は、シリコンを用いて形成される。
【００２１】
針模型１００の先端部分が電解エッチングを用いて先鋭化される場合、針模型１００は、アノードとしてフッ化水素１０％水溶液に針部１２０を浸される。カソードとして、別のシリコンが利用される。先端部１３０は、アノードとカソードとの間に電圧を印加することで形成される。先端部１３０は、アノードとカソードとの間に２００Ｖの電圧を印加することで先鋭状となる。
【００２２】
先鋭状の先端部を有する、シリコンで作成された針模型１００をシリコン基板１４０に固定する。シリコン基板１４０は、針模型１００とは別途用意される。針模型１００は、ウェハボンディング技術を利用して固定される。たとえば、針模型１００は、接着剤を利用して固定される。接着剤として、ネガレジスト（東京応化工業株式会社製、ＯＭＲ（登録商標））が利用される。
【００２３】
シリコン基板１４０の針模型１００を固定した面側に電極層１５０を形成する。電極層１５０は、Ｆｅ−Ｎｉ（鉄・ニッケル合金）であってよい。また、Ｃｒ−Ａｕ（金・クロム合金）であってよい。本実施形態では、電極層１５０をＦｅ−Ｎｉとして説明する。
【００２４】
シリコン基板１４０の針模型１００を固定した面側に鋳型材料を堆積する。鋳型材料は、最終的に鋳型１６０となる。鋳型材料は、Ｎｉであってよい。鋳型材料は、電極層１５０を利用して堆積される。たとえば、鋳型材料は、電極層１５０を電極として利用して、電解メッキで堆積される。
【００２５】
電解メッキを利用して鋳型材料を堆積する場合、シリコン基板１４０は、カソードとしてスルファミン酸水溶液に浸される。アノードとしてＮｉを利用する。スルファミン酸水溶液は、ヒータにより加熱される。
【００２６】
鋳型材料を堆積した後、シリコン基板１４０および針模型１００を除去する。シリコン基板１４０および針模型１００は、たとえば、ＫＯＨ水溶液に浸されることで除去される。シリコン基板１４０および針模型１００がエッチングされることで、鋳型１６０が完成する。
【００２７】
鋳型１６０は、凹形状に針模型１００の転写される部分を備える。鋳型１６０は、ホルダ部１１０に対応するホルダ鋳型部１７０と、針部１２０に対応する針鋳型部１８０とを備える。針鋳型部１８０は、中途部１２５に対応する中途鋳型部１８５と、先端部１３０に対応する先端鋳型部１９０とを有する。
【００２８】
図２は、同実施形態に係るシリコン基板に針模型を固定する工程の概略図を示す。図２（ａ）は、シリコン基板の側面図、図２（ｂ）は、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）を塗布したシリコン基板の側面図、図２（ｃ）は、レジストを塗布したシリコン基板の側面図、図２（ｄ）は、針模型を固定したシリコン基板の側面図を示す。
【００２９】
シリコン基板１４０は、適度な厚さを有する。たとえば、シリコン基板１４０は、５００μｍの厚さを有する。シリコン基板１４０は、スピンコーティング装置２１０に固定される。スピンコーティング装置２１０は、シリコン基板１４０を回転する。ＨＭＤＳ層２２０は、回転されるシリコン基板１４０上にＨＭＤＳを塗布することにより形成される。ＨＭＤＳ層２２０は、レジスト材をシリコン基板１４０に塗布する場合の接着助剤として機能する。
【００３０】
レジスト層２３０は、ＨＭＤＳ層２２０上に形成される。レジスト層２３０は、ＨＭＤＳ層２２０上にＯＭＲ（登録商標）を塗布することで形成される。表１に、ＨＭＤＳ層２２０を形成する場合およびレジスト層２３０を形成する場合における、スピンコーティング装置２１０の回転条件を示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】
シリコン基板１４０は、スピンコーティング装置２１０から外される。シリコン基板１４０は、ヒータ２４０上に載置される。針模型１００は、レジスト層２３０上に載置される。針模型１００は、シリコン基板１４０とウェハボンディング技術を利用して固定される。たとえば、ヒータ２４０は、１４５℃で５分間、シリコン基板１４０と針模型１００とをベーキングすることで固定される。
【００３３】
図３は、同実施形態に係る鋳型材料を堆積する工程の概略図を示す。図３（ａ）は、スパッタリングにより電極層を堆積する概略図、図３（ｂ）は、電解メッキにより鋳型材料を堆積したシリコン基板の側面図を示す。
【００３４】
シリコン基板１４０は、針模型１００を固定した後に、スパッタ装置３１０へと挿入される。スパッタ装置３１０は、シリコン基板１４０の針模型１００を固定した面側に、電極層１５０を形成する。たとえば、スパッタ装置３１０は、針模型１００およびシリコン基板１４０上に、Ｆｅ−Ｎｉをスパッタリングにより堆積する。
【００３５】
電極層１５０が形成された後、シリコン基板１４０は、スルファミン酸水溶液に浸される。電極層１５０は、カソードとして利用される。Ｎｉは、アノードとして利用される。スルファミン酸水溶液は、ヒータにより加熱される。電極層１５０は、電解メッキにより鋳型材料となるＮｉを堆積する。シリコン基板１４０は、鋳型材料としてＮｉを３００μｍの厚さになるまで堆積する。鋳型材料は、最終的に鋳型１６０となる。なお、電極層１５０は、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いて形成されてもよい。表２に、スパッタリング条件を示す。なお、本実施形態においては、ＤＣスパッタリングでＦｅ−Ｎｉをスパッタする場合を示す。
【００３６】
【表２】
【００３７】
図４は、同実施形態に係るシリコン基板を除去する工程の概略図を示す。鋳型材料を堆積したシリコン基板１４０は、ＫＯＨ水溶液中に浸される。シリコン基板１４０および針模型１００は、ＫＯＨ（水酸化カリウム）水溶液に浸されることで、エッチングされる。鋳型１６０は、針模型１００およびシリコン基板１４０のエッチングにより完成する。たとえば、シリコン基板１４０は、ＫＯＨ２０％４０ｇ、水１６０ｍｌの水溶液に浸される。ヒータ４１０は、７２℃で８時間ＫＯＨ水溶液に浸す。ＫＯＨ水溶液の溶液の蒸発を防止することを目的として、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）溶液を混ぜるのが好ましい。表３に、ＫＯＨ水溶液の成分を示す。
【００３８】
【表３】
【００３９】
図５は、同実施形態に係る製造された鋳型の上方図を示す。図６は、同実施形態に係る製造された鋳型の針鋳型部における拡大図を示す。
【００４０】
図１（ｄ）に対応して、図５に示すように、鋳型１６０は、針模型１００の形状をかたどった溝を備える。鋳型１６０は、ホルダ部１１０に対応するホルダ鋳型部１７０と、針部１２０に対応する針鋳型部１８０とを備える。針鋳型部１８０は、中途部１２５に対応する中途鋳型部１８５と、先端部１３０に対応する先端鋳型部１９０とを有する。
【００４１】
針模型１００がシリコン基板１４０に固定されると、先端部１３０は、先鋭状を有することで、シリコン基板１４０から接触しない位置に固定される。シリコン基板１４０に電解メッキが施されると、鋳型金属は、先端部１３０とシリコン基板１４０との間にも堆積される。その後、シリコン基板１４０を除去すると、図６に示すように、先端鋳型部１９０は、中途鋳型部１８５の長手方向に向かう方向おいて凹形状となる。
【００４２】
すなわち、先端鋳型部１９０は、中途鋳型部１８５の長手方向に向かう方向において、先端部１３０の先端に対応する部分を底とする凹形状となる。また、先端鋳型部１９０は、先端部１３０の中途部１２５に接続する部分から先端部１３０の先端までの傾斜に対応する傾斜を有する凹形状となる。したがって、先端鋳型部１９０は、鋳型１６０の面のうち、除去されたシリコン基板１４０の存在していた面側に、片持ち梁状の屋根を有する構造となる。
【００４３】
図７は、同実施形態に係る微細針の作製工程の概略図を示す。図７（ａ）は、鋳型に射出成型して微細針を作製する射出成型機の概略図を示す。図７（ｂ）は、鋳型を除去して作製された微細針の概略図を示す。
【００４４】
射出成型機７００は、上型７１０と、下形７２０と、ランナ部７４０と、プランジャ７５０とを備える。下形７２０は、鋳型１６０を収容する収容部７３０を有する。上型７１０は、針材料を鋳型１６０に充填するための貫通孔となるランナ部７４０を有する。プランジャ７５０は、鋳型１６０に、針材料を充填して微細針を作製する。
【００４５】
鋳型１６０は、収容部７３０に収容される。鋳型１６０は、上型７１０および下形７２０により圧接される。ランナ部７４０は、針材料となるペレット７６０を充填する。プランジャ７５０は、ランナ部７４０に充填されたペレット７６０を加圧する。プランジャ７５０は、ペレット７６０を加圧することで鋳型１６０にペレット７６０を充填する。ペレット７６０は、鋳型１６０に形成されたホルダ鋳型部１７０および針鋳型部１８０に充填される。ペレット７６０は、微細針７７０を形作る。
【００４６】
ペレット７６０は、高分子ポリマ、生体高分子、たんぱく質、および生体適合性無機材料とすることができる。高分子ポリマとしては、これらに限定されないが、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレングリコール、パリレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、シリコーン、ポリイソプレン、ポリメチルメタクリレート、フッ素樹脂、ポリエーテルイミド、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネートカーボネート、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンサルファイド、ポリホルムアルデヒド、ポリアンヒドリド、ポリアミド（６ナイロン、６６ナイロン）、ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニールアルコ−ル、ポリビニルピロリドン、ポリエステルアミド、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート、ポリウレタン（ポリエーテルウレタン、ポリエステルウレタン、ポリエーテルウレタン尿素）、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアセタール、ポリブタジエン、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンビニルアルコール共重合体、エチレンプロピレン共重合体、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリヒイドロブチレート、ポリオルトエステル、ポリ乳酸、ポリグリコール、ポリカプロラクトン、ポリ乳酸共重合体、ポリグリコール酸・グリコール共重合体、ポリカプロノラクトン共重合体、ポリジオキサノン、パーフルオロエチレン―プロピレン共重合体、シアノアクリレート重合体、ポリブチルシアノアクリレート、ポリアリルエーテルケトン、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド、フェノール樹脂）が含まれる。
【００４７】
また、生体高分子としては、例えば、セルロース、でんぷん、キチン・キトサン、寒天、カラギーナン、アルギン酸、アガロース、ブルラン、マンナン、カードラン、キサンタンガム、ジェランガム、ペクチン、キシログルカン、グアーガム、リグニン、オリゴ糖、ヒアルロン酸、シゾフィラン、レンチナンなどが含まれ、蛋白質としてはコラーゲン、ゼラチン、ケラチン、フィブロイン、にかわ、セリシン、植物性蛋白質、牛乳蛋白質、ラン蛋白質、合成蛋白質、ヘパリン、核酸が含まれ、糖、あめ、ブドウ糖、麦芽糖、ショ糖およびこれらのポリマーアロイを用いることもできる。
【００４８】
さらに、生体適合性無機材料としては、例えば、セラミック、ナノ複合化セラミック、Ａｌ２Ｏ３／ＺｎＯ２複合セラミックス、Ｓｉ３Ｎ４系ナノ複合材料、水酸化アパタイト、炭酸カルシウム、カーボン、グラファイト（ナノグラファイバー）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、フラーレン複合材料、ハイドロキシアパタイト・ポリマー複合材料、コバルトクロム合金、ステンレスなどが含まれる。
【００４９】
ただし好適には、本実施形態のペレット７６０は、例えば、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリカプロラクトン、コラーゲン、でんぷん、ヒアルロン酸、アルギン酸、キチン、キトサン、セルロース、ゼラチンなどを含む生分解性ポリマ、およびこれらの化合物からなる生分解性材料であるのが好ましい。
【００５０】
鋳型１６０は、ペレット７６０を充填した後に、射出成型機７００から外される。鋳型１６０は、王水に浸される。鋳型１６０は、王水により溶かされる。微細針７７０は、鋳型１６０を王水により溶かすことで得られる。
【００５１】
微細針７７０は、ホルダ部７８０と、針部７９０とを備える。針部７９０は、中途部７９５と、先端部８００とを有する。ホルダ部７８０は、ホルダ部１１０と同形状を有する。針部７９０は、針部１２０と同形状を有する。すなわち、中途部７９５は、中途部１２５と同形状を有する。先端部８００は、先端部１３０と同形状を有する。
【００５２】
図８は、同実施形態に係る作製された微細針先端部の拡大図を示す。図８（ａ）は、微細針先端部の上方図、図８（ｂ）は、微細針先端部の側面図を示す。図９は、同実施形態に係る作製された微細針の寸法を示す。図９（ａ）は、微細針の上方図における寸法、図９（ｂ）は、微細針の側面図における寸法を示す。
【００５３】
ホルダ部７８０は、厚さ１５０μｍを有する。針部７９０は、直径１５０μｍを有し、長さ１０００μｍを有する。先端部８００は、針部７９０に対して、２０度角を有する先鋭状となる。針部７９０は、軸対称となる構造を有する。ここで、軸対称とは、少なくとも上方および側方から針部７９０をみて、ともに線対称となる構造をいう。たとえば、軸対称とは、先端部８００が円錐形状となる構造をいう。同様に、針模型１００の針部１２０は、軸対称となる構造を有する。すなわち、針部７９０および針部１２０は、３三次元的な形状である、複雑な構造を有する。
【００５４】
図１０は、同実施形態に係る他の針模型の斜視図を示す。針模型１０００は、ホルダ部１０１０と、針部１０２０とを備える。針部１０２０は、中途部１０２５と、先端部１０３０とを有する。針部１０２０は、径方向に凹凸形状（ギザギザ形状）を有する。先端部１０３０は、中途部１０２５の径方向の一方に偏った位置に形成される。
【００５５】
図１１は、同実施形態に係るさらに他の針模型の斜視図を示す。針模型１１００は、ホルダ部１１１０と、針部１１２０とを備える。針部１１２０は、中途部１１２５と、先端部１１３０とを有する。針部１１２０は、三本の針形状を含む。針部１１２０は、径方向に凹凸形状のない一本の中央針部と、中央針部を挟むように配置され、中央針部と対向する側と逆の側の径方向に凹凸形状（ギザギザ形状）を有する二本の側針部とを有する。先端部１１３０は、中途部１１２５の径方向の一方に偏った位置に形成される。このような複雑な形状を有する針模型１０００であっても、本実施形態の鋳型１６０を利用することで微細針を形成することができる。
【００５６】
以上のように、本実施形態に係る微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の作製方法は、複雑な形状を有する微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の作製方法を提供することができる。たとえば、先端部が軸対称の形状を有する場合であっても、微細針を作製することが可能となる。これにより、より低侵襲性の微細針を作製することが可能となる。すなわち、患者にとって痛みや恐怖を伴わない微細針の鋳型および微細針を作製することが可能となる。
【００５７】
また、ランセットとして微細針を利用する場合には、１ｍｍ以上の微細針が求められるが、シリコン基板の水平方向に鋳型を製造するので、１ｍｍ以上の微細針の鋳型および微細針を作製することが可能となる。したがって、より広い医療範囲で使用できる微細針の鋳型および微細針の作製が可能となる。
【００５８】
また、微細針の径方向にも長手方向にも複雑な形状を作成することが可能となるので、用途に合わせて様々な形状の微細針の鋳型および微細針を作製することが可能となる。たとえば、より先突部の鋭い針であり、且つ径方向に凹凸のある微細針が必要な場合には、より鋭い針であり、且つ径方向に凹凸のある微細針の模型を用意することで、必要な微細針の鋳型および微細針を得ることができる。したがって、より広い医療範囲で使用できる微細針の鋳型および微細針の作製が可能となる。
【００５９】
また、生体適合性を有する微細針を得ることができるので、採血する場合に微細針が折れて体内に残ってしまう場合であっても、血栓等ができることを防止できる。したがって、身体に優しい微細針を作製できる。
【００６０】
なお、本発明に係る微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の作製方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。また、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。
【００６１】
たとえば、上記実施形態に係る針模型１００は、シリコン以外に鋳型材料とは別に除去できる物質で形成されてもよい。たとえば、針模型１００は、モノポリマーで形成されてもよい。これにより、多くの針模型１００を利用して鋳型１６０を製造することができ、微細針１００の形状を形成するのに最適な材料を利用することができる。
【００６２】
また、上記実施形態における針模型１００は、ペンタセンやアントラセン、ルブレンなどの多環芳香族炭化水素や、テトラシアノキノジメタン(ＴＣＮＱ)などの低分子化合物をはじめ、ポリアセチレンやポリ-3-ヘキシルチオフェン(Ｐ３ＨＴ)、ポリパラフェニレンビニレン(ＰＰＶ)などのポリマーで形成されてよい。
【００６３】
また、上記実施形態における針模型１００のシリコン基板１４０への固定は、陽極接合、共晶接合、フュージョン接合、ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレーター）、および熱圧着接合などを利用して固定しても良い。また、接着剤として、エポキシ、ドライフィルム、ＢＣＢ（ビスベンゾシクロブテン）、ポリイミド、ＵＶ硬化樹脂等を利用しても良い。
【００６４】
また、上記実施形態における鋳型材料としては、電解エッチングでシリコン基板１４０に堆積できる導電性物質であることが好ましい。また、シリコン基板１４０と同時にエッチングされない物質であることが好ましい。シリコン基板１４０をエッチングする溶液によるが、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、またはＡｕ等の金属が利用できる。また、電極層１５０としても、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、またはＡｕ等の金属が利用できる。
【００６５】
また、上記実施形態における針模型１００は、ホルダ部１１０を備える構造となっている。射出成型機７００が針鋳型部１８０にペレットを直接充填できる場合、針模型１００は、ホルダ部１１０を備えなくてもよい。針模型１００がホルダ部１１０を備えないので、鋳型１６０は、ホルダ鋳型部１７０を備えなくても良い。これにより、針模型１００を作製するコストを削減できる。また、シリコン基板１４０上に多くの針模型１００を固定することが出来るようになるので、微細針７７０の作製コストを削減することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１００ 針模型
１１０ ホルダ部
１２０ 針部
１２５ 中途部
１３０ 先端部
１４０ シリコン基板
１５０ 電極層
１６０ 鋳型
１７０ ホルダ鋳型部
１８０ 針鋳型部
１８５ 中途鋳型部
１９０ 先端鋳型部
２１０ スピンコーティング装置
２２０ ＨＭＤＳ層
２３０ レジスト層
２４０ ヒータ
３１０ スパッタ装置
４１０ ヒータ
７００ 射出成型機
７１０ 上型
７２０ 下形
７３０ 収容部
７４０ ランナ部
７５０ プランジャ
７６０ ペレット
７７０ 微細針
７８０ ホルダ部
７９０ 針部
７９５ 中途部
８００ 先端部
１０００ 針模型
１０１０ ホルダ部
１０２０ 針部
１０２５ 中途部
１０３０ 先端部
１１００ 針模型
１１２０ 針部
１１２５ 中途部
１１３０ 先端部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の作製方法であって、詳しくは、複雑な形状を有する微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体からの採血において、金属製のストレート形状の中実な針（ランセット）が利用される場合がある。採血は、針を皮膚に突き刺すことで微量の出血を生じさせ、これを検査紙で吸い取っている。
【０００３】
現状の針は、概ね直径３００μｍ以上と比較的太い。そのため、皮膚の痛点を避けることが困難であること等の理由から、採血は、痛みや恐怖を伴っている。医療現場では、低侵襲性のランセットが強く望まれている。
【０００４】
シリコン基板に対してエッチング処理を施すことで鋳型を製造し、鋳型を利用して微細金属部品を作製する技術が知られている（たとえば、非特許文献１）。より細い針を得ることを目的として、この技術を利用して微細針を作製することが考えられている。他に、シリコン基板表面に対して垂直方向に微細針を作製する技術が知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】藤田博之、小西聡、江刺正喜、佐藤一雄、勝部昭明、前中一介、「ＥＥ Ｔｅｘｔ センサ・マイクロマシン工学」、株式会社オーム社、平成１７年１０月５日、第１版、７６頁および７７頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１に記載の技術を利用して微細針を作製する場合、マスク処理を施したレジスト材料を紫外光やＸ線により感光させ，それを現像することで鋳型を製造している。この方法では、基板表面に対してレジストを垂直方向にエッチングすることになる。そのため、複雑な形状の微細針を作製することは難しい。
【０００７】
シリコン基板に垂直に微細針を作製する場合、ドライエッチングなどを利用して針を作製する。ドライエッチングにおいても、複雑な形状の微細針を作製することは難しい。
【０００８】
本発明は、斯かる事情に鑑み、複雑な形状を有する微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の作製方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る微細針を作製するための鋳型の製造方法は、先鋭状の先端部を有する、シリコンで作成された針模型をシリコン基板に固定するステップと、シリコン基板の針模型を固定した面側に鋳型材料を堆積するステップと、シリコン基板および針模型を除去するステップとを備える。
【００１０】
斯かる構成によれば、針模型にはシリコンが利用される。針模型は、予め複雑な形状に形成された後、シリコン基板に固定される。すなわち、針模型は、先鋭状の先端部を有する形状に形成された後、シリコン基板に固定される。
【００１１】
シリコン基板の針模型を固定した面側に、鋳型材料を堆積する。鋳型材料は、針模型を覆う程度に堆積される。鋳型材料が堆積された後に、シリコン基板および針模型は、除去される。針模型の形状が鋳型材料に転写され、鋳型材料は微細針の鋳型となる。
【００１２】
また、シリコン基板の針模型を固定した面側に鋳型材料を堆積するステップは、シリコン基板の針模型を固定した面側に電極層を形成するステップと、電極層を利用して、鋳型材料を堆積するステップを有する。
【００１３】
斯かる構成によれば、電極層は、シリコン基板の針模型を固定した面側に形成される。シリコン基盤は、鋳型材料となる金属を含む水溶液中に浸される。電極層を利用して電解メッキをすることで、鋳型材料は、シリコン基板の針模型を固定した面側に堆積される。
【００１４】
また、微細針の作製方法は、上記微細針を作製するための鋳型の製造方法により製造された鋳型に、針材料を充填して作製されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上の如く、本発明に係る微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の製造方法によれば、複雑な形状を有する微細針を作製することができるというすぐれた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る微細針を作製するための鋳型の製造工程の概略図を示す。図１（ａ）は、針模型の斜視図、図１（ｂ）は、針模型を固定して電極層を形成したシリコン基板の斜視図、図１（ｃ）は、鋳型材料を堆積したシリコン基板の斜視図、図１（ｄ）は、シリコン基板を除去した鋳型材料の斜視図を示す。
【図２】同実施形態に係るシリコン基板に針模型を固定する工程の概略図を示す。図２（ａ）は、シリコン基板の側面図、図２（ｂ）は、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）を塗布したシリコン基板の側面図、図２（ｃ）は、レジストを塗布したシリコン基板の側面図、図２（ｄ）は、針模型を固定したシリコン基板の側面図を示す。
【図３】同実施形態に係る鋳型材料を堆積する工程の概略図を示す。図３（ａ）は、スパッタリングにより電極層を堆積する概略図、図３（ｂ）は、電解メッキにより鋳型材料を堆積したシリコン基板の側面図を示す。
【図４】同実施形態に係るシリコン基板を除去する工程の概略図を示す。
【図５】同実施形態に係る製造された鋳型の上方図を示す。
【図６】同実施形態に係る製造された鋳型の針鋳型部における拡大図を示す。
【図７】同実施形態に係る微細針の作製工程の概略図を示す。図７（ａ）は、鋳型に射出成型して微細針を作製する射出成型機の概略図を示す。図７（ｂ）は、鋳型を除去して作製された微細針の概略図を示す。
【図８】同実施形態に係る作製された微細針先端部の拡大図を示す。図８（ａ）は、微細針先端部の上方図、図８（ｂ）は、微細針先端部の側面図を示す。
【図９】同実施形態に係る作製された微細針の寸法を示す。図９（ａ）は、微細針の上方図における寸法、図９（ｂ）は、微細針の側面図における寸法を示す。
【図１０】同実施形態に係る他の針模型の斜視図を示す。
【図１１】同実施形態に係るさらに他の針模型の斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の作製方法における一実施形態について、図１〜図１０を参照して説明する。
【００１８】
本実施形態における微細針７７０を作製するための鋳型１６０の製造方法および微細針７７０の作製方法は、鋳型１６０を製造する工程と、微細針７７０を作製する工程とに大別される。微細針７７０を作製するための鋳型１６０の製造方法は、先鋭状の先端部１３０を有する、シリコンで形成された針模型１００をシリコン基板１４０に固定する工程と、シリコン基板１４０の針模型１００を固定した面側に電極層１５０を形成する工程と、シリコン基板１４０の針模型１００を固定した面側に鋳型材料を堆積する工程と、シリコン基板１４０および針模型１００を除去する工程とを備える。微細針７７０の作製方法は、針材料を充填する工程と、鋳型１６０を除去する工程とを備える。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る微細針を作製するための鋳型の製造工程の概略図を示す。図１（ａ）は、針模型の斜視図、図１（ｂ）は、針模型を固定して電極層を形成したシリコン基板の斜視図、図１（ｃ）は、鋳型材料を堆積したシリコン基板の斜視図、図１（ｄ）は、シリコン基板を除去した鋳型材料の斜視図を示す。
【００２０】
針模型１００は、ホルダ部１１０と、針部１２０とを備える。針部１２０は、中途部１２５と、先端部１３０とを有する。針模型１００は、シリコンで形成される。針模型１００は、たとえば、電解エッチングを利用して先鋭化される。針模型１００は、シリコンを用いて形成される。
【００２１】
針模型１００の先端部分が電解エッチングを用いて先鋭化される場合、針模型１００は、アノードとしてフッ化水素１０％水溶液に針部１２０を浸される。カソードとして、別のシリコンが利用される。先端部１３０は、アノードとカソードとの間に電圧を印加することで形成される。先端部１３０は、アノードとカソードとの間に２００Ｖの電圧を印加することで先鋭状となる。
【００２２】
先鋭状の先端部を有する、シリコンで作成された針模型１００をシリコン基板１４０に固定する。シリコン基板１４０は、針模型１００とは別途用意される。針模型１００は、ウェハボンディング技術を利用して固定される。たとえば、針模型１００は、接着剤を利用して固定される。接着剤として、ネガレジスト（東京応化工業株式会社製、ＯＭＲ（登録商標））が利用される。
【００２３】
シリコン基板１４０の針模型１００を固定した面側に電極層１５０を形成する。電極層１５０は、Ｆｅ−Ｎｉ（鉄・ニッケル合金）であってよい。また、Ｃｒ−Ａｕ（金・クロム合金）であってよい。本実施形態では、電極層１５０をＦｅ−Ｎｉとして説明する。
【００２４】
シリコン基板１４０の針模型１００を固定した面側に鋳型材料を堆積する。鋳型材料は、最終的に鋳型１６０となる。鋳型材料は、Ｎｉであってよい。鋳型材料は、電極層１５０を利用して堆積される。たとえば、鋳型材料は、電極層１５０を電極として利用して、電解メッキで堆積される。
【００２５】
電解メッキを利用して鋳型材料を堆積する場合、シリコン基板１４０は、カソードとしてスルファミン酸水溶液に浸される。アノードとしてＮｉを利用する。スルファミン酸水溶液は、ヒータにより加熱される。
【００２６】
鋳型材料を堆積した後、シリコン基板１４０および針模型１００を除去する。シリコン基板１４０および針模型１００は、たとえば、ＫＯＨ水溶液に浸されることで除去される。シリコン基板１４０および針模型１００がエッチングされることで、鋳型１６０が完成する。
【００２７】
鋳型１６０は、凹形状に針模型１００の転写される部分を備える。鋳型１６０は、ホルダ部１１０に対応するホルダ鋳型部１７０と、針部１２０に対応する針鋳型部１８０とを備える。針鋳型部１８０は、中途部１２５に対応する中途鋳型部１８５と、先端部１３０に対応する先端鋳型部１９０とを有する。
【００２８】
図２は、同実施形態に係るシリコン基板に針模型を固定する工程の概略図を示す。図２（ａ）は、シリコン基板の側面図、図２（ｂ）は、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）を塗布したシリコン基板の側面図、図２（ｃ）は、レジストを塗布したシリコン基板の側面図、図２（ｄ）は、針模型を固定したシリコン基板の側面図を示す。
【００２９】
シリコン基板１４０は、適度な厚さを有する。たとえば、シリコン基板１４０は、５００μｍの厚さを有する。シリコン基板１４０は、スピンコーティング装置２１０に固定される。スピンコーティング装置２１０は、シリコン基板１４０を回転する。ＨＭＤＳ層２２０は、回転されるシリコン基板１４０上にＨＭＤＳを塗布することにより形成される。ＨＭＤＳ層２２０は、レジスト材をシリコン基板１４０に塗布する場合の接着助剤として機能する。
【００３０】
レジスト層２３０は、ＨＭＤＳ層２２０上に形成される。レジスト層２３０は、ＨＭＤＳ層２２０上にＯＭＲ（登録商標）を塗布することで形成される。表１に、ＨＭＤＳ層２２０を形成する場合およびレジスト層２３０を形成する場合における、スピンコーティング装置２１０の回転条件を示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】
シリコン基板１４０は、スピンコーティング装置２１０から外される。シリコン基板１４０は、ヒータ２４０上に載置される。針模型１００は、レジスト層２３０上に載置される。針模型１００は、シリコン基板１４０とウェハボンディング技術を利用して固定される。たとえば、ヒータ２４０は、１４５℃で５分間、シリコン基板１４０と針模型１００とをベーキングすることで固定される。
【００３３】
図３は、同実施形態に係る鋳型材料を堆積する工程の概略図を示す。図３（ａ）は、スパッタリングにより電極層を堆積する概略図、図３（ｂ）は、電解メッキにより鋳型材料を堆積したシリコン基板の側面図を示す。
【００３４】
シリコン基板１４０は、針模型１００を固定した後に、スパッタ装置３１０へと挿入される。スパッタ装置３１０は、シリコン基板１４０の針模型１００を固定した面側に、電極層１５０を形成する。たとえば、スパッタ装置３１０は、針模型１００およびシリコン基板１４０上に、Ｆｅ−Ｎｉをスパッタリングにより堆積する。
【００３５】
電極層１５０が形成された後、シリコン基板１４０は、スルファミン酸水溶液に浸される。電極層１５０は、カソードとして利用される。Ｎｉは、アノードとして利用される。スルファミン酸水溶液は、ヒータにより加熱される。電極層１５０は、電解メッキにより鋳型材料となるＮｉを堆積する。シリコン基板１４０は、鋳型材料としてＮｉを３００μｍの厚さになるまで堆積する。鋳型材料は、最終的に鋳型１６０となる。なお、電極層１５０は、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いて形成されてもよい。表２に、スパッタリング条件を示す。なお、本実施形態においては、ＤＣスパッタリングでＦｅ−Ｎｉをスパッタする場合を示す。
【００３６】
【表２】
【００３７】
図４は、同実施形態に係るシリコン基板を除去する工程の概略図を示す。鋳型材料を堆積したシリコン基板１４０は、ＫＯＨ水溶液中に浸される。シリコン基板１４０および針模型１００は、ＫＯＨ（水酸化カリウム）水溶液に浸されることで、エッチングされる。鋳型１６０は、針模型１００およびシリコン基板１４０のエッチングにより完成する。たとえば、シリコン基板１４０は、ＫＯＨ２０％４０ｇ、水１６０ｍｌの水溶液に浸される。ヒータ４１０は、７２℃で８時間ＫＯＨ水溶液に浸す。ＫＯＨ水溶液の溶液の蒸発を防止することを目的として、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）溶液を混ぜるのが好ましい。表３に、ＫＯＨ水溶液の成分を示す。
【００３８】
【表３】
【００３９】
図５は、同実施形態に係る製造された鋳型の上方図を示す。図６は、同実施形態に係る製造された鋳型の針鋳型部における拡大図を示す。
【００４０】
図１（ｄ）に対応して、図５に示すように、鋳型１６０は、針模型１００の形状をかたどった溝を備える。鋳型１６０は、ホルダ部１１０に対応するホルダ鋳型部１７０と、針部１２０に対応する針鋳型部１８０とを備える。針鋳型部１８０は、中途部１２５に対応する中途鋳型部１８５と、先端部１３０に対応する先端鋳型部１９０とを有する。
【００４１】
針模型１００がシリコン基板１４０に固定されると、先端部１３０は、先鋭状を有することで、シリコン基板１４０から接触しない位置に固定される。シリコン基板１４０に電解メッキが施されると、鋳型金属は、先端部１３０とシリコン基板１４０との間にも堆積される。その後、シリコン基板１４０を除去すると、図６に示すように、先端鋳型部１９０は、中途鋳型部１８５の長手方向に向かう方向おいて凹形状となる。
【００４２】
すなわち、先端鋳型部１９０は、中途鋳型部１８５の長手方向に向かう方向において、先端部１３０の先端に対応する部分を底とする凹形状となる。また、先端鋳型部１９０は、先端部１３０の中途部１２５に接続する部分から先端部１３０の先端までの傾斜に対応する傾斜を有する凹形状となる。したがって、先端鋳型部１９０は、鋳型１６０の面のうち、除去されたシリコン基板１４０の存在していた面側に、片持ち梁状の屋根を有する構造となる。
【００４３】
図７は、同実施形態に係る微細針の作製工程の概略図を示す。図７（ａ）は、鋳型に射出成型して微細針を作製する射出成型機の概略図を示す。図７（ｂ）は、鋳型を除去して作製された微細針の概略図を示す。
【００４４】
射出成型機７００は、上型７１０と、下形７２０と、ランナ部７４０と、プランジャ７５０とを備える。下形７２０は、鋳型１６０を収容する収容部７３０を有する。上型７１０は、針材料を鋳型１６０に充填するための貫通孔となるランナ部７４０を有する。プランジャ７５０は、鋳型１６０に、針材料を充填して微細針を作製する。
【００４５】
鋳型１６０は、収容部７３０に収容される。鋳型１６０は、上型７１０および下形７２０により圧接される。ランナ部７４０は、針材料となるペレット７６０を充填する。プランジャ７５０は、ランナ部７４０に充填されたペレット７６０を加圧する。プランジャ７５０は、ペレット７６０を加圧することで鋳型１６０にペレット７６０を充填する。ペレット７６０は、鋳型１６０に形成されたホルダ鋳型部１７０および針鋳型部１８０に充填される。ペレット７６０は、微細針７７０を形作る。
【００４６】
ペレット７６０は、高分子ポリマ、生体高分子、たんぱく質、および生体適合性無機材料とすることができる。高分子ポリマとしては、これらに限定されないが、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレングリコール、パリレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、シリコーン、ポリイソプレン、ポリメチルメタクリレート、フッ素樹脂、ポリエーテルイミド、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネートカーボネート、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンサルファイド、ポリホルムアルデヒド、ポリアンヒドリド、ポリアミド（６ナイロン、６６ナイロン）、ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニールアルコ−ル、ポリビニルピロリドン、ポリエステルアミド、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート、ポリウレタン（ポリエーテルウレタン、ポリエステルウレタン、ポリエーテルウレタン尿素）、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアセタール、ポリブタジエン、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンビニルアルコール共重合体、エチレンプロピレン共重合体、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリヒイドロブチレート、ポリオルトエステル、ポリ乳酸、ポリグリコール、ポリカプロラクトン、ポリ乳酸共重合体、ポリグリコール酸・グリコール共重合体、ポリカプロノラクトン共重合体、ポリジオキサノン、パーフルオロエチレン―プロピレン共重合体、シアノアクリレート重合体、ポリブチルシアノアクリレート、ポリアリルエーテルケトン、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド、フェノール樹脂）が含まれる。
【００４７】
また、生体高分子としては、例えば、セルロース、でんぷん、キチン・キトサン、寒天、カラギーナン、アルギン酸、アガロース、ブルラン、マンナン、カードラン、キサンタンガム、ジェランガム、ペクチン、キシログルカン、グアーガム、リグニン、オリゴ糖、ヒアルロン酸、シゾフィラン、レンチナンなどが含まれ、蛋白質としてはコラーゲン、ゼラチン、ケラチン、フィブロイン、にかわ、セリシン、植物性蛋白質、牛乳蛋白質、ラン蛋白質、合成蛋白質、ヘパリン、核酸が含まれ、糖、あめ、ブドウ糖、麦芽糖、ショ糖およびこれらのポリマーアロイを用いることもできる。
【００４８】
さらに、生体適合性無機材料としては、例えば、セラミック、ナノ複合化セラミック、Ａｌ２Ｏ３／ＺｎＯ２複合セラミックス、Ｓｉ３Ｎ４系ナノ複合材料、水酸化アパタイト、炭酸カルシウム、カーボン、グラファイト（ナノグラファイバー）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、フラーレン複合材料、ハイドロキシアパタイト・ポリマー複合材料、コバルトクロム合金、ステンレスなどが含まれる。
【００４９】
ただし好適には、本実施形態のペレット７６０は、例えば、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリカプロラクトン、コラーゲン、でんぷん、ヒアルロン酸、アルギン酸、キチン、キトサン、セルロース、ゼラチンなどを含む生分解性ポリマ、およびこれらの化合物からなる生分解性材料であるのが好ましい。
【００５０】
鋳型１６０は、ペレット７６０を充填した後に、射出成型機７００から外される。鋳型１６０は、王水に浸される。鋳型１６０は、王水により溶かされる。微細針７７０は、鋳型１６０を王水により溶かすことで得られる。
【００５１】
微細針７７０は、ホルダ部７８０と、針部７９０とを備える。針部７９０は、中途部７９５と、先端部８００とを有する。ホルダ部７８０は、ホルダ部１１０と同形状を有する。針部７９０は、針部１２０と同形状を有する。すなわち、中途部７９５は、中途部１２５と同形状を有する。先端部８００は、先端部１３０と同形状を有する。
【００５２】
図８は、同実施形態に係る作製された微細針先端部の拡大図を示す。図８（ａ）は、微細針先端部の上方図、図８（ｂ）は、微細針先端部の側面図を示す。図９は、同実施形態に係る作製された微細針の寸法を示す。図９（ａ）は、微細針の上方図における寸法、図９（ｂ）は、微細針の側面図における寸法を示す。
【００５３】
ホルダ部７８０は、厚さ１５０μｍを有する。針部７９０は、直径１５０μｍを有し、長さ１０００μｍを有する。先端部８００は、針部７９０に対して、２０度角を有する先鋭状となる。針部７９０は、軸対称となる構造を有する。ここで、軸対称とは、少なくとも上方および側方から針部７９０をみて、ともに線対称となる構造をいう。たとえば、軸対称とは、先端部８００が円錐形状となる構造をいう。同様に、針模型１００の針部１２０は、軸対称となる構造を有する。すなわち、針部７９０および針部１２０は、３三次元的な形状である、複雑な構造を有する。
【００５４】
図１０は、同実施形態に係る他の針模型の斜視図を示す。針模型１０００は、ホルダ部１０１０と、針部１０２０とを備える。針部１０２０は、中途部１０２５と、先端部１０３０とを有する。針部１０２０は、径方向に凹凸形状（ギザギザ形状）を有する。先端部１０３０は、中途部１０２５の径方向の一方に偏った位置に形成される。
【００５５】
図１１は、同実施形態に係るさらに他の針模型の斜視図を示す。針模型１１００は、ホルダ部１１１０と、針部１１２０とを備える。針部１１２０は、中途部１１２５と、先端部１１３０とを有する。針部１１２０は、三本の針形状を含む。針部１１２０は、径方向に凹凸形状のない一本の中央針部と、中央針部を挟むように配置され、中央針部と対向する側と逆の側の径方向に凹凸形状（ギザギザ形状）を有する二本の側針部とを有する。先端部１１３０は、中途部１１２５の径方向の一方に偏った位置に形成される。このような複雑な形状を有する針模型１０００であっても、本実施形態の鋳型１６０を利用することで微細針を形成することができる。
【００５６】
以上のように、本実施形態に係る微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の作製方法は、複雑な形状を有する微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の作製方法を提供することができる。たとえば、先端部が軸対称の形状を有する場合であっても、微細針を作製することが可能となる。これにより、より低侵襲性の微細針を作製することが可能となる。すなわち、患者にとって痛みや恐怖を伴わない微細針の鋳型および微細針を作製することが可能となる。
【００５７】
また、ランセットとして微細針を利用する場合には、１ｍｍ以上の微細針が求められるが、シリコン基板の水平方向に鋳型を製造するので、１ｍｍ以上の微細針の鋳型および微細針を作製することが可能となる。したがって、より広い医療範囲で使用できる微細針の鋳型および微細針の作製が可能となる。
【００５８】
また、微細針の径方向にも長手方向にも複雑な形状を作成することが可能となるので、用途に合わせて様々な形状の微細針の鋳型および微細針を作製することが可能となる。たとえば、より先突部の鋭い針であり、且つ径方向に凹凸のある微細針が必要な場合には、より鋭い針であり、且つ径方向に凹凸のある微細針の模型を用意することで、必要な微細針の鋳型および微細針を得ることができる。したがって、より広い医療範囲で使用できる微細針の鋳型および微細針の作製が可能となる。
【００５９】
また、生体適合性を有する微細針を得ることができるので、採血する場合に微細針が折れて体内に残ってしまう場合であっても、血栓等ができることを防止できる。したがって、身体に優しい微細針を作製できる。
【００６０】
なお、本発明に係る微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の作製方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。また、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。
【００６１】
たとえば、上記実施形態に係る針模型１００は、シリコン以外に鋳型材料とは別に除去できる物質で形成されてもよい。たとえば、針模型１００は、モノポリマーで形成されてもよい。これにより、多くの針模型１００を利用して鋳型１６０を製造することができ、微細針１００の形状を形成するのに最適な材料を利用することができる。
【００６２】
また、上記実施形態における針模型１００は、ペンタセンやアントラセン、ルブレンなどの多環芳香族炭化水素や、テトラシアノキノジメタン(ＴＣＮＱ)などの低分子化合物をはじめ、ポリアセチレンやポリ-3-ヘキシルチオフェン(Ｐ３ＨＴ)、ポリパラフェニレンビニレン(ＰＰＶ)などのポリマーで形成されてよい。
【００６３】
また、上記実施形態における針模型１００のシリコン基板１４０への固定は、陽極接合、共晶接合、フュージョン接合、ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレーター）、および熱圧着接合などを利用して固定しても良い。また、接着剤として、エポキシ、ドライフィルム、ＢＣＢ（ビスベンゾシクロブテン）、ポリイミド、ＵＶ硬化樹脂等を利用しても良い。
【００６４】
また、上記実施形態における鋳型材料としては、電解エッチングでシリコン基板１４０に堆積できる導電性物質であることが好ましい。また、シリコン基板１４０と同時にエッチングされない物質であることが好ましい。シリコン基板１４０をエッチングする溶液によるが、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、またはＡｕ等の金属が利用できる。また、電極層１５０としても、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、またはＡｕ等の金属が利用できる。
【００６５】
また、上記実施形態における針模型１００は、ホルダ部１１０を備える構造となっている。射出成型機７００が針鋳型部１８０にペレットを直接充填できる場合、針模型１００は、ホルダ部１１０を備えなくてもよい。針模型１００がホルダ部１１０を備えないので、鋳型１６０は、ホルダ鋳型部１７０を備えなくても良い。これにより、針模型１００を作製するコストを削減できる。また、シリコン基板１４０上に多くの針模型１００を固定することが出来るようになるので、微細針７７０の作製コストを削減することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１００ 針模型
１１０ ホルダ部
１２０ 針部
１２５ 中途部
１３０ 先端部
１４０ シリコン基板
１５０ 電極層
１６０ 鋳型
１７０ ホルダ鋳型部
１８０ 針鋳型部
１８５ 中途鋳型部
１９０ 先端鋳型部
２１０ スピンコーティング装置
２２０ ＨＭＤＳ層
２３０ レジスト層
２４０ ヒータ
３１０ スパッタ装置
４１０ ヒータ
７００ 射出成型機
７１０ 上型
７２０ 下形
７３０ 収容部
７４０ ランナ部
７５０ プランジャ
７６０ ペレット
７７０ 微細針
７８０ ホルダ部
７９０ 針部
７９５ 中途部
８００ 先端部
１０００ 針模型
１０１０ ホルダ部
１０２０ 針部
１０２５ 中途部
１０３０ 先端部
１１００ 針模型
１１２０ 針部
１１２５ 中途部
１１３０ 先端部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先鋭状の先端部を有する、シリコンで形成された針模型をシリコン基板に固定するステップと、
前記シリコン基板の前記針模型を固定した面側に鋳型材料を堆積するステップと、
前記シリコン基板および前記針模型を除去するステップと
を備えることを特徴とする微細針を作製するための鋳型の製造方法。
【請求項２】
前記シリコン基板の前記針模型を固定した面側に鋳型材料を堆積するステップは、
前記シリコン基板の前記針模型を固定した面側に電極層を形成するステップと、
前記電極層を利用して、前記鋳型材料を堆積するステップと
を有することを特徴とする請求項１に記載の微細針を作製するための鋳型の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の微細針を作製するための鋳型の製造方法により製造された鋳型に、針材料を充填して微細針を作製することを特徴とする微細針の作製方法。
【請求項１】
先鋭状の先端部を有する、シリコンで形成された針模型をシリコン基板に固定するステップと、
前記シリコン基板の前記針模型を固定した面側に鋳型材料を堆積するステップと、
前記シリコン基板および前記針模型を除去するステップと
を備えることを特徴とする微細針を作製するための鋳型の製造方法。
【請求項２】
前記シリコン基板の前記針模型を固定した面側に鋳型材料を堆積するステップは、
前記シリコン基板の前記針模型を固定した面側に電極層を形成するステップと、
前記電極層を利用して、前記鋳型材料を堆積するステップと
を有することを特徴とする請求項１に記載の微細針を作製するための鋳型の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の微細針を作製するための鋳型の製造方法により製造された鋳型に、針材料を充填して微細針を作製することを特徴とする微細針の作製方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図５】
【図６】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図５】
【図６】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−３４９４４（Ｐ２０１２−３４９４４Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７９５４２（Ｐ２０１０−１７９５４２）
【出願日】平成２２年８月１０日（２０１０．８．１０）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 〔掲載年月日〕 平成２２年２月２０日 〔掲載アドレス〕 ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｃｉｅｎｃｅｄｉｒｅｃｔ．ｃｏｍ／ｓｃｉｅｎｃｅ？＿ｏｂ＝ＭＩｍｇ＆＿ｉｍａｇｅｋｅｙ＝Ｂ６ＴＨＧ−４ＹＦ５Ｒ４６−３−１７＆＿ｃｄｉ＝５２８２＆＿ｕｓｅｒ＝１０９３６５０＆＿ｐｉｉ＝ＳＯ９２４４２４７１００００７３７＆＿ｏｒｉｇ＝ｓｅａｒｃｈ＆＿ｃｏｖｅｒＤａｔｅ＝０２％２Ｆ２０％２Ｆ２０１０＆＿ｓｋ＝９９９９９９９９９＆ｖｉｅｗ＝ｃ＆ｗｃｈｐ＝ｄＧＬｂＶｌｚ−ｚＳｋｚｋ＆ｍｄ５＝９ｃａ８４ａｄ４ｂ７５ａｆｂｅｃｆｃ８９７３３１９３６９ｆ３ｆ２＆ｉｅ＝／ｓｄａｒｔｉｃｌｅ．ｐｄｆ
【出願人】（３９９０３００６０）学校法人 関西大学 (208)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１０日（２０１０．８．１０）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 〔掲載年月日〕 平成２２年２月２０日 〔掲載アドレス〕 ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｃｉｅｎｃｅｄｉｒｅｃｔ．ｃｏｍ／ｓｃｉｅｎｃｅ？＿ｏｂ＝ＭＩｍｇ＆＿ｉｍａｇｅｋｅｙ＝Ｂ６ＴＨＧ−４ＹＦ５Ｒ４６−３−１７＆＿ｃｄｉ＝５２８２＆＿ｕｓｅｒ＝１０９３６５０＆＿ｐｉｉ＝ＳＯ９２４４２４７１００００７３７＆＿ｏｒｉｇ＝ｓｅａｒｃｈ＆＿ｃｏｖｅｒＤａｔｅ＝０２％２Ｆ２０％２Ｆ２０１０＆＿ｓｋ＝９９９９９９９９９＆ｖｉｅｗ＝ｃ＆ｗｃｈｐ＝ｄＧＬｂＶｌｚ−ｚＳｋｚｋ＆ｍｄ５＝９ｃａ８４ａｄ４ｂ７５ａｆｂｅｃｆｃ８９７３３１９３６９ｆ３ｆ２＆ｉｅ＝／ｓｄａｒｔｉｃｌｅ．ｐｄｆ
【出願人】（３９９０３００６０）学校法人 関西大学 (208)
【Ｆターム（参考）】
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