機能性膜の製造方法
【課題】均一で微細な先端を持つ高アスペクト比構造を有し、欠陥の少ないアレイ状に形成された高アスペクト比構造を有する機能性膜の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】微細な凹部アレイが形成されたスタンパー１３に、ポリマー樹脂の溶解液１６を塗布する塗布工程と、ポリマー樹脂の溶解液１６の表面に基材２０を重ね合わせて接着する接着工程と、ポリマー樹脂の溶解液１６を乾燥する乾燥工程と、乾燥工程により乾燥し固化した樹脂ポリマーを、基材２０と一緒にスタンパー１３より剥離する剥離工程と、を有する、機能製膜を製造する方法において、接着工程は、基材２０のポリマー樹脂の溶解液１６との接着面側にゲル化材料２３を塗布し、ポリマー樹脂の溶解液１６と該ゲル化材料２３とで混合層２４を形成させることを特徴とする機能性膜の製造方法である。
【解決手段】微細な凹部アレイが形成されたスタンパー１３に、ポリマー樹脂の溶解液１６を塗布する塗布工程と、ポリマー樹脂の溶解液１６の表面に基材２０を重ね合わせて接着する接着工程と、ポリマー樹脂の溶解液１６を乾燥する乾燥工程と、乾燥工程により乾燥し固化した樹脂ポリマーを、基材２０と一緒にスタンパー１３より剥離する剥離工程と、を有する、機能製膜を製造する方法において、接着工程は、基材２０のポリマー樹脂の溶解液１６との接着面側にゲル化材料２３を塗布し、ポリマー樹脂の溶解液１６と該ゲル化材料２３とで混合層２４を形成させることを特徴とする機能性膜の製造方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高アスペクト比構造を有する機能性膜の製造方法に関し、特に、皮膚表層または皮膚角質層において、簡便に、かつ効率的に薬品などを注入するマイクロニードルシートと称される機能性膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体表面、即ち皮膚や粘膜などより、薬品などを投与する方法としては、主に液状物質または粉状物質を付着させる方法が殆どであった。しかしながら、これらの物質の付着領域は、皮膚の表面に限られていたため、発汗や異物の接触などによって、付着している薬品などが除去される場合があり、適量を投与することは困難であった。また、薬品を皮膚の奥深くに浸透させるためには、このような薬品の拡散による浸透を利用した方法では、浸透深さを確実に制御することは困難であるため、充分な薬効を得ることは困難であった。
【０００３】
そのため、高アスペクト比構造を有する機能性膜を用い、その先端を皮膚内に挿入することにより、薬品を注入する方法が行われている。このような、高アスペクト比構造を有する機能性膜を形成する方法として、例えば、特許文献１、２には、鋳型を作製してその中に素材を注入し、射出成形により、ニードル構造を形成する方法が記載されている。また、特許文献３には、針状の材料の先を、基板上の流動状態の素材に付着・延伸させることで、ニードル構造を形成する方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−２３８３４７号公報
【特許文献２】特開２００６−０５１３６１号公報
【特許文献３】特開２００６−３４５９８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１または２記載の方法は、アレイ状の凹金型に対して微細形状の凹部先端まで素材を注入することが難しく、欠陥不良が生じるという問題があった。例えば、凹金先端に空気が溜まり、素材の注入時に溜まった空気の気泡などによる注入欠陥が生じていた。また、微細形状である先端部まで均一に中空にならず、溶解液を充填させるのが困難であり、生産性が劣るという問題があった。これにより、形成された凸部アレイの凸部先端がシャープに形成されないという問題がある。さらに、特許文献３に記載の方法は、張力により素材を延伸させるため、先端形状、高さなどの針形状の均一・高精度な成形が困難であった。特に、先端部は微細であるため、変形が生じ易く、延伸後すぐに硬化する材料でなければ、成形することが難しいという問題があった。また、延伸などの方法は量産化に適した方法ではなく、生産性に乏しく、高コストになってしまうといった問題点があった。
【０００５】
また、マルトースを始めとする硬い（ヤング率が高い）がもろい（一部に応力が集中すると破断しやすい）素材は、成形後剥離する際に破断してしまい、均一でシャープな先端を持つ高アスペクト比構造の機能性膜を安定的に量産することが難しいという問題もあった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、溶融・溶解したポリマー材料を用いて、均一でシャープな先端を持つ高アスペクト比構造を有し、欠陥の少ないアレイ状に形成された高アスペクト比構造を有する機能性膜の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】
【０００７】
本発明の請求項１は、前記目的を達成するために、微細な凹部アレイが形成されたスタンパーに、機能性膜を形成するためのポリマー樹脂の溶解液を塗布するポリマー樹脂塗布工程と、シート状の基材の表面に該基材との接着性を有するゲル化材料を塗布するゲル化材料塗布工程と、前記溶解液の面と前記ゲル化材料の面とが合わさるように、前記スタンパーの上に前記基材を載置し、該溶解液の表層部分に該ゲル化材料を混合することにより、該溶解液と該基材を接着する接着層を形成する接着工程と、前記接着層が形成された溶解液を乾燥して固化させたポリマー樹脂の固化物を形成する乾燥工程と、前記スタンパーから前記固化物を前記基材と一緒に剥離する剥離工程と、を備えたことを特徴とする機能性膜の製造方法を提供する。
【０００８】
従来の剥離工程では、乾燥して固化させた固化物をスタンパーから剥離する際に、上方へ応力をかけて剥離する必要がある。その際に、固化物に基材を接着させて剥離を行うが、通常のアクリル系、ゴム系、シリコーン系などの医療用接着材を使用しても界面の接合が充分できず接着不良を起こしてしまう。
【０００９】
請求項１によれば、基材のポリマー樹脂の溶解液との接着面に、ゲル化材料を塗布し、ポリマー樹脂の溶解液とゲル化材料が混合することにより、接着層を形成する。そして、その後、乾燥工程により、冷却固化させることで、強固な接着層を形成させることができ、接着不良を低減することができる。
【００１０】
また、剥離工程においては、ポリマー樹脂のスタンパーへの密着性が高いと、ある一部に応力が集中し（基材部や微細な凸部など）、微細な凸部が破断してしまう危険性がある。請求項１によれば、基材とポリマー樹脂とを、強固に接着することができるため、均一に凸部に応力をかけることができ、応力の集中に弱い素材でも剥離不良を防止することができる。これにより、スタンパーの凹部アレイが転写された凸部アレイを有する高アスペクト比構造の機能性膜を製造することができる。
【００１１】
なお、本発明において、凹部アレイとは凹部が縦・横に複数配列された状態を言い、凸部アレイとは凸部が縦・横に複数配列された状態を言う。
【００１２】
請求項２は請求項１において、前記接着工程は、前記基材を前記スタンパー側に加圧することを特徴とする。
【００１３】
請求項２によれば、接着工程において、基材をスタンパー側に加圧することにより、より強固なポリマー樹脂とゲル化材料とで、より強固な接着層を形成することができる。
【００１４】
請求項３は請求項１または２において、前記機能性膜に形成される微細な凸部アレイの形状は、一辺又は直径が０．１〜１０００μｍの底面を有し、高さが０．３〜３０００μｍの角錐型又は円錐型であり、先端の曲率半径Ｒが３００μｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
請求項３は、機能性膜に形成される凸部アレイの好ましいサイズを規定したものである。本発明の製造方法によれば、基材とポリマー樹脂の密着性を向上させることができるので、ポリマー樹脂に対して、均一に応力をかけることができる。したがって、凸部の先端がシャープな形状の機能性膜に対しても剥離不良を防止することができるため、上記サイズのような微細な凹部アレイを有する機能性膜に対して、特に、効果的に製造することができる。
【００１６】
請求項４は請求項１から３いずれかにおいて、前記ポリマー樹脂は糖類であることを特徴とする。
【００１７】
請求項４によれば、ポリマー樹脂として、糖類を用いることにより、基材とポリマー樹脂の接着性を高めることができるため、機能性膜に対して、均一に応力をかけることができる。したがって、良好な剥離性を得ることができ、微細な凹部アレイを有する機能性膜に対して、特に、効果的に製造することができる。
【００１８】
請求項５は請求項２から４いずれかにおいて、前記接着工程において、加圧により前記接着層を形成すると同時に、前記溶解液を前記凹部アレイの凹部先端まで注入することを特徴とする。
【００１９】
請求項５によれば、スタンパーに塗布したポリマー樹脂の溶解液をスタンパー側に加圧することにより、接着層を形成すると同時に、ポリマー樹脂の溶解液をスタンパーの凹部先端まで注入することができる。また、加圧することにより、凹部に存在する空気を追い出すことができ、気泡などの混入の少ない機能性膜を製造することができる。さらに、スタンパーとポリマー樹脂が密着している場合においても、剥離する際に、基材とポリマー樹脂が強固に接着しているため、ポリマー樹脂に均一に応力をかけることができ、良好な形状の機能性膜を製造することができる。
【００２０】
請求項６は請求項２から５いずれかにおいて、前記溶解液を加圧している加圧時間は１０秒以上であることを特徴とする。
【００２１】
請求項６によれば、１０秒以上加圧を行い、スタンパーの凹部に溶解液を注入しているため、スタンパー凹部に存在する空気を追い出すことができる。したがって、スタンパー凹部への溶解液の注入を容易に行うことができるので、空気の混入の少ない機能性膜を形成することができる。
【００２２】
請求項７は請求項２から６いずれかにおいて、前記溶解液を加圧する加圧力は、０．０５〜３０ＭＰａの範囲であることを特徴とする。
【００２３】
請求項７によれば、加圧力を０．０５〜３０ＭＰａの範囲とすることにより、基材とポリマー樹脂の密着性を向上させることができるとともに、スタンパー凹部に存在する空気を効率よく追い出すことができる。
【００２４】
請求項８は請求項１から７いずれかにおいて、前記接着工程における前記溶解駅の温度が、２０℃以上１００℃以下であることを特徴とする。
【００２５】
請求項８によれば、接着工程の溶解液の温度を上記範囲とすることにより、ポリマー樹脂の溶解液の流動性を維持し、かつ、ゲル化材料のゲル化を行うことができるので、基材とポリマー樹脂の密着性を向上させることができる。
【００２６】
請求項９は請求項１から８いずれかにおいて、前記ゲル化材料の量は、前記基材の単位面積あたり０．０１ｇ／ｃｍ２以上１ｇ／ｃｍ２以下であることを特徴とする。
【００２７】
請求項９によれば、ゲル化材料の量を上記範囲とすることにより、ポリマー樹脂と基材の密着性を向上させることができるので、均一な応力で、剥離することができ、均一でシャープな先端を持つ高アスペクト比構造を有し、欠陥の少ないアレイ状に形成された機能性膜を製造することができる。
【００２８】
請求項１０は請求項１から９いずれかにおいて、前記ゲル化材料は、たんぱく質、糖類の中から選ばれることを特徴とする。
【００２９】
請求項１０によれば、タンパク質、糖類の中から選ばれるゲル化材料を用いている。たんぱく質、糖類は多くの基材との接着性を持ち、ゾル−ゲル化する材料として強固なゲル強度を持つためゲル化材料として好適に用いることができる。
【００３０】
請求項１１は請求項１から１０いずれかにおいて、前記ポリマー樹脂の固化物と前記ゲル化材料との間に、該ポリマー樹脂の固化物と該ゲル化材料が混合した混合層を有することを特徴とする。
【００３１】
請求項１１によれば、乾燥工程後において、ポリマー樹脂の固化物とゲル化材料との間に、ポリマー樹脂の固化物とゲル化材料が混合した混合層を有しているため、基材と固化物とが、固化物全体に均一で強固に接着させることができるため、剥離不良を防止することができる。
【００３２】
請求項１２は請求項１から１１いずれかにおいて、前記スタンパーの素材は、気体透過性が１×１０−１２（ｍＬ／（ｓ・ｍ・Ｐａ））より大きい素材で構成されていることを特徴とする。
【００３３】
請求項１２によれば、スタンパーの素材に気体透過性が１×１０−１２（ｍＬ／（ｓ・ｍ・Ｐａ））より大きい素材を用いているため、気体が通過しやすく、スタンパー凹部に存在する空気をスタンパー側から追い出すことができる。したがって、スタンパー凹部に溶解液の注入を容易に行うことができるので、空気の混入の少ない機能性膜を製造することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、均一でシャープな先端を持つ高アスペクト比構造を有し、欠陥の少ないアレイ状に形成された高アスペクト比構造を有する機能性膜を製造することができる。特に、剥離する際、基材とポリマー樹脂の密着性を向上させることができ、基材に均一に応力をかけることが可能で、ポリマー樹脂とスタンパーの剥離性の良好な機能性膜の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態における高アスペクト比構造を有する機能性膜の一例としてマイクロニードルシートの製造方法について説明する。なお、以下、マイクロニードルシートについて記載するが、マイクロニードルシート以外の高アスペクト比構造を有する機能性膜についても本発明を適用することができる。
【００３６】
図１に本発明の製造方法および製造装置により製造されるマイクロニードルシートの角錐状の斜視図（ａ）および断面図（ｂ）を示す。
【００３７】
マイクロニードルシートシートに形成される微小針（微細な凸部）２２の形状は、微小針２２を皮膚表面に数１００μｍの深さで刺すために、（１）先端が充分に尖っていて、皮膚内に入る針の径も充分に細い（長さ／径のアスペクト比が高い）こと、（２）充分な強度がある（針が折れ曲がったりしない）こと、が必要である。
【００３８】
そのため、（１）の用件を満たすためには、細くて尖った形状が必要であるが、これは（２）に相反し、細すぎると先端や根元で折れ曲がってしまい、太すぎると刺さらないため、図１（ａ）に示すように、微小針２２の稜線２２Ａは、微小針内側に湾曲した形状とすることが好ましい。このような形状とすることにより、先端を充分に尖らせる一方で、根元を広げることにより、折れにくくすることができる。また、角錐状の微小針の稜線２２Ａ、２２Ａが該稜線同士の間の角錐面２２Ｃよりも張り出していることが好ましい。
【００３９】
微小針２２の形状は底面の一辺Ｘが０．１μｍ以上１０００μｍ以下の範囲であり、高さが０．３μｍ以上３０００μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、一辺Ｘが５０μｍ以上３００μｍ以下の範囲であり、高さが１０μｍ以上４００μｍ以下である。
【００４０】
そして、稜線２２Ａの湾曲の最大深さＺは、稜線の始点と終点を結ぶ線分の長さをＬとしたとき、０．０４×Ｌ以上０．２×Ｌ以下であることが好ましい。また、微小針の鋭利性を示す微小針先端２２Ｂの曲率半径Ｒが２００μｍ以下であることが好まし、より好ましくは１０μｍ以下である。
【００４１】
なお図１は、四角錐状の微小針２２について示しているが、図２に示す円錐状や他の角錐状の微小針も同様の大きさであることが好ましい。なお、円錐状の場合においては、底面の直径Ｘが０．１μｍ以上１０００μｍ以下の範囲であることが好ましく、より好ましくは５０μｍ以上３００μｍ以下の範囲である。また、円錐面の湾曲の最大深さＺ’は、円錐面の母線の始点と終点とを結ぶ線分の長さをＬ’としてとき、０．０４×Ｌ’以上０．２×Ｌ’以下であることが好ましい。
【００４２】
上記のように、マイクロニードルアレイは微小な凸部アレイであり、皮膚表面に刺さりやすくするため、凸部２２先端を充分に尖らせ、凸部２２先端の曲率半径Ｒを１０μｍ以下とすることが好ましい。曲率半径Ｒが１０μｍ以下の先端を有する凸部２２を形成するためには、スタンパーに形成される凸アレイの反転型である凹アレイの凹部先端までポリマー樹脂の溶解液を注入して精密に転写できるかが重要なポイントになってくる。また、凸部の曲率半径Ｒが小さく、先端が尖っているため、剥離する際、一部に応力が集中し、凸部が破断することがある。したがって、ポリマー樹脂を剥離する際の剥離不良を低減できるかについても重要なポイントである。
【００４３】
次に、マイクロニードルシートの製造方法について説明する。図３にスタンパーの製造方法の工程図、図４にポリマー樹脂塗布工程の工程図、図５に接着工程と接着工程の工程図、図６に剥離工程の工程図を示す。
【００４４】
最初に原版作製を行う。具体的には、図３（ａ）に示すように、マイクロニードルシートの製造のためのスタンパーを作製するための原版を作製するものである。
【００４５】
この原版１１の作製方法は２種類あり、１番目の方法は、Ｓｉ基板上にフォトレジストを塗布した後、露光、現像を行い、ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）等によるエッチングを行うことにより、原版１１の表面に円錐の形状部（凸部）１２のアレイを作製する。尚、ＲＩＥ等のエッチングを行う際には、Ｓｉ基板を回転させながら斜め方向からのエッチングを行うことにより、円錐の形状を形成することが可能である。
【００４６】
２番目の方法は、Ｎｉ等の金属基板に、ダイヤモンドバイト等の切削工具を用いた加工により、原版１１の表面に四角錘などの形状部１２のアレイを形成する方法がある。
【００４７】
次に、スタンパーの作製を行う。具体的には、図３（ｂ）に示すように、原版１１よりスタンパー１３を作製する。通常のスタンパー１３の作製には、Ｎｉ電鋳などによる方法が用いられるが、原版１１は、先端が鋭角な円錐形又は角錐形の形状を有しているため、スタンパー１３に形状が正確に転写され剥離することができるように、安価に製造することが可能な４つの方法が考えられる。
【００４８】
１番目の方法は、原版１１にＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン、例えば、ダウコーニング社製のシルガード１８４）に硬化剤を添加したシリコーン樹脂を流し込み、１００℃で加熱処理し硬化した後に、原版１１より剥離する方法である。２番目の方法は、紫外線を照射することにより硬化するＵＶ硬化樹脂を原版１１に流し込み、窒素雰囲気中で紫外線を照射した後に、原版１１より剥離する方法である。３番目の方法は、ポリスチレンやＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等のプラスチック樹脂を有機溶剤に溶解させたものを剥離剤の塗布された原版１１に流し込み、乾燥させることにより有機溶剤を揮発させて硬化させた後に、原版１１より剥離する方法である。４番目の方法は、Ｎｉ電鋳により反転品を作成する方法である。
【００４９】
このようにして作製されたスタンパー１３を図３（ｃ）に示す。尚、上記３つのいずれの方法においてもスタンパー１３は、何度でも容易に作製することが可能である。
【００５０】
スタンパーに用いる材料としては、弾性のある素材、金属製の素材を用いることができるが、弾性のある素材であることが好ましく、気体透過性の高い樹脂であることが更に好ましい。気体透過性は、１×１０−１２（ｍＬ／ｓ・ｍ・Ｐａ）より大きいことが好ましく、さらに好ましくは、１×１０−１0（ｍＬ／ｓ・ｍ・Ｐａ）である。気体透過性を上記範囲とすることにより、スタンパー１３の凹部に存在する空気をスタンパー側から追い出すことができるの、欠陥の少ないマイクロアレイニードルを製造することができる。このような材料として、具体的には、シリコーン樹脂（例えば、シルガード１８４、１３１０ＳＴ）、ＵＶ硬化樹脂、プラスチック樹脂（例えば、ポリスチレン、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート））を溶融、または溶剤に溶解させたものなどを挙げることができる。これらの中でもシリコーンゴム系の素材は繰り返し加圧による転写に耐久性があり、且つ、素材との剥離性がよいため、好適に用いることができる。また、金属製の素材としては、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｉｒ、Ｔｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＭｇＯ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、α−酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ステンレス（スタバックス材）などやその合金を挙げることができる。
【００５１】
次に、スタンパーにポリマー樹脂の溶解液（以下、「ポリマー溶解液」ともいう。）を塗布するポリマー樹脂塗布工程について説明する。図４は、ポリマー樹脂塗布工程を示す工程図である。
【００５２】
ポリマー樹脂塗布工程は、具体的には、図４（ｂ）に示すように、作製したスタンパー１３の微小針に対応した凹凸パターンの形成された面に、ポリマー樹脂を溶解したポリマー溶解液１６を塗布する。この中には、投薬する薬品を適量混入させることができる。
【００５３】
ポリマー溶解液に用いられるポリマー樹脂の素材としては、生体適合性のある樹脂を用いることが好ましい。このような樹脂としては、例えば、ゼラチン、アガロース、ペクチン、ジェランガム、カラギナン、キサンタンガム、アルギン酸、デンプン、セルロース、トリアセチルセルロース、プルラン、ポリ乳酸、デキストリン、などの粉体を温水で溶解する素材、または、マルトースなどの加熱により溶融する樹脂を挙げることができる。これらの中でも糖類であるマルトース、デンプン、セルロース、トリアセチルセルロース、プルラン、デキストリンを好ましく用いることができ、更に、マルトースは基材とポリマー樹脂の接着性を高めることができ、機能性膜に対して、均一に応力をかけることができるため好適に利用することができる。濃度は材料によっても異なるが、１０〜３０％が好ましい。なお、溶解に用いる溶媒は、温水以外であっても揮発性を有するものであればよく、例えば、アルコールなどを用いることも可能である。
【００５４】
ポリマー溶解液の調整方法としては、水溶性の高分子（ゼラチンなど）を用いる場合は、水溶性粉体を水に溶解し、溶解後に薬品を添加することで製造することができる。水に溶解しにくい場合、加温して溶解してもよい。温度は高分子材料の種類により、適宜選択可能であるが、約６０℃の温度で加温することが好ましい。また、熱で溶融する高分子（マルトースなど）を用いる場合は、原料と薬品を熱して溶融することで、製造することができる。加熱温度としては、原料が溶融する温度で行うことが好ましく、具体的には、約１５０℃である。また、医療用途で使用されているポリマー、例えば、アクリル系やポリスチレン系のポリマーを溶媒で溶解して用いることもできる。溶媒としては、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、イソプロピルアルコール（IPA）、エタノール、アセトン、トリクロロエチレンなどの溶媒を用いることができる。
【００５５】
このようなポリマー樹脂の溶解液をスタンパー１３上に塗布する具体的な方法は、スピンコーターを用いた塗布が挙げられる。また、大面積のスタンパーの場合には、溶解液の注入は、ディスペンサにより、スタンパーの微小針を形成するために凹部にのみに溶解液を滴下することが考えられる。
【００５６】
次にゲル化材料塗布工程について説明する。ゲル化材料塗布工程は、基材の表面に基材との接着性を有するゲル化材料を塗布する工程である。なお、本発明において、ゲル化材料とは、天然の高分子の中で液体をゼリー状に固める（ゲル化する）作用をもつ物質のことをいう。
【００５７】
基材２０としては、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、ポリエチレン、不織布、石英、Ｓｉなどを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
【００５８】
また、ゲル化材料としては、生体適合性のある材料が好ましく、ゼラチン、アガロース、ペクチン、ジェランガム、カラギナン、キサンタンガム、グルコマンナン、アルギン酸などを挙げることができる。これらの中でも、たんぱく質であるゼラチン、糖類であるアガロース、ペクチン、ジェランガム、カラギナンを好ましく用いることができ、特にゼラチン系の素材は多くの基材との密着性をもち、ゾル−ゲル変化する材料としても強固なゲル強度を持つため、好適に利用することができる。ゲル化材料の濃度は材料によっても異なるが、１０〜３０％が好ましい。また、溶解に用いる溶媒としては、例えば、水、エタノールなどを用いることが可能である。また、塗布量は、ゲル化材料の量で、基材の単位体積当たり０．０１ｇ／ｃｍ２以上１ｇ/ｃｍ２以下であることが好ましく、さらに好ましくは、０．０１ｇ／ｃｍ２以上０．１ｇ/ｃｍ２以下である。ゲル化材料を上記範囲とすることにより、次の接着工程において、基材とポリマー溶解液とで、充分な強度の接着層を形成することができる。
【００５９】
基材にゲル化材料を塗布する方法としては、特に限定されず行うことができ、例えば、スピンコーターを用いた塗布を挙げることができる。
【００６０】
次に、基材の接着工程について説明する。図５は、ポリマー溶解液の注入、基材の接着工程を説明する工程図である。まず、図５（ａ）に示すように、ポリマー溶解液１６との接着面側にゲル化材料２３が塗布された基材２０を、ポリマー溶解液１６上に載置して付着させる。
【００６１】
次に、図５（ｂ）に示すように、プレス機のプレス板１７を用いて、ポリマー溶解液１６を加圧する。これにより、図５（ｃ）に示すように、スタンパー１３に塗布されたポリマー溶解液１６がスタンパー側に加圧され、スタンパー１３の凹部１５先端まで注入される。また、加圧して注入することにより、凹部１５の内部気泡を追い出すことができるため、スタンパー１３に形成された凹部アレイの反転型である凸部アレイがポリマー溶解液に高精度に転写することができる。これにより、気泡などの混入のないマイクロアレイニードルシートを製造することができる。
【００６２】
加圧する際のプレス機のプレス板１７による加圧力は０．０５〜３０ＭＰａであることが好ましく、より好ましくは０．１〜１０ＭＰａ、さらに好ましくは０．５〜１．５ＭＰａである。上記範囲とすることにより、凹部１５先端の気泡を追い出し、先端がシャープで精密なマイクロニードルシートを形成することができる。加圧力は０．１ＭＰａ未満であると、圧力が小さいため、気泡の追い出しが充分でない。また、３０ＭＰａを超える加圧力でプレスしても効果が変わらない。
【００６３】
また、プレスによりポリマー溶解液１６を加圧する時間は、１０秒以上であることが好ましい。より好ましくは３０秒以上であり、さらに好ましくは２分以上である。圧力状態の変化時間を上記範囲とすることにより、スタンパー１３の凹部１５先端の気泡を追い出すことができる。
【００６４】
また、接着工程において、スタンパーの温度を、ポリマー樹脂のガラス転移点（Ｔｇ）＋２０℃の温度に加熱することが好ましい。上記温度で行うことにより、ポリマー樹脂の溶解液の流動性を維持した状態で注入を行うことができるので、容易にスタンパー１３の凹部１５に注入することができる。
【００６５】
次に、図５（ｄ）に示すように、基材２０とポリマー溶解液１６との間に、ポリマー溶解液１６とゲル化材料２３が混合することにより、接着層２４が形成され、ポリマー溶解液１６と基材２０が接着する。この接着層２４を後述する乾燥工程において、冷却固化することにより、強固の混合層２５を形成することができる。
【００６６】
また、接着工程時において、ポリマー溶解液１６の温度は、２０℃以上１００℃以下であることが好ましく、より好ましくは３０℃以上８０℃以下であり、さらに好ましくは４０℃以上６０℃以下である。上記範囲を維持することにより、ゲル化材料が熱によりゾル化するため、溶媒である水がポリマー溶解液と混合し、ポリマー溶解液との界面で混合し、接着層２４を形成することができる。温度が上記範囲以下であると、ポリマー溶解液がゲル化し、流動性がなくなるため、接合層２４の形成が困難となる。また、ゲル化材料がゾル化し難く、水が生じず接着層２４を形成し難くなる。また、温度が上記範囲以上であると、薬品によっては加熱により分解するため、薬品の効果が変化するため好ましくない。なお、温度調節は、スタンパー１３の下部に設けられている加熱手段１８により行うことができる。
【００６７】
また、接着工程と溶解液を凹部アレイの凹部先端まで注入する工程は同時に行われることが好ましい。加圧しながら行うことにより、ポリマー溶解液１６とゲル化材料２３を充分混合させることができ、強固な接着層２４を形成することができる。
【００６８】
続いて、ポリマー溶解液１６の乾燥工程を行う。具体的には、塗布されたポリマー溶解液に温風を吹付けることにより乾燥を行う。
【００６９】
乾燥方法としては、まず、１０〜１５℃の冷風を吹きつけ、表面をゲル化させた後、１０〜２０ｍ／ｓの温風を吹き付ける。この温風は、除湿した温風が好ましく、例えば、４０℃、相対湿度１５％以下、より好ましくは１０％以下であることが好ましい。
【００７０】
また、塗布されたポリマー溶解液１６をゲル化させることにより、形状を縮小させ、スタンパー１３からの剥離性を高めることができる。この場合は、低温度の冷風を流すことによりポリマー溶解液をゲル化させることができる。この時、完全にゲル化させるために、１０〜１５℃の冷風を上記の場合よりも長時間吹付け、この後、上記と同様に温風を吹き付ける。次に、乾燥させるために、高温の温風を流す際には、温風の温度が高すぎると、ポリマー樹脂を溶解した溶液のゲル化が戻ってしまったり、薬品によっては加熱により分解等により、効能が変化したりするため、吹きつける温風の温度には注意する必要がある。このように塗布されたポリマー溶解液を乾燥、あるいは、ポリマー溶解液をゲル化させた後乾燥させることにより、図６（ａ）に示すように固化し、ポリマー樹脂の固化物１９となる。ポリマー樹脂が固化物１９となることにより、ポリマー溶解液１６を塗布した際の状態よりも縮小し、特に、ゲル化を行う場合は、顕著に縮小する。これにより、スタンパー１３から固化物１９の剥離が容易となる。また、この乾燥工程において、固化物１９の水分量が低くなりすぎると剥離しにくくなるため、弾力性を維持している状態の水分量を残存させておくことが好ましい。具体的には、固化物１９を構成する材料にも依存するが、１０〜２０％の水分量となったところで、乾燥を停止するか、若しくは、２５℃、相対湿度４０％程度の風を吹付けることが好ましい。
【００７１】
次に剥離工程を行う。具体的には、図６（ａ）に示すように、乾燥工程において、乾燥・固化することにより形成された混合層２５を有する基材２０を、端部よりめくることにより剥離を行う。混合層２５は、接着層２４を乾燥・固化することにより形成される。このようにして、図６（ｂ）に示すように、マイクロニードルシート（ポリマー樹脂の固化物１９）を製造することができる。
【００７２】
固化物１９をスタンパー１３から剥離する剥離工程は、重要な工程である。通常、アスペクト比の高い微小針の構造のものをスタンパー１３から剥離する場合では、接触面積が大きいことから、強い応力がかかり、微小針が破壊され、スタンパー１３から剥離されることなくスタンパー１３の凹部１５内に残存し、作製されるマイクロニードルシートは致命的な欠陥を有するものとなってしまう。この点を踏まえ、本発明においては、固化物１９と基材２０とで、密着性の良好な接着層２４を形成している。したがって、均一にニードル部に応力をかけることができるため、応力の集中に弱い素材であっても剥離不良を防止することができる。
【００７３】
さらに、スタンパー１３を構成する材料を、剥離が非常にしやすい材料により構成することが好ましい。また、スタンパー１３を構成する材料を弾性が高く柔らかい材料とすることにより、剥離する際における微小針にかかる応力を緩和することができる。
【００７４】
尚、ポリマー樹脂の表面の微小針に残存している水分を蒸発させるために、剥離後に、再度乾燥した風を吹付ける場合もある。具体的には、梱包する直前において、固化物１９内の水分量を１０％以下、望ましくは５％以下とした後に梱包することが望ましい。
【００７５】
また、スタンパーは複数回利用することが可能であるから、剥離工程後のスタンパーを用いて、ポリマー溶液塗布工程、ポリマー溶液乾燥工程を繰り返すことにより、複数のマイクロニードルシートを短時間に複数作製することができる。尚、スタンパーは永久的に使用することができるものではないため、使用することができなくなった場合は、スタンパー作製工程を行うことにより作製可能である。
【００７６】
実際のマイクロニードルシートの製造には、スタンパーを複数用意しておき、同時に製造を行うことにより、高い生産性で製造を行うことができる。
【００７７】
図７に接着工程の別の実施形態を示す。本実施形態においては、スタンパー１３の側面周囲にスタンパー１３の厚みよりも高くなるようにスタンパー枠１４を設ける、なお、スタンパー１３とスタンパー枠１４とは一体成形することも可能である。スタンパー枠１４の材質としては、スタンパー１３の材質と同様の材質のものを用いることができるが、スタンパー枠１４をプレスすることにより、スタンパー枠１４内の圧力を加圧状態にするため、スタンパー枠１４は弾性体であることが好ましい。
【００７８】
そして、図７（ａ）に示すように、スタンパー枠１４が設けられたスタンパー１３上に、ポリマー溶解液１６を塗布し、その後、ゲル化材料２３が塗布された基材２０を、ポリマー溶解液１６上に載置し付着させる。
【００７９】
次に、図７（ｂ）に示すように、スタンパー枠１４をプレス機のプレス板１７でプレスすることにより、スタンパー枠１４内の圧力を加圧状態にすることができ、ポリマー溶解液１６がスタンパー１５に形成された凹部１５に注入され、凹部１５の内部気泡を追い出すことができる。これにより、スタンパー１３に形成された凹部アレイの反転型である凸部アレイがポリマー溶解液に高精度に転写され、気泡などの混入の少ないマイクロニードルシートを製造することができる。また、ポリマー溶解液１６とゲル化材料２３が混合することにより、接着層２４を形成させることができる。
【００８０】
本実施形態においては、スタンパー枠１４をプレス板１７でプレスすることにより、間接的にポリマー溶解液１６を加圧した場合においても、ポリマー溶解液１６を直接加圧した場合と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
なお、加圧力、加圧時間などの条件については、同様の条件にて行うことができる。
【実施例】
【００８２】
以下に、実施例により本発明の実質的な効果を説明する。
【００８３】
≪試験例１：接着層による剥離の影響≫
［実施例１］
Ｎｉからなる金属板に、ダイヤモンドバイトによる切削加工を行い、図３（ａ）における四角錘の形状部１２が底面４００μｍ、高さ１２００μｍ、ピッチ１０００μｍ、先端Ｒ１０μｍである四角錘アレイの形成された原版１１を作成した。この原版１１にシリコーン樹脂を流し込み硬化させた、図３（ｃ）に示す原版１１とは反対形状のスタンパー１３を作成した。
【００８４】
次に、マルトースと薬品を１５０℃に熱して溶解させポリマー樹脂を溶解した溶液を作成した。この溶液をスピンコーターによりスタンパー１３の凹凸の形成されている面に塗布した。その上からゲル化材料（ゼラチン２０％溶液）を０．１ｇ／ｃｍ２塗布した基材（ＰＥＴ）を載せ、シリコーンゴムのスタンパー１３ごとプレス機のプレス板１７で、１ＭＰａ、１２０℃、５ｍｉｎの条件でポリマー溶解液１６を加圧した。
【００８５】
そして、５℃の冷風を１０分間供給しポリマー溶解液を硬化させた。最後に、微小針２２の先端部に力をかけないように固化物１９を垂直に剥離することにより、マイクロニードルシートを製造し、このときの剥離状況を確認した。なお、このときの剥離温度は１０℃で行った。
【００８６】
［比較例１］
ゲル化材料をアクリル系の樹脂とした以外は実施例１と同様の方法により製造した。
【００８７】
［比較例２］
ゲル化材料をゴム系の樹脂とした以外は実施例１と同様の方法により製造した。
【００８８】
結果を表１に示す。
【００８９】
【表１】
【００９０】
ゲル化材料としてゼラチンを用いた実施例１については、基材と固化物が充分に接着しており、固化物をスタンパーから良好に剥離することができた。また、アクリル系の樹脂を用いた比較例１、ゴム系の樹脂を用いた比較例２については、基材と固化物が接着せず、混合層が形成されなかった。
【００９１】
≪試験例２：ポリマー樹脂注入条件と成形結果≫
［実施例２−８、比較例３］
実施例１と同様の方法により、マイクロニードルシートを製造した。スタンパーへのポリマー溶解液の注入条件（加圧力、プレス温度）および基材へのゼラチンの塗布量（０．１ｃｍ２当たり）を表２に示す条件で行った。また、加圧時間は５ｍｉｎで行った。その後、実施例１と同様に、冷風を供給し、ポリマー溶解液を固化し、スタンパーから剥離することにより、マイクロニードルシートを製造し、この特の成形結果を確認した。結果を表２に示す。なお、成形結果については、以下の基準により評価した。
◎・・・シャープな凸形状が先端まで成形されており、極めて良好である。
○・・・一部で転写不良が発生しているが、製品として許容できる範囲である。
×・・・転写不良が発生しており、製品として許容できない。
【００９２】
【表２】
【００９３】
表２より、実施例２においては、良好に微細形状が形成されていた。加圧力の低い実施例３、４、および、プレス温度の低い実施例７においては、ポリマー溶解液がスタンパーの凹部に一部注入されなかったが、製品として許容できる範囲であった。加圧力の高い実施例５についてはスタンパーの破断が見られたが、製品自体は問題なく製造できた。ゼラチンを塗布量しなかった比較例３は、接着層が形成されず、転写不良が発生していた。塗布量の多い実施例６については接着層の影響で破断がみられたが、製品として許容できる範囲で製造することができた。以上より、所定の条件でスタンパーへのポリマー溶液の注入を行うことが好ましいことが確認できた。
【００９４】
≪試験例３：スタンパー形状と成形結果≫
［実施例９−１４］
スタンパーの形状を表３に示す形状とした以外は実施例１と同様の方法により成形した。結果を表３に示す。なお、成形結果の評価については、試験例２と同様の基準で評価を行った。
【００９５】
【表３】
【００９６】
表３に示すように実施例９から１４に示すスタンパーの形状については、いずれの形状においても良好な成形を行うことができた。
【００９７】
≪試験例４：ポリマー樹脂とゲル化材料の組み合わせによる影響≫
[実施例１５−１８、比較例９−１２]
ポリマー樹脂およびゲル化材を表４に示す材料とした以外は、実施例１と同様の方法により製造した。結果を表４に示す。なお、成形結果の評価については、試験例２と同様の基準で評価を行った。
【００９８】
【表４】
【００９９】
表４に示すように、ゲル化材料として２０％ゼラチン溶液、３０％ゼラチン溶液を用いた実施例１５〜１８については良好な成形を行うことができた。しかし、ゲル化材料にアクリル系接着剤、ゴム系接着剤を用いた比較例９〜１２については、転写不良が発生していた。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】マイクロニードルシートの角錐状の微小針の斜視図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図２】マイクロニードルシートの円錐状の微小針の斜視図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図３】スタンパーの製造方法の工程図である。
【図４】ポリマー溶液塗布工程の工程図である。
【図５】基材接着工程の工程図である。
【図６】マイクロニードルシートの剥離工程の工程図である。
【図７】注入工程・接着工程の別の実施形態の工程図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１１…原版、１２…円錐または角錐の形状部、１３…スタンパー、１４…スタンパー枠、１５…凹部、１６…ポリマー溶解液、１７…プレス板、１８…加熱手段、１９…ポリマー樹脂の固化物、２０…基材、２２…凸部（微小針）、２３・・・ゲル化材料、２４・・・接着層、２５…混合層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高アスペクト比構造を有する機能性膜の製造方法に関し、特に、皮膚表層または皮膚角質層において、簡便に、かつ効率的に薬品などを注入するマイクロニードルシートと称される機能性膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体表面、即ち皮膚や粘膜などより、薬品などを投与する方法としては、主に液状物質または粉状物質を付着させる方法が殆どであった。しかしながら、これらの物質の付着領域は、皮膚の表面に限られていたため、発汗や異物の接触などによって、付着している薬品などが除去される場合があり、適量を投与することは困難であった。また、薬品を皮膚の奥深くに浸透させるためには、このような薬品の拡散による浸透を利用した方法では、浸透深さを確実に制御することは困難であるため、充分な薬効を得ることは困難であった。
【０００３】
そのため、高アスペクト比構造を有する機能性膜を用い、その先端を皮膚内に挿入することにより、薬品を注入する方法が行われている。このような、高アスペクト比構造を有する機能性膜を形成する方法として、例えば、特許文献１、２には、鋳型を作製してその中に素材を注入し、射出成形により、ニードル構造を形成する方法が記載されている。また、特許文献３には、針状の材料の先を、基板上の流動状態の素材に付着・延伸させることで、ニードル構造を形成する方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−２３８３４７号公報
【特許文献２】特開２００６−０５１３６１号公報
【特許文献３】特開２００６−３４５９８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１または２記載の方法は、アレイ状の凹金型に対して微細形状の凹部先端まで素材を注入することが難しく、欠陥不良が生じるという問題があった。例えば、凹金先端に空気が溜まり、素材の注入時に溜まった空気の気泡などによる注入欠陥が生じていた。また、微細形状である先端部まで均一に中空にならず、溶解液を充填させるのが困難であり、生産性が劣るという問題があった。これにより、形成された凸部アレイの凸部先端がシャープに形成されないという問題がある。さらに、特許文献３に記載の方法は、張力により素材を延伸させるため、先端形状、高さなどの針形状の均一・高精度な成形が困難であった。特に、先端部は微細であるため、変形が生じ易く、延伸後すぐに硬化する材料でなければ、成形することが難しいという問題があった。また、延伸などの方法は量産化に適した方法ではなく、生産性に乏しく、高コストになってしまうといった問題点があった。
【０００５】
また、マルトースを始めとする硬い（ヤング率が高い）がもろい（一部に応力が集中すると破断しやすい）素材は、成形後剥離する際に破断してしまい、均一でシャープな先端を持つ高アスペクト比構造の機能性膜を安定的に量産することが難しいという問題もあった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、溶融・溶解したポリマー材料を用いて、均一でシャープな先端を持つ高アスペクト比構造を有し、欠陥の少ないアレイ状に形成された高アスペクト比構造を有する機能性膜の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】
【０００７】
本発明の請求項１は、前記目的を達成するために、微細な凹部アレイが形成されたスタンパーに、機能性膜を形成するためのポリマー樹脂の溶解液を塗布するポリマー樹脂塗布工程と、シート状の基材の表面に該基材との接着性を有するゲル化材料を塗布するゲル化材料塗布工程と、前記溶解液の面と前記ゲル化材料の面とが合わさるように、前記スタンパーの上に前記基材を載置し、該溶解液の表層部分に該ゲル化材料を混合することにより、該溶解液と該基材を接着する接着層を形成する接着工程と、前記接着層が形成された溶解液を乾燥して固化させたポリマー樹脂の固化物を形成する乾燥工程と、前記スタンパーから前記固化物を前記基材と一緒に剥離する剥離工程と、を備えたことを特徴とする機能性膜の製造方法を提供する。
【０００８】
従来の剥離工程では、乾燥して固化させた固化物をスタンパーから剥離する際に、上方へ応力をかけて剥離する必要がある。その際に、固化物に基材を接着させて剥離を行うが、通常のアクリル系、ゴム系、シリコーン系などの医療用接着材を使用しても界面の接合が充分できず接着不良を起こしてしまう。
【０００９】
請求項１によれば、基材のポリマー樹脂の溶解液との接着面に、ゲル化材料を塗布し、ポリマー樹脂の溶解液とゲル化材料が混合することにより、接着層を形成する。そして、その後、乾燥工程により、冷却固化させることで、強固な接着層を形成させることができ、接着不良を低減することができる。
【００１０】
また、剥離工程においては、ポリマー樹脂のスタンパーへの密着性が高いと、ある一部に応力が集中し（基材部や微細な凸部など）、微細な凸部が破断してしまう危険性がある。請求項１によれば、基材とポリマー樹脂とを、強固に接着することができるため、均一に凸部に応力をかけることができ、応力の集中に弱い素材でも剥離不良を防止することができる。これにより、スタンパーの凹部アレイが転写された凸部アレイを有する高アスペクト比構造の機能性膜を製造することができる。
【００１１】
なお、本発明において、凹部アレイとは凹部が縦・横に複数配列された状態を言い、凸部アレイとは凸部が縦・横に複数配列された状態を言う。
【００１２】
請求項２は請求項１において、前記接着工程は、前記基材を前記スタンパー側に加圧することを特徴とする。
【００１３】
請求項２によれば、接着工程において、基材をスタンパー側に加圧することにより、より強固なポリマー樹脂とゲル化材料とで、より強固な接着層を形成することができる。
【００１４】
請求項３は請求項１または２において、前記機能性膜に形成される微細な凸部アレイの形状は、一辺又は直径が０．１〜１０００μｍの底面を有し、高さが０．３〜３０００μｍの角錐型又は円錐型であり、先端の曲率半径Ｒが３００μｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
請求項３は、機能性膜に形成される凸部アレイの好ましいサイズを規定したものである。本発明の製造方法によれば、基材とポリマー樹脂の密着性を向上させることができるので、ポリマー樹脂に対して、均一に応力をかけることができる。したがって、凸部の先端がシャープな形状の機能性膜に対しても剥離不良を防止することができるため、上記サイズのような微細な凹部アレイを有する機能性膜に対して、特に、効果的に製造することができる。
【００１６】
請求項４は請求項１から３いずれかにおいて、前記ポリマー樹脂は糖類であることを特徴とする。
【００１７】
請求項４によれば、ポリマー樹脂として、糖類を用いることにより、基材とポリマー樹脂の接着性を高めることができるため、機能性膜に対して、均一に応力をかけることができる。したがって、良好な剥離性を得ることができ、微細な凹部アレイを有する機能性膜に対して、特に、効果的に製造することができる。
【００１８】
請求項５は請求項２から４いずれかにおいて、前記接着工程において、加圧により前記接着層を形成すると同時に、前記溶解液を前記凹部アレイの凹部先端まで注入することを特徴とする。
【００１９】
請求項５によれば、スタンパーに塗布したポリマー樹脂の溶解液をスタンパー側に加圧することにより、接着層を形成すると同時に、ポリマー樹脂の溶解液をスタンパーの凹部先端まで注入することができる。また、加圧することにより、凹部に存在する空気を追い出すことができ、気泡などの混入の少ない機能性膜を製造することができる。さらに、スタンパーとポリマー樹脂が密着している場合においても、剥離する際に、基材とポリマー樹脂が強固に接着しているため、ポリマー樹脂に均一に応力をかけることができ、良好な形状の機能性膜を製造することができる。
【００２０】
請求項６は請求項２から５いずれかにおいて、前記溶解液を加圧している加圧時間は１０秒以上であることを特徴とする。
【００２１】
請求項６によれば、１０秒以上加圧を行い、スタンパーの凹部に溶解液を注入しているため、スタンパー凹部に存在する空気を追い出すことができる。したがって、スタンパー凹部への溶解液の注入を容易に行うことができるので、空気の混入の少ない機能性膜を形成することができる。
【００２２】
請求項７は請求項２から６いずれかにおいて、前記溶解液を加圧する加圧力は、０．０５〜３０ＭＰａの範囲であることを特徴とする。
【００２３】
請求項７によれば、加圧力を０．０５〜３０ＭＰａの範囲とすることにより、基材とポリマー樹脂の密着性を向上させることができるとともに、スタンパー凹部に存在する空気を効率よく追い出すことができる。
【００２４】
請求項８は請求項１から７いずれかにおいて、前記接着工程における前記溶解駅の温度が、２０℃以上１００℃以下であることを特徴とする。
【００２５】
請求項８によれば、接着工程の溶解液の温度を上記範囲とすることにより、ポリマー樹脂の溶解液の流動性を維持し、かつ、ゲル化材料のゲル化を行うことができるので、基材とポリマー樹脂の密着性を向上させることができる。
【００２６】
請求項９は請求項１から８いずれかにおいて、前記ゲル化材料の量は、前記基材の単位面積あたり０．０１ｇ／ｃｍ２以上１ｇ／ｃｍ２以下であることを特徴とする。
【００２７】
請求項９によれば、ゲル化材料の量を上記範囲とすることにより、ポリマー樹脂と基材の密着性を向上させることができるので、均一な応力で、剥離することができ、均一でシャープな先端を持つ高アスペクト比構造を有し、欠陥の少ないアレイ状に形成された機能性膜を製造することができる。
【００２８】
請求項１０は請求項１から９いずれかにおいて、前記ゲル化材料は、たんぱく質、糖類の中から選ばれることを特徴とする。
【００２９】
請求項１０によれば、タンパク質、糖類の中から選ばれるゲル化材料を用いている。たんぱく質、糖類は多くの基材との接着性を持ち、ゾル−ゲル化する材料として強固なゲル強度を持つためゲル化材料として好適に用いることができる。
【００３０】
請求項１１は請求項１から１０いずれかにおいて、前記ポリマー樹脂の固化物と前記ゲル化材料との間に、該ポリマー樹脂の固化物と該ゲル化材料が混合した混合層を有することを特徴とする。
【００３１】
請求項１１によれば、乾燥工程後において、ポリマー樹脂の固化物とゲル化材料との間に、ポリマー樹脂の固化物とゲル化材料が混合した混合層を有しているため、基材と固化物とが、固化物全体に均一で強固に接着させることができるため、剥離不良を防止することができる。
【００３２】
請求項１２は請求項１から１１いずれかにおいて、前記スタンパーの素材は、気体透過性が１×１０−１２（ｍＬ／（ｓ・ｍ・Ｐａ））より大きい素材で構成されていることを特徴とする。
【００３３】
請求項１２によれば、スタンパーの素材に気体透過性が１×１０−１２（ｍＬ／（ｓ・ｍ・Ｐａ））より大きい素材を用いているため、気体が通過しやすく、スタンパー凹部に存在する空気をスタンパー側から追い出すことができる。したがって、スタンパー凹部に溶解液の注入を容易に行うことができるので、空気の混入の少ない機能性膜を製造することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、均一でシャープな先端を持つ高アスペクト比構造を有し、欠陥の少ないアレイ状に形成された高アスペクト比構造を有する機能性膜を製造することができる。特に、剥離する際、基材とポリマー樹脂の密着性を向上させることができ、基材に均一に応力をかけることが可能で、ポリマー樹脂とスタンパーの剥離性の良好な機能性膜の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態における高アスペクト比構造を有する機能性膜の一例としてマイクロニードルシートの製造方法について説明する。なお、以下、マイクロニードルシートについて記載するが、マイクロニードルシート以外の高アスペクト比構造を有する機能性膜についても本発明を適用することができる。
【００３６】
図１に本発明の製造方法および製造装置により製造されるマイクロニードルシートの角錐状の斜視図（ａ）および断面図（ｂ）を示す。
【００３７】
マイクロニードルシートシートに形成される微小針（微細な凸部）２２の形状は、微小針２２を皮膚表面に数１００μｍの深さで刺すために、（１）先端が充分に尖っていて、皮膚内に入る針の径も充分に細い（長さ／径のアスペクト比が高い）こと、（２）充分な強度がある（針が折れ曲がったりしない）こと、が必要である。
【００３８】
そのため、（１）の用件を満たすためには、細くて尖った形状が必要であるが、これは（２）に相反し、細すぎると先端や根元で折れ曲がってしまい、太すぎると刺さらないため、図１（ａ）に示すように、微小針２２の稜線２２Ａは、微小針内側に湾曲した形状とすることが好ましい。このような形状とすることにより、先端を充分に尖らせる一方で、根元を広げることにより、折れにくくすることができる。また、角錐状の微小針の稜線２２Ａ、２２Ａが該稜線同士の間の角錐面２２Ｃよりも張り出していることが好ましい。
【００３９】
微小針２２の形状は底面の一辺Ｘが０．１μｍ以上１０００μｍ以下の範囲であり、高さが０．３μｍ以上３０００μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、一辺Ｘが５０μｍ以上３００μｍ以下の範囲であり、高さが１０μｍ以上４００μｍ以下である。
【００４０】
そして、稜線２２Ａの湾曲の最大深さＺは、稜線の始点と終点を結ぶ線分の長さをＬとしたとき、０．０４×Ｌ以上０．２×Ｌ以下であることが好ましい。また、微小針の鋭利性を示す微小針先端２２Ｂの曲率半径Ｒが２００μｍ以下であることが好まし、より好ましくは１０μｍ以下である。
【００４１】
なお図１は、四角錐状の微小針２２について示しているが、図２に示す円錐状や他の角錐状の微小針も同様の大きさであることが好ましい。なお、円錐状の場合においては、底面の直径Ｘが０．１μｍ以上１０００μｍ以下の範囲であることが好ましく、より好ましくは５０μｍ以上３００μｍ以下の範囲である。また、円錐面の湾曲の最大深さＺ’は、円錐面の母線の始点と終点とを結ぶ線分の長さをＬ’としてとき、０．０４×Ｌ’以上０．２×Ｌ’以下であることが好ましい。
【００４２】
上記のように、マイクロニードルアレイは微小な凸部アレイであり、皮膚表面に刺さりやすくするため、凸部２２先端を充分に尖らせ、凸部２２先端の曲率半径Ｒを１０μｍ以下とすることが好ましい。曲率半径Ｒが１０μｍ以下の先端を有する凸部２２を形成するためには、スタンパーに形成される凸アレイの反転型である凹アレイの凹部先端までポリマー樹脂の溶解液を注入して精密に転写できるかが重要なポイントになってくる。また、凸部の曲率半径Ｒが小さく、先端が尖っているため、剥離する際、一部に応力が集中し、凸部が破断することがある。したがって、ポリマー樹脂を剥離する際の剥離不良を低減できるかについても重要なポイントである。
【００４３】
次に、マイクロニードルシートの製造方法について説明する。図３にスタンパーの製造方法の工程図、図４にポリマー樹脂塗布工程の工程図、図５に接着工程と接着工程の工程図、図６に剥離工程の工程図を示す。
【００４４】
最初に原版作製を行う。具体的には、図３（ａ）に示すように、マイクロニードルシートの製造のためのスタンパーを作製するための原版を作製するものである。
【００４５】
この原版１１の作製方法は２種類あり、１番目の方法は、Ｓｉ基板上にフォトレジストを塗布した後、露光、現像を行い、ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）等によるエッチングを行うことにより、原版１１の表面に円錐の形状部（凸部）１２のアレイを作製する。尚、ＲＩＥ等のエッチングを行う際には、Ｓｉ基板を回転させながら斜め方向からのエッチングを行うことにより、円錐の形状を形成することが可能である。
【００４６】
２番目の方法は、Ｎｉ等の金属基板に、ダイヤモンドバイト等の切削工具を用いた加工により、原版１１の表面に四角錘などの形状部１２のアレイを形成する方法がある。
【００４７】
次に、スタンパーの作製を行う。具体的には、図３（ｂ）に示すように、原版１１よりスタンパー１３を作製する。通常のスタンパー１３の作製には、Ｎｉ電鋳などによる方法が用いられるが、原版１１は、先端が鋭角な円錐形又は角錐形の形状を有しているため、スタンパー１３に形状が正確に転写され剥離することができるように、安価に製造することが可能な４つの方法が考えられる。
【００４８】
１番目の方法は、原版１１にＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン、例えば、ダウコーニング社製のシルガード１８４）に硬化剤を添加したシリコーン樹脂を流し込み、１００℃で加熱処理し硬化した後に、原版１１より剥離する方法である。２番目の方法は、紫外線を照射することにより硬化するＵＶ硬化樹脂を原版１１に流し込み、窒素雰囲気中で紫外線を照射した後に、原版１１より剥離する方法である。３番目の方法は、ポリスチレンやＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等のプラスチック樹脂を有機溶剤に溶解させたものを剥離剤の塗布された原版１１に流し込み、乾燥させることにより有機溶剤を揮発させて硬化させた後に、原版１１より剥離する方法である。４番目の方法は、Ｎｉ電鋳により反転品を作成する方法である。
【００４９】
このようにして作製されたスタンパー１３を図３（ｃ）に示す。尚、上記３つのいずれの方法においてもスタンパー１３は、何度でも容易に作製することが可能である。
【００５０】
スタンパーに用いる材料としては、弾性のある素材、金属製の素材を用いることができるが、弾性のある素材であることが好ましく、気体透過性の高い樹脂であることが更に好ましい。気体透過性は、１×１０−１２（ｍＬ／ｓ・ｍ・Ｐａ）より大きいことが好ましく、さらに好ましくは、１×１０−１0（ｍＬ／ｓ・ｍ・Ｐａ）である。気体透過性を上記範囲とすることにより、スタンパー１３の凹部に存在する空気をスタンパー側から追い出すことができるの、欠陥の少ないマイクロアレイニードルを製造することができる。このような材料として、具体的には、シリコーン樹脂（例えば、シルガード１８４、１３１０ＳＴ）、ＵＶ硬化樹脂、プラスチック樹脂（例えば、ポリスチレン、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート））を溶融、または溶剤に溶解させたものなどを挙げることができる。これらの中でもシリコーンゴム系の素材は繰り返し加圧による転写に耐久性があり、且つ、素材との剥離性がよいため、好適に用いることができる。また、金属製の素材としては、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｉｒ、Ｔｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＭｇＯ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、α−酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ステンレス（スタバックス材）などやその合金を挙げることができる。
【００５１】
次に、スタンパーにポリマー樹脂の溶解液（以下、「ポリマー溶解液」ともいう。）を塗布するポリマー樹脂塗布工程について説明する。図４は、ポリマー樹脂塗布工程を示す工程図である。
【００５２】
ポリマー樹脂塗布工程は、具体的には、図４（ｂ）に示すように、作製したスタンパー１３の微小針に対応した凹凸パターンの形成された面に、ポリマー樹脂を溶解したポリマー溶解液１６を塗布する。この中には、投薬する薬品を適量混入させることができる。
【００５３】
ポリマー溶解液に用いられるポリマー樹脂の素材としては、生体適合性のある樹脂を用いることが好ましい。このような樹脂としては、例えば、ゼラチン、アガロース、ペクチン、ジェランガム、カラギナン、キサンタンガム、アルギン酸、デンプン、セルロース、トリアセチルセルロース、プルラン、ポリ乳酸、デキストリン、などの粉体を温水で溶解する素材、または、マルトースなどの加熱により溶融する樹脂を挙げることができる。これらの中でも糖類であるマルトース、デンプン、セルロース、トリアセチルセルロース、プルラン、デキストリンを好ましく用いることができ、更に、マルトースは基材とポリマー樹脂の接着性を高めることができ、機能性膜に対して、均一に応力をかけることができるため好適に利用することができる。濃度は材料によっても異なるが、１０〜３０％が好ましい。なお、溶解に用いる溶媒は、温水以外であっても揮発性を有するものであればよく、例えば、アルコールなどを用いることも可能である。
【００５４】
ポリマー溶解液の調整方法としては、水溶性の高分子（ゼラチンなど）を用いる場合は、水溶性粉体を水に溶解し、溶解後に薬品を添加することで製造することができる。水に溶解しにくい場合、加温して溶解してもよい。温度は高分子材料の種類により、適宜選択可能であるが、約６０℃の温度で加温することが好ましい。また、熱で溶融する高分子（マルトースなど）を用いる場合は、原料と薬品を熱して溶融することで、製造することができる。加熱温度としては、原料が溶融する温度で行うことが好ましく、具体的には、約１５０℃である。また、医療用途で使用されているポリマー、例えば、アクリル系やポリスチレン系のポリマーを溶媒で溶解して用いることもできる。溶媒としては、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、イソプロピルアルコール（IPA）、エタノール、アセトン、トリクロロエチレンなどの溶媒を用いることができる。
【００５５】
このようなポリマー樹脂の溶解液をスタンパー１３上に塗布する具体的な方法は、スピンコーターを用いた塗布が挙げられる。また、大面積のスタンパーの場合には、溶解液の注入は、ディスペンサにより、スタンパーの微小針を形成するために凹部にのみに溶解液を滴下することが考えられる。
【００５６】
次にゲル化材料塗布工程について説明する。ゲル化材料塗布工程は、基材の表面に基材との接着性を有するゲル化材料を塗布する工程である。なお、本発明において、ゲル化材料とは、天然の高分子の中で液体をゼリー状に固める（ゲル化する）作用をもつ物質のことをいう。
【００５７】
基材２０としては、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、ポリエチレン、不織布、石英、Ｓｉなどを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
【００５８】
また、ゲル化材料としては、生体適合性のある材料が好ましく、ゼラチン、アガロース、ペクチン、ジェランガム、カラギナン、キサンタンガム、グルコマンナン、アルギン酸などを挙げることができる。これらの中でも、たんぱく質であるゼラチン、糖類であるアガロース、ペクチン、ジェランガム、カラギナンを好ましく用いることができ、特にゼラチン系の素材は多くの基材との密着性をもち、ゾル−ゲル変化する材料としても強固なゲル強度を持つため、好適に利用することができる。ゲル化材料の濃度は材料によっても異なるが、１０〜３０％が好ましい。また、溶解に用いる溶媒としては、例えば、水、エタノールなどを用いることが可能である。また、塗布量は、ゲル化材料の量で、基材の単位体積当たり０．０１ｇ／ｃｍ２以上１ｇ/ｃｍ２以下であることが好ましく、さらに好ましくは、０．０１ｇ／ｃｍ２以上０．１ｇ/ｃｍ２以下である。ゲル化材料を上記範囲とすることにより、次の接着工程において、基材とポリマー溶解液とで、充分な強度の接着層を形成することができる。
【００５９】
基材にゲル化材料を塗布する方法としては、特に限定されず行うことができ、例えば、スピンコーターを用いた塗布を挙げることができる。
【００６０】
次に、基材の接着工程について説明する。図５は、ポリマー溶解液の注入、基材の接着工程を説明する工程図である。まず、図５（ａ）に示すように、ポリマー溶解液１６との接着面側にゲル化材料２３が塗布された基材２０を、ポリマー溶解液１６上に載置して付着させる。
【００６１】
次に、図５（ｂ）に示すように、プレス機のプレス板１７を用いて、ポリマー溶解液１６を加圧する。これにより、図５（ｃ）に示すように、スタンパー１３に塗布されたポリマー溶解液１６がスタンパー側に加圧され、スタンパー１３の凹部１５先端まで注入される。また、加圧して注入することにより、凹部１５の内部気泡を追い出すことができるため、スタンパー１３に形成された凹部アレイの反転型である凸部アレイがポリマー溶解液に高精度に転写することができる。これにより、気泡などの混入のないマイクロアレイニードルシートを製造することができる。
【００６２】
加圧する際のプレス機のプレス板１７による加圧力は０．０５〜３０ＭＰａであることが好ましく、より好ましくは０．１〜１０ＭＰａ、さらに好ましくは０．５〜１．５ＭＰａである。上記範囲とすることにより、凹部１５先端の気泡を追い出し、先端がシャープで精密なマイクロニードルシートを形成することができる。加圧力は０．１ＭＰａ未満であると、圧力が小さいため、気泡の追い出しが充分でない。また、３０ＭＰａを超える加圧力でプレスしても効果が変わらない。
【００６３】
また、プレスによりポリマー溶解液１６を加圧する時間は、１０秒以上であることが好ましい。より好ましくは３０秒以上であり、さらに好ましくは２分以上である。圧力状態の変化時間を上記範囲とすることにより、スタンパー１３の凹部１５先端の気泡を追い出すことができる。
【００６４】
また、接着工程において、スタンパーの温度を、ポリマー樹脂のガラス転移点（Ｔｇ）＋２０℃の温度に加熱することが好ましい。上記温度で行うことにより、ポリマー樹脂の溶解液の流動性を維持した状態で注入を行うことができるので、容易にスタンパー１３の凹部１５に注入することができる。
【００６５】
次に、図５（ｄ）に示すように、基材２０とポリマー溶解液１６との間に、ポリマー溶解液１６とゲル化材料２３が混合することにより、接着層２４が形成され、ポリマー溶解液１６と基材２０が接着する。この接着層２４を後述する乾燥工程において、冷却固化することにより、強固の混合層２５を形成することができる。
【００６６】
また、接着工程時において、ポリマー溶解液１６の温度は、２０℃以上１００℃以下であることが好ましく、より好ましくは３０℃以上８０℃以下であり、さらに好ましくは４０℃以上６０℃以下である。上記範囲を維持することにより、ゲル化材料が熱によりゾル化するため、溶媒である水がポリマー溶解液と混合し、ポリマー溶解液との界面で混合し、接着層２４を形成することができる。温度が上記範囲以下であると、ポリマー溶解液がゲル化し、流動性がなくなるため、接合層２４の形成が困難となる。また、ゲル化材料がゾル化し難く、水が生じず接着層２４を形成し難くなる。また、温度が上記範囲以上であると、薬品によっては加熱により分解するため、薬品の効果が変化するため好ましくない。なお、温度調節は、スタンパー１３の下部に設けられている加熱手段１８により行うことができる。
【００６７】
また、接着工程と溶解液を凹部アレイの凹部先端まで注入する工程は同時に行われることが好ましい。加圧しながら行うことにより、ポリマー溶解液１６とゲル化材料２３を充分混合させることができ、強固な接着層２４を形成することができる。
【００６８】
続いて、ポリマー溶解液１６の乾燥工程を行う。具体的には、塗布されたポリマー溶解液に温風を吹付けることにより乾燥を行う。
【００６９】
乾燥方法としては、まず、１０〜１５℃の冷風を吹きつけ、表面をゲル化させた後、１０〜２０ｍ／ｓの温風を吹き付ける。この温風は、除湿した温風が好ましく、例えば、４０℃、相対湿度１５％以下、より好ましくは１０％以下であることが好ましい。
【００７０】
また、塗布されたポリマー溶解液１６をゲル化させることにより、形状を縮小させ、スタンパー１３からの剥離性を高めることができる。この場合は、低温度の冷風を流すことによりポリマー溶解液をゲル化させることができる。この時、完全にゲル化させるために、１０〜１５℃の冷風を上記の場合よりも長時間吹付け、この後、上記と同様に温風を吹き付ける。次に、乾燥させるために、高温の温風を流す際には、温風の温度が高すぎると、ポリマー樹脂を溶解した溶液のゲル化が戻ってしまったり、薬品によっては加熱により分解等により、効能が変化したりするため、吹きつける温風の温度には注意する必要がある。このように塗布されたポリマー溶解液を乾燥、あるいは、ポリマー溶解液をゲル化させた後乾燥させることにより、図６（ａ）に示すように固化し、ポリマー樹脂の固化物１９となる。ポリマー樹脂が固化物１９となることにより、ポリマー溶解液１６を塗布した際の状態よりも縮小し、特に、ゲル化を行う場合は、顕著に縮小する。これにより、スタンパー１３から固化物１９の剥離が容易となる。また、この乾燥工程において、固化物１９の水分量が低くなりすぎると剥離しにくくなるため、弾力性を維持している状態の水分量を残存させておくことが好ましい。具体的には、固化物１９を構成する材料にも依存するが、１０〜２０％の水分量となったところで、乾燥を停止するか、若しくは、２５℃、相対湿度４０％程度の風を吹付けることが好ましい。
【００７１】
次に剥離工程を行う。具体的には、図６（ａ）に示すように、乾燥工程において、乾燥・固化することにより形成された混合層２５を有する基材２０を、端部よりめくることにより剥離を行う。混合層２５は、接着層２４を乾燥・固化することにより形成される。このようにして、図６（ｂ）に示すように、マイクロニードルシート（ポリマー樹脂の固化物１９）を製造することができる。
【００７２】
固化物１９をスタンパー１３から剥離する剥離工程は、重要な工程である。通常、アスペクト比の高い微小針の構造のものをスタンパー１３から剥離する場合では、接触面積が大きいことから、強い応力がかかり、微小針が破壊され、スタンパー１３から剥離されることなくスタンパー１３の凹部１５内に残存し、作製されるマイクロニードルシートは致命的な欠陥を有するものとなってしまう。この点を踏まえ、本発明においては、固化物１９と基材２０とで、密着性の良好な接着層２４を形成している。したがって、均一にニードル部に応力をかけることができるため、応力の集中に弱い素材であっても剥離不良を防止することができる。
【００７３】
さらに、スタンパー１３を構成する材料を、剥離が非常にしやすい材料により構成することが好ましい。また、スタンパー１３を構成する材料を弾性が高く柔らかい材料とすることにより、剥離する際における微小針にかかる応力を緩和することができる。
【００７４】
尚、ポリマー樹脂の表面の微小針に残存している水分を蒸発させるために、剥離後に、再度乾燥した風を吹付ける場合もある。具体的には、梱包する直前において、固化物１９内の水分量を１０％以下、望ましくは５％以下とした後に梱包することが望ましい。
【００７５】
また、スタンパーは複数回利用することが可能であるから、剥離工程後のスタンパーを用いて、ポリマー溶液塗布工程、ポリマー溶液乾燥工程を繰り返すことにより、複数のマイクロニードルシートを短時間に複数作製することができる。尚、スタンパーは永久的に使用することができるものではないため、使用することができなくなった場合は、スタンパー作製工程を行うことにより作製可能である。
【００７６】
実際のマイクロニードルシートの製造には、スタンパーを複数用意しておき、同時に製造を行うことにより、高い生産性で製造を行うことができる。
【００７７】
図７に接着工程の別の実施形態を示す。本実施形態においては、スタンパー１３の側面周囲にスタンパー１３の厚みよりも高くなるようにスタンパー枠１４を設ける、なお、スタンパー１３とスタンパー枠１４とは一体成形することも可能である。スタンパー枠１４の材質としては、スタンパー１３の材質と同様の材質のものを用いることができるが、スタンパー枠１４をプレスすることにより、スタンパー枠１４内の圧力を加圧状態にするため、スタンパー枠１４は弾性体であることが好ましい。
【００７８】
そして、図７（ａ）に示すように、スタンパー枠１４が設けられたスタンパー１３上に、ポリマー溶解液１６を塗布し、その後、ゲル化材料２３が塗布された基材２０を、ポリマー溶解液１６上に載置し付着させる。
【００７９】
次に、図７（ｂ）に示すように、スタンパー枠１４をプレス機のプレス板１７でプレスすることにより、スタンパー枠１４内の圧力を加圧状態にすることができ、ポリマー溶解液１６がスタンパー１５に形成された凹部１５に注入され、凹部１５の内部気泡を追い出すことができる。これにより、スタンパー１３に形成された凹部アレイの反転型である凸部アレイがポリマー溶解液に高精度に転写され、気泡などの混入の少ないマイクロニードルシートを製造することができる。また、ポリマー溶解液１６とゲル化材料２３が混合することにより、接着層２４を形成させることができる。
【００８０】
本実施形態においては、スタンパー枠１４をプレス板１７でプレスすることにより、間接的にポリマー溶解液１６を加圧した場合においても、ポリマー溶解液１６を直接加圧した場合と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
なお、加圧力、加圧時間などの条件については、同様の条件にて行うことができる。
【実施例】
【００８２】
以下に、実施例により本発明の実質的な効果を説明する。
【００８３】
≪試験例１：接着層による剥離の影響≫
［実施例１］
Ｎｉからなる金属板に、ダイヤモンドバイトによる切削加工を行い、図３（ａ）における四角錘の形状部１２が底面４００μｍ、高さ１２００μｍ、ピッチ１０００μｍ、先端Ｒ１０μｍである四角錘アレイの形成された原版１１を作成した。この原版１１にシリコーン樹脂を流し込み硬化させた、図３（ｃ）に示す原版１１とは反対形状のスタンパー１３を作成した。
【００８４】
次に、マルトースと薬品を１５０℃に熱して溶解させポリマー樹脂を溶解した溶液を作成した。この溶液をスピンコーターによりスタンパー１３の凹凸の形成されている面に塗布した。その上からゲル化材料（ゼラチン２０％溶液）を０．１ｇ／ｃｍ２塗布した基材（ＰＥＴ）を載せ、シリコーンゴムのスタンパー１３ごとプレス機のプレス板１７で、１ＭＰａ、１２０℃、５ｍｉｎの条件でポリマー溶解液１６を加圧した。
【００８５】
そして、５℃の冷風を１０分間供給しポリマー溶解液を硬化させた。最後に、微小針２２の先端部に力をかけないように固化物１９を垂直に剥離することにより、マイクロニードルシートを製造し、このときの剥離状況を確認した。なお、このときの剥離温度は１０℃で行った。
【００８６】
［比較例１］
ゲル化材料をアクリル系の樹脂とした以外は実施例１と同様の方法により製造した。
【００８７】
［比較例２］
ゲル化材料をゴム系の樹脂とした以外は実施例１と同様の方法により製造した。
【００８８】
結果を表１に示す。
【００８９】
【表１】
【００９０】
ゲル化材料としてゼラチンを用いた実施例１については、基材と固化物が充分に接着しており、固化物をスタンパーから良好に剥離することができた。また、アクリル系の樹脂を用いた比較例１、ゴム系の樹脂を用いた比較例２については、基材と固化物が接着せず、混合層が形成されなかった。
【００９１】
≪試験例２：ポリマー樹脂注入条件と成形結果≫
［実施例２−８、比較例３］
実施例１と同様の方法により、マイクロニードルシートを製造した。スタンパーへのポリマー溶解液の注入条件（加圧力、プレス温度）および基材へのゼラチンの塗布量（０．１ｃｍ２当たり）を表２に示す条件で行った。また、加圧時間は５ｍｉｎで行った。その後、実施例１と同様に、冷風を供給し、ポリマー溶解液を固化し、スタンパーから剥離することにより、マイクロニードルシートを製造し、この特の成形結果を確認した。結果を表２に示す。なお、成形結果については、以下の基準により評価した。
◎・・・シャープな凸形状が先端まで成形されており、極めて良好である。
○・・・一部で転写不良が発生しているが、製品として許容できる範囲である。
×・・・転写不良が発生しており、製品として許容できない。
【００９２】
【表２】
【００９３】
表２より、実施例２においては、良好に微細形状が形成されていた。加圧力の低い実施例３、４、および、プレス温度の低い実施例７においては、ポリマー溶解液がスタンパーの凹部に一部注入されなかったが、製品として許容できる範囲であった。加圧力の高い実施例５についてはスタンパーの破断が見られたが、製品自体は問題なく製造できた。ゼラチンを塗布量しなかった比較例３は、接着層が形成されず、転写不良が発生していた。塗布量の多い実施例６については接着層の影響で破断がみられたが、製品として許容できる範囲で製造することができた。以上より、所定の条件でスタンパーへのポリマー溶液の注入を行うことが好ましいことが確認できた。
【００９４】
≪試験例３：スタンパー形状と成形結果≫
［実施例９−１４］
スタンパーの形状を表３に示す形状とした以外は実施例１と同様の方法により成形した。結果を表３に示す。なお、成形結果の評価については、試験例２と同様の基準で評価を行った。
【００９５】
【表３】
【００９６】
表３に示すように実施例９から１４に示すスタンパーの形状については、いずれの形状においても良好な成形を行うことができた。
【００９７】
≪試験例４：ポリマー樹脂とゲル化材料の組み合わせによる影響≫
[実施例１５−１８、比較例９−１２]
ポリマー樹脂およびゲル化材を表４に示す材料とした以外は、実施例１と同様の方法により製造した。結果を表４に示す。なお、成形結果の評価については、試験例２と同様の基準で評価を行った。
【００９８】
【表４】
【００９９】
表４に示すように、ゲル化材料として２０％ゼラチン溶液、３０％ゼラチン溶液を用いた実施例１５〜１８については良好な成形を行うことができた。しかし、ゲル化材料にアクリル系接着剤、ゴム系接着剤を用いた比較例９〜１２については、転写不良が発生していた。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】マイクロニードルシートの角錐状の微小針の斜視図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図２】マイクロニードルシートの円錐状の微小針の斜視図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図３】スタンパーの製造方法の工程図である。
【図４】ポリマー溶液塗布工程の工程図である。
【図５】基材接着工程の工程図である。
【図６】マイクロニードルシートの剥離工程の工程図である。
【図７】注入工程・接着工程の別の実施形態の工程図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１１…原版、１２…円錐または角錐の形状部、１３…スタンパー、１４…スタンパー枠、１５…凹部、１６…ポリマー溶解液、１７…プレス板、１８…加熱手段、１９…ポリマー樹脂の固化物、２０…基材、２２…凸部（微小針）、２３・・・ゲル化材料、２４・・・接着層、２５…混合層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細な凹部アレイが形成されたスタンパーに、機能性膜を形成するためのポリマー樹脂の溶解液を塗布するポリマー樹脂塗布工程と、
シート状の基材の表面に該基材との接着性を有するゲル化材料を塗布するゲル化材料塗布工程と、
前記溶解液の面と前記ゲル化材料の面とが合わさるように、前記スタンパーの上に前記基材を載置し、該溶解液の表層部分に該ゲル化材料を混合することにより、該溶解液と該基材を接着する接着層を形成する接着工程と、
前記接着層が形成された溶解液を乾燥して固化させたポリマー樹脂の固化物を形成する乾燥工程と、
前記スタンパーから前記固化物を前記基材と一緒に剥離する剥離工程と、を備えたことを特徴とする機能性膜の製造方法。
【請求項２】
前記接着工程は、前記基材を前記スタンパー側に加圧することを特徴とする請求項１に記載の機能性膜の製造方法。
【請求項３】
前記機能性膜に形成される微細な凸部アレイの形状は、一辺又は直径が０．１〜１０００μｍの底面を有し、高さが０．３〜３０００μｍの角錐型又は円錐型であり、先端の曲率半径Ｒが３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の機能性膜の製造方法。
【請求項４】
前記ポリマー樹脂は糖類であることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の機能性膜の製造方法。
【請求項５】
前記接着工程において、加圧により前記接着層を形成すると同時に、前記溶解液を前記凹部アレイの凹部先端まで注入することを特徴とする請求項２から４いずれかに記載の機能性膜の製造方法。
【請求項６】
前記溶解液を加圧している加圧時間は１０秒以上であることを特徴とする請求項２から５いずれかに記載の機能性膜の製造方法。
【請求項７】
前記溶解液を加圧する加圧力は、０．０５〜３０ＭＰａの範囲であることを特徴とする請求項２から６いずれかに記載の機能性膜の製造方法。
【請求項８】
前記接着工程における前記溶解液の温度が、２０℃以上１００℃以下であることを特徴とする請求項１から７いずれかに記載の機能性膜の製造方法。
【請求項９】
前記ゲル化材料の量は、前記基材の単位面積あたり０．０１ｇ／ｃｍ２以上１ｇ／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項１から８いずれかに記載の機能性膜の製造方法。
【請求項１０】
前記ゲル化材料は、たんぱく質、糖類の中から選ばれることを特徴とする請求項１から９いずれかに記載の機能性膜の製造方法。
【請求項１１】
前記ポリマー樹脂の固化物と前記ゲル化材料との間に、該ポリマー樹脂の固化物と該ゲル化材料が混合した混合層を有することを特徴とする請求項１から１０いずれかに記載の機能性膜の製造方法。
【請求項１２】
前記スタンパーの素材は、気体透過性が１×１０−１２（ｍＬ／（ｓ・ｍ・Ｐａ））より大きい素材で構成されていることを特徴とする請求項１から１１いずれかに記載の機能性膜の製造方法。
【請求項１】
微細な凹部アレイが形成されたスタンパーに、機能性膜を形成するためのポリマー樹脂の溶解液を塗布するポリマー樹脂塗布工程と、
シート状の基材の表面に該基材との接着性を有するゲル化材料を塗布するゲル化材料塗布工程と、
前記溶解液の面と前記ゲル化材料の面とが合わさるように、前記スタンパーの上に前記基材を載置し、該溶解液の表層部分に該ゲル化材料を混合することにより、該溶解液と該基材を接着する接着層を形成する接着工程と、
前記接着層が形成された溶解液を乾燥して固化させたポリマー樹脂の固化物を形成する乾燥工程と、
前記スタンパーから前記固化物を前記基材と一緒に剥離する剥離工程と、を備えたことを特徴とする機能性膜の製造方法。
【請求項２】
前記接着工程は、前記基材を前記スタンパー側に加圧することを特徴とする請求項１に記載の機能性膜の製造方法。
【請求項３】
前記機能性膜に形成される微細な凸部アレイの形状は、一辺又は直径が０．１〜１０００μｍの底面を有し、高さが０．３〜３０００μｍの角錐型又は円錐型であり、先端の曲率半径Ｒが３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の機能性膜の製造方法。
【請求項４】
前記ポリマー樹脂は糖類であることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の機能性膜の製造方法。
【請求項５】
前記接着工程において、加圧により前記接着層を形成すると同時に、前記溶解液を前記凹部アレイの凹部先端まで注入することを特徴とする請求項２から４いずれかに記載の機能性膜の製造方法。
【請求項６】
前記溶解液を加圧している加圧時間は１０秒以上であることを特徴とする請求項２から５いずれかに記載の機能性膜の製造方法。
【請求項７】
前記溶解液を加圧する加圧力は、０．０５〜３０ＭＰａの範囲であることを特徴とする請求項２から６いずれかに記載の機能性膜の製造方法。
【請求項８】
前記接着工程における前記溶解液の温度が、２０℃以上１００℃以下であることを特徴とする請求項１から７いずれかに記載の機能性膜の製造方法。
【請求項９】
前記ゲル化材料の量は、前記基材の単位面積あたり０．０１ｇ／ｃｍ２以上１ｇ／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項１から８いずれかに記載の機能性膜の製造方法。
【請求項１０】
前記ゲル化材料は、たんぱく質、糖類の中から選ばれることを特徴とする請求項１から９いずれかに記載の機能性膜の製造方法。
【請求項１１】
前記ポリマー樹脂の固化物と前記ゲル化材料との間に、該ポリマー樹脂の固化物と該ゲル化材料が混合した混合層を有することを特徴とする請求項１から１０いずれかに記載の機能性膜の製造方法。
【請求項１２】
前記スタンパーの素材は、気体透過性が１×１０−１２（ｍＬ／（ｓ・ｍ・Ｐａ））より大きい素材で構成されていることを特徴とする請求項１から１１いずれかに記載の機能性膜の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−８２２０６（Ｐ２００９−８２２０６Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５２２４０（Ｐ２００７−２５２２４０）
【出願日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]