針状体製造方法および針状体転写版
【課題】転写加工成型において、好適に、針状体材料を転写版から剥離することの出来る針状体製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の針状体製造方法は、側壁に傾斜を有する台座部に微細凹部が形成された転写版を用いることから、針状体材料の硬化収縮にあたり、針状体材料の収縮に伴う応力が、転写版と充填された針状体材料とを剥離する方向に働く。このため、転写版と針状体材料を剥離する工程にあたり、好適に転写版と針状体材料とを剥離することが出来る。
【解決手段】本発明の針状体製造方法は、側壁に傾斜を有する台座部に微細凹部が形成された転写版を用いることから、針状体材料の硬化収縮にあたり、針状体材料の収縮に伴う応力が、転写版と充填された針状体材料とを剥離する方向に働く。このため、転写版と針状体材料を剥離する工程にあたり、好適に転写版と針状体材料とを剥離することが出来る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、針状体製造方法および針状体転写版に関する。
【背景技術】
【０００２】
皮膚上から薬剤などの送達物を浸透させ体内に送達物を投与する方法である経皮吸収法は、人体に痛みを与えることなく簡便に送達物を投与することが出来る方法として用いられている。そこで、経皮投与の分野において、μｍオーダーの微細な針状体を用いて皮膚を穿孔し、皮膚内に薬剤を投与する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
このときに用いる微細な針状体の形状は、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好ましく、直径は数μｍから数百μｍ（具体的には、例えば、１μｍ〜３００μｍ程度）、長さは、具体的には数十μｍから数百μｍ（具体的には、例えば、１０μｍ〜１０００μｍ程度）のものが望ましい。
【０００４】
また、針状体を構成する材料としては、仮に破損した針状体が体内に残留した場合でも、人体に悪影響を及ぼさない材料であることが望ましく、このような材料としてはキチン・キトサン等の生体適合材料が提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
また、マイクロニードルの製造方法として、切削加工を用いて原版を作成し、該原版から転写版を形成し、該転写版を用いた転写加工成型を行なうことが提案されている（特許文献３参照）。
【０００６】
また、マイクロニードルの製造方法として、エッチング法を用いて原版を作成し、該原版から転写版を形成し、該転写版を用いた転写加工成型を行なうことが提案されている（特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭４８−９３１９２号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／０２０６３２号パンフレット
【特許文献３】国際公開第２００８／０１３２８２号パンフレット
【特許文献４】国際公開第２００８／００４５９７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、転写加工成型において、針状体材料と転写版とが密着することから、針状体材料を転写版から剥離するときに、転写版および成型体である針状体の破損が発生する恐れがある。
【０００９】
そこで、本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、転写加工成型において、好適に、針状体材料を転写版から剥離することの出来る針状体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】
【００１０】
請求項１に記載の本発明は、微細な針状体を製造する針状体製造方法において、針状体形状を有する微細凹部が形成された転写版に針状体材料を充填する充填工程と、前記転写版から前記針状体材料を剥離する剥離工程と、を備え、前記転写版は、基部上に配置され側壁に傾斜を有する台座部に、微細凹部が形成された転写版であることを特徴とする針状体製造方法である。
【００１１】
請求項２に記載の本発明は、前記転写版を構成する材料の線膨張係数は、前記針状体材料の線膨張係数よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の針状体製造方法である。
【００１２】
請求項３に記載の本発明は、前記剥離工程にあたり、前記転写版の台座部上面に対応する領域以外の針状体材料を除去することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の針状体製造方法である。
【００１３】
請求項４に記載の本発明は、基部と、前記基部上に配置された台座部と、前記台座部上面に前記微細な針状体形状を凹凸反転した微細凹部と、を備え、前記台座部は、側壁に傾斜を有する台座部であることを特徴とする針状体転写版である。
【００１４】
請求項５に記載の本発明は、前記台座部の形状は、逆錐台形状であること
を特徴とする請求項４に記載の針状体転写版である。
【００１５】
請求項６に記載の本発明は、基部表面と、台座部側壁面との成す角度は、１００度から１５０度の範囲にあることを特徴とする、請求項４または５のいずれかに記載の針状体転写版である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の針状体製造方法は、側壁に傾斜を有する台座部に微細凹部が形成された転写版を用いることから、針状体材料の硬化収縮にあたり、針状体材料の収縮に伴う応力が、転写版と充填された針状体材料とを剥離する方向に働く。このため、転写版と針状体材料を剥離する工程にあたり、好適に転写版と針状体材料とを剥離することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の針状体転写版の一例を示す断面図である。
【図２】本発明によって製造される針状体の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の針状体製造方法の一例を示す断面工程図である。
【図４】本発明の針状体製造方法の一例を示す断面工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の針状体製造方法および針状体転写版について説明を行なう。
【００１９】
本発明の針状体製造方法は、針状体形状を有する微細凹部が形成された転写版に針状体材料を充填する充填工程と、前記転写版から前記針状体材料を剥離する剥離工程と、を備え、前記転写版は、基部上に配置され側壁に傾斜を有する台座部に、微細凹部が形成された転写版である。
【００２０】
本発明によれば、針状体材料の硬化収縮にあたり自動的に転写版と針状体材料の間に空隙を形成することが出来る。このため、転写版と針状体材料を剥離する工程にあたり、転写版と針状体材料とが空隙により密着しておらず、好適に転写版と針状体材料とを剥離することが出来る。
これは、台座部が傾斜していることから、針状体材料の収縮に伴う応力が、転写版と充填された針状体材料とを剥離する方向に働くためである。
【００２１】
一般に、剥離工程における微細構造の破壊は、（１）成形品を転写版から剥離する際に、成形品表面と転写版表面との平行が維持されないこと、（２）剥離方向の軸がずれること、などにより発生する。
特に、寸法が小さく且つアスペクト比の高い構造を有する針状体を転写版から剥離する場合においては、剥離時の極僅かな傾斜や軸ずれによって、成形品の針状体が容易に破損するため、高い精度で成形品表面と転写版表面との平行を維持し、且つ剥離方向の軸ずれを抑制して剥離を実施する機構が必要となる。よって、剥離に際して、成型体全体に対し均一な力を加えないと、成型体の突起部が特に破損しやすい。
本発明は、「針状体材料の収縮に伴う応力が、転写版と充填された針状体材料とを剥離する方向に働く」ため、成型体全体に対し、剥離する方向へ均一な力を与えることが出来、特に、微細凹部を備えた転写版を用いるとき効果は多大である。
【００２２】
また、本発明は、前記転写版を構成する材料の線膨張係数は、前記針状体材料の線膨張係数よりも小さいことが好ましい。転写版を構成する材料の線膨張係数が前記針状体材料の線膨張係数よりも小さいことにより、熱による硬化収縮の度合いが相対的に針状体材料の方が大きくなるため、針状体材料の収縮に伴う応力は大きくなり、界面の剥離に有利に働くためである。
このような線膨張係数の差が大きい転写版材料と針状体材料の組み合わせとしては、例えば、下記のような組み合わせが挙げられる。
針状体材料：熱可塑性の樹脂など。
転写版材料：金属、セラミクス、シリコン、石英、など。
【００２３】
また、転写版材料は、樹脂材料を用いても良い。一般的に樹脂材料よりなる転写版は、金属材料よりなる転写版と比べ、形状追従性に優れ、耐久性に劣る。本発明によれば、好適に剥離を行なえることから、剥離に際して転写版の負荷を軽減することが出来、樹脂材料よりなる転写版の劣化を抑制することが出来る。よって、本発明を樹脂材料よりなる転写版に適用したときの効果は多大である。
【００２４】
また、針状体材料は、生体適合性を備えた材料により形成されることが好ましい。生体適合性を備えた材料を用いることにより、針状体を生体に適用するときに安全性を担保することが出来る。
生体適合性を備えた材料としては、例えば、ポリカーボネート、キチン・キトサン、キチン・キトサン誘導体、ポリグリコール酸、ポリクエン酸、ポリリンゴ酸、ポリアミノ酸、マルトース、デキストラン、医療用シリコーン樹脂、などのポリマーが挙げられる。
【００２５】
また、製造される針状体において、突起部と突起部を支持する基部は同一材料であってもよいし、それぞれ異なる材料を組み合わせて充填し形成しても良い。工程簡略化の観点からは、突起部と基板部を一体で成形することが好ましい。
【００２６】
図１は本発明の針状体製造方法に用いる転写版の一例を示す断面概略図である。本発明の針状体製造方法に用いる針状体転写版２１は、基部５と、基部５上に配置された台座部６と、台座部表面に形成される針状体の突起部の形状を凹凸反転した突起部パターン４と、を備える。また、図示されるように、基部表面７と台座部側壁面８とは、一定の角度９を成して接続される。
【００２７】
図２は本発明によって製造される針状体の一例を示す断面概略図である。本発明において、突起部１と基板部２からなる針状体３１は、針状体転写版２１を用いた転写成形法により製造される。具体的には、突起部１は、針状体転写版２１の台座部表面に形成される突起部パターン４の形状を凹凸反転した形状に形成される。
【００２８】
転写成形によって得られる針状体の突起部１は、用途によりその形状を自由に設計してよい。例えば、生理活性物質の経皮吸収を促進する目的や、経皮的に生体内の物質を生体外へ取り出す目的の場合、皮膚穿刺性能の観点からは、突起部１の先端が先鋭な錐形状であって、根元幅は数μｍから数１００μｍ、長さは数十μｍから数百μｍ程度であっても良い。また、皮膚を介した物質の送達能力を補強するための流路などが突起部１や基板部２に設けられても良い。また、突起部１の数や配置は、適宜自由に設計されてよい。例えば、突起部１をアレイ状に複数配置してもよい。
【００２９】
針状体転写版２１の台座部６の形状は特に制限されるものではなく、適宜最適な形状に設計されて良い。例えば、台座部６の形状は、円錐台、四角錐台、六角錐台などの錐台形状に設計されても良い。針状体転写版２１の台座部６の形状を錐台形状に設計した場合、転写成形によって得られる針状体３１は、錐台を凹凸反転した凹部の底面に、突起部１が配列された構造となる。
【００３０】
また、針状体転写版２１の台座部６の高さは特に制限されるものではなく、適宜最適な高さに設計されて良いが、台座部６の高さが突起部１の高さに対して大きくなると、針状体３１において突起部１が配列される凹部の深さが突起部１よりも大きくなり、針状体３１を穿刺する際に十分な穿刺効果が得られなくなる場合がある。このため、台座部６の高さは突起部１の高さと同程度か、またはそれ以下に設計されることが好ましい場合がある。
【００３１】
本発明の針状体転写版２１における、基部表面７と台座部側壁面８とのなす角９は、９０度よりも大きく、且つ１８０度よりも小さい範囲であればよい。基部表面７と台座部側壁面８とのなす角９が９０度以下の場合は、成形品の収縮によって、針状体転写版２１と成形品の固着は、針状体転写版２１に台座部８が設けられていない場合よりもむしろ強固なものとなる。また、針状体３１の成形後の冷却工程において、転写版２１からの針状体３１の剥離効果を高めるためには、基部表面７と台座部側壁面８とのなす角９が１００度から１５０度の範囲であることが好ましい。
【００３２】
以下、本発明の針状体の製造方法の一実施形態として、具体的に、図３を用いて説明する。図３は本発明における針状体製造方法の一例を示す概略断面工程図である。本発明の針状体転写版を作製する方法については特に制限されず、適宜公知の微細加工技術を用いて作製しても良い。また、微細加工技術を用いて所望の針状体形状を有する原版を作製し、原版からの転写成形工程によって針状体転写版を作製しても良い。ここでは、微細加工技術を用いて所望の針状体形状を有する原版を作製し、原版からの転写成形工程によって針状体転写版を作製し、転写版を用いた転写成形工程によって針状体を得る方法を例に説明する。
【００３３】
まず、図３（ａ）に示す原版材料１０を準備し、微細加工技術を用いて図３（ｂ）に示される針状体原版１１を作製する。針状体原版１１の作製方法については、特に制限は無い。作製する針状体の形状に応じて適宜公知の製造方法を用いて良い。例えば、微細加工技術によって所望するパターン形状を有する針状体原版１１を作製しても良い。ここで、微細加工技術としては、例えば、リソグラフィ法、ウェットエッチング法、ドライエッチング法、サンドブラスト法、レーザー加工法、精密機械加工法などを用いても良い。原版材料１０についての制限は特に無く、微細加工に用いる方法に適する材料を選択することができる。
【００３４】
次に、図３（ｃ）に示す通り、針状体原版１１に対し転写版材料２０を充填する。転写版材料２０、および転写版材料２０を充填する方法は特に制限されないが、充填材料としては線膨張係数が小さいことが好ましく、このため、例えば転写版材料２０としてニッケルを、充填方法として電鋳法を好適に用いることもできる。
【００３５】
次に、図３（ｄ）に示す通り、針状体原版１１から転写版材料を剥離し、図３（ｅ）に示される転写版２１を得る。針状体原版１１から転写版２１を剥離するのが困難な場合は、選択的エッチングによって、針状体原版１１を選択的にエッチングして除去し、転写版２１を得ても良い。選択的エッチングによって針状体原版１１をエッチング除去する場合は、例えば、針状体原版１１をシリコンで作製し、転写版材料をニッケルとして、熱アルカリ溶液によるシリコンの選択的エッチングを好適に用いることができる。
【００３６】
次に、得られた転写版２１を用い、針状体の転写成形工程を実施する。図３（ｆ）に示す通り、転写版２１に成形材料３０を充填し、転写成形を実施する。成形材料３０、および転写成形方法は特に制限されず、適宜公知の成形材料と転写成形方法を用いることができるが、成形材料３０としては、生体適合性を備えた材料が好ましく、転写成形工程において溶融成形する場合には、熱可塑性の樹脂材料を好適に用いることができる。なお、転写成形方法は特に制限されず、射出成形法、押し出し成形法、インプリント法、キャスティング法、ホットエンボス法など公知の樹脂成形法を用いてもよい。また、ここでは針状体の製造方法として、ポリマー成形の例を示したが、本発明の針状体製造方法はこれに限られるものではなく、適宜公知の加工技術を用いて作製されてもよい。
【００３７】
次に、転写版２１上に成形材料３０が充填された状態で、冷却を行う。冷却は少なくとも成形材料３０に対して実施されればよい。成形材料３０に熱可塑性の樹脂を用い、転写成形工程において成形材料３０を溶融して転写を実施する場合は、転写成形後に成形材料３０と転写版２１を一括して室温まで冷却しても良い。転写材料３０として熱可塑性の樹脂を、転写版２１として金属版を用いた場合、両者の線膨張係数の差から転写材料３０の収縮量が転写版２１よりも大きくなり、図３（ｇ）に示されるように、転写版２１の台座部側壁に沿って、成形材料３０が上方へ移動して、転写版２１と成形材料３０の界面が分離される。続いて、図３（ｈ）に示す通り、成形材料３０を転写版２１から完全に剥離して、本発明による針状体３１を得る。この時、冷却によって成形材料３０が転写版２１から離型しているため、成形材料３０を転写版２１から容易に取り外すことが可能であり、剥離に伴う針状体の破損を低減できる。
【００３８】
また、転写版２１上から成形材料３０分離する工程における剥離性を向上させる場合は、転写成形工程を実施する前に、予め転写版２１の表面上に離型効果を増すための離型層を堆積してもよい。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出来る。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。
【００３９】
得られた針状体３１には、転写版２１の台座構造に由来して、針状体３１の基板部に段差構造が形成される。この段差構造が針状体の穿刺に影響を及ぼす場合は、段差構造を断裁して除去しても良い。図４は本発明における針状体製造方法における、基板部の断裁工程の一例を示す部分概略断面図である。図４（ａ）に示す針状体３１に対し、図４（ｂ）に示されるように分離手段４０による断裁を施し、図４（ｃ）に示されるように厚みの大きい基板部４２を分離することで、基板部に段差の無い針状体４１が得られる。分離手段は特に制限ざれず、針状体を構成する材料、形状、厚みに適した公知の方法を用いて良い。分離手段としては、例えば、刃物による断裁、レーザーによる断裁などが挙げられる。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明の実施の一例として、具体的に図３を用いながら説明を行う。図３は本発明における針状体製造方法の一例を示す概略断面工程図である。
当然のことながら、本発明の針状体の製造方法は下記実施例に限定されず、類推できる他の製造方法をも含むものとする。
【００４１】
＜実施例１＞
まず、図３（ａ）に示すように、厚さ５２５μｍの単結晶シリコンウェハ１０を準備した。
【００４２】
次に、図３（ｂ）に示すように、超微細加工用エンドミルによる切削加工法によって、シリコンウェハ１０表面に深さ２００μｍの逆円錐台形状の凹部を有し、その底面の中央に概円錐形の突起部（高さ：１８０μｍ、底面直径：１１０μｍ）を、２ｍｍ間隔で、５列５行の格子状に計２５本配列して具備する、針状体原版１１を作製した。
このとき、逆円錐台形状の凹部は、開口部直径が１５ｍｍ、底面直径が１４．６６ｍｍとなるように加工したため、逆円錐台凹部側壁面と凹部底面との成す角度がおよそ１３０度になった。このとき、逆円錐台凹部底面に形成された２５本の突起部は、一辺が約８ｍｍの正方形領域内に配置された。
【００４３】
次に、図３（ｃ）に示すように、針状体原版１１に対し転写版材料のニッケル２０を充填した。
針状体原版１１に、スパッタ法によってニッケル導電層を１００ｎｍの厚さに形成し、前記導電層上に、電解メッキ法によってニッケル膜２０を１２００μｍの厚さに形成した。このとき、導電層は、電解メッキにおけるシード層として作用する。
【００４４】
次に、図３（ｃ）に示すように、ニッケル膜２０を剥離し、転写版を得た。
このとき、９０℃に加熱した重量パーセント濃度３０％の水酸化カリウム水溶液を用いてウェットエッチングを行い、針状体原版１１を完全に除去することにより、剥離を行なった。
【００４５】
以上より、図３（ｅ）に示すニッケルから成る針状体転写版２１が得られた。
【００４６】
次に、図３（ｆ）に示すように、針状体材料であるポリカーボネート３０を針状体転写版２１上に配置し、熱インプリント法によってポリカーボネート３０への転写成形を実施した。
【００４７】
次に、図３（ｇ）に示すように、針状体転写版２１とポリカーボネート３０を室温まで冷却して針状体転写版２１からのポリカーボネート３０の離型を促進した。
このとき、ポリカーボネート３０は針状体転写版２１から容易に剥離され、ピンセットでポリカーボネート３０の端部を摘んで針状体転写版２１から剥離することが出来た。
【００４８】
以上より、図３（ｈ）に示すように、針状体を製造することが出来た。
得られた針状体は、図３（ｂ）に示す針状体原版１１と同様の形状を有し、逆円錐台形状の凹部底面の中央に概円錐形の突起部を、２ｍｍ間隔で、５列５行の格子状に計２５本配列して具備した。また、得られた針状体を光学顕微鏡および走査電子顕微鏡によって観察したところ、２５本全ての微細な突起部に破損は認められなかった。
【００４９】
＜実施例２＞
実施例１と同様に、針状体製造方法を実施した。
ただし、針状体原版において、表面に逆円錐台形状の凹部を有さない形状の針状体原版を作製した。
【００５０】
まず、実施例１に示した針状体原版の作製と同様に、厚さ５２５μｍの単結晶シリコンウェハを準備し、超微細加工用エンドミルによる切削加工法によって、シリコンウェハ中央に概円錐形の突起部（高さ：１８０μｍ、底面直径：１１０μｍ）を、２ｍｍ間隔で、５列５行の格子状に計２５本配列して具備する針状体原版を作製した。
このとき、突起部は実施例に示したような逆円錐台凹部の底面に配置された形態ではなく、突起部が配置されるシリコン基板表面が一様に平坦な面となる構造になるよう加工した。
【００５１】
次に、前記針状体原版を用い、実施例１に示した方法と同様の方法で、ニッケルからなる針状体転写版を作製し、針状体転写版を用いた熱インプリント法によって、ポリカーボネートの転写成形を実施した。転写成形後、針状体転写版とポリカーボネートを室温まで冷却し、続いてピンセットを用いて針状体転写版からポリカーボネートを剥離することを試みた。しかしながら、ピンセットによる把持ではポリカーボネートからなる成形品を針状体転写版から剥離することは出来なかった。そこで、ペンチにより成形品端部を把持し、成形品を針状体転写版から剥離した。得られた針状体を光学顕微鏡および走査電子顕微鏡によって観察したところ、２５本全ての微細な突起部に破損が認められた。また、ペンチによって把持した成形品端部にも破損が認められた。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の針状体製造方法は、医療のみならず、微細な針状体を必要とする様々な分野に利用可能であり、例えば、ＭＥＭＳデバイス、光学部材、創薬、化粧品、美容用途などに用いる微細な針状体の製造方法としても有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１…突起部
２…基板部
３…傾斜部
４…突起部パターン
５…基部
６…台座部
７…基部表面
８…台座部側壁面
９…基部表面と台座部側壁面のなす角
１０…原版材料
１１…針状体原版
２０…転写版材料
２１…針状体転写版
３０…針状体材料
３１…針状体
４０…分離手段
４１…分離された針状体
４２…分離片
【技術分野】
【０００１】
本発明は、針状体製造方法および針状体転写版に関する。
【背景技術】
【０００２】
皮膚上から薬剤などの送達物を浸透させ体内に送達物を投与する方法である経皮吸収法は、人体に痛みを与えることなく簡便に送達物を投与することが出来る方法として用いられている。そこで、経皮投与の分野において、μｍオーダーの微細な針状体を用いて皮膚を穿孔し、皮膚内に薬剤を投与する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
このときに用いる微細な針状体の形状は、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好ましく、直径は数μｍから数百μｍ（具体的には、例えば、１μｍ〜３００μｍ程度）、長さは、具体的には数十μｍから数百μｍ（具体的には、例えば、１０μｍ〜１０００μｍ程度）のものが望ましい。
【０００４】
また、針状体を構成する材料としては、仮に破損した針状体が体内に残留した場合でも、人体に悪影響を及ぼさない材料であることが望ましく、このような材料としてはキチン・キトサン等の生体適合材料が提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
また、マイクロニードルの製造方法として、切削加工を用いて原版を作成し、該原版から転写版を形成し、該転写版を用いた転写加工成型を行なうことが提案されている（特許文献３参照）。
【０００６】
また、マイクロニードルの製造方法として、エッチング法を用いて原版を作成し、該原版から転写版を形成し、該転写版を用いた転写加工成型を行なうことが提案されている（特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭４８−９３１９２号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／０２０６３２号パンフレット
【特許文献３】国際公開第２００８／０１３２８２号パンフレット
【特許文献４】国際公開第２００８／００４５９７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、転写加工成型において、針状体材料と転写版とが密着することから、針状体材料を転写版から剥離するときに、転写版および成型体である針状体の破損が発生する恐れがある。
【０００９】
そこで、本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、転写加工成型において、好適に、針状体材料を転写版から剥離することの出来る針状体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】
【００１０】
請求項１に記載の本発明は、微細な針状体を製造する針状体製造方法において、針状体形状を有する微細凹部が形成された転写版に針状体材料を充填する充填工程と、前記転写版から前記針状体材料を剥離する剥離工程と、を備え、前記転写版は、基部上に配置され側壁に傾斜を有する台座部に、微細凹部が形成された転写版であることを特徴とする針状体製造方法である。
【００１１】
請求項２に記載の本発明は、前記転写版を構成する材料の線膨張係数は、前記針状体材料の線膨張係数よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の針状体製造方法である。
【００１２】
請求項３に記載の本発明は、前記剥離工程にあたり、前記転写版の台座部上面に対応する領域以外の針状体材料を除去することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の針状体製造方法である。
【００１３】
請求項４に記載の本発明は、基部と、前記基部上に配置された台座部と、前記台座部上面に前記微細な針状体形状を凹凸反転した微細凹部と、を備え、前記台座部は、側壁に傾斜を有する台座部であることを特徴とする針状体転写版である。
【００１４】
請求項５に記載の本発明は、前記台座部の形状は、逆錐台形状であること
を特徴とする請求項４に記載の針状体転写版である。
【００１５】
請求項６に記載の本発明は、基部表面と、台座部側壁面との成す角度は、１００度から１５０度の範囲にあることを特徴とする、請求項４または５のいずれかに記載の針状体転写版である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の針状体製造方法は、側壁に傾斜を有する台座部に微細凹部が形成された転写版を用いることから、針状体材料の硬化収縮にあたり、針状体材料の収縮に伴う応力が、転写版と充填された針状体材料とを剥離する方向に働く。このため、転写版と針状体材料を剥離する工程にあたり、好適に転写版と針状体材料とを剥離することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の針状体転写版の一例を示す断面図である。
【図２】本発明によって製造される針状体の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の針状体製造方法の一例を示す断面工程図である。
【図４】本発明の針状体製造方法の一例を示す断面工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の針状体製造方法および針状体転写版について説明を行なう。
【００１９】
本発明の針状体製造方法は、針状体形状を有する微細凹部が形成された転写版に針状体材料を充填する充填工程と、前記転写版から前記針状体材料を剥離する剥離工程と、を備え、前記転写版は、基部上に配置され側壁に傾斜を有する台座部に、微細凹部が形成された転写版である。
【００２０】
本発明によれば、針状体材料の硬化収縮にあたり自動的に転写版と針状体材料の間に空隙を形成することが出来る。このため、転写版と針状体材料を剥離する工程にあたり、転写版と針状体材料とが空隙により密着しておらず、好適に転写版と針状体材料とを剥離することが出来る。
これは、台座部が傾斜していることから、針状体材料の収縮に伴う応力が、転写版と充填された針状体材料とを剥離する方向に働くためである。
【００２１】
一般に、剥離工程における微細構造の破壊は、（１）成形品を転写版から剥離する際に、成形品表面と転写版表面との平行が維持されないこと、（２）剥離方向の軸がずれること、などにより発生する。
特に、寸法が小さく且つアスペクト比の高い構造を有する針状体を転写版から剥離する場合においては、剥離時の極僅かな傾斜や軸ずれによって、成形品の針状体が容易に破損するため、高い精度で成形品表面と転写版表面との平行を維持し、且つ剥離方向の軸ずれを抑制して剥離を実施する機構が必要となる。よって、剥離に際して、成型体全体に対し均一な力を加えないと、成型体の突起部が特に破損しやすい。
本発明は、「針状体材料の収縮に伴う応力が、転写版と充填された針状体材料とを剥離する方向に働く」ため、成型体全体に対し、剥離する方向へ均一な力を与えることが出来、特に、微細凹部を備えた転写版を用いるとき効果は多大である。
【００２２】
また、本発明は、前記転写版を構成する材料の線膨張係数は、前記針状体材料の線膨張係数よりも小さいことが好ましい。転写版を構成する材料の線膨張係数が前記針状体材料の線膨張係数よりも小さいことにより、熱による硬化収縮の度合いが相対的に針状体材料の方が大きくなるため、針状体材料の収縮に伴う応力は大きくなり、界面の剥離に有利に働くためである。
このような線膨張係数の差が大きい転写版材料と針状体材料の組み合わせとしては、例えば、下記のような組み合わせが挙げられる。
針状体材料：熱可塑性の樹脂など。
転写版材料：金属、セラミクス、シリコン、石英、など。
【００２３】
また、転写版材料は、樹脂材料を用いても良い。一般的に樹脂材料よりなる転写版は、金属材料よりなる転写版と比べ、形状追従性に優れ、耐久性に劣る。本発明によれば、好適に剥離を行なえることから、剥離に際して転写版の負荷を軽減することが出来、樹脂材料よりなる転写版の劣化を抑制することが出来る。よって、本発明を樹脂材料よりなる転写版に適用したときの効果は多大である。
【００２４】
また、針状体材料は、生体適合性を備えた材料により形成されることが好ましい。生体適合性を備えた材料を用いることにより、針状体を生体に適用するときに安全性を担保することが出来る。
生体適合性を備えた材料としては、例えば、ポリカーボネート、キチン・キトサン、キチン・キトサン誘導体、ポリグリコール酸、ポリクエン酸、ポリリンゴ酸、ポリアミノ酸、マルトース、デキストラン、医療用シリコーン樹脂、などのポリマーが挙げられる。
【００２５】
また、製造される針状体において、突起部と突起部を支持する基部は同一材料であってもよいし、それぞれ異なる材料を組み合わせて充填し形成しても良い。工程簡略化の観点からは、突起部と基板部を一体で成形することが好ましい。
【００２６】
図１は本発明の針状体製造方法に用いる転写版の一例を示す断面概略図である。本発明の針状体製造方法に用いる針状体転写版２１は、基部５と、基部５上に配置された台座部６と、台座部表面に形成される針状体の突起部の形状を凹凸反転した突起部パターン４と、を備える。また、図示されるように、基部表面７と台座部側壁面８とは、一定の角度９を成して接続される。
【００２７】
図２は本発明によって製造される針状体の一例を示す断面概略図である。本発明において、突起部１と基板部２からなる針状体３１は、針状体転写版２１を用いた転写成形法により製造される。具体的には、突起部１は、針状体転写版２１の台座部表面に形成される突起部パターン４の形状を凹凸反転した形状に形成される。
【００２８】
転写成形によって得られる針状体の突起部１は、用途によりその形状を自由に設計してよい。例えば、生理活性物質の経皮吸収を促進する目的や、経皮的に生体内の物質を生体外へ取り出す目的の場合、皮膚穿刺性能の観点からは、突起部１の先端が先鋭な錐形状であって、根元幅は数μｍから数１００μｍ、長さは数十μｍから数百μｍ程度であっても良い。また、皮膚を介した物質の送達能力を補強するための流路などが突起部１や基板部２に設けられても良い。また、突起部１の数や配置は、適宜自由に設計されてよい。例えば、突起部１をアレイ状に複数配置してもよい。
【００２９】
針状体転写版２１の台座部６の形状は特に制限されるものではなく、適宜最適な形状に設計されて良い。例えば、台座部６の形状は、円錐台、四角錐台、六角錐台などの錐台形状に設計されても良い。針状体転写版２１の台座部６の形状を錐台形状に設計した場合、転写成形によって得られる針状体３１は、錐台を凹凸反転した凹部の底面に、突起部１が配列された構造となる。
【００３０】
また、針状体転写版２１の台座部６の高さは特に制限されるものではなく、適宜最適な高さに設計されて良いが、台座部６の高さが突起部１の高さに対して大きくなると、針状体３１において突起部１が配列される凹部の深さが突起部１よりも大きくなり、針状体３１を穿刺する際に十分な穿刺効果が得られなくなる場合がある。このため、台座部６の高さは突起部１の高さと同程度か、またはそれ以下に設計されることが好ましい場合がある。
【００３１】
本発明の針状体転写版２１における、基部表面７と台座部側壁面８とのなす角９は、９０度よりも大きく、且つ１８０度よりも小さい範囲であればよい。基部表面７と台座部側壁面８とのなす角９が９０度以下の場合は、成形品の収縮によって、針状体転写版２１と成形品の固着は、針状体転写版２１に台座部８が設けられていない場合よりもむしろ強固なものとなる。また、針状体３１の成形後の冷却工程において、転写版２１からの針状体３１の剥離効果を高めるためには、基部表面７と台座部側壁面８とのなす角９が１００度から１５０度の範囲であることが好ましい。
【００３２】
以下、本発明の針状体の製造方法の一実施形態として、具体的に、図３を用いて説明する。図３は本発明における針状体製造方法の一例を示す概略断面工程図である。本発明の針状体転写版を作製する方法については特に制限されず、適宜公知の微細加工技術を用いて作製しても良い。また、微細加工技術を用いて所望の針状体形状を有する原版を作製し、原版からの転写成形工程によって針状体転写版を作製しても良い。ここでは、微細加工技術を用いて所望の針状体形状を有する原版を作製し、原版からの転写成形工程によって針状体転写版を作製し、転写版を用いた転写成形工程によって針状体を得る方法を例に説明する。
【００３３】
まず、図３（ａ）に示す原版材料１０を準備し、微細加工技術を用いて図３（ｂ）に示される針状体原版１１を作製する。針状体原版１１の作製方法については、特に制限は無い。作製する針状体の形状に応じて適宜公知の製造方法を用いて良い。例えば、微細加工技術によって所望するパターン形状を有する針状体原版１１を作製しても良い。ここで、微細加工技術としては、例えば、リソグラフィ法、ウェットエッチング法、ドライエッチング法、サンドブラスト法、レーザー加工法、精密機械加工法などを用いても良い。原版材料１０についての制限は特に無く、微細加工に用いる方法に適する材料を選択することができる。
【００３４】
次に、図３（ｃ）に示す通り、針状体原版１１に対し転写版材料２０を充填する。転写版材料２０、および転写版材料２０を充填する方法は特に制限されないが、充填材料としては線膨張係数が小さいことが好ましく、このため、例えば転写版材料２０としてニッケルを、充填方法として電鋳法を好適に用いることもできる。
【００３５】
次に、図３（ｄ）に示す通り、針状体原版１１から転写版材料を剥離し、図３（ｅ）に示される転写版２１を得る。針状体原版１１から転写版２１を剥離するのが困難な場合は、選択的エッチングによって、針状体原版１１を選択的にエッチングして除去し、転写版２１を得ても良い。選択的エッチングによって針状体原版１１をエッチング除去する場合は、例えば、針状体原版１１をシリコンで作製し、転写版材料をニッケルとして、熱アルカリ溶液によるシリコンの選択的エッチングを好適に用いることができる。
【００３６】
次に、得られた転写版２１を用い、針状体の転写成形工程を実施する。図３（ｆ）に示す通り、転写版２１に成形材料３０を充填し、転写成形を実施する。成形材料３０、および転写成形方法は特に制限されず、適宜公知の成形材料と転写成形方法を用いることができるが、成形材料３０としては、生体適合性を備えた材料が好ましく、転写成形工程において溶融成形する場合には、熱可塑性の樹脂材料を好適に用いることができる。なお、転写成形方法は特に制限されず、射出成形法、押し出し成形法、インプリント法、キャスティング法、ホットエンボス法など公知の樹脂成形法を用いてもよい。また、ここでは針状体の製造方法として、ポリマー成形の例を示したが、本発明の針状体製造方法はこれに限られるものではなく、適宜公知の加工技術を用いて作製されてもよい。
【００３７】
次に、転写版２１上に成形材料３０が充填された状態で、冷却を行う。冷却は少なくとも成形材料３０に対して実施されればよい。成形材料３０に熱可塑性の樹脂を用い、転写成形工程において成形材料３０を溶融して転写を実施する場合は、転写成形後に成形材料３０と転写版２１を一括して室温まで冷却しても良い。転写材料３０として熱可塑性の樹脂を、転写版２１として金属版を用いた場合、両者の線膨張係数の差から転写材料３０の収縮量が転写版２１よりも大きくなり、図３（ｇ）に示されるように、転写版２１の台座部側壁に沿って、成形材料３０が上方へ移動して、転写版２１と成形材料３０の界面が分離される。続いて、図３（ｈ）に示す通り、成形材料３０を転写版２１から完全に剥離して、本発明による針状体３１を得る。この時、冷却によって成形材料３０が転写版２１から離型しているため、成形材料３０を転写版２１から容易に取り外すことが可能であり、剥離に伴う針状体の破損を低減できる。
【００３８】
また、転写版２１上から成形材料３０分離する工程における剥離性を向上させる場合は、転写成形工程を実施する前に、予め転写版２１の表面上に離型効果を増すための離型層を堆積してもよい。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出来る。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。
【００３９】
得られた針状体３１には、転写版２１の台座構造に由来して、針状体３１の基板部に段差構造が形成される。この段差構造が針状体の穿刺に影響を及ぼす場合は、段差構造を断裁して除去しても良い。図４は本発明における針状体製造方法における、基板部の断裁工程の一例を示す部分概略断面図である。図４（ａ）に示す針状体３１に対し、図４（ｂ）に示されるように分離手段４０による断裁を施し、図４（ｃ）に示されるように厚みの大きい基板部４２を分離することで、基板部に段差の無い針状体４１が得られる。分離手段は特に制限ざれず、針状体を構成する材料、形状、厚みに適した公知の方法を用いて良い。分離手段としては、例えば、刃物による断裁、レーザーによる断裁などが挙げられる。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明の実施の一例として、具体的に図３を用いながら説明を行う。図３は本発明における針状体製造方法の一例を示す概略断面工程図である。
当然のことながら、本発明の針状体の製造方法は下記実施例に限定されず、類推できる他の製造方法をも含むものとする。
【００４１】
＜実施例１＞
まず、図３（ａ）に示すように、厚さ５２５μｍの単結晶シリコンウェハ１０を準備した。
【００４２】
次に、図３（ｂ）に示すように、超微細加工用エンドミルによる切削加工法によって、シリコンウェハ１０表面に深さ２００μｍの逆円錐台形状の凹部を有し、その底面の中央に概円錐形の突起部（高さ：１８０μｍ、底面直径：１１０μｍ）を、２ｍｍ間隔で、５列５行の格子状に計２５本配列して具備する、針状体原版１１を作製した。
このとき、逆円錐台形状の凹部は、開口部直径が１５ｍｍ、底面直径が１４．６６ｍｍとなるように加工したため、逆円錐台凹部側壁面と凹部底面との成す角度がおよそ１３０度になった。このとき、逆円錐台凹部底面に形成された２５本の突起部は、一辺が約８ｍｍの正方形領域内に配置された。
【００４３】
次に、図３（ｃ）に示すように、針状体原版１１に対し転写版材料のニッケル２０を充填した。
針状体原版１１に、スパッタ法によってニッケル導電層を１００ｎｍの厚さに形成し、前記導電層上に、電解メッキ法によってニッケル膜２０を１２００μｍの厚さに形成した。このとき、導電層は、電解メッキにおけるシード層として作用する。
【００４４】
次に、図３（ｃ）に示すように、ニッケル膜２０を剥離し、転写版を得た。
このとき、９０℃に加熱した重量パーセント濃度３０％の水酸化カリウム水溶液を用いてウェットエッチングを行い、針状体原版１１を完全に除去することにより、剥離を行なった。
【００４５】
以上より、図３（ｅ）に示すニッケルから成る針状体転写版２１が得られた。
【００４６】
次に、図３（ｆ）に示すように、針状体材料であるポリカーボネート３０を針状体転写版２１上に配置し、熱インプリント法によってポリカーボネート３０への転写成形を実施した。
【００４７】
次に、図３（ｇ）に示すように、針状体転写版２１とポリカーボネート３０を室温まで冷却して針状体転写版２１からのポリカーボネート３０の離型を促進した。
このとき、ポリカーボネート３０は針状体転写版２１から容易に剥離され、ピンセットでポリカーボネート３０の端部を摘んで針状体転写版２１から剥離することが出来た。
【００４８】
以上より、図３（ｈ）に示すように、針状体を製造することが出来た。
得られた針状体は、図３（ｂ）に示す針状体原版１１と同様の形状を有し、逆円錐台形状の凹部底面の中央に概円錐形の突起部を、２ｍｍ間隔で、５列５行の格子状に計２５本配列して具備した。また、得られた針状体を光学顕微鏡および走査電子顕微鏡によって観察したところ、２５本全ての微細な突起部に破損は認められなかった。
【００４９】
＜実施例２＞
実施例１と同様に、針状体製造方法を実施した。
ただし、針状体原版において、表面に逆円錐台形状の凹部を有さない形状の針状体原版を作製した。
【００５０】
まず、実施例１に示した針状体原版の作製と同様に、厚さ５２５μｍの単結晶シリコンウェハを準備し、超微細加工用エンドミルによる切削加工法によって、シリコンウェハ中央に概円錐形の突起部（高さ：１８０μｍ、底面直径：１１０μｍ）を、２ｍｍ間隔で、５列５行の格子状に計２５本配列して具備する針状体原版を作製した。
このとき、突起部は実施例に示したような逆円錐台凹部の底面に配置された形態ではなく、突起部が配置されるシリコン基板表面が一様に平坦な面となる構造になるよう加工した。
【００５１】
次に、前記針状体原版を用い、実施例１に示した方法と同様の方法で、ニッケルからなる針状体転写版を作製し、針状体転写版を用いた熱インプリント法によって、ポリカーボネートの転写成形を実施した。転写成形後、針状体転写版とポリカーボネートを室温まで冷却し、続いてピンセットを用いて針状体転写版からポリカーボネートを剥離することを試みた。しかしながら、ピンセットによる把持ではポリカーボネートからなる成形品を針状体転写版から剥離することは出来なかった。そこで、ペンチにより成形品端部を把持し、成形品を針状体転写版から剥離した。得られた針状体を光学顕微鏡および走査電子顕微鏡によって観察したところ、２５本全ての微細な突起部に破損が認められた。また、ペンチによって把持した成形品端部にも破損が認められた。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の針状体製造方法は、医療のみならず、微細な針状体を必要とする様々な分野に利用可能であり、例えば、ＭＥＭＳデバイス、光学部材、創薬、化粧品、美容用途などに用いる微細な針状体の製造方法としても有用である。
【符号の説明】
【００５３】
１…突起部
２…基板部
３…傾斜部
４…突起部パターン
５…基部
６…台座部
７…基部表面
８…台座部側壁面
９…基部表面と台座部側壁面のなす角
１０…原版材料
１１…針状体原版
２０…転写版材料
２１…針状体転写版
３０…針状体材料
３１…針状体
４０…分離手段
４１…分離された針状体
４２…分離片
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細な針状体を製造する針状体製造方法において、
針状体形状を有する微細凹部が形成された転写版に針状体材料を充填する充填工程と、
前記転写版から前記針状体材料を剥離する剥離工程と、を備え、
前記転写版は、基部上に配置され側壁に傾斜を有する台座部に、微細凹部が形成された転写版であること
を特徴とする針状体製造方法。
【請求項２】
前記転写版を構成する材料の線膨張係数は、前記針状体材料の線膨張係数よりも小さいこと
を特徴とする請求項１に記載の針状体製造方法。
【請求項３】
前記剥離工程にあたり、前記転写版の台座部上面に対応する領域以外の針状体材料を除去すること
を特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の針状体製造方法。
【請求項４】
基部と、
前記基部上に配置された台座部と、
前記台座部上面に前記微細な針状体形状を凹凸反転した微細凹部と、を備え、
前記台座部は、側壁に傾斜を有する台座部であること
を特徴とする針状体転写版。
【請求項５】
前記台座部の形状は、逆錐台形状であること
を特徴とする請求項４に記載の針状体転写版。
【請求項６】
基部表面と、台座部側壁面との成す角度は、１００度から１５０度の範囲にあること
を特徴とする、請求項４または５のいずれかに記載の針状体転写版。
【請求項１】
微細な針状体を製造する針状体製造方法において、
針状体形状を有する微細凹部が形成された転写版に針状体材料を充填する充填工程と、
前記転写版から前記針状体材料を剥離する剥離工程と、を備え、
前記転写版は、基部上に配置され側壁に傾斜を有する台座部に、微細凹部が形成された転写版であること
を特徴とする針状体製造方法。
【請求項２】
前記転写版を構成する材料の線膨張係数は、前記針状体材料の線膨張係数よりも小さいこと
を特徴とする請求項１に記載の針状体製造方法。
【請求項３】
前記剥離工程にあたり、前記転写版の台座部上面に対応する領域以外の針状体材料を除去すること
を特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の針状体製造方法。
【請求項４】
基部と、
前記基部上に配置された台座部と、
前記台座部上面に前記微細な針状体形状を凹凸反転した微細凹部と、を備え、
前記台座部は、側壁に傾斜を有する台座部であること
を特徴とする針状体転写版。
【請求項５】
前記台座部の形状は、逆錐台形状であること
を特徴とする請求項４に記載の針状体転写版。
【請求項６】
基部表面と、台座部側壁面との成す角度は、１００度から１５０度の範囲にあること
を特徴とする、請求項４または５のいずれかに記載の針状体転写版。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−２１３８４５（Ｐ２０１０−２１３８４５Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６２８１７（Ｐ２００９−６２８１７）
【出願日】平成２１年３月１６日（２００９．３．１６）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１６日（２００９．３．１６）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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