WO2008013282A1

WO2008013282A1 - Method for producing microneedle

Info

Publication number: WO2008013282A1
Application number: PCT/JP2007/064809
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Sugimura; Gaku Suzuki; Masahiro Ueno; Yoshihiro Kodama; Takao Tomono
Original assignee: Toppan Printing Co., Ltd.
Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2008-01-31
Also published as: JP4396776B2; US8876575B2; US20100198169A1; EP2789363B1; EP2047882A1; US20130030374A1; JP2012143579A; JP2009254876A; JP4987916B2; EP2789363A2; JP5538457B2; JPWO2008013282A1; US8292696B2; US20090143749A1; EP2047882B1; EP2047882A4; EP2789363A3; US7789733B2

Description

明細書

マイクロニードルの製造方法

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ぐ簡便に薬剤を皮下投与することができる (米国特許第 6, 183, 434号明細書参照）。

[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レ、ることが必要とされる。ニードルの直径は数 inから数百 m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 20 m程度である。また、角質層の下にはおよそ 200 mから 350 m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 20 a m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 350 a m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ユングを施し、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 500 m以上、幅 200 m以下のマイクロニードルを作製すること力できる。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（特開 2002— 369816号公報参照）。同様に、シリコン基板にウエ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（特開 2004— 58265号公報参昭）

[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レ、うものである（特表 2006 - 513811 号公報参照)。

[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（特開 2005— 21677号公報参照）。

[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）が高ぐ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、従来のウエ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、寸法にマイクロ二ドルを設計し、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 20〃 m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二一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。発明の開示

[0012] 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。

[0013] 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。

[0014] 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。

[0015] 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。

[0016] 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!/、ること力 S好ましレ、。

[0017] 本発明にお!/、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。

[0018] 本発明にお!/、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ょレ、。

[0019] 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!/、。

[0020] 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。

[0021] 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の方向に沿つ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!/、てもよ!/、。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。

[0022] 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。

[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に重なるようにマイクロニードルを形成してもよい。

[0024] 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、前記複製版力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。

[0025] 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。

[0026] 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。

[0027] 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力 S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。

[0028] 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。

[0029] 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ぐ先端部が鋭利なマイクロニードルを製造可能である。

[0030] 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二一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

[0031] [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。園 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。

園 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。

園 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。園 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。

園 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。

園 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。

園 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。

園 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。

園 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。

園 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最良の形態

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

V、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。

[0033] 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。ダイシンダブレードは、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ぐ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 V、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。

[0034] 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ノレ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。

[0035] 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とが交わつて成す頂点部分を、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、穿刺時のマイクロ二一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力 Sでさる。

[0036] 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。 [0037] <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、加ェ適正や、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。

[0038] 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力 S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!/、。

[0039] 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。

[0040] <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ぐ鋭利にすること力 S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。

[0041] 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。

[0042] 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 1 1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。

[0043] 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力円弧状の裾の形状になる例を示した力図 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力 S、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力 S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。

[0044] <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力 S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。

[0045] 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、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二一ドル 25力 S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。

[0046] 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。

[0047] 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。

[0048] 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。

[0049] 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!/、。

[0050] 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二一ドルを製造する場合、一括で形成することが可能となる。

[0051] <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

〇

[0052] 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。

[0053] <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。

[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 l〜n列（以下、それぞれ、 A〜A ( n=l、2、 3、 ···））、第 2の線状溝 Bを;!〜 n行（以下、それぞれ、 B〜B (n=l、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 X (n—l)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)Aの次に A を形成することを禁止し、かつ、 2)Bの次に B を形成することを禁止すれば良い。例えば、 A、 B、 A、 B、 · ··といった順に加工したり、 A、A、B、B、A、A、B、B、

1 1 2 2 1 3 1 3 2 4 2 4

• · ·と!/、つた順に加工したりしてよ!/、。

[0055] 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=l、 2、 3、 ···， a=A、B、C、 ···）を設ける場合、 α の次に α を形成することを禁止すればよ!/、。

[0056] <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力 S可倉となる。

[0057] <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上にマイクロ二一ドル材料 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)。

[0058] 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。

[0059] 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レ、。この方法の例を図 10〜図 13を参照して説明する。

[0060] 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。

[0061] 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。

[0062] 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。

[0063] 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。

[0064] 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!/ヽぅ効果が得られる。

[0065] 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。

[0066] く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。

[0067] 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、ァルミナ、窒化ァノレミニゥム、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;ニッケノレ、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!/、。

[0068] 研削加工にお!/、てダイシング加工を用いた場合におレ、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徒 Pすること力 Sでさる。

[0069] 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ダ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力 S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力 Sでき、左右非対称のマイクロニードルを設計し、製造すること力 Sでさる。

[0070] 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。

[0071] 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力 S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。

[0072] 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。

[0073] 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。

[0074] <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ぐ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力できる。また、例えば、 XeFなどのガスを用いてドライエッチングを行っても良い。

[0075] 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。

[0076] 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ぐマイクロ二一ドルの先端部を先鋭化させることが可能となる。

[0077] くマイクロニードルから複製版を作製する工程（図 14 (c！)〜（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。

[0078] 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力 S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、メツキ法、 PVD 法、 CVD法などが挙げられる。

[0079] 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。

[0080] く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。

[0081] 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。

[0082] 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。

[0083] 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。

[0084] 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、製造すること力 S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。

[0085] 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。

[0086] 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を有する形状に加ェされた。本実施例では、厚みが lmmのダイシングブレードを用い、先端面 5が幅 2 00 μ m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、ダイシンダ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。

[0087] 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、ァルミナ基板 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 30 0 μ mとなるようにダイシング加工し、長さ 30mmの溝を形成した。

[0088] 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 418 H m、深さは 300 μ m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。

[0089] 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 100 m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 300 m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。

[0090] 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 162 H m、根元の幅は約 118 μ m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。

[0091] 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。

[0092] 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力図 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二一ドルは四角錐であり、先端角が 40° 、高さが約 162 m、底面の一辺の幅が 118 μ mとなった。

[0093] 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、メツキ法によつて、マイクロニードル 25の表面にニッケル膜を 600 m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つて、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。

[0094] 実施例 3

基板として、 525 m厚さの単結晶シリコン基板を用意した。

[0095] 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 100 mの正方形状とした。また、加工深さは 250〃 mとした。

[0096] 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 SFガスを用いた。エッチングは島状構造体

6

の上部平面が点状になるまで行った。

[0097] 以上より、根元径 100 m、高さ 250 mであり、先端角が 20° 、先端径が lOOnm の四角錐状のマイクロニードルが形成できた。

[0098] 実施例 4

基板として、 52511 m厚さの単結晶シリコン基板を用意した（図 16 (a) )。

[0099] 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 70 a mの正方形状とした

。また、カロェ深さは 150 μ mとした。

[0100] 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 150 mとした。

[0101] 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 SFガスを用いた。エッチングは島状構造体

6

の上部平面が点状になるまで行った。

[0102] 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 150 m

、基底部側の垂直部の高さ 150 m、先端角 30° 、先端径 lOOnmのマイクロニードルが形成できた。

[0103] 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铸法で形成した。メツキ浴にはスルフア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°Cとして 5時間のメツ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°Cで 4時間溶解処理を施し、複製版を作製した [0104] 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。

[0105] 以上より、ポリ乳酸から成る根元径 100 m、高さ 250 mであり、先端角が 20° 、先端径が 1 OOnm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

[0106] 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。

Claims

請求の範囲

[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。

[2] 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う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。

[3] 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すること特徴とする請求項 1に記載のマイクロニードルの製造方法。

[4] 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!/、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。

[5] 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。

[6] 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の方向に沿つ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す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。

[7] 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。

[8] 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。

[9] 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。

[10] 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ことを特徴とする請求項 7に記載のマイクロニードルの製造方法。

[11] 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。

[12] 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。

[13] 請求項 1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。

[14] 前記複製版力もの転写のとき、生体適合性材料に転写を行うことを特徴とする請求項 13に記載のマイクロニードルの製造方法。

[15] 請求項 1ないし 14のいずれ力、 1項に記載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。

[16] 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。