(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の中空部と、
夫々の前記中空部の一方の側に形成された凸部と、を有し、
前記凸部には、前記凸部を貫通する開口部が形成され、
前記開口部は前記中空部と連通し、
細胞培養の足場材又はマイクロニードルアレイとして用いることが可能な中空構造体。
【請求項２】
夫々の前記中空部の他方の側が開放され、
前記細胞培養の足場材として用いることが可能な請求項１に記載の中空構造体。
【請求項３】
夫々の前記中空部の他方の側が閉鎖され、
前記マイクロニードルアレイとして用いることが可能な請求項１に記載の中空構造体。
【請求項４】
隣接する前記中空部同士、及び前記中空部と前記凸部は一体化している請求項１乃至３の何れか一項に記載の中空構造体。
【請求項５】
前記凸部は、前記凸部が形成されている面に対して外側面が垂直となる部分を含んでいる請求項１乃至４の何れか一項に記載の中空構造体。
【請求項６】
前記凸部は、前記凸部が形成されている面に対して外側面が先細りとなる部分を含んでいる請求項１乃至４の何れか一項に記載の中空構造体。
【請求項７】
前記凸部は、前記凸部が形成されている面に対して外側面が垂直となる部分と、前記凸部が形成されている面に対して外側面が先細りとなる部分と、を含んでいる請求項１乃至４の何れか一項に記載の中空構造体。
【請求項８】
前記凸部の壁面の厚さは、前記凸部が形成されている面側から先端部に行くに従って薄くなる請求項１乃至７の何れか一項に記載の中空構造体。
【請求項９】
上面から厚さ方向に複数の貫通孔が形成されたテンプレートを準備する工程と、
前記テンプレートの上面を中空体形成材料で被覆する工程と、
前記中空体形成材料を前記テンプレート側に押圧し、前記中空体形成材料の一部を夫々の前記貫通孔に進入させる工程と、
夫々の前記貫通孔の内側面に前記中空体形成材料を残留させながら、夫々の前記貫通孔を介して前記テンプレートの上面を被覆する前記中空体形成材料側にガスを供給し、前記テンプレートの上面を被覆する前記中空体形成材料に夫々の前記貫通孔に対応する複数の中空部を形成すると共に、夫々の前記貫通孔に進入させた前記中空体形成材料に夫々の前記中空部と連通する開口部を備えた凸部を形成する工程と、を有し、
前記貫通孔は、前記テンプレートの上面側ほど開口が大きくなっている中空構造体の製造方法。
【請求項１０】
上面から厚さ方向に複数の凹部が形成された、ガス透過性を有するテンプレートを準備する工程と、
前記テンプレートの上面を中空体形成材料で被覆し、前記中空体形成材料を前記テンプレートの上面に密着させる工程と、
前記中空体形成材料を前記テンプレート側に押圧し、前記中空体形成材料の一部を夫々の前記凹部に進入させると同時に、ガスを前記テンプレートの内部に溶解させる工程と、
夫々の前記凹部の内側面に前記中空体形成材料を残留させながら、夫々の前記凹部を介して前記テンプレートの上面を被覆する前記中空体形成材料側に前記テンプレートの内部に溶解させたガスを供給し、前記テンプレートの上面を被覆する前記中空体形成材料に夫々の前記凹部に対応する複数の中空部を形成すると共に、夫々の前記凹部に進入させた前記中空体形成材料に夫々の前記中空部と連通する開口部を備えた凸部を形成する工程と、を有し、
前記開口部を備えた凸部を形成する工程では、前記中空体形成材料を減圧装置の容器内に配置し、前記減圧装置の容器内を減圧することで、前記中空部及び前記開口部を備えた凸部を形成する中空構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療・ヘルスケア分野において、再生医療に用いる培養器具には、微細な開口部を有する中空構造体を足場材として用いるものがある。例えば、細胞培養用途のメンブレンウェルの所定の平坦面に、細胞が通過せず培養液のみが通過する微細な開口部（例えば、２〜２０μｍ程度）を設けたものが知られている。この場合、細胞通過の有無に寄与する開口部の寸法管理が非常に重要である。
【０００３】
このような微細な開口部を備えた形状を製造する方法としては、フォトリソグラフィによるエッチングやめっき等が用いられている。又、塑性変形機能を有する素材を所定の条件で変形させ、その後硬化させて微細なハニカム構造体を製造する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術を利用して、所定の平坦面に微細な開口部を設けることも考えられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来は、所定の足場材等では、平坦面に開口部を設けていたため、開口部の寸法を安定して制御することが困難であり、開口部の寸法ばらつきが大きいことが問題となっていた。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、開口部の寸法ばらつきが小さい中空構造体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】
【０００６】
本中空構造体は、複数の中空部と、夫々の前記中空部の一方の側に形成された凸部と、を有し、前記凸部には、前記凸部を貫通する開口部が形成され、前記開口部は前記中空部と連通し、細胞培養の足場材又はマイクロニードルアレイとして用いることが可能なことを要件とする。
【発明の効果】
【０００７】
開示の技術によれば、開口部の寸法ばらつきが小さい中空構造体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施の形態に係る中空構造体の構造を例示する模式図である。
【図２】第１の実施の形態に係る中空構造体の凸部を例示する部分拡大断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る中空構造体の使用例を示す断面図である。
【図４】第１の実施の形態に係る中空構造体の製造工程を例示する図（その１）である。
【図５】第１の実施の形態に係る中空構造体の製造工程を例示する図（その２）である。
【図６】第１の実施の形態に係る中空構造体の製造工程を例示する図（その３）である。
【図７】減圧時のテンプレートの逆テーパ部近傍の部分拡大断面図である。
【図８】図７の各条件で作製した凸部の部分拡大断面図である。
【図９】比較例に係る中空構造体の構造を例示する斜視図である。
【図１０】比較例に係る中空構造体の製造工程を例示する図である。
【図１１】第２の実施の形態に係る中空構造体の構造を例示する模式図である。
【図１２】第２の実施の形態に係る中空構造体の製造工程を例示する図（その１）である。
【図１３】第２の実施の形態に係る中空構造体の製造工程を例示する図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１０】
〈第１の実施の形態〉
［中空構造体の構造］
まず、第１の実施の形態に係る中空構造体について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る中空構造体の構造を例示する模式図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う縦断面図である。
【００１１】
図１を参照するに、中空構造体１０は、本体１１と、複数の中空部１２と、複数の凸部１３とを有している。中空構造体１０において、隣接する中空部１２同士、及び中空部１２と凸部１３は一体化して形成されている。つまり、中空構造体１０は、各中空部１２や各凸部１３を別個に形成して接着等した構造ではない。このような構造により、中空構造体１０全体としての強度が大きくなると共に、中空部１２内に液体等を入れた場合に液体等の漏れが生じ難くなる。
【００１２】
中空構造体１０は、例えば、中空構造体形状への変形過程では流動性と延性（薄膜化で破損しない性質）を持ち、又、形成後は固化する材料から形成することができる。中空構造体１０の材料の一例としては、紫外線照射により硬化する紫外線硬化性樹脂を挙げることができる。中空構造体１０の材料として、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を用いてもよい。
【００１３】
なお、本実施の形態では、便宜上、凸部１３側を上側又は一方の側、その反対側を下側又は他方の側とする。又、各部位の凸部１３側の面を上面又は一方の面、その反対側の面を下面又は他方の面とする。但し、中空構造体１０は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。又、平面視とは対象物を本体１１の上面１１ａの法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を本体１１の上面１１ａの法線方向から視た形状を指すものとする。
【００１４】
以下、中空構造体１０の各構成要素について詳説する。中空構造体１０において、本体１１には、中空部１２が形成されており、中空部１２の下面側は解放されている。又、本体１１には、本体１１の上面１１ａから中空部１２とは反対側に突起する凸部１３が形成されている。凸部１３には、凸部１３を上下方向に貫通する開口部１４が形成されている。開口部１４の下端側は中空部１２と連通しており、上端側は開放されている。なお、１つの中空部１２に対して、１つの凸部１３が形成されている。
【００１５】
中空部１２及び凸部１３は、平面視において、行列状に配置することができる。中空部１２の形状は、例えば、略正六角柱状とすることができる。つまり、中空構造体１０は、略正六角柱状の中空部１２を行列状に配置したハニカム構造とすることができる。中空部１２のピッチＰ１は、例えば、５０μｍ程度とすることができる。隣接する中空部１２間の本体１１（隔壁）の最薄部の厚さｔ１は、例えば、５μｍ程度とすることができる。
【００１６】
開口部１４の形状は、例えば、略円柱状とすることができる。開口部１４の上端側の直径φ１（開口部１４の先端部の直径）は、例えば、５μｍ程度とすることができる。凸部１３のピッチ（開口部１４のピッチ）は、例えば、中空部１２のピッチＰ１と略同一とすることができる。なお、図２を参照して後述するように、凸部１３及び開口部１４は様々な形状を採り得る。
【００１７】
凸部１３の本体１１の上面１１ａからの高さＨ１は、例えば、５μｍ程度とすることができる。本体１１の高さＨ２は、例えば、１００μｍ程度とすることができる。なお、ここで示した各数値は、あくまで一例であり、各数値は用途に応じて適宜決定することができる。以降の数値例についても同様である。
【００１８】
図２は、第１の実施の形態に係る中空構造体の凸部を例示する部分拡大断面図である。図２に示すように、凸部１３及び開口部１４は、様々な形状を採り得る。
【００１９】
例えば、図２（ａ）に示すように、凸部１３は、柱状部１３ｓ（ストレート部）とテーパ部１３ｔとを含む構成とすることができる。柱状部１３ｓは、本体１１の上面１１ａに対して凸部１３の外側面が略垂直となる部分である。テーパ部１３ｔは、本体１１の上面１１ａに対して凸部１３の内側面及び外側面が先細りとなる部分である。
【００２０】
なお、柱状部１３ｓの壁面の厚さは１μｍ以下程度であるから、柱状部１３ｓでは、凸部１３の内側面も本体１１の上面１１ａに対して略垂直であると考えて構わない。すなわち、柱状部１３ｓでは、上下方向の位置に依らず、直径はφ１で一定であると考えて構わない。一方、テーパ部１３ｔでは、下方に行くほど直径が大きくなる。
【００２１】
又、図２（ｂ）に示すように、凸部１３は、柱状部１３ｓのみから構成してもよい。図２（ａ）及び図２（ｂ）のように、凸部１３を、柱状部１３ｓを含む構成とすることにより、成形加工のばらつきを吸収して開口部１４の直径φ１の寸法安定性を向上できる。すなわち、開口部１４の直径φ１の寸法ばらつきを小さくできる。又、加工条件を変えることにより、開口部１４の直径φ１は変えずに開口部１４を含む凸部１３の長さのみを変えることができる。
【００２２】
又、図２（ｃ）に示すように、凸部１３は、テーパ部１３ｔのみから構成してもよい。図２（ａ）及び図２（ｃ）のように、凸部１３を、テーパ部１３ｔを含む構成とすることにより、内部応力が拡散しやすくなり、凸部１３の強度を向上できる。又、中空構造体１０の製造時のテンプレートからの離型が容易となり、中空構造体１０が離型時に壊れるおそれを低減できる。
【００２３】
又、図２（ｃ）のように、凸部１３を、テーパ部１３ｔのみから構成することにより、同じテンプレートを用いても、加工条件を可変することで、開口部１４の直径φ１の寸法を制御することができる。その結果、テンプレートの種類を増やすことなく、用途に応じて開口部１４の直径φ１を可変することが可能となるため、製造コストを低減できる。なお、開口部１４の直径φ１を可変することについては、図７及び図８を参照して詳しく後述する。
【００２４】
［中空構造体の使用例］
図３は、第１の実施の形態に係る中空構造体の使用例を示す断面図であり、図３（ａ）は全体図、図３（ｂ）は部分拡大図である。
【００２５】
図３に示すように、中空構造体１０は、例えば、細胞培養の足場材として用いることができる。具体的には、足場材となる中空構造体１０をインサート１００に張り合わせ、ウェル１１０にセットし、インサート１００中に培養液２００や細胞２１０等を播種して使用することができる。
【００２６】
足場材となる中空構造体１０において、凸部１３に設けられた開口部１４の直径φ１は、細胞２１０の直径よりも十分小さな値とする必要がある。細胞２１０が、開口部１４を通過することを防止し、培養液２００のみ開口部１４を通過させるためである。例えば、細胞２１０として直径１０μｍ程度の線維芽細胞を用いる場合には、開口部１４の直径φ１は５μｍ程度とすることができる。
【００２７】
但し、ここでは、開口部１４を略円柱状として説明したが、これには限定されず、開口部１４の形状は楕円柱状や多角柱状等としても構わない（以降の開口部についても同様）。
【００２８】
なお、従来の足場材には凸部が設けられていないので、すなわち、平坦面に開口部が設けられているだけなので、液流に流された細胞が開口部に詰まる場合が多々あった。これに対して、中空構造体１０には凸部１３が設けられており、培養液２００の液流が、高さのある凸部１３の上側を通過して開口部１４から排出される。そのため、本体１１の上面１１ａに沈降した細胞等の粒子が開口部１４に流動し開口部１４を塞ぐことを抑制できる。つまり、開口部１４が目詰まりを起こすことを抑制できる。
【００２９】
又、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示したように、凸部１３の壁面の厚さは、本体１１の上面１１ａ側から先端部（中空部１２と反対側）に行くに従って薄くなる。これにより、開口部１４の下端から培養液２００等の流体が排出する場合に、流体の乱れを最小限に抑えることができる（整流効果がある）。
【００３０】
［中空構造体の製造方法］
次に、第１の実施の形態に係る中空構造体の製造方法について説明する。図４〜図６は、第１の実施の形態に係る中空構造体の製造工程を例示する図である。
【００３１】
まず、図４（ａ）に示す工程では、テンプレート３００を準備する。テンプレート３００は、中空構造体１０となる中空体形成材料を膨らませ、中空構造体形状を形成するための部材であり、中空構造体１０の表面形状やピッチを決定する。テンプレート３００は、例えば、ニッケル、シリコン、ステンレス、銅等を用いて形成することができる。
【００３２】
テンプレート３００は、上面３００ａから厚さ方向に形成された複数の貫通孔３１０と、夫々の貫通孔３１０に連通するガス滞留空間３２０とを備えている。貫通孔３１０は、テンプレート３００の上面３００ａの近傍に逆テーパ部３１０ｔが形成されて間口が大きくなっている。逆テーパ部３１０ｔの上面３００ａ側の角部の曲率は、例えば、半径２．５μｍ程度とすることができる。逆テーパ部３１０ｔは、ストレート部３１０ｓに連通している。ストレート部３１０ｓは、例えば、直径５μｍ程度の略円柱状とすることができる。ストレート部３１０ｓは、ガス滞留空間３２０と連通している。
【００３３】
次に、図４（ｂ）に示す工程では、テンプレート３００の上面３００ａを中空体形成材料３４２で被覆する。具体的には、平板３３０上に接着層３３５を介してテンプレート３００を接着する。そして、保護材３４１と、予め保護材３４１にスピンコート法等により塗布した中空体形成材料３４２とからなる中空体基材３４０を、中空体形成材料３４２をテンプレート３００側に向けて、テンプレート３００の上面３００ａに配置する。
【００３４】
中空体形成材料３４２は、中空構造体形状への変形過程では流動性と延性（薄膜化で破損しない性質）を持ち、又、形成後は固化する材料である。中空体形成材料３４２としては、例えば、紫外線照射により硬化する紫外線硬化性樹脂を用いることができる。中空体形成材料３４２の厚さは、例えば、５〜２００μｍ程度とすることができる。
【００３５】
中空体基材３４０をテンプレート３００の上面３００ａに配置後、張り合わせ装置の加圧ローラ３５０により中空体基材３４０を矢印Ｂ方向に加圧しながら、加圧ローラ３５０を矢印Ｃ方向に移動させる。これにより、中空体基材３４０をテンプレート３００の上面３００ａに貼り付けて密着させる。この際、中空体基材３４０とテンプレート３００の上面３００ａとの間に気泡が入らないようにするため、中空体基材３４０の端部からテンプレート３００の上面３００ａに貼り付けを開始することが好ましい。加圧ローラ３５０を矢印Ｃ方向に移動させる速度は、例えば、１００ｍ／ｓ程度とすることができる。
【００３６】
なお、この工程では、テンプレート３００の貫通孔３１０に必要以上に中空体形成材料３４２が入り込まないように、矢印Ｂ方向に加圧する圧力の制御を行なっている。具体的には、矢印Ｂ方向の圧力は、次工程の押圧装置３６０の圧力よりも小さく設定されており、例えば、２０ｋＰａ程度とすることができる。
【００３７】
次に、図４（ｃ）に示す工程では、中空体形成材料３４２をテンプレート３００側に押圧し、中空体形成材料３４２の一部を夫々の貫通孔３１０に進入させる。具体的には、平板３３０上にテンプレート３００及び中空体基材３４０を積層した押圧対象物を、押圧装置３６０の容器内に配置する。押圧装置３６０は、中空体基材３４０とテンプレート３００に均一及び所望の圧力を発生させる装置である。押圧装置３６０としては、例えば、所定の容器内に押圧対象物を配置し、容器内に空気を充填し空圧制御する装置を用いることができる。押圧装置３６０において、圧力媒体に空気等のガスを用いることにより、均一な圧力を発生することができる。
【００３８】
押圧対象物を押圧装置３６０の容器内に配置後、押圧装置３６０の空圧制御により押圧対象物を矢印Ｄ方向に押圧し、中空体形成材料３４２をテンプレート３００に押し付けて変形させ、中空体形成材料３４２の一部を夫々の貫通孔３１０に進入させる。この際、矢印Ｄ方向の圧力を制御することで、テンプレート３００への形状転写を制御することができる。矢印Ｄ方向の圧力は、前工程の加圧ローラ３５０の圧力よりも大きく設定されており、例えば、６０ｋＰａ程度とすることができる。押圧時間は、例えば、６０秒程度とすることができる。
【００３９】
次に、図５（ａ）に示す工程では、中空部１２を形成すると共に、中空部１２と連通する開口部１４を備えた凸部１３を形成する。具体的には、平板３３０上にテンプレート３００及び中空体基材３４０を積層した減圧対象物を、減圧装置３７０の容器内に配置する。減圧装置３７０は、ガス滞留空間３２０に滞留する空気を抜いて真空を発生させる装置である。減圧装置３７０の発生する減圧力により中空体形成材料３４２に中空構造体形状を形成することができる。なお、減圧装置３７０は、紫外線を透過する窓を付帯している。
【００４０】
減圧装置３７０の容器内を減圧することで相対的に圧力差が発生し、夫々の貫通孔３１０の内側面に中空体形成材料３４２を残留させながら、夫々の貫通孔３１０を介してテンプレート３００の上面３００ａを被覆する中空体形成材料３４２側にガスが供給される。なお、図５（ａ）の多数の矢印は、ガスの流れを模式的に示したものである。
【００４１】
これにより、テンプレート３００と中空体形成材料３４２との間のガスが膨張し、中空体形成材料３４２を押し上げようとする。このとき、テンプレート３００と密着している部分の中空体形成材料３４２には流動が起こらないので、ガスは中空体形成材料３４２を押し広げるように延伸膨張していく。
【００４２】
その結果、テンプレート３００の上面３００ａを被覆する中空体形成材料３４２に夫々の貫通孔３１０に対応する複数の中空部１２が独立して形成される。これと共に、夫々の貫通孔３１０に進入させた中空体形成材料３４２に夫々の中空部１２と連通する開口部１４を備えた凸部１３が形成される。
【００４３】
減圧装置３７０による減圧力や減圧時間を変えることにより、中空部１２の大きさを制御できる。例えば、減圧装置３７０による減圧力を小さくしたり、減圧時間を短くしたりすると小さな中空部１２が形成される。減圧装置３７０による減圧力は、例えば、３０ｋＰａ程度とすることができる。減圧時間は、例えば、６０秒程度とすることができる。
【００４４】
中空部１２及び凸部１３を形成後、減圧装置３７０の窓を介して、紫外線照射装置から中空体基材３４０に紫外線を照射し、中空体形成材料３４２を硬化させる。
【００４５】
次に、図５（ｂ）に示す工程では、テンプレート３００の上面３００ａから、中空構造体形状を形成した中空体基材３４０を剥離する。例えば、ピンセット状の剥離治具を用いて中空体基材３４０を挟み、矢印Ｅ方向に引き上げることで、テンプレート３００の上面３００ａから剥離できる。なお、テンプレート３００の貫通孔３１０には、テンプレート３００の上面３００ａの近傍に逆テーパ部３１０ｔが形成されて間口が大きくなっているため、離型抵抗が小さくなり、中空構造体形状が崩れることなく、中空体基材３４０を容易に離型（剥離）できる。
【００４６】
次に、図６に示す工程では、中空体基材３４０から保護材３４１を除去し、硬化した中空体形成材料３４２のみの状態とし、中空体形成材料３４２の凸部１３が形成されていない方の側を切断して、中空部１２の下面側を開放する。これにより、図１に示す中空構造体１０が完成する。なお、図６では、中空体形成材料３４２が、図４及び図５とは上下反転した状態で描かれている。
【００４７】
ここで、凸部１３の形状の制御について説明する。図７は、減圧時（図５（ａ）の工程）のテンプレートの逆テーパ部近傍の部分拡大断面図である。又、図８は、図７の各条件で作製した凸部１３の部分拡大断面図である。
【００４８】
減圧時に形成される凸部１３及び開口部１４の形状は、テンプレート３００の形状や、前工程である押圧装置３６０の押圧条件により制御することができる。図７（ａ）が最も押圧装置３６０の押圧力が小さく、図７（ｂ）、図７（ｃ）、図７（ｄ）の順に押圧装置３６０の押圧力が大きくなっている。図７（ａ）及び図７（ｂ）の条件では、図８（ａ）及び図８（ｂ）のように、凸部１３は、テーパ部のみから構成されている。又、図７（ｃ）及び図７（ｄ）の条件では、図８（ｃ）及び図８（ｄ）のように、凸部１３は、柱状部（ストレート部）とテーパ部とを含む構成となる。
【００４９】
又、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、押圧力を大きくすると（図８（ａ）から図８（ｃ）に行くに従って）、凸部１３の高さＨ１は大きくなり、開口部１４の直径φ１は小さくなる。但し、図８（ｃ）及び図８（ｄ）に示すように、押圧力を大きくしても、開口部１４の柱状部（ストレート部）の直径は殆ど変化しない。なお、図７では、テンプレート３００の逆テーパ部３１０ｔの形状は一定としているが、逆テーパ部３１０ｔの形状を変えれば、当然、凸部１３の形状も変化する。
【００５０】
このように、テンプレート３００の逆テーパ部３１０ｔの形状を調整することにより、凸部１３の形状を制御できる。又、押圧装置３６０の押圧条件を調整することにより、逆テーパ部３１０ｔの形状は一定であっても、凸部１３の高さＨ１及び開口部１４の直径φ１を制御できる。又、押圧装置３６０の押圧条件を調整することにより、開口部１４の柱状部（ストレート部）の直径を一定とした状態で、凸部１３の高さＨ１を大きくすることができる。
【００５１】
なお、図２（ｂ）に示した柱状部（ストレート部）のみからなる凸部１３を形成する場合には、テンプレート３００に逆テーパ部３１０ｔを設けなければよい。この場合には、テンプレート３００の上面３００ａから中空体基材３４０を剥離する際に加える力加減に留意する必要がある。
【００５２】
［比較例］
ここで、比較例を参照しながら、第１の実施の形態に係る中空構造体１０の奏する効果について説明する。
【００５３】
図９は、比較例に係る中空構造体の構造を例示する斜視図である。図９を参照するに、中空構造体１０ｘは、本体１１と、中空部１２と、中空部１２と連通する開口部１４ｘとを有している。中空構造体１０ｘでは、中空構造体１０の凸部１３のように、本体１１の上面１１ａから突起している部分はない。つまり、開口部１４ｘは、本体１１の上面１１ａに設けられた貫通孔である。
【００５４】
図１０は、比較例に係る中空構造体の製造工程を例示する図である。まず、図１０（ａ）に示す工程では、図４（ｂ）と同様にして、平板３３０上に接着層３３５を介してテンプレート３００ｘを接着する。そして、予め保護材３４１に塗布した中空体形成材料３４２からなる中空体基材３４０を、中空体形成材料３４２をテンプレート３００ｘ側に向けて、テンプレート３００ｘの上面３００ａに配置する。
【００５５】
中空体基材３４０をテンプレート３００ｘの上面３００ａに配置後、張り合わせ装置の加圧ローラ３５０により中空体基材３４０を矢印Ｂ方向に加圧しながら、加圧ローラ３５０を矢印Ｃ方向に移動させる。これにより、中空体基材３４０をテンプレート３００ｘの上面３００ａに貼り付けて密着させる。
【００５６】
なお、テンプレート３００ｘは、貫通孔３１０に逆テーパ部３１０ｔが形成されていない点のみがテンプレート３００と相違する。すなわち、テンプレート３００ｘでは、貫通孔３１０において、上面３００ａ側の間口は大きくなっていない。
【００５７】
次に、図１０（ｂ）に示す工程では、図５（ａ）と同様にして、平板３３０上にテンプレート３００ｘ及び中空体基材３４０を積層した減圧対象物を、減圧装置３７０の容器内に配置し、減圧装置３７０による減圧により中空部１２及び開口部１４ｘを形成する。その後、減圧装置３７０の窓を介して、紫外線照射装置から中空体基材３４０に紫外線を照射し、中空体形成材料３４２を硬化させる。
【００５８】
次に、図１０（ｃ）に示す工程では、図５（ｂ）に示す工程と同様にして、テンプレート３００ｘの上面３００ａから、中空構造体形状を形成した中空体基材３４０を剥離する。その後、中空体基材３４０から保護材３４１を除去し、中空体形成材料３４２の開口部１４ｘが形成されていない方の側を切断することにより、図９に示す中空構造体１０ｘが完成する。
【００５９】
以上の製造工程に関し、例えば、図１０（ａ）に示す工程で、加圧ローラ３５０による圧力は大きくばらつく。そのため、矢印Ｂ方向の圧力が大きいと、中空体形成材料３４２が塑性変形しながら、テンプレート３００ｘの貫通孔３１０に深く入り込んでしまう（例えば、図１０（ａ）のＦ部）。一方、矢印Ｂ方向の圧力が小さいと、中空体形成材料３４２は、テンプレート３００ｘの貫通孔３１０に殆ど入り込まない（例えば、図１０（ａ）のＧ部）。
【００６０】
又、図１０（ｂ）に示す工程では、減圧力での膨張延伸の際、中空体形成材料３４２が薄く引き伸ばされる。そのため、図１０（ｂ）のＧ部に示すように、前工程での圧力が小さく、中空体形成材料３４２がテンプレート３００ｘの貫通孔３１０に殆ど入り込んでいない部分では、中空体形成材料３４２のテンプレート３００ｘに対する密着力が弱くなる。その結果、減圧時に中空体形成材料３４２がテンプレート３００ｘから引き剥がされて後退する。このとき、開口部１４ｘの直径が目標値よりも大きくなってしまう。
【００６１】
又、図１０（ｃ）のＦ部に示すように、前工程での圧力が大きく、中空体形成材料３４２がテンプレート３００ｘの貫通孔３１０に深く入り込んでいる部分では、離型時に、中空体形成材料３４２の弱い箇所が変形又は破壊されてしまう。この問題は、特に、中空体形成材料３４２が入り込んでいる貫通孔３１０の内側面の粗さが大きかったり、アンダーカット部があったりすると顕著となる。
【００６２】
このように、図９に示す中空構造体１０ｘを安定的に製造することは困難であり、特に、開口部１４ｘの寸法ばらつきを小さくすることは困難である。
【００６３】
これに対して、中空構造体１０は凸部１３を備えており、凸部１３に開口部１４が形成されている。そのため、成形加工のばらつきを吸収し、開口部１４ｘの寸法ばらつきを小さくすることができる。
【００６４】
又、中空構造体１０の製造工程では、凸部１３を形成するために、中空体形成材料３４２を意図的にテンプレート３００の貫通孔３１０に挿入するが、このときに張り合わせ装置の加圧ローラ３５０ではなく、空圧制御等が可能な押圧装置３６０を用いる。そのため、均一な圧力を発生することが可能となり、中空体形成材料３４２の一部を夫々の貫通孔３１０に均一に進入させることができる。そのため、中空体形成材料３４２の変形や破壊を抑制でき、開口部１４を備えた凸部１３を安定的に作製可能となる。
【００６５】
又、上記のように、中空体形成材料３４２の一部を夫々の貫通孔３１０に均一に進入させることができるため、中空体形成材料３４２の一部が必要以上に貫通孔３１０に深く進入することがない。そのため、テンプレート３００に逆テーパ部３１０ｔを設けない場合でも、中空体基材３４０を剥離する際に加える力を制御することで、変形や破壊が生じることなく中空体形成材料３４２をテンプレート３００から剥離できる。
【００６６】
〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、第１の実施の形態とは構造が異なる中空構造体の例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
【００６７】
［中空構造体の構造］
まず、第２の実施の形態に係る中空構造体の構造について説明する。図１１は、第２の実施の形態に係る中空構造体の構造を例示する模式図であり、図１１（ａ）は斜視図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う縦断面図である。
【００６８】
図１１を参照するに、中空構造体２０は、本体２１と、複数の中空部２２と、複数の凸部２３とを有している。中空構造体２０において、隣接する中空部２２同士、及び中空部２２と凸部２３は一体化して形成されている。つまり、中空構造体２０は、各中空部２２や各凸部２３を別個に形成して接着等した構造ではない。このような構造により、中空構造体２０全体としての強度が大きくなると共に、中空部２２内に液体等を入れた場合に液体等の漏れが生じ難くなる。
【００６９】
中空構造体２０は、例えば、中空構造体形状への変形過程では流動性と延性（薄膜化で破損しない性質）を持ち、又、形成後は固化する材料から形成することができる。このような材料の一例としては、紫外線照射により硬化する紫外線硬化性樹脂を挙げることができる。中空構造体２０の材料として、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を用いてもよい。
【００７０】
以下、中空構造体２０の各構成要素について詳説する。中空構造体２０において、本体２１には、中空部２２が形成されており、中空部２２の下面側は閉鎖されている。又、本体２１には、本体２１の上面２１ａから中空部２２とは反対側に突起する凸部２３が形成されている。凸部２３には、凸部２３を上下方向に貫通する開口部２４が形成されている。開口部２４の下端側は中空部２２と連通しており、上端側は開放されている。なお、１つの中空部２２に対して、１つの凸部２３が形成されている。
【００７１】
中空部２２及び凸部２３は、平面視において、行列状に配置することができる。中空部２２の形状は、例えば、略正四角柱状とすることができる。中空部２２のピッチＰ２は、例えば、４００μｍ程度とすることができる。隣接する中空部２２間の本体２１（隔壁）の最薄部の厚さｔ２は、例えば、２０μｍ程度とすることができる。
【００７２】
開口部２４の形状は、例えば、略円柱状とすることができる。開口部２４の上端側の直径φ２は、例えば、１５μｍ程度とすることができる。凸部２３のピッチ（開口部２４のピッチ）は、例えば、中空部２２のピッチＰ２と略同一とすることができる。なお、図２の場合と同様に、開口部２４は様々な形状を採り得る。
【００７３】
凸部２３の本体２１の上面２１ａからの高さＨ３は、例えば、１５０μｍ程度とすることができる。本体２１の高さＨ４は、例えば、６５０μｍ程度とすることができる。
【００７４】
中空構造体２０は、例えば、マイクロニードルアレイとして用いることができる。具体的には、凸部２３に設けられた開口部２４から中空部２２に薬液等の機能材料を注入し、皮膚等に凸部２３の開口部２４の先端側を押し当てる。そして、中空構造体２０の背部（凸部２３と反対側）を指等で押すことにより、薬液等の機能材料を体内に注入することができる。
【００７５】
中空構造体２０は、凸部２３を有することにより、肌に直接触れやすくなり、毛等の障害物の影響を抑制することができる。又、中空構造体２０は、例えば、凸部２３の高さＨ３が１５０μｍ程度であり、凸部２３がテーパ状に先細りとなり、かつ、凸部２３の壁の厚さも突起の先端側ほど薄くなっている。そのため、楔効果が得られ、注射針と同様の効果を示し、表皮に容易に刺すことができる。
【００７６】
なお、中空構造体２０をマイクロニードルアレイ以外に使用する場合であって、例えば、固体に刺す場合には、固体を切り裂いて開口部２４が埋まることなく固体に進入できる。
【００７７】
又、隔壁の厚さｔ２が２０μｍ程度と薄いので指等で押すと中空部２２は変形するが、中空部２２と凸部２３とが一体化して形成されているため（一体構造となっているため）、薬液等が漏れることがない。その結果、容易に薬液等を体内へと注入することができる。
【００７８】
なお、各中空部２２には同一の機能材料を注入する必要はなく、異なる機能材料を注入してもよい。
【００７９】
［中空構造体の製造方法］
次に、第２の実施の形態に係る中空構造体の製造方法について説明する。図１２及び図１３は、第２の実施の形態に係る中空構造体の製造工程を例示する図である。
【００８０】
まず、図１２（ａ）に示す工程では、テンプレート３８０を準備する。テンプレート３８０は、中空構造体２０となる中空体形成材料を膨らませ、中空構造体形状を形成するための部材であり、中空構造体２０の表面形状やピッチを決定する。
【００８１】
テンプレート３８０の材料には、例えば、ガス透過性を有するシリコーンゴム（ＰＤＭＳ）等を用いることができる。ガス透過性を有するテンプレート３８０を用いることにより、押圧時にガス加圧力が発生した際にテンプレート３８０内部にガスを溶解させ、減圧時にガス圧力が負圧になった際にテンプレート３８０内部からガスを噴出させることができる。テンプレート３８０は、上面３８０ａから厚さ方向に形成された複数の凹部３９０を備えている。凹部３９０は、例えば、逆テーパ形状とすることができる。
【００８２】
次に、図１２（ｂ）に示す工程では、テンプレート３８０の上面３８０ａを中空体形成材料３４２で被覆する。具体的には、保護材３４１と、予め保護材３４１にスピンコート法等により塗布した中空体形成材料３４２とからなる中空体基材３４０を、中空体形成材料３４２をテンプレート３８０側に向けて、テンプレート３８０の上面３８０ａに配置する。中空体形成材料３４２は、材料や厚さについては、前述の通りである。
【００８３】
中空体基材３４０をテンプレート３８０の上面３８０ａに配置後、張り合わせ装置の加圧ローラ３５０により中空体基材３４０を矢印Ｂ方向に加圧しながら、加圧ローラ３５０を矢印Ｃ方向に移動させる。これにより、中空体基材３４０をテンプレート３８０の上面３８０ａに貼り付けて密着させる。この際、中空体基材３４０とテンプレート３８０の上面３８０ａとの間に気泡が入らないようにするため、中空体基材３４０の端部からテンプレート３８０の上面３８０ａに貼り付けを開始することが好ましい。加圧ローラ３５０を矢印Ｃ方向に移動させる速度は、例えば、５０ｍ／ｓ程度とすることができる。
【００８４】
なお、この工程では、テンプレート３８０の凹部３９０に必要以上に中空体形成材料３４２が入り込まないように、矢印Ｂ方向に加圧する圧力の制御を行なっている。具体的には、矢印Ｂ方向の圧力は、次工程の押圧装置３６０の圧力よりも小さく設定されており、例えば、２０ｋＰａ程度とすることができる。
【００８５】
次に、図１２（ｃ）に示す工程では、中空体形成材料３４２をテンプレート３８０側に押圧し、中空体形成材料３４２の一部を夫々の凹部３９０に進入させると同時に、中空体形成材料３４２の内部に含まれるガスをテンプレート３８０の内部に溶解させる。
【００８６】
具体的には、テンプレート３８０に中空体基材３４０を積層した押圧対象物を、図４（ｃ）の工程と同様に押圧装置３６０の容器内に配置し、押圧装置３６０により矢印Ｄ方向に押圧する。これにより、中空体形成材料３４２をテンプレート３８０に押し付けて変形させ、テンプレート３８０の凹部３９０の形状を中空体形成材料３４２に転写させる。
【００８７】
矢印Ｄ方向の圧力を制御することで、テンプレート３８０への形状転写を制御することができる。矢印Ｄ方向の圧力は、前工程の加圧ローラ３５０の圧力よりも大きく設定されており、例えば、３００ｋＰａ程度とすることができる。押圧時間は、例えば、１５秒程度とすることができる。
【００８８】
なお、本実施の形態では、テンプレート３８０としてガス透過性を有するシリコーンゴム（ＰＤＭＳ）等を用いているため、押圧対象物を押圧するガスがテンプレート３８０の内部に溶解し、高い圧力とならない。よって、中空体形成材料３４２は、比較的低圧条件下で凹部３９０の深くまで入り込むことができる。
【００８９】
次に、図１３（ａ）に示す工程では、中空部２２を形成すると共に、中空部２２と連通する開口部２４を備えた凸部２３を形成する。具体的には、テンプレート３８０上に中空体基材３４０を積層した減圧対象物を、図５（ａ）に示す工程と同様に減圧装置３７０の容器内に配置する。
【００９０】
減圧装置３７０の容器内を減圧することで相対的に圧力差が発生し、夫々の凹部３９０の内側面に中空体形成材料３４２を残留させながら、夫々の凹部３９０を介してテンプレート３８０の上面３８０ａを被覆する中空体形成材料３４２側にテンプレート３８０の内部に溶解させたガスが供給される。なお、図１３（ａ）の多数の矢印は、ガスの流れを模式的に示したものである。
【００９１】
これにより、テンプレート３８０の上面３８０ａを被覆する中空体形成材料３４２に夫々の凹部３９０に対応する複数の中空部２２が独立して形成される。これと共に、夫々の凹部３９０に進入させた中空体形成材料３４２に夫々の中空部２２と連通する開口部２４を備えた凸部２３が形成される。
【００９２】
減圧装置３７０による減圧力は、例えば、３０ｋＰａ程度とすることができる。減圧時間は、例えば、４０秒程度とすることができる。中空部２２及び凸部２３を形成後、減圧装置３７０の窓を介して、紫外線照射装置から中空体基材３４０に紫外線を照射し、中空体形成材料３４２を硬化させる。
【００９３】
次に、図１３（ｂ）に示す工程では、テンプレート３８０の上面３８０ａから、中空構造体形状を形成した中空体基材３４０を剥離する。例えば、ピンセット状の剥離治具を用いて中空体基材３４０を挟み、矢印Ｅ方向に引き上げることで、テンプレート３８０の上面３８０ａから剥離できる。これにより、図１１に示す中空構造体２０が完成する。
【００９４】
なお、本実施の形態では、テンプレート３８０にシリコーンゴム（ＰＤＭＳ）等のゴム特性を有する材料を使用している。そのため、第１に、低圧での押圧が可能となり、高圧力の押圧装置が不要である。第２に、低圧の押圧で凹部３９０と中空体形成材料３４２の空間のガスを除去することができるため、両者の密着（転写）性を向上できる。第３に、低圧での押圧が可能となり、テンプレート３８０を変形させたり、破壊させたりすることを抑制できる。
【００９５】
又、テンプレート３８０の凹部３９０は逆テーパ形状であり間口が大きくなっているため、離型抵抗が小さくなり、中空構造体形状が崩れることなく、中空体基材３４０を容易に離型（剥離）できる。
【００９６】
以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００９７】
例えば、中空構造体１０を第２の実施の形態で説明した製造方法で製造してもよいし、中空構造体２０を第１の実施の形態で説明した製造方法で製造してもよい。
【００９８】
又、上記の実施の形態では、中空構造体１０や２０を足場材やマイクロニードルに使用する例を示したが、中空構造体１０や２０を他の分野で使用してもよい。中空構造体１０や２０は、例えば、化粧品の化粧パッチ、エネルギー分野（電池のフィルタ、セル、セパレータ等）、環境分野（ガスフィルタ、排ガス浄化装置等）、光学分野（マイクロレンズの遮光等）等の様々な分野に適用可能である。
【符号の説明】
【００９９】
１０、２０  中空構造体
１１、２１  本体
１１ａ、２１ａ  本体の上面
１２、２２  中空部
１３、２３  凸部
１３ｓ  柱状部
１３ｔ  テーパ部
１４、２４  開口部
１００  インサート
１１０  ウェル
２００  培養液
２１０  細胞
３００、３８０  テンプレート
３００ａ、３８０ａ  テンプレートの上面
３１０  貫通孔
３１０ｓ  ストレート部
３１０ｔ  逆テーパ部
３２０  ガス滞留空間
３３０  平板
３３５  接着層
３４０  中空体基材
３４１  保護材
３４２  中空体形成材料
３５０  加圧ローラ
３６０  押圧装置
３７０  減圧装置
３９０  凹部
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１００】
【特許文献１】特許第４６７８７３１号
【図１】
0006672787.tif 000002
【図２】
0006672787.tif 000003
【図３】
0006672787.tif 000004
【図４】
0006672787.tif 000005
【図５】
0006672787.tif 000006
【図６】
0006672787.tif 000007
【図７】
0006672787.tif 000008
【図８】
0006672787.tif 000009
【図９】
0006672787.tif 000010
【図１０】
0006672787.tif 000011
【図１１】
0006672787.tif 000012
【図１２】
0006672787.tif 000013
【図１３】
0006672787.tif 000014