(57)【要約】      （修正有）【課題】微細な突起部を有する針状体を精度よく形成する手段を提供する。【解決手段】基板と、前記基板の第一の面に形成された突起部を具備する針状体を作製するための金型３１であって、前記針状体の第一の面を凹凸反転した転写パターンを有し、更に当該転写パターンの少なくとも突起部に対応する領域に溝３４ａ，３４ｂを具備することを特徴とする針状体作製用金型。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の第一の面に形成された突起部を具備する針状体を作製するための金型であって、
前記針状体の第一の面を凹凸反転した転写パターンを有し、
更に当該転写パターンの少なくとも突起部に対応する領域に溝を具備することを特徴とする針状体作製用金型。
【請求項２】
前記溝が、少なくとも当該突起部先端に対応する領域に形成されることを特徴とする請求項１に記載の針状体作製用金型。
【請求項３】
前記溝の幅が、100nm以下であることを特徴とする請求項１および請求項２に記載の針状体作製用金型。
【請求項４】
前記溝の幅が、成形材料の入り込まない幅であることを特徴とする請求項１または２の何れか1項に記載の針状体作製用金型。
【請求項５】
前記溝が、当該突起部に対応する領域から、当該針状体成形時に成形材料が当該金型と接触する領域の外まで連続していることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の針状体作製用金型。
【請求項６】
請求項１から５の何れか１項に記載の針状体作製用金型を用いて成形材料に金型のパターンを転写することにより針状体を得ることを具備する針状体の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の製造方法によって作製されることを特徴とする針状体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細な針状体を作製するための金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生理活性物質を生体内に投与する方法として、微細な針状体を用いて経皮投与する方法が注目を集めている。複数の微細な針を具備する針状体を用いてバリア性の高い角質層を穿孔して生理活性物質の通過経路を形成することで、一般的な経皮投与に比べて高い生理活性物質浸透効率を得ることが可能である。このとき、微細な針状体の針部が角質層を貫通し、毛細血管や神経まで到達しないように設計することで、使用時に出血や痛みを伴わないようにすることが出来る。
【０００３】
上記経皮投与の目的で微細な針状体を用いる場合、針状体の針部は、皮膚を穿孔するための十分な細さ、および先端角、皮膚の最外層である角質層を貫通し、かつ神経層へ到達しない長さを有していることが望ましく、具体的には、当該針部の直径は数μｍから１００μｍ程度、当該針部の先端は先鋭で、その角度は３０度以下、針部の長さは数十μｍから数百μｍ程度、であることが望ましいとされている。
【０００４】
針状体を構成する材料としては、仮に破損した針部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、材料としては医療用シリコン樹脂や、マルトース、ポリ乳酸、デキストラン等の生体適合性材料が有望視されている（特許文献１）。
【０００５】
また、上述した微細な針状体を製造する方法として、Ｘ線リソグラフィにより針状体の原版を作製し、原版から複製版を作り、転写加工成形を行う製造方法が提案されている（特許文献２）。
【０００６】
また、機械加工により針状体の原版を作製し、原版から複製版を作り、転写加工成形を行う製造方法が提案されている（特許文献３）。
【特許文献１】特開２００５−２１６７７号公報
【特許文献２】特開２００５−２４６５９５号公報
【特許文献３】特表２００６−５１３８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらの微細な突起部を有する針状体を、熱プレス法や射出成形法などの樹脂成形法で作製する場合、針状体の突起部を具備する面の形状を凹凸反転して得た転写版を用いる。突起部の直径は数μｍから１００μｍ程度、先端は先鋭で、その角度は３０度以下、長さは数十μｍから数百μｍ程度であることが望ましいとされており、樹脂成形法で非常に微細、且つアスペクト比（構造物の縦方向と横方向の比）の大きい形状を高い精度で成形することが要求される。
【０００８】
しかしながら、樹脂成形法で、前述の微細な針部を有する針状体を精度良く形成することは容易ではない。
【０００９】
従って、本発明の目的は微細な突起部を有する針状体を精度よく形成する手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための手段は、
（１）基板と、前記基板の第一の面に形成された突起部を具備する針状体を作製するための金型であって、
前記針状体の第一の面を凹凸反転した転写パターンを有し、
更に当該転写パターンの少なくとも突起部に対応する領域に溝を具備することを特徴とする針状体作製用金型：
（２）前記溝が、少なくとも当該突起部先端に対応する領域に形成されることを特徴とする（１）に記載の針状体作製用金型：
（３）前記溝の幅が、100nm以下であることを特徴とする（１）および（２）に記載の針状体作製用金型：
（４）前記溝の幅が、成形材料の入り込まない幅であることを特徴とする（１）または（２）の何れか1項に記載の針状体作製用金型：
（５）前記溝が、当該突起部に対応する領域から、当該針状体成形時に成形材料が当該金型と接触する領域の外まで連続していることを特徴とする（１）から（４）の何れか１項に記載の針状体作製用金型：
（６）（１）から（５）の何れか１項に記載の針状体作製用金型を用いて成形材料に金型のパターンを転写することにより針状体を得ることを具備する針状体の製造方法：
（７）（６）に記載の製造方法によって作製されることを特徴とする針状体：
である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の針状体金型は、金型表面に、転写パターンとは別に微細な溝をすることを特徴とする。本発明の構成によれば、所望する形状の樹脂製針状体を、精度良く、かつ生産性良く作製することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の針状体および針状体の製造方法について、実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施形態の一例を示す概略図である。図１（ａ）は針状体作製用金型１の平面図であり、図（ｂ）は図１（ａ）を線Ｉ−Ｉに沿って切った断面図であり、図（ｃ）は金型１で製造される針状体５の断面図である。図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、本発明に従う針状体作製用金型（以下、「金型」とも称す）１は、皮膚を穿孔するための針として機能する突起部７を基板６の第一の面に有する針状体５を作製するための金型であり（図１（ｃ））、針状体５における突起部７を有する面を凹凸反転した転写パターンを有し（図１（ｂ））、前記転写パターンに加えて、少なくとも突起部７に対応する領域である突起部パターン３に、微細な溝４を有する。
【００１４】
この実施形態では、図１に示されるように溝４は、基板２の第一の面を構成する一辺に対して平行に、且つ突起部パターン３の中心を通るように複数配置される。
【００１５】
当該溝４は、成形材料が入り込まない幅で形成されればよい。従って、針状体５を製造する場合に、このような構造を有する金型１に針状体５のための成形材料を適用すると、成形材料と共に金型１の突起部パターン３に入り込んだ空気は、当該溝４を通り金型１の外部へ排出される。それにより、樹脂成形時に突起部パターンに成形材料が十分に充填され、得られる成形品である針状体に樹脂充填不良が発生することを抑制できるので好ましい。また、溝４は成形材料が入り込まない幅であるので、転写により得られる針状体５の形態には転写されなくてよい。
【００１６】
また、溝の形成パターンは、所望に応じて決定されればよい。例えば、図２（ａ）および（ｂ）に記載のパターンであってもよい。図２（ａ）および（ｂ）は、本発明に従う溝について更に説明するための平面図である。図２（ａ）に示す金型２１は、基板２２に複数の突起部パターン２３を具備し、更に、突起部パターン２３の中心を通るように、且つ基板２２の第一の面を構成する一辺に平行な溝２４ａを具備し、更に、溝２４ａに直行する溝２４ｂを具備する。図２（ｂ）に示す金型２５は、基板２６に複数の突起部パターン２７を具備し、更に、突起部パターン２７の中心を通るように、且つ基板２６の第一の面の対角線に平行する溝２８を具備する。溝の形成パターンは、これに限定するものではなく、所望に応じて決定されてよい。例えば、図２（ｂ）の溝２８に加えて、溝２８に直行し、且つ突起部パターン２７の中心を通る更なる溝を具備してもよい。
【００１７】
図３（ａ）は本発明の金型の更なる実施形態を示す図である。金型３１の第一の面は、所望の針状体の突起部を具備する第一の面の表面の凹凸形状を凹凸反転した転写パターンを有する。当該転写パターンは、平面部３３と当該突起部に対応する突起部パターン３２を含み、更に、金型３１の第一の面は溝３４を具備する。溝３４ａは、金型３１の第一の面を構成する一辺に平行であり、且つ突起部パターン３２を構成する壁面と先端部３６を通り、平面部３３を完全に横切って配置される。更に金型３１は、その第一の面に溝３４ａと直行する溝３４ｂを具備する。溝３４ａと溝３４ｂは交点３５で交差する。これにより、成形材料を金型３１に適用し、針状体を転写形成する際に、成形材料と共に突起部パターン３２に入った空気を、溝３４aの終点からだけではなく、溝３４ｂの終点からも外部に効率よく逃がすことが可能である。従って、溝３４ｂは、直接に突起パターン３２の壁面には導入されてはいないが、拡散路として機能する。本発明に従う金型は、このような拡散路を具備してもよい。
【００１８】
図４は、更なる本発明の実施形態の例を示す。本例では、基板４３の第一の面に突起部パターン４２を具備する金型４１において、更に溝４４が転写パターンの突起部に対応する領域、即ち、突起部パターン４２の壁面に具備される。このように、本発明に従う金型は、少なくとも転写パターンの突起部に対応する領域に溝を具備すればよい。溝４４が存在することにより、成形材料と共に金型４１の突起部パターン４２に入り込んだ空気は、当該溝４４に取り込まれ、樹脂成形時に突起部パターン４２部に成形材料が十分に充填され、得られる成形品である針状体に樹脂充填不良が発生することを抑制できる。溝の配置は、これに限定するものではなく、複数の溝を具備してもよい。また、溝４４は、突起部パターン４２の先端部４５を通っても、通らなくてもよいが、より好ましくは突起部パターン４２の先端部４５を通る。
【００１９】
最も好ましい態様に従うと、樹脂成形時に突起部パターン内部の空気を外部へ流出させるように金型に溝が形成される。従って、当該溝は、突起部パターンの壁面だけではなく、針状体成形時に成形材料が当該金型と接触する領域の外まで連続していることが好ましい。
【００２０】
図１および図２に示す例では円錐形の突起部を、図３および図４に示す例では四角錐形の突起部を示したが、当該突起部の形状は、これに限定するものではなく、何れの円錐または角錐形であってもよい。即ち、本発明に従う金型により製造された針状体に具備される突起部の底面は、円形、楕円形または矩形などの任意の形状であってよい。また、針状体の基板の形状および突起部の配置および基板の第一の面の面積あたりの突起部の数もこれに限定するものでなく、所望に応じて設計してよい。
【００２１】
図５（ａ）〜（ｃ）は本発明の更なる実施形態を説明するための部分説明図である。図５（ａ）〜（ｃ）を用いて、金型と成形材料が接触する際の位置関係を説明する。図５（ａ）は、本発明による金型を転写パターンの形成された面の上方から見た概略図である。図５（ｂ）および（ｃ）は、図５（ａ）を線ＩＩ−ＩＩに沿って切った断面図であり、当該金型を用いて成形材料に針状体を形成する際の位置関係を示す図である。図５（ａ）に示すように、金型５１は、基板５２と、基板５２の第一の面に形成された突起部パターン５３と、突起部パターン５３の中央を通り、金型５１の第一の面の一辺に平行な溝５４ａと溝５４ａに直行する溝５４ｂを具備する。溝５４ａおよび５４ｂからなる溝５４は、全て溝形成領域５５内に、当該領域５５を横切るように配置される。
【００２２】
図５（ｂ）に示すように、針状体成形時に、金型５１に対して成形材料５８は、領域５５よりも内側に収まるように、例えば、領域５６の範囲内に収まるように適用されればよい。即ち、溝５４が、突起部パターン５３から領域５６の外まで連続して形成されればよい。このような構造において、溝５４は、金型５１の針状体突起部に対応する領域、即ち、突起部パターン５３から、成形材料５８が金型５１と接触する領域の外まで連続しているので、溝５４に取り込まれた空気は容易に外部に排出され、所望の針状体が良好に形成される。
【００２３】
一方、図５（ｃ）に示すように、溝形成領域５５よりも外側の領域、例えば、領域５７にまで成形材料５９を配置して樹脂成形を実施する場合には、当該溝５４は金型５１に接触する成形材料５９の外周部まで及ばないことから、金型５１に具備されるパターン内から空気が十分に排出されず、成形不良を引きこす可能性がある。このため、本発明の溝は、パターンを転写される成形材料が針状体成形時に金型と接触する領域の外まで連続していることが好ましい。なお、図５は本発明の実施形態の一例を示したものであり、針状体パターンの形状や配列、金型の外形形状、溝の配置される領域、成形材料の配置される領域などは図示された形態に限られるものではない。
【００２４】
本発明に従う金型に作製される溝は、樹脂成形時に成形材料が流入しない程度の微小な幅で形成されることが好ましい。成形材料の種類や成形時の成形材料の流動性、温度などによって最適な溝の幅は変化するが、直線状の溝の場合では、典型的には、その幅が１００ｎｍ以下であることが好ましい。ただし溝の幅が１００ｎｍ程度の場合は、成形した針状体表面に溝の痕跡が残る場合もあるので、より好ましくは、金型の溝の幅は６０ｎｍ以下である。溝の深さについては特に制限は無いが、成形時の空気抜きの効果を上げるためにはより深いほうが好ましく、少なくとも溝の幅と同等以上とすることが好ましい。
【００２５】
本発明に従う金型の材料は、特に限定するものではないが、ニッケル、アルミニウム合金および亜鉛合金などであってよい。
【００２６】
当該金型の作製方法については、特に制限はないが、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よい。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金型を作製してもよいし、微細加工技術によって針状体の原版を形成し、転写成形によって、前記原版から形状を凹凸反転させた金型を形成してもよい。
【００２７】
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よい。
【００２８】
当該金型への溝の形成方法についても特に制限はない。例えば所望の針状体形状を凹凸反転した金型を準備し、微細加工技術によって、金型表面に微細な溝を形成してもよい。ここで、微細加工技術としては、例えば、集束イオンビーム法、ウェットエッチング法、ドライエッチング法、レーザー加工法、精密機械加工法などを用いてもよい。
【００２９】
また、金型の微細な溝を凹凸反転した形状の線状突起部を突起部パターンを具備する原版に形成し、この原版に対して転写成形を実施して、微細な溝を有する金型を作製してもよい。このような金型作製方法に使用される微細加工技術の例としては、例えば、リソグラフィ法、集束イオンビーム法、スパッタ法、ＣＶＤ法、レーザー堆積法、精密機械加工法などが挙げられる。
【００３０】
突起部の形状は、用途により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程度であり、突起部の側壁には括れや段差が無いことが望ましい。
【００３１】
本発明に従い針状体を形成する場合の成形材料は、高分子材料、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートおよび生体適合性材料などの樹脂であってよい。また、少なくとも突起部は、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、生体皮膚への適用時に針状体が破損して、その一部が生体内に取り残されても、生体への影響を低減することが出来る。生体適合性を備えた材料としては、例えば、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ乳酸グリコール酸共重合体、ポリクエン酸、ポリリンゴ酸、ポリアミノ酸、マルトース、デキストランなどの生体適合性と生分解性を有するポリマーなどが挙げられる。
【００３２】
また、成形後の金型と樹脂との離型性を向上する目的で、金型などに離型処理を施してもよい。離型処理は、それ自身公知の何れかの処理であればよい。
【００３３】
［実施例］
以下、本発明の針状体の製造方法の実施の一例について、図６を用いながら説明する。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。また、本発明の金型および針状体は、下記の実施例にて作製された針状体に限定されるものではない。
【００３４】
＜針状体原版の作製＞
まず、精密機械加工を用いて厚さ５２５μｍの４インチシリコン基板を加工し、図６（ａ）に模式的に示すように、基板６１の中央部分に、正四角錐の突起部６２（高さ：１５０μｍ、底面：６０μｍ×６０μｍ）が、１ｍｍ間隔で、１０列１０行の格子状に１００本配列された突起部アレイ６３を有する針状体原版６４を作製した。１００本の突起部６２は、一辺が約９ｍｍの正方形領域内に配置された。
【００３５】
＜微細溝を反転した構造体の形成＞
次に、前記針状体原版６４の突起部６２を具備する第一の面の表面に、金型の溝を形成するために、当該溝を反転した微細突起パターンの形成を実施した。即ち、図６（ｂ）に示す通り、針状体原版６４の突起部６２が形成された面の全面に、スプレーコート法によって、ネガ型の電子線レジスト６５を、約１００ｎｍの厚さになるように塗布した。続いて、電子線描画装置を用いて、前記レジスト６５の全面において、所望の領域のみを電子線で走査した。電子線による走査は幅を約６０ｎｍの電子ビームで縦横の格子状に実施し、格子の間隔は５００μｍ、縦横の線の交差点が針状体原版６４の突起部６２の先端に位置するようにした。次いで、針状体原版６４上の感光したレジスト６５を現像し、図６（ｃ）に示す通りの微細な格子パターン６６を有する針状体原版６７を得た。格子パターン６６は、針状体原版６７上に５００μｍのピッチで形成された。得られた微細な格子パターン６６を電子顕微鏡で観察し、格子パターン６６の幅が約６０ｎｍ、格子パターン６６の高さが約１００ｎｍであることを確認した。このような格子パターン６６が凹凸転写されると本発明に従う溝が形成される。
【００３６】
＜微細溝を有する金型の作製＞
次に、前記微細な格子パターンを有する針状体原版６７に、スパッタ法によりニッケル導電層を１００ｎｍの厚さに形成した（図示せず）。この導電層は、続いて行う電解メッキにおけるシード層となる。次に、図６（ｄ）に示す通り、前記シード層上に、電解メッキ法によってニッケル膜６８を５００μｍの厚さに形成した。次に、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によってシリコンおよびレジストから成る前記針状体原版６７をウェットエッチングして完全に除去することにより、図６（ｅ）に示すような溝６９と突起部アレイパターン７０を有するニッケルから成る針状体の金型７１を作製した。得られた溝６９を電子顕微鏡で観察し、溝幅が約６０ｎｍ、溝深さが約１００ｎｍであることを確認した。
【００３７】
＜針状体の転写成形＞
次に、図６（ｆ）および（ｇ）に示すように、ポリ乳酸からなる厚さ約４００μｍのシート状の針状体成形材料７２と前記金型７１を用い、熱インプリント法によってポリ乳酸への針状体転写成形を実施した。次に、転写成形された針状体成形材料７３を、金型７１から剥離して、図６（ｈ）に示す基板７６と当該基板７６の第一の面に形成された突起部７４を含む突起部アレイ７５とを具備するポリ乳酸製の針状体７７を得た。針状体７７は、一辺が約１８ｍｍの正方形の基板７６上に、正四角錐（高さ：１５０μｍ、底面：６０μｍ×６０μｍ）の突起部７４を、１ｍｍ間隔で、１０列１０行の格子状に１００本配列した形態で作製された。得られた針状体７７を電子顕微鏡で観察し、１００本全ての突起部７４において、樹脂充填不良による欠陥が発生しなかったことを確認した。また、電子顕微鏡観察によっても、微細溝に起因する転写痕が観察されないことを確認した。
【００３８】
［比較例１］
実施例と同様の方法によって、幅が約１６０ｎｍ、深さが約２００ｎｍの微細溝を有する金型を作製し、実施例と同一の条件で、熱インプリント法によるポリ乳酸の転写成形を実施した。得られた針状体を電子顕微鏡で観察し、樹脂の充填不良が無いことを確認したが、一方で、微細溝に対応して格子状の突起が針状体表面に形成されたことを確認した。格子状の突起は、幅が約１６０ｎｍ、高さが約２００ｎｍであり、金型に形成した微細溝に対応した突起であることを確認した。また、格子状の突起は、一部で樹脂が伸びたように形成されていた。
【００３９】
［比較例２］
実施例と同様の方法によって、溝の無い金型を作製し、実施例と同一の条件で、熱インプリント法によるポリ乳酸の転写成形を実施した。得られた針状体を電子顕微鏡で観察し、１００本の突起部のほぼ全てにおいて樹脂の充填不良発生したことを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の針状体は、経皮投与のための針状体のみならず、医療、創薬、化粧品、ＭＥＭ
Ｓデバイスなど様々な分野に用いられる微細な針状体として活用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態の一例を示す図。
【図２】本発明の実施形態の一例を示す図。
【図３】本発明の実施形態の一例を示す図。
【図４】本発明の実施形態の一例を示す図。
【図５】本発明の実施形態の一例を示す図。
【図６】本発明の一例を示す図。
【符号の説明】
【００４２】
１、２１、２５、３１、４１、５１、７１……金型
２、６、２２、２６、４３、５２、６１、７６……基板
３、２３、２７、３２、４２、５３……突起部パターン
４、２４、２８、３４、４４、５４、６９……溝
５、７７……針状体
７、６２、７４……突起部
３３……平面部
３５……交点
３６、４５……先端部
５５……溝形成領域
５６、５７……領域
５８、５９、７２、７３……形成材料
６４……針状体原版
６３、７５……突起部アレイ
６５……レジスト
６６……格子パターン
６７……格子パターンを有する針状体原版
６８……ニッケル膜
７０……突起部アレイパターン
【図１】
2009220350.tif 000003
【図２】
2009220350.tif 000004
【図３】
2009220350.tif 000005
【図４】
2009220350.tif 000006
【図５】
2009220350.tif 000007
【図６】
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