立石科学技術振興財団

助成研究成果集(第26号) 2017

マイクロニードル式蛍光血糖値センサパッチ及びウェアラブル小型デバイスの開発
Development of microneedle- based fluorescent blood- sugar sensors with wearable detectors
2161903

研究代表者

東京農工大学 大学院工学研究院
先端機械システム部門准教授

許允

禎て，この方法で作製したマイクロニードルアレ[研 究 の 目 的]

イを実際に生体侵入可能なマイクロニードルア
人間の体内に生体信号を測定する機械 (センサ) を移植し，体外に設置したウェアラブルデレイの成型マスタとして用いることは，より適した手段であると考える。

バイスで生体信号を恒常的に読み込めば，どこ

傾 斜 回 転 UV 露 光 で は，傾 斜 角 度 に よ り，

でも・いつでも健康情報を把握でき，より健康マイクロニードルの高さをコントロールするこ的な生活が実現できる。特に糖尿病は，患者がとが簡単にできる (図 1)。

自らの血糖値を自分自身で把握することが求ま
H=れていて，簡単・無痛移植や簡単交換が可能な形状のセンサの開発が必要である。

rtan φN

市販の移植型センサは半埋め込み型の細長い

マイクロニードルアレイのモールドマスター

電極の形状で，痛みを伴い，また，日常生活をの作製プロセスを図 2 に示す。アルミニウムのするには不便であった。完全埋め込み型のセン

パターニングされたガラス基板に，ネガ型フォ

サは，小型にすると簡単に移植が可能になるが，トレジスト KMPR 1035 を回転数 6000 rpm で交換が困難であった。

厚さ 30 μm 程度スピンコートして固め，基板

そこで本課題では，患者自身が簡単に無痛でと KMPR 厚膜の密着性を向上させる (図 2b)。

移植・交換ができるマイクロニードル式センサ

KMPR 厚膜の塗布後，100℃で 4 時間ベークすのプラットフォームの開発を目指す。

る。ベーク後，常温まで冷ましてから，回転傾[研究の内容，成果］
本研究では，回転傾斜露光を用いてマイクロニードルのモールドマスターを作製する手法を提案する。この方法では，大面積で簡単にマイクロニードル形状のアレイを作製可能である。
さらに作製パラメータを変えることで，マイクロニードルの形状を容易に変更でき，必要に応じた形状で簡便に作製することができる。従っ― 1 ―

図1

傾斜回転 UV 露光

立石科学技術振興財団

斜露光を行う (図 2d)。露光後，100℃で PEB(表 1)。従って，必要に応じたサイズのマイクを 行 う。ベ ー ク 後，レ ジ ス ト が 冷 め て か ら

ロニードルアレイを簡単に作製することができ

NMD-3 で現像を行い，マイクロニードルアレると考える。
試作したマイクロニードルアレイを用いてポイを得る (図 2e)。
試作したマイクロニードルアレイの写真及びリマーマイクロニードルアレイを作製するプロ

SEM 写真を図 3 に示す。3 cm×3 cm の面積上セスフローを図 4 に示す。マイクロニードル作に均一な形状のマイクロニードルアレイを作製

製はモールディング手法を用いて行う。マイクできた。図 3d のように，先端の曲率半径が 20ロニードル作製まで 2 回転写が必要になる。マμm 以下であり，皮膚に貫通性を持つ。従って， イクロニードル鋳型からマイクロニードルを簡試作のマイクロニードルアレイを皮膚に貫通させ，薬物送達を促進させる固体マイクロニードル (solid microneedles) としても使用できると考える。
本研究で提案する傾斜回転 UV 露光手法は，傾斜角度と開口径を変化することで，マイクロニードルの形状を簡単にコントロールすることが可能であった。同じ開口径で傾斜角度を高くすると，マイクロニードルの高さが低くなった

図2

傾斜回転 UV 露光を用いたマイクロニードルアレイのプロセスフロー
表1

Inclination angle
ofa table, ϕ (°)
7.5

1522.5

図 3 (a) 作製したマイクロニードルアレイ。(b)，(c)SEM イメージ。(d) ニードル先端イメージ。

異なる傾斜角度で作製したマイクロニードルの寸法 (UV 露光強度：1900 mJ/cm 2)。
Radius ofmaskpattern, r (μm)
5075Theoreticalheight, H(μm)
611916

Diameter (bottom), Radius ofcurvature
2r (μm)(tip) (μm)
130±419±3178±232±6100
125
5075
100
125
5075
100

1222
1527
305
458
610
763
203304
406

228±6
273±2
107±1155±1
208±3258±2
139±2
191±2
235±3

125

507

292±3

― 2 ―

Height, H (μm)
567±13687±2764±1
107±6
39±3
29±1
16±020±1−−760±16
729±3
318±1
436±4
560±1
644±8
262±5
329±2104±1064±12400±4464±6Tateisi Science and Technology Foundation

図4

ポリマーマイクロニードルアレイのプロセスフロー便に取り出すために，モールドとマイクロニードルの接着力を減少させるモールドの表面処理を検討した。その結果，CYTOP をコーティングすることで，マイクロニードルアレイモール

図5(a) ポリマーマイクロニードルアレイ。(b) 動物皮膚に付着

図6(a) マイクロニードル式パッチが付着されているマウス。(b) パッチを取り出した後の皮膚のイメージ。

ドをマスターから簡便に取り出すことに成功した。また，2 回モールディングを行い，ポリマーマイクロニードルを得ることができ，従来の傾斜回転露光手法よりプロセスステップを減らすことができた。
ニードルの材料には濃度によって徐放性が変化する生体分解性ポリマーである Poly (D,Llactide-co-glycolide) (PLGA) を用いた。モール ド に PLGA の モ ノ マ ー を 注 ぎ，45-50℃ でベークして常温に戻すだけで，簡単にマイクロニードルを作製することが可能であった (図5a)。ベークプロセス及び乾燥プロセスを調整することでより均一な形状を保つマイクロニードルアレイを作製できると考える。得られたポリマーマイクロニードルアレイはテープ上に貼り付け，動物の皮膚に付着できるようにした(図 5b)。
貼れるマイクロニードル式パッチが皮膚に付された跡が見つかれ，試作の貼れるマイクロ着できるか，動物実験を通して検討した。ICRニードルパッチが皮膚貫通性を持つことを確か

マウスの背中を除毛し，後日付着実験を行った。

めた。

マウスの背中の皮膚に図 5b の貼れるマイクロ[今後の研究の方向，課題］

ニードル式パッチを貼り付けた (図 6a)。貼り付けた時のマウスの動きや様子から，痛みが少ないことを確認した。パッチを皮膚から取り出

本研究では，傾斜回転露光を用いたマイクロした後，皮膚にマイクロニードルによって貫通ニードルアレイのモールドマスターの作製工程― 3 ―立石科学技術振興財団を確立し，その有用性を示した。傾斜回転 UVする予定である。

露光手法に用いると，簡便にマイクロニードルの寸法をコントロールでき，必要に応じたマイ［成果の発表，論文等］

クロニードルアレイを作製ができることを確認国際学術論文誌 (査読付き)した。また，得られたマイクロニードルアレイ

1．H. Takahashi*, Y. J. Heo* ，**, N. Arakawa, T. Kan, K.に CYTOP をコーティングし，モールドとマ

Matsumoto, R. Kawano, and I. Shimoyama**,

イクロニードルの接着力を減少させるモールドの表面処理にも成功した。試作のポリマーマイ
クロニードルアレイをマウスの皮膚に貼り付け，皮膚貫通性があることを確かめた。今後は“人“Scalable fabrication of microneedle arrays via
spatially controlled UV exposure,” Microsystem andNanoengineering***，採択 (平成 28 年 10 月上旬公開予定)* equal contribution on this publication,** corresponding authors

が使いたい”・“生体内で調和できる”センサの*** 世界的に権威が高いネイチャーパブリッシング開発を目指し，マイクロニードル式血糖値セングルップ (Nature Publishing Group) がローン

サ及びウェアラブル小型デバイスの開発を推進

チングした国際学術論文誌― 4 ―