JP6249591B2

JP6249591B2 - マイクロニードル

Info

Publication number: JP6249591B2
Application number: JP2012039078A
Authority: JP
Inventors: 晃嗣山田
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2017-12-20
Anticipated expiration: 2032-02-24
Also published as: JP2013172847A

Description

本発明は、皮膚内に薬液を供給するのに用いられるマイクロニードルに関する。

一般に、皮膚や粘膜等の生体表面から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易に薬剤を投与する事が可能である。しかし、発汗や外部接触などによる薬剤の除去の可能性、長期間の使用時には皮膚障害が発生する、対象薬剤の分子量が大きい場合や水溶性薬剤を用いた場合などには表皮の角質層がバリアとなり薬剤がほとんど吸収されない、などといった問題を有する。

これらの問題を解決し、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皮膚に穿刺し、表皮下に直接薬剤を投与する方法が注目されている。マイクロニードルには、いわゆる塗布タイプ、中空タイプが知られている。塗布タイプは、針表面に薬剤を塗布したものであり、中空タイプは、極小の注射針である。中空タイプのマイクロニードルは、塗布タイプに比べ、一度に大量の薬剤を投与できるとして注目を浴びている。

このマイクロニードルは、皮膚を穿刺するための細さと先端角、角質層を貫通する以上の長さが必要である。一般的にマイクロニードルのニードル直径は数μｍ〜数百μｍ、長さは１００μｍ〜１０００μｍが望ましい。

そして、マイクロニードルに使用される材料としては、一般的にシリコンが用いられている。シリコンは、ＭＥＭＳデバイスや半導体製造に広く使用されており、安価でか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成方法としては、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ニングを施し、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５００μｍ以上、幅２００μｍ以下のマイクロニードルを作成することができる。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事ができる（特許文献１）。

同様に、シリコン基板にウェ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（特許文献２）。

シリコン以外の材料によるマイクロニードルの作成方法も提案されている。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（特許文献３）。

特開２００２−３６９８１６号公報特開２００４−５８２６５号公報特開２００５−２１６７７号公報

ところが、前記マイクロニードルは、角質層を貫通する程度の長さがあれば良いので、一般的な注射器と比べると、突き刺し深さは１０００μｍ未満と短い。そのため、角質層を完全に貫通していない場合や、皮膚自体によって加えられる背圧ならびに薬液注入時に皮膚内に薬液が留まることにより発生する圧力が大きいと、薬液が皮膚外に流出・逆流する虞を有する。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、穿刺後に薬液を注入する際に、吐出された薬液が皮膚内に確実に残留し得るようにしたマイクロニードルを提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、水系溶液を充填液として使用する５０μｍ〜１０００μｍの針長さ寸法を有した空洞状の複数の中空針が設けられた中空針状体を備えるマイクロニードルにおいて、前記中空針は、中空断面平均直径が４０〜７０μｍであり、前記中空針の中空内壁は、親水性処理層が設けられており純水の接触角が０〜２０°であり、かつ、前記中空針の中空外壁は、疎水性処理層が設けられており純水の接触角が８０〜１２０°であり、かつ、前記充填液の吐出は、指先でおこなわれることを特徴としたマイクロニードル。

本発明によれば、中空断面の平均直径の大きさを限定することで、穿刺後の薬液注入時に、無理な荷重を必要とせず、効率よく薬剤を針先端から皮膚内に供給することが出来る。また、中空部分の内壁に親水処理を施すことで、内部で気泡が発生したとしても、注入効率を害することなく、容易に気泡を排出することが可能である。また、針表面に疎水処理または粗化処理を施すことで、針上への薬液の濡れ上がりを防止し、皮膚内に薬液を留めることが可能となる。

本発明の一実施の形態に係るマイクロニードルを断面して示した断面図である。図１を上面側から見た状態を示した平面図である。本発明の一実施の形態に係るマイクロニードルによる実施例１を説明するために示した断面図である。本発明の一実施の形態に係るマイクロニードルによる実施例２を説明するために示した断面図である。本発明の一実施の形態に係るマイクロニードルによる実施例３を説明するために示した断面図である。本発明の一実施の形態に係るマイクロニードルによる実施例４を説明するために示した断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係るマイクロニードルについて、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係るマイクロニードルの概略構成を示すもので、中空針状体１は、生体適合材料（針成形後の純水接触角４０°程度）で形成され、詳細を後述する軸方向が空洞状の中空針７が、例えば２５本、縦横に１ｍｍの間隔を有して等間隔に立設されている（図２参照）。この中空針状体１には、例えばシリコンで形成される基板３が５ｍｍの間隔を有して対設されて支持体４を介して矢印８方向に移動自在に組付け配置される。そして、この中空針状体１と基板３との間には、充填液として、水系溶液である薬液２が充填される。

中空針状体１は、その中空針７の針長さ寸法が５０μｍ〜１０００μｍに形成される。この中空針７の針長さ寸法の範囲は、マイクロニードルを皮膚に穿刺し、皮内のどの部位に薬液２を注入するかによって定義される。具体的には、中空針７は、最外皮層である角質層を貫通することが求められる。角質層の厚さ寸法は、人体の部位によっても若干異なるが、平均して２０μｍ程度である。また、角質層の下には、およそ２００μｍから３５０μｍ程度の厚さ寸法の表皮が存在し、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。例えば、角質層を貫通させ薬液２を浸透させるためには、少なくとも２０μｍ以上の針長さ寸法が必要となる。

この中空針７を有する中空針状体１、基板３は、それぞれ適宜公知のリソグラフィ、エッチング、機械加工等の微細加工技術を用いて作製される。例えば、微細加工技術を用いマイクロニードル原版を作製し、これを用いて公知の複製技術により、樹脂製のマイクロニードルを作製することが可能である。

本発明のマイクロニードルは、樹脂材料で形成することが好ましい。この樹脂材料としては、任意の樹脂から選んでよく、例えばポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリカプロラクトン、ポリエチレングリコール、ポリ乳酸、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、トリメチレンカーボネート、ポリヒドロキシブチレート、セルロース、キトサン、でんぷんなどが挙げられる。更にこれらの中から選択される複数種の材料の混合体や任意の材料の共重合体であってもよい。更に中空針状体１は、熱可塑性樹脂であることが望ましく、更に生体適合性材料であることがより望ましい。

中空針状体１には、その中空針７の中空内壁に親水処理層５が設けられ、その中空針７の中空外壁に疎水処理層６が設けられる。この中空内壁の親水処理層５及び中空外壁の疎水処理層６の処理にあっては、公知の方法を用いることができる。例えば、親水処理層５にあっては、プラズマ処理や、コロナ処理、オゾン処理や、親水性の液体をコーティングすることによっても実現できる。また、疎水処理層６にあっては、フッ素系のガスを用いて真空成膜する方法や、疎水性の液体をコーティングすることによっても実現できる。また、親水処理、疎水処理にあっては、予め親水性の材料もしくは疎水性の材料を用いてマイクロニードルを形成することによっても実現できる。

前記中空針７は、親水処理層５によって中空内壁の純水の接触角を０〜２０°とすることが好ましい。一方、疎水処理層６によって中空外壁表面の純水の接触角を８０〜１２０°とすることが好ましい。この親水処理層５、疎水処理層６は、それぞれ表面の接触角により測定することができ、親水処理、疎水処理の有無を判断することができる。

ここで、本件発明者は、中空針７の中空断面平均直径が４０〜７０μｍの場合には、中空内壁に親水処理層５を設けることで容易に気泡を排出することができ、一方、中空外壁に疎水処理層６を設けることにより針上への薬液２の濡れ上がりを防止し、皮膚内に薬液２を留める効果を備えることを見出し、本件発明にいたった。また、中空断面平均直径が５〜３０μｍの場合には、中空内壁に親水処理層５を設けることで容易に気泡を排出することができ、一方、中空外壁には、撥水処理を施さなくても薬液の濡れ上がりを防止することができることを見出し、本件発明にいたった。

すなわち、中空針７の針長さ寸法が５０μｍ〜１０００μｍ、中空断面平均直径が４０〜７０μｍを有したマイクロニードルにあっては、中空内壁表面の純水の接触角が０〜２０°、中空外壁表面の純水の接触角が８０〜１２０°であることが好ましい。一方、針長さ寸法が５０μｍ〜１０００μｍ、中空断面平均直径が４０〜７０μｍのマイクロニードルにあっては、中空内壁表面の純水の接触角が０〜２０°であることが好ましく、中空外壁表面の純水の接触角は８０°未満であってもかまわない。

このように、中空針状体１の中空針７の中空断面の平均直径の大きさを限定することで、穿刺後の薬液注入時に、無理な荷重を必要とせず、効率よく薬液を針先端から皮膚内に供給することが出来る。また、中空針７の中空内壁に親水処理層５を設けることで、内部で気泡が発生したとしても、注入効率を害することなく、容易に気泡を排出することが可能である。また、中空針の中空外壁に疎水処理層６または粗化処理を施すことで、針上への薬液の濡れ上がりを防止し、皮膚内に薬液を留める効果を有する。

次に、本発明の実施の形態に係るマイクロニードルに用いられる中空針状体１の具体例として実施例１〜４を作製して確認する。

[実施例１]
実施例１として、中空針７の内径を５０μｍとし、その中空内壁に親水化処理（処理後の純水接触角１０°）を施して親水処理層５を設け、気体が接している中空外壁に疎水化処理（処理後の純水接触角９０°）を施して疎水処理層６を設けて中空針状体1を作製した。

この実施例１において、その中空針状体１に対して基板３を支持体４を用いて接離可能に組付け、基板３を矢印８方向に速度０．５ｍｍ／Ｓで空気中に０.０８秒間押し出した際の、吐出された薬液２の形状を確認した。

ここで、薬液２は、図３に示すように針上を濡れ上がることなく、針先端で表面張力により液滴を形成する。この条件で液を押し出す際に必要な荷重値は、摩擦を考慮しない場合２５ｇ程度であるため、指先で容易に押し出すことができ、内部の気泡を容易に排出することができることが確認された。

[実施例２]
実施例２として、中空針７の内径を２０μｍとし、中空内壁に親水化処理（処理後の純水接触角１０°）を施して親水処理層５を設け、中空外壁に純水接触角が６０°の疎水処理層６を設けて中空針状体１を作製した。

この実施例２において、その中空針状体１に対して基板３を支持体４を用いて接離可能に組付け、基板３を矢印８方向に速度０．５ｍｍ／Ｓで空気中に０．０８秒間押し出した際の、吐出された薬液２の形状を確認した。

ここで、薬液２は、図４に示すように中空外壁に疎水化をおこなっていない場合、内径を２０μｍ程度に小さくすることで、針上に濡れ上がりなく吐出することが確認された。この時の必要な荷重値は、１．２ｋｇ程度であり、内部の気泡を容易に排出することができるものの、中空針７の内径を更に小さくしていくと必要な荷重値が指数関数的に上昇するため、内径を小さくするのには限界がある。

[実施例３]
実施例３として、中空針７の内径を５０μｍ、中空内壁に親水化処理（処理後の純水接触角１０°）を施して親水処理層５を設け、中空外壁に純水接触角が４０°の疎水処理層６を設けて中空針状体１を作製した。

この実施例３において、その中空針状体１に対して基板３を支持体４を用いて接離可能に組付け、基板３を矢印８方向に速度０．５ｍｍ／Ｓで空気中に０．０８秒間押し出した際の、吐出された薬液２の形状を確認した、この薬液２は、図５に示すように針上を薬液２が濡れ上がり、液を上手く吐出させることができていないことが確認された。

[実施例４]
実施例４として、中空針７の内径を１００μｍ、中空内壁に親水化処理（処理後の純水接触角１０°）を施して親水処理層５を設け、中空外壁の純水接触角が６０°の疎水処理層６を設けて中空針状体１を作製した。

この実施例４において、その中空針状体１に対して基板３を支持体４を用いて接離可能に組付け、基板３を矢印８方向に速度０．５ｍｍ／Ｓで空気中に０．２秒間押し出した際の、吐出された薬液２の形状を確認した。この薬液２は、図６に示すように中空外壁の疎水処理層６の純水接触角が同じ実施例２の結果に比べると、中空内壁を大きくしたことで濡れ上がり量が増えていることが確認された。

以上のように、実施例１、２によれば、中空針７の先端に液が集められるため、皮膚へ薬液２を効率よく供給することができる。これに対して、実施例３、４の場合には、中空外壁への薬液２の濡れ上がりにより皮膚へ薬液２の供給が若干低下されることが確認された。

本発明は、上記各実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより、種々の発明が抽出され得る。

例えば実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１ … 中空針状体
２ … 薬液
３ … 基板
４ … 支持体
５ … 親水処理層
６ … 疎水処理層
７ … 中空針
８ … 矢印

Claims

水系溶液を充填液として使用する５０μｍ〜１０００μｍの針長さ寸法を有した空洞状の複数の中空針が設けられた中空針状体を備えるマイクロニードルにおいて、
前記中空針は、中空断面平均直径が４０〜７０μｍであり、
前記中空針の中空内壁は、親水性処理層が設けられており純水の接触角が０〜２０°であり、かつ、
前記中空針の中空外壁は、疎水性処理層が設けられており純水の接触角が８０〜１２０°であり、かつ、
前記充填液の吐出は、指先でおこなわれる
ことを特徴とする。