JP7457732B2 - マイクロニードルアレイの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明はマイクロニードルアレイの製造方法に関する。
近年、痛みを伴わずにインシュリン(Insulin)及びワクチン(Vaccines)及びhGH(human Growth Hormone)などの薬剤を皮膚内に投与可能な新規剤型として、マイクロニードルアレイ(Micro-Needle Array)が知られている。自己溶解型のマイクロニードルアレイは、薬剤を含み、生分解性のあるマイクロニードル(微細針、又は微小針ともいう)をアレイ状に配列したものである。このマイクロニードルアレイを皮膚に貼付することにより、各マイクロニードルが皮膚に突き刺さり、これらマイクロニードルが皮膚内で吸収される。各マイクロニードル中に含まれた薬剤を皮膚内に投与することができる。マイクロニードルアレイは経皮吸収シートとも呼ばれる。
マイクロニードルアレイには、投与に際し、迅速簡便かつ安定に薬剤を投与できることが求められている。そのため、皮膚に穿刺した後に、マイクロニードルアレイの一部が皮膚内に残るようにするため、マイクロニードルアレイの一部に段差を設け、括れ形状等にすることが提案されている(特許文献1、2)。
特開2003-238347号公報 特許2018-079127号公報
しかしながら、特許文献1のX線リソグラフィー法では安定して括れ形状を有するマイクロニードルアレイを製造することは容易ではない。また、特許文献2の方法では、別工程で製造されたマイクロニードルを液状部材に挿入することで、やじり形状のマイクロニードルアレイを製造するため、工程が複雑となる。マイクロニードルアレイを効率的に製造することは容易ではない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、括れ形状を有する針形状突起を備えるマイクロニードルアレイを、効率よく安定的に製造できるマイクロニードルアレイの製造方法を提供することを目的とする。
第1形態のマイクロニードルアレイの製造方法は、第1切削工具で基材を切削することにより針形状突起を形成する第1切削工程と、第1切削工具と異なる第2切削工具で針形状突起の一部を切削することにより針形状突起に括れ形状を形成する第2切削工程と、第1切削工程、及び第2切削工程により基材から作製された原版から、原版の反転形状である針形状孔を有する樹脂モールドを成形するモールド形成工程と、樹脂モールドの針形状孔に薬剤液を充填し、次いで乾燥する第1アレイ作製工程と、第1アレイ作製工程の後に針形状孔に基材液を充填し、乾燥する第2アレイ作製工程と、樹脂モールドで作製されたマイクロニードルアレイを、樹脂モールドから剥離する剥離工程と、を含む。第1形態によれば、針形状突起を備えるマイクロニードルアレイを、効率よく安定的に製造できる。
第2形態のマイクロニードルアレイの製造方法において、括れ形状の最小径が80μm以上140μm以下である。第2形態によれば、好ましい括れ形状の最小径を限定する。
第3形態のマイクロニードルアレイの製造方法において、樹脂モールドが、シリコーンゴム製である。第3形態によれば、括れ形状の針形状突起のマイクロニードルアレイ、及び原版を樹脂モールドから剥離できる。
第4形態のマイクロニードルアレイの製造方法において、樹脂モールドが、液状射出成形法により成形される。第4形態によれば、好ましい樹脂モールドの形成方法を規定する。
第5形態のマイクロニードルアレイの製造方法において、括れ形状が、針形状突起の先端から300μm以上500μm以下の範囲に形成される。第5形態によれば、マイクロニードルアレイの針形状突起の先端から300μm以上500μm以下の範囲に括れ形状を形成できる。
第6形態のマイクロニードルアレイの製造方法において、第2切削工具が、30°以上の刃先角度を有する。第6形態によれば、マイクロニードルアレイの針形状突起に30°以上の括れ形状を形成できるので、針形状突起が折れやすくなる。
第7形態のマイクロニードルアレイの製造方法において、第1切削工具、及び第2切削工具は、自転させつつ公転させる。第7形態によれば、第1切削工具、及び第2切削工具の好ましい動作を規定する。
第8形態のマイクロニードルアレイの製造方法において、薬剤液に含まれる薬剤が、ペプチド、タンパク質、核酸、多糖類、ワクチン、医薬化合物、及び化粧品成分の群から選択される少なくとも1つである。第8形態によれば、好ましい薬剤の種類を規定する。
本発明のマイクロニードルアレイの製造方法によれば、括れ形状を有する針形状突起を備えるマイクロニードルアレイを、効率よく安定的に製造できる。
図1はマイクロニードルアレイの製造方法のフローチャートである。 図2は第1切削工程を説明するための図である。 図3は第1切削工程を説明するための図である。 図4は第1切削工程を説明するための図である。 図5は第2切削工程を説明するための図である。 図6は第2切削工程を説明するための図である。 図7は第2切削工程を説明するための図である。 図8は原版の針形状突起の顕微鏡写真である。 図9は、樹脂モールド作製工程を説明するための図である。 図10は、樹脂モールド作製工程を説明するための図である。 図11は、第1アレイ作製工程を説明するための図である。 図12は、第2アレイ作製工程を説明するための図である。 図13は、剥離工程を説明するための図である。 図14はマイクロニードルアレイの針形状突起の顕微鏡写真である。
以下、添付図面にしたがって本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明は以下の好ましい実施形態により説明される。本発明の範囲を逸脱すること無く、多くの手法により変更を行うことができ、本実施形態以外の他の実施形態を利用することができる。したがって、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。
ここで、図中、同一の記号で示される部分は、同様の機能を有する同様の要素である。また、本明細書中で、数値範囲を“ ~ ”を用いて表す場合は、“ ~ ”で示される上限、下限の数値も数値範囲に含むものとする。
<マイクロニードルアレイの製造方法>
図1は、マイクロニードルアレイの製造方法のフローチャートである。図1に示されるように、マイクロニードルアレイの製造方法は、第1切削工程(ステップS1)、第2切削工程(ステップS2)、モールド形成工程(ステップS3)、第1アレイ作製工程(ステップS4)、第2アレイ作製工程(ステップS5)及び剥離工程(ステップS6)を備える。
次に各工程について説明する。
(第1切削工程)
第1切削工程では、第1切削工具で基材を切削することにより針形状突起を形成する(ステップS1)。
後述する原版を作製するため、図2に示されるように、基材10及び第1切削工具20が準備される。基材10は、切削される平坦面10Aを有する。基材10の素材として、金属、超硬合金、又はセラミックが好適に適用できる。金属として、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼、Niメッキ、Cuメッキ、真鍮、及びチタン等が好適に適用できる。但し、基材10の素材は、上記の素材に限定されない。基材10は略直方体の形状を有している。
第1切削工具20は、第1刃22と、第1刃22を保持するシャンク24とを備える。第1切削工具20は、スピンドル(不図示)に取り付けられ、工具軸線A1を中心に自転できる。
第1刃22の素材として、超硬金属、単結晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド、CBN(Cubic boron nitride:立方晶窒化ホウ素)、又はPCD(Poly crystalline diamond:焼結ダイヤモンド)が好適に適用できる。
第1切削工具20は、例えば、先端にも刃を有するボールエンドミルを適用できる。ボールエンドミルは、先端に球状の刃を有している。第1切削工具20は、駆動装置に取り付けられ、X方向、Y方向及びZ方向に移動自在に構成されている。
第1切削工具20と基材10とが位置合わせされる。位置合わせでは、第1切削工具20が、基材10に形成予定の針形状突起14(不図示)の位置を考慮して位置調整される。
図3に示されるように、第1切削工具20はZ方向に移動する。第1切削工具20はZ方向の位置を固定した状態で、自転しながらXY方向に移動し、基材10を切削する。
第1切削工具20がXY方向の切削を終えると、第1切削工具20はZ方向に少し移動する。第1切削工具20はZ方向の位置を固定した状態で、自転しながらXY方向に移動し、基材10を切削する。
第1切削工具20はZ方向の移動と位置固定、XY方向への移動を繰り返し、Z方向に逐次基材10の加工を進める。
図4に示されるように、第1切削工具20は、針形状突起14の形成を終えると、基材10から離間する方向に移動する。
第1切削工具20により、必要本数の針形状突起14が形成される。針形状突起14は、後述するマイクロニードルアレイ100に形成される針形状突起114の外形(括れ形状117を除く)とほぼ同一の形状を有している。針形状突起14の高さは、特に限定されないが、800μm以上3000μm以下であり、より好ましくは1000μm以上2000μm以下である。
(第2切削工程)
第2切削工程では、第1切削工具と異なる第2切削工具で針形状突起の一部を切削することにより針形状突起に括れ形状を形成する(ステップS2)。
図5に示されるように、第1切削工具20と異なる第2切削工具30が準備される。第2切削工具30は、第2刃32と、第2刃32を保持する支持部材34とを備える。第2切削工具30は、スピンドル(不図示)に取り付けられ、工具軸線A2を中心に自転できる。
第2刃32の素材として、超硬金属、単結晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド、CBN(Cubic boron nitride:立方晶窒化ホウ素)、又はPCD(Poly crystalline diamond:焼結ダイヤモンド)が好適に適用できる。
第2刃32の外縁32Aは、後述するマイクロニードルアレイ100に形成される括れ形状117の外形に倣う形状を有している。第2刃32の刃先角度θは30°以上であることが好ましく、60°以上がさらに好ましい。また刃先角度θは150°以下であることが好ましく、120°以下であることが更に好ましい。なお、実施形態では、刃先角度θは90°である。第2刃32の外縁32Aの角部が、針形状突起14の先端から300μm以上500μm以下の距離L1に設定される。第2切削工具30が針形状突起14に向けて移動される。
図6に示されるように、第2切削工具30は、工具軸線A2を中心に自転しながら針形状突起14に接触し、所定の距離を公転半径として、軸線NAを中心に公転する。第2切削工具30で針形状突起14の一部を切削することにより針形状突起14に括れ形状17が形成される。
図7に示されるように、第2切削工具30は、括れ形状17の形成を終えると、針形状突起14から離間する方向に移動する。第2切削工具30は、更に基材10から離れる方向に移動する。第2切削工具30は、全ての針形状突起14に括れ形状17を形成するまで、針形状突起14を切削する。括れ形状17の最小径φは80μm以上140μm以下であることが好ましい。この括れ形状17が、後述のマイクロニードルアレイ100の括れ形状117として形成される。
括れ形状17が300μm以上500μm以下の範囲に形成されると、マイクロニードルアレイ100の針形状突起114の同じ位置に括れ形状117が形成される(図13参照)。マイクロニードルアレイ100を皮膚に穿刺した際の、深さに対応する位置である。この位置で針形状突起114を折ることにより、薬剤を安定して投与することが可能となる。
図8は、第2切削工程を終えた針形状突起の顕微鏡写真である。顕微鏡写真によれば、第2切削工具により、括れ形状が針形状突起に形成されていることが確認できる。
(モールド形成工程)
モールド形成工程では、第1切削工程(ステップS1)、及び第2切削工程(ステップS2)により基材から作製された原版から、原版の反転形状である針形状孔を有する樹脂モールドを成形する(ステップS3)。
図9に示されるように、原版1が、基材10から第1切削工程(ステップS1)、及び第2切削工程(ステップS2)により作製される。原版1は、基部12と、基部12の平坦面12Aの上に形成された複数の針形状突起14を備える。針形状突起14は、錐台部15、ニードル部16、及び括れ形状17を備えている。複数の針形状突起14は、予め決められた位置に配列される。針形状突起14は、後述するように、製造しようとするマイクロニードルアレイ100の針形状突起114の大きさ、形状、及び配列において一致するように形成される。針形状突起14は錐台部15を備えてなくてもよい。
図10に示されるように、原版1から複数の針形状孔42を有する樹脂モールド40が作製される。樹脂モールド40は、シリコーンゴム製であることが好ましい。シリコーンゴム製の樹脂モールド40は、液状射出成形法により製造される。液状射出成形法では、射出成形機に原版1をセットし、液状のシリコーンゴムを射出し、液状のシリコーンゴムを硬化させることで、樹脂モールド40が成形される、シリコーンゴムの材料として、医療グレードのシリコーン材料(例えば、ダウ・コーニング社製MDX4-4210)が適用できる。
硬化後、樹脂モールド40が原版1から離型される。針形状突起14は、括れ形状17を有しているが、樹脂モールド40が変形するで、樹脂モールド40を原版1から離型できる。
針形状孔42は、針形状突起14の反転形状で形成される。針形状孔42には、括れ形状17に対応する突起形状44が形成される。突起形状44は、針形状孔42の開口42Aから先端までの間で、針形状孔42の孔径を狭める。
(第1アレイ作製工程)
第1アレイ作製工程では、樹脂モールドの針形状孔に薬剤液を充填し、次いで乾燥する(ステップS4)。
第1アレイ作製工程は、無菌室、例えば、アイソレーターで実施される。図11(A)に示されるように、薬剤を含む薬剤液50が、不図示の薬剤液吐出ヘッドのノズルから樹脂モールド40の針形状孔42毎に液滴の形態で吐出される。薬剤液50が、針形状孔42の開口42Aを閉塞する。
薬剤液吐出ヘッドは、例えばソレノイド型インクジェットヘッド、又はピエゾ型インクジェットヘッド等のインクジェットヘッドを用いることができる。ノズルから吐出する1つの薬剤液50の液滴量は、1nL以上150nL以下程度である。
薬剤は、ペプチド、タンパク質、核酸、多糖類、ワクチン、医薬化合物、及び化粧品成分の群から選択される少なくとも1つである。薬剤液50として、水溶性高分子が好ましく、例えば、多糖類(例えば、ヒアルロン酸、ヒアルロン酸ナトリウム、プルラン、デキストラン、デキストリン、コンドロイチン硫酸ナトリウム、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルスターチ、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、アラビアゴム等)、タンパク質(例えば、ゼラチンなど)を挙げることができる。ただし、薬剤液50は、これらに限定されない。
次に、樹脂モールド40の針形状孔42の開口42Aの反対面から、不図示の吸引ポンプを駆動し、開口42Aに着弾した薬剤液50を針形状孔42の突起形状44より先端部に移動させる。薬剤液50を先端部に移動させることにより、薬剤液50が針形状孔42に充填される。薬剤液50を先端部に移動させることができれば、吸引は必須ではない。
図11(B)に示されるように、針形状孔42の先端部に充填された薬剤液50が乾燥され、薬剤を含む第1層52が形成される。乾燥は、例えば、針形状孔42に充填された薬剤液50に風を吹き付けることにより乾燥させる。また、乾燥は、温度及び湿度の調整が可能な乾燥庫で行うことが好ましい。また、乾燥庫内を減圧にすることで、薬剤液50の乾燥速度を速めることもできる。
薬剤液50を針形状孔42に充填する方法としては、スリットノズルの先端部を樹脂モールド40に接触させながら、薬剤液50を供給することにより充填してもよい。また、樹脂モールド40の上に薬剤液50をディスペンサ等で供給し、ブレードを樹脂モールド40に接触させることで、針形状孔42に薬剤液50を充填してもよい。
(第2アレイ作製工程)
第2アレイ作製工程は、第1アレイ作製工程(ステップS4)の後に針形状孔に基材液を充填し、乾燥する(ステップS5)。
第2アレイ作製工程は、無菌室、例えば、アイソレーターで実施される。図12(A)に示されるように、薬剤を含まない基材液54が、不図示の点着ヘッドのノズルから点着して充填される。点着は、点着ヘッドのノズルに一定量の基材液54を流出させた状態で保持し、保持した基材液54を樹脂モールド40の土手部に囲まれた平坦面に接触させることで行われる。
基材液54は、水溶性高分子が好ましく、例えば、多糖類(例えば、ヒアルロン酸、ヒアルロン酸ナトリウム、プルラン、デキストラン、デキストリン、コンドロイチン硫酸ナトリウム、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルスターチ、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、アラビアゴム等)、タンパク質(例えば、ゼラチンなど)を挙げることができる。薬剤液50と基材液54とは、同じであっても、異なっていてもよい。ただし、基材液54は、これらに限定されない。
次に、第1アレイ作製工程と同様に、不図示の吸引ポンプを駆動し、樹脂モールド40の平坦部に点着された基材液54を針形状孔42に移動させる。基材液54を移動させることにより、基材液54が針形状孔42に充填される。基材液54を移動させることができれば、吸引は必須ではない。
図12(B)に示されるように、針形状孔42に充填された基材液54が乾燥され、薬剤を含まない第2層56が形成される。乾燥は、例えば、針形状孔42に充填された基材液54に風を吹き付けることにより乾燥させる。また、乾燥は、温度及び湿度の調整が可能な乾燥庫で行うことが好ましい。また、乾燥庫内を減圧にすることで、基材液54の乾燥速度を速めることもできる。
なお、基材液54の充填は、点着ヘッドによる点着に限定されず、ディスペンサによる滴下でもよい。
第1アレイ作製工程、及び第2アレイ作製工程により、樹脂モールド40によりマイクロニードルアレイ100が作製される。マイクロニードルアレイ100は、複数の針形状突起114とシート110とから構成される。針形状突起114は錐台部115、ニードル部116、及び括れ形状117とから構成される。
(剥離工程)
剥離工程では、樹脂モールドにより作製されたマイクロニードルアレイを、樹脂モールドから剥離する(ステップS6)。
図13に示されるように、マイクロニードルアレイ100が、樹脂モールド40から剥離される。剥離の方法は、特に限定されない。
剥離の方法は、例えば、マイクロニードルアレイ100の裏面(針形状突起114が形成されていない面)に粘着層を有する基材を付着させ、端部からその基材をめくるように剥離できる。また、上述の基材に吸盤を設置し、エアーで吸引しながらマイクロニードルアレイ100を樹脂モールド40に対して垂直に引き上げる方法を適用することができる。剥離の方法は、特に限定されない。
樹脂モールド40の針形状孔42には、突起形状44が形成されているが、樹脂モールド40、及びマイクロニードルアレイ100の機械的特性から、マイクロニードルアレイ100を樹脂モールド40から破壊することなく剥離できる。シート110と、錐台部115、ニードル部116、及び括れ形状117とから構成される針形状突起114と、を備えるマイクロニードルアレイ100が製造できる。括れ形状117は、第2切削工具30の刃先角度θと基本的に同じ角度θ1で形成される。
図14は、マイクロニードルアレイの針形状突起の顕微鏡写真である。顕微鏡写真によれば、括れ形状がマイクロニードルアレイの針形状突起に形成されていることが確認できる。
(穿刺性)
製造されたマイクロニードルアレイの穿刺性を確認するため、本発明のマイクロニードルアレイの製造方法により、括れ形状の最小径が異なる複数種類のマイクロニードルアレイを作製した。括れ形状の最小径が(1)80μm、(2)90μm、(3)100μm、(4)110μm、(5)120μm、(6)130μm、(7)140μm、(8)150μm、(9)160μmである、9種類のマイクロニードルアレイを作製した。9種類のマイクロニードルアレイは基材液のみで作製した。
9種類のマイクロニードルアレイを摘出ブタ皮膚に穿刺し、10秒間、皮膚に平行方向に手で揉んだ。全てのマイクロニードルアレイで、針形状突起が括れ形状で折れ、括れ形状から先端部分が、摘出ブタ皮膚残留することを確認できた。
1 原版
10 基材
10A 平坦面
12 基部
12A 平坦面
14 針形状突起
15 錐台部
16 ニードル部
17 括れ形状
20 第1切削工具
22 第1刃
24 シャンク
30 第2切削工具
32 第2刃
32A 外縁
34 支持部材
40 樹脂モールド
42 針形状孔
42A 開口
44 突起形状
50 薬剤液
52 第1層
54 基材液
56 第2層
100 マイクロニードルアレイ
110 シート
114 針形状突起
115 錐台部
116 ニードル部
117 括れ形状
A1 工具軸線
A2 工具軸線
NA 軸線

Claims (9)

  1. 第1切削工具で基材を切削することにより基部と針形状突起とを一体的に形成する第1切削工程と、
    前記第1切削工具と異なる第2切削工具で前記針形状突起の一部を切削することにより前記針形状突起に括れ形状を形成する第2切削工程と、
    前記第1切削工程、及び前記第2切削工程により前記基材から作製された原版から、前記原版の反転形状である針形状孔を有する樹脂モールドを成形するモールド形成工程と、
    前記樹脂モールドの前記針形状孔に薬剤液を充填し、次いで乾燥する第1アレイ作製工程と、
    前記第1アレイ作製工程の後に前記針形状孔に基材液を充填し、乾燥する第2アレイ作製工程と、
    前記樹脂モールドで作製されたマイクロニードルアレイを、前記樹脂モールドから剥離する剥離工程と、
    を含むマイクロニードルアレイの製造方法であって、
    前記第2切削工具は、前記針形状突起の側に突出する外縁を有する刃を備え、前記外縁により構成される刃先の角度が30°以上である、マイクロニードルアレイの製造方法
  2. 第1切削工具で基材を切削することにより基部と針形状突起とを一体的に形成する第1切削工程と、
    前記第1切削工具と異なる第2切削工具で前記針形状突起の一部を切削することにより前記針形状突起に括れ形状を形成する第2切削工程と、
    前記第1切削工程、及び前記第2切削工程により前記基材から作製された原版から、前記原版の反転形状である突起形状を持つ針形状孔を有する樹脂モールドを成形するモールド形成工程と、
    前記樹脂モールドの前記針形状孔に薬剤液を充填し、前記薬剤液を前記突起形状より先端側に移動し、次いで乾燥する第1アレイ作製工程と、
    前記第1アレイ作製工程の後に前記針形状孔に基材液を充填し、乾燥する第2アレイ作製工程と、
    前記樹脂モールドで作製されたマイクロニードルアレイを、前記樹脂モールドから剥離する剥離工程と、
    を含むマイクロニードルアレイの製造方法。
  3. 第1切削工具で基材を切削することにより針形状突起を形成する第1切削工程と、
    前記第1切削工具と異なり、前記針形状突起の側に突出する外縁を有する刃を備え、前記外縁により構成される刃先の角度が30°以上である第2切削工具で、前記針形状突起の一部を切削することにより前記針形状突起に括れ形状を形成する第2切削工程と、
    前記第1切削工程、及び前記第2切削工程により前記基材から作製された原版から、前記原版の反転形状である針形状孔を有する樹脂モールドを成形するモールド形成工程と、
    前記樹脂モールドの前記針形状孔に薬剤液を充填し、次いで乾燥する第1アレイ作製工程と、
    前記第1アレイ作製工程の後に前記針形状孔に基材液を充填し、乾燥する第2アレイ作製工程と、
    前記樹脂モールドで作製されたマイクロニードルアレイを、前記樹脂モールドから剥離する剥離工程と、
    を含むマイクロニードルアレイの製造方法。
  4. 前記括れ形状の最小径が80μm以上140μmである、請求項1から3のいずれか一項に記載のマイクロニードルアレイの製造方法。
  5. 前記樹脂モールドが、シリコーンゴム製である、請求項1から4のいずれか一項に記載のマイクロニードルアレイの製造方法。
  6. 前記樹脂モールドが、液状射出成形法により成形される請求項5に記載のマイクロニードルアレイの製造方法。
  7. 前記括れ形状が、前記針形状突起の先端から300μm以上500μm以下の範囲に形成される、請求項1から6のいずれか一項に記載のマイクロニードルアレイの製造方法。
  8. 前記第1切削工具、及び前記第2切削工具は、自転させつつ公転させる、請求項1から7のいずれか一項に記載のマイクロニードルアレイの製造方法。
  9. 前記薬剤液に含まれる薬剤が、ペプチド、タンパク質、核酸、多糖類、ワクチン、医薬化合物、及び化粧品成分の群から選択される少なくとも1つである請求項1から8のいずれか一項に記載のマイクロニードルアレイの製造方法。
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