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特開2017-202302樹脂製マイクロニードルとその形成方法および３次元パターンの形成方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2017-202302(P2017-202302A)
(43)【公開日】2017年11月16日
(54)【発明の名称】樹脂製マイクロニードルとその形成方法および３次元パターンの形成方法
(51)【国際特許分類】
A61M 37/00 20060101AFI20171020BHJP
B29C 35/08 20060101ALI20171020BHJP
B29C 33/40 20060101ALI20171020BHJP
【ＦＩ】
A61M37/00 505
B29C35/08
B29C33/40
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】17
(21)【出願番号】特願2017-46613(P2017-46613)
(22)【出願日】2017年3月10日
(31)【優先権主張番号】特願2016-94142(P2016-94142)
(32)【優先日】2016年5月9日
(33)【優先権主張国】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000125347
【氏名又は名称】学校法人近畿大学
(74)【代理人】
【識別番号】100118924
【弁理士】
【氏名又は名称】廣幸 正樹
(72)【発明者】
【氏名】加藤 暢宏
【テーマコード（参考）】
4C167
4F202
4F203
【Ｆターム（参考）】
4C167AA71
4C167BB04
4C167BB48
4C167CC01
4C167HH01
4F202AA44
4F202AG28
4F202AH81
4F202AJ05
4F202AK03
4F202AR12
4F202CA01
4F202CB01
4F202CD12
4F202CM26
4F202CM30
4F203AA44
4F203AG28
4F203AH81
4F203AK03
4F203AR12
4F203DA12
4F203DB01
4F203DC08
4F203DL19
4F203DM12
(57)【要約】 （修正有）
【課題】根元に補強構造を有するマイクロニードルを得るには、フォトリソグラフィを用いて凹み型を作製し、その転写型を電鋳することでしか得ることができなかった。【解決手段】透明基板１２上にネガ型フォトレジスト１０を塗布する工程と、前記透明基板１２の前記ネガ型フォトレジスト１０を塗布した面の裏面に移動可能にマスク１６を配置する工程と、前記マスク１６に対して前記透明基板１２とは反対側から第１の波長の紫外線を照射しながら前記マスク１６と前記透明基板１２を相対的に移動させる工程と、前記マスク１６に対して前記透明基板１２とは反対側から第２の波長の紫外線を照射しながら前記第１の波長が照射された領域に少なくとも一部が重なるように前記マスク１６と前記透明基板１２を相対的に移動させる工程を有することを特徴とする樹脂製マイクロニードルの形成方法。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
透明基板上にネガ型フォトレジストを塗布する工程と、
前記透明基板の前記ネガ型フォトレジストを塗布した面の裏面に移動可能にマスクを配置する工程と、
前記マスクに対して前記透明基板とは反対側から第１の波長の紫外線を照射しながら前記マスクと前記透明基板を相対的に移動させる工程と、
前記マスクに対して前記透明基板とは反対側から第２の波長の紫外線を照射しながら前記第１の波長が照射された領域に少なくとも一部が重なるように前記マスクと前記透明基板を相対的に移動させる工程を有することを特徴とする樹脂製マイクロニードルの形成方法。
前記透明基板の前記ネガ型フォトレジストを塗布した面の裏面に移動可能にマスクを配置する工程と、
前記マスクに対して前記透明基板とは反対側から第１の波長の紫外線を照射しながら前記マスクと前記透明基板を相対的に移動させる工程と、
前記マスクに対して前記透明基板とは反対側から第２の波長の紫外線を照射しながら前記第１の波長が照射された領域に少なくとも一部が重なるように前記マスクと前記透明基板を相対的に移動させる工程を有することを特徴とする樹脂製マイクロニードルの形成方法。
【請求項2】
前記第１の波長の紫外線を照射しながら前記マスクと前記透明基板を相対的に移動させる工程は、直線移動を含むことを特徴とする請求項１に記載された樹脂製マイクロニードルの形成方法。
【請求項3】
根元に補強構造を有する樹脂製マイクロニードル。
【請求項4】
複数の樹脂製マイクロニードルが互いに樹脂で連結されたことを特徴とする樹脂製マイクロニードルアレイ。
【請求項5】
請求項３の樹脂製マイクロニードル若しくは請求項４の樹脂製マイクロニードルアレイを雄型として雌型を作製する工程と、
前記雌型に薬効成分を有する材料を流し込む工程と、
前記雌型から前記材料を基材に転写する工程を含む樹脂製マイクロニードルの形成方法。
前記雌型に薬効成分を有する材料を流し込む工程と、
前記雌型から前記材料を基材に転写する工程を含む樹脂製マイクロニードルの形成方法。
【請求項6】
透明基板上にネガ型フォトレジストを塗布する工程と、
前記透明基板の前記ネガ型フォトレジストを塗布した面の裏面に移動可能にマスクを配置する工程と、
前記マスクに対して前記透明基板とは反対側から第１の波長の紫外線を照射しながら前記マスクと前記透明基板を相対的に移動させる工程と、
前記マスクに対して前記透明基板とは反対側から第２の波長の紫外線を照射しながら前記第１の波長が照射された領域に少なくとも一部が重なるように前記マスクと前記透明基板を相対的に移動させる工程を有することを特徴とする３次元パターンの形成方法。
前記透明基板の前記ネガ型フォトレジストを塗布した面の裏面に移動可能にマスクを配置する工程と、
前記マスクに対して前記透明基板とは反対側から第１の波長の紫外線を照射しながら前記マスクと前記透明基板を相対的に移動させる工程と、
前記マスクに対して前記透明基板とは反対側から第２の波長の紫外線を照射しながら前記第１の波長が照射された領域に少なくとも一部が重なるように前記マスクと前記透明基板を相対的に移動させる工程を有することを特徴とする３次元パターンの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は補強構造を有するマイクロニードルとその形成方法に関するものであり、さらには、３次元パターンの形成方法にまで拡張することができる発明に関する。
【背景技術】
【0002】
主として薬効を有する機能性物質を含む素材で、高さ１００〜１０００マイクロメートル、アスペクト比（高さ／底面の直径）が３〜９の円錐状の針で構成されるマイクロニードルが知られている（特許文献１）。なお、特許文献１では、「マイクロパイル」と呼んでいるが、本明細書では以下マイクロニードルと呼ぶ。通常マイクロニードルは、複数個を高密度に配置して用いられる。これは、マイクロニードルアレイと呼ばれている。
【0003】
特許文献１で開示されているのは、Ｘ線感光樹脂にシンクロトロン放射Ｘ線を照射してマイクロニードルパターンを形成し、そのマイクロニードルパターンの反転形状を電鋳加工して、鋳型を作成し、その鋳型に機能性物質素材を射出成形する製造方法である。このマイクロニードルパターンの製造方法は、たとえば、特許文献２や３によるものである。以後、電磁波を照射し、現像して直接得られるものをマイクロニードルパターンと呼ぶ。
【0004】
これを図１２を参照して、より具体的に説明する。図１２（ａ）を参照して、ステージ１０８上に載置された基板１００上にＸ線感光樹脂１０２を形成したものの上方にマスク１０４とシンクロトロン放射Ｘ線装置１０６が配置される。なお、図１２（ａ）ではＸ線感光樹脂１０２が基板１００より厚いが、単に説明のためである。Ｘ線感光樹脂１０２は、Ｘ線に感光すると除去可能（現像すると溶解する）になる材料である。マスク１０４はＸ線が通過できる部分の形状が円形であるとし、その直径をφとする。
【0005】
Ｘ線を照射しながら、マスク１０４を回転させる。図１２（ｂ）はこれをシンクロトロン放射Ｘ線装置１０６側から見た平面図である。Ｘ線感光樹脂１０２（実際はマスク１０４で隠れて見えない）の上で、マスク１０４を回転中心Ｏを中心にして、半径φ／２よりわずかに小さい半径で回転させる。図１２（ｂ）では、Ｘ線が照射される領域１０６ａは直径φの円１０４ａである。
【0006】
しかし、Ｘ線感光樹脂１０２の深さ方向では、Ｘ線から受けるエネルギーに傾斜ができ、円錐状の感光部分１０２ａが形成される（図１２（ａ）参照）。この部分はＸ線感光樹脂１０２から除去可能になる。つまり、Ｘ線照射および現像して直接得られるマイクロニードルパターンとは、円錐状の凹みを持ったＸ線感光樹脂１０２である。
【0007】
このマイクロニードルパターンの反転形状を作製し、それを電鋳することで、マイクロニードル用鋳型を得ている。反転形状については、明示的な開示はされていないが、樹脂製（シリコーン製）であると考えられる。
【0008】
特許文献１で開示されている製造方法は、線源としてシンクロトロン放射Ｘ線を用いるので、装置が大規模になり、コストが高くなる。そこで、紫外線リソグラフィを用いた形成方法も考えられている（特許文献４）。
【0009】
ここでは、紫外線用レジストを塗布した基板の上方にマスクを移動可能に配置し、マスクの上方から複数波長の紫外線を同時に照射し、マスクを移動させながら紫外線用レジストを感光する製造方法が開示されている。ここで、複数の波長を持った紫外線を用いるのは、マスクの境界部分では、回折が生じるので、単一波長の紫外線では光強度分布にムラができるという課題を解決するためである。
【0010】
このような方法で作製されるマイクロニードルは、サブミリオーダーの形状でありながら、シャープな形状に成形することができる。しかし、用いられる機能性物質自体は、それほど機械的な強度を有しているわけではない。したがって、マイクロニードルを形成した後、壊れやすいといった課題があった。
【0011】
そこで、マイクロニードルが作製後に壊れないように、マイクロニードルアレイの周囲に補強材が配置された発明も開示されている（特許文献５）。また、特許文献１に開示されたマイクロニードルは、マイクロニードル自体に補強構造を持たせた形態が開示されている。例えば、特許文献１の図３や図８に示されたように、根元に段差部３が設けられた形状である。図１３にこれを示す。
【0012】
図１３を参照して、特許文献１の方法を用いることで、マイクロニードル１１０は、母材１１２上にまず補強構造１１４が形成され、その上に本体１１６が形成された形状となっている。
【0013】
このような形状を製造するには、図１２で示した方法は好適に利用できる。照射する電磁波（Ｘ線）の樹脂への浸透深さはエネルギーで決まる。マイクロニードルパターンの形状を上方から形成しようとすると、照射源から離れるほど感光領域が広がるような照射パターンを形成しなければならない。したがって、照射エネルギーを細かく変化させる等の制御が必要となる。
【0014】
一方、マイクロニードルパターンが、凹み型であれば、深さ方向に徐々に感光領域が細くなるような照射パターンでよい。このような感光領域は、図１２のように、マスク１０４を移動させながら電磁波を照射することで形成することができる。また、照射する電磁波のエネルギーを変えることで根元が太いマイクロニードルパターンを得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0015】
【特許文献1】特開２００３−２３８３４７号公報
【特許文献2】特開２００２−１５１３９５号公報
【特許文献3】特開２０００−０３５５００号公報
【特許文献4】特開２００６−３１７８７０号公報
【特許文献5】特開２０１３−０６６７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0016】
マイクロニードル自体の強化のために、根元に補強構造１１４（特許文献１の段差部３）を設けることは有用である。しかし、特許文献１に開示された方法は、Ｘ線感光樹脂にシンクロトロン放射Ｘ線を照射して直接形成できる（マイクロニードルパターン）のは、マイクロニードルの凹み形状である。したがって、マイクロニードル用鋳型を得るためには、マイクロニードルパターンの反転形状を作製するという工程が必要となる。さらに、この方法でなければ、根元に補強構造を有するマイクロニードルを得るのは困難である。
【0017】
また、すでに述べたようにシンクロトロン放射Ｘ線装置は高価であり、コストが高くなる。また、廉価に作製できる紫外線樹脂を用いた方法を用いても、Ｘ線が紫外線に変わり、Ｘ線感光樹脂が紫外線感光樹脂に変わっただけで、事情は同じである。
【0018】
本発明は、このような課題に鑑みて想到されたものであり、廉価で従来技術よりも簡単な工程で補強構造を有する凸型のマイクロニードルパターンを得る方法を提供するものである。より一般的には、基板に近い部分にそれより上の部分より太い形状を有する３次元形状を反転形状を作ることなく、形成する方法である。
【課題を解決するための手段】
【0019】
本発明は、複数の波長の紫外線を切り替えて用い、レジストを塗布した透明基板の裏側からマスクを介して紫外線を照射するマイクロニードルパターンの形成方法である。なお、以下本発明に係るマイクロニードルパターンを樹脂製マイクロニードルと呼ぶ。樹脂製マイクロニードルはネガ型フォトレジストに紫外線を照射して直接成形することができる。
【0020】
より具体的に本発明に係る樹脂製マイクロニードルの形成方法は、透明基板上にネガ型フォトレジストを塗布する工程と、
前記透明基板の前記ネガ型フォトレジストを塗布した面の裏面に移動可能にマスクを配置する工程と、
前記マスクに対して前記透明基板とは反対側から第１の波長の紫外線を照射しながら前記マスクと前記透明基板を相対的に移動させる工程と、
前記マスクに対して前記透明基板とは反対側から第２の波長の紫外線を照射しながら前記第１の波長が照射された領域に少なくとも一部が重なるように前記マスクと前記透明基板を相対的に移動させる工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0021】
本発明に係る樹脂製マイクロニードルは、フォトレジストを塗布した透明基板の裏側から紫外線を照射するので、従来例で言うところのマイクロニードルパターンの反転形状を直接形成することができ、マイクロニードル用鋳型を作製する場合に、従来の製造方法より工程数を減らすことができる。
【0022】
また、波長の異なる第１および第２の紫外線を照射領域の重複部分を作りながら照射するので、根元が太い補強構造を有する樹脂製マイクロニードルも直接作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明に係る樹脂製マイクロニードルを作製するための装置の構成を示す図である。
【図2】第１の波長の紫外線を照射しながらマスクを移動させる軌跡とそれによって形成される感光領域を説明する図である。
【図3】第２の波長の紫外線を照射しながらマスクを移動させる軌跡とそれによって形成される感光領域を説明する図である。
【図4】実際に作製した樹脂製マイクロニードルの写真である。
【図5】樹脂製マイクロニードルを作製するための装置の他の構成を示す図である。
【図6】３波長を用いた際の樹脂製マイクロニードルの構成例を示す図である。
【図7】フォトレジストに対して各波長の透過深さを調べたグラフである。
【図8】３波長を使って作製した樹脂製マイクロニードルの写真である。
【図9】樹脂製マイクロニードルアレイの構成を表す図である。
【図10】実際に作製された樹脂製マイクロニードルアレイの写真である。
【図11】マイクロウェルの型と、形成されたマイクロウェルの図（ワイヤーフレーム）である。
【図12】従来のマイクロニードルの製造方法を説明する図である。
【図13】従来のマイクロニードルの製造方法によって作製可能とされた補強構造を有するマイクロニードルの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下に本発明に係る樹脂製マイクロニードルおよびその形成方法について図面を示し説明を行う。なお、以下の説明は、本発明の一実施形態および一実施例を例示するものであり、本発明が以下の説明に限定されるものではない。以下の説明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変することができる。
【0025】
（実施の形態１）図１に本発明に係る樹脂製マイクロニードル４４（図３（ｂ）参照）を形成する形成装置１の構成を示す。樹脂製マイクロニードル４４を形成するには、フォトレジスト１０を塗布した透明基板１２を保持する基板保持部１４と、マスク１６と、マスク保持部１８と紫外線照射装置２０と、少なくともマスク保持部１８を制御する制御部２２で構成される。
【0026】
透明基板１２は、使用する紫外線が透過すれば、特に材質は限定されない。ガラスや硬質樹脂などはもちろん、可撓性を有する樹脂材などであってもよい。厚さは強度の制限が許す限り薄い方がよい。本発明の樹脂製マイクロニードル４４の形成方法においては、紫外線は透明基板１２を通過してからフォトレジスト１０を感光させる。したがって、透明基板１２が厚いと紫外線の浸透深さが浅くなるからである。つまり、透明基板１２が厚くなると、高さの高い樹脂製マイクロニードルを形成しにくくなる。
【0027】
また、透明基板１２が厚くなると、以下の弊害も生じる。まず、紫外線が基板による吸収の影響を受けレジストに到達する紫外線の光量が減衰し、露光時間を長くする必要が生じる。また、紫外線の波長が３６５ｎｍより短い場合は吸収の影響が顕著で最悪の場合紫外線が全て基板で吸収され、レジストが露光されない。さらに、フォトマスクと基板の間の光路長が大きくなるので回折によりマスクパターンがぼけてしまい、想定通りの露光ができなくなる。したがって、透明基板１２はできるだけ薄い方がよい。
【0028】
フォトレジスト１０は、紫外線で感光することで、溶解度が低下するネガ型のフォトレジストが望ましい。本発明に係る樹脂製マイクロニードル４４の形成方法では、感光した部分が残るタイプのものでなければならないからである。また、ポジ型の厚膜レジストを透明基板１２の裏面から感光すると、感光部分がフォトレジスト１０の表面まで到達しなくなり、樹脂製マイクロニードル４４を形成できない。
【0029】
基板保持部１４は、透明基板１２の裏面側に紫外線照射装置２０が配置された状態で、フォトレジスト１０が塗布された透明基板１２を固定できればよい。
【0030】
紫外線照射源は、少なくとも２波長以上の紫外線が選択的に照射できる紫外線照射装置２０である。例えば波長が３６５ｎｍと３１０ｎｍの紫外線は好適に利用することができる。照射する紫外線はできるだけ平行光線になっているほうが望ましい。点光源からの照射光は、フォトレジスト１０に斜めに入射する光も存在し、望んだ形状が作りにくくなるからである。したがって、紫外線照射装置２０には、アフォーカルな光学系が用意されていてもよい。また、紫外線照射装置２０にはシャッター（図示は省略）が設けられていてもよい。
【0031】
マスク１６は、紫外線を通過できる透過部１６ａと、紫外線を遮断する遮光部１６ｂで構成される。材質は特に限定されるものではない。一定の強度があり平面を維持できるものであればよい。透過性の基板の上にフォトリソグラフィなどで形成した薄膜であってもよい。
【0032】
マスク保持部１８は、マスク１６を移動可能に保持することができる。ここで移動可能とは、平面内をＸ方向とＹ方向に自由にマスク１６を移動させることができることを意味する。例えば、本体１８ｃ中に、Ｘ軸方向のモータとＹ軸方向のモータが備えられ、これらのモータに接続されたアーム１８ｂがマスク１６の保持枠１８ａに取り付けられた構成が例示できる。なお、マスク１６と透明基板１２は、相対的に移動できればよく、どちらが実際に動いてもよい。
【0033】
この構成では、アーム１８ｂは、透明基板１２と平行な平面内で自由に移動可能である。つまり、基板保持部１４に対して平行な面内で、マスク１６を保持した保持枠１８ａが相対的に移動可能に構成されている構成を得ることができる。
【0034】
制御部２２は、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）とメモリで構成されるコンピュータで構成することができる。制御部２２は、紫外線照射装置２０と、マスク保持部１８に接続される。また、入力装置および表示装置（図示は省略）を有し、外部から制御部２２へ指示を送ることができ、また制御部２２の現在の状況を、表示装置を介して外部に伝えることができる。
【0035】
制御部２２は、紫外線照射装置２０に対して、シャッターの開閉および照射波長の切換を指示命令ＣＬで指示する。また、制御部２２は、マスク保持部１８に対して、マスク１６（保持枠１８ａ）の移動パターンを指示命令ＣＭによって指示する。
【0036】
以上の構成を有する樹脂製マイクロニードルの形成装置１において本発明に係る樹脂製マイクロニードルの形成方法を実施する工程を説明する。なお、本発明に係る樹脂製マイクロニードル４４の補強構造とは、樹脂製マイクロニードル４４の透明基板１２の直上に形成された部分であって、樹脂製マイクロニードル４４の円錐形状の側面よりも、円錐台形の外側に形成された部分をいう。より簡単に言うと、円錐形状をした樹脂製マイクロニードル４４の根元に形成された円錐形状の底面の直径より太い部分である。
【0037】
まず、透明基板１２上にフォトレジスト１０を塗布する。フォトレジスト１０の厚みが樹脂製マイクロニードル４４の最大高さを決める。所望する樹脂製マイクロニードル４４の高さより分厚い厚みでフォトレジスト１０を塗布する。塗布の方法は特に限定されない。スピンコート法や、ディップ法が好適に利用できる。
【0038】
なお、塗布は透明基板１２の一方の面だけでよい。１回の塗布で塗りきれない場合は、多層塗布を行う。塗布後は十分に乾燥させる。ベークが必要な場合はベークしてもよい。なお、通常は、図に示すように透明基板１２よりフォトレジスト１０の厚みは厚いが、フォトレジスト１０は透明基板１２より薄くてもよい。
【0039】
次にフォトレジスト１０を塗布した透明基板１２を基板保持部１４に固定する。透明基板１２は、フォトレジスト１０を塗布した面を紫外線照射装置２０と反対の方に向けて固定される。
【0040】
マスク１６はマスク保持部１８に固定される。マスク１６は基板保持部１４と紫外線照射装置２０の間に配置されている。したがって、マスク１６は、透明基板１２のフォトレジスト１０を塗布した面の裏面に移動可能に配置される。
【0041】
次に、制御部２２からの指示命令ＣＬで、第１の波長の紫外線がマスク１６を介して透明基板１２に照射される。それと同時に制御部２２はマスク保持部１８に指示命令ＣＭを送信する。マスク保持部１８は、決められた移動（運動）を開始する。
【0042】
ここで第１の波長は第２の波長より短い波長であるとする。つまり、第１の波長の紫外線のフォトレジスト１０への浸透深さは、第２の波長の紫外線のフォトレジスト１０への浸透深さより浅い。紫外線とネガ型フォトレジストの場合は、波長が短いほどフォトレジストへの浸透深さは浅くなる。
【0043】
第１の波長の紫外線が照射されている間、マスク１６は図２（ａ）のように移動する。図２（ａ）は、紫外線照射装置２０側から見た、平面図である。図２（ａ）を参照して、マスク１６の透過部１６ａは直径φの円形である。第１の波長の紫外線が照射されている間のマスク１６の移動軌跡は、回転中心Ｏからマスク１６の中心ＭＯまでの距離Ｌが、例えば１．２φとなる円運動とする。なお、回転中心Ｏからマスク１６の中心ＭＯまでの距離Ｌは、φより小さくてもよい。
【0044】
マスク１６の回転速度と照射時間はフォトレジスト１０および紫外線照射装置２０のパワーと透明基板１２の材質および厚みで適宜変更する設計事項である。フォトレジスト１０の感光した感光領域３０を図２（ｂ）および図２（ｃ）に示す。図２（ｂ）は、図２（ａ）と同様で紫外線照射装置２０から見た平面図である。また図２（ｃ）は、透明基板１２を側面方向から見た図である。透明基板１２の表側表面１２ａから高さｈ１でドーナツ状の感光領域３０が形成される。
【0045】
次に、図３を参照する。制御部２２は、紫外線照射装置２０に対して、指示命令ＣＬによって、波長を第２の波長に切り替えさせる。そして、第２の波長の紫外線を照射させながら、マスク保持部１８に対して指示命令ＣＭにより、回転中心Ｏからマスク中心ＭＯまでの距離Ｌがφ／２−δだけ離れた円運動を行わせる（図３（ａ））。ここでδはできるだけゼロに近い有限値である。このδの大きさによって、樹脂製マイクロニードル４４の先端の先鋭度が決まる。ゼロに近いほど先鋭度は高くなる。δが大きくなると、樹脂製マイクロニードル４４の先端はブロードになる。
【0046】
図３（ｂ）、図３（ｃ）に第２の波長の紫外線によって形成される感光領域３２を示す。図３（ｂ）は紫外線照射装置２０側から見た平面図である。また、図３（ｃ）は、透明基板１２の側面から見た図である。底面が直径φで高さｈ２の円錐形の感光領域３２が形成される。感光領域３０と感光領域３２は、重複している部分を有する。
【0047】
なお、感光領域３０と感光領域３２が重複しているということは、第１の紫外線と第２の紫外線の照射領域が重複していると同じと解して良い。したがって、感光領域３０と感光領域３２に重複部分があれば、第１の紫外線と第２の紫外線の照射領域に重複した部分があったと解することができる。また、逆に第１の紫外線と第２の紫外線の照射領域に重複した部分があれば、感光領域３２と感光領域３４にも重複部分が形成される。
【0048】
結果、第１の波長の紫外線で形成した感光領域３０とあわせて、根元に補強構造４４ａを有する樹脂製マイクロニードル４４の形状をした感光領域３４が得られる。感光領域３４は感光領域３０と感光領域３２をあわせた感光領域である。制御部２２は照射が終了したらシャッターを閉じ、マスク１６の移動を停止する。
【0049】
最後に基板保持部１４から透明基板１２を取り出し、現像する。現像はフォトレジスト１０毎に決められた現像液を用い、感光していない部分が溶解され除去される。このようにして、根元に補強構造４４ａが形成された樹脂製マイクロニードル４４がマイクロニードルパターンとして直接得ることができる。つまり、従来例でいうところのマイクロニードルパターンの反転型を得る工程は不要である。図３（ｄ）は、感光していない部分が除去された樹脂製マイクロニードル４４を示す。
【0050】
図４にこのようにして形成した樹脂製マイクロニードル４４の写真を示す。根元が太くなる補強構造４４ａを有している。
【0051】
（実施例１）具体的には以下のようにして図４の樹脂製マイクロニードル４４を形成した。ネガ型フォトレジスト１０は、ＳＵ−８ ３０５０（日本化薬社製）を用いた。基板として、厚さ１７０μｍのガラス基板を用意し、アセトン、ガラス用洗浄剤、蒸留水、イソプロピルアルコールで洗浄した。
【0052】
次にガラス基板上にＳＵ−８ ３０５０をスピンコートで厚さ５００μｍの厚さになるまで複数回にわけて塗布した。次に９５℃で１時間ベークし、その後室温まで除冷した。
【0053】
直径７０μｍの円形の透過部１６ａが４００μｍピッチで並んで形成されたマスク１６を半径５０μｍの円周に沿って１２０回／分の回転速度で回転させながら、３１０ｎｍの波長の紫外線で露光した。露光時間は３０秒であった。
【0054】
次にマスク１６を半径３０μｍの円周に沿って透過部１６ａが移動するように１２０回／分の回転速度で回転させながら、３６５ｎｍの波長の紫外線で露光した。露光時間は３０秒であった。
【0055】
次に９５℃１０分のポストベークを行った。その後専用のレシピに従って現像を行った。最後にイソプロピルアルコールで数回リンスを行い、ドライ窒素ガスを吹き付けて乾燥させた。以上のようにして、図４に示す樹脂製マイクロニードル４４は形成された。
【0056】
なお、上記の説明では波長の短い第１の波長の紫外線を照射した後、波長の長い第２の紫外線を照射するように説明をしたが、波長の長短はどちらが第１の波長になってもよい。感光領域３４に重複した部分があれば、どちらの波長から照射を始めても結果は同じだからである。
【0057】
また、本発明の樹脂製マイクロニードル４４から公知の技術（電鋳）を用いて、マイクロニードル用鋳型を直ちに形成することができる。この鋳型に薬効を有する機能性材料を含む素材を射出することで、補強構造を有するマイクロニードルを得ることができる。つまり、図４に示す形状で薬効成分を有する機能性物質で形成されたマイクロニードルを得ることができる。
【0058】
なお、マイクロニードル用鋳型は、シリコーン樹脂（ＰＤＭＳ）で構成される場合もある。鋳型に埋め込んだ機能性材料を含む素材を抜き出す際に鋳型に可撓性があれば、脱型し易いからである。このような場合は、樹脂製マイクロニードル４４にシリコーン樹脂を塗布することで、直接マイクロニードル用鋳型を得ることができる。この場合マイクロニードル用鋳型は、樹脂製マイクロニードル４４を雄型とすると、雌型といえる。
【0059】
従来技術のようにマイクロニードルパターンを雌型で形成すると、シリコーン樹脂等で一度雄型を取り、さらにシリコーン樹脂等で雌型（マイクロニードル用鋳型）を得る。したがって、このような方法でも、本発明に係る樹脂製マイクロニードルの形成方法を用いると、マイクロニードル用鋳型の製造工程の工程を省略することが出来る。
【0061】
形成装置１と形成装置２の主たる相違点は、形成装置１では、フォトレジスト１０が塗布された透明基板１２は固定され、マスク１６が移動したが、形成装置２では、マスク１６は固定され、フォトレジスト１０が塗布された透明基板１２が移動する。より具体的には、形成装置２では、マスク１６を保持するマスク保持部１９は、紫外線照射装置２０に対しては、位置調整可能に固定される。
【0062】
一方、フォトレジスト１０が塗布された透明基板１２を保持する基板保持部１５は、透明基板１２を移動可能に保持することができる。ここで移動可能とは、平面内をＸ方向とＹ方向に自由に透明基板１２を移動させることができることを意味する。例えば、本体１５ｃ中に、Ｘ軸方向のモータとＹ軸方向のモータが備えられ、これらのモータに接続されたアーム１５ｂが透明基板１２の保持枠１５ａに取り付けられた構成が例示できる。
【0063】
この構成では、アーム１５ｂは、マスク１６と平行な平面内で自由に移動可能である。つまり、マスク１６に対して平行な平面内で、透明基板１２を保持した保持枠１５ａが相対的に移動可能に構成されている構成を得ることができる。
【0064】
このように、透明基板１２の方を移動可能にすると、透明基板１２上のフォトレジスト１０に、紫外線照射装置２０の照射範囲外の領域があっても、その領域を照射範囲内に移動させることで、紫外線の照射が可能になる。
【0065】
その他の違いとして、制御部２３は、紫外線照射装置２０に対して、シャッターの開閉および照射波長の切換を指示命令ＣＬで指示し、基板保持部１５に対して、フォトレジスト１０が塗布された透明基板１２（保持枠１５ａ）の移動パターンを指示命令ＣＭｓによって指示する。
【0066】
（実施例２）本実施例では、３つの波長の紫外線を用いた場合の樹脂製マイクロニードル５４を作製した。実施例１では、２つの波長の紫外線を用いた。実施例１の場合は、円錐部分（以後「ニードル部」と呼ぶ。）の側面の傾斜は２段階に変化させることができた（図４の樹脂製マイクロニードル４４の部分と補強構造４４ａの部分）。使用する波長を３種類にすることで、ニードル部の側面の傾斜を３段階に変化させることができる。すなわち、ニードル部の側面に太さの変化を与えることができる。
【0067】
図６には樹脂製マイクロニードル５４の形状の典型的な例を示す。樹脂製マイクロニードル５４は、根元に補強構造５４ａを有し、さらに、ニードル部の中ほど５４ｂを、先端５４ｃで形成される円錐形状（点線で示した。）より太く形成することができる。このような形状は、アスペクト比が大きな（底面積の直径に対して高さの高い）マイクロニードルを作製する場合に、ニードル部の強度を高められるという利点を有する。
【0068】
まず、特定波長の紫外線のフォトレジスト１０への透過深さを確認した。紫外線照射装置２０は、３６５ｎｍ、３５０ｎｍ、３４０ｎｍの３つの波長の紫外線を照射できるようにした。図７には、使用するフォトレジスト（ＳＵ−８ ３０５０）に対して、照射強度（ドーズ量（ｍＪ／ｃｍ２））と透過深さ（μｍ）の関係を調べたグラフを示す。横軸はドーズ量（Ｄｏｓｅ（ｍＪ／ｃｍ２））であり、縦軸は透過深さ（Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ（μｍ））である。グラフ中、黒丸印は波長３６５ｎｍであり、黒ひし形印は波長３５０ｎｍであり、黒三角印は波長３４０ｎｍの結果である。
【0069】
各波長のドーズ量を調整することで十分に厚いフォトレジスト膜を透明基板１２側から、膜厚５０μｍから５００μｍの範囲の任意の厚さまで露光させることがわかった。なお、ＳＵ−８ ３０５０の臨界ドーズ量は、１５０ｍＪ／ｃｍ２とされており、理想的にはこれより大きなドーズ量を与えることが望ましい。
【0070】
したがって、フォトレジスト１０の表層部（透明基板１２から遠い部分）に近い２００μｍから５００μｍの深さ（透明基板１２からの深さ）を露光するには、波長３６５ｎｍの紫外線を用い、フォトレジスト１０の中間層に当たる膜厚２００μｍから１００μｍの深さを露光するには波長３５０ｎｍの紫外線を用い、フォトレジスト１０の底部（透明基板１２に最も近い部分）にあたる膜厚１００μｍ以下の深さを露光するには、波長３４０ｎｍの紫外線を用いるのが好適であることがわかった。
【0071】
まず、透明基板１２上にネガ型フォトレジスト１０（ＳＵ−８ ３０５０）を厚さ５００μｍになるまで塗布し、９５℃で１時間ベークし、室温まで徐冷するまでの手順は実施例１と同じであった。
【0072】
マスク１６としては、開口径７０μｍの円形開口を用いた。樹脂製マイクロニードル５４の先端部分（フォトレジスト１０の表面に近い部分）は、すでに説明したように波長３６５ｎｍの紫外線を用い、透明基板１２の移動軌跡の直径は７０μｍであった。すなわち、実施の形態１における図２で示した距離Ｌが３５μｍということである。もちろん、図２ではマスク１６が移動したが、本実施例では、透明基板１２の方が移動している。
【0073】
また、樹脂製マイクロニードル５４の中間部は波長３５０ｎｍの紫外線を用い、透明基板１２の移動軌跡の直径は１００μｍであった。また、樹脂製マイクロニードル５４の基底部は波長３４０ｎｍの紫外線を用い、透明基板１２の移動軌跡の直径は１５０μｍであった。
【0074】
作製手順は実施例１同様に、まず波長の短い３４０ｎｍの紫外線から順に３６５ｎｍの紫外線まで、１２０回転／分の回転速度で３０秒間ずつ露光した。ポストベークおよび現像の手順も実施例１を同じであった。
【0075】
図８に作製した樹脂製マイクロニードル５４の電子顕微鏡写真を示す。図中の白線は１００μｍを表す。樹脂製マイクロニードル５４は基底部から中間部にかけて側面の曲率が変化していることが分かる（図８中の白矢印部分）。すなわち、複数波長による露光によって、形状制御が可能であることが確認できた。
【0076】
（実施例３）樹脂製マイクロニードルは、薬剤を充填したマイクロニードルの型の原型である。実施例１や実施例２で示したように、ニードル部の形状制御はできることがわかった。ところで、実際の薬剤入りのマイクロニードル自体は、製品に使われる基板上に形成される。この際基板は比較的固い材料で形成されている。マイクロニードルとの接触性を高めるためである。しかし、基板が固いと皮膚の曲面に追従できず、基板上に形成されたマイクロニードルの全てを同じ深さに穿刺することが難しくなる。
【0077】
本実施例で示すのはマイクロニードルアレイであり、複数のマイクロニードルが連結するように形成される。したがって、可撓性の高い基板上であっても、高い接着性を得ることができ、使用感が良好な製品を形成することができる。また、可撓性の高い基板は皮膚の曲面に追従するので、基板上の全てのマイクロニードルを同じ深さまで穿刺することができる。さらに、基板部分を平板ではなく連結索の構造とすることで型取りした後に使用する薬剤の量をおよそ８５％削減することができる。
【0078】
図９に本実施例で作製される樹脂製マイクロニードルアレイ６６の一例を示す。樹脂製マイクロニードル６４は、連結索６３でそれぞれが連結され、樹脂製マイクロニードルアレイ６６を形成する。なお、マイクロニードル毎の連結は、図９の形態だけに限定されるものではなく、他の連結形態であってもよい。
【0079】
本実施例で用いたマスクパターンは開口径８０μｍの円形開口である。また使用した波長は、３６５ｎｍと３４０ｎｍの２種類の紫外線を使用した。波長３６５ｎｍの紫外線は、樹脂製マイクロニードル６４を形成する際に用い、波長３４０ｍｎの紫外線は、マイクロニードル同士を連結する連結索６３の部分に用いた。
【0080】
波長３６５ｎｍの紫外線を用いた際の透明基板１２の移動軌跡の直径は７０μｍであり、波長３４０ｎｍの紫外線を用いた際の透明基板１２の移動は、Ｘ方向とＹ方向にそれぞれ８００μｍずつ直線で移動しながら露光した。
【0081】
透明基板１２の上にフォトレジスト１０を形成する手順は実施例２（実施例１）と同じであった。また、作製手順も実施例１同様に、まず波長の短い３４０ｎｍで露光し、次に波長３６５ｎｍの紫外線で露光した。露光の手順は、波長３６５ｎｍの紫外線の場合は、１２０回転／分の回転速度で３０秒間露光した。
【0082】
波長３４０ｎｍの紫外線の場合は、透明基板１２をＸ方向に８００μｍ、Ｙ方向に８００μｍ移動させ、次に−Ｙ方向に８００μｍ、−Ｘ方向に８００μｍ移動させた。これを１セットとし、６０回セット／分の移動速度で移動させながら３０秒間露光した。
【0083】
図１０（ａ）は作製した樹脂製マイクロニードルアレイ６６の上方からの電子顕微鏡写真である。図１０（ｂ）は拡大写真である。樹脂製マイクロニードル６４が形成され、連結索６３が樹脂製マイクロニードル６４同士を連結して、樹脂製マイクロニードルアレイ６６が形成されているのが分かる。
【0084】
この樹脂製マイクロニードルアレイ６６の連結索６３の部分は、基板との接触面積を増大させることになる。したがって、基板が可撓性を有していても、十分に接着状態を維持することができる。また、樹脂製マイクロニードル６４同士が連結しているので、基板の湾曲に対しても剥がれることなく、追従することができる。
【0085】
（実施の形態３）本発明に係る形成方法は、樹脂製マイクロニードル４４だけに限定して適用されるものではなく、透明基板１２上に３次元パターンを直接形成する方法として利用が可能である。すなわち、直接は凹み型を形成するのではなく、直接凸形状を形成することができる。
【0086】
例えば、図１１（ａ）は、上記に示した樹脂製マイクロニードル４４の形成方法において、第２の波長の紫外線の当て方を変えたものである。形状としては、透明基板１２上に樹脂製マイクロニードル４４の先頭部分を除去した円錐台形４６の根元に補強構造４６ａが形成された形状である。この場合も円錐台形４６の側面を延長した面より円錐台形４６の外側に形成された部分が補強構造４６ａとなる。
【産業上の利用可能性】
【0088】
本発明に係る樹脂製マイクロニードルの形成方法は、補強構造つきのマイクロニードルを形成する鋳型を得る際に従来技術より１工程少ない工数で得ることができるので、マイクロニードルの製造に好適に利用することができる。また、マイクロニードルだけでなく、基板上に直接３次元構造を形成することができるので、サブミリサイズの３次元パターンの形成に好適に利用できる。
【符号の説明】
【0089】
１ 形成装置１０ フォトレジスト
１２ 透明基板
１２ａ 表側表面
１４、１５ 基板保持部
１５ａ 保持枠
１５ｂ アーム
１６ マスク
１６ａ 透過部
１６ｂ 遮光部
１８、１９ マスク保持部
１８ａ 保持枠
１８ｂ アーム
１８ｃ 本体
２０ 紫外線照射装置
２２、２３ 制御部
３０ （第１の波長の紫外線によって形成される）感光領域
３２ （第２の波長の紫外線によって形成される）感光領域
３４ 感光領域
４４、５４、６４ 樹脂製マイクロニードル
６３ 連結索
６６ 樹脂製マイクロニードルアレイ
４４ａ、５４ａ 補強構造
４６ 円錐台形
４６ａ 補強構造
４８ マイクロウェル
ＣＬ 指示命令
ＣＭ 指示命令
ＣＭｓ 指示命令
ｈ１ 高さ
φ 直径
ｈ２ 高さ
１００ 基板
１０２ Ｘ線感光樹脂
１０２ａ 感光部分
１０４ マスク
１０４ａ 円
１０６ シンクロトロン放射Ｘ線装置
１０６ａ Ｘ線が照射される領域
１０８ ステージ