特開 2022-75592 医療用針の製造方法、及び、医療用針

(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】P2022075592

(43)【公開日】2022-05-18

(54)【発明の名称】医療用針の製造方法、及び、医療用針

(51)【国際特許分類】

   A61M 37/00 20060101AFI20220511BHJP

   B29C 33/38 20060101ALI20220511BHJP

   B29C 43/34 20060101ALI20220511BHJP

   A61M 5/158 20060101ALI20220511BHJP

   A61M 5/32 20060101ALI20220511BHJP

【ＦＩ】

A61M37/00 505

B29C33/38

B29C43/34

A61M5/158 500B

A61M5/32

【審査請求】未請求

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021179341

(22)【出願日】2021-11-02

(31)【優先権主張番号】P 2020185943

(32)【優先日】2020-11-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】399030060

【氏名又は名称】学校法人 関西大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】青柳 誠司

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 昌人

(72)【発明者】

【氏名】寺嶋 真伍

【テーマコード（参考）】

4C066

4C267

4F202

4F204

【Ｆターム（参考）】

4C066KK01

4C066PP01

4C267AA71

4C267CC01

4C267FF10

4C267GG01

4C267GG41

4F202AA49

4F202AH63

4F202AJ05

4F202CA09

4F202CB01

4F202CD02

4F202CN01

4F204AA24

4F204AG28

4F204AH63

4F204AJ05

4F204FA01

4F204FB01

4F204FF01

4F204FN11

4F204FN17

4F204FQ15

(57)【要約】

【課題】生分解性樹脂を押付型に押付けた後、離間させるときに、医療用針の形状が崩れることを防止する。
【解決手段】医療用針の製造方法は、医療用針の母型が転写された柔軟材からなる押付型（１）にＰＬＡシート（２）を押付ける押付工程と、ＰＬＡシート（２）を押付型（１）から後退させて、押付型（１）及びＰＬＡシート（２）を冷却する後退工程と、ＰＬＡシート（２）を押付型（１）から離間させる離間工程とを包含する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

医療用針の母型が転写された柔軟材からなる押付型に生分解性樹脂を押付ける押付工程と、
前記生分解性樹脂により前記押付型に発生する圧力を緩和するように前記生分解性樹脂を前記押付型から後退させてから、前記押付型及び前記生分解性樹脂を冷却する後退工程と、
前記生分解性樹脂を前記押付型から離間させる離間工程とを包含することを特徴とする医療用針の製造方法。

【請求項2】

前記生分解性樹脂の前記押付型からの後退距離が、前記医療用針の全長に基づいて設定される請求項１に記載の医療用針の製造方法。

【請求項3】

前記後退距離が、前記医療用針の全長の６０％よりも長い請求項２に記載の医療用針の製造方法。

【請求項4】

前記医療用針の全長と外径との間の比率を表すアスペクト比が、３以上である請求項１に記載の医療用針の製造方法。

【請求項5】

前記医療用針の側面に鋸歯状突起が形成されている請求項１に記載の医療用針の製造方法。

【請求項6】

前記柔軟材がＰＤＭＳ又はシリコーンゴムを含み、
前記生分解性樹脂がポリ乳酸、ポリグリコール酸、またはポリカプロラクトンを含む請求項１に記載の医療用針の製造方法。

【請求項7】

タイプＡデュロメーターで測定された前記ＰＤＭＳまたは前記シリコーンゴムの硬さが３０以上７０以下である請求項６に記載の医療用針の製造方法。

【請求項8】

タイプＡデュロメーターで測定された前記ＰＤＭＳまたは前記シリコーンゴムの硬さが４０以上６０以下である請求項６に記載の医療用針の製造方法。

【請求項9】

前記押付工程の前に前記生分解性樹脂と前記押付型とを加熱する加熱工程をさらに包含し、
前記加熱工程における前記生分解性樹脂の加熱温度が１７０℃よりも高い請求項１に記載の医療用針の製造方法。

【請求項10】

前記医療用針は先端が先鋭な形状を有する請求項１に記載の医療用針の製造方法。

【請求項11】

前記医療用針が中実針である請求項１に記載の医療用針の製造方法。

【請求項12】

前記医療用針は先端が円錐形状に形成される請求項１に記載の医療用針の製造方法。

【請求項13】

前記医療用針が中空針である請求項１に記載の医療用針の製造方法。

【請求項14】

前記押付工程の前に、前記医療用針の母型を作製する母型作製工程と、
前記離間工程により製造された医療用針の寸法と前記母型の寸法とに基づいて補正値を設定し、前記補正値に基づいて補正母型を作製する補正母型作製工程と、
前記補正母型に基づいて、前記押付工程、前記後退工程、及び前記離間工程を実施して補正医療用針を作製する補正医療用針作製工程とをさらに包含する請求項１に記載の医療用針の製造方法。

【請求項15】

前記医療用針がランセットポイント針である請求項１に記載の医療用針の製造方法。

【請求項16】

前記生分解性樹脂の前記押付型からの後退距離が、前記ランセットポイント針の全長の８０％よりも長い請求項１５に記載の医療用針の製造方法。

【請求項17】

全長が１ｍｍ以下であり、全長と外径との間の比率を表すアスペクト比が３以上であり、生分解性樹脂を含むことを特徴とする医療用針。

【請求項18】

前記医療用針の側面に鋸歯状突起が形成されている請求項１７に記載の医療用針。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱ナノインプリント法に基づく医療用針の製造方法、及び、医療用針に関する。

【背景技術】

【0002】

直径や長さが１ｍｍ未満のマイクロニードルは、医療分野、細胞操作をするツール、バイオセンサー、電子やイオン液体のエミッターなど幅広く利用されている。

【0003】

特に、医療分野では、神経や血管が存在しない表皮へのドラックデリバリー、神経や血管が存在する真皮・皮下組織への採血や薬剤投与、及び血液検査用ニードルパッチなどの利用分野が存在する。

【0004】

直径や長さが１ｍｍ未満のマイクロニードルは、機械加工では製造しにくく、ＭＥＭＳ（メムス、Micro Electro Mechanical Systems）技術やナノインプリント技術の利用が必要となっている。

【0005】

ナノスケール構造を作製する手だての１つであるナノインプリントには、実際のプロセスの形態により、熱ナノインプリント法、及び光硬化式ナノインプリント法が知られている。

【0006】

熱ナノインプリント法により、柔軟性のあるモールドであるＰＤＭＳ（ジメチルポリシロキサン、dimethylpolysiloxane）製の型を使用して多数の医療用針を量産する医療用針の製造方法が従来技術として知られている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開2009-61745号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、上述のような従来技術のＰＤＭＳ製の型は、柔軟性を有するので材料を型に押付けた時に圧縮変形して、型と材料とを離間させるときに成形物の形状が崩れるという問題がある。

【0009】

本発明の一態様は、生分解性樹脂を押付型に押付けた後、離間させるときに、医療用針の形状が崩れることを防止することができる医療用針の製造方法、及び、医療用針を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る医療用針の製造方法は、医療用針の母型が転写された柔軟材からなる押付型に生分解性樹脂を押付ける押付工程と、前記生分解性樹脂により前記押付型に発生する圧力を緩和するように前記生分解性樹脂を前記押付型から後退させてから、前記押付型及び前記生分解性樹脂を冷却する後退工程と、前記生分解性樹脂を前記押付型から離間させる離間工程とを包含することを特徴とする。

【0011】

この特徴によれば、医療用針の母型が転写された柔軟材からなる押付型に生分解性樹脂を押付けた後、生分解性樹脂を前記押付型から後退させるので、生分解性樹脂により押付型に発生する圧力が緩和する。このため、柔軟材からなる押付型が、生分解性樹脂を押付けたときの圧力による過剰な変形が阻止される。生分解性樹脂を押付型から離間させる離間工程において成形物の形状が崩れることを防止することができる。

【0012】

本発明の一態様に係る医療用針の製造方法は、前記生分解性樹脂の前記押付型からの後退距離が、前記医療用針の全長に基づいて設定されることが好ましい。

【0013】

上記構成によれば、生分解性樹脂の押付型からの後退距離が、医療用針の全長に基づいて設定されるので、医療用針の母型が転写された押付型に発生する圧力を緩和することができる。

【0014】

本発明の一態様に係る医療用針の製造方法は、前記後退距離が、前記医療用針の全長の６０％よりも長いことが好ましい。

【0015】

上記構成によれば、成形した医療用針の形状を母型の形状に最も良好に近づけることができる。

【0016】

本発明の一態様に係る医療用針の製造方法は、前記医療用針の全長と外径との間の比率を表すアスペクト比が、３以上であることが好ましい。

【0017】

上記構成によれば、アスペクト比の大きい医療用針を良好に成形することができる。

【0018】

本発明の一態様に係る医療用針の製造方法は、前記医療用針の側面に鋸歯状突起が形成されていることが好ましい。

【0019】

上記構成によれば、蚊の吸血用口吻を模倣する細い口針を穿刺対象に穿刺する補助機能を医療用針に付加することができる。

【0020】

本発明の一態様に係る医療用針の製造方法は、前記柔軟材がＰＤＭＳを含み、前記生分解性樹脂がポリ乳酸を含むことが好ましい。

【0021】

上記構成によれば、押付型に柔軟性を付与することができる。そして、医療目的として認可された生分解性の熱可塑樹脂からなる微小形状の医療用針を成形することができる。

【0022】

本発明の一態様に係る医療用針の製造方法は、前記押付工程の前に前記生分解性樹脂と前記押付型とを加熱する加熱工程をさらに包含し、前記加熱工程における前記生分解性樹脂の加熱温度が１７０℃よりも高いことが好ましい。

【0023】

上記構成によれば、成形した医療用針の形状のくずれ、上部の膨らみを防止することができる。

【0024】

本発明の一態様に係る医療用針の製造方法は、前記医療用針は先端が先鋭な形状を有することが好ましい。

【0025】

上記構成によれば、先鋭化された先端を有する医療用針を、成形工程の後工程で研磨等により先鋭化する必要なく、簡素な工程により製造することができる。

【0026】

本発明の一態様に係る医療用針の製造方法は、前記医療用針が中実針であることが好ましい。

【0027】

上記構成によれば、生分解性樹脂を押付型から離間させる離間工程において中実針の形状が崩れることを防止することができる。

【0028】

本発明の一態様に係る医療用針の製造方法は、前記医療用針は先端が円錐形状に形成されることが好ましい。

【0029】

上記構成によれば、先端が円錐形状に形成された医療用針を、成形工程の後工程で研磨等により先鋭化する必要なく、簡素な工程により製造することができる。

【0030】

本発明の一態様に係る医療用針の製造方法は、前記医療用針が中空針であることが好ましい。

【0031】

上記構成によれば、生分解性樹脂を押付型から離間させる離間工程において中空針の形状が崩れることを防止することができる。

【0032】

本発明の一態様に係る医療用針の製造方法は、前記押付工程の前に、前記医療用針の母型を作製する母型作製工程と、前記離間工程により製造された医療用針の寸法と前記母型の寸法とに基づいて補正値を設定し、前記補正値に基づいて補正母型を作製する補正母型作製工程と、前記補正母型に基づいて、前記押付工程、前記後退工程、及び前記離間工程を実施して補正医療用針を作製する補正医療用針作製工程とをさらに包含することが好ましい。

【0033】

上記構成によれば、押付型が柔軟であることが原因となり、母型と成形物の形状・寸法に一部差異が見られる場合に、加工時の変形を考慮して母型の形状を補正することにより、成形物が医療用針として必要な形状、寸法を得ることを可能にする。

【0034】

本発明の一態様に係る医療用針の製造方法は、前記医療用針がランセットポイント針であることが好ましい。

【0035】

上記構成によれば、生分解性樹脂を押付型から離間させる離間工程においてランセットポイント針の形状が崩れることを防止することができる。

【0036】

本発明の一態様に係る医療用針の製造方法は、前記生分解性樹脂の前記押付型からの後退距離が、前記ランセットポイント針の全長の８０％よりも長いことが好ましい。

【0037】

上記構成によれば、成形したランセットポイント針の形状を母型の形状に最も良好に近づけることができる。

【0038】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る医療用針は、全長が１ｍｍ以下であり、全長と外径との間の比率を表すアスペクト比が３以上であり、生分解性樹脂を含むことを特徴とする。

【0039】

この特徴によれば、医療目的として認可された生分解性樹脂を含み成形により大量生産可能な微小寸法の医療用針を実現することができる。

【0040】

本発明の一態様に係る医療用針は、前記医療用針の側面に鋸歯状突起が形成されていることが好ましい。

【0041】

上記構成によれば、蚊の吸血用口吻を模倣する細い口針を穿刺対象に穿刺する補助機能を医療用針に付加することができる。

【発明の効果】

【0042】

本発明の一態様によれば、生分解性樹脂を押付型に押付けた後、離間させるときに、医療用針の形状が崩れることを防止することができる医療用針の製造方法、及び、医療用針を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0043】

【図1】実施形態１に係るナノインプリント装置の外観を示す正面図である。

【図2】図１に示されるＡ部の拡大図である。

【図3】上記ナノインプリント装置による医療用針の製造方法の加熱工程を示す断面図である。

【図4】上記医療用針の製造方法の押付工程を示す断面図である。

【図5】上記医療用針の製造方法の後退工程を示す断面図である。

【図6】上記医療用針の製造方法の離間工程を示す断面図である。

【図7】上記医療用針の母型の加工例を示す画像である。

【図8】上記医療用針の他の母型の加工例を示す画像である。

【図9】上記ナノインプリント装置に設けられた押付型の作製方法を示す断面図である。

【図10】上記押付型の作製方法を示す断面図である。

【図11】上記押付型の作製方法を示す断面図である。

【図12】上記押付型の作製方法を示す断面図である。

【図13】上記ナノインプリント装置により製造される中実針の母型の設計例を示す斜視図である。

【図14】図１３に示されるＢ部の拡大図である。

【図15】上記母型の電子顕微鏡像である。

【図16】上記母型の他の電子顕微鏡像である。

【図17】上記母型のさらに他の電子顕微鏡像である。

【図18】実施形態１に係る医療用針の製造方法により加熱温度１９０℃で下降無しで製造された中実針を示す画像である。

【図19】上記加熱温度１９０℃で２００μｍ下降させて製造された中実針を示す画像である。

【図20】上記加熱温度１９０℃で４００μｍ下降させて製造された中実針を示す画像である。

【図21】上記加熱温度１９０℃で６００μｍ下降させて製造された中実針を示す画像である。

【図22】上記加熱温度１９０℃で７００μｍ下降させて製造された中実針を示す画像である。

【図23】上記加熱温度１９０℃で製造された上記中実針の全長と下降距離との間の関係を示すグラフである。

【図24】実施形態１に係る医療用針の製造方法により加熱温度１７０℃で下降無しで製造された中実針を示す画像である。

【図25】上記加熱温度１７０℃で２００μｍ下降させて製造された中実針を示す画像である。

【図26】上記加熱温度１７０℃で４００μｍ下降させて製造された中実針を示す画像である。

【図27】上記加熱温度１７０℃で６００μｍ下降させて製造された中実針を示す画像である。

【図28】上記加熱温度１７０℃で７００μｍ下降させて製造された中実針を示す画像である。

【図29】上記加熱温度１７０℃で製造された上記中実針の全長と下降距離との間の関係を示すグラフである。

【図30】側面に鋸歯状突起が形成された中実針を示す画像である。

【図31】側面に鋸歯状突起が形成された中実針を示す画像である。

【図32】側面に鋸歯状突起が形成された中実針を示す画像である。

【図33】実施形態２に係る中空針の母型の設計例を示す斜視図である。

【図34】実施形態２に係る医療用針の製造方法により製造された外径１００μｍ、内径５０μｍの母型を示す電子顕微鏡像である。

【図35】上記製造方法により製造された外径１００μｍ、内径５０μｍ、全長４００μｍの母型の電子顕微鏡平面像である。

【図36】上記製造方法により製造された外径１００μｍ、内径５０μｍ、全長７００μｍの母型の電子顕微鏡平面像である。

【図37】上記製造方法により製造された外径１００μｍ、内径５０μｍ、全長１０００μｍの母型の電子顕微鏡平面像である。

【図38】実施形態２に係る医療用針の製造方法により製造された外径２００μｍ、内径１００μｍの母型を示す電子顕微鏡像である。

【図39】上記製造方法により製造された外径２００μｍ、内径１００μｍ、全長１０００μｍの母型の電子顕微鏡平面像である。

【図40】上記製造方法により製造された外径２００μｍ、内径１００μｍ、全長７００μｍの母型の電子顕微鏡平面像である。

【図41】上記製造方法により製造された外径２００μｍ、内径１００μｍ、全長４００μｍの母型の電子顕微鏡平面像である。

【図42】実施形態２に係る医療用針の製造方法により製造された外径１００μｍ、内径５０μｍの中空針を示す電子顕微鏡像である。

【図43】上記製造方法により製造された外径１００μｍ、内径５０μｍ、設計長４００μｍの中空針の電子顕微鏡平面像である。

【図44】上記製造方法により製造された外径１００μｍ、内径５０μｍ、設計長７００μｍの中空針の電子顕微鏡平面像である。

【図45】上記製造方法により製造された外径１００μｍ、内径５０μｍ、設計長１０００μｍの中空針の電子顕微鏡平面像である。

【図46】実施形態２に係る医療用針の製造方法により製造された外径２００μｍ、内径１００μｍの中空針を示す電子顕微鏡像である。

【図47】上記製造方法により製造された外径２００μｍ、内径１００μｍ、設計長１０００μｍの中空針の電子顕微鏡平面像である。

【図48】上記製造方法により製造された外径２００μｍ、内径１００μｍ、設計長７００μｍの中空針の電子顕微鏡平面像である。

【図49】上記製造方法により製造された外径２００μｍ、内径１００μｍ、設計長４００μｍの中空針の電子顕微鏡平面像である。

【図50】上記外径１００μｍの中空針の根元からの距離を中空針の全長で除算した値と、上記中空針の各位置における直径と母型の直径との間の比率との間の関係を示すグラフである。

【図51】上記外径２００μｍの中空針の根元からの距離を中空針の全長で除算した値と、上記中空針の各位置における直径と母型の直径との間の比率との間の関係を示すグラフである。

【図52】実施形態２に係る補正母型の観察画像である。

【図53】補正前の外径１００μｍ、内径５０μｍの中空針を示す画像である。

【図54】上記補正母型に基づいて成形された外径１００μｍ、内径５０μｍの補正中空針を示す画像である。

【図55】補正前の外径２００μｍ、内径１００μｍの中空針を示す画像である。

【図56】上記補正母型に基づいて成形された外径２００μｍ、内径１００μｍの補正中空針を示す画像である。

【図57】実施形態３に係るランセットポイント針の母型を示す画像である。

【図58】前記母型に基づいて成形されたランセットポイント針を示す画像である。

【図59】降下距離を９００μｍにすることにより成形された外径１００μｍのランセットポイント針を示す画像である。

【図60】上記ランセットポイント針の先端付近の拡大画像である。

【図61】降下距離を９００μｍにすることにより成形された外径２００μｍのランセットポイント針を示す画像である。

【図62】上記ランセットポイント針の先端付近の拡大画像である。

【発明を実施するための形態】

【0044】

〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。

【0045】

本実施形態は、大気圧雰囲気中において加熱した型を熱可塑性樹脂に押し付ける手法（一般的に、熱ナノインプリント法、型押法、熱プレス法、エンボス加工法、等と呼称される）により医療用針を成形する手法、もしくは、上記手法により作製された医療用針に関する。

【0046】

上記加工に用いる型（区別のために、以降では「押付型」と呼称する）は、母型を柔軟性のあるゴム材料、もしくは、エラストマ材料に転写することで得られる。母型は押付型形成のために複数回使用可能である。

【0047】

母型の作成法は一つに限定されないが、本実施形態に際する実験では光造形方式の３Ｄプリンタを使用した。医療用針は、中実針（空洞の無い針）と中空針（円筒状の針）のいずれも形成可能である。

【0048】

医療用針の先端は母型の形状に依存する。先鋭化された先端を有する母型を利用した場合、得られた成形物は後工程において先鋭化する必要を省くことができる。

【0049】

医療用針の全長と外径との間の比率を表すアスペクト比（全長／外径）は、３以上であることが好ましい。

【0050】

図１は実施形態１に係るナノインプリント装置８の外観を示す正面図である。図２は図１に示されるＡ部の拡大図である。

【0051】

ナノインプリント装置８は、筐体２２と、筐体２２に格納されてプレス軸１１に沿って互いに押付けられる上基板９及び下基板１０とを備える。ナノインプリント装置８は例えば名昌機工社製である。

【0052】

図３はナノインプリント装置８による医療用針の製造方法の加熱工程を示す断面図である。

【0053】

ナノインプリント装置８はチャンバ１２を備える。チャンバ１２の中に、上基板９及び下基板１０が収容される。

【0054】

上基板９の下面に厚み約１０００μｍのステンレスシート１４が設けられる。ステンレスシート１４の下面に押付型１が配置される。上基板９は一対のカートリッジヒータ１３を内蔵する。

【0055】

押付型１は、医療用針の母型が負型（凹凸が反転した型）として転写されたゴム性またはエラストマ性を有する柔軟材で構成される。ただし、この押付型１は後の押付加工（熱ナノインプリント法）で使用可能な耐熱性と機械強度が必要である。上記柔軟材の具体的な材料としては、シリコーン樹脂の一種であるポリジメチルシロキサン（略称：ＰＤＭＳ、名称:DOWSIL^TM（登録商標） SILPOT 184 W/C、製造社名：デュポン・東レ・スペシャルティ・マテリアル）が挙げられる。このＰＤＭＳは、２液性であり、混合後加熱することで硬化する。未硬化時の粘度は３５００ｃＰであり、硬化後の引張弾性率は３ＭＰａ以下である。硬度（Shore A）は約４３である。
シリコーンゴムとしては、耐油耐溶剤性配合ゴム、耐アルカリ性配合ゴム、及び、タイプＡデュロメーターで測定された硬さ（デュロメータータイプＡ）が３０以上７０以下のＰＤＭＳまたはシリコーンゴムが利用できる。このＰＤＭＳまたはシリコーンゴムは、４０以上６０以下の硬さ（デュロメータータイプＡ）がより望ましい。
硬さ（デュロメータータイプＡ）が６０のシリコーンゴムが、先鋭化された針を得るには良好な結果が得られる傾向がある。具体的な例として、信越化学製のＳＩＭ－２６０を用いることで、より良好な先鋭化された針が得られた。
さらに、シリコーンゴム以外の柔軟材としては、αオレフィンコポリマー、ポリフェニレンサルファイド樹脂（加硫黄ゴム、柔軟性ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド、Poly Phenylene Sulfide）樹脂）、環状オレフィン共重合体なども利用できる。

【0056】

下基板１０の上面に厚み約６５０μｍのシリコンウェハ１６が設けられる。シリコンウェハ１６の上に厚み約１００μｍのＣＯＰシート１７が設けられる。ＣＯＰシート１７の上に厚み約１２００μｍのＰＬＡシート２（生分解性樹脂）が配置される。

【0057】

ＰＬＡシート２は、医療目的として認可された生分解性の熱可塑樹脂を含むことが好ましく、例えば、ポリ乳酸（ＰＬＡ、polylactic acid、polylactide）を原料としている。上記生分解性の熱可塑樹脂は、ＰＧＡ（ポリグリコール酸、Polyglycolic acid）、ＰＣＬ（ポリカプロラクトン、Poly(ε-caprolactone)）などの生分解性ポリエステルでもよい。

【0058】

このように構成されたナノインプリント装置８は、以下のように動作する。

【0059】

まず、上基板９にＰＤＭＳで作られた押付型１を固定する。そして、下基板１０にＰＬＡシート２を固定する。次に、下基板１０を一対のカートリッジヒータ１３により加熱する。その後、ＰＬＡシート２が目標温度に到達するまで待機する。

【0060】

このようにして、ＰＬＡシート２と押付型１とを加熱する加熱工程が実施される。

【0061】

図４は上記医療用針の製造方法の押付工程を示す断面図である。

【0062】

ＰＬＡシート２が目標温度に到達した後、下基板１０を一定速度で上昇させる。そして、ＰＬＡシート２と押付型１とが接触したら、下基板１０の上昇速度を落とす。次に、上基板９に対して下基板１０側から作用する圧力が一定圧力になった時点で、その上基板９及び下基板１０の状態を保持する。このとき、押付型１は高圧力により大きく変形する。

【0063】

このようにして、医療用針の母型が転写された柔軟材からなる押付型１にＰＬＡシート２を押付ける押付工程が実施される。

【0064】

図５は医療用針の製造方法の後退工程を示す断面図である。下基板１０を僅かに降下させて後退させ、その状態を保持する。そして、下基板１０の冷却を開始する。このように、押付型１は、ＰＬＡシート２を押付けられた後に除荷される。

【0065】

ナノインプリント（押し付け加工）の後、通常は対象の樹脂を冷却してモールドを外す（離型）。本実施形態においては、押付加工後に少しだけ樹脂（ＰＬＡシート２）をモールド（押付型１）から離した状態で樹脂を冷却し、その後に離型を行う。

【0066】

本発明における作業ではモールド（押付型１）を固定した状態で樹脂（ＰＬＡシート２）を上昇させることで押付を行い、樹脂（ＰＬＡシート２）を降下させることで離型を行う。

【0067】

このことから、上記の「少しだけ樹脂からモールドを離す」作業を「押付後の降下工程」と称し、またその際の樹脂の移動距離を便宜上「降下距離」（後退距離）と命名した。

【0068】

図６は医療用針の製造方法の離間工程を示す断面図である。ＰＬＡシート２の温度が室温まで戻ったら、下基板１０を初期位置まで降下させ、ＰＬＡシート２と押付型１とを離間させる（離型）。

【0069】

このようにして、ＰＬＡシート２を押付型１から離間させる離間工程が実施される。

【0070】

図７は医療用針の母型の加工例を示す画像である。図８は医療用針の他の母型の加工例を示す画像である。

【0071】

押付型１に転写される医療用針の母型は、高精度３次元プリンタを用いて作製する。高精度３次元プリンタは、例えば、超精密３Ｄ光造形機（Nanoscribe（分解能０．２μｍ））を用いることができる。図７には中空針の種種の寸法、アスペクト比の母型の加工例が示されている。図８には、ランセットポイント針の種種の寸法、アスペクト比の母型の加工例が示されている。

【0072】

図９～図１２は、ナノインプリント装置８に設けられた押付型１の作製方法を示す断面図である。

【0073】

まず、図９に示すように、高精度３次元プリンタを用いて作製した医療用針の母型４をガラス板１８上に載置する。母型４の表面には離型剤２１（オプツール）が塗布される。そして、図１０に示すように、母型４及びガラス板１８をシャーレ１９に収容する。次に、シャーレ１９の中にＰＤＭＳ２０を流し込む。その後、図１１に示すように、ＰＤＭＳ２０の硬化を確認し、硬化したＰＤＭＳ２０を母型４及びガラス板１８から離型する。そして、母型４及びガラス板１８から離型してシャーレ１９から抜き出したＰＤＭＳ２０は押付型１となる。

【0074】

図１３は高精度３次元プリンタを用いて作製する中実針の母型４の設計例を示す斜視図である。図１４は図１３に示されるＢ部の拡大図である。

【0075】

【表1】

【0076】

中実針の母型４は、図１３に示すように、先端が先鋭な形状を有しており、先端が円錐形状に形成される。中実針の母型４は、全長１．００ｍｍであり、直線部０．８５ｍｍとテーパ部０．１５ｍｍとを含む。直線部０．８５ｍｍの直径は０．１０ｍｍである。

【0077】

母型４の先端部は、図１４に示すように、潰れ防止のために、２段階に分けて先鋭化している。１段階目の先鋭化部分の長さは０．１０ｍｍ、先鋭角２３°であり、２段階目の先鋭化部分の長さは０．０５ｍｍ、先鋭角６０°である。

【0078】

図１５は高精度３次元プリンタを用いて作製した母型４の電子顕微鏡像である。図１６は上記母型４の他の電子顕微鏡像である。図１７は上記母型４のさらに他の電子顕微鏡像である。

【0079】

【表2】

【0080】

高精度３次元プリンタを用いて作製した中実針の母型４の全長は１．０ｍｍであり、直線部は０．８ｍｍであった。

【0081】

本実施形態に係る加工（熱ナノインプリント法）において制御したパラメータは、成形時の温度、押付圧力、離型時の速度である。加工対象物である熱可塑性樹脂（ＰＬＡシート２）、および押付型１の双方を加熱する。

【0082】

【表3】

【0083】

本実施形態では、通常の熱ナノインプリント法と異なり、一度加圧した後、ＰＬＡシート２をわずかに後退させて押付型１に掛かる圧力を緩和させ、そのまま加工温度を降下させる工程を設けた（図５）。これは従来手法より柔軟な押付型１が加工時の圧力により過剰に変形し、成形物の形状が崩れることを防ぐためである。

【0084】

図１８は実施形態１に係る医療用針の製造方法により加熱温度１９０℃で下降無しで製造された中実針を示す画像である。図１９は加熱温度１９０℃で２００μｍ下降させて製造された中実針を示す画像である。図２０は４００μｍ下降させて製造された中実針を示す画像である。図２１は６００μｍ下降させて製造された中実針を示す画像である。図２２は７００μｍ下降させて製造された中実針を示す画像である。図２３は加熱温度１９０℃で製造された上記中実針の全長と下降距離との間の関係を示すグラフである。

【0085】

中実針の成形結果は、図１８～図２２に示されるように、降下距離の相違に関わらず良好である。但し、降下距離が不足すると、成形された中実針が、母型４と比べて太く短くなる。

【0086】

図２３に示すように、降下距離が０μｍ、２００μｍ、４００μｍ、及び６００μｍのときは、成形された中実針の全長は、母型４の全長よりも短い。降下距離を、母型４の全長の７０％に相当する７００μｍとすると、中実針の全長と母型４の全長とが一致する。ＰＬＡシート２の加熱温度は１９０℃である。

【0087】

図２４は実施形態１に係る医療用針の製造方法により加熱温度１７０℃で下降無しで製造された中実針を示す画像である。図２５は上記加熱温度１７０℃で２００μｍ下降させて製造された中実針を示す画像である。図２６は上記加熱温度１７０℃で４００μｍ下降させて製造された中実針を示す画像である。図２７は上記加熱温度１７０℃で６００μｍ下降させて製造された中実針を示す画像である。図２８は上記加熱温度１７０℃で７００μｍ下降させて製造された中実針を示す画像である。図２９は上記加熱温度１７０℃で製造された上記中実針の全長と下降距離との間の関係を示すグラフである。

【0088】

中実針の成形結果は、図２４～図２８に示されるように、ＰＬＡシート２の加熱温度１９０℃の場合と比較すると、成形された中実針の形状のくずれが目立つ。特に、降下距離を長く取った場合に、中実針の上部に膨らみが生じる。ＰＬＡシート２の加熱温度は、１７０℃より高くてもよく、１８０℃より高くてもよく、または１９０℃以上でもよい。ＰＬＡシート２の加熱温度は、２１０℃以下でもよい。

【0089】

図２９に示すように、加熱温度が１９０℃である図２３の場合と同様に、降下距離が０μｍ、２００μｍ、４００μｍ、及び６００μｍのときは、成形された中実針の全長は、母型４の全長よりも短い。降下距離を、母型４の全長の７０％に相当する７００μｍとすると、中実針の全長と母型４の全長とが一致する。ＰＬＡシート２の加熱温度は１７０℃である。降下距離は、母型４の全長の６０％より長くてもよく、６５％よりも長くてもよく、または７０％以上でもよい。降下距離は、母型４の全長の１００％以下でもよく、９０％以下でもよく、８０％以下でもよい。

【0090】

図３０～図３２は側面に鋸歯状突起が形成された中実針を示す画像である。

【0091】

成形する医療用針の側面（外側面、内側面）に、様々な構造を付与することができる。ここでいう構造とは、突起、くぼみを指す。例えば本実施形態に際する実験においては、図３０～図３２に示すように、高さ２～１０μｍ、幅５～５０μｍの鋸歯状突起（形状は薔薇の棘に似る）を有する外径２００μｍ、全長１ｍｍの中実針を作製した。この鋸歯状突起は蚊の吸血用口吻（口針とも呼称される）を模倣したものである。蚊の口針における鋸歯状突起は細い口針を穿刺対象に穿刺する補助機能があることが判明しており、本実施形態において作製した突起付きの医療用針でも、同様の効果が期待される。

【0092】

上記のような針側面への突起の付与は、従来の硬い押付型を使用した場合は成形不可能である。成形物が型に食い込んだ状態で成形されるため、離型時に突起が引っかかって正常な離型を妨げるからである。この場合、一般的には成形物が破壊され、一部が押付型の内部に残存する。

【0093】

これに対して、本実施形態では、柔軟な押付型１を利用しているため、離型時に押付型１が変形して突起部分での引っ掛かりを防止する（図６）。

【0094】

本実施形態の方法により成形した針は直線形状を基本とするが、湾曲させることもできる。

【0095】

以上のように、押し付け（ナノインプリント）加工後にＰＬＡシート２を降下させる（押付型１とＰＬＡシート２とを少し離す）ことにより、成形物（中実針）の形状を母型に近づけることが可能となる。

【0096】

ＰＬＡシート２の降下を、行わないか、又は、降下が不十分である場合は、成形物が母型と比較して太くなり、そして、短くなる。特に成形物の根本側で太さが増す傾向がある。

【0097】

ＰＬＡシート２の降下を行うことで、成形物の形状が母型に近づく。本実施形態においては、降下距離を母型の全長の７０％とすることで、最も良好な結果が得られた。

【0098】

【表4】

【0099】

（表４）に示すように、成形加工時のＰＬＡシート２の加熱温度は１９０℃が適していた。加熱温度が１７０℃の場合は、形の崩れ（針上部での膨らみ）が発生した。

【0100】

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

【0101】

図３３は実施形態２に係る中空針の母型の設計例を示す斜視図である。

【0102】

【表5】

【0103】

高精度３次元プリンタを用いて作製する中空針の母型は、（表５）及び図３３に示すように、外径２００μｍ、内径１００μｍの太い針と、外径１００μｍ、内径５０μｍの細い針とについて、それぞれ、全長長さ４００μｍ、７００μｍ、１０００μｍの合計６種類作製された。

【0104】

【表6】

【0105】

図３４は実施形態２に係る医療用針の製造方法により製造された外径１００μｍ、内径５０μｍの母型を示す電子顕微鏡像である。図３５は上記製造方法により製造された外径１００μｍ、内径５０μｍ、全長４００μｍの母型の電子顕微鏡平面像である。図３６は上記製造方法により製造された外径１００μｍ、内径５０μｍ、全長７００μｍの母型の電子顕微鏡平面像である。図３７は上記製造方法により製造された外径１００μｍ、内径５０μｍ、全長１０００μｍの母型の電子顕微鏡平面像である。図３８は実施形態２に係る医療用針の製造方法により製造された外径２００μｍ、内径１００μｍの母型を示す電子顕微鏡像である。図３９は上記製造方法により製造された外径２００μｍ、内径１００μｍ、全長１０００μｍの母型の電子顕微鏡平面像である。図４０は上記製造方法により製造された外径２００μｍ、内径１００μｍ、全長７００μｍの母型の電子顕微鏡平面像である。図４１は上記製造方法により製造された外径２００μｍ、内径１００μｍ、全長４００μｍの母型の電子顕微鏡平面像である。

【0106】

図３４～図４１に示されるように、細い針、太い針共に設計通り作成されている。

【0107】

図４２は実施形態２に係る医療用針の製造方法により製造された外径１００μｍ、内径５０μｍの中空針を示す電子顕微鏡像である。図４３は上記製造方法により製造された外径１００μｍ、内径５０μｍ、設計長４００μｍの中空針の電子顕微鏡平面像である。図４４は上記製造方法により製造された外径１００μｍ、内径５０μｍ、設計長７００μｍの中空針の電子顕微鏡平面像である。図４５は上記製造方法により製造された外径１００μｍ、内径５０μｍ、設計長１０００μｍの中空針の電子顕微鏡平面像である。図４６は実施形態２に係る医療用針の製造方法により製造された外径２００μｍ、内径１００μｍの中空針を示す電子顕微鏡像である。図４７は上記製造方法により製造された外径２００μｍ、内径１００μｍ、設計長１０００μｍの中空針の電子顕微鏡平面像である。図４８は上記製造方法により製造された外径２００μｍ、内径１００μｍ、設計長７００μｍの中空針の電子顕微鏡平面像である。図４９は上記製造方法により製造された外径２００μｍ、内径１００μｍ、設計長４００μｍの中空針の電子顕微鏡平面像である。

【0108】

図４２～図４９に示すように、各中空針とも、母型の全長よりも全長が短く成形されている。そして、中空針の直径は軸方向に沿って変化する傾向が現れている。

【0109】

本実施形態においては、押付型１が柔軟であることが原因となり、母型と成形物の形状・寸法に一部差異が見られる場合がある。このような場合は、加工時の変形を考慮して母型の形状を補正することにより、成形物が医療用針として必要な形状、寸法を得ることを可能にする。

【0110】

実施形態２では、成形した中空針の全長を補正する。中空針の全長の補正方法としては、まず、成形した中空針の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像から中空針の長さを測定する。そして、縮小率を、
（縮小率）＝（成形物の全長）／（目標値（設計値））、
の式により計算する。

【0111】

【表7】

【0112】

【表8】

【0113】

次に、計算した縮小率の逆数を補正値として設定する。

【0114】

図５０は外径１００μｍの中空針の根元からの距離を中空針の全長で除算した値と、上記中空針の各位置における直径と母型の直径との間の比率との間の関係を示すグラフである。

【0115】

縦軸は中空針の軸方向に沿った各位置における直径（ｄ）と母型の直径（ｄ_０）との間の比率（ｄ／ｄ_０）を示す。横軸は中空針の根元からの距離（ｘ）を中空針の全長（Ｌ）で除算した値（ｘ／Ｌ）を示す。

【0116】

走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を利用して、外径１００μｍ、全長の設計長４００μｍ、７００μｍ、及び１０００μｍの各中空針の根元から等間隔に１０点の位置の直径を計測し、最小二乗法を用いた近似曲線から各位置における直径（ｄ）を推測した。そして、この推測結果に基づいて、母型の設計値に対する成形物（中空針）の直径の拡大率を計算した。

【0117】

図５１は外径２００μｍの中空針の根元からの距離を中空針の全長で除算した値と、上記中空針の各位置における直径と母型の直径との間の比率との間の関係を示すグラフである。縦軸及び横軸は図５０と同様である。

【0118】

図５０の外径１００μｍの中空針の場合と同様の手法により、母型の設計値に対する成形物（中空針）の直径の拡大率を計算した。

【0119】

図５２は実施形態２に係る補正母型の観察画像である。

【0120】

図５０及び図５１で前述した母型の設計値に対する成形物（中空針）の直径の拡大率に基づく補正値により、中空針の補正母型を作製した。そして、この補正母型に基づいて、前述した補正前の中空針と同様の成形条件で熱ナノインプリント法により、前記押付工程、前記後退工程、及び前記離間工程とを実施して補正中空針を作製した。

【0121】

図５３は補正前の外径１００μｍ、内径５０μｍの中空針を示す画像である。図５４は補正母型に基づいて成形された外径１００μｍ、内径５０μｍの補正中空針を示す画像である。

【0122】

図５３に示すように、補正前の中空針は、いずれも、先端部が膨らんでおり、全長が母型の設計値よりも短い。図５４に示すように、補正中空針は、いずれも、先端部の膨らみが補正前の中空針よりも抑えられており、補正の効果により、先端部に近づくにつれて直径が小さくなっている。

【0123】

【表9】

【0124】

図５５は補正前の外径２００μｍ、内径１００μｍの中空針を示す画像である。図５６は補正母型に基づいて成形された外径２００μｍ、内径１００μｍの補正中空針を示す画像である。

【0125】

図５５に示すように、補正前の中空針は、図５３で前述した補正前の外径１００μｍ、内径５０μｍの中空針と同様に、いずれも、先端部が膨らんでおり、全長が母型の設計値よりも短い。図５６に示すように、補正中空針は、図５４で前述した外径１００μｍ、内径５０μｍの補正中空針と同様に、先端部の膨らみが補正前の中空針よりも抑えられており、全長１０００μｍの補正中空針の場合、補正の効果により、全長が母型の設計値よりも長くなっている。

【0126】

概ね補正に成功した。但し、外径１００μｍ、全長７００μｍの場合のみ、過剰補正により補正前よりも設計値を超過した。

【0127】

【表10】

【0128】

このように、本実施形態に係る医療用針の製造方法は、押付工程の前に、医療用針の母型を作製する母型作製工程と、離間工程により製造された医療用針の寸法と母型の寸法とに基づいて補正値を設定し、この補正値に基づいて補正母型を作製する補正母型作製工程と、この補正母型に基づいて、押付工程、後退工程、及び離間工程を実施して補正医療用針を作製する補正医療用針作製工程とをさらに包含する。

【0129】

もし得られた成形物の寸法と目標値の誤差が許容範囲を超過していた場合は、成形物と使用した補正母型の寸法比を求め、上記と同様の工程により補正母型の再作製を行う。そして、成形物の寸法と目標値の誤差が許容範囲以下になるまで本工程を繰り返す。

【0130】

〔実施形態３〕
本発明のさらに他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

【0131】

図５７は実施形態３に係るランセットポイント針の母型を示す画像である。

【0132】

前述した中空針と同様に、外径２００μｍ、内径１００μｍの太い針と外径１００μｍ、内径５０μｍの細い針とについて、それぞれ、全長長さ４００μｍ、７００μｍ、及び１０００μｍの６種類の母型を作製した。各ランセットポイント針の母型のポイント形状は、全長によらず一定の形状とした。

【0133】

【表11】

【0134】

そして、中空針と同様の成形条件で熱ナノインプリント法により、前記押付工程、前記後退工程、及び前記離間工程とを実施して、各ランセットポイント針を成型した。

【0135】

図５８は母型に基づいて成形されたランセットポイント針を示す画像である。

【0136】

一部のランセットポイント針では、母型のランセットポイント形状の再現に成功したが、上記成形条件では、成形不良のランセットポイント針もみられる。

【0137】

図５９は降下距離を９００μｍにすることにより成形された外径１００μｍのランセットポイント針を示す画像である。図６０は上記ランセットポイント針の先端付近の拡大画像である。図６１は降下距離を９００μｍにすることにより成形された外径２００μｍのランセットポイント針を示す画像である。図６２は上記ランセットポイント針の先端付近の拡大画像である。

【0138】

前述した中空針の成形条件における最適な降下距離７００μｍを９００μｍに変更することにより、ランセットポイント形状に改善が見られ、図５７に示される全長長さ、外径、内径がそれぞれ異なる６種類のランセットポイント針を、実施形態２に係る成型方法により成形することができた。上記ランセットポイント針の降下距離以外の成形条件は、実施形態２に係る中空針の成形条件と同様である。

【0139】

このように、降下距離は、ランセットポイント針の全長の９０％が最適値となる。

【0140】

中空針、特にランセットポイント針の場合、降下距離は、母型４の全長の７０％より長くてもよく、８０％よりも長くてもよく、または９０％以上でもよい。降下距離は、母型４の全長の１１０％以下でもよく、１００％以下でもよい。

【0141】

実施形態１～３に係る医療用針の製造方法、及び、医療用針は、経皮投薬用マイクロニードル、皮下へのヒアルロン酸注入、採血用注射針、及び血液検査用ニードルパッチ等に応用することができ、また、医療分野、化粧品分野に利用することができる。

【0142】

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0143】

１ 押付型
２ ＰＬＡシート（生分解性樹脂）
３ 医療用針
４ 母型
５ 側面
６ 鋸歯状突起
７ 先端
８ ナノインプリント装置
９ 上基板
１０ 下基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】

【図41】

【図42】

【図43】

【図44】

【図45】

【図46】

【図47】

【図48】

【図49】

【図50】

【図51】

【図52】

【図53】

【図54】

【図55】

【図56】

【図57】

【図58】

【図59】

【図60】

【図61】

【図62】