JP2012034944A - Method for manufacturing mold to make fine needle, and method for fabricating fine needle - Google Patents
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- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
【課題】 複雑な形状を有する微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の作製方法を提供する。
【解決手段】 先鋭状の先端部130を有する、シリコンで形成された針模型100をシリコン基板140に固定するステップと、前記シリコン基板140の前記針模型100を固定した面側に鋳型材料を堆積するステップと、前記シリコン基板140および前記針模型100を除去するステップとを備える。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a mold and a method for producing a fine needle for producing a fine needle having a complicated shape.
A step of fixing a needle model 100 made of silicon having a sharp tip portion 130 to a silicon substrate 140, and depositing a mold material on a surface side of the silicon substrate 140 to which the needle model 100 is fixed. And removing the silicon substrate 140 and the needle model 100.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の作製方法であって、詳しくは、複雑な形状を有する微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の作製方法に関する。 The present invention relates to a mold manufacturing method and a microneedle manufacturing method for manufacturing a fine needle, and more particularly, a mold manufacturing method and a microneedle manufacturing method for manufacturing a microneedle having a complicated shape. About.
人体からの採血において、金属製のストレート形状の中実な針(ランセット)が利用される場合がある。採血は、針を皮膚に突き刺すことで微量の出血を生じさせ、これを検査紙で吸い取っている。 In blood collection from a human body, a solid metal solid needle (lancet) may be used. In blood collection, a minute amount of bleeding is caused by piercing the skin with a needle, and this is blotted with a test paper.
現状の針は、概ね直径300μm以上と比較的太い。そのため、皮膚の痛点を避けることが困難であること等の理由から、採血は、痛みや恐怖を伴っている。医療現場では、低侵襲性のランセットが強く望まれている。 The current needle is relatively thick with a diameter of approximately 300 μm or more. Therefore, blood sampling is accompanied by pain and fear because it is difficult to avoid pain points on the skin. In the medical field, a minimally invasive lancet is strongly desired.
シリコン基板に対してエッチング処理を施すことで鋳型を製造し、鋳型を利用して微細金属部品を作製する技術が知られている(たとえば、非特許文献1)。より細い針を得ることを目的として、この技術を利用して微細針を作製することが考えられている。他に、シリコン基板表面に対して垂直方向に微細針を作製する技術が知られている。 A technique is known in which a mold is manufactured by performing an etching process on a silicon substrate, and a fine metal part is manufactured using the mold (for example, Non-Patent Document 1). In order to obtain a finer needle, it is considered to make a fine needle using this technique. In addition, a technique for producing a fine needle in a direction perpendicular to the silicon substrate surface is known.
非特許文献1に記載の技術を利用して微細針を作製する場合、マスク処理を施したレジスト材料を紫外光やX線により感光させ,それを現像することで鋳型を製造している。この方法では、基板表面に対してレジストを垂直方向にエッチングすることになる。そのため、複雑な形状の微細針を作製することは難しい。 When a fine needle is produced using the technique described in Non-Patent Document 1, a resist material subjected to mask treatment is exposed to ultraviolet light or X-rays and developed to produce a mold. In this method, the resist is etched in a direction perpendicular to the substrate surface. Therefore, it is difficult to produce a fine needle having a complicated shape.
シリコン基板に垂直に微細針を作製する場合、ドライエッチングなどを利用して針を作製する。ドライエッチングにおいても、複雑な形状の微細針を作製することは難しい。 When producing fine needles perpendicular to the silicon substrate, the needles are produced using dry etching or the like. Even in dry etching, it is difficult to produce a fine needle having a complicated shape.
本発明は、斯かる事情に鑑み、複雑な形状を有する微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の作製方法を提供することを課題とする。 This invention makes it a subject to provide the manufacturing method of the casting_mold | template for manufacturing the fine needle which has a complicated shape, and the manufacturing method of a fine needle in view of such a situation.
本発明に係る微細針を作製するための鋳型の製造方法は、先鋭状の先端部を有する、シリコンで作成された針模型をシリコン基板に固定するステップと、シリコン基板の針模型を固定した面側に鋳型材料を堆積するステップと、シリコン基板および針模型を除去するステップとを備える。 A method for producing a mold for producing a fine needle according to the present invention includes a step of fixing a needle model made of silicon to a silicon substrate having a sharp tip, and a surface on which the needle model of the silicon substrate is fixed Depositing a mold material on the side and removing the silicon substrate and the needle model.
斯かる構成によれば、針模型にはシリコンが利用される。針模型は、予め複雑な形状に形成された後、シリコン基板に固定される。すなわち、針模型は、先鋭状の先端部を有する形状に形成された後、シリコン基板に固定される。 According to such a configuration, silicon is used for the needle model. The needle model is formed in a complicated shape in advance and then fixed to the silicon substrate. That is, the needle model is formed into a shape having a sharp tip and then fixed to the silicon substrate.
シリコン基板の針模型を固定した面側に、鋳型材料を堆積する。鋳型材料は、針模型を覆う程度に堆積される。鋳型材料が堆積された後に、シリコン基板および針模型は、除去される。針模型の形状が鋳型材料に転写され、鋳型材料は微細針の鋳型となる。 A mold material is deposited on the side of the silicon substrate on which the needle model is fixed. The mold material is deposited to the extent that it covers the needle model. After the mold material is deposited, the silicon substrate and needle model are removed. The shape of the needle model is transferred to the mold material, and the mold material becomes a mold for a fine needle.
また、シリコン基板の針模型を固定した面側に鋳型材料を堆積するステップは、シリコン基板の針模型を固定した面側に電極層を形成するステップと、電極層を利用して、鋳型材料を堆積するステップを有する。 Further, the step of depositing the mold material on the surface side of the silicon substrate with the needle model fixed includes the step of forming an electrode layer on the surface side of the silicon substrate with the needle model fixed, and using the electrode layer to form the mold material. Depositing.
斯かる構成によれば、電極層は、シリコン基板の針模型を固定した面側に形成される。シリコン基盤は、鋳型材料となる金属を含む水溶液中に浸される。電極層を利用して電解メッキをすることで、鋳型材料は、シリコン基板の針模型を固定した面側に堆積される。 According to such a configuration, the electrode layer is formed on the surface side on which the needle model of the silicon substrate is fixed. The silicon substrate is immersed in an aqueous solution containing a metal as a mold material. By performing electrolytic plating using the electrode layer, the mold material is deposited on the surface side of the silicon substrate on which the needle model is fixed.
また、微細針の作製方法は、上記微細針を作製するための鋳型の製造方法により製造された鋳型に、針材料を充填して作製されることを特徴とする。 In addition, the method for producing a fine needle is characterized by being produced by filling a mold produced by the above-described method for producing a mold for producing a fine needle with a needle material.
以上の如く、本発明に係る微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の製造方法によれば、複雑な形状を有する微細針を作製することができるというすぐれた効果を有する。 As described above, according to the method for producing a mold and the method for producing a fine needle for producing a fine needle according to the present invention, there is an excellent effect that a fine needle having a complicated shape can be produced.
以下、本発明に係る微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の作製方法における一実施形態について、図1〜図10を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of a method for producing a mold for producing a fine needle and a method for producing a fine needle according to the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施形態における微細針770を作製するための鋳型160の製造方法および微細針770の作製方法は、鋳型160を製造する工程と、微細針770を作製する工程とに大別される。微細針770を作製するための鋳型160の製造方法は、先鋭状の先端部130を有する、シリコンで形成された針模型100をシリコン基板140に固定する工程と、シリコン基板140の針模型100を固定した面側に電極層150を形成する工程と、シリコン基板140の針模型100を固定した面側に鋳型材料を堆積する工程と、シリコン基板140および針模型100を除去する工程とを備える。微細針770の作製方法は、針材料を充填する工程と、鋳型160を除去する工程とを備える。 The manufacturing method of the mold 160 and the manufacturing method of the microneedle 770 for manufacturing the microneedle 770 in this embodiment are roughly divided into a process of manufacturing the mold 160 and a process of manufacturing the microneedle 770. A method of manufacturing the mold 160 for producing the fine needle 770 includes a step of fixing the needle model 100 having a sharp tip portion 130 formed of silicon to the silicon substrate 140, and a method of fixing the needle model 100 of the silicon substrate 140. The method includes a step of forming the electrode layer 150 on the fixed surface side, a step of depositing a mold material on the surface side of the silicon substrate 140 on which the needle model 100 is fixed, and a step of removing the silicon substrate 140 and the needle model 100. The manufacturing method of the fine needle 770 includes a step of filling a needle material and a step of removing the mold 160.
図1は、本発明の一実施形態に係る微細針を作製するための鋳型の製造工程の概略図を示す。図1(a)は、針模型の斜視図、図1(b)は、針模型を固定して電極層を形成したシリコン基板の斜視図、図1(c)は、鋳型材料を堆積したシリコン基板の斜視図、図1(d)は、シリコン基板を除去した鋳型材料の斜視図を示す。 FIG. 1 shows a schematic view of a manufacturing process of a mold for producing a fine needle according to an embodiment of the present invention. 1A is a perspective view of a needle model, FIG. 1B is a perspective view of a silicon substrate on which an electrode layer is formed by fixing the needle model, and FIG. 1C is silicon on which a mold material is deposited. The perspective view of a board | substrate and FIG.1 (d) show the perspective view of the casting_mold | template material which removed the silicon substrate.
針模型100は、ホルダ部110と、針部120とを備える。針部120は、中途部125と、先端部130とを有する。針模型100は、シリコンで形成される。針模型100は、たとえば、電解エッチングを利用して先鋭化される。針模型100は、シリコンを用いて形成される。 The needle model 100 includes a holder part 110 and a needle part 120. The needle part 120 has a midway part 125 and a tip part 130. Needle model 100 is formed of silicon. The needle model 100 is sharpened using, for example, electrolytic etching. The needle model 100 is formed using silicon.
針模型100の先端部分が電解エッチングを用いて先鋭化される場合、針模型100は、アノードとしてフッ化水素10%水溶液に針部120を浸される。カソードとして、別のシリコンが利用される。先端部130は、アノードとカソードとの間に電圧を印加することで形成される。先端部130は、アノードとカソードとの間に200Vの電圧を印加することで先鋭状となる。 When the tip portion of the needle model 100 is sharpened using electrolytic etching, the needle model 120 is immersed in a 10% aqueous solution of hydrogen fluoride as the anode. Another silicon is used as the cathode. The tip 130 is formed by applying a voltage between the anode and the cathode. The tip 130 is sharpened by applying a voltage of 200 V between the anode and the cathode.
先鋭状の先端部を有する、シリコンで作成された針模型100をシリコン基板140に固定する。シリコン基板140は、針模型100とは別途用意される。針模型100は、ウェハボンディング技術を利用して固定される。たとえば、針模型100は、接着剤を利用して固定される。接着剤として、ネガレジスト(東京応化工業株式会社製、OMR(登録商標))が利用される。 A needle model 100 made of silicon having a sharp tip is fixed to a silicon substrate 140. The silicon substrate 140 is prepared separately from the needle model 100. The needle model 100 is fixed using a wafer bonding technique. For example, the needle model 100 is fixed using an adhesive. A negative resist (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., OMR (registered trademark)) is used as the adhesive.
シリコン基板140の針模型100を固定した面側に電極層150を形成する。電極層150は、Fe−Ni(鉄・ニッケル合金)であってよい。また、Cr−Au(金・クロム合金)であってよい。本実施形態では、電極層150をFe−Niとして説明する。 An electrode layer 150 is formed on the surface of the silicon substrate 140 on which the needle model 100 is fixed. The electrode layer 150 may be Fe—Ni (iron / nickel alloy). Further, it may be Cr—Au (gold / chromium alloy). In the present embodiment, the electrode layer 150 is described as Fe—Ni.
シリコン基板140の針模型100を固定した面側に鋳型材料を堆積する。鋳型材料は、最終的に鋳型160となる。鋳型材料は、Niであってよい。鋳型材料は、電極層150を利用して堆積される。たとえば、鋳型材料は、電極層150を電極として利用して、電解メッキで堆積される。 A mold material is deposited on the surface of the silicon substrate 140 on which the needle model 100 is fixed. The mold material eventually becomes the mold 160. The mold material may be Ni. The template material is deposited using the electrode layer 150. For example, the template material is deposited by electrolytic plating using the electrode layer 150 as an electrode.
電解メッキを利用して鋳型材料を堆積する場合、シリコン基板140は、カソードとしてスルファミン酸水溶液に浸される。アノードとしてNiを利用する。スルファミン酸水溶液は、ヒータにより加熱される。 When depositing the template material using electrolytic plating, the silicon substrate 140 is immersed in an aqueous sulfamic acid solution as a cathode. Ni is used as the anode. The aqueous sulfamic acid solution is heated by a heater.
鋳型材料を堆積した後、シリコン基板140および針模型100を除去する。シリコン基板140および針模型100は、たとえば、KOH水溶液に浸されることで除去される。シリコン基板140および針模型100がエッチングされることで、鋳型160が完成する。 After depositing the mold material, the silicon substrate 140 and the needle model 100 are removed. For example, the silicon substrate 140 and the needle model 100 are removed by being immersed in an aqueous KOH solution. The mold 160 is completed by etching the silicon substrate 140 and the needle model 100.
鋳型160は、凹形状に針模型100の転写される部分を備える。鋳型160は、ホルダ部110に対応するホルダ鋳型部170と、針部120に対応する針鋳型部180とを備える。針鋳型部180は、中途部125に対応する中途鋳型部185と、先端部130に対応する先端鋳型部190とを有する。 The mold 160 includes a portion to which the needle model 100 is transferred in a concave shape. The mold 160 includes a holder mold part 170 corresponding to the holder part 110 and a needle mold part 180 corresponding to the needle part 120. The needle mold part 180 includes a midway mold part 185 corresponding to the midway part 125 and a tip mold part 190 corresponding to the tip part 130.
図2は、同実施形態に係るシリコン基板に針模型を固定する工程の概略図を示す。図2(a)は、シリコン基板の側面図、図2(b)は、HMDS(ヘキサメチルジシラザン)を塗布したシリコン基板の側面図、図2(c)は、レジストを塗布したシリコン基板の側面図、図2(d)は、針模型を固定したシリコン基板の側面図を示す。 FIG. 2 shows a schematic view of a process of fixing the needle model to the silicon substrate according to the embodiment. 2A is a side view of the silicon substrate, FIG. 2B is a side view of the silicon substrate coated with HMDS (hexamethyldisilazane), and FIG. 2C is a silicon substrate coated with a resist. A side view, FIG.2 (d) shows the side view of the silicon substrate which fixed the needle model.
シリコン基板140は、適度な厚さを有する。たとえば、シリコン基板140は、500μmの厚さを有する。シリコン基板140は、スピンコーティング装置210に固定される。スピンコーティング装置210は、シリコン基板140を回転する。HMDS層220は、回転されるシリコン基板140上にHMDSを塗布することにより形成される。HMDS層220は、レジスト材をシリコン基板140に塗布する場合の接着助剤として機能する。 The silicon substrate 140 has an appropriate thickness. For example, the silicon substrate 140 has a thickness of 500 μm. The silicon substrate 140 is fixed to the spin coating apparatus 210. The spin coating apparatus 210 rotates the silicon substrate 140. The HMDS layer 220 is formed by applying HMDS on the rotated silicon substrate 140. The HMDS layer 220 functions as an adhesion aid when a resist material is applied to the silicon substrate 140.
レジスト層230は、HMDS層220上に形成される。レジスト層230は、HMDS層220上にOMR(登録商標)を塗布することで形成される。表1に、HMDS層220を形成する場合およびレジスト層230を形成する場合における、スピンコーティング装置210の回転条件を示す。 The resist layer 230 is formed on the HMDS layer 220. The resist layer 230 is formed by applying OMR (registered trademark) on the HMDS layer 220. Table 1 shows the rotation conditions of the spin coating apparatus 210 when the HMDS layer 220 is formed and when the resist layer 230 is formed.
シリコン基板140は、スピンコーティング装置210から外される。シリコン基板140は、ヒータ240上に載置される。針模型100は、レジスト層230上に載置される。針模型100は、シリコン基板140とウェハボンディング技術を利用して固定される。たとえば、ヒータ240は、145℃で5分間、シリコン基板140と針模型100とをベーキングすることで固定される。 The silicon substrate 140 is removed from the spin coating apparatus 210. The silicon substrate 140 is placed on the heater 240. The needle model 100 is placed on the resist layer 230. Needle model 100 is fixed using silicon substrate 140 and wafer bonding technology. For example, the heater 240 is fixed by baking the silicon substrate 140 and the needle model 100 at 145 ° C. for 5 minutes.
図3は、同実施形態に係る鋳型材料を堆積する工程の概略図を示す。図3(a)は、スパッタリングにより電極層を堆積する概略図、図3(b)は、電解メッキにより鋳型材料を堆積したシリコン基板の側面図を示す。 FIG. 3 shows a schematic diagram of a process of depositing a mold material according to the embodiment. FIG. 3A is a schematic view of depositing an electrode layer by sputtering, and FIG. 3B is a side view of a silicon substrate on which a template material is deposited by electrolytic plating.
シリコン基板140は、針模型100を固定した後に、スパッタ装置310へと挿入される。スパッタ装置310は、シリコン基板140の針模型100を固定した面側に、電極層150を形成する。たとえば、スパッタ装置310は、針模型100およびシリコン基板140上に、Fe−Niをスパッタリングにより堆積する。 The silicon substrate 140 is inserted into the sputtering apparatus 310 after the needle model 100 is fixed. The sputtering apparatus 310 forms the electrode layer 150 on the surface side of the silicon substrate 140 on which the needle model 100 is fixed. For example, the sputtering apparatus 310 deposits Fe—Ni on the needle model 100 and the silicon substrate 140 by sputtering.
電極層150が形成された後、シリコン基板140は、スルファミン酸水溶液に浸される。電極層150は、カソードとして利用される。Niは、アノードとして利用される。スルファミン酸水溶液は、ヒータにより加熱される。電極層150は、電解メッキにより鋳型材料となるNiを堆積する。シリコン基板140は、鋳型材料としてNiを300μmの厚さになるまで堆積する。鋳型材料は、最終的に鋳型160となる。なお、電極層150は、MOCVD法(有機金属気相成長法)を用いて形成されてもよい。表2に、スパッタリング条件を示す。なお、本実施形態においては、DCスパッタリングでFe−Niをスパッタする場合を示す。 After the electrode layer 150 is formed, the silicon substrate 140 is immersed in an aqueous sulfamic acid solution. The electrode layer 150 is used as a cathode. Ni is used as an anode. The aqueous sulfamic acid solution is heated by a heater. The electrode layer 150 deposits Ni as a template material by electrolytic plating. The silicon substrate 140 is deposited with Ni as a mold material until the thickness becomes 300 μm. The mold material eventually becomes the mold 160. Note that the electrode layer 150 may be formed by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). Table 2 shows the sputtering conditions. In this embodiment, a case where Fe—Ni is sputtered by DC sputtering is shown.
図4は、同実施形態に係るシリコン基板を除去する工程の概略図を示す。鋳型材料を堆積したシリコン基板140は、KOH水溶液中に浸される。シリコン基板140および針模型100は、KOH(水酸化カリウム)水溶液に浸されることで、エッチングされる。鋳型160は、針模型100およびシリコン基板140のエッチングにより完成する。たとえば、シリコン基板140は、KOH20%40g、水160mlの水溶液に浸される。ヒータ410は、72℃で8時間KOH水溶液に浸す。KOH水溶液の溶液の蒸発を防止することを目的として、IPA(イソプロピルアルコール)溶液を混ぜるのが好ましい。表3に、KOH水溶液の成分を示す。 FIG. 4 shows a schematic view of a process of removing the silicon substrate according to the embodiment. The silicon substrate 140 on which the mold material is deposited is immersed in an aqueous KOH solution. The silicon substrate 140 and the needle model 100 are etched by being immersed in a KOH (potassium hydroxide) aqueous solution. The mold 160 is completed by etching the needle model 100 and the silicon substrate 140. For example, the silicon substrate 140 is immersed in an aqueous solution of KOH 20% 40 g and water 160 ml. The heater 410 is immersed in a KOH aqueous solution at 72 ° C. for 8 hours. For the purpose of preventing evaporation of the KOH aqueous solution, it is preferable to mix an IPA (isopropyl alcohol) solution. Table 3 shows the components of the KOH aqueous solution.
図5は、同実施形態に係る製造された鋳型の上方図を示す。図6は、同実施形態に係る製造された鋳型の針鋳型部における拡大図を示す。 FIG. 5 shows an upper view of the manufactured mold according to the embodiment. FIG. 6 shows an enlarged view of the needle mold portion of the manufactured mold according to the embodiment.
図1(d)に対応して、図5に示すように、鋳型160は、針模型100の形状をかたどった溝を備える。鋳型160は、ホルダ部110に対応するホルダ鋳型部170と、針部120に対応する針鋳型部180とを備える。針鋳型部180は、中途部125に対応する中途鋳型部185と、先端部130に対応する先端鋳型部190とを有する。 Corresponding to FIG. 1 (d), as shown in FIG. 5, the mold 160 includes a groove shaped like the shape of the needle model 100. The mold 160 includes a holder mold part 170 corresponding to the holder part 110 and a needle mold part 180 corresponding to the needle part 120. The needle mold part 180 includes a midway mold part 185 corresponding to the midway part 125 and a tip mold part 190 corresponding to the tip part 130.
針模型100がシリコン基板140に固定されると、先端部130は、先鋭状を有することで、シリコン基板140から接触しない位置に固定される。シリコン基板140に電解メッキが施されると、鋳型金属は、先端部130とシリコン基板140との間にも堆積される。その後、シリコン基板140を除去すると、図6に示すように、先端鋳型部190は、中途鋳型部185の長手方向に向かう方向おいて凹形状となる。 When the needle model 100 is fixed to the silicon substrate 140, the distal end portion 130 is fixed at a position where it does not come into contact with the silicon substrate 140 by having a sharp shape. When electrolytic plating is performed on the silicon substrate 140, the mold metal is also deposited between the tip portion 130 and the silicon substrate 140. Thereafter, when the silicon substrate 140 is removed, as shown in FIG. 6, the tip mold part 190 becomes concave in the direction toward the longitudinal direction of the midway mold part 185.
すなわち、先端鋳型部190は、中途鋳型部185の長手方向に向かう方向において、先端部130の先端に対応する部分を底とする凹形状となる。また、先端鋳型部190は、先端部130の中途部125に接続する部分から先端部130の先端までの傾斜に対応する傾斜を有する凹形状となる。したがって、先端鋳型部190は、鋳型160の面のうち、除去されたシリコン基板140の存在していた面側に、片持ち梁状の屋根を有する構造となる。 That is, the tip mold portion 190 has a concave shape with the bottom corresponding to the tip of the tip portion 130 in the direction of the longitudinal direction of the midway mold portion 185. Further, the tip mold portion 190 has a concave shape having an inclination corresponding to the inclination from the portion connected to the midway portion 125 of the tip portion 130 to the tip of the tip portion 130. Therefore, the tip mold portion 190 has a structure having a cantilevered roof on the surface of the mold 160 where the removed silicon substrate 140 was present.
図7は、同実施形態に係る微細針の作製工程の概略図を示す。図7(a)は、鋳型に射出成型して微細針を作製する射出成型機の概略図を示す。図7(b)は、鋳型を除去して作製された微細針の概略図を示す。 FIG. 7 shows a schematic view of a manufacturing process of the fine needle according to the embodiment. FIG. 7A shows a schematic view of an injection molding machine for producing a fine needle by injection molding into a mold. FIG. 7B shows a schematic view of a fine needle produced by removing the template.
射出成型機700は、上型710と、下形720と、ランナ部740と、プランジャ750とを備える。下形720は、鋳型160を収容する収容部730を有する。上型710は、針材料を鋳型160に充填するための貫通孔となるランナ部740を有する。プランジャ750は、鋳型160に、針材料を充填して微細針を作製する。 The injection molding machine 700 includes an upper mold 710, a lower mold 720, a runner portion 740, and a plunger 750. The lower shape 720 includes a housing portion 730 that houses the mold 160. The upper mold 710 has a runner portion 740 serving as a through hole for filling the mold 160 with the needle material. The plunger 750 fills the mold 160 with a needle material to produce a fine needle.
鋳型160は、収容部730に収容される。鋳型160は、上型710および下形720により圧接される。ランナ部740は、針材料となるペレット760を充填する。プランジャ750は、ランナ部740に充填されたペレット760を加圧する。プランジャ750は、ペレット760を加圧することで鋳型160にペレット760を充填する。ペレット760は、鋳型160に形成されたホルダ鋳型部170および針鋳型部180に充填される。ペレット760は、微細針770を形作る。 The mold 160 is accommodated in the accommodating portion 730. The mold 160 is pressed by the upper mold 710 and the lower mold 720. The runner portion 740 is filled with pellets 760 serving as a needle material. The plunger 750 pressurizes the pellet 760 filled in the runner portion 740. The plunger 750 pressurizes the pellet 760 to fill the mold 160 with the pellet 760. The pellet 760 is filled in the holder mold part 170 and the needle mold part 180 formed in the mold 160. The pellet 760 forms a fine needle 770.
ペレット760は、高分子ポリマ、生体高分子、たんぱく質、および生体適合性無機材料とすることができる。高分子ポリマとしては、これらに限定されないが、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレングリコール、パリレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、シリコーン、ポリイソプレン、ポリメチルメタクリレート、フッ素樹脂、ポリエーテルイミド、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネートカーボネート、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンサルファイド、ポリホルムアルデヒド、ポリアンヒドリド、ポリアミド(6ナイロン、66ナイロン)、ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニールアルコ−ル、ポリビニルピロリドン、ポリエステルアミド、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ABS樹脂、ポリカーボネート、ポリウレタン(ポリエーテルウレタン、ポリエステルウレタン、ポリエーテルウレタン尿素)、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアセタール、ポリブタジエン、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンビニルアルコール共重合体、エチレンプロピレン共重合体、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリヒイドロブチレート、ポリオルトエステル、ポリ乳酸、ポリグリコール、ポリカプロラクトン、ポリ乳酸共重合体、ポリグリコール酸・グリコール共重合体、ポリカプロノラクトン共重合体、ポリジオキサノン、パーフルオロエチレン―プロピレン共重合体、シアノアクリレート重合体、ポリブチルシアノアクリレート、ポリアリルエーテルケトン、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド、フェノール樹脂)が含まれる。 Pellets 760 can be polymeric polymers, biopolymers, proteins, and biocompatible inorganic materials. Examples of polymer polymers include, but are not limited to, polyvinyl chloride, polyethylene glycol, parylene, polyethylene, polypropylene, silicone, polyisoprene, polymethyl methacrylate, fluororesin, polyetherimide, polyethylene oxide, polyethylene terephthalate, polyethylene. Succinate, polybutylene terephthalate, polybutylene succinate, polybutylene succinate carbonate, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polyformaldehyde, polyanhydride, polyamide (6 nylon, 66 nylon), polybutadiene, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol , Polyvinylpyrrolidone, polyesteramide, polymethyl methacrylate, polyacrylonitrile Polysulfone, polyethersulfone, ABS resin, polycarbonate, polyurethane (polyether urethane, polyester urethane, polyether urethane urea), polyvinylidene chloride, polystyrene, polyacetal, polybutadiene, ethylene vinyl acetate copolymer, ethylene vinyl alcohol copolymer , Ethylene propylene copolymer, polyhydroxyethyl methacrylate, polyhydrobutyrate, polyorthoester, polylactic acid, polyglycol, polycaprolactone, polylactic acid copolymer, polyglycolic acid / glycol copolymer, polycapronolactone co Polymer, polydioxanone, perfluoroethylene-propylene copolymer, cyanoacrylate polymer, polybutylcyanoacrylate, polyallyl ether ketone, Carboxymethyl resins, polyester resins, polyimides, phenol resin).
また、生体高分子としては、例えば、セルロース、でんぷん、キチン・キトサン、寒天、カラギーナン、アルギン酸、アガロース、ブルラン、マンナン、カードラン、キサンタンガム、ジェランガム、ペクチン、キシログルカン、グアーガム、リグニン、オリゴ糖、ヒアルロン酸、シゾフィラン、レンチナンなどが含まれ、蛋白質としてはコラーゲン、ゼラチン、ケラチン、フィブロイン、にかわ、セリシン、植物性蛋白質、牛乳蛋白質、ラン蛋白質、合成蛋白質、ヘパリン、核酸が含まれ、糖、あめ、ブドウ糖、麦芽糖、ショ糖およびこれらのポリマーアロイを用いることもできる。 Examples of the biopolymer include cellulose, starch, chitin / chitosan, agar, carrageenan, alginic acid, agarose, bull run, mannan, curdlan, xanthan gum, gellan gum, pectin, xyloglucan, guar gum, lignin, oligosaccharide, hyaluron. Contains acid, schizophyllan, lentinan, etc. Protein includes collagen, gelatin, keratin, fibroin, glue, sericin, vegetable protein, milk protein, orchid protein, synthetic protein, heparin, nucleic acid, sugar, candy, glucose , Maltose, sucrose and their polymer alloys can also be used.
さらに、生体適合性無機材料としては、例えば、セラミック、ナノ複合化セラミック、Al2O3/ZnO2複合セラミックス、Si3N4系ナノ複合材料、水酸化アパタイト、炭酸カルシウム、カーボン、グラファイト(ナノグラファイバー)、カーボンナノチューブ(CNT)、フラーレン複合材料、ハイドロキシアパタイト・ポリマー複合材料、コバルトクロム合金、ステンレスなどが含まれる。 Furthermore, examples of the biocompatible inorganic material include ceramics, nanocomposite ceramics, Al2O3 / ZnO2 composite ceramics, Si3N4 nanocomposite materials, hydroxide apatite, calcium carbonate, carbon, graphite (nanografiber), carbon nanotubes ( CNT), fullerene composite material, hydroxyapatite-polymer composite material, cobalt chromium alloy, stainless steel and the like.
ただし好適には、本実施形態のペレット760は、例えば、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリカプロラクトン、コラーゲン、でんぷん、ヒアルロン酸、アルギン酸、キチン、キトサン、セルロース、ゼラチンなどを含む生分解性ポリマ、およびこれらの化合物からなる生分解性材料であるのが好ましい。 Preferably, however, the pellets 760 of this embodiment include biodegradable polymers including, for example, polylactic acid, polyglycolic acid, polycaprolactone, collagen, starch, hyaluronic acid, alginic acid, chitin, chitosan, cellulose, gelatin, and the like, and A biodegradable material composed of these compounds is preferred.
鋳型160は、ペレット760を充填した後に、射出成型機700から外される。鋳型160は、王水に浸される。鋳型160は、王水により溶かされる。微細針770は、鋳型160を王水により溶かすことで得られる。 The mold 160 is removed from the injection molding machine 700 after the pellet 760 is filled. The mold 160 is immersed in aqua regia. The mold 160 is melted with aqua regia. The fine needle 770 is obtained by dissolving the mold 160 with aqua regia.
微細針770は、ホルダ部780と、針部790とを備える。針部790は、中途部795と、先端部800とを有する。ホルダ部780は、ホルダ部110と同形状を有する。針部790は、針部120と同形状を有する。すなわち、中途部795は、中途部125と同形状を有する。先端部800は、先端部130と同形状を有する。 The fine needle 770 includes a holder part 780 and a needle part 790. Needle portion 790 has midway portion 795 and tip portion 800. The holder part 780 has the same shape as the holder part 110. Needle portion 790 has the same shape as needle portion 120. That is, the midway part 795 has the same shape as the midway part 125. The tip portion 800 has the same shape as the tip portion 130.
図8は、同実施形態に係る作製された微細針先端部の拡大図を示す。図8(a)は、微細針先端部の上方図、図8(b)は、微細針先端部の側面図を示す。図9は、同実施形態に係る作製された微細針の寸法を示す。図9(a)は、微細針の上方図における寸法、図9(b)は、微細針の側面図における寸法を示す。 FIG. 8 shows an enlarged view of the tip of the fine needle produced according to the same embodiment. FIG. 8A shows an upper view of the tip portion of the fine needle, and FIG. 8B shows a side view of the tip portion of the fine needle. FIG. 9 shows the dimensions of the manufactured fine needle according to the same embodiment. FIG. 9A shows dimensions in the upper view of the fine needle, and FIG. 9B shows dimensions in the side view of the fine needle.
ホルダ部780は、厚さ150μmを有する。針部790は、直径150μmを有し、長さ1000μmを有する。先端部800は、針部790に対して、20度角を有する先鋭状となる。針部790は、軸対称となる構造を有する。ここで、軸対称とは、少なくとも上方および側方から針部790をみて、ともに線対称となる構造をいう。たとえば、軸対称とは、先端部800が円錐形状となる構造をいう。同様に、針模型100の針部120は、軸対称となる構造を有する。すなわち、針部790および針部120は、3三次元的な形状である、複雑な構造を有する。 Holder part 780 has a thickness of 150 μm. Needle portion 790 has a diameter of 150 μm and a length of 1000 μm. The distal end portion 800 is sharp with a 20 degree angle with respect to the needle portion 790. Needle portion 790 has an axially symmetric structure. Here, the axial symmetry refers to a structure in which the needle part 790 is viewed at least from the upper side and the side and both are line symmetric. For example, axial symmetry refers to a structure in which the distal end portion 800 has a conical shape. Similarly, the needle part 120 of the needle model 100 has an axially symmetric structure. That is, the needle part 790 and the needle part 120 have a complicated structure having a three-dimensional shape.
図10は、同実施形態に係る他の針模型の斜視図を示す。針模型1000は、ホルダ部1010と、針部1020とを備える。針部1020は、中途部1025と、先端部1030とを有する。針部1020は、径方向に凹凸形状(ギザギザ形状)を有する。先端部1030は、中途部1025の径方向の一方に偏った位置に形成される。 FIG. 10 shows a perspective view of another needle model according to the embodiment. The needle model 1000 includes a holder part 1010 and a needle part 1020. Needle portion 1020 has midway portion 1025 and tip portion 1030. Needle portion 1020 has an uneven shape (a jagged shape) in the radial direction. The distal end portion 1030 is formed at a position that is biased to one side in the radial direction of the midway portion 1025.
図11は、同実施形態に係るさらに他の針模型の斜視図を示す。針模型1100は、ホルダ部1110と、針部1120とを備える。針部1120は、中途部1125と、先端部1130とを有する。針部1120は、三本の針形状を含む。針部1120は、径方向に凹凸形状のない一本の中央針部と、中央針部を挟むように配置され、中央針部と対向する側と逆の側の径方向に凹凸形状(ギザギザ形状)を有する二本の側針部とを有する。先端部1130は、中途部1125の径方向の一方に偏った位置に形成される。このような複雑な形状を有する針模型1000であっても、本実施形態の鋳型160を利用することで微細針を形成することができる。 FIG. 11 is a perspective view of still another needle model according to the embodiment. The needle model 1100 includes a holder part 1110 and a needle part 1120. Needle portion 1120 has midway portion 1125 and tip portion 1130. Needle portion 1120 includes three needle shapes. The needle portion 1120 is arranged so as to sandwich one central needle portion having no concavo-convex shape in the radial direction and the central needle portion, and has a concavo-convex shape (a jagged shape) in the radial direction opposite to the side facing the central needle portion. And two side needle portions having The distal end portion 1130 is formed at a position that is biased to one side in the radial direction of the midway portion 1125. Even with the needle model 1000 having such a complicated shape, a fine needle can be formed by using the mold 160 of the present embodiment.
以上のように、本実施形態に係る微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の作製方法は、複雑な形状を有する微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の作製方法を提供することができる。たとえば、先端部が軸対称の形状を有する場合であっても、微細針を作製することが可能となる。これにより、より低侵襲性の微細針を作製することが可能となる。すなわち、患者にとって痛みや恐怖を伴わない微細針の鋳型および微細針を作製することが可能となる。 As described above, the mold manufacturing method and the microneedle manufacturing method for manufacturing the microneedle according to this embodiment are the mold manufacturing method and the microneedle manufacturing method for manufacturing the microneedle having a complicated shape. A method can be provided. For example, even when the tip has an axisymmetric shape, it is possible to produce a fine needle. This makes it possible to produce a more invasive microneedle. That is, it is possible to produce a fine needle mold and a fine needle that are free from pain and fear for the patient.
また、ランセットとして微細針を利用する場合には、1mm以上の微細針が求められるが、シリコン基板の水平方向に鋳型を製造するので、1mm以上の微細針の鋳型および微細針を作製することが可能となる。したがって、より広い医療範囲で使用できる微細針の鋳型および微細針の作製が可能となる。 In addition, when a fine needle is used as a lancet, a fine needle of 1 mm or more is required, but since a mold is manufactured in the horizontal direction of the silicon substrate, it is possible to produce a mold and a fine needle of a fine needle of 1 mm or more. It becomes possible. Therefore, it is possible to produce a fine needle mold and fine needle that can be used in a wider medical range.
また、微細針の径方向にも長手方向にも複雑な形状を作成することが可能となるので、用途に合わせて様々な形状の微細針の鋳型および微細針を作製することが可能となる。たとえば、より先突部の鋭い針であり、且つ径方向に凹凸のある微細針が必要な場合には、より鋭い針であり、且つ径方向に凹凸のある微細針の模型を用意することで、必要な微細針の鋳型および微細針を得ることができる。したがって、より広い医療範囲で使用できる微細針の鋳型および微細針の作製が可能となる。 In addition, since it is possible to create a complicated shape both in the radial direction and in the longitudinal direction of the fine needle, it is possible to produce a mold and a fine needle of various shapes according to the application. For example, when a fine needle with a sharper tip and a concavo-convex shape in the radial direction is required, a model of a fine needle with a sharper needle and concavo-convex shape in the radial direction can be prepared. The necessary fine needle mold and fine needle can be obtained. Therefore, it is possible to produce a fine needle mold and fine needle that can be used in a wider medical range.
また、生体適合性を有する微細針を得ることができるので、採血する場合に微細針が折れて体内に残ってしまう場合であっても、血栓等ができることを防止できる。したがって、身体に優しい微細針を作製できる。 In addition, since a fine needle having biocompatibility can be obtained, it is possible to prevent thrombus and the like from occurring even when the fine needle is broken and remains in the body when blood is collected. Therefore, a fine needle that is gentle to the body can be produced.
なお、本発明に係る微細針を作製するための鋳型の製造方法および微細針の作製方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。また、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。 The method for producing a mold and the method for producing a fine needle for producing the fine needle according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Of course, can be added. Moreover, it is needless to say that configurations, methods, and the like according to various modifications described below may be arbitrarily selected and employed in the configurations, methods, and the like according to the above-described embodiments.
たとえば、上記実施形態に係る針模型100は、シリコン以外に鋳型材料とは別に除去できる物質で形成されてもよい。たとえば、針模型100は、モノポリマーで形成されてもよい。これにより、多くの針模型100を利用して鋳型160を製造することができ、微細針100の形状を形成するのに最適な材料を利用することができる。 For example, the needle model 100 according to the above embodiment may be formed of a material that can be removed separately from the mold material other than silicon. For example, the needle model 100 may be formed of a monopolymer. Accordingly, the mold 160 can be manufactured using many needle models 100, and an optimum material for forming the shape of the fine needle 100 can be used.
また、上記実施形態における針模型100は、ペンタセンやアントラセン、ルブレンなどの多環芳香族炭化水素や、テトラシアノキノジメタン(TCNQ)などの低分子化合物をはじめ、ポリアセチレンやポリ-3-ヘキシルチオフェン(P3HT)、ポリパラフェニレンビニレン(PPV)などのポリマーで形成されてよい。 The needle model 100 in the above embodiment includes polycyclic aromatic hydrocarbons such as pentacene, anthracene, and rubrene, low molecular compounds such as tetracyanoquinodimethane (TCNQ), polyacetylene, and poly-3-hexylthiophene. It may be formed of a polymer such as (P3HT) or polyparaphenylene vinylene (PPV).
また、上記実施形態における針模型100のシリコン基板140への固定は、陽極接合、共晶接合、フュージョン接合、SOI(シリコン・オン・インシュレーター)、および熱圧着接合などを利用して固定しても良い。また、接着剤として、エポキシ、ドライフィルム、BCB(ビスベンゾシクロブテン)、ポリイミド、UV硬化樹脂等を利用しても良い。 The needle model 100 in the above embodiment may be fixed to the silicon substrate 140 using anodic bonding, eutectic bonding, fusion bonding, SOI (silicon-on-insulator), thermocompression bonding, or the like. good. Further, as an adhesive, epoxy, dry film, BCB (bisbenzocyclobutene), polyimide, UV curable resin, or the like may be used.
また、上記実施形態における鋳型材料としては、電解エッチングでシリコン基板140に堆積できる導電性物質であることが好ましい。また、シリコン基板140と同時にエッチングされない物質であることが好ましい。シリコン基板140をエッチングする溶液によるが、Cu、Al、Ag、またはAu等の金属が利用できる。また、電極層150としても、Cu、Al、Ag、またはAu等の金属が利用できる。 The template material in the above embodiment is preferably a conductive material that can be deposited on the silicon substrate 140 by electrolytic etching. In addition, a material that is not etched simultaneously with the silicon substrate 140 is preferable. Depending on the solution for etching the silicon substrate 140, metals such as Cu, Al, Ag, or Au can be used. Further, as the electrode layer 150, a metal such as Cu, Al, Ag, or Au can be used.
また、上記実施形態における針模型100は、ホルダ部110を備える構造となっている。射出成型機700が針鋳型部180にペレットを直接充填できる場合、針模型100は、ホルダ部110を備えなくてもよい。針模型100がホルダ部110を備えないので、鋳型160は、ホルダ鋳型部170を備えなくても良い。これにより、針模型100を作製するコストを削減できる。また、シリコン基板140上に多くの針模型100を固定することが出来るようになるので、微細針770の作製コストを削減することができる。 Further, the needle model 100 in the above-described embodiment has a structure including the holder portion 110. When the injection molding machine 700 can directly fill the needle mold part 180 with pellets, the needle model 100 may not include the holder part 110. Since the needle model 100 does not include the holder part 110, the mold 160 may not include the holder mold part 170. Thereby, the cost of producing the needle model 100 can be reduced. In addition, since many needle models 100 can be fixed on the silicon substrate 140, the manufacturing cost of the fine needles 770 can be reduced.
100 針模型
110 ホルダ部
120 針部
125 中途部
130 先端部
140 シリコン基板
150 電極層
160 鋳型
170 ホルダ鋳型部
180 針鋳型部
185 中途鋳型部
190 先端鋳型部
210 スピンコーティング装置
220 HMDS層
230 レジスト層
240 ヒータ
310 スパッタ装置
410 ヒータ
700 射出成型機
710 上型
720 下形
730 収容部
740 ランナ部
750 プランジャ
760 ペレット
770 微細針
780 ホルダ部
790 針部
795 中途部
800 先端部
1000 針模型
1010 ホルダ部
1020 針部
1025 中途部
1030 先端部
1100 針模型
1120 針部
1125 中途部
1130 先端部
100 Needle model 110 Holder portion 120 Needle portion 125 Midway portion 130 Tip portion 140 Silicon substrate 150 Electrode layer 160 Mold 170 Holder mold portion 180 Needle mold portion 185 Midway mold portion 190 Tip mold portion 210 Spin coating apparatus 220 HMDS layer 230 Resist layer 240 Heater 310 Sputtering device 410 Heater 700 Injection molding machine 710 Upper mold 720 Lower mold 730 Storage section 740 Runner section 750 Plunger 760 Pellet 770 Fine needle 780 Holder section 790 Needle section 795 Midway section 800 Tip section 1000 Needle model 1010 Holder section 1020 Needle section 1025 Midway part 1030 Tip part 1100 Needle model 1120 Needle part 1125 Midway part 1130 Tip part
Claims (3)
前記シリコン基板の前記針模型を固定した面側に鋳型材料を堆積するステップと、
前記シリコン基板および前記針模型を除去するステップと
を備えることを特徴とする微細針を作製するための鋳型の製造方法。 Fixing a needle model made of silicon having a sharp tip to a silicon substrate;
Depositing a mold material on the side of the silicon substrate on which the needle model is fixed;
And a step of removing the silicon substrate and the needle model. A method for producing a mold for producing a fine needle.
前記シリコン基板の前記針模型を固定した面側に電極層を形成するステップと、
前記電極層を利用して、前記鋳型材料を堆積するステップと
を有することを特徴とする請求項1に記載の微細針を作製するための鋳型の製造方法。 The step of depositing a mold material on the side of the silicon substrate on which the needle model is fixed is as follows:
Forming an electrode layer on the side of the silicon substrate on which the needle model is fixed;
The method for producing a mold for producing a fine needle according to claim 1, further comprising the step of depositing the mold material using the electrode layer.
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