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JP2017176460A - 針状凸部を有するシートの製造方法 - Google Patents

針状凸部を有するシートの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】針状凹部への充填精度を向上させることができる針状凸部を有するシートの製造方法を提供する。
【解決手段】針状凹部15を有するモールド13と、ノズル先端部に形成されたスリット状の開口部を有する液供給装置36と、を準備する装置準備工程と、ノズル先端部をモールド13の表面に押し付けた状態で、液供給装置36から液をモールド13に供給し、針状凹部15に液を充填する充填工程と、ノズル先端部をモールド13の表面に接触させた状態で、液供給装置36をモールド13に対して相対的に移動させる移動工程と、を有し、モールド13の厚み方向の硬度分布として、モールド13の表面から40μm以内の部分のヤング率の平均値が1.9MPa以上100MPa以下である針状凸部を有するシートの製造方法である。
【選択図】図10

Description

本発明は、針状凸部を有するシートの製造方法に係り、特に、針状凹部が形成されたモールドを用いて形状転写により針状凸部を有するシートを製造する方法に関する。
生体表面、即ち皮膚や粘膜などより、薬品などを投与する方法として、薬剤を含有する高アスペクト比の針状凸部(以下、「微小針」、または、「マイクロニードル」ともいう)が形成された経皮吸収シートを用い、微小針を皮膚内に挿入することにより、薬品を注入する方法が行われている。経皮吸収シートとして使用するためには、薬剤を混入させる必要があるが、薬剤は高価なものが多いことから、微小針に集中させて薬剤を含有させることが必要になる。
経皮吸収シートを製造する方法として、針状凸部の反転形状である針状凹部が形成されたモールドにポリマー溶解液などを流し込み、形状転写する方法が知られている。例えば、凹部の底に母材を貫通する貫通孔を穿設したマイクロニードルシートのモールドを使用し、このモールドの上に最初に薬物を希釈した溶液を塗布し、その後、スキージなどで余分な溶液を掻き取り、薬液を乾燥した後、次にニードル原料を塗布する方法がある。
また、柔軟性基板に目的物質、及び基剤の混和物から成る濃厚な液体を、遠心力を利用して充填しながら乾燥して硬化させることにより高精度で1ステップの工程で製造する微小針状突起物製剤を集積させたシートの製造方法がある。
針状凹版による形状転写を用いたマイクロニードル形成においては、薬液を含むか含まないかに関わらず、ポリマー溶解液を何らかの方法で、針状凹版上に塗布することが必要である。例えば、下記の特許文献1には、スタンパ―の凹部に原料を注入するマイクロニードルシートの製造方法が記載されている。特許文献2には、モールドの針状凹部に、ノズルとモールド表面を接触させた状態で、溶解液を充填し、ノズルとモールドを接触させた状態で相対移動させることで、針状凹部に溶解液を充填する工程を備える経皮吸収シートの製造方法が記載されている。
特開2011−078617号公報 国際公開第2014/077242号
特許文献1に記載の方法では、スキージで掻き取る際に、スキージをモールドに押し付けるため、スタンパ―の凹部の体積が変化し、充填量が変化するという問題があった。特許文献2についても、同様に、液供給部をモールドに押し付けて、乾燥を防ぎながら針状凹部に必要な量だけ吐出することにより、薬液を効率良く充填しているが、液供給部で押しつぶしたモールドの針状凹部に薬液を充填するため、モールドのつぶし角度、押し付け変位量、厚みバラつきといった因子によって、針状凹部の体積が変化し、充填量が変化するという問題があった。このため、効率的な操業を行うことができていなかった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、使用するモールドの硬度を規定することで、薬液充填時のモールドの変形を防ぎ、充填精度を向上させることができる針状凸部を有するシートの製造方法を提供することを目的とする。
本発明は上記目的を達成するために、針状凹部を有するモールドと、ノズル先端部に形成されたスリット状の開口部を有する液供給装置と、を準備する装置準備工程と、ノズル先端部をモールドの表面に押し付けた状態で、液供給装置から液をモールドに供給し、針状凹部に液を充填する充填工程と、ノズル先端部をモールドの表面に接触させた状態で、液供給装置をモールドに対して相対的に移動させる移動工程と、を有し、モールドの厚み方向の硬度分布として、モールドの表面から40μm以内の部分のヤング率の平均値が1.9MPa以上100MPa以下である針状凸部を有するシートの製造方法を提供する。
本発明によれば、モールドの表面から40μm以内の部分のヤング率の平均値を上記範囲としているので、充填工程および移動工程において、ノズル先端部をモールドの表面に押し付けてもモールドが変形し、針状凹部の体積が変形することを防止することができる。また、モールドの表面から40μm以内の部分のヤング率の平均値の上限を100MPa以下とすることで、モールド表面の表面粗さ分を押し付けることができるので、ノズル先端部とモールド表面のクリアランスを無くすことができ、液を針状凹部に精度良く充填させることができる。なお、本発明において、モールドの表面とは、針状凹部が形成されている面、また、針状凹部の先端に貫通孔を有する場合は、開口部が広い側の面をいう。
本発明は上記目的を達成するために、針状凹部を有するモールドと、ブレードを有する液供給装置と、を準備する装置準備工程と、モールドの表面に液供給装置から液を供給する液供給工程と、ブレードをモールドの表面に接触させた状態で、ブレードをモールドに対して相対的に移動させる移動工程と、を有し、モールドの厚み方向の硬度分布として、モールドの表面から40μm以内の部分のヤング率の平均値が1.9MPa以上100MPa以下である針状凸部を有するシートの製造方法を提供する。
本発明によれば、モールドの表面から40μm以内の部分のヤング率の平均値を上記範囲としているので、移動工程において、ブレードをモールドの表面に押し付けてもモールドが変形し、針状凹部の体積が変形することを防止することができる。また、モールドの表面から40μm以内の部分のヤング率の平均値の上限を100MPa以下とすることで、モールド表面の表面粗さ分を押し付けることができるので、ブレードとモールド表面のクリアランスを無くすことができ、液を針状凹部に精度良く充填させることができる。
本発明の別の態様においては、モールドの厚み方向全体のヤング率の平均値が1.9MPa以上100MPa以下であることが好ましい。
この態様によれば、モールドの厚み方向全体のヤング率を上記範囲とすることで、針状凹部の先端の形状変化を抑えることができるので、精度良く充填することができる。
本発明の別の態様においては、モールドの厚み方向の硬度分布として、モールドの表面から40μmを超える部分のヤング率の平均値が、モールドの表面から40μm以内の部分のヤング率の平均値より低いことが好ましい。
この態様によれば、モールドの針状凹部の先端側のヤング率の平均値を低くしているので、モールドから針状凸部を有するシートを剥離する際、形成されたシートの針状凸部が傷ついたり、折れたりするなど、針状凸部が破損することを防止することができる。
本発明の別の態様においては、モールドがシリコーン樹脂で形成されていることが好ましい。
この態様によれば、形成される針状凸部を有するシートが医薬品の場合であっても、安全性を維持して針状凸部を有するシートを製造することができる。また、シリコーン樹脂は、加圧による転写に耐久性があるので、モールドの使用回数を増やすことができ、製造コストを下げることができる。
本発明の針状凸部を有するシートの製造方法によれば、液を針状凹部に充填する際の、ノズル先端部、または、ブレードの押し付け量、および、モールド間の厚みバラつきに起因する針状凹部のつぶし量のバラつきを小さくすることができ、充填精度を向上させることができる。
経皮吸収シートの角錐状の微小針(針状凸部)の斜視図である。 経皮吸収シートの角錐状の微小針(針状凸部)の断面図である。 経皮吸収シートの円錐状の微小針(針状凸部)の斜視図である。 経皮吸収シートの円錐状の微小針(針状凸部)の断面図である。 モールドの製造方法の工程図である。 モールドの製造方法の工程図である。 モールドの製造方法の工程図である。 他のモールドの態様を示した断面図である。 モールド複合体の態様を示した断面図である。 薬剤を含む溶解液をモールドに充填する工程を示す概略図である。 薬剤を含む溶解液をモールドに充填する工程を示す概略図である。 薬剤を含む溶解液をモールドに充填する工程を示す概略図である。 ノズルの先端部を示す斜視図である。 別のノズルの先端部を示す斜視図である。 充填中のノズルの先端とモールドとの部分拡大図である。 移動中のノズルの先端とモールドとの部分拡大図である。 ノズル内の減圧と薬剤を含む溶解液の供給との関係を示す説明図である。 薬剤を含む溶解液をモールドに充填する工程の他の実施形態を示す説明図である。 薬剤を含む溶解液をモールドに充填する工程の他の実施形態を示す説明図である。 薬剤を含む溶解液をモールドに充填する工程の他の実施形態を示す説明図である。 ポリマーシートの形成工程を示す説明図である。 ポリマーシートの形成工程を示す説明図である。 ポリマーシートの形成工程を示す説明図である。 別のポリマーシートの形成工程を示す説明図である。 別のポリマーシートの形成工程を示す説明図である。 別のポリマーシートの形成工程を示す説明図である。 別のポリマーシートの形成工程を示す説明図である。 さらに別のポリマーシートの形成工程を示す説明図である。 さらに別のポリマーシートの形成工程を示す説明図である。 さらに別のポリマーシートの形成工程を示す説明図である。 さらに別のポリマーシートの形成工程を示す説明図である。 剥離工程を示す説明図である。 別の剥離工程を示す説明図である。 経皮吸収シートの断面図である。 原版の平面図および側面図である。 モールドのヤング率に対する充填量のバラツキを示すグラフである。
以下、添付図面に従って、本発明に係る針状凸部を有するシートの製造方法について説明する。なお、本明細書において、「〜」とは、その前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。また、「針状凸部を有するシート」の一例として、「薬剤を含有する高アスペクト比の微小針(針状凸部)が形成された経皮吸収シート」を用いて説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、針状凸部を有するシートであればいずれのシートに対しても用いることができる。
(経皮吸収シート)
本発明の実施の形態の針状凸部を有するシートの製造方法により製造されるシートの針状凸部(微小針、マイクロニードルとも称する)について説明する。図1は、経皮吸収シートの角錐状の微小針(針状凸部)の斜視図であり、図2は、断面図である。本実施の形態では、四角錐状の針状凸部の例で説明するが、この形状に限定されない。
図1、2に示すように、経皮吸収シートに形成される微小針(針状凸部)10の形状は、微小針10を皮膚表面に数100μmの深さで刺すために、(1)先端が充分に尖っていて、皮膚内に入る針の径も充分に細い(長さ/径のアスペクト比が高い)こと、(2)充分な強度がある(針が折れ曲がったりしない)こと、が好ましい。
そのため、(1)の要件を満たすためには、細くて尖った形状が必要であるが、これは(2)に相反し、細すぎると先端や根元で折れ曲がってしまい、太すぎると刺さらないため、図1に示すように、微小針10の稜線10Aは、微小針内側に湾曲した形状とすることが好ましい。このような形状とすることにより、先端を充分に尖らせる一方で、根元を広げることにより、折れにくくすることができる。また、四角錐状の微小針の稜線10A、10Aが該稜線同士の間の四角錐面10Cよりも張り出していることが好ましい。
微小針10の形状は底面の一辺Xが0.1μm以上1000μm以下の範囲であり、高さが0.3μm以上3000μm以下であることが好ましい。より好ましくは、一辺Xが10μm以上400μm以下の範囲であり、高さが30μm以上1200μm以下である。
そして、稜線10Aの湾曲の最大深さZは、稜線の始点と終点を結ぶ線分の長さをLとしたとき、0.04×L以上0.2×L以下であることが好ましい。また、微小針10の鋭利性を示す微小針先端10Bの曲率半径Rが20μm以下であることが好ましく、より好ましくは15μm以下である。
なお、図1、2は、四角錐状の微小針10について示しているが、図3、4に示す円錐状や他の三角錐等の角錐状の微小針も同様の大きさであることが好ましい。なお、円錐状の場合においては、底面の直径Xが0.1μm以上1000μm以下の範囲であることが好ましく、より好ましくは50μm以上500μm以下の範囲である。また、円錐面の湾曲の最大深さZ’は、円錐面の母線の始点と終点とを結ぶ線分の長さをL’としたとき、0.04×L’以上0.2×L’以下であることが好ましい。
上記のように、経皮吸収シートは微小針が2次元配列で配列された凸部アレイであり、皮膚表面に刺さりやすくするため、微小針先端10Bをシャープにして充分に尖らせることが重要である。微小針先端10Bの曲率半径Rを20μm以下とすることが好ましい。曲率半径Rが20μm以下の先端を有する微小針10を形成するためには、モールド(型)に形成される凸アレイの反転型である針状凹部の先端(底)までポリマー樹脂の溶液を注入して精密に転写できるかが重要なポイントになってくる。
また、経皮吸収シートは、薬剤を混入させる必要があるが、薬剤は高価なものが多いことから、コスト面で微小針の部分に集中させて薬剤を含有させること、精度良く充填させることが重要になる。
[経皮吸収シートの製造方法]
次に、本発明の実施の形態の針状凸部を有するシートの製造方法を、微小針を有する経皮吸収シートを例に挙げて説明する。
(モールドの作製)
図5から7は、モールド(型)の作製の工程図である。
図5に示すように、経皮吸収シートを製造するためのモールドを作製するための原版を先ず作製する。
この原版11の作製方法は2種類あり、1番目の方法は、Si基板上にフォトレジストを塗布した後、露光、現像を行う。そして、RIE(リアクティブイオンエッチング)等によるエッチングを行うことにより、原版11の表面に円錐の形状部(針状凸部)12のアレイを作製する。尚、原版11の表面に円錐の形状部を形成するようにRIE等のエッチングを行う際には、Si基板を回転させながら斜め方向からのエッチングを行うことにより、円錐の形状を形成することが可能である。
2番目の方法は、Ni等の金属基板に、ダイヤモンドバイト等の切削工具を用いた加工により、原版11の表面に四角錘などの形状部12のアレイを形成する方法がある。
次に、モールドの作製を行う。具体的には、図6に示すように、原版11よりモールド13を作製する。原版11は、先端が鋭角な円錐形又は角錐形(例えば四角錐)の形状を有しているため、モールド13に形状が正確に転写され剥離することができ、しかも安価に製造することが可能な以下の方法が考えられる。
1番目の方法は、原版11にPDMS(polydimethylsiloxane:ポリジメチルシロキサン、例えば、ダウ・コーニング社製のシルガード184)に硬化剤を添加したシリコーン樹脂を流し込み、100℃で加熱処理し硬化した後に、原版11より剥離する方法である。2番目の方法は、紫外線を照射することにより硬化するUV硬化樹脂を原版11に流し込み、窒素雰囲気中で紫外線を照射した後に、原版11より剥離する方法である。3番目の方法は、ポリスチレンやPMMA(polymethyl methacrylate:ポリメチルメタクリレート)等のプラスチック樹脂を有機溶剤に溶解させたものを剥離剤の塗布された原版11に流し込み、乾燥させることにより有機溶剤を揮発させて硬化させた後に、原版11より剥離する方法である。
これにより、原版11の円錐形又は角錐形の反転形状である針状凹部15が2次元配列で配列されたモールド13が作製される。このようにして作製されたモールド13を図7に示す。尚、上記のいずれの方法においてもモールド13は、何度でも容易に作製することが可能である。
図8は他の好ましいモールド13の態様を示したものである。針状凹部15は、モールド13の表面から深さ方向に狭くなるテーパ状の入口部15Aと、深さ方向に幅が一定の中間凹部15Bと、深さ方向に先細りの先端凹部15Cとを備えている。テーパの角度θとしては、10°〜20°の範囲が好ましい。入口部15Aをテーパ形状とすることで、ポリマー溶解液を針状凹部15に充填しやすくなる。
図9は、経皮吸収シートの製造方法を行う上で、より好ましいモールド複合体18の態様を示したものである。
図9に示すように、モールド複合体18は、針状凹部15の先端(底)に空気抜き孔15Dが形成されたモールド13と、モールド13の裏面に貼り合わされ、気体は透過するが液体は透過しない材料で形成された気体透過シート19と、で構成される。空気抜き孔15Dは、モールド13の裏面を貫通する貫通孔として形成される。ここで、モールド13の裏面とは、空気抜き孔15Dが形成された側の面を言う。これにより、針状凹部15の先端は空気抜き孔15D、及び気体透過シート19を介して大気と連通する。
このようなモールド複合体18を使用することで、針状凹部15に充填される経皮吸収材料溶液は透過せず、針状凹部15に存在する空気のみを針状凹部15から追い出すことができる。これにより、針状凹部15の形状を経皮吸収材料に転写する転写性が良くなり、よりシャープな微小針10を形成することができる。
空気抜き孔15Dの径D(直径)としては、1〜50μmの範囲が好ましい。1μm未満では空気抜き孔としての役目を十分に果たせないと共に、50μmを超えると、成形された微小針10の先端部のシャープ性が損なわれる。
気体は透過するが液体は透過しない材料で形成された気体透過シート19としては、例えばラテックス(旭化成ケミカルズ社)を好適に使用できる。
モールド13に用いる材料としては、モールド13の厚み方向の硬度分布として、少なくともモールド13の表面側から40μm以内の部分のヤング率の平均値が1.9MPa以上100MPa以下とする。モールド13のヤング率を上記範囲とすることで、モールド13の形状変化を抑えることができるので、モールド13の針状凹部15に精度よく経皮吸収シートを形成する材料(以下、「経皮吸収材料」ともいう)を充填することができる。
モールドへ13の液体の充填は、ノズル(スリットノズル)またはブレードを用いて行うが、この際、液体を充填後方に漏らさないために、ノズルまたはブレードと、モールドとを密着させる必要がある。モールドの膜厚、及び、液体充填時にモールドを載せる土台部分は、微小な荒さがあるため、モールド表面は、10〜20μmの高さバラツキ・荒さが生じている。一方、ノズルまたはブレードについても10〜20μmの荒さを持つため、モールドとノズルまたはブレードと密着させるためには、ノズルまたはブレードを少なくとも40μm程度はモールドに押し込んで変形させる必要がある。これによって、各荒さを吸収して液体を漏らさずに充填を行うことができる。
モールドの表面のヤング率が低いと、モールドの局所的な厚みムラに起因するモールドの表面の潰れが、針状凹部の潰れに与える影響が大きくなる。モールドの表面側のヤング率を上記範囲とすることで、モールドに厚みムラがあってもモールドの表面全体として厚みムラを吸収することができ、局所的な針状凹部の変形を緩和することができる。
なお、ヤング率の平均値とは、多層からなるモールド成型を行う際には、各層の単一のヤング率を別途測定し、各層の膜厚で重み付け平均したものを指す。例えば、aMPaの材料がAμm、bMPaの材料がBμm、cMPaの材料がCμm、からなるモールドの場合は、(a×A+b×B+c×C)÷(A+B+C)をヤング率の平均値とする。ヤング率の測定は、充填を行うモールドとは別途、単体のモールドを同一条件で作製し、フィッシャー・インストルメンツ社製の微小硬度計HM2000及びベルコビッチ圧子を用いて、経皮吸収材料の充填前にモールドの針孔凹部の直横部分を圧縮試験にて、40μmの変位を与えたときの荷重から測定及び算出する。
経皮吸収材料を針状凹部15に充填する工程においては後述するが、モールド13に経皮吸収材料を充填する際は、ノズル先端部、または、ブレードをモールド13の表面に押し付けて接触させた状態で、経皮吸収材料の充填、および、モールド13と液供給装置(ノズルまたはブレード)の移動を行う。したがって、モールド13の表面のヤング率が低いと液供給装置を押し付けた際に、モールド13が変形することで、針状凹部15の容積が変わり、充填量のバラツキが生じる。また、モールド13のヤング率が高すぎても、液供給装置を押し付けた際に、液供給装置を充分に押し込むことができないため、モールド13と液供給装置との間にクリアランスが生じる。このクリアランスに経皮吸収材料が入り込むと、製造上効率が悪く、また、充填精度が悪化する。モールド13のヤング率を上記範囲とすることで、モールド13の針状凹部15の形状変化を抑えるとともに、液供給装置とモールド13との間にクリアランスが生じることなく充填することができる。
モールドの表面側から40μm以内の部分のヤング率の平均値としては、1.9MPa以上であることが好ましく、2.5MPa以上であることがより好ましく、3MPa以上であることが更に好ましい。また、100MPa以下であることが好ましく、50MPa以下であることがより好ましく、35MPa以下であることが更に好ましい。
このような材料として、具体的には、シリコーン樹脂などを用いることができる。シリコーン樹脂は繰り返し加圧による転写に耐久性があり、且つ、素材との剥離性が良いため、好適に用いることができる。また、経皮吸収シートなどの製造されるシートが医薬品の場合、安全性を維持することができる。また、気体透過性の高い素材を用いることで、経皮吸収材料を充填する際、モールドの凹部に存在する空気を型側から追い出すことができるので、針状凸部を精度良く製造することができる。気体透過性の高い素材としては、気体透過性の代表である酸素透過性は、1×10−12(mL/s・m・Pa)より大きいことが好ましく、1×10−10(mL/s・m・Pa)より大きいことがさらに好ましい。
モールド13のヤング率は、厚み方向全体のヤング率の平均値が1.9MPa以上100MPa以下とすることができる。モールド13の厚み方向全体のヤング率を上記範囲とすることにより、針状凹部15の先端の部分の形状変化も抑えることができ、精度良く充填することができる。
また、モールド13の厚み方向において、表面から40μmを超える部分のヤング率の平均値は、40μm以内の部分のヤング率の平均値より低い値とすることもできる。モールド13の表面側のヤング率を高くし、裏面側のヤング率を低くすることで、モールド13の針状凹部15の体積変化を抑制することができるとともに、製造された経皮吸収シートを剥離する際、針状凸部が破損することを防止することができる。
厚み方向のヤング率が異なるモールド13の作製方法として、原版11に流し込む樹脂を変更することにより行うことができる。硬化および乾燥は、ヤング率が高い樹脂(モールド13の表面側となる樹脂)を流し込んだ後に、硬化および乾燥を行い、ヤング率の高い樹脂(モールド13の裏面側となる樹脂)を流し込んで硬化および乾燥を行うことで、ヤング率の異なるモールドを製造してもよい。また、ヤング率の低い樹脂を流し込んだ後に、ヤング率の高い樹脂を流し込み、両方の樹脂を同時に硬化および乾燥することで、モールドを製造することもできる。
(ポリマー溶解液)
本実施形態に使用される経皮吸収シートの材料となるポリマー樹脂の溶解液であるポリマー溶解液について説明する。
ポリマー溶解液に用いられる樹脂ポリマーの素材としては、生体適合性のある樹脂を用いることが好ましい。このような樹脂としては、グルコース、マルトース、プルラン、コンドロイチン硫酸ナトリウム、ヒアルロン酸ナトリウム、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルデンプンなどの糖類、ゼラチンなどのタンパク質、ポリ乳酸、乳酸・グリコール酸共重合体などの生分解性ポリマーを使用することが好ましい。これらの中でもゼラチン系の素材は多くの基材と密着性をもち、ゲル化する材料としても強固なゲル強度を持つため、後述する剥離工程において、基材と密着させることができ、モールドから基材を用いてポリマーシートを剥離することができるので、好適に利用することができる。濃度は材料によっても異なるが、溶解液中に樹脂ポリマーが10〜50%含まれる濃度とすることが好ましい。また、溶解に用いる溶媒は、温水以外であっても揮発性を有するものであればよく、メチルエチルケトン(MEK)、アルコールなどを用いることができる。そして、ポリマー樹脂の溶解液中には、用途に応じて体内に供給するための薬剤を共に溶解させることが可能である。
ポリマー溶解液の調製方法としては、水溶性の高分子(ゼラチンなど)を用いる場合は、水溶性粉体を水に溶解し、溶解後に薬品を添加することで製造することができる。水に溶解しにくい場合、加温して溶解してもよい。温度は高分子材料の種類により、適宜選択可能であるが、約60℃以下の温度で加温することが好ましい。また、熱で溶融する高分子(マルトースなど)を用いる場合は、原料と薬品を熱して溶融することで、製造することができる。加熱温度としては、原料が溶融する温度で行うことが好ましく、具体的には、約150℃である。
本実施の形態では薬剤を含有するポリマー溶解液を、薬剤を含む溶解液と、薬剤を含有していないポリマー溶解液を、薬剤を含まない溶解液と、必要に応じて称している。
ポリマー樹脂の溶解液の粘度は、薬剤を含む溶解液では100Pa・s以下であることが好ましく、より好ましくは10Pa・s以下とすることが好ましい。薬剤を含まない溶解液では2000Pa・s以下であることが好ましく、より好ましくは1000Pa・s以下とすることが好ましい。ポリマー樹脂の溶解液の粘度を適切に調整することにより、モールドの凹部に容易に溶解液を注入することが容易となる。
〈経皮吸収シートの製造〉
上記で製造したモールド13を用いた経皮吸収シートの製造方法について説明する。図10から12は、2次元配列された針状凹部15を有するモールド13が、基台20の上に配置される。モールド13には、5×5の2次元配列された、2組の複数の針状凹部15が形成されている。薬剤を含む溶解液22を収容するタンク30と、タンクに接続される配管32と、配管32の先端に接続されたノズル34と、を有する液供給装置36が準備される(装置準備工程)。
図13はノズルの先端部の概略斜視図を示している。図13に示すように、ノズル34の先端には平坦面であるリップ部34Aとスリット形状の開口部34Bとを備えている。スリット形状の開口部34Bにより、例えば、1列を構成する複数の針状凹部15に同時に、薬剤を含む溶解液22を充填することが可能となる。開口部34Bの大きさ(長さと幅)は、一度に充填すべき針状凹部15の数に応じて適宜選択される。
開口部34Bの長さを長くすることで、より多くの針状凹部15に一度に薬剤を含む溶解液22を充填することができる。これにより生産性を向上させることが可能となる。
図14は別のノズルの先端部の概略斜視図を示している。図14に示すように、ノズル34の先端のリップ部34Aには、2つのスリット形状の開口部34Bが設けられている。2つの開口部34Bにより、例えば、2列を構成する複数の針状凹部15に同時に、薬剤を含む溶解液22を充填することが可能となる。
ノズル34に用いる材料としては、弾性のある素材、金属製の素材を用いることができる。例えば、テフロン(登録商標)、ステンレス鋼、チタン等が挙げられる。
図11を参照して充填工程を説明する。図11に示すように、ノズル34の開口部34Bが針状凹部15の上に位置調整される。ノズル34のリップ部34Aとモールド13の表面とは接触している。液供給装置36から薬剤を含む溶解液22がモールド13に供給され、ノズル34の開口部34Bから薬剤を含む溶解液22が針状凹部15に充填される。本実施形態では、1列を構成する複数の針状凹部15に薬剤を含む溶解液22が同時に充填される。ただし、これに限定されず、針状凹部15に一つずつ充填することができる。また、図14に示すノズル34を使用することで、複数列を構成する複数の針状凹部15に対し、複数列毎に薬剤を含む溶解液22を同時に充填することもできる。
モールド13が気体透過性を有する素材で構成される場合、モールド13の裏面から吸引することで薬剤を含む溶解液22を吸引でき、針状凹部15内への薬剤を含む溶解液22の充填を促進させることができる。
充填工程に次いで、図12に示すように、ノズル34のリップ部34Aとモールド13の表面とを接触させながら、開口部34Bの長さ方向と垂直方向に液供給装置36を相対的に移動し、ノズル34を薬剤を含む溶解液22が充填されていない針状凹部15に移動する。ノズル34の開口部34Bが針状凹部15の上に位置調整される。本実施の形態では、ノズル34を移動させる例で説明したが、モールド13を移動させてもよい。
ノズル34のリップ部34Aとモールド13の表面とを接触させて移動しているので、ノズル34がモールド13の針状凹部15以外の表面に残る薬剤を含む溶解液22を掻き取ることができる。薬剤を含む溶解液22をモールド13の針状凹部15以外に残らないようにすることができる。
図11の充填工程と、図12の移動工程とを繰り返すことにで、5×5の2次元配列された針状凹部15に薬剤を含む溶解液22が充填される。5×5の2次元配列された針状凹部15に薬剤を含む溶解液22が充填されると、隣接する5×5の2次元配列された針状凹部15に液供給装置36を移動し、図11の充填工程と、図12の移動工程とを繰り返す。隣接する5×5の2次元配列された針状凹部15にも薬剤を含む溶解液22が充填される。
上述の充填工程と移動工程について、(1)ノズル34を移動しながら薬剤を含む溶解液22を針状凹部15に充填する態様でもよいし、(2)ノズル34の移動中に針状凹部15の上でノズル34を一旦静止して薬剤を含む溶解液22を充填し、充填後にノズル34を再度移動させる態様でもよい。充填工程と移動工程との間、ノズル34のリップ部34Aがモールド13の表面に接触している。
図15は、薬剤を含む溶解液22を針状凹部15に充填中におけるノズル34の先端とモールド13との部分拡大図である。図15に示すように、ノズル34内に加圧力P1を加えることで、針状凹部15内へ薬剤を含む溶解液22を充填するのを促進することができる。さらに、針状凹部15内へ薬剤を含む溶解液22を充填する際、ノズル34をモールド13の表面に接触させる押付け力P2を、ノズル34内の加圧力P1以上とすることが好ましい。押付け力P2≧加圧力P1とすることにより、薬剤を含む溶解液22が針状凹部15からモールド13の表面に漏れ出すのを抑制することができる。
図16は、ノズル34の移動中における、ノズル34の先端とモールド13との部分拡大図である。ノズル34をモールド13に対して相対的に移動する際、ノズル34をモールド13の表面に接触させる押付け力P3を、充填中のノズル34をモールド13の表面に接触させる押付け力P2より小さくすることが好ましい。モールド13へのダメージを減らし、モールド13の圧縮による変形を抑制するためである。
図17は、ノズル内の液圧と薬剤を含む溶解液の供給との関係を示す説明図である。図17に示すように薬剤を含む溶解液22の供給は、ノズル34が針状凹部15の上に位置する前から開始される。薬剤を含む溶解液22を針状凹部15に確実に充填するためである。5×5で構成される複数の針状凹部15への充填が完了するまで、薬剤を含む溶解液22はモールド13に連続して供給される。ノズル34が5列目の針状凹部15の上に位置する前に薬剤を含む溶解液22をモールド13に供給するのを停止する。薬剤を含む溶解液22が針状凹部15からあふれ出るのを防止できる。ノズル34内の液圧に関して、薬剤を含む溶解液22の供給が開始されると、ノズル34が針状凹部15に位置しない領域では高くなる。一方、ノズル34が針状凹部15の上に位置すると、薬剤を含む溶解液22が針状凹部15に充填され、ノズル34内の液圧が低くなる。液圧の変動が繰り返される。
5×5で構成される複数の針状凹部15への充填が完了すると、ノズル34は、隣接する5×5で構成される複数の針状凹部15へ移動される。液供給に関して、隣接する5×5で構成される複数の針状凹部15へ移動する際、薬剤を含む溶解液22の供給を停止するのが好ましい。5列目の針状凹部15から次の1列目の針状凹部15までは距離がある。その間をノズル34が移動する間、薬剤を含む溶解液22を供給し続けると、ノズル34内の液圧が高くなりすぎる場合がある。その結果、ノズル34から薬剤を含む溶解液22がモールド13の針状凹部15以外に流れ出る場合があり、これを抑制するため薬剤を含む溶解液22の供給を停止するのが好ましい。
薬剤を含む溶解液22の針状凹部15への充填が完了すると、薬剤を含む溶解液22から構成される薬剤を含む層と薬剤を含まない溶解液から構成される薬剤を含まない層とで構成される針状凸部が表面に形成されたポリマーシートを形成する工程へと進む。針状凸部は針状凹部の反転形状を有している。
次に薬剤を含む溶解液を充填する工程の他の実施形態について説明する。図18から20は、ブレード138を有する液供給装置136を用いて、針状凹部15に薬剤を含む溶解液22を充填する工程を説明する図である。
ブレード138を備える液供給装置136においても、図10から12に示すノズル先端部を押し付けて針状凹部に経皮吸収材料を充填する場合と同様に、2次元配列された針状凹部15を有するモールド13が、基台20の上に配置される。モールド13には、5×5の2次元配列された、2組の針状凹部15が形成されている。薬剤を含む溶解液22を収容するタンク30と、タンク30に接続される配管32と、配管32の先端に接続されたノズル134と、ブレード138と、を有する液供給装置136が準備される。
次に、図19に示すように、液供給装置136から薬剤を含む溶解液22がモールド13に供給される(液供給工程)。ノズル134としては、図13に示すようなスリット形状の開口部を備え、1列を構成する複数の針状凹部15とブレード138との間に薬剤を含む溶解液22を供給することができる。モールド13への薬剤を含む溶解液22の供給方法は、このようなスリット形状の開口部を有するノズルに限定されず、ディスペンサーなどにより供給することもできる。
次に、図20に示すように、モールド13上に供給された薬剤を含む溶解液22を、ブレード138とモールド13の表面とを接触させながら、液供給装置136を相対的に移動し、ブレード138を、薬剤を含む溶解液22が充填されていない針状凹部15に移動する(移動工程)。
液供給装置136を移動させる際、ブレード138とモールド13の表面とを接触させて移動しているので、ブレード138がモールド13の針状凹部15以外の表面に残る薬剤を含む溶解液22を掻き取ることができる。薬剤を含む溶解液22をモールド13の針状凹部15以外に残らないようにすることができる。なお、本実施の形態では、液供給装置136を移動させる例で説明したが、モールド13を移動させてもよい。また、図18から20に示す液供給装置136は、ブレード138が一体となっているが、別々の構成でもよい。
ブレード138に用いる材料としては、ノズル34に用いる材料と同様の材料を用いることができ、弾性のある素材、金属製の素材を用いることができる。例えば、テフロン(登録商標)、ステンレス鋼、チタン等が挙げられる。
ポリマーシートを形成する工程について、いくつかの態様を説明する。第1の態様を、図21から23を参照し、説明する。図21に示すように、モールド13の針状凹部15に薬剤を含む溶解液22を充填する。充填する方法は、図10から12に示すように、ノズルの先端部をモールドに接触させることで、充填してもよいし、図18から20に示すように、ブレードをモールドに接触させることで充填してもよい。図21においては、ノズル34の先端部をモールド13表面に接触させて薬剤を含む溶解液22を充填する工程を示す。次いで、図22に示すように、薬剤を含む溶解液22の上に薬剤を含まない溶解液24をディスペンサーにより塗布する。ディスペンサーによる塗布に加えて、バー塗布やスピン塗布、スプレーなどによる塗布などを適用することができる。
次いで、図23に示すように、薬剤を含む溶解液22と薬剤を含まない溶解液24とを乾燥固化させることで、薬剤を含む層26と薬剤を含まない層28とから構成されるポリマーシート1が形成される。
次に、第2の態様を図24から27を参照に説明する。図24に示すように、モールド13の針状凹部15に薬剤を含む溶解液22を充填する。充填方法は、第1の態様と同様に、ノズル34の先端部をモールドに接触させることにより充填してもよく、ブレードを接触させることにより充填してもよい。次いで、図25に示すように、薬剤を含む溶解液22を乾燥固化させることで、薬剤を含む層26が針状凹部15内に形成される。薬剤を含む溶解液22を乾燥固化する際、モールド13の裏面からの減圧吸引により、薬剤を含む溶解液22を針状凹部15の先端への充填が可能となる。次いで、図26に示すように、薬剤を含む層26の上に薬剤を含まない溶解液24をディスペンサーにより塗布する。ディスペンサーによる塗布に加えて、バー塗布やスピン塗布、スプレーなどによる塗布などを適用することができる。薬剤を含む層26は固化されているので、薬剤を含む層26内の薬剤が薬剤を含まない溶解液24に拡散するのを抑制することができる。
次いで、図27に示すように、薬剤を含まない溶解液24を乾燥固化させることで、薬剤を含む層26と薬剤を含まない層28とから構成されるポリマーシート1が形成される。
次に、第3の態様を図28から31を参照に説明する。図28に示すように、モールド13の針状凹部15に薬剤を含む溶解液22を充填する。充填方法は、第1の態様、第2の態様と同様に、ノズルの先端部、または、ブレードをモールドに接触させた状態で充填することができる。次に、図29に示すように、別の支持体29の上に、薬剤を含まない溶解液24を塗布する。支持体29は限定されるものではないが、例えば、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリプロピレン、アクリル樹脂、トリアセチルセルロースなどを使用することができる。次に、図30に示すように、針状凹部15に薬剤を含む溶解液22が充填されたモールド13に、支持体29の上に形成された薬剤を含まない溶解液24を重ねる。次に、図31に示すように、薬剤を含む溶解液22と薬剤を含まない溶解液24とを乾燥固化させることで、薬剤を含む層26と薬剤を含まない層28とから構成されるポリマーシート1が形成される。
ポリマーシート1の形成において、乾燥固化の工程は、溶媒を含む薬剤を含む溶解液22、及び/又は薬剤を含まない溶解液24を乾燥させることで、針状凹部15の内部で薬剤を含む溶解液22、及び/又は薬剤を含まない溶解液24を固化させる工程である。
薬剤を含む溶解液22から構成される薬剤を含む層26と薬剤を含まない溶解液24から構成される薬剤を含まない層28とで構成される針状凸部が表面に形成されたポリマーシート1を形成した後、ポリマーシート1をモールド13から剥離する剥離工程へと進む。
ポリマーシート1をモールド13から剥離する方法は特に限定されない。剥離の際に、針状凸部が曲がったり折れたりしないことが望まれる。具体的には、図32に示すように、ポリマーシート1の上に、粘着性の粘着層が形成されているシート状の基材40を付着させた後、端部から基材40をめくるように剥離を行うことができる。ただしこの方法では針状凸部が曲がる可能性がある。そのため、図33に示すように、ポリマーシート1の吸盤(不図示)を設置し、エアーで吸引しながら垂直に引き上げる方法を適用することができる。
通常、アスペクト比の高い針状凸部の構造物をモールド13から剥離する場合では、接触面積が大きいことから、強い応力が加わる。針状凸部である微小針が破壊され、モールド13から剥離されることなく針状凹部15内に残存し、作製される経皮吸収シートは欠陥を有するものとなることが懸念される。
そこで、モールド13を構成する材料を、モールドの表面側(経皮吸収材料が充填される側)のヤング率を高くし、モールドの裏面側(経皮吸収シートの針状凸部の先端側)のヤング率を低くすることで、モールド剥離時における、経皮吸収シートの針状凸部に加えられる応力を緩和することができる。
図34はモールド13から剥離されたポリマーシート1で構成される経皮吸収シート2を示している。経皮吸収シート2は、基材40と、基材40の上に形成された薬剤を含む層26と、実質的に薬剤を含まない層28とで構成される。経皮吸収シート2の針状凸部4は、円錐台部5と円錐台部5の上のニードル部6とで構成され、ニードル部6は、円錐形状又は角錐形状の針部と、円柱形状又は角柱形状の胴体部と、を主に有している。ただし、針状凸部4はこの形状に限定されるものではない。
以下に、本発明の実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。なお、以下の実施例に示される材料、使用量、割合、処理内容、処理手順などは、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
(モールドの作製)
一辺40mmの平滑なNi板の表面に、図35に示すような、底面が500μmの直径D1で、150μmの高さH1の円錐台50上に、300μmの直径D2で,500μmの高さH2の円錐52が形成された針状構造の形状部12を、1000μmのピッチLにて10列×10行の2次元配列に研削加工することで、原版11を作製した。
この針状構造の形状部12を有する原版11に、各種シリコーンゴム(ダウ・コーニング社製SILASTIC MDX4−4210、Nusil社製MED−6019、MED−6015、MED−6010)、または、シリコーン樹脂にジルコニア粒子をダウ・コーニング社製シランカップリング剤(Z−6040、Z−6043、または、Z−6011)を1重量%含む水及びメタノール混合溶液を用いて表面修飾させ、ろ過および乾燥粉砕後に、前記のシリコーン樹脂中に分散した複合膜を形成し、80〜200℃で5時間、熱硬化させ、剥離することで、針状構造の形状部12の反転品を作製した。この反転品の、中央部に10列×10列の2次元配列された針状凹部が形成された、一辺30mmの平面部外を切り落としたものをモールドとして用いた。針状凹部の開口部が広い方をモールドの表面とし、30μmの直径の貫通孔(空気抜き孔)を有する面をモールドの裏面とした。
厚み方向に剛性分布があるモールドは、まず、モールド表面層として、原版11上に膜厚40μmでヤング率がダウ・コーニング社製SILASTIC MDX4−4210より大きい膜を作製し、その後、モールド裏面層として、ダウ・コーニング社製SILASTIC MDX4−4210を用いた膜を積層して作製した。モールドの表面層のヤング率を高くするのは、Nusil社製MED−6019、MED−6015、MED−6010、または、3者を混合したもの、もしくは、3者を混合したものに、さらにダウ・コーニング社製シランカップリング剤で表面修飾したジルコニア粒子を添加することと、硬化温度および硬化時間の調整より行った。
(薬剤を含む溶解液の調製)
ヒドロキシエチルスターチ(Fresenius Kabi社製)を水で溶解し、8%の水溶液に調液したものに、薬剤としてヒト血清アルブミン(和光純薬社製)を2重量%、エバンスブルー色素(和光純薬社製)を0.7質量%添加し、薬剤を含む溶解液とした。
(薬剤を含む層の形成)
水平なバキューム台上に一辺15mmの気体透過性フィルム(日東電工社製NTF-8031)を置き、その上に表面が上になるようにモールドを設置した。モールド裏面方向から50kPaの吸引圧で減圧して、気体透過性フィルムとモールドをバキューム台に固定した。図13に示すような形状のステンレス鋼製のノズルを準備し、長さ20mm、幅2mmのリップ部の中央に、長さ12mm、幅0.2mmのスリット状の開口部を形成した。このノズルをシリンジに取り付けた。3mLの薬剤を含む溶解液をシリンジとノズル内部に装填した。開口部を、モールドの表面に形成された複数の針状凹部で構成される1列目と平行となるようにノズルを調整した。1列目に対して2列目と反対方向に2mmの間隔をおいた位置で、ノズルを1.37×10−2N/mmの圧力でモールドに押し付けた。ノズルを押し付けたまま、10mm/secで開口部の長さ方向と垂直方向に移動させながら、ディスペンサーにて、薬剤を含む溶解液を、0.31μL/secで10秒間、開口部からから放出した。2次元配列された複数の針状凹部の10列目に対して9列目と反対方向に2mm間隔を置いた位置でノズルの移動を停止し、ノズルをモールドから離した。
上述のように薬剤を含む溶解液を充填したモールドを、2次元配列された複数の針状凹部の1mm外周を切断し、恒温恒湿槽内で30℃,40%で30分間乾燥させて薬剤を含む層を形成した。乾燥後、モールドの表面に低粘着力のテープを付与し、剥離することで、モールドの針状凹部以外に付着した薬剤を含む層を全て除去した。
(薬剤含有量の測定)
モールドと低粘着力のテープ、各々を5mLの蓋つき容器内で1mLの水に浸漬し、容器の蓋をゆるめて加圧脱泡器内で0.5Mpa、10分間加圧した後、密閉して30分間超音波洗浄を実施した。モールドと低粘着力のテープとに色素残りがないことを確認した後、各々の溶液を、吸光マイクロプレートリーダー(TECAN社サンライズシリーズ)にて波長620nmの吸光度を測定し、モールドの針状凹部内と針状凹部以外の薬剤を含む層の含有量を算出した。
モールドは、表1に示すように、ヤング率を1.5MPaから1014MPaの範囲で変更して作製した。モールドのヤング率は、充填を行うモールドとは別途、単体のモールドを同一条件で作製し、フィッシャー・インストルメンツ社製の微小硬度計HM2000およびベルコビッチ圧子を用いて、経皮吸収材料の充填前にモールドの針孔凹部の直横部分を圧縮試験にて、40μmの変位を与えたときの荷重から測定及び算出した。それぞれのモールドに対して、経皮吸収シートの製造を5回行い、それぞれ充填量を測定し、充填量のバラツキを評価した。
結果を表1および図36に示す。なお、充填量のバラツキは、最大充填量と最小充填量の差を、5回の充填量の平均値で除し、さらに2で除したものを充填量のバラツキとして評価した。
比較例1に示すヤング率1.5MPaに対して、実施例2に示すヤング率が1.9MPa以上のモールドでは、充填のバラツキが良化し、バラツキが15%以下であった。また、ヤング率が500MPaを超えるモールドでは、薬剤を含む溶解液の充填時にモールドの針状凹部以外の平坦部分にも液が付着し、この付着によって充填量にバラツキが生じ、充填精度が悪化した。
Figure 2017176460
ノズルを走査する際に、モールドの表面粗さ分の厚みは、ノズルをモールドに押し込んだ状態で液を充填しないと、液が表面粗さ分のすき間から噴出してしまい、充填精度が悪化すると考えられる。ヤング率が100MPaを超えるモールドにおいては、モールドが硬すぎるため、ノズルを十分に押し込むことができず、液がすき間に流れてきて、充填精度が悪化すると考えられる。
一方、比較例1に示すように、ヤング率が低すぎても針状凹部の潰れ量によるバラツキが悪化する。
上記の実施例の結果から、モールドの表面から40μm以内の部分のヤング率の平均値を1.9MPa以上100MPa以下とすることにより、針状凹部への充填量のバラツキを15%以下に抑えることができ、精度良く針状凸部を有する経皮吸収シートを製造することができる。
1 ポリマーシート
2 経皮吸収シート
4 針状凸部
5 円錐台部
6 ニードル部
10 微小針
10A 稜線
10B 微小針先端
10C 四角錐面
11 原版
12 形状部
13 モールド
15 針状凹部
15A 入口部
15B 中間凹部
15C 先端凹部
15D 空気抜き孔
18 モールド複合体
19 気体透過シート
20 基台
22 溶解液
26 薬剤を含む層
28 薬剤を含まない層
29 支持体
30 タンク
32 配管
34、134 ノズル
34A リップ部
34B 開口部
36、136 液供給装置
40 基材
50 円錐台
52 円錐
138 ブレード

Claims (5)

  1. 針状凹部を有するモールドと、ノズル先端部に形成されたスリット状の開口部を有する液供給装置と、を準備する装置準備工程と、
    前記ノズル先端部を前記モールドの表面に押し付けた状態で、前記液供給装置から液を前記モールドに供給し、前記針状凹部に前記液を充填する充填工程と、
    前記ノズル先端部を前記モールドの表面に接触させた状態で、前記液供給装置を前記モールドに対して相対的に移動させる移動工程と、を有し、
    前記モールドの厚み方向の硬度分布として、前記モールドの表面から40μm以内の部分のヤング率の平均値が1.9MPa以上100MPa以下である針状凸部を有するシートの製造方法。
  2. 針状凹部を有するモールドと、ブレードを有する液供給装置と、を準備する装置準備工程と、
    前記モールドの表面に前記液供給装置から液を供給する液供給工程と、
    前記ブレードを前記モールドの表面に接触させた状態で、前記ブレードを前記モールドに対して相対的に移動させる移動工程と、を有し、
    前記モールドの厚み方向の硬度分布として、前記モールドの表面から40μm以内の部分のヤング率の平均値が1.9MPa以上100MPa以下である針状凸部を有するシートの製造方法。
  3. 前記モールドの厚み方向全体のヤング率の平均値が1.9MPa以上100MPa以下である請求項1または2に記載の針状凸部を有するシートの製造方法。
  4. 前記モールドの厚み方向の硬度分布として、前記モールドの表面から40μmを超える部分のヤング率の平均値が、前記モールドの表面から40μm以内の部分のヤング率の平均値より低い請求項1または2に記載の針状凸部を有するシートの製造方法。
  5. 前記モールドがシリコーン樹脂で形成されている請求項1から4のいずれか1項に記載の針状凸部を有するシートの製造方法。
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