WO2010122816A1 - 薬液担持用治具とそれを用いたマイクロニードルへの薬剤塗布方法 - Google Patents

Abstract

マイクロニードルに薬液を均一に塗布するための治具とそれを用いるマイクロニードルの薬剤塗布方法を提供すること。 平板状の治具又はロール状の治具の表面に、マイクロニードルの微小針の列の数に対応する溝を切り、この溝に薬液を充填・保持させる。狭い溝に保持された薬液の表面に微小針を挿入し、浸漬することによって、薬液をマイクロニードルに塗布することが出来る。これにより、マイクロニードルの中央部と周辺部での薬液塗布に偏りがなく、マイクロニードルの微小針が薬液で均一に塗布された品質の良好なマイクロニードルが容易に作製できるようになった。

Description

薬液担持用治具とそれを用いたマイクロニードルへの薬剤塗布方法

　本発明は、マイクロニードルに対する均質な薬剤塗布方法と、その塗布方法に使用する治具に関するものである。

　マイクロニードルを使用して薬剤を経皮的に投与する方法として、特許文献１のように薬剤をマイクロニードルの素材の中に練り込んで置き、それをマイクロニードルに加工する方法がある。一方、特許文献２では薬剤をマイクロニードルの表面に糖を媒介としてコーテイングする方法が示されている。
　マイクロニードル作製に関して、多くの場合、素材の加熱変形処理を経る場合が多いので、熱的に不安定な薬剤は素材に混入できない状況にあった。特に、蛋白質、抗体、ワクチンのようなものにおいては、熱的に不安定であり、マイクロニードルの製造方法は限定され、大量生産には適合し難いものであった。

　一方、出来上がったマイクロニードルに薬剤を塗布する方法としては、特許文献２のように、薬剤を溶解した溶液の中に、マイクロニードルを浸漬する方法が一般的であった。しかし、マイクロニードルの微小針のみに、効率的に薬剤を塗布することは困難であった。即ち、マイクロニードルの微小針のみに均等に薬液を含浸させるには、微小針に対して薬液面が水平になるように、広い薬液槽が必要になる。広い薬液槽の場合、振動や風によって液面が揺れやすくなる。そのため、微小針の基盤プレート部分に付着して、薬剤の付着に偏りが生じることになる。また、薬液槽を大きくすることは、使用する薬剤量が非常に多く要ることになり、高価な蛋白質の場合には非現実的なことになる。しかし、逆に、薬液槽が小さい場合、図１に示すように、表面張力で液面が盛り上がり、中心部と周辺部分では、微小針を浸漬した場合、薬液に浸かる範囲が異なることになる。また、薬液が水溶液の場合には特に表面張力の影響が大きく、中心部分の微小針に薬液が塗布できても、周辺部分の微小針には余り薬液が塗布できないことが見られた。

　これまでマイクロニードルの製造方法に関して、色々な方法が開発され報告されてきたが、作製されたマイクロニードルへの薬剤の塗布方法については、あまり報告されていない。しかも、工業的に量産可能で現実的な塗布方法は未だ報告されておらず、今なお種々の方法が模索、検討されている状況である。

ＷＯ２００６／０８０５０８ 特表２００４－５０４１２０

　本発明の課題は、マイクロニードルの微小針に均質に薬剤を塗布する方法と、それに用いる治具を提供することを目的とする。

　本発明者らは、上記課題を達成すべく鋭意検討を行ってきた。例えば、薬剤として抗原溶液をマイクロニードルに塗布する手法を種々検討した。即ち、大量製造に適応可能な方法として、抗原溶液槽にマイクロニードルを浸漬する方法を選択し検討すると、次の問題ａ）装置全体のゆれ、
ｂ）抗原溶液の水平面のゆれと平面性の確保、
が明確になってきた。
　特に問題になったのはｂ）であり、抗原濃度が高い溶液を少量使用してマイクロニードルの微小針に塗布する場合には、図１で示されるように表面張力の問題があり、均質な薬液の塗布が困難であった。一方、使用する溶液量を増やし、水平面を確保できるようにすると、薬剤量が大量に必要になりコストが高くなる。そのため、抗原濃度を低下させる必要があり、そうなれば、薬剤の必要量を担持させるためには、何回も溶液に含浸させる必要があった。
　更に水平面が確保できるような広い溶液面を作製すると、装置のゆれや風による影響を受けやすく、微小針の浸漬位置を間違えて液面に近づけすぎると、上記の影響でマイクロニードルの基盤に液面が接触することが生じる。そうなると表面張力が原因でマイクロニードル全面に渡って薬液が付着し、微小針への均質な薬剤の塗布ができなくなった。

　そこで、本発明者らは、一つの溶液槽でマイクロニードルの微小針を一度に浸漬するのでなく、微小針に応じた個別の溶液槽（薬液保持溝）を用いることを思い付いた。図２～図４に示すように溶液槽を溝状にして、狭い溝の中で液面を固定すれば、装置のゆれや風による影響を排除できることが分かった。また、狭い溝の中で液面が固定されるため、装置の微細な傾きの影響も受け難いことが分かった。
　図５に示されるような断面が半円状の薬液保持溝を一本持った平板を作製し、薬液を過剰に充填すると凸状に表面張力で盛り上がった。このように凸状になっても、表面張力で液面が固定されているため、風等の外部環境の影響を受け難いことが分かった。また、図６～図９に示されるように、マイクロニードルの微小針のピッチ間隔に合わせて溝を刻み、総ての溝が連通している状態にすれば、いずれの溝の液面も同じ高さになる。しかも、液面が平面状又は凸状になっているため、微小針部分のみを浸漬し易くなっている。その結果、他の部分（マイクロニードルの基板）に対する余分な濡れは少ないことが分かった。更に、溝の部分だけに薬液を注入するため、使用薬液の量に無駄がなく、薬剤（抗原）の使用量を低減することが出来た。
　また、図１５に示されるように、複数の薬液保持溝を持ったロールを作製し、ロールの下部を薬液槽に浸漬させ回転させる。ロールの表面に付着する薬液を板状の器具で拭き取り、薬液が薬液保持溝にのみ担持されるようにする。そして、マイクロニードルの微小針がロールの上部の薬液保持溝に浸漬できるようにマイクロニードルを設定し、微小針がロール上部の薬液保持溝の中を通過できるようにする。薬液保持溝の中を通過することによって、微小針の表面のみに薬液を付着させることが出来る。薬液が付着したマイクロニードルは、移動中に乾燥させることができる。このように、マイクロニードルの連続的な薬液の塗布が可能になると共に、必要な塗布量に応じてマイクロニードルがロール上部を複数回通過するようすることが可能である。
　以上のように本発明方法では、容易にマイクロニードルの微小針のみに浸漬を繰り返すことができるため、薬剤の所望量が付与されたマイクロニードルを適切に作製することが出来るようになった。

　更に、本発明では、一個のマイクロニードルの薬液塗布に一個の平板治具を使用するだけでなく、例えば薬液を保持する溝（薬液保持溝）の長さを長くすることにより、あるいは薬液保持溝の本数を増加させることにより、複数のマイクロニードルをセットにして、複数のマイクロニードルの同時薬液塗布を行うこともできる。
　以上の知見により、マイクロニードルに対して効率的に薬剤を塗布できる治具と方法を見出すことができ、本発明を完成することが出来た。

　本発明の要旨は以下の通りである。
［１］マイクロニードルの微小針に薬液を担持させるために使用される、一本以上の薬液保持溝を持つ平板の治具であって、
ａ）溝のピッチ間隔が３００～１０００μｍであり、
ｂ）溝の幅が１００～７００μｍであり、
ｃ）溝の深さが１００～７００μｍである、
ことを特徴とする、微小針への薬液担持用治具。
［２］上記薬液保持溝が複数で、各溝の両端が平板の両端に到達していることを特徴とする、上記［１］記載の薬液担持用治具。
［３］上記薬液保持溝が複数で、各溝の両端が平板の両端に到達せず、各溝の液面の凸状液面の稜線部の高さを共通化するため、必要に応じて各溝の片端又は両端が別の溝で連結されていることを特徴とする、上記［１］記載の薬液担持用治具。
［４］上記平板がシリコン製平板である、上記［１］～［３］のいずれか一つに記載の薬液担持用治具。
［５］上記平板が縦１～５ｃｍ、横１～５ｃｍの四角形である、上記［１］～［４］のいずれか一つに記載の薬液担持用治具。
［６］上記薬液保持溝の断面が逆三角形、四角形または半円形である、上記［１］～［５］のいずれか一つに記載の薬液担持用治具。

［７］上記［１］～［６］のいずれか一つの薬液担持用治具を使用し、以下の工程［１］～［５］からなるマイクロニードルの微小針への薬剤担持方法であって、
（１）上記平板治具を水平に設置し、
（２）上記平板治具表面に薬液を注入し、薬液保持溝を薬液で充填する、
（３）上記平板治具表面に残存する過剰の薬液を拭き取り、
（４）上記溝の薬液にマイクロニードルの微小針を浸漬する、
（５）浸漬した微小針を引き上げ、乾燥させることにより、薬剤を保持したマイクロニードルを形成させる、
ことを特徴とする、マイクロニードルへの薬液担持方法。
［８］微小針に対する薬液の塗布を複数回行い、所定の薬剤量をマイクロニードルに付与することを特徴とする、上記［７］記載の薬剤担持方法。

［９］上記［１］～［６］のいずれか一つの薬液担持用治具を使用し、以下の工程（１）～（５）からなるマイクロニードルの微小針への薬剤担持方法であって、
（１）上記平板治具を水平に設置し、
（２）上記の溝に塗布すべき薬液を注入して、表面張力で液面を凸状にして、凸状の液面を平板治具表面より突出させる、
（３）上記凸状の液面の稜線部に微小針が刺さるように、マイクロニードルの微小針を調整する、
（４）マイクロニードルを設置したプレートを降下させ、凸状の液面の稜線部に微小針を挿入し、薬液に微小針を浸漬する、
（５）浸漬した微小針を引き上げ、乾燥させることにより、薬剤が塗布されたマイクロニードルを形成させる、
ことを特徴とする、マイクロニードルへの薬液担持方法。
［１０］上記［３］の薬液担持用治具を使用することを特徴とする、上記［９］記載の薬剤担持方法。
［１１］微小針に対する薬液の塗布を複数回行い、所定の薬剤量をマイクロニードルに付与することを特徴とする、上記［９］または［１０］記載の薬剤担持方法。

［１２］以下の溝を有する平板治具であって、
（１）１本以上の直線的な溝を持ち、
（２）溝のピッチ間隔が３００～１０００μｍであり、
（３）溝の幅が１００～７００μｍであり、
（４）溝の深さが１００～７００μｍである、
ことを特徴とする、縦１～５ｃｍ、横１～５ｃｍの四角形の平板治具。
［１３］上記溝が複数で、各溝の両端が平板の両端に到達していることを特徴とする、上記［１２］記載の平板治具。
［１４］上記溝が複数で、各溝の両端が平板の両端に到達せず、各溝の液面の凸状液面の稜線部の高さを共通化するため、必要に応じて各溝の片端又は両端が別の溝で連結されていることを特徴とする、上記［１２］記載の平板治具。
［１５］平板がシリコン製の平板である、上記［１２］～［１４］のいずれかに記載の平板治具。
［１６］上記溝の断面が逆三角形、四角形または半円形である、上記［１２］～［１５］のいずれかに記載の平板治具。

［１７］平板上に厚さ１００～５００μｍの感光性レジスト被膜を有し、以下の溝に該当するレジスト被膜部分が削除されている平板治具であって、
（１）１本以上の直線的な溝を持ち、
（２）溝のピッチ間隔が３００～１０００μｍであり、
（３）溝の幅が１００～７００μｍであり、
（４）溝の深さが１００～７００μｍであり、
（５）各溝の液面の凸状液面の稜線部の高さを共通化するため、必要に応じて各溝の片端又は両端が別の溝で連結されている、
ことを特徴とする、縦１～５ｃｍ、横１～５ｃｍの四角形の平板治具。
［１８］感光性レジスト被膜の表面が疎水性材料でコーテイングされている、上記［１７］記載の平板治具。
［１９］平板がシリコン製の平板である、上記［１７］または［１９］記載の平板治具。
［２０］上記薬液保持溝の断面が逆三角形、四角形または半円形である、上記［１７］～［１９］のいずれか一つに記載の平板治具。
［２１］マイクロニードルの微小針に薬液を担持させるために使用される、一本以上の薬液保持溝を持つロール状の治具であって、
ａ）溝のピッチ間隔が３００～１０００μｍであり、
ｂ）溝の幅が１００～７００μｍであり、
ｃ）溝の深さが１００～７００μｍである、
ことを特徴とする、微小針への薬液担持用治具。
［２２］ロール状の治具の表面が疎水性材料でコーテイングされている、上記［２１］記載のロール状の薬液担持用治具。
［２３］ロール状の治具がシリコン製である、上記［２１］または［２２］記載のロール状の薬液担持用治具。
［２４］上記薬液保持溝の断面が逆三角形、四角形または半円形である、上記［２１］～［２３］のいずれか一つに記載のロール状の薬液担持用治具。
［２５］上記［２１］～［２４］ののいずれかに記載のロール状の薬液担持用治具を用いて、マイクロニードルの微小針に薬液を担持させる方法。

　本発明の薬液担持用治具とそれを用いた薬剤塗布方法では、種々の形状のマイクロニードルの微小針に対して、適切な薬液保持溝を持った平板治具を作製することにより、薬剤を無駄にすることなく効率的に塗布することが出来るようになった。しかも、この治具を用いて、微小針の浸漬を繰り返すことにより、必要量の薬剤を塗布したマイクロニードルが容易に作製できるようになった。

従来法（薬液の単一槽）による微小針の浸漬・塗布方法の課題（薬液液面のカーブの影響）を表わした概略図である。 本発明の薬液保持溝を有する平板治具（薬液プレート）の一例を表わした図（平面図、側面図）である。 薬液保持溝の両端が平板治具の両側壁に到達して開放されている、本発明の平板治具に、蛍光色素（カルボキシフルレセイン）を添加した黄色水溶液を供給し、薬液保持溝を黄色水溶液で充填させ、平板治具表面上に残存する黄色水溶液を除去した後の平板治具の様子を表わす斜視図（拡大写真）である。 図３の平板治具の側面図（拡大写真）である。 薬液保持溝に薬液を過剰に供給し、表面張力で液面を凸状に盛上げ、凸状の液面の稜線部分にマイクロニードルを挿入・浸漬し、微小針に薬液を塗布することを表わした概略図である。 平板の上に、疎水性材料（黒色部分）で櫛状のパターンを描き、それ以外の部分(白色部分)は平板の表面であることを表わした、本発明の平板治具の一例を表わした図（全体の斜視図、断面図）である。 図６の疎水性材料（黒色部分）で囲まれた溝（白色部分）に薬液を供給し、液面を凸状に盛上げ、その後、凸状の液面の稜線部分にマイクロニードルを挿入・浸漬して行くことを表わした概略図である。

平板の上に、櫛状のパターン（白色部分）のエッチィングを行ない、薬液保持溝とした平板治具の一例を表わした図（全体の斜視図、断面図）である。黒色部分は平板治具の表面を表わしている。 図８の薬液保持溝（白色部分）に薬液を供給し、液面を凸状に盛上げ、その後、凸状の液面の稜線部分にマイクロニードルを挿入・浸漬して行くことを表わした概略図である。 図５で示される本発明の治具を水平保持装置に設置し、薬液保持溝に薬液を供給して液面を凸状に盛上げ、その稜線部分にマイクロニードルを挿入するように設定されている装置の様子を表わした側面図（拡大写真）である。 図１０の装置を動かし、マイクロニードルを薬液保持溝に浸漬させた様子を表わした側面図（拡大写真）である。 卵白アルブミン（ＯＶＡ）を塗布したマイクロニードルを用いたマウスへの投与実験の結果を表わした図である。 ポリ乳酸で作製されたマイクロニードルを表わした斜視図（拡大写真）である。 マイクロニードルの微小針をＯＶＡ水溶液に浸漬し、均一なＯＶＡ塗布ができることを表わした概略図（側面図）である。 ロール状の薬液担持用治具を用いて、マイクロニードルの微小針への薬液を担持する方法を表わした概略図である。

　本発明で言う「マイクロニードル」とは、次のような微小針が９～５００本設置されている剣山状のプレートを言う。
ａ）微小針の高さが１５０μｍ～１ｍｍであり、
ｂ）微小針の基底部の最大径が５０μｍ～５００μｍであり、
ｃ）微小針の間隔（ピッチ）は、３００μｍ～１ｍｍであり、
ｅ）微小針が縦３列～３０列、横３列～３０列で並んでいる。
　微小針の高さが低い場合には、薬液を塗布し難いので、２００μｍ以上であることが望ましい。より好ましくは微小針の高さが３００～５００μｍの範囲であることが挙げられる。なお、本発明のマイクロニードルは公知の方法によって製造することができ、また、ＷＯ２００８／０９３６７９に開示の方法に準じて製造することもできる。
　本発明のマイクロニードルのサイズは縦横０．５～１．５ｃｍであり、微小針の本数やマイクロニードルのサイズは必要に応じて適宜選択することが出来る。本発明のマイクロニードルの材質は、金属や生体内分解性樹脂を用いることができる。金属としては、例えばＮｉ、ＮｉＦｅ、Ｔｉ、Ｐｄ、ＡｕまたはＣｕを挙げることができる。好ましいものとして、Ｎｉを挙げることができる。生体分解性樹脂とは、生体内で分解して吸収される成分からなる樹脂であれば、特に限定されるものではない。生体分解性樹脂としては、例えばポリ乳酸、ポリグリコール酸、乳酸・グリコール酸共重合物等の脂肪族ポリエステル、例えばマルトース、ラクトース、スクロース、マンニトール、ソルビトール等の糖類を挙げることができる。好ましくは、脂肪族ポリエステルとしてはポリ乳酸、ポリグリコール酸、多糖類としてはマルトースが好適である。ポリ乳酸は、例えば乳酸メチル、乳酸ブチル、乳酸ヘキサデシル等の乳酸エステルとの混合、あるいは、プラスチック樹脂の安定化、改質化の為に使用される一般的な熱安定剤、安定化助剤、可塑剤、酸化防止剤、光安定剤、難燃剤、滑剤等の添加剤と混合する等のことを行って所望の物性のものを得ることができる。

　本発明で言う「平板治具」とは、平板表面に１本以上の溝が設置された、シリコン（Ｓｉ）製治具、金属製治具あるいはＰＭＤＳ（ポリジメチルシロキサン）製等のものを言う。更には、シリコン基板上にＵＶ硬化樹脂等の感光性レジストをコーテイングし、露光しなかった部分を除去し、溝として使用することが出来るものを言う。治具の大きさは、マイクロニードルの微小針を浸漬するために必要な溝の大きさが確保できるものであれば良い。
　ここで使用される金属製とは、前述と同様の材質のものを言う。また、ＰＤＭＳとは、ジメチルシロキサンのオリゴマーが触媒等で重合、硬化して得られた樹脂のことであり、市販のＰＤＭＳを用いることが出来る。更に、ＵＶ硬化樹脂とは、モノマー、オリゴマー、光重合開始剤と添加剤とで構成されるものであり、市販で汎用されているものを使用することができる。
　本発明で言う「ロール状の治具」とは、ロール状の表面に１本以上の溝が設置された、シリコン（Ｓｉ）製治具または金属製治具の治具を挙げることができる。例えば、グラビア印刷で使用されるようなロールの材質を使用することができる。

　本発明で言う「溝」とは、断面が逆三角形状、半円状または４角形状のものを言い、溝の形状は以下のようなものである。
ａ）１本以上の直線的な溝を持ち、
ｂ）溝のピッチ間隔が３００～１０００μｍであり、
ｃ）溝の幅が１００～７００μｍであり、
ｄ）溝の深さが１００～７００μｍである、
ことを特徴とするものである。
　上記溝には、各溝の両端が平板の両端（側壁）に到達し、溝の両端が開放されている場合と、溝が平板の両端（側壁）に到達せず、平板内に存在する場合がある。複数の溝がある場合には、複数の溝への薬液の供給を円滑にするため、または溝の薬液面の高さを均一にするため、一本以上の横溝で連結されていてもよい。
　あるいは、各溝への薬液供給の円滑化と薬液面の均一化のために、また薬液を過剰に供給し、溝の液面を凸状液面とした場合、この稜線部の高さを各溝で均一化するため、各溝の片端又は両端が横溝で連結されていてもよい。

　本発明の溝は、具体的には例えば図８や図１０に示すところのものである。即ち、半導体プロセス等にてシリコン（Ｓｉ）製平板上に溝を形成する。本発明で使用される半導体プロセスでは、公知の各種の手法や、微小針の作製で使用される公知の微細製作プロセスを適宜使用することができる。例えば、リソグラフィー、スパッタリング、電気めっき、等が挙げられる。これらの技術は一般的な成書に記載されており、例えば、谷口淳著、「はじめてのナノプリント技術」（工業調査会、２００５年）、Ｍ．エルベンスポーク著、「シリコンマイクロ加工の基礎」（シュプリンガー・フェアラーク東京、２００１年）、Ｊａｅｇｅｒ,Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ（Ａｄｄｉｓｏｎ－Ｗｅｓｌｅｙ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．，Ｒｅａｄｉｎｇ ＭＡ １９８８）、Ｒｕｎｙａｎ，ら、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ａｄｄｉｓｏｎ－Ｗｅｓｌｅｙ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．，Ｒｅａｄｉｎｇ ＭＡ １９９０）、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ １９８７－１９９８、Ｒａｉ－Ｃｈｏｕｄｈｕｒｙ編、Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ ＆ Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ（ＳＳＰＩＥ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒｅｓｓ，Ｂｅｌｌｉｎｇｈａｍ，ＷＡ １９９７）を参照、準用して行われる。また、治具を作製するための手段としては、上記の半導体の製造プロセスや微細作製プロセスにおいて使用されている汎用手段を言い、例えばＸ線リソグラフィー、フォトリソグラフィー等のリソグラフィー、例えばイオンエッチング、プラズマエッチィング等のエッチングを挙げることができる。好ましくは、イオンで深くエッチングできる誘導結合型プラズマ反応型イオンエッチィング（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ　Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＩＣＰ－ＲＩＥと略称する）を挙げることができる。

　本発明で言う「薬液」とは、塗布すべき薬剤を溶解した溶液あるいは均一に分散された分散液である。塗布すべき薬剤の溶解性に応じて、水溶液または有機溶媒溶液を使用することができる。塗布すべき薬剤は、治療のためにこれまで使用されてきたものであれば特に限定されることはない。薬剤が蛋白質や抗原、抗体等の生体高分子である場合には水に対する溶解性が高いため、薬液として水溶液が使用される。抗生物質や抗精神病薬のような低分子化合物は、溶解性に応じて水溶液でもよく、有機溶媒溶液を使用することもできる。
　薬液の注入としては、各溝の液面が均一な高さになるように薬液量を設定し、平板治具表面または溝に薬液を供給する。例えば、本発明の平板治具の表面上に薬液を供給し、各溝に薬液を充満させた後、刷毛等で擦り切って、図３のように平板治具の表面に余分な薬液が残らないようにする。この状態を溝の側面から見れば、図４に示されるように、各溝には黄色の薬液が充満しているが、各薬液の液面は水平で平板治具の表面と同じ位置にあることが分かる。このように狭い溝の中の液面は表面表力で固定されやすいため、風や振動による影響を抑制することが出来る。そして、各溝における液面の高さが同一であるため、溝の中央部と両端部での液面の相違は見られない。その結果、マイクロニードルの微小針をこの溝に浸漬して薬液を塗布することにより、単一の薬液槽を使用した場合に起き易い、液面のゆれに基づく塗布の不均一性（微小針塗布面積のバラツキ）を克服することが出来る。

　また、例えば、溝の一部又は溝に連結した溶液溜め等に薬液を注入して充満させる場合には、連通する横溝があれば全部の溝は連通しているため、液面の高さは同一となる。更に薬液を注入して、図５や図９のように液面を表面張力により凸状に盛り上げることもできる。この時、凸状の液面の頂上部(稜線部)は、図１０に示されるように水平な平板表面よりも上に出ている。このように表面表力で凸状の液面を形成すると、刷毛等で平板治具表面を擦り切った場合と同様に、風や振動による影響を抑制することが出来た。そして、各溝における液面の高さを同一に揃えることができ、溝の中央部と両端部での液面の差がほとんど無視できるので、図１１に示されるように、マイクロニードルの各微小針を同じ深さに浸漬できることが分かった。

　上記の連通する横溝の数が多い場合、例えば碁盤の目のような状態であっても、図８の場合と同様に目的を達成することができる。また、薬液保持溝の中の液面が凸状に突出してなくても、凹状になっていても、液面の形状にあまり影響されることなく、微小針に薬液塗布を行うことができる。また、微小針を浸漬する際、ある程度の深さまで微小針を浸漬させると、一気に薬液の液面が微小針を伝わって、マイクロニードルの基板まで薬液で濡れることが見出された。即ち、図１１に示されるように、微小針を浸漬させるに従い、微小針の周りの液面は微小針に吸い寄せられるようになっており、微小針の間の液面は湾曲している。その理由として、微小針の材質の水に対する濡れやすさが挙げられる。微小針の材質が水に濡れやすい性質のものであれば、微小針を伝わってマイクロニードルの基板まで水溶液で濡れることになる。微小針の材質がポリ乳酸やポリグリコール酸のようなポリエステル系樹脂の場合、水濡れ性が良い傾向にあるため、微小針を伝わって水溶液が上昇しやすいと考えられる。一方、薬液保持溝の幅が狭ければ、溝の側壁と水溶液の間で表面張力が働き、微小針を水溶液が伝わって上昇する傾向を抑制することができる。そこで、水溶液が微小針を伝わる力を抑制するために必要な溝の幅は、０．７ｍｍ以下が望ましい。
更に、微小針を伝わる水溶液の上昇を抑制するため、微小針の周りの液面を微小区分する、あるいは４点以上の突起で微小針の周りが囲まれるような状況があれば好ましいと考えられる。

　マイクロニードルの微小針に対して薬剤を担持（塗布）させるためには、前述のように本発明の平板治具の溝（薬液保持溝）に充満した薬液の液面に、微小針を浸漬し、それを乾燥させることが必要である。これにより、薬剤を塗布したマイクロニードルを図１４のように作成できることになる。なお、マイクロニードルの微小針に塗布された薬剤量は、公知の手段、例えば蛋白質の場合、ＥＬＩＺＡ等の方法や比色法等の公知の手段により、付着薬剤を再溶出させて確認、定量することが出来る。あるいは、蛍光色素を共存させることにより、間接的にではあるが、付着蛍光色素を再溶出させて定量することができる。更に、所望の薬剤量が必要な場合には、必要な塗布量が得られるまで、微小針の浸漬と乾燥を繰り返すことも出来る。

　本発明で言う「感光性レジスト被膜」とは、ＵＶ等の光に反応して硬化する樹脂（ＵＶ硬化樹脂）の被膜であるか、光に反応して除去可能なものとなる樹脂被膜を言う。例えばＵＶ硬化樹脂として、モノマー、オリゴマー、光重合開始剤と添加剤とで構成される市販で汎用されているものを使用することができる。また、光に反応して除去可能なものとなる樹脂被膜として、例えばＰＭＥＲを挙げることができる。好ましものとして、Ｐ－ＨＭ３０００ＰＭ（東京応化製）あるいはＰ－ＬＡ９００ＰＭ（東京応化製）を挙げることができる。
　感光性レジスト被膜をシリコンや金属の平板上に塗布被膜して、所望の溝の形状を持つ描画パターンを重ね、ＵＶで照射することにより、必要な樹脂部分の硬化または除去を図ることが出来、その結果、図６に示されるような平板治具を作成することができる。
　本発明で言う「疎水性材料」とは、薬剤を溶解した薬液が凸状の液面を形成する時、感光性ホトレジスト被膜を越えて交じり合わないようにするために使用する、水をはじきやすい性質の材料を言う。具体的には、粘稠な油脂、テフロン（登録商標）等を挙げることができる。

　本発明で言う「薬剤担持方法」あるいは「薬液を担持させる方法」とは、本発明の「平板治具」または「ロール状の治具」を用いて、マイクロニードルの微小針のみに薬液を塗布し、担持させる方法である。即ち、薬液の塗布のために、一本以上の薬液保持溝を持つ前記治具に担持された薬液の中にマイクロニードルの微小針を浸漬する方法である。これらの治具には、凹版印刷用の版やグラビア印刷用のロール状の版を流用することができる。例えば、ロール状の治具を用いる場合の薬液の担持方法としては、図１５に示されるごとく、グラビア印刷のようにロールが回ると薬液がロールに絡まって昇って行き、余分に付着した薬液を板で拭き取り、薬液保持溝だけに薬液を残すことを行なう。その後、その薬液保持溝に平行移送してきたマイクロニードルの微小針部分が浸漬され、薬液がマイクロニードルアレイの針の部分に塗布される。ロールに設置する薬液保持溝以外に、薬液だまりとしてはくぼみであっても良い。
　ロール状の治具を用いる薬液担持方法の場合には、連続的な塗布ができ、動作の制御も比較的簡単でシンプルなシステムである。しかも、薬液も無駄なく有効に使える方法であるため、大量のマイクロニードルの連続的な薬液塗布方法として非常に有用なものである。

　以下に本発明について実施例により具体的に説明する。但し、本発明は以下の実施例になんら限定されるものではない。

（実施例１）マイクロニードルの微小針への薬液の塗布
　１０本の微小針を持った１列のマイクロニードル（櫛型マイクロニードル）を用いて、針先を下にしてマイクロポジショナー（ＫＥＹＥＮＣＥ社製）に固定した。マイクロニードルに対応する１本の線状の溝を持った、参考例２で得られる平板治具を水平調節機器（日進機械製）で水平に設置した。抗原として卵白アルブミン（ＯＶＡ）を用いて、２種の濃度のＯＶＡの水溶液（５００ｍｇ／ｍＬ、５００ｍｇ／０．７５ｍＬ）を作製する。その際、液面を見易くするため蛍光色素（カルボキシフルオレセイン）を添加し、水溶液を黄色に着色する。濃度の異なる２種のＯＶＡの水溶液を用いて、それぞれ別個に微小針の塗布を行なう。上記ＯＶＡ水溶液を溝に注入し、水溶液の液面を治具表面より凸状に高く盛り上げる。該水溶液の盛り上がった液面の凸状の稜線部分に微小針が浸漬できるように、図１０のように微小針を設置した。マイクロニードルを降下させ、該水溶液の凸状の稜線部に図１１のように微小針を浸漬した。マイクロニードルの微小針のみが該水溶液に浸漬するように設定し、その後マイクロニードルを引き上げて乾燥させ、ＯＶＡで塗布された微小針を得た。
　塗布された微小針を折り取る等の手段で採取し、塗布された部分を水に再溶解する。溶出されるたんぱく質の濃度をＢＣＡ　プロテイン　アッセイ　リエイジェント　キット（THERMO社製）により測定し、微小針に担持したＯＶＡ量を評価した。
　これにより、以下の表１で示される結果が得られた。

　上記表１に示されるように、薬剤の担持量と水溶液の抗原濃度がほぼ相関するとの結果から、狭い溝の中で表面張力により固定された水溶液の均一な表面に（凸状の液面の稜線部に）、微小針を浸漬する方法が、微小針に薬液を精度良く塗布できる方法であることが示された。
　また、該水溶液は、線状の溝の中で表面張力で固定されているため、微小針が挿入される溝の中央部では稜線部は水平になっている。そのため、マイクロニードルを水平にして降下させることにより、目視でも微小針の頭部のみに水溶液が付着するよう制御し易くなっている。結果的に、微小針以外の余分な部分（微小針の基盤部分）に水溶液が付着するのを回避し易くなっている。

（試験例１）薬剤の塗布マイクロニードルを用いたマウスへの投与試験
　薬物が塗布された微小針を使用し、これを皮膚に投与して薬効が出るか否かを確認することを行なった。薬剤としてワクチンを想定し、そのモデルとしてＯＶＡを使用した。マウスを用いたｉｎ　ｖｉｖｏ試験を行ない、ＯＶＡに対する抗体がマウスに産生されるかどうかを確認した。
　ＢＡＬＢ／ｃＡｎＮマウス雄性（７週令）５匹を一群として用いて、１μｇの無毒化コレラトキシンＣＴの存在下、以下のように投与実験を行った。実施例１に準じて、ＯＶＡを塗布した微小針を作製した。該微小針を投与デバイス（特願2008-051335）にセットし、マウス腹部に押し付けた後、微小針をテープで固定した（針は２日間皮膚上に保持した）。3週間後に同様にして２回目のＯＶＡを投与し、その後１ヶ月後に採血して血中の抗体価を測定した。その結果、図１２に示されるように、ＯＶＡが塗布された微小針投与群からは抗体産生が確認されたが、卵白アルブミンを皮膚に塗布した群からは抗体産生は認められなかった。
　以上のように、ＯＶＡが塗布された微小針の投与により抗体が産生されたことが明確になったことから、本微小針システムがワクチンデリバリーシステムとして有用であることが示された。

（実施例２）マイクロニードル（アレイ型）の微小針への薬液の塗布
　参考例１で得られたマイクロニードルを用いて、実施例１に準じてマイクロポジショナーに固定し、参考例２で得られる平板治具を水平調節機器で水平に設置する。実施例１と同様に、抗原としてＯＶＡの水溶液（５００ｍｇ／ｍＬ）を溝に注入し、水溶液の表面表力で水溶液の液面を治具表面より凸状に高く盛り上げる。図１０に示されているように、該水溶液の盛り上がった液面の凸状の稜線部分にマイクロニードルを降下させ、該水溶液の凸状の稜線部に浸漬する。その後マイクロニードルを引き上げて乾燥させ、ＯＶＡで塗布された図１４のような微小針を得る。

（参考例１）マイクロニードル(アレイ型)の製造
　シリコン製マイクロニードル（一辺が１００μｍの四角柱形状で、長さが３００μｍの微小針をアレイ状に１０×１０個立設させた治具）をホットプレートに設置し、８０℃で加熱する。
　島津社製レオメーター（ＥＺ－ＴＥＳＴ）の平板（下向きの面）にポリ乳酸（Ｍｗ：１万）のプレートを設置し、平板を引き下げて上記治具を該シートに接触させる。約７秒間その位置で保持した後、支柱を１０ｍｍ／分の速度で上方に約２mm引き上げ停止した。約３秒間停止後、５００mm/分の速度で上方に引き上げると、図１３で示されるような約１５０μｍの針状突起（微小針）を持つ樹脂製マイクロアレイ（マイクロニードル）が得られた。

（参考例２）溝を１０本有するＳｉ製の平板治具の作製
　感光性レジストをスピンコート法により、厚さ500μｍのＳｉ平板に用いて被膜し、以下の溝の描画パターンをＵＶ露光で描画する。
（１）１０本の直線的な溝を持ち、
（２）溝の長さが２ｃｍであり、
（３）溝のピッチ間隔が８００μｍであり、
（４）溝の幅が４００μｍであり、
（５）溝の深さが３００μｍである、
（６）各溝の液面の凸状液面の稜線部の高さを共通化するため、両端が別の溝で連結されている、ことを特徴とする描画パターンを描画する。
　露光後、デッピング法により現像し、溝に対応する開口部を開ける。ＣＦ_４ガスを用いた、誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチィング（ICP-RIE）方法により、描画パターンをＳｉ平板上に転写し、上記溝を切る。なお、残存する感光性レジストをＯ_２ガスを用いたRIE方法により除去し、溝を有するＳｉ製平板治具を得る。
　同様にして、図８に示されるように溝が１１本存在するシリコン製平板治具を作製することができる。

（実施例３）溝のない塗布用治具を用いたマイクロニードル（アレイ型）の微小針への薬液の塗布
　参考例１と同様にして得られた１０×１０本のマイクロニードル（アレイ型）を用いて、実施例１に準じてマイクロポジショナーに固定し、参考例３で得られる平板治具を水平調節機器で水平に設置する。ＯＶＡの水溶液（５００ｍｇ／ｍＬ）を溝に注入することにより、図６で示されるような、疎水性被膜の間に薬液が充満して薬液の液面が疎水性被膜より凸状に高く盛り上がった状態にすることができる。
　該薬液の盛り上がった液面の凸状の稜線部分にマイクロニードルを図７のように降下させ、該水溶液の凸状の稜線部に浸漬する。その後マイクロニードルを引き上げて乾燥させ、ＯＶＡで塗布された微小針を得る。

（参考例３）溝のない塗布用治具の作製
　図６の黒色部分が切り取られて、白色の部分が残った、以下の描画パターンでステンレスの金属平板をマスクする。
（１）１１本の直線的な溝を持ち、
（２）溝の長さが１ｃｍであり、
（３）溝のピッチ間隔が０．８ｍｍであり、
（４）溝の幅が３００μｍであり、
　該描画パターンの上から、疎水性樹脂（テフロン（登録商標））でコーテイングし、被覆する。描画パターンを除去し、疎水性樹脂を乾燥させる。その結果、疎水性樹脂が黒色部分に塗布・設置された図６の治具を作成する。

　本発明の製造方法により、マイクロニードルの微小針を薬液に浸漬して、薬剤を均一に塗布したマイクロニードルが得られるようになった。この結果、簡便な装置で、製造環境（風や振動）の影響を受けることが少ない、品質の良好なマイクロニードルの大量製造方法が達成できるようになった。

Claims (25)

1. 　マイクロニードルの微小針に薬液を担持させるために使用される、一本以上の薬液保持溝を持つ平板の治具であって、
   ａ）溝のピッチ間隔が３００～１０００μｍであり、
   ｂ）溝の幅が１００～７００μｍであり、
   ｃ）溝の深さが１００～７００μｍである、
   ことを特徴とする、微小針への薬液担持用治具。
2. 　上記薬液保持溝が複数で、各溝の両端が平板の両端に到達していることを特徴とする、請求項１記載の薬液担持用治具。
3. 　上記薬液保持溝が複数で、各溝の両端が平板の両端に到達せず、各溝の液面の凸状液面の稜線部の高さを共通化するため、必要に応じて各溝の片端又は両端が別の溝で連結されていることを特徴とする、請求項１記載の薬液担持用治具。
4. 　上記平板がシリコン製平板である、請求項１～３のいずれか一つに記載の薬液担持用治具。
5. 　上記平板が縦１～５ｃｍ、横１～５ｃｍの四角形である、請求項１～４のいずれか一つに記載の薬液担持用治具。
6. 　上記薬液保持溝の断面が逆三角形、四角形または半円形である、請求項１～５のいずれか一つに記載の薬液担持用治具。
7. 　請求項１～６のいずれか一つの薬液担持用治具を使用し、以下の工程（１）～（５）からなるマイクロニードルの微小針への薬剤担持方法であって、
   （１）上記平板治具を水平に設置し、
   （２）上記平板治具表面に薬液を注入し、薬液保持溝を薬液で充填する、
   （３）上記平板治具表面に残存する過剰の薬液を除去し、
   （４）上記溝の薬液にマイクロニードルの微小針を浸漬する、
   （５）浸漬した微小針を引き上げ、乾燥させることにより、薬剤を保持したマイクロニードルを形成させる、
   ことを特徴とする、マイクロニードルへの薬液担持方法。
8. 　微小針に対する薬液の塗布を複数回行い、所定の薬剤量をマイクロニードルに付与することを特徴とする、請求項７記載の薬剤担持方法。
9. 　請求項１～６のいずれか一つの薬液担持用治具を使用し、以下の工程（１）～（５）からなるマイクロニードルの微小針への薬剤担持方法であって、
   （１）上記平板治具を水平に設置し、
   （２）上記の溝に塗布すべき薬液を注入して、表面張力で液面を凸状にして、凸状の液面を平板治具表面より突出させる、
   （３）上記凸状の液面の稜線部に微小針が刺さるように、マイクロニードルの微小針を調整する、
   （４）マイクロニードルを設置したプレートを降下させ、凸状の液面の稜線部に微小針を挿入し、薬液に微小針を浸漬する、
   （５）浸漬した微小針を引き上げ、乾燥させることにより、薬剤が塗布されたマイクロニードルを形成させる、
   ことを特徴とする、マイクロニードルへの薬液担持方法。
10. 　請求項３の薬液担持用治具を使用することを特徴とする、請求項９記載の薬剤担持方法。
11. 　微小針に対する薬液の塗布を複数回行い、所定の薬剤量をマイクロニードルに付与することを特徴とする、請求項９または１０記載の薬剤担持方法。
12. 　以下の溝を有する平板治具であって、
    （１）１本以上の直線的な溝を持ち、
    （２）溝のピッチ間隔が３００～１０００μｍであり、
    （３）溝の幅が１００～７００μｍであり、
    （４）溝の深さが１００～７００μｍである、
    ことを特徴とする、縦１～５ｃｍ、横１～５ｃｍの四角形の平板治具。
13. 　上記溝が複数で、各溝の両端が平板の両端に到達していることを特徴とする、請求項１２記載の平板治具。
14. 　上記溝が複数で、各溝の両端が平板の両端に到達せず、各溝の液面の凸状液面の稜線部の高さを共通化するため、必要に応じて各溝の片端又は両端が別の溝で連結されていることを特徴とする、請求項１２記載の平板治具。
15. 　平板がシリコン製の平板である、請求項１２～１４のいずれかに記載の平板治具。
16. 　上記溝の断面が逆三角形、四角形または半円形である、請求項１２～１５のいずれかに記載の平板治具。
17. 　平板上に厚さ１００～５００μｍの感光性レジスト被膜を有し、以下の溝に該当するレジスト被膜部分が削除されている平板治具であって、
    （１）１本以上の直線的な溝を持ち、
    （２）溝のピッチ間隔が３００～１０００μｍであり、
    （３）溝の幅が１００～７００μｍであり、
    （４）溝の深さが１００～７００μｍであり、
    （５）各溝の液面の凸状液面の稜線部の高さを共通化するため、必要に応じて各溝の片端又は両端が別の溝で連結されている、
    ことを特徴とする、縦１～５ｃｍ、横１～５ｃｍの四角形の平板治具。
18. 　感光性レジスト被膜の表面が疎水性材料でコーテイングされている、請求項１７記載の平板治具。
19. 　平板がシリコン製の平板である、請求項１７または１８記載の平板治具。
20. 　上記薬液保持溝の断面が逆三角形、四角形または半円形である、請求項１７～１９のいずれか一つに記載の平板治具。
21. 　マイクロニードルの微小針に薬液を担持させるために使用される、一本以上の薬液保持溝を持つロール状の治具であって、
    ａ）溝のピッチ間隔が３００～１０００μｍであり、
    ｂ）溝の幅が１００～７００μｍであり、
    ｃ）溝の深さが１００～７００μｍである、
    ことを特徴とする、微小針への薬液担持用治具。
22. 　上記ロール状の治具の表面が疎水性材料でコーティングされている、請求項２１記載のロール状の薬液担持用治具。
23. 　上記ロール状の治具がシリコン製である、請求項２１または２２に記載のロール状の薬液担持用治具。
24. 　上記薬液保持溝の断面が逆三角形、四角形または半円形である、請求項２１～２３のいずれか一つに記載のロール状の薬液担持用治具。
25. 　上記請求項２１～２４のいずれかに記載のロール状の薬液担持用治具を用いて、マイクロニードルの微小針に薬液を担持させる方法。

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