KR20110067009A - 마이크로 니들 스탬퍼 제조방법 - Google Patents

Abstract

마이크로 니들 시트는 모재에 오목부를 형성한 스탬퍼에 니들 원료를 주입하여 제작하나, 스탬퍼의 선단에 해당하는 오목부의 첨예도를 높게 하기가 용이하지 않다.
시트형상의 모재와 송곳형상의 돌기를 갖는 원판을 가열하는 공정과, 상기 원판의 돌기를 상기 모재에 삽입하여 송곳형상의 오목부를 형성하는 공정과. 상기 원판을 상기 모재에 삽입한 상태에서 냉각하는 공정과, 상기 원판을 상기 모재로부터 분리하는 공정과, 상기 모재를 가열하는 공정을 갖는 스탬퍼 제조방법을 제공한다.

Description

마이크로 니들 스탬퍼 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF MICRO NEEDLE STAMPER}

본 발명은 표피로부터 약물을 주입하는 마이크로 니들을 제조하기 위한 암 금형의 제조방법에 관한 것이다.

마이크로 니들은 길이가 약 1㎛에서 600㎛이고, 베이스부분의 단면 지름과 길이의 비율이 단면 지름 : 길이 = 1 : 1.5 내지 1 : 3으로 높은 애스팩트 비를 갖는 미소한 침을 시트 기체(基體) 상에 소정의 밀도로 배치한 것이다. 이는 인체의 주로 피부 부분에 대서, 마이크로 니들(이하 간단하게 「니들」이라고도 한다)을 피부 내의 표피부분에 삽입하여 약물을 주입하기 위해 사용된다.

마이크로 니들의 길이는 수백 ㎛ 정도이므로 거의 통증을 수반하지 않는다. 또, 시트를 피부에서 제거한 때에 마이크로 니들이 피부 내에 잔류해도 인체에 지장이 발생하지 않도록, 마이크로 니들 부분은 자기용해성 물질로 형성된다.

도 5를 참조하여 마이크로 니들 시트의 일반적인 제조방법을 설명한다. 마이크로 니들 시트의 원판(90)은 미세 기계가공이나 진공처리, 포토 리소그라피와 같은 방법으로 제작된다. 니들의 길이(93)는 상술한 것과 같이 수백 ㎛ 이하의 송곳 형상을 하고 있다. 단면은 원, 각, 타원 등이 있다. 니들은 미소한 사이즈이므로 원판 판(91)에서 니들(92)을 절삭하여 형성하는 것이 바람직하다.

다음에 스탬퍼의 모재(81)에 원판(90)을 압착하여 스탬퍼(80) (마이크로 니들의 주형)를 제작한다. 그리고 스탬퍼(80)에 수지 폴리머의 용해액 또는 약물(85)을 흘려넣고, 건조한 후에, 고정 기재(88)에 부착하여 박리 전사함으로써 마이크로 니들 시트(77)를 얻을 수 있다(특허문헌 1 참조).

여기서, 스탬퍼(80)의 제작방법으로는 모재(81)에 원판(90)을 압착하는 것이 아니라, 원판(90)에 용해한 수지를 흘려넣어서 건조한 후에 박리하는 방법도 있다(특허문헌 2 참조).

특허문헌1:일본국특개2008-245955호공보 특허문헌2:일본국특개2008-006178호공보 특허문헌3:일본국특개2009-083125호공보

마이크로 니들은 피부에 삽입되므로 선단은 가능한 한 첨예도(尖銳度)를 높게 할 필요가 있다. 그리고 마이크로 니들 시트는 제작된 스탬퍼에 니들의 원료를 흘려넣어서 제작된다. 따라서 원료가 흘러들어가는 스탬퍼의 오목부의 밑부분(마이크로 니들의 선단에 해당함)은 첨예도가 높은 오목부가 되어야 한다. 그러나 모재에 대해서 첨예도가 높은 오목부를 형성하기는 용이하지 않다고 하는 과제가 있었다.

또, 스탬퍼에 니들의 원료를 흘려 넣는다는 관점에서는, 스탬퍼의 오목부는 매우 미소한 치수이므로 공기나 표면장력에 의해서 마이크로 니들의 원료가 용이하게 스탬퍼의 오목부에 충전되지 않는다고 하는 과제도 있었다.

보다 구체적으로는, 도 5 (c)에서 스탬퍼(81)에 수지 폴리머의 용해액 또는 약물(85)을 흘려넣을 때에 스탬퍼의 오목부에 공기(72)가 존재하게 되어서, 스탬퍼로부터 박리한 때에 공기(72)가 있었던 부분(73)에 대해서는 니들을 불완전한 형상으로밖에 형성할 수 없다(도 5 (d))는 것이다.

이 과제는 특허문헌 2 및 3에도 개시되어 있다. 특허문헌 2에서는 스탬퍼에 원료를 충전할 때에 감압상태에서 충전하는 것이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 3에는 원료 측에서 가압하여 스탬퍼의 오목부에 충전시키는 방법이 개시되어 있다. 그러나 다수의 마이크로 니들을 배치하는 경우에는 몇 개인가의 오목부에 원료가 충전되지 않아서 제작이 예정된 모든 마이크로 니들을 형성할 수 없는 경우가 있다고 하는 과제는 존재하고 있었다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 구체적으로는, 시트형상의 모재와 송곳형상의 돌기를 갖는 원판을 가열하는 공정과, 상기 원판의 돌기를 상기 모재에 삽입하여 송곳형상의 오목부를 형성하는 공정과. 상기 원판을 상기 모재에 삽입한 상태에서 냉각하는 공정과, 상기 원판을 상기 모재로부터 분리하는 공정과, 상기 모재를 가열하는 공정을 갖는 스탬퍼 제조방법을 제공한다.

또, 본 발명의 스탬퍼 제조방법은, 상기 송곳형상의 오목부를 형성하는 공정에서는 상기 원판의 돌기는 상기 모재를 관통할 때까지 삽입되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 따뜻하게 한 스탬퍼 부재에 송곳형상의 돌기를 갖는 원판을 삽입하여 송곳형상의 오목부를 형성하고, 그 상태에서 냉각하고 나서 원판을 분리하므로, 송곳형상의 돌기에 의해서 변형된 스탬퍼 부재에는 응력이 잔존하는 상태에서 오목부가 형성된다. 그리고 송곳형상의 돌기를 분리한 후에 스탬퍼 부재를 가열하면 응력이 개방되어서 오목부가 매워지도록 재변형이 발생한다. 이는 오목부의 밑부분을 좁히는 방향으로 모재가 재변형을 하므로 첨예도가 높은 오목부를 형성할 수 있다.

또, 미리 오목부의 밑부분에 스탬퍼의 반대 면까지 관통하는 관통구멍을 형성해 두고, 상기 방법으로 스탬퍼 부재를 재변형시키면 미소한 관통구멍을 형성할 수 있다. 미소한 관통구멍을 갖는 스탬퍼의 오목부는 마이크로 니들 부재의 도포시에 공기가 머물러 있었다고 해도 이 공기가 용이하게 배출된다. 따라서 모든 스탬퍼의 오목부에 원료를 충전할 수 있어서 예정된 모든 개수의 마이크로 니들이 형성된 마이크로 니들 시트를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 스탬퍼의 개략 도면이다.
도 2는 본 발명의 스탬퍼의 제조공정을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 스탬퍼의 제조공정의 상세를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 스탬퍼를 이용한 마이크로 니들 시트의 제조공정을 나타내는 도면이다.
도 5는 종래의 스탬퍼를 이용한 마이크로 니들 시트의 제조공정을 나타내는 도면이다.

<실시 예 1>

도 1에 본 발명의 마이크로 니들 시트의 스탬퍼(1)를 나타낸다. 스탬퍼(1)는 시트형상의 모재(2)에 송곳형상의 오목부(3)가 형성된 것이다. 모재(2)의 재질은 특히 한정되는 것은 아니나, 의약품이므로 오염이 잘 되지 않는 재질 또는 인체에 영향이 없는 재질이 좋다. 또, 본 발명의 스탬퍼(1)는 열 수축에 의해 첨예도가 높은 선단을 갖는 오목부 형상을 형성하므로 PTFE, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 플라스틱이 바람직하게 사용된다.

오목부(3)의 밑부분에는 모재의 다른 면으로 관통하는 관통구멍(4)이 형성되어 있다. 관통구멍(4)은 마이크로 니들의 선단을 형성하는 부분이 되므로 그 지름은 작은 것이 바람직하다. 기능적으로는 원료가 오목부(3)에 충전되도록 오목부(3)에 머무르는 공기가 빠져나갈 수 있으면 좋으며, 항상 유한 길이의 지름을 갖는 구멍이 뚫려 있지 않아도 된다. 즉, 압력이 인가된 때에 공기가 빠져나가기만 하면 통상은 막혀 있는 것처럼 보여도 좋다. 구체적으로는 수십 미크론 혹은 그 이하인 것이 바람직하다.

마이크로 니들의 설치밀도나 설치분포는 특히 한정되는 것은 아니며, 용도·목적에 따라서 수시로 결정되어도 좋다. 도면에서는 간단히 하기 위해 4개의 마이크로 니들을 갖는 마이크로 니들 시트를 제작하기 위한 스탬퍼에 의해 설명한다.

다음에, 본 발명의 스탬퍼의 제조방법을 예시한다. 도 2 (a)를 참조하면, 원판(10)은 평면형상의 본체(11)에 송곳형상의 돌기(12)를 형성시킨 것이며, 재질은 특히 한정되지는 않으나, 가공성이 우수한 금속을 가장 바람직하게 이용할 수 있다. 또, 본 발명에서는 모재의 연화점온도 부근까지 가열되므로 그 정도의 온도에서 경도를 유지할 수 있는 재질이 좋다. 예를 들어 동, 알루미늄, 니켈, 실리콘 등을 이용할 수 있다. 또, 돌기(12)는 본체(11)로부터의 절삭에 의한 가공 외에도, 포토 리소그라피를 이용한 방법으로 형성해도 좋다.

돌기(12)는 본체(11) 상에 높이 1㎛ 내지 600㎛ 정도의 높이(13)를 갖는다. 마이크로 니들 시트를 사용하여 약물 등을 주입시키는 표피는 각질층, 과립 층, 유극 층(有棘層), 기저 층으로 형성되나, 각질층은 몸의 부위에 따라서 두께가 다르므로, 경피 투여를 하려고 하는 몸의 부위와 약물에 따라서 마이크로 니들의 높이는 변경이 되는 경우가 있기 때문이다.

돌기(12)는 스탬퍼에 의해서 형성된 마이크로 니들의 베이스부분의 단면 지름과 길이의 비율이 단면 지름 : 길이 = 1 : 1.5 내지 1 : 3의 비교적 높은 애스팩트 비를 갖는 침 형상이 되도록 형성된다. 마이크로 니들은 사용하는 부위에 따라서 변경되는 경우가 있기 때문이다. 그 단면형상에 특히 한정은 없으며, 원형, 타원형, 정사각형을 포함하는 사각형 등이 바람직하게 적용된다. 또, 돌기 표면에 홈이 형성되어 있어도 좋다. 그 홈 형상이 반영된 마이크로 니들은 피부로의 삽입을 부드럽게 할 수 있는 경우가 있기 때문이다.

모재(2)의 두께는 돌기(12)의 길이보다도 얇다. 돌기(12)의 선단이 모재(2)를 관통하여 관통구멍(4)을 형성시키기 위해서이다. 모재(2)에 형성되는 관통구멍(4)의 지름이 수십 미크론 정도가 되도록 돌기(12)의 선단 형상과 모재(2)의 두께(5)로부터 설정할 수 있다. 본 발명에서는 열 수축에 의해 관통구멍(4)이 수축할 수 있으므로 원판(10)의 돌기(12)가 모재(2)를 관통할 때의 관통 지름(4a)은 스탬퍼(1)의 관통구멍(4)보다 수배 크게 해도 좋기 때문이다.

먼저, 원판(10)과 모재(2)는 미리 가열(14)한다. 가열온도는 모재(2)의 용융온도보다 낮은 온도이다. 모재(2)의 연화점온도 부근이면 좋다. 본 발명의 스탬퍼의 오목부의 형성에서는 모재(2)에 응력을 남긴 상태에서 소성변형을 시키는 공정을 거치기 때문이다. 원판(10)의 온도가 모재(2)의 용융온도보다 높으면 모재(2)가 용융해버려서 원판(10)의 돌기(12)의 형상에 따른 오목부(3)를 형성할 수 없다. 또, 원판(10)의 온도가 모재(2)의 온도에 비해 너무 낮으면 재변형을 시킬 때에 필요한 응력이 잔류하지 않는다.

다음에 가열된 원판(10)을 가열된 모재(2)에 찔러넣는다(도 2 (b)). 그리고 원판(10)을 모재(2)에 찔러넣은 상태에서 상온까지 냉각한 다음에 원판(10)을 분리한다(도 2 (c)). 도 3 (a)에 가열된 원판(10)의 돌기(12)가 가열된 모재(2)에 찔러 넣어진 부분의 확대 도를 나타낸다. 모재(2)에서 돌기(12)가 삽입된 부분(부호 26)에서는 돌기(12)에 의해서 모재가 눌려서 넓어지므로 분자가 압축된 상태가 된다. 이 압축된 부분을 오목부 표면층(26)이라고 한다.

도 3 (b)를 참조하면, 냉각 후 원판(10)을 분리하면(금형에서 떼어내면) 관통구멍을 갖는 오목부 표면층(26)에는 응력(27)이 축적된 그대로의 상태로 형상을 유지하고 있다. 또, 도 3 (b)에서는 좌우의 2개의 화살표에 부호를 붙였으나, 나머지 화살표도 응력을 나타낸다. 또, 이때 형성되는 관통구멍은 관통구멍 4a이다.

도 2 (d)로 되돌아가서, 냉각 후에 원판(10)이 분리된 모재(2)를 재차 가열한다. 이때 가열하는 온도는 연화점온도 부근이며, 용융온도 이하가 바람직하다. 이 범위 내의 온도이면 오목부 표면층의 응력 개방에 의해서 변형할 수 있기 때문이다.

도 3 (c)를 참조하면, 가열된 모재(2)의 오목부 표면층에서는 응력이 개방되므로 자유공간을 향해서(28) 표면층이 이동한다. 이 열 수축에 의한 재변형에 의해 관통구멍이 수축하여 첨예도가 높은 오목부를 형성할 수 있다. 또, 도 3 (b)에서의 원판을 분리한 경우와 비교하여 관통구멍의 지름(4aφ)은 수축에 의해 작아진다(4a). 구체적인 예로, 모재(2)가 폴리에틸렌인 경우에 90℃에서 10초 정도 유지시키면 관통구멍은 지름 40㎛에서 10㎛까지 수축시킬 수 있게 되며, 미소한 마이크로 니들을 제작할 수 있게 된다.

이상과 같이 하여 제작된 스탬퍼로 마이크로 니들 시트를 제작한다. 도 4를 참조하면, 마이크로 니들 시트는 니들 원료(20)를 스탬퍼(1)에 도포함으로써 제작된다(도 4 (a)). 니들 원료(20)는 체내에 잔류하지 않고 배출되는 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 마이크로 니들 시트를 피부에서 떼어낸 때에 니들 부분이 휘거나 빠져서 전부 회수할 수 없는 경우도 있다. 그때 체내에서 흡수되는 재료면 안전하기 때문이다. 구체적으로는 설사성 물질(洩絲性 物質)을 주성분으로 한 재료인 것이 바람직하다. 또, 니들 원료에 약물을 미리 혼입시켜 두어도 좋다. 여기서 약물이란 생리활성작용을 갖는 순수한 화학물질을 말하며, 인슐린, 성장호르몬, 에리스로포이에틴(erythropoietin), 인터페론 등의 펩티드 단백 약이나 백신(vaccine) 항원, 항원 단백, 고분자 약, 비타민 C 등을 들 수 있으며, 이들을 주성분으로 하는 물질이라도 좋다.

도 4 (a)를 참조하면, 본 발명의 스탬퍼(1)는 오목부(3)의 밑부분에 관통구멍(4)이 형성되어 있으므로 니들 원료를 스탬퍼 내로 주입하기 위해서는 도포만으로도 니들의 원료가 오목부에 충전된다. 즉, 스탬퍼(1)의 오목부(3)의 밑부분에 공기(72)가 있었다고 해도 이 공기는 관통구멍(4)을 통해서 용이하게 배출되며, 니들 원료는 오목부(3)에 충전된다. 물론, 도포한 후에 가압(15)을 해도 좋다(도 4 (b)). 가압하면 스탬퍼의 오목부(3)의 밑부분에 머무르던 공기는 더 용이하게 빠져나갈 수 있다.

또, 다공질 고체로 형성한 평면받침대(18) 상에 스탬퍼(1)를 배치하고, 평면받침대(18)의 이면에서 음의 압력(16)을 인가하면서 니들 원료(20)를 도포해도 좋다(도 4 (b) 참조). 이 경우도 스탬퍼의 오목부(3)에 용이하게 니들 원료를 주입할 수 있다. 또, 평면받침대(18)의 상면에서 가압(15)을 하고, 이면에서 음의 압력(16)을 인가하면 더 좋다.

스탬퍼(1)에 니들 원료(20)를 도포한 후에, 건조시켜서, 스탬퍼로부터 박리함으로써 마이크로 니들 시트(30)가 완성된다(도 4 (d) 참조). 스탬퍼(1)로부터의 박리는 고정 기재(88)를 건조한 니들 원료(20)의 이면에 부착하여 스탬퍼에서 잡아당겨서 떼어낸다. 스탬퍼로부터 박리한 마이크로 니들 시트(30)에 약물이 주입되어 있지 않은 경우에는 스탬퍼로부터 박리한 후에 니들 부분(31)에 약물을 산포(散布)하는 등을 한다.

또, 이와 같이 하여 제작한 마이크로 니들(31)의 베이스부분의 단면 지름과 길이의 비율은 단면 지름 : 길이 = 1 : 1.5 내지 1 : 3의 비교적 높은 애스팩트 비를 갖는 송곳형상이 되도록 형성된다.

이상과 같이 본 발명의 스탬퍼는 니들을 형성하는 오목부의 밑부분에 스탬퍼의 대향 면까지 관통하는 미소한 관통구멍이 뚫려 있으므로, 오목부에 공기가 들어가도 용이하게 배출이 되어서, 첨예도가 높은 니들을 제작할 수 있는 마이크로 니들 시트를 얻을 수 있다.

본 발명은 약물을 표피에 주입하는 마이크로 니들 시트만이 아니라, 기재상에 미소 돌기를 생성하는 방법에 널리 이용할 수 있다.

1 스탬퍼
2 모재
3 오목부
4 관통구멍
5 모재 두께
10 원판
11 원판 본체
12 돌기
13 돌기 높이
14 가열
15 압력
16 음의 압력
18 다공질 고체 평면받침대
20 니들 원료
26 오목부 표면층
27 응력
28 오목부 표면층의 이동방향
30 마이크로 니들 시트
31 니들
72 공기
77 마이크로 니들 시트
80 종래의 스탬퍼
81 종래의 스탬퍼 모재
85 니들 원료
88 고정 기재
90 원판
91 본체
92 돌기
93 돌기의 길이

Claims (2)

1. 시트형상의 모재와 송곳형상의 돌기를 갖는 원판을 가열하는 공정과,
   상기 원판의 돌기를 상기 모재에 삽입하여 송곳형상의 오목부를 형성하는 공정과.
   상기 원판을 상기 모재에 삽입한 상태에서 냉각하는 공정과,
   상기 원판을 상기 모재로부터 분리하는 공정과,
   상기 모재를 가열하는 공정을 갖는 스탬퍼 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 송곳형상의 오목부를 형성하는 공정에서는 상기 원판의 돌기는 상기 모재를 관통할 때까지 삽입되는 스탬퍼 제조방법.

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