マイクロニードルの製造方法とは？製造過程で発生する課題と解決方法を解説

マイクロニードルとは直径または長さが1mm未満の極小（マイクロサイズ）の針のことで、「微細針集合体」とも呼ばれます。また、マイクロニードルが形成されたシートやチップ全体を含めてマイクロニードルを指すこともあります。

医療・美容分野のさまざまな用途で使用されており、今後より広範囲での活用が期待されています。

もともとマイクロニードルは注射針のように金属が使用されてましたが、金属アレルギーや針が折れたときの体内への影響などを考慮し、近年では樹脂や生分解性バイオポリマーが素材として選ばれるようになりました。

マイクロニードルの活用方法やメリットについては、以下の記事でくわしく解説しています。

①　中実型マイクロニードル

中実型マイクロニードルとは、針に注射器のような穴（貫通孔）が開いていないマイクロニードルのことです。中実型マイクロニードルには、薬品の塗布方法によってソリッド型、コート型、溶解型に分類できます。

②　中空型マイクロニードル

中空型マイクロニードルは、針に貫通孔が開いているマイクロニードルです。一般的な注射針のように皮膚に刺入した後、シリンジやポンプを使って薬液を皮膚内に送達させます。

マイクロニードルを通じて薬剤を投与または塗布できるため、幅広い種類の薬剤を選べるのがメリットです。送達したい薬液量が多いケースにも向いています。

ただし、薬液が皮膚の外側に漏れだしてしまうことがあり、適切な注入スピードで薬剤を送達させる技術が求められます。小さい針に極小の穴を開けるといった、製造上での高度な技術も必要です。

射出成形は、同一形状の金属・プラスチック製品を大量生産したいときに向いている製造方法です。マイクロニードルの製造においても一般的な方法として活用されています。

マイクロニードルの形状に合わせ金型を作成し、加熱して溶かした樹脂などの素材を金型に送り込み、冷やして成形を行います。

また、金型の製作には、サイズや精度にもよりますが、数十万円～百万円以上かかることもあります。工期は数か月程度かかります。

マイクロニードルは使用する薬液の種類や量、対象者に合わせた形状を求められることも少なくありません。射出成形は、金型の製作コストや管理面での手間、工期の長さなどから小ロット制作には向かないことには注意が必要です。

マイクロニードルの製造を検討していてもコスト面がネック、複数の種類を製造したい等の課題がある場合、３Dプリンタ―による製造を検討することをおすすめします。

レーザー加工は、おもに中空型マイクロニードルの製造に用いられている手法です。射出成形などで製造したマイクロニードルに、レーザーを使って薬剤を通過させる穴を開けます。マイクロスケールの針に必要な大きさの穴を開けなければならず、高い技術力が必要です。

技術力やノウハウはメーカーによって差があります。理想の形状や機能を持つマイクロニードルを製造するには、適切なメーカーの選定が重要です。

充填成形とは、溶解型マイクロニードルパッチの製造方法のひとつです。混合して作ったマイクロニードルの原料となる液を、鋳型に充填して成形します。その後乾燥してゲル化させ、粘着シートに貼り合わせ、パッチ形状に打ち抜きます。

充填成形は、高品質の製品を製造するには確かな技術力が必要です。メーカー選定は慎重に行いましょう。

3Dプリンターによる造形は、特に小ロット、多種類のマイクロニードルの製造におすすめの方法です。金型の開発・製作が不要であり、開発期間の短縮やコストダウンが期待できます。

高精細・高精度３Dプリンタ―など、適切な機種を選定することが重要ですが、高品質のマイクロニードルを数時間～数日という短納期での製造が実現します。

BMF Japan 株式会社の超高解像度3Dプリンター「2μmシリーズ」は、独自のマイクロナノ光造形「PμSL」技術により、数マイクロメートルから数百ナノメートルの解像度での積層も可能としています。

BMF Japan株式会社の「microArch®シリーズ」は、独自開発のPµSL技術（マイクロ3次元リソグラフィ技術）に基づき、2μm/10μmの優れた光学解像度と、±10μm/±25μmの正確な公差制御を実現し、「0.01mm～100mm」の範囲で精密な3次元微細加工が可能な3Dプリンターです。

BMFの超高解像度3Dプリンターなら、マイクロニードルのような微細な形状の製品も短時間、高品質に製造可能です。

以下の記事では、高性能３Dプリンタ―を多数紹介しています。

高性能3Dプリンターおすすめ15選！製品の特徴、選び方のポイント↗

また、いきなり3Dプリンタ―の導入はハードルが高くても、3Dプリントサービスを利用すれば手軽に試してみることができます。

超精密3Dプリンティング技術を活用し、ミクロン単位のマスターモールドの印刷に成功した事例です。

モールドを転写することでPDMS-t（PDMS-(Triton X-100)）接着層とAg/Niマイクロニードルアレイを作製し、最終的に生体電気信号を検出するための透過性の高い電極パッチの製作を実現しました。

詳細は以下の記事をご覧下さい。

BMF応用：3Dプリントによるマスターモールド↗

Mark Prausnitz博士のチームがBMFの3Dプリンターで作製した眼球注射用マイクロニードル：500μmの穴がある

ジョージア工科大学（GT）の電子工学とナノテクノロジー研究所（IEN）が提携し運営する、マイクロ・ナノファブリケーション施設では、高精度3Dプリンターにより、特定の眼内組織を標的にできる眼球注射用マイクロニードルや、薬物送達や低侵襲治療のツールとして活用する薬物送達用マイクロニードルの製作に成功しています。

ほかにも、脳水腫患者の頭蓋内圧を継続的にモニタリングするための埋め込み式圧力センサーに活用されるマイクロ流体型も3Dプリンターによって作成されています。

詳細は以下の記事でご覧ください。

高精度3Dプリンティング技術により、生命科学及びマイクロ・ナノファブリケーションの最前線を推進↗

マイクロニードル基底部の直径160μm、内部チャンネルの直径40μm（人間の毛髪の直径は約100μm）

高精度3Dプリンターによって製作された複数のチャンネルを持つマイクロニードルは、腫瘍やがんの治療に不可欠な化学療法にも活用されています。

毛髪の直径よりも細い40μmと極めて高い精度を持つチャネルを持つマイクロニードルアレイは、標的部位へ正確に薬剤を届け、がん細胞への薬剤浸透効率の大幅な向上を実現しました。マイクロニードルの配列は、腫瘍の大きさに応じてさまざまなサイズに調整することができるため、よりターゲットを絞った治療も可能としています。

詳細は以下の記事をご覧ください。

高精度3Dプリントによるマイクロニードルが癌治療に希望の光をもたらす↗