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CN1691969A - 微针装置和微针施用设备 - Google Patents

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CN1691969A
CN1691969A CNA03817247XA CN03817247A CN1691969A CN 1691969 A CN1691969 A CN 1691969A CN A03817247X A CNA03817247X A CN A03817247XA CN 03817247 A CN03817247 A CN 03817247A CN 1691969 A CN1691969 A CN 1691969A
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CN
China
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micropin
microneedle devices
piston
substrate
skin
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CNA03817247XA
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English (en)
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格雷厄姆·M·克莱克
麦克尔·D·德尔莫尔
麦克尔·K·多姆勒泽
理查德·H·费伯
杰伊·D·雅各布斯
贾米森·C·基斯特
弗兰克·弗雷德里克森
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Original Assignee
3M Innovative Properties Co
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Abstract

本发明公开了具有微针(30)的微针装置(10)，该微针具有截头的锥形形状。该微针装置的微针还可以具有控制的纵横比。还公开了微针施用设备，该微针施用设备包括构造成用来以各种速度施用微针的驱动器，其可以增强对角质外层的穿透同时减小在施用部位经受的疼痛感。

Description

微针装置和微针施用设备
背景技术
既便与良好的化学增强器一起使用，表明有医疗价值的分子很少能够通过皮肤转移。分子通过皮肤转移的主要障碍是角质外层(皮肤的最外层)。
包括有时称作微针或微钉的较小结构阵列的装置，已经被公开用于将治疗剂和其他物质通过皮肤和其他表面的施用。该装置通常压在皮肤上以刺穿角质外层，以便治疗剂和其他物质能够通过角质外层进入下面的组织。
与微针装置有关的问题包括有效地刺穿角质外层的能力。由于希望限制微针结构的高度以避免刺激位于角质外层下面的神经，因而这种能力受到损害。限制结构高度的结果，使微针装置难以可靠地刺穿角质外层到足够的位置，以有效地将治疗剂施用病人。
已知的与微针装置相关的另一个问题是微针结构自身的结构整体性。不坚固的结构在进入角质外层时可能发生断裂或剥落。结果，该结构的一部分留在皮肤里。虽然这种结构通常用生物惰性材料制造，但最好使用后这种结构的任何部分不留在皮肤里。
发明内容
本发明提供微针装置、微针施用装置和使用该微针装置的方法。该微针装置、微针施用设备和使用该微针的方法可以一起使用，或者如果希望的话也可以分开使用。
根据本发明的微针装置包括从衬底上伸出的多个微针，该微针具有截头锥形形状，其优选地减少端部断裂同时仍然提供有效的角质外层穿孔。根据本发明的微针装置的微针还可以具受控的纵横比以改善角质外层的有效穿孔。
根据本发明的微针施用设备包括驱动器，其构造成以各种速度施用微针，能够改善角质外层的穿孔同时减轻在施用位置的疼痛感觉。为了实现这些目标，该施用设备可以利用具有有限质量的部件以在施用微针装置时减少该设备刺激神经的倾向。该施用设备可以构造成朝皮肤运送微针，或它们可以构造成具有撞击已经放置成与皮肤接触的微针装置背面的质量。此外，该施用设备优选包括围绕微针装置压在皮肤上的压力环，以便当该微针装置通过皮肤移动时提高皮肤的拉紧度。
一方面，本发明提供一种微针装置，其包括具有第一主表面的衬底；和从该衬底的第一主表面上伸出的至少一根微针，该至少一根微针具有靠近该衬底的第一主表面的基底，其中该至少一根微针从该基底到远离该基底的平头末端渐缩，以便该至少一根微针具有截头的锥形形状；其中，从与该基底对齐的平面中测量该平头末端的表面积为20平方微米或以上并且为250平方微米或以下。
另一方面，本发明包括使用本发明的微针装置以接触病人的皮肤并使该微针装置压在该皮肤上。
另一方面，本发明提供一种微针装置，其包括具有第一主表面的衬底；和从该衬底的第一主表面上伸出的多根微针，该多根微针的每根微针具有靠近该衬底的第一主表面的基底，其中该多根微针的每根微针由一种或多种聚合物制造并且从该基底到远离该基底的平头末端渐缩，以便该多根微针的每根微针具有截头的锥形形状；其中，该平头末端在与该基底对齐的平面中测量的表面积为20平方微米或以上和100平方微米或以下；其中，该多根微针的每根微针的基底的基底面积为900平方微米或以上，并且其中该多根微针的每根微针具有在第一主表面上方的高度和最大的基底尺寸，该高度和最大基底尺寸的比例定义为纵横比，其中，该纵横比为3∶1或以上。
另一方面，本发明提供一种微针装置，其包括具有第一主表面的衬底；和从该衬底的第一主表面上伸出的至少一根微针，该至少一根微针具有靠近该衬底的第一主表面的基底，其中该至少一根微针从该基底到远离该基底的平头末端渐缩，以便该至少一根微针具有截头的锥形形状，该锥形形状具有在该第一主表面之上从该基底到该末端测量的高度(h)，其中，该至少一根微针的横截面面积为20平方微米或以上并小于该至少一根微针的基底面积，其中该截面面积在与该基底对齐的平面内测量，该平面位于距离该基底0.98h的距离处。
另一方面，本发明提供一种微针装置，其包括具有第一主表面的衬底；和从该衬底的第一主表面上伸出的多根微针，该多根微针的每根微针具有靠近该衬底的第一主表面的基底，其中该多根微针的每根微针由一种或多种聚合物制造，并且从该基底到远离该基底的平头末端渐缩，以便该多根微针的每根微针具有截头的锥形形状；其中，该多根微针的每根微针的截面面积为20平方微米或以上并且为该多根微针的每根微针的基底面积的25％或以下，其中，其中该截面面积在与该基底对齐的平面内测量，该平面位于距离该基底0.98h的距离处；其中该多根微针的每根微针的基底面积为900平方微米或以上，并且其中该多根微针的每根微针最大基底尺寸，该高度和最大基底尺寸的比例定义为纵横比，其中，该纵横比为3∶1或以上。
另一方面，本发明提供一种通过在靠近皮肤上的施用部位将微针装置定位在施用微针装置的方法，该微针阵列具有从表面伸出的多根微针；并且加速具有朝向皮肤的面的活塞，其中该活塞在加速期间的最小速度为每秒4米或以上，而最大速度为每秒10米或以下。
另一方面，本发明提供一种施用微针装置的方法，该方法包括在靠近皮肤上的施用部位将微针装置定位，该微针阵列具有从表面上伸出的多根微针；以及加速具有朝向该微针装置的面的活塞，其中在该活塞面接触该微针装置时该活塞的最小速度为每秒4米或以上，而最大速度为每秒10米或以下。
另一方面，本发明提供一种施用微针装置的方法，该方法包括：提供微针施用设备，该微针施用设备包括：具有从表面伸出的多根微针的微针装置、该微针装置连接于活塞的面上，可操作地与该活塞相连的驱动器；以及用该驱动器朝该施用部位加速该活塞和相连的微针装置，其中当该微针装置接触施用部位时该活塞的最小速度为每秒4米或以上，最大速度为每秒10米或以下。
另一方面，本发明提供一种微针施用设备，其包括：壳体；位于该壳体内的活塞；可操作地连接于该活塞的驱动器，其中，该驱动器具有储存的能量，该储存的能量释放时，引起活塞朝施用部位加速；以及用于在该活塞朝着其加速的施用部位的皮肤做标记的装置。
另一方面，本发明提供一种微针施用设备，其包括：壳体；位于该壳体内的活塞；可操作地连接于该活塞的驱动器，其中，该驱动器具有储存的能量，该储存的能量释放时，引起活塞朝施用部位加速；其中当该活塞面到达该施用部位时该活塞的最小速度为每秒4米或以上，而最大速度为每秒10米或以下。
另一方面，本发明提供一种微针施用设备，其包括壳体；位于该壳体内的活塞；操作地连接于该活塞的驱动器，其中，该驱动器具有储存的能量，该储存的能量释放时，引起活塞朝施用部位加速；以及在该壳体外部的压力环。
本发明的这些和其他特征和优点将在下面结合本发明的各种图示实施例进行说明。
附图说明
图1是根据本发明的一个微针装置的部分放大俯视图。
图2是沿图1的2-2线截开的该微针装置的一根微针的剖视图。
图3是本发明的微针装置上的另一种微针俯视图。
图4是沿图3的4-4线截取的剖视图。
图5是根据本发明的微针施用设备的框图。
图6是根据本发明的微针施用设备的速度(垂直轴)对位移(水平轴)的曲线图。
图7根据本发明的微针施用设备的透视图。
图8是图7的微针施用设备在耸起位置的剖视图。
图9是图8的微针施用设备在释放位置的剖视图。
图10是图8的微针施用设备在发射后位置的剖视图。
图11是根据本发明的另一种微针施用设备透视图。
图12是图11的微针施用设备透明的图像，示出在该设备壳体内的各部件。
图13是图11的微针施用设备的视图，其壳体被去掉以露出弹簧加载时该设备的内部。
图14是图13的微针施用设备的视图，其弹簧被充分加载。
图15是图13的微针施用设备在释放位置的视图。
具体实施方式
本发明提供可以用于各种目的的微针装置。例如，该微针装置可以用于刺穿在病人皮肤上的施用部位的角质外层。例如该微针装置可以用于在各种贯穿表皮的施用中通过皮肤施用药物(包括任何药剂)。在微针装置在处理贯穿表皮的药物施用中被用来刺穿角质外层的情况下，微针的高度优选足以通过角质外层。然而，在施用部位插入时还优选该微针的高度不大到足以引起明显的疼痛。
在一些实施例中，在用药期间由于药物通过或围绕该微针移动以通过角质外层上的刺穿点，微针装置可能被留下。或者，微针装置在刺穿角质外层之后可以从皮肤上移开并且药物可以施加到治疗点(例如，贯穿表皮的药物施用贴剂形式、局部洗剂等形式)，使药物能够通过刺穿的角质外层。
当在本发明中使用时，术语“微针”(以及其各种变化形式)是指具有在该表面之上从该表面伸出约500微米或以下高度的结构，在一些实例中，本发明的微针具有250微米或以下的高度。
虽然在这里说明的微针装置可以包括多根微针，但是应当明白，本发明的微针装置在每个衬底上可以只包括一根微针。还有，虽然所有的微针装置只用一个衬底示出，但是每个装置可以包括多个衬底，每个衬底包括一根或多根从其伸出的微针。
参考图1和图2，图1和图2示出一个微针装置10的一部分，其具有从微针衬底20的表面22伸出的微针30。该微针30可以排成任何所希望的图案或随机地分布在整个表面22。
每个微针30包括靠近衬底表面22的基底34和远离该基底34的顶面32。该微针30的总的形状优选为锥形。例如，微针30在衬底表面22具有较大的基底34并且从该衬底表面22向顶面32延伸。
虽然图1和图2的微针为四边形基底的正方形棱锥体，但是，应当明白，该微针可以具有任何合适的形状，例如三棱锥体等。而且，棱锥体形状的微针可以是也可以不是规则的棱锥体。还应当注意，该微针不是真正的棱锥体，而是包括顶面32，优选为包括平坦顶面的截头棱锥体。该顶面32可以位于平行于该微针30的基底34的平面中(此时该微针30是棱锥的平截头体)。或者，该顶面32可以位于不平行于该基底34的平面中。
通过提供与完全棱锥体(其包括该棱锥体的所有边相交的顶点)相反的具有钝头或平顶面32的微针30，相对于具有完全棱锥体形式的微针的结构整体形而言可以提高该微针30的结构整体性。如上面所看到的，具有完全棱锥体形式的微针在受压时，例如将微针插入角质外层时，可能会断裂，断裂的微针可能将碎屑留在例如角质外层中。
与金属的或硅结构的微针相反，结构整体性的问题在微针用聚合物材料制造时是最突出的。如果用聚合物材料制造微针，优选该聚合物材料具有下列一个或多个性质：可模制(例如，注模、压模等)，具有高弹性模量，具有高断裂伸长率。
在聚合物材料中，优选地微针用热塑性聚合物材料制造。用于微针的合适的聚合物材料可以包括但不限于：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，聚苯硫醚，聚碳酸酯，聚丙烯，缩醛，丙烯酸树脂，聚醚酰亚胺，聚对苯二甲酸丁二酯，聚对苯二甲酸乙二醇酯等。聚合物微针可以用单一聚合物或两种或更多种聚合物的混合物/共混物制造。
虽然图1和图2示出的微针带有平顶面32，但是应当明白，顶面32不必是优选的平面，而是该顶面32可以表现出对纯粹平表面的某些变化并且仍然落在这里所用的术语“平”的范围内。例如，该顶表面32可以是圆形、拱形或从平表面得来的其他形状。
根据本发明的微针装置的截头锥形微针的另一特征是该微针在距基底选定的后缩距离处的截面面积。图2的微针30被描述成在基底和顶面之间测量具有高度h。在微针30的情况下，其顶是顶面32并且微针30的高度h沿中心轴线12测量。在表征本发明的锥形微针的这种方式中，该微针30的截面面积可以与基底34对齐并位于0.98h处，即从该微针30的顶面为0.02h的后缩距离处的平面14中测量(见图2的边缘上)。在描述该平面14与该基底34对齐时，这意味着虽然允许与真正的平行稍有变化，但是该平面基本上平行与该基底，虽然与真正的平行关系稍有变化是允许的。
在沿着中心轴线12设置的平面14所在的后缩距离处，该微针30可以是，例如，优选的截面面积为20平方微米或以上。在该范围的另一端，该微针30在该后缩距离处的平面14内的截面面积小于如下面所讨论的基底面积。在一些实例中，优选在该后缩距离处的截面面积为该微针的基底面积的25％或以下。在另一些实例中，优选该微针的截面面积为100平方微米或以下。在再一些实例中，优选在该后缩距离处的截面面积为50平方微米或以下。
关于如上所述的后缩距离处该微针30的截面面积，也可以表征由该微针30的基底34在该衬底20的第一主表面22上所占有的面积。例如，基底面积(即基底34占有的面积)可以优选为900平方微米或以上，而在一些实例中为1200平方微米或以上。相对于在该后缩距离处的截面面积或如上所述的平头末端的表面积，该基底面积用作表征本发明的微针的截头棱锥体形状的另一种方式。
如上所见到的，根据本发明的微针装置的微针是从较宽的基底向较窄的顶表面的锥形形状。图3和图4示出在微针装置110上的圆锥形微针130，以说明该锥形的微针不必是棱锥体的形式。
圆锥形的微针130包括圆形基底134，虽然其他形状的基底，例如椭圆形、卵形、新月形等也是可能的。虽然微针130被描述成规则的圆锥，但是应当明白，本发明的圆锥形的微针不必是规则的圆锥。
与上述的截头锥体一样，该微针130也可以是终止在与靠近该衬底120的表面122的基底134相对的顶表面132的截头圆锥。该顶表面132可以位于平行于该微针130的基底134的平面内(在该微针能够与该截头圆锥相同的情况下)。或者，顶表面132可以位于不平行于基底134的平面内。
通过提供与完全圆锥体(其包括该圆锥体远离基底终止的末端)相反的具有钝头或平顶面132的微针130，相对于完全圆锥体形式的微针结构的整体性而言可以提高该圆锥形微针130的结构整体性。如上面所述，具有完全圆锥体形式的微针在受压时，例如将微针插入角质外层时，可能会断裂，断裂的微针可能将碎屑留在例如角质外层中。
虽然用平顶表面132示出图3和图4的微针130，但是应当明白，该顶表面不必优选为平的，而是该顶面132可以表现出对纯粹平表面的某些变化并且仍然落在这里所用的术语“平”的范围内。
本发明的微针装置的微针可以以多种不同的方式表征。一个例子是用与该微针的截头锥形相关的平顶的表面积，该平顶的表面积，例如，图1和图2中的顶表面32，和图3和图4中的顶表面132可以是，例如，优选的表面积为100平方微米或以下。在其他实例中，该顶表面的表面积可以优选为50平方微米或以下。在另一些实例中，可以优选该顶面的表面积为30平方微米或以下。
通过提供截头锥形的微针，本发明的微针装置可以提供对例如角质外层的有效穿透，而不至于引起下面的神经组织的疼痛感。这里所用的“有效穿透”是指用具有较大顶端的微针打开的通过角质外层的通路，其可用于增进通过角质外层提供的物质传输。此外，与非锥形的更加接近柱形的微针相比，该微针的锥形形状可以增强对角质外层的穿透能力。
本发明的微针装置的微针的另一种方式是基于该微针的纵横比，术语“纵横比”是微针的高度(围绕该微针的基底的表面之上)与最大基底尺寸，即与该基底占有的最长直线尺寸的比例。例如，在图1和图2的正方形棱锥体形状的微针的情况下，最大基底尺寸应当在该微针的对角间测量(见图1的线37)。在如图3和图4所示的具有圆基底的圆锥形微针的情况下，最大基底尺寸应当是基底134的直径。至于本发明，优选微针的纵横比为2∶1或更大，在一些实例中为3∶1或更大。
而且，虽然所述的实施例的微针和衬底表面用比较平滑的表面示出，但是微针装置的各种特征可以具有不平滑的表面，例如，该表面可以是高低不平的、有纹理的等，以增强在该表面上的流体流。
该微针优选可以与衬底一体地制造。换句话说，各特征部分可以优选形成为一件完全一体的单元。或者，该微针可以设置成与该衬底分开。
该微针衬底可以用各种材料制造。可以根据各种因素选择选择材料，包括：该材料精确复制所希望的图案的能力；形成微针时材料的强度和韧性；材料与例如人和动物皮肤的兼容性；材料与该微针装置将要接触的任何流体的兼容性等。
除了包括具有增强结构整体性的表面几何形状的微针之外(也就是截头锥体形状)，优选提供与微针施用设备结合的微针阵列，该微针施用设备能将微针阵列施用到皮肤上的施用部位，从而使该微针装置上的微针有效地刺穿角质外层。
根据本发明的施用微针装置的方法包括将微针装置本身加速到所希望的速度。或者，该方法可以包括将撞击微针装置的活塞加速到所希望的速度(如果微针装置已经设置在皮肤上)。
除了将微针装置本身和用于撞击微针装置的活塞加速到所希望的速度以穿透角质外层之外，非常有用的是选择地提供围绕施用部位与皮肤接触的压力环，以增加该施用部位内的皮肤的拉紧度。
在角质外层被本发明的微针装置穿透之后，优选地，微针装置和用来迫使该微针装置通过角质外层的微针施用设备被从该施用部位移去，以便能够将例如贯穿表皮层的药物施用装置用于该施用部位。或者，希望通过角质外层的物质可以以任何其他合适的方式施加于该施用部位，例如涂抹等。
图5是说明本发明的微针施用设备的框图。该设备40包括驱动器50、活塞60、选择性使用的压力环70以及选择性使用的微针装置80。
该驱动器50可以是能够提供足够加速度以达到这里所讨论的希望的速度的任何机械。例如，该驱动器50可以是机械弹簧(例如螺旋弹簧、片簧等)、压缩的弹性件(例如橡胶等)、压缩的流体(例如空气、液体等)、压电结构、电磁结构、锤装置等。无论驱动器50的精度如何，它应当能够储存足够的能量以加速活塞60以及任何相连的微针装置80的质量。
在该装置40中，可选择性地采用压力环70以提高在施用部位的皮肤的拉紧度。下面将关于微针施用设备的两个说明实施例描述一些压力环的例子。
微针装置80是设备40的可选择部分，因为在一些实例中，微针装置80可以分开设置在施用部位内的皮肤上。在微针装置80在撞击之前设置在皮肤上的系统或方法中，优选在撞击微针装置80之前该活塞60加速到所希望的速度。但是，在所示的实施例中，微针装置80在该活塞60被加速之前连接于该活塞60。结果该活塞60和微针装置80两者被一起加速。
如上所述，该微针装置施用方法包括达到所希望的速度，该速度有效地迫使微针通过皮肤的角质外层。但是，优选控制所希望的速度以减小或防止刺激下方的将会引起疼痛的神经组织。在本发明中，由活塞引起的最大速度优选为每秒20米(m/s)或以下，可能15m/s或以下，或者可以10m/s或以下。在一些实例中，更优选最大速度为8m/s或以下。在所希望速度范围的下限，由活塞引起的所希望的最小速度优选为2m/s或以上，可以是4m/s或以上，可以更优选为6m/s或以上。
参考图6，本发明方法的另一种潜在的有利特征可以是所希望的速度被保持在足够的位移距离范围内，导致有效的角质外层的穿透。如在图6中所见，约8m/s的最大速度保持在相当大的位移距离范围内。
图6能够描述的另一个特征是该活塞(和任何连接的微针装置)可以被设置成离施用部位足够远，以便在撞击发生之前使该活塞能够达到所希望的最大速度。这种撞击可以是活塞与已经与皮肤接触的微针装置的撞击，或者是微针装置与皮肤的撞击(在微针装置与活塞连接的情况下)。例如，图6中，距离可以是约7毫米或以上。
关于图6可以讨论的根据本发明的微针施用设备的另一个可能的特征是，用该微针装置有效地穿刺角质外层活塞所需的最小速度或超过该最小速度行进的距离。活塞以最小速度或超过该最小速度行进的距离优选为足以适应在施用部位处的皮肤表面位置的变化。相对于位置施用设备的皮肤表面的位置由于各种因素有时会发生变化。例如，皮肤表面的位置可以根据用来将该装置压在施用部位处的皮肤上的力的大小变化(例如，手上的皮肤通常比腹部的皮肤紧)。结果当该设备用于例如手上或腹部上时，该皮肤相对于该设备可能位于不同的位置。
由于皮肤位置的变化，优选地，该设备构造成使该活塞以所需的最小速度，或大于所需的最小速度行进过一段距离，该行进的距离足以适应皮肤位置相对于该微针施用设备的变化。例如，优选地，在该微针施用设备中的活塞以最小速度，或大于最小速度移动一厘米或以上的距离。在一些实施例中，该活塞以最小速度，或大于最小速度移动5毫米或以上的距离。
为了达到所希望的速度所需要的力可以根据活塞60(和任何连接的选择的微针装置80)的质量变化。这个质量也可以控制或选择成能减小在施用部位下面的神经组织被充分刺激而产生疼痛感的可能性。例如，该活塞的质量可以优选为4克或以下，更优选为2克或以下。
这些质量也可以受用来穿透角质外层的微针装置的尺寸的影响。例如，上述所希望的质量可以可能地有利地与微针装置一起使用，该微针装置占有4平方厘米或以下的皮肤表面积，更优选占有2平方厘米或以下的皮肤表面积。较大的微针装置可以于较大速度施用设备一起使用，因为力有效地分布在施用部位的处的整个较大表面积上。
各种设备可以用来施用根据本发明的微针装置。一种说明性的微针施用设备示于图7-10。该设备140是一种利用螺旋压缩弹簧150作为驱动器以将具有面162的活塞160朝向壳体144的开口加速的柱塞式的装置。这个开口142通常位于皮肤上的施用部位的上方。
参考图8，该设备140包括被向上拉的上壳体146，也就是，拉离该开口142，以将柱塞160拉离该口142并压缩弹簧150，当处于其最上位置，如图8中所见，在活塞160上的锁紧杠杆164啮合下壳体144上的肩部143，以将该柱塞160保持在图8所示的位置。
参考图9，由于上壳体146朝着开口142向下移动，上壳体146上的释放部分147使锁紧杠杆164从肩部143释放。由于锁紧杠杆146被释放，弹簧150迫使活塞160朝开口142到达开口142，如图10所示。
微针施用设备140所示的另一个特征是围绕开口142的压力环170。该压力环170优选设置成在使用该设备140时与围绕该施用部位的皮肤接触。通过将压力环压在皮肤上，在施用部位内的皮肤的拉紧度增加，这为穿透角质外层带来有利的结果。
虽然该所示的压力环170是圆形的，并设置成在施用部位周边周围连续接触，但是应当明白，在与本发明的微针施用设备一起使用的压力环可以具有各种形状和结构。例如，压力环可以不连续，也就是，它们可以包括围绕施用部位周边的间隙。
在图8和图9方面能够看到的另一个特征是该设备140优选为构造成将活塞面162设置成距离开口142足够的距离，以便在该活塞到达该开口142时达到该活塞的希望的最大速度。
另一个示例性的微针施用设备240示于图11至图15。该设备用片簧250为活塞260提供加速。片簧250由转子252偏转，偏转的初始阶段如图13所示，其中转子252与片簧250接触。由于转子252绕通过销钉253延伸的轴线转动，该片簧250被偏转直到如图14所示的位置，在这个位置，优选转子252被锁定在该位置。销钉253连接于旋钮251并且由于旋钮251的转动而销钉253和转子252转动，如图13和图14所示。
然后如图15所示向里推驱动器按钮254，以从转子252释放片簧250，因而片簧250能够向着壳体244的开口242驱动柱塞260和其面262。
壳体244还包括压力环270，其如上所述能够用来提高施用部位处的皮肤的拉紧度。如图13-图15所示，该压力环270优选为一般的平面形状。
这里所示的说明性的微针施用设备可以构造成一次性使用，该设备在第一次使用后被抛弃。或者，该设备可以构造成与不同的微针装置多次使用。
在该微针施用设备提供的另一个特征是用诸如墨水的标记成分在病人的施用部位处作标记的能力。标记有助于指示那里的角质外层已被微针装置的微针刺穿过。在微针供设备240中，标记可以用例如在压力环270的面272上提供标记成分实现。也可以用其他的标记方法代替在压力环270的面272上的成分。也可以用其他装置来提供标记成分，例如可以用一个或多个喷射装置以指示施用部位位置的方式提供标记成分。用来做标记的另一种可能的装置可以是一种不是该微针施用设备的整体部分的标记装置，其可以在用该微针施用设备提供微针之前在施用部位的位置做标记。应当明白，没有必要限制这里所描述的微针装置的施用和微针施用设备与具有图1-图4所述的截头锥体形状微针的微针装置一起使用。
本发明的微针装置可以用于各种目的。例如，该微针可以用于在贯穿表皮供药的变化形式中提供药物或其他药剂通过皮肤。当提供用于贯穿表皮的药物时，该微针装置可以保留在原位以便利于药物的施用或可以在将药物施用到皮肤上之前除掉。
一方面，该微针装置施加于皮肤，然后作为一个预处理步骤被去掉。药物然后被施加到用微针处理过的皮肤区域。药物可以用任何常规的方式施加，并且施加的载体和时间长度将取决于所希望的特定治疗效果。在一次施加中，该药物可以是擦在处理过的皮肤表面的溶液形式或者是涂在处理过的皮肤表面的膏状物。或者，该药物可以以与皮肤保留延长时间的接触的方式施加于皮肤表面。延长时间的接触受以贯穿表皮的贴剂形式的药物或固定于皮肤的储药室(reservoirchamber)的影响。药物可以配制成诸如溶液、膏状物、或粘接剂基体的施用载体。
本发明的微针装置可以用于多种药物和治疗指示。一方面，大分子量的药物可以贯穿表皮施用。一般承认，增加分子量通常引起无辅助贯穿表皮的施用的减少。但是本发明的微针装置具有用于施用大分子量药物的效用，通常情况下这对于用被动贯穿表皮的施用是很难的或不可能的。这种大分子的例子包括蛋白质、肽酶、诸如肝磷酯的多糖，以及诸如头孢噻肟三嗪(ceftriaxone)的抗菌素。
另一方面，本发明的微针装置可以具有用于增强或允许小分子贯穿表皮的施用的效用，而这这种小分子施用用被动的贯穿表皮的施用通常是很难或不可能的。这种分子的例子包括盐形态、诸如双磷酸盐(bisphosphonates)的离子分子，优选为阿仑磷酸钠(sodiumalendronate)或帕米磷酸钠(sodium pamedronate)，以及具有不利于被动贯穿表皮施用的物理化学性质的分子。
另一方面，本发明的微针装置可以具有增强或改变分子的贯穿表皮的施用的效用，这种分子可以用被动贯穿施用来施用。在这种情况下，该微针装置与无辅助的被动施用比较可以产生施用的快速开始或增加流量。
另一方面，本发明的微针装置可以具有用于增强分子向皮肤的施用的效用，例如在皮肤治疗中或在增强疫苗辅助剂的免疫反应时。
实例
为了帮助理解本发明，提供下面的实例。
实例1
微针装置用(2001年9月5日提交的)名称为微针阵列及其制造方法的美国专利公告号US 2003/045873中描述的方法制造。两层聚酰亚胺(KAPTON H，Dupont，Wilmington，Delaware)被层压在一起以形成厚度为250μm的模具衬底。该模具衬底被激光烧蚀以形成具有下面所述的微针形状的凹腔的纹理表面。该纹理表面通过银蒸汽涂覆用种子层处理，随后用镍电铸成形以形成金属的微针阵列。镍底板的厚度为约230μm。该阵列从模具中取出并存放以备使用。
该微针阵列在基底为椭圆形形状并且是钝末端的锥形，表面积为约20μm2。该基底的长轴线的长度为约100μm并且基底的短轴线的长度为约65μm。基底面积为约5105μm2。该微针的纵横比为约3∶1，微针的高度为250μm。与基底对齐的平面的截面面积为约34μm，该平面位于距离该基底0.98h的距离处。阵列的表面积为1cm2，而微针末端到末端的间隔为400μm。微针具有沿针杆的一侧从基底延伸的槽并且在该针的末端之前终止。
人的尸体皮肤在0.025M的磷酸盐缓冲剂溶液(PBS)中浸泡一小时之后，被切成一定大小以适合5cm2的改造的Franz cell，其安放在一个封闭的温度受控的盒子内单个的搅拌器上。在渗透试验期间温度保持在32℃。接收室内的溶液是0.025M的PBS。在微针施加之前和之后进行阻抗测量。电阻低于10,000Ω·cm2的皮肤样品被排除。
微针连接于图7至图10所示一般结构的撞击器的活塞并施加于尸体的皮肤。活塞的速度为8m/s而活塞的质量为7克。针然后被去掉并且0.068gm/mL的阿仑磷酸钠(sodium alendronate)水溶液(OnbioInc，Richmond Hill，Ontrario，Canada)施加于Franz cell的供体侧。
所有的小室在整个研究期间保持在32℃。取样为从2小时到168小时并用HPLC对阿仑磷酸钠浓度进行分析。如此重复5次并将平均累积流量列于表1中。对由适用于尸体皮肤的阿仑磷酸钠溶液构成的对比样本也进行了试验。
                                      表1
                         阿仑磷酸钠累积流量(μg/cm2)
  时间(小时)   2   4   6   24   48   72   168
  处理的   0.30   6.5   20.7   112   242   388   1086
  未处理的   0   0   0   0.90   3.9   8.4   21.6
实例2
沿用实例1的方法，包含0.0135gm甘油三硝酸酯的MINITRAN贯穿表皮贴剂(3M，Maplewood，Minnesota)施加在用实例1的微针处理过的人的尸体皮肤上。人的尸体皮肤浸泡在0.025M的磷酸盐缓冲剂盐水(PBS)中并且所用的受体溶液也是PBS。如此重复5次并将平均累计流量记录在表2中。对施加于未处理的尸体皮肤上的贯穿表皮贴剂构成的对比样本也进行了试验。
                                 表2
                       甘油三硝酸酯累积流量(μg/cm2)
  时间(小时)   0   2   4   6   24   48   72
  处理的   0   125   286   447   1899   3594   4695
  未处理的   0   60.7   197   338   1789   3507   4670
实例3
沿用实例2的方法，0.174gm/mL的头孢噻肟三嗪钠(ROCEPHIN，Roche Labs，New Jersey)的水溶液施加在用实例1的微针处理过的人的尸体皮肤。在施加该溶液之后2小时确定平均累积流量。在以后的各次试验中，如同通过红色的增加所指示的，供体溶液开始分解，没有对更多的时间点采样。对于施加于处理过的皮肤的溶液，在2小时的平均累积流量为46.6μg/cm2。对于施加于未处理过的皮肤的溶液，在2小时的平均累积流量为0μg/cm2。
实例4
按照实例1的方法制备微针阵列。该微针阵列是圆锥形形状并且渐缩到钝末端，其末端的表面积为约20μm2。基底直径为约42μm。基底面积为约1385μm2。微针的纵横比为约3∶1。该微针高为125μm。与基底对齐的平面的截面面积为约26μm2，该平面位于距离该基底0.98h处。该阵列的表面积是1cm2，而微针之间末端到末端的间隔为300μm。
沿用实例2的方法，0.100gm/mL的依诺肝素钠(LOVENOX)(Moudry，Apothecary Shop，St，Paul，Minnesota)的水溶液施加于人的尸体皮肤。如此重复5次并将平均累计流量记录在表3中。由施加于未处理的尸体皮肤上的依诺肝素钠构成的对比样本也进行了试验。
                                            表3
                                   依诺肝素钠累积流量(μg/cm2)
  时间(小时)   4   6   8   10   24   48   72   168
  处理的   28.3   44.3   74.9   114   544   1112   1642   2834
  未处理的   0   0   0   0   146   196   203   256
实例5
沿用实例4的方法，0.100gm/mL的荧光素异硫氰酸酯(FITC)-葡聚糖(Sigma Chem Co.，St.Louis，Mo)的水溶液施加于用实例4的微针处理过的人的尸体皮肤。在施加该溶液之后2小时确定平均累积流量。如此重复3次并将平均累计流量记录在表4中。对施加于未处理的尸体皮肤上的FITC-葡聚糖溶液构成的对比样本也进行了试验。
                      表4
           FITC-葡聚糖累积流量(μg/cm2)
  时间(小时)   6   24   48   72
  处理的   66.5   387   823   1271
  未处理的   6.4   2.2   0.8   5.0
对本领域的技术入员显而易见的本发明的各种修改和变化不脱离本发明的范围，而且应当明白本发明不限于这里提出的说明性的实施例。

Claims (24)

1.一种微针装置，其包括：
具有第一主表面的衬底；和
从该衬底的第一主表面伸出的至少一根微针，该至少一根微针包括：靠近该衬底的第一主表面的基底，其中该至少一根微针从该基底到远离该基底的平头末端渐缩，以便使该至少一根微针包括截头的锥形；
其中，该末端在与该基底对齐的平面中测量的表面积为20平方微米或以上并且为250平方微米或以下。
2.根据权利要求1的装置，其中，该至少一根微针包括在该第一主表面之上从基底到平头末端测量的高度(h)，其中，该至少一根微针在与基底对齐并距离该基底0.98h处的平面中测量的截面面积为20平方微米或以上并小于该至少一根微针的基底面积。
3.根据权利要求2的装置，其中所述截面面积为该基底面积的25％或以下。
4.根据权利要求1-3中任一项的装置，其中该至少一根微针包括多个微针。
5.根据权利要求1-4中任一项的装置，其中该平头末端的表面积为100平方微米或以下。
6.根据权利要求1-5中任一项的装置，其中该平头末端的表面积为50平方微米或以下。
7.根据权利要求1-6中任一项的装置，其中该至少根微针包括在该第一主表面之上的高度和最大基底尺寸，将该高度和最大基底尺寸之比定义为纵横比，其中该纵横比为2∶1或以上。
8.根据权利要求1-7中任一项的装置，其中该至少一根微针由一种或多种聚合物形成。
9.一种使用微针装置的方法，该方法包括：
提供根据权利要求1-8中任一项的微针装置；
用该至少一根微针接触病人的皮肤；
相对于皮肤压迫该微针装置。
10.一种施用微针装置的方法，该方法包括：
在靠近皮肤上的施用部位处定位微针装置，该微针阵列包括从表面伸出的多根微针；并且
加速一活塞，该活塞包括朝向皮肤的面，其中该活塞在加速期间的最小速度为每秒4米或以上，最大速度为每秒10米或以下。
11.根据权利要求10的方法，其中该微针装置包括根据权利要求1-8中任一项的微针装置。
12.根据权利要求10或11的方法，其特征在于还包括相对于该微针装置周围的皮肤压迫一压力环。
13.根据权利要求12的方法，其中该压力环位于壳体内，该壳体还包括活塞和以可操作方式连接于该活塞的驱动器，该驱动器提供对活塞的加速。
14.根据权利要求10-13中任一项的方法，其中该最小速度为每秒6米或以上。
15.根据权利要求10-14中任一项的方法，其中该最大速度为每秒8米或以下。
16.根据权利要求10-15中任一项的方法，其中该活塞的质量为4克或以下。
17.根据权利要求10-15中任一项的方法，其中该活塞的质量为2克或以下。
18.根据权利要求10-17中任一项的方法，其特征在于还包括用标记成分在施用部位作标记。
19.根据权利要求10-18中任一项的方法，还包括提供微针施用设备，该微针施用设备包括：微针装置，其中该微针装置连接于活塞的面上；以及以可操作方式连接于该活塞的驱动器；
其中对微针装置进行加速包括用该驱动器朝着该施用部位加速该活塞及相连的微针装置。
20.根据权利要求19的方法，其中该微针施用设备包括位于该微针施用设备外部的压力环，并且该方法还包括使该压力环接触该施用部位周围的皮肤。
21.根据权利要求20的方法，其中该压力环位于包含该活塞和驱动器的一壳体上。
22.根据权利要求19-21中任一项的方法，其中该活塞和相连的微针装置的组合质量为4克或以下。
23.根据权利要求19-21中任一项的方法，其中该活塞和相连的微针装置的组合质量为2或以下。
24.根据权利要求10-23中任一项的方法，其特征在于还包括从该施用部位去掉该微针装置并将药物施加于该施用部位。
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