DE69718495T2

DE69718495T2 - System zur medikamentenabgabe durch transport

Info

Publication number: DE69718495T2
Application number: DE69718495T
Authority: DE
Inventors: L. Kamen
Original assignee: Deka Products LP
Current assignee: Deka Products LP
Priority date: 1996-09-17
Filing date: 1997-09-15
Publication date: 2003-11-20
Anticipated expiration: 2017-09-16
Also published as: CA2265906C; JP2007325955A; EP0934093A1; WO1998011937A1; CA2265906A1; US5983136A; JP2002510982A; ATE231015T1; DE69718495D1; JP4054381B2; EP0934093B1

Description

Technischer Bereich

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Abgeben therapeutischer Substanzen in den Körper, und insbesondere ein zweckmäßiges Verfahren und eine Vorrichtung zum Erreichen von Fluidtransport mit minimaler Invasion der Dermis.

Hintergrund der Erfindung

Die Abgabe von therapeutischen Fluidstoffen durch die Haut erfordert Penetration des Stratus corneum, der Außenschicht der Epidermis, und der Hautschicht, die normalerweise eine weitgehend undurchlässige Barriere gegen den Strom von Mikroben und der meisten anderen Materialien in und aus dem Körper bereitstellt. Penetration der Epidermalschicht wird herkömmlicher Weise mittels einer Hohlnadel oder Kanüle erreicht, die am Eindringende abgeschrägt ist, um einen scharfen Punkt für das örtliche Abscheren der Haut, sowohl an der Oberfläche und im Verlaufe der fortgesetzten Penetration bereitzustellen, wenn die Nadel durch die Epidermisschichten in die Dermis getrieben wird. Einige bekannte Verfahren verwenden Saugdruck um die Injektionskanüle, um die darunter liegenden Blutgefäße zu erweitern oder zu verengen, um eine effizientere intravenöse Infusion von Material zu erreichen. Da die Dermis lebende Nervenzellen enthält, ist die Penetration der Nadel für einen Patienten oft unangenehm.
Bei den zum Einführen von Arzneistoffen oder anderen therapeutischen Wirkstoffen in den Körper bekannten Verfahren verwenden manche eine Vielzahl von Nadeln. Die bekannten Verfahren unter Einsatz mehrerer Nadeln erfordern Vorrichtungen, die schwierig herzustellen und deshalb kostspielig sind.
Es sind im Stand der Technik andere Verfahren zum Einführen von therapeutischen Wirkstoffen in die Dermis bekannt, so dass sie in das Kreislaufsystem aufgenommen und im Körper für einen klinischen Vorteil verteilt werden können. Ein solches Verfahren ist einfache topische Anwendung wie ein Pflaster, das auf langsamer Diffusion des Wirkstoffs durch die Epidermis beruht. Ein anderes Verfahren setzt einen Injektor ein, wobei ein oder mehrere Ströme fluiden Wirkstoffs zwangsweise durch die Epidermis getrieben werden, ohne dass weitere mechanische Trennung der äußeren Gewebeschichten erfolgt. Bei diesen Verfahren, die auf dem Fluiddurchtritt durch die Epidermis beruhen, ergibt sich eine in hohem Maß unbestimmte und schwankende Diffusionsrate und damit Gesamtmenge an eingeführtem Wirkstoff. Bei vielen Anwendungen ist diese Unbestimmtheit inakzeptabel, entweder weil der therapeutische Wirkstoff gefährlich oder teuer ist, wenn die Mengen die gewünschte Konzentration der Substanz übersteigen.
GB 2221394 offenbart eine Injektionsvorrichtung mit einer Anzahl von Hohifilamenten, die die Haut durchstechen und ein Flüssigkeitsbeutelchen, das in die Haut ausgedrückt werden kann, indem auf das Beutelchen Druck ausgeübt wird.
US 3964482 beschreibt eine Vorrichtung zum Abgeben eines Arzneistoffs aus einem Reservoir durch eine Anzahl von Nadeln, die geeignet sind, das Stratum corneum zu durchdringen, um den Arzneistoff perkutan zu verabreichen.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Gerät zur Verfügung gestellt zum Transportieren einer Substanz über die äußere Begrenzung eines porösen Mediums, wo das Gerät umfasst:
eine Platte (12) mit mindestens einer Öffnung; und eine Anordnung (72, 74, 76, 78, 80, 82) zum Einführen einer Substanz in das poröse Medium; mindestens einen mit der Platte gekoppelten Mikropenetrator (60) zum Einschneiden mindestens einer Mikrotrennfläche (40) in die äußere Begrenzung des porösen Mediums, wobei der mindestens eine Mikropenetrator eine Länge von im Wesentlichen weniger als 1000 Mikrometern aufweist, worin die Anordnung zum Einführen einer Substanz in das poröse Medium über die mindestens eine Mikrotrennfläche vorgesehen ist; ein Reservoir zum Zuführen einer Substanz zu mindestens einem Mikropenetrator, um Transport der Substanz in das poröse Medium zu bewirken; gekennzeichnet durch eine Vakuumanordnung (80) zum Erzeugen eines Druckgradienten entlang mindestens eines Weges, wobei jeder Weg von einer Mikrotrennfläche zu einer ersten Zone des porösen Mediums verläuft und von der ersten Zone zu einer zweiten Zone des porösem Mediums nahe der ersten Zone, so dass der Druck in der zweiten Zone unter dem Umgebungsdruck außerhalb der äußeren Begrenzung des porösen Mediums liegt.
In einer alternativen Ausführungsform des Geräts ist ein partielles Vakuum zum Anziehen der Außenfläche des porösen Mediums gegen mindestens einen Mikropenetrator vorgesehen, während in weiteren alternativen Ausführungsformen mindestens ein Sensor vorgesehen ist, wobei jeder Sensor eine Ausgabe zum Überwachen der Menge der in das poröse Medium transportierten Substanz aufweist und eine Steuerung zum Regulieren der Zufuhrrate der Substanz durch das Reservoir ausgehend von der Ausgabe jedes Sensors. Zusätzlich kann mindestens ein Sensor vorgesehen sein zum Überwachen einer biologischen Reaktion auf den Transport der Substanz über die äußere Begrenzung des porösen Mediums und eine Steuerung zum Regulieren der Zufuhrrate, mit der die Substanz zugeführt wird, ausgehend von der Ausgabe des Sensors.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Herstellungsverfahren zum Produzieren eines Geräts zum Auslösen des Transports einer Substanz über die äußere Begrenzung eines porösen Mediums zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte: Stanzen einer Anordnung von Vorsprüngen in der Oberfläche einer dünnen planaren Platte, um Öffnungen inder Platte zu schaffen, Koppeln eines ersten Verteilerkanals mit einer ersten Untergruppe der Öffnungen in der Platte und Koppeln eines zweiten Verteilerkanals mit einer zweiten Untergruppe von Öffnungen in der Platte. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind die in die Oberfläche der dünnen planaren Platte gestanzten Vorsprünge konisch.
Eine andere Ausführungsform des Herstellungsverfahrens der Erfindung stellt ein alternatives Verfahren zur Herstellung eines Geräts zum Transportieren einer Substanz über die Begrenzung eines porösen Mediums zur Verfügung. Das Verfahren umfasst die Schritte: Stanzen einer Anordnung von halbinselförmigen Zungen in die Oberfläche einer dünnen planaren Platte, Herunterdrücken der halbinselförmigen Zungen unter die Oberfläche der Platte, derart, dass Öffnungen in der Platte gebildet werden, Koppeln eines ersten Verteilerkanals mit einer ersten Untergruppe von Öffnungen in der Platte und Koppeln eines zweiten Verteilerkanals mit einer zweiten Gruppe von Öffnungen in der Platte.
Das hier beschriebene Fluidtransportsystem stellt mit Vorteil die Fähigkeit zur Verfügung, wohlportionierte und reproduzierbare Mengen an flüssigen Wirkstoffen, ohne lokale Verletzung der darunter liegenden Dermis durch die Epidermis einzuführen. Ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, ein kostengünstiges Gerät zum Einführen von flüssigen Wirkstoffen durch die Epidermis zur Verfügung zu stellen. Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung sind zum Teil ersichtlich und zum Teil nachfolgend herausgestellt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird leichter verständlich durch Bezug zu der folgenden Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen, in denen:
Fig. 1 eine Perspektivansicht einer Mikropenetratorenanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Fig. 2 eine Perspektivansicht eines konischen Mikropenetrators gemäß der Ausführungsform von Fig. 1 darstellt.
Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Reihe von Mikropenetratoren von Fig. 1, die die Haut durchdringen, darstellt und ferner die Konturen gleicher Konzentration von Wirkstoff zeigt, die nur durch Diffusion bedingt sind.
Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Reihe von Mikropenetratoren von Fig. 1, die die Haut durchdringen, darstellt und ferner die Konturen gleichen Drucks in der Haut durch Saugwirkung zeigt.
Fig. 5 eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Reihe von Mikropenetratoren von Fig. 1, die die Haut durchdringen, darstellt und ferner die Konturen gleicher Konzentration von Wirkstoff zeigt, die durch Diffusion und Saugwirkung gemeinsam bedingt sind.
Fig. 6 eine Querschnittsansicht einer Reihe von Mikropenetratoren von Fig. 1 und 2 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Fig. 7 eine Perspektivansicht einer Mikropenetratorenanordnung gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Fig. 8 eine Querschnittsansicht einer Reihe von Mikropenetratoren von Fig. 7 gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Fig. 9 eine Explosionsansicht einer Ausführungsform der Erfindung darstellt, die doppelte Verteilerkanäle für gemeinsame Anwendung von Saugwirkung und flüssigem Wirkstoff zeigt.
Ausführliche Beschreibung spezifischer Ausführungsformen
Viele nützliche therapeutische Wirkstoffe wie Lidocain, für topische Anwendung, und Insulin können durch Diffusion in die oberen Schichten der Dermis in den Körper eingeführt werden. Die Dermis, die aus lebendem Gewebe besteht, ist in hohem Maß für Fluide durchlässig, wie die eigene lymphatische Flüssigkeit des Körpers. Um jedoch äußere Stoffe von der Körperaußenseite in die Dermis einzuführen, ist es notwendig, das Stratus corneum der Epidermis zu durchqueren, die eine äußerst geringe Durchlässigkeit für Fluide aufweist.
Der Prozess, bei dem therapeutische Wirkstoffe oder andere Substanzen, Flüssigkeiten oder Gase, ins Gewebe hinein, daraus heraus oder hindurch geführt werden, sei es durch Saugen, Diffusion oder durch irgendeine Kombination von Dichte- oder Druckgradienten oder auf andere Weise, wird in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen als "Transport" bezeichnet. Außerdem bezieht sich der Ausdruck "Mikropenetrator" wie er in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüche verwendet wird, auf einen scharfen Vorsprung, der verwendet werden kann, um die tote Haut der Epidermis zu punktieren, ohne wesentlich in die empfindliche Haut der Dermis einzudringen. Durch Punktieren der Epidermis kann der Mikropenetrator wirksam verwendet werden, um viele therapeutische Wirkstoffe in die Dermis einzuführen. Die Größe der Trennung der Epidermis, die erforderlich ist, um Penetration einer speziellen Verbindung zu ermöglichen, hängt von der spezifischen Molekularstruktur der Verbindung ab. In einigen Fällen kann die notwendige Größe zum Durchlassen eines therapeutischen Wirkstoffs mikroskopisch klein sein, in der Größenordnung von Mikrometern. In dieser Beschreibung und in den begleitenden Ansprüchen bezieht sich der Ausdruck "Mikrotrennfläche" auf die Trennung in der Epidermis, durch die therapeutischer Wirkstoff gemäß der Erfindung in die Dermis geleitet werden kann. Mikrotrennflächen können natürlich als mikroskopische Risse in der Dermis auftreten, oder können wie beschrieben durch die Punktierwirkung des Mikropenetrators in der Haut induziert werden.
Damit der therapeutische Wirkstoff in therapeutisch nützlichen Mengen in die Dermis geleitet wird, ist es notwendig, eine Vielzahl von Mikrotrennflächen einzusetzen, wobei jede einen Bruchteil des Fluidstoffs zur Dermis leitet. Ein Verfahren und ein Gerät, die einen oder mehrere Mikropenetratoren einsetzen, um Fluid durch die Epidermis in die Dermis einzuführen, und ein Mittel zur Herstellung eines Geräts für diesen Zweck, werden nun mit Bezug zu den Fig. 1 bis 9 beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen identische oder entsprechende Elemente der Erfindung bezeichnen.
Mit Bezug zu Fig. 1 ist eine Mikropenetratoranordnung in Perspektivansicht gezeigt und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Mikropenetratoranordnung 10 besteht aus einem Flachmaterial 12 aus dünner Folie. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Flachmaterial 12 ein gehärtetes Metall wie rostfreier Stahl mit einer Dicke von ungefähr 0,0005-0,003 Zoll (0,5-3 mil oder ungefähr 13-75 Mikrometer). Es können andere Materialien eingesetzt werden, ebenso Beschichtungen und Behandlungen des Flachmaterials 12, die alle unter die vorliegende Erfindung fallen wie sie beansprucht ist. In dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ist das Flachmaterial 12 auch als "Platte" bezeichnet. Die Flächenabmessungen der Platte 12 sind typischerweise in der Größenordnung von 1 Quadratzentimeter, es können jedoch, in Abhängigkeit von der Menge Fluid, die in den Körper eingeführt werden soll, und der Rate, mit der das Fluid vorteilhaft eingeführt wird, um die erforderliche Diffusionstiefe zu erreichen, größere oder kleinere Abmessungen eingesetzt werden, wie unten ausführlicher diskutiert wird. Die Platte 12 wird wie unten diskutiert leicht hergestellt und leicht sterilisiert, um ein Einführen von infektiösen oder toxischen Materialien durch die Epidermis zu verhindern.
Mikropenetratoren sind in der Platte 12 erzeugte scharfe Kanten, die die Kontinuität der Platte 12 durch eine Anordnung von Einschnitten, Schlitzen 14 (in Fig. 7 gezeigt) oder Vorsprüngen unterbrechen. Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der Mikropenetrator 60 durch Ausstanzen der Platte 12 gebildet wird, wobei gezackte Kanten 62 zurückbleiben, durch die Fluid durch das Stratus corneum eingeführt werden kann. Es liegen andere Formen des Mikropenetrators um Rahmen der Erfindung, wie unten weiter diskutiert wird. Die konische oder Vulkan ähnliche Form ist als Beispiel gezeigt, obwohl viele andere Formen von Ausschnitten oder Schlitzen eingesetzt werden können. In der bevorzugten Ausführungsform ist eine Anordnung von typischer Weise 10 mal 10 Mikropenetratoren in die Platte 12 eingestanzt. Wiederum mit Bezug zu Fig. 1 liegt der Abstand zwischen Mikropenetratoren 60 in der Größenordnung von 0,10 Zoll (ungefähr 2,5 mm), die genauen absoluten und relativen Abmessungen hängen jedoch vom Material und den klinischen Parametern ab, die unten diskutiert werden. In der bevorzugten Ausführungsform können die Abstände der Anordnung regelmäßig sein, wie es gezeigt ist, oder willkürlich, was von dem erforderlichen Diffusionstiefenprofil abhängt. In der bevorzugten Ausführungsform sind scharfe, gezackte und sehr starke Kanten 62 von Mikropenetratoren 60 zum Trennen des Gewebes der Epidermis mittels des unten diskutierten Herstellungsprozesses erzeugt. Wenn die Platte 12 fest gegen die Haut der Person gepresst wird, dringen die Mikropenetratoren 60 ungefähr um die Dicke der typischen Epidermalschicht oder in der Größenordnung von 1 mil (ungefähr 25 Mikrometer) zur Dermis vor.
Der Mechanismus zum Einführen von Fluid in die Dermis wird nun mit Bezug zu den Fig. 3-5 beschrieben, wo die Haut der Person im Querschnitt gezeigt ist, wobei Haut 20 die Grenzfläche zwischen Epidermis 22 und der Umgebung darstellt. Die Grenzfläche 24 trennt die Epidermis 22 von der Dermis. Mikrotrennflächen 26, wie oben definiert, sind Trennungen der Epidermis, die durch Spaltwirkung der Mikropenetratoren bewirkt sind. Zum Einführen gewisser Fluidwirkstoffe ist es nicht nötig, dass der Mikropenetrator außerhalb der Ebene der Platte vorsteht, da die Epidermis dadurch effektiv getrennt wird, dass er durch Vakuum um den engen Radius der Wölbung der Schlitzkanten angezogen wird. Die präzise Form der Mikrotrennflächen 26 kann zylindrisch oder unregelmäßig sein, und ist für diese Diskussion nicht kritisch. Die Mikropenetratoren können vollständige Kanülen sein, dies ist jedoch in vielen Fällen nicht nötig, da die Oberflächenspannung des Fluids und die Kapillarwirkung an der Epidermis für die Führung des Fluids in die Mikrotrennflächen 26 sorgen.
Während eine Flüssigkeit herkömmlicher Weise durch Aufbringen eines höheren Druckes auf die Flüssigkeit als der Innendruck des Körpers in den Körper eingespritzt wird, wendet eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwei andere Prinzipien an. Eines ist Diffusion - die Neigung einer Flüssigkeit, von einem Ort höherer Dichte zu einem Ort geringerer Dichte zu fließen. Wie aus der elementaren Physik bekannt ist, ist der Fluss J proportional zum Gradienten der Dichte ρ der Flüssigkeit
J = -a² P
wo a die Diffusionskonstante ist und für die Perkolation des Fluids durch das Hautgewebe steht, und insbesondere für die molekularen Dimensionen des injizierten Stoffes relativ zur Porosität des Gewebes. Das Vorzeichen der Proportionalität bildet die Tatsache ab, dass Fluid von den Bereichen höherer Dichte zu Bereichen geringerer Dichte abfließt. Da ein in das System über eine Mikrotrennfläche 30 eingeführtes Fluid 28 erhalten bleibt
δρ/δt = - J
was die Tatsache ausdrückt, dass der Fluss aus einer Fläche, die jedes infinitesimale Volumenelement umgibt, dem Dekrement des Fluids gleich ist, das im Element enthalten ist. Eine Kombination der letzten beiden Gleichungen führt zu einer räumlichen Verteilung von Fluid im Hautgewebe, wobei Diffusion allein betrachtet wird, die durch die Diffusionsgleichung geben ist
δρ/δt = a²²ρ
Dieses Verhalten reflektiert die "Dochtwirkung" der Haut. Eine Lösung der Diffusionsgleichung in drei Dimensionen führt zur präzisen Verteilung des Fluids im Dermalgewebe, insbesondere strahlen die Konturen gleicher Konzentration an Fluid 28 von der Bodenfläche 32 der Mikrotrennfläche aus, wobei die Konzentration nahezu exponentiell in die Dermis abnimmt. Wenn daher Kontur 34 eine Kontur der Halbsättigung des Gewebes darstellt, ist eine Kontur 36 der ¹/&sub4;-Sättigung wiederum halb so tief in die Dermis wie Kontur 34 von der Bodenfläche 32 der Mikrotrennfläche ist.
Für einige Wirkstoffe, die mit Vorteil hypodermal eingeführt werden, ist Diffusion allein jedoch ungeeignet, um wirksame Mengen an Wirkstoff in die Dermis einzuführen. Der Fluss J eines Fluids in ein poröses Medium, wie die Dermis, ist auch durch Druckgradienten beeinflusst, gemäß
δJ/δt + RJ = F - p
wo R ein effektiver Widerstand (ein Tensor, der das Strukturprofil der Haut berücksichtigt) der Dermis gegen die Einführung des Stroms eines speziellen Fluids ist; F ist die Kraft, die gegebenenfalls aufgebracht wird, um das Fluid in die Haut zu injizieren; und p ist das Feld, das den Druck in der Dermis charakterisiert. Es wird durch Aufbringen eines Vakuums oder Teilvakuums auf eine Untergruppe von Mikrotrennflächen 26 ein Druckgradient p in der Dermis erzeugt. Alternativ kann der Druckgradient p durch Aufbringen eines Vakuums oder Teilvakuums außerhalb der Epidermis 22 ausgebildet werden, da die Epidermis für den Luftstrom von der Dermis nach außen durchlässig ist. Der Effekt des Aufbringens eines Vakuums oder Teilvakuums an einer Mikrotrennfläche 40 ist in Fig. 4 gezeigt. Die Bodenfläche 42 weist Druck p&sub2; des aufgebrachten Teilvakuums auf, während die isobaren Konturen 43, 45 und 47 aufeinanderfolgend zunehmende Drücke zeigen, die zum Innendruck p&sub0; der Dermis tendieren, die bedingt durch die Durchlässigkeit der Epidermis, im Wesentlichen mit dem Umgebungsdruck an der Außenfläche der Epidermis im Gleichgewicht ist, das heißt, typischer Weise auf Umgebungsatmosphärendruck. Die isobaren Konturen 43, 45 und 47 bezeichnen Zonen des porösen Mediums zwischen jeweils zwei davon ein Druckgradient angenommen wird.
Um die Verteilung von Flüssigkeit in der Dermis als Funktion der Zeit abzuleiten, wenn ein Vakuum auf einige Teile des Hautbereichs aufgebracht ist, auf den Mikropenetratoren angewendet werden und Flüssigkeit zur Dermis durch Mikrotrennflächen aufgebracht wird, wird die Diffusionsgleichung unter Druckbeschränkungen gelöst. Der Einfluss des Aufbringens eines Vakuums oder Teilvakuums ist in Fig. 5 gezeigt. Es wird ein Vakuum auf die Mikrotrennfläche 40 aufgebracht oder alternativ durch die Epidermis, was eine Oberfläche mit niedrigem Druck an der Bodenfläche 42 der Mikrotrennfläche 40 schafft. Die benachbarte Mikrotrennfläche 44 ermöglicht einer Flüssigkeit 28, durch die Epidermis 22 zu wandern. Aufgrund des in der Dermis geschaffenen Druckgradienten zeigen Konturen gleicher Konzentration 48, 50 und 52 gleichmäßigeres Eindringen der Flüssigkeit in die Dermis als ohne ein aufgebrachtes Vakuum sowie ein tieferes Eindringen. Der Transportweg der Flüssigkeit 28 in das poröse Medium ist durch den Weg 54 beschrieben, der zu den Konturen 48, 50 und 52 orthogonal ist und von der Mikrotrennfläche 44 gerichtet ist, in die die Flüssigkeit 28 eingeführt wird und zur Mikrotrennfläche 40, auf die ein Teilvakuum aufgebracht ist. Die Szene mit einem Weg 54, der die Konturen 48, 50 und 52 von den Zonen höheren Drucks zu Zonen geringeren Drucks durchquert, kann viele Male wiederholt werden, wobei Wege von jeder Mikrotrennfläche 44 mit höherem Druck heraustreten und zu jeder Trennfläche 40 mit geringerem Druck gerichtet sind.
Die Diffusionskonstante definiert einen Maßstab, der ein Produkt von Volumen pro Tiefenzeit ist, mit dem die Größe und der Abstand der Mikrodurchtritte und des zwischen der Flüssigkeit und den Vakuumverteilkanäle aufgebrachten Differentialdruckes optimiert werden, um ein Eindringen in erforderlicher Tiefe für einen therapeutischen Wirkstoff gegebener Molekularstruktur zu erreichen.
Um eine bestimmte Grenzflächenausdehnung zwischen der Flüssigkeit und der Dermis bereitzustellen, muss das Verhältnis von Mikrotrennflächendurchmesser zum Mittenabstand gegen die Gesamtzahl an Mikrotrennflächen abgeglichen werden. Dies erfordert die Lösung der obigen Gleichungen für die Materialparameter des Systems, die Diffusionskonstante, a, des speziellen Wirkstoffs im Gewebe, und den effektiven Widerstand R umfassen.
Fig. 6 zeigt die Mikropenetratorform der Fig. 1 und 2 in Silhouette. Eine alternative Form eines Mikropenetrators kann nun mit Bezug zu Fig. 7 betrachtet werden. In dieser alternativen Ausführungsform der Erfindung sind Mikropenetrators scharfe Kanten, die in der Platte 12 durch Unterbrechen der Kontinuität der Platte 12 mit einer Anordnung von Einschnitten oder Schlitzen 14 erzeugt sind. Die Zickzack- oder Halbmondform ist als ein Beispiel gezeigt, obwohl viele andere Formen der Einschnitte oder Schlitze eingesetzt werden können. Die Schlitze sind in dieser Ausführungsform in der Größenordnung on 0,050 Zoll (ungefähr 1,3 mm) in der linearen Abmessung.
Die Mikropenetratoren sind in dieser Ausführungsform zum Trennen des Gewebes der Epidermis dadurch erzeugt, dass Zungen 16 etwas aus der Ebene der Platte 12 gebogen werden, so dass, wenn die Platte 12 fest gegen die Haut der Person gedrückt wird, die Mikropenetratoren ungefähr um die Dicke der typischen Epidermalschicht zur Dermis eindringen, oder in der Größenordnung von 1 mil (ungefähr 25 Mikrometer). In Fig. 8 sind Zungen 16 von Fig. 7 im Querschnitt gezeigt, wie sie aus der Ebene der Platte 12 herausgedrückt sind.
Um die Konfiguration abwechselnder Unterbereiche mit niedrigem Druck und injiziertem Fluid zu schaffen, können verschiedene Ausführungsformen eingesetzt werden. Mit Bezug zu Fig. 9 ist in der bevorzugten Ausführungsform die Platte 12 n einem Bereich der Haut der Person mittels eines Klebematerials 70 befestigt. Ein Doppelverteiler 72 erreicht Kopplung zwischen einer Untergruppe von Schlitzen 14 und Verteilerkanal 74, und Durchtritten 82, um zu ermöglichen, dass Luft zwischen dem Verteilerkanal 76 und einer komplementären Untergruppe von Schlitzen 14 ohne Verbindung zum Verteilerkanal 74 gezogen wird. Es wird ein Vakuum durch einen Schlauch 80 auf dem Verteilerkanal 76, und dadurch über die verbundenen Schlitze 14 auf der Haut der Person gezogen. Es sind Mittel wie mechanische Pumpen oder chemische Reaktionen zum Erzeugen eines Vakuums oder Teilvakuums im Stand der Technik bekannt. Während ein Vakuum über den Verteilerkanal 76 aggezogen wird, kann Fluid durch den Schlauch 78 in die Dermis eingeführt werden, oder allgemeiner, aus irgendeinem Reservoir durch den Verteilerkanal 74 und die verbundenen Schlitze 14. Das Fluid ist gewöhnlich unter Umgebungsdruck, jedoch, in Fällen, wo schnellere Infusion in die Haut indiziert ist, kann über den Schlauch 78 und Verteilerkanal 74 zusätzlicher Druck auf das Fluid aufgebracht werden. Die Menge und Geschwindigkeit des Transports kann zusätzlich durch Sensoren des Volumens oder der Konzentration des Fluids in der Haut überwacht werden, oder alternativ durch Sensoren der Strömungsgeschwindigkeit oder des Volumens des Fluids in der Abgabevorrichtung oder in einer weiteren alternativen Ausführungsform mittels Überwachen eines biologischen Ansprechverhaltens, wie beispielsweise dem Glucosespiegel im Blut. In Anwendungen, wo dies wünschenswert ist, kann die Einführungsrate des Fluids in die Dermis in Reaktion auf von irgendeinem der zuvor genannten Sensoren gemessenen Mengen durch eine Steuerung, in geschlossenem Kreis, reguliert werden.
In noch einer anderen alternativen Ausführungsform wird ein einziger Verteilerkanal 76 eingesetzt, der die Platte 12 gegen jeglichen Durchtritt von Luft außer durch die Schlitze 14 abdichtet. In dieser Ausführungsform ist die Platte 12 benachbart zu einem Bereich der Haut einer Person positioniert und durch ein Klebematerial 70, durch Vakuumsaugwirkung oder durch direkt aufgebrachte Kraft befestigt. Es wird ein Vakuum durch die Schlitze 14 der Platte 12 gezogen, indem Luft durch einen Vakuumschlauch 80 abgezogen wird, wobei herkömmliche Pumpenmittel verwendet werden. Es wird durch das Vakuum nicht nur die Hautoberfläche gegen die Platte 12 nach oben gezogen, sondern zusätzlich wird ein Druckgradient in der Dermis der Person geschaffen, da bedingt durch ihre endliche Durchlässigkeit für Luft, die Luft auch durch die Epidermis gesaugt wird. Außerdem werden Mikropenetratoren, die Kanten 15 von Schlitzen 14 sind, bedingt dadurch, dass die Haut gegen die Platte 12 angezogen wurde, in die Epidermis eingeführt. Durch Betätigung eines externen Ventils (nicht gezeigt) wird Fluid in den Schlauch 80 eingeführt, wobei der Verteilerkanal 76 gefüllt wird, und durch Schlitze 14 und Mikropenetratoren 16 in die Dermis gesaugt.
Das hier beschriebene Verfahren kann in anderen Anwendungen außer den klinischen Anwendungen angewendet werden, mit denen die Erfindung beschrieben wurde. Allgemein kann die Erfindung angewendet werden, um eine spezielle Verteilung einer Flüssigkeit in einem porösen Medium zu erreichen, wo das Medium nur von einer Seite zugänglich ist. Die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind nur als beispielhaft vorgesehen und es sind zahlreiche Variationen und Modifikationen für die Fachleute ersichtlich. Alle diese Variationen und Modifikationen sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

1. Gerät zum Transportieren einer Substanz über die äußere Begrenzung eines porösen Mediums, wo das Gerät umfasst:

eine Platte (12) mit mindestens einer Öffnung; und

eine Anordnung (72, 74, 76, 78, 80, 82) zum Einführen einer Substanz in das poröse Medium;

mindestens einen mit der Platte gekoppelten Mikropenetrator (60) zum Einschneiden mindestens einer Mikrotrennfläche (40) in die äußere Begrenzung des porösen Mediums, wobei der mindestens eine Mikropenetrator eine Länge von im Wesentlichen weniger als 1000 Mikrometern aufweist, worin die Anordnung zum Einführen einer Substanz in das poröse Medium über die mindestens eine Mikrotrennfläche vorgesehen ist;

ein Reservoir zum Zuführen einer Substanz zu mindestens einem Mikropenetrator, um Transport der Substanz in das poröse Medium zu bewirken;

gekennzeichnet durch eine Vakuumanordnung (80) zum Erzeugen eines Druckgradienten entlang mindestens eines Weges, wobei jeder Weg von einer Mikrotrennfläche zu einer ersten Zone des porösen Mediums verläuft und von der ersten Zone zu einer zweiten Zone des porösem Mediums nahe der ersten Zone, so dass der Druck in der zweiten Zone unter dem Umgebungsdruck außerhalb der äußeren Begrenzung des porösen Mediums liegt.

2. Gerät nach Anspruch 1, worin es ferner umfasst:

mindestens einen Sensor mit einer Ausgabe zum Überwachen der Menge der über die äußere Begrenzung des porösen Mediums transportierten Substanz und/oder einer biologischen Reaktion darauf; und

eine Steuerung zum Regulieren der Zufuhrrate der Substanz durch das Reservoir ausgehend von der Ausgabe jedes Sensors.

3. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin es ferner ein Mittel (80) zum Erzeugen eines partiellen Vakuums zum Anziehen der Außenfläche des porösen Mediums gegen mindestens einen Mikropenetrator (60) umfasst.

4. Herstellungsverfahren zum Produzieren eines Geräts nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Transportieren einer Substanz über die äußere Begrenzung eines porösen Mediums, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst:

Stanzen einer Anordnung von Vorsprüngen (60) in der Oberfläche einer dünnen planaren Platte (12); und

Koppeln eines Verteilerkanals (74, 76) mit einer Untergruppe bis zur Gesamtanzahl der Öffnungen in der Platte (12).

5. Verfahren nach Anspruch 4, worin Stanzen einer Anordnung von Vorsprüngen Stanzen von Vorsprüngen (60) mit zentralen Öffnungen umfasst.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, worin Stanzen einer Anordnung von Vorsprüngen Stanzen von konischen Vorsprüngen (60) umfasst.

7. Herstellungsverfahren nach Anspruch 4 oder 6 ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst:

Koppeln eines ersten Verteilerkanals (74) mit einer ersten Untergruppe der Öffnungen in der Platte; und

Koppeln eines zweiten Verteilerkanals (76) mit einer zweiten Gruppe der Öffnungen in der Platte.