DE69722414T2

DE69722414T2 - Mehrfache mechanische mikroperforierung von haut oder schleimhäuten

Info

Publication number: DE69722414T2
Application number: DE69722414T
Authority: DE
Inventors: A. Jonathan EPPSTEIN
Original assignee: Altea Therapeutics Corp; Spectrx Inc
Current assignee: Altea Therapeutics Corp; Spectrx Inc
Priority date: 1996-07-03
Filing date: 1997-07-03
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2017-07-04
Also published as: JP2000513971A; JP3942640B2; DK0921840T3; DE69722414D1; EP0921840B1; CA2259437C; AU3880697A; US6183434B1; ATE241405T1; WO1998000193A1; CA2259437A1; EP0921840A4; EP0921840A1; ES2200187T3; US20020010412A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Punktieren einer ausgewählten Schicht bzw. Schichten der Haut oder der Mucosa. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Punktieren des Stratum corneum oder der Mucosa, um deren Barrierefunktion zu verringern und die Zuführung eines Arzneimittels in den Körper bzw. die Entnahme eines Analyten aus dem Körper zum Zwecke des Monitoring zu ermöglichen. Diese Punktierung des Stratum corneum oder der Mucosa ist minimalinvasiv und kann mit verschiedenen anderen Verfahren, etwa unter Verwendung von chemischen Enhancern, Druckgradienten, Schallgradienten, Temperaturgradienten u. ä. kombiniert werden, um den Fluss eines Arzneimittels in den Körper oder den Fluss eines Analyten aus dem Körper selektiv zu verbessern.
Das Stratum corneum ist hauptsächlich verantwortlich für die weithin bekannten Barriereeigenschaften der Haut. Es ist auch diese Hautschicht, die das größte Hindernis für den transdermalen Fluss von Arzneimitteln oder anderen Molekülen in den Körper und für Analyten aus dem Körper darstellt. Schleimhautgewebe stellt auch ein Hindernis für den Fluss von Molekülen in und aus dem Körper dar. Das Stratum corneum, die äußere Hornschicht der Haut, ist ein komplexes Gebilde von kompakten keratinisierten Zellresten, die durch Lipiddomänen getrennt sind. Im Vergleich zur Mundhöhlenschleimhaut oder Magenschleimhaut, ist das Stratum corneum für Moleküle, die sich entweder außerhalb des Körpers oder im Körper befinden, viel weniger durchlässig. Das Stratum corneum wird aus Keratinozyten gebildet, die die Mehrheit der Epidermiszellen umfassen, die jeweils ihren Kern verlieren und zu Corneozyten werden. Diese toten Zellen umfassen das Stratum corneum, das eine Dicke von ca. 10–30 μm hat, und, wie oben erwähnt, eine sehr widerstandsfähige wasserundurchlässige Membran ist, die den Körper vor dem Eindringen äußerer Substanzen schützt sowie die nach außen führende Migration von Flüssigkeiten und gelösten Molekülen verhindert. Das Stratum corneum erneuert sich fortlaufend durch Abstoßen von Hornschichtzellen während der Desquamation und durch die Bildung neuer Hornschichtzellen durch den Keratinisationsprozess.
Verschiedene Verfahren zum Verbessern der Durchlässigkeit des Stratum corneum und der Mucosa sind beschrieben worden. Beispielsweise wird in US-Patent-Nr. 5,458,140 und US-Patent-Nr. 5,445,611 die Verwendung von Ultraschallenergie offenbart, die in ihrer Intensität, Phase oder Frequenz bzw. in einer Kombination derselben moduliert wird. US-Patent-Nr. 4,775,361 offenbart eine Methode zum Verabreichen eines Arzneimittels durch Abtragen des Stratum corneum mittels gepulsten Laserlichts, ohne hierbei die unterliegende Epidermis signifikant zu beschädigen. Eine große Anzahl von Patenten lehrt die Verwendung von chemischen Enhancern zum Verbessern des transdermalen Flusses eines Arzneimittels durch die Haut, z. B. US-Patent-Nr. 4,863,970. Es wäre vorteilhaft, zusätzliche Verfahren zum Durchdringen des Stratum corneum oder der Mucosa zu entwickeln, um den Transport von Arzneimitteln in den Körper oder von Analyten aus dem Körper zu verbessern, insbesondere, ohne dass es einer teuren oder komplizierten Apparatur bedürfte.
In Anbetracht des Vorangegangenen wird man es begrüßen, dass die Bereitstellung einer Vorrichtung zum Einführen von mehrfachen Mikroporen oder Perforationen in das Stratum corneum oder die Mucosa zum Verbessern des Transports von Molekülen durch dieselben ein bedeutender Fortschritt in der Technik wäre.
Eine Vorrichtung wie sie im Oberbegriff von Anspruch 1 definiert ist, ist in WO-A-96/17648 offenbart.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache und kostengünstige Vorrichtung zum Punktieren des Stratum corneum oder der Mucosa bereitzustellen, ohne hierbei die unterliegenden Gewebe signifikant zu beschädigen, um den Transport von Molekülen durch dieselben zu erleichtern.
Diese und andere Aufgaben können erfüllt werden, indem eine Vorrichtung zum Verringern der Barriereeigenschaften der Haut oder Mucosa gegenüber der Zuführung einer Substanz in den Körper oder der Entnahme eines Analyten aus dem Körper bereitgestellt wird, wobei die Vorrichtung folgendes umfasst:

(a) einen Boden mit einer Unterseite und einer Oberseite;
(b) eine Vielzahl von Punktierelementen, die sich von der Unterseite des Bodens erstrecken, wobei die Punktierelemente derart konfiguriert sind, dass sie die Haut oder Mucosa auf eine Tiefe punktieren, die ausreicht, um deren Barriereeigenschaften zu verringern, ohne unterliegende Gewebe signifikant zu beschädigen;
(c) eine Vielzahl von Löchern, die sich von der Unterseite des Bodens zu der Oberseite des Bodens erstrecken, wobei die Löcher derart konfiguriert sind, dass sich durch sie hindurch eine Flüssigkeit durch Kapillarwirkung bewegen kann; und
(d) ein Netzwerk von Kanälen in der Oberseite des Bodens angeordnet ist, um die Löcher miteinander zu verbinden.

Vorzugsweise ist die Vorrichtung durch Mikrolithographie gefertigt und aus einem Material gefertigt, das aus der Gruppe bestehend aus Silizium, Metall und Plastik ausgewählt ist. Es ist ebenfalls vorzuziehen, dass das Punktierelement die Form einer Pyramide oder eines Keils hat. Die Pyramide oder der Keil haben vorzugsweise scharfe Kanten mit Ecken-Radien von weniger als 1 um. Das Punktierelement ist vorzugsweise derart konfiguriert, dass es die Haut oder Mucosa auf eine Tiefe von ungefähr 30–50 μm punktiert, und eine Abmessung an deren Basis vorzugsweise ca. 10–50 μm beträgt. Die Punktierelemente nehmen vorzugsweise bis zu ca. 50% der Oberfläche der Unterseite des Bodens ein.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung weiterhin einen Mechanismus zum Erzeugen von Vibrationen, wobei die Vibrationen zum Erleichtern einer effizienten und atraumatischen Penetration der Punktierelemente in die Haut oder Mucosa dienen. Ein bevorzugter Vibrations-erzeugender Mechanismus umfasst einen piezoelektrischen Wandler. Es ist vorzuziehen, dass der Mechanismus zum Erzeugen von Vibrationen die Vibrationen im Bereich von ca. 2000 Hz bis ca. 100 MHz erzeugt.
In einer anderen anschaulichen Ausführungsform der Vorrichtung ist ein externes Reservoir zum Aufnehmen einer flüssigen Arzneimittelzusammensetzung vorgesehen, die dem Körper zuzuführen ist. Ferner ist vorzugsweise außerdem ein Mechanismus zum Begrenzen der Menge der Arzneimittelzuführung in der Vorrichtung vorgesehen, wobei der Mechanismus zwischen dem externen Reservoir und den Punktierelementen positioniert ist. Ein solcher den Durchsatz begrenzender Mechanismus kann selektive Permeabilitätsmembranen und Ventilmechanismen enthalten. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung für den einmaligen Gebrauch bestimmt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird Druck angewandt, um die Zuführungsrate des Arzneimittels in den Körper zu erhöhen. Das Anlegen von Ultraschallvibrationen an die Haut oder Mucosa erhöht ebenfalls die Zuführungsrate des Arzneimittels zum Körper. Die Ultraschallvibrationen können in der Frequenz, Intensität, Phase bzw. in einer Kombination derselben moduliert werden, wie in US-Patent-Nr. 5,445,611 offenbart. Die Ultraschallvibrationen liegen vorzugsweise im Bereich von 2000 Hz bis ca. 100 MHz. Das Arzneimittel in flüssiger Form kann ferner ein Anti-Reizmittel, Antiseptikum oder Schmerzmittel enthalten, um die Verletzung für den Körper, die auf Grund der Anwendung der Vorrichtung entsteht, zu verringern.
KURZE BESCHREIBUNG DER UNTERSCHIEDLICHEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt einen Querschnitt eines Teils einer anderen anschaulichen Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils der vorliegenden Erfindung von 2.
4 zeigt eine Draufsicht eines Teils der Ausführungsform von 2.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, um mehrfache Mikroperforationen in die Haut oder Mucosa zu erzeugen und interstitielle Flüssigkeit aufzufangen.
6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Vorrichtung zur Erstellung mehrfacher Mikroperforationen in die Haut oder Mucosa und die Zuführung eines Arzneimittels.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Bevor die vorliegende Vorrichtung zum Verbessern der Permeabilität der Haut oder Mucosa zum Zwecke der Arzneimittelzufuhr oder des Analyten-Monitoring offenbart und beschrieben wird, sei darauf hingewiesen, dass diese Erfindung nicht auf die einzelnen hier offenbarten Konfigurationen, Verfahrensschritte und Materialien beschränkt ist, da Konfigurationen, Verfahrensschritte und Materialien geringfügig abweichen können. Ebenso wird darauf hingewiesen, dass die hierin verwendete Terminologie lediglich zum Zwecke der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen dient und nicht beschränkend gemeint ist, da der Umfang der vorliegenden Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche und deren Entsprechungen begrenzt wird.
Es ist zu beachten, dass die Singularformen von "ein eine/einer" und "der/die/das", wie sie in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendet werden, Pluralreferenzen enthalten, soweit sich aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes ergibt. Wenn beispielsweise auf eine Vorrichtung verwiesen wird, die "ein Punktierelement " enthält, so ist davon auch eine Vorrichtung mit zwei oder mehr solcher Elemente umfasst, der Bezug auf "einen Kanal" umfasst den Bezug auf einen oder mehr solcher Kanäle und der Bezug auf "einen Ultraschallwandler" umfasst den Bezug auf zwei oder mehr Ultraschallwandler.
Man hat festgestellt, dass die Bildung eines Lochs oder einer Mikropore, 30 μm im Durchmesser, im Stratum corneum ein schnelles Ausströmen von ca. 0,2 Mikrolitern einer interstitiellen Flüssigkeit ergibt, die ohne zusätzliches Pumpen aus dem darunterliegenden Gewebe durch das Loch sickert. Die bloße Erhöhung der Anzahl der in das Stratum corneum eingebrachten Löcher würde die Menge einer passivisch verfügbaren Flüssigkeit auf lineare Weise erhöhen. Das bedeutet, dass beim Erstellen von 100 Löchern ca. 20 Mikroliter einer interstitiellen Flüssigkeit erzeugt werden sollten. Aus praktischer Hinsicht wären die bekannten Ansätze, bei denen 100 Löcher in einem gesteuerten Muster erstellt werden, eine herausfordernde Aufgabe und zeitaufwendig. Mit den mechanischen Punktiermöglichkeiten einer mechanischen Mikroperforation oder Nagelbett-Vorrichtung könnte jedoch eine nahezu unbegrenzte Anzahl von Mikroporen in einem beliebigen ausgewählten Muster erstellt werden. Ähnlich würde die Verwendung von herkömmlichen Lanzetten- und Nadeltechniken die gewünschte Tiefensteuerung der Punktur sehr kompliziert machen. Und für den Fall, dass die Vorrichtung Hunderte dieser Löcher erstellen müsste, wäre die mechanische Herausforderung zum Bauen der Vorrichtung mittels herkömmlicher Metallnadeltechniken enorm. Indem jedoch Punktierelemente in großer Menge derart hergestellt werden, dass sie aus einer im Wesentlichen ebenen Oberfläche herausragen, mit genügend Abstand zwischen den einzelnen Punktierelementen, um es dem Stratum corneum zu ermöglichen, mit dieser dazwischenliegenden ebenen Oberfläche in Kontakt zu kommen, würde die absolute Länge der Punktierelemente selbst als genaue Grenze für die Tiefe der Mikropore fungieren. Auch die Verwendung einer mikrolithographischen Lösung zur Fertigung dieser Strukturen ermöglicht es, eine gesamte Oberfläche aus Punktierelementen und das verbindende Flüssigkeits-Managementsystem auf sehr kostengünstige Weise herzustellen.
Ein anschauliches Verfahren wäre es, die vorhandenen Grundlagen von Herstellungsmöglichkeiten auszunutzen, die in der Halbleiter- und Mikromechanik-Industrie entwickelt wurden, um eine vollständige 4-Zoll-Siliziumscheibe mit einem Netzwerk aus diesen Geräten durch Trockenätzung zu erstellen. Dieses Original könnte dann als Grundlage für eine galvanisierte Gussform dienen, von der sich Tausende von Kopien erstellen lassen könnten. Für eine typische verwendbare Anwendung Oberflächenbereich/pro Vorrichtung von 4mm × 4mm würde eine 4-Zoll-Halbleiterscheibe mehr als 500 der Vorrichtungen hervorbringen.
Eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird beispielsweise erstellt, indem zunächst ein Original durch einen Trockenätzvorgang auf einer Siliziumscheibe erstellt wird, so wie es in dem Fachgebiet allgemein bekannt ist. Photolithografische Verfahren, um Strukturen im Mikrometer-Maßstab in Siliziumscheiben und dergleichen zu ätzen, werden beschrieben in A. T. Wooley & R. A. Mathies, Ultra-high-speed DNA fragment separations using microfabricated capillary array electrophoresis chips, 91 Biophysics 11348–52 (1994); C. S. Effenhauser et al., High-speed separation of antisense oligonucleotides on a micromachined capillary electrophoresis device, 66 Anal. Chem. 2949 (1994); C. Effenhauser et al., 65 Anal. Chem. 2637 (1993); Z. H. Fan & D. J. Harrison, Micromachining of capillary electrophoresis injectors and separators on glass chips and evaluation of flow at capillary intersections, 66 Anal. Chem. 177–84 (1994); W. H. Ko et al., in Sensors: A Comprehensive Survey, T. Grandke, W. H. Ko, eds., VCH Press: Weinheim, Germany, Bd. 1, Seiten 107–68 (1989); K. E. Petersen, 70 Proc. IEEE 420–57 (1982), die hiermit durch die Bezugnahme aufgenommen werden. Die Original-Siliziumscheibe wird dann verwendet, um eine galvanisierte Gussform zu erstellen. Anschließend wird die Gussform verwendet, um mittels in dem Fachgebiet bekannter Verfahren Kopien von der Vorrichtung zu erstellen.
Wird die gesamte Vorrichtung an einen Ultraschallwandler angeschlossen, lassen sich mehrere bekannte Vorteile gleichzeitig realisieren. Beispielsweise ist es erwiesen, dass Ultraschall die gleichmäßige Schneidfähigkeit von Skalpells und anderen chirurgischen Geräten verbessert und aller Erwartung nach vereinfacht Ultraschall die leichte und schmerzlose Penetration des Punktierelements in das Stratum corneum mit sehr wenig Druck. Die Kanten des in 1 gezeigten pyramidenförmigen Punktierelements lassen sich leicht herstellen, so dass der Eckenradius weniger als 10 Nanometer beträgt – eine Schärfe, ähnlich der eines chirurgischen Skalpells. Zweitens ist es erwiesen, dass Ultraschall auch die Kapillarwirkung im großen Umfang verbessert. Die Menge an Flüssigkeit, die in einer Vorrichtung mit einem kapillaren Sammelsystem aufgefangen werden könnte, könnte somit aller Erwartung nach bedeutend größer sein als im Falle des Einsatzes rein passiver Mittel.
Drittens wird, indem der gesamte Körper des Punktierelements zur Bereitstellung einer Leitung für die Ultraschallenergie verwendet wird, ein einfaches Verfahren vorgestellt, bei dem die Schallenergie innerhalb des Körpers platziert wird, wo sie einen positiven Druck und eine Strömungswirkung auf die interstitielle Flüssigkeit vom Körperinneren nach außen in Richtung auf ein Sammelsystem von kapillaren Kanälen ausübt, das die gesamte gesammelte Flüssigkeit in ein zentrales Reservoir koppelt.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer anschaulichen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 10 umfasst einen Boden 14 mit einer Vielzahl von Punktierelementen 18, die von dort ausgehen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Boden im Wesentlichen eben. Jedes Punktierelement umfasst eine scharfe Spitze 22 oder Kante zum Punktieren des Stratum corneum oder der Mucosa. Da das Stratum corneum eine Dicke von bis zu ca. 30 μm haben kann, wird vorgezogen, dass die Punktierelemente eine Höhe von ca. 40–50 μm haben, um zu gewährleisten, dass das Stratum corneum ganz durchbrochen wird, ohne das unterliegende Gewebe signifikant zu beschädigen. Eine Pyramiden- oder Keilform ist eine bevorzugte Form für das Punktierelement, da sich diese Form mühelos durch Mikrobearbeitungsverfahren wie die Mikrolithographie formen lässt. Bei einem anschaulichen Punktierelement, das die Form einer Pyramide hat, würde die Basis der Pyramide vorzugsweise eine quadratische Basis von ca. 30–40 μm auf einer Seite aufweisen.
Es ist ebenfalls vorzuziehen, dass der Boden eine Vielzahl von Löchern 26 aufweist, die sich durch denselben von der Unterseite 30, auf der die Punktierelemente angebracht sind, zur Oberseite 34 erstrecken. Vorzugsweise grenzt jedes Punktierelement an bzw. ist jedes Punktierelement mit mindestens einem Loch gepaart, um die interstitielle Flüssigkeit, die von dem Einstich in dem Stratum corneum aussickert, aufzufangen. Diese Löcher sollten so bemessen sein, dass die interstitielle Flüssigkeit durch Kapillarwirkung von der Unterseite der Vorrichtung zur Oberseite laufen kann, wo die interstitielle Flüssigkeit aufgefangen werden kann. Ebenfalls ist es zu bevorzugen, die Löcher durch kapillare Kanäle 38 miteinander zu verbinden, die in der Oberseite der Vorrichtung ausgebildet sind. Vorzugsweise kreuzen sich derartige Kanäle bei einem Reservoir 42. Die interstitielle Flüssigkeit bewegt sich mittels Kapillarwirkung aus der Mikropore in das Loch, durch die Kanäle und zum Reservoir, wo die interstitielle Flüssigkeit, beispielsweise mit einer Mikropipette, aufgefangen wird. Zusätzliche Flüssigkeit kann durch Ansaugen des mikroperforierten Bereichs der Haut oder Mucosa aufgefangen werden.
2–4 zeigen eine andere anschauliche Ausführungsform der Erfindung. 2 zeigt einen Querschnitt eines Teils der Vorrichtung 50, die einen Boden 54 mit einem Punktierelement 58 umfasst, das von dort ausgeht. Das Punktierelement hat die Form einer Pyramide wie in 1. In der Oberseite 62 des Bodens ist ein V-förmiger Kanal 66 angeordnet, der so positioniert ist, dass sich der Kanal unmittelbar über dem Punktierelement befindet und in das von dem Punktierelement begrenzte Volumen schneidet. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung mit den V-förmigen Kanälen 66 und den verbindenden flacheren V-Nuten 70. Die Kanäle 66 schneiden durch die Unterseite 74 des Bodens und formen somit Öffnungen, durch die die interstitielle Flüssigkeit durch Kapillarwirkung aufgenommen werden kann. 4 zeigt wie die V-Nuten 70 die V-förmigen Kanäle miteinander verbinden, um die interstitielle Flüssigkeit aufzufangen. Alle in den 2, 3 und 4 abgebildeten Punktierelemente, Kanäle und Nuten sind keilförmig ausgeführt, kompatibel, um in der kristallinen Struktur eines Siliziumsubstrats in einer Art "Trockenätz"-Vorgang erzeugt werden zu können.
5 zeigt eine anschauliche Vorrichtung 80 zum Auffangen von interstitieller Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 80 umfasst einen Boden 84 mit einer Vielzahl von Punktierelementen 88, die von dort ausgehen. V-förmige Kanäle und Nuten werden in der Oberseite 92 des Bodens angeordnet, um die interstitielle Flüssigkeit aufzufangen. Eine Deckplatte 96 ist über dem Boden angebracht, um das Netzwerk an Kanälen und Nuten abzudecken und die Verdampfung der interstitiellen Flüssigkeit zu unterbinden. Das Netzwerk an Kanälen und Nuten führt die interstitielle Flüssigkeit zu einem zentralen Bereich, wo eine Kapillarröhre 100 zum Aufnehmen der interstitiellen Flüssigkeit angeordnet ist. Oben auf der Deckplatte befindet sich ein Ultraschallwandler 104 sowie eine Stütze 108 für den Wandler.
Die Vorrichtung wird an einen ausgewählten Bereich der Haut oder Mucosa gepresst, und der Ultraschallwandler wird aktiviert, um sowohl die Punktur des Gewebes zu unterstützen als auch das Durchsickern der interstitiellen Flüssigkeit zu verbessern. Die interstitielle Flüssigkeit wird durch das Netzwerk an Öffnungen im Boden aufgenommen und durch das Netzwerk an Kanälen und Nuten zur Kapillarröhre weitergeleitet, die die Flüssigkeit durch Kapillarwirkung aufnimmt. Die Flüssigkeit wird dann nach in dem Fachgebiet bekannten Verfahren analysiert. Ein anschaulicher Analyt ist Glucose, die mit verschiedenen im Handel erhältlichen Teststreifen quantitativ bestimmt werden kann.
6 zeigt eine anschauliche Vorrichtung 120 zur Arzneimittelzuführung, die einen Boden 124 mit einer Vielzahl von Punktierelementen 128 umfasst, die von dort ausgehen. Ein Netzwerk an Nuten und Kanälen (siehe 2–4) ist im Boden eingebettet, um eine Arzneimittelzusammensetzung 132 aus einem Reservoir 136 zuzuführen. Das Reservoir ist durch ein Gehäuse 138, den Boden und eine Spannplatte 144 mit einem O-Ring eingefasst. Die Arzneimittelzusammensetzung fließt durch die Kanäle, Nuten und Öffnungen im Boden zur Oberfläche der Haut oder Mucosa, um durch die Punktionen oder Perforationen in den Körper einzutreten. Ein Ultraschallwandler 140 befindet sich über der Arzneimittelzusammensetzung, um bei deren Zuführung zu helfen. Oberhalb des Wandlers befindet sich die Spannplatte 144 mit dem O-Ring zum Verschließen des Arzneimittels in dem Reservoir. Eine Feder 152 kann vorteilhafterweise die Spannplatte gegen den Wandler vorspannen, so dass der Wandler in Flüssigkeitskontakt mit dem Arzneimittel gehalten wird.
Das Ultraschallsystem wird nicht nur verwendet, um den Aufschneidevorgang der Kanten der Punktierelemente beim Eindringen in das Stratum corneum oder die Mucosa zu verbessern, sondern auch, um danach den Flüssigkeitsdurchfluss der therapeutischen Lösung durch die Mikroporen und in die unterliegenden Gewebe zu verbessern. In diesem Fall könnten große Mengen an Arzneimitteln mit großem molekularen Gewicht transdermal mit Hilfe einer programmierbaren Steuerung der Flussrate über eine variierbare Aktivierung des Ultraschall-Pumpsystems zugeführt werden. Die Schallenergie kann zusätzlich auch dazu verwendet werden, um gesteuerte Resonanzvibrationen in speziell geformten Mikrostrukturen zu erzeugen, so dass eine Mikropumpe erstellt wird, um die Lenkung der aufgefangenen Flüssigkeit von einem Punkt zum nächsten innerhalb des gesamten Aufbaus zu vereinfachen. Des weiteren können chemische Enhancer, Luftdruck und andere auf dem Fachgebiet bekannte Verfahren verwendet werden, um den Durchgang des Arzneimittels über die Mikroporen in der Haut oder der Mucosa in den Körper zu verbessern.

Claims

Vorrichtung zum Verringern der Barriereeigenschaften von Haut oder Mucosa gegenüber der Zuführung einer Substanz in den Körper oder dem Entnehmen eines Analyten aus dem Körper, folgendes umfassend: (a) einen Boden (14, 54, 84, 124) mit einer Unterseite und einer Oberseite; (b) eine Vielzahl von Punktierelementen (18, 58, 88, 128), die sich von der Unterseite des Bodens erstrecken, wobei die Punktierelemente derart konfiguriert sind, dass sie die Haut oder Mucosa auf eine Tiefe punktieren, die ausreicht, um deren Barriereeigenschaften zu verringern, ohne unterliegende Gewebe signifikant zu beschädigen; (c) eine Vielzahl von Löchern (26), die sich von der Unterseite des Bodens zu der Oberseite des Bodens erstrecken, wobei die Löcher derart konfiguriert sind, dass sich durch sie hindurch eine Flüssigkeit durch Kapillarwirkung bewegen kann, dadurch gekennzeichnet, dass (d) ein Netzwerk von Kanälen (38, 66, 70) in der Oberseite des Bodens angeordnet ist, um die Löcher miteinander zu verbinden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung durch Mikrolithographie gefertigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung aus einem Material gefertigt ist, das aus der Gruppe bestehend aus Silizium, Metall und Plastik ausgewählt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Punktierelement die Form einer Pyramide oder eines Keils hat.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Pyramide oder der Keil scharfe Kanten mit Ecken-Radien von weniger als 1 μm umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Punktierelement derart konfiguriert ist, dass es die Haut oder Mucosa auf eine Tiefe von ungefähr 30–50 μm punktiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Punktierelementen bis zu ca. 50% der Oberfläche der Unterseite des Bodens einnehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Abmessung des Punktierelements an dessen Basis ca. 10–50 μm beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jedes der Löcher angrenzend an ein Punktierelement positioniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Netzwerk von Kanälen ferner ein Reservoir zum Aufnehmen einer Flüssigkeit umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Boden im Wesentlichen eben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen Mechanismus zum Erzeugen von Vibrationen umfasst, wobei die Vibrationen zum Erleichtern einer effizienten und atraumatischen Penetration der Punktierelemente in die Haut oder Mucosa dienen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Mechanismus zum Erzeugen von Vibrationen einen piezoelektrischen Wandler umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Mechanismus zum Erzeugen von Vibrationen die Vibrationen im Bereich von ca. 2000 Hz bis ca. 100 MHz erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner ein externes Reservoir zum Aufnehmen einer flüssigen Arzneimittelzusammensetzung umfasst, die dem Körper zuzuführen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, die ferner einen Mechanismus zum Begrenzen der Menge der Arzneimittelzuführung umfasst, wobei der Mechanismus zwischen dem externem Reservoir und den Punktierelementen positioniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung für den einmaligen Gebrauch ausgelegt ist.