JP2007518499A - ジェット式注射器の衝撃チャンバ - Google Patents

Abstract

本発明は、一定量の流体化合物を高圧下で排出するために使用できる衝撃チャンバ（１、２、３）に関する。衝撃チャンバは、一定量の流動薬剤を収容する容積可変の衝撃チャンバ（１１、５５）と、衝撃チャンバと流体連通し、且つ被験者の皮膚の上に配置するのに適した排出ノズル（２３、６１）と、衝撃チャンバと流体連通する流入口（３３、３９、５１）とを備える。衝撃チャンバは、変形可能なチャンバ部分（１０、５０）によってほぼ画定されており、チャンバ部分の変形によってキャビティの容積が小さくなる。例示的実施形態では、圧縮可能なチャンバ部分は弾性チューブの形態であり、これによって、単純であるが、信頼性が高く、且つコスト効率の高い衝撃チャンバユニットが得られる。

Description

本発明は、一定量の流体化合物を高圧下で排出するために使用できる衝撃チャンバに関する。本衝撃チャンバは、例えば皮膚を貫通するジェット式注射器に使用することができる。

発明の背景
注射による薬液の皮下投与及び筋肉内投与は、医療分野で一般的に行なわれている。インスリンのような一部の薬剤は、注射によって頻繁に個体に投与する必要があるので、注射は容易に行なえることが望ましい。
多くの患者は、注射針の苦痛又は注射針に対する恐怖があるために針注射を嫌う。更に、ＨＩＶ及び肝炎のような、血液によって運ばれる病原体が、針刺し事故によって医療従事者に感染し得る。また、使用済み注射針の廃棄に対する関心が高まっている。廃棄によって医療従事者以外の人々にも問題が生じる。例えば、子供がゴミの中に使用済み注射針を見付け、感染のリスクに曝される可能性がある。廃棄注射針も同様に廃棄物回収作業員をリスクに曝す。

針注射に関連する恐怖及びリスクを最小限に抑えようと、幾つかのタイプの針無しジェット式注射器が開発された。これらのデバイスは、高速流体ジェットにより薬剤を皮膚に貫通させ、よって薬剤が患者の組織内に投与される。この目的を達成するために、薬液に力を印加する。ジェット式注射器は一般的に、一端に小さな穴を有するチャンバに移送された流体薬剤を含む。駆動素子、例えばピストンを、コイルバネ又は圧縮ガスエネルギー源のいずれかを使用して押す。ピストンがプランジャーに衝突することにより、高圧の衝撃がチャンバ内に発生する。この圧力衝撃によって流体薬剤が穴を通って高速で排出され、皮膚を貫通する。エネルギー源は力をプランジャーに加え続け、薬剤を皮膚の切開口から迅速に押し込み、シリンジが瞬時に空になる。
大多数のジェット式注射器は、チャンバ、チャンバの第１端に位置する排出口、及び反対側の第２端に位置するピストンを備え、この排出口はジェットノズルである。ピストンは通常、圧縮バネ又は膨張ガスのような駆動機構、或いは解放されると液体を高圧下でチャンバから排出する力を生じることができる他の手段によって駆動される。

このようなジェット式注射器は通常、針付き注射器、例えばペン型針付き注射器に比べて大きく、当然取り扱い及び持ち運びには不便である。更に、このような器具のサイズ及び形状は、多数の患者に対して恐怖感を与え得る。
１段階注射を行なうジェット式注射器の駆動機構は通常、ピストンに線形的に小さくなる力を加える。すなわち、液体は、注入期間に亘って段々小さくなる圧力を受けながら排出される。従って、皮膚の貫通が生じ、ジェットがもろい皮下組織に流れ込むとき、液体ジェットの圧力は依然として高く、例えば組織細胞、神経線維、及び微細血管が損傷する等、皮下組織に病変が生じる可能性がある。これによって出血及び痛み、並びに心的外傷が患者に生じ得る。更に、組織への損傷によって組織内に免疫反応が生じ、注射部位の化学的環境が変化する場合がある。これは注入物質の効用に影響を及ぼす可能性があり、当然望ましくない。ジェットの圧力が高すぎると、ジェットは皮下層を通過して、その下の結合組織又は筋肉組織に達する。例えば、注射液がインスリンの場合、インスリンが結合組織に到達しないことが重要である。この組織は多数の血管を含み、インスリンの吸収が速すぎるので、インスリン過多（ｉｎｓｕｌｉｎ ｃｈｏｃｋ）になる危険がある。

ジェット式注射に対する制御の精度を上げるために、駆動手段を、２段階注射を行うように、すなわち、まず高圧下で噴射することにより薬剤を貫通させ、続いて残りの量の薬剤を低い圧力で注入するように構成することができる。更に詳細には、まず、高圧下で短時間に亘る強力なジェットで皮膚を穿孔し、その後それよりもずっと低い圧力で医薬化合物の主要部分を注入する。この原理を利用することにより、皮膚組織が吸収しなければならない全エネルギーを著しく小さくすることができるので、結果として組織の損傷が小さくなる。
一部のジェット式注射器がこの原理を利用することが知られており、例えば欧州特許第８７９６０９号、同第１１６１９６１号、国際公開ＷＯ０１／４７５８６、及び同ＷＯ０２／４９６９７に開示されている。ここで参照することによりこれらの特許文献の内容を本発明の開示に包含する。これらの文献は、一定の投与量の医薬化合物がチャンバから排出され、チャンバに作用する駆動機構が２回の集中噴射を行なうようなジェット式注射器を開示している。これらのデバイスの駆動機構は全て、２回に分けて力を集中的に加える機能を備える必要があるため、かなり複雑な構造を有する。

異なるアプローチが国際公開ＷＯ０３／０００３２０によって提示されており、この特許文献は、排出ノズルを備える衝撃チャンバを有する使い捨てジェット式注入ユニットを備えるジェット式注射器を開示している。衝撃チャンバは概して剛性の壁を有するが、一部に弾性壁部分を備える。ジェット式注入ユニットは更に、液体医薬化合物用のリザーバと流体連通するように衝撃チャンバを接続する手段と、弾性壁部分を変形させるスラストビームとを有し、スラストビームは、中心を固定したリーフスプリングの形態の駆動機構によって移動される。国際公開ＷＯ２００４／０３９４３８は、衝撃チャンバを作動させるための双安定型バネを備える同様のジェット式注射器を開示している。
排出ノズルを被験者の皮膚の上に配置し、チャンバの可撓性壁部分にスラストビームを押し付けているバネを解放すると、弾性壁部分が変形し、よって衝撃チャンバに含まれる一定量の液体がチャンバから高圧下で注入され、皮膚を貫通する液体ジェットが生成され、皮膚を貫通する流路が形成される。その結果、医薬化合物リザーバから一定投与量が衝撃チャンバと形成された流路とを通って体内に注入される。ジェット式注入ユニットは、使用後に廃棄されるように作製される。同様の技術が国際公開ＷＯ０１／３０４１９に開示されており、この駆動機構は、二軸性屈曲バネを備える。

医療デバイスが患者の皮膚等に接触するとき、又は医療デバイスを取り扱うとき、常にデバイスが汚染される危険が生じる。ジェット式注射器の場合、通常ジェットノズルが皮膚に接触する。従って、上述の先行技術によるデバイスにおいては、ジェットノズル、流体チャンバ、流体接続機構及び駆動機構を備えるジェット式注入ユニットの全体が使用後に廃棄されことになる。
上記に鑑み、本発明の目的は、ジェット式注射器と組み合わせて使用できる衝撃チャンバユニットを提供することであり、衝撃チャンバユニットのデザインが単純且つ小型であることにより、コスト効率の高い形で、例えば単一回使用式の使い捨てユニットとしてユニットを製造することができる。

本発明の別の目的は、本発明の衝撃チャンバと組み合わせて使用される衝撃伝達機構を提供することである。
本発明の更に別の目的は、薬液を含む従来のカートリッジを受けるのに適したジェット式注射器と組み合わせて使用することができる衝撃チャンバユニットを提供することであり、本衝撃チャンバユニットのデザインが単純且つ小型であることにより、コスト効率の高い形で、例えば単一回使用式の使い捨てユニットとしてユニットを製造することができる。

本発明の更に別の目的は、小型で携行性に優れるジェット式注射器を実現する衝撃チャンバ及びリザーバ構造を提供することである。
本発明の更に別の目的は、従来のペン型注射器と同様の機能及び形状を持つジェット式注射器を提供することであり、よって患者がジェット式注射器に馴染み易く、且つ使い慣れないユーザ、例えばインスリンを必要とする糖尿病患者がジェット式注射器を容易に利用することができる。

発明の開示
本発明の開示では、上記目的、又は後述並びに例示的実施形態に関する記述から明らかになる目的の一つ以上を解決する実施形態及び態様について記載する。
従って、第１の態様では、ほぼ自由な外表面を有する変形可能なチャンバ部分、変形可能なチャンバ部分によって少なくとも部分的に画定され、一定の容積の流動薬剤を収容する容積可変の衝撃チャンバユニット、衝撃チャンバと流体連通し、被験者の皮膚表面に配置するのに適した排出ノズル、及び衝撃チャンバの流入口を備え、チャンバ部分の変形によって衝撃チャンバの容積が減少する構成の衝撃チャンバユニットが提供される。好適な実施形態では、容積可変の衝撃チャンバは、実質的に変形可能なチャンバ部分によって画定される。

チャンバ部分は、近位端部分及び遠位端部分を含む変形可能なポリマーチューブの形態とすることができる。ポリマーチューブは、ポリマーチューブに所望の変形と、それに応じた容積減少とを可能にするいずれかの適切な材料により作製することができる。例えば、チューブは熱可塑性エラストマー材料（ＴＰＥ）により作製することができる。これらの材料は或る程度は弾性であり、このような材料により作製されるチューブは変形の間に可塑的に変形する場合があるが、使い捨て衝撃チャンバユニットの場合、この変形は許容可能である。チューブの断面形状は任意の所望の形状にすることができ、例えば円形とすることができる。
別の構成として、チューブはシリコーンゴムのような弾性材料により作製することができる。チューブの弾性的性質により、このような材料により作製されるチューブが変形するとき、少量のエネルギーしか吸収されない。また、このような材料によって、変形力が除かれた場合、チャンバはほぼ元の形状に戻ることができる。

シリコーンゴムのような弾性材料は通常、ほとんど圧縮されないので、単純な手段により、明確に画定され、且つ被覆された状態でチューブを変形させることにより、高精度の皮膚貫通ジェットを安全に放出することができる。更に、ゴム製チューブは作製が簡単であり、コスト効率が高く、運搬中ほとんど場所を取らない。また、ゴム製チューブは使用中及び持ち運び中に生じる衝撃に対して強い。
衝撃チャンバの寸法及び構成を変えることにより、周りの構造を変えないでジェットの特性を変化させることができる。例えば、所定の外径に対して内径を変えることができ、これによって衝撃手段又は装着手段を必ずしも変更することなく異なる容積の流体をジェット注入することができる。

「変形可能な」という用語は、文字通りには或る程度全ての材料に当てはまるが、当業者であれば、本発明の趣旨の範囲内で「変形可能な」という用語は、ジェット式注射の技術分野に関連し、衝撃チャンバ上への力の衝突に関することが理解できるであろう。
チューブ部材は近位蓋部分と遠位蓋部分との間に配置することができ、近位蓋部分は衝撃チャンバと流体連通する流入口を含み、遠位蓋部分は衝撃チャンバと流体連通する排出ノズルを含む。これらの蓋部分は個別の蓋部材の形態とすることができ、これらの部材は一体型構造とすることができるか、又は多数の個別部材を含むことができる。別の構成として、これらの蓋部分はチューブ部材と一体式に作製することができる。例えば、ポリマーチューブがＴＰＥのような材料により作製される場合、排出ノズルはチューブと一体式に、例えば一体式射出成形ユニットとして作製することができる。ポリマーチューブがゴム状材料により作製される場合、流入口は、尖端針が貫通することができる弾性チューブ、すなわち閉塞近位端を有するチューブの部分によって形成することができる。これらの蓋部材には機能を追加することができる。例えば、流入口は導管部材の形態、例えば近位蓋部分から突出する尖った中空針とすることができる。別の実施形態では、排出ノズルを含む近位蓋部材を一つだけ設け、チューブの近位開口端が流入口となる。これらの個別部材が弾性チューブの一端又は両端に取り付けられる場合、チューブの外表面がほぼ自由に利用できる状態になるので、非常にコンパクトなユニットが実現する。

単一のノズル（又は開口）に言及したが、本発明のノズルは所望の数の追加開口を含むことができる。更に、本ノズルは、ユーザの皮膚の表面層を貫通するのに適した尖った中空針を含むことができ、よって薬剤のジェットが皮膚の表面から皮下空間へと貫通するための開口の形成を補助することができる。このような針は比較的短く、例えば１ｍｍ以下とすることができる。
例示的実施形態では、本発明の衝撃チャンバユニットは、変形可能なチャンバ部分を受け入れるのに適した搭載キャビティを備える装着デバイスと組み合わせて提供され、装着ユニットは、衝撃チャンバユニットをロック嵌合位置で解放可能に収容するように設計される。搭載キャビティは、チャンバ部分がほぼぴったり収まるように受け入れるように設計できる。変形可能なチャンバ部分をほぼぴったり収まるような構造にすることにより、衝撃チャンバの内部容積が、変形の間に効果的且つ予測可能に小さくなる。有利には、変形可能なチャンバ部分は、全長に亘ってほぼ一定の外径を有するチューブ構造を有し、キャビティは、変形可能なチャンバ部分とほぼ同じ直径を有する穴の形態であり、この穴は、衝撃発生手段と変形可能なチャンバ部分の一部分との係合を可能にする開口を含む。別の構成として、キャビティの一部分だけが、変形可能なチャンバ部分の外表面と係合し、これによって、チャンバは更に自由に変形し、例えば平になることができる。実際には、衝撃チャンバユニットが搭載キャビティの中に配置されている間、チャンバ部分の外表面は自由ではないが、衝撃チャンバを搭載キャビティから取り出すと、当該表面は再度自由になる。従って、「自由」という用語は、このような使用状態に対応すると解釈されたい。

衝撃チャンバユニット及び装着デバイスは、例えばバイオネット接続、ネジ接続、又は摩擦接続の形で、或いは解放可能なロック手段によって、使用状態において衝撃チャンバユニットを装着デバイスに固定することを可能にする解放可能な嵌合接続手段を含むことができる。
装着デバイスは、流入口を薬剤リザーバの内部と流体連通するように配置する接続手段と、変形可能なチャンバ部分の一部分を変位させて衝撃チャンバの容積を小さくすることにより、衝撃チャンバに含まれる一定量の薬液を、排出ノズルを通して排出する衝撃発生手段とを含み、この衝撃発生手段は、衝撃チャンバ内に圧力を生成することにより、排出ノズルから皮膚を通して被験者に薬液を注入する。衝撃発生手段は、どのような適切な構成とすることもできるが、通常、弾性チャンバ部分との係合に適した衝撃部材を含む。駆動エネルギーは、機械圧縮又はねじりバネ、圧縮ガス、空気圧式又は電気機械アクチュエータ等の、エネルギーを衝撃チャンバに向けて迅速に放出することを可能にする何らかの適切な手段によって供給することができる。別の実施形態では、当該（第１）装着デバイスは、衝撃発生手段を含む第２装着デバイス内に配置される。

装着デバイスは、例えばペン型の手動操作注射器のような従来型の薬剤投与デバイス、又は電子制御モータ駆動注射器と連動することができ、例えば装着デバイスは、従来の皮下注射器の代わりに「プレユニット」として装着することができる。このようにして、２段階式デバイスが提供され、衝撃チャンバは、第１段階の衝撃発生手段として、次に薬剤投与デバイスの作動によって行なわれる第２段階の薬剤注入のための流体導管として機能する。有利には、衝撃発生手段の解放は、薬剤投与デバイスの薬剤投与手段の作動と連動する。
例示的実施形態では、装着デバイス及び衝撃発生手段は２段階ジェット式注射器の形態で提供され、このジェット式注射器は、薬液を収容するリザーバを受け入れるか、又は薬液を収容するリザーバを備え、更に衝撃発生手段よりも小さな圧力でリザーバから一定量の薬剤を排出する駆動手段を備える。好適には、本デバイスは、排出する薬剤の投与量を選択的に設定する手段、衝撃発生手段及び駆動手段を作動させる手段、及び作動可能な解放手段を備え、解放手段を作動させてまず衝撃発生手段を解放することにより、衝撃チャンバから排出ノズルを通して一定量の薬剤を排出し、次に駆動手段を解放してリザーバから衝撃チャンバと排出ノズルを経由して設定投与量の薬剤を続いて排出する。

例示的実施形態では、投与量設定手段が作動することによって衝撃発生手段が初期化され、例えばバネ部材が緊張状態に置かれる。
有利には、衝撃発生手段は、チャンバ部分を変形させるピストン、ピストンを移動させる回転カム、及びカムを回転させる駆動機構を備える。好適な実施形態では、カムはねじりバネによって回転し、これによってユーザは回転作用によってバネを直接緊張させることができる。このタイプの作動は、多くのペン型注射器に使用される投与量設定手段に類似しており、従ってバネの作動と投与量設定とを簡単且つ確実に互いに連動させることができるので有利である。

好適には、各衝撃チャンバユニットは、例えば無菌皮下注射針に対応する密閉且つ無菌封入製品としてユーザに提供される。
本明細書において使用する「薬剤」という用語は、高圧下でノズルを制御性良く通過することができる、薬剤を含有するあらゆる流動性の薬剤又は薬物の全てを含み、例えば、液体、溶液、ゲル又は微粒子懸濁液である。代表的な薬剤として、ペプチド、タンパク質、及びホルモンのような調合薬、生物学的に誘導されるか又は活性の薬剤、ホルモン剤及び遺伝子薬剤、栄養剤及び他の物質を挙げることができ、これらの物質の固体（懸濁された）形、液体形の両方が含まれる。例示的実施形態の記述においては、インスリンの使用に言及する。従って、「皮下」注入という用語は、被験者に対する皮下投与のあらゆる方法を含むものとする。更に、針という用語は、（特に断らない限り）被験者の皮膚を貫通するのに適した穿孔部材を指す。

以下に、図面を参照しながら本発明を更に説明する。
例示的実施形態の説明
以下の記述において、「上」及び「下」、「右」及び「左」、「水平」及び「垂直」という用語、又は相対関係を表わす同様な表現を使用する場合、これらは添付図面のみに言及するものであり、実際の使用状況を指すのではない。添付図面は模式図であり、そのため、異なる構造の構成だけでなく、相対的寸法は説明のみを目的としている。

図１は、弾性チューブ部材１０の形態の変形可能なチャンバ部分、遠位ノズル部分の蓋部材２０、及び近位流入口の蓋部材３０を備える衝撃チャンバユニット１の透視図を示す。このユニットは、一定の容積の流動薬剤を収容する容積可変のチューブ状衝撃チャンバ１１を備え、この衝撃チャンバはチューブ部材によってほぼ画定され、２つの蓋部材は単に衝撃チャンバの端部となる。別の構成として、これらの蓋部材が衝撃チャンバの一部分を構成する延長部分を含むことができる。遠位部材は、遠位円錐部分２１、チューブの近位装着部分２２、円錐部分の先端部分で終端する最遠位ジェットノズル２３、ジェットノズルと衝撃チャンバ内部との間に流体を連通させる内部穴２４、及び外周フランジ部分２５を備える。近位部材は、密閉状態を維持しながら薬剤供給部の弾性隔壁を貫通する尖った最近位中空針３３、チューブの遠位装着部分３２、針と衝撃チャンバ内部との間に流体を連通させる内部穴３４を備える。チューブを形成する材料に応じて、蓋部材の内のいずれかを例えば射出成形によってチューブと一体形成することができる。
衝撃チャンバの容積は約５〜２０μｌとすることができるが、他の容積を使用してもよい。これらの蓋部材を個別に形成する場合、蓋部材は、有利には適切な医療用高分子材料を使用して射出成形により作製される。

使用中弾性チューブが衝撃作用によって変形すると、衝撃チャンバに収容される流体に圧力が加わり、高圧下で流体がジェットノズル排出口を通して排出される。図に示すように、図１の実施形態では、衝撃チャンバは流体供給部、例えば薬剤リザーバと半永久的に流体連通することができ、これは薬剤がノズルを通して押し出されるだけでなく、流入手段を通してリザーバに戻るように反対方向にも押し出されることを意味する。実際には、この現象は望ましくないので、流入口及び排出口の流体抵抗を、許容できる少量の薬剤（薬剤が収容されている場合）のみがリザーバに戻る方向に移送されるように選択する必要がある。例えば、衝撃発生手段によって衝撃チャンバ内に生成される圧力に応じて、注入期間、薬液の粘度、ノズル及び流入口の構成、ノズル及び流入口の流体抵抗を、所定のジェット注入アセンブリに所望の特性に従って選択する必要がある。例えば、ノズル及び流入口の流体抵抗は、ジェット注入アセンブリの所定の構成について、例えば１％未満、５％未満、１０％未満、又は１５％未満の逆流を許容するように選択することができる。カートリッジを圧力波から一層効果的に保護するため、及び／又は理想的には逆流を完全に防止するため、流入手段にはチェックバルブ手段、例えばリップバルブ又はボールバルブを設けることができる。更に、衝撃チャンバの変形によって衝撃波が近位方向に流体供給部に向かって送り込まれる。流体供給部が従来のガラスカートリッジの形態のリザーバである場合、カートリッジを損壊する恐れがある。従って、流入口の寸法を適切にすることによって、衝撃波の大部分がこのようなガラスカートリッジに達することがないようにすることができる。

図２Ａは、ポリマーチューブが閉じた近位端３９と一体形成されており、この近位端が、流入手段として機能する自己密封型の針貫通可能な隔壁を形成する構成の、別の実施形態２を示す。実際、上述の近位部材３０にも、針ではなく、それに対応する隔壁を設けることができる。図２Ｂは、衝撃チャンバユニット３が装着ユニット（又は装着デバイス）７０に取り付けられている構成の、更に別の実施形態を示す。
更に詳細には、衝撃チャンバユニットは変形可能な弾性チューブ部材５０及び遠位ノズル蓋部材６０を備え、これらの部材は一緒に衝撃チャンバ５５を画定し、ノズル部材はジェットノズル６１を含む。上述の実施形態とは異なり、衝撃チャンバユニットは通常開いた状態の近位端部分を含み、流入口は弾性チューブの開口近位端５１によって画定される。図示の実施形態では、衝撃チャンバは２つの構成要素を射出成形することにより作製される。例えばまずノズル部分が適切なポリマー（例えば、ポリカーボネート）から成形され、その後適切な熱可塑性弾性材料を用いてチューブがノズル部分の上に射出成形される。２つの構成要素の間の接合を強くするために、有利には、ノズル部分の近位面には図示のような環状隆起構造６２を設ける。

装着ユニットは、開いた遠位端部分７２及び部分的に閉じた近位端部分７３を有するハウジング７１を備え、これらの各部分が組み合わされて衝撃チャンバユニット３の搭載（収容）キャビティ７５を形成し、搭載キャビティは衝撃チャンバユニットの外側構造（例えば円形）にほぼ対応する構造を有することにより、衝撃チャンバユニットをぴったりと密着するように収容する（図を明瞭にするために、小さな隙間を２つの構造の間に示す）。近位端部分は、近位方向に延び、且つ搭載キャビティと流体連通する導管部材７６を含む。導管は、リザーバの隔壁部材を貫通するのに適した尖端針部材の形態とすることができる。針は図示のようにハウジングと一体に形成することができる（例えば、適切なポリマーを使用して）か、又は個別部品としてハウジングに取り付けることができる（例えば、ポリマー製ハウジングにスチール針を取り付ける）。ハウジングは更に、衝撃発生手段と変形可能チューブの一部分との係合を可能にする側面開口７４、並びに、装着ユニットを、装着ユニットに適した衝撃発生ユニットに配置することを可能にするユーザグリップ手段７７及び接続手段７８を備えることができる（図４に関する以下の記述を参照されたい）。図示の実施形態では、衝撃チャンバユニットと装着ユニットは、ノズル部分とハウジングの遠位端との間に設けられる、例えばネジ接続、バイオネット接続、又は摩擦接続等の、対応する接続手段６３、７９によって互いに対して解放可能に接続され、ノズル部材は、ユーザグリップ手段として機能する遠位外周フランジ部分６４を含む。更に、弾性チューブの遠位端表面５２及びハウジング端部の内側表面８０は、衝撃チャンバユニットが装着ユニットに装着されたときに表面５２と内側表面８０とを気密接続する。この構成によって、装着ユニットを、リザーバと衝撃チャンバユニットとの間に取り付けられる半使い捨て接続ユニットとして使用することができ、ここに、完全使い捨て衝撃チャンバユニットが取り付けられる。例えば、事前充填式のカートリッジを取り替える度に新規の装着ユニットを使用することができ、新規の衝撃チャンバユニットをジェット式注入の度に使用することができる。しかしながら、別の構成として、これらの２つの部材を互いに半永久的に取り付けることにより、一体型衝撃チャンバユニットを提供することができる。図示の実施形態では、導管は衝撃チャンバと直接流体連通するが、別の実施形態では、導管は軸をずらしてチューブとハウジングとの間の密閉領域で終端するようにすることができ、これによって弾性チューブを逆止め弁として機能させることができる。つまり、流体をチューブとハウジング端部分との間のチャンバに流し込むことができ、更に衝撃チャンバ内に圧力が蓄積する間に流体が逆流することを防止することができる。

図３は、２段階ジェット式注射器の模式図を示している。具体的には、ジェット式注射器１００は、リザーバ部分１２０、ジェット注入部分１４０、及びリザーバ部分とジェット注入部分との間の流路１３０とを備える。リザーバ部分は、遠位端１２１に排出口１２３を有し、開いた近位端１２２にピストン１２４をスライド可能に受け入れる、ボディ部分１２６を含み、ボディ部分及びピストンは、インスリン等の流体医薬化合物を貯蔵する容積可変のリザーバ１２５を画定する。ジェット注入ユニット１４０は、ハウジング１４１、及びハウジング内に移動可能に配置されるピストン１４２を含み、ハウジング及びピストンは、上述したタイプの衝撃チャンバユニット１８０が配置される容積可変の装着キャビティを画定し、この衝撃チャンバユニットは、衝撃チャンバ１８５、リザーバと流体連通する流入口１８１、及びノズル排出口１８２を含む。注射器は更に、ピストンを移動させる衝撃発生機構（図示せず）を含む。

図４Ａ及び４Ｂは、上述で説明したタイプの衝撃チャンバユニットの装着デバイスを示し、装着デバイスは衝撃発生手段も含む。
具体的には、装着デバイス２００は、第１及び第２部分２１１、２１２を有するハウジング２１０を備え、第１及び第２部分は組み合わされて、衝撃チャンバユニット２５０の装着（収容）キャビティ２２０を形成し、衝撃チャンバユニットは、衝撃チャンバ２５５、ノズル２５１、及び針貫通可能な流入部分２５２を備え、装着キャビティは変形可能なチャンバ部分の外側部分の形状にほぼ対応する部分を含み、よって変形可能なチャンバ部分をぴったり合うように受け入れる。図２Ｂに示すタイプの内部装着ユニットを使用する場合、キャビティ２２０はその受容に適し、この場合、内部装着ユニットは組み合わせ式装着デバイスの取替え可能部分と考えることができる。２つのハウジング部分は互いに取り外し可能であるので（例えばヒンジを使用して）、ユーザは衝撃チャンバユニットを取り替えることができるが、有利には、装着キャビティは、円形外側部分を有する衝撃チャンバユニットを穴に容易に挿入及び交換可能な穴の形態である。衝撃チャンバユニット２５０は、図２Ａに示す実施形態にほぼ対応するが、弾性チューブの閉じた近位端は異なる構造に形成されている。

ハウジングは更に、装着キャビティと連通し、且つピストン部材２４０をスライド可能に受け入れる穴又は開口２１５を備える。ピストンは、衝撃チャンバユニットの弾性部分と係合する遠位端、及び衝撃発生手段と連動する近位部分を備える。図示の実施形態では、装着ユニットは更に、ハウジングに回転可能に取り付けられるカム部材２４１だけでなく、カム部材を回転させる手段（図示せず）を備える。カム部材を回転させる手段は、解放及び緊張可能なねじりバネの形態とすることができる。図４Ａに示すように、バネを、カム及びピストンが初期位置にある状態で作動させる（ねじる）ことにより、ユーザはバネを解放することができ、これによってカムが９０度だけ回転して図４Ｂに示すような中間位置に達し、これはピストンを最も前進した位置まで移動させて衝撃チャンバ２５５を変形／圧縮し、よって流体ジェットが衝撃チャンバからノズルを通して排出される。これは第１段階ジェット注入に相当する。同じ運動の中で、カムが更に９０度だけ回転すると、カム及びピストンが、図４Ａに示すように初期位置にほぼ対応する終了位置に達する。ピストンは、バネ（図示せず）又は衝撃チャンバチューブの弾性力によってその初期位置に戻ることができる。次の衝撃が加わると、カムは同じ方向又は逆の方向に回転することができる。その後、図３に示すように、リザーバから薬剤を注入することができ、これは第２段階の注入に相当する。
図４Ａ及び４Ｂの実施形態では、衝撃チャンバチューブがピストン２４０によって完全に圧縮されると、２段階ジェット注入において行なわれるように、チャンバを通る薬剤の流れがほぼ阻止される（以下を参照）。従って、作動後ピストンを後退させること、及び圧縮されたチューブが、圧縮後に少なくとも部分的に広がる機能を備えることが必要である。別の構成として、チューブが完全に圧縮されない場合、チューブは圧縮中に弾性変形する材料により作製することができるので、ピストンを即座に後退させる必要はない。

図５は、衝撃チャンバユニット３５０及び衝撃発生機構の模式図を示し、衝撃チャンバユニットは弾性チューブ部分３５５及びノズル３５１を含み、機構はカム部材及びピストンを含む。
具体的には、機構３００は、回転可能に取り付けられ、カム部材３４１を有する軸３１０、軸に固定配置され、向きが１８０度異なり、互いに長さ方向にずれる第１及び第２アーム３２１、３２２を備える停止部材３２０、ピストン３４０、停止部材のアームと係合するアーム３３１を備える解放部材３３０、軸に回転可能に配置されるバネ作動部材３６０、バネ押さえラチェットストップ３６１、及び、ラチェット機構によってバネ作動部材に取り付けられ、作動部材によりバネ作動部材を単一方向に回転させる作動部材３７０を備える。異なる部材が支持構造（図示せず）、例えば装着ユニットのハウジングに配置される。この機構は更に螺旋状ねじりバネ３８０を備え、このバネは、軸に取り付けられる第１端と、バネ作動部材に取り付けられる第２端とを有する。ピストンは、カムフォロアとして機能する近位ヘッド部分３４５、及び衝撃チャンバユニットの弾性チューブ部分と係合する遠位端３４６を備え、遠位端は２つの外側隆起部分３４７、及び一つの中央隆起部分３４８を含み、この構成は弾性チューブを制御性良く変形／圧縮するように機能し、圧力を衝撃チャンバ内に迅速に蓄積させる。
使用の際は、作動部材３７０を１８０度だけ反時計回りに（又は、ギア機構を設ける場合にはこれよりも小さい角度だけ）回転させることにより、バネ作動部材が１８０度だけ回転してバネを緊張させる（ねじる）。解放部材が軸の停止部材に係止していることにより、この動作によって軸が回転しないようになっている。解放部材が作動すると（図示の実施形態では、バネに向かう長さ方向の直線移動によって）、停止部材の第１アーム３２１が解放され、停止部材の第２アーム３２２が解放部材のアームに係止するまで軸が１８０度だけ迅速に回転することができ、その後、次のねじり動作の後、解放部材を反対方向に移動させることにより、解放部材は次の解放の準備が整う。カムが回転する間、ピストンが最前進位置まで移動して弾性チューブ部分３５５を変形させることにより、流体ジェットが衝撃チャンバからノズル３５１を通して排出される。これが第１段階ジェット注入である。その後、ピストンはその初期位置に、バネ手段（図示せず）又はチューブの弾性特性によって戻る。

図６には、２段階ジェット式注射器４００が示される。この注射器は、中に従来のリザーバカートリッジ４１１が配置されるペン型近位部分４１０、及び図１に示すタイプの衝撃チャンバユニットが取り付けられる遠位衝撃発生部分４２０を備え、衝撃チャンバユニットは、リザーバと流体連通する近位流入口と、遠位排出ノズル開口４２１とを有する。ペン部分は、取替え可能なカートリッジを収容する耐久性デバイスの形態とすることができるか、又は事前充填式の使い捨てデバイスとすることができる。従って、近位部分は、完全手動操作式デバイス又は電子制御式モータ駆動デバイスとすることができるように、いずれの所望の構成を有することもできる。これらの２つの部分は、例えばネジ接続又はバイオネット接続のような便利な手段によって解放可能に接続されるが、近位部分の構成が異なる場合（例えば、カートリッジを後部又は側部に装着する場合）、一体式デバイスとして設けることができる。この構成は、２段階ジェット式注射器を完全使い捨てデバイスとして設ける場合にも適用できる。
ペン部分は、所望の投与量、例えばインスリン単位数を設定する回転可能な投与量設定部材４１２を備える。投与量設定部材は投与量設定機構と連動し、この機構は、所定の投与量を設定し、続いて設定された投与量の薬剤をリザーバから排出するために必要なエネルギーを、例えばバネを緊張させるか、又はガスを圧縮することにより蓄積する。バネを解放するため、解放ノブ４１３を設ける。このような機構の更なる詳細については、本明細書に参照文献として包含する本出願人による欧州特許第１３５１７３２号を参照されたい。

衝撃発生部分は、一対の翼部材４２３を有する回転可能なリング部材４２２を備える。翼部材によって、ユーザはリングを、例えば１８０度だけ回転させて衝撃発生器を作動させ、ねじることができる。衝撃発生器は図４で説明したタイプとすることができる。使用の際、衝撃発生器はまた、解放ノブによって解放され（例えば、解放ノブと衝撃発生器との間に配置されるロッドによって）、これによって、後述するように、２段階ジェット注入の２つの段階を互いに対して正しく行なうことができる。
以下に使用状態について記載する。まず、注射器の２つの部分を分解し、再度組み立てることにより、カートリッジをペン部分に装着する（又は取り替える）。別の方法として、事前充填式のペンを装着する。その後、その無菌容器（図示せず）から図１に示すタイプの新規の衝撃チャンバユニットを取り出し、遠位開口を通して衝撃部分に装着し、これによってユニットを正規の位置に固定する。この操作によって、衝撃チャンバユニットの近位端部分の針がカートリッジの隔壁を貫通し、リザーバと衝撃チャンバとの間に流体連通が確立される。

注射器はこの時点で注入の準備が整う。まず、投与量設定部材を使用して少量の投与量を設定し、続いて解放ノブを使用してリザーバから排出する。この操作は、新規の皮下注射針を注射器に装着するときの「空打ち」に相当し、これによって衝撃チャンバに薬剤を充填する。最初の少量の投与量をリザーバから排出することによって、少量の薬剤がジェットノズルから流れ出て、衝撃チャンバが薬剤によって充填されていることを示していることが確認できる。その後、所望の注入投与量を設定し、リングをねじることにより衝撃発生手段を緊張させる。
投与量を選択し、駆動手段を作動させるとき、ユーザがノズルを被験者の皮膚に配置して解放手段４１３を作動させると、衝撃発生器の解放によって衝撃チャンバが変形するときに第１段階の注入が行なわれ、続いて投与量排出手段が連動して解放されることによって第２段階注入が行なわれる。実際に衝撃チャンバが完全に圧縮される場合、上記連動によってこれらの２つの解放の間に確実に正しいタイミングが生じ、第２段階の投与薬剤注入が始まると衝撃チャンバの圧縮が直ぐに停止する。２つの段階の間の時間、及びチューブの弾性特性に応じて、衝撃チャンバは、チューブの弾性特性によって部分的に初期構造に戻ることができるので、少量のエア又は流体がノズルを通して衝撃チャンバ内に吸引されるが、この量は、実用上ほとんど無視できる程度であると推定される。

別の実施形態（図示せず）では、排出による投与は、ユーザが手動で、通常、上述の投与量設定部材と一体形成することができる作動ボタンを押し下げることによって行なうことができる。この操作については、例えば本出願人による米国特許第６２３５００４号に開示されており、この文献を参照文献として本明細書に包含する。このような構成において、衝撃発生手段の作動を作動ボタンの最初の押し下げに連動させることができる。更に別の実施形態（図示せず）では、衝撃発生手段は、注射器を所定の力で被験者の皮膚部分に押し付けると自動的に解放する（場合によってはねじる）ことができ、これによって第１段階注入が行なわれるときに排出ノズルが皮膚表面と正しく接触することが保証される。続いて、第２段階注入を自動的に行なうことができるか、或いは、上述のように手動で行なうか、又は開始することができる。更に別の実施形態では、衝撃チャンバを組み込んだ衝撃発生部分は、変更を加えていない従来の注射器との組み合わせで、従来の皮下注射針の等価物として使用することができる完全使い捨てノズルデバイスとして設けられる。このようなノズルデバイスは、ノズルの栓を予め開いた状態でユーザに供給することができるか、或いは、保護カバーをノズルデバイスから取り外すとき、又はノズルデバイスを皮膚部分に押し当てるとき、使用直前に、例えばノズルデバイスを注射器に取り付けるときに自動的に、栓をひねることができる。衝撃発生手段の解放は、ノズルデバイスを皮膚部分に押し当てるときに自動的に行なわれるようにすることができるか、又はユーザが手動で行なうことができる。解放動作は、上述のように、変更を加えた注射器の作動と連動させることもできる。

図７Ａは、先行技術による注射器を使用したときの、医薬化合物、例えばインスリンの２段階ジェット注入の基本的な圧力−時間の関係を示し、横軸は時間ｔを、縦軸は圧力Ｐを示している。最初に、患者の皮膚の貫通に適するジェットを非常な高圧下で放出し、ピークＡで表わされる衝撃を発生させる。続いて、初期衝撃が弱まり、部分Ｂで示すように、かなり低い圧力でジェット注入を継続する。グラフの下の面積は、排出される流体によって皮膚に伝達されるエネルギーを表わす。図７Ａの破線は、通常の１段階ジェット注入における圧力−時間の関係を示している。１段階ジェット注入と２段階ジェット注入のグラフの下の面積を比較することにより、２段階ジェット注入が注入部位に非常に小さいエネルギーしか伝達せず、従って患者の苦痛が軽減されることが明らかである。図７Ｂには、本発明の一態様に対応する２段階ジェット注入における基本的な圧力−時間の関係が示される。貫通ジェットは丘状曲線Ｃによって表わされ、続いて行われる医薬化合物の投与量の主要部分の注入は、平坦な曲線Ｄによって表される。ジェット注入のこれらの２段階の間には、Ｅで表わされる明確な断絶がある。断絶は、ジェット式注射器の衝撃チャンバがピストンによって完全に圧縮されて閉じることにより生じる。

好適な実施形態に関する上の記述では、種々の構成要素に関して記載した機能を提供する種々の構造及び手段について、当業者に本発明のコンセプトが明確となる程度に記載した。種々の構成要素に関する詳細な機械的構成及び仕様は、本明細書に開示される基本原理に沿って当業者が実行する通常の設計手順の対象と考えられる。

衝撃チャンバユニットの第１の実施形態を示す。 Ａは衝撃チャンバユニットの第２の実施形態を示し、Ｂは装着ユニットに取り付けられた衝撃チャンバユニットの更に別の実施形態の断面図を示す。 ２段階ジェット式注射器の断面を模式的に示す。 Ａ及びＢは衝撃発生ユニットに取り付けられた衝撃チャンバユニットの断面を模式的に示す。 衝撃発生機構を模式的に示す。 ２段階ジェット式注射器の一実施形態の部分切開図を示す。 Ａ及びＢは２段階ジェット式注射器の圧力−時間の関係を表わす。

Claims (19)

1. − ほぼ自由な外表面を有する変形可能なチャンバ部分（１０、５０）、
   − 変形可能なチャンバ部分によって少なくとも部分的に画定され、一定量の流動薬剤を収容する容積可変の衝撃チャンバ（１１、５５）、
   − 衝撃チャンバと流体連通し、被験者の皮膚表面に配置するのに適した排出ノズル（２３、６１）、及び
   − 衝撃チャンバと流体連通する流入口（３３、３９、５１）
   を備え、
   − チャンバ部分（１０、５０）の変形によって衝撃チャンバの容積が小さくなる、衝撃チャンバユニット（１、２、３）。
2. チャンバ部分が、近位端部分及び遠位端部分を含む変形可能なポリマーチューブの形態である、請求項１記載の衝撃チャンバユニット。
3. 排出ノズルがポリマーチューブと一体形成される、請求項２記載の衝撃チャンバユニット。
4. チューブが、ほとんど圧縮することができない弾性材料により形成される、請求項２記載の衝撃チャンバユニット。
5. 遠位端部分に取り付けられ、排出ノズルを含む第１蓋部材（２０、６０）を備える、請求項２又は４記載の衝撃チャンバユニット。
6. 流入口が、ポリマーチューブの近位端開口（５１）によって形成される、請求項２ないし５のいずれか一項に記載の衝撃チャンバユニット。
7. 遠位端部分に取り付けられ、排出ノズルを含む第１蓋部材（５２）、及び近位端部分に相対するように取り付けられ、流入口を含む第２蓋部材（７０）を備える、請求項２又は４記載の衝撃チャンバユニット。
8. 容積可変の衝撃チャンバが、変形可能なチャンバ部分によって実質的に画定される、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の衝撃チャンバユニット。
9. 流入口が、衝撃チャンバユニットから突出する導管部材（３３、７６）の形態であり、任意で導管部材は尖った中空針の形態とすることができる、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の衝撃チャンバユニット。
10. 請求項１ないし９のいずれか一項に記載の衝撃チャンバユニットと、衝撃チャンバユニットをロック嵌合式に取り替え可能に収容する装着デバイス（６０、２００、４２０）との組合せ。
11. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載の衝撃チャンバユニットと、衝撃チャンバユニットをロック嵌合式に取り替え可能に収容する装着デバイス（６０）との組合せであって、装着デバイスが、装着デバイスから突出し、衝撃チャンバと流体連通するように配置される導管部材を含み、任意で導管部材は尖った中空針の形態とすることができる、組合せ。
12. 装着デバイスが、変形可能なチャンバ部分を、ほぼぴったり収まるように収容する搭載キャビティを備える、請求項１０又は１１記載の組合せ。
13. 変形可能なチャンバ部分が、全長に亘って外径がほぼ一定のチューブ構造を有し、搭載キャビティが、変形可能なチャンバ部分とほぼ同じ直径を有する穴の形態であり、穴は、衝撃発生素子と変形可能なチャンバ部分の一部分との係合を可能にする開口（７４）を含む、請求項１２記載の組合せ。
14. 衝撃チャンバユニット及び装着デバイスが解放可能な嵌合接続手段（２５、６３、７９）を備え、よって使用の際に衝撃チャンバユニットを装着デバイスに固定できる、請求項１０ないし１３のいずれか一項に記載の組合せ。
15. 装着デバイスが更に、
    − 流入口を薬剤リザーバの内部と流体連通するように配置する接続手段、及び
    − 変形可能なチャンバ部分の一部分を変位させて衝撃チャンバの容積を小さくすることにより、排出ノズル（２５１、４２１）を通して衝撃チャンバに含まれる一定量の薬液を排出する衝撃発生器（２４０、３００、４２２）
    を備え、衝撃発生器が、衝撃チャンバ内に圧力を生成して排出ノズル及び被験者の皮膚表面を通して薬液を注入する、請求項１０ないし１４のいずれか一項に記載の組合せ。
16. − 薬液を含むリザーバ（４１１）、
    − 一定量の薬剤を、衝撃発生手段より低い圧力でリザーバから排出する駆動手段、
    − 排出する薬剤の投与量を選択的に設定するための手段（４１２）、
    − 衝撃発生手段及び駆動手段を作動させる手段（４２２）、及び
    − 作動可能な解放手段（４１３）
    を更に備え、まず解放手段を作動させることにより衝撃発生器が解放され、衝撃チャンバから排出ノズル（４２１）を通して高圧下で一定量の薬剤が排出され、次に駆動手段を解放することにより、設定投与量が、リザーバから衝撃チャンバを通り、排出ノズルを経由して続いて排出される、請求項１５記載の組合せ（４００）。
17. − 薬液を含むリザーバ（４１１）、
    − 一定量の薬剤を、衝撃発生手段より低い圧力でリザーバから排出する駆動手段、
    − 排出する薬剤の投与量を選択的に設定するための手段（４１２）、
    − 衝撃発生手段及び駆動手段を作動させる手段（４２２）、並びに
    − 作動可能な第１解放手段であって、第１解放手段を作動させることにより衝撃発生器が解放され、衝撃チャンバから排出ノズル（４２１）を通して高圧下で一定量の薬剤が排出される第１解放手段、及び
    − 作動可能な第２解放手段（４１３）であって、第２解放手段を作動させることにより駆動手段が解放され、設定投与量が、リザーバから衝撃チャンバを通り、排出ノズルを経由して続いて排出される第２解放手段
    を更に備える、請求項１５記載の組合せ（４００）。
18. 衝撃発生器が、変形可能なチャンバ部分（２５０、３５０）を変形させるピストン（２４０、３４０）、ピストンを動かす回転カム（２４１、３４１）、及びカムを駆動する駆動機構を含む、請求項１５ないし１７のいずれか一項に記載の組合せ。
19. 駆動機構が、ねじりバネ（３８０）、ねじりバネを作動状態にするアクチュエータ（３６０、３７０）、及び作動バネを解放することによりカムを回転させる解放手段（３３０）を備える、請求項１８記載の組合せ。

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