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KR20220136486A - 미세바늘 어레이 조립체, 약물 전달 장치 및 넓은 지역에 걸쳐 액체를 저압으로 투약하는 방법 - Google Patents

미세바늘 어레이 조립체, 약물 전달 장치 및 넓은 지역에 걸쳐 액체를 저압으로 투약하는 방법 Download PDF

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KR20220136486A
KR20220136486A KR1020227033344A KR20227033344A KR20220136486A KR 20220136486 A KR20220136486 A KR 20220136486A KR 1020227033344 A KR1020227033344 A KR 1020227033344A KR 20227033344 A KR20227033344 A KR 20227033344A KR 20220136486 A KR20220136486 A KR 20220136486A
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KR
South Korea
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microneedle array
resistance
flow
microneedle
downstream
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020227033344A
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English (en)
Inventor
엔드류 티 베이커
러셀 에프 로스
엘리자베스 데이블러 갯츠비
루크 헤이건
Original Assignee
소렌토 쎄라퓨틱스, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 소렌토 쎄라퓨틱스, 인코포레이티드 filed Critical 소렌토 쎄라퓨틱스, 인코포레이티드
Publication of KR20220136486A publication Critical patent/KR20220136486A/ko
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Abstract

균일성 제어 막은 미세바늘 어레이의 상류 측에 대해서 확실하게 결합될 수 있고, 균일성 제어 막을 통한 유동에 대한 저항이 미세바늘 어레이를 통한 유동에 대한 저항보다 실질적으로 크도록, 구성될 수 있다. 이러한 유동 저항의 차이는, 넓은 지역에 걸쳐 그리고 낮은 압력으로, 예를 들어 모세관 작용에 의해서 환자의 피부 내로 액체 제제를 균일하게 투약하는 것을 촉진할 수 있다. 넓은 지역에 걸쳐 환자의 피부 내로 액체 제제를 투약하는 것은, 미세바늘 어레이의 미세바늘의 적어도 대부분을 통해서 액체 제제가 투약되는 것으로부터 초래될 수 있다.

Description

미세바늘 어레이 조립체, 약물 전달 장치 및 넓은 지역에 걸쳐 액체를 저압으로 투약하는 방법{MICRONEEDLE ARRAY ASSEMBLY, DRUG DELIVERY DEVICE AND METHOD FOR ADMINISTERING LIQUID ACROSS A BROAD AREA AT LOW PRESSURE}
본 발명은 일반적으로 액체 제제를 환자 피부 내로 전달하기 위한 장치에 관한 것이다. 특히, 이러한 개시 내용은 액체 제제의 경피 전달을 위한 미세바늘 어레이를 갖는 장치에 관한 것이다.
미세바늘 어레이를 이용하는, 유체 약물 및 다른 의약적 화합물을 경피 전달하기 위한 수 많은 기구가 이미 개발되었다. 예를 들어, 미세바늘은, 큰 통상적인 바늘에 비해서, 환자에게 적은 고통을 유발하는 장점을 갖는다. 또한, 통상적인 바늘을 통한 유체 약물의 통상적인 피하(종종, 근육-내) 전달은 한번에 많은 양의 유체 약물을 전달하는 작용을 하고, 그에 의해서 종종 약물의 생체이용률의 급증을 생성한다. 특정 신진대사 프로파일을 갖는 약물의 경우에, 이는 큰 문제가 되지 않는다. 그러나, 많은 약물은 환자의 혈류 내에서 정상 상태 농도를 가질 때 유리하고; 그러한 약물의 잘 알려진 예로서 인슐린이 있다.
일부 상황에서, 미세바늘 어레이를 포함하는 경피적 약물 전달 기구는, 넓은 인가 지역에 걸쳐, 긴 기간 동안 실질적으로 일정한 비율로 액체 제제를 투약하기 위한 의도를 갖는다. 일부 상황에서, 액체 제제가 모세관 작용에 의해서 투약되도록, 그러한 미세바늘 어레이가 비교적 낮은 압력으로 액체 제제를 방출하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 그러나, 미세바늘 어레이를 통한 유동과 연관된 상충되는 인자들이 존재하고, 그에 따라 그러한 유동이 미세바늘 어레이의 미세바늘 중 너무 적은 미세바늘과 연관될 수 있다.
이러한 개시 내용의 일 양태는, 넓은 지역에 걸쳐 그리고 비교적 낮은 압력으로 액체 제제를 환자의 피부 내로 균일하게 투약하기 위한 방식으로 구성된 미세바늘 어레이 조립체를 포함하는 약물 전달 장치를 제공하는 것이다. 그러한 장치는 긴 기간 동안 그리고 넓은 인가 지역에 걸쳐 실질적으로 일정한 비율로 환자 피부 내로 액체 제제를 투약할 수 있고, 환자의 피부 내로의 액체 제제의 투약은 비교적 낮은 압력에서, 예를 들어 모세관 작용에 의해서 발생될 수 있다.
예를 들어, 미세바늘 어레이 조립체는 미세바늘 어레이의 상류 측에 대해서 확실하게 결합된 적어도 하나의 균일성 제어 막을 포함할 수 있고, 그리고 선택적으로 부가적인 막이 미세바늘 어레이의 하류 측 위에 덮일 수 있다. 균일성 제어 막은 트랙 에칭된 막(track etched membrane) 또는 기타일 수 있고, 균일성 제어 막을 통한 유동에 대한 저항이 미세바늘 어레이를 통한 유동에 대한 저항보다 실질적으로 크도록, 균일성 제어 막 및 미세바늘 어레이가 협력적으로 구성된다. 이러한 유동 저항의 차이는, 예를 들어, 넓은 지역에 걸쳐 그리고 낮은 압력으로, 예를 들어 모세관 작용에 의해서 환자의 피부 내로 액체 제제를 균일하게 투약하는 것을 촉진하기 위한 것이다. 넓은 지역에 걸쳐 환자의 피부 내로 액체 제제를 투약하는 것이, 미세바늘 어레이의 미세바늘의 적어도 대부분을 통해서 액체 제제가 투약되는 것을 포함할 수 있다. 즉, 저압에서 액체 제제가 투약되는 넓은 지역을 제공하기 위해서, 참여하는 미세바늘의 수가 증가될 수 있다.
전술한 내용은, 기본적인 이해를 제공하기 위해서 본 개시 내용의 일부 양태의 단순화된 요지를 제시한다. 전술한 요지는 포괄적인 것이 아니고 본 발명의 주요 또는 핵심 요소를 식별하기 위한 것이 아니며 또는 본 발명의 범위의 윤곽을 결정하기 위한 것도 아니다. 전술한 요지의 목적은, 본 개시 내용의 일부 개념을, 추후에 제시되는 보다 구체적인 설명에 대한 전조로서, 단순화된 형태로 제시하는 것이다. 예를 들어, 다른 양태가 이하로부터 명확해질 것이다.
이하에서, 반드시 실축척으로 도시되지 않은 그리고 개략적일 수 있는 첨부 도면을 참조한다. 도면이 단지 예시적인 것이고 본 발명을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
도 1은 본 개시 내용의 제1 실시예에 따른 약물 전달 장치의 절취도이다.
도 2는 도 1에 도시된 장치의 일부의 상세도이다.
도 3은 도 2에 도시된 미세바늘 어레이 조립체의 일부의 보다 상세한, 개략적 횡단면도이다.
도 4는, 비교예로서, 균일성 제어 막이 없는 미세바늘 어레이의 방출 패턴을 도시한다.
도 5는 본 개시 내용의 제2 실시예에 따른 미세바늘 어레이 조립체의 일부의 선도이다.
도 6은, 제2 실시예에 따라, 적절히 구성된 균일성 제어 막이 미세바늘 어레이의 미세바늘과 연관된 기포 압력 변동의 영향을 어떻게 유리하게 제거하고자 할 수 있는지를 개략적으로 보여주는 그래프이다.
예시적인 실시예가 이하에서 설명되어 있고, 몇몇 도면 전반을 통해서 유사한 숫자가 유사한 부분을 나타내는 첨부 도면에서 도시되어 있다. 설명된 실시예는 예를 제공하고 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 설명된 실시예의 다른 실시예, 및 수정예 및 개선예가 당업자에 의해서 이루어질 수 있을 것이고, 그러한 모든 다른 실시예, 수정예, 및 개선예가 본 발명의 범위 내에 포함된다.
이하에서, 제1 실시예의 약물 전달 장치(10)에 관한 매우 간단하고 일반적인 초기 설명에 이어서 보다 구체적인 설명, 예를 들어 장치(10)의 분리된 하위조립체(subassembly)의 일부에 관한 보다 구체적인 설명이 이루어진다. 주로 장치(10)의 구조적 특징에 관한 설명 이후에 보다 특히 이러한 개시 내용의 방법에 관한 설명이 이어진다.
도 1을 참조하면, 장치(10)가 부분적으로 활성화된 구성으로 도시되어 있다. 장치(10)는 각각이 독립적일 수 있는 다수의 주 하위조립체를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 주 하위조립체가 수용부(13), 수용부(13) 내에 이동 가능하게 장착되기 위한 카트릿지(16) 또는 다른 적합한 용기 또는 저장부, 그리고 카트릿지(16)에 장착된 기계적 제어부(19)를 포함할 수 있다.
제어부(19)는 내측부 힘 제공부(25)를 가지는, 또는 대안적으로 가지지 않는, 플런저(22)를 포함할 수 있다. 제어부(19)는 압력을 저장부 또는 카트릿지(16)에 인가하고, 그에 의해서, 액체 약물 제제 또는 임의의 다른 적합한 액체 제제를 카트릿지(16)로부터 미세바늘 어레이(28)로 방출하는 것을 보조한다.
제1 실시예의 수용부(13)는 미세바늘 어레이(28)를 포함한다. 미세바늘 어레이(28)는 예를 들어 액체 약물 제제 형태일 수 있는 유체를 사용자의 피부 내로 제공하기 위해서, 사용자의 피부에 침투하기 위한 많은 수의 미세바늘(31)(도 2)을 포함한다. 미세바늘 어레이(28)는 환자 또는 다른 사용자의 피부와 결합하기 위한, 그리고 예를 들어 액체 제제를 사용자의 피부의 표피 부분 내로 분배하는 것에 의해서, 액체 제제를 사용자의 피부로 분배하기 위한 장치로서 보다 일반적으로 지칭될 수 있다. 장치(10)가 도 1에 도시된 도시된 방식과 대조적으로, 미세바늘 어레이(28)의 미세바늘(31)의 적어도 일부가 수용부(13)의 하부 개구부를 통해서 외향 돌출되는 것이 전형적이다. 장치(10)의 예가, 전체가 본원에서 참조로 각각 포함되는, 미국 가특허출원 제61/996,149호, 제61/996,156호, 제61/996,157호, 및 제61/996,158호에서 더 설명되어 있다.
예로서, 미세바늘 어레이(28)가 Ross의 WO 2012/020332, Ross의 WO　2011/070457, Ross의 WO　2011/135532, Ross의 US　2011/0270221, 및 Ross의 US　 2013/0165861 그리고 미국 가특허 출원 번호 제61/996,148호 중 하나 이상에서 개시된 바와 같이 구성될 수 있고, 이러한 문헌의 각각의 전체 내용이 본원에서 참조로 포함된다. 일반적으로, 장치(10)의 미세바늘 어레이(28)가, 예를 들어 적합한 기재 또는 지지부로부터 외향으로 연장되는 복수의 미세바늘(31)을 포함하도록 구성되는 것에 의해서, 액체 제제를 사용자의 피부 상으로, 내로 및/또는 통해서 전달하기 위한 당업계에 공지된 임의의 적합한 구성을 가질 수 있을 것이며, 이러한 기재 또는 지지부가 기부 또는 기부 판(34)으로서 지칭될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 기부 판(34)이 상단 표면(37)(예를 들어, 상류 측) 및 하단 표면(40)(예를 들어, 하류 측)을 가지고, 복수의 미세바늘(31)은 하단 표면으로부터 외향으로 연장된다. 기부 판(34) 및 미세바늘(31)은 일반적으로 재료의, 예를 들어 금속 재료, 세라믹 재료, 중합체(예를 들어, 플라스틱) 재료 및/또는 임의의 다른 적합한 재료의 강성, 반-강성(semi-rigid), 또는 가요성 시트로 구성될 수 있다. 예를 들어, 기부 판(34) 및 미세바늘(31)이 반응성-이온 에칭을 통해서, 또는 임의의 다른 적합한 방식으로 실리콘으로부터 형성될 수 있을 것이다.
기부 판(34)은 액체 제제가 사이에서 유동할 수 있게 허용하기 위해서 상단 및 하단 표면(37, 40) 사이에서 연장되는, 홀 또는 개구(43)로서 지칭될 수 있는, 복수의 통로를 전형적으로 형성한다. 예를 들어, 하나의 개구(43)가 각각의 미세바늘(31)에 근접하여 기부 판(34) 내에 형성될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 기부 판(34)은 각각의 미세바늘(31)의 위치에 및/또는 그로부터 이격되어 배치된 임의의 다른 적합한 수의 개구(43)를 형성할 수 있다. 제1 실시예에서, 각각의 개구(43)는 미세바늘(31)의 각각의 내부에 형성되고 그리고 그 각각을 따라서 연장되는 외측부 채널(49)에 개방된 하류 개구부 또는 출구 개구부(46)의 쌍에 이어지거나 그러한 쌍을 포함한다. 대안적으로, 각각의 개구(43)는 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 기부 판(34)를 통해서 그리고 미세바늘(31)을 통해서 연장될 수 있다.
미세바늘 어레이(28)의 각각의 미세바늘(31)이 기부를 포함할 수 있고, 그러한 기부는 하단 표면(40)으로부터 하향 연장되고, 하단 표면(40)으로부터 거리를 둔 선단부(52)를 가지는 천공 또는 바늘-유사 형상(예를 들어, 원뿔형 또는 피라미드형 형상 또는 원뿔형 또는 피라미드 형상으로 전이되는 원통형 형상)으로 전이된다. 각각의 미세바늘(31)의 선단부(52)가 기부 판(34)으로부터 가장 멀리 배치되고, 각각의 미세바늘(31)의 가장 작은 치수(예를 들어, 직경 또는 횡단면 폭)를 형성할 수 있다. 또한, 각각의 미세바늘(31)이 일반적으로 그 기부와 그 선단부 사이에서 임의의 적합한 길이(L)를 형성할 수 있고, 그러한 길이는 미세바늘(31)이 각질층을 침투하고 사용자의 표피 내로 통과할 수 있게 하기에 충분하다. 액체 제제를 수용하는 환자의 통증을 최소화하는데 유리하게 도움이 될 수 있는 것으로서, 미세바늘이 표피의 내부 표면을 통해서 그리고 진피 내로 침투하지 않도록, 미세바늘(31)의 길이를 제한하는 것이 바람직할 수 있다.
각각의 미세바늘(31)이 약 1000 마이크로미터(um) 미만, 예를 들어 약 800 um 미만, 또는 약 750 um 미만, 또는 약 500 um 미만의 길이(L)(예를 들어, 약 200 um 내지 약 400 um의 범위의 길이), 또는 그 사이의 임의의 다른 하위-범위를 가질 수 있다. 하나의 구체적인 예에서, 미세바늘(31)이 약 290 um의 길이(L)를 가질 수 있다. 미세바늘(31)의 길이는, 장치(10)가 사용자 상에서 사용되는 위치에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 사용자의 다리에서 사용되는 장치(10)를 위한 미세바늘(31)의 길이는 사용자의 팔에서 사용되는 장치(10)를 위한 미세바늘의 길이와 상당히 다를 수 있다. 각각의 미세바늘(31)은 일반적으로 임의의 적합한 종횡비(즉, 각각의 미세바늘(31)의 길이(L) 대 횡단면 폭 치수(W))를 형성할 수 있다. 종횡비가 2 초과, 예를 들어 3 초과 또는 4 초과일 수 있다. 횡단면적 폭 치수(예를 들어, 직경)이 각각의 미세바늘(31)의 길이에 걸쳐서 변화되는 경우에, 종횡비가 평균 횡단면 폭 치수를 기초로 결정될 수 있다.
각각의 미세바늘(31)은 기부 판(34) 내에 형성된 개구(43)와 유체 연통되는 하나 이상의 외측부 채널(49)을 형성할 수 있다. 일반적으로, 외측부 채널(49)은 각각의 미세바늘(31) 상의 임의의 적합한 위치에 형성될 수 있다. 예를 들어, 외측부 채널(49)은 도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 미세바늘(31)의 외측부 표면을 따라 형성될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 각각의 외측부 채널(49)은 미세바늘(31)의 외측부 표면에 의해서 형성되고 그 길이를 따라 연장되는 외향 개방 세로 홈(flute)일 수 있다. 대안적으로 및/또는 부가적으로, 각각의 미세바늘이 중공형 샤프트를 형성하도록, 채널(49)이 미세바늘(31)의 내측부를 통해서 형성될 수 있고, 이러한 경우에, 이하에서 더 구체적으로 전반적으로 설명되는 바와 같이, 개구(43) 및 내측부 채널이 동일한 직경을 가질 수 있고 동축적일 수 있다. 그와 관계없이, 개구(43)와 조합된 외측부 채널(49)은 액체 제제가 기부 판(34)의 상단 표면(37)으로부터, 개구(43)를 통해서 그리고 채널(49) 내로 유동할 수 있게 하는 하류 경로를 형성하도록, 일반적으로 구성될 수 있고, 그러한 채널의 지점에서, 액체 제제가 사용자의 피부 상으로, 내로, 및/또는 통해서 전달될 수 있다. 외측부 채널(49)은 임의의 적합한 횡단면 형상을 형성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 각각의 외측부 채널(49)이 반-원형 또는 원형 형상을 형성할 수 있다. 대안적으로, 각각의 외측부 채널(49)이, "v" 형상과 같은 비-원형 형상 또는 임의의 다른 적합한 횡단면 형상을 형성할 수 있다.
액체 제제의 모세관 유동을 유도하도록, 미세바늘(31)에 의해서 형성된 외측부 채널(49)의 치수가 특별히 선택될 수 있다. 외측부 채널(49) 내의 모세관 압력은 외측부 채널의 횡단면 치수에 반비례하고, 대상 액체의 표면에너지에 액체와 외측부 채널 사이에 형성된 계면에서의 액체의 접촉각의 코사인을 곱한 것에 직접 비례한다. 그에 따라, 미세바늘 어레이(28)를 통한 액체 제제의 모세관 유동을 돕기 위해서, 채널(들)(49)의 횡단면 폭 치수(예를 들어, 외측부 채널의 직경)가 선택적으로 제어될 수 있을 것이고, 일반적으로 치수가 작을수록 더 높은 모세관 압력을 초래한다. 예를 들어, 각각의 외측부 채널(49)의 폭과 관련하여, 각각의 외측부 채널의 횡단면적의 범위가 약 1,000 평방 미크론(um2) 내지 약 125,000 um2, 예를 들어 약 1,250 um2 내지 약 60,000 um2, 또는 약 6,000 um2 내지 약 20,000 um2, 또는 그 사이의 임의의 다른 하위-범위가 되도록, 외측부 채널(49)의 횡단면 폭 치수가 선택될 수 있다.
미세바늘 어레이(28)가 그 기부 판(34)으로부터 연장되는 임의의 적합한 수의 미세바늘(31)을 일반적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 미세바늘 어레이(28) 내에 포함되는 미세바늘(31)의 실제 수가 평방 센티미터(cm2)당 약 10개의 미세바늘 내지 cm2당 약 1,500개의 미세바늘, 예를 들어 cm2당 약 50개의 미세바늘 내지 cm2당 약 1250개의 미세바늘, 또는 cm2당 약 100개의 미세바늘 내지 cm2당 약 500개의 미세바늘의 범위, 또는 그 사이의 임의의 다른 하위-범위일 수 있다. 미세바늘(31)은 일반적으로 매우 다양한 패턴으로 기부 판(34) 상에 배열될 수 있고, 그러한 패턴은 임의의 특별한 용도를 위해서 설계될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 미세바늘(31)이 균일한 방식으로, 예를 들어 직사각형 또는 정사각형 격자로 또는 동심적 원들로 이격될 수 있다. 그러한 실시예에서, 미세바늘(31)의 간격은 일반적으로, 비제한적으로, 미세바늘(31)의 길이 및 폭, 그리고 미세바늘(31)을 통해서 또는 따라서 전달하고자 하는 액체 제제의 양 및 유형을 포함하는, 많은 수의 인자에 따라 달라질 수 있다.
도 2을 참조할 때 가장 잘 이해될 수 있는 바와 같이, 미세바늘 어레이의 기부 판(34)의 적어도 일부가, (격리된 기부 판을 고려할 때) 하향 개방되고 전체적으로 실질적으로 직사각형인 형상 또는 임의의 다른 적합한 형상을 가질 수 있는 둘레의 외측부 채널(55)의 형태이거나 그러한 둘레의 외측부 채널을 포함하는 실질적으로 직사각형인 둘레를 가질 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, 미세바늘 어레이(28)는 (격리된 후방 구조물을 고려할 때) 하향 개방되고 전체적으로 직사각형 형상, 또는 임의의 다른 적합한 형상을 가질 수 있는 내부 및 외부 외측부 채널(61, 64)을 가지는 후방 구조물(58)에 장착된다.
실질적으로 직사각형인 가스켓(67)이 후방 구조물의 내부 외측부 채널(61) 내에 확실하게 결합될 수 있고 그리고 미세바늘 어레이(28)의 상단 표면(37)에 대해서 결합되고 덮는 적어도 하나의 균일성 제어 막(70)의 가장자리에 대해서 확실하게 결합될 수 있다. 가스켓(67)과 연관된 이러한 확실한 결합은, 미세바늘 어레이(28)의 둘레 외측부 채널(55)과 후방 구조물(58)의 외부 외측부 채널(64) 사이에 고정 장착되는 프레임(73)으로부터 적어도 부분적으로 초래될 수 있다. 억지 끼워맞춤 및/또는 임의의 다른 적합한 체결 기술과 같은 하나 이상의 기계적 연결부를 통해서, 프레임(73)이 둘레 외측부 채널과 외부 외측부 채널 사이에 장착될 수 있다. 제1 실시예에서, 미세바늘 어레이(28)는 대상 연결부를 통해서 수용부(14)의 지지 조립체의 후방 구조물(58)에 실질적으로 고정적으로 연결된다.
프레임(73)은 실질적으로 S-형상의 횡단면을 가지는 실질적으로 직사각형인 베젤을 가지는 것을 특징으로 할 수 있을 것이다. 프레임(73)의 외부 둘레 연부가 외부 외측부 채널(64) 내로 압입될 수 있고, 그에 따라 프레임(73)의 외부 둘레 연부가, 압축 중에, 외부 외측부 채널(64)의 일부인 또는 그와 달리 연관되는(예를 들어, 부분적으로 형성하는) 플랜지(76)와 대향-면-대-면 접촉하고, 프레임(73)의 내부 둘레 가장자리가, 압축 중에, 기부 판(34)의 하단 표면(40)과 대향-면-대-면 접촉한다. 보다 구체적으로, 프레임(73)은 기부 판(34)의 둘레 외측부 채널(55)의 표면에 대해서 결합된다.
다시 도 1를 참조하면, 수용부(13)는 함께 이동되도록 후방 구조물(58)에 고정적으로 장착된 적어도 하나의 캐뉼라(79)를 더 포함한다. 예를 들어, 캐뉼라(79)의 하부 부분이, 억지 끼워맞춤, 접착 재료 및/또는 임의의 다른 적합한 체결 기술과 같은 하나 이상의 기계적 연결부를 통해서, 후방 구조물(58)을 통해서 연장되는 지지 포트 내에 고정적으로 장착될 수 있다. 캐뉼라(79)의 하부 개방 단부가 균일성 제어 막(70)(도 2)의 상류 측과 유체 연통되고, 전형적으로 날카롭게 뾰족해지는 캐뉼라(79)의 상부 개방 단부는 내부의 저장부(80)에 접근하기 위해서 카트릿지(16)의 미리 결정된 부분을 천공하기 위해 후방 구조물(58)로부터 축방향 상향 연장된다.
적어도 미세바늘 어레이(28) 및 균일성 제어 막(70)의 조합이 본원에서 미세바늘 어레이 조립체(71)로서 지칭될 수 있다. 둘레가 폐쇄된 플리넘 챔버(82)(도 3)가 사이에 형성되도록, 적어도 후방 구조물(58) 및 미세바늘 어레이 조립체(71)가 협력적으로 구성된다. 플리넘 챔버(82)는 바람직하게, 예를 들어 후방 구조물(58)을 통해서 연장되는 캐뉼라(79)에 의해서 제공되는 지지 포트로 개방되는 것 그리고 균일성 제어 막(70)의 세공(85)(도 3)에 개방되는 것을 제외하고, 밀폐식으로 밀봉 또는 폐쇄된다.
장치가 실질적으로 도 1에 도시된 바와 같이 구성된 후에 장치(10)가 동작되는 동안, 플런저(22)는 압력을 카트릿지(16)에 인가하고, 액체 제제는 캐뉼라(79)를 통해서 플리넘 챔버(82) 내로 유동된다. 액체 제제는 균일성 제어 막(70)의 세공(85)을 통해서 유동함으로써 플리넘 챔버(82)를 빠져 나가고, 이어서 액체 제제는 기부 판(34) 내의 개구(43)를 통해서 미세바늘(31)과 연관된 외측부 채널(49)로 그리고 사용자의 피부 내로 유동한다.
전술한 내용을 반복하면 그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 미세바늘 어레이(28)의 기부 판(34)의 상단 표면(37)이 하나 이상의 균일성 제어 막(70)으로 덮여 미세바늘 어레이 조립체(71)를 적어도 부분적으로 형성한다. 균일성 제어 막(70)은 액체 제제가 통과하여 유동될 때 압력 강하를 유발하도록 구성된 투과성, 반-투과성 또는 미세-다공성 재료로 제조될 수 있다. 하나의 예에서, 미리 결정된 약물 제제의 미리 결정된 유량에서, 균일성 제어 막(70)에 걸친 적절한 압력 강하가 0.25kPa 내지 50kPa, 10kPa 내지 10kPa, 2.0 내지 5.0kPa, 약 0.25kPa 내지 약 50kPa, 약 10kPa 내지 약 10kPa, 약 2.0 내지 약 5.0kPa, 또는 그 사이의 임의의 다른 하위범위일 수 있다.
균일성 제어 막(70)은 (균일성 제어 막의 상류 측의) 플리넘(82)으로부터 (균일성 제어 막의 하류 측의) 개구(43)까지의 액체 제제의 통과를 허용하기 위한 몇 개의 구분된 세공(85)을 갖는 것으로 개략적으로 모델링될 수 있다. 제1 실시예에서, 세공(85)의 전체 면적은 개구(43)의 전체 면적보다 작다.
균일성 제어 막(70)은 트랙 에칭된 막일 수 있다. 트랙 에칭된 막은 장점을 제공하는데, 이는, 액체 제제의 통과가 일 측으로부터 타 측까지 균일성 제어 막(70)의 두께를 통한 방향으로 일반적으로 제한되어, 균일성 제어 막 내에서 액체 제제가 균일성 제어 막의 두께에 수직인 측방향으로 확산되는 것을 실질적으로 방지하기 때문이다. 적합한 트랙 에칭된 막이 미국 켄트 워싱턴에 소재하는 Sterlitech Corporation으로부터 입수될 수 있고, 0.05 미크론 친수성 폴리카보네이트 트랙 에칭 막, 또는 기타의 형태일 수 있다.
제1 실시예에서, 균일성 제어 막(70)은 균일성 제어 막(70)과 기부 판(34) 사이의 액체 제제의 측방향 이동을 제한하거나 방지하면서, 후방 구조물(34)의 상단 표면(37)과 연관된다. 다시 말해서, (예를 들어, 근접한) 하나의 개구(43)와 연관된 액체 제제가 상단 표면(37) 위에서 인접 개구(43) 내로 이동하는 것이 일반적으로 방지된다. 균일성 제어 막(70)이 트랙 에칭된 막일 때, 이는 매끄러운 측 및 거친 측을 가질 수 있다. 일반적으로, 액체 제제의 바람직하지 못한 측방향 유동을 방지하기 위해서 상단 표면(37)에 대해서 매끄러운 측을 가지는 것이 바람직하다.
균일성 제어 막(70)은 균일성 제어 막(70)의 둘레 주위의 프레임(73) 및 가스켓(67)에 의해서 인가된 누름력에 의해서 기부 판(34)의 상단 표면(37)에 대해서 밀접하게 유지될 수 있다. 장치(10)의 동작 중에, 플리넘 챔버(82) 내의 약물 제제의 액체 압력은, 균일성 제어 막(70)의 중앙 지역을 상단 표면(37)에 대해서 유지할 수 있을 정도로 충분할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 장치(10)의 동작 중에, 액체 제제가 플런저(22) 및 제어부(19)의 내측부 힘 제공부(25)에 의해서 카트릿지(16)의 외부로 강제되어, 액체 제제가 플리넘 챔버(82)(도 3)를 실질적으로 균일하게 충진하게 할 수 있고 그리고 균일성 제어 막(70)이 실질적으로 균일하게 습윤되게 할 수 있다. 다시 말해서 그리고 도 3을 참조하면, 액체 제제는 전형적으로 기부 판(34)의 상단 표면(37)에서 각각의 개구(43)에 의해서 이용될 수 있다. 도 1을 참조하면, 내측부 힘 제공부(25)(예를 들어, 적어도 하나의 스프링)은 플런저(22)와 함께, 액체 제제를 카트릿지(16)로부터 캐뉼라(79)를 통해서 그리고 플리넘 챔버(82) 내로 실질적으로 완전히 비우는 기능을 한다. 플런저(22) 및 내측부 힘 제공부는 1.1 N 내지 1.3 N, 약 1.1 N 내지 약 1.3 N, 2 N 내지 2.2 N, 약 2 N 내지 약 2.2 N, 2.4 N 내지 2.6 N, 약 2.4 N 내지 약 2.6 N, 2.7 N 내지 2.9 N, 약 2.7 N 내지 약 2.9 N의 범위 또는 그 사이의 임의의 다른 하위-범위의 힘을 제공할 수 있다. 도 1에 도시된 장치(10)는 단지 예로서 제공된 것이다. 즉, 미세바늘 어레이 조립체(71)가 임의의 다른 적합한 장치와 함께 이용되거나 그러한 다른 장치 내로 달리 통합될 수 있다. 예를 들어, 플런저(22), 힘 제공부(25) 및/또는 제어부(19)가, 액체 제제를 플리넘 챔버(82) 내로 강제하기 위한 다른 적합한 특징부, 또는 기타로 대체될 수 있다.
액체 제제가 균일성 제어 막을 통과하는 것으로부터 초래되는 압력 강하가, 플런저(22) 및 내측부 힘 제공부(25)에 의해서 액체 제제에 부여된 압력 에너지의 실질적으로 전부를 소모하도록, 균일성 제어 막(70)이 선택될 수 있다. 예를 들어, 플런저(22) 및 내측부 힘 제공부(25)에 의해서 제공된 압력 증가가, 균일성 제어 막(70)에 의해서 제공되는 압력 감소의 절대 값과 대략적으로 동일한 절대 값을 가질 수 있다. 제1 실시예의 동작 방법에 따라, 균일성 제어 막(70) 바로 하류에서 유지되는 압력은, 미세바늘(31)의 외측부 채널(49) 내에서 액체 제제의 모세관 유동이 존재하도록 하는 방식으로 액체 제제가 채널(49)에 도달하게 하거나 도달할 수 있게 하기에만 충분할 수 있다.
잠재적으로 바람직한 모세관 유동을 생성하기 위해서, 몇 가지 변수가 함께 고려되어야 한다. 예를 들어, 플런저(22)에 의해서 인가되는 힘이 클수록, 캐뉼라(79)를 통한 압력이 커지고 플리넘(82) 내의 액체 제제의 압력이 커진다. 목표 유량을 유지하기 위해서, 균일성 제어 막(70)은 플리넘(82) 내의 증가된 압력을 보상하기 위해서, 증가된 압력을 강하시킬 수 있어야 한다. 결과적으로, 균일성 제어 막(70)은 전형적으로, 플리넘 압력 그리고 플런저(22) 및 힘 제공부(25)를 포함하는 하위 시스템(존재하는 경우)과 관련하여 선택되는 유동에 대한 저항을 갖는다.
또한 제1 실시예의 미세바늘 어레이 조립체(71)와 관련하여 그리고 도 3을 참조하여 가장 잘 이해되는 바와 같이, 미세바늘 어레이 조립체는, 미세바늘 어레이 조립체를 통해서 연장되는 수 많은 화합물 유동 경로를 가지며, 각각의 화합물 유동 경로는 상류 유동 경로 및 적어도 하나의 하류 유동 경로를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 미세바늘 어레이 조립체(71)를 통해서 연장되는 각각의 화합물 유동 경로에서, 상류 유동 경로가 균일성 제어 막(70)의 하나 이상의 각각의 세공(85)으로 구성될 수 있고, 그에 따라 상류 유동 경로의 각각이 숫자 85로 표시될 수 있다. 미세바늘 어레이 조립체(71)를 통해서 연장되는 각각의 화합물 유동 경로에서, 적어도 하나의 하류 유동 경로가 각각의 개구(43) 및 각각의 하나 이상의 출구 또는 하류 개구부(46)를 포함하거나, 본질적으로 그러한 것으로 이루어지거나, 구성될 수 있고, 그에 따라 하류 유동 경로의 각각이 간결함을 위해서 숫자 43, 46, 또는 단순히 숫자 43으로 표시될 수 있다. 적어도 이론적으로, 제1 실시예의 화합물 유동 경로의 각각 또는 거의 대부분에서, 일반적으로 전술된 바와 같이, 측방향 우회 유동을 방지하기 위해서, 상류 유동 경로(85)의 하류 단부가 각각의 하류 유동 경로(43)의 상류 단부와 직접 연통된다.
제1 비교예로서, 도 4는 미세바늘 어레이(28)의 하류 측을 도시하고, 여기에서 균일성 제어 막(70)은 미세바늘 어레이의 상류 측과 연관되지 않고, 미세바늘 어레이의 하류 측은 비교적 낮은 압력으로, 예를 들어 모세관 작용에 의해서, 약 200㎕/시간의 비율로 물을 방출한다. 제1 비교예에 대해서 도 4에 도시된 바와 같이, 물이 미세바늘 어레이(28)의 전체 상류 측에 균일하게 인가되지만, 물은 구분된 위치들 중 적은 수의 위치들에서만 미세바늘 어레이를 통해서 유동되었고, 그에 따라 미세바늘 어레이의 면적의 대부분은 그 하류 측에서 건조하게 유지된다. 즉, 도 4는 하류 유동 경로(43)의 비교적 작은 백분율의 외부로 물이 빠져 나오고, 그에 따라 참여하는 유동 경로(43)의 수가 비교적 적다는 것을 보여준다. 이는, 제1 비교예에서, 미세바늘 어레이(28)를 통한 방출 균일성이 상당히 부족하다는 것 그리고 미세바늘 어레이의 넓은 인가 장소(site)의 효율이 크게 감소된다는 것을 제시한다.
제조 기술은, 전형적으로, 정확하게 동일한 직경 또는 횡단면적을 갖는 하류 유동 경로(43)의 하류 개구부를 형성할 수 있는 능력에 한계가 있으며, 이는 일부 상황에서 방출 균일성의 실질적인 부족, 예를 들어 도 4에 도시된 방출 균일성의 부족을 초래할 수 있다. 더 구체적으로 제조 기술이 정확하게 동일한 직경 또는 횡단면적을 갖는 하류 유동 경로(43)의 하류 개구부를 형성할 수 있는 능력에 한계가 있다는 사실과 관련하여, 비교적 큰 하류 유동 경로(43)로부터 빠져 나오는 액체 제제의 기포가 큰 기포 반경을 가질 것이고, 그에 따라, 비교적 작은 하류 유동 경로(43)로부터 빠져 나오는 액체 제제의 기포와 비교하여, 작은 정도의 표면 장력을 가질 것이다. 큰 기포에 더 많은 액체 제제를 부가하는데 필요한 에너지는, 작은 하류 유동 경로(43)로부터 밀려 나오는 작은 기포에 액체 제제를 부가하는데 필요한 에너지보다 작다. 도 4와 관련하여 전술한 제1 비교예에서, 큰 기포는 약간 더 크게 성장할 것이고, 그러한 기포 내의 압력은 더 감소된다. 결과적으로, 비록 작은 하류 유동 경로가 액체 제제를 완전히 포함하고 있더라도, 액체 제제는, 작은 하류 유동 경로를 통해서는 유동되지 않고, 큰 하류 유동 경로(43) 중 하나 또는 몇 개를 통해서 유동될 것이다.
제1 실시예에 따라(예를 들어, 도 4의 비교예와 대조적으로), 균일성 제어 막(70)은 미세바늘 어레이(28)를 통한 방출 균일성을 높이기 위한 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 적어도 균일성 제어 막(70) 및 미세바늘 어레이(28)는, 액체 제제가 비교적 넓은 지역에 걸쳐 그리고 비교적 낮은 압력으로, 예를 들어 모세관 작용에 의해서 실질적으로 균일하게 투약될 수 있게 하는 방식으로 협력적으로 구성되고, 넓은 지역에 걸쳐 실질적으로 균일하게 투약되는 액체 제제는, 참여하는 하류 유동 경로의 수가 비교적 많도록, 비교적 큰 백분율의 하류 유동 경로(43)를 통해서 지속적으로 유동되고 빠져 나오는 액체 제제를 포함한다. 즉, 균일성 제어 막(70)은 실질적으로 유사한 목표 유량 및 비교적 낮은 투약 압력을 유지하면서 참여하는 하류 유동 경로(43)의 수를 증가시킴으로써, 제1 비교예에 비해서 개선된 미세바늘 어레이(28)의 유효 면적의 효율을 제공하도록 구성될 수 있다.
각각의 참여하는 하류 유동 경로(43)에서, 액체 제제는 지속적으로 유동 경로를 통해서 유동되고 그 외부로 빠져 나올 수 있다. 즉, 미세바늘 어레이(28)를 통한 참여하는 하류 유동 경로(43)는 액체 제제가 통과하여 유동되고 그로부터 빠져 나오는 하류 유동 경로이다. 참여하는 하류 유동 경로(43)의 수를 증가시키는 것은, 미리 결정된 목표 유량 및 압력을 위해서 액체 제제가 빠져 나와 유동하는 하류 유동 경로의 백분율의 증가를 의미한다. 참여하는 하류 유동 경로(43)의 수를 증가시킴으로써, 액체 제제의 투약이 미세바늘 어레이(28)의 지역에 걸쳐 더 균일해지는 것으로 간주될 수 있다. 약물에 대한 신체의 응답이 면적에 의존하기 때문에, 미세바늘 어레이(28)로부터의 방출의 균일성을 증가시키는 것이 신체에 대한 약물 제제의 효과를 개선할 수 있다.
본원에서 설명된 바와 같이 균일성 제어 막(70)을 이용하는 것은, 미리 결정된 목표 유량 및 압력에서 미세바늘 어레이(28)의 참여하는 하류 유동 경로(43)의 수에 대한 예상치 못한 그리고 중요한 개선을 제공한다. 이와 관련하여, 균일성 제어 막(70)은 미세바늘 어레이(28)를 통한 유동에 대한 저항보다, 적어도 약 30배 더 큰, 적어도 약 40배 더 큰, 적어도 약 50배 더 큰, 적어도 약 30배 내지 약 100배 더 큰, 적어도 약 40배 내지 약 100배 더 큰, 또는 적어도 약 50배 내지 약 100배 더 큰, 통과 유동에 대한 저항을 가질 수 있다. 종종 본 개시 내용의 제1 실시예, 제2 실시예, 제1 비교예 및 제2 비교예를 참조하여, 이러한 유동 및 연관된 유동 경로에 대한 저항이 이하에서 더 구체적으로 설명된다.
설명된 변경 및 당업자에게 자명할 변경을 제외하고, 본 개시 내용의 제2 실시예는 제1 실시예와 유사할 수 있다. 따라서, 적어도 전반적으로 제1 실시예의 특징부에 상응하는 제2 실시예의 특징부에 대한 참조 번호가 100 만큼 증가된다.
제2 실시예에 대해서 도 5에 선도로 도시된 바와 같이, 미세바늘 어레이(128)의 각각의 하류 유동 경로(143)가 대안적으로 또는 선택적으로 내측부 채널의 형태일 수 있고, 각각의 미세바늘이 중공형 샤프트를 형성하도록, 내측부 채널이 미세바늘(131)의 내측부를 통해서 연장된다. 즉, 제2 실시예의 각각의 하류 유동 경로(143)가 내측부 채널을 포함할 수 있고, 예를 들어, 제1 실시예의 외측부 채널(49)은 생략될 수 있다.
예로서, 미세바늘 어레이 조립체(171)가 사용 중일 때 그리고 액체 제제가 상류 유동 경로(185)를 통해서 유동하고 하류 유동 경로(143)의 상류 개구부에 도달할 때, 액체 제제는 하류 유동 경로(143)의 상류 개구부에 진입하려 할 것이다. 예를 들어, 액체 제제가 하류 유동 경로(143)와 함께 만드는 접촉각이 90도 미만일 때(예를 들어, 접착력이 응집력보다 강할 때), 하류 유동 경로(143)는 모세관 작용으로 인해서, 하류 유동 경로의 하류 개구부까지 충진될 것이다. 이러한 시점에, 각각의 하류 유동 경로(143)의 하류 개구부가, 액체 제제와 공기 사이에서 독립적인 경계를 가지는 것으로 일반화될 수 있다. 액체(예를 들어, 액체 약물 제제)와 가스(예를 들어, 공기) 사이의 경계가 표면 장력을 갖는다. 액체와 가스 사이의 그러한 경계가 변형될 때, 경계에 형성된 표면의 곡률 변화로 인해서, 표면 장력에 변화가 존재한다. 액체 제제가 하류 유동 경로(143)의 하류 개구부로부터 외측으로 밀려날 때, 액체 제제는 공기 내로 밀려나고, 하류 유동 경로의 각각의 하류 개구부를 빠져 나가는 액체 제제의 방울 또는 기포가 형성될 수 있다. 이러한 기포의 곡률은 처음에 작고, 액체 제제가 하류 유동 경로(143)를 통해서 유동됨에 따라 성장된다. 그러나, 앞서 언급한 바와 같이, 일부 상황에서, 예를 들어 하류 유동 경로(143)의 하류 개구부의 크기의 변동으로 인해서, 또는 하나 이상의 다른 이유로, 빠져 나가는 액체 제제의 기포 중 하나가 다른 기포보다 클 수 있다.
액체 제제의 유동 및 연관된 기포와 관련된 인자의 일부 양태가 도 5의 이론적 시스템 및 이하의 수학식 및 계산을 참조하여 이해될 수 있을 것이다. 이하의 수학식 및 계산을 위해서, 플리넘 챔버(182) 그리고 상류 및 하류 유동 경로(185, 143)가 유체로 만충되고, 하류 유동 경로의 하류 개구부에 유채/공기 계면이 위치된다. 제1 하류 유동 경로(143)를 통한 유동이 Q1이고, 제2 하류 유동 경로(143)를 통한 유동은 Q2이다. R1 은 상류 유동 경로(185)의 상류 개구부 바로 상류의 유동에 대한 임의 저항을 나타낸다. R2 및 R4 는 균일성 제어 막(170)을 통한 유동에 대한 저항, 또는 더 구체적으로 상류 유동 경로(185)를 통한 유동에 대한 저항이다. R3 은 제1 하류 유동 경로(143)를 통한 유동에 대한 저항이고, R5 는 제2 하류 유동 경로(143)를 통한 유동에 대한 저항이다. Pin은 공급원에서의 압력이다. P1 및 P4 각각은 상류 유동 경로(185)의 상류 개구부에서의 압력이다. P2 및 P5 각각은 하류 유동 경로(143)의 상류 개구부에서의 압력이다. P3 및 P6 각각은 하류 유동 경로(143)의 하류 개구부에서의 압력이다.
하류 유동 경로(143)의 하류 개구부에서의 각각의 압력 P3 및 P6 은 전형적으로 일정하지도 않고 0도 아니다. 더 구체적으로, 이러한 압력 P3 및 P6 은 각각 하류 유동 경로(143)의 하류 개구부를 빠져 나오는 유체의 형상에 따라 달라진다. 일 예에서, 하류 유동 경로(143)의 하류 개구부에서의 압력 P3 및 P6(예를 들어, 기포 압력)은 각각 약 1200 Pa일 수 있고, 이는 유체를 각각의 하류 유동 경로의 하류 개구부 외부로 그리고 공기 내로 밀어 내는데 필요한 압력을 나타낸다.
하류 유동 경로(143)의 하류 개구부에서의 각각의 압력 P3 및 P6 은, 이하에 표시된 바와 같이, 표면 장력, 유체 곡률 및 유체/가스 계면에 걸친 압력 강하를 관련시키는, 영-라플라스 방정식(Young-Laplace equation)에 의해서 계산될 수 있다:
Figure pat00001
전술한 영-라플라스 방정식에서, r1 및 r2 는 하류 유동 경로(143)의 하류 개구부를 빠져 나오는 액체 제제의 기포의 원칙적인 곡률 반경이다. 곡률 반경은, 유동되는 유체의 양에 따라 달라진다. 작은 부피에서, 곡률은 작고 압력은 높다. 유체가 유동됨에 따라, 반경이 증가되고 압력이 감소된다.
바로 전의 문장에서 언급된 감소된 압력은, 액체 제제를 비교적 낮은 압력에서 투약하고자 할 때 문제를 유발할 수 있다. 예를 들어, 제1 하류 유동 경로(143)의 하류 개구부가 제2 하류 유동 경로의 하류 개구부보다 약간 더 큰 경우에, 제1 하류 유동 경로의 하류 개구부에서의 기포 압력이 제2 하류 유동 경로의 하류 개구부에서의 기포 압력보다 약간 더 낮을 수 있고, 그에 따라 상류 액체 제제가 제1 하류 유동 경로 내로 우선적으로 유동할 수 있다. 결과적으로, 제1 하류 유동 경로(143)의 하류 개구부에서의 액체 제제의 큰 기포가 더 커질 수 있고, 제2 하류 유동 경로의 하류 개구부에서의 액체 제제의 작은 기포가 더 작아질 수 있고, 그리고 액체 제제는 제2 하류 유동 경로보다 제1 하류 유동 경로를 통해서 유동될 수 있다. 즉, 기포 압력의 차이는, 전술한 바와 같이, 미세바늘 어레이(128) 내의 유동의 낮은 균일성을 유발할 수 있다.
이러한 개시 내용의 일 양태에 따라, 균일성 제어 막(70, 170)은 미리 결정된 목표 유량 및 압력에서 참여하는 하류 유동 경로(43, 143)의 수를 최적화하기 위해서 기포 압력차의 영향을 감소시키고자 하는 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 균일성 제어 막(70, 170)은 하류 유동 경로(43, 143)의 상류 개구부에서의 압력이 인접한 하류 유동 경로를 통한 유동에 실질적으로 응답하여 강하되는 것을 방지하는 방식으로, 그에 따라 인접 하류 유동 경로를 통한 유동이 다른 하류 유동 경로를 통한 유동에 부정적인 영향을 미치지 않게 하는 방식으로, 유리하게 구성될 수 있다. 인접한 하류 유동 경로(43, 143)의 쌍 사이의 이러한 관계가 이하에서 설명되는 수학식을 참조하여 전반적으로 이해될 수 있을 것이다.
도 5의 이론적 시스템에서, 시스템 내로의 유동은, 이하의 수학식에 의해서 표시된 바와 같이, 제1 및 제2 하류 유동 경로(143)를 통한 유동의 합이다:
Figure pat00002
유동은 압력 강하에 비례하고 저항에 반비례한다. 따라서, 제1 하류 유동 경로(143)를 통한 유동은 이하의 수학식으로부터 결정될 수 있다:
Figure pat00003
유사하게, 제2 하류 유동 경로(43)를 통한 유동은 이하의 수학식으로부터 결정될 수 있다:
Figure pat00004
전술한 수학식으로부터, 압력 강하, 저항, 및 유동을 관련시키는 수학식의 세트가 얻어질 수 있고 풀이될 수 있다. 예를 들어, 이하의 표는 도 5를 기초로 하는 그러나 사실상 어떠한 균일성 제어도 포함하지 않는 제2 비교예와 관련된 값을 나타낸다.
Figure pat00005
제1 및 제2 실시예에 따라, 균일성 제어 막(70, 170)은 하나의 하류 유동 경로(43, 143)의 상류 개구부에서의 압력이 인접 하류 유동 경로를 통한 유동에 응답하여 실질적으로 변화되지 않게 하는 방식으로, 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 전술한 수학식의 세트로부터, P2 를 결정하기 위한 수학식이 유도될 수 있고, 이는 이하에 기재되어 있다:
Figure pat00006
P6 이 변화될 때 P2 가 어떻게 변화되는지를 결정하기 위해서, R1 이 0과 같은 것으로, R2 및 R4 가 서로 동일한 것으로, 그리고 R3 및 R5 가 서로 동일한 것으로, 그리고 P6 와 P3 사이의 차이가 β에 의해서 표시될 수 있는 것으로 가정함으로써 전술한 수학식을 단순화할 수 있고, 그에 따라 이하의 단순화된 수학식을 얻을 수 있다:
Figure pat00007
전술한 단순화된 수학식으로부터, P2 와 균일성 제어 막(170)의 저항(즉 R2) 사이의 관계 및 하류 유동 경로들(143)의 인접한 하류 개구부들 사이의 압력 편차(즉, β)를 계산하기 위해서, 수학식의 세트가 생성되고 풀이될 수 있다. 예를 들어, 수학식 6은 0.027 um3/s(즉, 100 ul/시간)의 Qin, 1200 Pa의 P3, 및 10,000 Pa s/um3의 R3을 이용하여 풀이될 수 있고, 계산된 관계가 도 6에 도시되어 있으며, 수직 축(즉, z-축)은 P2를 나타낸다.
도 6은, 적절하게 구성된 균일성 제어 막(70, 170)이, 하류 유동 경로(143)의 하류 개구부에서 기포 압력의 변동(예를 들어, β, 또는 보다 구체적으로 P3 와 P6 사이의 변동)의 영향을 어떻게 유리하게 제거하고자 하는지를 개략적으로 도시한다. 예를 들어 그리고 도 5의 시스템 및 수학식 6을 참조하면, 하류 유동 경로들(143)의 인접한 하류 개구부들에서의 기포 압력들 사이의 차이(예를 들어, β에 의해서 표시된, P3 와 P6 사이의 변동)의 함수로서의 P2의 변화율이 이하의 식에 의해서 표시될 수 있다:
Figure pat00008
전술한 수학식은, 적절하게 구성된 균일성 제어 막(70, 170)이, 하류 유동 경로(143)의 하류 개구부에서 기포 압력의 변동(예를 들어, β, 또는 보다 구체적으로 P3 와 P6 사이의 변동)의 영향을 어떻게 유리하게 제거하고자 하는지에 관한 이해를 제공한다. 예를 들어, 하류 유동 경로(143)의 하류 개구부에서의 기포 압력(예를 들어, β, 또는 보다 구체적으로 P3 와 P6 사이의 변동)이 1200 Pa까지 변경되고 압력 P2가 1% 미만만큼 벗어나는 것이 바람직한 경우에, 수학식 7이 이하와 같이 표시될 수 있다:
Figure pat00009
큰 R2가 R3에 비해서 얼마나 더 커야 하는지를 결정하기 위해서, 또는 보다 일반적으로 균일성 제어 막(70, 170)을 통한 유동에 대한 저항이 미세바늘 어레이(28, 128)를 통한 유동에 대한 저항에 비해서 얼마나 더 커야 하는지를 결정하기 위해서, 수학식 8이 이하와 같이 표시될 수 있다.
Figure pat00010
수학식 9의 풀이는 k가 49가 되는 것을 초래하고; 그에 따라 이러한 예에서, R2 는 R3 보다 적어도 약 50배 커야 하고, 또는 보다 일반적으로 균일성 제어 막(70, 170)을 통한 유동에 대한 저항이 미세바늘 어레이(28, 128) 각각을 통한 유동에 대한 저항보다 적어도 약 50배 커야 한다. 보다 일반적으로, 균일성 제어 막(70 및 170)은 미세바늘 어레이(28 및 128) 각각을 통한 유동에 대한 저항보다, 적어도 약 30배 더 큰, 적어도 약 40배 더 큰, 적어도 약 50배 더 큰, 적어도 약 30배 내지 약 100배 더 큰, 적어도 약 40배 내지 약 100배 더 큰, 또는 적어도 약 50배 내지 약 100배 더 큰, 통과 유동에 대한 저항을 가질 수 있다.
도 5를 참조하여 설명된 바와 같이 그리고 하나의 예에 따라, 하류 유동 경로(43, 143)의 각각의 하류 개구부에서의 압력 P3 및 P6(예를 들어, 유체 제제의 기포 압력)은 약 1200 Pa일 수 있고, 이는 유체 제제를 각각의 하류 유동 경로의 하류 개구부 외부로 그리고 공기 내로 밀어 내는데 필요한 압력을 나타낼 수 있다. 동작 방법의 예에서, 균일성 제어 막(70 및 170)에 걸친 압력 강하는, 유체 제제를 하류 유동 경로(43, 143)의 하류 개구부 외부로 그리고 공기 내로 밀어 내는데 필요한 압력보다, 적어도 약 30배 더 큰, 적어도 약 40배 더 큰, 적어도 약 50배 더 큰, 적어도 약 30배 내지 약 100배 더 큰, 적어도 약 40배 내지 약 100배 더 큰, 또는 적어도 약 50배 내지 약 100배 더 클 수 있다. 유체 제제를 하류 유동 경로(43, 143)의 하류 개구부 외부로 그리고 공기 내로 밀어 내는데 필요한 압력은 일반적으로 미세바늘 어레이(28 및 128)의 기포 압력으로서 지칭될 수 있다. 따라서, 균일성 제어 막(70 및 170)에 걸친 압력 강하는, 미세바늘 어레이(28 및 128)의 기포 압력보다, 각각, 적어도 약 30배 더 크고, 적어도 약 40배 더 크고, 적어도 약 50배 더 크고, 적어도 약 30배 내지 약 100배 더 크고, 적어도 약 40배 내지 약 100배 더 크고, 또는 적어도 약 50배 내지 약 100배 더 클 수 있다.
전술한 바와 같이, 미세바늘 어레이 조립체(71, 171)를 통해서 연장되는 각각의 화합물 유동 경로에서, 예를 들어 미세바늘 어레이(28, 128)의 상류 측에 대해서 확실하게 결합된 균일성 제어 막(70, 170)의 결과로서, 상류 유동 경로(85, 185)의 하류 개구부가 하류 유동 경로(43, 143)의 상류 개구부와 직접 연통될 수 있다. 이러한 개시 내용의 양태 그리고 적어도 부분적으로 전술한 내용의 반복에 따라, 상류 유동 경로(85, 185)를 통한 유동에 대한 저항은 하류 유동 경로(43, 143)를 통한 유동에 대한 저항보다 실질적으로 클 수 있고, 이러한 유동 저항의 차이는, 예를 들어, 넓은 지역에 걸친 그리고 비교적 낮은 압력의, 예를 들어 모세관 작용에 의한 환자의 피부 내로의 액체 제제의 균일한 투약을 돕기 위한 것이다. 넓은 지역에 걸쳐 환자의 피부 내로 액체 제제를 투약하는 것이, 액체 제제가 하류 유동 경로(43, 143)의 적어도 대부분을 통해서 투약되는 것을 포함하고, 그에 따라 액체 제제는 미세바늘 어레이(28, 128) 중의 미세 바늘의 적어도 대부분을 통해서 투약된다.
즉, 균일성 제어 막(70, 170)은, 수 많은 화합물 유동 경로들 사이의 전체적인 유동 저항의 차이를 최소화하는 방식으로, 각각의 화합물 유동 경로(예를 들어, 하류 유동 경로(43, 143)와 함께 상류 유동 경로(85, 185))를 통한 유동에 대한 전체적인 저항을 상당히 증가시키는 효과를 가질 수 있다. 결과적으로, 액체 제제가 낮은 압력에서, 예를 들어 액체 제제의 실질적인 부분이 모세관 작용에 의해서 투약될 수 있도록 충분히 낮은 압력에서 투약될 때, 액체 제제는 증가된 수의 화합물 유동 경로를 능동적으로 이용할 수 있다(즉, 통과하여 유동할 수 있다). 즉, 저압에서 액체 제제가 투약되는 넓은 지역을 제공하기 위해서, 참여하는 화합물 유동 경로 수가 증가될 수 있다. 하류 유동 경로(43, 143)의 적어도 대부분을 통해서 투약되는 액체 제제는, 액체 제제가 하류 유동 경로(43, 143)의 적어도 약 50%, 적어도 약 60%, 적어도 약 70%, 적어도 약 80% 또는 적어도 약 90%를 통해서 투약되는 것을 포함할 수 있다.
이러한 개시 내용의 일 양태에서, 액체 제제가 상류 유동 경로(85, 185)의 상류 개구부에 초기에 공급되고 화합물 유동 경로를 충진할 때, 액체 제제의 외향 돌출 기포가 하류 유동 경로(43, 143)의 하류 개구부에 형성될 수 있고, 이러한 기포는 하류 유동 경로(43, 143)를 통한 유동에 대한 저항에 기여한다. 일 예에서, 액체 제제의 기포는, 액체 제제가 투약되는 환자의 피부의 일부를 덮는 얇은 공기 층 또는 기타와 같은, 주변 대기 또는 환경 내의 액체 제제의 작은 방울일 수 있다. 또한 하류 유동 경로(43, 143)의 하류 개구부에 초기에 형성되는 액체 제제의 외향 돌출 기포와 관련하여, 비교적 작은 기포가 하류 개구부의 일부에서 형성될 수 있고, 그리고 비교적 큰 기포가 다른 하류 개구부에서 형성될 수 있다. 비교적 작은 기포 내의 액체 제제의 압력은 비교적 큰 기포 내의 액체 제제의 압력보다 높고, 그에 따라 작은 기포로 인한 유동에 대한 저항은 큰 기포로 인한 유동에 대한 저항보다 크다. 적어도 이론적으로, 비교적 큰 그리고 팽창되는 기포를 갖는 화합물 유동 경로의 상류 유동 경로(85, 185)를 통한 압력 강하가 비교적 작은 기포를 갖는 화합물 유동 경로의 상류 부분 내의 압력 강하를 초과할 수 있도록, 균일성 제어 막(70, 170)을 통한 유동에 대한 저항이 충분히 클 수 있다. 이와 관련하여, 화합물 유동 경로들을 통한 유동을 실질적으로 동등하게 하는 방식으로, 비교적 크고 팽창되는 기포를 갖는 화합물 유동 경로의 상류 부분 내의 압력 강하가, 비교적 작은 기포를 갖는 화합물 유동 경로의 상류 부분 내의 임의의 압력 강하를 초과할 수 있고, 그에 따라 화합물 유동 경로의 하류 부분의 하류 개구부에서 형성되는 기포의 대부분이 파괴되고 지속적으로 외향 유동되는 액체 제제의 스트림으로 대체된다.
전술한 예는 본 발명의 범위를 결코 제한하기 위한 것이 아니다. 당업자는, 비록 본 개시 내용이 예시적인 실시예를 참조하여 앞서서 설명되었지만, 일부 양태가 이하의 청구항에서 기술된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고도, 여러 가지 부가, 수정 및 변화가 이루어질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 미세바늘 어레이를 포함하는 미세바늘 어레이 조립체로서,
    상기 미세바늘 어레이는,
    반대편의 상류 측 및 하류 측을 가지며 상류 측 및 하류 측 사이에 연장되는 복수의 개구들을 한정하는 기부, 및
    상기 하류 측으로부터 연장되는 복수의 미세바늘을 포함하며,
    상기 복수의 개구들의 각각은 상기 복수의 미세바늘 각각에 근접한 기부에 형성되는, 상기 미세바늘 어레이 조립체에 있어서,
    상기 기부의 상류 측을 통한 유동에 대한 저항이 상기 미세바늘 어레이를 통한 유동에 대한 저항보다 적어도 약 30배 더 크며, 여기서 적어도 약 30배 더 큰 것은 상기 기부의 상류 측 및 하류 측 사이의 유동에 대한 저항의 차이인, 미세바늘 어레이 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 개구들의 각각의 개구는 복수의 미세바늘의 각각의 미세바늘을 따라 연장되는 하나 이상의 외측부 채널에 근접한 하류 개구부의 쌍을 포함하는, 미세바늘 어레이 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 개구들의 각각의 개구는 복수의 미세바늘의 각각의 미세바늘의 내측부를 통해 내측부 채널을 형성하도록 복수의 미세바늘의 각각의 미세바늘을 통해 연장되는, 미세바늘 어레이 조립체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 복수의 개구들의 각각의 개구는 복수의 미세바늘의 각각의 미세바늘의 각각의 내측부 채널에 동축 위치되는, 미세바늘 어레이 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기부의 상류 측에 대해서 결합되는 적어도 하나의 막을 더 포함하는, 미세바늘 어레이 조립체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 막을 통한 유동에 대한 저항이 상기 미세바늘 어레이를 통한 유동에 대한 저항의 약 30배 내지 약 100배의 범위 이내인, 미세바늘 어레이 조립체.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 막을 통한 유동에 대한 저항이 상기 미세바늘 어레이를 통한 유동에 대한 저항보다 적어도 약 40배 더 크며, 선택적으로 상기 적어도 하나의 막을 통한 유동에 대한 저항이 상기 미세바늘 어레이를 통한 유동에 대한 저항의 약 40배 내지 약 100배의 범위 이내인, 미세바늘 어레이 조립체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 막을 통한 유동에 대한 저항이 상기 미세바늘 어레이를 통한 유동에 대한 저항보다 적어도 약 50배 더 큰, 미세바늘 어레이 조립체.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 막을 통한 유동에 대한 저항이 상기 미세바늘 어레이를 통한 유동에 대한 저항의 약 50배 내지 약 100배의 범위 이내인, 미세바늘 어레이 조립체.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 막은 상대적으로 매끄러운 측 및 상대적으로 거친 측을 갖고, 상기 기부의 상류 측에 대해서 결합되는 상기 적어도 하나의 막은 상기 기부의 상류 측에 대해서 결합되는 상기 적어도 하나의 막의 매끄러운 측으로 구성되는, 미세바늘 어레이 조립체.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 막이 트랙 에칭된 막인, 미세바늘 어레이 조립체.
  12. 제5항에 따른 미세바늘 어레이 조립체, 및
    적어도 하나의 막을 통해서 미세바늘 어레이에 액체를 공급하기 위해서 미세바늘 어레이와 동작적으로 연관된 저장부를 포함하는, 약물 전달 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 액체의 적어도 일부를 상기 저장부로부터 상기 미세바늘 어레이 조립체를 향해서 유동시키기 위한 힘 제공부를 더 포함하는, 약물 전달 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 힘 제공부는 액체의 압력을 증가시키기 위한 것이고;
    상기 적어도 하나의 막은 액체의 압력을 감소시키기 위한 것이며; 그리고
    압력 증가의 절대값은 압력 감소의 절대값과 대략 동일한, 약물 전달 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    플리넘을 더 포함하고, 상기 플리넘은 상기 저장부의 상류 측과 유체 연통되고, 상기 힘 제공부는 액체의 적어도 일부를 상기 저장부로부터 상기 플리넘으로 유동시키기 위한 것이고, 선택적으로
    상기 플리넘과 유체 연통되는 캐뉼라를 포함하고, 상기 약물 전달 장치는 사용 시에 상기 액체가 상기 적어도 하나의 막을 통과하고 상기 미세바늘 어레이의 외부로 전달되기 전에 상기 저장부로부터 상기 캐뉼라를 통해서 상기 플리넘 내로 전달되도록 구성되는, 약물 전달 장치.
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