CN101541374A - 离子电渗设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离子电渗设备，用于增强物质穿过皮肤(1)的输送，其中，施加至少两个具有不同方向的电输送场(E_p，E_o)。在优选实施例中，这些场分别正交于和平行于皮肤表面，并以时间上交替的顺序施加。因此以最佳方式将物质在其曲折的路径上穿过角质层而输送到皮肤内或外。离子电渗设备优选地包括电极(11)的阵列，可以对该阵列施加任一个空间交替样式的电势，或者可替换地可以将该阵列划分为两组相邻电极，将每组中的相邻电极连接到相同的电势。具体地，离子电渗设备可以集成到任何皮肤接触式设备中，例如电动剃须刀。

Description

离子电渗设备

技术领域

本发明涉及一种离子电渗设备和方法，用于增强物质穿过皮肤的输送。此外，本发明涉及一种包括这种离子电渗设备的皮肤接触式设备。

背景技术

离子电渗是一种公知的技术，用以在电场的帮助下增强带电物质穿过皮肤的输送。US 4950229A公开了这个方面的一种离子电渗设备，用于垂直于皮肤表面的电场的施加。

发明内容

基于这个情况，本发明的目的是提高离子电渗技术的效率。

借助于根据权利要求1的离子电渗设备、根据权利要求10的皮肤接触式设备和根据权利要求12的方法来实现这个目的。在从属权利要求中公开了多个优选实施例。

根据本发明的离子电渗设备会增强特定物质穿过(人或动物)的皮肤中区域的输送，其中所述输送可以是从外部进入到体内(例如当要涂敷药物或化妆品时)或者是从体内到外部(例如当为了诊断目的而对分析物进行取样时)。要输送的物质通常是带电的，例如具有药品或化妆功能的电离的原子或分子。在一些情况下，也可以输送不带电的粒子。所述离子电渗设备包括电极系统和相关联的控制器，用于在所述区域中产生(至少)两个不同方向的电输送场，其中，如果电场的向量在空间一点上呈约10°与170°之间的角度，优选的在30°与150°之间的角度，则就可以将电输送场定义为“不同方向”。所述电极系统常常包括一个或多个单电极，例如能够将电平固定到特定电势上的金属导体。所述控制器通常借助于导线连接到所述电极系统的电极，用于向电极提供适合的电信号，例如电压。此外，应注意术语“输送场”仅充当一个参考名称，表示这个电场通常会具有与物质穿过皮肤的预期输送有关的功能。

尽管通常的离子电渗设备使用在皮肤内的某一点上总是具有相同方向的静电场，但上述离子电渗设备以两个不同方向的电场操作。其优点在于，可以将在相应不同方向上的力施加至要输送的物质上，这有助于沿着这些物质所必须采取的不规则的、曲折的路径来传送这些物资，尤其是在皮肤的最外层(角质层)中。

根据离子电渗设备的一个优选实施例，产生的电输送场彼此正交，其中“正交性”在特定意义上由约80°到100°的交叉角来定义。此外，优选的这样设计所述离子电渗设备，即，使得当将其施加至皮肤区域时，产生的电输送场分别与皮肤表面正交和平行。这个设计最佳地考虑了角质层的“砖块和灰浆”状结构，其中细胞对应于砖块，并且其中物质必须沿着灰浆的路线行进。

通常，可以同时出现两个不同方向的电输送场。在本方面进一步的发展中，所述离子电渗设备的控制器包括模式切换单元，用于选择性地在施加至电极系统的(或者更准确的，施加至电极系统的电极的)不同样式的电势之间进行切换，其中这些样式中的每一个都产生上述类型的电输送场。不同方向的电输送场因此不会同时产生，而是以时间顺序产生。这保证了在特定时间点上只有其中一个场作用在要输送的物质上。在典型实施例中，这些样式仅包括两个不同电势(“正”和“负”)。但它们也可以包括多于两个的不同电势(甚至可以将不同的电势施加至电极系统的每一个电极)。

因此平行于皮肤表面的电输送场的施加例如可以与正交于皮肤表面的电输送场的施加交替进行；平行场从而增强沿着角质层的不同细胞层的输送，而正交场有助于物质从一个细胞层传递到另一个层(如果输送是向内进行的，就是在皮肤更深处的层)。

所施加的电输送场的数量和方向以及它们激活的时间样式通常借助于理论考虑和/或实验来进行优化，以便实现最大的输送增强。因此，例如可以施加两个电输送场，它们分别平行和正交于皮肤表面，其中平行场的持续时间优选地比正交场的持续时间长(例如，采用在70∶30和99∶1之间的比率)。这种比率考虑了物质必须平行于皮肤表面行进比较长的距离，而正交于皮肤表面行进短得多的距离(当从一个细胞层穿行到下一个层时)。此外，由模式切换单元执行的切换顺序优选的相对于要输送的特定物质进行调整或优化。这个调整考虑了不同物质在所施加的电输送场中具有不同的移动性，这允许将物质由特定输送场输送的距离与必须穿过的皮肤的特定结构(即与细胞的大小和排列以及空隙间隔)进行匹配。

根据本发明的一个优选实施例，所述电极系统包括多个单电极，这些单电极被排列在一维或二维空间阵列中，其中所述排列设置为与物质输送所必须穿过的区域上方的皮肤表面相接触。于是，在不同电极之间的电压可以用于产生在感兴趣区域中具有预期路线的电场。

具有模式切换单元和电极阵列的离子电渗设备的实施例的组合中，一个电势样式优选地包括以在空间上交替的方式向电极阵列施加至少两个不同电势(“正”和“负”)。因此，可以产生一种包括正电势和负电势的一维或二维棋盘样式，它在电极下面的皮肤中感生了主要平行于皮肤表面的电场。应注意电势不必在每一对相邻电极之间改变，即可以存在多组具有相同电势的邻近电极。但总体样式仍然应具有交替的特性，例如如果提及的具有相同电势的邻近电极组包括不多于总数10％的电极，就可以实现该特性。

在具有模式切换单元和电极阵列的离子电渗设备的另一个实施例中，一个电势样式包括对多组空间邻近的电极施加不同的电势，其中具有相同电势的所述邻近电极组通常每一个都包括多于总数10％的电极。如果只存在两个这种组，则单个电极的整个阵列就有效地分为具有包含不同电势的两大“元电极”的设计。在这些元电极之下的皮肤区域中，电场方向基本上正交于皮肤表面。

所述离子电渗设备可以可任选地包括用于要输送到皮肤中和/或从皮肤取样的物质的储存器。

本发明还涉及一种皮肤接触式设备，即在其使用期间至少部分地与皮肤接触的设备。这个皮肤接触式设备的典型实例是用于药物或化妆品的涂抹器、电动剃须刀、手动剃须刀、剃毛器、化妆品贴片(patch)和遮光剂的涂抹器。该设备包括上述种类的离子电渗设备，即包括电极系统及相关控制器的离子电渗设备，用于产生不同方向的电输送场，优选地是相互正交的电输送场。使用这种皮肤接触式设备，可以以非常有效的方式将医学或化妆品皮肤护理物质涂敷到皮肤，或者可以从身体取样一些生物物质。如果设备具有一些附加的功能，例如在剃须刀或剃毛器的情况下，这个附加的功能可以与离子电渗应用同时实现，而不必有额外的过程。但极其重要的是，在这个情况下物质的预期离子电渗输送可以在较短的可利用时间内实现，该可利用时间例如为对特定皮肤区域进行剃须所需的时间。这个目的可以优选地通过按照上述的施加不同方向的电输送场来满足。

所述皮肤接触式设备的优选实施例类似于上述离子电渗设备的优选实施例，因此不再详细重复。

所述皮肤接触式设备常常具有手柄，用户可以借助于该手柄在所述皮肤接触式设备使用期间握住所述皮肤接触式设备。可任选地，电极系统中的至少一个电极可以位于这个手柄中，从而经由用户的身体闭合该电路。在所述皮肤接触式设备是电动或手动剃须刀的情况下，电极系统中的电极可以以许多方式布置在它上面。根据一个优选实施例，电极系统中的至少一个电极位于剃须刀的剃须头中，或者在这个剃须头的固定座(mounting)中。在电动剃须刀的情况下，“剃须头”定义为包括在剃须期间在皮肤上移动的部件；它包括或多或少地固定到该设备上并由于用户进行的剃须移动而在皮肤上移动的组件(尤其是具有薄片的剃须盖)。由剃须刀的电机驱动的切割刀片在该薄片后面进行运动。

本发明还涉及一种方法，用于对物质穿过皮肤中区域的输送的离子电渗增强，其中，所述方法包括将不同方向的电输送场施加至所述区域。该方法总的形式包括可以用实施种类的离子电渗设备来执行的多个步骤。因此，对于该方法的细节、优点和改进的更多信息参考前面的描述。

在该方法的优选实施例，以时间交替顺序施加电输送场，以便在每一时间点上都在一个明确的方向上驱使要输送的物质。

在前述方案的进一步发展中，对所施加的电输送场的交替顺序进行调整以适应于要输送的物质、电极的几何形状和/或特定皮肤结构。因此，例如可以利用物质各个移动性来实现对于特定物质的输送的增强。

本发明的这些及其它方面依据下文中所述的实施例而变得明显，并参考其加以阐明。借助于附图作为实例来描述这些实施例。

附图说明

图1显示了穿过角质层的示意性横截面；

图2显示了根据本发明的离子电渗设备，其处于具有平行于皮肤表面的电输送场的操作模式中；

图3显示了图2的离子电渗设备，其处于具有正交于皮肤表面的电输送场的操作模式中；

图4显示了用于化妆品或药品物质的常用涂抹器的示意性透视图；

图5显示了图4的常用涂抹器在其操作期间的截面；

图6显示了电动剃须刀的第一实施例，该电动剃须刀包括具有在剃须头之间的电极的离子电渗设备；

图7显示了电动剃须刀的第二实施例，该电动剃须刀包括在剃须头中交替排列的电极；

图8显示了具有离子电渗设备的女用剃须刀；

图9显示了具有离子电渗设备的手动剃须刀；

图10显示了具有离子电渗设备的化妆品贴片。

具体实施方式

相同的参考数字或具有100的整数倍的差异的数字在附图中指代相同或相似的组件。

离子电渗是一种增强带电物质穿过皮肤输送的技术。以下描述在这个方面会具体考虑物质(例如药品或化妆品)从体外向体内的输送，尽管也可以增强相反的输送方向，例如如果要为了诊断目的而从组织取样生物物质。图1显示了穿过皮肤的最外层1，即角质层的示意性截面。角质层包括扁平细胞(角质细胞2)，其由脂质层保持在一起，这可以与砖块和灰浆结构相比拟。要传送到皮肤中的物质4必须依照沿着“砖块”的曲折路线3行进，其称为穿过细胞的路径。

通常，在离子电渗中对于物质传递的挑战是尽可能大地增强物质进入皮肤中的流量，同时将所引起的皮肤刺激保持尽可能的低。使离子电渗中对物质传递的相关问题与电极下的物质的组成相关。原则上，使得该组成中的所有带电粒子都穿过皮肤，而不仅是有效的粒子，即存在“需要的”离子和“不需要的”离子之间的竞争。

由于电极的大小，在常规离子电渗中的电场线E_o与皮肤表面正交。这意味着只在垂直于皮肤表面的方向上加速粒子。然而，存在很大一部分平行于皮肤表面的路径。在这个路径部分中物质的输送取决于(缓慢的)被动扩散，从而只有它限制了输送速率。此外，用一种滤网来从离子电渗成分中仅仅选择“需要的”离子是有利的。

为了解决前述问题，提出了为离子电渗系统添加平行于皮肤表面的附加电场E_p。这个平行电场E_p会增强离子在平行于皮肤表面的路径部分(其比垂直的部分长很多)中的输送。平行电场E_p可以与正交场E_o彼此交替地进行开启和关闭。计算显示了添加这个平行电场E_p相当大地增加了穿过皮肤的物质流动，同时还减小了穿过角质层所花费的时间。

另外，可以针对所需要的离子的移动性来准确地选择在正交场与平行场E_o和E_p之间的切换速率，以便使需要的离子相对于不需要的离子变得更多。在此情况下应选择切换频率，以使得需要的离子获得正好足够的时间来水平地行进到其角质层路径的下一个垂直部分。当随后开启正交场E_o时，离子易于垂直行进而不会受到角质细胞的阻碍。

图2和3显示了根据以上原理的离子电渗设备的具体实现。这个设备包括放置在皮肤1上的电极阵列或系统10及相关联的控制器20。如果给彼此相临的小电极11的序列施加相反电压(“+”和“-”符号)，就可以如图2所示的得到平行电场E_p。

然而，如果在电极11上的电压是以两个空间上相连的组的形式施加的(一个组具有正电压，另一个组具有负电压)，如图3所示，就可以产生正交场E_o。平行和正交场的顺序由控制器20的模式切换单元21来控制。

所图示的电极布置和电势的样式当然只是示范性的，并且可以以许多方式进行修改，并朝着实际应用进行优化(例如在电极之间具有更宽的间隔，用于初始皮肤穿透的第三电极，施加多于两个不同电势，如pnnpnnp…，ppnppnpp…，或ppnnppnnpp…等的电势p和n的样式)。

本发明可以在适合于离子电渗的所有应用中使用。这些应用的范围包括从用于药用化妆品(cosmeceutical)更好的传送的化妆品领域到例如在疼痛治疗和帕金森氏病的药物传送中应用的医学领域。如已经提及的，所述方案还可以用于增强从身体中取样物质，其提供了多个优点：(a)与常规离子电渗相比缩短了延迟时间，(b)输送速率可以更高，以及(c)通过适当的调整在水平场和垂直场之间的切换频率来实现对所选分析物的选择性输送。

图4到10示出了所述离子电渗原理的一些具体应用，其中所示实例远非全部的。

图4和5显示了常用的涂抹器100，用于将药物或化妆品物质4涂敷到皮肤1。它包括手柄131、头部132，头部132带有电极排列，可以对该电极排列施加适合的电势样式(由图中的黑色和白色表示)。该头部具体可以包括两个块：

-线状电极111、121，其平行布置并且其中一个在另一个下面，其中例如可以将不同电势分别施加至第一和第二块的电极；

-点状电极112、122，其成直线布置在线性电极111、121之间，其中例如可以将不同电势以交替顺序施加至这些电极。

在这个实施例中，不仅通过以电方式进行切换来实现正交场和平行场的交替，而且作为该设备在皮肤上移动的结果也可以实现正交场和平行场的交替。该设备中电极几何形状的不同部分顺序地通过皮肤中的每一点。

如图5所示，通过在皮肤上移动涂抹器100，可以有效的将物质4输送到身体内。

图6涉及一种将离子电渗设备集成到电动剃须刀200中的应用。剃须刀200包括手柄和顶部，其中顶部包括：(i)三个环形剃须盖202，其包含在固定薄片后的旋转刀片，(ii)围绕剃须盖202的外部固定座201和(iii)在剃须盖内的内部圆形固定座203，其称为“装饰盖(decocap)”。图6中，将星形分割的电极系统布置在各个剃须头202之间。这个分割的电极系统包括离子电渗设备的两个极211和221。在剃须前或剃须过程中将要输送穿过皮肤的剃须膏或添加剂涂敷到皮肤。在剃须过程中移动剃须刀头通过皮肤上的添加剂时，借助电流将有效成分传送到皮肤中。

图7显示了图6实施例的修改，其中将阳极和阴极实施在电动剃须刀300的剃须头的相邻薄片311、321上。这个紧凑的电极几何形状在皮肤内产生了非常浅薄的电场。

在图8中所示的女用剃须刀400中，离子电渗设备的两个电极阵列带位于切割单元402的每一边上。电极阵列再一次同时拥有极411和421。

图9显示了作为手动剃须刀实例的刀片剃须刀500，其中集成离子电渗设备的相反电极511和521排列在刀片下面的阵列几何形状中。可以得到许多不同样式的手动剃须刀，例如一次性的、一次性刀片盒(cartridge)的、折叠式剃刀、刀片剃刀和安全剃刀(使用单边或双边刀片)。

图10示出了具有电极611和621的化妆品药贴片600，作为具有集成的离子电渗设备的皮肤接触式产品另一实例。

对于所有实施例而言，必须按照电极几何形状、皮肤结构和物质移动性的组合来调整电流的时间分布特性，以便获得最佳的传送。

最后指出，在本申请中，术语“包括”不排除其它单元或步骤，“一”不排除多个，单一处理器或其它单元可以完成几个模块的功能。本发明体现于每一个创新的特有特征及特性特征的每一个组合中。此外，在权利要求中的参考标记不应解释为限制其范围。

Claims (14)

1、一种离子电渗设备，用于增强物质穿过皮肤(1)中区域的输送，所述离子电渗设备包括电极系统(10)和相关联的控制器(20)，以便在所述区域中产生不同方向的两个电输送场(E_p，E_o)。

2、如权利要求1所述的离子电渗设备，

其特征在于，所述电输送场(E_p，E_o)是相互正交的。

3、如权利要求1所述的离子电渗设备，

其特征在于，在使用所述设备时，所述电输送场(E_p，E_o)分别平行于所述皮肤(1)的表面和正交于所述皮肤(1)的表面。

4、如权利要求1所述的离子电渗设备，

其特征在于，所述控制器(20)包括模式切换单元(21)，以便在施加至所述电极系统(10)的不同样式的电势之间选择性地进行切换，其中，每一个所述样式都产生所述电输送场(E_p，E_o)之一。

5、如权利要求4所述的离子电渗设备，

其特征在于，由所述模式切换单元(21)执行的切换顺序被调整为适应于特定物质、电极几何形状和/或皮肤结构。

6、如权利要求1所述的离子电渗设备，

其特征在于，所述电极系统(10)包括以空间阵列形式排列的多个单电极(11)。

7、如权利要求4或6所述的离子电渗设备，

其特征在于，一个样式包括以在空间上交替的方式将至少两个不同电势施加至所述电极(11)的阵列。

8、如权利要求4或6所述的离子电渗设备，

其特征在于，一个样式包括对多组空间上邻近的电极(11)施加不同的电势。

9、如权利要求1所述的离子电渗设备，

其特征在于，其包括用于要被输送到所述皮肤中和/或从所述皮肤取样的物质的储存器。

10、一种皮肤接触式设备，具体的是用于药物或化妆品的涂抹器(100)、电动剃须刀(200，300，400)、手动剃须刀(500)、剃毛器、化妆品贴片(600)、或遮光剂涂抹器，所述皮肤接触式设备包括离子电渗设备，用于增强物质穿过皮肤(1)中区域的输送，其中，所述离子电渗设备包括电极系统(111，112，121，122，211，221，311，321，411，421，511，521，611，621)和相关联的控制器，用于在所述区域中产生不同方向的两个电输送场。

11、如权利要求10所述的皮肤接触式设备，具体的是电动剃须刀或手动剃须刀(200，300，400，500)的形式，

其特征在于，所述电极系统的至少一个电极位于所述设备的手柄中和/或所述剃须刀的剃须头或所述剃须刀的固定座中。

12、一种方法，用于对物质穿过皮肤(1)中区域的输送的离子电渗增强，所述方法包括：将不同方向的电输送场(E_p，E_o)施加至所述区域。

13、如权利要求12所述的方法，

其特征在于，以时间上交替的顺序施加所述电输送场(E_p，E_o)。

14、如权利要求13所述的方法，

其特征在于，所述交替顺序被调整适应于要输送的物质、电极几何形状和/或皮肤结构。

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