CN105209104A - 具有改进的开放通道横截面几何形状的微针 - Google Patents

Abstract

一方面，一种药物递送装置可以包括包含液体药物制剂的储器和与所述储器流体联通的微针组件。所述微针组件可以包括多个微针，每个微针限定用于接收药物制剂的开放通道。所述开放通道的归一化水力半径可以为约0.1至约0.8。当固定体积的所述药物制剂被接收在其中时，所述开放通道还可以具有液体到固体的界面能和液体到蒸气的界面能。此外，可以选择和构造所述药物制剂和所述开放通道的横截面几何形状，使得当所述固定体积的药物制剂的长度在开放通道中增加时，所述液体到固体的界面能超过所述液体到蒸气的界面能。

Description

具有改进的开放通道横截面几何形状的微针

发明领域

总的来说，本发明的主题涉及使用药物递送装置的药物制剂的递送，以及更具体地涉及用于药物递送装置的具有开放通道的微针，所述微针为所述微针中的药物制剂提供增强的芯吸作用。

发明背景

通常以各种不同的方式进行药物向患者的递送。例如，静脉内递送是通过注射直接进入血管中；腹膜内递送是通过注射进入腹膜中；皮下递送是在皮肤之下；肌内递送是进入肌肉中；以及口腔递送是通过口腔。用于药物递送，以及用于体液收集的常用方法是通过皮肤。皮肤由表皮和真皮构成，所述表皮包括角质层、颗粒层、棘细胞层和基底层，所述真皮除其它以外还含有毛细血管层。角质层是由从皮肤表面延伸约10-20微米的并且没有血液供应的死细胞组织组成的粗糙的、鳞片状的层。由于这层细胞的密度，使化合物穿过皮肤进入或离开身体会是非常困难的。

用于通过皮肤递送局部药物的现有技术包括使用针或者其它皮肤刺穿装置的方法和不使用这样的装置的方法。不使用针的那些方法通常涉及：(a)局部施加，(b)电离子透入疗法，(c)电穿孔，(d)激光穿孔或蚀变，(e)载体或溶媒，即改变角质层和/或药物的化学性质的化合物，(f)皮肤的物理预处理，如磨耗角质层(例如反复地施加和移除胶带)，和(g)超声导入，其涉及通过超声波改变角质层的屏障功能。介入性操作，例如使用针或柳叶刀，可以有效地克服角质层的屏障功能。然而，这些方法遭遇到几个主要的缺点，包括在注射部位处的疼痛、局部皮肤损伤、流血和感染的风险。这些方法通常还要求培训过的管理人员并且不适合重复的、长期的使用。此外，通过皮肤的药物递送在药物的定位和剂量方面都相对不精确。一些问题包括患者在给药过程中的移动，递送不完全的剂量，多于一种药物同时给药的困难，控制递送速率和将药物递送至皮肤的合适部位时的困难。通常，药物被稀释以能够控制合适的剂量。该稀释步骤会导致储存以及递送问题。因此，能够使用少的、精确量的药物用于递送进入皮肤和/或通过皮肤递送将会是有利的。

微针已被提议用作通过皮肤递送药物的可选的方法。微针通常具有与较大的传统医用针相似的中空轴，使得可以通过中空轴递送药物制剂。已经使用各种活动机械(例如泵、弹簧和/或其它的加压机械)引发药物制剂通过这样的装置流动。例如，Prausnitz等人的第6,611,707号美国专利和Gross等人的第5,527,288号美国专利描述了各自包括位于壳体之上的药物储器的装置，所述壳体包括中空的微针阵列。通过对药物本身或对储器施加力，例如通过对弹性储器袋顶部的按压，使制剂通过微针向外流出，使得药物制剂由储器递送。不幸的是，使用这样的力注射到皮肤中的药物制剂的流动速率通常远大于皮肤本身的吸收速率。因此，全部或相当一部分的药物制剂经常会从皮肤和微针之间的界面向上流至皮肤表面。

因此，当前对能够以某种方式容易并有效地递送药物制剂以改进药物的可控递送和生物利用度的药物递送装置存在需求。

发明概述

本发明的方面和优点将部分在下面的描述中阐明，或可由所述描述显而易见，或可通过本发明的实践而得知。

一方面，本发明的主题涉及药物递送装置。所述装置可以包括储器和微针组件，所述储器包含液体药物制剂，所述微针组件与所述储器流体联通。所述微针组件可以包括支承件和多个微针，所述支承件限定上表面和下表面，所述多个微针从所述下表面伸出。每个微针可以限定用于接收药物制剂的开放通道。所述开放通道的归一化水力半径可以为约0.1至约0.8，和另一方面为约0.1至约0.5。当固定体积的所述药物制剂被接收在其中时，所述开放通道还可以具有液体到固体的界面能和液体到蒸气的界面能。此外，可以选择和构造所述药物制剂和所述开放通道的横截面几何形状，使得当所述固定体积的药物制剂的长度在开放通道中增加时，所述液体到固体的能量超过所述液体到蒸气的能量。

另一方面，本发明的主题涉及药物递送装置。所述装置可以包括储器和微针组件，所述储器被构造成最初保留药物制剂，所述微针组件与所述储器流体联通。所述微针组件可以被构造成使所述药物制剂的被动流体流动被引导通过所述微针组件。所述微针组件可以包括支承件和多个微针，所述支承件限定上表面和下表面，所述多个微针从所述下表面伸出。每个微针可以限定用于接收药物制剂的开放通道，所述开放通道的归一化水力半径可以为0.1至0.8，或另一方面为0.1至0.5。当固定体积的所述药物制剂被接收在其中时，所述开放通道还可以具有液体到固体的界面能和液体到蒸气的界面能。此外，可以选择和构造所述药物制剂和所述开放通道的横截面几何形状，使得当所述固定体积的药物制剂的长度在开放通道中增加时，所述液体到固体的界面能超过所述液体到蒸气的界面能。

再一方面，本发明的主题涉及药物递送装置。所述装置可以包括储器和微针组件，所述储器包含液体药物制剂，所述微针组件与所述储器流体联通。所述微针组件可以包括支承件和多个微针，所述支承件限定上表面和下表面，所述多个微针从所述下表面伸出。每个微针可以限定用于接收药物制剂的开放通道，并且每个微针的皮肤接触面积可以为约1,500um²至约262,500um²。当固定体积的所述药物制剂被接收在其中时，所述开放通道还可以具有液体到固体的界面能和液体到蒸气的界面能。此外，可以选择和构造所述药物制剂和所述开放通道的横截面几何形状，使得当所述固定体积的药物制剂的长度在开放通道中增加时，所述液体到固体的能量超过所述液体到蒸气的能量。

又一方面，本发明的主题涉及药物递送装置。所述装置可以包括储器和微针组件，所述储器包含液体药物制剂，所述微针组件与所述储器流体联通。所述微针组件可以包括支承件和多个微针，所述支承件限定上表面和下表面，所述多个微针从所述下表面伸出。每个微针可以限定用于接收药物制剂的开放通道。当固定体积的所述药物制剂被接收在其中时，所述开放通道可以具有液体到固体的界面能和液体到蒸气的界面能。此外，可以选择和构造所述药物制剂和所述开放通道的横截面几何形状以满足以下的约束条件：

$\frac{d}{dL}{\&lsqb;E_{LV}+E_{LS}\&rsqb;}_V<0$

其中，E_LV对于于液体到蒸气的界面能，E_LS对应于液体到固体的界面能，L对应于药物制剂的长度，并且V对应于药物制剂的固定体积。

甚至再另一方面，本发明的主题涉及药物递送装置，所述药物递送装置具有本文所描述的组件和/或特征的任意组合。

参考下面的描述和所附权利要求书将会更好地理解本发明的这些或其它特征、方面和优点。被并入并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施方案，并且与所述说明一起用于解释本发明的原理。

附图的简要说明

针对本领域普通技术人员而言的本发明的完整且可实施的公开内容，包括其最佳实施方式，在本说明书中参照附图阐述，其中：

图1示出根据本发明的主题的多个方面的微针组件的一个实施方案的局部横截面图；

图2示出图1所示微针组件的一个微针的透视图；

图3示出图2所示微针的局部横截面图，尤其示出具有限定圆底“V”形横截面的通道的微针；

图4示出包含在微针通道中的固定体积的流体例如药物制剂的局部透视图，所述通道以虚线示出；

图5示出根据本发明的主题的多个方面的具有限定圆底“V”形横截面的通道的微针的局部横截面图，尤其示出被按比例缩放(scale)至适合在单位圆中的通道；

图6示出根据本发明的主题的多个方面的具有限定梯型横截面的通道的微针的局部横截面图，尤其示出被按比例缩放至适合在单位圆中的通道；

图7示出根据本发明的主题的多个方面的具有限定直“V”形横截面的通道的微针的局部横截面图；

图8示出根据本发明的主题的多个方面的具有限定“V”形横截面的通道的微针的局部横截面图，所述“V”形横截面具有连续弯曲的侧壁；

图9示出根据本发明的主题的多个方面的具有限定圆角梯形(roundedtrapezoidal)横截面的通道的微针的局部横截面图，尤其示出相对于图6中示出的梯型通道倒转的梯形；

图10示出根据本发明主题的多个方面，可以包括在被动药物递送装置的一个实施方案中的各种组件的分解透视图；

图11示出图10中示出的装置组件的俯视组装图；

图12示出图11中示出的装置组件沿着线12-12的横截面图；

图13示出根据本发明的主题的多个方面，可以包括在药物递送装置的另一个实施方案中的各组件的透视组装图；

图14示出图13中示出的装置组件沿着线14-14的横截面图，尤其示出在未驱动位置的装置的柱塞；

图15示出图13中示出的装置组件的另一种横截面图，尤其示出在驱动位置的柱塞；以及

图16示出在图13-15中示出的装置组件的分解透视图。

发明详述

现将对本发明的多个实施方案予以详细描述，在附图中示出其中的一个或多个实施例。以解释本发明的方式提供每个实施例，而不是限制本发明。事实上，本领域技术人员显然明白，可以在不脱离本发明范围或精神的情况下对本发明做出多种修改及变化。例如，作为一个实施方案的一部分所示出或描述的特征可以与另一个实施方案连用以得出其它的实施方案。因此，本发明意欲涵盖落在所附权利要求书和它们的等同物的范围内的这些修改和变化。

概括地讲，本发明的主题涉及用于药物递送装置的具有开放的通道的微针，所述开放的通道具有改进的横截面几何形状。具体地，在一些实施方案中，可以选择每个通道的横截面几何形状，使得对于通道中各种水平的流体药物制剂，沿着通道的湿润周长的毛细管作用力的总和超过在这样的通道中暴露的流体表面上的总的表面张力，从而允许药物沿着每个通道的整个长度被芯吸。如下文将要描述的，为了实现通道中的药物制剂的期望的流动，通道的横截面几何形状和通道和药物制剂之间限定的接触角之间的关系必须以这样的方式平衡，即允许所述通道基本上是自排出的(self-draining)(即，使得流体将沿着通道的表面无限地散布)，同时将通道的横截面积维持在保证药物制剂无阻地流动进入并通过通道的水平。

应理解的是，在本发明的主题的一些实施方案中，公开的药物递送装置可以被构造成经皮药物递送装置，并且因此可以被设计成递送一种或多种药物制剂至使用者的皮肤中，但不通过使用者的皮肤(即，至角质层和表皮的内表面之间的位置)。然而，在其它实施方案中，药物递送装置可以被构造成完全地通过使用者的皮肤递送药物制剂。

应理解的是，在一些实施方案中，公开的药物递送装置可以被构造成被动药物递送装置。因此，与依赖于加压或其它方式迫使药物制剂通过微针的主动装置不同，被动装置可以依赖于毛细管驱动药物流动通过微针并且进入和/或通过皮肤。具体地，被动装置可以利用药物的比表面张力和微针材料的表面能，使得药物移动通过微针。此外，由于皮肤吸收生成的负压也可以用于通过微针从储器吸取药物。当设计被动药物递送装置时，期望的是在微针通道中的药物制剂具有完全的芯吸作用，使得药物有效地沿着每个微针的全长排出。如下文将描述的，可以结合将要通过装置递送的实际药物制剂选择微针通道的横截面几何形状，以达到期望的排出特性。

现参考附图，图1至图3示出根据本发明的主题的多个方面的微针组件200的一个实施方案的局部视图。特别地，图1示出微针组件200的局部横截面图。此外，图2示出图1所示组件200的一个微针的透视图，并且图3示出图2所示微针的局部横截面图。

通常，微针组件200可具有本领域内已知的用于将流体药物制剂(本文中通常简称为“流体”)递送进入和/或穿过使用者皮肤的任何合适的构造。在一些实施方案中，微针组件200可以包括从合适的基底或支承件向外延伸的多个皮肤刺穿元件(即微针)。例如，如图1中具体示出的，微针组件200包括限定顶部表面204和底部表面206的支承件202和从底部表面206向外延伸的微针阵列208。支承件202通常可由刚性、半刚性或柔性片材比如金属材料、陶瓷材料、塑料材料和/或任何其它合适的材料构成。另外，支承件202可限定出在其顶部表面204和底部表面206之间的一个或多个孔以允许流体在其间流动。例如，如图1所示的，在支承件202内，在每个微针208的位置处可限定出一个孔210以允许流体从顶部表面204被递送至所述微针208。然而，在其它实施方案中，支承件202可限定位于每个微针208的位置处和/或与每个微针208的位置间隔开的任何其它合适数量的孔210。

此外，如图1和2所示的，每个微针208一般可被构造成限定在基部212和尖端214之间延伸的刺状或针状形状(如圆锥形或角锥形、或者过渡到圆锥形或角锥形的圆柱形)，其中基部212位于邻近支承件202的底部表面206和/或从所述支承件202的底部表面206延伸，且尖端214与基部212相对设置。如通常所理解的，尖端214可对应于每个微针208的尖点，所述尖点设置成距支承件202的最远离处且可限定每个微针208的最小直径。在一些实施方案中，每个微针208的平均直径216(图3)可以为约50微米(μm)至约250μm，例如约60μm至约200μm或约80μm至约120μm以及其间任何其它的子区间。

此外，每个微针208一般可限定在其基部212和尖端214之间的任何合适长度218，该长度218足以使微针208穿透角质层并进入和/或通过表皮。例如，在一个实施方案中，每个微针208可限定小于约2000微米(μm)，例如小于约1750μm，或小于约1500μm或小于约1250μm以及其间任何其它的子区间的长度218。然而，在特定的实施方案中，期望限制微针208的长度218，以使微针208不会穿透表皮的内表面而进入到真皮；这样的实施方案有利地帮助接收药物制剂的患者的疼痛最小化。例如，在一个实施方案中，每个微针208可限定小于约1000微米(μm)的长度218，比如长度为约900μm至约100μm，或者约700μm至约150μm，或者约500μm至约175μm，或者约400μm至约200μm，以及其间任何其它的子区间。

应该理解，根据微针组件200实际上被用在使用者身上的位置，微针208的长度218可以变化。例如，被用在使用者腿部上的组件200的微针208的长度可明显不同于被用在使用者手臂上的微针组件200的微针208的长度。

还应该理解，图1仅仅示出合适的微针组件200的一部分，因此微针组件200一般可包括从其支承件202延伸出的任何数量的微针208。例如，在一个实施方案中，包括在微针组件200内的微针208的实际数量可以为约10个微针每平方厘米(cm²)至约1500个微针/cm²，比如约50个微针/cm²至约1250个微针/cm²或者约100个微针/cm²至约500个微针/cm²以及其间的任何其它子区间。此外，微针组件200本身的实际大小一般可以根据其中使用所述微针组件的药物递送装置的构造而变化。然而，微针的总阵列一般可以限定宽度220(图10)和长度222(图10)。在一个实施方案中，宽度220可以为约5,000微米(μm)至约25,000μm，例如约8,000μm至约15,000μm或约9,000μm至约11,000微米。类似地，在一个实施方案中，长度222可以为约5,000微米(μm)至约25,000μm，例如约8,000μm至约15,000μm或约9,000μm至约11,000μm。

此外，应该理解的是，微针208一般可以以多种不同的图案设置在支承件202上，所述图案可被设计用于任何特定用途。例如，在一个实施例中，微针208可按统一方式间隔开，例如按矩形或方格网或按同心圆方式。在这样的实施方案中，微针208的间距一般可取决于诸多因素，包括但不限于微针208的长度218和直径216以及打算要穿过微针208被递送的药物制剂的数量和类型。

此外，每个微针208可以限定与支承件202限定的孔210流体联通的一个或多个开放通道224。如本文所使用的，术语“开放通道”是指围绕微针208的外周长限定的通道224，使得通道224沿着其长度的至少部分对外部环境是开放的。例如，如示例说明性的实施方案所示出的，每个微针包括一对沿着其外周长限定的开放通道224，使得每个通道224沿着其开放边暴露到外部环境中(图3中通过括号226显示)。在其它的实施方案中，每个微针208可以包括围绕其外周长限定的任何其它数目的开放通道224，例如单个开放通道224或三个或更多个开放通道224。此外，在一个实施方案中，每个通道224可以被构造为纵向延伸，与其相应的微针208的纵轴228基本上平行。然而，在其它的实施方案中，通道224可以具有相对于纵轴228成一定的角度的定向。在进一步实施方案(未示出)中，通道(或多个通道)224可以暴露在每个微针208的外表面上，在支承件202的底部表面206以下的一段距离。无论如何，每个通道224一般可以被构造成形成能够使药物制剂从支承件202的顶部表面204流动通过孔210并进入通道224的通道，届时可以将药物制剂递送进入和/或通过使用者的皮肤。

应当理解的是，每个通道224可以被构造成限定任何合适的横截面形状，所述横截面形状能够为公开的装置提供沿着通道224的全长排出药物制剂的能力。例如，如图3中具体示出的，每个通道224限定基本上抛物线或圆底“V”形的横截面。如本文所讨论的，圆底“V”形或抛物线的横截面一般以从通道224的每个外部边缘(例如第一外部边缘232和第二外部边缘234)向过渡点236延伸的基本上直的侧壁230和在过渡点236之间延伸的弯曲或圆形的底壁238为特征。在某些实施方案中，期望抛物线形的通道形成窄槽，使得从顶点到焦点的距离小于通道深度的一半(即，从通道224的顶点或底部到在通道224的外部边缘232、234之间延伸的参考224之间的距离)。然而，在其它的实施方案中，通道224可以被构造成限定任何其它合适的横截面形状，例如具有基本上矩形或梯形的形状的那些。如下文将要描述的，根据通道224的横截面形状，可以结合药物制剂选择每个通道224的几何形状以获得被动流体流动药物装置所需的高排出通道功能。

如图1和2所示，每个通道224可以限定在支承件202的底部表面206和微针208的尖端214之间至少部分地延伸的长度240。一般而言，通道224的长度240可以根据微针208的全长218以及药物制剂被递送进入和/或通过使用者的皮肤所需达到的深度而变化。然而，在一些实施方案中，每个通道224的长度240一般可以为约100微米(μm)至约2000μm，例如约150μm至约1600μm，或约200μm至约500μm以及其间任何其它子区间。在再一方面，通道224的长度可以为微针208长度的约100％至约10％，并且在还进一步的实施方案中，通道224的长度可以为微针208长度的约80％至约15％或者甚至约50％至约20％。进一步地，在某些实施方案中，可以期望的是通道224的大部分位于微针208的远端一半(即位于远离支承件202的一半上)。此外，如图3中具体示出的，每个通道224还可以限定相当于通道224的宽度沿着其开放侧226的开放宽度242(即在通道224的外部边缘232、234之间限定的宽度)。在一些实施方案中，开放宽度242可以为约15微米(μm)至约175μm，例如约20μm至约100μm或约25μm至约50μm以及其间任何其它子区间。此外，在一些实施方案中，开放宽度242可以相当于每个通道224的最大宽度，并且通道224在其最里面的点(即在通道的底部)的宽度可以等于，例如小于开放宽度242的50％。

此外，每个通道224还可以具有一般为其长度240和开放宽度242的函数的皮肤接触面积。具体地，所述皮肤接触面积可以是每个通道的外部边缘232、234之间沿着其全长240限定的总面积。因此，皮肤接触面积一般可以相当于通道224中的药物制剂能够暴露到患者皮肤的面积。在一些实施方案中，每个通道224的皮肤接触面积可以为约1,500平方微米(μm²)至约100,000μm²，例如约3,000至约50,000μm²或约5,000μm²至约20,000μm²以及其间任何其它子区间。

如以上所示的，在一些实施方案中，通道224的横截面几何形状和药物制剂本身相互选择，以便提供这样的药物递送装置，在该装置中，一个微针208插入到身体中，将发生自发的或自排出的毛细流流动通过每个通道224。如一般所理解的，流体通过开放通道224的毛细驱动流动速率主要受两个因素影响，通道224中的毛细作用力和通道224的水力半径。毛细作用力一般是通道224本身的形状和在由流体和通道224之间限定的界面处的流体的接触角(即图3中的角244)以及流体的表面能的函数。具体地，毛细管压力与通道224的横截面尺寸(例如半径、宽度、面积等)成反比并且与目标流体的表面能乘以接触角244的余弦成正比。因此，具有更小尺寸、更尖的角和/或更低的接触角244的通道224导致更高的毛细作用力，所述更高的毛细作用力起到拉动流体通过通道224的作用。

相反地，水力半径与流体移动进入/通过开放通道224的阻力相关，当水力半径减小时，流动阻力增加。一般而言，水力半径是通道224的横截面积和其湿润周长的函数，并在下文通过如下的公式(公式1)表示：

$R_h=\frac{A}{P_w}$

其中，R_h对应于通道224的水力半径，A对应于通道224的横截面积，并且R_w对应于通道224的湿润周长。例如可以针对在图3中示出的通道224确认这些参数。具体地，横截面积对应于通道224的壁230、238和在通道224的外部边缘232、234之间延伸的参考线246之间限定的面积。此外，湿润周长对应于与流体直接接触的通道224的横截面积的周长。例如，在图3中示出的实施方案中，所述湿润周长对应于沿着通道224的壁230、238从第一外部边缘232延伸到第二外部边缘234的周长。

如果将开放通道224的横截面形状制备得更圆，则开放通道224的水力半径增加。因此，先前的焦点通常集中在增加通道体积或减小通道224中的流动阻力，在这样的情况下，每个通道224可以被设计为具有半圆形的横截面形状。然而，如上文所显示的，期望的是具有通过通道224的自排出毛细驱动流动，通过将通道224构造为具有更小的尺寸和更尖的角，可以达到，至少部分地达到该期望。因此，为了增强通道224的自排出性质，同时将通道224的横截面尺寸维持在一定的水平，以确保流体畅通无阻地流动进入和通过通道224，必须小心地选择每个通道224的几何构造，以在某种方式同时平衡通道224内的水力半径和毛细作用力。

为了不依赖于其比例，评估通道224的具体横截面几何形状，可以通过将几何形状按比例缩放至适合放入单位圆(即，半径为1的圆)中来归一化水力半径。此后，可以分析与通道224的具体横截面形状相关联的相关尺寸参数(与通道224的排出性质相关联的设计约束条件一起)，以确定归一化水力半径的一个或多个值，所述水力半径允许畅通无阻地流动通过通道224，同时还提供期望的自排出性质。例如，通过结合液体制剂分析通道224的各种横截面几何形状，本发明的主题的发明人已经确定，归一化水力半径大于0.1并且小于0.8的通道224，其令人满意地同时显示出用于被动药物递送装置的减小的流动阻力和增强的排出性质。

此外，为了评估构造为递送具体药物制剂并且具有限定具体横截面通道形状的微针208的药物递送装置的自排出性质，可以分析通道224中的流体的表面能和其与通道224的相互作用，以确定这些能量随着流体沿着通道224的长度扩散的变化。例如，图4示出其中包含流体248的具有固定的体积并限定流体长度250的开放通道224(虚线示出)的透视图。通道224中的流体248的总表面能一般等于液体到固体的界面能和液体到蒸气的界面能的总和。液体到固体界面能一般可以是在通道224和流体248之间的界面处限定的、并且一般对应于在流体248前缘处的通道224的湿润周长的液体/固体界面长度252的函数。类似地，液体到蒸气的界面能一般可以是沿着流体248和在流体248的前缘处的周围环境(例如流体248在其前缘处的顶部表面的弧长)之间的界面限定的液体/蒸气长度254的函数。下文在如下的公式中提供了被认为是达到所需的自发通道填充功能的关键要素的公式化表征(公式2和3)：E_LS＝-L*L_g*γ*Cos(θ)(2)

E_LV＝L*L_S*γ(3)

其中，E_LS对应于所述液体到固体的界面能，E_LV对应于所述液体到蒸气的界面能，L对应于通道224中流体248的流体长度250，L_g对应于液体/固体界面长度252，γ对应于液体表面张力，θ对应于在所述流体248和通道224之间限定的接触角244(图3)，L_S对应于液体/蒸气长度界面254。

为了提供自排出通道224，液体到固体的界面能必须超过液体到蒸体的界面能，从而当流体沿着通道224的长度流动时，向下拉动流体朝向通道224的底部(即以(图4中)箭头256的方向)。具体地，药物制剂的性质连同通道224的横截面几何形状必须被构造，使得当开放通道224中的流体长度250增加时，液体到固体的界面能超过液体到蒸气的界面能。换言之，对于开放通道224中固定体积的流体248，如果液体到蒸气的界面能和液体到固体的界面能之间的差异随着流体长度250变化的变化小于0，通道可以是自排出的。这样的关系可以通过以下的公式表示(公式4)：

$\frac{d}{dL}{\&lsqb;(E_{LV}+E_{LS})\&rsqb;}_V=\frac{d}{dL}{\&lsqb;L*\mathrm{\&gamma;}*(L_s-L_g*\cos (\mathrm{\&theta;}\left)\right)\&rsqb;}_V<0---\left(4\right)$

其中，E_LV对应于液体到蒸气的界面能，E_LS对应于液体到固体的界面能，L对应于流体长度250，γ对应于液体表面张力，L_S对应于液体/蒸气界面长度254，L_g对应于液体/固体界面长度252，θ对应于接触角244(图3)，并且V对应于流体248的固定体积。

可以选择所公开装置的元件的组成和特定类型的通道结构以达到本文所描述的关系并且提供在其微针通道中具有所需的自发排出的药物递送装置。例如，图5示出包括抛物线形或圆底“V”形通道224的微针208的局部横截面图。如所示的，通道224的横截面几何形状一般可以通过槽角258(即通道224的侧壁230之间限定的角)，基圆半径250(即通道224的修圆的顶点或底壁236处的曲率半径)和侧长262(即通道的外部边缘232、234和其过渡点236之间限定的每个侧壁230的长度)限定。如以下公式在下文所表示的(如公式5-7)，公式4可以参照与抛物线形或圆底“V”形通道224相关联的尺寸参数修正以表征这样的尺寸参数和通道224与药物制剂之间限定的接触角之间的关系：

其中，θ对应于流体和通道224之间限定的接触角244(图3)并且对应于通道224的槽角258。

以上的每个公式(即公式5-7)提供了用于限定为达到通道224所需的排出特性所需要的通道结构和药物组成的设计约束条件。具体地，如果满足公式5，流体将不会在通道224中充分排出。然而，如果满足公式6，通道224将部分地排出流体(即自发地将流体从储器推入通道中)。例如流体可以沿着通道224的侧长262(即在外部边缘232、234和过渡点236的位置)的大部分向下排入通道224中。此外，如果满足公式7，通道224将会是完全自排出的，并且流体将沿着通道224的全长和/或基本是全长向下排出进入通道224在过渡点236外的圆形底部。换言之，当通道224具有满足公式7的几何构造时，流体将自发地芯吸通道224的全长，而不论其长度。

如上文所指出的，通过考虑与通道224的排出特性相关的设计约束条件，还可以分析与这样的通道224相关联的尺寸参数以确定其归一化水力半径的一个或多个合适的值。例如，如图5中示出的，通道224按比例缩放至适合在单位圆264中，因此能够计算通道224的归一化水力半径。一般而言，对于图5中示出的抛物线形或圆底“V”形的通道224，归一化水力半径同时是槽角258和通道224的基圆半径260与侧长262之间的比率的函数。因此，通过分析这样的尺寸参数，可以确定通道224的归一化水力半径，所述通道224还满足与所需的排出特性相关的设计约束条件。例如，可以生成示出归一化水力半径、槽角258和基圆半径260与侧长262的比率之间关系的一组曲线。

在进行这样的分析时，本发明的主题的发明人已经确定，当考虑到与通道的排出特性相关的另外的设计约束条件时，0.1至0.8(例如包括其间任何合适的子区间，例如0.1至0.4或0.4至0.8或0.3至0.5)的归一化水力半径将在通道224中提供足够减小的流动阻力。这样，在一些实施方案中，对于抛物线形或圆底“V”形通道224的合适的几何形状为归一化水力半径为0.1至0.8的以及满足公式6(即，提供部分自排出的通道)或公式7(即，提供完全自排出的通道)的几何形状。

应当理解的是，还可以针对其它合适的横截面通道形状限定所需的相互作用和关系。例如，图6示出微针208的局部横截面图，微针208包括具有直边梯形横截面形状的通道324。与上文所描述的通道224类似，通道324还可以按比例缩放至适合在单位圆264中，从而能够计算通道324的归一化水力半径。如所示的，通道324的横截面几何形状一般可通过槽角358(即由通道324的每个侧边330限定的角)、底宽360(即由通道324的底壁338限定的宽度)和侧长362(即从通道的外部边缘延伸到其底壁338的每个侧壁330的长度)限定。如上文所显示的，对于全部的横截面形状，归一化水力半径的设计约束条件可以是相同的。因此，对于所示出的梯形通道324，通道324的优选的几何形状的归一化水力半径为0.1至0.8。然而，考虑到它们不同的横截面形状，引入梯形通道的整体装置设计与以上参考抛物线形或圆底“V”形通道224所描述的在各个方面将是不同的。具体地，通过考虑到本文所讨论的对于梯形通道324的相关设计和功能标准，通道324的自排出特性可以被表征为落入三个不同的类别，下文表示为如下公式(即公式8-10)：

其中，θ对应于流体和通道324之间限定的接触角244(图3)并且对应于通道324的槽角358。

与公式5-7类似，以上的每个公式(即公式8-10)提供了用于限定为达到通道324所需的排出特性所需要的结构和组成的设计约束条件。具体地，如果满足公式8，流体将不会在通道324中充分排出。然而，如果满足公式9，通道324将部分地排出流体(即自发地将流体从储器拉入通道中)。例如流体可以沿着通道324的侧长362的大部分向下排入通道324中。此外，如果满足公式10，通道324将会是完全的自排出的，并且流体将沿着通道324的全长和/或基本是全长向下排出。例如，当通道324具有满足公式10的几何构造时，流体将向下排出并接触底壁338。因此，在一些实施方案中，梯形通道324的合适的几何形状(考虑到被递送通过通道324的药物制剂的性质)的归一化水力半径为0.1至0.8并且满足公式9(即提供部分自排出的通道)或公式10(即提供完全自排出的通道)的几何形状。

在其它的实施方案中，可以对任何其它横截面通道形状进行这样的分析，以限定用于达到所期望的通过微针通道流动所要求的相互作用和关系。例如，其它合适的横截面形状可以包括“V”形横截面，所述“V”形横截面包括在通道的底部尖角处终止的直侧壁(例如图7中示出的通道424)，“V”形横截面具有连续不断的弯曲凸面或凹面侧壁(例如图8中示出的通道524)或倒转的圆角梯形横截面形状(例如图9中示出的在其底部具有圆边的通道624)。

现在参考图10-12，示出了根据本发明的主题的多个方面可以形成被动药物递送装置10的一个实施方案的全部或部分的各种组件的几个视图。应该理解的是，简单示出所示的装置10以提供合适的被动药物递送装置的一个实例，采用所述装置可以便利地使用所述公开的微针组件200。因此，本领域的普通技术人员可以容易地理解，本发明的主题没有必要被限制到任何具体类型的被动药物递送装置，并且上文所描述的微针组件200可以与任何合适的装置构造一起使用。

如示出的，装置10可以包括用于将流体药物制剂递送进入和/或通过装置10的使用者的皮肤的皮肤刺入组件(例如微针组件200)、用于最初保留药物制剂的储器14、被构造为接收和/或支持储器14的至少部分的储器框架16和被构造为设置在微针组件200和储器14之间的扩散膜18。

一般而言，应该理解的是，任何合适的药物制剂(或多种药物制剂)可以保留在公开装置10中并通过其递送。如本文所使用的，术语“药物制剂”以其最宽泛的含义使用，可包括但不限于，任何药物(如呈纯净形式的药物)和/或含有药物(或多种药物)的任何溶液、乳剂、混悬剂和/或诸如此类。类似地，术语“药物”以其最宽泛的含义使用且包括任何具有或被认为具有疗效的化合物，其可包括管制的或非管制的化合物。例如，合适类型的药物可包括但不限于生物制品、小分子药剂、疫苗、蛋白质化合物、抗感染药剂、激素、调节心脏活动或血流的化合物、疼痛控制药剂等等。本领域普通技术人员应该容易理解各种成分可以按任何合适的方式组合以便制备具有或被认为具有疗效的化合物。

药物递送装置10被构造为包含液体药物制剂。所述药物制剂可以包括一种或多种药物，和根据需要的一种或多种有助于药物的递送、稳定性、维持和/或功能的另外的化合物。适用于本发明的药物制剂包括液体。在一些实施方案中，所述药物制剂在37℃(体温)下为液体，或在其它的实施方案中，在20℃(室温)下为液体。此外，在某些实施方案中，液体药物制剂在体温下的动态粘度小于20帕斯卡-秒(Pa.S)，或在其它实施方案中，小于10Pa.S，或在进一步的其它实施方案中小于1Pa.S，并且在其它的实施方案中，药物制剂的粘度可以为约1×10²Pa.S至1×10^-4Pa.S，或者进一步为约1×10¹Pa.S至1×10^-3Pa.S。使用的具体药物剂量将根据已知的因素例如具体的药物、患者的年龄和/或体重、治疗的疾病和/或病症等等而相应地变化。

在一些实施方案中，所述药物制剂还可以包括一种或多种药学上可接受的载体。本文所使用的术语“载体”包括但不限于可接受的溶剂、稀释剂、赋形剂、佐剂、溶媒、增溶助剂、粘度改性剂、防腐剂和本领域技术人员已知的用于形成药学制剂的其它试剂。通常使用的载体的各种非限制性实施例将在本文的下文描述。

在某些实施方案中，药物制剂可以包括一种或多种溶剂。合适的溶剂可以，例如，包括但不限于，丙酮、乙醇、水合戊烯、丁醇、玉米油、棉籽油、乙酸乙酯、甘油、己二醇、异丙醇、异硬脂醇、甲醇、二氯甲烷、矿物油、花生油、磷酸、聚乙二醇、聚氧丙烯15十八烷醚、丙二醇、丙二醇二乙酯、芝麻油、纯净水和/或任何其它可接受的溶剂。

所述药物制剂还可以包括一种或多种表面活化剂，例如一种或多种表面活性剂和/或乳化剂。所述表面活化剂可以用于为药物制剂提供稳定性，以增强或改变药物制剂已有的性质(例如改变药物制剂的表面能)和/或用于任何其它合适的目的。合适的表面活化剂可以，例如包括但不限于三油酸甘油酯、乙酰化蔗糖二硬脂酸酯、脱水山梨醇三油酸酯、聚氧乙烯(1)单硬脂酸酯、甘油单油酸酯、蔗糖二硬脂酸酯、聚乙二醇(50)单硬脂酸酯、辛基苯氧基聚(乙烯氧基)乙醇、二甘油五异硬脂酸酯、脱水山梨醇倍半油酸酯、羟基化羊毛脂、羊毛脂、三甘油二异硬脂酸、聚氧乙烯(2)油醚、硬脂酰-2-乳酸钙、甲基葡糖苷倍半硬脂酸酯、脱水山梨醇单棕榈酸酯、甲氧基聚乙二醇-22/十二烷基二醇共聚物(ElfacosE200)、聚乙二醇-45/十二烷基二醇共聚物(ElfacosST99)、聚乙二醇400二硬脂酸酯和甘油硬脂酸酯；醇，如鲸蜡醇和羊毛脂醇；肉豆蔻酸酯，如肉豆蔻酸异丙酯；鲸蜡基棕榈酸酯；胆固醇；硬脂酸；丙二醇；甘油、山梨糖醇、鲸蜡基羟乙基纤维素、鲸蜡醇聚醚-20(鲸蜡醇的聚乙二醇衍生物)，橄榄油鲸蜡醇酯和/或任何其它合适的表面活化剂。

此外，药物制剂还可以包括一种或多种粘度改性剂，例如一种或多种硬化剂或增稠剂。例如，合适的粘度改性剂可以包括但不限于，合适的蜡，例如鲸蜡酯蜡、乳化蜡、微晶蜡、白蜡和黄蜡、肉豆蔻醇、石蜡、合成石蜡，合适的天然树胶，如黄原胶、塔尔哈树胶、黄蓍胶、刺槐豆胶、瓜尔胶、爱尔兰藓胶、茄替胶、红藻胶、角叉菜胶、阿拉伯树胶、藻酸胶、琼脂胶、藻酸盐胶、合成聚合物和/或任何其它合适的粘度改性剂。

此外，所述药物制剂还可以包括一种或多种pH控制剂或缓冲剂，以维持或提供所需的药物制剂的pH。合适的pH控制剂或缓冲剂可以，例如包括但不限于钙、乙酸盐、偏磷酸钾、磷酸二氢钾和酒石酸和/或任何其它合适的pH控制剂或缓冲剂(如各种合适的弱酸和/或弱碱)。

所述药物制剂还可以包括一种或多种螯合剂以帮助维持药物制剂的离子强度并且结合并有效地除去任何破坏性的化合物和金属。例如，合适的螯合剂可以包括但不限于，依地酸二钾、依地酸二钠依地酸和/或任何其它合适的螯合剂。

此外，药物制剂还可以包括一种或多种抗菌添加剂，例如一种或多种抗菌剂和/或一种或多种抗菌防腐剂。例如，合适的抗菌剂可以包括但不限于苄醇、氯丁醇、苯乙醇、乙酸苯汞、山梨酸钾，和山梨酸和/或任何其它合适的抗菌剂。类似地，合适的抗菌防腐剂可以包括但不限于对羟基苯甲酸的烷基酯、丙酸盐、苯氧基乙醇、对羟基苯甲酸甲酯钠、对羟基苯甲酸丙酯钠、脱氢乙酸钠、苯扎氯铵、苄索氯铵、苯甲醇、乙内酰脲衍生物、季铵化合物和阳离子聚合物、咪唑烷基脲，重氮烷基脲、乙二胺四乙酸三钠(EDTA)和/或任何其它合适的抗菌防腐剂。

应当理解的是，为了得到其中所述药物制剂将沿着微针通道自发流过通道的大部分和/或基本上是全长的被动流动药物递送装置，可以通过选择各种成分，最主要的是溶剂和表面活化剂来对药物制剂进行改性，以达到本文所描述的所期望的表面能性质。

还参考图10-12，微针组件200一般可以被构造为与以上参照图1-9所描述的那些相同或类似。例如，组件200可以包括从支承件202(图1)延伸的多个微针208(图1)，每个微针208限定一个或多个开放通道224、324、424、524、624(图1和61-9)。如上文所显示的，整体设备的组成和结构，包括每个通道的横截面几何形状，可以被构造以提供被动流动装置，其中所述药物制剂将从储器14自发地向下流动并且进入到微针208中的通道的长度，并且从通道的开口进入到患者的身体。

如上文所显示的，应当理解的是，公开的装置10一般可以具有允许药物制剂被动流体流动通过微针208的任何合适的构造。如本文所使用的，术语“被动流体流动”是指通过微针208的固有的流体流动，所述流动最初和/或主要通过与药物制剂的相对表面张力、微针材料的表面能和身体吸收相关联的力驱动。在一些实施方案中，所述装置10可以被构造，以使得药物制剂的流动被动地从储器14驱动到微针组件200，然后通过微针208。在这些实施方案中，所述被动驱动流动将不包括基本上由对药物制剂和/或储器14加压和/或施加外力将药物制剂从储器14中推出来或其它的方式压迫出来，并进入微针208产生的流体流动，例如由使用泵或直接或间接地对药物制剂施加力的任何其它合适的主动装置产生的流体流动。可选择地，所述装置10可以被构造，以使得药物制剂仅被被动驱动通过微针208，药物制剂从储器14到微针组件200的流体流动基本上由对药物制剂和/或储器14加压和/或施加外力产生。

在一些实施方案中，公开装置10的储器14一般可以被构造为限定多个毛细管或通道的固体块或本体，所述毛细管或通道用于在将制剂随后递送进入微针组件200之前，最初保留药物制剂。具体地，如图10和11示出的，储器14可以包括顶部表面36和底部表面38，并且可以限定在顶部表面36和底部表面38之间延伸的多个通道40。所述储器14的本体自身一般可以限定成任何合适的形状和/或可以具有任何合适的构造，以允许储器14按本文所描述的发挥作用。例如，如图10中示出的，在一个实施方案中，所述储器本体可以包括从储器14的顶部表面36向中心外围边缘44延伸的限定一般为矩形的上部42，和从外围边缘44到底部表面38延伸的限定一般为矩形的下部46，并且相对于上部42，所述下部46是嵌入的。然而，在其它的实施方案中，储器14的本体可以具有任何其它合适的构造和/或限定任何其它合适的形状。

被限定为通过储器14的通道40一般可以被构造，使得药物制剂对抗重力保留在储器14中，直到由于皮肤吸收和/或毛细驱动流动才被被动地吸出通过微针208。具体地，在一些实施方案中，每个通道40的尺寸可以与药物制剂本身一起选择，以允许药物制剂由于毛细管作用保留在通道40中，直到在微针组件200中产生足以驱动药物制剂从通道40中出来并进入微针208的负压。较小的毛细管产生较大的毛细管作用力，并且因此每个通道40的横截面尺寸41(图11)(例如直径、宽度等)可以小心地选择，使得每个通道40中产生足以最初地将药物制剂保留在通道40中的毛细管压力。例如，在一些实施方案中，每个通道40的横截面面积可以为约1,000平方微米(μm²)至约125,000μm²，例如约1,250μm²至约60,000μm²或约6,000μm²至约20,000μm²以及其间任何其它子区间。

此外，用于保持所述药物制剂对抗重力所需的毛细管压力也可以作为通道40的高度43(图12)的函数变化。因此，在一些实施方案中，还可以小心地选择每个通道40的高度43以确保将所述药物制剂最初地保留在通道40中。例如，在具体的实施方案中，每个通道40的高度43可以小于约3厘米(cm)，例如高度为约1.5cm至约0.5cm或约1cm至约0.5cm以及其间任何其它子区间。

应当理解的是，在储器14中形成的通道40的具体数目一般可以根据众多因素变化，包括但不限于每个通道40的横截面尺寸41，以及需要保留在储器14中的药物制剂的总体积。然而，在本发明的主题的具体实施方案中，在储器14中形成的通道40的数目可以为约10个通道每平方厘米(cm²)至约1,500个通道每cm²，例如约50个通道每cm²至约1250个通道每cm²或约100个通道每cm²至约500个通道每cm²以及其间任何其它子区间。应当理解的是，通道40可以被构造以限定任何合适的横截面形状。例如，在一个实施方案中，每个通道40可以限定为半圆形或圆形。在其它的实施方案中，每个通道40可以限定为非圆形，例如“V”形或任何其它合适的横截面形状。

此外，通道40中的毛细管压力也可以被药物制剂和通道40之间限定的接触角影响，如上文所显示的，所述接触角一般通过通道材料的表面能和药物制剂的表面张力确定。因此，可以小心地选择用于形成储器本体的材料，以进一步增强公开的装置10的药物递送能力。具体地，期望的是选择的材料对药物制剂具有足够的亲和力，从而允许药物制剂最初地保留在通道40中，并仍然允许药物制剂被在微针组件12中产生的负压被动地吸出通道40之外。在一些实施方案中，可以选择用于形成储器14的材料，使得在药物制剂和通道40之间限定的接触角小于约90度，例如小于约60度，或小于约30度以及其间任何其它的子区间。考虑到这些范围，发现某些尼龙材料(如尼龙6)，聚丙烯酸材料、硅材料、玻璃材料和热塑性材料可以提供这些需要的性质。然而，应当理解的是，储器14一般可以由允许其按本文所描述的来发挥功能的任何合适的材料形成。

应当理解的是，通道40中的毛细管压力一般可以小于(即更小的负压或接近零压力)微针208的通道中的毛细管压力。然而，如以上所示的，期望的是，通道40中的毛细管作用力足以对抗重力在通道40中最初保留药物制剂。因此，在一些实施方案中，每个通道40中的毛细管压力一般可以足够大以产生比作用到药物制剂上的重力更大的毛细管作用力(优选地两倍大于重力)。

还应当理解的是，可以以各种不同的方式将药物制剂提供给储器14。例如，在一些实施方案中，可以经通过储器本体的一部分限定的入口通道48将药物制剂提供给储器14。例如，如图10和12中示出的，在一个实施方案中，入口通道48可以在储器14中形成并且在入口50和出口54之间延伸，所述入口50通过从储器14的上部42向外延伸的凸起52限定，所述出口54通过储器14的底部表面38限定。在这样的实施方案中，可以构造合适的管道或管56(图16)，以使所述管道或管56被接纳到入口50中并且可以与合适的药物源(例如，含有药物制剂的注射器)流体联通，使得药物制剂可以被直接导入入口通道48并沿着储器14的底部表面38从出口54排出。然后药物制剂可以通过毛细管作用向上吸入通道40。

然而，在其它的实施方案中，可以使用任何其它合适的方法将药物制剂提供给储器14。例如，在另一个实施方案中，储器14的下部46可以被简单地放置，以与药物制剂流体连通(例如，通过将储器14浸入容纳药物制剂的容器中)从而允许制剂通过毛细管作用向上流入通道40。

仍然参考图10-12，储器框架16一般可以被构造为限定框架开口58的刚性或半刚性本体，框架开口58被构造以接纳储器14的至少部分，从而允许储器14被支撑在框架16中。因此，应当理解的是，在一些实施方案中，一般可以在框架16中形成框架开口58，以限定与储器14的本体的整体形状对应的形状。例如，如图10中示出的，框架开口58的上部60可以被构造成限定与储器14的上部42的矩形相对应的一般为矩形的开口。类似地，可以减小框架开口58的下部62的尺寸，以限定通常与储器14的嵌入式下部46的形状相对应的开口。此外，如图10所示，框架16还可以限定入口凹处64，所述入口凹处64被构造为接纳储器14向外延伸的凸起52。因此，当储器14被接纳在框架开口58中时，储器14可以被垂直地支撑在框架16中。

此外，在一些实施方案中，储器框架16可以被构造为与微针组件200相连接。例如，如图12中示出的，可以在储器框架16的底部表面68和微针组件200的顶部表面的外部边缘(即支承件202的顶部表面204(图1))之间施加合适的粘合剂66(例如压敏粘合剂)以将微针组件200固定到储器框架16。然而，在其它的实施方案中，可以将微针组件200构造为与储器14的部分(例如沿着储器14的底部表面38的外部边缘)连接。

如以上所显示的，装置10还可以包括设置在微针组件200和储器14之间的扩散膜18。具体地，如图12中示出的，扩散膜18可以设置在微针组件200的顶部表面和储器14的底部表面38之间限定的界面处。一般而言，扩散膜18可以由允许药物制剂通过其流动和/或分散的任何合适的渗透的、半渗透的或多孔的材料(或多种材料)(例如尼龙滤网)制造。例如，在一个实施方案中，用于形成扩散膜18的材料的平均孔径可以为约0.01微米至约1000微米，例如约1微米至约500微米或者约20微米至约200微米以及其间任何其它子区间。无论如何，扩散膜18可以被构造为沿着储器14的底部表面38均匀地分散药物制剂。例如，如示例说明性的实施方案所示出的，流动通过入口通道48的药物制剂可以通过出口54排出并进入扩散膜18，然后所述扩散膜18可沿着储器38的底部表面38分散制剂，使得药物制剂可以通过毛细管作用向上吸入通道40。

现在参考图13-16，示出了根据本发明主题的多个方面的另外的组件的几个视图，所述组件也可以形成所公开的药物递送装置10的全部或部分。如示出的，除了微针组件200、储器14、储器框架16和扩散膜18，装置10也可以包括壳体112，所述壳体112被构造为至少部分地围绕和/或包住装置10的各个组件。例如，如图13和16中具体示出的，壳体112可以包括限定用于罩住各个装置组件的开放体积的上壳体部分114。上壳体部分112一般可以被构造成限定任何合适的形状。例如，如示例说明性的实施方案所示出的，上壳体部分114可以限定半圆形或圆顶形。然而，在其它的实施方案中，上壳体部分114可以具有限定用于罩住装置10的各个组件的开放体积的任何其它合适的形状。

此外，壳体112可以包括下壳体部分116，所述下壳体部分116被构造为当使用装置10时，临近使用者的皮肤放置。如示出的，下壳体部分116一般可以被构造为从壳体112的上部114的底部外部边缘向外延伸的法兰或凸起。在一些实施方案中，下壳体部分116可以被构造为使用皮肤附着方式附着到使用者的皮肤。例如，在一个实施方案中，可以将合适的粘合剂118施加到下壳体部分116的底部表面120。因此，当将下壳体部分116放置到使用者的皮肤上时，粘合剂可以将壳体112固定到皮肤。

此外，装置10还可以包括柱塞122，柱塞122被构造为在未驱动的位置之间相对于壳体112移动(图14)，其中微针组件200的底部一般相对下壳体部分116的底部表面120和驱动位置对齐或嵌入(图15)，其中微针组件200向外延伸超出下壳体部分116的底部表面120，从而允许微针组件200的微针208刺入使用者的皮肤。如图14-16所示，在一个实施方案中，柱塞122一般可以包括圆柱形的顶部124和扁平的底部126，所述顶部124被构造为可滑动地被接纳在壳体112中限定的相应开口126中，所述扁平底部126被构造以接合或其它方式对储器14和/或储器框架16施加力。在这样的实施方案中，当柱塞122的顶部124在开口126中相对于壳体112的顶部表面130向下移动时，柱塞122的底部128可以对储器14和/或储器框架16施加力，推动微针组件200向下进入使用者的皮肤中。

应当理解的是，柱塞122可以被构造成使用本领域已知的任何合适的方式将储器14和/或储器框架16向下推动。例如，如示例说明性的实施方案所示，可以将弹簧132放置在柱塞122的底部128和壳体112的上壳体部分114之间，以对柱塞122施加向下的力。在这样的实施方案中，可以构造锁栓和/或其它的锁定机制以在装置10不使用时，将柱塞122维持在未驱动的位置。例如，如图13所示的，锁栓134可以构造成延伸通过柱塞122中限定的开口136，从而接合上壳体部分114的相对边，由此避免柱塞122相对于壳体112移动。然而，当去除锁栓134时，通过弹簧132施加的力可以将柱塞122向下推动进入驱动位置，从而使得微针组件12向使用者皮肤的方向移动。

在一个实施方案中，可以选择弹簧132的构造(包括其长度和弹簧常数)，使得在将药物制剂递送的过程中，传递到微针组件200的向下的力足以使微针208刺入使用者的皮肤并保留在其中，而不需要对柱塞122施加任何额外的力。供选择地，可以选择弹簧132的构造使得在递送药物制剂的过程中，需要额外的向下的力以使微针208刺入使用者的皮肤和/或保留在其中。在这样的实施方案中，额外的向下的力可以例如通过使用者将柱塞122的顶部向下按压来施加。

应当理解的是，除了由弹簧132施加的向下的力，还可以通过弹簧对壳体112施加向上的反作用力。由于所公开的装置10的结构，一般可以通过用于将壳体112固定到使用者的粘合剂118将这样的向上的力通过壳体112传递到使用者的皮肤。因此，当围绕壳体112的周边向上拉伸使用者的皮肤，使用者的皮肤可以被拉紧，从而提高微针208可以插入到皮肤中的轻松程度。

还应当理解的是，在供选择的实施方案中，可以使用本领域已知的任何其它合适的方式使得柱塞122相对于壳体112移动。例如，在一个实施方案中，使用者可以简单将手指压力施加到柱塞122的顶部以向下推它。此外，在其它的实施方案中，所公开的装置10可以包括用于对微针组件12和/或储器14产生和/或施加压力的本领域已知的任何其它合适的方式。例如，可以使用流体压力(如来自反应的和/或泵入装置10的增压空气)将压力施加到微针组件200和/或储器14。在另一的实施方案中，可以使用任何其它合适的装置和/或致动器(例如转向/曲柄机构、移位液压汽缸和/或诸如此类)对微针组件200和/或储器14施加机械力。

此外，应注意的是，由于储器14被设计成使得药物制剂保留在通道40中，因此所公开柱塞122不能对药剂本身施加明显的力。然而，当通过柱塞122施加向下的力时，该力通过储器14的本体和/或储器框架16传递。因此，微针208可以被压进使用者的皮肤，而不需要增加药物制剂的压力或以其它的方式向下推动到药物制剂上，从而防止药物制剂以不期望的流速被迫通过微针26。

仍然参考图13-16，装置10还可以包括过滤器138，所述过滤器138被构造成允许空气(包括从微针组件200向上升起的任何空气)从储器14排放。如图14和15所示，过滤器138可以被构造为直接地邻近储器14的顶部表面36放置，以覆盖每个通道40的顶部末端。在这样的实施方案中，过滤器138可以围绕储器14的顶部表面36的周边附着到储器14。例如，如图14-16所示，为了将过滤器138固定到储器16，可以将合适的粘合剂140(如压敏粘合剂)放置在过滤器138和顶部表面36之间。

一般而言，应当理解的是，过滤器138可以由至少部分地阻碍和/或抵制药物制剂通过其中的任何合适的空气可渗透材料制备。在某些实施方案中，需要的是过滤器138容易允许空气通过，并且完全地或充分地阻碍包括任何载体或稀释剂例如乙醇或水的流体通过。例如，在一些实施方案中，过滤器138可以由高疏水和疏油的材料(或多种材料)，例如某些丙烯酸共聚物膜，其它的疏水聚合物(或多种疏水聚合物)和/或任何其它合适的材料(或多种材料)形成。

此外，如图16所示出的，在一些实施方案中，可以将刚性的或半刚性的筛网142(例如金属丝网)置于过滤器138和柱塞122之间。因此，当将柱塞122将筛网142向下推动(例如通过由弹簧132施加的力)时，筛网142可以将过滤器138保持平靠在储器14的顶部表面36，同时允许空气经由其通过。因此，过滤器138可以完全地将每个通道40的顶部覆盖/密封，从而允许过滤器138充当用于阻碍或抵制药物制剂沿着储器14的顶部表面36流动的装置。

应当理解的是，在本发明的主题的各种实施方案中，所公开的装置10可以包括在图10-16中示出的全部组件或组件的任意组合。例如，在一个实施方案中，装置10可以仅包括微针组件200、储器14和扩散膜18或所公开的组件的任何其它合适的组合。

应当理解的是，尽管以上描述的储器14被构造为限定用于保留药物制剂的多个通道40的固体块或本体，但是储器一般可以具有在随后将药物制剂递送到微针组件200之前，允许它保留药物制剂的任何合适的构造。例如，在供选择的实施方案中，储器14可以简单地被构造为限定用于保留药物制剂的开放体积或腔的容器。在这样的实施方案中，储器14可以是刚性的或半刚性的膜(例如通过构造为刚性的、中空的容器)或储器14可以为柔性的囊。在进一步的实施方案中，储器14可以被构造为固体容器或基质，通过所述容器或基质的药物制剂能够被控制方向，例如可渗透的、半渗透的或微孔的固体基质。在还进一步的实施方案中，储器14可以包括柔性囊，所述柔性囊包含在刚性膜中或被刚性膜屏蔽。

本书面描述使用实例、包括最佳方式来公开本发明，且还能使本领域任何技术人员实践本发明，包括制造和利用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可被授予专利的范围由权利要求书限定且可包括本领域技术人员可想到的其它实例。如果这样的其它实例包括没有不同于权利要求书的字面语言的结构元件或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质性不同的等效结构元件，这样的其它实例意图在所述权利要求书的范围内。

Claims (30)

1.一种药物递送装置，其包括：

储器，所述储器包含液体药物制剂；和

微针组件，所述微针组件与所述储器流体联通，所述微针组件包括支承件，所述支承件限定上表面和下表面，所述微针组件还包括多个微针，所述多个微针从所述下表面伸出，每个微针限定用于接收所述药物制剂的开放通道，所述开放通道的归一化水力半径为0.1至0.8，当固定体积的所述药物制剂被接收在其中时，所述开放通道还具有液体到固体的界面能和液体到蒸气的界面能；

其中，选择和构造所述药物制剂和所述开放通道的横截面几何形状，使得当所述固定体积的药物制剂的流体长度在开放通道中增加时，所述液体到固体的界面能超过所述液体到蒸气的界面能。

2.如权利要求1所述的药物递送装置，其中所述液体到固体的界面能根据以下公式确定：

E_LS＝-L*L_g*γ*Cos(θ)

其中，E_LS对应于所述液体到固体的界面能，L对应于所述流体长度，L_g对应于所述开放通道中所述药物制剂的液体/固体界面长度，γ对应于所述开放通道中所述药物制剂的液体表面张力，并且θ对应于所述药物制剂和所述开放通道之间限定的接触角。

3.如权利要求1所述的药物递送装置，其中所述液体到蒸气的界面能根据以下公式确定：

E_LV＝L*L_S*γ

其中，E_LV对应于所述液体到蒸气的界面能，L对应于所述流体长度，L_S对应于所述开放通道中所述药物制剂的液体/蒸气界面长度，并且γ对应于所述开放通道中所述药物制剂的液体表面张力。

4.如权利要求1所述的药物递送装置，其中选择和构造所述药物制剂和所述开放通道的横截面几何形状以满足以下约束条件：

$\frac{d}{dL}{\&lsqb;E_{LV}+E_{LS}\&rsqb;}_V<0$

其中，E_LV对应于所述液体到蒸气的界面能，E_LS对应于所述液体到固体的界面能，L对应于所述药物制剂的所述流体长度，并且V对应于所述流体的所述固定体积。

5.如权利要求4所述的药物递送装置，其中所述开放通道限定基本上抛物线形的横截面。

6.如权利要求5所述的药物递送装置，其中选择和构造所述药物制剂和所述开放通道的横截面几何形状以满足以下约束条件的至少一个：

其中，θ对应于所述药物制剂和所述开放通道之间限定的接触角并且对应于所述开放通道的槽角。

7.如权利要求4所述的药物递送装置，其中所述开放通道限定基本上梯形的横截面。

8.如权利要求7所述的药物递送装置，其中选择和构造所述药物制剂和所述开放通道的横截面几何形状以满足以下约束条件的至少一个：

其中，θ对应于所述药物制剂和所述开放通道之间限定的接触角并且相当于所述开放通道的槽角。

9.如权利要求1中任一项所述的药物递送装置，其中所述开放通道限定基本上抛物线形的横截面，其中从所述横截面形状的顶点到所述横截面形状的焦点的距离等于或小于所述开放通道深度的50％。

10.如权利要求1所述的药物递送装置，其中每个微针的皮肤接触面积为约1,500um²至约262,500um²。

11.一种药物递送装置，其包括：

储器，所述储器被构造成最初保留药物制剂；和

微针组件，所述微针组件与所述储器流体联通，所述微针组件被构造以使得所述药物制剂的被动流体流动被引导通过所述微针组件，所述微针组件包括支承件，所述支承件限定上表面和下表面，所述微针组件还包括多个微针，所述多个微针从所述下表面伸出，每个微针限定用于接收所述药物制剂的开放通道，所述开放通道的归一化水力半径为0.1至0.8，当固定体积的所述药物制剂被接收在其中时，所述开放通道还具有液体到固体的界面能和液体到蒸气的界面能；

其中，选择和构造所述药物制剂和所述开放通道的横截面几何形状，使得当所述固定体积的药物制剂的流体长度在开放通道中增加时，所述液体到固体的界面能超过所述液体到蒸气的界面能。

12.如权利要求11所述的药物递送装置，其中所述药物制剂通过所述微针组件的被动流体流动源于与所述药物制剂的相对表面张力、形成每个微针的材料的表面能或身体吸收的至少一个相关的力。

13.如权利要求11所述的药物递送装置，其中所述储器包括顶部表面和底部表面，所述储器限定在所述顶部表面和底部表面之间延伸的多个通道，所述通道被构造成使得所述药物制剂对抗重力保留在所述通道中直到在所述微针组件中产生负压，所述负压将所述药物制剂从所述储器吸出并进入每个微针的开放通道。

14.如权利要求11所述的药物递送装置，其还包括设置在所述微针组件和所述储器之间的扩散膜，所述扩散膜被构造成将所述药物制剂沿着所述储器的底部表面分布。

15.如权利要求11所述的药物递送装置，其中所述液体到固体的界面能根据以下公式确定：

E_LS＝-L*L_g*γ*Cos(θ)

其中，E_LS对应于所述液体到固体的界面能，L对应于所述流体长度，L_g对应于所述开放通道中所述药物制剂的液体/固体界面长度，γ对应于所述开放通道中所述药物制剂的液体表面张力，并且θ对应于所述药物制剂和所述开放通道之间限定的接触角。

16.如权利要求11所述的药物递送装置，其中所述液体到蒸气的界面能根据以下公式确定：

E_LV＝L*L_S*γ

其中，E_LV对应于所述液体到蒸气的界面能，L对应于所述流体长度，L_S对应于所述开放通道中所述药物制剂的液体/蒸气界面长度，并且γ对应于所述开放通道中所述药物制剂的液体表面张力。

17.如权利要求11所述的药物递送装置，其中选择和构造所述药物制剂和所述开放通道的横截面几何形状以满足以下约束条件：

$\frac{d}{dL}{\&lsqb;E_{LV}+E_{LS}\&rsqb;}_V<0$

其中，E_LV对应于所述液体到蒸气的界面能，E_LS对应于所述液体到固体的界面能，L对应于所述药物制剂的所述流体长度，并且V对于所述流体的所述固定体积。

18.如权利要求17所述的药物递送装置，其中所述开放通道限定基本上抛物线形的横截面。

19.如权利要求18所述的药物递送装置，其中选择和构造所述药物制剂和所述开放通道的横截面几何形状以满足以下约束条件的至少一个：

其中，θ对应于所述药物制剂和所述开放通道之间限定的接触角并且对应于所述开放通道的槽角。

20.如权利要求17所述的药物递送装置，其中所述开放通道限定基本上梯形的横截面。

21.如权利要求20所述的药物递送装置，其中选择和构造所述药物制剂和所述开放通道的横截面几何形状以满足以下约束条件的至少一个：

其中，θ对应于所述药物制剂和所述开放通道之间限定的接触角并且对应于所述开放通道的槽角。

22.如权利要求11所述的药物递送装置，其中所述开放通道限定基本上抛物线形的横截面，其中从所述横截面形状的顶点到所述横截面形状的焦点的距离等于或小于所述开放通道深度的50％。

23.如权利要求11所述的药物递送装置，其中每个微针的皮肤接触面积为约1,500um²至约262,500um²。

24.一种药物递送装置，其包括：

储器，所述储器包含液体药物制剂；和

微针组件，所述微针组件与所述储器流体联通，所述微针组件包括支承件，所述支承件限定上表面和下表面，所述微针组件还包括多个微针，所述多个微针从所述下表面伸出，每个微针限定用于接收所述药物制剂的开放通道并且每个微针的皮肤接触面积为约1,500um²至约262,500um²，当固定体积的所述药物制剂被接收在其中时，所述开放通道具有液体到固体的界面能和液体到蒸气的界面能；

其中，选择和构造所述药物制剂和所述开放通道的横截面几何形状，使得当所述固定体积的药物制剂的流体长度在开放通道中增加时，所述液体到固体的界面能超过所述液体到蒸气的界面能。

25.如权利要求24所述的药物递送装置，其中所述开放通道的归一化水力半径为0.1至0.8。

26.如权利要求24所述的药物递送装置，其中选择和构造所述药物制剂和所述开放通道的横截面几何形状以满足以下约束条件：

$\frac{d}{dL}{\&lsqb;E_{LV}+E_{LS}\&rsqb;}_V<0$

其中，E_LV对应于所述液体到蒸气的界面能，E_LS对应于所述液体到固体的界面能，L对应于所述药物制剂的所述流体长度，并且V对应于所述流体的所述固定体积。

27.如权利要求26所述的药物递送装置，其中所述开放通道限定基本上抛物线形的横截面。

28.如权利要求27所述的药物递送装置，其中选择和构造所述药物制剂和所述开放通道的横截面几何形状以满足以下约束条件的至少一个：

其中，θ对应于所述药物制剂和所述开放通道之间限定的接触角并且对应于所述开放通道的槽角。

29.如权利要求26所述的药物递送装置，其中所述开放通道限定基本上梯形的横截面。

30.如权利要求29所述的药物递送装置，其中选择和构造所述药物制剂和所述开放通道的横截面几何形状以满足以下约束条件的至少一个：

其中，θ对应于所述药物制剂和所述开放通道之间限定的接触角并且对应于所述开放通道的槽角。