CN107530534A - 具有可分离微针的药物递送装置 - Google Patents

Abstract

装置400、500包含能够从药物递送装置分离、控制药物释放速率和/或方向，或其组合的微针450、550。当所述微针可分离时，施加到所述药物递送装置的力能够有效地用所述微针穿透生物组织并且接着从所述药物递送装置分离所述微针。所述药物递送装置可能够实现离散的药物释放期。

Description

具有可分离微针的药物递送装置

相关申请的交叉引用

本申请主张2015年4月17日提交的美国临时申请第62/141,336号的优先权，所述申请以引用的方式并入本文中。

背景技术

本申请一般是在用于将治疗性分子、诊断分子、化妆品分子、生物分子或其它分子输送到生物组织(包括皮肤)中、输送出所述生物组织或穿过所述生物组织的微针领域中。

微针尺寸较小，这使得它们能够对准组织层，并且在这样做时相对没有疼痛。然而，其小尺寸典型地需要使微针与衬底或其它结构结合以在产生并且应用到(即，将所述微针插入到)生物组织期间促进操作。因此，在应用之后，在微针插入之后，衬底或其它结构(例如，贴片)可能需要保留在组织表面上并且在药物或其它药剂的释放时段期间，这可能是不利的。

在用微针穿透生物组织之后，衬底或其它结构对于患者可以不舒服和/或不便利的，和/或遭受到使所述微针的位置或特征不当改变的外部力。此外，与微针结合的现用衬底和其它结构并不提供方便的和/或可靠且快速的方式来使所述微针从所述衬底或其它结构分离。

微针由于其尺寸能够对准特定组织层并且提供控制释放药物到那些组织中。期望的是获得处理释放动力学的额外技术以便增加可获得的释放特征类型和范围。举例而言，虽然已知某些基质材料以特定速率释放药物，但当前微针配置在部署之后缺乏在所需时间处“关闭”或显著增大或减小药物释放速率的能力。常规配置同样可以不提供用于指导药物释放的扩散方向的机理和/或可以不控制释放药物的微针区。

为了微针的更好插入和分离，和/或对药物释放速率和位置的控制，仍需要改进药物递送装置设计。

发明内容

已研发出满足上文所描述需求中的一或多个的改进型药物递送装置和药物递送方法。

在一个方面中，提供用可分离微针递送药物的药物递送装置。在一个实施例中，具有可分离微针的药物递送装置包含具有微针侧和对置背侧的衬底；从所述衬底的所述微针侧延伸的微针阵列，其中所述微针包括药物；被布置在所述衬底的所述对置背侧上的支撑层；和至少一个部件，被配置成在对所述衬底施加足以用所述微针阵列至少部分穿透组织表面的力后即刻从所述衬底分离所述微针阵列。

在另一实施例中，具有可分离微针的药物递送装置包含具有可按压部分的外壳；具有微针侧和对置背侧的衬底；从所述衬底的所述微针侧延伸的微针阵列，其中所述微针包括药物；和被布置在所述衬底的所述对置背侧上并且可移动地安装在所述外壳内的支撑层，其中所述可按压部分被配置成在按压后即刻对所述支撑层和衬底中的至少一个施加或激活有效从所述衬底分离所述微针阵列的剪切力。在实施例中，剪切力是旋转剪切力或线性的/横向剪切力。药物递送装置还可以包含在按压可按压部分后即刻施加剪切力的设备。

在一个方面中，提供将微针插入到生物组织中以将药物投予到所述生物组织中的方法。在实施例中，所述方法包含将药物递送装置安置在生物组织表面上，所述药物递送装置包括从衬底延伸的包括药物的微针阵列；和对所述装置施加有效地(i)用所述微针阵列穿透所述组织表面，并且从所述衬底分离所述微针阵列的力。所述安置和施加步骤可单独地或两个均人工执行。在一个实施例中，组织表面的穿透和微针阵列从衬底的分离基本上同时进行。

在另一方面中，提供能够控制药物释放速率和/或方向的药物递送装置。在一个实施例中，药物递送装置包含包括药物并且从基底延伸的微针阵列，和用于在所述微针至少部分地插入到生物组织之后，触发药物从所述微针释放并且进入所述生物组织中的速率改变的系统。在另一实施例中，药物递送装置包含具有微针侧和对置背侧的衬底；从所述衬底的所述微针侧延伸的微针阵列，其中所述微针包括药物；被布置在所述衬底的所述对置背侧上的支撑层；和被配置成允许(i)在植入后即刻或在植入之后离散的药物释放期、(ii)控制释放药物的所述微针区，或(iii)其组合的屏障。在另一实施例中，药物递送装置包含能够控制药物释放速率和/或药物释放位置的屏障。

其它方面将部分地阐述于以下实施方式中，并且将部分地从所述实施方式显而易见，或可通过实践下文所描述的方面习得。下文所描述的优点将借助于在所附权利要求书中特别地指出的要素和组合来实现并获得。应理解，以上一般描述和以下详细描述均仅是示范性和解释性的且并非限制性的。

附图说明

图1A以横截面视图描绘具有微针阵列的药物递送装置的一个实施例，其中所述微针包含预定断裂区的实例。

图1B以横截面视图描绘具有微针阵列的药物递送装置的一个实施例，其中所述微针的一部分已穿透生物组织表面。

图1C以横截面视图描绘药物递送装置的一个实施例，其中预定断裂区已经断裂，在微针已经插入到生物组织中之后将所述微针从其衬底分离。

图2A以横截面视图描绘药物递送装置的一个实施例，和具有预定断裂区的一个实例的微针分离。

图2B以横截面视图描绘药物递送装置的一个实施例，和具有预定断裂区的另一实例的微针分离。

图3A以横截面视图描绘药物递送装置的一个实施例，和在生物组织表面下方的经分离微针。

图3B以横截面视图描绘药物递送装置的一个实施例，和部分地内嵌于生物组织中的经分离微针。

图4以侧面视图和横截面视图描绘具有可按压部分的药物递送装置的一个实施例，所述可按压部分能够赋予横向剪切力以分离已经插入到生物组织中的微针。

图5以侧面视图和横截面视图描绘具有可按压部分的药物递送装置的另一实施例，所述可按压部分能够赋予横向剪切力以分离已经插入到生物组织中的微针。

图6以侧面视图和横截面视图描绘具有可按压部分的药物递送装置的一个实施例，所述可按压部分能够赋予旋转剪切力以分离已经插入到生物组织中的微针。

图7以横截面视图描绘具有涂布有屏障的微针的药物递送装置的一个实施例。

图8A以横截面视图描绘在微针中包含屏障颗粒的药物递送装置的一个实施例。

图8B以横截面视图描绘从图8A所示的药物递送装置的实施例的药物释放。

图9A以横截面视图描绘具有微针的药物递送装置的一个实施例，所述微针涂布有包含两种不同材料的屏障。

图9B以横截面视图描绘从图9A所示的药物递送装置的实施例的药物释放。

图10A以横截面视图描绘具有涂布有屏障的微针的药物递送装置的另一实施例。

图10B以横截面视图描绘从图10A所示的药物递送装置中分离出的微针的药物释放。

具体实施方式

已研发出经改进的药物递送装置和插入微针的方法。在实施例中，药物递送装置包含此衬底延伸的微针阵列，和被配置成在对所述衬底施加力之后即刻从所述衬底分离所述微针阵列的至少一个部件。施加到衬底的力可有效的用微针阵列至少部分地穿透生物组织。阐明，输入力产生将施加到微针的两种不同力。第一种力具有将微针插入到组织中的主要作用，且第二种力具有从衬底分离所述微针的主要作用。

在实施例中，所述微针阵列中的一或多个微针在施加有效地用微针阵列至少部分地穿透组织表面的力后即刻有利地从衬底分离。因此，在一些实施例中，力的施加有效地[1]用微针阵列穿透生物组织，并且随后[2]使所述微针阵列的一或多个微针从衬底分离。经分离的微针随后可保持至少部分地内嵌于生物组织中。所述装置的衬底和剩余部分可以在分离微针后即刻有利地从组织表面移除。

在一优选实施例中，微针的组织穿透和分离依序地但几乎同时地进行。以此方式，例如使用者可以相对于个人的皮肤人工地应用装置，并且只是按压所述装置的按钮或其它部分，或扭转所述装置，以在简单且快速的运动中将微针都插入到所述皮肤中并且从所述装置分离所述微针。这样有利地简化给药过程并且避免需要使一些外部装置部分长期保持在所述皮肤表面上，例如在药物释放期间或在等待发生溶解驱动分离时。

如本文所使用，关于本文所描述的装置的使用的术语“使用者”可以是被投予微针(即，在自我投予时)的个人或可以是将微针投予另一个人或动物的个人。举例来说，使用者可以是将微针装置应用到需要药物来治疗或预防的患者的医生或护士或其它医学专家。

在本文所描述的装置和其用途的实施例中，在力-位移曲线中存在不连续性-即，输入力(即，由使用者应用到装置的力)产生微针的位移。在一种情况下，连续输入力产生非连续的微针位移。举例来说，输出力(即，应用到微针或衬底的力)最初使所述微针在垂直方向(朝向/进入目标组织位点)上移动并随后突然地转变成向横向方向移动。在一替代实例中，连续地发生从垂直移动到横向移动的转变。

本文所描述的装置和方法的一重要方面是微针从衬底的分离发生在使用者施加输入力期间。相比之下，常规系统描述基于在微针插入之后并且在无更多的力施加到所述微针装置之后发生的溶解过程而发生的分离。在这种常规情况下，在一些稍后时间(例如，若干分钟或小时)处，微针(或所述微针的一部分)变得润湿且柔软，并且可形成凝胶且部分溶解以使得衬底可从组织中移除，且所述微针仍留在所述组织中。又相比之下，在本文所描述的装置和方法下，通过微针与水在组织中的相互作用或吸入水或溶解或任何其它这类处理并未有利地促进(根本或实质上)微针的分离。

当前公开的装置和方法的另一优势是不同于一些常规系统，微针的分离并不取决于具有抵抗所述微针从生物组织中撤回的某种倒钩部件的所述微针。因此，本发明的微针可具有实质上平滑或笔直的侧壁。

在一些实施例中，将例如剪切力的物理力施加到微针使其破裂。在其它实施例中，微针和/或衬底的机械特性发生改变导致它们的分离，即，由于较小的剪切或甚至在无任何剪切下，与衬底的微针界面变得较弱，这样导致分离。举例来说，预定断裂区可以由一或多种各向异性材料或复合材料形成或包含一或多种各向异性材料或复合材料。在一些实施例中，存在可以在微针插入到皮肤或其它生物组织中后即刻改变所述微针的机械特性的触发事件。这些触发事件的实例包含(i)因插入力所致的压力导致有助于微针分离的相位改变(例如，固相到液相改变，一种晶体结构到另一种晶体结构)；(ii)液体接触微针界面并且将其溶解或以其它方式使其变弱，其中所述插入力开始释放存储在装置中的液体并且所述液体使微针界面溶解/变弱；以及(iii)按压所述装置以将所述微针插入到生物组织中来完成(或断开)电路，所述电路触发开关以机械地使所述微针破裂，或由于反过来导致所述装置的可断裂区失效的电场而改变所述微针中的材料特性(例如，带电分子的排列)。

在一些实施例中，使用者相对于装置朝向生物组织的向下施加力施加了垂直于衬底的力以使得微针从所述衬底分离。举例来说，所述力可使得微针的近端部分推按通过衬底，从而使其断裂。在其它实施例中，使用者相对于装置朝向生物组织的向下施加力施加了平行于衬底的力以使得微针从所述衬底分离。举例来说，所述平行力可以是线性的或旋转的。

药物递送装置的一个实施例描绘在图1A中。药物递送装置100包含支撑层110和衬底120，微针阵列130从所述衬底延伸。在施加力后，药物递送装置100的微针130穿透组织表面150(图1B)，这样产生经断裂的微针160(图1C)。图1A的微针包含预定的断裂区140，但并不需要所述预定断裂区140的存在。

还提供能够控制药物释放的经改进的药物递送装置和方法。在实施例中，药物递送装置包含包括药物并且从基底延伸的微针阵列；和用于在所述微针至少部分地插入到生物组织中之后，触发所述药物从所述微针释放并且进入到所述生物组织中的速率改变的系统。用于触发的系统可以响应于条件或条件的改变(例如温度、pH、压力等)来改变药物释放速率。在一个实施例中，用于触发的系统包括安置在微针的至少部分中或其上以在至少一个方向上和/或在预定时间段内阻碍药物从所述微针释放的屏障材料。举例来说，屏障材料可完全地或部分地封装所述微针的全部或部分药物、涂布所述微针的的至少一部分，或其组合。触发改变可以属于三种类别中的一种：(I)所述触发改变可以归因于在组织环境内的并非人类干预结果的内源性改变(例如，分析物浓度改变)；(II)所述触发改变可以归因于人类干预，例如提供电场或施加压力，或(III)所述触发改变可以归因于在无人类干预情况下的微针内的改变，例如预先包埋作用类似于保险丝的溶解过程，一旦发生充足的溶解，可释放药物。

在实施例中，药物递送装置包含在对所述装置施加力后即刻分离的微针，和用于触发药物从所述微针释放的速率改变和/或位置改变的系统。在一优选实施例中，微针包含在所述微针上方的屏障以使得仅从发生分离的末端部分/区发生药物释放。以此方式，优选地或专门地对发生分离的末端部分/区附近的组织进行药物递送/释放。就皮肤而论，微针可以从真皮-表皮接合点附近的衬底分离。这样，真皮中的微针的部分将被包覆且不释放药物，但微针的顶部(当其分离时)将释放药物到表皮中，其通常为皮肤疾病的位点。

除非本文中或以下说明书的剩余部分中另外定义，否则本文中所使用的全部技术及科学术语具有本发明属于的本领域中的普通技术人员通常理解的含义。还应理解，本文中所用的术语仅仅是为了描述具体实施例的目的且并不意图为限制性的。在描述且主张本发明实施例中，以下术语将根据下文陈述的定义使用。

除非内容另外明确指示，否则如本说明书以及所附权利要求书中所使用的单数形式“一(a/an)”以及“所述”包含复数指示物。因此，举例来说，提及“一屏障材料”可以包含两种或更多种组分的组合；提及“一预定断裂区”可以包含两个不同的预定断裂区域，及类似情况。如本文中所使用的术语“约”指示可以包含在规定值的10％内，或视情况可在所述值的5％内，或在一些实施例中在所述值的1％内改变的量的既定量值。

微针阵列

微针阵列包含从基底衬底的表面延伸的两个或更多个微针。词组“基底衬底”和术语“衬底”在本文中可互换地使用。每一个微针具有直接或经由一或多个预定断裂区间接附接到基底衬底上的近侧端，和锋利且有效穿透生物组织的远尖端。微针可具有在近端与远端之间的锥形化侧壁。

微针的长度(L_MN)可在约50μm与2mm之间。在大多数情况下，其在约200μm与1200μm之间，且理想地在约500μm与1000μm之间。微针的体积(V_MN)可在约1nl与100nl之间。在大多数情况下，其在约5nl与20nl之间。

在一个实施例中，微针阵列包含10到1000各微针。

在一优选实施例中，所述微针是包含目标物质(例如活性药物成分(API))的固体微针，所述活性药物成分在将所述微针插入到生物组织(例如，患者的皮肤中)之后在体内溶解。举例来说，目标物质可以混合到形成固体微针的水溶性基质材料中。目标物质可提供于生物可侵蚀的调配物中。如本文所使用，术语“生物可侵蚀”意味着结构/材料通过溶解、酶鍵裂解、水解、侵蚀、吸收或其组合在体内降解。在一优选实施例中，目标物质和所述目标物质分散于其中的基质材料形成微针的结构。在一优选实施例中，生物可侵蚀微针的基质材料是水溶性的，以使得整个微针在体内溶解。在另一实施例中，生物可侵蚀微针的基质材料是可生物降解，以使得所述微针不可溶于最初插入到生物组织中的形式中，但在身体中进行化学改变(例如，破坏聚合物的的化学键)致使化学改变的产物(例如，聚合物的单体或寡聚物)为水溶性的或以其它方式从身体清除。

在一个实施例中，既定微针阵列内的微针全部含有同一活性剂和赋形剂。然而，活性剂和/或赋形剂可以在每一个微针中、在不同排的微针中，或微针阵列的区段/区域中不同。设计具有这类分离的微针的可能原因是：i)不同的活性剂彼此不相容，ii)不同的活性剂需要不同的稳定赋形剂，和ⅲ)单一活性剂或不同活性剂需要不同的释放特征(例如，快速推注之后持续释放的组合)。

微针阵列还包含药物、活性成分或试剂，或目标物质。术语和词组“药物”、“活性成分”、“活性试剂”、“活性剂”和“目标物质”在本文中可互换地使用。药物可以在微针内部和/或在微针的表面上、在衬底内部和/或在衬底上，或其组合。药物可分散于微针的特定区域中、安置于所述微针内的一或多个储液槽中、安置于高浓度区域中，或其组合。

预定断裂区

在实施例中，药物递送装置包含预定断裂区。衬底和/或一或多个微针可以包含预定断裂区。在实施例中，可认为这种区域是在微针与衬底之间的易碎界面。预定断裂区可以增加微针或微针与衬底的一部分在所需位置处或在所需位置附近分离的可能性。在一些实施例中，预定断裂区确保微针或微针与衬底的一部分在所需位置处或在所需位置附近分离。

在一个实施例中，衬底包含在微针阵列中的一或多个微针中的每一个附近的预定断裂区。举例来说，衬底可以包含被配置成由于对装置施加力而断裂的预定断裂区。通常在微针至少部分地被推按到衬底中之后，预定断裂区域可以由于施加力而断裂。衬底可以在预定断裂区破裂后即刻呈现不能固持微针阵列。在一些实施例中，衬底的一部分可以在分离后即刻与一或多个微针结合和/或一或多个微针的一部分可以在分离后即刻与衬底结合。

在一个实施例中，微针阵列中的一或多个微针包含预定断裂区。所述预定断裂区可以位于所述微针阵列中的一或多个微针的近侧端处。

在一个实施例中，一或多个预定断裂区包含在衬底和微针阵列中的一或多个微针中。

在实施例中，预定断裂区包括增加一或多个微针的分离将在所需位置处进行的可能性的结构性或物理部件(即，几何部件)，例如，其中从所述衬底分离所述微针所需要的力在垂直方向上更大且在横向方向上更小。举例来说，预定分数区可以包含实质上较窄的部分、刻痕部分、有凹口的部分、不同材料的界面，或其组合。可通过由不同的材料或材料组合形成衬底的至少一部分和一或多个微针的至少一部分来提供不同材料的界面。

在其它实施例中，基于材料特性(而非几何特征)定义/控制预定断裂区，以使得材料在压迫下更坚固且在剪切下较弱。也就是说，预定断裂区可由具有各向异性机械特性的一或多种材料制成。这可使用单一材料实现且可使用复合材料使用本领域中已知的方法实现。

在一个实施例中，每一个微针包含在其近端部分处的预定断裂区，在所述近端部分处其与将所述微针连接到基底的漏斗部分相接。

单一微针阵列可以包含两个或更多个预定断裂区。举例来说，阵列可包含具有第一类型的预定断裂区的一个微针行和具有第二类型的预定断裂区的第二微针行。举例来说，差异可以被有利地设计以递送两种不同目标物质。

预定断裂区的一个实施例描绘在图1A中。图1A的药物递送装置100包含支撑层110和微针阵列130从其中延伸的衬底120。所述微针130中的每一个包含凹口140，这有助于在所述凹口140下方的微针160的一部分分离，如图1C中所示。

预定断裂区的一个实施例描绘在图2A中。装置200包含衬底210和自其延伸的微针阵列220。微针220和衬底210由不同的材料构成，且这些不同材料225的界面为预定断裂区。在施加有效地用微针220穿透组织表面230的力即刻或在施加所述力之后，微针220从在不同材料225的界面处的衬底210分离。

预定断裂区的另一实施例描绘在图2B中。装置240包含自其中延伸微针阵列的衬底250。所述微针包含漏斗部分270和实质上较窄的部分260，这确保在施加有效穿透组织表面280的力后即刻或在施加所述力之后，所述微针的较窄部分260从衬底250分离。

在再一实施例中，微针从衬底的分离包含弯曲破坏模式。在一种情况下，在衬底与微针之间的界面包含将其与列之间的开放空间连接的所述列。随后，对所述列施加完全垂直的力使得所述列弯曲，这样使其破裂。当列弯曲时，存在使列材料横向弯曲的横向力，以使得在所述列内发生与横向力垂直的转换。因此，应理解在一些实施例中，，例如图4和图5的实施例中所描述，与横向力的垂直转换发生在衬底-微针界面之前的力传递处理阶段下，而在其它实施例中，例如在所述列实施例下，力转换发生在衬底与微针之间的界面处。

生物组织

如本文中所使用的词组“生物组织”通常包含任何人类或哺乳动物组织。所述生物组织可以是需要治疗或预防的人类或其它哺乳动物的皮肤或粘膜组织。设想当前装置和方法也可以适用于其它生物组织和其它动物。

如本文中所使用的词组“穿透组织表面”包含用一或多个微针的任一部分穿透生物组织表面。一旦微针从衬底分离，微针的近侧端可以在组织表面上方、实质上与组织表面水平，或在组织表面下方。

举例来说，图3A描绘包含衬底310和已经穿透生物组织表面330的微针320的装置300的一个实施例。一旦所述微针320从所述衬底310分离，经分离的微针340完全位于所述组织表面330的下方。作为另一实例，图3B描绘包含衬底360和已经穿透生物组织表面380的微针320的装置350的另一实施例。一旦所述微针320从所述衬底360分离，经分离微针390的远侧部分位于所述组织表面380的下方且近侧部分延伸自所述组织表面。换句话说，经分离微针390部分地内嵌于所述生物组织中。

在一替代实施例中，所述生物组织是植物组织。

力

在实施例中，本文提供的药物递送装置被配置成对施加到所述药物递送装置的力有利地反应。在一个实施例中，所述力有效地用微针阵列的一或多个微针来穿透生物组织表面。在另一实施例中，所述力有效地用微针阵列中的一或多个微针来穿透生物组织表面，并且使所述微针阵列中的一或多个微针从所述衬底分离。

在一个实施例中，在施加力后即刻用微针阵列中的微针穿透生物组织表面先于所述微针从所述衬底分离。在另一实施例中，用微针阵列中的微针穿透生物组织表面，和所述微针从所述衬底分离在施加力后即刻依序地但实质上同时地进行。如本文中所使用，词组“实质上同时地”係指在彼此的5秒、3秒、1秒或更短时间内发生的事件。在一优选实施例中，插入和分离由使用者以连续运动进行。换句话说，由使用者施加连续力，在此期间所述微针穿透进入组织中并且接着在穿透之后的某一点处使其破裂。尽管在这个过程期间施加到所述微针的力在方向上可以是不连续的(例如，与组织表面垂直且接着横向)，但由使用者施加的力实质上在方向上是连续的(例如，垂直于组织表面)。通常在这种实施例下，所述微针的垂直移动实质上在发生微针分离的时候已经停止，以使得插入和分离为连续事件。

考虑这些实施例的一种方式是来自使用者的一个输入产生来自所述装置的两个输出。使用者以连续方式按压持续一时间段。在这个时段期间，所述装置将微针插入到组织中并且使其在所述组织中破裂。向所述装置的力施加是单相的。来自所述装置的力输出是双相的。同样可能的是在力方向上的改变不是双相的但涉及在所述力的方向上连续切换；例如，所述力最初是垂直的且接着随时间将其角度从约90度逐渐地转变到约0度并且结束在实质上横向方向上。

在一个优选实施例中，所述力可由使用者人工地施加。所述装置可直接地或间接地将所述力传递到预定断裂区。所述装置可重新引导人工施加力，例如将利用使用者按压所述装置的一部分所施加的向下力(其有效地使微针穿透生物组织)转换成有效使所述预定断裂区断裂的横向力或旋转力。在另一优选实施例中，所述力可以是手动力与存储在所述装置中的弹簧或其它组件中的经释放机械力的组合。

在另一优选实施例中，所述力可利用按压所述装置的一部分来人工地施加，其向所述装置赋予简单地存储数秒或更少时间的应变能，并且接着释放为旋转剪切力或水平剪切力，借此剪切掉微针。这可利用将所述应变能暂时存储在扭力弹簧中的旋转螺钉机构转换向下力来实现。在施加所期望的力(利用加载/击发扭力弹簧来控制)后(即，对于所述微针来说足以部分地或完全地插入到组织中)，弹簧锁将这种旋转能释放到衬底上，借此从所述衬底将所述微针剪切下并且使其内嵌于所述组织中。

一般来说，输入力可由使用者在有效实现穿透、分离，或其组合的任一矢量上或任一角度下施加到所述装置。在一个实施例中，输入力是相对于所述衬底实质上垂直的力。施加到微针的输出力(即，导致分离的力)可以与所述输入力在相同矢量或不同矢量上。

在实施例中，通常将施加到装置外壳的输入力对微针和/或衬底赋予有效使一或多个微针从微针阵列分离的输出剪切力。输入力可利用将剪切力施加到衬底、利用激活将剪切力施加到衬底的元件，或其组合来赋予剪切力。在一种情况下，输入力实质上是单向的，且输出力至少是双向的。在一个实施例中，剪切力是旋转剪切力。在另一实施例中，剪切力横向力。

一般来说，所述力可施加到本文所提供的药物递送装置的任一部分。举例来说，所述力可直接施加到本文所描述的装置的衬底、支撑层或其它部分。

外壳

在实施例中，本文所提供的药物递送装置包含外壳。衬底和支撑层中的至少一个可以任何方式与所述外壳结合。举例来说，衬底或支撑层中的至少一个可安置于所述外壳中。作为另一个实例，衬底和支撑层中的至少一个可以本领域中已知的任何手段可固定地或可移动地安装在外壳中或外壳上。举例来说，衬底和/或支撑层在可移动地安装时可安装在轨道、中心轴，或其组合上。

外壳可以能包含被配置成提供力的施加的部分。在一个实施例中，被配置成提供力的施加的部分是可按压部分。可按压部分一般可以是被配置成将施加到装置的力传递到衬底的外壳的任何部分。举例来说，可按压部分可以包含可移动地安装在外壳中的活塞状装置。在另一实例中，可按压部分可以包含在施加力后可按压的外壳的弹性部分。可按压部分在施加力之前可以或可以不接触支撑层和/或衬底。

在实施例中，在施加输入力后，可按压部分将剪切力赋予衬底。在一些实施例中，输入力可直接地施加到支撑层，其转而将输出力赋予衬底。

在实施例中，可按压部分通过直接地接触支撑层和/或衬底来将剪切力施加到所述支撑层和/或所述衬底。在一个实施例中，接触支撑层和/或衬底的可按压部分中的至少一部分被配置成在接触后即刻赋予所述支撑层和/或衬底运动。在另一实施例中，接触支撑层和/或衬底的可按压部分中的至少一部分，和接触所述可按压部分的所述支撑层和/或衬底中的至少一部分被配置成赋予所述支撑层和/或衬底运动。可按压部分的接触部分、衬底、支撑层，或其组合可以是成角度的、非线性的等等，且所述接触表面可以用促进支撑层和/或衬底的运动的材料来润滑和/或涂布或建构。

图4描绘包含可按压部分410和外壳420的药物递送装置400的一个实施例。在外壳420内，支撑层430可移动地安装。支撑层430支撑微针阵列450自其延伸的衬底440。可按压部分包含与支撑层430的倾斜表面460相对应的倾斜表面470。在对可按压部分410施加力后，微针阵列450渗透组织表面480，且剪切力施加到支撑层430以及衬底440，这样使微针阵列450微针490断裂。图4的装置可重新配置成例如通过并入可按压部分和/或支撑层(或衬底)上的两个或更多个倾斜表面来提供旋转剪切力。

在另一实施例中，支撑层和可按压部分具有彼此接合在界面处的表面，其中所述界面的表面被配置成在其之间提供高摩擦力(例如，通过表面不规律性、粘着型涂层或其类似物)以使得仅在施加充足的力后，在界面处的摩擦接合被克服以允许支撑层的位移和微针的剪切。

在实施例中，可按压部分通过触发对衬底和/或支撑层施加剪切力的至少一种设备来激活剪切力。

在一个实施例中，施加剪切力的设备包含用于存储弹性应变能的被配置成施加剪切力的一或多个装置，例如弹簧或其它弹性材料。所述设备可与释放弹簧或其它弹性材料的部件结合。用于存储弹性应变能的装置可存储在呈激活状态(即，经压缩或经扩展状态)或呈随后在应用所述装置到生物组织期间经压缩或经扩展的中间状态的装置中。弹簧可以是弹性装置，包含(但不限于)可以被压缩或拉伸但在释放时基本上恢复到其之前形状的具有其它几何形状的螺旋状金属线圈或装置。

图5描绘药物递送装置500的一个实施例，所述装置具有外壳520、可按压部分510、支撑层530，以及微针阵列550自其延伸的衬底540。所述装置还具有包含弹簧560和触发器570的设备。在按压可按压部分510后，微针穿透组织表面580，并且随后触发器570被激活，借此释放弹簧560，这样对支撑层530施加剪切力。施加剪切力产生经分离的微针590。图5的装置可被重新配置成例如通过改变弹簧与支撑层之间的接触点和/或使用多个弹簧来提供旋转剪切力。触发器可被配置成在激活期间摆出来以进一步在释放剪切力之前在插入微针期间压缩弹簧。以此方式，触发器力可被控制，且其允许剪切力仅在微针以预定量插入到组织中之后产生。

在一个实施例中，施加剪切力的设备包含被配置成施加剪切力的电子元件。电子元件可利用磁场和电场中的至少一个产生剪切力。举例来说，支撑层和/或衬底可与对电子元件在激活后产生的磁场起反应的磁体结合。至少一个设备可被配置成施加旋转剪切力。

在另一实施例中，所述装置包含以初始装置配置彼此远离安置的磁体。在使用中，按压装置以插入微针的输入力还致使磁体彼此变得更近以使得其相互作用(吸引或排斥)以触发剪切力。同样设想装置可以其中磁体在使用之前相互作用的相反情况配置，且按压装置插入微针将所述磁体分离且借此释放剪切力。

在实施例中，可按压部分、衬底和支撑层中的至少一个包含在对可按压部分施加力后即刻对所述支撑层和/或衬底施加剪切力的螺纹或螺旋部分。剪切力可以是旋转的。在一个实施例中，可按压部分包含与支撑层和/或衬底的螺纹孔相对应的螺纹或螺旋杆。在另一实施例中，衬底和/或支撑层包含与可按压部分的螺纹孔相对应的螺纹杆。在另一实施例中，可按压部分包含与衬底和/或支撑层的螺旋循轨相对应的突出物。在另一实施例中，衬底和/或支撑层包含与可按压部分的螺旋循轨相对应的突出物。在又另一实施例中，旋转运动用于加载扭力弹簧，其随后对衬底或微针赋予旋转剪切力。为阐明，在各种实施例中，旋转输出力可通过施加输入力来施加。替代地，输入力可提供初始非旋转输出力，其稍后变成旋转输出力。

图6描绘药物递送装置600的一个实施例，所述药物递送装置包含可按压部分610和其中可旋转地安装有支撑层630和衬底640的外壳620。微针阵列650从衬底640延伸。可按压部分610包含与支撑层630的螺纹孔相对应的具有螺纹670的杆660，使得对可按压部分610施加力[1]用微针650穿透生物组织表面680，且[2]对衬底640和支撑层630施加剪切力，从而导致经分离微针690沉积在所述生物组织表面680的下方。

用于触发药物释放速率改变的系统

在实施例中，药物递送装置包含用于在微针至少部分地插入到生物组织中之后触发药物从所述微针释放并且进入到所述生物组织中的速率改变的系统。药物从药物递送装置的释放可以通过在部署后即刻或在部署之后逐渐地或在特定时间下发生的触发事件来实现。

在实施例中，用于触发药物释放速率改变的系统允许在部署药物递送装置之后发生离散的药物释放期。举例来说，对于在部署之后的离散期，药物递送装置可释放极少药物或不释放药物或以任何顺序释放一或多种所需量的药物。作为另一实例，药物递送装置可以在部署后即刻允许极少药物释放或无药物释放第一时间段、大量药物释放第二时间段、极少或物释放第三时间段，以及中等量药物释放第四时间段。可采用这三种药物释放期的任何顺序历时至少两个连续期。另外，药物递送装置可以包含超过一种药物，且每一种药物可具有不同释放特征。

在实施例中，药物递送装置包含在t₁、t₂和t₃处具有不同释放特征的药物，如下表中所示：

	T＝0＝微针插入	0≤t<t1	t1≤t<t2	t2≤t<t3
					实施例1	无释放	大量释放	极少释放或无释放	大量释放
实施例2	无释放	大量释放	中等释放	极少释放
					实施例3	无释放	极少释放或无释放	大量释放	极少释放或无释放
实施例4	无释放	大量释放	无释放	无释放

在一个实施例中，用于触发药物释放的系统包含在与生物液接触后即刻以比微针的第二部分更大的速率生物可侵蚀的微针的第一部分。举例来说，渗透性改变可以允许组织液(例如间质液)穿透微针，且其结果是允许药物通过扩散从所述微针释放到周围组织中。另外，渗透压的改变可引起或驱动药物释放。周围环境中或微针内的改变可导致渗透压的改变并且引起药物释放。举例来说，来自周围环境的液体(例如生物液)由于渗透力可进入微针，这可有助于驱动药物离开所述微针，和(如果药物递送装置包含)本文所描述的屏障。由压力(包含渗透压)驱动的对流流量差异还可以诱导流出微针，这样可有助于药物输送出所述微针。

在一个实施例中，用于触发药物释放的系统包含药物与微针中的另一分子之间的结合的改变。其它分子可以是赋形剂。结合可以是共价的或非共价的。结合可使药物保留在所述微针内直至药物结合的改变允许药物从所述微针释放为止。药物与微针之间的结合/亲和力的强度可调整以从微针缓慢释放药物到周围组织中。这可例如通过依赖于特异性分子间力(例如离子键、氢键或范德华力(van der Waals forces))以达到既定释放特征来实现。

在一个实施例中，用于触发药物释放的系统包含药物扩散率的改变。扩散率的改变可由以下造成：[1]所述微针中的药物和/或另一分子的电荷(pH)的改变、[2]所述微针中的药物和/或另一分子的亲水性或疏水性的改变、[3]所述微针中的药物和/或另一分子的分子大小/形状的改变、[4]所述微针中的药物和/或另一分子的形状/构形的改变，或[5]其组合。分子大小(质量)的减小可导致药物扩散增强。分子尺寸的改变可以是共价键破裂(例如降解)的结果或较弱键破裂(例如，未结合/结合、解聚集/聚集)的结果。药物可共价连接到微针的组分，且这种共价键可以酶方式、化学方式，或经由pH的改变来裂解。药物形状/构形的改变可有时以非线性方式影响其释放速率，这是因为形状/构形的较小改变可对从微针释放具有较大作用，这是因为可能存在与药物分子相似大小的孔或其它输送路径，使得构形改变可判定药物分子是否可以轻易地穿过路径，如果有的话。构形的改变还可以影响药物分子的哪个区域被隔离在分子内部中且哪个区域暴露在分子的外表面上。分子的表面特性上的所得差异可影响其与周围介质的相互作用并且借此具有因吸引力和排斥力(例如，疏水性、电荷)的改变而不同的释放速率。形状/构形的改变可通过温度的改变、pH的改变、离子强度的改变、本领域中已知的其它技术，或其组合来诱导。结合/亲和力的强度可在药物递送装置的部署期间不同以改变(即，增加或减少)药物释放。这可以是外部刺激(例如，使用者触发结合强度的改变)的结果或作为内部刺激(例如，在使用者触发结合/亲和力强度的改变内化学或生物改变)的结果。

在一个实施例中，用于触发药物释放的系统包含微针的结构性改变。结构性改变可以包含可分离的微针，例如本文所描述的那些。包含微针分离的结构性改变可导致在结构性改变之后在暴露于周围组织或体液后即刻或在其之后，药物从所述微针释放。

在一个实施例中，用于触发药物释放的系统包含微针的形状的改变。举例来说，微针的尖端或外层可首先溶解，从而将上述微针内的药物暴露于生物组织和生物液中。

在实施例中，用于触发药物释放的系统包含在部署后由药物递送装置对准和/或包围的组织的一或多个特性的改变。在一个实施例中，血流量/灌注可在微针的插入位点附近的组织中增大或减少，且其结果是影响药物释放和吸收。血流量/灌注可通过依赖于[1]温度(例如，应用加热或冷却药物递送装置和/或插入位点/区域)、[2]机械力(例如，应用压力、摩擦、振荡、使用环/压脉带)、[3]化学方法(例如，生物活化剂、刺激物、血管扩张剂、血管收缩剂)，以及[4]其组合来调节。在另一实施例中，组织渗透性和/或对流流量可改变以实现药物释放的增加或减少。组织渗透性/对流流量的改变可[1]以化学方式/生物化学方式(例如，玻尿酸酶可用于降解胞外基质，或也可实现间质液压力的改变以改变周围组织的有效吸收)、[2]以物理方式(例如，温度、压力、水含量、机械(包含例如因微针对组织的机械损坏)、电穿孔、热扰动/损坏、超声波、空蚀、激光、射频能量是改变组织渗透性的全部方式)或[3]其组合来实现。在另一实施例中，来自生物组织或胞外基质的材料与微针相互作用或覆盖、进入和/或阻塞微针以改变药物释放速率。举例来说，水可进入微针以溶解材料和/或来自组织的分析物可代替结合药物。在再一实施例中，从微针输送药物且通过组织的驱动力被调节。可以影响活性剂释放速率的驱动力可被调节以控制药物释放特征。可调节的驱动力包含[1]电泳、[2]电渗透、[3]浓度梯度(当增加时，其可通过血流量、淋巴流量、代谢、其它主动及被动输送过程来增强从组织清除药物(或相反))、[4]压力梯度(例如，超声波、机械扰动、摩擦/振荡，例如以引起对流)，或[5]其组合。

在一个实施例中，用于触发的系统包含安置在微针的至少部分中或其上的屏障材料。在实施例中，由屏障材料提供的屏障在至少一个方向上和/或在预定时间段内阻碍药物从微针的释放。

在实施例中，用于触发的系统响应于以下中的一或多个来改变释放速率：分析物浓度、温度、pH、压力、电场、磁场、电荷、电流、振荡、超声波、剪切力、机械运动/扰动、分子/细胞结合、微针的水分/水含量、时间、物种从微针的扩散、溶解、降解、化学反应、本领域中已知的其它机制，或其组合。本领域中已知的其它机制包含在Siepmann,J.等人“《控制释放药物递送的原理和应用(Fundamentals and Applications of Controlled Release DrugDelivery)》”，第1版，2012，XIII，第592页；Li,X.,“《控制释放药物递送系统的设计(Designof Controlled Release Drug Delivery Systems)》”，麦格劳-希尔化学工程(McGraw-Hill Chemical Engineering)，2005年11月3日；以及Wise,Donald L.，药物控制释放技术手册(Handbook of Pharmaceutical Controlled Release Technology)，CRC出版，2000年8月24日中公开的那些机制。

在实施例中，用于触发的系统响应于pH改变来改变药物释放速率。举例来说，pH的改变可以响应于增大的葡萄糖浓度而降低pH，且所得较低pH可以使得用于触发的系统来从本文所提供的药物递送装置释放胰岛素或增加胰岛素释放。

在实施例中，用于触发的系统响应于温度改变来改变药物释放速率。因此，温度的外部或内部(对身体)调节可调节药物递送装置的药物释放。

在实施例中，用于触发的系统响应于机械运动/扰动、振荡，或其组合来改变药物释放速率。机械运动/扰动和/或振荡可以应用到药物递送装置和/或利用药物递送装置或外部使用者应用到周围组织以调节药物释放。

在实施例中，用于触发药物释放速率改变的系统包含部分地插入微针阵列的一或多个微针、允许从所述微针的第一部分释放药物，并随后完全地或进一步插入所述一或多个微针，从而允许所述微针的第二部分释放药物。微针部分插入到生物组织可以允许微针的部分溶解，例如只有已插入的微针部分溶解，但如果组织液通过微针的扩散或毛细管力部分到达未被插入的皮肤表面上或上方，则可溶解更多的微针。当发生部分插入时，可释放与所述微针的所述部分结合的药物。这些技术可用于调节药物递送装置内的一或多种药物的量和释放动力学。举例来说，微针最初的部分插入和溶解可允许药物的最初释放/爆裂，接着在特定时间点处或以连续或半连续方式另外释放某一时间段。当微针的不同部分含有不同药物时，这些技术也可用于按顺序传送不同药物。举例来说，微针的尖端可含有药物“A”且所述微针体的其余部分可含有药物“A”或不同的药物(药物“B”)。在只有尖端插入之后，药物“A”将会释放，并且进一步插入可允许释放额外量的药物“A”或释放药物“B”。在前述情况中的每一个中，微针插入的量/度和部分或全部微针插入发生的时间段可以不同。

前述机制中的每一个可单独或以任何组合形式用于触发药物释放改变的系统中。前述机制中的每一个也可以包含使微针中的药物浓度和/或赋形剂浓度增加或减少。这样做可改变浓度梯度，这样通过扩散驱动输送，且还可通过其它机制(例如对流输送和以电力驱动输送)改变已移动药物的量。增加或减少赋形剂浓度可改变药物移动通过含有赋形剂的环境的速率，例如改变药物扩散率/可移动性、介质粘度、介质孔隙度和其它因子。

屏障

在实施例中，用于触发药物释放速率改变的系统是可安置在微针的至少部分中或其上以在至少一个方向上和/或在预定时间段内阻碍药物从微针释放的屏障。在一个实施例中，屏障被配置成允许(i)在植入后即刻或在植入之后离散的药物释放期、(ii)控制自其释放药物的微针区域，或(iii)其组合。术语“屏障”和词组“屏障材料”在本文中可互换地使用。

在实施例中，屏障阻碍药物从微针释放直至所述屏障不再阻塞药物的释放为止。屏障提供的阻塞可以是永久性的或逐渐减轻的或实质上即刻减轻的。

屏障一般可安置在微针中、在微针上，或其组合。举例来说，屏障可将药物至少部分封装在微针中、分散在一或多个微针的基质内、安置在一或多个微针的表面上和/或安置在一或多个微针的表面处，或其组合。当分散在一或多个微针的基质内时，屏障可以包含所述基质内的离散区域。当屏障封装药物时，药物递送装置可以包含封装有不同量/浓度的一或多个屏障材料的一种药物、封装有不同量/浓度的相同或不同屏障材料的两种或更多种药物，或其组合。

图7描绘包含安置在微针表面上的屏障的药物递送装置700的一个实施例。药物递送装置包含支撑层710、衬底720，和从所述衬底720延伸的包含药物730的微针阵列740。每一个微针740具有安置在其表面上的屏障材料750。

在实施例中，当药物安置于衬底中时，所述微针自身充当屏障。

在实施例中，所述屏障的至少一部分被配置成永久性的。换句话说，屏障被配置成一旦部署和在部署之后原位保留，且对于可移除或减少由所述屏障提供的阻塞的全部机构实质上是不可渗透的。

屏障或屏障材料可以包含一或多种不同材料。屏障可以包含两种或更多种不同材料，每一种与药物递送装置的相同或不同部分结合。当与药物递送装置的相同部分结合时，两种或更多种材料可形成多层屏障材料。替代地，屏障可以包含两种材料，每一种涂布微针的分离部分；或屏障可以包含两种材料，第一种材料是液体，第二种材料为固体，所述第一种材料安置在所述第二种材料中。

单一微针阵列可以包含两种或更多种类型的屏障。举例来说，阵列可包含具有第一类型屏障的一个微针行和具有第二类型屏障的第二微针行。举例来说，差异可以被有利地设计以递送两种不同目标物质。

在一个实施例中，屏障材料包含安置在微针阵列中的一或多个微针的至少第一部分中或其上的第一涂层。第一涂层可以在生物液中至少基本上惰性的(例如，不可溶的)且一旦部署和在部署之后是不变的，并且预防从微针阵列中的一或多个微针的第一部分释放药物。替代地，屏障材料包含具有一旦接触生物液在接触生物液之后改变的或一或多个特性(例如渗透性或孔隙度)的第一涂层，并且因此允许从微针阵列中的一或多个微针的第一部分释放药物。举例来说，第一涂层可以至少部分地溶于生物液中。在另一实施例中，屏障材料还包含安置在微针阵列中的一或多个微针的第二部分中或其上的第二涂层。第一涂层一旦部署和在部署之后在生物组织和生物液中可以是惰性(例如，不可溶的)且不变的，且第二涂层可具有一旦部署即改变的一或多个特性(例如孔隙度和/或渗透性)，借此允许药物释放仅发生自微针阵列中的一或多个微针的第二部分。

在一个实施例中，屏障材料包含安置在微针阵列中的一或多个微针的至少第一部分中或其上的第一涂层，和安置在微针阵列中的一或多个微针的第二部分中或其上的第二涂层。第一和第二涂层在部署后可允许在不同时间处的药物释放，因此允许两种药物同时、依序或其组合释放。

在实施例中，在屏障材料开始溶解时或之后、在屏障材料开始膨胀/扩展时或之后、在屏障材料开始化学反应/降解时或之后、在屏障材料开始汽化时或之后、在屏障材料开始固化时或之后、在屏障材料开始熔化时或之后、在屏障材料开始凝胶化时或之后、在屏障材料开始变形/破裂/崩塌/感染时或之后、在屏障材料的电荷状态开始改变时或之后，或其组合，由屏障的至少一部分提供的阻塞被逐渐地或完全地移除。可以选择或调配屏障材料的组合物以使得其溶解速率允许其实现所期望的药物释放特征。

在实施例中，由屏障的至少一部分提供的阻塞在屏障与药物之间的结合/亲和力改变时或在其之后被逐渐地或完全地移除。因此，可使用药物与屏障之间的结合/亲和力来实现特定药物释放特征或调节药物释放特征。屏障与药物之间的结合/亲和力可通过本领域中已知的任何技术来实现。举例来说，结合/亲和力可以是电荷介导的，即，基于每种组分的对应电荷状态。如本文中所阐释的电荷状态可以通过调节pH来改变。pH的改变可用于增加或减少药物和/或屏障材料的电荷状态。随着pH减小，碱性药物可以带更多电荷，且酸性药物带更少电荷。另外，电压或电场可应用到药物递送装置的至少一部分，从而导致药物上的电荷分布改变，这样引起结合强度/亲和力的改变。作为另一实例，药物与屏障材料的结合可基于具有对所述屏障材料比对药物更高的亲和力的其它分子或物种的存在或引入而改变。结合/亲和力也可以通过pH、温度、压力、离子强度、竞争性结合、化学反应，或其组合来调节。

在一个实施例中，由屏障的至少一部分提供的阻塞在屏障材料溶解发病时或在其之后被逐渐地或完全地移除。因此，屏障可以用在暴露于插入组织位点处的生物液或经由水解降解的聚合物时而溶解的屏障材料(例如盐)来形成。举例来说，具有较低水溶解度的盐可延迟活性剂的释放。在实施例中，在屏障材料溶解时，微针的至少一部分暴露于生物组织和/或液体，借此允许药物从与所述屏障材料结合的微针部分释放。在另一实施例中，在屏障材料溶解时，微针内的孔隙度可增大，借此允许释放药物。

包含生物可侵蚀屏障材料的药物递送装置的一个实施例描绘在图8A和图8B中。药物递送装置800包含支撑层810和微针825自其延伸的衬底820。所述微针825包含药物830和生物可侵蚀屏障材料840的离散部分。在微针穿透组织表面845之后，在屏障材料840的溶解或其它降解时，孔隙850产生在所述微针中，这样允许释放药物830。

包含具有生物可侵蚀部分和(相对地)非生物可侵蚀部分的屏障的药物递送装置的一个实施例描绘在图9A和图9B中。图9A描绘具有支撑层910和微针930自其延伸的衬底920的药物递送装置900。所述微针包含药物940，且与包含永久性且不可溶于生物液中的第一涂层950和可溶于生物液中的第二涂层960的屏障材料结合。在穿透皮肤时，第二涂层960溶解，如图9B处所示，借此允许药物940释放在真皮处，而第一涂层950保持完整，从而阻止药物释放在表皮处。在一替代实施例中，与表皮结合的屏障部分950可溶于生物液中，且与真皮结合的屏障部分960是不可溶的和永久性的，因此导致药物仅释放到表皮中。

在一个实施例中，由屏障的至少一部分提供的阻塞可在屏障材料开始膨胀/扩展时或之后被逐渐地或完全地移除。因此，屏障可以用在暴露于生物液、温度、其它刺激或其组合时扩增的屏障材料(例如凝胶)来形成，借此增加生物材料的渗透性，这样允许药物释放。举例来说，包含微针的药物递送装置可以包含至少部分地填充有凝胶的通道以使得药物穿越通道的能力分别随着凝胶收缩或扩展来增大或减小。

在一个实施例中，由屏障的至少一部分提供的阻塞可在屏障材料开始化学反应和/或降解时或之后被逐渐地或完全地移除。屏障材料在暴露生物液时或之后可以通过与生物组织化学、物理、机械和/或生物相互作用来进行其物理化学特性的改变。因此，可发生屏障材料的降解。在其中屏障材料是聚合材料的实施例中，可在与生物液接触时或之后通过聚合物链的水解断裂来开始降解，这样可导致聚合物的大量降解和/或表面侵蚀。降解还可通过酶降解来进行。

在一个实施例中，由屏障的至少一部分提供的阻塞在屏障材料中所包含的液体汽化时或之后被逐渐地或完全地移除。液体的汽化可改变屏障材料的渗透性和/或孔隙度，或在微针内产生或暴露空隙。汽化可以通过蒸发、沸腾、声液滴汽化，或通过本领域中已知的其它方式来触发。汽化的液体可以在部署药物递送装置之前形成在屏障内，或在部署时或之后形成在渗透屏障材料的生物液中。

在一个实施例中，由屏障的至少一部分提供的阻塞在屏障材料(例如水熔胶(aquamelt))固化时或之后被逐渐地或完全地移除，所述屏障材料通常是能够在特定温度下通过控制的应力输入(包含机械输入或化学输入)而固化的自然地水合聚合材料。可使用由几丁质(chitin)、丝心蛋白或其组合制成的水熔胶。可以在暴露生物液时或之后，或在部署之前暴露于环境时或之后开始固化。在固化时或之后，屏障材料的渗透性增大。

在一个实施例中，由屏障的至少一部分提供的阻塞可在屏障材料熔化时或之后被逐渐地或完全地移除。可以在微针插入到生物组织之后、在将所述微针暴露于环境时、在从其封装移除时或之后、通过利用外部来源施加热量，或其组合来开始熔化。举例来说，存储在冷冻条件下的药物递送装置可以包含作为屏障材料的水，且所述水在暴露于环境条件、生物液或其组合时熔化。

在一个实施例中，由屏障提供的阻塞在屏障材料的电荷状态改变时或之后被逐渐地或完全地移除。举例来说，屏障材料可分别在部署之前或之后带电或变得带电，并且随后所述屏障材料的所述电荷改变或损耗。屏障材料的电荷状态改变可用于控制药物释放。在实施例中，屏障材料和药物具有相反的电荷状态，且排斥力用于就爱那个所述药物保留在所述微针中直至所述屏障材料的所述电荷被改变或损耗为止。在另外的实施例中，屏障材料和药物具有相同的电荷状态，且所述屏障材料与药物之间的吸引力用于将所述药物保留在所述微针中直至所述屏障材料的所述电荷状态改变或损耗为止。

另外，屏障和/或药物的电荷状态的改变可改变在电场作用下的药物释放。释放也可以通过应用电场的改变来引起。举例来说，电场可以施加在微针与经对准组织之间，及视情况在离散的时间点处施加以影响释放的动力学。电场的施加或场强度和/或方向的改变可触发从带电药物基质的释放。电荷改变可通过pH或离子强度(其屏蔽电荷)或其它因子的改变来实现。另外，电泳还可用于驱动来自微针和/或遍及屏障的带电颗粒或药物。电渗也可用于驱动在带电屏障两端含有活性剂的液体。

在一个实施例中，由屏障的至少一部分提供的阻塞在屏障材料变形、破裂、崩塌和/或收缩时或之后被逐渐地或完全地移除。屏障材料可在暴露于压力、拉力、剪切力、扭力振动、超声波，或其组合时变形、破裂、崩塌和/或收缩。这些力中的一或多个可施加到药物递送装置的任何部分。举例来说，在图9A处描绘的装置中，与真皮结合的屏障部分960可已经被配置成相对于溶解通过破裂、变形、崩塌或收缩而失败。

在一个实施例中，由屏障的至少一部分提供的阻塞是永久性的。举例来说，永久性屏障可预防一或多个微针从与永久性屏障结合的区域释放药物。因此，永久性屏障可确保微针能够仅从不被永久性屏障阻塞的区域(包含由微针分离暴露的区域)释放药物。

具有可分离微针和永久性屏障的药物递送装置的一个实施例描绘在图10A和图10B中。图10A的药物递送装置1000包含支撑层1010和从衬底1020延伸的微针1030。所述微针包含药物1040并且所述微针1030中的每一个涂布有永久性屏障1050，以使得在分离所述微针时，如图10B处所描绘，所述药物1040主要释放到组织表面1060，这是因为所述屏障1050保持在原位，从而预防药物释放在所述组织表面1060的下方。

支撑层

支撑层可以本领域中已知的任何方式(包含粘着剂)粘合到衬底。在一个实施例中，粘着层用于将支撑层粘合到衬底。

支撑层可由多种材料制成。在一些实施例中，支撑层可以是包含具有多种特性以提供所需特性和功能的材料的复合材料或多层材料。举例来说，支撑层视特定应用而定可以是可挠性、半硬质的或硬质的。作为另一实例，支撑层可以是实质上不可渗透的，从而保护一或多个微针(或其它组件)免受湿气、气体和污染物的影响。

替代地，支撑层可基于所期望的所需防护水平具有其它程度的渗透性和/或孔隙度。可以用于支撑层的材料的非限制性实例包含多种聚合物、弹性体、泡沫剂、纸基材料、箔基材料、金属化薄膜，和非纺织材料和纺织材料。

可选的机械力指示器可安置于支撑层与衬底之间，或其可定位于支撑层的组成部分内或是支撑层的组成部分。机械力指示器可用于向个人指示在药物递送装置使用期间施加到所述药物递送装置的力和/或压力的量。举例来说，在一个实施例中，指示器被配置成当由个人施加到药物递送装置的力(在将所述药物递送装置应用到患者的皮肤以将一或多个微针插入到所述患者的皮肤中的时程中)符合或超出预定阈值时提供信号。预定阈值可以是特定药物递送装置有效应用到患者的皮肤所需要的最小力或大于所述最小里的某一量力。换句话说，其可以是使微针恰当地(例如，部分地或完全地)插入到患者的皮肤中所需要的力；或其可以是使所述微针恰当地(例如，部分地或完全地)插入到患者的皮肤中并且从衬底分离所述微针所需要的力。

使用药物递送装置的方法

如本文所使用，词组“穿透组织表面”或术语“穿透(penetrate/penetration)”是指微针阵列中的至少50％微针和通常基本上所有微针(至少包含所述微针的尖端或远端部分)插入到生物组织中。在一优选实施例中，“穿透”包含穿刺人类患者的皮肤的角质层以使得所述微针的至少尖端部分在可存活表皮内或已经穿过可存活表皮。

本文所提供的药物递送装置可自我投予或由另一个体(例如，父母、监护人、经最低程度训练的医护工作人员、训练有素的医护工作人员、和/或其他人)投予。

因此，本文所提供的实施例进一步包含用药物递送装置投予目标物质的简单且有效的方法。本文所提供的方法可以包含鉴别应用位点并且，优选地在应用药物递送装置之前将所述区域消毒(例如，使用酒精擦拭)。随后将药物递送装置应用到患者的皮肤/组织并且通过施加本文所描述的力将其人工地按压到患者的皮肤/组织中(例如，使用拇指或指状物)。

在给药完成之后，可以从在实施例中具有可分离微针的患者的皮肤/组织中移除衬底、支撑层、外壳和/或可按压部分。在实施例中，本文所描述的药物递送装置用于将一或多个目标物质(例如，疫苗、治疗剂、维生素)递送到身体、组织、细胞和/或器官中。在一个实施例中，药物递送装置用于通过将微针插入穿过角质层(为经皮输送的屏障的皮肤外部的10到20微米)并且进入可存活表皮和真皮中来将活性剂递送到皮肤中。微针的小尺寸使其能够引起极小疼痛甚至无疼痛并且靶向真皮内的空间。真皮内空间高度脉管化并且富含免疫细胞并提供给药疫苗和治疗剂两种的有吸引力的路径。微针优选地可溶且一旦在真皮内空间中，其溶解在间质液内并且释放活性剂到皮肤中。在包含可分离微针的实施例中，在微针分离时或之后(其优选地是几乎紧接插入后)可移除和舍弃衬底，

在一个实施例中，提供一种向患者投予目标物质的方法，其包含提供本文所描述的微针阵列中的一个；并且将所述阵列中的微针施加到患者的组织表面，其中将所述阵列中的微针插入到皮肤中是人工地进行而不使用分离的或固有的施加器装置。在这一特定上下文中，术语“施加器装置”是例如经由弹簧活动或其类似活动提供其自身力的机械装置，其用作相对于组织表面驱动微针阵列的主要力，与固持相对于组织表面的装置和/或微针时使用者可赋予的任何力不同。

目标物质/活性药物成分

广泛范围的物质可被调配以用本发明微针和方法递送到生物组织。如本文所使用，术语“目标物质”包含活性药物成分、过敏原、维生素、化妆品药剂、药用化妆品、诊断剂、标记物(例如，着色染料或放射性染料或标记物)，以及适宜引入到生物组织中的其它材料。“目标物质”在本文中有时被称作“活性剂”或“API”或“药物”。

在一个实施例中，目标物质是适用于医学或兽医学应用的预防剂、治疗剂或诊断剂。在一个实施例中，目标物质是在本文中可被称作API的预防性物质或治疗性物质。在某些实施例中，API选自可以为天然存在的、合成的或以重组方式产生的适合蛋白质、肽和其片段。用于递送的API类型的代表性实例包含抗生素、抗病毒剂、镇痛剂、麻醉剂、抗组氨剂、抗炎剂、抗凝剂、过敏原、维生素、抗瘤形成剂。

在一个实施例中，目标物质包括疫苗。疫苗的实例包含用于传染性疾病的疫苗，用于癌症、神经病症、过敏反应和戒烟或其它成瘾的治疗性疫苗。当前疫苗和未来疫苗的一些实例用于预防：炭疽病、宫颈癌(人类乳头瘤病毒)、登革热、白喉、埃博拉(Ebola)、A型肝炎、B型肝炎、C型肝炎、嗜血杆菌属b型流感(Hib)、HIV/AIDS、人类乳头瘤病毒(HPV)、流感(季节性和流行性)、日本脑炎(JE)、莱姆病(lyme disease)、疟疾、麻疹、脑膜炎、猴痘(monkeypox)、腮腺炎、百日咳、肺炎球菌、骨髓灰质炎、狂犬病、轮状病毒、风疹、带状疱疹(带状疱疹(herpes zoster))、天花、破伤风、伤寒、肺结核(TB)、水痘(水痘(chickenpox))、西尼罗(West Nile)，以及黄热病。

在另一实施例中，目标物质包括治疗剂。治疗剂可以选自小分子和较大生物技术产生或纯化的分子(例如，肽、蛋白质、DNA、RNA)。可以包含其类似物和拮抗剂的治疗剂的实例包含(但不限于)：胰岛素、胰岛素样生长因子、胰崔平(insultropin)、甲状旁腺激素、普兰林肽乙酸盐、生长激素释放激素、生长激素释放因子、美卡舍明(mecasermin)、因子VIII、因子IX、抗凝血酶III、蛋白质C、蛋白质S、β-葡萄糖-胸苷酶、阿葡糖苷酶-a、拉罗尼酶(laronidase)、艾度硫酸酯酶(idursulphase)、加硫酶(galsulphase)、阿加糖酶-β、a-1蛋白酶抑制剂、乳糖酶、胰腺酶、腺苷脱氨酶、汇集免疫球蛋白、人类白蛋白、红血球生成素、达贝泊汀-a(darbepoetin-a)、非格司亭(filgrastim)、乙二醇化非格司亭(pegfilgrastim)、沙格司亭(sargramostim)、奥普瑞白介素(oprelvekin)、人类卵泡刺激激素、人类绒膜促性腺激素、促黄体素-a、干扰素(α、β、γ)、阿地白介素(aldesleukin)、阿替普酶(alteplase)、瑞替普酶(reteplase)、替奈普酶(tenecteplase)、尿激酶、因子Vila、屈曲可净-a(drotrecogin-a)、鲑降血钙素、艾塞那肽(exenatide)、奥曲肽(octreotide)、地博特明-a(dibotermin-a)、重组型人类骨骼形态成因蛋白质7、组氨瑞林乙酸盐、帕利夫明(palifermin)、贝卡普勒明(becaplermin)、胰蛋白酶、奈西立肽(nesiritide)、肉毒杆菌毒素(A型和B型)、胶原蛋白酶、人类脱氧核糖核酸酶I、玻尿酸酶、番木瓜酶、1-天冬酰氨酶、peg-天冬酰氨酶、拉布立酶(rasburicase)、来匹卢定(lepirudin)、比伐卢定(bivalirudin)、链激酶、阿尼普酶(anistreplase)、贝伐单抗(bevacizumab)、西妥昔单抗(cetuximab)、帕尼单抗(panitumumab)、阿仑单抗(alemtuzumab)、利妥昔单抗(rituximab)、曲妥珠单抗(trastuzumab)、阿巴西普(abatacept)、阿那白滞素(anakinra)、阿达木单抗(adalimumab)、依那西普(etanercept)、英利昔单抗(infliximab)、阿法赛特(alefacept)、依法立株单抗(efalizumab)、那他珠单抗(natalizumab)、艾库组单抗(eculizumab)、抗胸腺细胞球蛋白、巴利昔单抗(basiliximab)、达利珠单抗(daclizumab)、莫罗莫那-CD3(muromonab-CD3)、奥马珠单抗(omalizumab)、帕利珠单抗(palivizumab)、恩夫韦地(enfuvirtide)、阿昔单抗(abciximab)、派格索曼(pegvisomant)、响尾蛇多价抗体(绵羊的)、地高辛免疫血清抗体(绵羊的)、兰比珠单抗(ranibizumab)、地尼白介素(denileukin diftitox)、替坦异贝莫单抗(ibritumomab tiuxetan)、吉妥单抗(gemtuzumab ozogamicin)、托西莫单抗(tositumomab)、I-托西莫单抗、抗恒河猴(rh)免疫球蛋白G、去氨加压素、血管加压素、脱氨基[Val4,D-Arg8]精氨酸血管加压素、生长抑素、促生长素、缓激肽、博莱霉素硫酸盐、木瓜乳蛋白酶、升糖素、依前列醇、胆囊收缩素、催产素、促皮质素、前列腺素、喷替吉肽(pentigetide)、胸腺素α-1、α-1抗胰蛋白酶、芬太尼(fentanyl)、利多卡因(lidocaine)、肾上腺素、舒马曲坦(sumatriptan)、苯扎托品甲磺酸盐(benztropine mesylate)、利拉鲁肽(liraglutide)、磺达肝素、肝素、氢吗啡酮、高三尖杉酯碱(omacetaxine mepesuccinate)、普兰林肽乙酸盐、促甲状腺素-α、格隆溴铵(glycopyrrolate)、甲磺酸双氢麦角氨(dihydroergotamine mesylate)、硼替佐米(Bortezomib)、双羟萘酸曲普瑞林(triptorelin pamaote)、替度鲁肽(teduglutide)、溴化甲基纳曲酮(methylnaltrexone bromide)、帕瑞肽(pasireotide)、氢氯化昂丹司琼(ondansetron hydrochloride)、氟哌利多(droperidol)、曲安西龙(己)缩丙酮化物(triamcinolone(hex)acetonide)、阿立哌唑(aripiprazole)、戊酸雌二醇(estradiolvalerate)、吗啡碱硫酸盐(morphine sulfate)、奥氮平(olanzapine)、氢氯化美沙酮(methadone hydrochloride)，以及甲氨喋呤(methotrexate)。

在又另一实施例中，目标物质是维生素、药草，或本领域中已知膳食补充剂。非限制性实例包含5-HTP(5-羟色氨酸)、巴西莓(acai berry)、乙酰基-L-肉碱、活性炭、真芦荟、α-类脂酸、苹果酒醋、精氨酸、明日叶(ashitaba)、南非醉茄(ashwagandha)、虾青素、大麦、蜜蜂花粉、β-丙氨酸、β-胡萝卜素、β-葡聚糖、生物素、苦瓜、黑樱桃、黑升麻、黑醋栗、红茶、支链氨基酸、凤梨酵素(菠萝蛋白酶)、钙、樟脑、甘菊、圣洁莓、壳聚糖、小球藻、叶绿素、胆碱、软骨素、铬、肉桂、胞磷胆碱、椰子水、辅酶Q10、共轭亚油酸、冬虫草属、蔓越莓、肌酸、D-甘露糖、达米阿那(damiana)、鹿茸、DHEA、DMSO、紫锥花、EDTA、接骨木果、鸸鹋油、月见草油、胡芦巴、小白菊、叶酸、毛喉素、GABA(γ-氨基丁酸)、明胶、姜、银杏、人参、甘氨酸、葡糖氨、硫酸葡糖氨、谷胱甘肽、雷公根(gotu kola)、葡萄籽提取物、生咖啡、瓜拉那(guarana)、印度古蒿(guggul)、武靴叶(gymnema)、山楂、木槿、圣罗勒(holy basil)、淫羊藿(horny goatweed)、菊粉、铁、磷虾油(krill oil)、L-肉碱、L-瓜氨酸、左旋色氨酸、乳杆菌属、镁、木兰、奶蓟草(milk thistle)、MSM(甲基磺酰基甲烷)、烟酸、橄榄、ω-3脂肪酸、乌龙茶、牛至(oregano)、西番莲(passionflower)、果胶、苯丙氨酸、磷脂酰丝氨酸、钾、益生菌、孕酮、槲皮素、核糖、红曲米(red yeast rice)、灵芝、白藜芦醇、玫瑰果、番红花、SAM-e、锯棕榈(sawpalmetto)、五味子、沙棘(sea buckthorn)、硒、塞纳(senna)、滑榆树(slippery elm)、金丝桃草(St.John's wort)、刺荨麻(stinging nettle)、茶树油、茶氨酸、刺蒺藜(tribulusterrestris)、姜黄(姜黄素)、酪氨酸、缬草、维生素A、维生素B12、维生素C、维生素D、维生素E、维生素K、乳清蛋白、金缕梅(witch hazel)、黄原胶、木糖醇、育亨宾(yohimbe)，以及锌。

微针阵列可以包含单一目标物质或其可以包含两种或更多种目标物质。在后一种情况下，不同物质可一起提供在身上微针中的一个内，或微针阵列中的一些微针含有一种目标物质而其它微针含有其它目标物质。

API宜提供在稳定的调配物或组合物中(即，其中的生物活性材料在存储后基本上保持其物理稳定性和/或化学稳定性和/或生物活性的一种调配物或组合物)。可以在选择的温度下测量选择时间段的稳定性。趋势分析法可用于估计材料在所述时间段内实际存储之前的预测保存期。

在实施例中，目标物质被提供为“干燥的”或已被“干燥”以形成一或多个微针的固体，且在所述微针插入到患者的生物组织中之后在体内开始溶解。如本文所使用，术语“干燥的”或“干燥”是指任何水已被移除以产生固相组合物的组合物。所述术语并不要求完全缺乏水分(例如，API可具有约0.1重量％与约25重量％的水分含量)。

目标物质可包含于具有一或多种赋形剂和其它添加剂的调配物中，如以下详述。

基质材料/赋形剂

基质材料形成大量微针和衬底。其通常包含仅生物相容性聚合材料或与其它材料组合的生物相容性聚合材料。在实施例中，基质材料(至少微针)是水溶性的。在某些优选实施例中，基质材料包含聚乙烯醇、聚葡萄糖、羧基甲基纤维素、麦芽糊精、蔗糖、海藻糖以及其它糖中的一种或组合。如本文所使用，术语“基质材料”和“赋形剂”当涉及在微针和衬底的干燥和形成期间不挥发的任何赋形剂时可互换地使用。

适用于本文所描述的模具填充工艺的流体溶液可以包含多种赋形剂中的任一种。所述赋形剂可由广泛适用于药物调配物中的那些或新颖的一种赋形剂构成。在一优选实施例中，赋形剂为FDA审批通过的药品产品中的一种(参见在http://www.accessdata.fda.gov/scripts/cder/iig/index.Cfm处的非活性成分搜索批准的药物产品(the Inactive Ingredient Search for Approved Drug Products))。可使用不来自以下类别赋形剂中的赋形剂，可使用来自以下类别赋形剂中的一种或超过一种赋形剂：稳定剂、缓冲剂、膨胀剂或填充剂、佐剂、界面活性剂、崩解剂、抗氧化剂、增溶剂、冻干保护剂、抗菌剂、抗粘剂、色料、润滑剂、粘度强化子、滑动剂、防腐剂、用于延长或控制递送的材料(例如，可生物降解聚合物、凝胶剂、存储物形成材料和其它)。另外，单一赋形剂可执行超过一种调配物作用。举例来说，食糖可被用作稳定剂和膨化剂或缓冲剂可用于同时缓冲pH并且保护活性剂免受氧化。赋形剂的一些实例包含(但不限于)乳糖、蔗糖、葡萄糖、甘露醇、山梨醇、海藻糖、果糖、半乳糖、右旋糖、木糖醇、麦芽糖醇、棉籽糖、右旋糖苷、环糊精、胶原蛋白、甘氨酸、组氨酸、碳酸钙、硬脂酸镁、血清白蛋白(人类和/或动物源)、明胶、壳聚糖、DNA、透明质酸、聚乙烯吡咯啶酮、聚乙烯醇、聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸聚乙醇酸共聚物(PLGA)、聚乙二醇(PEG、PEG 300、PEG 400、PEG 600、PEG 3350、PEG 4000)、纤维素、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素、阿拉伯胶、卵磷脂、聚山梨醇酯20、聚山梨醇酯80、普朗尼克F-68、去水山梨糖醇三油酸酯(span 85)、EDTA、羟丙基纤维素、氯化钠、磷酸钠、乙酸铵、磷酸钾、柠檬酸钠、氢氧化钠、碳酸钠、参碱基-65、参乙酸酯、参盐酸-65、柠檬酸盐缓冲剂、滑石、矽石、油脂、对羟基苯甲酸甲酯、对羟基苯甲酸丙酯、硒、维生素(A、E、C、棕榈酸视黄酯和硒)、氨基酸(甲硫氨酸、半胱氨酸、精氨酸)、柠檬酸、柠檬酸钠、苯甲醇、三氯叔丁醇、甲酚、酚、硫柳汞、EDTA、丙酮硫酸氢钠、棕榈酸抗坏血酸基酯、抗坏血酸酯、蓖麻油、棉籽油、矾、氢氧化铝、磷酸铝、磷酸钙氢氧化物、石蜡油、角鲨烯、三萜皂苷(Quil A)、IL-1、IL-2、IL-12、弗氏完全佐剂、弗氏不完全佐剂、经杀灭博德特菌百日咳(killed Bordetella pertussis)、牛分枝杆菌(Mycobacterium bovis)，和类毒素。可选择一或多种被选择的赋形剂来改善目标物质在微针装置的干燥和存储期间的稳定性，还为微针阵列提供散装和/或机械特性和/或用作佐剂来改善对疫苗的免疫反应。

制造

微针阵列可以通过本领域中已知的任何方法制得。举例来说，微针阵列可以使用模制工艺制得，其有利地是高度可扩展。所述工艺可以包含用适合的流化材料填充适合的模具；使所述流化材料干燥以形成微针、预定断裂区(如果包含)和基底衬底；并且随后从所述模具移除所形成的部分。这些填充和干燥步骤在本领域中可以被称为“浇铸”。用于制造微针的的方法优选地在最小ISO 7(类别10,000)处理或ISO 5(类别100)处理下被执行。

在一个实施例中，固体生物可侵蚀微针的制造包含用目标物质的水性或非水性浇铸溶液填充一或多个微针的凹模和干燥所述浇铸溶液以获得一或多个固体微针。在其它实施例中，可使用其它溶剂或无溶剂系统。填充凹模的方法的非限制性实例包含沉积、涂布、印刷、喷雾和微填充技术。浇铸溶液可以在环境温度下、在制冷下或在高于环境的温度下(例如，30℃到60℃，或更高)干燥或固化约5秒至约一周的时间段以形成干燥的固体微针。在一些实施例中，干燥时间或固化时间是约10秒到约24小时、约30分钟到约12小时、约10分钟到约1小时，或约1分钟到约30分钟。在一优选实施例中，干燥时间或固化时间是约10秒到约30分钟。

替代地，浇铸溶液可以使用非真空填充与真空填充的组合来真空填充或填充到模具中。举例来说，在一实施例中，凹模包括无孔但气体可渗透的材料(例如，PDMS)，通过搜索材料可应用背面真空。尽管凹模是固体，但判定当所述模具由这种材料构成时可以通过背面应用充足的真空。在一些实施例中，可以单独或与应用到模具顶部上的正压组合使用背面真空以更快的填充。此类实施例可以有利地减小所需要的时间并且在用浇铸溶液填充模具时提高精确度和完整性。举例来说，浇铸溶液可以使用背面真空来真空填充约3分钟到约6小时、约3分钟到约3小时、约3分钟到约1小时，或约3分钟到约30分钟。

尽管可以使用不同的温度和湿度水平来干燥浇铸溶液，但调配物优选地在约1℃到约150℃的温度(例如，约5℃到约99℃、约15℃到约45℃、约25℃到约45℃，或在约环境温度下)和约0到约40％的相对湿度(例如，约0％到约20％相对湿度)下被干燥。

在一些实施例中，可能需要使用多步浇铸工艺来形成微针和衬底。举例来说，微针的尖端可以在第一步骤中用包括目标物质的浇铸溶液，接着在一或多个连续填充步骤中用具有或不具有相同或不同目标物质的膨胀聚合物的浇铸溶液来部分地填充。在填充并且至少部分地干燥凹模址的微针之后，粘着层和背层可以在从所述模具移除所述微针之前应用到基底衬底。在一些实施例中，粘着层和/或背层在应用到基底衬底之前被预先形成，而在其他实施例中，粘着层和/或背层可以直接形成在管线内。

在一个实施例中，多步浇铸工艺包含(1)在形成微针的赋形剂中第一次浇铸API，(2)第二此浇铸形成断裂区的易碎材料，和(3)第三次浇铸形成背衬和/或基底衬底的基质材料。

在至少部分地干燥微针之后，所述微针可以从模具中被移除。举例来说，在完全干燥之前(例如，在仍处于橡胶状的状态时)但强度足以剥离时，微针可以从模具中移除，并且随后从上述模具中移除再干燥一次以进一步固化/硬化微针。当羧基甲基纤维素钠、聚乙烯醇、糖和其它材料被用作微针中的膨胀聚合物(基质材料)时，此技术可以适用。在此类实施例中，微针可以在封装之前或之后完全干燥。

上文所描述的装置和方法可以进一步参考以下非限制性实例来理解。

实例1

按以下制造微针阵列：在真空下将第一溶液(10wt％蔗糖、1wt％羧甲基纤维素于磷酸钾缓冲液中的)浇铸到聚二甲基矽氧烷(PDMS)微针模具中并且在环境条件下干燥10分钟以形成微针。随后在真空下将第二溶液(10wt％蔗糖、1wt％羧甲基纤维素与磷酸钾缓冲液中的)浇铸在PDMS微针模具中并且在35℃下干燥隔夜以形成衬底/基底层。随后既爱那个粘着背衬(支撑层)(3M 1503褐色单涂布聚乙烯的医用胶带)应用到微针阵列的基底，从而形成微针贴片。随后将微针阵列从模具中移除并且与干燥剂封装在箔袋中。

实例2

将实例1制得的微针阵列应用到离体猪皮肤，以使所述微针插入到所述皮肤中。随后将贴片横向拉伸(水平地平行于皮肤表面)同时维持向下力以保持贴片相对于组织表面紧固。随后将贴片拉伸远离皮肤并且成像。随后将亲水性染料(龙胆紫，1％)应用到微针插入区域处的猪皮肤。允许所述染料静置在猪皮肤表面上30秒，并且随后用异丙醇擦拭将其擦拭掉。随后，使所述猪皮肤表面成像并且评估染色。

将大致10lb_f的向下施加力施加到贴片，紧接着之后拉伸所述贴片水平地穿过皮肤。这是的微针从衬底分离，但其还产生如通过在经治疗猪皮肤上的龙胆染色证实的角质层/表皮的表面撕裂。

随后施加较小向下力(<5lb_f)并且随后将贴片水平地拉伸穿过皮肤。这样产生角质层/表皮的较少撕裂，而且减小微针穿透。

实例3

按以下制造另一微针阵列：在真空下将第一溶液(10wt％蔗糖、1wt％羧甲基纤维素和0.1％磺酰罗丹明B(红色染料)于磷酸钾缓冲液中的)浇铸到聚二甲基矽氧烷(PDMS)微针模具中并且在40℃下干燥30分钟以形成微针。随后在真空下将第二流体(两份聚胺酯高硬度弹性体的混合物(60D液态胺基甲酸酯，Forsch Polymer Corp.))浇铸到PDMS微针模具中并且使其固化隔夜以形成锥形化衬底/基底层。随后将粘着背衬(支撑层)(3M 1503褐色单涂布聚乙烯医用胶带)应用到微针阵列的基底，从而形成微针贴片。随后将微针阵列从模具中移除并且与干燥剂封装在箔袋中。

实例4

将实例3中的制得的微针阵列应用到离体猪皮肤，以使微针插入到所述皮肤中。随后将贴片横向拉伸(水平地平行于皮肤表面)同时维持向下力以保持贴片相对于组织表面紧固。将并入到微针中的染料释放到皮肤中，这样就不进行二次染色。随后，使所述猪皮肤表面成像并且评估染色。将贴片拉伸远离皮肤并且也成像。

将全部微针从衬底中分离出并且保持内嵌于皮肤中，如通过微针阵列和猪皮肤的残留物的光显微图所证实(其展示微针染料有效载荷的递送)。皮肤表面存在最小的撕裂。

实例1到2和实例3到4的结果比较展示实例3到4的阵列具有清晰地分离界定点，其是两种单独的且不同的材料与第一和第二铸件的界面。第一阵列利用混合的两种水溶性浇铸溶液制得并且这不产生清晰的分离/界面。不同于实例1到2的阵列，实例3到4的阵列还具有通过交叉以界定清晰角度的两个不同倾斜壁来明确界定的界面，其中所述阵列是在来自第一和第二铸件的两种材料界面处的抛物线(即，半径)。因此，在此实例中，微针与衬底之间的界面的几何结构对分离过程是至关重要的。

实例3到4的阵列还具有弹性材料，即使在高硬度下，允许更简单的微针分离和在施加用于从衬底/漏斗分隔微针的剪切力期间减到最少的皮肤撕裂。

本文中所引用的公开案和其所针对引用的材料专门以引用的方式并入。所属领域的技术人员通过前文具体描述将容易明白本文所描述的方法和装置的修改和变化。此类修改和变化意图属于所附权利要求书的范围内。

Claims (52)

1.一种药物递送装置，包括：

外壳，具有可按压部分；

衬底，具有微针侧和对置背侧；

从所述衬底的所述微针侧延伸的微针阵列，其中所述微针包括药物；以及

支撑层，被布置在所述衬底的所述对置背侧上，并且可移动地安装在所述外壳内；

其中所述可按压部分被配置成在按压后即刻对所述支撑层和衬底中的至少一个施加或激活剪切力以有效地从所述衬底分离所述微针阵列。

2.根据权利要求1所述的药物递送装置，其中所述微针包括其中分散有所述药物和/或其上涂布有所述药物的水溶性可生物降解的材料或其它生物可侵蚀的材料。

3.根据权利要求1所述的药物递送装置，其中所述剪切力为旋转剪切力或横向剪切力。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的药物递送装置，进一步包括用于存储弹性应变能的被配置成在由所述可按压部分激活后即刻施加所述剪切力的装置。

5.根据权利要求4所述的药物递送装置，其中用于存储弹性应变能的所述装置为弹簧。

6.根据权利要求1到3中任一项所述的药物递送装置，进一步包括被配置成在由所述可按压部分激活后即刻施加所述剪切力的电子元件。

7.根据权利要求6所述的药物递送装置，其中所述电子元件利用磁场和电场中的至少一个产生所述剪切力。

8.根据权利要求1到3中任一项所述的药物递送装置，其中所述可按压部分和所述支撑层中的至少一个包括被配置成在按压所述可按压部分后即刻对所述衬底施加旋转剪切力的螺纹或螺旋部分。

9.根据权利要求1到3中任一项所述的药物递送装置，其中所述药物递送装置被配置成允许所述可按压部分和所述支撑层在按压所述可按压部分后即刻接触彼此。

10.根据权利要求9所述的药物递送装置，其中所述支撑层包括被配置成在按压所述可按压部分后即刻接触所述可按压部分的实质上倾斜的表面。

11.根据权利要求9所述的药物递送装置，其中所述可按压部分包括被配置成在按压所述可按压部分后即刻接触所述支撑层的实质上倾斜的表面。

12.根据权利要求1到3中任一项所述的药物递送装置，其中所述微针阵列中的所述微针中的一或多个包括被配置成在施加所述剪切力后即刻从所述衬底分离所述一或多个微针的至少一个部件。

13.根据权利要求12所述的药物递送装置，其中所述至少一个部件包括在所述微针阵列中的一或多个微针的近侧端的预定断裂区和/或位于所述微针阵列中的所述一或多个微针中的每一个周围的所述衬底。

14.根据权利要求13所述的药物递送装置，其中所述预定断裂区包括实质上较窄的部分、易碎的部分、刻痕部分、有凹口的部分、不同材料的界面、具有各向异性机械特性的一或多种材料，或其组合。

15.一种药物递送装置，包括：

衬底，具有微针侧和对置背侧；

从所述衬底的所述微针侧延伸的微针阵列，其中所述微针包括药物；

支撑层，被布置在所述衬底的所述对置背侧上；以及

至少一个部件，被配置成在对所述衬底施加足以用所述微针阵列至少部分地穿透组织表面的力之后从所述衬底分离所述微针阵列。

16.根据权利要求15所述的药物递送装置，其中所述力是相对于所述衬底实质上垂直的力。

17.根据权利要求15或16所述的药物递送装置，其中所述至少一个部件包括在所述微针阵列中的一或多个微针的近侧端的预定断裂区和/或位于所述微针阵列中的所述一或多个微针中的每一个周围的所述衬底。

18.根据权利要求17所述的药物递送装置，其中所述预定断裂区包括实质上较窄的部分、易碎的部分、刻痕部分、有凹口的部分、不同材料界面、具有各向异性机械特性的一或多种材料，或其组合。

19.根据权利要求1所述的药物递送装置，其中所述可按压部分被配置成将应变能输入到所述装置，且所述装置被配置成在对所述可按压部分手动施加预定力后即刻将所述应变能释放为所述剪切力。

20.根据权利要求1所述的药物递送装置，被配置成在对所述装置施加施加力后即刻使所述微针插入到生物组织中，其中所述施加力小于所述剪切力，且所述剪切力是通过释放存储在所述装置中的能量来至少部分地实现的。

21.一种将微针插入到生物组织中以将药物投予到所述生物组织中的方法，包括：

将药物递送装置放置在所述生物组织表面上，所述药物递送装置包括从衬底延伸的包括所述药物的微针阵列；以及

向所述装置施加有效(i)用所述微针阵列穿透所述组织表面，并且(ii)从所述衬底分离所述微针阵列的力。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述力是相对于所述衬底实质上垂直的力。

23.根据权利要求21所述的方法，其中所述组织表面的穿透和所述微针阵列从所述衬底的分离实质上同时进行。

24.根据权利要求21到23中任一项所述的方法，其中所述力对所述衬底施加或激活有效从所述衬底实质上分离所述微针阵列的剪切力。

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述剪切力为旋转剪切力或横向剪切力。

26.根据权利要求24所述的方法，其中所述药物递送装置进一步包括用于存储弹性应变能的被配置成施加所述剪切力的装置。

27.根据权利要求26所述的方法，其中用于存储弹性应变能的所述装置是弹簧。

28.根据权利要求24所述的方法，其中所述药物递送装置进一步包括被配置成施加所述剪切力的电子元件。

29.根据权利要求28所述的方法，其中所述电子元件利用磁场和电场中的至少一个产生所述剪切力。

30.根据权利要求21到23中任一项所述的方法，其中所述药物递送装置进一步包括可按压部分和布置在所述衬底上的支撑层，且所述可按压部分和所述支撑层中的至少一个包括被配置成在对所述药物递送装置施加所述力后即刻对所述衬底施加旋转剪切力的螺纹或螺旋部分。

31.根据权利要求21到23中任一项所述的方法，其中所述药物递送装置进一步包括可按压部分和布置在所述衬底上的支撑层，且所述可按压部分和支撑层被配置成在对所述药物递送装置施加所述力后即刻接触彼此。

32.根据权利要求31所述的方法，其中所述支撑层包括被配置成接触所述可按压部分的实质上倾斜的表面。

33.根据权利要求31所述的方法，其中所述可按压部分包括被配置成接触支撑层的实质上倾斜的表面。

34.根据权利要求21到23中任一项所述的方法，其中所述力使在所述微针阵列中的一或多个微针的近端的预定断裂区和/或所述微针阵列中的所述一或多个微针中的每一个周围的所述衬底断裂。

35.根据权利要求34所述的方法，其中所述预定断裂区包括实质上较窄的部分、易碎的部分、刻痕部分、有凹口的部分、不同材料界面、具有各向异性机械特性的一或多种材料，或其组合。

36.根据权利要求21所述的方法，其中所述放置步骤和/或所述施加步骤人工地进行。

37.一种用于将药物投予到生物组织中的药物递送装置，所述装置包括：

微针阵列，包括药物并且从基底延伸；以及

系统，用于在所述微针至少部分地插入到生物组织中之后，触发所述药物从所述微针释放并且进入所述生物组织中的速率改变。

38.根据权利要求37所述的药物递送装置，其中用于触发的所述系统包括被配置成在与生物流体接触后即刻以比所述微针的第二部分更大的速率来溶解的所述微针的第一部分。

39.根据权利要求37所述的药物递送装置，其中用于触发的所述系统包括所述药物与所述微针中的另一分子之间的结合改变。

40.根据权利要求37所述的药物递送装置，其中用于触发的所述系统响应于以下中的一或多个来改变所述释放速率：分析物浓度、温度、pH、压力、电场、磁场、电荷、电流、振荡、超声波、剪切力、机械移动、分子/细胞结合、所述微针的水分/水含量、时间、物质从所述微针的扩散、溶解、降解，以及化学反应。

41.根据权利要求37所述的药物递送装置，其中用于触发的所述系统包括放置在所述微针中的至少部分中或在其上以在至少一个方向上和/或在预定时间段内阻碍所述药物从所述微针释放的屏障材料。

42.根据权利要求41所述的药物递送装置，其中所述屏障材料包括放置在所述微针阵列中的一或多个微针的至少第一部分中或其上的第一涂层。

43.根据权利要求42所述的药物递送装置，其中所述第一涂层至少实质上不可溶于生物流体，且阻碍或阻断从所述微针阵列中的一或多个微针的所述第一部分的药物释放。

44.根据权利要求42所述的药物递送装置，其中所述第一涂层至少实质上可溶于生物流体，且允许延迟从所述微针阵列中的一或多个微针的所述第一部分的药物释放。

45.根据权利要求42所述的药物递送装置，其中所述屏障材料进一步包括放置在所述微针阵列中的一或多个微针的第二部分中或其上的第二涂层。

46.根据权利要求45所述的药物递送装置，其中所述第一涂层不可溶于生物流体且所述第二涂层可溶于生物流体，从而允许药物释放优选地从所述微针阵列中的一或多个微针的所述第二部分进行。

47.根据权利要求41所述的药物递送装置，其中所述屏障至少部分地封装一部分所述药物。

48.根据权利要求40所述的药物递送装置，其中所述屏障包括在所述微针阵列中的一或多个微针内的区域，所述区域被配置成允许在植入后即刻或在植入之后通过增大所述一或多个微针的所述孔隙度来释放所述药物。

49.根据权利要求37到48中任一项所述的装置，其中用于触发的所述系统进一步包括用于在所述微针插入到所述生物组织中之后使所述微针从所述基底分离的构件。

50.一种药物递送装置，包括：

衬底，具有微针侧和对置背侧；

从所述衬底的所述微针侧延伸的微针阵列，其中所述微针包括药物；

支撑层，被布置在所述衬底的所述对置背侧上；以及

屏障，被配置成允许(i)在植入后即刻或在植入之后离散的药物释放期、(ii)控制释放所述药物的所述微针的所述区域，或(iii)其组合。

51.一种药物递送到生物组织的方法，包括：

将药物递送装置放置在所述生物组织表面上，所述药物递送将药物递送装置放置在所述生物组织表面上，所述药物递送装置包括从衬底延伸的包括所述药物的微针阵列，其中所述微针包含连接到所述衬底的近端部分和对置的远端部分，且所述微针包含至少在所述远端部分上方的屏障涂层；以及

对所述装置施加有效(i)用所述微针阵列穿透所述组织表面，并且(ii)从所述衬底分离所述微针阵列的力，

其中所述屏障涂层阻碍或阻断释放所述药物，以使得在所述微针从所述衬底分离之后所述药物优选地从所述近端部分释放到所述生物组织中。

52.根据权利要求51所述的方法，其中所述生物组织为哺乳动物皮肤且在分离之后，所述微针的所述近端部分位于所述皮肤中的所述真皮-表皮接合点附近。