CN109789305A - 使用电极阵列通过离子电渗法将活性成分递送到人体皮肤中的皮肤治疗装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种皮肤治疗装置，其适于通过离子电渗疗法将活性成分递送到人体皮肤中，该装置具有在人体皮肤上建立电场的电极，其中该装置包括至少具有第一电极和第二电极的n个电极的阵列。

Description

使用电极阵列通过离子电渗法将活性成分递送到人体皮肤中 的皮肤治疗装置和方法

技术领域

本发明涉及一种使用电极阵列通过离子电渗法将活性成分递送到人皮肤中的皮肤治疗装置和方法。所述电极适于连接到人体皮肤以向人体皮肤施加电场，从而允许以离子形式将活性成分递送到人体皮肤中。

背景技术

离子电渗法是一种物理过程，其中离子在由施加的电场驱动的介质中扩散地流动。通过使用一对电极在皮肤上施加电流，离子电渗疗法可用于治疗应用。在皮肤上，将存留活性成分和用于所述活性成分的溶剂，其中称为阳极的带正电的电极将排斥带正电的化学物质进入皮肤，并且其中称为阴极的带负电的电极将排斥带负电的物质进入皮肤。

对于离子电渗疗法的使用，已经开发了电极，其中第一电极特别适合用作阳极，第二电极特别适合用作阴极。在使用期间，在阳极和阴极之间将建立小电流以刺激离子穿过完整的皮肤。

尽管离子电渗疗法已被证明是用于电动药物施用的有效技术，但已知使用第一和第二电极有许多缺点。第一个缺点是，在向皮肤施加电场期间，在皮肤和电极之间的接触区域中，皮肤的pH将被改变。根据离子电渗疗法的持续时间和施加于人体皮肤的电场水平，皮肤的pH值将在阳极/阴极处分别增加/减少到不可接受的水平，并且可能导致皮肤刺激。在使用离子电渗疗法期间，pH值会发生实质性变化，这意味着离子电渗的使用受到了影响，因为所用电流的强度和使用离子电渗的时间段不能超过有关人体皮肤离子电渗耐受性的某个阈值。

这是特别麻烦的，因为离子电渗疗法特别有用的治疗用途之一是抗炎药物的应用。

使用一对电极的离子电渗疗法的相关问题是电极暴露于空气的事实，这可导致电极的氧化增加。由于两个电极中的至少一个的高氧化水平，这可能导致电极对不再可用。

鉴于上述观察，本发明的目的是提供一种使用离子电渗疗法的方法和装置，其中可以减少根据现有技术的方法和系统的缺点。

发明内容

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种皮肤治疗装置，其适于通过离子电渗疗法将活性成分递送到人体皮肤中，该装置具有在人体皮肤上建立电场的电极，其中该装置包括：至少具有第一电极和第二电极的n个电极的阵列，其中该装置适于在由所述n个电极的阵列中的第一电极和第二电极形成的电极对之间相继建立电场，以及其中所述装置是适于形成后一电极对，其包括前一电极对中的一个电极和选自n个电极的阵列的另一个电极，其中所述装置适于在通过后一电极对建立电场之前反转在前一电极对和在后一电极对中均使用的电极的极性。

申请人已经惊讶地注意到，通过使用具有至少三个电极的电极的阵列，其中后续使用第一，第二和第三电极来施加电场，导致了每个电极后续依次用作阳极，阴极，阳极……的效果。第一个效果是与每个电极接触的皮肤的pH值在使用电极期间，例如将电极用作阳极时会发生变化，但随着电极用于第二功能例如将电极用作阴极，pH值将恢复到正常值。交替电极的极性将避免电极和人体皮肤之间的接触区域的pH值过度变化。

相关的效果是，由于极性改变的事实，限制了一对电极中的一个的氧化。这意味着根据本发明的电极组件可以在较长的时间间隔内使用而不会失去其功能。

根据第二方面，本发明涉及通过离子电渗疗法将活性成分递送到人体皮肤中的方法，所述活性成分具有离子形式以允许活性成分通过电场引入皮肤。其中该方法包括使用n个电极的阵列，n是等于或大于2的整数，该电极的阵列适于连接到人体皮肤以将电场施加到人体皮肤。

附图说明

参考附图，通过对本发明示例性实施例的详细描述，本发明的特征和优点将变得显而易见，其中：

图1示出了具有第一、第二和第三电极的皮肤治疗装置的第一示例性实施例，

图2示意性地示出了第一、第二和第三电极之间的旋转电场，

图3示意性地示出了使用一组第一电极和第二电极的离子电渗法时皮肤的阻抗，

图4示意性地示出了使用具有第一、第二和第三电极的电极阵列进行离子电渗疗法时皮肤的阻抗，

图5示出了简化的动态皮肤阻抗模型，

图6示意性地示出了适用了使用第一、第二和第三电极离子电渗疗法的系统的电气表示，

图7示出了在电极C断开的情况下图6的电气表示。

图8示出了在电极B断开的情况下根据图6的电气表示。

图9示出了通过使用具有第一、第二和第三电极的离子电渗疗法的装置获得的结果，其中已经通过膜的活性成分的百分比是在一定的时间间隔内显示，

图10示出了根据现有技术在一定时间段内用于离子电渗疗法的系统中使用的电流强度，

图11示出了根据本发明的随时间使用的电流强度。

具体实施方式

对于本发明的描述，本文使用的所有技术和科学术语具有与技术人员通常理解的含义相同的含义。

本文在此描述了关于皮肤(例如人体皮肤)的治疗。应该注意的是，皮肤一词指的是任何人或动物屏障黏膜，包括皮肤或眼睛、口腔、颊、鼻腔、阴道、胃肠道或直肠的粘膜。

参考用于治疗皮肤的装置。术语“装置”意味着包括用于皮肤治疗的装置本身或经过包装的成品形式。该装置可以包含指导用户将该装置应用于人体皮肤的指南或说明。这些说明可以印刷在装置上，或者可以在任何其他包装元件上获得。

该装置特别适合于通过向皮肤输送电来治疗皮肤，从而引起电输送到的组织的产生所期望的生物反应。

在图1中，示意性地示出了适用于使用第一电极1、第二电极2和第三电极3的组件的离子电渗疗法的装置10。第一电极A具有圆形的一部分的形式并且连接到电线12以连接到电源(图1中未示出)。类似地，第二电极B通过电线12与电源连接。第三电极C通过电线13与电源连接。

根据图1的示例，电极A，B和C一起基本上包围圆形表面区域，其中电极A，B和C被间隔开以允许电极用作电偶以在施加了装置10的皮肤上施加电场。根据本发明，第一电极A和第二电极B可用于在施加了装置10的皮肤上施加电场。在第一种情况下，第一电极A用作带正电的阳极。第二电极B用作带负电的阴极。

在一定时间间隔之后，通过使用第一电极A和第二电极B施加的电场被中断。随后，选择第二电极B和第三电极C，并使用第二电极B和第三电极C在皮肤上施加电场。当施加电场时，第二电极用作带正电的阳极，其中第三电极C用作带负电的阴极。

在一段时间之后，由第二电极B和第三电极C施加的电场被中断。随后，选择第三电极C和第一电极A，用于在人体皮肤上施加电场。当使用第三电极C和第一电极A时，第三电极C用作带正电的阳极，其中第一电极用作带负电的阴极。

应该认识到，在使用根据图1的装置10时，电流总是沿相同的方向流动，由此第一、第二和第三电极中的每一个的极性随着选择的电极路径的每次改变而改变。这意味着在与装置10连接的人体皮肤接触时，例如第一电极的极性为+，-，+，-等。

该措施的第一个效果是装置10所连接的皮肤的pH不会以一种与使用根据现有技术的离子电渗疗法装置时类似的方式改变。第二个相关的效果是可以避免离子电渗疗法系统中阳极或阴极的特定劣化，因为电极A，B和C中的每一个随即是阳极，阴极，阳极，阴极等。

在图1的示例中，示出了用于离子电渗疗法的装置10，其具有第一电极1、第二电极2和第三电极3的组件。应该了解的是，组件还可以包括4个、5个或更多个电极。使用这种装置的基本原理与随后的原理相似；使用电极，因此当从电极组件中选择新的电极对时，允许每个电极的极性发生改变。

在图1的示例中，三个电极1、2、3定位为基本上包围圆形表面区域。如果使用4个、5个或更多电极的阵列，则可以通过lnoval阵列来包围例如正方形、矩形或椭圆形的表面积。

根据本发明的实施例，该装置可包括第一电极1和第二电极2。在那种情况下，通过所述第一和第二电极形成前一电极对和后一电极对。在使用前一电极对之后，电极之间的电场被中断。此后，在通过第一和第二电极之间建立另外的电场之前，反转两个电极的极性。

在使用具有第一和第二电极的实施例的情况下，可以使用第一功率信号在前一电极对之间建立电场。在电极极性反转之后，相反的功率信号将用于后一电极对之间建立电场。

在图2中，示意性地示出了三个电极A，B和C，其中在每个电极之间示出了电流的流动。当选择电极A和B在人体皮肤上施加电场时，电流I_ab将流动。参考图2，根据本发明的装置和系统通过围绕三个或更多个电极施加旋转或交变电场，可以作为离子电渗疗法系统。

在三极系统中，电极可以如下所示布置，其中A，B和C表示贴片形式的电极，IAB，IBC和ICA表示由贴片之间施加的电压产生的电流。

MPSM的目标是通过改变贴片之间的电压来产生旋转电流场，如下所示：

IAB:(A+,B-)IBC:(B+,C-)ICA:(C+,A-)IAB:(A+,B-)

在图3和4中示意性地示出了当使用具有两个电极(图3)或三个电极(图4)的离子电渗疗法时皮肤的阻抗。

表皮ZH具有高阻抗(约100kW量级)并且具有低电容(约10pF的量级)。

真皮ZL的阻抗较低(约10kW量级)，具有较高的电容(约200nF量级)。

图5中所示的模型表示了参数Rs、RP和CP待确定，并且Rs包括电极和皮肤之间的活性成分的系统。

然后，系统可以简化为图6中所示的电路。

目标有两方面：

1.电流IHA，IHB和IHC将在方向上交替。

2.理想情况下，电流ILA，ILB和ILC应为零，但如果非零，则它们的方向不应交替。

通过控制电极电压实现交替方式来产生IHA，IHB和IHC：

IHA正向(A+，B-)则C＝开路

IHA负向(C+，A-)则B＝开路

IHB正向(B+，C-)则A＝开路

IHB负向(A+，B-)则C＝开路

IHC正向(C+，A-)则B＝开路

IHC负向(B+，C-)则A＝开路

其中正向定义为‘从电极进入皮肤’。

应当注意的是，IHA正向＝IHB负向。

假定阻抗ZH和ZL是皮肤本身的阻抗是不可接近的，因此出现了一个基本问题，即对于双极IHx电流，电流ILx永远不会为零，也不能是单极性。

图7显示了具有正IHA和负IHA电流的系统。其中电极‘C’的正IHA电流断开。应该注意，这里的“断开”意味着与电极串联的非常高(几兆瓦)的电阻。

在这种布置中，ZLB和ZLC串联并且它们的组合与ZLA并联。假设ZLA＝ZLB＝ZLC，那么三分之二的IHA将在ZLA中流动，三分之一在所示方向上流入ZLB+ZLC的串联组合。

图8显示，对于负向IHA，电极‘B’断开而电极‘C’相对于‘A’为正。

在这种布置中，ZLA和ZLB串联，它们的组合与ZLC并联。因此，三分之二的IHC将流入ZLC，三分之一流入ZLA+ZLB的串联组合，如图所示。

这里需要注意的重要事项是，如果我们假设IHA＝IHC然后IHA为正，ZLA中的电流量大于当IHA为负时ZLA中的电流(对于ZLA＝ZLB＝ZLC时，则为它的2倍)。因此，ILA中的净正电流总是等于1/3 IHA。

在图9中，与现有技术中已知的系统相比，当使用本发明的装置10时结果如第一个表所示。

在图9中，利用第一曲线91，在约20小时的时间段内显示了能够通过膜的活性成分的百分比。如图9所示，少于0.2％的活性物质能够通过膜。

对于曲线91，在约20小时的相同时间范围内示出了根据本发明的系统。图9显示已经能够通过的活性成分的百分比已显著增加至约1.7％。

本发明被称为使用电极的阵列，其中随后使用电极对(1-2)、(2-3)、(3-1)。可选地或优选地，除了使用多个电极外，还可以改变在第一和第二电极之间使用的特定电流。

在现有技术中，已知通过施加特定的电流密度可以增加皮肤中活性成分的特定递送。美国专利US8,470,853公开了一种通过贴片治疗人偏头痛的方法，其中所述贴片使用选择的第一电流密度和第二电流密度，使得所述第一电流密度和所述第二电流密度基本上不刺激人体皮肤。在图10中示意性地示出了根据US8,470,853的公开内容所示的第一和第二固定和连续电流的密度的使用。

根据本发明，第一和第二电流密度的使用意味着与现有技术相反，不使用固定和连续的电流密度，而是使用脉冲，脉冲按照所需剂量以可编程的顺序排列。这意味着，根据指示人体皮肤的参数和将递送到人体皮肤中的活性成分,可获得所需剂量。在进一步的步骤中，基于递送活性成分所需的剂量，获得提供电脉冲的模式，其中脉冲的长度和脉冲的强度允许剂量变化并允许电流密度适应人体皮肤的耐受性。图11中显示了根据本发明应用的这种脉冲剂量的实例。

Claims (12)

1.一种皮肤治疗装置，适于通过离子电渗疗法将活性成分递送到人体皮肤中，所述装置具有在人体皮肤上建立电场的电极，其中所述装置包括具有至少第一电极和第二电极的n个电极的阵列，其中所述装置适于在所述n个电极的阵列中由第一电极和第二电极形成的电极对之间相继建立电场，以及其中所述装置适于形成后一电极对，其包括前一电极对中的一个电极和从所述n个电极的阵列中选择的另一个电极，其中所述装置适于在通过后一电极对建立电场之前反转在前一电极对和后一电极对中均使用的所述电极的极性。

2.根据权利要求1所述的皮肤治疗装置，其中所述n个电极的阵列包括第一和第二电极，以及其中所述前一电极对和所述后一电极对都通过所述第一和第二电极形成，其中所述装置适于，在使用前一电极对之后，在通过后一电极对建立电场之前，反转所述第一和第二电极的极性。

3.根据权利要求1所述的皮肤治疗装置，其中所述装置适于通过所述n个电极的阵列的所述第一和第二电极、所述n个电极的阵列的所述第二和第三电极相继形成电极对，直到所述电极对包括电极n-1和n，其中所述装置适于随后通过电极n和所述第一电极形成电极对。

4.根据权利要求3所述的皮肤治疗装置，其中所述n个电极的阵列的电极相对于彼此等距地定位。

5.根据权利要求3或4所述的皮肤治疗装置，其中所述电极定位为包围表面区域。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的皮肤治疗装置，其中所述n个电极的阵列的电极定位成共同形成圆形。

7.根据前述权利要求中任一项所述的皮肤治疗装置，其中，所述装置包括控制装置，所述控制装置适于以可编程脉冲的形式向所述电极提供电能。

8.一种通过离子电渗疗法将活性成分递送到人体皮肤中的方法，所述活性成分具有离子形式以允许所述活性成分通过电场导入皮肤，其中所述方法包括使用n个电极的阵列，n是等于或大于2的整数，所述电极的阵列适于连接到人体皮肤以将电场施加到人体皮肤，

所述方法包括以下步骤：

a)选择来自所述n个电极的阵列的第一电极和第二电极，以形成电极对，以及在所述电极对的电极之间建立电场，所述电极对分别包括阳极和阴极，

b)在确定的时间段之后，中断所述电极对的电极之间的所述电场，

c)选择前一电极对中的一个电极和从所述n个电极的阵列中选择的另一个电极，以形成后一电极对，

d)在通过所述后一电极对建立电场之前，反转在所述前一电极对和后一电极对中均使用的所述电极的极性，以及在所述后一电极对的电极之间建立电场，

e)在确定的时间段之后，中断所述后一电极对的电极之间的电场。

9.根据权利要求8所述的方法，其中n等于2，以及其中在步骤c)中，选择所述前一电极对的两个电极以形成后一电极对，以及其中在步骤d)中，在通过所述后一电极对建立电场之前所述两个电极的极性被反转。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述方法还包括：

f)在确定的时间段内重复步骤c)、d)和e)。

11.根据权利要求8所述的方法，其中所述电极被定位为共同包围表面区域，其中所述方法包括：

a')从所述n个电极的组件中选择第一和相邻的第二电极以形成电极对，以及建立所述电极对的电极之间的电场，所述电极对分别包括阳极和阴极，

b')在确定的时间段之后，中断所述电极对的电极之间的电场，

c')选择所述电极对中的所述第二电极以形成后一电极对的第一电极，以及从所述n个电极的阵列中选择与所述后一电极对的第一电极相邻的电极，以形成所述后一电极对的第二电极，

d')反转所述后一电极对的第一电极的极性，以及在所述后一电极对的电极之间建立电场，

e')在确定的时间段之后，中断所述后一电极对的电极之间的电场，以及

f)在一段确定的时间段内重复步骤c')、d')和e')。

12.根据权利要求8-11中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：

g)通过可编程电脉冲控制在电极对之间建立的电场。