DE102010038733A1

DE102010038733A1 - Modulare Mikronadel-Transportvorrichtung

Info

Publication number: DE102010038733A1
Application number: DE102010038733A
Authority: DE
Inventors: Kathrin Van Teeffelen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2012-02-02
Also published as: WO2012013472A1; EP2598198A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine modulare Mikronadel-Transportvorrichtung (1; 1') mit einem ersten Modul (20; 20'), welcher ein Fluidreservoir (23; 23') zum Aufnehmen eines Transportfluids (F), eine Mikronadeleinrichtung (22) und eine Mikropumeinrichtung (24) zum Pumpen des Transportfluids (F) vom Fluidreservoir (23; 23') in die Mikronadeleinrichtung (22) und/oder umgekehrt aufweist; einem zweiten Modul (10; 10'), welcher eine Aktoreinrichtung (10a) und eine batteriebetriebene Steuereinrichtung (10b) aufweist; wobei das zweite Modul (10; 10') in einer Ausnehmung (50) des ersten Moduls (20; 20') anbringbar ist; und wobei die Mikropumpeinrichtung (24) bei angebrachtem zweiten Modul (10; 10') mechanisch über eine in der Ausnehmung (50) vorgesehene Druckbetätigungsfläche (UP) von der Aktoreinrichtung (10a) betätigbar ist.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine modulare Mikronadel-Transportvorrichtung.
Obwohl auf beliebige mikromechanische Bauelemente anwendbar, werden die vorliegende Erfindung und die ihr zugrundeliegende Hintergrund im Hinblick auf mikromechanische Bauelemente in Siliziumtechnologie erläutert.
Die DE 10 2006 028 781 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von porösen, auf einem Siliziumsubstrat in einem Array angeordneten Mikronadeln zur transdermalen Verabreichung von Medikamenten. Das Verfahren umfasst das Bilden einer Mikronadelanordnung mit einer Mehrzahl von Mikronadeln auf der Vorderseite eines Halbleitersubstrats, welche sich von einem Stützbereich des Halbleitersubstrats erheben, sowie ein teilweises Porosifizieren des Halbleitersubstrats zum Bilden poröser Mikronadeln, wobei die Porosifizierung von der Vorderseite des Halbleitersubstrats ausgeht und ein poröses Reservoir gebildet wird.
Die US 2008/0319392 A1 offenbart eine Mikronadel-Transportvorrichtung mit einem Reservoir zum aufnehmen eines Transportfluids, einer Nadelanordnung, wobei jede Nadel eine Bohrung in Fluidverbindung mit dem Reservoir aufweist, einem ersten Aktuator zum eintreiben der Nadeln in den Körper und Herausziehen der Nadeln aus dem Körper sowie einem zweiten Aktuator, welcher das Transportfluid zwischen dem Reservoir und dem Körper durch die Nadeln pumpt, welcher bidirektional ausgelegt sein kann.
Die US 2009/0099522 A1 offenbart ein Mikronadel-System mit einer Analysevorrichtung.
Die DE 10 2005 052 039 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Mikropumpe und eine durch dieses Verfahren hergestellte Mikropumpe.
Die WO 2005/015021 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauteils für fluidische Anwendungen und eine Mikropumpe einer Pumpmembran aus einer Polysiliziumschicht.
Mikronadelanordnungen, welche beispielsweise Mikronadeln aus porösem Silizium aufweisen, werden allgemein im Bereich der ”Transdermal Drug delivery” als Erweiterung von Medikamentenpflastern, als Träger eines Impfstoffes oder auch zur Gewinnung von Körperflüssigkeit (sog. Zwischengewebsflüssigkeit – ”Transdermal fluid”) für die Diagnose und Analyse von Körperparametern (z. B. Glukose, Laktat, ...) genutzt.
Weltweit leiden Millionen von Menschen an Krankheiten, gegen die sie dauerhaft und nahezu kontinuierlich ein Medikament verabreicht bekommen müssen. Dazu zählt beispielsweise auch Diabetes mellitus Typ 1. Ein Medikamentendosiersystem, in diesem Fall eine Insulinpumpvorrichtung, welche Insulin an den menschlichen Körper abgibt, ist vor allem bei diesem Typ 1 sinnvoll, da sie durch ihre körperschonende Dosierung die menschliche Bauchspeicheldrüse gut nachbildet und somit Langzeitfolgen reduziert werden können.
Derzeit gibt es auf dem Markt einige Insulinpumpen, die in den meisten Fällen recht groß sind und damit für den Betroffenen Patienten vor seinen Mitmenschen kaum zu verstecken ist und somit die Krankheit nicht zu verheimlichen ist. Ferner sind recht hohe Anschaffungskosten der Pumpen aufzubringen.
Die Antriebseinheit, die Energieversorgung und die Steuerung derartiger bekannter Pumpen werden wieder verwendet. Der Patient tauscht lediglich eine Insulin-Kartusche und die Nadel aus. Dabei gibt es eine Variante, bei der eine neue Insulin-Kartusche eingesetzt wird, und eine weitere Variante, bei der diese Insulin-Kartusche wieder befüllt wird. Das Wiederbefüllen ist für besonders junge oder auch für ältere Patienten eher schwierig, wenn nicht unmöglich.
Bei diesen bekannten Pumpen ist die Antriebs- und Steuereinheit sowie die Energieversorgung vom Rest, das heißt von Reservoir und Nadel getrennt. Dadurch wird verhindert, dass nach Verbrauch des Insulinvorrats das gesamte System weggeworfen werden muss.
Vorteile der Erfindung
Die in Anspruch 1 definierte modulare Mikronadel-Transportvorrichtung weist den Vorteil auf, dass die Baugröße (flacher Aufbau), Kosten (Trennung von Wegwerfeinheit und wieder verwendbarer Einheit) sowie Bedienbarkeit für den Patienten gegenüber bekannten Ansätzen stark verbessert sind.
Die erfindungsgemäße Mikronadel-Transportvorrichtung kann äußerst flach aufgebaut werden, das heißt sie ist unter der Kleidung leicht zu verstecken und damit für einen Außenstehenden Betrachter quasi unsichtbar.
Die Mikronadel-Transportvorrichtung besitzt nach einer bevorzugten Weiterbildung an ihrer Unterseite, das heißt dort, wo die Mikronadel-Einrichtung vorgesehen ist, ein Pflaster, welches der Patient direkt auf die Haut klebt. Ein aufwendiges Haltesystem, z. B. über einen Gürtel, bleibt dem Patienten somit erspart. Zudem ist sie so konzipiert, dass der Patient die Pumpe äußerst einfach handhaben kann, lästiges Wiederbefüllen des Reservoirs entfällt.
Ein weiterer entscheidender Vorteil der erfindungsgemäßen Mikronadel-Transportvorrichtung liegt in den Kosten. Durch die Trennung in ein erstes Modul, welches das Fluidreservoir, die Mikronadel-Einrichtung und die Mikropumpeinrichtung aufweist, und ein zweites Modul, welcher eine Aktoreinrichtung und eine Batterie betriebene Steuereinrichtung aufweist, wird nur das kostengünstige erste Modul weggeworfen und anschließend ein Ersatzmodul mit dem zweiten Modul verbunden.
Zudem kann die erfindungsgemäße Mikronadel-Transportvorrichtung mit einem höheren Tragekomfort ausgestattet werden, wenn das Reservoir aus einem flexiblen Kunststoff besteht, wer, wenn das Reservoir über die Injektionszeit immer leerer gepumpt wird, über die Tragedauer immer kleiner wird.
Da die Verbindung der beiden Module lediglich eine mechanische Anbringung erfordert, aber keine elektrische oder fluidische Verbindung, ist die Handhabung für den Patienten besonders einfach und lassen sich Sterilitätsprobleme vermeiden.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung sieht vor, das zweite Modul in einer Ausnehmung des ersten Moduls formschlüssig zu verrasten oder verklipsen.
Die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des betreffenden Gegenstandes der Erfindung.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1a–e schematische Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen modulare Mikronadel-Transportvorrichtung;
2 ein Beispiel für eine Anwendung der Mikronadel-Transportvorrichtung gemäß 1 am menschlichen Körper; und
3 eine schematische Querschnittsdarstellung zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen modulare Mikronadel-Transportvorrichtung.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen dieselben bzw. funktionsgleiche Elemente.
1a–e zeigen schematische Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen modulare Mikronadel-Transportvorrichtung.
In 1a–e bezeichnet Bezugszeichen 1 eine Mikronadel-Transportvorrichtung in Form einer Insulin-Pumpvorrichtung mit einer runden Geometrie. Die Mikronadel-Transportvorrichtung 1 weist einen ersten Modul 20 auf, welcher ein Fluidreservoir 23 zum Aufnehmen eines Transportfluids F, eine Mikronadeleinrichtung 22 und eine Mikropumpeinrichtung 24 zum Pumpen des Transportfluids F vom Fluidreservoir 23 über eine Mikroleitungseinrichtung I in die Mikronadeleinrichtung 22 aufweist. Über eine Rasteinrichtung R formschlüssig verrastend eingesetzt in den ersten Modul 20 ist ein zweiter Modul 10, welcher eine Aktoreinrichtung 10a und eine batteriebetriebene Steuereinrichtung 10b aufweist. Aus Vereinfachungsgründen ist die Batterie nicht separat dargestellt.
Die Mikropumpeinrichtung 24 ist im vorliegenden Fall eine an sich bekannte Silizium-Pumpchip, welcher an Einlässen E das Transportfluid F in Form von Insulin einsaugen kann und welcher über die Mikroleitungseinrichtung I das Transportfluid F über die Mikronadeleinrichtung 22 unter die Haut eines Patienten injizieren kann. Die Mikronadeleinrichtung 22 ist im vorliegenden Fall bspw. eine Anordnung poröser Siliziumnadeln 25, welche sich an einem Siliziumsubstrat erheben. An der Unterseite U des ersten Moduls 20, das heißt an der Seite der Mikronadeleinrichtung 22 ist eine Klebpflastereinrichtung 21 vorgesehen, welche im vorliegenden Fall von den Mikronadeln 25 durchdrungen ist und welche eine einfache Anbringung der Mikronadel-Transportvorrichtung 1 auf der Haut des Patienten ermöglicht. Alternativ wäre es beispielsweise auch möglich, dass die Klebpflastereinrichtung 21 nur die Peripherie der Mikronadeleinrichtung 22 an der Unterseite U des ersten Moduls 20 umgibt.
Im vorliegenden Fall besteht die Rasteinrichtung R aus einer umlaufenden Nut N im ersten Modul und einem entsprechendem Vorsprung V im zweiten Modul (vergleiche 1d, e). Das zweite Modul 10 lässt sich so derart in eine Ausnehmung 50 des ersten Moduls einsetzen, dass er formschlüssig darin anliegt und eine bündige Oberseite O mit dem ersten Modul 20 bildet.
Der zweite Modul 10 kann in Pfeilrichtung über die flexible Außenwand wie des ersten Moduls 20 Druck auf den Silizium-Pumpchip 24 in einem Bereich aufbringen, wo der Silizium-Pumpchip 24 eine Pumpmembran aufweist. Dieser beispielsweise über einen Stößel ST aufgewendete Druck P (siehe 1e) ermöglicht eine Betätigung der Mikropumpe in Form des Silizium-Pumpchips 24. Die Batterie betriebene Steuereinheit 10d gibt hierfür beispielsweise einen fest einprogrammierten Zeitablauf über eine Steuerleitung 100 vor oder lässt sich von außen an der Oberseite O durch einen Benutzer einstellen beziehungsweise programmieren.
Wie in 1c dargestellt, zeigt das Fluidreservoir 23 für das Transportfluid 11, welches aus einem flexiblen Kunststoff besteht, ein ballonartiges Verhalten. Mit anderen Worten wird die Größe der Oberseite O mit sinkendem Füllstand des Fluidreservoirs 23 kleiner beziehungsweise schrumpft zusammen, sodass sich für den Patienten ein angenehmes Gefühl beim Tragen ergibt.
In 1d ist Bezugszeichen UP eine Druckbetätigungsfläche bezeichnet, auf die der in 1e gezeigte Stößel ST der Aktoreinrichtung 10a einwirkt, um die Mikropumpe 24 zu betätigen.
2 zeigt ein Beispiel für eine Anwendung der Mikronadel-Transportvorrichtung gemäß 1 am menschlichen Körper.
In 2 ist eine komfortable Art der im Zusammenhang mit 1a–e beschriebenen Insulin-Pumpvorrichtung gezeigt, bei der ein Patient M die Mikronadel-Transportvorrichtung 1 mit Hilfe der Klebepflastereinrichtung 21 auf seinen Bauchbereich aufklebt. Die Mikronadel-Transportvorrichtung 1 gemäß 1a–e kann äußerst flach hergestellt werden und bietet daher ein angenehmes Tragegefühl für den Patienten M, zumal sie mit zunehmendem Gebrauch aufgrund der flexiblen Eigenschaft des Fluidreservoirs 23 immer kleiner wird.
3 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen modulare Mikronadel-Transportvorrichtung.
Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform ist statt der runden Geometrie gemäß 1a–e eine rechteckige Geometrie der Mikronadel-Transportvorrichtung 1' vorgesehen, bei dem das zweite Modul 20' ist, sondern dezentral verschoben. Auch weisen bei diesem Beispiel die Klebpflastereinrichtung 21' und die Anordnung der Mikronadel 25 sowie das Fluidreservoir 23' eine richtige Geometrie auf.
Wie in 1a und 3 angedeutet, lässt sich aufgrund der flexiblen Eigenschaft des Fluidreservoirs 23 beziehungsweise 23' die Presspassung des ersten und zweiten Moduls 20, 20' beziehungsweise 10, 10' leicht lösen und somit leicht eine Verbindung beziehungsweise Entkopplung zum Austausch des ersten Moduls vornehmen.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die dargestellte eckige beziehungsweise runde Geometrie beschränkt, sondern auf jegliche Geometrie anwendbar. Die Mikronadeleinrichtung kann sowohl eine Mehrzahl von Nadeln als auch nur eine einzige Nadel aufweisen. Das Fluidreservoir ist nicht auf den beschriebenen flexiblen Kunststoff beschränkt, sondern kann auch steif sein. Es kann auch eine Innenbeschichtung aufweisen, damit der Kunststoff nicht undefiniert Stoffe an das Transportfluid, zum Beispiel Insulin, abgibt. Eine derartige Innenbeschichtung kann beispielsweise aus Teflon hergestellt werden.
Obwohl beim obigen Beispiel eine poröse Silizium-Mikronadeleinrichtung vorgesehen ist, kann die Erfindung alternativ auch mit einer Hohlnadeleinrichtung aus Stahl, Kunststoff, Silizium oder anderen Materialien realisiert werden.
Die Befüllung des Fluidreservoirs erfolgt zweckmäßiger Weise bei der Pumpenfertigung beim Hersteller, kann aber auch, falls erwünscht, beim Patienten selbst erfolgen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006028781 A1 [0003]
US 2008/0319392 A1 [0004]
US 2009/0099522 A1 [0005]
DE 102005052039 A1 [0006]
WO 2005/015021 A1 [0007]

Claims

Modulare Mikronadel-Transportvorrichtung (1; 1') mit: einem ersten Modul (20; 20), welches ein Fluidreservoir (23; 23') zum Aufnehmen eines Transportfluids (F), eine Mikronadeleinrichtung (22) und eine Mikropumeinrichtung (24) zum Pumpen des Transportfluids (F) vom Fluidreservoir (23; 23') in die Mikronadeleinrichtung (22) und/oder umgekehrt aufweist; einem zweiten Modul (10; 10'), welches eine Aktoreinrichtung (10a) und eine batteriebetriebene Steuereinrichtung (10b) aufweist; wobei das zweite Modul (10; 10') in einer Ausnehmung (50) des ersten Moduls (20; 20') anbringbar ist; und wobei die Mikropumpeinrichtung (24) bei angebrachtem zweiten Modul (10; 10') mechanisch über eine in der Ausnehmung (50) vorgesehene Druckbetätigungsfläche (UP) von der Aktoreinrichtung (10a) betätigbar ist.
Modulare Mikronadel-Transportvorrichtung (1; 1') nach Anspruch 1, wobei das Fluidreservoir (23; 23') aus einem flexiblen oder steifen Kunststoff gebildet ist und eine vom Füllgrad abhängige Größe seiner Oberseite (O) aufweist.
Modulare Mikronadel-Transportvorrichtung (1; 1') nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mikropumpeinrichtung (24) einen mikromechanischen Silizium-Pumpchip aufweist.
Modulare Mikronadel-Transportvorrichtung (1; 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Modul (10; 10') in einer Ausnehmung (50) des ersten Moduls (20; 20') verrastbar oder verklinkbar ist.
Modulare Mikronadel-Transportvorrichtung (1; 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mikronadeleinrichtung (22) zumindest teilweise von einer Klebpflastereinrichtung (21; 21') umgeben ist.
Modulare Mikronadel-Transportvorrichtung (1; 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mikronadeleinrichtung (22) zumindest teilweise durch eine Klebpflastereinrichtung (21; 21') geführt ist.
Modulare Mikronadel-Transportvorrichtung (1; 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei angebrachtem zweiten Modul (10; 10') das Fluidreservoir (23; 23') eine im wesentlichen bündige Oberseite (O) mit dem zweiten Modul (10; 10') ausbildet.
Modulare Mikronadel-Transportvorrichtung (1; 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mikronadeleinrichtung (22) eine poröse Silizium-Mikronadeleinrichtung mit einer oder einer Mehrzahl von Mikronadeln (25; 25') aus porösem Silizium aufweist.
Modulare Mikronadel-Transportvorrichtung (1; 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mikronadeleinrichtung (22) eine Hohlnadeleinrichtung mit einer oder einer Mehrzahl von Hohlnadeln aufweist.
Modulare Mikronadel-Transportvorrichtung (1; 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (10b) bei angebrachtem zweiten Modul (10; 10') von aussen einstellbar ist.
Modulare Mikronadel-Transportvorrichtung (1; 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Modul (10; 10') im wesentlichen formschlüssig in der Ausnehmung (50) des ersten Moduls (20; 20') anbringbar ist.
Erster Modul (20; 20'), welcher ein Fluidreservoir (23; 23') zum Aufnehmen eines Transportfluids (F), eine Mikronadeleinrichtung (22) und eine Mikropumeinrichtung (24) zum Pumpen des Transportfluids (F) vom Fluidreservoir (23; 23') in die Mikronadeleinrichtung (22) und/oder umgekehrt aufweist, zur Verwendung in einer modularen Mikronadel-Transportvorrichtung (1; 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Zweiter Modul (10; 10'), welcher eine Aktoreinrichtung (10a) und eine batteriebetriebene Steuereinrichtung (10b) aufweist, zur Verwendung in einer modularen Mikronadel-Transportvorrichtung (1; 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 11.