DE60124917T2

DE60124917T2 - Mikrovorrichtung und verfahren zur herstellung

Info

Publication number: DE60124917T2
Application number: DE60124917T
Authority: DE
Inventors: G. Alexander Raleigh LASTOVICH; D. John Los Angeles EVANS; J. Ronald Cary PETTIS
Original assignee: Becton Dickinson and Co
Current assignee: Becton Dickinson and Co
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2021-07-12
Also published as: AU2001273340A1; WO2002005890A3; ATE346645T1; JP4892166B2; EP1301237A2; ES2276805T3; WO2002005890A2; US20020183688A1; EP1301237B1; DE60124917D1; US6440096B1; JP2004503342A

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Mikroeinrichtung und ein Verfahren zum Herstellen der Mikroeinrichtung. Die Erfindung ist ferner auf eine Vorrichtung zum Verbessern der Durchdringung einer Mikronadel-Anordnung gerichtet.
Hintergrund der Erfindung
Diverse Einrichtungen wurden zur transdermalen Probennahme und Zufuhr von Substanzen, wie beispielsweise pharmazeutischen Wirkstoffen und Medikamenten, vorgeschlagen. Obwohl für viele Anwendungen die subkutanen Probennahme- und Zuführverfahren, die eine Kanüle nutzen, effektiv sind, hat der normalerweise durch die Kanüle verursachte Schmerz die Entwicklung von weniger schmerzhaften Zuführverfahren veranlasst.
Die Haut ist aus mehreren Schichten aufgebaut, wobei die obere Verbundschicht das Epithel ist. Die äußerste Schicht der Haut ist die Hornschicht, die gut bekannte Barriereeigenschaften aufweist, so dass verhindert wird, dass Moleküle und unterschiedliche Substanzen in den Körper eindringen und Analyten aus dem Körper austreten. Die Hornschicht ist eine komplexe Struktur verdichteter, keratinisierter Zellreste, die eine Dicke von etwa 10–30 Mikrometern aufweist. Die Hornschicht bildet eine wasserdichte Membran zum Schützen des Körpers gegen das Eindringen unterschiedlicher Substanzen und die Auswärtsmigration von unterschiedlichen Verbindungen.
Die natürliche Undurchlässigkeit der Hornschicht verhindert die Verabreichung der meisten pharmazeutischen Wirkstoffe und anderer Substanzen durch die Haut hindurch. Zahlreiche Verfahren und Einrichtungen wurden vorgeschlagen zum Erhöhen der Durchlässigkeit der Haut und zum Steigern der Diffusion von unterschiedlichen Medikamenten durch die Haut hindurch, so dass sie von dem Körper genutzt werden können. Normalerweise wird die Zufuhr von Medikamenten durch die Haut hindurch verbessert, indem entweder die Durchlässigkeit der Haut erhöht wird oder die Kraft oder Energie erhöht wird, die zum durch die Haut Hindurchleiten des Medikaments verwendet wird.
Ein anderes Verfahren zum Probennehmen und Zuführen unterschiedlicher Substanzen durch die Haut hindurch besteht darin, dass durch die Hornschicht hindurch Mikroporen oder Einschnitte ausgebildet werden. Mittels Durchdringens oder Durchstechens der Hornschicht und Zuführens eines Medikaments zu der Haut in oder unter der Hornschicht können viele Medikamente effektiv verabreicht werden. In gleicher Weise können durch in der Hornschicht ausgebildete Schnitte oder eine Pore hindurch einige Substanzen aus dem Körper entnommen werden. Die Einrichtungen zum Durchdringen oder Durchstechen der Hornschicht weisen im Allgemeinen eine Mehrzahl von Nadeln oder Klingen in Mikrometergröße auf, die so eine Länge haben, dass sie, ohne vollständig durch die Epidermis hindurchzugehen, die Hornschicht durchdringen. Beispiele für diese Einrichtungen sind in dem US-Patent Nr. 5,879,326 für Godshall et al., dem US-Patent Nr. 5,250,023 für Lee et al., und WO 97/48440 offenbart.
Die oben vermerkten Einrichtungen, die Nadeln oder Klingen in Mikrometergröße aufweisen, können effektiv beim Zuführen oder Probennehmen von Substanzen in dem Körper sein. Jedoch Durchdringen diese Nadeln und Klingen, die eine Länge von einigen Mikrometern bis zu einigen hundert Mikrometern aufweisen, normalerweise die Haut nicht bis zu einer einheitlichen Tiefe. Die natürliche Elastizität und Nachgiebigkeit der Haut wird oft darin resultieren, dass die Haut von den Nadeln verformt anstatt durchstochen wird. Eine Mikronadel-Anordnung führt oft dazu, dass, wenn sie gegen die Haut gedrückt wird, die äußersten Nadeln die Haut durchdringen, wohingegen die innersten Nadeln nicht durchdringen oder nur auf eine Tiefe eindringen, die geringer als die der äußersten Nadeln ist.
Die US-amerikanische Patentschrift Nr. U.S. 3,167,073 offenbart eine transkutane Injektionseinrichtung mit einer dünnen Metallscheibe, die eine Mehrzahl von dort herausgestanzten, nadelähnlichen Vorsprüngen aufweist, die sich von deren einer Seite erstrecken, und einem thermoplastischen Trägerelement, das an der Platte befestigt ist und das einen Knopf aufweist, der sich von deren gegenüberliegender Seite erstreckt, zum Halten des Knopfes mit einer Hand zum Drücken gegen die Haut. Das thermoplastische Trägerelement ist mittels einer Schmelzkunststoff-Formschlussverbindung von Platte und Trägerelement an der Platte befestigt.
Die früheren Verfahren und Einrichtungen zum transdermalen Probennehmen und Verabreichen von Substanzen haben begrenzten Erfolg gezeigt. Demgemäß besteht in der Industrie ein kontinuierlicher Bedarf für eine verbesserte Einrichtung für das Probennehmen und Verabreichen von unterschiedlichen Medikamenten und anderen Substanzen im Körper.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung ist auf eine Vorrichtung für das transdermale Probennehmen oder Zuführen einer Substanz durch die Haut eines Patienten hindurch gerichtet. Die Erfindung ist ferner auf ein Verfahren zum Herstellen und Zusammenmontieren einer Einrichtung zum Zuführen oder Entnehmen einer Substanz durch die Haut eines Patienten hindurch gerichtet. Die Erfindung ist insbesondere gerichtet auf eine Vorrichtung zum Zuführen eines pharmazeutischen Wirkstoffs, wie beispielsweise eines Medikaments oder eines Impfstoffs, in die Hornschicht der Haut bis auf eine so ausreichende Tiefe, in der der pharmazeutische Wirkstoff von dem Körper absorbiert und genutzt werden kann.
Demgemäß ist es ein erstes Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung mit einem Hautdurchdringungselement bereitzustellen.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung mit einer Mehrzahl von Mikroröhrchen, Nadeln, Mikronadeln, Klingen oder Lanzetten bereitzustellen zum Durchdringen oder Durchstechen der Hornschicht der Haut zum Entnehmen oder Zuführen einer Substanz durch die Haut eines Patienten hindurch.
Noch ein Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung mit wenigstens einem Hautdurchdringungselement und eine Vorrichtung zum Verbessern der Durchdringung der Haut bereitzustellen.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Probennehmen oder Zuführen einer Substanz zu einem Patienten bereitzustellen, wobei die Vorrichtung einen Halter und eine Mikronadeleinrichtung aufweist, die an den Halter geklebt ist.
Noch ein Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Entnehmen oder Zuführen einer Substanz bereitzustellen, wobei die Vorrichtung eine Hautdurchdringungseinrichtung und einen Vakuumanschluss aufweist zum Beaufschlagen eines Vakuums, so dass die Durchdringung der Haut durch die Hautdurchdringungseinrichtung verbessert wird.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Zusammenmontieren einer Einrichtung bereitzustellen, das aufweist: Einpassen einer Mikroeinrichtung in einen Vertiefungsbereich in einem Halter und Aufbringen eines Klebemittels in der Vertiefung, so dass es per Dochtwirkung zwischen die Mikroeinrichtung und den Halter transportiert wird.
Noch ein anderes Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen zum Ankleben einer Mikroeinrichtung an einen Halter, wobei der Halter einen Vertiefungsbereich und einen Kanal aufweist, der ein Ende hat, das mit dem Kanal in Verbindung steht, wobei das Verfahren aufweist: Einpassen der Mikroeinrichtung in den Vertiefungsbereich und Zuführen eines Klebemittels in den Kanal, so dass es in einen Zwischenraum zwischen dem Halter und der Mikroeinrichtung fließt.
Diese und andere Ziele der Erfindung werden im Wesentlichen erreicht durch Bereitstellen eines Verfahrens zum Ausbilden einer Einrichtung zum Zuführen oder Entnehmen einer Substanz durch die Haut eines Patienten hindurch. Das Verfahren weist die Schritte auf: Bereitstellen eines Halters, der eine Unterseite mit einem Vertiefungsbereich aufweist, der eine Größe hat, die kleiner als eine Größe der Unterseite ist, und Positionieren einer Hautdurchdringungseinrichtung in dem Vertiefungsbereich des Halters. Die Hautdurchdringungseinrichtung weist eine Basis und wenigstens ein Hautdurchdringungselement auf, wobei die Basis eine Größe aufweist, die kleiner als die Größe des Vertiefungsbereichs ist. Ein Klebemittel wird auf wenigstens eine Stelle zwischen dem Halter und der Basis in dem Vertiefungsbereich aufgebracht, wobei das Klebemittel eine Viskosität aufweist, so dass es per Dochtwirkung und ohne die Notwendigkeit, auf das Klebemittel eine Kraft auszuüben, zwischen die Basis und den Halter fließt.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Zuführen oder Entnehmen einer Substanz von einem Patienten bereitzustellen, wobei die Vorrichtung aufweist: ein Halteelement mit einer Unterseite und einem Vertiefungsbereich, der eine Größe aufweist, die kleiner als eine Größe der Unterseite ist, eine Hautdurchdringungseinrichtung, die eine Basis und wenigstens ein Hautdurchdringungselement aufweist, wobei die Basis in dem Vertiefungsbereich des Halters angeordnet ist, und ein Klebematerial, das ein Viskosität hat, so dass es per Dochtwirkung und ohne die Notwendigkeit, auf das Klebemittel eine Kraft auszuüben, zwischen die Basis und den Halter fließt, wobei das Klebematerial die Hautdurchdringungseinrichtung an dem Halteelement befestigt und einen Raum zwischen dem Vertiefungsbereich und der Basis der Hautdurchdringungseinrichtung füllt und eine fluiddichte Abdichtung dazwischen bildet.
Die Ziele, Vorteile und andere hervortretende Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden, detaillierten Beschreibung ersichtlich, welche, gesehen in Verbindung mit den beigefügten Figuren, bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung offenbart.
Kurzbeschreibung der Figuren
Das Folgende ist eine Kurzbeschreibung der Figuren, von denen:
1 eine perspektivische Ansicht der Probennahme- oder Zuführvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist,
2 eine auseinandergezogene Querschnittsansicht der Vorrichtung von 1 ist,
3 eine Unteransicht der Vorrichtung von 1 ist, die den Halter ohne die Hautdurchdringungselemente zeigt,
4 eine Unteransicht der Vorrichtung von 1 ist, die das Hautdurchdringungselement an den Halter geklebt zeigt,
5 eine teilweise, seitliche, vergrößerte Querschnittsansicht des Halters und des Hautdurchdringungselementes ist, das vor dem Verkleben in die Vertiefung des Halters eingepasst ist,
6 eine teilweise, seitliche, vergrößerte Querschnittsansicht der Vorrichtung ist, die das Klebemittel zum Befestigen der Hautdurchdringungseinrichtung an dem Halter zeigt,
7 eine Seitenansicht ist, die die Vorrichtung in Kontakt mit der Haut eines Patienten zeigt,
8 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform ist,
9 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung der Ausführungsform von 8 ist, die die Unterseite und die Vertiefung zum Aufnehmen der Hautdurchdringungseinrichtung zeigt,
10 eine Unteransicht der Vorrichtung von 8 ist, die die Hautdurchdringungselemente zeigt,
11 eine seitliche Querschnittansicht ist der Vorrichtung von 8, die in Kontakt mit der Haut eines Patienten ist, und
12 eine seitliche Querschnittsansicht zu 8 ist, die die Durchdringung der Haut zeigt, wenn dem Innenbereich der Vorrichtung ein Vakuum beaufschlagt wird.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Die Erfindung ist auf eine intradermale Vorrichtung zum Probennehmen, Überwachen oder Zuführen einer Substanz durch die Haut eines Patienten hindurch gerichtet. Die Erfindung ist insbesondere gerichtet auf eine Probennahme-, Überwachungs- oder Zuführvorrichtung. Die Erfindung ist ferner auf ein Verfahren gerichtet zum Herstellen der Probennahme-, Überwachungs- oder Zuführvorrichtung.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck Durchdringen auf das Eindringen in eine Schicht der Haut ohne ein vollständiges Hindurchpassieren. Durchstechen bezieht sich auf ein vollständiges Passieren durch eine Schicht der Haut hindurch.
Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind geeignet zur Verwendung beim Verabreichen unterschiedlicher Substanzen, einschließlich pharmazeutischer Wirkstoffe, an einen Patienten und insbesondere einen menschlichen Patienten. Wie hierin verwendet, umfasst ein pharmazeutischer Wirkstoff eine Substanz mit biologischer Wirksamkeit, die durch die Körpermembranen und Körperoberflächen und insbesondere die Haut hindurch zugeführt werden kann. Beispiele umfassen Antibiotika, antivirale Wirkstoffe, Analgetika, Anästhetika, Appetitzügler, Antiarthritika, Antidepressiva, Antihistaminika, entzündungshemmende Wirkstoffe, antineoplastische Wirkstoffe, Impfstoffe, einschließlich DNA-Impfstoffe, und dergleichen. Andere Substanzen, die einem Patienten intradermal zugeführt werden können, umfassen Proteine, Peptide und Fragmente davon. Die Proteine und Peptide können natürlich auftreten, synthetisiert oder rekombinant hergestellt sein.
Die Vorrichtung ist ferner geeignet zum Entnehmen einer Substanz oder zum Überwachen des Niveaus einer Substanz in dem Körper. Beispiele für Substanzen, die überwacht oder entnommen werden können, umfassen Analyte, Glukose, Medikamente und dergleichen.
Bezugnehmend auf die Figuren ist die Erfindung auf eine Vorrichtung 10 gerichtet, die einen Halter 12 und eine Mikroeinrichtung 14 aufweist. Die Vorrichtung 10 kann eine Überwachungsvorrichtung zum Überwachen eines Substanzniveaus im Körper, eine Probennahmevorrichtung zum Entnehmen einer Probe aus dem Körper oder eine Zuführvorrichtung zum Zuführen einer Substanz in den Körper sein.
Bezugnehmend auf die 1–7 weist der Halter 12 gemäß dieser Ausführungsform eine Basis 16 mit einer im Wesentlichen kreisrunden Form auf. Bei zusätzlichen Ausführungsformen kann die Basis 16 in Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung der Vorrichtung eine nicht kreisrunde Form aufweisen. Die Basis 16 weist eine Oberseite 18 und eine Unterseite 20 sowie eine mittige Passage 22 auf. Wie in 2 gezeigt, erstreckt sich die mittige Passage 22 vollständig durch den Halter 12 hindurch, so dass sie einen Hohlraum in dem Halter 12 bildet.
Ein Ansatz 24 erstreckt sich von der Oberseite 18 und definiert die mittige Passage 22. Der Ansatz 24 weist ein oberes Ende 26 auf, das eine Einlassöffnung 28 zu der mittigen Passage 22 hin definiert. Ein Flansch 30 erstreckt sich von dem oberen Ende 26 des Ansatzes 24 radial nach außen, so dass er ein mit Gewinde versehenes Kuppelelement bildet. Bei der Ausführungsform gemäß 1 formen der Flansch 30 und der Ansatz 24 ein Luer-Aufnahme-Anschlussteil.
Die Unterseite 20 des Halters 12 ist im Wesentlichen eben, wie in 2 gezeigt. Ein Vertiefungsbereich 32 ist in der Unterseite 20 ausgebildet und steht mit der mittigen Passage 22 in Verbindung. Bezugnehmend auf die 2 und 3 ist der Vertiefungsbereich 32 als eine im Wesentlichen quadratische Form aufweisend gezeigt und weist eine Seitenfläche 34 und eine Bodenfläche 36 auf. Die Seitenfläche 34 bei der dargestellten Ausführungsform ist im Wesentlichen senkrecht zu der Unterseite 20 des Halters 12. Die Bodenfläche 34 des Vertiefungsbereichs 32 ist im Wesentlichen senkrecht zu der Seitenfläche 34. Die Bodenfläche 36 des Vertiefungsbereichs ist im Wesentlichen planparallel zu der Unterseite 20.
Bezugnehmend auf 3 erstreckt sich ein in der Unterseite 20 ausgebildeter, offener Kanal 38 von dem Vertiefungsbereich 32 aus nach außen in Richtung zu einem Außenrand 42 des Halters 12 hin. Bei der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich zwei Kanäle 38 von gegenüberliegenden Ecken des Vertiefungsbereichs 32 aus zu kreisrunden Ausnehmungen 40 hin. Bei einer alternativen Ausführungsform können die Kanäle 38 vollständig zum Außenrand 42 der Unterseite 20 hin sein.
Die Mikroeinrichtung 14 in den dargestellten Ausführungsformen der Erfindung ist eine Durchdringungseinrichtung, die geeignet ist zur Verwendung beim Überwachen, Probennehmen oder Zuführen einer Substanz durch die Haut eines Patienten hindurch. Bei bevorzugten Ausführungsformen weist die Mikroeinrichtung 14 eine Mehrzahl von Hautdurchdringungselementen 44 auf, die sich von einer Basis 46 aus nach außen erstrecken. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck Hautdurchdringungselement auf ein Element, das die Haut bis zu einer gewünschten Tiefe durchstechen oder durchdringen kann. Die Hautdurchdringungselemente 44 sind als Mikronadeln gezeigt, die eine im Wesentlichen quadratische Querschnittsform und ein abgeschrägtes, äußerstes Ende 48 aufweisen. Eine axiale Passage 50 erstreckt sich durch jedes Hautdurchdringungselement 44 und die Basis 46 hindurch, so das s. sich die axiale Passage 50 von der Oberseite 52 aus zu dem abgeschrägten, äußersten Ende 48 hin erstreckt. Wie in 4 gezeigt, sind die Hautdurchdringungselemente 44 in einer Anordnung von im Wesentlichen mit gleichmäßigem Abstand voneinander angeordneten Zeilen und Spalten angeordnet. Der Abstand zwischen den Zeilen und Spalten kann in Abhängigkeit von der zugeführten oder entnommenen Substanz und dem mit der Vorrichtung kontaktierten Bereich der Haut variiert werden. Wenn die Hautdurchdringungseinrichtungen Mikronadeln sind, sind die Mikronadeln mit einem Abstand von etwa 0,05 mm bis etwa 5 mm voneinander angeordnet.
Die Basis 46 der Mikroeinrichtung 14 ist so dimensioniert, dass sie in den Vertiefungsbereich 32 passt, wie in den 4 und 5 gezeigt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Seitenfläche 34 des Vertiefungsbereichs 32 so eine Höhe auf, dass sie eine Tiefe des Vertiefungsbereichs 32 definiert, die geringer als eine Dicke der Basis 46 der Mikroeinrichtung 14 ist. Wie in den 5 und 6 gezeigt, weist der Vertiefungsbereich 32 eine Tiefe auf, die in etwa die Hälfte der Dicke der Basis 46 beträgt. Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Vertiefungsbereich 32 eine Tiefe aufweisen, die im Wesentlichen gleich der Dicke der Basis 46 ist. Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die Basis 46 eine Dicke von etwa 250 Mikrometern auf.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die Basis 46 der Mikroeinrichtung 14 eine Länge und eine Breite auf, die geringfügig kleiner als die Länge und die Weite des Vertiefungsbereichs 32 sind, so dass zwischen einem Seitenrand 56 der Basis 46 und der Seitenfläche 34 des Vertiefungsbereichs 32 ein Zwischenraum definiert ist, wie in 5 gezeigt. Bei zusätzlichen Ausführungsformen weist die Basis 46 eine Außenabmessung auf, die im Wesentlichen gleich der Abmessung des Vertiefungsbereichs 32 ist. Die Vorrichtung 10 wird zusammenmontiert, indem die Mikroeinrichtung 14 in dem Vertiefungsbereich 32 positioniert wird, wobei ein im Wesentlichen gleichmäßiger Zwischenraum 54 um den Umfang der Basis 46 herum ausgebildet ist. Bevorzugt liegt die Oberseite 52 der Basis 46 an der Bodenfläche 36 des Vertiefungsbereichs 32 an, wie in 5 gezeigt. Bei der Ausführungsform der 1–6 wird der Ausnehmung 40 am Ende des Kanals 38 ein Klebstoff zugeführt. Der Klebstoff weist eine so ausreichend niedrige Viskosität auf, dass er entlang des Kanals 38 und durch die Oberflächenspannung des Klebstoffs per Dochtwirkung in den Zwischenraum 54 fließt. Der Klebstoff füllt den Zwischenraum 54 und umgibt die Basis 46, so dass die Basis 46 an dem Halter 12 befestigt und eine im Wesentlichen fluiddichte Abdichtung gebildet wird.
Es wurde herausgefunden, dass der Klebstoff ohne die Notwendigkeit, eine Kraft auf den Klebstoff auszuüben, wie in 6 gezeigt per Dochtwirkung zwischen die Bodenfläche 36 des Vertiefungsbereichs 32 und die Oberseite 52 der Basis 46 transportiert wird. Der Klebstoff 58 fließt entlang der Oberseite 52 der Basis 46 in die mittige Passage 22 des Halters 12 hinein. Die Oberflächenspannung des Klebstoffs füllt einen Bereich zwischen einer vertikalen Seitenwand 60 in der mittigen Passage 22 und der Oberseite 52 der Basis 46. Der Klebstoff fließt entlang der Flächen der Wand 60 und der Oberseite 52, bis der Klebstoff 58 einen Krümmungsradius 62 in der mittigen Passage 22 erreicht, der im Wesentlichen gleich einem Krümmungsradius 64 des Klebstoffs in dem Zwischenraum 54 ist. Daher ist, um zu verhindern, dass der Klebstoff 58 in die axiale Passage 50 der Hautdurchdringungselemente 44 hinein fließt, der Zwischenraum 66 zwischen der Seitenwand 60 in der mittigen Passage 22 und dem innersten Rand der axialen Passage 50 größer als die Weite 68 des Zwischenraums 54. Der Klebstoff 58 kann jeder geeignete, wie im Stand der Technik bekannte Klebstoff sein, der die Materialien zusammenkleben kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Klebstoff ein UV-aushärtbarer Schnellklebstoff, wie beispielsweise der Klebstoff, der unter dem Handelsnamen Lock-Tite 3311 verkauft wird.
Bei Verwendung wird die Vorrichtung 10 wie in 7 gezeigt an der Haut 70 eines Patienten platziert und in Richtung eines Pfeils 72 nach unten in Richtung zur der Haut 70 hin gedrückt, so dass bewirkt wird, dass die Hautdurchdringungselemente 44 die Oberfläche der Haut 70 durchstechen. Die Unterseite 20 des Halters 12 weist so eine Abmessung auf, dass sie an der Oberfläche der Haut 70 einen Abdichtflansch bildet, der die Mikroeinrichtung 14 vollständig umgibt. Bei der dargestellten Ausführungsform wird eine Spritze 74 mit einem Luer-Ansatz 76 mit dem Flansch 30 des Ansatzes 24 gekuppelt, so dass eine fluiddichte Abdichtung gebildet ist. Die Spritze 74 kann dann betätigt werden zum Ausgeben einer Substanz in oder durch den Einlass 28 zur mittigen Passage 22 hin und durch die axialen Passagen 50 der Hautdurchdringungselemente 44 hindurch. Die Spritze 74 kann dann so betätigt werden, dass eine ausreichende Kraft ausgeübt wird, so dass die Substanz durch die Haut des Patienten hindurch zugeführt wird. Alternativ kann die Spritze 74 dazu verwendet werden, durch die Haut hindurch eine Substanz aus dem Patienten herauszuziehen oder zu entnehmen.
Die Unterseite 20 des Halters 12 kann ein Reibungsvergrößerungselement aufweisen, wie beispielsweise eine Rippe oder ein klebriges Material, das auf die Unterseite 20 aufgebracht ist. Bevorzugt ist der Halter 12 aus einem elastischen Material geformt, so dass der Halter 12 sich an die Form der Haut 70 anpassen kann. Die Unterseite 20 des Halters 12 bildet einen Abdichtflansch zum Zurückhalten von durch das Hautdurchdringungselement 44 hindurch ausgegebenem Fluid, so dass eine Leckage verhindert wird und das Fluid in die Haut hinein geleitet wird oder eine Substanz durch die Haut des Patienten hindurch entnommen wird. Ferner greift die Unterseite 20 reibschlüssig an der Haut an, wodurch eine Relativbewegung zwischen dem Halter 12, den Hautdurchdringungselementen 44 und der Haut 70 reduziert wird. Dies reduziert die Querscherkräfte an den Hautdurchdringungselementen 44, so dass das Auftreten eines 5 Bruches und eines Abschürfens der Haut reduziert wird.
Der Halter 12 ist bevorzugt aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, das nicht-reagierend mit der zugeführten oder aus dem Patienten entnommenen Substanz ist. Geeignete Kunststoffmaterialien umfassen beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polyester, Polyamide, Polycarbonate und Copolymere davon, wie im Stand der Technik bekannt.
Die Mikroeinrichtung 14 kann ebenfalls aus geeigneten, wie im Stand der Technik bekannten Materialien hergestellt sein. Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die Mikroeinrichtung 14 eine Mehrzahl von Mikronadeln auf, die in einer Anordnung ausgebildet sind, die von mit Abstand voneinander angeordneten Zeilen und Spalten gebildet ist. Die Mikronadeln können aus einem Siliziumwafer hergestellt werden, der so maschinell bearbeitet oder ätzbearbeitet wird, dass die Mikronadel-Anordnung ausgebildet wird. Die Mikronadel-Anordnung kann auch aus rostfreiem Stahl, Wolframstahl und Legierungen von Nickel, Molybdän, Chrom, Kobalt und Titan hergestellt sein. Bei zusätzlichen Ausführungsformen können die Mikronadeln aus Keramikmaterialien, Glaspolymeren und anderen nicht-reagierenden Metallen hergestellt sein. Bei zusätzlichen Ausführungsformen kann die Mikroeinrichtung 14 von Nadeln gebildet sein, die in eine geeignete Basis montiert sind.
Die Hautdurchdringungselemente haben eine Länge, die geeignet ist, so dass die gewünschte Eindringtiefe in die Haut erzielt wird. Die Länge und die Dicke der Hautdurchdringungselemente werden ausgewählt auf der Basis der verabreichten oder entnommenen Substanz und der Dicke der Haut an der Stelle, an der die Vorrichtung aufzubringen ist. Bei Ausführungsformen der Erfindung können die Hautdurchdringungselemente Mikronadeln, Mikroröhrchen, massive oder hohle Nadeln, Lanzetten und dergleichen sein. Im Allgemeinen haben die Hautdurchdringungselemente eine Länge von etwa 50 Mikrometern bis etwa 2.000 Mikrometern und bevorzugt von etwa 250 Mikrometern bis 1.000 Mikrometern. Bei einer Ausführungsform sind die Hautdurchdringungselemente Nadeln von etwa der Nummer 15 bis etwa der Nummer 40 mit einer Länge von etwa 500 Mikrometern bis etwa 1.000 Mikrometern. Bei der dargestellten Ausführungsform weisen die Hautdurchdringungselemente eine im Wesentlichen quadratische Querschnittsform auf. Alternativ können die Hautdurchdringungselemente dreieckig, zylindrisch, pyramidenförmig oder flache Klingen sein.
Die Mikroeinrichtung 14 kann so eine Breite und Länge aufweisen, wie sie notwendig ist, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Bei einer Ausführungsform ist die Mikroeinrichtung 14 etwa einen cm² bis etwa 10 cm². Bei zusätzlichen Ausführungsformen kann die Mikroeinrichtung 14 eine Breite und eine Länge von etwa einem Zentimeter bis etwa fünf Zentimeter aufweisen.
Im Allgemeinen wird, wenn die Vorrichtung als Zuführvorrichtung verwendet wird, ein pharmazeutischer Wirkstoff oder eine Medikamentenlösung mittels einer Spritze oder einer anderen Fluidausgabevorrichtung in die mittige Passage hinein eingegeben. Bei alternativen Ausführungsformen kann ein getrocknetes oder lyophilisiertes Medikament oder pharmazeutisches Mittel an den Außenflächen der Hautdurchdringungselemente oder in den axialen Passagen der Hautdurchdringungselemente vorgesehen sein. Ein Verdünner, wie beispielsweise destilliertes Wasser oder eine Salzlösung, kann dann durch die mittige Passage hindurch und durch die axiale Passage der Hautdurchdringungselemente hindurch injiziert werden, so dass das Medikament oder pharmazeutische Mittel aufgelöst und wiederhergestellt wird und dann das Medikament dem Patienten zugeführt wird.
Ausführungsform der 8–12
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in den 8–12 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform weist die Vorrichtung 80 einen Halter 82 und eine Mikroeinrichtung 84 auf, die eine Mehrzahl von Hautdurchdringungselementen 86 aufweist.
Wie in den 8 und 9 gezeigt, weist der Halter 82 eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Oberseite 88 und eine Unterseite 90 auf. Der Halter 82 weist einen äußeren Umfangsrand 92 und einen ringförmigen Flansch 94 auf, der sich im Wesentlichen senkrecht von der Unterseite 90 erstreckt. Ein Ansatz 96 erstreckt sich von der Oberseite 88 des Halters 82 in einer im Wesentlichen axialen Richtung. Der Ansatz 96 weist einen Flansch 98 auf, der sich von einem oberen Ende 100 des Ansatzes 96 nach außen erstreckt. Eine axiale Passage 102 erstreckt sich durch den Ansatz 96 hindurch zur Unterseite 90 des Halters 82 hin, so dass sie eine mittige Öffnung 104 in der Unterseite 90 bildet.
Ein Ansatz 106 erstreckt sich von der Oberseite 88 des Halters 82 und ist mit Abstand von dem Ansatz 96 angeordnet. Der Ansatz 106 weist einen Flansch 108 auf, der sich an einem äußeren Ende 105 radial nach außen erstreckt. Eine axiale Passage 110 erstreckt sich durch den Ansatz 106 hindurch zur Unterseite 90 des Halters 82 hin, so dass sie eine Ausgangsöffnung 112 in der Unterseite 90 bildet.
Wie bei der vorhergehenden Ausführungsform weist die Unterseite 90 einen Vertiefungsbereich 114 auf, der eine Lagerung zum Aufnehmen der Mikroeinrichtung 84 bildet. Kanäle 116 und eine ein Klebstoffreservoir 118 bildende Ausnehmung sind mit dem Vertiefungsbereich 114 verbunden zum Leiten eines Klebstoffs zu dem Vertiefungsbereich 114 hin, so dass die Mikroeinrichtung 84 mit dem Halter 82 verklebt wird. Bei Verwendung wird die Vorrichtung 80 wie in 11 gezeigt an der Haut 120 platziert. Die Vorrichtung 110 wird angeordnet mit dem Flansch 94 die Haut 120 kontaktierend und einen Zielbereich 122 umschließend. Bei einer Ausführungsform weist der Flansch 94 so eine axiale Länge auf, dass er in einer Ebene liegt, die koplanar zu den äußersten Enden 124 der Hautdurchdringungselemente 86 ist.
Die Vorrichtung 80 wird gegen die Haut 120 gedrückt und eine geeignete Vakuumquelle wird mit dem Ansatz 106 gekuppelt. Bei einer Ausführungsform ist die Vakuumquelle eine Spritze mit einem Luer-Verriegelungsansatz, der auf den Flansch 108 des Ansatzes 106 geschraubt wird. Der Kolben der Spritze kann herausgezogen werden, so dass in dem Zielbereich 122 ein reduzierter Druck erzeugt wird, was die Haut nach oben in Kontakt mit den Hautdurchdringungselementen 86 zieht. Ein Nachobenziehen der Haut 70 durch Reduzieren des Druckes in dem Raum zwischen der Bodenwand 90 und der Haut 120 ermöglicht es, dass die Hautdurchdringungselemente 86 die Haut über die Breite der Mikroeinrichtung 84 hinweg im Wesentlichen gleichmäßig durchdringen oder durchstechen. Im Allgemeinen wird die Vakuumquelle während des Probennehmens oder Zuführens einer Substanz aufrechterhalten zum Aufrechterhalten der Durchdringung der Haut durch die Hautdurchdringungselemente. Zusätzlich verhindert ein Aufrechterhalten des Vakuums eine Bewegung der Vorrichtung in Bezug auf die Haut, so dass ein Brechen der Hautdurchdringungselemente und ein Abschürfen der Haut verhindert werden.
Nachdem die Hautdurchdringungselemente die Haut hinreichend bis auf eine gewünschte Tiefe durchdrungen oder durchstochen haben, wird ein Zuführ- oder Probennahmebehälter, wie beispielsweise eine Spritze 128, unter Verwendung eines Luer-Anschlussteils mit dem Ansatz 96 gekuppelt. Wenn eine Substanz aus dem Patienten als Probe zu nehmen oder zu entnehmen ist, wird der Spritzenkolben zurückgezogen, so dass der Druck in dem zentralen Bereich des Halters 82 reduziert wird und durch die axiale Passage in den Hautdurchdringungselementen hindurch ein Fluid entnommen wird. Alternativ kann eine Substanz dem Patienten zugeführt werden, indem die Substanz zu der mittigen Passage des Halters 82 und durch die axiale Passage der Hautdurchdringungselemente 86 hindurch geleitet wird. Eine Substanz kann einem Patienten als ein aktives Zuführsystem unter Druck oder als ein passives Zuführsystem ohne Druck zugeführt werden. Die Vorrichtung wird für eine ausreichende Zeit in Kontakt mit der Haut belassen, um die gewünschte Substanz zu entnehmen oder die Substanz dem Patienten zuzuführen. Die erforderliche Zeit ist abhängig von der zugeführten oder entnommenen Substanz, dem Volumen der Substanz und dem Zielbereich auf der Haut.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist im Allgemeinen so gestaltet, dass sie eine wegwerfbare Einwegvorrichtung ist. Die Vorrichtung kann sicher und effektiv für eine intradermale Zufuhr eines pharmazeutischen Wirkstoffes oder einer anderen Substanz verwendet werden. Die Vorrichtung ist insbesondere geeignet zum intradermalen Zuführen eines Impfstoffs zum effizienten Zuführen einer geringen Menge eines Impfantigens zum Darbieten an den Langerhans-Zellen. Die Länge, Breite und der Abstand der Mikronadeln können variieren in Abhängigkeit von dem verabreichten pharmazeutischen Wirkstoff oder dem, was erforderlich ist, um die Hornschicht bis auf die optimale Tiefe für den speziellen, verabreichten, pharmazeutischen Wirkstoff zu durchdringen. wenn ein Impfstoff zugeführt wird, sind die Mikronadeln so bemessen, dass sie auf die optimale, intradermale Zuführstelle abzielen, so dass die gewünschte Immunreaktion unterstützt wird.
Während unterschiedliche Ausführungsformen zum Erläutern der Erfindung ausgewählt wurden, wird von Fachleuten erkannt werden, dass unterschiedliche Hinzufügungen und Modifikationen an der Erfindung durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

Verfahren zum Ausbilden einer Mikroeinrichtung (10, 80) zum Zuführen oder Entnehmen einer Substanz durch die Haut eines Patienten hindurch, aufweisend die Schritte: Bereitstellen eines Halters (12, 82), der eine Unterseite (20, 90) mit einem Vertiefungsbereich (32, 114) aufweist, der eine Größe hat, die kleiner als eine Größe der Unterseite (20, 90) ist, Positionieren einer Hautdurchdringungseinrichtung (14, 84) in dem Vertiefungsbereich des Halters (12, 82), wobei die Hautdurchdringungseinrichtung (14, 84) eine Basis (46) und wenigstens ein Hautdurchdringungselement (44, 86) aufweist, wobei die Basis (46) eine Größe aufweist, die kleiner als die Größe des Vertiefungsbereichs (32, 114) ist, gekennzeichnet durch Aufbringen einer Klebemenge eines Klebemittels (58) auf wenigstens eine Stelle zwischen dem Halter (12, 82) und der Basis (46) in dem Vertiefungsbereich (32, 114), wobei das Klebemittel (58) eine Viskosität aufweist, so dass es per Dochtwirkung und ohne die Notwendigkeit, auf das Klebemittel (58) eine Kraft auszuüben, zwischen die Basis (46) und den Halter (12, 82) fließt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Basis (46) ein Siliziumwafer ist und das Hautdurchdringungselement (44, 86) eine Mikronadel-Anordnung ist, wobei optional die Basis (46) eine Dicke von etwa 250 Mikrometern aufweist, und wobei optional der Vertiefungsbereich (32, 114) eine Tiefe aufweist, die gleich einer oder kleiner als eine Dicke der Basis (46) ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Vertiefungsbereich (32, 114) eine Bodenfläche (36), die planparallel zu der Unterseite (20, 90) des Halters (12, 82) ist, und eine Seitenfläche (34) aufweist, die sich zwischen der Unterseite (20, 90) des Halters (12, 82) und der Bodenfläche (36) des Vertiefungsbereichs (32, 114) erstreckt, wobei das Verfahren ein Positionieren der Hautdurchdringungseinrichtung (14, 84) auf der Bodenfläche (36) aufweist, wobei optional die Seitenfläche (34) des Vertiefungsbereichs (32, 114) im Wesentlichen senkrecht zu der Unterseite (20) des Halters (12) ist, und wobei optional der Vertiefungsbereich (32, 114) so dimensioniert ist, das zwischen der Seitenfläche (34) und der Basis (46) des Hautdurchdringungselements (44, 86) ein Zwischenraum (54) definiert ist, und wobei das Verfahren ein Zuführen des Klebemittels (58) in den Zwischenraum (54) aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Halter (12, 82) wenigstens einen Kanal (38, 116) aufweist, der mit dem Vertiefungsbereich (32, 114) in Verbindung steht, wobei das Verfahren ein Zuführen des Klebemittels (58) in den Kanal (38, 116) aufweist, wodurch das Klebemittel (58) in den Vertiefungsbereich (32, 114) hineinfließt, wobei optional der wenigstens eine Kanal (38, 116) ein offener Kanal an der Unterseite (20, 90) des Halters (12, 82) ist, wobei optional der wenigstens eine Kanal (38, 116) ein erstes Ende, das mit dem Vertiefungsbereich (32, 114) verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das mit einem in dem Halter (12, 82) ausgebildeten Reservoir (40, 118) verbunden ist, wobei das Verfahren ein Zuführen des Klebemittels in das Reservoir (40, 118) aufweist, wodurch das Klebemittel (58) durch den wenigstens einen Kanal (38, 116) hindurch in den Vertiefungsbereich (32, 114) fließt, wobei optional der Halter (12, 82) wenigstens einen Anschluss aufweist, der mit der Unterseite (20, 90) in Verbindung steht, und wobei der wenigstens eine Anschluss mit Abstand von dem Vertiefungsbereich (32, 114) angeordnet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Halter (12, 82) einen Hohlraum (22) aufweist, der mit dem Vertiefungsbereich (32, 114) in Verbindung steht, wobei optional der Halter (12, 82) eine Öffnung (28) aufweist, die sich von einer Oberseite (26) aus zu dem Hohlraum (22) hin erstreckt, wobei optional die Basis (46) der Durchdringungseinrichtung (14, 84) ein Siliziumwafer ist und das wenigstens eine Hautdurchdringungselement (44, 86) eine Anordnung von Mikronadeln (44, 86) ist, und wobei optional die Hautdurchdringungseinrichtung (14, 84) wenigstens eine Passage (50) aufweist, die sich durch die Basis (46) hindurch erstreckt und die mit dem wenigstens einen Hautdurchdringungselement (44, 86) in Verbindung steht.
Vorrichtung (10, 80) zum Zuführen oder Entnehmen einer Substanz von einem Patienten, wobei die Vorrichtung aufweist: ein Halteelement (12, 82) mit einer Unterseite (20, 90) und einem Vertiefungsbereich (32, 114), der eine Größe aufweist, die kleiner als eine Größe der Unterseite (20, 90) ist, eine Hautdurchdringungseinrichtung (14, 84), die eine Basis (46) und wenigstens ein Hautdurchdringungselement (44, 86) aufweist, wobei die Basis (46) in dem Vertiefungsbereich (32, 114) des Halteelements (12, 82) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Klebematerial (58) aufweist, das eine Viskosität hat, so dass es per Dochtwirkung und ohne die Notwendigkeit, auf das Klebemittel eine Kraft auszuüben, zwischen die Basis und den Halter fließt, wobei das Klebematerial die Hautdurchdringungseinrichtung (14, 84) an dem Halteelement (12, 82) befestigt und einen Raum zwischen dem Vertiefungsbereich (32, 114) und der Basis der Hautdurchdringungseinrichtung (14, 84) füllt und eine fluiddichte Abdichtung dazwischen bildet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Basis (46) ein Siliziumwafer ist und das Hautdurchdringungselement (14, 84) eine Mikronadel-Anordnung ist, und wobei optional die Basis (46) eine Dicke von etwa 250 Mikrometern hat.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei der Vertiefungsbereich (32, 114) eine Bodenfläche (36), die planparallel zu der Unterseite (20, 90) des Halteelements ist, und eine Seitenfläche (34) aufweist, die sich zwischen der Unterseite (20, 90) des Halteelements und der Bodenfläche des Vertiefungsbereichs (32, 114) erstreckt, und wobei optional die Seitenfläche (34) des Vertiefungsbereichs (32, 114) im Wesentlichen senkrecht zu der Unterseite des Halteelements (12, 82) ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei das Halteelement (12, 82) wenigstens einen Kanal (38, 116) aufweist, der mit dem Vertiefungsbereich (32, 114) in Verbindung steht, zum Leiten des Klebematerials in den Vertiefungsbereich (32, 114) hinein, und wobei optional der wenigstens eine Kanal (38, 116) ein offener Kanal an der Unterseite (20, 90) des Halteelements (12, 82) ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei das Halteelement (38, 116) wenigstens einen Anschluss aufweist, der mit der Unterseite (20, 90) des Halteelements (12, 82) zwischen einem Außenrand des Halteelements (12, 82) und der Hautdurchdringungseinrichtung (14, 84) in Verbindung steht, wobei optional die Hautdurchdringungseinrichtung (14, 84) wenigstens eine Passage aufweist, die sich durch die Basis hindurch erstreckt und die mit dem wenigstens einen Hautdurchdringungselement (14, 84) in Verbindung steht, und wobei optional der Halter (12, 82) eine mittige Passage aufweist, die mit der Hautdurchdringungseinrichtung (14, 84) in Verbindung steht.