DE60224842T2

DE60224842T2 - Mikronadel-vorrichtungen und verfahren zur herstellung

Info

Publication number: DE60224842T2
Application number: DE60224842T
Authority: DE
Inventors: Patrick R. Saint Paul Fleming; Michael D. Saint Paul Delmore; Luther E. Saint Paul ERICKSON; Richard H. Saint Paul FERBER
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2022-11-27
Also published as: ATE384549T1; WO2003059431A1; AU2002359490A1; US6908453B2; EP1465698B1; JP2005514179A; DE60224842D1; IL162554A0; EP1465698A1; JP4382492B2; US20030135161A1; US20050187521A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Mikronadelvorrichtungen und Verfahren zur Herstellung derselben.
HINTERGRUND
Anordnungen verhältnismäßig kleiner Strukturen, die gelegentlich als Mikronadeln oder Mikrostifte bezeichnet werden, sind zur Verwendung in Verbindung mit der Abgabe und/oder dem Entfernen von therapeutischen Mitteln und anderen Stoffen durch die Haut und andere Flächen offenbart, siehe die Offenbarungen in WO-A-98/00193 , WO-A-98/28037 und WO-A-01/66065 .
Die große Mehrheit bekannter Mikronadelvorrichtungen weist Strukturen mit einem Kapillarrohr oder Durchgang auf, der durch die Nadel ausgebildet ist. Da die Nadeln selbst klein sind, haben die in den Nadeln ausgebildeten Durchgänge eine begrenzte Größe. Das kann dazu führen, dass die Durchgänge aufgrund ihrer geringen Größe und der Notwendigkeit einer präzisen Positionierung der Durchgänge innerhalb der Nadeln schwierig herzustellen sind. Ein weiteres potenzielles Problem von Durchgängen, die klein genug sind, um in Mikronadeln zu passen, besteht darin, dass die Durchgänge während der Benutzung leicht blockiert oder verstopft werden.
Demzufolge besteht ein Bedarf nach Mikronadelvorrichtungen, die Durchgänge für Flüssigkeiten aufweisen, die einfacher herzustellen sind und die gegenüber Blockieren oder Verstopfen während der Benutzung widerstandsfähig sind. Dieser Bedarf wurde teilweise durch WO-A-03/020359 erfüllt. Die in dieser Anmeldung offenbarten Mikronadeln enthalten in ihren Außenflächen ausgebildete Kanäle, wobei sich die Kanäle von der Basis bis zur Spitze jeder Mikronadel erstrecken. Die Kanäle stellen zweckmäßige Wege für Flüssigkeiten in Verbindung mit den Mikronadeln dar. Die in der Anmeldung offenbarten Mikronadelanordnungen können auch die Leitungsstrukturen aufweisen, die auf der Substratfläche ausgebildet sind, um den Flüssigkeitsstrom über der Fläche des Substrats, aus dem die Mikronadeln abstehen, zu verbessern. Sobald die Mikronadeln durch die Haut gedrungen sind, kann eine Probe Körperflüssigkeit von der Leitungsstruktur gesammelt durch die Kanäle zu beispielsweise einer Art Sensor fließen. Die Leitungsstrukturen können zwar den Flüssigkeitstransport in Verbindung mit den Mikronadeln erleichtern, Verbesserungen hinsichtlich des schnellen und effektiven Transports der Flüssigkeit über die Vorrichtung zu beispielsweise Sensoren usw. sind weiterhin möglich.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine Mikronadelvorrichtung gemäß Anspruch 1 bereits. Die Unteransprüche betreffen einzelne Ausführungsformen der Erfindung. Die erfindungsgemäßen Mikronadelvorrichtungen weisen mindestens eine Mikronadel auf, die von einem Substrat absteht, wobei die Mikronadeln eine Abdeckung durchdringen, die über der Substratfläche, aus der die Mikronadel herausragt, angeordnet ist. Die Abdeckung und das Mikronadelsubstrat legen gemeinsam ein Kapillarvolumen fest, das sich in Flüssigkeitsverbindung mit der Basis jeder Mikronadel befindet.
Das Kapillarvolumen verstärkt die Bewegung von Flüssigkeit zu oder weg von den Mikronadeln, indem Flüssigkeiten mittels Dochtwirkung zu oder weg von den Mikronadeln transportiert werden. Die Dochtwirkung kann durch Wahl geeigneter Abstände zwischen dem Substrat und der Abdeckung und/oder durch die Wahl von Materialien, die für die verschiedenen Komponenten der Vorrichtungen verwendet werden, erreicht werden. In einigen Fällen können innerhalb des Kapillarvolumens Beschichtungen vorgesehen sein, z. B. hydrophile Be schichtungen, die die kapillare Dochtwirkung innerhalb des Kapillarvolumens verstärken.
Das Kapillarvolumen der Mikronadelvorrichtungen kann durch einfache Beabstandung der Abdeckung zur Substratfläche oder durch Vorhandensein einiger Abstandshalterstrukturen zwischen der Abdeckung und der Fläche des Mikronadelsubstrats, die einen Mindestabstand zwischen der Abdeckung und dem Substrat festlegen, bereitgestellt werden. Die Abstandshalterstruktur kann als ein Teil der Substratfläche, ein Teil der Abdeckung, ein Teil sowohl der Substratfläche als auch der Abdeckung oder durch einen getrennten Gegenstand oder getrennte Gegenstände (z. B. lose Füllstücke), die zwischen dem Substrat und der Abdeckung angeordnet sind, ausgebildet sein.
Das Kapillarvolumen kann (in einigen Ausführungsformen) wenigstens teilweise durch die Leitungsstrukturen festgelegt sein, die auf der Fläche des Substrats ausgebildet sind, auf dem die Mikronadelanordnung angeordnet ist. Die Leitungsstruktur kann in Form von Vertiefungen oder Nuten in der Substratfläche erzeugt werden. Ersatzweise können die Leitungsstrukturen durch Dämmen ähnliche Barrieren ausgebildet sein, die über die Substratfläche herausragen.
Die erfindungsgemäßen Mikronadelvorrichtungen können in einigen Ausführungsformen ein oder mehrere Sensorelemente in Flüssigkeitsverbindung mit dem Kapillarvolumen aufweisen, sodass die durch das Kapillarvolumen fließenden Flüssigkeiten mit dem Sensorelement in Kontakt kommen. Das Sensorelement kann dazu verwendet werden, eine beliebige Anzahl Eigenschaften und/oder Zusammensetzungen der durch das Kapillarvolumen fließenden Flüssigkeiten zu erfassen. In einem Beispiel kann das Sensorelement ein Glucosetestelement sein. Wenn das Glucosetestelement beispielsweise Glucoseoxidase aufweist, kann die durch das Kapillarvolumen fließende Flüssigkeitsprobe unter Verwendung elektrochemischer Techniken untersucht werden. In einigen Konstruktionen können die Abdeckung, das Substrat oder ein anderes Element (z. B. eine rückseitige Lage) mit einem elektrisch leitfähigen Schaltmuster versehen sein, um die elektrochemische Analyse der Flüssigkeitsprobe zu erleichtern. Ersatzweise kann das Sensorelement abhängig von den Eigenschaften und/oder der Zusammensetzung der durch das Kapillarvolumen fließenden Flüssigkeit eine optische Veränderung durchlaufen. Andere alternative Erfassungstechniken sind dem Fachmann bekannt.
In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Mikronadelvorrichtung mit einem Substrat mit einer ersten Hauptfläche; mindestens einer Mikronadel, die von der ersten Hauptfläche absteht, wobei die mindestens eine Mikronadel eine Basis proximal zur ersten Hauptfläche des Substrats und eine Spitze, die distal zur Basis angeordnet ist, aufweist; einer Abdeckung, aufweisend eine erste Seite, die der ersten Hauptfläche des Substrats zugewandt ist, und eine zweite Seite, die vom Substrat abgewandt ist, wobei die mindestens eine Mikronadel die erste und die zweite Seite der Abdeckung durchdringt; und einem Kapillarvolumen, das zwischen der ersten Hauptfläche des Substrats und der ersten Seite der Abdeckung angeordnet ist; wobei das Kapillarvolumen mit mindestens einem Teil der Basis der mindestens einen Mikronadel in Kontakt ist, bereit.
In einer anderen Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Mikronadelvorrichtung mit einem Substrat mit einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche; mindestens einer Mikronadel, die von der ersten Hauptfläche absteht, wobei die mindestens eine Mikronadel eine Basis proximal zur ersten Hauptfläche des Substrats und eine Spitze, die distal zur Basis angeordnet ist, aufweist; einer Abdeckung, aufweisend eine erste Seite, die der ersten Hauptfläche des Substrats zugewandt ist, und eine zweite Seite, die vom Substrat abgewandt ist, wobei die mindestens eine Mikronadel die erste und die zweite Seite der Abdeckung durchdringt; einem Kapillarvolumen, das zwischen der ersten Hauptfläche des Substrats und der ersten Seite der Abdeckung angeordnet ist; wobei das Kapillarvolumen mit mindestens einem Teil der Basis der mindestens einen Mikronadel in Kontakt ist; einer proximal zur zweiten Hauptfläche des Substrats angeordneten rückseitigen Lage, wobei sich die rückseitige Lage über einen Umfangsbereich des Substrats hinaus erstreckt; und einer Kappe, die um den Umfangsbereich des Substrats herum an der rückseitigen Lage befestigt ist, wobei die erste Hauptfläche des Substrats der Kappe zugewandt ist und wobei das Substrat und die mindestens eine Mikronadel zwischen der rückseitigen Lage und der Kappe eingeschlossen sind, bereit.
In einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Mikronadelvorrichtung wie in Anspruch 11 festlegt bereit, wobei Verfahrensunteransprüche einzelne Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens betreffen.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung können nachstehend in Verbindung mit verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung erklärt sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Mikronadelvorrichtung.
2 ist eine Querschnittsansicht der Mikronadelvorrichtung in 1 entlang der Linie 2-2 in 1.
2a ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils der Mikronadelvorrichtungen in 2 (angezeigt durch die Linie 2a in 2).
3 ist eine Draufsicht auf einen Teil einer Seite einer Abdeckung mit einer Abstandshalterstruktur, die in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Mikronadelvorrichtungen verwendet werden kann.
4 ist eine Querschnittsansicht der Abdeckung in 3 entlang der Linie 4-4 in 3.
5 ist eine Draufsicht auf einen Teil einer Seite einer Abdeckung mit einer Abstandshalterstruktur, die in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Mikronadelvorrichtungen verwendet werden kann.
6 ist eine Querschnittsansicht des Substrats in 5 entlang der Linie 6-6 in 5 (mit hinzugefügter Abdeckung zur Veranschaulichung der Aufgabe der Abstandshalterstruktur).
7 ist eine Querschnittsansicht eines Teils einer anderen erfindungsgemäßen Mikronadelvorrichtung.
8 ist eine Draufsicht auf eine andere erfindungsgemäße Mikronadelvorrichtung.
9 ist eine Explosionsansicht im Querschnitt der Mikronadelvorrichtung in 8 entlang der Linie 9-9 in 8.
10 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils der Mikronadelvorrichtung in 8 entlang der Linie 10-10 in 8.
11 ist eine Draufsicht auf eine Mikronadelvorrichtung mit einem Sensorelement und elektrisch leitfähigem Schaltmuster.
12 ist eine Querschnittsansicht der Mikronadelvorrichtung in 11 entlang der Linie 12-12 in 11.
13 ist eine Querschnittsansicht einer anderen erfindungsgemäßen Mikronadelvorrichtung.
14 ist eine Querschnittsansicht einer anderen erfindungsgemäßen Mikronadelvorrichtung.
15 ist eine Draufsicht auf eine andere erfindungsgemäße Mikronadelvorrichtung.
16 zeigt einen Teil eines Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Mikronadelvorrichtung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN ERFINDUNGSGEMÄSSEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung stellt Mikronadelvorrichtungen bereit, die für eine Vielfalt von Zwecken nützlich sein können. Die Mikronadelvorrichtungen können beispielsweise zur Abgabe und zum Entfernen von Flüssigkeiten an dem Punkt, an dem sie eingeführt werden, verwendet werden. Zur Lösung dieser Aufgabe weisen die Mikronadelvorrichtungen ein Kapillarvolumen auf, das in Kontakt mit der Basis jeder der Mikronadeln ist.
Die erfindungsgemäßen Mikronadelvorrichtungen können für eine Vielfalt von Zwecken verwendet werden. Die Mikronadelvorrichtungen können in Abwandlung der transdermalen Abgabe beispielsweise zu Abgabe von Arzneimitteln und anderen pharmazeutischen Mitteln durch die Haut verwendet werden. Wenn die Mikronadelvorrichtungen zur transdermalen Arzneimittelabgabe verwendet werden sollen, reicht die Höhe der Mikro nadeln vorzugsweise aus, um durch das Stratum corneum in die Epidermis zu dringen. Es ist jedoch auch bevorzugt, dass die Höhe der Mikronadeln nicht ausreicht, um beim Einführen an der Abgabestelle wesentliche Schmerzen zu verursachen.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bezieht sich der Begriff "Mikronadel" (und Abwandlungen davon) auf Strukturen mit einer Höhe oberhalb der Fläche, die von der sie abstehen, von etwa 500 Mikrometer oder weniger. In einigen Fällen können die erfindungsgemäßen Mikronadeln eine Höhe von etwa 250 Mikrometer oder weniger aufweisen.
Zwar weisen die hier beschriebenen beispielhaften Mikronadelvorrichtungen alle mehrere Mikronadeln auf, es ist jedoch offensichtlich, dass die erfindungsgemäßen Mikronadelvorrichtungen nur eine Mikronadel auf jedem Substrat aufweisen können. Weiterhin sind die Mikronadelvorrichtungen zwar alle mit nur einem Substrat dargestellt, jede Vorrichtung kann jedoch mehrere Substrate aufweisen, wobei jedes Substrat eine oder mehrere davon abstehende Mikronadeln aufweisen kann.
Unter Bezugnahme auf 1, 2 und 2a ist ein Teil einer Mikronadelvorrichtung 10 dargestellt, wobei die Mikronadeln 30 von einer Fläche 22 eines Mikronadelsubstrats 20 abstehen. Die Mikronadeln 30 können auf der Fläche 22 in jedem beliebigen gewünschten Muster angeordnet oder willkürlich verteilt sein. Die Mikronadeln 30 können jeweils einen Kanal 32 aufweisen, der in der Außenfläche der kegelförmigen Mikronadel ausgebildet ist.
Die Mikronadeln 30 weisen jeweils eine Basis 34 proximal zur Substratfläche 22 und eine Spitze 36, die distal zur Basis 34 angeordnet ist, auf. Die generelle Form der Mikronadeln 30 ist kegelförmig. Die Mikronadeln 30 haben beispielsweise eine größere Basis 34 an der Substratfläche 22 und erstrecken sich weg von der Substratfläche 22, wobei sie sich zu einer Spitze 36 hin verjüngen. Es kann beispielsweise bevorzugt sein, dass die Form der Mikronadeln, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden, im Allgemeinen konisch ist.
Jede der Mikronadeln in der dargestellten Vorrichtung 10 kann auch vorzugsweise einen Kanal 32 aufweisen, der sich von der Basis 34 (oder nahe der Basis) der Mikronadel in Richtung der Spitze 36 der Mikronadel erstreckt. Die Kanäle können üblicherweise als ein Hohlraum ausgebildet sein, der entlang der Seite der Außenfläche der Mikronadel 30 verläuft. In einigen Ausführungsformen kann sich der Kanal 32 bis zur Spitze 36 der Mikronadel 30 erstrecken und in anderen Ausführungsformen kann der Kanal 32 vor dem Erreichen der Spitze 36 aufhören.
Die in den erfindungsgemäßen Mikronadeln 30 ausgebildeten Kanäle 32 lassen sich von in anderen Mikronadeln ausgebildeten Bohrungen oder Durchgangslöchern unterscheiden, da sie entlang im Wesentlichen ihrer gesamten Länge offen sind, beispielsweise von der Basis 34 der Mikronadel 30 bis zum Endpunkt des Kanals 32. Im Gegensatz dazu sind in anderen Mikronadeln ausgebildete Bohrungen oder Durchgangslöcher üblicherweise geschlossene Flüssigkeitswege mit einer Öffnung an der Spitze der Mikronadelstruktur.
In einigen Ausführungsformen können die Basen der Mikronadeln länglich sein, um die Steifigkeit und die Gefügeintegrität der Mikronadeln zu verbessern. Bei Mikronadeln mit Basen, die entlang einer Längsachse länglich sind, kann es bevorzugt sein, dass sich die Kanäle von einem der gegenüberliegenden Enden, die entlang der Längsachse angeordnet sind, erstrecken.
Diese und andere Abwandlungen von Mikronadeln mit Kanälen sind ausführlich in WO-A-03/020359 beschrieben.
Es kann beispielsweise bevorzugt sein, dass die Mikronadeln 30 längliche Basen aufweisen, wie in der genannten Anmeldung beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 2 und 2a weist die Mikronadelvorrichtung 10 ein Substrat 20 mit einer Hauptfläche 22 auf, von der die Mikronadeln 30 abstehen. Das Substrat 20 kann auch eine im Wesentlichen flache gegenüberliegende Hauptfläche 24 an der gegenüberliegenden Seite des Substrats 20 aufweisen.
Die Mikronadelvorrichtung 10 weist auch eine Abdeckung 40 auf, die über der ersten Hauptfläche 22 des Substrats 20 angeordnet ist. Die Abdeckung 40 weist zwei Hauptseiten 42 und 44 auf, wobei die Hauptseite 42 derart ausgerichtet ist, dass sie der ersten Hauptfläche 22 des Substrats 20 zugewandt ist. Jede der Mikronadeln 30 durchdringt vorzugsweise die Abdeckung 40, sodass die Basis 34 jeder Mikronadel 30 innerhalb eines Volumens angeordnet ist, das zwischen der Hauptfläche 22 des Substrats 20 und der Seite 42 der Abdeckung 40 festgelegt ist.
Es kann bevorzugt, aber nicht erforderlich sein, dass die Abdeckung 40 in Form eines flüssigen undurchlässigen Films, mehr bevorzugt eines polymeren Films, erzeugt ist. Ein Beispiel für einen geeigneten polymeren Film kann beispielsweise ein gleichzeitig biaxial gereckter Polypropylenfilm (mit einer Dicke von beispielsweise etwa 10 bis etwa 20 Mikrometer) sein. Ungeachtet des Materials oder der Materialien, das bzw. die für die Abdeckung verwendet wird bzw. werden, ist es offensichtlich, dass die Abdeckung hier zwar als einschichtige homogene Struktur dargestellt ist, sie aber auch eine nicht homogene Struktur, z. B. eine mehrschichtige Konstruktion, ein Bindemittel mit einem oder mehreren Füllstoffen oder jede andere beliebige geeignete Gestaltung sein kann.
Die Dicke der Abdeckung kann basierend auf der Höhe der Mikronadeln und deren vorgesehener Benutzung schwanken, Abdeckungen mit einer Dicke von weniger als der Höhe der Mikronadeln können jedoch bevorzugt sein. Wenn die Abdeckung jedoch zu dick ist, kann sie das Eindringen der Mikronadeln am Abgabeort stören. Dickere Abdeckungen können jedoch dann verwendet werden, wenn sie beispielsweise verpressbar sind, um das Eindringen der Mikronadeln am Abgabeort zu ermöglichen, wenn die Abdeckung zusammengepresst wird. In einer derartigen Situation kann eine verpressbare Abdeckung mit einer Dicke im nicht zusammengepressten Zustand von gleich oder größer als der Höhe der Mikronadeln akzeptierbar sein.
Das derart zwischen der Substratfläche 22 und der Abdeckung 40 festgelegte Volumen ist das Kapillarvolumen. Der Zwischenraum oder Abstand s (siehe 2a) zwischen der Substratfläche 22 und der dem Substrat 20 zugewandten Seite 42 der Abdeckung 40 können mittels einer Vielfalt von Techniken gesteuert werden. In einigen Fällen ist der Abstand oder der Zwischenraum, der das Kapillarvolumen festlegt, nur lose ohne Unterstützung von Strukturen gesteuert. In anderen Fällen, von denen einige nachstehend besprochen sind, kann der Zwischenraum s durch eine Abstandshalterstruktur gesteuert werden, die innerhalb des Kapillarvolumens angeordnet ist.
Der Zwischenraum s ist derart gewählt, dass die gewünschte Kapillar- oder Dochtwirkung, die für den Transport von Flüssigkeit durch das Kapillarvolumen entweder in Richtung zu den Mikronadeln 30 oder von den Mikronadeln 30 weg erforderlich ist, vorhanden ist. Es ist bevorzugt, dass der Abstand s am unteren Ende größer als Null, in einigen Fällen etwa 10 Mikrometer oder mehr, ist. Am oberen Ende kann es bevorzugt sein, dass das Kapillarvolumen einen Abstand s aufweist, der etwa 100 Mikrometer oder weniger, mehr bevorzugt etwa 40 Mikrometer oder weniger beträgt.
Neben der Steuerung des Zwischenraums s zur Erleichterung des Flüssigkeitstransports durch das Kapillarvolumen können die Materialien, die zur Ausbildung des Substrats 20 und/oder der Abdeckung 40 verwendet werden, auf der Grundlage ihrer hydrophilen Eigenschaften ausgewählt werden, um den Flüssigkeitstransport durch das Kapillarvolumen zu erleichtern. Ersatzweise oder zusätzlich zu Materialien können die Flächen innerhalb des Kapillarvolumens strukturiert sein, um den Flüssigkeitstransport durch das Kapillarvolumen zu verbessern.
In einer anderen Alternative können eine oder mehrere Flächen innerhalb des Kapillarvolumens zur Verbesserung des Flüssigkeitstransports mit einer hydrophilen Beschichtung versehen sein. Beispiele für geeignete hydrophile Beschichtungen werden durch Beschichten der gewünschten Fläche oder Flächen unter Verwendung einer Tensidlösung bereitgestellt, die von etwa 0,05 Gew.-% bis etwa 0,5 Gew.-% verzweigtkettiges Natriumdodecylbenzolsulfonat und von etwa 0,10 Gew.-% bis etwa 0,6 Gew.-% ethoxyliertes Acetylendiol in einem Lösungsmittel mit einer 70/30-Mischung aus Isopropylalkohol und Wasser aufweist.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2a kann es bevorzugt sein, dass sich die Kanäle 32 in Flüssigkeitsverbindung mit dem zwischen dem Substrat 20 und der Abdeckung 40 ausgebildeten Kapillarvolumen befinden, wenn die Mikronadeln 30 Kanäle 32 aufweisen, die entlang ihrer Außenflächen ausgebildet sind. Die Herstellung einer Flüssigkeitsverbindung zwischen den Kanälen 32 und dem Kapillarvolumen verbessert üblicherweise den Transport von Flüssigkeiten durch die Mikro nadelvorrichtung 10.
Zwar ist in 1 and 2 nur eine Art von Kanal 32 dargestellt, es ist jedoch offensichtlich, dass jede beliebige geeignete Kanalstruktur in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Mikronadeln bereitgestellt werden kann. Darüber hinaus können die Mikronadeln ohne Kanäle vorgesehen sein, wenn der Flüssigkeitstransport entlang der Außenfläche der Mikronadeln in Abwesenheit der Kanäle bereitgestellt werden kann. Die Außenflächen der Mikronadeln können beispielsweise texturiert oder anderweitig behandelt sein, um das Vermögen der Flüssigkeiten zu verbessern, sich entlang der Fläche der Mikronadeln zu bewegen. Diese Behandlungen können in einigen Fällen die vorstehend beschriebenen hydrophilen Beschichtungen aufweisen.
Was 3 und 4 betrifft, kann der Zwischenraum zwischen dem Substrat und einer Abdeckung 140 z. B. durch eine Abstandshalterstruktur gesteuert werden, die an der Abdeckung 140 vorgesehen ist. 3 zeigt ein Beispiel für eine Abstandshalterstruktur 146, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung nützlich sein kann. Die Abstandshalterstruktur 146 weist Säulen auf, die derart ausgebildet sind, dass sie von der Fläche 142 der Abdeckung 140 abstehen. Die Säulen können im Wesentlichen dieselbe Höhe aufweisen, wie in 4 dargestellt, oder sie können, falls erwünscht, unterschiedliche Höhen aufweisen. Der Zwischenraum zwischen den Säulen kann in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung der Mikronadelvorrichtung ebenfalls variieren.
Die dargestellte Abstandshalterstruktur 146 hat zwar die Form von kreisförmigen zylindrischen Säulen, es ist jedoch offensichtlich, dass die Abstandshalterstruktur in jeder geeigneten Form oder Kombination von Formen bereitgestellt werden kann, z. B. als Pyramiden, halbkugelförmige Vorwölbungen, Wände usw.
Es kann bevorzugt sein, dass die Abstandshalterstruktur 146 einstückig mit der Abdeckung ausgebildet ist, z. B. als eine strukturierte Fläche, die gegossen oder anderweitig im Abdeckungsmaterial ausgebildet ist. Ersatzweise kann die Abstandshalterstruktur in Form von separaten Gegenständen bereitgestellt werden, die an der Abdeckung befestigt sind (z. B. leicht gebundene Füllstücke, Mikrokügelchen, Würfeleckenelemente usw.).
5 und 6 stellen eine weitere Abwandlung der Abstandshalterstruktur dar, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, wobei in 6 eine Abdeckung 240 vorhanden ist, um die Aufgabe der Abstandshalterstruktur 226 bei der Beabstandung der Abdeckung 240 von der Fläche 222 zu veranschaulichen. Die Abstandshalterstruktur 226 ist derart ausgebildet, dass sie von der Fläche 222 des Mikronadelsubstrats 220 absteht. Die dargestellte Abstandshalterstruktur 226 liegt in Form von länglichen Prismen vor, die vorzugsweise Kanäle oder Leitungen festlegen können, in denen die Mikronadeln 230 angeordnet sind. In einigen Fällen können diese länglichen Abstandshalterstrukturen 226 dem Flüssigkeitsstrom durch das Kapillarvolumen, das zwischen der Abdeckung 240 und dem Substrat 220 ausgebildet ist, eine gewisse Richtung verleihen, wobei der Flüssigkeitsstrom im Allgemeinen entlang der Richtung der länglichen Abstandshalterstrukturen 226 gesteuert wird.
Es kann bevorzugt sein, dass die Abstandshalterstruktur 226 einstückig mit der Abdeckung ausgebildet ist, z. B. als eine strukturierte Fläche, die gegossen oder anderweitig im Substrat 220 ausgebildet ist. Ersatzweise kann die Abstandshalterstruktur in Form von separaten Gegenständen bereitgestellt werden, die am Substrat 220 befestigt sind (z. B. leicht gebundene Füllstücke, Prismen, Mikrokügelchen, Würfeleckenelemente usw.).
Es ist offensichtlich, dass die Abstandshalterstruktur in einigen Fällen nicht an einer Fläche innerhalb des Kapillarvolumens befestigt sein muss und stattdessen die Form von innerhalb des Kapillarvolumens dispergierten Teilchen annehmen kann.
7 zeigt noch eine weitere Abwandlung einer erfindungsgemäßen Mikronadelvorrichtung 310. Die Vorrichtung 310 weist ein Substrat 320 auf, von dem Mikronadeln 330 abstehen. Die Mikronadeln 330 durchdringen eine Abdeckung wie vorstehend beschrieben, wobei ein Kapillarvolumen zwischen dem Substrat 320 und der Abdeckung 340 festgelegt ist. In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist das Kapillarvolumen im Großen und Ganzen offen und nicht blockiert (mit Ausnahme der Mikronadelbasen und einer möglichen Abstandshalterstruktur, die innerhalb des Kapillarvolumens angeordnet ist). In der in 7 dargestellten Ausführungsform ist eine Abstandshalterstruktur in Form einer porösen Schicht 350 gezeigt.
Die poröse Schicht 350 kann vorzugsweise im Großen und Ganzen zusammen mit dem Kapillarvolumen verlaufen, sodass das offene Volumen des Kapillarvolumens durch die Poren oder Zwischenräume innerhalb der porösen Schicht 350 gebildet wird. Als Alternative kann die poröse Schicht 350 an getrennten, eigenständigen Stellen entlang der Fläche des Substrats 320 bereitgestellt sein. Die poröse Schicht 350 kann eine Vielfalt von Konstruktionen annehmen, mit der Maßgabe, dass dadurch die Bewegung oder die Passage der Flüssigkeit möglich ist. Zu Beispielen für einige geeignete Materialien für die poröse Schicht 350 können Papiere, behandelte Papiere, Polymere, Webfasern, wie Stoffe, oder Vliesmaterialien gehören. Beispielsweise können in einigen Fällen nassgelegte Produkte, wie Papier, gitterartig gesponnene Vliesstoffe, Schmelzspinnvlies stoffe, offen- und geschlossenzellige Polyurethanschäume, kardierte Vliesstoffbahnen, Vliesstoffe aus schmelzgeblasenen Mikrofasern, Webstoffe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Baumwolle, Cellulose, Rayon, Acetat, Polyester, Nylon, Polypropylen, Polyethylen, Urethan, Glas, Metall und Gemische davon, verwendet werden.
In einigen Konstruktionen kann die poröse Schicht 350 bei Nichtvorhandensein einer Abdeckungsschicht 340 als Abdeckung dienen. In einer derartigen Konstruktion legt die Dicke der porösen Schicht 350 über dem Substrat 320 die Grenzen des Kapillarvolumens fest. Eine derartige poröse Abdeckung kann beispielsweise komprimierbar sein, um ein zusätzliches Eindringen der Mikronadeln 330 an einer Abgabestelle zu ermöglichen, wenn dies erwünscht ist.
In solchen Konstruktionen, in denen neben einer porösen Schicht 350 eine getrennte Abdeckungsschicht 340 vorhanden ist, kann es jedoch bevorzugt sein, dass die Abdeckungsschicht 340 in Form eines flüssigen undurchlässigen Films, mehr bevorzugt eines polymeren Films, wie vorstehend besprochen, bereitgestellt wird.
Was 8 & 9 betrifft, ist eine andere Konstruktion einer Mikronadelvorrichtung dargestellt. Die Mikronadelvorrichtung 410 weist ein Substrat 420 auf, von dem Mikronadeln 430 abstehen. Die Vorrichtung 410 weist außerdem eine Abdeckung 440 auf, durch die die Mikronadeln 430 abstehen, wenn die Vorrichtung 410 hergestellt ist. Die Abdeckung 440 und das Substrat 420 legen ein Kapillarvolumen fest, wie vorstehend besprochen.
Die Vorrichtung 410 weist außerdem eine rückseitige Lage 460 auf, die proximal zur gegenüberliegenden Fläche des Substrats 420 angeordnet ist, sodass die Abdeckung 440 einer Hauptfläche des Substrats 420 zugewandt ist und die rückseitige Lage 460 der gegenüberliegenden Hauptfläche des Substrats 420 zugewandt ist. Die rückseitige Lage kann vorzugsweise einen Klebstoff 462 aufweisen, sodass die rückseitige Lage am Substrat 420 angeklebt werden kann. Der Klebstoff 462 kann vorzugsweise ein Haftklebstoff sein.
Wenn in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen eine rückwärtige Lage verwendet wird, kann diese eine beliebige geeignete Konstruktion darstellen, einschließlich einschichtiger Filme/Folien, mehrschichtiger Konstruktionen (z. B. Poly/Folie/Poly-Verbundstoffe oder Konstruktionen aus mehrschichtigen polymeren Filmen) usw. Beispiele für geeignete rückseitige Lagen sind in Verbindung mit den Verpackungsmaterialien z. B. in US-Patent Nr. 5,620,095 und US-Patent Nr. 6,099,682 beschrieben.
Die Abdeckung 440 und die rückseitige Lage 460 können sich beide vorzugsweise über einen Umfangsbereich des Substrats 420 hinaus erstrecken, um einen Bereich 466 auszubilden, in dem die Abdeckung 440 und die rückseitige Lage 460 einander direkt ohne das dazwischen angeordnete Substrat 420 zugewandt sind. Die Abdeckung 440 und die rückseitige Lage 460 können vorzugsweise entlang des Umfangsbereichs des Substrats 420 derart aneinander befestigt sein, dass das Substrat 420 zwischen der Abdeckung 440 und der rückseitigen Lage 460 eingeschlossen ist.
Die Befestigung der Abdeckung 440 und der rückseitigen Lage 460 kann durch jede beliebige geeignete Technik oder Techniken erreicht werden. Die Befestigung kann in der dargestellten Ausführungsform beispielsweise durch den Klebstoff 462 auf der rückseitigen Lage 460 erreicht werden. In anderen Vorrichtungen kann die rückseitige Lage beispielsweise durch thermische Bindungen (z. B. Heißsiegelbindungen, Schweißungen usw.), Klemmen usw. befestigt werden. Es kann bevorzugt sein, dass die Befestigung der Abdeckung 440 und der rückseitigen Lage 460 hermetisch dicht ist.
Ebenfalls in Verbindung mit 8 & 9 dargestellt ist die Aufnahme eines Sensorelements 470 als ein Teil der Mikronadelvorrichtung 410. Das Sensorelement 470 befindet sich vorzugsweise in Flüssigkeitsverbindungen mit dem Kapillarvolumen, das durch die Abdeckung 440 und das Substrat 420 festgelegt ist, sodass die durch das Kapillarvolumen fließenden Flüssigkeiten mit dem Sensorelement 470 in Kontakt kommen. Zwar ist in Verbindung mit der Vorrichtung 410 nur ein Sensorelement 470 dargestellt, es ist jedoch offensichtlich, dass erfindungsgemäße Vorrichtungen mehr als ein Sensorelement aufweisen können. Ferner können die Sensorelemente gleich oder verschieden sein.
Das Sensorelement 470 kann dazu verwendet werden, eine beliebige Anzahl Eigenschaften und/oder Zusammensetzungen der durch das Kapillarvolumen fließenden Flüssigkeiten zu erfassen. In einem Beispiel kann das Sensorelement 470 ein Glucosetestelement sein. Wenn das Glucosetestelement beispielsweise Glucoseoxidase aufweist, kann die durch das Kapillarvolumen fließende Flüssigkeitsprobe unter Verwendung elektrochemischer Techniken untersucht werden. In einigen Konstruktionen können die Abdeckung, das Substrat oder ein anderes Element (z. B. die rückseitige Lage) mit einem elektrisch leitfähigen Schaltmuster versehen sein, um die elektrochemische Analyse der Flüssigkeitsprobe zu erleichtern. Ersatzweise kann das Sensorelement 470 ein kalorimetrischer Sensor sein, der abhängig von den Eigenschaften und/oder der Zusammensetzung der durch das Kapillarvolumen fließenden Flüssigkeit eine optische Veränderung durchläuft. Andere alternative Erfassungstechniken sind dem Fachmann bekannt.
10 stellt ein anderes Merkmal der Mikronadelvorrichtung 410 in einer vergrößerten Querschnittsansicht dar. Das zusätzliche fakultative Merkmal ist eine Leitungsstruktur 427, die im Substrat 420 ausgebildet ist. Die Leitungsstruktur 427 kann, wie dargestellt, als eine Vertiefung oder Scharte im Substrat 420 ausgebildet sein. Als Alternative kann die Leitungsstruktur als Barriere oder Barrieren auf der Fläche des Substrats 420 vorgesehen sein, wie in Verbindung mit WO-A-03/020359 besprochen.
Wenn die Mikronadel 430 einen darin ausgebildeten Kanal aufweisen (wie vorstehend besprochen), kann es bevorzugt sein, dass sich eine beliebige Leitungsstruktur 427 in Flüssigkeitsverbindung mit dem Kanal befindet. Mindestens kann es jedoch bevorzugt sein, dass sich die Leitungsstruktur 427 zu einem Punkt proximal zur Basis 434 der Mikronadel 430 erstreckt. Die Leitungsstruktur 427 kann zur Abgabe von Flüssigkeiten an die Kanäle in den Mikronadeln verwendet werden oder sie können zum Entfernen von Flüssigkeiten aus den Kanälen in den Mikronadeln verwendet werden. In einigen Situationen kann die Leitungsstruktur 427 Flüssigkeiten sowohl an die Einführungsstellen der Mikronadeln abgeben als auch davon entfernen. In einigen Ausführungsformen kann die Leitungsstruktur das gesamte Kapillarvolumen oder einen Teil davon festlegen, das durch das Substrat 420 und die Abdeckung 440 ausgebildet ist. Es kann bevorzugt sein, dass die Leitungsstruktur 427 zu dem Hohlraum 428 führen, in dem das Sensorelement 470 angeordnet ist.
Ein weiteres in 10 veranschaulichtes Merkmal ist, dass die Mikronadel eine unterschiedliche Form aufweisen kann. Zwar haben zahlreiche Mikronadeln eine einheitliche Neigung oder einen einheitlichen Wandwinkel (bezogen auf z. B. eine z-Achse rechtwinklig zur Substratfläche 12), die erfindungsgemäßen Mikro nadeln können jedoch unterschiedliche Wandwinkel aufweisen. 10 zeigt beispielsweise eine Mikronadel 430, die einen unteren Abschnitt mit steileren Wandwinkeln bezogen auf das Substrat 420 und einen oberen Abschnitt 438 proximal zur Spitze 436 mit flacheren Wandwinkeln aufweist.
Als weitere Abwandlungen der Mikronadelform können die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendeten Mikronadeln im Allgemeinen vertikale Wandwinkel aufweisen, d. h., die Mikronadeln können in Form von Stiften vorliegen, wobei die Seitenwände im Großen und Ganzen orthogonal zur Fläche des Substrats sind, von dem sie abstehen.
Zwar sind die Flächen der Mikronadeln und des Substrats der dargestellten Ausführungsformen mit verhältnismäßig glatten Flächen dargestellt, die verschiedenen Merkmale der Mikronadelvorrichtungen können aber weiterhin auch Flächen aufweisen, die nicht glatt sind, d. h., die Flächen können aufgeraut, strukturiert usw. sein, um den Flüssigkeitsstrom über die Fläche zu verbessern.
11 & 12 zeigen noch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Mikronadelvorrichtung 510. Die Vorrichtung 510 weist ein Sensorelement 570 und eine Vielzahl von Mikronadeln 530 auf. Die Vorrichtung 510 weist auch ein elektrisch leitfähiges Muster in Form einer Anode und einer Kathode 572 bzw. 574 auf. Das leitfähige Muster kann in jeder beliebigen geeigneten Form bereitgestellt werden, z. B. gedruckte oder gemusterte Metallisierung, leitfähige Polymere usw. In der dargestellten Ausführungsform ist das leitfähige Muster auf der Abdeckung 540 bereitgestellt, es ist jedoch offensichtlich, dass das leitfähige Muster an jeder beliebigen geeigneten Stelle oder Kombination von Stellen innerhalb der Vorrichtung 510 (z. B. auf der rückseitigen Lage oder dem Substrat) angeordnet sein.
Eine andere erfindungsgemäße Mikronadelvorrichtung 610 ist in 13 dargestellt. Die Vorrichtung 610 weist ein Substrat 620 mit Mikronadeln 630 und eine Abdeckung 640 auf, die ein Kapillarvolumen, wie vorstehend beschrieben, ausbilden. Außerdem weist die Vorrichtung 610 ein Reservoirvolumen 681 auf, das sich an der gegenüberliegenden Seite des Substrats 620 befindet. Das Reservoirvolumen 681 kann mit einer Flüssigkeit gefüllt sein, einschließlich beispielsweise eines abzugebenden Arzneimittels oder anderen pharmakologischen Mittels. Das Volumen 681 ist durch ein Gehäuse 680 festgelegt, dass eine Innenfläche 682 aufweist, die dem Substrat 620 zugewandt ist. Das Gehäuse 680 (in der dargestellten Ausführungsform) ist mit dem Substrat 620 selbst an der Seite verbunden, die gegenüber den Mikronadeln 630 liegt. Ersatzweise kann das Gehäuse 680 außerhalb des Umfangsbereichs des Substrats 620 mit der Abdeckung 640 verbunden sein. Das Volumen 681 kann auch ein poröses komprimierbares Material (z. B. einen Schaum) aufweisen, der das Zurückhalten beliebiger Flüssigkeiten oder das Anlegen eines Vakuums unter Verwendung der Vorrichtung 610 (durch Zusammendrücken des porösen Materials und Vertrauen auf dessen Expansionsneigung, wodurch Flüssigkeiten durch den Hohlraum 628 in das Volumen 681 gesaugt werden) unterstützt.
Das Substrat 620 weist vorzugsweise einen oder mehrere dadurch ausgebildete Hohlräume 628 auf, sodass beliebige Flüssigkeiten, die im Reservoirvolumen 681 enthalten sind, in das Kapillarvolumen, das zwischen dem Substrat 620 und der Abdeckung 640 ausgebildet ist, übertragen werden können. Wenn das Reservoirvolumen (z. B. durch manuellen Druck) unter Druck gesetzt oder komprimiert wird, neigen Flüssigkeiten, die sich innerhalb des Reservoirvolumens 681 befinden, vorzugsweise dazu, in Richtung der Mikronadeln 630 zu fließen. Wenn die Mikronadeln 630 beispielsweise in der Haut eines Patienten angeordnet sind, können die Flüssigkeiten an diese Einführungsstellen abgegeben werden. Es kann bevorzugt sein, dass das Gehäuse 680 elastisch ist, sodass es seine Form nach dem Zusammendrücken im Wesentlichen wiedergewinnt.
Noch ein weiteres fakultatives Merkmal, das die Vorrichtung 610 aufweisen kann, ist eine fakultative Membran 686, die den Hohlraum 628 im Substrat 620 abdeckt. Die Membran 686 kann die Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Reservoirvolumen 681 und dem Kapillarvolumen, das zwischen dem Substrat 620 und der Abdeckung 640 ausgebildet ist, verhindern. Bei Nichtvorhandensein der Membran 686 oder nach dem Reißen oder anderweitigen Öffnen der Membran 686 befindet sich das Reservoirvolumen 681 in Flüssigkeitsverbindung mit dem Kapillarvolumen. Die Membran 686 ist zwar als in der Größe begrenzt dargestellt, sie kann jedoch auf den Umfangsbereich des Substrats 620 vergrößert werden, sodass sie proximal zum Umfang des Substrats 620 am Gehäuse 680 befestigt ist. In einer derartigen Konfiguration kann die Membran 686 selbst mittels Klebstoffen, thermischer Bindung usw. am Substrat 620 befestigt sein und das Reservoirvolumen 681 kann zwischen der Membran 686 und dem Gehäuse 680 festgelegt sein.
Das Öffnen der Membran 686 kann zweckmäßig durch das Zusammendrücken des Gehäuses 680 erreicht werden, sodass der Druck innerhalb des Reservoirvolumens ein Reißen der Membran 686 verursacht. Es können auch andere Techniken zum Öffnen der Membran 686 verwendet werden. Außerdem können zum dichten Verschließen des Hohlraums 628 anstatt einer Membran 686 andere Techniken verwendet werden.
Ein weiteres fakultatives Merkmal, das in 13 dargestellt ist, ist die Aufnahme einer Schicht aus abdichtendem Klebstoff 648 an der Außenfläche der Abdeckung 640. Der abdichtende Klebstoff 648 kann vorzugsweise ein Haftklebstoff sein, der an der Haut oder einer anderen Abgabestelle anhaftet, sodass die Vorrichtung 610 nach Durchdringen der Mikronadeln an der Abgabestelle verankert oder befestigt ist. Darüber hinaus kann der abdichtende Klebstoff 648 vorzugsweise eine Dichtung um jede der Mikronadeln 630 herum bilden sowie den Kontakt zwischen Vorrichtung 610 und Abgabestelle aufrechterhalten. Die Dichtung kann gegenüber einem Flüssigkeitsstrom beständig sein und/oder das Anlegen eines Vakuums an der Abgabestelle ermöglichen. Es kann bevorzugt sein, dass der abdichtende Klebstoff 648 ein hautverträglicher Klebstoff ist, wobei Beispiele dafür bekannt sind. In der dargestellten Vorrichtung 610 kann der abdichtende Klebstoff 648 vorzugsweise im Wesentlichen zusammen mit dem von den Mikronadeln 630 besetzten Bereich verlaufen, sodass jede Mikronadel 630 von dem Klebstoff 648 auf der Fläche der Abdeckung 640 umgeben ist.
Eine andere alternative Mikronadelvorrichtung ist in Verbindung mit 14 dargestellt und weist ein Substrat 720, Mikronadeln 730, eine Abdeckung 740 und eine rückseitige Lage 760 auf. Die rückseitige Lage 760 kann vorzugsweise am Umfangsbereich des Substrats 720 mit einem Klebstoff 762 an der Abdeckung 740 befestigt sein. Außerdem können die Abdeckung 740 und das Substrat 720 ein Kapillarvolumen festlegen, wie vorstehend besprochen.
In der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich die rückseitige Lage 760 über das Substrat 720 und die Abdeckung 740 hinaus in einen Umfangsbereich 792, an dem eine Kappe 790 befestigt ist. Es kann bevorzugt sein, dass die Kappe 790 und die rückseitige Lage 760 aus Materialien ausgebildet sind und mittels Klebstoffen, thermischen Bindungen usw. dicht miteinander verbunden sind, sodass das Substrat 720 und die Mikronadeln 730 in einer hermetisch dichten, feuchtigkeits undurchlässigen Verpackung eingeschlossen sind, die zum Transport und zur Aufbewahrung der Vorrichtung 710 vor der Verwendung benutzt wird. In einer derartigen Ausführungsform kann die Kappe 790 unter Freilegung der Mikronadeln 730 vor der Verwendung entfernt werden. Die Kappe 790 ist zwar mit einer Form ausgebildet dargestellt, es ist jedoch offensichtlich, dass sie aus flexiblen formlosen Materialien (z. B. Verbundstoffen usw.) ausgebildet sein kann.
In 14 ist ebenfalls ein Ring aus abdichtendem Klebstoff 748 an der Außenfläche der Abdeckung 740 erkennbar. Der Ring aus abdichtendem Klebstoff 748 erstreckt sich vorzugsweise entlang des Umfangs des Bereichs, der von den Mikronadeln 730 besetzt ist, und stellt Abdicht- und/oder Befestigungsfunktionen bereit, wenn die Mikronadeln 730, wie vorstehend in Verbindung mit 13 und dem dort dargestellten abdichtenden Klebstoff 648 besprochen, in eine Abgabestelle eingeführt werden.
15 zeigt noch eine weitere erfindungsgemäße Mikronadelvorrichtung 810. Die Vorrichtung weist Mikronadeln 830 auf, die vorzugsweise in einem Bereich der Vorrichtung 810 angesammelt sind. Eine Sensorelementanordnung 870 ist außerhalb des von den Mikronadeln 830 besetzten Bereichs angeordnet und weist eine Anzahl von Sensorelementen 870a, 870b und 870c auf, die alle zum Erfassen derselben oder verschiedener Eigenschaften oder Zusammensetzungen von Flüssigkeiten verwendet werden können, die durch das Kapillarvolumen passieren. In dieser Ausführungsform erstreckt sich das Kapillarvolumen durch die Vorrichtung, sodass Flüssigkeit, die von den Mikronadeln in das Kapillarvolumen transportiert wurde, durch die Vorrichtung 810 in den von den Sensorelementen 870 besetzten Bereich fließt. Die Sensorelemente 870 können beispielsweise in Form von Beschichtungen anstatt separaten Gegenständen, wie vorstehend dargestellt, bereitgestellt werden.
In Verbindung mit der Vorrichtung 810 ist auch ein Ring aus abdichtendem Klebstoff 848 dargestellt. Dieser Ring aus abdichtendem Klebstoff 848 kann beispielsweise auf einer rückseitigen Lage angeordnet sein, die sich über den Umfangsbereich des Substrats hinaus erstreckt, auf dem die Mikronadeln 830 angeordnet sind (wie z. B. in 14 dargestellt). Dann kann eine Kappe oder Auflage am Klebstoff 848 befestigt werden (siehe z. B. Kappe 790 in 14), um diesen während des Transports der Vorrichtung zu schützen. Wenn eine Kappe verwendet wird, kann diese einen Teil einer Verpackung bilden, in der die Vorrichtung 810 geliefert wird. Nach dem Entfernen der Kappe oder Auflage wird der abdichtende Klebstoff 848 freigelegt und kann zum Befestigen und/oder Abdichten der Vorrichtung 810 an der Abgabestelle verwendet werden.
16 zeigt ein Verfahren zur Bereitstellung einer von Mikronadeln durchdrungenen Abdeckung in Verbindung mit der Herstellung einer erfindungsgemäßen Mikronadelvorrichtung. Das Durchdringen der Abdeckung 940 mittels der Mikronadeln 930 kann durch jede beliebige geeignete Technik oder Techniken erreicht werden. Es kann jedoch bevorzugt sein, dass das Durchdringen der Abdeckung 940 mittels der Mikronadeln 930 durch gleichzeitiges Anlegen einer Kraft oder von Ultraschallenergie erreicht wird.
Was 16 betrifft, kann das Substrat 920 mit Mikronadeln 930 mit einem Ultraschallkopf 990 gegen die Abdeckung 940 gepresst werden. Es kann bevorzugt sein, dass die Abdeckung und das Substrat 920 auf einem elastischen Material 992 (z. B. Silikonkautschuk mit einer Durometer-Härte von etwa 18 auf der Shore-D-Skala) ruhen. Wenn das Substrat 920 in die Richtung des elastischen Materials 992 gezwungen wird, kann Ultraschallenergie das Durchdringen der Abdeckung 940 mittels der Mikronadeln derart unterstützen, dass dies zur Bildung des gewünschten Kapillarvolumens, wie vorstehend beschrieben, führt.
Es ist denkbar; dass auch andere Verfahren zum Erreichen des Durchdringens der Abdeckung mittels der Mikronadeln verwendbar sind. Es kann beispielsweise wünschenswert sein, während des Durchdringungsverfahrens Wärme (alleine oder in Verbindung mit Ultraschallenergie) bereitzustellen. In anderen Fällen kann es ausreichen, nur eine Kraft anzulegen, in einigen Fällen kann eine Stoßkraft von verhältnismäßig kurzer Dauer bevorzugt sein. Ferner kann, wenn Ultraschallenergie verwendet wird, diese durch die Abdeckung 940 anstatt durch das Substrat 920, wie in 16 dargestellt, angelegt werden.
Die Mikronadeln, die Abstandshalterstruktur (sofern vorhanden) und die Leitungsstruktur (sofern vorhanden) können vorzugsweise einstückig mit dem Substrat hergestellt werden. Anders ausgedrückt, können die verschiedenen Merkmale vorzugsweise als eine einstückige, vollständig integrierte Einheit ausgebildet sein. Ersatzweise können die Mikronadeln, die Abstandshalterstruktur und die Leitungsstruktur getrennt vom Substrat bereitgestellt werden.
Die Mikronadelsubstrate können aus einer Vielfalt von Materialien hergestellt werden. Die Materialauswahl kann auf einer Vielfalt von Faktoren basieren, einschließlich der Fähigkeit des Materials, das gewünschte Muster präzise zu reproduzieren; der Festigkeit und Zähigkeit des Materials bei der Ausbildung zu Mikronadeln; der Verträglichkeit des Materials mit beispielsweise menschlicher oder tierischer Haut; der Verträglichkeit der Materialien mit beliebigen Flüssigkeiten, die durch die in den Mikronadeln ausgebildeten Kanäle abgegeben oder entfernt werden sollen usw. Es kann beispielsweise bevorzugt sein, dass die erfindungsgemäßen Mikronadelanordnungen aus einem oder mehreren Metallen hergestellt sind.
Ungeachtet der für die erfindungsgemäßen Mikronadelanordnungen verwendeten Materialien kann es bevorzugt sein, dass die Flächen der Mikronadelanordnung, die während der Verwendung wahrscheinlich mit den Flüssigkeiten in Kontakt kommen, bestimmte Benetzungsfähigkeitseigenschaften aufweisen. Es kann bevorzugt sein, dass diese Flächen hydrophil sind, z. B. mit Wasser einen statischen Kontaktwinkel von weniger als 90 Grad (möglicherweise weniger als etwa 40 Grad) ausbilden, sodass die Flüssigkeit über den Kapillardruck spontan einer Dochtwirkung ausgesetzt ist. Die hydrophile Natur der Fläche kann durch die Wahl der zur Herstellung der gesamten Mikronadelanordnung verwendeten Materialien, Oberflächenbehandlungen der gesamten Anordnung oder nur der Teile, die wahrscheinlich mit Flüssigkeiten in Kontakt kommen, Beschichtungen der gesamten Anordnung oder nur der Teile, die wahrscheinlich mit Flüssigkeiten in Kontakt kommen, usw. erzeugt werden.
Mikronadeln der erfindungsgemäßen Mikronadelanordnungen können massiv oder porös sein. Der Begriff "porös" (und Abwandlungen davon) bedeutet im Sinne der Erfindung, dass die Mikronadeln wenigstens in einem Teil der Struktur Poren oder Hohlräume aufweisen, wobei diese Poren oder Hohlräume ausreichend groß und derart miteinander verbunden sind, dass wenigstens ein Flüssigkeitsdurchgang möglich ist.
Einige geeignete Verfahren zur Ausbildung von erfindungsgemäßen Mikronadeln sind in Verbindung mit WO-A-03/020359 beschrieben.
Die erfindungsgemäßen Mikronadelvorrichtungen können auf vielfältige Weise verwendet werden. Eine Weise zur Verwendung der erfindungsgemäßen Mikronadelvorrichtungen ist bei Verfahren, die das Durchdringen der Haut zur Abgabe von Arzneimitteln oder anderen Stoffen und/oder das Entnehmen von Blut oder Gewebe umfassen. Wie vorstehend besprochen, kann es wünschenswert sein, dass die Höhe der Mikronadeln der Mikronadelvorrichtungen zum Durchdringen des Stratum corneum ausreicht.
Alle hier der zitierten Patente, Patentanmeldungen und Veröffentlichungen sind jeweils in ihrer voller Länge unter Bezugnahme eingeschlossen, als ob sie einzeln unter Bezugnahme eingeschlossen worden wären. Verschiedene Abwandlungen und Veränderungen dieser Erfindung sind für den Fachmann offensichtlich, ohne dabei vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen und es ist offensichtlich, dass diese Erfindung nicht unnötig durch die hier dargelegten veranschaulichenden Ausführungsformen eingeschränkt wird.

Claims

Mikronadelvorrichtung, mit: – einem Substrat (20, 220, 320, 420, 620, 720, 920), mit einer ersten Hauptfläche (22, 222); – mindestens einer Mikronadel (30, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930), die von der ersten Hauptfläche (22, 222) des Substrats (20, 220, 320, 420, 620, 720, 920) absteht, wobei die mindestens eine Mikronadel (30, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930) eine Basis (34, 434) proximal zur ersten Hauptfläche (22, 222) des Substrats (20, 220, 320, 420, 620, 720, 920) und eine Spitze (36), die distal zur Basis (34, 434) angeordnet ist, aufweist; – einer Abdeckung (40, 140, 240, 340, 440, 640, 740, 940), aufweisend eine erste Seite (42, 142), die der ersten Hauptfläche (22, 222) des Substrats (20, 220, 320, 420, 620, 720, 920) zugewandt ist, und eine zweite Seite (44), die vom Substrat (20, 220, 320, 420, 620, 720, 920) abgewandt ist; und – einem Kapillarvolumen, das zwischen der ersten Hauptfläche (22, 222) des Substrats (20, 220, 320, 420, 620, 720, 920) und der ersten Seite (42, 142) der Abdeckung (40, 140, 240, 340, 440, 640, 740, 940) angeordnet ist; – wobei das Kapillarvolumen mit mindestens einem Teil der Basis (34, 434) der mindestens einen Mikronadel (30, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930) in Kontakt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Mikronadel (30, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930) die erste Seite (42, 142) und die zweite Seite (44) der Abdeckung (40, 140, 240, 340, 440, 640, 740, 940) durchdringt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Kapillarvolumen Leitungsstrukturen aufweist, die vom Substrat (20, 220, 320, 420, 620, 720, 920) gebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend eine Abstandshalterstruktur (146, 226), die sich innerhalb des Kapillarvolumens befindet, wobei die Abstandshalterstruktur (146, 226) das Kapillarvolumen mindestens teilweise festlegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend eine Abstandshalterstruktur, die sich innerhalb des Kapillarvolumens befindet, wobei die Abstandshalterstruktur das Kapillarvolumen mindestens teilweise festlegt, wobei die Abstandshalterstruktur eine poröse Schicht (350) aufweist, wobei sich das Kapillarvolumen im Wesentlichen innerhalb der porösen Schicht (350) befindet.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend eine hydrophile Fläche innerhalb des Kapillarvolumens.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend einen Kanal (32), der in einer Außenfläche der mindestens einen Mikronadel (30, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930) ausgebildet ist, wobei sich der Kanal (32) von der Basis (34, 434) zur Spitze (36) der mindestens einen Mikronadel (30, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930) erstreckt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei das Substrat (20, 220, 320, 420, 620, 720, 920) eine zweite Hauptfläche aufweist, die einem Gehäuse (680) zugewandt ist, welches an dem Substrat (20, 220, 320, 420, 620, 720, 920) befestigt ist, wobei zwischen dem Gehäuse (680) und dem Substrat (20, 220, 320, 420, 620, 720, 920) ein Reservoirvolumen (621) angeordnet ist und wobei ferner das Substrat (20, 220, 320, 420, 620, 720, 920) mindestens einen Hohlraum aufweist, der durch die erste und zweite Hauptfläche (22, 222) des Substrats (20, 220, 320, 420, 620, 720, 920) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei das Substrat (20, 220, 320, 420, 620, 720, 920) eine zweite Hauptfläche aufweist und die Vorrichtung ferner eine proximal zur zweiten Hauptfläche des Substrats (20, 220, 320, 420, 620, 720, 920) angeordnete rückseitige Lage (460 aufweist, 760), wobei sich die rückseitige Lage (460, 760) über einen Umfangsbereich des Substrats (20, 220, 320, 420, 620, 720, 920) hinaus erstreckt; und eine Kappe (790), die um den Umfangsbereich des Substrats (20, 220, 320, 420, 620, 720, 920) herum an der rückseitigen Lage (460, 760) befestigt ist, aufweist, wobei die erste Hauptfläche (22, 222) des Substrats (20, 220, 320, 420, 620, 720, 920) der Kappe (790) zugewandt ist und wobei das Substrat (20, 220, 320, 420, 620, 720, 920) und die mindestens eine Mikronadel (30, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930) zwischen der rückseitigen Lage (460, 760) und der Kappe (790) eingeschlossen sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei die mindestens eine Mikronadel (30, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930) mehrere Mikronadeln (30, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 9, ferner aufweisend ein Sensorelement (470, 570, 870), das sich in Flüssigkeitsverbindung mit dem Kapillarvolumen befindet, und ein elektrisch leitfähiges Muster, wobei ein Teil des elektrisch leitfähigen Musters mit dem Sensorelement (470, 570, 870) in Kontakt ist.
Verfahren zur Herstellung einer Mikronadelvorrichtung, mit: – Bereitstellen eines Substrats (20, 220, 320, 420, 620, 720, 920), mit einer ersten Hauptfläche (22, 222), und mindestens einer Mikronadel (30, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930), die von der ersten Hauptfläche (22, 222) des Substrats (20, 220, 320, 420, 620, 720, 920) absteht, wobei die mindestens eine Mikronadel (30, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930) eine Basis (34, 434) proximal zur ersten Hauptfläche (22, 222) des Substrats (20, 220, 320, 420, 620, 720, 920) und eine Spitze (36), die distal zur Basis (34, 434) angeordnet ist, aufweist; – Bereitstellen einer Abdeckung (40, 140, 240, 340, 440, 640, 740, 940), aufweisend eine erste Seite (42, 142), die der ersten Hauptfläche (22, 222) des Substrats (20, 220, 320, 420, 620, 720, 920) zugewandt ist, und eine zweite Seite (44), die vom Substrat (20, 220, 320, 420, 620, 720, 920) abgewandt ist; – Drücken der Spitze (36) der mindestens einen Mikronadel (30, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930) durch die Abdeckung (40, 140, 240, 340, 440, 640, 740, 940), um die erste Seite (42, 142) und die zweite Seite (44) der Abdeckung (40, 140, 240, 340, 440, 640, 740, 940) zu durchdringen; und – Ausbilden eines Kapillarvolumens, das zwischen der ersten Hauptfläche (22, 222) des Substrats (20, 220, 320, 420, 620, 720, 920) und der ersten Seite (42, 142) der Abdeckung (40, 140, 240, 340, 440, 640, 740, 940) ange ordnet ist; wobei das Kapillarvolumen mit mindestens einem Teil der Basis (34, 434) der mindestens einen Mikronadel (30, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930) in Kontakt ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die mindestens eine Mikronadel (30, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930) mehrere Mikronadeln (30, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930) aufweist und wobei die Spitzen (36) der mehreren Mikronadeln (30, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930) durch die Abdeckung (40, 140, 240, 340, 440, 640, 740, 940) gezwungen werden.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, ferner aufweisend das Bereitstellen einer porösen Schicht (350) innerhalb des Kapillarvolumens, wobei sich das Kapillarvolumen im Wesentlichen innerhalb der porösen Struktur befindet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 11 bis 13, ferner aufweisend das Erzeugen einer hydrophilen Fläche innerhalb des Kapillarvolumens.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 11 bis 14, ferner aufweisend das Bereitstellen eines Sensorelements (470, 570, 870), das mit dem Kapillarvolumen für den Flüssigkeitsaustausch verbunden ist, und das Erzeugen eines elektrisch leitfähigen Musters, wobei ein Teil des elektrisch leitfähigen Musters mit dem Sensorelement (470, 570, 870) in Kontakt ist.