JP2003504163A

JP2003504163A - 無針注射器

Info

Publication number: JP2003504163A
Application number: JP2001510540A
Authority: JP
Inventors: マークアンソニーファーナンスケンダル，; ガリーブラウン，
Original assignee: パウダージェクトリサーチリミテッド
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2003-02-04
Also published as: PT1196210E; GB9916800D0; EP1563862A2; ES2246239T3; WO2001005455A1; EP1563862A3; EP1563862B1; DK1196210T3; US20080262417A1; EP1196210A1; ATE302036T1; DE60022049T2; AU5239000A; EP1196210B1; DE60022049D1

Abstract

(57)【要約】本発明は、送達される実質的に全ての粒子が、いわゆる「始動プロセス」との相互作用を回避することを確実にするための、デバイスを提供する。使用時に加圧気体のチャージを収容するよう配置される駆動チャンバ（５１）、駆動チャンバ（５１）に接続されてこのチャンバからの気体を受容するための管セクション（５２）、および閉鎖手段（５３）であって、閉鎖手段（５３）が開くまで、駆動チャンバ（５１）から管セクション（５２）への気体の流れを防止するための、閉鎖手段を備える、無針注射デバイスが提供される。さらに、粒子の用量（５８）が、このデバイス中の閉鎖手段（５３）の領域に位置する。

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、一般に、被験体の標的組織へと送達するための粒子を加速するため
の無針注射器デバイスに関する。

【０００１】皮膚表面を通して薬剤を送達する（経皮送達）性能は、経口送達技術または非
経口送達技術よりも、多くの有利な点を提供する。特に、経皮送達は、伝統的な
薬物投与システムに対して、安全で便利で非侵襲性の代替法を提供し、好都合に
は、経口送達に付随した主要な問題（例えば、吸収および代謝の可変の速度、消
化器の刺激および／または苦いかもしくは不快な薬剤風味）または非経口送達に
付随した主要な問題（例えば、針による痛み、治療した個体に感染を導入する危
険、偶発的な針の突き刺しにおよび使用済み針の廃棄より起こる医療従事者の汚
染または感染の危険）を回避する。それに加えて、経皮送達によれば、投与した
薬剤の血液濃度を高度に制御することが可能となる。

【０００２】最近では、制御された用量で無傷の皮膚を通して粉末（すなわち、固形薬剤含
有粒子）を発射するために無針注射器を使用することを伴う新規な経皮薬剤送達
システムが記述されている。特に、Ｂｅｌｌｈｏｕｓｅらに対する米国特許第５
，６３０，７９６号は、超音速気体流れに巻き込まれた薬剤粒子を送達する無針
注射器を記述している。この無針注射器は、粉末化した薬剤化合物および組成物
の経皮送達（例えば、薬物、ワクチンなど）、遺伝物質の生存細胞への送達（例
えば、遺伝子治療）および生物薬剤の皮膚、筋肉、血液またはリンパ液への送達
に使用され得る。この無針注射器はまた、手術に関連して、器官表面、固形腫瘍
および／または外科的空洞（例えば、腫瘍床または腫瘍の切除後の空洞）に粒子
を送達するために使用され得る。理論上は、実質的に固形の粒子形状で調製され
得る事実上任意の薬剤が、このような装置を使用して、安全かつ簡単に送達され
得る。

【０００３】Ｂｅｌｌｈｏｕｓｅらに記述された無針注射器は、細長管状の過剰に拡張した
中細ノズルを含み、これは、破裂可能膜を有し、この膜は、最初は、このノズル
を通る通路を閉じ、そしてノズルの上流端に実質的に隣接して配列されている。
送達する粒子は、この破裂可能膜に隣接して配置されており、そしてエネルギー
付与手段を使用して送達され、この手段は、この膜を破裂してその下流端から送
達用ノズルを通って超音速気体流れ（これは、薬剤粒子を含有する）を生成する
のに十分な気体圧力を、この膜の上流側に付与する。

【０００４】Ｂｅｌｌｈｏｕｓｅらに記述された無針注射器を使用する経皮送達は、一般に
、０．１μｍと２５０μｍの間の範囲の概算サイズを有する粒子を使って、実行
される。薬剤送達のためには、最適な粒子サイズは、通常、少なくとも約１０〜
１５μｍ（代表的な細胞サイズ）である。遺伝子送達のためには、最適な粒子サ
イズは、一般に、実質的に、１０μｍ未満である。約２５０μｍより大きい粒子
もまた、この装置から送達され得、その上限は、これらの粒子のサイズが皮膚細
胞に不都合な損傷を引き起こす点である。送達した粒子が貫通する実際の距離は
、粒子サイズ（例えば、ほぼ球形の粒子形状を呈する名目粒子直径）、粒子密度
、これらの粒子が皮膚表面に衝突する初速度、ならびに皮膚の密度および動粘度
に依存する。このことに関して、無針注射において使用するのに最適な粒子密度
は、一般に、約０．１ｇ／ｃｍ³と２５ｇ／ｃｍ³の間の範囲、好ましくは、約０
．８ｇ／ｃｍ³と１．５ｇ／ｃｍ³の間の範囲であり、そして注入速度は、一般に
、約１００ｍ／ｓｅｃと３０００ｍ／ｓｅｃの間の範囲である。これらの粒子サ
イズおよび密度の範囲はまた、本発明に適切である。

【０００５】このデバイスにおいて起こる気体流れには、２つの別個の段階が存在する。第
一の段階は、膜の破裂の際に生じる衝撃波に関し、そして「始動プロセス」（ま
たは「始動過渡期」）と呼ばれる。第二の流れのレジメンは、始動プロセスに関
する衝撃膨張波の上流で起こり、そして偽定常ノズル流れと呼ばれる。

【０００６】Ｂｅｌｌｈｏｕｓｅらに議論されるように、粒子速度は、始動プロセスにある
流れに依存すると考えられた。始動プロセスは、末広ノズル内の圧力の突発的な
インパルス変化により生じ、そしてＢｅｌｌｈｏｕｓｅらのデバイスにおいては
、ノズルののど部において開始される。これを、図１の空間−時間（ｘ−ｔ）図
によって示す。この図は、ノズル出口平面（すなわち、ノズルの遠位端）の下流
（ｘの正の値）および上流（ｘの負の値）の距離を横座標に沿って示し、そして
時間を縦座標上に示す。デバイスの発動時に、時刻が開始する。ｔ＝０における
膜（これは、おおよそｘ＝−５０に位置する）の破裂の後に、高圧の急激な波面
（衝撃波１１）が、ノズルの長さに沿って下流に飛行する。これに接近して、い
わゆる「接触面」１２が追従する。

【０００７】接触面１２とは、膜によって先に分離された気体間の境界である。気体がこの
境界においてさほど混合しないことが十分に認められるので、その効果は、駆動
気体（破裂前の膜の上流の気体）の１つが被駆動気体（破裂前の膜の下流の気体
）を、ピストンのように、ノズルから「押し出す」ことであり、ここで接触面１
２は、このピストンの面に類似している。接触面１２に接近して、二次衝撃波１
３が追従する。二次衝撃波１３に、気体の密度および速度（従って粒子速度）の
変動が大きい、始動プロセス（図１の領域１）における一連の斜めの衝撃波面１
６が追従する。始動プロセス領域１は、衝撃波１１、１４および１５にによって
、実質的に境界を定められる；以下で、衝撃波面１５にさらに言及する。

【０００８】始動プロセスに、偽定常流れのレジメン（領域３）が追従する。偽定常流れは
、クリーンである。すなわち、実質的に衝撃波がなく、その結果、所定の点にお
ける速度が、時間で変動しない定常流れの式によって正確にモデル化される時間
で、十分にゆっくりと変化する。従って、偽定常流れは、所定の点におけるマッ
ハ数が経時的に変化しない真の定常流れとは異なり、そして所定の点におけるマ
ッハ数が変動する点で非定常であり、かつこの流れは、非定常式により支配され
る。始動プロセスと偽定常流れとの両方が、斜めの衝撃波面１５によって終結し
、この斜めの衝撃波面は、過剰に拡張したノズルの作動の結果として、ノズル出
口の上流を飛行する。この衝撃は、領域２の境界を示す。Ｂｅｌｌｈｏｕｓｅら
に言及されるように、最初は破裂可能な膜上またはこの膜に非常に接近して位置
する粒子が、一次衝撃波１１と二次衝撃波１３との波面間の接触面１２とともに
移動すると考えられた。本発明者らによる検査を考慮すると、この観点がここで
、過剰な簡略化であり、そして（後に議論するように）このような先行技術のデ
バイスにおける気体−粒子流れは、異なる機構によって加速される粒子の群によ
って、より複雑化されることが考えられる。始動プロセスが、先行技術のデバイ
スにおける一部の粒子の加速にとって重要であることは、依然として真実である
。これに対して、本発明の本質は、始動プロセスへの粒子の巻き込みを回避する
試みの概念に基づく。

【０００９】以前のデバイスは、過剰に拡張したノズルを利用してきた。これらのノズルは
、正しく拡張したノズルの出口断面積Ａ_correctより大きな出口断面積Ａ_eを有す
る。過剰に拡張した作動は、全圧Ｐ_tot対周囲の出口圧力Ｐ_eの比Ｐ_tot／Ｐ_eが、
所定のノズル面積比Ａ_l／Ａ_e（ここで、Ａ_lは、そのシステムの最小直径である
）に対して正しく拡張した超音速流れのためには不十分である場合に起こる。過
剰に拡張したノズルが、先行技術のデバイスにおいて使用された。なぜなら、標
的上へのペイロードの適切な散布を得るためには、大きな出口面積が必要である
と考えられたからである。しかし、実験は、過剰に拡張したノズルの使用が、流
れの不均一性（例えば、斜め（または垂直））の偽定常衝撃波を流れ中に導き、
これが、この流れをノズル壁から脱着するよう作用することを示した。この流れ
は、分離したジェット中の粒子を加速する。従って、驚くべきことに、より大き
な出口面積を使用することは、有用な標的面積を必要に応じて増加させず、そし
て実際にしばしば、流れの脱着を引き起こし、中心ジェットコアの形成およびそ
の結果である低いペイロード散布を生じることが見出された。このことは望まし
くなく、そして「ジェッティング」として公知である。

【００１０】さらに、先行技術のデバイス（例えば、Ｂｅｌｌｈｏｕｓｅらに記載されるデ
バイス）は、粒子収容カセットの下流の収束ノズル部を利用する。この部分は、
比較的大きな膜直径と比較的小さなノズルののど部直径との間の界面として、作
用する。選択されたのど部直径は、このデバイスを通る所望の最大チョークドマ
ス流速により制御され、そして選択される膜直径は、カセットを容易に作製し得
るため、および要求される用量の粒子を保持するための必要性により制御される
。従って、発動の際に、粒子はこのデバイス内のくびれ部分を強制的に通される
。これによって、粒子−壁摩滅が増加し得、そして粒子サイズが減少し得、それ
によって、これらの粒子の加速および貫通特性に所望でなく影響を与え得ると考
えられる。

【００１１】本出願人により援助された実験研究は、先行技術のデバイスが、２つの異なる
粒子挙動の型を生じさせることを示した。時間分解ＤＧＶ（ドップラーグローバ
ル速度測定法（ＤｏｐｐｌｅｒＧｌｏｂａｌＶｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ））測
定からの結果を、図２に示す（ＫｅｎｄａｌｌＭＡＦ，ＱｕｉｎｌａｎＮＪ
，ＴｈｏｒｐｅＳＪ，ＡｉｎｓｗｏｒｔｈＲＷおよびＢｅｌｌｈｏｕｓｅ
ＢＪ（１９９９）、「Ｔｈｅｇａｓｄｙｎａｍｉｃｓｏｆａｈｉｇｈ
ｓｐｅｅｄｎｅｅｄｌｅ−ｆｒｅｅｄｒｕｇｄｅｌｉｖｅｒｙｓｙｓ
ｔｅｍ」、ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＳｈｏｃ
ｋＷａｖｅｓ２２、ＩｍｐｅｒｉａｌＣｏｌｌｅｇｅ、Ｌｏｎｄｏｎ、７
月１９日〜２３日、ならびにＱｕｉｎｌａｎＮＪ，ＴｈｏｒｐｅＳＪおよび
ＡｉｎｓｗｏｒｔｈＲＷ（１９９９）、「Ｔｉｍｅ−ｒｅｓｏｌｖｅｄＤｏ
ｐｐｌｅｒｇｌｏｂａｌｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙｏｆｇａｓ−ｐａｒｔ
ｉｃｌｅｆｌｏｗｓｉｎｔｒａｎｓｄｅｒｍａｌｐｏｗｄｅｒｄｒｕ
ｇｄｅｌｉｖｅｒｙ」、８^th Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．ＯｎＬａｓｅｒＡｎｅ
ｍｏｍｅｔｒｙ−ＡｄｖａｎｃｅｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，９月
６日〜９日、ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＲｏｍｅ，Ｉｔａｌｙを参照のこと
）。この図は、ノズル２０の末広部の断面を示し、そして膜（図示せず）の破裂
の１７７μｓ後の時点における粒子の最大瞬間速度を与える。

【００１２】見られ得るように、先行粒子２１は、２００〜４００ｍ／ｓの代表的な速度で
、広い雲として送達される。粒子２２のより狭い偽定常流れが、６５０〜８００
ｍ／ｓでこの先行雲に追従する；ノズル出口の平面を中心とする白色の円形の画
像は、その描写の右手の境界上の暗い影とともに、この測定技術によって作成さ
れた人為結果であることが、注目されるべきである。先行粒子は、気体流れの過
渡的な始動プロセスに関連し、一方で高速の粒子は、偽定常ノズル流れに巻き込
まれる。記載したように、この先行技術のデバイスにおけるノズルは、過剰に拡
張しており、このことは、斜めの衝撃がこのノズル内に存在することを意味する
。高速の粒子ストリームをノズル壁から脱着することは、衝撃に起因する、ノズ
ル気体流れの、衝撃により誘導される分離の直接の結果である。再度図１を参照
すると、気体流れは、以下の３つの流れレジメンに大まかに分類された：ｉ）始動プロセス（領域１）ｉｉ）衝撃によりプロセスされる流れ（領域２）ｉｉｉ）偽定常超音速流れ（領域３）。

【００１３】粒子の軌道１７もまた、図１に示す。見られ得るように、かなりの割合の粒子
が、始動プロセスにおいて加速されるが、次いで、これらの粒子が二次衝撃波１
３および接触面１２に達するにつれて、減速する。粒子の雲波面１８は、ノズル
を離れるにつれて減速されるように見える（ノズルの出口は、ｘ＝０により表さ
れる）。これらの粒子は、ノズル壁に付着した雲に、初速度２００〜４００ｍ／
ｓで巻き込まれる粒子である。本来、始動プロセスは、軸方向の気体の速度およ
び密度に大きな変動を有する流れを生じさせる。これらは、粒子の加速の最も重
要な２つのパラメータであると考えられる。半径方向の気体の速度および密度に
おける大きな変動もまた、存在する。従って、この流れレジメンは、均一な速度
および分布が必要とされる場合には、薬物送達のためには不適切であると考えら
れる。粒子の別の画分は、二次衝撃１３には達せず、最初に始動プロセス（領域
１）において斜めの衝撃１６によって、プロセスされ、次いで領域２において別
個の流れを規定する上流を移動する斜めの衝撃１５によって、プロセスされる。
粒子ペイロードの最終成分は、偽定常流れ（領域３、粒子の軌道を図には示さな
い）内で加速され、その後、偽定常衝撃波面１４（領域２において規定される）
によって分離される。この加速経路は、約９ｍｍの直径の別個のジェットに制限
された、８５０ｍ／ｓの最高粒子速度を導く。

【００１４】以前の考えとは対照的に、始動プロセスは、粒子を加速させる主要なものであ
るよりむしろ、実際には高速の粒子の障害として作用するようである。大きな雲
のうちで最初に出てくる粒子は、引き続く偽定常流れに巻き込まれた粒子に対す
る障壁として作用して、より低い粒子全体の速度を生じるようであり、これは望
ましくなくあり得る。

【００１５】本発明は、粒子が始動プロセス流れに巻き込まれることを防止し得るならば、
実質的に全ての粒子が引き続く偽定常超音速流れに巻き込まれて、より高く、よ
り均一な粒子速度を生じるという概念から生じる。本発明はまた、実質的に正し
く拡張したノズルを使用することによって「ジェッティング」の問題を回避し、
そして膜の下流における収束部を用いて撒布することによって粒子の摩滅の問題
を回避する。

【００１６】従って、本発明は、無針注射デバイスにおける粒子の用量を加速する方法を包
含し、このデバイスは、駆動チャンバおよびこの駆動チャンバの下流に位置する
管セクションを有し、この方法は、以下の工程を包含する：この駆動チャンバとこの管セクションとの間に位置する閉鎖手段を開く工程；この管セクション内を下流方向に移動する、一次衝撃波を生成する工程；この管セクション内の流体の実質的な偽定常流れを、この一次衝撃波の上流に
確立する工程；および実質的に全ての粒子の用量を、これらの粒子がこの管セクション内にある持続
時間にわたって、この実質的な偽定常状態流れに巻き込み、そして加速する工程
。

【００１７】この方法の好ましい実施形態に従って、始動プロセスは、一次衝撃波が管の下
流端に到達する場合に、生じる。二次衝撃波もまた、この一次衝撃波の後ろに生
成され得、そして偽定常流れが、好ましくは、この二次衝撃波の上流に確立され
、そして二次衝撃波がこのデバイスを通って出た後に続く。

【００１８】本発明はまた、無針注射デバイスを包含し、このデバイスは、以下：使用時に加圧気体のチャージを収容するよう配置される、駆動チャンバ；この駆動チャンバに接続され、このチャンバからの気体を受容するための、管
セクション；閉鎖手段であって、この閉鎖手段が開くまで、この駆動チャンバからこの管セ
クションへの気体の流れを防止するための、閉鎖手段；ならびにこのデバイス中の閉鎖手段の領域に位置する、粒子の用量、を備え、このデバイスは、この閉鎖手段を開く際に、一次衝撃波が生成されてこの管セ
クションに沿って下流方向に移動し、そして実質的な偽定常気体流れがこの管セ
クションにおいてこの一次衝撃波の上流に確立されるように、構築および配置さ
れ、この粒子の用量は、実質的に全体的に、この実質的な偽定常流れに巻き込ま
れて、この偽定常流れによって加速され、そしてこのデバイスから排出される。

【００１９】この駆動チャンバは、気体で予め充填され得るか、または加圧気体でこの駆動
チャンバを充填するよう作動可能な、気体の供給源に接続され得る。この駆動チ
ャンバは、一定面積の管により構築され得るか、またはその下流端において収束
部を有し得る。

【００２０】この管セクションは、有利には、一定の断面積であり、そして粒子は通常、こ
の閉鎖手段の上流に位置する。

【００２１】好ましくは、この閉鎖手段の下流の収束部分は存在せず、そして管セクション
の下流に末広部分が存在する。このような末広部分が提供される場合には、衝撃
波は、過渡的始動プロセスに到達する際にこのプロセスを開始し、そしてこの過
渡的プロセスに、この末広部分における偽定常超音速流れが追従する。

【００２２】この末広部の目的は、巻き込まれた粒子を制御された様式でさらに加速するこ
とである。この末広部は、好ましくは、この部分を通る流れが実質的に正しく拡
張するような面積比を有し、そしてまた、斜めの衝撃波が末広部に形成されるこ
とを防止するような、そして／または粒子の均一な分配を提供するような、輪郭
にされ得る。

【００２３】さらなる閉鎖手段が提供され得、そしてこの閉鎖手段または第一の上記閉鎖手
段は、破裂可能な膜を備え得る。２つの閉鎖手段を使用する場合には、粒子は、
有利には、これらの膜の間に位置し、そして各閉鎖の開口圧力は、同じであって
も異なってもよい。

【００２４】本発明のさらなる局面は、無針注射デバイスの粒子保持アセンブリまたは無針
注射デバイスにおいて使用するための粒子保持アセンブリを提供し、このアセン
ブリは、以下：第１閉鎖手段であって、第１閉鎖手段を横切る圧力がＰ₁である場合に開くよ
うに構成される、第１閉鎖手段；および第２閉鎖手段であって、使用の際に前述の第１閉鎖手段の上流に位置し、そし
て第２閉鎖手段を横切る圧力がＰ₂である場合に、開くように構成される、第２
閉鎖手段、を備え、ここでＰ₁とＰ₂とは異なる。

【００２５】この局面に関係して、無針注射デバイスで気流中に粒子の用量を巻き込む方法
もまた提供され、この方法は、以下：上流閉鎖手段を横切る圧力差がＰ₂である場合に上流閉鎖手段を開いて気体の
雲を生成する工程；前述の粒子をこの気体の雲中に巻き込む工程；および下流閉鎖手段が気体の雲および巻き込まれる粒子に曝露される場合、ならびに
この下流閉鎖手段を横切る圧力差がＰ₁である場合に、下流閉鎖手段を開く工程
；を包含し、ここでＰ₁は、Ｐ₂と異なる。

【００２６】さらなる局面において本発明は、無針注射デバイスの粒子保持アセンブリまた
は無針注射デバイスにおける使用のための粒子保持アセンブリを提供し、このア
センブリは、以下：第１の閉鎖手段であって、第１の閉鎖手段を横切る圧力がＰ₁である場合に、
開くように構成される、第１の閉鎖手段；第２の閉鎖手段であって、使用の際に、第１閉鎖手段の上流に位置し、そして
第２閉鎖手段を横切る圧力がＰ₂である場合に開くように構成される、第２の閉
鎖手段；この第２閉鎖手段の上流の位置を、第１閉鎖手段と第２閉鎖手段との間の位置
に流体接続する移動管、を備える。

【００２７】好ましくは、この移動管は、閉鎖手段間の空間に位置する任意の粒子を混合す
るために、この空間にジェットを衝突させる。移動管自体にも閉鎖が提供され得
、この閉鎖は、第２の閉鎖手段の前に開くように構成され得る。この移動管は、
第２の閉鎖手段に位置付けられ得、そして小さな孔または溝として具体化され得
る。

【００２８】この局面に関係して、無針注射デバイスで気流中に粒子の用量を巻き込む方法
が提供され、この方法は、以下：上流閉鎖手段および下流閉鎖手段を有する管を提供する工程；移動管を提供する工程であって、この移動管は、上流閉鎖手段の上流からの気
体が、上流閉鎖手段と下流閉鎖手段との間の空間に導入されることを可能にする
ように構成される、工程、を包含する方法。

【００２９】別の局面において、無針注射デバイスの粒子保持アセンブリ、または無針注射
デバイスにおける使用のための粒子保持アセンブリがさらに提供され、このアセ
ンブリは、以下：第１の閉鎖手段であって、第１の閉鎖手段を横切る圧力がＰ₁である場合に開
くように構成される、第１の閉鎖手段；第２の閉鎖手段であって、使用の際に、第１閉鎖手段の上流に位置し、そして
第２閉鎖手段を横切る圧力がＰ₂である場合に、開くように構成される、第２閉
鎖手段；を備え、ここで前述の第１閉鎖手段および第２閉鎖手段のうちの１つが、破裂可能な膜
により構築され、この破裂可能な膜は、制御された破裂を生じるように溝をつけ
られるか、または窪まされる。

【００３０】最適な制御された破裂を達成するために、溝／窪み付けは、好ましくは膜の半
径方向の線に沿う。

【００３１】好ましくは、粒子は、第１閉鎖手段と第２閉鎖手段との間に位置付けられる。
駆動チャンバと、第１閉鎖手段と第２閉鎖手段との間の気体の容積との間に位置
する１つ以上の移動管（おそらくそれ自体の閉鎖手段を有する）を使用して、よ
り制御されかつ均一な粒子の巻き込みおよび流れの開始を容易にする。

【００３２】本発明に従う無針注射器の実施形態を、ここで例としてのみ、添付の図面を参
照して記載する。

【００３３】（実施形態１）本発明の第１の実施形態は、空気粉末化ディスポーザブルデバイスであり、そ
して図５中に概略的に示される。しかし、このデバイスは、再利用可能であり得
、そして／または、空気（例えば、ヘリウム、窒素もしくは気体の混合物）以外
の流体によって粉末化され得る。気体の選択を、デバイスの性能を調整するよう
に使用し得る。異なる気体または気体混合物は、同じデバイスにおいて異なる偽
定常気体速度を提供し、そして標的粒子速度は、適切な駆動気体選択によって綿
密に制御され得る。

【００３４】このデバイスは、駆動チャンバ５１と同じ直径の、円柱状管セクション（また
は衝撃チューブ）５２に取り付けられた伸長管状駆動チャンバ５１を備える。こ
の実施形態において、各チューブは、６ｍｍの直径を有するが、一般的に、直径
は、互いに異なり得、かつ任意の実用サイズであり得る。

【００３５】この実施形態において、駆動チャンバ５１は、６５ｍｍの長さＬ_Dを有し、そ
して管セクション５２は、３０ｍｍの長さＬ₁を有する。他の長さが可能であり
、そして実際に、これらの長さの決定は、デバイスの性能に影響を及ぼす際に重
要であると考えられている（後参照）。

【００３６】駆動チャンバ５１と管セクション５２との間の界面に、破壊可能な膜５３があ
る。膜５３は、Ｂｅｌｌｈｏｕｓｅらに開示される型であり、そして代表的に、
約５〜２０ｂａｒ、好ましくは、１０〜１５ｂａｒの範囲の、この膜にわたる圧
力差で破壊する。破壊圧は、重要なデバイスパラメータであるが、他の破壊圧も
また、所望される結果に依存して使用され得る。破壊プロセスの制御は、混合お
よび流れ均一性のために重要であり得、そして膜の従来の押込みまたはスコーリ
ング（好ましくは、破壊が伝播する半径方向の線に沿って）によって増強され得
る。これは、より対照的な膜開口部を提供し、続いて、標的平面においてより対
称的な粒子分布を提供し得る。

【００３７】管セクション５２の下流端は、この実施形態において輪郭末広ノズル５４を備
える。このノズル５４は、膜５３が破壊され、そして駆動チャンバ５１が吐き出
す場合に、正しく拡張された流れが、その中で確立されるような面積比Ａ_e／Ａ₁ を有する。実際には、この比（Ａ_e／Ａ₁）は、１〜５０の範囲であり得る。示さ
れるように、輪郭ノズル５４は、半角を有する円錐形状であり得、それほど急勾
配でないので流れの分離を引き起こさない。１５°までの半角が、実際に使用さ
れ得、そして６°が満足に作動することが、見出されている。末広ノズル５４は
、他の形態をとり得、そして実際に、本発明に必須ではない。

【００３８】駆動チャンバ５１は、小さな直径のブリード孔５６によって加圧気体（この場
合、空気）のリザーバ５５とその上流端にて接続される。他の気体または気体混
合物（滅菌されかつ容易に入手可能である）（例えば、ヘリウム、窒素、アルゴ
ンまたはＣＯ₂）もまた、適合する。リザーバ５５中の気体圧は、気体が駆動チ
ャンバ５１へ通過し得かつ膜５３を破壊し得るように十分であるべきである。こ
の実施形態において、気体圧は、６０ｂａｒであるが、膜破壊圧に依存してより
高いかまたはより低くあり得る。また、他の加圧手段（例えば、炸薬）は、駆動
チャンバ５１中に気体を送り出すために使用され得る。

【００３９】リザーバ５５は、標準手段（例えば、図に示されるようなバルブ５７）でブリ
ード孔５６に接続され得、その結果、リザーバ５５から駆動チャンバ５１への気
体の流れは、要求に応じて開始され得る。この実施形態において、ブリード孔５
６は、０．４ｍｍの直径を有する。これは、デバイス操作の間にリザーバ５５お
よび駆動チャンバ５１を効率的にデカップリングする（デカップリングの説明に
ついては、以下参照のこと）。しかし、ブリード孔の他のサイズ（例えば、０．
１ｍｍ〜５ｍｍ）は、使用され得る。より大きいホールが使用される場合、総デ
カップリングは、確立されず、そして駆動チャンバ５１中の総圧力Ｐ_totは、デ
バイスが作動されるにつれて上昇し得る（デカップリングを使用して、総圧力は
、一定のままである）。

【００４０】さらなる代替として、駆動チャンバ５１に、加圧気体を予め装填し得、そして
リザーバ５５は、省略され得る。このような配置において、膜５３は、デバイス
を作動させるように機械的に穿刺され得る。

【００４１】加速される粒子５８は、この実施形態において、破壊可能膜５３の領域におけ
る駆動チャンバ５１中に最初に位置付けられる。粒子５８は、膜５３に隣接して
最初に位置付けられる必要はない。それらが、駆動チャンバ５１中のどこかに最
初に位置付けられる場合、それらは、始動過渡期には巻き込まれないので、本発
明は、なお作動するべきである。また、粒子５８は、膜５３の下流側面に隣接し
て位置付けられ得、そしてこのデバイスは、なお作動するべきである。

【００４２】このデバイスの機能は、図３中のｘ−ｔ図によって概略的に示され、ｔ＝０は
、膜の破壊に対応する。リザーババルブ５７が開かれる場合、膜破壊圧が、駆動
チャンバ５１中に到達されるまで、気体は、リザーバ５５からブリード孔５６を
介して駆動チャンバ５１まで流れる。従って、膜５３の破壊の際に、下流方向で
管セクション５２の下方に伝播する衝撃３１が、発生する。特徴的衝撃形成距離
の後、衝撃３１は、一定速度で接触表面３２の前方に伝播する。接触表面３２は
、衝撃３１の後ろに密接に追従し、そして粒子３３は、その後ろに追従する。３
つの流れ領域が識別され得る：ｉ）衝撃波３１の前方の静止気体（領域１）ｉｉ）衝撃３１と接触表面３２との間の気体（領域２）ｉｉｉ）接触表面３２と粒子３３との間の気体（領域３）。

【００４３】粒子３３と接触表面３２との間の距離は、最初は時間とともに増加する。なぜ
なら、気体と比較して粒子の加速がより遅いからである。管セクション５２の機
能は、距離を提供することであり、この距離にわたって、衝撃３１および接触表
面３２が形成し得、その結果、衝撃３１（管５２と末広ノズル５４との間の変わ
り目にて始動プロセスを開始する）、すなわち図３中の「ノズル開始（Ｎｏｚｚ
ｌｅＳｔａｒｔ」）位置と粒子３３との間の分離は、増加する。瞬間遅延時間
ｔ_D（始動プロセスの開始と広がり体５４への粒子の到達との間の時間）は、粒
径および気体型の関数であり、それによって、より大きくかつより高密度な粒子
が、より遅延される。

【００４４】上記と同時に、第１（ｕ−ａ）膨張波３４は、それがブリード孔５６に到達す
るまで、下流方向で破壊膜５３の位置から一定速度（最初は、気体中の音速、ａ
）にて移動する。ここで、膨張波は、下流方向で（ｕ＋ａ）波３６として反射し
て戻らされ、ここで、それが、ノズル５４を通って最終的に抜け出るまで加速す
る。下流方向での気体速度は、ｕによって示され、そして気体中の音の局所速度
は、ａによって示される。さらに、（ｕ−ａ）膨張波が作製され、そして結果は
、図３中に示す不安定な拡張ファンである。

【００４５】衝撃３１が、領域２におけるチューブを通って移動する場合、衝撃３１は、領
域１中の静止気体をプロセスして領域２にあるように機能し、そしてそれがプロ
セスするこの気体を加熱して、その温度および密度を増加させる。これは、いわ
ゆる「衝撃加熱」プロセスである。

【００４６】衝撃３１が、末広ノズル５４の出発点に到達する場合、始動プロセスが開始さ
れ、そして第２（ｕ−ａ）波３５は、定常領域５２と広がり体５４との間の変わ
り目にて発生する。図３の実施形態において、駆動気体は、このようなものであ
り、そして圧力は、領域２および領域３の両方中の気体のマッハ数のために十分
に高く、１より大きい。この第２（ｕ−ａ）波３５は、下流方向でノズル５４に
そって比較的ゆっくりと伝播し、そして一旦接触表面３２がそれに追いつくと加
速する。これは、領域２における接触表面３２の前方の気体が衝撃波の通過によ
る衝撃で加熱され、そして領域３における接触表面３２の後ろの気体よりも高い
温度および高い音速を有するために起こる。領域３中の気体は、膨張波３４によ
って冷却されいる。従って、第２（ｕ−ａ）波３５が、接触表面３２によって追
いつかれる場合、それは、下流方向で速度を上げる。なぜなら、ａの値が、突然
下がるからである（一方で、速度の値、ｕは、接触表面３２にわたって一致して
いる）。従って、衝撃波の加熱および膨張冷却プロセスは、デバイスからの始動
プロセスを含みかつ加速する際に有益である。

【００４７】衝撃３１が、末広セクションにおいて伝播する場合、確立される（ｕ−ａ）波
のシステムは、複雑である。波３７のこのシステムは、この例では、（ｕ−ａ）
波の下流である。波３７は、衝撃３１の流れ上流および末広ノズル５１における
偽定常超音波流に一致することを必要とされる。波３７のこのシステムは、一般
的に、２次衝撃波３８を形成するように合体する。図３中に示されるように、第
２（ｕ−ａ）波３５ならびに波３７および３８の下流システムは、領域３を通過
し得る。

【００４８】管セクション５２の距離Ｌ₁は、粒子雲３３のバルクが、偽定常超音波流によ
って発散管５４中で加速されるように選択される。これは、２次衝撃３８が、先
行し、かつ粒子雲より先に発散管を後にすることを確実にすることによって達成
され得る。偽定常流は、実質的に、定常流であり、そして特に、この適用におい
て、実質的に衝撃波を含まない流れである。膨張波（例えば、（ｕ−ａ）波３５
）は、この偽定常流において存在し得る。

【００４９】言い換えると、このデバイスは、最終遅延時間ｔ_f（２次衝撃３８と粒子雲３
３のヘッドとの間の時間）が正であるように取り決められる。

【００５０】さらに、管セクション５２の長さＬ₁はまた、この長さが長くなればなるほど
、粒子３３はますます加速され、そして気体速度に接近するという理由のために
、重要である。領域３における気体は、均一密度および速度を有し、粒子３３は
、それらの速度と気体の速度との間の差異に起因して均一な加速を経験する。

【００５１】長い長さＬ₁は、理論的に、気体速度に近い粒子速度をもたらす。しかし、実
際に、特定の点を超えるまで長さＬ₁を増加させることにより、衝撃波減衰に起
因して、反射が減少し、そして管壁での境界層成長の結果として接触表面３２は
、衝撃波３１により近接して移動する。したがって、他のパラメータ（例えば、
駆動気体種および駆動気体圧力）およびシステムの他の拘束にも依存する最適管
距離（Ｌ₁）がある。

【００５２】駆動チャンバ５１の距離Ｌ_Dは、粒子５８がデバイスから外へ通過して、その
後反射した膨張波３６が、デバイスを通過するように選択される。言いかえると
、この距離は、好ましくは、反射した膨張波３６が、粒子雲３３のバルクに名目
上追いつかないように選択される。この距離は、理想的に、軽い気体（例えば、
ヘリウム）が、より高い音速を有する駆動チャンバにおいて使用される場合に、
より長くなることを必要とする。従って、衝撃波３８が末広ノズル出口にて到達
する点（効率的に、始動プロセスを終結する）と、反射した第１（ｕ−ａ）波３
６が、ノズル出口にて到達する点との間の時間の境界は、クリーン偽定常流のレ
ジメンを区切る。実質的に、粒子５８のすべては、クリーン流のレジメン（他で
は、粒子「送達ウィンドウ」と称される）において巻き込まれる。

【００５３】作動の際に、ブリード孔５６により、駆動チャンバ５１は、膜破壊圧が到達さ
れるまで次第に充填される。ブリード孔５６（オリフィス板によって構成され得
る）は、送り出しプロセスの間、ごく少量の気体が、リザーバ５５から駆動チャ
ンバ５１に漏洩し得ることを確実にするように機能する。したがって、ブリード
孔５６は、末端壁条件を効率的に作製し、流れシステムからリザーバ５５のデカ
ップリングの効果を有する。従って、駆動チャンバ５１における静止圧Ｐ_static は、実質的に一定のままであり、その時間を通じて、粒子は加速される。この実
施形態において、駆動チャンバ５１の静止圧Ｐ_staticは、膜破壊圧である。ノズ
ル出口における最初の大気（または周囲）出口圧は、Ｐ_eで示される。比Ｐ₃／Ｐ _e （Ｐ₃は、領域３における静止圧）は、分析方程式を介して比Ａ₁／Ａ_eと一致さ
れて、ノズルセクション５４を通った偽定常の正確な拡張流を確実にする。総圧
力が一定であるので、ノズル５４は、粒子送達ウィンドウの期間にわたって正し
く拡張され、実質的な全作動期間にわたって付加流（ａｔｔａｃｈｅｄｆｌｏ
ｗ）を生じる。従って、この流れは、クリーンであり、そして粒子５８が巻き込
まれる期間にわたって付加される。上記の記載は、正しく拡張されたノズルに関
する。しかし、システムは、強力であり、そして実質的にクリーンでかつ付加さ
れた流れ示す実験はまた、下方拡張ノズルまたはわずかに過拡張したノズルを用
いて得られ得る。正しく拡張されたノズルが、好ましい。

【００５４】ブリード孔５６はまた、それがリザーバ５５からの気体流速を制限するので、
デバイスをより簡単にサイレンスにする。

【００５５】粒子５８が偽定常流において巻き込まれることを確実にすることは、さらなる
利点を提供すると考えられる。流れが、フラット領域４１（この場合において、
皮膚または他の組織）上で衝突する場合、「衝突領域」（図４を参照のこと）が
設定される。この領域は、それらが皮膚４１の表面に接近する場合、粒子５８の
スピードを減少するように機能するよどみバブル４２を含む。理想的に、このノ
ズル出口は、スペーサー（図４中に示されない）によって標的平面からの予定の
距離で維持される。発散管内の領域３から拡張された偽定常流は、超音波流であ
り、そしてそれは、衝撃波４３によって衝突領域中で減速される。正しく拡張さ
れた末広ノズルを用いて、この超音波流は、出口にてパラレルジェットを形成し
、従って、衝突領域中で本質的に正常な衝撃４３を作製する。この制御された衝
突領域は、薬物粒子５８が、衝撃を通って通過した後でかつ皮膚または組織標的
に衝突する前に減速する場合、それらがジェット中心線から外部縁まで均一な速
度を維持することを確実にする。

【００５６】（実施形態２）上記の実施形態において、領域２および３の両方における気体流は、超音波（
すなわち、マッハ数（Ｍ＞１）を有する）である。しかし、デバイスはまた、領
域２における気体が１より小さいマッハ数を有する場合に作動することに注意す
るべきである。この場合において、始動プロセスの性質は、図６中に示されるよ
うに変更され、ここで、同一の参照数字は、同様の特徴に対応する。ここで、（
ｕ−ａ）波３５は、最初に、上流を伝播する（なぜなら、ｕは、ａより小さいか
らである）。この（ｕ−ａ）波３５およびその後の（ｕ−ａ）波３７は、反射さ
れ、そして（ｕ＋ａ）波および（ｕ−ａ）波のそれぞれとして接触表面３２にて
伝達される（伝達された（ｕ−ａ）波のみが、図６中に示される）。波３７の複
雑なシステムは、第２衝撃３８を再び形成するように付加する。

【００５７】従って、領域２におけるＭ＜１の正味の効果は、第２衝撃３８のノズル出口（
効率的に、始動プロセスを終結する）における到達の時間のシフトである。これ
は、実施例３および６を比較することによって理解し得、ここで、衝撃３８は、
図３中よりも図６中においてより遅く到達し、図６においてｔ_fの減少した値を
与える。これは、単純に、第２衝撃３８の到達と、第１反射（ｕ−ａ）波３６の
到達（図６中に示されない）との間のクリーン流（送達ウィンドウ）の衝突レジ
メンの期間を変化させる。

【００５８】（実施形態３）デバイス操作のためのさらなる可能性は、領域３における流れが、１より小さ
いマッハ数を有する場合に生じる。

【００５９】駆動された気体が、空気であり、そして駆動管５１が、最初に、以下：・十分な低圧力にて崩れる閉鎖手段をともなう空気（または窒素、あるいは比較
的高分子量を有する他の気体）、あるいは；・空気よりもより早い音速を有する、空気以外の気体種；を伴なって提供され場合、領域３における流れは、１未満のマッハ数を有し得る
（図７を参照のこと）。この実施形態において、領域３における気体は、ノズル
発散セクション５４の出発において開始される第２不安定拡張ファン７１を介し
てマッハ１まで拡張されるが、ただし、駆動総圧力は、臨界値より高い。この拡
張ファン７１は、発散セクション５４の上流端にて気体を音速度にする。次いで
、この音速度気体は、以前の２つの実施形態に記載されるように、発散セクショ
ンにおける超音波流として偽定常的に拡張する。さらに、以前の実施形態に記載
される始動プロセスは、ここで存在し、詳細は、領域２における流れが、マッハ
１より大きいか小さいかに依存する。領域２における流れは、図７において音速
以下である。従って、偽定常流の送達ウィンドウ（実質的に、正しく拡張されか
つ均一である）は、達成され、この中で、薬物粒子ペイロードは、正常に巻き込
まれる。

【００６０】（実施形態４）デバイスは、膜開口部領域にかなり感受性であることが、見出された。従って
、破裂される場合の膜５３（または開けられる場合の任意の他の適切な閉鎖）は
、管セクション５２の領域と実質的に同一な領域に存在すべきことが望ましい。
これを達成するための装置の例は、図８ａおよび８ｂ中に示される。図８ａは、
破裂前の状況を示す。環状チャネル８１は、膜５３（図８中に破線で示されるが
、実際には、非多孔性である）の下流側面に隣接して配置され、その結果、膜５
３が破裂する場合、気体流に提示される領域は、実質的に一定である（図８ｂを
参照のこと）。提示された領域がより小さい場合、狭窄が、望ましくない気体動
力学（例えば、定常拡張および流れ摂動の作製）を生じる流れにおいて生じる。

【００６１】（実施形態５）上記の実施形態において、駆動チャンバ５１は、管セクション５２と同じ領域
を有するように示される。しかし、駆動チャンバ５１は、管セクション５２より
も大きい領域を有するように構築され得る。これは、図９において示される。こ
のような構成は、より弱い不安定な拡張ファン３０を生じ、従って、より弱い反
射（ｕ＋ａ）波３６を生じる。より大きい駆動チャンバ断面積によって引き起こ
されるより弱い膨張波は、粒子５８の加速に対してより小さい崩壊を引き起こし
、これらの波は、皮膚組織または標的への侵入の前に、粒子のいくらかを留め上
げる。

【００６２】さらに、この構成は、膜開口部領域における変形に対して、このデバイスの感
受性を低下させる。駆動チャンバ領域Ａ₀は、好ましくは、管セクション領域Ａ₁ 未満ではなく、というのも、これは、膜において効率的に発散を生じるからであ
ることに留意すべきである。これは、粒子が出発する地点にて波を作製し、そし
て粒子５８が気体流において巻き込まれる前に、一過性出発にノズルから外に通
過させそうにない。

【００６３】（実施形態６）粒子混合を増強するための本発明の別の可能な局面が、ここで記載される。図
１０ａは、２つの膜（１０１、１０２）を有するデバイスを示す。粒子５８は、
駆動チャンバ５１における２つの膜の間に最初に位置付けられる。この膜は、異
なる破裂圧を有するように構築され、上流膜１０１は、下流膜１０２よりも低い
破裂圧を有する。駆動チャンバ５１が充填され、かつ上流破裂圧に到達される場
合、第１膜１０１は破裂し（図１０ｂを参照のこと）、この間、気体１０３のジ
ェットは、粒子５８が維持される容量に流出する。このジェット１０３は、気体
の混合を生じ、かつ粒子にかなり均一な気体−粒子雲を作製させると考えられる
（図１０ｃを参照のこと）。従って、下流膜１０２が、高圧にて破裂する場合、
粒子５８は、雲中にすでに巻き込まれ、そして粒子のより均一な広がりが、得ら
れる。２つの膜の破裂圧における差異によって生じる遅延時間は、気体−粒子混
合を可能にしかつ雲を形成させるのに十分であり、それによって、下流膜１０２
の破裂の前に、（例えば、デバイスにおける最低点において）粒子を一緒に束に
させる、粒子間の重力または引力の可能な効果を克服する。有利に、距離（例え
ば、１つの膜半径より大きい距離）は、２つの膜を分離してクリーン膜破裂およ
び良好な混合を可能にする。

【００６４】さらなる改変として、粒子５８は、上流膜１０１の上流に最初に位置付けされ
得る。上流膜１０１が破裂する場合、膜の間の空間に流れる気体は、それを有す
る粒子５８を運搬し、従って、混合は、上で記載された方法と同じ方法で雲を作
成するように実行される。

【００６５】（実施形態７）さらなる可能な粒子巻き込みアプローチは、ここで、図１１ａ〜１１ｅを参照
して記載される。またもや、粒子５８は、２つの膜の間に最初に位置付けられる
が、しかし、上流膜１１１は、ここで、下流膜１１２よりもより高い破裂圧を有
する（図１１ａを参照のこと）。上流膜１１１が、短いが有限の時間にわたって
破裂する場合、気体１１３のジェットは、それが、容量を充填するにつれて粒子
を混合し、そして局所圧を増加させる（図１１ｂおよび１１ｃを参照こと）。下
流膜１１２は、その低破裂圧の結果として、上流膜１１１の破裂の間または破裂
のすぐ後に破裂する。このプロセスによって作製される新しいジェット１１４（
図１１ｄを参照のこと）は、ジェット１１３よりも弱く、そして膜１１２は、膜
１１１よりも短い破裂時間にわたって開き、そしてより制御された巻き込みプロ
セスを生じる（破裂時間は、膜を開ける際に存在する不必要に過剰な圧力によっ
て一部決定される）。

【００６６】（実施形態８）図１２ａ〜１２ｃは、粒子混合を援助するように設計された、本発明の第８の
実施形態の操作における段階を示す。

【００６７】図１２ａから分かり得るように、移動管１２１は、２つの膜１２３と１２４と
の間の容量に対して駆動管を結合する気体チャネルを作製するように提供される
。この移動管は、それ自体、理想的には膜１２３よりも低いバースト圧を有する
膜１２２をともなって提供される。

【００６８】操作の際に、気体は、駆動チャンバに供給され、そして移動管に侵入する。膜
１２２は、気体が、その予定のバーストレベルに到達する場合に破裂する。膜１
２２が破裂する場合、気体は、移動管に沿って伝播し、そして膜１２３と１２４
との間の空間に噴射する（図１２ｂを参照のこと）。これは、気体および粒子５
８の混合を引き起こして、膜の間の気体および粒子の雲を作製する。次いで、膜
１２３は、膜１２４のようにバーストし、時間は、相対バースト圧によって決定
される。移動管は、粒子の容量に気体のジェットを提供して、膜１２３および１
２４が破裂する前に混合を引き起こすように機能することを、理解し得る。

【００６９】膜１２２は、必須ではなく、そして特に、移動管が、駆動管５１から効率的に
デカップリングされるように非常に小さな断面積を有する場合に、省かれ得る。

【００７０】駆動気体が、移動管１２１を完全に下方に流れることによって膜１２３を完全
に回避しないことを確実にするために、移動管１２１が、駆動管５１より小さい
断面積を有することは、一般的に必要である。さらに、膜１２２は、膜１２３よ
りわずかに高いかまたは膜１２３と同じバースト圧を有し得る。この場合におい
て、移動管１２１によって提供されるサイドジェットは、膜１２３の開口部によ
って提供されるジェットのすぐ後かまたは同じ時間で提供される。

【００７１】１以上の移動管１２１は、このデバイスにおいて提供され得、そしてこれらの
移動管の１つまたはいくらかは、容量におけるサイドジェットを提供するように
道順を決められ、最初に収容粒子を提供するように道順を決められない。

【００７２】上記の好ましい改変は、添付の図面の図１３ａ〜１３ｃにおいて示される。こ
の改変において、移動管は、上流閉鎖手段１３１において小さな開口１３４から
なる。従って、気体圧が、上流閉鎖手段１３１に曝される場合、ある程度の気体
１３３は、膜破裂より前に移動管として作用する小さな開口１３４を通る道順を
決められる。これは、個々の、管状の移動管によって提供される効果と同様な混
合効果を引き起こす。

【００７３】上流膜１３１は、任意の粒子が漏洩することを防止するために十分小さなサイ
ズを有する開口１３４を有する。この開口は、好ましくは、円形であり、そして
上流膜１３１上に集中する。あるいは、移動管は、以下の２つの段階でバースト
するようにスコーリングされる膜によって提供され得る；集中してスコーリング
された部分は、気体１３３のジェットを可能にするように最初に破裂して、２つ
の膜の間の容量に侵入し、次いで、膜破裂の残余は、偽安定気体流が確立される
ことを可能にする。

【００７４】移動管１３４は、膜１３１における１以上のピンプリック（ｐｉｎ−ｐｒｉｃ
ｋ）によって理想的に提供され得るか、またはこの膜の集中部分は、気体圧がそ
こに印加される場合に開く一連の葉様フラップで構成され得る。上流膜破裂の前
に、上流膜と下流膜との間の容量に気体が侵入することを可能にする任意の手段
は、完全に適合する。

【００７５】上記において、閉鎖手段は、破裂可能膜の形態を取るが、任意の他の適切な、
迅速に操作可能な閉鎖（例えば、非膜カセット）手段は、代替的に使用され得る
。

【００７６】末広ノズル５４は、輪郭をつけられる、単純なプロフィールまたは同等物を有
し、ノズル気体流が、均一でありかつ傾斜衝撃を含まないことを確実にし得る。
この場合において、平行および均一ノズル出口流はまた、名目上フラット衝突衝
撃およびより均一な衝突領域を設定する。

【００７７】本発明は、依然として、末広ノズル５４が完全に施行される場合に十分に作用
する。このような場合において、気体は、管セクション５２の下流端にて迅速な
拡張をうける。この場合は、上記の始動プロセスと類似の、下流フリージェット
における始動プロセスを用いる下方拡張ノズル作用と等価である。従って、始動
プロセスの分類は、末広ノズルの非存在においてさえ作製され、本発明の概念は
、末広ノズルを有さないデバイスになお適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、Ｂｅｌｌｈｏｕｓｅらに記載されるフローレジムと同様の従来技術の
デバイスに存在するフローレジムを記載する、ｘ−ｔ図を概略的に示す。

【図２】図２は、ノズルの断面図およびフローの１７７μｓ後に上記の従来技術のデバ
イスを出る粒子の瞬間の軸方向の速度を示す。

【図３】図３は、本発明の第１の実施形態に従うデバイスにおいて存在するフローレジ
ムを記載するｘ−ｔ図を概略的に示す。

【図４】図４は、標的表面および衝突領域の概略的断面立面図を示す。

【図５】図５は、本発明の第１の実施形態に従う無針注射デバイスを、概略的断面側方
立面図で示す。

【図６】図６は、領域２中の気体が亜音速であり、領域３における気体が超音速である
場合に、本発明の第２の実施形態に従うデバイスにおける始動プロセスの挙動を
記載する、概略的ｘ−ｔ図の一部を示す。

【図７】図７は、領域２および３における気体が超音速である場合の本発明の第３の実
施形態に従うデバイスにおける始動プロセスの挙動を記載する、概略的ｘ−ｔ図
の一部を示す。

【図８】図８ａおよび８ｂは、無針注射デバイスの第４の実施形態の管部分の膜領域の
概略的断面（前後の）側方立面図であり、そして管部分が、膜バーストの後によ
り一定の断面領域を維持するために拡大された管部分を有する、本発明のさらな
る局面を例示する。

【図９】図９は、図５の実施形態に対する改変である第５の実施形態を示し、ここで駆
動チャンバは、管部分より大きな断面積を有す（デバイスの一部のみが示される
）。

【図１０】図１０ａ、１０ｂおよび１０ｃは、無針注射デバイスの第６の実施形態の膜領
域の、一連の概略的断面側方立面図であり、そして駆動チャンバ中の２つの閉鎖
間における混合気体−粒子雲の発生に関する本発明の別の局面を示す。

【図１１】図１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄおよび１１ｅは、破裂圧および粒子巻き込
みの時機が異なることを除いて、図１０の一連の図に関与する第７の実施形態を
示す。

【図１２】図１２ａ、１２ｂおよび１２ｃは、第８の実施形態の膜領域の、一連の概略的
断面側方立面図であり、そして駆動チャンバ中の２つの閉鎖間に混合気体−粒子
雲を発生するための移動管および別個の破裂可能膜の使用を示す。

【図１３】図１３ａ、１３ｂ、および１３ｃは、移動管が上流閉鎖手段に位置付けされる
第８の実施形態の改変である膜領域の一連の概略的断面側方立面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者ブラウン，ガリーイギリス国オーエックス４４ジーエイオックスフォード，ロバートロビンソンアベニュー４，ザオックスフォードサイエンスパーク，パウダージェクトリサーチリミテッドＦターム(参考） 4C066 AA09 AA10 BB01 CC07 DD02 DD05 EE11 【要約の続き】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動チャンバおよび該駆動チャンバの下流に位置する管セク
ションを有する無針注射デバイスにおいて、粒子の用量を加速する方法であって
、該方法が、以下：該駆動チャンバと該管セクションとの間に位置する閉鎖手段を開く工程；該管セクション内を下流方向に移動する、一次衝撃波を生成する工程；該管セクション内の流体の実質的な偽定常流れを、該一次衝撃波の上流に確立
する工程；および実質的に全ての粒子の用量を、該粒子が該管セクション内にある持続時間にわ
たって、該実質的な偽定常状態流れに巻き込み、そして加速する工程。を包含する、方法。
【請求項２】前記管セクションが、実質的に一定の断面積の管セクション
であり、そして前記方法が、前記一次衝撃波が該実質的に一定の断面積の管セク
ションの下流端に到達する際に、始動プロセスを開始する工程をさらに包含する
、請求項１に記載の無針注射デバイスにおいて粒子の用量を加速する方法。
【請求項３】前記粒子を巻き込み、そして加速する工程が、前記実質的に
一定の断面積の管セクションにおいて実施される、請求項２に記載の粒子を加速
する方法。
【請求項４】前記一次衝撃波の後ろで下流方向に移動する、二次衝撃波を
生成する工程をさらに包含する、請求項１、２、または３に記載の無針注射デバ
イスにおいて粒子の用量を加速する方法。
【請求項５】前記偽定常流れが、前記二次衝撃波の上流に確立される、請
求項４に記載の粒子を加速する方法。
【請求項６】前記粒子が、前記閉鎖手段の上流の初期位置から巻き込まれ
、そして加速される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の粒子を加速する方法
。
【請求項７】前記粒子が、前記閉鎖手段の下流のくびれ部を通して加速さ
れない、請求項１〜６のいずれか１項に記載の粒子を加速する方法。
【請求項８】前記閉鎖手段が、第一閉鎖手段であり、そして前記方法が、
該第一閉鎖手段を開く工程の前に、さらなる閉鎖手段を開く工程をさらに包含す
る、請求項１〜７のいずれか１項に記載の粒子を加速する方法。
【請求項９】前記流体の偽定常流れを、前記管セクションの下流に位置す
る末広ノズルを通して方向付ける工程をさらに包含する、請求項１〜８のいずれ
か１項に記載の粒子を加速する方法。
【請求項１０】前記末広ノズル部分を通して方向付けられた偽定常流れが
、実質的に正しく拡張する、請求項９に記載の粒子を加速する方法。
【請求項１１】前記ノズル部分を通して方向付けられた偽定常流れが、該
偽定常流れの断面にわたって実質的に均一な速度分布で前記デバイスの下流端を
出る、請求項９または１０に記載の粒子を加速する方法。
【請求項１２】前記末広ノズル部分が、前記偽定常流れの前記粒子が巻き
込まれる部分において斜めの衝撃波が実質的に形成しないような内部輪郭を有す
る、請求項９、１０、または１１のいずれか１項に記載の粒子を加速する方法。
【請求項１３】前記無針注射デバイスを標的面から一定の距離に置く工程
；前記末広部分の出口において、実質的に垂直な衝撃波を生成する工程；該実質的に垂直な衝撃波が該標的面に衝突する場合に、該実質的に垂直な衝撃
波が半径方向にほぼ均一な速度を有するように、該実質的に垂直な衝撃波中の粒
子を減速する工程、をさらに包含する、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の粒子を加速する工程
。
【請求項１４】前記管セクションの下流端において、（ｕ−ａ）波を開始
する工程をさらに包含する、請求項９〜１３のいずれか１項に記載の粒子を加速
する方法。
【請求項１５】前記偽定常流れが、前記（ｕ−ａ）波の上流に確立される
、請求項１４に記載の粒子を加速する方法。
【請求項１６】前記閉鎖手段の位置から上流方向に移動する、膨張波を生
成する工程をさらに包含する、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の粒子を加
速する方法。
【請求項１７】前記膨張波が下流方向に移動するように、該膨張波を反射
させる工程をさらに包含する、請求項１６に記載の粒子を加速する方法。
【請求項１８】前記反射された膨張波が前記デバイスの下流端から外に通
過する場合に、前記偽定常流れが終結する、請求項１７に記載の粒子を加速する
方法。
【請求項１９】前記粒子が前記デバイスを出る際に、該粒子の速度を制御
するように、駆動気体種または駆動気体種の組み合わせを選択する工程をさらに
包含する、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の粒子を加速する方法。
【請求項２０】無針注射デバイスであって、以下：使用の際に加圧気体のチャージを収容するよう配置される、駆動チャンバ；該駆動チャンバに接続され、該チャンバからの気体を受容するための、管セク
ション；閉鎖手段であって、該閉鎖手段が開くまで、該駆動チャンバから該管セクショ
ンへの気体の流れを防止するための、閉鎖手段；ならびに該デバイス中の閉鎖手段の領域に位置する、粒子の用量、を備え、該デバイスは、該閉鎖手段を開く際に、一次衝撃波が生成されて該管セクショ
ンに沿って下流方向に移動し、そして実質的な偽定常気体流れが該管セクション
において該一次衝撃波の上流に確立されるように、構築および配置され、該粒子
の用量は、実質的に全体的に、該実質的な偽定常流れに巻き込まれて、該偽定常
流れによって加速され、そして該デバイスから排出される、無針注射デバイス。
【請求項２１】前記一次衝撃波が前記管セクションの下流端に到達する際
に過渡的な始動プロセスを開始するように、前記デバイスが配置される、請求項
２０に記載の無針注射デバイス。
【請求項２２】前記閉鎖手段が、前記駆動チャンバの下流の範囲に位置す
る、請求項２０または２１に記載の無針注射デバイス。
【請求項２３】前記駆動チャンバが、加圧気体で予め充填される、請求項
２０〜２２のいずれか１項に記載の無針注射デバイス。
【請求項２４】気体流体の供給源をさらに備え、前記駆動チャンバが該供
給源と流体接続され、そして該チャンバと該供給源との間の流体接続を開く際に
、該供給源によって、前記加圧気体のチャージを提供されるよう配置される、請
求項２０〜２２のいずれか１項に記載の無針注射デバイス。
【請求項２５】前記流体接続が、前記閉鎖手段を開く際に、前記駆動チャ
ンバを前記気体流体の供給源から外すために実質的に十分に小さなサイズの漏出
穴からなる、請求項２４に記載の無針注射デバイス。
【請求項２６】前記管セクションが、実質的に一定の断面積のチューブを
備える、請求項２０〜２５のいずれか１項に記載の無針注射デバイス。
【請求項２７】前記粒子が、前記閉鎖手段の上流に位置する、請求項２０
〜２６のいずれか１項に記載の無針注射デバイス。
【請求項２８】前記管セクションが、収束部分を、該管セクションの内部
の前記閉鎖手段の下流に実質的に備えない、請求項２０〜２７のいずれか１項に
記載の無針注射器デバイス。
【請求項２９】前記管セクションの下流に位置する末広ノズル部分をさら
に備える、請求項２０〜２８のいずれか１項に記載の無針注射デバイス。
【請求項３０】前記末広ノズル部分が、入口断面積および出口断面積を有
し、該面積が、前記デバイスが作動するよう配置される全駆動チャンバ圧力に従
って選択され、その結果、使用の際に、前記粒子が該末広部分を通過する場合に
該末広部分内の気体流れが実質的に正しく拡張する、請求項２９に記載の無針注
射デバイス。
【請求項３１】前記末広ノズル部分が、前記実質的な偽定常流れにおいて
斜めの衝撃波が実質的に形成されないような内部輪郭を有する、請求項２９また
は３０に記載の無針注射デバイス。
【請求項３２】前記末広ノズル部分が、前記管セクションの下流において
任意の膨張を引き起こすような輪郭にされ、これによって、該末広部分の出口に
おいて、半径方向にほぼ均一な粒子分布、および半径方向にほぼ均一な粒子速度
分布を提供し、実質的に平行な速度の粒子および気体が、該デバイスを出る、請
求項２９〜３１のいずれか１項に記載の無針注射デバイス。
【請求項３３】前記デバイスの下流端に位置するスペーサーをさらに備え
る、請求項２９〜３２のいずれか１項に記載の無針注射デバイスであって、該ス
ペーサーは、十分なクリアランスで、前記末広ノズル部分出口の下流に標的面を
一定の間隔で置くよう構成され、該十分なクリアランスによって、実質的に垂直な衝撃波が、該末広ノズル部分
の出口の下流に位置することが可能であり；その結果、使用の際に、該垂直な衝撃波が、該デバイスからの気体および粒子のジェット
と相互作用し、実質的に制御された均一な気体停滞領域を提供し、該気体停滞領
域は、該粒子が該標的面に衝突する際に、該粒子をほぼ均一な速度に減速する、
無針注射デバイス。
【請求項３４】前記駆動チャンバが、実質的に一定の面積のチューブを備
える、請求項２０〜３７のいずれか１項に記載の無針注射デバイス。
【請求項３５】前記駆動チャンバが、前記閉鎖手段の上流に位置する収束
部を該チャンバの下流端に備える、請求項２０〜３４のいずれか１項に記載の無
針注射デバイス。
【請求項３６】前記閉鎖手段が、破裂によって開くよう配置される破裂可
能な膜を備える、請求項２０〜３５のいずれか１項に記載の無針注射デバイス。
【請求項３７】前記破裂可能な膜が、該膜の表面の押し込みまたはスコー
リングに起因して、制御された様式で破裂するよう配置される、請求項３６に記
載の無針注射デバイス。
【請求項３８】前記デバイスが、さらなる閉鎖手段を備える、請求項２０
〜３７のいずれか１項に記載の無針注射デバイス。
【請求項３９】前記さらなる閉鎖手段が、前記駆動チャンバ内で、前記粒
子の上流に位置する、請求項３８に記載の無針注射デバイス。
【請求項４０】前記さらなる閉鎖手段が、破裂によって開くよう配置され
る破裂可能な膜を備える、請求項３８または３９に記載の無針注射デバイス。
【請求項４１】前記破裂可能な膜が、該膜の表面の押し込みまたはスコー
リングに起因して、制御された様式で破裂するよう配置される、請求項４０に記
載の無針注射デバイス。
【請求項４２】無針注射デバイスの粒子保持アセンブリ、または無針注射
デバイスにおいて使用するための粒子保持アセンブリであって、該アセンブリが
、以下：第一閉鎖手段であって、該第一閉鎖手段を横切る圧力がＰ₁である場合に開く
よう配置される、第一閉鎖手段；および第二閉鎖手段であって、使用の際に、該第一閉鎖手段の上流に位置し、そして
該第二閉鎖手段を横切る圧力がＰ₂である場合に開くよう配置される、第二閉鎖
手段、を備え、ここで、Ｐ₁とＰ₂とが異なる、アセンブリ。
【請求項４３】Ｐ₁がＰ₂より大きい、請求項４２に記載のアセンブリ。
【請求項４４】Ｐ₂がＰ₁より大きい、請求項４２に記載のアセンブリ。
【請求項４５】無針注射デバイスの粒子保持アセンブリ、または無針注射
デバイスにおいて使用するための粒子保持アセンブリであって、該アセンブリが
、以下：第一閉鎖手段であって、該第一閉鎖手段を横切る圧力がＰ₁である場合に開く
よう配置される、第一閉鎖手段；第二閉鎖手段であって、使用の際に、該第一閉鎖手段の上流に位置し、そして
該第二閉鎖手段を横切る圧力がＰ₂である場合に開くよう配置される、第二閉鎖
手段；移動管であって、該第二閉鎖手段の上流の位置を、該第一閉鎖手段と該第二閉
鎖手段との間の位置へと流体接続する、移動管、を備える、アセンブリ。
【請求項４６】前記移動管が、気体のジェットを前記第二閉鎖手段の上流
から方向付けて、前記第一閉鎖手段と該第二閉鎖手段との間に位置する任意の粒
子を衝突捕集するよう配置され、その結果、気体／粒子雲を、該第一閉鎖手段と
該第二閉鎖手段との間に作製する、請求項４５に記載の粒子保持アセンブリ。
【請求項４７】前記移動管内に、移動管閉鎖手段をさらに備える、請求項
４５または４６に記載の粒子保持アセンブリ。
【請求項４８】前記移動管閉鎖手段が、該移動管閉鎖手段を横切る圧力が
Ｐ_Tである場合に開くよう配置され、ここでＰ_TがＰ₂より小さい、請求項４７に
記載の粒子保持アセンブリ。
【請求項４９】前記移動管が、前記第二閉鎖手段内に位置する、請求項４
５〜４８のいずれか１項に記載の粒子保持アセンブリ。
【請求項５０】前記第一閉鎖手段と前記第二閉鎖手段との間に位置する、
粒子の用量をさらに備える、請求項４２〜４９のいずれか１項に記載の粒子保持
アセンブリ。
【請求項５１】前記種々の閉鎖手段のいくつかまたは全てが、各々、破裂
可能な膜により構成され、該膜が、制御された破裂を提供するためにスコーリン
グされるかまたは押し込まれる、請求項４２〜５０のいずれか１項に記載の粒子
保持アセンブリ。
【請求項５２】無針注射デバイスの粒子保持アセンブリ、または無針注射
デバイスにおいて使用するための粒子保持アセンブリであって、該アセンブリが
、以下：第一閉鎖手段であって、該第一閉鎖手段を横切る圧力がＰ₁である場合に開く
よう配置される、第一閉鎖手段；および第二閉鎖手段であって、使用の際に、該第一閉鎖手段の上流に位置し、そして
該第二閉鎖手段を横切る圧力がＰ₂である場合に開くよう配置される、第二閉鎖
手段；を備え、ここで、該第一および第二の閉鎖手段のうちの一方が、破裂可能な膜に
よって構成され、制御された破裂を提供するために、該膜がスコーリングされる
かまたは押し込まれる、粒子保持アセンブリ。
【請求項５３】前記スコーリングされるかまたは押し込まれる破裂可能な
膜が、１つ以上の放射状の線に沿って、スコーリングされるかまたは押し込まれ
る、請求項５２に記載の粒子保持アセンブリ。
【請求項５４】前記アセンブリが、請求項２０〜４１のいずれかに記載の
構成を有する無針注射デバイスのものであるか、または該デバイスにおいて使用
するためのものである、請求項４２〜５３のいずれか１項に記載のアセンブリ。
【請求項５５】請求項４２〜５４のいずれか１項に記載のアセンブリを備
える、無針注射デバイス。
【請求項５６】身体組織への粒子の注射を包含する、無針注射の方法であ
って、該方法が、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の粒子を加速する方法を
使用して、無針注射デバイス内の該粒子を加速する工程を包含する、方法。
【請求項５７】無針注射デバイスにおいて、気体流れ中に粒子の用量を巻
き込む方法であって、該方法が、以下：上流閉鎖手段を横切る圧力差がＰ₂である場合に、該上流閉鎖手段を開いて、
気体の雲を生成する工程；該粒子を該気体の雲に巻き込む工程；および下流閉鎖手段が該気体の雲および巻き込まれた粒子の雲に曝露される場合に、
かつ該下流閉鎖手段を横切る圧力差がＰ₁である場合に、該下流閉鎖手段を開く
工程；を包含し、ここで、Ｐ₁がＰ₂と異なる、方法。
【請求項５８】無針注射デバイスにおいて、気体流れ中に粒子の用量を巻
き込む方法であって、該方法が、以下：上流閉鎖手段および下流閉鎖手段を有する管を提供する工程；移動管を提供する工程であって、該移動管が、該上流閉鎖手段の上流からの気
体を、該上流閉鎖手段と該下流閉鎖手段との間の空間に導入することを可能にす
るよう配置される、工程、を包含する、方法。
【請求項５９】前記上流閉鎖手段と前記下流閉鎖手段との間に位置する任
意の粒子を衝突除去するための気体のジェットを生じさせ、これによって、該上
流閉鎖手段と該下流閉鎖手段との間に、気体／粒子雲を作製する工程をさらに包
含する、請求項５８に記載の粒子の用量を巻き込む方法。
【請求項６０】前記移動管内に、移動管閉鎖手段を提供する工程をさらに
包含する、請求項５８または５９に記載の粒子の用量を巻き込む方法。
【請求項６１】前記移動管閉鎖手段を横切る圧力がＰ_Tである場合に、該
移動管閉鎖手段を開く工程をさらに包含し、該圧力が、前記上流閉鎖手段を開く
圧力より低い、請求項６０に記載の粒子の用量を巻き込む方法。
【請求項６２】前記上流閉鎖手段の小さな開口部に気体を通過させる工程
；およびいくらかの気体が該上流閉鎖手段を通過して該上流閉鎖手段と前記下流閉鎖手
段との間の前記空間に入った後に、該上流閉鎖手段の破裂を引き起こす工程、をさらに包含する、請求項５８〜６１のいずれか１項に記載の粒子の用量を巻き
込む方法。
【請求項６３】身体組織内への粒子の注射を包含する、無針注射の方法で
あって、該方法が、請求項５８〜６２のいずれか１項に記載の粒子を巻き込む方
法を使用して、無針注射デバイスにおいて該粒子を気体流れに巻き込む工程を包
含する、方法。