JP2009543634A - ダブルストッパを備えた低圧力プロファイル無針注射器 - Google Patents

Abstract

本発明は、ガス発生器等のエネルギー源と、上流側ストッパ（４）および下流側ストッパ（５）によって閉鎖され、その間に液状有効成分（６）を収容するタンク（３）と、受け部（７）および少なくとも１つの噴射管（８）を有する噴射ノズルとを備え、前記受け部は、前記各噴射管の開放前に前記下流側ストッパが移動する距離と同等の高さを有するキャビティ（１０）を有している無針注射器（１）であって、前記キャビティのミリメートル単位の高さが、以下の式：
最小高さ＝３
最大高さ＝１５×ｅｘｐ（−（Ｖ／９）^２）＋１０
（式中、Ｖはバール／ミリ秒で表される圧力プロファイルにおける初期上昇速度を示す）
によって定義される最小高さと最大高さとの間の値となるように、かつ前記各噴射管の長さの、前記キャビティの高さに対する比が１〜２となるように、成形されていることを特徴とする無針注射器に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばガス発生器等のエネルギー源で動作し、人間医学または獣医学分野での治療において、液状有効成分の皮内注射、皮下注射および筋肉注射を行うために用いられる前充填式の使い捨て無針注射器の技術分野に属するものである。

有効成分は、多くの場合、粘稠液体、液体混合物またはゲル状物質で構成されている。また、有効成分は、注射に適した溶剤中の溶液に含まれる固体物や、特定の濃度で適当な液体中に懸濁された粉体固形物である場合もある。したがって、この有効成分の粒径は、導管が目詰まりしないように、導管の直径に適合したものでなければならない。

本願において用いられる場合、「液状有効成分」という用語は、前記の有効成分の具体例をすべて含む包括的な定義をなすものである。

液状有効成分のタンクを備えた無針注射器は、管状のものがすでに存在し、特許の対象となっている。例えば、特許文献１は、噴射ノズルと、噴射される液状有効成分を収容する管とを備え、前記管が連結手段によって前記ノズルに固定されている無針注射器に関する。

従来より、当業者は、一方では液状有効成分を収容する管に、他方では特に特許文献２に記載の「ダブルストッパ」構造における下流側ストッパに損傷が及ぶ危険性を、できるだけ少なくするか、あるいは排除することを模索してきた。このダブルストッパ構造は、一方では管の側壁によって、他方では上流側ストッパおよび下流側ストッパによって、その範囲が定められ、液状有効成分を収容する液体カラムを有することを特徴とする。ガスが発生すると、このカラムは、下流側ストッパがノズル内に配置された受け部の底面に接するまで、管の内部を移動する。その結果、噴射管が開放され、前記有効成分が放出される。しかしながら、下流側ストッパが前記受け部の底面に衝突すると、管にまで伝播する衝撃波が生じてしまう。その強度は、ノズルに接する管の端部において最大となる。「ダブルストッパ」構造において、下流側ストッパおよびガラス製の管は、無針注射器の操作時に、最も応力を受ける２つの要素である。したがって、下流側ストッパの前記受け部に対する衝撃速度が、注射器の構成要素の機械的強度が許容しうる限界速度よりも小さくなるように、無針注射器を成形する必要がある。また、噴射管を開放した時点から、噴射管からの液体噴出を開始するまでの時間は、噴射管を開放することによって生じる圧力振動が減衰する時間よりも長くなければならないことは、公知である。
フランス国特許出願公開第２８５３８３７号明細書 国際公開第０１／５８５１２号パンフレット

当該分野の技術文献においては、噴射される液状有効成分に対し、一方では皮膚を貫通させるために２００〜５００バールの高い圧力を印加すること、他方では液状有効成分を確実に移動させるために、定圧または噴射終了までに最終的に４０〜２５０バールに減少する圧力を印加することが必要であることが記載されている。

しかしながら、頑丈で経済的な無針注射器、特に使い捨て注射器や、再利用可能な装置の噴射ノズル等の消耗品を構成するために、注射の再現精度を保証しつつ、動作圧力を減少させるには、大きなリスクがある。

驚くべきことに、本発明の主題によれば、当該分野において一般的に認められている値よりも明らかに低い初期値である５０〜１５０バール、好ましくは７０〜１００バールの圧力プロファイルで、優れた無針注射効果を正確に達成できることが分かった。

より正確には、本発明の主題は、ガス発生器等のエネルギー源と、上流側ストッパおよび下流側ストッパによって閉鎖され、その間に液状有効成分を収容するタンクと、受け部および少なくとも１つの噴射管を有する噴射ノズルとを備え、前記受け部は、前記各噴射管の開放前に前記下流側ストッパが移動する距離と同等の高さを有するキャビティを有している無針注射器であって、
前記キャビティのミリメートル単位の高さが、以下の式：
最小高さ＝３
最大高さ＝１５×ｅｘｐ（−（Ｖ／９）^２）＋１０
（式中、Ｖはバール／ミリ秒で表される圧力プロファイルにおける初期上昇速度を示す）
によって定義される最小高さと最大高さとの間の値となるように、かつ
前記各噴射管の長さの、前記キャビティの高さに対する比が１〜２となるように、成形されていることを特徴とする無針注射器に関するものである。

当然のことながら、圧力の初期上昇速度は、概して０〜０．５ミリ秒の時間におけるｄＰ／ｄｔの計算値である。

また、本発明の無針注射器によれば、前記文献において一般的に認められているものとは対照的に、必ずしもフラットではない、または均一に減少しない圧力プロファイルを得ることができる。

噴射管の開口部の数および直径、または液状有効成分の量といったいくつかのパラメータは、注入深さを制御する役割を果たすものではあるが、本発明の極めて重要な利点は、使用するエネルギー源の種類に応じて許容される圧力プロファイル形状が多様であることにより、注入深さの精密かつ最適な管理を確実に行うことができるということにある。

さらに、本発明の無針注射器におけるもう一つの重要な利点として、終圧が２０バールよりも高ければ、性能に影響を与えないことが確認されている。これは、前記文献において一般的に認められる終圧である４０〜２５０バールに匹敵する値である。

前記キャビティのミリメートル単位の最小高さは、以下の式：
最小高さ＝１２×ｅｘｐ（−（Ｖ／１８）^２）＋４
によって定義されることが有利である。

さらに、前記キャビティのミリメートル単位の最大高さは、以下の式：
最大高さ＝１４×ｅｘｐ（−（Ｖ／９）^２）＋９
によって定義されることが有利である。

前記各噴射管の長さの、前記キャビティの高さに対する比は、１．１〜１．６であることが好ましい。

また、本発明の無針注射器は、圧力が８０バールに上昇するまでの時間が０．２ミリ秒以上２．０ミリ秒以下となるように成形されていることが好ましい。

また、前記エネルギー源は、点火薬および点火システムを備えた火工式ガス発生器で構成されていることが有利である。

本発明は、添付の図面に基づく以下の詳細な記載によって、より理解されるものである。

本発明の無針注射器１は、図１に示すように、液状有効成分６が入ったタンク３が収容される本体２を備えている。

本体２の下流側端部には、受け部７を備えた噴射ノズルが配置されている。この噴射システムは、従来の方法により、注射器１の無菌状態を確保するための外側保護材（図示せず）で覆われている。

本体２の上流側端部には、点火薬７２を含む火工式ガス発生器７０が、タンク３の上に支持される連結部材７１によってねじ止め固定されている。密閉状態は、円形のＯリングによって確保されている。

注射器１の本体２は、タンク３に入れられた液状有効成分６を視認できるように互いに正反対の位置に設けられた２つの窓を備えている。本体２の下流側において、後に詳述する受け部７は、適切な形状の孔に設置されている。タンク３は、受け部７の上に支持されていて、本体２の下流側部分の中心にくるように配置されている。タンク３の周囲には、透明な中間材９が配置されている。本体２は、上流側では、タンク３の端部を中心とする連結部材７１を受け止めている。タンクは、基本的に、移動可能な上流側ストッパ４および移動可能な下流側ストッパ５によって両端が閉じられたガラス管で構成されている。これらのストッパは、従来から無針注射器に使用されており、例えばショアー硬さが４５〜７０程度に設定されたクロロブチルまたはブロモブチルといった、長期間において液状有効成分６と適合可能なエラストマーを成型することによって得られる。ストッパには、特に管状のタンク３内で容易に移動することができるように、表面処理を施してもよい。静止状態において、各ストッパの直径は、タンク３の内径よりも約１０％大きく、その高さはこの直径のおよそ０．５〜０．８倍である。一旦動作すると、各ストッパは変形するので、その高さはタンク３の内径の約０．６〜１．０倍になる。

本実施形態において、受け部７は、下流側ストッパ５を収容するようになっている中央キャビティ１０を備えた円筒円錐状の外形を有する部品である。受け部７は、その外周部において、互いに均等にオフセットした３つの噴射管８を備えている。中央キャビティ１０の直径はタンク３の直径と同等であり、その自由高さは下流側ストッパ５の自由高さと同等である。火工式ガス発生器７０が作動して、下流側ストッパが受け部７の底面７ａに達すると、各噴射管８は、入口８ａを介して、上流側ストッパ４にから伝えられる圧力に対応する速度で流れる液状有効成分６に連通する。

具体的には、キャビティ１０のミリメートル単位の高さは、以下の式：
最小高さ＝３
最大高さ＝１５×ｅｘｐ（−（Ｖ／９）^２）＋１０
（式中、Ｖはバール／ミリ秒で表される圧力プロファイルにおける初期上昇速度を示す）
によって定義される最小高さと最大高さとの間の値となるように選択される。圧力の初期上昇速度は、当然のことながら、概して０〜０．５ミリ秒の時間におけるｄＰ／ｄｔの計算値である。また、各噴射管８は、キャビティ１０の高さに対する噴射管８の長さの比が１〜２となるように成形されている。

好ましい実施形態において、キャビティ１０のミリメートル単位の高さは、以下の式：
最小高さ＝１２×ｅｘｐ（−（Ｖ／１８）^２）＋４
最大高さ＝１４×ｅｘｐ（−（Ｖ／９）^２）＋９
によって定義される最小高さと最大高さとの間の値であり、キャビティ１０の高さに対する各噴射管８の長さの比が１．１〜１．６である。

噴射管８の開口部の数および直径、または液状有効成分の量といったいくつかのパラメータは、注入深さを制御する役割を果たすものではあるが、当然ながら、多様な圧力プロファイル形状を得ることが可能である。

実際に、図２〜図５を参照すると、圧力が８０バールに上昇するまでの時間が約０．２ミリ秒（ｍｓ）である図２に示す圧力プロファイルを有する高強度の点火薬７２だけでなく、８０バールに上昇するまでの時間がそれぞれ約０．５ミリ秒、１．０ミリ秒、２．０ミリ秒である図３〜図５に示す圧力プロファイルを有する中強度、低強度または超低強度のその他の点火薬７２においても、点火薬７２に点火するために選択される雷管７３の種類に応じた所定の強度に対して、異なる圧力プロファイルを得ることができることが分かる。例として、図２〜図５に示す各構成では、２つの異なる圧力プロファイル曲線の例を示す。終圧が最も低くなる好ましい圧力プロファイル曲線は実線で示し、終圧が最も高くなる圧力プロファイル曲線は点線で示す。

例えば、直径２５０マイクロメートルの３つの噴射管を備えた注射器１では、０．５ミリリットルの液状有効成分６の皮下注射を、注射開始時には約８０バール、注射終了時には３０バールの圧力で満足に行うことができることが確認された。当然のことながら、圧力値および噴射管８の数／直径は、噴射される液状有効成分６の量、ならびにその粘性および所望の注入深さに適応したものである。

本実施形態において、火工式ガス発生器７０は、上流側ストッパ４と同等の断面積を有するピストン１１を介して、上流側ストッパ４に作用する。このピストン１１は、上流側ストッパ４に接しているため、操作開始時に衝撃やラム効果を受けることはない。また、このピストン１１は、その密閉機構により、点火薬７２の燃焼によって生じたガスが上流側ストッパ４に接触することを防止するので、上流側ストッパの損傷や、タンク３内の液状有効成分６へのガス漏出を回避することができる。ピストン１１は、適切な色であれば、本体２の視認窓から見える動作インジケータとしても機能することができる。

ここで、点火薬７２および雷管７３の上に設置された火工式ガス発生器７０の主要構成要素について説明する。具体的には、火工式ガス発生器７０は、ピストン１１を囲むように配置された連結部材７１を備え、連結部材７１の内側では、点火薬７２がピストン１１の直上に設置されている。雷管７３は、点火薬７２の上に取り付けられ、点火薬の燃焼は、撃針７４が雷管７３に衝突した時に開始される。初期位置において、撃針７４は、撃針７４の溝に部分的に係合するボール７７によって、連結部材７１にねじ止めされた撃針ガイド７５に固定されている。打撃装置が設けられており、これは、幅広溝７９を有するプッシャ７８と、内部ばね７６とに分解される。プッシャ７８は、撃針ガイド７５の外面を摺動し、水平溝へ移動する突起部によって固定される。このプッシャ７８は、本実施例において、トリガー要素を構成するものである。

当然のことながら、点火薬７２の燃焼を開始する際に、本発明の範囲を逸脱しない範囲において、前記撃針装置以外の点火装置を用いてもよい。詳細かつ徹底的な説明は行わないが、例としては、電池式点火装置または圧電式点火装置が挙げられる。

火工式ガス発生器７０に代えて、早開き弁で閉鎖された圧縮ガスタンクで構成されるガス発生器を用いることも可能である。トリガー要素がこの弁を開くと、タンクからの圧縮ガスは膨張し、押圧手段に作用する。

本発明の注射器１を使用する時は、使用者は、無菌キャップを外し、治療対象者の皮膚に注射器１の下流側を置いた後に、親指でプッシャ７８を押す。これが押し込まれると、ばね７６が圧縮される。プッシャ７８は、撃針７４の幅広溝７９がボール７７の高さに達するまで平行移動する。この時、ボールは重力の作用によって幅広溝７９に係合し、撃針７４を解放する。すると、撃針７４は雷管７３に激しく衝突し、雷管が発火して点火薬７２が燃焼する。ここで発生したガスは、公知の方法により、上流側ストッパ４、液状有効成分６および下流側ストッパ５で構成されるカラムを、下流側ストッパ５が受け部７の底面７ａに当たって停止するまで、タンク３に沿って摺動させる。下流側ストッパ５が変形したことにより、噴射管８の入口８ａが開放され、液状有効成分６は、治療対象者の皮膚を貫通するように高速で噴射される。

本発明を、特定の例示的な実施形態に関連して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の範囲内において、ここに記載した手段と技術的に等価な全ての手段およびそれらの組み合わせを含むものである。

図１は、本発明の無針注射器の概略縦断面図である。 図２は、使用するエネルギー源の速度の関数として得られる圧力プロファイル曲線の一例を示す図である。 図３は、使用するエネルギー源の速度の関数として得られる圧力プロファイル曲線の一例を示す図である。 図４は、使用するエネルギー源の速度の関数として得られる圧力プロファイル曲線の一例を示す図である。 図５は、使用するエネルギー源の速度の関数として得られる圧力プロファイル曲線の一例を示す図である。

Claims (6)

1. ガス発生器等のエネルギー源と、上流側ストッパ（４）および下流側ストッパ（５）によって閉鎖され、その間に液状有効成分（６）を収容するタンク（３）と、受け部（７）および少なくとも１つの噴射管（８）を有する噴射ノズルとを備え、前記受け部は、前記各噴射管の開放前に前記下流側ストッパが移動する距離と同等の高さを有するキャビティ（１０）を有している無針注射器（１）であって、
   前記キャビティのミリメートル単位の高さが、以下の式：
   最小高さ＝３
   最大高さ＝１５×ｅｘｐ（−（Ｖ／９）^２）＋１０
   （式中、Ｖはバール／ミリ秒で表される圧力プロファイルにおける初期上昇速度を示す）
   によって定義される最小高さと最大高さとの間の値となるように、かつ
   前記各噴射管の長さの、前記キャビティの高さに対する比が１〜２となるように、成形されていることを特徴とする無針注射器。
2. 請求項１の注射器（１）において、
   前記キャビティ（１０）のミリメートル単位の最小高さは、以下の式：
   最小高さ＝１２×ｅｘｐ（−（Ｖ／１８）^２）＋４
   によって定義されることを特徴とする注射器。
3. 請求項１または２の注射器（１）において、
   前記キャビティ（１０）のミリメートル単位の最大高さは、以下の式：
   最大高さ＝１４×ｅｘｐ（−（Ｖ／９）^２）＋９
   によって定義されることを特徴とする注射器。
4. 請求項１〜３のいずれか１つの注射器（１）において、
   前記各噴射管（８）の長さの、前記キャビティ（１０）の高さに対する比は、１．１〜１．６であることを特徴とする注射器。
5. 請求項１〜４のいずれか１つの注射器（１）において、
   圧力が８０バールに上昇するまでの時間が０．２ミリ秒以上２．０ミリ秒以下となるように成形されていることを特徴とする注射器。
6. 請求項１〜５のいずれか１つの注射器（１）において、
   前記エネルギー源は、点火薬（７２）および点火システムを備えた火工式ガス発生器（７０）で構成されていることを特徴とする無針注射器。

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