JP2012529353A - 長寿命高容量電極、装置および製造方法 - Google Patents
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Abstract
電極、特に、電気化学的活性電極は、最終用途の前に電極が実質的に酸化され、還元され、またはさもなければ消耗される一以上の前処理サイクルにより利益を享受し得る。例えば、比較的大電流を送達するために使用され、または高電流密度で使用されるときでも、電極寿命は好適に増大する。これは、例えばオキシコドンなどのための治療的有効量の送達に必要であり得る。他の基板に比べて犠牲インクを印刷した不織繊維基板の使用は有利であり得る。ある種のAg/AgClインクの使用は、他のAg/AgClインクに対して有利であり得る。
【選択図】 図5
【選択図】 図5
Description
[関連出願の相互参照]
本出願は、2009年6月9日に出願された米国仮特許出願61/185,544号に対する35U.S.C.119(e)下の利益を主張する。
本出願は、2009年6月9日に出願された米国仮特許出願61/185,544号に対する35U.S.C.119(e)下の利益を主張する。
本開示は、例えば診断および/または関連する用途、例えばイオントフォレーシスによる薬物送達で採用される医療装置のための電極と電極製造方法およびそのような電極を採用する装置に関する。
電極は、例えば化学電池、燃料電池、スーパーコンデンサやウルトラコンデンサや他の消耗または非消耗電源などの電源から、もしくは例えば交流(AC)−直流(DC)整流器、DC−ACオルタネータ、DC−DCコンバータやトランスおよび/または他の電力調整器のような電力供給装置から電位を回路、装置、または物質に適用するために使用され得る。電極は、電流、電圧、抵抗またはインピーダンスのような電気特性を感知するために使用され得る。
電極は、高度な工業用電子装置から家庭用電子装置に至るまで多種多様な応用に使用される。
電極は、特に医学的応用に有用である。例えば、電極は、例えば皮膚、粘膜、歯、骨、心臓、脳、神経、筋肉または他の生体組織のような生体組織と電気的に結合するために採用され得る。電極は、例えば心電図や脳電図を実施するために、例えば多様な生体組織のインダクタンスおよび/または抵抗のような物理的特徴を感知するために採用され得る。それは、体の内外で実施され得る。電極は、例えば電気刺激、電気焼灼または電気瘢痕形成を提供するために、生体組織を通じて電流を適用するためにも採用され得る。これも同様に、体の内外で実施され得る。また、電極は、例えば薬物または他の治療用や診断用の物質のような例えばイオン化活性物質を例えば送達するなど、物質を生体組織に送達するためも使用され得る。電極は、検体のような物質を生体組織から抽出するためにも使用され得る。そのような送達や抽出は、イオントフォレーシス、エレクトロポレーションおよび/または他の技術により内皮的または経皮的に達成され得る。医学的な最終用途における電極の使用については、数多くの他の例がある。外部的に生じる最終用途のいくつかでは、電極と生体組織の間に導電ゲルまたは他の物質を採用する場合もしない場合もある。
多くの最終用途は、電極が電位を送達するための比較的高容量や高電流密度を持つことを要求し得る。多くの最終用途は、例えば犠牲電極のような電気化学的活性電極を採用し得る。それは、水の加水分解や電気分解および例えばヒドロニウムイオンや水素ガスのような好ましくない反応生成物の生成を好適に防ぎ得る。また、それは、例えば銀イオンや塩化物イオンが活性物質貯留槽中の薬物と相互作用するのを好適に防ぐなど、反応生成物が他の要素と相互作用するのを防ぎ得る。それは、追加的にまたは代替的に、送達されるべきイオンとさもなければ競合するであろうイオンを拘束し、それにより送達効率を高め得る。しかし、多くの最終用途は電極が比較的長寿命を持つことを要求する場合があり、それは従来の電気化学的活性電極で達成することが困難であり得る。
特に、例えばオキシコドンのようなある種の活性物質は、治療的な有効投与量を達成するためには、比較的高電流密度を必要とし得る。これらの活性物質は、治療的な有効投与量を達成または維持するために、長時間に渡る送達を必要とし得る。しかし、比較的高電流密度を送達できる電気化学的活性電極は、しばしば比較的短寿命であるという欠点がある。電極が消耗したときにそれらの電極を交換することは可能であり得るが、交換はそのような交換を実施しなければならない患者または医療従事者にとって厄介である。交換の必要性は、規定の投与レジームについてのコンプライアンスを低下させる場合もある。
新しい電極とそれらの電極を製造または前処理する方法およびそれらの電極を採用する新しい装置は、比較的高電流密度で操作されるときでも、好ましい比較的長い電極寿命を提供し得る。
電極、特に電気化学的活性電極は、電極が例えばイオントフォレーシスによる活性物質送達のような最終用途での使用前に実質的に酸化、還元またはさもなければ消耗される一以上の前処理サイクルから利益を得る場合がある。例えば、比較的高電流を送達するために使用され、または高電流密度で使用されても、電極寿命は有利に増大し得る。それは、例えばオキシコドンなどの治療的な有効投与量レジームを送達するために必要であり得る。犠牲インクが印刷された不織繊維基板の使用は、他の物質に対し有利であり得る。ある種のAg/AgClインクの使用は、他のAg/AgClインクより有利であり得る。
製造方法は、最終用途の前に第1電極と第2電極を電解質媒体に導入するステップと、前記最終用途の前に前記第1と第2電極の少なくとも1つが実質的に酸化または還元されるまで第1継続時間に渡って第1極性の電位を前記第1電極に、および第2極性の電位を前記第2電極に印加するステップと、前記第1と第2電極を前記最終用途のための装置に組み込むステップを具備するものとして要約され得る。
前記方法は、前記最終用途の前で前記第1継続時間の後に、前記第1と第2電極の少なくとも1つが実質的に酸化または還元されるまで第2継続時間に渡って前記第2極性の電位を前記第1電極に、および前記第1極性の電位を前記第2電極に印加するステップをさらに具備し得る。前記方法は、前記最終用途の前で前記第2継続時間の後で前記第1と第2の電極を前記最終用途の装置に組み込むステップの前に、前記第1と第2電極の少なくとも1つが実質的に酸化または還元されるまで第3継続時間に渡って前記第1極性の電位を前記第1電極に、および前記第2極性の電位を前記第2電極に印加するステップをさらに具備し得る。第1電極と第2電極を電解質媒体に導入するステップが前記第1と第2電極を液体電解質媒体中に入れるステップを含み得る。第1電極と第2電極を電解質媒体に導入するステップが第1連続ウェブの電極材と第2連続ウェブの電極材を前記電解質媒体を通じて移動させるステップを含み得る。最終用途は生物的対象への活性物質の送達である場合があり、前記第1と第2電極を前記最終用途のための装置に組み込むステップが、電位を活性電極アセンブリの活性物質貯留槽に選択的に印加するために配置される前記装置の前記活性電極アセンブリに前記第1または第2電極の1つを位置させ、前記装置の対向電極アセンブリに前記第1または第2電極のもう1つを位置させるステップを含み得る。前記方法は、1枚の不織布を前記第1電極に近接して配置するステップと、前記第1電極を介してイオン性活性物質に印加される電位に応答して送達される前記イオン活性物質を前記1枚の不織布に装荷するステップをさらに含み得る。前記第1と第2電極が各基板材のそれぞれの部分である場合があり、前記最終用途の前で前記第1と第2電極を前記最終用途のための装置に組み込むステップの前に、前記第1と第2電極を前記各基板材から分離させるステップをさらに含み得る。前記方法は、前記最終用途の前で前記第1と第2電極を前記電解質媒体に導入するステップの前に、不織繊維材の基板を提供するステップと、金属/金属塩を前記不織繊維材の基板上に堆積させて前記第1電極を形成するステップをさらに含み得る。前記方法は、前記最終用途の前で前記第1と第2電極を前記電解質媒体に導入するステップの前に、金属/金属塩を吸収性不織繊維材の基板上にめっきして前記第1電極を形成するステップをさらに含み得る。前記方法は、前記最終用途の前で前記第1と第2電極を前記電解質媒体に導入するステップの前に、銀/塩化銀インクを吸収性不織繊維材の基板上に印刷して前記第1電極を形成するステップをさらに含み得る。前記第1と第2電極を前記最終用途のための装置中に組み込むステップが、前記第1と第2電極を前記電解質媒体に導入するステップの後で、前記第1継続時間に渡って前記第1極性の電位を前記第1電極に、および前記第2極性の電位を前記第2電極に印加するステップの後に行われ得る。前記第1と第2電極の少なくとも1つが実質的に酸化または還元されるまで第1継続時間に渡って第1極性の電位を前記第1電極に、および第2極性の電位を前記第2電極に印加するステップが、前記第1電極の酸化または還元能力が前記第1継続時間の前の前記第1電極の酸化または還元能力に対し少なくとも50%低下するまで前記第1極性の電位を前記第1電極に印加するステップを含み得る。
最終用途ための装置は、第1電極が最終用途の前に少なくとも1回実質的に酸化または還元されるまでの継続時間に渡って第1極性の電位を印加された前記第1電極と、第2電極が前記最終用途の前に少なくとも1回実質的に酸化または還元されるまでの継続時間に渡って第2極性の電位を印加された前記第2電極と、前記最終用途の間に前記第1と第2電極に渡って電圧を印加するために動作可能な回路を含むものとして要約され得る。電極は、電極が活性物質や薬物を含有する貯留槽と物理的に結び付けられる前に酸化または還元され得る。それは、前記電極の前処理中に薬物のような活性物質の浪費を好適に防ぎ得る。
第1電極は、前記第1電極が前記最終使用の前に実質的に再構成されるまでの継続時間に渡って第2極性の電位を印加され得る。前記第1電極は、前記第1電極が前記最終使用の前に実質的に2回目に還元されるまでの継続時間に渡って前記第2極性の電位を印可され得る。前記装置は、前記第1電極の送達側に配置される活性物質貯留槽をさらに有し得る。前記装置は、前記活性物質貯留槽に装荷され、前記第1電極により印加される電位に応答して前記活性物質貯留槽から選択的に移送可能なイオン活性物質をさらに有し得る。前記装置は、前記第1電極の生物的対象に接触する側に重なって配置される吸収性不織布活性物質貯留槽をさらに有し得る。前期装置は、前記第2電極の生物的対象に接触する側に重なって配置される吸収性不織布電解質貯留槽と、前記第1電極、前記第2電極、前記回路、前記吸収性不織布活性物質貯留槽および前記吸収性不織布電解質貯留槽を支持するバッキング構造をさらに含有し得る。前記第1電極は少なくとも40cm2の面積を持つ場合があり、電源により駆動されるときに24時間に渡って12mAを送達できる場合がある。前記第1電極は、不織繊維布と金属/金属塩材を含有し得る。前記金属/金属塩材は、少なくとも50mg/cm3のAg/AgCl混合物を含有し得る。前記第1電極は少なくとも1つの金属ホイルまたはスクリーンを含有し、少なくとも30μmの厚さを有し得る。
薬物送達の最終用途のための装置は、第1犠牲電極と、第2電極と、前記第1犠牲電極により印加される電位に反応して薬物を薬物貯留槽から生体界面に送達するように前記第1電極の送達側に配置される前記薬物貯留槽と、前記最終用途の間に電源からの電圧を前記第1と第2電極に渡って印加するために動作可能な回路を具備し、前記第1犠牲電極が前記回路により駆動されるときに24時間の期間に渡って0.3mA/cm2を送達する能力を有するものとして要約され得る。
前記第1犠牲電極は前記電源により駆動されるときに24時間に渡って12mAを送達するようにサイズ設定さ得る。前記第1犠牲電極が少なくとも40cm2の面積を有し得る。前記第1犠牲電極がAg/AgClを有し得る。前記第1犠牲電極がAg/AgCl混合物を担持する1枚の不織布を具備し得る。前記第1犠牲電極がAg/AgCl混合物を担持する1つのポリマー基板を具備し得る。前記第1犠牲電極が少なくとも50mg/cm3のAg/AgCl混合物を担持する1枚の不織布を具備し得る。前記第1犠牲電極が少なくとも20μmの厚さを持つ1つのホイルを具備する場合があり、前記最終用途の前に前記第1電極が少なくとも1回実質的に酸化されて少なくとも1回還元されるまで、前記第1犠牲電極が第1継続時間に渡って第1極性の電位を印加され、第2継続時間に渡って第2極性の電位を印加され得る。前記第1犠牲電極が少なくとも30μmの厚さを持つ1枚のホイルを具備する場合があり、また、前記第1犠牲電極は、前記第1電極が前記最終用途の前に少なくとも1回実質的に酸化されて少なくとも1回還元されるまでの第1継続時間に渡って第1極性の電位が印加され、第2継続時間に渡って第2極性の電位が印加され得る。前記第1犠牲電極は、少なくとも50μmの厚さを持つ1枚のホイルを含有し得る。前記Ag/AgCl混合物は、前記最終用途の前に、前記第1電極が少なくとも1回実質的に酸化されるまでの第1継続時間に渡って第1極性の電位が印加され、また、少なくとも1回還元されるまでの第2継続時間に渡って第1極性の反対の第2極性の電位が印加され得る。前記装置はさらに、前記薬物貯留槽中に保存される治療的有効量のオキシコドンを含有し得る。
図面において、同一の参照番号は同一の要素または動作を特定する。図面における要素のサイズと相対的位置は、必ずしも縮尺通りには描かれていない。例えば、多様な要素の形状と角度は縮尺通りには描かれておらず、また、これらの要素のいくつかは図面の見易さを向上させるために任意に拡大、配置されている。さらに、図示したような要素の特定の形状は特定の要素の実際の形状に関する情報を伝達することを意図されておらず、図面における認識の容易さだけのために選択されている。
図1Aは、例示した一実施形態による、電解質媒体中の1対の電極と電極を最終用途の前に前処理するための装置を示す回路図である。
図1Bは、例示した一実施形態による、不織繊維材形態の電極の側面図である。図1Cは、例示した一実施形態による、ホイル形態の電極の等角図である。図1Dは、例示した一実施形態による、スクリーン形態の電極の等角図である。図1Eは、例示した一実施形態による、プレート形態の電極の等角図である。
図2は、例示した一実施形態による、最終用途の医療装置であって、最終用途の前に前処理された電極を採用する装置の分解等角図を示す。
図3は、例示した一実施形態による、連続ウェブ製造プロセスを使用して前処理された電極を生産するための一連の製造工程を示す等角図である。
図4は、例示した一実施形態による、連続ウェブ製造プロセスを使用して前処理された電極を採用する医療装置を生産するための製造工程を示す概略図である。
図5は、例示した一実施形態による、電極を前処理する方法の流れ図である。図6は、図5で図解された方法に加えて採用され得る電極を前処理する方法の流れ図である。図7は、図6の方法に加えて使用され得る電極を前処理する方法の流れ図である。図8は、図5の方法の一部として使用され得る電極を前処理する方法の一部の流れ図である。
図9は、例示した一実施形態による、電極を形成する方法を示す流れ図である。図10は、例示した一実施形態による、電極を最終ユーザー用途の装置中に組み込む方法を示す流れ図である。図11は、例示した一実施形態による、活性物質を生体界面に送達するための医療関連装置を形成する方法を示す流れ図である。図12は、例示した一実施形態による、電極の前処理の前に電極を形成する方法を示す流れ図である。
図13は、例示した他の実施形態による、電極の前処理の前に電極を形成する方法を示す流れ図である。図14は、例示したさらに他の実施形態による、電極の前処理の前に電極を形成する方法を示す流れ図である。図15は、例示した更に他の実施形態による、電極の前処理の前に電極を形成する方法を示す流れ図である。図16は、例示したさらなる実施形態による、電極の前処理の前に電極を形成する方法を示す流れ図である。
図17は、例示した一実施形態による、医学的最終用途の医療装置であって、最終用途として一以上の活性物質を生体界面に伝達するために電極を採用する医療装置を形成する方法を示す流れ図である。
図18A〜18Cは、引き続く電位印加の前後の第1形態の不織繊維または布形態の電極を示す走査電子顕微鏡写真である。図19A〜19Cは、引き続く電位印加の前後の第2形態の不織繊維または布形態の電極を示す走査電子顕微鏡写真である。
図20Aと20Bは、前処理を受けた、デュポンインクを採用する第1形態の不織繊維または布の電極を示す走査電子顕微鏡写真である。図21Aと21Bは、前処理を受けた、第2形態の不織繊維または布の電極を示す走査電子顕微鏡写真である。
図22Aと22Bは、不織基板形態の電極のインク被覆不織繊維を示す走査電子顕微鏡写真である。
図23Aと23Bは、前処理前後の電極をそれぞれ示す走査電子顕微鏡写真である。図24Aと24Bは、前処理前後の電極をそれぞれ示す走査電子顕微鏡写真である。
図25は、不織布とPETE基板の形態の電極の試験結果を示すチャートである。
図26は、多数の異なる電流密度での電極の前処理の試験結果を示すチャートである。
以下の説明では、多様な開示された実施形態の完全な理解を提供するために、ある具体的な詳細が記載されている。しかし、当業者は、実施形態が一以上のこれらの具体的詳細なしでも、または他の方法、構成要素、材料などと共に実践され得ることを認識するであろう。他の例では、電極、例えばイオントフォレーシス装置のような医療装置および/または連続ウェブ製造機械に関連する周知の構造は、実施形態の説明を不必要に曖昧にするのを避けるために図示または説明されていない。
文脈が他を要求する場合を除き、本明細書と後続の特許請求の範囲を通じ、“comprise(を具備する)”という単語および“comprises”と“comprising”のようなその派生語は、開放の包含的な意味で、すなわち“を含有するがそれに限られない”として解釈されるべきである。
本明細書を通じ“one embodiment(1つの実施形態)”または“an embodiment(ある実施形態)”と言うことは、実施形態に関連して説明されるある特長、構造または特性が少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書を通じた多様な箇所に現れる“1つの実施形態”または“ある実施形態”というフレーズは、必ずしもすべて同じ実施形態に言及しているわけではない。さらに、ある特長、構造または特性は、一以上の実施形態において任意の方法で組み合わされ得る。
本明細書と添付の特許請求の範囲で使用されるような単数形の“a”、“an”および“the”は、文脈が他を明確に指示する場合を除き、複数の参照物を含む。また、“または”という語は、文脈が他を明確に指示する場合を除き、“および/または”を含むその意味で一般に採用されていることが気付かれるべきでる。
本明細書で提供される見出しおよび開示の要約は便宜上のためだけであり、実施形態の範囲や意味を解釈するものではない。
図1Aは、例示した一実施形態による、最終用途の前に前処理される第1電極100aと第2電極100b(集合的に100)を示す。
電極100は、有利には例えば犠牲電極のような電気化学的活性電極であり得る。本明細書と特許請求の範囲で使用されるように“犠牲”という語は電極(例えばアノードやカソード)の少なくとも一部が還元/酸化(すなわちレドックス)反応により電気化学的に酸化可能または還元可能であることを意味する。本明細書と特許請求の範囲で使用されるように、“電気化学的に活性”は、犠牲材ばかりでなくレドックス反応に加わるがそれ自体はレドックス反応中に酸化または還元されない材料を意味する。前記の通り、電気化学的活性電極は、有利に、好ましくない反応生成物の形成を減少させ、反応生成物が送達される活性物質のような他の要素と相互作用するのを防ぎ、また、イオンの競合種を減少させることにより活性物質送達の運搬効率を高め得る。
図1Aで図解される通り、電極100は電解質媒体104を包含するベッセル102中に位置する。電解質媒体は例えば液体、蒸気またはガスのような流体である場合があり、電極100aと100bの間のレドックス反応を支持するための媒体を提供する。任意の多種多様な周知の電解質媒体が適当であり得る。
図1Aでさらに図解される通り、前処理回路106は電位を電極100に選択的に印加して電極100を前処理するために採用され得る。本明細書と特許請求の範囲で使用されるように、“前処理”、“前処理する”および“前処理している”とは最終用途での電極100の使用前または以前に電極100を実質的に還元、酸化またはさもなければ消耗させる可逆的レドックス反応を引き起こすための電位の電極への印加を意味する。そのように、“前”とは最終用途の前に行われる処理を表す。本明細書と特許請求の範囲で使用されるように、“最終用途”とは装置の意図された使用や応用を意味し、その使用は電極100または電極が組み込まれ得る装置の製造と分離し別個である。例えば、電極100が医療装置に組み込まれる場合、最終使用は患者や対象に対する使用となる場合がある。例えば、電極がイオントフォレーシス装置中に組み込まれる場合、最終用途は活性物質(例えば治療用や診断用の物質)の生物的対象(例えば人間または他の動物)の生体組織への送達または物質のそれからの抽出であり得る。あるいは、最終使用は患者や対象の生体組織の物理的特徴の感知や測定であり得る。あるいは、最終使用は電流の患者や対象の生体組織への印加であり得る。前処理は、活性物質や電流を生体組織に送達するため、またはその物理的特徴を感知または測定するための電極の最終使用の前における電位の電極100への印加を構成する。電極の前処理は、有利に、前処理中の活性物質や薬物の浪費を防ぐために電極が活性物質や“薬物”を包含する貯留槽と物理的に結び付けられる前に行われ得る。本明細書と特許請求の範囲で使用されるように、“実質的に”という語は、別の指定がない限り、“酸化する”、“還元する”または“消耗させる”という語句を修飾するために使用されるとき、電位を送達する電極の能力における50%以上の変化を意味する。
図示の通り、前処理回路106は第1電極100aと電気的に、および選択的に物理的に連結される第1リード線108aを含有する。また、前処理回路106は第2電極100bと電気的に、および選択的に物理的に連結される第2リード線108bを含有する。第1と第2リード線、集合的に108は、例えばワニ口クリップのような各クリップまたは他の選択的に取り外し可能な構造により電気的および物理的に電極100に連結され得る。
前処理回路106は、第1極性の第1極110aと第1極性と反対の第2極性の第2極110bを持つ一以上の電源110を含有する。電源110は、例えば消耗型電力保存装置や非消耗型電力発電装置のような多様な形態を取る場合がある。例えば、電源110は、化学電池(例えばバッテリー)の配列、スーパーまたはウルトラコンデンサの配列、燃料電池の配列などの形態を取り得る。また、例えば、電源110は、グリッドや電気コンセントのような源から電力を受ける例えば直流(DC)電源のような電源の形態を取り得る。電源は、交流をDC電力に整流するための整流器、電力の電圧を調整するためのトランスやDC/DCコンバータ(例えばステップダウンコンバータ)および一以上の電力調整回路を含有し得る。
また、前処理回路106は、電極100を電源110の極100aと100bに連結するために選択的に動作可能な一以上のスイッチ112aと112b(集合的に112)を含有する。例えば、双投スイッチが採用され得る。第1位置では、スイッチ112は第1継続時間に渡って、第1電極を電源110の陽極110aに電気的に連結し、第2電極を電源110の陰極110bに電気的に連結し得る。第2位置では、スイッチ112は第2継続時間に渡って、第1電極を電源110の陰極110bに電気的に連結し、第2電極100bを電源の陽極110aに電気的に連結し得る。第1継続時間は、電極100の少なくとも1つを実質的に酸化、還元および/または消耗させるために十分に長い場合がある。第2継続時間は、電極100の少なくとも1つを実質的に酸化、還元または消耗させるために十分に長い場合がある。
選択的に、第3位置では、スイッチ112は第1と第2電極110aと110bの両方を電源110の陽極と負極110aと110bの両方からしかも同時に電気的に切り離す場合がある。それは、例えば前処理の始めと終わりまたは連続的な前処理の電圧の印加の間に、電極100が前処理回路106から切り離されることを可能にする。
いくつかの実施形態において、スイッチ112は第3継続時間に渡って、第1電極100aを電源の陽極110aに印加し、第2電極110bを電源の陰極110bに印加するために使用され得る。
いくつかの実施形態においてスイッチ112は手動で動作され得るが、他の実施形態においてはタイマ114または他の制御回路がスイッチ112の切り替えや位置を制御するために採用され得る。それは前処理プロトコルが自動化されることを可能にする場合があり、費用を削減してより一貫性のある結果を生む場合がある。タイマ114はPCコンピュータのようなプログラム化された汎用コンピュータで実行される場合があり、またはメモリや記憶媒体を有する、または、有するプロセッサ、マイクロコントローラ、ゲートアレイ、特定用途向け集積回路または他の制御回路を採用する特殊目的の前処理制御装置として実行され得る。
電極100は多様な形態、形状、サイズを取る場合があり、および/または多様な材料を具備し得る。
例えば図1Bに示されるように、電極100は複数の繊維116を具備し金属/金属塩材118を担持する繊維材の形態を取り得る。そのような繊維材は、不織繊維布材の形態を取り得る。金属/金属塩材118は、多様な方法により不織繊維布材上に堆積され得る。例えば、金属/金属塩は、金属/金属塩インクの被覆として堆積され得る。金属/金属塩は、好適に不織繊維材上に印刷され得る。金属/金属塩は不織繊維の表面上の層の形態を取る場合があり、または個々の繊維を個々に被覆して不織繊維材の内部中に延長し得る。例えば、金属/金属塩は、好適に不織繊維材上にスクリーン印刷されて例えば個々の繊維を部分的に被覆し得る。理論に縛られることなく、それは特に大量の露出した金属/金属塩表面積を実現して個々の繊維を被覆する金属/金属塩が不織繊維材を作り上げ得る。それは、他の電極構造と比較して高性能を提供し得る。
あるいは、図1Cに示されるように、電極100はホイル118の形態を取り得る。ホイル118は、金属であり得る。ホイル118の金属は犠牲材である場合があり、または犠牲材の支持物を単に提供し得る。従って、オイル118は金属塩材を具備する場合があり、またはその上に堆積された金属塩または金属/金属塩材120を担持し得る。ホイル118は比較的高性能を実現する場合があり、製造するのが比較的安価または容易であり得る。
あるいは、図1Dに示されるように、電極100はスクリーン122の形態を取り得る。スクリーン122は、成形金属ワイヤであり得る。スクリーン122の金属は犠牲材である場合があり、または犠牲材の支持物を単に提供し得る。あるいは、スクリーンは、金属/金属塩材を担持するポリエチレンテレフタレートエステル(すなわちPETE)のようなポリマー材といった別の材料で形成され得る。従って、スクリーンは金属塩を具備する場合があり、またはその個々の繊維またはワイヤ上に堆積された金属塩または金属/金属塩材を担持し得る。スクリーンは、スクリーンのメッシュサイズにより、ホイルと比較して比較的大きい露出面積を持つ。従って、スクリーン122形態の電極はホイル形態の電極に対して比較的高性能を実現できる場合があり、製造するのが比較的安価または容易であり得る。しかし、スクリーン122は、不織繊維材形態の電極よりも狭い露出表面積を恐らく提供する。
あるいは、図1Eに示されるように、電極100は金属プレート126の形態を取り得る。金属プレート126の金属は犠牲材である場合があり、または犠牲材の支持物を単に提供し得る。従って、金属プレートは、その上に堆積された金属塩または金属/金属塩材128を担持し得る。
電極100は、金属/金属塩材で被覆された例えばポリエチレンテレフタレートエステル(PETE)基板のようなポリマー基板の形態を取り得る。それは、前記に説明した電極100の実施形態ほど有利でない場合がある。
前に述べた通り、電気化学的に活性または犠牲である電極100は金属/金属塩を具備し得る。適当な金属は、不溶性ハロゲン化物塩(AgCl、Agl、AgBr、CuCl、Cul、CuBr、MoCl3、Mol−2)を形成する銀、銅、モリブデンを具備する。そのような金属は、カチオン活性物質の送達に使用するアノードに特に適当であり得る。塩化銀は高度に不溶性であり、多くのカチオン性薬物が塩酸塩の形態で商業的に入手可能であるため、銀のアノードは特に有利であり得る。Ag/AgClが採用される場合、レドックス反応は酸化によりアノードの銀を塩化銀に転換し、カソードの塩化銀を還元により銀に転換する。いくつかの実施形態において、電極100は例えば炭素や炭素繊維のような他の非金属または非金属塩材を含有し得る。
適当な寸法のいくつかの例は、以下の多様な例で説明される。
図2は、例示した一実施形態による、イオントフォレーシス装置200の形態の電極を採用する医療装置を示す。
イオントフォレーシス装置200は、バッキングテープのような第1基板202を含有し得る。1対の電極204aと204b(集合的に204)は、第1基板202中に形成される孔206aと206bと整列して、またはその内部に取り付けられ得る。
イオントフォレーシス装置200は、バッキングテープのような第2基板208を含有し得る。第2基板208は、第1基板202に対しイオントフォレーシス装置200の生体組織接触側209に向けて配置され得る。貯留槽210aと210b(集合的に210)は第2基板208の孔212aと212bにそれぞれ整列して、またはその内部に、従って電極204aと204bにそれぞれ整列して取り付けられ得る。貯留槽210aの1つは、最終用途の一部として送達される薬物または他の治療用や診断用材料のような活性物質を保存するための活性物質貯留槽として機能し得る。他方の貯留槽210bは、最終用途(例えば、活性物質の送達または体の組織からの標本や検体の引出)を容易にするための電解質を保存する電解質貯留槽として機能し得る。
イオントフォレーシス装置200は、その上やその中に印刷回路トレースを含有し得る制御または送達回路216および選択的に電源218を担持する例えばフレキシブル回路基板のような回路基板214(例えばFR4)を含有し得る。制御または送達回路216は各電極に電源218を電気的に結合させるように構成され得る。制御または送達回路216は各電極204に印加される電流および/または電圧を制御し、従って活性物質の時間経過に対する送達プロフィールを制御し得る。電源218は回路基板214上に直接担持されるものとして図解されているが、他の実施形態において電源218はイオントフォレーシス装置200の残りから外部にありそれに選択的に取付可能であり得る。例えば、化学電池セルのような電源218は、スナップ、クリップまたは例えば米国特許出願公報第2008−0154178号で説明されるような一以上のマグネットの使用により、イオントフォレーシス装置200の残りに電気的および物理的に連結され得る。
制御または物質送達レジームまたはプロフィールは、多種多様なハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたは事実上、それらのいずれかの組合せにより指定および/または実行され得る。1つの実施形態において、制御は特定用途向け集積回路(ASIC)により実行され得る。しかし、当業者は、ここに開示される実施形態のすべてまたは一部が一以上のコンピュータにより実行される一以上のコンピュータプログラム(例えば一以上のコンピュータシステム上で実行される一以上のプログラム)として、一以上のコントローラ(例えばマイクロコントローラ)により実行される一以上のプログラムとして、一以上のプロセッサ(例えばマイクロプロセッサ)により実行される一以上のプログラムとして、ファームウェアとして、または事実上、それらのいずれかの組合せとして標準的な集積回路中で同等に実施されることができ、また、電気回路の設計および/またはソウトウェアおよび/またはファームウェアのためのコードの書込は本開示の教示を踏まえて十分に当業者の能力の範囲内であることを認識するであろう。
ロジックがソフトウェアとして実行されてメモリ中に保存されるとき、ロジックや情報はプロセッサ関連のシステムや方法によりまたはそれに関連して使用するために、任意のコンピュータ可読の媒体上で保存され得る。本開示の文脈では、メモリとは、コンピュータおよび/またはプロセッサプログラムを包含または保存する電子、磁気、光学または他の物理的装置や手段であるコンピュータ可読の媒体である。ロジックおよび/または情報は、コンピュータベースのシステムやプロセッサ包含システムのような指示実行システム、器具または装置もしくは指示実行システム、器具または装置から指示を取ってロジックおよび/または情報に関して指示を実行する他のシステムによりまたはそれに関連して使用するために、コンピュータ可読の媒体中で具体化され得る。
本明細書の文脈では、“コンピュータ可読の媒体”は、指示実行システム、器具および/または装置によりまたはそれに関連して使用するために、ロジックおよび/または情報に関するプログラムを保存できる任意の物理的要素であり得る。コンピュータ可読の媒体は、これらに限られないが、例えば電子、磁気、光学、電磁気、赤外線または半導体システム、器具または装置などであり得る。コンピュータ可読の媒体のより具体的な例(非限定的なリスト)は、次を含むであろう。携帯コンピュータディスク(磁気、コンパクトフラッシュカード、セキュアデジタルなど)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読取専用メモリ(ROM)、電気的消去可能な読取専用メモリ(EPROM、EEPROMまたはフラッシュメモリ)、携帯コンパクトディスク読取専用メモリ(CDROM)、デジタルテープ。
カバーまたは他の保護層220が回路基板214を覆い得る。カバー220はポリマーシートの形態を取る場合があり、回路基板214、制御または送達回路216、電極204および/または貯留槽210に環境保護を提供するために第1基板202にハーメチックシールされ得る。
イオントフォレーシス装置200は、第2基板208の各孔212aと212bの上、中または部分的に中に受容され得るスクリム222aと222b(集合的に222)を含有し得る。少なくともリムは、不織布材などの不織繊維材を含む多様な形態を取り得る。
イオントフォレーシス装置200は、イオントフォレーシス装置200が生体界面にしっかりと固定されるのを可能にする感圧接着剤224を含有し得る。感圧接着剤は、例えば第2基板208により担持され得る。イオントフォレーシス装置200は、スクリム222と感圧接着剤224を覆う場合がある選択的に剥離可能な剥離ライナを含有し得る。剥離ライナの取外しは感圧接着剤224を露出させ、イオントフォレーシス装置200の生体組織に対する直接の適用を可能にする。あるいは、導電ゲル媒体のような導電媒体がイオントフォレーシス装置200と生体組織の間に採用され得る。
図3は、例示した一実施形態による、前処理電極を生産するための製造環境300を示す。
電極基板材302は、一以上のモータ308により駆動される巻取ロール306により進められ得る供給ロール304を介して連続ウェブとして供給され得る。
電極基板材302は、多様な形態を取り得る。上記に説明され下記により詳細に説明される通り、電極基板材302は好適に不織布材のような吸収性不織繊維材の形態を取り得る。そのような不織繊維材の使用は、他の材料で達成される結果よりも驚くほど優れた結果を提供し得る。あるいは、電極基板材302は、ポリエチレンテレフタレート(PET)のようなポリマーの形態を取り得る。あるいは、電極基板材302は、金属ホイルのようなホイル、金属スクリーンのようなスクリーンまたは金属プレートのようなプレートの形態を取り得る。
例えばスクリーンプリンタ310のような塗布装置は、金属/金属塩材を電極基板材302上に堆積、印刷、噴霧またはさもなければ塗布し得る。金属/金属塩材は、バルブ314と導管316により供給される貯留槽312から来る場合がある。前記に特定された通り、金属/金属塩は多様な形態を取り得る。例えば、金属/金属塩は好適に銀/塩化銀(Ag/AgCl)の形態を取り得る。特に適当な銀/塩化銀材は、Ag/AgClインクNo.L−8144の指定でデュポンから商業的に入手可能であり得る。結果は、巻取ロール306により巻き取られる電極320の連続ウェブとなる。電極320の連続ウェブの複数のロールは、連続ウェブ電極320の前処理に先だって製造され得る。
電極の320aと320b(集合的に320)の連続ウェブは、前処理のために電極媒体324を包含する貯留槽322を通じて運搬され得る。連続ウェブ320は供給ロール326aと326b(集合的に326)から供給され、一以上のモータ330aと330b(集合的に330)により駆動される巻取ロール328aと328b(集合的に328)により引かれ得る。特筆すべきは、電極は、活性物質または薬物を包含する活性物質または薬物貯留槽に物理的に結び付けられていない。従って、前処理が薬物または他の活性物質を浪費することはない。あるいは、いくつかの実施形態において、前処理は電極を貯留槽と物理的に結び付けられた後に行われ得るが、それらの貯留槽は材料の浪費を避けるために空であるか薬物のような活性物質を欠いていることが好適である。
一以上の前処理回路332は、電解質媒体324中にある間に電位を電極320の連続ウェブに印加し得る。例えば、前処理回路332は、一以上のパッド334aと334b(集合的に334)により電位を印加し得る。パッド334は比較的滑らかな仕上げで平坦である場合があり、例えば数多くの導電繊維のような織目加工の表面を有し得る。前処理回路332は、電極320を少なくとも1回実質的に還元、酸化または消耗させるために電位を印加し得る。いくつかの実施形態において、前処理回路332は2回、3回またはそれ以上の回数で電極を実質的に還元または酸化もしくは実質的に消耗させる場合があり、各回に電極の320aと320bの各連続ウェブに印加される電位の極性を逆にする。従って、例えば、電極320の連続ウェブは1回目に1つの方向に、次に2回目に反対方向に走行する場合があり、印加される電位の極性は各方向転換で正逆に切り替えられる。あるいは、巻取ロール328は取り外され、第2パスでは電解質媒体324を通る電極320の連続ウェブの供給ロール326として使用され得る。電極320の連続ウェブは前処理を実施する者と別の者により製造される場合もあれば、前処理を実施する者と同じ者により製造される場合もある。
得られた巻取ロール328上で巻き取られた前処理電極材340aと340b(集合的に340)は、離散電極342に加工され得る。例えば、前処理電極材340は、例えばダイカット装置344により個々の電極342(図3には2つだけが指示されている)にダイカット、レーザー切断または別の方法で切断され得る。ダイカット装置344は、ダイ346、前処理電極材340を支持するためのプラテン348、および一以上のバルブ356により空気圧源354から圧力を供給する制御装置352により制御される空気圧式アクチュエータ350を含有し得る。前処理電極340の連続ウェブからの個々の電極342の形成は電極320の連続ウェブを製造および/または前処理を実施する者と別の者により実施される場合もあれば、電極320の連続ウェブを製造または前処理を実施する者と同じ者により実施される場合もある。
図4は、例示した一実施形態による、前処理電極を採用する医療装置を製造する環境400を示す。
環境400は、好適に連続ウェブ製造プロセスと構造を採用し得る。例えば、供給ロール402は、例えばバックアップテープのような第1基板404をモータ(図4には示されていない)により駆動され得る巻取ロール402に供給し得る。環境は、図解の明確さのために図4から省略される多様なローラ、コンベヤおよび他の運搬メカニズムを含有し得る。一以上の製造操作が基板404をベースとして使用して実施され得る。追加または異なる操作が含まれ得るものの、これらの製造操作のいくつかが以下に説明され、また、説明した操作のいくつかは省略され得る。多様な操作が多様なステーションに関して考察されている。いくつかの実施形態は特定のステーションを採用しない場合があり、または重複するステーションを有し得る。さらに、操作および/またはステーションの多くが図4で図解されるのと異なる順番で行われ得る。
第1ステーション408では、第1電極供給ロール410は巻取ロール414を介して前処理第1電極(例えばカソード)412の連続ウェブを供給する。分離器および/またはアプリケーション416のような装置は個々の電極を連続ウェブ412から分離し、電極を第1基板404に適用し得る。アプリケータ416は、電極を望ましい位置で第1基板404に適用するために導電接着剤、圧力および/または熱を採用し得るプレスの形態を取り得る。
第1ステーション408では、第1貯留槽供給ロール418は巻取ロール422を介して貯留槽420の連続ウェブを供給し得る。分離器とアプリケータ424のような装置は、貯留槽を分離および/又は第1基板404に適用し得る。アプリケータ424は、例えば第1電極の各々と整列して、または重ね合わせるなど、第1貯留槽を望ましい位置で第1基板404に適用するために導電接着剤、圧力および/または熱を採用し得るプレスの形態を取り得る。例えば、第1貯留槽は活性物質貯留槽として使用され得る。
第2ステーション424では、第2電極供給ロール426は巻取ロール430を介して前処理第2電極(例えばアノード)428の連続ウェブを供給する。分離器および/またはアプリケータ432のような装置は個々の電極を連続ウェブ428から分離し、および/または電極を第1基板404に適用し得る。アプリケータ432は、電極を第1電極に対し望ましい位置で第1基板404に適用するために導電接着剤、圧力および/または熱を採用し得るプレスの形態を取り得る。
第2ステーション424では、第2貯留槽供給ロール434は巻取ロール438を介して貯留槽436の連続ウェブを供給する。分離器および/またはアプリケータ440のような装置は、貯留槽を分離し、および/または第2電極と整列した第1基板404に適用し得る。アプリケータ440は、例えば第2電極の各々と整列して、または重ね合わせるなど、望ましい位置で、第2貯留槽を第1基板404に適用するために導電接着剤、圧力および/または熱を採用し得るプレスの形態を取り得る。例えば、第2貯留槽は、電解質貯留槽として使用され得る。
第3ステーション442では、回路基板供給ロール444は巻取ロール448を介してフレキシブル回路基板および/または電源(例えばバッテリー)446の連続ウェブを供給し得る。分離器および/またはアプリケータ450のような装置は個別のフレキシブル回路基板を連続ウェブ446から分離し、それを第1基板404に適用し得る。アプリケータ450は、例えば第1と第2電極の各々と整列して、または重ね合わせるなど、回路基板を望ましい位置で第1基板404に印加するために導電接着剤、圧力および/または熱を採用し得るプレスの形態を取り得る。
第3ステーション442では、第2基板供給ロール452は巻取ロール454を介して例えば第2バッキングテープのような第2基板を供給し得る。第2基板は、第1基板に適用され得る。いくつかの実施形態において、第2基板は第1および/または第2貯留槽の前に適用され得る。
第4ステーション456では、カバー供給ロール458は巻取ロール462を介してカバー材460の連続ウェブを供給し得る。分離器および/またはアプリケータ464のような装置はカバーを分離、切断し、基板404に適用し得る。アプリケータ464は、例えば回路基板に重なるなど、望ましい位置で、カバーを第1基板404に適用するために導電接着剤、圧力および/または熱を採用し得るプレスの形態を取り得る。特に、カバーは、環境保護をフレキシブル回路基板に提供するために適用され得る。
第5ステーション466では、第1と第2スクリム供給ロール468aと468bは巻取ロール472aと472bを介してスクリム材470を供給し得る。分離器および/またはアプリケータ474aと474b(集合的に474)のような装置は個別のスクリム要素を分離し、それらを基板に各貯留槽を覆って適用し得る。アプリケータ474は、スクリムを貯留槽の上に適用するために接着剤、圧力および/または熱を採用し得るプレスの形態を取り得る。
第6ステーション476では、一以上のノズルまたはジェット478は感圧接着剤を医療装置の側に向かう生体組織に印加し得る。感圧接着剤は、感圧接着剤の貯留槽480から供給され得る。ライナ供給ロール482は、巻取ロール484を介して剥離ライナの連続ウェブを供給し得る。アプリケータ486のような装置は、剥離ライナを感圧接着剤の上に適用し得る。アプリケータは、プレスや熱を採用し得る。
図5は、例示した一実施形態による、前処理電極を生産する方法を示す。
502では、第1と第2電極は電解質媒体中に導入される。前記の通り、電極は、例えば吸収性不織布材、ポリエチレンのようなポリマー材、ホイルやスクリーンのような金属材といった多様な形態を取り得る。電極は、例えば金属/金属塩材のような犠牲材を具備し得る。適当な金属/金属塩材は、銀/塩化銀(Ag/AgCl)を含む多様な形態を取り得る。
最終用途の前に、504では、第1極性が電位は第1電極に印加され、また、第1極性と反対の第2極性の電位が第2電極に印加される。電位は、第1と第2電極の少なくとも1つが実質的に酸化、還元または消耗されるまで、第1継続時間または期間に渡って印加される。
506では、第1と第2電極は、最終用途のために最終使用の装置中に組み込まれる。例えば、電極は、医学的最終用途のための医療装置中に組み込まれ得る。例えば、電極は、薬物のような活性物質のイオントフォレーシス送達を提供するためのイオントフォレーシス装置中に組み込まれ得る。
特筆すべきは、上のすべては、電極を任意の活性物質または薬物貯留槽と物理的に結び付ける前もしくは薬物または他の活性物質をそれらの貯留槽に装荷する前に達成され得る。
図6は、例示した他の実施形態による、電極を前処理するための方法600を示す。方法600は、方法500(図5)に追加して採用され得る。
最終用途の前で504(図5)の後に、602では、第2極性の電位が第1電極に印加され、また、第1極性の電位が第2電極に印加される。電位は、第1または第2電極の少なくとも1つが実質的に還元、酸化または消耗されるまで、第2継続時間または期間に渡って印加され得る。602は、第1継続時間後の最終用途の前に行われる。
図7は、更なる例示の実施形態による、電極を前処理するための方法700を示す。方法700は、方法600(図6)に追加して使用され得る。
最終用途の前で602(図6)の後に、702では、第1極性の電位が第1電極に印加され、また、第2極性の電位が第2電極に印加される。電位は、第1または第2電極の少なくとも1つが実質的に酸化、還元または消耗されるまで、第3継続時間に渡って印加され得る。電極の追加前処理が可能であるものの、現在、前処理の効果は初期の前処理の後に急速に低下するようである。
図8は、例示した一実施形態による、第1と第2電極を電解質媒体に導入する方法800を示す。方法800は、方法500(図5)において採用され得る。
802では、第1と第2電極は液体電解質媒体中に入れられる。例えば、第1と第2電極は液体電解質媒体の槽の中に入れられ得る。それは受動被覆のメカニズムを採用する場合もあれば、電気めっきのような能動被覆のメカニズムを採用する場合もある。あるいは、第1と第2電極は、電解質媒体のスプレーや蒸気中に配置され得る。それは受動被覆のメカニズムを採用する場合もあれば、静電塗装のような能動被覆のメカニズムを採用する場合もある。
図9は、例示した一実施形態による、電極を生成する方法900を示す。
902では、電極の第1と第2連続ウェブは、電解質媒体を通じて移動される。連続ウェブは供給ロールから供給され、制御装置の制御下のモータにより前進され得る巻取ロールにより巻き取られ得る。
904では、電解質媒体中にある間に反対極性の電位が電極材の第1と第2連続ウェブに印加される。電位は、連続ウェブの少なくとも1つの少なくとも一部が実質的に酸化、還元またはさもなければ消耗されるまで印加される。
904では、離散電極は、電極材の第1と第2連続ウェブから分離またはさもなければ除去される。例えば、ダイカッターまたは他の種類のカッターが個々の前処理電極を連続ウェブから切断し得る。
図10は、例示した一実施形態による、電極を使用する医療装置を形成する方法1000を示す。
1002では、第1または第2電極は、電位を活性物質貯留槽に選択的に印加するために配置される最終使用装置の活性電極アセンブリ中に配置される。もう1の電極は、最終使用装置の対向電極アセンブリ中に位置する。電極は、例えば連続ウェブ製造機械により、またはピックアンドプレース機械などにより最終使用装置中に自動的に配置され得る。代替的または追加的に、電極は最終使用装置中に手動で配置され得る。
前処理は電極の最終使用装置中への組込の前に行われるものとしてここでは一般的に考察されるものの、いくつかの実施形態において電極は最終使用装置中に組み込まれた後に前処理され得る。例えば、電極の前処理は、電極が制御回路と物理的に結び付けられる後であるが活性物質または薬物貯留槽と物理的に結び付けられる前に行われ得る。例えば、それは、活性物質または薬物貯留槽が最終使用の前に各貯留槽中に選択的に挿入され得る最終使用装置中で行われ得る。また、例えば、電極の前処理は、電極が活性物質または薬物貯留槽と物理的に結び付けられた後であるが活性物質や薬物が貯留槽中に装荷される前に行われ得る。例えば、それは、活性物質や薬物が最終使用の直前に選択的に貯留槽に挿入される最終使用装置で行われ得る。従って、各請求項は、そこで明示的に言及されていない限り、最終使用装置中への組み込み前の前処理に限定されるべきではない。
図11は、例示した一実施形態による、イオントフォレーシス装置のような医療装置の一部を形成する方法1100を示す。
1102では、1つの不織繊維材は、第1電極に隣接して配置される。吸収性不織布材のような不織繊維材がイオン剤を保持する場合、適当な電極(例えばアノードとカソード)はイオン物質の極性に基づいて選択されなければならない。不織繊維材は、例えば連続ウェブ製造機械により、またはピックアンドプレース機械などにより最終使用装置中に自動的に配置され得る。代替的または追加的に、不織繊維材は最終使用装置中に手動で配置され得る。
1104では、1つの不織繊維材に例えばオキシコドンのようなイオン活性物質が装荷される。不織繊維材は、浸漬、噴霧により活性物質を装荷することができ、さもなければ、活性物質を不織繊維材に塗布する。活性物質は、例えば連続ウェブ製造機械により貯留槽中に自動的に装荷され得る。代替的にまたは追加的に、活性物質は貯留槽中に手動で投入され得る。
図12は、例示した一実施形態による、前処理の前に電極を形成する方法1200を示す。
1202では、不織布材の形態の不織繊維材の基板が提供される。不織布材は、繊維や細繊維で形成され得る。不織布材は、吸収性および/または吸着性であり得る。不織布材は、天然または非合成材(例えば布やセルロース)および合成材(例えばレーヨン)を含む多様な形態を取り得る。
1204では、金属/金属塩は、不織布材の基板上に堆積される。例えばAg/AgClのような数多くの適当な金属/金属塩は、説明済みである。
図13は、例示した他の実施形態による、前処理の前に電極を形成する方法1300を示す。
1302では、金属/金属塩は、吸収性不織布材の基板上にめっきされる。前記で説明された通り、基板は例えば不織繊維材、ホイル、スクリーンまたはポリマー基板など多種多様な形態を取り得る。特定の基板材に適当な従来のめっき技術が採用され得る。
図14は、さらに別の実施形態による、前処理の前に電極を形成する方法1400を示す。
1402では、金属/金属塩は、例えばスクリーン印刷のような印刷により吸収性不織布材の基板上に堆積される。スクリーン印刷または不織布材を構成する繊維を個々に被覆する他の技術は犠牲材の露出表面積の量を最大化し、それにより他の技術よりも顕著な利点を実現し得る。
図15は、さらに例示した実施形態による、前処理の前に電極を形成する方法1500を示す。
1502では、例えばPETEのようなポリマー材の基板が提供される。ポリマー材は、多様な連続ウェブ生成用具および技術を使用した自動製造を容易にするために材料の連続ウェブとして提供され得る。
1504では、金属/金属塩はポリマー材の基板上に堆積される。例えばAg/AgClなど、適当な金属/金属塩の多くの例は説明済みである。
図16は、さらに例示した実施形態による、前処理の前に電極を形成する方法1600を示す。
1602では、金属材の基板が提供される。前記した通り、金属基板材はホイル、スクリーンまたはプレートの形態を取り得る。金属基板材は、多様な連続ウェブ生成用具および技術を使用した自動製造を容易にするために材料の連続ウェブとして提供され得る。
1604では、金属/金属塩は金属材の基板上に堆積される。例えばAg/AgClのなど、適当な金属/金属塩の多くの例は説明済みである。
図17は、例示した一実施形態による、電極を採用するイオントフォレーシス装置などの医療装置を形成する方法を示す。
1702では、基板が提供される。吸収性不織繊維材を含め、適当な基板の多くの例は上記に特定済みである。
1704では、活性電極が基板に適用される。Ag/AgClを含め、適当な電気化学的に活性な物質の多くの例は上記に特定済みである。
1706では、対向電極が基板に適用される。Ag/AgClを含め、適当な電気化学的に活性な物質の多くの例は上記に特定済みである。
いくつかの実施形態において、活性および対向電極は同時にまたは異なる順番で適用され得る。活性および対向電極は通常、生体組織接触側または基板の“下敷き”として言い表され得る基板の同じ側に適用される。
随意に、1708では、随意の電解質貯留槽が活性電極を覆うように適用され得る。それは、望ましくない反応の発生や望ましくない反応物の生成を減少させる助けとなる場合がある。電解質貯留槽は電解質媒体を包含する場合があり、または後に電解質媒体が装荷される場合がある。
1710では、活性物質貯留槽は、活性電極および/または電解質貯留槽を覆うように、それと整列して、またはそれに重ね合わせて適用される。活性物質貯留槽は通常、合成または天然であり得る吸収性および/または吸着性の材料である。いくつかの実施形態において、活性物質貯留槽は、電極用の基板を形成する不織繊維と同じかまたは異なり得る不織繊維材の形態を取り得る。別の実施形態において、活性物質貯留槽はヒドロゲルやゾルのようなゲルの形態を取り得る。さらに別の実施形態において、活性物質貯留槽はコンテナまたは同様の構造体の形態を取り得る。
1712では、電解質貯留槽は対向電極を覆うように、またはそれと整列して適用される。電解質貯留槽は通常、合成または天然であり得る吸収性および/または吸着性の材料である。いくつかの実施形態において、電解質貯留槽は、電極用の基板を形成する不織繊維と同じかまたは異なり得る不織繊維材の形態を取り得る。他の実施形態において、電解質貯留槽はヒドロゲルやゾルのようなゲルの形態を取り得る。さらに別の実施形態において、電解質貯留槽はコンテナまたは同様の構造体の形態を取り得る。
1714では、電源供給回路および/または電源が基板に適用される。前記した通り、電源供給回路は、一以上の要素および/または回路トレースをその表面または中に担持し得るフレキシブル基板(例えばFR4)の形態を取り得る。要素は、個別の回路要素(例えばコンデンサ、抵抗器、発光ダイオード、スイッチ)および/または集積回路要素(例えばマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、メモリや記憶装置、チップベースの電力変換装置)を具備し得る。
1716では、バッキングテープのような二次的基板が適用され得る。二次的基板は、貯留槽の各々を受容するようにサイズと寸法が決められた孔または開口を有し得る。
1718では、カバーが電源供給回路および/または電源を覆うように適用され得る。前に説明した通り、カバーはポリマーである場合があり、また、環境保護を最終使用装置中の多様な要素に提供し得る。
1720では、活性物質が活性物質貯留槽に供給され得る。治療または診断効果を生む多様な物質が活性物質として採用され得る。例えば、オキシコドンが採用され得る。出願人は、オキシコドンの治療的に有効な投与は例えばリドカインまたはリドカインとエピネフリンのような経皮送達される他の活性物質と比較して比較的高電流密度と比較的長送達時間(例えば24時間)を必要とすると信じる。従って、前処理電極は、最終用途がオキシコドンの送達であるときの使用に特に好適であり得る。活性物質の印加は、自動または手動であり得る。
1722では、電解質が電解質貯留槽に適用される。多様な従来の電解質媒体が採用され得る。電解質の適用は、自動または手動であり得る。
1724では、スクリムが活性物質および電解質貯留槽を覆うように適用される。スクリムは、貯留槽と装置の外部の間に保護を提供する。スクリムの適用は、自動または手動であり得る。
1726では、感圧接着剤が適用される。多様な従来の生体適合感圧接着剤が採用され得る。感圧接着剤の適用は、自動または手動であり得る。
1728では、選択的に取外し可能な剥離ライナが感圧接着剤を覆うように適用される。感圧接着剤から選択的に取外し可能な多様な従来の剥離ライナが採用され得る。剥離ライナの適用は、自動または手動であり得る。
以下の説明では、多くの例ばかりでなく優れた結果を生じ得る理由に関する理論を説明する。出願人は、出願人はここに記載される理論に関するような推測に縛られないが、さらなる研究と開発を可能にするためにそれらを提供することを明示的に記す。
出願人は、実質的に消耗させる電極の操作による前処理が向上した電極性能に繋がる構造変化を生むものと信じる。完全な消耗は最良またはより有意の結果を生じ得るが、電極を完全な消耗の直前点まで操作することはいくつかの応用と構造に適した有意義な利益を提供し得る。出願人は、増加した多孔性がレドックス反応に晒される犠牲材の表面積の量を増加させると信じる。出願人は、それが犠牲材をレドックス反応に利用可能としつつ犠牲材(例えばAg/AgCl)の量を効果的に増加させると信じる。出願人は、前処理後の延びた寿命、前処理されなかった電極と前処理された電極の走査電子顕微鏡写真、Ag/AgCl変化の測定量および測定されたインピーダンスの観測をこれの根拠としている。
図18A〜18Cは、前処理ディスチャージ(放電)(すなわち、酸化、還元または消耗)を受けていない未処理の不織繊維または布電極の第1形態の走査電子顕微鏡写真である。
特に、図18Aは、任意のディスチャージまたは使用前の未処理の不織繊維または布ベースの電極の第1形態を示す。図18Bは、+851μAの電流を7.58時間、+300μA/cm2の電流密度で印加した後の未処理の不織繊維または布ベースの電極の第1形態を示す。図18Cは、−851μAの電流を7.58時間、−300μA/cm2の電流密度で印加した後の未処理の不織繊維または布ベースの電極の第1形態を示す。
図19A〜19Cは、前処理ディスチャージを受けていない未処理の不織繊維または布電極の第2形態の走査電子顕微鏡写真である。
特に、図19Aは、ディスチャージまたは使用前の未処理の不織繊維または布ベースの電極の第2形態を示す。図19Bは、+851μAの電流を7.58時間、+300μA/cm2の電流密度で印加した後の未処理の不織繊維または布ベースの電極の第2形態を示す。図19Cは、−851μAの電流を7.58時間、−300μA/cm2の電流密度で印加した後の未処理の不織繊維または布ベースの電極の第2形態を示す。
図20Aと20Bは、前処理を受けた、デュポンインクを採用する不織繊維または布電極の第1形態の走査電子顕微鏡写真である。
特に、図20Aは、+850μAの前処理電流を17.1時間、+300μA/cm2の電流密度で受け、続いて−850μAの電流を7.58時間、−300μA/cm2の電流密度で印加した未処理の不織繊維または布ベースの電極の第1形態を示す。図20Bは、−850μAの前処理電流を17.1時間、−300μA/cm2の電流密度で受け、続いて+850μAの電流を7.58時間、+300μA/cm2の電流密度で印加した未処理の不織繊維または布ベースの電極の第1形態を示す。
図21Aと21Bは、前処理を受けた不織繊維または布電極の第2形態の走査電子顕微鏡写真である。
特に、図21Aは、+850μAの前処理電流を17.1時間、+300μA/cm2の電流密度で受け、続いて−850μAの電流を7.58時間、−300μA/cm2の電流密度で印加した未処理の不織繊維または布ベースの電極の第2形態を示す。図21Bは、−850μAの前処理電流を17.1時間、−300μA/cm2の電流密度で受け、続いて+850μAの電流を7.58時間、+300μA/cm2の電流密度で印加した未処理の不織繊維または布ベースの電極の第2形態を示す。
図22Aと22Bは、インク被覆不織繊維を示す走査電子顕微鏡写真である。
特に、図22Aと22Bは、デュポンによりAg/AgClインクNo.L−8144として販売されるAg/AgClインクで被覆された不織繊維を示す。デュポンAg/AgClインクは、アチソンから入手可能なAg/AgClインクのような他のAg/AgClインクよりも優れた性能を提供するようである。
さらに、出願人は、不織繊維材の使用がより長い寿命を電極に提供し得ると信じる。特に、出願人は、不織繊維材がイオン移動を促進し得ると信じる。これは、ポリマー基板の形態の電極と比較して長い電極寿命、走査電子顕微鏡写真およびインピーダンスの測定値に基づく。
同じ量のAg/AgClインクをPETE基板と不織布基板に使用すると、寿命が異なる結果になる。不織布電極は、PETE基板電極の約5倍長持ちした。不織とPETE基板の形態の電極の両方は前処理されたときに大幅な寿命の延びを示し、例えば寿命は約2倍になった。
表3(下)は、電流の第1の印加(すなわち前処理なし)と電流の第3の印加(すなわち電極の最終用途を模擬する第3の印加の前に電極を実質的に消耗させる2つの前処理サイクル)を受けた銀ホイルの形態の電極を比較するいくつかの観測を記している。特に、銀ホイルの電極は、実質的に100%のAgとして開始した。第1継続時間に渡る第1極性の電流の第1の印加の後、電極はほぼ100%のAgClになる。第2継続時間に渡る第1極性と反対の第2極性の電流の第2の印加の後、電極はほぼ100%のAgになる。最終使用を模倣する第3継続時間に渡る電流の第3の印加の後、電極はほぼ100%のAgClになる。
特筆すべきことに、デュポンまたはアチソンのいずれのAg/AgClインクを採用した場合でも、前処理により利益は実現された。比較はデュポンAg/AgClインクでスクリーン印刷された19mmの直径のポリエステル不織布を具備する電極に対して行われた。試験は、2.2g、Ag/AgCl合計1.87g、そのうち1.2gがAgで0.67gがAgClの電極で実施された。
同様の試験が銀ホイルの使用により実施された。10mmの直径の銀線がコネクタとして使用され、電流密度は300μA/cm2であった。10μmの厚さのホイルについて8時間の寿命が達成され、一方、20μmの厚さのホイルについて16時間の寿命が達成された。
少なくとも1つの試験において、第1と第2電極の各々は任意の前処理の前に約65%のAgと35%のAgClで開始した。第1継続時間または期間に渡る第1前処理または電位の印加の後、第1電極は約30%のAgと70%のAgClを有し、一方、第2電極は約100%のAgClを有する。第1継続時間または期間に渡る第1前処理または電位の印加の後、第1電極は約30%のAgと70%のAgClを有し、一方、第2電極は約100%のAgClを有する。引き続く電位の印加は、1つの電極については30%Ag30%AgCl、他方の電極については100%Agの比率を単に交互に交換するようである。
図23Aと23Bは、前処理前後の電極をそれぞれ示す走査電子顕微鏡写真である。
特に、比較的大きな粒子の堆積が電位の印加または前処理の後にアノード電極上に示されている。
図24Aと24Bは、前処理前後の電極をそれぞれ示す走査電子顕微鏡写真である。
特に、多孔性が電位の印加または前処理の後にカソード電極上で高まるようである。
少なくとも1セットの試験において、不織布基板はデュポンAg/AgClインクNo.L−8144で印刷された。結果としての電極は、19mmの直径、2.833cm2の面積および104.7mgのAg/AgCl質量を有していた。300μA/cm2の電流密度で851μAの定電流が電極に印加された。電極は、約7.51時間、7.16時間、7.57時間および7.36時間の寿命を有していた。続いて300μA/cm2でディスチャージされたとき、電極寿命は約15.1時間および15時間と約2倍になった。残りの2つの電極の寿命は測定されなかったが、むしろ電極は走査電子顕微鏡写真を作成するために使用された。
同様に、PETE基板がデュポンAg/AgClインクNo.L−8144で印刷された。結果としての電極は、19mmの直径、2.833cm2の面積および107.2mgのAg/AgCl質量を有していた。300μA/cm2の電流密度で851μAの定電流が電極に印加された。電極は、約1.37時間、1.86時間、1.33時間および1.32時間の寿命を有していた。続いて300μA/cm2でディスチャージされたとき、電極寿命は約2.91時間および3.5時間、15.1時間と約2.1倍になった。残りの2つの電極の寿命は測定されなかったが、むしろ電極は走査電子顕微鏡写真を作成するために使用された。
図25は、不織布とPETE基板の形態の電極の上記した試験の結果を示す。
前加工または前調整とも言われる前処理は、典型的には定電流密度(例えば300μA/cm2)で実施される。これは、大量生産にとって望ましいよりも多くの時間を要し得る。従って、数多くの他の処理速度または電流密度条件、特に、前処理のための1000μA/cm2、100μA/cm2および300μA/cm2の電流密度が調査された。
図26は、そのような試験の結果を示す。300μA/cm2はより良い寿命を示したが、異なる電流密度についての結果の違いはそのような試験に想定される誤差の範囲内にあるようである。
要約で説明されるものを含め、記述した実施例の上記の説明は網羅的であることも、開示された正確な形態の実施例に制限することを意図していない。特定の実施例及び例が説明の目的でここに記述されるが、当業者に認識されるであろうように、多様な等価の変更が本開示の精神と範囲から逸脱することなくなされ得る。ここに提供される様々な実施例についての教示は、必ずしも一般的に上記した例示的な医療装置やイオントフォレーシス医療装置ではない、電極を採用する他の装置に印加され得る。
上記の種々の実施例は、さらなる実施例を提供するために組み合わすことができる。それらが本明細書の特定の教示と定義に矛盾しない限り、これに限定はされないが、米国特許出願公開2008−0154178号および2009年6月9日に出願された米国仮特許出願番号61/185544号を含む、本明細書で言及され、および/またはアプリケーションデータシートにリストされる、すべての同一出願人に譲渡された米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願および非特許文献が全体的に参照によりここに組み込まれる。実施例の態様は適宜、さらなる実施例を提供するために多様な特許、出願および公開のシステム、回路およびコンセプトを採用するために変更され得る。
上記の詳細な説明に鑑み、実施例について種々の変更がなされ得る。一般に、後述の請求の範囲において使用される用語は、本明細書と請求の範囲で開示される具体的な実施例に請求項を限定するものと解釈されるべきでなく、それらの請求項に付与されるべき均等の全範囲とともにすべての可能な実施例を含むものと解釈されるべきである。従って、請求項は本開示により制限されない。
Claims (34)
- 最終用途の前に第1電極と第2電極を電解質媒体に導入するステップと、
前記最終用途の前に前記第1と第2電極の少なくとも1つが実質的に酸化または還元されるまで第1継続時間に渡って第1極性の電位を前記第1電極に、および第2極性の電位を前記第2電極に印加するステップと、
前記第1と第2電極を前記最終用途のための装置に組み込むステップ
を具備する製造方法。 - 前記最終用途の前で前記第1継続時間の後に、前記第1と第2電極の少なくとも1つが実質的に酸化または還元されるまで第2継続時間に渡って前記第2極性の電位を前記第1電極に、および前記第1極性の電位を前記第2電極に印加するステップをさらに具備する請求項1の方法。
- 前記最終用途の前で前記第2継続時間の後で前記第1と第2の電極を前記最終用途の装置に組み込むステップの前に、前記第1と第2電極の少なくとも1つが実質的に酸化または還元されるまで第3継続時間に渡って前記第1極性の電位を前記第1電極に、および前記第2極性の電位を前記第2電極に印加するステップをさらに具備する請求項2の方法。
- 第1電極と第2電極を電解質媒体に導入するステップが前記第1と第2電極を液体電解質媒体中に入れるステップを具備する請求項1から3のいずれか方法。
- 第1電極と第2電極を電解質媒体に導入するステップが第1連続ウェブの電極材と第2連続ウェブの電極材を前記電解質媒体を通じて移動させるステップを具備する請求項1から3のいずれかの方法。
- 前記最終用途が生物的対象への活性物質の送達であり、前記第1と第2電極を前記最終用途のための装置に組み込むステップが、電位を活性電極アセンブリの活性物質貯留槽に選択的に印加するために配置される前記装置の前記活性電極アセンブリに前記第1または第2電極の1つを位置させ、前記装置の対向電極アセンブリに前記第1または第2電極のもう1つを位置させるステップを含み、前記第1と第2電極を位置させる前記ステップが、前記電位を前記第1と第2電極に印加した後に行われる請求項1から3のいずれかの方法。
- 1枚の不織布を前記第1電極に近接して配置するステップと、
前記第1電極を介してイオン性活性物質に印加される電位に応答して送達される前記イオン活性物質を前記1枚の不織布に装荷するステップ
をさらに具備する請求項6の方法。 - 前記第1と第2電極が各基板材のそれぞれの部分であり、
前記最終用途の前で前記第1と第2電極を前記最終用途のための装置に組み込むステップの前に、前記第1と第2電極を前記各基板材から分離させるステップをさらに具備する請求項1から3のいずれかの方法。 - 前記最終用途の前で前記第1と第2電極を前記電解質媒体に導入するステップの前に、不織繊維材の基板を提供するステップと、
金属/金属塩を前記不織繊維材の基板上に堆積させて前記第1電極を形成するステップをさらに具備する請求項1から3のいずれかの方法。 - 前記最終用途の前で前記第1と第2電極を前記電解質媒体に導入するステップの前に、金属/金属塩を吸収性不織繊維材の基板上にめっきして前記第1電極を形成するステップをさらに具備する請求項1から3のいずれかの方法。
- 前記最終用途の前で前記第1と第2電極を前記電解質媒体に導入するステップの前に、銀/塩化銀インクを吸収性不織繊維材の基板上に印刷して前記第1電極を形成するステップをさらに具備する請求項1から3のいずれかの方法。
- 前記第1と第2電極を前記最終用途のための装置中に組み込むステップが、前記第1と第2電極を前記電解質媒体に導入するステップの後で、前記第1継続時間に渡って前記第1極性の電位を前記第1電極に、および前記第2極性の電位を前記第2電極に印加するステップの後に行われる請求項1から3のいずれかの方法。
- 前記第1と第2電極の少なくとも1つが実質的に酸化または還元されるまで第1継続時間に渡って第1極性の電位を前記第1電極に、および第2極性の電位を前記第2電極に印加するステップが、前記第1電極の酸化または還元能力が前記第1継続時間の前の前記第1電極の酸化または還元能力に対し少なくとも50%低下するまで前記第1極性の電位を前記第1電極に印加するステップを具備する請求項1から3のいずれかの方法。
- 前記第1と第2電極の少なくとも1つが実質的に酸化または還元されるまで前記第1継続時間に渡って第1極性の電位を前記第1電極に、および第2極性の電位を前記第2電極に印加するステップが、活性物質を活性物質貯留槽に装荷する前に行われる請求項1の方法。
- 第1電極が最終用途の前に少なくとも1回実質的に酸化または還元されるまでの継続時間に渡って第1極性の電位を印加された前記第1電極と、
第2電極が前記最終用途の前に少なくとも1回実質的に酸化または還元されるまでの継続時間に渡って第2極性の電位を印加された前記第2電極と、
前記最終用途の間に前記第1と第2電極に渡って電圧を印加するために動作可能な回路
を具備する最終用途のための装置。 - 前記第1電極が前記最終使用の前に実質的に再構成されるか2回目に還元されるまでの継続時間に渡って前記第1電極が前記第2極性の電位を印可される、請求項15の装置。
- 前記第1電極の送達側に配置される活性物質貯留槽と、
前記活性物質貯留槽に装荷され、前記第1電極により印加される電位に応答して前記活性物質貯留槽から選択的に移送可能なイオン活性物質
をさらに具備する請求項15の装置。 - 前記第1電極の生物的対象に接触する側に重なって配置される吸収性不織布活性物質貯留槽と、
前記第2電極の生物的対象に接触する側に重なって配置される吸収性不織布電解質貯留槽と、
前記第1電極、前記第2電極、前記回路、前記吸収性不織布活性物質貯留槽および前記吸収性不織布電解質貯留槽を支持するバッキング構造
をさらに具備する請求項15の装置。 - 前記第1電極が少なくとも40cm2の面積を持ち、電源により駆動されるときに24時間に渡って12mAを送達できる請求項15〜18のいずれかの装置。
- 前記第1電極が不織布および金属/金属塩材を具備する請求項19の装置。
- 前記金属/金属塩材が少なくとも50mg/cm3のAg/AgCl混合物を具備する請求項20の装置。
- 前記第1電極が金属ホイルまたはスクリーンの少なくとも1つを具備し、少なくとも30μmの厚さを有する請求項20の装置。
- 薬物送達の最終用途のための装置であって、
第1犠牲電極と、
第2電極と、
前記第1犠牲電極により印加される電位に反応して薬物を薬物貯留槽から生体界面に送達するために前記第1電極の送達側に配置される前記薬物貯留槽と、
前記最終用途の間に電源からの電圧を前記第1と第2電極に渡って印加するために動作可能な回路を具備し、
前記第1犠牲電極が前記回路により駆動されるときに24時間の期間に渡って0.3mA/cm2を送達する能力を有する前記装置。 - 前記第1犠牲電極が前記電源により駆動されるときに24時間に渡って12mAを送達するようにサイズ設定される請求項23の装置。
- 前記第1犠牲電極が少なくとも40cm2の面積を持つ請求項23の装置。
- 前記第1犠牲電極がAg/AgClを具備する請求項23から25のいずれかの装置。
- 前記第1犠牲電極がAg/AgCl混合物を担持する1枚の不織布を具備する請求項23から25のいずれかの装置。
- 前記第1犠牲電極がAg/AgCl混合物を担持する1つのポリマー基板を具備する請求項23から25のいずれかの装置。
- 前記第1犠牲電極が少なくとも50mg/cm3のAg/AgCl混合物を担持する1枚の不織布を具備する請求項23から25のいずれかの装置。
- 前記第1犠牲電極が少なくとも20μmの厚さを持つ1つのホイルを具備し、前記最終用途の前に前記第1電極が少なくとも1回実質的に酸化されて少なくとも1回還元されるまで、前記第1犠牲電極が第1継続時間に渡って第1極性の電位を印加され、第2継続時間に渡って第2極性の電位を印加される請求項23から25のいずれかの装置。
- 前記第1犠牲電極が少なくとも30μmの厚さを持つ1つのホイルを具備し、前記最終用途の前に前記第1電極が少なくとも1回実質的に酸化されて少なくとも1回還元されるまで、前記第1犠牲電極が第1継続時間に渡って第1極性の電位を印加され、第2継続時間に渡って第2極性の電位を印加される請求項23から25のいずれかの装置。
- 前記第1犠牲電極が少なくとも50μmの厚さを持つ1枚のホイルを具備する請求項23から25のいずれかの装置。
- 前記Ag/AgCl混合物が、前記最終用途の前に、前記第1電極が少なくとも1回実質的に酸化されるまで、第1継続時間に渡って第1極性の電位を印加され、少なくとも1回還元されるまで、第2継続時間に渡って第1極性の反対の第2極性の電位を印加される請求項23から25のいずれかの装置。
- 前記薬物貯留槽中に保存される治療的有効量のオキシコドンをさらに具備する請求項23から25のいずれかの装置。
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