JP2022521228A - マイクロ送達装置 - Google Patents

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Abstract

電気化学ポンプ、及び該電気化学ポンプを備えるマイクロ送達装置が提供されている。この電気化学ポンプ（３）は、基板（３１０）と、少なくとも１つの平面電極（３１１）とを備える。基板（３１０）は、上面（３１０１）を有する。平面電極（３１１）は、上面（３１０１）に配置され、少なくとも１つの尖った角部（３１１３）を備える。

Description

相互参照
この非仮出願は、３５ Ｕ.Ｓ.Ｃ.§１１９（ａ）に基づき、２０１９年２月１９日に出願された米国特許仮出願第６２／８０７，５３８号に優先権を主張する。その全内容は、参考により本明細書に組み込まれる。
本開示は、マイクロ送達装置（micro-delivery device）に関する。より具体的には、本開示は、マイクロ送達装置用の電気化学ポンプに関する。
従来、電解ポンプ製品には、滑らかな微小電極が使用されていた。以前は、ポンプの出力効率を増すために、電気めっき微小電極を使用して表面粗さを増す改良が開発されてきた。しかしながら、この電極設計用の製造方法は、電極表面の反復形態を与えることができず、ポンプのエネルギー性能の信頼性を低下させる。
最近、製薬業界における問題を改善するために、治療薬の最小化された送達ポンプが提案された。しかしながら、治療薬の送達ポンプにおける従来の設計に関して、未だ改善されるのを待ついくつかの欠陥がある。例えば、電解液における低い局所電場に起因する、従来のポンプ電極構造に関する低いポンプエネルギー効率、及び低い固体表面自由エネルギーからの低いポンプエネルギー効率である。
したがって、改善されるべき、及び上述した未解決の問題の少なくとも１つを解決する、装置及び方法が必要である。
本明細書で提供される態様は、マイクロ送達装置であり、該マイクロ送達装置は、上面を有する基板と、基板の上面に配置されるシェルで、該シェルと基板との間にチャンバーを形成するシェルと、基板の上面に配置される平面電極と、チャンバー内に配置されてチャンバーを上部リザーバーと下部リザーバーとに分割するセパレータと、剛性（硬質）のシェルの開口部に挿入され上部リザーバーと流体連通するカニューレとを備え、ここで、少なくとも１つの尖った角部が平面電極の表面に形成されている。
特定の実施形態では、平面電極は、第１側面と、断面図において第１側面に反対側の第第２側面とを有し、少なくとも１つの尖った角部が第１側面及び／又は第２側面にそれぞれ形成される。
特定の実施形態では、平面電極は、第１側面と、断面図において第１側面に反対側の第第２側面とを有し、平面電極は、第１側面と第２側面とを接続する頂面をさらに有し、少なくとも１つの尖った角部は、頂面に形成される。
特定の実施形態では、平面電極は、頂面、及び頂面に反対側の底面をさらに備え、頂面の面積は、底面の面積よりも大きく、断面図において側面と頂面との間に尖った角部を形成している。
特定の実施形態では、尖った角部は、０．０１－９０°間の範囲を有する鋭角を有する。
特定の実施形態では、尖った角部は、０．０１－１００μｍ間の範囲を有する幅を有する。
特定の実施形態では、尖った角部は、等方性エッチング又は異方性エッチングの方法によって形成される。
特定の実施形態では、尖った角部は、ジグザグの形状で表面に形成され及び表面から突出している。
特定の実施形態では、尖った角部は、ピラミッドの先端の形状で表面に形成され及び表面から突出している。
特定の実施形態では、平面電極は、多孔質電極である。
特定の実施形態では、平面電極に電気的に接続される電子デバイスをさらに備える。
特定の実施形態では、平面電極は親水性であり、基板は親水性である。
上述の概要、及び以下の本発明の詳細な説明は、添付の図面と併せて読むと、より良く理解されるであろう。
図１は、本開示の実施形態１による送達装置の概略断面図である。 図２は、本開示の実施形態２による電気化学ポンプの斜視図である。 図３は、本開示の実施形態３－１による電気化学ポンプの上面図である。 図４は、平面電極に形成された尖った角部の例示的な図であり、（ａ）はピラミッド形状で、（ｂ）はチップ形状である。 図５は、本開示の実施形態３－２による電気化学ポンプの概略断面図である。 図６は、本開示の実施形態４による電気化学ポンプの概略断面図である。 図７は、本開示の実施形態５による電気化学ポンプの概略断面図である。 図８は、本開示の別の実施形態による送達装置の概略断面図である。 図９は、尖った角部又は平坦な表面による平面電極を有するマイクロ送達装置の流量対時間のプロットを示すグラフ、及び、走査型電子顕微鏡による平面電極の表面の図、である。
以下の実施形態は、添付の図面とともに読んだとき、上述の内容、並びに本開示の他の技術的内容、特徴、及び効果を明確に示すように作成されている。特定の実施形態による説明を通じて、人々は、上述の目的を達成するために本開示が採用する技術的手段及び効果をさらに理解するであろう。さらに、本明細書に開示される内容は、当業者によって容易に理解され実施可能であるべきように、本開示の概念から逸脱しないすべての同等の変更又は修正は、添付の特許請求の範囲に含まれるべきである。
明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈が明確に別段の指示をしない限り、複数の指示対象を含む。本出願において、「又は」もしくは「及び」の使用は、特に明記しない限り、「及び／又は」を意味する。さらに、用語「含む（including）」、及び他の形式、例えば「含む（include)」、「含む（includes)」、及び「含まれる（included)」の使用は、限定することではない。本書で使用されるセクションの見出しは、構成的な目的のみであり、記述されている主題を制限するものとして解釈されるべきではない。
さらに、明細書及び特許請求の範囲において記載された、例えば「第１」、「第２」などの序数詞は、クレームされた要素を説明することのみを意図しており、クレームされた要素が任意の手順の序数詞を有することも、及びクレームされた要素と別のクレームされた要素との間の順序を、又は製造方法のステップ間の順序を暗示するあるいは表すことも意図するものではない。これらの序数詞の使用は、特定の指定を有するあるクレームされた要素を、同じ指定を有する別のクレームされた要素と区別するためだけのものである。
さらに、「上に（on）」、「上方に（above）」、「越えて（over）」などのような本明細書に記載の用語は、他の構成要素、例えば基板、との直接接触だけでなく、他の構成要素、例えば基板、との間接接触も意図している。
実施形態１
図１を参照されたい。図１は、本開示の実施形態１による送達装置の断面図である。図１に示すように、送達装置１は、基板１１０、剛性（硬質）のシェル１２、セパレータ１３、カニューレ１４、及び電子デバイス１５を備える。
平面電極１１１及び剛性シェル１２は、基板１１０の上面に配置され、チャンバー１６は、剛性シェル１２及び基板１１１によって形成される。セパレータ１３は、チャンバー１６内に構成され、チャンバーを上部リザーバー１６１及び下部リザーバー１６２に分割する。治療薬は、上部リザーバー１６１に充填可能である。電気分解用の液体試薬は、下部リザーバー１６２に充填可能である。カニューレ１４は、剛性シェル１２の開口部に挿入され、上部リザーバー１６１と流体連通している。電子デバイス１５は、平面電極１１１に電気的に接続され、平面電極１１１に電力を供給する。本実施形態では、セパレータは、ダイヤフラムである。基板１１０、平面電極１１１、カニューレ１４、チャンバー１６、及びセパレータ１３は、共に、薬物を送達するために使用される本発明の電気化学ポンプを構成する。さらに、セパレータ１３は、ゴム製プランジャーで作製され、ストッパーとして使用される。
実施形態２
図２を参照されたい。図２は、本開示の実施形態２による電気化学ポンプの斜視図である。図２に示すように、電気化学ポンプ２は、基板２１０、及び少なくとも１つの平面電極２１１（例えば、アノード電極及びカソード電極）を備える。
基板２１０は、上面２１０１を有する。さらに、基板２１０は、これに限定されないが、生体適合性材料で作製することができる。本実施形態では、基板２１０はガラス製である。
平面電極２１１は、基板２１０の上面２１０１に配置されている。
実施形態３－１
実施形態３－１は、実施形態１及び実施形態２と同様であり、以下の違いを除いて、ここでは詳細には繰り返されない。本開示の実施形態３による電気化学ポンプの水平断面図である図３を参照されたい。図３に示すように、電気化学ポンプ３は、基板３１０及び少なくとも１つの平面電極３１１を備える。
平面電極３１１は、基板３１０の上面３１０１に配置されている。さらに、この実施形態では、平面電極３１１は、第１側面３１１１、第２側面３１１２、及び第３側面３１１０を有する。電気化学ポンプの水平断面図から、少なくとも１つの尖った角部（sharp corner）３１１３が観察可能である。平面電極３１１の第３側面３１１０は、第１側面３１１１及び第２側面３１１２を接続する表面として定義される。第１側面３１１１は、第２側面３１１２の反対側にあり、第１側面３１１１及び第２側面３１１２の両方が、第３側面３１１０に接続されている。
少なくとも１つの尖った角部３１１３は、第１側面３１１１及び／又は第２側面３１１２に形成され、かつ、それらから突出されている。特定の実施形態では、平面電極３１１の尖った角部３１１３は、電気化学ポンプ３の上面図ではジグザグの形状で形成されている。さらにこの実施形態では、平面電極は、多孔質である。しかしながら、代替の実施形態では、尖った角部は、第１側面３１１１、第２側面３１１２、及び第３側面３１１０に形成される。
本発明において、尖った角部は、当該技術分野の当業者によって知られている技術によって形成可能である。例えば、尖った角部は、等方性エッチング又は異方性エッチングの方法を介して形成可能である。
しかしながら、尖った角部の形状は、エッチングの方法にしたがい、変更され及び調整されることができる。例えば、尖った角部は、ピラミッド形状（図４の（ａ））又はチップ（先端、尖端）形状（図４の（ｂ））にすることができる。尖った角部は、０．０１－９０°の間の範囲を有する鋭角（θ）を有する。尖った角部はまた、０．０１－１００μｍの間の範囲を有する幅（Ｌ）も有する。
実施形態３－２
実施形態３－２は、実施形態３－１の代替のものであり、ここでは詳細に繰り返されない。本開示の実施形態３による電気化学ポンプの概略断面図である図５を参照されたい。図５に示すように、電気化学ポンプ４は、基板４１０及び少なくとも１つの平面電極４１１を備える。
基板４１０は、上面４１０１を有する。平面電極４１１は、基板４１０の上面４１０１に配置されている。さらに、この実施形態では、平面電極４１１は、頂面４１１０、第１側面４１１１、第２側面４１１２、及び少なくとも１つの尖った角部４１１３を有する。平面電極４１１の頂面４１１０は、基板４１０の上面４１０１に実質的に平行である。第１側面４１１１は、第２側面４１１２に反対側であり、第１側面４１１１及び第２側面４１１２の両方は、頂面４１１０に接続され、基板４１０の上面４１０１に実質的に垂直である。
図３に示す実施形態と同様に、尖った角部４１１３は、第１側面４１１１及び第２側面４１１２に形成され第１側面４１１１及び第２側面４１１２から突出しており、この実施形態では、平面電極４１１は、多孔質である。しかしながら、平面電極４１１の尖った角部４１１３は、電気化学ポンプ４の側面断面図からジグザグ形状において観察される。
さらに、図３及び図５を参照すると、いくつかの実施形態（図には示されていない）では、平面電極は、多孔質であることができ、特定の実施形態では、尖った角部の数は、複数である。
実施形態４
実施形態４は、実施形態１及び実施形態２と同様であり、以下の違いを除いて、ここでは詳細には繰り返さない。本開示の実施形態４による電気化学ポンプの概略断面図である図６を参照されたい。図６に示すように、電気化学ポンプ５は、基板５１０及び少なくとも１つの平面電極５１１を備える。
基板５１０は、上面５１０１を有する。平面電極５１１は、基板５１０の上面５１０１に配置されている。さらに、この実施形態では、平面電極５１１は、頂面５１１０、第１側面５１１１、第２側面５１１２、及び底面５１１４を有する。底面５１１４は、頂面５１１０の反対側にある。頂面５１１０は、底面５１１４及び基板５１０の上面５１０１に実質的に平行である。第１側面５１１１は、第２側面５１１２の反対側にあり、第１側面５１１１及び第２側面５１１２の両方は、尖った角部５１１３によって頂面５１１０に接続されている。この実施形態では、頂面及び第１／第２の側面５１１１、５１１２を接続する尖った角部は、０．０１－９０°の間の角度を有する。その上、この実施形態では、平面電極５１１は、多孔質であることができる。
さらに、頂面５１１０の面積は、底面５１１４の面積よりも大きく、側面断面図では、第１側面５１１１と頂面５１１０との間、及び第２側面５１１１と頂面５１１０との間で尖った角部５１１３を形成する。
いくつかの実施形態では、平面電極５１１の形状は、逆台形のようなものである（図には示されていない）。
実施形態５
実施形態５は、実施形態１及び実施形態２と同様であり、以下の違いを除いて、ここでは詳細には繰り返されない。本開示の実施形態５による電気化学ポンプの概略断面図である図７を参照されたい。図７に示すように、電気化学ポンプ６は、基板６１０及び少なくとも１つの平面電極６１１を備える。
基板６１０は、上面６１０１を有する。平面電極６１１は、基板６１０の上面６１０１に配置されている。さらに、この実施形態では、平面電極６１１は、頂面６１１０、第１側面６１１１、第２側面６１１２、及び少なくとも１つの尖った角部６１１３を有する。頂面６１１０は、基板６１０の上面６１０１に実質的に平行である。第１側面６１１１は、第２側面６１１２の反対側にあり、第１側面６１１１及び第２側面６１１２の両方が頂面６１１０に接続されている。
尖った角部６１１３は、概略断面図では、頂面６１１０に形成され、頂面６１１０から突出している。この実施形態では、それぞれの尖った角部６１１３の形状は、側面断面図から見るとピラミッドのようなものである。しかしながら、尖った角部６１１３の形状は、この実施形態によって限定されない。例えば、いくつかの実施形態では、尖った角部６１１３の形状は、（図４の（ｂ）に示されるように）チップ（先端、尖端）に類似することができる。
実施形態６
実施形態６は、実施形態１及び実施形態２と同様であり、以下の違いを除いて、ここでは詳細には繰り返されない。本開示の第７実施形態による送達装置の断面図である図８を参照されたい。
送達装置は、バイアル形状（vial-shape）であり、実施形態１では、基板１１０の上面は、カニューレ１４が挿入される開口部に面している。しかしながら、本実施形態の装置は、カニューレ１４が挿入される開口部を有し、この開口部は、開口部に面していない。一実施形態では、開口部は、基板１１０に実質的に平行な方向に存在する。さらに、本実施形態の装置は、セパレータ１３も備えており、該セパレータは、ダイヤフラムで作製され、これはストッパーとして使用される。
本発明によれば、尖った角部を有する平面電極を備えたマイクロ送達装置は、尖った角部を有さない電極と比較して、すなわち平坦な表面を有する電極と比較して、より速い始動速度及びより大量の流体を提供する。図９に示すように、尖った角部を持つ平面電極を有するマイクロ送達装置は、流体の出力に関してより速い始動速度を提供し、また流体量もより多い。対照的に、平坦な表面を持つ平面電極を有するマイクロ送達装置は、流体の出力に関してより遅い始動速度を提供し、流体量はより少ない。したがって、尖った角部を有する電極は、マイクロ送達装置の薬物送達の効率を大幅に改善することが観察され得る。図９はまた、走査型電子顕微鏡による平面電極の表面における走査図も含み、これはエッチングによって電極の表面に形成された尖った角部を明示している。電極表面において観察されるように、尖った角部は、エッチングによって電極の表面に分布され、隣接する尖った角部間の距離は、約５μｍ以下である。
注目すべきことに、平面電極の構造は、これに限定されないが、上述した図３から図７に示される実施形態の形状である。例えば、図３及び図７を参照して、いくつかの実施形態では、尖った角部の数は複数であり、尖った角部の各部は、上面図ではジグザグの形で側面に形成され側面から突出しており、また、尖った角部の各部は、概略断面図では頂面に形成され頂面から突出している。
例えば、図５及び図７を参照して、いくつかの実施形態では、尖った角部の数は、複数であり、尖った角部の各部は、概略断面図では、ジグザグの形で側面に形成され側面から突出しており、また、尖った角部の各部は、頂面に形成され頂面から突出している。
例えば、図３及び図６を参照して、いくつかの実施形態では、平面電極は多孔質であり、尖った角部の数は複数である。尖った角部の各部は、上面図では、ジグザグの形で側面に形成され側面から突出しており、また、尖った角部の各部は、概略断面図では、側面と頂面との間に形成されている。
例えば、図６及び図７を参照して、いくつかの実施形態では、平面電極は多孔質であり、尖った角部の数は複数である。尖った角部の各部は、概略断面図では、側面と頂面との間に形成され、尖った角部の各部は、概略断面図では、側面と頂面との間に形成されている。
例えば、図５、図６、及び図７を参照して、いくつかの実施形態では、尖った角部の数は複数であり、尖った角部の各部は、概略断面図では、ジグザグの形で側面に形成され側面から突出しており、尖った角部の各部は、概略断面図では、側面と頂面との間に形成され、尖った角部の各部は、概略断面図では、頂面に形成され突出している。
例えば、図３、図６、及び図７を参照して、いくつかの実施形態では、尖った角部の数は複数であり、尖った角部の各部は、上面図では、ジグザグの形で側面に形成され側面から突出しており、尖った角部の各部は、概略断面図では、側面と頂面との間に形成され、尖った角部の各部は、概略断面図では、頂面に形成され頂面から突出している。
いくつかの実施形態では、例えば図３において、尖った角部３１１３は、基板３１０の上面３１０１に実質的に垂直な方向に沿って形成されている。
別の実施形態では、例えば図５において、尖った角部４１１３は、基板４１０の上面４１０１に実質的に平行な方向に沿って形成されている。
要約すると、本開示の電気化学ポンプ及び送達装置は、平面電極を備え、平面電極は、尖った角部を備えることから、平面電極は、より良い電解効率を提供するため、強い電界を発生することができ、より大量のガス生成を誘発することができる（真空におけるコロナ放電と同様）。
本発明の好ましい実施形態が本明細書に示され、説明されてきたが、そのような実施形態が例としてのみ提供され、組み合わせて実施できることは、当業者に明らかであろう。多くの変形、変更、及び置換は、本発明から逸脱することなく、当業者が気付くであろう。本明細書に記載された本発明の実施形態への様々な代替案が、本発明を実施する際に使用されてもよいことは、理解されるべきである。以下の請求項は、本発明の権利範囲を定義し、また、それらの請求項の権利範囲内の方法及び構造並びにそれらの均等物は、それによってカバーされるということが意図されている。

Claims (12)

  1. 上面を有する基板と、
    基板の上面に配置されるシェルで、該シェルと基板との間にチャンバーを形成するシェルと、
    基板の上面に配置される平面電極と、
    チャンバー内に配置され、チャンバーを上部リザーバー及び下部リザーバーに分割するセパレータと、
    剛性のシェルの開口部に挿入され、上部リザーバーと流体連通するカニューレと、
    を備え、
    少なくとも１つの尖った角部が平面電極の表面に形成されている、
    マイクロ送達装置。
  2. 平面電極は、第１側面と、断面図において第１側面の反対側にある第２側面とを有し、少なくとも１つの尖った角部は、第１側面及び／又は第２側面に形成されている、請求項１に記載のマイクロ送達装置。
  3. 平面電極は、第１側面と、断面図において第１側面の反対側にある第２側面とを有し、平面電極は、さらに、第１側面及び第２側面を接続する頂面を有し、少なくとも１つの尖った角部は、頂面に形成されている、請求項１に記載のマイクロ送達装置。
  4. 平面電極は、さらに、頂面と、頂面の反対側にある底面とを備え、頂面の面積は、底面の面積よりも大きく、断面図では側面と頂面との間に尖った角部を形成する、請求項１に記載のマイクロ送達装置。
  5. 尖った角部は、０．０１－９０°間の範囲の鋭角を有する、請求項１に記載のマイクロ送達装置。
  6. 尖った角部は、０．０１－１００μｍ間の範囲の幅を有する、請求項１に記載のマイクロ送達装置。
  7. 尖った角部は、等方性エッチング又は異方性エッチングの方法によって形成されている、請求項１に記載のマイクロ送達装置。
  8. 尖った角部は、ジグザグの形で表面に形成され、表面から突出している、請求項１、２、３のいずれかに記載のマイクロ送達装置。
  9. 尖った角部は、ピラミッドの先端の形で表面に形成され、表面から突出している、請求項１、２、３のいずれかに記載のマイクロ送達装置。
  10. 平面電極は、多孔質電極である、請求項１に記載のマイクロ送達装置。
  11. 平面電極に電気的に接続されている電子デバイスをさらに備える、請求項１に記載のマイクロ送達装置。
  12. 平面電極は親水性であり、基板は親水性である、請求項１に記載のマイクロ送達装置。
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