JP4500477B2 - 改良されたアパーチャプレートならびにその構築および使用のための方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の背景）
本発明は、概して、液体分配の分野に関し、そして特に、微細な液滴のエアロゾル化に関する。より具体的には、本発明は、このような微細な液滴を生成するために利用されるアパーチャ（ａｐｅｒｔｕｒｅ）プレートの形成および使用に関する。
【０００２】
微細な液滴の生成に対して、大きな必要性が存在する。例えば、微細な液滴は、薬物送達、殺虫剤送達、脱臭、塗装、燃料注入などのための場合に使用される。多くの適用において、約０．５μｌに至るまでの平均サイズを有する液滴を生成することが望まれ得る。例えば、多くの医療的適用において、このようなサイズは、吸入された薬物が深い肺に到達することを確実にするために必要である。
【０００３】
米国特許第５，１６４，７４０号；同第５，５８６，５５０号；および同第５，７５８，６３７号（これらの完全な開示は、本明細書中で参考として援用される）は、微細な液滴を生成するための例示的なデバイスを記載する。これらの特許は、液体が供給される、テーパー状のアパーチャを有するアパーチャプレートの使用について記載する。次いで、このアパーチャプレートは振動し、その結果、各アパーチャのより大きな開口部に入る液体が各アパーチャの小さな開口部を介して分配され、液滴を形成する。このようなデバイスは、液滴を生成する際に大いに成功することが証明されている。
【０００４】
液体をエアロゾル化するための別の技術が、米国特許第５，２６１，６０１号に記載され、そしてチャンバ一面に配置された穴のあいた膜を利用する。この穴のあいた膜は、円柱状の出口開口部を有するアパーチャを生成する、「写真のプロセス」を用いて電鋳された金属シートを含む。
【０００５】
本発明は、比較的速い速度で微細な液滴を生成する際に効果的な他のアパーチャプレートの構築、および使用を提供する。このように、本発明によって、微細な液滴の使用を要求する多くの適用において、なお素晴らしい使用が見い出されることが予想される。
【０００６】
（発明の要旨）
本発明は、例示的アパーチャプレート、ならびに比較的速い速度で微細な液滴を生成する際の、これらのアパーチャプレートの構築および使用のための方法を提供する。１つの実施形態において、アパーチャプレートを形成するための方法が提供される。この方法は、伝導性表面、および、この伝導性表面の上に延びるように伝導性表面上に配置された、複数の不伝導性アイランドを有するマンドレル体を備えるマンドレルを利用する。マンドレルは、マンドレル上に付着されるべき材料を含む溶液中で配置される。次いで、電流がマンドレルに印加され、アパーチャプレートをマンドレル上に形成し、このアパーチャプレートは、約３０°〜約６０°の、より好ましくは、約４１°〜約４９°の範囲であり、そしてさらになお、より好ましくは約４５°である、出口角を有するアパーチャを有する。アパーチャプレートがこのような出口角を有するための構築は、アパーチャを介する液滴の生成の速度を最大にするという点で、特に有利である。
【０００７】
ある特定の局面において、アイランドは、円形の底部（この底部は、マンドレル上に位置している）を有するほぼ円錐形またはドーム形に近いジオメトリーを有する。好都合なことに、アイランドは、約２０ミクロン〜約２００ミクロンの範囲の底部直径、および約４ミクロン〜約２０ミクロンの範囲の高さを有し得る。
【０００８】
別の特定の局面において、アイランドは、写真平板プロセスを用いて、フォトレジスト（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔｅｎｔ）材料から形成される。好都合なことに、アイランドは、写真平板プロセスに続いて処置され、アイランドの形を変える。別の局面において、アパーチャプレートは、マンドレルから取り外され、そしてドーム形に形成される。なお別の局面において、アパーチャプレートを形成する溶液中の材料は、パラジウムニッケル合金、パラジウムコバルト、あるいは他のパラジウム合金または金合金のような材料であり得る。
【０００９】
本発明はさらに、上部表面、底部表面、および上部表面から底部表面の方向にテーパー状になる複数のアパーチャを有するプレート体を備える、例示的なアパーチャプレートを提供する。さらに、アパーチャは、約３０°〜約６０°の範囲の、より好ましくは約４１°〜約４９°の範囲の、そしてより好ましくは約４５°の出口角を有する。アパーチャはまた、テーパーの最も狭い部分において、約１ミクロン〜約１０ミクロンの範囲の直径を有する。このようなアパーチャプレートは、１０００アパーチャ当たり毎秒約４μＬ〜約３０μＬの範囲の速度で約２μｍ〜約１０μｍの範囲のサイズを有する液滴を生成し得るという点で、有利である。このように、アパーチャプレートは、十分な量の液体医薬をエアロゾル化するために利用され得、その結果、さもなくば、エアロゾル化された医薬を捕捉するために利用利用され得る捕捉チャンバが必要とされない。
【００１０】
アパーチャプレートは、高い強度材料および耐食性材料で構築され得る。１例として、プレート体は、パラジウムニッケル合金から構築され得る。このような合金は、多くの腐食性材料、特に、吸入療法による呼吸器疾患を処置するための溶液（例えば、硫酸アルブテロール溶液およびイプラトロピウム溶液（これらは、多くの医学的適用において用いられる））、に対して耐食性である。さらに、パラジウムニッケル合金は、低い弾性率を有し、従って、与えられた振動振幅に対してより小さい応力を有する。プレート体を構築するために使用され得る他の材料としては、金、金合金などが挙げられる。
【００１１】
別の局面において、プレート体は、ジオメトリー的にドーム形である、１つの部分を有する。１つの特定の局面において、プレート体は、約２０ミクロン〜約７０ミクロンの範囲の厚みを有する。
【００１２】
別の実施形態において、本発明は、アパーチャプレートを形成するためのマンドレルを提供する。マンドレルは、伝導性の、ほぼ平らな上部表面、およびその伝導性表面上に配置された、複数の不伝導性のアイランドを有する、マンドレル体またはプレートを備える。このアイランドは、伝導性表面の上に延び、そしてほぼ円錐形またはドーム形に近いジオメトリーを有する。このようなマンドレルは、マンドレル体上にアパーチャプレートを形成するために利用され得る電鋳プロセスの際に、特に有用である。このようなプロセスにおいて使用される場合、形作られた不伝導性アイランドは、約３０°〜約６０°の範囲の、より典型的には約４１°〜約４９°の範囲の、そしてなおより典型的には約４５°の、出口角を有するアパーチャを製造する際に役立つ。
【００１３】
１つの局面において、アイランドは、約２０ミクロン〜約２００ミクロンの範囲の底部直径、および約４ミクロン〜約２０ミクロンの範囲の高さを有する。別の局面において、アイランドは、伝導性表面に関して、約１５°〜約３０°の範囲の平均スロープを有し得る。好都合なことに、アイランドは、写真平板プロセスに使用して、写真フォトレジスト材料から形成され得る。アイランドは、写真平板プロセスに続いて処理され得、さらにアイランドを形作り得る。
【００１４】
なお別の局面において、本発明は、アパーチャプレートを形成するために利用され得るマンドレルを製造するための方法を提供する。この方法に従って、電鋳マンドレル体が提供される。マンドレル体にフォトレジストフィルムが適用され、そして円形領域のパターンを有するマスクがフォトレジストフィルム上に配置される。次いで、フォトレジストフィルムは、現像され、パターン上の穴の位置に一致する不伝導性アイランドの配列を形成する。この工程に続いて、マンドレル体は、加熱されて、アイランドが溶け、そして所望の形に流れ込むことを可能にする。例えば、アイランドは、ジオメトリーにおいてほぼ円錐形またはドーム形になり、そしてマンドレル体の表面に対してスロープを有するまで加熱され得る。必要に応じて、ホォトレジストフィルムを適用する工程、フォトレジストフィルムの上に円形領域のより小さなパターンを有するマスクを配置する工程、フォトレジストフィルムを現像する工程、およびマンドレル体を加熱する工程が繰り返され得、フォトレジスト材料の層を形成し、そしてそれによってさらに不伝導性アイランドの形が変更され得る。
【００１５】
１つの局面において、フォトレジストフィルムは、約４ミクロン〜約１５ミクロンの範囲の厚みを有する。別の局面において、マンドレル体は、約５０℃〜約２５０℃の範囲の温度まで約３０分間加熱される。典型的には、マンドレル体は、毎分約３℃未満の速度でこの温度まで加熱される。
【００１６】
本発明は、さらになお、液体をエアロゾル化するための方法を提供する。この方法に従って、上部表面、底部表面、および上部表面から底部表面の方向にテーパー状になる複数のアパーチャを有するプレート体を備えるアパーチャプレートが提供される。このアパーチャは、約３０°〜約６０°の範囲の、好ましくは約４１°〜約４９°の範囲の、より好ましくは約４５°の、出口角を有する。アパーチャはまた、テーパーの最も狭い部分で約１ミクロン〜約１０ミクロンの範囲の直径を有する。液体は、アパーチャプレートの底部表面に供給され、そしてアパーチャプレートは振動し、上部表面から液滴を排出する。
【００１７】
典型的には、液滴は、約２μｍ〜約１０μｍの範囲のサイズを有する。好都合なことに、アパーチャプレートは、少なくとも約１，０００個のアパーチャを備え得、その結果、約４μＬ〜約３０μＬの範囲の容積の液体が約１秒未満の時間内に形成される。このようにして、患者が、処方された量の医薬を捕捉しそして保持するための捕捉チャンバに対する必要性なしに、エアロゾル化された医薬を吸入し得るように、十分な用量がエアロゾル化され得る。
【００１８】
１つの特定の局面において、底部表面に提供される液体は、液滴が上部表面から排出されるまで、表面張力によって底部表面に保持される。別の局面において、アパーチャプレートは、約８０ＫＨｚ〜約２００ＫＨｚの範囲の振動数で振動する。
【００１９】
（特定の実施形態の記載）
本発明は、例示的なアパーチャプレート、ならびにそれらの構築および使用ための方法を提供する。本発明のアパーチャプレートは、所望の形に形成され得、かつ、アパーチャプレートが振動した場合に微細な液滴を生成するために利用される複数のアパーチャを含む、比較的薄いプレートから構築される。このようなアパーチャプレートを振動させるための技術は、米国特許第５，１６４，７４０号；同第５，５８６，５５０号；および同第５，７５８，６３７号（これらは、先に本明細書中で参考として援用された）に一般的に記載される。アパーチャプレートは、比較的速い速度で比較的小さな液滴の生成を可能とするために構築される。例えば、本発明のアパーチャプレートは、約２ミクロン〜約１０ミクロンの範囲の、そしてより典型的には、約２ミクロン〜約５ミクロンの間の、サイズを有する液滴を生成するために利用され得る。いくつかの場合において、アパーチャプレートは、肺の薬物送達手順において有用な噴霧を生成するために利用され得る。このように、アパーチャプレートによって生成された噴霧は、呼吸に適する分画を有し得、この分画は、米国特許第５，７５８，６３７号（先に参考として援用された）に記載されるように、約７０％より大きく、好ましくは約８０％より大きく、そして最も好ましくは、約９０％より大きい。
【００２０】
いくつかの実施形態において、このような微細な液滴は、１０００個のアパーチャ当たり毎秒約４マイクロリットル〜約３０マイクロリットルの範囲の速度で生成され得る。このようにして、アパーチャプレートは、約１秒未満の時間内に、約４マイクロリットル〜約３０マイクロリットルの範囲であるエアロゾル化された容積を生成するために十分な複数のアパーチャを有するように構築され得る。このような生成速度は、エアロゾル化された医薬を直接吸入させるのに十分な速度で、所望の用量をエアロゾル化する肺の薬物送達応用に対して、特に有用である。このように、特定の用量が生成されるまで液滴を捕捉しておくための捕捉チャンバが必要とされない。このような様式で、アパーチャプレートは、精巧な捕捉チャンバを利用しないエアロゾライザー、ネブライザー、または吸入器内に備えられ得る。
【００２１】
ちょうど記載されたように、本発明は、呼吸器系に幅広い薬物を送達するために利用され得る。例えば、本発明は、ホルモン、ペプチドおよび呼吸器系の局部処置のための薬物を含む正確な投薬を必要とする他の薬物のような、強力な治療因子を有する薬物を送達するために利用され得る。エアロゾル化され得る液体薬物の例としては、溶液の形態（例えば、水溶液、エタノール溶液、水／エタノール混合溶液など）、コロイド懸濁液の形態などの薬物が挙げられる。本発明によって、幅広い他の型の液体（例えば、インスリン）をエアロゾル化する際の使用も見い出され得る。
【００２２】
１つの局面において、アパーチャプレートは、比較的高い強度を有し、かつ、浸食に対して耐性がある、材料から構築され得る。このような特徴を提供する１つの特定の材料は、パラジウムニッケル合金である。１つの特に有用なパラジウムニッケル合金は、約８０％のパラジウムおよび約２０％のニッケルを含む。他の有用なパラジウムニッケル合金は、一般的に、Ｊ．Ａ．Ａｂｙｓら、「Ａｎｎｅａｌｉｎｇ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｐａｌｌａｄｉｕｍ−Ｎｉｃｋｅｌ Ａｌｌｏｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｓ」Ｐｌａｔｉｎｇ ａｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ、１９９６年８月、「ＰａｌｌａＴｅｃｈ（登録商標） Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｆｏｒ ｔｈｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ａｄｄｉｔｉｖｅ ＩＶＳ ｉｎ ＰａｌｌａＴｅｃｈ（登録商標） Ｐｌａｔｉｎｇ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｂｙ ＨＰＬＣ」Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ、Ｌｕｃｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、１９９６年、および米国特許第５，１８０，４８２号（この完全な開示は、本明細書中で参考として援用される）に記載される。
【００２３】
このようなパラジウムニッケル合金で構築されたアパーチャプレートは、ニッケルアパーチャプレートと比較して、有意により良好な耐食性を有する。１例として、ニッケルアパーチャプレートは、硫酸アルブテロール溶液（ｐＨ３．５）がアパーチャを通って流れる場合、典型的に、毎時約１ミクロンの速度で腐食する。対照的に、本発明のパラジウムニッケル合金では、約２００時間後にもいかなる検出可能な浸食もみられない。従って、本発明のパラジウムニッケル合金アパーチャプレートは、アパーチャプレートを有意に浸食することなしに、幅広い液体と共に使用され得る。使用され得、そしてこのようなアパーチャプレートを有意に浸食しない液体の例としては、アルブテロール、クロマチン、および、噴射ネブライザーによって普通に送達される他の吸入溶液などが挙げられる。
【００２４】
パラジウムニッケル合金の別の利点は、パラジウムニッケル合金が低い弾性率を有するということである。このように、与えられた振動振幅に対する応力は、ニッケルアパーチャプレートと比較してより低い。１例として、ニッケルに対する弾性率は約３３×１０⁶ｐｓｉであるのに対して、このようなパラジウム合金に対する弾性率は、約１２×１０⁶ｐｓｉである。応力は伸び量および弾性率に比例するので、より低い弾性値るを有するアパーチャプレートを提供することによって、アパーチャプレートに対する応力は大いに減らされる。
【００２５】
本発明のアパーチャプレートを構築するための別の材料として、純粋なパラジウムおよび純金、ならびに同時係属米国出願シリアル番号０９／３１３，９１４（１９９９年５月１８日に出願され、その完全な開示は、本明細書中で参考として援用される）に記載される材料が挙げられる。
【００２６】
特定されたサイズの範囲内に液滴を保ちつつ、液滴形成の速度を上げるために、アパーチャは特定の形を有するように構築され得る。より詳細には、アパーチャは、好ましくは、テーパー状になり、その結果、アパーチャは、液滴がアパーチャから出る断面においてより細くなる。１つの実施形態において、出口の開口部でのアパーチャの角度（つまり出口角）は、約３０°〜約６０°の、より好ましくは約４１°〜約４９°の範囲であり、そしてさらに好ましくは約４５°である。このような出口角は、液滴のサイズを最小にしつつも増加された流速を提供する。このように、アパーチャプレートによって、吸入薬物送達適用による特定の使用が見い出され得る。
【００２７】
アパーチャプレートのアパーチャは、典型的に、約１ミクロン〜約１０ミクロンの範囲の直径を有する出口開口部を有し、約２ミクロン〜約１０ミクロンのサイズの液滴を生成する。別の局面において、出口角におけるテーパーは、好ましくは、少なくともアパーチャプレートの最初の約１５ミクロンに対して、所望の角度範囲内である。この点以外に、アパーチャの形は、あまり決定的ではない。例えば、テーパーの角度は、アパーチャプレートの反対表面に向かって増加し得る。
【００２８】
好都合なことに、本発明のアパーチャプレートは、米国特許第５，７５８，６３７号（先に参考として援用された）に一般的に記載されるように、ドーム形に形成され得る。典型的に、アパーチャプレートは、液体をエアロゾル化する場合に、約４５ｋＨｚ〜約２００ｋＨｚの範囲の振動数で振動する。さらに、液体をエアロゾル化する場合、液体は、アパーチャプレートの後表面に配置され、ここで、液体は表面張力によって後表面に付着する。アパーチャプレートの振動に基づいて、液滴は米国特許第５，１６４，７４０号、同第５，５８６，５５０号、および同第５，７５８，６３７号（先に参考として援用された）に一般的に記載されるように、前表面から排出される。
【００２９】
本発明のアパーチャプレートは、金属が電気分解プロセスによって、溶液から伝導性マンドレル上に付着される電着プロセスを使用して、構築され得る。ある特定の局面において、アパーチャプレートは、逆の輪郭、寸法、および、仕上げられたアパーチャプレート上に所望される表面仕上を有する、正確に作製されたマンドレル上に、金属が電気メッキされる、電鋳プロセスを用いて形成される。付着された金属の所望の厚みが得られた場合、アパーチャプレートはマンドレルから分離される。電鋳技術は、通常、Ｅ．Ｐａｕｌ ＤｅＧａｒｍｏ、「Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｉｎ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ」、ＭｃＭｉｌｌａｎ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．Ｉｎｃ．、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、第５版、１９７９（この完全な開示は、本明細書中で参考として援用される）に記載される。
【００３０】
本発明のアパーチャプレートを製造するために使用され得るマンドレルは、複数の間隔を空けて位置された不伝導性アイランドを有する伝導性表面を備え得る。このように、マンドレルが溶液中に置かれ、そして電流がマンドレルに印加される場合、溶液中の金属材料が、マンドレル上に付着される。アパーチャプレートを形成するためにマンドレルに電着され得る金属の例は、上に記載された。
【００３１】
本発明の１つの特定の特徴は、アパーチャプレート上の不伝導性アイランドの形である。これらのアイランドは、上記のような範囲の出口角を有するアパーチャを製造するために、特定の形で構築され得る。利用され得るジオメトリー図形としては、ほぼ円錐形、ドーム形および放物形などを有するアイランドが挙げられる。不伝導性のアイランドは、平均角またはスロープ（すなわち、伝導性表面に対して、アイランドの底部からアイランドの上部まで延びる角度）の点で、あるいは底面と高さの比を使用して、規定され得る。この角度の大きさは、アパーチャプレートにおいて出口角を形成する際に考慮されるべき１つの因子である。例えば、アパーチャプレートにおける出口角の形成は、電気メッキを施す時間、電気メッキプロセスで使用される溶液、および不伝導性アイランドのテーパー角に依存し得る。これらの変数は、アパーチャプレートにおける所望の出口角を達成するために、単独または組み合わせて変えられ得る。出口開口部のサイズもまた、電気メッキを施す時間に依存し得る。
【００３２】
１つの特定の例として、不伝導性アイランドの高さおよび直径は、アパーチャの所望の末端寸法、および／または、アパーチャプレートを作製するために利用されるプロセスに依存して、変えられ得る。例えば、ある場合には、アパーチャプレートの後表面は、アイランド上に形成され得る。他の場合には、アパーチャプレートの後表面は、マンドレルの伝導性表面に隣接して形成され得る。後者の場合、出口開口部のサイズは、アパーチャプレートの端部の厚みの値での不伝導性アイランドの断面寸法によって規定され得る。前者の工程については、不伝導性アイランドは、アパーチャプレートの全厚みの約３０％までの高さを有し得る。
【００３３】
不伝導性アイランドを構築するために、写真平板プロセスが利用され得る。例えば、フォトレジストフィルムが、マンドレル体および円形領域のパターンをフォトレジストフィルム上に配置するマスクに利用され得る。次いで、フォトレジストフィルムは、現像され、パターン上の穴の位置に対応する不伝導性アイランドの配列を形成し得る。次いで、不伝導性アイランドは、さらに処理され、所望の形を作り出し得る。例えば、マンドレルは、加熱され、フォトレジスト材料が溶けて、そして所望の形に流れ込むことを可能とし得る。必要に応じて、このプロセスは、１回以上のさらなる回数繰り返され、フォトレジスト材料の層を作り上げ得る。各さらなる工程の間、パターンの穴のサイズは、ほぼ円錐形のアイランドを製造するのを補助するために小さくされ得る。
【００３４】
種々の他の技術が利用され、電鋳マンドレル上に不伝導性材料のパターンを配置し得る。所望のパターンを形成するために利用され得る技術の例としては、暴露、シルクスクリーニングなどが挙げられる。次いで、材料の配置が開始され、そして配置プロセスの間中続けられる場所を制御するために、このパターンが利用される。種々の不伝導性材料が利用され、例えば、フォトレジスト、プラスチックなどが、伝導性表面上に配置されるのを防ぎ得る。前述されるように、不伝導材料は、一旦マンドレル上に配置されると、所望のプロフィールを得るために、必要に応じて、処理され得る。使用されうる処理の例としては、焼成、硬化、加熱サイクル、カービング、切断、および成形などが挙げられる。このようなプロセスが利用され、不伝導パターン上に、湾曲した、または角度を有する表面を形成し得、次いで、この表面は、アパーチャプレートにおける出口開口部の角度を修正するために利用され得る。
【００３５】
ここで、図１を参照すると、アパーチャプレート１０の１つの実施形態が描写される。アパーチャプレート１０は、プレート体１２を含み、プレート体１２の中に複数のテーパー状にされたアパーチャ１４が形成される。プレート体１２は、パラジウムニッケル合金のような金属、または先に記載される他の金属で構築され得る。好都合なことに、プレート体１２は、米国特許第５，７５８，６３７号（先に参考として援用される）に通常記載されるようなドーム形を有するように形作られ得る。プレート体１２は、上部または前表面１６および底部または後表面１８を備える。操作の際、液体は後表面１８に供給され、そして液滴は前表面１６から排出される。
【００３６】
ここで、図２を参照すると、アパーチャ１４の配置が、より詳細に描写される。アパーチャ１４は、後表面１８から前表面１６にテーパー状になるように形作られる。各アパーチャ１４は、入口開口部２０および出口開口部２２を有する。この配置によって、後表面１８に供給される液体は、入口開口部２０を通って進み、そして出口開口部２２を通って出る。示されるように、プレート体１２は、出口開口部２２に隣接するフレアー部分２４をさらに備える。本明細書中の後で、より詳細に描写されるように、フレアー部分２４は、アパーチャプレート１０を製造するために利用される製造プロセスから作り出される。
【００３７】
図３に最もよく示されるように、アパーチャ１４のテーパー角は、出口開口部２２に近づく間に、出口角θによって規定され得る。出口角は、所望のサイズの範囲内の液滴を保ちつつも、出口開口部２０を介する液滴の排出を最大にするように選択される。出口角θは、約３０°〜約６０°の、より好ましくは、約４１°〜約４９°の範囲であり、そしてもっとも好ましくは、約４５°であるように構築され得る。出口開口部２２もまた、約１ミクロン〜約１０ミクロンの範囲の直径を有し得る。さらに、出口角θは、好ましくは、少なくとも約１５ミクロンの垂直距離にわたって延びる（すなわち、出口角θは、この垂直距離内の任意の点で上記の範囲内である）。示されるように、この垂直距離を越えて、アパーチャ１４は、出口角θの範囲を超えて外に張り出し得る。
【００３８】
操作の際、液体は、後表面１８に適用される。アパーチャプレート１０の振動によって、液滴は出口開口部２２を介して排出される。このようにして、液滴は前表面１６から推し進められる。出口開口部２２は、前表面１６から差し込まれて示されるが、他の型の製造プロセスが利用され、出口開口部２２が前表面１６に直接配置され得ることも理解される。
【００３９】
図１のアパーチャプレート１０と類似のアパーチャプレートを振動させる場合のエアロゾル化シミュレーションデータを含むグラフが、図４に示される。図４のグラフにおいて、アパーチャプレートは、一定容量の水が後表面に注がれた場合、約１８０ｋＨｚで振動した。各アパーチャは、５ミクロンの出口直径を有した。シミュレーションにおいて、出口角は、約１０°〜約７０°で変化した（図４における出口角が中心線からアパーチャの壁までであることに注意すること）。示されるように、アパーチャごとの最大流速は、約４５°で発生する。比較的速い流速もまた、約４１°〜約４９°の範囲で達成された。約３０°〜約６０°の範囲の出口角もまた、早い流速を生み出した。従って、この例において、１つのアパーチャは、水を排出する場合、毎秒約０．０８マイクロリットルの水を排出し得る。多くの医薬溶液に対して、約１０００個のアパーチャ（それぞれは、約４５°の出口角を有する）を備えるアパーチャプレートが使用され、約１秒間に、約３０マイクロリットル〜約５０マイクロリットルの範囲の投薬量を生成し得る。このような急な生成速度のために、エアロゾル化された医薬は、まず補足チャンバ内で補足されずに、数回の吸入操作のうちに、患者に吸入され得る。
【００４０】
本発明は、この特定の例によって限定されることを意図していない、ということが理解される。さらに、液滴の生成速度は、出口角、出口直径およびエアロゾル化されている液体の型を変えることによって変えられ得る。従って、特定の適用（要求される液滴のサイズを含む）に依存して、これらの変数が変えられ、所望の速度で所望のエアロゾルを生成し得る。
【００４１】
ここで、図５を参照すると、図１のアパーチャプレート１０を構築するために利用され得る電鋳マンドレル２６の１つの実施形態が描写される。マンドレル２６は、伝導性表面３０を有するマンドレル体２８を備える。好都合なことに、マンドレル体２８は、ステンレス鋼のような金属で構築され得る。示されるように、伝導性表面３０は、ジオメトリーにおいて平らである。しかし、いくつかの場合、伝導性表面３０は、作られるアパーチャプレートの所望の形に依存して、形作られ得るということが理解される。
【００４２】
複数の不伝導性アイランド３２が、伝導性表面３０上に付着される。アイランド３２は、伝導性表面３０上に延びるように配置され、その結果、本明細書中の後で、より詳細に描写されるように、アパーチャプレート内でアパーチャを電鋳する際に利用され得る。アイランド３２は、その結果作られるアパーチャプレートのアパーチャの所望の間隔に対応する距離だけ離れて配置され得る。同様に、アイランド３２の数は、特定の必要性に依存して変わり得る。
【００４３】
ここで、図６を参照すると、アイランド３２の構築が、より詳細に描写される。示されるように、アイランド３２は、通常、ジオメトリーにおいて、円錐形またはドーム形である。好都合なことに、アイランド３２は、高さｈおよび直径Ｄの点で規定され得る。このように、各アイランド３２は、１／２（Ｄ）／ ｈの逆正接によって規定される、傾斜またはスロープの平均角を含むと言われ得る。傾斜の平均角が変えられ、先に述べたようなアパーチャプレートに所望の出口角を形成し得る。
【００４４】
示されるように、アイランド３２は、底部層３４および上部層３６を構築する。本明細書中で後に、より詳細に描写されるように、このような層の使用は、所望の円錐形またはドーム形を得るのを補助する。しかし、アイランド３２は、いくらかの場合、たった１つの層、または複数の層から構築され得ることが理解される。
【００４５】
ここで、図７を参照すると、不伝導性アイランド３２をマンドレル体２８上に形成するための１つの方法が記載される。工程３８に示されるように、このプロセスは電鋳マンドレルを提供することによって始まる。工程４０に示されるように、次いで、フォトレジストフィルムがマンドレルに適用される。１つの例として、このようなフォトレジストフィルムは、約７ミクロン〜約９ミクロンの範囲の厚みを有する厚いフィルムフォトレジストを含み得る。このような厚いフィルムフォトレジストとしては、Ｈｏｅｃｈｓｔ Ｃｅｌａｎｅｓｅ ＡＺ Ｐ４６２０ポジティブフォトレジストが挙げられ得る。好都合なことに、このようなレジストは、空気中または他の環境において、約１００℃で約３０分間対流式オーブン内で前焼成され得る。工程４２に示されるように、円形領域のパターンを有するマスクは、フォトレジストフィルムにわたって配置される。工程４４に示されるように、次いで、フォトレジストフィルムは現像され、不伝導性アイランドの配列を形成する。好都合なことに、このレジストは、Ｈｏｅｃｈｓｔ Ｃｅｌａｎｅｓｅ ＡＺ ４００Ｋ現像液のような、塩基性現像液中で現像され得る。ポジティブフォトレジストの文脈で記載されるが、ネガティブフォトレジストはまた、当業者に周知であるように使用され得ることが理解される。
【００４６】
工程４６で示されるように、次いで、アイランドは、処理され、マンドレルを加熱することによって所望の形を形成し、アイランドを流れさせ、そして所望の形に硬化させ得る。工程４６の加熱サイクルの状況は、制御され、流れ（またはドーム形成）の範囲および生じる硬化の範囲を決定し得、それによってパターンの耐久性および永続性に影響を及ぼす。１つの局面において、マンドレルは、上昇した温度までゆっくり加熱され、所望の量の流れおよび硬化を得る。例えば、マンドレルおよぎレジストは、室温から約２４０℃の上昇した温度まで、毎分約２℃で加熱され得る。次いで、マンドレルおよびレジストは約３０分間上昇した温度で保たれる。
【００４７】
いくつかの場合、フォトレジスト層を不伝導性アイランド上に加えて、アイランドのスロープを制御し、そしてアイランドの形をさらに増強することが望ましくあり得る。従って、工程４８に示されるように、所望の形がまだ得られでいないならば、工程４０〜工程４６が繰り返され得、アイランド上にさらなるフォトレジスト層を配置し得る。典型的に、さらなる層が加えられる場合、加えられた層は、直径がより小さく、アイランドのドーム形を形成するのを補助するように、マスクは直径がより小さい円形領域を備える。工程５０に示されるように、一旦所望の形が得られると、プロセスは終了する。
【００４８】
ここで、図８および図９を参照すると、アパーチャプレート１０を生成するためのプロセスが記載される。図９の工程５２に示されるように、不伝導性アイランドのパターンを有するマンドレルが提供される。好都合なことに、このようなマンドレルは、図８に例示されるように、図５のマンドレル２６であり得る。次いで、プロセスは工程５４に進み、ここで、マンドレルは、マンドレル上に付着されるべき材料を含む溶液中に配置される。１例として、この溶液は、Ｐａｌｌａｔｅｃｈ ＰｄＮｉメッキ溶液（Ｌｕｃｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから市販される）であり得、これは、マンドレル２６上に付着されるべきパラジウムニッケルを含む。工程５６に示されるように、電流がマンドレルに印加され、マンドレル２６上に材料が電着され、そしてアパーチャプレート１０を形成する。工程５８に示されるように、アパーチャプレートは、一旦形成されると、マンドレル２６から剥がされ得る。
【００４９】
アパーチャプレート１０上に所望の出口角および所望の出口開口部を得るために、電流がマンドレルに印加される時間が変えられ得る。さらに、マンドレルが浸される溶液の型もまた、変えられ得る。なおさらに、アイランド３２の形および角度が変えられ、先に記載されるように、アパーチャの出口角が変えられ得る。例によってのみ、約４５°の出口角を形成するために使用され得る１つのマンドレルが、１００ミクロンの直径、および１０ミクロンの高さを有す第１のフォトレジストアイランドを付着させることによって形成される。第２のフォトレジストアイランドは、１０ミクロンの直径、および６ミクロンの厚みを有し得、そして第１のアイランドの中心に付着される。次いで、マンドレルは、２００℃の温度まで２時間加熱される。
【００５０】
ここで、図１０を参照すると、アパーチャプレート６０の別の実施形態が描写される。アパーチャプレート６０は、複数のテーパー状にされたアパーチャ６４を有するプレート体６２を含む（例示の都合のため１つのみ示される）。プレート体６２は、後表面６６および前表面６８を有する。アパーチャ６４は、後表面６６から前表面６８にテーパー状になるように形成される。示されるように、アパーチャ６４は、一定のテーパー角を有する。好ましくは、テーパー角は、約３０°〜約６０°の、より好ましくは、約４１°〜約４９°の範囲であり、そしてもっとも好ましくは、約４５°である。アパーチャ６４は、約２ミクロン〜約１０ミクロンの範囲の直径を有し得る出口開口部７０をさらに含む。
【００５１】
図１１を参照すると、アパーチャプレート６０を構築するために利用され得る１つの方法が描写される。このプロセスは、複数の不伝導性アイランド７４を有する、電鋳マンドレル７２の使用を利用する。好都合なことに、アイランド７４は、ほぼ円錐形またはドーム形のジオメトリーに構築され得、そして本明細書中で前述される任意のプロセスを用いて構築され得る。アパーチャプレート６０を形成するために、マンドレル７２は溶液中に配置され、そして電流がマンドレル７２に印加される。電気メッキする時間は、アパーチャプレート６０の前表面６８が、アイランド７４の上部より上に延びないように、制御される。電気メッキする時間は、アパーチャプレート６０の高さを制御するために、制御される。このように、出口開口部７０のサイズは、電気メッキする時間を変えることによって制御され得る。一旦、アパーチャプレート６０の所望の高さが得られると、電流が止められ、そしてマンドレル７２はアパーチャプレート６０から取り外され得る。
【００５２】
ここで、図１２を参照すると、ある容積の液体７６をエアロゾル化するためのアパーチャプレート１０の使用が、描写される。好都合なことに、アパーチャプレート１０は、中心開口部８０を有するカップ形の部材７８に結合する。アパーチャプレート１０は、後表面１８を液体７６に隣接させながら、開口部８０上に配置される。圧電変換器８２は、カップ形の部材７８に結合する。インターフェース８４もまた、デバイスの他の構成要素にエアロゾル発生器を結合する良い方法として提供され得る。操作の際、電流が変換器８２に印加され、アパーチャプレート１０を振動させる。液体７６は、表面張力によって、アパーチャプレート１０の後表面１８に保持され得る。アパーチャプレート１０を振動させると、示されるように、液滴が前表面から排出される。
【００５３】
先述されるように、アパーチャプレート１０は、約４ミクロン〜約３０ミクロンの範囲の、一定容量の液体が、約１０００アパーチャ当たり約１秒未満の時間内にエアロゾル化され得るように構築され得る。さらに、液滴それぞれは、約９０％より大きい、呼吸に適する画分を有するように、製造され得る。このように、医薬はエアロゾル化され得、次いで、患者に直接吸入され得る。
【００５４】
いくつかの場合、本明細書中に記載されるアパーチャプレートは、振動なしの適用において使用され得る。例えば、アパーチャプレートは、振動なしのノズルとして使用され得、このノズルでは、液体はアパーチャを介して押し出される。１例として、アパーチャプレートは、熱エネルギーまたは圧電エネルギーを使用して、ノズルを介して液体を押し出す、インクジェットプリンターと共に使用され得る。本発明のアパーチャプレートは、インクジェットプリンターと共に振動なしのノズルとして使用される場合、好都合であり得る。なぜなら、本発明のアパーチャプレートは、非腐食性の構造を有し、かつ、アパーチャは、それらの比較的短いネック領域に起因して、流れに対して低い抵抗性を有するからである。
【００５５】
本発明は、ここで、理解を明瞭にする目的のために、詳細に記載された。しかし、いくつかの変化および改変が、添付された特許請求の範囲内で、実施され得ることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に従うアパーチャプレートの１つの実施形態の側面図である。
【図２】 図２は、図１のアパーチャプレートの一部の断面側面図である。
【図３】 図３は、図２のアパーチャプレートのアパーチャの１つの、より詳細な図である。
【図４】 図４は、アパーチャの出口角を変化させた場合のアパーチャを通る液体の流速を示すグラフである。
【図５】 図５は、本発明に従う電鋳プロセスにおいてアパーチャプレートを製造するための不伝導性アイランドを有するマンドレルの１つの実施形態の上部斜視図である。
【図６】 図６は、不伝導性アイランドの１つをより詳細に示す、図５のマンドレルの一部の側面図である。
【図７】 図７は、本発明に従って、電鋳マンドレルを製造するための１つの方法を示すフローチャートである。
【図８】 図８は、本発明に従って、電鋳プロセスを使用してアパーチャプレートを製造するために使用される場合の図５のマンドレルの断面側面図である。
【図９】 図９は、本発明に従ってアパーチャプレートを製造するための１つの方法を示すフローチャートである。
【図１０】 図１０は、本発明に従うアパーチャプレートの別の実施形態の一部の断面側面図である。
【図１１】 図１１は、本発明に従って、図１０のアパーチャプレートを形成するために使用される場合の、別の電鋳マンドレルの一部の側面図である。
【図１２】 図１２は、本発明に従って液体をエアロゾル化するためのエアロゾル発生器において使用された場合の、図１のアパーチャプレートを示す。

Claims (23)

1. アパーチャプレートを形成するための方法であって、該方法は以下：
   伝導性表面、および該伝導性表面に配置された、複数の不伝導性アイランドを有するプレート体を含むマンドレルを提供する工程であって、ここで、該アイランドが該伝導性表面の上に延び、そして該伝導性表面に対して傾斜する、工程；
   該マンドレルを、該マンドレル上に付着されるべき材料を含む溶液中に配置する工程；
   該マンドレルに電流を印加し、該マンドレル上にアパーチャプレートを形成する工程であって、ここで、該アパーチャプレートは、上部表面および底部表面を有し、該アパーチャは、３０°〜６０°の範囲の出口角を有し、そして該アパーチャの各々は、該底部表面から、そして該上部表面の内方へテーパー状に延びるテーパー状部分、および該上部表面から延び、そして該テーパー状部分と対称の軸を共有するフレアー部分によって規定され、ここで、該フレアー部分は、該底部表面の内方へ広がり該テーパー状部分の出口開口部と交差する、工程、
   を包含する、方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、ここで、前記アイランドが、ほぼ円錐形に近づくジオメトリーを有し、そして、該アイランドが、２０ミクロン〜２００ミクロンの範囲の底部直径、および４ミクロン〜２０ミクロンの範囲の高さを有する、方法。
3. 前記アイランドが、前記伝導性表面に対して１５°〜３０°の範囲の平均スロープを有する、請求項１に記載の方法。
4. 前記アイランドを、写真平板プロセスを用いて、フォトレジスト材料から形成する工程をさらに包含する、請求項３に記載の方法。
5. 前記アイランドを、写真平板プロセスの後に続いて処理し、該アイランドの形を変える工程をさらに包含する、請求項４に記載の方法。
6. 前記付着されたアパーチャプレートを、前記マンドレルから取り外し、そして該アパーチャプレートにドーム形を形成する工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
7. 前記溶液中の材料が、パラジウム、パラジウムニッケル、およびパラジウム合金からなる材料の群から選択される、請求項１に記載の方法。
8. 前記アパーチャが、４１°〜４９°の範囲の出口角を有する、請求項１に記載の方法。
9. 請求項１に記載のプロセスに従って形成されるアパーチャプレート。
10. アパーチャプレートであって、以下；
    上部表面、底部表面、および該上部表面から該底部表面に延びる複数のアパーチャを有するプレート体を備え、ここで、該アパーチャの各々は、該底部表面から、そして該上部表面の内方へテーパー状に延びるテーパー状部分、および該上部表面から延び、そして該テーパー状部分と対称の軸を共有するフレアー部分によって規定され、ここで、該フレアー部分は、該底部表面の内方へ広がり該テーパー状部分の出口開口部と交差し、そして該アパーチャは、３０°〜６０°の範囲の出口角、および該テーパーの最も狭い部分で１ミクロン〜１０ミクロンの範囲の直径を有する、アパーチャプレート。
11. 前記プレート体が、パラジウム、パラジウムニッケル、およびパラジウム合金からなる群から選択される材料で構築される、請求項１０に記載のアパーチャプレート。
12. 前記プレート体が、ジオメトリーにおいてドーム形である部分を備える、請求項１０に記載のアパーチャプレート。
13. 前記プレート体が、２０ミクロン〜７０ミクロンの範囲の厚みを有する、請求項１０に記載のアパーチャプレート。
14. 前記アパーチャが、４１°〜４９°の範囲の出口角を有する、請求項１０に記載のアパーチャプレート。
15. 液体をエアロゾル化するための方法であって、該方法は、以下；
    上部表面、底部表面、および該底部表面から、そして該上部表面の内方へテーパー状に延びるテーパー状部分、および該上部表面から延び、そして該テーパー状部分と対称の軸を共有するフレアー部分によって各々が規定される複数のアパーチャを有するプレート体を含むアパーチャプレートを提供する工程であって、ここで、該フレアー部分は、該底部表面の内方へ広がり該テーパー状部分の出口開口部と交差し、ここで、該アパーチャが、３０°〜６０°の範囲の出口角、および該テーパーの最も狭い部分で、１ミクロン〜１０ミクロンの範囲の直径を有する、工程；
    該アパーチャプレートの該底部表面から液体を供給する工程；および
    該アパーチャプレートを振動させ、該上部表面から液滴を排出する工程、
    を包含する、方法。
16. 前記液滴が２ミクロン〜１０ミクロンの範囲のサイズを有する、請求項１５に記載の方法。
17. 前記液滴が前記上部表面から排出されるまで、前記供給される液体を、表面張力によって前記底部表面に保持する工程をさらに包含する、請求項１５に記載の方法。
18. 請求項１５に記載の方法であって、前記アパーチャプレートが、２ミクロン〜１０ミクロンの範囲のサイズを有する液滴を生成するアパーチャを少なくとも１０００個有し、そして１秒未満の時間内に、４μＬ〜３０μＬの範囲の容量の液体をエアロゾル化する工程をさらに包含する、方法。
19. アパーチャプレートであって、以下；
    上部表面、底部表面、および該上部表面から該底部表面に延びる、複数のアパーチャを有するプレート体を含み、ここで、該アパーチャはそれぞれ、上部部分および下部部分を備え、ここで、該下部部分は、該底部表面から上に延び、そして該上部表面の内方へテーパー状となり、かつ、該上部部分は、該上部表面から延び、そして該テーパー状部分と対称の軸を共有するフレアー部分であり、ここで、該フレアー部分は、該底部表面および該下部部分との交差部分の内方へ広がる、アパーチャプレート。
20. 前記上部部分が、前記下部部分との前記交差部分で、３０°〜６０°の範囲のテーパー角、および該下部部分との該交差部分で、１ミクロン〜１０ミクロンの範囲の直径を有する、請求項１９に記載のアパーチャプレート。
21. 前記下部部分が、該下部表面で２０ミクロン〜２００ミクロンの範囲の直径、および４ミクロン〜２０ミクロンの範囲の高さを有する、請求項２０に記載のアパーチャプレート。
22. 前記底部表面が、液体を受け取るために適合され、そして前記プレート体が振動可能で、前表面から液滴を排出する、請求項１９に記載のアパーチャプレート。
23. 液滴を排出するための方法であって、該方法は、以下；
    上部表面、底部表面、および該上部表面の内方へテーパー状に延びるテーパー状部分、および該上部表面から延び、そして該テーパー状部分と対称の軸を共有するフレアー部分によって各々が規定される複数のアパーチャを有するプレート体を含むアパーチャプレートを提供する工程であって、ここで、該フレアー部分は、該底部表面の内方へ広がり該テーパー状部分の出口開口部と交差し、ここで、該アパーチャは、３０°〜６０°の範囲の出口角、および、テーパーの最も狭い部分で１ミクロン〜１０ミクロンの範囲の直径を有する、工程；ならびに
    該アパーチャを介して液体を押し出し、前表面から液滴を排出する工程、
    を包含する、方法。

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