JP5610418B2

JP5610418B2 - 物質供給装置

Info

Publication number: JP5610418B2
Application number: JP2009205483A
Authority: JP
Inventors: 岫一素木; 宮野　尚哉; 尚哉宮野; 昌一木村; 誠竹原
Original assignee: Ritsumeikan Trust; Fukae Kasei Co Ltd
Current assignee: Ritsumeikan Trust; Fukae Kasei Co Ltd
Priority date: 2009-09-07
Filing date: 2009-09-07
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2029-09-07
Also published as: WO2011027586A1; JP2011055860A

Description

本発明は、生体の皮膚に装着し、経皮的に所定の物質を供給する物質供給装置であって、微細な針を皮膚に刺して物質を供給する物質供給装置に関する。

経皮的に薬剤等の物質を供給する方法としては、注射器による皮下注射がよく知られているが、皮膚に針を刺す際に痛みがあって精神的な苦痛を伴うことから、その痛みを軽減するため、注射に替えて微細針を使用した皮内または皮下への注入が提案されている（下記特許文献１参照）。なお、ここで皮内とは、皮膚の表皮層における角質層より下層の顆粒層、有蕀層、基底層および真皮層を指す。下記特許文献１には、ハウジングとアレイ状に配置された微細針とを有する器具が記載されている。ハウジング内には、乾燥状態の薬剤と、袋に収容された希釈剤が収容されている。また、ハウジングには可撓性カバーが設けられ、このカバーを押すことにより、ハウジング内の容積が縮小される。器具を皮膚表面に装着し、カバーを押すと、ハウジング内のカニューレに袋が当接し、袋に穴が開けられる。これにより、袋から希釈剤がハウジング内に放出され薬剤を希釈し、微細針を通して、希釈された医薬品が皮膚に供給される。

特表２００４−５０３３４１号公報

上記の器具によれば、薬剤が溶けた希釈剤の供給は、カバーを押している間、または押されて変形したカバーにより希釈された薬剤が供給される間の、短い時間に限定される。したがって、希釈された薬剤の供給は、間欠的または一過性のものとなる。一方で、希釈された薬剤を長時間にわたって連続的に供給したいという要望がある。また、極微量を定量的に供給したいという要望がある。

本発明は、微細針により経皮的に物質を供給する物質供給装置において、長時間にわたって連続的に物質の供給を行うこと、および長時間にわたり極微量の物質を定量的に供給すること、の少なくとも一方を目的とする。

本願第１の発明は、皮膚に刺した微細な針を通して物質を生体に供給する物質供給装置であって、液密状態とされた収容空間を有する容器と、前記収容空間内の、容器の底面側に配置され、供給物質を含む液が封入された液袋と、容器の底面に当該容器の外側に向けて形成され、前記収容空間と外部を繋ぐ通路を有する微細針と、容器の底面に収容空間に向けて形成され、液袋に当接してこれを破袋する破袋突起と、前記収容空間の、液袋が配置された底面側とは反対側の空間に、駆動液体を送給する送液装置と、前記容器に設けられ、送液装置により駆動液体を送給する際に、収容空間に残留する空気を抜く空気抜き機構と、を有し、
前記供給される駆動液体の圧力により供給物質を含む液を収容空間から生体に供給する物質供給装置である。

本願第２の発明は、皮膚に刺した微細な針を通して物質を生体に供給する物質供給装置であって、液密状態とされた収容空間を有する容器と、前記収容空間内の、容器の底面側に配置され、供給物質を含む液が封入された液袋と、容器の底面に当該容器の外側に向けて形成され、前記収容空間と外部を繋ぐ通路を有する微細針と、容器の底面に収容空間に向けて形成され、液袋に当接してこれを破袋する破袋突起と、前記収容空間の、液袋が配置された底面側とは反対側の空間に、駆動液体を送給する送液装置と、を有し、前記容器の底面は、基板部分と、基板部分に対して移動可能であって前記微細針と破袋突起が設けられた移動部分とを有し、移動部分は、基板部分の規定する面に近い位置と遠い位置の間で移動可能で、近い位置にあるとき、破袋突起が液袋に当接し、これを破り、前記供給される駆動液体の圧力により供給物質を含む液を収容空間から生体に供給する物質供給装置である。

ハウジング内への駆動液体の送給量により薬液の供給量を制御でき、また長時間にわたる供給も制御できる。

本実施形態の薬剤供給装置の概略構成図を示す斜視図である。薬剤供給装置の注入装置の断面図である。空気抜き機構の蓋を開いた状態を示す断面図である。薬液袋の詳細構成を示す断面図である。微細針の詳細形状を示す断面図である。送液装置の内部構成の概略図である。薬液袋を破る際の説明図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。以下においては、供給する物質として薬剤を例に挙げて説明する。また、薬剤を含む液を薬液と記す。図１は、薬剤供給装置１０の概略構成を示す斜視図である。薬剤供給装置１０は、人体等の生体の表面に装着され、薬剤を生体内に注入する注入装置１２と、薬剤を含む薬液を押し出すための駆動液体を注入装置１２に送る送液装置１４を含む。注入装置１２は、薬剤を含んだ薬液が封入された薬液袋１６を収容する容器１８と、薬液を生体に供給する微細針２０を含む（図２参照）。さらに、注入装置１２は、容器１８を生体表面に装着するための粘着シート２２を含む。送液装置１４より送り出された駆動液体は、チューブ２３を介して注入装置の容器１８内に送られる。容器１８内の駆動液体は薬液袋１６（図２参照）を押圧して、薬液を押し出し、微細針２０より経皮的に生体内に薬液を供給する。

図２は、注入装置１２の断面図である。容器１８はベース２４とキャップ２６を含み、これらベースとキャップにより内部に空間が形成され、この空間内に薬液が封入された薬液袋１６が収容される。この薬液袋１６を収容する容器内部の空間を以降収容空間２８と記す。ベース２４は、基板３０と、基板３０に対して移動可能な移動板３２と、基板３０と移動板３２を繋ぐ可撓部分３４を含む。これらの基板３０、移動板３２、可撓部分３４が容器の底面を形成する。さらに、基板３０の縁には、内側を取り囲むようにベース側壁３６が立設され、また基板３０を延長するように外側に延びるフランジ３８が設けられている。基板３０は円環形状であり、円環形状の内側の抜けた部分を、移動板３２と可撓部分３４が塞いでいる。基板３０の外縁の形状は円に限らず、楕円、多角形などでもよい。ベース側壁３６は、基板３０上に円形に配置され円筒形状となる。ベース側壁３６は、ベース２４とキャップ２６の結合に関与する部分である。後述するように、キャップをベースにねじ込む場合などにおいては、ベース側壁３６の形状は円筒形状となるが、結合方法によっては他の形状とすることもできる。フランジ３８は、ベース２４の全周にわたって設けられても良く、また周上の一部、例えば容器１８の中心から反対方向に延びる２個の部分からなるようにしてもよい。フランジ３８に粘着シート２２が固定され、粘着シート２２を生体表面に貼着して注入装置１２が固定される。

移動板３２には、容器１８の外側に向けて微細針２０が設けられている。微細針２０は、１本でもよく、また複数本設けられてもよい。複数本を設ける場合は、１列に設けても良く、また縦横にアレイ状に配置してもよい。微細針２０内には貫通孔４０が開けられ、貫通孔４０は微細針２０と移動板３２を貫通し、容器の収容空間２８と容器の外部を連通する。移動板３２には、微細針２０を保護するカバー４２が装着されている。移動板３２の収容空間２８側には、破袋突起４４が設けられている。破袋突起４４は、円錐形状であるが、薬液袋１６に当接したとき袋を破れるのであれば、他の形状であってもよい。例えば、先端が尖った板形状、円管を斜めに切った形状などとすることができる。移動板３２は、可撓部分３４が撓むことによって、図２に示す位置から、基板３０の形成する面内へと移動することができる（図７参照）。この移動によって破袋突起４４が薬液袋１６に当接し、袋に穴が開けられる。

キャップ２６は、キャップ側壁４６と、このキャップ側壁の上方を覆う上面４８を含む。キャップ側壁４６は、ベース側壁３６の円筒形状に合わせて円筒形状となっており、その下端にベース側壁３６の内側に挿入される挿入部分５０が設けられている。なお、キャップ側壁４６および挿入部分５０の形状は、ベース側壁の形状に合わせて決定することができる。この実施形態においては、ベース側壁３６には雌ねじが、キャップ側壁４６には雄ねじが形成され、これらによりベース２４とキャップ２６がねじ結合する。キャップ側壁４６には、チューブを結合するための接続管５２が設けられており、この接続管５２を介して駆動液体が収容空間２８内に送られる。

上面４８はドーム形状とでき、その頂部には、透明部分５４が設けられている。また、上面４８全体を、さらにはキャップ２６全体を透明としてもよい。上面４８の頂部には、収容空間２８内の残留空気を外部に逃がすための空気抜き機構５６が設けられている。空気抜き機構５６は、上面４８の頂部に配置された、気体は透過するが液体は通さない気体透過膜５８と、気体透過膜５８が配置された位置に配置され、容器内部と外部を繋ぐように設けられた通気孔６０を有する膜バックアップ部６２を含む。膜バックアップ部６２は、容器１８内の圧力により、気体透過膜５８が撓まないようにするための部分で、気体透過膜５８を通過した空気を外部に放出可能にする構造を有する。この空気を通すための構造は、上面４８に穴を開けて形成された通気孔を設けてもよく、また上面４８に開けられた開口に格子状の部材をはめ込むようにして形成されてもよい。さらに、空気抜き機構５６は、膜バックアップ部６２を覆うように位置する蓋６４を含む。収容空間２８内部の空気抜きを行う際には、蓋６４を図３に示すように開く。

図４は、薬液袋１６の詳細構成を示す図である。薬液袋１６は、薬液を封入した袋体６６と、袋体６６の一部が固定された台板６８を有するようにできる。台板６８は、ベース２４のベース側壁３６の内側に嵌る外径を有する円環板形状を有する。円環の内側の開口は、移動板３２、特に破袋突起４４に対向する位置に設けられている。台板６８の開口周囲の一方の側の面に、袋体６６が貼着等の手法により固定される。台板６８の外周には、全周にわたって途切れなくシール材７２が設けられている。シール材７２はゴム等の変形可能な材料からなり、キャップ２６の挿入部分５０の下端と、基板３０の間に挟まれ、この隙間を封止する。

台板６８の開口７０に対応する袋体６６と、ベース２４の移動板３２および可撓部分３４で囲まれた空間は、薬液袋１６が破袋したときに、薬液が流れ込み溜まる空間となる。この、収容空間２８内の空間を、以降、薬液溜まり７４と記す。

図５は、微細針２０の詳細な形状を示す断面図である。図５（Ａ）が正面図、図５（Ｂ）が側面図である。微細針２０は、底面が直径（ｂ）２５０〜３５０μｍの円である略円錐形状であり、先端は、斜めにカットされている。微細針２０の根元と移動板３２との接続部分は、曲面により滑らかに接続されている。先端の直径（ａ）は１０〜６０μｍ、針の長さ（ｈ）は１００〜１０００μｍである。貫通孔４０の直径（ｄ）は５０μｍ以下である。これらの寸法は、対象となる生体に合わせて適宜変更する。また、針の先端が達する生体表面からの深さに応じて変更する。例えば、人体を対象とし、表皮層より下層の真皮の部分に薬剤を供給する場合には、針長さ５００〜１０００μｍ、先端径６０μｍ、通路孔直径５０μｍ程度とすることが好ましい。また、微細針２０は、例えば、１ｃｍ四方に、１ｍｍ前後のピッチで２次元アレイ状に配列することができる。以上の微細針２０に係る寸法により、無痛または軽微な痛感のもとでの針の刺入が可能となる。

微細針２０は、樹脂により一体に成形されてよく、好適には生体適合材料とする。生体適合材料とは、生体内に残留しても溶解、または分解する材料をいう。より具体的には、例えば、ポリ乳酸、ポリ乳酸とポリエチレングリコールの混合物からなる材料などが挙げられる。ポリエチレングリコールの分子量は１０，０００〜３５，０００の範囲で選択することができる。また、ポリエチレングリコールの混合比は重量濃度１０〜５０％の範囲で選択することができる。このような材料を用いて微細針２０を形成することにより、針２０が折損して皮下に残留した際の安全性が高まる。ポリエチレングリコールは、材料の流動性を高めるために混合されるもので、製造時の加工性が向上し、製造歩留まりが向上する。さらに、ポリ乳酸、ポリエチレングリコールは、一般的な可燃ゴミと同程度の温度で焼却可能であり、使用後の廃棄が容易となる。微細針２０の材料としては、他の生体適合材料、例えばヒアルロン酸などを用いることができ、さらにはステンレス鋼やチタン等の金属、シリコン等の無機材料を用いることもできる。

図６は、送液装置１４の内部の構成を概略的に示す図である。送液装置１４のケース７６には、駆動液体を収容した液袋７８、電池８０、マイクロポンプ８２および制御基板８４が収容されている。マイクロポンプ８２は、半導体加工技術により作製され、圧電素子等によりダイアフラムを駆動して、極微量の流量にて液体を送り出す。制御基板８４には、マイクロポンプを駆動するための回路が実装され、またマイクロポンプ８２の流量を設定したり、動作を開始、停止するための操作部を備える。また、操作部を送液装置１４から離して設け、これらの間は無線通信により信号伝達を行うことができる。この場合には、制御基板８４は無線通信のための送受信回路が実装される。マイクロポンプ８２は、制御された流量で液袋７８から駆動液体を送り出す。

使用時には、キャップ２６頂部の蓋６４を開き、送液装置１４を駆動して駆動液体を容器１８内の収容空間２８内に送り込む。収容空間２８内では、薬液袋１６が容器の底面側、すなわちベースの基板３０側に位置し、駆動液体は収容空間２８の薬液袋１６に関し底面側と反対側の空間に送り込まれる。つまり、薬液袋１６とキャップの上面４８の間の空間に送り込まれる。以下、この空間を背面空間８６と記す。この背面空間８６は、薬液袋１６により薬液溜まり７４と遮断されている。台板６８と袋体６６は、開口７０の回りと取り囲む位置において密着しており、また台板６８の外側の縁に設けられたシール材７２がベース２４とキャップ２６の間を封止することにより、背面空間８６の駆動液体が薬液溜まり７４に流れ込まないようにされている。駆動液体を収容空間２８に送り込む初期においては、収容空間２８内には空気が残留している。駆動液体の流入により、空気は、空気抜き機構５６より排出される。駆動液体の流入を、透明部分５４から監視し、空気が抜け切ったら、送液を停止して蓋６４を閉じる。

次に、カバー４２を付けた状態で、図７に示すように、移動板３２を押し込むようにして移動させる。移動板３２が押し込まれた位置において、薬液袋の袋体６６に破袋突起４４が当接し、これを突き破る。破袋突起４４によって作られた穴から、薬液溜まり７４に薬液が放出される。カバー４２を外し、微細針２０を上に向けて、再度送液装置１４を駆動し、微細針２０先端より薬液が流出することを確認する。流出が確認されたら送液を停止し、注入装置１２の底面を皮膚にあててから体に押し付けるように力を加えて、微細針２０を皮膚に穿刺し、粘着シート２２により注入装置１２を生体表面に固定する。送液装置１４を規定の流量となるように設定し、運転を開始する。運転を開始すると駆動液体が送液装置１４から収容空間２８に送り込まれ、駆動液体により薬液袋１６が押圧され、その結果、送り込まれた駆動液体と同じ量の薬液が微細針２０より放出される。液体は非圧縮性であるので、駆動液体の送液量を制御することで、薬液の供給量が正確に制御可能である。

上述の薬剤供給装置１０において、ベース２４とキャップ２６は、それぞれに設けられた雌ねじ、雄ねじにより結合されているが、他の結合構造、例えばルアーロック構造、摺り合わせ等の結合構造を採用することができる。また、薬液袋１６は、ベース２４に対して着脱可能であるが、袋体６６を台板６８に結合するのではなく、直接ベース２４に接着または結合させ、一体に構成することもできる。また、チューブ２３を無くし、注入装置１２と送液装置１４を一体化してもよい。

本実施形態の薬剤供給装置１０においては、駆動液体を介して薬剤を供給するようにしたので、駆動液体の送液にかかる構成、具体的には送液装置１４、送液の流路であるチューブ２３は薬液に触れないため、送液装置１４を構成する材料や、その構造は薬液による制限を受けず、またこれらを滅菌処理することなく再使用が可能である。特に、分子量の大きな物質を含む薬液（例えば、インスリンなど）を注入する場合、ポンプなど複雑な構造をもつ部分では、流路が細くなった箇所や滞留部で詰まりが発生し易いが、本実施形態では、この問題も発生しない。また、送液装置１４の、注入装置１２に対する配置も限定されない。点滴においては、薬液バッグを高い位置に吊り、重力を利用して薬剤の供給を行っているが、本装置においては、ポンプを用いているため、送液装置の位置が限定されない。

１０薬剤供給装置、１２注入装置、１４送液装置、１６薬液袋、１８容器、２０微細針、２２粘着シート、２４ベース、２６キャップ、２８収容空間、３０基板、３２移動板、３４可撓部分、３６ベース側壁、４０貫通孔、４４破袋突起、４６キャップ側壁、５６空気抜き機構、７４薬液溜まり、８６背面空間。

Claims

皮膚に刺した微細な針を通して物質を生体に供給する物質供給装置であって、
液密状態とされた収容空間を有する容器と、
前記収容空間内の、容器の底面側に配置され、供給物質を含む液が封入された液袋と、
容器の底面に当該容器の外側に向けて形成され、前記収容空間と外部を繋ぐ通路を有する微細針と、
容器の底面に収容空間に向けて形成され、液袋に当接してこれを破袋する破袋突起と、
前記収容空間の、液袋が配置された底面側とは反対側の空間に、駆動液体を送給する送液装置と、
前記容器に設けられ、送液装置により駆動液体を送給する際に、収容空間に残留する空気を抜く空気抜き機構と、
を有し、
前記供給される駆動液体の圧力により供給物質を含む液を収容空間から生体に供給する、物質供給装置。
皮膚に刺した微細な針を通して物質を生体に供給する物質供給装置であって、
液密状態とされた収容空間を有する容器と、
前記収容空間内の、容器の底面側に配置され、供給物質を含む液が封入された液袋と、
容器の底面に当該容器の外側に向けて形成され、前記収容空間と外部を繋ぐ通路を有する微細針と、
容器の底面に収容空間に向けて形成され、液袋に当接してこれを破袋する破袋突起と、
前記収容空間の、液袋が配置された底面側とは反対側の空間に、駆動液体を送給する送液装置と、
を有し、
前記容器の底面は、基板部分と、基板部分に対して移動可能であって前記微細針と破袋突起が設けられた移動部分とを有し、
移動部分は、基板部分の規定する面に近い位置と遠い位置の間で移動可能で、近い位置にあるとき、破袋突起が液袋に当接し、これを破り、
前記供給される駆動液体の圧力により供給物質を含む液を収容空間から生体に供給する、物質供給装置。