KR20010034444A

KR20010034444A - 보다 낮은 초기 저항을 갖는 전자전송 전극 조립체

Info

Publication number: KR20010034444A
Application number: KR1020007008224A
Authority: KR
Inventors: 스콧에릭알
Original assignee: 스톤 스티븐 에프.; 알자 코포레이션
Priority date: 1998-01-28
Filing date: 1999-01-28
Publication date: 2001-04-25
Also published as: US6195582B1; DE69921090T2; PT1051220E; AU2346599A; CA2319638A1; CA2319638C; JP4262410B2; DE69921090D1; EP1051220B1; JP2002513596A; WO1999038565A1; CN1289261A; ES2232111T3; CN1189224C; EP1051220A1; DK1051220T3; ATE279232T1; KR100535732B1

Abstract

본 발명은 일반적으로 유익한 에이전트 (즉, 약) 를 환자의 신체 표면으로 경피성 또는 경정막성 전달하는 또는 신체 분석물 를 경피성 또는 경정막성 샘플링하는 전자전송 장치 (10) 에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 개선된 시작 전기 성능 및 컴플라이언트 에이전트 전달에 대하여 개선된 래그 타임을 갖는 전기화학적 반응 전극 조립체 (60) 에 관한 것이다.

Description

보다 낮은 초기 저항을 갖는 전자전송 전극 조립체{ELECTROTRANSPORT ELECTRODE ASSEMBLY HAVING LOWER INITIAL RESISTANCE}

본 발명은 일반적으로 유익한 에이전트 (즉, 약) 를 환자에게 또는 환자로부터 경피성 또는 경정막성 전달하거나 신체 분석물 (즉, 포도당) 을 샘플링하는 전자전송 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 장치 작동시에 보다 낮은 전기 저항 및 소정의 경피성 에이전트 유속에 도달하는데 필요한 보다 짧은 시간과 같은 향상된 전기적 성능을 갖는 전극 조립체에 관한 것이다.

배경기술

전자전송이라는 것은, 일반적으로 (피부, 점막 멤브레인, 또는 손톱과 같은) 멤브레인을 통해 적어도 한 개의 (대전된, 대전되지 않은, 또는 혼합된) 에이전트 또는 약의 전달을 나타내며, 전기 전위의 인가에 의해 적어도 일부 지원받거나 유도된다. 본 명세서에서, 약 및 에이전트라는 용어가 번갈아 사용되며 생명체내로 전달될 때 바람직하며 유익한 효과를 발생하는 어떠한 치료용 활성물도 포함하는 것이다. 예를 들어, 유익한 치료제가 전자전송 전달에 의해 피부를 통해 환자의 순환계내로 유입될 수도 있다.

전자전송 공정은 리도카인, 하이드로코르티손, 플루오르, 페니실린, 덱사메타손, 및 다른 많은 약을 포함하는 약의 경피성 투여에 유용한 것으로 발견되었다. 전자전송은 필로카르핀을 이온영동하여 전달함으로써 남포성 섬유증을 진단하는데 흔히 이용된다. 필로카르핀은 땀 발생을 자극한다. 이후 땀은 모여져 병균 존재를 검출하기 위해 염화물에 대하여 분석된다. 최근에는, 역 전자전송 방법이 사용되어 혈액 포도당 레벨을 측정하기 위해 포도당과 같은 신체 분석물을 경피성 추출한다. 분석물을 샘플링하는 역 이온영동 장치 및 방법에 대해서는, Guy 의 미국특허번호 제 5,362,307 호를 참조한다.

전자전송 장치는 일반적으로 2개의 전극을 이용하며, 각각은 환자 신체의 일부 (즉, 피부) 와 밀접하여 위치한다. 약 전달을 위해, 액티브 또는 도너 전극은 치료제 (즉, 약) 를 신체내로 전달한다. 계수 또는 귀환 전극은 전기 회로를 환자의 신체를 통한 도너 전극으로 단락시킨다. 배터리와 같은 전력원은 전극을 통해 전류를 신체에 인가한다. 예를 들어, 신체내로 전달되는 치료제가 양으로 충전된다면(즉, 양이온성), 애노드가 도너 전극이며 캐소드가 회로를 완성하는 계수 전극이다. 신체내로 전달되는 치료제가 음으로 충전된다면(즉, 음이온성), 캐노드가 도너 전극이며 애노드가 회로를 완성하는 계수 전극이다. 약 전달율은 일반적으로 인가된 전자전송 전류에 비례한다. 이러한 이유때문에, 흔히 사용되는 전자전송 시스템은 이러한 장치에 인가되는 전류를 제어하는 전기 회로를 이용한다. 신체 분석물 추출에 대하여, 액티브 또는 샘플링 전극은 신체로부터 신체 분석물을 추출한다. 계수, 또는 귀환 전극은 환자의 신체를 통해 액티브 전극으로 전기 회로를 단락한다. 신체로부터 추출되는 신체 분석물이 양이온이라면, 캐소드는 액티브 전극이고 애노드가 회로를 완성하는 계수 전극이다. 추출되는 신체 분석물이 음이온이라면, 애노드가 액티브 전극이고 캐소드가 계수 전극이다. 포도당 추출에 있어서, 포도당은 대전되지 않은 분자이며, 애노드 및 캐소드 양쪽 또는 한 쪽이 액티브 전극으로 될 수 있다. 포도당은 비교적 동일한 율로 전기삼투현상으로 양쪽 전극내로 추출될 수 있다.

널리 사용되는 전자전송 프로세스, 이온영동 (또한, 일렉트로마이그레이션 (electromigration) 으로 칭함) 에는 대전된 이온의 전기적 유도된 전송이 관련된다. 전기삼투로 불리는 또다른 형태의 전자전송에는, 인가된 전계의 영향하에서 전달되거나 샘플링되는 (대전되지 않은 또는 이온이 아닌) 에이전트를 함유하는 용매의 경피성 흐름이 관련된다. 일렉트로포레이션 (electroporation) 으로 불리는 또다른 형태의 전자전송 프로세스에는, 고저압 펄스를 인가함으로써 생물학적 멤브레인내에 관공을 일시적으로 형성하는 것이 관련된다. 어떠한 전자전송 시스템에서도, 한 개 이상의 프로세스가 동시에 발생할 수도 있다.

대부분의 경피성 전자전송 장치는 애노드 및 캐소드 전극 조립체를 갖고, 각 전극 조립체는 환부와 접하여 사용되는 이온성 액체 도전 저장체와 이온 전송 관련된 도전성 전극으로 구성된다. 웹스터의 미국특허번호 제 4,383,529 호에 설명된 바와 같은 겔 저장체는 수화 겔이 액체 충전 컨테이너보다 제조 및 다루기가 쉽기에 바람직한 저장체 형태이다. 물은 이러한 저장체에 사용되는 보다 바람직한 액체 용매이며, 그 이유는 많은 약 염이 수용성이기도 하고 뛰어난 생물학적 호환성을 갖기 때문이며, 자극적인 면에서 볼 때 수화겔 저장체 및 피부간의 접촉을 연장시킨다.

경피성 전자전송 장치에서 사용되는 전극은 일반적으로 2가지 형태이다. 한 가지는 전기화학적 반응성이 없는 물질로부터 만들어지며 나머지 한 가지는 전기화학적 반응성이 있는 물질로부터 만들어지는 것이다. 스테인레스 스틸, 플라티넘, 및 카본계 전극과 같은 전기화학적 비반응 전극은 전극/저장체 계면에서 전기화학적 산화 또는 액체 용매의 환원을 도모하는 경향이 있다. 용매가 물일때, 산화 반응은 (애노드 전극 계면에서) 하이드로늄 이온을 발생시키는 한편, 환원 반응은 (캐소드 계면에서) 수산 이온을 발생시킨다. 따라서, 전기화학적 비반응성 전극을 사용함으로써, 물 산화로 인해 장치 동작동안 pH 변경이 발생하고 전극/저장체 계면에서 환원 반응이 발생하는 단점이 있다. 필립스의 미국특허번호 4,747,819 에 설명된 바와 같이, 전기화학적 반응 전극을 사용함으로써 물의 산화 및 환원은 크게 회피될 수 있다. 애노드 전극에서 사용하기 위해 바람직한 전기화학적 산화가능한 물질에는 은, 구리, 및 아연과 같은 금속이 포함된다. 이중에서, 은이 가장 바람직하며, 대부분의 다른 금속에 비교하여 보다 나은 생물학적 호환성을 갖는다. 캐소드 전극에서 사용되기 위해 바람직한 전기화학적 환원성 물질에는 할로겐이 포함된다. 이중에서, 염화물과 같은 은 할로겐이 가장 바람직하다. 이러한 전극 물질은 전자전송 저장체의 pH 드리프트 문제에 대하여 뛰어난 해결책을 가지며, 고유한 문제 세트를 갖는다. 예를 들어, 은 애노드는 산화되어 은 이온을 발생시킨다 (Ag -＞ Ag⁺+ e^-). 은 양이온은 애노드로부터 이온삼투를 통하여 환자의 피부내로 전달되고, 이것은 피부가 태양광에 노출되자마자 회색 또는 흑색을 야기시킨다. 애노드 전극으로부터 전기화학적 생성된 은 이온의 일렉트로마이그레이션을 제한하고자 하였다. 예를 들어, 실질적으로 불용해성 은 할로겐을 발생시키기 위해 전기화학적으로 생성된 은 이온과 반응하는 할로겐 이온을 제공하도록 애노드 저장체에서 할로겐 약 염을 사용하는 필립스의 미국특허번호 제 4,747,819 호 및 필립스의 WO 96/39224 호를 참조하며, 이에따라 은 이온이 피부속으로 이동하는 것이 방지된다. 또한 실질적으로 불용해성 은 할로겐을 발생시키도록 전기화학적으로 생성된 은 이온과 반응하는 애노드 저장체에서 할로겐 수지를 사용하는 것을 설명하는 필립스의 WO 95/27530 를 참조하며, 이에따라 은 이온이 피부속으로 이동하는 것이 방지된다. 불행히도, 피부속으로 은 이온의 이동을 방지하려는 이러한 시도는 고유한 단점을 나타낸다. 첫번째 필립스 미국특허번호 제 4,747,819 호 및 필립스의 WO 96/39224 호에서 설명된 시도에서, 때로는 보다 긴 약 전달 주기에 대하여 은 이동을 막기 위한 충분한 할로겐 이온을 제공하기 위해 상당히 많은 양의 할로겐 약 염이 애노드 저장체에 축적되어야 한다. 이것은 많은 약의 높은 비용으로 인해 단점이 되며, 이에따라 은 이동 문제에 대하여 비용이 많이 드는 해결책으로 된다. 필립스의 WO 95/27530 호의 두번째 시도에서, 할로겐 수지에는 수지로부터 효과적으로 제거될 수 없는 많은 불순물 및 미반응인 모너머 성분이 함유되어 있는 것으로 발견되었다.

이러한 성분중 적어도 일부는 수지가 전자전송 저장체에 사용될 때 불필요한 피부 자극을 야기하는 것으로 발견되었으며, 인가된 전자전송 전류에 의해 불순물이 피부속으로 경피성 전달되기 때문이라 여겨진다.

산화가능한 금속 애노드에서 발생하는 금속 이온 이동 문제에 대한 한가지 해결책으로는 필립스의 미국특허번호 제 4,747,819 호 및 제 5,573,503 호에 교시된 삽입 화합물을 사용하는 것이다. 삽입 화합물을 사용하는 것은 금속 이온이 환자의 피부속으로 이동하는 문제를 해결하지만, 이러한 물질 (즉, 폴리아닐린) 중 적어도 일부는 널리 사용되지 않으며, 그 이유의 일부는 매우 높은 초기 시간 (즉, 전자전송 장치가 전자전송 전류를 인가하기 시작하는 시간) 전기 저항때문이다. 높은 전기 저항 문제는 종래 기술의 은 할로겐 캐소드와 함께 아래에서 보다 상세히 설명된다.

따라서, (1) 종래의 산화가능한 금속으로 형성된 애노드에서 발견되는 금속 이온 생성을 대항하는 문제, 및/또는 (2) 높은 초기 전기 저항 문제가 없는 향상된 애노드 전극이 필요하다.

캐소드 측에서, 은 할로겐 캐소드는 전기화학적으로 환원될 때 (AgX -＞ Ag + X^-) 할로겐 이온 (즉, 염화물) 만을 생성한다. 전기화학적으로 생성된 할로겐 (즉, 염화물) 이온이 캐소드로부터 환자속으로 이동하는 경향이 있지만, 염화물은자연스럽게 신체내에 상당히 많은 양으로 존재하기에 캐소드로부터 염화 이온을 이동시키는 것은 부작용이 없다. 따라서, 은 할로겐 캐소드가 생물학적 호환성이 있더라도, 적어도 충분한 은 할로겐이 금속 은을 형성하기 위해 환원될 때까지 실질적으로 비전도성이라는 점에서 큰 단점을 갖는다. 이것은 폴리아닐린과 같은 삽입 화합물로 형성된 애노드에서 발견되는 높은 초기 전기 저항 문제와 유사하며, 그 애노드는 충분한 폴리아닐린이 산화될 때까지 상당한 양의 전류를 전도하지 않는다. 이것은 장치 동작의 시작을 지연시킬 수도 있으며, 은 할로겐 캐소드 및/또는 폴리아닐린 애노드가 작은 환자착용 전자전송 장치에 전력을 공급하는데 사용되는 작은 (즉, 코인 셀) 배터리에 의해 인가되는 비교적 작은 전압에 대하여 너무 높은 저항을 갖기 때문이다. 물론, 금속 은을 형성하기 위해 은 할로겐의 전기화학적 환원, 및 폴리아닐린의 보다 도전성있는 형태를 형성하기 위해 환원된 (즉, 루코 (leuco)) 형태의 전기화학적 산화가 다음의 반응에 따라 전극과 액체 전해질 간의 계면에서 점진적으로 발생한다.

애노드 폴리아닐린 (PA) 산화 : PA_leuco-＞ PA_emraldine+2H⁺+ 2e^-

캐소드 은 염화 환원 : AgCl + e^--＞ Ag + Cl^-

루코 형의 폴리아닐린의 환원은 쿠스만의 1986년도 전자분석 화학 저널 291 의 "Spectroelectrochemical Study of Polyaniline : the Construction of a pH-potential phase diagram" 에서 상세히 설명되어 있다. 캐소드/액체 전해질 계면에서의 금속 은 형성 및 애노드/액체 전해질 계면에서의 산화된 폴리아닐린 형성은 점진적으로 전극의 전기 전도성을 향상시키며, 이것은 매우 느린 프로세스이다. 그 결과, 도 1 에 도시된 바와 같이 전통적인 전극 구성은 전자전송 장치 동작의 시작시에 높은 전기 저항때문에 바람직하지 못하다. 도 1 에 도시된 전극 조립체 (50) 는 전극 (52), 전해질 저장체 (53) 및 전도성 전류 컬렉터 (51) 를 포함하는 디프레션 또는 웰 (25) 을 갖는 하우징 (20) 을 포함한다. 전류 컬렉터 (51) 는, 전극 (52) 과 (도 1 에 도시되지 않은) 장치 전원간의 전기 접속의 일부를 포함하고, 전기 접속의 나머지 일부는 금속 접속부 (즉, 탭; 58) 를 포함하며 금속 와이어일 수 있는 전도성 부재 (70) 는 전도성 트레이스를 비전도성 회로 보드 (18) 위에 증착함으로써 형성된다. 초기에, 전극 (52) 은 높은 전기 저항을 갖고, 따라서 전형적으로 겔인 전해질 저장체 (53) 로부터 전도성 전류 컬렉터 (51) 를 절연시키는 역할을 한다. 이러한 절연때문에, 전해질 저장체 (53) 및 전극 (52) 간의 계면 (56) 으로부터 및 계면 (56) 으로 충분하지 못한 전자 가 흐르게 되며, 산화환원 반응물의 산화 또는 환원을 상당히 방해하며, 따라서 전극 (52) 에 걸쳐 보다 높은 전기 저항이 야기된다. 즉, 전극 (52) 에 걸쳐 큰 초기 전압 강하가 존재한다.

오옴의 법칙, R_electrode= △V/i 으로부터 전극 (52) 의 전기 저항이 계산되며, △V 는 전극에 걸친 전압 강하이며 i 는 인가되는 전류이다. 전자전송 장치의 한 쪽 (즉, 애노드 측 또는 캐소드 측) 의 전기 저항은 일반적으로 (1) 전극 조립체, 및 (2) 전극 조립체가 부착되는 환자 신체 표면 (즉, 피부) 의 저항의 합으로 간주된다. 전자전송 장치가 우선 턴온될 때 초기 피부 저항이 일반적으로 높지만 (즉, 약 50,000 ohm-cm²초과), 피부 저항은 장치 동작의 처음 2 내지 5 분동안 특히 2 내지 10 볼트 범위의 전압을 인가하는 전자전송 장치 전원의 컴플라이언스 범위내인 레벨로 매우 빠르게 감소된다. 이 기간동안, 모든 이용가능한 에너지가 피부 저항을 극복하기 위해 사용되는 것이 중요하기 때문에, 저항성 전극으로 인한 과도한 전압 강하는 치료용으로 이용가능한 전류를 감소시킬 것이다. 전극 저항이 소정의 양을 초과한다면, 컴플라이언스가 부족해지며, 이것은 전극 저항이 전원의 제한된 전압에 대하여 너무 크기 때문에 장치가 소정의 전류를 인가할 수 없다는 것을 의미한다. 불행히도, 폴리아닐린 애노드 및 은 할로겐 캐소드의 전기 저항은 인간의 피부처럼 빠르게 강하되지 않는다. 따라서, 전극 저항이 전자전송 장치가 컴플라이언트되어 소정의 전류를 전달할 수 있는 레벨로 강하될 때까지 긴 대기시간 (즉, 30분 초과) 이 존재할 수 있다. 장치 컴플라이언스에 도달하는 이러한 지연은 또한 시작 래그 타임 (start-up lag time) 으로 언급된다. 이러한 시작 래그 타임동안, 폴리아닐린이 반응하여 도전성 산화된 폴리아닐린으로 형성될 때 애노드 저항은 강하되고, 은 할로겐이 반응하여 도전성 금속 은으로 형성될 때 캐소드 저항은 강하된다. 보다 중요한 것은, 컴플라이언트 약 전달에 대한 래그 타임은 여러 경우에 있어서 전자전송 약 전달의 폴리아닐린 애노드 및 은 할로겐 캐소드 사용을 허용하지 않게 만든다. 예를 들어, 경피성 전자전송 약 전달을 이용하는 많은 경우에는, 편두통을 치료하는 편두통 약 전달 또는 통증을 치료하는 마약성 진통제 전달과 같이 컴플라이언스에 대한 매우 짧은 래그 타임이 요구된다.

물론, 컴플라이언트 전자전송 장치 동작에 이르는 지연은 배터리 전압을 증가시킴으로써 감소될 수 있지만, 이것은 바람직하지 못하게 전자전송 약 전달의 비용을 증가시키는 장치에 전력을 공급하기 위해 보다 많은 (또는 더 비싼) 배터리를 필요로 한다. 컴플라이언트 전자전송 장치 동작에 이르는 지연은, 마이어의 미국특허번호 제 5,147,297 호에 교시된 바와 같이 분말 금속 또는 탄소와 같은 도전성 필러를 삽입 애노드에 또는 은 할로겐 캐소드에 추가함으로써 또한 극복될 수 있다. 그러나, 이것은 도전성 필러가 전체 전극 매트릭스에 걸쳐 매우 뛰어나면서도 균일한 분포를 가져야 하기에 상기한 전극 제조를 보다 어렵게 하며 또한 전극의 비용을 비싸게 만든다.

따라서, 높은 초기 전기 저항으로 인한 전압 강하없이 또한 전원 전압 또는 초기 전극 저항을 극복하기 위한 다른 비싼 도전성 필러 없이도, 컴플라이언트 에이전트 전달을 빠르게 수행하는 전자전송 장치용으로 향상된 전극이 필요하다.

발명의 설명

본 발명은 도 1 에 도시된 종래 기술의 전극 조립체 (50) 와 관련된 단점을 극복하며, 전극 (52) 은 전류 컬렉터 (51) 간의 초기에 높은 전기 저항 배리어 및 전해질 저장체 및 전극 (52) 에 함유된 산화환원 종 간의 계면 (56) 역할을 한다. 본 발명은 피부와 같은 신체 표면을 통해 에이전트를 전달 또는 샘플링하는 전자전송 장치를 제공한다. 장치는 한 쌍의 전극 조립체, 전력원 (즉, 한 개 이상의 배터리) 에 전기적으로 연결된 한 애노드 및 한 캐소드를 포함한다. 전극 조립체중 한 개 이상은 전극, 전극을 전원에 연결하는 전류 컬렉터, 및 전극과 이온 전달 관계를 갖는 전해질 저장체를 포함한다. 사용시에, 전해질 저장체는 신체 표면 (즉, 피부) 과 이온 전달 관계를 가지며 위치한다.

전극은 적어도 고상 전기화학적 반응성 (즉, 전기화학적 산화 또는 환원가능한) 물질의 일부로 구성된다. 전극은 높은 초기 전기 시트 저항값을 가지며, 특히 전극이 전류에 노출됨으로써 감소되는 약 100ohm/square 보다 크다. 이러한 노출에 따라, 전기화학 반응성 물질은 산화 또는 환원되어 보다 낮은 전기 저항을 갖게 되며, 전극의 시트 저항은 자신의 초기 시트 저항보다 낮아지게 된다.

전류 컬렉터는 낮은 초기 저항을 가지며 (즉, 높은 도전성을 가지며) 장치 전원과 전극간에 적어도 전극 접속부의 일부를 포함한다. 따라서, 전류 컬렉터는 전원과 전극간의 전류를 전도한다.

전자전송 장치가 전자전송 전류를 인가하기 시작할 때, 전류 컬렉터 및 전해질 저장체는 공통 경계를 형성한다. 공통 경계 상태는 본 발명의 전극 조립체에 컴플라이언트 전자전송 전달을 위한 래그 타임 및 보다 낮은 초기 전기 저항을 제공하며, 이에따라 장치 동작에 대하여 보다 낮은 전원 전압이 요구된다.

본 발명의 전극 조립체는, (1) 전극이 폴리아닐린의 루코 형태의 저항성 산화가능한 물질로 구성된 애노드 전극 조립체일 수 있고, (2) 또는 전극이 은 할로겐과 같은 저항성 환원가능한 물질로 구성된 새코드 전극 조립체일 수 있다.

도면의 간단한 설명

도 1 은 전자전송 전극 조립체의 종래 기술의 구성의 단면도.

도 2 는 본 발명의 전자전송 전극 조립체 구성의 단면도.

도 3 은 본 발명의 전류 컬렉터 및 전극의 밑면 투시도.

도 4 는 본 발명의 전자전송 장치의 확대된 투시도.

도 5 는 본 발명의 전극 조립체의 단면도.

도 6 은 본 발명의 다른 전극 조립체의 단면도.

도 7 은 본 발명의 또다른 전극 조립체의 단면도.

도 8 은 전자전송 장치 시동동안 본 발명의 캐소드 전극 조립체의 감소된 래그 시간을 도시하는, 캐소드 전압 대 시간의 그래프.

본 발명을 수행하는 모드

정의

여기서 사용될 때, "전기화학적 반응성 물질" 이라는 용어는 전기화학적으로 산화 또는 환원될 수 있는 화합물 또는 조성물을 의미하며 반응한 (즉, 산화된 또는 환원된) 형태의 물질은 반응하지 않은 형태 (즉, 산화될 수 있거나 환원될 수 있는 형태) 의 물질보다 낮은 전기 저항을 갖는다. 이 용어는 자신이 직접 산화 또는 환원될 수 있거나 또는 산화 또는 환원되는 도펀트를 삽입할 수도 있는 삽입 호스트 물질을 또한 포함한다.

여기서 사용될 때, "공통 경계" 라는 용어는 거시적으로 측정가능한 전류 컬렉터, 전극, 및 전해질 저장체의 교차부를 의미한다.

여기서 사용될 때, "전극 조립체" 라는 용어는 적어도 다음의 세가지 소자, 즉, 전류 컬렉터, 전극 및 전해질 저장체의 집합을 포함한다.

여기서 사용될 때, "전기 시트 저항" 이라는 용어는 물질의 단위 면적의 대향하는 에지간의 표면 저항이다. 전기 시트 저항 (때로는 표면 저항이라고도 언급됨) 은 일반적으로 기호 (ρ_S) 로 표시되며 표면에 걸쳐 전류 흐름을 나타내는데 사용된다. 스퀘어에 걸친 저항은 스퀘어의 크기와 독립적이며 시트 저항의 단위는 ohm, 또는 (여기서 사용되는 바와 같이) 보다 상세하게는 ohm/square 이다. 도전면은 항상 두께 (t) 가 유한한 층이기에, 시트 저항은 다음과 같은 식에 의해 층의 체적 저항 (ρ_V) 과 관련된다: ρ_S= ρ_V/ t 주어진 전극 또는 전류 컨덕터의 시트 저항은, 펜실베니아 웨스트 콘쇼호컨의 American Society of Testing and materials (ASTM) 볼륨 10.02, (1993년 재인가된) Test Standard Designation D 4496-87 "Standard Test Method for D-C Resistance or Conductance of Moderately Conductive Materials" 라는 명칭의 방법에 따라 측정될 수 있다.

여기서 사용될 때, "신체 표면" 이라는 용어는 살아있는 동물의 피부, 점막 멤브레인 및/또는 손톱을 포함한다. 특히, 이것은 인간의 피부를 포함한다.

여기서 사용될 때, "전해질 저장체" 라는 용어는 장치 동작동안 용해된 이온을 함유하는 또는 수용하는 액체를 의미한다. 이 용어는 계수 전극에 사용되는 염류 용액 및 도너 전극에서 현탄액 또는 약 용액을 포함한다. 이 용어는 용액 또는 현탄액을 포함하는 스폰지, 직물, 또는 겔과 같은 폴리머와 같은 매트릭스를 또한 포함한다. 용어는 수용액 및 비수용액 (즉, 글리콜 또는 글리세롤에서 용해된 전해액) 을 포함한다.

여기서 사용될 때, "컴플라이언트 에이전트 전달" 이라는 용어는 소정의 전자전송 전류시에 에이전트가 전자전송 장치를 통해 신체 표면으로 전달되는 것을 의미한다. 장치 구성요소 및/또는 피부는 매우 높은 전기 저항을 갖기 때문에 최대 인가 전압일 지라도 전자전송 장치가 소정의 전자전송 전류를 인가하지 못할 때는 컴플라이언트 에이전트 전달이 없다.

여기서 사용될 때, "래그 타임" 이라는 용어는 전자전송 장치가 넌 컴플라이언트 전류를 인가하는 동안인 시간 주기를 의미한다. 일반적으로, 래그 타임은 전자전자전송 장치가 전자전송 전류를 인가하기 시작하는 시간으로부터 소정의 전자전송 전류가 인가되기 시작할 때의 시간때까지 측정된다.

도 2 는 본 발명에 따른 전극 조립체 (60) 의 일실시예를 도시한다. 종래 기술의 전극 조립체 (50) 와 유사하게, 전극 조립체 (60) 는, 전류 컬렉터 (61), 전극 (62) 및 전해질 저장체 (63) 를 포함하는 웰 또는 디프레션 (25) 을 갖는 하우징 (20) 을 또한 포함한다. 전류 컬렉터 (61) 는, 전극 (62) 과 (도 2 에 도시되지 않은) 장치 전원 간의 전기 접속의 일부, 및 금속 접속부 (즉, 탭; 68) 및 비도전성 회로 보드 (18) 위에 증착된 도전성 트레이스로 특히 형성된 도전성 회로 (71) 를 포함하는 전기 접속의 나머지 일부를 포함한다. 도 1 에 도시된 전극 조립체 (50) 처럼, 본 발명의 전극 조립체 (60) 는 초기에 높은 전기 저항을 갖는 산화환원물로 구성된 전극 (62) 을 포함한다. 일반적으로, 전극 (62) 은, 약 100ohm/square 보다 큰 바람직하게는 약 10,000 ohm/square 보다 큰 초기 전기 시트 저항을 갖고, 초기 전기 시트 저항보다 낮은 전기 시트 저항을 갖도록 산화 또는 환원될 수 있다. 전극 (62) 의 산화환원물은 고상이어야 하며 인접하는 액상의 전해질 저장체 (63) 를 용해해서는 안된다. 바람직하게, 산화환원물은 전해질 저장체 (63) 내의 액체에서 약 1 mg/ml 미만의 용해성을 갖는다. 가장 바람직하게는, 전극 (62) 은 완전히, 또는 상당히 산화환원물로 구성된다.

종래 기술의 전극 조립체 (50) 와는 달리, 본 발명의 전극 조립체 (60) 는 전류 컬렉터 (61) 보다 작은 측면 치수 (즉, 길이 및/또는 폭) 의 전극 (62) 을 이용하여, 이에따라 전류 컬렉터 (61), 전극 (62) 및 전해질 저장체 (63) 간에 공통 경계 (64, 64') 가 발생한다. 공통 경계 (64, 64') 는, 전류 컬렉터 (61) 에 의해 전달된 전자, 전극 (62) 내에 함유된 산화환원물 및 전해질 저장체 (63) 모두가 서로 접촉하는 영역을 제공한다. 이러한 세 개 소자를 근접시켜 배치함으로써 상기와 같은 공통 경계 조건이 없는 전극 조립체 (50) 의 초기 전기 저항과 비교하여 전극 조립체 (60) 의 초기 전기 저항이 감소된다.

전극 조립체 (60) 가 캐소드 전극 조립체인 경우에, 전극 (62) 은 염화은과 같은 전기화학적 환원가능한 물질로 구성된 캐소드이다. 염화은은 실질적으로 불수용성인 고상 산화환원가능물이다. 따라서, 저장체 (63) 내의 액체가 수성이라면, 염화은은 저장체 (63) 내의 액체를 쉽게 용해하지 않을 것이다. 전해질 저장체 (63) 는 특히 액체 전해질을 함유하는 폴리머 겔 형태이다. 전극 조립체 (60) 가 도너 전극 조립체인 경우에, 겔내의 액체 전해질은 특히 약 용액이다. 전극 조립체 (60) 가 계수 전극 조립체인 경우에, 겔내의 액체 전해질은 특히 염이다.

전류 컬렉터 (61) 및 전극 (62) 의 투시도는 도 3 에 도시된다. 전해질 저장체 (63) 가 제거되어 공통 경계 (64) 를 잘 도시하고 있다. 이 실시예에서, 공통 경계 (64) 는 직사각형을 이루는 4개의 선을 포함한다.

바람직하게, 전류 컬렉터 (61) 는 전극 (62) 의 시트 저항의 절반보다 작은 시트 저항을 갖는다. 보다 바람직하게, 전류 컬렉터 (61) 는 약 50,000 ohm/square 미만의, 더 바람직하게는 약 1000 ohm/square 미만, 가장 바람직하게는 약 10 ohm/square 미만의 시트 저항을 갖는다. 전류 컬렉터 (61) 는 금속 또는 탄소 포일 (즉, 은, 스테인레스 스틸, 백금, 또는 흑연) 또는 탄소 섬유, 탄소 입자 또는 금속 입자와 같은 도전성 막이 적재된 폴리머 막일 수 있다. 보다바람직하게, 전류 컬렉터 (61) 는 도전성 트레이스 또는 금속 및/또는 탄소 도전막을 함유하는 부착성 폴리어 바인더로 구성된 도전성 부착제 형태이다. 부착제는 접점 (68) 및 전극 (62) 에 부착되어 이들 소자간의 좋은 전기적 연결성을 유지한다.

환원반응이 캐소드 염화은 전극 (62) 의 표면에서 진행될 때, 염화은의 환원은 초기에 금속 은을 발생시키는 공통 경계 (64, 64') 에서 발생하여 공통 경계 (64, 64') 에 인접하는 영역이 보다 도전성을 갖도록 한다. 장치가 동작할 때, 염화은의 환원이 진행되고, 결국 캐소드 전극 (62) 의 전체 외면을 덮는다.

공통 전극 (64, 64') 에서 전극 (62) 은 급속히 환원되는데, 전류 컬렉터 (61) 가 전자를 미리 공급하기 때문이며, 또한 전해질 저장체 (63) 의 액체가 이온에 대하여 전해질 저장체 (63) 및 환자의 신체면간에 흐르는 이온으로 구성된 전자전송 전류를 설정하여 이동하는 것이 이용가능하기 때문이다. 예를 들어, 전극 (62) 이 염화은을 포함할 때, 염화은은 환원되어, Ag 금속 및 염화 이온이 발생한다. 전해질 저장체 (63) 내의 음이온은 신체 표면으로 이동하여 에이전트를 전달하거나 샘플링하기 위한 전류를 확립하게 된다. 에이전트는 캐소드에서 확연한 전압강하 또는 래그 타임없이 컴플라이언트 전달율로 피부를 통하여 전달되거나 샘플링되는데 이것은 염화은이 급속히 많은 양으로 공통 경계 (64, 64') 를 따라 환원되기 때문이다.

대조하여, 도 1 에 도시된 바와같이, 종래 기술의 전극 조립체 (50) 는 공통 경계를 전류 컬렉터 (51) 및 전해질 저장체 (53) 와 공유하지 않는 전극 (52) 을 갖는다. 염화은 전극 (52) 및 전해질 저장체 (53) 간의 계면 (56) 은 전자를 공급하지 않으며 염화은 전극 (52) 이 실질적으로 비전도성이기 때문이다. 따라서, 전극 (52) 은 실질적으로 전류 컬렉터 (51) 에 의해 제공되는 전자를 전해질 저장체 (53) 및 전극 (52) 간의 경계 (56) 로부터 절연시키고, 따라서 전극 (52) 의 계면 (56) 에서 염화은의 임피던스 감소가 발생한다. 따라서, 전기 저항 증가의 순수 효과는 회로의 컴플라이언스 전압이 컴플라이언트 에이전트 전달을 초기에 달성하기에 불충분할 수도 있다는 것이다.

전극 조립체 (60) 가 애노드 전극 조립체인 경우에, 전극 (62) 은 폴리아닐린과 같은 전기화학적 산화가능한 물질로 구성된 애노드이다. 전해질 저장체 (63) 는 특히 액체 전해질을 함유하는 폴리머 겔 형태이다. 전극 조립체 (60) 가 도너 전극 조립체인 경우에, 겔 내의 액체 전해질은 특히 약 수용액이다. 전극 조립체 (60) 가 계수 전극 조립체인 경우에, 겔 내의 액체 전해질은 특히 염이다.

산화반응이 애노드 폴리아닐린 (루코 형태) 전극 (62) 의 표면에서 진행될 때, 폴리아닐린의 산화는 초기에 공통 경계 (64, 64') 에서 발생하여 (감소된 루코 형태의 폴리아닐린보다 도전성있는 에머랄딘 형태의) 산화된 폴리아닐린이 발생하여 공통 경계 (64, 64') 에 근접한 영역이 보다 도전성있게 만든다. 장치가 동작할 때, 폴리아닐린의 산화가 진행되고, 결국 애노드 전극 (62) 의 전체 외면을 덮는다.

공통 경계 (64, 64'0 에서, 전극 (62) 은 빠르게 산화되는데 이는 전류 컬렉터 (61) 가 전자를 제공하고 전해질 저장체 (63) 내의 액체가 전해질 저장체 (63) 및 환자의 신체 표면 간에 흐르는 이온으로 구성된 전자전송 전류를 이동시키는 이온에 대하여 이용가능하기 때문이다. 예를 들면, 전극 (62) 이 루코-폴리아닐린을 포함할 때, 루코-폴리아닐린은 산화되어, 도전성있는 산화 폴리아닐린을 발생시킨다. 전해질 저장체 (63) 내의 양이온은 에이전트를 전달하거나 샘플링하기 위한 전류를 확립하는 신체 표면으로 이동한다. 에이전트는 어떠한 명확한 전압 강하 또는 래그 타임없이 애노드에서 컴플라이언트 전달율로 피부를 통해 전달되거나 샘플링되는데, 이는 폴리아닐린이 모든 공통 경계 (64, 64') 를 따라 급속히 또한 충분히 산화되기 때문이다.

대조적으로, 도 1 에 도시된 바와 같이, 종래 기술의 전극 조립체 (50) 는전류 컬렉터 (51) 및 전해질 저장체 (53) 와 공통 경계를 갖지 않는 전극 (52) 을 갖는다. 루코-폴리아닐린 전극 (52) 및 전해질 저장체 (53) 간의 계면 (56) 은 전자의 드레인를 갖지 않는데 이는 폴리아닐린 전극 (52) 이 초기에 (즉, 명백한 산화가 발생하였음) 실질적으로 비도전성이기 때문이다. 따라서, 전극 (52) 은 실질적으로 전류 컬렉터 (51) 를 전해질 저장체 (53) 및 전극 (52) 간의 경계 (56) 로부터 절연시키고, 따라서 전극 (52) 의 계면 (56) 에서 루코-폴리아닐린의 산화를 억제한다. 따라서, 전기 저항 증가의 순수 효과는 회로의 컴플라이언스 전압이 필요한 치료 전류를 전달하기에 불충분할 수도 있다는 것이다.

전류 컬렉터 (61), 전극 (62) 및 전해질 저장체 (63) 간의 공통 경계는, 적어도 한 개의 공통 경계가 존재하고 공통 경계가 전극 (62) 의 높은 초기 전기 저항을 전극 조립체 (60) 를 위한 전체적으로 수용가능한 초기 저항으로 감소시키기 위해 충분한 길이를 갖는한 어떠한 형태 또는 구성도 가질 수 있다. 예를 들어, 전극 (62) 은 전류 컬렉터 (61) 로부터 상쇄되어 단일 공통 경계 (64 또는 64') 가 형성될 수도 있다. 대체하여, 공통 경계는 적어도 한 개의 공통 경계가 존재하는 한 원형, 삼각형, 타원형, 또는 (개별적으로 또는 집합적으로) 다른 형태일 수도 있다. 대체하여, 전극 (62) 은 전해질 저장체 (63) 가 전류 컬렉터 (61) 에 직접 접촉되게 하는 어떠한 형태의 홀 또는 슬롯 (즉, 도넛형 전극) 을 가질 수도 있다.

몇몇 경우에, 전극 (62) 및/또는 전류 컬렉터 (61) 의 부착성 또는 친수성을 향상시키기 위해, 또는 전극 (62) 과 전류 컬렉터 (61) 간의 부착성을 향상시키기 위해 또는 전해질 저장체 (63) 에 이러한 소자들의 부착성을 향상시키기 위해, 전극 (62) 및/또는 전류 컬렉터 (61) 를 부착제 또는 친수성 코팅과 같은 물질의 박층으로 도포하는 것이 바람직할 수도 있다. 전극 (62) 및/또는 전류 컬렉터 (61) 위에 친수성 표면 코팅이 이러한 소자들 및 (액체성) 전해질 저장체 (63) 간의 표면 상호작용을 향상시키기 위해 또한 사용될 수도 있다. 이러한 코팅은 물리적으로 전극 (62) 및/또는 전류 컬렉터 (61) 를 전해질 저장체 (63) 로부터 분리시키는 역할을 한다. 그러나, 전극 (62) 및/또는 전류 컬렉터 (61) 위에 이러한 코팅이 얇고 전기적 또는 이온으로 도전성을 갖는한, 코팅은 공통 경계에 대한 장해물로 간주되어서는 안되며 코팅으로 간주되어야 한다.

공통 경계의 최소한으로 필요한 길이는 전극 (62) 의 초기 시트 저항 뿐만 아니라 전자전송 전류의 소정 레벨, 전원에 의해 인가될 수 있는 최대 전압을 포함하는 다수의 인자에 의존한다. 일반적으로, 옷 착용시 별로 눈의 띄지 않기에 적절한 작은 전자전송 경피성 전달 및 샘플링 장치는, 약 20볼트 미만 범위의, 특히 약 2 내지 10볼트 범위의 최대 전압을 갖는 전원을 구비한다. 게다가, 이러한 장치는 1mA 미만의 전자전송 전류, 특히 0.5mA 미만의 전류를 인가한다. 또한, 산화환원 종의 입자 형태를 함유하는 폴리머 성분 (즉, 염화은 입자를 함유하는 폴리이소부틸렌 매트릭스) 으로 형성된 전극은 약 1,000ohm/square 보다 큰 전기 시트 저항을 갖고, 특히 약 10,000ohm/square 보다 큰 저항을 갖는다. 이러한 특정 조건에서, 공통 경계 길이는 적어도 약 0.1cm 이어야 하며 바람직하게는 적어도 약 1cm 이어야 한다.

공통 경계 길이 (l) 대 인가된 전자전송 전류 (i) 로 표현되는 비율은, 적어도 0.1cm/mA, 바람직하게는 적어도 약 1cm/mA 이어야 한다.

도 5 에 도시된 것은 본 발명의 전극 조립체 (70) 의 또다른 예이다. 이 구성에서, 전극 (62) 및 전류 컬렉터 (61) 의 대향면은 동일한 표면 영역을 갖고 함께 적층되어 이중층 박막 구조를 형성한다. 그 결과, 공통 경계 (64) 는 전극 (62)/전류 컬렉터 (61) 박막의 에지위에 존재한다.

도 6 에 도시된 것은 본 발명의 전극 조립체 (80) 의 또다른 예이다. 이 구성에서, 전극 (62) 은 전류 컬렉터 (61) 보다 더 넓다. 그 결과, 공통 경계 (64) 는 전극 (62) 의 바로 밑에 위치한다.

도 7 에 도시된 것은 본 발명의 전극 조립체 (90) 의 또다른 예이다. 이 구성에서, 복수의 전극 (62) 이 전류 컬렉터 (61) 에 간격을 두고 적층된다. 전해질 저장체 (63) 는 복수의 공통 경계 (64) 를 형성하기 위해 전류 컬렉터 (61) 를 포함한다. 충분한 길이의 공통 경계가 존재하는한 다른 구성도 본 발명에서 고려된다. 도 2 내지 도 7 에 도시된 구성은 단지 예일 뿐이다.

일반적으로, 전극 (62) 은 초기에 높은 저항성을 갖지만 산화 또는 환원될 때 저항성이 감소되는 물질을 포함한다. 캐소드 전극 (62) 의 경우에, 전극은, 적어도 전기화학적 환원가능한 물질의 일부로 구성된다. 환원가능한 물질은, 금속 화합물, 금속 혼합물, 삽입 화합물, 알칼리 금속을 갖는 카본 삽입 호스트, 및 전기화학적 산화 또는 환원가능한 폴리머로부터 선택될 수 있다. 특별히 바람직한 종류의 환원가능한 물질은, M 이 (알칼리 토류 금속이 아닌) 전기적 환원가능한 금속이며 X 는 폴리머 음이온 및 할로겐, 황, 및 인과 같은, 그렇지만 바람직하게는 할로겐과 같은, 가장 바람직하게는 은과 같은 저분자량 음이온으로부터 선택되는 식 (MX) 으로 정의되는 화합물이다. 바람직하게, M 은 은, 아연 또는 구리, 그리고 보다 바람직하게는 은이다. 본 발명의 캐소드에 사용되기 위한 가장 바람직한 전기화학적 환원가능한 물질은 실질적으로 순수한 염화은이다.

본 발명의 캐소드에 사용하기 위한 환원가능한 물질의 또다른 종류로는 알칼리 금속 텅스텐산염과 같은 삽입 화합물이 있다. 알칼리 금속 텅스텐산염에 대한 환원반응은 다음과 같다.

M⁺+ M_XWO₃+ e^--＞ M_1+XWO₃

여기서, M 은 알칼리 금속이고, 바람직하게는 나트륨이다.

다른 산화 및 환원가능한 종은 참고로 여기에 언급되는 화학 및 물리의 CRC 핸드북 D-141 내지 D-146 에 기재되어 있다.

본 발명의 애노드로 사용하기에 바람직한 전기화학적 산화가능한 물질로는 루코 형태의 폴리아닐린이다.

여기서 사용될 때, "에이전트" 라는 용어는 치료 효과를 얻기 위해 장치로부터 신체내로 전달되는 치료 에이전트 뿐만 아니라 진단 목적을 위해 신체로부터 샘플링되는 에이전트를 모두 포함한다. 진단 목적을 위해 에이전트를 샘플링할 때, 에이전트는 혈액 포도당 측정과 같은 진단 테스트를 수행하기 위해 샘플링되는 전해질 또는 포도당을 포함하는 신체 분석물일 수 있고, "에이전트" 라는 용어는 "약" 과 상호교환되어 사용되며, 각각은 당해 기술에서 생명체에 전달될 때 치료용 활성물이 바람직한, 보통 유익한 효과를 가져오는 가장 이성적인 것으로 해석된다. 예를 들어, "에이전트" 는, (항생제 및 항바이러스제와 같은) 항감염제, (펜타닐, 수펜타닐, 부트레놀린, 및 혼합 진통제와 같은) 진통제, 마취제, 항관절염제, (테부탈린과 같은) 항천식제, 항경련제, 항진정제, 항당뇨제, 항설사제, 항히스타민, 항염증제, 항편두통제, (스코폴아민 및 온단세트론과 같은) 반운동성 질병조제, 항종양제, 항파킨슨제, 항소양제, 항정신제, 항열제, (위장관 및 비뇨기를 포함하는) 항경련제, 항콜린성제, 항교감신경 흥분제, 항크산틴, 및 그 유도체, (니페디핀과 같은 칼슘 통로 차단제를 포함하는) 심혈관 조제, (도부타민 및 리토드린과 같은) 베타-작동약, 베타 차단제, 항부정맥제, (아테놀올과 같은) 항고혈압제, (리신오프릴과 같은) ACE 억제제, 이뇨제, (관상동맥, 말초, 및 대뇌를 포함하는) 혈관확장제, 중추신경제, (부갑상선 호르몬과 같은) 호르몬, 수면제, 면역억제제, 근육 이완제, 항콜린제, 부교감신경흥분모방제, 프로스타글란딘제, 단백질, 펩타이드, 각성제, 진정제, 및 안정제를 포함하는 모든 치료 범주내의 치료 화합물 및 분자를 포함한다.

본 발명의 전자전송 장치는, 바클로펜, 베클로메타손, 베타메타손, 부시프론, 크로몰린 소듐, 딜티아젬, 독사조신, 드로페리돌, 엔카인이드, 펜타닐, 히드로코르티손, 인도메타신, 케토프로펜, 일도카인, 메타트렉세이트, 메타클로플아미드, 미코나졸, 니카르디핀, 피로티캄, 프라조신, 스코폴아민, 수펜탄일, 테르부탈린, 테스토스테론, 테트라카인, 및 베라파밀을 포함하는 전달 약 및/또는 에이전트를 또한 포함할 수도 있다.

본 발명의 전자전송 장치는, 펩타이드, 폴리텝타이드, 단백질, 올리고핵산, 다당류 및 다른 고분자를 또한 전달할 수도 있다. 이러한 분자는 그 크기때문에 경피성 또는 경정막성 전달되기 어려운 것으로 당해 기술에 공지되어 있다. 예를 들어, 이러한 분자는 300-40,000 돌톤 범위의 분자량을 가질 수도 있고, 다음에 따르는 것에 한정되지 않지만, (부세렐린, 고스세렐린, 고나도렐린, 나프렐린 및 루프롤리드와 같은) LHRH 및 그 아날로그, GHRH, GHRF, 인슐린, 인슐린오트로핀, 헤파린, 칼키토닌, 옥트레오타이드, 엔돌핀, TRH, NT-36 또는 N-[[(s)-4-oxo-2-azetidiny[carbony]L-histidy-L-prolinamide], 리프레신, (HGH, HMG, HCG, 디스모프레신 아세테이트와 같은) 뇌하수체 호르몬, 폴리사일 루테오이드, a-ANF, 성장 인자 분비 인자 (GFRF), b-MSH, 소마토스타틴, 브래디키닌, 소마토트로핀, 혈소판 유도 성장 인자, 아스파라기나제, 블레오마이신 황산, 키모트립신, 콜레시스토키닌, 융모막 성선 자극 호르몬, 코르티코트로핀 (ACTH), 에리트로포이에틴, 에포프로스테놀 (혈소판 응집 억제제), 글루카곤, 히루로그, 히알루로니다제, 인터페론, 린터루킨-2, (우로폴리트로핀 (FSH) 및 LH 와 같은) 메노트로핀, 옥시토신, 스트렙토시나제, 조직 플라스미노겐 활성자, 우로키나제, 바소프레신, 데스모프레신, ACTH 아날로그, ANP, ANP 제거 억제제, 앤지오텐신 II 길항제, 항이뇨 호르몬 작동약, 항이뇨 호르몬 길항제, 브래디키닌 길항제, CD4, 세레다스, CSF's, 엔케팔린스, FAB 프래그먼트, lgE 펩타이드 억제제, IGF-1, 뉴로트로픽 인자, 콜로니 자극 인자, 파라티로이드 호르몬 및 작동약, 파라티로이드 호르몬 길항제, 프로스타그란딘 길항제, 펜티게타이드, 단백질 C, 단백질 S, 레닌 억제제, 티모신 알파-1 항트립신 (재조합체), 및 TGF-베타를 포함할 수도 있다.

도 4 는 본 발명과 함께 사용될 수도 있는 대표적인 전자전송 전달 장치를 도시한다. 장치 (10) 는 상위 하우징 (16), 회로 보드 조립체 (18), 하위 하우징 (20), 전극 (42 및 42'), 전해질 겔 저장체 (26 및 28), 및 피부 호환성 부착제 (30) 를 포함한다. 상위 하우징 (16) 은 환자의 피부에 대하여 지지 장치 (10) 를 지원하는 측면 윙 (15) 을 갖는다. 상위 하우징 (16) 은 주입 성형가능 일래스토머 (즉, 에틸렌 비닐 아세테이트) 로 구성되는 것이 바람직하다. 인쇄 회로 보드 조립체 (18) 는 한 개 이상의 전기 구성요소 (19) (즉, 집적 회로) 및 배터리 (32) 를 포함한다. 회로 보드 조립체 (18) 는 (도 4 에 도시되지 않은) 개구 (13a 및 13b) 를 통해 통과하는 포스트에 의해 하우징 (16) 에 부착되고, 포스트의 끝부는 하우징 (16) 에 대하여 회로 보드 조립체 (18) 를 가열하여 부착시키기 위해 가열/용융된다. 하위 하우징 (20) 은 부착제 (30) 에 의하여 상위 하우징 (16) 에 부착되고, 부착제 (30) 의 피부 끝부는 윙 (15) 의 밑면을 포함하는 상위 하우징 (16) 및 하위 하우징 (20) 양쪽에 부착된다.

(도 4 에 도시되지 않은) 회로 보드 조립체 (18) 의 출력부는 전류 컬렉터 (22 및 24) 를 통해 전극 (42' 및 42) 과 각각 접속한다. 전류 컬렉터 (22 및 24) 는 각각 전극 (42' 및 42) 의 피부 끝부에 부착되는 도전성 부착제로 구성된다. 전류 컬렉터 (22 및 24) 의 피부 끝부는 회로 보드 조립체 (18) 의 하부위에서 하위 하우징 (20) 에 형성된 개구 (23', 23) 를 통하여 (도시되지 않은) 회로 출력부에 부착된다. 전극 (42, 42') 은 전해질 겔 저장체 (26, 28) 의 피부 끝부와 직접 기계적 및 전기적 접속을 갖는다. 전해질 겔 저장체 (26, 28) 의 피부 근접측은 부착제 (30) 의 개구 (29',29) 를 통하여 환자 피부와 접속한다.

장치 (10) 는 환자가 전자전송 장치에 의해 투약량을 스스로 조절할 수 있는 특징을 갖는다. 푸시 버튼 스위치 (12) 를 누름에 따라, 회로 보드 조립체 (18) 에서의 전자 회로는 소정의 DC 전류를 소정 길이의 전달 간격동안 전극/전해질 저장체 (42', 42 및 26, 28) 에 전달한다. 푸시 버튼 스위치 (12) 는 장치 (10) 의 상위에 위치하며 덮개를 통해 쉽게 동작된다. 짧은 시간 주기내 (즉, 3초) 에 푸시 버튼 스위치 (12) 를 두번 누르면 약 전달을 위한 장치가 작동되고, 이에따라 장치의 부주의한 동작 가능성이 최소화된다. 바람직하게, 장치는 사용자에게 예를 들어 삐삐로부터 발광하는 LED (14) 및/또는 가청 신호에 의해 약 전달 간격이 시작되는 시청가능한 확인을 전달해준다. 약은 환자의 피부를 통하여 전자전송 장치에 의해 예를 들어 팔위에 소정의 전달 간격으로 전달된다.

본 발명에 따라, 전극 (42 및 42') 은 각각 전해질 겔 저장체 (28, 26) 의 피부 끝부에 눌려 위치한다. 이러한 가압은 전극 (42, 42') 의 두께와 대략 일치하기 때문에, 달걀모양의 공통 경계가 장치 (10) 의 2개 전극 조립체 각각에 존재한다. 따라서, 전류 컬렉터 (22), 전극 (42') 및 전해질 겔 저장체 (26) 간에 공통 경계가 존재한다. 전류 컬렉터 (24), 전극 (42) 및 전해질 겔 저장체 (28) 간에 또한 공통 경계가 있다. 장치 (10) 는 장치 (10) 의 양 측 (즉, 애애노드측 및 캐소드측) 에서 공통 경계를 도시하지만, 전자전송 장치 (10) 의 한 쪽 (즉, 애노드측 또는 캐소드측) 에서만 공통 경계 조건을 사용하는 것은 본 발명의 범주내에 있다.

푸시 버튼 스위치 (12), 회로 보드 조립체위의 전자 회로 (18) 및 배터리 (32) 는 상위 하우징 (16) 및 하위 하우징 (20) 간에 부착되어 밀봉된다. 상위 하우징 (16) 은 고무 또는 다른 탄성물질로 구성되는 것이 바람직하다. 하위 하우징 (20) 은 디프레션 (25, 25') 을 형성하기 위해 쉽게 주조되어 개구 (23, 23') 를 형성할 수 있는 플라스틱 또는 탄성 시트 물질 (즉, 폴리에틸렌, 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 코폴리머) 로 구성되는 것이 바람직하다. 조립된 장치 (10) 는 내수성 (즉, 물방울 방수) 인 것이 바람직하며 가장 바람직하게는 방수성인 것이다. 시스템은 신체에 쉽게 변형되는 낮은 프로파일을 갖고, 이에따라 착용시에도 자유롭게 움직일 수 있다. 전해질 겔 저장체 (26, 28) 는 장치 (10) 의 피부 접촉측에 위치하며 정상적인 처리 및 사용시 돌발적인 전기적 단락을 방지하기 위해 충분히 분리되어 있다.

장치 (10) 는 (전해질 겔 저장체 (26, 28) 의 주변을 둘러싸는) 주변 부착제에 의해 환자의 신체 표면 (즉, 피부) 에 부착된다. 부착제 (30) 는 정상적인 사용자 활동동안 장치 (10) 가 신체위에서 제자리에 있도록 보장하며, 소정의 작용 기간 (즉, 24시간) 이후에 제거될 수 있는 부착성을 갖는다.

전해질 겔 저장체 (26, 28) 각각은 겔 매트릭스내에 함유된 액체 전해질을 포함한다. 장치 (10) 가 경피성 약 전달 장치인 경우에, 한 개 이상의 겔 저장체 (26, 28) 는 약 수용액 또는 서스펜션을 갖는다. 약 1 x 10^-4M 내지 1.0M 범위의 약 농도가 바람직한 범위의 하위 부분에서 약 농도를 갖고 사용될 수 있다. 겔 매트릭스용으로 적절한 폴리머는 어떠한 비이온성 합성 및/또는 자연 발생적 폴리머 물질을 필수적으로 포함할 수도 있다. 활성 에이전트가 극성을 띄고 또는 이온화될 수 있을 때 극성이 선호되며, 이에따라 에이전트 용해성을 향상시킨다. 선택적으로, 겔 매트릭스는 수중 팽창성일 것이다. 적절한 합성 폴리머 예로는, 다음에 따르는 것에 제한되지 않지만, 폴리(아크릴아미드), 폴리(2-히드록에틸 아클리레이트), 폴리(2-히드록시프로필 아크릴레이트), 폴리(N-비닐-2-피롤리돈), 폴리(n-메틸 아크릴아미드), 폴리(디아세톤 아클리아미드), 폴리(2-히드록시레틸 메타아크릴레이트), 폴리(비닐 알콜) 및 폴리(알릴 알콜) 가 포함된다. 히드록실 기능적 농축 폴리머 (폴리에스테르, 폴리카르보네이트) 도 적절한 극성 합성 폴리머의 예이다. 겔 매트릭스로서 사용하기에 적절한 자연적 극성 발생 폴리머 (또는 그 유도체) 는 셀룰로스 에테르, 메틸 셀룰로스 에테르, 셀룰로스 및 히드록실계 셀룰로스, 메틸 셀룰로스 및 히드록실계 메틸 셀룰로스, 구아, 로우커스트, 카라야, 산탄, 젤라틴, 및 그 유도체와 같은 고무에 의해 예시된다. 이온 폴리머는 활성 에이전트에 대하여 반대로 대전된 다른 이온 또는 약 이온이 이용가능한 카운터이온인 제공되는 매트릭스용으로 또한 사용될 수 있다.

본 발명이 바람직한 실시예와 함께 설명되었지만, 다음에 따르는 예 뿐만 아니라 상기한 설명은 단지 예시적인 것이며 본 발명의 범주를 제한하는 것이 아닌 것으로 이해된다. 본 발명의 범주내에서 다른 태양, 장점 및 수정은 당해 기술에 숙련된 당업자에게는 명백할 것이다.

비교예 1

도 8 에 도시된 것은 (1) 염화은 캐소드를 사용하지만 공통 경계 조건이 없는 도 1 에 따른 종래 기술의 캐소드 전극 조립체, 및 (2) 본 발명의 도 2 및 3 에 따르며 전류 컬렉터, 전극 및 액체 전해질 간에 공통 경계 및 염화은 캐소드를 시용하는 캐소드 전극 조립체의 비교를 나타낸 것이다.

종래 기술의 캐소드 전극 조립체 (캐소드 (A)) 는 10 ohm/square 의 시트 저항을 갖는 도전성 부착제로 구성되는 전류 컬렉터에 박막된 염화은 포일 캐소드를 포함한다. 포일의 면적은 2.85cm²이고, 액체 전해질은 염이 함유된 겔이다. 캐소드 (A) 에서, 겔은 염화은 포일과 접촉하지만 도전성 부착제와 접촉하지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 공통 경계가 없다. 겔/포일 접촉 영역은 2.0cm²이다.

본 발명의 캐소드 전극 조립체 (캐소드 (B)) 는 10 ohm/square 의 시트 저항을 또한 갖는 도전성 부착제에 박막된 염화은 포일을 포함한다. 포일은 원형 디스크의 형태로 그 면적은 1cm²이고, 부착제 면적은 2.85 cm²이다. 따라서, 겔/전극 접촉 영역은 1.0 cm²이고 공통 경계의 길이는 전극의 둘레와 동일하다. 종래 기술의 캐소드는 0.05mm (0.002 inch) 두께의 염화은 스트립이다. 캐소드 (B) 는 캐소드 (A) 보다 작은 염화은 포일 (즉, 1.0 cm²) 을 갖는다.

염화은 포일은 뉴저지 Carteret 의 Engelhard-CLAL 에 의해 제공되는 염화은 스트립으로부터 만들어진다. 염화은 스트립 두께는 0.051mm (0.002 inch) 이고 도전성 부착제의 조각으로 절단 및 박막된다.

캐소드 전극용의 셀 조립체에서, 액체 전해질/겔은, 폴리비닐 알콜 (PVOH) 10ml 의 약 15%, 히드록시 프로필 메틸 셀룰로스 (HPMC) 2%, 0.1M 염화은, 및 나머지 탈이온 수로 형성된다. 염의 초기 pH 값은 6.26 이다.

전극 조립체는, (캐소드 (A) 가 캐소드 (B; 1cm²) 보다 넓은 표면적 (2cm²) 을 갖기 때문에, 캐소드 (A) 의 방전 전류 (0.6mA) 는 캐소드 (B) 의 방전 전류 (0.3mA) 보다 높음) 0.3mA/cm²인 동일한 전류 밀도하에서 방전된다. 방전은 캐소드 전극을 정전류기의 음극에 접속시킴으로써 수행된다. 은 포일 애노드는 정전류기의 양그에 접속되어 겔의 자유면에 대치하여 배치된다. 방전동안, 캐소드 (A 및 B) 의 전압은 Ag/AgCl 중기준 전극에 대하여 측정된다.

도 8 에 도시된 바와 같이, 캐소드의 방전 습성은 방전의 초기 주기 (즉, 래그 타임 주기) 동안 명백히 상이하다. 종래 기술의 캐소드 (캐소드 A) 는 5.68V 의 초기 방전 전압 (시작 전압) 을 갖는 반면, 본 발명의 캐소드 (캐소드 B) 는 겨우 0.21V 의 시작 전압을 갖는다. 래그 타임은 정전류기에 의해 인가되는 전압용으로 필요한 시간이 0.3V 아래로 떨어지는 실험에서 정의되었다. 캐소드 (A) 에 대한 래그 타임은 7.1 분인 반면, 캐소드 (B) 에 대한 래그 타임은 겨우 9 초이다.

추가 실험이 상기한 종래 기술의 캐소드 및 본 발명의 캐소드에 대하여 실행되었다. 종래 기술의 캐소드에 대한 평균 시작 전압은 3.71V 인 한편 본 발명의 3개 캐소드에 대한 평균 시작 전압은 0.41 V 이었다. 종래 기술의 캐소드에 대한 평균 래그 타임은 9.8분인 한편 본 발명의 3개 캐소드에 대한 평균 래그 타임은 겨우 8.6초이었다.

전자전송 시스템 또는 대부분의 다른 의료 장치에서, 낮은 시작 전압 및 래그 타임을 갖고 이에따라 향상된 성능 및 감소된 전력 소모를 갖는 것은 매우 바람직하다. 본 발명의 성능은 종래 기술의 캐소드 보다 훨씬 훨등하다.

비교예 2

2개의 전자전송 장치 (장치 A 및 B) 는, 각각 전원 및 한 쌍의 전극 조립체인 애노드 및 캐소드로 구성된다. 각 전극 조립체는 구리 포일 전류 컬렉터, 전극 및 염을 함유하는 폴리비닐 알콜 겔 저장체를 포함한다. 각 장치에서의 캐소드 전극 조립체는 염화은 캐소드를 포함하고 도 1 에 도시된 구성을 갖고, 즉, 어느 장치의 캐소드 전극 조립체에서도 공통 경계 조건이 없다. 장치 (A) 의 애노드 전극 조립체는 루코-폴리아닐린 스트립으로 구성되고 도 1 에 도시된 구성을 갖고, 즉, 장치 (A) 의 애노드 전극에서 공통 경계 조건이 없다. 반면에, 장치 (B) 의 애노드 전극 조립체는 루코-폴리아닐린으로 구성되며 도 2 에 도시된 구성을 갖고, 즉, 장치 (B) 의 애노드 전극 조립체에서 공통 경계 조건이 있다. 각 장치의 전극 조립체는 전자전송 전류 0.5mA 를 인가하는 정전류기에 접속된다. 공통 경계 조건 루코-폴리아닐린 애노드를 갖는 장치 (B) 의 시작 전압은 공통 경계조건이 없는 루코-폴리아닐린 애노드 전극 조립체인 장치 (A) 의 시작 전압보다 명백히 낮다. 게다가, 출력 전압 0.3V 에 도달하기 위한 정전류기 전원에 대한 래그 타임은 장치 (A) 에 비교하여 장치 (B) 에서 훨씬 짧다.

바람직한 실시예에서 본 발명이 상세히 설명되었으며, 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 당해 기술에 숙련된 당업자에 의해 다양한 수정이 있을 수도 있으며 다음에 따르는 청구범위에 의해서만 제한된다는 것은 명백할 것이다.

Claims

애노드 전극 조립체, 캐소드 전극 조립체 및 상기 애노드와 캐소드 전극 조립체에 전기적으로 접속된 전력원을 포함하며, 상기 애노드 및 캐소드 전극 조립체 (60) 중 한 개 이상은,

전기화학적 고상 반응물의 적어도 일부로 구성되며, 초기 전기 저항을 갖고, 전류 인가시에 저항이 감소되는 전극 (62);

사용시에 인체 표면과 이온 전송관계를 가지며 배치되는 전해질 저장체 (63); 및

상기 전극 (62) 으로부터 분리되어 있으며, 상기 전극 (62) 의 저항보다 낮은 전기 저항을 갖고, 전원 (32) 및 상기 전극 (62) 간에 전류를 인가하는 전류 컬렉터 (61) 를 포함하는,

상기 인체 표면을 통해 에이전트를 샘플링하거나 전달하는 전자전송 장치 (10) 에 있어서,

상기 장치 (10) 가 전자전송 전류를 인가하기 시작할 때, 상기 전류 컬렉터 (61) 및 상기 전해질 저장체 (63) 는 공통 경계 (64) 를 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전극 (62) 은 100 ohm/square 보다 큰 초기 전기 시트 저항값을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 전극 (62) 은 전류 인가에 따라 산화 또는 환원되어 상기 초기 전기 시트 저항보다 낮은 전기 시트 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 전원 (32) 은 상기 전류 컬렉터 (61) 를 통해 전류 i 를 상기 전극 (62) 에 인가하고, 상기 공통 경계 (64) 는 길이 l 을 갖고, l : i 비율은 0.1 cm/mA 이상인 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 공통 경계 (64) 의 길이는 0.1cm 이상인 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 전기화학적 고상 반응물은 약 1mg/ml 미만의 전해질에서 용해성을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
제 2 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 전류 컬렉터 (61) 는 상기 전극 (62) 의 시트 저항의 절반 미만인 시트 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 전극 (62) 은 실질적으로 전기화학적 반응물 전부로 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 전극 (62) 은 폴리머 매트릭스를 포함하며 상기 전기화학적 반응물은 상기 매트릭스내에 함유된 것을 특징으로 하는 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 장치가 전자전송 전류를 인가할 때, 상기 폴리머 매트릭스에는 실질적으로 어떠한 도전물도 없는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 전류 컬렉터 (61) 는 금속 및 탄소로 구성된 그룹으로부터 선택되는 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 전해질 저장체 (63) 는 수용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 공통 경계 (64) 를 갖는 상기 전극 조립체 (60) 는 상기 캐소드 전극 조립체이며 상기 전기화학적 반응물은 환원될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 환원가능한 물질은, 금속 화합물, 금속 복합물, 삽입 화합물, 알칼리 금속을 갖는 탄소 삽입 호스트, 및 전기화학적 환원가능한 폴리머로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 14 항에 있어서,

상기 환원가능한 물질은, (i) M 이 금속이고, x 가 0 이상인 수, 및 y 가 0 보다 큰 수인 M_X(WO₃)_y식을 갖는 삽입 화합물, (ii) x 및 y 가 0보다 큰 수인 M_X[Fe(CN)₆]_y식을 갖는 금속 화합물, 및 (iii) M 이 전기화학적 환원가능한 금속이고, X 는 할로겐 화합물, 폴리머 음이온, 및 저분자량 음이온으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 MX 식을 갖는 화합물 또는 복합물중 한 개 이상인 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 내지 제 15 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 전극 (62) 은 염화은으로 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 내지 제 16 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 공통 경계 (64) 를 갖는 상기 전극 조립체 (60) 는 애노드 전극 조립체이며 상기 전기화학적 반응물은 산화가능한 것을 특징으로 하는 장치.
제 17 항에 있어서,

상기 산화가능한 반응물은, 루코 형태의 폴리아닐린 및 전이 금속 할로겐 화합물-삽입된 탄소 또는 흑연으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 에이전트는 피부를 통해 상기 장치 (10) 에 의해 전달되는 치료 에이전트이며, 상기 애노드 및 캐소드 전극 조립체중 한 개 이상은 상기 치료 에이전트를 포함하는 저장체 (26, 28) 를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 내지 제 19 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 에이전트는 상기 장치 (10) 에 의해 경피성 샘플링되는 신체 분석물이며, 상기 애노드 및 캐소드 전극 조립체중 한 개 이상에서 신체 분석물 수용 저장체 (26,28) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.