KR20210027383A - 활성제의 전달을 위한 3차원 미세유체학 장치 - Google Patents

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KR20210027383A
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마크 앨러리
페이턴 홉슨
잔-주 리우
바라트 파텔
비풀 데이브
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존슨 앤드 존슨 컨수머 인코포레이티드
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Abstract

피부 전달 장치는 제1 및 제2 외향 주 표면들을 갖는 필름; 필름 내에 수용된 적어도 하나의 액체 저장소; 필름 내에 배치되고 적어도 하나의 액체 저장소와 유체 연통 상태에 있는, 약 100 nm 내지 0.5 mm의 횡방향 치수를 갖는 적어도 하나의 미세유체 채널; 및 적어도 하나의 미세유체 채널과 유체 연통 상태로 필름의 제1 외향 주 표면에 작동적으로 연결된 적어도 하나의 출구 포트를 포함한다.

Description

활성제의 전달을 위한 3차원 미세유체학 장치
본 발명은 피부의 표면에서 환자에게 효과제(benefit agent)를 투여하기 위한 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 하나 이상의 효과제를 포함하는 미세유체 장치(microfluidic device), 및 이들 장치를 제조 및 사용하기 위한 방법에 관한 것이다.
피부 전달은 다양한 피부 층(skin stratum)으로의, 피부 상에 적용된 효과제의 물질 전달 과정을 지칭한다. 피부에 대한 효과제의 적용은 긴 역사를 갖는다. 종래의 반고체 베이스(크림, 젤, 연고), 매트릭스 시스템(점토, 중합체), 및 액체 시스템(용액, 에멀젼, 현탁액)을 포함한 다수의 담체가 효과제의 피부 적용을 위해 사용되고 있다.
인간 피부는 신체 내로의 물질의 경피(transdermal) 침투에 대한 주 장벽(primary barrier)으로서 기능한다. 경피 전달은 피부 표면 상에 적용되는 물질들의 질량 수송 과정을 지칭하며, 피부의 각각의 층에 의한 물질들의 흡수, 피부의 미세순환에 의한 물질들의 흡수, 및 전신 순환(systemic circulation)에서의 분배를 포함한다. 피부를 통한 환자에의 효과제의 경피 전달은 다른 전달 수단에 비해 많은 이점을 제공한다. 주로, 경피 전달은 효과제를 투여하는 편안하고 편리하며 비침습적인 방식이다. 경피 전달은 또한 환자에게 효과제 제형을 투여하기 위한 다른 경로에 비해 다른 이점을 제공한다. 예를 들어, 몇몇 효과제의 경구 투여(oral administration)는 비효과적일 수 있는데, 왜냐하면 효과제가 위장관 내에서 파괴되거나 간에 의해 제거되기 때문이며, 이들 둘 모두는 경피 약물 전달에 의해 회피된다. 종래의 피하 주사 바늘에 의한 비경구 주사(parenteral injection)가 또한 그것이 흔히 고통스럽고 불편하기 때문에 단점을 갖는다. 경피 효과제 전달은 또한 임의의 제제의 혈중 농도에 걸쳐 고도의 제어를 가능하게 한다.
피부 및 경피 전달은 효과제를 피부 표면 상에 문지름으로써 달성될 수 있다. 그러나, 효과제의 양 및 위치의 제어가 문제이다. 패치(patch)로도 알려진 피부 및 경피 장치는 효과제의 피부 및 경피 전달에 사용하기 위한 것으로 알려져 있다. 전달 패치는 특정 투여량의 약제를 피부의 표면에 전달하기 위하여 피부 상에 배치되는 약용 접착 패치이다. 이들 패치는 전형적으로 배킹(backing) 층 및 접착제 층으로 구성된다. 종종, 효과제(약물, 약제)는 접착제 층 내에 위치되지만, 접착제의 표면 상에, 또는 별도의 층 또는 저장소 내에 위치될 수 있다. 효과제는 접착제를 통해 또는 저장소를 덮는 다공성 멤브레인을 통해 패치로부터 방출된다.
피부 표면으로의 미세유체 전달을 사용하는 패치가 최근에 개발되었다. 미세유체학은 작은, 전형적으로 서브밀리미터(sub-millimeter)의 규모로 그리고 매우 작은 체적(예를 들어, 나노리터 또는 피코리터)으로 기하학적으로 제한되는 유체의 거동, 정밀 제어, 및 조작을 다루는 과학이다.
미세유체 장치는 유체를 이동시키거나, 혼합하거나, 분리하거나, 달리 처리한다. 다수의 응용은 모세관력과 같은 수동(passive) 유체 제어 기술을 채용한다. 일부 응용에서, 유체의 지향된 수송을 위해 외부 작동 수단이 사용된다. 이들은 마이크로펌프 또는 마이크로밸브와 같은 구성요소를 포함한다. 마이크로펌프는 유체를 연속 방식으로 공급하거나, 투여를 위해 사용된다. 마이크로밸브는 펌핑된 액체의 유동 방향 또는 이동 모드를 결정한다.
경피 전달 시스템에 대한 주요 단점은 피부가 매우 효과적인 장벽이라는 사실로부터 유래하며; 그 결과, 분자가 피부에 침투하기에 충분히 작은 약제만이 이러한 방법에 의해 전달될 수 있다. 오늘날, 매우 다양한 효과제가 경피 패치 형태로 이용가능하다.
온전한 피부의 문제를 해결하기 위해, 다양한 미세바늘-어레이(microneedle-array) 기반 약물 전달 장치가 개발되었다. 이들 알려진 미세바늘(또는 미세돌기(microprotrusion)) 어레이는 일반적으로 하기의 2가지 설계 카테고리 중 하나에 속한다: (1) 활성 성분(active component)이 없는 중실형 미세바늘 어레이, 및 (2) 종래의 피하 주사 바늘과 같은, 중심 중공형 보어(bore)를 갖는 미세바늘.
중실형 전달 장치는 생물제제-담체 또는 전통적인 패치의 국소 적용 전에 경피 약물 침투를 향상시키기 위해 각질층 및 표피의 상부 층을 천공함으로써 피부를 사전-조절할 수 있다. 중실형 전달 장치가 피부 내에 유지되면, 약물이 쉽게 피부 내의 구멍 내로 그리고 그것을 통해 유동할 수 없는데, 왜냐하면 구멍이 미세바늘에 의해 계속 막혀 있기 때문이다. 이 방법은 피부의 투과성을 상당히 증가시키는 것으로 나타났지만, 이 방법은 전달된 약물 또는 백신의 투여량 및 양을 제어하는 제한된 능력만을 제공한다.
투여량 제어를 증진시키기 위하여, 일부 방법은 약물로 표면-코팅된 중실형 미세바늘, 또는 생분해성, 생체흡수성 또는 용해성인 중실형 미세바늘을 사용한다. 이들 방법이 어느 정도 보다 양호한 투여량 제어를 제공하지만, 이들은 전달되는 약물의 양을 크게 제한한다. 또한, 미세바늘의 보관, 수송, 또는 투여(삽입) 동안에 미세바늘로부터 약물 제형이 쉽게 떨어져 나갈 수 있다. 약물 제형의 보다 두껍고 보다 강한 층의 적용은 바람직하지 않을 수 있는데, 왜냐하면 그것이 미세바늘의 날카로움을 감소시켰으며 따라서 삽입을 더욱 어렵고 고통스럽게 만들었기 때문이다. 이러한 단점은 이들 접근법의 광범위한 적용을 제한하였으며, 예를 들어 백신 응용에서 항원 및/또는 항원보강제(adjuvant)의 조합의 최적량을 동시 전달하지 못하게 한다.
효과제의 저장소에 부착된 중공형 보어를 갖는 미세바늘이 또한 알려져 있다. 이들 어레이의 주사기 바늘-유형 특성은 전달되는 제제의 양뿐만 아니라 전달의 속도 및 정확도를 현저히 증가시킬 수 있다. 그러나, 저장소-기반 전달 장치는 제조하기에 고가이고, 복잡하고 고가인 미세기계가공 절차를 필요로 한다. 기계가공 기술로 중공형 미세바늘 상에 날카로운 팁(tip)을 제조하는 것이 어렵다. 결과적으로, 환자의 피부 내로의 미세바늘의 삽입이 어렵고 흔히 고통스러울 수 있다.
패치 장치를 사용한 효과제의 피부 또는 경피 전달은 다른 전달 방법에 비해 매력적인 이론적 이점을 제공한다. 그러나, 종래의 공정을 사용하여 구성된 패치와 연관된 설계, 제조, 및 시험에 상당한 실용적인 제한이 존재한다. 또한, 하나 초과의 효과제를 동시에 전달하는 패치를 사용하는 피부 또는 경피 투여를 위한 간단하고 효과적이며 경제적으로 바람직한 장치가 필요하다.
본 발명의 일 태양은 피부 전달 장치로서,
(a) 제1 및 제2 외향 주 표면들을 갖는 필름;
(b) 필름 내에 수용된 적어도 하나의 액체 저장소;
(c) 필름 내에 배치되고 적어도 하나의 액체 저장소와 유체 연통 상태에 있는, 약 100 nm 내지 0.5 mm의 횡방향 치수를 갖는 적어도 하나의 미세유체 채널;
(d) 적어도 하나의 미세유체 채널과 유체 연통 상태로 필름의 제1 외향 주 표면에 작동적으로 연결된 적어도 하나의 출구 포트를 포함하는, 피부 전달 장치에 관한 것이다.
본 발명의 다른 태양은 피부 전달 장치로서,
(a) 제1 및 제2 외향 주 표면들을 갖는 필름;
(b) 필름 내에 배치된 복수의 액체 저장소들로서,
(c) 각각의 액체 저장소는 필름 내에 배치된 약 100 nm 내지 0.5 mm의 주 횡방향 치수를 갖는 적어도 하나의 미세유체 채널과 유체 연통하는, 상기 복수의 액체 저장소들;
(d) 적어도 하나의 미세유체 채널과 유체 연통 상태로 필름의 제1 외향 주 표면에 작동적으로 연결된 적어도 하나의 출구 포트를 포함하는, 피부 전달 장치에 관한 것이다.
본 발명의 제3 태양은 경피 전달 장치로서,
(a) 제1 및 제2 외향 주 표면들을 갖는 필름;
(b) 필름 내에 수용된 적어도 하나의 액체 저장소;
(c) 필름 내에 배치되고 적어도 하나의 액체 저장소와 유체 연통 상태에 있는 (약 100 nm 내지 0.5 mm의 주 횡방향 치수를 갖는) 적어도 하나의 미세유체 채널;
(d) 적어도 하나의 미세유체 채널과 유체 연통 상태로 필름의 제1 외향 주 표면에 작동적으로 연결된 적어도 하나의 출구 포트;
(e) 적어도 하나의 출구 포트와 유체 연통 상태에 있는 적어도 하나의 미세바늘을 포함하는, 경피 전달 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 미세유체 전달 장치의 사시도.
도 2는 2-2 평면을 따른 도 1의 미세유체 전달 장치의 단면의 단면도.
도 3은 2-2 평면을 따른 도 1의 미세유체 전달 장치의 제2 실시 형태의 단면도.
도 4는 2-2 평면을 따른 도 1의 미세유체 전달 장치의 제3 실시 형태의 단면도.
도 5는 5-5 평면을 따른 도 1의 미세유체 전달 장치의 제4 실시 형태의 단면도.
도 6은 본 발명의 제5 실시 형태의 미세유체 전달 장치의 사시도.
도 7은 도 6의 미세유체 전달 장치의 단면의 평면도.
도 8은 8-8 평면을 따른 도 6의 미세유체 전달 장치의 단면의 단면도.
도 9는 제6 실시 형태의 미세유체 전달 장치의 단면의 단면도.
도 10은 제7 실시 형태의 미세유체 전달 장치의 단면의 단면도.
도 11은 미세바늘들이 환자의 피부에 침투한 후의 도 10의 미세유체 전달 장치의 단면의 단면도.
도 12는 본 발명의 제8 실시 형태의 미세유체 전달 장치의 사시도.
도 13은 12-12 평면을 따른 도 12의 미세유체 전달 장치의 단면의 단면도.
본 발명은 미세유체 전달 장치를 사용하여 환자에게 복수의 효과제를 피부 또는 경피 투여하기 위한 장치, 및 이들 장치를 제조 및 채용하기 위한 방법에 관한 것이다.
이제, 현재 개시된 요지는 대표적인 실시 형태가 도시된 첨부 도면 및 예를 참조하여 이하에서 더욱 완전하게 기술될 것이다. 그러나, 현재 개시된 요지는 상이한 형태들로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 기재된 실시 형태들로 제한되는 것으로 해석되어야 하는 것이 아니라, 본 명세서에 기술된 특징들과 일치하는 가장 넓은 범주에 부합되어야 한다. 오히려, 이들 실시 형태는 본 개시 내용이 철저하고 완전할 것이고, 실시 형태들의 범주를 당업자에게 완전히 전달하도록 제공된다. 달리 정의되지 않으면, 본 명세서에서 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 이러한 현재 기술된 요지가 속하는 분야의 당업자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에 언급된 모든 간행물, 특허 출원, 특허, 및 기타 참고문헌은 전체적으로 참고로 포함된다.
본 명세서 및 청구범위에 사용되는 바와 같이, 용어 "국소" 및 이의 변형은 "신체의 격리된 부분의 또는 그것에 적용되는"을 의미한다. 이는 직접적으로 또는 생물막(biofilm)과 같은 중간체를 통해, 피부, 점막(mucosa), 및 법랑질(enamel)을 제한 없이 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "효과제"는 화장용 또는 치료용 중 어느 하나의 효과를 제공하는, 예컨대 피부 또는 신체의 증상 또는 상태를 개선, 완화, 감소, 또는 처치하는 성분 또는 물질을 의미한다. "효과제"에 사용되는 다른 용어는 "생물제제", "활성 성분", 또는 "생체활성 물질"을 포함한다. 이들 용어는 모두 진통제, 마취제, 항천식제, 항생제, 항우울제, 항당뇨제, 항진균제, 항고혈압제, 항염증제, 항신생물제, 항불안제, 효소 활성제, 핵산 구조체, 면역증강제, 면역억제제, 백신 등과 같은 약제 활성제를 지칭한다. 효과제 물질은 용해성 물질, 불용성이지만 분산성인 물질, 천연 또는 제형화된 거대, 미세 및 나노 미립자, 및/또는 용해성, 분산성 불용성 물질 및 천연 및/또는 제형화된 거대, 미세 및 나노 미립자 중 2가지 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "미세유체 전달 장치"는 일반적으로 물질, 특히 유체-기인(fluid borne) 물질, 예를 들어 액체가, 일부 실시 형태에서는 마이크로 규모로 그리고 일부 실시 형태에서는 나노 규모로 수송될 수 있게 하는 장치를 지칭한다. 따라서, 현재 개시된 요지에 의해 기술되는 미세유체 장치는 마이크로 규모의 특징부, 나노 규모의 특징부, 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
따라서, 미세유체 장치는 전형적으로 대략 마이크로리터/분 이하의 유량으로 유체를 조작할 수 있는, 대략 밀리미터 규모 이하의 치수로 된 구조적 또는 기능적 특징부를 포함한다. 전형적으로, 그러한 특징부는 채널, 유체 저장소, 반응 챔버, 혼합 챔버, 및 분리 영역을 포함하지만 이로 한정되지 않는다. 일부 예에서, 채널은 약 100 나노미터 내지 약 0.5 밀리미터(약 500 마이크로미터)의 적어도 하나의 횡방향 치수를 갖는다. 이러한 정도의 치수의 사용은 더 작은 영역 내에서의 더 많은 개수의 채널의 통합을 허용하고, 더 작은 체적의 유체를 이용한다.
미세유체 장치는 단독으로 존재할 수 있거나 미세유체 시스템의 일부일 수 있으며, 미세유체 시스템은 예를 들어 그리고 제한 없이 유체, 예컨대 시약, 완충제 등을 시스템 내로 그리고/또는 시스템을 통해 도입하기 위한 펌프; 검출 장비 또는 시스템; 시약, 생성물 또는 데이터 저장 시스템; 및 장치 내에서 유체 수송 및/또는 방향을 제어하고, 장치 내의 유체가 처해지는 환경 조건, 예컨대 온도, 전류 등을 모니터링 및 제어하기 위한 제어 시스템을 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "채널", "마이크로 규모의 채널" 및 "미세유체 채널"은 상호 교환가능하게 사용되며 재료 내에 형성된 리세스(recess) 또는 공동(cavity)을 의미할 수 있거나, 튜브, 모세관 등과 같은 리세스 또는 공동 내에 장착되는 임의의 적합한 유체-안내 구조물과 조합된 리세스 또는 공동을 의미할 수 있다. 용어 "유동 채널" 및 "제어 채널"은 상호 교환가능하게 사용되며, 물질, 예를 들어 유체, 예컨대 액체가 통과하여 유동할 수 있는, 미세유체 장치 내의 채널을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로, 용어 "유동 채널"은 관심대상의 물질이 통과하여 유동할 수 있는 채널을 지칭한다. 보다 구체적으로, 그러한 채널은 미세유체 장치의 재료에 침투하지 않는 유체로 충전된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 달리 지시되지 않는 한, 용어 "밸브"는, 2개의 채널이 탄성중합체 세그먼트에 의해 분리되고, 탄성중합체 세그먼트가 채널들 중 하나의 채널, 예컨대 제어 채널에 인가되는 작동력에 응답하여 다른 채널, 예컨대 유동 채널 내로 편향되거나 그로부터 후퇴될 수 있는 구성물을 지칭한다. 용어 "밸브"는 또한 비드(bead)에 의해 분리된 채널들을 포함하는 일방향 밸브를 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "패턴"은 채널, 또는 미세유체 채널, 또는 일부 실시 형태에서 미리 결정된 지점들에서 교차할 수 있는 미세유체 채널들의 통합된 네트워크를 의미할 수 있다. 패턴은 또한 유체 저장소, 또는 마이크로 또는 나노 규모의 유체 저장소, 마이크로 또는 나노 규모의 반응 챔버, 마이크로 또는 나노 규모의 혼합 챔버, 마이크로 또는 나노 규모의 분리 영역, 표면 텍스처, 마이크로 및/또는 나노 리세스 및/또는 돌출부를 포함할 수 있는 표면 상의 패턴을 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 표면 패턴은 규칙적이거나 불규칙적일 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "교차하다"는 한 지점에서 만나는 것, 한 지점에서 만나 가르거나 가로지는 것, 또는 한 지점에서 만나 중첩하는 것을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "교차하다"는 2개 이상의 채널이 한 지점에서 만나거나, 한 지점에서 만나 서로를 가르거나 가로지르거나, 한 지점에서 만나 서로 중첩하는 실시 형태를 기술한다. 따라서, 일부 실시 형태에서, 2개의 채널이 교차할 수 있는데, 즉 한 지점에서 만날 수 있거나, 한 지점에서 만나 서로를 가를 수 있고, 서로 유체 연통할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 유동 채널 및 제어 채널이 교차하는 경우에서와 같이, 2개의 채널이 교차할 수 있는데, 즉 한 지점에서 만나 서로 중첩될 수 있고, 서로 유체 연통하지 않을 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "연통하다"(예컨대, 제1 구성요소가 제2 구성요소"와 연통한다" 또는 "와 연통 상태에 있다") 및 그의 문법적 변형은 2개 이상의 구성요소 또는 요소 사이의 구조적, 기능적, 기계적, 전기적, 광학적, 또는 유체 관계, 또는 이들의 임의의 조합을 나타내기 위해 사용된다. 이와 같이, 하나의 구성요소가 제2 구성요소와 연통하는 것으로 언급된다는 사실은, 추가의 구성요소가 제1 구성요소와 제2 구성요소 사이에 존재하고/하거나 이들과 작동적으로 연관되거나 맞물릴 수 있는 가능성을 배제하도록 의도되지 않는다.
유체의 수용 또는 이동을 취급하기 위한 미세유체 장치의 사용을 언급함에 있어서, 용어 "장치 내에", "장치 상에", "장치 내로", "장치 상으로", "장치를 통해", 및 "장치를 가로질러"는 일반적으로 동등한 의미를 갖는다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "모놀리식(monolithic)"은 단일의 균일한 구조를 갖거나 그로서 작용하는 구조를 지칭한다.
일부 실시 형태에서, 미세유체 전달 장치는 더 강성일 수 있고, 국소 윤곽과 일치하는 기술된 3차원 형상으로서 구축될 수 있다. 전달 장치는 처치 적용을 더욱 효과적으로 가능하게 하기 위해 다양한 개인화된 영역-특정 처치 구역을 가질 수 있다. 물리적인 가이드로서의 개별 사용자의 신체 부위 프로파일에 일치되는 설계에 의해, 적용이 보다 용이해지고 더욱 효과적으로 되며, 특정 표적 구역을 정확한 적용 영역에 위치시키는 데 도움을 줄 수 있다.
도면을 참조하면, 도 1은 본 발명에 사용될 수 있는 미세유체 전달 장치(10)의 제1 실시 형태의 사시도이다. 전달 장치(10)는 제1 외향 주 표면(22) 및 제2 외향 주 표면(24)을 갖는 필름(20)을 포함한다. 제1 외향 주 표면(22)은 그 상에 배치되는 복수의 출구 포트(32)를 갖는다.
도 1에서, 전달 장치(10)는 직사각형 풋프린트(footprint)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 전달 장치(10)의 필름(20)은 또한 피부 처치의 위치에 따라 다양한 형상을 가질 수 있다. 필름(20)에 의해 남겨지는 풋프린트의 가능한 형상은 정사각형, 직사각형, 삼각형, 원형, 타원형, 신장형(kidney), 별 모양, 십자형, 문자 등을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 만약 있다면, 그러한 형상의 모서리는 잠재적인 거상(lift)/제거 지점을 감소시키기 위해 구부러지거나 만곡될 수 있다. 처치 구역은 약 1,000 ㎠ 초과, 약 1,000 ㎠, 또는 약 100 ㎠, 또는 약 10 ㎠, 또는 약 1 ㎠, 또는 1 ㎠ 미만일 수 있다.
도 1의 전달 장치(10)는 평탄한 것으로 도시되어 있다. 일부 실시 형태에서, 어레이는 곡선형일 수 있다. 신체 표면에 대해 형상화된 곡선형 전달 장치는 처치 중의 격리된 신체 부위에의 어레이의 우수한 유지를 제공할 수 있다.
필름(20) 상에 배치된 출구 포트(32)는 도 1에서 원형 단면을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 또한 다양한 단면 형상을 가질 수 있다. 출구 포트(32)를 위한 가능한 형상은 정사각형, 직사각형, 삼각형, 원형, 타원형, 신장 형상, 별, 십자형, 문자 등을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다.
전달 장치(10)의 필름(20) 요소는 바람직하게는 비교적 얇고 가요성이어서, 이는 바람직하게는 가요성 및 순응성 둘 모두뿐만 아니라 얇기 때문에 사용자의 피부에 쉽게 순응하고 착용하기에 편안하다. 장기간의 착용이 의도될 수 있는 본 발명의 전달 장치(10)는 바람직하게는 박리, 주름, 균열, 또는 기름지거나 점착성인, 또는 다른 사실상 불쾌하거나 볼품 없는 외관 없이, 미적으로 훌륭하도록 또한 형성된다. 전달 장치(10)는 바람직하게는 피부 상에 있을 때 통상의 사용을 견딜 수 있기에 충분한 강성 및 완전성을 갖도록 형성된다. 일부 실시 형태에서, 본 발명의 전달 장치(10)는 바람직하게는 피부가 겪을 수 있는 통상의 외력, 예를 들어 의류의 문지름에 노출될 때 피부 상에 온전히 유지되기에 충분한 강도를 갖도록 형성된다.
일부 실시 형태에서, 필름(20)의 제1 외향 주 표면(22)은 그 상에 배치되는 접착제 층을 갖는다. 접착제 층은 통상의 외력에 노출될 때 피부 상에 온전히 유지되기에 충분한 강도를 전달 장치(10)에 제공하기 위해 사용될 수 있다. 어레이가 피부 상에 온전히 유지되도록 전달 장치(10)에 충분한 강도를 생성하는 다른 수단이 아래에서 논의될 것이다.
도 2는 도 1의 2-2 평면을 따른 전달 장치(10)의 단면의 단면도이다. 도면은 필름(20) 내에 수용된 액체 저장소(30)뿐만 아니라, 필름(20)의 제1 외향 주 표면(22) 상에 배치된 복수의 출구 포트(32)를 도시한다. 액체 저장소(30) 내에 효과제가 배치된다. (약 100 나노미터 내지 약 0.5 밀리미터의 횡방향 치수를 갖는) 미세유체 채널(34)들이 필름(20) 내에 배치되고 저장소(30)와 유체 연통 상태에 있다. 출구 포트(32)들은 적어도 하나의 미세유체 채널(34)과 유체 연통 상태로 필름(20)의 제1 외향 주 표면(22)에 작동적으로 연결된다.
도면은 또한 미세유체 채널(34)들을 액체 저장소(30)로부터 출구 포트(32)까지 일정한 폭을 갖는 것으로서 도시한다. 다른 실시 형태에서, 미세유체 채널(34)들은 일 단부로부터 다른 단부까지 테이퍼 형성될 수 있다. 이들이 액체 저장소(30)에서의 더 넓은 폭으로부터 출구 포트(32)에서의 더 얇은 폭까지 테이퍼 형성되는 경우, 모세관 유동이 필름(20)의 외향 주 표면(22)으로의 액체의 이동을 도울 수 있다.
액체 저장소(30) 내에 효과제가 배치된다. 일부 실시 형태에서, 효과제는 제조 공정 동안에 액체 저장소(30) 내에 배치된다. 다른 실시 형태에서, 효과제는 미세유체 전달 장치(10)가 만들어진 후(제조 후)에 액체 저장소(30) 내에 배치된다.
일부 실시 형태에서, 효과제는 액체 저장소(30)를 하나 이상의 미세유체 채널(34)을 통해 충전함으로써 제조 후 액체 저장소(30) 내에 배치된다. 다른 실시 형태에서, 미세유체 전달 장치(10)는 액체 저장소(30)와 유체 연통 상태에 있는, 필름(20)의 제1 외향 주 표면(22) 또는 제2 외향 주 표면(24)에 작동적으로 연결된 충전 채널(도시되지 않음)들을 사용하여 제조될 수 있다.
도 2에 도시된 실시 형태에서, 필름(20) 내에 수용된 하나의 액체 저장소(30)가 있다. 액체 저장소(30)는 제1 외향 주 표면(22)보다 제2 외향 주 표면(24)에 더 가깝게 배치된다. 다른 실시 형태에서, 다수의 액체 저장소가 있을 수 있으며, 이들은 전달 장치를 구성하는 필름 내의 상이한 위치들에 있을 수 있다. 도 3은 유사한 2-2 평면을 따른 미세유체 전달 장치(100)의 제2 실시 형태의 단면도이다. 전달 장치(100)는 제1 외향 주 표면(122) 및 제2 외향 주 표면(124)을 갖는 필름(120)을 포함한다. 제1 외향 주 표면(122)은 그 상에 배치되는 복수의 제1 출구 포트(132) 및 제2 출구 포트(142)를 갖는다.
제1 액체 저장소(130) 및 제2 액체 저장소(140)가 필름(120) 내에 수용된다. 동일하거나 상이한 효과제가 액체 저장소(130, 140)들 내에 배치된다. 필름(120) 내에 배치되는 제1 미세유체 채널(134)들은 제1 액체 저장소(130)와 유체 연통 상태에 있으며, 이때 출구 포트(132)들은 적어도 하나의 제1 미세유체 채널(134)과 유체 연통 상태로 필름(120)의 제1 외향 주 표면(122)에 작동적으로 연결된다. 필름(120) 내에 배치되는 제2 미세유체 채널(144)들은 제2 액체 저장소(140)와 유체 연통 상태에 있으며, 이때 제2 출구 포트(142)들은 적어도 하나의 제2 미세유체 채널(144)과 유체 연통 상태로 필름(120)의 제1 외향 주 표면(122)에 작동적으로 연결된다. 이러한 실시 형태에서, 제1 액체 저장소(130)는 제2 액체 저장소(140)보다 제2 외향 주 표면(124)에 더 가깝게 배치된다.
미세유체 채널들의 패턴은, 일부 실시 형태에서 미리 결정된 지점들에서 교차할 수 있는 미세유체 채널들의 통합된 네트워크이다. 도 2 및 도 3에서, 패턴은 간단하다. 미세유체 채널들은 액체 저장소들로부터 필름의 제1 외향 주 표면까지 직선 경로들로 지나간다. 다른 실시 형태에서, 미세유체 채널들의 패턴, 또는 액체 저장소들의 패턴은 더 복잡할 수 있다.
도 4는 유사한 2-2 평면을 따른 미세유체 전달 장치(200)의 제3 실시 형태의 단면도이다. 전달 장치(200)는 제1 외향 주 표면(222) 및 제2 외향 주 표면(224)을 갖는 필름(220)을 포함한다. 제1 외향 주 표면(222)은 그 상에 배치되는 복수의 출구 포트를 갖는다. 이러한 실시 형태에서, 필름(220) 내에 수용된 4개의 액체 저장소, 즉 제1 액체 저장소(230), 제2 액체 저장소(240), 제3 액체 저장소(250), 및 제4 액체 저장소(260)가 있다. 동일하거나 상이한 효과제가 액체 저장소(230, 240, 250, 260)들 내에 배치된다.
필름(220) 내에 배치되는 제1 미세유체 채널(234a, 234b)들은 제1 액체 저장소(230)와 유체 연통 상태에 있으며, 이때 출구 포트(232a)들은 적어도 하나의 제1 미세유체 채널(234a)과 유체 연통 상태로 필름(220)의 제1 외향 주 표면(222)에 작동적으로 연결되고, 출구 포트(232b)들은 적어도 하나의 제1 미세유체 채널(234b)과 유체 연통 상태로 필름(220)의 제1 외향 주 표면(222)에 작동적으로 연결된다. 출구 포트(232b)들은 출구 포트(232a)들보다 제1 액체 저장소(230)로부터 상당히 더 멀리 있다.
필름(220) 내에 배치되는 제2 미세유체 채널(244)은 제2 액체 저장소(240)와 유체 연통 상태에 있으며, 이때 제2 출구 포트(245)는 제2 미세유체 채널(244)과 유체 연통 상태로 필름(220)의 제1 외향 주 표면(222)에 작동적으로 연결된다. 필름(220) 내에 배치되는 제3 미세유체 채널(254a, 254b)들은 제3 액체 저장소(250)와 유체 연통 상태에 있다. 제2 출구 포트(245)는 또한 제3 미세유체 채널(254a)과 유체 연통 상태로 필름(220)의 제1 외향 주 표면(222)에 작동적으로 연결된다. 제3 미세유체 채널(254a)은 제3 액체 저장소(250)와 유체 연통 상태에 있다. 따라서, 이러한 실시 형태에서, 제2 미세유체 채널(244) 및 제3 미세유체 채널(254a)은 제2 출구 포트(245)에서 교차함으로써, 제2 액체 저장소(240)의 내용물이 제3 액체 저장소(250)의 내용물과 혼합되게 한다.
제3 출구 포트(255)는 제3 미세유체 채널(254b)과 그리고 제3 액체 저장소(250)와 유체 연통 상태로 필름(220)의 제1 외향 주 표면(222)에 작동적으로 연결된다. 제3 출구 포트(255)는 또한 제4 미세유체 채널(264a)과 유체 연통 상태로 필름(220)의 제1 외향 주 표면(222)에 작동적으로 연결된다. 필름(220) 내에 배치되는 제4 미세유체 채널(264a)은 또한 제4 액체 저장소(260)와 유체 연통 상태에 있다. 따라서, 이러한 실시 형태에서, 제3 미세유체 채널(254a) 및 제4 미세유체 채널(264a)은 제3 출구 포트(255)에서 교차함으로써, 제3 액체 저장소(250)의 내용물이 제4 액체 저장소(260)의 내용물과 혼합되게 한다.
마지막으로, 제4 출구 포트(262)는 제4 미세유체 채널(264b)과 유체 연통 상태로 필름(220)의 제1 외향 주 표면(222)에 작동적으로 연결된다. 필름(220) 내에 배치되는 제4 미세유체 채널(264b)은 제4 액체 저장소(260)와 유체 연통 상태에 있다. 따라서, 제4 액체 저장소(260)의 내용물은 임의의 다른 액체 저장소의 내용물과 혼합됨이 없이 피부의 표면으로 전달될 수 있다.
제3 실시 형태(도 4에 도시됨) 내의 미세유체 채널들의 패턴은 처음 2개의 실시 형태에서 도시된 것보다 더 복잡하다. 미세유체 채널들 및 액체 저장소들 둘 모두의 더 복잡한 패턴이 도 5에 도시되어 있다. 도면은 도 1의 장치의 5-5 평면을 따라 도시된 본 발명의 미세유체 전달 장치의 제4 실시 형태의 단면도이다. 이러한 실시 형태에서, 전달 장치(300)는 제1 및 제2 외향 주 표면들(도시되지 않음)을 갖는 필름(320)을 포함한다. 전달 장치(300) 내에 6개의 액체 저장소, 즉 제1 액체 저장소(330), 제2 액체 저장소(331), 제3 액체 저장소(340), 제4 액체 저장소(350), 제5 액체 저장소(360), 및 제6 액체 저장소(370)가 있다. 제1 외향 주 표면 상에 위치되는 출구 포트(332)들이 점선으로 도시되어 있다.
모든 출구 포트(332)는 필름 내의 액체 저장소들뿐만 아니라 미세유체 채널들과 유체 연통 상태로 필름(320)의 제1 외향 주 표면에 작동적으로 연결된다. 제1 액체 저장소(330) 및 제2 액체 저장소(331) 바로 위에 위치된 출구 포트(332)들은 미세유체 채널들(도시되지 않음) 내의 유동이 액체 저장소(330, 331)들로부터 필름의 제1 외향 주 표면까지의 직선 경로들 내에 있는 패턴을 생성한다. 제3 액체 저장소(340)와 제4 액체 저장소(350) 사이에, 또는 제4 액체 저장소(350)와 제5 액체 저장소(360) 사이에 위치된 출구 포트(332)들은 하나 또는 하나 초과의 미세채널(도시되지 않음)에 의해 공급될 수 있다.
필름(320) 내에 배치된 액체 저장소(330, 331, 340, 350, 360)들은 도 5에서 직사각형 단면을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 또한 다양한 단면 형상을 가질 수 있다. 액체 저장소를 위한 가능한 형상은 정사각형, 직사각형, 삼각형, 원형, 타원형, 신장 형상, 별, 십자형 등을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다.
제6 액체 저장소(370)는 제1 단부(376a)로부터 제2 단부(376b)까지 테이퍼 형성되는 것으로 도시되어 있다. 제6 액체 저장소(370) 바로 위에 위치된 출구 포트(332)들은 미세유체 채널들(도시되지 않음) 내의 유동이 제6 액체 저장소(370)로부터 필름의 제1 외향 주 표면까지의 직선 경로들 내에 있는 패턴을 생성한다. 미세채널(384)은 제6 액체 저장소(370)의 제2 단부(376b)로부터 전달 장치(300)의 먼 쪽으로의 액체의 유동을 허용하는 것으로 도시되어 있다. 미세채널(384)은 제1 단부(386a)로부터 제2 단부(386b)까지 테이퍼 형성된다. 이는 미세채널(384)의 제1 단부로부터 제2 단부까지의 액체의 모세관 유동을 향상시키기 위해 행해질 수 있다.
지금까지 논의된 모든 실시 형태는 피부의 표면에서 환자에게 효과제(들)를 전달하는 데 사용된다. 온전한 피부의 문제를 해결하기 위해, 다양한 미세바늘-어레이 기반 미세유체 전달 장치가 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명에 사용될 수 있는 제5 실시 형태의 미세유체 전달 장치(500)의 사시도이다. 전달 장치(500)는 제1 외향 주 표면(522) 및 제2 외향 주 표면(524)을 갖는 필름(520)을 포함한다. 제1 외향 주 표면(522)은 이로부터 연장되는 복수의 각질층 천공 중공형 보어 미세바늘(610) 및 각질층 천공 중실형 미세바늘(620)을 갖는다. 각각의 중공형 보어 미세바늘(610)은 기단부(612) 및 말단부(614)를 가지며, 여기서 기단부(612)는 전달 장치(500)의 제1 외향 주 표면(522) 상에 배치되는 중공형 보어 미세바늘(610)의 단부이다. 출구 포트(532)는 중공형 보어 미세바늘(610)의 말단부(614) 상에 배치된다. 각각의 중실형 미세바늘(620)은 기단부(622) 및 말단부(624)를 가지며, 여기서 기단부(622)는 전달 장치(500)의 제1 외향 주 표면(522) 상에 배치되는 중공형 보어 미세바늘(620)의 단부이다.
전달 장치(500)는 직사각형 풋프린트를 갖는 것으로 도시되어 있다. 전달 장치(500)의 필름(520)은 또한 정사각형, 직사각형, 삼각형, 원, 타원형, 신장형, 별, 십자형, 문자 등을 포함하지만 이로 제한되지 않는 다양한 형상을 가질 수 있다. 처치 구역은 약 1,000 ㎠ 초과, 약 1,000 ㎠, 또는 약 100 ㎠, 또는 약 10 ㎠, 또는 약 1 ㎠, 또는 1 ㎠ 미만일 수 있다.
도 6의 전달 장치(500)는 평탄한 것으로 도시되어 있다. 일부 실시 형태에서, 어레이는 곡선형일 수 있다. 신체 표면에 대해 형상화된 곡선형 전달 장치는 그러한 표면에 수직하게 배향된 미세바늘(610, 620)들을 제공한다. 이는 처치를 위한 보다 양호한 미세바늘의 침투 및 어레이의 유지를 제공한다.
전달 장치(500)의 필름(520) 요소는 바람직하게는 비교적 얇고 가요성이어서, 이는 그의 순응성으로 인해 사용자의 피부에 쉽게 순응하고 착용하기에 편안하다. 장치(500)는 장기간의 착용을 위해 의도될 수 있어서, 박리, 주름, 균열, 또는 기름지거나 점착성인, 또는 다른 사실상 불쾌하거나 볼품 없는 외관 없이, 미적으로 훌륭하도록 형성된다. 장치는 바람직하게는 사용자의 피부 상에 있을 때 정상적인 사용을 견딜 수 있기에 충분한 강성 및 완전성을 갖도록 형성된다.
일부 실시 형태에서, 전달 장치(500)는 피부가 겪을 수 있는 통상의 외력, 예를 들어 의류의 문지름에 노출될 때 피부 상에 온전히 유지되기에 충분한 강도를 갖도록 형성된다. 일부 실시 형태에서, 중공형 보어 미세바늘(610) 및 각질층 천공 중실형 미세바늘(620)은 전달 장치(500)를 피부 상에 온전히 유지하기에 충분하다. 다른 실시 형태에서, 필름(520)의 제1 외향 주 표면(522)은 그 상에 배치되는 접착제 층을 갖는다. 접착제 층은 통상의 외력에 노출될 때 피부 상에 온전히 유지되기에 충분한 강도를 전달 장치(500)에 제공하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 미세바늘(610, 620)들은 바늘을 제위치로 유지시키기 위해 약간의 지향성 리지(ridge)와 같은 원하는 표면 구조체를 가질 수 있다.
도 7은 도 6의 전달 장치의 단면의 평면도이다. 이 도면은 전달 장치(500)의 주 표면(522)으로부터 연장되는 각질층 천공 중공형 보어 미세바늘(610)들 및 각질층 천공 중실형 미세바늘(620)들을 도시한다. 각각의 중공형 보어 미세바늘(610)은 기단부(612) 및 말단부(614)를 갖는다. 각각의 중실형 미세바늘(620)은 기단부(622) 및 말단부(624)를 갖는다.
중공형 보어 미세바늘(610)의 말단부(614) 상에 배치된 출구 포트(532)는 도 7에서 원형 단면을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 또한 다양한 단면 형상을 가질 수 있다. 출구 포트(532)를 위한 가능한 형상은 정사각형, 직사각형, 삼각형, 원형, 타원형, 신장 형상, 별, 십자형 등을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다.
도면에 도시된 바와 같이, 중공형 보어 미세바늘(610)들 및 중실형 미세바늘(620)들은 전달 장치(500)의 제1 외향 주 표면(522) 상에 균일한 정사각형 패턴으로 열(row)로 배열된다. 다른 실시 형태에서, 610 및 중실형 미세바늘(620)들은 다른 패턴으로 배열될 수 있다.
도 8은 도 6의 8-8 평면을 따른 전달 장치(500)의 단면의 단면도이다. 도면은 필름(520) 내에 수용된 액체 저장소(530)를 도시한다. 게다가, 도면은 기단부(622) 및 말단부(624)를 각각 갖는 복수의 중실형 미세바늘(620)뿐만 아니라 기단부(622) 및 말단부(624)를 각각 갖는 복수의 중공형 보어 미세바늘(610)을 도시한다. 각각의 중공형 보어 미세바늘(610)은 그의 말단부(614) 상에 배치되는 출구 포트(532)를 갖는다.
액체 저장소(530) 내에 효과제가 배치된다. (약 100 나노미터 내지 약 0.5 밀리미터의 횡방향 치수를 갖는) 미세유체 채널(534)들이 필름(520) 내에 배치되고 저장소(530)와 유체 연통 상태에 있다. 출구 포트(532)들은 적어도 하나의 미세유체 채널(534)과 유체 연통 상태로 중공형 보어 미세바늘(610)들의 말단부(614)들에 작동적으로 연결된다.
도면은 미세유체 채널(534)들을 액체 저장소(530)로부터 출구 포트(532)까지 일정한 폭을 갖는 것으로서 도시한다. 다른 실시 형태에서, 미세유체 채널(534)들은 일 단부로부터 다른 단부까지 테이퍼 형성될 수 있다. 이들이 액체 저장소(530)에서의 더 넓은 폭으로부터 출구 포트(532)에서의 더 얇은 폭까지 테이퍼 형성되는 경우, 모세관 유동이 액체 저장소(530)로부터 출구 포트(532)들로의 액체의 이동을 도울 수 있다.
중실형 미세바늘(620)은 효과제로 표면 코팅될 수 있거나, 하나 또는 수 개의 효과제가 혼합된 생분해성, 생체흡수성 또는 용해성 재료로 제조될 수 있다.
미세바늘(610, 620)들의 치수는 전달될 효과제의 유형, 전달될 효과제의 투여량, 및 원하는 침투 깊이와 같은 다양한 요인에 따라 달라질 수 있다. 일반적으로, 각질층 천공 미세바늘은 피부-천공 및 효과제 전달 기능을 제공하도록 구성되며, 따라서 피부 내로의 삽입 및 피부로부터의 인출을 견디기에 충분히 강건하게 설계될 것이다. 각각의 미세바늘은 약 1 마이크로미터(μm) 내지 약 5000 마이크로미터(μm), 또는 약 1 μm 내지 약 500 μm, 또는 약 100 μm 내지 약 500 μm의 길이를 갖는다. 생물학적 장벽 내로의 미세바늘의 침투 길이는 약 50 μm 내지 약 200 μm이다. 또한, 미세바늘 각각은 약 1 μm 내지 약 500 μm의 폭을 갖는다. 또한, 각각의 미세바늘은 약 1 μm 내지 약 200 μm의 두께를 갖는다. 각질층 천공 미세바늘의 폭 및 두께가 그의 길이를 따라 달라질 수 있는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 기부 부분이 본체 부분보다 넓을(두꺼울) 수 있거나, 본체 부분이 팁 부분에 접근하는 약간의 테이퍼를 가질 수 있다.
일반적으로, 각질층 천공 미세바늘(610, 620)들은 환자에 대한 최소의 통증으로, 피부 천공 및 효과제 전달을 제공하기에 적합한 임의의 세장형 형상일 수 있다. 다양한 실시 형태에서, 개별 미세바늘은 실질적으로 원통형, 웨지(wedge)-형상, 원추-형상, 또는 삼각형(예컨대, 블레이드(blade)-유사)이다. 미세바늘의 (평탄한 기재(substrate)에 대략 평행하거나 미세바늘의 길이방향 축에 대략 수직한 평면을 따라 절단된) 단면 형상, 또는 적어도 피부 내로 침투가능한 미세바늘의 부분의 단면 형상은 직사각형, 정사각형, 타원형, 원형, 마름모꼴(diamond), 삼각형, 또는 별-형상을 비롯한 다양한 형태를 취할 수 있다.
각질층 천공 미세바늘(610, 620)들의 팁 부분들은 생물학적 장벽을 천공하여, 예컨대 환자의 피부의 각질층을 천공하여 효과제를 환자의 조직 내로 전달하도록 설계된다. 바람직하게는, 각각의 미세바늘의 팁 부분은 최소의 통증으로 피부의 천공 및 침투를 가능하게 하기에 충분히 작고 날카로워야 한다. 바람직한 실시 형태에서, 미세바늘의 팁 단부 부분은 본체 부분으로부터 팁 단부를 향해 테이퍼 형성되어, 미세바늘의 단부에서 첨단부 또는 정점을 한정한다. 다양한 실시 형태에서, 테이퍼 형성된 팁 부분은 팁에서 사각의 형태이거나 피라미드형 또는 원추형 또는 삼각형 형상일 수 있다.
본 발명의 전달 장치 내의 미세바늘은 또한 다양한 길이 및 기하학적 구조를 가질 수 있다. 도 9는 제6 실시 형태의 전달 장치(700)의 단면의 단면도이다. 전달 장치(700)는 제1 외향 주 표면(722) 및 제2 외향 주 표면(724)을 갖는 필름(720)을 포함한다. 도면은 필름(720) 내에 수용된 액체 저장소(730)를 도시한다. 제1 외향 주 표면(722)은 이로부터 연장되는 복수의 각질층 천공 중공형 보어 미세바늘(740, 750, 760, 770)들을 갖는다.
이러한 실시 형태에서, 다양한 중공형 보어 미세바늘 각질층 천공 미세바늘 길이 및 형상이 제시된다. 중공형 보어 미세바늘(740)은 형상이 원통형이며, 이때 기단부(742)로부터 말단부(744)까지 테이퍼가 없다. 출구 포트(746)는 중공형 보어 미세바늘(740)의 말단부(744) 상에 배치된다. 중공형 보어 미세바늘(750)은 말단부(754)에 있는 지점까지 테이퍼 형성되는 원통형 기단부(752)를 갖는다. 출구 포트(756)는 중공형 보어 미세바늘(750)의 말단부(754) 상에 배치된다. 중공형 보어 미세바늘(760)은 형상이 원추형이며, 이때 기단부(762)로부터 말단부(764)까지 테이퍼가 있다. 출구 포트(766)는 중공형 보어 미세바늘(760)의 말단부(764) 상에 배치된다. 마지막으로, 중공형 보어 미세바늘(770)은 기단부(772) 및 말단부(774)를 갖고, 파형(undulating) 형상을 갖는다. 출구 포트(776)는 중공형 보어 미세바늘(770)의 말단부(774) 상에 배치된다.
중공형 보어 미세바늘(740, 750)들은 필름(720)의 제1 외향 주 표면(722)으로부터 h1의 높이까지 연장되는 반면, 중공형 보어 미세바늘(760, 770)들은 필름(720)의 제1 표면(722)으로부터 h2의 높이까지 연장된다.
액체 저장소(730) 내에 효과제가 배치된다. (약 100 나노미터 내지 약 0.5 밀리미터의 횡방향 치수의) 미세유체 채널(734)들이 필름(720) 내에 배치되고 저장소(730)와 유체 연통 상태에 있다. 출구 포트(746, 756, 766, 776)들은 적어도 미세유체 채널(734)들과 유체 연통 상태에 있다.
이러한 실시 형태에서, 높이 h2는 h1의 높이보다 더 크고, 액체 저장소(730) 내에 수용된 효과제에 대한 사용자의 피부 내로의 더 얕은 침투 및 더 깊은 침투 둘 모두에 대한 요구가 있을 수 있다. 도면이 중공형 보어 미세바늘(740, 750)들이 균일한 높이 h1을 갖는 반면, 중공형 보어 미세바늘(760, 770)들이 균일한 높이 h2를 갖는 것을 도시하지만, 다른 실시 형태에서는 미세바늘들이 임의의 개수의 상이한 높이들을 가질 수 있음이 이해되어야 한다.
도 10은 미세유체 전달 장치(800)의 제7 실시 형태의 단면도이다. 전달 장치(800)는 제1 외향 주 표면(822) 및 제2 외향 주 표면(824)을 갖는 필름(820)을 포함한다. 도면은 필름(820) 내에 수용된 제1 액체 저장소(830) 및 제2 액체 저장소(840)를 도시한다. 중공형 보어 미세바늘(850, 860, 870)들은 필름(820)의 제1 외향 주 표면(822)으로부터 연장된다.
중공형 보어 미세바늘(850)들은 형상이 원추형이며, 이때 기단부(852)로부터 말단부(854)까지 테이퍼 형성된다. 미세바늘(850)은 필름(820)의 제1 외향 주 표면(822)으로부터 h1의 높이까지 연장된다. 출구 포트(856)는 중공형 보어 미세바늘(850)의 말단부(854) 상에 배치된다.
중공형 보어 미세바늘(860)들은 형상이 원추형이며, 이때 기단부(862)로부터 말단부(864)까지 테이퍼 형성된다. 미세바늘(860)은 필름(820)의 제1 외향 주 표면(822)으로부터 h2의 높이까지 연장된다. 출구 포트(866)는 중공형 보어 미세바늘(860)의 말단부(864) 상에 배치된다.
중공형 보어 미세바늘(870)들은 형상이 원추형이며, 이때 기단부(872)로부터 말단부(874)까지 테이퍼 형성된다. 미세바늘(870)은 필름(820)의 제1 외향 주 표면(822)으로부터 h2의 높이까지 연장된다. 출구 포트(876)는 중공형 보어 미세바늘(870)의 말단부(874) 상에 배치된다.
도 10이 상이한 높이(각각 h1, h2, h2)들의 중공형 보어 미세바늘(850, 860, 870)들을 도시하지만, 다른 실시 형태에서 미세바늘들은 모두 동일한 높이, 또는 임의의 개수의 상이한 높이들을 가질 수 있음이 이해되어야 한다.
제1 액체 저장소(830) 및 제2 액체 저장소(840)가 필름(820) 내에 수용된다. 동일하거나 상이한 효과제가 액체 저장소(830, 840)들 내에 배치된다. 필름(820) 내에 배치되는 제1 미세유체 채널(834)들은 제1 액체 저장소(830)와 유체 연통 상태에 있으며, 이때 출구 포트(856, 866)들은 적어도 하나의 제1 미세유체 채널(834)과 유체 연통 상태로 필름(820)의 제1 외향 주 표면(822)에 작동적으로 연결된다. 필름(820) 내에 배치되는 제2 미세유체 채널(844)들은 제2 액체 저장소(840)와 유체 연통 상태에 있으며, 이때 제2 출구 포트(876)들은 적어도 하나의 제2 미세유체 채널(844)과 유체 연통 상태로 필름(820)의 제1 외향 주 표면(822)에 작동적으로 연결된다. 이러한 실시 형태에서, 제1 액체 저장소(830)는 제2 액체 저장소(840)보다 제2 외향 주 표면(124)에 더 가깝게 배치된다.
중공형 보어 미세바늘(860)의 말단부(864) 부근에서 제1 미세유체 채널(834) 내에 폐쇄체(obstructor)(868)가 배치된다. 일부 실시 형태에서, 폐쇄체(868)는 제1 액체 저장소(830)로부터의 효과제의 유동을 허용하도록 개폐될 수 있는 밸브로서 작용한다. 다른 실시 형태에서, 폐쇄체(868)는 생분해성, 생체흡수성, 또는 용해성 재료들로 만들어질 수 있다. 이들 실시 형태에서, 제1 액체 저장소(830)로부터의 효과제의 방출은 생분해성 폐쇄체(868)가 체액에 노출시 분해될 때 개시될 수 있다.
제7 실시 형태의 미세유체 전달 장치(800)는 도 10에서 예언적 사용(prophetic use)에서 보여져 있다. 도면은 미세바늘들이 환자의 피부에 침투한 후의 미세유체 전달 장치(800)의 단면의 단면도이다. 이러한 도면은 외측 표면(982)을 가진 피부 조직(980)을 도시한다. 외측 표면(982) 아래에 표피(epidermis)(984), 진피(dermis)(986), 및 피하조직(subcutis) 또는 하피(hypodermis)(988) 층이 놓인다. 필름(820)의 제1 외향 주 표면(822)은 피부 조직(980)의 외측 표면(982)과 접촉한다.
중공형 보어 미세바늘(850, 860, 870)들은 모두 외측 표면(982) 및 표피(944)를 침투한다. 미세바늘(860, 870)들은 미세바늘(850)보다 진피(986) 내로 더 깊게 침투한다. 따라서, 상이한 피부 깊이에서의 개인화된 처치가 요구되면, 본 발명의 전달 장치(800)는 미세주조 공정을 사용하여 생성된 전달 장치에 제공되지 않는 일정 정도의 융통성을 허용한다.
본 발명에서 지금까지 제시된 미세유체 전달 장치는 일회용 액체 저장소를 갖는 일회용 장치이다. 일부 실시 형태에서, 저장소는 재충전가능할 수 있다. 도 12는 본 발명에 사용될 수 있는 미세유체 전달 장치(1500)의 제8 실시 형태의 사시도이다. 전달 장치(1500)는 제1 외향 주 표면(1522) 및 제2 외향 주 표면(1524)을 갖는 필름(1520)을 포함한다. 제1 외향 주 표면(1522)은 이로부터 연장되는 복수의 각질층 천공 중공형 보어 미세바늘(1610) 및 각질층 천공 중실형 미세바늘(1620)을 갖는다. 각각의 중공형 보어 미세바늘(1610)은 기단부(1612) 및 말단부(1614)를 가지며, 여기서 기단부(1612)는 전달 장치(1500)의 제1 외향 주 표면(1522) 상에 배치되는 중공형 보어 미세바늘(1610)의 단부이다. 출구 포트(1532)는 중공형 보어 미세바늘(1610)의 말단부(1614) 상에 배치된다. 각각의 중실형 미세바늘(1620)은 기단부(1622) 및 말단부(1624)를 가지며, 여기서 기단부(1622)는 전달 장치(1500)의 제1 외향 주 표면(1522) 상에 배치되는 중공형 보어 미세바늘(1620)의 단부이다.
전달 장치(1500)는 직사각형 풋프린트를 갖는 것으로 도시되지만, 또한 정사각형, 직사각형, 삼각형, 원, 타원형, 신장형, 별, 십자형, 문자 등과 같은 다양한 형상을 가질 수 있다. 처치 구역은 약 1,000 ㎠ 초과, 약 1,000 ㎠, 또는 약 100 ㎠, 또는 약 10 ㎠, 또는 약 1 ㎠, 또는 1 ㎠ 미만일 수 있다.
도 12의 전달 장치(1500)는 평탄한 것으로 도시되어 있다. 일부 실시 형태에서, 어레이는 곡선형일 수 있다. 신체 표면에 대해 형상화된 곡선형 전달 장치는 그러한 표면에 수직하게 배향된 미세바늘(1610, 1620)들을 제공한다. 이는 처치를 위한 보다 양호한 미세바늘의 침투 및 어레이의 유지를 제공한다.
전달 장치(1500)의 필름(1520) 요소는 바람직하게는 비교적 얇고 가요성이어서, 이는 그의 순응성으로 인해 사용자의 피부에 쉽게 순응하고 착용하기에 편안하며, 피부가 겪을 수 있는 통상의 외력, 예를 들어 의류의 문지름에 노출될 때 피부 상에 온전히 유지되기에 충분한 강도를 갖도록 형성된다. 중공형 보어 미세바늘(1610) 및 각질층 천공 중실형 미세바늘(1620)은 전달 장치(1500)를 피부 상에 온전히 유지하기에 충분할 수 있다. 그러나, 필름(1520)의 제1 외향 주 표면(1522)은 그 상에 배치된 접착제 층을 가질 수 있다. 접착제 층은, 일부 실시 형태에서 통상의 외력에 노출될 때 피부 상에 온전히 유지되기에 충분한 강도를 전달 장치(1500)에 제공하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 미세바늘(1610, 1620)들은 바늘을 제위치로 유지시키기 위해 약간의 지향성 리지(ridge)와 같은 원하는 표면 구조체를 가질 수 있다.
중공형 보어 미세바늘(1610)의 말단부(1614) 상에 배치된 출구 포트(1532)는 다양한 단면 형상을 가질 수 있다. 출구 포트(1532)를 위한 가능한 형상은 정사각형, 직사각형, 삼각형, 원형, 타원형, 신장 형상, 십자형 등을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다.
도면에 도시된 바와 같이, 중공형 보어 미세바늘(1610)들 및 중실형 미세바늘(1620)들은 전달 장치(1500)의 제1 외향 주 표면(1522) 상에 균일한 정사각형 패턴으로 열(row)로 배열된다. 다른 실시 형태에서, 1610 및 중실형 미세바늘(1620)들은 다른 패턴으로 배열될 수 있다.
도 13은 도 12의 12-12 평면을 따른 전달 장치(1500)의 단면의 단면도이다. 도면은 필름(1520) 내에 수용된 액체 저장소(1530)를 도시한다. 게다가, 도면은 기단부(1622) 및 말단부(1624)를 각각 갖는 복수의 중실형 미세바늘(1620)뿐만 아니라 기단부(1622) 및 말단부(1624)를 각각 갖는 복수의 중공형 보어 미세바늘(1610)을 도시한다. 각각의 중공형 보어 미세바늘(1610)은 그의 말단부(1614) 상에 배치되는 출구 포트(1532)를 갖는다.
액체 저장소(1530) 내에 효과제가 배치된다. (약 100 나노미터 내지 약 0.5 밀리미터의 횡방향 치수를 갖는) 미세유체 채널(1534)들이 필름(1520) 내에 배치되고 저장소(1530)와 유체 연통 상태에 있다. 출구 포트(1532)들은 적어도 하나의 미세유체 채널(1534)과 유체 연통 상태로 중공형 보어 미세바늘(1610)들의 말단부(1614)들에 작동적으로 연결된다.
도면은 미세유체 채널(1534)들을 액체 저장소(1530)로부터 출구 포트(1532)까지 일정한 폭을 갖는 것으로서 도시한다. 다른 실시 형태에서, 미세유체 채널(1534)들은 일 단부로부터 다른 단부까지 테이퍼 형성될 수 있다. 이들이 액체 저장소(1530)에서의 더 넓은 폭으로부터 출구 포트(1532)에서의 더 얇은 폭까지 테이퍼 형성되는 경우, 모세관 유동이 액체 저장소(1530)로부터 출구 포트(1532)들로의 액체의 이동을 도울 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 이러한 실시 형태에서, 미세유체 전달 장치(1500)는 재충전가능한 액체 저장소(1530)를 갖는다. 도 13은 필름(1520)의 제2 외향 주 표면(1524) 상에 배치된 입구 포트(1538)를 도시한다. 재충전 채널(1536)은 필름(1520) 내에 배치되고 저장소(1530)와 유체 연통 상태에 있다. 입구 포트(1538)는 재충전 채널(1536)과 유체 연통 상태에 있다.
재충전 채널(1536)은 사실상 미세유체용일 수 있는데, 즉 약 100 나노미터 내지 약 0.5 밀리미터의 횡방향 치수를 가질 수 있다. 도면은 재충전 채널(1536)이 제2 외향 주 표면(1524)에서의 더 넓은 폭으로부터 재충전가능 액체 저장소(1530)에서의 더 좁은 폭까지 테이퍼 형성되는 것을 도시한다. 일부 실시 형태에서, 재충전 채널(1536)은 액체 저장소(1530)로부터 입구 포트(1538)까지 일정한 폭을 가질 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 재충전 채널(1536)은 재충전가능 액체 저장소(1530)에서의 더 넓은 폭으로부터 제2 외향 주 표면(1524)에서의 더 좁은 폭까지 테이퍼 형성될 수 있다.
입구 포트(1538)는 다양한 단면 형상을 가질 수 있다. 입구 포트(1538)에 대한 가능한 형상은 정사각형, 직사각형, 삼각형, 원형, 타원형, 신장 형상, 십자형 등을 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 일부 실시 형태에서, 입구 포트(1538)는 액체 저장소(1530)를 재충전하는 데 사용되는 장치에 적응하도록 형상화될 수 있다.
중실형 미세바늘(1620)은 효과제로 표면 코팅될 수 있거나, 하나 또는 수 개의 효과제가 혼합된 생분해성, 생체흡수성 또는 용해성 재료로 제조될 수 있다.
이전에 논의된 미세바늘(610, 620)들의 치수와 유사하게, 미세바늘(1610, 1620)들은 약 1 마이크로미터(μm) 내지 약 5000 마이크로미터(μm)의 길이, 약 1 μm 내지 약 500 μm의 폭, 및 약 1 μm 내지 약 200 μm의 두께를 가질 수 있다. 각질층 천공 미세바늘의 폭 및 두께가 그의 길이를 따라 달라질 수 있는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 기부 부분이 본체 부분보다 넓을(두꺼울) 수 있거나, 본체 부분이 팁 부분에 접근하는 약간의 테이퍼를 가질 수 있다.
각질층 천공 미세바늘(1610, 1620)들은 환자에게 통증을 최소화하면서 피부 천공 및 효과제 전달을 제공하기에 적합한 임의의 세장형 형상일 수 있는데, 이때 개별 미세바늘은 실질적으로 원통형, 웨지-형상, 원추-형상, 또는 삼각형(예컨대, 블레이드-유사(blade-like))이다. 미세바늘의 (평탄한 기재에 대략 평행하거나 미세바늘의 길이방향 축에 대략 수직한 평면을 따라 절단된) 단면 형상, 또는 적어도 피부 내로 침투가능한 미세바늘의 부분의 단면 형상은 직사각형, 정사각형, 타원형, 원형, 마름모꼴, 삼각형, 또는 별-형상을 비롯한 다양한 형태를 취할 수 있다.
각질층 천공 미세바늘(1610, 1620)들의 팁 부분들은 생물학적 장벽을 천공하여, 예컨대 환자의 피부의 각질층을 천공하여 효과제를 환자의 조직 내로 전달하도록 설계된다. 바람직하게는, 각각의 미세바늘의 팁 부분은 최소의 통증으로 피부의 천공 및 침투를 가능하게 하기에 충분히 작고 날카로워야 한다. 바람직한 실시 형태에서, 미세바늘의 팁 단부 부분은 본체 부분으로부터 팁 단부를 향해 테이퍼 형성되어, 미세바늘의 단부에서 첨단부 또는 정점을 한정한다. 다양한 실시 형태에서, 테이퍼 형성된 팁 부분은 팁에서 사각의 형태이거나 피라미드형 또는 원추형 또는 삼각형 형상일 수 있다.
일부 실시 형태에서, 필름(20, 120, 220, 320)은 생체적합성 재료로 형성되거나 이로 코팅된다. 일부 실시 형태에서, 필름(520, 720, 820, 1520), 각질층 천공 미세바늘(620, 740, 750, 760, 770, 850, 860, 870, 1610, 1620)들, 또는 둘 모두는 생체적합성 재료로 형성되거나 이로 코팅된다. 미세바늘(620, 740, 750, 760, 770, 850, 860, 870, 1610, 1620)들은 필름(520, 720, 820, 1520)에 사용되는 동일한 재료로 형성될 수 있거나, 대안적으로, 미세바늘들은 필름 재료와 상이한 재료를 포함할 수 있다. 적합한 구성 재료의 대표적인 예는 금속 및 합금, 예컨대 스테인리스강, 팔라듐, 티타늄, 및 알루미늄; 플라스틱, 예컨대 폴리에테르이미드, 폴리카르보네이트, 폴리에테르에테르케톤, 폴리이미드, 폴리메틸펜텐, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리페닐설폰, 액정 중합체, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 테레프탈레이트-글리콜 개질물(PETG), 및 폴리이미드; 및 세라믹, 예컨대 실리콘 및 유리를 포함한다. 재료는 바람직하게는 미세바늘이 그의 설계된 치수에서 미세바늘이 미세바늘의 현저한 굽힘 또는 파단 없이 피부를 효과적으로 천공하기에 충분히 강하도록 선택된다. 미세바늘 및 기재 재료는 또한 전달 장치에 의해 전달되는 약물 제형과 반응하지 않아야 한다.
일부 실시 형태에서, 필름, 미세바늘, 또는 둘 모두는 생분해성 또는 생체흡수성 재료로 형성된다. 적합한 재료의 대표적인 예는 폴리(락트산)(PLA), 폴리(글리콜산)(PGA), 폴리다이옥사논(PDO), 폴리(엡실론-카프로락톤)(PCL), 폴리(락트산-코-글리콜산)(PLGA), 폴리(오르토-에스테르)(POE), 코폴리(에테르-에스테르)(CEE), 계 제형, 또는 그러한 재료들의 조합을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 미세바늘은 폴리비닐 알코올(PVOH), 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 및 폴리에틸렌 옥사이드(PEO)계 제형, 또는 그러한 재료들의 조합을 포함하는 수용성 재료로 형성될 수 있다.
필름, 각질층 천공 미세바늘, 또는 둘 모두는 선택적으로 그 내부에 매립되거나 그 상에 코팅되는 2차 구성 재료를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 미세입자, 나노입자, 섬유, 피브리드(fibrid), 또는 다른 미립자 재료가 포함될 수 있다. 이들 2차 재료는 전달 장치(10, 100, 200, 300, 500, 700, 800, 1500)의 하나 이상의 물리적 또는 화학적 특성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시 형태에서, 각질층 천공 미세바늘(620, 740, 750, 760, 770, 850, 860, 870, 1610, 1620)들은 생분해성 재료로 형성되는 반면, 필름(520, 720, 820, 1520)은 생분해성이 아니다. 이들 실시 형태에서, 효과제 물질은 용해성 물질 또는 불용성이지만 분산성인 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 효과제의 전달 메커니즘은 예를 들어 효과제의 용해 또는 분산과 함께 미세바늘의 동시 생분해일 수 있다. 바늘의 분해율은 효과제의 미리 결정된 약물-전달률을 허용하도록 제어될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 제1 효과제의 방출률은 제2 효과제의 방출률과 상이할 수 있다. 모든 각질층 천공 미세바늘이 분해된 시점에서, 필름(520, 720, 820, 1520)이 처치 부위로부터 제거될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 전달 장치(10, 100, 200, 300, 500, 700, 800, 1500)는 니들 단독으로 또는 기재와 조합하여 효과제로 추가로 코팅될 수 있다.
효과제는 윤활제, 슬립제(slip agent) 등을 포함할 수 있다. 대안적으로, 효과제는 표적화된 국소 영역에 하나 이상의 효과를 제공할 수 있다. 그러한 효과제는 왁스, 오일, 피부연화제(emollient), 보습제(moisturizer) 등을 이로 제한됨이 없이 포함하는 다양한 조성물 중 임의의 것일 수 있다.
효과제는 하이알루론산; 하이드록실산(예컨대, 글리콜산, 락트산, 말산, 살리실산, 시트르산, 타르타르산); 항여드름제(예컨대, 살리실산, 레티놀, 레티노이드, 또는 다른 각질용해제, 및 벤조일 퍼옥사이드, 또는 여드름을 처치하는 데 사용되는 다른 항미생물제); 광택 조절제(예컨대, 쌀 단백질, 코튼 파우더, 엘루비올(다이클로로페닐-이미다졸티옥솔란)); 레티노이드 또는 그의 유도체, 예컨대 트레티노인, 아이소트레티노인, 모트레티나이드, 아다팔렌, 타자로텐, 아젤라산, 및 레티놀; 아미노산, 예컨대 글라이신 유도체의 5-알파-환원효소 억제제; 대두 단백질 및 밀 단백질 등을 포함하는 가수분해된 식물성 단백질, 녹차(동백나무) 추출물, 및 계피 추출물; 보습제; 항미생물제(예컨대, 양이온성 항미생물제, 예컨대 벤질코늄 클로라이드, 벤즈에토늄 클로라이드, 트라이클로카본, 폴리헥사메틸렌 바이구아나이드, 세틸피리듐 클로라이드, 메틸 및 벤조토늄 클로라이드; 클로르헥시딘의 염, 예컨대 요오도프로피닐 부틸카르바메이트, 다이아졸리디닐 우레아, 클로르헥시딘 다이글루코네이트, 클로르헥시딘 아세테이트, 클로르헥시딘 이세티오네이트, 및 클로르헥시딘 하이드로클로라이드; 할로겐화 페놀 화합물, 예컨대 2,4,4′-트라이클로로-2-하이드록시 다이페닐 에테르(트라이클로산); 파라클로로메타 자일렌올(PCMX); 단쇄 알코올, 예컨대 에탄올, 프로판올 등); 항생제 또는 살균제(무피로신, 네오마이신 설페이트 바시트라신, 폴리믹신 B, 1-오플록사신, 테트라사이클린(클로르테트라사이클린 하이드로클로라이드, 옥시테트라사이클린-10하이드로클로라이드 및 테트라사이클린 하이드로클로라이드), 클린다마이신 포스페이트, 젠타마이신 설페이트, 메트로니다졸, 헥실레소르시놀, 메틸벤즈에토늄 클로라이드, 페놀, 사차 암모늄 화합물, 티 트리 오일, 및 그들의 약학적으로 허용가능한 염 및 전구약물), 항염증제(예컨대, 적합한 스테로이드계 항염증제, 예컨대 코르티코스테로이드, 예컨대 하이드로코르티손, 하이드록실트라이암시놀론 알파메틸 덱사메타손, 덱사메타손-포스페이트, 베클로메타손 다이프로피오네이트, 클로베타졸 발레레이트, 데소나이드, 데속시메타손, 데속시코르티코스테론 아세테이트, 덱사메타손, 다이클로리손, 다이플로라손 다이아세테이트, 다이플루코르톨론 발레레이트, 플루아드레놀론, 플루클라롤론 아세토나이드, 플루드로코르티손, 플루메타손 피발레이트, 플루오시노론 아세토나이드, 플루오시노나이드, 플루코르틴 부틸에스테르, 플루오코르톨론, 플루프레드니덴(플루프레드닐리덴) 아세테이트, 플루란드레놀론, 할시노나이드, 하이드로코르티손 아세테이트, 하이드로코르티손 부티레이트, 메틸프레드니솔론, 트라이암시놀론 아세토나이드, 코르티손, 코르토독손, 플루세토나이드, 플루드로코르티손, 다이플루오로손 다이아세테이트, 플루라드레날론 아세토나이드, 메드리손, 암시아펠, 암시나피드, 베타메타손, 클로르프레드니손, 클로르프레드니손 아세테이트, 클로코르텔론, 클레스시놀론, 다이클로리손, 다이플루프레드네이트, 플루클로로나이드, 플루니솔리드, 플루오로메탈론, 플루페롤론, 플루프레드니솔론, 하이드로코르티손 발레레이트, 하이드로코르티손 사이클로펜틸프로프리오네이트, 하이드로코르타메이트, 메프레드니손, 파라메타손, 프레드니솔론, 프레드니손, 베클로메타손 다이프로피오네이트, 베타메타손 다이프로피오네이트, 트라이암시놀론, 및 염, 비스테로이드계 항염증제, 피버퓨(타나세툼 파르테늄(Tanacetum parthenium)), 고지 베리(리시움 바르바룸(Lycium barbarum)), 밀크 시슬 추출물(실리붐 마리아눔(Silybum marianum)), 아마란스 오일(아마란투스 크루엔투스(Amaranthus cruentus)), 석류(푸니카 그라나툼(Punica granatum)), 예르베 마테(일렉스 파라구아리엔시스(Ilex paraguariensis) 잎 추출물), 화이트 릴리 꽃 추출물(릴리움 칸디둠(Lilium Candidum)), 올리브 잎 추출물(올레아 유로파에아(Olea europaea)) 및 플로레틴(사과 추출물)); 항곰팡이/항진균제(예컨대, 미코나졸, 에코나졸, 케토코나졸, 세르타코나졸, 이트라코나졸, 플루코나졸, 보리코나졸, 클리오퀴놀, 비포코나졸, 테르코나졸, 부토코나졸, 티오코나졸, 옥시코나졸, 설코나졸, 사페르코나졸, 클로트리마졸, 운데실렌산, 할로프로진, 부테나핀, 톨나프테이트, 니스타틴, 시클로피록스 올라민, 테르비나핀, 아모롤핀, 나프티핀, 엘루비올, 그리세오풀빈, 및 그들의 약학적으로 허용가능한 염 및 전구약물; 아졸, 알릴아민, 또는 이들의 혼합물); 외용 진통제(예컨대, 이부프로펜- 또는 다이클로페낙; 캡사이신, 펜타닐, 및 이들의 염, 예컨대 펜타닐 시트레이트; 파라세타몰(아세트아미노펜으로서); 비스테로이드계 항염증 약물(NSAID), 예컨대 살리실레이트; 오피오이드 약물, 예컨대 모르핀 및 옥시코돈; 이부프로펜- 또는 다이클로페낙-함유 젤); 항산화제(예컨대, 설피드릴 화합물 및 그들의 유도체(예컨대, 소듐 메타바이설파이트 및 N-아세틸 시스테인), 리포산 및 다이하이드로리포산, 레스베라트롤, 락토페린; 아스코르브산, 아스코르브산 에스테르, 및 아스코르브산 유도체(예컨대, 아스코르빌 팔미테이트 및 아스코르빌 폴리펩티드); 부틸하이드록시 아니솔, 부틸화 하이드록시톨루엔(부틸하이드록시 톨루엔), 레티노이드(예컨대, 레티놀 및 레티닐 팔미테이트), 토코페롤(예컨대, 토코페롤 아세테이트), 토코트라이엔올, 및 유비퀴논; 시스테인, N-아세틸시스테인, 소듐 바이설파이트, 소듐 메타바이설파이트, 소듐 포름알데하이드설폭실레이트, 아세톤 소듐 바이설파이트, 토코페놀, 및 노르다이하이드로구아이아레트산; 플라보노이드 및 아이소플라보노이드 및 그들의 유도체를 함유하는 추출물(예컨대, 제니스테인 및 디아드제인); 레스베라트롤 등을 함유하는 추출물; 포도씨, 녹차, 소나무 껍질, 및 프로폴리스; 식물-유래 폴리페놀 항산화제, 예컨대 정향, 시나몬, 오레가노, 강황, 커민, 파슬리, 바질, 커리 파우더, 겨자씨, 생강, 후추, 칠리 파우더, 파프리카, 마늘, 고수, 양파 및 카다멈; 전형적인 허브, 예컨대 세이지, 타임, 마조람, 타라곤, 페퍼민트, 오레가노, 세이버리, 바질 및 딜 위드)); 제모제(예컨대, 칼슘 티오글리콜레이트 또는 포타슘 티오글리콜레이트);
비타민(예컨대, 비타민 A, 비타민 B, 비타민 C, 비타민 E; 알파, 베타, 감마 또는 델타 토코페롤, 나이아신 또는 나이아신아미드) 및 비타민 염 또는 유도체, 예컨대 아스코르브산 다이글루코사이드 및 비타민 E 아세테이트 또는 팔미테이트; 썬블록(예컨대, 이산화티타늄) 및/또는 썬스크린(예컨대, 무기 썬스크린, 예컨대 이산화티타늄 및 산화아연; 유기 썬스크린, 예컨대 옥틸-메톡시 신나메이트, 옥틸 살리실레이트, 호모살레이트, 아보벤존); 혈관확장제(예컨대, 나이아신); 습윤제(예컨대, 글리세린); 항노화제(예컨대, 레티노이드; 다이메틸아미노에탄올(DMAE), 구리 함유 펩티드); 알파 하이드록시산 또는 과일산 및 그들의 전구체, 예컨대 글리콜산, 시트르산, 락트산, 말산, 만델산, 아스코르브산, 알파-하이드록시부티르산, 알파-하이드록시아이소부티르산, 알파-하이드록시아이소카프르산, 아트로락트산, 알파-하이드록시아이소발레르산, 에틸 피루베이트, 갈락투론산, 글루코헵톤산, 글루코헵토노 1,4-락톤, 글루콘산, 글루코노락톤, 글루쿠론산, 글루쿠로노락톤, 아이소프로필 피루베이트, 메틸 피루베이트, 점액산, 피루브산, 당산, 당산 1,4-락톤, 타르타르산, 및 타르트론산; 베타 하이드록시산, 예컨대 베타-하이드록시부티르산, 베타-페닐-락트산, 및 베타-페닐피루브산; 아연 및 아연 함유 화합물, 예컨대 아연 산화물; 식물성 추출물, 예컨대 녹차, 대두, 밀크 시슬, 조류, 알로에, 안젤리카, 비터 오렌지, 커피, 황련, 자몽, 복령, 인동, 율무, 지치속, 오디, 작약류, 칡속, 나이스, 및 잇꽃, 및 이들의 염 및 전구약물); 카로티노이드, 세라마이드, 지방산, 효소, 효소 억제제, 미네랄, 스테로이드, 펩티드, 아미노산, 식물 추출물, 착색제, 알레르기 완화제, 예를 들어 세티리진 HCl 또는 약학적으로 등가인 세티리진 화합물, 진통제 화합물, 예를 들어 아세트아미노펜, 이부프로펜, 케토프로펜, 또는 그의 약학적 등가물, 기침/감기 완화 활성제, 예를 들어 페닐에프린 HCL, 덱스트로메토르판 브롬화수소산염 수화물, 슈도에페드린 HCl, 또는 그의 약학적 등가물, 금연 약제, 예를 들어 부프로피온 SR, 바레니클린 및 니코틴 대체 요법제, 또는 이들의 약학적 등가물 등을 포함할 수 있다. 물질은 보습에 의한 것; (예컨대, 안료에 의해) 피부 톤 또는 색을 향상시키는 것; 다양한 피부 상태(예컨대, 건성 또는 악건성 피부, 습진, 건선, 아토피성 피부염, 알레르기성 발진, 여드름, 블랙헤드, 농포, 면포, 주사, 대상포진, 주름, 구순포진, 헤르페스, 티눈, 사마귀, 일광화상, 벌레 물림, 포이즌 아이비 등)를 처치하거나 적어도 완화시키는 것; 기계적 힘(예컨대, 수축)을 인가하여 주름을 매끄럽게 하는 것; 또는, 더욱 일반적으로는, 바람직하지 않은 피부 결함(예컨대, 눈 밑 다크 써클, 여드름의 발적, 잔주름 및 주름, 염증 후 과색소침착(PIH), 발적, 염증, 셀룰라이트, 주름, 검버섯, 얼룩덜룩한 색소침착, 검은 반점, 갈색 반점, 눈 밑 부기)의 증상 및 외관을 처치하거나 완화시키는 것; 원치 않는 얼굴 또는 몸의 모발을 제거하는 것; 상처 치유에 도움을 주는 것 등에 의한 것과 같은 다양한 방식들 중 임의의 방식으로 피부에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 로션, 크림, 오일, 및 심지어 마스크가 피부를 처치하거나 달리 피부에 영향을 주기 위해 피부에 도포될 수 있다. 그러한 개인 또는 소비자 헬스케어 물질은 일반적으로 확산의 원리에 따라 피부 내로 흡수되며, 피부 아래에서 피부에 걸친 확산율 또는 수송률은 피부의 양측에서의 활성 농도의 차이와 상관관계가 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 전달 장치를 생성하기 위한 미세기계가공 또는 미세주조 공정은 단일 조성물의 어레이를 생성하는 것으로 제한된다. 본 발명에서, 개인화된 처치는 하나 초과의 효과제를 가진 각질층 천공 미세바늘을 사용한다. 따라서, 미세기계가공 또는 미세주조 공정이 사용될 수 없다.
본 발명의 전달 장치는 적층 가공(Additive Manufacturing) 기술을 사용하여 생성될 수 있다. 적층 가공은 3차원 컴퓨터 지원 설계(computer aided design, CAD) 데이터를 사용하여 물리적 부품 또는 조립체를 신속하게 제조하기 위해 사용되는 일 군의 기술이다. 부품 또는 조립체의 구성은 통상 3D 인쇄와 같은 "적층 층 가공(additive layer manufacturing)" 기술을 사용하여 행해진다. 적층 가공은 하나 초과의 효과제를 동시에 전달하는 전달 장치를 제조하는 간단하고 효과적이며 경제적인 방법이다.
일반적으로, 컴퓨터 지원 설계-컴퓨터 지원 제조(computer-aided manufacturing)(CAD-CAM) 워크플로우(workflow)는 전통적인 적층 가공 공정이다. 이러한 공정은 CAD 워크스테이션(workstation)을 사용한 3D 솔리드(solid), 또는 스캐닝 장치를 사용한 2D 슬라이스(slice)로서의 기하학적 데이터의 생성으로 시작된다. 적층 가공의 경우, 이러한 데이터는, 유효한 기하학적 모델; 즉, 경계 표면들이 유한 체적을 둘러싸는 모델은 이들이 구조체 안에 있도록 설계되지 않고 그 자체로 되접히지 않는 한 내부를 노출시키는 구멍을 포함하지 않는다는 것을 나타내어야 한다. 바꾸어 말하면, 객체는 "내부"를 가져야 한다. 모델은 3D 공간 내의 각각의 지점에 대해, 알고리즘이 그러한 지점이 모델의 경계 표면 내부에, 그 상에, 또는 그 외부에 놓여 있는지를 고유하게 결정할 수 있는 경우에 유효하다. CAD 후처리-프로세서(post-processor)는 내부 CAD 기하학적 형태를 단순화된 수학적 형태로 근사화할 것이며, 이는 이어서 적층 가공의 공통 특징인 특정 데이터 형식으로 표현된다. 적층 가공 메커니즘을 구동시키는 데 필요한 모션 제어 궤적을 얻기 위해, 준비된 기하학적 모델이 전형적으로 층으로 슬라이싱되고, 이러한 슬라이스가 선으로 스캐닝되어(컴퓨터 수치 제어 툴패스(toolpath)에서와 같이 궤적을 생성하기 위해 사용되는 "2D 드로잉(2D drawing)"을 생성함), 층간 물리적 구축 공정(layer-to-layer physical building process)을 생성한다.
3D 인쇄 공정은 다양한 크기 및 형상의 미세바늘의 생성뿐만 아니라, 하나 초과의 효과제를 가진 전달 장치를 생성하는 능력을 가능하게 한다. 개별 미세바늘 내의 위치, 날카로움, 캐비테이션(cavitation), 및 재료는 미세기계가공 또는 미세주조보다 3D 인쇄로 훨씬 더 용이하게 제어될 수 있다. 연질 재료, 경질 재료, 및 심지어 액체가 개별 미세바늘 내에 통합될 수 있다. 스마트(smart) 전달 장치를 제조하기 위해 전달 프로파일의 변화가 시스템 내에 설계될 수 있다. 비상용성 화합물이 또한 교차 오염 우려 없이 전달 장치의 상이한 섹션 내에 내장될 수 있다.
미세바늘은 적어도 100 마이크로미터 또는 그보다 깊게 활성제/약물을 전달할 필요가 있지만, 20 마이크로미터 또는 그 초과에서는 가변 침투를 갖도록 설계될 수 있다. 상이한 적용 및 사용이 상이한 수준의 침투, 용해도 및 설계 특징(크기, 형상, 각도, 용해도 등)을 필요로 할 것이다. 일부 경우에, 효과제는 바늘 재료 내에 용해될 수 있는 반면에, 다른 경우에, 효과제는 저장소 내에 저장되고 미세유체 채널을 통해 전달될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 이들 피부 전달 장치 또는 패치는 시간에 걸쳐 전달되는 액체의 양을 검출하는 센서들을 포함할 수 있어, 약물의 양이 앱(App)을 사용하여 모니터링될 수 있어서, 소비자(사용자)들이 일정 기간에 걸쳐 전달되는 양을 추적할 수 있게 하고 원하는 대로 약물 전달 프로파일을 변경시킬 수 있게 한다.

Claims (12)

  1. 피부 전달 장치로서,
    (a) 제1 및 제2 외향 주 표면들을 갖는 필름;
    (b) 상기 필름 내에 수용된 적어도 하나의 액체 저장소;
    (c) 상기 필름 내에 배치되고 상기 적어도 하나의 액체 저장소와 유체 연통 상태에 있는, 약 100 nm 내지 0.5 mm의 횡방향 치수를 갖는 적어도 하나의 미세유체 채널(microfluidic channel);
    (d) 상기 적어도 하나의 미세유체 채널과 유체 연통 상태로 상기 필름의 상기 제1 외향 주 표면에 작동적으로 연결된 적어도 하나의 출구 포트를 포함하는, 피부 전달 장치.
  2. 제1항에 있어서, 센서를 더 포함하는, 피부 전달 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 센서는 시간에 걸쳐 전달되는 액체의 양을 검출하는, 피부 전달 장치.
  4. 피부 전달 장치로서,
    (a) 제1 및 제2 외향 주 표면들을 갖는 필름;
    (b) 상기 필름 내에 수용된 복수의 액체 저장소들로서,
    (c) 각각의 액체 저장소는 상기 필름 내에 배치된 약 100 nm 내지 0.5 mm의 주 횡방향 치수를 갖는 적어도 하나의 미세유체 채널과 유체 연통하는, 상기 복수의 액체 저장소들;
    (d) 상기 적어도 하나의 미세유체 채널과 유체 연통 상태로 상기 필름의 상기 제1 외향 주 표면에 작동적으로 연결된 적어도 하나의 출구 포트를 포함하는, 피부 전달 장치.
  5. 제4항에 있어서, 센서를 더 포함하는, 피부 전달 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 센서는 시간에 걸쳐 전달되는 액체의 양을 검출하는, 피부 전달 장치.
  7. 경피(transdermal) 전달 장치로서,
    (a) 제1 및 제2 외향 주 표면들을 갖는 필름;
    (b) 상기 필름 내에 배치된 적어도 하나의 액체 저장소;
    (c) 상기 필름 내에 배치되고 상기 적어도 하나의 액체 저장소와 유체 연통 상태에 있는 (약 100 nm 내지 0.5 mm의 주 횡방향 치수를 갖는) 적어도 하나의 미세유체 채널;
    (d) 상기 적어도 하나의 미세유체 채널과 유체 연통 상태로 상기 필름의 상기 제1 외향 주 표면에 작동적으로 연결된 적어도 하나의 출구 포트;
    (e) 상기 적어도 하나의 출구 포트와 유체 연통 상태에 있는 적어도 하나의 미세바늘(microneedle)을 포함하는, 경피 전달 장치.
  8. 제7항에 있어서, 센서를 더 포함하는, 경피 전달 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 센서는 시간에 걸쳐 전달되는 액체의 양을 검출하는, 경피 전달 장치.
  10. 적어도 2개의 효과제(benefit agent)들의 장기간 전달을 위한 경피 전달 장치로서,
    (a) 제1 및 제2 외향 주 표면들을 갖는 필름;
    (b) 제1 효과제 서브시스템(subsystem)으로서,
    (i) 상기 필름 내에 배치된 제1 효과제를 수용하는 적어도 하나의 제1 활성 제형 액체 저장소,
    (ii) 상기 필름 내에 배치되고 상기 적어도 하나의 제1 효과제 액체 저장소와 유체 연통 상태에 있는 (약 100 nm 내지 0.5 mm의 주 횡방향 치수를 갖는) 적어도 하나의 제1 효과제 미세유체 채널,
    (iii) 상기 적어도 하나의 제1 효과제 미세유체 채널과 유체 연통 상태로 상기 필름의 상기 제1 외향 주 표면에 작동적으로 연결된 적어도 하나의 제1 효과제 출구 포트, 및
    (iv) 상기 적어도 하나의 제1 효과제 출구 포트와 유체 연통 상태에 있는 적어도 하나의 제1 효과제 미세바늘을 포함하는, 상기 제1 효과제 서브시스템; 및
    (c) 제2 효과제 서브시스템으로서,
    (i) 상기 필름 내에 배치된 제2 효과제를 수용하는 적어도 하나의 제2 효과제 액체 저장소,
    (ii) 상기 필름 내에 배치되고 상기 적어도 하나의 제2 효과제 액체 저장소와 유체 연통 상태에 있는 (약 100 nm 내지 0.5 mm의 주 횡방향 치수를 갖는) 적어도 하나의 제2 효과제 미세유체 채널,
    (iii) 상기 적어도 하나의 제2 효과제 미세유체 채널과 유체 연통 상태로 상기 필름의 상기 제2 외향 주 표면에 작동적으로 연결된 적어도 하나의 제2 효과제 출구 포트, 및
    (iv) 상기 적어도 하나의 제2 효과제 출구 포트와 유체 연통 상태에 있는 적어도 하나의 제2 효과제 미세바늘을 포함하는, 상기 제2 효과제 서브시스템을 포함하는, 경피 전달 장치.
  11. 제10항에 있어서, 센서를 더 포함하는, 경피 전달 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 센서는 시간에 걸쳐 전달되는 액체의 양을 검출하는, 경피 전달 장치.
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