CN101678176A - 可佩戴的药物传递装置 - Google Patents

Abstract

为了提供一种无需采用针或套管的长期给药的可佩戴的药物传递装置，根据本发明提出一种可佩戴的药物传递装置，其包括：管状贮存器(1)，其具有出口端和第二端，药物可从出口端排出；高速射流泵(2)，其用于经皮无针微射流药物传递，连接到所述管状贮存器的出口端；通气阀，其连接到所述贮存器的第二端。

Description

可佩戴的药物传递装置

技术领域

本发明涉及可佩戴的药物传递装置的领域。

背景技术

虽然经口传递是药物传递的最常用的标准方式，但许多药物不能容易地配制成适合于口服的剂型。举例而言，糖尿病、遗传性障碍的治疗和新型癌症治疗是基于(多)肽的，(多)肽在胃肠道中会被破坏掉。对于这些药物，给药的优选方式常常是注射，且需要开发或匹配适当制剂型式以优化治疗作用，这可在很大程度上取决于患者且可额外地依赖时间。而且，顺应性(compliance)被认为是有效地进行疾病治疗的主要问题。因此，需要一种替代给药，其在正确的时间提供正确的药物施加量，而无需患者采取任何动作。

US 4,734,092公开了一种用于将药物输注到走动患者内的装置，该药物包含于透明螺旋导管中，透明螺旋导管嵌入于一次性柔性铸件内，该柔性铸件顺应性地粘附到患者的身体上，包括可重复使用的微型泵模块，微型泵模块可分离地安装于铸件上的箍圈中且在压力下迫使氧气进到导管内以将药物排出到***于患者体内的半枢转套管内。在导管中氧气与药物之间的有色油滴提供药物量的可视表示，而疏水和亲水薄膜过滤器保持氧气和油基本上在套管外面。当装置准备使用时测试按钮发出警报，且如果药物变得完全从导管排放出来或者如果药物递送***变得堵塞，则压敏开关自动地发出警报并关闭该泵，且当可重复使用的模块和一次性铸件结合时，互锁开关完成泵与电源之间的回路。

套管或针的使用需要针穿透患者皮肤以穿过皮肤屏障给药。但是，套管到患者皮肤内的任何进入会限制患者的移动性和舒适度。

发明内容

有利地提供一种可佩戴的药物传递装置，其无需套管将药物施加到患者体内。

还需要提供一种可佩戴的药物传递装置，其改进患者的移动性和舒适度。

而且，需要提供一种根据本发明实施例的可佩戴的药物传递装置，其无需任何外科手术以在装置使用之前将装置植入。

还需要提供一种可佩戴的药物传递装置，其可在不同方向定向时操作，例如，当患者站起，躺卧且具有不同方位时。

为了更好地解决这些关注中的一或多个，在本发明的第一方面，提供一种可佩戴的药物传递装置，其包括：管状贮存器，其具有出口端和第二端，药物可从出口端排出；高速射流泵，其用于经皮无针微射流药物传递，连接到管状贮存器的出口端；通气阀，其连接到贮存器的第二端。

在另一方面，当比较基于针的药物传递装置(诸如注射器)时，根据本发明的实施例的可佩戴的药物传递装置无需针或套管穿透到患者内。

经皮药物传递，即药物直接通过皮肤传递，可用于药物的受控和/或连续传递。皮肤是至关重要的器官，其确保防止外部病原体的保护并防止水分流失。在此两种情况下，作为数百万年生物进化结果的皮肤的屏障性质对于我们生存是至关重要的。皮肤的顶层是角质层，是确保皮肤的屏障性质的主要层，其基本上包括被脂双层包围的死细胞(角质细胞)。由于它们的相应组成和结构，角质层主要是疏水的且不能渗透，而下层、表皮(epidermis)和真皮主要是亲水的。因此，具有小于5千道尔顿(kDa)的低分子量且具有亲脂性的分子倾向于比大亲水分子更能渗透皮肤。

根据本发明的实施例，用于经皮、无针微射流药物传递的高速射流泵是如在欧洲专利申请第06 119 215号中所公开的高速射流泵，该专利的公开内容以其全文应用的方式结合到本文中。

根据本发明的实施例，高速射流泵包括带流体腔室的壳体，形成流体腔室壁的薄膜，流体腔室还包括至少一个出射孔口，且薄膜可被压电促动用于通过出射孔口从流体腔室进行流体喷射，其中可通过控制薄膜的压电促动来调整流体喷射的速度。特别地，在本发明的一实施例中，高速射流泵是基于压电促动的电驱动无针注射装置。

在替代实施例中，高速射流泵可基于感应线圈促动机构或者任何其它高速促动机构。

根据本发明的实施例的高速射流泵的优点在于其允许每次注射传递少量药物。

本领域技术人员应了解，在一实施例中，流体喷射的速度可(例如)基于流体应被递送到患者皮肤内的深度有利地被设置成任何所希望的值。流体喷射速度也可减小到低于人皮肤破裂的值，其有利地允许可摄取或可植入装置。

在再一实施例中，流体喷射速度可被调整到高速状态和至少一个分配状态，有利地根据一实施例的高速射流泵可用于刺穿表皮，例如用于经皮药物传递和递送受控量的药物。因而在高速状态中的流体喷射速度优选地至少足以通过至少患者皮肤外层来注射流体。皮肤的顶层是角质层，是确保皮肤的屏障性质的主要层。待喷射的流体被加速到喷射速度，该喷射速度足够高以使角质层破裂以穿透表皮和真皮并在其中扩散，接近***血管。

在本发明的一实施例中，在高速状态的流体喷射速度是可控制的，特别是在60m/s与200m/s之间。因此，高速射流泵提供广的利用范围。60m/s的流体喷射速度是使诸如细菌膜的生物特性软组织损伤的典型速度。在根据本发明的一实施例中，在高速状态用于无针药物注射的所施加的优选流体喷射速度是大约20m/s至150m/s。

就本发明而言，可佩戴的药物传递装置是下面这样的装置：其被布置成其可由患者在长期的基础上以可操作状态携带。因此，在可佩戴的药物传递装置的另一实施例中，其包括用于将药物传递装置安装到患者上的安装机构。这种安装机构可为自粘附的表面、绷带或条带以将装置捆扎到患者上，但并不限于这些方法。

由于高速射流泵用于在无需用针刺破患者皮肤的情况下通过患者的皮肤喷射液体药物，在该***中重要的是包括彼此流体连通的通气阀、高速射流泵和管状贮存器，射流泵尽可能地靠近患者皮肤定位，即，位于管状贮存器的朝向患者的第一端处，从这里排出药物。

与上述参考比较，套管或针连接到螺旋导管的出口端，而泵连接到导管的第二端。当在操作中时，泵将空气压入到导管的第一第二端，且因此将药物从出口端排到套管内并到患者体内。

就本发明而言，管状贮存器是下面这样的贮存器：其在第一方向的尺寸为其在第二方向中的尺寸至少两倍。

根据本发明实施例的管状贮存器在管状贮存器中药物的每个填充水平具有最小的表面，即，在管中液位的表面。仅管中的液体表面形成外部压力的工作表面。

在本发明的一实施例中，根据待注射的药物溶液的性质来调整管状贮存器的直径和最大半径，使得流体由毛细管作用而约束于管状贮存器内。相关参数为流体表面张力γ，与贮存器壁的接触角θ，溶液密度ρ，贮存器直径，螺旋歧管的最大外半径l_max。

优选地，在一实施例中，贮存器的内直径小于d_max，被定义为： $d_{\max }=\frac{2\mathrm{\γ}\cos \mathrm{\θ}}{\mathrm{\π\ρg}{l}_{\max }}.$ 这个条件确保了流体并不从射流喷射器的打开的喷嘴或出口孔泄露出来。

而且，在一实施例中，管状贮存器能够使用毛细管力来保持流体完全在射流泵出口孔的填充水平之间避免将气体，例如空气，抽送到患者体内。

在本发明的一实施例中，医用级管材料应不与药物溶液在化学上相互作用且应在使用之前进行灭菌。用于管状贮存器的管材料包括但不限于：聚碳酸酯、高密度聚乙烯、尼龙、固位体(retain)、聚丙烯、聚乙烯、环状聚烯烃(cyclic polyolefin)，且材料可被涂布无机化合物(例如，二氧化硅)来减小水溶液的接触角θ。在一实施例中，管材料可以是透明的以允许光学检查、流体水平监视并允许检测管状贮存器中是否存在气泡。

在一实施例中，管内直径在0.4mm至2mm的范围。在一实施例中，可用于流体储存的体积在1至5ml的范围。在一实施例中，贮存器的总体积小于10ml。优选地，管状贮存器的结构是柔性的使得其可以最佳方式占据壳体体积。

在本发明的一实施例中，通气阀位于邻近射流泵处。“邻近”在本文中表示通气阀位于靠近高速射流泵的喷嘴或出口孔处，以尽可能多地减小通气阀与射流泵的出口孔之间的可能的流体静压力差。以此方式，可最小化通气阀与微射流泵之间的流体静压力差。

在另一实施例中，射流泵与通气阀之间的距离小于2cm且优选地小于或等于1cm。

理想地，存在其中管状贮存器螺旋布置的本发明的实施例。就本发明而言，螺旋布置被理解为需要管状贮存器的至少部分形成螺旋，使得当通过管状贮存器按压时液体药物在螺旋轨道上向内或向外移动。这种构造能够最小化贮存器与射流泵之间的流体静压力，且使得在患者每个不同的身体方位来施加药物成为可能，并因此使应用根据本发明实施例的可佩戴的药物传递装置成为可能。在本发明的替代实施例中，由管状贮存器所形成的螺旋基本上布置于平面中且通气阀和射流泵布置于垂直于该平面的轴线上。

而且，本发明的实施例可有利地为下面这样的情况：射流泵和通气阀布置于螺旋布置的管状贮存器的中心。

在一实施例中，通气阀包括半渗透性薄膜，半渗透性薄膜被紧固于管状贮存器的第二端，其中薄膜充当任何液体的密封且可渗透气体，即空气。

在本发明的另一替代实施例中，可佩戴的药物传递装置包括填充***，填充***能够在附连到患者身体上的同时对贮存器进行再填充。

在一实施例中，可使用带皮下针的标准注射器通过填充***对贮存器进行再填充。因此，在一实施例中，填充***包括形成其外壁中的一个外壁的隔膜，其注射器的皮下针可***该隔膜。

为了避免空气通过填充***注入到管状贮存器内，在一实施例中，填充***可包括电***或光学***，其允许检测注入到填充***内的液体药物中的气泡。

或者，在可佩戴的药物传递装置的一实施例中，可通过射流泵的出口孔或喷嘴来实现再填充。

根据本发明的另一实施例，填充***与管状贮存器流体连通使得其将管状贮存器分成两个部段。这种设计能在装置操作期间从高速射流泵进行液体药物的无泡喷射。

参考下文所述的实施例，本发明的这些方面和其它方面将显而易见并被阐明。

附图说明

图1图解示出根据本发明的可佩戴的药物传递装置的第一实施例。

图2图解示出根据本发明的可佩戴的药物传递装置的另一实施例。

图3示出根据图2所示实施例的可佩戴的药物传递装置的顶视图。

图4示出图3实施例的侧视图。

图5示出为图3和图4所示装置的部分的高速压电射流泵的示意性截面图。

图6示出为图3和图4所示装置的部分的通气阀的截面图。

图7示出填充***的第一实施例。

图8示出填充***的第二实施例。

图9示出替代填充***。

具体实施方式

图1示意性地示出根据第一实施例的可佩戴的药物传递***的构成，其包括管状贮存器1、高速射流泵2以及通气阀3。这三个构件1、2、3彼此流体连通，即，液体药物可流动或可从通气阀3经由管状贮存器1抽送到射流泵2。管状贮存器1包括出口端4和第二端5。管状贮存器1的出口端4被认为是喷射药物的端部，药物从这个端部通过泵2喷射到患者体内。射流泵2连接到管状贮存器1的出口端4。相比而言，通气阀3连接到管状贮存器1的第二端5。

在图2中示意性地绘制出根据本发明的可佩戴的药物传递装置的另一替代实施例。如果与图1进行比较，如图2所展示的装置还包括填充***6，填充***6能对管状贮存器1进行再填充。

图3示出如图2示意性地示出的***的顶视图，该***包括管状贮存器1、高速射流泵2、通气阀3和填充***6。除了图2示意性地示出的构件，图3所示的可佩戴的药物传递装置还包括两个填充传感器7、8。

本领域技术人员从图3的顶视图中了解到在一实施例中管状贮存器如何布置以便提供全功能。管状贮存器1从连接到射流泵2的出口端4延伸到连接到通气阀的第二端5。始于出口端4，管状贮存器1被布置成在螺旋形轨道上径向向外的螺旋绕组。

在所示实施例中，管状贮存器由内直径0.75mm的透明特氟隆(Teflon)制成。管状贮存器1的总体积为5ml。在到达携带通气阀3的管状贮存器1的第二端5之前，管状贮存器到达点9，从点9向前，管状贮存器不再在螺旋轨道上延伸，而是向内朝向螺旋中心弯曲。在图3和图4所示的实施例中，射流泵2以及通气阀3大约定位于螺旋形管状贮存器1的中心。

由于管状贮存器1的出口端4和第二端5以及射流泵2和通气阀3分别被布置成彼此紧靠，很难发生射流泵2与管状贮存器的通气阀3之间的任何流体静压力差。

可通过图4来进一步理解通气阀3和射流泵2的这种彼此紧邻的布置，图4示出在图3中所描绘的可佩戴的药物传递装置的侧视图。附图标记10所标注的是表示从射流泵2的喷嘴所喷射的液体束的方向。尽管水平地略微分开，射流泵2和通气阀3在如箭头10所限定的线上置于一起，箭头10表示从射流泵2所喷射的流体束的方向。

图5示出如在图3和图4的实施例中所用的射流泵2的精细截面图。在图5中，以截面示意性地描绘射流泵2，其包括壳体30、压电换能器31，压电换能器31在第一位点经由支承结构32机械地耦合到壳体30而在另一位点耦合到薄膜33。压电换能器31，例如，多层陶瓷的小块压电换能器经由电力线34驱动，其将压电换能器31连接到驱动单元(未图示)。微控制器控制泵，特别是压电换能器31的供给。薄膜33形成流体腔室35的壁，其包括出口孔或喷嘴36且其连接到流体供给管线37。流体供给管线37远离流体腔室引导通过薄膜33并至少部分地在薄膜33与夹层38之间延伸。流体经由吸入连接部39供给到该装置，吸入连接部39位于该装置的一侧。吸入连接部39连接到管状贮存器1的出口端4，如图3和图4所示。

在压电换能器31驱动期间，压电换能器31扩张并推动柔性薄膜33。这压缩在流体腔室35中的流体，导致压力形成，因此流体从出射孔口32流出。出射孔口36形成为喷嘴，该喷嘴具有通常在10μm至200μm范围的直径和50μm与200μm之间的长度。只要对压电换能器31的驱动停止，压电换能器31和薄膜33返回到它们的闲置状态且流体将由毛细管力通过流体供给管线37进入流体腔室35。

为了产生高速流体喷射，如所示实施例中所用的高速射流泵在机械上具有刚性。如果在压电换能器31驱动期间出现装置过多的机械变形，流体腔室中的压力将过于低而不能产生高速流体喷射。另外，流体供给管线37的长度和直径与喷嘴36的长度与直径之间的关系决定所用射流泵的功能。

图6示出如在图3和图4所示的可佩戴的药物传递装置中所采用的通气阀3的示意截面图。图6示出包含液体药物50和空气53的管状贮存器1的第二端5，通气阀3包括安装架52和半渗透性薄膜51，半渗透性薄膜51密封管状贮存器1的第二端5。由安装架52安装的半渗透性薄膜51可渗透如空气的气体且提供如贮存器1中药物50的流体的牢固屏障。因此，当贮存器1通过填充***6用液体药物50填充时，可通过半渗透性薄膜51除去封闭于管状贮存器1中的空气53。另一方面，半渗透性薄膜提供通气，即，当流体50由射流泵2从管状贮存器1喷射时，空气流动到贮存器1内，避免了由于射流泵2的抽送力的反作用而在管状贮存器中形成真空。

图7、图8和图9示出能将液体药物再填充到管状贮存器1内的填充***的替代实施例。图7和图8示出与图2至图4所描绘的填充***6不同的两个实施例，而图9示出允许再填充根据图1的可佩戴药物递送***的外部填充***。

图7示出如(例如)图3所示的填充***6’的第一实施例，填充***6，6’，6”优选地布置于管状贮存器1的出口端4与第二端5之间的位置。因此，如图7和图8所描绘的填充***6，6’，6”具有壳体70，壳体70用O形环71安装有到管状贮存器1的两个部段上，其中管状贮存器1的一个部段引导至出口端，该出口端连接到射流泵2，第二部段引导至第二端5，第二端5连接到通气阀3。壳体70提供腔室72和入口孔73，腔室72供流体从管状贮存器的第一部段流到第二部段，入口孔73由隔膜74密封。可使用带皮下针的标准注射器对管状贮存器1进行再填充。通过使注射器76的皮下针75穿孔通过隔膜74而将皮下针***到填充***6’、6”内。

图7所示的填充***6’的实施例包括两个欧姆流体传感器77，而图8所示的填充***6”的第二实施例包括光学流体传感器78。在每种情况下，流体传感器77、78允许检测气泡，气泡可能会经由皮下针75从注射器注入到管状贮存器1内。在流体传感器77、78检测到气泡通过填充***6’，6”的入口孔73流动的任一情况下，向中央控制器(未图示)提供警告信号。

图9示出耦合到如上文详细地描述的射流泵2的替代性外部填充***100。外部填充***100提供代替如图7和图8所描绘的填充***6’，6”的对管状贮存器1进行再填充的替代方式。因此填充***100特别适于如图1所描绘的实施例。填充***100包括含有药物的贮存器1、泵102和耦合部分103，耦合部分103具有与泵2的喷嘴36匹配的孔口104。在操作中，药物将由泵102从贮存器101抽送到耦合部分103并通过出口孔，通过流体腔室35的喷嘴，流体吸入口37和泵2的吸入连接部39到达管状贮存器1内。

虽然在附图和前文的描述中详细地示出和描述了本发明，但这些说明和描述被认为是说明性或示范性的而不是限制性的，本发明并不限于所公开的实施例。

本领域的技术人员通过学习附图、公开内容和所附权利要求书能在实践要求保护的本发明中理解和实行所公开实施例的其它变型。在权利要求书中，词语“包括”并不排除其它元件或步骤，且不定冠词“一”并不排除为多个。在相互不同的附属权利要求中引用特定措施的简单事实并不表示不能使用这些措施的组合来取得益处。在权利要求书中的附图标记不应被理解为限制范畴。

附图标记列表

1    管状贮存器

2    射流泵

3    通气阀

4    管状贮存器的出口端

5    管状贮存器的第二端

6、6’、6”    填充***

7，8    填充传感器

9    贮存器弯曲

10   表示流体束方向的箭头

30   壳体

31   压电换能器

32   支承结构

33   薄膜

34   电力线

35   流体腔室

36    喷嘴

37    流体供给管线

38    夹层

39    吸入连接部

50    液体药物

51    半渗透性薄膜

52    安装架

53    空气

70    壳体

71    O形环

72    用于第一流体流动的腔室

73    入口孔

74    隔膜

75    皮下针

76    注射器

77    欧姆流体传感器

78    光学流体传感器

100   替代性外部填充***

101   贮存器

102   泵

103   耦合部分

104   孔口

Claims (9)

1.一种可佩戴的药物传递装置，包括：

管状贮存器(1)，其具有出口端(4)和第二端(5)，药物可从所述出口端(4)排出，

高速射流泵(2)，其用于经皮无针微射流药物传递并连接到所述管状贮存器(1)的出口端(4)，

通气阀(3)，其连接到所述贮存器(1)的第二端(5)。

2.根据权利要求1所述的可佩戴的药物传递装置，其中所述通气阀(3)邻近所述射流泵(2)定位。

3.根据权利要求1所述的可佩戴的药物传递装置，其特征在于，所述管状贮存器(1)是螺旋布置的。

4.根据权利要求3所述的可佩戴的药物传递装置，其特征在于，由所述管状贮存器(1)形成的所述螺旋布置于平面中且其中所述通气阀(3)和所述射流泵(2)布置于垂直于所述平面的共同轴线上。

5.根据权利要求3所述的可佩戴的药物传递装置，其特征在于，所述射流泵(2)和所述通气阀(3)布置于所述螺旋布置的管状贮存器(1)的中心。

6.根据权利要求1所述的可佩戴的药物传递装置，其特征在于，其包括填充***(6，6’，6”)。

7.根据权利要求6所述的可佩戴的药物传递装置，其特征在于，所述填充***(6，6’，6”)与所述管状贮存器(1)流体连通使得所述填充***(6，6’，6”)将所述管状贮存器(1)分成两个部段。

8.根据权利要求1所述的可佩戴的药物传递装置，其特征在于，其包括用于将所述药物传递装置安装到患者上的安装机构。

9.一种使用可佩戴的药物传递装置进行给药的方法，所述可佩戴的药物传递装置包括：

管状贮存器(1)，其具有第一出口端(4)和第二端(5)，药物可从所述第一出口端(4)排出，

高速射流泵(2)，其用于经皮无针微射流药物传递，该高速射流泵(2)连接到所述管状贮存器(1)的出口端(4)，

通气阀(3)，其连接到所述贮存器的第二端(5)。

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