DE69634408T2

DE69634408T2 - Vorrichtung zur iontophoretischen verabreichung von medikamenten mit einer schaltung, ausgestattet mit einem gleichstromumformer mit hohem wirkungsgrad

Info

Publication number: DE69634408T2
Application number: DE69634408T
Authority: DE
Inventors: J. Ronald FLOWER; M. James DEVINE
Original assignee: Vyteris Inc
Current assignee: Vyteris Inc
Priority date: 1995-08-29
Filing date: 1996-08-28
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2016-08-29
Also published as: US6522919B1; US6402732B1; EP0847293A1; AU6962496A; EP0847293B1; WO1997007854A1; ATE289842T1; DE69634408D1; US6167301A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf iontophoretische Arzneimittel-Zufuhrvorrichtungen und insbesondere auf elektronische Schaltungen zur Verwendung bei iontophoretischen Arzneimittel-Zufuhrvorrichtungen, die eine gesteuerte Spannung oder Strom an einen Patienten liefern, der eine Medikation transdermal empfängt.
Beschreibung des Stands der Technik
Iontophorese kann als die elektrisch getriebene Anwendung von Arzneimitteln oder einer Medikation in ihrer ionischen Form auf die Oberflächengewebe eines Patienten definiert werden. Die Anlegung von elektrischem Strom verursacht die Migration von Ionen in das Gewebe, wobei eine derartige Migration proportional zu der Menge des durch das iontophoretische System angelegten Stroms ist.
Eine grundlegende iontophoretische Vorrichtung, wie beispielsweise die, die in dem US-Patent Nr. 5 306 235 offenbart ist, umfasst einen Controller und eine Arzneimittel-Zufuhrvorrichtung, die allgemein ein transdermales Patch genannt wird. Der Controller kann eine Leistungsquelle und eine Schaltung umfassen, um die Anlegung einer Spannung oder eines Strom von der Leistungsquelle an das Patch zu steuern. Das Patch umfasst im Allgemeinen zwei oder mehr Elektroden, die ionische Medikation und einen Elektrolyten. Wenn das Patch gegen die Haut eines Patienten platziert wird und eine Spannung über die Elektroden eingeprägt wird, wird eine Schaltung durch die Haut des Patienten erzeugt, und Strom fließt durch die Haut des Patienten, wobei die ionische Medikation in die Haut und das Gewebe getrieben wird, um durch den Körper des Patienten absorbiert zu werden.
Bei einigen Anwendungen kann es wünschenswert sein, die an die Patchelektroden von der Leistungsquelle gelieferte Spannung zu erhöhen. Dies gilt insbesondere, wenn die iontophoretische Vorrichtung batterieangetrieben ist und es notwendig sein kann, eine relativ niedrige Batteriespannung auf eine höhere, jedoch sichere Elektrodenspannung anzuheben, um die ionische Medikation wirksamer in die Haut und das Gewebe des Patienten zu treiben. Bei derartigen Anwendungen kann eine Boost-Schaltung oder ein Aufwärts-Gleichstromwandler zur Verwendung geeignet sein, wie beispielsweise in 4 des US-Patents Nr. 5 306 235 gezeigt ist.
AUFGABEN UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Schaltungsausgestaltung für eine iontophoretische Arzneimittel-Zufuhrvorrichtung bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleichstromwandlerschaltung mit hohem Wirkungsgrad zur Verwendung bei einem iontophoretischen System bereitzustellen, wie in Anspruch 1 definiert ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine selbstregelnde Gleichstromwandlerschaltung für ein Iontophorese-System bereitzustellen, die sich auf Änderungen in der Impedanz des Gewebes eines Patienten einstellt, der einer Iontophorese unterzogen wird.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleichstromwandlerschaltung bereitzustellen, die ihre Ausgangsspannung als Reaktion auf einen gewünschten Arzneimittel-Zufuhrstrom oder auf Veränderungen in der Impedanz eines Patienten einstellt, der einer Iontophorese unterzogen wird.
Es ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleichstromwandlerschaltung bereitzustellen, die zumindest teilweise ausfallsicher ist, um einen unerwünschten Stromfluss zu einem Patienten zu verhindern, der einer Iontophorese unterzogen wird.
In Übereinstimmung mit einer Form der vorliegenden Erfindung umfasst ein Iontophorese-System eine iontophoretische Arzneimittel-Zufuhrvorrichtung, die allgemein ein Patch genannt wird, für die Platzierung gegen die Haut eines Patienten, und einen Controller, der elektrisch mit dem Patch verbunden ist und eine Schaltungsanordnung zum Steuern des Stroms und der Spannung aufweist, die an das Patch geliefert werden. Genauer gesagt umfasst das Patch mindestens eine erste Elektrode, die als eine Anode wirken kann, und mindestens eine zweite Elektrode, die als eine Kathode wirken kann. Das Patch umfasst ebenfalls Behälter oder eine andere Struktur zum Halten eines Elektrolyten und einer Medikation. Der Elektrolyt und die Medikation sind auf dem Patch derart gelegen, dass sie in elektrischer Kommunikation mit einer oder der anderen der ersten und zweiten Elektroden sind.
Der Controller des Iontophorese-Systems umfasst eine Gleichstromwandlerschaltung. Die Gleichstromwandlerschaltung erzeugt eine Ausgangsspannung, die mindestens an eine der ersten und zweiten Elektroden geliefert wird.
Der Controller umfasst ebenfalls eine einstellbare Stromreglerschaltung. Die Stromreglerschaltung ist mit der anderen Elektrode gekoppelt und einstellbar, um einen gewünschten Stromfluss durch die ersten und zweiten Elektroden und die Haut des Patienten bereitzustellen, wenn das Patch auf der Haut des Patienten platziert ist.
Die Gleichstromwandlerschaltung reagiert auf den Spannungsabfall über die ersten und zweiten Elektroden. Die Spannung stellt ihre Ausgangsspannung als Reaktion auf diesen Spannungsabfall ein, um genau die Spannung bereitzustellen, die über die Elektroden und den einstellbaren Stromregler für die sichere und wirksame Arzneimittelzufuhr zu dem Patienten ohne den verschwenderischen Leistungsverbrauch benötigt wird. Die Controller-Schaltungsanordnung, die sowohl die Gleichstromwandlerschaltung als auch die einstellbare Stromreglerschaltung umfasst, spricht ebenfalls insbesondere auf alle plötzlichen Änderungen in dem Strom oder der Spannung an, die an das Patch geliefert werden, wie beispielsweise, wenn die Impedanz der Haut des Patienten plötzlich geändert oder die Stromreglerschaltung eingestellt wird, um einen unterschiedlichen Arzneimittel-Zufuhrstrom an den Patienten während des iontophoretischen Prozesses zu liefern.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von veranschaulichenden Ausführungsformen derselben offensichtlich, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen zu lesen ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm eines in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gebildeten Iontophorese-Systems, wobei Teile desselben im Querschnitt gezeigt sind.
2 ist ein Blockdiagramm einer Schaltung des in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gebildeten Iontophorese-Systems.
3 ist ein detailliertes schematisches Diagramm der in 2 gezeigten Schaltung des in Übereinstimmung mit vorliegenden Erfindung gebildeten Iontophorese-Systems.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Anfangs ist mit Bezug auf 1 der Zeichnungen ersichtlich, dass ein Iontophorese-System, um Medikation zu einem Patienten transdermal, d. h. durch die Haut des Patienten zuzuführen, prinzipiell eine transdermale Arzneimittel-Zufuhrvorrichtung, die allgemein als ein Patch 2 bezeichnet wird, zur Platzierung gegen die Haut eines Patienten, und einen Controller 4, der elektrisch mit dem Patch 2 gekoppelt ist, umfasst.
Eine Form einer transdermalen Arzneimittel-Zufuhrvorrichtung (d. h. das Patch 2) wird durch 1 dargestellt. Das transdermale Patch umfasst prinzipiell eine erste Elektrode 6, die als eine Anode wirken kann, und eine zweite Elektrode 8, die als eine Kathode wirken kann. Das Patch ist gegen die Haut 10 eines Patienten platzierbar, sodass die Anoden-Elektrode 6 und die Kathoden-Elektrode 8 in elektrischer Kommunikation mit der Haut des Patienten sind.
Benachbart der Anode (d. h. der ersten Elektrode 6) ist ein Behälter 12 oder jede andere geeignete Struktur, die eine Senke zum Halten einer Medikation 14 an Ort und Stelle zwischen der Anode 6 und der Haut 10 des Patienten definiert.
Auf ähnliche Weise ist benachbart der Kathode (d. h. der zweiten Elektrode 8) ein Behälter 16 oder jede andere geeignete Struktur, die eine Senke zum Halten eines Elektrolyten 18 an Ort und Stelle zwischen der Kathode 8 und der Haut 10 des Patienten bildet.
Wenn eine Spannung Va über die ersten und zweiten Elektroden 6, 8 eingeprägt wird, wird ein Strom Ia durch die Haut 10 des Patienten fließen, wobei die Medikation 14, die ionisch sein kann, in die Haut und das Gewebe getrieben wird, um durch den Körper des Patienten absorbiert zu werden. Um die Erläuterung zu vereinfachen, werden nur zwei Elektroden in 1 gezeigt. Es sollte jedoch ersichtlich sein, dass die Anode und Kathode segmentiert sein oder dass mehrere Elektroden bereitgestellt werden können, wie in der Technik bekannt ist.
Mit erneutem Bezug auf 1 der Zeichnungen umfasst der Controller 4 des Iontophorese-Systems eine Strom- und Spannungszufuhrschaltung 20, die den durch jede der Elektroden 6, 8 laufenden Strom und die Spannung über die Elektroden steuert. Der Controller kann ebenfalls eine Leistungsquelle 22, wie beispielsweise eine Batterie, umfassen, die mit der Strom- und Spannungszufuhrschaltung 20 verbunden ist. Die Controller-Schaltung 20 ist mit dem transdermalen Patch 2 verbunden, um einen gesteuerten Strom und eine gesteuerte Spannung an den Elektroden und somit der Haut des Patienten bereitzustellen. Wie offensichtlich sein wird, ist die Controller-Schaltung 20 vorteilhaft mit der Fähigkeit, einen einstellbaren jedoch geregelten Arzneimittel-Zufuhrstrom und genau die passende Spannung über die Elektroden zur angemessenen Arzneimittelzufuhr bereitzustellen, und mit der Fähigkeit, auf plötzliche Änderungen in Spannungs- und Stromanforderungen, beispielsweise aufgrund von Änderungen in der Hautimpedanz des Patienten oder Änderungen in der Impedanz des transdermalen Patch, zu reagieren, ausgestaltet.
2 veranschaulicht in Blockdiagrammform eine Form der bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Controller-Schaltung. Die Leistungsquelle oder Batterie 22 ist als Spannung V1 gekennzeichnet. Die Lastimpedanz Z stellt die Impedanz der Patch/Patienten-Schaltung 23 dar. Genauer gesagt umfasst die Impedanz Z die Impedanz des transdermalen Patch 2, wie beispielsweise die Impedanz der Elektroden 6, 8, der Medikation 14 und des Elektrolyten 18, und die Impedanz der Verbindung zwischen dem transdermalen Patch und dem Patienten sowie auch die Impedanz der Haut des Patienten 10.
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die Controller-Schaltung 20 eine Gleichstromwandlerschaltung 24. Die Gleichstromwandlerschaltung ist mit der Leistungsquelle (durch die Spannung V1 dargestellt) verbunden und erzeugt eine Ausgangsspannung V2, die zwischen Masse und mindestens einer der Elektroden, wie beispielsweise der Anode 6, des transdermalen Patch bereitgestellt wird. Der Gleichstromwandler 24 kann ein Aufwärts-Wandler sein, der die Spannung V1 der Leistungsquelle wirksam erhöht und eine Ausgangsspannung V2 erzeugt. Ein derartiger Aufwärts-Wandler würde bei einem tragbaren Iontophorese-System nützlich sein, das batterieangetrieben ist und das von dem Patienten während einer iontophoretischen Sitzung getragen wird.
Alternativ ist beabsichtigt, dass der Gleichstromwandler 24 eine Ausgangsspannung V2 bereitstellen kann, die gleich der Leistungsquellenspannung V1 ist, um den Patienten direkt von der Leistungsquelle zu isolieren, oder dass er sogar ein Abwärts-Wandler sein kann, der eine Ausgangsspannung V2 bereitstellt, die geringer als die Spannung V1 der Leistungsquelle ist. In jedem Fall ist es wünschenswert, dass, wenn der Gleichstromwandler 24 einstellbar ist, er die Ausgangsspannung V2 als Reaktion auf ein an ihn geliefertes Steuersignal (wie beispielsweise einen zurückgespeisten Spannungspegel) verändern kann. Eine bevorzugte Form eines Gleichstromwandlers wird mit Bezug auf 3 beschrieben.
Wie in 2 gezeigt ist, kann die Steuerschaltung 20 ebenfalls eine einstellbare Stromreglerschaltung 26 umfassen. Die einstellbare Stromreglerschaltung 26 ist mit der anderen Elektrode, wie beispielsweise der Kathode 8, des transdermalen Patch 2 gekoppelt und einstellbar, um einen gewünschten Stromfluss durch die ersten und zweiten Elektroden und die Haut 10 des Patienten bereitzustellen, der einer Iontophorese unterzogen wird. Die Stromreglerschaltung 26 kann beispielsweise ein Series-Pass-Regler sein und durch eine Spannung Vr an einem Eingang der Schaltung gesteuert werden. Durch Einstellen der Spannung Vr wird die Stromreglerschaltung einen gewünschten Arzneimittel-Zufuhrstrom abgeben oder entnehmen, der durch die Patchelektroden 6, 8 und die Haut 10 des Patienten fließt.
Die Spannung an der zweiten Elektrode oder Kathode 8 kann zu der Gleichstromwandlerschaltung 24 durch einen Pufferverstärker 28 oder dergleichen zurückgespeist werden, sodass die Gleichstromwandlerschaltung auf den Spannungsabfall über den Stromregler 26 und indirekt über die ersten und zweiten Elektroden 6, 8 ansprechen wird. Die Gleichstromwandlerschaltung 24 ist ausgestaltet, um genau die notwendige Spannung über die Elektroden und den Stromregler für eine angemessene Arzneimittelzufuhr zuzuführen und um den Leistungsverbrauch zu minimieren, und er tut dies aus Reaktion auf die ihm von der Kathode 8 bereitgestellten Spannung.
Die in 2 gezeigte Controller-Schaltung 20 der vorliegenden Erfindung arbeitet auf die folgende Art und Weise. Eine Spannung Vr wird ausgewählt und an die Stromreglerschaltung 26 angelegt, die veranlassen wird, dass ein entsprechender gewünschter Arzneimittel-Zufuhrstrom durch die Elektroden 6, 8 des transdermalen Patch 2 und durch die Haut des Patienten 10 fließt, wenn das Patch auf dem Patienten platziert ist. Der Patient und das Patch werden zusammen eine bestimmte Impedanz Z aufweisen, die sich verändern kann, wie weiter erläutert wird.
Wenn beispielsweise die Impedanz des Patch und des Patienten zusammen 15.000 Ohm beträgt und der durch das Patch und den Patienten fließende gewünschte Arzneimittel-Zufuhrstrom auf 2 Milliampere eingestellt ist, dann wird es gemäß dem ohmschen Gesetz einen Spannungsabfall Vp über die Patch/Patienten-Schaltung 23 von 30 Volt geben. Diese würden beispielsweise die erwartete Impedanz und der gewünschte Arzneimittel-Zufuhrstromfluss während der Iontophoresesitzung für eine besondere, transdermal angewendete Medikation sein. Unter diesen Umständen wird der Gleichstromwandler 24 anfangs konfiguriert sein, um die Batteriespannung V1 auf eine sichere, jedoch nützlichere Ausgangsspannung V2 zu erhöhen, die an eine der Elektroden 6, 8 des Patch angelegt wird, um die notwendige Spannung über die Patch/Patienten-Schaltung 23 und den Stromregler 26 bereitzustellen und um somit sicherzustellen, dass die notwendigen mindestens 30 Volt über das Patch verfügbar sind und dass der gewünschte Stromfluss von 2 Milliampere nicht auf einen niedrigeren Wert begrenzt ist.
Der Gleichstromwandler 24 ist ausgestaltet, sodass es nur einen minimalen Spannungsabfall Vs über die einstellbare Stromreglerschaltung geben wird. Mit anderen Worten ist die Ausgangsspannung V2 des Gleichstromwandlers 24 gleich der Summe der Spannung Vp und der Spannung Vs, da die Patch/Patienten-Schaltung 23 mit der Stromreglerschaltung 26 in Reihe ist und die Spannung V2 über die Reihenschaltung der Stromreglerschaltung 26 und die Patch/Patienten-Schaltung 23 bereitgestellt wird. Die Spannung an der Kathode 8 des transdermalen Patch 2 wird durch den Pufferverstärker 28 an den Spannungssteuerungseingang des Gleichstromwandler 24 angelegt, sodass das Iontophorese-System stabil ist und eine sichere geregelte Spannung an dem gewünschten Arzneimittel-Zufuhrstrom mit minimalem verschwenderischen Spannungsabfall über die Stromreglerschaltung 26 bereitstellt.
Es ist jedoch bekannt, dass die Impedanz der Haut eines Patienten von über 100.000 Ohm bis zu nahezu 1.000 Ohm abhängig von der Dauer, mit der der iontophoretische Strom angelegt wird, der Größe des Stroms, der geliefert wird, der Stelle des Systems auf dem Körper des Patienten und anderen Faktoren reichen kann. Bei einem System, bei dem der gewünschte Strompegel, der teilweise durch das dem Patienten verabreichte Arzneimittel bestimmt wird, 2 Milliampere beträgt, würde ein Spannungspotential von 100 Volt resultieren, wenn die Hautimpedanz 50.000 Ohm beträgt. Eine derartige Spannung würde unerwünschte Sinnesempfindungen bei dem Benutzer verursachen und könnte zu Hautreizung oder Verbrennungen führen. Das System der vorliegenden Erfindung ist selbstregelnd, um sicherzustellen, dass dies nicht auftreten wird, und um gleichzeitig die für die Arzneimittelzufuhr notwendige minimale Spannung bereitzustellen.
Wenn die Impedanz des Patienten (und des Patch) beispielsweise nicht die erwarteten 15.000 Ohm bei dem oben gegebenen Beispiel sondern 50.000 Ohm betragen würde, was am Anfang der Iontophorese wahrscheinlicher der Fall ist, dann würde der Spannungsabfall Vp über die Patch/Patienten-Schaltung 23 bei dem gewünschten Strom von 2 Milliampere gleich 100 Volt sein. Um dies zu verhindern, ist der Gleichstromwandler 24 vorzugsweise selbstbegrenzend, um eine vorgewählte maximale Spannung, wie beispielsweise 30 Volt, an dem Patch bereitzustellen. Durch das ohmsche Gesetz würde dann der durch die Haut des Patienten fließende Strom auf 0,6 Milliampere im Gegensatz zu dem gewünschten Arzneimittel-Zufuhrstrom von 2 Milliampere verringert werden, der ausgewählt wurde, um durch die einstellbare Stromreglerschaltung bei der durchschnittlichen erwarteten Hautimpedanz (d. h. 15.000 Ohm) angelegt zu werden.
Wenn ein Gleichstromwandler 24 alternativ ausgewählt wird, der nicht selbstbegrenzend ist, kann eine externe Zener-Diode D2 verwendet und wirksam parallel mit der Patch/Patienten-Schaltung 23 angeordnet werden. Wie in 2 gezeigt ist, ist die Zener-Diode D2 mit ihrer Kathode, die mit dem Ausgang des Gleichstromwandlers 24 und der ersten Elektrode 6 gekoppelt ist, und mit ihrer Anode, die zwischen dem Ausgang des Pufferverstärkers 28 und der Spannungsteuereingabe des Gleichstromwandlers 24 gekoppelt ist, verbunden. Eine Zener-Diode D1 von 30 Volt (oder einem anderen Wert) kann ausgewählt werden, um sicherzustellen, dass der Spannungsabfall Vp über die Patch/Patienten-Schaltung 23 nicht einen vorbestimmten sicheren Wert überschreitet. Somit liefert die Controller-Schaltung 20 eine geregelte Spannung an das transdermale Patch 2, wobei die Spannung begrenzt ist, um unerwünschte Reizung oder Verbrennungen bei dem Patienten zu verhindern.
Die Controller-Schaltung 20 wird ebenfalls selbstregelnd sein, um lediglich die notwendige Spannung bei dem gewünschten iontophoretischen Strom an das Patch 2 anzulegen, sollte die Impedanz des Patienten (oder des Patch) plötzlich abfallen. Sollte die Impedanz der Patch/Patienten-Schaltung 23 plötzlich von 15.000 Ohm auf 10.000 Ohm abnehmen, dann würde, mit Rückbezug auf das oben gegebene Beispiel, der Spannungsabfall Vp über das Patch nun lediglich 20 Volt betragen. Die Controller-Schaltung ist ausgestaltet, um auf plötzliche Änderungen zu reagieren, sodass die Differenz von 10 Volt zwischen der Ausgangsspannung des Gleichstromwandlers 24 und dem Abfall von 20 Volt über das Patch sofort über die einstellbare Stromreglerschaltung 26 abfallen wird. Da dies im stationären Zustand verschwenderisch und nicht energieeffizient ist, wird der Gleichstromwandler 24 die Spannung an der Kathode 8 des transdermalen Patch abfühlen und die Ausgangsspannung V2 des Wandlers auf einen niedrigeren Wert neu einstellen, um beispielsweise einen Spannungsabfall Vp von 20 Volt über die Patchelektroden 6, 8, d. h. die niedrigste Spannung, die notwendig ist, um Iontophorese mit dem gewünschten Arzeimittel-Zufuhrstromfluss durchzuführen, zu bewirken, und um den Spannungsabfall Vs über die Stromreglerschaltung 26 zu minimieren, um Leistungsverbrauch und Wärmeerzeugung zu verringern und die Lebensdauer der die Spannung V1 liefernden Batterie zu verlängern. Somit reagiert die Controller-Schaltung der vorliegenden Erfindung nicht nur auf plötzliche Änderungen in der Impedanz des Patienten (und des Patch), sondern ist ebenfalls selbstregelnd, um Hautreizung und Verbrennungen zu verhindern und Leistungsverbrauch zu verringern.
3 ist ein ausführliches Schema einer bevorzugten Form einer Controller-Schaltung 20, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Die einstellbare Stromreglerschaltung 26 wird als ein Series-Pass-Regler gezeigt, der einen MOSFET-Transistor Q2, Widerstände R3–R5, einen Kondensator C4 und einen Operationsverstärker U2 umfasst.
Genauer gesagt wird eine Spannung Vr zum Einstellen des durch das Patch fließenden, gesteuerten Stroms an dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers U2 bereitgestellt. Der Ausgang des Verstärkers U2 wird durch den Widerstand R3 an das Gate des Transistors Q2 geliefert. Der Drain des Transistors Q2 ist mit dem Widerstand R5, dessen anderes Ende geerdet ist, und ebenfalls durch den Widerstand R4 mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers U2 verbunden. Der Kondensator C4 kann zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang des Verstärkers U2 bereitgestellt werden, um Schwingungen zu eliminieren.
Die Stromreglerschaltung 26 arbeitet wie jeder herkömmliche Series-Pass-Regler, wie in der Technik bekannt ist. Der Verstärker U2 spannt den Transistor Q2 vor, um den durch den Transistor Q2 und den Widerstand R5 fließenden Strom auf den, der erforderlich ist, um den Spannungsabfall über den Widerstand R5 auszuführen, und auf den, der an dem invertierenden Eingang des Verstärkers U2 bereitgestellt wird, zu steuern, der der Spannung Vr gleichwertig ist, die an dem Steuereingang der Stromreglerschaltung, d. h. dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers U2, bereitgestellt wird. Somit wird die an die Schaltung 26 angelegte Spannung Vr den durch den Transistor Q2 fließenden Strom steuern. Dieser Strom ist der gewünschte Arzneimittel-Zufuhrstrom, der durch die Elektroden 6, 8 des transdermalen Patch 2 und durch die Haut des Patienten 10 fließen wird. Wie bekannt ist, ist die in 3 gezeigte Stromreglerschaltung 26 selbstregelnd und wird einen konstanten Strom beibehalten, der der an die Schaltung angelegten Spannung Vr proportional ist. Wie ersichtlich ist, ist die Source des Transistors Q2 mit der Kathode 8 des transdermalen Patch 2 verbunden.
Die bevorzugte Gleichstromwandlerschaltung 24 umfasst eine integrierte Schaltung U1 für einen Aufwärts-Schaltregler, wie beispielsweise das von Maxim Integrated Products, Sunnyvale, Kalifornien, hergestellte Teil mit der Nummer MAX641. Es ist natürlich beabsichtigt, dass andere integrierte Schaltungen für die Verwendung geeignet sein können, oder dass ein vergleichbarer Gleichstromwandler mit diskreten Komponenten gebaut werden kann.
Der Aufwärts-Gleichstromwandler 24 verwendet einen externen Induktor L1, um Energie zu speichern. Ein interner Oszillator der integrierten Schaltung U1 des MAX641 treibt das Gate eines MOSFET-Transistors Q1 von dem Ausgang EXT der integrierten Schaltung, die den MOSFET-Transistor Q1 an- und ausschaltet. Der Drain des Transistors Q1 ist mit einem Ende des Induktors L1 gekoppelt, wobei das andere Ende mit der Batteriespannung V1 versehen wird. Die Source des Transistors Q1 ist mit Masse verbunden. Wenn der Transistor Q1 angeschaltet wird, fließt Strom durch den Induktor L1. Der Strom steigt linear an, wobei Energie in dem Induktor L1 gespeichert wird. Wenn der Ausgang EXT den Transistor Q1 abschaltet, bricht das Magnetfeld des Induktors zusammen und die Spannung über den Induktor kehrt ihre Polarität um.
Eine Diode D1, deren Anode mit der Transistorseite des Induktors L1 und deren Kathode mit der Anode 6 des transdermalen Patch verbunden ist, ist in Durchlassrichtung vorgespannt, wenn die Spannung an der Anode der Diode auf einen vorbestimmten Pegel ansteigt, wobei Leistung an das transdermale Patch geliefert wird. Ein zwischen der Kathode der Diode D1 und Masse gekoppelter Filterkondensator C3 filtert die Ausgangsspannungswelligkeit.
Falls gewünscht, kann die Gleichstromwandlerschaltung 24 einen zusätzlichen MOSFET-Transistor Q3 umfassen, der mit der Diode D1 in Reihe geschaltet ist und durch Verbinden seines Gate mit einem Abgriff des Induktors L1 vorgespannt werden kann oder nicht. Der Transistor Q3 wird bereitgestellt, um den Leckstrom durch die Diode D1 zu verringern.
Der Transistor Q3 verringert nicht nur den Leckstrom, sondern macht die Gleichstromwandlerschaltung der vorliegenden Erfindung zumindest teilweise ausfallsicher, um einen fortgesetzten Stromfluss zu dem Patch zu verhindern, sollte die integrierte Schaltung für den Aufwärts-Schaltregler U1 ausfallen.
Genauer gesagt umfasst die integrierte Schaltung U1 des MAX641 einen internen Oszillator, der den Transistor Q1 an- und austreibt, wie zuvor erwähnt. Wenn das Oszillator-Ausgangssignal im hohen Zustand ausfällt, wird der Transistor Q1 sättigen, sodass die Source des Transistors Q3 im Wesentlichen auf Massepotential (d. h. der Spannungsabfall über den gesättigten Transistor Q1) sein wird. Der Transistor Q3 sowie die Diode D1 werden nicht leitend sein, und es wird kein Strom von der Batterie (die die Spannung V1 bereitstellt) zu dem Patch fließen.
Wenn der interne Oszillator der integrierten Schaltung U1 ausgefallen ist, sodass das an das Gate des Transistors Q1 gelieferte Signal im Tiefpegelzustand ist, wird der Transistor Q1 gesperrt. Ohne den Transistor Q3 könnte Strom von der Batterie durch den Induktor L1 und die Diode D1 (die in einem leitenden Zustand ist) und zu den transdermalen Patchelektroden 6, 8 und dem Patienten fließen.
Der Transistor Q3 schaltet jedoch, da er durch das Signal von dem Abgriff des Induktors L1 getrieben wird, nur während des Zusammenbrechens des von dem Induktor erzeugten Feldes, d. h. nur während eines Zustands des Rücklaufs in den Induktor, an. Zu allen anderen Zeiten, einschließlich während der Speicherung der Energie in dem Induktor L1, ist der Transistor Q3 nicht leitend. Demgemäß wird, sollte die integrierte Schaltung des Aufwärts-Reglers U1 versagen, sodass sie den Transistor Q1 aussteuert, der Transistor Q3 abgeschaltet und er wird nicht ermöglichen, dass Strom von der Batterie durch den Induktor L1 zu dem Patch und Patienten fließt.
Wenn die Ausgangsspannung V2 von dem Gleichstromwandler 24, die dem transdermalen Patch 2 bereitgestellt wird, den gewünschten Pegel (beispielsweise 30 Volt) erreicht, sperrt ein interner Komparator der integrierten Schaltung U1 des MAX641 das Signal an dem Ausgang EXT, was den Transistor Q1 abschaltet, um zu verhindern, dass weitere Energie in dem Induktor L1 gespeichert wird, bis die Patch/Patienten-Schaltung 23 den Ausgangsfilter-Kondensator C3 auf weniger als den gewünschten Ausgangsspannungspegel entlädt.
Die integrierte Schaltung U1 des MAX641 stellt eine einstellbare Ausgangsspannung V2 bereit, die durch Bilden eines Spannungsteilers mit den untereinander in Reihe geschalteten Widerständen R1 und R2 gesteuert wird. Ein Ende des Widerstands R1 ist mit Masse und das andere Ende mit dem Widerstand R2 verbunden, dessen anderes Ende mit der Kathode 8 des transdermalen Patch 2 und dem Reihen-Strom-Regler 26 verbunden ist. Der Eingang VFB der integrierten Schaltung U1 des MAX641 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R1 und R2 verbunden. Auf diese Art und Weise wird die Spannung an der Kathode 8 des transdermalen Patch überwacht und verwendet, um die Ausgangsspannung V2 des Gleichstromwandlers 24 einzustellen, die an dem Patch und über der Stromreglerschaltung 26 bereitgestellt wird. Ein optionaler Kondensator C2 von 100 Pikofarad kann zwischen der Kathode der Diode D1 und dem Eingang VFB der integrierten Schaltung U1 des MAX641 verbunden sein, um Schwingungen zu verhindern.
Eine Zener-Diode D2 wird ebenfalls bereitgestellt, um einen Überspannungszustand zu verhindern. Die Kathode der Diode D2 ist mit der Kathode der Diode D1 und ihre Anode mit dem Eingang VFB der integrierten Schaltung des MAX641 verbunden. Die Diode D2 wird in ihrem Durchbruchsgebiet leiten, wenn der Spannungsabfall Vp über die Patch/Patienten-Schaltung 23 eine vorbestimmte Spannung überschreitet. Wenn die Zener-Diode D2 leitet, wird die Spannung an dem Eingang VFB der integrierten Schaltung U1 ansteigen, wobei der Transistor Q1 abgeschaltet und verhindert wird, dass weitere Energie in dem Induktor L1 gespeichert wird, bis die an die Patch/Patienten-Schaltung 23 gelieferte Ausgangsspannung V2 unter die Durchbruchsspannung der Diode D2 fällt. Tatsächlich wird die Diode D2 verhindern, dass der Spannungsabfall V2 über die Patch/Patienten-Schaltung 23 mehr als eine vorbestimmte sichere Spannung überschreitet. Eine derartige Situation könnte auftreten, wenn die Impedanz der Patch/Patienten-Schaltung einen vorbestimmten Wert überschritten hat.
Sollte die Impedanz der Patch/Patienten-Schaltung 23 plötzlich während der Iontophorese unter einen vorbestimmten Wert fallen, dann würde die überschüssige Spannung, die nicht über die Patch/Patienten-Schaltung abgefallen ist, über den Transistor Q2 der Stromreglerschaltung 26 abfallen. Somit weist die Controller-Schaltung 20 die Fähigkeit auf, auf plötzliche Impedanzänderungen in der Patch/Patienten-Schaltung 23, wie beispielsweise, wenn das Patch an dem Patienten neu eingestellt wird oder sich die Impedanz der Haut des Patienten plötzlich ändert, zu reagieren.
Die durch den Spannungsabfall über den Transistor Q2 verursachte Leistungsabführung ist verschwenderisch und ineffizient, und demgemäß stellt sich der Gleichstromwandler 24 neu ein, um die an der Patch/Patienten-Schaltung 23 bereitgestellte Spannung V2 auf das abzusenken, was lediglich für die Iontophorese bei dem gewünschten Lieferstrom notwendig ist, wodurch der Spannungsabfall über den Transistor Q2 verringert wird. Die Schaltung tut dies durch Überwachen der Spannung an der Kathode 8 des transdermalen Patch 2 und durch Bereitstellen dieser Spannung, obwohl gedämpft, an dem Eingang VFB der integrierten Schaltung U1 durch das durch die Widerstände R1 und R2 gebildete Widerstandsnetzwerk. Die Erregung des Induktors L1 wird gesteuert, sodass nun eine niedrigere Spannung durch die Gleichstromwandlerschaltung 24 erzeugt und an die Elektroden 6, 8 des Patch geliefert wird.

Eine Teileliste für die in 4 gezeigte Schaltung wird in der nachstehenden Tabelle 1 bereitgestellt. Es ist beabsichtigt, dass Bauteile, die mit den nachstehend aufgelisteten vergleichbar sind, die mit den in 4 gezeigten unterschiedlich verbunden sind, geeignet sein können, um die Erfindung zu praktizieren. Die Batteriespannung V1 kann jede Spannung, wie beispielsweise etwa 2 Volt bis etwa 10 Volt oder bevorzugterweise 4 Volt bis etwa 6 Volt, betragen. TABELLE 1

TEIL	BEZUGSKENNZEICHNUNG
Induktor 500 μH	L1
Diode 1N914B	D1
Diode 1N4713C 30 V	D2
Transistor VN2222LL	Q1, Q2, Q3
Aufwärts-Schaltregler MAX641	U1
Operationsverstärker MAX478	U2
Kondensator 1 μF, 10 V	C1
Kondensator 100 pF	C2
Kondensator 1 μF, 35 V	C3
Kondensator 470 pF	C4
Widerstand 261 kΩ	R1
Widerstand 140 kΩ	R2
Widerstand 1 kΩ	R3, R4
Widerstand 500 Ω	R5

Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, ist das Iontophorese-System der vorliegenden Erfindung mit seiner selbstregelnden Gleichstromwandlerschaltung 24 beim Bereitstellen der notwendigen Leistung für die transdermale Arzneimittelzufuhr höchst effizient. Die Controller-Schaltung 20 reagiert auf Änderungen in der Impedanz der Haut des Patienten und des Patch und stellt die an das Patch bereitgestellte Spannung und Strom nach Bedarf nicht nur ein, um übermäßige Spannung zu verhindern, die Reizung oder Verbrennungen verursachen kann, sondern ebenfalls, um die Energie zu minimieren, die erforderlich ist, um Iontophorese wirksam durchzuführen.

Claims

Iontophoretisches System, das eine iontophoretische Arzneimittel-Zufuhrvorrichtung zur Platzierung gegen die Haut eines Patienten umfasst, wobei die Arzneimittel-Zufuhrvorrichtung mindestens eine erste Elektrode (6, 8) und mindestens eine zweite Elektrode (6, 8) und eine Steuerschaltung (20) zum Steuern einer Spannung und eines Stroms, die an den mindestens ersten und zweiten Elektroden (6, 8) der Arzneimittel-Zufuhrvorrichtung bereitgestellt werden, aufweist, wobei die Steuerschaltung (20) umfasst: eine Gleichstromwandlerschaltung (24), wobei die Gleichstromwandlerschaltung (24) eine Ausgangsspannung erzeugt, wobei die Ausgangsspannung an einer der mindestens ersten und zweiten Elektroden (6, 8) bereitgestellt wird; und eine Stromreglerschaltung (26), die einen Spannungsabfall V_s darüber aufweist, wobei die Stromreglerschaltung (26) mit der anderen der mindestens ersten und zweiten Elektroden (6, 8) gekoppelt ist und einen gewünschten Stromfluss durch die mindestens ersten und zweiten Elektroden (6, 8) und die Haut des Patienten bereitstellt, wobei die Impedanz von mindestens der iontophoretischen Arzneimittel-Zufuhrvorrichtung und/oder der Haut des Patienten und der gewünschte Arzneimittel-Zufuhrstromfluss dahin durch zu einem Spannungsabfall von V_p über die ersten und zweiten Elektroden führt; wobei die Gleichstromwandlerschaltung (24) auf die Spannung über die mindestens ersten und zweiten Elektroden (6, 8) anspricht und imstande ist, die Ausgangsspannung als Reaktion auf eine Änderung in dem Spannungsabfall V_p über die ersten und zweiten Elektroden einzustellen, so dass der Spannungsabfall V_s auf einem minimalen Spannungspegel gehalten wird.
Iontophorese-System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromreglerschaltung (26) einstellbar ist, um einen einstellbaren gewünschten Stromfluss durch die mindestens ersten und zweiten Elektroden (6, 8) bereitzustellen.
Iontophorese-System gemäß Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch: ein Mittel zum Begrenzen der Spannung über die mindestens ersten und zweiten Elektroden (6, 8), wobei das Spannungsbegrenzungsmittel abtastet, wenn die Spannung über die mindestens ersten und zweiten Elektroden (6, 8) einen vorbestimmten Wert überschreitet und die Spannung darüber auf eine vorgewählte Spannung begrenzt.
Iontophorese-System gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch: ein Mittel zum Halten einer Medikation, die in Bezug zu der ersten Elektrode (6, 8) gelegen ist, so dass die von dem Medikationshaltemittel gehaltene Medikation in elektrischer Kommunikation mit der ersten Elektrode (6, 8) ist; und ein Mittel zum Halten eines Elektrolyten, der in Beziehung zu der zweiten Elektrode (6, 8) gelegen ist, so dass ein durch das Elektrolythaltemittel gehaltener Elektrolyt in elektrischer Kommunikation mit der zweiten Elektrode ist.
Iontophorese-System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung ferner umfasst: einen Pufferverstärker (28), wobei der Pufferverstärker (28) auf die Spannung an der anderen der mindestens ersten und zweiten Elektroden (6, 8) anspricht und ein Ausgangssignal als Reaktion darauf erzeugt, wobei das Ausgangssignal an die Gleichstromwandlerschaltung (24) geliefert wird, wobei die Gleichstromwandlerschaltung (24) auf das Ausgangssignal von dem Pufferverstärker (28) anspricht und die Ausgangsspannung von der Gleichstromwandlerschaltung (24) als Reaktion darauf einstellt.
Iontophorese-System gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungsbegrenzungsmittel eine Zenerdiode aufweist, wobei die Zenerdiode eine Spannung über die mindestens ersten und zweiten Elektroden abtastet, die größer als ein vorgewählter Wert ist, und die Spannung darüber als Reaktion darauf begrenzt.
Steuerschaltung zum Gebrauch mit einem Iontophorese-System gemäß Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung umfasst: eine Gleichstromwandlerschaltung, die eine Ausgangsspannung erzeugt, wobei die Ausgangsspannung an mindestens eine der ersten und zweiten Elektroden geliefert wird; und eine einstellbare Stromreglerschaltung mit einem Spannungsabfall V_s darüber, wobei die einstellbare Stromreglerschaltung mit der anderen der mindestens ersten und zweiten Elektroden gekoppelt und einstellbar ist, um einen gewünschten Stromfluss durch die mindestens ersten und zweiten Elektroden und durch die Haut des Patienten bereitzustellen, wobei die Impedanz von mindestens der iontophoretischen Arzneimittel-Zufuhrvorrichtung und/oder der Haut des Patienten und der gewünschte Arzneimittel-Zufuhrstromfluss dahin durch zu einem Spannungsabfall V_p über die ersten und zweiten Elektroden führt; wobei die Gleichstromwandlerschaltung auf die Spannung über die ersten und zweiten Elektroden anspricht und im Stande ist, die Ausgangsspannung als Reaktion auf eine Änderung in dem Spannungsabfall V_p über die ersten und zweiten Elektroden einzustellen, so dass der Spannungsabfall V_s auf einem minimalen Spannungspegel gehalten wird.
Steuerschaltung zum Gebrauch mit einer iontophoretischen Arzneimittel-Zufuhrvorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der die Steuerschaltung ferner gekennzeichnet ist durch: eine Series-Pass-Reglerschaltung, wobei die Series-Pass-Reglerschaltung auf eine Steuerspannung anspricht und einen gewünschten Arzneimittel-Zufuhrstrom als Reaktion darauf steuert, den gewünschten Arzneimittel-Zufuhrstrom als Reaktion darauf, wobei der gewünschte Arzneimittel-Zufuhrstrom durch die mindestens ersten und zweiten Elektroden und die Haut eines Patienten fließen kann, wobei die Series-Pass-Reglerschaltung eine Spannung V_s darüber aufweist, wobei die Series-Pass-Reglerschaltung elektrisch mit der mindestens zweiten Elektrode der iontophoretischen Arzneimittel-Zufuhrvorrichtung gekoppelt ist; und eine Aufwärts-Gleichstromwandlerschaltung, wobei die Aufwärts-Gleichstromwandlerschaltung elektrisch mit der mindestens ersten Elektrode gekoppelt ist und eine Ausgangsspannung V2 erzeugt, die dahin geliefert wird, wobei die Impedanz von mindestens der iontophoretischen Arzneimittel-Zufuhrvorrichtung und/oder der Haut des Patienten und der dahin durch fließende gewünschte Arzneimittel-Zufuhrstrom zu einem Spannungsabfall Vp über die mindestens ersten und zweiten Elektroden führt, wobei die Spannung V2 gleich der Summe der Spannung V_p und der Spannung V_s ist, wobei die Gleichstromwandlerschaltung auf die Spannung V_p über die mindestens ersten und zweiten Elektroden anspricht und die Ausgangsspannung V2 als Reaktion darauf einstellt, so dass die Spannung V_s über den Series-Pass-Regler im Wesentlichen gleich der minimalen Spannung ist, die erforderlich ist, um es dem Series-Pass-Regler zu ermöglichen, den gewünschten Arzneimittel-Zufuhrstrom durch die mindestens ersten und zweiten Elektroden und die Haut des Patienten zu steuern.
Steuerschaltung zum Gebrauch mit einer iontophoretischen Arzneimittel-Zufuhrvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der die Aufwärts-Gleichstromwandlerschaltung gekennzeichnet ist durch: eine Aufwärts-Schaltreglerschaltung, wobei die Aufwärts-Schaltreglerschaltung ein Ausgangssignal erzeugt; einen ersten Schalttransistor, wobei der erste Schalttransistor auf das Ausgangssignal der Aufwärts-Schaltreglerschaltung anspricht und zwischen einem leitenden und nicht leitenden Zustand als Reaktion darauf umschaltet; einen Induktor, wobei der Induktor auf den Zustand des ersten Schalttransistors anspricht und Energie als Reaktion darauf speichert, wobei der Induktor einen Abgriff aufweist und ein Ausgangssignal an dem Abgriff erzeugt; und einen zweiten Transistor, wobei der zweite Transistor mit dem Abgriff des Induktors gekoppelt ist und auf das Ausgangssignal an dem Abgriff des Induktors anspricht und zwischen einem leitenden und nicht leitenden Zustand als Reaktion darauf umschaltet, wobei der zweite Transistor mindestens teilweise die Ausgangsspannung V2 liefert.
Verfahren zum Liefern einer selbstregelnden Spannung und Strom an eine iontophoretische Arzneimittel-Zufuhrvorrichtung eines Iontophorese-Systems, um den Gebrauch von Leistung durch das System zu minimieren, wobei die iontophoretische Arzneimittel-Zufuhrvorrichtung auf die Haut eines Patienten platzierbar ist und eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Erzeugen einer Spannung V2, die an die erste Elektrode geliefert wird; Erzeugen eines gewünschten Arzneimittel-Zufuhrstroms, um durch die ersten und zweiten Elektroden und die Haut eines Patienten zu fließen, wobei der gewünschte Arzneimittel-Zufuhrstrom durch eine Stromreglerschaltung mit einem Spannungsabfall V_s darüber festgelegt wird, wobei die Impedanz von mindestens der iontophoretischen Arzneimittel-Zufuhrvorrichtung und/oder der Haut des Patienten und der dahin durch fließende gewünschte Arzneimittel-Zufuhrstrom zu einem Spannungsabfall V_p über die ersten und zweiten Elektroden führt, wobei die Spannung V2 gleich der Summe der Spannung V_p und der Spannung V_s ist; und Einstellen der Spannung V2 als Reaktion auf eine Änderung in dem Spannungsabfall Vp über die ersten und zweiten Elektroden, so dass der Spannungsabfall V_s auf einem minimalen Spannungspegel gehalten wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10, das ferner durch den Schritt des Verhinderns, dass die Spannung V2 über einen vorbestimmten Pegel ansteigt, gekennzeichnet ist.