JP2010179112A - 物質投与用インプラント及びインプラントの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】有効物質、例えば健康生理機能のために必要な微量ミネラルを含浸させた多孔質シリコンインプラント60を皮下に移植し、微量ミネラルを制御的に放出するためにその後数ヶ月/年にわたり完全に腐蝕させる。第2の実施態様で、インプラント62は、有効物質を含み、ドアが破れてからの有効物質の長時間に亘る放出に時間差が生じるように厚さの異なる生物侵食性ドア76,78で閉じられている孔72を多数含み得る。
【選択図】図6
Description
metal adsorbates)」と題する論文[J.Appl.Phys.,74,p.4783(1993)]に記載されているような従来の含浸方法の問題は、含浸深さが非常に浅く、通常300nm以下で数原子%であることである。
シリコンそれ自体が必須微量元素であり、勿論多孔質シリコンインプラントが他の有効物質を担持していなくとも該インプラントがシリコンを送達するために使用され得る。
(a)含浸物質を溶融相とするステップ、及び
(b)溶融した含浸物質を多孔質半導体材料に導入するステップ
を含む。
純度99.6+%のチタン箔を、厚さ0.5mm及び直径11.5mmの打抜きディスクの形態でGoodfellow Metals Limitedから購入した。その後、前記ディスク(の両面)を12μmのダイアモンド粉を用いて研磨して、打抜き過程により導入されたかえりを除去し、両面上の表面の粗度を均等にした。次いで、10個のディスクを超音波撹拌したアセトン浴において20分間清浄した後、一度に化学エッチングした。ディスクを、(表面損傷を除くために)H2O(35ml)、HNO3(10ml)及び40%HF(5ml)の撹拌溶液中で等方的に2分間エッチングした。エッチング過程をDI水で停止し、ディスクをDI水で十分に濯いだ後、濾紙上で乾燥した。
幅12mmのディスクを、直径〜5”(100mm)のCZウェーハ(N+、リンドープした0.0104.0.0156Ωcm抵抗率、0.5mm厚さ、(100)配向)から特注ドリルビットを用いてのこで切り落とした。ディスクを“meths”中、次いで酢酸エチル中、次いで超音波撹拌したアセトン浴において清浄した。HNO3(25ml)+40%HF(5ml)+酢酸(5ml)の「研磨エッチング」を用いて、ディスクの端を滑らかにし、のこ損傷を除去し、両面の表面粗度を均等にした。10個のディスクを連続撹拌しながら一度に5分間エッチングし、その後DI H2Oで停止し、濯ぎ、濾紙上で乾燥した。
化学的に研磨したバルクSiディスクを、両面及び端部を多孔質とし得る特注電解セルを用いて順次1回に1つずつ陽極酸化した。ディスクの一端を白金“クロック−クリップ”により保持し、カソードを形成する円筒状Ptるつぼ中の電解液にステッピングモータにより制御しながら該ディスクを上下させた。各ディスクを40%HF水溶液を用いてポテンシオスタット的に(すなわち、1.0Vの一定電圧で)10分間陽極酸化した。この種の配置では多くの電流がメニスカスを介して流れる。ここでは、前記メニスカスをディスクの中心までゆっくり上昇させ、半陽極酸化したディスクを取り出し、乾燥し、次いで逆にし、他の半分も同様に陽極酸化する方法を採用した。この方法により、十分に陽極酸化したディスクを〜30μm厚さの多孔質シリコン被覆で完全に被覆した。前記ディスクをDI H2Oで濯ぎ、濾紙上で乾燥した。
すべてのディスクは、圧力流下134℃で10分間オートクレーブ処理する滅菌前空気中で保存した。
(1)多孔質シリコンの作成−例えば、低濃度の中間孔(例えば、多孔度30%)を導入するためにシリコンウェーハ全体を陽極酸化することによる。これは、公知方法(例えば、部分的な電気化学的溶解を達成するためにHFを使用する多孔質シリコンの作成を記載している米国特許第5,348,618号明細書参照。この明細書の開示内容は援用により本明細書に含まれるとする。)によりHF酸及び電位を用いて実施される;
(2)錠剤を滑らかとする(鋭い端部は望ましくない)ためにシリコン半導体業界(または他の技術)で一般的なウェーハダイシング及びウエットエッチングを用いる;
(1)及び(2)の順序を逆にしてもよい。
(3)錠剤の含浸 − 例えば、含浸すべきミネラル(錠剤は2種以上のミネラルを含み得る)の水溶液中に錠剤を浸漬し、その後熱ドライブイン方法(例えば、800℃のオーブン中に飽和錠剤を30分間置く)を用いてミネラルに入れる;
(4)(所要により)錠剤をきれいにする。
本発明の1態様に従った多孔質シリコンサンプルの多数の金属(マンガン、銀及びクロム)または前記金属の化合物(例えば、酸化物)による含浸を示すために実験を実施した。金属塩を多孔質シリコンサンプルの表面上に置いた。塩の温度を、塩が溶融するまで上昇した。次いで、溶融した塩を多孔質シリコンのバルクに導入した。熱を加えると、塩が分解して金属または金属酸化物が生じた。
本試験の目的は、モルモットの皮下部位に移植したときの多孔質シリコンの生体親和性を評価して、移植可能なデバイスに使用するための材料の適性を試験した。試験を1、4、12及び26週にわたり実施した。
表A〜Dは、病理中の急性炎症反応、組織変性、浮腫形成、出血及び皮膚壊死;新血管及び肉芽組織形成;及び持続性(慢性)炎症及び組織線維症を評価するために使用した採点基準を示す。
BSi=バルクシリコーン、
PSi=多孔質シリコン、
CoPSi=ヒドロキシアパタイトを被覆した多孔質シリコン。
BSi=バルクシリコーン、
PSi=多孔質シリコン、
CoPSi=ヒドロキシアパタイトを被覆した多孔質シリコン。
BSi=バルクシリコーン、
PSi=多孔質シリコン、
CoPSi=ヒドロキシアパタイトを被覆した多孔質シリコン。
PSi=多孔質シリコン、
N/A=適用不可、対照(非移植動物)。
Claims (112)
- 哺乳動物の身体に移植されたとき侵食される、有効物質をシリコンインプラントに随伴されて含むシリコンインプラント。
- インプラントが多孔質シリコンからなることを特徴とする請求の範囲第1項に記載のシリコンインプラント。
- 多結晶シリコンからなることを特徴とする請求の範囲第1項に記載のシリコンインプラント。
- 哺乳動物の身体に移植したとき再吸収されることを特徴とする請求の範囲第1項から第3項のいずれか1項に記載のシリコンインプラント。
- 哺乳動物の身体に長期間残っても実質的に完全に再吸収されることを特徴とする請求の範囲第1項から第4項のいずれか1項に記載のシリコンインプラント。
- 有効物質が周期表の元素からなることを特徴とする請求の範囲第1項から第5項のいずれかに記載のシリコンインプラント。
- 元素が微量ミネラルであることを特徴とする請求の範囲第6項に記載のシリコンインプラント。
- 微量ミネラルがセレン、マンガン、モリブデン、クロム、バナジウム、ヨウ素、フッ素及びコバルト(ビタミンB12)からなる群から選択されることを特徴とする請求の範囲第7項に記載のシリコンインプラント。
- 元素が図5に同定される必須微量元素であることを特徴とする請求の範囲第6項に記載のシリコンインプラント。
- 元素が治療元素であることを特徴とする請求の範囲第6項に記載のシリコンインプラント。
- 元素がリチウム、金、銀及び白金からなる群から選択されることを特徴とする請求の範囲第10項に記載のシリコンインプラント。
- 物質がインプラント材料の容積中に分布していることを特徴とする請求の範囲第1項から第11項のいずれか1項に記載のシリコンインプラント。
- 物質がインプラント材料の容積の実質的全体に分布していることを特徴とする請求の範囲第11項に記載のシリコンインプラント。
- 多孔質シリコン領域を少なくとも含むことを特徴とする請求の範囲第1項から第13項のいずれか1項に記載のシリコンインプラント。
- 実質的に全体が多孔質シリコンからなることを特徴とする請求の範囲第14項に記載のシリコンインプラント。
- 少なくとも3%、4%もしくは5%の多孔度を有することを特徴とする請求の範囲第14項または第15項に記載のシリコンインプラント。
- 30%以下の多孔度を有することを特徴とする請求の範囲第14項または第15項に記載のシリコンインプラント。
- 3〜10%または10〜60%の範囲の多孔度を有することを特徴とする請求の範囲第14項から第16項のいずれか1項に記載のシリコンインプラント。
- 有効物質のレザバー及び前記レザバーに通じているドアが存在し、前記ドアは体液がレザバー中の有効物質と接触し得るように使用時に腐食されるシリコン材料から作成されることを特徴とする請求の範囲第1項から第18項のいずれか1項に記載のシリコンインプラント。
- レザバーが複数存在することを特徴とする請求の範囲第19項に記載のシリコンインプラント。
- レザバーは、その内容物が時間とともに逐次体液と接触するかまたは体液に放出するように構成されていることを特徴とする請求の範囲第19項または第20項に記載のシリコンインプラント。
- 随伴するドアを有するレザバーが複数存在し、使用時にレザバーが異なる時間に破れるように腐食時間の異なるドアが複数存在することを特徴とする請求の範囲第19項から第21項のいずれか1項に記載のシリコンインプラント。
- 厚さの異なるドアが複数存在することを特徴とする請求の範囲第22項に記載のシリコンインプラント。
- 腐食速度の異なるドアが複数存在することを特徴とする請求の範囲第22項に記載のシリコンインプラント。
- レザバーのアレーが存在することを特徴とする請求の範囲第19項から第24項のいずれか1項に記載のシリコンインプラント。
- レザバーが有効物質を含有する孔を含むことを特徴とする請求の範囲第19項から第25項のいずれか1項に記載のシリコンインプラント。
- レザバーが、インプラントの隣接する非レザバー領域よりも有意に高レベルの有効物質を差別的に含有するインプラント領域を含むことを特徴とする請求の範囲第19項から第25項のいずれか1項に記載のシリコンインプラント。
- 一部がレザバーもしくは各レザバーの境界を規定する第1構成部分及び一部がレザバーもしくは各レザバーの境界を規定する第2構成部分を含むことを特徴とする請求の範囲第19項から第27項のいずれか1項に記載のシリコンインプラント。
- 2つの構成部分が実質的に同一であることを特徴とする請求の範囲第28項に記載のシリコンインプラント。
- 少なくとも10のオーダー、好ましくは少なくとも100のオーダーのレザバーが存在することを特徴とする請求の範囲第19項から第29項のいずれか1項に記載のシリコンインプラント。
- 少なくとも1000のオーダーのレザバーが存在することを特徴とする請求の範囲第30項に記載のシリコンインプラント。
- 微細機械加工されていることを特徴とする請求の範囲第19項から第31項のいずれか1項に記載のシリコンインプラント。
- 哺乳動物の皮下生理学的流体により腐食される多孔質または多結晶担体材料、及び前記担体材料に随伴された有効物質を含むことを特徴とするインプラント。
- 担体材料が半導体であることを特徴とする請求の範囲第33項に記載のインプラント。
- 担体材料がドープもしくは非ドープのシリコン、ゲルマニウム、炭化ケイ素及び窒化ケイ素からなる群から選択されることを特徴とする請求の範囲第34項に記載のインプラント。
- インプラントが多孔質または多結晶半導体材料からなることを特徴とする請求の範囲第33項から第35項のいずれか1項に記載のシリコンインプラント。
- 有効物質が周期表の元素からなることを特徴とする請求の範囲第33項から第36項のいずれか1項に記載のインプラント。
- 元素が微量ミネラルであることを特徴とする請求の範囲第36項に記載のインプラント。
- シリコンに代わる、別の半導体材料が使用時に侵食する材料からなることを特徴とする請求の範囲第36項または請求の範囲第1項から第35項のいずれか1項に記載のインプラント。
- 添付図面の図4Aから4C及び図5を参照して本明細書に実質的に記載されているシリコンインプラント。
- 添付図面の図6、図7、図8または図9を参照して本明細書に実質的に記載されているシリコンインプラント。
- 有効物質を対象者に送達するためのシリコンインプラントの製造方法であって、シリコンバルクを用意し、前記シリコンを移植可能なインプラントに形成し、前記シリコンに有効物質を導入することを特徴とする前記方法。
- 微量ミネラルの溶液をシリコンに適用し、前記微量ミネラルをシリコンに移行させることを特徴とする請求の範囲第42項に記載の方法。
- 有効物質を熱を用いてシリコンに導入することを特徴とする請求の範囲第42項または第43項に記載の方法。
- シリコンに孔または凹部を微細機械加工することを特徴とする請求の範囲第42項から第44項のいずれか1項に記載の方法。
- 更に、有効物質を孔に導入することを特徴とする請求の範囲第45項に記載の方法。
- 有効物質を含有する領域上に有効物質を保持するために蓋またはドアを設けることを特徴とする請求の範囲第43項から第46項のいずれか1項に記載の方法。
- シリコンの第1構成部分に孔を作成し、シリコンの第2ピースに補助孔を作成し、1つもしくは両方の孔に有効物質を導入し、前記有効物質を含有する閉鎖レザバーを規定すべく孔と共に2つの構成部分を正確に重ね合わせるすることを特徴とする請求の範囲第45項から第47項のいずれか1項に記載の方法。
- インプラント中に多数の孔を好ましくは同時に作成することを特徴とする請求の範囲第45項から第48項のいずれか1項に記載の方法。
- 孔を作成するためにフォトリソグラフィー技術を使用することを特徴とする請求の範囲第49項に記載の方法。
- シリコンバルクを処理してその少なくとも一部を多孔質とすることを含むことを特徴とする請求の範囲第42項から第50項のいずれか1項に記載の方法。
- シリコンバルクをその容積の実質的全体にわたり多孔質とすることを特徴とする請求の範囲第51項に記載の方法。
- 多結晶シリコンのバルクまたは多結晶シリコンの層もしくは領域を用意するかまたは作成することを特徴とする請求の範囲第42項から第50項のいずれか1項に記載の方法。
- 有効物質を対象者に送達するための半導体インプラントの製造方法であって、半導体バルクを用意し、前記半導体を移植可能なインプラントに形成し、前記半導体に有効物質を導入することを特徴とする前記方法。
- 半導体がシリコン及びゲルマニウムからなる群から選択されることを特徴とする請求の範囲第54項に記載の方法。
- 半導体に微量ミネラルを添加することを特徴とする請求の範囲第54項または第55項に記載の方法。
- シリコン材料は必ずしもシリコンではなく、別の半導体であり得ることを特徴とする請求の範囲第54項から第56項のいずれか1項または請求の範囲第42項から第53項のいずれか1項に記載の方法。
- 本明細書に実質的に記載されていることを特徴とする半導体インプラントの製造方法。
- 有効物質を対象者に送達するためのインプラントの製造方法であって、インビボで侵食され得る材料の多孔質部材を処理し、前記部材からインプラントを作成し、前記インプラントに有効物質を導入することを特徴とする前記方法。
- 複数のレザバー、前記レザバー中に設けられている複数の有効物質チャージ、及び前記レザバーに隣接して設けられている複数のバリヤー領域またはドアを有するインプラントであって、前記ドアは移植したときに異なる時間に侵食され、使用時にレザバー内容物の放出に時間差が生ずるようにドアが逐次破れるように構成されていることを特徴とする前記インプラント。
- ドアが半導体材料からなることを特徴とする請求の範囲第60項に記載のインプラント。
- 実質的に全部のインプラントが半導体材料からなることを特徴とする請求の範囲第60項または第61項に記載のインプラント。
- インプラントが全体を通して同一の半導体材料からなることを特徴とする請求の範囲第62項に記載のインプラント。
- 少なくとも5個のレザバーが存在することを特徴とする請求の範囲第60項から第63項のいずれか1項に記載のインプラント。
- 少なくとも10個のレザバーが存在することを特徴とする請求の範囲第64項に記載のインプラント。
- 少なくとも50個のレザバーが存在することを特徴とする請求の範囲第64項に記載のインプラント。
- 少なくとも100個のレザバーが存在することを特徴とする請求の範囲第64項に記載のインプラント。
- 少なくとも100のオーダーのレザバーが存在することを特徴とする請求の範囲第64項に記載のインプラント。
- 有効物質を対象者に送達する方法であって、前記対象者にインプラントを移植し、破れるべく使用時に経験する腐蝕流体に対する露出時間が異なるようにインプラントの異なる領域を配置し、前記領域を逐次破ってインプラントの前記した異なる領域内またはその後方に保持されている有効物質の異なるレザバーを逐次放出することによりインプラントの異なる領域が異なる時間に侵食されるように構成することを含むことを特徴とする前記方法。
- 生理学的に活性な物質を対象者に送達するためのインプラントの製造における腐食性もしくは再吸収性シリコンまたは他の半導体材料の使用。
- シリコンまたは半導体の材料中に随伴されている物質を放出するために、または物質のレザバーに対するドアを開放するためにインプラントにおける腐食性もしくは再吸収性シリコンまたは他の半導体材料の使用。
- インプラントがサンプル表面を有する多孔質シリコンサンプルからなり、元素がサンプル表面から0.35〜1000μmの深さに1〜90原子%の濃度で存在することを特徴とする請求の範囲第6項、第7項、第9項、第10項または第11項に記載のシリコンインプラント。
- 元素がサンプル表面から0.35〜100μmの深さに1〜50原子%の濃度で存在することを特徴とする請求の範囲第72項に記載のシリコンインプラント。
- 元素がサンプル表面から0.35〜100μmの深さに1〜10原子%の濃度で存在することを特徴とする請求の範囲第72項に記載のシリコンインプラント。
- 元素がサンプル表面から20〜30μmの深さに1〜10原子%の濃度で存在することを特徴とする請求の範囲第72項に記載のシリコンインプラント。
- 更に、半導体バルクを処理してその少なくとも一部を多孔質とするステップを含むことを特徴とする請求の範囲第54項に記載の方法。
- 有効物質を導入するステップが、
(a)有効物質を半導体の多孔質部分と接触させるステップ、
(b)有効物質を溶融相とするステップ、
(c)溶融した有効物質を半導体の多孔質部分に導入するステップ
を含むことを特徴とする請求の範囲第76項に記載の方法。 - 有効物質の多孔質半導体への導入を多孔質半導体に熱を加えることにより促進することを特徴とする請求の範囲第77項に記載の方法。
- 更に、多孔質半導体材料に導入した有効物質を熱分解するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第77項に記載の方法。
- 半導体材料に導入した有効物質を酸化剤と反応させるステップを含むことを特徴とする請求の範囲第77項に記載の方法。
- 半導体がシリコンであることを特徴とする請求の範囲第76項〜第80項のいずれか1項に記載の方法。
- 含浸物質を多孔質半導体材料と接触させるステップを含む多孔質半導体材料に含浸物質を含浸させる方法であって、更に
(a)含浸物質を溶融相とするステップ、
(b)溶融した含浸物質を多孔質半導体材料に導入するステップ
を含むことを特徴とする前記方法。 - 含浸物質の多孔質半導体への導入を多孔質半導体に熱を加えることにより促進することを特徴とする請求の範囲第82項に記載の方法。
- 更に、半導体材料に導入した含浸物質を熱分解するステップを含むことを特徴とする請求の範囲第82項に記載の方法。
- 半導体材料に導入した含浸物質を酸化剤と反応させるステップを含むことを特徴とする請求の範囲第82項に記載の方法。
- 含浸物質が金属塩からなることを特徴とする請求の範囲第82項〜第85項のいずれか1項に記載の方法。
- 含浸物質が2つ以上の金属塩からなることを特徴とする請求の範囲第86項に記載の方法。
- 金属塩が硝酸マンガン、硝酸クロム、硝酸銀または硝酸カルシウムであることを特徴とする請求の範囲第86項に記載の方法。
- 金属塩が1つ以上の遷移金属または希土類金属の塩であることを特徴とする請求の範囲第86項に記載の方法。
- 塩が硝酸塩、アルコキシド、β−ジケトン、または混合アルコキシド/β−ジケトンであることを特徴とする請求の範囲第86項に記載の方法。
- 塩が800℃未満の融点を有することを特徴とする請求の範囲第86項に記載の方法。
- 塩が400℃未満の融点を有することを特徴とする請求の範囲第86項に記載の方法。
- 塩が0〜150℃の融点を有することを特徴とする請求の範囲第86項に記載の方法。
- 多孔質半導体材料が多孔質シリコンであることを特徴とする請求の範囲第82項〜第93項のいずれか1項に記載の方法。
- 多孔質シリコンが3から60%の範囲の多孔度を有することを特徴とする請求の範囲第94項に記載の方法。
- 含浸物質を含浸させた多孔質シリコンのサンプルであって、前記サンプルはサンプル表面及び含浸元素からなる含浸物質を有し、前記含浸元素がサンプル表面から0.35〜1000μmの深さに1〜90原子%の濃度で存在することを特徴とする前記サンプル。
- 含浸元素がサンプル表面から0.35〜100μmの深さに1〜50原子%の濃度で存在することを特徴とする請求の範囲第96項に記載のサンプル。
- 含浸元素がサンプル表面から0.35〜100μmの深さに1〜10原子%の濃度で存在することを特徴とする請求の範囲第96項に記載のサンプル。
- 含浸元素がサンプル表面から20〜30μmの深さに1〜10原子%の濃度で存在することを特徴とする請求の範囲第96項に記載のサンプル。
- 含浸元素が金属からなることを特徴とする請求の範囲第96項から第99項のいずれか1項に記載のサンプル。
- 金属がマンガン、クロム、銀またはカルシウムであることを特徴とする請求の範囲第100項に記載のサンプル。
- 金属が遷移金属または希土類金属であることを特徴とする請求の範囲第100項に記載のサンプル。
- 有効物質が実質的に金属塩から構成されることを特徴とする請求の範囲第77項から第81項のいずれか1項に記載の方法。
- 有効物質が実質的に2つ以上の金属塩の混合物から構成されることを特徴とする請求の範囲第77項から第81項のいずれか1項に記載の方法。
- 有効物質が293゜K及び760mmHgで固体であることを特徴とする請求の範囲第77項から第81項のいずれか1項に記載の方法。
- 含浸物質が実質的に金属塩から構成されることを特徴とする請求の範囲第82項から第86項のいずれか1項または請求の範囲第88項から第93項のいずれか1項に記載の方法。
- 含浸物質が実質的に2つ以上の金属塩の混合物から構成されることを特徴とする請求の範囲第87項に記載の方法。
- 含浸物質が293゜K及び760mmHgで固体であることを特徴とする請求の範囲第82項から第85項のいずれか1項に記載の方法。
- 元素がサンプル表面から10〜100μmの深さに1〜50原子%の濃度で存在することを特徴とする請求の範囲第73項に記載のシリコンインプラント。
- 元素がサンプル表面から10〜100μmの深さに1〜10原子%の濃度で存在することを特徴とする請求の範囲第74項に記載のシリコンインプラント。
- 元素がサンプル表面から10〜100μmの深さに1〜50原子%の濃度で存在することを特徴とする請求の範囲第97項に記載のサンプル。
- 元素がサンプル表面から10〜100μmの深さに1〜10原子%の濃度で存在することを特徴とする請求の範囲第98項に記載のサンプル。
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