JP4805693B2 - イオントフォレーシス装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、分極性電極を利用したイオントフォレーシス装置及びその製造方法に関し、特に、分極性電極におけるpH変化を抑制することができるイオントフォレーシス装置及びその製造方法に関する。
イオントフォレーシスは、プラス又はマイナスのイオンに解離した薬物(薬物イオン)を電圧により駆動して経皮的に生体内に移行させるものであり、患者に対する負担が少なく、薬物の投与量の制御性に優れるなどの利点を有している。
図4は、上記イオントフォレーシスを行うための装置であるイオントフォレーシス装置101の基本的な構成を示す説明図である。
図示されるように、イオントフォレーシス装置101は、電極111とプラス又はマイナスの薬物イオンを含む薬液を保持する薬液保持部112とを収容する作用側電極構造体110、電極121と電解液を保持する電解液保持部122とを収容する非作用側電極構造体120、及び給電線131、132を介して電極111、121に両端を接続された電源130を備えており、薬液保持部112及び電解液保持部122を生体皮膚に接触させた状態で電極111に薬物イオンと同一極性の電圧を、電極121にその反対極性の電圧を印加することで薬物イオンが生体に投与される。
このようなイオントフォレーシス装置101における解決課題の一つに電極構造体110、120中において通電の際に生じる種々の電極反応がある。
例えば、薬液中の薬物イオンがプラスイオンである場合には、電極反応によって電極111において酸素ガスや塩素ガス、或いは水素イオンや次亜塩素酸が発生する場合があり、薬物の種類によっては薬物が化学反応を起こして変質する場合がある。一方、電極121においては水素ガス、或いは水酸基イオンが発生する場合がある。
同様に、薬液中の薬物イオンがマイナスイオンである場合には、電極反応によって電極111においては水素ガス、或いは水酸基イオンが発生する場合があり、薬物の種類によっては薬物が化学反応を起こして変質する場合がある。一方、電極121においては酸素ガスや塩素ガス、或いは水素イオンや次亜塩素酸が発生する場合がある。
電極構造体110、120において上記のようなガスが発生した場合には、電極111、121から薬液、電解液への通電が阻害されることになり、水素イオン、水酸基イオン、次亜塩素酸が生成された場合には、これらが生体界面に移行することで生体に有害な作用を及ぼす懸念を生じる。また薬物の変質を生じると、薬効の低下や消失を生じ、或いは有毒性の物質が生成されるなどの好ましくない状況を生じる場合がある。
上記のような通電時における電極反応に起因する問題を解決するための手法としては、電極に銀−塩化銀などの活性電極を使用する手法(例えば特許文献1)や、電極界面に水よりも酸化還元電位の低い電解質を溶解した電解液を介在させる手法(例えば特許文献2)が知られている。
しかしながら、前者の手法では、装置の保管中に進行する活性電極と薬物との反応を抑止することが難しく、或いは通電の際に生じる活性電極のモルフォロジー変化に対処するための特別な措置が必要になるなどの副次的な問題が派生する。後者の手法においても、電解液と薬液との混合を防止することが難しく、またその分離のために装置構成が複雑化するなどの副次的な問題が派生する。
このため、本願出願人は、通電時における電極反応に起因する問題を解決するための新たな手法を案出し、これを特願2005−363085号(以下、「先の出願」という)として特許出願を行っている。
図5は、先の出願において一実施形態として開示されるイオントフォレーシス装置における作用側電極構造体210の構成を示す説明図である。
図示されるように、作用側電極構造体210は、電極の表面での電気2重層の形成により電解液への通電を生じる性質を有する電極である分極性電極(電気2重層容量キャパシタ(ECDC)とも呼ばれる)211、分極性電極211の前面側に配置され、この分極性電極211に接触する薬液を保持する薬液保持部212、及びこれらを収容する容器213とを有している。
かかる電極構造体210を備えるイオントフォレーシス装置では、分極性電極211の表面での電気2重層の形成により分極性電極211から薬液への通電を生じるため、従来のイオントフォレーシス装置における電極反応による問題を軽減又は解消することが可能である。
更に、この電極構造体210を使用すれば、特許文献1における電極と薬物の反応の問題や電極のモルフォロジー変化に起因する問題、或いは特許文献2における薬液と電解液の分離の困難性や装置構成の複雑化などの問題も解決することが可能である。
米国特許第4744787号公報 特開平4−297277号公報
しかしながら、本願発明者らが、上記のような薬液に接触する分極性電極を有するイオントフォレーシス装置の検討を行ううちに、投与される薬物の種類などによっては、薬液のpH値に著しい低下が生じる場合があり、そのために、装置を構成する部材(例えば電極構造体210における容器213)の劣化や生体皮膚における肌荒れや炎症などの問題が発生する場合があることが明らかとなった。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、薬液に接触する分極性電極を有するイオントフォレーシス装置における薬液のpH値の低下を抑制することが可能なイオントフォレーシス装置又はその製造方法を提供することにある。
本発明は、
第1の薬物と酸との塩を溶解した薬液を保持する電極構造体を備え、
前記電極構造体が、前記第1の薬物と同一種類の第2の薬物を吸着させた分極性電極であって、前記薬液に接触する分極性電極を有することを特徴とするイオントフォレーシス装置(請求項1)、又は、
第1の薬物と酸との塩を溶解した薬液を保持する電極構造体を備え、
前記電極構造体が、前記薬液に接触する分極性電極を有するイオントフォレーシス装置の製造方法であって、
前記分極性電極に前記第1薬物と同一種類の第2の薬物を吸着させる第1工程と、
前記第1工程の後に実施される第2工程であって、前記分極性電極に前記薬液を接触させる第2工程とを有することを特徴とするイオントフォレーシス装置の製造方法(請求項9)である。
本発明者らは、薬液と接触する分極性電極を有するイオントフォレーシス装置について鋭意検討を重ねた結果、上記薬液として薬物と酸との塩を溶解した薬液が使用される場合において薬液のpH値の急激な低下が生じることを見出した。例えば、塩酸リドカイン水溶液のpH値は5〜7程度であるが、活性炭繊維よりなる分極性電極に塩酸リドカイン水溶液を接触させると、そのpH値は極めて短時間のうちに2.5程度にまで低下する。
本発明によれば、分極性電極を有し、薬物と酸との塩を溶解した薬液と接触する分極性電極を有するイオントフォレーシス装置における上記のような薬液のpH値の著しい低下を防止し、或いは少なくともpH値の低下の度合い又は低下速度を小さくすることが可能となる。
また本発明では、分極性電極における通電は、分極性電極の表面に電気2重層が形成されることにより生じるが故に、電極反応を生じさせることなく、或いは電極反応を低減させた状態で、薬液への通電を行うことが可能であり、その結果、酸素ガスや塩素ガスなどのガスの発生、或いは水素イオンや次亜塩素酸などの好ましくないイオンの発生、或いは化学反応による薬物イオンの変質を抑止し、又は少なくとも低減することができる。
本発明における酸は、水溶液中において水素イオンを増大させる物質をいい、典型的な酸としては塩酸や臭化水素酸、硝酸、硫酸などを例示することができる。
本発明における第1の薬物は、生体に投与されるべき薬物であり、電極構造体に保持される薬液中に含まれる薬物である。
本発明における第1の薬物と酸との塩としては、例えば、リドカイン(C1422O)と塩酸との塩である塩酸リドカイン(C1422O・HCl)、モルヒネ(C1719NO)と塩酸の塩である塩酸モルヒネ(C1719NO・HCl)、キニジン(C2024)と硫酸との塩である硫酸キニジン((C2024・HSO)などを例示することができる。
なお第1の薬物と酸との塩は、一般には第1の薬物が非親水性である場合に、その第1の薬物の水に対する溶解度を高めるために使用される場合が多いが、本発明における薬物と酸との塩は、必ずしも水に対する溶解度を高めることを目的として使用されるものである必要はない。
本発明における第2の薬物は、薬液に含まれる第1の薬物と同一種類の薬物である。従って、薬液に含まれる第1の薬物(生体に投与されるべき薬物)がリドカインである場合には、分極性電極にはリドカインが吸着されることになり、薬液に含まれる第1の薬物(生体に投与されるべき薬物)がモルヒネである場合には、分極性電極にはモルヒネが吸着されることになる。
本発明における分極性電極は、電極の表面での電気2重層の形成により電解液への通電を生じる性質を有する電極(電気2重層容量キャパシタ)である。
本発明における分極性電極には、単位重量当たりの静電容量が1F/g以上の導電体を含有する分極性電極、或いは比表面積が10m/g以上の導電体を含有する分極性電極を使用することが好ましく、これにより、分極性電極の表面に電気2重層が形成されることによる通電量を増大させ、電極反応によるガスや好ましくないイオンの発生、或いは薬物イオンの変質を生じることなく、より多量の薬物イオンを投与することができるイオントフォレーシス装置を実現することができる。
上記における分極性電極に含有される導電体としては、金、銀、アルミニウム、ステンレスなどの金属導電体、或いは活性炭や酸化ルテニウムなどの非金属導電体を使用することが可能であるが、この導電体として非金属導電体を使用することが特に好ましく、これにより、分極性電極から金属イオンが溶出して生体に移行する懸念を低減又は解消することが可能となる。なお、分極性電極を構成する導電体として、アルマイトなどの表面に不溶化処理が施された金属導電体を使用した場合も同様の効果を得ることができる。
本発明における分極性電極は、活性炭を含有する電極とすることも可能であり、これにより、安価かつ安全であり、静電容量の高い分極性電極を得ることができる。
上記活性炭としては、ヤシ殻、木粉、石炭、ピッチ、コークスなどの炭素を含有する原料を炭化、賦活することで得られるごく普通の活性炭を使用することが可能である。上記活性炭は、単位重量当たりの静電容量が1F/g以上であること、或いは比表面積が10m/g以上であることが好ましい。
分極性電極に含有される上記活性炭としては活性炭繊維を使用することが可能であり、この場合には分極性電極の取扱性の向上という追加的な効果を得ることができる。活性炭繊維は、例えば、織布や不織布の形態のものを使用することができる。活性炭繊維としては、ノボロイド繊維(フェノール樹脂を繊維化した後、架橋処理し、分子構造を3次元化させた繊維)を炭化、賦活させたものを使用することが特に好ましく、これにより、取扱性や柔軟性、機械的強度(引っ張り強度など)に優れるとともに極めて比表面積が高く、静電容量の大きい分極性電極を得ることができる。
なお、この場合における分極性電極は、活性炭又は活性炭繊維のみから構成されていても良く、賦型性や保型性、或いは取扱性向上のためのバインダポリマーなどの他の成分が活性炭又は活性炭繊維に配合されていても良い。この場合に好適に使用することができるバインダーポリマーとしては、ポリテトラフルオロエチレン又はポリフッ化ビニリデンフロライドを例示することができる。活性炭又は活性炭繊維97〜80重量部に対するバインダーポリマーの好ましい配合量は3〜20重量部である。
本発明における分極性電極への薬物の吸着には、分極性電極を構成する物質と薬物(又は薬物イオン)とがクーロン力、ファンデルワールス力などが作用することによる物理吸着の他、分極性電極を構成する物質と薬物(又は薬物イオン)との間に形成される化学吸着が含まれる。
請求項1の発明における分極性電極への第2の薬物の吸着は、第2の薬物を有機溶媒に溶解した溶液により分極性電極を処理することにより生じさせること(請求項2)が可能であり、請求項9の発明における分極性電極に第2の薬物を吸着させる第1工程は、前記第2の薬物を有機溶媒に溶解した溶液を前記分極性電極に含侵させる第1ステップと、前記分極性電極を乾燥させて有機溶媒を蒸発させる第2ステップとを含むこと(請求項10)が可能である。
この場合における有機溶媒としては、エタノールなどの低級アルコールを好ましく使用することができる。分極性電極として活性炭又は活性炭繊維を含む分極性電極を使用し、第1の薬物としてリドカインを使用する場合であれば、請求項2及び請求項10の発明における第2の薬物を分極性電極に吸着させるための処理は、分極性電極に、3〜50%のリドカインのエタノール溶液、より好ましくは5〜20%のリドカインのエタノール溶液、特に好ましくは8〜12%のリドカインのエタノール溶液を含浸させた後に乾燥させる処理、又は好ましくはこれを2〜4回程度繰り返す処理とすることができる。なお、上記におけるリドカインのエタノール溶液の濃度は、リドカイン及びエタノールの合計重量に対するリドカインの重量割合である。
請求項1の発明における分極性電極への第2の薬物の吸着は、第2の薬物と酸との塩を溶解した水溶液により分極性電極を処理することにより生じさせること(請求項3)が可能であり、請求項9の発明における分極性電極に第2の薬物を吸着させる第1工程は、前記第2の薬物と酸との塩を溶解した水溶液を前記分極性電極に含侵させる第1ステップと、前記第1ステップの後に実施される第2ステップであって、前記分極性電極を水洗する第2ステップと、前記第2ステップの後に実施される第3ステップであって、前記分極性電極を乾燥させて水分を蒸発させる第3ステップとを含むこと(請求項11)が可能である。
例えば、分極性電極として活性炭又は活性炭繊維を含有する分極性電極を使用し、第1の薬物としてリドカインを使用する場合であれば、請求項3及び請求項11の発明における第2の薬物を分極性電極に吸着させるための処理は、分極性電極に、3〜50%の塩酸リドカイン水溶液、より好ましくは5〜20%の塩酸リドカイン水溶液、特に好ましくは8〜12%の塩酸リドカイン水溶液に分極性電極を含浸させた後に、好ましくは水洗し、その後乾燥させる処理、又は好ましくはこれを2〜4回程度繰り返す処理とすることができる。なお、上記における塩酸リドカイン水溶液の濃度は、塩酸リドカイン及び水の合計重量に対する塩酸リドカインの重量割合である。
請求項1の発明における第2の薬物の吸着は、予めグリセリン処理がなされた前記分極性電極に対してなされるものであること(請求項4)、或いは請求項9における第1工程は、前記分極性電極をグリセリンで処理する第3工程の後に実施されること(請求項12)が好ましく、これにより、特に分極性電極が活性炭又は活性炭繊維である場合における分極性電極と第2の薬物を有機溶媒に溶解した溶液又は第2の薬物と酸との塩を溶解した水溶液との親和性を高め、第2の薬物の吸着の効率又は容易性を高めることが可能となる。なお、活性炭又は活性炭繊維のグリセリンによる処理は周知の方法により行うことができる。
本発明における薬液は、分極性電極に含浸させて保持すること(請求項5)が可能であり、これにより分極性電極から薬液への通電性を向上させることが可能である。
本発明における薬液は、分極性電極の前面側に配置された薬液保持部において保持すること(請求項6)も可能であり、この場合には、電極構造体に保持される薬物量の調整の自由度を高めることが可能となる。
本明細書における「薬物」は、調製されているか否かに関わらず、一定の薬効又は薬理作用を有し、病気の治療、回復又は予防、健康の増進又は維持、病状や健康状態などの診断、或いは美容の増進又は維持などの目的で生体に投与される物質を意味する。
本明細書における「薬物イオン」は、薬物がイオン解離することにより生じるイオンであって、薬効又は薬理作用を担うイオンを意味する。
本明細書における「薬液」は、薬物イオンを含む流動物を意味し、本明細書における「薬液」には、薬物を水などの溶媒に溶解させた溶液や薬物が液状である場合における原液などの液体状態のものだけでなく、薬物の少なくとも一部が薬物イオンに解離する限り、薬物を溶媒に懸濁又は乳濁させたもの、軟膏状又はペースト状に調整されたものなど各種の状態のものを含む。
本明細書における「薬物対イオン」は、薬液中に存在するイオンであって、薬物イオンとは反対極性のイオンを意味する。
本明細書における「皮膚」は、イオントフォレーシスによる薬物イオンの投与を行い得る生体表面を意味しており、例えば口腔内の粘膜なども含まれる。「生体」は人及び動物を含む。
本明細書における「生体対イオン」は、生体の皮膚上又は生体内に存在するイオンであって、薬物イオンと反対極性のイオンを意味する。
本明細書における「前面側」は、薬物イオンの投与に際して装置内を流れる電流の経路上における生体皮膚に近い側を意味する。
イオン交換膜としては、イオン交換樹脂を膜状に形成したものの他、イオン交換樹脂をバインダーポリマー中に分散させ、これを加熱成型などにより製膜することで得られる不均質イオン交換膜や、イオン交換基を導入可能な単量体、架橋性単量体、重合開始剤などからなる組成物、又はイオン交換基を導入可能な官能基を有する樹脂を溶媒に溶解させたものを、布や網、或いは多孔質フィルムなどの基材に含浸充填させ、重合又は溶媒除去を行った後にイオン交換基の導入処理を行うことにより得られる均質イオン交換膜など各種のイオン交換膜が知られているが、本発明のイオン交換膜には、これらのイオン交換膜を特段の制限無く使用することができる。
本明細書におけるカチオン交換膜は、陽イオンの通過を許容する一方で陰イオンの通過を遮断する機能を有するイオン交換膜(即ち、陽イオンが陰イオンよりも通過し易いイオン交換膜)であり、具体的には、(株)トクヤマ製ネオセプタCM−1、CM−2、CMX、CMS、CMBなどを例示することができる。
同様に、本明細書におけるアニオン交換膜は、陰イオンの通過を許容する一方で陽イオンの通過を遮断する機能を有するイオン交換膜(即ち、陰イオンが陽イオンよりも通過し易いイオン交換膜)であり、具体的には、(株)トクヤマ製ネオセプタAM−1、AM−3、AMX、AHA、ACH、ACSなどの陰イオン交換基が導入されたイオン交換膜を例示することができる。
本発明のイオン交換膜には、多孔質フィルム中にイオン交換樹脂が充填されたタイプのイオン交換膜を特に好ましく使用することができる。具体的には、0.005〜5.0μm、より好ましくは0.01〜2.0μm、最も好ましくは0.02〜0.2μmの平均孔径(バブルポイント法(JIS K3832−1990)に準拠して測定される平均流孔径)の多数の小孔が、20〜95%、より好ましくは30〜90%、最も好ましくは30〜60%の空隙率で形成された5〜140μm、より好ましくは10〜120μm、最も好ましくは15〜55μmの膜厚を有する多孔質フィルムを使用し、5〜95質量%、より好ましくは10〜90質量%、特に好ましくは20〜60質量%の充填率でイオン交換樹脂を充填させたイオン交換膜を使用することができる。
本明細書においてイオン選択膜又はイオン交換膜について述べる「イオンの通過の遮断」は、必ずしも一切のイオンを通過させないことを意味するのではなく、例えば、ある特定のイオンの通過速度又は通過量が他の特定のイオンよりも十分に小さいがために、当該イオン選択膜又はイオン交換膜に求められる機能が十全に発揮される場合を含む。同様に、イオン選択膜又はイオン交換膜について述べる「イオンの通過の許容」は、イオンの通過に一切の制約が生じないことを意味するのではなく、例えば、イオンの通過がある程度制約される場合であっても、当該イオン選択膜又はイオン交換膜に求められる機能が十全に発揮される程度のイオンの通過速度又は通過量が確保される場合を含む。
図1は、本発明の一実施形態に係るイオントフォレーシス装置1の構成を示す説明図である。
図示されるように、イオントフォレーシス装置1は、主として作用側電極構造体10、非作用側電極構造体20及び電源30から構成されている。
作用側電極構造体10は、電源30のプラス極に給電線31を介して接続される集電体12及び集電体12の前面側に配置される分極性電極13を備え、その全体がケース又は容器18に収容されている。
一方、非作用側電極構造体20は、電源30のマイナス極に給電線32を介して接続される電極21及び電極21に接触する電解液を保持する電解液保持部25を備えており、その全体がケース又は容器28に収容されている。
上記集電体12は、給電線31からの電流を分極性電極13のなるべく広い面積に均等な電流密度で給電するための部材である。
集電体12には、金属などの任意の導電性材料を使用することができるが、分極性電極13を構成する導電体よりも比抵抗又は面抵抗が小さい導電性材料を使用することが好ましい。また集電体12に薬液が接触した場合における集電体12からの金属成分の溶出を防止するなどの意味で、集電体12には、炭素繊維又は炭素繊維紙を特に好ましく使用することができる。この場合、本願出願人による特願2004−317317号に開示されるポリマーマトリクスにカーボンを混入させた端子部材と、当該端子部材に取り付けられた炭素繊維又は炭素繊維紙よりなる導電シートを有する集電体や、特願2005−222892号に開示される炭素繊維又は炭素繊維紙よりなる導電シート部及び炭素繊維又は炭素繊維紙よりなる延長部を有し、当該延長部の一部に撥水性ポリマーが含浸された集電体を特に好ましく使用することができる。
或いは、図示のように、プラスチックなどの基体11上にカーボン粉などの導電粉を含有する導電塗料を塗布することにより形成された導電塗膜により集電体12を構成することで、集電体12の形成に係る製造コストを低減させることも可能である。この場合における給電線31と集電体12の電気的接続は任意の方法により行うことが出来るが、図では、基体11に形成されたスルーホールTにより基体11の裏面に形成されたランドLと集電体12を接続し、給電線31がこのランドLに導電性接着剤などにより接続される例が示されている。
分極性電極13には、単位体積当たりの静電容量が100mF/g以上の導電体、又は比表面積が1m/g以上の導電体、又は活性炭を含有する板状ないし膜状の部材を使用することができる。
特に好ましい分極性電極13の構成としては、比表面積100m/g程度の活性炭粉末97〜80重量部に対してポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンフロライドなどのバインダーポリマー3〜20重量部を配合した組成物を膜状に成形したものを例示することができる。
更に好ましい分極性電極13の構成としては、活性炭繊維の織布又は不織布、或いはこれにポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化ビニリデンフロライドなどのバインダーポリマーを3〜20重量部程度含浸させたものを例示することができる。この場合の活性炭繊維としては、極めて高い比表面積(例えば1000〜2500m/g)と高い引張強度(例えば300〜400N/mm)を有し、柔軟性にも優れるノボロイド繊維を炭化、賦活することで得られる活性炭繊維を好ましく使用できる。ノボロイド繊維を炭化、賦活することで得られる活性炭繊維は、例えば「カイノール活性炭繊維」の商品名で日本カイノール社から入手することができる。
分極性電極13には、薬物が吸着しているとともに、薬物イオンと酸との塩を溶解した水溶液からなる薬液が含浸保持されている。
上記薬物の吸着及び薬液の含浸は下記の手順で行うことができる。
即ち、第1工程として、分極性電極13に薬物を吸着させる処理が行われる。ここで分極性電極13に吸着される薬物(第2の薬物)は、後述の第2工程において分極性電極13に含浸される薬液中の薬物(第1の薬物)と同一種類の薬物である。この処理は、薬物(第2の薬物)を有機溶媒に溶解した溶液を分極性電極13に含浸させ、好ましくはその後乾燥することにより行うことができる。この場合における有機溶媒としては、生体への安全性に優れ、ある程度揮発性の高いエタノールなどの低級アルコールを好ましく使用することができる。また、上記溶液の分極性電極13への含浸は、分極性電極13に上記溶液を滴下し、或いは分極性電極13を上記溶液中に浸漬することにより行うことができる。
分極性電極13に薬物イオンを吸着させるための上記第1工程は、薬物(第2の薬物)と酸との塩を溶解した水溶液を分極性電極13に含浸させ、好ましくはその後水洗し、これを乾燥することにより行うことも可能である。上記溶液の分極性電極13への含浸は、分極性電極13に上記水溶液を滴下し、或いは分極性電極13を上記水溶液中に浸漬することにより行うことができる。
上記第1工程の後に、第2工程として、分極性電極13に薬物(第1の薬物)と酸との塩を溶解した薬液を含浸させる処理が行われる。この処理は、分極性電極13に薬液を滴下し、或いは分極性電極13を薬液に浸漬するなどにより行うことができる。
なお、特に分極性電極13として活性炭繊維を含む分極性電極を使用する場合には、上記第1工程に先だって、分極性電極13をグリセリンにより処理する(第3工程)ことが好ましい。
即ち、活性炭繊維は疎水性であるなどの理由で、無処理の活性炭繊維に第2の薬物を有機溶媒に溶解した溶液又は第2の薬物イオンと酸との塩を溶解した水溶液を接触させても、これらの溶液又は水溶液は容易には活性炭繊維には浸透しないが、活性炭繊維を含む分極性電極13にグリセリン処理を施すことによりこれらの溶液又は水溶液の浸透性を高めることが可能となり、そのために第1工程をよりスムーズに行うことが可能となる。
第2工程において分極性電極13に含浸させる薬液に、増粘剤を配合して薬液粘度を調整することにより、分極性電極13内における薬液の保持性を向上させることが可能であり、これにより、分極性電極13の取扱性や装置の組立の容易性を高めることができる。この場合に使用できる特に好ましい増粘剤としてはHPC(ヒドロキシプロピルセルロース)を例示することができる。HPCの適切な配合量の範囲は1〜5%程度である。
本実施形態では、薬液が分極性電極13に含浸して保持される構成であるため、分極性電極13として、薬液の浸透性に優れる活性炭又は活性炭繊維を含む分極性電極を使用することが特に好ましい。
集電体12と分極性電極13との機械的及び/又は電気的な接触状態を良好に保つために、集電体12と分極性電極13を導電性接着剤Aにより接着させることが可能である。導電性接着剤Aとしては、薬液が接触した場合における金属イオンの溶出を防止するなどの意味で、導電性フィラーとしてカーボン粉が使用された導電性接着剤を使用することが好ましい。
作用側電極構造体10は、任意的な構成として、分極性電極13の前面側にイオン選択膜16を備えることも可能である。
イオン選択膜16には、分極性電極13中の薬物イオンの通過を許容する一方で、生体対イオンの通過を遮断する特性を有する膜状の部材を使用することが好ましく、これにより、薬物イオンの投与効率を上昇させることができる。
イオン選択膜16は、イオンの分子量やサイズ、或いは立体的形状に基づいて上記イオンの通過の許容及び遮断を行う半透膜の形態を採ることが可能であり、電荷に基づいて上記イオンの通過の許容及び遮断を行う電荷選択膜の形態を採ることも可能である。電荷選択膜の形態のイオン選択膜16としては、カチオン交換膜を特に好ましく使用することができる。
イオン選択膜16としてカチオン交換膜を使用する場合には、分極性電極13とカチオン交換膜16を接触させて通電した場合にカチオン交換膜16の近傍において生じるガスの発生を防止するために、分極性電極13とカチオン交換膜16の間にイオンの通過を許容できる絶縁性の素材により形成される隔離部材を配置するなどにより、分極性電極13とカチオン交換膜16とが接触しないようにすることが好ましい。この場合の隔離部材には、分極性電極13に含浸される薬液と同一組成の薬液を保持させることが好ましく、これにより、分極性電極13からカチオン交換膜16への通電性を高めることができる。
電極21には、任意の導電性材料を特段の制限無しに使用することが可能であるが、銀/塩化銀電極などの水よりも酸化還元電位の低い導電性材料を用いた電極を使用し、或いは分極性電極を使用することで、水の電気分解によるガスや好ましくないイオンの発生を抑止又は抑制することが可能である。電極21に分極性電極を使用する場合には、電解液保持部25に保持される電解液と同一又は異なる組成の電解液を分極性電極に含浸させることにより、分極性電極から電解液への通電性を向上させることができる。
電解液保持部25に保持される電解液を適切に選択するなどによって水の電気分解によるガスや好ましくないイオンの発生を防止できる場合、或いは通電量が小さいなどのために非作用側電極構造体20における電極反応が問題とならない場合などには、電極21に、金、白金、ステンレス、カーボンなどの不活性電極を使用することも可能である。
電解液保持部25は、電極21から生体皮膚への通電性を確保することができる任意の電解質を溶解した電解液を保持することができるが、水よりも酸化還元電位の低い電解質を使用し、或いは複数種類の電解質を溶解した緩衝電解液とすることで、通電の際における水の電気分解によるガスの発生やイオンの生成、或いはこれによるpH変化を抑制することができる。
上記の目的を達成することができる電解液としては、例えば、0.5Mのフマル酸ナトリウムと0.5Mのポリアクリル酸の5:1混合液を例示することができる。
電解液保持部25は、電解液を液体状体で保持することができ、天然繊維、人工繊維の織布や不織布、多孔質膜、或いはゲルなどの適当な吸収性の担体に含浸させて保持することもできる。
電解液保持部25の前面側には、任意的な部材として、生体側から電解液保持部25へのプラスイオンの通過を遮断し、電解液保持部25から生体側へのマイナスイオンの通過を許容する特性を有するイオン選択膜26を配置することが可能であり、これにより、皮膚界面におけるイオンバランスの安定性を高めることができる。
イオン選択膜26は、電荷に基づいて上記イオンの通過の許容及び遮断を行う電荷選択膜の形態を取ることができ、イオンの分子量やサイズ、或いは立体的形状に基づいて上記イオンの通過の許容及び遮断を行う半透膜の形態を取ることができる。特に好ましくは、イオン選択膜26として、アニオン交換膜を使用することができる。
作用側電極構造体10及び非作用側電極構造体20の容器18、28は、内部に上述の各要素を収容できる空間が形成され、下面が開放されたプラスチックなどの任意の素材から形成される部材である。容器18、28は、好ましくは内部からの水分の蒸発や外部からの異物の侵入を防ぐことができ、生体の動きや皮膚の凹凸に追随できる柔軟な素材から形成することができる。容器18、28の下面には、イオントフォレーシス装置1の保存中における水分の蒸発や異物の混入を防ぐことができる適宜の材料からなり、使用に際して取り外されるライナー(不図示)を貼付することができ、更には、容器18、28の下面の外周縁などに生体皮膚との密着性を向上させるための粘着剤層を設けることも可能である。
電源30としては、電池、定電圧装置、定電流装置、定電圧・定電流装置などを使用することができるが、本実施形態では、0.01〜1.0mA/cm、好ましくは、0.01〜0.5mA/cmの範囲で電流調整が可能であり、50V以下、好ましくは、30V以下の安全な電圧条件で動作する定電流装置が使用される。
イオントフォレーシス装置1では、分極性電極13(イオン選択膜16を備える場合はイオン選択膜16)及び電解液保持部25(イオン選択膜26を備える場合はイオン選択膜26)を生体皮膚に当接させた状態で、電源30から集電体12及び電極21に、それぞれプラス及びマイナスの電圧を印加することにより、分極性電極13中の薬物イオンが生体に投与される。
イオントフォレーシス装置1の作用側電極構造体10では、薬液への通電が分極性電極13を介して行われるため、通電の際における電極反応を抑止又は抑制することができ、酸素ガス、塩素ガスなどのガスや水素イオン、次亜塩素酸などの有害なイオンの生成、或いは薬物イオンの化学反応による変質を防止し、又は少なくとも低減することができる。
更に、イオントフォレーシス装置1では、分極性電極13に薬物を吸着させる処理がなされているために、薬液を分極性電極13に接触(含浸)させることによる薬液のpH値の低下を抑制することができる。従って、薬液のpH値の低下による容器18や接着剤Aなどの作用側電極構造体10を構成する部材の劣化を抑止又は抑制することが可能となり、或いはそのような部材に使用される材料の選択の幅を広げることが可能となる。或いは、薬液のpH値が低下した状態で生体への薬物イオンの投与を行った場合における生体皮膚における肌荒れや炎症を防止ないし軽減する効果を期待することも可能である。
以下、本実施形態における発明の効果を確認するために行われた実験結果について説明する。
<実施例1>
分極性電極13として17mmφに裁断され、予めグリセリン処理が施されたカイノール社製活性炭繊維ACC507−15(活性炭繊維含有量100%、目付120g/m、厚み0.5mm、比表面積1500m/g)を使用し、これに100μlのリドカインの10%エタノール溶液(エタノール90重量部に対してリドカイン塩酸塩10重量部を溶解した溶液)を滴下することで含浸させた後、強制エアフローオーブンWFO−500を使って40℃の加温条件下で10分間風乾させることにより、分極性電極13に第2の薬物であるリドカインを吸着させた(第1工程)。
第1工程においてリドカインを吸着させた分極性電極13に、80μlのリドカイン塩酸塩の10%水溶液(水90重量部に対してリドカイン塩酸塩10重量部を溶解した水溶液)よりなる薬液を滴下することで、分極性電極13に薬液を含浸させた(第2工程)。
<実施例2>
実施例1と同様の分極性電極13に100μlのリドカインの5%エタノール溶液を実施例1と同様にして含浸させた後、実施例1と同様の条件下で風乾させることにより分極性電極13に第2の薬物であるリドカインを吸着させた(第1工程)。
第1工程においてリドカインを吸着させた分極性電極13に実施例1と同組成、同量の薬液を滴下することで、分極性電極13に薬液を含浸させた(第2工程)。
<実施例3>
実施例1と同様の分極性電極13に100μlの10%リドカイン水溶液(水90重量部に対してリドカイン塩酸塩10重量部を溶解した水溶液)を実施例1と同様にして含浸させた後に流水中で十分に水洗し、その後、実施例1と同様の条件下で風乾させることにより分極性電極13に第2の薬物であるリドカインを吸着させた(第1工程)。
第1工程においてリドカインを吸着させた分極性電極13に実施例1と同組成、同量の薬液を滴下することで、分極性電極13に薬液を含浸させた(第2工程)。
<比較例>
実施例1と同様の分極性電極13を使用し、第2の薬物であるリドカインを吸着させる処理(第1工程)を行わずに、分極性電極13に実施例1と同組成、同量の薬液を滴下することで、分極性電極13に薬液を含浸させた(第2工程)。
実施例1〜3及び比較例の第2工程により分極性電極13中に含浸された薬液のpH値の第2工程終了時点からの経時的変化の測定結果を表1に示す。
Figure 0004805693
表1から明らかなように、分極性電極13に第2の薬物を吸着させる処理がなされなかった比較例と対比すれば、分極性電極13に第2の薬物を吸着させる処理がなされた実施例1〜3における薬液のpH値の低下速度は明らかに小さくなっている。また実施例1〜3では、第2工程終了からの時間の経過とともにpH値の低下速度は小さくなる傾向があり、第2工程終了から14日を経過した時点においても、分極性電極に含浸された薬液は4〜4.5程度のpH値を保っていることが判る。
従って、イオントフォレーシス装置1では、装置の組立からある程度の時間を経過した後に薬物イオンの投与が行われる場合であっても、その間における薬液のpH値の低下を大幅に抑制することができる。
図2は、本発明の他の実施形態に係るイオントフォレーシス装置2の構成を示す説明図である。
イオントフォレーシス装置2は、その作用側電極構造体10aが、作用側電極構造体10と同様の集電体12及び分極性電極13を備えることに加え、分極性電極13の前面側に薬液保持部15を備える点を除いてイオントフォレーシス装置1と同様の構成を有している。
薬液保持部15には、薬物と酸との塩を溶解した薬液が保持される。薬液保持部15に保持される薬液は、分極性電極13に含浸される薬液と同一組成の薬液とすることができる。
薬液保持部15は、薬液を液体状体で保持することができ、天然繊維、人工繊維の織布や不織布、多孔質膜、或いはゲルなどの適当な吸収性の担体に含浸させて保持することもできる。
イオントフォレーシス装置2では、分極性電極13に薬物を吸着させる処理(第1工程)がなされているために、イオントフォレーシス装置1について上記したと同様の効果が達成される。
更にイオントフォレーシス装置2では、薬液保持部15を備えるが故に、作用側電極構造体10aにおける薬物イオン(又は薬液)の保持量の調整の自由度が増大するという追加的な効果が達成される。
イオントフォレーシス装置2では、イオントフォレーシス装置1について上記した分極性電極13に薬液を含浸させる処理(第2工程)を省略することも可能である。
この場合、分極性電極13の前面側に薬液保持部15を配置することによって薬液保持部15中の薬液が分極性電極13に浸透することとなるか否かは、分極性電極13を構成する材料次第ではあるが、いずれにしても、薬液保持部15の薬液は、少なくとも分極性電極13と薬液保持部15との界面において分極性電極13と接触することになる。
しかしながら、イオントフォレーシス装置2では、分極性電極13に薬物を吸着させるための処理(第1工程)が行われた後に、分極性電極13の前面側に薬液保持部15を配置する工程が行われるため、薬液保持部15中の薬液のpH値が急激に低下する問題を解消又は緩和させることができる。
イオントフォレーシス装置2では、任意的な構成として、分極性電極13と薬液保持部15の間にイオン選択膜14を備えることが可能である。
イオン選択膜14は、分極性電極13から薬液保持部15への陽イオンの通過を遮断する一方で、薬液保持部15から分極性電極13への陰イオンの通過を許容する特性を有していることが好ましく、これにより、分極性電極13において水素イオンや次亜塩素酸などの有害なイオンが生じた場合でも、これらのイオンの生体界面への移行を抑制することが可能となる。
イオン選択膜14は、イオンの分子量やサイズ、或いは立体的形状に基づいて上記イオンの通過の許容及び遮断を行う半透膜の形態を採ることが可能であり、電荷に基づいて上記イオンの通過の許容及び遮断を行う電荷選択膜の形態を採ることも可能である。電荷選択膜の形態のイオン選択膜14としては、アニオン交換膜を特に好ましく使用することができる。
なお、イオン選択膜14としてアニオン交換膜が使用される場合には、分極性電極13とアニオン交換膜14を接触させて通電した場合にアニオン交換膜14の近傍において生じるガスの発生を防止するために、分極性電極13とアニオン交換膜14の間にイオンの通過を許容できる絶縁性の素材により形成される隔離部材を配置するなどにより、分極性電極13とアニオン交換膜14とが接触しないようにすることが好ましい。この場合の隔離部材には、分極性電極13に含浸される薬液と同一組成の薬液を含浸させることが好ましく、これにより、分極性電極13からアニオン交換膜14への通電性を良好にすることができる。
図3(A)は、本発明の更に他の実施形態に係るイオントフォレーシス装置3を示す平面図であり、図3(B)はそのA−A断面図である。
イオントフォレーシス装置3は、実質的にイオントフォレーシス装置2と同様の要素から構成されているが、イオントフォレーシス装置3では、各部材の材料、寸法、形状などを適切に選択することで、組み立ての容易性やハンドリング性の向上が実現されている。
即ち、イオントフォレーシス装置3は、作用側電極構造体10aにおける基体11、集電体12、分極性電極13及び薬液保持部15と同様の基体11b、集電体12b、分極性電極13b及び薬液保持部15bからなる作用側電極構造体部分10bを備えており、イオントフォレーシス装置2と同様、薬物が吸着された分極性電極13bが使用されるため、分極性電極13bに接触する薬液のpH値の低下を抑制できるなど、イオントフォレーシス装置2と同様の効果が達成される。
イオントフォレーシス装置3の非作用側電極構造体部分20bは、基体11b、集電体22b及び分極性電極23bよりなる電極と、この電極の前面側に配置される電解液保持部25bから構成されている。この集電体22bは集電体12bと同様の構成とすることができ、分極性電極23bは、分極性電極13bと同様の素材により構成することができる。分極性電極23bに電解液保持部25bの電解液と同一又は異なる組成の電解液を含浸させることにより、分極性電極23bから電解液への通電性を向上させることができる。
イオントフォレーシス装置3は、カバー18a及びそれぞれ所定形状(例えば円形)の2つの開口が形成された支持体18b、18cを有しており、支持体18bの開口には分極性電極13b及び23bが、支持体18cの開口には薬液保持部15b及び電解液保持部25bがそれぞれ装填され、カバー18aと支持体18bの間には、前面側に集電体12b及び22bが形成された基体11bが挟持されるようになっている。
従って、イオントフォレーシス装置3では、
(1)カバー18a
(2)集電体12b及び22bが形成された基体11b
(3)分極性電極13b、23bが装填された支持体18b
(4)薬液保持部15b、電解液保持部25bが装填された支持体18c
の4つのシート状の部材を重ね合わせて張り合わせるという簡便な手法により作用側電極構造体部分10b及び非作用側電極構造体部分20bを同時に組み立てることが可能である。このため、イオントフォレーシス装置3では、製造の容易化、製造コストの低減、歩留まりの向上などの効果を達成することができる。
また、イオントフォレーシス装置3は、図示のように装置の薄型化が容易であり、カバー18a及び支持体18b、18cなどに発砲ポリウレタンなどの柔軟な素材を使用することで、皮膚の凹凸や動きへの追随性を向上させることが可能である。
なお、上記における4つのシート状の部材の張り合わせは、例えば、カバー18a及び支持体18bの前面側に形成された接着剤層により行うことが可能であるが、基体11bの前面側又は支持体18bの上面側に形成された接着剤層により基体11bと支持体18bを接着するよう構成すれば、カバー18bは省略することが可能であり、また、支持体18b及び18cを単一の部材として構成することも可能であり、これにより、一層の製造の容易化、製造コストの低減などを達成することができる。
イオントフォレーシス装置3では、任意的な構成として、イオントフォレーシス装置1又は2におけるイオン選択膜14、16、26と同様のイオン選択膜14b、16b、26bを備えることも可能であり、これにより、イオントフォレーシス装置1又は2に関して上記したと同様の効果が達成される。この場合、非作用側電極構造体部分20bに、作用側電極構造体部分10bとの間で大きな段差が生じないようにするためのスペーサー24bを配置することが可能である。
更にイオントフォレーシス装置3では、薬液保持部15bの前面側にHPCなどの増粘剤により粘度調整された薬液の層17bを、電解液保持部25bの前面側にHPCなどの増粘剤により粘度調整された電解液の層27bを備えることが可能であり、これにより、皮膚との密着性向上による薬物イオンの投与効率の向上を図ることができる。これらの層17b、27bは、天然繊維、人工繊維の織布や不織布、多孔質膜、或いはゲルなどの適当な吸収性の担体に薬液又は電解液を含浸させたものとすることも可能である。
イオントフォレーシス装置3では、支持体18cの前面側に、皮膚との密着性を高めるための粘着剤層を形成することも可能であり、更にその前面側に、装置の保管中における異物の混入や乾燥を防止するための剥離可能なライナーを貼付することも可能である。
イオントフォレーシス装置3における給電は、集電体12b、22bから延長された給電線31b、32bの先端に不図示の電源を接続することにより行うことができる。集電体12b、22b及び給電線31b、32bは、同一の導電塗料をスクリーン印刷などの手法により塗布することで形成することが可能である。
以上、いくつかの実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内において種々の改変が可能である。
例えば、上記実施形態においては、非作用側電極構造体が電解液保持部を備える場合について説明したが、電解液保持部を省略し、非作用側電極構造体の電極を直接皮膚に接触させて薬物イオンの投与を行うようにすることも可能である。或いは、イオントフォレーシス装置そのものには非作用側電極構造体を設けずに、例えば、生体皮膚に本発明に従う作用側電極構造体を当接させ、アースとなる部材にその生体の一部を当接させた状態で作用側電極構造体に電圧を印加して薬物の投与を行うようにすることも可能である。
また上記実施形態では、単一の作用側電極構造体と単一の非作用側電極構造体とを備えるイオントフォレーシス装置を例として説明したが、電源の両極に接続される2つの電極構造体の双方に生体に投与すべき薬物が保持されるイオントフォレーシス装置や、電源のそれぞれの極に複数の作用側電極構造体及び/又は非作用側電極構造体が接続されるイオントフォレーシス装置にも本発明を適用することが可能である。この場合、薬物と塩との酸を溶解した薬液を保持する電極構造体の少なくとも一つが、その薬物と同一種類の薬物を吸着させた分極性電極を備えるのであれば、そのイオントフォレーシス装置は本発明の範囲に含まれる。
また上記実施形態では、分極性電極への均等な給電を行うための集電体が使用される場合を例として説明したが、例えば分極性電極の比抵抗又は面抵抗が十分に小さいなどの場合には、集電体を使用することなく、給電線を直接分極性電極に接続して給電を行うようにすることも可能である。
上記実施形態おける各部材の形状、寸法、材質などは単なる例として記述したものであり、本発明はこれらの記述により限定されるものではない。
本発明の一実施形態に係るイオントフォレーシス装置の構成を示す説明図。 本発明の他の実施形態に係るイオントフォレーシス装置の構成を示す説明図。 本発明の他の実施形態に係るイオントフォレーシス装置の構成を示す説明図。 従来のイオントフォレーシス装置の構成を示す説明図。 先の出願において一実施形態として開示される作用側電極構造体の構成を示す説明図。
符号の説明
1、2・・・イオントフォレーシス装置
10、10a・・・作用側電極構造体
11・・・基体
12・・・集電体
13・・・分極性電極
14・・・イオン選択膜
15・・・薬液保持部
16・・・イオン選択膜
18・・・容器
20・・・非作用側電極構造体
21・・・電極
24・・・スペーサー
25・・・電解液保持部
26・・・イオン選択膜
29・・・容器
30・・・電源
31、32・・・給電線
3・・・イオントフォレーシス装置
10b・・・作用側電極構造体部分
20b・・・非作用側電極構造体部分
11b・・・基体
12b、22b・・・集電体
13b、23b・・・分極性電極
14b・・・イオン選択膜
24b・・・スペーサー
15b・・・薬液保持部
25b・・・電解液保持部
16b、26b・・・イオン選択膜
17b・・・薬液の層
27b・・・電解液の層
18a・・・カバー
18b、18c・・・支持体
31b、32b・・・給電線
101・・・イオントフォレーシス装置
110・・・作用側電極構造体
111・・・電極
112・・・薬液保持部
120・・・非作用側電極構造体
121・・・電極
122・・・電解液保持部
130・・・電源
131、132・・・給電線
210・・・作用側電極構造体
211・・・分極性電極
212・・・薬液保持部
213・・・容器

Claims (12)

  1. 第1の薬物と酸との塩を溶解した薬液を保持する電極構造体を備え、
    前記電極構造体が、前記第1の薬物と同一種類の第2の薬物を吸着させた分極性電極であって、前記薬液に接触する分極性電極を有することを特徴とするイオントフォレーシス装置。
  2. 前記分極性電極への前記第2の薬物の吸着が、前記第2の薬物を有機溶媒に溶解した溶液により前記分極性電極を処理することにより生じるものであることを特徴とする請求項1に記載のイオントフォレーシス装置。
  3. 前記分極性電極への前記第2の薬物の吸着が、前記第2の薬物と酸との塩を溶解した水溶液により前記分極性電極を処理することにより生じるものであることを特徴とする請求項1に記載のイオントフォレーシス装置。
  4. 前記第2の薬物の吸着は、予めグリセリン処理がなされた前記分極性電極に対してなされたものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のイオントフォレーシス装置。
  5. 前記分極性電極に前記薬液が含浸されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のイオントフォレーシス装置。
  6. 前記分極性電極の前面側に、前記薬液を保持する薬液保持部が配置されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のイオントフォレーシス装置。
  7. 前記分極性電極が活性炭を含む電極であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のイオントフォレーシス装置
  8. 前記第1の薬物がリドカインであり、前記第1の薬物と酸との塩が塩酸リドカインであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のイオントフォレーシス装置。
  9. 第1の薬物と酸との塩を溶解した薬液を保持する電極構造体を備え、
    前記電極構造体が、前記薬液に接触する分極性電極を有するイオントフォレーシス装置の製造方法であって、
    前記分極性電極に前記第1薬物と同一種類の第2の薬物を吸着させる第1工程と、
    前記第1工程の後に実施される第2工程であって、前記分極性電極に前記薬液を接触させる第2工程とを有することを特徴とするイオントフォレーシス装置の製造方法。
  10. 前記第1工程が、
    前記第2の薬物を有機溶媒に溶解した溶液を前記分極性電極に含侵させる第1ステップと、
    前記分極性電極を乾燥させて有機溶媒を蒸発させる第2ステップとを含むことを特徴とする請求項9に記載のイオントフォレーシス装置の製造方法。
  11. 前記第1工程が、
    前記第2の薬物と酸との塩を溶解した水溶液を前記分極性電極に含侵させる第1ステップと、
    前記第1ステップの後に実施される第2ステップであって、前記分極性電極を水洗する第2ステップと、
    前記第2ステップの後に実施される第3ステップであって、前記分極性電極を乾燥させて水分を蒸発させる第3ステップとを含むことを特徴とする請求項9に記載のイオントフォレーシス装置の製造方法。
  12. 前記分極性電極をグリセリンで処理する第3工程を更に有し、
    前記第1工程が前記第3工程の後に実施されることを特徴とする請求項9〜11のいずれか一項に記載のイオントフォレーシス装置。
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