JPWO2007029611A1 - イオントフォレーシス装置 - Google Patents

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和摩 三ツ口
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視嗣 山内
視嗣 山内
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鳩夫 中山
健彦 松村
健彦 松村
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英郎 秋山
昭彦 松村
昭彦 松村
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Abstract

イオントフォレーシス装置(110)は、イオントフォレーシスによりイオン性薬剤を投与するために使用される作用側電極構造体(120A)及び非作用側電極構造体(120B)と、これらの作用側電極構造体(120A)及び非作用側電極構造体(120B)に異なる極性で接続される直流電源装置(112)とを有し、前記作用側電極構造体(120A)及び非作用側電極構造体(120B)の各々における先端面を密着面(160A)、(160B)として皮膚(150)等の生物学的界面に密着可能なイオントフォレーシス装置であって、前記作用側電極構造体(120A)及び非作用側電極構造体(120B)の少なくとも一方には、前記密着面(160A)及び/又は(160B)を前記生物学的界面に密着する際に、前記作用側電極構造体(120A)及び非作用側電極構造体(120B)の少なくとも一方と前記生物学的界面との間に負圧を発生させるための負圧発生装置(139A)又は(139B)が一体的に設けられている。

Description

本発明は、イオントフォレーシスによりイオン性薬剤を投与するために使用される作用側電極構造体及び非作用側電極構造体と、これらの作用側電極構造体及び非作用側電極構造体に異なる極性で接続される直流電源装置と、を有するイオントフォレーシス装置に関する。
従来から、特開平4−297277号公報に示されるようなイオントフォレーシス装置が公知となっている。
このイオントフォレーシス装置は、イオン交換膜を巧みに配置することによって保持する薬剤(薬剤イオン)を効率的に皮膚内へと経皮導入することを実現している。
しかし、イオン交換膜自体は皮膚への粘着性を有していないために、図5及び図6に示すような工夫がされ、皮膚への装着が行なわれていた。
図5は従来からのイオントフォレーシス装置を模式的に示した図であり、図6は、図5における作用側電極構造体20を密着面60側から図示したものである。
図5及び図6で示すイオントフォレーシス装置10について簡単に説明する。
イオントフォレーシス装置10は作用側電極構造体20Aと、非作用側電極構造体20Bとが電源装置12と接続された構成とされている。作用側電極構造体20Aは、電源装置と接続される電極22Aと、該電極22Aの前面側に位置する緩衝液保持部32Aと、該緩衝液保持部32Aの前面に位置するアニオン交換膜26Aと、該アニオン交換膜26Aの前面に位置する薬剤保持部30Aと、該薬剤保持部30Aの前面に位置するカチオン交換膜28Aとが、バッキング層24Aの中に収容されている。なお、このバッキング層24Aは、この実施形態においては容器を兼ねているものである。
又、カチオン交換膜28Aの周囲、且つ、作用側電極構造体20Aの密着面60A側には、この作用側電極構造体20Aを皮膚に粘着させるための粘着部34が周設されている。この粘着部34Aは、ヒドロゲル等がよく利用されるが、皮膚への粘着性を有するものであればこれに限定されるものではない。
一方、非作用側電極構造体20Bは、電源装置と接続される電極22Bと、該電極22Bの前面に位置する緩衝液保持部32Bと、該緩衝液保持部32Bの前面に位置するカチオン交換膜26Bと、該カチオン交換膜26Bの前面に位置する電解液保持層30Bと、該電解液保持層30Bの前面に位置するアニオン交換膜28Bとが、バッキング層24Bの中に収容されている。なお、ここでもバッキング層24Bは、非作用側電極構造体20Bの容器としても機能している。更に、アニオン交換膜28Bの周囲、且つ、非作用側電極構造体20Bの密着面60B側には、粘着部34Bが周設されている。
このように、作用側電極構造体20A又は非作用側電極構造体20Bの密着面60A、60B側に、粘着部34A、34Bを設けることによって、カチオン交換膜28Aやアニオン交換膜28B等のそれ自体が粘着性を有さないイオン交換膜が作用側あるいは非作用側電極構造体20A、20Bの密着面60A、60B側に位置していても皮膚に密着して装着することを可能としている。
又、粘着部等を有さない場合には、バンドやテープ等を用いて皮膚に固定する方法も採られていた。
なお、図5及び図6においては、説明の便宜上イオントフォレーシス装置の厚み等を誇張して図示しているが、実際に用いられる装置は、例えば図7に示すように、より扁平な構造のものが多い。以下本明細書において説明する図面も同様である。
しかしながら、バンドにより作用側あるいは非作用側電極構造体を固定しようとした場合には、固定するための時間がかかり手間も煩雑なものとなる。又、バンドを締める強度を誤れば、固定した構造体がずれてしまうようなことも起こり得る。又、テープ等を用いて皮膚や粘膜等の生物学的界面に固定するような場合には、テープが有する接着剤による生物学的界面のかぶれ等も懸念される。他方、図5及び図6を用いて説明したような、構造体の密着面に粘着部を有するような場合には、バンドやテープのような不具合は無いものの、繰り返しの密着によって粘着力が低下したり、元々の粘着力自体が十分に強力でない場合もある。又、いわゆる使い捨て(ディスポーザブル)で使用されるような装置の場合には、繰り返しによる粘着力の低下は大きな問題とならないものの、粘着力自体が十分でない問題が残る。
一方、生物学的界面には微細な凹凸が存在している。単に構造体を生物学的界面に貼付等する場合には、この凹凸により、凸部分のみが構造体の密着面と接触している。又、イオントフォレーシス装置(より正確には作用側電極構造体及び/又は非作用側電極構造体の密着面)と生物学的界面との密着度を上げることで、接触している面積が広くなり、薬剤の輸送量が増大することも分かっている。
本発明は、これらの問題点を解消するべくなされたものであって、簡易な構造を用いて、イオントフォレーシス装置における作用側電極構造体及び/又は非作用側電極構造体と生物学的界面との密着度を上げることをその課題としている。
なお、前述の説明も含め、本明細書において「前面」とは、装置の使用時(装着時)において、より生物学的界面側に近いことを意味するものである。
以下で詳細に説明する実施形態のように、イオントフォレーシスによりイオン性薬剤を投与するために使用される作用側電極構造体及び非作用側電極構造体と、これらの作用側電極構造体及び非作用側電極構造体に異なる極性で接続される直流電源装置とを有し、前記作用側電極構造体及び非作用側電極構造体の各々における先端面を密着面として皮膚等の生物学的界面に密着可能なイオントフォレーシス装置であって、前記作用側電極構造体及び非作用側電極構造体の少なくとも一方には、前記密着面を前記生物学的界面に密着する際に、前記作用側電極構造体及び非作用側電極構造体の少なくとも一方と前記生物学的界面との間に負圧を発生させるための負圧発生装置が一体的に設けられている構造とすることにより、上記課題を解決するものである。
これにより、作用側電極構造体及び/又は非作用側電極構造体の密着面と生物学的界面との密着度を上げることができる。
又、前記負圧発生装置は、前記密着面を内包するように設けられた吸盤を有しており、該吸盤は、前記生物学的界面に向けて押し込まれた後、吸盤自身の有する弾性復元力によって元の形状に戻るときに負圧を発生させてもよい。
これにより、吸盤という非常に簡易な構造で、作用側電極構造体及び/又は非作用側電極構造体の密着面と生物学的界面との密着度を上げることが可能となっている。
又、前記負圧発生装置は、前記密着面を内包するように設けられた吸盤を有しており、該吸盤の内側には、前記密着面が前記吸盤の先端部よりも深く前記生物学的界面に押し込み可能に突出して形成してもよい。
これにより、負圧発生時において、作用側電極構造体及び/又は非作用側電極構造体の密着面と生物学的界面とを確実に密着させることができる。
又、前記負圧発生装置は、前記密着面を内包するように設けられた吸盤を有しており、該吸盤には、該吸盤の内外を連通する吸引孔及び前記吸盤の外部から内部への空気の流入を阻止し且つ内部から外部への空気の流入を許容する逆止弁とを備えてもよい。
これにより、外部の吸引機構によって前記作用側電極構造体及び/又は非作用側電極構造体と生物学的界面との間に存在する空気を吸引することが可能となる。
又、前記作用側電極構造体及び非作用側電極構造体の少なくとも一方と前記生物学的界面との間に、空気漏れ防止部材を備えてもよい。これにより、長時間にわたって高い密着度を確保することができる。
又、前記吸盤は、前記作用側電極構造体及び非作用側電極構造体の少なくとも一方の容器と一体形成してもよい。これにより、製造コストを抑えることが可能である。
本発明の実施形態の例にかかるイオントフォレーシス装置を模式的に示す断面図 図1における作用側電極構造体の装着過程を模式的に示す断面図 本発明の実施形態の第2例にかかる作用側電極構造体を模式的に示す断面図 イオントフォレーシス装置を装着する場合に用いる空気漏れ防止部材としての密着用シール及び作用側電極構造体を模式的に示す斜視図 従来のイオントフォレーシス装置を模式的に示す断面図 図5におけ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を密着面側から視た平面図 現実に使用されるイオントフォレーシス装置の一例を示す斜視図
以下添付図面を用いて、本発明に係る実施形態の一例を詳細に説明する。
図1に示されるように、本発明の実施形態に係るイオントフォレーシス装置110は、作用側電極構造体120A及び非作用側電極構造体120Bを含んでなる。
なお、説明の便宜上、薬効成分がカチオンに解離する薬剤(例えば麻酔薬である塩酸リドカイン、麻酔薬である塩酸モルヒネ等)を投与するためのイオントフォレーシス装置を例として説明するが、これとは逆に、薬効成分がアニオンに解離する薬剤(例えば、ビタミン剤であるアスコルビン酸等)を投与するためのイオントフォレーシス装置の場合は、以下の実施形態における電極に印加される電圧、及びイオン交換膜乃至イオン交換樹脂に導入される交換基の極性(陽極と陰極)を入れ替えることにより構成することができる。
作用側電極構造体120Aは、電源装置112と接続される電極122Aと、該電極122Aの前面側に位置する緩衝液保持部132Aと、この緩衝液保持部132Aの前面側に位置するアニオン交換膜126Aと、該アニオン交換膜126Aの前面に位置する薬剤保持部130Aと、該薬剤保持部130Aの前面に位置するカチオン交換膜128Aとが、バッキング層124Aの中に収容されている。なお、本実施形態においては、バッキング層124Aが作用側電極構造体120Aの容器も兼ねている。
一方、非作用側電極構造体120Bは、電源装置122と接続される電極122Bと、該電極122Bの前面に位置する緩衝液保持部132Bと、該緩衝液保持部132Bの前面に位置するカチオン交換膜126Bと、該カチオン交換膜126Bの前面に位置する電解液保持層130Bと、該電解液保持層130Bの前面に位置するアニオン交換膜128Bとが、バッキング層124Bの中に収容されている。なお、ここでもバッキング層124Bは、非作用側電極構造体120Bの容器を兼ねている。
電極122A、122Bは、任意の導電性材料を用いることができるが、本実施形態のように後述する緩衝液保持部132A、132Bが存在するような場合には、炭素電極(カーボン電極)を用いるのが好ましい。
緩衝液保持部132A、132Bは、長時間にわたってイオントフォレーシス装置110の通電性を確保するための緩衝液(電解液)を保持するものであり、この緩衝液としては、リン酸緩衝食塩水を使用することが可能である。より好ましくは、水の電解反応(作用側電極構造体120Aは、電源装置のアノードに接続されているため酸化反応、又、非作用側電極構造体120Bはカソードに接続されているため還元反応)よりも酸化又は還元され易い電解質、例えば、リン酸第1鉄、リン酸第2鉄等の無機化合物、アスコルビン酸(ビタミンC)やアスコルビン酸ナトリウム等の物質、乳酸、シュウ酸、リンゴ酸、コハク酸、フマル酸の有機酸及び/又はその塩、又はこれらの混合物を使用することにより、水の電解によるガスの発生及びこれによる導電抵抗の増大あるいはpH値の変動を防止することも可能である。勿論、ここで説明した物質に限定される趣旨のものではない。
アニオン交換膜126A、128Bは、アニオンを選択的に透過させる機能を有するイオン交換膜であり、例えば、株式会社トクヤマ製ネオセプタ(NEOSEPTA)AM−1、AM−3、AMX、AHA、ACH、ACS等のアニオン交換膜を特に制限無く使用できる。又、ポリオレフィン樹脂、塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂からなる多孔質フィルムの孔の一部又は全部に、アニオン交換樹脂が重合されたタイプのアニオン交換膜を特に好ましく使用することができる。この場合のアニオン交換樹脂の充填は、スチレン−ジビニルベンゼン、クロロメチルスチレン−ジビニルベンゼン等の架橋性単量体に重合開始剤を配合した溶液を上記多孔質フィルムの孔中に含浸させた後に重合させ、この重合体に1乃至3級アミノ基、4級アンモニウム基、ピリジル基、インダゾール基、4級ピリジニウム基、4級イミダゾリウム基等のアニオン交換基を導入することにより行なうことができる。
薬剤保持部130Aには、溶解によって薬効成分がカチオンに解離する薬剤の溶液(薬液)が保持される。なお、作用側電極構造体が電源装置のカソードに接続されている場合には、この薬剤保持部には溶解によって薬効成分がアニオンに解離する薬剤の薬液が保持されることとなる。
次に、カチオン交換膜128A、126Bは、カチオンを選択的に透過させる機能を有するイオン交換膜であり、例えば、株式会社トクヤマ製ネオセプタ(NEOSEPTA)CM−1、CM−2、CMX、CMS、CMB等のカチオン交換膜を特に制限無く使用できる。又、ポリオレフィン樹脂、塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等からなる多孔質フィルムの孔の一部又は全部に、カチオン交換樹脂が重鎮されたタイプのカチオン交換膜を特に好ましく使用することができる。この場合のカチオン交換樹脂の充填は、例えば、スチレン−ジビニルベンゼン、クロロメチルスチレン−ジビニルベンゼン等の架橋性単量体に重合開始剤を配合した溶液を上記多孔質フィルムの孔中に含浸させた後に重合させ、この重合体にスルホン酸基、カルボン酸基、ホスホン酸基等のカチオン交換基を導入することにより行なうことができる。
バッキング層124A、124Bは、作用側電極構造体120A及び非作用側電極構造体120Bの一次構造要素として機能する。又、外部との隔壁、即ち保護カバーとしての役目を果たす。
作用側電極構造体120Aには、作用側電極構造体120Aの密着面160Aを内包するように、負圧発生装置を構成する吸盤140Aが設けられている。又、非作用側電極構造体120Bにも非作用側電極構造体120Bの密着面160Bを内包するように、負圧発発生装置を構成する吸盤140Bが設けられている。
ここで、作用側電極構造体120A及び非作用側電極構造体120Bにおける負圧発生装置は同一構造であるので、作用側電極構造体120Aの負圧発生装置について説明し、他方の負圧発生装置の説明に代えるものとする。
作用側電極構造体120Aの吸盤140Aは、図1においては、バッキング層124Aの側面に配置構成されているが、これに限られる趣旨のものではなく、例えばバッキング層124Aと一体形成されていてもよい。又、吸盤140Aは、例えばシリコンゴムなどの弾性復元力を有する材料で構成される。
又、該吸盤140Aの内側には、作用側電極構造体120Aの密着面160Aが突出している。即ち、吸盤140Aの先端部141Aよりも深く生物学的界面に押し込み可能に形成されている。
なお、本実施形態としては、作用側電極構造体120Aには、アニオン交換膜及びカチオン交換膜がそれぞれ1枚ずつ使用されているものであるが、この構成に限定されるものではなく、カチオン交換膜だけでもよいし、バイポーラ膜が用いられていてもよい。又、緩衝液保持部132Aが設けられているが、本発明においてはこの緩衝液保持部132Aが必須の構成要素となるものでもない。
次に、イオントフォレーシス装置110の作用について説明する。
電源装置112からの電気が作用側電極構造体120Aにおける電極122Aへと伝わると、緩衝液保持部132Aに備わる緩衝液が酸化される。そうすると、薬剤保持部132Aに備わるカチオンとアニオンのバランスが崩れる(カチオンが多くなる)こととなる。このバランスを補うために、緩衝液保持部132Aのカチオンは薬剤保持部130Aの方に移動しようとする。一方、薬剤保持部130Aに備わるアニオンも、緩衝液保持部132A側へと移動しようとする。しかしながら、緩衝液保持部132Aと薬剤保持部130Aの間に位置するアニオン交換膜126Aの存在により、カチオンは通過できずアニオンのみが選択的に透過されることになる。即ち、緩衝液保持部132Aから薬剤保持部130Aへのカチオンの移動は認められず、薬剤保持部130Aから緩衝液保持部130Aへのアニオンの移動のみが許容される。そうすると、薬剤保持部130Aのカチオンとアニオンのバランスが崩れてしまう。更にこれを補うために、薬剤保持部130Aのカチオンはカチオン交換膜128Aを通過して生物学的界面側へと移動しようとする。このときのカチオンは、カチオン交換膜128に選択的に透過されるため生物学的界面側へと移動することが可能となっている。
このとき、作用側電極構造体120Aの密着面160A、即ち、カチオン交換膜128Aが、生物学的界面(皮膚や粘膜など)に十分に密着していると、接触面積が増大することによって、カチオン交換膜128Aによって選択的に透過されたカチオン(薬剤イオン)が生物学的界面側へと移動し易くなる。即ち、薬剤イオンの輸送効率が向上することになる。
本実施形態においては、作用側電極構造体120Aに備わる吸盤140Aの存在によって、作用側電極構造体120Aの密着面160A(カチオン交換膜)と生物学的界面との密着度が高くなっている。
この作用側電極構造体128Aを装着する方法は、図2に示してある。
まず、吸盤140Aを有する作用側電極構造体120Aを皮膚150の上に置いた上で、作用側電極構造体120Aの上側(反皮膚側)から、軽く皮膚側へと押え付ける。これにより、作用側電極構造体120Aの密着面160Aが吸盤140Aの先端部141Aよりも深く皮膚に押し込まれると同時に、作用側電極構造体120Aの密着面160Aと皮膚150の間の空気、即ち、吸盤140Aの内部に存在する空気が、外へと押し出される。その後、押え付けることを止めれば、作用側電極構造体120Aと皮膚150との間の隙間151には負圧が発生し、皮膚150は作用側電極構造体120Aの密着面160A、即ちカチオン交換膜128A側へと引き付けられることになる(図2(C))。この負圧によって、作用側電極構造体120Aの密着面160Aと、生物学的界面、即ち皮膚150との密着度が上昇する。更に、吸盤140Aの内側には作用側電極構造体120Aの密着面160Aが突出して形成されているため、負圧発生時において密着面160Aと皮膚150とが接触せずに浮いた状態となることもない。
次に図3に示される本発明の実施形態の第2例における作用側電極構造体121Aについて説明する。
図3に示す作用側電極構造体121Aの吸盤141Aには、内外を連通する吸引孔146Aが備わっている。更にこの吸引孔146Aは、逆止弁144Aを有しており、図示せぬ吸引機等の吸引機構によって一旦吸引した空気が、逆戻りしないような構造とされている。このように、単に吸盤のみで負圧を発生させるのみならず、強制的に作用側電極構造体121Aの密着面160Aと皮膚150の間の空気、即ち吸盤141A内部に備わる空気を吸引することで、より密着度を上げることが可能となる。
又、作用側電極構造体120Aあるいは121Aを装着したい部分には、生物学的界面の部位によっては、体毛が多く生えていたり、皮膚等の表面が乾燥していることによって、前述した吸盤により発生する負圧を上手く維持できないことも考えられる。このような場合には、図4に示すような表面の平滑な空気漏れを防止する部材である密着用シール142を、予め装着したい部分の生物学的界面側に貼り付けておき、その部分にイオントフォレーシス装置(の作用側電極構造体)の位置を合わせて装着することにより、かかる不具合を解消できる。即ち、より長時間にわたって、高い密着度を維持することが可能となる。
又、図示はしないが、吸盤140Aの内側面に、例えば皮膚などの生物学的界面と粘着可能な粘着部を備え、この粘着部の粘着力を利用して吸盤140Aとの相乗効果によって、作用側電極構造体120Aの密着面160Aと皮膚150との密着度を向上させるようにしてもよい。
なお、前述の説明では、作用側電極構造体にのみ着目して説明しているが、本発明は、作用側電極構造及び非作用側電極構造体のどちらか一方あるいは両方に負圧発生装置を設ける場合に適用されるものであり、両方に適用した場合は、薬剤イオンの輸送効率を更に向上させることが可能である。
産業上の利用の可能性
本発明は、人体に使用するイオントフォレーシス装置のみならず、広く動物及び植物に使用するイオントフォレーシス装置にも適用することができる。

Claims (6)

  1. イオントフォレーシスによりイオン性薬剤を投与するために使用される作用側電極構造体及び非作用側電極構造体と、これらの作用側電極構造体及び非作用側電極構造体に異なる極性で接続される直流電源装置とを有し、前記作用側電極構造体及び非作用側電極構造体の各々における先端面を密着面として皮膚等の生物学的界面に密着可能なイオントフォレーシス装置であって、
    前記作用側電極構造体及び非作用側電極構造体の少なくとも一方には、前記密着面を前記生物学的界面に密着する際に、前記作用側電極構造体及び非作用側電極構造体の少なくとも一方と前記生物学的界面との間に負圧を発生させるための負圧発生装置が一体的に設けられている
    ことを特徴とするイオントフォレーシス装置。
  2. 請求項1において、
    前記負圧発生装置は、前記密着面を内包するように設けられた吸盤を有しており、
    該吸盤は、前記生物学的界面に向けて押し込まれた後、吸盤自身の有する弾性復元力によって元の形状に戻るときに負圧を発生させる構成とされている
    ことを特徴とするイオントフォレーシス装置。
  3. 請求項1において、
    前記負圧発生装置は、前記密着面を内包するように設けられた吸盤を有しており、
    該吸盤の内側には、前記密着面が前記吸盤の先端部よりも深く前記生物学的界面に押し込み可能に突出して形成されている
    ことを特徴とするイオントフォレーシス装置。
  4. 請求項1において、
    前記負圧発生装置は、前記密着面を内包するように設けられた吸盤を有しており、
    該吸盤には、該吸盤の内外を連通する吸引孔及び前記吸盤の外部から内部への空気の流入を阻止し且つ内部から外部への空気の流入を許容する逆止弁とが備わっている
    ことを特徴とするイオントフォレーシス装置。
  5. 請求項1乃至4のいずれかにおいて、
    前記作用側電極構造体及び非作用側電極構造体の少なくとも一方と前記生物学的界面との間には、空気漏れ防止部材が備わっている
    ことを特徴とするイオントフォレーシス装置。
  6. 請求項1乃至5のいずれかにおいて、
    前記吸盤は、前記作用側電極構造体及び非作用側電極構造体の少なくとも一方の容器と一体形成されている
    ことを特徴とするイオントフォレーシス装置。
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