(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
皮膚に刺した微細な針を通して物質を生体に供給する物質供給装置であって、
内部に収容空間が規定され、一端に開口が、他端に底が形成された円筒形状の容器本体と、
前記収容空間と外部を繋ぐ通路を有し、容器本体の底に外側に向けて形成された微細針と、
容器本体に着脱可能であり、容器本体に対し容器本体の円筒軸方向に移動可能に前記開口に嵌って、前記収容空間を封止するプラグと、
を有し、
前記プラグの内部には、前記物質を含んだ溶液が封入された溶液室が設けられ、溶液室の容器本体の底に対向する面には膜が張られており、
前記底の内側面にはプラグが容器本体の底に向けて移動したときに、前記プラグに張られた膜に当接し、これを破る破膜突起が設けられ、
容器本体の円筒内側面と、この円筒内側面に対向するプラグの外側面には、前記膜が破膜突起から離れた位置となるようプラグを保持可能な係合構造が設けられている、
物質供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の物質供給装置であって、前記係合構造は、容器本体の円筒内側面に設けられ、全周に亘って周方向に延びる溝と、プラグの外側面に設けられ、全周に亘って周方向に延びる畝と、を有し、前記溝と前記畝が係合することでプラグが前記の位置に保持される、物質供給装置。
【請求項３】
請求項１に記載の物質供給装置であって、前記係合構造は、容器本体の円筒内側面に設けられた雌ねじと、プラグ外側に設けられ、前記雌ねじにねじ結合する雄ねじと、を有する、物質供給装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の物質供給装置であって、前記容器本体と前記微細針の材質は生体適合材料である、物質供給装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか１項に記載の物質供給装置であって、前記容器本体と前記微細針の材質は、ポリ乳酸とポリエチレングリコールの混合物である、物質供給装置。
【請求項６】
請求項５に記載の物質供給装置であって、ポリエチレングリコールの分子量は１０，０００〜３５，０００であり、ポリエチレングリコールの混合比は重量濃度で１０〜５０％である、物質供給装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の物質供給装置であって、前記溶液室に張られた膜は、延伸フィルムである、物質供給装置。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか１項に記載の物質供給装置であって、前記溶液室に張られた膜は、弾性を有する材料で形成され、張力がかかった状態で張られて破膜突起により破られたときに縮む、物質供給装置。
【請求項９】
請求項１から６のいずれか１項に記載の物質供給装置であって、前記微細針の通路の、外部に対する開口を生体内で溶ける材料により封止した、物質供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体の皮膚に装着し、経皮的に薬剤等の物質を供給する物質供給装置であって、微細な針を皮膚に刺して物質を供給する物質供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
経皮性の物質供給方法として、マイクロマシン製造技術を応用して作製される微細針アレイがある（例えば下記非特許文献１参照）。この物質供給装置は、多くの場合、半導体または金属を材料に用いて作製される。針先端を球とすると、その直径は数μｍ以下、針の長さは１０〜１００μｍ程度を最短長として自由に設計可能である。皮膚の角質層と表皮層には神経組織が存在しないので、このような微細針を表皮層に刺しても痛みは感じない。また、皮膚組織の硬化も軽減される。
【０００３】
また、生体適合な材料を用いた微細針が考案されている。下記特許文献１においては、天然の糖を材料とする微細針による物質供給装置が提案されている。この手法では、薬剤等の供給すべき物質と糖の混合物を材料として微細針が作製される。針を皮膚に刺し入れ、針部だけを折損して皮膚に残留させる。あるいは、針表面に供給すべき物質を塗布し、針を皮膚から引き抜く際に、この物質を皮膚に供給する。天然糖は人体に安全であり、また水溶性であるために廃棄も容易である。しかし、糖は粘性が高く流動性に乏しいため、針形状に成形したり、針アレイの形成は難しい。また、糖への薬剤等の供給物質混入時に糖の流動性を確保するためには、糖材料を１００℃程度にまで加熱しなければならず、熱によって供給物質が変性しやすい。さらに、糖と化学反応して機能を失う供給物質は混入する意味がなく、利用可能な供給物質は限定される。また、天然糖を材料とする微細針において、微細針内部に供給物質の溶液を通すための中空孔を設けても、天然糖は水溶性であるため、その中空孔に溶液を通すと、溶液で微細針自体が溶解してしまい、中空孔は用を為さない。
【０００４】
また、下記特許文献２には、針の材料が皮膚内で分解する材料であることが記載されている。さらに、下記特許文献３には、ハウジング内に液体の入った袋を収容し、ハウジングの底壁には突起が設けられている。ハウジングの可撓性のトップカバー部材を押すことにより、袋を底壁の突起に押し当てて袋が破られる。ハウジング内に液体が放出され、底壁に設けられた微細針より、液体が皮膚に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２３８３４７号公報
【特許文献２】米国特許出願公開２００５／００６５４６３号明細書
【特許文献３】特表２００４−５０３３４１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Devin V.Mcllister,Mark G Allen Mark R.Prausnitz、Microfabricated Microneedkes for Gene and Drug Delivery、“Annual Review of Biomedical Engineering”、アメリカ合衆国、Annual Reviews,A Nonprofit Scientific Publisher、2000年，vol.2,pp.289-313
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献３に記載されるように、体表面に装置を貼付し、必要な物質を体内に供給する装置において、比較的長時間にわたって継続的に物質を供給したい、また異なる種類の物質を続けて供給したい等の要望がある。
【０００８】
本発明は、比較的長時間にわたって継続的に物質を供給するために、供給物質を追加して供給でき、また使い方によっては、異なる種類の物質を続けて供給することができる装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る物質供給装置は、皮膚に刺した微細な針を通して物質を生体に供給する物質供給装置であって、内部に収容空間が規定され、一端に開口が、他端に底が形成された円筒形状の容器本体と、前記収容空間と外部を繋ぐ通路を有し、容器本体の底に外側に向けて形成された微細針と、容器本体に着脱可能であり、容器本体に対し容器本体の円筒軸方向に移動可能に前記開口に嵌って、前記収容空間を封止するプラグと、を有する。前記プラグの内部には、前記物質を含んだ溶液が封入された溶液室が設けられ、溶液室の容器本体の底に対向する面には膜が張られており、前記底の内側面にはプラグが容器本体の底に向けて移動したときに、前記プラグに張られた膜に当接し、これを破る破膜突起が設けられ、容器本体の円筒内側面と、この円筒内側面に対向するプラグの外側面には、前記膜が破膜突起から離れた位置となるようプラグを保持可能な係合構造が設けられている。
【００１０】
また、前記係合構造は、容器本体の円筒内側面に設けられ、全周に亘って周方向に延びる溝と、プラグの外側面に設けられ、全周に亘って周方向に延びる畝と、を有するものとでき、前記溝と前記畝が係合することでプラグが前記の位置に保持される。
【００１１】
また、前記係合構造は、容器本体の円筒内側面に設けられた雌ねじと、プラグ外側に設けられ、前記雌ねじにねじ結合する雄ねじと、を有するものとすることができる。
【００１２】
また、前記容器本体と前記微細針の材質は生体適合材料とすることができる。
【００１３】
また、前記容器本体と前記微細針の材質は、ポリ乳酸とポリエチレングリコールの混合物とすることができる。
【００１４】
また、前記ポリエチレングリコールの分子量は１０，０００〜３５，０００の範囲とでき、ポリ乳酸とポリエチレングリコールの混合比はポリエチレングリコールの重量濃度が１０〜５０％となるようにできる。
【００１５】
また、前記溶液室に張られた膜は、延伸フィルムとすることができる。
【００１６】
また、前記溶液室に張られた膜は、弾性を有する材料で形成することができ、張力がかかった状態で張られて破膜突起により破られたときに縮むようにできる。
【００１７】
また、前記微細針の通路の、外部に対する開口を生体内で溶ける材料により封止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
容器本体に対し、供給すべき物質の溶液が封入されるプラグを着脱することで、供給物質を追加しながら比較的長時間にわたって継続的に当該供給物質を供給することが可能となり、また異なる物質の連続供給が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】薬剤供給装置１０の概略構成を示す断面図である。
【図２】容器本体１２とプラグ１４の係合部分の構造の詳細を示す図である。
【図３】薬剤供給装置１０の使用状態を示す断面図である。
【図４】破膜突起５０の一例を示す断面図である。
【図５】図４の破膜突起５０を示す斜視図である。
【図６】さらに別の破膜突起５２を示す斜視図である。
【図７】薬剤供給装置６０の概略構成を示す断面図である。
【図８】破膜突起を示す斜視図である。
【図９】微細針の詳細な構成を示す断面図である。
【図１０】微細針の先端に被膜を設けた状態を示す図である。
【図１１】容器本体の内面の別の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。以下においては、供給する物質として薬剤、また薬剤の溶液を薬液として説明する。図１には、薬剤を経皮的に供給する薬剤供給装置１０の断面図が示されている。薬剤供給装置１０は、別体として形成された容器本体１２とプラグ１４を含む。容器本体１２は、内側面が円筒形状の本体側壁１６を有し、この本体側壁の一端は開口しており、他端には底板１８が設けられている。本体側壁１６の長さは、直径に対して短くなっており、容器本体１２の形状は皿状または小鉢状にも見える。本体側壁１６と底板１８に囲まれ、一方が開口した空間が、プラグ１４の一部を収容する収容空間２０となる。本体側壁１６の外周であって、底板１８を延長した位置には、外周の全周に亘って、または一部にフランジ２２が設けられている。フランジ２２には、貼着用シート２４が接着等の手法により固定されている。貼着用シート２４のフランジより更に外側に延びる部分が、皮膚の表面に貼着され、薬剤供給装置１０が固定される。
【００２１】
プラグ１４は、本体側壁１６の内側面に外側面が対向する円筒形状のプラグ側壁２６と、プラグ側壁２６の円筒の一端を覆う上板２８を有する。プラグ側壁２６の上板２８が設けられた端の反対側は開口している。この開口部分に封止膜３０が張られて、プラグ側壁２６、上板２８及び封止膜３０で囲まれた、密封された薬液室３２が形成される。薬液室３２内に薬液が収容される。プラグ側壁２６の外周には、全周または周上の一部にフランジ３４が設けられている。フランジ３４は、プラグ側壁２６の上板２８が設けられた端に設けることが好ましい。
【００２２】
プラグ１４は、本体側壁１６の内側面にプラグ側壁２６をはめ込むようにして、結合される。結合された容器本体１２とプラグ１４の内側には、本体側壁１６、プラグ側壁２６底板１８および上板２８により囲まれた空間が形成され、この空間は封止膜３０により、二分されている。
【００２３】
容器本体の底板１８の外側の面には微細針３６が配置されている。微細針３６は、複数設けることができ、１列に配列されても、また二次元的なアレイ状の配置とされてもよい。この実施形態の微細針３６は略円錐形であるが、角錐形状であってもよい。微細針３６には、その軸線に沿って、収容空間２０と外部を繋ぐ貫通孔３８が設けられている。貫通孔３８は微細針３６の先端に開口しているが、これに限らず側面に開口してもよい。底板１８には、更に、その内側の面に破膜突起４０が設けられている。破膜突起４０は、プラグ１４が押し込まれ、封止膜３０がこの突起に当接したとき、封止膜３０を破る。これにより、薬液が収容空間２０内に流出する。破膜突起４０は、この実施形態では円錐形状であるが、封止膜３０が当接したとき、これを破ることができる形状であれば、角錐、刃形状などどのような形状であっても良い。また、破膜突起４０は、１個であっても、また複数であってもよく、複数の場合、一列に配列されても良く、また二次元アレイ状に配列されてもよい。
【００２４】
図２は、容器本体１２とプラグ１４の係合構造の詳細を示す図である。プラグ側壁２６の開口側の端部の外周面には、全周に亘って周方向に延びる係合畝４２が設けられている。一方、本体側壁１６の開口側の端部の内周面には、全周に亘って周方向に延びる係合溝４４が設けられている。容器本体１２とプラグ１４を結合するとき、係合畝４２と係合溝４４を係合させて、プラグ１４が容器本体１２に保持される。図１には、この位置にある、容器本体１２とプラグ１４が示されている。この位置において、封止膜３０は、破膜突起４０から離れて位置している。本体側壁１６の内周面の底板１８に隣接する部分には、周方向全周に亘って、つぶし棚部４６が設けられている。つぶし棚部４６は、本体側壁１６の内周面の他の部分より内径が小さく、プラグ１４が押し込まれて、係合畝４２がここに乗り上げたときに、係合畝４２を強く押し、係合畝４２とつぶし棚部４６が密着する。これにより、薬液が本体側壁１６とプラグ側壁２６の隙間から漏れることが抑制される。
【００２５】
容器本体１２と微細針３６は、樹脂により一体に成形されてよく、好適には生体適合材料とする。生体適合材料とは、生体内に残留しても溶解、または分解する材料をいう。より具体的には、例えば、ポリ乳酸、ポリ乳酸とポリエチレングリコールの混合物からなる材料などが挙げられる。ポリエチレングリコールの分子量は１０，０００〜３５，０００の範囲で選択することができる。また、ポリエチレングリコールの混合比は重量濃度１０〜５０％の範囲で選択することができる。このような材料を用いて微細針３６を形成することにより、針３６が折損して皮下に残留した際の安全性が高まる。ポリエチレングリコールは、材料の流動性を高めるために混合されるもので、製造時の加工性が向上し、製造歩留まりが向上する。さらに、ポリ乳酸、ポリエチレングリコールは、一般的な可燃ゴミと同程度の温度で焼却可能であり、使用後の廃棄が容易となる。微細針３６の材料としては、他の生体適合材料、例えばヒアルロン酸などを用いることができ、さらにはステンレス鋼やチタン等の金属、シリコン等の無機材料を用いることもできる。
【００２６】
プラグ１４は、樹脂により作製されてよい。皮膚内に残留するものではないので、特に生体適合材料である必要はない。後述するように、上板２８を押して変形させ、薬液を押し出すために、変形性を有する材料にて形成される。
【００２７】
封止膜３０は、延伸フィルムで作製されてよい。延伸フィルムは、樹脂フィルムを一方向に延ばして作製した薄膜材料であり、突起等に押圧されて応力が集中すると、そこから破れやすい特性がある。また、封止膜３０は、薄いゴムなどの弾性を有する薄膜材料で作製されてよい。プラグ側壁２６の開口に張られているときには、薄膜に張力がかかった状態とされ、突起により破られたときに縮むことによって、微細針の貫通孔３８が塞がれることを防止する。
【００２８】
図３は、薬剤供給装置１０の使用時の状態を示す断面図である。薬剤供給装置１０は、貼着用シート２４により人体などの生体４８の皮膚表面に貼着される。図１に示す封止膜３０が破膜突起４０から離れた位置にあるプラグ１４を、図３に示す破膜突起４０が封止膜３０に当接してこれを破る位置まで押し込む。封止膜３０が破られると、薬液室３２と収容空間２０が連通し、薬液室３２中の薬液が収容空間内に流出する。さらに、薬液は、収容空間２０から貫通孔３８を通って経皮的に生体４８内に供給される。このとき、プラグの上板２８を、図３中、上が凹となるように押し込み、薬液の生体内への供給を補助することもできる。また、プラグ側壁に設けられた係合畝４２がつぶし棚部４６に乗り上げて、密着することにより、収容空間２０内の薬液が、本体側壁１６とプラグ側壁２６の隙間から漏出することが防止されている。
【００２９】
薬液がなくなり、追加して新たな薬液を供給する場合には、プラグ１４のフランジ３４を持って、プラグ１４を容器本体１２から抜き取り、新たなプラグを容器本体に装着し、上記と同様にして、追加の薬液を供給する。このように、容器本体１２は生体に貼着したまま、プラグ１４のみの交換ができる。プラグ１４が容器本体１２から着脱可能であることにより、プラグ１４を交換して追加して薬液を供給することができ、簡易に薬液供給量を増加させることができる。また、異なる種類の薬液を封入したプラグ１４を付け替えることで、異なる種類の薬液を続けて供給できる。
【００３０】
図４、５には、破膜突起の別の実施形態が示される。破膜突起５０は、容器本体の底板１８の周辺近傍に配置されており、図示するように、外側に向けて高さが高くなる楔形状を有している。破膜突起５０の外側の端は、プラグ１４が押し込まれたときに、プラグ側壁２６内側面が擦れて接する位置に配置される。図４に一点鎖線で示されるように、プラグ側壁２６は、破膜突起５０と本体側壁１６の間に入り込み、封止膜３０は、プラグ側壁２６と破膜突起５０により剪断されて破られる。また、破膜突起は、図６に示す破膜突起５２のように、本体側壁１６に対向する部分のエッジをＵ字形として、その両端に鋭角部分を形成するようにしてもよい。
【００３１】
図７には、他の実施形態の薬剤供給装置６０の断面図が示されている。図８は、破膜突起６６の詳細を示す図である。図１等に示した薬剤供給装置１０と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。この実施形態において特徴的であるのは、容器本体１２とプラグ１４の結合がねじ結合によるものである点である。容器本体の本体側壁１６には雌ねじ６２が形成され、プラグ側壁２６には雄ねじ６４が形成されている。これらの雌ねじ６２、雄ねじ６４がねじ結合し、プラグ１４を、容器本体１２に対してある位置に保持することができる。薬剤供給装置６０の使用前においては、封止膜３０が破膜突起６６に当接しない位置にプラグ１４を保持するようにする。使用時には、プラグ１４をねじ込むようにして、容器本体１２の奥へと送り込み、封止膜３０を破膜突起６６により破る。プラグ側壁２６の、図７中の上側の端部の外周に設けられたフランジ６８は、プラグ１４をねじ込む際、これを回しやすいような形状となっている。例えば、図７の上側から見た状態で、六角形、長方形、等の多角形とすることができる。また、概形は円として、その周面にローレット加工を施すことにより、滑り止めの凹凸を設けるようにすることもできる。プラグ側壁２６の下側の端が当接する、容器本体の底板１８の部分には、周方向に沿って全周に亘って延びるシール用畝７０が設けられている。また、プラグ側壁２６の下側端が当接する位置の内側に隣接して、底板１８の表面に破膜突起６６が設けられている。この実施形態の破膜突起６６の形状は、斜三角錐となっており、底面の三角形の一つの頂点と三角錐の頭頂点を結ぶ線分（稜線）は、底板１８の表面とほぼ垂直になっている。この垂直な稜線は、プラグ１４をねじ込むときに回転してくるプラグに対し先頭側に位置する。なお、破膜に係る構造は、図１に示した錐体の破膜突起４０や、図４、５、６に示した楔形状の破膜突起５０，５２としてもよい。
【００３２】
使用時にプラグ１４を回転させると、プラグ１４はねじ結合により容器本体１２の奥へと送られ、封止膜３０が破膜突起６６に当接する。さらに、プラグ１４を回転させると、破膜突起６６と封止膜３０が相対的に移動して、破膜突起６６の頭頂点で封止膜３０が引き裂かれる。プラグ１４が更に送り込まれると、プラグ側壁２６の下端、またはここに張られ一体となっている封止膜３０がシール用畝７０に当接し、これを変形させる。これにより、容器本体１２とプラグ１４の封止が達成され、薬液室３２から流れ出す薬液の漏出が防止される。薬液室３２から収容空間２０に流出した薬液は、微細針３６の貫通孔３８を通って経皮的に生体に供給される。プラグ１４を取り外す際には、プラグをねじに沿って逆に回転させる。新たに薬剤を供給する場合には、使用済みのプラグ１４を取り外した後、新たなプラグ１４を容器本体１２に装着し、前述したように再びプラグをねじ込んで薬剤を供給する。
【００３３】
図９は、微細針３６の詳細な形状を示す断面図である。図９は、図１および図７の向きとは上下が反対となっている。図９（Ａ）が正面図、図９（Ｂ）が側面図である。微細針３６は、底面が直径（ｂ）２５０〜３５０μｍの円である略円錐形状であり、先端は、斜めにカットされている。微細針の根元、容器との接続部分は、曲面により滑らかに接続されている。先端の直径（ａ）は１０〜６０μｍ、針の長さ（ｈ）は１００〜１０００μｍである。貫通孔３８の直径（ｄ）は５０μｍ以下である。これらの寸法は、対象となる生体に合わせて適宜変更する。また、針の先端が達する生体表面からの深さに応じて変更する。例えば、人体を対象とし、表皮層直下の真皮の部分に薬剤を供給する場合には、針長さ５００μｍ、先端径５０μｍ、通路孔直径５０μｍ程度とすることが好ましい。また、微細針３６は、例えば、１ｃｍ四方に、１ｍｍピッチで２次元アレイ状に配列することができる。以上の微細針３６に係る寸法により、無痛または軽微な痛感のもとでの針の刺入が可能となる。
【００３４】
図１０は、微細針３６の先端が汚染されることをより確実に防止するために、針先端部分に加水分解性の物質の被覆層７２を設けた例を示す図である。図１０においても、図１、７に対して上下が反対に示されている。被覆層７２により微細針の貫通孔３８の外部の開口が塞がれる。加水分解性の物質としては、例えば分子量１０００〜１００００のポリエチレングリコールとすることができる。この被覆層７２は、前述のいずれの薬剤供給装置においても適用することができる。
【００３５】
図１１は、前述の容器本体１２に適用できる微細針３６周囲の構造例を示す拡大図である。図１１においても、図１、７と上下が反対に示されている。（Ａ）が断面図であり、（Ｂ）が容器の内側から見た状態を封止膜３０を除いた状態で示した図である。容器の内面には、貫通孔３８の容器内面の開口７４を通過するように、スリット７６が設けられている。図示されるスリット７６は、２本が貫通孔の開口７４において直交しているが、この配置に限らない。スリット７６は、１本でもよく、３本以上であってもよい。スリット７６は、突起４０の根元また根元近傍まで延びることが好ましい。スリット７６を設けることにより、突起４０によって破られた封止膜３０が貫通孔３８の設けられた位置に密着しても貫通孔が塞がれず、スリットを介して薬液が供給される。
【００３６】
供給する物質としては、例えばインスリン、インフルエンザワクチン、アスコルビン酸、サリチル酸メチル鎮痛剤、モルヒネ、Ｃ型肝炎治療のためのインターフェロン、美容用の美白、しみ抜き剤、美容液等を対象とすることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０，６０  薬剤供給装置、１２  容器本体、１４  プラグ、１６  本体側壁、１８  底板、２０  収容空間、２６  プラグ側壁、２８  上板、３０  封止膜、３２  薬液室、３６  微細針、３８  貫通孔、４０，５０，５２，６６  破膜突起、４２  係合畝、４４  係合溝、６２  雌ねじ、６４  雄ねじ。
【図１】
0005558047.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0005558047.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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