(57)【要約】  本願は、所定量の物質を制御された態様で放出するデバイス10とコンパートメントから所定量の物質を制御された態様で放出する方法とを提供する。そのデバイスは、基板に行列状に配置されるコンパートメント20を有し、各コンパートメントは、少なくとも１つの放出機構により閉じられる。そのデバイスは、各コンパートメントに割り当てられる少なくとも第１の電極40と少なくとも１つの第２の電極50とを有する。そのデバイスは、複数の行選択線60と複数の列選択線70とを有し、コンパートメントの数は、行選択線の数と列選択線の数との合計を上回る。各第１の電極は、複数の行選択線の１つに電気的に直接接続され、各第２の電極は、複数の列選択線の１つに電気的に直接接続される。
2009500063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定量の物質を制御された態様で放出するデバイスであって、基板において行列配置されるコンパートメントであって、それぞれが少なくとも１つの放出機構により閉じられるコンパートメントと、各コンパートメントに割り当てられる少なくとも１つの第１の電極と少なくとも１つの第２の電極と、複数の行選択線と複数の列選択線とを有し、前記コンパートメントの数が、前記行選択線の数及び前記列選択線の数の和を越えるものであり、各第１の電極は、前記複数の行選択線の１つに電気的に直接接続され、各第２の電極が、前記複数の列選択線の１つに電気的に直接接続され、前記放出機構が閾値的振る舞いを持つ、デバイス。
【請求項２】
前記放出機構がワンタイム放出機構である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記放出機構が閉鎖キャップである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
各コンパートメントが、前記複数の行選択線からの１つの特定の行選択線と、前記複数の列選択線からの１つの特定の列選択線とを用いて規定される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記コンパートメントの数が、前記列選択線の数に前記行選択線の数をかけた数の大きさのオーダーである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記行の数が実質的に、前記列の数と等しい、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
コンパートメントの第１のグループが、第１の量の第１の物質を含むよう与えられ、コンパートメントの第２のグループは、第２の量の第２の物質を含むよう与えられる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第１の量が、およそ前記第２の量の半分である、請求項４に記載のデバイス。
【請求項９】
前記コンパートメントの放出機構が、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電気的電位を印加することにより動作される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
各コンパートメントの前記第１の電極と前記第２の電極とが、互いに電気的に絶縁される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記放出機構が、電気化学反応を用いてアクティベートされる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記放出機構が、前記放出機構の加熱によりアクティベートされる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記デバイスが、前記物質の放出を制御する制御ユニットを有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記コンパートメントの数が、少なくとも100である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
デバイスを用いて、コンパートメントから所定量の物質を制御された態様で放出する方法において、前記デバイスが、基板において行列配置されるコンパートメントであって、それぞれが少なくとも１つの放出機構により閉じられるコンパートメントと、各コンパートメントに割り当てられる少なくとも１つの第１の電極と少なくとも１つの第２の電極と、複数の行選択線と複数の列選択線とを有し、前記コンパートメントの数は、前記行選択線の数及び前記列選択線の数の和を越えるものであり、前記方法が、
前記コンパートメントの前記第１の電極を前記複数の行選択線の１つに電気的に直接接続するステップと、
前記コンパートメントの前記第２の電極を前記複数の列選択線の１つに電気的に直接接続するステップと、
前記複数の行選択線からの１つと、前記複数の列選択線からの１つとを用いて、前記第１の電極と前記第２の電極との間に所定の閾値以上の電気的電位を印加するステップとを有する、方法。
【請求項１６】
１以上のコンパートメントが前記物質を同時に放出する、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定量の物質を制御された態様で放出するデバイスに関する。本発明は更に、コンパートメントから所定量の物質を制御された態様で放出する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１つ又は複数の化学物質のわずかな緻密な量を担体液体中に正確に送達することは、科学及び産業上の多くの異なる分野において非常に重要である。医療においては例えば、静脈法を用いるもの、パルモナリ法(pulmonary method)もしくは吸入法によるもの、又は血管ステントデバイスからの薬の放出によるものによる患者への薬物送達がある。診断においては例えば、DNA若しくは遺伝子解析、組み合わせ化学、又は環境試料における特定分子の検出を実行するための、液体中への放出反応がある。担体液体中への化学物質の送達に関する他の用途は、香料及び治療用アロマのデバイスから空気中への放出、及び飲料製品を作るための香料の液体中への放出を含む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
所定量の物質を制御された態様で放出するデバイスは、一般的に知られている。例えば、米国特許出願第US 2004/0034332 A1号は、制御された薬物送達のための埋め込み型デバイスを開示する。そのデバイスは、放出用の分子を含む貯留部(reservoir)を持つマイクロチップを含む。マイクロチップデバイスは、基板と、放出用分子を含み基板上に設けられる少なくとも２つの貯留部と、貯留部の一部の中又は上にあり分子を覆うように配置される貯留部キャップとを含み、その結果、貯留部キャップの分裂若しくは破裂の際の分散、又は分裂若しくは破裂を介した分散により、その分子がデバイスから制御された態様で放出される。単一のマイクロチップの各貯留部は、独立して放出されることができる異なった分子を含むことができる。知られたデバイスの１つの欠点は、電流を印加することによりシール層又はキャップを電気的に破壊し、薬を放出するのに使用される電極に各貯留部が直接接触される点である。先行技術におけるシステムの欠点は、薬が放出されることになる各コンパートメント又は各貯留部に対して、１つの外部電気的接続が必要とされる点である。これは、単一のデバイス上で実現されることができるコンパートメントの数を非常に制限する。なぜなら、すべての電気的接続に対して必要なスペースが制限される(prohibitive)ことになるからである。
【０００４】
従って、本発明の目的は、独立して制御される各コンパートメントに対して１つの外部電気接続を提供することなく、増加された数の貯留部又はコンパートメントを持つ、所定量の物質を制御された態様で放出するデバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的は、本発明による所定量の物質を制御された態様で放出するデバイス及び方法により達成される。所定量の物質を制御された態様で放出するデバイスは、基板において行列配置されるコンパートメントであって、それぞれが少なくとも１つの放出機構により閉じられるコンパートメントと、各コンパートメントに付属される少なくとも１つの第１の電極と少なくとも１つの第２の電極と、複数の行選択線と複数の列選択線とを有する。上記コンパートメントの数は、上記行選択線の数及び上記列選択線の数の和を越えるものであり、各第１の電極が、上記複数の行選択線の１つに電気的に直接接続され、各第２の電極は、上記複数の列選択線の１つに電気的に直接接続され、上記放出機構が閾値的振る舞いを持つ。
【０００６】
本発明による装置の利点は、100〜1,000,000といった非常に数の多いコンパートメントを用いる複数の個別の薬放出コンパートメントに基づき、制御された物質又は薬送達システムを実現することができる点にある。先行技術によれば、接続線により個別に各コンパートメントに接触する必要があることにより、コンパートメントの数はかなり制限されている。
【０００７】
本発明の追加的な利点は、物質又は薬の送達の制御が、単純マトリクス原理に基づかれる点にある。これは、各コンパートメントが電気的接続に直接接続される先行技術のシステムとは対照的である。単純マトリクス方式の使用により、100〜1,000,000のオーダーといった任意の多数のコンパートメントから薬を制御された態様で放出することを実現することができる。これは、すべてのコンパートメントが専用の制御デバイスにより個別に制御されていたとしたら実現できないことである。なぜなら、斯かる制御システムを組み込むのに必要なコスト及びスペースが高くつくことになるからである。本発明の追加的な利点は、それにより、例えば外部薬送達システム(パッチ)、埋め込み型薬送達システム又は経口薬送達システム(eピル)といった用途が可能になる点である。本発明による薬送達システムは、単一の薬の送達に適用されることができるが、有利なことに、複数の異なる薬が同じアレイ又は同じデバイスから適用されるようなシステムにも適用されることができる。所定量の物質の制御された態様での放出を行う単純マトリクスタイプのデバイスは、各コンパートメント、コンパートメントの少なくとも各放出機構、又は、コンパートメントに関連付けられる若しくは付属される少なくとも２つの電極を、複数の行選択線の１つ及び複数の列選択線の１つに直接電気的に接続することにより実現される。単純マトリクス原理は、いずれのアクティブ電気要素を必要とすることなく、電極(各コンパートメントに付属される第１及び第２の電極)を行選択線又は列選択線に直接接続することにより実現される。
【０００８】
本発明によれば、薬放出又はキャップ除去機構が必要とされる。それは、行選択線及び／又は列選択線からの放出信号に対して、閾値的な振る舞い又は少なくとも非常に非線形の振る舞いを示す。本発明の内容において、閾値的振る舞いとは、放出信号に対する、放出機構、例えば閉鎖キャップの密封機能の少なくとも非常に非線形的な振る舞いである。もし放出信号(例えば、放出信号として使用される電気的電位差の場合0.5V)が、放出信号の閾値(例えば、放出信号として使用される電気的電位差の場合0.75V)未満で適用されると、密封機能において結果として生じる効果(又は放出機構の密封能力の損失)は、ごくわずかである。放出信号の斯かる閾値を超える放出信号(例えば、放出信号として使用される電気的電位差の場合1.0V)が適用される場合にのみ、放出機構の密封能力が非常に修正される、即ち減じられる。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態において、上記放出機構はワンタイム放出機構である。これは、閾値を超える放出信号を適用することで放出機構がある意味破壊され、その放出機構が再使用できなくなることを意味する。それにより、非常にコスト効率が良く製造が容易な放出機構を提供することができる。にも関わらず、本発明は、一旦開くと閉じることができ(第１回目)、更に少なくとも２回目に再度開くことができる放出機構にも関する。再度の開閉が可能な放出機構を採用する斯かる実施形態は、あまり好ましくはない。なぜなら、通常非常にコストがかかるためである。
【００１０】
非常に好ましくは、本発明による上記放出機構が閉鎖キャップを用いて与えられる。閉鎖キャップは、放出機構を実現する１つの特定の好ましい実施形態である。他の放出機構の例は、(担体マトリクスの分解又は破壊専用化学接着剤といったものの特性変更により)加熱されると薬を放出するポリマーメンブレイン(membrane)若しくはゲルであるか、又は電気的電位を加える際特定の分子に対する浸透性を変化させるメンブレインである。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態において、各コンパートメントが、上記複数の行選択線からの１つの特定の行選択線と、上記複数の列選択線からの１つの特定の列選択線とを用いて規定される。結果として、個別のコンパートメントをアドレッシングする(addressing:アドレスでアクセスする)マトリクス原理が実現され、従って接続線の数が非常に減らされる。
【００１２】
更に好ましい実施形態において、上記コンパートメントの数は、上記列選択線の数に上記行選択線の数をかけた数の大きさのオーダーである。従って、そのデバイスにおいて必要な接続線を更に減らすことができ、より軽量でよりコスト効率の良い一層小さなデバイスを作ることができる。
【００１３】
更に好ましい実施形態において、上記行選択線の数が、前記列選択線の数と実質的に等しい。従って、所与の数のカプセルを備えるデバイスに必要な接続線を更に減らすことが可能であり、より軽量でよりコスト効率の良い一層小さなデバイスを作ることができる。
【００１４】
本発明の更に追加的な好ましい実施形態において、コンパートメントの第１のグループが、第１の量の第１の物質を含むよう与えられ、コンパートメントの第２のグループが、第２の量の第２の物質を含むよう与えられる。本発明によるデバイスの利点は、非常に柔軟な物質放出機構が、本発明のデバイスの構造において実現されることができる点にある。例えば、異なるサイズのコンパートメントを提供することができ、それにより、放出する物質の異なるボリュームを含むことができる。例えば、所与の瞬間において、大量の物質が放出される場合、デバイスはそれに従って制御されることができ、適切な大きさを持つ、つまり放出される物質のボリュームが適切なコンパートメントを開く。これは、同じ効果を持つことになる特定数のより小さなコンパートメントから同じ量の物質を放出することの代わりになるものである。もちろん、単一のコンパートメントから適切な量の物質を放出することは制御が簡単であるので、本発明によるデバイスを、より軽量でよりコスト効率の良い一層小さなものとすることができる。結果的に、第１及び第２の物質は異なるものとすることも同一のものとすることもできる。薬等の物質を放出する柔軟性を改善する別の方法は、デバイスにおける異なるコンパートメントに複数の異なる物質又は物質の異なる混合物を与えることである。異なるコンパートメントは、同じ大きさでも異なる大きさでもよい。従って、日中の間、又は他の時間期間の間、患者に例えば２種類の薬を交互に制御された態様で放出することができる。また、例えば異なった大きさのコンパートメントを与えると共に、その異なった大きさのコンパートメントに異なる物質を与えることにより、本発明のデバイスの使用の柔軟性を更に高めることもできる。本発明によれば、上記第１の量が、およそ上記第２の量の半分であることが好ましい。それにより、物質の第１のボリュームを持つか又は物質の第１の量を含むコンパートメントの第１のグループと、それぞれ第１の量の２倍の量を含むコンパートメントの第２のグループと、第１の量の４倍の量を含むコンパートメントの第３のグループと、第１の量の８倍の量を含むコンパートメントの第４のグループとを持つことも可能である。それにより、１つ又は複数の物質を放出する柔軟性は更に一層高められる。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態において、上記コンパートメントの放出機構が、上記第１の電極と上記第２の電極との間に電気的電位を印加することにより、除去可能又は分解可能に与えられる。すると、コンパートメントの１つからの物質の放出を、非常に簡単かつ迅速に制御することができる。
【００１６】
更に好ましい実施形態によれば、各コンパートメントの上記第１の電極と上記第２の電極とが、実質的に互いに電気的に絶縁されて与えられる。非常に有利なことに、デバイスにおける行列配置のコンパートメントで特定のコンパートメントを規定する行及び列を選択することにより、干渉効果が減らされることができる。コンパートメントからの物質の放出は、本発明のデバイスを用いて非常に正確に制御されることができる。
【００１７】
更に好ましくは、上記放出機構が、電気化学反応を用いて又は上記放出機構の加熱を用いて、好ましくは電流を用いてアクティベートされる。デバイスは、非常にコスト効率の良い態様で作り出されることができ、その物質の放出は、より迅速により正確になされることができる。
【００１８】
本発明の追加的な実施形態は、物質の放出を制御する制御ユニットを具備する。更に上記コンパートメントの数が、少なくとも100であることが好ましい。好ましくは少なくとも1,000であり、より好ましくは少なくとも10,000であり、更に好ましくは少なくとも100,000であり、最高に好ましくは少なくとも1,000,000のコンパートメントを持つ。
【００１９】
そのコンパートメントは、マイクロピペット又はインクジェット印刷技術により満たされることができる。
【００２０】
本発明は、デバイスを用いて、コンパートメントから所定量の物質を制御された態様で放出する方法も含む。上記デバイスが、基板において行列配置されるコンパートメントであって、それぞれが少なくとも１つの放出機構により閉じられるコンパートメントと、各コンパートメントに割り当てられる少なくとも１つの第１の電極と少なくとも１つの第２の電極と、複数の行選択線と複数の列選択線とを有する。上記コンパートメントの数は、上記行選択線の数及び上記列選択線の数の和を越えるものである。上記方法が、
上記コンパートメントの第１の電極を上記複数の行選択線の１つに電気的に直接接続するステップと、
上記コンパートメントの第２の電極を上記複数の列選択線の１つに電気的に直接接続するステップと、
上記複数の行選択線からの１つと、上記複数の列選択線からの１つとを用いて、上記第１の電極と上記第２の電極との間に所定の閾値以上の電気的電位を印加するステップとを有する。
【００２１】
それにより、特定の量の物質を非常に高速で簡単に制御された態様で、制御可能に放出することが可能である。
【００２２】
本発明による方法の好ましい実施形態において、１以上のコンパートメントが上記物質を同時に放出する。これは、１以上のコンパートメントが同時に開けられ、物質又は薬の放出の期間は、これらのコンパートメントのそれぞれに対して共通であることを意味する。また、放出の期間(通常、特定のコンパートメントを開くのに必要な時間よりずっと長い)が重複し、かつ１以上のコンパートメントによる物質の放出が可能であるよう、複数のコンパートメントが連続的に開けられることもできる。従って、物質の放出を非常に柔軟に制御することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明のこれら及び他の特性、特徴及び利点は、例示を介して本発明の原理を説明する以下の詳細な説明と、対応する図面とを考慮して明らかとなるであろう。説明は、例示のためだけに与えられるものであり、本発明の範囲を限定するものではない。以下に示される参照符号は、添付された図面を参照してのものである。
【００２４】
本発明は、特定の実施形態及び特定の図面を参照して説明されることになるが、本発明はそれらに限定されるものではなく、請求項によってのみ定まるものである。記載された図面は、概略的なものに過ぎず非限定的なものである。図面において幾つかの要素の大きさが誇張されている場合があり、説明目的のため実際のスケール通りに描かれていない場合がある。
【００２５】
「a」「an」「the」といった不定冠詞又は定冠詞が単数形名詞の前で使用される場合、これは、特に記述がない限り、その名詞の複数形も含むものとする。
【００２６】
更に、明細書及び請求項における第１、第２、第３等の用語は、同様な要素間を識別するのに使用され、必ずしも順次的な順序又は実際の順序を表すものではない。そのように使用されるこれらの用語は、適切な環境下において互いに交換可能であり、本書に述べられる本発明の実施形態は、本書に説明又は図示される順序以外の他の順番で動作することができる点を理解されたい。
【００２７】
更に、明細書及び請求項におけるトップ(表面)、ボトム(底面)、オーバー(上)、アンダー(下)等の用語は、説明目的で使用されるものであり、必ずしも相対的な位置を表すものではない。そのように使用されるこれらの用語は、適切な環境下において互いに交換可能であり、本書に述べられる本発明の実施形態は、本書に説明又は図示される方向以外の他の方向で動作することができる点を理解されたい。
【００２８】
明細書及び請求項における「comprising（有する）」という用語は、その後に記載される手段に限定されるものとして解釈されるべきではないことに留意されたい。即ち、その用語は、他の要素又はステップを除外するものではない。従って、「手段A及び手段Bを有するデバイス」という表現の範囲は、要素A及び要素Bのみからなるデバイスに限定されるべきではない。それは、本発明に関して、デバイスの関連要素がAとBとのみであることを意味する。
【００２９】
図１には、先行技術による知られたデバイス１００が概略的に示される。知られたデバイス１００は、複数のコンパートメント２０が配置される基板１１を有する。コンパートメント２０は、放出機構３０、特に閉鎖キャップ３０により閉じられる。図１から更にわかるように、コンパートメント２０のそれぞれに対して、又は少なくとも各放出機構３０に対して若しくはその近くへ延びる電極線が存在する。図１において接続線には参照符号が振られていない。その知られたデバイス１００は、電極領域１１０を更に有する。
【００３０】
図２において、本発明のデバイス１０が概略的に示される。そのデバイスは、複数のコンパートメント２０を有するが、ここでは９つのコンパートメントのみが表示される。デバイス１０は、従来技術のデバイスに匹敵する基板１１にコンパートメント２０を有する。基板１１は、コンパートメント２０が形成される構造体であり、例えば、エッチングされた、機械加工による、又は鋳造のコンパートメント２０を含む。コンパートメント２０(以下貯留部とも呼ばれる)は、物質の入れ物(container)である。従来技術において知られる微細電気化学システム法、微細鋳造及び微細機械加工技術が、コンパートメント２０を備える基板１１を様々な物質から製造するのに使用されることができる。適切な基板物質の例は、金属、セラミックス、半導体、分解性及び非分解性ポリマを含む。基板物質の生物互換性(bio-compatibility)は通常、体外デバイス用途には好ましい。基板又はその一部は、コーティングされ、カプセル化され、又は使用前に生物互換性のある物質に含められることができる。基板１１は、柔軟なもの又は剛体とすることができる。ある実施形態において、基板１１はマイクロチップデバイスのための支持部として機能する。ある実施形態において、基板１１はシリコンから作られる。基板１１は、成形された表面のため様々な形状を持つことができる。例えば、放出側面を持つことができる。即ち、放出側面とは、放出機構を持つ、平面又は曲面領域のことである。基板は例えば、ディスク、シリンダ又は球面から選択される形状とすることができる。ある実施形態では、放出側面は、曲がった組織表面に適合するよう形成されることができる。治療薬の組織表面への局所送達に、この形状は特に有利である。別の実施形態においては、背面側面(放出側面の末端)が、アタッチメント表面に適合するよう形成される。その基板は、１つの物質のみからなるか、又は、一緒に接合される同種又は異種の基板物質の複数層を有する複合若しくはマルチラミネート物質とすることができる。
【００３１】
本発明のデバイス１０の図２の概略的な図示において、本発明のデバイス１０は、各コンパートメント２０に対して、第１の電極４０と第２の電極５０とを有する。好ましくは、第１の電極４０及び第２の電極５０は、電気的に直接接続されるものではない。即ち、例えば液体といった誘電媒体によりそれらは互いにほぼ絶縁される。これは、第１及び第２の電極４０、５０を互いから分離する物質により作られる電気抵抗が、十分に高い抵抗性からのものであることを意味し、印加電圧又は電位の差に関し、第１及び第２の電極４０、５０間に実質的な電流が存在しないことを意味する。本発明のデバイス１０は、行列配置の形式でコンパートメント２０を更に有する。更に、本発明のデバイス１０は、複数の行選択線６０と複数の列選択線７０とを有する。ここで、行及び列選択線は、相互に垂直な配置で示されるが、他の行列配置、例えば、六角形又は三角形格子も可能である。これらの配置の場合、行及び列選択線は、相互に異なる方向に構成される。例示のため、複数の行選択線６０からの１つの特定の行選択線６１が図２に特に図示される。対応するように、複数の列選択線７０からの１つの特定の列選択線７１が図２に図示される。図２の特定の行選択線６１と特定の列選択線７１とは、図２に示される９つのコンパートメント２０の行列配置の中間におけるコンパートメント２０を規定する。これは、特定の行及び列選択線６１、７１を選択することにより、行列配置における中間のコンパートメントがアクティベートされるよう選択されることを意味する。これは、特定の行及び列選択線６１、７１に適切な電気信号を適用することにより、放出機構３０が除去又はアクティベートされることになることを意味する。明確さのため、放出機構３０は図２には図示されていないが、電極の１つに関連付けられることになる。対照的に、行選択線６０を駆動する第１のドライバ６５は列選択線７０を駆動する第２のドライバ７５と共に、図２に示される。更に、物質の放出を制御する制御ユニット８０も図２に示される。制御ユニット８０は、特定の行選択線６１、７１を用いて特定のコンパートメント２０を規定する第１及び第２のドライバ６５、７５を制御する。制御ユニット８０は、異なるコンパートメント２０の連続的なアクティベーションも制御する。これは、例えば、処置の過程の間、薬の濃度が最適な治療レベルにあるよう、制御ユニット８０が異なるコンパートメントの放出機構３０の開口を制御することを意味する。薬の最適な濃度は患者ごとに異なるので、処置の間、この薬送達システムは、非常に柔軟である必要があり、ほぼ連続的に変化する投薬量を提供することが必要になる。(斯かるシステムは例えば、時間療法に対して使用されることができる。)斯かる薬放出システムは、本発明のデバイスを用いて実現することが可能である。好ましくは、制御ユニット８０が、デバイス１０の環境における薬の実際のレベルを決定するセンサを持つか、又はそのデバイス１０が、薬放出を増やすか減らすよう制御ユニット８０に信号を与えるセンサデバイスからの信号が、結果として、本発明のデバイスの適切な反応を生じさせるような態様で、斯かるセンサデバイス(図示省略)に結合されるかのい��れかである。即ち、制御ユニット８０は、コンパートメント２０内部の物質の放出を増加又は減少させるため、第１及び第２のドライバ６５、７５をアクティベートする。
【００３２】
単純マトリクスシステムがうまく動作するよう、物質又は薬放出機構は閾値的な振る舞いを示すことが必要とされる。それは、放出信号に関して少なくとも非常に非線形的な振る舞いである。例として、薬送達、即ち放出機構３０の開口が、コンパートメント２０のシールを破る、又はコンパートメント２０の放出機構３０を壊す電気化学反応に基づかれており、電気化学反応を開始するのに約1Vの電圧が必要とされるような場合、約0.5Vの電圧では電気化学反応を開始するには不十分であろう。例えば、第１及び第２の電極のいずれかがカソードとして与えられ、第１及び第２の電極の他の電極がアノードとして機能する。アノードは酸化が発生する電極として規定される。溶液に溶けることができるいずれの導電物質、又は電流若しくは電位の適用により溶性イオン若しくは酸化化合物を形成するいずれの導電物質(電気化学溶解)も、アノード及びカソードの製造に使用されることができる。更に、例えば、アノード付近での局所pHの変化がこれらの酸化製品を溶性のものにする場合には、電位に応じて酸化化合物の溶性イオンを通常形成する物質が使用されることもできる。適切な貯留部キャップ物質の例は、銅、金、銀及び亜鉛といった金属並びにポリマを含む。
【００３３】
図２の例において、１つの特定の行選択線６１及び特定の列選択線７１を選択することにより多数のコンパートメント２０から１つのコンパートメント２０を選択することは、特定の行選択線６１に例えば-0.5Vを、そして特定の列選択線７１に+0.5Vの電位を印加することにより行われることができる。これは、結果として、図２においてコンパートメント２０の行列配置の中間に位置する１つの特定のコンパートメント２０の第１及び第２の電極４０、５０間に十分な電位を印加することをもたらす。選択されたコンパートメント２０の第１及び第２の電極４０、５０間の電圧は1Vに達し、従って、薬放出を開始させる。従って、他のコンパートメント２０における電位は、薬を放出しないような電圧に保持される。薬又は物質が放出された後、行選択線６０及び列選択線７０は再度0Vにセットされ、それは、本発明のデバイス１０の休止状態に対応する。これにより、省電力化が実現される。この例において、行電極又は行選択線６０は、アクティブマトリクス液晶ディスプレイに対するゲートドライバに類似する標準的な低電圧シフトレジスタにより実現されることができる第１のドライバ６５に接続されることができる。斯かる電圧シフトレジスタは例えば、0Vと0.5Vとの間で切り替えられることができる。第２のドライバ７５は、例えば、0V又は+0.5Vレベルのいずれかを持つことができる出力を備えるパッシブ又はアクティブマトリクス液晶ディスプレイに使用されるような単なる標準的な電圧データドライバとすることができる。
【００３４】
本発明の１つの実施形態において、１以上の行、即ちアレイにおける１以上の特定の行選択線６１に放出信号を適用することにより、所与の行において同時に１以上のコンパートメントから薬又は物質を放出させることも可能である。すると、異なるコンパートメント２０がアクティブであるよう同時に選択される。即ち、放出機構３０を除去するか、又は放出機構３０を崩壊させることにより開口状態にされる。従って、特定の行選択線６１をアクティベートし、アレイにおける１つ又は複数の列に放出信号を適用することにより、異なる列におけるコンパートメント２０から同時又は連続的に薬を放出させることも可能である。
【００３５】
本発明の別の実施形態において、薬送達機構、即ち放出機構３０を開口状態にするための機構は、加熱効果に基づかれる。つまり、放出機構３０を加熱することで、選択されたコンパートメント２０の放出機構３０が破壊される。熱生成は、第１及び第２の電極４０、５０間に適用される電圧の二次関数であるので、放出電圧の約半分の電圧は、コンパートメント２０に対して必要な加熱の25%のみを供給することになり、放出機構３０を破壊又は開くには不十分であろう。
【００３６】
放出機構、即ち閉鎖キャップの開口機構３０が電気化学反応として提供されるとき、第１又は第２の電極４０、５０は、例えば、放出機構３０の近傍における金層として与えられることができる。第１及び／又は第２の電極４０、５０の他の１つは、例えば、別の金属電極である。第１及び第２の電極４０、５０間に電圧を印加することにより、金層又は金キャップは、電気化学反応においてアノードとして動作し、十分に高い電圧が印加されると溶解される。金層又は金キャップが除去されるとき、閉鎖キャップ３０は本質的に金キャップを構成しているため閉鎖キャップ３０も除去されるか、又は、金キャップの除去が別の物質から作られる放出機構３０を十分弱める結果、金キャップが除去されれば放出機構３０が破壊されることになるかのいずれかが起こる。いずれにせよ、電気化学反応が発生した後、コンパートメント２０内部の物質又は薬は自由にされ、拡散されることが可能にされる。本発明のデバイスの斯かる実施形態において、基板１１は例えば微細貯留部としてコンパートメント２０を含むシリコンウェハの形式で与えられる。微細貯留部は、シリコン基板にエッチングされる。別の基板物質は、ガラス、金属及びポリマを含む。
【００３７】
上述された本発明の実施形態のいずれかにおける特徴によれば、基板１１又はチップが、バッテリとマイクロプロセッサ又は制御ユニットとを具備する完全に内蔵型のものとしてパッケージ化されることができる。好ましくは、制御ユニット８０は、コンパートメント２０を持つ基板１１にモノリシックに一体化される。
【００３８】
コンパートメント２０の内容物は、放出又は露出が所望される選択された時間点まで、コンパートメント２０の外側の環境で孤立化される(例えば保護される)必要がある任意の物又は物質を原則的に有する。様々な実施形態において、コンパートメント２０の内容物は、特定量の分子、特定の物質又は特定の物質の混合物を有する。触媒又はセンサといったある貯留部の内容物の適切な機能化は、コンパートメントの内容物の放出を一般には必要とはしない。代わりに、その意図された機能例えば、触媒作用又はセンシングが、放出機構３０の開口の後、コンパートメント２０の外側の環境に貯留部の内容物を露出するときに生じる。従って、触媒分子又はセンシング成分が放出されることができるか、又は開口状態のコンパートメント２０内で動かなくされたままにすることができる。患者に治療的効果を及ぼすようそのデバイスを通り体外のサイトに送達するため、薬分子といった他のコンパートメントの内容物がそのコンパートメントから放出される必要がある場合がしばしばある。しかしながら、薬分子は、特定の体外用途に対して保持されることができる。コンパートメント２０の内容物は、原則的に、いかなる自然若しくは人口の、有機若しくは無機分子又はそれらの混合物を含むことができる。その分子は、原則いかなる形式でもよく、例えば、純粋な固体又は液体、ゲル又はハイドロゲル、液体又は乳液、スラリー又は懸濁液とすることができる。注目する分子は、開口状態のコンパートメント２０の放出率及び／又は放出時間を制御又は拡張するよう、他の物質と混合されることができる。様々な実施形態において、その分子は、非結晶質又は結晶質の混合粉末、モノリシックな固体混合物、凍結乾燥された粉末及び固体の相互貫入ネットワークを含む固体混合物の形式とすることができる。他の実施形態では、分子は、溶液、乳液、コロイド懸濁液、スラリー又はハイドロゲルのようなゲル混合物といった液体形式である。
【００３９】
図３において、本発明のデバイス１０内のコンパートメント２０の４つの異なる装置が図式的に表される。デバイス１０の第１の実施形態において(図３の左上参照)、すべてのコンパートメント２０は同じ大きさであり、行列配置で与えられる。コンパートメント２０の大きさは、コンパートメント２０に含まれる物質の第１の量を規定する。すべてのコンパートメント２０が同じ物質を含むか、又はコンパートメント２０の第１のグループ(図示省略)に第１の物質が配置され、コンパートメント２０の第２のグループ(図示省略)に第２の物質が配置されるかのいずれかとすることが可能である。
【００４０】
図３に示される第２の例において(右上参照)、本発明のデバイス１０が描かれ、そこでは、コンパートメント２０の第１のグループ２１が所定の大きさを持ち、第１の量の物質を含むことを可能にする。コンパートメント２０の第２のグループ２２は、第１のグループ２１のコンパートメント２０より大きなコンパートメント２０を有する。従って、第２のグループ２２のコンパートメントは例えば、第１の量の２倍の第２の量の物資を含むことができる。もちろん、第１及び第２の量の比は任意の他の値であってもよい。コンパートメント２０の第３のグループ２３は、第３の量の物質を含むことができるコンパートメント２０を有する。第３の量は例えば、第２の量の２倍であり、第１の量の４倍である。もちろん、第３の量が、第１及び第２の量に関して異なる比率で与えられることもできる。本発明により、コンパートメント２０の第１、第２又は第３のグループ２１、２２、２３から特定のコンパートメント２０を選択することにより、単に１つのコンパートメント２０を開くだけで、コンパートメント２０からより多くの又はより少ない量又は個数の物質を放出することが可能である。これは、特に制御ユニット８０に関して非常に簡単にわずかな労力で非常に簡単に物質の異なる量の放出を制御することが可能であるという利点を持つ。
【００４１】
図３に表される本発明のデバイス１０の第３の例において(図３の左下参照)、コンパートメント２０の異なるグループ２１、２２、２３を備えるコンパートメント２０の行列配置が示される。第３の例において、コンパートメント２０の配置は、第２の例(図３右上)におけるコンパートメント２０の配置に匹敵する。第３の例において、行列配置の各行におけるコンパートメントの大きさは同一だが、異なる列の間でコンパートメント２０の大きさを変更することにより、異なるグループのコンパートメントが実現される。対照的に、第２の例においては(図３右上)、各列のコンパートメントは同じ大きさであり、異なる行のコンパートメントが異なっている。
【００４２】
本発明によるデバイス１０におけるコンパートメント２０の行列配置の第４の例において、第１の物質を含むコンパートメント２０の第１の領域２５が規定され、第２の物質を含むコンパートメント２０の第２の領域２６が規定される。
【００４３】
本発明のデバイスのコンパートメント２０の異なる行列配置の所与の例により、本発明のデバイス１０を用いて、異なる量及び／又は異なる物質を投薬する点に関する高い自由度を持つことが可能となる。コンパートメント２０の大きさを変えること、従って、放出される物質の量を変えることにより、より少ない数のコンパートメントでより柔軟な薬送達が可能になる。例えば、1:2:4:8:16等の範囲にわたる大きさのコンパートメントを提供することにより、１つ又は複数のコンパートメント２０を同時に開き、制御された態様で投薬を行う広い範囲の投薬を提供することができる。１以上のタイプの物質を送達する場合(図３の例４、右下参照)、異なる薬が異なる投薬量を持つのが普通である。このため、送達される薬に応じて、比較的大きな又は小さなコンパートメント２０を備えるコンパートメント２０の行列アレイの異なるセクション又は領域２５、２６を持つことが好ましいであろう。これは、好ましくは、図３(右下)に図示されるように、アレイにおける行選択線６０及び／又は列選択線７０間のこの空間配置(spacing)を一様に増加させることにより実現される。なぜなら、これは、利用可能なドライバ６５、７５を最も好適に利用し、デバイス１０に含まれる要素の冗長性を減らすことになるからである。所望のデバイス１０の複雑さに応じて、使用され未だに利用可能であるコンパートメント２０の状態を更新された状態に保つのにメモリ又はシフトレジスタが必要とされる。斯かるメモリデバイスは、有利には、デバイス１０の制御ユニット８０に含まれることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】斯かるタイプのデバイスの基本構造を示す、従来技術によるデバイス１００を図式的に示す図である。
【図２】本発明によるデバイスを図式的に示す図である。
【図３】本発明によるデバイスにおけるコンパートメントを４つの異なる配置で説明する図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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