(57)【要約】【課題】非侵讐的に効率よく薬物、遺伝子などを目的とする生体組織に導入する突刺注入方法、装置および注入針を提供する。【解決手段】超音波振動部材２に連結した注入針１２を生体に突刺し、注入針を一方の電極とし、注入針が突刺された部位以外の部位に他方の電極１３を接触させ、超音波振動部材による超音波振動を注入針に与えた状態で、注入針と他方の電極との間に脈動電圧ＳＫを印加し、且つその脈動電圧の周波数を第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との間においてスイープさせ、超音波振動による注入針からの物質の吐出作用と、脈動電圧による物質のイオン化または帯電化作用との相乗作用により、注入針内の物質を生体の内部に注入する。【選択図】図１
2005334408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
注入針によって生体または細胞の内部に物質を注入する突刺注入方法であって、
超音波で振動する超音波振動部材に連結した前記注入針を前記生体または前記細胞に突刺し、
前記注入針を一方の電極とし、前記注入針が突刺された部位以外の部位に他方の電極を接触させ、
前記超音波振動部材による超音波振動を前記注入針に与えた状態で、前記注入針と前記他方の電極との間に脈動電圧を印加し、且つその脈動電圧の周波数を第１の周波数とそれと異なる第２の周波数との間においてスイープさせ、
前記超音波振動による前記注入針からの前記物質の吐出作用と、前記脈動電圧による前記物質のイオン化または帯電化作用との相乗作用により、前記注入針内の前記物質を前記生体または前記細胞の内部に注入する、
ことを特徴とする突刺注入方法。
【請求項２】
前記脈動電圧は、パルス列からなり、所定の時間内でパルスの周波数をスイープさせ、１回のスイープごとに休止時間を設けてスイープを繰り返す、
請求項１記載の突刺注入方法。
【請求項３】
前記脈動電圧は、パルス列からなり、所定の時間内で正のパルスの周波数をスイープさせ、そのスイープの後で負のパルス列を印加し、これらを休止時間を設けて繰り返す、
請求項１記載の突刺注入方法。
【請求項４】
前記脈動電圧の周波数を対数関数的に増大するようにスイープさせる、
請求項１ないし３のいずれかに記載の突刺注入方法。
【請求項５】
注入針を生体または細胞に突刺してそれらの内部に物質を注入するための突刺注入装置であって、
超音波で振動する超音波振動部材と、
前記注入針が突刺された部位以外の部位に接触させるための電極部材と、を有し、
前記注入針は、超音波振動の伝播が可能であり、前記超音波振動部材に連結されており、
前記注入針を一方の電極とし前記電極部材を他方の電極として、前記超音波振動部材による超音波振動を前記注入針に与えた状態で、前記注入針と前記電極部材との間に電圧を印加可能に構成されてなる、
ことを特徴とする突刺注入装置。
【請求項６】
周波数を第１の周波数とそれと異なる第２の周波数との間においてスイープする脈動電圧を前記注入針と前記電極部材との間に印加するための電圧発生回路を有する、
請求項５記載の突刺注入装置。
【請求項７】
前記超音波振動部材は、その内部に前記注入針に前記物質を送り出す流路を有する、
請求項５または６記載の突刺注入装置。
【請求項８】
前記注入針は、金属材料からなり、その針先部分を除いて前記生体または前記細胞の内部に突刺される部分の外周が電気絶縁性材料により被覆されてなる、
請求項５ないし７のいずれかに記載の突刺注入装置。
【請求項９】
前記注入針は、前記超音波振動部材に連結するための接続部と針部とを有し、前記接続部の軸方向長さが前記超音波振動の波長λの１／４〜１／２である、
請求項５ないし８のいずれかに記載の突刺注入装置。
【請求項１０】
生体または細胞に突刺してその内部に物質を注入する注入針を連結するための突刺注入装置であって、
前記注入針を着脱可能に連結して前記注入針に超音波振動を伝播するための連結部が設けられた超音波振動部材と、
前記注入針が突刺される部位以外の部位に接触させるための電極部材と、を有し、
前記連結部を一方の電極とし前記電極部材を他方の電極として、前記超音波振動部材による超音波振動を前記連結部に与えた状態で、前記連結部と前記電極部材との間に電圧を印加可能に構成されてなる、
ことを特徴とする突刺注入装置。
【請求項１１】
生体または細胞に突刺してその内部に物質を注入するための注入針であって、
金属材料からなり、先端部を除いて前記生体または前記細胞の内部に突刺される部分の外周が電気絶縁性材料により被覆されてなる、
ことを特徴とする注入針。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的方法および超音波振動法を同時に用いて、注入針により生体組織に薬物等を注入する突刺注入方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
痛みや出血などを伴うことなく、非侵讐的（体に負担をかけないよう）に、しかも効率よく薬物、遺伝子などを目的とする生体組織に導入する方法は、医療の現場で日常的に求められている。例えば、歯科麻酔、整形外科における関節への薬物注入、および形成美容などの分野では、特に緊急性が高く、需要も多い。
【０００３】
近年、生体組織の特定の部位に、適切な量および濃度の薬物を的確に導入する方法として、薬物伝達システム（ＤＤＳ：ドラッグ・デリバリー・システム）が注目されている。しかしながら、現在、このＤＤＳの開発状況は、非侵讐的に効率よく薬物を目的とする部位に短時間に導入することができるまでには至っていない。
【０００４】
ところで、従来より、生体内にある程度の量の薬物を短時間に導入する方法として、注射針を使用して皮下組織に薬物を圧注入する注射が広く用いられている。そして、より効率よく薬物を投与するために、注射針に充分な強度の振動エネルギを与える方法が開示されている（特許文献１）。また、注射によらないで薬物を体内に導入するＤＤＳとして、超音波振動と電気的な方法とを統合して、薬物を皮膚から効率よく体内に導入する経皮導入方法も提案されている（特許文献２）。
【特許文献１】特表２００２−５２１１１８号公報
【特許文献２】特開２００４−６５８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、注射は、薬物の溶液等を圧注入するためにある程度の太さの注射針を必要とし、注入には痛みが伴う。また、注射針の穴から吐出させるために薬液に高い圧力を加えるので、注入部位が膨らむことがあり、注射された部位の組織を傷つける可能性がある。特許文献１に開示された、注射針に振動エネルギを与える方法では、振動エネルギのみで薬物の細胞性吸収を増強させる必要から、振動による空洞効果（キャビテーション効果）により生体組織を傷つける可能性が高い。
【０００６】
一方、経皮導入方法は非侵讐的に薬物などを生体組織に導入することが可能であるが、例えば、関節内注射などのように、多量の薬物を生体内の深部に導入することが求められる場合には、必ずしも適する方法ではない。
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、非侵讐的に効率よく薬物、遺伝子などを目的とする生体組織に導入する突刺注入方法、装置および注入針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】
【０００８】
本発明に係る突刺注入方法は、注入針によって生体または細胞の内部に物質を注入する突刺注入方法であって、超音波で振動する超音波振動部材に連結した前記注入針を前記生体または前記細胞に突刺し、前記注入針を一方の電極とし、前記注入針が突刺された部位以外の部位に他方の電極を接触させ、前記超音波振動部材による超音波振動を前記注入針に与えた状態で、前記注入針と前記他方の電極との間に脈動電圧を印加し、且つその脈動電圧の周波数を第１の周波数とそれと異なる第２の周波数との間においてスイープさせ、前記超音波振動による前記注入針からの前記物質の吐出作用と、前記脈動電圧による前記物質のイオン化または帯電化作用との相乗作用により、前記注入針内の前記物質を前記生体または前記細胞の内部に注入する。
【０００９】
好ましくは、前記脈動電圧は、パルス列からなり、所定の時間内でパルスの周波数をスイープさせ、１回のスイープごとに休止時間を設けてスイープを繰り返す。
【００１０】
より好ましくは、前記脈動電圧は、パルス列からなり、所定の時間内で正のパルスの周波数をスイープさせ、そのスイープの後で負のパルス列を印加し、これらを休止時間を設けて繰り返す。
【００１１】
さらに好ましくは、前記脈動電圧の周波数を対数関数的に増大するようにスイープさせる。
【００１２】
本発明に係る突刺注入装置は、注入針を生体または細胞に突刺してそれらの内部に物質を注入するための突刺注入装置であって、超音波で振動する超音波振動部材と、前記注入針が突刺された部位以外の部位に接触させるための電極部材と、を有し、前記注入針は、超音波振動の伝播が可能であり、前記超音波振動部材に連結されており、前記注入針を一方の電極とし前記電極部材を他方の電極として、前記超音波振動部材による超音波振動を前記注入針に与えた状態で、前記注入針と前記電極部材との間に電圧を印加可能に構成されてなる。
【００１３】
好ましくは、周波数を第１の周波数とそれと異なる第２の周波数との間においてスイープする脈動電圧を前記注入針と前記電極部材との間に印加するための電圧発生回路を有する。
【００１４】
また、好ましくは、前記超音波振動部材は、その内部に前記注入針に前記物質を送り出す流路を有する。
【００１５】
より好ましくは、前記注入針は、金属材料からなり、その針先部分を除いて前記生体または前記細胞の内部に突刺される部分の外周が電気絶縁性材料により被覆されてなる。
【００１６】
さらに好ましくは、前記注入針は、前記超音波振動部材に連結するための接続部と針部とを有し、前記接続部の軸方向長さが前記超音波振動の波長λの１／４〜１／２である。
【００１７】
他の本発明に係る突刺注入装置は、生体または細胞に突刺してその内部に物質を注入する注入針を連結するための突刺注入装置であって、前記注入針を着脱可能に連結して前記注入針に超音波振動を伝播するための連結部が設けられた超音波振動部材と、前記注入針が突刺される部位以外の部位に接触させるための電極部材と、を有し、前記連結部を一方の電極とし前記電極部材を他方の電極として、前記超音波振動部材による超音波振動を前記連結部に与えた状態で、前記連結部と前記電極部材との間に電圧を印加可能に構成されてなる。
【００１８】
本発明に係る注入針は、生体または細胞に突刺してその内部に物質を注入するための注入針であって、金属材料からなり、先端部を除いて前記生体または前記細胞の内部に突刺される部分の外周が電気絶縁性材料により被覆されてなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、非侵讐的に効率よく薬物、遺伝子などを目的とする生体組織に導入することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は本発明に係る突刺注入装置１の全体の構成を表す図、図２は超音波振動トランスデューサ２を分解して示す斜視図、図３は超音波振動トランスデューサ２の正面図、図４は注入針１２の振動の様子を表す図、図５はパッチ型電極１３を腕に装着した図、図６は駆動回路３の例の図、図７は対数関数的に周波数が変調された脈動電圧を供給するための電圧発生回路４の例を示すブロック図、図８は注入針１２とパッチ型電極１３との間に印加される脈動電圧の波形の例を示す図、図９は注入針１２とパッチ型電極１３との間に印加される脈動電圧の例とその周波数変化の例を示す図、図１０は注入針１２の針先近辺の動作を説明するための図である。
【００２１】
図１ないし図３に示されるように、突刺注入装置１は、注入器１１、注入針１２、パッチ型電極１３、超音波トランスデューサ２、駆動回路３、および電圧発生回路４からなる。
【００２２】
注入器１１は、チューブ２８により連結された超音波トランスデューサ２を経由して、注入針１２に薬物を供給するためのものである。注入器１１は、シリンダ１１１とピストン１１２とからなる。シリンダ１１１内に投入された薬物は、ピストン１１２によって注入器１１からチューブ２８に向けて押し出される。注入器１１として、一般に市販されるガラス製、樹脂製の注射器などが使用される。注入器１１から注入針１２に供給される薬物としては、例えば、ビタミンＥなどのビタミン類、種々のペプチドや蛋白質、インシュリン、インドメタシン、コーチゾン、ホルモン、ステロイド、抗生物質、麻酔薬などがある。また、ミトコンドリア、遺伝子などを細胞内に導入する場合には、これらが注入器１１から注入針１２に供給される。これらの薬物等は、生理食塩水（塩化ナトリウム０．９％水溶液）に溶解または分散されて注入器１１の中に入れられる。
【００２３】
注入針１２は、注入器１１から供給される薬物を生体の皮下組織の特定の部位などに注入するためのものである。注入針１２は、図４によく示されるように、超音波トランスデューサ２に連結するための接続部１２１と、皮下組織に薬物を注入するための針部１２２と、からなっている。接続部１２１は、後で説明するボルト部材２５の連結部２５４にネジ込まれ、注入針１２を超音波トランスデューサ２と一体化するためのものである。接続部１２１は、針部１２２に比べその径が大きくなっている。接続部１２１の軸方向長さは、使用する超音波振動の波長λの１／４〜１／２とするのが好ましい。本実施形態においては、接続部１２１の軸方向長さは、超音波トランスデューサ２が発生する超音波振動の波長λの１／２となっている。注入針１２は、突刺注入操作において、後で説明する電極板２３ｄと電気的に接続されて−（マイナス）側の電極として機能する。そのため、注入針１２には、ステンレス合金、ニッケル合金、その他の電気伝導性を有する金属材料が用いられる。具体的には、例えば三菱マテリアル社製のハステロイ超合金Ｃ−２２が好適に用いられる。注入針１２の針部１２２は、その先端部分を除き、電気絶縁性樹脂、例えば、ＥＴＦＥなどのフッ素樹脂による絶縁外套膜１２３でその外周が被覆されている。注入針１２の大きさは、例えば、針の部分の外径が１７５ミクロンメートル、穴の内径が１５０ミクロンメートルである。
【００２４】
パッチ型電極１３は、図５に示されるように、円板状の樹脂基板１３３と円板状の電極板１３１とがはり合わされ、電極板１３１に電線１３２が接続されたものである。電極板１３１は、鉄、胴、またはチタンなどの金属、またはカーボンにより製作される。パッチ型電極１３は、電極板１３１の露出する面を皮膚の表面に接触させて図示しない粘着テープなどにより固定される。パッチ型電極１３は、突刺注入操作において、電線１３２が電圧発生回路４に接続されて、＋（プラス）側の電極として機能する。
【００２５】
超音波トランスデューサ２は、図２によく示されるように、超音波振動子２１，２２、電極板２３ａ〜ｄ、絶縁座金、ボルト部材２５、ブロック部材２６ａ，ｂからなる。
【００２６】
超音波振動子２１，２２は、電歪型の圧電セラミック素子が２つ用いられる。超音波振動子２１，２２は、互いに逆極性となるように配置され、これらの間とこれらを外側から挟むようして、合計３つの電極板２３ａ〜ｃが配置される。外側の電極板２３ａ，２３ｃは、電気的に互いに接続され、共通の電位が印加される。それぞれの電極板の外側には、セラミックからなる絶縁座金２４ａ，ｂが配置される。一方の絶縁座金２４ｂの外側には、さらに電極板２３ｄが配置される。これら、超音波振動子２１，２２、電極板２３ａ〜ｄ、および絶縁座金２４ａ，ｂには、その中央に穴が設けられている。
【００２７】
ボルト部材２５は、その両端部に雄ネジ２５１ａ，ｂが設けられ、軸心部に流路２５２が設けられる。また、一方の端面から雄ネジ２５３が設けられた連結部２５４が軸方向に突出している。他方の端面からは、抜け止めのためにたけのこ構造となった取付部２５５が、軸方向に突出している。ボルト部材２５は、超音波振動子２１，２２、電極板２３ａ〜ｄ、および絶縁座金２４ａ，ｂの穴に挿入される。
【００２８】
ブロック部材２６ａ，ｂは、金属材料によって円柱状に形成されたものが２つ用いられる。ブロック部材２６ａ，ｂの軸心部には、ネジ穴２６１ａ，ｂが設けられる。ブロック部材２６ａ，ｂの外周面には、周溝２６２ａ，ｂが設けられ、周溝２６２ａ，ｂに緩衝用のＯリング２６３ａ，ｂが装着される。ブロック部材２６ａ，ｂは、超音波振動トランスデューサ２におけるバックマス（バランス用錘）の役割がある。ブロック部材２６ａ，ｂは、そのネジ穴２６１ａ，ｂを、超音波振動子２１，２２、電極板２３ａ〜ｄ、および絶縁座金２４ａ，ｂの穴に挿入されたボルト部材２５の両端部の雄ネジ２５１ａ，ｂと螺合され締め付けられて、これらを一体化させる。
【００２９】
図３をも参照して、電極板２３ｂを一方の電極とし、電極板２３ａ，ｃを共通の他方の電極として、これらの間に超音波で振動する交流電圧（駆動電圧ＳＴ）を印加するための、駆動回路３に連続する電線が接続される。また、電極板２３ｄには、電圧発生回路４に連続する電線が接続される。電極板２３ｄは、ブロック部材２６ｂ、ボルト部材２５を通じて連結部２５４と電気的に接続しており、突刺注入操作では、連結部２５４に取り付けられる注入針１２に電極の働きをさせる。
【００３０】
超音波トランスデューサ２は、ブロック部材２６ａ，ｂの外径よりも若干大きな内径を有する円筒状の合成ゴムまたは合成樹脂等ならなるカバー２７の中に嵌め込まれる。
【００３１】
駆動回路３は、図６において、回路図の上方の回路で、インバータを用いた矩形波発信回路Ｔを構成する。抵抗Ｖ１を可変することにより、矩形波Ｓ１の周期が変化する。回路図の下方の回路で、インバータを用いた超音波発信回路Ｆを構成する。抵抗Ｖ２を可変することにより、またスイッチＳを切り換えてコンデンサの容量を選択することにより、超音波信号Ｓ２の周波数が変化する。周波数は、使用する超音波振動子２１，２２に応じて設定する。
【００３２】
ゲート回路Ｇにおいて、矩形波Ｓ１と超音波信号Ｓ２の論理積により、間歇的に発信する超音波信号Ｓ３が得られる。これがトランジスタＵにより電力増幅され、超音波信号として出力される。超音波信号は、２つの超音波振動子２１，２２に加えられる。
【００３３】
電圧発生回路４は、注入針１２とパッチ型電極１３との間に電圧を印加するためのものである。図７に示される電圧発生回路４のブロック図において、印加電圧の周波数はマイコンＩＣ制御回路によって制御される。電圧発生回路４は、次のような制御を行い、または電圧を出力する。
（１）  交番、脈流波動、直流の間欠断続などの速度波形の脈流パルス数を外部設定に依って１〜３１パルス数に設定配列する。
（２）  施術において、正、負の摺動掃引の移動極と生体電場極の二極性において、陽極と陰極性を外部切替により極性反転させて、施術目的に矯する極性対応とする。
（３）  通電率の動位、静止のデューティ比コントロール調整を行い効率の良い通電率の選択と媒質の飽和および生体組織の帯電および熱蓄積を静止放電させる間欠調整、設定が可能である。
（４）  直流の間欠周期の選択可変調整により、数十ＫＨの高周波パルス周波数域まで、切替可変を可能とする。
（５）  周期幅および周波数を広域にわたって可変設定させる。
【００３４】
電圧発生回路４により注入針１２とパッチ型電極１３との間に印加される脈動電圧（以下、「導入電圧ＳＫ」ともいう。）は、図８（ａ）に示されるように、交流成分を有する直流の矩形波である。つまりパルス列からなる。脈動電圧は、所定の時間Ｔ１内で正のパルスの周波数がスイープされ、そのスイープの後で、所定の時間Ｔ２内で負のパルス列が印加され、これらが休止時間Ｔ３を設けて、周期Ｔ０で繰り返される。
【００３５】
すなわち、印加される導入電圧ＳＫの交流成分の周波数は、印加時間と共に高くなるように設定され、数百Ｈｚから数十ＫＨｚまでまたはそれ以上に高い周波数まで、対数関数的に変調（ログ・スイープ変調）される。ログ・スイープ変調により周波数を増大させた導入電圧ＳＫは、１０〜１５ミリ秒間印加されたのち、生体への帯電を消去するために極性を逆にして矩形状の負パルス電圧が印加され、休止期間Ｔ３を経て再びログ・スイープ変調させた周波数の導入電圧ＳＫが印加される。印加される導入電圧ＳＫの波高値は１０Ｖ以内であり、１度の突刺注入操作において、この一連の導入電圧ＳＫの印加が数回連続して行われる。より非侵讐的に突刺注入操作を行うためには、導入電圧ＳＫを６Ｖ以下とするのが好ましい。
【００３６】
なお、図８（ｂ）には、周波数をログ・スイープ変調する場合との対比のため、交流成分を有し、周波数が一定の矩形状の波形を有する導入電圧ＳＫの印加パターンを示す。
【００３７】
さて、以下に、薬物の突刺注入における突刺注入装置１の動作を説明する。
【００３８】
図１に示されるように、突刺注入装置１は、超音波トランスデューサ２の取付部２５５と注入器１１とが、フッ素樹脂製のチューブ２８により連結される。超音波トランスデューサ２の連結部２５４には、注入針１２が取り付けられる。注入器１１、チューブ２８、超音波トランスデューサ２内の流路２５２、および注入針１２の穴内から空気が完全に抜かれ、注入するための薬物または薬液によりこれらの内部が満たされている。
【００３９】
パッチ型電極１３は、薬物が注入される部位の近辺に装着される。
【００４０】
超音波トランスデューサ２から延びた電線は、電極板２３ａ〜ｃからのものが駆動回路３に接続され、電極板２３ｄからのものが電圧発生回路４に接続される。また、パッチ型電極１３から延びた電線は、電圧発生回路４に接続される。突刺注入操作では、注入針１２が−極となり電極板１３１が＋極となる。
【００４１】
注入針１２が薬物の導入部位、例えば、腕の皮下組織に差し込まれた状態で、パッチ型電極１３との間に導入電圧ＳＫが印加される。それと同時に、駆動回路３から超音波トランスデューサ２に交流電力を供給し、超音波振動子２１，２２を超音波振動させる（超音波振動電極法）。
【００４２】
図４および図１０を参照して、超音波トランスデューサ２からの超音波振動は、連結部２５４を通じて注入針１２に伝えられる。注入針１２において、接続部１２１の軸方向長さは超音波振動の波長λの１／２となっており、そのホーン形状部分から針部１２２に弾性振動が伝播される。このとき、超音波振動は、針部１２２において径方向、周方向、長さ方向の３方向の振動が合成された「ヘリカル振動」となる。そして、長さ方向の振動は、外周に添った縦の延び縮みの振動の歪み作用によって針部１２２の外周を回転伝播しつつ、針先の開口部へ振動を連動させて伝播振動が発生する。針部１２２は、微小な円を描いて回転振動し、この回転振動によって針先の開口部からの薬物の吐出が容易になり、注入針１２内の薬液の流動抵抗も減少する。この「ヘリカル振動効果」によって、穴の径がナノスケールの注入針１２であっても、薬物の水溶液または水分散液は、注入針１２の中を流動し、針先から容易に吐出することが可能となる。
【００４３】
また、金属製の注入針１２を媒体とする音速（５０００〜７，５００ｍ／ｓｅｃ）は、薬物の水溶液等を媒体とする音速（１，３５０ｍ／ｓｅｃ）の約４倍であり、針部１２２とその穴の中の薬物とでは、振動伝播速度に大きな差がある。この振動伝播速度の差によって、針部１２２からその穴の内部の薬物に対して、針先の方向に流動を促す力が働く（音響学的マイクロ・ストリーミング効果）。
【００４４】
さらに、注入針１２によって生体細胞等に与えられる超音波振動により、細胞壁などに一過的な微小穿孔が生じ、イオン化または帯電した薬物は、目的とする部位に容易に導入される。
【００４５】
突刺注入装置１による超音波振動電極法では、注入針１２の超音波振動による薬物などの吐出（音圧効果、マイクロストリーミング効果）および一過的な微小穿孔（ソノポレーション）により、後に説明するイオントフォレシス（イオン導入）による効果が顕著に発揮される。
【００４６】
超音波振動電極法において、図８（ａ）に示されるログ・スイープ変調させた周波数の導入電圧ＳＫを印加して行うイオントフォレシスは、図８（ｂ）に示される単純な直流矩形の導入電圧ＳＫを繰り返し印加する方法に比べて、より高い効率で薬物を生体内などに導入することができる。すなわち、
生体組織は電気化学的にみると、多様な生体インピーダンスをもつミクロな環境が互いに重なり合って存在し、インピーダンスの壁を形成している。そして、多様な生体インピーダンスによって、生体内における導電路は単一ではなく、ミクロ的には周波数依存性を有する。また、生体内においては、多様な分子が電離したイオンの状態で存在し、これらのイオンは、水素結合などにより化学的に結ばれ、イオンのネットワークを張り巡らせている。投与する薬物を生体組織に吸収させるには、これらのインピーダンスの壁やネットワークを破る必要がある。
【００４７】
このような生体組織に対し、単一周波数を有する直流矩形の導入電圧ＳＫを印加しても、電流は、生体内のインピーダンスの高い部分を避けて、電流効率の良い限定された部分に集中して流れようとする。そのため、導電路が固定的に形成されることになり、イオントフォレシスによる薬物の導入範囲には限界がある。
【００４８】
一方、図８（ａ）に示される、周波数をログ・スイープ変調させた場合では、導入電圧ＳＫの周波数が変化するので、生体のインピーダンスの多様性にもかかわらず広い範囲を電流が流れ、イオン化した薬物等を広範囲に導入することができる。
【００４９】
図９（ａ）に示すように、導入電圧ＳＫ２は、正のパルス列からなる。所定の時間Ｔ１内で正のパルスの周波数がスイープされ、１回のスイープごとに休止時間Ｔ３を設けてスイープが繰り返される。
【００５０】
つまり、図９（ｂ）〜（ｄ）に示されるように、導入電圧ＳＫ２の周波数は、第１の周波数ｆ１とそれと異なる第２の周波数ｆ２との間においてスイープされる。周波数を時間に対して種々に変化させることができる。図９（ｂ）には周波数を対数関数的に増大させた場合が、図９（ｃ）には周波数を一次関数的に増大させた場合が、図９（ｄ）には周波数を指数関数的に増大させた場合が、それぞれ示されている。周波数を連続的に変化させるのではなく、ステップ状に変化させてもよい。また、第２の周波数ｆ２を第１の周波数ｆ１よりも低くしてもよい。つまり、周波数が時間とともに低くなるようにスイープさせることも可能である。
【００５１】
図１０を参照して、ログ・スイープ変調等を用いた超音波振動電極法では、例えば、外径が１７５ミクロンメートルの注入針１２が、生体内の皮下組織における薬物を導入したい部位に突刺される。超音波振動に促されて注入針１２から吐出された薬物は、電位的極性基を有する流体電極流として働き、局部的に生ずる薬物の解離作用に連動した吐き出しにおいて、その場が対極の電位体となることから、効率的に最適なイオン化移流現象を成立させる。針先を除く針部１２２は、絶縁外套膜１２３により被覆されており、イオン化作用は針先の近辺に限定されて、超音波振動の吐出効果により吐出された薬物類に対して、印加された導入電圧ＳＫが効率的に作用する。
【００５２】
超音波振動を併用する超音波振動電極法による突刺注入操作では、高い圧力を注入器１１に加えることなく、ナノメートルレベルの微細な径の針のさらに微小な穴から、薬物を迅速に注入部位に吐出させることができる。したがって、針によって突刺した部位を破壊せずに薬物の突刺注入を行うことができる。そして、印加する導入電圧ＳＫの周波数をログ・スイープ変調等することにより、イオン化されて活性化した薬物等は、超音波振動により生じた細胞の一過的な微小穿孔から生体内に効率よく導入される。
【００５３】
導入電圧ＳＫの周波数をログ・スイープ変調等し、同時に超音波振動を注入針１２に加えることで、細胞内に遺伝子等を容易に注入することも可能である。
【００５４】
上に述べた実施形態において、超音波トランスデューサ２および注入器１１を一体として形成し、注入針を交換することにより薬物等の注入対象となる個体を替えて突刺注入を繰り返すことができる。また、超音波トランスデューサ２、注入器１１、および注入針１２を一体として、これらを現在の注射器のように使い捨てとすることもできる。
【００５５】
図１１および図１２に示されるように、注入針１２Ｂの接続部１２１Ｂに、針部１２２Ｂの穴に連続するチューブ接続部１２４Ｂを設け、チューブ接続部１２４Ｂに注入器１１Ｂからのチューブ２８Ｂを接続するようにしてもよい。図１１のように構成することにより、注入対象部位から血液などが逆流した場合であっても、超音波トランスデューサ２Ｂは汚染されず、注入器１１Ｂ、チューブ２８Ｂ、および注入針１２Ｂの交換で対処することができる。
【００５６】
注入針は、例えば、釣り竿のように、針部において径差を利用してつなぎその長さを延長可能にすることができる。また、注入針を内視鏡ファイバーに適合する外径と長さを有するものとし、体内の深部に薬物を注入するＤＤＳに使用可能なように構成することができる。
【００５７】
超音波トランスデューサ２は、その構成および形状等を任意のものとすることができる。超音波振動子２１，２２の数は２つに限られるものではなく、１つまたは３つ以上でもよい。パッチ型電極１３に代えて、注入針との間に非侵讐的に導入電圧を印加することができる他の形態の電極を使用してもよい。例えば、手のひらで握る形式の電極を使用することもできる。
【００５８】
上述の実施形態において、注入器１１、注入針１２、超音波トランスデューサ２、およびパッチ型電極１３などの形状、および寸法を種々のものとすることができる。
【００５９】
その他、突刺注入装置１の各部又は全体の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る突刺注入装置の全体の構成を示す図である。
【図２】超音波振動トランスデューサを分解して示す斜視図である。
【図３】超音波振動トランスデューサの正面図である。
【図４】注入針の振動の様子を表す図である。
【図５】パッチ型電極を腕に装着した状態を示す図である。
【図６】駆動回路の例を示す図である。
【図７】脈動電圧を供給するための電圧発生回路の例を示すブロック図である。
【図８】脈動電圧の波形の例を示す図である。
【図９】脈動電圧の波形および周波数変化の例を示す図である。
【図１０】注入針の針先近辺の動作を説明するための図である。
【図１１】他の実施形態に係る突刺注入装置の構成を示す図である。
【図１２】他の実施形態に係る注入針の接続部近辺の拡大図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  突刺注入装置
２  超音波トランスデューサ（超音波振動部材）
４  電圧発生回路
１２  注入針
１３  パッチ型電極（他方の電極、電極部材）
１２１  接続部
１２２  針部
２５２  流路
２５４  連結部
ｆ１  第１の周波数
ｆ２  第２の周波数
ＳＫ  導入電圧（脈動電圧）
【図１】
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【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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