(57)【要約】本発明は、薬物送出注入デバイスを提供し、該デバイスは、薬物貯蔵チャンバ（１２）に流体接続されている射出手段（１８）を有し、かつ、薬物貯蔵チャンバ（１２）と液体充填された制御チャンバ（１３）との両方に連結された圧力発生手段（１０）とを有し、該連結は、液体充填された制御チャンバ（１３）が圧力発生手段（１０）の動作を抑制するようになっており、それによって薬物注入速度を制御するものであり、薬物貯蔵チャンバ（１３）は、液体の制御された減少のための手段とつながっており、それによって、前記制御チャンバ内の液体の体積が減少することで、前記圧力発生手段が前記貯蔵チャンバ内の薬物をそこから注入のために動かすことが可能になっている。
2006516444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薬物送出注入デバイスであって、薬物貯蔵チャンバに流体接続されている射出手段を有し、かつ、前記薬物貯蔵チャンバと液体充填された制御チャンバとの両方に連結された圧力発生手段とを有し、
該連結は、前記液体充填された制御チャンバが圧力発生手段の動作を抑制するようになっており、それによって薬物注入速度を制御しており、
前記液体充填された制御チャンバは、その中の液体の制御された減少のための手段とつながっており、それによって、前記制御チャンバ内の液体の体積が減少することで、前記圧力発生手段が前記貯蔵チャンバ内の薬物をそこから注入のために動かすことが可能になっている、
前記デバイス。
【請求項２】
前記液体充填された制御チャンバが、液体から気体を発生させるための手段とつながっており、かつ、さらに、気体透過性の壁部を有することによって、液体から発生した気体が、その発生の直後に、制御チャンバから気体透過性の壁部を通って開放される、請求項１に記載の薬物送出注入デバイス。
【請求項３】
薬物が液体の形態である、請求項１に記載の注入デバイス。
【請求項４】
圧力発生手段と前記チャンバとの間の連結が、薬物貯蔵チャンバ内で起こる移動と、制御チャンバにおける液体の減少の速度とが比例するようになっているものである、請求項１に記載の注入デバイス。
【請求項５】
圧力発生手段と前記チャンバとの間の連結が、スライド可能なピストンによって実施されており、該ピストンが圧力発生手段によってチャンバへ押し出される、請求項４に記載の注入デバイス。
【請求項６】
圧力発生手段と前記チャンバとの間の連結が、フレキシブルなダイアフラムによって実施されており、該ダイアフラムが移動可能な壁部をチャンバ内に構成している、請求項４に記載の注入デバイス。
【請求項７】
薬物貯蔵チャンバと制御チャンバとが平行に連結され、該連結が、圧力発生手段と接続されている、請求項１に記載の注入デバイス。
【請求項８】
薬物貯蔵チャンバと制御チャンバが、直列で圧力発生手段と連結されている、請求項１に記載の注入デバイス。
【請求項９】
薬物貯蔵チャンバが、受容者の体内にある射出サイトへ液体薬物を運搬する手段と流体接続されており、薬物貯蔵チャンバ内の圧力が前記サイトでの薬物の射出を引き起こす、請求項３に記載の注入デバイス。
【請求項１０】
射出サイトが、注入デバイスの一体化された一部である、請求項１に記載の注入デバイス。
【請求項１１】
射出サイトが、チューブで注入デバイスと接続されている、請求項１に記載の注入デバイス。
【請求項１２】
制御チャンバにおける液体の体積が、気体発生手段による液体の気相への少なくとも部分的な変換によって漸次的に減らされ、該気体生成物がチャンバから出ていく、請求項１に記載の注入デバイス。
【請求項１３】
浸透圧移動、
拡散、
ウィックもしくは親水性壁部を通した制御された蒸発、および、
迷路もしくはオリフィスからなる群より選択される手段を用いた機械的な流れの妨害、
からなる群より選択される制御された方法にて、液体を液体チャンバから排出することによって、制御チャンバにおける液体の体積が漸次的に減らされる、請求項１に記載の注入デバイス。
【請求項１４】
気体生成物が、制御チャンバから気体透過性の膜を通して出ていく、請求項１２に記載の注入デバイス。
【請求項１５】
気体発生手段が、電気分解、化学反応、および蒸発を含んでいる、請求項１２に記載の注入デバイス。
【請求項１６】
電気分解速度が、電子タイマー、マイクロプロセッサ、およびバイオメディカル制御ユニットからなる群より選択される手段によって制御される、請求項１５に記載の注入デバイス。
【請求項１７】
前記手段がバイオメディカル制御ユニットであり、
該ユニットが、グルコースセンサー、その他の化学的もしくは生物学的センサー、体温、体液のｐＨ、筋収縮、脳波、および心電図、並びにそれらの組み合わせからなる群より選択される身体上の機能に対し反応する、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
デバイスが、射出手段における障害物の存在を判定するための、過圧力検出手段をさらに含む、請求項１に記載の注入デバイス。
【請求項１９】
過圧力検出手段が制御回路にインターフェイスでつながれ、次いで該回路が、過圧力が検出された場合に気体生成を制限する、請求項１８に記載の注入デバイス。
【請求項２０】
過圧力検出手段が、圧力開放のためのバルブをさらに有する、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２１】
継続的に０．００１ｍｌ／ｈｒ〜０．３５ｍｌ／ｈｒの間で送出するように設定可能である、請求項１に記載の注入デバイス。
【請求項２２】
ボーラス送出手段をさらに含む、請求項１に記載の注入デバイス。
【請求項２３】
ボーラス送出手段が０．００１ｍｌ〜１．０ｍｌの間のボーラスを送出することができる、請求項２２に記載の注入デバイス。
【請求項２４】
薬物チャンバにおける薬物が、ペプチド、タンパク質、ホルモン、鎮痛薬、片頭痛薬剤、抗凝固抗麻薬薬、キレート剤、抗狭心症剤、化学療法剤、鎮静剤、抗腫瘍剤、プロスタグランジンおよび抗利尿剤からなる群より選択される、請求項１に記載の注入デバイス。
【請求項２５】
前記デバイスが、使い捨てデバイスである、請求項１に記載の注入デバイス。
【請求項２６】
前記デバイスが、常設部分と使い捨て部分とを有する、請求項１に記載の注入デバイス。
【請求項２７】
前記デバイスが、薬物カートリッジを含む別個のコンポーネントと、制御ユニットと、チューブセットとを有する、請求項１に記載の注入デバイス。
【請求項２８】
薬物が予め装填された請求項１に記載の注入デバイスの供給を有する、患者へ薬物を制御して送出するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薬物および／または生物学的に活性な物質を、注入によって投与するためのシステムに関する。より詳細には、本発明は、送出(delivery)デバイスに関し、該デバイスにおいては、制御チャンバ内の液体体積の漸次の減少が低速制動デバイスとして働き、それにより、注入される薬物またはその他の物質の注入速度が制限される。液体体積の減少は、液体の一部を、周囲へ開放される気体へと化学的または電気的に変換することによって達成される。スプリングなどの加圧手段は、液体体積の一様な減少に従った制御可能かつ安定した速度にて、薬物および／または生物学的に活性な物質の注入を行なわせる。液体から気体への変換が電気分解によるものである場合、電気分解の速度（例えば、水からの水素および酸素の生成）は電流によって制御される。この電流は、電池によって供給され、電子タイマーまたはバイオメディカル制御システムによってアクティブにされかつ制御され得、該システムは、温度、ｐＨ、グルコースセンサー、筋収縮、脳波、もしくは心電図、および／またはそれらの組み合わせなどの身体の機能に関する刺激に反応する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術の説明
薬物および／または生物学的に活性な物質（以下、まとめて「薬物（drugs）」と言う）を、所望の場所へのそして適切な用量での送出を調整する問題にうまく対処し、所望の調整効果を達成するための多くのアプローチがあった。これらのシステムの中には、生体系における変化の結果である物理的または化学的刺激の利用に依存するものもある。かかる刺激としては、温度、筋収縮、脳波、心電図などの外部から測定される身体的な機能が挙げられ、化学的または生物学的なセンサーは肌からの液体排出をモニターし、観血性（invasive）または最小観血性のセンサーは体内の様々な検体を測定する。ＵＳ５，８２０，６２２（参照することにより本明細書に含まれる）は、被験者の体内に挿入されたセンサー針からのインプットに基づいた、薬物送出デバイスの流速を制御するための模範的なアプローチを記載している。センサー針は、酵素検出器を用いて、被験者のプラズマ内のグルコースなどの検体を検出し、それにより薬物の所望の流速を判定する。
【０００３】
薬物注入のための基礎的な送出方法は、薬物を体内に注入するシリンジまたは静脈チュービングに付けられた、重力流動およびその他の電気的に稼動する機械ポンプ（蠕動性もしくはシリンジポンプ）を使用する注入ポンプである。さらに、エラストマーバルーンもまた収縮力として使用してもよい。しかしながら、これらのシステムは全て、電気的または機械的ポンプを伴なって大きく複雑なサポートを必要とし、そのことが、病院や自宅の歩行可能な患者（ambulatory patients）にとっての携帯性を制限している。
【０００４】
携帯型用途（ambulatory use)には２つの主なアプローチがある。（１）電気モーターまたはソレノイド駆動装置であって、それらはピストンを押圧して注入を促進するリードスクリュー（lead screw）機構に接続されている。そして（２）気体で駆動される(gas-driven)方法であって、発生させた気体が、概しては可動膜またはピストン駆動ポンピングチャンバを介して、注入の駆動を行なう。前者のアプローチは、先行技術、例えば、ＵＳ４，５６２，７５１およびＵＳ４，６７８，４０８に詳細に記載されており、また、Medtronic Minimed Inc. (Northridge, CA)の製品「MicroMed」によって例示される。これらのデバイスでは、トルクが薬物の圧力へと変換され、その結果、その機構は摩擦に対して非常に敏感になり、そのため、非常にタイトな製造上の許容誤差が要求される。さらに、リードスクリュー方法は、非常に正確で信頼度も高いが、使い捨て製品として用いるには価格が高すぎる。従って、この種の製品は、「現場で(in the field)」の充填を必要とするという欠点、および、製造者がメンテナンスのインフラストラクチャーを提供しなければならないという欠点を有する。該デバイスの医療上の重要性を考えれば、このメンテナンスは重大な問題となる。よって、以下に記載するように、高価でなく使い捨ての携帯型注入デバイスの開発に、多大な努力が注がれてきた。そのようなデバイスの利点は、薬物を予め充填できること、および、もし何らかの理由により正常に機能しない場合、患者が簡単に新たなユニットと交換するだけでよいことである。
【０００５】
先行技術は、そのようなデバイスを多く記載しており、それらは、一般的に、気体で駆動される注入方式を使用している。ＵＳ５，３１８，５５７およびＵＳ５，５２７，２８８は高価でない、気体で駆動される注入デバイスを記載しており、該デバイスは十分に安価で製造できるので使い捨て製品を構成することができる。それらに記載されている実施態様は、ＵＳ５，０６２，８３４のように、気体製造のために電気セルを使用している。同様な、気体で駆動されるデバイスがＵＳ５，３５４，２６４に記載されている。このデバイスは、負電荷充電された重合ヒドロゲル中の電極における水の電気分解によって生じる遊離した酸素および水素からの気体の圧力を使用している。該デバイスは、気体チャンバの壁部の内側に、その壁部を「堅固かつ気体に対し不透過性」にすることによって、発生した気体を留めることができる。これら全てのデバイスでは、気体の圧力によって、適切な手段を通して体内に薬物が注入され、その圧力は電気分解の速度によって決まり、今度は電気分解は電流によって制御される。その他の種類のデバイスも、同じような気体で駆動される方式を用いるが、この気体を電気的手段の代わりに化学的手段で生み出している。例えば、ＵＳ５，８１４，０２０（参照することにより本明細書に含まれる）は、気体を動力源とした注入デバイスを記載しており、該デバイスでは、該気体は、電解セルか、あるいは、クエン酸と重炭酸ナトリウムとの間の反応（この反応は二酸化炭素および水を生み出す）によって発生する。
【０００６】
これらの気体で駆動されるデバイスに伴う主な問題は、それらが全て、気体が充填されたチャンバを使用して薬物注入を促進しているということである。気体は周辺温度および気圧における変化に対し非常に影響を受けやすいため、この方式を使用することの危険性は、そういった温度や圧力変化が起こるにつれて、流速の重要でかつ望ましくない変化が起こってしまうことである。例えば、飛行機内での圧力の損失は、突然のボーラス（注射の一回分）が不適切な時に送出されるという結果をもたらす可能性がある。同様に、温度の低下は薬物注入を止めるという結果をもたらすかもしれない。これらの理由により、多大な開発努力にも関わらず、これらの製品は、実施することに対し、少なからぬ商業的な障害に面してきた。先行技術は、この課題の解決困難な性質を裏づけている。この課題に対応するための部分的な試みにおいて、ＵＳ６，１８６，９８２は、上述の装置に適した流出調節チャンバを記載しており、これはかかる温度および／または気圧変化を相殺しようと試みている。それにもかかわらず、この熱と気圧の感応性の課題は、これらの製品を商業化するのを妨げる特有の欠点になっている。
【０００７】
先行技術はさらに、そのような携帯型の注入デバイスに針を付けるための多くのオプションを記載している。チューブを介して中空針（hollow needle）に接続された注入デバイスを有するスタンダードな方法に加えて、ＵＳ５，５２７，２８８には、拡散デバイスの下側にリジッドな針を付けて、該デバイスを皮膚へ付着することによって針を皮膚に侵入させることが記載されており、またＵＳ５，５９９，４３８には、類似したデバイスではあるが、さらに加えて、デバイスが付けられた後、針が皮膚へ自動的にインジェクトされるものが記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的および要旨
本発明の目的は、薬物送出システムを製造することであり、該システムは、先行技術の気体で駆動されるシステムの熱と気圧の感応性を克服し、それにより安定しかつ一定の注入デバイスを提供することである。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、注入デバイスを提供することであり、該デバイスは、駆動力が直接的に注入速度を決めるのではないため、摩擦の影響はごくわずかであり、製作上の許容誤差は重大なことではないというものである。
【００１０】
本発明の他の目的は、簡便な使い捨て注入手段を製造することであり、該手段においては、薬物の注入速度は電流によって制御できる。
【００１１】
さらに他の目的は、マイクロプロセッサで制御されているコンパクトな注入ユニットを提供することであり、インプットに関わる該制御が、次のあらゆる組み合わせを含んでいる：電気タイマー、化学的または生物医学的センサー、手動セッティングおよび圧力センサー。
【００１２】
本発明のさらなる目的は、既存の注入手段（infusion vehicle）に取付けまたは適用し得る、時限調整されたパターンにて薬物を送り出すことができる、簡便で、使い捨ての推進手段を構築することである。
【００１３】
本発明のさらなる目的は、携帯可能でプログラマブルな注入システムに使用され得る、簡便な使い捨て注入ユニットを作ることである。
【００１４】
本発明のさらなる目的は、ボーラス機構を提供することであり、それにより、患者は即座に薬物の注入速度を上げて、注入デバイスの現行の機能に障害を生じることなく、薬物のボーラスを送り出すことができる。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、薬物の送出システムを提供することである。該システムは、温度、ｐＨ、筋収縮、皮膚または体内に挿入された化学センサー、脳波もしくは心電図および／または上記の組み合わせなどの、身体的な機能に関わる刺激に反応する生物医学的な制御システムによって動かされる。
【００１６】
本発明のさらなる目的は、薬物と制御チャンバとの相対直径（relative diameter）を単純に変化させることによって、薬物注入速度の単純な変更を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
これらのおよびその他の目的は、単純な注入システムを用いて達成される。該システムは、薬物貯蔵チャンバと制御チャンバとの両方に連結された、スプリングなどの圧力発生手段を有し、該連結(coupling)が、制御チャンバが気圧発生手段の動きを抑えるよう働くようにしたものである。これにより、薬物チャンバへ適用される置換が制限される。
【００１８】
より詳細には、本発明によれば、薬物送出注入デバイスが提供され、該デバイスは、薬物貯蔵チャンバに流体接続されている射出手段を有し、かつ、前記薬物貯蔵チャンバと液体充填された制御チャンバとの両方に連結された圧力発生手段とを有し、
該連結は、前記液体充填された制御チャンバが圧力発生手段の動作を抑制するようになっており、それによって薬物注入速度を制御しており、
前記液体充填された制御チャンバは、その中の液体の制御された減少のための手段とつながっており、それによって、前記制御チャンバ内の液体の体積が減少することで、前記圧力発生手段が前記貯蔵チャンバ内の薬物をそこから注入のために動かすことが可能になっている。
【００１９】
本発明の好ましい実施態様では、前記液体充填された制御チャンバが、液体から気体を発生させるための手段とつながっており、かつ、さらに、気体透過性の壁部を有することによって、液体から発生した気体が、その発生に引き続いて、制御チャンバから気体透過性の壁部を直接通って開放される。
【００２０】
好ましくは、送出されるべき薬物は液体の形態である。
【００２１】
潜在的な摩擦力よりもずっと強い力を送り出すように設計されたスプリングを用いることによって、摩擦力の影響は無視してもよいくらいになり、それにより、製造の許容誤差が減り、製造コストが減り、デバイスをより信頼度の高いものにすることが有理である。
【００２２】
制御チャンバの好ましい実施態様は、該チャンバおよび気体発生手段の壁部の少なくとも一部に気体透過性セクションを含み、発生した気体が気体透過性セクションを通して制御チャンバからその発生後すぐに開放されるようになっている。このチャンバにおける液体が漸次的に気体へと変換されるにつれて、チャンバ内に残存する液体の体積はゆっくりと減少する。この配置によって、薬物貯蔵チャンバ内に作用する移動が制御チャンバ内の液体の減少速度に比例する。たとえ駆動機構が気体発生のものであっても、気体チャンバがなく、そのためこの機構が周囲の熱や気圧変動に反応しないということは、有利なことである。
【００２３】
気圧発生手段と各チャンバとの間の連結は、多くの方法によって達成され、その方法としては、（ａ）圧力発生手段とチャンバとを物理的につなげてそれらを同時に動かすための様々な機械的手段、（ｂ）比例的もしくはその他の相対的な運動を供給することができるあらゆる種類のバー機構（bar mechanism）の使用、（ｃ）水圧、空圧、または磁気的な連結、（ｄ）チャンバを連結するスライド可能なピストンの使用、（ｅ）レバーおよび／または歯車（cog）の使用、あるいは（ｆ）流体密封セプタム（fluid tight septum）によるチャンバの圧力発生コンパートメントおよび薬物送出貯蔵への分画（subdivision）（かかるセプタムはフレキシブルなダイアフラムもしくはスライド可能なピストンの形態であってもよい）が挙げられるが、これらに限定はされない。
【００２４】
薬物貯蔵チャンバは、液体薬物を受容者の体内にある射出サイトへ運ぶ手段とつながっており、このチャンバにかかる圧力によって薬物が当該サイトで射出される。射出サイトは、注入デバイスの一体化された一部分であってもよいし、またはチューブに接続されていてもよい。
【００２５】
気体発生手段としては、電気分解、化学反応、または蒸発などを挙げることができ、主要なファクターは、制御チャンバ内に存在する液体のその一部が気体または蒸気に変換されるということである。この気体または蒸気は作られるにつれて、気体透過性壁セクションを通して液体チャンバから出てくる。該セクションは少なくとも部分的に気体透過性の膜で構築されている。このような気体発生の結果、それにより制御チャンバ内の残存する液体体積の漸次的な減少がもたらされる。
【００２６】
気体発生手段が電気分解の場合、液体（すなわち電解液）を電気分解するのに必要な電流は、電池などのパワー源によって供給されうる。パワー源は制御ユニットによって調節されてもよく、あるいは制御ユニットに取り付けられていてもよい。該ユニットは、電子タイマー、マイクロプロセッサによって制御される生物医学的な制御ユニット、またはその他のそのような手段によって動かされる。例えば、温度、ｐＨ、筋収縮、脳波、もしくは心電図、および／または上記のいずれかを組み合わせたものなどのような、身体的な機能における変化に応答する、生物医学的な制御ユニットを用いて、刺激の強さによって強度が変わる電流を作ることによって電極に電流を流してもよい。かかる生物医学的な制御ユニットは、ソケット手段またはその他のあらゆる適切な電気的接続によって、電極の外部末端につなげられていてもよい。
【００２７】
多くの薬物では、安定した現行の注入を送り出すだけでなく、特定の時間でボーラスの送出を可能にする必要がある。例えば、患者は多くの場合インシュリンのボーラスを食事の直後に射出することを望む。本発明は、上述した全体の方式を損なうことなく、多数の方法によって行われるボーラス送出を可能にする。これらの方法としては、（ａ）薬物チャンバに関して制御チャンバを機械的に再配置すること、および（ｂ）電気分解速度を大いに上げること（気体が電気分解によって作られる場合）が挙げられる。好ましい実施態様においては、制御チャンバの一方の端をネジゆるめて、一方のピストンロッドの長さを変えることによって、あるいは、単に一方のチャンバの位置をシフトすることによって、薬物チャンバに関して制御チャンバを機械的に再配置するための機構が具備される。
【００２８】
最後に、本発明の注入デバイスは、好ましくは障害物(blockage)検出の手段を含む。障害物が発達すると、（ａ）患者に知らせること、および（ｂ）かかる障害物が取り除かれたときに突然不必要なボーラスが射出されないことを確実にすること、は重要であるため、前記検出手段は重要である。好ましくは、この障害物検出は、射出手段に一体化された圧力検出器、および／または過剰な液体を開放する過圧力バルブのどちらかによって実装される。圧力検出器が電気分解ベースの気体発生手段と共に用いられる場合、電気分解は障害物が消えるまで停止していてもよい。注目すべきは、過圧力バルブがボーラス放出の際にバイパスされるか、ブロックされるべきであるということである。
【００２９】
本発明の注入デバイスに所望の薬物を予め装填することによって、薬物を患者に制御して送出するための方法が提供される。
【００３０】
より完全に理解してもらうために、本発明を特定の好ましい実施態様に関連して、以下の図面を参照しながら記載する。
詳細な図を特定的に関して、示されている事項は、単に、例示の目的および本発明の好ましい実施態様の図解的な解説のためのものであって、最も有用であるもの、また本発明の方式および概念的な側面の記載を確実に理解すべきものを提供するためにある。この点で、本発明を基本的に理解するために必要である以上には、本発明の構造的な詳細を示していない。図面を伴った記載は、実施に際して本発明の複数の形態をどのように具現するかを、当業者に顕在化している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１は、使い捨て注入デバイスの主要な機能的要素を、概略的に表示したものを示している。該デバイスは、ストラップもしくはベルトに付けられているか、あるいは身体に付着している。好ましい実施態様では、注入を行なわせる圧力発生手段が、ステンレススチール「コイルスプリング」などのスプリング１０によって具備されている。該スプリングは軸１１に沿った力の発生源を提供する働きをする。このスプリングの許容誤差が、注入デバイスの設計において重大な要因でないということは有利なことである。つまり、薬物にかかる圧力が、身体に有害であるような値よりも、および／または、規定(regulation)や規格(standard)によって制限されるような値よりも、下であるように制限されてはいるが、力が過剰に提供されることは差支えがない。次に、前記軸１１が、２つのチャンバ（薬物貯蔵チャンバ１２および制御チャンバ１３）の内容物に力をかける。好ましい実施態様においては、公知および上記のように、制御チャンバ１３が、電解溶液（水および塩からなる）を、該溶液の電気分解のための電極１４とともに含有する。電極１４は、好ましくは電子制御回路１５を通じて、一体化された電池１６によってパワーを供給される。前記チャンバ１３の壁部は、気体透過性のコンポーネント１９を含んでいるため、チャンバ１３内で電気分解によって発生した気体はチャンバ１３を出ていく。電気分解が進むにつれて、水は次第に水素および酸素に変換され、それにより残存する水の量は次第に減り、軸１１がピストンを、平行になっている両チャンバ（１２および１３）内へ前進させることができるようになる。薬物チャンバ１２は、過圧力検出手段１７を介して、射出手段１８と流体接続されている。射出手段１８は、本発明のデバイスに一体化された中空針、チューブへのコネクター（そのチューブが順に外部中空針に接続される）、または、ノズル（人工授精、鼻からの薬物送出などの特殊な適用に適したもの）への接続部であってもよい。特殊な用途および薬物の必要性のために、このノズルまたはアウトレットは、特殊な注入セットか、または標準セットに対するコネクター（Luer Lock コネクターなど）であってよい。加えて、前記アウトレットは、キャップや溶接された箔（welded foil）によってシールされていてもよい。さらに、前記アウトレットは、チューブまたは注入セットの交換を可能にするため、バルブまたは止めコックを組み込んでいてもよい。前記バルブは、チューブセットターミナルにある針と共に、薬物アウトレットに隔壁(septum)を有していてもよく、コネクターが係合すると針が隔壁を突き抜けるようにしておき、それによってセットへの薬物の接続をつくる。好ましい実施態様では、射出手段１８は送出セットであって、該セットでは、薬物は真皮(dermis)を貫通するカテーテルを通して注入される。この場合には、針は挿入プロセスのためのサポートとしてのみ用いられ、その後すぐに取り除かれる。さらなる好ましい実施態様では、射出手段１８は中空針であり、該針は初めはデバイス内に閉じ込められ、次いで、いったんデバイスが患者の皮膚に付けられると、針は機械的に真皮内へ挿入される。よりさらに好ましい実施態様では、前記中空針はハウジングの外側に固定され、デバイ���の皮膚への適用によって針が真皮を貫通するようにする。当業者に明らかなように、離れた注入位置で挿入されるか、デバイスに一体化されているかに関わらず、専用の（dedicated）挿入デバイスを、注入針またはカテーテルの挿入のために用いてもよい。過圧力検出手段１７は、障害物を検出して、射出手段１８への液体通路に沿った液体圧力の増加を防ぐ働きをする。そのような障害物が検出された場合には、さらに圧力が大きくならないということが重要である。なぜなら、障害物が突然放出されると、望ましくないボーラスが注入されてしまうからである。よって、そのような手段の主要な仕事と主なセーフティファクターは、圧力バルブを介して過剰な薬物を抜き(drain)、これが起こるのを防ぐことである。ここで留意すべきことは、前記過圧力バルブが、薬物通路の障害物の場合にだけではなく、制御チャンバ１３におけるあらゆる破損の場合においても、安全機構(safety feature)であるということである。そのような破損によって、スプリング力全体が、薬物チャンバ１２へ伝達される結果となるかもしれない。この問題に対処するさらなる二重安全機構(fail-safe mechanism)は、２つの平行な制御チャンバを有して、１つが壊れたらもう１つが機能し続けるようにすることである。好ましい実施態様では、２つの所望の目的を果たすために、前記過圧力検出手段１７が電子制御回路１５に接続される。（ａ）回路１５にシグナルを送って可聴または可視のアラームを出し、障害物が検出されたことを知らせること、および（ｂ）電極１４への電流を減らして電気分解を抑え、それにより反転フィードバックループ（reverse feedback loop）を実行すること。長期使用および／または強い電解質速度を必要とする適用では、電極１４を特別に管理して劣化や沈殿を防がなくてはならない。当業者に知られた、このような特別な管理手段には、電極の極性を周期的に切り替えることが含まれる。
【００３２】
ここで図２ａを参照すると、使い捨て注入デバイスの好ましい実施態様の断面図が示されている。この実施態様では、上記図１で示した平行な連結とは対照的に、薬物チャンバ１２と制御チャンバ１３とが直列に連結されている。図１の構成におけるように、スプリング１０が制御チャンバ１３内の液体に圧力をかけているのが示されており、該チャンバが、順に、薬物チャンバ１２内へのピストン１１の移動を制限し、それによって、薬物送出速度は、液体が制御チャンバ１３から吐き出される速度に対して比例するようになる。好ましい実施態様では、両方のセルの形状はシリンダーまたはシリンジに類似しており、その中にシール手段を伴なったピストン１１が挿入され得る。該シール手段は、ゴムシールまたはその他のタイトで潤滑されたハメアイを採用してよく、摩擦的にかつぴったりとチャンバの内壁に係合し、それによって、液体シールが形成されかつピストン１１が進行するときに該シールが維持される。このシール手段は、デバイスの様々な構成（これには図１に示した平行実施態様も含まれている）で採用されるあらゆるピストンに概して適用できる。前述の通り、制御セル１３内の液体の体積の減少により、前記軸の移動速度が決まり、よってこの移動が薬物の送出速度を規定する。隔壁バルブ２２が具備され、薬物を注入デバイスに充填するのを可能にする。この充填は、該デバイスの供給者によって、または、使用の時間に近づいた医者や患者によって行われてもよい。この実施態様では、薬物セル１２と液体セル１３との間に、十分に通気孔の設けられたセクションが保たれ、１つのセルから別のセルへのいかなるリック(lick)も避けるようになっている。前記セルの１つからの偶発的なリックの場合、そのリックは通気孔２４を通して排出される。該注入デバイスによって患者管理(patient-controlled)によるボーラス送出を可能にするためには、ピストン１１は、比較的素早い様式でチャンバ内に進むことができるようになっていないといけない。前記ボーラス送出機構は、準備（priming）のためにも、即ち、送出セットまたは射出手段を身体に接続する前に薬物で充填するためにも、また重要である。このため、このボーラス送出手段の好ましい実施態様では、制御チャンバ１３の遠端部が、固定された支持によって保持されているのではなく、代わりにボーラス開放ピストン２０によって保持されており、好ましくは患者にアクセス可能なノブを用いることによって、該ピストンは、ハウジング内の固定壁部を通って外へとネジを回されることもできる。このようにして行われるネジ回し作用は、直線移動ノブ(linear travel knob)と、または複数のノブ（それぞれがボーラス放出ピストン２０を異なるボーラスサイズによって異なる速度で回転させる）と連動していてもよい。留意すべきは、本実施態様において、ネジ切り機構が、前記ボーラス放出ピストン２０が一方向にのみ回転することができ、各回転または回転の一部が可聴のクリックを伴うものであるように設計されていることである。このクリックの目的は、ユーザーが送出されるべきボーラスのサイズをはっきりと制御できるようにすることである。ボーラス送出は、通常０．００１〜０．１ｍｌの範囲であり、好ましい実施態様では各クリック���０．０１〜０．１ｍｌに対応し、あるいは、より好ましくは０．０３〜０．０７ｍｌの範囲である。例えば、各クリックが０．０５ｍｌに対応するとした場合、２クリックで０．１ｍｌの小ボーラスが送出され、そして１０クリックで０．５ｍｌの大ボーラスが送出される。ボーラス送出手段のさらに好ましい実施態様（これは、電気分解を使用して液体を気体に変換する場合にのみ適用できる）は、電気制御回路１５の制御の下、電気分解の速度を著しく上げることである。
【００３３】
ここで図２ｂを参照すると、全部揃った(complete)デバイスの状況の中で、図２ａの機構の操作を表した断面図が示されている。特に、薬物チャンバ１２と、射出手段１８と、過圧力検出手段１７（平行に接続されている）との間の流体接続を示している。好ましい実施態様においては、そのような射出手段１８は、薬物セルアウトレットにあるLuer Lock コネクターを介して接続されている。前述したように、過圧力検出手段１７は電気制御回路１５に接続され、障害物が検出されると、電極１４における電気分解速度を減らす。
【００３４】
ここで図３を参照すると、上記図２ａで説明したアセンブリのアイソメトリック図が示されており、これは、ピストン１１およびボーラス放出ピストン２０の両方の中空の性質を表している。この構造によって、制御セル１３内の液体と、気体透過性膜１９のセクションもしくはストッパーとの間の、途切れることのない流体接続が確実に維持される。該膜１９には、通常、グリル(grill)などのバッキング支持（図示せず）が備わっている。さらに好ましい実施態様では、膜１９は、１つのピストンにのみ位置しているか、または制御チャンバ１３の壁部内にはめ込まれる。本発明のデバイスの重要な要素は、気体または蒸気が制御セル１３内に発生すると、その気体または蒸気が前記膜１９によって排出されることである。このため、液体は透過できないが気体は透過できる材料が膜１９として用いられる。例えば、Millipore Inc（Billerica, MA）のFluoropore（登録商標）膜、または、Pall Inc（East Hills, NY）のEmflon（登録商標）。Fluoropore（登録商標)は、疎水性ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であり、これはしばしば排出適用に用いられ、非常に優良な化学互換性を有し、また水に対し完全に不透過性である。
【００３５】
本発明のデバイスのような注入デバイスは、数時間から数日間の時間範囲で、１ｍｌ〜２０ｍｌの間のいずれの量でも導入できる必要がある。通常、このような使い捨てデバイスは２４、４８または７２時間かけて数ｍｌを送出し、連続した、設定可能な、０．００１ｍｌ／ｈｒ〜０．３５０ｍｌ／ｈｒの注入速度を維持する必要がある。好ましい実施態様では、制御チャンバ１３内の液体を気体（もしくは蒸気）に変換するために用いる方法は電気分解であり、液体は水であり、また注入速度は電気制御回路を介して０．００１ｍｌ／ｈｒ〜０．３５０ｍｌ／ｈｒの間のどこかで設定可能である。電気制御回路１５の好ましい実施態様では、前記速度は明確な数字で設定可能である。例えば、１つのボタンまたは複数のボタンを用いて１〜３５０（包括的）の数をインプットするか、あるいは単に所定の速度に対応するコードをインプットする。かかるコードとしては、文字もしくは数字のあらゆる組み合わせや、または「ゆっくり（slow）」、「中（medium）」、「速い（fast）」などの言葉が挙げられる。制御チャンバ内の液体を気体（もしくは蒸気）に変換するためのさらなる好ましい方法としては、（ａ）直火、振動（超音波振動など）を用いて液体を蒸発させるか、または水に電流を通すこと、および（ｂ）化学反応の使用（先行技術のように、クエン酸と重炭酸ナトリウムの組み合わせなどの、気体が反応生成物の１つであるようなもの）が挙げられる。
【００３６】
制御チャンバ１３の機能を表すため、０．１ｍｌ／ｈｒの安定した薬物注入速度を提供するために必要な気体発生の例を本明細書に記載する。所定の薬物の体積を送出するために制御チャンバ１３から取り除かれる必要のある液体の体積は、２つのチャンバ内で動くピストンの有効面積の関係で決まる。即ち、図２に表した実施態様において、ピストンの有効面積が１：４である場合、０．１ｍｌの薬物を供給するためには、制御チャンバ１３から０．０２５ｍｌの液体を取り除くだけでよい。しかしながら、図１に表した実施態様においては、以下に述べるように、ピストン面積が同一の場合、同じ結果を得るためには、制御チャンバ１３から０．１ｍｌの液体を取り除かねばならない。電気分解では、１モルの水（１８ｍｌ）は、１モルの水素気体（Ｈ）と１／２モルの酸素気体（Ｏ２）に、もしくは体積にして約３３ｍｌに変換される。モルにすると、０．１ｍｌの水は０．００５６モル（３３×０．００５６Ｌ＝０．１８Ｌを占有する）に等しい。よって、０．１８Ｌ／ｈｒの気体排出が膜１９を介して必要とされる。ここで、Fluoropore（登録商標）膜の空気流速の範囲は、０．１５Ｌ／分／ｃｍ２〜２０Ｌ／分／ｃｍ２より下であり（１０ｐｓｉの圧力差に基づく）、これは本発明のデバイスによって必要とされるものより大きいオーダー（order of magnitude）より多いことに留意すべきである。したがって、本発明の注入デバイスにおいて想定される気体発生速度のために十分な排出を提供するために必要とされるのは、この材料の小さなプラグのみである。
【００３７】
好ましい実施態様では、電気制御回路１５は、デバイスの全体の機能を制御する働きをする。そのような機能としては、オン／オフ制御、連続した送出速度のセッティング、患者に障害物検出状況を警告すること、障害物がある間の流速を制限すること、使用の時間的および量的パラメーターを総計すること、並びに当分野で知られているような様々な身体機能センサー相互作用させることが含まれる。好ましい実施態様では、本発明の注入デバイスは、（前記回路を用いて）使用中に検出された生理的または化学的変化に対応し、セルフモニタリング、フィードバック機能性を具備している。このような「閉ループ」システムとしては、本発明の注入デバイスの、グルコースセンサーに接続された電気制御回路１５によって制御されるインシュリンポンプとしての使用などが挙げられる。インシュリン投与の速度または頻度は、センサーによって測定される静脈血グルコースレベルに従いマイクロプロセッサによって制御される。天然のホメオスタシス・レギュレーションと同様のフィードバックシステムが用いられるため、かかる閉ループのインシュリン送出システムは「人工膵臓」とも称される。薬物送出のマイクロプロセッサ制御を活性化するためにモニターされる刺激は、温度、ｐＨ、筋収縮、脳波、もしくは心電図、および／または上記の組み合わせなどの、身体的機能に関連するものでありうる。
【００３８】
当然、本発明の注入デバイスを用いて、インシュリン以外のその他多くの薬物を患者に送出することができる。本発明によるデバイスに用いるのに適した一般的な薬品としては、ペプチド、タンパクもしくはホルモン（例えば、インシュリン、カルシトニン、カルシトニン遺伝子調節タンパク、心房性ナトリウム利尿タンパクコロニー刺激因子、ベタセロン、エリストポイエチン（ＥＰＯ）、インターフェロン（例えば、ａ、ｂ、もしくはｇインターフェロン）、ソマトロピン、ソマトトロピン、ソマトスタチン、インシュリン様成長因子（ソマトメジン）、黄体形成ホルモン放出ホルモン（ＬＨＲＨ）、オキシトシン、エストラジオール、成長ホルモン、酢酸ロイプロリド、第ＶＩＩＩ因子、インターロイキン（例えば、インターロイキン−２）、およびその類似体）；鎮痛剤（例えば、フェンタニル、スフェンタニル、ブトルトファノール、ブプレノルフィン、レボルファノール、モルヒネ、ヒドロモルヒネ、ヒドロコドン、オキシモルフォン、メタドン(methodone)、リドカイン、ブピバカイン、ジクロフェナク、ナプロキセン、パベリン(paverin)、およびそれらの類似体）；抗片頭痛剤（例えば、スマトリプタン、麦角アルカロイド、およびそれらの類似体）；制吐剤（例えば、スコポラミン、オンダネセトロン(ondanesetron)、ドンペリドン、メトクロプラミド、およびそれらの類似体）；心臓血管作用剤、抗高血圧剤および血管拡張剤（例えば、ジルチアゼム、クロニジン、ニフェジピン、ベラパミル、イソソルビド−５−モノニトレート、有機硝酸塩、心臓疾患の治療に用いられる剤、およびそれらの類似体）；鎮静剤（例えば、ベンゾジアゼピン、フェノチオジン(phenothiozine)、およびそれらの類似体）；抗麻薬剤（例えば、ナルトレキソン、およびその類似体）；キレート剤（例えば、デフェロキサミン、バソプレッシン、およびそれらの類似体）；抗狭心症剤（例えば、ニトログリセリン、およびその類似体）；抗悪性腫瘍剤（例えば、５−フルオロウラシル、ブレオマイシン、およびそれらの類似体）；プロスタグランジン（protaglandin）およびその類似体；並びに化学療法剤（例えば、ビンクリスチンおよびその類似体）が挙げられる。本発明のデバイスからの注入のためのさらなる候補物質としては、人工授精のための精子を含有する溶液、および鼻から取り入れる薬品が挙げられる。
【００３９】
ここで図４を参照すると、本発明の注入デバイスの半使い捨ての実施態様が示されている。この実施態様では、図４ａが、薬物１２および制御チャンバ１３を含む使い捨てカートリッジを示している。このカートリッジは、図４ｃに示した常設（permanent）ハウジング４０に挿入されてもよい。カートリッジが挿入されると、図４ｂに示した組立図に示されるように、スプリング１０がスプリングガイド４６の中へ圧縮される。次いで、スプリングガイド４６がハウジング４０内に引き込み、この移動は、図４ｄに示すように、ハウジング４０内のガイディングスロットを伴うスプリングガイド４６の延長部分４８に固定されることにより制限される。このようにして使い捨てカートリッジを常設デバイスへ組み合わせることにより、カートリッジと常設デバイスとの間の様々なコネクターがかみ合うようになる。従って、電分解電極１４には電気コンタクト４４が伴い、また電子機器モジュール４２が様々なインプットおよび／またはアウトプットシグナルに接続されている。これらのシグナルとしては、過圧力検出手段、温度もしくはその他のセンサー、ワイヤレス遠隔測定手段などが挙げられる。常設デバイスを使い捨てカートリッジと共に使用することによって、経常費とはならないため、高性能な（そしてより高価な）電子機器を用いることができることは有利なことである。電子機器モジュール４２に導入できるさらなる機能としては、再充電可能な電池の使用、ワイヤレス貯蔵もしくは表示のためのパラメーターの送信、および患者の肉体的、化学的もしくは生物学的なパラメーターをモニターする様々なセンサーへの接合が挙げられる。この半使い捨て構成を使用するさらなるモチベーションは、殺菌障害を克服することである。ある種の殺菌法はシステムの特定の構成材を痛めるか、不十分となるため、デバイスを複数の構成材に分けることにより、異なる構成材に異なる殺菌経路を用いることができる。例えば、ガンマ放射は薬物や液体チャンバには有効な殺菌手段であるが、電気的構成材に害を及ぼす可能性がある。したがって、デバイスを構成材に分けること、およびそれらを分けて包装することにより、その問題を克服できる。次いで、その後の包装工程によってそれらは１つのパッケージに統合されうる。同様に、電気機器モジュール４２および／またはスプリング１０もまた限られた回数だけ再利用されるように設計することができる。患者が同じサイト／チュービングセットを、薬物セット期限より長期間使用することを求め、そのために２つまたは３つの薬物カートリッジを入れ替えることを望み、一方で身体におけるサイトを取り外す必要がない場合、サイトおよびチュービングセットをさらに包装し、同じように分けて殺菌することもできる。
【００４０】
ここで留意すべきことは、添付の図面において、示した特殊な構造が例示的なものであって、形状やサイズにおける改変が当業者によってなされても、機能的に同等なものが提供されてもよいということである。チャンバは円柱状のものとして示しているが、その他のあらゆる適切な形状であってもよい。同様に、薬物チャンバおよび制御チャンバを、示したとおりのものでなく、異なる相対的な直径のものにして、制御チャンバの収縮速度と薬物注入速度との間に異なる関係を得てもよい。さらに、制御チャンバから液体を漸次的に排出するさらなる方法が存在し、その方法は気体透過性膜の使用を必要としない。そのような方法としては、制御チャンバから大気への拡散機構、親水性壁部を通した蒸発、制御チャンバと大気を結ぶウィック（wick）を通した蒸発、浸透圧移動（osmotic migration）、および流量制限ベントを通す液体アウトレットの使用が挙げられる。上記の蒸発方法を用いる場合、該蒸発を温度および湿度が制御されている制御状況において行い、さらに精度を上げることができる。加えて、漸次的な液体放出のための手段は、パイプまたは孔を介して制御チャンバに接続されている更なるチャンバ内にあってもよい。かかる実施態様の１つの利点は、バルブを２つのチャンバの間へ加えることができることである。該バルブはアウトレットが詰まったことが検出されると閉じられるため、有用な安全機能を構成することになる。さらなる利点は、この構造により、液体放出を引き起こす状況をメインの液体容器から排除できるようになることである。これは湯沸（water heating）の場合に有利である。
【００４１】
本発明が前述の具体的な実施態様の詳細に限定されないこと、また本発明がその精神と実質的な特性から離れることなくその他の特異的な形態において具現化できることは、当業者には明らかであろう。したがって、本実施態様は全ての局面において、制限的ではなく例示的なものとしてみなされるべきであり、本発明の精神は前述の記載よりむしろ添付の特許請求の範囲によって示されるものである。また、特許請求の範囲と同等の意味と範囲内にある改変は本特許請求の範囲に包含されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、本発明の注入デバイスの１つの実施態様の略図を示す。薬物チャンバと制御チャンバは平行に取り付けられている。
【図２Ａ】図２Ａは、使い捨て注入デバイスの２つの断面図を示す。薬物チャンバと制御チャンバは連続して取り付けられている。
【図２Ｂ】図２Ｂは、使い捨て注入デバイスの２つの断面図を示す。薬物チャンバと制御チャンバは連続して取り付けられている。
【図３】図３は、図２Ａの使い捨てデバイスの等角投影断面図を示す。
【図４Ａ】図４は、本発明の注入デバイスの半使い捨てバージョンの構造を表す。図４Ａは使い捨てカートリッジを示し、図４Ｂは常設デバイスにおける使い捨てカートリッジのアセンブリを示し、図４Ｃはデバイスの常設部分を示し、そして図４Ｄは、スプリングハウジングガイドと移動制限特性を強調する、図４Ｂのアセンブリの等角投影図を提供する。
【図４Ｂ】図４は、本発明の注入デバイスの半使い捨てバージョンの構造を表す。図４Ａは使い捨てカートリッジを示し、図４Ｂは常設デバイスにおける使い捨てカートリッジのアセンブリを示し、図４Ｃはデバイスの常設部分を示し、そして図４Ｄは、スプリングハウジングガイドと移動制限特性を強調する、図４Ｂのアセンブリの等角投影図を提供する。
【図４Ｃ】図４は、本発明の注入デバイスの半使い捨てバージョンの構造を表す。図４Ａは使い捨てカートリッジを示し、図４Ｂは常設デバイスにおける使い捨てカートリッジのアセンブリを示し、図４Ｃはデバイスの常設部分を示し、そして図４Ｄは、スプリングハウジングガイドと移動制限特性を強調する、図４Ｂのアセンブリの等角投影図を提供する。
【図４Ｄ】図４は、本発明の注入デバイスの半使い捨てバージョンの構造を表す。図４Ａは使い捨てカートリッジを示し、図４Ｂは常設デバイスにおける使い捨てカートリッジのアセンブリを示し、図４Ｃはデバイスの常設部分を示し、そして図４Ｄは、スプリングハウジングガイドと移動制限特性を強調する、図４Ｂのアセンブリの等角投影図を提供する。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【国際調査報告】
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