(57)【要約】  一つの態様では、薬物送達装置は、液体薬物製剤を含むレザバー、およびレザバーと流体連通しているマイクロニードル組立品を含みうる。マイクロニードル組立品は複数のマイクロニードルを含む場合があり、各マイクロニードルは薬物製剤を受け入れるための開放チャネルを画定する。開放チャネルは、約０．１〜約０．８の範囲の正規化水力半径を持ちうる。開放チャネルは、薬物製剤の固定容量がそこに受け入れられる時、液体・固体界面エネルギーおよび液体・蒸気界面エネルギーも持ちうる。さらに、薬物製剤および開放チャネルの断面形状は、薬物製剤の固定容量の長さが開放チャネル内で増える時、液体・固体エネルギーが液体・蒸気エネルギーを超えるように選択および構成されうる。【選択図】なし
2016517762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薬物送達装置であって、
液体薬物製剤を含むレザバーと、
前記レザバーと流体連通しているマイクロニードル組立品とを備え、前記マイクロニードル組立品が上面および下面を画定するサポートを含み、前記マイクロニードル組立品が前記下面から延長する複数のマイクロニードルをさらに含み、各マイクロニードルが前記薬物製剤を受け入れるための開放チャネルを画定し、前記開放チャネルが０．１〜０．８の範囲の正規化水力半径を持ち、前記開放チャネルが、薬物製剤の固定容量がその中に受け入れられる時、液体・固体界面エネルギーおよび液体・蒸気界面エネルギーをさらに持ち、
ここで、前記薬物製剤および前記開放チャネルの断面形状は、薬物製剤の前記固定容量の流体の長さが前記開放チャネル内で増える時、前記液体・固体界面エネルギーが前記液体・蒸気界面エネルギーを超えるように選択および構成される、薬物送達装置。
【請求項２】
前記液体・固体界面エネルギーが、以下の方程式によって決定される、請求項１に記載の薬物送達装置：
【数１】
2016517762.tif 000014
ここで、ＥＬＳは前記液体・固体界面エネルギーに対応し、Ｌは前記流体の長さに対応し、Ｌｇは前記開放チャネル内の前記薬物製剤の液体／固体界面の長さに対応し、γは前記開放チャネル内の前記薬物製剤の液体表面張力に対応し、θは前記薬物製剤と前記開放チャネルの間に画定される接触角に対応する。
【請求項３】
前記液体・蒸気界面エネルギーが、以下の方程式によって決定される、請求項１に記載の薬物送達装置：
【数２】
2016517762.tif 000015
ここで、ＥＬＶは前記液体・蒸気界面エネルギーに対応し、Ｌは前記流体の長さに対応し、ＬＳは前記開放チャネル内の前記薬物製剤の液体／蒸気界面の長さに対応し、γは前記開放チャネル内の前記薬物製剤の液体表面張力に対応する。
【請求項４】
前記薬物製剤および前記開放チャネルの前記断面形状が、以下の制約が満足されるように選択および構成される、請求項１に記載の薬物送達装置：
【数３】
2016517762.tif 000016
ここで、  ＥＬＶは前記液体・蒸気界面エネルギーに対応し、ＥＬＳは前記液体・固体界面エネルギーに対応し、Ｌは前記薬物製剤の前記流体の長さに対応し、Ｖは前記流体の前記固定容量に対応する。
【請求項５】
前記開放チャネルが、実質的に放物線形状の断面を画定する、請求項４に記載の薬物送達装置。
【請求項６】
前記薬物製剤および前記開放チャネルの前記断面形状が、以下の制約の少なくとも一つが満足されるように選択および構成される、請求項５に記載の薬物送達装置：
【数４】
2016517762.tif 000017
【数５】
2016517762.tif 000018
ここで、θは前記薬物製剤と前記開放チャネルの間に画定される接触角に対応し、φ／２は前記開放チャネルの溝角度に対応する。
【請求項７】
前記開放チャネルが、実質的に台形形状の断面を画定する、請求項４に記載の薬物送達装置。
【請求項８】
前記薬物製剤および前記開放チャネルの前記断面形状が、以下の制約の少なくとも一つが満足されるように選択および構成される、請求項７に記載の薬物送達装置：
【数６】
2016517762.tif 000019
【数７】
2016517762.tif 000020
ここで、θは前記薬物製剤と前記開放チャネルの間に画定される接触角に対応し、π／２は前記開放チャネルの溝角度に対応する。
【請求項９】
前記開放チャネルが実質的に放物線形状の断面を画定し、ここで前記断面形状の頂点から前記断面形状の焦点までの距離が前記開放チャネルの深さの５０％以下である、請求項１に記載の薬物送達装置。
【請求項１０】
各マイクロニードルが約１，５００μｍ２〜約２６２，５００μｍ２の範囲の皮膚接触面積を持つ、請求項１に記載の薬物送達装置。
【請求項１１】
薬物送達装置であって、
最初に薬物製剤を保持するように構成されたレザバーと、
前記レザバーと流体連通しているマイクロニードル組立品とを備え、前記マイクロニードル組立品が、前記薬物製剤の受動的な流体の流れが前記マイクロニードル組立品を通って方向づけられるように構成されており、前記マイクロニードル組立品が上面および仮面を画定するサポートを含み、前記マイクロニードル組立品が前記下面から延長する複数のマイクロニードルをさらに含み、各マイクロニードルが前記薬物製剤を受け入れるための開放チャネルを画定し、前記開放チャネルが０．１〜０．８の範囲の正規化水力半径を持ち、前記開放チャネルが、薬物製剤の固定容量がその中に受け入れられる時、液体・固体界面エネルギーおよび液体・蒸気界面エネルギーさらに持ち、
ここで、前記薬物製剤および前記開放チャネルの断面形状は、薬物製剤の前記固定容量の流体の長さが前記開放チャネル内で増える時、前記液体・固体界面エネルギーが前記液体・蒸気界面エネルギーを超えるように選択および構成される、薬物送達装置。
【請求項１２】
前記マイクロニードル組立品を通した前記薬物製剤の前記受動的な流体の流れが、前記薬物製剤の相対的表面張力、各マイクロニードルを形成している材料の表面エネルギーまたは身体吸収の少なくとも一つに関連する力から派生する、請求項１１に記載の薬物送達装置。
【請求項１３】
前記レザバーが上面および下面を含み、前記レザバーが前記上面と底面の間に延長する複数の通路を画定し、前記薬物製剤を前記レザバーから引き出して各マイクロニードルの前記開放チャネル内に入れる陰圧が前記マイクロニードル組立品内で生成されるまで、前記薬物製剤が重力に逆らって前記通路内に保持されるように、前記通路が構成されている、請求項１１に記載の薬物送達装置。
【請求項１４】
前記マイクロニードル組立品と前記レザバーの間に配置された拡散膜をさらに備え、前記拡散膜が、前記レザバーの底面に沿って前記薬物製剤を分配するように構成されている、請求項１１に記載の薬物送達装置。
【請求項１５】
前記液体・固体界面エネルギーが、以下の方程式によって決定される、請求項１１に記載の薬物送達装置：
【数８】
2016517762.tif 000021
ここで、ＥＬＳは前記液体・固体界面エネルギーに対応し、Ｌは前記流体の長さに対応し、Ｌｇは前記開放チャネル内の前記薬物製剤の液体／固体界面の長さに対応し、γは前記開放チャネル内の前記薬物製剤の液体表面張力に対応し、θは前記薬物製剤と前記開放チャネルの間に画定される接触角に対応する。
【請求項１６】
前記液体・固上記界面エネルギーが、以下の方程式によって決定される、請求項１１に記載の薬物送達装置：
【数９】
2016517762.tif 000022
ここで、ＥＬＶは前記液体・蒸気界面エネルギーに対応し、Ｌは前記流体の長さに対応し、ＬＳは前記開放チャネル内の前記薬物製剤の液体／蒸気界面の長さに対応し、γは前記開放チャネル内の前記薬物製剤の液体表面張力に対応する。
【請求項１７】
前記薬物製剤および前記開放チャネルの前記断面形状が、以下の制約が満足されるように選択および構成される、請求項１１に記載の薬物送達装置：
【数１０】
2016517762.tif 000023
ここで、ＥＬＶは前記液体・蒸気界面エネルギーに対応し、ＥＬＳは前記液体・固体界面エネルギーに対応し、Ｌは前記薬物製剤の前記流体の長さに対応し、Ｖは前記流体の前記固定容量に対応する。
【請求項１８】
前記開放チャネルが、実質的に放物線形状の断面を画定する、請求項１７に記載の薬物送達装置。
【請求項１９】
前記薬物製剤および前記開放チャネルの前記断面形状が、以下の制約の少なくとも一つが満足されるように選択および構成される、請求項１８に記載の薬物送達装置：
【数１１】
2016517762.tif 000024
【数１２】
2016517762.tif 000025
ここで、θは前記薬物製剤と前記開放チャネルの間に画定される接触角に対応し、φ／２は前記開放チャネルの溝角度に対応する。
【請求項２０】
前記開放チャネルが、実質的に台形形状の断面を画定する、請求項１７に記載の薬物送達装置。
【請求項２１】
前記薬物製剤および前記開放チャネルの前記断面形状が、以下の制約の少なくとも一つが満足されるように選択および構成される、請求項２０に記載の薬物送達装置：
【数１３】
2016517762.tif 000026
【数１４】
2016517762.tif 000027
ここで、θは前記薬物製剤と前記開放チャネルの間に画定される接触角に対応し、π／２は前記開放チャネルの溝角度に対応する。
【請求項２２】
前記開放チャネルが実質的に放物線形状の断面を画定し、ここで前記断面形状の頂点から前記断面形状の焦点までの距離が前記開放チャネルの深さの５０％以下である、請求項１１に記載の薬物送達装置。
【請求項２３】
各マイクロニードルが約１，５００μｍ２〜約２６２，５００μｍ２の範囲の皮膚接触面積を持つ、請求項１１に記載の薬物送達装置。
【請求項２４】
薬物送達装置であって、
液体薬物製剤を含むレザバーと、
前記レザバーと流体連通しているマイクロニードル組立品とを備え、前記マイクロニードル組立品が上面および下面を画定するサポートを含み、前記マイクロニードル組立品が前記下面から延長する複数のマイクロニードルをさらに含み、各マイクロニードルが前記薬物製剤を受け入れるための開放チャネルを画定し、約１，５００μｍ２〜約２６２，５００μｍ２の範囲の皮膚接触面積を持ち、前記開放チャネルが、薬物製剤の固定容量がその中に受け入れられる時、液体・固体界面エネルギーおよび液体・蒸気界面エネルギーをさらに持ち、
ここで、前記薬物製剤および前記開放チャネルの断面形状は、薬物製剤の前記固定容量の流体の長さが前記開放チャネル内で増える時、前記液体・固体界面エネルギーが前記液体・蒸気界面エネルギーを超えるように選択および構成される、薬物送達装置。
【請求項２５】
前記開放チャネルが０．１〜０．８の範囲の正規化水力半径を持つ、請求項２４に記載の薬物送達装置。
【請求項２６】
前記薬物製剤および前記開放チャネルの前記断面形状が、以下の制約が満足されるように選択および構成される、請求項２４に記載の薬物送達装置：
【数１５】
2016517762.tif 000028
ここで、ＥＬＶは前記液体・蒸気界面エネルギーに対応し、ＥＬＳは前記液体・固体界面エネルギーに対応し、Ｌは前記薬物製剤の前記流体の長さに対応し、Ｖは前記流体の前記固定容量に対応する。
【請求項２７】
前記開放チャネルが、実質的に放物線形状の断面を画定する、請求項２６に記載の薬物送達装置。
【請求項２８】
前記薬物製剤および前記開放チャネルの前記断面形状が、以下の制約の少なくとも一つが満足されるように選択および構成される、請求項２７に記載の薬物送達装置：
【数１６】
2016517762.tif 000029
【数１７】
2016517762.tif 000030
ここで、θは前記薬物製剤と前記開放チャネルの間に画定される接触角に対応し、φ／２は前記開放チャネルの溝角度に対応する。
【請求項２９】
前記開放チャネルが、実質的に台形形状の断面を画定する、請求項２６に記載の薬物送達装置。
【請求項３０】
前記薬物製剤および前記開放チャネルの前記断面形状が、以下の制約の少なくとも一つが満足されるように選択および構成される、請求項２９に記載の薬物送達装置：
【数１８】
2016517762.tif 000031
【数１９】
2016517762.tif 000032
ここで、θは前記薬物製剤と前記開放チャネルの間に画定される接触角に対応し、π／２は前記開放チャネルの溝角度に対応する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の主題は一般に、薬物送達装置を使用した薬物製剤の送達に関し、より具体的には、マイクロニードル内の薬物製剤のウィッキングの向上を提供する開放チャネルを持つ薬物送達装置のためのマイクロニードルに関する。
【背景技術】
【０００２】
患者への薬物の送達は、従来的にはさまざまに異なった方法で行われる。例えば、静脈内送達は血管に直接注射することによって、腹腔内送達は腹腔へ注射することによって、皮下送達は皮膚の下に、筋肉内送達は筋肉中に、および経口送達は口を通して行われる。薬物送達および体液採取の一般的な方法は、皮膚を通してのものである。皮膚は、角質層、顆粒層、有棘層および基底層を含む表皮、ならびに、数ある中でも毛細血管層を含む真皮から構成される。角質層は、皮膚表面から約１０〜２０ミクロン延長する死細胞組織から成る硬いうろこ状の層であり、血液供給はない。この層の細胞の密度のために、体の中へまたは体から外に、皮膚を通して化合物を移動することは非常に困難でありうる。
【０００３】
皮膚を通して局所医薬品を送達する現在の技術には、針またはその他の皮膚貫通装置を使用する方法およびこのような装置を使用しない方法が含まれる。針を使用しないこれらの方法には、典型的には、（ａ）局所適用、（ｂ）イオン導入（ｃ）電気穿孔、（ｄ）レーザー穿孔または変更、（ｅ）角質層および／または医薬品のいずれかの化学的特性を変化させる化合物である担体または媒体、（ｆ）角質層の剥削など、皮膚の物理的前処理（例えば、接着テープを繰り返し貼り付けおよび除去）、および（ｇ）超音波によって角質層のバリア機能を変更することを伴うソノフォレーシスが関与する。針またはランセットの使用などの侵襲的処置は、角質層のバリア機能を効果的に克服できる。しかし、これらの方法には、痛み、局所的皮膚損傷、出血および注射部位での感染リスクを含む、いくつかの重大なデメリットがある。これらの方法は通常、訓練を受けた投与者も必要とし、反復される長期使用には適していない。さらに、皮膚を通した薬物送達は、場所および医薬品の投与量の両方において、比較的不正確である。問題の一部には、投与中に患者が動くこと、送達する投与量が不完全なこと、複数の医薬品を同時に投与すること、および送達速度を制御することが困難なこと、ならびに医薬品を皮膚の適切な部分に送達することが困難なことが含まれる。適切な投与量の取り扱いを可能にするため、薬物は従来、希釈されてきた。この希釈ステップは、保存および送達の問題を生じさせる可能性がある。従って、皮膚中および／または皮膚を通した送達には、正確で少ない容量の医薬品を使用できれば有利であろう。
【０００４】
マイクロニードルは、皮膚を通した薬物送達の代替的方法として提案されてきた。中空シャフトを通して薬物製剤を送達できるように、マイクロニードルは典型的には、より大きな従来的医療用針と類似の中空シャフトを持つ。このような装置を通した薬物製剤の流れを開始するために、さまざまな能動機構（例えば、ポンプ、バネおよび／またはその他の加圧機構）が採用されている。例えば、Ｐｒａｕｓｎｉｔｚらの米国特許第６，６１１，７０７号およびＧｒｏｓｓらの米国特許第５，５２７，２８８号は、一連の中空マイクロニードルを含むハウジングの上に位置づけられた薬物レザバーをそれぞれが含む装置について記述している。薬物製剤は、柔軟なレザバーバッグの上部を押すことによってなど、薬物自体またはレザバーに力を加えることによって、レザバーから送達されて、マイクロニードルを通して製剤を流出させる。残念ながら、このような力を使用した皮膚中へ注入された薬物製剤の流量は、皮膚自体の吸収速度よりもはるかに大きいことがよくある。結果として、薬物製剤のすべてまたはかなりの部分が、皮膚とマイクロニードルの間の界面で、皮膚の表面へと上方に流れることがよくある。
【０００５】
このため、薬物の制御送達および生物学的利用率を改善する方法で、薬物製剤を簡便かつ効果的に送達できる薬物送達装置に対するニーズが現在存在する。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の態様および利点は、以下の記述で部分的に説明される、または記述から明らかである場合がある、または本発明の実施を通して習得される場合がある。
【０００７】
一つの態様では、本主題は、薬物送達装置を対象とする。装置は、液体薬物製剤を含むレザバー、およびレザバーと流体連通しているマイクロニードル組立品を含みうる。マイクロニードル組立品は、上面および底面を画定するサポートと、底面から延長する複数のマイクロニードルとを含む場合がある。各マイクロニードルは、薬物製剤を受け入れるための開放チャネルを画定しうる。開放チャネルは、約０．１〜約０．８、およびさらなる態様では、約０．１〜約０．５の範囲の正規化水力半径を持ちうる。開放チャネルは、薬物製剤の固定容量がそこに受け入れられる時、液体・固体界面エネルギーおよび液体・蒸気界面エネルギーも持ちうる。さらに、薬物製剤および開放チャネルの断面形状は、薬物製剤の固定容量の長さが開放チャネル内で増える時、液体・固体エネルギーが液体・蒸気エネルギーを超えるように選択および構成されうる。
【０００８】
別の態様では、本主題は、薬物送達装置を対象とする。装置は、初めに薬物製剤を保持するように構成されたレザバー、およびレザバーと流体連通しているマイクロニードル組立品を含みうる。マイクロニードル組立品は、薬物製剤の受動的な流体の流れが、マイクロニードル組立品を通して方向づけられるように構成されうる。マイクロニードル組立品は、上面および底面を画定するサポートと、底面から延長する複数のマイクロニードルとを含む場合がある。各マイクロニードルは、薬物製剤を受け入れるための開放チャネルを画定しうる。開放チャネルは、０．１〜０．８、またはさらなる態様では、０．１〜０．５の範囲の正規化水力半径を持ちうる。開放チャネルは、薬物製剤の固定容量がそこに受け入れられる時、液体・固体界面エネルギーおよび液体・蒸気界面エネルギーも持ちうる。さらに、薬物製剤および開放チャネルの断面形状は、薬物製剤の固定容量の長さが開放チャネル内で増える時、液体・固体界面エネルギーが液体・蒸気界面エネルギーを超えるように選択および構成されうる。
【０００９】
さらなる態様では、本主題は、薬物送達装置を対象とする。装置は、液体薬物製剤を含むレザバー、およびレザバーと流体連通しているマイクロニードル組立品を含みうる。マイクロニードル組立品は、上面および底面を画定するサポートと、底面から延長する複数のマイクロニードルとを含む場合がある。各マイクロニードルは、薬物製剤を受け入れるための開放チャネルを画定する場合があり、約１，５００  ｕｍ２〜約２６２，５００  ｕｍ２の範囲の皮膚接触面積を持ちうる。開放チャネルは、薬物製剤の固定容量がそこに受け入れられる時、液体・固体界面エネルギーおよび液体・蒸気界面エネルギーも持ちうる。さらに、薬物製剤および開放チャネルの断面形状は、薬物製剤の固定容量の長さが開放チャネル内で増える時、液体・固体エネルギーが液体・蒸気エネルギーを超えるように選択および構成されうる。
【００１０】
また別の態様では、本主題は、薬物送達装置を対象とする。装置は、液体薬物製剤を含むレザバー、およびレザバーと流体連通しているマイクロニードル組立品を含みうる。マイクロニードル組立品は、上面および底面を画定するサポートと、底面から延長する複数のマイクロニードルとを含む場合がある。各マイクロニードルは、薬物製剤を受け入れるための開放チャネルを画定しうる。開放チャネルは、薬物製剤の固定容量がその中に受け入れられる時、液体・固体界面エネルギーおよび液体・蒸気界面エネルギーを持ちうる。さらに、薬物製剤および開放チャネルの断面形状は、以下の制約が満足されるように選択および構成されうる：
【００１１】
【数１】
2016517762.tif 000003
【００１２】
ここで、ＥＬＶは液体・蒸気界面エネルギーに対応し、ＥＬＳは液体・固体界面エネルギーに対応し、Ｌは薬物製剤の長さに対応し、Ｖは薬物製剤の固定容量に対応する。
【００１３】
さらなる態様の場合、本主題は、本明細書に記述された構成要素および／または特徴の任意の組み合わせを持つ薬物送達装置を対象とする。
【００１４】
本発明のこれらおよびその他の特徴、態様および利益は、以下の記述および添付請求項を参照することによってより良く理解されるであろう。本明細書に組み込まれ本明細書の一部を成す添付の図面は、本発明の実施形態を図示し、記述と共に、本発明の原理を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
当業者を対象とした、本発明の完全かつ実施可能な開示は、その最良の様式を含めて、本明細書に記載されており、これは以下の添付図を参照する。
【図１】図１は、本主題の態様によるマイクロニードル組立品の一つの実施形態の部分的断面図を図示する。
【図２】図２は、図１に示されたマイクロニードル組立品のマイクロニードルの一つの斜視図を示す。
【図３】図３は、図２に示されたマイクロニードルの部分的断面図を示し、特に丸底の「Ｖ」型断面を画定しているチャネルを持つマイクロニードルを図示する。
【図４】図４は、マイクロニードルチャネル内に包含されている、薬物製剤などの流体の固定容量の部分的斜視図を示し、チャネルは点線で示されている。
【図５】図５は、本主題の態様による、丸底の「Ｖ」型断面を画定しているチャネルを持つマイクロニードルの部分的断面図を示し、特に単位円内にフィットするような大きさのチャネルを図示する。
【図６】図６は、本主題の態様による、台形の断面を画定しているチャネルを持つマイクロニードルの部分的断面図を示し、特に単位円内にフィットするように調整されたチャネルを図示する。
【図７】図７は、本主題の態様による、まっすぐな「Ｖ」型断面を画定しているチャネルを持つマイクロニードルの部分的断面図を示す。
【図８】図８は、本主題の態様による、連続的な曲面側壁で「Ｖ」型断面を画定しているチャネルを持つマイクロニードルの部分的断面図を示す。
【図９】図９は、本主題の態様による、丸い台形の断面を画定しているチャネルを持つマイクロニードルの部分的断面図を示し、特に図６に示される台形のチャネルと比べて台形が逆さまになっていることを図示する。
【図１０】図１０は、本主題の態様による、受動的薬物送達装置の一つの実施形態内に含まれうるさまざまな構成要素の分解斜視図を示す。
【図１１】図１１は、図１０に示される装置構成要素の上面組立図を示す。
【図１２】図１２は、図１１に示される装置構成要素を線１２−１２で切り取った断面図を示す。
【図１３】図１３は、本主題の態様による、薬物送達装置の別の実施形態内に含まれうるさまざまな構成要素の組立斜視図を示す。
【図１４】図１４は、図１３に示される装置構成要素を、線１４−１４で切り取った断面図を示し、特に非作動位置にある装置のプランジャーを図示する。
【図１５】図１５は、図１３に示される装置構成要素の別の断面図を示し、特に作動位置にあるプランジャーを図示する。
【図１６】図１６は、図１３〜１５に示される装置構成要素の分解斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ここで、本発明の実施形態を詳細に参照するが、一つ以上の例を図に示す。各例は、本発明の説明方法として提供されており、本発明を限定するものではない。実際に、本発明の範囲または精神から逸脱することなく、本発明に様々な改造および変形をなすことができることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、一つの実施形態の一部として図示または記述される特徴を、別の実施形態とともに使用して、なおさらなる実施形態を生じる可能性がある。したがって、本発明が、添付した請求項の範囲およびそれらの均等物の範囲内に収まるような改造や変形を網羅することが意図される。
【００１７】
一般的に、本主題は、断面形状が改善された開放チャネルを持つ薬物送達装置のためのマイクロニードルを対象とする。具体的には、いくつかの実施形態では、チャネルの濡れた周辺に沿った毛細管力の合計が、チャネル内の流体薬物製剤のすべてのレベルに対して、このようなチャネル内の露出流体表面上にかかる合計表面張力を超え、それによって各チャネルの全長に沿って薬物が吸い上げられるように、各チャネルの断面形状が選択されうる。以下に記述されるように、チャネル内の薬物製剤の望ましい流れを達成するためには、チャネルの断面形状と、チャネルと薬物製剤の間に画定される接触角との関係は、薬物製剤のチャネル中への、およびチャネルを通したスムーズな流れを確実にするレベルにチャネルの断面積を維持しながら、チャネルが実質的に自己排水性になるような方法で（すなわち、流体がチャネルの表面に沿って無制限に拡散するように）バランスが取られなければならない。
【００１８】
当然のことながら、本主題のいくつかの実施形態では、開示された薬物送達装置は、経皮的薬物送達装置として構成でき、従って、薬物製剤を使用者の皮膚を通さずに皮膚中に（すなわち、角質層と表皮の内面との間の場所に）送達するように設計されうる。しかし、その他の実施形態では、薬物送達装置は、完全に使用者の皮膚を通して薬物製剤を送達するように構成されうる。
【００１９】
これも当然のことながら、いくつかの実施形態では、開示された薬物送達装置は、受動的薬物送達装置として構成されうる。このため、マイクロニードルを通して薬物製剤を加圧するか、またはその他の方法で強制することに頼る能動的装置とは異なり、受動的装置は、マイクロニードルを通して、皮膚中および／または皮膚を通る薬物の毛細管駆動流れに頼りうる。具体的には、受動的装置は、薬物の相対的表面張力およびマイクロニードル材料の表面エネルギーを使用して、マイクロニードルを通して薬物の移動を起こしうる。さらに、皮膚吸収によって生成される陰圧は、マイクロニードルを通して薬物をレザバーから引き出す役割も果たしうる。受動的薬物送達装置を設計する時、各マイクロニードルの全長に沿って薬物が効果的に排水されるように、マイクロニードルチャネル内で薬物製剤が完全に吸い上げられることが望ましい。以下に記述されるように、マイクロニードルチャネルの断面形状は、望ましい排水特性を達成するために、装置を介して送達される実際の薬物製剤との組み合わせで選択されうる。
【００２０】
ここで図を参照すると、図１〜３は、本主題の態様による、マイクロニードル組立品２００の一つの実施形態の部分図を示す。具体的には、図１は、マイクロニードル組立品２００の部分断面図を示す。さらに、図２は、図１に示される組立品２００のマイクロニードルの一つの斜視図を示し、図３は、図２に示されるマイクロニードルの部分断面図を示す。
【００２１】
一般的に、マイクロニードル組立品２００は、流体薬物製剤（本明細書ではしばしば単に「流体」と呼ばれる）を使用者の皮膚中に、および／または皮膚を通して送達するための、当技術分野で知られた適切な構成を持ちうる。いくつかの実施形態では、マイクロニードル組立品２００は、適切な基材またはサポートから外側に延長する複数の皮膚貫通部材（すなわち、マイクロニードル）を含みうる。例えば、図１に特に示されるように、マイクロニードル組立品２００は、上面２０４および底面２０６を画定するサポート２０２と、底面２０６から外向きに延長する一連のマイクロニードル２０８とを含む。サポート２０２は一般に、金属材料、セラミック材料、プラスチック材料、および／またはその他任意の適切な材料などの、硬質、半硬質、または柔軟な材料シートから作られる場合がある。さらに、サポート２０２は、その上面２０４と底面２０６との間に、流体がその間を流れることができる一つ以上の開口部を画定する場合がある。例えば、図１に示されるように、単一開口部２１０が、各マイクロニードル２０８の場所でサポート２０２に画定され、流体を上面２０４からこのようなマイクロニードル２０８に送達できるようになる場合がある。しかし、その他の実施形態では、サポート２０２は、各マイクロニードル２０８の場所に、および／または各マイクロニードルの場所から間隙を置いて位置付けられたその他の適切な数の開口部２１０を画定する場合がある。
【００２２】
さらに、図１および２に示されるように、各マイクロニードル２０８は、サポート２０２の底面２０６に隣接して位置付けられ、かつ／またはサポート２０２の底面２０６から延長するベース２１２と、ベース２１２の反対側に配置された先端２１４との間に延長する、貫通または針様形状（例えば、円錐またはピラミッド形状または円錐またはピラミッド形状に移行する円筒形状）を画定するように一般的に構成される場合がある。一般的に理解されているように、先端２１４は、サポート２０２から最も離れて配置される各マイクロニードル２０８の先端に対応する場合があり、各マイクロニードル２０８の最小寸法を画定する場合がある。いくつかの実施形態では、各マイクロニードル２０８の平均直径２１６（図３）は、約６０μｍ〜２００μｍまたは約８０μｍ〜約１２０μｍおよびその間のその他任意の部分的範囲など、約５０マイクロメートル（μｍ）〜約２５０μｍの範囲である場合がある。
【００２３】
さらに、各マイクロニードル２０８は、そのベース２１２とその先端２１４との間に、マイクロニードル２０８が角質層を貫通して表皮内に入る、および／または表皮を通過するために十分な任意の適切な長さ２１８を一般的に画定する場合がある。例えば、一つの実施形態では、各マイクロニードル２０８の長さ２１８を、約１７５０μｍ未満、約１５００μｍ未満、または約１２５０μｍ、およびその間のその他任意の部分的範囲など、約２０００マイクロメートル（μｍ）未満に画定する場合がある。しかし、特定の実施形態では、マイクロニードル２０８が表皮の内面を通って真皮内に貫通しないように、マイクロニードル２０８の長さ２１８を制限することが望ましい場合がある。このような実施形態は、薬物製剤を投与される患者の痛みを最小限に抑えるのに有利に役立つ。例えば、一つの実施形態では、各マイクロニードル２０８は、約９００μｍ〜約１００μｍまたは約７００μｍ〜約１５０μｍまたは約５００μｍ〜約１７５μｍ、または約４００μｍ〜約２００μｍおよびその間のその他任意の部分的範囲など、約１０００マイクロメートル（μｍ）未満の長さ２１８を画定しうる。
【００２４】
当然のことながら、マイクロニードル２０８の長さ２１８は、マイクロニードル組立品２００が装置が実際に使用者に使用される場所によって異なる場合がある。例えば、使用者の脚に使用される組立品２００に対するマイクロニードル２０８の長さは、使用者の腕に使用される組立品２００のマイクロニードル２０８の長さとは実質的に異なる場合がある。
【００２５】
当然のことながら、図１は、適切なマイクロニードル組立品２００の一部のみを示し、従ってマイクロニードル組立品２００は、そのサポート２０２から延長する任意の数のマイクロニードル２０８を一般的に含む場合がある。例えば、一つの実施形態では、マイクロニードル組立品２００内に含まれるマイクロニードル２０８の実際の数は、約５０マイクロニードル／平方センチメートル（ｃｍ２）〜約１，２５０マイクロニードル／ｃｍ２、または１００マイクロニードル／ｃｍ２〜約５００マイクロニードル／ｃｍ２、およびその間のその他任意の部分的範囲など、約１０マイクロニードル／ｃｍ２〜約１，５００マイクロニードル／ｃｍ２の範囲である場合がある。さらに、マイクロニードル組立品２００の実際の寸法は、それ自体が、それが使用される薬物送達装置の構成に応じて一般的に異なりうる。しかし、合計の一連のマイクロニードルは、幅２２０（図１０）および長さ２２２（図１０）を一般的に画定しうる。一つの実施形態では、幅２２０は、約８，０００μｍ〜約１５，０００μｍまたは約９，０００μｍ〜約１１，０００μｍなど、約５，０００マイクロメートル（μｍ）〜約２５，０００μｍの範囲でありうる。同様に、一つの実施形態では、長さ２２２は、約８，０００μｍ〜約１５，０００μｍまたは約９，０００μｍ〜約１１，０００μｍなど、約５，０００マイクロメートル（μｍ）〜約２５，０００μｍの範囲でありうる。
【００２６】
さらに、当然のことながら、マイクロニードル２０８は、さまざまな異なるパターンでサポート２０２上に一般的に配置される場合があり、このようなパターンは、任意の特定の使用のために設計されうる。例えば、一つの実施形態では、マイクロニードル２０８は、長方形もしくは正方形の格子、または同心円など、均一な様式で離間される場合がある。このような実施形態では、マイクロニードル２０８の間隔は、多くの要因に一般的に依存し、これにはマイクロニードル２０８の長さ２１８および直径２１６、ならびにマイクロニードル２０８を通して送達されることが意図されている薬物製剤の量とタイプが含まれるがこれらに限定されない。
【００２７】
さらに、各マイクロニードル２０８は、サポート２０２に画定される開口部２１０と流体連通する一つ以上のチャネル２２４を画定する場合がある。本明細書で使用される場合、「開放チャネル」という用語は、チャネル２２４がその長さの少なくとも一部に沿って外部環境に開いているように、マイクロニードル２０８の外周の周りに画定されるチャネル２２４を指す。例えば、例示した実施形態に示されるように、各マイクロニードルは、各チャネル２２４がその開放側部（図３の括弧２２６で示される）に沿って外部環境に露出するように、その外周に沿って画定される一対の開放チャネル２２４を含む。その他の実施形態では、各マイクロニードル２０８は、単一の開放チャネル２２４または三つ以上の開放チャネル２２４など、その外周の周りに画定されるその他任意の数の開放チャネル２２４を含みうる。さらに、一つの実施形態では、各チャネル２２４は、その対応するマイクロニードル２０８の縦軸２２８に概して平行に長さ方向に延長するように構成されうる。しかし、その他の実施形態では、チャネル２２４は、縦軸２２８に対して角度のついた配向を持ちうる。さらなる実施形態（非表示）では、チャネル２２４は、各マイクロニードル２０８の外面上で、サポート２０２の底面２０６の下方に一定の距離を置いて露出されうる。いずれにしても、各チャネル２２４は、薬物製剤がサポート２０２の上面２０４から、開口部２１０を通って、チャネル２２４の中に流れることを可能にする通路を形成し、その時点で薬物製剤が使用者の皮膚内におよび／または使用者の皮膚を通って送達されてもよいように一般的に構成される場合がある。
【００２８】
当然のことながら、各チャネル２２４は、チャネル２２４の全長に沿って薬物製剤を排水する能力を持つ開示の装置を提供できる、任意の適切な断面形状を画定するように構成されうる。例えば、特に図３に示されるように、各チャネル２２４は、実質的に放物線型または丸底の「Ｖ」型断面を画定する。本明細書に記述されたように、丸底の「Ｖ」型または放物線型断面は、チャネル２２４の各外縁（例えば、第一の外縁２３２および第二の外縁２３４）から移行点２３６に延長する実質的にまっすぐな側壁２３０および移行点２３６の間に延長する湾曲または丸身を帯びた底壁２３８によって一般的に特徴づけられる。特定の実施形態では、放物線形状のチャネルは、頂点から焦点までの距離が、チャネルの深さ（すなわち、頂点またはチャネル２２４の底から、チャネル２２４の外縁２３２、２３４の間に延長する参照２２４までの距離）の半分未満になるように、狭い溝を形成することが望ましい。しかし、その他の実施形態では、チャネル２２４は、実質的に長方形または台形の形状を持つものなど、その他任意の適切な断面形状を画定するように構成されうる。以下に記述されるように、チャネル２２４の断面形状に応じて、受動的な流体の流れの薬物装置が必要とするチャネルの高い排水機能を得るために、各チャネル２２４の形状は、薬物製剤と組み合わせて選択されうる。
【００２９】
図１および２に示されるように、各チャネル２２４は、サポート２０２の底面２０６とマイクロニードル２０８の先端２１４の間に少なくとも部分的に延長する長さ２４０を画定しうる。一般的に、チャネル２２４の長さ２４０は、マイクロニードル２０８の全体的長さ２１８、および薬物製剤が使用者の皮膚中におよび／または皮膚を通して送達される望ましい深さに応じて異なりうる。しかし、いくつかの実施形態では、各チャネル２２４の長さ２４０は、約１５０μｍ〜１６００μｍまたは約２００μｍ〜約５００μｍおよびその間のその他任意の部分的範囲など、一般的に約１００マイクロメートル（μｍ）〜約２０００μｍの範囲である場合がある。さらなる態様では、チャネル２２４の長さは、マイクロニードル２０８の長さの約１００％〜約１０％の間であることがあり、またさらなる実施形態では、チャネル２２４の長さは、マイクロニードル２０８の長さの約８０％〜約１５％の間、または約５０％〜約２０％の間でさえもありうる。さらに、特定の実施形態では、チャネル２２４の大部分がマイクロニードル２０８の遠位半分の上（すなわち、サポート２０２から離れて配置された半分の上）に配置されることが望ましい場合がある。さらに、図３に具体的に示されるように、各チャネル２２４は、その開放側部２２６に沿ったチャネル２２４の幅に対応する開放幅２４２（すなわち、チャネル２２４の外縁２３２、２３４の間に画定される幅）も画定しうる。いくつかの実施形態では、開放幅２４２は、約２０μｍ〜１００μｍまたは約２５μｍ〜約５０μｍおよびその間のその他任意の部分的範囲など、一般的に約１５マイクロメートル（μｍ）〜約１７５μｍの範囲である場合がある。さらに、いくつかの実施形態では、開放幅２４２は、各チャネル２２４の最大幅に対応する場合があり、チャネル２２４の最深部点（すなわち、チャネルの底）での幅は、例えば、開放幅２４２の５０％以下でありうる。
【００３０】
さらに、各チャネル２２４は、一般的にその長さ２４０および開放幅２４２の関数である皮膚接触面積も持ちうる。具体的には、皮膚接触面積は、チャネルの全長２４０に沿った各チャネルの外縁２３２、２３４の間に画定される合計面積でありうる。このように、皮膚接触面積は、患者の皮膚に曝されうるチャネル２２４内の薬物製剤の面積に一般的に対応する。いくつかの実施形態では、チャネル２２４当たりの皮膚接触面積は、約３，０００μｍ２〜約５０，０００μｍ２または約５，０００μｍ２〜約２０，０００μｍ２およびその間のその他任意の部分的範囲など、約１，５００平方マイクロメートル（μｍ２）〜約１００，０００μｍ２の範囲でありうる。
【００３１】
上述のように、いくつかの実施形態では、マイクロニードル２０８が本体に一旦挿入されたら、各チャネル２２４を通した自発的または自己排水性の毛細管流が起こる薬物送達装置を提供するために、チャネル２２４の断面形状および薬物製剤自体は相互に選択される。一般的に理解されるように、開放チャネル２２４を通した流体の毛細管駆動性流量は、チャネル２２４内の毛細管力およびチャネル２２４の水力半径という二つの要因によって主に影響を受ける。毛細管力は一般的に、流体とチャネル２２４の間に画定される境界での流体の接触角（すなわち、図３の角度２４４）および流体の表面エネルギーと共に、チャネル２２４自体の形状の関数である。特に、毛細管圧は、チャネル２２４の断面寸法（例えば、半径、幅、面積など）に反比例し、対象流体の表面エネルギーに接触角２４４の余弦をかけたものに正比例する。結果として、寸法がより小さく、角度が鋭く、および／または接触角２４４がより小さいチャネル２２４は、チャネル２２４を通して流体を引き込む作用をする毛細管力がより高くなる。
【００３２】
対照的に、水力半径は、開放チャネル２２４内／を通した流体の動きに対する抵抗に関連し、水力半径が減少する時、流れ抵抗は増加する。一般的に、以下の方程式（方程式１）に示されるように、水力半径は、濡れた周辺と共にチャネル２２４の断面積の関数である：
【００３３】
【数２】
2016517762.tif 000004
【００３４】
ここで、Ｒｈはチャネル２２４の水力半径に対応し、Ａはチャネル２２４の断面積に対応し、Ｐｗはチャネル２２４の濡れた周囲に対応する。このような周囲は、例えば、図３に示されたチャネル２２４に対して特定されうる。具体的には、断面積は、チャネル２２４の壁２３０、２３８と、チャネル２２４の外縁２３２、２３４の間に延長する参照線２４６の間に画定される面積に対応する。さらに、濡れた周囲は、流体と直接接触しているチャネル２２４の断面積の周囲に対応する。例えば、図３に示された実施形態では、濡れた周囲は、チャネル２２４の壁２３０、２３８に沿って第一の外縁２３２から第二の外縁２３４まで延長する周囲に対応する。
【００３５】
開放チャネル２２４の水力半径は、その断面形状がより円形になるにつれて増加する。このように、以前は、チャネル容量を増加させること、またはチャネル２２４内の流れ抵抗を減少させることに焦点が置かれることが多く、このような場合、各チャネル２２４は半円断面形状を持つように設計されうる。しかし、上述のように、チャネル２２４を通る自己排水性毛細管駆動性の流れを持つことが望ましく、これはチャネル２２４が、より小さい寸法および鋭い角度を持つように構成することによって少なくとも部分的に達成されうる。従って、チャネル２２４内へおよびチャネルを通した流体のスムーズな流れを確実にするレベルにチャネルの断面寸法を維持しながらチャネル２２４の自己排水特性を高めるために、各チャネル２２４の幾何学構成は、水力半径およびチャネル２２４内の毛細管力の両方のバランスを取る方法で、注意して選択しなければならない。
【００３６】
チャネルのスケールとは独立してチャネル２２４の特定の断面形状を評価するために、単位円（すなわち、半径が１の円）内にフィットするように形状を調整することによって水力半径を正規化しうる。その後、チャネル２２４の特定の断面形状に関連する関連寸法パラメータを解析して（その排水特性に付随する設計制約と併せて）、チャネル２２４を通したスムーズな流れを可能にしながらそれでも望ましい自己排水特性を提供する正規化水力半径の一つ以上の値を決定しうる。例えば、液体製剤と組み合わせたチャネル２２４に対するさまざまな断面形状を解析することにより、本主題の発明者は、０．１より大きく０．８未満の正規化水力半径を持つチャネル２２４は、受動的薬物送達装置向けに、流れ抵抗の減少および排水特性の改善の両方を呈することが望ましいと判断した。
【００３７】
さらに、固有の薬物製剤を送達するように構成され、特定の断面チャネル形状を画定するマイクロニードル２０８を持つ薬物送達装置の自己排水特性を評価するために、チャネル２２４内の流体の表面エネルギーおよびチャネル２２４とのその相互作用を解析して、チャネル２２４の長さに沿った流体の拡散によるこのようなエネルギーの変化を決定しうる。例えば、図４は、固定容量を持ち流体長さ２５０を画定している流体２４８がその中に包含されている開放チャネル２２４（点線で示される）の斜視図を示す。チャネル２２４内の流体２４８の合計表面エネルギーは一般に、液体・固体界面エネルギーおよび液体・蒸気界面エネルギーの和に等しい。液体・固体界面エネルギーは一般に、チャネル２２４と流体２４８の間の界面で画定される液体／固体界面長さ２５２の関数である場合があり、流体２４８の前縁でのチャネル２２４の濡れた周囲に一般的に対応しうる。同様に、液体・蒸気界面エネルギーは一般に、流体２４８と流体２４８の前縁での周辺環境の間の界面にそって画定される液体／蒸気長さ２５４（例えば、その前縁での流体２４８の上面の弧の長さ）の関数でありうる。望ましい自発的なチャネル充填機能を達成するため重要であると考えられる構成要素の定式表現が、以下の方程式（方程式２および３）に提供されている：
【００３８】
【数３】
2016517762.tif 000005
【００３９】
【数４】
2016517762.tif 000006
【００４０】
ここで、ＥＬＳは液体・固体界面エネルギーに対応し、ＥＬＶは液体・蒸気界面エネルギーに対応し、Ｌはチャネル２２４内の流体２４８の流体長さ２５０に対応し、Ｌｇは液体／固体界面長さ２５２に対応し、γは液体表面張力に対応し、θは流体２４８とチャネル２２４の間に画定される接触角２４４（図３）に対応し、ＬＳは液体／蒸気長さ界面２５４に対応する。
【００４１】
自己排水チャネル２２４を提供するためには、液体・固体界面エネルギーは液体・蒸気界面エネルギーを超え、それによって流体がチャネル２２４の長さに沿って（すなわち、矢印２５６（図４）の方向に）流れる時に流体をチャネル２２４の底に向かって下方に引き込まなければならない。具体的には、薬物製剤の特性は、チャネル２２４の断面形状と共に、流体長さ２５０が開放チャネル２２４内で増える時、液体・固体界面エネルギーが液体・蒸気界面エネルギーを超えるように構成されなければならない。つまり、開放チャネル２２４内の流体２４８の固定容量については、流体長さ２５０の変化に伴う、液体・蒸気界面エネルギーと液体・固体界面エネルギーの間の差の変化が０未満である場合、チャネルは自己排水性でありうる。このような関係は、以下の方程式（方程式４）によって表される：
【００４２】
【数５】
2016517762.tif 000007
【００４３】
ここで、  ＥＬＶは液体・蒸気界面エネルギーに対応し、ＥＬＳは液体・固体界面エネルギーに対応し、Ｌは流体長さ２５０に対応し、γは液体表面張力に対応し、ＬＳは液体／蒸気界面長さ２５４に対応し、Ｌｇは液体／固体長さ２５２に対応し、θは接触角２４４（図３）に対応し、Ｖは流体２４８の固定容量に対応する。
【００４４】
本明細書に記述された関係を達成し、そのマイクロニードルチャネル内に望ましい自発的排水を持つ薬物送達装置を提供するために、開示された装置の要素の構成および特定のタイプのチャネル構造を選択することができる。例えば、図５は、放物線状または丸身を帯びた底の「Ｖ」型チャネル２２４を含む、マイクロニードル２０８の部分的断面図を示す。図のように、チャネル２２４の断面形状は、溝の角度２５８（すなわち、チャネル２２４の側壁２３０の間に画定される角度）、ベース半径２５０（すなわち、チャネル２２４の丸くなった頂点または底壁２３６での湾曲の半径）および側部長さ２６２（すなわち、チャネルの外縁２３２、２３４とその移行点２３６の間を画定する各側壁２３０の長さ）によって一般的に画定されうる。以下の方程式（すなわち、方程式５〜７）に示されるように、方程式４を、放物線状または丸身を帯びた底の「Ｖ」型チャネル２２４に関連する寸法パラメータを踏まえて変更し、このような寸法パラメータと、チャネル２２４と薬物製剤の間に画定される接触角の間の関係を特徴づけうる。
【００４５】
【数６】
2016517762.tif 000008
【００４６】
【数７】
2016517762.tif 000009
【００４７】
【数８】
2016517762.tif 000010
【００４８】
ここで、θは、流体とチャネル２２４の間に画定される接触角２４４（図３）に対応し、２／φはチャネル２２４の溝角度２５８に対応する。
【００４９】
上記方程式（すなわち、方程式５〜７）のそれぞれは、チャネル２２４の望ましい排水特性を達成するために必要な、チャネル構造および薬物組成に対する設計制約を提供している。具体的には、方程式５が満足される場合、流体はチャネル２２４内で適切に排水されない。しかし、方程式６が満足される場合、チャネル２２４は、流体を部分的に排水する（すなわち、流体をレザバーからチャネルへと自発的に引き込む）。例えば流体は、チャネルの側部長さ２６２（すなわち、外縁２３２、２３４と移行点２３６の間の場所）のかなりの部分に沿って、チャネル２２４中に下向きに排水しうる。さらに、方程式７が満足される場合、チャネル２２４は完全に自己排水性となり、流体は、チャネル２２４の全長および／または実質的に全長に沿って、移行点２３６を超えたチャネル２２４の丸みを帯びた底へと下向きに排水する。つまり、流体は、チャネル２２４が方程式７を満たす幾何学構成を持つ時は、その長さに関わらず、チャネル２２４の全長に自発的に吸い込まれる。
【００５０】
上述のように、チャネル２２４の排水特性に関連する設計制約を考慮することにより、その正規化水力半径に対する一つ以上の適切な値を決定するために、このようなチャネル２２４に関連する寸法パラメータも解析されうる。例えば、図５に示されるように、チャネル２２４は、単位円２６４内にフィットするように調整されており、それによってチャネル２２４に対する正規化水力半径を計算することが可能になる。一般的に、図５に示される放物線状または丸みを帯びた底の「Ｖ」型チャネル２２４については、正規化水力半径は、溝角度２５８および、ベース半径２６０とチャネル２２４の側部長さ２６２の間の比率の両方の関数である。従って、このような寸法パラメータを解析することにより、望ましい排水特性の関連設計制約も満足するチャネル２２４に対して、正規化水力半径が決定されうる。例えば、正規化水力半径、溝角度２５８、およびベース半径２６０と側部長さ２６２の間の比率の間の関係を示す一式の曲線を生成しうる。
【００５１】
このような解析の実施において、０．１〜０．８の範囲（例えば、０．１〜０．４の範囲または０．４〜０．８の範囲または０．３〜０．５の範囲など、その間の適切な部分範囲を含む）の正規化水力半径は、チャネルの排水特性に対するさらなる関連設計制約を考慮する時、チャネル２２４内に十分に減少した流れ抵抗を提供すると、本主題の発明者は判断した。従って、いくつかの実施形態では、放物線状または丸みを帯びた底の「Ｖ」型チャネル２２４に対する適切な形状は、０．１〜０．８の範囲の正規化水力半径を持ち、方程式６（すなわち、部分的に自己排水性のチャネルを提供するため）または方程式７（すなわち、完全に自己排水性のチャネルを提供するため）のいずれかを満足するものである。
【００５２】
当然のことながら、必要な相互作用および関係も、その他の適切な断面チャネル形状に対して定義されうる。例えば、図６は、まっすぐな縁の台形断面形状を持つチャネル３２４を含むマイクロニードル２０８の部分断面図を示す。上述のチャネル２２４と同様に、チャネル３２４は、チャネル３２４に対する正規化水力半径を計算できるように、単位円２６４内にフィットするように調整されうる。図のように、チャネル３２４の断面形状は、溝の角度３５８（すなわち、チャネル３２４の側壁３３０の間に画定される角度）、ベース幅３６０（すなようわち、チャネル３２４の底壁３３８によって画定される幅）および側部長さ３６２（すなわち、チャネルの外縁から底壁３３８まで延長する各側壁３３０の長さ）によって一般的に画定されうる。上述のように、正規化水力半径に関する設計制約は、すべての断面形状で同じでありうる。従って、例示された台形形状のチャネル３２４については、チャネル３２４の好ましい形状は、０．１〜０．８の範囲の正規化水力半径を持つ。しかし、その異なる断面形状を考慮すると、台形形状のチャネルを組み入れた全体的装置設計は、放物線状または丸みを帯びた底の「Ｖ」型チャネル２２４を参照して上述したものとは、多くの点で異なることになる。具体的には、台形形状のチャネル３２４について本明細書に記述された関連設計および機能的基準を考慮することにより、チャネル３２４の自己排水性特性は、以下の方程式（すなわち、方程式８〜１０）で下記に示される三つの異なるカテゴリーに当てはまるとして特徴づけられうる：
【００５３】
【数９】
2016517762.tif 000011
【００５４】
【数１０】
2016517762.tif 000012
【００５５】
【数１１】
2016517762.tif 000013
【００５６】
ここで、θは、流体とチャネル３２４の間に画定される接触角２４４（図３）に対応し、π／２はチャネル３２４の溝角度３５８に対応する。
【００５７】
方程式５〜７と同様に、上記方程式（すなわち、方程式８〜１０）のそれぞれは、チャネル３２４の望ましい排水特性を達成するために必要な、構造および構成に対する設計制約を提供している。具体的には、方程式８が満足される場合、流体はチャネル３２４内で適切に排水されない。しかし、方程式９が満足される場合、チャネル３２４は、流体を部分的に排水する（すなわち、流体をレザバーからチャネルへと自発的に引き込む）。例えば流体は、チャネルの側部長さ３６２のかなりの部分に沿って、チャネル３２４中に下向きに排水しうる。さらに、方程式１０が満足される場合、チャネル３２４は完全に自己排水性となり、流体は、チャネル３２４の全長および／または実質的に全長に沿って、下向きに排水する。例えば、チャネル３２４が方程式１０を満たす幾何学構成を持つ時、流体は、下向きに排水して底部壁３３８に接触する。従って、いくつかの実施形態では、台形形状のチャネル３２４に対する適切な形状は（チャネル３２４を通って送達される薬物製剤の特性を考慮すると）、０．１〜０．８の範囲の正規化水力半径を持ち、方程式９（すなわち、部分的に自己排水性のチャネルを提供するため）または方程式１０（すなわち、完全に自己排水性のチャネルを提供するため）のいずれかを満足するものである。
【００５８】
その他の実施形態では、マイクロニードルチャネルを通した望ましい流れを達成するために必要な相互作用および関係を定義するために、このような解析を、その他任意の断面チャネル形状に関して実施しうる。例えば、その他の適切な断面形状には、チャネルの底部の鋭角の隅で終わるまっすぐな側壁を含む「Ｖ」型断面（例えば、図７に示されるチャネル４２４）、連続的に湾曲した凸面または凹面側壁を持つ「Ｖ」型断面（例えば、図８に示されるチャネル５２４）、または逆さの丸みを帯びた台形断面形状（例えば、底に丸みを帯びた縁を持つ図９に示されるチャネル６２４）が含まれうる。
【００５９】
ここで図１０〜１２を参照すると、本主題の態様による、受動的薬物送達装置１０の一つの実施形態のすべてまたは一部を形成しうるさまざまな構成要素のいくつかの図が示されている。当然のことながら、図示された装置１０は、それと共に開示されたマイクロニードル組立品２００を有利に使用しうる適切な受動的薬物送達装置の一例を提供するために単純に図示したものである。従って、当業者であれば、本主題は特定のタイプの受動的薬物送達装置に制限される必要はなく、上述のマイクロニードル組立品２００は任意の適切な装置構成で用いられうることを容易に理解するであろう。
【００６０】
図に示されるように、装置１０は、流体薬物製剤を装置１０の使用者の皮膚内へおよび／または皮膚を通して送達するための皮膚貫通組立品（例えば、マイクロニードル組立品２００）、初めに薬物製剤を保持するためのレザバー１４、レザバー１４の少なくとも一部を受け入れおよび／または保持するように構成されたレザバーフレーム１６、およびマイクロニードル組立品２００とレザバー１４の間に位置づけられるように構成された拡散膜１８を含みうる。
【００６１】
一般的に、当然のことながら、任意の適切な薬物製剤を、開示された装置１０内に保持し、装置を通して送達しうる。本書で使用される場合、「薬物製剤」という用語は、その最も広い意味で使用され、任意の薬物（例えば、原薬形態の薬物）および／または薬物を含む任意の溶液、乳剤、懸濁液および／または同種の物を含む場合があるがこれに限定されない。同様に、「薬物」という用語は、その最も広い意味で使用され、薬効を持つまたは持つとされる任意の化合物を含み、これには規制化合物または非規制化合物の両方を含む。例えば、適切なタイプの薬物には、生物製剤、小分子薬剤、ワクチン、タンパク性化合物、抗感染剤、ホルモン、心臓作用または血流を調整する化合物、疼痛管理剤などを含む場合があるがこれに限定されない。当業者であれば、薬効を持つまたは持つとされる化合物を生成するために、任意の適切な様式でさまざまな原料を一緒に混ぜ合わせる場合があることを容易に理解するであろう。
【００６２】
薬物送達装置１０は、液体薬物製剤を含有するように構成される。薬物製剤は、一つ以上の薬物、および希望に応じて、薬物の送達、安定性、維持および／または機能を助けるために、一つ以上の追加的化合物を含みうる。本発明での使用に適した薬物製剤は液体を含む。いくつかの実施形態では、薬物製剤は３７℃（体温）の液体であり、または別の実施形態では２０℃（室温）の液体である。さらに、液体薬物製剤は、特定の実施形態では、２０パスカル／秒（Ｐａ・Ｓ）未満、またはその他の実施形態では１０Ｐａ・Ｓ未満、またさらなるその他の実施形態では１Ｐａ・Ｓ未満の体温での動的粘度を持ち、その他の実施形態では、薬物製剤は約１×１０２Ｐａ・Ｓと１×１０−４Ｐａ・Ｓの間の粘度、またはさらには約１×１０１Ｐａ・Ｓと１×１０−３Ｐａ・Ｓの間の粘度を持つ。用いられる特定の薬物投与量は、特定の薬物、患者の年齢および／または体重、治療される疾患および／または状態などの既知の要因に応じて異なる。
【００６３】
いくつかの実施形態では、薬物製剤は一つ以上の薬学的に許容可能な担体も含みうる。「担体」という用語は本明細書で使用される場合、許容可能な溶媒、希釈剤、添加剤、アジュバント、媒体、溶解補助剤、粘度調整剤、保存剤、および医薬品製剤の形成のために当業者に知られているその他の薬剤を含むがこれらに限定されない。一般的に使用される担体のさまざまな非限定例が以下に記述されている。
【００６４】
特定の実施形態では、薬物製剤は一つ以上の溶媒を含みうる。適切な溶媒には、例えば、アセトン、アルコール、アミレン水和物、ブチルアルコール、コーン油、綿実油、酢酸エチル、グリセリン、ヘキシレングリコール、イソプロピルアルコール、イソステアリルアルコール、メチルアルコール、塩化メチレン、鉱物油、ピーナッツ油、リン酸、ポリエチレングリコール、ポリオキシプロピレン１５ステアリルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコール二酢酸、ゴマ油、精製水および／またはその他任意の許容可能な溶媒が含まれるがこれらに限定されない。
【００６５】
薬物製剤は、一つ以上の界面活性剤および／または乳化剤など、一つ以上の表面活性剤も含みうる。表面活性剤は、薬物製剤に安定性を提供するため、薬物製剤の既存の特性を強化または変更するため（例えば、薬物製剤の表面エネルギーを変更するため）、および／またはその他任意の適切な目的のために使用されうる。適切な表面活性剤には、例えば、グリセリルトリオレエート、アセチル化スクロースジステアレート、ソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレン（１）モノステアレート、グリセロールモノオレエート、スクロースジステアレート、ポリエチレングリコール（５０）モノステアレート、オクチルフェノキシポリ（エチレンオキシ）エタノール、ジグリセリンペンターイソステアレート、ソルビタンセスキオレエート、水酸化ラノリン、ラノリン、トリグリセリルジイソステアレート、ポリオキシエチレン（２）オレイルエーテル、カルシウムステアロイルー２−ラクチレート、メチルグルコシドセスキステアレート、ソルビタンモノパルミテート、メトキシポリエチレングリコールー２２／ドデシルグリコール共重合体（Ｅｌｆａｃｏｓ  Ｅ２００）、ポリエチレングリコールー４５／ドデシルグリコール共重合体（Ｅｌｆａｃｏｓ  ＳＴ９９）、ポリエチレングリコール４００ジステアレートおよびグリセリルステアレート、セチルアルコールおよびラノリンアルコールなどのアルコール類、ミリスチン酸イソプロピルなどのミリスチン酸塩、パルミチン酸セチル、コレステロール、ステアリン酸、プロピレングリコール、グリセリン、ソルビトール、セチルヒドロキシエチルセルロース、セテスー２０（セチルアルコールのポリエチレングリコール誘導体）、オリーブ脂肪酸セテアリルおよび／またはその他任意の適切な表面活性剤が含まれるがこれらに限定されない。
【００６６】
さらに、薬物製剤は、一つ以上の硬化剤または増粘剤など、一つ以上の粘度調整剤も含みうる。例えば、適切な粘度調整剤には、セチルエステルワックス、乳化ワックス、微結晶ワックス、白ろうおよび黄ろうなどの適切なワックス類、ミリスチルアルコール、パラフィン、合成パラフィン、キサンタンガム、タルハガム、トラガカントガム、  ローカストビーンガム、グアーガム、アイリッシュモスガム、ガティガム、ファーセレランガム、カラギーナンガム、アラビアガム、アルギン酸ガム、アガーガム、アルギン酸ガムなどの適切な天然ガム、合成ポリマーおよび／またはその他任意の適切な粘度調整剤を含みうるがこれらに限定されない。
【００６７】
さらに、薬物製剤は、薬物製剤の望ましいｐＨを維持または提供するために、一つ以上のｐＨ調整剤または緩衝剤も含みうる。適切なｐＨ調整剤または緩衝剤には、例えば、カルシウム、酢酸塩、メタリン酸カリウム、リン酸二水素カリウム、および酒石酸および／またはその他任意の適切なｐＨ調整剤または緩衝剤（例えば、さまざまな適切な弱酸および／または塩基）が含まれうるがこれらに限定されない。
【００６８】
薬物製剤は、薬物製剤のイオン強度を維持し、任意の破壊的化合物および金属に結合して効率的に除去するのを助けるために、一つ以上のキレート剤も含みうる。例えば、適切なキレート剤には、エデト酸二カリウム、エデト酸二ナトリウム、エデト酸および／またはその他任意の適切なキレート剤が含まれうるがこれらに限定されない。
【００６９】
さらに、薬物製剤は、一つ以上の抗菌剤および／または一つ以上の抗菌保存剤など、一つ以上の抗菌性添加物を含みうる。例えば、適切な抗菌剤には、ベンジルアルコール、クロロブタノール、フェニルエチルアルコール、酢酸フェニル水銀、ソルビン酸カリウム、およびソルビン酸ならびに／またはその他任意の適切な抗菌剤が含まれうるがこれらに限定されない。同様に、適切な抗菌性保存剤には、ｐ−ヒドロキシ安息香酸、プロピオン酸塩、フェノキシエタノール、メチルパラベンナトリウム、プロピルパラベンナトリウム、デヒドロ酢酸ナトリウム、塩化ベンザルコニウム、塩化ベンゼトニウム、ベンジルアルコール、ヒダントイン誘導体、第四級アンモニウム化合物およびカチオンポリマー、イミダゾリジニル尿素、ジアゾリジニル尿素、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）三ナトリウムおよび／またはその他任意の適切な抗菌性保存剤が含まれうるがこれらに限定されない。
【００７０】
当然のことながら、受動的流動薬物送達装置を達成するために、薬物製剤は、さまざまな原料、中でも特に溶媒および表面活性剤の選択によって変更されて、本明細書に記述された望ましい表面エネルギー特性を達成しうるが、ここで薬物製剤はマイクロニードルチャネルのチャネルの大部分および／または実質的に全長に沿って自発的に流れる。
【００７１】
また図１０〜１２を参照すると、マイクロニードル組立品２００は、図１〜９を参照して上述されたものと同じまたは類似して、一般的に構成されうる。例えば、組立品２００は、サポート２０２（図１）から延長する複数のマイクロニードル２０８（図１）を含む場合があり、各マイクロニードル２０８は一つ以上の開放チャネル２２４、３２４、４４２、５２４、６２４（図１および６〜９）を画定する。上述のように、各チャネルの断面形状を含む全体的装置構成および構造は、薬物製剤がレザバー１４からマイクロニードル２０８のチャネルの長さの中へ入り、そしてチャネル開口部から患者の体内へと自発的に流れる、受動的流動装置を提供するように構成されうる。
【００７２】
上述のように、当然のことながら、開示された装置１０は、マイクロニードル２０８を通した薬物製剤の受動的な流体の流れを可能にする任意の適切な構成を一般的に持ちうる。本明細書で使用される場合、「受動的な流体の流れ」という用語は、薬物製剤の相対的表面張力、マイクロニードル材料の表面エネルギーおよび身体吸収に関連する力によって、一次的および／または主に引き起こされる、マイクロニードル２０８を通した先天的な流体の流れを指す。いくつかの実施形態では、薬物製剤の流れが、レザバー１４からマイクロニードル組立品２００へ、その後マイクロニードル２０８を通って、受動的に送られるように、装置１０は構成されうる。このような実施形態では、受動的駆動性流動には、ポンプまたは薬物製剤に直接的または間接的に力を加えるその他任意の適切な能動装置の使用から生じる流体の流れなど、薬物製剤をレザバー１４の外へ押すかまたはその他の方法で強制してマイクロニードル２０８の中に入れるための、薬物製剤および／またはレザバー１４に対する実質的な加圧および／または外部力の適用から生じる流体の流れは含まれない。または、薬物製剤および／またはレザバー１４に対する外部力の加圧および／または適用から実質的にもたらされる、レザバー１４からマイクロニードル組立品２００への薬物製剤の流体の流れで、マイクロニードル２０８を通して受動的にのみ動かされるように、装置１０は構成されうる。
【００７３】
いくつかの実施形態では、開示された装置１０のレザバー１４は、マイクロニードル組立品２００中への製剤のその後の送達の前に、初めに薬物製剤を保持するために複数の毛細管または通路を画定している固体ブロックまたは本体として一般的に構成されうる。具体的には、図１０および１１に示されるように、レザバー１４は、上面３６および底面３８を含む場合があり、上面３６と底面３８の間に延長する複数の通路４０を画定しうる。レザバー１４の本体自体は、任意の適切な形状を一般的に画定する場合があり、および／または本明細書に記述されたようにレザバー１４が機能できるような任意の適切な構成を持ちうる。例えば、図１０に示されるように、一つの実施形態では、レザバー本体は、上面３６からレザバー１４の中央周縁４４に延長する概して長方形の形状を画定している上部４２、および周縁４４から底面３８に延長する概して長方形の形状を画定している下部４６を含む場合があり、下部４６は上部４２に対して窪んでいる。しかし、その他の実施形態では、レザバー１４の本体は、その他の任意の適切な構成を持つ、および／またはその他の任意の形状を画定する場合がある。
【００７４】
レザバー１４を通して画定される通路４０は、皮膚吸収および／またはマイクロニードル２０８を通した毛細管駆動性の流れにより薬物製剤が受動的に引き出されるまで重力に逆らって薬物製剤がレザバー１４内に保持されるように、一般的に構成されうる。具体的には、いくつかの実施形態では、各通路４０の寸法は薬物製剤と共にそれ自体が、薬物製剤を通路４０から引き出してマイクロニードル２０８中に入れるのに十分な陰圧がマイクロニードル組立品２００内で生成されるまで、毛細管作用によって薬物製剤を通路４０内に保持できるように選択されうる。より小さな毛細管はより大きな毛細管力を生成するので、各通路４０の断面寸法４１（図１１）（例えば、直径、幅など）は、薬物製剤を通路４０内に初めに保持するのに十分な毛細管圧が各通路４０内で生成されるように、注意深く選択されうる。例えば、いくつかの実施形態では、各通路４０の断面積は、約１，２５０μｍ2〜約６０，０００μｍ2、または約６，０００μｍ2〜２０，０００μｍ2、およびその間のその他任意の部分的範囲など、約１，０００平方マイクロメートル（μｍ2）〜約１２５，０００μｍ2の範囲でありうる。
【００７５】
さらに、重力に逆らって薬物製剤を保持するために必要な毛細管圧は、通路４０の高さ４３（図１２）の関数としても変化しうる。従って、いくつかの実施形態では、各通路４０の高さ４３も、薬物製剤が初めに通路４０内に保持されるのを確実にするように注意深く選択されうる。例えば、特定の実施形態では、各通路４０の高さ４３は、約１．５ｃｍ〜約０．５ｃｍまたは約１ｃｍ〜約０．５ｃｍおよびその間のその他任意の部分的範囲の高さなど、約３センチメートル未満でありうる。
【００７６】
当然のことながら、レザバー１４に形成される通路４０の特定の数は、通路４０のそれぞれの断面寸法４１およびレザバー１４内に保持されることが望ましい薬物製剤の合計容量を含むがこれらに限定されない多くの因子に応じて一般的に変化しうる。しかし、本主題の特定の実施形態では、レザバー１４に形成される通路４０の数は、約５０個／ｃｍ２〜約１２５０個／ｃｍ２、または約１００個／ｃｍ２〜約５００個／ｃｍ２およびその間のその他任意の部分的範囲など、約１０個／平方センチメートル（ｃｍ２）〜約１，５００個／ｃｍ２の範囲でありうる。当然のことながら、通路４０は、任意の適切な断面形状を画定するように構成される場合がある。例えば、一つの実施形態では、各通路４０は、半円または円の形状を画定する場合がある。別の実施形態では、各通路４０は、「Ｖ」型またはその他任意の適切な断面形状など、円以外の形状を画定する場合がある。
【００７７】
さらに、通路４０内の毛細管圧は、薬物製剤と通路４０の間に画定される接触角によっても影響される場合があり、これは上述のように、通路材料の表面エネルギーおよび薬物製剤の表面張力によって一般的に決定される。このように、レザバー本体自体を形成するために使用される材料は、開示された装置１０の薬物送達能力をさらに強化するように注意深く選択されうる。具体的には、選択される材料は、薬物製剤が最初は通路４０内に保持されるのに十分な薬物製剤に対する親和性を持ちながら、それでもマイクロニードル組立品１２内に生成される陰圧によって薬物製剤を通路４０から受動的に引き出すことができることが望ましい場合がある。いくつかの実施形態では、レザバー１４を形成するために使用される材料は、約６０度未満または約３０度未満またはその間のその他任意の部分的範囲など、約９０度未満の接触角が、薬物製剤と通路４０の間に画定されるように選択されうる。これらの範囲を考慮すると、特定のナイロン材料（例えば、ナイロン６）、ポリアクリル材料、シリコン材料、ガラス材料および熱可塑性材料が、このような望ましい特性を提供しうることが分かった。しかし、当然のことながら、レザバー１４は一般的に、それが本明細書に記述されたように機能することを可能にする任意の適切な材料から形成されうる。
【００７８】
当然のことながら、通路４０内の毛細管圧は一般的に、マイクロニードル２０８のチャネル内の毛細管圧よりも小さい（すなわち、陰圧が小さいかまたは０圧力に近い）場合がある。しかし、上述のように、通路４０内の毛細管力は、初めに重力に逆らって通路４０内に薬物製剤を保持するのに十分であることが望ましい。従って、いくつかの実施形態では、各通路４０内の毛細管圧は一般的に、薬物製剤に作用している重力よりも大きな（重力よりも２倍大きいことが好ましい）毛細管力を生成するのに十分なほど大きい場合がある。
【００７９】
これも当然のことながら、薬物製剤は、さまざまな異なる方法でレザバー１４に供給される場合がある。例えば、いくつかの実施形態では、薬物製剤は、レザバー本体の一部を通して画定される入口チャネル４８を介して、レザバー１４に供給される場合がある。例えば、図１０および１２に示されるように、一つの実施形態では、レザバー１４の上部４２から外側に延長する突起５２を通って画定される入口５０と、レザバー１４の底面３８を通って画定される出口５４の間に延長する入口チャネル４８が、レザバー１４内に形成されうる。このような実施形態では、適切な導管またはチューブ５６（図１６）は、入口５０内に受け入れられるように構成される場合があり、薬物製剤が入口チャネル４８へと方向付けられ、レザバー１４の底面３８に沿って出口５４から排出されうるように、適切な薬物源（例えば、薬物製剤を含むシリンジ）と流体連通する場合がある。次に薬物製剤は、毛細管作用によって上向きに引かれて通路４０に入る。
【００８０】
しかし、その他の実施形態では、薬物製剤は、その他の任意の適切な方法を使用して、レザバー１４に供給される場合がある。例えば、別の実施形態では、レザバー１４の下部４６は、（例えば、薬物製剤を保持している容器中にレザバー１４を浸すことによって）薬物製剤と単に流体連通されて、製剤が毛細管作用によって上向きに通路４０中に流れることができるようにする場合がある。
【００８１】
また図１０〜１２を参照すると、レザバーフレーム１６は、レザバー１４の少なくとも一部を受け入れ、それによってレザバー１４がフレーム１６内に保持されるように構成されたフレーム開口部５８を画定する硬質または半硬質の本体として、一般的に構成されうる。従って、当然のことながら、いくつかの実施形態では、フレーム開口部５８は、レザバー１４の本体の全体的形状に対応する形状を画定するように、一般的にフレーム１６中に形成されうる。例えば、図１０に示されるように、フレーム開口部５８の上部６０は、レザバー１４の上部４２の長方形の形状に対応する概して長方形の形状の開口部を画定するように構成されうる。同様に、フレーム開口部５８の下部６２は、レザバー１４の窪んだ下部４６の形状に概して対応する開口部を画定するように、サイズを小さくする場合がある。さらに、図１０に示されるように、フレーム１６は、レザバー１４の外向きに延長する突起５２を受け入れるように構成された入口窪み６４も画定しうる。このため、レザバー１４がフレーム開口部５８内に受け入れられる時、レザバー１４はフレーム１６内に垂直に保持されうる。
【００８２】
さらに、いくつかの実施形態では、レザバー１６は、マイクロニードル組立品２００に連結されるように構成される場合がある。例えば、図１２に示されるように、適切な接着剤６６（例えば、感圧接着剤）を、レザバーフレーム１６の底面６８と、マイクロニードル組立品２００の上面の周囲（すなわち、サポート２０２の上面２０４（図１））の間に適用して、レザバーフレーム１６にマイクロニードル組立品２００を固定しうる。しかし、その他の実施形態では、マイクロニードル組立品２００は、（例えば、レザバー１４の底面３８の外周囲に沿って）レザバー１４の一部に連結するように構成されうる。
【００８３】
上述のように、装置１０は、マイクロニードル組立品２００とレザバー１４の間に配置された拡散膜１８も含みうる。具体的には、図１２に示されるように、拡散膜１８は、マイクロニードル組立品２００の上面とレザバー１４のの底面３８の間に画定される境界に配置されうる。一般的に、拡散膜１８は、そこを通る薬剤製剤の流れおよび／または分配を可能にする任意の適切な透過性、半透過性または微小孔性材料（例えば、ナイロンフィルターメッシュ）から製作されうる。例えば、一つの実施形態では、拡散膜１８を形成するために使用される材料は、約１ミクロン〜約５００ミクロン、または約２０ミクロン〜約２００ミクロン、およびその間のその他任意の部分的範囲など、約０．０１ミクロン〜約１０００ミクロンの平均細孔径を有する場合がある。いずれにしても、拡散膜１８は、レザバー１４の底面３８に沿って薬物製剤を均一に分配するように構成されうる。例えば、例示した実施形態に示されるように、入口チャネル４８を通って流れる薬物製剤は、出口５４を介して拡散膜１８中へと排出され、拡散膜は次に、製剤が毛細管作用によって上向きに通路４０内に引き込まれうるように、レザバー３８の底面３８に沿って製剤を分配しうる。
【００８４】
ここで図１３〜１６を参照すると、本主題の態様による、開示された薬物送達装置１０のすべてまたは一部を形成しうる追加的構成要素のいくつかの図が示されている。示されるように、マイクロニードル組立品２００、レザバー１４、レザバーフレーム１６および拡散膜１８に加えて、装置１０は、装置１０のさまざまな構成要素を少なくとも部分的に取り囲むおよび／または包み込むように構成された外側ハウジング１１２も含む場合がある。例えば、図１３および１６に特に示されるように、ハウジング１１２は、さまざまな装置構成要素を収容するために、開放容量を画定するハウジング上部１１４を含みうる。ハウジング上部１１２は、任意の適切な形状を画定するように一般的に構成される場合がある。例えば、例示した実施形態に示されるように、ハウジング上部１１４は、半円またはドーム形を画定しうる。しかし、他の実施形態では、ハウジング上部１１４は、装置１０のさまざまな構成要素を収納するための開放容積を画定する、その他の任意の適切な形状を有する場合がある。
【００８５】
さらに、ハウジング１１２は、装置１０が使用されている時、使用者の皮膚に隣接して位置付けられるように構成されたハウジング下部１１６を含みうる。示されるように、ハウジング下部１１６は、ハウジング１１２の上部１１４の底面周囲から外向きに延長するフランジまたは突起として、一般的に構成されうる。いくつかの実施形態では、ハウジング下部１１６は、皮膚取り付け手段を使用して、使用者の皮膚に取り付けるように構成される場合がある。例えば、一つの実施形態では、適切な接着剤１１８は、ハウジング下部１１６の底面１２０に塗布される場合がある。このように、ハウジング１１６が使用者の皮膚に配置される時、接着剤はハウジング１１２を皮膚に固定しうる。
【００８６】
さらに、装置１０は、マイクロニードル組立品２００の底部がハウジング下部１１６の底面１２０と概して整列しているかまたは底面に対して引っ込んでいる非作動位置（図１４）と、マイクロニードル組立品２００がハウジング下部１１６の底面１２０を超えて外向きに延長し、それによってマイクロニードル組立品２００のマイクロニードル２０８が使用者の皮膚を貫通できるようにする作動位置（図１５）との間で、ハウジング１１２に対して移動するように構成されたプランジャー１２２も含む場合がある。図１４〜１６に示されるように、一つの実施形態では、プランジャー１２２は、ハウジング１１２に画定された対応する開口部１２６内にスライド可能に受け入れられるように構成される円筒形の頂部１２４と、レザバー１４および／またはレザバーフレーム１６に対して係合するかまたはその他の方法で力を加えるように構成された平らな底部部分１２６と、を一般的に含む場合がある。このような実施形態では、プランジャー１２２の上部１２４がハウジング１１２の上面１３０に対して開口部１２６内で下向きに移動する時、プランジャー１２２の底部部分１２８は、マイクロニードル組立品２００を使用者の皮膚の中に下向きに押し込む力をレザバー１４および／またはレザバーフレーム１６に対して加える場合がある。
【００８７】
当然のことながら、プランジャー１２２は、当技術分野で知られている任意の適切な手段を使用して、レザバー１４および／またはレザバーフレーム１６に対して下向きに押されるように構成されうる。例えば、例示した実施形態に示されるように、下向きの力をプランジャー１２２に加えるように、バネ１３２が、プランジャー１２２の底部部分１２８とハウジング１１２のハウジング上部１１４の間に位置づけられうる。このような実施形態では、ロックピンおよび／またはロック機構は、装置１０が使用されていない時、プランジャー１２２を非作動位置に維持するように構成されうる。例えば、図１３に示されるように、ロックピン１３４を、ハウジング上部１１４の反対側と係合し、それによってプランジャー１２２がハウジング１１２に対して動くことを防止するように、プランジャー１２２内に画定される開口部１３６を通って延長するように構成する場合がある。しかし、ロックピン１３４が取り外された時、バネ１３２によって加えられた力は、プランジャー１２２を下向きに作動位置へと押し、それによってマイクロニードル組立品１２を使用者の皮膚の方向に移動させうる。
【００８８】
一つの実施形態では、バネ１３２の構成（その長さおよびバネ定数を含む）は、マイクロニードル組立品２００に伝達される下向きの力が、プランジャー１２２にさらなる力を加えることなくマイクロニードル２０８が使用者の皮膚を貫通して、薬物製剤の送達中にその中に留まるようにするために十分なように、選択されうる。または、バネ１３２の構成は、マイクロニードル２０８が使用者の皮膚を貫通する、および／または薬物製剤の送達中にその中に留まるようにするために、さらなる下向きの力が必要となるように選択されうる。このような実施形態では、さらなる下向きの力は、例えば、使用者がプランジャー１２２の上部を押し下げることによって加えられうる。
【００８９】
当然のことながら、バネ１３２によって加えらえる下向きの力に加えて、相対的に上向きの力も、バネ１３２によってハウジング１１２に対して加えられうる。開示された装置１０の構成のために、このような上向きの力は、ハウジング１１２を通り、ハウジング１１２を使用者に固定するために使用される接着剤１１８を介して使用者の皮膚に一般的に伝達されうる。このため、使用者の皮膚は、ハウジング１１２の周囲の周りで上向きに引かれる時に引き締められ、それによって、マイクロニードル２０８を皮膚内に挿入する際の容易さを高めうる。
【００９０】
当然のことながら、代替的実施形態では、プランジャー１２２は、当技術分野で知られているその他任意の適切な手段を使用して、ハウジング１１２に対して移動されうる。例えば、一つの実施形態では、使用者は単に指の圧力をプランジャー１２２の上部に加えて、それを下向きに押す場合がある。さらに、その他の実施形態では、開示された装置１０は、マイクロニードル組立品１２および／またはレザバー１４に対して圧力を生成および／または加えるために、当技術分野で知られているその他任意の適切な手段を含みうる。例えば、流体圧力（例えば、反応から派生するおよび／または装置１０内にポンプで送り込まれる圧縮空気）を使用して、マイクロニードル組立品２００および／またはレザバー１４に圧力を加えうる。別の実施形態では、その他任意の適切な装置および／またはアクチュエータ（例えば、回転／クランク機構、置換シリンダーおよび／または同類のもの）を使用して、マイクロニードル組立品２００および／またはレザバー１４に機械的力を加えうる。
【００９１】
さらに、レザバー１４は、薬物製剤が通路４０内に保持されるように設計されているので、開示されたプランジャー１２２は薬物製剤自体には大きな力を加えないことに注意すべきである。むしろ、プランジャー１２２によって下向きの力が加えられる時、力はレザバー１４の本体および／またはレザバーフレーム１６を通して伝達される。従って、薬物製剤の圧力を増やしたり、またはその他の方法で薬物製剤を下向きに押すことなく、マイクロニードル２０８を使用者の皮膚内に押し込むことができ、それによって、薬物製剤が望ましくない流量でマイクロニードル２６を無理やり通過することを防止しうる。
【００９２】
ここでも図１３〜１６を参照すると、装置１０は、レザバー１４から空気（マイクロニードル組立品２００からの任意の上昇空気を含む）を換気できるように構成されたフィルター１３８も含みうる。図１４および１５に示されるように、フィルター１３８は、各通路４０の上端をカバーするように、レザバー１４の上面３６に直接隣接して位置づけられるように構成されうる。このような実施形態では、フィルター１３８は、レザバー１４の上面３６の周囲の周りに取り付けられうる。例えば、図１４〜１６に示されるように、フィルター１３８をレザバー１６に固定するために、適切な接着剤１４０（例えば、感圧接着剤）をフィルター１３８と上面３６の間に配置しうる。
【００９３】
一般的に、当然のことながら、フィルター１３８は、そこを通る薬物製剤の通過に少なくとも部分的に抵抗および／または反発する任意の空気透過性材料から形成されうる。特定の実施形態では、フィルター１３８が空気を容易に通過させ、アルコールまたは水などの任意の担体または希釈剤を含む、流体の通過を完全または実質的に阻止することが望ましい場合がある。例えば、いくつかの実施形態では、フィルター１３８は、特定のアクリル共重合体膜、その他の疎水性ポリマーおよび／またはその他任意の適切な材料など、非常に疎水性で油分をはじく材料から形成されうる。
【００９４】
さらに、図１６に示されるように、いくつかの実施形態では、硬質または半硬質スクリーン１４２（例えば、金属ワイヤメッシュ）をフィルター１３８とプランジャー１２２の間に位置づけうる。従って、プランジャー１２２が（例えば、バネ１３２によって加えられる力で）スクリーン１４２に接触して下向きに押される時、スクリーン１４２は、レザバー１４の上面３６に接触してフィルター１３８を平らに保つ一方、それを通して空気を通過させうる。こうして、フィルター１３８は、各通路４０の上部を完全にカバー／密封し、それによってフィルター１３８が、レザバー１４の上面３６に沿った薬物製剤の流れに抵抗または反発する手段としての役割を果たすことを可能にしうる。
【００９５】
当然のことながら、本主題のさまざまな実施形態では、開示された装置１０は、図１０〜１６に示される構成要素のすべてまたは任意の組み合わせを含みうる。例えば、一つの実施形態では、装置１０は単に、マイクロニードル組立品２００、レザバー１４および拡散膜１８または開示された構成要素のその他任意の適切な組み合わせを備えうる。
【００９６】
当然のことながら、上述のレザバー１４は、薬物製剤を保持するための複数の通路４０を画定する固体ブロックまたは本体として構成されるが、レザバーは、マイクロニードル組立品２００への薬物製剤のその後の送達の前に、薬物製剤を保持できる任意の適切な構成を一般的に持ちうる。例えば、代替的実施形態では、レザバー１４は単に、開放容量を画定する容器または薬物製剤を保持するための空洞として構成されうる。このような実施形態では、レザバー１４は、（例えば、硬質の中空容器として構成された）硬質または半硬質部材であるか、またはレザバー１４は柔軟な袋でありうる。さらなる実施形態では、レザバー１４は、透過性、半透過性または微小孔性固体基質など、それを通して薬物製剤を方向付けることができる固体容器または基質として構成される場合がある。またさらなる実施形態では、レザバー１４は、硬質部材内に含まれるか、または硬質部材によって遮蔽された柔軟なブラダーを備える場合がある。
【００９７】
この書面による記述は、最良モードを含めて本発明を開示するため、ならびに任意の当業者が、任意の装置またはシステムを作成および使用し、任意の組み込まれた方法を実施することを含めて本発明を実施することを可能にするためにも、実施例を使用している。本発明の特許性のある範囲は、請求請求の範囲によって定義され、当業者が考え付くその他の例を含む場合がある。このようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの言葉と異ならない構造的要素を含む場合、またはそれらが特許請求の範囲の文字通りの言葉からわずかに異なる同等の構造的要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内となることを意図している。
【００９８】
特許請求の範囲に記載の数値限定に「約」が記載されているか否かにかかわらず、本発明の技術思想に鑑みて、実質的に同一の範囲を含むものである。
【図１】
2016517762.tif 000033
【図２】
2016517762.tif 000034
【図３】
2016517762.tif 000035
【図４】
2016517762.tif 000036
【図５】
2016517762.tif 000037
【図６】
2016517762.tif 000038
【図７】
2016517762.tif 000039
【図８】
2016517762.tif 000040
【図９】
2016517762.tif 000041
【図１０】
2016517762.tif 000042
【図１１】
2016517762.tif 000043
【図１２】
2016517762.tif 000044
【図１３】
2016517762.tif 000045
【図１４】
2016517762.tif 000046
【図１５】
2016517762.tif 000047
【図１６】
2016517762.tif 000048
【手続補正書】
【提出日】平成27年11月10日(2015.11.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薬物送達装置であって、
液体薬物製剤を含むレザバーと、
前記レザバーと流体連通しているマイクロニードル組立品とを備え、前記マイクロニードル組立品が上面および下面を画定するサポートを含み、前記マイクロニードル組立品が前記下面から延長する複数のマイクロニードルをさらに含み、各マイクロニードルが前記薬物製剤を受け入れるための開放チャネルを画定し、前記開放チャネルが０．１〜０．８の範囲の正規化水力半径を持ち、前記開放チャネルが、薬物製剤の固定容量がその中に受け入れられる時、液体・固体界面エネルギーおよび液体・蒸気界面エネルギーをさらに持ち、
ここで、前記薬物製剤および前記開放チャネルの断面形状は、薬物製剤の前記固定容量の流体の長さが前記開放チャネル内で増える時、前記液体・固体界面エネルギーが前記液体・蒸気界面エネルギーを超えるように選択および構成される、薬物送達装置。
【請求項２】
前記液体・固体界面エネルギーが、以下の方程式によって決定される、請求項１に記載の薬物送達装置：
【数１】
2016517762.tif 000049
ここで、ＥＬＳは前記液体・固体界面エネルギーに対応し、Ｌは前記流体の長さに対応し、Ｌｇは前記開放チャネル内の前記薬物製剤の液体／固体界面の長さに対応しγは前記開放チャネル内の前記薬物製剤の液体表面張力に対応し、θは前記薬物製剤と前記開放チャネルの間に画定される接触角に対応する。
【請求項３】
前記液体・蒸気界面エネルギーが、以下の方程式によって決定される、請求項１に記載の薬物送達装置：
【数２】
2016517762.tif 000050
ここで、ＥＬＶは前記液体・蒸気界面エネルギーに対応し、Ｌは前記流体の長さに対応し、Ｌｓは前記開放チャネル内の前記薬物製剤の液体／蒸気界面の長さに対応し、γは前記開放チャネル内の前記薬物製剤の液体表面張力に対応する。
【請求項４】
前記薬物製剤および前記開放チャネルの前記断面形状が、以下の制約が満足されるように選択および構成される、請求項１に記載の薬物送達装置：
【数３】
2016517762.tif 000051
ここで、ＥＬＶは前記液体・蒸気界面エネルギーに対応し、ＥＬＳは前記液体・固体界面エネルギーに対応し、Ｌは前記薬物製剤の前記流体の長さに対応し、Ｖは前記流体の前記固定容量に対応する。
【請求項５】
前記開放チャネルが、実質的に放物線形状の断面を画定する、請求項４に記載の薬物送達装置。
【請求項６】
前記薬物製剤および前記開放チャネルの前記断面形状が、以下の制約の少なくとも一つが満足されるように選択および構成される、請求項５に記載の薬物送達装置：
【数４】
2016517762.tif 000052
【数５】
2016517762.tif 000053
ここで、θは前記薬物製剤と前記開放チャネルの間に画定される接触角に対応し、φ／２は前記開放チャネルの溝角度に対応する。
【請求項７】
前記開放チャネルが、実質的に台形形状の断面を画定する、請求項４に記載の薬物送達装置。
【請求項８】
前記薬物製剤および前記開放チャネルの前記断面形状が、以下の制約の少なくとも一つが満足されるように選択および構成される、請求項７に記載の薬物送達装置：
【数６】
2016517762.tif 000054
【数７】
2016517762.tif 000055
ここで、θは前記薬物製剤と前記開放チャネルの間に画定される接触角に対応し、π／２は前記開放チャネルの溝角度に対応する。
【請求項９】
前記開放チャネルが実質的に放物線形状の断面を画定し、ここで前記断面形状の頂点から前記断面形状の焦点までの距離が前記開放チャネルの深さの５０％以下である、請求項１に記載の薬物送達装置。
【請求項１０】
各マイクロニードルが１，５００μｍ２〜２６２，５００μｍ２の範囲の皮膚接触面積を持つ、請求項１に記載の薬物送達装置。
【請求項１１】
薬物送達装置であって、
最初に薬物製剤を保持するように構成されたレザバーと、
前記レザバーと流体連通しているマイクロニードル組立品とを備え、前記マイクロニードル組立品が、前記薬物製剤の受動的な流体の流れが前記マイクロニードル組立品を通って方向づけられるように構成されており、前記マイクロニードル組立品が上面および下面を画定するサポートを含み、前記マイクロニードル組立品が前記下面から延長する複数のマイクロニードルをさらに含み、各マイクロニードルが前記薬物製剤を受け入れるための開放チャネルを画定し、前記開放チャネルが０．１〜０．８の範囲の正規化水力半径を持ち、前記開放チャネルが、薬物製剤の固定容量がその中に受け入れられる時、液体・固体界面エネルギーおよび液体・蒸気界面エネルギーをさらに持ち、
ここで、前記薬物製剤および前記開放チャネルの断面形状は、薬物製剤の前記固定容量の流体の長さが前記開放チャネル内で増える時、前記液体・固体界面エネルギーが前記液体・蒸気界面エネルギーを超えるように選択および構成される、薬物送達装置。
【請求項１２】
前記マイクロニードル組立品を通した前記薬物製剤の前記受動的な流体の流れが、前記薬物製剤の相対的表面張力、各マイクロニードルを形成している材料の表面エネルギーまたは身体吸収の少なくとも一つに関連する力から派生する、請求項１１に記載の薬物送達装置。
【請求項１３】
前記レザバーが上面および下面を含み、前記レザバーが前記上面と底面の間に延長する複数の通路を画定し、前記薬物製剤を前記レザバーから引き出して各マイクロニードルの前記開放チャネル内に入れる陰圧が前記マイクロニードル組立品内で生成されるまで、前記薬物製剤が重力に逆らって前記通路内に保持されるように、前記通路が構成されている、請求項１１に記載の薬物送達装置。
【請求項１４】
前記マイクロニードル組立品と前記レザバーの間に配置された拡散膜をさらに備え、前記拡散膜が、前記レザバーの底面に沿って前記薬物製剤を分配するように構成されている、請求項１１に記載の薬物送達装置。
【請求項１５】
前記液体・固体界面エネルギーが、以下の方程式によって決定される、請求項１１に記載の薬物送達装置：
【数８】
2016517762.tif 000056
ここで、ＥＬＳは前記液体・固体界面エネルギーに対応し、Ｌは前記流体の長さに対応し、Ｌｇは前記開放チャネル内の前記薬物製剤の液体／固体界面の長さに対応し、γは前記開放チャネル内の前記薬物製剤の液体表面張力に対応し、θは前記薬物製剤と前記開放チャネルの間に画定される接触角に対応する。
【請求項１６】
前記液体・固上記界面エネルギーが、以下の方程式によって決定される、請求項１１に記載の薬物送達装置：
【数９】
2016517762.tif 000057
ここで、ＥＬＶは前記液体・蒸気界面エネルギーに対応し、Ｌは前記流体の長さに対応し、Ｌｓは前記開放チャネル内の前記薬物製剤の液体／蒸気界面の長さに対応し、γは前記開放チャネル内の前記薬物製剤の液体表面張力に対応する。
【請求項１７】
前記薬物製剤および前記開放チャネルの前記断面形状が、以下の制約が満足されるように選択および構成される、請求項１１に記載の薬物送達装置：
【数１０】
2016517762.tif 000058
ここで、ＥＬＶは前記液体・蒸気界面エネルギーに対応し、ＥＬＳは前記液体・固体界面エネルギーに対応し、Ｌは前記薬物製剤の前記流体の長さに対応し、Ｖは前記流体の前記固定容量に対応する。
【請求項１８】
前記開放チャネルが、実質的に放物線形状の断面を画定する、請求項１７に記載の薬物送達装置。
【請求項１９】
前記薬物製剤および前記開放チャネルの前記断面形状が、以下の制約の少なくとも一つが満足されるように選択および構成される、請求項１８に記載の薬物送達装置：
【数１１】
2016517762.tif 000059
【数１２】
2016517762.tif 000060
ここで、θは前記薬物製剤と前記開放チャネルの間に画定される接触角に対応し、φ／２は前記開放チャネルの溝角度に対応する。
【請求項２０】
前記開放チャネルが、実質的に台形形状の断面を画定する、請求項１７に記載の薬物送達装置。
【請求項２１】
前記薬物製剤および前記開放チャネルの前記断面形状が、以下の制約の少なくとも一つが満足されるように選択および構成される、請求項２０に記載の薬物送達装置：
【数１３】
2016517762.tif 000061
【数１４】
2016517762.tif 000062
ここで、θは前記薬物製剤と前記開放チャネルの間に画定される接触角に対応し、π／２は前記開放チャネルの溝角度に対応する。
【請求項２２】
前記開放チャネルが実質的に放物線形状の断面を画定し、ここで前記断面形状の頂点から前記断面形状の焦点までの距離が前記開放チャネルの深さの５０％以下である、請求項１１に記載の薬物送達装置。
【請求項２３】
各マイクロニードルが１，５００μｍ２〜２６２，５００μｍ２の範囲の皮膚接触面積を持つ、請求項１１に記載の薬物送達装置。
【請求項２４】
薬物送達装置であって、
液体薬物製剤を含むレザバーと、
前記レザバーと流体連通しているマイクロニードル組立品とを備え、前記マイクロニードル組立品が上面および下面を画定するサポートを含み、前記マイクロニードル組立品が前記下面から延長する複数のマイクロニードルをさらに含み、各マイクロニードルが前記薬物製剤を受け入れるための開放チャネルを画定し、１，５００μｍ２〜２６２，５００μｍ２の範囲の皮膚接触面積を持ち、前記開放チャネルが、薬物製剤の固定容量がその中に受け入れられる時、液体・固体界面エネルギーおよび液体・蒸気界面エネルギーを持ち、
ここで、前記薬物製剤および前記開放チャネルの断面形状は、薬物製剤の前記固定容量の流体の長さが前記開放チャネル内で増える時、前記液体・固体界面エネルギーが前記液体・蒸気界面エネルギーを超えるように選択および構成される、薬物送達装置。
【請求項２５】
前記開放チャネルが０．１〜０．８の範囲の正規化水力半径を持つ、請求項２４に記載の薬物送達装置。
【請求項２６】
前記薬物製剤および前記開放チャネルの前記断面形状が、以下の制約が満足されるように選択および構成される、請求項２４に記載の薬物送達装置：
【数１５】
2016517762.tif 000063
ここで、ＥＬＶは前記液体・蒸気界面エネルギーに対応し、ＥＬＳは前記液体・固体界面エネルギーに対応し、Ｌは前記薬物製剤の前記流体の長さに対応し、Ｖは前記流体の前記固定容量に対応する。
【請求項２７】
前記開放チャネルが、実質的に放物線形状の断面を画定する、請求項２６に記載の薬物送達装置。
【請求項２８】
前記薬物製剤および前記開放チャネルの前記断面形状が、以下の制約の少なくとも一つが満足されるように選択および構成される、請求項２７に記載の薬物送達装置：
【数１６】
2016517762.tif 000064
【数１７】
2016517762.tif 000065
ここで、θは前記薬物製剤と前記開放チャネルの間に画定される接触角に対応し、φ／２は前記開放チャネルの溝角度に対応する。
【請求項２９】
前記開放チャネルが、実質的に台形形状の断面を画定する、請求項２６に記載の薬物送達装置。
【請求項３０】
前記薬物製剤および前記開放チャネルの前記断面形状が、以下の制約の少なくとも一つが満足されるように選択および構成される、請求項２９に記載の薬物送達装置：
【数１８】
2016517762.tif 000066
【数１９】
2016517762.tif 000067
ここで、θは前記薬物製剤と前記開放チャネルの間に画定される接触角に対応し、π／２は前記開放チャネルの溝角度に対応する。
【国際調査報告】
2016517762.tif 000068
2016517762.tif 000069
2016517762.tif 000070