СПОСОБ И ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО С СИСТЕМОЙ ВЫСВОБОЖДЕНИЯ АКТИВНОГО АГЕНТА
METHOD AND OPHTHALMIC DEVICE WITH ACTIVE AGENT RELEASE SYSTEM

ОБЪЯВЛЕНИЕ О ПРИОРИТЕТЕ
Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США № 61/984,590, поданной 25 апреля 2014 г., которая полностью включена в настоящий документ путем ссылки.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении предложено офтальмологическое устройство с энергообеспечением, содержащее матрицу из вмещающих ячеек, причем каждая вмещающая ячейка имеет колпачок, который выполнен с возможностью приведения в действие электрическим образом с помощью активирующего элемента ячейки для высвобождения активного агента, содержащегося внутри каждой из вмещающих ячеек.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Активные агенты зачастую вводят в глаз для лечения глазных заболеваний и расстройств. К традиционным способам доставки активных средств в глаз относится местное нанесение на поверхность глаза. Глаз уникальным образом приспособлен к местному введению, так как при правильной рецептуре активные агенты для местного нанесения могут обеспечивать смазку и/или проникать через роговицу и обеспечивать терапевтические уровни концентрации внутри глаза. Активные агенты для лечения глазных заболеваний и расстройств могут вводиться перорально или путем инъекции, но недостаток таких способов введения может заключаться в том, что при пероральном введении активный агент может достигать глаза в слишком низкой концентрации, чтобы обеспечить желаемый фармакологический эффект, и его применение может осложняться значительными системными побочными эффектами, а инъекции несут риск инфекции.
Большинство глазных активных агентов и/или смазочных средств в настоящее время доставляется местно с помощью глазных капель, которые, хоть они и эффективны для некоторых вариантов применения, могут быть неэффективными. При попадании в глаз капля жидкости переполняет конъюнктивальный мешок - полость между глазом и веками, при этом значительная часть капли переливается через край века на щеку. Кроме того, значительная часть капли, оставшаяся на поверхности глаза, стекает в слезные точки, снижая концентрацию лекарственного средства.
В дополнение к описанным выше проблемам, пациенты часто не применяют свои глазные капли в соответствии с предписанием. Зачастую такое нарушение схемы лечения связано с первоначальным жжением или ощущением жжения, вызываемым глазными каплями. Несомненно, закапывание глазных капель в глаз человека может представлять сложности, отчасти из-за нормального рефлекса защиты глаза. Поэтому иногда одна или более капель не попадают в глаз. У пациентов более старшего возраста могут возникать дополнительные проблемы с закапыванием капель, связанные с артритом, тремором и ухудшением зрения. Применение глазных капель у детей и психиатрических больных также создает трудности.
Местные системы длительного высвобождения предшествующего уровня техники включают в себя составы постепенного высвобождения либо в виде раствора, либо в виде мази, которые наносятся на глаз таким же образом, как и глазные капли, но реже. Такие составы раскрыты, например, в патенте США № 3,826,258, выданном Abraham, и патенте США № 4,923,699, выданном Kaufman. Однако из-за способа их нанесения эти составы приводят ко многим из тех же проблем, которые подробно описаны выше в отношении традиционных глазных капель. В случае препаратов-мазей возникают дополнительные проблемы, такие как эффект затуманивания зрения и дискомфорт от ощущения липкости, вызванного жирной основой мази.
Альтернативно системы длительного высвобождения были выполнены с возможностью размещения в конъюнктивальном мешке между нижним веком и глазом. Такие блоки, как правило, содержат ядро из содержащих лекарственное средство вмещающих ячеек, окруженное гидрофобной сополимерной мембраной, которая контролирует диффузию лекарственного средства. Примеры таких устройств раскрыты в патенте США № 3,618,604, выданном Ness, патенте США № 3,626,940, выданном Zaffaroni, патенте США № 3,845,770, выданном Theeuwes et al., патенте США № 3,962,414, выданном Michaels, патенте США № 3,993,071, выданном Higuchi et al., и патенте США № 4,014,335, выданном Arnold. Однако в связи с их расположением блоки могут быть неудобны и, опять же, плохо переносятся пациентами. Более того, при применении некоторых активных агентов необходимо предотвращать утечку активного агента. В частности, при введении активных агентов эффективность активного агента может снижаться, если рецепторы активного агента подвергаются его воздействию непрерывно.
Другие способы, аналогичным образом, позволяют элюировать активный агент, например, лекарственное средство и/или смазочное средство, в течение какого-либо периода времени. Однако, опять же, некоторые активные агенты могут быть наиболее эффективны при периодической доставке в предварительно заданной дозе или в нужное время. В рамках одного подхода, предпринятого для того, чтобы обеспечить доставку активного агента в предварительно заданные сроки, в патенте США № 8,211,092, выданном Uhland et al., было описано вмещающее устройство с многослойной структурой крышки резервуара. Однако в этой системе применяется электрический ток для разрыва, т. е. расплавления или испарения, крышки резервуара при помощи тепла, генерируемого электрическим током. Несмотря на то что описанная система доставки может быть приемлема для доставки активного агента в некоторых средах, эта система по существу неприемлема для применения в чувствительных органах или средах, включая, например, офтальмологическую среду, вследствие вспышки и тепла, генерируемых во время разрыва крышки, что может приводить к повреждению окружающих клеток. Кроме того, описанная система также может быть неприемлема для чувствительного органа или среды, поскольку разрыв приводит к образованию остатков, способных повредить окружающий орган или среду или создать для них помеху. Например, в офтальмологической среде остатки могут негативно повлиять на зрение пользователя.
Соответственно, могут быть полезны альтернативные способы, системы и устройства для доставки лекарственных средств в офтальмологическую область, в особенности когда в течение значительных периодов времени доставляются дискретные дозы, таким образом, чтобы это было безопасно для пользователя.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном аспекте в настоящем изобретении предложено офтальмологическое устройство с энергообеспечением, включающее в себя систему высвобождения активного агента. В соответствии с некоторыми аспектами система высвобождения активного агента может быть приемлема для выдачи активного агента за счет применения элемента подачи питания, выполненного с возможностью подавать питание на активирующий элемент, который выполнен с возможностью получать питание и заставлять металлическую крышку, собранную с натяжением, складывается при подаче питания.
В соответствии с некоторыми аспектами настоящего изобретения система высвобождения активного агента может содержать подложку, имеющую одну или более вмещающих ячеек. По меньшей мере, одна из одной или более вмещающих ячеек может содержать активный агент, закрытый металлической крышкой, прикрепленной с натяжением к поверхности подложки. Источник энергии может находиться в электрическом соединении с активирующим элементом, выполненным с возможностью проведения электрического тока к, по меньшей мере, части металлической крышки при приеме активирующего сигнала. Электрический ток и натяжение заставляют металлическую крышку складываться и открывать активный агент для окружающей среды.
В соответствии с дополнительными аспектами изобретения предложено цифровое микроматричное устройство для выдачи активного агента. Цифровую микроматрицу можно применять, например, в офтальмологическом устройстве, и она может содержать подложку из полупроводникового материала, имеющую одну или более вмещающих ячеек, причем, по меньшей мере, одна из одной или более вмещающих ячеек содержит активный агент, закрытый биосовместимой металлической крышкой, прикрепленной к поверхности подложки из полупроводникового материала с натяжением; и микропроцессор с энергообеспечением от источника энергии, находящийся в соединении с активирующим элементом. Активирующий элемент может быть выполнен с возможностью проведения электричества к, по меньшей мере, части биосовместимой металлической крышки при приеме активирующего сигнала от микропроцессора. Натяжения биосовместимой металлической крышки и проведения электричества достаточно для того, чтобы биосовместимая металлическая крышка складывалась и открывала активный агент, содержащийся в, по меньшей мере, одной из одной или более вмещающих ячеек.
В других дополнительных аспектах предложен соответствующий способ применения системы высвобождения активного агента. Способ включает в себя этапы, согласно которым формируют подложку, имеющую одну или более вмещающих ячеек; депонируют один или более активных агентов в, по меньшей мере, одну из одной или более вмещающих ячеек; формируют герметичное уплотнение поверх отверстия, по меньшей мере, одной из одной или более вмещающих ячеек путем прикрепления биосовместимой металлической крышки с натяжением к поверхности подложки; и обеспечивают активирующий элемент, выполненный с возможностью проведения электричества от источника энергии к, по меньшей мере, части биосовместимой металлической крышки, заставляя биосовместимую металлическую крышку складываться и открывать активный агент для окружающей среды.
Управление системой высвобождения активного агента может осуществляться микропроцессором в офтальмологическом устройстве, и система может находиться в электрическом соединении с источником энергии и антенной. Микропроцессор может быть выполнен с возможностью выполнения разнообразных функций, связанных с управлением и активацией системы высвобождения активного агента. Например, микропроцессор может быть выполнен с возможностью приема беспроводным образом с помощью антенны одного или более активирующих сигналов от устройства. Устройство может включать в себя, например, смартфон, планшетный компьютер, персональный компьютер, удаленный передатчик и контроллерное медицинское устройство для доставки лекарственного средства, и может связываться с микропроцессором офтальмологического устройства посредством одной или более приемлемых технологий LAN и/или WAN на основе радиочастотной или электромагнитной связи, предпочтительно технологий с низкой мощностью.
Кроме того, в некоторых вариантах осуществления микропроцессор системы может находиться в электрическом соединении с одним или более датчиком (-ами) указанной цифровой микроматрицы и может быть выполнен с возможностью энергообеспечения от источника энергии. Один или более датчиков могут включать в себя, например, биодатчик, выполненный с возможностью измерения концентрации одного или более биомаркеров, содержащихся в глазной жидкости, и отправки активирующего сигнала, когда измеренная концентрация выходит за пределы предварительно заданного порога. Например, по меньшей мере, один из одного или более датчиков может быть выполнен с возможностью определения превышения комфортного уровня сухости поверхности глаза и при необходимости выдачи смазочного средства в офтальмологическую среду. Дополнительно или альтернативно в некоторых вариантах осуществления элемент отсчета времени может быть выполнен с возможностью обеспечения активирующего сигнала так, чтобы ток приводил к деформации, по меньшей мере, одной из одной или более металлических крышек и обеспечивал выдачу активного агента в один или более предварительно заданных моментов времени.
Металлическая крышка может образовывать герметичное уплотнение поверх отверстия одной или более вмещающих ячеек. В предпочтительных вариантах осуществления, которые могут доставлять множество доз, множество металлических крышек могут быть размещены так, чтобы каждая металлическая крышка закрывала отверстие вмещающей ячейки. Каждая металлическая крышка может располагаться с натяжением вследствие характера прикрепления во время производства или за счет применения бинарного сплава с памятью формы. Например, металлическая крышка может содержать один или более биосовместимых металлов, включая: золото, титан, никель, нержавеющую сталь, кобальт-хром и нитинол. Активный агент может включать в себя одно или более из: смазочного средства, физиологического раствора, растворителя, фармацевтического средства (например, лекарственного средства) и нутрицевтика (например, витамина).
Таким образом, представлено довольно общее описание некоторых аспектов изобретения, чтобы способствовать лучшему пониманию представленного в настоящем документе подробного описания и более взвешенной оценке вклада настоящего изобретения в область техники. Конечно же, существуют дополнительные аспекты изобретения, которые будут описаны ниже и которые иллюстрируют объект изобретения, изложенный в приложенной к настоящему документу формуле изобретения.
При этом следует понимать, что вариант применения изобретения не ограничен подробным описанием конструкции и расположениями компонентов, приведенных в описании ниже или показанных на рисунках. Изобретение выполнено с возможностью наличия аспектов, которые дополняют описанные аспекты, и может применяться на практике и осуществляться различными способами. Также следует понимать, что фразеология и терминология, используемые в настоящем документе, а также в реферате, служат для цели описания и не должны рассматриваться как имеющие ограничительный характер.
Таким образом, специалистам в данной области будет очевидно, что концепцию, на которой основано настоящее раскрытие, можно легко использовать как основу для разработки других структур, способов и систем для реализации нескольких целей изобретения. Следовательно, важно рассматривать формулу изобретения как включающую такие эквивалентные конструкции, при условии что они не выходят за рамки сущности и объема изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ
Вышеизложенные и другие признаки и преимущества изобретения станут понятны после следующего более подробного описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения, как показано на приложенных рисунках.
На Фиг. 1A показано схематическое представление вида сверху вкладыша-субстрата, который может входить в состав офтальмологического устройства, содержащего как оптические элементы, так и систему высвобождения активного агента, в соответствии с аспектами настоящего изобретения.
На Фиг. 1B показано схематическое представление изометрического вида офтальмологического устройства, содержащего вкладыш-субстрат, показанный на Фиг. 1A, и содержащего как оптические элементы, так и систему высвобождения активного агента, в соответствии с аспектами настоящего изобретения.
На Фиг. 2 показано увеличенное представление элементов высвобождения активного агента во вмещающей матрице с энергообеспечением, которая может быть встроена в офтальмологическое устройство, в соответствии с аспектами настоящего изобретения.
На Фиг. 3 показана принципиальная схема примера поперечного сечения наложенных друг на друга интегральных компонентов, реализующих систему высвобождения активного агента, в соответствии с аспектами настоящего изобретения.
На Фиг. 4 показан пример процесса сборки источника подачи питания с электронными схемами и матрицей вмещающих ячеек в офтальмологическом устройстве.
На Фиг. 5 показана принципиальная схема примера микропроцессора, который можно применять для реализации некоторых аспектов настоящего изобретения.
На Фиг. 6 показан пример конфигурации соединений отдельных контейнеров с активным средством во вмещающей матрице.
На Фиг. 7 показана блок-схема офтальмологического устройства с вмещающей матрицей с энергообеспечением.
На Фиг. 8 показана схема процесса с примерами этапов, которые можно применять для осуществления аспектов настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее будет представлено описание раскрытия со ссылкой на фигуры с рисунками, на которых одинаковые номера позиций могут обозначать одинаковые детали по всему тексту.
Различные аспекты офтальмологического устройства и раскрытого способа могут быть проиллюстрированы путем описания сочлененных, прикрепленных, герметизированных, присоединенных и/или объединенных вместе компонентов. В настоящем документе термины «сочлененные», «прикрепленные», «герметизированные», «присоединенные» и/или «объединенные» применяются для указания либо на непосредственное соединение между двумя компонентами, либо, если применимо, на косвенное соединение компонентов друг с другом посредством расположенных между ними или промежуточных компонентов. Для сравнения, если компонент назван «непосредственно сочлененным», «непосредственно прикрепленным», «непосредственно герметизированным», «непосредственно присоединенным» и/или «непосредственно объединенным» с другим компонентом, то промежуточные элементы отсутствуют.
Относительные термины, такие как «нижний» или «низ» и «верхний» или «верх» могут применяться в настоящем документе для описания взаимного расположения одного элемента относительно другого, показанного на рисунках. Следует понимать, что относительные термины охватывают различные ориентации в дополнение к ориентации, показанной на рисунках. Для примера, если аспекты примера офтальмологического устройства, показанные на рисунках, перевернуты, то элементы, которые согласно описанию расположены на «нижней» стороне других элементов, будут ориентированы на «верхней» стороне других элементов. Таким образом, термин «низ» может охватывать как «нижнюю», так и «верхнюю» ориентацию, в зависимости от конкретной ориентации аппарата.
Различные аспекты офтальмологического устройства с системой высвобождения активного агента можно проиллюстрировать со ссылкой на один или более примеров вариантов осуществления. В настоящем документе термин «пример» означает «служащий примером, образцом или иллюстрацией» и не должен в обязательном порядке рассматриваться как предпочтительный или имеющий преимущества по сравнению с другими вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем документе.
СПИСОК ТЕРМИНОВ
В настоящем описании и в формуле изобретения, которые относятся к раскрытому изобретению, могут применяться различные термины, для которых будут использоваться следующие определения.
Активный агент - в настоящем документе означает агент, выполненный с возможностью лечить, замедлять или предотвращать расстройство или заболевание и/или улучшать физиологические характеристики клеток или тканей. К примерам активных агентов относятся, без ограничений, смазочное средство, физиологический раствор, растворитель, фармацевтическое средство (например, лекарственное средство) и нутрицевтик (например, витамин). В некоторых вариантах осуществления предпочтительные активные агенты выполнены с возможностью оказывать смазывающее и/или лечебное действие, замедлять или предотвращать расстройство или заболевание одного или более из глаза, носа и горла. Например, смазочные средства можно применять для улучшения или уменьшения проницаемости клеточной стенки.
С энергообеспечением - в настоящем документе относится к состоянию, в котором устройство способно подавать электрический ток, обеспеченный поданной к нему электрической энергией, или хранить внутри себя электрическую энергию.
Энергия - в настоящем документе относится к способности физической системы совершать работу. В рамках настоящего раскрытия многие варианты применения могут относиться к указанной способности выполнять электрические действия при совершении работы.
Источник энергии - в настоящем документе относится к устройству или слою, выполненному с возможностью снабжать энергией или переводить в состояние с энергообеспечением логическое или электрическое устройство.
Устройство сбора энергии - в настоящем документе относится к устройству, выполненному с возможностью извлекать энергию из среды и преобразовывать ее в электрическую энергию.
Функционализированный - в настоящем документе относится к получению слоя или устройства, способного выполнять функцию, включая, например, подачу питания, активацию или управление. В некоторых вариантах осуществления функцию слоя и/или устройства можно применять для выполнения различных задач, включая, например, химическую реакцию, изменение поверхностных свойств или придание ионного заряда.
Офтальмологическое устройство - в настоящем документе относится к любому устройству, расположенному в глазу или на нем. Данные устройства могут обеспечивать оптическую коррекцию, улучшать зрение, выполнять косметическую функцию и/или обеспечивать функциональные возможности, не связанные с глазом. Например, термин «линза» может относиться к контактной линзе, накладной линзе, глазной вставке, оптической вставке или другому аналогичному устройству, которое используется для коррекции или модификации зрения или для косметического улучшения физиологии глаза (например, цвета радужной оболочки). Альтернативно линза может обеспечивать неоптические функции, такие как описанные функции, включая, например, отслеживание биомаркеров, подачу сигналов и/или введение активных агентов.
Литий-ионный элемент - в настоящем документе относится к электрохимическому элементу, в котором электрическая энергия генерируется в результате движения ионов лития через элемент. Такой электрохимический элемент, обычно называемый аккумулятором, в своих типичных формах может подзаряжаться или перезаряжаться.
Вкладыш-субстрат - в настоящем документе относится к герметизированной вставке, которая будет включена в офтальмологическое устройство с энергообеспечением. Во вкладыш-субстрат могут быть встроены элементы подачи питания и схема. Вкладыш-субстрат может определять основную цель офтальмологического устройства с энергообеспечением. Например, в вариантах осуществления, в которых офтальмологическое устройство с энергообеспечением позволяет пользователю регулировать оптическую силу, вкладыш-субстрат может включать в себя элементы питания, управляющие участком с жидкостным мениском или жидкокристаллическим участком в оптической зоне. Альтернативно вкладыш-субстрат может иметь кольцевую форму, так что оптическая зона не содержит материала. В таких вариантах осуществления обусловленная энергопитанием функция линзы может быть не связана с оптическим качеством, а может включать, например, поляризацию света, фотохромную функциональность, изменение цвета, контроль уровня глюкозы, проведение звука и/или введение лекарственного средства.
Рабочий режим - в настоящем документе относится к состоянию с потреблением тока, в котором протекающий в схеме ток позволяет устройству выполнять свою основную обусловленную энергопитанием функцию.
Оптическая сила - в настоящем документе означает оптические свойства оптического элемента, включая, например, офтальмологическую линзу.
Оптическая зона - в настоящем документе относится к той области офтальмологической линзы, через которую видит пользователь офтальмологической линзы.
Мощность - в настоящем документе относится к выполняемой работе или энергии, передаваемой за единицу времени.
Перезаряжаемый или заряжаемый - в настоящем документе относится к способности восстанавливаться в состояние с более высокой способностью совершать работу. Многие варианты применения могут относиться к способности восстанавливаться с возможностью проводить электрический ток с определенной скоростью и в течение определенного восстановленного периода времени.
Подзаряжать или перезаряжать - в настоящем документе относится к восстановлению в состояние с более высокой способностью совершать работу. Во многих вариантах применения может относиться к способности проводить электрический ток с определенной скоростью и в течение определенного восстановленного периода времени.
Функция сброса - в настоящем документе относится к самозапускающемуся алгоритмическому механизму для установки схемы в конкретное предварительно заданное состояние, включая, например, логическое состояние или состояние подачи питания. Функция сброса может включать в себя, например, схему сброса при включении питания, которая в сочетании с механизмом переключения может обеспечивать надлежащую подачу питания на микрочип как при первоначальном подключении к источнику питания, так и при выходе из режима сохранения.
Спящий режим или режим ожидания - в настоящем документе относится к состоянию низкого потребления тока устройством с энергообеспечением после того, как механизм переключения был перекрыт с целью энергосбережения, когда рабочий режим не требуется.
Многослойный - в настоящем документе относится к размещению, по меньшей мере, двух слоев компонентов поблизости друг от друга таким образом, что, по меньшей мере, часть одной поверхности одного из слоев контактирует с первой поверхностью второго слоя. В некоторых вариантах осуществления между двумя слоями может находиться пленка, обеспечивающая адгезивное прикрепление или выполняющая иные функции таким образом, что слои находятся в контакте друг с другом через указанную пленку.
Многослойные интегрированные многокомпонентные устройства, или SIC-устройства, - в настоящем документе относится к продуктам технологий, формирующих тонкие слои подложек, которые могут содержать электрические и электромеханические устройства, в функциональные интегрированные устройства посредством наложения, по меньшей мере, части каждого слоя на другой. Слои могут включать в себя компоненты устройств различных типов, форм и размеров, изготовленных из различных материалов. Кроме того, слои можно получить с помощью различных технологий производства устройств для получения различных контуров.
Режим сохранения энергии - в настоящем документе относится к состоянию системы, включающей в себя электронные компоненты, в котором источник питания подает или должен подавать минимальный проектный ток нагрузки. Данный термин не является взаимозаменяемым с термином «режим ожидания».
Вставка-подложка - в настоящем документе относится к формуемой или жесткой подложке, выполненной с возможностью поддержки источника энергии и/или набора вмещающих ячеек внутри офтальмологической линзы. В некоторых вариантах осуществления вставка-подложка также поддерживает один или более компонентов.
Механизм переключения - в настоящем документе относится к компоненту, интегрированному в схему и обеспечивающему различные уровни сопротивления, который может реагировать на внешний раздражитель, независимый от офтальмологического устройства.
За последние несколько десятков лет офтальмологические линзы были усовершенствованы для обеспечения лечения, помимо прочего, таких состояний, как сухость глаза. В последнее время они привлекли внимание в связи с применением в качестве систем доставки лекарственных средств для лечения глазных заболеваний и состояний. Однако, как было упомянуто ранее, существует ряд проблем с разработкой состава лекарственного средства, высвобождаемого с желаемой суточной скоростью и/или в желаемой дозе, которая будет давать эффект и одновременно ограничивать нежелательные явления. В соответствии с некоторыми аспектами настоящего изобретения альтернативная или дополнительная стратегия высвобождения может предполагать применение микроэлектронных устройств с энергообеспечением для управления безопасной доставкой отдельных доз и ее активации в предварительно заданные моменты времени, по требованию и/или в зависимости от регистрируемого состояния.
В отличие от диффузионных систем доставки, которые характеризуются скоростью высвобождения, зависящей от диффузии активного агента через инертный и нерастворимый в воде мембранный барьер, настоящее изобретение может обеспечивать доставку активного агента по требованию, что позволяет устранять недостатки, связанные с диффузионной доставкой лекарственных средств и утечками. Например, существуют две основные конструкции диффузионных систем: резервуарные устройства и матричные устройства. Резервуарные устройства представляют собой устройства, в которых ядро лекарственного средства окружено полимерной мембраной. Природа мембраны определяет скорость высвобождения лекарственного средства из системы, и утечки через мембрану происходят часто. Процесс диффузии по существу описан последовательностью уравнений, регулируемых первым законом диффузии Фика. Матричное устройство обычно состоит из лекарственного средства, гомогенно диспергируемого через полимер. Оба из этих вариантов обеспечивают постоянное воздействие на поверхность ткани, которая может содержать рецепторы к активному агенту, например, лекарственному средству. При постоянном воздействии активного агента на ткань эффективность активного агента со временем может падать, и в некоторых случаях активный агент может более не оказывать предполагаемого эффекта.
Соответственно, резервуарные и матричные системы доставки лекарственных средств считаются диффузными системами длительного высвобождения и принимают любую дозированную форму, которая обеспечивает непрерывную подачу лекарственного средства в течение периода времени, зачастую продолжительного периода времени. Предполагаемой целью системы длительного высвобождения является поддержание терапевтических уровней лекарственного средства в течение длительного периода, и это обычно достигается путем попытки получить высвобождение нулевого порядка из системы длительного высвобождения. Системы длительного высвобождения по существу не достигают этого типа профиля высвобождения, но пытаются приблизиться к нему за счет медленного высвобождения первого порядка. Однако со временем скорость высвобождения лекарственного средства из резервуарной и матричной систем длительного высвобождения снижается и перестает быть терапевтической.
Последние достижения в сфере офтальмологических устройств, включая, например, контактные линзы, позволяют создавать функционализированные офтальмологические устройства, которые могут быть выполнены с энергообеспечением. Офтальмологическое устройство с энергообеспечением может включать в себя необходимые элементы для коррекции и/или улучшения зрения пользователей при помощи встроенных микроэлектронных устройств. Дополнительные функциональные возможности, получаемые за счет применения микроэлектронных устройств, могут включать в себя, например, различную коррекцию зрения, анализ слезной жидкости, акустическую и/или визуальную обратную связь пользователю. В соответствии с некоторыми аспектами настоящего изобретения предложено офтальмологическое устройство, которое может содержать систему высвобождения активного агента, выполненную с возможностью высвобождения активного агента в офтальмологическую среду пользователя по требованию, в предварительно заданный момент времени и/или при зарегистрированном состоянии. Высвобождение может осуществляться по существу безопасно для пользователя или в некоторых вариантах осуществления допускать простое участие пользователя. Например, один или более активных агентов могут содержаться в одной или более вмещающих ячейках, каждая из которых предпочтительно закрыта металлической крышкой, которая прикреплена с натяжением для герметичного закрывания каждой из вмещающих ячеек до тех пор, пока не будет задействован активирующий элемент. В некоторых вариантах осуществления процессор, образующий часть системы высвобождения активного агента, может находиться в беспроводной связи с одним или более устройствами и принимать сигнальные данные, которые могут применяться для высвобождения активного агента. Устройство (-а) может (могут) включать в себя, например, смартфон, планшет, персональный компьютер, удаленный передатчик (например, брелок, MP3-плеер или КПК) и медицинское устройство для доставки лекарственного средства (например, лекарственную помпу) и т. п.
На Фиг. 1A показано схематическое представление вида сверху вкладыша-субстрата, который может входить в состав примера офтальмологического устройства, включающего в себя как оптические устройства, так и систему высвобождения активного агента. В частности, на Фиг. 1А показан вид сверху примера вкладыша-субстрата 100 для офтальмологического устройства 150 с энергообеспечением (показано на Фиг. 1B), который содержит систему 105 высвобождения активного агента. В некоторых вариантах осуществления вкладыш-субстрат 100 включает в себя оптическую зону 120, которая может иметь или не иметь функцию обеспечения коррекции зрения. В вариантах осуществления, в которых обусловленная электропитанием функция офтальмологического устройства не связана со зрением, оптическая зона 120 вкладыша-субстрата 100 может не содержать материала. Вкладыш-субстрат 100 может включать в себя участок за пределами оптической зоны 120, включающий в себя подложку 115 со встроенными элементами 110 подачи питания, соединенными с электронными компонентами, включая систему 105 высвобождения активного агента, посредством набора соединений, например 125 и 130. В альтернативных вариантах осуществления некоторые электронные компоненты могут быть встроены в оптическую зону без отрицательного влияния на общие предполагаемые оптические свойства офтальмологического устройства. В таких вариантах осуществления электронные компоненты могут быть, например, полупрозрачными, могут располагаться в центре или могут быть достаточно малы, чтобы не мешать общему предполагаемому оптическому эффекту.
На Фиг. 1B показано схематическое представление поперечного сечения офтальмологического устройства 150 с энергообеспечением, имеющего вкладыш-субстрат 100, который включает в себя как оптические элементы, так и систему 105 высвобождения активного агента, показанную на Фиг. 1A. Согласно некоторым аспектам настоящего изобретения, офтальмологическое устройство 150 может представлять собой контактную линзу, выполненную с возможностью размещения на передней поверхности глаза пациента. Например, офтальмологическая линза 100 может включать в себя мягкую гидрогелевую юбку 155, которая может иметь силиконсодержащий компонент. Под силиконсодержащим компонентом понимается компонент, который содержит, по меньшей мере, одно звено [-Si-O-] в составе мономера, макромера или форполимера. Предпочтительно общее содержание Si и связанного с ним O в силиконсодержащем компоненте составляет более чем около 20% вес., более предпочтительно - более чем 30% вес. общего молекулярного веса силиконсодержащего компонента. Используемые силиконсодержащие компоненты предпочтительно включают в себя полимеризуемые функциональные группы, такие как акрилатная, метакрилатная, акриламидная, метакриламидная, виниловая, N-виниллактамовая, N-виниламидная и стириловая функциональные группы.
Функционализированный вкладыш-субстрат 150 может быть частично или полностью встроен в гидрогелевую часть 155 или, в некоторых вариантах осуществления, функционализированный вкладыш-субстрат 150 может быть помещен на гидрогелевую часть. В некоторых вариантах осуществления вкладыш-субстрат 150 можно применять так, чтобы он включал в себя и выполнял функцию подложки для электронных элементов, а в некоторых вариантах осуществления - элементов подачи питания. В некоторых вариантах осуществления электронные элементы, включая, например, систему 105 высвобождения активного агента, могут быть предпочтительно размещены за пределами оптической зоны 120, так чтобы устройство не перекрывало поле зрения пользователя. Система 105 доставки активного агента может получать питание за счет внешних средств, устройств сбора энергии и/или элементов подачи питания, содержащихся в офтальмологическом устройстве 150. Например, в некоторых вариантах осуществления питание может быть получено при помощи антенны (не показана), принимающей РЧ-сигналы, которая находится в соединении с системой 105 высвобождения активного агента.
На Фиг. 2 показано увеличенное представление поверхности полупроводникового устройства 210 с вмещающей матрицей 200 вмещающих ячеек 220, образующего часть системы 105 высвобождения активного агента. Полупроводниковое устройство 210, например кремниевая пластина, может включать в себя схему для управления вмещающей матрицей 200 и для обеспечения того, чтобы каждая вмещающая ячейка могла быть задействована активирующим элементом 240 для обеспечения выдачи активного агента. Каждая вмещающая ячейка может представлять собой участок кремния в форме резервуара и может быть заполнена активным агентом, например одним или более из смазочного средства, физиологического раствора, растворителя, фармацевтического средства и нутрицевтика, в процессе сборки. Соединительные металлические дорожки можно применять для образования матрицы участков, перекрывающихся с, по меньшей мере, участком поверхности каждой из вмещающих ячеек. Соединительные металлические дорожки могут быть размещены на той же стороне кремния, что и схемы. Вмещающая ячейка 220 может содержать металлическую крышку, прикрепленную так, чтобы она находилась с натяжением и удерживала активный агент. Металлическая крышка может включать в себя один или более биосовместимых металлов, включая, например, золото, титан, никель, нержавеющую сталь, кобальт-хром и нитинол. Можно применять и другие биосовместимые непроницаемые металлы, включая бинарные металлы. В соответствии с некоторыми аспектами раскрытия благодаря прикреплению металлической крышки к кремнию способами, применяемыми при сборке, или при помощи бинарного материала с памятью формы, металлическая крышка может оставаться с натяжением при нахождении в прикрепленном состоянии. Сборка и прикрепление металлической крышки к фрагменту кремния может включать в себя, например, оплетение, сварку, склеивание и т. п.
Активирующий элемент 240 может включать в себя соединения 230, расположенные с созданием такой конфигурации, чтобы ток можно было направить к участку или поперек металлической крышки, установленной с натяжением, по требованию. Такой ток и натяжение металлической крышки могут приводить к тому, что металлическая крышка будет складываться, таким образом открывая активный агент для окружающей среды. Складывание может позволить обеспечить безопасную доставку активного агента, поскольку, в отличие от других систем, металл не нужно плавить или испарять, чтобы открыть основное содержимое вмещающей ячейки. В некоторых вариантах осуществления крышку изготавливают таким образом, чтобы она складывалась в направлении к внутреннему пространству вмещающей ячейки. Это может дополнительно предотвращать воздействие металлической крышки на окружающие клетки и может способствовать выдаче активного агента соответствующим образом. В других вариантах осуществления металлическая крышка может быть достаточно малой, чтобы складывание не оказывало неблагоприятного эффекта на окружающие клетки, а направление складывания не влияло на окружающие клетки.
На Фиг. 3 показано схематическое представление другого примера офтальмологического устройства с энергообеспечением, содержащего как оптические элементы, так и систему высвобождения активного агента. В частности, показано трехмерное представление в поперечном сечении примера офтальмологической линзы 300, содержащей функционализированный многослойный вкладыш-субстрат 320, выполненный с возможностью содержания системы высвобождения активного агента на одном или более из его слоев 330, 331, 332. В некоторых вариантах осуществления вкладыш-субстрат 320 окружает всю периферию оптической зоны 310 офтальмологической линзы 300. Вкладыш-субстрат 320 может иметь форму полного кольца, части кольца или другие формы, по-прежнему помещаясь внутри или на поверхности гидрогелевой части офтальмологической линзы 300, и оставаться в рамках размерных и геометрических ограничений, налагаемых офтальмологической средой пользователя.
Слоями 330, 331 и 332 показаны три из множества слоев, из которых может состоять вкладыш-субстрат 320, имеющий наложенные друг на друга функциональные слои. В некоторых вариантах осуществления, например, один слой может включать в себя одно или более из: активных и пассивных компонентов и участков с конструктивными, электрическими или физическими свойствами, служащими конкретной цели, включая функции системы связи, описанные в настоящем документе. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления слой 330 может включать в себя источник энергии, такой как одно или более из: аккумулятора, конденсатора и приемника внутри слоя 330. Затем слой 331 в не имеющем ограничительного характера смысле может содержать микросхемы в слое, который обнаруживает возбуждающие сигналы для офтальмологической линзы 300. В некоторых вариантах осуществления может быть добавлен слой 332 для регулирования питания, выполненный с возможностью принимать питание от внешних источников, заряжать слой 330 аккумулятора и контролировать применение питания от аккумулятора из слоя 330, когда офтальмологическая линза 300 не находится в заряжающей среде. Кроме того, регулирование питания может также управлять сигналами на пример активной линзы. Он представлен элементом 310 в центре кольцевого среза вкладыша-субстрата 320.
Линза с энергообеспечением со встроенным вкладышем-субстратом 320 может включать в себя источник энергии, такой как электрохимический элемент или аккумулятор, в качестве средства хранения энергии, а в некоторых вариантах осуществления материалы, включающие источник энергии, герметично закрыты и изолированы от окружающей среды, в которую помещена офтальмологическая линза. В некоторых вариантах осуществления вкладыш-субстрат 320 может также включать в себя набор схем, компонентов и источников энергии. Различные варианты осуществления могут включать в себя вкладыш-субстрат 320, в котором набор схем, компонентов и источников энергии размещен вокруг периферии оптической зоны, через которую пользователь офтальмологической линзы может видеть, тогда как другие варианты осуществления могут включать в себя набор схем, компонентов и источников энергии, которые могут иметь достаточно малые размеры, чтобы не оказывать негативного воздействия на зрение пользователя офтальмологической линзы, и поэтому они могут располагаться во вкладыше-субстрате 320 внутри или снаружи оптической зоны.
Были упомянуты электронные схемы, являющиеся частью компонентов офтальмологических устройств, содержащих систему высвобождения активного агента. В некоторых вариантах осуществления в соответствии с некоторыми аспектами изобретения одно и/или множество дискретных электронных устройств могут быть включены в качестве дискретных микросхем, например, внутри, на вкладыше-субстрате или расположены вблизи него. В других вариантах осуществления электронные элементы с энергообеспечением могут быть включены во вкладыш-субстрат в форме многослойных интегрированных компонентов.
На Фиг. 4, элемент 400, показан пример разводки металлических шин для обеспечения соединения отдельных металлических крышек, находящихся поверх вмещающей матрицы. Отдельные металлические крышки показаны как матрица из квадратов, одним примером которой является элемент 410. Хотя на ФИГ. 4 показаны квадраты, предусмотрены и другие формы. В зависимости от фактического размера всей матрицы может иметься множество дополнительных ячеек, которые не показаны на этой фигуре. Также на этой фигуре показана комбинация из четырех горизонтальных шин (420, 421, 422 и 423), которые для целей иллюстрации и по аналогии с дорожками для ячеек памяти можно назвать «числовыми шинами». Также имеются 4 вертикальные шины (430, 431, 432 и 433), показанные в матрице как подмножество «разрядных шин». За счет размещения ячеек в конфигурации, в которой разрядные шины и числовые шины способны обращаться ко всем вмещающим ячейкам, может быть реализована эффективная схема. Например, если желательно высвободить лекарственное средство, размещенное под ячейкой 410, току можно позволить проходить через элемент 430, а затем через металлическую крышку 410, после чего - из элемента 420. Как описано в других частях раскрытия, такая контролируемая доставка может обеспечивать высвобождение одного или более типов различных активных агентов, когда они наиболее необходимы.
На Фиг. 5 показана принципиальная схема примера микропроцессора, который может применяться для реализации некоторых аспектов настоящего изобретения. Микропроцессор, который можно называть контроллером 500, может включать в себя один или более процессоров 510, которые могут включать в себя один или более компонентов процессора, связанных с устройством 520 связи. В некоторых вариантах осуществления контроллер 500 может применяться для передачи энергии в источник энергии, помещенный в офтальмологическую линзу, и для выдачи одного или более активных агентов.
В некоторых вариантах осуществления процессор (-ы) 510 может (могут) быть связан (-ы) с устройством 520 связи, выполненным с возможностью передачи энергии посредством канала связи. Устройство связи может применяться для осуществления электросвязи с компонентами внутри, например, вкладыша-субстрата. Устройство 520 связи также можно применять для связи, например, с одним или более контроллерными аппаратами или компонентами программирующего/интерфейсного устройства.
Процессор 510 также находится в соединении с запоминающим устройством 530. Запоминающее устройство 530 может включать в себя любое приемлемое запоминающее устройство для хранения информации, включая комбинации магнитных запоминающих устройств, оптических запоминающих устройств и/или полупроводниковых запоминающих устройств, таких как оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) и постоянные запоминающие устройства (ПЗУ).
В запоминающем устройстве 530 может храниться программа 540 для управления процессором 510. Процессор 510 выполняет инструкции программы 540 программного пакета. Например, процессор 510 может принимать информацию, характеризующую зарегистрированное офтальмологическое состояние, местоположение компонентов, таймер и т. п. Запоминающее устройство 530 может также хранить офтальмологические данные в одной или более базах 550 и 560 данных. База данных может включать в себя, например, предварительно заданные пороговые значения состояния окружающей среды, зарегистрированные данные и конкретные управляющие последовательности для управления компонентами, например, управления передачей энергии между компонентами. База данных также может содержать параметры и управляющие алгоритмы для управления системой высвобождения, которая может находиться в офтальмологическом устройстве, а также данными и/или измеренной обратной связью, которые могут формироваться в результате их работы. В некоторых вариантах осуществления эти данные могут в конечном счете передаваться на внешнее приемное устройство или от него.
На Фиг. 6 показан пример конфигурации 600 соединений с отдельными вмещающими активный агент ячейками, включая таймерные и управляющие схемы, которые могут применяться для активации конкретной вмещающей ячейки. В некоторых вариантах осуществления схема может содержать источник питания 630. Источник питания может представлять собой щелочной аккумулятор или приемник энергии (например, антенну). Питание может быть направлено от источника питания на элемент 620 взаимодействия. Этот элемент может быть установлен в состояние «включено», когда офтальмологическое устройство помещено в среду глаза. При установке в состояние «включено» источник питания может подключаться через элемент 620 взаимодействия и на другие элементы схемы. Элементы 621 и 622 могут подключаться к элементу 610 колебательного контура. Элементы 623 и 624 могут подключаться к элементу 640 счетчика. Элементы 625 и 626 могут подключаться к элементу 660 мультиплексирования. Элементы 627 и 628 могут подключаться к элементу 650 наращивания мощности.
Когда питание поступает в офтальмологическое устройство с энергообеспечением, колебательный контур может начать свои колебания на конкретной частоте. Выход элемента 610 может передаваться на элемент 640 счетчика посредством элементов 611 и 612. Элемент 640 счетчика может иметь рабочий цикл, который отсчитывает определенное число циклов на входной шине 612. Например, комбинация частоты колебаний и значения счетчика, необходимая для того, чтобы увеличить элемент счетчика на одну единицу, может соответствовать установленному периоду времени (например, 2 часам). Таким образом, в этом примере каждые два часа выход элемента 640 счетчика будет увеличиваться на один отсчет. Такой отсчет можно закодировать в восьмибитное число, которое передается из элемента 640 счетчика в элемент 660 мультиплексирования через шину 645 данных.
Элемент 660 мультиплексирования может получить восьмибитное число и декодировать это число в уникальную комбинацию первой числовой шины 661 и первой разрядной шины 662. Когда активируется конкретная числовая шина (например, шина 661), может включиться силовой транзистор 670 для прохождения тока. Разрядная шина 662 может переводить силовой транзистор 680 во включенное состояние. Как показано на ФИГ. 5, комбинация разрядной шины и силовой шины может обращаться к уникальному элементу матрицы во вмещающей матрице 400. Когда силовые транзисторы задействованы, питание может проходить от элемента 650 наращивания мощности по шине 651, а затем через активирующий элемент 690 ячейки и из шины 671. Когда ток проходит через активирующий элемент ячейки или активирующий элемент ячейки задействуется иным образом, металлическая крышка может отворачиваться, таким образом открывая активный агент, содержащийся в соответствующей вмещающей ячейке, в окружающую среду.
Для этого типа схемы возможно множество вариантов. Например, возможно применять время заряда элемента 650 во взаимодействии с резистивным элементом для определения времени от открытия одной ячейки до другой, заменяя необходимость в колебательном контуре. Другие варианты могут включать в себя, например, элемент мультиплексирования, который обращается к уникальной выходной шине для каждой вмещающей ячейки. Кроме того, схема может активировать одну ячейку в конкретный период времени. Специалистам в данной области может быть очевидно, что возможны различные варианты, обусловленные контролируемой электронными средствами доставкой, включая в качестве примера, не имеющего ограничительного характера, доставку дискретных доз активного агента из вмещающих ячеек с различными запрограммированными скоростями и программирование доставки доз из множества вмещающих ячеек в конкретный период времени.
На ФИГ. 7 показана блок-схема, демонстрирующая компоненты примера офтальмологического устройства с вмещающей матрицей с энергообеспечением. В частности, а также как было упомянуто в предыдущих параграфах, сформированное офтальмологическое устройство с энергообеспечением может содержать все из элементов, показанных в элементе 700, таких как оптическая зона 710, элементы 720 отсчета времени, логическая схема 730 обращения к вмещающей ячейке и проверки, элемент 740 подачи питания, вмещающая матрица с лекарственным средством 750, соединительные элементы 760 и или активирующий элемент 770 (или элемент взаимодействия). Может быть полезно рассмотреть, как эти элементы могут функционировать на практике.
Офтальмологическое устройство может быть помещено на переднюю поверхность глаза. В процессе помещения офтальмологического устройства в глаз элемент 770 взаимодействия может устанавливаться в положение «включено». Это может обеспечивать подачу питания от элемента 740 подачи питания на все другие элементы. Элементы 720 отсчета времени (например, колебательный контур и элементы счетчиков) могут начинать отсчет. После истечения предварительно запрограммированного времени, например двух часов, элемент счетчика может указать положение. Затем мультиплексор 730 может настроить проведение тока по единственной числовой шине и единственной разрядной шине. Эта комбинация позволит определить элемент матрицы внутри вмещающей матрицы 750, и электрический ток может привести к складыванию металлической крышки, таким образом раскрывая активный агент в этой первой вмещающей ячейке. В некоторых вариантах осуществления открытие вмещающей ячейки может позволить слезной жидкости войти в ячейку и растворить растворимый активный агент. Соответственно, активный агент может быстро высвобождаться в среду глаза хорошо регулируемым образом. Также может применяться второй счетчик, например, для высвобождения мультиплексора после достижения определенного значения счетчика, так чтобы элемент аккумулятора не разрядился, если в результате сбоя возник постоянно текущий ток.
На Фиг. 8 показана схема процесса с примерами этапов способа, который можно применять для осуществления некоторых аспектов настоящего изобретения. Начиная с этапа 801 можно сформировать подложку, имеющую одну или более вмещающих ячеек. Как было описано ранее, подложка может включать в себя кремниевую пластину с образованным в ней набором вмещающих ячеек в форме резервуаров. Каждая вмещающая ячейка может быть собрана, например, с активирующим элементом, находящимся в соединении с источником энергии и одним или более датчиками. На этапе 805 в каждую из вмещающих ячеек можно депонировать активный агент. Активный агент предпочтительно имеет форму концентрированного раствора, который может быть разбавлен раствором, включая, например, слезную пленку. Концентрацию раствора можно выбирать так, чтобы добиться желаемого уровня дозирования. После депонирования активного агента во вмещающей ячейке на этапе 810 крышку можно прикрепить с натяжением на поверхности, окружающей вмещающую ячейку, так чтобы можно было герметично закрыть вмещающую ячейку. В некоторых вариантах осуществления отверстие, герметично закрытое прикрепленной с натяжением металлической крышкой, может представлять собой то же отверстие, которое применяется для депонирования активного агента во время сборки.
На этапе 815 микропроцессор, находящийся в соединении с активирующим элементом, может обрабатывать активирующий сигнал. Активирующий сигнал может приниматься от одного или более датчиков, колебательного контура, внутреннего или внешнего ввода данных от пользователя, устройства, находящегося в беспроводном соединении, и т. п. Например, пользователь может ввести команду для активирующего сигнала, который обрабатывается с помощью устройства, находящегося в беспроводном соединении с микропроцессором офтальмологического устройства, посредством антенны. В некоторых вариантах осуществления микропроцессор офтальмологического устройства может осуществлять сбор данных при помощи одного или более датчиков и передавать их на устройство, находящееся в беспроводном соединении, для внешнего анализа данных. Затем устройство может обрабатывать полученные данные, а иногда и дополнительные данные из одного или более внешних источников и/или введенные пользователем данные для определения и отправки активирующего сигнала, когда необходима выдача активного агента. Как было отмечено ранее, устройство может включать в себя одно или более из: смартфона, планшета, персонального компьютера, удаленного передатчика, медицинского устройства для доставки лекарственного средства и т. п. Передача информации между устройством и микропроцессором офтальмологического устройства может осуществляться беспроводным образом, например посредством любых маломощных РЧ-волн.
На этапе 820 может происходить подача питания на активирующий элемент. При подаче питания на этапе 825 ток предварительно заданного диапазона может подаваться на часть металлической крышки, прикрепленной с натяжением, в результате чего крышка складывается. Соответственно, после этого на этапе 830 активный агент открывается в окружающую среду, как описано выше. Диапазон тока может быть разным и, как будет очевидно специалисту в данной области из настоящего раскрытия, зависит от толщины металлической крышки, типа металла, способа сборки и/или размера металлической крышки.
Многие признаки и преимущества изобретения очевидны из подробного описания, и, таким образом, предполагается, что приложенная формула изобретения распространяется на все такие признаки и преимущества изобретения, которые соответствуют истинной сущности и объему изобретения. Кроме того, поскольку специалисты в данной области легко могут внести множество модификаций и вариаций, нежелательно ограничивать изобретение точной конструкцией и функциональностью, которые показаны и описаны, и, соответственно, все приемлемые модификации и эквиваленты могут находиться в рамках объема изобретения.