專利名稱：輸送液體進入柔軟生物屏障的系統和方法
技術領域：
本發明涉及輸送液體通過柔軟生物屏障(flexible biological barrier)的系統和方法，特別涉及為達到這種目的采用微針(microneedles)的系統和方法。
背景技術：
已知皮層內給藥有利于一系列不同的藥物處理和治療，比如免疫、免疫調節，基因傳遞，皮膚病學、過敏、超敏和化妝品。通常，皮層內給藥由一名熟練的醫療專家使用與皮膚表面成一斜角的傾斜的皮下注射針來完成。需要注意達到正確的穿透深度以保證成功注射在皮膚層中而不是皮下。傾斜針定位是需要的為了在這樣的斜角有助于針與皮膚表面積極配合，而且無論如何也是以任何銳角的皮下注射針插入(包括比如進入更深層的靜脈穿刺)的標準操作。已知使用皮下注射針用于皮層內輸送是痛苦的，因為在真皮層的神經末梢通常被所使用的相對較大的針所切斷。
另外，據推測表皮內給藥，比如疫苗，可能會有進一步加強的生物效應。盡管它很有前景，到目前這種方法已被極大的忽視因為沒有輸送裝置用于這樣淺的應用。
已顯示出在為比如自我用藥的病人研發不需要熟練操作的給藥裝置上的極大興趣。一個辦法是一種“迷你針”裝置的方法，該裝置帶有一個調節器，可以選擇性展開或收回針以便在真皮層穿透到一限定的深度。這種裝置的樣品可以通過商業渠道從Becton Dickinson &Co.(美國)買到，并在美國專利US6,843,781、US6,776,776、US6,689,118、US6,569,143、US6,569,123和US6,494,865中有描述。這些裝置的針頭插管典型的突出1mm～2mm，從而確定輸送系統的穿透深度。既然針尖本身的已折合長度斜面至少0.8mm長，建立在這種類型(即一帶有斜尖的空心金屬圓筒)的傳統針結構基礎上的裝置不能輕易的用于密封輸送液體至小于1mm的穿透深度。
作為傳統針結構的另一種選擇，采用各種顯微機械加工技術和各種物料研制“微針”結構已做了很多嘗試。“微針”方法的一個早期的例子可以發現于1976年授權的Gerstel等的美國專利US3,964,482，該專利揭示了一種使用尺寸最多10微米的微針(突出物(projections))刺穿角質層從而使藥物到達表皮的經皮給藥的藥物輸送裝置。該裝置具有突出于一表面的多種針，在一實施例中，借助微針的中心孔從貯液器輸送了一種藥物。
在從Gerstel等以來的三十年中，許多微針裝置被設計出來，但由于一些實際問題，還沒有一種取得作為一種廣泛的臨床產品的商業上的成功。許多微針設計的第一大問題與微針的機械性弱點有關，其與皮膚接觸后往往斷裂，特別是由于橫向移動而受到剪切力時。第二個問題與由于在插入皮膚時沖壓出一塊組織導致的空心微針的孔的堵塞有關。此外，許多針的設計具有導致易碎性的較薄的壁和需要過多穿透力以克服皮膚彈性的鈍接觸面。這些問題由共同轉讓的美國專利US6,533,949揭露的一種微針結構有效解決，因此在這里作為參考文獻全部引入。上述微針結構也有助于克服微針裝置的另外一個問題，即確保有效穿透高彈性皮膚屏障的問題。使用上述微針結構以達到增強穿透的各種結構和技巧由共同轉讓的PCT專利申請公布文件WO 03/074102 A2所揭示，因此在這里也作為參考文獻全部引入。
一個阻礙微針使用，尤其用于皮層內液體輸送的仍然存在的更進一步的問題是微針周圍液體泄露的危險問題。具體來說，通過空心微針進行液體注射往往產生一種反壓力將會從切口排擠出微針。通過在微針裝置上施加向下力(即向皮膚)以防止微針排擠出的嘗試會壓縮下面的組織。這一壓縮增加了阻礙液體注射的液體阻抗，從而也干擾液體輸送到靶組織。此外，在許多設計中，液體流動通道一直延伸到針頭，導致這兩個元件之間的結構依賴。這限制了增加液體流動通道的尺寸以允許更多流量而不鈍化微針且不大幅度增加達到穿透所需力量和皮膚施加到結構的反作用力的能力。
因此，有必要建立一種輸送液體進入柔軟生物屏障的系統和方法，這將在微針和生物屏障之間提供一種可靠的密封，這將會減少上述作用在微針的反壓力排擠效果并防止泄露。
發明內容
本發明是一種輸送液體進入柔軟生物屏障的微針系統和方法。
根據本發明所提供的教導，一種輸送液體進入柔軟生物屏障的方法，該方法包括(a)在一種一分量平行于該柔軟生物屏障表面的移動中與該柔軟生物屏障接觸移動至少一接觸表面以便在該柔軟生物屏障的伸展部分和非伸展部分之間產生一邊界區；(b)促使至少一空心微針穿透進該柔軟生物屏障，這樣在移動結束時，該至少一空心微針從邊界區朝著非伸展部分的方向延伸進該柔軟生物屏障；和(c)通過該至少一空心微針向非伸展部分輸送液體。
根據本發明的更進一步的特點，移動和促使同時進行。
根據本發明的更進一步的特點，該至少一空心微針與接觸表面機械關聯，以便移動的結果是該至少一空心微針穿透進柔軟生物屏障。
根據本發明的更進一步的特點，接觸表面是一材料塊的邊緣，其中該至少一空心微針設置于該塊的一面上，邊緣為該面的邊界。
根據本發明的更進一步的特點，邊緣在該塊提供的兩基本正交的面之間形成。
根據本發明的更進一步的特點，邊緣基本上垂直于與表面平行的移動的分量。
根據本發明的更進一步的特點，在移動中該面在邊緣的前面。
根據本發明的更進一步的特點，該至少一空心微針為設置于所述面的一直排多根空心微針，該直排基本平行邊緣延伸。
根據本發明的更進一步的特點，該至少一空心微針具有一高度，并終止于一尖銳針尖，從邊緣到在該面的尖銳針尖的垂直突出的距離不大于該高度。
根據本發明的更進一步的特點，該至少一接觸表面的至少部分是由該至少一空心微針的一表面提供。
根據本發明的更進一步的特點，該至少一空心微針具有一輸送液體進入柔軟生物屏障的孔，該至少一空心微針延伸進柔軟生物屏障，其孔以一與柔軟生物屏障表面的初始平面不大于45度的角度延伸。
根據本發明的教導還提供了一種輸送液體進入柔軟生物屏障的方法，該方法包括(a)提供一輸送裝置，包括一接觸區和一釋放區，釋放區具有設置于其上的至少一空心微針；(b)使該裝置抵住生物屏障以便接觸區觸及生物屏障而釋放區不觸及生物屏障；和(c)以一移動分量平行于生物屏障表面的方式移動裝置以便機械變形生物屏障使得生物屏障與釋放區的至少部分接觸，這樣該至少一空心微針穿透進生物屏障。
根據本發明的更進一步的特點，接觸區包括一基本平坦的接觸表面，其中釋放區包括一基本平坦的釋放表面，在接觸表面和釋放表面之間形成一個不超過150度的角度。
根據本發明的更進一步的特點，在接觸表面和釋放表面之間形成一個不超過130度的角度。
根據本發明的更進一步的特點，接觸表面和釋放表面基本上正交。
根據本發明的更進一步的特點，接觸表面和釋放表面在一邊緣區接觸。
根據本發明的更進一步的特點，該至少一空心微針具有一孔用于輸送液體進入柔軟生物屏障，該孔以相對于接觸表面不大于45度的角度延伸。
根據本發明的更進一步的特點，該至少一空心微針具有一高度，并終止于一尖銳針尖，從接觸表面的平面到尖銳針尖的距離不大于該高度。
根據本發明的更進一步的特點，該至少一空心微針具有一液體流動孔，與微針的面朝下的斜面交叉以確定一面向下的液體釋放孔。
根據本發明的更進一步的特點，該至少一空心微針包括(a)至少一壁，基本垂直豎立于釋放區表面，設置該至少一壁以便確定一從釋放區表面上方看為敞開的形狀，該敞開形狀有一個內藏的區域；和(b)一傾斜表面，傾斜至與該至少一壁交叉，該傾斜表面與該至少一壁的交叉確定至少一刀刃，其中該敞開形狀朝著接觸區敞開。
根據本發明的更進一步的特點，該至少一空心微針具有一小于1mm的高度。
根據本發明的更進一步的特點，該至少一空心微針為一直排多根空心微針。
根據本發明的更進一步的特點，進行移動裝置以便機械變形生物屏障從而使生物屏障的一部分高于生物屏障的初始平面，這樣該至少一空心微針穿透進該生物屏障的抬高部分。
根據本發明的更進一步的特點，液體通過該至少一空心微針被輸送進該生物屏障的抬高部分。
根據本發明的教導還提供了一種輸送液體進入柔軟生物屏障的方法，該方法包括(a)提供一輸送裝置，包括至少一空心微針，從裝置的一表面突出不超過1mm，該至少一空心微針具有一確定一流動矢量的液體輸送孔；和(b)機械變形柔軟生物屏障，促使該至少一空心微針以流動矢量與柔軟屏障的初始平面形成介于45度和-15度的角度的這樣一種方式穿透柔軟生物屏障。
在這里僅以例子方式參照附圖描述本發明，其中圖1和圖2是根據本發明的教導構建和操作的一微針液體輸送裝置根據本發明的方法插入前和隨后插入柔軟生物屏障的示意性的側面橫截面視圖。
圖3是根據本發明的教導構建和操作的一液體輸送適配器的立體示意圖，包括一排與一終止于一luer連接件的軟管液體連接的微針。
圖4是根據本發明的教導構建和操作的一種由一預裝填注射器與微針液體輸送結構組裝的裝置的橫截面示意圖。
圖5是圖4中區域B的放大示意圖。
圖6是圖4的裝置的微針液體輸送結構的放大的立體遠視圖。
圖7是根據本發明的教導構建和操作的圖4的裝置的一種變形的立體示意圖，包括一機械插入引導裝置以引導微針液體輸送結構相對于生物界面移動。
圖8是圖7的裝置在穿透前的放大的局部橫截面示意圖。
圖9是穿透后的與圖8相似的示意圖。
圖10是根據本發明的教導構建和操作的帶有一機械插入引導裝置的另一微針液體輸送裝置穿透前的立體示意圖。
圖11是穿透后的與圖10相似的示意圖。
圖12和圖13分別是圖10和圖11所示的裝置的橫截面示意圖。
圖14是根據本發明的教導構建和操作的微針液體輸送裝置的另一種實施方式與用于裝載液體進入裝置的一外部注射器一起的立體示意圖。
圖15是不帶有裝載注射器的圖14的裝置的頭部示意圖。
圖16是圖15中沿B-B位置的橫截面示意圖。
圖17A-圖17D分別表示圖16的裝置裝載前、裝載后、輸送剛開始時和輸送結束時區域C的放大的橫截面示意圖。
具體實施例方式
本發明是一種輸送液體進入柔軟生物屏障的微針系統和方法。
通過參考附圖和伴隨的描述可以更好地理解根據本發明的系統和方法的原理和實施。
現在參見附圖，圖1和圖2示例性的說明根據本發明的一組結構和相應的方法。一般而言，這些圖舉例說明了一種采用微針結構的輸送裝置10，其中插入柔軟生物屏障14中的一根或多根空心微針12的末端一般從輸送結構側面突出而不是傳統的向下突出設置。更特別地，微針較佳的從一與輸送結構的一主要生物屏障接觸區18明顯不同的釋放表面16突出，通常朝上成角遠離生物屏障。通過確保用于注射的液體流動矢量朝著組織的非壓縮區，避免了組織壓力阻礙液體注射的上述問題。而且，這種結構傾向于提供一種錨定效應(anchoring effect)，可以將輸送結構鎖在皮膚中，從而避免針周圍泄露和由于反壓力導致針排出的上述問題。
本發明的方法主要涉及插入輸送結構的操作順序。因此，使接觸區18接觸生物屏障，以一分量平行于柔軟生物屏障表面的方式移動以便在柔軟生物屏障的伸展部分22和非伸展部分24之間產生一邊界區20。通常與至少部分移動同時進行，最佳的，作為移動的直接結果，促使至少一空心微針12穿透進柔軟生物屏障，以便在移動結束時，空心微針12從邊界區20朝著非伸展部分24的方向延伸進柔軟生物屏障14。然后通過空心微針12的孔朝著非伸展部分24的方向注射進去一定數量的液體。
在這一階段，值得提到的是本發明比垂直皮膚表面插入微針的常規方法具有重大優勢。具體來說，本發明的結構及相應的插入方法提供了一種微針液體輸送裝置，其空心微針能以一種避免現有技術的泄露和針排出問題的方式進行可靠的密封穿透。從下面詳細的描述，本發明的這個和其他的優勢將變得更加清楚。
在更詳細地闡述本發明的各種具體實施方式
的特點之前，在這里對在說明書和權利要求中使用的某些術語進行定義很有用處。首先，裝置被描述為輸送液體進入柔軟生物屏障。雖然發明被用于對通過包括各種內臟壁的很多生物屏障的液體輸送的改進，發明主要傾向于輸送液體進入活體生物的皮膚層，特別的，進入人皮膚的皮層內或真皮內液體輸送。輸送的液體可以是任何液體。較佳的例子包括，但不限于，皮膚病的治療、疫苗和其他用于化妝、治療或診斷目的的液體。此外，盡管認為皮層內液體輸送特別重要，應當注意，本發明也可以應用于改進透皮液體輸送和/或液體吸出比如用于診斷抽樣方面。
也提及柔軟生物屏障表面的幾何關系。對于本說明書和所附的權利要求的目的而言，柔軟生物屏障“表面”的所有幾何關系被定義為關于一個在生物屏障靜止的初始狀態，即在由微針液體輸送結構插入導致的屏障的任何變形之前接近屏障表面的平面。作為一個更加技術性的定義，在具有相當大曲率的皮膚的一個區域的情況下特別重要，該表面被定義為一在期望位置含有兩正交的柔軟生物屏障表面切線的平面。
提到以一分量平行于柔軟生物屏障表面的方式移動的方向，這包括任何不垂直于皮膚表面的移動。較佳的，移動時大部分分量平行于皮膚表面，即，以一個小于45度的角度。最佳的，和皮膚接觸進行移動的部分移動時基本平行于皮膚表面，即，以一種不超過靜止時皮膚表面的平面上或下±15度的移動矢量進行。
關于相對于皮膚平面的角度，對于一平行于皮膚的矢量角度是指0度，角指向皮膚是正的，角遠離(朝外)皮膚被定為負的。為簡化表達，會使用術語“向上(upwards)”或“向上(up)”指從皮膚的起始平面朝外的方向，和術語“向下(downwards)”或“向下(down)”指朝向皮膚的起始平面的方向。
也提到生物屏障的各種物理狀態。當屏障上在至少一個方向的點之間距離大于皮膚釋放時同樣兩點之間的距離時，生物屏障被描述為“伸長”。最大張力的方向簡單指伸長方向。“非伸長”解釋為皮膚的一種狀態，在伸長皮膚的相鄰區域在平行于伸長方向上不存在伸長。值得提到的是，壓縮皮膚組織導致組織的局部凸起或折疊，伸長的程度可能出現在垂直于壓縮矢量的方向，以調節組織的突出于平面的變形。然而，這樣的組織在這里就指“非伸長”，因為在伸長方向不存在伸長。點之間的距離相對于皮膚釋放時同樣兩點自建的距離要小的組織指“放松的”組織因為它比釋放時的皮膚表現出更低的表面張力。
也提到屏障的“降低的”或“抬高的”區域。降低的區域定義為低于皮膚的初始平面的區域，通常由于在那里裝置施加了向下的接觸壓力，而抬高的區域定義為高于皮膚的初始平面的區域，通常是皮膚的相鄰區域水平擠壓的結果。
本發明被稱作采用了一根或更多根微針。這里術語“微針”被用在說明書和權利要求中指一種從一下表面突出的高度不超過1mm的結構，較佳的具有50微米～500微米范圍的高度。本發明采用的微針較佳的是空心微針，從頭到尾形成一個液體流動通道用于輸送液體。微針的高度定義為從下表面的平面垂直測量的微針針尖的海拔。如上所述，本發明的最佳的實施方式采用了揭示于共同轉讓的美國專利US6,533,949的微針類型，即由具有至少一基本垂直于下表面的豎立的壁所形成，并被設置成從上方看為一敞開形狀，該敞開形狀有一個內藏的區域和一傾斜至與該至少一壁交叉的傾斜表面，該傾斜表面與該至少一壁的交叉確定至少一刀刃。液體流動通道較佳的為一與傾斜表面交叉的孔。上述微針結構特別堅固和它的特別的幾何特性表現出與本發明的結構和插入方法強大的協同作用，確保微針能承受所施加的剪切力，且非常適宜引導液體輸送進生物屏障。這些優點將在下面進一步詳述。
也提到可能由“一塊材料”提供的各種表面。所用的術語“塊”用于此處一般指一單一元件或多個元件合作以提供所提到的具固定機械關系的表面的任何結構。這樣，所描述的“塊”包括，但不限于，一固體塊，一空心塊，一薄片狀塊和機械上相互連接作為一個塊一起產生功能的的表面的一種開放排列。塊的部分或全部也可以由一個其上具有加工成形的微針的基座提供。
描述本發明所提到的一“液體輸送裝置”，涉及與生物屏障接觸以創造一液體輸送途徑進入屏障的微針設置的結構和操作。液體輸送裝置可能作為一個獨立的液體輸送裝置的部分被組合，或作為適配器裝置與一個外部液體供給裝置一起使用。
最后關于術語學，在說明書和權利要求中所用的術語“同時發生的”指發生在重疊時間周期的兩個過程。術語同時發生的并不一定意味著同步完成，包括一系列情況，包括兩個過程同步發生，一個過程發生的時間在另一個過程的時間段內，和第二過程比第一過程啟動滯后并且結束滯后的部分重疊發生。
現在回到圖1和圖2，應當注意到，與皮膚接觸移動的接觸表面可以有多種不同的方式實施。具體來說，接觸表面可以是輸送結構的一面朝下的表面的部分18，和/或由表面16和表面18之間的邊緣區提供。在后者的情況下，邊緣可能是一比較陡峭的界面，或可能被一曲率半徑修正或任何其他期望的修正，比如，例如加紋路以增加與皮膚表面的摩擦接觸。或者，至少接觸表面的部分可由空心微針12自身的一表面提供。舉個例子，本發明的方法的某些特別優選的實施方式由最初輕按抵靠皮膚表面的微針的尖銳針尖開始，從而在皮膚中錨定針尖。這進一步提高了穿透的效率，并確保在本發明的水平移動中皮膚表面的積極配合，在這種情況下，微針本身形成“接觸表面”的一部分。
如圖2所示，伸長皮膚22和非伸長皮膚24通常也可由水平面的差異區別于對方。由于所施加的接觸壓力，在裝置下面的組織區域通常是降低的。相對于皮膚表面的初始水平，位于裝置后的伸長皮膚區也往往有些降低。相對于裝置下的皮膚，非伸長皮膚24是抬高的，而相對于皮膚表面的初始水平，通常也是略微抬高的。皮膚區24的抬高和/或組織的非伸長或放松的特性被認為有助于本發明的一些優越特性。如前所述，缺乏對液體注射區域的向下壓力大大減少阻礙液體注射的反壓力。相信由于水平擠壓導致的組織放松和最后產生的組織抬高也有助于在皮膚層之間打開皮層內流動通道，從而促進注入比可能注入量更大量的注射液，和增強在皮膚層中的分散。還觀察到，以插圖描述的液體輸送裝置產生一個鎖效應，阻止微針插入后的退出直到該裝置被手動拔出皮膚。除了在所附的權利要求中清楚描述外，不以任何方式限制本發明的范圍，相信這個鎖效應可能產生于抬高的組織24施加在微針12上的一向下的作用力，從而按壓接觸表面18抵靠下面的組織20。
微針12被描述為從邊界區20朝非伸長區24的方向延伸。應當注意到，依賴于所用的接觸表面的設計，穿透可能發生在邊界區內或毗鄰。邊界區本身可能從裝置的一表面按壓抵靠的一大區域變化到一接觸邊緣按壓的或微針自身被錨定時沿著的一窄線。
雖然在圖1和圖2的側橫截面示意圖中只看得見一根微針12，應當注意，本發明的最優選的實施方式采用一直排微針12，以基本垂直于移動的方向與生物屏障接觸延伸。圖解說明使用一直排微針的例子見圖3和圖6。或者，分開的微針可與分開的液體供給流動通道/貯存器液體連接用于多道不同液體同時或按期望的順序輸送。可選擇的，多微針可以連接到同一液體供給，從而實現組織中改善的液體分布和/或提高的輸送率。根據另一種選擇，可以實現液體供給只通過一部分微針，其他微針進行吸出或只用于在組織中更可靠的錨定裝置。
空心微針12較佳的與接觸表面18機械關聯以便作為移動接觸表面的一個結果該至少一空心微針穿透進入柔軟生物屏障。為了最大的可靠性和最低的制造成本，本發明的液體輸送裝置的某些優選的實施方式由非移動部件形成，其中所有需要的元件是剛性的機械關系。在這種情況下，至少接觸表面18的部分較佳的由材料塊16，18的一邊緣26提供，微針12較佳的設置在塊的以邊緣26為界的一面16上。如前所述，面16較佳的是一“釋放面”，即，當裝置首次與屏障接觸時，一不完全與生物屏障接觸的表面。為了達到這個目的，面16較佳的相對面18的平面向上成角。面16和面18之間的夾角，對塊進行內部測量，較佳的不超過約150°，更佳的不超過約130°。在一特別優選的實施方式中，邊緣26由基本正交的面16和面18之間形成。邊緣26不是必要的，或甚至較佳的，面16和面18的平面的一尖銳交叉。比如，邊緣26可以被一個合適的曲率半徑圍繞。
雖然突出有微針12的面16較佳的是提到的一釋放面，對于微針去較接近裝置的接觸表面以便當皮膚變形發生時協助微針開始穿透皮膚表面，這非常重要。用數量術語而言，從接觸表面18的平面到微針12的尖銳針尖的距離較佳的不大于測量的垂直于面16的微針12的高度。在最優選的情況下，從邊緣26到穿透針尖測量時平行于面16的距離也小于微針的高度。為本說明書和所附的權利要求的目的，測量的平行于一面或表面的兩點之間的距離定義為正被討論的面或表面上的點的垂直突出之間的距離。
本發明的另一較佳的特點涉及液體輸送的流動矢量。首先，因為每個空心微針較佳的具有孔28用于液體輸送進入生物屏障，孔的一個外延方向可以用來確定微針的方位。這是本發明的一個較佳的特點，就是在插入結束時，孔以對于柔軟生物屏障表面的初始平面不大于45度的角度延伸進生物屏障。更佳的，微針的最終位置是這樣的以致孔以對于屏障的初始平面不大于30度的角度延伸，且在某些情況下，在對于柔軟生物屏障的初始平面±15度的特別優選的范圍。
本發明的系統和方法的另一個突出的特點是本發明的某些實施例的微針12較佳的以相對于皮膚“面朝下”的方向設置，與使用皮下注射針時采用的“面向上”方向相反。因此，每根微針較佳地形成一“傾斜面”，或一傾斜的表面，如上描述的在前面提到的共同轉讓的美國專利US6,533,949內容中，其面朝下。傾斜的表面和液體流動孔28的交叉確定一液體釋放孔，一般面朝下，即，朝向組織的深處。由于這種定位，更筆直的微針壁的表面面朝上。這被認為為位于組織中的微針提供增強的錨定，從而在裝置移動前促進前述的組織的抬高。向下開口的液體釋放孔也確保由組織對微針施加的任何向下作用力不會擋住液體釋放孔而是相反，往往馬上開放微針針頭下面的皮層，并促進未受到阻礙的液體輸送或吸出。附帶說明，應當注意到，“面朝上”的實施方式也落入本發明的較寬的范圍，可能在某些情況下具有其優勢，比如特別淺的注射。
關于插入移動，本發明的方法可采用各種不同的用于所限定的微針的插入的移動路線來實現，只要接觸表面進行與皮膚接觸的移動，包括一移動分量平行于皮膚表面。移動可以是一直線路線，一純旋轉，或一用手獨立進行的、使用一臺手動操作的插入引導裝置進行的或完全由機器人裝置自動進行的更復雜的移動。圖1中的直箭頭和旋轉箭頭的結合示意性的代表各種移動。
在每種邊緣26用作接觸表面的情況下，邊緣較佳的是基本垂直于與表面平行的移動分量。突出有微針的面16沿移動的方向設置于邊緣26的前面。采用一排微針，直排較佳的基本平行于邊緣26延伸。
通過參考圖1和2，已討論過本發明的很多共通特點。現在請參考圖3～圖17D中所闡述的一系列具體優選實施方式。具體地說，參考圖3、圖4～圖6和圖14～圖17D，用于非引導的人工插入的三種裝置將被分別描述，其中裝置差異主要在它們所使用的液體輸送裝置的實施方式。圖7～圖9和圖10～圖13表示兩個更進一步的實施方式，其中一引導裝置確定液體輸送裝置插入移動的路線。
現在請看圖3，這表示包括圖1和圖2中的液體輸送裝置的一液體輸送適配器的一個簡單實施方式，其中，接觸表面18、釋放表面16和微針12整合作為一細長塊30的部分。連接全部四根微針的液體流動途徑(不可見)通過一個柔軟的液體供給導管31相互連接，導管31有一個連接部分，這里所顯示的是一個luer連接件32。這有助于使用標準液體供給裝置比如注射器、輸液器或加壓貯存器以提供需要輸送的液體。
使用時，塊30較佳的首先與皮膚保持在大約為60°的夾角，輕輕按擠皮膚以便微針的針頭進入皮膚中。盡管這個準備步驟一般不是必要的，它通常增強裝置的運作。然后降低裝置至相對于皮膚一較小的角度，典型的在10度～30度的范圍，并迫使其向前穿越皮膚以便沿皮膚移動一段通常約5mm～約15mm的途徑。該移動同時達到本發明的皮膚變形和微針穿透。然后該裝置通常被固定抵住皮膚比如用外科手術膠帶穿過塊30的細長身體的方式，通過連接luer連接件至一合適的需要輸送的液體源，比如一個注射器或一輸液器，即可使用。應當注意到，采用皮膚的橫向變形以實現微針的穿透，但在液體輸送過程本身，一般沒有必要保持側面變形。
將會注意到，本發明的這個實施例可以和合適選擇的微針尺寸一起使用，可能需要較小的適應，以提供靈活的皮層內的，表皮內的或透皮的液體輸送功能，類似于普遍存在的肝素鎖。
現在請見圖4～圖6，這些表明了一種液體輸送裝置的一種實施方式，在一類似于圖1和圖2中的微針液體輸送裝置34上結合一注射器33。原理上，注射器33可以是一預裝填注射器，作為一種一次性使用的產品的一部分永久固定于裝置34。更佳的，微針液體輸送裝置34可以是用于一皮下注射針的一個標準組件替換物，構造成一系列標準注射器的附加裝置。在此情況下，微針液體輸送裝置34較佳的也可以是一次性使用的產品。
圖4～圖6的注射器實施方式的操作模式本質上類似于圖3的實施方式的操作模式，除了液體輸送通常在插入后立即進行不確保固定裝置到皮膚，就像用注射器注射的正常的做法。
現在請參見圖7～圖9的實施方式，這是圖4的裝置的一個變形，添加了機械插入引導裝置用于引導微針液體輸送結構相對于生物界面的移動。在這種情況下，液體輸送裝置34構造成與一注射器緊密配合，注射器應用時一般垂直于皮膚表面。裝置34設置于一引導外殼36，引導外殼36保持或暫時固定在皮膚表面比如用合適的醫療粘合劑，它與裝置和/或注射器的特征協作確定一個移動路徑用于微針輸送裝置的插入。在這里所闡述的情況下，裝置34具有很多橫向突出(未顯示)，與形成在引導外殼36的對立側壁的一垂直引導槽38及一水平引導槽40配合，從而在裝置34和引導外殼36之間確定一條從圖8的開始位置到圖9的最終位置的相對移動的途徑。盡管裝置34和引導外殼36之間的一個簡單的樞軸配合會提供一相當類似的路徑，垂直引導槽38的使用被認為是有利的，因為它也提供了一個阻止不期望的平行于皮膚表面的退出移動的鎖效應。當液體輸送完成時，注射器傾斜回圖8的位置，從而釋放鎖效應，并允許微針組件退出回到圖8的位置。
現在請見圖10～圖13，這顯示了另一種可選擇的帶有一機械插入引導裝置的微針液體輸送裝置。這里也是，一引導外殼42在微針液體輸送裝置從圖10和圖12所示的初始位置到圖11和圖13所示的最終位置的移動之前保持或暫時固定在皮膚表面。在這種情況下，輸送裝置44軸接在一軸接于外殼42的臂46。從輸送裝置突出的橫向針滑進外殼上對應的槽，以進一步確定移動路徑。這一結構在圖11和圖13中采用的狀態時也提供了一種機械鎖效應。該裝置可改裝用于任何理想類型的液體供給(未顯示)，包括一軟管和luer連接件的附加裝置，直接連接到一個注射器，或增設一個獨立的液體供給貯存器，這對于本領域普通技術人員來說是非常清楚的。
最后請見圖14～圖17D，這說明了根據本發明的教導構建和操作的微針液體輸送裝置的一種可選擇的實施方式。在這種情況下，該裝置具有一獨立的液體供給貯存器以提供一個加壓的液體供給用于通過微針液體輸送裝置進行輸送。
具體地說，在圖17A～圖17D中清楚看到，該裝置包括一個微針液體輸送裝置50，通常相似于圖1和圖2的微針液體輸送裝置，與一圓柱體52液體流通，圓柱體52內有一個彈簧偏轉的活塞54移動著。一閥門56是手動操作的，從一個密封位置(圖17A和圖17B)到一個打開位置(圖17C和17D)，從而允許液體從圓柱體流向液體輸送裝置。
對于裝載液體進入該裝置，較佳的一外部注射器連接到一軟管58末端的一luer連接件上。該軟管沿活塞的軸向提供一管道，在活塞54處導致一單向流量閥。沿軟管注射的液體于是強行通過在活塞處的單向閥以便去注滿活塞另一邊的圓柱體，進而驅動活塞撤消抵靠彈簧的彎曲處從圖17A的位置到圖17B的位置。然后移除外部注射器，裝置即可使用。或者，裝好的裝置可以在這種狀態存放很長一段時間直至需要時。
裝置應用于使用者的皮膚本質上類似于上面參照圖3和圖4～圖6所描述的。可選擇的，也可以提供一個類似于如圖7～圖9或圖10～圖13所示的插入引導裝置。一旦微針液體輸送裝置已配置好，其微針穿透進生物屏障，閥門的調節按鈕是降低的(見圖17C)，液體在彈簧偏轉的活塞產生的輸送壓力下通過液體輸送裝置開始被輸送。然后繼續液體輸送直到圓柱體是空的，如圖17D所示。較佳的，與活塞54連接的彈簧預加負荷以保證有效的輸送壓力直到移動結束。
值得提到的是，上述說明僅僅是作為范例，在附帶的權利要求所限定的本發明的范圍內，許多其他的實施例是可能存在的。
權利要求
1.一種輸送液體進入柔軟生物屏障的方法，該方法包括(a)在一分量平行于該柔軟生物屏障表面的移動中與該柔軟生物屏障接觸移動至少一接觸表面以便在該柔軟生物屏障的伸展部分和非伸展部分之間產生一邊界區；(b)促使至少一空心微針穿透進該柔軟生物屏障，這樣在所述移動結束時，所述至少一空心微針從所述邊界區朝著所述非伸展部分的方向延伸進該柔軟生物屏障；和(c)通過所述至少一空心微針向所述非伸展部分輸送液體。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述移動和所述促使同時進行。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述至少一空心微針與所述接觸表面機械關聯，以便所述移動的結果是所述至少一空心微針穿透進該柔軟生物屏障。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述接觸表面是一材料塊的邊緣，其中所述至少一空心微針設置于所述塊的一面上，所述邊緣為所述面的邊界。
5.如權利要求4所述的方法，其中所述邊緣在所述塊提供的兩基本正交的面之間形成。
6.如權利要求4所述的方法，其中所述邊緣基本上垂直于與該表面平行的所述移動的所述分量。
7.如權利要求4所述的方法，其中在所述移動中所述面在所述邊緣的前面。
8.如權利要求4所述的方法，其中所述至少一空心微針為設置于所述面的一直排多根空心微針，所述直排基本平行所述邊緣延伸。
9.如權利要求4所述的方法，其中所述至少一空心微針具有一高度，并終止于一尖銳針尖，從所述邊緣到在所述面的所述尖銳針尖的垂直突出的距離不大于所述高度。
10.如權利要求1所述的方法，其中所述至少一接觸表面的至少部分是由所述至少一空心微針的一表面提供。
11.如權利要求1所述的方法，其中所述至少一空心微針具有一輸送液體進入該柔軟生物屏障的孔，所述至少一空心微針延伸進該柔軟生物屏障，所述孔以一與該柔軟生物屏障表面的初始平面不大于45度的角度延伸。
12.一種輸送液體進入柔軟生物屏障的方法，該方法包括(a)提供一輸送裝置，包括一接觸區和一釋放區，所述釋放區具有設置于其上的至少一空心微針；(b)使該裝置抵住該生物屏障以便所述接觸區觸及該生物屏障而所述釋放區不觸及該生物屏障；和(c)以一移動分量平行于該生物屏障表面的方式移動該裝置以便機械變形該生物屏障使得該生物屏障與所述釋放區的至少部分接觸，這樣該至少一空心微針穿透進該生物屏障。
13.如權利要求12所述的方法，其中所述接觸區包括一基本平坦的接觸表面，其中所述釋放區包括一基本平坦的釋放表面，在所述接觸表面和所述釋放表面之間形成一個不超過150度的角度。
14.如權利要求13所述的方法，其中在所述接觸表面和所述釋放表面之間形成一個不超過130度的角度。
15.如權利要求13所述的方法，其中所述接觸表面和所述釋放表面基本上正交。
16.如權利要求13所述的方法，其中所述接觸表面和所述釋放表面在一邊緣區接觸。
17.如權利要求13所述的方法，其中所述至少一空心微針具有一孔用于輸送液體進入該柔軟生物屏障，所述孔以相對于所述接觸表面不大于45度的角度延伸。
18.如權利要求13所述的方法，其中所述至少一空心微針具有一高度，并終止于一尖銳針尖，從所述接觸表面的平面到所述尖銳針尖的距離不大于所述高度。
19.如權利要求12所述的方法，其中所述至少一空心微針具有一液體流動孔，與所述微針的面朝下的斜面交叉以確定一面向下的液體釋放孔。
20.如權利要求12所述的方法，其中所述至少一空心微針包括(a)至少一壁，基本垂直豎立于所述釋放區表面，設置所述至少一壁以便確定一從所述釋放區表面上方看為敞開的形狀，所述敞開形狀有一個內藏的區域；和(b)一傾斜表面，傾斜至與所述至少一壁交叉，所述傾斜表面與所述至少一壁的交叉確定至少一刀刃，其中所述敞開形狀朝著所述接觸區敞開。
21.如權利要求12所述的方法，其中所述至少一空心微針具有一小于1mm的高度。
22.如權利要求12所述的方法，其中所述至少一空心微針為一直排多根空心微針。
23.如權利要求12所述的方法，其中進行所述移動裝置以便機械變形生物屏障從而使該生物屏障的一部分高于該生物屏障的初始平面，這樣所述至少一空心微針穿透進該生物屏障的該抬高部分。
24.如權利要求23所述的方法，進一步包括該液體通過所述至少一空心微針被輸送進該生物屏障的該抬高部分。
25.一種輸送液體進入柔軟生物屏障的方法，該方法包括(a)提供一輸送裝置，包括至少一空心微針，從該裝置的一表面突出不超過1mm，所述至少一空心微針具有一確定一流動矢量的液體輸送孔；和(b)機械變形該柔軟生物屏障，促使所述至少一空心微針以流動矢量與柔軟屏障的初始平面形成介于45度和-15度的角度的這樣一種方式穿透柔軟生物屏障。
全文摘要
本發明提供了一種用于輸送液體進入柔軟生物屏障的系統和方法采用一種微針(12)結構，其中插入到生物屏障(14)的微針的最終位置通常是側面突出于輸送結構而不是傳統的向下突出設置。微針突出于一釋放表面(16)，這有別于輸送結構的一主要生物屏障接觸區(18，26)，是典型的向上成角遠離生物屏障。在插入過程中，使接觸區接觸生物屏障，并平行于柔軟生物屏障表面移動以便在一伸長部分(22)和一非伸長部分(24)之間產生一邊界(20)。
文檔編號A61M5/31GK101060870SQ200580039331
公開日2007年10月24日 申請日期2005年5月19日 優先權日2004年11月18日
發明者耶舒舒阿·葉舒倫, 梅厄·黑費齊, 約爾·塞菲, 約塔姆·萊文, 吉拉德·拉維 申請人:納諾帕斯技術有限公司