专利名称：用于药物传送的微针为基础的笔装置和使用该装置的方法
技术领域：
本发明总地涉及物质传送笔装置。尤其，本发明涉及一注射笔装置和结合用于使用者接口的微针系统的方法。本申请要求2001年9月12日提交的、标题为“用于药物传送的微针为基础的笔装置”的美国临时专利申请60/318,913和也是2001年9月12日提交的、标题为“用于药物传送的微针为基础的笔装置”的美国临时专利申请60/318,886的优先权，这两个所述临时申请已被结合在此，以供参考。
背景技术：
目前，有若干笔系统可用于皮下的物质传送。这些笔系统通常使用具有约8毫米长度的31号针，用于将一药物筒的内含物例如胰岛素迅速地和尽可能无痛苦地传送给病人。以前在1999年4月13日递交的美国专利申请系列09/835,243和1999年10月14日递交的系列09/417,671中已叙述了传统的药物传送的附加细节，这些申请的全部内容已被结合在此以供参考。
虽然目前可得到的笔系统利用使病人最舒适的设计，对于一“微针”笔系统存在一针，该系统在减少痛苦和由最小穿刺所引起的对使用者的感觉方面能够提供一内在的优点，该最小穿刺与所使用的极小微针相关联。但是，这微针药物传送系统要求较短的针，通常短于或等于3毫米，以及34或以下号的较小直径。由于为了仅进入深的真皮内的或浅的皮下组织空间所要求的深度限制和倾斜边缘开口，要求这些针的长度和号数。因为与由使用微针所强加的尺寸和容积限制相关联的若干工程限制，所以用于皮下传送的目前笔系统的简单修改是不可能进行的。
因此，需要提供用于结合微针系统作为笔出口，或使用者接口的一系统和方法。由于这造成笔系统的在玻璃试管内的和在体内的功能的显著变化，为了笔装置的有效功能还要求附加的工程要求和使用方法。
发明概要本发明的一目的是提供结合用于使用者相互联系的微针系统的一注射笔装置。
本发明的另一目的是提供具有一充分畅通的流体路径的一注射笔装置，该路径允许一液体或悬浮液从一药物简易于输送到一微针入口，而不要求过大的压力或没有闭塞。
本发明的另一目的是提供具有一生物学接口(biological interface)的一注射笔装置，该接口包括一个或多个空心插管，该插管能穿刺角质层和准确地通入在皮肤内的或皮肤附近内的所需组织深度。
本发明的又一目的是提供具有一生物学接口的一注射笔装置，该接口能够将一所需液体容量传送通过接口的本体，有效地、以对于装置使用者和接受者可顺从的方式准确地进入一特定的目标组织深度，而没有液体从组织流到表面或流到非目标组织的损失。
本发明的又一目的是提供具有一液体传送机构的一注射笔装置，该机构能够提供用于将液体传送到皮肤的或皮肤附近空间所需的高压，承受在将液体传送到目标组织空间中内在的压力和加压，以及易于被使用者驱动传送液体。
本发明的又一目的是提供能够在完成传送的一充分时期内相对于病人的皮肤保持一方位或结构的一注射笔装置。
通过提供用于一物质传送笔装置的一系统和方法基本实现这些和其它目的，该装置包括可拆卸地与一笔体壳体啮合的套筒组件，该壳体包含用于保持要被传送的一物质的一药物筒以及在由一传动装置传动的药物筒的一端处的一不变形的和不可压缩的柱杆。
套筒组件具有适合于一物质的深的真皮内或浅皮下注射的至少一微针以及适合于连接微针和药物筒的一液体通道。传动机构的驱动在与药物筒接触的柱杆上施加压力，引起药物筒的内含物从药物筒通过液体通道和至少一微针流入病人的深的皮肤的和浅的皮下区域。
套筒组件能够包括具有按用途所要求的一根或多根微针的一微针阵列，该组件能够通过例如一有螺纹的装配或一路厄锁定(Luer lock)可拆卸地啮合笔体壳体。套筒组件还能够包括在使用笔装置期间或之前使皮肤张紧的一结构。该张紧结构可以包括许多部分的组合，包括位于套筒组件的皮肤接触表面上的皮肤张紧环和深度限制柱。套筒组件还包括一结构，例如一后端针，用于穿刺药物筒的隔壁，以及当由柱杆驱动时接纳内含量。柱杆可以是，例如，与所采用的驱动器啮合的一杆或圆螺杆传动装置，用于通过一直线螺杆传动装置、一棘轮装置、一弹簧、空气压力或其它机械装置在柱杆上施加压力。
附图简述当结合附图阅读以下详细叙述时，将较容易地理解本发明的这些和其它目的、优点和新颖特征。
图1A是示出按照本发明的一实施例的一单根微针套筒组件(singlemicroneedle hub assembly)的一例子的一立体图；图1A是示出图1A的一单根微针套筒组件的一例子的一侧剖视图；图2A是示出按照本发明的一实施例的一多根微针套筒组件(multiplemicroneedle hub assembly)的一例子的一立体图；图2B是示出图2A的一多根微针套筒组件的一例子的一第一俯剖视图；图2C是示出图2A的一多根微针套筒组件的一例子的一第二俯剖视图；图2D是示出图2A的一多根微针套筒组件的一例子的一侧剖视图；图3A是图1的单根微针套筒组件的一俯视图；图3B是图2的多根微针套筒组件的一俯视图；图4是示出按照本发明的一实施例的一物质传送笔的带局部剖视的一侧视图；图5A是示出按照本发明的一第二实施例的一物质传送笔的一视图；图5B是示出图5A的一物质传送笔的一仰视图；图6A是示出在没有一皮肤张紧部分处使用物质传送笔的带局部剖视的一侧视图；图6B是示出在有图1A的一皮肤张紧部分处使用物质传送笔的、带局部剖视的一侧视图；图6C是示出在有图1A的皮肤张紧部分处使用完整的物质传送笔的、带局部剖视的一侧视图。
在诸附图中，相同的标号涉及相同的结构。
最佳实施例的详细说明对于笔传送装置，能够结合多种微针系统，以起到药物出口和与病人或最终使用者的生物学接合的两功能。在以下所述的本发明的实施例中，微装置笔装置(microdevice pen device)包括一单根或多根针阵列笔针头(pen needle head)，或套筒组件，它用作为一单个螺纹拧上连接，适合于多种目前制造的笔装置。
实施例还结合一柱和环结构，在该结构中套筒组件的各插管从一零件，例如一柱突出，并被一凹部包围，以及然后被一附加的部分，或相对该内柱有一高度的环周围定界。这结构有助于皮肤张紧，限制针的穿刺，以及允许用于在注射期间形成真皮内的起疱或疹块。
实施例还包括一改进的药物筒，该药物筒通过使用聚四氟乙烯或PTFE止动件，使弹性体压缩降至最小。实施例包括一改进的驱动机构，该机构进一步减少弹性体压缩，提高对机械的优越性、精度和每个单位增量的感觉，以及产生剂量终止锁定能力。另一些实施例使用改进的驱动或加压机构。
图1A示出了按照本发明的一实施例的一示范性的套筒组件10的一立体图。为了以下讨论，将参照图1A-1B、2A-2D和3A-3B，以及如果需要，将注意一特定附图。图1A和1B示出了按照本发明的一实施例的一单根微针套筒组件的一例子。图1A是一立体图，图1B是该套筒组件的一侧剖视图。图2A-2D是示出按照本发明的一实施例的多根微针套筒组件的一例子的视图。图2A是立体图，图2B是一第一俯剖视图，图2C是一第二俯剖视图和图2D是多根微针套筒组件的一侧剖视图。图3A和3B是示出一单根和一多根微针套筒组件的俯视图。
图1A是示出一单根微针套筒组件10的一视图。在图1A的组件中，该套筒组件包括在一平的病人接触表面26(或前端)与一圆筒形畅开端30(或后端)之间延伸的一圆筒形壳体24，该畅开端用于啮合一笔装置。该套筒组件包括一后端件22，例如一针，以及在针套筒壳体24上、一啮合孔30内的安装螺纹28。虽然在图1A的组件10内示出了安装螺纹，其它实施例可以使用可替换的啮合机构，例如一路厄锁定结构。接触表面26包括突出超过一深度限制柱(depth limiting post)和从接触表面26延伸的支承套筒16的一单根微针14。微针14通过容纳在形成一粘结剂槽的一凹槽内的一粘结剂18牢固地被保持在深度限制柱和支承套筒16内。虽然在图1A中示出了一粘结槽，但是可以制造套筒组件本体，其中由接触表面26材料(contact surface 26 material)将微针14保持在适当位置。
如图3A所示，一升起的皮肤张紧部分或环12位于接触表面周边的周围。张紧部分12在接触表面26之上延伸至为限制柱和支承套筒16的某个比例的一高度，允许围绕微针14张紧皮肤。虽然图1A所示的实例示出了张紧环(tensioningring)12和限制柱和支承套筒16具有相同高度，但另一些实施例可以具有为有效张紧皮肤所要求的不同高度的张紧环、限制柱和支承套筒。
微针14可以包括任何数量的针号、长度和结构，但是通常使用大于或等于30号的针(外径小于或等于0.012英寸和内径0.004英寸的额定尺寸规格)。微针长度根据用途较佳地在约0.3毫米与约5.0毫米之间。例如，对于真皮内传送使用在约0.3和约2.0毫米的长度，以及对于浅皮下传送使用约2.0和约5.0毫米之间的长度。由于生物学变量这些值可以轻微重叠，从而对于浅皮下传送可以使用略短于2.0毫米的微针长度，以及对于真皮内的传送可以使用略大于2.0毫米的微针长度。微针可以包括许多材料，例如不锈钢、硅或硅化合物、聚合物或塑料。或者，一微针笔能够使用带有适当长度和倾斜特性的大号插管，以仍然保持对真皮空间的准确液体安装，而没有对皮肤表面的某一地方的沉积。
如图1B所示，微针14位于粘合剂槽18内和在位于接触表面26之上的微针的暴露端与靠近通常是例如一31号针的一较大针的一后端件22的一暴露端的一内孔32之间的一畅通的流动通道。在使用中，如图1A和2A所示的笔针套筒组件结合有接触在笔装置壳体内的药物筒(drug cartridge)的一后端针。要求后端针22穿刺药物筒和在药物筒与病人接触表面之间产生带有最小液体流动阻力的一流动通道。药物筒通常包括用于与后端针接触的一隔壁密封以及在相对端的一止动件。药物筒能够被构造成提供多剂量或单剂量药剂，或物质流动，以及能够是一单构件药物筒(即密封的弹性管或针剂瓶)或一多构件药物筒(即用于不同部分的在现场的再组成，或用于不同药物的单独容装)。在药物筒中能够使用多种药物配方，例如含水液体或溶剂、微粒或胶体状悬浮体、乳液、凝胶、乳剂、糊剂、干固体等。这些多种药物能够包括肽、蛋白质、小有机和无机分子、核酸或疫苗。
笔装置的适当操作要求图1A中的套筒组件10的后端针22充分坚强，足以穿透药物筒的弹性隔壁，而不会弯曲或偏转。后端针22还必须包括一充分的内径，以允许在穿透药物筒之后有较好的体积流。但是，一长的34号针的简单代替物，如在图1A所示的实施例的微针14的一延伸部分将较大可能地造成在使用期间后端针22的弯曲。与目前29-31号针比较时，后端针的这弯曲会由于针的缩小的截面模量而缩小流动通道。并且，由于针中的流动阻力正比于插管长度和半径四次方，用作为前端和后端针的一长的34号针会产生从笔体到真皮内的空间的一物质流动的背压和阻力。
因此，图1A和2A所示的组件10和40的实施例包括一较大直径的后端针，通常号数≥31，用于穿刺药物筒。例如，后端针或后端针的穿刺部分(在此使用一单根较小直径的针)可以是29、30或31号。在图1A中，较大的穿刺针22增加了机械强度和降低了在药物筒与将物质传送到真皮内空间的微针14之间的流动阻力。用于后端针22的较大的插管起到通过内部孔32将流体流引入和通过微针14的通路的作用。虽然一插管被示为图1的组件10内的后端针22和图2的针42，但是其它实施例可以包括一壳体24的修改形式，它有一模制的或形成的塑料管，代替用于穿刺一药物筒的橡胶隔壁的充分坚固的插管。使用一管子代替一插管从制造和安全观点来说具有某些好处。或者微针14和后端针22能够结合成为一单个有锥度的或直径缩小(例如颈缩)的针，这样消除了空间32。这样的一针将具有充分的药物筒穿刺强度和液体流量以及还提供有效的微针瞄准。
在图1A和2A中，笔针系统的前端必须具有使用在玻璃试管内、用于检查流动准确性和起动时，和使用在体内、用于准确的药物剂量时充分地允许液体流动的能力。如以上所述，在针内的流动阻力正比于插管长度和半径的四次方。在前端处具有1毫米暴露长度的一单根3号针14能够显著地增加排出胰岛素或其它药物的5-25单位(U)的某一物质剂量(等于液体的50-250微升)所要求的时间。但是，代替单根微针14的一微针阵列，例如三根各带有一毫米暴露长度(如图2A所示)的34号针的一阵列，当在克服大气压力传送时，它具有如现有皮下系统的一类似的剂量持续时间(dosing time duration)。通过注意到三根34号针的横剖面积几乎等于一单根31号备用针的横剖面积，就说明了微针阵列的性能。
当将一微针系统用于在体内传送，例如传送到一真皮内的空间时，由于流入具有一有限膨胀性的一基本密封或封闭空间的液体容积的注入速率，遇到一显著的背压。即使是物质的真皮内传送，例如与使用在皮下系统的能够大到500微升或以上的容积相比药物包含非常小的液体容积，例如100微升也是这样。背压的数值也正比于注入速率以及容积。在传送一物质到达皮下空间时，通常不遇到这压力强度，皮下空间通常被认为是可高度压缩的或会膨胀的组织，并带有注入液体容积的相当高的极限值。通过使用一多孔前端套筒组件，如图2A和3B所示，减少了通过该针阵列中的各微针传送的相对传送速率和容积，在体内剂量过程方面有了一种改进。
如前面所指出，在相对于皮下传送所要求的压力和时间要求一较高压强和一延长的传送时期的某些应用中，通过如图1A和3A中所示的一单根34号微针的真皮内的传送可能是困难的。在通过一多针的体内传送中，微阵列(microarray)要求用于排出一剂量的显著较小的压力，以及是更加迅速。因此，在图2A中所示的本发明的另一实施例使用具有与以上用于图1A所述的基本相同的两根或多根微针的一多针前端套筒组件。也能够考虑减小用于传送到真皮内空间的压差的其它方面。
图2A是示出一多微针套筒组件40的一例子的一视图。在图2的组件中，套筒组件包括在一平的病人接触表面60与为啮合一笔装置所提供一畅开端62之间延伸的一圆筒形壳体44，这壳体基本如对于图1A所述的那样。接触表面60包括三根微针50a、50b和50c，各根针超过分别围绕各微针的各个深度限制柱和支承套筒52a、52b和52c突出约1毫米。各微针50通过基本如以上对于图1A中的微针14所述的一粘合剂槽56a、56b和56c被保持在适当位置。如图2B所示，形成了一多孔流动通道58，该通道允许在诸微针50与基本如对于图1B的内孔32所述的后端针42之间液体连通。
以下将详细讨论的一皮肤张紧部分或环54位于表面60的周边的周围和围绕各限制柱和支承套筒52，如图3B所示。张紧环54延伸在接触表面60之上，到达与限制柱和支承套筒50成比例的一高度，允许各微针50周围的皮肤张紧。虽然图2A所示的实施例示出了具有相同高度的张紧环54和限制柱和支承套筒52，但是其它实施例可以具有按有效皮肤张紧所要求的不等高度的诸张紧环、限制柱和支承套筒。
如前面所述，由于注射速率和液体容积移动进入一基本密封或封闭空间，在药物移动期间遇到一显著的背压。在本发明的另一实施例中，通过使用图1A和2A中的不同长度的微针能够进一步减小这些压差。例如在0.3和0.5毫米之间的较短针能够进入在真皮与表皮之间的组织平面，一旦液体注入，真皮和表面能够实际分开，以提供一较大的可用的液体容积空间和因此就下降了背压。但是这会具有负面效应，例如难于维持组织界面、过多的泄漏、或能够导致组织损失、造成表皮坏死。例如，1.0毫米长度的34号针系统准确地瞄准真皮，但在限制膨胀性的一组织深度处。以前已揭示用于药物传送的药物运动学和药物动力学的利益和变化。例如在1.7和5.0毫米之间的那些稍许较长的针瞄准一较深的组织空间、靠近皮下的结合处，以及在此称为浅的皮下空间。由于这空间接近在真皮与真正皮下空间之间一组织平面，这使液体在诸组织平面之间较好扩散，这样造成较低的组织背压。但是，这较深的传送在组织压力上和也在药物吸收和分布的药物运动学和动力学上的相关效果较真正的传统传送是可能稍许较差些的。因此，图1A和2A的实施例包含在约0.3至约5.0毫米之间的针长度。具有在约0.75和约1.7毫米之间的针长度的实施例保证真皮内的传送，具有在约1.7毫米和约5.0毫米之间的微针长度的实施例保证传送到浅的皮下区域。
针技术规格之外的附加特性能够有助于提供笔微针的适当的和有效的穿刺。图1A和2A所示的实施例使用皮肤张紧部分，例如在阵列表面上的一柱和环结构，这允许张紧皮肤和防止与真皮内液体注射所产生的疹块相干扰。这用于增加皮肤张紧，以帮助插入和使在液体注射的直接位置上的压力降至最小。图3A和3B更加详细地示出了用于图1A和2A的套筒组件的皮肤张紧的方面。
图3A是示出图1A所示的一单根微针套筒组件的一例子的一俯视图，以及图3B是示出图2A所示的一多根微针套筒组件的一例子的一俯视图，各视图示出了套筒表面的皮肤张紧部分。在图3A和3B中，套筒组件包括相对于升起的皮肤张紧部分是凹入的一基本平表面。
在图3A所示的单根针实施例中，微针14被起到用于微针结构的一支承作用的一深度限制柱16包围。在微针套筒的周边周围定位了一圆周张紧环12。能够改变高度限制柱16和张紧环12的相对高度，以得到所需的张紧和深度特性，但通常是相同高度。
以类似于图3A的方式形成了图3B所示的图2A的套筒组件的俯视图。如在图3A的单根针实施例中的那样，图3B的各微针50也起到用于微针的一支承作用的一深度限制柱52所包围。在套筒和各微针的周边周围定位一皮肤张紧环54。相对于套筒的平表面60升起诸深度限制柱52和皮肤张紧环54。如图3B所示，在多针阵列实施例中张紧环54还可以包括起到与用于微针插入的张紧表面一致作用的一系列结构部分。同样，能够改变深度限制柱和张紧环的相对高度，以得到所需的张紧和深度特性。
结合图6A-6C进一步解释图3A的皮肤张紧部分。图6A是示出没有一皮肤张紧部分的物质传送笔的使用的、带局部剖视的一侧视图。图6B和6C是示出有图1A的皮肤张紧部分的物质传送笔的使用的、带局部剖视的一侧视图。
在图6B中，当套筒组件10与一病人表面92例如皮肤接触时，就在微针14穿刺之前开始使皮肤变形之后皮肤张紧环12接触该表面。如图6C进一步所示，环12使该表面的变形最小，以使微针穿刺精度更高。皮肤表面92接触限制插入深度柱16。如图6A所示，没有一张紧部分的微针插入造成表面92产生较大变形，使微针插入较差和组织深度瞄准不准确。
可以结合有皮肤张紧的其它方法，作为对上述的环和柱系统的一替代。皮肤张紧的这些方法可以包括对注射部位瞬时地施加一短暂的初始真空、手工地或自动地拉或延伸皮肤或使用一机械地受控的迅速插入。例如，射击插入器造成皮肤的短暂的惯性的加固，降低了有效的弹性。可以单个地或组合地或与本领域的熟练人员已知的其它技术一起使用这些机构。
图4是示出使用如图2A-2D和3B所示的一多针套筒组件的一药物传送笔装置80的一例子的一视图。图4是带局部剖视的一侧视图，它示出按照本发明的一实施例的一物质传送笔；图5A和5B是示出一第二实施例的视图，其中病人接触表面处于相对该装置中心线为一较小角度的方向。
如图4所示，一阵列微针50结合在与一笔装置本体66可拆地啮合的一套筒组件44内。如以上所述，使用在套筒组件44上的螺纹连接48能够实现这啮合，该螺纹连接适合于与位于笔装置本体66上的螺纹连接相配合，但是，这仅是在套筒组件与笔装置本体之间的一啮合装置的一例子。
图4示出了具有三根微针的一阵列的一实施例，但是，如图1A所示，也能够使用一单根微针。在另一实施例中，按具体应用所要求的那样，可以使用包括2、4或更多微针的一套筒组件。在每个情况下，一液体通道58与诸微针50连续和被包含在微针套筒组件44内。一套管刺入件或在这例子中的后端针42被容纳在微针套筒组件44内、啮合孔中。
在使用时，一药物筒68位于传送笔装置80内和内含将被分配的一物质。在与隔壁64相对的药物筒的端部，一药物筒止动件70与一柱杆72联系、可滑动地接合在笔本体66内和由一已知型式的传动机构73传动。在套筒组件44与笔本体66啮合时，后端针42刺入药物筒隔壁64。通过一外部用户接口74驱动传动机构73，然后它使柱杆在止动件70上施加一力。这力使止动件70在药物筒68内移动，迫使药物筒的内含物移向后端针42的暴露端，进入液体通道58和通过诸微针50流出。
由于在体内用于传送到真皮内空间的生物机理要求显著地不同于用于传送到皮下空间的该要求，因此必须考虑笔传送系统的物理的和机械的组成部分和机构，以保证有效的剂量传送。更小液体容积的真皮内注射产生的极高背压决定了笔结构自身的特定修改。
尤其，具有弹性压缩可能性的系统和构件不适合于图4和5的微针笔系统。如图4所示，包括一橡皮止动件70的药物筒68会造成在从生物学系统取出之后从诸笔针50滴下的不可忽略的液体容积。这表明了在使用期间药物筒68的橡胶止动件70的弹性压缩。在与本体和高压气泡联通时，橡胶止动件70可以被压缩。一旦离开本体和伴随的背压消失，止动件70相对于大气的较低压力而松驰和排出附加的液体内含物。在图4所示的实施例中，通过使用由聚合系统，例如聚四氟乙烯、尼龙、其它硬塑料或具有较小可压缩性的其它材料备制的一止动件70消除了这后果。药物筒68的这个或其它修改对于减少构件的可压缩性和在液体台座上的液体压力作用下药物筒壁中的弯曲都是重要的。降低可压缩性的另外的其它修改包括改变隔壁材料、药物筒壁和套管材料。
随着对于较大的药瓶或药物筒的单位面积的作用力被降低了，如以上所述，对于微针笔系统一最小的药物筒的横截面面积是较佳的。微针笔实施例通常使用1.5毫升胰岛素型药物筒，而不是使用用于其它用途的3.0毫升型。通过提供一通常具有比较大直径药物筒较长的一长度的较小直径的剂量药物筒对于真皮内的系统的一单位测量笔是有利的。由于缩小了药物筒横剖面面积和以与小容积微升注射器类似的一方式使准确地容量定量，这改进了在液体台座上的压力大小。因此，图1A、2A、4和5的诸实施例使用带单位面积较大力的一药物筒，较佳地通过一较小直径孔，带有适应于容积的延伸的长度。
此外，将笔装置80的柱杆72由一不可变形的和不可压缩的材料构成。该材料有充分的弹性以将一适当力从传动装置传送到止动件70，但是，该柱杆72将不弯曲、不会沿着它的轴线被压缩，不会导致在该笔的操作所要求的压力下“缩短”。此外，与止动件70相连的柱杆72的端部在操作期间在止动件上施加一基本均匀的力，以及防止围绕止动件或柱杆的侧面从药物筒泄漏。适合这些要求的适当材料包括聚合材料，以及例如不锈钢的金属材料。另外的笔构件材料包括金属、塑料、陶瓷等。
提高压力的后果还转移到在大多数目前的笔装置中也是由聚合物构件构成的笔传动机构73的本体和机械构件。为了有效的传送，传动机构的构件必须具有足够的强度，用于将这些力转移到药物容器，以及还用于承受朝后被转移的力，防止泄漏、误作用或其它失误。因此，在传动机构73中也必须选择适当的材料。通常笔传动机构73包括圆形传动螺杆、直线传动螺杆、棘轮传动装置和储存的动能，例如机械弹簧或空气压力。
在图4所示的实施例中，如以上所述，使用一较坚硬止运动件70以减少在使用于玻璃试管内相对于大气压系统64“流涎”的趋势。但是，在体内使用期间，笔系统在接近传送终了时会“锁住”和不能使从药物筒68排出物质用的传动机构完全前进。在这情况下，在装置80脱离与病人的接触之后，然后可以完全压下柱杆72，用于压出其余的1-2U(10-20微升容积)。这再次反映了弹性零件的压缩的潜力和对带有很可靠的掣子的一更加线性的传动机构的需求。当使用微针套筒组件时，带有线性的或直接驱动器的传动机构时比回转驱动器性能更好，但是线性驱动器能够较难于压出。但是，一旦在剂量的终了时被锁住，这些驱动器易于保持在适当位置。也可使用不用使用者的力而是使用储存的能量传动的传动机构，这样就提供了更加简便的使用。使用包括一棘轮传动机构的传动机构能够获得优化的效果，该棘轮传动机构在各剂量的增量时可靠锁定，并在剂量终了时锁定。
如以上所述，本发明的实施例能够结合带有全部零件的(单个或结合在一起)最小的弹性顺从性的一传动机构。其它实施例能够结合具有在各剂量的增量时很好限定的挡头、台阶或棘轮的传动机构，以保证剂量准确。这些挡头能通过将驱动器“锁定”在一前进的位置中而易于使用，这对于剂量的终了发信号尤其重要。另外，其它一些实施例使用在由大姆指压力驱动时提供一显著机械优点的一线性的或其它的传动力，或由使用者产生的其它力。附加的实施例可以使用能够被驱动和忽略的一机械力，例如一弹簧，它具有一可读的标尺，用于对剂量的终了发信号。
用于具有储存多个剂量的药物筒的实施例，还能够在图4的装置80中结合有一单位剂量计数器76。同样，还能够包含给予使用者调节剂量大小的能力的一机构78。例如，在某些条件下，可以需要控制一特定药物的多单位剂量。它的一个例子是糖尿病，需要根据一病人的葡萄糖浓度控制胰岛素的可变化的数量。在这些实施例中，能够在装置80内结合一在用于计量剂量的机构78上的刻度盘。
对于最新制造的笔螺杆传动系统，在该笔的顶端施加一实际力，用于传动一前进螺杆。在使用期间这增加了在该装置上推下的趋势。可以用许多方法实现减小向下力。消除过大的向下力的一方案是使用一使用者驱动的机械装置，以排出液体内含物。另一个方案使用一修改的病人接触表面角。
在本发明的一实施例中，一使用者驱动的机械传动装置释放储存的势能，该势能在驱动之前、在一单独的步骤中产生在该笔机构中，例如使用一机械弹簧驱动液体流动。当使用在玻璃试管内时，在该装置中的小力弹簧能够有效地传送液体通过单针或多针微阵列。其它机械装置包括机械地、化学地或机电地产生的空气压力。还能够使用具有有效的力幅值的机械传动系统，例如改变用于实际地被施加的压力的圆柱齿轮传动的传动比。
如以上所述，直接在液体注射产生的压力是只对在微针笔装置的设计和制造中必须考虑的微针传送系统才有的另一个问题。当对直接在真皮内注射位置之上或周围的组织加压时，提高了已经较高的组织压力。这会导致在组织内、在现场、用针操纵期间沿着微针路线的泄漏，或操纵后沿组织线路的泄漏。在笔为基础的系统中，由于使用者试图保持该装置相对皮肤的一垂直方向保持微针在组织内的亲密接触，以及在笔的螺杆传动装置上施加一向下的力，以推出液体或药物，这后果被进一步加大了。通过图1A、2A、3A和3B的柱和环部分(减小了在组织加压方向的笔表面的面积)可以减少或消除这后果。
通过相对于笔装置的轴线倾斜笔头的病人接触表面，并带有0-90度的一偏差范围，能够实现附加地减小由于过大压力所产生的负面效应。这减少了对于组织表面的太牢固的加压趋势，因此减小了组织压力。图5A和5B示出了本发明的一实施例的一例子，其中微针套筒组件的接触表面不再垂直于笔装置的中心轴线。
图5A示出了按照本发明的药物传送笔的另一实施例，它具有诸微针相对于笔体的一角度。包括药物筒68和药物筒隔壁和盖子64的笔体66基本上如以上用于图4所述。因此，没有对药物传送笔自身进行修改，但仅修改了微针套筒组件壳体，实现了这实施例的优越性。
在图5A的套筒组件82中，该组件包括在一倾斜的病人接触表面86与示出与基本如图4所示的一笔装置相啮合的一畅开端之间延伸的一圆柱体84。接触表面86包括三根微针50a、50b和50c，每根针突出分别围绕各微针的单个深度限制柱和支承套筒通过一粘结剂槽将各微针50保持在适当位置，以及形成有一多孔流动通道58，它允许在诸微针50与基本上如以上所述的后端针42之间液体连通。病人接触表面相对于笔装置的轴线的倾斜减小了太牢固地压靠于组织表面的趋势，同时驱动该装置，用于有效地减小组织压力。图5B示出了在图5A的病人接触表面86上诸微针的方位。虽然在图5B中诸微针50a、50b和50c示为沿着病人接触表面86以一直线方向布置，但其它实施例能够包括可替换的微针方位。例如，也能够使用如图3B所示的微针方位。
以上讨论的用于有效地将药物传送到表皮内的、真皮内的或浅的皮下(下皮)空间的一微针为基础的笔系统的诸实施例包括例如一充分畅通的液体通道的诸特征，该通道使从药物筒容器易于输送液体或悬浮体到达微针入口，而不要求过大的压力或没有阻塞。还包括由一个或多个空心的插管组成的一生物学接口，它能够穿刺角质层，并准确地通入皮肤内的所需的组织深度，以及将一所需的液体容积从接口的本体准确地、有效地、以对该装置使用者和接受者可顺从的一方式传送进入特定的或目标的组织空间，而没有液体漏出组织到达表面或非目标组织。
其它特征包括一液体传动机构，该机构能够克服用于将液体传送到皮肤的空间或接近皮肤的空间而固有的高压。提供了一传动机构、诸零件和组装过程，它们能够承受附加的实际力，例如在将液体传送到目标组织空间中固有的压力和压缩力。将该传动机构被构造成为易于由使用者驱动，用于将液体传送到目标组织空间，还能将该机构保持在一方位或被构造成保持一充分长的时间，用于完成传送。以上所述的传送笔系统用于减少由于注射产生的痛苦，提供较好地通入到所需的组织空间，和提供较好地或有利地改变的药物运动学或药物动力学。
虽然已详细叙述了本发明的少数几个示范性实施例，本领域的那些熟练人员将易于理解在不实质地偏离本发明的新颖技术和优点的情况下在该示范性实施例中可以作出许多修改。因此，所有这些修改都将被包含在由以下权利要求书所规定的本发明的范围内。
权利要求
1.一种微针传送装置包括一套筒壳体，它具有一近端和带有一皮肤接触表面的一远端，所述近端具有用于将所述装置可拆开地连接于供应容器的一连接部分，供应容器包含了将传送给一病人的一物质；位于所述壳体的所述近端的一穿刺件，该针具有足以穿刺所述供应容器的一长度和将所述物质连通至一微针；以及所述微针连接于所述皮肤接触表面和从该表面延伸，以及具有足以穿刺一病人的皮肤、到达一所选深度的一长度，用于将所述物质连通到所述选择的深度。
2.如权利要求1所要求的微针传送装置，其特征在于还包括从所述皮肤接触表面延伸的一深度限制部分，用于限制所述微针刺入所述皮肤的一深度。
3.如权利要求2所要求的微针传送装置，其特征在于所述深度限制部分包括具有一轴向尺寸和一外表面的一柱，其中，所述微针从所述外表面沿轴向延伸。
4.如权利要求2所要求的微针传送装置，其特征在于所述深度限制柱具有在所述病人接触表面之上的一高度和充分允许所述微针的基本完全穿刺的一宽度。
5.如权利要求1所要求的微针传送装置，其特征在于所述皮肤接触表面还包括用于在所述微针刺入所述皮肤期间张紧所述皮肤的至少一个张紧部分。
6.如权利要求5所要求的微针传送装置，其特征在于所述张紧部分包括从所述皮肤接触表面延伸的和同中心地围绕所述微针的一凸边。
7.如权利要求5所要求的微针传送装置，其特征在于所述张紧部分从所述皮肤接触表面延伸小于或等于所述深度限制柱的所述高度的一高度。
8.如权利要求1所要求的微针传送装置，其特征在于所述装置还适合允许所述供应容器的所述物质从所述供应容器以基本等于通过一单根31号针传送的一速率传送到所选深度。
9.如权利要求1所要求的微针传送装置，其特征在于所述远端包括形成所述连接部分的一啮合孔。
10.如权利要求1所要求的微针传送装置，其特征在于从一螺纹配合、一路厄配合和一揿扣配合组成的配合组中选择所述连接部分。
11.如权利要求1所要求的微针传送装置，其特征在于相对于所述套筒组件的中心线倾斜90度或以下的一角度形成所述皮肤接触表面。
12.如权利要求1所要求的微针传送装置，其特征在于由从不锈钢、硅、硅化合物和塑料组成的材料组中选择的一材料制成所述穿刺件。
13.如权利要求1所要求的微针传送装置，其特征在于所述穿刺件包括一针。
14.如权利要求1所要求的微针传送装置，其特征在于所述穿刺件包括一根31号针。
15.如权利要求1所要求的微针传送装置，其特征在于由从不锈钢、硅、硅化合物和塑料组成的一材料组中选择的一材料制成所述微针。
16.如权利要求1所要求的微针传送装置，其特征在于所述微针包括至少30号的一微针。
17.如权利要求1所要求的微针传送装置，其特征在于所述微针包括至少31号的一微针。
18.如权利要求1所要求的微针传送装置，其特征在于所述微针包括至少34号的一微针。
19.如权利要求1所要求的微针传送装置，其特征在于所述微针包括一第一和第二端，所述第一端具有比所述第二端较小的规格，所述第二端包括所述穿刺部分。
20.如权利要求1所要求的微针传送装置，其特征在于所述微针具有在约0.3毫米和约5.0毫米之间的一暴露长度。
21.如权利要求1所要求的微针传送装置，其特征在于所述微针具有一在约0.3毫米和约2.0毫米之间的暴露长度，用于通入真皮内组织空间。
22.如权利要求1所要求的微针传送装置，其特征在于所述微针具有一在约0.75毫米和约1.70毫米之间的暴露长度，用于通入真皮内组织空间。
23.如权利要求1所要求的微针传送装置，其特征在于所述微针具有一在约2.0毫米和约5.0毫米之间的暴露长度，用于通入浅皮下组织空间。
24.如权利要求1所要求的微针传送装置，其特征在于所述微针具有一在约1.7毫米和约5.0毫米之间的暴露长度，用于通入浅下组织空间。
25.如权利要求1所要求的微针传送装置，其特征在于所述微针具有一在约1.7毫米和约3.0毫米之间的暴露长度，用于通入浅皮下组织空间。
26.如权利要求1所要求的微针传送装置，其特征在于所述装置包括从所述皮肤接触表面延伸的多根所述微针。
27.如权利要求1所要求的微针传送装置，其特征在于所述装置包括从所述皮肤接触表面延伸的多个所述深度限制部分。
28.如权利要求1所要求的微针传送装置，其特征在于所述装置包括从所述皮肤接触表面延伸的多个所述皮肤张紧部分。
29.一种物质传送装置，它包括一供应壳体，它具有一出口；一在所述供应壳体内的药物筒，它包含一物质并具有一在一第一端的隔壁和一在一第二端的止动件，以密封一药物筒，所述止动件被定位成啮合一柱杆；一套筒壳体，它具有一近端和一远端，所述远端具有一皮肤接触表面和从所述皮肤接触表面延伸的至少一根微针，所述近端可拆卸地连接于所述供应壳体的所述出口并具有被定向为穿刺所述隔壁的一穿刺件，所述至少一微针具有适合于所述物质的真皮内或浅皮下传送的一长度，所述微针与所述穿刺件液体连通，用于从所述药物筒接纳物质；以及位于所述供应壳体内的一传动机构，它用于朝所述隔壁移动柱杆和所述止动件，用于将所述物质从所述药物筒通过所述穿刺件分配到所述至少一微针，以将所述物质分配至一病人。
30.如权利要求29所要求的物质传送装置，其特征在于所述病人接触表面还包括一深度限制柱，用于支承所述微针和限制所述微针插入的一深度，所述柱围绕所述微针形成和延伸在所述病人接触表面之上。
31.如权利要求30所要求的物质传送装置，其特征在于所述深度限制柱包括一轴向尺寸和一外表面，其中所述微针从所述外表面沿轴向延伸。
32.如权利要求30所要求的物质传送装置，其特征在于所述深度限制柱具有在所述病人接触表面之上的一高度和充分地允许所述微针的基本完全穿刺的一宽度。
33.如权利要求29所要求的物质传送装置，其特征在于所述病人接触表面还包括一张紧环，用于在所述微针插入期间张紧病人皮肤，所述环包括从所述病人接触表面突出的和同中心地围绕所述微针的一凸边。
34.如权利要求33所要求的物质传送装置，其特征在于所述张紧环从所述接触表面延伸到小于或等于所述深度限制柱的所述高度的一高度。
35.如权利要求29所要求的物质传送装置，其特征在于所述啮合孔包括一机械连接结构，用于牢固地啮合所述笔本体壳体，所述啮合使所述穿刺件接触所述药物筒的所述内含物和允许所述内含物通过所述液体传送通道连通到所述微针。
36.如权利要求35所要求的物质传送装置，其特征在于从由一螺纹配合、一路厄配合和一揿扣配合组成的配合组中选择所述机械连接。
37.如权利要求29所要求的物质传送装置，其特征在于所述装置适合于允许所述内含物以基本等于通过一单根31号针传送的一速率从所述药物筒传送到所述病人。
38.如权利要求29所要求的物质传送装置，其特征在于所述病人接触表面相对于所述药物传送笔的中心线倾斜90度或更小的一角度。
39.如权利要求29所要求的物质传送装置，其特征在于由从不锈钢、硅、硅化合物和塑料组成的一材料组中选择的一材料制成所述穿刺件。
40.如权利要求29所要求的物质传送装置，其特征在于所述穿刺件包括一针。
41.如权利要求29所要求的物质传送装置，其特征在于所述空刺件包括一31号针。
42.如权利要求29所要求的物质传送装置，其特征在于由从不锈钢、硅、硅化合物和塑料组成的材料组中选择的一材料制成所述微针。
43.如权利要求29所要求的物质传送装置，其特征在于所述微针包括一至少30号的微针。
44.如权利要求29所要求的物质传送装置，其特征在于所述微针包括一至少31号的微针。
45.如权利要求29所要求的物质传送装置，其特征在于所述微针包括一至少34号的微针。
46.如权利要求29所要求的物质传送装置，其特征在于所述微针包括一第一和第二端，所述第一端具有比所述第二端较小的规格和所述第二端包括所述穿刺部分。
47.如权利要求29所要求的物质传送装置，其特征在于所述微针具有一在约0.3毫米和约5.0毫米之间的暴露长度。
48.如权利要求29所要求的物质传送装置，其特征在于所述微针具有一在约0.3毫米和约2.0毫米之间的暴露长度，用于通入真皮内组织空间。
49.如权利要求29所要求的物质传送装置，其特征在于所述微针具有一在约0.75毫米和约1.70毫米之间的暴露长度，用于通入真皮内组织空间。
50.如权利要求29所要求的物质传送装置，其特征在于所述微针具有一在约2.0毫米和约5.0毫米之间的暴露长度，用于通入浅皮下组织空间。
51.如权利要求29所要求的物质传送装置，其特征在于所述微针具有一在约1.7毫米和约5.0毫米之间的暴露长度，用于通入浅皮下组织空间。
52.如权利要求29所要求的物质传送装置，其特征在于所述微针具有一在约1.7毫米和约3.0毫米之间的暴露长度，用于通入浅皮下组织空间。
53.如权利要求29所要求的物质传送装置，其特征在于由在传送所述物质到病人的使用中基本不可压缩的一材料制成所述止动件。
54.如权利要求29所要求的物质传送装置，其特征在于由在传送所述物质到病人的使用中基本不可压缩的一材料制成所述柱杆。
55.如权利要求29所要求的物质传送装置，其特征在于由在传送所述物质到病人的使用中基本不可压缩的一材料制成所述隔壁。
56.如权利要求29所要求的物质传送装置，其特征在于由在传送所述物质到病人的使用中基本不可压缩的一材料制成所述药物筒。
57.如权利要求29所要求的物质传送装置，其特征在于所述装置包括从所述皮肤接触表面延伸的多根所述微管。
58.如权利要求30所要求的物质传送装置，其特征在于所述装置包括从所述皮肤接触表面延伸的多个所述深度限制柱。
59.如权利要求33所要求的物质传送装置，其特征在于所述装置包括从所述皮肤接触表面延伸的多个所述张紧环。
60.一种用于在真皮内传送一物质的方法包括将一套筒组件与一笔体壳体啮合，该组件具有带一张紧部分、一深度限制部分的一病人接触表面、一穿刺件和一微针，该微针的一长度适合于真皮内或浅皮下穿刺，该壳体包含一药物筒、一柱杆和一传动机构；刺入在所述笔体壳体内的所述药物筒的一隔壁，所述药筒具有用于密封在所述药筒内的内含物的在一第一端所述隔壁和在一第二端的一止动件，所述穿刺件接合所述药筒的所述内含物；控制所述笔体壳体，用于在一病人上的一插入位置插入所述微针，同时保持所述笔体相对所述插入位置表面的平面为90度或更小的一角度，从而所述病人接触表面平行于所述插入位置表面和通过所述张紧部分对所述插入位置施加张力；以及控制位于所述笔体壳体内的所述传动机构，用于将所述柱杆和所述止动件接合，使所述内含物从药物筒通过所述套筒组件流入所述插入位置。
61.如权利要求60所要求的用于在真皮内传送一物质的方法，其特征在于由包括从所述病人接触表面升起的和同心地位于所述微针周围的一凸边的所述张紧部分产生所述施加的张力，以及所述张紧部分适合于在所述微针插入期间张紧所述插入位置。
62.如权利要求60所要求的用于在真皮内传送一物质的方法，其特征在于由包括在所述微针周围形成的和延伸在所述病人接触表面之上的一深度限制柱的所述深度限制部分产生所述施加的张力，所述柱具有一轴向尺寸和一外表面，所述微针从所述外表面轴向延伸。
63.如权利要求60所要求的用于在真皮内传送一物质的方法，其特征在于所述病人接触表面相对于所述套筒组件的一中心线倾斜90度或更小的一角度。
64.如权利要求60所要求的用于在真皮内传送一物质的方法，其特征在于所述微针具有一在约0.3毫米和约5.0毫米之间的暴露长度。
65.如权利要求60所要求的用于在真皮内传送一物质的方法，其特征在于所述微针具有一在约0.3毫米和约2.0毫米之间的一暴露长度，用于通入真皮内组织空间。
66.如权利要求60所要求的用于在真皮内传送一物质的方法，其特征在于所述微针具有一在约0.75毫米和约1.70毫米之间的暴露长度，用于通入真皮内组织空间。
67.如权利要求60所要求的用于在真皮内传送一物质的方法，其特征在于所述微针具有一在约2.0毫米和约5.0毫米之间的暴露长度，用于通入浅皮下组织空间。
68.如权利要求60所要求的用于在真皮内传送一物质的方法，其特征在于所述微针具有一在约1.7毫米和约5.0毫米之间的暴露长度，用于通入浅皮下组织空间。
69.如权利要求60所要求的用于在真皮内传送一物质的方法，其特征在于所述微针具有一在约1.7毫米和约3.0毫米之间的暴露长度，用于通入浅皮下组织空间。
70.如权利要求60所要求的用于在真皮内传送一物质的方法，其特征在于所述套筒组件包括从所述病人接触表面延伸的多根所述微针。
71.如权利要求60所要求的用于在真皮内传送一物质的方法，其特征在于所述套筒组件包括从所述病人接触表面升起的多个所述张紧部分。
72.如权利要求60所要求的用于在真皮内传送一物质的方法，其特征在于所述套筒组件包括从所述病人接触表面延伸的多个所述深度限制部分。
全文摘要
一种用于一可注射物质的传送笔(80)的系统和方法，它包括可拆卸地与一笔装置本体66啮合的一微针套筒组件(44)，该本体包括一药物筒(68)、一柱杆(72)和一传动装置(73)。套筒组件(44)包括用于药物筒(68)的内含物的真皮内和浅皮下注射的至少一微针(50)。笔本体的药物筒、柱杆和传动装置构件由不变形的和不可压缩的材料制成，以允许药物筒内含物通过微针与病人接口的有效连通。
文档编号A61MGK1571685SQ02820755
公开日2005年1月26日 申请日期2002年9月11日 优先权日2001年9月12日
发明者R·佩笛斯, F·马丁, S·凯伊斯特纳 申请人:贝克顿迪肯森公司