专利名称：具有改善的反电极的离子电渗设备的制作方法
技术领域：
本申请涉及离子电渗设备。
背景技术：
离子电渗设备在本领域中是已知的。它们被放置在患者皮肤上并且使用带电电极来驱动来自药物储存器的带电药物离子并将其驱动至患者的皮肤组织中。当前离子电渗技术的两个主要缺陷在于(1)当设备未激活时，从药物储存器向患者的皮肤组织中被动传送药物离子，以及( 刺激患者的皮肤组织，因为患者皮肤组织的阻抗被用作设备的两个反向带电的电极之间的电路的元件。本发明寻求提供一种针对这些缺陷之一或二者的解决方案。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种具有增强的电极构造的离子电渗药物输送设备。该设备包括基座和包含带电药物离子的供给的药物储存器。驱动电极安置在药物储存器之上。反电极安置在药物储存器之下与驱动电极相对。控制电路包括电源。控制电路耦合至驱动电极和反电极，并且在驱动模式中可操作以向驱动电极施加与带电药物离子的电荷相同极性的电势以及向反电极施加相反极性的电势，从而驱动带电药物离子去往佩戴者的组织。本发明的另一方面提供了一种使用这种设备的方法。该方法包括通过执行以下动作以在驱动模式中操作该设备利用控制电路向驱动电极施加与带电药物离子的电荷相同极性的电势；以及利用控制电路向反电极施加相反极性的电势。由此，带电药物离子被驱动去往佩戴者的组织。本发明的又一方面提供了一种离子电渗药物输送设备，其用于将药物输送到佩戴者的组织中。此方面的设备包括基座，包含带电药物离子的供给的药物储存器，驱动电极和反电极。控制电路包括电源。控制电路耦合至驱动电极和反电极，并且可操作以向驱动电极施加与带电药物离子的电荷相同极性的电势以及向反电极施加相反极性的电势。该驱动电极和反电极(a)与其间的电阻耦合，使得电流能够仅在该设备内、在驱动电极与反电极之间流动，以及(b)被安置使得在控制电路的驱动模式中向其施加相应的电势能够驱动带电药物离子去往佩戴者的组织。根据以下的详细描述、附图和所附权利要求，本申请的其他目的、特征和优势将变得明显。
图1是根据本发明构造的设备的分解横截面图，其中还包括了顶视图和底视图；图2是显示了隔离的电极和药物储存器的横截面图；图3是备选实施方式的放大的横截面；图4是用于图3的实施方式的控制电路的一个例子；图5是用于图3的实施方式的控制电路的另一个例子；以及图6显示了正在中央静脉管手术中使用的离子电渗设备。
具体实施例方式附图示例性阐释了根据本发明构造的离子电渗药物输送设备10的非限制性实施方式。设备10被构造成将药物向佩戴者的组织中输送。离子电渗设备的基本原理是公知的，这方面的教导可以参考美国专利公开No. 2009/0048556和美国公开 No. 2009/(^99267Α1，其全文合并于此。设备10包括基座12。基座12优选地是柔性结构，诸如泡沫或塑料，并且其被设计成适合患者的身体并且贴近皮肤。基座12具有贯穿其中而形成的药物储存器开口 14，其包含药物储存器16。基座12可以具有任何结构或配置，并且所示例的实施方式不旨在于为限制性的。药物储存器16包含带电药物离子的供给，带电药物离子可以是元素离子(也即， 元素的离子形式)、分子离子(也即，分子的离子形式)、复合离子(也即，元素/分子/离子的弱结合组的离子，其称为复合体)。在所示例的实施方式中，储存器包括凝胶，诸如水凝胶。药物可以连同用于凝胶的聚合物一起以带电离子的形式溶解在溶液中，并且在固化时， 聚合物交联和带电药物离子存储在凝胶中。例如，药物的盐可以溶解在溶液中，从而在电离导电溶液/凝胶内提供具有迁移性的药物离子。形成这种药物储存器的方法是公知的，不需要在此详细描述。例如，药物储存器16简单地可以是所示出的凝胶，或者其可以具有更复杂的结构，诸如具有用于隔离和管理离子迁移性的内部隔膜的分区储存器。药物储存器可以具有任何构造或配置，并且所示例的实施方式不旨在于为限制性的。术语“药物”可以包括任何生物活性剂，诸如药品、维生素、治疗药品、元素等，并且不仅限于需要监管机构批准的药物。这样，术语“药物”应当解释为是指通过设备经皮输送、 对佩戴者具有生物效果的任何制剂。阻挡层18安置在药物储存器的下面，从而被安置在药物储存器与佩戴者的组织之间。阻挡层在面积上具有与药物储存器16及其开口 14相同的配置或者更大的配置。也即，阻挡层18覆盖整个药物储存器16，由此将其位置保持在药物储存器16与佩戴者的皮肤之间。阻挡层18配置用于基本上防止带电药物分子从其被动传输。在所示例的实施方式中，阻挡层18是网格。网格可以涂覆导电材料，诸如例如Ag、 AgCl或碳。涂层可以根据具体药物分子、输送速率以及其他要求而变化。网格可以具有任何孔隙尺寸，诸如例如在7微米到100微米之间。孔隙尺寸也可以根据具体药物分子、输送速率以及其他要求而变化。
所示实施方式中的阻挡层18形成为设备10的层20的一部分，该层粘合至或以其他方式结合至基座12的底表面。层20不是必须的，也不是必须要将阻挡层18形成为层20 的一部分。可以围绕层20的外边缘涂覆粘合剂层28。粘合剂层优选地是高粘度粘合剂，用于将设备10牢固地结合至患者皮肤。通过将粘合剂延伸至保持器20和设备10的外边缘，粘合剂用于阻止设备10的边缘的抬起和剥离，由此保持其稳定地固定到皮肤上。可以使用其他合适的连接装置以将设备固定到患者上，诸如胶带、皮带等。可选的离型膜M覆盖设备10的整个底表面。也即，离型膜M覆盖粘合剂观并且也可以覆盖药物储存器16的区域。离型膜24可以是纸、塑料或其他材料，并且离型膜M 的上侧具有离型材料，诸如硅树脂或蜡，因此其可被剥离以暴露粘合剂层观和药物储存器 16。在图1的底视图中省略了离型膜M，因此可以看到药物储存器区域。转到设备10的在基座12和药物储存器16之上的各部分，设备10还包括电路层 30。电路层优选地由电介质(也即，电绝缘)基底32形成，诸如可弯曲以适合患者身体的各个部位的柔性非导电聚合物基底。基底32的上表面包括电路，优选地作为通过聚合物薄膜涂覆而沉积的印刷电路而形成。涂覆技术公开在上面参考的美国专利公开2009/0048556 中，其可以参考用于此方面的教导。基底32的上表面还包括电池形式的电源。优选地，电池可以是印刷类型，其也在美国专利公开No. 2009/0048556中进行了教导，不过可以使用任何类型的电池/电源。微处理器34也安置在基底32的上表面，其耦合至电路和电源以用于控制电力的输送。总体上，电路、微处理器和电源可以视为控制向设备10中使用的电极施加电势的控制电路，其在下文中讨论。可以省略微处理器，并且可以在控制电路中使用开关以用于控制电流流动/方向以及向电极施加各种电势。因此，术语“控制电路”是结构术语，其涵括耦合至电极以向其施加电势的任何电路，包括具有或不具有微处理器的电路、集成电路和/ 或开关操作的电路。可选的覆盖层33粘附在基底32上以覆盖并保护基底32上提供的元件。在图1 的顶视图中部分地示出了覆盖层33以表示其与诸元件的关系，通常覆盖层33覆盖所有元件。设备10可以包括一个或多个耦合至控制电路的激活开关，诸如27处所示。例如， 可以有两个开关启动开关用于激活驱动模式(如下文所讨论的)，以及关闭开关用于停止驱动模式或者激活强制不活跃模式(如下文所讨论的)。开关可以是任何类型，包括隔膜开关、按钮开关、接触开关、压电式或任何其他类型。穿过基底32形成通孔(未示出)，该通孔使得基底32上表面上的电路能够连接到基底32底表面上提供的驱动电极36。驱动电极36在本领域中也称为供体电极。优选地， 驱动电极36也使用上面提到的聚合物薄膜涂覆技术而印刷在基底32的底表面上。取决于电极36相对于通孔的放置，印刷导线可以从该通孔延伸至电极36。柔性导电接合剂，诸如环氧树脂，可以填充该通孔并且将上表面上的电路连接至驱动电极36或其导线，并且还防止水通过通孔向上渗透到电路中。这将驱动电极36耦合至控制电路，由此使得电源能够向其施加电势。也可以使用将驱动电极36耦合至控制电路的任何其他合适的方式。驱动电极36被安置在药物储存器16之上，与阻挡层18相对。驱动电极36在面
10积上优选地具有与药物储存器16及其开口相同的尺寸和配置，由此使得向驱动电极36施加的电势能够暴露给整个药物储存器16。在驱动模式操作期间，控制电路向驱动电极36施加与带电药物离子的电荷相同极性的电势，从而驱动带电药物离子去往并进入佩戴者的组织中。也即，如果药物是正离子的形式，则驱动电极36将具有向其施加的正电荷。因为相同极性电荷相斥，正向带电药物离子将被排斥远离驱动电极36并被驱动去往佩戴者的皮肤组织以渗透至皮肤中。相反，如果药物离子是负离子的形式，则驱动电极36将具有向其施加的负电荷，因此类似地排斥并驱动药物离子。阻挡层18配置用于允许带电药物离子在驱动模式中、经由施加于驱动电极36上的电势而主动地传输通过。也即，阻挡层18可以如此构造以使得其通常阻止带电药物分子的被动传输，但是允许借助于驱动电极36的电动势的主动驱动传输发生。在所示实施方式中，阻挡层18由导电材料构成并且也耦合至控制电路。为了建立此连接，可以穿过基底32和基座12形成对准的通孔35、37，由此允许导线将阻挡层18耦合至基底32上表面的控制电路。取决于阻挡层18和通孔35、37的相对放置，也可以例如通过聚合物薄膜印刷来在层20上形成导线。例如，导线可以提供在层20的上表面并且从通孔37横向延伸至阻挡层18，其中通孔37与阻挡层18如图2所示为横向间隔开。如上所提到的那样，导电环氧树脂39可以用来建立控制电路与阻挡层18之间的连接，并且还用于防止水渗透。然而也可以使用连接控制电路与阻挡层18的任何其他方式，包括电线、导线或触点。图2的横截面中元件的相对尺寸在一定程度上进行了放大以帮助更好理解，并且可以使用不同的尺寸和维度。控制电路配置用于向阻挡层18施加极性相反的电势，使得阻挡层充当反电极。也即，驱动电极36的电势施加自电源的一个端子，而充当反电极的阻挡层18的电势施加自电源的相反端子。术语“反电极”特别指的是在电荷上与驱动电极36相反或相对的电极，其是出于使到电源的对应端子的连接之间的离子电渗电路完整的目的而提供的。控制电路的微处理器可以配置用于控制向两个电极施加电势，并且可以使用各种电路元件来确定施加给每个电极的电势和电流密度，以确保正确地输送药物分子。优选地，药物储存器16的凝胶是导电的，由此使包括驱动电极36和阻挡层/反电极18的电路完整。凝胶优选地具有足够高的电阻以维持电极之间足够高的电势差。可选地，不依赖于药物储存器来导电性耦合诸电极，而是可以使用具有一定级别电阻的电阻器或其他元件来支持电极之间的电流流动，同时维持电极之间足够的电势差。作为示例，包含在水基凝胶中的利多卡因可以使用0. 2mA/cm2的电流密度(假设驱动电极36和反电极/阻挡层18具有相同的面积)来输送。由于阻挡层18在用作反电极时将具有与驱动模式中带电药物分子相反的极性， 因此这可以增强药物离子的传输。这是因为带电药物分子将既被排斥远离驱动电极36，又被吸引向阻挡层18。这可以有利地增大每单位功率实现的药物传输速率，因为两个电极都有助于朝向佩戴者的组织的相同方向的药物传输。具有用作反电极的阻挡层18的构造在设备尺寸和患者舒适度上面也是有利的。 使用现有设备时，通常反电极与驱动电极横向间隔开，并且电路通过患者皮肤组织的阻抗或电阻而得以完整。尽管有时反电极可以与具有与另一储存器中的药物的电荷极性相反的药物分子的药物储存器一起使用，但是很多情况下仅单个药物正被输送，并且因此使用“被动”无药物储存器。在任一情形下，设备可能是刺激性的，因为患者的皮肤组织是电路的有效部分，并且因此对于可被施加给电极的功率存在实际限制。例如，已知现有技术的设备会导致患者皮肤的灼热和“刺青”(存在可见印记)。这是现有设计的重要缺陷。而且，如果仅单个药物正被输送，则设备10的整体面积中的很大部分被专用于非药物输送被动电极和储存器。即使出于输送第二药物的目的而使用反电极，其仍然存在患者不舒服/刺激性问题，并且也受限于与其电势极性相同的药物离子(也即，具有与另一储存器中的药物离子的电荷相反的电荷)，由此限制了可以调整更大尺度的电势范围的施加。利用所示例的实施方式，排除了这种问题，因为不存在需要通过佩戴者的组织来使电路完整的横向间隔的反电极，该电路是利用电极之间、穿过设备内的电阻的电流流动而得以在设备内完整的。另一优势在于储存器的凝胶可以维持稳定的导电率，而皮肤组织的导电率或阻抗可能根据各种条件，包括PH、汗液等而变化。因此，将阻挡层18用作反电极的设备10排除了该问题，因为药物储存器的导电率基本上与皮肤条件无关。由于不受限于特定作用机理，相信使用位于药物储存器的相对侧的驱动电极和反电极能够在反电极处产生高浓度的药物离子，这有助于药物离子渗透运输/浸透到患者的皮肤/组织中。当反电极例如为网格或渗透膜并且直接放置在患者的皮肤/组织上时，这产生亲密接触以进一步提高这种渗透。利用具有相互横向间隔的电极的现有设备，如上面所讨论的那样，皮肤本身是“电路”的一部分，并且电势差穿过皮肤位于电极之间，这是药物输送的主要力量。相反，使用位于药物储存器的相对侧的驱动电极和反电极解决了这些现有设备的缺陷，同时仍然能够输送大量的药物。事实上，在具有相对的驱动电极和反电极的情况下，有可能使用更高的功率来输送药物离子，因为皮肤不是离子电渗电路的一部分。这一操作理论不旨在于为限制性的。在一些实施方式中有可能可以在反电极和佩戴者的组织之间建立电势差，其可以在药物输送中起作用，但是相信相比于设备自身内的电极之间所控制的更大电势差而言，任何这种电势差将是很微小的。在一些实施方式中，当期望进一步最小化药物离子被动运输通过阻挡层18的能力时，在药物未被输送时可以将其极性反转。也即，控制电路可以配置成在“强制不活跃” 模式中操作，并且反转反电极的极性，使得其具有与药物离子相同的电荷，由此将药物离子排斥远离患者的皮肤组织。类似地，在强制不活跃模式中驱动电极36的极性也可以由控制电路进行反转，由此通过借助于具有与药物离子相反的电荷而吸引药物分子去往驱动电极 36 (并且因此远离患者的皮肤组织)来增强阻挡层18的排斥效果。这可以以非常低的功率实现以保持电池寿命。此操作模式可以称为强制不活跃模式，并且控制电路配置成被切换到此强制不活跃模式以施加这些电势。使用术语“强制不活跃”来指示该模式是因为设备 10对于输送药物是不活跃的，但是正在使用电力来增强药物输出阻止。在一些实施方式中，此强制不活跃模式中反转的电势可以以预定间隔被施加给驱动电极和反电极，诸如以依照预定占空比的脉冲。这样做以最小化非活跃模式中汲取的能量。有利地，这两个电极在带电时将驱动分子去往驱动电极36并远离反电极18和佩戴者的皮肤组织。由于返回皮肤的被动迁移将非常缓慢地发生，因此反转的电势可以被脉冲地或间歇地施加以抵消该被动迁移。因此，连续的电流汲取在不活跃模式中可能不是必须的。 在一些实施方式中，可以使用反电极而不考虑其是否用作阻挡层。也即，可以使用放置在驱动电极36对面、其间存在药物储存器16的反电极来最小化或消除电流流动进入使用者的皮肤。在这种实施方式中，反电极不需要覆盖药物储存器的整个底表面。例如，反电极可以具有环形配置。可以使用任何其他构造或配置。设备10也可以具有可选的接触传感器以确定该设备正确地放置与使用者的组织相接触。例如，可以使用相对小的接触电极42。此接触电极42可以以与反电极18相同的方式形成于层20上。接触电极42可以类似于反电极18那样使用通孔连接来耦合至基底 32上表面上的电路。具体地，对准的通孔44和46分别形成在基底32和基座12中，并且填充有导电材料48，诸如环氧树脂。基底32上表面上的控制电路可以使用各种技术来检测反电极18和接触电极42是否与使用者的组织相接触。例如，接触电极42可以设置为与反电极18相反的极性，从而可以检测到其间的电流流动的建立。这可以通过间歇性采样来实现以阻止连续电流汲取，和/或以非常低的电流流动来实现以防止组织刺激。图3是本发明另一实施方式的示意图。使用了类似的元件，因此相同的参考标号将用于此实施方式与前一实施方式公共的元件。未示出该设备整体，仅示例描绘了电极和药物储存器，因为该设备在其他方面通常是相同的。图3示出了驱动电极36、反电极18 (其不必须是阻挡层)、药物储存器16和中间电极50。中间电极50安置在驱动电极36与反电极18之间。优选地，中间电极50将药物储存器16分隔成两部分位于驱动电极36与中间电极50之间的第一部分52，以及位于中间电极50与反电极18之间的第二部分M。中间电极50可以以任何方式布置在储存器16 中。例如，在药物储存器16是凝胶的情况下，中间电极50可以在凝胶固化时放置在适当位置并设置到位。同样，第一部分52和第二部分M可以单独形成并且放置在中间电极50的相对侧。在一些实施方式中，可以使用多个中间电极。控制电路可以耦合至中间电极50，并且在驱动模式中可操作以向中间电极50施加介于向驱动电极36和反电极18施加的电势之间的电势，从而驱动带电药物离子从药物储存器16的第一部分52进入药物储存器16的第二部分54，以及驱动药物储存器16的第二部分M中的带电药物离子去往佩戴者的组织。也即，驱动电极36与中间电极50之间的电势差为使得对于药物储存器的第一部分52中的药物离子，驱动电极36具有与带电药物离子相同的极性，并且中间电极50具有相反极性，从而驱动药物储存器的第一部分52中的带电药物离子去往第二部分M。类似地，中间电极50与反电极18之间的电势差为使得对于药物储存器的第二部分M中的药物离子，中间电极50具有与带电药物离子相同的极性， 并且反电极18具有相对或相反的极性，由此以上述相同的方式驱动药物离子从药物储存器的第二部分M去往佩戴者的组织。(应当注意，“极性”涉及相对或相反电极，因此以下说法是正确的当相比于驱动电极36时，中间电极具有某一极性(例如，正的)，当相比于反电极18时，中间电极具有相对极性(例如，负的)。由于不受限于特定作用机理，相信通过“推-拉”作用药物离子可以从药物储存器 16的第一部分52向第二部分M迁移。具体地，通过驱动电极36与中间电极50之间的电势差，第一部分52中的药物离子被驱动去往中间电极50，该中间电极50基本上是第一储存器部分52与第二储存器部分M之间的界面。在该界面处，中间电极50与反电极18之间的电势差进一步驱动药物离子远离中间电极50并去往反电极18和患者组织。因此，在由中间电极50所提供的界面处，药物离子迁移或运输可以描述为分别借由相对于驱动电极 36和反电极18的电势差的“推”向中间电极50并随后“拉”离中间电极50。
通过其建立电流流动的驱动电极36/中间电极50对和中间电极50/反电极18对之间的电阻可以由药物储存器16的材料来提供，诸如导电凝胶或其他电阻器，如上面所讨论的。这也使得电流能够从驱动电极36向反电极18流动。优选地，反电极18与中间电极50之间的间隔小于中间电极50与驱动电极36之间的间隔。这在驱动模式、被动模式和强制不活跃模式(如果使用的话)中都提供了各种优势。在电离导电的药物储存器中运输药物离子的速率是储存器相对侧上的电极之间的电势差以及电极之间的距离的函数。因此，从功率效益的观点来看，紧密相隔的电极更有效率。然而，缩窄电极之间的缝隙也减少了其间的药物储存器的体积(并因此减少了其内存放的药物离子量)。这些在典型的离子电渗设备设计中都是竞争因素相对于药物输送速率的功率效益对存放的药物整体体积。在存在中间电极50时，其可以放置得靠近反电极18以增大其每单位功率对从药物储存器第二部分M的药物输送速率的贡献，同时更大体积的药物可以存放在中间电极 50与更远间隔的驱动电极36之间的更大的第一部分52中。同样，中间电极50可以是隔膜，其减少或阻止药物离子从药物储存器第一部分52 向第二部分M的被动运输。当设备10未在操作时(也即，被动模式)，这将可供被动吸收到患者的组织中的药物离子量限制到第二部分M中存在的小得多的量。即使中间电极隔膜允许药物离子部分地被动运输到第二部分M中，这仍然可以当作长期被动吸收速率的上限。反电极18也可以构造成阻挡层，诸如隔膜，如上面所讨论的那样，从而进一步限制或阻止被动吸收药物离子。可选地，反电极18可以是开放的网格，其基本上不干扰药物运输。当中间电极50或反电极18任一形成为隔膜时，其可以用任何隔膜材料形成，包括但不限于金属或非金属的网状或布材料，并且其可以涂覆或印刷有导电墨。优选地，中间电极隔膜50具有疏水性以进一步减少通过其的药物离子运输。优选地，中间电极50与反电极18之间的间隔小于或等于中间电极50与驱动电极 36之间的间隔的50%。更优选地，该值小于或等于30%、20%或10%。这些值不是限制性的。在一个实施方式中，类似于上面讨论的实施方式，控制电路可切换至强制不活跃模式。在此强制不活跃模式中，控制电路可以至少向反电极18施加与带电药物离子的电荷相同极性的电势，以及向驱动电极36施加相反极性的电势，由此将药物离子排斥远离佩戴者的组织。也即，由于驱动电极36的电势的吸引性质以及反电极18的电势的排斥性质，所以激励药物离子迁移远离反电极18和佩戴者的组织而去往驱动电极36。作为一个选择，控制电路也可以配置成使得在强制不活跃模式中，控制电路向中间电极50施加介于向驱动电极36和反电极18施加的电势之间的电势。因此，在药物储存器第二部分M内，药物离子被排斥远离反电极18和佩戴者的组织，并且被吸引去往中间电极50 ；而在药物储存器第一部分52内，药物离子被排斥远离中间电极50并被吸引去往驱动电极36。因此，药物离子被排斥远离佩戴者的组织以及从药物储存器第二部分M去往第一部分52。在中间电极50处可以发生与上所述相同的“推-拉”效果，只不过相反而已。这有利地使用电功率来阻止或减少药物离子被动吸收到佩戴者的组织中。优选地，反电极18与中间电极50之间相对紧密的间隔改善了药物离子在药物储存器第二部分54内的运输速率，并且驱动电极36与中间电极50之间较大的间隔为远离患者组织的药物离子存放提供了增大的体积。 在另一实施方式中，处于非活跃模式的控制电路可以仅向反电极18和中间电极 50施加电势。也即，控制电路向反电极18施加与带电药物离子的电荷相同极性的电势，以及向中间电极50施加相反极性的电势。这将药物离子排斥远离反电极18和佩戴者的组织， 并且将药物离子吸引往中间电极50。由于这将在中间电极50处产生高浓度的药物离子，因此有些药物离子可以通过渗透而被动地迁移到药物储存器16的第一部分52。
在又一实施方式中，处于非活跃模式的控制电路可以仅向中间电极50和驱动电极36施加电势。也即，控制电路向中间电极50施加与带电药物离子的电荷相同极性的电势，以及向驱动电极36施加相反极性的电势。这将药物离子排斥远离中间电极50，并且将药物离子吸引去往驱动电极36。这阻止或减少了药物离子进入药物储存器第二部分M的运输，由此限制了可供被动吸收到佩戴者的组织中的药物量。同样，因此这将导致相邻于中间电极50的第一药物储存器部分52区域中的低或零浓度药物离子，所以有可能(但不是必然的)由于渗透和浓度差而导致一些药物离子将从第二部分M被动地迁移到第一部分 52。在强制不活跃模式的任何变体中，如上面所讨论的那样，可以以预定间隔来向诸电极(也即，所有三个电极、驱动电极/反电极对、驱动电极/中间电极对或中间电极/反电极对)施加的相应电势。尽管优选微处理器来精密控制向电极18、36、50施加的电势，但是其也可以省略， 并且也可以通过基本电路元件来提供控制。例如，图4示出了用于不具有强制不活跃模式的控制电路的基本电路。节点18、36 和50分别代表反电极、驱动电极和中间电极。电阻器Rei和Re2代表这些电极之间的凝胶药物储存器部分的相应电阻(G表示凝胶，1和2分别表示第一部分52和第二部分54)。电阻器R1和&构成分压器，用于划分电压差以将中间电极50设置在中间电势。开关S (示出为处于闭合位置)在闭合位置时连接电源以向电路供电(由此建立驱动模式)，以及在打开位置时切断电源(由此建立被动模式)。图fe和图恥示出了类似于图4的电路，不同在于提供了两对开关^11Ad2和、和 、。开关4/ 在闭合时以一种极性配置耦合电源端子以建立驱动模式(并且开关、和 sF2是打开的)，如图fe所示。在图恥中，开关位置被反转，其中开关、和、打开，开关 Sfi和Sf2闭合，由此反转极性配置并且建立强制不活跃模式。特别地，此强制不活跃模式将电势施加给所有三个电极。在图4、图fe和图恥中，VD、V1和Vc示意性代表驱动电极36、中间电极50和反电极18所位于的节点，并且其电压VinV1和Vc如上所述进行控制。尽管示出的示例电路配置用于驱动正向带电药物离子，所施加的电源电压也可以被反转以驱动负向带电药物离子。这些电路图仅仅是示例而不旨在于为限制性。可以使用任何电路布置。在一个特定应用中，本发明的离子电渗设备可以包括手术窗口，如美国专利公开 No. 2009/0299267中所示，其全文包含于此。这种设备10’的示例在图6中示出，其包括手术窗口 11’。因为设备10’可以具有如上所述的相对电极结构，所以其可以做得更小(因为它不需要横向间隔的反电极)或者使用多个电极/储存器设置来输送来自不同储存器的、
15具有相同离子电荷的药物离子(与之相比，现有技术的横向间隔的电极设计输送具有相反离子电荷的药物离子)，或者用于输送来自不同储存器的不同药物。这在多个不同外科手术时可能是有利的。一个具体的外科手术是中央静脉管插入(central line insertion)。中央静脉管插入包括以下基本动作(1)将中空针状物插入血管(通常是股静脉、锁骨下静脉或颈内静脉)；接着，如果针状物返回适当的血流，则指示其被正确地安置在血管中；(2)将引导线101通过针状物的针筒插入静脉中；(3)沿着引导线101收走针状物；(4)在引导线101上布置中空的扩张器；(5)将扩张器沿着引导线移动以将开口刺入到患者的皮肤组织和血管中以将其扩张；(6)沿着引导线101收走扩张器102 ；(7)在引导线101上布置导管102;(8)沿着引导线移动导管102穿过患者的皮肤组织并进入静脉，其中该导管102的近端部分从组织中伸出以接入；(9)收回引导线101 ；(10)包扎此处以将导管固定到患者皮肤上并闭合伤口(这可以包括缝针和/或使用粘性包扎)。利用图6的实施方式，整个手术可以通过手术窗口 11’来进行。还有可能在手术之后将设备10’放置在导管102上以及导管102周围的患者组织上。设备10’可以用于向手术部位输送局部抗生素以对抗感染。由于中央静脉管插入通常要在体内留很长一段时间，感染是很严重的问题，并且存在非常高的感染率。导致高感染率的关键因素是(1)皮肤被刺穿，细菌可能在导管周围的伤口扩散，(2)需要中央静脉管的患者通常存在一个或多个严重的健康问题，这可能削弱他们的整体免疫系统反应，(3) 带有中央静脉管的患者常常在特护病房中，其通常有很多细菌，尤其是具有对通用广谱抗生素的抵抗力的细菌，以及(4)很多中央静脉管(尤其是急诊室设置中的)插入到大腿内侧的股静脉中，由于靠近直肠，这通常存在很高的与排泄物相关的细菌的患病率。诸如碘之类的定期局部治疗药品用于对皮肤表面进行处理，但是这通常对于皮肤表面下的细菌定殖很少有效。利用本发明的离子电渗设备，设备10’可以用于向伤口部位输送局部抗生素以抵抗这种细菌定殖和感染。设备10’可以持续地留在患者身上，并且可以被编程以周期性输送抗生素。这不仅避免了与人工进行的局部治疗相关的人为失误或疏忽，还确保了药物渗透到局部治疗不能到达的皮肤组织本身中。而且，局部抗生素的使用目标在于最可能发生感染的手术部位处的细菌，不像口服或静脉注射抗生素，它们通过血流运送到达全身，并且可能引起不希望的副作用(诸如，在检查中破坏有益的消化菌群，或者使酵母生长的阴道菌群)。相对的驱动电极/反电极配置可以与围绕整个手术窗口 11’延伸的相同电极对一起使用。而且，也可以使用相对的驱动电极/反电极对的分立设置。利用分立设置，一个或多个相对的对可以用于抗生素输送，并且一个或多个相对的对可以用于输送局部麻醉剂 (诸如利多卡因)。一个或多个对还可以输送一种类型的抗生素，而另外的一个或多个对可以用于输送另一类型的抗生素(并且还可以输送更多不同类型)。在其他实施方式中，不是让手术窗口 11’其外围完全封闭，而是窗口可以横向开放，诸如C形、U形，或者接近于全封闭但是具有很小的横向缝隙的开口。可能期望这种设计以便容易地在导管周围横向交换，而不必断开任何输送设备或耦合到导管的管子。仅仅为了示例说明本发明的结构和功能原理而提供前面示例的实施方式，并且不应当将其视为是限制性的。相反，本发明旨在包括所附权利要求的精神和范围内的所有修改、替代和改变。
权利要求
1.一种离子电渗药物输送设备，用于将药物输送到佩戴者的组织中，所述设备包括基座；药物储存器，包含带电药物离子的供给；驱动电极，安置在所述药物储存器之上；反电极，安置在所述药物储存器之下与所述驱动电极相对；包括电源的控制电路，所述控制电路耦合至所述驱动电极和所述反电极，并且在驱动模式中可操作以向所述驱动电极施加与所述带电药物离子的电荷相同极性的电势以及向所述反电极施加相反极性的电势，从而驱动所述带电药物离子去往所述佩戴者的组织。
2.根据权利要求1的离子电渗设备，其中所述反电极也是阻挡层，其配置用于基本上防止所述带电药物离子从其被动传输。
3.根据权利要求2的离子电渗设备，其中所述反电极是网格。
4.根据权利要求1的离子电渗设备，其中所述控制电路可切换至强制不活跃模式，其中所述控制电路向所述反电极施加与所述带电药物离子的电荷相同极性的电势以及向所述驱动电极施加相反极性的电势，由此将所述药物离子运输远离所述佩戴者的组织。
5.根据权利要求4的离子电渗设备，其中所述控制电路被配置使得在所述强制不活跃模式中，以预定间隔将相应的电势施加给所述驱动电极和反电极。
6.根据权利要求2的离子电渗设备，其中所述控制电路可切换至强制不活跃模式，其中所述控制电路向所述反电极施加与所述带电药物离子的电荷相同极性的电势以及向所述驱动电极施加相反极性的电势，由此将所述药物离子运输远离所述佩戴者的组织。
7.根据权利要求6的离子电渗设备，其中所述控制电路被配置使得在所述强制不活跃模式中，以预定间隔将相应的电势施加给所述驱动电极和反电极。
8.根据权利要求1的离子电渗设备，其中所述储存器包括包含所述带电药物离子的凝胶。
9.根据权利要求1的离子电渗设备，其中所述控制电路包括微处理器，用于控制向所述电极施加电势。
10.根据权利要求1的离子电渗设备，其中所述药物储存器是导电的，以使得电流能够在所述驱动电极与所述反电极之间流动，由此耦合所述驱动电极和反电极并提供其间的电阻。
11.根据权利要求1的离子电渗设备，其中所述带电药物离子选自下列组元素离子、 分子离子和复合离子。
12.根据权利要求1的离子电渗设备，还包括中间电极，安置在所述驱动电极与所述反电极之间、所述药物储存器内，所述药物储存器的第一部分位于所述驱动电极与所述中间电极之间，所述药物储存器的第二部分位于所述中间电极与所述反电极之间，所述控制电路耦合至所述中间电极，并且在驱动模式中可操作以向所述中间电极施加介于向所述驱动电极和所述反电极施加的电势之间的电势，从而驱动所述带电药物离子从所述药物储存器的第一部分进入所述药物储存器的第二部分，以及驱动所述药物储存器的第二部分中的带电药物离子去往所述佩戴者的组织。
13.根据权利要求12的离子电渗设备，其中所述控制电路可切换至强制不活跃模式，其中所述控制电路至少向所述反电极施加与所述带电药物离子的电荷相同极性的电势以及向所述驱动电极施加相反极性的电势，由此将所述药物离子运输远离所述佩戴者的组织 ο
14.根据权利要求13的离子电渗设备，其中所述控制电路被配置使得在所述强制不活跃模式中，所述控制电路向所述中间电极施加介于向所述驱动电极和所述反电极施加的电势之间的电势，从而将所述药物离子运输远离所述佩戴者的组织以及将所述药物离子从所述药物储存器的第二部分向所述药物储存器的第一部分运输。
15.根据权利要求12的离子电渗设备，其中所述控制电路可切换至强制不活跃模式， 其中所述控制电路至少向所述反电极施加与所述带电药物离子的电荷相同极性的电势以及向所述中间电极施加相反极性的电势，由此将所述药物离子运输远离所述佩戴者的组织ο
16.根据权利要求12的离子电渗设备，其中所述控制电路可切换至强制不活跃模式， 其中所述控制电路至少向所述中间电极施加与所述带电药物离子的电荷相同极性的电势以及向所述驱动电极施加相反极性的电势，由此将所述药物储存器的第一部分中的药物离子运输远离所述药物储存器的第二部分以及所述佩戴者的组织。
17.根据权利要求12的离子电渗设备，其中所述反电极与所述中间电极之间的间隔小于所述中间电极与所述驱动电极之间的间隔。
18.根据权利要求13的离子电渗设备，其中所述反电极与所述中间电极之间的间隔小于所述中间电极与所述驱动电极之间的间隔。
19.根据权利要求14的离子电渗设备，其中所述反电极与所述中间电极之间的间隔小于所述中间电极与所述驱动电极之间的间隔。
20.根据权利要求15的离子电渗设备，其中所述反电极与所述中间电极之间的间隔小于所述中间电极与所述驱动电极之间的间隔。
21.根据权利要求16的离子电渗设备，其中所述反电极与所述中间电极之间的间隔小于所述中间电极与所述驱动电极之间的间隔。
22.根据权利要求13的离子电渗设备，其中所述控制电路被配置使得在所述强制不活跃模式中，以预定间隔将相应的电势施加给所述驱动电极和反电极。
23.根据权利要求14的离子电渗设备，其中所述控制电路被配置使得在所述强制不活跃模式中，以预定间隔将相应的电势施加给所述驱动电极、中间电极和反电极。
24.根据权利要求15的离子电渗设备，其中所述控制电路被配置使得在所述强制不活跃模式中，以预定间隔将相应的电势施加给所述反电极和中间电极。
25.根据权利要求16的离子电渗设备，其中所述控制电路被配置使得在所述强制不活跃模式中，以预定间隔将相应的电势施加给所述驱动电极和中间电极。
26.根据权利要求12的离子电渗设备，其中所述储存器包括包含所述带电药物离子的凝胶。
27.根据权利要求12的离子电渗设备，其中所述控制电路包括微处理器，用于控制向所述电极施加电势。
28.根据权利要求12的离子电渗设备，其中所述药物储存器是导电的，以使得电流能够在所述电极之间流动，由此耦合所述电极并提供其间的电阻。
29.根据权利要求12的离子电渗设备，其中所述带电药物离子选自下列组元素离子、 分子离子和复合离子。
30.根据权利要求1的离子电渗设备，还包括中间电极，安置在所述驱动电极与所述反电极之间、所述药物储存器内，所述药物储存器的第一部分位于所述驱动电极与所述中间电极之间，并且所述药物储存器的第二部分位于所述中间电极与所述反电极之间，所述控制电路耦合至所述中间电极，并且可切换至强制不活跃模式，其中所述控制电路施加介于所述中间电极与所述驱动电极和反电极中至少之一之间的电势差，从而将所述药物离子运输远离所述佩戴者的组织。
31.根据权利要求12的离子电渗设备，其中所述中间电极也是阻挡层，其配置用于减少所述带电药物离子从所述药物储存器的第一部分向所述药物储存器的第二部分的被动运输。
32.根据权利要求31的离子电渗设备，其中所述中间电极具有疏水特性。
33.根据权利要求31的离子电渗设备，其中所述中间电极是隔膜。
34.根据权利要求12的离子电渗设备，其中所述反电极是开放的网格，其基本上不干涉药物离子的运输。
35.一种用于使用离子电渗设备以将药物输送到佩戴者的组织中的方法，所述设备包括(i)基座；(ii)驱动电极，安置在所述药物储存器之上；(iii)反电极，安置在所述药物储存器之下与所述驱动电极相对；(iv)包括电源的控制电路，所述控制电路耦合至所述驱动电极和反电极，所述方法包括通过执行以下动作以在驱动模式中操作所述设备利用所述控制电路向所述驱动电极施加与所述带电药物离子的电荷相同极性的电势;以及利用所述控制电路向所述反电极施加相反极性的电势； 其中所述带电药物离子被驱动去往所述佩戴者的组织。
36.根据权利要求35的方法，还包括通过执行以下动作以在强制不活跃模式中操作所述设备利用所述控制电路向所述反电极施加与所述带电药物离子的电荷相同极性的电势，以及利用所述控制电路向所述驱动电极施加相反极性的电势， 其中所述药物离子被运输远离所述佩戴者的组织。
37.根据权利要求36的方法，其中在所述强制不活跃模式中，以预定间隔将所述电势施加给所述驱动电极和反电极。
38.根据权利要求35的方法，其中所述设备还包括中间电极，其安置在所述驱动电极与所述反电极之间、所述药物储存器内，所述药物储存器的第一部分位于所述驱动电极与所述中间电极之间，并且所述药物储存器的第二部分位于所述中间电极与所述反电极之间，所述控制电路还耦合至所述中间电极，其中在驱动模式中操作所述设备还包括利用所述控制电路向所述中间电极施加介于向所述驱动电极和所述反电极施加的电势之间的电势，从而驱动所述带电药物离子从所述药物储存器的第一部分进入所述药物储存器的第二部分，以及驱动所述带电药物离子从所述药物储存器的第二部分去往所述佩戴者的组织。
39.根据权利要求38的方法，还包括通过执行以下动作以在强制不活跃模式中操作所述设备利用所述控制电路向所述反电极施加与所述带电药物离子的电荷相同极性的电势；利用所述控制电路向所述驱动电极施加相反极性的电势，以及利用所述控制电路向所述中间电极施加介于向所述驱动电极和所述反电极施加的电势之间的电势，其中所述带电药物离子被运输远离所述佩戴者的组织并且从所述药物储存器的第二部分向所述药物储存器的第一部分运输。
40.一种离子电渗药物输送设备，用于将药物输送到佩戴者的组织中，所述设备包括基座；药物储存器，包含带电药物离子的供给；驱动电极；反电极；以及包括电源的控制电路，所述控制电路耦合至所述驱动电极和反电极，并且可操作以向所述驱动电极施加与所述带电药物离子的电荷相同极性的电势以及向所述反电极施加相反极性的电势；所述驱动电极和所述反电极(a)与其间的电阻耦合，使得电流能够仅在所述设备内、 在所述驱动电极与所述反电极之间流动，以及(b)相对于所述药物储存器而安置，使得在所述控制电路的驱动模式中向其施加相应的电势能够驱动所述带电药物离子去往所述佩戴者的组织。
41.根据权利要求40的离子电渗设备，其中所述驱动电极安置在所述药物储存器之上，并且所述反电极安置在所述药物储存器之下与所述驱动电极相对。
42.根据权利要求40的离子电渗设备，其中所述反电极也是阻挡层，其配置用于基本上防止所述带电药物离子从其被动传输。
43.根据权利要求42的离子电渗设备，其中所述反电极是网格。
44.根据权利要求40的离子电渗设备，其中所述控制电路可切换至强制不活跃模式， 其中所述控制电路向所述反电极施加与所述带电药物离子的电荷相同极性的电势以及向所述驱动电极施加相反极性的电势，由此将所述药物离子运输远离所述佩戴者的组织。
45.根据权利要求44的离子电渗设备，其中所述控制电路被配置使得在所述强制不活跃模式中，以预定间隔将相应的电势施加给所述驱动电极和反电极。
46.根据权利要求42的离子电渗设备，其中所述控制电路可切换至强制不活跃模式， 其中所述控制电路向所述反电极施加与所述带电药物离子的电荷相同极性的电势以及向所述驱动电极施加相反极性的电势，由此将所述药物离子运输远离所述佩戴者的组织。
47.根据权利要求46的离子电渗设备，其中所述控制电路被配置使得在所述强制不活跃模式中，以预定间隔将相应的电势施加给所述驱动电极和反电极。
48.根据权利要求40的离子电渗设备，其中所述储存器包括包含所述带电药物离子的凝胶。
49.根据权利要求40的离子电渗设备，其中所述控制电路包括微处理器，用于控制向所述电极施加电势。
50.根据权利要求40的离子电渗设备，其中所述带电药物离子选自下列组元素离子、 分子离子和复合离子。
51.根据权利要求40的离子电渗设备，还包括中间电极，安置在所述驱动电极与所述反电极之间、所述药物储存器内，所述药物储存器的第一部分位于所述驱动电极与所述中间电极之间，所述药物储存器的第二部分位于所述中间电极与所述反电极之间，所述控制电路耦合至所述中间电极，并且在驱动模式中可操作以向所述中间电极施加介于向所述驱动电极和所述反电极施加的电势之间的电势，从而驱动所述带电药物离子从所述药物储存器的第一部分进入所述药物储存器的第二部分，以及驱动所述药物储存器的第二部分中的带电药物离子去往所述佩戴者的组织。
52.根据权利要求51的离子电渗设备，其中所述控制电路可切换至强制不活跃模式， 其中所述控制电路至少向所述反电极施加与所述带电药物离子的电荷相同极性的电势以及向所述驱动电极施加相反极性的电势，由此将所述药物离子运输远离所述佩戴者的组幺口 /Ν ο
53.根据权利要求52的离子电渗设备，其中所述控制电路被配置使得在所述强制不活跃模式中，所述控制电路向所述中间电极施加介于向所述驱动电极和所述反电极施加的电势之间的电势，从而将所述药物离子运输远离所述佩戴者的组织以及将所述药物离子从所述药物储存器的第二部分向所述药物储存器的第一部分运输。
54.根据权利要求51的离子电渗设备，其中所述控制电路可切换至强制不活跃模式， 其中所述控制电路至少向所述反电极施加与所述带电药物离子的电荷相同极性的电势以及向所述中间电极施加相反极性的电势，由此将所述药物离子运输远离所述佩戴者的组幺口 /Ν ο
55.根据权利要求51的离子电渗设备，其中所述控制电路可切换至强制不活跃模式， 其中所述控制电路至少向所述中间电极施加与所述带电药物离子的电荷相同极性的电势以及向所述驱动电极施加相反极性的电势，由此将所述药物储存器的第一部分中的药物离子运输远离所述药物储存器的第二部分以及所述佩戴者的组织。
56.根据权利要求51的离子电渗设备，其中所述反电极与所述中间电极之间的间隔小于所述中间电极与所述驱动电极之间的间隔。
57.根据权利要求52的离子电渗设备，其中所述反电极与所述中间电极之间的间隔小于所述中间电极与所述驱动电极之间的间隔。
58.根据权利要求53的离子电渗设备，其中所述反电极与所述中间电极之间的间隔小于所述中间电极与所述驱动电极之间的间隔。
59.根据权利要求M的离子电渗设备，其中所述反电极与所述中间电极之间的间隔小于所述中间电极与所述驱动电极之间的间隔。
60.根据权利要求55的离子电渗设备，其中所述反电极与所述中间电极之间的间隔小于所述中间电极与所述驱动电极之间的间隔。
61.根据权利要求52的离子电渗设备，其中所述控制电路被配置使得在所述强制不活跃模式中，以预定间隔将相应的电势施加给所述驱动电极和反电极。
62.根据权利要求53的离子电渗设备，其中所述控制电路被配置使得在所述强制不活跃模式中，以预定间隔将相应的电势施加给所述驱动电极、中间电极和反电极。
63.根据权利要求M的离子电渗设备，其中所述控制电路被配置使得在所述强制不活跃模式中，以预定间隔将相应的电势施加给所述反电极和中间电极。
64.根据权利要求55的离子电渗设备，其中所述控制电路被配置使得在所述强制不活跃模式中，以预定间隔将相应的电势施加给所述驱动电极和中间电极。
65.根据权利要求51的离子电渗设备，其中所述储存器包括包含所述带电药物离子的凝胶。
66.根据权利要求51的离子电渗设备，其中所述控制电路包括微处理器，用于控制向所述电极施加电势。
67.根据权利要求51的离子电渗设备，其中所述带电药物离子选自下列组元素离子、 分子离子和复合离子。
68.根据权利要求40的离子电渗设备，还包括中间电极，安置在所述驱动电极与所述反电极之间、所述药物储存器内，所述药物储存器的第一部分位于所述驱动电极与所述中间电极之间，所述药物储存器的第二部分位于所述中间电极与所述反电极之间，所述控制电路耦合至所述中间电极，并且可切换至强制不活跃模式，其中所述控制电路施加介于所述中间电极与所述驱动电极和反电极中至少之一之间的电势差，从而将所述药物离子运输远离所述佩戴者的组织。
69.根据权利要求51的离子电渗设备，其中所述中间电极也是阻挡层，其配置用于减少所述带电药物离子从所述药物储存器的第一部分向所述药物储存器的第二部分的被动运输。
70.根据权利要求69的离子电渗设备，其中所述中间电极具有疏水特性。
71.根据权利要求69的离子电渗设备，其中所述中间电极是隔膜。
72.根据权利要求51的离子电渗设备，其中所述反电极是开放的网格，其基本上不干涉药物离子的运输。
全文摘要
本公开涉及一种离子电渗设备。一方面，该设备包括药物储存器和佩戴者之间的阻挡层。另一方面，该设备包括相对于药物储存器在驱动电极对面的反电极。
文档编号A61K9/00GK102421480SQ201080019302
公开日2012年4月18日 申请日期2010年5月7日 优先权日2009年5月8日
发明者E·A·杜兰德 申请人:伊思伊思生物高分子公司