CN100551463C - 具有带柔性导电元件的贮存器壳体的电迁移设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电迁移设备，它采用位于设备贮存器壳体内的柔性导电元件，允许从壳体内向壳体外进行电连接，无需使用需要各种密封开口的方法来防止泄漏和湿气的开口。

Description

具有带柔性导电元件的贮存器壳体的电迁移设备

技术领域

本发明涉及一种通过皮肤给药的治疗试剂的输送和取样设备，它具有包括在通常不导电的壳体内一体模制的柔性导电元件的贮存器壳体。该柔性/可弯曲的导电元件可以跨过贮存器壳体进行电连接，而无需通过壳体中的开口物理性地穿过电缆或者电线。该柔性导电元件可以在控制器和位于贮存器壳体之外的其它电子元件、以及安装在贮存器壳体中或者是该贮存器壳体的一部分的电极之间进行电连接。

背景技术

“电迁移”通常指通过身体表面(例如皮肤、粘膜或者指甲)输送或者抽取治疗试剂(带电的(charged)、不带电的、或者其混合物)，其中的输送或者抽取至少部分是通过施加电势而导致或者帮助完成的。已经发现，电迁移过程可以用于包括利多卡因、氢化可的松、氟化物、青霉素和地塞米松在内的多种药物的治疗给药。电迁移的普通用途是通过离子电渗疗法输送匹鲁卡品来诊断囊肿性纤维化。匹鲁卡品会刺激产生汗液。收集汗液并分析其氯化物含量，以检测疾病的存在。

电迁移设备通常采用与身体的某个部位、通常是皮肤紧密接触的两个电极。第一个电极称之为有效电极或者供体电极，用于向身体内输送治疗试剂。第二个电极称之为平衡或者返回电极，用于和第一电极一起通过身体形成一个闭合的电路。电源例如电池通过电极向身体提供电流。例如，如果要输送到身体中的治疗试剂是带有正电的阳离子，阳极就是有效电极，阴极就是完成电路所需的平衡电极。如果要输送到身体中的治疗试剂是带有负电的阴离子，阴极就是供体电极，阳极是平衡电极。

电移法(也称之为离子电渗疗法)是一种广泛采用的电迁移过程，涉及电引发的带电离子(例如药物离子)通过身体表面的移动。另一种类型的电迁移叫做电渗，涉及液体在所施加的电场的影响下横穿身体表面(例如：经过皮肤给药)的流动。还有一种类型的电迁移过程，称之为电穿孔，涉及通过施加高电压脉冲来在生物膜中形成暂时存在的微孔。在任何给定的电迁移系统中，可以在某种程度上同时发生这些过程中的一种或者多种。

大多数通过皮肤给药的电迁移设备具有阳极和阴极组件。每个电极组件由和在使用过程中与患者皮肤相接触设置的导离子贮存器成离子传输关系的导电电极构成。例如在Webster的US4383529中披露的水凝胶贮存器是贮存器的优选形式，因为含水凝胶比填充水的贮存器更容易处理和制造。对于在这种贮存器中使用来说，水是非常优选的液体溶剂。这部分原因是因为许多药物盐是水溶的，部分原因是因为水具有优异的生物兼容性，允许在贮存器和皮肤之间长时间接触，从过敏的角度而言是可接受的。

“试剂”包括其最广义的解释，用于包括任何治疗试剂和药物，以及任何身体分析物，例如葡萄糖。“药物”和“治疗试剂”可以交换使用，用于指任何治疗的活性物质，它被输送到活体组织中以产生所需要的、通常是有益的效果。这包括在所有的主要治疗领域内的治疗试剂，包括但不限于：抗感染的，包括抗生素和抗病毒试剂；止痛的，包括芬太尼、舒芬太尼、瑞芬太尼、丁丙诺啡和止痛剂的结合；麻醉剂；减食欲药物；治疗风湿药物；平喘试剂；抗惊厥药；抗抑郁病药；抗糖尿病试剂；止泻药；抗组胺剂；消炎试剂；抗偏头痛药；抗晕动病制剂，例如东莨菪碱和恩丹西酮；止恶心药；抗肿瘤药；抗帕金森病药物；止痒剂；安定药；解热药；解痉药包括肠胃系统的和泌尿系统的；抗胆碱能药；类交感神经药物；黄嘌呤衍生物；心血管制剂，包括钙通道阻断剂；β阻断剂；β促效药，包括多巴酚丁胺和羟苄羟麻黄碱；抗心律失常药；抗高血压药物，包括氨酰心安；ACE抑制剂，例如雷尼替丁；利尿剂；血管扩张剂，包括全身的、冠状的、末梢的和大脑的；中枢神经系统兴奋剂；咳嗽和感冒制剂；解除充血剂；用于诊断的；激素，包括甲状旁腺激素；安眠药；免疫抑制剂；肌肉松弛剂；副交感神经阻滞药；拟副交感神经药；前列腺素；蛋白质；肽；神经兴奋药；镇静剂；以及镇定剂。

“柔性”是指它的标准含义，也就是表示材料具有能够弯曲而不断裂的性质。

特别感兴趣的经皮肤给药的输送是用于缓解剧烈疼痛的给药的止痛药输送。控制药物输送的速度和持续时间是止痛药的皮肤输送的特别重要之处，以避免药剂过量的潜在危险和剂量不足时的不舒服。已经发现可以用于皮肤给药输送路径的一类止痛药是合成鸦片，4-苯胺哌啶一类。合成鸦片例如芬太尼，当然也包括其衍生物例如舒芬太尼，特别适用于经过皮肤给药。这些合成鸦片特征在于它们止痛的快速起效、高效(potency)和短的作用持续时间。它们据估计分别比吗啡效力高80-800倍。这些药物是弱碱，也就是胺，其主要部分在酸性介质中为阳离子。

电迁移设备使用与某部分的皮肤、指甲、粘膜或者身体的其它表面电接触的至少两个电极。一个电极，称之为“供体”电极，是从其中向身体内输送治疗试剂的电极。另一个电极通常称之为“平衡”电极，用于通过身体形成闭合电路的。例如，如果要输送的治疗剂是带正电的阳离子，那么阳极就是供体电极，阴极是平衡电极，它用于完成电路。或者如果治疗试剂是带负电的阴离子，阴极就是供体电极，阳极是平衡电极。另外，如果输送阳离子的和阴离子的治疗试剂离子，或者如果使用不带电的溶解的治疗试剂，阳极和阴极可以都作为供体电极。

另外，电迁移系统通常需要用于要输送给身体的治疗试剂的至少一个贮存器或者来源。这种供体贮存器的示例包括袋或者腔、多孔海绵或者垫、以及亲水聚合物或者凝胶基质。这种供体贮存器电连接至阳极或者阴极以及身体表面，并且位于它们之间，以提供一种或者多种治疗试剂或者药物的固定的或者可更新的来源。电迁移设备由电源例如一个或者多个电池供能。通常，在任意一个时间，电源的一极电连接至供体电极，相反的一极电连接至平衡电极。由于已经显示，电迁移药物输送的速度大致与该设备所施加的电流成正比，因此许多电迁移设备通常具有一个电控制器，控制通过电极施加的电压和/或电流，由此调整药物输送的速度。这些控制电路使用各种电子元件来控制电源所提供的电流和/或电压的幅度、极性、时序、波形等。例如参见McNichols等人的US5047007。

迄今为止，商业性的皮肤给药的电迁移药物输送设备(例如Phoresor，Salt Lake City，UT的Iomed，Inc.销售；Dupel IontophoresisSystem，St.Paul，MN的Empi，Inc销售；以及Webster Sweat Inducer，型号3600，Logan，UT的Wescor，Inc.销售)已经采用了台式电源单元和一对皮肤接触电极。供体电极组件包括药物溶液，平衡电极组件包括生物兼容的电解质盐的溶液。电源单元具有电控制器，用于调整通过电极施加的电流量。“卫星”电极通过长的(例如1-2米)的导电导线或者电缆连接至电源。导线连接会发生连接断开，并且限制了患者的移动和可移动性。电极和控制器之间的导线也使病人感到厌烦和不舒服。在Jacobsen等人的US4141359(见图3和4)；LaPrade的US5006108(见图9)；以及Maurer等人的US5254081中披露了另一种采用“卫星”电极组件的台式电源单元。

近年来，尤其是随着微型集成电路以及更大功率的轻重量电池(例如锂电池)的发展，电迁移设备已经更加小型化。廉价的微型电路和紧凑的高能电池的出现，意味着整个设备可以小到足以在衣物之下不引人注目地穿戴在患者皮肤上。这样允许患者甚至是在电迁移设备有效地输送药物的期间也能进行正常的活动。例如在Tapper的US5224927；Sibalis等的US5224928；以及Haynes等的US5246418中披露了这种小的自给电迁移输送设备。

现在参考图1，它显示了示例性的电迁移设备10的分解示意图，它具有按钮开关12形式的启动开关，以及发光二极管(LED)14形式的显示器。设备10包括上壳体16、电路板组件18、下壳体20、阳极电极22、阴极电极24、阳极贮存器26、阴极贮存器28以及皮肤兼容的粘合件30。上壳体16可以具有侧翼15，它帮助将设备10保持在患者皮肤上。在模制有侧翼的时候，上壳体16通常由橡胶或者其它弹性材料例如乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、有机硅、聚烯烃弹性体

或者类似的材料构成。上壳体16如果没有模制有侧翼，可以由更加刚性的材料例如苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯或者其它类似材料形成。下壳体20通常由塑料或者弹性片材(例如聚对苯二甲酸乙二酯-乙二醇(PETG)或者聚乙烯)构成，它们可以易于模制或者热成型而形成用于贮存器或者电极的凹坑。片材可易于切割而在其中形成开口23和23′。或者侧翼可以是下壳体的一个整体部分。在这种情况下，下壳体可以利用弹性材料模制或者利用柔性材料形成。印刷线路板组件18包括与分立的电子元件40和电池32耦合的集成电路19。电路板组件18通过穿过开口13a和13b的柱(图1中未显示)连接至外壳16，柱的端部被加热和/或融化，以将电路板组件18热立桩(stake)至上壳体16。组装的替换形式包括使用搭扣配合元件、超声波焊接、螺栓、铆钉或者摩擦配合。下壳体20通过粘合件30连接至上壳体16，粘合件30的上表面34粘在下壳体20以及上壳体16上，如果有侧翼15，也包括粘在侧翼15的下表面。

在电路板组件18的上面是电池32，它用作设备电源，它可以是纽扣电池，例如锂电池。电路板18的电路输出利用导电粘合剂42，42′使电极24和22通过在下壳体20中形成的凹坑25，25′中的开口23，23′电接触。电极22和24与药物贮存器26和不含有药物的电解液贮存器28的顶侧44′，44直接接触和/或机械接触。贮存器26，28的底侧46′，46通过粘合件30中的开口29′，29接触患者的皮肤。在按下按钮开关12之后，电路或者电路板组件18向电极/贮存器22，26和24，28提供预定直流电流(DC)，用于预定长度的输送间隔。

将电迁移输送设备制备、装船运输、以及存放(或者存放、装船运输以及存放)，开处方，然后使用。结果，该设备的元件必须具有较长的贮藏寿命，在某些情况下，必须符合规章的要求。例如美国食品及药物管理局对于某些材料要求其具有从六至十八个月或者更长时间的贮藏寿命。实现更长贮藏寿命的一个复杂因素是系统元件在暴露在高温下时的稳定性。为了实现弹性系统元件的令人满意的尺寸稳定性，必须对模制条件以及二次制造操作仔细地加以优化，要求工艺参数范围窄，以避免翘曲、变形和/或不可接受的尺寸变化。如果在存储或者装船运输过程中该设备外壳要面对高温(例如超过40℃)，就可能发生这些不希望的变形或者尺寸变化。

另外，电迁移输送设备通常含有电子元件(例如集成电路、电阻、二极管电容器、电感器等)，导电电路轨迹(trace)，以及它们之间的电性和物理性的连接，它们可能会被水或者水汽腐蚀或者损坏。例如图1的设备10的设备具有能水合的或者水合的贮存器26，18。因此来自水合贮存器的潮气或者湿气在制造和存储过程中可以通过贮存器外壳渗透或者泄漏。因此湿气可以导致设备内的电子和/机械元件的腐蚀，由此缩短设备的贮藏寿命。渗透或者泄漏的一个来源是在电极周围或者围绕在电引线或者接头周围，它们必须从电池向贮存器内相对较湿的环境内提供电流和电压。

为了从电源向供体贮存器提供电压，必须采用一些方法或者设备来将电源设置成与供体贮存器电连通。

一种方法是在用于容纳药物贮存器的壳体中模制、冲压、钻或用其它方式制造一个开口。然后将电极放置或者粘在外壳的内侧，从而可以通过开口接近电极。然后将药物贮存器放置在贮存器腔室内，从而它与电极电接触。然后，通过电极被贮存器壳体中的开口所暴露的那个部分与药物贮存器形成电接触。

在这个方法的实施过程中有一些关键之处。所有的一切涉及密封贮存器壳体内的开口。因为药物贮存器通常有大量的水，如果在电极和药物贮存器壳体之间没有适当的密封，这种液体、潮气和/或湿气倾向于从壳体中逸出，并腐蚀电子和/或机械元件。因为这些设备在密封袋中装船运输和存放，因此从贮存器中逸出的任何水或者湿气会被捕获在设备内部，并使得控制器电路和其它电子元件暴露在水中。水，特别是含有在药物贮存器中经常发现的电解质盐的水，对于设备有腐蚀性和相当的破坏性。

一种方法是研发干燥的或者非水合的电极。例如参见US5158537、5288289、5310404、以及5320598。因为仅需要在实际使用过程中由患者在药物输送过程中将电极水合，因此可以在贮存器在干燥和非水合状态下来制造和存放该设备。然后将其中溶解或者没有溶解试剂的水合液体仅在使用之前加入到贮存器中。但是当采用这种方法时必须要进行多个设计考虑，并且带来其自身的一些挑战。引起了脱水和再水合是否不会损坏药物贮存器的问题，以及如何确定再水合时活性试剂的适当和及时的再度溶解的问题。

其它方法是使得设备能抵抗湿气和腐蚀。已经采取的对抗腐蚀问题的一个步骤包括给电子和/或机械元件(例如触点或者触头)和电路板轨迹(trace)镀金。这种方法自然是昂贵的，并且给制造过程增加了额外的步骤。

用于解决湿气和腐蚀问题的其它策略是将电子元件密封在共形涂层中、将水凝胶单独包装以及在含有该设备的袋中包装干燥剂。

使用共形涂层需要额外的处理步骤，它增加了成本和处理时间。将药物贮存器凝胶单独包装也增加了成本和处理时间，并给患者增加了额外的步骤，他必须要在使用之前组装设备。设备袋内的干燥剂也要有额外的元件，并且倾向于使得袋内的药物贮存器脱水，这在患者使用的时候降低了效率。

发明内容

本发明提供一种电迁移贮存器壳体，具有一体模制在绝缘壳体内的柔性导电元件，从而元件的第一部分在壳体之内，第二部分在壳体之外。采用这种柔性导电元件作为贮存器壳体的一部分，允许将贮存器壳体内的药物贮存器和电极与贮存器外的电源电连通，而不需要在贮存器形成之后再在上面开口。因为模制过程是在高热和压力之下进行的，因此在形成贮存器壳体的材料和导电元件之间形成非常紧密的、不会透过液体和湿气的连接。这样获得了基本上是单个的一体元件的贮存器壳体，它不再需要制造穿过壳体并需要随后加以密封的开口或者其它通道。通过在制造过程中将导电元件模制在壳体中并穿过壳体，避免了贮存器壳体内的药物贮存器的水和/或湿气泄漏或者与贮存器壳体外的电子和/机械元件相接触。

附图说明

通过以下结合附图的详细描述可以更好地理解本发明以及其它目的和优点，附图中类似的附图标记表示类似的部件。

图1是现有技术的电迁移设备的分解图。

图2是柔性导电元件的透视图。

图3是本发明具体实施方案的截面图。

图4是与图3类似的实施方案的截面图，但是包括电路板。

具体实施方式

以下描述参考图2-4。本发明使用柔性导体100，它由电极端103和接触端107以及这两端之间的连接部分102构成。向电极端103和接触端107以及连接部分102的表面施加导电涂层。这三个区域中的每一个可以涂有不同的材料，因为每个区的涂层用于不同的目的，有着不同的要求。

电极端103将位于贮存器壳体内，将作为电极组件的一部分，可以涂布电极涂层104，它是满足位于贮存器壳体内的导电表面电化学要求的导电材料。这种材料通常是Ag/AgCl油墨。或者可以使单独的Ag/AgCl电极(未显示)位于贮存器壳体内，从而与电极端103和贮存器凝胶或者贮存器基质直接接触。在这种情况下，电极端103上可能不需要特殊的涂层，可以使用适合于在贮存器壳体内的富有湿气的环境中使用的任何导电涂层。

连接部分102涂布有连接涂层106，因为施加在这个区域的物理变形，该涂层需要具有高度的柔性。这种涂层通常是含有导电颗粒例如碳黑或者粉末金属的多种柔性聚合物中的任何一种。

接触端107可以涂布接触涂层108，它将与贮存器壳体外的电迁移设备的其它电子元件电接触。这些通常包括但是不限于电源以及电流调整电路。在电路板或者其它的含有一个或者多个元件例如电源(例如电池)和电流调整电路的电连通装置上，接触涂层108将实现与电接触垫或者其它接触点的有效导电接触。

如图3和4所示，贮存器壳体120在柔性导体100的连接部分102周围模制。电极端103位于贮存器腔室内，电极涂层104面朝着贮存器壳体120的开口端。因此电极涂层104与将会放置在贮存器壳体120内的含有试剂的贮存器相接触。

连接部分102的足够的长度位于贮存器壳体120之外，从而柔性导体100可以自身弯曲或者折回，并沿着贮存器壳体120的上外表面140设置。部分连接部分102位于贮存器壳体120外，并称之为柔性区域105。因为柔性区域105需要明显的物理变形，因此连接涂层106必须是足够柔软的，从而在弯曲并在保持与连接部分102物理连接的同时，甚至在明显弯曲和挠曲的时候，能维持适当的导电性。

在连接部分102变形并且柔性导体100已经自身折回之后，接触端107的位置是接触涂层108背对着贮存器壳体120。通常，接触涂层108与电路板130上的电接触垫135电连通。但是接触涂层108可以与工业上已知的多种标准电连接装置中的任一种相接触。

尽管图3和4中显示接触端107和电路板130位于贮存器壳体120之上，但是使用柔性导体100允许接触端107和接触涂层108可以相对于贮存器壳体120设置在任何合理的位置上。

尽管所示的实施方案描述了在基板顶部上具有各种涂层的位于下面的柔性基板，但是本发明的范围不需要单独的涂层，并包括以下实施方案：在柔性导体100的各个区域：电极端103、接触端107以及连接部分102中的一个或者多个由满足柔性导体100的每个区域所需功能的单层材料制成。

柔性导体100可以是由一种导电柔性材料形成的整体元件，这也在本发明的范围内。

上述示例性实施方案用于显示本发明的各方面，但是不是一种限制。因此本发明可以按照本领域技术人员能够从此处的描述中导出的各种变化和改进方式来实施。所有的这些变化和改进落入在本发明的范围和精神内。

附图标记列表

100	柔性导体
		102	连接部分
103	电极端
		104	电极涂层
105	柔性区域
		106	连接涂层
107	接触端
		108	接触涂层
120	贮存器壳体
		130	电路板
135	接触垫
		140	外表面

Claims (17)

1.一种电迁移设备，包括：

第一和第二电极；

第一贮存器，用于容纳活性试剂成分；

第二贮存器，用于容纳电解质成分；

所述第一贮存器与所述第一电极连通，

所述第二贮存器与所述第二电极连通；

电源；

电路，与至少所述第一和第二电极连通；以及

非导电贮存器壳体，具有用于容纳所述第一电极和所述第一贮存器的内部腔室，

所述非导电贮存器壳体包括整体模制在所述非导电贮存器壳体内的一个实质上柔性的导电元件，该导电元件具有与所述第一贮存器相连的第一端部和设置在所述非导电贮存器壳体之外并从其中延伸的第二端，

其中在形成所述非导电贮存器壳体的材料和所述实质上柔性的导电元件之间建立一个不会透过液体和湿气的连接，所述实质上柔性的导电元件的所述第二端适于操作性地连接至所述电源，由此在所述第一贮存器、所述电路和所述电源之间提供电连通。

2.如权利要求1的电迁移设备，其中所述电源与所述电路连通，所述导电元件的所述第二端适于和所述电路连接。

3.如权利要求1的电迁移设备，其中所述导电元件包括实质上是平的部件。

4.如权利要求1的电迁移设备，其中所述导电元件包括其上设置有导电涂层的基底部件。

5.如权利要求1的电迁移设备，其中所述活性试剂成分包括选择自以下的治疗试剂：抗感染的试剂；镇痛剂；麻醉剂；减食欲药物；治疗风湿药物；平喘试剂；抗惊厥药；抗抑郁病药；抗糖尿病试剂；止泻药；抗组胺剂；消炎试剂；抗偏头痛药；抗晕动病制剂；止恶心药；抗肿瘤药；抗帕金森病药物；止痒剂；安定药；解热药；解痉药；抗胆碱能药；类交感神经药物；黄嘌呤衍生物；心血管制剂；β阻断剂；β促效药；抗心律失常药；抗高血压药物；ACE抑制剂；利尿剂；血管扩张剂；中枢神经系统兴奋剂；咳嗽和感冒制剂；解除充血剂；激素；安眠药；免疫抑制剂；肌肉松弛剂；副交感神经阻断药；拟副交感神经药；前列腺素；蛋白质；肽；神经兴奋药；镇静剂；以及镇定剂。

6.如权利要求1的电迁移设备，其中所述贮存器壳体是单个的的一体元件。

7.如权利要求6的电迁移设备，其中所述电迁移设备的生产无需制造穿过所述贮存器壳体并需要随后加以密封的开口或者其它通道。

8.如权利要求5的电迁移设备，其中抗感染的试剂包括抗生素和抗病毒试剂。

9.如权利要求5的电迁移设备，其中镇痛剂包括芬太尼、舒芬太尼、瑞芬太尼、丁丙诺啡和止痛剂的结合。

10.如权利要求5的电迁移设备，其中抗晕动病制剂是东莨菪碱或恩丹西酮。

11.如权利要求5的电迁移设备，其中解痉药包括肠胃系统的和泌尿系统的解痉药。

12.如权利要求5的电迁移设备，其中心血管制剂包括钙通道阻断剂。

13.如权利要求5的电迁移设备，其中β促效药包括多巴酚丁胺和羟苄羟麻黄碱。

14.如权利要求5的电迁移设备，其中抗高血压药物包括氨酰心安。

15.如权利要求5的电迁移设备，其中ACE抑制剂是雷尼替丁。

16.如权利要求5的电迁移设备，其中血管扩张剂包括全身的、冠状的、末梢的和大脑的血管扩张剂。

17.如权利要求5的电迁移设备，其中激素包括甲状旁腺激素。

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