JP2008173180A - イオントフォレーシス装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 薬物イオンの投与効率を高めることができるとともに、予めイオン交換膜に薬物イオンをドープする処理を行うことを要さないイオントフォレーシス装置を提供する。
【解決手段】 薬物イオンを含む薬液の前面側に第１極性のイオン交換膜を配置するととともに、当該薬液に第２極性のイオン交換樹脂を接触させる。薬物イオンがプラスイオンである場合は、第１極性のイオン交換膜及び第２極性のイオン交換樹脂としてＨ型カチオン交換膜及びＯＨ型アニオン交換樹脂を使用し、薬物イオンがマイナスイオンである場合は、第１極性のイオン交換膜及び第２極性のイオン交換樹脂は、ＯＨ型アニオン交換膜及びＨ型カチオン交換樹脂を使用する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、イオン解離した薬物イオンを、当該薬物イオンと同一極性の電圧により駆動して生体に投与するためのイオントフォレーシス装置に関する。

イオントフォレーシスは、薬液中においてプラス又はマイナスのイオンに解離した薬物を電圧により駆動して経皮的に生体内に移行させるものであり、患者に対する負担が少なく、薬物の投与量の制御性に優れるなどの利点を有している。

特許文献１は、上記イオントフォレーシスにおける薬物イオンの投与効率を向上させることができるイオントフォレーシス装置を開示している。

図６は、特許文献１に開示されるイオントフォレーシス装置１０１の構成を示す説明図である。

図示されるように、イオントフォレーシス装置１０１は、電極１１１と、プラス又はマイナスのいずれかの極性（第１極性）の薬物イオンを含む薬液を保持する電解液保持部１１２と、第１極性のイオン交換膜１１３とを有する作用側電極構造体１１０、電極１２１と、電解液を保持する電解液保持部１２２とを有する非作用側電極構造体１２０、及び電極１１１、１２１に両端を接続された電源１３０を備えており、イオン交換膜１１３及び電解液保持部１２２を生体皮膚に接触させた状態で電極１１１に第１極性の電圧を、電極１２１に第２極性の電圧を印加することにより、電解液保持部１１２の薬物イオンがイオン交換膜１１３を介して生体側に移行する。

このイオントフォレーシス装置１０１では、イオン交換膜１１３が、生体側への薬物イオンの移行を許容しつつ、生体皮膚から電解液保持部１１２への薬物対イオンの移行を遮断するために、生体対イオンの移動により消費される電流量が低減され、その結果、薬物イオンの投与効率が上昇する。

その反面、第１極性のイオン交換膜のイオン交換基には第１極性の対イオンが比較的イオン解離が容易な状態で結合しており、この対イオンは薬物イオンの競合イオンとして作用する。

従って、生体対イオンの移動を遮断することによる効果がイオン交換基の対イオンの競合により減殺されることになり、薬物イオンの種類や薬物投与の目的などによっては、薬物イオンの投与効率の上昇程度が不十分となる場合があった。

本願出願人は、特許文献１におけるイオントフォレーシス装置１０１を更に改良し、薬物イオンの投与効率を一層高めることができるイオントフォレーシス装置を米国特許仮出願第６０／６９３６６８号（以下、「出願１」という）、特願２００６−１７４３２３４号（以下、「出願２」という）として出願している。

出願１、２のイオントフォレーシス装置では、イオントフォレーシス装置１０１における第１極性のイオン交換膜１１３として、予め第１極性の薬物イオンをドープしたイオン交換膜が使用されるとともに、電解液保持部１１２には、通電により生体側に移行した薬物イオンを置換する第１極性のイオンを供給するための電解液が保持される。

出願１、２のイオントフォレーシス装置では、イオントフォレーシス装置１０１と同様に、生体対イオンの移行がイオン交換膜１１３により遮断されるために薬物イオンの投与効率が上昇することに加え、薬物イオンが生体皮膚に最も近接して配置される部材であるイオン交換膜１１３にドープされているために薬物イオンの投与効率が一層上昇するなどの効果が達成される。更に、電解液保持部１１２の電解液を、例えば、イオン交換膜１１３にドープした薬物イオンと同一の薬物イオンを含む薬液とするなどにより、薬物イオンに競合するイオンの供給源を装置内に有さない構成とすることも可能である。

しかしながら、出願１、２のイオントフォレーシス装置では、その製造過程において、薬物イオンを含む薬液にイオン交換膜を浸漬するなどの処理により、イオン交換膜に薬物イオンを予めドープすることが必要であり、そのドープを行う際の薬液を効率的に使用することが難しいという問題がある。

即ち、薬物イオンのドープは、薬液中の薬物イオンとイオン交換膜中のイオン交換基の対イオンとの置換により生じるが、ある程度置換反応が進行して系が平衡に達すると、薬液中に薬物イオンが残っていても、それ以上の置換反応は進まなくなるため、ドープすべき薬物イオンの量によっては、高濃度の薬液を使用したり、薬液を何度も取り替えて処理を行うことが必要となる。

また、薬物イオンのドープに使用した薬液には、イオン交換膜から放出されたイオン交換基の対イオン（例えば、カチオン交換膜からは多くの場合ナトリウムイオンが放出される）が混入しているため、薬液を精製、再使用することが困難な場合が多い。

このため、使用した薬液中に残った薬物が無駄となり、特に高価な薬物の場合には装置コストの上昇を招くことに加え、薬液の廃棄には手間やコストが必要であり、環境問題やコンプライアンスの問題への対処も必要になるなどの不都合を生じていた。
特開平４−２９７２７７号公報

本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、下記のいずれか１以上の目的を達成するものである。

即ち、本発明の目的は、薬物イオンの投与効率に優れるイオントフォレーシス装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、特許文献１のイオントフォレーシス装置における薬物イオンの投与効率を更に上昇させることができるイオントフォレーシス装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、薬物イオンをドープされたイオン交換膜を介して薬物イオンの投与を行うイオントフォレーシス装置と同等又はそれ以上の効率をもって薬物イオンの投与を行うことができるイオントフォレーシス装置であって、装置の製造工程において、イオン交換膜に薬物イオンをドープする処理を行うことを要さないイオントフォレーシス装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、薬物イオンをドープされたイオン交換膜を介して薬物イオンの投与を行うイオントフォレーシス装置と同等又はそれ以上の効率をもって薬物イオンの投与を行うことができるイオントフォレーシス装置であって、装置の製造工程における薬物の無駄を削減することができるイオントフォレーシス装置を提供することにある。

本発明は、
第１極性の薬物イオンを含む薬液を保持する薬物保持部と、
前記薬物保持部の薬液に第１極性の電圧を印加するための電極と、
前記薬物保持部の前面側において前記薬物保持部の薬液に接触して配置される第１極性のイオン交換膜と、
前記薬物保持部の薬液に接触する第２極性のイオン交換樹脂とを有するイオントフォレーシス装置であって、
前記第１極性がプラスである場合には、前記第１極性のイオン交換膜及び前記第２極性のイオン交換樹脂は、それぞれＨ型カチオン交換膜及びＯＨ型アニオン交換樹脂であり、
前記第１極性がマイナスである場合には、前記第１極性のイオン交換膜及び前記第２極性のイオン交換樹脂は、それぞれＯＨ型アニオン交換膜及びＨ型カチオン交換樹脂であることを特徴とするイオントフォレーシス装置（請求項１）、又は、
第１極性の薬物イオンを含む薬液を保持する薬物保持部と、
前記薬物保持部の薬液に第１極性の電圧を印加するための電極と、
前記薬物保持部の前面側において前記薬物保持部の薬液に接触して配置される第１極性のイオン交換膜と、
前記薬物保持部の薬液に接触する第２極性のイオン交換樹脂とを備えるイオントフォレーシス装置の製造方法であって、
前記第１極性がプラスである場合には、前記第１極性のイオン交換膜及び前記第２極性のイオン交換樹脂として、それぞれＨ型カチオン交換膜及びＯＨ型アニオン交換樹脂を準備し、
前記第１極性がマイナスである場合には、前記第１極性のイオン交換膜及び前記第２極性のイオン交換樹脂として、それぞれＯＨ型アニオン交換膜及びＨ型カチオン交換樹脂を準備する第１工程と、
第１工程の後に実施される第２工程であって、前記薬液に前記第１極性のイオン交換膜及び前記第２極性のイオン交換樹脂を接触させる第２工程とを有することを特徴とするイオントフォレーシス装置の製造方法（請求項６）により上記課題を解決したものである。

本発明におけるＨ型カチオン交換膜、Ｈ型カチオン交換樹脂は、カチオン交換基の対イオンの全部又は過半数が水素イオンであるカチオン交換膜、カチオン交換樹脂である。本発明のＨ型カチオン交換膜、Ｈ型カチオン交換樹脂における水素イオンが対イオンとして結合したカチオン交換基数の全カチオン交換基数に対する割合は５０％以上であり、より好ましくは８０％以上であり、特に好ましくは９５％以上である。

本発明におけるＯＨ型アニオン交換膜、ＯＨ型アニオン交換樹脂は、アニオン交換基の対イオンの全部又は過半数が水酸イオンであるアニオン交換膜、アニオン交換樹脂である。本発明のＯＨ型アニオン交換膜、ＯＨ型アニオン交換樹脂における水酸イオンが対イオンとして結合したアニオン交換基数の全アニオン交換基数に対する割合は５０％以上であり、より好ましくは８０％以上であり、特に好ましくは９５％以上である。

市場において入手可能なカチオン交換膜やカチオン交換樹脂は一般に、化学的な安定性を高めるなどを目的として、カチオン交換膜、カチオン交換樹脂内の全部又は過半数のカチオン交換基にナトリウムイオン等の比較的分子量の大きいイオンを結合させた状態で提供されている。即ち、カチオン交換膜やカチオン交換樹脂の製造方法によっては、カチオン交換基の導入処理が行われた段階では、全部又は過半数のカチオン交換基に水素イオンが結合している場合もあるが、そのような場合には、塩水処理などによってこの水素イオンをナトリウムイオンなどに置換する処理が行われている。

アニオン交換膜やアニオン交換樹脂においても同様に、一般には、化学的な安定性を高めることなどを目的として、アニオン交換膜、アニオン交換樹脂内の全部又は過半数のアニオン交換基に塩素イオンなどの比較的分子量の大きいイオンを結合させた状態で提供されている。

従って、特許文献１などにおいてカチオン交換膜又はアニオン交換膜を使用したイオントフォレーシス装置は知られているが、そこで使用されるカチオン交換膜、アニオン交換膜には、必然的に、イオン交換基の全部又は過半数にナトリウムイオンや塩素イオンなどを結合させたものが使用されていたのであり、少なくとも、Ｈ型のカチオン交換膜やＯＨ型アニオン交換膜を使用することを明示した例は存在しない。

本発明のイオントフォレーシス装置は、上記のような一般的なカチオン交換膜又はアニオン交換膜ではなく、Ｈ型カチオン交換膜又はＯＨ型アニオン交換膜を使用する点において従来に無い構成であるということができる。更には、本発明のイオントフォレーシス装置は、Ｈ型カチオン交換膜又はＯＨ型アニオン交換膜を単独で使用するのではなく、Ｈ型カチオン交換膜とＯＨ型アニオン交換樹脂の組み合わせ又はＯＨ型アニオン交換膜とＨ型カチオン交換樹脂の組み合わせを使用する点において従来に例を見ない構成であるということができる。

本発明によれば、予め薬物イオンをドープしたイオン交換膜を使用することなく、薬物イオンの投与効率を出願１、２のイオントフォレーシス装置に匹敵する水準にまで高めることが可能である。

従って、本発明のイオントフォレーシス装置では、装置の製造過程において、イオン交換膜に薬物イオンをドープする際に生じていた薬液の無駄や、当該ドープに使用した薬液の廃棄に伴う問題を解消することができる。

上記本発明の効果が達成されるメカニズムは、必ずしも完全に解明された訳ではないが、現時点において本発明者らが推定している本発明のメカニズムを図１、２を用いて説明する。

なお、以下では、第１極性（薬物イオンの極性）がプラスである場合を例として説明するが、第１極性がマイナスであっても同様の説明が妥当することは自明である。

図１は、特許文献１に記載されるイオントフォレーシス装置における装置の組立時点における状態（図１（Ａ））と、装置の組立からある程度時間が経過したときの状態（図１（Ｂ））を示している。

図１（Ａ）のように、従来のイオントフォレーシス装置では、カチオン交換膜ＣＭのカチオン交換基ＣＧには水素イオン以外の対イオンＣ^＋が結合しており、この状態で通電を行ったとすれば、通電量の少なくとも一部は対イオンＣ^＋が生体に移行することにより消費され、特に通電初期の段階では、生体皮膚により近い位置にある対イオンＣ^＋が薬物イオンＤ^＋に優先して生体側に移行すると考えられる。

装置の組立によりイオン交換膜ＣＭを薬液ＤＳに接触させると、図１（Ｂ）に示すように、時間の経過とともにイオン交換膜ＣＭ中の対イオンＣ^＋の少なくとも一部が薬液ＤＳ中の薬物イオンＤ^＋に置換されると考えられるが、このような置換が進行したとしても、系内における薬物イオンＤ^＋量や対イオンＣ^＋量には変化を生じないため、対イオンＣ^＋が薬物イオンＤ^＋に代わって生体に移行することによる投与効率の低下の程度は変化しない。

図２は、本発明におけるイオントフォレーシス装置における装置の組立時点における状態（図２（Ａ））と、装置の組立からある程度時間が経過したときの状態（図２（Ｂ））を示している。

図２（Ａ）のように、本発明のイオントフォレーシス装置では、Ｈ型カチオン交換膜ＨＣＭのカチオン交換基ＣＧには、対イオンとして水素イオンＨ^＋が結合しており、ＯＨ型アニオン交換樹脂ＯＡＲのアニオン交換基ＡＧには、対イオンとして水酸イオンＯＨ⁻が結合している。

そして、装置の組立により薬液ＤＳをＨ型カチオン交換膜ＨＣＭ及びＯＨ型アニオン交換樹脂ＯＡＲに接触させると、薬液中の薬物イオンＤ^＋との置換反応によってＨ型カチオン交換膜ＨＣＭからは水素イオンＨ^＋が放出されるとともに、薬物対イオンＤ⁻との置換反応によってＯＨ型アニオン交換樹脂ＯＡＲからは水酸イオンＯＨ⁻が放出されることになり（図２（Ｂ））、放出された水素イオンＨ^＋の全部又は少なくとも一部は、水酸イオンＯＨ⁻との反応により消滅するものと考えられる（図２（Ｃ））。

このように、本発明のイオントフォレーシス装置では、装置内における薬物イオンＤ^＋の競合イオン量が減少することになるために、特許文献１のイオントフォレーシス装置と比較して、薬物イオンの投与効率を顕著に向上させることができる。

また、上記置換反応が進行しても、薬液ＤＳ中の水素イオンＨ^＋の濃度は、水酸イオンＯＨ⁻との反応により上昇が抑制されるために、系が平衡に至るまでにより多くの薬物イオンＤ^＋がＨ型カチオン交換膜ＨＣＭにドープされることになる。

従って、本発明のイオントフォレーシス装置では、薬液ＤＳ中の薬物濃度を適切な値とし、十分な量の水酸イオンＯＨ⁻がＯＨ型アニオン交換樹脂ＯＡＲから供給されるよう構成するなどにより、出願１、２に開示される薬物イオンをドープしたイオン交換膜を介して薬物イオンの投与が行われるイオントフォレーシス装置と同等又はそれ以上に薬物イオンの投与効率を高めることも可能である。

本発明におけるＨ型カチオン交換膜又はＨ型カチオン交換樹脂は、カチオン交換基の対イオンがナトリウムイオンであるカチオン交換膜又はカチオン交換樹脂（例えば、塩水処理が施されたカチオン交換膜又はカチオン交換樹脂）に酸性水溶液による処理を施すことにより得ることができる。

上記酸性水溶液による処理の具体例としては、カチオン交換基の対イオンがナトリウムイオンであるカチオン交換膜又はカチオン交換樹脂を０．５〜１Ｎの塩酸に１０秒〜１時間程度浸漬する処理を１〜５回程度繰り返す処理を例示することができる。酸性水溶液による処理は、塩酸に代えて、硫酸や硝酸などの他の酸性水溶液を用いて行うことも可能である。

本発明におけるＨ型カチオン交換膜又はＨ型カチオン交換樹脂は、カチオン交換基を導入可能なポリマーにスルホン化処理又はクロロスルホン化処理などを施すことによっても得ることができる。

本発明におけるＯＨ型アニオン交換膜又はＯＨ型アニオン交換樹脂は、アニオン交換基の対イオンが塩素イオンであるアニオン交換膜又はアニオン交換樹脂（例えば、塩水処理が施されたアニオン交換膜又はアニオン交換樹脂）に塩基性水溶液による処理を施すことにより得ることができる。

上記塩基性水溶液による処理の具体例としては、アニオン交換基の対イオンが塩素イオンであるアニオン交換膜又はアニオン交換樹脂を０．５〜１Ｎの水酸化ナトリウム水溶液に１０秒〜１時間程度浸漬する処理を１〜５回程度繰り返す処理を例示することができる。塩基性水溶液による処理は、水酸化ナトリウム水溶液に代えて、水酸化カリウムや水酸化カルシウムなどの他の塩基性水溶液を用いて行うことも可能である。

本発明におけるＯＨ型アニオン交換膜又はＯＨ型アニオン交換樹脂は、アニオン交換基を導入可能なポリマーにアミノ化処理又はアルキル化処理などを施すことによっても得ることができる。

本発明において使用されるＨ型カチオン交換樹脂及びＯＨ型アニオン交換樹脂の形態は任意である。即ち、カチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂は、一般には、粒子状固体の形態である場合が多いが、本発明のＨ型カチオン交換樹脂及びＯＨ型アニオン交換樹脂は、必ずしもそのような形態である必要はない。

例えば、Ｈ型カチオン交換膜にはＨ型カチオン交換樹脂が含有されており、ＯＨ型アニオン交換膜にはＯＨ型アニオン交換樹脂が含有されているため、本発明のＨ型カチオン交換樹脂又はＯＨ型アニオン交換樹脂として、Ｈ型カチオン交換膜又はＯＨ型アニオン交換膜を使用することも可能である（請求項２）。

請求項２の発明においては、当該第２極性のイオン交換膜を電極と薬物保持部の間に配置し、当該第２極性のイオン交換膜により、薬物保持部の薬液を電極から非接触に保つこと（請求項３）が好ましい。

かかる発明によれば、通電の際の電極反応により、仮に水素イオンや水酸イオン、次亜塩素酸などの好ましくないイオンが生成されたとしても、これらのイオンの薬物保持部への移行を第２極性のイオン交換膜により遮断することが可能となるため、これらのイオンによる薬物イオンの投与効率の低下を防止し、或いは、生体界面におけるｐＨ値の変化などの安全上好ましくない状態が生じることを防止することができる。

請求項３の発明においては、電極と第２極性のイオン交換膜の間に電解液を保持すること（請求項４）が好ましく、これにより、電極からの通電を良好に保ち、また、当該電解液の組成を適切に選択するなどにより、電極反応によるガスの発生を生じ難くすることが可能である。

本発明は、
溶解することにより第１極性の薬物イオンを解離する薬物を保持する薬物保持部と、
前記薬物保持部に第１極性の電圧を印加するための電極と、
前記薬物保持部の前面側に配置された第１極性のイオン交換膜と、
第２極性のイオン交換樹脂とを有するイオントフォレーシス装置であって、
前記第１極性がプラスである場合には、前記第１極性のイオン交換膜及び前記第２極性のイオン交換樹脂は、それぞれＨ型カチオン交換膜及びＯＨ型アニオン交換樹脂であり、
前記第１極性がマイナスである場合には、前記第１極性のイオン交換膜及び前記第２極性のイオン交換樹脂は、それぞれＯＨ型アニオン交換膜及びＨ型カチオン交換樹脂であり、
前記薬物保持部の薬物を溶媒に溶解させた際に、当該薬物を溶解させた薬液に、前記第１極性のイオン交換膜及び前記第２極性のイオン交換樹脂が接触することを特徴とするイオントフォレーシス装置（請求項５）とすることが可能である。

かかるイオントフォレーシス装置では、水などの溶媒に未溶解の状態で薬物が保持されるため、薬物の保存性を高めることが可能である。

なお、本発明における薬物を溶媒に溶解させる処理は、薬物投与に先だって、注射などの注液手段を用いて薬物保持部に溶媒を注入することにより行うことができる他、第１極性のイオン交換膜から溶媒を浸透させることによっても行うことが可能である。

本明細書における「薬物」は、調製されているか否かに関わらず、一定の薬効又は薬理作用を有し、病気の治療、回復又は予防、健康の増進又は維持、病状や健康状態などの診断、或いは美容の増進又は維持などの目的で生体に投与される物質を意味する。

本明細書における「薬物イオン」は、薬物がイオン解離することにより生じるイオンであって、薬効又は薬理作用を担うイオンを意味する。

本明細書における「薬物対イオン」は、薬物がイオン解離することにより生じるイオンであって、薬物イオンとは反対極性のイオンを意味する。

本明細書における「薬液」は、薬物イオンを含む流動物を意味し、本明細書における「薬液」には、薬物を溶媒に溶解させた溶液や薬物が液状である場合における原液などの液体状態のものだけでなく、薬物の少なくとも一部が薬物イオンに解離する限り、薬物を溶媒等に懸濁又は乳濁させたもの、軟膏状又はペースト状に調整されたものなど各種の状態のものを含む。

本発明のイオン交換膜にドープされる薬物イオンは必ずしも単一種類である必要はなく、複数種類であっても構わない。

本明細書における「皮膚」は、イオントフォレーシスによる薬物イオンの投与を行い得る生体表面を意味しており、例えば口腔内の粘膜なども含まれる。「生体」は人及び動物を含む。

本明細書における「生体対イオン」は、生体の皮膚上又は生体内に存在するイオンであって、薬物イオンと反対極性のイオンを意味する。

本明細書における「前面側」は、薬物イオンの投与に際して装置内を流れる電流の経路上における生体皮膚に近い側を意味する。

本明細書における「第１極性」は、プラス又はマイナスの電気極性を意味し、「第２極性」は第１極性と反対の電気極性（マイナス又はプラス）を意味する。

イオン交換膜としては、イオン交換樹脂を膜状に形成したものの他、イオン交換樹脂をバインダーポリマー中に分散させ、これを加熱成型などにより製膜することで得られる不均質イオン交換膜や、イオン交換基を導入可能な単量体、架橋性単量体、重合開始剤などからなる組成物、又はイオン交換基を導入可能な官能基を有する樹脂を溶媒に溶解させたものを、布や網、或いは多孔質フィルムなどの基材に含浸充填させ、重合又は溶媒除去を行った後にイオン交換基の導入処理を行うことにより得られる均質イオン交換膜など各種のイオン交換膜が知られているが、本発明のイオン交換膜には、これらのイオン交換膜を特段の制限無く使用することができる。

本明細書における「第１極性のイオン交換膜」は、第１極性のイオンの通過を許容する一方で第２極性のイオンの通過を遮断する機能を有するイオン交換膜（即ち、第１極性のイオンが、第２極性のイオンよりも通過し易いイオン交換膜）を意味する。第１極性がプラスである場合には「第１極性のイオン交換膜」はカチオン交換膜であり、第１極性がマイナスである場合には「第１極性のイオン交換膜」はアニオン交換膜である。

同様に「第２極性のイオン交換膜」は、第２極性のイオンの通過を許容する一方で第２極性のイオンの通過を遮断する機能を有するイオン交換膜（即ち、第２極性のイオンが、第１極性のイオンよりも通過し易いイオン交換膜）を意味する。第２極性がプラスである場合には「第２極性のイオン交換膜」はカチオン交換膜であり、第２極性がマイナスである場合には「第２極性のイオン交換膜」はアニオン交換膜である。

カチオン交換膜の具体例としては、（株）トクヤマ製ネオセプタＣＭ−１、ＣＭ−２、ＣＭＸ、ＣＭＳ、ＣＭＢなどの陽イオン交換基が導入されたイオン交換膜を例示することができ、アニオン交換膜の具体例としては、（株）トクヤマ製ネオセプタＡＭ−１、ＡＭ−３、ＡＭＸ、ＡＨＡ、ＡＣＨ、ＡＣＳなどの陰イオン交換基が導入されたイオン交換膜を例示することができる。

本発明のイオン交換膜には、多孔質フィルムの孔中にイオン交換樹脂が充填されたタイプのイオン交換膜を特に好ましく使用することができる。具体的には、０．００５〜５．０μｍ、より好ましくは０．０１〜２．０μｍ、最も好ましくは０．０２〜０．２μｍの平均孔径（バブルポイント法（ＪＩＳ Ｋ３８３２−１６９０）に準拠して測定される平均流孔径）の多数の孔が、２０〜９５％、より好ましくは３０〜９０％、最も好ましくは３０〜６０％の空隙率で形成された５〜１４０μｍ、より好ましくは１０〜１２０μｍ、最も好ましくは１５〜５５μｍの膜厚を有する多孔質フィルムを使用し、５〜９５質量％、より好ましくは１０〜９０質量％、特に好ましくは２０〜６０質量％の充填率でイオン交換樹脂を充填させたイオン交換膜を使用することができる。

本明細書においてイオン選択膜又はイオン交換膜について述べる「イオンの通過の遮断」は、必ずしも一切のイオンを通過させないことを意味するのではなく、例えば、ある特定のイオンの通過速度又は通過量が他の特定のイオンよりも十分に小さいがために、当該イオン選択膜又はイオン交換膜に求められる機能が十全に発揮される場合を含む。同様に、イオン選択膜又はイオン交換膜について述べる「イオンの通過の許容」は、イオンの通過に一切の制約が生じないことを意味するのではなく、例えば、イオンの通過がある程度制約される場合であっても、当該イオン選択膜又はイオン交換膜に求められる機能が十全に発揮される程度のイオンの通過速度又は通過量が確保される場合を含む。

図３（Ａ）は、本発明の一実施形態に係るイオントフォレーシス装置１Ａの構成を示す説明図である。

図示されるように、イオントフォレーシス装置１Ａは、主として作用側電極構造体１０Ａ、非作用側電極構造体２０Ａ及び電源３０から構成されている。

作用側電極構造体１０Ａは、電源３０の一方の極（第１極性の極）に給電線３１を介して接続される電極１１、電極１１に接触する薬液を保持する薬物保持部１５及び第１極性のイオン交換膜１６を備えており、その全体がケース又は容器１７に収容されている。

一方、非作用側電極構造体２０Ａは、電源３０の他方の極（第２極性の極）に給電線３２を介して接続される電極２１、電極２１に接触する電解液を保持する電解液保持部２２を備えており、その全体がケース又は容器２７に収容されている。

上記電極１１、２１には、任意の導電性材料を特段の制限無しに使用することが可能であるが、銀／塩化銀電極などの水よりも酸化還元電位の低い導電性材料を用いた活性電極を使用することで、電極反応によるガスの発生や水素イオン、水酸イオン、次亜塩素酸などの好ましくないイオンの生成、或いは薬物イオンの変質等を抑制することが可能である。

しかしながら、上記活性電極は、装置の保管中における活性電極と薬物イオンとの反応の問題や、通電時における電極のモルフォロジー変化などの問題を有するため、電極１１として、本願出願人による特願２００５−３６３０８５号に開示される分極性電極（単位重量当たりの静電容量が１Ｆ／ｇ以上の導電体又は比表面積が１０ｍ^２／ｇ以上の導電体を含有する電極。電気２重層容量キャパシタ（ＥＤＬＣ）とも呼ばれる。）又は特願２００５−２２９９８５号に開示される導電性ポリマーなどのイオンのドープ又は脱ドープにより電気化学反応を生じる物質を含有する電極を使用することが特に好ましい。分極性電極は、活性炭又は活性炭繊維で構成することができ、ノボロイド繊維（フェノール樹脂を繊維化した後、架橋処理し、分子構造を３次元化させた繊維）を炭化、賦活させた活性炭繊維を特に好ましく使用することができる。

通電量が小さいなどのために電極反応によるガスやイオンの生成などが問題とならない場合、或いは薬物保持部１５や電解液保持部２２の薬液や電解液が電極反応を生じさせ難い性質を有する場合などには、電極１１、２１に金、白金、ステンレス、カーボンなどの不活性電極を使用することも可能である。

薬物保持部１５には、第１極性の薬物イオンを含む薬液が保持される。薬物保持部１５は、薬液を液体状体で保持することができ、ガーゼ、濾紙、水性ゲルなどの適当な吸収性の担体に含浸させて保持することもできる。

第１極性がプラスである場合の薬物保持部１５の薬液としては、塩酸リドカインや塩酸モルヒネの水溶液を例示することができ、第１極性がマイナスである場合の薬物保持部１５の薬液としては、アスコルビン酸の水溶液を例示することができる。

薬物保持部１５には、上記薬液に加え、第２極性のイオン交換樹脂１４Ａが保持されており、薬物保持部１５において、薬液とイオン交換樹脂１４Ａは接触が保たれている。このイオン交換樹脂１４Ａは、第１極性がプラスである場合にはＯＨ型アニオン交換樹脂であり、第１極性がマイナスである場合にはＨ型カチオン交換樹脂である。

Ｈ型カチオン交換樹脂は、カチオン交換基にナトリウムイオンなどが結合したカチオン交換樹脂に酸性水溶液による処理を施すことにより、ＯＨ型アニオン交換樹脂は、アニオン交換基に塩素イオンなどが結合したアニオン交換樹脂に塩基性水溶液による処理を施すことにより得ることができる。

なお、イオン交換樹脂は、一般には紛状又はビーズ状の固体の形態で提供される場合が多いが、イオン交換樹脂１４Ａの形態に特段の制限はなく、必ずしも紛状又はビーズ状の固体の形態のものを使用する必要はない。

薬物保持部１５の前面側には、第１極性のイオン交換膜１６が薬物保持部１５の薬液と接触を保つように配置される。このイオン交換膜１６は、第１極性がプラスである場合にはＨ型カチオン交換膜であり、第１極性がマイナスである場合にはＯＨ型アニオン交換膜である。

Ｈ型カチオン交換膜は、カチオン交換基にナトリウムイオンなどが結合したカチオン交換膜に酸性水溶液による処理を施すことにより、ＯＨ型アニオン交換膜は、アニオン交換基に塩素イオンなどが結合したアニオン交換膜に塩基性水溶液による処理を施すことにより得ることができる。

イオン交換膜１６の平面形状、面積、膜厚などは、投与すべき薬物の種類、装置の性能、デザインなどに応じて適宜設定されるものであり、必要に応じて２枚以上のイオン交換膜１６を重ねて使用することも可能である。

電極２１の前面側には、任意的な構成として、電極２１から生体皮膚への通電性を良好なものとするため電解液を保持する電解液保持部２２を備えることが好ましい。

電解液保持部２２は、任意の電解質を溶解した電解液を保持することができるが、水よりも酸化還元電位の低い電解質を使用し、或いは複数種類の電解質を溶解した緩衝電解液を使用することで、通電の際における電極反応によるガスの発生や好ましくないイオンの生成、或いはこれによるｐＨ変化を抑制することができる。

上記の目的を達成することができる電解液としては、例えば、０．５Ｍのフマル酸ナトリウムと０．５Ｍのポリアクリル酸の５：１混合液を例示することができる。

電解液保持部２２は、電解液を液体状体で保持することができ、天然繊維、人工繊維の織布や不織布、多孔質膜、或いはゲルなどの適当な吸収性の担体に含浸させて保持することもできる。

作用側電極構造体１０Ａ及び非作用側電極構造体２０Ａの容器１７、２７は、薬物イオンの種類、薬物保持部１５や電解液保持部２２などにおける含水率、装置の使用環境などに応じて使用される場合がある任意的な部材である。

容器１７、２７は、内部に上述の各要素を収容できる空間が形成され、下面が開放されたプラスチックなどの任意の素材から形成することができる。容器１７、２７は、好ましくは内部からの水分の蒸発や外部からの異物の侵入を防ぐことができ、生体の動きや皮膚の凹凸に追随できる柔軟な素材から形成することができる。容器１７、２７の下面には、イオントフォレーシス装置１Ａの保存中における水分の蒸発や異物の混入を防ぐことができる適宜の材料からなり、使用に際して取り外されるライナー（不図示）を貼付することができ、更には、容器１７、２７の下面の外周縁などに生体皮膚との密着性を向上させるための粘着剤層を設けることも可能である。

電源３０としては、電池、定電圧装置、定電流装置、定電圧・定電流装置などを使用することができるが、本実施形態では、０．０１〜１．０ｍＡ／ｃｍ^２、好ましくは、０．０１〜０．５ｍＡ／ｃｍ^２の範囲で電流調整が可能であり、５０Ｖ以下、好ましくは、３０Ｖ以下の安全な電圧条件で動作する定電流装置が使用される。

イオントフォレーシス装置１Ａでは、イオン交換膜１６及び電解液保持部２２を生体皮膚に当接させた状態で、電源３０から電極１１及び２１に、それぞれ第１極性及び第２極性の電圧を印加することにより、薬物保持部１５の薬物イオン乃至は装置の保管中にイオン交換膜１６のイオン交換基に置換した薬物イオンが生体に投与される。

イオントフォレーシス装置１Ａでは、イオン交換膜１６が生体対イオンの通過を遮断するために、薬物イオンの投与効率を向上させることができる。更に、イオン交換膜１６のイオン交換基には薬物イオンが結合しているため、この薬物イオンが通電開始後直ちに生体に移行することが可能であり、薬物イオンの投与速度の急峻な立ち上がりを得ることができる。

また、イオン交換膜１６内のイオン交換基の対イオン（水素イオン又は水酸イオン）は、装置の保管中に薬物保持部１５の薬液中に移行し、イオン交換樹脂１４Ａ内のイオン交換基の対イオン（水酸イオン又は水素イオン）との反応により消滅する（水分子になる）ために、装置内における薬物イオンの競合イオン量が減少することになる。従って、薬物イオンの投与効率の一層の向上を達成することができる。

加えて、イオントフォレーシス装置１Ａでは、製造工程において予めイオン交換膜１６に薬物イオンをドープする処理を行う必要がない。従って、当該ドープのために発生していた薬液の無駄が削減され、当該ドープに使用した薬液の廃棄の問題も解消することができる。

図３（Ｂ）は、本発明の他の実施形態に係るイオントフォレーシス装置１Ｂの構成を示す説明図である。

イオントフォレーシス装置１Ｂでは、イオントフォレーシス装置１Ａの性能を向上させるための追加的な要素を備えている点を除いて、イオントフォレーシス装置１Ａと同様の構成を有している。

即ち、イオントフォレーシス装置１Ｂにおける作用側電極構造体１０Ｂは、作用側電極構造体１０Ａと同様の電極１１、薬物保持部１５及びイオン交換膜１６に加え、電解液保持部１２及びイオン選択膜１３を備えており、非作用側電極構造体２０Ｂは、非作用側電極構造体２０と同様の電極２１、電解液保持部２２に加え、イオン選択膜２３、２５及び電解液保持部２４を備える点においてのみイオントフォレーシス装置１Ａと相違しており、イオントフォレーシス装置１Ａについて上記したと同様の効果を達成する。

ここで、電解液保持部１２、２４は、電解液保持部２２について上記したと同様の電解液を同様の態様で保持するものとすることができる。

イオン選択膜１３には、薬物保持部１５の薬物対イオンの通過を許容する一方で、電解液保持部１２中の第１極性のイオンの通過を遮断する特性を有する膜状の部材を使用することが好ましく、これにより、電解液保持部１２における電気分解などにより生じた水素イオンや水酸イオンなどの好ましくないイオンが薬物保持部１５に移行することを防止することができる。

イオン選択膜２３には、電解液保持部２４中の第１極性のイオンの通過を許容する一方で、電解液保持部２２中の第２極性のイオンの通過を遮断する特性を有する膜状の部材を使用することが好ましく、これにより、電解液保持部２２における電気分解などにより生じた水素イオンや水酸イオンなどの好ましくないイオンが電解液保持部２４に移行することを防止することができる。

イオン選択膜２５には、電解液保持部２４中の第２極性のイオンの通過を許容する一方で、生体対イオンの通過を遮断する特性を有する膜状の部材を使用することが好ましく、これにより、薬物イオンの投与時における皮膚面のイオンバランスを良好に保つことができる。

イオン選択膜１３、２３、２５は、イオンの分子量やサイズ、或いは立体的形状に基づいて上記イオンの通過の許容及び遮断を行う半透膜（限外濾過膜など）の形態を採ることが可能であり、電荷に基づいて上記イオンの通過の許容及び遮断を行う電荷選択膜の形態を採ることも可能である。イオン選択膜１３、２３、２５として、電荷選択膜の形態のイオン選択膜を使用する場合、イオン選択膜１３、２５には第２極性のイオン交換膜を、イオン選択膜２３には第１極性のイオン交換膜を特に好ましく使用することができる。

図４（Ａ）〜（Ｃ）は、イオントフォレーシス装置１Ａ又は１Ｂにおける作用側電極構造体１０Ａ又は１０Ｂに代えて使用することができる他の態様の作用側電極構造体１０Ｃ〜１０Ｅの構成を示す説明図である。

作用側電極構造体１０Ｃは、第２極性のイオン交換樹脂１４Ａに代えて第２極性のイオン交換膜１４Ｃが薬物保持部１５に保持される点を除いて作用側電極構造体１０Ａと同様の構成を有している。イオン交換膜１４Ｃは、第１極性がプラスである場合にはＯＨ型アニオン交換膜であり、第１極性がマイナスである場合にはＨ型カチオン交換膜である。図ではイオン交換膜１４Ｃが１枚の場合が示されているが、複数枚のイオン交換膜１４Ｃを使用しても構わない。

ＯＨ型アニオン交換膜にはＯＨ型アニオン交換樹脂が担持され、Ｈ型カチオン交換膜にはＨ型カチオン交換樹脂が担持されているため、作用側電極構造体１０Ｃを備えるイオントフォレーシス装置は、イオントフォレーシス装置１Ａ又は１Ｂと同様の作用効果を達成する。

作用側電極構造体１０Ｄでは、第２極性のイオン交換樹脂１４Ａに代えて第２極性のイオン交換膜１４Ｄが電極１１と薬物保持部１５の間に配置され、当該イオン交換膜１４Ｄにより薬物保持部１５の薬液が直接電極１１に接触しない構成となっている点を除いて作用側電極構造体１０Ａと同様の構成を有している。

イオン交換膜１４Ｄは、サイズや形状を他の部材（電極１１や薬物保持部１５）と合わせる必要はある点を除いてイオン交換膜１４Ｃと同様の構成とすることができる。

従って、作用側電極構造体１０Ｄを備えるイオントフォレーシス装置は、イオントフォレーシス装置１Ａ又は１Ｂと同様の作用効果を達成する。

加えて、作用側電極構造体１０Ｄでは、薬物保持部１５内の薬物対イオンが電極１１側に移行することで通電が確保される一方で、薬物イオンの電極１１側への移行はイオン交換膜１４Ｄにより遮断される。従って、通電の際の電極反応により薬物イオンに変質を生じることが防止され、或いは電極反応により生成された水素イオン、水酸イオン、次亜塩素酸などの好ましくないイオンが薬物保持部１５に移行することによる薬物イオンの投与効率の低下や皮膚界面におけるｐＨ値の変化などが防止されるという追加的な効果が達成される。

作用側電極構造体１０Ｅは、電極１１と第２極性のイオン交換膜１４Ｅの間に電解液保持部１２を備える点を除いて、作用側電極構造体１０Ｄと同様の構成を有している。

電解液保持部１２は、作用側電極構造体１０Ｂにおける電解液保持部と同様の構成とすることができる。

作用側電極構造体１０Ｅを備えるイオントフォレーシス装置は、作用側電極構造体１０Ｄを備えるイオントフォレーシス装置と同様の作用効果を達成できるが、これに加えて、電解液保持部１２の電解液組成を適切に選択することにより、電極反応によるガスの発生や水素イオン、水酸イオン、次亜塩素酸などの好ましくないイオンの発生を抑止し、電極１１とイオン交換膜１４Ｅとの通電性を向上させるなどの追加的な効果を達成することができる。

以上、好ましい実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内において種々の改変が可能である。

例えば、上記実施形態では、薬物保持部１５に液体状態の薬液が保持されるイオントフォレーシス装置を例として説明したが、薬物を乾燥状態で薬物保持部１５に保持することも可能である。この場合、薬液投与に際しては、イオン交換膜１６から水を浸透させることで薬物保持部１５の薬物を溶解することが可能であり、或いは、図５に示すような注液手段１８を用いて薬物保持部１５への水分供給を行うことも可能である。

また、上記実施形態では、単一の作用側電極構造体と単一の非作用側電極構造体とを備えるイオントフォレーシス装置を例として説明したが、電源の両極に接続される２つの電極構造体の双方に生体に投与すべき薬物が保持されるイオントフォレーシス装置や、電源のそれぞれの極に複数の作用側電極構造体及び／又は非作用側電極構造体が接続されるイオントフォレーシス装置にも本発明を適用することは可能である。この場合には、生体に投与すべき薬物が保持される少なくとも一つの電極構造体が本発明に従う構成とされたイオントフォレーシス装置は本発明の範囲に含まれる。

また、上記実施形態では、非作用側電極構造体を備えるイオントフォレーシス装置を例として説明したが、イオントフォレーシス装置そのものには非作用側電極構造体を設けずに、例えば、生体皮膚に本発明に従う作用側電極構造体を当接させ、アースとなる部材にその生体の一部を当接させた状態で作用側電極構造体に第１極性の電圧を印加して薬物の投与を行うようにすることも可能であり、本発明は、非作用側電極構造体を備えないイオントフォレーシス装置を除外するものではない。

同様に、上記実施形態では、イオントフォレーシス装置が電源を備える場合を例として説明したが、使用に際して作用側電極構造体に第１極性の電圧を印加しうる構成さえ有していれば良く、イオントフォレーシス装置自体が電源を備える必要はない。

また、上記実施形態では、電源、作用側電極構造体及び非作用側電極構造体がそれぞれ別体として構成される場合について説明したが、これらの要素を単一のケーシング中に組み込み、或いはこれらを組み込んだ装置全体をシート状又はパッチ状に形成して、その取扱性を向上させることも可能である。

上記実施形態おける各部材の形状、寸法、材質などは単なる例として記述したものであり、本発明はこれらの記述により限定されるものではない。

従来のイオントフォレーシス装置におけるイオンの移動の態様を示す説明図。 本発明のメカニズムを示す説明図。 本発明の一実施形態に係るイオントフォレーシス装置の構成を示す説明図。 本発明の他の実施形態に係るイオントフォレーシス装置において使用することが可能な作用側電極構造体の構成を示す説明図。 本発明の他の実施形態に係るイオントフォレーシス装置において使用することが可能な作用側電極構造体の構成を示す説明図。 従来のイオントフォレーシス装置の構成を示す説明図。

符号の説明

１Ａ〜１Ｅ・・・イオントフォレーシス装置、１１・・・電極、１２・・・電解液保持部、１３・・・イオン選択膜、１４Ａ・・・イオン交換樹脂、１４Ｃ〜１４Ｅ・・・イオン交換膜、１５・・・薬物保持部、１６・・・イオン交換膜、１７・・・容器、１８・・・注液手段、２０Ａ、２０Ｂ・・・非作用側電極構造体、２１・・・電極、２２・・・電解液保持部、２３・・・イオン選択膜、２４・・・電解液保持部、２５・・・イオン選択膜、２７・・・容器、３０・・・電源、３１、３２・・・給電線、３２・・・給電線、１０１・・・イオントフォレーシス装置、１１０・・・作用側電極構造体、１２０・・・非作用側電極構造体、１１１、１２１・・・電極、１１２、１２２・・・電解液保持部、１１３・・・イオン交換膜、１３０・・・電源、ＤＳ・・・薬液、Ｄ^＋・・・薬物イオン、Ｄ⁻・・・薬物対イオン、ＨＣＭ・・・Ｈ型カチオン交換膜、ＣＭ・・・カチオン交換膜、ＣＧ・・・カチオン交換基、Ｃ・・・対イオン、Ｈ^＋・・・水素イオン、ＯＡＲ・・・ＯＨ型アニオン交換樹脂、ＡＲ・・・ＯＨ型アニオン交換樹脂、ＡＧ・・・アニオン交換基、ＯＨ⁻・・・水酸イオン

Claims (6)

1. 第１極性の薬物イオンを含む薬液を保持する薬物保持部と、
   前記薬物保持部の薬液に第１極性の電圧を印加するための電極と、
   前記薬物保持部の前面側において前記薬物保持部の薬液に接触して配置される第１極性のイオン交換膜と、
   前記薬物保持部の薬液に接触する第２極性のイオン交換樹脂とを有するイオントフォレーシス装置であって、
   前記第１極性がプラスである場合には、前記第１極性のイオン交換膜及び前記第２極性のイオン交換樹脂は、それぞれＨ型カチオン交換膜及びＯＨ型アニオン交換樹脂であり、
   前記第１極性がマイナスである場合には、前記第１極性のイオン交換膜及び前記第２極性のイオン交換樹脂は、それぞれＯＨ型アニオン交換膜及びＨ型カチオン交換樹脂であることを特徴とするイオントフォレーシス装置。
2. 前記第２極性のイオン交換樹脂が、第２極性のイオン交換膜に担持されたものであることを特徴とする請求項１に記載のイオントフォレーシス装置。
3. 前記第２極性のイオン交換膜が、前記電極と前記薬物保持部の間に配置され、前記第２極性のイオン交換膜により、前記薬物保持部の薬液が前記電極から非接触に保たれていることを特徴とする請求項２に記載のイオントフォレーシス装置。
4. 前記電極と前記第２極性のイオン交換膜の間に電解液が保持されることを特徴とする請求項３に記載のイオントフォレーシス装置。
5. 溶解することにより第１極性の薬物イオンを解離する薬物を保持する薬物保持部と、
   前記薬物保持部に第１極性の電圧を印加するための電極と、
   前記薬物保持部の前面側に配置された第１極性のイオン交換膜と、
   第２極性のイオン交換樹脂とを有するイオントフォレーシス装置であって、
   前記第１極性がプラスである場合には、前記第１極性のイオン交換膜及び前記第２極性のイオン交換樹脂は、それぞれＨ型カチオン交換膜及びＯＨ型アニオン交換樹脂であり、
   前記第１極性がマイナスである場合には、前記第１極性のイオン交換膜及び前記第２極性のイオン交換樹脂は、それぞれＯＨ型アニオン交換膜及びＨ型カチオン交換樹脂であり、
   前記薬物保持部の薬物を溶媒に溶解させた際に、当該薬物を溶解させた薬液に、前記第１極性のイオン交換膜及び前記第２極性のイオン交換樹脂が接触することを特徴とするイオントフォレーシス装置。
6. 第１極性の薬物イオンを含む薬液を保持する薬物保持部と、
   前記薬物保持部の薬液に第１極性の電圧を印加するための電極と、
   前記薬物保持部の前面側において前記薬物保持部の薬液に接触して配置される第１極性のイオン交換膜と、
   前記薬物保持部の薬液に接触する第２極性のイオン交換樹脂とを備えるイオントフォレーシス装置の製造方法であって、
   前記第１極性がプラスである場合には、前記第１極性のイオン交換膜及び前記第２極性のイオン交換樹脂として、それぞれＨ型カチオン交換膜及びＯＨ型アニオン交換樹脂を準備し、
   前記第１極性がマイナスである場合には、前記第１極性のイオン交換膜及び前記第２極性のイオン交換樹脂として、それぞれＯＨ型アニオン交換膜及びＨ型カチオン交換樹脂を準備する第１工程と、
   第１工程の後に実施される第２工程であって、前記薬液に前記第１極性のイオン交換膜及び前記第２極性のイオン交換樹脂を接触させる第２工程とを有することを特徴とするイオントフォレーシス装置の製造方法。

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