Устройство для трансдермального электротранспортного введения, содержащее резервуар с противомикробной совместимой композицией

Устройство для трансдермального электротранспортного введения, содержащее резервуар с противомикробной совместимой композицией

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству для трансдермального электротранспортного введения, которое предназначено для введения лекарственного препарата пациенту или для отбора образца аналита у пациента. Устройство содержит резервуар с противомикробным агентом, который не может быть адсорбирован другими материалами, используемыми в конструкции данного устройства. Изобретение относится также к способу трансдермального введения лекарственного препарата пациенту путем электротранспорта лекарственного препарата и к способу подготовки устройства трансдермального электротранспортного введения. Настоящее изобретение относится также к способу изготовления устройства для электротранспортного введения.

Предшествующий уровень техники

Трансдермальное введение лекарственных препаратов путем диффузии через поверхностные участки тела обладает преимуществами по сравнению с традиционными способами введения, такими как подкожные инъекции и пероральное введение. Трансдермальное введение лекарственных препаратов также позволяет избежать первоначального мгновенного печеночного эффекта, встречающегося при пероральном введении лекарственных препаратов. Обычно термин "трансдермальное" при использовании в отношении введения лекарственных препаратов охватывает множество различных способов введения лекарственных препаратов через поверхностные участки тела, например, через кожу, слизистую оболочку, ногти и другие поверхностные участки тела животного (например, поверхность органов).

Кожа действует как главный барьер для трансдермального проникновения препаратов в тело и представляет главное сопротивление трансдермальному вводу лекарственных средств. До настоящего времени исследования были направлены на снижение физического сопротивления кожи или улучшение проницаемости кожи для облегчения введения лекарственных препаратов пассивной диффузией. Были опробованы различные способы увеличения скорости трансдермального введения лекарственных препаратов, наиболее активно проявляют себя химические усилители потока.

Другие подходы к увеличению скорости трансдермального введения лекарственных препаратов включают использование альтернативных источников энергии, такой как электрическая энергия и энергия ультразвука. Трансдермальное введение с помощью электричества также называется электротранспортом. Термин "электротранспорт" относится к устройствам и способам, в которых осуществляется введение лекарственных препаратов электротранспортом в тело, а также к устройствам и способам, которые выводят или отбирают образцы аналитов из тела "обратным" электротранспортом. Примеры обратных электротранспортных устройств для отбора образцов глюкозы (например, для измерения концентрации глюкозы в крови) раскрыты в патенте США №5362307 и в патенте США №5279543. Введение лекарственного препарата или абстиненция (взятие пробы) аналита тела происходит обычно через мембрану, такую как кожа, мембрану слизистой оболочки, ногти или другие участки поверхности тела, где подача или взятие пробы осуществляется с помощью приложения электрического потенциала. Например, лекарственный препарат может быть введен в большой круг кровообращения пациента путем электротранспорта через кожу. Широко используемый способ электротранспорта, называемый электромиграцией или электрофорезом, включает электрически индуцируемый перенос заряженных ионов. Другой тип электротранспорта, называемый электроосмосом, представляет собой течение жидкости, которая содержит вводимое средство, под действием электрического поля. Еще один способ электротранспорта, называемый электропорацией, представляет собой формирование временно существующих пор в биологической мембране путем приложения высоковольтного электрического поля. Препарат может быть введен трансдермально либо пассивно (т.е. без помощи электричества), либо активно (т.е. под воздействием электрического потенциала). Однако в любом способе электротранспорта может иметь место некоторая "пассивная" диффузия.

Поэтому термин "электротранспорт" использован в самом широком смысле, так что он включает электрически индуцированный или улучшенный перенос по меньшей мере одного препарата, который может быть заряженным, незаряженным или их смесью, независимо от механизма введения.

В устройствах электротранспортного введения используются по меньшей мере два электрода, которые находятся в электрическом контакте с частью кожи, ногтей, мембраны слизистой оболочки или других поверхностных участков тела. Один электрод, называемый "донорным" электродом, является электродом, из которого лекарственный препарат подается в тело. Другой электрод, называемый "противоэлектродом", служит ключевым элементом в обратной цепи, который замыкает электрическую цепь через тело. Например, если вводимый лекарственный препарат заряжен положительно, т.е. является катионом, анодный электрод является донорным электродом, а катодный электрод является противоэлектродом, который требуется для замыкания цепи. Альтернативно, если лекарственный препарат заряжен отрицательно, т.е. является анионом, катодный электрод является донорным электродом, а анодный электрод является противоэлектродом. Кроме того, оба - анодный и катодный - электроды могут считаться донорными электродами, если должны вводиться как анионные, так и катионные ионы или незаряженные растворенные лекарственные препараты.

Кроме того, устройства электротранспорта имеют донорный резервуар, который представляет собой матрицу, содержащую вводимый лекарственный препарат, размещенный между донорным электродом и поверхностью тела пациента. Предпочтительно, устройства электротранспорта также содержат противорезервуар, содержащий раствор физиологически приемлемой соли (например, буферный солевой раствор), расположенный между противоэлектродом и поверхностью тела пациента. Примеры таких резервуаров включают карман или полость, пористую губку или подушку и гидрофильную полимерную или гелевую матрицу. Такие резервуары электрически соединены между собой и расположены между анодным и катодным электродами и поверхностью тела для формирования источника одного или более лекарственных препаратов.

Гидрогели особенно предпочтительны для использования в качестве матриц резервуаров для лекарственных препаратов и электролита, благодаря тому, что вода является предпочтительным жидким растворителем для использования при введении лекарственных препаратов электротранспортом, так как она превосходно биосовместима по сравнению с другими растворителями, такими как спирт и гликоли. Гидрогели имеют высокое равновесное водосодержание и могут быстро абсорбировать воду. К тому же гидрогели обладают хорошей биосовместимостью с кожей и мембранами слизистой оболочки.

Устройства электротранспорта содержат также источник электрической энергии, например, один или более аккумуляторов. Обычно в любое время один полюс источника электрически соединен с донорным электродом, а противоположный полюс - с противоэлектродом. Поскольку известно, что скорость введения лекарственного препарата электротранспортом приблизительно пропорциональна количеству электрического тока, проходящего через кожу, многие устройства обычно имеют электрический контроллер, который управляет напряжением, подаваемым на электроды, регулируя таким образом ток и скорость введения лекарственного препарата. В указанных контурах управления используются электрические элементы для контроля амплитуды, полярности, согласования во времени, формы волны и т.д. электрического тока и/или напряжения, подаваемого источником энергии (например, патент США №5047007).

Устройства введения электротранспортом часто хранятся не только на заводском складе, но на товарных складах коммерческих фирм. Поэтому эти устройства и их элементы должны иметь увеличенный срок службы и в некоторых случаях должны соответствовать определенным требованиям. Например, Департамент пищи и лекарственных препаратов США предъявляет требования к сроку службы от шести до восемнадцати месяцев для некоторых материалов. Одним из факторов, который препятствует увеличению срока службы, является то, что водная среда в электродных резервуарах представляет собой прекрасную среду для роста микроорганизмов. Поэтому для ингибирования быстрого роста микроорганизмов в водную среду электродных резервуаров должен быть введен противомикробный агент.

Для различных сред используют различные противомикробные агенты. Известные противомикробные агенты (иногда называемые биоцидами) включают хлорированные углеводороды, металлоорганические соединения, соединения, высвобождающие галоген, соли металлов, органические соединения серы, соединения четвертичного аммония и фенольные соединения. Типичные соединения включают сорбиновую кислоту, бензойную кислоту, метилпарабен и цетилпиридинийхлорид. В патенте США №5434144 раскрыты соединения, часть из которых содержит метилпарабен или соль цетилпиридина. В публикации "Cosmetic Microbiology, A Practical Handbook", под редакцией D.Brannan на стр. 167 указано, что спирты (например, этанол, феноксиэтанол и бензиловый спирт) и гликоли (например, пропиленгликоль) могут быть использованы в качестве консерванта в пищевых, фармацевтических и лекарственных продуктах. Указано, что пропиленгликоль проявляет синергический консервирующий эффект в сочетании с парабеновыми сложными эфирами.

Для устройств электротранспорта пропиленгликоль был предложен для использования в матрицах резервуара из пластифицированного полимера (патент США №4474570). Кроме того, пропиленгликоль был использован в донорных резервуарах электрофоретического устройства для солюбилизации относительно гидрофобных лекарственных препаратов и других наполнителей, таких как модификаторы липида роговидного слоя/усилители течения (патенты США №5527797 и 5693010). Кроме того, в патенте США №5668120 (столбец 8, строки 16-21) указано, что консерванты, такие как метилпарабен и цетилпиридинийхлорид ((СРС)(ЦПХ)), в некоторых случаях могут быть включены в жидкий носитель среды для электрофореза. Кроме того, в патентах США №4585652 и 5788666 указано, что цетилпиридинийхлорид может быть введен электрофорезом, а в патенте США №5298017 раскрыты различные типы материалов, которые могут вводиться электротранспортом.

Краткое изложение существа изобретения

Было установлено, что различные противомикробные препараты абсорбируются в полимерном материале, из которого выполнен корпус, содержащий водную среду, а также в катоде устройства для введения лекарственного препарата, или устройства, отбирающего и анализирующего образцы аналита. Абсорбция противомикробных агентов указанными препаратами снижает эффективность противомикробного агента в водной среде.

Согласно одному аспекту задачей настоящего изобретения является создание устройства для трансдермального электротранспортного введения лекарственного препарата, содержащего анод, катод и источник электрической энергии, электрически соединенный с анодом и катодом, причем по меньшей мере один из электродов - анод или катод - состоит из электрода и резервуара из полимерного материала, который содержит водную среду, состоящую из (i) лекарственного препарата или электролитной соли или их смеси, (ii) пропиленгликоля и (iii) противомикробного агента в количествах, достаточных для ингибирования роста микроорганизмов в водной среде, причем пропиленгликоль предотвращает миграцию противомикробного агента в полимерный материал корпуса, материал катода или анода и другие материалы, из которых выполнено устройство для введения лекарственных препаратов или устройства отбора и анализа образцов аналита тела пациента.

Как следует из контекста описания изобретения, термин "совместимая" в отношении водной среды означает, что противомикробный агент в водной среде не будет абсорбироваться ни в каком значительном количестве никаким материалом устройства, в котором находится водная среда. Для определения совместима ли конкретная рецептура водной среды с материалом устройства, можно приготовить раствор водной среды соответствующей концентрации, погрузить образец материала на определенный период времени при 25°C и определить количество противомикробного агента, которое абсорбируется материалом с использованием высокоэффективного жидкостного хроматографического (ВЭЖХ) анализа количества противомикробного агента, еще оставшегося в растворе через определенный период времени. Если количество абсорбированного противомикробного агента составляет менее 0,25 мг на 1 г материала, предпочтительно, менее 0,10 мг/г материала, наиболее предпочтительно, менее 0,025 мг/г материала, водная среда считается совместимой с материалом.

В другом аспекте заявленное изобретение относится к способу изготовления устройства для трансдермального введения лекарственного препарата электротранспортом. Способ содержит операции приготовления водной среды, состоящей из (i) лекарственного препарата или электролитной соли или их смеси, (ii) пропиленгликоля и (iii) противомикробного агента в количествах, достаточных для ингибирования роста микроорганизмов в водной среде, и помещения водной среды в одну или более матриц в резервуаре устройства, состоящего из анода, катода и источника электрической энергии, электрически соединенного с анодом и катодом. Предпочтительно, либо один, либо оба резервуара - для анода и для катода - могут быть выполнены из полимерной матрицы, которая содержит водную среду, которая совместима со всеми материалами, в которых она выдерживается.

Согласно еще одному аспекту настоящее изобретение относится к способу подготовки устройства для трансдермального введения лекарственного препарата электротранспортом. Способ содержит приготовление водной среды, состоящей из (i) лекарственного препарата, или электролитной соли, или их смеси, (ii) использование пропиленгликоля и (iii) противомикробного агента в количествах, достаточных для ингибирования роста микроорганизмов в водной среде; и помещение водной среды в матрицу резервуара устройства, состоящего из анода, катода и источника электрической энергии, электрически соединенного с анодом и катодом.

Используемая водная среда совместима с материалом анода или катода и полимерным материалом корпуса резервуара. При выдержке в материале анода или катода, включая полимерный материал корпуса резервуара, водная среда совместима с указанным материалом.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых

фиг.1 изображает общий вид устройства для введения лекарственных препаратов и отбора проб электротранспортом, согласно изобретению;

фиг.2 - диаграмму логарифма (log) образующих колонии единиц микроорганизмов C.Albicans на гелях поливинилового спирта в зависимости от времени согласно изобретению;

фиг.3 - диаграмму логарифма (log) образующих колонии единиц микроорганизмов A.Niger на гелях поливинилового спирта в зависимости от времени согласно изобретению;

фиг.4 - диаграмму извлечения пропилпарабена от времени в экспериментальных растворах, содержащих 0,15 или 30% масс. пропиленгликоля, показывающую влияние пропиленгликоля на концентрацию парабенов в растворе в резервуаре, содержащем ПЭТГ, материал, используемый для корпуса резервуара, согласно изобретению;

фиг.5 - диаграмму извлечения пропилпарабена от времени в экспериментальных растворах, содержащих 0,15 или 30% масс. пропиленгликоля, показывающую влияние пропиленгликоля на концентрацию парабенов в растворе, содержащем катодный электродный материал, согласно изобретению.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Как указано выше, согласно одному аспекту настоящее изобретение относится к устройству для трансдермального электротранспорта, которое предназначено для введения лекарственного препарата пациенту или отбора образца аналита у пациента через кожу или мембрану слизистой оболочки. Устройство для трансдермального электротранспорта содержит анод, катод и источник электрической энергии, электрически связанный с анодом и катодом. Донорный электрод и/или противоэлектрод (либо анод, либо катод) содержит электрод и резервуар, имеющий корпус в виде полимерной матрицы резервуара, и водной среды, контактирующей с корпусом, причем водная среда содержит (i) лекарственный препарат, или электролитную соль, или их смесь, (ii) пропиленгликоль и (iii) противомикробный препарат в количестве, достаточном для предотвращения роста микроорганизмов в водной среде, при этом пропиленгликоль предотвращает миграцию противомикробного агента в полимерную матрицу резервуара, катод или анод или другой материал, с которым он контактирует.

Многие противомикробные агенты, используемые в настоящем изобретении, имеют плохую растворимость в воде, обычно ниже около 5% (мас./об.), и типично ниже 1% (мас./об.). Примеры противомикробных агентов, имеющих плохую растворимость в воде, включают парабены (например, метилпарабен, этилпарабен и пропилпарабен), пропилгаллат, бутилированный гидроксианизол (ВНА), бутилированный гидрокситолуол, т-бутилгидрохинон, хлороксиленол, дихлорбензиловый спирт, дегидроуксусную кислоту, гексетидин и триклозан. Указанные противомикробные агенты в комбинации с достаточным количеством пропиленгликоля (т.е. до около 50% масс. и, предпочтительно, 5-40% масс. по отношению к общей массе гидратированного резервуара) являются растворимыми, но значительная фракция несет ионный заряд. Таким образом, противомикробный агент в растворе в резервуаре обычно имеет по существу нейтральный (т.е. не истинный) ионный заряд. Предпочтительно, рН резервуара составляет от около 4,0 до около 9,0, и, наиболее предпочтительно, от около 5,0 до около 8,0. Однако противомикробный агент может быть заряжен. Предпочтительно, противомикробный агент помещают в резервуар, соединенный с электродом, полярность которого не позволяет подавать заряженный противомикробный агент. Поскольку противомикробные агенты предназначены ингибировать рост микроорганизмов в резервуаре, при разработке конструкции учитывают целесообразность непоступления противомикробных агентов в или через кожу. Таким образом, противомикробные агенты должны оставаться в резервуарах устройства электротранспорта даже в процессе его работы.

Во время работы устройство способствует миграции катионов из анодного резервуара и миграции анионов из катодного резервуара в кожу. Примеры заряженных противомикробных агентов включают бензалконийхлорид, бензэтонийхлорид, цетилпиридинийхлорид и хлоргексидиновые соли.

Как незаряженные, так и заряженные противомикробные агенты являются высокоэффективными противомикробными агентами и могут прекращать или, по меньшей мере, ингибировать рост ряда микроорганизмов, включая бактерии и грибки. Противомикробный препарат присутствует в количестве, достаточном для ингибирования роста микроорганизмов в резервуаре. В общем случае резервуар содержит воду и пропиленгликоль. Резервуар содержит около 0,005% масс. противомикробного агента, в частности, резервуар содержит от около 0,005% масс. до около 2% масс. противомикробного агента и, наиболее предпочтительно, - от около 0,01 до около 1% масс. противомикробного агента. В расчет массы водной среды включают массу пропиленгликоля, но не включают массу гелевой матрицы (в степени, в которой она присутствует).

Пропиленгликоль присутствует в резервуаре в интервале от около 5% масс. до около 50% масс. В расчет массы водной среды массу гелевой матрицы (в степени, в которой она присутствует) не включают.

Противомикробный агент и пропиленгликоль могут быть использованы в анодном или катодном резервуаре по существу любого подающего или пробоотбирающего устройства для трансдермального введения. В общем случае устройство электротранспорта обеспечивает трансдермальное введение лекарственного препарата или трансдермальный отбор образцов аналита из тела пациента, например, глюкозы, электрически индуцированным или улучшенным введением лекарственного препарата/аналита в форме, которая может быть заряженной, незаряженной или их смесью, независимо от конкретного механизма или механизмов, требуемых для введения конкретного лекарственного препарата или аналита.

Электротранспорт основан на использовании электрического потенциала для увеличения скорости введения лекарственного препарата/аналита по сравнению с системами пассивного (т.е. без помощи электричества) трансдермального введения, которые позволяют вводить лекарственный препарат через кожу только диффузией. Особенно часто используется электрофорез, где лекарственный препарат/аналит вводится или отбирается в заряженной (ионизованной) форме. Как указано выше, когда лекарственный препарат вводится как катион, его первоначально размещают в анодном резервуаре устройства. Когда лекарственный препарат должен вводиться как анион, его первоначально размещают в катодном резервуаре устройства. Возможны случаи, когда лекарственный препарат присутствует как в катионной, так и в анионной форме, которые одновременно подают из анодного резервуара и катодного резервуара.

Любой лекарственный препарат, который может быть введен трансдермально, может быть использован в настоящем изобретении, включая, без ограничения, противоинфекционные средства, такие как антибиотики и противовирусные средства, анальгетики, такие как фентанил, суфентанил и бупренорфин, и комбинации анальгетиков, анестезирующие средства, средства, снижающие аппетит, средства против артрита, противоастматические средства, такие как тербуталин, противосудорожные средства, антидепрессанты, противодиабетические средства, противодиарейные средства, антигистаминные средства, противовоспалительные средства, препараты от мигрени, препараты против укачивания, такие как скополамин и ондансетрон, противорвотные средства, противоопухолевые средства, лекарственные препараты при болезни Паркинсона, противозудные средства, антипсихотические средства, средства от ожогов, спазмолитические средства, включая желудочно-кишечные и мочевые, антихолинергические средства, симпатомиметические средства, ксантинпроизводные, сердечно-сосудистые препараты, включая блокаторы кальциевых каналов, такие как нифедипин, бета-агонисты, такие как добутамин и ритодрин, бета-блокаторы, средства от аритмии, гипотензивные средства, такие как атенолол, АСЕ-ингибиторы, такие как ранитидин, диуретики, сосудорасширяющие средства, включая общие, коронарные, периферийные и церебральные, стимуляторы центральной нервной системы, препараты от кашля и простуды, противоотечные средства, диагностические препараты, гормоны, такие как гормоны паращитовидной железы, снотворные средства, иммунодепрессивные средства, миорелаксанты, парасимпатолитические средства, парасимпатомиметические средства, простагландины, протеины, пептиды, психостимуляторы, успокаивающие средства и транквилизаторы.

Отдельные примеры включают баклофен, беклометазон, бетаметазон, буспирон, кромолиннатрий, дилтиазем, доксазосин, дроперидол, энкайнид, фентанил, гидрокортизон, индометацин, кетопрофен, лидокаин, метотрексат, метоклопрамид, миконазол, мидазолам, никардипин, пироксикам, празосин, скополамин, суфентанил, тербуталин, тестостерон, тетракаин и верапамил.

Настоящее изобретение также используется для регулируемого введения пептидов, полипептидов, протеинов или других макромолекул, трудных для введения через кожу или через слизистую оболочку из-за их размера. Указанные макромолекулярные вещества обычно имеют молекулярную массу, по меньшей мере, около 300 Дальтон и, более типично, молекулярную массу в интервале 300-40000 Дальтон. Примеры пептидов и протеинов, которые могут быть поданы с использованием устройства настоящего изобретения включают LHRH, LHRH-аналоги, такие как бусерелин, госерилин, гонадорелин, нафрелин, натуретин, лейпролид, GHRH, GHRF, инсулин, инсулинотропин, гепарин, кальцитонин, октреотид, эндорфин, TRN, NT-36 (химическое название: N-[[(s)-4-оксо-2-азетидинил]карбонил]L-гистидил-L-пролинамид), липрецин, гипофизные гормоны (например, HGH (гормон роста человека), HMG, HCG (хорионический гонадотропный гормон), десмопрессинацетат), фолликулярные лютеоиды, a-AHF, фактор, высвобождающий рост гормона (GFRF), b-MSH, соматостатин, брадикинин, соматотропин, фактор роста, полученный из тромбоцитов, аспарагиназа, блеомицинсульфат, химопапаин, холецистокинин, хорионический гонадотропин, кортикотропин (АСТН), эритрополетин, эпопростенол (ингибитор агрегации тромбоцитов), глюкагон, гирулог, гиалуронидаза, интерферон, интерлейкин-2, менотропины (урофоллитропин (FSH) и LH), окситоцин, стрептокиназа, активатор плазминогена ткани, урокиназа, вазопрессин, десмопрессин, АСТН-аналоги, ANP, ANP ингибиторы очищения, антагонисты ангиотензина II, агонисты антидиуретического гормона, антагонисты антидиуретического гормона, антагонисты брадикинина, CD4, цередаза, CSF, энкефалины, FAB фрагменты, LgE пептидные супрессоры, IGF-1, нейротропные факторы, колониестимулирующие факторы, гормон паращитовидной железы и агонисты, агонисты гормона паращитовидной железы, антагонисты простагландина, пентигетид, протеин С, протеин S, ингибиторы реннина, тимозин-альфа-1, тромболитики, TNF, вакцины, аналоги антагониста вазопрессина, альфа-1-антитрипсин (рекомбинант) и TGF-бета.

Лекарственными препаратами, представляющими особый интерес, которые могут быть введены заявленным устройством и способом, являются фентанил и суфентанил, которые представляют собой синтетические опиаты и характеризуются быстрым обезболивающим эффектом и короткой продолжительностью действия. Они являются чрезвычайно сильнодействующими и оцениваются как в 80 и 800 раз более сильнодействующими, чем морфин. Оба лекарственных препарата являются аминными соединениями и поэтому являются слабыми основаниями, главная часть которых находится в катионной форме в кислотной водной среде. Когда фентанил или суфентанил используют в качестве лекарственного препарата, вводимого из анодного резервуара, катодный резервуар обычно свободен от лекарственного препарата. Примеры устройств для трансдермального введения фентанила и суфентанила раскрыты в публикациях WO 96/39222, WO 96/39223 и WO 96/39224.

Катодный электрод и анодный электрод выполнены из электропроводящего материала, такого как металл. Электроды могут быть выполнены из металлической фольги, металлической сетки, из металла, осажденного или нанесенного на подложку или каландрованием, или пленочным испарением, или смешением электропроводящего материала с матрицей из полимерного связующего. Примеры подходящих электропроводящих материалов включают углерод, графит, серебро, цинк, алюминий, платину, нержавеющую сталь, золото и титан. Как указано выше, анодный электрод может быть выполнен из серебра, которое подвергается электрохимическому окислению. Катодный электрод может быть выполнен из углерода и электрохимически восстанавливающегося хлорида серебра. Серебро является предпочтительным металлом благодаря его относительно низкой токсичности для млекопитающих. Хлорид серебра является предпочтительным, потому что при электрохимической реакции восстановления, происходящей на катоде:

AgCl+e^->Ag+Cl^-

получаются ионы хлора, которые являются нетоксичными для большей части животных.

Альтернативно, электроды могут быть выполнены из полимерной матрицы, содержащей проводящий наполнитель, такой как металлический порошок, порошкообразный графит, углеродные волокна или другой известный электропроводящий материал-наполнитель. Полимерсодержащие электроды могут быть получены смешением проводящего наполнителя с полимерной матрицей, предпочтительно, смесью гидрофильного и гидрофобного полимеров. Гидрофобные полимеры обеспечивают конструкционную целостность, тогда как гидрофильные полимеры могут улучшить ионный перенос. Например, цинковый порошок, серебряный порошок, порошкообразный углерод, углеродные волокна и их смеси могут быть смешаны с гидрофобной полимерной матрицей, причем предпочтительное количество проводящего наполнителя находится в интервале от около 30 до около 90% об., остальное количество составляет полимерная матрица или другие инертные добавки.

Источник электрической энергии, электрически соединенный с анодом и катодом, может быть любого типа. Например, если донорный электрод и противоэлектрод выполнены из разнородных металлов или имеют различные реакции полуячейки, эти электроды могут образовывать гальваническую пару, которая может генерировать свою собственную электрическую энергию. Типичные материалы, которые образуют такую гальваническую пару, включают цинковый донорный электрод и противоэлектрод из хлорида серебра. Такая комбинация дает потенциал свыше одного вольта. Когда используется гальваническая пара, донорный электрод и противоэлектрод являются составляющими процесса генерирования энергии. Такая система гальванической пары, где отсутствуют регулирующие средства, активируется автоматически, когда ткань тела и/или жидкости образуют замкнутую цепь с системой. Имеются другие примеры систем с гальванической парой, потенциально используемых в настоящем изобретении.

Во многих случаях, однако, необходимо увеличивать энергию, формируемую гальванической электродной парой. Это может быть осуществлено с использованием отдельного источника электрической энергии. Таким источником энергии является обычно аккумулятор или множество аккумуляторов, соединенных последовательно или параллельно между катодом и анодом, так что один электрод соединен с одним полюсом источника энергии, а другой электрод соединен с противоположным полюсом. Обычно один или более аккумуляторов напряжением 3 В дискового типа используются для питания переносных устройств. Предпочтительным аккумулятором является литиевый дисковый аккумулятор напряжением 3 В.

Источник энергии может содержать схему электронного управления для управления работой устройства. Схема управления может быть выполнена так, чтобы позволять пациенту вручную включать и выключать устройство в соответствии с назначением лекарственного препарата или включать и выключать устройство с заданной периодичностью, например, чтобы сопоставлять естественные или околосуточные (циркадные) характеристики тела. Кроме того, контур управления может ограничить число доз, которое может быть назначено пациенту. Относительно простой контроллер или микропроцессор может служить в качестве контура электронного управления и регулировать ток как функцию времени или может генерировать сложные волновые формы тока, такие как импульсы или синусоидальные волны. Схемы управления могут также содержать биодатчик и систему с обратной связью, которая контролирует биосигналы, обеспечивает оценку лечения и регулирует введение лекарственного препарата, соответственно. Типичным примером является контроль уровня сахара в крови для регулируемого назначения инсулина.

В качестве водной среды в анодном и катодном резервуарах может быть использован любой материал, пригодный для абсорбирования и удержания в нем достаточного количества жидкости, чтобы обеспечить транспорт агента путем электротранспорта. Например, могут использоваться тонкие сетки, подушки или губки, состоящие из хлопчатобумажной или другой абсорбирующей ткани, как природной, так и синтетической. Более предпочтительно, водные среды состоят, по меньшей мере частично, из одного или более гидрофильных полимеров. Гидрофильные полимеры являются обычно предпочтительными, потому что вода является предпочтительной транспортной средой для ионов, и гидрофильные полимеры имеют относительно высокое равновесное содержание воды. Наиболее предпочтительно, носителями водных сред в резервуарах являются полимерные матрицы, состоящие, по меньшей мере частично, из гидрофильного полимера. Нерастворимые гидрофильные полимерные матрицы являются предпочтительными по сравнению с растворимыми гидрофильными полимерами с точки зрения их структурных свойств (например, меньшего набухания при абсорбировании воды).

Водные среды могут быть в виде геля, причем гель образуется из гидрофильного полимера, который является нерастворимым или растворимым в воде. Такие полимеры могут быть смешаны с компонентами в любом соотношении, но, предпочтительно, от нескольких % масс. до 50% масс. от массы резервуара. Полимеры могут быть линейными или с поперечными связями.

Подходящие гидрофильные полимеры включают сложные сополиэфиры, такие как торговая марка HYTREL (фирма DuPont De Nemours & Co., Уилмингтон, Делавэр), поливинилпирролидоны, поливиниловый спирт, полиэтиленоксиды, такие как POLYOX (фирма Union Carbide Corp.), торговая марка CARBOPOL (фирма BF Goodrich of Akron, Огайо), смеси полиоксиэтилена или полиэтиленгликолей с полиакриловой кислотой, такие как торговая марка POLYOX, смешанная с торговой маркой CARBOPOL, полиакриламид, торговая марка KLUCEL, сшитый декстран, такой как торговая марка SEPHADEX (фирма Pharmacia Fine Chemicals, AB, Уппсала, Швеция), торговая марка WATER LOCK (фирма Grain Processing Corp., Мускатин, Айова), которая является привитым сополимером крахмала и поли(натрийакрилат-соакриламида), производные целлюлозы, такие как гидроксиэтилцеллюлоза, гидроксипропилметилцеллюлоза, низкозамещенная гидроксипропилцеллюлоза и сшитая Na-карбоксиметилцеллюлоза, такая как Ac-DiSol (фирма FMC Corp., Филадельфия, Пенсильвания), гидрогели, такие как полигидроксиэтилметакрилаты (фирма National Patent Development Corp.), гидрофильные полиуретаны, природные смолы, хитозан, пектин, крахмал, гуаровая смола, смола бобов робинии и их смеси. Из них предпочтительными являются поливиниловые спирты в количествах в пределах от 5% масс. до 35% масс., предпочтительно, от 19 до 23% масс. от массы содержимого резервуара. Указанный перечень - это только примеры материалов, подходящих для использования в данном изобретении. Другие подходящие гидрофильные полимеры могут быть найдены в справочнике J.R.Scott & W.J.Roff, Handbook of Common Polymers (CRC Press, 1971).

В некоторых случаях может присутствовать гидрофобный полимер для улучшения структурной целостности. Гидрофобный полимер является термоплавким, чтобы улучшить ламинирование смежных слоев. Подходящие гидрофобные полимеры включают (но не ограничиваются этим) полиизобутилены, полиэтилен, полипропилен, полиизопрены и полиалкены, каучуки, сополимеры, такие как торговая марка KRATON, поливинилацетат, сополимеры этилена и винилацетата, полиамиды, такие как нейлоны, полиуретаны, поливинилхлорид, акриловые или метакриловые смолы, такие как полимеры сложных эфиров акриловой или метакриловой кислоты со спиртами, такими как н-бутанол, 1-метилпентанол, 2-метилпентанол, 3-метилпентанол, 2-этилбутанолизооктанол, н-деканол, в отдельности или сополимеризованные с мономерами с этиленовой ненасыщенностью, такими как акриловая кислота, метакриловая кислота, акриламид, метакриламид, N-алкоксиметилакриламиды, N-алкоксиметилметакриламиды, N-трет-бутилакриламид, итаконовая кислота, N-разветвленные алкилмалеамовые кислоты, у которых алкильная группа имеет 10-24 углеродных атома, гликольдиакрилаты и их смеси. Большая часть вышеуказанных гидрофобных полимеров являются термоплавкими.

Среды в анодном и катодном резервуарах могут быть образованы смешением требуемого лекарственного препарата, электролита или другого компонента (компонентов) с инертным полимером, например, смешение в расплаве, отливка из раствора в растворителе или экструзия. Обычно среда донорного резервуара содержит подаваемый лекарственный препарат, а среда противорезервуара содержит электролит, в качестве которого обычно используется биосовместимая соль, такая как хлорид натрия. Например, противорезервуар может содержать от около 0,01% масс. до около 1,0% масс. электролитной соли - хлорида натрия, от около 0,1% масс. до около 1,0% масс. лимонной кислоты или сравнимого материала и от около 0,1% масс. до около 1,0% масс. дигидрата тринатрийцитрата или сравнимого материала, где лимонная кислота и дигидрат тринатр