Formkörper zur Herstellung eines Mikronadel-Arrays sowie Verfahren zur Herstellunq eines Mikronadel-Arravs

Die Erfindung betrifft ein Mikronadel-Array, einen Formkörper zur Herstellung eines Mikronadel-Arrays sowie Verfahren zur Herstellung eines Mikronadel-Ar- rays.

Mikronadeln werden eingesetzt, um Wirkstoffe direkt in die Haut, auch als trans dermale Verabreichung bezeichnet, abzugeben. Hierzu weisen die Mikronadeln gerade eine derartige Länge auf, um lediglich in die äußeren Hautschichten ein zudringen, jedoch vorzugweise Nerven und Blutgefäße nicht zu erreichen und somit diese unverletzt zu belassen. Nichtsdestotrotz erzeugen Mikronadeln klei ne Löcher in den oberen Hautschichten, wodurch die Wirkstoffaufnahme gegen über einer rein äußerlichen Auftragung von Wirkstoffen auf die Haut signifikant erhöht ist.

Mikronadel-Arrays, die eine Vielzahl von Mikronadeln, beispielsweise angebracht an einer Trägerfläche, aufweisen, können zur kurzfristigen Verabreichung oder zur langfristigen Applikation verwendet werden. Eine bevorzugte Möglichkeit der Wirkstoffabgabe von den Mikronadeln in die Haut besteht darin, dass sich Wirk stoff aufweisende Bereiche der Mikronadeln oder die gesamte Mikronadel auf- bzw. ablösen und derart über die Haut vom Körper aufgenommen werden. Hier- zu sind die Mikronadeln insbesondere, zumindest teilweise, aus wasserlöslichen Stoffen bzw. Materialien hergestellt. Neben der direkten Wirkstoffabgabe durch die Mikronadeln an sich ist es auch möglich, dass die Mikronadeln Poren oder Hohlräume aufweisen oder als Hohlnadeln ausgebildet sind, um derart eine Wirkstoffabgabe an die Haut zu ermöglichen. Darüber hinaus können Mikrona deln an sich auch wirkstofffrei sein. Hierbei kann dann beispielsweise ein äuße res Aufträgen des Wirkstoffs auf die Außenseite der Mikronadeln erfolgen oder erst nach dem Entfernen der Mikronadeln von der Haut eine wirkstoffhaltige Substanz auf die entsprechende Hautstelle aufgetragen werden, um derart Wirkstoffe mittels Einsatzes von Mikronadeln zu verabreichen.

Mikronadeln können unter anderem aus Keramik, Metall oder Polymer herge stellt sein. Bevorzugt ist es, dass diesen Materialien eine oder mehrere Wirk stoffkomponenten zugegeben werden und sich derart eine Formulierung der Mi kronadeln ergibt.

Ein gängiges Verfahren zur Herstellung von Mikronadeln besteht im Gießen der Mikronadeln bzw. gesamter Mikronadel-Arrays, beispielsweise mittels Gussform wie Matrizen aus Silikon. Insbesondere aufgrund der hydrophoben Eigenschaf ten zwischen der Gussform und der darauf aufgegebenen, meist flüssigen, For mulierung ergeben sich zahlreiche Probleme bei derartigen Herstellungsverfah ren.

Bei einem derartigen Gießen des Mikronadel-Arrays wird ein flüssiges Material, das üblicherweise den Wirkstoff enthält, auf dem Formkörper, wie eine Matrize dosiert, so dass die Flüssigkeit in die pyramidenförmigen Vertiefungen gelangt. Gegebenenfalls wird dasselbe oder ein anderes Material weiter auf die Matrize dosiert, so dass oberhalb der Vertiefungen eine Bodenplatte bzw. Trägerschicht ausgebildet ist. Die gegebenenfalls aus einem anderen Material hergestellte Trä gerschicht ist somit mit den in den Vertiefungen angeordneten Mikronadeln ver bunden. Die Trägerschicht ist insbesondere erforderlich, um die Mikronadeln aus dem Formkörper zu entformen. Auch ist die Trägerschicht erforderlich, um eine gleichmäßige Kraftübertragung der Applikation der Mikronadeln in die Haut zu gewährleisten. Da, nicht nur das die Mikronadel ausbildende Material, sondern auch das die Trägerschicht ausbildende Material trocknen muss, ist herstel lungsbedingt eine möglichst geringe Schichtdicke der Trägerschicht gewünscht. Ferner ist einerseits eine möglichst hohe Festigkeit dieser Schicht erwünscht, um eine gute Kraftübertragung, insbesondere beim Applizieren in die Haut zu ermöglichen. Andererseits verhindert eine hohe Steifigkeit der Trägerschicht ein Anpassen des Mikronadel-Arrays, beispielsweise an Unebenheiten der Haut oder beim Aufbringen des Mikronadel-Arrays an nicht ebenen Stellen der Haut.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Mikronadel-Array zu schaffen, das bei ausrei chend Stabilität eine gute Applikation gewährleistet. Ferner besteht eine unab hängige Aufgabe darin, einen geeigneten Formkörper zur Herstellung eines Mi kronadel-Arrays sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Mikronadel-Arrays zu schaffen.

Die Lösung der unterschiedlichen Aufgaben erfolgt durch ein Mikronadel-Array gemäß Anspruch 1, einen Formkörper gemäß Anspruch 10 sowie ein Verfahren zur Herstellung gemäß Anspruch 14.

Das erfindungsgemäße Mikronadel-Array weist eine Vielzahl von Mikronadeln auf. Die Mikronadeln sind hierbei insbesondere pyramidenförmig ausgebildet und weisen einen rechteckigen Querschnitt auf. Mit den Mikronadeln ist eine die Mikronadeln tragende Trägerschicht verbunden. Zur erfindungsgemäßen Ver besserung der Trägerschicht ist die Trägerschicht als Gitterstruktur ausgebildet oder weist eine Gitterstruktur auf. Durch eine derartige Gitterstruktur kann ei ne ausreichende Steifigkeit zur Kraftübertragung erzielt werden. Andererseits besteht eine gewünschte Flexibilität, um beispielsweise das Mikronadel-Array auch an unebenen Stellen der Haut oder in gekrümmten Bereichen aufbringen zu können. Besonders bevorzugt ist es, dass die Gitterstruktur derart ausgebildet ist, dass sie zumindest einen Teil der Mikronadeln miteinander verbindet. Vorzugsweise sind sämtliche Mikronadeln über die Gitterstruktur miteinander verbunden. Hier bei ist es grundsätzlich möglich, dass ausschließlich eine Gitterstruktur als Trä gerschicht vorgesehen ist und/oder die Gitterstruktur in eine Trägerschicht ein gebettet ist. Ferner sind diese beiden Ausgestaltungsmöglichkeiten auch kom binierbar, so dass beispielsweise in Teilbereichen des Mikronadel-Arrays eine Gitterstruktur in die Trägerschicht eingebettet und in anderen Bereichen aus schließlich eine Gitterstruktur vorgesehen ist.

Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Gitterstruktur Kreuzungspunkte auf weist, die zumindest teilweise mit den Mikronadeln verbunden sind. Besonders bevorzugt ist es, dass sämtliche Mikronadeln mit Kreuzungspunkten verbunden sind. Gegebenenfalls können zusätzliche Kreuzungspunkte von Gitterstrukturen auch neben den Mikronadeln zur weiteren Versteifung vorgesehen sein.

Die Gitterstruktur kann Gitterstege mit unterschiedlichen Winkeln zueinander aufweisen, wobei es bevorzugt ist, dass die Gitterstruktur gleichförmig ist und somit sämtliche Stege gradlinig verlaufen und an den Kreuzungspunkten Win kel vorgesehen sind. Besonders bevorzugt ist ein Winkel von 90° an den Kreu zungspunkten. Es ist jedoch auch möglich zumindest teilweise Gitterstege vor zusehen, die nicht geradlinig verlaufen.

Zur Verbindung der Mikronadeln mit den Stegen der Gitterstruktur ist es bevor zugt, dass das die Mikronadeln ausbildende Material derart mit Stegen der Git terstruktur verbunden ist, dass das Material diese im Bereich der Mikronadeln umgibt. Gegebenenfalls können auch unterschiedliche Materialien vorgesehen sein, so dass die Mikronadel zumindest im Bereich der Spitze durch ein erstes Material hergestellt ist, das insbesondere den Wirkstoff aufweist. Mit einem wei teren Material, das insbesondere den Wirkstoff nicht aufweist und somit kosten günstiger ist, kann eine Verbindung zwischen der Mikronadel und den Stegen der Gitterstruktur erfolgen. Insbesondere ist eine Verbindung zwischen den Mi- kronadeln durch das Material der Mikronadel oder ein weiteres Material derart realisiert, dass das entsprechende Material die entsprechenden Kreuzungspunk te umgibt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Gitterstruktur zumindest teilweise vorgefertigt. Hierbei kann die Gitterstruktur Fasern, insbesondere Tex tilfasern aufweisen und ist besonders bevorzugt aus derartigen Fasern herge stellt.

Ferner ist es möglich die Gitterstruktur durch einen linienförmigen Auftrag ei nes Materials herzustellen. Als Material ist insbesondere PVP, Dextran, PLGA oder dergleichen geeignet. Ein Herstellen kann hierbei durch ein linienförmiges Aufdosieren des Materials auf die Oberseite des Formkörpers, wie insbesondere der Matrize erfolgen. Auch ist es möglich das linienförmige Aufträgen zur Her stellung der Gitterstruktur mit einer vorgefertigten Gitterstruktur zu kombinie ren, so dass eine vorgefertigte Gitterstruktur zumindest teilweise linienförmig überspritzt wird.

Ferner betrifft die Erfindung einen Formkörper zur Herstellung eines Mikrona- del-Arrays, insbesondere zur Herstellung eines Mikronadel-Arrays wie vorste hend beschrieben.

Der Formkörper, bei dem es sich insbesondere um eine Matrize handelt, weist eine Vielzahl von Vertiefungen bzw. Kavitäten in einem Grundkörper auf. Bei den Vertiefungen handelt es sich insbesondere um pyramidenförmig ausgebil dete Vertiefungen zur Ausbildung pyramidenförmiger Mikronadeln. Die Vertie fungen erstrecken sich ausgehend von einer Oberseite des Grundkörpers. Zur Ausbildung einer Gitterstruktur sind bei einer bevorzugten Aufüh rungsform in der Oberseite des Basiskörpers Kanäle vorgesehen. Die Kanäle können auch durch Vorsehen von Erhebungen oder Ansätzen ausgebildet sein. Die Gitter struktur wird insofern derart ausgebildet, dass zunächst ein Dosieren von ins besondere den Wirkstoff aufweisendes Material in die Vertiefungen erfolgt und anschließend dasselbe oder ein anderes Material derart dosiert wird, dass auch die an der Oberseite des Grundkörpers vorhandenen Kanäle mit Material befüllt werden.

Vorzugsweise ist zumindest ein Teil der Vertiefungen mit Kanälen verbunden. Insbesondere sind die Kreuzungspunkte von Kanälen zumindest teilweise der art angeordnet, dass sich die Kanäle im Bereich der Vertiefungen kreuzen. In sofern ist jede Vertiefung in bevorzugter Weiterbildung der Erfindung mit min destens einem, insbesondere mindestens zwei Kanälen verbunden. Zumindest ein Teil der Kanäle ist derart angeordnet bzw. ausgebildet, dass er benachbar te Vertiefungen miteinander verbindet.

Durch den vorstehend beschriebenen Formkörper kann insbesondere in bevor zugter Weiterbildung ein erfindungsgemäßes Mikronadel-Array wie vorstehend beschrieben, hergestellt werden. Auch ist es möglich in die Kanäle eine Gitter struktur einzulegen. Beispielsweise könnte in einen Teil der Kanäle Fasern einer Gitterstruktur eingelegt werden. Diese werden sodann von einem Material zur Ausbildung einer vollständigen Gitterstruktur umgeben, bzw. umspritzt.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren eines Mikronadel-Arrays, wo bei insbesondere die Herstellung eines erfindungsgemäßen Mikronadel-Arrays bevorzugt ist.

In einem ersten Verfahrensschritt erfolgt das Dosieren eines Materials wie einer Flüssigkeit, die insbesondere den Wirkstoff enthält in Vertiefungen eines Form körpers. Der erste Verfahrensschritt kann auch mehrere Einzelschritte enthal ten, in denen jeweils insbesondere unterschiedliche Materialien dosiert werden. Bevorzugt ist hierbei die Verwendung eines erfindungsgemäßen Formkörpers wie vorstehend beschrieben. Im nächsten Schritt erfolgt ein linienförmiges Auf bringen eines Materials auf eine Oberseite des Formkörpers zur Ausbildung ei ner Gitterstruktur. Hierbei kann der Formkörper wie vorstehend anhand des er findungsgemäßen Formkörpers beschrieben, Kanäle aufweisen oder auch eine im Wesentlichen ebene Oberfläche aufweisen, auf die eine entsprechende Gitterstruktur aufgetragen wird. Bevorzugt ist es hierbei, dass ein anderes Ma terial, als das zur Ausbildung der Mikronadelspitzen verwendete Material, auf gebracht wird.

Bevorzugt ist ferner, dass das linienförmige Aufbringen zumindest teilweise der art erfolgt, dass zumindest ein Teil der Linien Vertiefungen kreuzt bzw. mit der Rückseite der in den Vertiefungen ausgebildeten Mikronadeln verbunden ist. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass das linienförmige Aufbringen derart erfolgt, dass zumindest ein Teil der Kreuzungspunkte der Linien im Bereich insbesondere über den Vertiefungen angeordnet ist.

Das erfindungsgemäße Mikronadel-Array, das vorzugsweise in den vorstehend beschriebenen Formkörper und/oder mit dem vorstehend beschriebenen Ver fahren hergestellt ist, weist gegenüber bekannten Mikronadel-Arrays eine Viel zahl von Vorteilen auf. Aufgrund der Gitterstruktur ist es insbesondere möglich, das Mikronadel-Array auch auf unebenen oder gewölbten Bereichen der Haut anzuordnen und weiterhin ein gleichmäßiges Eindringen der Mikronadeln in die Haut zu realisieren, so dass eine gute Wirkstoffabgabe gewährleistet ist. Auch ist die Flexibilität des Mikronadel-Arrays durch das Vorsehen einer Gitterstruk tur verbessert. Bei Ausgestalten eines erfindungsgemäßen Mikronadel-Arrays mit Zwischenräumen zwischen den Stegen der Gitterstruktur weist dies ferner den Vorteil auf, dass Feuchtigkeit einfach zur Haut gelangen kann und insofern, dass Auflösen der Mikronadeln oder eines Teils der Mikronadeln verbessert ist. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Gitterstruktur bzw. die Trägerschicht aus einem nicht auflösenden Material hergestellt ist. Ferner ist es von Vorteil, dass insbesondere bei einer längeren Applikation des Mikronadel-Arrays dieses mit einem Pflaster auf der Haut fixiert wird, wobei das Pflaster sodann auch in den Zwischenräumen der Gitterstruktur mit der Haut verbunden werden kann und ein sichereres Fixieren des Mikronadel-Arrays auf der Haut gewährleistet ist. Ein weiterer Vorteil einer Gitterstruktur besteht darin, dass diese weniger Masse aufweist, die aufgelöst werden muss.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Draufsicht eines Mikronadel-Arrays ge mäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,

Figur 2 eine schematische Draufsicht eines Mikronadel-Arrays ge mäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform,

Figur 3 eine schematische Schnittansicht in Längsrichtung einer Mikronadel,

Figur 4 eine schematische Draufsicht eines Mikronadel-Arrays ge mäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform,

Figur 5 eine schematische Draufsicht eines Mikronadel-Arrays ge mäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform, und

Figuren 6 und 7 schematische Schnittansichten von Matrizen zur Herstel lung erfindungsgemäßer Mikronadel-Arrays.

In den Figuren sind unterschiedliche Ausführungsformen von Mikronadel-Arrays schematisch dargestellt. Der Einfachheit halber sind hierbei die Mikronadeln 10 als Quadrate dargestellt. In dem in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist eine Gitterstruktur mit Stegen 12, 14 ausgebildet. Die die Gitterstruktur ausbildenden Stege 12, 14 sind rechtwinklig zueinander angeordnet. Die Stege sind hierbei derart ange ordnet, dass ein Teil der Kreuzungspunkte 16 oberhalb der Mikronadeln 10 an geordnet ist. Weitere Kreuzungspunkte 18 sind jeweils zwischen den Mikrona deln 10 angeordnet.

Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, können die Stege selbstverständlich auch eine Breite aufweisen, die etwas größer als die Grundfläche der Mikronadeln 10 ist.

Die Mikronadeln 10 sind vorzugsweise pyramidenförmig und weisen insbeson dere einen rechteckigen, vorzugsweise quadratischen Querschnitt auf. Die Ver tiefungen der Matrize sind entsprechend ausgebildet.

In der in Figur 3 dargestellten Schnittansicht ist eine Mikronadel 10 dargestellt. Diese ist in einem unteren, die Spitze der Nadel ausbildenden Bereich 20 durch ein Material hergestellt, das insbesondere den Wirkstoff aufweist. Die Nadelspit ze kann auch insbesondere mehrschichtig ausgebildet sein, wobei insbesonde re unterschiedliche Materialien nacheinander dosiert werden. Ferner ist ein Steg 12 einer Gitterstruktur dargestellt. Zur Verbindung der Nadelspitze 20 mit dem Steg 12 der Gitterstruktur ist ein weiteres Material 22 vorgesehen. Dieses um schließt den Steg 12 im Bereich der Oberseite der Nadel 10 tropfenförmig.

In den Figuren 4 und 5 sind ähnliche Gitterstrukturen dargestellt, wobei diese derart angeordnet sind, dass sich die Mikronadeln in den Zwischenräumen der Gitterstruktur befinden. Insofern handelt es sich um Gitterstrukturen, die in ei ne Trägerschicht eingebettet bzw. eingelegt sind. Ferner können diese Gitter strukturen auch aus einem anderen Material hergestellt sein.

Beim Befüllen einzelner Kavitäten zum Ausbilden der Mikronadeln ist es auch möglich, dass insbesondere weitere Material 22 in einer Menge vorzusehen, dass das Material benachbarter Bereiche zusammenfließt, bzw. sich miteinander verbindet. Hierdurch erfolgt das Ausbilden einer Gitterstruktur.

Alternativ kann zur Ausbildung einer Gitterstruktur auf der Oberseite 26 des Grundkörpers bzw. der Matrize 28 ein Material linienförmig aufgebracht werden, wobei dies vorzugsweise derart erfolgt, dass sich die Linien oberhalb der Kavi täten bzw. Vertiefungen 24 kreuzen.

Figur 6 und Figur 7 zeigen schematisch vereinfachte Darstellungen von mögli chen Ausgestaltungen von Matrizen.

Bei der in Figur 6 dargestellten einfachen Ausgestaltung sind pyramidenförmi ge Vertiefungen 24 vorgesehen, die sich, ausgehend von einer ebenen Oberflä che 26 der Matrize nach innen bzw. in Figur 6 nach unten erstrecken. Die Mi kronadeln 10 werden durch Auffüllen der Kavitäten 24 hergestellt. Insbeson dere durch Befüllen mit einem weiteren Material 22 (vergl. Figur 3) kann eine Gitterstruktur dadurch erzeugt werden, dass sich an der Oberseite 26 der Ma trize 28 Material benachbarter Kavitäten miteinander verbindet.

Zusätzlich oder alternativ kann auf der Oberseite 26 eine vorgefertigte Gitter struktur angeordnet werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform einer Matrize 30 (Figur 7) sind zusätzlich zu dem in der Matrize 30 vorgesehenen Kavitäten 24 zur Ausbildung der Mi kronadeln 10 in einer Oberseite 32 der Matrize Vertiefungen 34 ausgebildet. Diese Vertiefungen 34 sind linien- oder kanalförmig ausgebildet und verbinden benachbarte Kavitäten 24 miteinander. Durch Befüllen der Vertiefungen 34, insbesondere mit einem weiteren Material 22, kann auf einfache Weise eine Gitterstruktur erzeugt werden. Gegebenenfalls kann zu einer Versteifung unter Verbesserung der Struktur eine Verbesserung der Qualität in die kanalförmi gen Vertiefungen 34 eine vorgefertigte Gitterstruktur eingelegt werden, die so dann von dem weiteren Material 22 zumindest teilweise umschlossen wird.