圧電素子によるスマートなワクチンパッチ製造

COVID-19との闘い

ワクチン接種は、ウィルス感染や細菌感染の予防に不可欠です。これは古代アジア文化ですでに研究されていたテーマで、19世紀にようやくEdward Jennerの研究により飛躍的に進歩しました。ワクチン接種の是非はいまだに争点であるとはいえ、ワクチンはいまや日常医療の一部であり、麻疹、結核、ポリオ、破傷風などの病気への罹患を予防します。このワクチン接種の指針により、世界中の感染症例は大きく減少し、天然痘などの一部の病気は根絶にまで至りました。世界的なCOVID-19パンデミックを受けて、世界人口を将来のパンデミックから守ることを期待され、最新のワクチン接種技術の重要性がさらに増しています。ワクチンパッチは、このような次世代の活用例の1つであり、ピエゾテクノロジーはその製造において重要な役割を果たすことができます。

新しいテクノロジー:ワクチンパッチ

ワクチン接種では通常、殺したまたは弱らせた微生物、毒素、タンパク質を注射器を使用して筋肉注射で体内に注入します。これにより免疫反応が生じ、特定の病気に対する患者の免疫が高まります。ワクチンの投与は、世界中の医療従事者にとって終わることのない課題であり、医療インフラが不十分な開発途上国では特にそうですが、ワクチンパッチという新しい概念が多大な可能性を広げます。

ワクチンパッチは、長さ約200~300 µmのマイクロニードルが付いた小さなポリマーのパッチです。このパッチを当てると、マイクロニードルが皮膚に刺さり、マイクロニードルの先端のワクチンが直接注入されます。注射器を使用するワクチン接種とは異なり、ワクチンパッチでは、針による事故が原因の感染症はほぼ発生しません。マイクロニードルにはさまざまなタイプがあり、ワクチンを注入した後、時間が経つと皮膚の中で溶けるものもあります。

ワクチンパッチは、遠隔の地方であっても簡単に配布し、医療従事者の支援なしで使用できます。また、必要なワクチンの用量は従来の半分未満です。マイクロニードルが刺さった皮膚層で多くの免疫細胞が検出されるため、ワクチン投与量が少なくても同等の免疫反応が得られます。この形のワクチン接種の最大の利点は、耐久性でしょう。製造プロセス中にマイクロニードルのワクチンは乾燥し、常温で(最高40 C)効力が最長1年間維持されます。これにより、特に熱帯気候の国でワクチン接種の新しい可能性が広がります。

マイクロニードルへの液滴分注を実現する圧電の精度

ワクチンパッチの製造プロセスでは、液体ワクチンの小さな液滴をマイクロニードルの先端に分注します。極小の液滴を高速に生成するために、ピエゾテクノロジーが使用されます。プリントヘッドなどのナノリットルまたはピコリットルの分注装置に使用するアクチュエーターは、最大で数kHzの高い動作周波数で機能する必要があり、同時に小さな液滴を生成するのに必要な運動エネルギーを生成できなければなりません。

圧電コンポーネントおよびアクチュエータはこれらの厳しい要求に適した製品であり、圧電効果は水晶圧電素子によって力を加えることにより電荷を生成したり、その逆を行ったりすることに基づくものであるため、圧電コンポーネントは電圧を許容して瞬間的な置換を行うことにより機能します。これらのコンポーネントは低消費電力で動作し、耐久性と信頼性に優れているため、分注プリントヘッドでの使用にも適しています。

インクジェットの原理に従ってピコリットル量の正確な液滴を生成し分注するために、ガラス毛管を>>圧電チューブ内に配置しています。この方法による投薬は完全な非接触式で、繊細な液滴を皮膚表面に滴下します。薬剤を汚染することなく分注でき、プリントヘッドの消毒または滅菌が容易です。ピエゾアクチュエーターなどの >> PICMA® Stackは圧電チューブの代替を提供します。プリントヘッドに配置されると、ワクチンの微細な液滴を高速かつ正確にマイクロニードルの配列に生成します。このアクチュエーターの特徴は、その優れた耐久性です。複雑なシステム内でも長年確実に動作します。


圧電セラミックを超えて:PIセラミックによる組み立て技術

圧電組み立ての目的が分液用途であろうと、素子の接触であろうと、PIセラミックは単純な圧電素子の製造以上のことができます。テストやパッケージ化における豊富なノウハウに基づいて、弊社は>>圧電コンポーネントの接着や接触のほか、組み立てにおいても、お客様をサポートします。




この著者について

Annemarie Oesterle

Segment Marketing Manager Medical Technology, PI Ceramic GmbH

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