CN101432033A - 具有至少一种气体释放材料的微泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包含至少一种气体释放材料的微泵，所述气体释放材料推动活塞向包含药物材料的第二种材料运动，所述药物材料通过半透膜和/或限流器释放。

Description

具有至少一种气体释放材料的微泵
本发明涉及微泵领域。
用于例如在病人身体内控制药物递送的微泵是本领域是公知的。例如，考虑在此引用作为参考的WO2005/032524公开了能够用由渗透压引起的上升的释放面递送药物的微泵。
然而，已知的微泵具有用于控制释放药物的渗透压通常不能以便利和容易的方式进行控制的缺点。比如，在WO2005/032524中公开的微泵中，仅有可能随时间将递送率提高，而不可能降低。另外，这种控制是预编程序的且不能按需改变，也不能通过遥控改变。
在考虑在此引作参考的
Figure A200780015320D0004110641QIETU
等人，Journal of Biomedical Microdevices，1999，121-130中公开了另一种微泵。在这种微装置中，电解水被用于推动流体通过微通道。
然而，在这种微装置中，流量(flow rate)对温度极其敏感，并依赖于温度变化和电解室中存在的气体总量。
发明概述
本发明的目的是提供能够精确控制压力并能够显著减小温度敏感性的微泵。
此目的通过本发明的权利要求1所述的微泵实现。因此，提供微泵，其包含至少一个第一储存器和至少一个第二储存器，要通过所述微泵释放的药物位于所述第二储存器中，且在所述第一储存器和所述第二储存器之间提供至少一个可移动的活塞和/或可变形的膜，其中在所述第一储存器内提供至少一种气体释放材料，且所述第二储存器包含半透性材料和/或限流器，所述微泵通过所述半透性材料和/或限流器释放所述药物。
通过这样做，对于大多数应用，能够实现至少一种下述优点：
-由微泵引起的药物流动对温度和压力的微小变化较不敏感，且能够得到可靠控制。
-仅所需要较少能量且所述能量与气体释放材料形成的气体量成正比。
-所需要的电势会仅为几伏的数量级。
本发明的意义中的限流器表示和/或包括从所述第二储存器通向外部的细通道状的出口。
根据本发明的实施方案，所述半透性材料的渗透率≥10-26m2且≤10-14m2。在本发明的大部分应用中，这已提高了由微泵引起的药物流动的准确性和有效性。
根据本发明的实施方案，所述第一半透性材料的渗透率≥10-24m2且≤10-16m2。
根据本发明的实施方案，所述第一半透性材料的渗透率≥10-23m2且≤10-17m2。
根据本发明的实施方案，投影到(project towards)所述至少第二储存器的所述半透性材料的部分的表面积≥10-7m2且≤10-4m2。
根据本发明的实施方案，投影到所述至少第二储存器的所述半透性材料的部分的表面积≥5*10-6m2且≤8*10-6m2。
根据本发明的实施方案，投影到所述至少第二储存器的所述半透性材料的部分的表面积≥10-6m2且≤5*10-6m2。
根据本发明的实施方案，在操作所述微泵期间，所述至少一种气体释放材料释放至少一种选自CO2、N2、O2、H2、NH3、CH4的气体。
根据本发明的实施方案，所述至少一种气体释放材料选自水、过氧化物、高氯化物、氯化物、氯酸盐、碳酸盐、甲醛、醛、甲酸、乙酸、羧酸、醇、硝酸盐、氨及其混合物。
根据本发明的实施方案，所述半透膜的渗透率和表面积的乘积≥10-26m4且≤10-20m4。
根据本发明的实施方案，所述半透膜的渗透率和表面积的乘积≥10-25m4且≤10-21m4。
根据本发明的实施方案，所述半透膜的渗透率和表面积的乘积≥10-24m4且≤10-22m4。
根据本发明的实施方案，所述半透性材料的纵向厚度≥10-5m且≤10-1m。
根据本发明的实施方案，所述半透性材料的纵向厚度≥5*10-4m且≤10-2m。
根据本发明的实施方案，所述半透性材料的纵向厚度≥7.5*10-4m且≤5*10-3m。
根据本发明的实施方案，所述半透膜的渗透率与所述半透性材料的纵向厚度的商为≥10-19m且≤10-11m。
根据本发明的实施方案，所述半透膜的渗透率与所述半透性材料的纵向厚度的商为≥10-17m且≤10-12m。
根据本发明的实施方案，所述半透膜的渗透率与所述半透性材料的纵向厚度的商为≥10-15m且≤5*10-13m。
根据本发明的实施方案，所述限流器的长度L≥0.01cm且≤10cm，优选≥0.1cm且≤5cm。应注意，所述限流器的设计可为直的，但所述限流器也可以具有任何形状，例如弧形或螺旋形。
根据本发明的实施方案，所述限流器的直径≥10μm且≤500μm，优选≥50μm且≤250μm。
根据本发明的实施方案，所述限流器的长度L与直径d的比率≥20∶1且≤5,000∶1，优选≥200∶1且≤1,000∶1。
根据本发明的实施方案，所述微泵包括至少两个第二储存器和至少两个可移动的活塞，且第一个储存器被分成至少两个电解室。在许多应用中，已显示出这是本发明中的合适的实施方案，特别是当使用释放两种气体(比如：在阳极和阴极电解时)的气体释放化合物时。
根据本发明的实施方案，所述微泵包含至少一个用于控制至少一种下述特征的传感和/或控制装置：
-所述活塞和/或可变形的膜的位置
-由所述气体释放材料释放的气体量
-药物和/或气体在第一和/或第二室内的温度。
在本发明的大多数应用中，这为允许更加可靠地控制微泵。
根据本发明的实施方案，所述第一储存器中的所述至少两个电解室通过多孔塞连接。这允许两个电解室间的传导，但阻止气体从一个电解室流向另一电解室。
本发明还涉及从上述微泵释放药物的方法，其中通过使用电流使至少一种可充电的材料充电引起渗透压。
根据本发明的微泵可用于许多***和/或应用中，包括下述的一种或多种：
-药物递送***
-液体吸收器
-样品处理装置
-微型阀
-分析装置
前述部件以及要求保护的部件和在所描述的实施方案中根据本发明所使用的部件在它们的尺寸、形状、材料选择和技术构思方面没有任何特别例外，因此可不受限制地应用有关领域中已知的选择标准。
本发明目的的其他细节、特征和优点公开在从属权利要求、附图和接着对各附图和实施例的描述中，这些附图和实施例(以举例的方式)说明了根据本发明的三个实施方案的微泵。
图1说明根据本发明的一个实施方案的微泵的非常简略的纵向剖视图(cut-out view)；
图2说明根据本发明的第二实施方案的微泵的非常简略的纵向剖视图；和
图3说明根据本发明的第三实施方案的微泵的非常简略的纵向剖视图；
图4说明根据本发明的第四实施方案的包含温度和压力传感装置的微泵的非常简略的纵向剖视图；和
图5说明根据本发明的第四实施方案的包含活塞定位传感装置的微泵的非常简略的纵向剖视图。
图1说明根据本发明的一个实施方案的微泵1的非常简略的纵向剖视图。所述泵1包括泵体10，泵体10从横断面(图中未示出)看，可为圆形、椭圆形、方形或矩形。在泵体一端设置有半透膜20。
泵体10将第一室分成两个电解室40a和40b，其各自分别由可移动的活塞70a、70b在一端终止。电解室40a和40b通过多孔塞连接。
在活塞70a和70b的另一侧有两个第二室，分别为80a和80b，其包含要通过膜20递送到外部的药物。
在第一室中有一种气体释放材料50，其在该实施方案中仅为水。
当在电极60a和60b处电解后，气体90a和90b(氧气和氢气，取决于它们的电极是阳极还是阴极)被释放，推动活塞70a和70b向右侧移动，从而将药物释放。
应注意，温度的升高会首先导致气体90a和90b的压力升高，而不从第二室80a和80b中释放药物溶液，因为活塞/膜“装置”会具有一定的“惯性”或“流体动力学阻抗”。在电解室内温度引起的压力升高因此只会慢慢降低，从而温度引起的流量增加只会是小的，允许装置对给药方案作出调整，以使避免显著的药物过量。
药物可以是舒芬太尼、芬太尼、***、亮丙瑞林、胰岛素、拟精神药物、避孕药、生长激素或其他蛋白质、肽、酶、基因、因子和激素。
图2说明根据本发明的第二实施方案的微泵1’的非常简略的纵向剖视图。此实施方案与图1的实施方案的不同仅在于气体释放材料只释放一种气体；因此，不需要分成两个不同的第一室和第二室。
图3说明根据本发明的第二实施方案的微泵1”的非常简略的纵向剖视图。该实施方案与图1和图2的实施方案的不同在于用限流器25代替第一和第二实施方案中的半透膜。为了可见性，限流器25被画得非常简略。在本发明的大多数应用中，特别是直径会很可能比上述小得多。
图4说明根据本发明的第四实施方案的包含温度和/或压力传感装置的微泵1”’的非常简略的纵向剖视图。在此实施方案中的温度传感装置被设置成环形的温度和/或压力传感器90的形式，其测量第二室内的温度和/或压力。这允许考虑否则可能导致不期望的药物释放的所述微泵中的温度和/或压力变化。
图5说明根据本发明的第四实施方案的包含活塞位置传感装置的微泵1””的非常简略的纵向剖视图。该传感装置90a被设置成纵向的圆筒形。该活塞的实际位置比如因活塞包括引起传感装置90a中感应变化的材料而可以通过已知技术测量，或者通过本领域中的任何其他已知技术测量。这样的传感装置允许许多应用以改善微泵的控制。上述详细实施方案中的元件和特征的特定组合仅是示例性的；还清楚地涵盖将这些教导交换和替换为该文件中的其他教导以及在此引作参考的专利/申请中的其他教导。正如本领域技术人员会认识到：本领域普通技术人员会想到不偏离本发明所要求的主旨和范围的本文描述的内容的变化、改进和其他实施。因此，上文的描述仅是示例性的，而非意在以限制的方式去解释。本发明的范围被限定在所附权利要求及其等同形式中。此外，在说明书和权利要求中使用的附图标记不限制要求保护的本发明的范围。

Claims (10)

1、用于药物递送的微泵，其包含至少一个第一储存器和至少一个第二储存器，要通过所述微泵释放的药物位于所述第二储存器中，且在所述第一储存器和所述第二储存器之间提供至少一个可移动的活塞和/或可变形的膜，其中在所述第一储存器内提供至少一种气体释放材料，且所述第二储存器包含半透性材料和/或限流器，所述微泵通过所述半透性材料和/或限流器释放所述药物。
2、如权利要求1所述的微泵，其中在操作所述微泵期间，所述至少一种气体释放材料释放至少一种选自CO2、N2、O2、H2、NH3、CH4的气体。
3、如权利要求1或2所述的微泵，其中所述至少一种气体释放材料选自水、过氧化物、高氯化物、氯化物、氯酸盐、碳酸盐、甲醛、醛、甲酸、乙酸、羧酸、醇、硝酸盐、氨及其混合物。
4、如权利要求1至3中任一项所述的微泵，其中所述半透性材料的渗透率≥10-26m2且≤10-14m2。
5、如权利要求1至4中任一项所述的微泵，其中投影到所述至少第二储存器的所述半透性材料的部分的表面积≥10-7m2且≤10-5m2。
6、如权利要求1至5中任一项所述的微泵，其中所述半透膜的渗透率与所述半透性材料的纵向厚度的商为≥10-15m2且≤10-11m。
7、如权利要求1至6中任一项所述的微泵，其中所述限流器的长度L≥0.01cm且≤10cm，优选≥0.1cm且≤5cm。
8、如权利要求1至7中任一项所述的微泵，其中所述限流器的直径≥10μm且≤500μm。
9、从权利要求1至8所述的微泵中释放药物的方法，其中通过所述气体释放材料释放气体以移动所述活塞。
10、包含如权利要求1至8中任一项所述的微泵的***，所述***被用于一种或多种下述应用：
- 药物递送***
- 液体吸收器
- 样品处理装置
- 微型阀
- 分析装置。
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