JP2008539890A - 超音波式エアロゾルゼネレーター - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンドユーザー用の、液体配合物をエアロゾル化し投与する改良装置の分野に関わる。
解決しようとする他の課題は、液体配合物をエアロゾル化する改良方法を提供することである。
本発明の超音波式エアロゾルゼネレーター(10)は、(a)液体リザーバ/エアロゾル化チャンバ(11)と、(b)圧電式エンジン(12)と、(c)逃がし孔(13)と、(d)エアロゾル送達要素(20)と、を収納する。本装置は、呼吸可能な寸法範囲内の直径を有するエアロゾル粒子を高発生量下に創出する設計とされる。ここで“高発生量”とは、0.5ml/分以上、好ましくは0.8ml/分以上、好ましくは1.0ml/分以上、最も好ましくは2.0ml/分であることを意味する。
dpa= dps√ρp (式1)
を使用して概算される。ここで、dpaは粒子の空力直径(μm)、dpは、物理又は実際の直径(μm)、ρpは、粒子密度(g/cm3)である。粒子寸法は任意の好適な方法を用いて測定され得る。
液体リザーバ/エアロゾル化チャンバ(以下、単に“チャンバ“とも称する)11は容器であって、底部29と、この底部と直交する1つ以上の壁30a及び30bと、頂部31とを有する。リザーバは少なくとも5ml、好ましくは5ml以上、より好ましくは8ml以上、より好ましくは15ml以上、最も好ましくは45mlの液体配合物を貯蔵するに十分なものである。静止形態でのリザーバは、好ましくは50〜300ml、最も好ましくは100〜200mlの液体を収納する設計とされ、手持ち形態の場合は5〜60ml、好ましくは8〜60ml、最も好ましくは15〜45mlの液体を収納する設計とされる。液体配合物の1回の投与量は代表的には1mlであるので、リザーバは代表的には多数回の投与分の配合物を収納する設計とされる。対称的に、従来の手持ち式の噴霧器の場合、リザーバは典型的にはより小型のものであり、液体収納量は5mlまでであるに過ぎない。圧電エンジン12は代表的にはリザーバの底部に位置付けられ、液体配合物と接触する。従来の超音波式噴霧器と比較して液体リザーバの容積が大きいことから放熱性が改善されると共に、一回の充填で多数回投与用に十分な配合物を収納させることが可能である。
随意的には、チャンバ11は液体配合物の温度を測定する温度計33を収納する。装置は随意的には、液体配合物の温度が、プリセットされた温度上昇値に達すると圧電エンジン12を切るスイッチ(図示せず)を収納する。チャンバ11は随意的には、エアロゾル化最中の温度又は温度範囲をプリセット値に維持する温度フィードバックコントローラ(図示せず)を収納する。チャンバ11は随意的には、液体高さセンサ36を収納する。装置は随意的には、液体高さが、最小又は最大のプリセット高さに達すると圧電エンジン12を停止させるスイッチ(図示せず)を収納する。
単数又は複数のエアロゾル出口は、エアロゾル化チャンバを単数又は複数のエアロゾル送達要素に連結する単数又は複数の領域であり、代表的には、チャンバの底部と直交する壁の上部付近に位置付けられる。図1a及び図1bに示されるように、出口22はチャンバの、圧電エンジン12から遠い側の上方領域に位置付けることが好ましい。静止形態の装置の場合、単数又は複数の出口22を、圧電エンジン12の、液体配合物と接している表面よりも20mm以上、好ましくは50mm以上、最も好ましくは80mm以上高く位置付けることが好ましい。出口22は、チャンバの壁の1つにおける孔のような開口であり得る。あるいは出口22は、図1aに示すような、チャンバの壁とバッフルとの間の間隙形態のものであり得る。本実施例では粒子は、以下に説明するように、壁を越え且つバッフル14をかわすことによってのみ、チャンバから出ることができるが、大きな粒子の殆どはこれが出来ず、一方、呼吸可能な寸法範囲の小粒子は出口を通過してエアロゾル送達要素に入る。
随意的にはリザーバは、エアロゾルの流れを配向し、大きな粒子をろ別し、かくしてチャンバの下流側でのエアロゾル付着量を最小化するべく形態付けしたバッフルを1つ以上収納する。バッフルは平坦な表面を有する、円筒状の孔開けプレートを含む任意の好適な幾何型状のものであり得る。図1aに示すように、バッフル14は壁形態のものであることが好ましい。手持ち式デバイスの別の好ましい実施例では、バッフル14はシリンダー形態のものである。バッフルの直径は、エアロゾル送達要素用のチューブ25の直径よりも若干大きいことが好ましい。粒子は代表的には30μm以上であり、好ましくは20μm以上であり、より好ましくは10μm以上であり、バッフル14と接触し、エアロゾルの流れから除去される。バッフル14は、直径が30μm以上、より好ましくは10μm以上の粒子の80%以上を空気流れから除去せしめる設計とすることが好ましい。随意的には、除去された粒子はリザーバ11内の液体に戻される。
図1aに示されるように、チャンバ11が、エアロゾル化される粒子を包囲する一群のバッフル(15a、15b、15c)を収納することが好ましい。これらのバッフル(15a、15b、15c)は、特に大きな粒子をキャッチしてこれを下方領域の液体に戻すスプラッシュガードとして機能する。
液体配合物はエアロゾル化用の液体リザーバに直接付加されるか、又は液体を徐々に付加することのできる配合物フィーダーを介して付加され得る。配合物フィーダーは、液体リザーバ内の液体高さを制御する形態のものとされ得る。配合物フィーダーには、ユーザーが、配合物の付加量を計測し得るように目盛付けすることができる。配合物フィーダー(図3の要素16)は、チューブ38状又は容器とチューブとを組み合わせた形態のものであり得る。図1aに示す好ましい実施例では、配合物フィーダーは、液体配合物を収納するボトル18に連結し、また図示しないチューブと連結する設計とした取り外し可能部分17を有する。チューブの反対側の端部は液体リザーバ/エアロゾル化チャンバ11と、好ましくはその下方領域の開口と連結する。取り外し可能部分17は、配合物フィーダー16に連結すると、配合物はボトルから自由に流れ出て液体リザーバ11に入ることが出来るようになる。配合物フィーダー16は、ボトルを装置から離した時に液体がボトル18から出ないようにするための、図示しない容器手段をも収納する。好適な容器手段には弁又はプラグが含まれる。随意的には配合物フィーダーは、液体配合物をチャンバ32aの下方領域に直接配置し得るように装置から取り外し可能とされ得る。
1実施例では、リザーバは2つの液体を分離させる設計とした膜を収納する。本実施例では圧電エンジン12は、この膜を介して第2の液体、即ち、被エアロゾル化液体配合物と接触する第1液体と直接接触する。膜は、2つの液体同士を接触させないように十分非多孔質のものであることが好ましい。膜は薄く且つ、合成又は天然材料(例えばプラスチック又はゴム)から形成され得る。本実施例は、被エアロゾル化液体配合物への伝熱量を減少させる又は伝熱防止のために使用され得る。本実施例により送達される液体配合物は、圧電エンジンと接触した時、この圧電エンジンによって加熱され、過熱状態下では不安定なものであることが好ましい。
第1の液体は、被エアロゾル化液体、即ち第2の液体とインピーダンス値が同じものを選択することが好ましい。第1の液体は、第2の液体が水性配合物である時は水であることが好ましい。
圧電エンジン12は代表的には高ワット型エンジンであり、エンジン出力は10ワット以上、より好ましくは15ワット以上、最も好ましくは25〜35ワットであることが好ましい。超音波は好ましくは100kHz以上の周波数、より好ましくは1MHz。最も好ましくは1.5MHz以上の周波数で好ましく創出される。代表的な周波数には、1.7MHz及び2.4MHzが含まれる。好適な圧電エンジン例は、直径が20mm、周波数が1.7MHz、出力が24ワットのもであり、代表的には液体と接触する平坦な表面を有する。
エアロゾル流れを重力駆動するために、周囲空気圧に開放する逃がし孔13をチャンバ11に設ける(図1a、2、3参照)。逃がし孔13は、少量の空気流れを装置内に流入させて、排出されるエアロゾルによって発生する真空を相殺させ、かくしてエアロゾルをエアロゾルチャンバ11から連続排出させ得る。逃がし孔13は、エアロゾルの出口22よりも高い位置に位置付けられ、大きなエアロゾル粒子がこの逃がし孔13を通して逃出しないようにするための1つ以上のバッフルを収納することが好ましい。随意的にはチャンバ11はその上部に、図2に例示する手持ち式デバイスに示すような取り外し自在の蓋40を有する。完全に組み立てた状態では蓋はエアロゾル化チャンバ32bに装着される。逃がし孔13はこの蓋に位置付け得る(図1a参照)。随意的には逃がし孔13は、吸気される空気は通すが、呼気された空気はそこを通さない逆止弁を有する。代表的にはエアロゾル濃度勾配と組み合わせてのエアロゾルの重力駆動流れが、エアロゾルをチャンバ11から、次いでエアロゾル送達要素20を通して押し出す。かくして、装置はエアロゾルをチャンバ11から押し出すためのファンを有さない。
エアロゾル送達要素20は、出口22から単数又は複数のエンドユーザーへのエアロゾル流路を有する。図2に示すように、エアロゾル送達要素20は、エアロゾル出口チューブ25と、エアロゾルをユーザーに送達するためのユーザーインターフェース24とを有し得る。図1aに示すように、エアロゾル送達要素は、ユーザーインターフェース24に加え、エアロゾルを収集する直立型リザーバ26と、周囲環境へのエアロゾル放出を最小化するための呼気ベント28と、を更に有する。図3に示すように、エアロゾル送達要素20は、配合物又は装置が呼気中に汚染されないようにするための呼気逆止弁5をも有する。
ユーザーインターフェース24はエアロゾルをユーザーに送達するような設計とされ、マウスピース、ユーザーの口と鼻とをカバーし且つユーザーの顔にシールされるマスク、1つの鼻カニューレ、2つの鼻カニューレ、又は、ユーザーがその顔をその15cm以内、好ましくは5cm以内に位置付けた場合にエアロゾルをユーザーの口及び又は鼻に差し向ける開口、であり得る。図2に示すような好ましい実施例では、装置はマウスピース形態の単一のユーザーインターフェースを有する。別の実施例ではユーザーインターフェースは図示されない開口形態のものである。随意的には装置は、エアロゾル化した配合物を一人以上のユーザーに同時にか又は順次送達するための1つ以上のユーザーインターフェース(図示せず)を有する。
図2及び図3に示すような1実施例では、ユーザーインターフェースは、ユーザーインターフェース24を出口22に連結するためのエアロゾル出口チューブ25を有している。チューブ長さは、約127cm(50in)未満、より好ましくは25.5cm(10in)未満、最も好ましくは12.5cm(5in)未満である。
3.直立型リザーバ:
図1aに例示するような1実施例では、エアロゾル送達要素は、ユーザーが吸気する前にエアロゾルを溜めておくことのできる直立型リザーバ26を有する。直立型リザーバの容量は、500ml未満又は500ml、最も好ましくは250ml未満又は250mlであることが好ましい。
直立型リザーバの底部は、エアロゾル化チャンバからの出口と等しい又はそれ以下の高さに位置付け、好ましくは、出口よりも20mm下方、より好ましくは50mm下方に位置付けることのが好ましい。
好ましい実施例ではエアロゾル送達要素は、呼気中に周囲環境に開放する呼気ベント28を有する。随意的には、呼気ベントは周囲空気へのエアロゾル放出量を最小化するための低抵抗性フィルターを含む。この構成は、装置をクリーンルーム内で使用する場合に特に有益である。
随意的には呼気ベントは、吸気中の、周囲空気によるエアロゾルの希釈を最小化するための逆止弁を含み、また随意的には、呼気中には閉じて呼気される空気を呼気ベントを通して送り、かくして、配合物と、呼気中に装置外に押し出されるエアロゾルとが汚染されないようにする第2逆止弁を含む。好適な逆止弁は、その型状を維持することのできる、例えば、きつく編んだナイロンシート、単一又は多数のポリマーフィルム層、又は単一又は複数のエラストマーの様な、薄い、非多孔質の、軽量材から形成され得る。逆止弁は、僅かな圧力変化によって開閉するが、図1aに例示する好ましい実施例では、そうした圧力変化は水の10cm未満、より好ましくは1cm未満、最も好ましくは5mm未満の変化によるものである。逆止弁は、開放位置にある時はエアロゾルの付着損失を防止するべく、エアロゾルを逆止弁を通して流すように大きく開放されるべきである。
投与されるべき配合物を、この配合物を液体リザーバに送る配合物フィーダーに直接配置するか又は供給することによって液体リザーバ内に配置する。好ましくは、配合物を収納するボトル18を配合物送給物17に接続する。この配合物送達法によれば液体配合物が汚染される恐れが低下する。
液体リザーバに配合物を十分充填した後、圧電エンジンを始動する。圧電エンジンを始動する前に、1つ以上のエアロゾル送達要素を1つ以上の出口に装着するのが好ましい。
1実施例では、ユーザーは、その口及び又は鼻を覆うユーザーインターフェースを配置し、このインターフェースを通して呼吸を開始する。第2実施例ではユーザーはその口をエアロゾル送達要素の開口部に配置し、呼吸を開始する。一人以上のユーザーが装置を同時に又は順次使用することができる。
これらの各装置では、超音波エネルギーは両配合物に移行され、これらの配合物をエアロゾル化する。かくしてエアロゾルはチャンバの出口22に到達する前に良好に混合される。更には、第1配合物は代表的には安価であり、より安定であり、装置壁を洗浄し、代表的にはずっと高価な第2配合物を保護するために使用し得る。これにより、第2配合物のみを投与する装置と比較して第2配合物をずっと大量に投与することが可能である。
装置は、液体配合物を、病院、工場、クリーンルームのような状況、又は家庭又は個人的状況における一人以上のユーザーに送達するために使用し得る。液体配合物は溶液又は懸濁液の形態のものであり得る。1つ以上の添加剤、随意的には1つ以上の活性剤を含有する任意の液体配合物を本装置を使用して投与し得る。添加物は1つ以上の不揮発性塩を含有することが好ましい。配合物は、不揮発性成分を含有する水性溶液又は懸濁液であることが好ましい。1実施例では配合物は生理食塩水である。塩は抗病原体剤として作用するべく投与され得る。ある実施例では配合物は薬のような活性剤を含する。好適な薬には、抗ウィルス薬、抗バクテリア薬、単数又は複数の抗細菌剤、が含まれる。配合物は水性溶液を含有することが好ましいが、1つ以上の有機性溶媒を含有し得る。溶液は、室温(25℃)、37℃、40℃、及び又は60℃以上の温度下に安定であることが好ましい。
装置は、呼気されるバイオエアロゾル生成物を抑制してARIDの拡散を防止し得る配合物を送達するために、又は、ARID(たとえばインフルエンザ、結核)、又は重症急性呼吸器症候群(SARS)を治療及び防止するための配合物を送達するために使用することが好ましい。代表的には、一回に一つの配合物を投与するために使用する場合、配合物は安定な水性配合物であって、随意的には1つ以上の活性剤、好ましくは40℃以上、より好ましくは60℃以上の温度下に安定な活性剤を含有する、例えば生理食塩水である。装置は随意的には、配合物の混合物を投与するために使用される。装置は随意的には、第1配合物よりも安定性が低く及び又はもっと高価な第2配合物を送達するために使用され得る。
装置は随意的には、ベンチレーター又は持続陽圧呼吸療法(CPAP)装置の様なその他装置に連結し得る。
10 超音波式エアロゾルゼネレーター
11 液体リザーバ/エアロゾル化チャンバ
12 圧電式エンジン
13 逃がし孔
14 バッフル
16 配合物フィーダー
17 取り外し可能部分
18 ボトル
20 エアロゾル送達要素
22 出口
24 ユーザーインターフェース
25 連結用チューブ
26 直立型リザーバ
28 呼気ベント
30a、30b 壁
31 頂部
32a 下方領域
32b 上部領域
33 温度計
36 液体高さセンサ
38 チューブ
Claims (29)
- 超音波式エアロゾルゼネレーターであって、
(i)液体リザーバ/エアロゾル化チャンバにして、上方領域及び下方領域を含み、上方領域が1つ以上の出口を有する液体リザーバ/エアロゾル化チャンバと、
(ii)液体リザーバ/エアロゾル化チャンバの下方領域内に位置付けた圧電式エンジンと、
(iii)液体リザーバ/エアロゾル化チャンバの上方領域内に位置付けた少なくとも1つのバッフルと、
(iv)単数又は複数の出口の上方に位置付けた逃がし孔と、
(v)超音波式エアロゾルゼネレーターが、毎分1ml以上の出口流量に置いて呼吸可能な寸法範囲のエアロゾル粒子を創出し得るエアロゾル送達要素と、
を含む超音波式エアロゾルゼネレーター。 - 液体リザーバ/エアロゾル化チャンバの下方領域が5ml以上の液体を保持する請求項1の超音波式エアロゾルゼネレーター。
- 圧電式エンジンが高ワット型エンジンである請求項1の超音波式エアロゾルゼネレーター。
- エンジン出力が10ワット以上である請求項3の超音波式エアロゾルゼネレーター。
- エアロゾル出口チューブ、呼気逆止弁、直立型リザーバ、ユーザーインターフェース、呼気ベント、から成る群から選択した少なくとも1つの要素を更に含む請求項1の超音波式エアロゾルゼネレーター。
- マウスピース、マスク、鼻カニューレ、開口、から成る群から選択したユーザーインターフェースを含む請求項5の超音波式エアロゾルゼネレーター。
- 直立型リザーバを更に含む請求項6の超音波式エアロゾルゼネレーター。
- 直立型リザーバが500ml未満又は500mlである容積を有する請求項7の超音波式エアロゾルゼネレーター。
- 手持ち式デバイス形態のものである請求項1の超音波式エアロゾルゼネレーター。
- ユーザーインターフェースを含み、該ユーザーインターフェースがチューブ及びマウスピースを含む請求項9の超音波式エアロゾルゼネレーター。
- 上方領域が1つの出口を含み、バッフルが円筒形状を有し且つ前記出口位置に位置付けられる請求項10の超音波式エアロゾルゼネレーター。
- 液体リザーバ/エアロゾル化チャンバの下方領域が5ml以上の液体を保持する請求項1の超音波式エアロゾルゼネレーター。
- 少なくとも1つのフィーダーを更に含み、該フィーダーが液体リザーバ/エアロゾル化チャンバの下方領域に接続される請求項1の超音波式エアロゾルゼネレーター。
- 少なくとも1つのフィーダーを更に含み、該フィーダーが液体リザーバ/エアロゾル化チャンバの上方領域に接続される請求項1の超音波式エアロゾルゼネレーター。
- 1つ以上のフィーダーを含む請求項14の超音波式エアロゾルゼネレーター。
- 請求項1〜15の何れかに記載する超音波式エアロゾルゼネレーター液体配合物をユーザーに送達するための方法であって、
(a)液体リザーバ/エアロゾル化チャンバの下方領域をエアロゾル化するべき液体配合物を充填すること。
(b)圧電式エンジンを始動すること、
を含む方法。 - 圧電式エンジンを始動する前にユーザーの口及び鼻の上部又は近接してユーザーインターフェースを配置することを更に含む請求項16の方法。
- 液体配合物が1つ以上の賦形剤又は活性剤又はその組み合わせを含む請求項16の方法。
- 液体配合物が水性溶液又は懸濁液の形態のものである請求項16の方法。
- 液体配合物が1つ以上の不揮発性塩を含む請求項19の方法。
- 液体配合物が生理食塩水を含む請求項20の方法。
- 不揮発性塩が液体配合物に少なくとも0.1重量%含まれる請求項20の方法。
- 超音波式エアロゾルゼネレーターがユーザーに少なくとも0.5mlの投与量の液体配合物を送達する請求項17の方法。
- (b)圧電式エンジンを始動することに先立って、エアロゾル化するべき第2液体配合物をチャンバに付加することを更に含む請求項16の方法。
- チャンバに付加されるに先立ち、第2液体配合物が1つ以上のフィーダー内に配置される請求項24の方法。
- 第2液体配合物がチャンバの上方領域に付加される請求項24の方法。
- 第2液体配合物が活性剤を含む請求項24の方法。
- 超音波式エアロゾルゼネレーターが、空気感染する伝染性の呼吸器系疾患を治療する又は防止するためのエアロゾル化した配合物を有効量投与する請求項16の方法。
- 請求項1〜15の超音波式エアロゾルゼネレーターと、1つ以上の液体配合物とを含むキット。
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