(57)【要約】  本発明は、半透性薄膜及び/又は流量制御部を通して放出される薬剤材料を含む第２の材料に向けてピストンを駆動する少なくとも１つの気体放出材料を有するマイクロポンプに関する。例えば本発明は、薬剤供給のためのマイクロポンプであって、少なくとも１つの第１のリザーバ、及び前記マイクロポンプにより放出されるべき薬剤がその中に配置されている少なくとも１つの第２のリザーバを有し、少なくとも１つの可動ピストン及び/又は変形可能薄膜が第１のリザーバと第２のリザーバとの間に提供され、少なくとも１つの気体放出材料が第１のリザーバ内に提供され、第２のリザーバが半透性材料及び/又は流量制御部を有し、当該半透性材料及び/又は前記流量制御部を通して前記薬剤が前記マイクロポンプにより放出されるマイクロポンプである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薬剤供給のためのマイクロポンプであって、少なくとも１つの第１のリザーバ、及び前記マイクロポンプにより放出されるべき薬剤がその中に配置されている少なくとも１つの第２のリザーバを有し、少なくとも１つの可動ピストン及び/又は変形可能薄膜が第１のリザーバと第２のリザーバとの間に提供され、少なくとも１つの気体放出材料が第１のリザーバ内に提供され、第２のリザーバが半透性材料及び/又は流量制御部を有し、当該半透性材料及び/又は前記流量制御部を通して前記薬剤が前記マイクロポンプにより放出されるマイクロポンプ。
【請求項２】
前記少なくとも１つの気体放出材料が、マイクロポンプの動作の間、CO2、N2、O2、H2、NH3、CH4から成るグループから選択される少なくとも１つの気体を放出する請求項１に記載のマイクロポンプ。
【請求項３】
前記少なくとも１つの気体放出材料が、水、過酸化物、ペルクロロ化物、塩化物、塩素酸塩、炭酸塩、ホルムアルデヒド、アルデヒド、ギ酸、酢酸、カルボン酸、アルコール、硝酸塩、アンモニア及びそれらの混合物から成るグループから選択される、請求項１又は請求項２に記載のマイクロポンプ。
【請求項４】
前記半透性材料の浸透性が10-26 m2以上10-14m2以下である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のマイクロポンプ。
【請求項５】
少なくとも第２のリザーバの方へ突出する前記半透性材料の部分の表面積が、10-7 m2以上10-5 m2以下である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のマイクロポンプ。
【請求項６】
半透性薄膜の浸透性と半透性材料の長手方向の厚さの商が、10-15 m以上10-11 m以下である、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のマイクロポンプ。
【請求項７】
前記流量制御部の長さLが、0.01 cm以上10cm以下、好ましくは0.1 cm以上5 cm以下である、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のマイクロポンプ。
【請求項８】
前記流量制御部の直径が、10 μm以上500μm以下である、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のマイクロポンプ。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のマイクロポンプから薬剤を放出する方法であって、前記ピストンを動かすために、前記気体が前記気体放出材料によって放出される方法。
【請求項１０】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のマイクロポンプを有するシステムであって、ドラッグデリバリーシステム、液体吸収装置、サンプル取扱い装置、マイクロバルブ、分析装置のうちの１つ以上において用いられるシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はマイクロポンプの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば患者内部での薬剤の制御された供給のためのマイクロポンプは、この分野において広く知られている。例えば、本願明細書に引用したものとするWO 2005/032524は、浸透圧によって引き起こされる上昇する放出プロファイルで薬剤を供給することが可能なマイクロポンプを開示する。
【０００３】
しかしながら、既知のマイクロポンプは、通常、薬剤の放出を制御するために用いられる浸透圧は十分かつ容易に制御されることができないという不都合を持つ。例えばWO 2005/032524において開示されるマイクロポンプでは、時間とともに供給速度を上げることのみが可能であり、下げることは不可能である。さらに、この制御は予めプログラムされており、要求あり次第又は遠隔制御によって変更されることができない。
【０００４】
更なるマイクロポンプはBohm et al., Journal of Biomedical Microdevices, 1999, 121-130中に開示される。この文献は本明細書に参照として組み込まれたものとみなされる。このマイクロ装置において、水の電気分解が、マイクロチャネルを通して流体を動かすために用いられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このマイクロ装置において、流速は温度に非常に敏感であり、電気分解チャンバ中に存在する気体の総量と同様に温度変化にも依存する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、圧力が正確に制御されることができ、温度感度が大いに低下したマイクロポンプを提供することである。
【０００７】
この目的は、本発明の請求項１に記載のマイクロポンプによって達成される。したがって、マイクロポンプが提供され、当該マイクロポンプは、少なくとも１つの第１のリザーバ及び当該マイクロポンプによって放出されるべき薬剤がその中に配置される少なくとも１つの第２のリザーバを有し、少なくとも１つの可動ピストン及び/又は変形可能な薄膜が第１のリザーバと第２のリザーバとの間に提供され、少なくとも１つの気体放出材料が第１のリザーバ内に提供され、第２のリザーバは半透性材料及び/又は流量制御部を有し、その半透性材料及び/又は流量制御部を通して薬剤がマイクロポンプによって放出される。
【０００８】
そうすることによって、ほとんどのアプリケーションに対して、以下の利点のうちの少なくとも１つが達成されることができる。
【０００９】
マイクロポンプによって引き起こされる薬剤の流れは、温度及び圧力のわずかな変化に対して感度が低く、確実に制御されることができる。
【００１０】
必要なエネルギーはほんのわずかであり、気体放出材料によって形成される気体の量に正比例する。
【００１１】
必要な電位は、わずか数ボルトのオーダーである。
【００１２】
本発明の意味における流量制御部は、第２のリザーバから外部に向かった細いチャネル状の出口を意味して及び/又は含む。
【００１３】
本発明の実施の形態によれば、半透性材料の浸透性は、10-26 m2以上10-14 m2以下である。本発明の範囲内のほとんどのアプリケーションにおいて、これはマイクロポンプによって引き起こされる薬剤フローの精度及び効果を増加させた。
【００１４】
本発明の実施の形態によれば、第１の半透性材料の浸透性は、10-24 m2以上10-16 m2以下である。
【００１５】
本発明の実施の形態によれば、第１の半透性材料の浸透性は、10-23 m2以上10-17 m2以下である。
【００１６】
本発明の実施の形態によれば、少なくとも第２のリザーバの方へ突出する半透性材料の部分の表面積は、10-7 m2以上10-4 m2以下である。
【００１７】
本発明の実施の形態によれば、少なくとも第２のリザーバの方へ突出する半透性材料の部分の表面積は、5*10-6 m2以上8*10-6 m2以下である。
【００１８】
本発明の実施の形態によれば、少なくとも第２のリザーバの方へ突出する半透性材料の部分の表面積は、10-6 m2以上5*10-6 m2以下である。
【００１９】
本発明の実施の形態によれば、少なくとも１つの気体放出材料は、マイクロポンプの動作の間、CO2、N2、O2、H2、NH3、CH4から成るグループから選択される少なくとも１つの気体を放出する。
【００２０】
本発明の実施の形態によれば、少なくとも１つの気体放出材料は、水、過酸化物、ペルクロロ化物、塩化物、塩素酸塩、炭酸塩、ホルムアルデヒド、アルデヒド、ギ酸、酢酸、カルボン酸、アルコール、硝酸塩、アンモニア及びそれらの混合物から成るグループから選択される。
【００２１】
本発明の実施の形態によれば、半透性薄膜の浸透性と表面積との積は、10-26 m4以上10-20 m4以下である。
【００２２】
本発明の実施の形態によれば、半透性薄膜の浸透性と表面積との積は、10-25 m4以上10-21 m4以下である。
【００２３】
本発明の実施の形態によれば、半透性薄膜の浸透性と表面積との積は、10-24 m4以上10-22 m4以下である。
【００２４】
本発明の実施の形態によれば、半透性材料の長手方向の厚さは、10-5 m以上10-1 m以下である。
【００２５】
本発明の実施の形態によれば、半透性材料の長手方向の厚さは、5*10-4 m以上10-2 m以下である。
【００２６】
本発明の実施の形態によれば、半透性材料の長手方向の厚さは、7.5*10-4 m以上5*10-3 m以下である。
【００２７】
本発明の実施の形態によれば、半透性薄膜の浸透性と半透性材料の長手方向の厚さの商は、10-19 m以上10-11 m以下である。
【００２８】
本発明の実施の形態によれば、半透性薄膜の浸透性と半透性材料の長手方向の厚さとの商は、10-17 m以上10-12 m以下である。
【００２９】
本発明の実施の形態によれば、半透性薄膜の浸透性と半透性材料の長手方向の厚さとの商は、10-15 m以上 5*10-13 m以下である。
【００３０】
本発明の実施の形態によれば、流量制御部の長さLは、0.01 cm以上10 cm以下、好ましくは0.1 cm以上5 cm以下である。流量制御部のデザインはまっすぐであることができるが、流量制御部は、湾曲した又は渦を巻いたような任意の形状を持つことができることに留意すべきである。
【００３１】
本発明の実施の形態によれば、流量制御部の直径は、10 μm以上500 μm以下、好ましくは50 μm以上250 μm以下である。
【００３２】
本発明の実施の形態によれば、流量制御部の長さLと直径dの比は、20：1以上5,000：1以下、好ましくは200：1以上1,000：1以下である。
【００３３】
本発明の実施の形態によれば、マイクロポンプは少なくとも２つの第２のリザーバ及び少なくとも２つの可動ピストンを有し、第１のリザーバは少なくとも２つの電気分解チャンバに分割される。多くのアプリケーションにおいて、これは、特に、例えばアノードとカソードにおける電気分解において２つの気体を放出する気体放出化合物が用いられる場合に、本発明の範囲内の適切な実施の形態であることが示された。
【００３４】
本発明の実施の形態によれば、マイクロポンプは、以下の特徴のうちの少なくとも１つを制御するための少なくとも１つの検知及び/又は制御手段を有する。
- ピストン及び/又は変形可能な薄膜の位置
- 気体放出材料によって放出される気体の量
- 第１及び/若しくは第２のチャンバ、薬剤並びに/又は気体内部の温度
【００３５】
本発明の範囲内のほとんどのアプリケーションにおいて、これは、マイクロポンプのより信頼性が高い制御を可能にする。
【００３６】
本発明の実施の形態によれば、第１のリザーバ内の少なくとも２つの電気分解チャンバは、多孔質プラグを介して結合される。これは、２つの電気分解チャンバ間の導通を可能にするが、気体が１つの電気分解チャンバから他の電気分解チャンバに進むことを防ぐ。
【００３７】
本発明はさらに、上述のマイクロポンプから薬剤を放出する方法に関し、浸透圧は、電流の使用によって少なくとも１つの帯電可能な材料を帯電させることによって引き起こされる。
【００３８】
本発明によるマイクロポンプは、広い種類のシステム及び/又はアプリケーションに用いられることができ、とりわけ以下のうちの１つ以上に用いられることができる。
-ドラッグデリバリーシステム 
-液体吸収装置 
-サンプル取扱い装置 
-マイクロバルブ 
-分析装置 
【００３９】
請求された構成要素及び説明される実施の形態において本発明に従って用いられる構成要素と同様に、上述の構成要素は、それらのサイズ、形状、材料選択に関していかなる特別な例外にも制約されず、関連する分野において知られている選択基準のような技術的コンセプトが制限なしで適用されることができる。発明の目的の更なる詳細、特性及び利点は、従属請求項、図面並びにそれぞれの図面及び実施例についての以下の説明中で開示され、それらは、一例として、本発明の３つの実施の形態によるいくつかのマイクロポンプを示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
図1は、本発明の１つの実施の形態によるマイクロポンプ1の非常に模式的な長手方向の断面を示す。ポンプ1は、横断面（図示せず）で見ると円形、楕円形、正方形又は矩形であることができるポンプ本体10を有する。ポンプ本体の一端に半透性薄膜20が提供される。
【００４１】
ポンプ本体10は、第１のチャンバを２つの電気分解チャンバ40a及び40bに分割し、それらは各々、それぞれ可動ピストン70a、70bによって一端において終端されている。電気分解チャンバ40a及び40bは、多孔質プラグを介して結合される。
【００４２】
ピストン70a、70bの反対の側に、それぞれ２つの第２のチャンバ80a、80bがあり、それらは薄膜20を通して外部に供給されるべき薬剤を収容する。
【００４３】
第１のチャンバ内に１つの気体放出材料50があり、それはこの実施例において単なる水である。電極60a及び60bにおいて電気分解すると、気体90a及び90b（それらは酸素及び水素であり、どちらの電極がアノードはカソードかに依存する）が放出され、右側の方へピストン70a及び70bを動かし、それによって薬剤が放出される。
【００４４】
ピストン/薄膜「アレンジ」が一定の「慣性」又は「流体力学抵抗」を持つので、温度の増加は、第２のチャンバ80a，80bからの薬剤溶液の放出を伴わずに、まず気体90a及び90bの圧力の増加につながることが留意されるべきである。したがって、電気分解チャンバ中の温度によって誘発される圧力増加はゆっくりとのみ低下し、したがって温度によって誘発される流速の増加はほんのわずかであり、装置が重大な過剰投与が回避されるように薬剤投与プロトコルを調整することを可能にする。
【００４５】
薬剤は、スフェンタニル、フェンタニル、モルヒネ、ロイプロリド酢酸塩、インスリン、向精神薬、避妊薬、成長ホルモン又はその他タンパク質、ペプチド、酵素、遺伝子、因子及びホルモンであることができる。
【００４６】
図2は、本発明の第２の実施の形態によるマイクロポンプ1'の非常に模式的な長手方向の断面を示す。この実施の形態は、１つの気体のみが気体放出材料によって放出される点においてのみ、図1の実施の形態と異なり、その結果、２つの異なる第１及び第２のチャンバへの分割が必要ない。
【００４７】
図3は、本発明の第２の実施の形態によるマイクロポンプ1''の非常に模式的な長手方向の断面を示す。この実施の形態は、流量制御部25が第１及び第２の実施の形態の半透性薄膜の代わりに用いられる点で図1及び2の実施の形態と異なる。流量制御部25は見やすさのために非常に概略的に描かれる。本発明の範囲内のほとんどのアプリケーションにおいて、特に直径は、おそらく記載されるよりも非常に小さい。
【００４８】
図4は、温度検知手段及び/又は圧力検知手段を含む本発明の第４の実施の形態によるマイクロポンプ1'''の非常に模式的な長手方向の断面を示す。この温度検知手段は、本実施例において、第２のチャンバ中の温度及び/又は圧力を測定するリング状の温度及び/又は圧力センサ90の形で提供される。これは、マイクロポンプ内の温度及び/又は圧力変化を考慮することを可能にし、さもなければ不必要な薬剤放出につながる可能性がある。
【００４９】
図5は、ピストン位置検知手段を含む本発明の第４の実施の形態によるマイクロポンプ1'''の非常に模式的な長手方向の断面を示す。この検知手段90aは、長手方向のシリンダの形で提供される。ピストンの実際の位置は、既知の技術によって測定されることができ、例えばピストンは検知手段90a内に誘導変化を引き起こす材料を有し、又はこの分野における任意の他の既知の技術によって測定される。そのような検知手段は、多くのアプリケーションがマイクロポンプの制御を改善することを可能にする。
【００５０】
上記の詳細な実施の形態における特定の要素の組み合せ及び特徴は単なる例である。本明細書及び参照として組み込まれる特許/出願中の他の教示とのこれらの教示の交換及び置換が明白に意図される。当業者が認識するように、当業者は、請求される本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく、ここで説明されるもののバリエーション、修正及び他の実施態様を思いつくことができる。したがって、上述の説明は単なる例であって、制限的なものであることは意図されない。本発明の範囲は、請求の範囲及びその均等物において定義される。さらに、説明及び請求項中に用いられる引用符号は、請求される本発明の範囲を制限しない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の１つの実施の形態によるマイクロポンプの非常に模式的な長手方向の断面図。
【図２】本発明の第２の実施の形態によるマイクロポンプの非常に模式的な長手方向の断面図。
【図３】本発明の第３の実施の形態によるマイクロポンプの非常に模式的な長手方向の断面図。
【図４】温度検知手段及び圧力検知手段を含む本発明の第４の実施の形態によるマイクロポンプの非常に模式的な長手方向の断面図。
【図５】ピストン位置検知手段を含む本発明の第４の実施の形態によるマイクロポンプの非常に模式的な長手方向の断面図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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