(57)【要約】  本発明は、制御可能、調節可能に流体を送出できる装置（１０）及びその方法に関する。装置（１０）は、流体を送出できる電気化学的ポンプ（１８）を有する。可動部材（１４）は、電気化学的ポンプ生成物室（１６）とリザーバー（１２）との間に配置される。電気化学的ポンプ生成物室（１６）は電気化学的ポンプ（１８）で発生する水を保持できる。可動部材（１４）は電気化学的ポンプ（１８）からの水の発生により移動し、リザーバー（１２）は、可動部材（１４）の移動により送出される流体を有する。
2009500078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を移送するための電気化学的ポンプと、当該電気化学的ポンプによって移送される水を貯蔵できる電気化学的ポンプ生成物室と、送出すべき流体を貯蔵するリザーバーと、電気化学的生成物室とリザーバーとの間に設けられ、移送される水によって移動可能なと、電気回路を流れる電流に応じて移送される水の量を調節するように電気回路ポンプに操作可能にせつぞくされるコントローラーと、電気回路ポンプ、電気化学的ポンプ生成物室、可動部材およびリザーバーを収容するハウジングとから成る流体送出装置。
【請求項２】
電気化学的ポンプが、活性電極と、当該活性電極を有する活性電極室と、活性電極とイオン的な電導が可能で電気回路によって活性電極と動作可能に接続されている補助電極と、活性電極と補助電極との間に配置され、活性電極室をシールし且つ水の移送により移動する可動部材の移動を容易にするイオン交換膜とから成る請求項１に記載の流体送出装置。
【請求項３】
補助電極がハウジング内に配置される請求項２に記載の流体送出装置。
【請求項４】
補助電極がハウジング外に配置される請求項２に記載の流体送出装置。
【請求項５】
電気化学的ポンプが体内に挿入され、電気化学的ポンプが、更に、水分子または塩水を透過できる少なくとも１つの多孔性保護セパレーターを有し、電極とイオン交換膜のいずれか一方が生体組織または流体に直接露出してないか、直接接触していない請求項２に記載の流体送出装置。
【請求項６】
更に、活性電極と補助電極とから成るガルバノ電極対を有する請求項２に記載の流体送出装置。
【請求項７】
イオン交換膜が陰イオン交換膜または陽イオン交換膜である請求項２に記載の流体送出装置。
【請求項８】
イオン交換膜がポリマー又はセラミック材料から成る請求項２に記載の流体送出装置。
【請求項９】
イオン交換膜の幾何学形状がシート状、中空糸状またはチューブ状である請求項２に記載の流体送出装置。
【請求項１０】
更に、第２の又は複数番のイオン交換膜を有する請求項２に記載の流体送出装置。
【請求項１１】
複数あるイオン交換膜が同種である請求項１０に記載の流体送出装置。
【請求項１２】
複数あるイオン交換膜が異種である請求項１０に記載の流体送出装置。
【請求項１３】
可動部材が、ピストン、空気袋、可撓性袋、蛇腹、隔膜、プランジャー及びこれらの組合せから成る群より選択される請求項１に記載の流体送出装置。
【請求項１４】
ピストンがチューブとプランジャーとから成る請求項１３に記載の流体送出装置。
【請求項１５】
プランジャーがボール、泡、固体、分離流体、栓またはゲルである請求項１４に記載の流体送出装置。
【請求項１６】
更に、塩水、水、補助電極を有し、体液が非透過な室と、補助電極から水を移送するのに応じて移動し、上記塩水、水、補助電極を有し、体液が非透過な室と動作可能に連結する第２のピストンを有する請求項２に記載の流体送出装置。
【請求項１７】
更に、塩水、水、補助電極を有し、体液が非透過な室を有し、当該室が補助電極から水を移送するのに対応して、折り畳まれる請求項２に記載の流体送出装置。
【請求項１８】
電気化学的ポンプが、更に、流体送出装置を作動するための作動スイッチを有する請求項１に記載の流体送出装置。
【請求項１９】
作動スイッチが、イオン型、電気型または機械型である請求項１８に記載の流体送出装置。
【請求項２０】
作動スイッチが制御回路によって制御される請求項１０に記載の流体送出装置。
【請求項２１】
電気化学的ポンプが、更に、イオン交換膜を支持するための支持部材を有する請求項２に記載の流体送出装置。
【請求項２２】
支持部材がプラスチック、セラミック、硝子、耐腐食性金属およびこれらの組合せから成る群より選択される多孔質固体材料から成る請求項２１に記載の流体送出装置。
【請求項２３】
支持部材の構造が、繊維状、穴あき板状およびメッシュ状から成る群より選択される請求項２１に記載の流体送出装置。
【請求項２４】
支持部材の幾何形状が、平面上、円筒状、凹面状、凸面状または円錐状である請求項２１に記載の流体送出装置。
【請求項２５】
送出されるべき流体が、体液、薬剤、滑剤、香料流体、化学薬品またはこれらの混合物である請求項１に記載の流体送出装置。
【請求項２６】
送出されるべき流体が均一である請求項１に記載の流体送出装置。
【請求項２７】
送出されるべき流体が層状となっており、１つの効能または多数で異なる効能の流体を断続的に送出する請求項１に記載の流体送出装置。
【請求項２８】
流体が、ゲル、ペースト若しくは分散剤を有する又は有しない懸濁駅である請求項１に記載の流体送出装置。
【請求項２９】
流体が固体または半固体である請求項１に記載の流体送出装置。
【請求項３０】
流体が棒状またはカプセル状錠剤である請求項１に記載の流体送出装置。
【請求項３１】
リザーバーが複数の開口部を有する請求項１に記載の流体送出装置。
【請求項３２】
更に、リザーバーに動作可能に接続されている少なくとも１つのカテーテルを有する請求項１に記載の流体送出装置。
【請求項３３】
少なくとも１つのカテーテルが可撓性を有する請求項３２に記載の流体送出装置。
【請求項３４】
少なくとも１つのカテーテルが穿孔されている請求項３２に記載の流体送出装置。
【請求項３５】
少なくとも１つのカテーテルが拡散出口を有する請求項３２に記載の流体送出装置。
【請求項３６】
少なくとも１つのカテーテルが逆止弁を有する請求項３２に記載の流体送出装置。
【請求項３７】
流体送出装置が体内埋め込み用である請求項１に記載の流体送出装置。
【請求項３８】
制御電気回路が体内に存在する請求項３７に記載の流体送出装置。
【請求項３９】
制御電気回路が体外からリモートコントロールできる請求項３７に記載の流体送出装置。
【請求項４０】
制御電気回路が、回路の抵抗値を変化させることによって流体送出速度を変更できる請求項１に記載の流体送出装置。
【請求項４１】
水を移送するための電気化学的ポンプと、電気化学的ポンプに動作可能に接続されており、回路内を流れる電流に応じて水の移動速度を制御できる信号出力を有する制御回路と、イオン的な電導を有し、制御回路と動作可能に接続されている活性電極および補助電極と、送出すべき流体を貯蔵できるリザーバーと、電気化学的ポンプ生成物室とリザーバーとの間に配置され、水の移送に応じて移動する可動部材と、活性電極と補助電極との間に配置され、活性電極室を密閉し、移送される水の移送に対応して可動部材が移動するのを容易にするイオン交換膜と、水分子または塩水を透過でき、電極またはイオン交換膜の何れかが体内組織や体液に直接露出しないようにする、電気化学的ポンプ、可動部材、リザーバーを収納し、補助電極を外に配置させるハウジングとから成る体内埋め込み型流体送出装置。
【請求項４２】
少なくとも１つの多孔性保護セパレーターがゲルである請求項４１に記載の流体送出装置。
【請求項４３】
電気化学的ポンプから移送される水を貯蔵できる電気化学的ポンプ生成物室を更に有する請求項４１に記載の流体送出装置。
【請求項４４】
請求項４１に記載の流体送出装置を使用した流体の送出方法であって、電気化学的水移送ポンプを使用して制御回路信号により電気化学的ポンプ生成物室の体積を増大させ、これに比例して水を移送する工程と、電気化学的ポンプ生成物室の体積増大による十分な圧力を生じさせる工程と、可動部材を移動させ、リザーバーから液体を制御可能に送出する工程とから成る流体の送出方法。
【請求項４５】
更に、流体送出量曲線を調節する工程を含む請求項４４に記載の流体の送出方法。
【請求項４６】
更に、流体送出量を調節する工程を含む請求項４４に記載の流体の送出方法。
【請求項４７】
流体送出量を調節する工程が、制御回路の出力を変更する工程を含む請求項４６に記載の流体の送出方法。
【請求項４８】
更に、活性電極と補助電極との間を連結するスイッチを設ける工程と、スイッチを使用して流体の送出を制御する工程とを含む請求項４４に記載の流体の送出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００２年５月１日出願の米国特許出願第１０／１３７６６１号の一部継続出願である２００５年５月２６日出願の米国特許出願第１０／９０８８０４号の一部継続出願であり、更に、本出願と同日に出願された米国特許出願第１１／１７３８１３号、発明の名称：電気浸透圧流体送達装置およびその方法に関連し、これらの出願の内容は参照により本発明に引用される。本発明は、少量の流体を高い制度で制御可能に送出するための電気化学的ポンプから成る流体送出装置に関する。流体送出量は、簡単な方法により作動中に変更することが出来る。
【背景技術】
【０００２】
多くの医療状況において、少量の液体および／または化学薬剤を少なくとも有効量、比較的長期に渡って送出することが必要な場合がある。そのような流体としては、体液、薬、溶剤、香気液体、化学薬剤などが挙げられる。そのような一般例としては、人体に徐々に治療薬を投与することが挙げられる。更に、そのような従来の方法としては、患者の上につるしたボトルやバッグから流体を重力により落下させて静脈内に投与する点滴が挙げられる。
【０００３】
人体に徐々に治療薬を投与する他の例としては、患者の上に流体をつるしておく必要
を軽減して、患者に大幅に活動・行動性を付与できる方法がある。例えば、膜を介して流体を一定量拡散させるような拡散制御送出ポンプが利用されている。送出量は、例えば経皮ドラッグデリバリーバッチなどでは、膜の性質や膜に接触する溶液の濃度に調節することが出来る。他の経皮投与方法としては、低電流を負荷させて皮膚を介して薬剤を浸透させるイオントフォレーゼ法、高電圧の短い電気パルスを利用して皮膚の水孔通路を作るエレクトロポレーション（電気穿孔法）、角質層を破壊するために低周波超音波力を使用するソノフォレシス；熱により皮膚をより浸透しやすくし、薬剤の分子の活性を高める熱エネルギー法などが挙げられる。磁気エネルギー又はマグネトフォレシスについても、皮膚を透過する薬剤流量を増加できることが見出されている。これらの経皮投与法において、イオントフォレーゼ法のみが、局所的な痛みの緩和だけであるが市販品として実用に供せられている。これらの経皮投与法は、流体を徐々に投与する方法としてはあまり好ましい方法ではない。また、装置を個人に確実に固定するための接着剤がすべての人の皮膚に接着できるとは限らないとか、ある種の薬剤組成物は皮膚に対して炎症やアレルギーを引起すとか、経皮投与システムを着用するのが不便であるとか、高価であるとか、ある種の薬剤は血液中に高い濃度で存在させる必要があり（効力が弱い）適正な投与が困難である等の、有効に経皮投与法を利用するためには種々のファクターを考慮する必要がある。
【０００４】
個人に対し徐々に流体を投与する他の手法としては、機械的ポンプディスペンサーがある。機械的ポンプディスペンサーでは、種々の機械的ポンプを使用してリザーバーから流体を放出する。機械的ポンプディスペンサーとしては、Ｉｎｔｅｖａｃ  Ｉｎｃ社製の連続静脈内注入ポンプシステム、硬膜外注射システム、携帯用インシュリン注射ポンプとして使用されている皮下注射システムなどが挙げられる。外部に装着するポンプとしては、経皮的注入カテーテルを使用した従来公知のものがあるが、携帯者にひもで固定したりベルトや層着帯を使用して固定する必要があり、外部装着ポンプは嵩張って不便である。このような機械的ポンプに共通な欠点は、体内への注入に必要とされる箇所が感染症などを受けやすくなることである。更に、多くの機械的ポンプは比較的大容量の流体を送出するように設計されており、長期間に渡って少量の流体を送出するのには効果的ではない。
【０００５】
他の流体送出装置法としては、個人に圧力で流体を投与する方法がある。例えば、可撓製のリザーバー中圧力下で流体を貯蔵して、リザーバーディスペンサーに流体を充填させ、リザーバーの内圧によって流体を選択的に放出する。放出速度は、しばしば複雑なバルブシステムによって調節される。加圧ガスディスペンサーでは、流体を放出するための加圧ガスを装備するが、浸透圧ディスペンサーでは、浸透圧を示す溶質の水に対する浸透圧勾配によって流体を送出する。ＡＬＺＡ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社製ＯＲＯＳ（登録商標）は、薬剤送出のためのエネルギー源として浸透圧を利用した浸透圧駆動システムの例である。ＯＲＯＳ（登録商標）システムは、錠剤が溶解し、コア内のすべての固体薬剤が溶解するまで又はユニットがなくなるまで、胃腸（ＧＩ）管を通じて、錠剤から薬剤溶液の一定０次放出を行う。生体内および生体外でのテストでは、薬剤の送出速度が胃腸（ＧＩ）の運動性、ｐＨ、胃腸（ＧＩ）管内の食物に依存することが示されている。薬剤の放出は、胃液内の薬剤の溶解度、コア製剤の浸透圧、膜の大きさや透過性などによって調節される。
【０００６】
上記の流体投与装置の種類や方法は入手可能なものであるが、今なお継続的な要望や改良点が残っている。例えば、人体に薬剤を徐々に投与する場合、しばしば、何時間もの長時間の間、少量の流体の連続的送出が必要となる場合がある。そのような応用において、流体ディスペンサーは高い精度と信頼性で流体を送出でき、極めて少量の流体を送出でき、携帯できるような軽量性を有し、便利で使用が容易であることが望ましい。一般に、埋め込み型の薬剤送出ポンプ及びシステムは、所望箇所への薬剤の送出を直接行うことが出来るため、目的箇所への薬剤の効力を最大にする一方、人体の他の部分に対する薬剤の副作用を最小とすることが出来る。
【０００７】
埋め込み型の薬剤送出ポンプ及びシステムも多数知られている。広く使用されている埋め込み型の装置は、ＳｙｎｃｈｒｏＭｅｄ（登録商標）ポンプであり、容量は大きく（１８ｍｌ）、電気機械的なプログラミングが可能である。ＳｙｎｃｈｒｏＭｅｄ（登録商標）ポンプは種々の治療薬剤に応用可能であるが、コストに問題があり、総治療費が高くなり、大きなポンプを設置するための外科手術を必要とする。
【０００８】
より少量サイズの埋め込み型薬剤送出ポンプも、例えばＤＵＲＯＳ（登録商標）システムの浸透圧ポンプとして入手可能である。作動させると、浸透圧により膜を介して塩室に水が吸収され、塩室が膨張してピストンを加圧して薬剤室を加圧し、送出口を介して薬剤が送出される。このポンプの薬剤送出における駆動力は浸透圧であり、装置から薬剤を送出するのに必要な圧力は小さくてもよく、小過剰の非溶解塩が塩室に残っている限り、送出速度は一定を保つことが出来るにもかかわらず、使用する塩によっては浸透圧を２００気圧にも達することが出来る。機械的に駆動する装置と比較して、浸透圧駆動装置は小さく構成が簡単で、信頼性が高く、製造コストが安価である。浸透圧システムが小型であるため、診療所内で簡単な処置により埋め込むことが出来る。その反面、浸透圧ポンプの送出速度は固定されており、作動中に調節可能ではない。
【０００９】
携帯用であり、且つ、少量の流体送出を精度よく行えるガス発生装置も薬剤送出システムに使用されている。このようなガス発生方法はガルバノ電池と電解質セルから成る。ここで、ガルバノ電池は、外部からの電圧を必要としないで電気化学的反応を行うこと出来る電気化学的セルを意味する。ガルバノガス発生電池において、金属または金属酸化物と水性電解質との反応により水素と酸素がカソードとアノードでそれぞれ形成される。典型的には、ガルバノ電池のアノードとカソードは電池内を流れる電流を制御する抵抗を介して接続されており、換言すれば、それによって薬剤を送出するための隔膜やピストンに付与する力となるガスの発生を直接制御できる。
【００１０】
ガルバノ水素発生セルを使用した流体送出装置に関する多くの特許文献が存在する（例えば、特許文献１〜３参照）。これらの特許文献に開示されているセルは亜鉛アノードがアルカリ電解質と反応して酸化亜鉛を生じ、水分子は多孔質炭素電極上で還元されて水素ガスが発生する。更に、ガルバノ酸素発生セルを使用した流体送出装置に関する多くの特許文献が存在する（例えば、特許文献４〜５参照）。これらの特許文献に開示されているセルは亜鉛／空気型ボタンセルで、還元性酸化物がカソードで還元されると同時に、水酸基イオンが形成される。水酸基イオンはアノードにおいて酸化され、酸素ガスを放出する。
【００１１】
ガルバノセルに対して、電解質セルは電気化学的反応を生じさせるために外部のＤＣ電源を必要とする。電極に電圧を負荷すると電解質はガスを発生し、隔膜やピストンを押す力となり、流体が送出される。３種類の電解質ガス発生セルが、流体送出装置としての使用が提案されている。第１のタイプは、１．２３Ｖを越える電圧が必要な水電解質を基にしたセルである。第２のタイプは、酸素／水素ガスポンプとして知られ、水電解質装置よりも低い電圧で駆動する。これら両種のセルはイオン交換ポリマー膜を使用する。ガス発生電解質セルの第３のタイプは、カソードにおいて還元された金属を生じるような電気分解分解性化合物を使用し、アノードにおいて水の酸化により酸素ガスを発生させるセルである。
【００１２】
特許文献６には、水の電気分解による電気化学的駆動流体ディスペンサーが開示されている。このディスペンサーにおいて、電気化学的セル内に水が含まれており、多孔質電極が固体ポリマー陽イオン交換膜の両側に接続されており、両電極は水と接していて、電流が流れた際にアノードとカソードとから酸素と水素とをそれぞれ発生するように構成される。両電極間にＤＣ電流が流れた際に水の電気分解により発生する水素、酸素またはそれらの混合ガスは、流体ディスペンサー源を加圧するのに使用される。
【００１３】
電気化学的酸素／水素発生ポンプは、上記の水電気分解セルと同じように構成され、多くの特許文献に記載されている（例えば、特許文献６〜１０参照）。これらの特許文献に記載されている電気化学的駆動流体ディスペンサーは、多孔質ガス発生電極がイオン交換膜の両側に接続されており、電解質として機能する水を含む電気化学的セルから構成される。電気化学的駆動流体ディスペンサーは、電気化学的セルのアノードとカソードとの間にＤＣ電流が流れてアノードに水素が供給された際、水素はアノードにおいて水素イオンとなる原理を利用している。生成した水素イオンがイオン交換膜を通じてカソードに到達すると、電気化学的反応によりカソード上で水素ガスとなる。これらのプロセスにおける正味の影響は、膜の片側からその反対側に水素が移動するだけであるため、この種のセルは水素ポンプとも呼ばれている。カソードにおいて発生し加圧された水素は、ピストン、隔膜などの可動部材を押す動力源となる。
【００１４】
一方、この種の電気化学的セルにおいて、反応物質として水素の代りに酸素を使用してもよく、酸素ポンプとして作動する。すなわち、酸素が水含有電気分解セルの片側で還元され、水がその反対側で酸化されて分子状酸素が発生し、発生した酸素分子は近接するリザーバーから流体を押す推進力となる。
【００１５】
カソード上では金属の還元を行い、アノード上においては水の酸化により酸素ガスを発生させるような化合物の電気分解を使用するガス発生電解セルとしては、例えば特許文献１１に記載されている。このセルでは、黒鉛アノード、水性電解質および水酸化銅カソードから基本的に構成される。セルに接続されている回路内を流れる電流により、銅がカソード上に析出し、酸素がアノード上から放出される。貯蔵安定性を高めるため、活性カソード材料は、セルが必要とする電気化学的反応が生じる負荷電圧によって選択される。回路内にはバッテリーが配置され、ガス発生セルを通じて電流を流す。アノード上での酸素ガスの発生速度は直接電流に比例し、発生した酸素は、ガスが発生した際に作動する可動部材を有する嚢や流体を内包する他のリザーバーから流体を送出するための加圧剤として働く。
【００１６】
上記の電気化学的駆動流体送出装置は、ある用途においては動作可能であるが、他の用途においては最適とは言い難い。特に、ポンプを基にするガス発生セルは、温度や外気圧に影響を受けやすい。このため、浸透圧および電気浸透圧ポンプがより好ましい場合がしばしばある。
【００１７】
浸透圧ポンプは水または他の駆動流体を含む。ポンプは、塩室、水室、流体室の３室から成る。塩室および水室は半透膜で仕切られている。この構成により、膜を透過する際の周囲の浸透圧などの高い浸透圧駆動力が得られる。この膜は、水を通すが塩は通さない。流体室は、塩室と水室とから可撓性の隔膜で仕切られている。浸透圧によって、水は塩室に吸収されて実質的に静力学な圧力を生み出し、流体を送出するための可動性膜や隔膜などに負荷する力となる。浸透圧ポンプは、代表的には一定速度の流体送出量が要求される用途に使用される。流体速度を変更する場合には、異なる送出口を有する複数のポンプが必要となる。浸透圧ポンプでは、半透膜を介して流体が拡散し、溶質を溶解し始めて定常状態になるまでの充電時間が必要であり、その後遅れて流体を送出して作動状態となるため、即時または緊急に使用する場合には不向きである。浸透圧による駆動装置の流体送出速度は、送出の開始後に変更することも出来ず、また送出を遮断することも出来ない。そのような理由で、このような装置では、即座にスイッチオンすることが出来、また流体送出速度をリモートコントロール装置などで変更できるような装置の使用が好まれる。
【００１８】
電気浸透圧ポンプは、選択透過性イオン交換膜と、電極反応を作動させる外部ＤＣ電源とから成る電気分解セルである。特許文献１２には、電気浸透圧流体移送を基にした電気化学的駆動流体ディスペンサーが開示されている。ポンプは、プラスチック製のハウジング内に、流体の入口と出口、離れてハウジング内に配置され、ＤＣ電源に接続される銀−塩化銀の対電極、流体に対して高いゼータ電位を有する多孔質セラミック栓、両セラミック栓側に配置され、セラミック栓と電極の向い側面との間に配置される陽イオン交換膜、および、流体入口から栓の片面および流体出口から栓の片面に伸びているハウジング内の通路を有する。アノーフォとカソードに電位差を負荷すると、移送流体は多孔性栓を介してアノードからカソードに流れる。この多孔性栓を有する電気浸透圧ポンプにおける１つの大きな欠点は流体送出圧力が、０．５ａｔｍ未満と低いことである。更に、駆動力となる流体中のイオンが、ゼータ電位に影響を及ぼし、電気浸透圧流を低下させる。この電気浸透圧ポンプの他の欠点として、外部ＤＣ電源を必要とするため、総体積における流体送出装置の有効体積を減らしてしまうことである。
【００１９】
従って、埋め込み型で、体積的に有利であり、高精度でプログラミング可能な流体送出能を有し、所望の流体送出速度に瞬時に調節可能であるような流体ディスペンサーの提供が望まれている。流体送出機構は、流体ディスペンサーにおいて小さな割合を占め、高精度で少量の流体送出が可能で、気圧や温度に影響されない。
【００２０】
本発明は、上述の問題、および他の問題点について解決するものである。
【００２１】
【特許文献１】米国特許第５９５１５３８号明細書
【特許文献２】米国特許第５７０７４９９号明細書
【特許文献３】米国特許第５７８５６８８号明細書
【特許文献４】米国特許第５２４２５６５号明細書
【特許文献５】米国特許第５９２５０３０号明細書
【特許文献６】米国特許第５８９１０９７号明細書
【特許文献７】米国特許第５９３８６４０号明細書
【特許文献８】米国特許第４９０２２７８号明細書
【特許文献９】米国特許第４８８６５１４号明細書
【特許文献１０】米国特許第４５２２６９８号明細書
【特許文献１１】米国特許第５７４４０１４号明細書
【特許文献１２】米国特許第３９２３４２６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明の目的は、装置全体に占める送出機構の体積が小さく、体積効率に優れる流体ディスペンサーを含む流体送出装置を提供することである。
【００２３】
本発明の目的は、小型、携帯用で埋め込み可能である流体送出装置を提供することである。
【００２４】
本発明の目的は、高精度で少量の流体を送出できる流体送出装置を提供することである。
【００２５】
本発明の目的は、流体送出速度を瞬時に流体送出速度を変更でき、流体送出速度を調節することが出来る流体送出装置を提供することである。
【００２６】
本発明の目的は、幾つかの可動部材を使用しただけの簡単な構成で、機械の故障が起りにくい流体送出装置を提供することである。
【００２７】
本発明の目的は、圧縮される構成部材を使用せず、標高の異なる広い気圧範囲において使用が可能な流体送出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明は、制御可能で調節可能な水移送流体送出装置およびその方法に関する。流体送出装置は、水を移送する電気化学的ポンプと、電気化学的ポンプによって移送される水を保持することが出来る電気化学的ポンプ生成物室とを有する。電気化学的ポンプ生成物室とリザーバーとの間に可動部材が配置され、可動部材は水の移送に対応して動く。制御回路が電気化学的ポンプに接続されており、制御回路内を流れる電流に応じた水の移送率となる。ハウジングは、電気化学的ポンプ、電気化学的ポンプ生成物室、可動部材およびリザーバーを収容する。
【００２９】
本発明の好ましい実施態様として、流体送出装置は多孔性保護セパレーター、補助電極、活性電極、イオン交換膜、および、リモートコントロールが可能で瞬時の流体送出の開始、停止および調節を容易にする抵抗を有する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の流体送出装置は、装置全体に占める送出機構の体積が小さく、体積効率に優れ、小型、携帯用で埋め込み可能であり、高精度で少量の流体を送出でき、流体送出速度を  瞬時に流体送出速度を変更でき、流体送出速度を調節することが出来、幾つかの可動部材を使用しただけの簡単な構成で、機械の故障が起りにくく、圧縮される構成部材を使用せず、標高の異なる広い気圧範囲において使用が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明を以下に示す図面を使用して説明するが、これらの図面は本発明の好ましい実施態様を示すものであり、本発明はこれらの図面に記載の実施態様に限定されるものではなく、これらの図面を介して更に種々の具体的実施態様が記載され、説明されると考えるべきである。
【００３２】
また、図面を通じて、類似の構成成分および／または構成要素に関しては同一の符号を付した。
【００３３】
本発明で教示されるものは、埋め込み型医療装置である。この装置は患者に埋め込まれ、長期間に渡って治療薬を患部に送出することが出来る。本発明は、埋め込み型装置に関連して、その使用周囲環境についても示す。本発明の装置は、連続使用、ボーラス間欠パルス使用、ボーラス周期パルス（２４時間周期、月経周期、排卵周期、日周期）の薬剤や培養細胞の全身または局所的放出を行うことが出来る。本発明は、更に、センサー（バイオフィードバックループ）の応答に応じて送出速度を調節することが出来る。本発明の装置は、種々の用途における流体の送出を行うことが出来る。例えば、これらに限定されるわけではないが、寄生生物コントロール、抗腫瘍剤、疼痛処理剤、成長ホルモン、ｌａｂｏｔｏｍｙ（脳のある部分を選択的に送出薬剤によって悪化させる）、抗生物質、ＤＮＡ送出、乳酸ホルモン、心臓作用薬、耐マラリア剤、薬物治療コンプライアンス（反虐待、ワクチン、性的不全、ステロイド、ホルモン、興奮剤、睡眠薬など）等が挙げられる。本発明の水／電解質を含む装置を体外に設置して、経口、肛門、耳、鼻、皮膚の一部に孔を開けて薬剤の送出を行うことが出来る。本発明の装置は、パッチの形式でも使用することが出来る。本発明は埋め込み型の装置に関連して説明されているが、本発明の明細書の開示および請求の範囲の規定は、本発明の思想から逸脱しない範囲の他の装置および用途についてすべて含まれると理解されるべきである。
【００３４】
本発明の流体送出装置１０の第１の実施態様を図１に示す。流体送出装置１０は、リザーバー１２、可動部材１４、電気化学的ポンプ生成物室１６、電気化学的ポンプ１８及びハウジング２０から成る。なお、図１（図９〜１１についても同じ）は本発明の流体送出装置１０を単に模式的に記載したものであり、幾つかの構成部材については、明確に示すためにそのスケールを実際のものと変更していることがある。
【００３５】
リザーバー１２には、体液、薬剤、滑剤、香気流体、化学薬品またはこれらの混合物などの流体２２を含む。なお、本発明において「流体」とは、液体、ゲル、ペースト、懸濁液（分散剤を含む又は含まない）、又はリザーバーから送出可能な半固体状物質を意味する。流体は層状であっても均一であってもよい。層状の場合、異なる流体層を形成して引続き送出することが出来る。また、棒状またはカプセル状の錠剤、ペイントボール、持続性薬剤などの固体状物質も送出することが出来る。リザーバー１２は、１つ以上の送出口および充填口などの開口部２４を有し、流体送出装置１０から流体２２を直接送出する。リザーバー１２は、例えば、金属、硝子、天然または合成プラスチック及び複合体などの種々の材料から形成される。
【００３６】
１つ又は複数のカテーテルが操作可能にリザーバーの開口部２４に接続される。カテーテルは、長くても、短くても、可撓性であっても、孔が空いていてもよく、また、補助電極を含んでいてもよく、更に、圧力や流量を調節するための拡散出口または逆支弁を有していてもよい。
【００３７】
可動部材１４は、リザーバー１２と電気化学的ポンプ生成物室１６との間に配置される。図１に示す可動部材１４はピストンから成るが、他の可動部材であってもよく、空気袋（ブラダー）、ダイアフラム（隔膜）、可撓性袋、蛇腹、プランジャ、それらの組合せ等が挙げられるがこれら限定されない。また、送出すべき流体は、チューブ内に含まれていてもよく、プランジャやボール等が流体を押出してチューブから送出してもよい。プランジャは、泡、固体、分離流体、栓またはゲルであってもよい。
【００３８】
電気化学的ポンプ生成物室１６は、可動部材１４と電気化学的ポンプ１８との間に配置され、以下に詳述するが、電気化学的ポンプ１８の作動中調節可能に発生する水２６を貯蔵できる。リザーバー１２と同様に、電気化学的ポンプ生成物室１６は、金属、硝子、天然または合成プラスチック及び複合体などの種々の材料から形成される。
【００３９】
図１に示す電気化学的ポンプ１８は、多孔性保護セパレーター２８、補助電極室３０、補助電極３２、イオン交換膜３４、活性電極３６、電気制御回路３８、作動スイッチ４０及び支持部材４２を有する。
【００４０】
多孔性保護セパレーター２８はリザーバー１２の末端である流体送出装置１０の末端に配置される。多孔性保護セパレーター２８の役割は、体液などの外部流体源４６中の望まない物質が電極やイオン交換膜などに直接接触することを防ぐことである。多孔性保護セパレーター２８は、通常、体液中の水分子や塩水を透過させることが出来る。そして、補助電極室３０からの塩水と共同して、生体内の外部流体源４６からの水を補助電極室３０に拡散・滲み出しを行う。多孔性保護セパレーター２８も、これには限定されないが、金属、硝子、天然または合成プラスチック及び複合体などの種々の材料から形成される。更に、水分子や塩水を透過させることが出来る多孔性保護ゲルも多孔性保護セパレーター２８の目的として使用できる。
【００４１】
補助電極３２は流体送出装置１０の内部に配置される必要は無く、図９に示すように完全にハウジングの外に配置されていてもよく、また、図１０に示すように装置の外部壁面上に配置されていてもよい。この場合、イオン交換膜３４は、より体液に直接接し、多孔性保護セパレーター２８はイオン交換膜３４の近傍に直接配置して、生物付着や望まない物質が膜に直接接触することを防いでもよい。このような構成は、補助電極室３０及び膜の近傍での望まない固体、液体、ガス状物質をトラップする操作を省くことが出来る。
【００４２】
多孔性保護セパレーター２８の使用は、体内で使用する用途において好ましいものであるが、外部流体源４６から水の浸透を必要とせずに補助電極室３０内にそれ自身に水または塩水を有しているような場合、多孔性保護セパレーター２８が必ずしも必要ではない。このような場合、可動部材４４を引き込んだりして縮めたり（図１１参照）、電気浸透圧により補助電極室３０から活性電極室１６に水が移送される際に可撓性補助電極室３０を補助電極室３２の周りに折り畳んだりすればよい。このような実施態様では、補助電極３２は流体に直接露出している。
【００４３】
イオン交換膜３４の形状としては、シート、中空糸、チューブ等が挙げられ、ポリマー又はセラミックから成る。更に、同種の膜、または異なる機能および異なる性質を有する異種の膜を複数使用してもよい。電気制御回路３８は、通常の電線を介して電極に接続されており、外部流体源４６から電気化学的ポンプ生成物室１６への水の移送速度を直接調節する。
【００４４】
支持部材４２は高多孔性固体ディスク材で、イオン交換膜３４に機械的剛性を付与し、水を透過できるものである。支持部材４２は、ハードプラスチック、セラミック、ガラス、チタン等の耐腐食性金属およびこれらの組合せ等によって成り、その形状としては、繊維、穿孔板、メッシュ、１つまたは複数の孔を有するディスク等が挙げられる。支持部材４２は、種々の形状、これに限定されるわけではないが、例えば平板状、凹面状、凸面状などを取り得る。
【００４５】
支持部材４２に沿って配置されるイオン交換膜３４は、補助電極室３０と活性電極３６を含む電気化学的ポンプ生成物室１６との間に配置される。イオン交換膜３４に同伴する２つの電気化学的ポンプ生成物室１６と補助電極室３０は、ガスケット、シーラント、ニップル、クランプ、加圧または超音波、圧接、ニップル止め、クランプ止め等により密閉することが出来る。
【００４６】
電気制御回路３８は、補助電極３２及び活性電極３６と動作可能に接続されており、装置１０の流体送出速度を変更することが出来、体内に配置されてもよく、または体外に配置されてもよく、更に、人体から離れた場所にあってもよい。簡単な実施態様としては、電気制御回路３８が抵抗から成っていてもよく、また、もっと複雑な電気回路、可変抵抗、多段スイッチ、波形発生器／処理装置、であってもよく、又、電磁誘導、ＲＦ信号、赤外線、磁気、機械的、信号変換などに使用されるスイッチであってもよい。電気制御回路３８は、バッテリーを有していても有していなくてもよい。作動スイッチ４０は、好ましくは電気制御回路３８に接続しており、電気的、イオン的、機械的スイッチであってもよく、電気制御回路３８を介してリモートコントロール出来るものであってもよい。
【００４７】
本発明に記載された装置１０は、種々の形態、形状を有することが出来、更に種々の付加要素を有することが出来る。形状としては、特にこれに限定されるものではないが、チューブ状、コイン上、コイル状、平板状、可撓性袋状、硬球状、ゼリーロール状、パッチ状等が挙げられる。更に、種々の付加要素としては、圧力安全弁、バイオフィードバックセンサー、リモートバッテリー、位置決め装置、問題表示器、流出表示器、固定アンカー、生物付着防止さや、トロカール、抽出促進剤、外部スイッチ、アドオンステント等が挙げられる。装置１０は、カプセル化や薬剤の拡散を防止するために、ゲルの箱の中に入れることも出来る。
【００４８】
本発明の１実施態様として、補助電極３２、イオン交換膜３４および活性電極３６は、多孔性保護セパレーター２８の近傍に配置される。つまり、補助電極３２は装置１０の内部に配置される必要が無く、装置１０の外壁面または、ハウジング２０から完全に離れた場所に配置されていてもよい。図９及び１０にその実施態様を示す。
【００４９】
図１１において、必要な水と塩水は、外部流体源４６からの水の浸透なしで補助電極室３０内自身に含まれている。この場合、可動部材４４は引き込まれて縮むか、可撓性補助電極室３０が活性電極室１６に水が移送される際に可撓性補助電極室３０を補助電極室３２の周りに折り畳んだりすればよい。更に、補助電極３２は体液に直接露出していてもよい。
【００５０】
陰イオン交換膜３４を使用した本発明の実施態様において、補助電極３２は多孔性カソードペレットであり、活性金属アノード３６と対になって容易に還元される。補助電極３２は、多孔性塩化銀、二酸化マンガン、又は水から酸素を還元または水素ガスを発生し、活性金属アノードと対になって、容易に還元される又は触媒還元反応を行う他の物質から成る。活性金属アノード３６は、亜鉛、鉄、マグネシウム、アルミニウム、銀、他の耐腐食性金属またはアロイから成る固体ペレット状、メッシュ状または金属粉末状の電極である。図示していないが、補助電極３２は、スクリーン、メッシュ等の公知の集電体または銀、チタン、白金または他の耐腐食性金属から成る集電ワイヤーを有してもよい。補助電極反応が水素放出または酸素の還元の場合、補助電極３２は白金やニッケルを触媒として用いる又は用いない活性炭から成る。活性金属アノード３６も、スクリーンやメッシュ等の公知の集電体または上記のアノード活物質で説明したのと同じ上記と同じ、又は上記の金属の塗膜を有する真鍮などの金属から成る集電ワイヤーを有してもよい。なお、電極材料や集電材料の具体例を示したが、当業者に公知の他の電極も使用できると考えるべきである。
【００５１】
陽イオン交換膜３４は、補助電極３２（第１電極）と活性電極３６との間に配置される。陰イオン交換膜３４から成る陰イオン交換部材は、当業者に公知であり、特に詳しい説明は必要としない。簡単に言えば、強塩基性の架橋ポリマー樹脂である。好ましい樹脂としては、４級化アンモニウムイオンを電荷基として有し、塩素イオンに対して高選択的であり、有機付着物に対して耐性を有するスチレン−ジビニルベンゼン共重合体である。そのような陰イオン交換膜としては、例えば、ＡＭＥＲＩＤＩＡ社（ｗｗｗ．ａｍｅｒｉｄｉａ．ｃｏｍ）から入手可能なＮｅｏｓｅｐｔａ型膜が挙げられる。
【００５２】
陽イオン交換膜を使用する本発明の実施態様において、補助電極３２、陽イオン交換膜３４及び活性電極３６はそれぞれ多孔性保護セパレーター２８の近傍に配置される。補助電極３２は、装置１０の内側に配置されてもよく、また、外側壁面に配置されてもよく、更に、ハウジング２０から完全に離れた場所に配置されてもよい。図９及び１０にその例を示す。必要な水と塩水は、外部流体源４６からの水の浸透なしで補助電極室３０内自身に含まれている。補助電極３２は、亜鉛、鉄、マグネシウム、アルミニウム、銀、他の耐腐食性金属またはアロイから成る固体ペレット状、メッシュ状または金属粉末状の電極である。活性金属アノード３６は、活性金属アノードと対になって容易に還元される多孔性カソードペレットである。補助電極３２は、多孔性塩化銀、二酸化マンガン、又は活性金属アノードと対になって水から酸素を還元または水素ガスを発生し、又は触媒還元反応を行う他の物質から成る。図示していないが、補助電極３２は、スクリーン、メッシュ等の公知の集電体、または、活性金属アノードで説明した物と同じ金属から成る集電ワイヤーを有してもよく、又は活性金属アノードで説明した物と同様の金属の塗膜を有する真鍮などの金属から成る集電ワイヤーを有してもよい。活性金属アノード３６も、スクリーンやメッシュ等の公知の集電体、または、銀、チタン、白金または他の耐腐食性金属から成る集電ワイヤーを有してもよい。なお、電極材料や集電材料の具体例を示したが、当業者に公知の他の電極も使用できると考えるべきである。
【００５３】
図１において、陽イオン等のイオン交換膜は、補助電極３２と活性電極３６との間に配置される。陽イオン交換膜３４から成る陽イオン交換部材は、当業者に公知であり、特に詳しい説明は必要としない。簡単に言えば、強塩基性の架橋ポリマー樹脂である。好ましい樹脂としては、スルホン酸イオンを電荷基として有し、ナトリウムイオンに対して高選択的であり、有機付着物に対して耐性を有するスチレン−ジビニルベンゼン共重合体である。そのような陽イオン交換膜としては、例えば、デュポン社から入手可能なＮａｆｉｏｎ型膜が挙げられる。
【００５４】
流体送出装置１０は、流体２２を以下のプロセスによって送出する。先ず、作動スイッチ４０をオンにし、電気回路が完成され、補助電極３２と活性電極３６とで電極反応が起こり、外部流体源４６より水が導入され、最終的にはイオン交換膜を通じて電気化学的ポンプ生成物室１６に導入される。ここで、例えば人体などの外部流体源４６から導入される水は、多孔性保護セパレーター２８を介して補助電極室３０に拡散する。補助電極３２は、装置１０内に配置されてもよく、装置１０の外壁上、またはハウジングから完全に離れて配置されてもよい。そのような場合、イオン交換膜３４は、直接体液に露出し、多孔性保護セパレーター２８は、イオン交換膜が直接体液に露出することによる不都合を生じさせないために、イオン交換膜の近傍に直接配置される。更に、必要な水または塩水は、外部流体源４６からの浸透を必要としないで、補助電極室３０内自身に貯蔵できる。
【００５５】
あくまでも例示の目的であるが、陰イオン交換膜３４、塩化銀から成る補助電極３２、亜鉛から成る活性電極３６を使用した本発明の実施態様における反応について説明する。最初に、以下の式（１）に示すように、塩化銀電極は銀金属に還元され、塩素イオンが溶液中に放出される。
【００５６】
２ＡｇＣｌ  ＋  ２ｅ−  →  ２Ａｇ  ＋  ２Ｃｌ−  （１）
【００５７】
生成した塩素イオンは水に溶解し、引続き電場の影響下、陰イオン交換膜３４を介して電気化学的ポンプ生成物室１６内の活性電極３６に向かって滲み出す。活性電極３６において、以下の式（２）の様に亜鉛が溶解する。
【００５８】
Ｚｎ  →  Ｚｎ２＋  ＋  ２ｅ−  （２）
【００５９】
生成した亜鉛イオンと塩素イオンが、以下の式（３）の様に反応して塩化亜鉛を形成する。
【００６０】
Ｚｎ２＋  ＋  ２Ｃｌ−  →  ＺｎＣｌ２  （３）
【００６１】
式（３）に示される塩化亜鉛の形成に加え、塩素イオンが交換膜を透過する際、塩素イオンと一緒に水分子が透過し、その結果、膜の反対側において追加の水が発生する。この水の移送は電気浸透圧移送として知られている。陰イオン交換膜は、アニオンのみを選択的に透過させることが出来る。従って、水は、一方向のみ膜を透過する。
【００６２】
電気化学的ポンプ生成物室１６内のイオン濃度の定常状態の構築は、塩化亜鉛の連続的な生成によって生じる浸透圧効果による水の移送によっている。しかしながら、イオン交換膜３４は、塩化亜鉛分子の電気化学的ポンプ生成物室１６から補助電極室３０への逆拡散も可能とする。逆拡散の程度は、イオン交換膜３４の性質と電気化学的ポンプ生成物室１６内と補助電極室３０内との濃度差による。このようにして、浸透圧効果による水の移送の結果、塩化亜鉛の等量濃度が電気化学的ポンプ生成物室１６内に構築される。ここで注意すべきことは、浸透圧による水の流れは必要な濃度勾配を構築することによる電気浸透圧フラックスであることである。そのため、浸透圧によるフラックスは、電気浸透圧駆動力を変更することにより変更することが出来る。これは、浸透圧のみを基本とする装置では、送出速度を変更することが出来ない。電気化学的ポンプ生成物室１６内に移送された水分子は、電気化学的ポンプ生成物室１６内に圧力を生じさせる。この圧力は電気化学的ポンプ生成物室１６から補助電極室３０への水の逆流を生じさせる。
【００６３】
イオン交換膜に生じる定常状態におけるフラックスは、以下の数式（Ｉ）で示される。
【００６４】
Ｊ（定常状態流）＝Ｊｅｏ＋Ｊｏｆ−Ｊｂｄｆ−Ｊｈｆ    （Ｉ）
【００６５】
（Ｉ）式において、Ｊｅｏは電気浸透圧によるフラックス、Ｊｏｆは浸透圧によるフラックス、Ｊｂｄｆは逆拡散流、Ｊｈｆは水流を示す。
【００６６】
陽イオン交換膜を使用した本発明の実施態様について述べると、亜鉛から成る補助電極３２、塩化銀から成る活性電極３６を使用した場合、最初に、以下の式（４）に示すように、亜鉛電極が溶解する。
【００６７】
Ｚｎ  →  Ｚｎ２＋  ＋  ２ｅ−  （４）
【００６８】
塩水中のナトリウムイオンは、引続き電場の影響下、陽イオン等のイオン交換膜３４を介して電気化学的ポンプ生成物室１６内の活性電極３６に向かって滲み出す。以下の式（５）に示すように、塩化銀は金属銀に還元され、塩素イオンを放出する。
【００６９】
２ＡｇＣｌ  ＋  ２ｅ−  →  ２Ａｇ  ＋  ２Ｃｌ−  （５）
【００７０】
生成したナトリウムイオンと塩素イオンが、以下の式（６）の様に反応して塩化ナトリウムを形成する。
【００７１】
Ｎａ＋  ＋  Ｃｌ−  →  ＮａＣｌ  （６）
【００７２】
式（６）に示される塩化ナトリウムの形成に加え、ナトリウムイオンが交換膜を透過する際、ナトリウムイオンと一緒に水分子が透過し、その結果、膜の反対側において追加の水が発生する。この水の移送は電気浸透圧移送として知られている。陽イオン交換膜３４は、カチオンのみを選択的に透過させることが出来る。従って、水は、一方向のみ膜を透過する。
【００７３】
電気化学的ポンプ生成物室１６内のイオン濃度の定常状態の構築は、塩化ナトリウムの連続的な生成によって生じる浸透圧効果による水の移送によっている。しかしながら、イオン交換膜３４は、塩化ナトリウム分子の電気化学的ポンプ生成物室１６から補助電極室３０への逆拡散も可能とする。逆拡散の程度は、イオン交換膜３４の性質と電気化学的ポンプ生成物室１６内と補助電極室３０内との濃度差による。このようにして、浸透圧効果による水の移送の結果、塩化ナトリウムの等量濃度が電気化学的ポンプ生成物室１６内に構築される。ここで注意すべきことは、浸透圧による水の流れは必要な濃度勾配を構築することによる電気浸透圧フラックスであることである。そのため、浸透圧によるフラックスは、電気浸透圧駆動力を変更することにより変更することが出来る。これは、浸透圧のみを基本とする装置では、送出速度を変更することが出来ない。電気化学的ポンプ生成物室１６内に移送された水分子は、電気化学的ポンプ生成物室１６内に圧力を生じさせる。この圧力は電気化学的ポンプ生成物室１６から補助電極室３０への水の逆流を生じさせる。イオン交換膜３４に生じる定常状態におけるフラックスは、上記の数式（Ｉ）で示されるものと同じである。
【００７４】
上記の２つの本発明の実施態様は、電気化学的ポンプ生成物室１６内に高い圧力を発生させることが可能である。高い圧力の発生は、粘性を有する製剤の送出に好適であり、大気圧の変化による影響を受けにくい。装置１０内の高圧力は、更に、安全弁、ダックビルバルブ（Ｄｕｃｋ  ｂｉｌｌ  ｖａｌｖｅ）、ボール及びスプリング、制限を設けたカテーテル、蛇行通路、流量減速材、拡散膜、または可動部材１４において固めの袋、蛇腹、隔膜を使用したり、装置内壁との摩擦を有するピストンを使用することにより送出口のオリフィスを制限することによっても達成できる。
【００７５】
上記の本発明の第１の実施態様の装置において発生する圧力を図６に示す。最大圧力（Ｐｍａｘ、流量０の際の圧力）は、０．１３６ｍＡ／ｃｍ２において２０ｐｓｉを達成することが出来る。３．８倍の電流（０．５２５ｍＡ／ｃｍ２）における動作では、Ｐｍａｘが７００ｐｓｉである。本発明の第２の実施態様の装置において発生する圧力を図７に示す。Ｐｍａｘは、０．１３６ｍＡ／ｃｍ２において３５０ｐｓｉである。
【００７６】
発生した圧力は唯一の可動部材である可動部材１４に圧力を負荷する。可動部材１４は、電気化学的ポンプ生成物室１６から側面に沿って動き、リザーバー１２から制御可能に流体を送出する。上述の装置およびプロセスは、非常に長いタイムスケールで高精度で流体を制御可能に送出できる。これは、電気制御回路３８の抵抗値や信号出力によって制御される電流に比例して水が移送されるからである。従って、装置の流体送出速度は、電気制御回路３８の抵抗値や信号出力によって制御されるのであって、多孔性保護セパレーター２８の伝達動作を介してハウジング内に侵入する水の量で制御されるものではない。更に、流体送出速度、パルス波形などの流体送出速度プロフィールは、以下に限定されるものではないが、電気制御回路３８に異なる抵抗値を選択したり、信号出力を変更するような他の方法によっても容易に変更できる。
【００７７】
図示した本発明の実施態様では、低体積流量においても高体積流量においても体積流量と電流とが比例関係を有することが明らかになった。図２に本発明の第１の実施態様における体積流量２．０〜１０．０μＬ／ｈ−１ｃｍ−２での上記関係、図３に体積流量０．１〜２．５μＬ／ｈ−１ｃｍ−２での上記関係をそれぞれ示す。これらの体積流量を得るための電流は、膜の種類にもよるが、図４に示すように２０μＡｃｍ−２より小さな電流で体積流量０．５μＬ／ｈ−１ｃｍ−２を達成できる。図１に示す実施態様のもう１つの特徴は、１０００時間を越える操作においても高い安定性を示すことである。
【００７８】
上記の実施態様は、本発明の単なる事例であって、本発明の要旨はこれらの実施態様に限定されるものではない。そして、当業者は、特許請求の範囲から逸脱することなく、上記の実施態様の詳細について種々の変更が可能であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明に従って構成されたイオン交換膜を有する本発明の流体送出装置の模式的な断面図
【図２】本発明に従って構成された陰イオン交換膜を有する流体送出装置における、体積流量範囲が２．０〜１０．０μＬ／時の範囲の体積流量対電流の関係を示すグラフ（セルパラメーター：ＡＭＩ  ７００１イオン交換膜、粉末亜鉛アノード、ニッケルメッシュカソード、０．９％ＮａＣｌ電解質）
【図３】本発明に従って構成された陰イオン交換膜を有する流体送出装置における、体積流量範囲が０〜２．５μＬ／時の範囲の体積流量対電流の関係を示すグラフ（セルパラメーター：Ｎｅｏｓｅｐｔａ（登録商標）ＡＦＮイオン交換膜、固体亜鉛アノード、塩化銀カソード、０．９％ＮａＣｌ電解質）
【図４】本発明に従って構成された陰イオン交換膜を有する流体送出装置における、体積流量範囲が０．５〜２．５μＬ／時の範囲の体積流量対電流の関係を示すグラフ（セルパラメーター：Ｎｅｏｓｅｐｔａ（登録商標）ＡＭＸイオン交換膜、固体亜鉛アノード、塩化銀カソード、０．９％ＮａＣｌ電解質）
【図５】本発明に従って構成された陽イオン交換膜を有する流体送出装置における、体積流量範囲が０．２〜１．２μＬ／時の範囲の体積流量対電流の関係を示すグラフ（セルパラメーター：ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）１１７陽イオン交換膜、固体亜鉛アノード、ニッケルメッシュカソード、０．９％ＮａＣｌ電解質）
【図６】本発明に従って構成された陰イオン交換膜を有する流体送出装置における、２つの異なる電流における体積流量対電気化学的ポンプ生成物室に付与される圧力の関係を示すグラフ（Ｎｅｏｓｅｐｔａ（登録商標）ＡＦＮイオン交換膜、固体亜鉛アノード、塩化銀カソード、０．９％ＮａＣｌ電解質）
【図７】本発明に従って構成された陰イオン交換膜を有する流体送出装置における、２つの異なる電流における体積流量対電気化学的ポンプ生成物室に付与される圧力の関係を示すグラフ（ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）１１７陽イオン交換膜、固体亜鉛アノード、ニッケルメッシュカソード、０．９％ＮａＣｌ電解質）
【図８】本発明に従って構成された単一流体送出装置において、３つの異なる電流を負荷した状態と、その間の負荷しない状態における体積流量対テスト時間の関係を示し、体積流量を電流によって調節できることを表すグラフ（Ｎｅｏｓｅｐｔａ（登録商標）ＡＦＮイオン交換膜、粉末亜鉛アノード、ニッケルメッシュカソード、０．９％ＮａＣｌ電解質）
【図９】外部補助電極を有する本発明の他の実施態様の側面断面図
【図１０】外部補助電極を装置の外側表面に配置した本発明の他の実施態様の側面断面図
【図１１】格納式ピストンを有し、補助電極室を内包する本発明の他の実施態様の側面断面図
【符号の説明】
【００８０】
１０：流体送出装置
１２：リザーバー
１４：可動部材
１６：電気化学的ポンプ生成物室
１８：電気化学的ポンプ
２０：ハウジング
２２：流体
２４：開口部
２６：水
２８：多孔性保護セパレーター
３０：補助電極室
３２：補助電極
３４：イオン交換膜
３６：活性電極
３８：電気制御回路
４０：作動スイッチ
４２：支持部材
４６：外部流体源
【図１】
2009500078.tif 000003
【図２】
2009500078.tif 000004
【図３】
2009500078.tif 000005
【図４】
2009500078.tif 000006
【図５】
2009500078.tif 000007
【図６】
2009500078.tif 000008
【図７】
2009500078.tif 000009
【図８】
2009500078.tif 000010
【図９】
2009500078.tif 000011
【図１０】
2009500078.tif 000012
【図１１】
2009500078.tif 000013
【国際調査報告】
2009500078.tif 000014