(57)【要約】  本発明は、エアアトマイザーに使用される微細構造化通路モジュールを提供する。前記モジュールは、上部ケーシングがカバーされる板状体と、入り口と、出口と、複数の突起体と、複数のピラーとを含む。突起体とピラーとは、板状体の一部であり、それから突出するように形成される。板状体は、さらに入り口に近接する第１の領域と、出口に近接する第２の領域とを有する。複数の突起体は、入り口から出口に平行に複数の行に配置され、かつ、第１の領域において平行な複数の通路に形成し、それにより液体がそれに沿って流れる。かつ、列毎の突起体では、複数のトンネルによって互いに離間している。複数のピラーは、第２の領域に介装され、かつ、複数のピラーの間にチャネルが定義される。さらに、複数の通路に配置される複数のピラーは、通路を流れる液体の流れ抵抗を増大させる。
2019532739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入り口及び出口と、板状体と、複数の突起体と、複数のピラーとを備え、エアアトマイザーに使用される微細構造化通路モジュールであって、
前記入り口は、液体が入るためのものであり、前記入り口と垂直する方向に液体流れ方向が定義され、
前記板状体は、前記出口と前記入り口との間に配置される第１の領域と第２の領域を含み、
前記複数の突起体は、前記第１の領域に、前記液体流れ方向に複数の行に配置され、かつ、前記複数の突起体は、前記第１の領域の幅にわたって複数の列に配置され、前記複数の列の同士の間に複数の通路が定義され、
前記複数の通路は、前記液体流れ方向に対応し、かつ、前記複数の行における何れの２つ行の前記突起体は、複数のトンネルによって互いに離間され、
複数のピラーは、前記第２の領域又は前記第１の領域の少なくとも一部の前記通路に配置され、前記複数のピラー同士の間に複数のチャネルが構成され、前記通路における前記複数のピラーは、前記複数の通路を流れる液体の流れ抵抗を増加し、
前記複数の突起体と前記複数のピラーとは、前記板状体の一部であり、前記板状体から突出するように形成される、ことを特徴とする、微細構造化通路モジュール。
【請求項２】
前記液体は、前記複数のトンネルを通じて前記複数の通路を流れる、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項３】
前記トンネル毎は幅よりも長さが大きい、かつ、各前記トンネル毎の長さは、前記突起体毎の長さ又は幅に等しい、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項４】
前記複数のトンネルは、異なる幅を有する、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項５】
前記複数のトンネルは同じ幅を有する、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項６】
前記第１の領域における前記突起体と前記ピラーとの間の空間は、前記チャネルの一部である、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項７】
前記複数のピラーはマトリックス状に配置されている、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項８】
前記複数のピラーは、六角形状に配置されている、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項９】
前記第２の領域のピラー密度が複数の前記通路におけるピラー密度よりも大きい、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項１０】
スプレー速度が１６７〜１７０ｍ／ｓである、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項１１】
前記複数の通路の総表面積に対する、前記複数のピラーが前記複数の通路内で占める総表面積の比は、５〜６％である、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項１２】
前記比率が約５．５％である、ことを特徴とする、請求項１１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項１３】
任意の２つの隣接するピラー間の最短距離が１μｍより大きい、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項１４】
前記板状体が、前記第２の領域に位置され前記出口に向かって傾斜している２つの側壁を備える、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項１５】
前記複数のピラーは、前記液体が前記板状体を横切って流れる流速を調整するために用いられる、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項１６】
前記複数の列における前記突起体は互いに平行に形成される、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項１７】
前記突起体による前記複数の行は互いに平行であると共に、前記液体流れ方向の方向に沿って直線に配置される、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項１８】
前記第２の領域における任意の２つの隣接するピラー間の最短距離が少なくとも８μｍである、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項１９】
液体が入るための入り口と、液体が出るための出口と、板状体と、複数の壁部と、複数のピラーとを備え、エアアトマイザーに使用される微細構造化通路モジュールであって、
前記入り口の方向と垂直する方向に液体流れ方向が定義され、
前記板状体は、前記出口と前記入り口との間に位置される第１の領域と第２の領域を含み、
前記複数の壁部は、前記第１の領域の上壁の幅にわたって複数の列に配置され、前記複数の壁部の間に複数の通路が定義され、前記複数の通路は、前記液体の流れ方向に対応し、
前記複数のピラーは、前記第２の領域と前記第１の領域との何れか一部の前記通路に配置され、前記複数のピラー同士の間に複数のチャネルが定義され、
前記複数のピラーは、前記液体が前記板状体を横切って流れる流速を調整するために用いられ、前記複数の通路において、前記複数の通路の総表面積に対する、前記複数のピラーが前記複数の通路内で占める総表面積の比は、５〜６％であり、
前記複数の壁と前記複数のピラーとは、前記板状体の一部であり、前記板状体から突出するように形成される、微細構造化通路モジュール。
【請求項２０】
前記比率が約５．５％である、ことを特徴とする、請求項１９に記載する微細構造化通路モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[関連出願への相互参照]
本出願は、２０１６年１１月６日に出願された米国特許仮出願第６２／４１８，１４７号および２０１６年１１月６日に出願された米国仮出願第６２／４１８，１９５号の優先権を主張し、それらのすべての内容を引用し本開示に盛り合わせる。
【０００２】
本発明は、微細構造化通路モジュールに関し、具体的には、エアアトマイザーに使用される微細構造化通路モジュールに関する。
【背景技術】
【０００３】
エアアトマイザー（Ａｅｒｏｓｏｌｉｚｅｒ）は、噴霧器（Ｎｅｂｕｌｉｚｅｒ）又は霧化装置（Ａｔｏｍｉｚｅｒ）としても知られる。吸入のために患者に薬物を送達するように使用される。特に、薬液は、より容易かつより効率的な吸入および吸収のために微粒子又は液滴を有するエアロゾルに分解される。粒径は、慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）または喘息、あるいは液体薬剤自体の要件などの様々な呼吸状態に応じて調整することができる。各治療において同じ正確な量の薬物を投与することもまた患者にとって非常に重要である。言い換えれば、優れたエアロゾル化剤は、薬剤の無駄又は過剰投与の危険性を減らすために、それぞれの操作ごとに固定平均粒径を有する正確な投薬量の薬剤を送達することができなければならない。
【０００４】
図１を参照する。図１を参照すると、例示的なエアアトマイザーは、上部ケーシング、下部ケーシング、ノズル組立体、パイプ、付勢要素および貯蔵容器を含む。準備中、ばねなどの付勢要素は、上部ケーシングと下部ケーシングとの相対的な動きによって引っ張られる。その間に、一定量の薬液がパイプによって貯蔵容器からノズル組立体に引き出され、エアロゾル化する準備が整う。エアロゾル化装置が作動されると、張力がかけられていない付勢要素によって生成された力がノズル組立体に向かって一定量の薬液をノズル組立体を通過するように押し、それによって吸入用のエアロゾルを生成する。別の例示的なエアアトマイザーおよびその動作機構は、米国特許第５９６４４１６号明細書（米国特許出願第０８／７２６２１９号）の開示を参照することができる。
【０００５】
図１に示すように、加圧薬液は、ＡからＡ’の方向、すなわち高圧点から低圧点へ移動する。液体薬剤はノズル組立体内に引き込まれて強制的に送り込まれ、それを通してエアロゾルが生成されて排出される。エアロゾル化の間、エアロゾル化装置内の構成要素間で適切なシール状態が維持されることが重要です。そうでなければ、結果としてエアロゾル化効果が損なわれる可能性がある。例えば、ノズル組立体での漏れは圧力損失を招く可能性があり、それは不正確な投与量または不適切なエアロゾル粒子サイズの送達をもたらし得る。適切なシール状態を達成するために、エアアトマイザーの構成要素は、慎重かつ正確に製造および組み立てられなければならない。しかしながら、エアアトマイザーは、通常ミリメートル以下の規模の小型サイズに形成されるため、適切なシール状態を達成することは困難であり、費用がかかる傾向もある。さらに、異なる幾何学的形状の小型構成要素は、高圧（通常５〜５０ＭＰａ、即ち、約５０〜５００（Ｂａｒ））環境で磨耗しやすくなる可能性がある。
【０００６】
別の態様では、ノズル組立体は、加圧薬液をエアロゾル化して微粒子／液滴にしてエアアトマイザーから一定の速度で出ることができるかどうかにおいて極めて重要な役割を果たす。図１に示すように、加圧薬液は中央接続管を通ってノズル組立体に至ってノズルを通って移動する。  加圧薬液は高速でノズルに流入する。該ノズルは、正確な投与量を所望のエアロゾル形態にエアロゾル化するように、制御された方法で液体薬剤の流速を濾過して低下させる。上述のことは、ノズル内部構造の特別設計を通して達成され得る。該ノズルの不適切な設計は、エアロゾル化プロセス全体の閉塞を招く可能性があり、これはエアアトマイザーの寿命を短くする可能性があり、または投与量精度に影響を与える可能性もある。
【０００７】
エアアトマイザーにおいて使用される典型的なノズルは、異なる幾何学的形状を有する複数の要素を含む。例えば、細長い突起などの特定の形状を有するいくつかの要素がフィルターとして使用される。異なる形状を有するいくつかの他の要素、例えば円筒形の突起は、ノズル内の液体の流れを制御するための案内システムを構成するために使用される。要するに、関連技術で使用されるノズルは、所望のエアロゾル化効果を達成するために、異なる構造的および／または機能的特性を有する複数の要素の組み合わせおよび相互作用を必要とする。しかしながら、ノズルのサイズが小さいため、その中の流体制御は容易ではない。ノズル内の要素の構造、寸法および配置は、ノゼルを効果的にするために注意深く設計および実施される必要がある。結果として、ノズルの設計および製造のためのコストは高くなる傾向がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５９６４４１６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本開示は、より複雑でない構造、設計および配置の要素を有するノズル構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、エアアトマイザーにおいて使用される微細構造化通路モジュールについて開示している。前記通路モジュールは、上部ケーシングが被せられた板状体により形成される。
【００１１】
前記板状体は、さらに第１の領域及び第２の領域を含む。また、下記において、前記液体の流れ方向とは、入り口の側面に対して垂直である方向である。前記板状体における第１の領域は、液体が入る入り口を含む。かつ、前記第１の領域は、複数の突起体を含み、複数の突起体は液体流れ方向に沿って複数の行に配置され、かつ、複数の突起体は前記第１の領域の全幅にわたって複数の列に配置される。かつ、前記複数の列の間に、複数の通路が画定される。また、前記複数の突起体は、長尺状に互いに実施的に平行に形成される。また、複数の列の間の複数の通路は、液体の流れ方向に対応するように配置され、液体流れ方向に沿えて配置する突起体同士では互いにトンネルにより離間される。前記第２の領域は、複数のピラーを含む。第１の領域において、通路の少なく一部でも、複数のピラーを含む。前記ピラーの間に形成された複数のチャネルは、薬液が流れるように使用される。それらの通路における複数のピラーは、自身に流れる液体の流れ抵抗を増大することができる。前記突起体とピラーは、前記板状体に一部であり、前記板状体から突出するように形成される。
【００１２】
特定の実施形態において、前記液体はトンネルを介して複数の通路を通って流れる。
【００１３】
特定の実施形態において、前記トンネルの長さはその幅よりも大きい。また、前記トンネルの長さは、前記突起体の長さ又は幅に等しいとなる。
【００１４】
特定の実施形態において、前記複数のトンネルは異なる幅を有する。
【００１５】
特定の実施形態において、前記複数のトンネルは同じ幅を有する。
【００１６】
特定の実施形態において、第１の領域における前記突起体とピラーとの間の空間では、前記チャネルの一部である。
【００１７】
特定の実施形態において、前記複数のピラーは、マトリックス状に配置されている。
【００１８】
特定の実施形態において、前記複数のピラーは、六角形状に配置されている。
【００１９】
特定の実施形態において、前記第２の領域におけるピラーの密度は、通路におけるピラーの密度よりも大きい。
【００２０】
特定の実施形態において、前記スプレー速度は、１６７  ｍ／ｓから１７０ｍ／ｓの間である。
【００２１】
特定の実施形態において、通路の総表面積に対する、前記通路内における複数のピラーの総表面積の比は、５〜６％である。
【００２２】
特定の実施形態において、通路の総表面積に対する、前記通路内における複数のピラーの総表面積の比は、およそ５．５％である。
【００２３】
特定の実施形態において、任意の２つの隣接するピラー間の最短距離は１μｍより大きい。
【００２４】
特定の実施形態において、前記板状体は、第２の領域に、前記出口に向かって傾斜する２つの側壁を有する。
【００２５】
特定の実施形態において、前記複数のピラーは、前記液体の流速を調整するために用いられる。
【００２６】
特定の実施形態において、前記複数の列は平行である。
【００２７】
特定の実施形態において、前記液体流れ方向に配置される複数の突起体は互いに平行に形成されると共に、液体の流れ方向に直線に配置される。
【００２８】
特定の実施形態において、第２の領域における任意の２つ隣接するピラー間の最短距離は少なくとも８ｕｍである。
【００２９】
本発明はさらに、エアアトマイザーに適用する微細構造化通路モジュールを提供する。前記通路モジュールは、上部ケーシングが被せられた板状体によって形成される。前記板状体は、第１の領域及び第２の領域を備える。それにおいて、液体の流れ方向は、入り口の面に対して垂直である方向と定義される。前記板状体における第１の領域は、液体が入るための入り口を含む。前記第１の領域は、全幅にわたって配置された複数の壁をさらに含む。なかでも、第１の領域における複数の壁の間に複数の通路が画定される。また、複数の通路は液体の流れ方向に対応している。前記第２の領域は、複数のピラーを含む。第１の領域における通路の少なくとも一部も複数のピラーを含む。前記ピラーの間に薬液が流れるための複数のチャネルが画定される。通路の総表面積に対する通路における複数のピラーで占められる総表面積の比は、５〜６％の間である。それらの通路における複数のピラーは、さらに液体の流速を調整するように用いられる。前記突起体及びピラーは、前記板状体から突出して前記板状体の一部に構成される。
【００３０】
特定の実施形態において、通路の総表面積に対する、通路における複数のピラーで占められる総表面積の比は、およそ５．５％である。
【発明の効果】
【００３１】
結果として本発明が提供するノズルは、そのようなノズルを製造するためのコストが下げられる一方で、全体のエアロゾル化の質および効率を改善するであろう。したがって、患者はより費用対効果の高い治療法を享受することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来のエアアトマイザーを示す側面模式図である。
【図２】本発明による１つの実施形態に係るエアアトマイザーを示す断面模式図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態による微細構造化通路モジュールを示す断面模式図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態による微細構造化通路モジュールを示す断面模式図である。
【図３Ｃ】本発明の実施形態による微細構造化通路モジュールを示す断面模式図である。
【図３Ｄ】本発明の実施形態による微細構造化通路モジュールを示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明における複数の実施形態は、添付の図面の図に限定ではなく例として示されており、要素は全体を通して同じ参照番号で指定される。特に説明されない限り、図面は一定の縮尺ではない。
【００３４】
図面は概略的なものにすぎず、限定的なものではない。図面において、要素のいくつかのサイズは誇張されていることがあり、説明の目的のために一定の縮尺で描かれていない。寸法および相対寸法は、本発明の実施に対する実際の縮小に必ずしも対応しない。本発明における参照符号は、本願請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。各図面における同様の参照記号は、同様の要素を示している。
【００３５】
本開示の実施形態の作成および使用は、以下に詳細に論じられる。しかしながら、以下の実施形態は、多種多様な特定の状況で具体化することができる多くの適用可能な発明の概念を提供することを理解されたい。説明した特定の実施形態は、実施形態を製造および使用するための特定の方法の単なる例示であり、本開示の範囲を限定するものではない。
【００３６】
様々な図および例示的な実施形態において、同じ参照番号は同じ要素を示すために使用される。ここで、添付の図面に示されている例示的な実施形態を詳細に参照する。可能な限り、同じまたは類似の部分を指すために図面および説明において同じ参照番号が使用されている。図面において、形状および厚さは明瞭さおよび便利さのために誇張されていることがある。本発明における説明によれば、その説明は、特に本開示による装置の一部を形成するか、またはより直接的に協働する要素に向けられる。具体的に図示または説明されていない要素は様々な形態を取り得ることを理解されたい。本明細書を通して「実施形態」または「特定の実施形態」と言及した場合、その実施形態に関連して説明した特定の特徴、構造、または特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通して様々な箇所での「実施形態」または「特定の実施形態」という句の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指すとは限らない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることができる。以下の図は一定の縮尺で描かれていないことを理解されたい。むしろ、これらの図は単に説明のためのものである。
【００３７】
図面における様々な模式図において、類似の参照番号を使用して類似または類似の要素を指定し、本開示の例示的な実施形態を図示および説明する。図面は必ずしも原寸に比例して描かれているわけではなく、場合によっては、図面は例示目的で誇張されおよび／または簡略化されている。当業者であれば、本開示の以下の例示的な実施形態に基づいて、本開示の多くの可能な用途および変形形態を理解するである。
【００３８】
[定義]
【００３９】
ある要素が別の要素の「上に」あると言及されるとき、それは他の要素の上に直接あることができ、または介在要素が存在することができることが理解されるであろう。対照的に、ある要素が別の要素の「直上に」あると言われるとき、介在する要素は存在しないと理解されたい。
【００４０】
単数形「１つ」、「ある物」および「前記」は、文脈が明確に示さない限り、複数形も含むことを意図していることが理解されるであろう。さらに、「底部」および「上部」などの相対的な用語は、本明細書では、図に示されるように、１つの要素と他の要素との関係を説明するために使用され得る。
【００４１】
ある要素が他の要素上に配置されると説明されているのは、ある要素が他の要素の「上」または「下」などのいずれの方位に配置されることが理解されるであろう。したがって、「上に」という例示的な用語は、上および下の両方の向きを包含することができる。
【００４２】
本明細書で使用される「非対称」という用語は、区画の断面の形状が長手方向平面によって同様の半分に分割できないことを指す。したがって、前述の定義によれば、非対称形状の範囲は、円形、楕円形、および正多角形を除いた形状を含む。
【００４３】
本明細書で使用される「トンネルの幅」又は「通路の幅」などの用語「幅」は、通路の側面（例えば、トンネル或いは通路）における長さが最短の距離を指す。
【００４４】
本明細書で使用される「およそ」、「約」という用語は、量、持続時間などの測定可能な値を指すとき、指定された値から±１０％、より好ましくは±５％の変動を包含することを意味する。そのような例示で、は開示された方法を実行するのに適切である。
【００４５】
他に定義されない限り、本明細書で使用される全ての用語（技術的および科学的用語を含む）は、本開示が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。さらによく理解されるように、一般的に使用される辞書に定義されているものなどの用語は、関連技術および本開示の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであると共に、ここで明示的に定義されていない限り、理想的または過度に形式的な意味で解釈されることはない。
【００４６】
[詳細な説明]
図２は、本発明の実施形態に係るエアアトマイザーを例示する側面断面模式図である。前記エアアトマイザー９０は、ポンプ室９０４とバネ室９０６とを有するケース９０２を含む。付勢要素９０６２（例えば、バネ）では、ケース９０２結合され、より具体的にはばね室９０６に取り付けられる。バネ室９０６はまた、薬液９１２が貯蔵される貯蔵容器９０８を保持する。薬液９１２は、エアアトマイザー９０の事前作動に応答して、パイプ９１０を介して貯蔵容器９０８から引き出されることができる。特に作動の前に、ケース９０２は回転される。バネ９０６２は、ケース９０２の回転による張力によって緊張状態になるように引っ張られている。それに対応して、薬液９１２は貯蔵容器９０８からポンプ室９０４に引き込まれ、エアロゾル化する準備が整う。エアロゾル化プロセスは、エアアトマイザー９０が作動したときに開始する。作動されると、解放機構（図示せず）が作動し、バネ９０６２が緊張状態から非緊張状態に解放される。上そのような動作は、ポンプ室９０４において、微細構造化通路モジュール１（すなわち、ノズル）が存在する輸液装置９５０を通って液体薬剤９１２に押す力をもたらす。言い換えれば、薬液は、微細構造化通路モジュール１を通過することによってエーロゾル化される。微細構造化通路モジュール１制御された正確な送達方法で所望の粒径を有するエアロゾルを生成することができるように特に設計されている。その結果、水溶液またはエタノール溶液などのエアロゾル化薬液は、輸液装置９５０から出て、次に患者吸入のためにエアアトマイザー９０から出る。
【００４７】
微細構造化通路モジュール１は、薬液を微細粒子又は液滴を有するエアロゾルに分解することができるエアアトマイザー９０の重要な構成要素である。前記エアアトマイザー９０における微細構造化通路モジュール１は、微細構造濾過及び案内システムを有する構成要素であり、これは複数のマイクロスケール要素と、マイクロスケール要素によって画定される複数の通路とからなる。薬液が高速で前記微細構造化通路モジュール１内に移動すると、マイクロスケール要素は流れ薬剤を部分的に遮断し、それを小粒子に分解する。さらに、マイクロスケール要素および通路の構成は流れ抵抗を増大させ、それによって液体の流速を低下させる。しかしながら、薬液が出口を出るとき、薬液の流速は微細構造化通路モジュール１の漏斗形出口のために即座に増加し、それ故に特定サイズの粒子及び量を有する濾過された薬液はエアロゾル化され噴霧される。
【００４８】
図３Ａ〜３Ｄを参照する。図３Ａ〜３Ｄは、それぞれ本発明のいくつかの実施形態による微細構造化通路モジュールを示す断面模式図である。
【００４９】
図３Ａを参照する。図３Ａを参照すると、微細構造化通路モジュール１が開示されている。前記微細構造化通路モジュール１は、板状体１０を含み、それはシリコンから作ることができ、幅が約２．５ｍｍ、長さが約２ｍｍ、深さが約７００μｍである。板状体１０は、上幅約２．５ｍｍ、長さ約２ｍｍ、深さ約６２５μｍのガラス上部ケーシング（図示せず）で覆われており、かくしてチャンバーが画定されている。薬液（図示せず）は、そのチャンバーの一端で入り口１０２を介して該チャンバーに入る。得られたエアロゾル５０は、反対側の端部で出口１０４を介して該チャンバーから出る。前記入り口１０２は約２ｍｍの幅を有し、これは出口１０４よりも広い。チャンバー内の薬液は、入り口１０２から出口１０４へ実質的に一般的な方向に沿って流れる。微細構造化通路モジュール１内の薬液の流れ方向は、入り口１０２の側面に対して垂直であり、図面ではＡからＡ’への方向によって定義される。薬剤の少なくとも一部は流路モジュール１の傾斜壁１０６に沿って流れ、液体流を互いに、好ましくは約９０°で衝突させる。その結果、エアロゾル５０が患者の吸入用に生成される。
【００５０】
板状体１０は一般に、境界線Ｂによって２つの部分に分割することができ、それらは、入り口１０２に近接する第１の領域と、出口１０４に近接する第２の領域である。板状体１０はまた中央ブロック２のようないくつかの構成要素、例えば、中央ブロック２、スペーサーブロック３、ピラー４、及び突起体５を含む。特に、第１の領域に、突起体５、ピラー４、及びスペーサーブロック３が配置され、第２の領域にピラー４のみが配置される。突起体５、ピラー４、スペーサーブロック３、及び中央ブロック２は、液体の流れ方向に対して横切れ方向に板状体１０から突出するようになっている。１つの選択肢としては、これらの構成要素は、微細構造化通路モジュール１をエッチングすることによって板状体１０の１つの部分として形成されてもよい。特定の実施形態では、板状体１０の約５〜６μｍの深さがエッチングされてそのような一体構成要素を形成する。なお、板状体１０の製造方法は、これに限定されない。板状体１０は、成形、溶接または印刷のような関連技術において知られている他の手段によって製造することができる。不可欠な構成要素のさらなる特徴および構成は、以下でさらに説明される。
【００５１】
同じように図３Ａを参照する。中央ブロック２は、第２の領域における出口１０４に近接する位置に配置される。中央ブロック２は略球形に形成され、約３７．３５μｍの曲率半径を有する。中央ブロック２は、液体が２つの狭い通路１５を介して中央ブロック２と傾斜壁１０６との間を迂回することによって出口１０４のみに流れることができる程度まで、出口１０４に近接した区画のかなりの部分を閉塞する。前述の構成は、液体を互いに反対方向、すなわち２つの対向通路１５に沿って反対方向の流れに向ける。言い換えれば、微細構造通路モジュール１は、所望のエアロゾル化の目的で２つの出口を含むと理解することができる。その結果、微細構造化通路モジュール１を出る対向する液体ジェットは、通路モジュール１の外部であるが出口１０４に近い位置で他の場所に衝突し、エアロゾル５０を形成する。中央ブロック２は、各通路１５が幅約８μｍ、長さ５３．８μｍとなるように寸法決めされている。さらに、各通路１５の総面積は約４４μｍ２である。
【００５２】
第１の領域における入り口１０２に近接する位置にそれぞれの幅が約５０μｍ、長さが約２００μｍの複数のスペーサーブロック３が配置される。スペーサーブロック３細長い形状をしており、その方向は液体の流れ方向ＡからＡ’に沿っている。さらに、スペーサーブロック３は、第１の領域の入り口１０２の全幅にわたって複数の列に配置されてもよい。図示のように、複数の突起体５が第１の領域の全幅にわたって平行な列５２に配置されている。線形列に形成される突起体５からなる複数の平行な列５２は、第１の領域に配置されている。なかでも、各平行列５２の間には、薬液が流れるための通路１８がある。液体は複数の通路を介してＡからＡ’の方向に流れる。通路１８の寸法は、幅約７７μｍ、長さ１．３ｍｍである。列５２は、幅約２２μｍ、長さ１．３ｍｍの一般寸法を有することができる。列５２は、液体の流れ方向ＡからＡ’と平行になるように配置されてもよい。通路１８は、２つの平行な列５２の間の領域として定義されるので、列５２との長さは同じである。
【００５３】
２つの隣接するスペーサーブロック３の間の距離は約１５０μｍであり、これは通路１８の幅の約２倍である。微細構造化通路モジュール１に入る未濾過の薬液については、２つのスペーサーブロック３の間のスペースは予備フィルターとして使用される。２つの列５２の間の空間は二次フィルタとして使用される。例えば、１５０μｍより大きい任意の粒径は、２つのスペーサーブロックの間の空間によって最初に濾過されており、そして、８μｍよりも大きいいかなる粒子サイズも、通路内の２つの隣接する三角柱の間の空間によって後で濾過される。また、通路は粒子によって完全に遮断されないので、濾過機能は液体の流れ方向に影響を及ぼさない。
【００５４】
図３Ａが示すように、突起体５は、幅約２．５μｍ、長さ２２μｍの細長い要素である。好ましい実施形態では、突起体５は、突起体５の幅が液体の流れ方向ＡからＡ’に平行である向きに位置決めされる。しかしながら、突出部５の向きは限定的ではない。各列５２において、複数の突起体５はさらにＡからＡ’の方向に直線的に配列されて行に配列されている。ある実施形態では、複数の行は互いに平行であってもよい。
【００５５】
線状に形成される突起体５の各列はトンネル１７によって隔てられている。各トンネルの幅は、エアロゾル化装置または薬剤の要件に応じて同じであっても同じでなくてもよい。ある実施形態では、図３Ｃに示すように、各トンネル１７の幅は同じである。トンネル１７の寸法は、幅約３μｍ、長さ約２２μｍである。特定の実施形態では、トンネル１７は、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、それぞれ約３μｍおよび１１μｍの少なくとも２つの異なる幅を含む。なお、好ましい実施形態では、トンネルの幅は１μｍ以上でなければならない。
【００５６】
トンネル１７と通路１８の方向は互いに平行ではない。本発明では、トンネル１７と通路１８とは互いに垂直である。薬液はトンネル１７を通って通路１８間を流れることができる。
【００５７】
ある実施形態では、各突起体５の長さは各トンネル１７の長さに等しく形成されると共に、トンネル１７の幅よりも大きいとなる。別の実施形態では、各突起体５の幅は各トンネル１７の長さに等しい。本発明の図面では、側壁１０８に側壁１０８と接触して配置された列５２があることを示しているが、それは限定的であることを意味しないことに留意されたい。例えば、側壁１０８は、独立した要素であり得る、すなわち、一体的な構成要素のいずれとも接触しない。
【００５８】
本発明はさらに、トンネル１７を含まないように構成された別の微細構造化通路モジュール１を提供する。すなわち、図３Ｄに示すように、列５２は１つの中実の連続突出部または壁５４でできている。このような壁５４の設計および配置は、壁５４がトンネル１７によって分離された個々の列の突起体５から作られていないことを除いて、柱５２のそれと類似している。壁５４は方向ＡからＡ’に延びる１つの中実構造である。トンネルではないため、通路１８内の薬液は互いに連絡しないことがある。各壁５４は、幅が約２２μｍ、長さが１．３ｍｍである。
【００５９】
図３Ａ〜図３Ｄに示すように、微細構造化通路モジュール１は、複数のピラー４をさらに含む。ピラー４は、第２の領域、すなわち出口１０４に近い位置に配置されている。特定の実施形態では、ピラー４は第１の領域にも延在して、通路１８の領域の一部を占めてもよい。ピラー４は、約５〜６μｍの高さで板状体１０から突出するマイクロスケールの要素である。
【００６０】
本ピラー４は、濾過機能を提供するのに適した任意の幾何学的形状であり得る。ある実施形態において、ピラー４は少なくとも３つの側壁を含み、板状体と平行な方向におけるピラー４の断面は、非対称または対称であり得る。さらに、ピラー４のそのような断面は、入口１０２に面する少なくとも１つの頂点を含むと共に、交差する２つの壁によって形成される角度が９０°未満である。したがって、ピラー４の断面は、円形、三角形、菱形などであり得る。本発明による実施形態では、ピラー４の断面は、約８μｍの長さの側壁と入口１０２に面する頂点とを有する三角形である。入口に面する頂点の２つの壁によって形成される角度は約６０°である。特定の実施形態では、ピラー４の断面は、正三角形、二等辺三角形、またはスカレントライアングルであり得る。
【００６１】
本開示の別の実施形態では、ピラー４の断面は、図３Ｂに示すように、その球端部が出口１０４に面している液滴である。さらに特定の実施形態では、ピラー４の断面は、約１０μｍの直径を有する円である。微細構造化通路モジュール１内の複数のピラー４は、全て同じ形状および寸法を有することができる。しかしながら、図３Ｃを参照すると、特定の実施形態では、ピラー４は異なる形状および寸法を有することができる。例えば、第２の領域内のピラー４は、第１の領域内のピラー４とは異なる形状および寸法を有する。さらに、第１および第２の領域におけるピラー４の密度もまた異なり得る。
【００６２】
別の態様では、ピラー４は、液体の流れを少なくとも部分的に妨げるようにマトリックス状に配置されてもよく、それにより、流れ抵抗が増大し、流速が低下する。好ましい実施形態では、ピラー４は六角形に配置されている。具体的には、六角形デザインは、１つの中心ピラーと、六角形の６つの頂点を形成する６つの隣接ピラーとを含む。そのような配置は、液体に対する適切な流れ抵抗を提供する一方で、全体的な液体閉塞の可能性を減らすことができる。
【００６３】
特定の実施形態では、複数のピラー４間のスペース／経路はチャネル１６として定義される。そのようなチャネル１６はまた、第１の領域における、ピラー４と突起体５との間のスペース及び経路を含む。好ましい実施形態では、任意の２つの隣接するピラー間の最短距離は、任意のトンネルの幅よりも大きくなるようにされている。
【００６４】
ここで、本発明におけるピラー４の特定の配置、より具体的にはその密度に注目する。ここでは、ピラー４が一定の空間内で占める総表面積と、そのような一定の空間の総表面積との比をピラー密度と定義する。第２の領域のピラー密度は、およそ１３．９％であることが好ましい。
【００６５】
特に、通路内のピラー密度は、通路内のピラー４によって占められる総表面積と通路の総表面積との間の比として定義される。また、第２の領域におけるピラー密度が、第２の領域においてピラー４が占める総表面積と第２の領域の総表面積との間の比である。ある実施形態において、通路１８では一部みがピラー４を含むので、通路１８内のピラー密度は、第２の領域内のピラー密度よりも小さい。通路１８内のピラー密度は、５〜６％、好ましくは約５．５％であるべきである。
【００６６】
ピラー密度の差のために、液体が第１の領域から第２の領域に入るとき、流れ抵抗は増加する。本発明におけるエアロゾル化装置は、約１．４から１．５秒の有効スプレー持続時間を有し、斯くしてエアロゾル５０を送達することができ、これはエアロゾル速度が比較的遅いので望ましい。エアロゾルの速度が遅いと、患者の口やのどにたまる残留物が少なくなるため、エアロゾルの送達が改善され、より制御される。逆に、エアロゾルの速度が速すぎると、望ましい吸入効果が得られないことがある。例えば、エアロゾル５０は、患者が適切かつ完全に吸入するには速すぎる移動をすることがあり、あるいはエアロゾル５０が患者の口／のどによって遮断されることがある。エアロゾル５０の速度およびスプレー持続時間は、ビデオ記録またはレーザー光回折などの異なる方法によって測定することができることに留意されたい。測定方法が異なると、結果が異なる場合がある。
【００６７】
ここで、ピラー４およびトンネル１７の配置および構成に注目する。ピラー４は、（ｉ）薬液の流れの方向を調整及び案内し、（ｉｉ）薬液の流路抵抗および流速を変えるために役立ち、（ｉｉｉ）エアロゾルの質が影響を受けないように、液体薬剤をより小さい粒子に濾過する。ピラー４による流れの方向の調整は、異なるチャネル１６を通って流れる液体をもたらす。液体の流れの少なくとも一部がピラー４と衝突すると、流れ抵抗の増大および流速の低下により、ピラー４の周りに乱流が生じる可能性がある。トンネル１７は、少量の薬液が通路１８を横切って横方向に流れることを可能にし、それによって薬剤の全体的な流速も低下させる。本発明は、以下の表１に示されるように、ピラー４のいくつかの設計およびそれらの効果を提供する。
【００６８】
【表１】
2019532739.tif 000003
【００６９】
表１は、本発明の微細構造化通路モジュールの第１の領域内の通路１８に配置されたピラー４の４つの異なる構成およびそれらの対応するスプレー速度を示す。そのような微細構造化通路モジュールの構成は、平行な列の突起体５によって形成された複数のトンネル１７も含む。以下の説明における用語「チャンネル幅」は、通路１８内の任意の２つの隣接するピラー４間の最短距離を表す。ここでは、ピラーの形状と配置が第２ゾーンのスプレー速度に与える影響については説明しない。噴霧速度は、計算流体力学（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓ；ＣＦＤ）ソフトウェアによって測定される。
【００７０】
本発明の好ましい実施形態では、通路内の最適ピラー密度は約５．４６％であり、所望のスプレー速度は１６７から１７０ｍ／ｓの間である。
【００７１】
ここで、１番のノズル（以下「１番」）と２番のノズル（以下「２番」）を比較する。表１によれば、１番と２番との差は、通路１６の幅、および通路１８内でピラー４が占める総表面積である。具体的には、２番の通路１６の幅は１番のよりも大きいとなるが、２番では通路内のピラー４の全表面積は１番よりも小さい。表１によれば、１番のスプレー速度は２番よりも小さいことがわかり、それは上記本開示の内容と一致している。
【００７２】
さらに、２番と３番のノズル（以下、３番）を比較する。２番と３番との間の違いは、チャネル１６の幅、および通路内のピラーによって占められる総表面積である。３番は、約１２μｍと約９．２μｍの２つの異なるチャネル幅を含むことに留意されたい。表１によれば、３番の通路１８内でピラーが占めている総面積は２番のそれよりも大きく、ピラー密度がより高くなる。結果として、３番におけるスプレー速度は２番よりも遅く、これは上記本発明の開示と一致している。
【００７３】
次に、１番と３番に目を向ける。違いは、３番が２つの異なるチャネル幅を有することである。しかしながら、結果として生じる液体噴霧速度は類似している（１６８．５ｍ／ｓおよび１６８．０ｍ／ｓ）。したがって、第１の領域において異なるチャネル幅を有することは、ピラー４の総表面積および形状が同じである限り、スプレー速度に影響を及ぼさない。言い換えれば、適切なピラー密度を維持することは適切なスプレー効率を生み出し、それは本開示の精神と一致している。
【００７４】
さらに、３番のノズルと４番のノズル（以下、４番）とを比較した。４番における複数の柱の断面は円形である。表１によれば、４番が最大のチャネル幅を有し、４番のピラーの総数は、１番、２番または３番のピラーの総数よりも著しく少ない。４番の通路で占められているピラーは、１番および３番のピラー密度と同様である。したがって、４番のピラー密度は、１番および３番のピラー密度と同様である。従って、４番の噴霧速度は、１番および３番の場合と同様である。このような結果は、スプレー速度が第１の領域のピラー密度に関係していることを示しており、これは本開示の教示を裏付けるものである。そして、チャネルの幅はスプレー速度を制御する要素ではないかもしれない。
【００７５】
【表２】
2019532739.tif 000004
【００７６】
表２は、本発明の他の構成およびそれらがスプレー速度に及ぼす影響を示す。具体的には、データは、中実壁５４構成を有する微細構造化通路モジュールを突起体５／トンネル１７構成と比較する。ここで、５〜８番のノゼルは全て円柱を有する。５、６および８番は壁５４の構成を有し、７番はトンネル１７の構成によって分離された突起体５の列を有する。
【００７７】
表１に関連して、特に４番および５番を見ると、５番のスプレー速度は４番よりも高いが、他のデータは比較的類似したままである。４番と５番との間の顕著な違いは、４番がトンネルを有し、５番が中実壁５４の配置を有することである。この結果は、トンネル１７の存在がスプレー速度を低下させることによってエアロゾル化を促進することを実証している。トンネルはある量の液体が通路を横切って横方向に流れることを可能にし、それによって流れ抵抗を増加させそして流速を減少させるので、これは上記本発明の教示と一致している。
【００７８】
６番および７番のデータは、トンネル１７の存在がスプレー速度を低下させ、所望のエアロゾル持続時間を提供し得ることをさらに支持する。
【００７９】
５番および８番のデータは、第２の領域における適切なピラー密度もまた所望のスプレー速度を達成し得ることを裏付けている。他のすべての要因は同じままですが、８番でピラー密度を上げると、１６９ｍ／ｓのより望ましいスプレー速度を達成するのに役立つ。
【００８０】
６番と８番は、６番の第２の領域のチャネルの幅が８番の第２の領域のチャネルよりも大きい（１５ｕｍ対８μｍ）ことを除いて、ほぼ同一の構成を共有する。結果として生じるスプレー速度は、第２の領域内の２つの隣接するピラー間の最短距離、すなわちチャネルの幅が、好ましくは約８μｍであることを示唆している。
【００８１】
以上に開示される内容は本発明の好ましい実施可能な実施例に過ぎず、これにより本発明の特許請求の範囲を制限するものではないので、本発明の明細書及び添付図面の内容に基づき為された等価の技術変形は、全て本発明の特許請求の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００８２】
１  通路モジュール
２  中央ブロック
３  スペーサーブロック
４  ピラー
５  突起体
１０  板状体
１０２  入り口
１０４  出口
１０６  傾斜壁
１０８  側壁
１５  狭い通路
１６  チャネル（Ｃｈａｎｎｅｌ）
１７  トンネル（Ｔｕｎｎｅｌ）
１８  通路（Ｐａｓｓａｇｅ）
９１２  薬液
５０  エーロゾル
５２  突起列
５４  壁
９０  エアアトマイザー
９０２  ケース
９０４  ポンプ室
９０６  バネ室
９０６２  バネ
９０８  貯蔵容器
９１０  パイプ
９５０  輸液装置
Ａ−Ａ’  液体流れ方向
Ｂ  境界線
【図１】
2019532739.tif 000005
【図２】
2019532739.tif 000006
【図３Ａ】
2019532739.tif 000007
【図３Ｂ】
2019532739.tif 000008
【図３Ｃ】
2019532739.tif 000009
【図３Ｄ】
2019532739.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月19日(2019.4.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入り口及び出口と、板状体と、複数の突起体と、複数のピラーとを備え、エアアトマイザーに使用される微細構造化通路モジュールであって、
前記入り口は、液体が入るためのものであり、前記入り口と垂直する方向に液体流れ方向が定義され、
前記板状体は、前記出口と前記入り口との間に配置される第１の領域と第２の領域を含み、
前記複数の突起体は、前記第１の領域に、前記液体流れ方向に複数の行に配置され、かつ、前記複数の突起体は、前記第１の領域の幅にわたって複数の列に配置され、前記複数の列の同士の間に複数の通路が定義され、
前記複数の通路は、前記液体流れ方向に対応し、かつ、前記複数の行における何れの２つ行の前記突起体は、複数のトンネルによって互いに離間され、
複数のピラーは、前記第２の領域又は前記第１の領域の少なくとも一部の前記通路に配置され、前記複数のピラー同士の間に複数のチャネルが構成され、前記通路における前記複数のピラーは、前記複数の通路を流れる液体の流れ抵抗を増加し、
前記複数の突起体と前記複数のピラーとは、前記板状体の一部であり、前記板状体から突出するように形成される、ことを特徴とする、微細構造化通路モジュール。
【請求項２】
前記液体は、前記複数のトンネルを通じて前記複数の通路を流れる、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項３】
前記トンネル毎は幅よりも長さが大きい、かつ、各前記トンネル毎の長さは、前記突起体毎の長さ又は幅に等しい、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項４】
前記複数のトンネルは、異なる幅を有する、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項５】
前記複数のトンネルは同じ幅を有する、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項６】
前記第１の領域における前記突起体と前記ピラーとの間の空間は、前記チャネルの一部である、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項７】
前記複数のピラーはマトリックス状に配置されている、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項８】
前記複数のピラーは、六角形状に配置されている、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項９】
前記第２の領域のピラー密度が複数の前記通路におけるピラー密度よりも大きい、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項１０】
スプレー速度が１６７〜１７０ｍ／ｓである、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項１１】
前記複数の通路の総表面積に対する、前記複数のピラーが前記複数の通路内で占める総表面積の比は、５〜６％である、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項１２】
前記比率が約５．５％である、ことを特徴とする、請求項１１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項１３】
任意の２つの隣接するピラー間の最短距離が１μｍより大きい、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項１４】
前記板状体が、前記第２の領域に位置され前記出口に向かって傾斜している２つの側壁を備える、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項１５】
前記複数のピラーは、前記液体が前記板状体を横切って流れる流速を調整するために用いられる、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項１６】
前記複数の列における前記突起体は互いに平行に形成される、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項１７】
前記突起体による前記複数の行は互いに平行であると共に、前記液体流れ方向の方向に沿って直線に配置される、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項１８】
前記第２の領域における任意の２つの隣接するピラー間の最短距離が少なくとも８μｍである、ことを特徴とする、請求項１に記載する微細構造化通路モジュール。
【請求項１９】
液体が入るための入り口と、液体が出るための出口と、板状体と、複数の壁部と、複数のピラーとを備え、エアアトマイザーに使用される微細構造化通路モジュールであって、
前記入り口の方向と垂直する方向に液体流れ方向が定義され、
前記板状体は、前記出口と前記入り口との間に位置される第１の領域と第２の領域を含み、
前記複数の壁部は、前記第１の領域の上壁の幅にわたって複数の列に配置され、前記複数の壁部の間に複数の通路が定義され、前記複数の通路は、前記液体の流れ方向に対応し、
前記複数のピラーは、前記第２の領域と前記第１の領域との何れか一部の前記通路に配置され、前記複数のピラー同士の間に複数のチャネルが定義され、
前記複数のピラーは、前記液体が前記板状体を横切って流れる流速を調整するために用いられ、前記複数の通路における前記複数のピラーは、前記複数の通路を流れる前記液体の流れ抵抗を増加するために用いられ、
前記複数の壁と前記複数のピラーとは、前記板状体の一部であり、前記板状体から突出するように形成される、微細構造化通路モジュール。
【請求項２０】
前記複数のピラーは、前記液体の方向を変更させ、それにより、液体の流れ抵抗を増大させる、ことを特徴とする、請求項１９に記載する微細構造化通路モジュール。
【国際調査報告】
2019532739.tif 000011
2019532739.tif 000012
2019532739.tif 000013
2019532739.tif 000014