(57)【要約】  遠位先端と近位端部を有するハウジングと、細長い経路を有するハウジング内の可動式の外側プランジャーと、外側プランジャーの経路内の少なくとも一つの可動式の内側プランジャーと、外側プランジャーとハウジングの間の少なくとも一つの第一のシールと、内側プランジャーと外側プランジャーの間の少なくとも一つの第二のシールとを持つ置換式シリンジが、本明細書に開示されている。シリンジは、ハウジングの近位端部にロックを、および／またはハウジングの遠位先端に弁を持ちうる。シリンジは、様々な直径の多数の内側プランジャーも持ちうる。移送システムおよび送達システムもまた本明細書に開示されている。置換式シリンジを使用して少量を正確かつ効率的に送達する方法も開示されている。
2013525013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠位先端と近位端部を有するハウジングと、細長い経路を有する前記ハウジング内の可動式の外側プランジャーと、前記外側プランジャーの前記経路内の少なくとも一つの可動式の内側プランジャーと、前記外側プランジャーと前記ハウジングの間の少なくとも一つの第一のシールと、前記内側プランジャーと前記外側プランジャーの間の少なくとも一つの第二のシールと、を備えるシリンジ。
【請求項２】
ロック機構をさらに備えた請求項1のシリンジ。
【請求項３】
前記ハウジングの遠位先端に弁をさらに備えた請求項1のシリンジ。
【請求項４】
前記ハウジングがガラス、プラスチック、ポリプロピレン、およびポリカーボネートのうち少なくとも一つを含む、請求項1のシリンジ。
【請求項５】
前記外側プランジャーがプラスチック、ポリプロピレン、およびポリエチレンのうち少なくとも一つを含む、請求項1のシリンジ。
【請求項６】
前記内側プランジャーがステンレス鋼、セラミック、ポリテトラフルオロエチレン、プラスチック、および充填プラスチックのうち少なくとも一つを含む、請求項1のシリンジ。
【請求項７】
前記内側プランジャーが芯なし接地ロッド、ネジ、または組み合わせである、請求項1のシリンジ。
【請求項８】
前記内側プランジャーが正確な容積を持つ任意の形状である、請求項1のシリンジ。
【請求項９】
様々な直径を持つ多数の内側プランジャーをさらに備えた、請求項1のシリンジ。
【請求項１０】
前記多数の内側プランジャーが互いに同軸である、請求項9のシリンジ。
【請求項１１】
前記内側プランジャーが前記外側プランジャーと同心である、請求項1のシリンジ。
【請求項１２】
前記遠位先端が容量節約先端である、請求項1のシリンジ。
【請求項１３】
前記内側プランジャーが、前記外側プランジャー内で、前記ハウジング内部で、または前記遠位先端に移動可能である、請求項1のシリンジ。
【請求項１４】
前記内側プランジャーが前記遠位先端の内径に対応する直径を持つ、請求項1のシリンジ。
【請求項１５】
前記内側プランジャーが前記遠位先端の形状と一致する形状をした、請求項1のシリンジ。
【請求項１６】
前記内側プランジャーに段差がついているかまたは先細りになっている、請求項1のシリンジ。
【請求項１７】
前記内側プランジャーが小さめのシリンジである、請求項1のシリンジ。
【請求項１８】
前記第一のシールおよび前記第二のシールが、ブナN（Buna-n）、ゴム、エチレンプロピレンジエンモノマー、精密研磨グラファイト、ポリテトラフルオロエチレン、または被覆シリコーンエラストマーを含む、請求項1のシリンジ。
【請求項１９】
前記第一のシールおよび前記第二のシールがOリングである、請求項1のシリンジ。
【請求項２０】
前記第一のシールおよび前記第二のシールが前記遠位先端の付近に位置する、請求項1のシリンジ。
【請求項２１】
前記第二のシールが前記近位端部の付近に位置する、請求項1のシリンジ。
【請求項２２】
前記外側プランジャーの前記経路が、前記近位端部に向けて、より小さい直径を持つ、請求項1のシリンジ。
【請求項２３】
前記ロック機構がクランプ、解除付き一方向ラチェット、押しボタンロック、またはロックおよびピンである、請求項2のシリンジ。
【請求項２４】
前記ハウジングが所定位置に取り付けられ、前記外側プランジャーが取付け装置またはアダプタープレートにロックにより固定されている、請求項1のシリンジ。
【請求項２５】
前記弁が活栓または一方向逆止め弁である、請求項3のシリンジ。
【請求項２６】
前記内側プランジャーを動作するために押しボタン、バネ機構、圧電スタック、電気活性高分子、またはモーターをさらに備えた、請求項1のシリンジ。
【請求項２７】
前記モーターがリニアモーターまたは圧電モーターである、請求項26のシリンジ。
【請求項２８】
前記内側プランジャーが目盛り付き、または目盛りで印が付けられた、請求項1のシリンジ。
【請求項２９】
スプライン、エンコーダリーダー、またはカウンタのうち少なくとも一つをさらに備えた、請求項26のシリンジ。
【請求項３０】
前記内側プランジャーを前記外側プランジャーにロックするロック機構をさらに備えた、請求項1のシリンジ。
【請求項３１】
前記内側プランジャーの前記遠位端部にストップをさらに備えた、請求項1のシリンジ。
【請求項３２】
柔軟性のある先端を前記外側プランジャーの前記遠位端部にさらに備えた、請求項1のシリンジ。
【請求項３３】
膨張可能な袋を前記外側プランジャーの前記近位端部にさらに備えた、請求項1のシリンジ。
【請求項３４】
前記内側プランジャーと閉じた外側プランジャーの間にさらに無菌流体を含む、請求項1のシリンジ。
【請求項３５】
前記ハウジングと接続されたローラーをさらに備えた、請求項1のシリンジ。
【請求項３６】
リザーバーと、前記リザーバーの下にあり、閉じた端部、および第二の弁を持つ開いた端部を備えたハウジングと結合した第一の弁と、前記ハウジング内に封入され少なくとも一つのシールを持つ少なくとも一つのプランジャーと、を備えた送達システム。
【請求項３７】
前記プランジャーが芯なし接地ロッド、ネジ、組み合わせまたは正確な容積を持つ任意の形状である、請求項36の送達システム。
【請求項３８】
前記プランジャーを動作させるための押しボタン、バネ機構、圧電スタック、電気活性高分子、またはモーターをさらに備えた、請求項36の送達システム。
【請求項３９】
前記第一の弁および第二の弁が一方向逆止め弁である、請求項36の送達システム。
【請求項４０】
前記遠位先端にロックを持つ第一のシリンジと、遠位弁およびプランジャーを持ち、逆止弁およびロックが前記第一のシリンジの前記ロックと接続している第二のシリンジと、を備えた移送システム。
【請求項４１】
前記第一のシリンジが芯なし接地ロッド、ネジ、組み合わせ、または正確な容積を持つ任意の形状を含むプランジャーを持つ、請求項40の移送システム。
【請求項４２】
前記第一のシリンジが濃縮物を含む、請求項40の移送システム。
【請求項４３】
前記第二のシリンジが希釈剤を含む、請求項40の移送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、米国仮特許出願第61/329,975号（2010年4月30日出願）に対する優先権を主張する。
【０００２】
本開示の実施形態は、一般に置換式シリンジに関連する。
【背景技術】
【０００３】
以下の背景情報は、下記に開示した実施形態と、それらが使用される環境についての読者の理解を助けるため、便宜的に提供するものである。本明細書で使用した用語は、本明細書において明示的あるいは黙示的を問わず別途明瞭に記載されていない限り、何らかの特定の狭い解釈に限定することは意図していない。
【０００４】
シリンジは、流体、ゲル、および限定はされないが細胞スラリーなどを含むその他のスラリーを送達するために使用される。開示したシリンジの一つからの分注が考察されているとき、これらの種類の物質のうち一つ以上、または一般的に「物質」へのこれ以降のすべての参照は、他を除外することは意図していないことが理解されるべきである。例えば、「流体」は、これらの物質のうち一つのみが所定時に分注される場合でも、流体、ゲル、またはその他のスラリーを意味しうる。しかし、シリンジは、サイズ、容積、流れ、製造、シール等に関連した問題の理由から、非常に少量の物質を正確に送達することに限界がある。一般に、精度および送達は、シリンジのサイズが大きくなるにつれて、また特に調剤する容積が少なくなるにつれて、より大きな問題となる。現行のシリンジは、極端に少ない容積、例えば、100マイクロリットル未満で、精密な量の物質をシリンジから送達するには装備不十分であることがある。また、少量で精密な送達を必要とする物質は、医薬品または細胞スラリーなどのように、非常に高価であるか、または繊細であることが多い。さらに、大容積の物質または物質のリザーバーから少量の物質を複数回にわたり効率よくかつ正確に送達する能力をもつシリンジの必要性がある。そのため、（i）非常に少量の物質を正確に送達する、（ii）毎回の物質の送達でシリンジ内にその物質を自動的に補充する、（iii）シリンジプランジャーを自動的にリセットする、および／または（iv）シリンジ内に残留物質がほとんどないシリンジを完全に空にする、といったことを達成しうるシリンジが望ましい。これらの特徴のうち一つ以上を備えたシリンジは、薬物送達、医療装置（バルーンカテーテルおよびこれに類するものなど）の被覆、細胞培養技術、希釈、混合（幹細胞の混合など）等、複数の用途にとって、また当技術で既知のとおり、流体、ゲル、またはスラリーの精密な送達を必要とするその他の用途にとって有用でありうる。
【発明の概要】
【０００５】
一般に、本開示の様々な実施形態は置換式シリンジを対象としている。一つの実施形態において、開示した置換式シリンジは、遠位先端と近位端部を有するハウジングと、細長い経路を有するハウジング内の可動式の外側プランジャーと、外側プランジャーの経路内の少なくとも一つの可動式の内側プランジャーと、外側プランジャーとハウジングの間の少なくとも一つの第一のシールと、内側プランジャーと外側プランジャーの間の少なくとも一つの第二のシールとを備えている。シリンジは、ハウジングの近位端部でのロックおよび／またはハウジングの遠位先端での弁を持ちうる。内側プランジャーは、芯なし接地ロッド、ネジ、組み合わせ、または正確な容積を持つ任意の形状としうる。シリンジは、様々な直径の多数の内側プランジャーを持ちうる。内側プランジャーは、小さめのシリンジとしうる。内側プランジャーは、容積を表示するために印をつけたり、または目盛りをもたせたりすることができる。シリンジは、内側プランジャーを動作させるための押しボタン、バネ機構、圧電スタック、電気活性高分子、またはモーターを持ちうる。シリンジは、分注される物質と接触せずに内側プランジャーが無菌状態に保たれ、またそれにより再使用ができるように、内側プランジャーと外側プランジャーの間に、柔軟性のある先端、膨張可能な袋、または無菌流体を持ちうる。シリンジは、大容積の置換用に内側プランジャーと外側プランジャーをロックするためのロック機構を持ちうる。
【０００６】
別の実施形態において、送達システムは、リザーバーと、リザーバーの下に位置し、閉じた端部、および分注を制御する第二の弁を持つ開いた端部を備えたハウジングに結合する第一の弁と、ハウジング内に封入され、少なくとも一つのシールが漏れを阻止する少なくとも一つのプランジャーとを備えたものが開示されている。プランジャーは、芯なし接地ロッド、ネジ、組み合わせ、または正確な容積を持つ任意の形状としうる。システムは、プランジャーを動作させるための押しボタン、バネ機構、圧電スタック、電気活性高分子、またはモーターを持ちうる。
【０００７】
別の実施形態において、移送システムは、遠位先端にロックを持つ第一のシリンジと、遠位弁を持ち、逆止弁および第一のシリンジのロックと接続するロックを備えたプランジャーとを持つ第二のシリンジを持つものとして開示されている。第一のシリンジは、本明細書で具体化されているとおり、芯なし接地ロッド、ネジ、組み合わせ、または正確な容積を持つ任意の形状であるプランジャーを持ちうる。システムが混合および分注に利用されうるように、第一のシリンジは幹細胞などの濃縮物を含むことができ、また第二のシリンジは緩衝液などの賦形剤を含みうる。
【０００８】
これらおよびその他の本開示の詳細、目的、および利益は、以下の説明およびその実施形態を図示した図面から、よりよく理解されるか、または明白となる。
【０００９】
添付図面は、開示の実施形態の例を図示したものである。こうした図面は次のとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の様々な実施形態による、内側の置換プランジャーと外側の大容積プランジャーを備えたシリンジの略図である。
【図２】本開示の様々な実施形態による、容量節約先端、弁、および解除機構を持つ一方向ラチェットロックを備えた置換式シリンジの略図である。
【図３】本開示の様々な実施形態による、ネジ式の内側プランジャーおよびモーターを備えた置換式シリンジの略図である。
【図４】本開示の様々な実施形態による、複数の内側プランジャーを備えた置換式シリンジの略図である。
【図５】本開示の様々な実施形態による、近位端部付近の内側プランジャー上にストップを備えた置換式シリンジの略図である。
【図６】本開示の様々な実施形態による、内側プランジャーが外側プランジャーを越えては延長せず、その外側プランジャーの形状がハウジングの形状に対応する置換式シリンジの略図である。
【図７】本開示の様々な実施形態による、近位端部付近に第二のシールを備えた置換式シリンジの略図である。
【図８】本開示の様々な実施形態による、固定された外側プランジャーとハウジング上のローラーを備えた置換式シリンジの略図である。
【図９Ａ】本開示の様々な実施形態による、置換式シリンジの外側プランジャーとハウジングの間にあるくさびの略図である。
【図９Ｂ】本開示の様々な実施形態による、置換式シリンジの外側プランジャーとハウジングの間にあるくさびの略図である。
【図９Ｃ】本開示の様々な実施形態による、置換式シリンジの外側プランジャーとハウジングの間にあるくさびの略図である。
【図１０Ａ】本開示の様々な実施形態による、流体が、袋内に封入された電気活性高分子により置換される、置換式シリンジの略図である。
【図１０Ｂ】本開示の様々な実施形態による、流体が、袋内に封入された電気活性高分子により分注および拡張される流体と直に接触している、置換式シリンジの略図である。
【図１１】本開示の様々な実施形態による、外側プランジャー内での固定用に遠位端部にロックおよび／またはストップを備えた内側プランジャーの略図である。
【図１２】本開示の様々な実施形態による、外側プランジャーの遠位端部に柔軟性のある先端を持つ置換式シリンジの略図である。
【図１３】本開示の様々な実施形態による、外側プランジャーの近位端部に膨張可能な袋を持つ置換式シリンジの略図である。
【図１４】本開示の様々な実施形態による、内側プランジャーと外側プランジャーの間に流体がある置換式シリンジの略図である。
【図１５】本開示の様々な実施形態による、内側プランジャーと外側プランジャーの間に流体があり、外側プランジャーが小さめのシリンジの動作を制御する置換式シリンジの略図である。
【図１６】本開示の様々な実施形態による、垂直位置のプランジャーに結合されたリザーバーを備えた流体送達システムの略図である。
【図１７】本開示の様々な実施形態による、押しボタン作動機構を持つ置換式シリンジの略図である。
【図１８】本開示の様々な実施形態による、連動するシリンジを持つ流体移送システムの略図である。
【００１１】
説明
そのすべての実施形態において、本開示は、非常に少量の物質9または大容積量の同一物質9のいずれかを正確に分注する能力のある置換式シリンジ8に関連する。一つの実施形態において、図1に示すとおり、置換式シリンジ8は、遠位先端12と近位端部14を有するハウジング10と、細長い経路17を有するハウジング10内の可動式の外側プランジャー16と、外側プランジャー16の経路17内の少なくとも一つの可動式の内側プランジャー20と、外側プランジャー16とハウジング10の間の少なくとも一つの第一のシール22と、内側プランジャー20と外側プランジャー16の間の少なくとも一つの第二のシール24を持つ。シール22、24は、物質が細長い経路17またはハウジング10から出るのを阻止する。置換式シリンジ8は、外側プランジャー16を所定位置にロックしつつ、内側プランジャー20の動作を許容するロック機構18を持ちうる。一実施例において、図1に図示したとおり、ロック機構18は、ハウジング10の近位端部14に位置しうる。代替的な実施形態において、外側プランジャー16をハウジング10にロックすることも、外側プランジャー16を手動でひねってロック機構を解除することもできる。図2に図示したとおり、流体の分注を制御するために、置換式シリンジ8は、ハウジング10の遠位先端12に弁26も持ちうる。弁26は、例えば、一方向逆止め弁、活栓、またはその他何らかの適切な自動または手動操作の弁としうる。
【００１２】
本明細書で開示した任意の実施形態について、シリンジ8のハウジング10は、例えば、ガラス、プラスチック、ポリプロピレン、ポリカーボネート等、またはある容積の流体またはその他の物質を保持する能力のある任意の材料で構成しうる。ハウジング10は、例えば、マイクロリットルまたはその他の容積指標で、容積を示す印を付けることができる。一実施例において、ハウジング10はハミルトン製シリンジである。図2に図示したとおり、ハウジング10の遠位先端12は、容量節約先端としうる。開示した任意の実施形態について、外側プランジャー16は、例えば、プラスチック、ポリプロピレン、ポリエチレン等で構成されうる。外側プランジャー16の形状は、シリンジ8のハウジング10の形状と一致させうる。外側プランジャー16も、送達した容積を表示するために、例えば、マイクロリットルおよびこれに類するもので印を付けることができる。
【００１３】
本明細書で開示した任意の実施形態の内側プランジャー20は、ロッド（図1および図2）、ネジ（非表示）、または組み合わせ（図3）、あるいは正確な容積を持つ任意の形状、例えば精密に制御された直径を持つ芯なし接地ロッドのうち、いずれか一つとしうる。内側プランジャー20は、例えば、ステンレス鋼、ガラス、セラミック、Teflon（R）ポリテトラフルオロエチレン、プラスチック、充填プラスチック（少なくとも一つの他の材料と混合させたプラスチックなど）等で構成することができ、また例えば、精密研削、芯なし研削、射出成形、押し出し等により製造される。図2および図3に図示したとおり、内側プランジャー20は、遠位先端12内に適合する直径を持つか、および／または遠位先端12（例えば、容量節約先端）の形状と一致する形状としうる。別の実施例において、内側プランジャー20は、段差をつけたり、先細りにしたりすることができる。こうした実施形態においては、ハウジング10の容積全体を、作動中に送達できる。すべての実施形態において、ハウジング10内の物質は真空圧力下にあるため、流体または物質の送達は、それがどれだけ少量でも、シリンジが空になるにつれて、外側プランジャー16をしだいに遠位先端12の方向に移動させる。内側プランジャー20は、外側プランジャー16内部で、ハウジング10内部で、および／またはハウジング10の遠位先端12内に移動しうる。一実施例において、また限定されることなく、シリンジ8のハウジング10は、約1〜50mlの範囲の容積を保持でき、また内側プランジャー20は、軸方向変位により約0.7〜120μlの範囲の容積を正確に分注しうる。置換された流体9の精密な容積は、内側プランジャー20の移動長さに、内側プランジャー20の面積を掛けた関数であり、そのため、置換された流体9の合計容積は、内側プランジャー20の直径と移動距離、およびシリンジ8のハウジング10内の残りの長さによって制限される。
【００１４】
内側プランジャー20は、外側プランジャー16内で同心としうる。各種の実施形態において、図4に図示したとおり、置換式シリンジ8は、単一の置換式シリンジ8で様々な用量を正確に制御するよう、同一または異なる直径の複数の内側プランジャー20を含みうる。複数の内側プランジャー20は、例えば、同軸としうる（非表示）。一実施例において、内側プランジャー20の一つを、10マイクロリットルを精密に置換するために特定の長さおよび直径とし、また別の内側プランジャーは30マイクロリットルを精密に置換するように設計して、10、30または40マイクロリットルを分注することができるようにしうる。それぞれの内側プランジャー20は、引き戻してリセットしてもよい。それぞれの内側プランジャー20が少なくとも一つのシール24を持つことも、またはシリンジ8が内側プランジャー20と対応する複数の穴のある一つのシールを持つこともできる。図5および図11に図示したとおり、内側プランジャーは、近位および／または遠位端部にストップ25および36を持ちうる。
【００１５】
図5に図示したとおり、内側プランジャー20は、反復可能な用量の容積用に近位端部14付近にストップ25を持ちうる。内側プランジャーは、近位端部14とストップ25の間にバネ（非表示）を持ちうる。ストップ25を使用することにより、バネ付きまたはバネなしで、外側プランジャー16が遠位先端12に近づいて移動するとき、流体または他の物質の毎回の送達で一定量の容積を送達できる。
【００１６】
図6に図示したとおり、内側プランジャー20は、外側プランジャー16を越えては移動できない。内側プランジャー20と外側プランジャー16の間のギャップ37により、内側プランジャー20が、外側プランジャー16の先端を越えて延長することなく、流体9を置換できるようになる。近位端部14の付近に位置するシール24は、流体9がシリンジ8の近位端部14から出ることを阻止する。外側プランジャー16は、すべての流体9を分注しうるように、ハウジング10の形状と対応した形状にしてもよい。
【００１７】
第一のシール22および第二のシール24により、図1および図2に図示したとおり、外側プランジャー16が内側プランジャー20を引き戻すことで創出される真空下で前進することが許容される。本明細書で開示した任意の実施形態において、第一のシール22および第二のシール24は、例えば限定はされないものの、ブナN（Buna-n）、ゴム、エチレンプロピレンジエンモノマー（EPDM）、精密研磨グラファイト、Teflon（Ｒ）ポリテトラフルオロエチレン、被覆シリコーンエラストマー（化学的に結合もしくは被覆を施したパリレンなど）等といった任意の適した材料から製造しうる。例えば、シール22および24は、少なくとも一つのOリングシールである。図1および図2に示すとおり、複数（例えば2個）のOリングを持つことで、安定性の向上が実現しうる。別の実施例において、シール22および24は、内側プランジャー20用の穴のある1個のゴムカバーで形成される。さらに別の実施例において、図7に図示したとおり、第二のシール24は、外側プランジャー16の近位端部付近としうる。代替的な実施例において、少なくとも第一のシール22に加えて、外側プランジャー16の経路は、内側プランジャー16に対して厳しい許容度もしくは適合度を持ち、それによって安定性が向上するように、近位端部14で小さめの直径を持ちうる。
【００１８】
図1および図2に図示したとおり、ハウジング10の近位端部14にあるロック18は、外側プランジャー16の逆行を阻止するように、外側プランジャー16をハウジング10に対して所定の位置に保持する任意の装置としうる。例えば、ロック18は、クランプ、解除機構付きの一方向ラチェット（図2）、押しボタンロック、ロックおよびピン等としうる。図2に図示した解除機構タイプのロック付きの一方向ラチェットの実施例において、ロック18は、ハウジング10に取り付けられ、また外側プランジャー16は、ロック18に対応する歯 28を持つ。こうした実施形態において、外側プランジャー16は、外側プランジャー16を所定位置に固定するために、わずかに逆方向に引き戻す必要がある場合がある。ロック18は、代替的にバネ仕掛けのバイアス30を持ちうる。
【００１９】
別の実施例において、ハウジング10は、所定位置に取付けることができ、また外側プランジャー16は、取付け装置またはアダプタープレート（非表示）にロックするピンなどのロック装置により固定しうる。ピンの形態のロック装置は、外側プランジャー16の一つ以上の穴とハウジング10の一つ以上の穴にはまるように適応しうる。作動時に、ロック装置が外側プランジャー16をハウジング10に固定し、こうして流体9を正確に送達するために内側プランジャー20を前進させることができる。内側プランジャー20は、移動の余地がなくなるまで前進させることができ、その時点で弁26を閉じることができる。その後、ロック装置を外側プランジャー16から解除することができ、また、外側プランジャー16を前進させることができ、これによって内側プランジャー20が押し戻される。外側プランジャー16は、外側プランジャー16の穴がハウジング10の穴と並ぶまで前進し、ロック装置が作動しうる。次に、弁26を開き、内側プランジャー20を前進させることにより、流体9が再び送達される。
【００２０】
図8に図示したとおり、ハウジング10は、移動を許容するためにローラー32上に配置しうる。こうした実施形態において、外側プランジャー16は所定位置に固定され、また流体9の送達時には、ハウジング10は内側プランジャー20が前進するときの摩擦により所定位置に保持される。弁26が閉じていて、内側プランジャー20が引き戻された状態では、真空力によりハウジング10が外側プランジャー16に向けて引き戻される。
【００２１】
図9A、図9Bおよび図9Cに図示した代替的な実施形態において、ロック18の代わりに、シリンジ8は、前方向にロックされるが逆方向で解除されるくさび34、35などの一方向ロック機構を持つ。作動時に、内側プランジャー20が前方向に移動するとき、くさび34は、摩擦力によって前方に引かれる。くさび34が移動すると、くさび34、35はスライドし、半径方向のロック力が創出される。図9A、図9Bおよび図9Cに図示したシリンジ8にはストップ41が含まれ、これによってくさび34からの所定の距離を越えてくさび35が後方に移動することはできない。
【００２２】
弁26は、遠位先端12から分注される流体を制御する。例えば、図2および図7に図示したとおり、弁26は、手動または自動の活栓、一方向逆止め弁、手動または自動の開閉弁などである。
【００２３】
一つの実施形態において、シリンジ8のハウジング10は作動時に、内側プランジャー20と外側プランジャー16の両方を引き戻すことにより、ある容積の流体9で充填される。次に、外側プランジャー16がハウジング10にロックされる。内側プランジャー20は、非常に少量を送達するために、内側プランジャー20の底がハウジング10の遠位先端12の部位にくるまで、高い精度で前進させうる。遠位端部12から分注された流体9は、精密に制御された内側プランジャー20によって置換される容積と等しい。分注の精度は、ハウジング10のサイズ、形状、および許容誤差とは無関係である。内側プランジャー20をリセットするには、ハウジング10の遠位端部12で弁26を作動させる、つまり閉じると、ロック18が解除される。外側プランジャー16を押すことにより、内側プランジャー20が圧力により引き戻される。または、内側プランジャー20を引き戻すことにより、外側プランジャー16は、流体9内で発生する低めの圧力によって前進する。内側プランジャー20が望ましい位置に戻ると、ロック18が掛かり、弁26が開く。次に、正確な流体9の分注をするために内側プランジャー20を前進させうる。この実施形態において、非常に少量の複数の低用量を、シリンジ8のハウジング10内の大きめの容積から分注しうる。精密に制御された内側プランジャー20を外側プランジャー16と共に循環させることで、シリンジ8のハウジング10内の全容積を送達しうる。
【００２４】
内側プランジャー20は、例えば、押しボタンまたはバネ機構といった手作業により、または図3に図示したとおり、リニアモーターまたは圧電モーターなどのモーター32により、能動的かつ精密に制御しうる。実施例において、内側プランジャー20は、前方に押すかねじ込むことができる。別の実施例において、内側プランジャー20に特定の容積の目盛りを付けたり、内側プランジャー20を透明にして目盛りで印を付けたりすることもできる。一つの実施形態において、外側プランジャー16の縁19（図1）を、内側プランジャー20にあるいくつの印またはどの印が外側プランジャー16の縁19を通過したかについての基準ガイドとして使用することができるよう、内側プランジャー20の印を設定しうる。さらなる実施例において、内側プランジャー20には、目盛りと、毎回システムをリセットするために使用する押しボタンの両方を持たせることができる。さらに別の実施例において、図3に示すとおり、ネジ式の内側プランジャー20の回転数を制御するスプライン33およびエンコーダリーダー36またはカウンタと共にモーター32を使用しうる。
【００２５】
内側プランジャー20の動作を制御するその他の例には、圧電スタック、電気活性高分子、およびワックスまたはポリマー拡張材料が含まれる。圧電スタックまたは電気活性高分子は、既知の電圧または電流に対して所定量拡張する。圧電スタックまたは電気活性高分子が拡張すると、内側プランジャー20が正確な距離だけ移動し、それによって流体9が置換される。図10に図示した代替的な実施形態において、圧電スタックまたは電気活性高分子43は、分注する流体9と流体接触させることも、袋44（図10A）内に封入することもでき、ポリマーが拡張すると、正確な量の流体が分注される（図10B）。電気活性高分子43は、電気活性高分子43を電源（非表示）に接続する、配線74に接続されている。配線74は、ハウジング（図10）を通して直接、もしくは電気活性高分子43の電流または電圧へのアクセスが許容される任意の位置で接続しうる。弁26は開き、既知の電圧がかかり、電気活性高分子43が拡張し、それによって希望の量の流体または物質9が分注される。次に、弁26が閉じ、ロック18が解除され、電圧が除去されて、電気活性高分子43が弛緩し、固体のプランジャー16がリセットされ、その後の分注ができるようになる。
【００２６】
代替的な実施形態において、ロック18を解除し、弁26を開いた状態で、外側プランジャー16と内側プランジャー20の両方を遠位端部12の方向に移動させることで、大容積の物質9を分注できる。一実施例において、ロック機構は、内側プランジャー20を外側プランジャー16にロックするために使用することができ、それによって内側プランジャー20と外側プランジャー16の両方の動作が許容される。図11に図示したとおり、内側プランジャー20は、引き戻し、充填、および／または大容積の送達のために内側プランジャー20を外側プランジャー16にロックするストップ36を遠位端部に持ちうる。内側プランジャー20またはストップ36は、外側プランジャー16を拡張させて、それによりシール22とハウジング10との間の摩擦を増大させることにより、外側プランジャー16をハウジング10にロックすることもできる。例えば、内側プランジャー20および／またはストップ36は、内側プランジャー20および／またはストップ36が外側プランジャー16の同一形状をした経路17内にねじり込まれるとき、外側プランジャー16が拡張して摩擦の増大によってハウジング10にロックされるように、楕円形などの形状にしてもよい。内側プランジャー20および／またはストップ36の形状が経路17と揃うと、内側プランジャー20および／またはストップ36は経路17内を移動する。別の実施例において、内側プランジャー20は、ロックおよびピンなどの任意の機構により、外側プランジャー16を拡張またはロックしうる。これもまた図11に図示したとおり、代替的な実施形態において、外側プランジャー16は、ハウジング10の近位端部14を越えて拡張できない。上述のとおり、内側プランジャー20を外側プランジャー16にロックすることで、外側プランジャー16を必要に応じて、内側プランジャー20と共に前方に押したり、引き戻したりすることができる。
【００２７】
内側プランジャー20が無菌状態を保ち、かつ分注される流体9と接触せず、再使用が可能となる実施形態には、外側プランジャー20の遠位端部の拡張可能な柔軟性のある先端38（図12）、または外側プランジャー20の近位端部の膨張可能な袋40（図13）が含まれる。内側プランジャー20は、柔軟性のある先端38または袋40を押して、置換した流体9の容積を分注する。袋40は、外側プランジャー16の近位端部に保持リング42によってはめ込まれる。柔軟性のある先端38または袋40によって、分注される流体9が内側プランジャー20と接触することが許容されず、内側プランジャー20が汚染することなく再使用でき、またそれによりコストを低減しうる。代替的な実施形態において、図14に図示したとおり、内側プランジャー20を、生理食塩水などの圧縮できない無菌流体43に押し込むことができ、これによって、外側プランジャー16が前進し、分注される流体9が置換される。流体43は、内側プランジャー20が再使用できるように、内側プランジャー20を分注される流体または物質9から分離する。別の代替的な実施形態において、図15に図示したとおり、内側プランジャー20は、生理食塩水などの圧縮できない無菌流体43に押し込むことができ、これによって、別のシリンジのプランジャー45を駆動させ、分注される正確な量の流体9を置換できる。この実施形態において、分注される流体9の容積は、内側プランジャー20の移動長さに、内側プランジャー20の面積と、プランジャー16および45の直径比を掛けた関数である。プランジャー45が外側プランジャー16よりも小さい場合には、置換される流体の量は、プランジャー16および45の直径比の分だけ少なくなり、分解能は向上する。
【００２８】
別の実施形態において、図16に図示したとおり、送達システム75は、流体をハウジング77に分注する閉じた端部を持つ第一の制御弁76と、分注する流体を制御する第二の制御弁78を持つ開いた端部と、開いた端部で弁78を通して正確な量の流体を分注するための、本明細書で説明した内側プランジャー20などの少なくとも一つのプランジャー46を備えた、リザーバーまたは大きな容器47を持ちうる。制御弁76、78は、例えば、またこれに限定されることなく、一方向逆止め弁としうる。Oリングシールなどのシール49は、流体がプランジャー46の周りのハウジングから出ることを阻止する。プランジャー46が前進すると、正確な量の流体または物質が弁78を通して分注される。プランジャー46は、ハウジング77内の任意の場所に位置することができ、正確な容積の流体を置換する十分な移動長さが許容される。ハウジング77は、プランジャー46が正確な量の流体を置換するのに十分な移動長さを提供する任意の形状としうる。一実施例において、図16に図示したとおり、プランジャー46は、リザーバー47に対して垂直である。システムをリセットするには、78を通した逆方向の流れが制限され、プランジャー46が引き戻され、流体が容器47から供給される。プランジャー46は、手動で、リニアモーターや圧電モーターなどのモーターにより、圧電スタックにより、または本明細書で前述のその他何らかの手段で制御しうる。この実施形態および本明細書で開示したその他の実施形態で、こうしたプランジャー46の制御により、例えば、製造ラインで使用される同一量の流体の精密で反復可能な送達がなされる。図16で開示した装置の自動充填によって、リザーバー47全体の流体を、手作業による介入の必要なく、少量の反復的な用量で自動的に送達することができる。
【００２９】
本明細書で開示した任意の実施形態において、本明細書で説明した送達システム75（図16）またはシリンジ8（図2）から、置換によって送達された量として登録されることなく、分注される流体または物質のサンプルが必要な場合、シリンジ8または送達システム75は、物質へのアクセスができるサンプリング弁（非表示）を持ちうる。例えば、シリンジ8（図2）は、遠位先端付近にサンプリング弁を持つことができ、また送達システム75（図16）は、開いた端部付近またはリザーバー47にサンプリング弁を持ちうる。実施例において、サンプリング弁は、逆止弁、T-結合装置、または三方活栓としうる。一実施例において、図2に図示したシリンジ8からサンプルを取り出すには、弁26が閉じ、ロック18が解除され（該当する場合）、サンプリング弁（非表示）を開閉してサンプルが取り出された後、出口弁26が開きシステムがリセットされる。
【００３０】
一つの実施形態において、図17に図示したとおり、置換式シリンジ8には、内側プランジャー20を所定の距離だけ前進させ、毎回押しボタン50を手動でまたは自動的に作動させる（すなわち、押す）たびに所定の量の流体が分注されるようにした押しボタン50が含まれる。内側プランジャー20には、押しボタン50が掛かるラチェット歯52が含まれる。外側プランジャー16には、押しボタン50を押したときに、押しボタン50が所定の距離を越えて進まないようにするストップ54が含まれる。リアストップ56は、押しボタン50が外側プランジャー16から出ないようにする。
【００３１】
図17に図示した一つの実施形態において、内側プランジャー16の前方端部の形状は、ハウジング10の形状と一致する。また、一つの実施形態において、図17に図示したとおり、シリンジ8には外側プランジャー16上のラチェット歯61と噛合うラチェット歯60を持つハウジング10上のプランジャーロック58が含まれる。バネ62によって、ロック58が外側プランジャー16の方向にずれ、ラチェット歯60、61が通常どおり噛合って、外側プランジャー16の逆方向移動が阻止され、ロック58の下方向の移動なく、その一方で外側プランジャー16の前方への移動が許容される。
【００３２】
別の実施形態において、図18に図示したとおり、物質（細胞など）を混合するためのシリンジと連動した移送システム62が開示されている。シリンジ64は、特に限定はしないが、例えば、濃縮物65、細胞（幹細胞など）、薬物等で準備される。シリンジ66は、希釈剤67（生理食塩水、緩衝液、細胞培養液など）で準備される。シリンジ64および66を準備した後、例えば、シリンジ64のオスのルアーロック68をシリンジ66のメスのルアーロック69に接続して、それらを接続する。接続によって、シリンジ66のプランジャー70にある逆止弁74が開き、シリンジ66の遠位先端73にある活栓または一方向逆止め弁などの遠位の弁72が閉じる。次に、シリンジ64のプランジャー63を押したり引いたりすることで、それぞれシリンジ64および66内の物質65および67が混合される。混合物は、プランジャー63をシリンジ64の端に進め、弁72を開けた後、シリンジ64を前方に押すことでシリンジ66のプランジャー70を進めることで送達される。実施形態において、シリンジ66は、使用前に予め充填、弁72を通して充填、またはシリンジ66に接続した後でシリンジ64を使用して充填することができる。代替的な実施形態において、シリンジ64のプランジャー63は、本明細書で上述の内側プランジャー20、例えば芯なし接地ロッドとしうる。混合した後、内側プランジャー20を引き戻し、弁72を開き、内側プランジャー20を進めることで正確な量の混合物が送達される。
【００３３】
本明細書で開示した置換式シリンジ8およびシステム62、75によって、複数の用量を送達するために単一のパッケージまたはシステムを使用することができ、一方で試薬の浪費が制限され、時間や資源の節約がなされる。本明細書で開示した実施形態は、例えば、薬物送達、医療装置の被覆（特に限定はしないが、例えば、バルーンカテーテル）、細胞培養技術、希釈、混合等に使用しうる。
【００３４】
実施例
以下の考察は、本開示の実施形態の非限定的な例を説明するものである。
【００３５】
長さ2.5インチ、内径0.43インチの5mlプラスチック製置換式シリンジ、長さ3.5インチのポリプロピレン製外側プランジャー、および本明細書で説明したとおり、長さ4.2インチ、直径0.15インチのネジ式内側プランジャーは、1回転あたり0.31インチの移動で、1回転あたり9.4μlを置換する。同様に、ロッド式の内側プランジャーは、ロッド移動距離1mmあたり12μlを置換する。
【００３６】
本開示は、その特定の実施形態の特定の詳細を参照しながら説明してきた。こうした詳細は、添付の請求項に含まれている範囲を除いては、開示の範囲に対する限定とみなすことは意図されていない。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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