(57)【要約】  局所用、経口用、経鼻用又は経肺用の、対象に対して安全で適切かつ反復可能な用量を送出するエジェクタ装置（１６００）及び方法が開示されている。エジェクタ装置には、ハウジングと、一定容積の流体を収容するためにハウジング内部に配置された貯蔵部（１６２０）と、貯蔵部と流体連通状態にあり、液滴流を吐出するように構成されたエジェクタ機構（１６０１）であって、エジェクタ機構が、高弾性高分子ジェネレータプレート（１６３２）及び圧電アクチュエータ（１６０４）に連結されたエジェクタプレート（１６０２）を備えている、エジェクタ機構とが含まれ、圧電アクチュエータが、一定周波数で、エジェクタプレートを振動させることで高弾性高分子ジェネレータプレートを振動させ、指向性液滴流を発生させるように動作可能である。【選択図】図１Ａ
2015500132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を標的に送出する装置であって、該装置は、
ハウジングと、
一定容積の流体を収容するために該ハウジング内部に配置された貯蔵部と、
該貯蔵部と流体連通状態にあり、液滴流を吐出するように構成されたエジェクタ機構であって、高弾性高分子ジェネレータプレート及び圧電アクチュエータに連結されたエジェクタプレートを備えている、前記エジェクタ機構と、を備え、
該高弾性高分子ジェネレータプレートは、その厚さを貫通して形成された複数の開口を含み、
該圧電アクチュエータが、一定周波数で、該エジェクタプレートを振動させることで前記高弾性高分子ジェネレータプレートを振動させ、指向性液滴流を発生させるように動作可能である、
前記装置。
【請求項２】
前記複数の開口が、所望の三次元幾何形状及び形状を提供するように構成され、レーザ微細加工によって形成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記複数の開口のうちの１以上が、流体入口オリフィス、入口キャビティ、キャピラリチャネル及び流体出口オリフィスを備えるように形成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記高弾性高分子ジェネレータプレートが、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、タルク充填ＰＥＥＫ、ポリビニリジンフルオリド（ＰＶＤＦ）及びポリエーテルイミドからなる群より選択される材料から形成される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記エジェクタプレートが、前記高弾性高分子ジェネレータプレートと連携して配置された中央開口領域を有し、前記圧電アクチュエータが、前記高弾性高分子ジェネレータプレートの複数の開口を閉塞しないように、前記エジェクタプレートの周辺領域に連結されている、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記高弾性高分子ジェネレータプレートの複数の開口が、前記高弾性高分子ジェネレータプレートの中央領域に配置され、該中央領域が、前記圧電アクチュエータに覆われず、前記エジェクタプレートの中央開口領域と連携して配置されている、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記高弾性高分子ジェネレータプレートのサイズが、前記エジェクタプレートよりも小さく、前記高弾性高分子ジェネレータプレートのサイズが、前記中央領域によって占有された領域、及び前記複数の開口の配置によって、少なくとも部分的に決定される、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
１５ミクロンよりも大きな平均吐出液滴径を有し、前記液滴流が、使用時に標的の上に堆積するように少ない混入空気流量を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
液滴流を吐出するように構成されたエジェクタ機構であって、該エジェクタ機構は、
高弾性高分子ジェネレータプレート及び圧電アクチュエータに連結されたエジェクタプレートを備え、
該高弾性高分子ジェネレータプレートに、その厚さを貫通して形成された複数の開口が含まれ、
該圧電アクチュエータが、一定周波数で、該エジェクタプレートを振動させることで前記高弾性高分子ジェネレータプレートを振動させ、指向性液滴流を発生させるように動作可能である、
前記エジェクタ機構。
【請求項１０】
前記複数の開口のうちの１以上が、流体入口オリフィス、入口キャビティ、キャピラリチャネル及び流体出口オリフィスを備えるように形成されている、請求項９に記載のエジェクタ機構。
【請求項１１】
前記複数の開口のそれぞれが、流体入口オリフィス、入口キャビティ、キャピラリチャネル及び流体出口オリフィスを備えるように形成され、それぞれの開口が全ピッチ長を含む、請求項９に記載のエジェクタ機構。
【請求項１２】
前記高弾性高分子ジェネレータプレートが、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、タルク充填ＰＥＥＫ、ポリビニリジンフルオリド（ＰＶＤＦ）及びポリエーテルイミドからなる群より選択される材料から形成される、請求項９に記載のエジェクタ機構。
【請求項１３】
前記エジェクタプレートが、前記高弾性高分子ジェネレータプレートと連携して配置された中央開口領域を有し、前記圧電アクチュエータが、前記高弾性高分子ジェネレータプレートの複数の開口を閉塞しないように、前記エジェクタプレートの周辺領域に連結されている、請求項９に記載のエジェクタ機構。
【請求項１４】
前記高弾性高分子ジェネレータプレートの複数の開口が、前記高弾性高分子ジェネレータプレートの中央領域に配置され、該中央領域が、前記圧電アクチュエータに覆われず、前記エジェクタプレートの中央開口領域と連携して配置されている、請求項１３に記載のエジェクタ機構。
【請求項１５】
前記高弾性高分子ジェネレータプレートのサイズが、前記エジェクタプレートよりも小さく、前記高弾性高分子ジェネレータプレートのサイズが、前記中央領域によって占有された領域、及び前記複数の開口の配置によって、少なくとも部分的に決定される、請求項１４に記載のエジェクタ機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１１年１２月１２日に出願された、米国特許仮出願第６１／５６９，７３９号、及び、２０１２年１月２７日に出願された米国特許仮出願第６１／５９１，７８６号の出願日の利益を主張し、これらの内容を、参照によりその全体において本明細書に援用する。
【背景技術】
【０００２】
ミスト又はスプレーの形態で製品を投与するための噴霧装置の使用は、安全で使いやすい製品に対して大きな可能性のある分野である。かかる装置の提供における主な課題は、適切な用量の一貫性のある正確な送出を提供することである。
【０００３】
噴霧装置が必要とされる重要な分野は、眼科用薬剤の送出である。点眼薬の場合のような流体の適用は、特に、重要な投与の瞬間に瞬き又は痙動を起こし、これによって、液滴が眼瞼、鼻又は顔の他の部分の上に落下する傾向のある子供及び動物に対し、常に問題を提起している。特に流体が異なる温度である場合、眼球上への流体の大きな滴の衝撃も、瞬き反応を引き起こす傾向がある。また、高齢者も、点眼薬を眼に滴下させるのに必要な手の調整を失うことが多い。卒中の発作に見舞われた人も同様の問題点を抱えている。点眼器送出は、多くの場合、例えば、頭を傾斜させたり、水平位置にしたりするなどの特定の物理的な位置を必要とするが、これらは、いずれも実施できない場合がある。
【０００４】
多くの場合、正確な用量を１日当たり必要な回数、対象に投与することが重要である。しかしながら、実際は、自宅で使用するための眼科用薬剤の処方を受けた対象者は、服用を忘れるか、又は過度に服用するか、又は他の薬剤と交差服用(cross-dose)する傾向がある。コンプライアンス上の問題の１つは、対象者がたとえ治療計画を順守することに専念しても、対象者が種々の理由により従順でない場合があるということである。
【０００５】
現在、これらの薬剤の多くは、点眼器によって投与される。現行の点眼装置は、送出機構が通常、薬剤の適用において重力に依存しているため、頭を後方に傾斜させるか、又は対象者を横たわらせるか、又は下眼瞼を下方に引っ張るか、又は引張りと傾斜の組合せを必要とすることが多い。これは、不便であるばかりでなく、点眼器の先端部で眼を突かずに、薬剤が眼の中に確実に入るように、対象者側の相当な調整、融通性及び協調も必要とする。現在の点眼器瓶は、ユーザの眼を突き、潜在的に眼に物理的損傷を引き起こし、さらには、眼との接触によって先端部を細菌汚染にさらす危険性をもたらす。このため、対象者は、点眼瓶内の薬剤を汚染させ、その後、眼が感染する危険性がある。さらに、大量の薬剤が眼から流出するか、又は流涙反射(tearing reflex)によって洗い流される。その結果、このような投与方法も、不正確でかつ不経済である。さらにまた、この方法は、分注される薬剤の量を制御する満足のいく方法を提供せず、分注された薬剤が実際眼に落下して眼の上に残存することを保証する方法も提供しない。
【０００６】
点眼器は、対象者によるコンプライアンスを確認する方法も何ら提供しない。たとえ、１週間の使用後に、例えば瓶を計量することによって分注された薬剤の合計容積について点眼器瓶を確認できたとしても、これは、１日毎のコンプライアンスの記録を提供するものではない。対象者は１回以上服用せずに、他の機会に過剰服用する場合がある。また、点眼器が眼に液滴を送出する精度が低いため、薬剤が分注されたと考えられる場合であっても、眼の中に実際に入ったか否かについての判断を困難にさせる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、眼科用、局所用、経口用、経鼻用又は経肺用の、対象者に対して安全で適切かつ反復可能な用量を送出する送出装置の必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示には、眼科用、局所用、経口用、経鼻用又は経肺用の、対象に対して安全で適切かつ反復可能な用量を送出するためのエジェクタ装置及び方法が含まれる。また、本開示には、適用時に適切で反復可能な堆積を高い割合で付与する特性がある液滴の形態で、規定の容積の流体を送出することが可能なエジェクタ装置及び流体送出システムも含まれる。
【０００９】
本開示は、流体を対象の眼に送出するエジェクタ装置であって、ハウジングと、一定容積の流体を収容するためにハウジング内部に配置された貯蔵部と、１５ミクロンよりも大きな平均吐出液滴径を有する液滴の流れを吐出させるように構成されたエジェクタ機構と、を備え、液滴流が、使用時に対象の眼の上に堆積するように少ない混入空気流量を有する装置を含み提供する。
【００１０】
本開示は、液滴流を吐出するように構成されたエジェクタ機構であって、エジェクタ機構は、高弾性高分子（high modulus polymeric）ジェネレータプレート及び圧電アクチュエータに連結されたエジェクタプレートを備え、高弾性高分子ジェネレータプレートに、その厚さを貫通して形成された複数の開口が含まれ、圧電アクチュエータが、一定周波数で、エジェクタプレートを振動させることで高弾性高分子ジェネレータプレートを振動させ、指向性液滴流(directed stream of droplet)を発生させるように動作可能であるエジェクタ機構を更に含み提供する。
【００１１】
本開示の別の実施形態は、標的に流体を送出する装置であって、ハウジングと、一定容積の流体を収容するためにハウジング内部に配置された貯蔵部と、貯蔵部と流体連通状態にあり、液滴流を吐出するように構成されたエジェクタ機構と、を備え、エジェクタ機構が、高弾性高分子ジェネレータプレート及び圧電アクチュエータに連結されたエジェクタプレートを備えている装置を提供する。高弾性高分子ジェネレータプレートには、その厚さを貫通して形成された複数の開口が含まれ、圧電アクチュエータは、一定周波数で、エジェクタプレートを振動させることで高弾性高分子ジェネレータプレートを振動させ、指向性液滴流を発生させるように動作可能である。
【００１２】
特定の実施形態において、エジェクタプレートは、高弾性高分子ジェネレータプレートと並んで配置された中央開口領域を有し、圧電アクチュエータは、高弾性高分子ジェネレータプレートの複数の開口を閉塞しないように、エジェクタプレートの周辺領域に連結されている。高弾性高分子ジェネレータプレートの複数の開口は、高弾性高分子ジェネレータプレートの中央領域に配置され、当該中央領域は、圧電アクチュエータに覆われず、エジェクタプレートの中央開口領域と並んで配置されていてもよい。特定の実施形態において、高弾性高分子ジェネレータプレート上のオリフィスの径及びキャピラリの長さ並びに空間アレイを含む開口の三次元幾何形状及び形状は、指向性液滴流の発生を最適化するように制御することができる。
【００１３】
別の実施形態には、眼科用、局所用、経口用、経鼻用又は経肺用に適した高粘性流体を吐出する高弾性高分子ジェネレータプレートの製造方法であって、この方法は、高弾性高分子材料をレーザ微細加工して、高弾性高分子材料の厚さを貫通する三次元開口を形成することを含み、開口が、流体入口オリフィス、入口キャビティ、キャピラリチャネル及び流体出口オリフィスを備え、開口が全ピッチ長を含む方法が含まれる。
【００１４】
本開示の更に別の実施形態は、対象の眼に一定容積の眼科用流体を送出する方法であって、この方法は、エジェクタプレートの開口から、貯蔵部内に収容された眼科用流体の指向性液滴流を吐出することを含み、指向性流内の液滴が、２０〜４００ミクロン、２０〜２００、１００〜２００などを含むがこれらに限定されない、５〜２５００ミクロンの範囲内の平均吐出径と、２ｍ／ｓ〜２０ｍ／ｓを含むがこれに限定されない、０．５〜１００ｍ／ｓ、１〜１００ｍ／ｓの範囲内の平均初期吐出速度を有する方法を含み、提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】図１Ａは、エジェクタアセンブリの実施形態についての断面図を示す。
【００１６】
【図１Ｂ】図１Ｂは、エジェクタ機構の実施形態についての正面図を示す。
【００１７】
【図１Ｃ】図１Ｃは、エジェクタ機構の実施形態についての分解図を示す。
【００１８】
【図１Ｃ−２】図１Ｃ−２は、高弾性高分子ジェネレータプレートの活性領域の実施形態についての概略上面図を示す。
【００１９】
【図１Ｄ】図１Ｄは、高弾性高分子ジェネレータプレートの構造の例を示す部分的断面図を示す。
【図１Ｅ】図１Ｅは、高弾性高分子ジェネレータプレートの構造の例を示す部分的断面図を示す。
【図１Ｆ】図１Ｆは、高弾性高分子ジェネレータプレートの構造の例を示す部分的断面図を示す。
【図１Ｇ】図１Ｇは、高弾性高分子ジェネレータプレートの構造の例を示す部分的断面図を示す。
【図１Ｈ】図１Ｈは、高弾性高分子ジェネレータプレートの構造の例を示す部分的断面図を示す。
【図１Ｉ】図１Ｉは、高弾性高分子ジェネレータプレートの構造の例を示す部分的断面図を示す。
【図１Ｊ】図１Ｊは、高弾性高分子ジェネレータプレートの構造の例を示す部分的断面図を示す。
【図１Ｋ】図１Ｋは、高弾性高分子ジェネレータプレートの構造の例を示す部分的断面図を示す。
【００２０】
【図２Ａ】図２Ａは、本開示の特定の実施形態に係る例示的なＣＡＤ化及びレーザ微細加工された高弾性高分子ジェネレータプレートの構造、上面及び底面図、並びに関連するジェネレータプレート及び開口の断面図を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本開示の特定の実施形態に係る例示的なＣＡＤ化及びレーザ微細加工された高弾性高分子ジェネレータプレートの構造、上面及び底面図、並びに関連するジェネレータプレート及び開口の断面図を示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本開示の特定の実施形態に係る例示的なＣＡＤ化及びレーザ微細加工された高弾性高分子ジェネレータプレートの構造、上面及び底面図、並びに関連するジェネレータプレート及び開口の断面図を示す。
【図２Ｄ】図２Ｄは、本開示の特定の実施形態に係る例示的なＣＡＤ化及びレーザ微細加工された高弾性高分子ジェネレータプレートの構造、上面及び底面図、並びに関連するジェネレータプレート及び開口の断面図を示す。
【図２Ｅ】図２Ｅは、本開示の特定の実施形態に係る例示的なＣＡＤ化及びレーザ微細加工された高弾性高分子ジェネレータプレートの構造、上面及び底面図、並びに関連するジェネレータプレート及び開口の断面図を示す。
【図２Ｆ】図２Ｆは、本開示の特定の実施形態に係る例示的なＣＡＤ化及びレーザ微細加工された高弾性高分子ジェネレータプレートの構造、上面及び底面図、並びに関連するジェネレータプレート及び開口の断面図を示す。
【００２１】
【図３】図３は、高弾性高分子ジェネレータプレートの実施形態についての活性領域の動作モード、及び本開示の実施形態に係る高弾性高分子ジェネレータプレートの振動についてのデジタルホログラフィック顕微鏡像を示す。
【００２２】
【図４Ａ】図４Ａは、高弾性高分子ジェネレータプレートの実施形態についての活性領域、及び本開示の実施形態に係る高弾性高分子ジェネレータプレートの振動についてのデジタルホログラフィック顕微鏡像を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、高弾性高分子ジェネレータプレートの実施形態についての活性領域、及び本開示の実施形態に係る高弾性高分子ジェネレータプレートの振動についてのデジタルホログラフィック顕微鏡像を示す。
【００２３】
【図５】図５は、本開示の実施形態に係る振動振幅に対する吐出アセンブリの周波数スキャンを示す。
【００２４】
【図６】図６は、本開示の実施形態に係るエジェクタアセンブリを用いた水における周波数に対する質量吐出を示す。
【００２５】
【図７Ａ】図７Ａは、本開示の実施形態に係るエジェクタアセンブリを用いた水及びRestasis（登録商標）における周波数に対する質量吐出を示す。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本開示の実施形態に係るエジェクタアセンブリを用いた水及びRestasis（登録商標）における周波数に対する質量吐出を示す。
【００２６】
【図８】図８は、本開示の実施形態に係る例示的なジェネレータプレートの構造を示す。
【００２７】
【図９】図９は、本開示の実施形態に係る微細加工、レーザアブレーションされたジェネレータプレートの構造の断面図を示す。
【００２８】
【図１０】図１０は、（図９に示す）本開示の実施形態に係る選択開口幾何形状の空間分布を示す。
【００２９】
【図１１】図１１は、本開示の実施形態に係るＵＶ ＬＩＧＡを用いた開口形成工程の図を示す。
【００３０】
【図１２】図１２は、本開示の特定の実施形態に係る例示的なＣＡＤ化及びレーザ微細加工された高弾性高分子ジェネレータプレートの構造、上面及び底面図、並びに関連するジェネレータプレート及び開口の断面図を示す。
【００３１】
【図１３】図１３は、本開示による例示的なエジェクタ機構の通常動作モードのデジタルホログラフィー像を重ねた液滴噴霧の高速画像を示す。
【００３２】
【図１４Ａ】図１４Ａは、本開示の実施形態に係る例示的なジェネレータプレートの構造を示す。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、本開示の実施形態に係る例示的なジェネレータプレートの構造を示す。
【００３３】
【図１５】図１５は、本開示の実施形態に係るキャピラリを通る圧力駆動流のシミュレーションを示す。
【００３４】
【図１６Ａ】図１６Ａは、本開示の実施形態に係る経時的な吐出液滴速度を示す。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、本開示の実施形態に係る経時的な吐出液滴速度を示す。
【００３５】
【図１７】図１７は、Restasis（登録商標）の剪断希薄化挙動を示した複製分析（replicate analysis）を示す。
【００３６】
【図１８】図１８は、図１７と同様の流動曲線データを示すが、剪断速度に対する剪断応力としてプロットした。
【００３７】
【図１９Ａ】図１９Ａは、本開示の実施形態に係るキャピラリの長さの関数としての流体抵抗を示す。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、本開示の実施形態に係るキャピラリの長さの関数としての流体抵抗を示す。
【図１９Ｃ】図１９Ｃは、本開示の実施形態に係るキャピラリの長さの関数としての流体抵抗を示す。
【００３８】
【図２０Ａ】図２０Ａは、本開示の実施形態に係るジェネレータプレート上における開口配置の関数としての噴霧性能を示す。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、本開示の実施形態に係るジェネレータプレート上における開口配置の関数としての噴霧性能を示す。
【００３９】
【図２１Ａ】図２１Ａは、本開示の実施形態に係るジェネレータプレート上の開口数の関数としての噴霧性能を示す。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、本開示の実施形態に係るジェネレータプレート上の開口数の関数としての噴霧性能を示す。
【００４０】
【図２２Ａ】図２２Ａは、本開示の実施形態に係るジェネレータプレートの高分子弾性の関数としての噴霧性能を示す。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、本開示の実施形態に係るジェネレータプレートの高分子弾性の関数としての噴霧性能を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本開示は、概して、例えば、眼科用、局所用、経口用、経鼻用又は経肺用の流体の送出に有用な、具体的には、眼に対する眼科用流体の送出に用いるエジェクタ装置に関する。特定の態様において、エジェクタ装置には、流体の制御可能な液滴流を発生させるエジェクタ機構を含んだエジェクタアセンブリが含まれる。流体には、エジェクタ機構を用いて液滴を形成できる範囲内の粘度を有した懸濁液又はエマルジョンが含まれるが、これらに限定されない。例示的なエジェクタ装置及び本開示に関連する有用な関連方法は、２０１１年７月１５日に出願された「液滴発生装置」という名称の米国特許出願第１３／１８４，４８４号（代理人整理番号２４５９１．００３‐ＵＳ０３）、２０１１年７月１５日に出願された「眼科用薬剤送出」という名称の米国特許出願第１３／１８４，４４６号（代理人事件整理番号２４５９１．００３‐ＵＳ０１）、及び、２０１１年７月１５日に出願された「遠隔治療及びモニタリングを行うための方法及びシステム」という名称の米国特許出願第１３／１８４，４６８号（代理人整理番号２４５９１．００３‐ＵＳ０２）に記載されており、これらの出願をそれぞれ、参照によりこれらの全体において本明細書に援用する。
【００４２】
さらに、本明細書で論じるように、本開示のエジェクタ装置を用いる液滴の発生は、マイクロオリフィスを通る液体流、流体表面相互作用、出口オリフィスの径、入口キャビティの幾何形状、膜の厚さ、キャピラリ管の長さ、膜の機械特性、機械的変位の振幅及び位相、変位の周波数などの間の複雑な相互作用によって異なる。さらに、粘度、密度などの流体特性及び表面エネルギーは、液滴の発生において主な役割を果たす。本開示の特定の態様によれば、液滴発生動力学及びマイクロ流体流を最適化するエジェクタ機構の構造及びジェネレータプレートの開口の幾何形状が開示されている。
【００４３】
本明細書で更に詳しく説明するように、本開示の特定の態様によれば、エジェクタ機構は、標的に向かって誘導できる指向性液滴流（directed stream of droplets）を形成し得る。液滴は、サイズが分布した状態で形成され、それぞれの分布は、平均液滴サイズを有する。平均液滴サイズは、約１５ミクロン〜４００ミクロン超、２０ミクロン超〜約４００ミクロン、約２０ミクロン〜約８０ミクロン、約２５ミクロン〜約７５ミクロン、約３０ミクロン〜約６０ミクロン、約３５ミクロン〜約５５ミクロン、約２０ミクロン〜約２００ミクロン、約１００ミクロン〜約２００ミクロンなどの範囲内にあってもよい。ただし、平均液滴サイズは、意図する用途に応じて、２５００ミクロンという大きなサイズであってもよい。さらに、液滴の平均初期速度は、約０．５ｍ／ｓ〜約１００ｍ／ｓ、例えば、約０．５ｍ／ｓ〜約２０ｍ／ｓ、約０．５〜約１０ｍ／ｓ、約１ｍ／ｓ〜約５ｍ／ｓ、約１ｍ／ｓ〜約４ｍ／ｓ、約２ｍ／ｓなどであってもよい。本明細書で用いる吐出サイズ及び初期速度は、液滴がエジェクタプレートから離れるときの液滴のサイズ及び初期速度である。標的に誘導された液滴流によって、その組成を含む一定の割合の液滴質量が標的上に堆積する。
【００４４】
本明細書に説明するように、本開示のエジェクタ装置及びエジェクタ機構は、液滴流と同様に一般に低い又は比較的高い粘度の流体を吐出するように構成することができる。一例として、エジェクタ装置による使用に適した流体は、例えば、水の場合、１ ｃＰ以下、例えば０．３ ｃＰなどの非常に低い粘度を有し得る。さらに、流体は、最大６００ ｃＰの範囲の粘度を有し得る。より具体的には、流体は、約０．３〜１００ ｃＰ、０．３〜５０ ｃＰ、０．３〜３０ ｃＰ、１ ｃＰ〜５３ ｃＰなどの粘度範囲を有し得る。一部の実施形態において、吐出装置を用いて、液滴流と同様に比較的高い粘度の流体、例えば、約１ｃＰ〜約６００ ｃＰ、約１ ｃＰ〜約２００ ｃＰ、約１ ｃＰ〜約１００ ｃＰ、約１０ ｃＰ〜約１００ ｃＰなどの１ ｃＰよりも大きい粘度の流体を吐出することができる。一部の実施形態において、適切な粘度及び表面張力を有する溶液又は薬剤は、変更せずに、貯蔵部内で直接使用することができる。他の実施形態において、流体パラメータを調整するのに、付加的な材料を添加することができる。一例として、例示的な流体を以下に示す。
【表１】
2015500132.tif 000003
粘度は２０℃で測定した。
【００４５】
液滴は、エジェクタ機構に連結された貯蔵部内に収容された流体からエジェクタ機構によって形成することができる。エジェクタ機構及び貯蔵部は、使い捨て又は再利用可能であってもよく、その構成要素は、ハウジング内に被覆されていてもよい。ハウジングは、使い捨て又は再利用可能であってもよい。ハウジングは、携帯型、小型化されたものであってもよいし、又は基部に連結するように形成されていてもよく、他の装置と連信するように構成されていてもよい。ハウジングは、識別しやすいように色分けされているか又はそのように構成されていてもよい。一部の実施形態において、エジェクタ装置には、照明手段、配置手段、温度制御手段、診断手段又は他の特徴が含まれ得る。他の実施形態は、対象の治療及び処置に使用される相互接続された双方向装置のより大きなネットワークの一部であり得る。エジェクタ機構は、例えば、本明細書に説明する圧電アクチュエータであってもよい。
【００４６】
本明細書に説明するように、特定の態様において、エジェクタ機構は圧電性であり得る。図１Ａ〜Ｃを参照すると、エジェクタアセンブリ１６００には、エジェクタ機構１６０１と貯蔵部１６２０とが含まれ得る。エジェクタ機構１６０１には、１以上の開口１６２６を含む高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２に連結されたエジェクタプレート１６０２が含まれ、エジェクタプレートは、圧電アクチュエータ１６０４によって活性化することができ、圧電アクチュエータは、振動して、１つの方向１６１４に沿って、吐出液滴１６１２の形態で、貯蔵部１６２０内に収容された流体１６１０を送出する。また、流体は、ヒト成人、子供又は動物の眼１６１６に向かって吐出される眼科用流体であってもよい。さらに、流体は、ヒト又は動物の不快感、症状又は疾患を治療するための活性医薬を含有していてもよい。
【００４７】
図１Ａに示すように、エジェクタプレート１６０２は、流体１６１０を収容する貯蔵部１６２０の上に配置されている。エジェクタプレート１６０２の面１６２５は、流体１６１０に隣接している。貯蔵部１６２０は、面１６２５及び開口１６２６に隣接する開口領域１６３８を有する。本実施形態において、面１６２５は、貯蔵部１６２０内に流体１６１０を封入している。貯蔵部１６２０は、適切なシール又は継手を用いて、エジェクタプレート１６０２の面１６２５の周辺領域１６４６で、エジェクタプレート１６０２に連結することができる。一例として、貯蔵部１６２０は、Ｏリング１６４８ａによって連結することができる。図示していないが、２以上のＯリングを使用することができる。当該技術分野で公知のとおり、Ｏリングは、いずれかの適切な断面形状であり得る。さらに、高分子シール、セラミックシール又は金属シールなどの他の継手を使用することができる。または、継手は完全に除去することができ、例えば溶接又はオーバーモールド法によって、貯蔵部１６２０をエジェクタプレート１６０２に一体的に連結することができる。かかる実施形態では、流体を貯蔵部１６２０に供給するための開口を設けることができる（図示しない。）。さらに、継手を、ヒンジなどの取り外し可能としてもよいし、又は、高分子コネクタ（polymeric connector）などの可撓性又は非剛性コネクタとしてもよい。
【００４８】
開口領域１６３８以外に、エジェクタプレート１６０２の一部は、付加的な貯蔵部の壁１６５０によって被覆されていてもよい。図１Ａの実施形態において、壁１６５０は、エジェクタプレート１６０２と直接接触せず、Ｏリング１６４８ａに連結されている。または、壁１６５０は、エジェクタプレート１６０２に直接取り付けることができる。さらに、貯蔵部１６２０は、エジェクタプレート１６０２に直接取り付けることができ、壁１６５０はすべて省略することができる。
【００４９】
形状及び寸法を含む貯蔵部１６２０の構造は、収容すべき流体１６１０の量とともに、エジェクタプレート１６０２の幾何形状に基づいて選択することができる。貯蔵部の代替的形態としては、圧力差のある状態で作動する、重力送り式、ウィッキング(wicking、芯による吸い上げ)又は折畳み式ブラダー（collapsible bladders）が挙げられる。これらの貯蔵部は、あらかじめ充填するか、マイクロポンプを用いて充填するか、又はカートリッジの交換によって充填することができる。マイクロポンプは、折畳み式コンテナ又は非折畳み式コンテナの中に又は当該コンテナから流体を注入することで、貯蔵部を充填することができる。カートリッジには、貯蔵部内に充填されるコンテナが含まれ得る。または、カートリッジ自体を、使い捨て型エジェクタアセンブリに連結することができ、次いで、当該アセンブリは、規定の放出回数の後、ハウジング内で交換される。例示的な貯蔵部は、２０１１年７月１５日に出願された米国特許出願第１３／１８４，４８４号に示されており、その内容を、参照により本明細書に援用する。
【００５０】
一部の実施形態において、貯蔵部１６２０には、貯蔵部１６２０内への空気の出入りを可能にし、貯蔵部内の流体を適切な周囲圧力に保つようにするために、貫通孔１６４２（図１Ａに一例のみを示す。）が含まれる。貫通孔１６４２は、流体１６１０が孔から漏れないように、小さな径を有する。または、貯蔵部１６２０内にはいかなる開口も形成されず、少なくとも一部、例えば部分１６４４又は貯蔵部１６２０全体は、例えばブラダーの形態で折畳み可能である。また、貯蔵部全体は、可撓性又は折畳み式ブラダーの形態で作製することもできる。したがって、流体１６１０が開口１６２６を通って吐出されると、貯蔵部１６２０は、その形状及び容積を変化させ、続いて、貯蔵部１６２０内の流体１６１０の量を変化させる。
【００５１】
図１Ａの実施形態において、エジェクタ機構１６０１は、圧電アクチュエータ１６０４により振動させることによって作動する。２つの電極１６０６ａ及び１６０６ｂは、エジェクタプレート１６０２の面１６２２に平行な圧電アクチュエータ１６０４の２つの対向する面１６３４及び１６３６上に形成され、圧電アクチュエータ１６０４を作動させエジェクタプレート１６０２及び高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２を振動させる（本明細書で更に詳しく説明する。）。電極１６０６ａ及び１６０６ｂは、接着剤による固定又は他の結合を含むいずれかの公知の方法でエジェクタプレート又は圧電アクチュエータに取り付けることができる。また、これらの電極は、エジェクタプレート１６０２に対して所定の場所でオーバーモールドすることもできる。ワイヤ又は他の導電性コネクタを使用して、エジェクタプレート１６０２と電極１６０６ａ及び１６０６ｂとの間に必要な電気接触をもたらすことができる。または、めっき又は他の堆積によって、エジェクタプレート１６０２上に電極を形成することができる。一例として、電極は、電極１６０６ａとエジェクタプレート１６０２との間に塗布される接着剤１６２８によって取り付けられる。電極１６０６ａは、エジェクタプレート１６０２と電気接触状態にある。電極１６０６ａ及び１６０６ｂにわたって電圧が印加されると、圧電アクチュエータ１６０４は、エジェクタプレート１６０２及び同様に高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２を偏向（deflect、たわむ）させて、形状を、凹形又は凸形に変化させる。
【００５２】
種々の圧電材料に対応する広範囲の電圧が当該技術分野において公知であるが、一例として、５〜６０Ｖ及び３０〜６０Ｖ、例えば４０Ｖ又は６０Ｖの電圧差が電極に印加されてもよい。電圧差の方向が例えば−４０又は−６０に反転されると、プレートは、反対方向に偏向する。このようにして、圧電アクチュエータ１６０４によって、エジェクタプレート１６０２及び高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２を振動させ、この振動は、流体１６１０からの液滴１６１２の形成をもたらす振動を構成している。交流電圧が電極１６０６ａ及び１６０６ｂに印加されると、エジェクタプレート１６０２及び高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２は振動し、これによって、流体液滴１６１２が開口１６２６内に蓄積し、最終的に、貯蔵部１６２０から離れるような方向１６１４に沿って、開口１６２６から吐出する。振動の周波数及び波長は、エジェクタプレート１６０２の厚さ、組成及び形態並びに機械特性、開口１６２６の容積、開口１６２６の数、圧電アクチュエータ１６０４の組成及び構造、圧電駆動電圧、周波数及び波形、流体の粘度、エジェクタプレート１６０２の剛性、高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２の特性、温度及び他の要因を含むがこれらに限定されない、多くの要因によって異なり得る。これらのパラメータは、所望の液滴流を発生させるように調整又は選択することができる。液滴吐出頻度も多くの要因によって異なる。一部の実施形態において、液滴１６１２は、圧電アクチュエータ１６０４に対するパルス周波数よりも低い周波数で吐出される。例えば、液滴１６１２は、エジェクタプレート／高弾性高分子ジェネレータプレートの振動の１〜１０００サイクル、より具体的には８〜１２サイクルごとに吐出される。
【００５３】
理論に限定しようとするものではないが、圧電作動ジェネレータプレートは、作動時にジェネレータプレートが想定する形状を構成する多くの固有モード（eigen mode）を有し、最適な固有モード及び形状によって、ジェネレータプレートの活性領域上に最大変位が提供される。所定の固有モードの励起は、ジェネレータプレートの定常波に対して所定の場所で圧電アクチュエータを配置することを必要とする。この点で、圧電アクチュエータのサイズ及び形状、例えば、厚さ、外側寸法及び内側寸法によって、少なくとも部分的に、ジェネレータプレートに対するその配置を決定することができる。さらに、ジェネレータプレート上の圧電アクチュエータの配置及び結合によって、ジェネレータプレートの剛性を高めることができる。ただし、圧電アクチュエータの内側寸法内におけるジェネレータプレートの一部の移動は、一般に、圧電アクチュエータの配置によって制限されない。
【００５４】
図１Ｂ〜１Ｃを参照すると、本開示の特定の態様によれば、エジェクタプレート１６０２の第１の面１６２２は、高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２に連結することができる。エジェクタプレート１６０２は、一般に、高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２と連携して（align with、整合して）構成された中央開口領域１６５２を備え得る。そして、高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２は、高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２の中心領域１６３０がエジェクタプレート１６０２の中央開口領域１６５２に連携して配置されるように、エジェクタプレート１６０２と連結することができる。高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２の中心領域１６３０には、一般に、１以上の開口１６２６を含んでよい。エジェクタプレート１６０２の中央開口領域１６５２と、１以上の開口１６２６を含む、高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２の中央領域１６３０との配列は、１以上の開口１６２６の連通を可能とする。
【００５５】
特定の態様において、エジェクタプレート１６０２の中央開口領域１６５２は、エジェクタプレート１６０２及び高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２の連結を可能にするように、高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２よりも小さくしてもよく、材料の充分な重なりを提供することができる。ただし、エジェクタプレート１６０２の中央開口領域１６５２は、特定の実施形態において、高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２の中央領域１６３０（そして、１以上の開口１６２６）を干渉しないか又は閉塞しないようなサイズ及び形状である必要がある。
【００５６】
非限定的な例として、エジェクタプレートの中央開口領域１６５２は、高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２と同様に形成することができ、例えば、約０．５ｍｍ〜約４ｍｍ、約１ｍｍ〜約４ｍｍ、約１ｍｍ〜約２ｍｍなどの、エジェクタプレート１６０２に高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２を連結するのに利用可能な材料の重なり（例えば、すべての側面での重なり）となるような大きさにすることができる。例えば、エジェクタプレートの中央開口領域１６５２は、概して高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２の形状と一致するように、正方形、矩形、円形、楕円形などとして形成することができ、中央開口領域１６５２の全寸法が、例えば、約０．５ｍｍ〜約４ｍｍ小さくなるような（すなわち、円の直径は、約０．５〜約４ｍｍ小さく、楕円形の主軸及び副軸は、約０．５ｍｍ〜約４ｍｍ小さく、正方形又は矩形の側面の長さは、約０．５ｍｍ〜約４ｍｍ小さくなるなどの）大きさにすることができる。
【００５７】
特定の実施形態において、高弾性高分子ジェネレータプレートは、約４ｍｍ〜約８ｍｍ、例えば、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍなどの外側寸法（ＯＤ、outer dimension）を有するような大きさにして形成することができる。エジェクタプレートは、ジェネレータプレートのＯＤと十分に重複するように構成された、約１８ｍｍ〜約２４ｍｍ、例えば、２０ｍｍ、２１ｍｍ、２２ｍｍ、２３ｍｍなどの外側寸法（ＯＤ）、及び内側寸法（ＩＤ、inner dimension）（すなわち、中央開口のＩＤ）を有するような大きさにして形成することができる。例えば、エジェクタプレートのＩＤは、約３ｍｍ〜約１６ｍｍ、例えば、４ｍｍ、６ｍｍ、１２ｍｍ、１４ｍｍ、１６ｍｍなどであってもよい。
【００５８】
高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２は、使用する材料に応じて、当該技術分野で公知のいずれかの適切な方法を用いて、エジェクタプレート１６０２に連結することができる。例示的な連結方法には、接着材及び結合材、例えば、膠、エポキシ、結合剤、及びＬｏｃｔｉｔｅ Ｅ‐３０ＣＬ又はＬｏｃｔｉｔｅ４８０若しくは３８０エポキシなどの接着剤、又はＬｏｃｔｉｔｅウルトラゲルなどの他の適切な強力接着剤、溶接及びボンディング加工、例えば、超音波又はサーモソニックボンディング、熱接合、拡散接合、レーザ溶接若しくは圧入などの利用が含まれる。
【００５９】
エジェクタプレート１６０２の面１６２２は、活性化時に液滴を形成するように高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２を活性化する圧電アクチュエータ１６０４に連結されている。エジェクタプレート１６０２に対する圧電アクチュエータ１６０４の取付け方法及び場所は、エジェクタアセンブリ１６００の作動及び液滴流の発生に影響を及ぼす。図１Ｂ〜Ｃの実施形態において、圧電アクチュエータ１６０４は、プレート１６０２の面１６２２の周辺領域に連結され、高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２は、上述したように、エジェクタプレート１６０２の中央開口領域１６５２と並んで配置されるように、面１６２２に連結されている。圧電アクチュエータ１６０４は、一般に、高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２の中央領域１６３０（そして、１以上の開口１６２６）を覆うわないか又は閉塞しないように、エジェクタプレート１６０２に連結されている。このようにして、流体１６１０は、開口１６２６を通過して、液滴１６１２を形成することができる。特定の実施形態において、圧電アクチュエータは、ジェネレータプレートと概して形状が一致するように形成することができる。一例として、圧電アクチュエータは、約８ｍｍ〜約２４ｍｍ、例えば、８ｍｍ、１０ｍｍ、１２ｍｍ、１４ｍｍ、１６ｍｍ、１８ｍｍ、１９ｍｍ、２０ｍｍ、２１ｍｍ、２２ｍｍなどの外側寸法（ＯＤ）、及び約４ｍｍ〜約１８ｍｍ、例えば、４ｍｍ、１０ｍｍ、１２ｍｍ、１３ｍｍ、１４ｍｍ、１５ｍｍ、１６ｍｍなどの内側寸法（ＩＤ）を有するような大きさにすることができる。
【００６０】
エジェクタアセンブリ１６００は、所望の標的、例えば眼に治療剤又は他の流体を送出するのに使用されるので、エジェクタアセンブリ１６００は、一般に、貯蔵部１６２０内に収容されている流体１６１０及び吐出された液滴１６１２の汚染を防ぐように設計されている。一部の実施形態において、例えば、圧電アクチュエータ１６０４、エジェクタプレート１６０２、高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２などの露出面の少なくとも一部の上にコーティング（図示しない。）を形成することができる。圧電アクチュエータ１６０４並びに電極１６０６ａ及び１６０６ｂと流体１６１０が直接接触するのを防ぐために、コーティングを使用してもよい。エジェクタプレート１６０２若しくは高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２が流体と相互作用するのを防ぐために、コーティングを使用してもよいし、又は、圧電アクチュエータ１６０４並びに電極１０６６ａ及び１０６６ｂを環境から保護するために、コーティングを使用してもよい。例えば、コーティングは、非反応性材料、例えば、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリプロピレン（ＰＰ）若しくは高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）を含むポリマー、又は、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、ダイヤモンド様炭素／非晶質炭素、クロム窒化炭素(chromium carbon nitride)及びアルミニウム（Ａｌ）からなる群より選択される不活性材料であり得る。コーティングについては、本明細書で更に詳しく説明する。
【００６１】
高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２は、少なくとも１つの開口１６２６を含有する有孔プレート（perforated plate、穿孔プレート）であってもよい。１以上の開口１６２６は、流体１６１０がその開口を通ると液滴を形成する。高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２には、いずれかの適切な開口構造が含まれ、その１つの構造が図１Ｂに示されている。一例として、開口は、グリッド（grid、格子状）、螺旋状、矩形、直線又は他のパターンで形成されていてもよい。このパターンは、規則的であってもよいし、又は不規則であってもよい。このパターンは、一定の開口間隔を維持してもよいし、又はこの間隔は変化させてもよい。例えば、開口の密度は、プレートの中心に向かって増加するか又は減少し得る。また、このパターンは、プレートの全部又は一部を覆っていてもよく、すなわち、中央領域１６３２は、高弾性高分子ジェネレータプレートなどの全部又は一部を覆っていてもよい。
【００６２】
開口１６２６は、高弾性高分子ジェネレータプレート上のオリフィスの径及びキャピラリの長さ並びに空間アレイ（spatial array）を含むいずれかの適切な三次元幾何形状、形状又は容積において、高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２の厚さを貫通して形成することができる。開口の形成及び配置は、指向性液滴流の発生を最適化するように制御することができる。さらに、開口は、少なくとも部分的に流体特性に基づいて液滴を効果的に吐出するように選択及び構成された、適切なアスペクト比（すなわち、開口径に対する、開口の高さ／厚さ）で形成することができる。
【００６３】
理論に限定するものではないが、高いアスペクト比の開口は、吐出される流体に高い圧力勾配を発生させるので、一般に高い粘度の流体が好ましいと考えられる。一例として、特定の実施形態において、高弾性高分子ジェネレータプレートは、約１〜約１０、約１〜約５、約１〜約４などのアスペクト比の開口を有し得る。かかるアスペクト比は、開口の高さ／厚さ（すなわち、高弾性高分子ジェネレータプレートの厚さ）と、開口径とを変化させることによって求めることができる。一例として、開口径は、約２０μｍ〜１００μｍ、約２０μｍ〜約８０μｍ、約２０μｍ〜約５０μｍ、約３０μｍ〜約４０μｍなどであり得る。開口の高さ／厚さ（すなわち、高弾性高分子ジェネレータプレートの厚さ）は、約５０μｍ〜５００μｍ、約１００μｍ〜２００μｍ、約１５０μｍ〜２００μｍ、約１６０μｍなどであり得る。開口のアスペクト比の選択によって、比較的高い粘度を有する流体の液滴を形成することができる。
【００６４】
特定の実施形態において、開口は概して円筒形状であり、すなわち、高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２の面１６２２ａから高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２の面１６２５ａに延びる開口の径は、概して一定を維持している。しかしながら、開口は、このような円筒形状に限定される必要はなく、縦溝のある形状、先細り形状、円錐形、楕円形、砂時計状などであってもよい。他の実施形態において、開口は、キャピラリチャネル及び出口オリフィスにつながる一般的な入口キャビティ領域（例えば、円筒状、縦溝のある形状、先細り形状、円錐形、砂時計状などに形成されたキャビティ領域）を備え得る。例えば図１Ｄ〜Ｋを参照。一例として、先細りの開口は、面１６２２ａから１６２５ａまで厚さ全体に延び得るか、又は、出口オリフィスまで延びるキャピラリチャネルの途中まで延び得る。また、開口の一方又は両方の側面に勾配をつけることもできる。この勾配は、角のある縁部又は湾曲縁部を有し得る。開口の断面は、丸くてもよいし、又はいずれかの他の適切な形状であってもよい。いくつかの例としては、円形、楕円形、矩形又は多角形が考えられる。開口は、規則的な形状又は不規則な形状であり得る。形状は、対称又は非対称であり得る。開口の形状及びアスペクト比は、液滴の吐出に影響を及ぼし、粘度などを変化させる流体を効果的に吐出するように最適化することができる。図１Ｋの例示的な実施形態において、開口１６２６は、流体入口オリフィス１６２６ａ、入口キャビティ１６２６ｂ、キャピラリチャネル１６２６ｃ及び流体出口オリフィス１６２６ｄを備え、開口が全ピッチ長１６２６ｅを含む。
【００６５】
本明細書に示すように、開口１６２６のサイズ、形状及びアスペクト比は、液滴のサイズ及び形状、及びエジェクタ機構１６０１によって発生した液滴流に影響を及ぼす。また、液滴流全体にわたる密度分布にも影響を及ぼし得る。このため、開口のサイズ、形状及びアスペクト比並びにそのパターンは、本開示の特定の態様に従って、部分的に流体特性に基づいて、液滴流の所望の特性を生じさせるように選択及び構成され得る。
【００６６】
開口１６２６のサイズ及び形状と同様に、中央領域１６３０のサイズ及び形状も、液滴流の所望の特性に基づいて選択することができる。一例として、図１Ｃ−２に示すように、開口１６２６は、高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２の活性領域に円形パターンで配置されるが、上に説明したように、他のパターンを使用してもよい。隣接する開口１６２６間の距離ｌは、１ミクロンから数ｍｍ、例えば１５０ミクロン〜３００ミクロンを含むいずれかの適切な値であってもよい。一実施形態において、ｌ（エル）は、２００ミクロンとなるように選択される。さらに、上でも説明したように、開口１６２６の間隔は、一定である必要はない。
【００６７】
また、液滴流の発生は、例えば、開口を通る流体流間の複雑な相互作用、開口のアスペクト比、出入口オリフィスの径、入口キャビティの幾何形状、キャピラリチャネルの長さ、ジェネレータプレート材料の組成及び機械特性、ジェネレータプレートの変位の振幅及び位相、ジェネレータプレートの変位の頻度、並びに、粘度、密度及び表面エネルギーなどの流体特性によって異なる。例えば、理論に限定しようとするものではないが、マイクロチャネル及びキャピラリチャネルにおける流体の流速は、キャピラリチャネル内の流体流の抵抗で割るヤング‐ラプラス方程式によって説明されるように、一般に、キャピラリチャネルと出口面との間の圧力差によって異なる。このため、ジェネレータプレートの開口のキャピラリチャネルの三次元幾何形状及びオリフィスの径は、開口を通る流体流の速度に影響を及ぼし得る。
【数１】
2015500132.tif 000004
【００６８】
したがって、流体の速度は、つぎに示すものである。
【数２】
2015500132.tif 000005
式中、Ｒはチャネルの径であり、ｒはチャネル内の流体の容積である。
【００６９】
一部の実施形態において、キャピラリチャネルの長さは、液滴流を形成する流体の流れ及び吐出質量を最適化するように、選択することができる。一例として、キャピラリチャネルは、０μｍ〜約１５０μｍ、約７０μｍ〜約１５０μｍ、約７０μｍ〜約１２０μｍなどであり得る。特定の実施形態において、キャピラリチャネルは、特に高粘性流体用で、約１２０μｍ〜約１５０μｍであり得る。
【００７０】
一部の実施形態において、エジェクタプレート１６０２はそれ自体、金属、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、コバルト、チタン、イリジウム、白金若しくはパラジウム又はこれらの合金から形成することができる。または、プレートは、他の金属、又はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）若しくはタルク充填ＰＥＥＫなどのポリマーを含む適切な材料から形成し、上述したとおりにコーティングすることができる。プレートは、１以上の材料又は層の複合材料であってもよい。プレートは、例えば、板金からの切断、予備成形、圧延、鋳造、フォトエッチング、レーザ切断又は他の成形によって製造することができる。コーティングは、スパッタリング、物理蒸着法（ＰＡＤ、physical vapor deposition）、化学蒸着法（ＣＯＤ、Chemical vapor deposition）を含む蒸着、又は静電粉体堆積(electrostatic powder deposition)などの適切な堆積法によって堆積することができる。保護コーティングは、約０．１μｍ未満〜約５００μｍの厚さを有し得る。高周波数で振動させた場合に、層間剥離（delamination）を防止するのに充分な程度に、エジェクタプレート１６０２にコーティングを接着することが望ましい。
【００７１】
一実施形態において、図１Ｂ〜Ｃを参照すると、エジェクタプレート１６０２及び高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２は、同心円状の形状であり得る。特定の態様において、エジェクタプレートは、本明細書に説明するとおり、高弾性高分子ジェネレータプレートのカップリング及び他の構成要素（例えば、圧電アクチュエータなど）を収容するように、高弾性高分子ジェネレータプレートよりも大きくてもよい。同様に、特定の実施形態において、高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２は、エジェクタプレート１６０２よりも小さいサイズ又は径（円形構造の実施形態において）を有し得る。特定の態様において、高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２の全体のサイズ又は径は、少なくとも部分的に、中心領域１６３０のサイズ及び開口１６２６の配置によって決定することができる。
【００７２】
ただし、両方のプレートは、独立して、例えば、楕円形、正方形、矩形又は略多角形の他の形状を有していてもよく、同一であるか又は異なっていてもよい。全体のサイズ又は形状は、いずれかの適切なサイズ及び形状であってもよく、エジェクタ装置の設計パラメータ、例えば、外側装置ハウジングのサイズ及び形状などに基づいて選択してもよい。さらに、プレートは、水平である必要がなく、プレートには、凹面又は凸面にする面の湾曲が含まれ得る。圧電アクチュエータ１６０４は、いずれかの適切な形状又は材料のものであってもよい。例えば、アクチュエータは、円形、楕円形、正方形又は矩形又は略多角形の形状であってもよい。アクチュエータ１６０４は、エジェクタプレート１６０２、高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２又は領域１６３０／１６３２の形状に一致し得る。または、アクチュエータ１６０４は異なる形状であり得る。さらに、アクチュエータ１６０４は、１以上の部分においてエジェクタプレート１６０２又はエジェクタプレート１６０２の面１６２２に連結され得る。図１Ｂ〜Ｃに示す例において、圧電アクチュエータ１６０４は、エジェクタプレート１６０２、高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２及び領域１６３０／１６３２と同心であるリングの形状で示している。
【００７３】
一部の実施形態において、高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２は、１以上の開口の作製とともに使用時の圧電アクチュエータを振動させるのに充分な引張強度及び柔軟性を付与するように、適切な弾性率を有したいずれかの適切な高分子材料から形成することができる。かかる材料としては、概して、約１００，０００ ｐｓｉ（６８９５００ｋＰａ）を超える、約１００，０００ ｐｓｉ（６８９５００ｋＰａ）〜約７００，０００ ｐｓｉ（４８２６５００ｋＰａ）など（例えば、高弾性高分子材料）の弾性率を有する材料を挙げることができる。例示的な材料としては、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、ポリイミド（Kapton（商標））、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、タルク充填ＰＥＥＫ、ポリビニリジンフルオリド（ＰＶＤＦ、Kynar（商標））、ポリエーテルイミド（Ultem（商標））が挙げられ、上述したとおりにコーティングすることができる。
【００７４】
一例として、適切な材料としては、次に示すものが挙げられる。
【表２】
2015500132.tif 000006
【００７５】
高弾性高分子ジェネレータプレートは、１以上の材料又は層の複合材料であってもよい。プレートの開口は、レーザドリル若しくはアブレーション（ablation、除去）などの機械的手段若しくはサーマルスタンプ法若しくは光学的手段を含むがこれらに限定されない、適切な方法を用いて、形成することができる。具体的には、特定の実施形態において、開口は、レーザ加工によって形成することができる。限定されるものではないが、高分子材料のレーザ加工は、開口の三次元幾何形状及び空間アレイを正確に制御することによって、本明細書に説明する高弾性高分子ジェネレータプレートを製造する効果的な手段を提供する。例示的なレーザ微細加工技術は、例えば、高分子材料を切除するために、コンピュータ制御下で、エキシマレーザなどの高出力レーザを利用することができる。レーザ位置、パルス持続時間及び動力の操作によって、開口の正確な三次元構造が提供される。レーザ微細加工及びアブレーションの例示的な方法は、例えば、米国特許第５２９６６７３号明細書、米国特許第４４１４０５９号明細書、及びAndreas Ostendorfaらの文献：Proceedings of SPIE Vol. 4633 (2002), 128-135に開示されており、これらの内容を、参照により本明細書に援用する。
【００７６】
一実施形態において、高分子材料のレーザ微細加工及びＵＶレーザ支援微細加工を用いて、本開示の高弾性高分子ジェネレータプレートを形成することができる。特定の態様において、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、タルク充填ＰＥＥＫ、ポリスルホン（ＰＳＵ）及びポリイミド（ＰＩ）などの高分子材料を、これらの化学的安定性及びＫｒＦ‐エキシマレーザ放射（波長２４８ｎｍ）との対応する吸光度、並びに４逓倍化(frequency quadrupled)（４ω）Ｎｄ：ＹＡＧレーザ放射（波長２６６ｎｍ）により部分的に選択することができる。パターン及び複雑な形状を、標的材料上に投影させたマスク上に作製して、標的上のパターンを切除し、所望のパターンを得ることができる。例えば、１〜１０ミクロン（例えば２ミクロン）の解像度を得るように、投影させたマスクパターンを直線的にマスクからレンズに、そして、アブレーションのために標的上で縮小することができる。複雑な構造の直接的な光学イメージングは、マスク上に形成することもでき、これによって、動力が付与されたマスクを使用することができ、そして、マスクを回転させる手段を提供し、さらに、高精度で、かつアブレーション工程を中断することなく、複雑なマスク構造を変化させることができる。
【００７７】
特定の実施形態において、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）図面を用いて、ジェネレータプレートアレイの空間分布を制御し、かつオリフィス開口の内部三次元幾何形状を作製するのに使用されるマスクを設計することができる。非限定的な例として、図２Ａ〜２Ｆ及び図１２Ａ〜１２Ｄは、ジェネレータプレートの所望の開口幾何形状、並びに対応するジェネレータプレート及び開口の例示的なＣＡＤ図面を示す。上面及び底面図並びに断面図は、キャピラリチャネルの長さが変化する開口とともに示されている（例えば、図２Ｃ及び２Ｄ）。図示するように、開口は、流体入口オリフィス、入口キャビティ、キャピラリチャネル及び流体出口オリフィスを備え得る。ジェネレータプレートの入口側及び出口側が別々に図２Ｅ及び２Ｆに示されている。図１２を参照すると、図１２Ａ及び１２Ｄは、例示的な縦溝付きジェネレータプレートの開口を示し、図１２Ｂ〜１２Ｃは、ジェネレータプレートの入口側及び出口側を示す。かかる例示的なＣＡＤ構造は、マスクを設計するのに、また、微細加工のコンピュータ制御に用いることができる。
【００７８】
このようなマスク技術は、さらに、大規模で複雑な構造をパターン化するのに用いることができる。また、ＣＡＤデータを用いて、円柱レンズを用いてビームを形成することによりレーザビームも制御し、その結果、標的のレーザフルエンス（Laser fluence、単位）を制御することによって、三次元構造の機械加工を制御し、レーザアブレーションによる光分解物の除去を制御することができる。酸素パージ（purge、除染）の利用による周囲環境の制御は、例えば、ＣＯ2、ＣＯなどの揮発性光分解物の形成を促進する。さらに、断面の変化によって湾曲した溝は、この工程を用いて作製することができる。非限定的な例として、図１Ｋを参照すると、ＣＡＤ図面は、約３００μｍの入口径、約７０μｍ〜約１２０μｍのキャピラリチャネルの長さ、約４０μｍ〜５０μｍ、例えば４６μｍの出口オリフィス、及び約４００μｍの全ピッチ（overall pitch）を有する開口から構成することができる。
【００７９】
図８は、例えばエキシマレーザアブレーションによる作製のための入力として機能し得る例示的なジェネレータプレートの構造を更に示す。ジェネレータプレートのノズル構造を微細加工するツールとしてのエキシマレーザアブレーションを用いて、図１０で説明する設計パラメータのすべてを独立して制御及び変更することができる。図９は、微細加工、レーザアブレーションされたジェネレータプレートの構造の断面図を示す。これらのすべては、タルク充填（２０％）である（９）を除いて、未使用のＰＥＥＫから微細加工される。さらに、ジェネレータプレート（膜）上のノズルアレイの空間分布を制御することができる（図１１）。図１０は、ジェネレータプレート（膜）上のアレイとして示した、（図９に示す）選択開口幾何形状の空間分布を示す。これらは、上方に向いた流体入口開口とともに示されている。
【００８０】
図９及び１０に示す二次元アレイは、エキシマレーザアブレーションによってポリマーの微細加工及び表面構造化が提供される、柔軟性の例を提供する。ジェネレータプレートの開口を形成するための代替的プロセスとしては、ＵＶリソグラフィに基づくプロセスであるＬＩＧＡ処理（E.W. Beckerらの文献：Microelectron. Eng. 4 (1986) 35-56）、ＵＶ ＬＩＧＡ（H. Miyajimaらの文献：J. Microelectrochem. Syst. 4 (1995) 220-229；C.H. Chengらの文献：J. Microchem. Microeng. 15 (2005) 843-848）が挙げられる。図１１に対する参照によって、ＵＶ ＬＩＧＡを用いた開口形成工程の図面が提供される。ＵＶ ＬＩＧＡによる開口の形成は、金属がフォトレジスト金型上に電鋳によって堆積する電鋳工程を採用する（C.H. Chengらの文献）。過堆積(overdeposition)によって、開口である放物線状の孔が形成する。
【００８１】
一部の実施形態において、エジェクタプレート１６０２及び／又は高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２に、汚染防止及び／又は抗菌をする保護コーティングをコーティングすることができる。保護コーティングは、開口１６２６、開口の一部（外面、内面など）を構成する面を含む、エジェクタプレート及び／又は高弾性高分子ジェネレータプレートの全面にわたって適合させることができる。他の実施形態において、保護コーティングは、選択された面、例えば面１６２２、１６２５、１６２２ａ、１６２５ａ、又は表面領域、例えばかかる面の一部に塗布することができる。保護コーティングは、生体適合性金属、例えば、金（Ａｕ）、イリジウム(Ｉｒ)、ロジウム（Ｒｈ)、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、窒化チタン（ＴＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、非晶質炭素、ニッケル‐白金合金、ニッケル‐パラジウム合金、クロム窒化炭素、アルミニウム（Ａｌ）若しくはこれらの合金、又は生体適合性ポリマー、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリプロピレン（ＰＰ）若しくは高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）から形成することができる。抗菌性材料としては、銀、酸化銀、セレン、又はアルキルベンジルジメチルアンモニウム（ベンザルコニウム）クロリドなどの有機塩化物若しくは有機金属、又は１，１’‐ジアセチルフェロセン誘導チオカルボヒドラゾンの遷移金属錯体などの金属、又は、例えば、ポリ（エチレン‐ｃｏ‐アクリル酸）（Ｅ／ＡＡ）などのカルボキシル含有エチレン共重合体及び８‐ヒドロキシキノリンイウムアイオノマーなどのポリマーが挙げられる。保護コーティングは、流体１６１０又は液滴１６１２と直接接触することができる。コーティングは、流体の周辺に不活性障壁を提供するか、又は、微生物の増殖を阻害し、流体１６１０及び／又は液滴１６１２を殺菌することができる。
【００８２】
さらに、エジェクタプレート１６０２又は高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２の面１６２２又は１６２２ａに、親水性又は疎水性コーティングをコーティングすることができる。さらにまた、コーティングに、保護層をコーティングすることができる。また、面に反射層をコーティングすることもできる。コーティング層は、保護性及び反射性の両方であってもよい。または、面を反射性となるように形成することができる。例えば、面を、ステンレス、ニッケル‐コバルト又は他の反射性材料から製造することができる。面を、反射性となるように形成するか又は研磨することができる。面を反射性にすることに加えて、面は、その表面上又はその周辺で逆光も受け得る。眼科用途において、反射面は、ユーザが眼にエジェクタアセンブリを配置するのを補助する。
【００８３】
所望に応じて、エジェクタアセンブリの面には、浸漬、電気めっきを含むめっき、又は成形若しくは鋳造などによる他の封入によって予備形成することができるコーティングが含まれ得る。また、コーティングは、スパッタリング、物理蒸着法（ＰＡＤ）及び化学蒸着法（ＣＯＤ）を含む蒸着、又は静電粉体堆積などの適切な堆積法によって堆積することもできる。保護コーティングは、約０．１μｍ未満〜約５００μｍの厚さを有し得る。高周波数で振動させた場合に、層間剥離を防止するのに充分な程度に、プレートにコーティングを接着することが望ましい。
【００８４】
圧電アクチュエータ１６０４は、当該技術分野で公知のいずれかの適切な材料から形成することができる。一例として、一部の実施形態において、圧電アクチュエータは、ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ［Ｚｒ（ｘ）Ｔｉ（１−ｘ）]Ｏ3）（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）、チタン酸ジルコニウム酸バリウム（Ｂａ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ＢｉＦｅＯ3系セラミック、チタン酸ビスマスナトリウム（ＢＮＴ）材料若しくはチタン酸ビスマスカリウム（ＢＫＴ）材料、又はポリビニリジンフルオリドなどの高分子系圧電材料から形成することができる。電極１６０６ａ及び１６０６ｂは、金、白金又は銀を含む適切な導電体から形成することができる。接着剤１６２８として使用するのに適切な材料としては、Ｌｏｃｔｉｔｅ Ｅ‐３０ＣＬ又はＬｏｃｔｉｔｅ４８０若しくは３８０エポキシなどの接着剤、又はＬｏｃｔｉｔｅウルトラゲル、エポキシ、銀‐エポキシ若しくはニッケル‐エポキシペーストなどの他の適切な強力接着剤を挙げることができるが、これらに限定されない。導電性接着剤の一例としては、Ｎｉ粉末及びＬｏｃｔｉｔｅ Ｅ‐３０ＣＬを用いて配合されたエポキシペーストが挙げられる。貯蔵部１６２０は、高分子材料から形成することができ、その２、３の例としては、Ｎｅｘｃｅｌ Ｌａｔｉｔｕｄｅ ＭＬ２９ｘｘＣ、Ｒｏｌｌｐｒｉｎｔ‐ＣｌｅａｒＦｏｉｌ Ｖ、低密度及び高密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ、ＨＤＰＥ）、又はエチレン酢酸ビニル／ポリ塩化ビニリデン（ＥＶＡ／ＰＶＤＣ）共押出フィルムが挙げられる。
【００８５】
本開示の特定の態様において、エジェクタ機構は、圧電アクチュエータによって、エジェクタプレート、そして高弾性高分子ジェネレータプレートの作動を促進するように、構成することができる。上述したように、高弾性高分子ジェネレータプレートは、関心対象の流体の吐出を最適化するように構成することができる。例えば、高弾性高分子ジェネレータプレートの開口のアスペクト比は、上述したように、高弾性高分子ジェネレータプレートの一般的な厚さが約５０μｍ〜約５００μｍの範囲となるように、部分的に流体特性に基づいて選択することができる。
【００８６】
理論に限定するものではないが、特定の実施形態において、エジェクタ機構の作動は、本明細書に説明するように、エジェクタプレートに連結された高弾性高分子ジェネレータプレートを含む構造を用いて最適化することができる。さらに、高弾性高分子ジェネレータプレートの表面積（すなわち、１以上の開口を有する中央領域）の低減によって、同様に、製造コストが低減し、潜在的に関連する製造欠陥が低減し、製造効率及び生産量が増加する。特定の態様において、エジェクタプレートは、エジェクタ機構の作動（すなわち、エジェクタプレート、そして高弾性高分子ジェネレータプレートの作動）を促進するような大きさにして形成することができる。一例として、エジェクタプレートの構造は、エジェクタプレートの屈曲、そして、高弾性高分子ジェネレータプレートの振動を促進する特性（例えば、サイズ、形状、材料など）の選択によって、エジェクタ機構の作動を有効にすることができる。例えば、エジェクタプレートの厚さは、概して、約１０μｍ〜約４００μｍ、約２０μｍ〜約１００μｍ、約２０μｍ〜約５０μｍ、約３０μｍ〜約５０μｍなどであり得る。また、理論に限定するものではないが、特定の実施形態において、比較的薄いエジェクタプレートの直接作動は、（高弾性高分子ジェネレータプレートと比較して）最適であると考えられる。
【００８７】
本開示の特定の実施形態によれば、エジェクタプレート及び高弾性高分子ジェネレータプレートの構造は、開口を含む高弾性高分子ジェネレータプレートの開口領域（例えば、高弾性高分子ジェネレータプレートの「活性領域」）が、通常モードの振動と対称な振動を発生させるように、選択することができる。理論に限定するものではないが、特定の実施形態において、エジェクタプレート及び高弾性高分子ジェネレータプレートの構造は、高弾性高分子ジェネレータプレート活性領域の振動の０，２の通常モード及び０，３の通常モードがみられるように、選択することができる。このモードは、活性領域の最大振幅及び変位と関連し、モードは（ｄ，ｃ）と規定され、ここで、ｄは節直径の数であり、ｃは節円の数である。
【００８８】
エジェクタプレートの振動の強度及び周波数も、電極１６０６ａ、１６０６ｂに印加される電圧パルスを制御することによって制御され、例えば、４０又は６０Ｖの電圧差が電極に印加され得る。上述のように、パルスは、エジェクタプレート１６０２、そして高弾性高分子ジェネレータプレート１６３２を偏向させる電圧差によって発生する。一部の実施形態において、電極１６０６ａ又は１６０６ｂのうちの一方が接地され、電極１６０６ａ又は１６０６ｂのうちの他方に対して、例えば両極性パルス（bipolar pulse）といった電圧パルスが印加され、エジェクタプレート１６０２を振動させる。一例を挙げると、一実施形態において、圧電アクチュエータ１６０４は、約５ｋＨｚ〜約１ＭＨｚ、約１０ｋＨｚ〜約１６０ｋＨｚ、約５０ｋＨｚ〜約１２０ｋＨｚから約５０〜１４０ｋＨｚなど、例えば１０８〜１３０ｋＨｚの共振周波数を有し得る。印加電圧パルスは、圧電アクチュエータ１６０４の共振周波数よりも低いか、高いか又は同じ周波数を有し得る。
【００８９】
特定の実施形態において、液滴の送出時間は約０．１ｍｓから約数秒である。理論と紐づけようとするものではないが、ヒトの眼は、瞬きに約３００ｍｓ〜約４００ｍｓ掛けていると考えられている。したがって、送出が瞬きの間であることが望まれる実施において、送出時間は、約５０ｍｓ〜約３００ｍｓ、特に２５ｍｓ〜約５０ｍｓであり得る。一実施形態において、送出時間は５０ｍｓ〜１００ｍｓである。このように、吐出された液滴を効果的に送出することができ、眼の瞬き周期の間に眼の中に堆積することができる。一部の実施形態において、例えば、店頭販売の塩水ディスペンサでは、送出時間は数秒と長く、例えば、複数の瞬き周期にわたり、３〜４秒であり得る。または、単一送出は、液滴吐出の複数のバースト又はパルスによって行うことができる。さらに、理論によって限定限定しようとするものではないが、パルシングは、経時的に衝撃を広げることによって、液滴気流のピーク振幅を減少させるのに用いることができる。したがって、標的に対する吐出圧力を緩和することができる。さらに、パルシングは、液滴の凝集も低減し、混入空気の発生を少なくすることができる。一例として、２５ｍｓのパルスは、パルスを分離する２５ｍｓの停止時間で加えることができる。一実施形態において、パルスは、全部で１５０ｍｓの合計時間、反復することができる。
【００９０】
本明細書に説明するエジェクタアセンブリは、エジェクタ装置及びシステムに組み込むことができる。例示的なエジェクタ装置及びシステムは、２０１１年７月１５日に出願された米国特許出願第１３／１８４，４８４号、及び２０１１年１２月１２日に出願された米国特許出願第６１／５６９，７３９号に示されており、これらの内容を、かかる開示の目的で参照により本明細書に援用する。
【００９１】
本発明の多くの実施形態が開示されている。本開示は、一実施形態の特徴のうちのいずれかを他の１以上の実施形態の特徴と組み合わせることが考慮される。例えば、エジェクタ機構又は貯蔵部のうちのいずれかを、開示されているハウジング又はハウジングの特徴、例えば、カバー、支持体、レスト、照明、シール及びガスケット、充填機構又は配置機構のうちのいずれかと組み合わせて使用することができる。当業者の技術範囲内に入るいずれかの発明のいずれかの要素に関する更なる変形形態が、本開示によって考慮される。かかる変形形態には、材料、コーティング又は製造方法の選択が含まれる。電気技術及び電子技術のいずれかは、いずれかの実施形態で無制限に用いることができる。さらに、いずれかの及びすべての実施形態に対して、いずれかのネットワーク構築、遠隔アクセス、対象モニタリング、ｅ‐ヘルス（e-health）、データ記憶、データマイニング又はインターネット機能性が応用可能であり、ともに実行可能である。さらにまた、いずれかの実施形態の機能性に、生理学的パラメータの試験又は測定の実施などの追加の診断機能を組み込むことができる。緑内障又は他の眼の検査は、これらの診断機能性の一部として装置によって実施可能である。当該技術分野において公知であり、本明細書で明示的に列挙されていない他の製造方法を用いて、装置を製造し、試験し、修理し又は維持することができる。さらに、装置には、より高度な画像形成機構又は配置機構が含まれ得る。例えば、装置又は基部は、ユーザと装置を整合させるための特異的なＩＤを作成し、両眼間の輪郭を描くように、虹彩又は網膜スキャナを備えているか又はこれらに連結されていてもよい。または、装置又は基部は、いずれかの適切な種類の写真撮影又は放射線医学用の高度な画像形成装置に連結されているか又はこれを含んでいてもよい。
【００９２】
本発明の理解を支援するために、次に示す実施例が含まれる。本明細書に説明する試験は、当然のことながら、本発明を具体的に限定するものと解釈されるべきではなく、当業者の範囲内に入る現在公知の又はその後発展される本発明のかかる変形形態は、本明細書に説明し、以下に特許請求の範囲に記載する本発明の範囲内に入ると考えられる。
【実施例】
【００９３】
実施例
実施例Ａ：操作モード
多くの配置が可能ではあるが、一実施形態では、２０ｍｍの外径で５０μｍの厚さの３０４ステンレス鋼製エジェクタプレートに結合された、６ｍｍの外径で３００μｍの厚さのＰＥＥＫジェネレータプレートを含む、圧電駆動エジェクタ機構を使用する。エジェクタプレート環状体には、ＰＥＥＫジェネレータプレートと連携して配置された４ｍｍの径の中央開口が含まれ、１６ｍｍの外径、８ｍｍの内径の圧電アクチュエータは、エジェクタプレートに直接取り付けられている。およそ１０８ｋＨｚから１４０ｋＨｚを超える変調周波数を圧電アクチュエータに印加し、これによって、エジェクタプレートが振動する。デジタルホログラフィック顕微鏡像を捕捉し、高弾性高分子ジェネレータプレートの振動を観察する。一例として、図５を参照すると、振動振幅に対する実施形態の吐出アセンブリの周波数スキャンを行い、最適な共振周波数の特定、及びジェネレータプレートの面変位のうちの最大変位が達成される周波数範囲が提供された。駆動周波数の関数としてのジェネレータプレートの面振動振幅のうち、６０ Ｖｐｐ（Volt peak to peak）の正弦波による励起を図５に示し、振動の最大振幅の開始は〜１０８ｋＨｚにあり、〜２．３ミクロンの最大振幅は１１０ｋＨｚにある。図５における振幅プロファイル上の重なりは、圧電アクチュエータを駆動するのに用いられる６０ Ｖｐｐの正弦波である。
【００９４】
圧電作動ＰＥＥＫ膜は、約１０８ｋＨｚから１４０ｋＨｚを超える周波数、及び１１０ｋＨｚで〜２ミクロンの最大振動振幅に及ぶ周期振動を示す。振動モードの動的イメージングは、ＰＥＥＫ膜の活性エジェクタ領域の０，１及び０，２のような通常モードの振動を確認する。図３は、１１０ｋＨｚの変調周波数で動作するＰＥＥＫから形成されたジェネレータプレートを備えたエジェクタプレートアセンブリのデジタルホログラフィック顕微鏡観察を示す。位相系列(phase series)は、共振時（１〜６）におけるＰＥＥＫのジェネレータプレートの周期振動を示す。図４Ａ（位相）及び図４Ｂ（トポグラフ）を参照すると、デジタルホログラフィック顕微鏡の像、位相及び振幅の像は、共振時（１１０ｋＨｚ）のトポグラフィ（topograph）を示し、生じたＰＥＥＫ膜の対称振動が示されている。コンピュータシミュレーションは、結合ＰＥＥＫ膜における０，１及び０，２の通常モードの振動の試験的観察を確認する。このモードは、ジェネレータプレートの中央活性領域の最大振幅及び〜２μｍの測定変位に関係している。
【００９５】
実施例Ｂ：噴霧性能
エジェクタアセンブリの性能は、低粘性から、例えば、蒸留水（粘度１．０１７ ｃＰ）を使用して、高粘性までの、例えば、Restasis（登録商標）（動粘度１８．０８ ｃＰ）のようなシクロスポリンの眼科用エマルジョンなどの薬剤を使用して、流体粘度の範囲にわたって評価することができる。一例として、エジェクタアセンブリの性能は、作動周波数の関数としての流体質量吐出を分析することによって評価することができる。
【００９６】
質量吐出プロファイルは、〜１１０ｋＨｚの最大質量吐出、及び１１０ｋＨｚにおける〜２ミクロンの最大振動振幅による膜振動振幅を緊密に追跡する。低粘性流体（水）の吐出は、７０ミクロン及び１２０ミクロンの両方のキャピラリ長さで観察された。図６を参照すると、７０μｍのキャピラリチャネル長さを有する３００μｍの厚さのＰＥＥＫジェネレータプレートを用いた、水における周波数に対する質量吐出が示されており、最大振幅の開始は〜１０８ｋＨｚにあり、〜２．３ミクロンの最大振幅は１１０ｋＨｚにあり、この質量吐出は、最大水吐出質量（５回吐出における平均）と一致する。
【００９７】
実施例Ｃ：キャピラリの長さの影響
本開示に係るエジェクタ機構の特定の実施形態において、ジェネレータプレートの開口のキャピラリ長さは、噴霧性能に影響を及ぼすと考えられる。図７Ａ〜７Ｂに示すように、周波数に対する質量吐出は、１２０ミクロンのキャピラリチャネル長さのＰＥＥＫ膜から吐出された水において、低い周波数まで周波数が変化することを示す。しかしながら、Restasis（登録商標）などの高粘性流体（動粘度１８．０８ ｃＰ）では、７０ミクロンのキャピラリチャネル長さの膜に対して、１２０ミクロンのキャピラリチャネル長さのＰＥＥＫ膜において、質量吐出ピークの有意な増加［２．５倍（２．５×）］がみられた。
【００９８】
具体的には、図７Ａは、ニュートン流体（水）の吐出を示し、図７Ｂは、非ニュートン流体(Restasis（登録商標）)の吐出を示す。図７Ａは、キャピラリの長さの増加によって、流体が開口から出ると、流体に対する抵抗及び負荷が増加することを示す。この質量負荷効果によって、ピーク吐出周波数が変化する。図７Ｂは、キャピラリを通る質量吐出がキャピラリの長さによる影響を受けることを示す。
【００９９】
図示するように、７０ミクロンから１２０ミクロンのキャピラリ長さの増加、及び入口キャビティ輪郭の関連する変化によって、吐出質量が約２．５倍増加する。入口キャビティから出口オリフィスへの径が７．５倍減少するとともに、（例えば、図１５に示すような）キャピラリに沿った流体の加速度の増加によって、圧力勾配が増加し、その後、剪断力が増加する。その結果、流体の粘度が低下し、吐出量が増加する。
【０１００】
実施例Ｄ：固有モードの影響
本開示のエジェクタ機構の特定の実施形態において、ジェネレータプレートの固有モードは、励起時に、ジェネレータプレートの形状、及び発生した噴霧に影響を及ぼすと考えられる。図１３は、類似するエジェクタ機構から捕捉したデジタルホログラフィー像と重ねた本開示のエジェクタ機構から吐出された噴霧を表す、高速画像フレームを示し、これは、１４０ｋＨｚにおける通常モードのジェネレータプレートの振動を示す。
【０１０１】
実施例Ｅ：圧力駆動流のシミュレーション
流体に作用する力には、圧力勾配、摩擦力及び体積力が含まれる。このような力が流体に作用する大きさ及び時間は、例えば、流体入口径、流体出口径、キャピラリの長さ並びに材料特性（機械的、化学的及び表面トポグラフィ）を変化させることによって制御することができる。一例として、ジェネレータプレートの開口を通る流れのシミュレーションは、例えば、（水及びRestasis（登録商標）の粘度をそれぞれシミュレートするために）ＰＥＥＫ材料特性、及び１ Ｐａ・ｓ及び１８ Ｐａ・ｓの流体粘度を用いて、図１４Ａ〜１４Ｂの開口設計（１００μｍの厚さのＰＥＥＫ；４０μｍの径の出口オリフィス、及び２４０μｍの径の入口オリフィス）に基づいて、モデル化することができる。
【０１０２】
図１５は、キャピラリを通る圧力駆動流のシミュレーションを示す。流れシミュレーションを、０〜２０００ Ｐａの振動圧力及び１２０ｋＨｚの発振周波数を想定して解明した。シミュレーションには、低粘性（１ ｍＰａ・ｓ）のニュートン流体（図１５Ａ）、及び高粘性（１８ ｍＰａ・ｓ）の非ニュートン流体（図１５Ｂ）の両方が含まれる。
【０１０３】
低粘性（１ ｍＰａ・ｓ）のニュートン流体（水）（図１５Ａ）、及び高粘性（１８ ｍＰａ・ｓ）の非ニュートン流体(Restasis（登録商標）)（図１５Ｂ）のシミュレーションでは、最大速度は、オリフィスがその最小断面にある場合、ノズルエジェクタの出口領域に位置する。噴霧として出る前での出口オリフィス内の流体速度は、６０〜６５メートル／秒（ｍ／ｓ）である。ノズルオリフィスから出る水の計算速度は５〜１０ｍ／ｓであり、Restasis（登録商標）の出口速度は５〜２０ｍ／ｓである。
【０１０４】
これらのシミュレート吐出速度を、ＮｉＣｏエジェクタから吐出される水及びRestasis（登録商標）の測定速度と有利に比較する。図１６Ａ〜１６Ｂに関して、高速ビデオ撮影（図示しない。）を用いて、開口から出る単一液滴速度を捕捉し、測定した。（４０ミクロンの出口孔及び１６０ミクロンの厚さを有する２０ｍｍ ＯＤのＮｉＣｏ膜、９０Ｖｐｐの励起電圧及び１３２ｋＨｚの周波数で、１６ｍｍ ＯＤ及び８ｍｍ ＩＤの圧電構成要素（ＰＺＴ）によって作動）。これらのデータは、水の吐出速度が１〜７ｍ／ｓであり（図１６Ｂ）、Restasis（登録商標）が５〜２０ｍ／ｓの速度でノズルから出ることを示す（図１６Ａ）。
【０１０５】
実施例Ｆ：剪断速度依存性粘度
本試験の目的は、Restasis（登録商標）の粘度が剪断非依存性（ニュートン流体）であるか又は剪断依存性（非ニュートン流体）であるか否かを判断することであった。ニュートン流体では、流速に伴って直線的に圧力低下が増加し、測定粘度は、印加変形速度又は応力によって変化しない。しかしながら、非ニュートン流体又は複合流体は、ずり減粘又はずり増粘を示し、流速データに対する圧力低下は、ワイセンベルグ‐ラビノビッチ‐ムーニー(Weissenberg-Rabinowitch-Mooney)の方程式を用いて分析する必要がある。
【０１０６】
Restasis（登録商標）の剪断速度依存性をレオメトリ(rheometery、流量測定)によって測定した。この方法は、一般に、付与される力に応じて、液体、懸濁液又はスラリーが流れるように測定するのに用いられる。Ａｎｔｏｎ ＰａａｒによるＭＣＲ ３０２レオメータを用いて、Restasis（登録商標）ロット７４３８１の３つの０．４ ｍｌバイアル（vials）の流動性を特徴付けた。利用したレオメータの構成は、次に示すとおりであった。ＭＣＲ ３０２レオメータ、Ｐ‐ＰＴＤ２００／８０ペルチェ制御下部プレート室、及びＣＰ５０‐０．５測定用コーン（５０ｍｍの径；０．５°の円錐角、０．５０４の円錐切頭（隙間測定）、０．２９ ｍｌの充填容積）。試験を２３±０．１℃で行った。単一流動曲線の時間規模内で、試料は揮発性ではなく、沈降（sediment）したとは考えられず、このため、蒸発制御又は混合に関して、予防策は必要なかった。
【０１０７】
試料充填のために、バイアルキャップを取り外し、充分な０．４ ｍｌの用量（dose）を、レオメータの下部プレート上に圧搾（squeeze）した。鋭い先端部を用いて、試料中の目に見える混入気泡を出した。試料中の混入空気は、粘度測定の精度及び再現性に影響を及ぼす。用いた測定用コーンの充填容量は０．２９ ｍｌであり、充分な０．４ ｍｌの用量を用いた。過剰試料を除去しようとすると、恐らく、誤差を招き、コーンの縁部周囲の試料内の構造を阻害する。
【０１０８】
試料充填、及び測定ギャップの達成から３０秒の保持を用いて、ａ）試料温度が２３℃で平衡状態であることが保証され、ｂ）充填時に発生するいかなる構造損傷も回復できることが保証された。定常剪断（回転）試験を、剪断速度のランピング及び所定の試料に適用される剪断速度を求めるのに必要な剪断応力を測定することによって行う。このことから、粘度を、剪断速度に対する剪断応力の割合として決定する。
【０１０９】
流動曲線の結果は、粘度曲線と呼ばれる剪断速度に対する粘度としてプロットすることができる。また、流動曲線の結果は、単一流動曲線と呼ばれる剪断速度に対する剪断応力としてプロットすることもできる。生成した流動曲線は、ｍＰａ・ｓで粘度を示す。剪断速度を１／ｓ（ｓ-1又は逆数秒(reciprocal second)）で表し、剪断応力をＰａ（パスカル）で表す。追跡可能粘度標準（traceable viscosity standard）Ｃａｎｎｏｎ Ｓ２００を用いて、試験前に、機器の較正を確認した（結果は示していない。）。
【０１１０】
図１７は、３つの試料の複製分析を示し、Restasis（登録商標）の剪断希薄化挙動（shear thinning behavior）、すなわち、剪断速度（shear rate、剪断率）が増加されるにつれ、試料の粘度が低下することが実証される。それぞれの試料の測定粘度の低下は劇的である。測定粘度のわずかな変化は、Restasis（登録商標）エマルジョン中の混入気泡の存在によるものである可能性が最も高く、この気泡は、除去することができず、及び／又は、それぞれの試料充填において、同じ容積を正確に投与することができない。図１８は、図１７と同様の流動曲線データを示すが、剪断速度に対する剪断応力としてプロットされている。試料は、エマルジョン中で予測された、〜０．１５ １／ｓの剪断速度及び対応する０．０５ Ｐａの応力で弱い降伏点を示した。降伏応力（yield stress）とは、試料中の内部構造に打ち勝って流れが発生するように、付与された一定量の応力が発生したことを意味する。
【０１１１】
この流動曲線は、この材料が、複雑な剪断希薄化挙動を表すことを示している。単一の粘度値によって、この試料を説明すると、その時点における剪断速度の特定が必要である。非ニュートン材料の場合、粘度は材料の変数（material function）ではなく、このため、粘度の測定条件を明示する必要がある。１，０００ １／ｓで８ ｍＰａ・ｓである場合、粘度を有するが、Restasis（登録商標）は、２３℃、１ １／ｓで、１１１ ｍＰａ・ｓの粘度を有しすることが分かった。
【０１１２】
実施例Ｇ：キャピラリチャネルの幾何形状及び配置の影響
本開示のエジェクタ機構の特定の実施形態において、キャピラリチャネルの幾何形状及び配置は、噴霧性能に影響を及ぼすと考えられる。図１９Ａ〜１９Ｃは、流体抵抗がキャピラリ長さの関数として線形の関係を表すことを示す。
【０１１３】
種々の断面形状を有する直線状チャネルの流体力学的抵抗を以下に示す。数値は、次に示すパラメータを用いて計算される。＝１ ｍＰａ ｓ（水）、Ｌ＝１ｍｍ、ａ＝１００μｍ、ｂ＝３３μｍ、ｈ＝１００μｍ及びｗ＝３００μｍ。
【表３】
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【０１１４】
図２０Ａ〜２０Ｂを参照すると、（２０ｍｍ ＯＤ、４ｍｍ ＩＤ、 ５０μｍの厚さのステンレス鋼（３０４又は３１６Ｌ）製の環状体上に取り付けられ、１４ｍｍ ＯＤ及び１３ｍｍ ＩＤの圧電構成要素（ＰＺＴ）によって作動する、６ｍｍ ＯＤ、１００μｍの厚さのＰＥＥＫ膜２０ｍｍ）ジェネレータプレートの開口の配置は、噴霧性能に対して影響がある。図２０Ａに示すように、開口の円形対称配置によって、正方形の開口アレイ（図２０Ｂ）と比較して、噴霧量（質量堆積）が約２〜３倍増加する。
【０１１５】
図２１Ａ〜２１Ｂも、ジェネレータプレートの開口数を増加させることによって、噴霧性能が増加することを示す。活性領域の単位面積当たりのエジェクタ孔数の増加の影響を図２１Ａに示すが、孔の数が６９から１７７に増加すると、〜１３０ｋＨｚにおける吐出質量は３倍増加する。図２１Ｂは、孔の単位数当たりの吐出量（質量）の標準化を示し、倍数的因子（multiplicative factor）としての孔の数を示している。
【０１１６】
実施例Ｈ：ポリマーの弾性率の影響
本開示のエジェクタ機構の特定の実施形態において、ポリマーの弾性率は、噴霧性能に影響を及ぼすと考えられる。図２２Ａ〜２２Ｂは、未使用のＰＥＥＫ及び２０％タルク充填ＰＥＥＫにおける３６３ ｋｐｓｉ（２５０２８８５ｋＰａ）から６９６ ｋｐｓｉ（４７９８９２０ｋＰａ）の引張弾性率の増加によって、１００ｋＨｚから１５０ｋＨｚの励起周波数範囲において、性能が約２倍増加することを示す。このような噴霧性能の増加は、引張弾性率の増加に対応する。
【０１１７】
以上、例示及び例として種々の実施形態について説明したが、当業者であれば、本出願の趣旨及び範囲内において種々の変更及び改良を行うことができることを認識する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｃ−２】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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【図１Ｈ】
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【図１Ｉ】
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【図１Ｊ】
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【図１Ｋ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４Ｂ】
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【図１６Ｂ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図８】
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【図１２】
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【図１４Ａ】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【国際調査報告】
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