(57)【要約】【課題】エネルギーフリーなマイクロポンプとそのマイクロポンプを利用した投薬システムを提供する。【解決手段】マイクロポンプは、複数の吸気口を有する第１プレートと、流体が流通する吐出口を有する第２プレートと、前記第１プレートと前記第２プレートとの間にスペースを設けるためのスペーサーと、前記スペースを複数の区画に分ける間仕切り部と、前記第１プレートに接する一の区画に配置され、前記複数の吸気口から前記一の区画内に流入する酸素によって酸化する膨張剤とを備える。【選択図】図１
2016188603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の吸気口を有する第１プレートと、
流体が流通する吐出口を有する第２プレートと、
前記第１プレートと前記第２プレートとの間にスペースを設けるためのスペーサーと、
前記スペースを複数の区画に分ける間仕切り部と、
前記第１プレートに接する一の区画に配置され、前記複数の吸気口から前記一の区画内に流入する酸素によって酸化する膨張剤と
を備えるマイクロポンプ。
【請求項２】
前記間仕切り部が、前記膨張剤が酸化膨張した場合に、前記第２プレート側に向けて変形する請求項１に記載のマイクロポンプ。
【請求項３】
前記第２プレートに接する他の区画に所定の薬剤が搭載された請求項１または２に記載のマイクロポンプを有する投薬システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粉末の酸化による体積膨張を利用したマイクロポンプに関し、それを在宅医療及びその他先端医療分野などへ応用可能な投薬システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、MEMS（Micro Electrical Mechanical Systems）の発展により、バイオ医療への応用が注目されている。健康福祉国家を目指す日本にとって、高齢化社会問題に対応した医療技術が益々重要となっている。その中、在宅医療などに多く利用される投薬システム（DDS：Drug delivery System）に関する研究開発が多くなされてきた。しかし、投薬に必要なポンプ以外に電源系統や制御回路など全体的に大きく、また電池切れによるトラブルやコスト高など、まだ多くの課題が残されており、普及されていないのが現状である。より廉価かつ安定した投薬システムの開発が期待されている。
【０００３】
従来、本体と、薬物容器と、機械的機構が作動した後にその機械的機構をリセットするためのリセット手段とを含み、リセット手段がリセット結合器を含む、薬物ディスペンサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の薬物ディスペンサは、薬物ディスペンサが作動した後にこのディスペンサの機械的機構をリセットすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５１６１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の薬物ディスペンサは、機械的機構を要し、サイズを小さくすることができず、ＤＤＳに適用することも困難である。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、エネルギーフリーなマイクロポンプとそのマイクロポンプを利用した投薬システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するため、複数の吸気口を有する第１プレートと、流体が流通する吐出口を有する第２プレートと、前記第１プレートと前記第２プレートとの間にスペースを設けるためのスペーサーと、前記スペースを複数の区画に分ける間仕切り部と、前記第１プレートに接する一の区画に配置され、前記複数の吸気口から前記一の区画内に流入する酸素によって酸化する膨張剤とを備えるマイクロポンプが提供される。
【０００８】
また、上記マイクロポンプにおいて、前記間仕切り部が、前記膨張剤が酸化膨張した場合に、前記第２プレート側に向けて変形することが好ましい。
【０００９】
また、本発明は、上記目的を達成するため、前記第２プレートに接する他の区画に所定の薬剤が搭載された上記に記載のマイクロポンプを有する投薬システムが提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るマイクロポンプ及び投薬システムによれば、エネルギーフリーなマイクロポンプとそのマイクロポンプを利用した投薬システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】金属粉末の酸化過程を利用したマイクロポンプの概要図である。
【図２】金属粉末の酸化を利用したDDSの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施形態に係るマイクロポンプは、金属粉末の酸化過程における体積膨張率制御、潤滑剤の混合による粉末結合・凝集の防止のメカニズムを利用したマイクロポンプであって、変位機構の設計製作による電気を必要としないエネルギーフリーマイクロポンプである。そして、本実施の形態に係る投薬システムは、当該マイクロポンプを用いた廉価かつ高性能な投薬システムである。本実施の形態に係るマイクロポンプ、及び投薬システムによれば、高齢化社会における様々な課題に対して、安全かつ利便性の高い投薬システムを確立し、そして普及させることができる。
【００１３】
本発明者は、鉄等の金属粉末が適切な水蒸気雰囲気で酸素を取り込むことにより、酸化が進行し、体積が最大で約２．５倍まで膨張することに着目し、その体積の膨張過程を制御し、マイクロ投薬システムへ利用できることを見出した。すなわち、鉄等の金属粉末が大気中で酸化することは広く知られている事実であるが、本発明者は、その酸化過程の解明、及び体積膨張の制御に基づいて、これらの現象を利用したポンプ駆動の構造を創出した。本実施形態では、適切な湿度と酸素の供給、凝集防止等の金属粉末酸化過程の制御、及び膨張率の定量化により実現されるエネルギーフリーマイクロポンプ、及び投薬システムが提供される。
【００１４】
（エネルギーフリー投薬システムについて）
金属粉末の酸化過程を利用したマイクロポンプ駆動システムは自然酸化現象に基づいており、電気などのエネルギーを必要としない。図１は、金属粉末の酸化過程を利用したマイクロポンプの概要を示す。安定した金属粉末の体積膨張を得るために、反応促進のための水蒸気や酸素の供給、及び凝集防止のための潤滑剤の配合、更に変位拡張機能等が必要であり、これらの影響因子の最適化により、安全なポンプ駆動が実現される。
【００１５】
図１に示すように、雰囲気と接触する表面積をデバイス中の穴の面積により制御できるので、その穴数を設計することで最適化を図れる。なお、当該マイクロポンプは、例えば、3Dプリンタを用いて作製できる。
【００１６】
また、マイクロ投薬デバイスについては、上記の寸法・形状仕様に加え、使用材料を機能毎に選択した上で作製できる。その作製には、例えば金属材料のマイクロフォーミング技術や高分子材料のマイクロ射出成形等各種加工を用いることができる。同送液システムを既存のパッド型のDDRシステムと組み合わせることで経皮投与型DDSシステムを構築することもできる。そして、送液デバイスとしての基礎仕様であるP-Q(圧力−流量)特性を評価することで、経皮投薬への適用可能性を検討できる。
【００１７】
本実施の形態に係るシステムによれば、金属粉末の酸化過程の制御による体積膨張率の安定化ができ、電気エネルギーが不要なため、システムの構造の簡単化、コンパクト化が容易に実現できる。
【００１８】
図２に金属粉末の酸化を利用したDDSを示す。このようなエネルギーフリーデバイスは病院のチューブレス化、家庭内医療、更に震災時の医療や電気のない地域の医療などに用いることが可能であり、汎用性が高く、容易に入手できることから、広く社会への貢献が期待できる。また、使用後の金属粉末が酸化金属に変わるだけで、毒性や環境負荷が殆どなく、十分使い捨て可能である。
【００１９】
なお、鉄などの金属粉末の体積が約２．５倍の大きな膨張率を得るためには、適切な水蒸気雰囲気で酸素を取り込むことが必要である。そこで、湿度・温度・酸素濃度を精密に制御し、モニター可能な雰囲気チャンバーの利用が有用である。また上記入力パラメータ以外に、膨張過程の可視化をするため、高精度顕微鏡システムおよび変位センサーを組み込むことで、雰囲気に応じた体積膨張の動的観察が可能なシステムも有用である。
【００２０】
また、対象とする体積をある指定の体積に固定した際の各種雰囲気条件を変更し、その際の体積膨張率に関する知見も有用である。特に体積膨張率の湿度依存性、酸素濃度依存性を踏まえた上で、雰囲気温度によるそれら傾向の違いについての知見が有用である。これにより雰囲気条件との関連性に関する基礎曲線が描けるので、基本仕様に対する基礎データとして用いることができる。
【００２１】
上記を踏まえた上で、デバイス寸法を設計するための基礎データとして、雰囲気と接触する表面積に対する金属粉体全体の体積の比率が及ぼす影響に関する知見も有用である。特に上記において最も体積膨張率が得られた雰囲気条件に関する知見が有用である。特に雰囲気と接触する表面積の割合を自由に変更可能な治具を用いることが好ましい。更に、バルク体積において雰囲気と接触する面部位が体積膨張率に及ぼす影響に関する知見も有用である。
【００２２】
また、酸化に伴う体積膨張を送液のための駆動源として応用するためには、ある閉空間の中で所望の方向に体積膨張をする必要がある。それと同時に、閉空間の中の粒子同士の相互作用により個々の凝集を防ぐ必要が出てくる。そこで、これら微粒子同士の凝集・結晶粒成長を抑制するための添加剤を用いることが好ましい。添加剤は、例えば、各種固体潤滑剤粉末を混合したものである。その潤滑剤種および混合比率を調整することで、体積膨張の方向性制御およびより高い膨張率を得ることができる。
【００２３】
（実施の形態の効果）
金属粉末の体積膨張を利用したエネルギーフリーDDSは、従来のDDSの課題を解決し、廉価かつ高効率な投薬システムを実現できる。経皮投薬をはじめ、病院のチューブレス化、家庭内医療、更に震災時の医療や電気のない地域の医療などに用いることができ、新しい医療ツールになり得る。
【００２４】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。
【図１】
2016188603.tif 000003
【図２】
2016188603.tif 000004