ДОЗИРОВАНИЕ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ В ОБЪЕМЕ МЕНЕЕ ОДНОГО МИЛЛИЛИТРА
DOSING FLUID MEDIUM IN AMOUNT OF LESS THAN ONE MILLILITER

Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к перистальтическому дозирующему устройству согласно преамбуле независимого пункта 1 формулы изобретения, более конкретно к наполнительному приспособлению, работающему с таким дозирующим устройством, а также способу заполнения, в котором используется такое перистальтическое дозирующее устройство.
[0002] Такие перистальтические дозирующие устройства, содержащие гибкую трубку, элемент с противодавлением, множество исполнительных элементов, а также привод, причем гибкая трубка расположена вдоль элемента с противодавлением, исполнительные элементы могут приводиться в движение приводом относительно гибкой трубки, а гибкая трубка может сдавливаться между исполнительными элементами и элементом с противодавлением путем перемещения исполнительных элементов, могут использоваться для выдачи доз текучей среды в объеме менее одного миллилитра.
Уровень техники
[0003] Во многих современных областях научного и промышленного применения, например в областях химического или фармацевтического применения, текучие среды должны дозироваться в сравнительно малых объемах, т.е. в объемах менее одного миллилитра. В связи с этим часто требуется, чтобы дозирование могло проводиться в стерильных условиях, причем можно было предотвратить даже малые отклонения дозы из экономических, терапевтических или иных соображений.
[0004] Для дозирования жидкостей в сравнительно малых объемах используются самые разные системы и устройства. Например, известны роторные или поршневые насосы, в которых определенный объем жидкости засасывается в цилиндр и проталкивается вперед благодаря движению поршня. Однако, помимо прочего, такие насосы прикладывают к жидкости или веществам в жидкости сравнительно большие нагрузки, что делает такие насосы непригодными для многих областей применения. Например, протеины довольно чувствительны к поверхностным или механическим напряжениям, так что поршневым насосам обычно не отдается предпочтение в тех областях применения, где в дозируемой жидкости содержатся протеины.
[0005] Более «щадящее» дозирование может осуществляться с использованием радиального перистальтического насоса. В таких насосах гибкая трубка расположена вдоль криволинейной поверхности элемента с противодавлением. Эти насосы обычно содержат множество исполнительных элементов или валиков, установленных на колесе. Валики расположены на некотором расстоянии от элемента с противодавлением и отрегулированы так, что гибкая трубка сдавливается, когда лежит между исполнительным элементом и элементом с противодавлением. Путем поворота колеса валики перемещаются вдоль элемента с противодавлением, тем самым продвигая вперед область сжатия гибкой трубки вдоль элемента с противодавлением. Вместе с областью сжатия продвигается вперед также и некоторое количество жидкости внутри гибкой трубки, при этом объем продвигаемой жидкости может определяться расстоянием между валиками и размером трубки.
[0006] В таких радиальных перистальтических насосах боковые стенки гибких трубок обычно перемещаются не только радиально относительно друг друга посредством валиков, но также до некоторой степени продольно или тангенциально. Таким образом, боковые стенки испытывают дополнительные напряжения, что может приводить к абразивному износу материала трубки с попаданием его в жидкость или текучую среду. Особенно в областях фармацевтического применения такой абразивный износ и загрязнение жидкости может быть неприемлемым.
[0007] Кроме того, известные радиальные перистальтические насосы часто обладают точностью дозирования для выдачи объемов до 700 мкл. Однако во все большем числе областей применения требуются дозы меньших объемов, так что известные радиальные перистальтические насосы не удовлетворяют этим требованиям.
[0008] Помимо этого, техническое обслуживание известных радиальных перистальтических насосов часто является сравнительно трудоемким. Например, если требуется заменить гибкую трубку, насос придется разобрать, т.е. элемент с противодавлением требуется удалить от колеса с его валиками. Когда трубка более не зажата между валиками и элементом с противодавлением, ее можно снять и вставить новую трубку. После введения трубки элемент с противодавлением и валики требуется точно расположить по отношению друг к другу, чтобы насос смог работать надлежащим образом.
[0009] Следовательно, существует потребность в автоматической системе, способной бережно и точно осуществлять дозирование текучей среды в объемах менее одного миллилитра.
Раскрытие изобретения
[0010] Согласно изобретению данная потребность удовлетворяется перистальтическим дозирующим устройством согласно признакам независимого пункта 1 формулы изобретения, наполнительным приспособлением согласно признакам независимого пункта 11 формулы изобретения, а также способом заполнения согласно признакам независимого пункта 14 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления определяются зависимыми пунктами формулы изобретения.
[0011] В частности, сущность изобретения заключается в следующем: перистальтическое дозирующее устройство для выдачи доз текучей среды в объеме менее одного миллилитра содержит гибкую трубку, элемент с противодавлением, множество исполнительных элементов, а также привод. Гибкая трубка расположена вдоль элемента с противодавлением. Исполнительные элементы могут приводиться в движение приводом относительно гибкой трубки, при этом гибкая трубка может сдавливаться между исполнительными элементами и элементом с противодавлением путем перемещения исполнительных элементов. Гибкая трубка, помимо этого, по существу прямолинейно уложена вдоль элемента с противодавлением, тем самым образуя продольную ось. Исполнительные элементы расположены параллельно друг другу вдоль продольной оси гибкой трубки. Каждый из исполнительных элементов способен независимо и линейно перемещаться приводом вдоль исполнительной оси, по существу перпендикулярной продольной оси гибкой трубки, из начального положения, в котором гибкая трубка открыта для прохождения текучей среды, в конечное положение, в котором гибкая трубка сжата и закупорена.
[0012] В контексте изобретения термин ʺперистальтическийʺ может относиться к поперечному или радиальному сокращению и релаксации полого гибкого продольного элемента, такого как гибкая трубка, позволяя распространяться волне вдоль элемента. Вообще перистальтику, например, можно наблюдать при сокращении гладкой мышечной ткани для продвижения пищи/химуса по пищеварительному тракту, например желудочно-кишечному тракту человека. Принцип перистальтики также реализуется в насосах для продвижения вперед текучих сред в трубках.
[0013] Термин ʺдозаʺ в контексте настоящего описания может относиться к предоставлению строго заданного количества текучей среды. В частности, это может относиться к предоставлению малых объемов, составляющих менее 100 микролитров (мкл), например 50 мкл или 25 мкл. Перистальтическое дозирующее устройство согласно изобретению подтвердило свою пригодность для точной выдачи доз объемом до 10 мкл.
[0014] Термин ʺтекучая средаʺ в контексте настоящего описания может относиться к любому веществу, которое непрерывно деформируется или совершает течение под воздействием сдвиговых напряжений. Таким образом, он может относиться к газам, порошкообразным или гранулированным вещества и особенно к жидкостям.
[0015] Элемент с противодавлением перистальтического дозирующего устройства может представлять собой неподвижный элемент, имеющий направляющую для гибкой трубки. В частности, гибкая трубка может располагаться в направляющей или вдоль направляющей элемента с противодавлением. Направляющая может представлять собой или содержать плоскую поверхность, обращенную к гибкой трубке и позволяющую последней укладываться прямолинейно. При прямолинейном расположении гибкой трубки перистальтическое дозирующее устройство может принимать вид линейного перистальтического дозирующего устройства. Когда какой-либо из исполнительных элементов воздействует или оказывает давление на гибкую трубку, элемент с противодавлением остается неподвижным в своем исходном положении, так что гибкая трубка подвергается сжатию между исполнительным элементом и элементом с противодавлением.
[0016] Гибкая трубка может иметь внутренний диаметр от около 200 мкм до около 1000 мкм или от около 300 мкм до около 900 мкм, или от около 500 мкм до около 800 мкм. Такие трубки могут быть пригодны для выдачи доз с помощью устройства по изобретению в планируемых объемах.
[0017] Исполнительные элементы перистальтического дозирующего устройства могут представлять собой кубические блоки или другие схожие тела, имеющие лицевую поверхность для воздействия на гибкую трубку. Лицевая поверхность может быть плоской и может иметь ширину в диапазоне от 50 микрометров (мкм) до 1000 мкм или в диапазоне от 100 мкм до 700 мкм, или в диапазоне от 200 мкм до 500 мкм. Исполнительные элементы могут иметь максимальный ход, т.е. расстояние от их начального положения до их конечного положения, составляющий около 800 мкм или около 600 мкм, или около 500 мкм, или около 400 мкм, или около 300 мкм. Такие исполнительные элементы могут быть пригодны для выдачи доз в устройстве по изобретению в планируемых объемах.
[0018] Термин ʺподвергать сжатиюʺ в контексте настоящего описания может относиться к упругому деформированию трубки. В частности, он может относиться к упругому перемещению боковых стенок гибкой трубки по направлению друг к другу, т.е. в поперечном или радиальном направлении, тем самым сужая или закрывая внутренний канал гибкой трубки. В этом контексте термин ʺзакупориваниеʺ может относиться к сжатию гибкой трубки до такой степени, что текучая среда по существу не может проходить по внутреннему каналу гибкой трубки.
[0019] Когда мы говорим о начальном положении исполнительных элементов, гибкая трубка открыта для прохождения текучей среды в том смысле, что текучая среда может поступать через внутренний канал гибкой трубки. Это может происходить наилучшим образом, если соответствующее исполнительное приспособление переместилось на максимально возможное расстояние от элемента с противодавлением, так что гибкая трубка подвергается сжатию в наименьшей степени.
[0020] Перистальтическое дозирующее устройство согласно изобретению обеспечивает возможность точной и многократной выдачи доз в сравнительно малых объемах в стерильной среде. Оно в особенности пригодно для использования на производственных линиях по дозировке или заполнению. Оно может использоваться для дозирования в стерильных условиях парентеральных препаратов в объемах менее 1 мл, например до 25 мкл или 50 мкл, или даже 10 мкл, например в процессах заполнения в фармацевтической отрасли. По сравнению с другими перистальтическими системами дозирования, такими как радиальные перистальтические насосы, перистальтическое дозирующее устройство согласно изобретению позволяет минимизировать или уменьшить напряжения на внутренней поверхности гибкой трубки, так что абразивный износ может быть сведен к минимуму или даже исключен. В частности в областях фармацевтического применения такой абразивный износ предпочтительно следует не допускать.
[0021] Кроме того, поскольку гибкая трубка уложена прямолинейно при насосной подаче, перистальтическое дозирующее устройство пригодно для текучих сред, обладающих вязкостью в широких пределах. В частности, текучие среды, имеющие сравнительно высокую вязкость, также могут дозироваться с помощью этого перистальтического дозирующего устройства. Применение исполнительных элементов для нагнетания или продвижения вперед текучей среды позволяет перистальтическому дозирующему устройству быть сравнительно назависимым от условий давления в системе, поставляющей текучую среду в перистальтическое дозирующее устройство и в особенности подающей ее в его гибкую трубку. Например, перистальтическое дозирующее устройство может быть также довольно независимым от изменений гидростатического давления вокруг него.
[0022] Кроме того, оригинальная схема перистальтического дозирующего устройства предусматривает затрату сравнительно небольших усилий на техническое обслуживание и делает простым в обращении. Например, очистку устройства и замену гибкой трубки можно выполнить сравнительно легко. Перистальтическое дозирующее устройство является относительно простым в изготовлении и обладает сравнительно малым весом. Это способствует его гибкому использованию и простоте в обращении.
[0023] Привод перистальтического дозирующего устройства может представлять собой шаговый двигатель или серводвигатель, обеспечивающий возможность точного продвижения или перемещения исполнительных элементов. В качестве альтернативы в приводе используется пьезоэлектрическое возбуждение. Пьезоэлектрическое возбуждение позволяет точно и гибко перемещать исполнительные элементы, так что в перистальтическом дозирующем устройстве могут быть реализованы различные схемы дозирования. Конструкция привода с пьезоэлектрическим возбуждением позволяет создать привод со сравнительно небольшим количеством простых деталей. Таким образом, он может быть относительно надежен и требовать сравнительно небольших усилий по техническому обслуживанию.
[0024] Предпочтительно множество исполнительных элементов представляют собой группу от трех до пятнадцати или от пяти до тринадцати, или от семи до одиннадцати параллельных исполнительных элементов. Такая группа параллельных исполнительных элементов позволяет осуществлять сжатие трубки по различным схемам в перистальтическом дозирующем устройстве. Таким образом, существует возможность создать механизм нагнетания или дозирования, адаптированный к заданным параметрам, таким как вязкость текучей среды, характеристики давления по перистальтическому дозирующему устройству, устойчивость текучей среды к нагрузкам и т.п.
[0025] Предпочтительно перистальтическое дозирующее устройство содержит конструкцию крепления трубки для закрепления с возможностью высвобождения гибкой трубки в по существу прямолинейном положении вдоль элемента с противодавлением. Термин ʺс возможностью высвобожденияʺ в контексте настоящего описания может относиться к схеме, предназначенной и имеющей соответствующее средство для высвобождения и замены гибкой трубки. Благодаря креплению с возможностью высвобождения гибкой трубка в перистальтическом дозирующем устройстве гибкая трубка может быть заменена обычным путем. Это, в частности, позволяет использовать гибкие трубки одноразового применения.
[0026] Таким образом, конструкция крепления трубки предпочтительно содержит удлинительную манжету, при этом один из продольных концов гибкой трубки фиксируется в удлинительной манжете. Такие удлинительные манжеты также известны под названием «китайские ловушки для пальцев». Удлинительная манжета предусматривает удобное и эффективное разъемное крепление гибкой трубки. В частности, гибкая трубка может в достаточной степени жестко крепиться в удлинительной манжете, не испытывая сколь-нибудь существенного сжатия.
[0027] Предпочтительно гибкая трубка изготавливается из материала одноразового использования. Гибкие трубки одноразового применения могут быть полезны в тех областях применения перистальтического дозирующего устройства, где текучая среда часто сменяется. В частности, когда осуществляется дозирование новой текучей среды, гибкая трубка заменяется, а ранее использованная гибкая трубка утилизируется. Это позволяет эффективно предотвращать перекрестное загрязнение одной текучей среды другой.
[0028] Гибкая трубка, в частности, может быть выполнена из материала, пригодного для применения в условиях стерилизации, например стерилизации паром. Таким материалом может быть силиконовая резина, каучук на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера (EPDM), полипропилен (PP), полиэтилен (PE), поливинилхлорид (PVC), бутилкаучук и т.п.
[0029] Предпочтительно перистальтическое дозирующее устройство содержит резервуар для текучей среды, соединенный с одним из продольных концов гибкой трубки, а также наполняющую иглу, соединенную с другим продольным концом гибкой трубки. Резервуар для текучей среды может представлять собой любой контейнер, пригодный для удерживания и подачи текучей среды. Он может также находиться под давлением для продвижения текучей среды через гибкую трубку. С этой целью резервуар для текучей среды может быть оборудован или соединен со средством регулирования давления, таким как нагнетательный насос или находящийся под давлением поверхностный слой газа. Такая конструкция перистальтического дозирующего устройства позволяет эффективно и точно осуществлять дозирование.
[0030] Предпочтительно гибкая трубка частично предварительно сжата между множеством исполнительных элементов и элементом с противодавлением, когда все исполнительные элементы находятся в своих начальных положениях. Такое предварительное сжатие позволяет гибкой трубке быть закрепленной по значительной длине. В частности, это может предотвратить продольное перемещение гибкой трубки на участке наложения исполнительных элементов. Таким образом, становится возможным прецизионное сжатие гибкой трубки, при этом напряжения в боковых стенках гибкой трубки в продольном направлении можно снизить или исключить. Кроме того, такое предварительное сжатие обеспечивает возможность задания и регулировки объема наполнения перистальтического дозаторного устройства. Таким образом, объем наполнения может определяться внутренним пространством гибкой трубки, находящимся между исполнительными элементами и элементом с противодавлением. Помимо прочего, такая регулировка объема наполнения позволяет компенсировать возрастающее отклонение объема наполнения от его заданной величины, например, порождаемое нагревом текучей среды или разупрочнением гибкой трубки или трубопровода вследствие механических нагрузок.
[0031] Кроме того, перистальтическое дозаторное устройство может содержать блок управления, выполненный с возможностью управления силой сжатия, действующей на гибкую трубку, сводя ее по существу к постоянной величине. Для этой цели блок управления может быть выполнен с возможностью регулировки длины пути исполнительных приспособлений, например, посредством регулировки предварительного сжатия гибкой трубки перистальтического дозаторного устройства. Используя такое регулирование силы, дозируемое количество текучей среды может точно сохраняться на постоянном уровне с течением времени. В частности, можно компенсировать изменение свойств материала гибкой трубки, происходящее на протяжении времени. Например, с течением времени материал гибкой трубки может изнашиваться под воздействием механических нагрузок при выкачивающих движениях исполнительных приспособлений. В такой ситуации скорость сжатия может уменьшаться. Увеличивая путь исполнительных приспособлений посредством регулировки предварительного сжатия гибкой трубки такое уменьшением можно скомпенсировать, так что силовая нагрузка может сохраняться постоянной.
2
[0032] Перистальтическое дозаторное устройство может быть выполнено из любого материала, выдерживающего режим работы в локальных условиях, например, необходимых для работы с перекисью водорода, чистящими средствами, при наличии влажности, высоких температур в процессе стерилизации, низких температур при заполнении холодным продуктом. Материал предпочтительно должен быть стойким к механическим нагрузкам и легким. Таким материалом, например, может быть алюминий, анодированный алюминий, нержавеющая сталь (316 L или 14435, или 14571), металлические сплавы, обладающие высокой коррозионной стойкостью, известные также под названием суперсплавы или сплавы с высокими эксплуатационными характеристиками, или Хастеллой, титан, полиоксиметилен (POM), полиэфирэфиркетон (PEEK) или полиэфиркетонкетон (PEKK). Материал может иметь модуль упругости, составляющий, по меньшей мере, 0,5 кН/мм.
[0033] Дополнительный аспект изобретения относится к наполнительному приспособлению для автоматического заполнения контейнеров дозами текучей среды в объеме менее одного миллилитра. Наполнительное приспособление содержит держатель контейнера, в котором может располагаться множество контейнеров для заполнения, а также набор вышеописанных перистальтических дозирующих устройств. Оно дополнительно содержит механизм позиционирования дозирующих устройств, выполненный с возможностью расположения набора перистальтических дозирующих устройств так, что каждое перистальтическое дозирующее устройство из набора перистальтических дозирующих устройств располагается смежно с одним из множества контейнеров, расположенных в держателе контейнера, для заполнения множества контейнеров, а также удаления набора перистальтических дозирующих устройств из держателя контейнера.
[0034] Контейнеры, в частности химического или фармацевтического применения, могут представлять собой пластиковые или стеклянные флаконы, ампулы, шприцы и т.п. Механизм позиционирования дозирующих устройств может представлять собой автоматическое устройство, такое как робот с линейным перемещением по двум или трем осям. Имея механизм позиционирования для расположения отдельных перистальтических дозирующих устройств смежно с отдельными контейнерами, наполнительное приспособление позволяет поместить точку выдачи дозы сравнительно близко к точке заполнения. Таким образом, можно не допустить того, чтобы между процессами дозирования и заполнения могли произойти расхождения в объемах доз. Таким образом, наполнительное приспособление уменьшает риск того, что объем выданной дозы не равен объему, поступившему в контейнер. В частности, в областях применения, где требуется предотвратить даже малые отклонения в заполняемых объемах, например в областях фармацевтического применения, наполнительное приспособление позволяет реализовать эффективный и надежный процесс заполнения.
[0035] Предпочтительно наполнительное приспособление имеет наружные поверхности, изготовленные из материала, способного подвергаться стерилизации. В частности, надлежащая стерилизация может достигаться с помощью обработки перекисью водорода. Таким образом, поверхности наполнительного приспособления могут быть «совместимы» с перекисью водорода. Наполнительное приспособление, имеющее такие поверхности, позволяет эффективно и сравнительно легко провести стерилизацию системы, необходимую, например, в области фармацевтического применения.
[0036] Наполнительное приспособление предпочтительно дополнительно содержит транспортер для переноса держателя контейнера вдоль некоторой линии, при этом механизм позиционирования дозирующих устройств выполнен с возможностью переноса набора дозирующих устройств смежно с держателем контейнера, когда каждое дозирующее устройство из набора перистальтических дозирующих устройств расположено смежно с одним из множества контейнеров, установленных в держателе контейнера. Линия, вдоль которой переносится держатель контейнера, может быть криволинейной, прямолинейной и т.п. Благодаря переносу перистальтических дозирующих устройств совместно с держателем контейнера контейнеры в держателе контейнера могут заполняться в процессе транспортировки. Это может повысить эффективность и скорость всего процесса заполнения.
[0037] Следующий дополнительный аспект изобретения относится к способу заполнению, предназначенному для заполнения контейнера дозой текучей среды в объеме менее одного миллилитра. Способ заполнения содержит: подачу текучей среды в гибкую трубку вышеописанного перистальтического дозирующего устройства через первый продольный конец гибкой трубки; использование привода перистальтического дозирующего устройства для перемещения, по меньшей мере, одного из множества исполнительных элементов перистальтического дозирующего устройства в его конечное положение, так чтобы гибкая трубка была сжата и закупорена; использование привода для перемещения другого исполнительного элемента из множества исполнительных элементов перистальтического дозирующего устройства в промежуточное положение, находящееся между его начальным положением и его конечным положением, при этом, по меньшей мере, один из множества исполнительных элементов располагается ближе к первому продольному концу гибкой трубки, чем другой исполнительный элемент из множества исполнительных элементов; использование привода для перемещения, по меньшей мере, одного из множества исполнительных элементов из его конечного положения, по меньшей мере, частично в направлении его начального положения, так что текучая среда может проходить, по меньшей мере, один из множества исполнительных элементов через гибкую трубку перистальтического дозирующего устройства; выдачу дозы текучей среды из второго продольного конца гибкой трубки, расположенного противоположно первому продольному концу гибкой трубки; использование привода для перемещения, по меньшей мере, одного из множества исполнительных элементов в его конечное положение, так чтобы гибкая трубка была сжата и закупорена, а подача текучей среды из второго продольного конца гибкой трубки была прекращена; а также использование привода для перемещения другого исполнительного элемента из множества исполнительных элементов перистальтического дозирующего устройства из его промежуточного положения в его начальное положение.
[0038] Путем перемещения другого исполнительного элемента в его начальное положение после выдачи дозы, пока гибкая трубка закупорена, внутри гибкой трубки вблизи ее второго продольного конца может быть создано отрицательное давление. Это может породить эффект всасывания на конце гибкой трубки, где осуществляется выдача дозы. Благодаря данному эффекту всасывания текучая среда в некоторой степени отводится назад в гибкую трубку. Таким образом, можно предотвратить утечку текучей среды, так что становится возможным точное дозирование при сравнительно малых отклонениях. Это может быть особенно важно в областях применения, где требуется выдавать точные объемы доз и/или где дозируются сравнительно дорогостоящие текучие среды.
[0039] Способ заполнения может дополнительно содержать этап частичного предварительного сжатия гибкой трубки перистальтического дозаторного устройства. Это обеспечивает возможность задания и регулировки объема наполнения перистальтического дозаторного устройства. Таким образом, объем наполнения может определяться внутренним пространством гибкой трубки, находящимся между исполнительными элементами и элементом с противодавлением. Помимо прочего, такая регулировка объема наполнения позволяет вводить поправку на увеличение отклонения объема наполнения, например, вызванное нагревом текучей среды.
[0040] Кроме того, способ заполнения может дополнительно содержать этап регулировки силы, действующей на гибкую трубку перистальтического дозаторного устройства, сводя ее к постоянной величине. Для этой цели длина пути исполнительных приспособлений перистальтического дозаторного устройства может регулироваться. Регулировка длины пути может осуществляться посредством регулировки предварительного сжатия гибкой трубки перистальтического дозаторного устройства. При таком регулировании силы дозируемое количество текучей среды может точно сохраняться на постоянном уровне с течением времени. В частности, изменение свойств материала гибкой трубки с течением времени можно компенсировать. Например, с течением времени материал гибкой трубки может изнашиваться под воздействием механических нагрузок при выкачивающих движениях исполнительных приспособлений. В такой ситуации скорость сжатия может уменьшаться. Увеличивая путь исполнительных приспособлений посредством регулировки предварительного сжатия гибкой трубки такое уменьшением можно скомпенсировать, так что силовая нагрузка может сохраняться постоянной.
[0041] Предпочтительно доза текучей среды выдается из второго продольного конца гибкой трубки путем приложения повышенного давления внутри гибкой трубки в области ее первого продольного конца. Это позволяет эффективно осуществлять дозирование при применении данного способа заполнения.
[0042] Еще один дополнительный аспект изобретения относится к применению вышеописанного перистальтического дозаторного устройства для переноса стерильной текучей среды в дозах, объем которых предпочтительно составляет несколько миллилитров или менее одного миллилитра. Такой перенос стерильного вещества может использоваться в различных сферах фармацевтического, химического или медицинского применения. Например, он может применяться в медицинских устройствах для дозированной доставки лекарственных препаратов или других жидкостей в организм пациента. Или же он может применяться при восстановлении сублимированного лекарственного средства путем дозированной подачи воды для восстановления раствора, а также дозированной подаче восстановленного раствора в организм пациента.
[0043] Предпочтительно текучая среда представляет собой стерильный нерасфасованный раствор лекарственного средства, при этом перенос текучей среды содержит заполнение стерильного нерасфасованного раствора лекарственного средства в первичное упаковочное изделие. Первичное упаковочное изделие может представлять собой контейнер, такой как пластиковый или стеклянный флакон, ампула, шприц, контейнер, полученный по технологии выдувания-заполнения-запайки, автоинъектор и т.п. Такое употребление для заполнения может быть особенно полезным в областях фармацевтического применения.
[0044] Эти и другие аспекты изобретения станут очевидными из описанных ниже вариантов осуществления и будут освещены со ссылкой на них.
Краткое описание чертежей
[0045] Перистальтическое дозирующее устройство согласно изобретению, наполнительное приспособление согласно изобретению и способ заполнениясогласно изобретению подробнее описаны ниже на примерах осуществления и со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:
Фиг. 1 - схематичный вид первого варианта осуществления перистальтического дозирующего устройства согласно изобретению;
Фиг. 2 - схематичный вид одного варианта осуществления наполнительного приспособления согласно изобретению, содержащего второй вариант осуществления перистальтического дозирующего устройства согласно изобретению;
Фиг. 3 схематичный вид третьего варианта осуществления перистальтического дозирующего устройства согласно изобретению в первом состоянии в рамках способа заполнения согласно изобретению;
Фиг. 4 схематичный вид перистальтического дозирующего устройства по Фиг. 3 во втором состоянии в рамках способа заполнения по Фиг. 3;
Фиг. 5 схематичный вид перистальтического дозирующего устройства по Фиг. 3 в третьем состоянии в рамках способа заполнения по Фиг. 3;
Фиг. 6 схематичный вид перистальтического дозирующего устройства по Фиг. 3 в четвертом состоянии в рамках способа заполнения по Фиг. 3.
Описание вариантов осуществления
[0046] В последующем описании определенные термины используются из соображений удобства, но не в ограничительном смысле. Термины «правый», «левый», «вверх», «вниз», «верхний» и «нижний» относятся к направлениям на Фигурах. Данная терминология включает в себя термины, упомянутые в явном виде, а также их производные и термины того же смыслового значения.
[0047] На Фиг. 1 показан первый вариант осуществления линейного перистальтического дозирующего устройства 1 согласно изобретению. Перистальтическое дозирующее устройство 1 содержит гибкую трубку 13, удлинительную манжету 14 трубки в качестве конструкции крепления трубки, плиту 12 противодавления в качестве элемента с противодавлением, набор из десяти параллельных пьезоэлектрических исполнительных элементов 11, выдачную иглу 15 в качестве наполняющей иглы, а также пьезоэлектрический приводной блок 17, в котором размещаются исполнительные элементы 11, в качестве привода. Удлинительная манжета 14 трубки имеет два ремешка 141, а также трубчатый участок 142 сетки. Секция 131 крепления гибкой трубки 13 выступает через участок 142 сетки удлинительной манжеты 14 трубки. При растяжении участка 142 сетки, например путем натяжения ремешков 141, его внутреннее пространство сужается и фиксирует гибкую трубку 13.
[0048] Следуя по удлинительной манжете 14 трубки вправо, гибкая трубка 13 проходит между плоской поверхностью плиты 12 противодавления и исполнительными лицевыми поверхностями исполнительных элементов 11. Плоская поверхность плиты 12 противодавления образует направляющую, вдоль которой гибкая трубка 13 прямолинейно уложена. Таким образом, гибкая трубка 13 имеет продольную ось, продолжающуюся в продольном направлении 135, идентичном направлению продвижения текучей среды. Плита 12 противодавления установлена жестко или неподвижно относительно гибкой трубки 13, выдачной иглы 15 и приводного блока 17.
[0049] Исполнительные элементы 11 расположены смежно параллельно друг другу, так что их исполнительные лицевые поверхности образуют по существу непрерывную фронтальную лицевую поверхность, направленную к гибкой трубке 13. Пьезоэлектрический приводной блок 17 может линейно перемещать каждый из исполнительных элементов 11 независимо друг от друга в направлении хода, перпендикулярном продольному направлению 135. Гибкая трубка 13 пребывает в предварительно сжатом состоянии между плитой 12 противодавления и исполнительными элементами 11. По этой причине она имеет сужающийся участок 132 между удлинительной манжетой 14 трубки и плитой 12 противодавления, а также расширяющийся участок 134 между плитой 12 противодавления и накидной гайкой 16, расположенной за плитой 12 противодавления, если следовать вправо. Таким образом, гибкая трубка 13 зажата и жестко выстроена в одну линию с плитой 12 противодавления и исполнительными элементами 11.
[0050] На Фиг. 1 четыре крайних левых исполнительных элемента 11 и три крайних правых исполнительных элемента 11 находятся в начальном положении, в котором они расположены на максимальном расстоянии от плиты 12 противодавления. Шестой исполнительный элемент 11, если отсчитывать слева, который является пятым исполнительным элементом 11, если отсчитывать справа, перемещен приводным блоком 17 в свое конечное положение, в котором сторона стенки гибкой трубки 13, соприкасающаяся с исполнительными элементами 11, поджата в поперечном или радиальном направлении к стороне стенки гибкой трубки 13, соприкасающейся с плитой 12 противодавления. Таким образом, гибкая трубка 13 упруго сжата и ее внутренний канал закупорен, так что текучая среда не может миновать исполнительные элементы 11. Два исполнительных элемента 11, расположенные смежно с исполнительным элементом 11, находящимся в своем конечном положении, перемещены приводным блоком 17 в положение, находящееся между их начальным положением и их конечным положением. Таким образом, перемещенные исполнительные элементы создают волнообразный участок 133 на гибкой трубке 13.
[0051] Расширяющийся участок 134 гибкой трубки 13 проходит в выдачную иглу 15, закрепленную на пьезоэлектрическом приводном блоке 17 и плите 12 противодавления посредством накидной гайки 16. Выдачная игла 15 имеет проксимальный, т.е. находящийся слева участок 151 корпуса, а также дистальный, т.е. находящийся справа магистральный участок 152.
[0052] В условиях эксплуатации перистальтическое дозирующее устройство может работать в двух режимах или по двум схемам выдачи доз текучей среды из открытого конца магистрального участка 152 выдачной иглы 15. В первом режиме управление ходом исполнительные элементы 11 перемещаются идентично один за другим. На первом этапе крайний левый исполнительный элемент 11 перемещается в свое конечное положение, при этом соседний справа исполнительный элемент 11 частично перемещается в направлении своего конечного положения. Все остальные исполнительные элементы 11 находятся в своих начальных положениях. На втором этапе второй крайний левый исполнительный элемент 11 перемещается в свое конечное положение, при этом два соседних исполнительных элемента 11 частично перемещаются в направлении своего конечного положения. Все остальные исполнительные элементы 11 находятся в своих начальных положениях. На третьем этапе третий крайний левый исполнительный элемент 11 перемещается в свое конечное положение, при этом два соседних исполнительных элемента 11 частично перемещаются в направлении своего конечного положения. Все остальные исполнительные элементы 11 находятся в своих начальных положениях. Данное поэтапное перемещение исполнительных элементов 11 продолжается до тех пор, пока на десятом этапе крайний правый исполнительный элемент 11 не переместится в свое конечное положение, а соседний слева исполнительный элемент 11 частично переместится в направлении своего конечного положения. Все остальные исполнительные элементы 11 находятся в своих начальных положениях. После десятого этапа процесс повторяется с первого этапа.
[0053] Путем вышеописанного перемещения исполнительных элементов в боковой стенке гибкой трубки 13 создается волна. Эта волна проталкивает строго заданный объем текучей среды вперед в продольном направлении 135 вправо. Таким образом, заданный объем текучей среды проходит по выдачной игле 15 и выходит через открытый конец магистрального участка 152. Общий объем одной-единственной дозы может определяться числом циклов генерирования волны исполнительными элементами 11. Может также существовать неполный цикл путем одновременного прогона множества смещенных циклов.
[0054] Во втором режиме управления по времени и давлению перистальтическим дозирующим устройством 1 один или множество исполнительных элементов 11 перемещены в конечное положение, тем самым закупорив гибкую трубку 13. Ближе по ходу от исполнительных элементов 11 текучая среда находится под давлением. Путем перемещения одного или множества исполнительных элементов 11 обратно в начальное положение текучая среда продвигается благодаря избыточному давлению в продольном направлении 135 вправо и далее из открытого конца магистрального участка 152 выдачной иглы 15. Через установленное время один или множество исполнительных элементов 11 перемещаются опять в конечное положение, при этом гибкая трубка 13 снова закупоривается.
[0055] В режиме управления по времени и давлению выдаваемый объем задается временем, в течение которого гибкая трубка 13 открыта, и давлением текучей среды ближе по ходу от исполнительных элементов 11. При заданном диаметре гибкой трубки 13, чем выше давление и/или продолжительнее время, тем больше выдаваемый объем текучей среды.
[0056] Перистальтическое дозирующее устройство 1 дополнительно содержит блок управления, в котором могут задаваться различные параметры работы. В число общих параметров могут входить: число исполнительных элементов 11, скорость волны, соответствующая скорости следования этапов продвижения исполнительных элементов 11, а также размер волны, зависящий от числа и величины хода одновременно перемещаемых исполнительных элементов 11, например, в процентах от пути между начальным положением и конечным положением. Параметры, характерные для режима управление ходом, могут содержать: длину пути, проходимого волной, который, например, может составлять от 0,1 миллиметра (мм) до 1000 мм, время, за которое волна проходит эту длину пути, которое, например, может составлять от 1 миллисекунды (мс) до 10000 мс. Параметры, характерные для режима управления по времени и давлению, могут содержать: идентификацию исполнительных элементов 11, закупоривающих гибкую трубку, время, в течение которого гибкая трубка 13 открыта для выдачи одной-единственной дозы, а также давление текучей среды ближе по ходу от исполнительных элементов 11. Блок управления контролирует параметры и управляет соответственно давлением и исполнительными элементами 11 посредством приводного блока.
[0057] На Фиг. 2 показан вариант осуществления наполнительного приспособления 2 согласно изобретению, имеющий второй вариант осуществления перистальтического дозирующего устройства 18 согласно изобретению. Перистальтическое дозирующее устройство 18 реализовано аналогично перистальтическому дозирующему устройству 1, показанному на Фиг. 1. Оно имеет выдачную иглу 158, гибкую трубку 138, плиту 128 противодавления в качестве элемента с противодавлением, пьезоэлектрический приводной блок 178, в котором размещены шесть параллельных пьезоэлектрических исполнительных элементов 118, в качестве привода, а также блок управления. Перистальтическое дозирующее устройство 18 дополнительно содержит емкость 188 в качестве резервуара для текучей среды, соединенную с расположенным справа или ближним по ходу концом гибкой трубки 138.
[0058] Наполнительное приспособление 2 дополнительно содержит регулятор 21 давления, соединенный с емкостью 188. С помощью регулятора 21 давления можно регулировать давление текучей среды в емкости 188. Емкость 188 соединена с датчиком 22 уровня, распознающим уровень заполнения емкости 188. Посредством датчика 22 уровня может осуществляться мониторинг и регулировка уровня текучей среды в емкости 188 блоком управления.
[0059] Выдачная игла 158 расположена в контейнере 23 для иглы, с которым соединены датчик 24 температуры и конденсатная ловушка 25. С помощью контейнера 23 для иглы создан герметизируемый блок для стерилизации паром. Таким образом, чистый пар, например, имеющий температуру выше 121°C, может проходить по всему пути следования текучей среды наполнительного приспособления 2 для уничтожения микроорганизмов, начиная от емкости 188 и до открытого конца выдачной иглы 158. Покинув выдачную иглу 158, пар заполняет контейнер 158 для иглы и проводит также стерилизацию наружной поверхности выдачной иглы 158. Конденсат, образуемый из пара, выводится из контейнера 23 для иглы в направлении конденсатной ловушки 25 и там утилизируется. Таким образом, можно гарантировать, что с применением пара создается давление в два бара, так что могут обеспечиваться удовлетворительные условия для стерилизации, например в течение пятнадцати минут.
[0060] Наполнительное приспособление 2 также содержит держатель флакона в качестве держателя контейнера, а также робота с линейным перемещением в качестве механизма позиционирования дозирующих устройств. Робот с линейным перемещением выполнен с возможностью расположения контейнера 23 для иглы вместе с перистальтическим дозирующим устройством 18 смежно с флаконом, удерживаемым держателем флаконов. Таким образом, робот с линейным перемещением позволяет поместить точку выдачи дозы близко к точке заполнения, что делает возможным весьма точное заполнение или дозирование.
[0061] На Фиг. 3 показан третий вариант осуществления перистальтического дозирующего устройства 19 согласно изобретению, работающего в варианте осуществления способа заполнения согласно изобретению. Перистальтическое дозирующее устройство 19 реализовано аналогично перистальтическому дозирующему устройству 1, показанному на Фиг. 1, и перистальтическому дозирующему устройству 18, показанному на Фиг. 2. В направлении дальше по ходу или «сверху вниз» перистальтическое дозирующее устройство 19 содержит резервуар 189 для текучей среды, соединенный с верхним продольным концом гибкой трубки 139. Резервуар 189 удерживает текучую среду для выдачи дозами при повышенном давлении. Гибкая трубка 139 продолжается между плитой 129 противодавления и десятью параллельными исполнительными элементами 119, при этом гибкая трубка 139 пребывает в предварительно сжатом состоянии между плитой 129 противодавления и исполнительными элементами 119. Эти десять исполнительных элементов размещены в пьезоэлектрическом приводном блоке 179. На своем нижнем или расположенном дальше по ходу продольном конце гибкая трубка 139 соединена с выдачной иглой 159. Десять исполнительных элементов 119 пронумерованы на Фиг. 1 от верхнего или ближнего по ходу первого исполнительного элемента 119 до нижнего или дальнего по ходу десятого исполнительного элемента 119.
[0062] На Фиг. 3 перистальтическое дозирующее устройство 19 показано на ранней стадии осуществления способа заполнения, где пятый и шестой исполнительные элементы 119 перемещены пьезоэлектрическим приводным блоком 179 в свои конечные положения. Таким образом, эти два исполнительных элемента 119 закупоривают гибкую трубку 139, так что, как показано верхней стрелкой, текучая среда может продвигаться лишь до пятого исполнительного элемента 11. Кроме того, девятый исполнительный элемент 119 перемещен приводным блоком 179 в промежуточное положение, располагающееся между начальным и конечным положениями. В промежуточном положении девятый исполнительный элемент 119 слегка сжимает гибкую трубку 139, оставляя проход для текучей среды.
[0063] Нижеследующее распространяется на остальную часть данного описания. Если при разъяснении чертежей Фигура содержит ссылочные позиции, которые не поясняются в непосредственно связанной с ней части описания, следует обратиться к предыдущим разделам описания.
[0064] На Фиг. 4 показано перистальтическое дозирующее устройство на последующей стадии способа заполнения. По сравнению с ранней стадией, показанной на Фиг. 3, пятый и шестой исполнительные элементы 119 перемещены приводным блоком 179 в свои начальные положения. Девятый исполнительный элемент 11 по-прежнему находится в своем промежуточном положении. Это позволяет находящейся под давлением текучей среде проходить через гибкую трубку 139 и выдачную иглу 159 в заполняемый контейнер, как показано направленной вправо стрелкой. Перистальтическое дозирующее устройство работает в режиме управления по времени и давлению, рассмотренном ранее.
[0065] Как показано на Фиг. 5, через определенное время, обеспечивающее возможность выдачи заданного количества текучей среды из выдачной иглы 159, пятый и шестой исполнительные элементы 119 снова перемещаются в свои конечные положения. Девятый исполнительный элемент 11 по-прежнему находится в своем промежуточное положение. Таким образом, гибкая трубка 139 снова закупорена, при этом текучая среда может продвигаться лишь до пятого исполнительного элемента 119.
[0066] На Фиг. 6 перистальтическое дозирующее устройство 19 показано на последней стадии осуществления способа заполнения. На этой стадии девятый исполнительный элемент 119 перемещается приводным блоком 117 обратно в свое начальное положение. Пятый и шестой исполнительные элементы 119 по-прежнему находятся в своих конечных положениях, закупоривая гибкую трубку 139. Путем перемещения девятого исполнительного элемента назад в нижней части гибкой трубки 139 создается отрицательное давление. Это приводит к проявлению эффекта обратного всасывания в нижней части гибкой трубки 139, что позволяет предотвратить утечку и потерю текучей среды. Для выдачи следующей дозы текучей среды этапы осуществления способа повторяются.
[0067] Хотя изобретение проиллюстрировано на чертежах и подробно объяснено в предшествующем описании, такие иллюстрации и описание следует рассматривать как пояснительные или приведенные в качестве примера, но не носящие ограничительного характера. Следует понимать, что средними специалистами могут быть предложены изменения и модификации, не выходя за пределы сущности и объема изобретения согласно нижеследующей формуле изобретения. В частности, настоящее изобретение охватывает дополнительные варианты осуществления, имеющие любые сочетания признаков из различных вариантов осуществления, описанных выше или ниже.
[0068] Изобретение также охватывает дополнительные признаки, представленные на Фигурах по отдельности, хотя они могут быть не описаны в предшествующем или последующем описании. Кроме того, отдельные альтернативы вариантов осуществления, представленных на Фигурах и в описании, а также отдельные альтернативы их признаков могут не рассматриваться как объект изобретения. Раскрытие содержит объект изобретения, определяемый признаками, указанными в формуле изобретения или в примерах осуществления, а также объект изобретения, содержащий упомянутые признаки.
[0069] Кроме того, в формуле изобретения термин "содержащий" не исключает наличия других элементов или этапов, а неопределенный артикль "a" или "an" не исключает множественности. Единственный блок или этап может выполнять функции нескольких блоков или этапов, перечисленных в формуле изобретения. Тот факт, что определенные меры упоминаются во взаимно отличных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что сочетание этих мер не может быть использовано с выгодой. Термины ʺпо существуʺ, ʺоколоʺ, ʺприблизительноʺ и т.п., связанные с показателем или величиной, в частности, также определяют точное значение этого показателя или точное значение этой величины соответственно. Термин ʺоколоʺ применительно к некоторому заданному численному значению или диапазону относится к значению или диапазону, например, в пределах 20%, в пределах 10%, в пределах 5% или в пределах 2% от этого заданного значения или диапазона. Ни одну из ссылочных позиций в формуле изобретения не следует толковать как ограничивающую объем ее притязаний.