КЛАПАН, В ЧАСТНОСТИ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ВВЕДЕНИЯ ЖИДКОГО ЛЕКАРСТВЕННОГО СРЕДСТВА, И СООТВЕТСТВУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВЕДЕНИЯ ЖИДКОГО ЛЕКАРСТВЕННОГО СРЕДСТВА
VALVE, IN PARTICULAR FOR DEVICE FOR INJECTING LIQUID DRUG, AND CORRESPONDING DEVICE FOR INJECTING LIQUID DRUG

Область техники
Настоящее изобретение относится к клапану, в частности, для устройства для введения жидкого лекарственного средства, и соответствующему устройству для введения жидкого лекарственного средства.
Уровень техники
Из уровня техники известны устройства для введения жидкого лекарственного средства, имеющие резервуар, соединенный с насосной системой. Выходная сторона насоса соединена с выпуском для лекарственного средства, например, с трубкой или шлангом, или распылителем. Часто насосная камера имеет впускной и выпускной клапаны. Впускной клапан закрывает насосную камеру именно тогда, когда насос создает выходное давление для подачи лекарственного средства через трубку, шланг или распылитель, чтобы предотвратить поступление лекарственного средства обратно в резервуар. Для повторного заполнения насосной камеры в насосной камере создается отрицательное давление, вследствие чего лекарственное средство из резервуара течет через открывающийся впускной клапан в насосную камеру, в то время как выпускной клапан закрывается, чтобы предотвратить обратное течение лекарственного средства из трубки, шланга или распылителя. Таким образом, эти клапаны выполнены в виде обычных одноходовых клапанов, например, в виде обратных клапанов. Аналогичные устройства описаны в WO 2013/191011 A1, US 8,628,517 B2 и WO 2013/072790 A1.
В частности, в медицинских применениях часто является желательным, чтобы устройство для введения жидкого лекарственного средства имело как можно меньший размер и, таким образом, занимало мало места. Однако известные из уровня техники, как правило, чисто механические впускные и выпускные клапаны могут быть уменьшены только до некоторого предела, поэтому существует необходимость в дальнейшем усовершенствовании таких клапанов или, при известных условиях, даже в том, чтобы сделать их совершенно ненужными.
Поэтому задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить клапан рассматриваемого типа и соответствующее устройство для введения жидкого лекарственного средства, имеющие как можно меньшие размеры.
В соответствии с изобретением эта задача решается благодаря клапану с признаками пункта 1 формулы изобретения. Независимый пункт 12 формулы изобретения относится к соответствующему устройству для введения жидкого лекарственного средства. Каждый из зависимых пунктов 2-9 относится к предпочтительным вариантам осуществления изобретения.
Предлагаемый изобретением клапан имеет корпус клапана, содержащий полость для приема жидкости, в частности жидкого лекарственного средства. Корпус клапана имеет впускное отверстие для жидкости и расположенное напротив него выпускное отверстие для жидкости, которые соединены с указанной полостью. В полости расположено множество микроканалов, проходящих в направлении соединения между впускным отверстием для жидкости и выпускным отверстием для жидкости.
Предлагаемый изобретением клапан использует капиллярный эффект.Известно, что под действием капиллярных сил жидкости могут смачивать поверхности и перемещаться через сложные структуры. При этом энергия, необходимая для перемещения жидкости, определяется разницей между атомными силами притяжения между атомами жидкости внутри жидкости и атомными силами притяжения между атомами жидкости, находящимися на поверхности жидкости и, следовательно, на границе раздела жидкости и газа. Граница раздела между жидкостью и газом также называется свободной поверхностью. Удаление атомов жидкости со свободной поверхности равным образом требует затрат энергии, так что свободную поверхность образуют атомы, ранее расположенные в жидкости более глубоко. Поэтому, чтобы удалить жидкие компоненты с сильно смоченных поверхностей, необходимо приложить силу.
В одном из вариантов осуществления изобретения корпус клапана образует канал для жидкости, ограниченный боковыми стенками. Боковыми стенками могут быть параллельные боковые стенки канала, имеющего многоугольное или округлое поперечное сечение, например, круглого канала.
В одном из вариантов осуществления полость имеет площадь поперечного сечения большую, чем площадь поперечного сечения микроканалов, причем соотношение площадей поперечного сечения между микроканалами и полостью предпочтительно составляет от 1:5 до 1:1000, особенно предпочтительно от 1:50 до 1:100. Предпочтительно диаметр микроканалов составляет от 1 до 200 мкм, особенно предпочтительно от 5 до 20 мкм.
В одном из вариантов осуществления изобретения микроканалы образованы из решетки, состоящей из параллельных, стержнеобразных ограничительных элементов, или из множества параллельных, расположенных со смещением относительно друг друга слоев решетки из параллельных, стержнеобразных ограничительных элементов. При этом ограничительные элементы могут проходить перпендикулярно направлению соединения между впускным отверстием для жидкости и выпускным отверстием для жидкости. Ограничительные элементы имеют предпочтительно округлое, в частности круглое, или многоугольное поперечное сечение. Диаметр ограничительных элементов, например, может составлять от 0,5 до 50 мкм, предпочтительно от 3 до 15 мкм. При этом длина ограничительных элементов может составлять от нескольких мкм до полного диаметра полости корпуса клапана, особенно предпочтительно длина ограничительных элементов составляет от 20 до 80% диаметра полости перпендикулярно направлению соединения между впускным отверстием для жидкости и выпускным отверстием для жидкости. Для этого, начиная от внутренней стороны боковой стенки, ограничивающей полость корпуса клапана, ограничительные элементы могут проходить в направлении противоположной боковой стенки, не доходя до нее, так что образуется промежуток между ограничительными элементами и соответствующей противоположной боковой стенкой. Этот вариант осуществления в частности отличается тем, что он прост в изготовлении.
Чтобы повысить адгезию между ограничительными элементами и жидкостью, в одном из вариантов осуществления изобретения предусмотрено, что поверхность ограничительных элементов имеет функциональное покрытие, например, гидрофильное покрытие. Кроме того, для этого внутренняя сторона канала может быть покрыта гидрофобным покрытием.
Еще в одном варианте осуществления изобретения в направлении перпендикулярно направлению соединения, полость, входное отверстие для жидкости и выходное отверстие для жидкости имеет одинаковую геометрию поперечного сечения. Благодаря этому достигается особенно компактная и простая в изготовлении геометрия клапана.
При этом может быть предусмотрено, что корпус клапана имеет параллельные боковые стенки, внутренние стороны которых ограничивают полость, причем боковые стенки на противоположных концах соединены с впускным отверстием для жидкости и, соответственно, выпускным отверстием для жидкости. Простой в изготовлении клапан достигается благодаря тому, что в последнем названном варианте осуществления корпус клапана по всей своей длине между впускным отверстием для жидкости и выпускным отверстием для жидкости имеет постоянное поперечное сечение.
Корпус клапана имеет округлое, в частности круглое, или многоугольное поперечное сечение.
Согласно другому аспекту изобретение относится к устройству для введения жидкого лекарственного средства, имеющему резервуар, в котором хранится или может храниться лекарственное средство, и насос, имеющий насосную камеру, соединенную по текучей среде с резервуаром посредством одноходового клапана, пропускающего текучую среду только в направлении от резервуара в насосную камеру, и соединенную по текучей среде посредством клапана по одному из предыдущих пунктов формулы изобретения с выпускным отверстием для лекарственного средства.
Краткое описание чертежей
Остальные подробности изобретения поясняются при помощи следующих чертежей, на которых показано:
фиг. 1 схематичный продольный разрез варианта осуществления предлагаемого изобретением клапана без приложенного отрицательного давления;
фиг. 2 схематичный продольный разрез клапана согласно фиг. 1 с приложенным отрицательным давлением P1>0; и
фиг. 3 схематичный продольный разрез клапана согласно фиг. 1 и 2 с приложенным отрицательным давлением P2>P1.
Корпус 1 клапана, изображенного на фиг. 1, показан в продольном разрезе. Корпус 1 клапана ограничен противоположно расположенными параллельными боковыми стенками 7. Внутренние стороны 8 боковых стенок 7 ограничивают полость 2, в которой помещена жидкость 20, например, лекарственное средство. На противоположных сторонах корпуса 1 клапана выполнено впускное отверстие 3 для жидкости и, соответственно, выпускное отверстие 4 для жидкости. Впускное отверстие 3 для жидкости и расположенное напротив выпускное отверстие 4 для жидкости имеют точно такое же поперечное сечение, как остальная часть корпуса 1 клапана, в частности, как полость 2. К выпускному отверстию 4 для жидкости, например, может быть присоединен насос с насосной камеру устройства для введения жидкого лекарственного средства.
Корпус 1 клапана может иметь, например, круглое поперечное сечение или многоугольное, например прямоугольное, в частности квадратное. Ограничительные элементы 6, показанные в разрезе на фиг. 1, представляют собой стержнеобразные штанги решетки, проходящие перпендикулярно плоскости чертежа и параллельно друг другу. Каждая пара соседних ограничительных элементов 6 образует между собой микроканал 5, проходящий в направлении x соединения между впускным отверстием 3 для жидкости и выпускным отверстием 4 для жидкости и открытый со стороны обоих отверстий 3, 4.
Как показано на фиг. 1, микроканалы образованы из множества параллельных, расположенных со смещением относительно друг друга слоев решетки из параллельных, стержнеобразных ограничительных элементов.
Когда отрицательное давление (Po=0) к выпускному отверстию 4 для жидкости не прикладывается, жидкость 20, как показано на фиг. 1, образует между собой и газом 30 по существу плоскую свободную поверхность.
Только когда к выпускному отверстию 4 для жидкости прикладывается отрицательное давление (P1>0) (см. фиг. 2), свободная поверхность между жидкостью 20 и газом 30 образует вогнутую геометрию. С увеличением отрицательного давления радиус вогнутой границы между жидкостью 20 и газом 30 уменьшается. На фиг. 3 показан случай, когда P2>P1.
Радиус кривизны свободной поверхности зависит от так называемого давления Лапласа. Это давление увеличивается с уменьшением радиуса поверхности раздела. Поэтому, когда отрицательное давление превышает максимальное давление Лапласа, применимое к структуре микроканалов, показанной на фиг. 1-3, жидкость перемещается из корпуса 1 клапана. Поэтому предлагаемый изобретением клапан особенно подходит для применения в качестве выпускного клапана рассматриваемого устройства для введения жидкого лекарственного средства.
В принципе давление Лапласа увеличивается пропорционально поверхностному напряжению жидкости. Поэтому, чтобы при заданном поверхностном напряжении отрегулировать пороговое значение отрицательного давления, при котором жидкость перемещается из корпуса 1 клапана, может потребоваться соответствующая регулировка диаметра микроканалов 5, т.е. промежутка между ограничительными элементами 6.
Например, в варианте осуществления, показанном на фиг. 1-3, в направлении перпендикулярно внутренним сторонам 8 боковых стенок диаметр полости может составлять приблизительно от 1 до 500 мкм. Предпочтительно указанный диаметр составляет от 10 до 100 мкм.
Диаметр микроканалов 5, т.е. свободный промежуток или размер в свету между ограничительными элементами 6, может составлять от 0,5 до 50 мкм. Предпочтительно свободный промежуток или размер в свету между ограничительными элементами 6 составляет от 3 до 15 мкм.
Вследствие этого предлагаемый изобретением клапан имеет преимущество, заключающееся в том, что требуемые структуры могут быть изготовлены при помощи обычных способов микроструктурирования, например, способом микролитья под давлением или травления кремния.
Признаки изобретения, раскрытые в вышеизложенном описании, чертежах и формуле изобретения, могут быть существенными для его осуществления, как по отдельности, так и в любой комбинации.
Перечень ссылочных обозначений
1 корпус клапана
2 полость
3 впускное отверстие для жидкости
4 выпускное отверстие для жидкости
5 микроканал
6 ограничительный элемент
7 боковая стенка
8 внутренняя сторона
x направление соединения между впускным отверстием для жидкости и выпускным отверстием для жидкости