ИНТЕРФЕЙСНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОЕ ДЛЯ ДОСТАВКИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ В ОРГАНИЗМ ПАЦИЕНТА И/ИЛИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ ИЗ ОРГАНИЗМА ПАЦИЕНТА
INTERFACE DEVICE FOR FLUID MEDIUM INTENDED FOR DELIVERING FLUID MEDIUM TO PATIENT AND/OR FOR EXTRACTING FLUID MEDIUM FROM PATIENT'S BODY

Область техники изобретения
Настоящее изобретение, в общем, относится к интерфейсному устройству для текучей среды, предназначенному для доставки текучей среды в организм пациента и/или извлечения текучей среды из организма пациента. Кроме того, изобретение относится к системе для доставки текучей среды в организм пациента и/или извлечения текучей среды из организма пациента. Помимо этого, изобретение относится к способу управления системой.
Уровень техники изобретения
Согласно Всемирной организации здравоохранения в 2014 г. распространенность диабета в мире оценивалась на уровне 9% среди взрослого населения в возрасте от 18 лет и выше (Доклад о состоянии дел в мире по неинфекционным заболеваниям в 2014 г., Женева, Всемирная организация здравоохранения, 2012 г.). Лечение диабета предполагает снижение содержания глюкозы в крови и уровня других известных факторов риска, приводящих к повреждению кровеносных сосудов. Для пациентов, страдающих диабетом 1-го типа, а также для пациентов с развитой формой диабета 2-го типа в число необходимых интервенционных процедур входит введение инсулина. Вследствие неизбежного изменения внешних факторов влияния, а также часто по причине недисциплинированности уровень глюкозы в крови часто существенно колеблется, что может приводить к ряду осложнений со стороны сосудистой и нервной систем. Для таких пациентов все более популярными становятся инсулиновые помпы. Большинство таких помп выделяют инсулин непрерывно малыми дозами с низкой базальной скоростью, которая при необходимости может быть увеличена, в частности перед приемом пищи. Для оптимизации использования инсулиновой помпы весьма желательно также иметь систему для непрерывного или периодического мониторинга уровня глюкозы в крови.
В документе US 4,704,029 раскрыта система контроля уровня глюкозы в крови для использования в качестве имплантата для управления инсулиновой помпой либо в качестве переносного устройства, предназначенного для использования диабетиками для контроля уровня глюкозы в крови в домашних условиях. Монитор глюкозы определяет уровень глюкозы в крови с помощью рефрактометра, измеряющего показатель преломления крови вблизи границы раздела с прозрачной поверхностью рефрактометра, путем направления света на эту границу раздела для измерения показателя преломления крови на основе количества излучения, отраженного границей раздела, в частности света, падающего под углом, близким к критическому. Предложенное устройство, выполненное с возможностью непосредственного контакта с кровью, содержит оптический интерфейс, выполненный из контактного материала, обладающего критическим поверхностным натяжением, подобранным так, чтобы минимизировать нарушения, вызванные антителами и протеинами, содержащимися в крови. Примером такого материала является дихлордиметилсилан, также известный под названием G.E. Dry Film.
В заявке FR 2923151 A1 описано устройство для забора крови, имеющее интерфейс текучей среды, содержащий периферийный элемент, элемент для передачи текучей среды, герметично соединенный с базовым элементом и образующий центральный участок устройства, при этом элемент для передачи текучей среды содержит переднюю пластинку, имеющую первичную поверхность и противоположную ей вторичную поверхность.
Были предложены дополнительные системы для контроля уровня глюкозы в крови, основанные на получении образца капиллярной крови у пациента, см. например, WO 2008/062173 A1, WO 2009/071775 A1 и WO 2011/116388 A1. Такие системы обычно содержат либо агломерирующий агент, либо волокнистый фильтр какого-либо вида для удаления клеток крови и других частиц, содержащихся в крови, чтобы измерить содержание глюкозы в плазме крови. Как известно, термин "плазма крови" обозначает жидкую часть, получаемую путем удаления клеток крови и других частиц, содержащихся в крови.
Однако эффективная и надежная система для мониторинга уровня глюкозы в крови с целью управления системой доставки инсулина предпочтительно должна быть имплантируемой, чтобы иметь возможность непрерывно или периодически брать пробу плазмы крови из венозного или возможно артериального кровеносного сосуда. Несмотря на множество попыток эта задача, судя по всему, не была успешно решена. Кажущийся очевидным подход, заключающийся в имплантации микропористой мембраны в стенку кровеносного сосуда, что позволило бы извлечь плазму крови и сохранить клетки крови и другие частицы в кровеносном сосуде, сталкивается с проблемой очень быстрого закупоривания микропор в результате образования тромбов.
Следовательно, было бы весьма желательно создать интерфейс текучей среды для извлечения плазмы крови из организма пациента непрерывным и надежным способом в течение продолжительного времени, предпочтительно в течение нескольких лет или даже более. Было бы также весьма желательно иметь такой интерфейс текучей среды для извлечения других видов жидких сред организма пациент, например спинномозговой жидкости. Кроме того, было бы также желательно использовать тот же интерфейс текучей среды для доставки соответствующих текучих сред, таких как терапевтических или профилактических агентов, в кровоток пациента.
Сущность изобретения
Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в создании усовершенствованного интерфейсного устройства для текучей среды, предназначенного для доставки текучей среды в организм пациента и/или извлечения текучей среды из организма пациента. В частности, такое устройство должно преодолеть ограничения и недостатки устройств, известных в настоящее время.
Согласно одному аспекту изобретения предложено интерфейсное устройство для текучей среды, предназначенное для доставки текучей среды в организм пациента и/или извлечения текучей из организма пациента, при этом устройство содержит:
периферийный базовый элемент;
элемент для передачи текучей среды, герметично соединенный с базовым элементом и образующий центральный участок устройства, при этом элемент для передачи текучей среды содержит переднюю пластинку, имеющую первичную поверхность и противоположную ей вторичную поверхность, при этом первичная поверхность контактирует с областью жидкости организма пациента, когда устройство имплантировано в организм пациента, при этом элемент для передачи текучей среды дополнительно содержит контрпластину, герметично наложенную на вторичную поверхность передней пластинки и образующую буферный объем между ними; при этом передняя пластинка содержит, по меньшей мере, одну матрицу микроканалов, образующих проход для текучей среды между буферным объемом и первичной поверхностью, при этом микроканалы имеют отверстие, составляющее от 0,2 до 10 мкм;
элемент для передачи текучей среды, имеющий, по меньшей мере, один порт для текучей среды, предназначенный для доставки текучей среды в буферный объем и/или извлечения текучей среды из буферного объема.
Сердцевинная часть устройства образована элементом для передачи текучей среды, выполненным в виде камеры, содержащей буферный объем. В частности, передаточный элемент выполнен в виде сэндвича, при этом передняя пластинка имеет первичную поверхность, ориентированную в направлении исследуемой области жидкости организма пациента. Передняя пластинка содержит, по меньшей мере, одну матрицу микроканалов, образующих проход для текучей среды между буферным объемом и первичной поверхностью. Камера дополнительно содержит контрпластину, герметично наложенную на вторичную поверхность передней пластинки и образующую буферный объем между ними. Элемент для передачи текучей среды имеет, по меньшей мере, один порт для текучей среды, предназначенный для доставки текучей среды в буферный объем и/или извлечения текучей среды из буферного объема.
Устройство по настоящему изобретению, в общем, предназначено для достижения надежной, строго определенной и бесперебойной передачи заданных текучих сред из области жидкости организма пациента или в нее. Такая передача включает в себя, но не ограничиваясь перечисленным, извлечение плазмы крови или спинномозговой жидкости и доставку терапевтических или профилактических агентов в разные области тела пациента, который в этом нуждается. Весьма важной задачей устройства является обеспечение выполнения функции фильтрации, т.е. предотвращения прохождения клеток и других частиц через проход для текучей среды.
Как будет подробнее описано ниже, оптимальный размер микроканалов зависит от конкретной области применения. Вообще он выбирается из размеров, лежащих в диапазоне от 0,2 до 10 мкм. Нижний предел главным образом определяется доступной технологией формообразования, но также и потребностью в обеспечении достаточной пропускной способности. Верхний предел определяется размером частиц, попадание которых в микроканалы необходимо предотвратить. Для областей применения, предполагающих извлечение плазмы крови, микроканалы должны иметь отверстие в диапазоне от 0,9 до 2.2 мкм, обычно около 1,6 мкм. Термин "отверстие" следует понимать как диаметр в случае микроканалов, имеющих круглое сечение; для некруглых микроканалов термин "отверстие" следует понимать как наименьший поперечный размер сечения. Доступные в настоящее время технологии образования отверстий с вышеуказанным диапазоном диаметров обычно требуют, чтобы отношение высоты к диаметру ("аспектное отношение") составляло величину, достигающую 5. Другими словами, толщина передней пластинки в области, окружающей микроканалы, должна быть довольно мала, т.е. лежать в диапазоне от 1 до 50 мкм, в зависимости от диаметра микроканалов. Чтобы обеспечить достаточную жесткость передней пластинки, в местах, смещенных от микроканалов, созданы усиливающие области, обладающие существенно большей толщиной.
Устройство по данному изобретению дополнительно включает в себя периферийный базовый элемент некоторого типа, периферически расположенный вокруг элемента для передачи текучей среды. Как будет подробнее пояснено ниже, термины "периферийный" и "периферически расположенный вокруг" относятся к геометрической связи с элементом для передачи текучей среды, который имеет по существу форму пластины. Конкретный размер, форма и материал периферийного базового элемента выбираются согласно области применения. Устройство, в общем, выполнено с возможностью имплантации в тело пациента, а это означает, что любая из частей, контактирующих с областью тела пациента, должна быть выполнена из пригодных биосовместимых материалов и иметь размеры, подходящие для имплантации намеченного типа. В контексте настоящего описания биосовместимый материал следует понимать как материал, являющийся нетоксичным и не имеющий других нежелательных свойств, например не вызывающий аллергии у пациента, которому он предназначен.
Предпочтительные варианты осуществления определены в зависимых пунктах формулы изобретения и описаны ниже.
В принципе, имеется возможность управлять доставкой текучей среды в буферный объем и/или извлечением текучей среды из буферного объема посредством единственного порта для текучей среды. Однако во многих ситуациях предпочтительно иметь два порта для текучей среды, поскольку это позволяет установить проточный режим, используя один порт для текучей среды в качестве входного, а другой порт для текучей среды в качестве выходного. Поэтому согласно другому варианту осуществления интерфейсное устройство для текучей среды имеет, по меньшей мере, два порта для текучей среды (п.2).
В принципе, порт для текучей среды может располагаться в любом подходящем месте конструкции, определяющей границы буферного объема. Согласно одному варианту осуществления порт для текучей среды расположен в контрпластине (п.3). Согласно одному варианту осуществления, который в особенности предпочтителен для областей применения, в которых первичная поверхность контактирует с кровью, например, когда интерфейс текучей среды используется в качестве устройства для отфильтровывания плазмы крови, микроканалы имеют отверстие от 0,6 до 2 мкм, при этом первичная поверхность оснащена защитными элементами, выступающими относительно плоскости, образованной выходами микроканалов в первичной поверхности, сами же защитные элементы выполнены так, чтобы образовывать, по меньшей мере, одно поперечное ограничение для каждого выхода микроканала, причем поперечное отграничение превышает отверстие микроканала и лежит в диапазоне от 2 до 4 мкм (п.4). Защитные элементы могут быть выполнены в виде стоек или в виде по существу параллельных полос. Хотя диаметр микроканала, составляющий от 0,6 до 2 мкм, явно меньше размера тромбоцитов, тем не менее, последние могут проталкиваться через микроканал, если на входе микроканала имеется значительный градиент давления. В результате тромбоцит деформируется и, в конечном счете, разрушается, что весьма нежелательно и приводит к образованию «обломков» в буферном объеме. Благодаря защитным элементам, образующим поперечные ограничения, по меньшей мере, в одном направлении и тем самым удерживающим тромбоциты на определенном расстоянии от входа микроканала, позволяя при этом потоку текучей среды поступать в область, смежную с первичной поверхностью, частота прохождения тромбоцитов через микроканалы существенно снижается. Высота защитных элементов, т.е. расстояние, на которые они выступают от плоскости, обычно лежит в диапазоне от 1 до 3 мкм, в частности составляет около 2 мкм.
3
4
3
4
Предпочтительно передняя пластинка выполнена из материала, пригодного для литографической обработки, являющейся весьма удобной технологией для образования тонких структур, имеющих четкую форму. Контрпластина должна быть выполнена из материала, совместимого с материалом передней пластинки и обладающего предпочтительными свойствами с точки зрения возможных соединений по текучей среде, которые должны к ней крепиться. Таким образом, согласно одному предпочтительному варианту осуществления (п.5) передняя пластинка выполнена из кремния (Si) и/или нитрида кремния (SiN), а контрпластина выполнена из стекла. Соответствующие многослойные конструкции, выполненные из слоев Si и SiN, общеизвестны в сфере микротехнологии. В некоторых вариантах осуществления передняя пластина функционализирована, т.е. снабжена подходящим покрытием. Тип и толщина такого покрытия зависит от конкретной области применения. Для взятия проб плазмы крови известна функционализация, нацеленная на недопущение тромбообразования и коагуляции.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления (п.6) передняя пластинка и контрпластина соединены друг с другом с помощью анодной сварки. В частности, данный способ позволяет образовывать прочные непроницаемые для среды соединения между структурами из Si и стекла.
В принципе, возможны различные формы элемента для передачи текучей среды. В особо предпочтительном варианте осуществления (п.7) контрпластина является по существу планарной, при этом буферный объем заключен в пределах периферийной выступающей зоны вторичной поверхности передней пластинки. Данная конфигурация имеет преимущество в том, что передняя пластина в любом случае требует обработки для создания микроканалов; в частности, в случае деталей из Si разработаны способы образования приподнятых или утопленных областей. Что же касается контрпластины, которая предпочтительно выполнена из стекла, для нее обычно удобно использовать плоские или планарные формы. Для многих областей применения предпочтительно, если буферный объем содержит, по меньшей мере, два отдельных отсека, каждый из которых соединен с соответствующей матрицей микроканалов и оснащен, по меньшей мере, одним портом для текучей среды (п.8). Данный вариант осуществления эффективно объединяет в себе два или возможно более двух независимо управляемых подблока интерфейса текучей среды, благодаря чему имеется возможность использовать каждый подблок для решения отдельной задачи. В частности, можно использовать один подблок в целях забора проб, т.е. для извлечения некоторого количества текучей среды, такой как плазма крови или спинномозговая жидкость, из организма пациента, в то время как другой подблок может использоваться в доставочных целях, т.е. для введения терапевтического или профилактического агента в организм пациента. Однако следует понимать, что оба подблока в общем случае должны обеспечивать возможность извлечения и доставки текучих сред для выполнения вспомогательных задач, таких как промывка.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления интерфейсное устройство для текучей среды дополнительно содержит дистанцирующий элемент, причем первая дистанцирующая поверхность адгезионно соединена с наружной поверхностью контрпластины, при этом дистанцирующий элемент содержит пересекающие каналы, соединяющие первую дистанцирующую поверхность и вторую дистанцирующую поверхность, при этом каждый пересекающий канал выполнен с возможностью образования прохода между одним из портов для текучей среды контрпластины и соответствующим отверстием канала на второй дистанцирующей поверхности (п.9). Такой дистанцирующий элемент создает различные возможности для установления соединения между элементом для передачи текучей среды, расположенным очень близко к области тела и обычно являющимся малым и чувствительным, и внешним блоком, используемым для управления и подачи устройства. Хотя дистанцирующий элемент может быть выполнен из множества совместимых материалов, он предпочтительно выполнен из термопластичного полимера, в частности термопластичного полимера, не содержащего фтора, который пригоден для соединения посредством адгезива.
Предпочтительно интерфейсное устройство для текучей среды дополнительно содержит соединитель для подачи текучей среды, а также средство для соединения с возможностью отсоединения соединителя для подачи текучей среды с дистанцирующим элементом, при этом соединитель для подачи текучей среды содержит каналы соединителя, каждый из которых ведет от латерального входного порта к выходному порту, совпадающему с отверстием канала на второй дистанцирующей поверхности, когда соединитель для подачи текучей среды присоединен к дистанцирующему элементу (п.10). Такой вариант осуществления в особенности полезен для устройства, предназначенного для имплантации в стенку кровеносного сосуда пациента. Во-первых, такая конфигурация позволяет выполнить имплантацию сравнительно компактного устройства без помех со стороны каких-либо подающих трубок, соединяющих устройство с экстракорпоральным блоком, т.к. последний может подсоединяться после имплантации. Во-вторых, в случае инфицирования системы подающих трубок, например в области, где такая трубка проводится через кожу, существует возможность продолжить использование имплантированного интерфейсного устройства для текучей среды и при этом всего лишь установить новую подающую систему.
В конструкционных целях предпочтительно, если каждый из каналов соединителя образован в виде пары канавок в смежных поверхностях частей соединителя, контактирующих друг с другом (п.11). Такая конструкция позволяет сравнительно просто создавать криволинейные или изогнутые каналы в цельной заготовке.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления элемент для передачи текучей среды и базовый элемент герметично соединены друг с другом гребневой конструкцией, окружающей элемент для передачи текучей среды, при этом гребневая конструкция выполнена из биосовместимого термопластичного материала, образованного вокруг элемента для передачи текучей среды путем инжекционного формования (п.12). В контексте настоящего описания биосовместимый материал следует понимать как материал, являющийся нетоксичным и не имеющий других нежелательных свойств, например не вызывающий аллергии у пациента, которому он предназначен.
В первой, внутренней контактной области гребневой конструкции в результате проведения инжекционного формования создано непроницаемое для среды укупоривание относительно внешней периферической поверхности элемента для передачи текучей среды. Для этой цели предпочтительно, если элемент для передачи текучей среды оснащен структурированной периферийной областью. В частности, передняя пластинка может быть образована с радиально выступающей секцией, оснащенной отверстиями, краями или надрезами, которые заполняются инжектируемым термопластичным материалом и тем самым существенно улучшают соединение между гребневой конструкцией и элементом для передачи текучей среды.
Во второй, наружной контактной области гребневой конструкции образовано непроницаемое для среды соединение с периферийным базовым элементом с использованием подходящего контактного способа. Наилучший выбор такого контактного способа зависит от материалов, которые требуется соединить. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления периферийный базовый элемент герметично соединен с гребневой конструкцией путем инжекционного формования на нем накрывающей части; согласно другому предпочтительному варианту осуществления периферийный базовый элемент герметично соединен с гребневой конструкцией с помощью ультразвуковой сварки (п.13). Как понятно специалисту, использование технологии сварки требует, чтобы соединяемые части были выполнены из совместимых материалов, предпочтительно из одного материала, что в данном случае подразумевает совместимый или идентичный биосовместимый термопластичный полимер.
Важная область применения интерфейсного устройства для текучей среды - имплантация в стенку кровеносного сосуда пациента, в частности стенку вены. Предпочтительно устройство имплантируется в участок стенки плечевой вены пациента. Таким образом, согласно одному предпочтительному варианту осуществления (п.14) периферийный базовый элемент выполнен в виде вспененной вставки из термопластичного фторполимера, пригодного для имплантации в стенку кровеносного сосуда пациента, а полученная инжекционным формованием гребневая конструкция образована в виде невспененного элемента из упомянутого термопластичного фторполимера. Имплантация различного вида вставок в венозные стенки всесторонне исследовалась и по существу хорошо известна. Таким образом, имеются тщательно испытанные материалы для этой цели, среди которых вспененные термопластичные фторполимеры оказались весьма пригодными. Чтобы соединить вспененную вставку с гребневой конструкцией, что предпочтительно осуществляется с помощью ультразвуковой сварки, предпочтительно, если полученная инжекционным формованием гребневая конструкция выполнена из того же термопластичного фторполимера, что и пенная периферийная вставка. Согласно вышеприведенным определениям, обе части выполнены из биосовместимых материалов. Имплантация интерфейсного устройства для текучей среды в стенку вены пациента - перспективный подход для установления надежного бесперебойного забора проб венозной крови пациента и для регулируемой доставки любого пригодного терапевтического или профилактического агента. Важная область применения - помощь пациентам, страдающим диабетом.
В другой области применения интерфейса текучей среды требуется его фиксация к костной структуре пациента, например к участку черепа. Таким образом, согласно другому предпочтительному варианту осуществления (п.15) периферийный базовый элемент образован в виде жесткой рамочной конструкции, пригодной для закрепления на костной структуре пациента. Известны соответствующие средства крепления, например, для имплантации слуховых протезов. В контексте настоящего описания интерфейсное устройство для текучей среды может применяться для черепа пациента для забора проб внутричерепной жидкой среды и/или для доставки любого пригодного терапевтического или профилактического агента, тем самым позволяя преодолеть гематоэнцефалический барьер. Для данного режима использования микроканалы устройства послужат тому, чтобы не позволить лейкоцитам и антителам внутричерепной жидкой среды заблокировать матрицу микроканалов и/или попасть в буферный объем.
Дополнительная область применения интерфейса текучей среды связана с подкожным или возможно внутримышечным размещением, которое не требует жесткой фиксации к части тела. Таким образом, в дополнительном варианте осуществления (п.16) интерфейсное устройство для текучей среды дополнительно содержит соединитель для подачи текучей среды, прикрепленный к дистанцирующему элементу, при этом соединитель для подачи текучей среды содержит каналы соединителя, каждый из которых ведет от входного порта к выходному порту, совпадающему с отверстием канала на второй дистанцирующей поверхности, при этом соединитель для подачи текучей среды образован в виде уплотняющей массы, которая заключает в себя дистанцирующий элемент и элемент для передачи текучей среды, а также дополнительно образует периферийный базовый элемент. В таких вариантах осуществления определенная степень фиксации создается благодаря чрескожному проходу, соединяющему интерфейсное устройство для текучей среды с внешним устройством управления и подачи.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления (п.17) интерфейсное устройство для текучей среды выполнено в виде удлиненного элемента, имеющего проксимальный конец, дистальный конец, а также боковую поверхность между ними, при этом передняя пластинка элемента для передачи текучей среды расположена так, чтобы образовывать часть боковой поверхности.
Предпочтительно дистальный конец удлиненного элемента имеет заостренную форму (п.18), которая, в общем, способствует введению дистального конца в полость тела или в кровеносный сосуд. В большинстве случаев заостренная форма не столь остра как, например, пункционная игла, и она не используется для прокалывания ткани пациента. Вместо этого заостренный конец служит в качестве направителя для введения в существующий проход. Предпочтительно наружный диаметр удлиненного элемента не превышает нескольких миллиметров. Предпочтительно наружный диаметр не превышает 8 мм, более предпочтительно 6 мм, еще более предпочтительно 4 мм.
Согласно в особенности предпочтительному варианту осуществления удлиненный элемент оснащен продольным проходом, продолжающимся от дистального конца до проксимального конца (п.19). Такой продольный проход служит для приема проволочного направителя, использование которого общеизвестно при проведении интервенционных процедур, основанных на применении катетера. При такой конфигурации имеется возможность перемещать интерфейсное устройство для текучей среды вдоль размещенного надлежащим образом проволочного направителя путем скольжения. Например, чтобы ввести интерфейсное устройство для текучей среды в вену пациента, проволочный направитель сначала вводится в тело пациента в удобной точке трансдермального введения, а затем продвигается до достижения заданной точки введения в вену. После этого проволочный направитель вводится дальше, чтобы проколоть стенку вены. Затем интерфейс текучей среды направляется по механизму скольжения в тело вдоль пути, заданного проволочным направителем. Благодаря тому, что интерфейсное устройство для текучей среды имеет заостренный дистальный конец, введение в стенку вены, ранее пробитую проволочным направителем, существенно облегчается.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления периферийный базовый элемент образует внешнюю оболочку удлиненного элемента (п.20). Это позволяет изготовить устройство, сначала собрав различные внутренние компоненты, образующие удлиненный элемент, в том числе элемент для передачи текучей среды, а затем наложив внешнюю оболочку вокруг собранного узла. Предпочтительно также, чтобы периферийный базовый элемент, включающий в себя оболочку, был выполнен из биосовместимого термопластичного материала.
3
4
3
4
Предпочтительно передняя пластинка выполнена из материала, пригодного для литографической обработки, являющейся весьма удобной технологией для образования тонких структур, имеющих четкую форму. Контрпластина должна быть выполнена из материала, совместимого с материалом передней пластинки и обладающего предпочтительными свойствами с точки зрения возможных соединений по текучей среде, которые должны к ней крепиться. Таким образом, согласно одному предпочтительному варианту осуществления (п.21), передняя пластинка и контрпластина выполнены из кремния (Si) и/или нитрида кремния (SiN). Соответствующие сэндвичевые конструкции, выполненные из слоев Si и SiN, общеизвестны в сфере микротехнологии. В некоторых вариантах осуществления передняя пластина функционализирована, т.е. снабжена подходящим покрытием. Тип и толщина такого покрытия зависит от конкретной области применения. Для взятия проб плазмы крови известна функционализация, нацеленная на недопущение тромбообразования и коагуляции.
Предпочтительно один или несколько портов для текучей среды выполнены в виде отверстий в контрпластине.
Согласно одному варианту осуществления буферный объем содержит единственный отсек, соединенный с соответствующей матрицей микроканалов и одним портом для текучей среды (п.22). Такой вариант осуществления позволяет создать особенно компактную конструкцию, имеющую малый внешний диаметр, размер которого может составлять около 3 мм. Она может использоваться, например, для непрерывного или периодического извлечения плазмы из организма пациента. Это в особенности предпочтительно для фотометрического определения содержания глюкозы без искажений, вносимых клетками крови.
Как уже упоминалось, имеется возможность управлять доставкой текучей среды в буферный объем и/или извлечением текучей среды из буферного объема, либо каждого подблока, если это уместно, посредством единственного порта для текучей среды. Однако во многих ситуациях предпочтительно иметь два порта для текучей среды, приходящихся на буферный объем или подблок, поскольку это позволяет установить проточный режим, используя один порт для текучей среды в качестве входного, а другой порт для текучей среды в качестве выходного. Поэтому согласно другому варианту осуществления буферный объем содержит единственный отсек, соединенный с соответствующей матрицей микроканалов и двумя портами для текучей среды (п.23).
Согласно дополнительному варианту осуществления буферный объем содержит два отдельных отсека, при этом каждый отсек соединен с соответствующей матрицей микроканалов и одним портом для текучей среды (п.24). Данный вариант осуществления эффективно объединяет в себе два независимо управляемых подблока интерфейса текучей среды, благодаря чему имеется возможность использовать каждый подблок для решения отдельной задачи. В частности, можно использовать один подблок в целях забора проб, т.е. для извлечения некоторого количества текучей среды, такой как плазма крови или спинномозговая жидкость, из организма пациента, в то время как другой подблок может использоваться в доставочных целях, т.е. для введения терапевтического или профилактического агента в организм пациента. Однако следует понимать, что оба подблока в общем случае должны обеспечивать возможность извлечения и доставки текучих сред для выполнения вспомогательных задач, таких как промывка. Таким образом, согласно еще одному варианту осуществления буферный объем содержит два отдельных отсека, при этом каждый отсек соединен с соответствующей матрицей микроканалов и двумя портами для текучей среды (п.25).
В одном варианте осуществления, где имеются два отдельных отсека, они расположены по существу на противоположных сторонах удлиненного элемента. Это позволяет создать сравнительно короткую общую конструкцию. Однако для определенных областей применения желательно иметь оба отсека на одной и той же стороне удлиненного элемента, т.е. один отсек ближе к дистальному концу, а другой отсек ближе к проксимальному концу (п.26). Это в особенности предпочтительно, например, для внутривенного применения, когда одна сторона устройства может поджиматься к стенке вены, а значит, плохо сообщаться по текучей среде с венозной кровью в просвете. Однако совершенно ясно, что может оказаться необходимым повернуть устройство вокруг его продольной оси, если по какой-то причине оно приняло нежелательное ориентационное положение, когда элемент для передачи текучей среды непосредственно контактирует со стенкой вены.
Предпочтительно для каждого порта для текучей среды удлиненный элемент содержит проход для текучей среды, ведущий к отверстию канала на проксимальном конце удлиненного элемента (п.27). Это позволяет получить предпочтительный с геометрической точки зрения соосный доступ к текучей среде без использования каких-либо нежелательных выступающих вбок частей.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления проксимальный конец оснащен средством для присоединения соединителя для подачи текучей среды к каждому из соответствующих отверстий каналов (п.28). Это обеспечивает возможность удобной предварительной сборки функционального блока, содержащего интерфейсное устройство для текучей среды и магистраль подачи текучей среды, которая может состоять из нескольких коаксиальных трубок. Следует понимать, что такая предварительная сборка и последующее наложение термопластичной оболочки потребует соответствующего средства удерживания.
Вышеуказанное интерфейсное устройство для текучей среды и различные варианты его осуществления могут использоваться для множества сфер применения. Благодаря своему удлиненному телу и малым боковым размерам интерфейсное устройство для текучей среды может вводиться в кровеносный сосуд, предпочтительно вену с высокой перфузией. В качестве альтернативы оно может вводиться в головной мозг пациента или просто в подкожную область. В таких вариантах осуществления определенная степень фиксации обеспечивается чрескожным проходом, соединяющим интерфейсное устройство для текучей среды с внешним устройством управления и подачи.
Согласно дополнительному варианту осуществления периферийный базовый элемент выполнен в виде секции стенки трубчатого сегмента, пригодного для содержания области жидкости организма пациента (п.29). Важная область применения - оказание помощи пациентам, страдающим диабетом.
Периферийный базовый элемент выполнен в виде секции стенки трубчатого сегмента, при этом последний пригоден для содержания жидкости организма пациента. Для многих областей применения трубчатый сегмент выполнен с возможностью образования части артериовенозного шунта-трансплантата, когда устройство имплантировано в организм пациента. Таким образом, область жидкости организма пациента, контактирующая с первичной поверхностью элемента для передачи текучей среды, представляет собой область в трубчатом сегменте. В случае артериовенозного шунта-трансплантата жидкость организма представляет собой кровь пациента, проходящую через шунт.
Согласно дополнительному предпочтительному варианту осуществления периферийный базовый элемент выполнен за одно целое на трубчатом сегменте, который также изготовлен из биосовместимого термопластичного материала (п.30). Другими словами, трубчатый сегмент и соединенный с ним периферийный базовый элемент, а также предпочтительно гребневая конструкция выполнены за одно целое из одного термопластичного материала.
Важная область применения интерфейсного устройства для текучей среды - имплантация в артериовенозном шунте-трансплантате пациента. В число возможных мест расположения трансплантата и конфигураций входят прямой трансплантат предплечья (от лучевой артерии до головной вены), трансплантат предплечья (от плечевой артерии к головной вене), а также прямой трансплантат плеча (от плечевой артерии до медиальной подкожной вены или подмышечной вены). В число дополнительных возможностей входят бедренные трансплантаты, шейные трансплантаты (от подмышечной артерии до подмышечной вены), а также подмышечно-предсердные трансплантаты. Таким образом, согласно одному предпочтительному варианту осуществления трубчатый сегмент снабжен на обоих своих концах средством для соединения с большим кругом кровообращения пациента (п.31). Предпочтительно такое соединительное средство является разъемным. Данный вариант осуществления позволяет соединить трубчатый сегмент устройства, который обычно выполнен из биосовместимого термопластичного материала, обладающего предпочтительными характеристиками формообразования, с ответной частью, состоящей из искусственной трубки-трансплантата, соединенной с артерией или веной пациента. Такие трубки-трансплантаты обычно изготавливаются из политетрафторэтилена (PTFE), который был бы непригоден в качестве материала для образования гребневой конструкции, прилегающей к элементу для передачи текучей среды.
Согласно другому аспекту изобретения (п.32) предложена система для доставки текучей среды в область тела пациента и/или извлечения текучей среды из области тела пациента. Система содержит интерфейсное устройство для текучей среды согласно вышеприведенному определению, а также дополнительно содержит средство для хранения текучей среды и средство для передачи текучей среды для контролируемой доставки текучей среды в буферный объем и извлечения текучей среды из буферного объема через порты для текучей среды. Система выполнена с возможностью осуществления, по меньшей мере, следующих этапов согласно заданной последовательности:
a) прогонка промывочной среды через буферный объем;
b) прогонка промывочной среды через матрицу микроканалов;
c) извлечение жидкости организма пациента через матрицу микроканалов; а также
d) доставка терапевтического агента в организм пациента.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления системы средство передачи текучей среды выполнено в виде трансдермальной трубки (п.33). Такие устройства общеизвестны, например, как катетеры Hickman или Broviac, и содержат трубчатую секцию, проходящую через кожу пациента в надлежащем месте. Предпочтительно трубка имеет манжету, размещаемую на проходе через кожу, которая служит для механической фиксации и в качестве антимикробного барьера. Благодаря использованию пористой манжеты, например, выполненной из PTFE, после размещения манжеты обеспечивается врастание клеток; для уменьшения риска инфицирования в ее состав дополнительно могут вводиться антимикробные агенты, например серебро.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления средство передачи текучей среды содержит:
имплантируемый под кожу инжекционный порт, имеющий, по меньшей мере, одну инжекционную камеру, при этом каждая инжекционная камера имеет верхнее входное отверстие, покрытое прокалываемой мембраной, а также выходное отверстие;
по меньшей мере, одну линию передачи текучей среды, имеющую два конца, которая на одном своем конце может соединяться с упомянутым выходным отверстием, а на другом своем конце может соединяться с соответствующим портом для текучей среды упомянутого интерфейсного устройства для текучей среды.
Такие устройства общеизвестны, например, как имплантируемые венозные катетерные системы "port-a-cath".
Во многих областях применения желательно доставлять терапевтический агент в организм пациента относительно непрерывно, возможно адаптируя мгновенную скорость доставки к терапевтической потребности в данный момент времени. Последняя может определяться непрерывно или с перерывами с помощью подходящего способа мониторинга. Примером может служить непрерывная доставка инсулина согласно текущему уровню глюкозы в крови ("доставка по требованию"). Чтобы реализовать такую схему доставки предпочтительно принять вариант осуществления системы, который дополнительно содержит средство для установления непрерывного или прерывистого потока подающей среды через буферный объем, благодаря которому часть подающей среды доставляется в организм пациента через элемент для передачи текучей среды (п.35). Следует понимать, что "подающая среда" обычно представляет собой жидкую среду, содержащую необходимый терапевтический агент в соответствующей концентрации. Подающая среда обычно вводится в буферный объем через его первый порт для текучей среды.
В одном варианте осуществления система выполнена с возможностью работы так, что наибольшая часть подающей среды поступает из буферного объема через второй порт для текучей среды, при этом оставшаяся часть выводится через элемент для передачи текучей среды и тем самым доставляется в организм пациента. Следует также понимать, что доставляемая доля зависит от относительной проводящей способности элемента для передачи текучей среды по сравнению с проводящей способностью системы выведения текучей среды, содержащей второй порт для текучей среды. В некоторых областях применения доставляемая доля лежит в диапазоне от 1 до 20%, в частности примерно от 5 до 15%, конкретнее составляет около 10%. Обычно в элементе для передачи текучей среды создается перепад давления 10-30 мбар, т.е. давление в буферном объеме превышает давление в области тела пациента на эту величину.
В другом варианте осуществления система выполнена с возможностью работы в полунепрерывном порционном режиме, например, с помощью по существу известного управляемого поршневого средства для текучей среды, работа которого построена на несжимаемости жидкой среды. Это позволяет вводить и/или извлекать строго заданные порции объемов, например 1-10 мкл, в организм пациента и/или из организма пациента. Таким образом, можно реализовать множество режимов дозирования и/или разбавления, выбрав соответствующие последовательности введения и извлечения текучей среды.
Согласно дополнительному аспект изобретения (п.36) предложен способ управления вышеописанной системой, при этом способ предполагает доставку промывочной среды в буферный объем, чтобы поддерживать избыточное давление относительно основного давления в теле пациента, когда система не извлекает жидкость организма пациента и не доставляет терапевтический агент в организм пациента, тем самым не допуская создания какого-либо потока из области тела пациента через микроканалы в буферный объем.
Промывочная среда обычно представляет собой 30%/70%-ный раствор этилового спирта в воде, содержащий известный антикоагулянт, такой как гепарин или аспирин. Диффундируя из буферной среды через микроканалы, антикоагулянт способствует недопущению нежелательного образования сгустков крови в матрице микроканалов или рядом с ним.
В принципе, можно установить небольшой, но не постоянный поток промывочной среды из буферного объема в область тела пациента. Однако это потребует чрезмерного количества промывочной среды и, в общем, нежелательно. Во многих конкретных ситуациях достаточно просто удерживать буферный объем под небольшим избыточным давлением относительно основного давления в области тела пациента. Чтобы это сделать, можно периодически подавать буферную среду в буферный объем малыми порциями, например по 10 мкл каждые 5 мин.
Вышеуказанные систему и способ работы можно назвать "управлением с помощью жидкой мембраны" в том смысле, что нежелательное забивание микроканалов, а также нежелательное попадание определенных клеток и других частиц в буферный объем не допускается путем поддержания слоя защитной жидкости в микроканалах в каждый момент времени.
Краткое описание чертежей
Вышеупомянутые и другие признаки и задачи данного изобретения, а также способ их решения станут более очевидными, при этом само изобретение станет более понятным благодаря ссылкам на нижеследующее описание различных вариантов осуществления данного изобретения, приведенное совместно с сопроводительными чертежами, где:
на Фиг. 1 показан первый вариант осуществления интерфейсного устройства для текучей среды на виде в разрезе;
на Фиг. 2 показана часть интерфейсного устройства для текучей среды по Фиг. 1 с присоединенным дистанцирующим элементом на виде в разрезе;
на Фиг. 3 показан второй вариант осуществления интерфейсного устройства для текучей среды, представленный схематично на виде в разрезе;
на Фиг. 4 показана передняя пластинка по третьему варианту осуществления на виде сверху, если смотреть со стороны вторичной поверхности;
на Фиг. 5 показана передняя пластинка по Фиг. 4 на виде в перспективе;
на Фиг. 6 показана передняя пластинка по Фиг. 4 на виде в разрезе по линии сечения F-F;
на Фиг. 7 показан увеличенный участок G по Фиг. 6;
на Фиг. 8 показана передняя пластинка по Фиг. 4 с присоединенной к ней контрпластиной на виде сверху, если смотреть со стороны вторичной поверхности;
на Фиг. 9 показана передняя пластинка и контрпластина по Фиг. 8 на виде в разрезе по линии сечения B-B;
на Фиг. 10 показана передняя пластинка и контрпластина по Фиг. 8 на виде в разрезе по линии сечения A-A;
на Фиг. 11 показана передняя пластинка и контрпластина по Фиг. 8 на виде в перспективе;
на Фиг. 12 показано интерфейсное устройство для текучей среды, включающее в себя переднюю пластинку и контрпластину по Фиг.8, а также присоединенный соединитель для подачи текучей среды, на виде сверху, если смотреть со стороны первичной поверхности;
на Фиг. 13 показана конструкция по Фиг. 12 на виде в разрезе по линии сечения A-A;
на Фиг. 14 показана конструкция по Фиг. 12 на виде в разрезе по линии сечения B-B;
на Фиг. 15 показана конструкция по Фиг. 12 на виде в перспективе;
на Фиг. 16 показана конструкция по Фиг. 12 на виде сверху, если смотреть со стороны вторичной поверхности;
на Фиг. 17 показана конструкция по Фиг. 16 на виде в разрезе по линии сечения C-C;
на Фиг. 18 показана конструкция по Фиг. 16 на виде в разрезе по линии сечения D-D;
на Фиг. 19 показано другое интерфейсное устройство для текучей среды, включающее в себя переднюю пластинку и контрпластину по Фиг. 8, а также присоединенный соединитель для подачи текучей среды, на виде сверху, если смотреть со стороны, противоположной первичной поверхности;
на Фиг. 20 показана конструкция по Фиг. 19 на виде в разрезе по линии сечения A-A;
на Фиг. 21 показана конструкция по Фиг. 19 на виде в разрезе по линии сечения B-B;
на Фиг. 22 показана конструкция по Фиг. 19 на виде в перспективе;
на Фиг. 23 показана основная часть дополнительного интерфейсного устройства для текучей среды на виде в разрезе;
на Фиг. 24 показан четвертый вариант осуществления интерфейса текучей среды на схематичном виде в перспективе;
на Фиг. 25 показан увеличенный вид детали по Фиг. 24;
на Фиг. 26 показано интерфейсное устройство для текучей среды по Фиг. 24 на виде сверху, если смотреть со стороны вторичной поверхности;
на Фиг. 27 показано интерфейсное устройство для текучей среды по Фиг. 24 на виде сбоку;
на Фиг. 28 показано интерфейсное устройство для текучей среды по Фиг. 24 на виде в разрезе по линии сечения A-A;
на Фиг. 29 показано интерфейсное устройство для текучей среды по Фиг. 24 на виде в разрезе по линии сечения B-B;
на Фиг. 30 показан увеличенный вид детали C по Фиг. 28;
на Фиг. 31 показан увеличенный вид детали D по Фиг. 28;
на Фиг. 32 показан пятый вариант осуществления интерфейса текучей среды на виде в перспективе, частично в разрезе;
на Фиг. 33 показан увеличенный вид детали по Фиг. 32;
на Фиг. 34 показано интерфейсное устройство для текучей среды по Фиг. 32 на виде сверху, если смотреть со стороны вторичных поверхностей;
на Фиг. 35 показано интерфейсное устройство для текучей среды по Фиг. 32 на виде сверху, если смотреть со стороны первичной поверхности, при этом некоторые продольные сегменты отсутствуют;
на Фиг. 36 показано интерфейсное устройство для текучей среды по Фиг. 32 на виде сбоку, при этом некоторые продольные сегменты отсутствуют;
на Фиг. 37 показано интерфейсное устройство для текучей среды по Фиг. 32 на аксиальном виде с проксимального конца;
на Фиг. 38 показано интерфейсное устройство для текучей среды по Фиг. 32 на виде в разрезе по линии сечения A-A;
на Фиг. 39 показано интерфейсное устройство для текучей среды по Фиг. 32 на виде в разрезе по линии сечения B-B;
на Фиг. 40 показан увеличенный вид детали C по Фиг. 38;
на Фиг. 41 показан увеличенный вид детали D по Фиг. 38;
на Фиг. 42 показан шестой вариант осуществления интерфейсного устройства для текучей среды, представленный схематично на виде в разрезе;
на Фиг. 43 показана конструкция по Фиг. 16 на виде в разрезе по линии сечения C-C;
на Фиг. 44 показана конструкция по Фиг. 16 на виде в разрезе по линии сечения D-D;
на Фиг. 45 показано другое интерфейсное устройство для текучей среды, имеющее выполненную за одно целое трубчатую секцию, которое включает в себя переднюю пластинку и контрпластину по Фиг. 8, а также присоединенный соединитель для подачи текучей среды, на виде сбоку;
на Фиг. 46 показана конструкция по Фиг. 45 на виде сверху;
на Фиг. 47 показана конструкция по Фиг. 45 на виде в разрезе по линии сечения A-A;
на Фиг. 48 показана конструкция по Фиг. 45 на виде в перспективе;
на Фиг. 49 показано более подробное изображение по Фиг. 47;
на Фиг. 50 показан увеличенный вид участка, отмеченного как "B" на Фиг. 49;
на Фиг. 51 показано вертикальное сечение, проходящее через переднюю пластинку, оснащенную защитными элементами, частично с уделенными фрагментами.
Подробное описание изобретения
Чтобы лучше пояснить общий принцип, заложенный в настоящем изобретении, на Фиг. 1 и 2 показан основной вариант осуществления интерфейсного устройства для текучей среды, представленный схематично и без соблюдения масштаба. Устройство содержит периферийный базовый элемент 2, который в показанном примере выполнен в виде простой окружающей детали, имеющей выступающий наружу фланец 3. Составная часть, обозначенная в целом как элемент 4 для передачи текучей среды, герметично соединена с базовым элементом 2 и образует центральный участок устройства. Базовый элемент 2, в общем, предназначен для обеспечения некоторого вида соединения или фиксации с частью тела пациента и может быть выполнен за одно целое с элементом для передачи текучей среды. Последний содержит переднюю пластинку 6, имеющую первичную поверхность 8 и противоположную ей вторичную поверхность 10. Первичная поверхность находится в контакте с областью жидкости организма пациента, в целом обозначенной позицией 12, когда устройство имплантировано в организм пациента. Элемент для передачи текучей среды дополнительно содержит контрпластину 14, которая герметично наложена на вторичную поверхность передней пластинки и образует буферный объем 16 между ними. Важно отметить, что передняя пластинка 6 содержит, по меньшей мере, одну матрицу микроканалов 18, образующих проход для текучей среды между буферным объемом и первичной поверхностью. В зависимости от предполагаемого использования устройства микроканалы имеют отверстие, составляющий от 0,2 до 10 мкм. Контрпластина имеет два порта 20a; 20b для текучей среды, предназначенные для доставки текучей среды в буферный объем и/или извлечения текучей среды из буферного объема.
3
4
В представленном примере контрпластина 10 является по существу планарной и выполнена из стекла. Наоборот, передняя пластинка 6 имеет периферийную выступающую зону 22, направленную к контрпластине 10 и образующую боковую стенку, огораживающую буферный объем 16. Передняя пластинка 6 выполнена из Si и/или SiN и соединена с контрпластиной 14 с помощью анодной сварки.
На Фиг. 2 показано интерфейсное устройство для текучей среды по Фиг. 1, но без периферийного базового элемента 2. Дистанцирующий элемент 24, выполненный из термопластичного полимера, имеет первую дистанцирующую поверхность 26, соединенную с наружной поверхностью контрпластины 14 посредством соответствующего адгезива. Дистанцирующий элемент 24 содержит пересекающие каналы 28a; 28b, соединяющие первую дистанцирующую поверхность и противоположную ей вторую дистанцирующую поверхность 30. Каждый пересекающий канал выполнен с возможностью образования прохода между одним из портов 20a, 20b для текучей среды контрпластины и соответствующим отверстием 32a, 32b канала на второй дистанцирующей поверхности. Как будет показано в нижеследующих примерах, дистанцирующий элемент 24 представляет собой полезное средство для соединения с трубчатым соединителем надлежащей конфигурации, предназначенным для подачи и доставки текучей среды из внешнего устройства и во внешнее устройство.
Основная конструкция интерфейсного устройства для текучей среды, пригодного для имплантации в стенку вены, проиллюстрирована далее на Фиг. 3. Для этой цели периферийный базовый элемент 2 образован в виде пенной вставки из термопластичного фторполимера, пригодного для имплантации в стенку кровеносного сосуда пациента. Такие материалы коммерчески доступны, например, в виде сердечно-сосудистой заплаты GORE ACUSEAL. Для создания компактного надежного непроницаемого для среды соединения между пенной вставкой 2 и конструкцией 4 интерфейса текучей среды может использоваться конструкция, показанная на Фиг. 3. Такая конструкция содержит гребневую конструкцию 34, окружающую элемент 4 для передачи текучей среды и герметично соединяющую последний с базовым элементом 2. Гребневая конструкция 43 выполнена из биосовместимого термопластичного фторполимера, образованного вокруг элемента 4 для передачи текучей среды путем инжекционного формования. Чтобы способствовать хорошему сцеплению гребневой конструкции 34 с элементом 4 для передачи текучей среды, передняя пластинка 6 имеет выступающий наружу буртик 36, снабженный множеством отверстий 38. Как показано на Фиг. 3, полученный инжекционным формованием материал гребневой конструкции 34 расположен вокруг буртика 36 и в отверстиях 38, что обеспечивает эффект закрепления формы. Следует понимать, что вместо отверстий буртик может быть оснащен стопорными конструкциями других типов, такими как углубления и выступы.
В примере, показанном на Фиг. 3, накрывающая часть 40, которая, в общем, имеет форму кольца и выполнена из того же термопластичного фторполимера, что и гребневая конструкция 34, окружает дистанцирующий элемент 24 и находится в контакте с гребневой конструкцией 34. Гребневая конструкция 34 и накрывающая часть 40 окружают участок периферийного базового элемента 2, располагаясь в форме буквы C. Граничная зона C-образной формы между периферийным базовым элементом 2, гребневой конструкцией 34 и накрывающей частью 40 соединяется с помощью ультразвуковой сварки. Следует понимать, что этот удобный способ соединения требует, чтобы термопластичный фторполимер гребневой конструкции и накрывающей части был таким-же или совместимым с фторполимером, образующим периферийный базовый элемент 2 в виде пенной вставки. В представленном примере накрывающая часть 40 имеет зону 42 перекрытия, продолжающуюся поверх второй поверхности 30 дистанцирующего элемента 24. Как дополнительно схематично показано на Фиг. 3, передняя пластинка 6 и контрпластина 14 соединены друг с другом в первой контактной зоне 44, образованной с помощью анодной сварки. Кроме того, контрпластина 14 и дистанцирующий элемент 24 соединены друг с другом во второй контактной зоне 46 посредством соответствующего адгезива. Удобный способ сборки типового устройства по Фиг. 3 может быть кратко сформулирован следующим образом:
поместить ранее собранный элемент 4 для передачи текучей среды на соответствующий держатель передней пластинкой вниз
образовать периферийный гребень 34 путем инжекционного формования вокруг элемента 4 для передачи текучей среды
наложить дистанцирующий элемент 24 на контрпластину 14 и соединить с помощью подходящего адгезива
расположить образованный надлежащим образом периферийный базовый элемент 2, выполненный из пенного термопластичного фторполимера, поверх периферийного гребня 34
отдельно образовать накрывающую часть 40 и наложить ее поверх периферийного гребня 34 и дистанцирующего элемента 24
соединить накрывающую часть 40, периферийный гребень 34 и периферийный базовый элемент 2, расположенный между ними, с помощью ультразвуковой сварки.
Дополнительные детали одного варианта осуществления интерфейсного устройства для текучей среды, пригодного для имплантации в кровеносный сосуд, проиллюстрированы на Фиг. 4-18. Элементы, соответствующие элементам в вариантах осуществления, описанных выше, в целом имеют те же ссылочные позиции.
Как будет показано на Фиг. 4-7, микроканалы 18 расположены в удлиненных канавках 50, образованных в передней пластинке 6. Канавки 50 составляют часть передней пластинки, имеющую минимальную толщину, чтобы позволить образовать узкие микроканалы 18. На Фиг. 4-7 также показаны отверстия 38, образованные в зоне 36 буртика. Обладающая большей толщиной зона 52 пластинки, расположенная между парой канавок 50, служит в качестве механического элемента усиления.
Как очевидно из Фиг. 8-11, контрпластина 14, наложенная на вторичную сторону передней пластинки 6, оставляет зону 36 буртика свободной. В показанном примере имеются два отдельных буферных объема 16a и 16b, каждый из которых соответственно оснащен парой портов 20a, 20b или 20c, 20d для текучей среды.
На Фиг. 12-18 показан интерфейс текучей среды с присоединенным к нему соединителем 54 для подачи текучей среды. В частности, на Фиг. 13 показаны каналы 56 соединителя, каждый из которых ведет от латерального входного порта 58 к выходному порту 60, совпадающему с отверстием 32 канала на второй дистанцирующей поверхности 30. Как показано на Фиг. 15, 16 и 18, данная конструкция имеет четыре крюкообразных элемента 62 для присоединения с возможностью отсоединения соединителя 54 для подачи текучей среды к дистанцирующему элементу 24. В представленном примере крюкообразные элементы 62 проходят через соответствующие отверстия 64, предусмотренные в накрывающей части 40, расположенной поверх и вокруг дистанцирующего элемента 24. Конструкция, показанная на этих фигурах, содержит два отдельных отсека, в состав каждого из которых входят буферный объем, элемент для передачи текучей среды и два порта для текучей среды.
Как показано на Фиг. 17 и 18, гребневая конструкция 34 и периферийный базовый элемент 2 имеют вогнутое сечение, размер которого соответствует сечению кровеносного сосуда, в который устройство целиком может быть имплантировано.
На Фиг. 18 дополнительно показан предпочтительный способ герметичного соединения периферийного базового элемента 2 и гребневой конструкции 34 путем инжекционного формования на них накрывающей части 40, благодаря чему между частями 40 и 34, а также вставленной между ними частью 2 обеспечивается непроницаемое для среды укупоривание.
Дополнительный вариант осуществления, пригодный для подкожного или внутримышечного размещения, показан на Фиг. 19-22. Элемент для передачи текучей среды, в целом обозначенный позицией 4, оснащен дистанцирующим элементом 24 согласно вышеописанному способу. Предусмотрены каналы 56 соединителя для образования соединения по текучей среде между входными портами 58 и соответствующими отверстиями каналов 32 дистанцирующего элемента. Соединитель (54) для подачи текучей среды выполнен в виде уплотняющей массы, образующей герметизирующую капсулу для дистанцирующего элемента 24 и одновременно образующей периферийный базовый элемент 2.
Дополнительный вариант интерфейсного устройства для текучей среды по настоящему изобретению проиллюстрирован на Фиг. 23. Устройство содержит периферийный базовый элемент 2, который в представленном примере выполнен в виде простой окружающей детали, имеющей фланец 3, выступающий внутрь. Контрпластина имеет всего один порт 20 для текучей среды, предназначенный для доставки текучей среды в буферный объем и/или извлечения текучей среды из буферного объема.
3
4
В представленном примере контрпластина 10 является по существу планарной. Наоборот, передняя пластинка 6 имеет периферийную выступающую зону 22, направленную к контрпластине 10 и образующую боковую стенку, огораживающую буферный объем 16. Передняя пластинка 6 и контрпластина 14 выполнены из Si и/или SiN и соединены друг с другом, например, с помощью анодной сварки.
Третий вариант осуществления интерфейсного устройства для текучей среды показан на Фиг. 24-31. Устройство выполнено в виде удлиненного элемента, имеющего проксимальный конец P, дистальный конец D и боковую поверхность S между ними. Передняя пластинка 6 элемента 4 для передачи текучей среды выполнена с возможностью образования боковой поверхности S. Дистальный конец D удлиненного элемента B имеет заостренную форму. Вариант осуществления, показанный на Фиг. 24-31, представляет собой устройство, в котором буферный объем 16 содержит единственный отсек, соединенный с соответствующей матрицей 18 микроканалов и одним портом 20 для текучей среды. Как будет показано на фигурах, порт 20 для текучей среды расположен на проксимальной стороне контрпластины 10 и проходит в буферный объем 16 по существу в продольном направлении. Это позволяет создать очень компактную конструкцию, имеющую весьма малый общий размер, составляющий лишь около 5 мм. Передняя пластинка 6 и контрпластина 10 образуют колоду из двух пластин, окруженную периферийным базовым элементом 2, который, как в частности показано на Фиг. 27, образует внешнюю оболочку удлиненного элемента.
Удлиненный элемент содержит проход 102 для текучей среды, ведущий из порта 20 для текучей среды в отверстие 104 канала на проксимальном конце удлиненного элемента. Проксимальный конец оснащен средством 106 для присоединения соединителя для подачи текучей среды к отверстию канала.
На Фиг. 32-41 показан четвертый вариант осуществления интерфейсного устройства для текучей среды, в котором буферный объем содержит два отдельных отсека 16a и 16b, при этом каждый отсек соединен с соответствующей матрицей 18a, 18b микроканалов и соответствующим портом 20a, 20b для текучей среды. Эти два отсека расположены на одной и той же стороне удлиненного элемента B. Как показано на фигурах, данная конструкция требует, чтобы проход 102a для текучей среды, ведущий из более дистального отсека 16a в отверстие 104a канала, проходил с латеральным смещением вдоль более проксимального отсека 16b. В варианте осуществления, показанном на Фиг. 32-41, удлиненный элемент B оснащено продольным проходом 108, продолжающимся от дистального конца D до проксимального конца E. Этот проход выполнен в виде гладкого канала, не имеющего резких изгибов, и имеет диаметр, составляющий обычно 0,5 мм, который пригоден для размещения проволочного направителя, обычно используемого при катетерных интервенциях.
Основная конструкция интерфейсного устройства для текучей среды, пригодного для имплантации в трубчатой конструкции, такой как артериовенозный шунт, проиллюстрирована на Фиг. 42. Для этой цели периферийный базовый элемент 2 образован в виде секции стенки трубчатого сегмента, который будет подробнее описан ниже. Для создания компактного надежного непроницаемого для среды соединения между базовым элементом 2 и конструкцией 4 интерфейса текучей среды может использоваться конструкция, показанная на Фиг. 42. Такая конструкция содержит гребневую конструкцию 34, окружающую элемент 4 для передачи текучей среды и герметично соединяющую последний с базовым элементом 2. Гребневая конструкция 43 выполнена из биосовместимого термопластичного полимера, образованного вокруг элемента 4 для передачи текучей среды путем инжекционного формования. Чтобы способствовать хорошему сцеплению гребневой конструкции 34 с элементом 4 для передачи текучей среды, передняя пластинка 6 имеет выступающий наружу буртик 36, снабженный множеством отверстий 38. Как показано на Фиг. 42, полученный инжекционным формованием материал гребневой конструкции 34 расположен вокруг буртика 36 и в отверстиях 38, что обеспечивает эффект закрепления формы. Следует понимать, что вместо отверстий буртик может быть оснащен стопорными конструкциями других типов, такими как углубления и выступы.
В примере, показанном на Фиг. 42, периферийный базовый элемент 2 герметично соединен с гребневой конструкцией 34 с использованием соответствующего способа соединения, такого как ультразвуковая сварка. Следует понимать, что этот удобный способ соединения требует, чтобы термопластичный полимер гребневой конструкции 34 и материал периферийного базового элемента 2 были либо одинаковыми, либо совместимыми друг с другом.
Однако в других вариантах осуществления гребневая конструкция 34 и периферийный базовый элемент 2 выполнены за одно целое из одного и того же термопластичного полимера.
Как дополнительно схематично показано на Фиг. 42, передняя пластинка 6 и контрпластина 14 соединены друг с другом в первой контактной зоне 44, образованной с помощью анодной сварки. Кроме того, контрпластина 14 и дистанцирующий элемент 24 соединены друг с другом во второй контактной зоне 46 посредством соответствующего адгезива.
Удобный способ сборки типового устройства по Фиг. 42 для случая, когда гребневая конструкция 34 и периферийный базовый элемент 2 выполнены за одно целое, может быть кратко сформулирован следующим образом:
поместить ранее собранный элемент 4 для передачи текучей среды на соответствующий держатель передней пластинкой вниз
наложить дистанцирующий элемент 24 на контрпластину 14 и соединить с помощью подходящего адгезива 46
образовать гребневую конструкцию 34 и периферийный базовый элемент 2 путем инжекционного формования вокруг элемента 4 для передачи текучей среды.
Дополнительные детали одного варианта осуществления интерфейсного устройства для текучей среды, пригодного для имплантации в кровеносный сосуд, проиллюстрированы на Фиг. 4-16, а также на Фиг. 43 и 44. Элементы, соответствующие элементам в вариантах осуществления, описанных выше, в целом имеют те же ссылочные позиции.
На Фиг. 12-16, а также 43 и 44 показан интерфейс текучей среды с присоединенным к нему соединителем 54 для подачи текучей среды. Следует отметить, в частности в отношении Фиг. 14 и 15, а также Фиг. 43 и 44, что периферийный базовый элемент 2 также может быть выполнен за одно целое с трубчатой секцией устройства. В этом случае элемент, обозначенный позицией 2 в нижней части Фиг. 17 и 18, в действительности продолжается вниз для образования по существу круглой замкнутой секции.
Как показано на Фиг. 43 и 44, гребневая конструкция 34 и периферийный базовый элемент 2 имеют вогнутое сечение, размер которого соответствует сечению кровеносного сосуда, в который устройство целиком может быть имплантировано.
Сравнение Фиг. 44 и Фиг. 18 дополнительно показывает, что периферийный базовый элемент 2, гребневая конструкция 34, а также накрывающая часть 40, которая в варианте осуществления по Фиг. 18 представляют собой отдельный компонент, в варианте осуществления по Фиг. 44 выполнены за одно целое.
Дополнительный вариант осуществления, в особенности пригодный для соединения с трубчатой конструкцией, такой как артериовенозный шунт, показан на Фиг. 45-50. Конструкция, в общем, содержит периферийный базовый элемент 2, окружающий по периферии элемент 4 для передачи текучей среды, состоящий из передней пластинки 6, имеющей первичную поверхность 8 и противоположную ей вторичную поверхность 10, при этом первичная поверхность контактирует с областью жидкости организма пациента 12, когда устройство имплантировано в организм пациента. Элемент для передачи текучей среды дополнительно содержит контрпластину 14, герметично наложенную на вторичную поверхность передней пластинки и образующую буферный объем 16 между ними. Передняя пластинка содержит матрицу микроканалов 18, образующих проход для текучей среды между буферным объемом и первичной поверхностью. Периферийный базовый элемент выполнен в виде секции стенки выполненного за одно целое трубчатого сегмента 202, который содержит выполненную за одно целое гребневую конструкцию 204, создающую уплотнительное боковое пространство слоистого элемента 4 для передачи текучей среды.
Трубчатый сегмент 202 снабжен на обоих своих концах соединительным средством 206 для непроницаемого для среды соединения с оборудованными соответствующим образом концами 208 трубчатой конструкции 210, такой как артериовенозный шунт, трансплантированный пациенту. В представленном примере соединительное средство выполнено в виде концевых секций трубчатого сегмента 202, оснащенных наружными выступами 206 храпового типа и концевым буртиком 212 для приема уплотнительного кольца 214. Как дополнительно показано на фигурах, концы 208 трансплантированной трубчатой конструкции 210 оснащены обжатым ободком 216, имеющим аксиально выступающую вперед кольцевую скобу 218, взаимодействующую с соединителями 206 и имеющую переднюю поверхность, служащую для плотного упора в уплотнительное кольцо 214. В представленном примере данное соединение можно разблокировать, приложив к кольцевой скобе 218 усилие, направленное радиально наружу.
tr
0
0
tr
На Фиг. 51 показано вертикальное сечение, проходящее через переднюю пластинку 6, оснащенную защитными элементами 220. Как можно видеть на этом схематичном изображении, два микроканала 18 образуют проход для сообщения по текучей среде между первичной поверхностью 8 и вторичной поверхностью 10. Каналы имеют отверстие, внутренний диаметр d которого выбирается из величин в диапазоне от 0,6 до 2 мкм. Защитные элементы выполнены так, чтобы образовывать поперечное ограничение D над каждым выходом микроканала, при этом поперечное отграничение превышает отверстие микроканала и выбирается из величин в диапазоне от 2 до 4 мкм. Защитные элементы могут быть выполнены в виде стоек, т.е. выступов в виде коротких столбиков, имеющих наружный диаметр d, либо в виде взаимно параллельных полос, имеющих ширину d и длину, способную перекрыть всю первичную поверхность. Как показано на этой фигуре, поперечное ограничение D, образованное защитными элементами, создает препятствие для тромбоцита TH, при этом по-прежнему позволяя текучей среде поступать через полость, образованную между тромбоцитом и первичной поверхностью 8.