ОДНОДОЗОВЫЙ АСЕПТИЧЕСКИЙ АЭРОЗОЛЬНЫЙ ТУМАНООБРАЗОВАТЕЛЬ
SINGLE-DOSE ASEPTIC AEROSOL MIST PROJECTOR

Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к однодозовому асептическому туманообразователю, в котором используется постоянный звуковой генератор и сменный резервуар для жидкости с соплом.
Предпосылки создания изобретения
Распылители и/или туманообразователи часто используют для нанесения косметических и лечебно-профилактических жидких средств. В недорогих системах используют капельные дозаторы и/или сжимаемые бутылки с соплом определенной формы, с помощью которых жидкость нагнетается для обеспечения относительно неуправляемого дозирования и размера капель.
В дорогих системах могут использоваться дозировочные насосы и/или дорогие компоненты, образующие аэрозоль. Например, Hseih et al. в US 7992800 и Hseih et al. в заявке на патент США № 20120318260 описали небулайзеры, приводимые в действие пьезоэлектрическими и/или магнитными исполнительными механизмами для создания аэрозольного тумана.
Другие примеры включают The Technology Partnership PLC, EP615470B1; Hailes et al., US7550897; и Brown et al., US7976135, где описано устройство для разбрызгивания жидкости, включающее в себя преобразователи для нагнетания капель жидкости с наружной поверхности сопла.
Наконец, Terada et al. в US6863224; Yamamoto et al. в US6901926; и Esaki et al. в US8286629 описали ультразвуковые устройства, распыляющие жидкость.
К сожалению, эти дорогие компоненты при их многократном использовании могут загрязняться и требовать тщательной очистки или утилизации.
Существует потребность в относительно недорогой системе для доставки аэрозольного тумана с контролируемыми отдельными или одиночными дозами и размером частиц/капель.
Изложение сущности изобретения
Авторами изобретения неожиданно было обнаружено, что ультразвуковое распыление жидкости через сопла субмиллиметрового размера с помощью деформируемой мембраны сохраняет целостность мембраны на протяжении всего времени использования, обеспечивая асептическое распыление путем предотвращения прикосновения жидкости, инкапсулированной в узле резервуара-мембраны, к ультразвуковому рупору.
В одном аспекте изобретения однодозовая капсула для применения со звуковым генератором включает в себя деформируемую мембрану, выполненную с возможностью разъемного взаимодействия с дистальным концом удлиненного рупора; сопло, включающее в себя по меньшей мере одно отверстие подачи; сопло, включающее в себя по меньшей мере одно отверстие подачи; и расположенный между ними резервуар, содержащий жидкую композицию. Когда однодозовая капсула взаимодействует с дистальным концом удлиненного рупора, сопло находится в обращенном наружу положении, а резервуар сообщается по жидкой среде с по меньшей мере одним соплом.
В другом аспекте изобретения однодозовая капсула включена в комплект с ручным туманообразователем, содержащим корпус, имеющий дозирующее окно, расположенное и выполненное содержащим звуковой генератор и источник питания, связанный со звуковым генератором. Звуковой генератор включает в себя преобразователь и удлиненный рупор, имеющий проксимальный конец, связанный с преобразователем, и дистальный конец, расположенный и выполненный с возможностью передачи звуковой энергии за пределы корпуса.
В другом аспекте изобретения способ создания аэрозольного тумана включает в себя соединение первой однодозовой капсулы с ручным туманообразователем, энергоснабжение устройства для создания аэрозольного тумана, удаление первой однодозовой капсулы из дистального конца удлиненного рупора, соединение второй однодозовой капсулы с дистальным концом удлиненного рупора; и энергоснабжение звукового генератора для создания аэрозольного тумана. Каждая однодозовая капсула связана с дистальным концом удлиненного рупора, причем каждая однодозовая капсула включает в себя деформируемую мембрану, выполненную с возможностью разъемного взаимодействия дистального конца удлиненного рупора; сопло, включающее в себя по меньшей мере одно отверстие подачи; сопло, включающее в себя по меньшей мере одно отверстие подачи; и расположенный между ними резервуар, содержащий жидкую композицию. Стадия энергоснабжения звукового генератора включает в себя взаимодействие дистального конца удлиненного рупора с деформируемой мембраной и передачу звуковой энергии через деформируемую мембрану к жидкой композиции.
Краткое описание графических материалов
На Фиг. 1 представлен вид в перспективе однодозового аэрозольного туманообразователя в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 2 представлен вид сверху в горизонтальной проекции однодозового аэрозольного туманообразователя, изображенного на Фиг. 1.
На Фиг. 3 представлен вид сбоку однодозового аэрозольного туманообразователя, изображенного на Фиг. 1, с корпусом, удаленным для показа внутренних элементов.
На Фиг. 4 представлен вид с торца передней части дозирующего участка однодозового аэрозольного туманообразователя, изображенного на Фиг. 1.
На Фиг. 5 представлен вид сзади однодозовой капсулы, используемой в однодозовом аэрозольном туманообразователе, изображенном на Фиг. 1.
На Фиг. 6 представлено поперечное сечение по линии 6-6 однодозовой капсулы, изображенной на Фиг. 5.
На Фиг. 7 представлен вид спереди однодозовой капсулы, изображенной на Фиг. 5.
На Фиг. 8A-8C представлены альтернативные формы отверстий подачи в однодозовой капсуле, изображенной на Фиг. 5.
На Фиг. 9 представлен вид в увеличенном масштабе дистального конца удлиненного рупора перед взаимодействием с однодозовой капсулой.
На Фиг. 10 представлен вид в увеличенном масштабе дистального конца удлиненного рупора во время взаимодействия с однодозовой капсулой для создания аэрозольного тумана.
На Фиг. 11A представлен вид в горизонтальной проекции со стороны взаимодействия с рупором многодозового барабана, выполненного с возможностью взаимодействия с рупором звукового туманообразователя.
На Фиг. 11B представлен вид сбоку многодозового барабана, изображенного на Фиг. 11A.
На Фиг. 11C представлен вид в горизонтальной проекции противоположной, внешней стороны многодозового барабана, изображенного на Фиг. 11A.
На Фиг. 12 представлен вид в перспективе многодозового звукового туманообразователя в соответствии с альтернативным вариантом осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 13 представлен вид в перспективе многодозового звукового туманообразователя, изображенного на Фиг. 12, со снятым корпусом.
На Фиг. 14 представлен вид в перспективе с пространственным разделением компонентов многодозового барабана, такого как показанный на Фиг. 13.
На Фиг. 15 представлено поперечное сечение по линии 15-15 многодозового барабана в сборе, изображенного на Фиг. 14.
На Фиг. 16 представлен вид в перспективе с пространственным разделением компонентов альтернативного многодозового барабана, такого как показанный на Фиг. 13.
На Фиг. 17 представлено поперечное сечение по линии 17-17 многодозового барабана в сборе, изображенного на Фиг. 16.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Настоящее изобретение относится к ручному звуковому туманообразователю, который является более экономичным, чем обычные звуковые туманообразователи, поскольку относительно дорогие звуковой генератор и рупор отделены от единичных доз жидкостей, выдаваемых туманообразователем. Таким образом, туманообразователь можно пополнять жидкостями без какого-либо скопления жидкостей на рупоре.
В одном варианте устройства, показанном на Фиг. 1-4, ручной туманообразователь 100 включает в себя корпус 200, содержащий звуковой генератор 300 и систему 400 электропитания и управления. Ручной туманообразователь 100 может быть использован с серией однодозовых капсул 500.
Как показано на Фиг. 1, корпус 200 включает в себя удлиненную, по существу цилиндрическую внешнюю гильзу 202, имеющую задний конец 204 и передний конец 206. Внешняя гильза 202 имеет по существу равномерное поперечное сечение от заднего конца 204, проходящего к переднему концу 206, которое содержит систему 400 электропитания и управления и преобразователь 302 звукового генератора 300. Передняя часть 208 внешней гильзы 202 сужается к приемному устройству 210, имеющему дозирующее окно 211, расположенное и выполненное с возможностью вмещения однодозовой капсулы 500. Удлиненный рупор 304 проходит от звукового преобразователя 302 к переднему концу 206 корпуса 200.
Система 400 электропитания и управления включает в себя источник питания, такой как батарея 402, одну или более плат 404 управления.
В варианте осуществления, изображенном на Фиг. 1-4, корпус 200 включает в себя внутреннюю гильзу 212, выполненную с возможностью скольжения внутри внешней гильзы 202. Задний конец 214 внутренней гильзы 212 выступает наружу за пределы заднего конца 204 внешней гильзы 202, при этом внутренняя гильза 212 обеспечивает каркас, на котором закреплены батарея 402, плата 404 управления и звуковой генератор 300. Пружина 216 расположена между звуковым преобразователем 302 и передним концом 206 внешней гильзы 202. Эта пружина 216 обеспечивает сопротивление перемещению внутренней гильзы 212 к переднему концу 206 внешней гильзы 202, за исключением случаев, когда необходимо привести устройство в действие.
Один пример однодозовой капсулы 500 показан на Фиг. 5-7. Однодозовая капсула 500 представляет собой цилиндрический резервуар с толщиной меньшей, чем диаметр. Резервуар имеет первую по существу плоскую поверхность 502, имеющую по меньшей мере одно отверстие подачи 504, через которое можно выдавать содержащуюся в нем жидкость 310 в виде аэрозольного тумана, как по существу описано выше. Противоположная по существу плоская поверхность 506 резервуара выполнена в форме тонкой мембраны 508, закрепленной в стенках 510 резервуара, например, в пазу 512.
Отверстие (-ия) 504 подачи имеет (имеют) размер, позволяющий подавать аэрозольный туман. Предпочтительно, чтобы каждое отверстие подачи имело максимальный размер (поперек отверстия) менее около 200 микрон (мкм), более предпочтительно от около 50 до около 150 мкм. Предпочтительно отверстия подачи имеют по существу круглую форму, но специалист в данной области может изменять ее для достижения специальных требуемых свойств аэрозоля. Число отверстий подачи выбирают для подачи нужного объема выпуска тумана. Показаны капсулы с одним отверстием подачи для формирования пригодного аэрозольного шлейфа, при этом другие капсулы с 6 и 7 отверстиями также создавали пригодные аэрозольные шлейфы. Поэтому специалист в данной области может выбирать от одного до более десяти отверстий подачи. Отверстия подачи могут иметь постоянный канал (как показано на Фиг. 6 или могут изменяться от поверхности резервуара до внешней поверхности однодозовой капсулы. Придание формы конуса или другой воронки боковым стенкам может способствовать управлению аэрозольным шлейфом. Примеры таких форм показаны на Фиг. 8A (имеет форму конуса или усеченного конуса), 8B («Y-образная» форма, имеющая первую секцию 504a в форме усеченного конуса и вторую секцию 504b в форме канала постоянного сечения) и 8C (имеющую полусферическую первую секцию 504a' и вторую секцию 504b в форме канала постоянного сечения.
Во время эксплуатации оператор может включить переключатель питания 406 для включения энергоснабжения звукового генератора 300, удерживать внешнюю гильзу 202 корпуса 200 (например, между большим пальцем и одним или более пальцами) и использовать другой палец для нажатия на задний конец 214 внутренней гильзы 212, чтобы выталкивать внутреннюю гильзу 212 к переднему концу 206 внешней гильзы 202 для преодоления сопротивления пружины 216. Как показано на Фиг. 9 и 10, данное перемещение (указанное стрелкой 218) заставляет дистальный конец 306 удлиненного рупора 304 непосредственно взаимодействовать с мембраной 508 однодозовой капсулы 500 и выталкивать жидкость 310 через отверстие (-ия) 504 подачи, образуя таким образом аэрозольный туман 308. Размер, форма, число и расположение отверстия (-й) 504 подачи определяют шлейф тумана 308, создаваемый туманообразователем 100.
Настоящее изобретение используется для нанесения аэрозольных шлейфов лекарственных средств и/или увлажняющих растворов более гигиеническим способом, чем в вариантах, существующих в настоящий момент. Создание аэрозольных шлейфов путем генерирования звука может обеспечивать очень тонкодисперсные туманы с размером капель от около 20 до около 60 мкм при использовании практических диапазонов частот для ультразвукового рупора от 20 кГц до 200 кГц.
В альтернативном варианте осуществления в барабан может быть встроено множество однодозовых капсул. На ФИГ. 11A-C показан четырехдозовый барабан 600. Как показано на Фиг. 11A, круговой барабан 600 включает в себя четыре однодозовые капсулы 602. Каждая капсула 602 имеет мембрану 604, расположенную на стороне, обращенной к рупору, и съемный защитный язычок 606, покрывающий отверстия подачи (не показаны) на внешней стороне. Этот язычок 606 может быть удален пользователем или автоматически при помощи скребка (не показан). Барабан 600 выполнен с возможностью вращения вокруг оси 608 и может быть индексирован таким образом, чтобы его можно было совместить с рупором посредством механического сцепления или с помощью вращающейся детали с электромагнитным управлением (не показана).
В еще одном альтернативном варианте осуществления, показанном на Фиг. 12 и 13, устройство включает в себя звуковой генератор 300', включающий в себя преобразователь 302', удлиненный рупор 304' и многодозовый барабан 600', заключенный в корпус 200'. Многодозовый барабан 600' выполнен с возможностью извлечения из корпуса 200', чтобы обеспечить его замену после использования. Корпус 200' также содержит батарею 402' плату 404' управления и ствол 220 управления, на котором расположена пара регулирующих пружин 216a и 216b. Эти регулирующие пружины взаимодействуют с рычагом 222 управления для управления перемещением звукового генератора 300'. Когда рычаг 222 управления находится в вертикальном положении (222a, показан сплошной линией), он опирается на переднюю поверхность звукового преобразователя 302' и сжимает заднюю регулирующую пружину 216a, удерживая рупор 304' на расстоянии от барабана, что позволяет пользователю поворачивать однодозовую капсулу 602' в нужное положение, совмещенное с рупором 304', путем перемещения выпуклости 224. Когда рычаг 222 управления находится в переднем положении (222b на изображении), задняя регулирующая пружина 216a (которая сильнее, чем передняя регулирующая пружина 216b) выталкивает рупор 304' к совмещенной с ним однодозовой капсуле 602' для создания аэрозольного тумана через окошко 226 в передней части устройства.
В одном варианте осуществления, показанном на Фиг. 14-15, многодозовый барабан 600' содержит верхнюю крышку 6002, диск 6004 с резервуарами и размещенную между ними мембрану 6006. Эти компоненты расположены и выполнены с возможностью защелкивания верхней крышки 6002 на диске 6004 с резервуарами при помощи множества внутренних защелок 6008, расположенных вокруг центральной части верхней крышки 6002 и внешних защелок 6009, расположенных вокруг периферии верхней крышки 6002. Полученный узел обеспечивает множество однодозовых капсул 6020, имеющих описанные выше признаки. Внутренние защелки 6008 взаимодействуют с кромкой 6010 центрального отверстия 2012 диска 6004 с резервуарами, а внешние защелки 6009 взаимодействуют с внешним периметром 2013 диска 6004 с резервуарами. Множество выпуклостей 224 расположено вокруг внешнего периметра верхней крышки 6002.
Специалист в данной области определит материалы, пригодные для этих элементов. Тем не менее, ниже приведено общее руководство. Верхняя крышка 6002 предпочтительно выполнена из материала, который является менее жестким, чем диск 6004 с резервуарами. Ультразвуковая деформируемая мембрана 6006 предпочтительно имеет толщину от 25 до 75 мкм и изготовлена из материала, способного выдерживать более высокие температуры и, тем не менее, деформируемого при нагревании (при помощи термализованной ультразвуковой энергии в данном случае). Диск 6004 с резервуарами предпочтительно выполнен из материала, достаточно жесткого, чтобы не гасить ультразвуковую энергию за счет деформации во время туманообразования (в то время как ультразвуковой преобразователь выдвигается в полость, деформируя мембрану).
В другом варианте осуществления, показанном на Фиг. 16-17, многодозовый барабан 600ʺ содержит верхнюю крышку 6002', диск 6004' с резервуарами и мембрану 6006' (Фиг. 17; аналогична мембране, изображенной на Фиг. 14, но не показана на Фиг. 16), расположенную между ними. Эти компоненты расположены и выполнены с возможностью ультразвукового приваривания верхней крышки 6002' к диску 6004' с резервуарами с использованием множества колонок 6016, расположенных на верхней крышке 6002'. Эти колонки 6016 установлены во множество отверстий 6014 диска 6004' с резервуарами. Эти колонки 6016 обеспечивают взаимодействие на нижней поверхности 6018 диска 6004' с резервуарами для обеспечения ультразвукового или другого вида термической сварки (включая прецизионную лазерную сварку) или даже использование адгезивов, таких как УФ-отверждаемая эпоксидная смола, между дистальными концами 6019 и нижней поверхностью 6018 диска 6004' с резервуарами. Полученный узел обеспечивает множество однодозовых капсул 6020', имеющих описанные выше признаки. Множество выпуклостей 224 расположено вокруг внешнего периметра верхней крышки 6002'.
Как указано выше, поскольку звуковые генераторы более дорогие, чем традиционные сжимаемые и распылительные бутылки, важно разделять дорогой и многоразовый звуковой генератор и рупоры от относительно недорогих и потенциально одноразовых резервуаров для жидкости. Специалисту в данной области будет очевиден общий узел ручного звукового туманообразователя в соответствии с настоящим изобретением. Однако важно учитывать взаимодействие следующих элементов. Во-первых, дистальный конец 306 рупора 304 и мембрана 508 входят в непосредственное взаимодействие, чтобы свести к минимуму потерю энергии из-за неэффективной передачи движения от рупора к стенке сопла, находящегося напротив отверстий подачи, для сведения к минимуму накопления тепла и обеспечения максимально возможного управления полученным аэрозольным шлейфом. Кроме того, дистальный конец 306 рупора 304 должен взаимодействовать с центром мембраны 508 в течение всего времени работы. В том случае, если дистальный конец 306 рупора 304 и стенки 510 резервуара подходят друг к другу слишком близко, мембрана 508 может быть разорвана, таким образом, позволяя жидкости 310 загрязнять рупор 304.
Корпус может содержать любой приемлемый материал или комбинацию материалов. Предпочтительно, он включает один или более твердых теплостойких материалов. Примеры приемлемых материалов включают, без ограничения, металлы, сплавы, пластмассы или композитные материалы, содержащие один или более из этих материалов, или керамику. Пластмассы могут включать термопластики, приемлемые для применения в пищевой и фармацевтической промышленности, например полипропилен, полиэфирэфиркетон (PEEK) и полиэтилен. Предпочтительно, материал является легким и нехрупким. Корпус может быть изготовлен литьем пластмасс под давлением или любым иным приемлемым способом и предпочтительно является эргономичным и выполненным с возможностью комфортного размещения в руке пользователя. В предпочтительном варианте осуществления корпус имеет максимальный линейный размер (длину) до около 20 см, более предпочтительно до около 15 см, а наиболее предпочтительно - до около 10 см. Предпочтительно, чтобы максимальный размер, перпендикулярный длине, составлял 8 см, более предпочтительно - 5 см.
Кроме того, система 400 электропитания и управления включает в себя источник питания, такой как батарея 402, одну или более плат 404 управления. Источник 402 питания имеет размеры, позволяющие обеспечивать достаточную мощность для звукового генератора и любых дополнительных схем управления и/или электромеханических подсистем. Например, ручное управление, приводящее звуковой рупор в контакт с однодозовой капсулой, может быть заменено линейным двигателем для повышения эффективности управления. Источник питания может включать в себя такие устройства как конденсатор или, более предпочтительно, аккумуляторная батарея, и он предпочтительно выполнен с возможностью замены и/или перезарядки. В предпочтительном на данный момент варианте осуществления источник 402 питания представляет собой аккумуляторную батарею, включающую в себя, без ограничений, литиевые элементы питания, в том числе литий-полимерные батареи. Один пример внутреннего источника питания представляет собой литий-полимерный элемент, обеспечивающий напряжение около 3,7 В и имеющий емкость по меньшей мере около 200 миллиампер-час (мА·ч).
Однодозовая капсула 500 (которая также может быть описана как однодозовый контейнер или картридж) может быть упакована в воздухонепроницаемый контейнер, такой как карман из металлической фольги или пластмассы, или в блистерную упаковку. Каждая однодозовая капсула будет обеспечивать достаточное количество жидкости для требуемого лечения. Например, для офтальмологического применения у человека капсула может содержать от около 5 до около 20 микролитров (мкл); для применения в носовой полости человека капсула может содержать от около 50 до 150 мкл; а для применения в качестве антисептического препарата для ухода за раной капсула может содержать более 200 мкл. Специалисту в данной области будет понятно, что эти объемы могут быть изменены для этих и других желаемых видов применения.
Капсула 500 может быть образована из нескольких компонентов, таких как стенки 510, первая поверхность 502, имеющая отверстие (-ия) 504 подачи, и мембрана 508. Стенки и первая поверхность предпочтительно изготовлены из жесткого пластика. Например, однодозовая капсула может быть изготовлена из металла или инженерного пластика, механически обработана или отлита в пределах соответствующих допусков для установки в приемное устройство на дистальном конце удлиненного рупора. Не имеющий ограничительного характера список используемых материалов включает в себя ацетальные смолы (например, производства компании DuPont Engineering Polymers, выпускаемые под торговой маркой DELRIN), полиэфирэфиркетоны, термопластичные полиэфиримидные (PEI) смолы (например, производства компании SABIC, выпускаемые под торговой маркой ULTEM), поликарбонатные смолы, полиэфирные смолы и т. п.
Для обеспечения эффективной аэрозолизации мембрана должна быть: (1) как можно более тонкой, имеющей толщину от 25 до 75 мкм, (2) изготовленной из высокотемпературного пластика (фторированного, такого как PFA), (3) гибкой и (4) допускающей ультразвуковую сварку во время изготовления. Капсула может быть собрана путем формирования поверхности сопла и боковых стенок из одного из перечисленных выше материалов, а мембрана может быть присоединена к ней с помощью адгезивов, термосоединения, ультразвуковой сварки, зажатия мембраны между боковыми стенками и дополнительным кольцом, которое затем может быть привинчено или присоединено болтом к боковым стенкам.
Представленное выше описание и варианты осуществления предназначены для более полного и не имеющего ограничительного характера понимания изобретения, описанного в настоящем документе. Так как возможны различные изменения и варианты осуществления изобретения без отступления от его сущности и объема, суть настоящего изобретения отражена в прилагаемой ниже формуле изобретения.