BRPI0603019B1

BRPI0603019B1 - Dispositivo de bombeamento e método para bombear um fluido

Info

Publication number: BRPI0603019B1
Application number: BRPI0603019-0A
Authority: BR
Inventors: Mark S. Ortiz; Jeffrey S. Swayze
Original assignee: Johnson & Johnson
Priority date: 2005-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2019-04-09
Also published as: JP2007032572A; DE602006001698D1; US20070025868A1; AU2006203202A1; BRPI0603019A; US7353747B2; EP1748190A1; JP5026015B2; ATE400740T1; CN1916411B; CA2554316A1; CA2554316C; AU2006203202B2; EP1748190B1; CN1916411A

Abstract

"bomba baseada em polímero eletroativo". a presente invenção refere-se a métodos e dispositivos para bombear um fluido. em uma modalidade exemplar, uma bomba está provida que tem um primeiro membro com uma passagem formada através do mesmo, e uma pluralidade de atuadores eletricamente expansíveis em comunicação com o primeiro membro e adaptados para mudar de forma quando da aplicação de energia nos mesmos de modo que uma ativação seqüencial dos atuadores pode criar uma ação de bombeamento para mover o fluido através do primeiro membro.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para DISPOSITIVO DE BOMBEAMENTO E MÉTODO PARA BOMBEAR UM FLUIDO.

Fundamentos da Invenção

As bombas desempenham um importante papel em uma variedade de procedimentos médicos. Por exemplo, as bombas tem sido utilizadas para fornecer fluidos (solução salina, etc.) para as áreas de tratamento durante os procedimentos laparoscópicos e endoscópicos, para transportar o sangue para as e das máquinas de diálise e de coração - pulmão, e para amostrar os fluidos corporais para análise. A maioria das bombas médicas são bombas centrífugas ou de deslocamento positivo posicionadas fora do campo cirúrgico e projetadas para retirar ou fornecer fluidos.

As bombas de deslocamento positivo geralmente caem em duas categorias, rotor único e múltiplos rotores. Os rotores podem ser aletas, baldes, rolos, corrediças, pistões, engrenagens, e/ou dentes os quais aspiram ou forçam os fluidos através de uma câmara de fluido. Os rotores convencionais são acionados por motores elétricos ou de combustão que diretamente ou indiretamente acionam os rotores. Por exemplo, as bombas peristálticas geralmente incluem um tubo flexível montado dentro de uma carcaça de bomba circular e um mecanismo giratório com um número de rolos (rotores). Conforme o mecanismo rotativo gira, os rolos comprimem uma porção do tubo e forçam o fluido através de uma passagem interna dentro do tubo. As bombas peristálticas são tipicamente utilizadas para bombear fluidos limpos ou estéreis porque o mecanismo de bombeamento (o mecanismo rotativo e os rolos) não contacta diretamente o fluido, por meio disto reduzindo a probabilidade de contaminação cruzada.

Outras bombas de deslocamento positivo convencionais, tais como as bombas de engrenagens ou lobos, utilizam elementos rotativos que forçam o fluido através de uma câmara de fluido. Por exemplo, as bombas de lobos incluem dois ou mais rotores que tem uma série de lobos posicionada sobre os mesmos. Um motor gira o rotor, fazendo com que os lobos engrenem juntos e acionem o fluido através da câmara de fluido.

As bombas centrífugas incluem as bombas de fluxo radial, misto,

Petição 870180057872, de 04/07/2018, pág. 6/13 e axial. As bombas centrífugas podem incluir um impulsor rotativo com aletas radialmente posicionadas. O fluido entra na bomba e é aspirado para dentro de um espaço entre as aletas. A ação rotativa do impulsor então força o fluido para fora através da força centrífuga gerada pela ação de rotação do impulsor.

Apesar de eficientes, as bombas atuais requerem grandes alojamentos para conter o mecanismo de bombea mento mecânico, as engrenagens, e os motores, por meio disto limitando a sua utilidade em alguns procedimentos médicos. Conseqüentemente, existe uma necessidade de métodos e dispositivos aperfeiçoados para o fornecimento de fluidos. Sumário da Invenção

A presente invenção geralmente provê métodos e dispositivos para bombear substâncias, tais como fluidos, gases, e/ou sólidos. Em uma modalidade exemplar, uma bomba inclui um primeiro membro que tem uma passagem formada através do mesmo e uma pluralidade de atuadores em comunicação com o primeiro membro. Os atuadores estão adaptados para mudar de forma quando da aplicação de energia nos mesmos de modo que uma ativação seqüencial da pluralidade de atuadores está adaptada para criar uma ação de bombeamento para mover o fluido através do primeiro membro.

Os atuadores podem ser formados de uma variedade de materiais. Em uma modalidade exemplar, pelo menos um dos atuadores está na forma de um polímero eletroativo (EAP). Por exemplo, o atuador pode estar na forma de um feixe de fibras que tem um envoltório externo condutor flexível com diversas fibras de polímero eletroativo e um fluido iônico disposto no mesmo. Alternativamente, o atuador pode estar na forma de um laminado que tem pelo menos uma camada condutora flexível, uma camada de polímero eletroativo, e uma camada de gel iônico. Múltiplas camadas de laminado podem ser utilizadas para formar um composto. O atuador pode também incluir um eletrodo de retorno e um eletrodo de fornecimento acoplado no mesmo, com o eletrodo de fornecimento sendo adaptado para fornecer energia para cada atuador de uma fonte de energia externa.

Os atuadores podem também estar dispostos em uma variedade de configurações de modo a efetuar uma ação de bombeamento desejada. Em uma modalidade, os atuadores podem estar acoplados em um membro tubular flexível disposto dentro da passagem do primeiro membro. Por exemplo, o membro tubular flexível pode incluir um lúmen interno formado através do mesmo para receber o fluido, e os atuadores podem estar dispostos ao redor da circunferência do membro tubular flexível. A bomba pode também incluir um membro tubular interno disposto dentro do lúmen interno do membro tubular flexível de modo que o fluido possa fluir entre o membro tubular interno e o membro tubular flexível. O membro tubular interno pode definir uma passagem para receber ferramentas e dispositivos. Em outro aspecto, os atuadores podem estar dispostos dentro de um lúmen interno do membro tubular flexível e estes podem estar adaptados para serem seqüencialmente ativados para expandir radialmente quando do fornecimento de energia para o mesmo, por meio disto expandindo radialmente o membro tubular flexível. Como um resultado, os atuadores podem mover o fluido através de um percurso de fluido formado entre o membro tubular flexível e o primeiro membro.

Em outra modalidade, múltiplos atuadores podem estar posicionados radialmente ao redor de um cubo central dentro do primeiro membro. Uma camisa pode estar posicionada ao redor dos atuadores, de modo que uma contração axial dos atuadores move a camisa radialmente. O movimento seqüencial dos atuadores pode aspirar o fluido para dentro de uma passagem e expelir o fluido de uma passagem adjacente.

Adicionalmente aqui descritos estão métodos para bombear um fluido. Em uma modalidade, o método pode incluir fornecer seqüencialmente energia para uma série de atuadores de polímero eletroativo para bombear o fluido através de uma passagem que está em comunicação com os atuadores. Em uma modalidade, a série de atuadores de polímero eletroativo pode estar disposta dentro de um eixo alongado flexível, e um alojamento tubular externo pode estar disposto ao redor do eixo alongado flexível de modo que a passagem fique formada entre o alojamento tubular externo e o eixo alongado flexível. A série de atuadores de polímero eletroativo pode expandir radialmente quando a energia é fornecida para a mesma para expandir o eixo alongado flexível e bombear o fluido através da passagem. Em outra modalidade, a série de atuadores de polímero eletroativo pode estar disposta ao redor de um eixo alongado flexível que define uma passagem através do mesmo, e a série de atuadores de polímero eletroativo pode contrair radialmente quando a energia é fornecida para os mesmos para contrair o eixo alongado flexível e bombear o fluido através da passagem. Em ainda outra modalidade, a série de atuadores de polímero eletroativo pode definir a passagem através dos mesmos, e a série de atuadores de polímero eletroativo pode contrair radialmente quando a energia é fornecida para a mesma para bombear o fluido através do percurso de fluxo de fluido.

Breve Descrição dos Desenhos

A invenção será mais completamente compreendida da descrição detalhada seguinte tomada em conjunto com os desenhos acompanhantes, nos quais:

Figura 1A é uma vista em corte transversal de um atuador de EAP do tipo de feixe de fibras da técnica anterior;

Figura 1B é uma vista em corte transversal radial do atuador da técnica anterior mostrado na Figura 1A;

Figura 2A é uma vista em corte transversal de um atuador de EAP do tipo de laminado da técnica anterior que tem múltiplas camadas de composto de EAP;

Figura 2B é uma vista em perspectivas de uma das camadas de composto do atuador da técnica anterior mostrado na Figura 2A;

Figura 3A é uma vista em perspectiva de uma modalidade exemplar de uma bomba que tem múltiplos atuadores dispostos ao redor de um tubo flexível;

Figura 3B é uma vista em perspectiva da bomba da Figura 3A com o primeiro atuador ativado;

Figura 3C é uma vista em perspectiva da bomba da Figura 3A com os primeiro e segundo atuadores ativados;

Figura 3D é uma vista em perspectiva da bomba da Figura 3A com o primeiro atuador desativado e o segundo atuador ativado;

Figura 3E é uma vista em perspectiva da bomba da Figura 3A com os segundo e terceiro atuadores ativados;

Figura 3F é uma vista em perspectiva da bomba da Figura 3A com o segundo atuador desativado e o terceiro atuador ativado;

Figura 3G é uma vista em perspectiva da bomba da Figura 3A com os terceiro e quarto atuadores ativados;

Figura 4 é uma vista em corte transversal de outra modalidade de uma bomba que tem um atuador posicionado ao redor do exterior de um lúmen interno;

Figura 5 é uma vista em corte transversal de outra modalidade de uma bomba aqui descrita que inclui uma passagem interna;

Figura 6 é uma vista em corte transversal de ainda outra modalidade de uma bomba aqui descrita que inclui uma passagem interna;

Figura 7 é uma vista em corte transversal de outra modalidade de uma bomba aqui descrita;

Figura 8 é uma vista em corte transversal de ainda outra modalidade de uma bomba aqui descrita;

Figura 9A é uma vista em corte transversal da bomba da Figura 8;

Figura 9B é uma vista em corte transversal da bomba da Figura 8;

Figura 10A é uma vista em corte transversal de outra modalidade de uma bomba aqui descrita;

Figura 10B é uma vista em corte transversal da bomba da Figura 10A;

Figura 10C é uma vista em corte transversal da bomba da Figura 10A;e

Figura 10D é uma vista em perspectiva da bomba da Figura 10A.

Descrição Detalhada da Invenção

Certas modalidades exemplares serão agora descritas para prover uma compreensão geral dos princípios da estrutura, da função, da fabricação, e da utilização dos dispositivos e métodos aqui descritos. Um ou mais exemplos destas modalidades estão ilustrados nos desenhos acompanhantes. Aqueles versados na técnica compreenderão que os dispositivos e métodos especificamente aqui descritos e ilustrados nos desenhos acompanhantes são modalidades exemplares não limitantes e que o escopo da presente invenção é definido somente pelas reivindicações. As características ilustradas ou descritas em conexão com uma modalidade exemplar podem ser combinadas com as características de outras modalidades. Tais modificações e variações pretendem estar incluídas no escopo da presente invenção.

Aqui descritos estão vários métodos e dispositivos para bombear fluidos. Uma pessoa versada na técnica apreciará que, apesar dos métodos e dispositivos serem descritos para utilização no bombeamento de fluidos, estes podem ser utilizados para bombear qualquer substância, incluindo gases e sólidos. Em geral, o método e dispositivos utilizam um ou mais atuadores que estão adaptados para mudar de orientação quando a energia é fornecida para estes para bombear o fluido através de um percurso de fluido em comunicação com os atuadores. Apesar dos atuadores poderem ter uma variedade de configurações, em uma modalidade exemplar os atuadores são polímeros eletroativos. Os polímeros eletroativos (EAPs), também referidos como músculos artificiais, são materiais que exibem propriedades piezoelétricas, piroelétricas, ou eletroestritivas em resposta a campos elétricos ou mecânicos. Especificamente, os EAPs são um conjunto de polímeros dopados condutores que mudam de forma quando uma voltagem elétrica é aplicada. O polímero condutor pode fazer par com alguma forma de fluido ou gel iônico que utiliza eletrodos. Quando da aplicação de um potencial de voltagem nos eletrodos, um fluxo de íons do fluido / gel para dentro ou para fora do polímero condutor pode induzir uma mudança de forma do polímero. Tipicamente, um potencial de voltagem na faixa de aproximadamente 1 V a 4 kV

pode ser aplicado dependendo do polímero e do fluido ou gel iônico específicos utilizados. É importante notar que os EAPs não mudam de volume quando energizados, ao contrário estes merámente expandem em uma direção e contraem na direção transversal.

Uma das vantagens principais dos EAPs é a possibilidade de controlar eletricamente e sintonizar fino o seu comportamento e suas propriedades. Os EAPs podem ser repetitivamente deformados pela aplicação de voltagem externa através dos EAPs, e estes podem rapidamente recuperar a sua configuração original quando invertendo a polaridade da voltagem aplicada. Polímeros específicos podem ser selecionados para criar diferentes tipos de estruturas móveis, que incluem as estruturas de expansão, de movimento linear, e de dobramento. Os EAPs podem também formar pares com os mecanismos mecânicos, tais como as molas ou as placas flexíveis, para mudar o efeito do EAP sobre o mecanismo mecânico quando a voltagem é aplicada ao ΕΑΡ. A quantidade de voltagem fornecida para o EAP pode também corresponder à quantidade de movimento ou de mudança em dimensão que ocorre, e assim o fornecimento de energia pode ser controlado para efetuar uma quantidade desejada de mudança.

Existem dois tipos básicos de EAPs e múltiplas configurações para cada tipo. O primeiro tipo é um feixe de fibras que pode consistir em numerosas fibras agrupadas juntas para funcionar em cooperação. As fibras tipicamente têm um tamanho de aproximadamente 30-50 mícrons. Estas fibras podem ser tecidas no feixe semelhante aos têxteis e estas são freqüentemente referidas como fio de EAP. Em uso, a configuração mecânica do EAP determina o atuador de EAP e a sua capacidade para movimento. Por exemplo, o EAP pode estar formado em longos cordões e enrolados ao redor de um único eletrodo central. Uma camisa externa flexível formará o eletrodo externo para o atuador assim como conterá o fluido iônico necessário para a função do dispositivo. Quando uma voltagem é aplicada a este, o EAP inchará fazendo com que os cordões contraiam ou encurtem. Um exemplo de um material de EAP de fibra comercialmente disponível é fabricado pela Santa Fe Science and Technology e vendido como fibra PANION® e

descrito na Patente U.S. Número 6.667.825, a qual está por meio disto incorporada por referência em sua totalidade.

As Figuras 1A e 1B ilustram uma modalidade exemplar de um atuador de EAP 100 formado de um feixe de fibras. Como mostrado, o atuador 100 geralmente inclui uma camisa externa condutora flexível 102 que tem a forma de um membro cilíndrico alongado que tem tampas de extremidade isolantes opostas 102a, 102b formadas sobre o mesmo. A camisa externa condutora 102 pode, no entanto, ter uma variedade de outras formas e tamanhos dependendo da utilização pretendida. Como está adicionalmente mostrado, a camisa externa condutora 102 está acoplada em um eletrodo de retorno 108a, e um eletrodo de fornecimento de energia 108b estende-se através de uma das tampas de extremidade isolantes, por exemplo, a tampa de extremidade 102a, através do lúmen interno da camisa externa condutora 102, e para dentro da tampa de extremidade isolante oposta, por exemplo, a tampa de extremidade 102b. O eletrodo de fornecimento de energia 108b pode ser, por exemplo, um fio de catodo de platina. A camisa externa condutora 102 pode também incluir um fluido ou um gel iônico 106 disposto na mesma para transferir a energia do eletrodo de fornecimento de energia 108b para as fibras de EAP 104, as quais estão dispostas dentro da camisa externa 102. Especificamente, diversas fibras de EAP 104 estão dispostas em paralelo e estendem-se entre e para dentro de cada tampa de extremidade 102a, 102b. Como acima notado, as fibras 104 podem estar dispostas em várias orientações para prover um resultado desejado, por exemplo, uma expansão ou contração radial, ou um movimento de dobramento. Em uso, a energia pode ser fornecida para o atuador 100 através do eletrodo de fornecimento de energia ativo 108b e da camisa externa condutora 102 (anodo). A energia fará com que os íons no fluido iônico entrem nas fibras de EAP 104, por meio disto fazendo com que as fibras 104 expandam em uma direção, por exemplo, radialmente de modo que um diâmetro externo de cada fibra 104 aumente, e contraiam em uma direção transversal, por exemplo, axialmente de modo que um comprimento das fibras diminui. Como um resultado, as tampas de extremidade 102a, 102b serão puxadas uma na dire-

ção da outra, por meio disto contraindo e diminuindo o comprimento da camisa externa flexível 102.

Outro tipo de EAP é uma estrutura de laminado, a qual consiste em uma ou mais camadas de um EAP, uma camada de gel ou fluido iônico disposta entre cada camada de EAP, e uma ou mais placas condutoras flexíveis presas na estrutura, tal como um eletrodo de placa positivo e um eletrodo de placa negativo. Quando uma voltagem é aplicada, a estrutura de laminado expande em uma direção e contrai em uma direção transversal ou perpendicular, por meio disto fazendo com que a(s) placa(s) flexível(is) acoplada(s) na mesma encurte(m) ou alongue(m), ou dobre(m) ou flexione(m), dependendo da configuração do EAP em relação à(s) placa(s) flexível(is). Um exemplo de um material de EAP laminado comercial mente disponível é fabricado pela Artificial Muscle Inc, uma divisão do SRI Laboratories. Um material de EAP de placa, referido como um EAP de filme fino, está também disponível da EAMEX do Japão.

As Figuras 2A e 2B ilustram uma configuração exemplar de um atuador de EAP 200 formado de um laminado. Referindo primeiro à Figura 2A, o atuador 200 pode incluir múltiplas camadas, por exemplo, cinco camadas 210, 210a, 210b, 210c, 21 Od estão mostradas, de um composto de EAP de laminado que estão fixadas umas nas outras por camadas de adesivo 103a, 103b, 103c, 103d dispostas entre as mesmas. Uma das camadas, isto é, a camada 210, está mostrada em mais detalhes na Figura 2B, e como mostrado a camada 210 inclui uma primeira placa condutora flexível 212a, uma camada de EAP 214, uma camada de gel iônico 216, e uma segunda placa condutora flexível 212b, todas as quais estão presas umas nas outras para formar um composto de laminado. O composto pode também incluir um eletrodo de fornecimento de energia 218a e um eletrodo de retorno 218b acoplados nas placas condutoras flexíveis 212a, 212b, como adicionalmente mostrado na Figura 2B. Em uso, a energia pode ser fornecida para o atuador 200 através do eletrodo de fornecimento de energia ativo 218a. A energia fará com que os íons na camada de gel iônico 216 entrem na camada de EAP 214, por meio disto fazendo com que a camada 214 expanda em uma

direção e contraia em uma direção transversal. Como um resultado, as placas flexíveis 212a, 212b serão forçadas para flexionar ou dobrar, ou de outro modo mudar de forma com a camada de EAP 214.

Como anteriormente indicado, um ou mais atuadores de EAP podem estar incorporados em um dispositivo para bombear fluidos. Os EAPs provêem uma vantagem sobre as bombas acionadas por motores tradicionais, tais como os motores elétricos, porque estes podem ser dimensionados para colocação em um dispositivo implantável ou cirúrgico. Além disso, uma série de EAPs pode estar distribuída dentro de uma bomba (por exemplo ao longo de um comprimento de uma bomba ou em uma configuração radial) ao invés de basear-se em um único motor e uma disposição de engrenagens complexa. Os EAPs podem também facilitar o controle remoto de uma bomba, o que é especificamente útil para os dispositivos médicos implantados. Como abaixo discutido em detalhes, os EAPs podem acionar uma variedade de diferentes tipos de bombas. Mais ainda, qualquer tipo de EAP pode ser utilizado. Como um exemplo não limitante, os atuadores de EAP podem estar na forma de atuadores de feixe de fibras formados em membros em forma de anel ou de rosquinha, ou alternativamente estes podem estar na forma de atuadores de EAP de laminado ou compostos que são enrolados para formar um membro de forma cilíndrica. Uma pessoa versada na técnica apreciará que as bombas aqui descritas podem ter uma variedade de configurações, e que estas podem ser adaptadas para utilização em uma variedade de procedimentos médicos. Por exemplo, as bombas aqui descritas podem ser utilizadas para bombear um fluido para e/ou de um dispositivo implantado, tal como uma cinta gástrica.

A Figura 3A ilustra uma modalidade exemplar de um mecanismo de bombeamento que utiliza os atuadores de EAP. Como mostrado, a bomba 10 geralmente inclui um membro alongado 12 que tem uma extremidade mais próxima 14, uma extremidade mais distante 16, e uma passagem interna ou lúmen 18 que estende-se através do mesmo entre as extremidades mais próxima e mais distante 14, 16. O lúmen interno 18 define um percurso de fluido. A bomba 10 também inclui múltiplos atuadores de EAP 22a, 22b,

22c, 22d, 22e que estão dispostos ao redor da superfície externa 20 do membro alongado 12. Em uso, como será abaixo explicado em mais detalhes, os atuadores 22a-22e podem ser seqüencialmente ativados utilizando a energia elétrica para fazer com que os atuadores 22a-22e contraiam radialmente, por meio disto contraindo o membro alongado 12 e movendo o fluido através do mesmo.

O membro alongado 12 pode ter uma variedade de configurações, mas em uma modalidade exemplar este está na forma de um tubo alongado ou cânula flexível que está configurado para receber o fluxo de fluido através do mesmo, e que está configurado para flexionar em resposta às mudanças orientacionais nos atuadores 22a-22e. A forma e o tamanho do membro alongado 12, assim como os materiais utilizados para formar um membro alongado flexível e/ou elástico 12, podem variar dependendo da utilização pretendida. Em certas modalidades exemplares, o membro alongado 12 pode estar formado de um polímero biocompatível, tal como o silicone ou o látex. Outros elastômeros biocompatíveis adequados incluem, como um exemplo não limitante, o poliisopreno sintético, o cloropreno, um fluoroelastômero, a nitrila, e o fluorossilicone. Uma pessoa versada na técnica apreciará que os materiais podem ser selecionados para obter as propriedades mecânicas desejadas. Apesar de não mostrado, o membro alongado 12 pode também incluir outras características para facilitar a sua fixação em um dispositivo médico, uma fonte de fluido, etc.

Os atuadores 22a-22e podem também ter uma variedade de configurações. Na modalidade ilustrada, os atuadores 22a-22e estão formados de um laminado ou composto de EAP que é enrolado ao redor de uma superfície externa 20 do membro alongado 12. Um adesivo ou outra técnica de ligação pode ser utilizado para prender os atuadores 22a-22e no membro alongado 12. Os atuadores 22a-22e estão de preferência espaçados por uma distância uns dos outros para permitir que os atuadores 22a-22e contraiam radialmente e expandam axialmente quando a energia é fornecida para estes, no entanto estes podem estar posicionados em contato uns com os outros. Uma pessoa versada na técnica apreciará que os atuadores 22a12

22e podem alternativamente estar dispostos dentro do membro alongado 12, ou estes podem ser integralmente formados com o membro alongado 12. Os atuadores 22a-22e podem também estar acoplados uns nos outros para formarem um membro tubular alongado, por meio disto eliminando a necessidade de um membro flexível 12. Uma pessoa versada na técnica apreciará também que, apesar de cinco atuadores 22a-22e serem mostrados, a bomba 10 pode incluir qualquer número de atuadores. Os atuadores 22a-22e podem também ter uma variedade de configurações, formas, e tamanhos para alterar a ação de bombeamento do dispositivo.

Os atuadores 22a-22e podem também estar acoplados no membro alongado flexível 12 em uma variedade de orientações para conseguir um movimento desejado. Em uma modalidade exemplar, a orientação dos atuadores 22a-22e está disposta de modo que os atuadores 22a-22e contactarão radialmente e expandirão axialmente quando da aplicação de energia nos mesmos. Especificamente, quando a energia é fornecida para os atuadores 22a-22e, os atuadores 22a-22e podem diminuir de tamanho, por meio disto diminuindo um diâmetro interno do membro alongado 12. Uma tal configuração permite que os atuadores 22a-22e sejam seqüencialmente ativados para bombear o fluido através do membro alongado 12, como será abaixo discutido em mais detalhes. Uma pessoa versada na técnica apreciará que várias técnicas podem ser utilizadas para fornecer energia para os atuadores 22a-22e. Por exemplo, cada atuador 22a-22e pode estar acoplado a um eletrodo de retorno e um eletrodo de fornecimento que está adaptado para comunicar a energia de uma fonte de energia para o atuador. Os eletrodos podem estender-se através do lúmen interno 18 do membro alongado 12, ser embutidos nas paredes laterais do membro alongado 12, ou estes podem estender-se ao longo de uma superfície externa do membro alongado 12. Os eletrodos pedem acoplar a uma fonte de bateria, ou estes podem estender-se através de um cordão elétrico que está adaptado para acoplar a uma tomada elétrica. Onde a bomba 10 está adaptada para ser implantada dentro do paciente, os eletrodos podem estar acoplados a um transformador que está adaptado para ser subeutaneamente implantando e

que está adaptado para receber energia remotamente de uma fonte externa localizada fora do corpo do paciente. Uma tal configuração permite que os atuadores 22a-22e sobre a bomba 10 sejam remotamente ativados sem a necessidade de cirurgia.

As Figuras 3B-3G ilustram um método exemplar para ativar seqüencialmente os atuadores 22a-22e para poder criar uma ação de bombeamento do tipo peristáltico. A seqüência pode iniciar pelo fornecimento de energia para um primeiro atuador 22a de modo que o atuador comprima uma porção do membro alongado 12 e reduza o diâmetro do lúmen interno

18. Enquanto mantendo o fornecimento de energia para o primeiro atuador 22a, a energia é fornecida para um segundo atuador 22b adjacente ao primeiro atuador 22a. O segundo atuador 22b contrai radialmente, isto é, diminui de diâmetro, para comprimir adicionalmente o membro alongado 12, como ilustrado na Figura 3C. Como um resultado, o fluido dentro do lúmen interno 18 será forçado na direção mais distante no sentido da extremidade mais distante 16 do membro alongado 12. Como mostrado na Figura 3D, enquanto mantendo o fornecimento de energia para o segundo atuador 22b, o fornecimento de energia para o primeiro atuador 22a é interrompido, por meio disto fazendo com que o primeiro atuador 22a expanda radialmente e retorne para uma configuração original, desativada. A energia é então fornecida para um terceiro atuador 22c adjacente ao segundo atuador 22b para fazer com que o terceiro atuador 22c contraia radialmente, como mostrado na Figura 3E, empurrando adicionalmente o fluido através do lúmen interno 18 em uma direção mais distante. O fornecimento de energia para o segundo atuador 22b é então interrompido de modo que o segundo atuador 22b expanda radialmente para retornar para a sua configuração original, desativada, como mostrado na Figura 3F. A energia pode então ser fornecida para um quarto atuador 22d, como mostrado na Figura 3G, para contrair radialmente o quarto atuador 22d e bombear adicionalmente o fluido na direção mais distante. Este processo de ativar e desativar seqüencialmente os atuadores adjacentes é continuado. O resultado é um pulso o qual se desloca da extremidade mais próxima 14 da bomba 10 para a extremidade mais dis-

tante 16 da bomba 10. O processo ilustrado nas Figuras 3B-3G pode ser repetido, conforme necessário, para continuar a ação de bombeamento. Por exemplo, a energia pode ser novamente fornecida para os atuadores 22a22e para criar um segundo pulso. Alguém versado na técnica apreciará que o segundo pulso pode seguir diretamente atrás do primeiro pulso pela ativação do primeiro atuador 22a ao mesmo tempo em que o último atuador 22d, ou alternativamente o segundo pulso pode seguir o primeiro pulso algum tempo depois.

Em outra modalidade, a bomba 10 pode incluir um membro alongado interno 24 que contém o membro alongado interno 12 e os atuadores 22a-22e. Isto está ilustrado na Figura 4, a qual mostra um corte transversal da bomba 10 que tem um membro alongado externo 24 disposto ao redor de um atuador 22, o qual está disposto ao redor do membro alongado flexível 12. O membro alongado externo 24 pode meramente funcionar como um alojamento para conter os atuadores e opcionalmente para prover um suporte, uma rigidez, e/ou flexibilidade adicionais à bomba 10.

Em outra modalidade, a bomba 10 pode incluir membros e/ou passagens alongados adicionais. Por exemplo, como ilustrado na Figura 5, a bomba 10 pode incluir um membro interno rígido ou semi-rígido 26 que define uma passagem axial 28 através da bomba 10. Em uso, a passagem 28 pode prover, por exemplo, acesso a uma posição cirúrgica para o fornecimento de instrumentos, fluidos, ou outros materiais, e/ou para inspeção visual. Apesar do membro interno 26 está ilustrado como tendo uma passagem, alguém versado na técnica apreciará que este pode alternativamente ser um membro sólido ou de extremidades fechadas que provê uma superfície que define um percurso de fluido e/ou que provê um suporte estrutural para a bomba 10.

Apesar dos atuadores ilustrados nas Figuras 3A-5 criarem uma ação de bombeamento contraindo radialmente para comprimir o membro alongado 12, a ação de bombeamento pode ser alternativamente criada expandindo radialmente o atuador para aumentar um diâmetro de um membro alongado. Por exemplo, a Figura 6 ilustra uma vista em corte transversal de uma bomba 10' que tem um membro alongado externo 24' e um membro alongado interno flexível 12’ que definem uma passagem de fluxo de fluido entre os mesmos. Os atuadores (somente um atuador 22' está mostrado) estão posicionados entre um membro interno 26' e o membro alongado interno flexível 12'. O membro interno 26' define um percurso para prover acesso a uma posição cirúrgica para o fornecimento de instrumentos, fluidos, ou outros materiais, e/ou para inspeção visual. Em uso, o fluido pode ser bombeado através do dispositivo 10' pelo fornecimento de energia para o atuador 22’ radialmente expandir o atuador 22', isto é aumentar um diâmetro do atuador 22', por meio disto expandindo radialmente o membro alongado interno flexível 12' na direção do membro alongado externo 24’. Alguém versado na técnica apreciará que o membro interno 26' e/ou o membro externo 24' da bomba 10' podem ser flexíveis, rígidos, ou semi-rígidos dependendo da configuração desejada da bomba 10'.

A Figura 7 ilustra outra modalidade exemplar de uma bomba 10 que utiliza os atuadores do tipo de feixe de fibras para criar uma ação de bombeamento. Especificamente, a bomba 10 pode incluir um membro alongado 26 que define uma passagem 28 através do mesmo para prover acesso a uma posição cirúrgica para o fornecimento de instrumentos, fluidos, ou outros materiais, e/ou para inspeção visual. Uma camisa flexível interna 30 e uma camisa flexível externa 32 estão dispostas ao redor do membro alongado 26” e estas estão espaçadas por uma distância umas das outras de modo que estas estão adaptadas para assentar os atuadores 22 entre os mesmos. Em outras palavras, a camisa flexível mais externa 32 pode ter um diâmetro que é maior do que um diâmetro da camisa flexível interna 30. Os atuadores 22 podem estar formados em membros em forma de anel que estão alinhados axialmente ao longo de um comprimento da bomba 10. Em uso, o fluido pode fluir entre a camisa flexível interna 30 e o membro alongado 26. Quando a energia é fornecida para um atuador 22 o atuador 22 contrai radialmente, isto é, diminui de diâmetro, por meio disto movendo a porção das camisas flexíveis interna e externa 30, 32 que estão posicionadas adjacentes ao atuador 22 ativado na direção do membro alongado 26.

Como anteriormente explicado, a energia pode ser seqüencialmente fornecida para os atuadores 22 para criar uma ação de bombeamento do tipo de pulso.

Como ilustrado na Figura 8, a bomba 10 pode também incluir um membro externo 24 disposto ao redor da camisa externa 32. O espaço entre a camisa interna 30 e o membro alongado 26 pode definir um primeiro percurso de fluido 36 e o espaço entre a camisa externa 32 e o membro externo 24 pode definir um segundo percurso de fluido 38. A ativação sequencial dos atuadores 22 pode bombear o fluido através dos primeiro e segundo percursos 36, 38 simultaneamente.

As Figuras 9A e 9B ilustram a ação de bombeamento do átuadores 22 na bomba 10 da Figura 8. Em geral, os atuadores 22a-j são seqüencialmente ativados para criar uma ação de onda. Isto pode ser conseguido ativando totalmente alguns dos atuadores, ativando parcialmente ou desativando parcialmente atuadores adjacentes, e desativando totalmente alguns dos atuadores. Como anteriormente explicado, a quantidade de energia fornecida para cada atuador pode correlacionar com a quantidade de expansão ou contração radial que ocorre. Como mostrado na Figura 9A, alguns dos atuadores por exemplo, os atuadores 22d e 22i, estão totalmente ativados para comprimir a camisa interna 30 de modo que uma porção da camisa interna 30 adjacente aos atuadores 22d, 22i fica posicionada contra o membro alongado 26’. Os atuadores adjacentes, por exemplo, os atuadores 22b, 22c, 22e, 22g, 22h, 22j, estão parcialmente ativados ou parcialmente desativados, dependendo da direção de movimento desejada do fluido, e os atuadores restantes, por exemplo, os atuadores 22a e 22Γ estão totalmente desativados e em uma configuração totalmente expandida. Como um resultado, os atuadores 22a-j coletivamente formam uma configuração de onda ao longo do comprimento da bomba. Como o fornecimento de energia para cada atuador 22a-j continua a deslocar-se entre totalmente ativado e total mente desativado, os atuadores 22a-j continuarão a expandir e contrair, por meio disto movendo o fluido através dos percursos 36, 38. Como mostrado na Figura 9B, os atuadores 22d e 22i estão totalmente desativa17 dos de modo que estes estão radialmente expandidos, os atuadores 22b, 22c, 22e”, 22g, 22h, 22j adjacentes, estão parcialmente ativados ou parciaImente desativados, e os atuadores 22a e 22Γ estão totalmente ativados e em uma configuração total mente contraída. Os atuadores 22a-j assim criam uma pressão nos percursos de fluido 36, 38 para comprimir o fluido através dos mesmos.

Em ainda outra modalidade, os atuadores de EAP podem ser utilizados em uma bomba do tipo de lobo ou aleta. As Figuras 10A-10D ilustram uma modalidade de uma bomba 310 que tem um alojamento externo 340 que define uma passagem de fluido 341 através do mesmo, e que inclui os orifícios de entrada e de saída 350, 352. Um cubo central 342 está disposto dentro do alojamento externo 340 e este inclui múltiplos atuadores 322 que estendem-se do mesmo em uma configuração radial. Uma camisa externa 348 está disposta ao redor dos atuadores 322 e do cubo 342 para formar um conjunto de alojamento interno. Em uso, os atuadores 322 podem ser seqüencialmente ativados para mover o conjunto de alojamento interno dentro do alojamento externo 340, por meio disto aspirando o fluido para dentro da bomba 310 através do orifício de entrada 350, mover o fluído através da bomba 310, e expelir o fluido através do orifício de saída 352.

Os alojamentos interno e externo podem cada um ter uma variedade de configurações, mas em uma modalidade exemplar cada alojamento é substancialmente cilíndrico ou em forma de disco. O alojamento externo 340 é de preferência formado de um material substancialmente rígido, enquanto que a camisa 348 que forma o alojamento interno é de preferência formada de um material semi-rígido ou flexível. Os materiais podem, é claro, variar dependendo da configuração específica da bomba 310.

Os atuadores 322 que estão dispostos dentro da camisa 348 estão de preferência configurados para contrair e expandir axialmente, isto é, diminuir e aumentar no comprimento, para essencialmente puxar a camisa 348 na direção do cubo central 342, ou empurrar a camisa 348 afastando do cubo central 342. A ativação seqüencial dos atuadores 322 portanto moverá o alojamento interno em um padrão geralmente circular dentro do alojamento

externo 340, por meio disto bombeando o fluido através do alojamento externo 340. Uma pessoa versada na técnica apreciará que os atuadores 322 podem ser configurados para expandir axialmente, isto é, aumentar em comprimento, enquanto a energia é fornecida a estes, ao invés de contrair 5 axialmente.

O movimento do alojamento interno está ilustrado nas Figuras

10A-10C. Como mostrado na Figura 10A alguns dos atuadores, por exemplo, os atuadores 322f, 322g, 322h, 322i, e 322j estão parcialmente ou totalmente ativados (a energia é fornecida para os atuadores) de modo que

estes são axialmente contraídos para puxara porção da camisa 348 acoplada a estes na direção do cubo central 348. Como um resultado, uma área em forma crescente está formada dentro do alojamento externo 340 para dentro do qual o fluido 356 é aspirado. Como mostrado na Figura 10B, o conjunto de alojamento interno é deslocado pelo menos parcialmente desati15 vando alguns dos atuadores anteriormente ativados (por exemplo, os atuadores 322f, e 322g, e pelo menos parcialmente ativando os atuadores adjacentes, por exemplo, os atuadores 322i, 322j, 322k, 322I, e 322a. Esta ativação seqüencial ainda move o fluido 356 na direção do volume interno do alojamento externo 340. A ativação seqüencial continuada dos ativadores (por exemplo, 322I, 322a, 322b, 322c, 322d, 322e, etc.) continuará a mover o fluido 356 na direção do orifício de saída 352, como mostrado na Figura 10C. Uma vez que o fluido 356 está posicionado próximo do orifício de saída 352, a ativação dos atuadores adjacentes ao orifício de saída 352, por exemplo, os atuadores 322a, 322b, 322c, expelirá o fluido 356 através do ori- fício de saída 352.

Alguém versado na técnica apreciará características e vantagens adicionais da invenção com base nas modalidades acima descritas. Por exemplo, o orifício de acesso pode ser provido em kits que têm orifícios de acesso com diferentes comprimentos para corresponder a uma profundi30 dade da cavidade da área de trabalho do paciente. O kit pode conter qualquer número de tamanhos ou alternativamente uma instalação, como um hospital, pode inventariar um dado número de tamanhos e formas do orifício

de acesso. Conseqüentemente, a invenção não deve ser limitada pelo que foi especificamente mostrado e descrito, exceto como indicado pelas reivindicações anexas. Todas as publicações e referências aqui citadas estão expressamente incorporadas aqui por referência em sua totalidade.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo de bombeamento (10”) que compreende:

um primeiro membro (32”) que tem uma passagem (28”) formada através do mesmo; e uma pluralidade de atuadores (22”) em comunicação com o primeiro membro (32”) e adaptados para mudar de forma quando da aplicação de energia nos mesmos de modo que uma ativação sequencial da pluralidade de atuadores (22”) está adaptada para criar uma ação de bombeamento para mover o fluido (34”) através do primeiro membro caracterizado pelo fato de que:

a pluralidade de atuadores (22”) está acoplada em um membro tubular flexível (30”) disposto dentro da passagem do primeiro membro (32”), e um membro tubular interno (26”) disposto dentro do lúmen interno do membro tubular flexível (30”) e definindo uma passagem (28”) para receber ferramentas e dispositivos, em que fluido (34”) está adaptado para fluir entre o membro tubular interno (26”) e o membro tubular flexível (30”).
2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada atuador (22”) está adaptado para expandir radialmente e contrair axialmente quando da aplicação de energia no mesmo.
3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada atuador (22”) compreende um polímero eletroativo.
4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada atuador (22”) compreende pelo menos um composto de polímero eletroativo que tem pelo menos uma camada condutora flexível (102), uma camada de polímero eletroativo (104), e uma camada de gel iônico (106).
5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada atuador (22”) inclui um eletrodo de retorno (108a) e um eletrodo de fornecimento (108b) acoplado no mesmo, o eletrodo de fornecimento (108b) sendo adaptado para fornecer energia para o atuador (22”) de uma fonte de energia externa.

Petição 870180057872, de 04/07/2018, pág. 7/13
6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a pluralidade dos atuadores (22”) está disposta ao redor do membro tubular flexível (30”).
7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de atuadores (22”) está disposta dentro de um lúmen interno do membro tubular flexível (30”), e estão adaptados para serem seqüencialmente ativados para expandir radialmente quando do fornecimento de energia para o mesmo para mover o fluido entre o membro tubular flexível (30”) e o primeiro membro (32”).
8. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os atuadores (22”) estão posicionados radialmente dentro do primeiro membro (32”).
9. Método para bombear um fluido, que compreende:

fornecer sequencialmente energia para uma série de atuadores (22”) de polímero eletroativo para bombear o fluido através de uma passagem em comunicação com os atuadores (22”) de polímero eletroativo, caracterizado pelo fato de que os atuadores (22”) são acoplados em um membro tubular flexível (30”) disposto dentro da passagem, e um membro tubular interno (26”) é disposto dentro do lúmen interno do membro tubular flexível (30”), o membro tubular interno (26”) definindo uma passagem (28”) para receber ferramentas e dispositivos, em que fluido (34”) está adaptado para fluir entre o membro tubular interno (26”) e o membro tubular flexível (30”).