CN101267852B

CN101267852B - 小型给药泵

Info

Publication number: CN101267852B
Application number: CN2006800347415A
Authority: CN
Inventors: J·M·奥尔森; M·S·伦特; J·G·斯卡库; R·T·斯通; L·梅耶; D·F·西利; M·T·海格兰德
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 2005-07-22
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2026-07-21
Also published as: CA2616128A1; US7931643B2; CA2616128C; WO2007014040A1; AU2006272866A1; US20070043335A1; CN101267852A

Abstract

一种小型递药泵采用形状记忆Ni-Ti合金。提供限流器并且泵是可重新填充的。

Description

小型给药泵

技术领域

本发明涉及用于给送药物的小型输注装置或递药泵，更具体地涉及采用具有为超弹性或超变形性隔膜的形状记忆合金容器的泵。

背景技术

固定速率递药泵通常采用金属波纹管容器，容器内含有两相推进剂以使药物保持在约36psi的恒定压力下。药物通过限流器从容器流出，限流器为例如经校正形成所需流速的玻璃毛细管。固定速率递药泵的大小通常为80-100立方厘米。容器采用由合适的金属如钛构成的金属波纹管。然而，这种金属波纹管通常不是非常具有弹性，因而要求容器尺寸较大以容纳折叠页瓣。这种结构阻碍了小型泵的设计且较昂贵。本发明解决了与现有技术的泵有关的问题，可用作固定速率或可变速率的较小尺寸的药物给送泵。

发明内容

在一个实施方式中，本发明是一种用于给送药物的输注装置。输注装置包括具有腔室的外壳。外壳具有出口。隔膜可操作地连接于泵外壳，隔膜将腔室分割成储药分室和推进剂分室，所述隔膜被构造成越过中心以实现较大的容积效率。所述推进剂分室被配置和构造成能接纳合适的推进剂。所述储药分室被配置和构造成能接纳合适的药物，储药分室具有与外壳出口流体流通的出口。

在另一个实施方式中，本发明是一种用于给送药物的输注装置。输注装置包括具有腔室的外壳，外壳具有出口。隔膜可操作地连接于外壳，隔膜将腔室分割成储药分室和推进剂分室，隔膜由形状记忆合金材料构成。推进剂腔室被配置和构造成能接纳合适的推进剂，而储药分室被配置和构造成能接纳合适的药物，储药分室具有与外壳出口流体流通的出口。

在另一个实施方式中，本发明是一种用于给送药物的输注装置。输注装置包括具有腔室的外壳，外壳具有出口。隔膜可操作地连接于外壳，隔膜将腔室分割成储药分室和推进剂分室。隔膜由形状记忆合金构成。推进剂分室被配置和构造成能接纳合适的推进剂。储药分室被配置和构造成能接纳合适的药物，储药分室具有与外壳出口流体流通的出口。限流器具有与储药分室出口流体流通的第一端以及与外壳出口流体流通的第二端。限流器是显微加工的限流器，限流器包括具有平顶面的第一玻璃元件。第二玻璃元件具有平底面，所述第二表面元件的底面被设置在所述第一玻璃元件的顶面上以形成芯片组件。所述顶面和所述底面之一上具有机加工通路。芯片组件具有与储药分室出口流体流通的进口以及与外壳出口流体流通的出口。

附图说明

图1a示出了本发明第一个实施方式的泵的立体图；

图1b是图1所示泵的侧视图；

图1c是图1所示泵的俯视平面图；

图2是图1所示泵的大致沿线2-2得到的截面图；

图3是图2的一部分的放大图；

图4是本发明另一个实施方式的泵的截面图；

图5是图4的一部分的放大图；

图6a是本发明另一个实施方式的泵的立体图，该泵的一部分被拆除；

图6b是图6a所示泵的一部分的放大图；

图7是本发明另一个实施方式的泵的立体图，该泵的一部分被拆除；

图8是图7所示限流器第一层的俯视平面图；

图9是图7所示限流器第二层的俯视平面图；

图10是图7所示限流器第三层的俯视平面图；

图11是组装后图8-10所示各层的放大侧视图；

图12a是本发明另一个实施方式的泵的立体图，该泵的一部分被拆除；

图12b是图12a所示泵的一部分的放大图；

图13和图14是用于制备图12b中所示限流器的过程的两个视图；

图15-23显示了用于制备本发明的泵、例如图6所示的泵中的限流器的各种凹槽设置的实施方式；

图24-28显示了本发明所用限流器的凹槽封闭和密封技术；

图29-36显示了用于本发明限流器的凹槽制备的实施方式；

图37-43显示了采用不同校准设计的限流器；

图44-47显示了将限流器连接至流路进口和出口部分的各种连接方式；

图48-49显示了与本发明的泵联用的整合式过滤器的两种实施方式；

图50是本发明另一个实施方式的分解立体图；

图51是图50所示实施方式的截面图；

图52是图51所示的一部分的放大截面图；

图53是图50所示芯片组件的俯视平面图；

图54是大致沿图53中的线54-54得到的截面图；

图55是图54中标记为X的部分的放大截面图；

图56是图50所示垫圈的俯视平面图；和

图57是大致沿图56中的线57-57得到的截面图。

具体实施方式

参考附图，在一些附图中类似数字表示类似部件，通常以100表示小型递药泵。虽然应理解，泵100及后文描述的其它实施方式的泵会被描述为植入式的，但可以理解，泵也可以用作非植入式泵，例如贴片泵(patch pump)。现在参考图1a-1c、图2和图3，泵100包括合适的外壳101，外壳101具有上半部分101a和下半部分101b。内壁102可操作地连接于外壳，并将外壳101内部分割成上腔103和下腔104。拱形隔膜105可操作地连接于外壳101和内壁102，并将下腔104分割成储药分室106和推进剂分室107。推进剂分室107可填充有任何合适的推进剂如两相推进剂，正如本领域所公知的那样。隔膜105由如NITINOL之类的形状记忆合金金属构成，NITINOL是一种超弹性或超变形性Ni-Ti合金。超弹性金属材料允许薄膜位移许多循环，应变大但不断裂。由于具有超弹性，与典型金属相比，能承受较大的弹性变形或应变。薄的圆形隔膜105为拱形，该拱形允许薄膜在储药分室106从满变空时移动。所得隔膜105的主要最终弯曲应力较低，不会对储药分室106内的药物造成显著的压力变化。隔膜105可由如Ni-Ti合金、Nitinol之类的超弹性类材料构成。虽然NITINOL的具体组成可根据所需特征而变化，NITINOL包含约55％Ni和45％Ti，或者从另一角度来看，Ni和Ti原子的百分比为各占约50％。采用处于奥氏体相或马氏体相的该材料可产生有用的结果。Nitinol材料可被指定用来能承受隔膜105在药物容器从满变空期间弯曲所产生的较大应变。奥氏体相材料提供超弹性性能以适应弯曲而不会有永久变形，并且在卸载后(从满变空的循环)无永久应变。马氏体相材料提供超变形性能，具有经历大的应变和变形而不发生断裂的能力，并进一步提供相对柔软的优点，该优点降低储药分室106内所保持的药物压力的变化。其它材料、如钛或钽具有优良的生物相容性和药物相容性，并可在疲劳特性开始造成破裂之前充分适应高应变条件。虽然优选超弹性材料，在某些情况下也可使用钛和钽。但钛和钽可能不能承受超弹性材料所能达到的大量循环。不过，在这种情况下，由钛或钽构成的隔膜仍然可适用于需要较少循环的应用场合。此外，钛或钽隔膜105可能与特定的药物组成的相容性更好。

内壁102具有进口部分102a，其中设置有隔片108。外壳101具有开孔101c，从而允许通过隔片108进入储药分室106。进口部分102a具有孔102b，该孔提供进入储药分室106的流体连通。合适的过滤器、如钛过滤器109位于分室106的出口106a附近。它在药物从分室106流出并进入限流器110时过滤药物。图中所示的限流器110为圆形毛细管，具有进口110a和出口110b。通过本领域公知的方式或通过下文分别描述的方式将进口110a和出口110b设置成流体连通。出口110b与泵的出口111流体连通，泵出口111具有孔111a，药物通过孔111a从泵100流出。

如图1a-1c、2和3所示，泵100高约9毫米，直径约27毫米，整体尺寸约为4立方厘米。它具有约1毫升的储药分室106。可以认识到，泵100也可以更大，约30立方厘米，相应地，分室106增加至10毫升，但仍然是小型泵。

现在参考图4和5，显示了第二个实施方式的泵200。泵200类似于泵100，只是使用了不同的限流器。因此，这里仅详细描述限流器210，而其它元件如隔膜205是类似的。限流器210包括第一覆盖层210a。第二层210b包括固定的限流通道以及可变或可调节的通道，最终进口210c被完全包含在该层210b中。限流器210的材料可以是耐热(pyrex)或硬质(flowd)玻璃或钛。这些层为平面环形。

图6a和6b显示了另一个实施方式的泵300。显示该泵300以更详细地描述限流器310。图中未示出泵300的一些元件(例如隔膜)及一些其它元件。但是，本领域技术人员应理解如何构建泵。如上所述，泵300具有内壁302，内壁302具有进口部分302a和外环302b。通过在外环302b中形成多个凹槽312来构成限流器310。凹槽形成为连续的螺旋。内壁302和外壳301的材料可由合适的材料如钛构成。合适的凹槽尺寸为：宽约50微米，深15微米，节距100微米。然而应理解，也可使用其它合适尺寸的凹槽，这取决于所需的流速。外壳301和外环302b这两个部件可通过诸如加热收缩等方式适当连接，如下更详细所述。

现在参考图7-11，显示了另一个实施方式的泵1100。泵1100类似于泵200，只是使用了不同的限流器。因此，仅详细描述限流器1110，认为其它元件如隔膜(未示出)类似。在图7中，泵1100也未详细显示，仅在8-11中较详细地显示了限流器1110的部分。限流器1110包括第一层1112，第一层1112具有进口1112a。在第一层顶部的是第二层1113，第二层上具有螺旋流路1113a。第三层1114位于第二层顶部，并具有多个出口1114a及一流路1114b。第三层可旋转，从而使用特定的一个出口1114a。这将改变流路1114b的长度，从而形成不同的流速。这种限流器1110的材料可以是耐热或硬质玻璃或钛。各层1112-1114可能的尺寸为：外径25毫米，内径6毫米，厚约1.5毫米。

现在参考图12a、12b、图13和图14，显示了另一个实施方式的泵400。同样，显示该泵400以描述合适的限流器，因而泵中许多部件(例如隔膜，类似于隔膜105)未显示。内壁402具有顶面402a，顶面402a中形成多个凹槽402b。虽然内壁402和外壳401由合适的材料如钛形成，顶面402a与外壳401之间可设置有硅酮密封件412。凹槽402b同样是连续的螺旋，并具有合适的尺寸，例如宽30微米，深15微米。化学蚀刻是一种适当的制备凹槽的方法。如图13和14所示，硅酮密封件412位于内壁402上，施加热和/或压力，迫使硅酮密封件412部分地进入凹槽402b中。根据所施加的力，硅酮密封件412位移进入凹槽402b的量可变化，从而改变限流器410的流动特征。

到目前为止所述的泵中的限流器旨在提供每月约1毫升的流速。因此，希望极小的通道或通路。为实现这一目标，采用了前述设计。对合适的限流器中可采用的各种设计的更详细描述如图15-47所示，如下所述。

通常，在一层材料上设置凹槽，然后用另一层覆盖以封闭凹槽和制备所需通道。所述通道可以是各种形状以实现所需长度。类似地，在最终芯片组件中可组合有一层以上的通道。这种总体概念可通过凹槽技术、粘结和校准的结合来实现。

凹槽可采用湿蚀刻方法来蚀刻，例如用光蚀刻法和化学蚀刻、深度反应性离子蚀刻(DRIE)、离子蚀刻、平版印刷、电镀、注射模塑(LIGA)。通过采用诸如离子粘结、扩散粘结的方法将一层粘结到蚀刻层顶部，或者将弹性体层压缩到蚀刻通道顶部，从而封闭凹槽。利用通道的尺寸和长度来实现所需的精确限流，用于确定装置的总体流速的精确性。为实现精确的限流，或者必须精确控制凹槽尺寸，或者通过许多方法之一来校准长度。这些方法包括：高精密蚀刻至变异小于1微米，因而不需要校准；长度末端附近的多个可栓塞的出口，通过选择栓塞口的适当数量和位置以提供校准的长度；包括阻塞通道的环或选定区域的路径；或者在粘结期间或通过弹性体覆盖层的压缩量来改变通道深度。

现在参考图15-43，显示了许多上述概念。图15显示了在内壁的外径中形成凹槽。图16显示了在外壁上的平面螺旋。图17显示了内壁上的圆锥螺旋。图18显示了内壁上的部分平面凹槽。图19显示了采用微激光烧结的内部结构。图20显示了非中心对称的凹槽。图21显示了由许多凹槽构成、然后被折叠成圆锥形的钛片材。图22显示了玻璃毛细管，如之前由图2和3所示。其中，玻璃毛细管的内径约为40微米，外径100微米。毛细管可切割成适当长度以实现恰当校准。

图23显示了在平面片材中形成凹槽、然后螺旋折叠的钛片材。

图24-28显示了各种凹槽封闭和密封技术。图24显示凹槽和覆盖片利用热差以干涉匹配方式组装形成干涉配合。图25显示了扩散粘结。扩散粘结是众所周知的，它使用热和压力。图26显示了压缩硅酮，如图13和14所示。图27显示了硬压缩，而图28显示了中等压缩。

图29-36显示了各种凹槽形成技术。图29显示了放电加工机械(EDM)技术。图30显示了光蚀刻或化学蚀刻。图31显示了深度反应性离子蚀刻，而图32显示喷水导向激光技术。图33显示了平版印刷电镀注射模塑(LIGA)，而图34显示微激光烧结。图35显示了玻璃毛细管，图36显示了在玻璃基板上蚀刻薄钛层。

图37-43显示了限流器的校准方法。图37显示了将玻璃毛细管切割成所需长度。图38显示了具有多个出口的毛细管，选择适当的出口以校正长度，同时阻塞其它出口。图39显示了改变凹槽横截面(由虚线表示)以改变流速。图40显示了固定长度毛细管与用于校正或调节的微加工区段的组合系统。图41显示了局部改变区段长度。图42显示了选择带橡胶塞的正确出口并去除另一个。图43显示了通过阻塞标有x的通路来降低通路长度，从而改变长度。

需要将限流器连接至流路进口和出口部分的装置。该连接件可以是与O形环或其它垫圈扩散粘结或压缩，焊接或螺纹固定，如图44-47所示。

图44-47显示了不同的流路连接。需要将限流器中的凹槽连接至泵出口的含药分室。图44显示了具有通孔701的附件700。附件用O形环702密封。图45显示了焊接附件800而形成密封。图46显示了扩散粘结插入件900。图47显示了螺纹附件1000，它可螺纹连接于接近限流器的部分。用O形环1001实现密封。

图48和49显示了经激光焊接(如图48所示)或压配(如图49所示)的整合的钛过滤器。

现在参考图50-57，显示了另一个实施方式的泵500。泵500可用作标准型。因此，显示了某些适用于标准型设计的结构部分，该设计并不必然包含在生产设计中。泵500包括合适的外壳501。外壳包括上半部分501a、下半部分501b及内壁或隔板502。内壁502可操作地连接于外壳，将外壳501内部分割成上腔503和下腔504。隔膜505可操作地连接于外壳和内壁502，隔膜505将下腔504分割成储药分室506和推进剂腔室507。同样，隔膜505是超弹性材料，如Nitinol。虽然图51中未示出，隔膜505可采取与图2和3所示隔膜105相同的形状。推进剂腔室507可填充有任何合适的推进剂，例如两相推进剂，如本领域所公知的那样。下半部分501b中形成有推进剂通路540，该通路与推进剂腔室507流体连通。气孔销(gas pin)541可插入推进剂通路540中，以在填充后容纳推进剂分室507中的推进剂。

内壁502包括进口部分502a，进口部分中设置有隔片508。可采用隔片环542，隔片508可被设置在隔片环542中。外壳501具有开孔501c，以允许通过隔片508进入储药分室506。进口部分502a具有孔502b，该孔提供进入储药分室506的流体连通。合适的过滤器，例如钛过滤器509可位于分室506出口506a附近。当药物从分室506流出而进入限流器510时，它过滤药物。到目前为止针对泵500所述的元件可通过本领域公知的方法组装，可包括焊接。

图52更清楚地显示了限流器510，它的一些元件如图53-57所示。限流器510是芯片组件，包括第一基板511和第二基板512。使用术语芯片组件是因为它以类似于形成微型芯片的方式成形。基板511和512优选为玻璃或硅酮。基板511通常为方形，具有第一平面511a和第二平面511b。第二基板512具有第一平面512a和第二平面512b。平面511a和512a相互接近定位。基板511具有从第一平面511a延伸至第二平面511b的第一开孔511c。类似地，第二开孔511d也从平面511a延伸至平面511b。连续通路512c在平面512a上显微加工形成。通路512c的路径最佳如图53所示，通路512c的形状最佳如图55所示。通路512c宽0.02mm±200nm，长0.005mm±50nm。通路512c与相邻通路间的间隔约为0.1mm。通过改变通路的尺寸和长度可改变流过的药量。通路512c提供了药物流路。开孔511c和511d为粉末鼓风(powder blasted)。通路512c经显微加工成形。所述显微加工方法是半导体工业和显微射流工业领域常用的。开孔511c接近储药分室506的出口，开孔511d接近导管出口530。导管531可操作地连接于出口530且与其流体连通。两个垫圈513和514位于基板511和512周围。垫圈513具有两个位于开孔511c和511d上方的开孔513a和513b。所述垫圈514具有类似的开孔。但是，开孔不是必需的，显示它们仅仅是因为垫圈513和514相同而不再需要其它部件。但是应理解，垫圈514中的开孔不是必需的。垫片515位于垫圈514顶部。通过螺钉519将限流器压制到一起，螺钉519固定于突出部520，突出部520中具有能接受螺钉519的螺纹。如上所述，图50显示了适合用作标准型设计的一个实施方式。对于生产模型，可没有螺钉519，限流器通过压缩匹配而形成，简单地位于内壁502上。

隔膜105、205和505都从充满位置朝排空位置移动，如图所示，在充满位置时隔膜位于下侧。这就提供了较大的储药分室。然后，随着对药物进行分配，隔膜“移动越过中心”。即，中心以及整个隔膜上移，直到隔膜接近上半部分101a、201a和501a的下方。这提供了优良的容积效率，因为至少能分配储药分室中90％的药物。

由于其小尺寸，本发明能应用于体内许多部位。泵可置于体内任何部位附近，包括颅骨、耳后或胸肌区。可将它植入到所需给送部位附近。

除上述设计概念外，还可采用的其它概念，包括：类似于美敦力公司(Medtronic Inc.)出品的ISOMED

泵中使用的玻璃管，采用较小的管径。也可在圆柱体表面切割微螺纹凹槽，然后通过以干涉匹配方式安装的类似光滑表面封闭，例如热压。压缩的弹性体可覆盖机加工的钛通路。可使用金属注射模塑。在钛或其它金属中进行喷水导向的激光切割凹槽是另一种可能。也包括在钛或其它金属中精密加工凹槽，在钛或其它金属中化学蚀刻凹槽，以及激光烧结。

本发明是适用于植入式药物给送系统的泵机构。所述泵具有隔膜，隔膜将腔室分割成储药分室和推进剂分室。推进剂分室被配置和构造成能容纳合适的推进剂。隔膜由超弹性金属材料构成。这种材料的一个例子是NITINOL，它是一种超弹性Ni-Ti合金。在优选的实施方式中，隔膜构型能使隔膜越过中心并且在最小应力下具有较大偏转。这种构型的一个例子是拱形。应理解，输注装置可以是固定速率或可变速率泵。泵的整体大小在30立方厘米以下，优选约为4立方厘米。较小的4立方厘米的泵可具有约1毫升的储药分室。

输注装置优选为可再次填充，并包括与储药分室流体连通的填充口。一隔片位于填充口中。并且，储药分室与限流器间设置有过滤器，过滤器与出口流体连通。隔片可以是硅酮隔片，过滤器可以是钛过滤器。

输注装置机构可包括位于储药分室与出口之间的合适的限流器。限流器的例子包括：显微加工玻璃或硅酮芯片组件，玻璃毛细管；外壳周围的微螺纹；凹槽上的多个多出口圆盘或硅酮密封。同样，所述泵和装置也可用作非植入式泵。

由此，公开了小型递药泵的实施方式。

本领域技术人员应理解，本发明可用除所公开的之外的实施方式来实现。所述实施方式是为了示例而非限制性的。

Claims

1.一种用于给送药物的输注装置，所述装置包括：

a)具有腔室的外壳，所述外壳具有出口；

b)可操作地连接于外壳的隔膜，所述隔膜将腔室分割成储药分室和推进剂分室，所述隔膜由形状记忆合金材料构成；

c)所述推进剂分室被配置和构造成能接纳合适的推进剂；和

d)所述储药分室被配置和构造成能接纳合适的药物，所述储药分室具有与外壳出口流体连通的出口。

2.如权利要求1所述的输注装置，其特征在于，所述装置还包括：

a)所述隔膜被构造成能越过中心以实现较大的容积效率；和

b)可操作地连接于外壳且与储药分室流体连通的隔片。

3.如权利要求2所述的输注装置，其特征在于，所述隔膜由Ni-Ti合金构成。

4.如权利要求2所述的输注装置，其特征在于，所述装置还包括限流器，所述限流器具有与储药分室的出口流体连通的第一端以及与外壳出口流体连通的第二端，所述限流器为显微加工限流器，所述显微加工限流器包括：

a)第一基板元件，它具有平顶面；

b)第二基板元件，它具有平底面，所述第二基板元件的底面被设置在所述第一基板元件的顶面上以形成芯片组件；

c)所述顶面和底面之一上具有机加工通路；和

d)所述芯片组件具有与储药分室出口流体连通的进口以及与外壳出口流体连通的出口。

5.如权利要求5所述的输注装置，其特征在于，所述第一和第二基板是玻璃基板。

6.如权利要求4所述的输注装置，其特征在于，所述通路的尺寸被设置成实现每月约1毫升的流速。

7.如权利要求4所述的输注装置，其特征在于，所述输注装置是固定速率的泵。

8.如权利要求1所述的输注装置，其特征在于，所述储药分室在完全分配时能至少分配充满时的90％的药量。

9.如权利要求3所述的输注装置，其特征在于，所述Ni-Ti合金是超弹性的。

10.如权利要求3所述的输注装置，其特征在于，所述Ni-Ti合金是超变形性的。

11.如权利要求1所述的输注装置，其特征在于，输注装置是可植入的。

12.如权利要求1所述的输注装置，所述装置还包括限流器，它具有与储药分室的出口流体流通的第一端以及与外壳出口流体流通的第二端，所述限流器是显微加工限流器，所述限流器包括：

i)具有平顶面的第一玻璃元件；

ii)具有平底面的第二表面元件；所述第二玻璃元件的所述底面被设置在所述第一玻璃元件的所述顶面上以形成芯片组件；

iii)所述顶面和底面之一上具有机加工通路；和

iv)所述芯片组件具有与储药分室出口流体连通的进口以及与外壳出口流体连通的出口。

13.如权利要求12所述的输注装置，其特征在于，所述形状记忆合金是Ni-Ti合金。

14.如权利要求13所述的输注装置，其特征在于，所述输注装置是可植入的。