CN101778647A - 用于减少流体系统中的气泡的方法和布置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种包括渗透性膜(152)的流体系统(100)，其中该渗透性膜的一侧与流体接触，这通过从流体系统经过渗透性膜扩散而升高来自流体的蒸汽的压力，从而降低膜另一侧上的气体的分压。这有助于从流体组件排出气体并降低气体进入流体组件的可能性。

Description

用于减少流体系统中的气泡的方法和布置

技术领域

本发明总体涉及流体系统以及因此适于减少与这种系统中的气泡相关的问题的方法。在具体方面中，本发明涉及适于将流路中的气泡的尺寸和/或数量最小化的流体设备。

背景技术

在流体系统中气泡常常是个问题，尤其是在由通道互连的腔室中含有气泡时更是如此。在首次用液体填充系统时，可能难以避免将空气封闭在该系统中，例如若流路尺寸变化。而且，若流体系统包含使流体与环境大气分离的高渗透性元件(例如，硅橡胶)，气泡还可通过扩散进入该系统中。该扩散由流体系统的内外侧可得到的气体的局部压差驱动。

当在泵之类的流体泵系统中引入了气泡时，若填充有气泡的液体穿过流路被传送，特别是在流路尺寸变化的情况下，会引起压力损失。在活塞泵的情况下这会在入口和出口侧都导致泵失效。进一步的问题是可能会由于气泡的压缩而改变行程排量。

流体系统中的气泡问题可例如通过疏水通风口解决，例如放置在流路中的Gore-Tex膜；然而，这仅在流路内部的压力高于环境气压时起作用。另选的是，可设置防止气泡进入流路的特定部分的气泡捕集器。由于这也不能消除气泡，而是仅使气泡与液体分离，其占用容积来收集气泡。有时在系统中具有该容积是不可行的。

考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种流体系统，其适于减少与在灌注期间捕获在系统中的气泡相关的问题。进一步的问题是减少与通过将流体和环境大气分离的渗透性元件进入系统中的气泡相关的问题。该系统应当使用可靠并且设计简单以允许成本有效的制造。

在具体实施中，可与柔性容器结合使用膜泵，可从该容器抽吸液体使其从入口至出口穿过泵。在WO 2006/077263中示出一种基于这种泵和容器的结合的皮肤贴装药品输送设备的例子。在这样的布置中，可压缩容器从而迫使液体药品穿过泵进入携带该泵的患者体内，例如该患者可能会绊倒或碰到硬物，或者注射设备可能会被物体撞到。尽管这样的柔性容器通常由相对刚性的壳体保护，但是当受到过大的力时该壳体有可能会被破坏，这使得柔性容器被压缩，从而无意地将药品输入患者体内。为了防备这种情形，WO 2006/089958中所示的泵设有有效但相对复杂的安全阀。

考虑到以上指出的问题，本发明的再一目的是提供一种泵组件，其包括适于防止流体意外流过该泵组件的安全阀。所述泵应当提供高度使用安全性，但是构造简单。

发明内容

在本发明的公开中，将描述实现一个或多个上述目的或实现从以下公开以及从示例实施方式的描述中清楚的目的的实施方式和方面。在本发明的背景下，使用了术语“相对湿度(RH)”，其定义为在给定温度下空气和水的气态混合物中的水蒸汽的分压与水的饱和蒸汽压力之比，并以百分比表示。

因而，在第一方面中，提供一种流体系统，其包括：(a)流体组件，该流体组件包括具有入口和出口的流体引导结构、能透过水蒸汽的第一装置、以及能透过空气的第二装置，其中第一渗透性装置和第二渗透性装置具有内表面和外表面，所述内表面与所述流体引导结构连通，因而适于与所述流体引导结构中的流体接触；以及(b)通风封壳，所述渗透性装置的外表面布置在该通风封壳中，其中所述封壳中的在20～40％范围内的初始相对湿度可通过在充足量的水与所述第一渗透性装置的内表面接触时经过该第一渗透性装置传送水蒸汽而升高至少20个百分点，这会减小所述封壳中的空气的分压，从而减小跨越所述第二渗透性装置的空气压差。严格地说，本发明的第一装置能透过水分子，并根据其两侧的条件可允许从第二表面生成水蒸汽，然而在本发明的背景下，这样的膜的特征在于能透过水蒸气的膜，因为其第二表面与大气通风从而允许“生成”水蒸汽。

通过如以上所述使用于流体系统的封壳中的相对湿度升高，提供一种系统，一旦存在气泡，该系统有助于从流体组件排出气泡，并降低空气进入流体组件的可能性。而且，能透过水蒸汽的装置提供了若环境大气还未湿润则使该膜另一侧上的大气湿润的简单装置。本发明的流体系统(或设备)可设置成与例如流体传送设备、传感器或过滤器组合使用的独立单元，或者可设置成这样的设备或系统的集成部件。

以上限定的当封壳中的初始相对湿度在20～40％的范围内时使相对湿度升高至少20个百分点的能力视为对系统的最低要求。然而，满足该要求的给定系统事实上也能够在封壳中的初始相对湿度在40～60％的范围内时使相对湿度升高至少20个百分点。若初始相对湿度例如为70，系统仍可使相对湿度升高有用的15个百分点以上。有利的是，系统设计成在15～40℃的恒定或变化温度下(例如，在20℃或37℃的恒定温度下)实现指定升高。达到限定升高的时间取决于多种特性以及预期用途，例如对某些应用可能期望快速升高(例如，少于1小时)，而对其它应用若在4个、8个或12个小时内实现期望升高可能是可接受的。影响系统性能的特性例如封壳的容积、通风口的尺寸、第一渗透性装置的面积及特性、流体引导结构的容积以及从其流过的液体的流速(包括零)。然而，选择这些特性和参数以实现系统的期望性能可视为常规设计过程的目的。例如，给定流体系统可适于在相对湿度在20～50％的范围内的外部大气中以给定流速操作，并且其中在小于4个小时内在所述封壳中使绝对湿度至少升高20个百分点。这种系统及其部件的结构、特性和尺寸可有相当大的变化。

所述封壳可包括朝向外部大气的通风口，从而允许在所述第一渗透性装置与所述通风口之间形成水蒸汽流。这样，可通过简单装置在封壳中产生相对恒定的大气。

所述第一渗透性装置和所述第二渗透性装置可呈具有公共内表面和外表面的公共构件的形式，例如模制硅橡胶膜。

在示例性实施方式中，所述流体系统包括泵布置，其适于提供通过所述流体引导结构从所述入口至所述出口的流体流，从而提供经过所述第一渗透性装置的内表面的流体流。该系统可设有用于致动所述泵布置的致动器以及适于穿过对象的皮肤插入的经皮设备，该经皮设备布置成或适于布置成与所述出口流体连通。

在第二方面中，提供一种操作流体系统的方法，该方法包括以下步骤：(a)设置流体组件，该流体组件包括：(i)具有入口和出口的流体引导结构、(ii)能透过水蒸汽的第一装置、以及(iii)能透过空气的第二装置，其中所述第一渗透性装置和第二渗透性装置具有内表面和外表面，所述内表面与所述流体引导结构连通，因而适于与所述流体引导结构中的流体接触；(b)设置通风封壳，所述渗透性装置的外表面布置在该通风封壳中，该封壳具有在20～40％范围内的初始相对湿度；以及(c)通过使水蒸汽通过所述第一渗透性装置传送而使所述封壳中的初始相对湿度升高至少20个百分点，这会减小所述封壳中的空气的分压，从而减小跨越所述第二渗透性装置的空气压差。

对于上述方法，应用与以上关于对应流体系统所述的相同的总体考虑。所述流体系统可因而在其中所述第一渗透性装置的内表面不与水接触的初始状态与所述第一渗透性装置的内表面与水接触的操作状态之间操作。所述方法还可包括形成通过所述流体引导结构的含水流体流的步骤，该含水流体与所述第一渗透性装置的内表面流体连通。在所述初始状态下，所述流体引导结构可基本上没有水。所述封壳可包括朝向外部大气的通风口，从而允许在所述第一渗透性装置与所述通风口之间形成水蒸汽流。所述流体组件可为泵组件，其适于提供通过所述流体引导结构从所述入口至所述出口的流体流，并且所述第一渗透性装置和所述第二渗透性装置可呈具有公共内表面和外表面的公共构件的形式。

在更一般的方面中，提供一种在包括给定气体的大气中操作流体系统的方法，该方法包括以下步骤：(a)设置流体组件，该流体组件包括(i)具有入口和出口的流体引导结构、(ii)能透过给定流体的第一装置、以及(iii)能透过给定气体的第二装置，其中第一渗透性装置和第二渗透性装置具有内表面和外表面，所述内表面与所述流体引导结构连通；(b)设置通风封壳，所述渗透性装置的外表面布置在该通风封壳中；(c)提供与所述第一渗透性装置的内表面流体连通(例如通过流体流)的流体；以及(d)通过使给定流体经过所述第一渗透性装置传送而使所述封壳中的给定流体的分压升高，这会减小所述封壳中的给定气体的分压，从而减小跨越所述第二渗透性装置的给定气体的压差，借此影响所述给定气体通过所述第二渗透性装置的传送。

通过如以上所述使用于流体组件的封壳中的给定流体的分压升高，提供一种方法，其有助于从流体组件排出给定气体并降低气体进入流体组件的可能性。而且，能透过流体的装置提供了若环境大气还未湿润则使该膜另一侧上的大气湿润的简单装置，这与公知概念形成对比，在公知概念中例如通过引导气体流穿过渗透膜的外部而主动建立跨越膜的扩散梯度，例如参见US 5,149,340、US 7,097,690、US4,788,556以及US 6,060,319。

所述第一渗透性装置能透过所述给定流体的蒸汽。所述第一渗透性装置和所述第二渗透性装置呈具有公共内表面和外表面的公共渗透性构件(例如膜)的形式。

在本发明的再一方面中，提供一种泵组件，该泵组件包括流体入口和流体出口、具有与所述流体入口流体连通的泵入口以及与所述流体出口流体连通的泵出口的抽吸泵、以及布置在所述流体入口和所述流体出口之间的安全阀。所述安全阀包括：与所述流体入口流动连通的第一可动部(例如柔性膜)，该第一可动部在所述抽吸泵的操作期间具有初始状态并且在向所述流体入口施加正压时具有激活状态；与所述流体出口流动连通的第二可动部(例如，柔性膜)，该第二可动部具有允许流体流向所述流体出口的初始状态以及防止流体流向所述流体出口的激活状态；以及布置在所述第一和第二可动部之间并适于在其间传递运动的可动传递构件。在该布置中，第一可动部从初始状态至激活状态的运动经由可动传递构件引起第二可动部从初始状态运动至激活状态，借此施加至流体入口的正压阻止流体流向流体出口。然而，这两个可动部就其压力特征而言可以是相同的，因为会存在跨越抽吸泵的压降，该压降确保入口中的压力升高会引起安全阀关闭。

通过设置具有“从属”二级膜的安全阀，而设置具有两层而不是一层的阀，这以简单方式(例如无需使用叠层膜)提供了一个膜破裂(或可动部泄漏)的情况下的高度安全性。

另选的是，提供一种泵组件，该泵组件包括流体入口和流体出口、具有与所述流体入口流体连通的泵入口以及与所述流体出口流体连通的泵出口的抽吸泵、以及布置在所述流体入口和所述流体出口之间的安全阀。所述安全阀包括在向所述流体入口施加正压时运动至致动位置的一级膜、在所述一级膜运动至致动位置时运动至致动位置的传递构件、在所述传递构件运动至其致动位置时运动至激活状态的二级膜。

用在本文中时，术语“药品”旨在涵盖能够以受控方式穿过中空针之类的输送装置的任何含有药品的可流动的药物，例如液体、溶液、胶体或微悬浮物。代表性药品包括肽、蛋白质和激素之类的药物、生物衍生剂或活性剂、激素和基因制剂、营养配方以及固体(配制的)或液体形式的其它物质。在示例性实施方式的描述中，将参照胰岛素的使用。相应地，术语“皮下”注射旨在涵盖经皮输送至对象的任何方法。

附图说明

以下将参照附图进一步描述本发明，其中：

图1A以示意形式示出用于去除气泡的现有技术布置；

图1B以示意形式示出根据本发明的用于去除气泡的布置；

图2示出连接至容器的泵组件的示意概要图；

图3A和图3B示出泵组件的分解图；

图4示出在组装状态下图3A的泵组件的剖视图；

图5和图6示出图3A和图3B的分解图，示出了流路；

图7示出本发明实施方式的示意图；

图8、图9、图11和图12示出本发明实施方式的参数示例；

图10示出表示气泡中的压力对气泡半径的曲线图；以及

图13示出表示对于包含本发明的流体系统、相对湿度随时间而增大的示例的曲线图。

在图中，相同结构主要由相同附图标记表示。

具体实施方式

以下在使用诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”、“竖直”或此类相对表述之类的术语时，仅指附图而不是指使用时的真实情形。示出的图为示意图，因此不同结构的构造以及相关尺寸旨在仅用于说明之目的。

图1A示出适于去除气泡的现有技术流体系统的示意图，该系统包括泵80以及下游气泡去除单元81，该单元设有疏水通风口，例如放置在流路中的Gore-Tex

膜。显然，该布置仅在流路内部的压力高于环境气压时起作用。

然而，在流路内部的压力不高于环境气压(即相同甚至更低)的一部分流体系统中气泡也会是个问题。因此，对于其中气泡会有害于给定部件的功能性的系统来说，如图1B中示意示出的用于去除气泡的简单而可靠的布置91因而是期望的。在图1B中，所述部件示出为泵90；然而，其也可呈过滤器或传感器单元的形式。事实上，该布置还应当防止空气进入系统。在转向本发明的一般原理之前，以泵系统形式描述本发明的实施。

参照图2，示出了连接至容器20的泵系统1的示意概要图，该泵系统包括以下总体特征：与容器20流体连通的流体入口10；自身具有入口阀31和出口阀32以及泵室33的抽吸泵30，该泵室具有由致动器35驱动的相关活塞34；连接至例如注射区12的出口11；以及组合安全阀40。该组合安全阀具有一级侧，入口10中的压力作用在活塞41上，活塞41则作用在防抽吸膜阀42上，该阀允许正压流体流穿过该阀，但是不允许因抽吸产生的流体流，例如可施加至出口11的抽吸。箭头表示各个部件之间的流动方向。该泵系统还包括带有通风口3的壳体2，这形成上述部件(除容器以外)布置于其中的通风封壳。在所示实施方式中，设置包括第二通风口53(例如以Gore-Tex膜的形式)的外壳50，这形成用于泵组件的通风封壳54。

当活塞向下(在图中)运动时，在泵室内形成相对负压，其致使入口阀打开，随后通过抽吸动作将从容器汲取流体使其通过安全阀的敞开一级侧。当活塞向上(在图中)运动时，在泵室内形成相对过压，其致使入口阀关闭而出口阀和安全阀打开，借此流体从泵室流过出口阀和安全阀的二级侧，流向出口。显然，在正常操作下组合的安全阀在吸入和排放流体期间都允许流体通过，因而在正常操作期间是“被动的”。然而，若容器被加压(如柔性容器有可能发生的)，则容器中的升高压力会传递至安全阀的一级侧并经由泵室传递至安全阀的二级侧，在这种情况下安全阀的一级侧上的压力会由于例如穿过入口阀和出口阀的压降而阻止二级侧打开。

在图3A和图3B中，示出了利用图2中所示的泵原理的泵系统100的分解图(分别从上方和从下方观看)，该泵系统适于与例如柔性容器一起使用。该系统包括具有集成壳体的泵组件(即，泵自身)。该泵为包括带流动控制入口阀和出口阀的活塞致动泵膜的膜泵。该泵具有大体分层的构造，包括呈底板110、中间板120、顶板B 130和顶板A 140的形式的刚性板，这些板之间插设有(从下方开始)呈第二膜150、第一膜160和第三膜170形式的柔性膜构件之间。该泵还包括插设在底板和第二膜之间的活塞180、布置在活塞杆和底板之间的活塞垫圈181、布置在中间板中并插设在第一膜和第二膜之间的安全阀活塞190、插设在顶板A的裙部142和底板之间的主垫圈191以及在这里呈中空尖针形式的入口管195和出口管196。这些层由外夹具198、199以堆叠布置保持。该泵在消毒状态下供应给使用者，用针可穿透的管状弹性体密封构件197覆盖入口针195并用可穿透的纸密封件193(参见图4)覆盖出口管。该设计允许管状密封构件在针197被推动成与流体源(例如药品容器)接合时被穿透并塌陷。

接下来，参照图3A和图3B描述各个构件的不同功能部件，这些构件具有面向出口方向的“上”表面以及面向入口方向的“下”表面。通常，不同的阀均包括：阀座，柔性阀膜的第一表面跨越该阀座布置；和阀腔，形成在阀膜的第二表面与对置的阀壁或阀“顶”之间。根据阀的功能，可在阀座和阀膜中形成开口。除了一级侧安全阀膜外，所有阀膜均相对于对应的阀座张紧，从而需要跨越阀的给定压差以打开。顶板包括多个沿其长度具有外通道的柱状芯构件，然而这些芯构件仅为这些构件中的细孔的成本有效的制造而设置，这些构件穿过这些细孔布置。

底板110包括：具有入口孔111的上表面，该入口孔与跨越第一安全阀座113布置的蛇形通道112流体连通；具有传输通道115的入口阀壁114；用于活塞杆的活塞孔116；具有入口通道118以及对置的出口119的开放周向通道117；以及在下表面上的用于致动器的安装装置。

第二膜150包括孔151、一级侧安全阀膜152、具有开口154的入口阀膜153以及与孔156连通的泵膜155。

中间板120包括用于安全阀活塞190的活塞孔121、第一孔122和第二孔122A、具有将第一孔和第二孔互连的传输通道124以及出口阀座125的上表面、具有入口阀座126、泵室127以及活塞孔与外部之间的一对通风通道123的下表面。入口阀座包括与第二孔122A连通的开口128，就像孔129连接泵室和出口阀座125一样。

第一膜160包括二级侧安全阀膜161、具有开口163的出口阀膜162、用于芯构件139的开口、以及具有适于与传输通道124接合的通道164的下表面。

顶板B 130包括：第一孔131、第二孔132和第三孔133以及部分孔134；上表面，其具有将第一孔和第二孔互连的弯曲第一传输通道135以及将第三孔和部分孔互连的直的第二传输通道136；下表面，其带有具有与第一孔131流体连通的开口的出口阀壁137、具有分别与第二孔132和第三孔133流体连通的第一开口和第二开口的第二安全阀座138、以及适于与中间板120接合的芯构件139。

第三膜170包括适于接收芯构件143的出口孔171、用于芯构件144、145、146的三个开口172、173、174、以及适于与顶板B中的第一通道和第二通道接合的基本平坦的下表面。

顶板A 140包括：适于接收出口管196的出口孔；具有环绕出口管的柱状构件141的上表面；和下表面，该下表面带有具有周向下边缘147的周向裙部142、包括出口孔并适于接收在顶板B的部分孔134中的第一芯构件143、以及适于接收在顶板B的孔131、132、133中的其它三个芯构件144、145、146。

图4示出了在组装的堆叠状态下图3A的泵系统100的剖视图，其中可看到四个板110、120、130、140、三个膜150、160、170、活塞180、安全阀活塞190、主垫圈191以及许多上述结构。裙部142的周向下边缘147使底板的上表面与插设在其间的主垫圈191接合，这形成用于堆叠在底板和顶板A之间的其余元件的封壳194。如所示，除了具有狭窄周向间隙以外，被封闭的堆叠元件几乎占据该封壳。还如所示，主垫圈与底板中的周向通道117接合，因而与入口通道118和对置的出口119一起形成封闭的周向通道，这使得该通道可用作通风口。在所示实施方式中，壳体与底板和顶板A一体形成，然而壳体也可设置成单独结构件。

参照图5和图6，描述通过泵组件的流路。图5和图6基本上对应于图3A和图3B，但是示意性示出了流路。应当指出，由于绘出的流路用于图示经过实际示出的表面的流动，因而所示的流路在这两幅图中有所不同，即在图5中对应于上表面示出流路，而在图6中对应于下表面示出流路。

这样，流体通过入口管195和入口孔111进入(即，被吸入)泵组件100，沿着蛇形通道112穿过第一安全阀座113并进入第二膜和中间板的相应孔151、122中，流过传输通道124并经由开口128流向入口阀座126，在该处其穿过阀座并流过入口阀膜153中的开口154。从入口阀开始，流体沿着传输通道115流过阀壁114并通过泵膜155的孔156流向泵室127，从泵室127通过孔129泵送至出口阀座125。接着，流体穿过出口阀座并被迫通过出口阀膜中的开口163并经由孔131流向弯曲的第一传输通道135。接着，流体经由孔132、133穿过第二安全阀座138进入直的第二传输通道136，从该第二传输通道136流体通过芯构件143的出口孔以及出口管196离开泵组件。

在正常操作下，一级侧安全阀膜152靠在第一安全阀座113上，流体将沿着蛇形通道112流动而不会将阀膜抬起。在二级侧，当流体从顶板B中的第一传输通道135穿过至第二传输通道136时，二级侧安全阀膜161会从阀座138抬起。若入口中的流体被加压，则一级侧安全阀膜会被从其座抬起，并使安全活塞190抵抗二级侧安全阀膜向上运动，从而关闭二级侧安全阀。原则上，两个安全阀膜上的压力应当相同，然而由于经过入口阀和出口阀的压降以及克服预张紧的二级侧阀膜的流动阻力所必需的打开压力，使得作用在安全活塞的一级侧上的压力将高于作用在其二级侧上的压力，这导致关闭的安全阀。还显然的是，若向出口侧施加抽吸，则会封闭经过安全阀的二级侧的流动。

如以上参照图2和图4所述，该泵系统包括具有通风口的壳体，这本身形成用于泵的通风封壳。通风封壳的主要用途是与泵的一个或多个渗透性膜部分协作而在泵周围形成高相对湿度的微气候。在所示实施方式中，所有三个膜都由能透过水蒸汽和空气的相同弹性体材料(例如，硅橡胶)制成，这意味着水蒸气会通过膜暴露于封壳中的大气的所有部分从流道中的含水流体传送至封壳；然而，在实践中，最大量的水会通过膜的大而薄的部分穿透，对于所示实施方式这些部分是指一级安全阀膜和二级安全阀膜，尤其是一级安全阀膜，因为其与蛇形通道112接触。应注意，在封壳外侧设有活塞垫圈181。因此，该垫圈应当由不透蒸汽和气体的材料制成或者通过其损失少量水是可以接受的。水蒸汽和空气仅用作示例，本发明也可用于其它液体和气体。

以下描述源自一级安全阀膜的水蒸汽的“主”路径。如以上所述，通过泵的流路包括与一级安全阀膜152的下表面接触的蛇形通道112。该膜相对较薄，一定量的水蒸汽会穿透该膜进入安全阀活塞190与一级安全阀膜的上表面之间的空间，参见图3，该空间由活塞下表面上的多个突起192保持打开。水蒸汽从该处并经由一对通风通道123进入在周向裙部142与堆叠在底板和顶板A之间的元件之间形成的狭窄周向空间194。水蒸汽经由出口通道118进入周向通风通道117，从这里通过出口119离开泵系统。相应地，水蒸汽还会经由二级安全阀膜进入封壳，正如一定量的水蒸汽会通过膜的外周部穿透那样。由于封壳内的相对较小容积、一级安全阀膜的相对较高的渗透性以及长的通风通道，因此可在相对较短的时期内在封壳的内部和外部之间形成大的相对湿度差。如以下更详细说明的那样，在封壳内形成的高相对湿度确保从流路中损失的水以及流路中的空气量减少。事实上，任何给定泵或其它流体系统的实际尺寸以及其它参数会确定形成并维持这样的相对湿度差的效率。

在所示实施方式中，对于整叠元件形成封壳，以封闭所有暴露的膜表面；然而，在另选实施方式中，封壳可变小并仅用于封闭泵的较少部分。例如，泵可设计成例如通过涂层或其它结构手段使得基本上不会通过膜的外表面传送蒸汽。然而，对于这样的实施方式，安全阀膜仍需与外部通风，从而提供水和蒸汽穿透源。对于这样的实施方式，在安全阀活塞190周围形成的空间(参见图4)会为两个安全膜建立封壳，正如可由第二膜150与中间板120之间建立的狭窄通道形成通风口一样。

以上描述了实施本发明的泵系统的示例。将参照这样的泵系统例示并更详细地说明本发明的原理。

在诸如泵之类的流体系统中气泡常常是个问题，尤其在由通道互连的腔室中含有气泡时更是如此。因此，在首次用液体填充系统时，可能难以避免将空气封闭在该系统中，例如若流路尺寸变化。于是，当填充有气泡的液体通过流路传送时，封闭的气泡会引起压力损失。

而且，若流体系统包含使流体与环境大气分离的高渗透性元件(例如，由硅橡胶制成)，则气泡还可通过扩散进入该系统中。该扩散由流体系统的内外侧盛行的气体的局部压差驱动。

气泡问题传统上由以下方案解决：(i)疏水通风口，例如放置在流路中的Gore-Tex

膜，然而这仅在流路内部的压力高于环境气压时起作用；或者(ii)气泡捕集器，其收集气泡，从而防止气泡进入流路的特定部分，然而由于这不能消除气泡而是仅使气泡与液体分离，该方案占用容积，在给定系统中有可能不能得到该容积，特别是当操作期间新的空气进入系统时。用于消除气泡的这些传统方法的缺陷都可由本发明解决。

如以上参照泵系统所述的那样，本发明(i)将渗透性膜(例如，硅橡胶膜)结合到流体系统中，使得流体与膜的一侧接触；以及(ii)若环境大气还未湿润，则设置用于湿润该膜的另一侧的大气的装置，例如通过将该系统放入框中，该框于是用于通过膜在内部形成湿润大气，参见图7，该图示意性示出呈也在图2B中示出的气泡去除单元形式的流体系统的实施方式。

通过这两个特征，可减少并潜在避免与流体系统中的气泡相关的问题。该方法允许从流体系统中消除气泡，不仅从过压区域，而且从中性压力区域，甚至从略欠压的区域。

本发明因而具有将通过以下两个示例进行说明的两个主要方面：(1)一种避免空气通过扩散进入流体系统的方法；以及(2)一种一旦存在气泡就从流体系统排出气泡的方法。

示例1：避免气体通过扩散进入系统

首先，描述流体为水而环境大气为空气的示例中的传送机制。图8示出在暴露于37℃相对湿度为25％的大气空气(79％N₂和21％O₂)的填充有37℃温暖水的流体系统中的气体传送机制。根据道尔顿定律，气体混合物中的总压力等于各气体的分压之和。这导致流体系统内部的空气压力P_N2+O2低于外部的空气压力，这是因为内部和外部的总压力相同，而系统内部的水蒸汽压力较高。P_N2+O2的不同会试图驱动空气进入系统中。

本发明的基本原理是提供具有外罩的流体系统。惊人之处在于该罩不必是气密的，以维持流体系统周围的湿润大气。在所附的图9中，在流体系统周围绘出了一框，象征使流体系统的内部和外部P_N2+O2相等从而阻止空气传送的外罩，这防止空气通过膜扩散至系统中。

示例2：从流体系统排出气泡

该方面提供了一种一旦气泡被引入则从流体系统去除气泡的方法。其在过压区域、中性压力区域，甚至略欠压区域起作用。本发明的该方面基于液体的表面张力会使小气泡用作压力槽这一事实。在图10所示的曲线图中，示出了水中的气泡的内部过压对气泡半径。根据该曲线图，直径为例如300μm的气泡具有大约30mbar的内部过压，这是流体系统中的实际的气泡大小。

当将该现象添加到传送机制时，会显示非常惊人的效果：即使上述罩不建立100％的相对湿度，也可防止空气进入流体系统，甚至从该系统排出气泡。这在以下两个示例中说明。

示例2A：环境干燥大气(37℃，相对湿度25％)

以下陈述适用于图11中所示的系统中的条件：(i)由于水蒸汽仅占据总压力的非常小的部分，所以环境大气中的空气(N₂+O₂)的压力高；(ii)由于气泡内部的湿大气，例如30mbar的气泡压力会使气泡中的空气压力低于大气中的空气压力；(iii)因此空气会扩散到气泡中。

示例2B：环境湿大气(37℃，相对湿度80％)

以下陈述适用于图12中所示的系统中的状态：(i)由于水蒸汽占据总压力的大部分，所以环境大气中的空气(N₂+O₂)的压力低；(ii)气泡的表面张力致使气泡内部的空气压力高于环境大气；(iii)因此空气会扩散到气泡外。

示例3：提高环绕小型泵组件的封壳中的相对湿度

将图3A至图6中所示类型(即包括通风封壳和安全阀膜)的小型泵组件布置在环境干燥大气(37℃，相对湿度25％)中，在封壳中布置小型湿度传感器。硅橡胶安全阀膜的直径为6mm，厚度为0.1mm，该膜提供泵流路与封壳之间的主要扩散区。在容积为18μl mm³的流路初始灌注有水时，泵以1μl/hr的流速操作。图13中示出了相对湿度(在37℃下)随时间(以1小时为单位划分x轴)的结果升高。显然，扩散膜的面积、封壳的容积(75μlmm³)以及通过泵的实际流速的组合足以建立并维持高相对湿度。更具体地说，在2个小时之后，在封壳中达到约73％的相对湿度；在4个小时之后，在封壳中达到约80％的相对湿度；在8个小时之后，在封壳中达到约82％的相对湿度；在16个小时之后，在封壳中达到约84％的相对湿度。还观察到在灌注期间引入的大部分气泡消失，并且在实验期间未产生新的气泡。

上述泵组件可设置在例如EP 1 527 792或WO 2006/077263中所示类型的药品输送设备中，将其结合于此作为参考。在其中容器单元附连至经皮设备单元的使用情形下，出口管196连接至经皮设备单元的入口，入口管195连接至柔性容器，从而允许流体被吸入泵的流路中。这些管可为尖的或钝的，并适于穿过相应的隔膜插入。

在优选实施方式的以上描述中，以使本领域技术人员清楚本发明概念的程度描述了为不同部件提供所述功能的不同结构和手段。不同构件的详细构造和说明视为本领域技术人员沿本说明书所阐述的方针进行常规设计过程的目的。

Claims (18)

1.一种流体系统，该流体系统包括：

a)流体组件(100)，该流体组件包括：

(i)具有入口(195)和出口(196)的流体引导结构(112)；

(ii)能透过水蒸汽的第一装置；以及

(iii)能透过空气的第二装置；

其中第一渗透性装置和第二渗透性装置具有内表面和外表面，所述内表面与所述流体引导结构连通，因而适于与所述流体引导结构中的流体接触；以及

b)通风封壳(194)，所述渗透性装置的外表面布置在该通风封壳中，

其中所述封壳中的在20～40％范围内的初始相对湿度能通过在充足量的水与所述第一渗透性装置的内表面接触时经过该第一渗透性装置传送水蒸汽而升高至少20个百分点，这会减小所述封壳中的空气的分压，从而减小跨越所述第二渗透性装置的空气压差。

2.如权利要求1所述的流体系统，该流体系统适于在相对湿度在20～50％范围内的外部大气中操作，并且其中在小于4个小时内在所述封壳中使绝对湿度至少升高20个百分点。

3.如权利要求1或2所述的流体系统，其中所述封壳包括朝向外部大气的通风口(119)，从而允许在所述第一渗透性装置与所述通风口之间形成水蒸汽流。

4.如权利要求1至3中任一项所述的流体系统，其中所述第一渗透性装置和所述第二渗透性装置呈具有公共内表面和外表面的公共构件(152)的形式。

5.如权利要求1至4中任一项所述的流体系统，其中所述流体组件包括泵布置，该泵布置适于提供通过所述流体引导结构从所述入口至所述出口的流体流，从而提供经过所述第一渗透性装置的内表面的流体流。

6.如权利要求1至5中任一项所述的流体系统，该流体系统还包括用于致动所述泵布置的致动器以及适于穿过对象的皮肤插入的经皮设备，该经皮设备布置成或适于布置成与所述出口流体连通。

7.一种操作流体系统的方法，该方法包括以下步骤：

a)设置流体组件，该流体组件包括：

(i)具有入口和出口的流体引导结构；

(ii)能透过水蒸汽的第一装置；以及

(iii)能透过空气的第二装置；

其中第一渗透性装置和第二渗透性装置具有内表面和外表面，所述内表面与所述流体引导结构连通，因而适于与所述流体引导结构中的流体接触；

b)设置通风封壳，所述渗透性装置的外表面布置在该通风封壳中，该封壳具有在20～40％范围内的初始相对湿度；以及

c)通过使水蒸汽通过所述第一渗透性装置传送而使所述封壳中的初始相对湿度升高至少20个百分点，这会减小所述封壳中的空气的分压，从而减小跨越所述第二渗透性装置的空气压差。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述流体系统在其中所述第一渗透性装置的内表面不与水接触的初始状态、与所述第一渗透性装置的内表面与水接触的操作状态之间操作。

9.如权利要求7或8所述的方法，该方法还包括形成通过所述流体引导结构的含水流体流的步骤，该含水流体与所述第一渗透性装置的内表面流体连通。

10.如权利要求7至9中任一项所述的方法，其中在所述初始状态下，所述流体引导结构基本上没有水。

11.如权利要求7至10中任一项所述的方法，其中所述流体系统在相对湿度在20～50％范围内的外部大气中操作，并且其中在小于4个小时内在所述封壳中使绝对湿度至少升高20个百分点。

12.如权利要求7至11中任一项所述的方法，其中所述封壳包括朝向外部大气的通风口，从而允许在所述第一渗透性装置与所述通风口之间形成水蒸汽流。

13.如权利要求7至12中任一项所述的方法，其中所述流体组件为泵组件，其适于提供通过所述流体引导结构从所述入口至所述出口的流体流。

14.如权利要求7至13中任一项所述的方法，其中所述第一渗透性装置和所述第二渗透性装置呈具有公共内表面和外表面的公共构件的形式。

15.一种在包括给定气体的大气中操作流体系统的方法，该方法包括以下步骤：

a)设置流体组件，该流体组件包括：

(i)具有入口和出口的流体引导结构；

(ii)能透过给定流体的第一装置；以及

(iii)能透过给定气体的第二装置；

其中所述第一渗透性装置和第二渗透性装置具有内表面和外表面，所述内表面与所述流体引导结构连通；

b)设置通风封壳，所述渗透性装置的外表面布置在该通风封壳中；

c)提供与所述第一渗透性装置的内表面流体连通的流体；以及

d)通过使给定流体通过所述第一渗透性装置传送而使所述封壳中的给定流体的分压升高，这会减小所述封壳中的给定气体的分压，从而减小跨越所述第二渗透性装置的给定气体的压差，借此影响所述给定气体通过所述第二渗透性装置的传送。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述第一渗透性装置能透过所述给定流体的蒸汽。

17.如权利要求15或16所述的方法，其中所述第一渗透性装置和所述第二渗透性装置呈具有公共内表面和外表面的公共渗透性构件的形式。

18.如权利要求15至17中任一项所述的方法，其中形成通过所述流体组件的所述流体引导结构的流体流，该流体与所述第一渗透性装置的内表面流体连通。

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