CN102917736A - 具有自净化来防止堵塞的用于递送水凝胶组合物的系统、设备及方法 - Google Patents

具有自净化来防止堵塞的用于递送水凝胶组合物的系统、设备及方法 Download PDF

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Abstract

水凝胶组合物通过输送在选择性地施加的施加压力P(A)下的分开的第一和第二液体组分到出口路径中以进行混合而形成。当P(A)的施加被中断时，在基本上恒定地施加的净化压力P(P)下的液体清洗剂被自动输送到所述出口路径中，以连续地从所述出口路径清洗残余的水凝胶组合物。

Description

具有自净化来防止堵塞的用于递送水凝胶组合物的系统、设备及方法
相关申请的交叉引用：本申请要求2010年4月5日递交、题为“具有自净化来防止堵塞的用于递送水凝胶组合物的系统、设备及方法(Systems，Devices，Method ForDelivering Hydrogel Compositions With Self-Purging To Prevent Clogging)”的美国临时专利申请No.61/320,909的权益和优先权，该美国临时专利申请整个通过引用并入本文。
技术领域
本发明总地涉及用于施加材料组合物的系统、设备及方法，所述材料组合物在使用的情况下聚合或交联，并且特别地，在医疗领域施加这类组合物。
背景技术
用于施加在使用的情况下聚合或交联的材料组合物的系统、设备及方法典型地由施加器构成，所述施加器使两种液体组分(例如，白蛋白和聚乙二醇(PEG))合在一起进入喷嘴。在喷嘴中，所述液体组分混合并且开始快速的聚合过程以形成水凝胶。只要操作者维持所述两种组分进入并且通过所述喷嘴的连续流动，所述喷嘴将不会堵塞。然而，一旦操作者停止所述组分的流动，所述组分的残余量保留在所述喷嘴之中并且继续聚合成固态水凝胶，并且由此堵塞所述喷嘴。
常规的喷嘴装置包括用于被引导通过所述喷嘴的加压空气的端口，以防止水凝胶在所述喷嘴之中堵塞。然而，这种装置是繁琐的并且需要附件，比如管道、压力调节器以及加压空气源。
发明内容
本发明提供系统化地从施加器的出口路径去除第一和第二液体组分的未排出的、残余的混合物的系统、设备及方法。
本发明的一个方面提供用于递送水凝胶材料的自净化系统和方法，所述水凝胶材料通过混合第一和第二液体组分而形成。所述系统和方法包括施加器，所述施加器被定尺寸并且被配置来混合所述第一和第二液体组分并且形成水凝胶组合物。所述施加器包括分开的入口路径，所述入口路径以分开的方式将在选择性地施加的施加压力P(A)下的所述第一和第二液体组分输送到单个出口路径中，以进行混合并且形成从所述单个出口路径排出的所述水凝胶组合物。
所述系统和方法还包括净化组件，所述净化组件包括在基本上恒定地施加的净化压力P(P)下的液体清洗剂源，所述净化压力P(P)被维持在小于P(A)的量值。所述净化组件还包括净化路径，所述净化路径将所述源耦合到所述施加器的所述单个出口路径，以在所述基本上恒定地施加的净化压力P(P)下将液体清洗剂输送到所述单个出口路径中。
所述净化组件包括与所述净化路径以及所述单个出口路径连通的阀组件。所述阀组件响应于局部压力条件是在第一和第二流动状态之间可操作的。
所述第一流动状态允许所述第一和第二液体组分而不是所述液体清洗剂在施加P(A)下在所述单个出口路径中的流动和混合，以从所述单个出口路径分发所述水凝胶组合物。
所述第二流动状态允许液体清洗剂而不是所述第一和第二液体组分在基本上恒定地施加的净化压力P(P)下在所述单个出口路径中的流动，以连续地从所述单个出口路径清洗残余的水凝胶组合物。
每当P(A)被施加，所述阀组件响应于局部压力条件被自动地置于所述第一流动状态，并且，在P(A)的施加被中断期间，所述阀组件响应于局部压力条件被自动地置于所述第二流动状态。
本发明的特征和优点在下面的说明和附图以及所附的权利要求书中进行阐述。
附图简要说明
图1是具有自净化组件的递送水凝胶组合物的系统的分解立体视图。
图2是图1所示的系统的装配后的立体视图。
图3是图2所示的系统在使用中的立体视图，其中在第一流动状态的净化组件允许所述第一和第二液体组分在所述施加器中的流动和混合，以形成和分发所述水凝胶组合物，而不允许所述液体清洗剂流动进入所述施加器。
图4是图2所示的系统在使用中的立体视图，其中在第二流动状态的净化组件允许液体清洗剂在基本上恒定地施加的净化压力下的流动，以连续地从所述施加器清洗残余的水凝胶组合物。
具体实施方式
本具体实施方式仅仅是举例说明性的，而不是要限制本发明。例如，公开了双筒注射器系统。也可以使用三筒系统，或其他系统和方案。
图1和图2示出用于递送由两种或更多种组分12和14形成的材料的系统10，所述两种或更多种组分12和14在使用的情况下被混合。如图3所示，当被混合时，液体组分开始快速的聚合过程以形成水凝胶16。
组分12和14可以变化。例如，第一组分12可以包括具有一个或更多个亲核(电子供体)基团的液体材料。第二组分14可以包括具有一个或更多个亲电子(电极吸引(electrode withdrawing))基团的液体材料。如图3所示，一旦混合，构成性的组分12和14交联，(在被称为凝胶化的过程中)从液态转化为生物可相容的水凝胶组合物16。
在凝胶化之后，水凝胶组合物16呈现所期望的机械性能，所述机械性能包括粘结强度、内聚强度(cohesive strength)以及弹性。在具有代表性的实施方案中，水凝胶组合物16意图在医疗领域中使用。在这种方案中，取决于水凝胶组合物16的机械性能，水凝胶组合物16可以被用作例如组织密封剂，组织粘结屏障物，组织空隙填充物，或者治疗剂载体。
在一个具有代表性的实施例中，亲核的第一组分12可以包括蛋白质溶液(例如，白蛋白)并且第二亲电子的组分14可以包括聚合物(例如，聚乙二醇或PEG)。
递送系统10包括双注射器组件18。仅出于图示说明的目的，所述双注射器组件18在结构上可以是常规的并且如图1和图2所示。所述双注射器组件18包括一对并排的注射器筒20和22。一个筒20被定尺寸并且被配置来接纳所述第一液体组分12，而另一个筒22被定尺寸并且被配置来接纳所述第二液体组分14。注射器活塞24和26在注射器筒20和22之中是分别地可推进的，以从各自的筒20和22的分发端分发各自的组分12和14。
注射器活塞24和26通过夹28相接合。注射器夹28以机械方式将注射器活塞24和26连接在一起，以在他们各自的注射器筒20和22中获得共同的推进。操作者由此可以以与单注射器筒相同的方式来把持和操作双注射器筒20和22。
系统10包括施加器30。施加器30在一个端包括一对鲁尔类接头32，该对鲁尔类接头32耦合到注射器筒20和22的分发端。
施加器30包括耦合到鲁尔接头32的内部通道34和36。通道34和36在Y形接头38处合并进入单个出口路径40。在由所述双注射器筒20和22分发的两个液体组分12和14到达所述Y形接头38之前，施加器30维持两个液体组分12和14是分开的。夹28确保在给定的施加压力P(A)下各组分12和14通过所述施加器30的均匀施加。
在将被简称为“通道混合”的过程中，在所述Y形接头38处并且然后通过所述出口路径40，两个组分12和14在以液态在施加压力P(A)下流动的同时混合并且交联。在通道混合期间，当水凝胶组合物16从出口路径40被分发时，凝胶化开始形成水凝胶组合物16。所述出口路径40可以被定尺寸并且被配置来例如起到喷嘴的作用，所述喷嘴将凝结的水凝胶组合物作为与组织接触的喷剂排出。
双注射器组件18和施加器30的部件可以例如通过模制医用级塑料材料(例如聚碳酸酯和丙烯酸)来制造。
通过所述双注射器组件18的操作终止所述施加压力P(A)会在所述出口路径40之中留下所述第一和第二组分12和14的未排出的、残余的混合物。所述残余的混合物可以在所述出口路径40之中进行进一步的凝胶化以形成水凝胶组合物16。水凝胶组合物16在所述出口路径40之中的存在会堵塞或阻碍液体随后通过所述出口路径40的通路。
为了系统化地从所述出口路径40去除第一和第二组分12和14的未排出的、残余的混合物，系统10包括耦合到施加器30的净化组件42。净化组件42包括液体清洗剂46(例如，水，并且当在医疗领域使用时，无菌水)源44。净化组件42还包括净化路径48，所述净化路径48从所述源44导向施加器30的所述出口路径40。净化路径48与所述出口路径30连通。
源44处于施加的预选择净化压力P(P)下。所述净化压力P(P)被连续地施加并且被选择为小于施加压力P(A)，其理由将在后面描述。
净化压力P(P)通常推动所述液体清洗剂46从所述源44朝向所述出口路径40通过所述净化路径48。
在出口路径40之内，在水凝胶组合物的凝胶化实质上出现之前，液体清洗剂46在净化压力P(P)下从所述出口路径40排出所述第一和第二组分12和14的残余的混合物。所述出口路径40的堵塞由此被防止或缓解。
净化组件在源44和施加器30的出口路径40之间的净化路径48上具有第一阀V1。所述第一阀V1响应于所述净化路径48之中的局部压力条件在在关闭状态和开启状态之间操作。在所述关闭状态，所述阀V1阻止所述液体清洗剂46通过所述净化路径48的加压流动。在所述开启状态，所述阀V1允许所述液体清洗剂46通过所述净化路径48的加压流动。所述阀V1被定尺寸并且被配置来在所述阀V1下游(即，朝向出口路径40)的所述净化路径48中的压力条件超过所述阀V1上游(即，朝向源44)的所述净化路径48中的压力条件时呈现所述关闭状态。
施加器30在所述Y形接头38的上游流动方向上具有在通道34中的第二阀V2以及在通道36中的第三阀V3。每个阀V2和V3响应于各自的通道34和36中的局部压力条件在关闭状态和开启状态之间进行操作。在所述关闭状态，每个阀V2和V3阻止从所述Y形接头38通过所述各自的通道34和36朝向所述注射器组件18的液体回流。在所述开启状态，每个阀V2和V3允许通过所述各自的通道34和36朝向所述Y形接头38的液体流动。每个阀V2和V3被定尺寸并且被配置来在所述阀V2和V3上游(即，朝向注射器组件18)的所述各自的通道34和36中的压力条件小于所述阀V2和V3下游(即，朝向所述Y形接头38和出口40)的所述各自的通道34和36中的压力条件时呈现所述关闭状态。
通过将净化压力P(P)选择为小于施加压力P(A)(如上所述)，如图3所示，每当所述双注射器组件18被操作来应用所述施加压力P(A)，构成第一流动状态，所述阀V1将处于所述关闭状态并且所述阀V2和V3将处于开启状态。在所述第一流动状态中，在施加压力P(A)期间，两种液体组分12和14进入施加器30的通道34和36，通过开启的阀V2和V3以在Y形接头38处会合，并且继续向前通过出口路径40，进行通道混合。在所述第一流动状态中，在施加压力P(A)期间，形成的水凝胶组合物16从所述出口路径40被分发。在所述第一流动状态中，阀V1处于关闭状态(因为P(A)超过P(P))并且液体清洗剂46被阻止从所述源44流入所述出口路径40。
当所述施加压力P(A)被移除，例如，当操作者试图中断所述形成的水凝胶组合物16从所述出口路径40的排出，如图4所示，在阀V1，V2以及V3处的压力条件改变，构成第二流动状态。在所述第二流动状态中，所述阀V1上游的压力条件(即，恒定地施加的预选净化压力P(P))超过所述阀V1下游的压力条件(因为施加压力P(A)已经不再被施加)。
如图4所示，阀V1呈现开启状态，并且阀V2和V3呈现关闭状态，由此允许所述液体清洗剂46(在一些实施方案中，可以采用气体清洗剂)通过所述净化路径48并且进入和通过所述出口路径40的加压流动。液体清洗剂46在净化压力P(P)下从所述出口路径40排出所述第一和第二组分12和14的残余的混合物。
因为净化压力P(P)是恒定地施加的，液体清洗剂进入出口路径40的流动基本上与施加压力P(A)的停止同时发生。因此，在水凝胶组合物的凝胶化实质上出现之前，通过液体清洗剂46的流动从所述出口路径40排出所述第一和第二组分12和14的残余的混合物。所述出口路径40的堵塞由此被防止或缓解。
因此，每当P(A)被施加，阀V1，V2和V3的组件响应于局部压力条件被自动地置于所述第一流动状态，并且相反地，在P(A)的施加发生中断时，所述阀V1，V2和V3的组件响应于局部压力条件立即被自动地置于所述第二流动状态。
净化组件42可以以各种方式来安排和构建。如图1和2所示，液体清洗剂源44包括罐状筒50，所述罐状筒50包括活塞52，所述活塞52由弹簧54施加偏压以在所述罐状筒50之内推进。
在这种方案中，净化路径48包括从所述罐状筒50的出口导向施加器30的所述出口路径40的导管。在所图示说明的实施方案中，净化路径48包括模制的接头56以及一段柔性管58，所述接头56在所述施加器30上限定一内腔，所述柔性管58在一端(通过可分离的鲁尔锁紧头)耦合到所述接头56并且在另一端耦合到所述罐状筒50的所述出口(所述出口也可以包括可分离的鲁尔锁紧头)。在可替换的实施方案中，所述罐状筒50和所述净化路径48可以包括一体地连接的所述施加器30的部件。在这个方案中，阀V1可以包括常规的单向止回阀组件，所述单向止回阀组件在所述阀V1下游的压力条件超过所述阀V1上游的压力条件时关闭，以阻止通过所述阀V1的流体回流，但是所述阀V1否则是开启的，以允许通过所述阀V1的流体向前流动。同样地，阀V2和V3可以包括常规的单向止回阀。
在所图示说明的实施方案中，人工操作的安全阀VS被提供在所述单向止回阀V1的上游，以选择性地在非激活状态(通过关闭所述安全阀VS)和激活状态(通过开启所述安全阀VS)之间切换所述净化组件42。当在所述激活状态下，没有由操作者使用双注射器组件18施加的施加压力P(A)，恒定地施加的净化压力P(P)提供进入所述出口路径40的液体清洗剂46的稳定滴注。每当所述双注射器组件18不在使用中，所述恒定的滴注主动地清理所述出口路径40。
可替换的实施方案包括气动加压水罐的使用，以获得所述恒定的滴注。这个实施方案替换了弹簧激活的活塞的使用。
另一可替换的实施方案允许所述水罐被安置在远离施加器本身的地方。在这个方案中，所述水罐可以包括分开的部件，所述分开的部件被定尺寸并且被配置来例如放置在患者上或者旁边，由柔性管耦合到所述施加器。这允许所述双注射器组件和施加器更小和更轻，以容易使用。
另一可替换的实施方案包括使用除水以外的不同清洗剂。会减慢凝胶化时间的清洗剂可以允许从所述出口路径的更好地清理较快胶凝的组合物。
通过安全阀的选择性操作，另一可替换的实施方案允许突然、短促的水清洗通过所述喷嘴，以提供喷嘴清理。替代恒定的清洗，这个实施方案可以减少所需的水量，并且减小总体系统的尺寸。在一些实施方案中，突然、短促的清洗可以通过随后操作清洗触发器或按钮来实现。在一些实施方案中，清洗剂的突然、短促的冲击在所述注射器柱塞停止向前移动时是自动生成的。致动器可以感测到移动的停止，激发所述清洗剂的脉冲释放。
本发明的特征在所附的权利要求书中阐述。

Claims (10)

1.一种用于递送水凝胶组合物的自净化系统，所述水凝胶组合物通过混合第一和第二液体组分而形成，所述系统包括，
施加器，所述施加器被定尺寸并且被配置来混合所述第一和第二液体组分并且形成所述水凝胶组合物，所述施加器包括入口路径，所述入口路径将在选择性地施加的施加压力P(A)下的所述第一和第二液体组分输送到出口路径以进行混合并且形成从所述出口路径排出的所述水凝胶组合物，以及
净化组件，所述净化组件包括液体清洗剂源以及净化路径，所述液体清洗剂源在基本上恒定地施加的净化压力P(P)下，所述净化压力P(P)被维持在小于P(A)的量值，所述净化路径将所述源耦合到所述出口路径以在所述基本上恒定地施加的净化压力P(P)下将液体清洗剂输送到所述出口路径中，所述净化组件还包括与所述净化路径以及所述出口路径连通的阀组件，所述阀组件响应于局部压力条件是以第一和第二流动状态可操作的，所述第一流动状态允许所述第一和第二液体组分而不是所述液体清洗剂在施加P(A)期间在所述出口路径中的流动和混合，以从所述出口路径分发所述水凝胶组合物，所述第二流动状态允许液体清洗剂而不是所述第一和第二液体组分在在基本上恒定地施加的净化压力P(P)下在所述出口路径中的流动，以连续地从所述出口路径清洗残余的水凝胶组合物，每当P(A)被施加，所述阀组件响应于局部压力条件被自动地置于所述第一流动状态，在P(A)的施加被中断期间，所述阀组件响应于局部压力条件被自动地置于所述第二流动状态。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述阀组件包括在所述源和所述出口路径之间的第一阀部件，所述第一阀部件响应于在所述净化路径中的局部压力条件在关闭状态和开启状态之间是可操作的，在所述关闭状态，所述第一阀部件阻止所述液体清洗剂通过所述净化路径的加压流动，在所述开启状态，所述第一阀部件允许所述液体清洗剂通过所述净化路径的加压流动，所述第一阀部件被定尺寸并且被配置来在所述第一阀部件下游的所述净化路径中的压力条件超过所述第一阀部件上游的所述净化路径中的压力条件时呈现所述关闭状态。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述阀组件包括在所述出口路径上游的所述施加器的所述入口路径中的第二和第三阀部件，每个第二和第三阀部件响应于各自的入口路径中的局部压力条件在关闭状态和开启状态之间进行操作，在所述关闭状态，每个第二和第三阀部件阻止通过所述各自的入口路径从所述出口路径离开的液体流动，在所述开启状态，每个第二和第三阀部件允许通过所述各自的入口路径朝向所述出口路径的液体流动，每个第二和第三阀部件被定尺寸并且被配置来在所述第一和第二阀部件上游的压力条件小于所述第二和第三阀部件下游的所述各自的入口路径中的压力条件时呈现所述关闭状态。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述阀组件包括在所述源的下游的所述净化路径中的第一单向阀部件，以及在所述出口路径上游的分别针对所述第一组分和第二组分的所述入口路径中的第二和第三单向阀部件。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述阀组件包括手工地可操作的控制部件，以选择性地使能和禁用所述净化组件的操作。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述控制部件包括在所述净化路径中的阀，所述阀在禁用所述净化组件的操作的关闭状态和使能所述净化组件的操作的开启状态之间是手工地可操作的。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述源包括容器，并且其中基本上恒定地施加的净化压力P(P)包括在所述容器中弹簧偏压的活塞的操作。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述源包括容器，并且其中基本上恒定地施加的净化压力P(P)包括在所述容器中的气动压力。
9.一种用于递送水凝胶组合物的方法，所述方法包括，
通过输送在选择性地施加的施加压力P(A)下的分开的第一和第二液体组分到出口路径以进行混合，形成所述水凝胶组合物，
通过压力P(A)的施加，从所述出口路径排出所述水凝胶组合物，以及
将在基本上恒定地施加的净化压力P(P)下的液体清洗剂源耦合到所述出口路径，所述净化压力P(P)被维持在小于P(A)的量值，
当P(A)被施加时，响应于局部压力条件，建立第一流动状态，所述第一流动状态允许所述第一和第二液体组分在所述出口路径中的流动和混合，而同时阻挡液体清洗剂在所述出口路径中的流动，以从所述出口路径分发所述水凝胶组合物，以及
当P(A)的施加被中断时，响应于局部压力条件，建立第二流动状态，所述第二流动状态允许液体清洗剂在基本上恒定地施加的净化压力P(P)下在所述出口路径中的流动，而同时阻挡所述第一和第二液体组分进入所述出口路径的流动，以在P(A)被中断期间连续地从所述出口路径清洗残余的水凝胶组合物。
10.如权利要求9所述的方法，还包括有选择地使能或禁用所述第二流动状态的所述建立的步骤。
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