CN103458955A - 用于输送粉末药物的电子药丸 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在哺乳动物体内输送药物（104）的电子药丸（102）。所述电子药丸（102）包括贮器（106），所述贮器（106）构造成响应于预定水平的压力而释放药物（104）。此外还包括主弹性元件（108），所述主弹性元件（108）用于在活塞（110）从其约束位置释放时经由所述活塞（110）向所述贮器（106）施加所述预定水平的压力。当处于约束位置时，所述活塞（110）自身通过使所述主弹性元件（108）相应地变形而在所述主弹性元件（108）内引起预定水平的应力。所述电子药丸（102）包括机构（114），所述机构（114）构造成在致动时从约束构造转变到释放构造，在所述约束构造中，所述活塞（110）被维持在其约束位置，在所述释放构造中，所述活塞（110）被释放。所述机构（114）将所述活塞（110）在所述构造之间转变期间的位移限制到显著小于所述主弹性元件（108）内所引入的变形的水平。

Description

用于输送粉末药物的电子药丸

技术领域

本发明涉及用于在哺乳动物体内输送药物的电子药丸。

背景技术

CN 1600279公开了一种可局部定位的药丸释放装置，该装置包括电子药囊，电子药囊由壳体、电池、具有微型加热元件的远程受控模块、预应力弹簧、由聚合物螺纹固定的活塞、药物腔室和药物释放通道组成。当远程受控模块接收到控制信号时，微型加热元件熔断聚合物螺纹。结果，活塞被允许在预应力弹簧的作用下移动，从而打开药物释放通道以便释放药物。

CN 1600279所公开的装置采用了聚合物螺纹来约束活塞。通过经由加热元件熔化聚合物螺纹来启动活塞的运动。这种熔化的特征在于是连续的过程而非分离的过程。结果，聚合物螺纹用来固定活塞防止运动的力逐渐地减小。也就是说，通过加热聚合物（其必须是热塑性塑料，即热软化塑料，而非热固化塑料），弹性模量被降低并且因此聚合物中的应变量增大。由于所述应变增大，在聚合物螺纹断裂成两部分之前，活塞被允许明显地移位。因此，活塞撞击药物的速度可以忽略不计，从而浪费了活塞的撞击对于从装置释放药物的贡献。关于补偿这种撞击的缺失，需要弹簧具有相对大的机械刚度。这种对于机械刚度的要求在例如弹簧的盘绕直径或压缩长度上设置了下限，从而增大了容纳该弹簧的装置的尺寸。结果，CN 1600279所公开的装置的一个问题在于其相对大的尺寸。

发明内容

本发明的一个目的在于提供在开篇段落中限定的那种具有较小尺寸的系统。

通过根据本发明的用于在哺乳动物体内输送药物的电子药丸来实现本发明的目的。根据本发明的电子药丸包括：贮器，所述贮器构造成响应于预定水平的压力而释放所述药物；主弹性元件，所述主弹性元件用于在活塞从其约束位置释放时经由所述活塞向所述贮器施加所述预定水平的压力，当处于约束位置时，所述活塞布置成通过在所述主弹性元件内引入附随的对应水平的变形而在所述主弹性元件内引起预定水平的应力；以及机构，所述机构构造成在致动时从约束构造转变到释放构造，所述约束构造布置成将所述活塞维持在其约束位置，所述释放构造布置成将所述活塞从其约束位置释放，其中，所述机构在从所述约束构造转变到所述释放构造期间将所述活塞的位移限制到显著小于所述主弹性元件内所引入的变形的水平。

通过在从约束构造转变到释放构造期间限制活塞的位移，活塞在主弹性元件中引入的变形水平被相应地维持。结果，在从约束构造转变到释放构造时，主弹性元件中的预定水平的应力的显著部分得以保留。当机构实现释放构造时，该部分被分离地释放，这使得主弹性元件能够使活塞和贮器相对于彼此加速，使得它们能够以相对高的速度相互撞击。取决于活塞的质量相对于电子药丸（包括贮器和药物）的质量，活塞和贮器的相对加速将会包括活塞的加速、电子药丸的加速或者其组合。显然，所述对于相对加速的贡献仅仅当使用没有在空间中固定的坐标系统时才变得明显。活塞和/或电子药丸的撞击显著地有助于向贮器施加预定水平的压力。因此，关于从贮器释放药物，在主弹性元件中引起的预定水平的应力可以较小。结果，主弹性元件被允许具有较小的机械刚度或者设置有较少水平的变形。两种情况均使得电子药丸能够具有较小的尺寸。

归因于前述的微型化，根据本发明的电子药丸使得哺乳动物能够容易地吞咽，从而提高了患者顺从性。

主弹性元件可以是任何具有弹性特性（即在施加应力时可逆地变形）的元件，所述弹性特性包括但不限于胡克的线弹性定律。因此，弹性元件可以是压缩弹簧、扭转弹簧、板簧，但也可以是填充有可压缩气体的气缸。

在本文中，显著小于意味着至少为五分之一。因此，如果说在从约束构造转变到释放构造期间将活塞的位移限制到显著小于主弹性元件内所引入的变形的水平，则意味着主弹性元件内所引入的变形的至少80％得以保留。结果，如果主弹性元件遵循胡克线弹性定律，则在从约束构造转变到释放构造之后，预定水平的应力的80％得以维持。

在根据本发明的电子药丸的一个优选实施例中，主弹性元件是盘簧。盘簧包括围绕假想的圆柱体缠绕的若干卷匝。归因于该假想圆柱体，与例如填充有流体的筒盒相反，盘簧占用相对小的体积。因此，该实施例的优点在于进一步减小电子药丸的尺寸。

根据本发明的电子药丸的另一个优选实施例包括致动器，该致动器用于在接收到外部触发信号时致动所述机构。这里，外部触发信号与内部触发信号的不同在于其直接或间接地取决于外部变化。该实施例有利地使得药物的释放适应于电子药丸外部的环境中的变化。

根据本发明的电子药丸的另一个优选实施例包括主模块和第二模块，其中，所述主模块构造成至少容纳所述主弹性元件、所述机构和所述贮器，其中，所述第二模块布置成至少容纳所述致动器，并且其中，所述主模块和所述第二模块能够相互可释放地连接。该实施例允许在释放药物之前和之后与第二模块分离地操作药物贮器。因此，该实施例有效地促进了药物填充步骤的容易的质量控制，药物填充步骤必须符合于严格规定。结果，该实施例还有利地提高了重复使用第二模块的经济可行性。

根据本发明的电子药丸的另一个优选实施例包括传感器，所述传感器用于测量身体参数并且响应于此而产生所述外部触发信号。该实施例有利地使得能够针对所考虑的身体参数来释放药物，从而提高了医疗功效。

在根据本发明的电子药丸的另一个优选实施例中，所述机构包括第二弹性元件，所述第二弹性元件构造成从所述约束构造转变到所述释放构造。在将活塞从其约束位置释放后，第二弹性元件由于其弹性性质而导致所述机构返回到约束构造。该实施例的优点在于其减小了从贮器释放药物所需的功率。导致第二元件从约束构造转变到释放构造所需的力和功率显著小于存储在主弹性元件中且在释放构造中被施加的力和功率。结果，该实施例不需要能够支持极高耗用电流的功率源。该实施例的另一优点在于其能够提高功率效率。一旦被吞咽，电子药丸经受高水平的潮湿，所述潮湿负面地影响加热效率。通过采用弹性而非加热来使得从约束构造转变到释放构造，根据本发明的电子药丸有效地避免了这种受限的加热效率。该实施例的进一步优点在于其有助于重复使用包括所述机构和新贮器的模块，因为自动地实现了如下要求：在相互地连接模块和贮器时，该机构处于约束构造。

在根据本发明的电子药丸的另一个优选实施例中，所述第二弹性元件是板簧。该实施例的优点在于其使得能够进一步微型化电子药丸，这归因于板簧所具有的相对修长的几何形状。

根据本发明的电子药丸的另一个优选实施例包括倾斜平面，所述倾斜平面能够相对于所述板簧移动且可滑动地连接到所述板簧，并且构造成在所述约束构造中在所述板簧中引起预定水平的应力，并且在由于致动而移动时用于从所述板簧释放所述预定水平的应力。倾斜平面是其端点位于不同高度的平坦表面。通过使倾斜平面相对于板簧移动而使得板簧邻近于倾斜平面的较高端点，随着板簧由于倾斜平面的倾斜而被迫变形，在板簧中引起了预定水平的应力。与使板簧沿着竖直轨迹朝向较高端点移动相比，倾斜平面使得能够基于在较大距离上施加的较小力来完成相同量的功。结果，该实施例使得能够使用设置有相对低功率且相应地具有小尺寸的致动器在板簧中引起预定水平的应力。因此，该实施例的优点在于其使得能够进一步微型化所述电子药丸。

在根据本发明的电子药丸的一个实际的实施例中，所述倾斜平面连接到可移动螺母，所述可移动螺母能够被所述致动器驱动。优选地，致动器设置有用于与螺母协作的可旋转螺杆。因为螺杆本质上是围绕圆柱体的倾斜平面，该实施例使得能够完成使螺母移位所需的功，然而是基于在较大距离或较大环形位移上施加的较小力或转矩来完成的。这使得能够进一步微型化所述电子药丸。

在根据本发明的电子药丸的另一个优选实施例中，所述机构包括用于从所述约束构造转变到所述释放构造的杠杆，其中，所述杠杆的第一末端构造成临时性地约束所述活塞，并且其中，所述杠杆的第二末端构造成被致动。该实施例确保了在从约束构造转变到释放构造期间活塞的位移为零。结果，在构造转变时，主弹性元件中保留了所述预定水平的应力的最大部分，即100％。因此，使得活塞的撞击能够最大限度的有助于向贮器施加预定水平的压力。因此，为了从贮器释放药物，预定水平的应力可以较小。这允许主弹性元件设置有较小的尺寸。结果，该实施例使得能够进一步减小电子药丸的尺寸。该实施例的进一步优点在于其减小了从贮器释放药物所需的功率。导致杠杆从约束构造转变到释放构造所需的力和功率显著小于存储在主弹性元件中且在释放构造中被施加的力和功率。结果，该实施例不需要能够支持极高耗用电流的功率源。该实施例的另一优点在于其能够提高功率效率。一旦被吞咽，电子药丸经受高水平的潮湿，所述潮湿负面地影响加热效率。通过采用杠杆而非加热来引起从约束构造到释放构造的转变，根据本发明的电子药丸有效地避免了这种受限的加热效率。

在根据本发明的电子药丸的另一个优选实施例中，所述第一末端和与所述杠杆相关联的枢转点之间的距离显著小于所述第二末端和所述枢转点之间的另一距离。通过使得枢转点和第一末端之间的距离显著小于第二末端和枢转点之间的另一距离，对于由致动器施加在第二末端上的力产生了显著的杠杆作用。结果，该实施例允许使用与前述杠杆作用相符的相对低水平的力来从约束情形转变到释放构造。结果，该实施例有效地减小了致动器所需要具有的功率水平，从而减小了致动器的尺寸。因此，该实施例的优点在于使得能够进一步微型化所述电子药丸。

在根据本发明的电子药丸的另一实际的实施例中，所述第二末端连接到可移动螺母，所述可移动螺母能够被所述致动器驱动。优选地，致动器设置有用于与螺母协作的可旋转螺杆。如前面说明的，螺杆是围绕圆柱体的倾斜平面，从而该实施例使得能够采用在较大距离或较大环形位移上施加的较小力或转矩来完成使螺母移位所需的功。这使得能够减小致动器的功率并因此减小致动器的外部尺寸，从而提供所述电子药丸的进一步微型化。

附图说明

图1A示意性地示出了根据本发明的电子药丸的第一实施例，包括第二弹性元件，其中，该机构处于约束构造。

图1B示意性地示出了根据本发明的电子药丸的第一实施例，其中，该机构处于释放构造。

图1C示意性地示出了在已经从贮器释放药物之后的情况中根据本发明的电子药丸的第一实施例。

图1D示意性地示出了根据本发明的电子药丸的第一实施例，还包括主模块和第二模块。

图2A示意性地示出了根据本发明的电子药丸的第二实施例，包括用于从约束构造转变到释放构造的杠杆，其中，该机构处于约束构造。

图2B提供了图2A的一部分的放大图。

图2C示意性地示出了根据本发明的电子药丸的第二实施例，其中，该机构处于释放构造。

图2D示意性地示出了在已经从贮器释放药物之后的情况中根据本发明的电子药丸的第二实施例。

具体实施方式

图1A、1B、1C和1D示意性地示出了用于在哺乳动物（未示出）的体内输送药物104的电子药丸102。电子药丸102包括贮器106，贮器106用于存储药物104并且用于响应于施加到贮器的预定水平的压力而释放药物104。电子药丸102还包括主弹性元件108，主弹性元件108用于在活塞110从其约束位置释放时经由活塞110向贮器106施加所述预定水平的压力。图1A示出了活塞110位于所述约束位置。在该特定示例中，主弹性元件108是盘簧112。参照图1A，活塞110布置成通过在主弹性元件108中引入附随的对应水平的变形而在主弹性元件108中引起预定水平的应力。电子药丸102还包括机构114，机构114构造成在致动时从图1A所示的约束构造转变到图1B所示的释放构造，所述约束构造布置成将活塞110维持在其约束位置，所述释放构造布置成将活塞110从其约束位置释放。机构114在从所述约束构造转变到所述释放构造期间将活塞110的位移限制到显著小于主弹性元件108内所引入的变形的水平。通过比较图1A和图1C可以明显看出主弹性元件108内所引入的变形，图1C示出了活塞从其约束位置释放，从而允许主弹性元件108实现其未变形构造。显然，在该特定实施例中，由于未变形长度大约是变形长度的两倍，所以由活塞110引入主弹性元件108中的变形约为50%，分别参见图1B和1A。

机构114任选地包括用于从约束构造转变到释放构造的第二弹性元件116。在该特定情形中，第二弹性元件116具体实施为板簧118。

在该具体实施例中，电子药丸102包括致动器120，致动器120用于在接收到外部触发信号时致动机构114并且更具体地致动板簧118。这种外部触发信号可由传感器121生成，传感器121构造成测量哺乳动物体内的参数并且响应于此而生成所述外部触发信号。具体的感兴趣参数是pH，因为其指示了电子药丸在胃肠道中的位置。用于为致动器120和传感器121提供动力的能量源123被任选地包括在电子药丸102中。

致动器120可设置有可旋转螺杆122（例如步进马达，它的轴设置有外螺纹），用于与可移动螺母124协作，可移动螺母124设置有倾斜平面126，由此充当楔子。显然，可移动螺母124可设置有多于一个倾斜平面，例如为了对称的原因。倾斜平面126（即具有某个倾斜角度的平面）能够相对于板簧118移动并且可滑动地连接到板簧118。倾斜平面126构造成当机构114处于约束构造时在板簧118中引起预定水平的应力（参见图1A），并且在由于致动器120的致动而移动时用于从板簧释放所述预定水平的应力（参见图1B）。也就是说，当致动时从约束构造到释放构造的转变伴随着螺母124沿一方向移动而使得倾斜平面126的倾斜允许板簧118向内弯曲（即远离活塞110弯曲）。参照图1B，一旦安装在板簧处的栓128不再阻挡活塞110朝向药物104移动，板簧118为活塞110让路。在该具体实施例中，活塞110的质量显著小于与电子药丸102的其余特征相关联的质量。因此，活塞110响应于存储在主弹性元件108中的预定水平的应力而朝向药物加速。结果，活塞110导致药物104中的压力超过预定水平。响应于此，参照图1C，盖子129脱开并且贮器106释放药物104。为了使盖子129响应于预定水平的压力而适当地（即可预测地）并且作为整体脱开，盖子129必须相对于其与贮器106的连接而言是实质机械刚性的。在为活塞110让路后，板簧118被允许实现其未变形构造，参见图1C。

比较图1A和1B，在机构112从其约束构造转变到其释放构造期间，活塞110的位移显著小于活塞110为主弹性元件108引入的变形。更特别地，通过减小板簧118上伸出的栓128的长度，活塞的位移可进一步减小。

参照图1D，电子药丸102可包括主模块132和第二模块134。主模块132构造成至少容纳主弹性元件108、机构114和贮器106，但是也可容纳第二弹性元件116。第二模块134布置成至少容纳致动器120，但优选地还容纳传感器121、能量源123和可移动螺母124。主模块132和第二模块134能够相互可释放地连接，这允许重复使用第二模块134。

图2A、2B、2C和2D示意性地示出了用于在哺乳动物（未示出）的体内输送药物204的电子药丸202。电子药丸202包括贮器206，贮器206用于存储药物204并且用于响应于施加到贮器的预定水平的压力而释放药物204。电子药丸202还包括主弹性元件208，主弹性元件208用于在活塞210从其约束位置释放时经由活塞210向贮器206施加所述预定水平的压力。图2A示出了活塞110位于所述约束位置。在该特定示例中，主弹性元件208是盘簧212。参照图2A，活塞210布置成通过在主弹性元件208中引入附随的对应水平的变形而在主弹性元件208中引起预定水平的应力。电子药丸202还包括机构214，机构214构造成在致动时从图2A所示的约束构造转变到图2C所示的释放构造，所述约束构造布置成将活塞210维持在其约束位置，所述释放构造布置成将活塞210从其约束位置释放。机构214在从所述约束构造转变到所述释放构造期间将活塞110的位移限制到显著小于主弹性元件208内所引入的变形的水平。

在该具体实施例中，电子药丸202包括致动器216，致动器216用于在接收到外部触发信号时致动机构214。机构214任选地包括用于从约束构造转变到释放构造的杠杆218。杠杆218的第一末端220构造成临时性地约束活塞210，而杠杆218的第二末端222构造成被致动。为此目的，第二末端222连接到可移动螺母224，可移动螺母224能够被致动器216驱动。为了驱动螺母224，致动器216例如设置有与螺母224协作的可旋转螺杆226，螺母224为此目的设置有匹配的内螺纹（未示出）。优选地，为了产生机械杠杆作用，第二末端222和杠杆218的枢转点228之间的距离L2显著大于第一末端220和所述枢转点之间的距离L1，参见图2B。

比较图2A和2C，从约束构造到释放构造的转变伴随着螺母224（从而第二末端222）沿一方向移动而使得第一末端220不再阻挡活塞210朝向药物204移动。此后，活塞210响应于存储在主弹性元件208中的预定水平的应力而朝向药物加速。结果，活塞210导致药物204中的压力超过预定水平。响应于此，参照图2D，贮器206在盖子230响应于预定水平的压力而脱开后释放药物204。活塞210在机构212从其约束构造转变到其释放构造期间的位移为零。

电子药丸202极好地允许类似于电子药丸102那样分成主模块和第二模块，由此有助于重复使用电子药丸202的至少一部分。

虽然已经在附图和前面的描述中详细示出和描述了本发明，图示和描述应当被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例。应注意的是，可以通过应用本身已知的过程和材料来制造根据本发明的系统及其所有部件。在权利要求书和说明书中，词语“包括”不排除其他元件并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。权利要求中的任何附图标记不应被认为对范围产生限制。还应注意的是，权利要求书中限定的特征的任何可能的组合均为本发明的一部分。

Claims (12)

1.一种用于在哺乳动物体内输送药物（104，204）的电子药丸（102，202），包括：

贮器（106，206），所述贮器（106，206）构造成响应于预定水平的压力而释放所述药物，

主弹性元件（108，208），所述主弹性元件（108，208）用于在活塞（110，210）从其约束位置释放时经由所述活塞（110，210）向所述贮器施加所述预定水平的压力，当处于约束位置时，所述活塞布置成通过在所述主弹性元件内引入附随的对应水平的变形而在所述主弹性元件内引起预定水平的应力，

机构（114，214），所述机构（114，214）构造成在致动时从约束构造转变到释放构造，所述约束构造布置成将所述活塞（110，210）维持在其约束位置，所述释放构造布置成将所述活塞从其约束位置释放，其中，所述机构在从所述约束构造转变到所述释放构造期间将所述活塞的位移限制到显著小于所述主弹性元件（108，208）内所引入的变形的水平。

2.根据权利要求1的电子药丸（102），其中，所述主弹性元件（108）是盘簧（112）。

3.根据权利要求1的电子药丸（102，202），包括致动器（120，216），所述致动器（120，216）用于在接收到外部触发信号时致动所述机构（114，214）。

4.根据权利要求3的电子药丸（102），包括主模块（132）和第二模块（134），其中，所述主模块构造成至少容纳所述主弹性元件（108）、所述机构（114）和所述贮器（106），其中，所述第二模块布置成至少容纳所述致动器（120），并且其中，所述主模块和所述第二模块能够相互可释放地连接。

5.根据权利要求3的电子药丸（102），包括传感器（121），所述传感器（121）用于测量身体参数并且响应于此而产生所述外部触发信号。

6.根据权利要求1的电子药丸（102），其中，所述机构（114）包括第二弹性元件（116），所述第二弹性元件（116）构造成从所述约束构造转变到所述释放构造。

7.根据权利要求6的电子药丸（102），其中，所述第二弹性元件（116）是板簧（118）。

8.根据权利要求7的电子药丸（102），包括倾斜平面（126），所述倾斜平面（126）能够相对于所述板簧（118）移动且可滑动地连接到所述板簧（118），并且构造成在所述约束构造中在所述板簧中引起预定水平的应力，并且在由于致动而移动时用于从所述板簧释放所述预定水平的应力。

9.根据权利要求3和8的电子药丸（102），其中，所述倾斜平面（126）连接到可移动螺母（124），所述可移动螺母（124）能够被所述致动器（120）驱动。

10.根据权利要求1的电子药丸（202），其中，所述机构（214）包括用于从所述约束构造转变到所述释放构造的杠杆（218），其中，所述杠杆的第一末端（220）构造成临时性地约束所述活塞（210），并且其中，所述杠杆的第二末端（222）构造成被致动。

11.根据权利要求10的电子药丸（202），其中，所述第一末端（220）和与所述杠杆（218）相关联的枢转点（228）之间的距离显著小于所述第二末端（222）和所述枢转点之间的另一距离。

12.根据权利要求3和10的电子药丸（202），其中，所述第二末端（222）连接到可移动螺母（224），所述可移动螺母（224）能够被所述致动器（216）驱动。

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