CN107106325B - 微滴递送设备和方法 - Google Patents

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Abstract

描述了微滴递送设备和方法，其中，该设备可包括具有压电芯片的压电致动器，该压电芯片在预紧力下可操作地联接到药品包装。致动器被配置成在药品包装内产生声压，以将试剂中的液滴从孔分配，例如，到达眼睛的角膜表面。压电致动器可以与药品包装联接或分离。

Description

微滴递送设备和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求享有2015年1月12日提交的、申请号为62/125,073的美国临时申请的优先权的权益，该美国临时申请的全部内容通过引用的方式并入本文。
发明领域
本公开涉及用于将一种或多种试剂递送到组织区域(诸如，眼睛表面)上的设备和方法，以通过持续递送泪液替代品的方式治疗任意数量的病症，例如，中度至重度慢性干眼综合征(DES)的病例。
发明背景
DES是由于泪液分泌不足而引起的，伴随着眼睛干涩、沙粒感、疼痛、持续不适、视力障碍、烧灼和针刺感的症状以及角膜损伤的风险。
目前的治疗主要是姑息疗法，包括补充眼药水，该眼药水作为人造泪液提供了临时的缓解，并且保护了眼表。然而，DES的严重病例需要非常频繁地给药，想要对其遵循，往往是不切实际的。因此，在严重的DES中，上述刺激征持续存在，并且可能在心理效应和身体效应两方面使人衰弱。由于与视力有关的日常活动退化、身体疼痛和身体疼痛和持续不适，DES对生活质量有影响。
发明简述
本发明克服了不切实际地频繁给药。本发明提供了一种一次性安瓿，其能够小心地附接于眼镜制品并且被配置成以提供足够的泪液替代品的速率持续地或间歇地向眼睛表面投射超小液滴。
本发明提供一种用于治疗慢性干眼综合征的微型可穿戴微滴喷射设备。该设备包括一次性药品包装和压电致动器。药品包装被配置成通过压电致动器将声脉冲施加到一次性药品包装的外表面上来分配微滴。在本发明中，药品包装可以与压电致动器分离，允许丢弃已使用过的包装，同时压电致动器重复与另一个药品包装一起使用。本发明提供了一种经济的并且有成本效益的方法，用于需要递送一种或更多种试剂的任意数量的病症的治疗。仅为了说明的目的，本文描述了用于慢性DES的病症的治疗，因为所描述的设备和方法可以应用于任意数量的不同病症并且用于递送任意数量的不限于DES治疗的试剂。
压电致动器通过压敏粘合剂、机械弹簧夹等可移除地附接于眼镜制品(诸如，光学或太阳镜)的眼镜腿。一次性药品包装被插入到致动器中，使得分配喷管朝向眼镜制品的镜片延伸，然后眼睛在镜片的表面上朝后弯曲。基于预定的时间间隔，以提供足够的泪液替代品的速率和累积的体积来将液滴分配到眼睛表面。基于可以通过基础分泌测试(例如但不限于Schirmer’s测试程序(Schirmer’s test procedure))确定的患者泪液分泌的不足，可以调整分配速率。
在一个实施例中，药品包装包括吹塑——灌装——密封包装，或包括含有泪液替代品的无防腐剂的眼用处方的安瓿。处方可以包括含有聚合物(诸如，聚乙烯醇、聚维酮羟丙基、甲基纤维素、泊洛沙姆、羧甲基或纤维素羟乙基)的水溶液。
在公布号为WO 2001/046134 A1的PCT专利公布中以及公布号为2013/053042 A1、2014/0274910 A1、2014/0242022 A1、2001/0036449 A1、2012/0070467 A1的美国专利公布中以及专利号为8,722,728 B2的美国专利中公开了在本发明的设备中可以使用的用于治疗干眼综合征的各种处方。
组合物可以包括消炎性局部用皮质类固醇，诸如，四环素，环孢霉素毛果芸香碱或环孢菌素A。
自体血清或脐带血清的应用也可用于中度至重度DES的病例。
也可以使用在以下出版物中公开的人造泪液处方：
1.Murube J、Paterson A、Murube E.在Adv Exp Med Biol.1998a；438:693–704.49发表的Classification of artificial tears:I.Composition and properties。
2.Murube J、Murube E、Zhuo C.在Adv Exp Med Biol.1998b；438:705–715发表的Classification of artificial tears:II.Additives and commercial formulas。
上述文件的所有相关公开均以其整体并且针对全部目的通过引用的方式并入本文，包括公布号为2012/0070467的美国专利公布，其描述了与人造泪液无关但可在本发明中使用的各种眼用组合物和疗法的组合。
人造泪液的可商购的处方也可以用于本发明，例如
Figure GDA0001637387100000031
(美国加利福尼亚州Irvine的Allergen公司)或
Figure GDA0001637387100000032
(美国纽约州Rochester的Bausch and Lomb)或
Figure GDA0001637387100000033
(美国德克萨斯州Fort Worth的Alcon Laboratories公司)。
药品包装被配置为响应于其外表面上的脉冲位移诱发而分配微滴。包装由热塑性聚合物(诸如，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚乙烯或聚丙烯)制成。药品包装包括药品储存器、声腔和孔。药品包装还包括在药品贮存器和声腔之间连接的第一流体通道，以及在声腔和孔之间连接的第二流体通道。药品包装包含充满药品储存器、声腔和通道的体积的眼用处方。声腔包括由薄壁结构密封的小的流体外壳。当在薄壁结构上施加脉冲位移时，在空腔中的液体内产生声压。然后，声压通过流体通道向孔传播，随即液体的液滴从孔喷射。在每脉冲位移之后，喷射单个液滴。术语脉冲位移意为位移具有较短的占空比，优选在10-1000微秒之间，更优选在80-300微秒之间。膜的位移幅度通常为约1、2、3或4μm，并且一般小于10μm。
优选地，该设备以高频工作。液滴喷射频率在1Hz至30KHz之间。
液滴体积通常在100pL至1000pL之间，并且孔的尺寸通常在80至120μm之间。强的声脉冲可能导致形成小卫星液滴，这不利地分散在许多方向上。
在一些实施例中，该设备包括发光二极管(LED)，其在液滴被喷射之前点亮或闪烁几秒钟。以这种方式，警告用户保持他的眼睑完全打开1、2或3秒的时间。在这种实施例中，设备将每20、30、45或60分钟自动分配。该设备通常将以脉冲串模式分配，脉冲串模式为每预定时间段重复的预定数量的振荡。每个脉冲串分配等于振荡次数与每个液滴的体积的算术乘积的体积。因此，例如，如果液滴体积为500pL，并且脉冲串由1000次振荡组成，则总体积为500,000pL或0.5μL(微升)。脉冲串可以由任意数量但通常小于10000的振荡组成。该限制涉及到压电芯片的技术规范。在各脉冲串之间的时间间隔通常小于60分钟。在一些实施例中，设备可以以每个短时间间隔连续地分配小的体积，而不提示用户。以这种方式，一阵液滴可能会由于眼睑眨眼而未到达眼睛表面，而不会实质地影响在长时间段内的总剂量的递送。
存在如下危险：在一段时期不用时(例如，在夜晚期间)，眼用处方将会完全变干并堵塞孔。在本发明中，该设备被配置成每10、20或30分钟喷射至少一个液滴，以防止眼用处方在孔处完全变干。
致动器包括能够响应于相对低的电压输入(通常小于100伏)而产生大位移的单片共烧陶瓷压电堆。压电堆(由一些制造商定义为压电芯片(piezoelectric-chip)或压电芯片(piezo chip))由多个压电元件的集成堆制成，因此压电堆的总位移是堆中的所有元件的累积的位移。在本发明中，压电堆是由弹簧紧靠声室的薄壁结构预紧的。以这种方式，可以移除和替换药品包装，同时压电堆可以重复与另一药品包装一起使用。在一个实施例中，药品包装是通过在药液的封装中通常使用的无菌吹塑——灌装——密封工艺制造的。在例如公布号为2013/0345672 A1、2012/0017898的美国专利公布中以及专利号为5,624,057的美国专利中描述这一工艺，它们中的每一个以其整体并且针对全部目的通过引用的方式被并入本文。
该设备还包括电子电路，其被配置成产生电脉冲并将电脉冲发送到压电堆。电路的制造工艺结合了微电子封装技术，这减小了电路的尺寸。该电路包括半桥驱动器，其包括半桥驱动器芯片和两个mosfet晶体管。半桥驱动器接收输入信号并发送驱动一对mosfet晶体管依次“开”和“关”的切换输出信号。以这种方式，将低电压输入信号转换成能够驱动压电堆的高功率电脉冲。该电路还包括电感器，其将输出增加到较高电压电平。优选地，电感器的电感和压电体的电容被调谐为以选定的输出频率谐振工作。传输到半桥驱动器芯片的输入信号可以由微处理器或由信号发生器IC(集成电路)产生。在一个实施例中，将驱动器、晶体管和微处理器制造在单一集成电路上。优选地，这种IC利用板上芯片(COB)封装工艺直接附接并且封装到印刷电路板(PCB)。在微电子领域，COB用于减小电路的尺寸。在本发明中，电路的输入电压优选为低于5伏，更优选为低于3伏，甚至更优选为低于1.5伏。
由可充电电池(诸如，锂聚合物)提供能量源。优选地，电池被封装为具有约0.5mm至2mm的厚度的平板。优选地，电池的宽度和长度等于PCB的宽度和长度。电池可以通过感应充电来进行无线再充电，这样，通过在设备和外部充电器之间的电感耦合来传输能量。
本申请还涉及以下方面：
1)一种用于喷出微滴的系统，包括：
致动器，所述致动器具有接触部；
药品包装，所述药品包装具有导管，所述导管限定了在所述导管的第一端处的孔、在所述导管的第二端附近的或在所述第二端处的流体储存器、以及在所述孔和所述流体储存器之间的声腔，使得所述声腔与所述孔和所述流体储存器流体连通，
其中，所述药品包装与所述致动器可移除地分离，并且还能够定位成使所述声腔与所述致动器的所述接触部对准，使得所述接触部在所述声腔上的位移产生通过所述导管的一个或更多个声脉冲，以通过所述孔喷射一个或更多个微滴。
2)根据1)所述的系统，其中，所述致动器包括压电芯片。
3)根据2)所述的系统，其中，所述压电芯片被配置为具有1-5微米的位移。
4)根据2)所述的系统，其中，所述压电芯片附接于偏置构件，在所述接触部和所述声腔对准时，所述偏置构件通过所述接触部并在所述声腔上传递夹紧力。
5)根据1)所述的系统，其中，所述流体储存器包括含有眼用组合物的泡罩。
6)根据1)所述的系统，其中，所述流体储存器具有大约1000μL的体积。
7)根据1)所述的系统，其中，在所述流体储存器和所述声腔之间的距离为约5-15mm。
8)根据1)所述的系统，其中，在声腔和孔之间的距离为约30-60mm。
9)根据1)所述的系统，还包括限制部，所述限制部在所述声腔和所述流体储存器之间沿着所述导管定位，以限制声压波传播进所述流体储存器。
10)根据1)所述的系统，其中，所述声腔具有30-100μL的体积。
11)根据1)所述的系统，其中，所述孔具有80-120微米的直径。
12)根据1)所述的系统，其中，所述致动器被编程为以10Hz-30KHz的频率通过所述孔分配所述微滴。
13)根据1)所述的系统，其中，每个微滴具有500pL的体积。
14)根据1)所述的系统，其中，所述致动器被编程为以1μL/秒的平均速率分配所述微滴。
15)根据1)所述的系统，其中，所述致动器被编程为以33Hz的频率分配所述微滴，每个所述微滴具有500pL的体积。
16)根据1)所述的系统，其中，所述致动器被编程为以预定的时间间隔分配所述微滴。
17)根据1)所述的系统，还包括眼镜架，所述系统附接在所述眼镜架上。
18)一种喷出微滴的方法，包括：
将具有接触部的致动器与具有导管的药品包装对准，所述导管限定了在所述导管的第一端处的孔、在所述导管的第二端附近或在所述第二端处的流体储存器、以及在所述孔和所述流体储存器之间的声腔，使得所述声腔与所述孔和所述流体储存器流体连通，其中，所述接触部与所述声腔对准；
在所述声腔上移位所述致动器的所述接触部，使得产生通过所述导管的一个或更多个声脉冲；以及
通过所述孔喷射一个或更多个微滴。
19)根据18)所述的方法，还包括从所述致动器移除所述药品包装。
20)根据18)所述的方法，其中，移位包括驱动压电芯片，所述压电芯片使所述接触部移位。
21)根据20)所述的方法，其中移位包括使所述接触部移位1-5微米。
22)根据18)所述的方法，其中，对准还包括在所述接触部和所述声腔对准时通过所述接触部并在所述声腔上施加夹紧力。
23)根据18)所述的方法，其中，喷射包括喷射眼用组合物。
24)根据18)所述的方法，还包括限制声压波从所述声腔传播到所述流体储存器中。
25)根据18)所述的方法，其中，喷射包括以10Hz-30KHz的频率通过所述孔分配所述一个或更多个微滴。
26)根据18)所述的方法，其中，喷射包括分配所述一个或更多个微滴且每个微滴具有500pL的体积。
27)根据18)所述的方法，其中，喷射包括以1μL/秒的平均速率分配所述一个或更多个微滴。
28)根据18)所述的方法，其中，喷射包括以33Hz的频率分配所述一个或更多个微滴，所述一个或更多个微滴中的每个具有500pL的体积。
29)根据18)所述的方法，其中，喷射包括以预定的时间间隔分配所述一个或更多个微滴。
30)根据18)所述的方法，还包括将所述孔定位在待治疗的受试者的眼睛附近。
附图简述
在总结了本发明的一般性质及其一些特征和优点之后，对于本领域技术人员来说，根据本文的参考下面的附图的详细描述，某些优选实施例及其修改将变得明显，其中：
图1是根据本发明的某些实施例的相互分离的压电致动器和药品包装的简化分解图。
图2是根据本发明的某些实施例的可操作地联接的压电致动器和药品包装的简化视图。
图3是根据本发明的某些实施例的分配孔的横截面视图。
图4是根据本发明的某些实施例显示孔的保护带的分配设备的透视图。
图5示出了根据本发明的某些实施例的附接于眼镜架的、与药品包装分离的压电致动器。
图5A示出了根据本发明的某些实施例的可操作地联接于药品包装的、并附接于眼镜架的压电致动器。
图6示出了根据本发明的某些实施例的通过药品包装的声腔的、标记为细节-A的截面图，其显示了由压电芯片夹紧的声腔的横截面形状。
图6A示出了根据本发明的某些实施例的图6的细节A的位置。
图7示出了当压电致动器和药品包装可操作地联接时药品包装相对于眼睛的调整方法。
图8示出了根据本发明的某些实施例的替代性地使用弹簧夹将压电致动器附接于眼镜架。
图9示出了根据本发明的某些实施例的通过药品包装的厚度的横截面视图，其显示了流体通道。
图9A示出了药品包装的侧视图，其包括相对于参考图9中的图示的横截面的方向。
图9B示出了根据本发明的某些实施例的药品包装的俯视图。
图9C示出了流体通道的放大视图，其包括限制声波传播的狭窄部分的细节视图。
图10示出了根据本发明的某些实施例的压电致动器的电子电路的示意图。
图11示出了根据本发明的某些实施例的集成地安装在眼镜的眼镜腿内的空腔中的压电致动器。
本发明的详细描述
本文描述的实施例涉及针对任意数量的治疗(例如，干眼综合征(DES))而将一种或更多种流体试剂递送到眼表的设备。仅为了说明的目的，本文描述了用于慢性DES的病症的治疗，因为所描述的设备和方法可以应用于任意数量的不同病症并且用于递送任意数量的不限于DES治疗的试剂。
在本文所描述的系统和方法中，以高频率但是单液滴的方式分配液滴。液滴具有从大约几百微微升至大约一纳升的范围的超小体积。这种体积的液滴不会引起瞬目反射，并且以超小体积增量来递送可以很接近地模拟天然的泪液分泌。
在第一方面实施例中，分配设备有利地利用了一次性的、可移除的或可分离的药品包装，同时可取地保持压电致动器或换能器以用于随后的进一步使用，由此提供经济的并且有成本效益的方法，该方法重复使用压电致动器或换能器以用于进一步的操作。
在第二方面，药品包装包括细长的喷管或导管，其包括位于眼表附近的孔，而压电致动器被定位成远离眼睛。
虽然该描述阐述了各种实施例的具体细节，但是应当理解，该描述仅是说明性的，并且不应以任何方式解释为对于本发明的限制。此外，本领域技术人员可能想到的本发明的各种应用以及其修改也被本文所描述的一般概念所包含。
图1和图2示出根据一些实施例的压电致动器(110)。压电致动器包括压电芯片(114)，在预紧力下可操作地联接到药品包装(120)。致动器(110)被配置成在药品包装内产生声压，以将眼用组合物的液滴从孔(124)分配到眼睛的角膜表面。如图1和2图所示，并且如在此和以下进一步讨论的，压电致动器(110)可以与药品包装联接或分离。
如图1所示，设备(100)包括药品包装(120)和压电致动器(110)。药品包装(120)包括热塑性主体(125)，其包括含有待分配的眼用组合物的泡罩(122)。药品包装(110)还包括从泡罩延伸并终止于尖端部分(127)的细长喷管或导管(126)。导管(126)包括与泡罩(122)流体连通的(未示出的)内部流体通道。导管(126)还包括靠近尖端(127)的分配孔(124)和远离尖端并且靠近泡罩(122)的声腔(123)。在一些实施例中，泡罩(122)和声腔之间的距离为约5-15mm，并且声腔(123)和孔之间的距离在30-60mm之间。以这种方式，压电致动器(110)合宜地远离分配孔(124)或眼睛。
声腔(123)包括由薄壁膜(123-A)密封的圆柱形腔室。药品包装(120)被配置成每当由致动器(110)将脉冲位移施加到薄壁膜(123-A)的表面上的时候，分配微滴。这一脉冲位移在声腔(123)内产生了声压，然后该声压通过导管(126)中的流体朝向孔(124)传播，随即液滴以调整到补充泪液分泌不足的平均速率以单一液滴的形式被分配。
压电致动器(110)包括压电夹和电子电路。压电夹被配置成在弹簧压力下被夹紧的时候，将脉冲位移施加到声腔。
压电致动器(110)包括印刷电路板(PCB)(115)，其能够以选定的频率产生电脉冲。参考图2，可以看出，PCB(115)还在由压电芯片(114)预紧的时候起到支撑药品包装(120)的刚性基板的作用。可以看出，压电芯片(114)附接到“L”形弹簧构件(111)的自由端，而弹簧的对端被分成两个腿部(111-B)，每个腿部通过焊点附接到PCB。压电芯片(114)通过结构环氧粘合剂(诸如但不限于
Figure GDA0001637387100000101
E-30CL类型)附接到自由端(111-C)。弹簧构件(111)的尺寸被设计成通过施加大约5-10牛顿来将压电芯片(114)预紧到表面(123-A)。在一些实施例中，弹簧构件(111)由铍铜制成。在一些实施例中，弹簧构件(111)由具有镀镍的弹簧钢制成。弹簧的厚度在0.3-0.7mm的范围内。
药品包装(120)可以沿箭头(127-IN)所示的方向插入致动器(110)或沿箭头(127-OUT)所示的方向从致动器(110)中移除。图1示出了显示与压电致动器(110)分离的药品包装(120)的设备(100)的分解图，并且图2示出了可操作地联接到致动器(110)的药品包装(120)。
压电芯片(114)包括由美国新泽西州牛顿的Thorlabs公司销售的型号为PA3CE的单片共烧压电陶瓷堆。芯片在交流电压输入下扩展和收缩。共烧压电陶瓷堆产生了大的位移，该位移通常在1-5微米的范围内。相比之下，单晶压电陶瓷元件产生了在0.1-0.5微米范围内的位移，因此通常需要结构性地附接到振荡结构。因此，在本发明中，共烧压电陶瓷堆实现了药品包装的分离、以及用于DES治疗的经济的、有成本效益的并且实用的解决方案。
致动器(110)的底面可通过设置有(未示出的)保护膜的压敏粘结膜(116)附接到眼镜架，该保护膜在致动器附接到眼镜腿之前被剥离。
电路(115)接收来自电池(113)的DC电力，并产生传输到压电芯片(114)的电脉冲，随后压电芯片(114)在声腔(123)的表面(123-A)上产生位移的脉冲。
在一些实施例中，电池基于锂聚合物化学反应，并且具有约70mAH(毫安×小时)和约3伏的输出的电容量。锂聚合物电池可以被封装成与PCB的平面几何形状一致的薄平板电池单体。在一个实施例中，电池的厚度范围为0.5至2mm。
电路还包括无线电池充电器，其被配置为在不进行硬件连接的情况下对电池(113)进行再次充电。充电器包括无线接收线圈和充电电路(113)。优选地，线圈作为螺旋导电层而印刷在电路板上。一种优化这种线圈和电路的设计的方法在2007年9月在IEEETRANSACTIONS ON BIOMEDICAL CIRCUITS AND SYSTEMS，VOL.1,NO.3发表的题目为“Designand Optimization of Printed Spiral Coil for Efficient TranscutaneousInductive Power Transmission”的出版物中被描述，该文件通过引用的方式并入本文。
通过将该设备放置得极为贴近符合无线电力联盟(WPC)标准的无线充电板，来对电池进行充电。
该设备被编程或预设成以这样的平均速率分配微滴：该平均速率被调节到维持和恢复干眼表面上的正常泪液体积。在一些实施例中，设备以10Hz-30KHz的频率分配液滴。该设备可以以1、5、10、20、40、60分钟的时间间隔分配液滴，其中，典型的液滴尺寸为500pL(微微升)。因此，例如，该设备可以被编程为通过将具有500pL的液滴以33Hz的频率持续分配，来以1μL/秒的平均速率分配。或者，以2KHz的频率和每1分钟1秒的周期。或者，脉冲的频率为0.1-2KHz，并且间隔时间取决于患者的泪液分泌的不足。可选地，如果需要，可以间歇地施用液滴。
在一个实施例中，该设备可具有一个或更多个孔。通常，每个孔的直径在80-120微米的范围内。图3示出了每个孔的横截面形状。可以看出，该孔具有大致为锥形或喇叭形的口形，而大开口(124-A)是流体入口，小开口(124-B)是液滴出口。在一些实施例中，在聚酰胺膜(诸如，MylarTM或KevlarTM(美国特拉华轴Wilmington的DuPont)上分离地形成孔。使用通常用于制造喷墨板的激光烧蚀工艺蚀刻该孔。图4示出了具有孔(124)的聚酰胺膜(126)。通过压敏粘合剂将膜附接到药品包装。药品包装(120)还包括密封胶带(127)，其黏附地附接到孔(124)上的聚酰胺膜(126)上，以密闭地密封药品包装(120)，并防止在储存过程中有细菌污染。密封带(127)可在使用药品盒之前不久被剥离。方便地，密封带(127)的边缘(128)从药品包装的边缘延伸出，以这种方式，可以在使用前不久拉动延伸出的边缘(128)而容易地剥离密封带。密封带(127)可以被标记，以指示应当在使用药品包装之前将它移除。
在密封带被移除之后，存在如下的危险：在长时间不使用时(例如，在夜晚期间)，孔处的流体可能会完全变干并堵塞孔。为了防止流体完全变干，可以将该设备编程为以10、20或30分钟的时间间隔持续地喷射单个液滴。该操作以新鲜的流体代替了快要完全变干的流体。由于每个液滴的尺寸小(约500pL)，因此在不使用12小时内分配的累计体积为0.036、0.018或0.012μL(微升)。与存储在药品包装中的总体积(约为1000μL(1ml))相比，这一体积可以忽略不计。
在一些实施例中，该设备的电子电路包括2位开关。第一个是“开”位置，其将该设备设置成在眼镜被佩戴期间该设备正常工作，第二个是“休眠”位置，其将该设备设置成在不使用期间如上所述地喷射单液滴。
在一些实施例中，电路包括检测眼镜何时被佩戴的光学传感器。该传感器包括LED和光敏传感器。当眼镜被佩戴时，LED照亮眼角的太阳穴区域。然后，光从太阳穴反射，并由光敏传感器检测到。当传感器检测到反射光时，传感器将向电路发送信号，以将设备切换到“开”，相反地，没有反射则将向电路发信号，以切换到“休眠”模式。LED和传感器可以每10、20或30分钟定期地进行这种反射测试。选择长间隔以节省能量。优选地，LED和传感器被配置成发出并且检测不可见的红外光。
现在参考图5，可以看出，致动器(110)附接于眼镜架(502)的眼镜腿(501)。在一些实施例中，致动器(110)通过可移除的压敏双面胶带附接，使得胶带的一侧附接到致动器，并且对侧附接到眼镜腿(501)。可以使用的几种防水双面胶带包括但不限于3M 410M、3M4910VHB或3M5952VHB的型号(美国明尼苏达州3M Maplewood)。
图5A示出完全插入致动器(110)中的药品包装(120)。药品包装(120)的尖端(127)首先到达眼镜的镜片(502)，并且当药品包装被进一步插入时，尖端(127)沿箭头(506)所示的方向侧向弯曲，同时在镜片(502)的表面上滑动。当药品包装被完全插入到压电致动器中时，药品包装的孔(124)朝向眼睛并且液滴(503)被投射到眼表上。插入药品包装，直到压电致动器停止并且如图6的横截面细节图所示地定位在声腔上方为止。
图6示出了在图6A中圈住的区域的详细视图，显示了通过压电芯片(114)可操作地联接的药品包装(120)。可以看出，声室(123)被夹在压电芯片(114)和印刷电路板(PCB)(601)的表面之间。弹簧构件(111)提供约10牛顿的夹紧力(F)。声室(123)包括圆柱形外壳(123A)和两个表面，第一表面是对声室的一个表面进行密封的平面(602)，第二表面是对声室的对侧进行密封的凹面(603)。圆顶形的构件(604)附接于压电芯片(114)。圆顶的球形形状沿如矢量(F)所示的垂直于声室(123)的表面的方向发送压电芯片的位移。PCB(601)设置有定位销(606)，该定位销(606)具有球形端点，该球形端点被配置成与声室的凹面接合，以通过限制药品包装的横向运动来将药品包装锁定就位。然而，定位销(606)允许药品包装围绕定位销的轴线(605)旋转移位。这种旋转移位可用于如下文更详细地说明的药品包装相对于眼睛的微调。
药品包装(120)沿箭头(605)所示的方向插入致动器。药品包装在PCB(601)的表面上滑动，直到定位销(606)卡入凹面(603)中为止。圆顶构件(604)包括前缘(601)，其引导该包装在压电芯片(114)下滑动。
图7示出了可操作地联接到压电致动器(110)的药品包装(120)。如参考图6所描述的，药品包装可以围绕定位销的轴线(705)旋转。这种旋转位移可用于孔(114)相对于眼睛进行微调。药品包装的边缘(701)可以如箭头(702)所示地顺时针地或逆时针地推动，随后，包括分配孔(114)的药品包装(120)的尖端(121)将如由箭头(703)所示地沿相反的方向旋转。致动器(110)还设置有瞬时开关(705)，其被配置成驱动压电致动器分配一阵液滴。以这种方式，用户可以检查喷管是否被适当地调整并且液滴是否将要到达眼睛，或者是否需要进一步的调整(702)。开关被配置成在约2秒内分配约5000个液滴，产生可以被用户检测到或感测到的2μL的体积。
图8示出了将致动器(120)附接到眼镜的眼镜腿(401)上的替代方法。在一些实施例中，致动器(120)包括两个“U”形弹簧夹(801)，其夹住或卡扣在眼镜腿(401)的边缘周围和上方。
图9和图9A示出了沿着箭头A-A所示的方向穿过药品包装(120)的厚度的横截面视图。图9示出了这样的横截面视图：该横截面视图显示了沿着药品包装(120)从药品储存器(122)延伸通过声腔(123)并且到达孔(124)的流体通道(901)。通道(901)的在药品储存器(122)和声腔(123)之间延伸的部分在图9C中的标记为细节-B的放大细节视图中显示。参考图9C可以看出，通道的在药品储存器(122)和声腔(123)之间连接的部分具有限制部(901-N)。限制部(901-N)限制声压波从声腔(123)传播到储存器(122)。这限制了声压在药品储存器中消散，并且到达孔(124)的压力波令人满意地更强。
在一些实施例中，通道(901)的横截面积在0.25-1mm之间，而限制部分(901-N)的横截面小约50-90％。限制部(901-N)的横截面区域是声波如箭头符号R-R和C-C所示地传播所通过的有效区域。横截面形状可以是但不限于是环形器形状或矩形形状。
通道(901)的端部用作到达药品储存器(122)的通气口。通道(901-V)的端部从药品储存器延伸到标签部分(903)。使用前，使标签破裂，并使通道(901-V)的开口暴露于大气。为了防止在使用期间药品储存器中积累真空，排气是必要的。
在一些实施例中，药品储存器(122)的直径在8mm至14mm之间，并且其体积在0.5mL至1.5mL的范围内。在一些实施例中，声腔的直径在5-8mm之间，并且其体积是30-100μL。
在声腔(123)和孔(124)之间的通道(901)的长度由图9中的字母L表示。在一些实施例中，工作频率是通道(901)中的流体的固有频率。固有频率由以下公式决定：
Figure GDA0001637387100000151
C＝1500m/秒(含水组合物中的声速)
L＝40mm(通道(901)的长度L)
i＝1,2,3，...,n
当代入C、L并且i＝1时，可以发现通道(901)中的流体的固有频率为19,500Hz，因此电子电路的工作频率也应为19,500Hz。液体分配(liquid dispense)的体积是由在压电致动器以该频率操作时的循环次数确定的。
在包括流体通道(901)、药品储存器(122)和声腔(123)的图9的横截面视图中显示的所有内部流体通路采用亲水涂层处理的，这增加了产生通过药品包装(120)的所有内部流体通路的强的毛细管力以及在声腔中的强的流体-固体耦合的表面张力。特别有效的涂层是由美国新墨西哥州Lotus Leaf涂料公司制造的HydrophilTM。
图10示出电子电路的示意图。电路被配置成产生电脉冲并将电脉冲发送到压电芯片。电路的制造工艺结合了微电子封装技术，这减小了电路的尺寸。电路(1000)包括半桥驱动器，其包括半桥驱动器芯片(1001)和两个mosfet晶体管(1002)和(1003)。晶体管直接连接到电池电压源(Vp)。半桥驱动器接收方波信号(1004)，并且发送驱动一对晶体管依次“开”和“关”的切换信号。以这种方式，电池电源电压(Vp)和电流容量以提供强大的电脉冲的高频率切换。电路还包括电感器(L)，其串联连接到压电芯片(C)，并且一起限定LC谐振电路。电感(L)和压电芯片(C)的电容在工作频率下谐振。在一些实施例中，工作频率为19500Hz，这是参考图9描述的药品包装中的流体的谐振频率。型号为PA3CE的压电芯片(美国新泽西州牛顿的Thorlabs公司)的电容为30nF，使用串联LC电路的谐振频率计算：
Figure GDA0001637387100000161
求解电感L：
Figure GDA0001637387100000162
L＝2.22mH
与压电芯片串联连接的具有2.22mH值的电感器将导致电路谐振，结果电池的电压电平通常将增加5、10、20倍。在本发明中，液滴的尺寸在500pL(微微升)的范围内。相比之下，泪腺的泪液流量约为1μL/分钟，因此可以通过在约0.1秒的时间段内以19500Hz的频率产生2000个脉冲来产生这一体积。
输入信号(1004)可由微处理器或由信号发生器IC(集成电路)产生。在一个实施例中，将驱动器、晶体管和微处理器制造在单一集成电路上。优选地，这种集成电路(IC)利用板上芯片(COB)封装工艺直接附接并且封装到印刷电路板(PCB)。在微电子领域，COB用于减小电路的尺寸。在本发明中，电路的输入电压优选为低于5伏，更优选为低于3伏，甚至更优选为低于1.5伏。
由可充电电池(诸如，锂聚合物)提供能量源。优选地，电池被封装为具有约0.5mm至2mm的厚度的平板。优选地，电池的宽度和长度可承受地等于PCB的宽度和长度。电路还具有耦合到电池的电力接收线圈，并在接收到无线电力时对电池充电。在公布号为2014/0224267A1的美国专利公布中描述了无线充电系统，以其整体并且针对全部目的通过引用的方式并入本文。
可以通过根据每个DES患者的泪液分泌不足而对设备进行编程，以实现对于每秒钟的液滴体积和分配频率的调整。这种编程可以由专家完成；然而，在一些情况下，可能需要进一步调整，这取决于影响泪液蒸发速率的环境条件，诸如，环境温度、湿度、风或通风气流。
在一些实施例中，电子电路具有与移动设备进行通信的远程控制功能，该功能能够通过在屏幕显示器上的各种图标方便地控制液滴分配功能。移动通信设备可以是配备有基于近场磁感应(NFMI)方法或其他无线电通信方法(诸如，蓝牙、Wi-Fi或ZigBee)的近场通信(NFC)硬件和软件的智能电话、某些个人计算机或平板电脑。
图11示出了整体结合了压电致动器的眼镜的眼镜腿。眼镜腿(1101)包括提供了用于电池并且用于电子电路(1102)的外壳或壳体的袋状物或凹口(1103)。该实施例消除了如前所述的通过粘附膜或夹子连接压电致动器的需要。
以上讨论的所公开的发明的应用不限于所描述的实施例，而是可以包括任意数量的其他应用和用途。对于本领域的技术人员来说明显的、对于用于执行本发明的上述所描述的方法和设备的修改、以及对于本发明的各方面的变型均意在处于本公开的范围内。此外，同样预期到在各个示例之间的各方面的各种组合，并且其同样被认为在本公开的范围内。

Claims (16)

1.一种用于喷出液滴的系统，包括：
致动器，所述致动器具有接触部；
药品包装，所述药品包装具有流体通道，所述流体通道限定在所述流体通道的第一端处的孔、在所述流体通道的第二端附近的或在所述第二端处的流体储存器以及在所述孔和所述流体储存器之间的声腔，使得所述声腔与所述孔和所述流体储存器流体连通；
其中，所述药品包装整体上能插入所述致动器并且能从所述致动器可移除地分离；
其中，所述致动器构造成使其接触部在所述药品包装的外表面上移位，以使得压力传递通过所述药品包装内的所述流体眼用组合物，并且还能够定位成使所述声腔与所述致动器的所述接触部对准，使得所述接触部在所述声腔上的位移产生通过所述流体通道的一个或更多个声脉冲，以通过所述孔喷射所述液滴；
其中，当通过所述孔喷射所述流体眼用组合物时，所述药品包装内的所述流体眼用组合物与和所述致动器的所述接触部对准的所述药品包装的内表面直接接触。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述致动器包括压电芯片。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述压电芯片被配置为具有1-5微米的位移。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述流体储存器含有一定体积的眼用组合物。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述流体储存器具有大约1000 μL的体积。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，在所述流体储存器和所述声腔之间的距离为5-15mm。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，在所述声腔和孔之间的距离为30-60mm。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述流体通道为导管，所述系统还包括限制部，所述限制部在所述声腔和所述流体储存器之间沿着在所述孔和所述流体储存器之间流体连通的导管定位，以限制声压波传播进所述流体储存器。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述声腔具有30-100 μL的体积。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述孔具有80-120微米的直径。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述致动器被编程为以10Hz-30KHz的频率通过所述孔分配所述液滴。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述液滴被作为微滴流分配，其中每个微滴具有500 pL的体积。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述致动器被编程为以1μL/秒的平均速率分配所述液滴。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述致动器被编程为以33 Hz的频率将所述液滴作为微滴流分配，其中每个微滴具有500 pL的体积。
15.根据权利要求1所述的系统，其中，所述致动器被编程为以预定的时间间隔将所述液滴作为微滴流分配。
16.根据权利要求1所述的系统，还包括眼镜架，所述系统附接在所述眼镜架上。
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