CN111432860A - 给药装置 - Google Patents
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Abstract
一种给药装置,包括泵送系统(4)和流体连接至输送系统出口(12)的储液器(7),所述储液器包括在储液器的容器壁(13)内可密封地滑动的弹性柱塞(14),用于将液体从储液器中排出。所述泵送系统包括活塞泵(5),所述活塞泵(5)包括被布置为使活塞(14)移位的柱塞传动器,和剂量单元(6),所述剂量单元(6)被布置在储液器(7)的下游并且流体连接至储液器。所述剂量单元(6)包括被布置在进口阀(24)和出口阀(26)之间的腔室部分(22),所述腔室部分(22)被布置为通过活塞泵产生的大于环境压力的操作压力下从储液器接收液体的泵循环体积,并将所述液体的泵循环体积输送至输送系统出口,所述泵循环体积取决于操作压力。
Description
技术领域
本发明涉及一种给药装置,尤其涉及用于液体药物的经皮给药。
背景技术
在市场上可获得用于药物的经皮给药的各种各样的给药装置。某些给药装置旨在用作患者佩戴的贴片单元。通常,这样的装置包括具有粘合剂贴片的一次性单元,所述一次性贴片被配置为用于临时粘合到患者的皮肤上,所述一次性单元具有针头或连接到针头的导管,为了液体药物的经皮给药被注入至患者的皮肤。某些装置包括可重复使用的传动单元,所述可重复使用的传动单元可分离地安装到所述一次性单元上,以与其他一次性单元重复使用,所述可重复使用的单元包含用于泵送液体药物和控制电子设备的电动机传动器。有许多药物可以使用贴片泵单元来给药,最广泛的应用之一是向糖尿病患者注射胰岛素。
提供紧凑的给药装置通常是优选的,但是所述优点对于由患者佩戴以增加患者舒适度的贴片泵单元尤其重要。为了减小可穿戴给药装置的尺寸,某些药物被以浓缩制剂的形式提供。例如,胰岛素可以以浓缩制剂的形式提供。然而,与浓缩药物的给药相关的困难之一是每个注射循环以及在多个注射循环的情况下总体上对剂量精确度的需求增加。对于诸如胰岛素之类的药物,例如可能在进餐后胰岛素的基础和团注给药。
在给药装置中使用的一种众所周知的泵设计是活塞泵。这些通常包括联接到线性传动器的电动机,所述线性传动器推动容纳液体药物的药筒储液器的柱塞。所述线性传动器的位移可以是非常精确的,特别是考虑到电动机和线性位移元件之间的高度减小,所述减小通常由联接到电动机的转子的螺杆传动。线性活塞泵在一定数量的泵送循环中非常精确且可靠,但是一个泵送循环与下一泵送循环之间可能会有变化。这些变化的发生是由于由传动器传动的柱塞的可压缩性,以及由于通常由弹性体材料制成的柱塞与储液器壁之间的摩擦而产生的粘滑效应。在浓缩药物的情况下,考虑到药物的浓度,这种变化可能无法满足所需的精度。另外,许多现有的活塞泵机构太大而不能为用户提供舒适感。
已知其他不依赖于储液器中的柱塞的前进的药物输送泵,例如,从储液器中吸取液体的泵,其中所述体积由通过泵的液体流量来确定。然而,这样的泵也有缺点,例如,虽然泵送循环之间的变化可能比柱塞系统中的低,但是在一定数量的循环内的总体精度可能不如柱塞泵中的好,并且抽吸药物所需的负吸力可能会减少泵送的体积并增加液体药物中气泡的产生(这是不希望的)。而且,这样的系统经常与药物储液器一起使用,其中药物已经从标准药筒转移到给药装置中的专用药筒中。
为了降低错误操作的风险并提高安全性和可靠性,在可能的情况下,最好提供一种不需要药物输送的泵送系统,所述泵送系统可与通常在其中供应药物的标准药筒或小瓶一起使用。例如,已知的提供配备有可位移的柱塞的小瓶,以允许将药物从小瓶中输送出来。
发明内容
鉴于前述内容,本发明的目的是提供一种安全且可靠使用的给药装置,所述给药装置在一个循环内是精确的,并且在大量循环内也是精确的。
优选的是提供一种具有泵送系统的给药装置,以最小化向患者输送的液体药物中气泡的形成。
优选的是提供一种(结构)非常紧凑的给药装置。
优选的是提供一种经济生产的给药装置。
优选的是提供一种可以与配备有柱塞的预填充药物储药筒一起使用的给药装置。
本发明的目的通过提供如权利要求1所述的用于给药装置的泵送系统和如权利要求23所述的泵送药物的方法被实现。
本发明公开了一种给药装置,其包括泵送系统、流体连接至输送系统出口的储液器,所述储液器包括弹性柱塞,所述弹性柱塞在储液器的刚性容器壁内可密封地滑动,用于将液体排出储液器。所述泵送系统包括活塞泵,所述活塞泵包括电动柱塞传动器,所述电动柱塞传动器被布置为以在每个泵循环中将素数柱塞位移预定的距离;和剂量单元,所述计量单元被布置在所述储液器的下游并且流体连接至所述储液器,所述剂量单元包括被布置在进口阀和出口阀之间的腔室部分,所述腔室部分被布置为以通过活塞泵产生的大于环境压力的操作压力下从所述储液器接收离散的液体的泵循环体积,并输送到所述输送系统出口,所述离散的泵循环体积取决于操作压力。
由于剂量单元根据输入压力改变其排量,这非常优选地允许优选的自适应注射量
在一个优选例中,所述加药量单元包括蠕动泵单元或以蠕动泵单元的形式。
在一个优选例中,所述腔室部分至少在填充有液体的泵循环体积的状态下能够弹性张开。
在一个优选例中,通过体积变化ΔV乘以大于环境压力的操作压力差值ΔP限定的弹性可张开腔室部分的弹性在以下范围内:5·10-8<ΔV×ΔP<1·10-3[m3Pa],更优选在5·10-6<ΔV×ΔP<1·10-4[m3Pa]的范围内。
所述操作压力在环境压力之上10至1600毫巴的范围内,优选地在10至1000毫巴的范围内。
在某些实施例中,所述操作压力优选地在500至1000毫巴的范围内。
在一个优选例中,所述剂量单元包括与所述腔室部分结合的软管。
在一个实施例中,所述腔室部分包括在所述腔室部分为空时彼此抵靠的顶壁和底壁,并且其在所述腔室部分充满液体时分开,底壁紧靠剂量单元的基座。
所述底壁可以结合到所述基座,沿着所述底壁的周界的至少部分或者分布在底壁的表面的至少部分,使得当液体被注射到所述腔室部分和所述顶壁中时远离底壁,在所述腔室部分的顶壁中产生弹性拉伸应力。
在一个优选例中,所述进口阀和出口阀为夹管阀的形式。
在一个优选例中,所述给药装置包括泵腔致动器,所述泵腔致动器被布置为靠在所述腔室部分偏置以将液体排出所述腔室部分并输送所述液体的泵循环体积至输送系统出口。
在实施例中,所述泵腔致动器可以由弹簧偏置和/或通过电子致动器主动驱动。
在一个优选例中,所述柱塞传动器包括传动条,所述传动条由弯曲的弹簧片形成,所述传动条围绕U形弯曲。
在一个优选例中,所述传动条的U形弯曲部在所述壳体的壳体导向槽内被可滑动地导向。
在一个优选例中,由聚合物制成了壳体部分,所述壳体部分形成了所述壳体引导槽,所述传动条在所述壳体引导槽上滑动。
在一个优选例中,所述聚合物是聚四氟乙烯(PTFE)。
在一个优选例中,所述壳体引导槽包括沿所述引导槽在所述弯曲部的凸出侧上的滚动轴承。
在一个优选例中,所述壳体引导槽与注入聚合物的壳体一体地制成。
在一个优选例中,所述传动条由弹簧金属带制成。
在一个优选例中,所述弹簧金属是不锈钢合金。
在一个优选例中,所述柱塞传动器包括线性传动器和在第一端联接至所述线性传动器且在第二端联接至所述柱塞的弯曲传动条,所述线性传动器被布置为平行且在横向上邻近于储液器。
在一个优选例中,所述线性传动器包括线性螺杆和被限制旋转且在所述螺杆旋转时可滑动地移动的螺母。
在一个优选例中,所述储液器、剂量单元以及药物出口形成了与所述给药装置的可重复使用部分可连接并从所述给药装置的可重复使用部分可分离的所述给药装置的一次性部分,所述可重复使用部分包括柱塞传动器、用于控制泵送系统的控制系统,以及与柱塞传动器联接的电子驱动单元。
在一个优选例中,所述剂量单元被构造以使必须执行最少100个循环,使得剂量单元排空所述药筒。
本申请还公开了一种如上所述的给药装置的操作方法包括以下步骤:
a)操作所述柱塞传动器以使所述柱塞前进并且由于柱塞的弹性性能而在所述储液器中产生超压,
b)打开进口阀,同时打开所述出口阀,以及操作柱塞传动器以使所述柱塞前进,并且填充具有液体的泵循环体积的所述腔室部分从而在腔室部分中产生操作压力,
c)关闭进口阀、打开出口阀以及排空腔室部分(22),通过被动地或主动地致动所述泵腔致动器,
d)关闭所述出口阀,
e)可选地重复步骤b至d。
f)可选地先操作步骤b至d,然后再操作a
g)可选地同时操作步骤a和b-d。
在一个优选例中,由于在所述腔室部分中填充了预定的液体的目标体积,所述操作压力大于或小于目标压力,所述目标体积被认为是在目标压力下的所述腔室部分的填充体积,其中泵腔致动器没有施加任何压力。
在某些实施例中,目标压力是环境压力,由此当腔室部分填充有预定的目标体积时,腔室壁不会受到弹性应力,并且不会对其中的液体施加任何本身压缩。在所述实施例中,操作压力总是大于所述目标压力。
在另一个实施例中,开始初始填充液体时,腔室壁已经处于弹性张力下,使得在预定的目标体积处,腔室壁在腔室部分内的液体上施加压力。在所述实施例中,操作压力可以位于目标压力附近,或者小于目标压力,或者大于目标压力。
在一个优选例中,在步骤b)中所述腔室部分中的操作压力在环境压力之上10至1600毫巴的范围内,优选地,在环境压力之上100至1000毫巴的范围内。在一些实施例中,所述腔室部分中的操作压力优选地在环境压力之上500至1000毫巴的范围内。
在目标压力是环境压力的实施例中,所述液体的泵循环体积比所述腔室部分的最大体积大1%至50%的范围内,优选地比所述腔室部分的最大体积大在2%至30%的范围内,所述最大体积被认为是在环境压力下腔室部分的填充体积,其中泵腔致动器没有施加任何压力。
可以注意到,在变化例中,腔室部分可以通过泵腔致动器被压平,例如通过预应力弹簧偏置的泵腔致动器,使得腔室内的环境压力基本上为零(由于由泵腔致动器施加的压力)。
根据权利要求书、以下详细描述以及附图,本发明的其他目的和优选方面将变得显而易见。
附图说明
现将参考结合附图描述本发明,这些附图通过示例的方式说明了本发明,其中:
图1是根据本发明实施例给药装置的透视图;
图1a是图1的所述给药装置的透视图所示的可分离的一次性部分和可重复使用部分;
图1b是根据本发明的实施例,图1的所述给药装置的一部分的透视图,尤其示出了泵送系统;
图2是根据本发明的实施例,泵送系统的传动条的透视图;
图3是根据本发明的实施例,泵送系统的剂量单元的示意性透视图;
图3a是图3所示的剂量单元的剖视图,示出了处于未压缩状态的柱塞;
图3b是类似于图3a的视图,示出了处于压缩状态的柱塞和处于高于大气压的压力下的储液器内部的液体;
图4a至图4H示出了在不同的泵送步骤中的图3的剂量单元;
图5a、图5b以及图5c示出了根据本发明的各种实施例,作为在剂量单元的进口处的相对压力下的泵送系统的输送体积的曲线图。
具体实施方式
参考附图,从图1至图3开始,根据本发明的实施例的给药装置1包括输送系统出口12(包括经皮针头或用于连接至经皮针头的导管)、储液器7(包括向患者给药的药物)、泵送系统,以及电子控制和电源系统(未示出)。根据本发明的泵送系统包括作用在所述储液器7上的活塞泵5和将所述储液器7连接到所述输送系统出口12的剂量单元6。
根据一个优选例的给药装置可以包括多用途可重复使用部分2和与所述重复使用的部分可分离的单个使用的一次性部分3。
根据一个优选例的给药装置可以是贴片泵装置的形式,所述贴片泵装置通过经皮针头安装在患者皮肤上,所述经皮针头直接固定在一次性部分上并且可通过患者皮肤注入。
然而,根据本发明的给药装置包括不以贴片单元形式的实施例,例如以便携式自主装置的形式,其可以由患者携带在皮带、口袋或袋子中,或放置在桌子上,通过例如导管连接到患者。实施方案还可包括用于药物的团注给药的给药装置,所述给药装置在团注剂量给药时暂时放置在患者的皮肤上并在给药后或给药期间从患者身上移出。
在所述给药装置的贴片单元的实施例中,所述一次性部分2可以包括具有用于粘合至患者皮肤的粘合基底的壳体支撑件。所述电子控制和电源系统(未示出)可以优选地安装在可重复使用部分2中。此外,驱动单元11包括电动机42,所述电动机42(可以安装在所述可重复使用部分3中)用于驱动活塞泵5的柱塞传动器。安装在一次性部分中的部件可以包括所述储液器7、所述剂量单元6、所述输送系统出口12以及使上述部件互相流体连接的液体流动通道。
在一个实施例中,所述储液器7包括容器(壁)13,尤其是圆柱形的容器壁,所述容器壁的一端通过柱塞14密封(hermetically sealed),当容纳在储液器中的液体药物被排出时,所述柱塞14在所述容器壁13内是密封地且可滑动地移动。所述容器壁13的另一端可以设置有盖部15,所述盖部15包括被布置为被空心针刺穿的隔膜。在本发明的变化例中,其他流体的连接系统代替具有隔膜的盖部,例如可以提供具有阀的盖或允许液体从储液器流出到下游液体流动通道的其他装置,其本身是已知的。
在优选例中,所述储液器7包括所述柱塞14和盖部15,可以是组装在所述可重复使用部分3或一次性部分2中的药物制造商的标准小瓶,或者是在制造一次性部分的过程中集成在所述一次性部分2中的定制储液器。
所述活塞泵5包括柱塞传动器,所述柱塞传动器被布置为将所述柱塞14推入所述容器13中,从而对容纳在所述储液器7内的液体施加压力。在示出的实施例中,柱塞传动器包括线性传动器16,该线性传动器16包括联接至(电动机42)并由所述驱动单元11的电动机42驱动旋转的螺杆17,以及联接至所述螺杆17的螺母19,所述螺母19通过壳体线性导轨38被限制旋转,而沿轴向A(对应于所述螺杆17的旋转轴A)滑动。
在所示的实施例中,所述螺杆17优选地被布置在基本上平行且在横向上邻近于所述储液器7的中心轴线,中心轴线由所述柱塞14的位移方向限定。传动条30将所述螺母19与压靠着所述柱塞14的活塞板32互连。
在一个优选例中,所述传动条30是可弯曲的条,所述传动条30包括在线性部30b之间形成U形的弯曲部30a。
所述线性传动器16和储液器7的平行相邻布置允许提供特别紧凑的活塞泵和储液器布置,尤其是减小了活塞泵布置的总长度L,从而可以优选地被以紧凑的布置安装在贴片泵壳体内。
在一个优选例中,当在垂直于柱塞位移方向A的横截面中观察时,弯曲的传动条30可以包括处于未弯曲状态的弯曲轮廓。
所述传动条可以由弹簧金属片制成,所述弹簧片被构造以在沿着所述条的弯曲成U形的部分(如图2所示)的横截面产生基本平坦的轮廓。所述构造允许所述传动条在与所述线性部30b对齐的屈曲力的方向上是刚性的,而在横向方向上是柔性的,以允许弯曲成U形的弯曲部30b,从而使力可以通过所述螺母19沿柱塞位移方向A传递到所述条30,所述力在所述条中围绕U形弯被传递到活塞板32。
所述弯曲部30a可以在所述泵送系统的壳体部分中的壳体引导槽34中被引导。
形成所述壳体引导槽34的所述壳体部分可以优选地由低摩擦聚合物例如聚四氟乙烯(PTFE)制成,以引导在传动条30的扁平轮廓弯曲部30a在所述槽34中滑动(在螺母19通过螺杆17的旋转向前或缩回时)。
可以以变化例形式提供其他低摩擦引导机构,例如包括沿着安装在弯曲部30a的凸出侧上的所述引导槽的滚子轴承。
所述传动条30可以优选地由弹簧金属带例如不锈钢合金制成。
在给药装置的优选的实施例中,弹簧金属带可以具有以下参数:
·金属带厚度h在40至60微米之间(10-6m)
·宽度w在5到12毫米之间
·弯曲高度B在0.5到2毫米之间
·半径R在4到10毫米之间
所述驱动单元11可以沿相反的方向被传动,以将所述螺母19从完全伸出位置P1缩回至完全缩回位置P2,以允许所述储液器7和所述给药装置的一次性部分2断开连接并与所述给药装置的可重复使用部分3分离,并且用于将新的一次性部分联接至可重复使用部分。一旦所述一次性部件已经联接至可重复使用的部件,所述活塞板32就可以前进,直到其抵接本发明的所述柱塞14的后端。
所述驱动单元11可以包括所述电动机42,所述电动机42连接至减速齿轮系统44,所述减速齿轮系统以比电动机的转子转速率降低的(转速率)驱动所述螺杆17。所述电动机可以包括在电动机壳体内的减速系统。所述减速齿轮系统还可以由电动机内的第一级齿轮箱和电动机外的第二级齿轮箱形成,其联接至电动机的输出端,例如图2所示。这种线性传动器是本领域中本身已知的,不需要进一步详细描述。然而应注意的是,线性传动器16可以包括线性传动器领域中本身已知的连接到所述弯曲传动条30的其他配置。
所述储液器7的所述盖部15流体连接到所述剂量单元6。在所示的实施例中,所述剂量单元包括空心针36,所述空心针刺穿盖部15的隔膜。该空心针36连接到剂量单元6的液体导管9。所述液体导管9包括进口部分18、出口部分20以及在它们之间的腔室部分22。所述剂量单元还包括传动系统10,所述传动系统10包括作用在进口部分18上的进口阀24、作用在出口部分20上的出口阀26以及作用在液体导管的腔室部分22上的泵腔致动器28。
在一个优选例中,所述液体导管可以由软管9形成,例如塑料制成的管。
所述剂量单元还包括基座29,所述腔室部分被安装在基座29上。所述泵腔致动器28可以被构造为在所述腔室部分上朝着所述基座29偏置(bias),从而将腔室部分22压向基座29。所述阀24、26也可以被构造为分别偏置在所述进口和出口部分上,从而将它们压向基座29。
在一个实施例中,所述腔室部分22可包括顶壁33和底壁31,例如图4b所示,当腔室部分为空时,所述顶壁33和底壁31可为彼此相靠的基本平坦的平面形式,并且,例如图4d所示,在腔室部分充满液体时分离。所述其他底壁可以抵靠剂量单元的基座29。在一个实施例中,所述底壁可以结合到所述基座29上,例如通过焊接或粘合剂。
在一个实施例中,所述底壁31可以以这样的布置配置结合到所述基座29,所述配置使得当液体被注射入所述腔室部分和所述顶壁33,远离所述底壁31时,弹性拉伸应力在腔室部分的顶壁33中产生。所述腔室部分22的所述顶壁33中的所述弹性张力对容纳在腔室部分内的液体施加压力。在本实施例中,所述底壁31可以沿着其外周或沿着外周的部分,例如沿着所述底壁的相对的横向边缘结合到基座29。在变化例中,所述底壁也可以结合至所述基底29(在所述底壁31的基本上整个表面上或在分布在底壁上的离散点或部分处)。可以采用任何结合配置,服务于所述顶壁被填充所述腔室部分22的液体张紧时使底壁保持与底部结合的目的。
所述进口阀24、出口阀26以及泵腔致动器28可以彼此独立地传动,并且被配置成在管内的流体通道关闭的位置移动,从而防止液体流经管至打开状态(其中管内的通道是张开的以允许液体通流)。
在一个优选例,其中所述液体导管9包括软管、进口阀24以及出口阀26,其可以是夹管阀的形式,其包括传动器,所述传动器可操作抵靠偏置软管直到管内部的液体通道处于挤压的闭合状态,或偏置远离挤压的闭合状态以允许液体流经软管中的通道。
然而应注意的是,在本发明的范围内,可以使用流体流动系统领域中本身已知的其他类型的阀,例如球阀、蝶形阀以及盘式止回阀来打开和关闭所述液体通道。
在完全张开的操作状态下,所述液体导管9的所述腔室部分22包含液体的泵循环体积,所述液体的泵循环体积确定了在所述剂量单元6的每个循环中可以泵送的液体药物的体积,这将在下文中被更好地描述。
所述腔室部分22在其张开的运行状态中具有一定的弹性,所述弹性允许泵循环体积根据所述上游活塞泵5产生的进口压力性能而变化。
现特别参照图4a至4h,现将描述泵送系统的初始泵送步骤。
从图4a开始,在当药物输送系统包括新的满的储液器7时的初始状态下,所述柱塞14最初处于未压缩状态。
在第一步中,如图4b(进一步考虑图2)所示,驱动器11被驱动以沿泵送方向位移所述螺母19和传动条30,以使得所述活塞板32压靠所述柱塞14的外表面以将其推入所述储液容器13中并压缩其中的液体。在所述储液器中液体的这种初始压缩中,进口阀24被关闭并且防止液体流经其中。在包括夹管阀的实施例中,所述夹管阀致动器夹住所述软管9的所述进口部分18,从而使得夹管阀致动器夹紧进口部分中的液体通道。
然后如图4c所示打开所述进口阀24,同时通过所述柱塞传动器将所述柱塞14压入所述储液器中。在包括夹管阀的实施例中,所述夹管阀致动器偏置远离所述软管9的所述进口部分18,使得所述进口部分中的液体通道张开。
因此,如图4d所示,通过主动地将泵腔致动器28从关闭位置偏置远离到张开位置,或者通过被动地允许泵腔致动器28从关闭位置弹性地偏置远离(由于被所述上游活塞泵5泵送至所述腔室部分22中的液体的压力)到张开位置。在这方面,泵腔致动器可以包括主动电子致动器,或者可以包括压在所述软管的所述腔室部分22上的弹簧偏置的传动器。
所述腔室部分22在其完整状态下具有一些弹性,所述弹性被配置为以允许所述腔室部分22在其完整状态下根据施加到液体的压力性能而弹性地张开。图5a示出了所述腔室部分在其完整状态下的弹性张开特性的示例,由此在环境压力(静止)下一个泵循环的剂量体积小于在操作(工作)压力下(大于环境压力)一个泵循环的剂量体积。
在所述底壁31结合到所述基底29上的实施例中,当液体开始被注射入腔室部分时,使得所述顶壁已经处于拉伸弹性应力下,所述腔室部分22的弹性张开特性可以具有如图5b或5c所示的特性。在此实施例中,考虑到由所述腔室部分的所述壁提供的压缩,在预定目标压力下(大于环境压力)一个泵循环的剂量体积小于或大于在操作(工作)压力下一个泵循环的剂量体积以确定每个循环的剂量。换句话说,操作(工作)压力可以是高于预定目标压力的值,或者是低于预定目标压力的值。
在包括形成液体导管的软管的实施例中,部分弹性可以或全部弹性由软管的材料提供。然而在变化例中,可以由安装在抵靠所述腔室部分22上的弹簧偏置传动器或安装在所述腔室部分22周围的弹性套筒来提供全部或部分的弹性。
如图4d所示,液体进入所述腔室部分22,并且其中容纳的体积取决于所述储液器7中的压力。在图4f后的图4e中所示的后续步骤中,关闭所述进口阀24,并打开所述出口阀26,以允许液体经液体导管9的出口部分20流出,如图4f所示,从而流体连接所述腔室部分22到该给药装置的输送出口12。
通过电力驱动传动器对泵腔致动器28施加压力或通过被动弹簧偏置元件对泵腔致动器28施加压力,将液体从腔室部分22排出,直到泵腔为空或基本上是空的,如图4g所示。然后关闭所述输出阀26,使得所述液体导管9的出口部分20被关闭,并且可以通过图4b至4h所示的步骤开始新的泵循环。
可以注意的是,进行活塞泵和剂量单元的泵送循环的顺序也可以颠倒或同时进行。例如,在一变化例中,单个电动机可用于同时致动两者。
在上述的初始泵循环之后,在所述储液器7中存在一定压力,并且柱塞14至少部分处于压缩状态。然而应当注意的是,在打开进口部分并填充泵腔室部分22的第一步期间,由于弹性柱塞14上的粘滑作用,柱塞的压缩程度可以在一定范围内变化,其可以导致在第一个循环后,储液器中的压力在精确的预定压力范围内无法完全稳定,例如在期望压力大于或小于30%的范围内。第二、第三、第四或更多次泵送循环通过如图4b至图4h所示的步骤完成,,以确保所述柱塞14被压缩在压缩稳定范围内(与初始未压缩状态无关)。在一变化例中,也可能根据活塞泵和剂量单元各自的校准泵送体积来操作不同数量的泵送循环。
所述第一或第一和随后的第二、第三、第四或更多个初始泵送循环可构成给药装置在患者首次使用之前的初始化或注入操作(priming operation)。
在一个实施例中,初始化程序可以包括以下步骤:
i.所述药筒7插入并锁定在所述可重复使用部分3中,此时所述出口尚未连接到所述一次性部分2,
ii.操作一系列的泵送循环以在所述药筒7中建立最小压力,
iii.所述一次性部件2被组装到所述可重复使用部件3上,因此药筒7现在被流体连接到一次性部件上,
iv.完成多个(a few)包含活塞泵5和剂量单元6的泵送循环,为了填充系统至一次性部件2的出口12,
v.根据一变化例,所述给药装置可以连接至输液器。
在示例性实施例中,在注入操作结束时,所述储液器7中的压力可以稳定,例如在200至300毫巴的范围内,例如大约250毫巴。
在一个优选例中,所述剂量单元被配置以使必须最少完成100个循环,使得剂量单元排空所述药筒。一个循环的输送量与给药装置的最小输送量有关。
优选地,因所述剂量单元6和所述活塞泵5之间的自动校准,所述储液器7中的超压确保泵送系统在每个循环中输送精确液体的体积,且从一个循环到下一循环之间的体积变化很小。
与活塞14的弹性(性能)相比,这种自动校准是腔室部分在其张开操作状态下的弹性的结果,其中,对于相同压力变化,所述腔室部分的体积变化(作为压力变化的性能),小于在储液器7中的体积变化(由于柱塞14的弹性)。由于弹性柱塞的不同位置在其位移中受到粘滑作用,所述剂量单元因此在液体储液器的可能压力变化下具有阻尼系统的作用。
所述储液器7内的超压的另一个优点是,由于在压力下液体的蒸汽饱和温度升高,气泡的形成减少。
例如,如果是胰岛素,250毫巴超压的饱和温度对应于环境温度约15摄氏度的升高。
为了完整起见,术语“环境压力”被认为是医疗设备使用环境中的气压,其约为1bar,并且“环境温度”被认为是ISO标准环境温度20℃。
在用于浓缩胰岛素的一个示例中,每个循环注射液体的一体积被活塞泵输送,其对应于,例如约0.5微升和250毫巴压力(环境压力之上),而在环境压力下,也就是当剂量单元6作用为一个进口处没有超压的微型泵时,所述泵循环体积降低了约10%,例如每个泵循环约0.45微升。所述最后值不需要非常精确,这对于经济的大批量生产是非常有利的。
在与浓胰岛素一起使用的另一个示例中,每个循环注射液体的一体积被活塞泵输送,其对应于,例如约0.25微升和650毫巴压力(环境压力之上),而在目标压力为750毫巴的情况下,所述泵循环体积大约升高了10%,例如每个泵循环约0.275微升。所述最后值不需要非常精确,这对于经济的大批量生产是非常有利的。
在注入操作之后,利用所述活塞泵5提供的压力,所述剂量单元实现在每个循环中输送稳定(校准)体积的液体,从一个循环到下一个循环的变化很小。因为每次泵送循环后储液器7中的稳定超压,由所述柱塞14的弹性特性而产生的可变压缩的效应和所述柱塞与容器壁之间的摩擦的粘滑效应,被剂量单元6大大降低了。然而,通过多个循环输送的总体积将取决于所述柱塞14的位移(通过非常精确的线性传动器16)。因此,药物输送在短期和长期使用中都是精确的。此外,由所述活塞泵和所述剂量单元组合提供的超压减少了液体中气泡的形成。
在所示的实施例中,所述剂量单元基本上是蠕动泵单元的形式,特别是往复式蠕动泵然而在本发明的范围内,剂量单元可以是各种体积增量泵的形式,其特性是每个循环的输送体积根据进口压力而变化。例如,剂量单元可以包括隔膜类型的泵,由此泵单元的弹性隔膜有每个循环的输送体积根据进口压力而变化的特性。其他具有弹性的隔膜泵、蠕动泵或管泵可以被用于剂量单元。
附图标记列表:
给药装置1
可重复使用部分3
驱动单元11
电动机42
减速齿轮机构(系统)44
控制系统
一次性部分2
输送系统出口12
泵送系统
活塞泵5
储液器7
容器壁13
柱塞14
盖部15
液体腔室部分
柱塞传动器
传动条30
弯曲部30a
线性部30b
壳体导向槽34(在壳体内)
活塞板32
线性传动器16
螺杆17
螺母19
壳体线性导轨38(针对螺母)
剂量单元6
蠕动式剂量单元
连接器或(空心)针36
软管9
进口18
出口20
腔室部分22
底壁31
顶壁33
传动系统10
进口阀24
夹管阀致动器
出口阀26
夹管阀致动器
一个或多个泵腔致动器28
基座29
Claims (28)
1.一种给药装置包括泵送系统、流体连接至输送系统出口(12)的储液器(7),所述储液器(7)包括弹性柱塞(14),所述弹性柱塞(14)在储液器(7)的刚性容器壁(13)内可密封地滑动,用于将液体排出储液器(7),所述泵送系统包括活塞泵(5),所述活塞泵(5)包括电动柱塞传动器,所述电动柱塞传动器被布置为以在每个泵循环中将素数柱塞(14)位移预定的距离;和剂量单元(6),所述剂量单元(6)被布置在所述储液器(7)的下游并且流体连接至所述储液器(7),所述剂量单元(6)包括被布置在进口阀(24)和出口阀(26)之间的腔室部分(22),所述腔室部分(22)被布置为以通过活塞泵产生的大于环境压力的操作压力下从所述储液器接收离散的液体的泵循环体积,并将所述液体的泵循环体积输送到所述输送系统出口,所述离散的泵循环体积取决于所述操作压力。
2.如前述权利要求所述的给药装置,其特征在于,所述操作压力在环境压力之上10至1600毫巴的范围内,优选地在环境压力之上10至1000毫巴的范围内。
3.如前述权利要求所述的给药装置,其特征在于,所述操作压力在环境压力之上500至1000毫巴的范围内。
4.如前述权利要求所述的给药装置,其特征在于,所述腔室部分至少在填充有液体的泵循环体积的状态下能够弹性张开。
5.如前述权利要求所述的给药装置,其特征在于,通过体积变化ΔV乘以大于环境压力的操作压力差值ΔP限定的弹性可张开腔室部分的弹性在以下范围内:
5·10-8<ΔV×ΔP<1·10-3[m3Pa]
6.如前述权利要求所述的给药装置,其特征在于,通过体积变化ΔV乘以大于环境压力的操作压力差值ΔP限定的弹性可张开腔室部分的弹性在以下范围内:
5·10-6<ΔV×ΔP<1·10-4[m3Pa]
7.如前述权利要求中任一项所述的给药装置,其特征在于,所述剂量单元包括与所述腔室部分(22)结合的软管(9)。
8.如前述权利要求中任一项所述的给药装置,其特征在于,所述腔室部分包括在所述腔室部分为空时彼此抵靠的顶壁和底壁(33、31),并且其在所述腔室部分充满液体时分开,底壁紧靠剂量单元的基座(29)。
9.如前述权利要求所述的给药装置,其特征在于,所述底壁结合到所述基座(29),所述结合沿着所述底壁的周长的至少部分布置,使得当液体被注射到所述腔室部分和所述顶壁中时(33)远离底壁(31),在所述腔室部分的顶壁(33)中产生弹性拉伸应力。
10.如前述权利要求所述的给药装置,其特征在于,所述进口阀和出口阀均为夹管阀的形式。
11.如前述权利要求中任一项所述的给药装置,其特征在于,包括泵腔致动器(28),所述泵腔致动器(28)被布置为靠在所述腔室部分(22)偏置以将液体排出所述腔室部分并输送所述液体的泵循环体积至输送系统出口。
12.如前述权利要求所述的给药装置,其特征在于,所述柱塞传动器包括线性传动器(16)和在第一端联接至所述线性传动器且在第二端联接至所述柱塞(14)的弯曲传动条(30),所述线性传动器被布置为平行且在横向上邻近于储液器(7)。
13.如前述权利要求所述的给药装置,其特征在于,所述线性传动器包括线性螺杆(17)和被限制旋转且在所述螺杆旋转时可滑动地移动的螺母(19)。
14.如前述任两项独立的权利要求中所述的给药装置,其特征在于,所述传动条(30)包括弯曲的弹簧片,所述传动条(30)具有在线性部(30b)之间弯曲成U形的部分(30a)。
15.如前述权利要求所述的给药装置,其特征在于,所述传动条的U形弯曲部(30a)在所述壳体的壳体导向槽(34)内被可滑动地导向。
16.如前述权利要求所述的给药装置,其特征在于,由聚合物制成了壳体部分,所述壳体部分形成了所述壳体引导槽(34),所述传动条在所述壳体引导槽上滑动。
17.如前述权利要求所述的给药装置,其特征在于,所述聚合物是聚四氟乙烯(PTFE)。
18.如前述任两项独立的权利要求中所述的给药装置,其特征在于,所述壳体引导槽(34)包括沿所述引导槽在所述弯曲部(30a)的凸出侧上的滚动轴承。
19.如前述任三项独立的权利要求中所述的给药装置,其特征在于,所述壳体引导槽(34)与注入聚合物的壳体(11)一体地制成。
20.如前述权利要求所述的给药装置,其特征在于,所述传动条(30)由弹簧金属带制成。
21.如前述权利要求所述的给药装置,其特征在于,所述弹簧金属是不锈钢合金。
22.如前述权利要求中任一项所述的给药装置,其特征在于,所述储液器(7)、剂量单元(6)以及药物出口(12)形成了与所述给药装置的可重复使用部分(3)可连接并从所述给药装置的可重复使用部分(3)可分离的所述给药装置的一次性部分(2),所述可重复使用部分包括柱塞传动器、用于控制泵送系统(4)的控制系统,以及与柱塞传动器联接的电子驱动单元(11)。
23.如前述权利要求中任一项所述的给药装置的操作方法包括以下步骤:
a)操作所述柱塞传动器以使所述柱塞(14)前进并且由于柱塞的弹性性能而在所述储液器(7)中产生超压,
b)打开进口阀,同时打开所述出口阀(26),以及操作柱塞传动器以使所述柱塞(14)前进,并且填充具有液体的泵循环体积的所述腔室部分(22)从而在腔室部分中产生操作压力,
c)关闭进口阀、打开出口阀以及排空腔室部分(22),通过被动地或主动地致动所述泵腔致动器(28),
d)关闭所述出口阀,
e)可选地重复步骤b至d。
f)可选地先操作步骤b至d,然后再操作a
g)可选地同时操作步骤a和b-d。
24.如前述权利要求所述的方法,其特征在于,由于在所述腔室部分中填充了预定的液体的目标体积,所述操作压力大于或小于目标压力,所述目标体积被认为是在目标压力下的所述腔室部分的填充体积,其中泵腔致动器没有施加任何压力。
25.如前述权利要求所述的方法,其特征在于,所述目标压力是环境压力,其中,所述操作压力总是大于所述目标压力。
26.如前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,在步骤b)中所述腔室部分中的操作压力在环境压力之上10至1600毫巴的范围内,优选地,在环境压力之上100至1000毫巴的范围内。
27.如前述权利要求所述的方法,其特征在于,在步骤b)中所述腔室部分中的操作压力在环境压力之上500至1000毫巴的范围内。
28.如权利要求25所述的方法,其特征在于,所述液体的泵循环体积比所述腔室部分的最大体积大1%至50%的范围内,优选地比所述腔室部分的最大体积大在2%至30%的范围内,所述最大体积被认为是在环境压力下腔室部分的填充体积,其中泵腔致动器没有施加任何压力。
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