CN1732026A - 流体分配系统 - Google Patents

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Abstract

一种流体分配系统包括用于接收输入流体的入口和用于分配一定数量的输出流体的出口。泵放置在所述入口与所述出口之间，用于将所述数量的输出流体泵送到所述出口。所述泵包括一个或若干通道，所述一个或若干通道设置有电极。设置有屏障，优选地位于通道内部用于将输入流体与输出流体隔离。所述屏障不能渗透过输入和/或输出流体。优选地，所述屏障形成为能沿通道移动的流体塞。

Description

流体分配系统
本发明涉及流体分配系统，其包括：
入口，用于接收输入流体，
出口，用于分配一定数量的输出流体，
泵，放置在所述入口与所述出口之间，用于将所述数量的输出流体泵送到所述出口。
这种流体分配系统可从以下的论文中得知：由M.W.J.Prins等人发表在Science291(2001)277上的‘Fluid control in multichannelstructures by electrocapillary pressure’。
已知的流体分配系统包括壁内部具有电极的微通道。所述微通道充满不能混溶的、具有不同电导率的两种流体。已知的流体分配系统中，以电毛细管现象为基础控制流体流量，也就是，明显依赖于流体和微通道壁之间的电荷密度积累的界面的界面张力。具有电极的微通道执行泵的功能。已知的流体分配系统通过电毛细管效应涉及微泵送。特别地，通过电毛细管压力产生微泵送动作，所述电毛细管压力起源于对微通道中界面张力的静电控制。流入或流出微通道的流量由分别起入口和出口作用的连通通道调节。引用的文章提到已知的流体分配系统中大约采用4000个微通道。
本发明的目的是提供一种流体分配系统，其能用于操作各种各样的输入和输出流体。
该目的由根据本发明的流体分配系统实现，其中所述泵包括一个或若干通道，以及
所述一个或若干通道设置有电极，
所述流体分配系统设置有用于将输入流体与输出流体隔离的屏障，以及
所述屏障不能渗透过输入和/或输出流体。
屏障将输入流体与输出流体隔离，因此，可采用不相容的或者甚至互相侵蚀的流体作为输入和输出流体。
特别地，所述屏障形成为流体隔膜，也就是，弯月面。当可以是气体或液体的流体塞插入输入流体和输出流体之间的单个或者多个通道时，就形成这种流体隔膜。特别地，单个或者多个通道形成为毛细管。流体隔膜形成为分别在输入流体和流体塞之间以及输出流体和流体塞之间的弯月面。这些流体隔膜沿着通道的纵向轴线非常平稳、并没有滞后地移动。相应地，被分配的输出流体的数量可非常精确地控制。此外，基于电毛细管效应的流体分配系统具有低泄漏和高能量的效率。这使得本发明的流体分配系统特别适合用于可植入的药物输送系统。
本发明的这些和其它方面将参考从属权利要求中定义的实施例进一步详细描述。
优选地，设置位于一个或若干通道面对所述入口的一侧的入口障碍。同样，优选地，设置位于一个或若干通道面对所述出口的一侧的出口障碍。该入口和出口障碍起到将流体塞保持在其通道内部的作用。因为流体塞被保持在讨论的通道内部，所以确保了所述数量的输出流体的精确控制。特别地，避免因为流体塞退出通道而产生的输出流体的不可控制分配。有形成入口障碍和/或出口障碍的各种方式。例如，亲流体(fluidophilic)涂层施加到通道壁内部的局部。这种亲流体涂层对流体塞的流体具有强附着力。例如，当流体塞由水溶液制成时，入口障碍和/或出口障碍由亲水涂层制成。当输入流体是无极性油时，亲油涂层施加到通道壁内部的局部，以便形成入口障碍和/或出口障碍。所述入口障碍和/或出口障碍的另一个实施例是设置在通道出口侧的多孔结构。这种多孔结构起到用于流体塞的屏障作用。例如采用蜂巢结构作为多孔结构。相比增加流入通道的输入流体的流动阻力，该多孔结构更加强烈地抑制输入流体和流体塞之间的弯月面离开所述多通道。在电毛细管力的作用下，0到0.1m/s之间的流量已经被论证。但是，低速率可用于分配应用，例如，每分钟微升级或者更低，因此增加的流动阻力不会负面影响流体分配系统的运行。
在另一个优选实施例中，流体分配系统设置有压力系统，用于向通道中的流体施加可控制的偏置压力。该偏置压力作为流体静压被运用。相应地，产生实现泵送动作的电毛细管效应需要的电压与饱和电毛细管效应发生的电压相比位于相对低的区域。所述偏置压力可调整地控制流体分配系统，以便避免输入流体进入通道从而没有施加电压时输出流体非故意地分配到出口。
优选地，压力系统的功能由流体塞执行。接着选择流体塞的流体，以致流体塞的流体分别与输入流体和输出流体形成镜像的弯月面。实例是水溶液/非极性油/水溶液，以及水溶液/气体/水溶液。这种结构引起通道中的毛细管压力，其用作偏置压力。
在流体分配系统的进一步优选实施例中，所述流体塞比通道的长度短得多。例如，厘米长度的微通道内有几微米长度的塞。塞/通道的比率可在10-4到0.2之间。在该实施例中，泵送功能完全集成在通道内，因而，流体分配系统紧凑、尺寸小，例如几立方厘米。这种紧凑的流体分配系统非常适合于植入人体，对使用者没有任何不舒适。有利地采用该植入的流体分配系统，以便管理从出口到使用者的药物剂量。所述流体分配系统能连续地或者非常有规律地分配药物，不会有干涉，例如注射药物或者口服药物。
参考后面描述的实施例和附图，本发明的这些和其它方面将会阐明，其中
图1显示根据本发明的流体分配系统的示意图，
图2显示本发明的流体分配系统的另一个实施例，
图3显示图2所示的本发明流体分配系统实施例的另一种描述，以及
图4显示图3所示流体分配系统的通道5之一的正视图。
图1显示根据本发明的流体分配系统的示意图。泵3放置在入口1和出口2之间。泵包括若干通道5。此处实例仅显示两条通道，但是实际上可以采用更多数量的通道。采用更多的通道是有利的，因为其允许更多的流体被移动。同样，使用小直径的通道是有利的，因为压力与通道直径成反比。这些通道可形成为具有毛细管半径的毛细管微通道，所述毛细管半径在1mm和3μm之间，例如大约40μm。微通道充满不混溶流体；这些流体之间的弯月面11。在微通道壁上局部设置圆柱形电极12。例如，电极是金属层，其施加在微通道部分圆柱形表面内或上。圆柱形电极由若干片形成。因为单独的片被施加各自的电压，所以这些片能被单个激励。位于微通道和壁的流体之间的电势差依赖于施加在电极12上的电压，该电势差引起微通道中的电毛细管压力，其驱动泵3的泵送动作。电压源装置51向电极片提供电压。选择电路52布置成向各个微通道5的各个电极片供给电压。控制单元53，例如微处理器，与选择电路52控制输入端连接，控制选择电路52的设置，以便将电压施加到各个电极片。例如当邻近的电极片被成功激励时，微通道中两种流体之间的弯月面沿着微通道被推动，以便完成泵送动作。
在图1所示流体分配系统的实施例中，入口与入口储存室21连接，出口2与出口储存室22连接。出口储存室充满输出流体。在出口储存室中，例如存储将被释放到出口的药物，以及入口储存室充满输入流体。在入口储存室中放置有入口屏障61，以及在出口储存室中放置有出口屏障62。入口屏障将输入流体与微通道中的流体隔离。出口屏障将输出流体与微通道中的流体隔离。这些入口屏障和出口屏障是柔性隔膜，其可分别沿着入口储存室和出口储存室的纵向轴线移动。纵向轴线沿着从入口到出口的方向延伸穿过入口储存室和出口储存室，其中泵的泵送动作使被泵送的流体移动。当一定数量的输出流体被从出口2分配时，这些柔性隔膜也使隔膜任一侧的流体压力保持一致。因此，少量的流体，例如药物，能以精确可控的方式被分配。
图2显示本发明的流体分配系统的另一个实施例。在图2的实施例中，屏障6形成为单个微通道5中的流体塞8。流体塞8由流体形成，所述流体与输入和输出流体不混溶，与输入和输出流体形成各自的弯月面。流体塞8通过电毛细管压力移动，所述电毛细管压力通过激励电极12产生。流体塞8在微通道中可移动，具有与输入流体和输出流体形成其弯月面的流体塞8将输入流体与输出流体隔离。而且，流体塞8以非常低的阻力、几乎没有滞后地沿着微通道移动。在图2所示流体分配系统的实施例中，入口障碍和/或出口障碍结构7采用局部亲流体涂层7的形式，所述涂层分别施加到朝着入口和出口的微通道端部处的微通道内壁上。该亲流体涂层对流体塞的流体具有强吸引力。强吸引力防止流体塞6从其微通道中退出。例如，所述屏障是涂有亲流体层的多孔材料，例如涂有铝氧化物的多孔铝或多孔塑料，以及流体是水溶液。
图3显示图2所示的本发明流体分配系统实施例的另一种描述。特别地，图3所示的流体分配系统中的入口障碍和/或出口障碍形成为朝着入口的微通道端部处的微通道中的多孔结构。因为多孔结构8中的高表面区域防止输入流体和流体塞8之间的弯月面通过多孔结构8以及从为通道中退出。
图4显示图3所示流体分配系统的通道5之一的正视图。图4中显示具有蜂巢状结构8的多孔结构。

Claims (9)

1.一种流体分配系统，包括：
入口，用于接收输入流体，
出口，用于分配一定数量的输出流体，
泵，放置在所述入口与所述出口之间，用于将所述数量的输出流体泵送到所述出口，以及其中
所述泵包括一个或若干通道，以及
所述一个或若干通道设置有电极，
所述流体分配系统设置有用于将输入流体与输出流体隔离的屏障，
所述屏障不能渗透过输入和/或输出流体。
2.如权利要求1所述的流体分配系统，其特征在于，所述屏障设置在所述通道的至少一个中。
3.如权利要求2所述的流体分配系统，其特征在于，所述通道沿着各自的纵向轴线被引导，其中所述屏障包括可分离的柔性隔膜，所述柔性隔膜沿着相应的纵向轴线可移动。
4.如权利要求2所述的流体分配系统，其特征在于，所述通道沿着各自的纵向轴线被引导，其中所述屏障包括可分离的流体塞，所述流体塞沿着相应的纵向轴线可移动。
5.如权利要求2所述的流体分配系统，其特征在于，包括位于一个或若干通道面对所述入口的一侧的入口障碍结构和/或位于一个或若干通道面对所述出口的一侧的出口障碍结构。
6.如权利要求5所述的流体分配系统，其特征在于，所述入口障碍结构和/或出口障碍结构包括亲流体涂层。
7.如权利要求5所述的流体分配系统，其特征在于，所述入口障碍和/或出口障碍结构包括多孔结构，特别是蜂巢形结构。
8.如权利要求5所述的流体分配系统，其特征在于，所述入口障碍和/或出口障碍结构包括用于向通道中的流体施加可控制偏置压力的压力系统。
9.如权利要求4所述的流体分配系统，其特征在于，所述流体塞比通道的长度短得多，特别地，流体塞尺寸和通道长度的比率在10-4到0.2的范围之内。
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