CZ298849B6 - Mikrostrukturní filtr a rozprašovac pro inhalacníterapii - Google Patents

Abstract

Mikrostrukturní filtr pro tekutiny sestává ze základní desky (1), na které je vytvoreno množství výstupku (7), usporádaných v radách klikate se táhnoucích po základní desce (1). Výstupky (7) jsou prikryty krycí deskou, která spolu se základní deskou(1) vymezuje pruchody (8) mezi výstupky (9), kterými prochází filtrovaná tekutina ze vstupní šterbiny (5) na výstupní stranu filtru.

Description

Předkládaný vynález se týká mikrostruktumího filtru majícího vstup pro nefiltrovanou tekutinu a výstup pro filtrovanou tekutinu, přičemž tento filtr zahrnuje: v podstatě plochou spodní desku a krycí desku, kteráje upevnitelná ke spodní desce; a množství výstupků, z nichž každý zahrnuje integrální komponent spodní desky a každý vyčnívá z této spodní desky, přičemž výstupky jsou vzájemně od sebe odděleny průchody, které tvoří tekutinovou cestu skrz filtr od vstupu k výstupu, přičemž krycí deska, když je zajištěna ke spodní desce, překrývá výstupky a průchody. Vynález, se dále týká rozprašovače pro inhalační terapii, který zahrnuje takovýto mikrostrukturní filtr.

Dosavadní stav techniky

Jsou známé nejrůznější filtry, u kterých má filtrační hmota mikropóry až do mikrometrového rozsahu, přičemž velikost pórů je statisticky rozložena v závislosti na materiálu. Vnější rozměry filtrační hmoty tohoto typu jsou o několik řádů větší než střední průměr pórů, a zkušenost proká20 žala, že nemohou být snadno vyrobeny tak malé, jak by bylo žádoucí.

Jsou rovněž známé kovové pásky s mikro-otvory, které se používají pro sítový tisk a mají tloušťku až 100 μηι, sestávají například z niklu a jsou opatřené otvory, které jsou rovnoměrně rozloženy přes pásek, přičemž průměr těchto otvorů je několik mikrometrů. Tyto pásky jsou vyráběny, například galvanicky. Kovové pásky tohoto typu nemohou být sestavovány s mikrostruktumími komponenty.

Evropský patentový spis EP 231432 popisuje mikrofiltr s příčným průtokem, do kterého je přiváděna tekutina určená k filtrování a ze kterého je odebírán tok koncentrátu a tok filtrátu. Mezi komorou, do které proudí tekutina, a sběrnou komorou pro filtrát je umístěna řada žeber nebo povrchů, mezi kterými jsou průchody. Tato řada žeber a průchodů tvoří mikrofiltr. Směr průchodů je nakloněn v úhlu od 90° do 135° vzhledem ke směru toku tekutiny/koncentrátu. Přiváděná tekutina, která přechází do koncentrátu, proudí za řadu žeber. Filtrát je sbírán v množství komor a opouští filtr buď kolmo vzhledem k povrchu filtru nebo ve směru povrchu filtru v množství průchodů, které procházejí mezi průchody pro koncentrát.

Mezinárodní patentový dokument WO 93/11862 popisuje mikromechanický filtr, který je zkonstruován ze tří vrstev. Na uzavřené spodní vrstvě je v daných oblastech umístěna prostřední vrstva a na ní je umístěna krycí vrstva s otvory, které jsou podlouhlé v daných oblastech. Prostřední vrstva schází v paralelním vztahu vzhledem k jedné nebo k oběma podélným stranám otvorů. V těchto oblastech je krycí vrstva uspořádána v převislém nebo přečnívajícím uspořádání. Pod převislou částí krycí vrstvy přiléhá k otvorům mělká drážka, kteráje silná jako prostřední vrstva a dlouhá jako podlouhlý otvor. Filtrát proudí skrz tuto drážku do sběrné komory pro filtrát, která je silnější než prostřední komora. Krycí vrstva obsahuje velký počet podlouhlých otvorů, které jsou uspořádány v řadách vzájemně spolu paralelně. Řady drážek mohou být uspořádány v meandrovém uspořádání v krycí vrstvě. Tekutina protéká skrz množství otvorů kolmo vzhledem k povrchu filtru do množství vstupních komor a je odebírána z množství sběrných komor pro filtrát skrz množství otvorů kolmo vzhledem k povrchu filtru. Vrstvy tohoto filtru mohou být vyrobeny z křemíku, plastu nebo kovu a jsou strukturovány prostřednictvím leptání, ražení nebo mechanického zpracování nebo obrábění, přičemž mohou být využity postupy zahrnující technologie vytvářející tenký film a nanášení kovů z plynné fáze.

- 1 CZ 298849 B6

Tato a další již dříve navržená zařízení trpí mnoha problémy. Například bylo zjištěno, že přinejmenším některá z dříve navržených zařízení jsou nadměrně náchylná k zablokování, načež zařízení může zcela přestat fungovat. Ve snaze odstranit tento problém bylo navrženo vytvořit větší filtr, ale tyto větší filtry mají nepřijatelně velký ztrátový objem. Některá z dříve navrhovaných zařízení jsou rovněž nadměrně složitá a tudíž drahá a časově náročná na výrobu. Navíc jsou některá z dříve navrhovaných zařízení taková, že nemohou být snadno sestavena spolu s dalšími mikrostruktumími komponenty.

Cílem předkládaného vynálezu je tudíž vytvořit mikrostruktumí filtr pro tekutinu, který odstraní jeden nebo více z výše zmiňovaných problémů.

Podstata vynálezu

Podle vynálezu je tedy vytvořen mikrostruktumí filtr mající vstup pro nefiltrovanou tekutinu a výstup pro filtrovanou tekutinu, přičemž tento filtr zahrnuje:

v podstatě plochou spodní desku a krycí desku, která je upevnitelná ke spodní desce; a množství výstupků, z nichž každý zahrnuje integrální komponent spodní desky a každý vyčnívá z této spodní desky, přičemž výstupky jsou vzájemně od sebe odděleny průchody, které tvoří tekutinovou cestu skrz filtr od vstupu k výstupu, přičemž krycí deska, když je zajištěna ke spodní desce, překrývá výstupky a průchody;

přičemž podstata vynálezu spočívá v tom, že uvedené množství výstupků je uspořádáno v ales25 poň dvou řadách v klikatém uspořádání a ve vztahu vzájemně vedle sebe přes filtr.

Výhodně vstup a výstup každý zahrnuje podlouhlou štěrbinu pro nefiltrovanou respektive filtrovanou tekutinu, přičemž každá z těchto štěrbin je v podstatě tak široká jako filtr a v podstatě tak vysoká jako výstupky na vstupní respektive výstupní straně filtru.

Výhodně je vzdálenost mezi spodní deskou a krycí deskou přibližně tak velká jako šířka průchodů mezi sousedními výstupky.

Ve výhodném provedení filtru podle vynálezu

- množství řad výstupků je uspořádáno za sebou v kaskádě,

- průřez průchodů kolmo vzhledem ke směru toku tekutiny - při pohledu ve směru tohoto toku se zmenšuje od řady k řadě,

- výstupky, které jsou uspořádány blíže ke vstupní straně filtru, jsou větší než výstupky, které jsou uspořádány více u výstupní strany filtru, a

- vzdálenost mezi spodní deskou a krycí deskou v oblasti kolem každé řady výstupků, když je řada uspořádána v kaskádě, je přibližně tak velká jako šířka průchodů na té straně výstupků, na které tekutina prochází do řady průchodů.

Výhodně je uvedená krycí deska v podstatě plochá.

Výhodně má uvedená vstupní štěrbina poměr výšky ku šířce od 1:5 do 1:1000, a uvedená výstupní štěrbina má poměr výšky ku šířce od 1:5 do 1:1000.

-2CZ 298849 B6

Ve výhodném provedení filtru podle vynálezu je vzdálenost mezi spodní deskou v oblasti kolem výstupků a krycí deskou uvnitř řady výstupků mezi polovinou a dvojnásobkem šířky průchodů na té straně výstupků, na které tekutina prochází do řady průchodů.

Výhodně vzájemně k sobě směřující strany dvou sousedních řad výstupků definují propojený prostor, do kterého tekutina protéká ze všech průchodů mezi výstupky první řady a ze kterého tekutina protéká do všech průchodů mezi výstupky řady následující ve směru toku.

Filtr podle vynálezu výhodně zahrnuje:

- sběrnou komoru podlouhlého průřezu mezi vstupní štěrbinou a první řadou výstupků, do které je přiváděna nefiltrovaná tekutina a ze které tekutina protéká do všech průchodů mezi výstupky první řady, a

- sběrnou komoru podlouhlého průřezu mezi poslední řadou výstupků a výstupní štěrbinou, do které tekutina protéká ze všech průchodů poslední řady a ze které je odváděna filtrovaná tekutina.

Výhodně jsou uvedené výstupky buď ve formě ploch, které - při pohledu ve směru toku - jsou přímé nebo zakřivené; nebo ve formě sloupků.

Výhodně uvedené průchody mají v podstatě konstantní průřez a mají délku, která je alespoň dvakrát tak velká jako jejich výška na vstupní straně tekutiny.

Výhodně uvedené průchody mají přibližně konstantní průřez přes délku průchodu a mají délku od 5 pm do 50 pm, výšku od 2,5 pm do 25 pm a šířku od 2,5 do 25 pm.

Výhodně uvedené průchody mají v podstatě čtvercový průřez.

Výhodně uvedené průchody mají soudkovitý nebo lichoběžníkový průřez.

Výhodně je delší strana lichoběžníkových průchodů tvořena krycí deskou.

Výhodně průchody mají přibližně čtvercový průřez na vstupní straně filtru, který se rozšiřuje směrem k výstupní straně filtru.

Výhodně je vzdálenost mezi řadami výstupků dvakrát tak velká jako šířka průchodů na vstupní straně.

Výhodně klikaté uspořádání zahrnuje řady výstupků nakloněné vzájemně vůči sobě o úhel a o velikosti mezi 2° až 25°.

Výhodně je vzdálenost mezi spodní deskou v oblasti kolem výstupků a krycí deskou uvnitř řady výstupků v podstatě konstantní.

Výhodně je vzdálenost mezi spodní deskou v oblasti kolem výstupků a krycí deskou uvnitř řady výstupků větší v oblasti toho konce řady, který je v blízkosti výstupu z filtru, než v oblasti toho konce řady, který je v blízkosti vstupu do filtru.

Výhodně se vzdálenost mezi plochou spodní deskou v oblasti kolem výstupků a plochou krycí deskou uvnitř řady výstupků lineárně zvětšuje od oblasti toho konce řady, který je v blízkosti vstupní strany filtru, ve směru k oblasti toho konce řady, který je v blízkosti výstupní strany filtru.

-3 CZ 298849 B6

Výhodně je uvedená spodní deska strukturována prostřednictvím izotropního nebo anizotropního, mokrého nebo suchého leptání nebo prostřednictvím kombinace těchto procesů, výhodně prostřednictvím anizotropního suchého leptání.

Výhodně je uvedená spodní deska z křemíku a uvedená krycí deska je ze skla, přičemž spodní deska je spojena s krycí deskou prostřednictvím anodického spojování.

Podle vynálezu je rovněž vytvořen rozprašovač pro inhalační terapii, který zahrnuje mikrostruk10 tumí filtr podle kteréhokoliv z výše popsaných provedení.

Výhodně tento rozprašovač podle vynálezu dále zahrnuje trysku sestavenou s uvedeným filtrem.

Když má filtr řady výstupků, které jsou uspořádány v meandrovém nebo klikatém uspořádání, jsou částice určené k odfiltrování nejprve usazovány v oblastech na vstupní straně pro tekutinu, které jsou v blízkosti výstupní strany filtru, přičemž prostor mezi řadami výstupků na vstupní straně se postupně zvětšuje, začínajíc v oblasti výstupní strany filtru. Filtr je téměř zcela zablokován a kapacita filtru je vyčerpána pouze tehdy, když vstupní komora mezi každými dvěma řadami výstupků je téměř zcela zaplněna částicemi určenými k odfiltrování.

Stupeň odlučování filtruje výhodně relativně ostře definován v důsledku malých fluktuací v rozměrech průchodů. Filtr nemusí vyžadovat rozdělovač přiváděné tekutiny pro tekutinu určenou k filtrování a filtrátové sběrné zařízení pro filtrovanou tekutinu.

Filtr může být vyroben s využitím známých postupů například z kovu, křemíku, skla, keramických materiálů nebo plastu. Spodní deska může být vyrobena ze stejného materiálu jako krycí deska nebo může být vyrobena z jiného materiálu než je vyrobena krycí deska. Filtr je výhodně vhodný pro vysokotlaký rozsah, například až 30 MPa (300 bar).

Mikrostruktumí filtr podle různých provedení předkládaného vynálezu může vykazovat některé nebo všechny následující výhody:

- protože filtr má velký počet průchodů na malé ploše, může zůstávat v činnosti, dokonce i když některé z průchodů jsou zablokovány nečistotami kontaminujícími tekutinu. To může umožnit zlepšení využitelnosti filtru, když je sestaven s tryskou pro použití v rozprašovači, jako při použití v rozprašovači pro podávání léku, kde selhání rozprašovače během jeho určené periody používání může mít fatální důsledky pro uživatele;

- průchody mohou být definovány v úzkých mezích, pokud se týká tvaru, plochy průřezu a délky (v nejvýhodnějším provedení jsou rozměry všech průchodů uvnitř filtru stejné);

- průřez průchodů může být upraven podle dalších podmínek, například podle průřezu trysky, která je za ním zapojena;

- uvnitř malého objemu filtru může být umístěna velká povrchová plocha filtru;

- předtím, než tekutina může projít do průchodů, může být tok tekutiny směrován mezi řadami uspořádanými v meandrovém nebo klikatém uspořádání v podstatě kolmo vzhledem k toku v průchodech;

- otevřená plocha filtru (součet plochy průřezu všech průchodů) může být alespoň 50 % celkové plochy filtru;

-4CZ 298849 B6

- filtr může mít malý ztrátový objem; a

- filtr může být jednoduchým způsobem sestavován s dalšími mikrostruktumími komponenty.

Mikrostruktumí filtr, popisovaný v tomto popisu, má obzvláštní využití, když je použit pro filtrování léku rozpuštěného v rozpouštědle pro vytvoření aerosolu pro inhalační aplikaci. Vhodnými rozpouštědly jsou, například, voda nebo etanol nebo jejich směsi. Vhodnými léky jsou, například: Berotec, Atrovent, Berodual, Albutamol, Combivent, Oxivent, Ba 679, BEA 2108 a další.

ío Filtr podle předkládaného vynálezu může být rovněž použit v rozprašovači, jako jsou rozprašovače popisované v PCT přihlášce WO 91/14468 nebo WO 97/12687.

Mikrostruktumí filtr, popisovaný v tomto popisu, může být vyroben následujícím ilustrativním způsobem: množství vzájemně spojených spodních desek, například řádově o velikosti několika tisíc, je současně mikrostrukturováno na velké povrchové ploše a spojeno v jednom kroku s velkou plochou krycí deskou (dávkový proces). Tato kombinovaná sestava může být potom rozdělena na množství jednotlivých dílů.

Tento způsob výroby má několik specifických výhod. Na jednu stranu dávková výroba poskytuje možnost vyrábět obzvláště levné jednotlivé díly s vysokým stupněm přesnosti s konstrukční přesností několika mikrometrů až mikrometru, které by byly vyráběny pouze s podstatně vyšší cenou při sériovém výrobním postupu, zatímco dále tato dávková výroba umožňuje jednotně definovanou kvalitu, pokud se týká všech dílů, která může být reprodukovatelně dosahována za stejných podmínek procesu a není pravděpodobné, že se postupně pomalu změní, jako by tomu bylo v případě, například, postupů sériové výroby v důsledku opotřebení nástrojů.

Navíc poloha a umístění dílů v tomto postupu jsou rovněž předem stanoveny konstrukcí a nemusí být nastavovány a seřizovány prostřednictvím drahých třídicích a manipulačních mechanismů, jako je tomu v případě některých dříve navrhovaných uspořádání.

Spodní deska může být vyrobena, například, reaktivním iontovým leptáním, galvanickým tvarováním nebo, pro případ plastových materiálů, podle LIGM procesu prostřednictvím litografie, galvanického tvarování a formování. Mohou být využity i další strukturní procesy pro vytvoření specifických tvarů průchodů. Průchody lichoběžníkového nebo soudkovitého tvaru průřezu mohou být vytvářeny prostřednictvím specifického dlouhého leptání nebo krátkého leptání. Takové tvary mohou být vytvářeny jak prostřednictvím procesu suchého leptání tak i prostřednictvím procesu mokrého leptání. Trojúhelníkové tvary průřezů mohou být vytvářeny prostřednictvím anizotropicky působících leptacích procesů v monokrystalických spodních deskách z křemíku. Spodní deska je výhodně strukturována prostřednictvím izotropního nebo anizotrop40 ního mokrého nebo suchého leptání nebo kombinací těchto procesů, obzvláště výhodně prostřednictvím anizotropního suchého leptání.

Mikrostrukturovaná spodní deska a její výstupky mohou být spojeny s plochou krycí deskou, například, prostřednictvím anodického spojování křemíku a skla, například alkalického borokře45 mičitého skla. V jednom příkladu je skleněná deska položena na mikrostrukturovanou křemíkovou desku a spojena kontakty s elektrodou. Celá sestávaje zahřáta na teplotu mezi 200 a 500 °C a mezi křemíkovou desku a skleněnou desku je zapojeno záporné napětí o velikosti přibližně 1000 V. V důsledku tohoto napětí kladně nabité alkalické ionty procházejí skrz sklo ke katodě, kde jsou neutralizovány. Na přechodu mezi sklem a křemíkem je ve skle vytvořen záporný proso storový náboj, který zajišťuje elektrostatické uchycení těchto dvou povrchů a který má navíc prostřednictvím kyslíkových můstkových vazeb za následek trvanlivé chemické spojení mezi skleněným povrchem a křemíkovým povrchem.

-5CZ 298849 B6

Se shora popisovaným ilustrativním procesem je krycí deska ze skla obzvláště výhodná z hlediska zajištění kvality v důsledku na jedné straně kvality vazebního spojení a na druhé straně, protože defekty nebo přimíchané částice, které by měly za následek špatnou funkci filtru, mohou být snadno zjištěny optickou kontrolou.

Po spojovací proceduře může být sestava rozdělena na jednotlivé filtry, výhodně prostřednictvím vysokorychlostní rotační diamantové kruhové pily, kde vstupní strana a výstupní strana každého filtruje vystavena, pokud již předtím nebyla vystavena v předcházejícím kroku. Oddělovací řez může být umístěn se stupněm přesnosti v rozsahu několika mikrometrů.

Vedle využití anodického spojování může být mikrostrukturovaná spodní deska spojena s plochou krycí deskou prostřednictvím ultrazvukového svařování, laserového svařování, lepení nebo pájení nebo jakéhokoliv dalšího prostředku zjevného osobám v oboru znalým.

Provedení předkládaného vynálezu budou níže podrobněji popsána pouze prostřednictvím příkladu ve spojení s odkazy na připojené výkresy.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 ilustruje schematickou reprezentaci provedení filtru;

Obr. 2 znázorňuje pohled ve zvětšeném měřítku, ilustrující výstupky v řadách filtru podle obr. 1;

Obr. 3 znázorňuje pohled v řezu vedeném rovinou A-A na obr. 2;

Obr. 4 je schematickou ilustrací množství různých výstupků;

Obr. 5 je schematickou ilustrací dalších výstupků;

Obr. 6 je schematickou ilustrací množství ilustrativních vzorů, ve kterých mohou být uspořádány výstupky;

Obr. 7 znázorňuje ilustrativní příklad orientace výstupků; a

Obr. 8 je obraz, vytvořený na rozkladovém elektronovém mikroskopu, filtru na konci jeho životnosti.

Příklady provedení vynálezu

Jak bylo zmíněno výše, obr. 1 znázorňuje ilustrativní provedení filtru při pohledu zpočátku z otevřené strany, která je potom zakryta krycí deskou (není znázorněno). Spodní deska i filtruje mikrostrukturována mezi okrajovými oblastmi 2a a 2b. Mikrostrukturování poskytuje, v tomto příkladě, řady 3 výstupků, které jsou uspořádány v klikatém uspořádání. Může být rovněž patrné, že řady 3 jsou nakloněny vzájemně k sobě v úhlu a.

V tomto příkladu je spodní deska opatřena, vedle filtru a před ním, další řadou výstupků 4, která tvoří velmi hrubý filtr, který slouží pro míchání tekutiny protékající skrz. Před těmito výstupky 4 je umístěna vstupní drážka 5, skrz kterou prochází do filtru nefiltrovaná tekutina. V tomto prove45 dění je jako přiléhající k filtru uspořádána tryska 6, ze které může vystupovat filtrovaná tekutina. Tato tryska 6 byla, v tomto ilustrativním příkladu, vytvořena jako integrální komponent spodní desky L Je zcela zřejmé, že filtr může být vytvořen bez trysky 6 a hrubého filtru tvořeného výstupky 4.

-6CZ 298849 B6

Obr. 2 je zvětšený pohled na část obr. 1, znázorňující ilustrativní uspořádání řad 3. V tomto případě jsou výstupky 7 obdélníková žebra nebo plochy, ale, jak bude vysvětleno později, mohou mít i alternativní uspořádání. Může být patrné, že řady 3 zahrnují množství výstupků 7, které vystupují nahoru od spodní desky i a které jsou vzájemně od sebe oddáleny pro vytvoření jemného tekutinového filtru.

Obr. 3 je pohled v řezu skrz řadu výstupků, vedeném rovinou A-A na obr. 3. V tomto ilustrativním provedení mají výstupky 7 konkávně zakřivené podélné strany, mezi kterými jsou průchody 8 s průřezem soudkovitého tvaru.

Obr. 4 znázorňuje množství provedení výstupků, každý při pohledu od zpočátku otevřené strany filtru (to jest shora). Kterýkoliv z ilustrovaných výstupků nebo jakákoliv jejich kombinace (nebo jakýchkoliv dalších výstupků) může být použita ve filtru popisovaném v tomto popisu. Obr. 4 znázorňuje obdélníkovou plochu 11, podlouhlou plochu 12 s konstantní šířkou a zakulacenými úzkými stranami, křídlovou plochu 13, plochu 14 s konstantní šířkou a se šikmo procházející úzkou stranou, a plochu 15, která má zakřivený tvar části kruhu. Znázorněn je rovněž čtvercový sloupek 16, trojúhelníkový sloupek 17, kruhový sloupek 18 a osmiúhelníkový sloupek 19. Jak je zmiňováno výše, jakákoliv z těchto ploch nebo jejich kombinace je vhodná pro použití ve filtru podle předkládaného vynálezu.

Obr. 5 znázorňuje různé pohledy v průřezu skrz množství různých výstupků, přesněji znázorňuje výstupek 2J s obdélníkovým průřezem, výstupek 22 s průřezem, který má konkávně zakřivené podélné strany, výstupek 23 s lichoběžníkovým průřezem, u kterého dlouhá strana lichoběžníku je spojena se spodní deskou i, výstupek 24 s lichoběžníkovým průřezem, u kterého krátká strana lichoběžníku je spojena se spodní deskou i, a výstupek 25 se dvěma zakulacenými podélnými hranami.

Obr. 6 znázorňuje různá provedení výstupků, ve kterých jsou výstupky - bez ohledu najejich tvar - naznačeny prostřednictvím teček o různých velikostech. Výstupky mohou být uspořádány v maticové formě 31, nebo lineárně v řadě 32, nebo v meandrovém uspořádání 33 nebo v klikatém uspořádání 34. Množství výstupků, uspořádaných v řadovém uspořádání 35 nebo v meandrovém nebo klikatém uspořádání 36, může být uspořádáno postupně v kaskádovém uspořádání. Ve výhodném provedení podle vynálezu jsou výstupky uspořádány v alespoň dvou řadách v klikatém uspořádání 34 a ve vztahu vzájemně vedle sebe přes filtr.

Obr. 7 znázorňuje ilustrativní orientaci ploch ve vztahu ke směru 41 vstupního toku tekutiny. Jak je znázorněno, některé z ploch (označené vztahovou značkou jako plochy 42) jsou uspořádány paralelně ke směru vstupní tekutiny, jiné z ploch (označené vztahovou značkou jako plochy 43) jsou uspořádány kolmo vzhledem ke směru vstupního toku a zbytek z ploch (označené vztahovou značkou jako plochy 44) jsou uspořádány šikmo v různých úhlech vzhledem ke směru vstupního toku. Mělo by být z tohoto obr. 7 zcela zřejmé, že plochy nemusí mít stejnou orientaci vzhledem ke směru vstupního toku. Ve skutečnosti vytvoření odlišně orientovaných ploch je značnou výhodou, protože odlišná orientace slouží pro zlepšení stupně míchání tekutiny, jak se tekutina pohybuje skrz filtr.

Obr. 8 znázorňuje obraz, vytvořený v rozkladovém elektronovém mikroskopu, mikrostrukturovaného filtru, jako je filtr znázorněný na obr. 1, na konci jeho životnosti. Tento obraz byl zaznamenán skrz krycí desku (není viditelná) ze skla. Znázorněný obraz ilustruje filtr mající řady výstupků uspořádané v klikatém uspořádání, výstupky samotné ale nemohou být patrné ve zvoleném zvětšení.

Tekutina protekla skrz filtr ve směru šipek během užívání filtru a částice obsažené v tekutině byly zachyceny prostřednictvím sousedních výstupků. Jak je znázorněno, řady výstupků jsou zakryty odfiltrovanými částicemi, přesněji ve větším stupni v blízkosti okrajových oblastí 2a

-7CZ 298849 B6 a 2b, než v centrální oblasti filtru. V tom prostoru mezi řadami výstupků, který je na vstupní vtokové straně filtru, téměř nejsou částice; a tudíž je filtr plně funkční v této oblasti (to znamená, že tekutina stále ještě může procházet skrz). Jak může být z obr. 8 patrné, mezní hranice mezi volnou oblastí filtru a zablokovanou oblastí filtru prochází v přibližně parabolickém tvaru. Jak je z obr. 8 také patrné, tekutina může stále ještě procházet skrz filtr, přestože značná část povrchové plochy filtru již byla zablokována.

Může být tedy zřejmé, že filtr popisovaný v tomto popisu je méně náchylný k zablokování, než dříve navrhované filtry, protože může stále odpovídajícím způsobem fungovat, dokonce i když ío relativně velká část povrchu filtru již byla zablokována. V důsledku tohoto zlepšení může být značně zvětšena životnost filtru (a tudíž jakéhokoliv zařízení obsahujícího tento filtr). To je v přímém kontrastu s dříve navrhovanými uspořádáními, kde relativně malá velikost zablokování filtru způsobuje, že zařízení přestává správně fungovat.

Příklad: Mikrostruktumí filtr pro rozprašovač

Jak bylo zmiňováno výše, zde popisovaný filtr nalézá velké využití v rozprašovačích a zejména v rozprašovačích pro vytváření aerosolu z tekutiny nesoucí lék.

Níže bude popsán ilustrativní příklad jednoho takového rozprašovače. V tomto ilustrativním příkladu je filtr vytvořen na spodní desce společně s množství dalších mikrostruktumích komponentů. Spodní deska je 2,6 mm široká a přibližně 5 mm dlouhá. Na šířce přibližně 2 mm tato spodní deska obsahuje 40 řad výstupků, přičemž tyto řady jsou uspořádány v klikatém uspořádání. Každá řada je 1,3 mm dlouhá. Výstupky jsou obdélníkové plochy, které jsou 10 pm dlouhé a 2,5 pm široké; a tyto plochy vystupují ze spodní desky o 5 pm. Mezi plochami jsou vytvořeny průchody, které jsou 5 pm vysoké a 3 pm široké.

Na vstupní straně filtru pro tekutinu je umístěna řada W obdélníkových ploch, které jsou 200 pm dlouhé a 50 pm široké; přičemž tyto plochy vystupují ze spodní desky o 100 pm. Mezi těmito plochami jsou vytvořeny průchody, které jsou 100 pm vysoké a 150 pm široké. Těchto deset obdélníkových ploch vytváří hrubý filtr a prostředek pro míchání skrz protékající tekutiny. Ve vzdálenosti přibližně 300 pm před touto řadou ploch je vytvořena tekutinová vstupní štěrbina, která je přibližně 2 mm široká a 100 pm vysoká.

Filtrátová sběrná komora je vytvořena s řadami ploch, uspořádaných v klikatém uspořádání. Filtrátová sběrná komora je 5 pm vysoká a postupně se zužuje od 2 mm šířky, přičemž je spojena s tryskou o obdélníkovém průřezu, která je 5 pm vysoká a 8 pm široká. V tomto příkladu byl otvor tiysky vytvořen ve stejném okamžiku jako mikrostrukturování spodní desky.

Spodní deska, která je 1,5 mm silná, obsahuje nikl aje vyrobena prostřednictvím galvanického tvarování plastové formovací vložky, která obsahuje komplementární struktury pro 1083 filtrů. Taje pokryta 0,8 mm silnou, plochou niklovou deskou, která je připájena ke spodní desce.

Claims (5)

1. 5 1. Mikrostruktumí filtr mající vstup pro nefiltrovanou tekutinu a výstup pro filtrovanou tekutinu, přičemž tento filtr zahrnuje:

   v podstatě plochou spodní desku (1) a krycí desku, která je upevnitelná ke spodní desce (1); a množství výstupků (7), z nichž každý zahrnuje integrální komponent spodní desky (1) a každý

   10 vyčnívá z této spodní desky (1), přičemž výstupky (7) jsou vzájemně od sebe odděleny průchody (8), které tvoří tekutinovou cestu skrz filtr od vstupu k výstupu, přičemž krycí deska, když je zajištěna ke spodní desce (1), překrývá výstupky (7) a průchody (8);

   vyznačující se tím, že uvedené množství výstupků (7) je uspořádáno v alespoň dvou

   15 řadách v klikatém uspořádání (34) a ve vztahu vzájemně vedle sebe přes filtr.
2. 2. Filtr podle nároku 1, vyznačující se tím, že vstup a výstup každý zahrnuje podlouhlou štěrbinu pro nefiltrovanou respektive filtrovanou tekutinu, přičemž každá z těchto štěrbin je v podstatě tak široká jako filtr a v podstatě tak vysoká jako výstupky (7) na vstupní respek20 tive výstupní straně filtru.
3. 3. Filtr podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vzdálenost mezi spodní deskou (1) a krycí deskou je přibližně tak velká jako šířka průchodů (8) mezi sousedními výstupky (7)·
4. 4. Filtr podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že:

   - množství řad (3) výstupků (7) je uspořádáno za sebou v kaskádě,

   30 - průřez průchodů (8) kolmo vzhledem ke směru toku tekutiny - při pohledu ve směru tohoto toku

   - se zmenšuje od řady k řadě,

   - výstupky (7), které jsou uspořádány blíže ke vstupní straně filtru, jsou větší než výstupky (7), které jsou uspořádány více u výstupní strany filtru, a

   - vzdálenost mezi spodní deskou (1) a krycí deskou v oblasti kolem každé řady výstupků (7), když je řada uspořádána v kaskádě, je přibližně tak velká jako šířka průchodů (8) na té straně výstupků (7), na které tekutina prochází do řady průchodů (8).

   40 5. Filtr podle kteréhokoliv z nároků laž4, vyznačující se tím, že uvedená krycí deska je v podstatě plochá.

   6. Filtr podle kteréhokoliv z nároků 2 až 5, vyznačující se tím, že uvedená vstupní štěrbina (5) má poměr výšky ku šířce od 1:5 do 1:1000, a uvedená výstupní štěrbina má poměr

   45 výšky ku šířce od 1:5 do 1:1000.

   7. Filtr podle kteréhokoliv z nároků 1 až 6, v y z n a č u j í c í se t í m , že:

   - vzdálenost mezi spodní deskou (1) v oblasti kolem výstupků (7) a krycí deskou uvnitř řady (3)

   50 výstupků (7) je mezi polovinou a dvojnásobkem šířky průchodů na té straně výstupků, na které tekutina prochází do řady průchodů (8).

   -9CZ 298849 B6

   8. Filtr podle kteréhokoliv z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že vzájemně k sobě směřující strany dvou sousedních řad výstupků (7) definují propojený prostor, do kterého tekutina protéká ze všech průchodů mezi výstupky první řady a ze kterého tekutina protéká do všech průchodů mezi výstupky řady následující ve směru toku.

   9. Filtr podle kteréhokoliv z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že zahrnuje:

   - sběrnou komoru podlouhlého průřezu mezi vstupní štěrbinou (5) a první řadou výstupků (4), do které je přiváděna nefiltrovaná tekutina a ze které tekutina protéká do všech průchodů mezi ío výstupky první řady, a

   - sběrnou komoru podlouhlého průřezu mezi poslední řadou výstupků a výstupní štěrbinou, do které tekutina protéká ze všech průchodů poslední řady a ze které je odváděna filtrovaná tekutina.

   10. Filtr podle kteréhokoliv z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že uvedené výstupky jsou buď ve formě ploch (11, 12, 13, 14, 15), které - při pohledu ve směru toku - jsou přímé nebo zakřivené; nebo ve formě sloupků (16, 17, 18, 19).

   20 11. Filtr podle kteréhokoliv z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že uvedené průchody (8) mají v podstatě konstantní průřez a mají délku, která je alespoň dvakrát tak velká jako jejich výška na vstupní straně tekutiny.

   12. Filtr podle kteréhokoliv z nároků lažll, vyznačující se tím, že uvedené prů25 chody (8) mají přibližně konstantní průřez přes délku průchodu a mají délku od 5 pm do 50 pm, výšku od 2,5 pm do 25 pm a šířku od 2,5 do 25 pm.

   13. Filtr podle nároku 12, vyznačující se tím, že uvedené průchody mají v podstatě čtvercový průřez.

   14. Filtr podle kteréhokoliv z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že uvedené průchody mají soudkovitý nebo lichoběžníkový průřez.

   15. Filtr podle nároku 14, vyznačující se tím, že delší strana lichoběžníkových prů35 chodů je tvořena krycí deskou.

   16. Filtr podle kteréhokoliv z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že průchody (8) mají přibližně čtvercový průřez na vstupní straně filtru, který se rozšiřuje směrem k výstupní straně filtru.

   17. Filtr podle kteréhokoliv z nároků 1 až 16, vyznačující se tím, že vzdálenost mezi řadami výstupků je výhodně dvakrát tak velká jako šířka průchodů na vstupní straně.

   18. Filtr podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že klikaté

   45 uspořádání zahrnuje řady výstupků nakloněné vzájemně vůči sobě o úhel α o velikosti mezi 2° až

   25°.

   19. Filtr podle kteréhokoliv z nároků 1 až 18, vy zn ač u j í cí se tí m , že vzdálenost mezi spodní deskou (1) v oblasti kolem výstupků (7) a krycí deskou uvnitř řady (3) výstupků je v pod50 statě konstantní.

   -10CZ 298849 B6

   20. Filtr podle kteréhokoliv z nároků 1 až 18, vyznačující se tím, že vzdálenost mezi spodní deskou (1) v oblasti kolem výstupků (7) a krycí deskou uvnitř řady (3) výstupků (7) je větší v oblasti toho konce řady, který je v blízkosti výstupu z filtru, než v oblasti toho konce
5. 5 řady, který je v blízkosti vstupu do filtru.

   21. Filtr podle kteréhokoliv z nároků lažl8, vyznačující se tím, že vzdálenost mezi plochou spodní deskou (1) v oblasti kolem výstupků (7) a plochou krycí deskou uvnitř řady výstupků se lineárně zvětšuje od oblasti toho konce řady, který je v blízkosti vstupní strany filtru, ío ve směru k oblasti toho konce řady, který je v blízkosti výstupní strany filtru.

   22. Filtr podle kteréhokoliv z nároků 1 až 21, vyznačující se tím, že uvedená spodní deska (1) je strukturována prostřednictvím izotropního nebo anizotropního, mokrého nebo suchého leptání nebo prostřednictvím kombinace těchto procesů, výhodně prostřednictvím anizotrop15 ního suchého leptání.

   23. Filtr podle kteréhokoliv z nároků 1 až 22, vyznačující se tím, že uvedená spodní deska (1) je z křemíku a uvedená krycí deska je ze skla, přičemž spodní deska je spojena s krycí deskou prostřednictvím anodického spojování.

   24. Rozprašovač pro inhalační terapii, který zahrnuje mikrostruktumí filtr podle kteréhokoliv z předcházejících nároků.

   25. Rozprašovač podle nároku 24, vyznačující se tím, že dále zahrnuje trysku (6) 25 spojenou s uvedeným filtrem.