DE102006040678A1

DE102006040678A1 - Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts

Info

Publication number: DE102006040678A1
Application number: DE102006040678A
Authority: DE
Inventors: Alexander Seibold; Fritz Kirchhofer
Original assignee: Tecpharma Licensing AG
Current assignee: Tecpharma Licensing AG
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2008-03-20
Also published as: US20080125727A1; JP2008055168A

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Verabreichung eines Medikaments offenbart, bei der die Verabreichungsrate durch eine Hydraulikstrecke (25, 26, 27, 53) gesteuert wird. In der Hydraulikstrecke ist ein poröses Element (40), vorzugsweise in Form einer Membran, vorhanden, welches von einem Hydraulikfluid durchströmt wird und dadurch die Durchflussrate bestimmt oder eine Komponente des Antriebsdrucks liefert. Vorzugsweise ist ein Auswahlelement (50) vorgesehen, das es erlaubt, die Durchflussrate durch Auswahl unterschiedlicher poröser Elemente oder unterschiedlich großer durchströmbarer Teilbereiche eines porösen Elementes zu steuern.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Eine solche Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Verabreichung eines Medikaments in flüssiger Form durch Infusion.
Stand der Technik
Bei verschiedenen Krankheiten ist es erwünscht, einem Patienten ein in flüssiger Form vorliegendes Medikament, z. B. ein Insulinpräparat oder ein blutverdünnendes Medikament wie Heparin, über einen längeren Zeitraum hinweg kontinuierlich zu verabreichen. Hierfür sind Infusionsgeräte bekannt, bei denen das Medikament in einer Glasampulle vorliegt. Die Ampulle ist über einen Katheter mit einer Kanüle verbunden, die z. B. subkutan in das Körpergewebe des Patienten mündet. In der Ampulle ist ein verschiebbarer Stopfen vorhanden. Bei einer Verschiebung des Stopfens wird das Medikament durch den Katheter und die Kanüle an den Patienten abgegeben.
Im Stand der Technik wurden Infusionsgeräte vorgeschlagen, bei denen der Stopfen nicht direkt angetrieben wird, sondern über eine Hydraulik. Dabei erfolgt eine Bemessung der Abgaberate des Medikaments auf hydraulischem Weg. Auf geeignete Weise, z. B. durch eine Druckfeder, wird ein Antriebsdruck auf ein Hydraulikreservoir erzeugt. Das austretende Hydraulikfluid gelangt über eine Hydraulikstrecke zur Ampulle und schiebt dort den Produktstopfen vor. In der Hydraulikstrecke ist eine Anordnung zur Durchflussbegrenzung vorhanden, die eine konstante, geringe Durchflussrate durch die Hydraulikstrecke und damit eine entsprechende Abgaberate des Medikaments sicherstellt.
Ein Beispiel für eine derartige Vorrichtung ist in der DE-A 199 39 023 beschrieben. In der Hydraulikstrecke ist eine lange Kapillare kleinen Querschnitts vorgesehen, die zur Durchflussbegrenzung und Druckminderung dient.
Ein Nachteil derartiger Vorrichtungen besteht darin, dass die Kapillarstrecke sehr präzise gefertigt sein muss, um allzu grosse Schwankungen der Abgaberate innerhalb einer Produktcharge zu vermeiden. Dies lässt sich leicht anhand des Gesetzes von Hagen-Poiseuille verdeutlichen, welches die Durchflussrate durch eine rohrförmige Kapillare bei laminarer Strömung mit den Dimensionen der Kapillare in Beziehung setzt. Laut diesem Gesetz geht der Durchmesser der Kapillare in der vierten Potenz in die Berechnung der Durchflussrate ein. Daher führen schon kleine Schwankungen im Kapillarquerschnitt zu grossen Schwankungen in der Durchflussrate. Da die Kapillare eine hochpräzise Fertigung erfordert, sind die Herstellungskosten hierfür relativ hoch. Derartige Vorrichtungen sind daher nur bedingt für eine Einmalverwendung geeignet. Zudem besteht die Gefahr, dass selbst kleinste Verunreinigungen im Hydrauliksystem zu einer Verstopfung der Kapillare führen, so dass der Durchfluss durch die Kapillare unterbrochen wird und kein Medikament mehr abgegeben wird. Dies kann zu einer gefährlichen, häufig sogar lebensgefährlichen Unterversorgung mit dem Medikament führen.
Auch ist es mit einer Kapillarstrecke nur möglich, das Medikament mit einer einzigen vorbestimmten, konstanten Rate abzugeben, die durch Länge und Querschnitt der Kapillarstrecke bestimmt ist. Es ist also keine Steuerung der Verabreichungsrate möglich. Es ist jedoch in der Praxis häufig nötig, die Verabreichungsrate zu verändern, um sie individuell auf die Bedürfnisse des Patienten einzustellen.
Darstellung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die Bemessung der Abgaberate auf einfache und kostengünstige Weise erfolgt.
Diese Aufgabe wird durch eine Verabreichungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfüllt. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine erfindungsgemässe Verabreichungsvorrichtung umfasst also

– ein Hydraulikreservoir mit einem Hydraulikfluid;
– ein Antriebselement zur Erzeugung eines Antriebsdrucks auf das Hydraulikreservoir;
– eine Fluidverbindung zwischen dem Hydraulikreservoir und einem Fluidaufnahmeraum; sowie
– einen Produktbehälter mit dem fluiden Produkt, der derart ausgestaltet ist, dass Hydraulikfluid, welches in den Fluidaufnahmeraum gelangt, einen Ausstoss des fluiden Produkts aus dem Produktbehälter bewirkt.

Zur Bemessung der Durchflussrate durch die Fluidverbindung ist ein poröses Element in der Fluidverbindung angeordnet, welches vom Hydraulikfluid durchströmbar ist.
Die Verabreichungsrate wird also innerhalb einer Hydraulikstrecke gesteuert. in der Hydraulikstrecke ist ein poröses Element vorhanden, welches von dem Hydraulikfluid durchströmt wird. Hierdurch bestimmt das poröse Element die Durchflussrate und damit auch die Verabreichungsrate. Ein poröses Element erlaubt auf einfache Weise einen kontrollierten Durchtritt des Hydraulikfluids mit einer vorbestimmten Durchflussrate, ohne dass komplizierte mechanische Elemente wie mechanisch gefertigte Kapillarstrecken mit definiertem Durchfluss querschnitt benötigt werden. In einem porösen Element sind in der Regel eine Vielzahl von feinen Kanälen vorhanden, die einen Durchtritt des Hydraulikfluids ermöglichen, wobei diese Kanäle getrennte Einzelkanäle sein können oder ein weitverzeigtes Netzwerk bilden können. Die Durchlässigkeit eines porösen Elements lässt sich fertigungstechnisch auf einfache Weise mit geringen Toleranzen einstellen. Letztlich wird die Durchflussrate durch ein poröses Element von den durchschnittlichen Eigenschaften einer sehr grossen Zahl von Kanälen bestimmt, weshalb Schwankungen der Eigenschaften der einzelnen Kanäle ausgemittelt werden.
Es sind verschiedene Arten von porösen Elementen bekannt. Beispielsweise kann das poröse Element durch einen porösen Keramikblock oder auch einen Schwamm gebildet sein, der in die Fluidverbindung eingesetzt ist. Vorzugsweise umfasst das poröse Element jedoch mindestens eine Membran. Unter einer Membran ist ein dünnes poröses Element zu verstehen, d. h., ein poröses Element, das in einer Dimension deutlich geringere Abmessungen aufweist als in den anderen beiden räumlichen Dimensionen. Eine Membran ist meist dünner als 1 Millimeter, häufig dünner als 200 Mikrometer. Es sind diverse poröse Materialien mit unterschiedlichen Porösitäten bekannt, wie etwa microporöse Materialine mit weniger als 2 nm Porengrösse oder macroporöse Materialien mit einer Porengrösse über 50 nm. Die Wahl des porösen Materials richtet sich nach einer gewünschten Abgaberate für ein fluides Medikamen und damit nach einererforderlichen Durchflussrat durch die Fluidverbindung der Verabreichungsgeräts.
Um die Durchflussrate einzustellen, kann das poröse Element auch teilweise abgedeckt sein, so dass nur ein ausgewählter Teilbereich des porösen Elements vom Hydraulikfluid durchströmt wird. Der durchströmbare Teilbereich kann dabei in seiner Grösse veränderbar sein, um die Durchflussrate zu verändern oder den Durchfluss ganz zu unterbrechen. Beispielsweise kann eine veränderliche Blende über die Membran gelegt sein, die als ein Auswahlelement zur Auswahl der Grösse des durchströmbaren Teilbereichs dienen kann. Be vorzugt ist eine Maske mit einer Mehrzahl von Öffnungen definierter Grösse über dem porösen Element angeordnet, die in eine Mehrzahl von definierten Stellungen gebracht werden kann. Abhängig von der Stellung geben dann ausgewählte Öffnungen der Maske veränderliche durchströmbare Teilbereiche, insbesondere Teilbereiche unterschiedlicher Grösse, auf dem porösen Element frei. Wahlweise kann auch vorgesehen sein, dass es eine Stellung gibt, in der die Maske das poröse Element vollständig abdeckt, um so den Durchfluss ganz zu unterbrechen. Dabei kann das poröse Element stationär im Gehäuse der Verabreichungsvorrichtung gehalten und die Maske relativ zum porösen Element bewegbar sein, oder das poröse Element kann auf der Maske angebracht und zusammen mit dieser bewegbar sein, so dass in jeder Stellung der Maske ein anderer Bereich des porösen Elements durchströmt wird. Es können auch unterschiedliche poröse Elemente über den einzelnen Öffnungen der Maske angebracht sein, so dass in jeder Stellung der Maske ein anderes poröses Element durchströmt wird. In diesem Fall kann die Durchflussrate durch die Hydraulikstrecke durch die Auswahl eines der mehreren unterschiedlichen porösen Elementen eingestellt werden, wobei die Grösse der Fläche des durchströmbaren Teils gleich bleiben kann.
Die Auswahl der Durchflussrate, bzw. der Grösse der Fläche des durchströmbaren Teils eines porösen Elements oder eines bestimmten porösen Elements, kann manuell vor oder auch während einer Verabreichung eingestellt werden. Es ist jedoch auch möglich, eine automatische Steuerung an das Auswahlelement anzuschliessen, wodurch die Abgaberate automatisch mit der Zeit verändert werden kann. Durch eine solche Steuerung kann auf wechselnde Bedürfnisse an die Medikamentenmenge im Verlauf einer Anwendung oder z. B. eines Tages eingegangen werden.
In einer einfachen und kompakten Ausgestaltung ist die Maske im wesentlichen hülsenförmig, d. h., sie weist zumindest einen Bereich mit einer kreiszylinderförmigen Oberfläche auf, in welchem die Öffnungen angeordnet sind. Die Maske kann dann durch eine Drehung um die Zylinderachse in die Mehrzahl von Stellungen gebracht werden. Vorzugsweise ist in diesem Fall das poröse Element ortsfest in einem Wandbereich eines zur Maske komplementären Führungselements, d. h. eines zumindest teilweise zylinderförmigen Führungselements, angeordnet und weist die Form eines parallel zur Zylinderachse verlaufenden, langgestreckten Streifens auf. Bevorzugt ist die Oberfläche des Streifens, die der Maske zugewandt ist, um die Zylinderachse entsprechend dem Radius zur Zylinderachse gekrümmt. Sie kann aber auch flach ausgestaltet sein, solange die zur Krümmungsrichtung tangentialen Abmessungen des Streifens nicht zu gross sind.
Zwischen den Öffnungen der Maske sind bevorzugt streifenartige Dichtungselemente angeordnet, die sich parallel zur Zylinderachse auf der Oberfläche der Maske erstrecken, vorzugsweise aus der Oberfläche hervor ragen und gegen das Führungselement beidseits des porösen Elements dichtend anliegen. Auf diese Weise wird verhindert, dass Hydraulikfluid tangential zwischen der Maske und dem Führungselement entweichen kann.
Um definierte Stellungen der Maske in Bezug zum Führungselement zu erreichen, kann im Führungselement mindestens eine Vertiefung ausgebildet sein, in welche mindestens eines der Dichtungselemente eingreift. Bevorzugt ist jedem der Dichtungselemente eine komplementäre Vertiefung in Form einer langgestreckten Nut zugeordnet.
Die Rollen der Dichtungen und der Vertiefungen können aber auch vertauscht sein, d. h., statt an der Maske können Dichtungselemente am Führungselement angeordnet sein, und es können Vertiefungen, z. B. langgestreckte Nuten parallel zur Zylinderachse, in der Maske ausgebildet sein, in welche die Dichtungselemente des Führungselements eingreifen. Hierdurch wird insbesondere auch verhindert, dass die Dichtungselemente beim Verdrehen der Maske auf dieser entlang gleiten und diese dabei beschädigen können.
An der Verabreichungsvorrichtung ist vorzugsweise eine Skala vorhanden, an der die Stellung des Auswahlelements, wie der Maske, oder die Auswahl eines porösen Elements angezeigt wird. Ein geeignetes Element zur Anzeige auf der Skala oder die Skala selbst ist dabei vorzugsweise fest mit dem Auswahlelement, bzw. der Maske, verbunden.
Die Maske umgibt den Produktbehälter vorzugsweise mit einem vorbestimmten Abstand, so dass zwischen der Maske und dem Produktbehälter ein Ringraum entsteht. Dieser bildet dann einen Teil des Fluidaufnahmeraums.
In die Vorrichtung können verschiedene Arten von Produktbehältern eingesetzt werden. Bevorzugt ist der Produktbehälter eine marktübliche Ampulle, d. h. eine Ampulle mit einem zylindrischen Seitenwandbereich und einem darin verschiebbaren Produktstopfen. Die Ampulle ist dann derart angeordnet, dass durch das poröse Element durchströmendes und in den Fluidaufnahmeraum gelangendes Hydraulikfluid den Produktstopfen zur Verabreichung des fluiden Produkts in Richtung der Auslassöffnung des Produktbehälters verschiebt. Stattdessen kann der Produktbehälter aber auch ein flexibler Beutel oder ein anderes Behältnis sein, dessen Aussenwand sich deformieren lässt, so dass sich der Produktbehälter als Ganzes durch das Hydraulikfluid, das durch das poröse Element durchtritt, komprimieren lässt. Ein Beispiel ist ein Behälter mit einer balgenartigen Wand, d. h. einer Wand mit einer Vielzahl von Knicklinien, entlang derer sich benachbarte Seitenwandbereiche aufeinander falten lassen.
Auch das Hydraulikreservoir kann von einem verschiebbaren Stopfen begrenzt sein, oder es kann als Ganzes komprimierbar sein.
Die Vorrichtung kann auf verschiedene Weisen angetrieben werden. In einer einfachen, sehr zuverlässigen und kostengünstigen Variante umfasst das Antriebselement eine Schraubenfeder, welche einen Antriebsdruck auf das Hydraulikreservoir erzeugt. Aber auch Motoren, wie etwa herkömmliche Schrittmotoren, sind als Antrieb geeignet.
Ferner kann z. B. bei der Verwendung eines selektiv permeablen, bzw. semipermeablen, porösen Elements, wie etwa einer Membran oder eines Diaphragmas, der Druck des osmotischen Effekts als Antriebskraft für die Verabreichung eines fluiden Medikaments aus der Verabreichungsvorrichtung ausgenützt werden. Werden auf den gegenüberliegenden Seiten der Membran Fluide mit unterschiedlicher Konzentration eines Lösungsmittels bereitgestellt, entsteht durch die Diffusion des Lösungsmittels durch das selektiv poröse Element von der einen zur anderen Seite der Membran ein Druck. Ein Fluid kann z. B. im Hydraulikreservoir mit einer ersten Konzentration eines Lösungsmittels und im Fluidaufnahmebereich mit einer zweiten Konzentration vorgesehen werden, wobei das Hydraulikreservoir durch das selektiv poröse Element vom Fluidaufnahmebereich getrennt ist. Denkbar ist auch eine Kombination herkömmlicher Antriebsmittel, wie einer Feder, und einer Druckerzeugungsvorrichtung basierend auf dem osmotischen Effekt.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Verabreichung von Medikamenten wie Antibiotika, Insulinpräparaten, blutverdünnenden Medikamenten, Wachstumshormonen usw.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung;
2 eine schematische Darstellung einer Abwicklung einer Maske;
3 eine Schnittdarstellung einer Ampulle mit einer diese umgebenden Maske;
4 eine Draufsicht auf die Vorrichtung der 1; sowie
5 eine Schnittdarstellung durch die Vorrichtung der 1 in der Ebene V-V.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemässe Vorrichtung ist in den 1 bis 5 in verschiedenen Ansichten dargestellt.
Wie insbesondere aus den 1 und 5 erkennbar ist, umfasst die Vorrichtung ein Gehäuse 10 mit zwei parallelen, hohlzylindrischen Gehäuseteilen 11 und 12, die über eine Verbindungswand 13 im Bereich der zylindrischen Seitenwände der Gehäuseteile miteinander verbunden sind. Ein in der 5 sichtbarer gemeinsamer Gehäuseboden 14 sowie ein in der 4 dargestelltes gemeinsames Gehäuseoberteil 15 verleihen dem Gehäuse weitere Stabilität.
In einem zylinderförmigen Hohlraum 17 des ersten Gehäuseteils 11, in den 1, 4 und 5 auf der rechten Seite, ist ein Hydraulikreservoir 20 und ein Antrieb mit einer Druckfeder 32 angeordnet. In einem parallel dazu verlaufenden zylinderförmigen Hohlraum 18 im zweiten Gehäuseteil 12, in den 1, 4 und 5 auf der linken Seite, ist ein Produktbehälter in Form einer Medikamentenampulle 60 aufgenommen.
Das zylindrische Hydraulikreservoir 20 im Hohlraum des ersten Gehäuseteils 11 ist seitlich durch eine umlaufende zylindrische Seitenwand 21 und nach unten hin durch einen Boden 22 begrenzt. Nach oben hin ist das Hydraulikreservoir durch einen in Richtung der Zylinderachse verschiebbaren Hydraulikstopfen 30 begrenzt, der durch Dichtringe 31 gegen die Seitenwand 21 gedichtet ist.
Oberhalb des Hydraulikstopfens 30 ist eine als Druckfeder wirkende Antriebsfeder 32 in Form einer Schraubenfeder angeordnet, die als Antrieb für die Medikamentenabgabe dient. Die Feder ist zwischen dem Hydraulikstopfen 30 und einem in die umlaufende Seitenwand 21 des Hydraulikreservoirs 20 eingeschraubten Deckel 33 komprimiert und erzeugt so eine nach unten wirkende Antriebskraft auf den Hydraulikstopfen, welche zu einem Antriebsdruck im Hydraulikreservoir 20 führt. Es ist möglich zusätzlich eine Arretierung für den Federantrieb vorzusehen, der die Kraftübertragung auf das Hydraulikfluid unterbricht. Durch Lösen der Arretierung kann der Kraftfluss auf das fluide Medikament gestartet werden. Als Arretierung kann z. B. eine Rastverriegelung vorge sehen werden.
Im Boden 22 des Hydraulikreservoirs 20 ist eine Dichtung 23 ausgebildet, in die eine Hohlnadel 24 eingesetzt ist. Das untere Ende der Hohlnadel 24 endet in einem Fluidkanal 25, der in einen Zwischenraum 26 zwischen dem Gehäuse 10 und dem Boden 22 des Hydraulikreservoirs 20 führt. Mit dem Zwischenraum 26 ist eine Fluidkammer 27 verbunden, die in der Verbindungswand 13 entlang deren Länge ausgebildet ist und sich parallel zur Zylinderachse 16 des zweiten Gehäuseteils 12 erstreckt. Diese langgestreckte verlaufende Fluidkammer 27 ist insbesondere auch in der 5 erkennbar. Es besteht also eine Fluidverbindung zwischen dem Hydraulikreservoir 20 und der Fluidkammer 27. Der Querschnitt dieser Fluidverbindung ist überall genügend gross, dass die Fluidverbindung das Durchströmen des Hydraulikfluids im wesentlichen nicht behindert. In anderen Worten wird der Antriebsdruck im Hydraulikreservoir 20 mit keinem oder nur geringem Druckabfall über die Fluidverbindung auf die Fluidkammer 27 übertragen.
Zum zweiten (linken) Gehäuseteil 12 hin ist die Fluidkammer 27 durch eine Membran 40 begrenzt, die einen kontrollierten, langsamen Durchtritt von Hydraulikfluid in Richtung des zweiten Gehäuseteils 12 erlaubt.
Die Membran 40 ist austrittsseitig teilweise oder vollständig von einer Maske 50 in Form einer zylindrischen Hülse mit Seitenwand 52 und Boden 51 abgedeckt. Die Maske 50 sitzt in dem langgestreckten zylindrischen Hohlraum 18 im linken Gehäuseteil 12. Die Maske 50 umgibt die Medikamentenampulle 60, wie dies auch aus der 3 erkennbar ist, in welcher das Gehäuse 10 nicht dargestellt ist. Die Medikamentenampulle 60 weist eine nach unten hin offene, umlaufende zylindrische Seitenwand 61 sowie einen darin verschiebbaren Produktstopfen 62 auf. Derartige Medikamentenampullen sind auf dem Markt weit verbreitet und in verschiedenen Grössen erhältlich. In einer verbreiteten Form enthält eine Ampulle z. B. ein Volumen von 3 Milliliter des flüssigen Medikaments.
Eine Abwicklung der Maske 50 in die Zeichenebene ist schematisch in der 2 dargestellt. In der Seitenwand 52 der Maske 50 sind eine Mehrzahl (hier acht) langgestreckte, parallel zur Zylinderachse 16 verlaufende, streifenförmige Öffnungen 53, 53', 53'' usw. verschiedener Grösse (Fläche) ausgebildet. Zwischen den Öffnungen erstrecken sich parallel zu deren Längsrichtung streifenartige, langgestreckte Dichtungen 54, die in entsprechenden flachen Nuten in der Maske 50 befestigt sind. Die Dichtungen sind z. B. aus einem Elastomer gefertigt. Wie aus der 5 erkennbar ist, steht jede Dichtung 54 ein wenig mit einem abgerundeten Bereich über die Aussenseite der Seitenwand 52 über. Auf der Innenseite der Seitenwand des zweiten Gehäuseteils 12 sind entsprechende Nuten ausgebildet, in welche die Dichtungen 54 einrasten können. Die Maske 50 lässt sich um die Zylinderachse 16 zwischen einer Mehrzahl von Stellungen verdrehen, in denen die Dichtungen 54 jeweils in den Nuten sitzen. Hierfür muss eine gewisse Kraft überwunden werden, um die Dichtungen so weit zu deformieren, dass sie die Nuten verlassen und entlang der Innenseite des Gehäuses gleiten können. Umgekehrt sind die Stellungen, in denen die Dichtungen wieder in die Nuten einrasten, ohne weiteres spürbar. Auf diese Weise ist die Maske 50 bei einem Verdrehen um die Zylinderachse 16 exakt positionierbar.
In jeder Stellung der Maske 50 liegt diese auf der Membran 40 dichtend auf. Jeweils eine der Öffnungen 53, 53', 53'' usw. gibt einen unterschiedlich grossen Bereich der Membran frei. Ausserhalb der jeweiligen Öffnung deckt die Seitenwand 52 der Maske 50 die Membran 40 dagegen derart ab, dass Hydraulikfluid nur durch denjenigen Membranbereich durchtreten kann, der durch die Öffnung freigegeben ist. Auf diese Weise ist die Rate (Volumen pro Zeiteinheit), mit der Hydraulikfluid durch die Membran durchtritt, einstellbar. Ein Mass hierfür ist auf der unteren Skala der 2 angegeben (in willkürlichen Einheiten). In einer weiteren Stellung (auf der unteren Skala der 2 ist dies die Stellung "0") deckt die Maske die Membran vollständig ab.
Zwischen der Maske 50 und der Medikamentenampulle 60 befindet sich ein schmaler Ringraum 55, der sich am oberen Ende der Ampulle vergrössert. Durch die Membran 40 und die Maske 50 hindurchtretendes Hydraulikfluid tritt in diesen Ringraum ein. Nach oben hin ist der Ringraum 55 durch einen Verschluss 70 begrenzt, der in die Maske 50 eingeschraubt ist. Die Ampulle 60 ist also gemeinsam mit der Maske 50 verdrehbar im Gehäuse 10 angeordnet. Im Verschluss 70 ist zudem eine Hohlnadel 71 gehalten, deren unteres Ende durch ein Septum 64 im Ampullendeckel 63 geführt ist und dadurch beispielhaft eine Öffnung der Ampulle bildet. Das obere Ende der Hohlnadel 71 ist mit einem Katheter 72 verbunden. Am entfernten Ende des Katheters 72 ist in der Regel eine nicht dargestellte Kanüle zur Infusion in den Patientenkörper angebracht. Auf der Oberseite des Verschlusses 70 ist eine Skala 73 vorhanden, die die Drehstellung des Verschlusses und damit diejenige der Maske 50 anzeigt. Dadurch wird ein Mass für die aktuell eingestellte Verabreichungsrate auf der Skala angezeigt.
Vor Inbetriebnahme der Vorrichtung, das heisst bei ihrer Auslieferung zum Patienten, ist die Hohlnadel 71 noch nicht vollständig durch das Septum 64 durchgestossen, oder der Abfluss des Medikaments durch die Hohlnadel ist anderweitig blockiert. Zusätzlich befindet sich die Maske in der Stellung "0". Die Antriebsfeder 32 ist in einer Ausgangsstellung komprimiert. Das Hydraulikreservoir 20, die Fluidkammer 27, die dazwischenliegende Fluidverbindung sowie der Ringraum 55 sind vollständig mit Hydraulikfluid gefüllt, und die Membran 40 ist dementsprechend beidseitig mit dem Hydraulikfluid benetzt. Die Vorrichtung wird nun z. B. dadurch in Betrieb genommen, dass die Hohlnadel 71 vollständig durch das Septum 64 durchgestochen wird oder anderweitig ein Abfliessen des Medikaments in den Katheter 72 ermöglicht wird. Vorzugsweise führt dabei ein anfänglich in der Ampulle 60 herrschender Überdruck dazu, dass eine kleine Menge des Medikaments durch die Hohlnadel 71 und den Katheter 72 ausgestossen wird, um die darin vorhandene Luft zu verdrängen ("Priming"). Im Betrieb der Vorrichtung drückt nun die Antriebsfeder 32 den Hydraulikstopfen 30 nach unten. Durch den Antriebsdruck wird Hydraulikfluid vom Hydraulikreservoir 20 in die Fluidkammer 27 gepresst, in welcher ebenfalls ein entsprechender Druck herrscht. Aufgrund dieses Drucks wird Hydraulikfluid durch denjenigen Bereich der Membran 40 gepresst, der gerade durch die darüber liegende Öffnung 53, 53', 53'' usw. der Maske 50 freigegeben ist. Dies geschieht mit einer verhältnismässig geringen Rate, wobei diese Rate durch die Grösse der Öffnung der Maske 50 einstellbar ist. Das durch die Membran durchtretende Hydraulikfluid gelangt in den Ringraum 55. Es übt eine Kraft auf den Produktstopfen 62 aus, wodurch das Medikament durch die Hohlnadel 71 und den Katheter 72 aus der Ampulle 60 ausgestossen wird. Die Verabreichungsrate des Medikaments entspricht dabei der Durchflussrate des Hydraulikfluids durch die Membran.
Geeignete Membranen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die Membran 40 wird vorzugsweise anhand verschiedener Kriterien ausgewählt, insbesondere in Hinblick auf die gewünschte Verabreichungsrate, auf das verwendete Hydraulikfluid und auf den Antriebsdruck. Als Hydraulikfluid findet bevorzugt entionisiertes oder destilliertes Wasser Verwendung, das gegebenenfalls in geringer Konzentration mit einem geeigneten Farbstoff zur Sichtkontrolle des Füllstands des Hydraulikreservoirs versetzt wurde. Wasser eignet sich insbesondere wegen seiner physiologischen Unbedenklichkeit, aber auch deshalb, weil hierfür eine sehr grosse Zahl geeigneter Membranen entwickelt wurde. Derartige Membranen werden normalerweise z. B. für die Wasseraufbereitung in Entsalzungsanlagen (Umkehrosmose), für die Dialyse (Hämofiltration), in Batterien und Brennstoffzellen, in Molkereien, in der chemischen Separationstechnik und Analytik usw. eingesetzt. Bekannte organische oder anorganische Materialien umfassen z. B. Celluloseacetat, Glasfasergewirk, Keramiken (z. B. aus ATZ = Alumina, Titania, Zirconia), gemischte Nitrozelluloseester (nitrocellulose mixed esters, MCE), Polyamid/Nylon, Polycarbonat (PCTE), Polyestersulfon (PES), Polyester (PETE), Polyimid, Polypropylen oder Polytetrafluorethylen (PTFE). Es ist auch möglich, die Membran auf einem geeigneten (in der Regel porösen) Träger aufzubringen. Auch mehrschichtige Membranen sind möglich. Ein derartiger Membranverbund kann mehrere dünnere Membranen aus dem gleichen oder aus unterschiedlichen Materialien enthalten. Beispielsweise sind aus dem Gebiet der Wasseraufbereitung sogenannte Dünnfilm-Kompositmembranen (engl. Thin Film Composite Membranes, TCM oder TFM) bekannt, die z. B. eine Polyimid-Membran auf einem porösen Polysulfon-Träger umfassen.
Durch Auswahl eines geeigneten Hydraulikfluids in Kombination mit einer geeigneten Membran kann ein sehr grosser Bereich an Durchflussraten eingestellt werden, der von einer schnellen Verabreichung des gesamten Ampulleninhalts über einen Zeitraum von wenigen Sekunden bis hin zu einer sehr langsamen Verabreichung über einen Zeitraum von Tagen oder gar Wochen reichen kann.
Als Beispiel sei eine typische Polycarbonat-Membran mit einer durchschnittlichen Porengrösse von 0.03 Mikrometer bei einer Porendichte von 6 × 10⁸ cm^–2 genannt, die bei einer Druckdifferenz von 0.7 bar eine Durchflussrate von ca. 0.2 mlmin^–1cm^–2 Wasser aufweist. Bei einer aktiven (von der Maske freigegebenen) Membranfläche von 2 cm × 2 mm = 0.4 cm² ergibt sich eine Durchflussrate von 0.08 ml pro Minute, d. h. eine relativ schnelle Verabreichung einer Ampulle von 3.0 ml über einen Zeitraum von knapp 40 Minuten. Durch einen Verbund mehrerer solcher Membranen, durch Verwendung von Membranen aus einem anderen Material, mit anderer Dicke, Porendichte und/oder Porengrösse usw. können ohne weiteres grössere oder kleinere Durchflussraten erzielt werden. Für die Verabreichung von Medikamenten wie Insulin oder blutverdünnenden Medikamenten kann z. B. die Rate lediglich 0.1 bis 10 Milliliter pro Tag betragen.
Während die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels illustriert wurde, ist die Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt, und es sind eine Vielzahl anderer Ausgestaltungen möglich.
Anstelle einer Druckfeder kann z. B. auch eine Spiralfeder verwendet werden oder ein Antrieb, wie er von mechanisch angetriebenen Uhrwerken bekannt ist. Auch braucht der Antrieb nicht durch eine Feder zu erfolgen, sondern kann auch auf andere Weise, z. B. elektromotorisch erfolgen. Die Wirkung des An triebs kann zusätzlich durch osmotische Effekte verstärkt oder abgeschwächt werden. So kann z. B. im Fluidraum 27 eine höhere Konzentration gelöster Stoffe herrschen, die nicht durch die Membran durchtreten können, als im Ringraum 55, so dass der osmotische Druck dem durch die Antriebskraft erzeugten Fluiddruck entgegenwirkt, oder umgekehrt.
Für die erfindungsgemässe Vorrichtung sind eine Vielzahl von verschiedenen Bauformen möglich, die insbesondere beliebige relative Anordnungen und Ausrichtungen des Hydraulikreservoirs relativ zur Medikamentenampulle umfassen. So kann das Hydraulikreservoir z. B. unterhalb der Medikamentenampulle entlang der Zylinderachse 16 angeordnet sein. Das Hydraulikreservoir kann auch als Ringraum ausgebildet sein, wie dies z. B. in der DE-A 199 39 023 illustriert ist. In diesem Fall umgibt das ringförmige Hydraulikreservoir bevorzugt die Medikamentenampulle, die Maske und die Membran.
Statt einer Membran im eigentlichen Sinne kann auch ein anderes poröses Element geeigneter Form Verwendung finden, z. B. ein stabförmiges Element aus einer geeigneten porösen Keramik oder ein entsprechendes Element, das Zeolithe enthält.
Der Medikamentenbehälter kann in beliebigen Grössen vorliegen. Statt einer Medikamentenampulle kann auch eine andere Art von Medikamentenbehälter eingesetzt werden, z. B. ein flexibler und/oder elastischer Medikamentenbeutel oder ein Behälter mit balgenartiger Wand. Dasselbe gilt auch für das Hydraulikreservoir.
Im obigen Ausführungsbeispiel ist der Medikamentenbehälter 60 von der Maske 50 umgeben und zusammen mit dieser verdrehbar. Stattdessen kann der Medikamentenbehälter auch fest im Gehäuse 10 gehalten sein, und die Maske ist relativ zum Medikamentenbehälter drehbar. Eine Membran kann auch direkt auf die Maske aufgebracht sein, z. B. nur im Bereich der Öffnungen oder umlaufend innen und/oder aussen auf die Maske aufgeklebt sein. In diesem Fall kann der Fluidraum 27 zur Maske hin offen oder durch eine zusätzliche Membran begrenzt sein. Wenn eine Membran auf der Maske aufgebracht ist, kann jeder Öffnung der Maske eine andere Art von Membran zugeordnet sein. Auf diese Weise ist es möglich, selbst dann unterschiedliche Durchflussraten zu erzielen, wenn die Öffnungen der Maske alle die gleiche Grösse aufweisen.
Während im obigen Ausführungsbeispiel in jeder Stellung der Maske genau eine Öffnung den durchströmbaren Bereich der Membran freigibt, können auch mehrere kleinere, voneinander getrennte Öffnungen vorgesehen sein, die gemeinsam den durchströmbaren Bereich freigeben. Hierdurch kann die Stabilität der Maske verbessert werden. Dies ist auch insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine Membran direkt auf der Maske aufgebracht ist.
Abhängig von der Bauform sind auch andere Anordnungen eines Auswahlelements denkbar. So kann das Auswahlelement z. B. als ebene Platte ausgestaltet sein, die über der Membran verschiebbar angeordnet ist. Mit einem derartigen Schieberegler kann der für den Durchfluss ausgewählte Teilbereich des porösen Elements vorteilhaft auch kontinuierlich verändert werden. Hierfür wird der Schieberegler entlang der Membranfläche verschoben und deckt sie teilweise dichtend ab. Viele andere Bauformen eines Auswahlelements sind denkbar.
In einer vereinfachten Ausgestaltung kann die Maske ganz entfallen, und es ist lediglich eine einzige vorgegebene Durchflussrate möglich.

10: Gehäuse
11: erster Gehäuseteil
12: zweiter Gehäuseteil
13: Verbindungswand
14: Gehäuseboden
15: Gehäuseoberteil
16: Zylinderachse
17: Hohlraum
18: Hohlraum
20: Hydraulikreservoir
21: Seitenwand
22: Boden
23: Dichtung
24: Hohlnadel
25: Fluidkanal
26: Zwischenraum
27: Fluidkammer
30: Hydraulikstopfen
31: Dichtring
32: Antriebsfeder
33: Deckel
40: Membran
50: Maske
51: Boden
52: Seitenwand
53, 53', 53'': Öffnung
54: Dichtung
55: Ringraum
60: Medikamentenampulle
61: Seitenwand
62: Produktstopfen
63: Kappe
64: Septum
70: Verschluss
71: Hohlnadel
72: Kanüle
73: Skala

Claims

Verabreichungsvorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts, umfassend – ein Hydraulikreservoir (20) mit einem Hydraulikfluid; – ein Antriebselement (32) zur Erzeugung eines Antriebsdrucks auf das Hydraulikreservoir (20); – eine Fluidverbindung (25, 26, 27, 53) zwischen dem Hydraulikreservoir (20) und einem Fluidaufnahmeraum (55); sowie – einen Produktbehälter (60) mit dem fluiden Produkt; der derart ausgestaltet ist, dass Hydraulikfluid, welches in den Fluidaufnahmeraum (55) gelangt, einen Ausstoss des fluiden Produkts aus dem Produktbehälter (60) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bemessung einer Durchflussrate durch die Fluidverbindung (25, 26, 27, 53) ein poröses Element (40) in der Fluidverbindung (25, 26, 27, 53) angeordnet ist, welches vom Hydraulikfluid durchströmbar ist.
Verabreichungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das poröse Element (40) eine Membran umfasst.
Verabreichungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das poröse Element (40) derart teilweise abgedeckt ist, dass nur ein ausgewählter Teilbereich des porösen Elements (40) vom Hydraulikfluid durchströmbar ist.
Verabreichungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der durchströmbare Teilbereich in seiner Grösse mittels einem Auswahlelement veränderbar ist, um die Durchflussrate zu verändern.
Verabreichungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei ein Aus wahlelement in Form einer Maske (50) mit einer Mehrzahl von Öffnungen (53, 53', 53'') über dem porösen Element (40) angeordnet ist, und wobei die Maske (50) derart in eine Mehrzahl von Stellungen bringbar ist, dass abhängig von der Stellung ausgewählte Öffnungen (53; 53'; 53'') der Maske (50) durchströmbare Teilbereiche unterschiedlicher Grösse auf dem porösen Element (40) freigeben.
Verabreichungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Maske (50) eine kreiszylinderförmigen Oberfläche aufweist, in welchem die Öffnungen (53, 53', 53'') angeordnet sind, und wobei die Maske (50) durch eine Drehung der Maske um eine Zylinderachse (16) in die Mehrzahl von Stellungen bringbar ist.
Verabreichungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das poröse Element (40) ortsfest in einem Wandbereich (13) eines zumindest teilweise zylinderförmigen Führungselements (10) angeordnet ist und die Form eines parallel zur Zylinderachse (16) verlaufenden, langgestreckten Streifens aufweist.
Verabreichungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (50) den Produktbehälter (60) zumindest teilweise umgibt, wobei der Fluidaufnahmeraum (55) einen Ringraum zwischen der Maske (50) und dem Produktbehälter (60) umfasst.
Verabreichungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Produktbehälter (60) eine Ampulle mit einem zylindrischen Seitenwandbereich (61) und einem darin verschiebbaren Produktstopfen (62) ist, die derart angeordnet ist, dass in den Fluidaufnahmeraum (55) gelangendes Hydraulikfluid den Produktstopfen (62) zur Verabreichung des fluiden Produkts verschiebt.
Verabreichungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei an einem Aus wahlelement wenigstens zwei poröse Elemente (40) unterschiedlicher Porösitat vorgesehen sind, die durch eine Bewegung des Auswahlelements wahlweise in die Fluidverbindung (25, 26, 27, 53) bringbar sind.
Verabreichungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Auswahlelement eine kreiszylinderförmige Oberfläche aufweist, in welcher die wenigstens zwei porösen Elemente (40) angeordnet sind, und wobei das Auswahlelement durch eine Drehung um eine Zylinderachse (16) in eine Stellung bringbar ist, in der jeweils nur eines der wenigstens zwei porösen Elemente (40) in der Fluidverbindung (25, 26, 27, 53) angeordnet ist.
Verabreichungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Auswahlelement verschieblich über einer Fläche eines porösen Elements vorgesehen ist.
Verabreichungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Skala (73) vorhanden ist, die geeignet ist, die Stellung des Auswahlelements anzuzeigen.
Verabreichungsvorrichtung zur Verabreichung eines fluiden Produkts, umfassend – ein Hydraulikreservoir (20) mit einem Hydraulikfluid; – einen Antrieb zur Erzeugung eines Antriebsdrucks auf das Hydraulikreservoir (20); – eine Fluidverbindung (25, 26, 27, 53) zwischen dem Hydraulikreservoir (20) und einem Fluidaufnahmeraum (55); sowie – einen Produktbehälter (60) mit dem fluiden Produkt; der derart ausgestaltet ist, dass Hydraulikfluid, welches in den Fluidaufnahmeraum (55) gelangt, einen Ausstoss des fluiden Produkts aus dem Produktbehälter (60) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb wenigstens eine durch os motischen Druck erzeugte Kraftkomponente umfasst.
Verabreichungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei zur Erzeugung des osmotischen Drucks in der Fluidverbindung (25, 26, 27, 53) ein selektiv durchlässiges poröses Element (40) vorgesehen ist und auf den beiden Seiten des Elements (40) Fluide unterschiedlicher Konzentration eines Lösungsmittels vorliegen.
Verabreichungsvorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei der Antrieb zusätzlich zu der die Kraftkomponente des osmotischen Drucks eine weitere Kraftkomponente basierend auf einem weiteren Antriebselement umfasst und wobei die Kraftkomponente des osmotischen Drucks die weitere Kraftkomponente unterstützt oder ihr entgegenwirkt.