DE19650115C1

DE19650115C1 - Medikamenten-Dosiervorrichtung

Info

Publication number: DE19650115C1
Application number: DE19650115A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Woias; Martin Richter
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1996-12-03
Filing date: 1996-12-03
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2016-12-04
Also published as: WO1998024496A1; DE59701787D1; US6129702A; EP0951308B1; EP0951308A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Medikamen ten-Dosiervorrichtung mit einer auswechselbaren Einheit und einer festinstallierten Einheit.

Eine Medikamenten-Dosierung wird in jüngerer Zeit vor allem durch Dosiervorrichtungen, die nach dem Überdruckprinzip arbeiten, durchgeführt. Eine schematische Darstellung zur Veranschau lichung des Überdruckprinzips ist in Fig. 8 dargestellt. Derartige Vorrichtungen bestehen aus einem Fluidreservoir 10 und einem Flußwiderstand 12, der beispielsweise an oder in einer Fluidleitung 14, die mit dem Fluidreservoir 10 verbunden ist, angeordnet ist. Eine Druckgebereinrichtung 16 dient da zu, das in dem Fluidreservoir 10 empfindliche flüssige Medi kament mit einem Druck zu beaufschlagen. Die Druckgeberein richtung erzeugt einen Druck p, wodurch das Fluidreservoir 10 mit einem bestimmtem Überdruck p₁ bezogen auf den Druck p₀ am Auslaß des Flußwiderstandes 12 beaufschlagt wird. Der Druck p₁ entspricht dabei im wesentlichen dem durch die Druckgebereinrichtung 16 erzeugten Druck p. Im Betrieb ent steht durch den am Flußwiderstand 12 anliegenden Differenz druck ein Fluß Q.

Für einen kreisförmigen Querschnitt des Flußwiderstands kann die Größe des Flusses Q nach dem bekannten Gesetz von Ha gen-Poiseuille berechnet werden:

Die Flußrate Q wird von folgenden Einflußgrößen bestimmt:

- Der Viskosität η des Mediums,
- dem effektiven Strömungsquerschnitt πR⁴/8 und der Länge L des Flußwiderstandes,
- dem Differenzdruck Δp zwischen dem Einlaß und dem Aus laß des Flußwiderstandes, und
- der Temperatur als indirekter Einflußgröße, beispiels weise über die temperaturabhängige Viskosität des Fluids.

Für andere Strömungsquerschnitte können analoge Gesetzmäßig keiten bestimmt werden, die sich von der in der obigen Glei chung genannten Gesetzmäßigkeit im wesentlichen in der Be rücksichtigung des effektiven Strömungsquerschnittes des Flußwiderstandes unterscheiden. Derartige analoge Gesetz mäßigkeiten beispielsweise für mikromechanisch gefertigte Flußwiderstände sind in "Micro Channels for Applications in Liquid Dosing and Flow Rate Measurement M.Richter, P.Woias, D.Weiß, Proceedings of Euro Sensors X, 8. bis 11. September 1996, Leuven, Belgien, Band 4, Seiten 1297 bis 1300, be schrieben.

Die technische Ausgestaltung bestehender Dosiersysteme ist sehr unterschiedlich, und benutzt in vielfältiger Kombina tion Mechanismen wie mechanische Systeme, beispielsweise Federdrucksysteme, elektrochemische Systeme, beispiels weise Elektrolysezellen, thermopneumatische Systeme, bei spielsweise den Verdampfungsdruck einer leicht flüchtigen Substanz, und die Schwerkraft. Als Flußwiderstand werden üblicherweise Kunststoffkapillare, Glaskapillare und Metall kapillare eingesetzt.

Gemäß der oben dargelegten Gleichung beeinflußt bei einem kreisförmigen Querschnitt des Flußwiderstandes der Radius R durch den Term R⁴ mit vierter Potenz die Flußrate Q. Dies bedeutet, daß zur Erzielung einer exakten Dosierung Fluß widerstände mit einer hohen geometrischen Genauigkeit reali siert werden müssen. Eine derartige Genauigkeit ist nur durch einen vergleichsweise hohen technischen Aufwand möglich. Einfache Systeme, die Kunststoffkapillare aufwei sen, sind ferner nachteilig dahingehend, daß sich die Kapil lare abhängig vom anliegenden Druck dehnt, wodurch die Ge nauigkeit der Dosierung abnimmt.

Es sind ferner vergleichbare mikromechanische Ausführungen zur Glukosemessung mittels einer Mikrodialyse bekannt. Bei einer derartigen mikromechanischen Ausführung ist eine Mi krokapillare zur Flußeinstellung zusammen mit Glucose-Senso ren auf einem Silizium-Chip realisiert. Dieser bekannte Auf bau dient allerdings nicht zur Medikamentendosierung, son dern nutzt das oben beschriebene Überdruckprinzip lediglich zur Flußrateneinstellung des Trägermediums für die Mikrodia lyse.

Ein weiteres bekanntes, implementierbares mikromechanisches Dosiersystem verwendet ein Lösungsmittel-Reservoir als Kon stantdruckgeber und ein Array mikromechanisch realisierter Flußwiderstände zur Flußrateneinstellung. Die gesamte Fließ strecke wird durch An- bzw. Ab-Koppeln einzelner Mikro-Fluß widerstände über jeweils zugeordnete Mikroventile in ihrer Geometrie variiert, wodurch eine stufenweise geschaltete Va riation der Dosierrate erreicht wird. Zur Messung des Flus ses werden dabei Drucksensoren an verschiedenen Stellen des Arrays verwendet. Ein solches System mit einem Array aus Mi kro-Flußrestriktionen erlaubt keine stufenlose Einstellung der Dosierrate, wobei ferner der technische Aufwand sehr hoch ist, da mehrere Mikroventile und Drucksensoren erfor derlich sind, was aus Kostengründen nur einen beschränkten Einsatzbereich zuläßt.

Die Mehrheit der bekannten Dosiersysteme ist von außen nicht beeinflußbar, d. h. die Flußrate kann im Betrieb nicht vari iert werden, was beispielsweise notwendig ist, um eine cir kadiane Rhythmik bei der Dosierung automatisch einzuhalten. Ferner wird bei den bekannten Dosiersystemen der Einfluß der Temperatur auf die Viskosität des Fluids und damit auf die Dosierrate in der Regel nicht kompensiert. Dies kann insbe sondere bei tragbaren Dosiersystemen zu beträchtlichen Do sierfehlern führen. Sollen sehr geringe Flußraten einge stellt werden, µl/min bis pl/min, sind Flußwiderstände mit effektiven Querschnittabmessungen im µm-Bereich erforder lich. Derartige Querschnittabmessungen können mit konventio nellen Techniken nicht hergestellt werden. Bekannte Dosier systeme, die keine aufwendigen Bauteile als Einwegteile ver wenden, ermöglichen keine stufenlose Einstellung der Dosier rate.

Die DE 195 01 691 A1 beschreibt ein nicht invasives System zur Fluidstromüberwachung, bei dem die Infusionsrate durch eine gepulste Ansteuerung einer Fluidförderpumpe eingestellt wird. Die Temperatur des geförderten Fluids wird dabei mit einem Temperaturfühler überwacht.

In der DE 38 27 444 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachweis einer Flüssigkeitsströmung in einer Leitung be schrieben. Die bekannte Vorrichtung weist eine an der Lei tung angebrachte Heizeinrichtung und zwei Temperaturfühler auf, die stromaufwärts und stromabwärts von der Heizeinrich tung an der Leitung angebracht sind. Die an den Temperatur fühlern gemessenen Temperaturen dienen dazu, Aussagen über das Vorliegen einer Strömung, die Strömungsrichtung sowie die Strömungsgeschwindigkeit zu treffen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Medikamenten-Dosiervorrichtung zu schaffen, die eine stufen lose Einstellung der Dosierrate ermöglicht und ferner keine aufwendigen Einwegteile aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die Medikamenten-Dosiervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder gemäß Anspruch 2 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Medikamenten-Dosier vorrichtung, die aus einer auswechselbaren Einheit und einer festinstallierten Einheit besteht. Die auswechselbare Ein heit weist ein Fluidreservoir zur Aufnahme eines unter Druck setzbaren, flüssigen Medikaments, einen Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des flüssigen Medikaments, einen mit einem Flußwiderstand versehenen, fluidmäßig mit dem Fluidre servoir verbundenen Fluidkanal und eine mit dem Fluidkanal verbundene Schlaucheinrichtung auf. Die festinstallierte Einrichtung weist eine Quetschventilvorrichtung zum Zusam menquetschen der Schlaucheinrichtung und eine Steuereinrich tung, die mit dem Temperatursensor und der Quetschventilvor richtung gekoppelt ist, auf, um eine Flußrate des flüssigen Medikaments durch ein getaktetes Betätigen der Quetschven tilvorrichtung abhängig von der erfaßten Temperatur zu steu ern. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung kann der Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des flüssigen Medikaments auch in der festinstal lierten Einrichtung angeordnet sein.

Das in dem Fluidreservoir befindliche flüssige Medikament wird vorzugsweise durch einen Konstantdruckgeber mit einem Druck beaufschlagt, wobei das erfindungsgemäße Medikamen ten-Dosiersystem ferner zumindest einen Drucksensor aufwei sen kann um den Druck des flüssigen Medikaments vor dem Flußwiderstand zu erfassen. Ferner kann das erfindungsgemäße Medikament-Dosiersystem einen weiteren Drucksensor nach dem Flußwiderstand aufweisen, wobei die Steuereinrichtung die Flußrate des flüssigen Medikaments abhängig von der erfaßten Temperatur und der Differenz der erfaßten Drücke steuert.

Die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung arbeitet nach dem Über druckprinzip, und verwendet vorzugsweise einen mikromecha nisch gefertigten Flußwiderstand und bietet Möglichkeiten zur externen Beeinflussung der Dosierrate über die Steuer vorrichtung und zur Kompensation von Temperatureffekten.

Bei dem erfindungsgemäßen Medikamenten-Dosiersystem ist ein Quetschventil, das von der Steuereinrichtung getaktet ge steuert wird, verwendet, um einen Durchfluß durch den Schlauch zu ermöglichen oder zu verhindern. Dieses Quetsch ventil nimmt den Schlauch von außen in Eingriff und quetscht ihn zusammen, um einen Durchfluß des flüssigen Medikaments zu verhindern. Dadurch kommt das Ventil nicht mit dem Medi kament in Berührung. Somit kann das Ventil ein Teil der dau erhaften Vorrichtung sein. Der Einwegteil der erfindungsge mäßen Medikamenten-Dosiervorrichtung umfaßt somit nur die vorzugsweise mikromechanisch gefertigten Bauteile des Fluid reservoirs, und des mit dem Fluidreservoir verbundenen, ei nen Flußwiderstand aufweisenden Fluidkanals und die optional integrierten Drucksensoren, sowie den Schlauch, der mit dem Fluidkanal verbunden ist. Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Einwegteil ferner den Temperatursensor auf. Die vorliegende Erfindung ist somit gegenüber den bekannten Do siersystemen vorteilhaft dahingehend, daß dieselbe keine teueren Einwegteile aufweist.

Das erfindungsgemäße Medikamenten-Dosiersystem ermöglicht eine stufenlose Einstellung der Dosierrate, wobei im Ver gleich zum bisherigen Stand der Technik keine kostenmäßig aufwendigeren Einwegteile verwendet werden. Das erfindungs gemäße System beruht auf dem bereits bekannten Prinzip der Überdruckdosierung beispielsweise unter Verwendung von Kon stant-Druckgebern und erlaubt somit die Weiterbildung be reits bestehender Systeme zur Erzielung verbesserter Eigen schaften. Der Aufbau der verwendeten Komponenten erlaubt durch günstigere Herstellungskosten bei verbesserter Funk tionalität, beispielsweise geringere Dosierraten, eine höhe re Herstellungsgenauigkeit und somit einen geringeren Aufwand, sowohl den Einwegbetrieb als auch dadurch, daß im sterilen Bereich nur eine Mikromechanik zum Einsatz kommt, die mehr fache Verwendung mit bedarfsmäßiger Zwischensterilisation. Das erfindungsgemäße System kann somit sowohl für den reinen Heim-Betrieb (Home-Care-Betrieb), Einwegbetrieb, als auch für den Klinik-Betrieb mit mehrfacher Verwendung verwendet werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Medikamenten- Dosiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 Diagramme zur Veranschaulichung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Medikamenten-Dosiervorrichtung;

Fig. 3A bis 3C schematische Darstellungen eines mikromecha nisch gefertigten Flußwiderstandes, der in der Me dikamenten-Dosiervorrichtung gemäß der vorliegenden Er findung verwendbar ist;

Fig. 4A und 4B eine Schnittansicht bzw. eine Draufsicht ei nes Ausführungsbeispiels eines mikromechanisch ge fertigten Flußwiderstandes mit integrierten Druck sensoren;

Fig. 5 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbei spiels eines mikromechanisch gefertigten Flußwider standes mit integrierten Drucksensoren; und

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines sogenannten Luer-Systems zur fluidischen Ankopplung von mikro mechanisch gefertigten Fluidsystemen;

Fig. 7A und 7B jeweils eine Querschnittansicht und eine Draufsicht weiterer Ausführungsbeispiele von mikro mechanisch gefertigten Flußwiderständen; und

Fig. 8 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Überdruckprinzips.

Bezugnehmend auf die Fig. 1 und 2 wird nachfolgend ein be vorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Medika menten-Dosiervorrichtung beschrieben. Das System weist ein Fluidreservoir 20 und einen Flußwiderstand 22, der mit dem Fluidreservoir 20 fluidmäßig verbunden ist, beispielsweise über eine Fluidleitung 24, auf. Bei dem dargestellten Aus führungsbeispiel ist optional zwischen dem Fluidreservoir 20 und dem Fluidwiderstand 22 ein Filter 26 angeordnet. Das Filter 26 kann zum Filtern von Luftblasen und/oder zum Fil tern von Bakterien dienen. Ein Temperatursensor 28 zum Er fassen der Temperatur des flüssigen Medikaments ist vorzugs weise im Bereich des Flußwiderstandes 22 angeordnet. Die in Fig. 1 innerhalb der gestrichelten Umrandung dargestellten Bauteile stellen die austauschbaren Teile des erfindungsge mäßen Medikamenten-Dosiersystems, d. h. die Einwegteile, dar. Alternativ kann der Temperatursensor derart in der Medika menten-Dosiervorrichtung angeordnet sein, daß er die Tempe ratur des flüssigen Medikaments erfassen kann, wobei er je doch nicht dem Einwegteil zugeordnet ist.

Der Flußwiderstand 22 ist am Auslaß mit einer flexiblen Schlaucheinrichtung 30 fluidmäßig verbunden. Die Schlauch einrichtung 30 kann durch ein Quetschventil 32 durch Betäti gen desselben zusammengequetscht werden, und ist, wenn das Quetschventil 32 nicht betätigt ist, für einen Fluiddurch fluß offen. Mit dem Temperatursensor 28 und dem Quetschven til 32 ist eine Steuereinheit 34 elektrisch gekoppelt.

In Fig. 1 ist ferner schematisch ein Druckgeber 36 darge stellt, der ein in dem Fluidreservoir 20 befindliches flüs siges Medikament mit einem Druck beaufschlagt. Der Druckge ber 36 kann beispielsweise ein Konstant-Druckgeber in einer beliebigen bekannten Ausführung sein. Als Druckgeber können beispielsweise mechanische Systeme, elektrochemische Systeme oder thermopneumatische Systeme verwendet sein. Ferner kann auch die Schwerkraft verwendet werden, um das flüssige Medi kament unter Druck zu setzen. Alternativ kann der Druckgeber durch die Umrandung des Fluidreservoirs gebildet sein, wenn diese elastisch, sich zusammenziehend, ausgebildet ist, oder durch ein Gas, das neben dem flüssigen Medikament in dem Fluidreservoir vorliegt und das flüssige Medikament somit unter Druck setzt.

Die Steuereinrichtung 34 weist vorzugsweise eine Daten schnittstelle, einen Mikrocontroller sowie eine Anzeigevor richtung, beispielsweise einen Bildschirm, und eine Eingabe vorrichtung, beispielsweise eine Tastatur, auf.

Wie oben bezüglich des Standes der Technik erläutert wurde, hängt die Flußrate durch einen Flußwiderstand von der Vis kosität des Mediums, dem effektiven Strömungsquerschnitt und der Länge des Flußwiderstandes und dem Differenzdruck zwi schen dem Einlaß und dem Auslaß des Flußwiderstandes ab. Die Abhängigkeit des Flusses von diesen Größen für bestimmte Strömungsquerschnitte ist in der oben erwähnten Schrift "Micro Channels for Applications in Liquid Dosing and Flow Rate Measurement" erläutert.

Bei einem gegebenen Querschnitt des Flußwiderstandes hängt die Flußrate somit von dem Differenzdruck und der Temperatur des Mediums ab, da die Viskosität des Mediums stark mit der Temperatur desselben schwankt. Bei einem gegebenen konstan ten Druck, der von dem Druckgeber 36 geliefert wird, hängt die Flußrate somit ausschließlich von der Temperatur des Me diums ab. Die Steuereinheit 34 erfaßt diese Temperatur und taktet das Steuerventil derart, daß sich für die erfaßte Temperatur eine gewünschte Flußrate ergibt.

Der Mikroflußwiderstand ist vorzugsweise derart dimensio niert, daß bei der niedrigsten denkbaren Betriebstemperatur T_soll der gewünschte Soll-Fluß im kontinuierlichen Betrieb, d. h. bei einer dauerhaften Öffnung des Quetschventils 32, eingehalten wird. Sobald die Temperatur diesen Wert über steigt, erfolgt die Dosierung nicht mehr kontinuierlich, sondern mit Hilfe des Quetschventils 32 im EIN/AUS-Wechsel betrieb.

Abhängig von der erfaßten Temperatur und einer vorzugsweise in einem Speicher der Steuereinrichtung 34 gespeicherten Viskositäts-Temperaturkurve sowie anhand des oben erläuter ten Zusammenhangs zwischen der Flußrate und den physikali schen Parametern des Flußwiderstandes und des Mediums be stimmt die Steuereinrichtung 34 das Puls-Pausenverhältnis derart, daß die effektive Dosierrate, d. h. das Produkt aus Flußrate und Tastverhältnis, konstant gehalten wird.

Eine schematische Darstellung dieses Steuerverfahrens ist in Fig. 2 dargestellt. Im rechten Teil von Fig. 2 ist die nor mierte Viskosität eines zu transportierenden Mediums über der Temperatur dargestellt. Bei der Temperatur T_soll beträgt die normierte Viskosität 1, während die Viskosität mit zu nehmender Temperatur abnimmt, bei T₁ auf 0,5 und bei T₂ auf 0,33.

Wie oben erläutert wurde, ist der Flußwiderstand derart di mensioniert, daß bei der niedrigsten denkbaren Betriebstem peratur T_soll der gewünschte Soll-Fluß C_soll im kontinuier lichen Betrieb, d. h. ohne getaktete Betätigung des Quetsch ventils, eingehalten wird. Steigt die Temperatur auf T₁ an, bei der die Flußrate durch den Flußwiderstand doppelt so groß ist wie die der Temperatur T_soll, so wird das Quetsch ventil derart getaktet, daß es jeweils nur die Hälfte der Zeit geöffnet ist. Dadurch ergibt sich ein Gesamtfluß von C_soll.

Steigt die Temperatur weiter auf T₂ an, so ist die Flußrate durch den Flußwiderstand bei gleichbleibenden Druck 3.C_soll. Das Quetschventil wird daher derart getaktet, daß das Ventil zu zwei Dritteln der Zeit geschlossen und zu einem Drittel der Zeit geöffnet ist. Dadurch, daß die Geschlossen-Zeit des Quetschventils doppelt so lang wie die Offen-Zeit des Quetschventils, in der ein Fluß von 3.C_soll durch den Fluß widerstand strömt, ist, ergibt sich wiederum ein Gesamtfluß von C_soll.

Eine zeitliche variable Dosierrate kann durch eine zusätz liche Beeinflussung des Puls-Pausen-Verhältnisses realisiert werden. Ferner kann mit Hilfe des Quetschventils eine voll ständige Abschaltung des Flusses erreicht werden. Dieses Ventil verhindert bei einem Störfall, bei dem der Auslaß druck den maximalen Druckbereich des Druckgebers übersteigt, einen Rückfluß .in das Fluidreservoir sowie eine eventuell mögliche Diffusion von Fluid aus dem Reservoir.

Um die Genauigkeit der Einstellung der Flußrate zu verbes sern, beziehungsweise um eine Dosierüberwachungsfunktion, die automatisch feststellt, ob ein Medikamentenfluß besteht und wie groß dieser ist, zu implementieren, kann die Medikamenten-Dosiervorrichtung ferner einen Drucksen sor aufweisen, der vor dem Flußwiderstand angeordnet ist, um den Druck, mit dem das flüssige Medikament beaufschlagt ist, zu erfassen. Bei der Steuerung des Puls-Pausenverhältnisses zum Einstellen der Flußrate wird dann nicht der Wert des konstanten Drucks, der durch den Druckgeber geliefert wird, sondern der Wert des Drucks, der durch den Drucksensor er faßt wird, verwendet. Dadurch können Schwankungen des Drucks, die durch den Druckgeber oder andere Systemparameter bedingt sein können, ausgeglichen werden. Alternativ zu ei nem Drucksensor kann das System auch zwei Drucksensoren auf weisen, wobei einer der Drucksensoren vor dem Flußwiderstand angeordnet ist, während der andere Drucksensor hinter dem Flußwiderstand angeordnet ist. Bei der Ermittlung des Puls- Pausen-Verhältnisses über den Zusammenhang zwischen der Flußrate und der Viskosität des Mediums, des effektiven Strömungsquerschnitts und der Länge des Flußwiderstandes so wie des auf das Medium wirkenden Drucks, wird dann statt des Druckwerts, den der Konstantdruckgeber liefert, die Druck differenz zwischen dem Einlaß des Flußwiderstandes und dem Auslaß des Flußwiderstandes verwendet.

In Fig. 3A ist ein Ausführungsbeispiel eines mikromechanisch gebildeten Flußwiderstandes, der bei der vorliegenden Dosier vorrichtung verwendbar ist, dargestellt. In einer Hauptoberfläche eines Substrats 40 sind eine Einlaßöffnung 42 und eine Aus laßöffnung 44 gebildet. In der anderen Hauptoberfläche des Substrats 40 ist ein Strömungskanal 46 derart gebildet, daß die Einlaßöffnung 42 und die Auslaßöffnung 44 mit dem Strö mungskanal 46 fluidmäßig verbunden sind. Die Einlaß- und die Auslaßöffnung sind als planare Strukturen in dem Substrat realisiert. Das Substrat 40 kann beispielsweise ein Halb leiter-Chip, z. B. ein Silizium-Chip, sein, in dem beliebige Querschnitte und Anordnungen, z. B. eine Mäanderform, des Kanals, unter Berücksichtigung des gewünschten Strömungs widerstandes, gebildet sind, wobei beliebige naßchemische Verfahren, z. B. KOH-Ätzen oder trockenchemische Verfahren, z. B. Plasma-Ätzen verwendet werden können. Alternativ kann das Substrat 40 ein mittels bekannter mikromechanischer Einspritzverfahren hergestelltes Kunststoffsubstrat sein.

Auf der Oberfläche des Substrats 40, in der der Kanal 46 gebildet ist, ist eine Abdeckung 48 angebracht. Die Ab deckung 48 und die Ausnehmung 46 in dem Substrat 40 definie ren den Querschnitt des Flußwiderstandes. Die Abdeckung kann beispielsweise ein Glasdeckel, der in einem anodischen Bond verfahren aufgebracht wird, sein. Alternativ kann ein wei teres Halbleitersubstrat, beispielsweise aus Silizium, als Abdeckung 48 verwendet werden.

In den Fig. 3B und 3C ist eine Schnittansicht bzw. eine Draufsicht ohne Abdeckung eines weiteren Ausführungsbei spiels eines mikromechanisch gefertigten Flußwiderstandes dargestellt. In einem Substrat 50 ist eine Einlaßöffnung 52 und ein Strömungskanal 54 gebildet. Über dem Strömungskanal 54 ist wiederum eine Abdeckung 56 angebracht. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Auslaßöffnung 58 jedoch in der Abdeckung 56 angebracht. Die Materialien und die Herstel lungsverfahren des Substrats und der Abdeckung können denen des bezüglich Fig. 3A beschriebenen Ausführungsbeispiels entsprechen.

Fig. 3C zeigt eine Draufsicht der in Fig. 3B dargestellten Schnittansicht, wobei Fig. 3B einen Schnitt entlang der Li nie A-A von Fig. 3C darstellt. Die in den Figuren darge stellten trapezförmigen Öffnungen können durch herkömmliche Ätzverfahren erhalten werden. Die Abhängigkeit der Flußrate von einem solchen trapezförmigen Querschnitt ist in der Technik bekannt, siehe die oben genannte Schrift "Micro Channels for Applications and Liquid Dosing and Flow Rate Measurement".

Der Temperatursensor der Medikamenten- Dosiervorrichtung ist vorzugsweise in den oben beschriebenen mikromechanischen Aufbau integriert.

Die Fig. 4A und 4B zeigen eine Querschnittansicht bzw. eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines mikro mechanisch gefertigten Flußwiderstandes, bei dem Drucksen soren am Einlaß und am Auslaß des Flußwiderstandes inte griert sind, um eine Messung des Differenzdrucks zu ermög lichen. In einer Hauptoberfläche eines Substrats 60 sind eine Einlaßöffnung 62 und eine Auslaßöffnung 64 gebildet. In der anderen Hauptoberfläche des Substrats 60 ist ein Strö mungskanal 66 gebildet, der mit der Einlaßöffnung 62 und der Auslaßöffnung 64 fluidmäßig verbunden ist. Der Strömungska nal 66 definiert zusammen mit einer Abdeckung 68 den Quer schnitt des Flußwiderstandes.

Das in den Fig. 4A und 4B dargestellte Ausführungsbeispiel weist ferner zwei kapazitive Drucksensoren auf, die durch auf Membranen 70 und 72 angeordnete Membranelektroden 74 und 76 sowie gegenüberliegend auf der Abdeckung angeordnete Elektroden 78 und 80 gebildet sind. Die Membranelektroden 74 und 76 sind jeweils um den Abstand d von den Gegenelektroden 78 und 80 beabstandet. Bei Druckschwankungen verformt sich jeweils die auf der Membran angebrachte Membranelektrode, wodurch die Kapazität der Elektrodenanordnung als Ausgangs signal verändert wird.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines mikro mechanisch gefertigten Flußwiderstandes, der bei der Dosier vorrichtung verwendet werden kann. Wiederum sind in unterschiedlichen Hauptoberflächen eines Substrats eine Ein laßöffnung 92, eine Auslaßöffnung 94 sowie ein Strömungs kanal 96 derart gebildet, daß die Einlaßöffnung 92 und die Auslaßöffnung 94 mit dem Strömungskanal 96 jeweils fluid mäßig verbunden sind. Der Strömungskanal 96 ist an der Ober seite durch eine Abdeckung 98 abgedeckt. Wiederum sind in dem Substrat 96 Membranen 100 und 102 gebildet, auf denen bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel piezore sistive Widerstände 104 und 106 integriert sind. Der Wert der piezoresistiven Widerstände 104 und 106 ändert sich ab hängig von der mechanischen Verformung der Membran und kann als Meßgröße für den Druck ausgewertet werden. Die piezore sistiven Elektroden 104 und 106 sind um einen Bewegungsab stand d von der Unterkante der Abdeckung 98 beabstandet.

Zusätzlich zu den oben beschriebenen mikromechanisch gebil deten Flußwiderständen kann auch das Fluidreservoir sowie die Verbindung zwischen dem Fluidreservoir und dem Flußwi derstand bei der Medikamenten-Dosiervorrichtung in einem Substrat gebildet sein, vorzugs weise in dem gleichen Substrat wie der Flußwiderstand. Ein derart strukturiertes Substrat kann in einem Gehäuse gehäust werden, um den Anschluß eines Druckgebers sowie der Schlaucheinrichtung an das Fluidreservoir bzw. den Flußwi derstand zu ermöglichen. Ein Beispiel zur fluidischen An kopplung von mikromechanisch gefertigten Flußwiderständen, das Kompatibilitätsanforderungen mit bereits bestehenden Standards erfüllt, ist in Fig. 6 dargestellt.

Das in Fig. 6 dargestellte System basiert auf sogenannten Luer-Verbindern bekannt. Das in Fig. 6 dargestellte Luer- System ist durch ein zweiteiliges Gehäuse mit einem ersten Gehäuseteil 120 und einem zweiten Gehäuseteil 122 reali siert. Das Gehäuseteil 120 und das Gehäuseteil 122 weisen geeignete Verbindungselemente und interne Fluidkanäle auf, die für die Einlaß- und Auslaßgeometrie des mikromechanisch gefertigten Fluidsystems passend sind. Das mikromechanisch gefertigte Fluidsystem 124 wird dann auf diese Einlaß- und Auslaß-Öffnungen durch ein dichtendes Montageverfahrens auf gesetzt. Dieses Aufsetzen kann beispielsweise durch Kleben oder eine Montage mit O-Ringen erfolgen. Abschließend kann eine äußere Umhüllung 126 des mikromechanischen Fluidsystems vorgesehen werden. Derartige Anschlußsysteme für mikromecha nisch gefertigte Fluidführungsvorrichtungen sind in der Technik bekannt.

In den Fig. 7A und 7B sind zwei weitere Ausführungsbeispiele von Flußwiderständen, die in der Dosiervorrichtung verwendet werden können, dargestellt.

Bei dem in Fig. 7A dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Durchlaßöffnungen, eine Einlaßöffnung 142 und eine Aus laßöffnung 144, durch ein Substrat 140 gebildet. Die Durch laßöffnungen können beispielsweise durch das Ätzen von bei den Hauptoberflächen eines Halbleiter-Substrats, das bei spielsweise aus Silizium besteht, her in demselben gebildet sein. In fluidmäßiger Verbindung mit den Durchlaßöffnungen ist ein, beispielsweise V-förmiger, Kanal 146 in einer Hauptoberfläche des Substrats 140 gebildet. Auf der Haupt oberfläche des Substrats 140, in der der Kanal 146 gebildet ist, ist wiederum die Abdeckvorrichtung 48 angeordnet. Da durch definieren wiederum der Kanal und die Abdeckvorrich tung die Flußrestriktion des Flußwiderstands. Bei diesem Ausführungsbeispiel des Flußwiderstands ist der Mikrokanal 146 in unterschiedlicher Tiefe zu den Durchlaßöffnungen 142 und 144 auf einer Hauptoberfläche des Substrats angeordnet.

Fig. 7B zeigt eine Querschnittansicht bzw. eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines mikromechanisch gefertigten Flußwiderstands, der bei der Dosiervorrichtung verwendet werden kann. Bei dem in Fig. 7B dargestell ten Ausführungsbeispiel ist jedoch im Gegensatz zu dem Aus führungsbeispiel von Fig. 7A eine der Durchlaßöffnungen, die Auslaßöffnung 158 in der Abdeckvorrichtung 56 angeordnet. Die Einlaßöffnung 152 und der Kanal 154 sind in gleicharti ger Weise wie bei dem in Fig. 7A dargestellten Ausführungs beispiel in einem Substrat 150 ausgebildet.

Die vorliegende Erfindung schafft somit eine Medikamenten-Do siervorrichtung, die die kontinuierliche Steuerung der Flußrate durch das getaktete Betätigen eines Quetschventils ermög licht, jedoch eine kostengünstige Wegwerflösung bietet, da das Quetschventil nicht mit Fluid in Berührung kommt und so mit ein dauerhaftes Bauteil ist.

Die Steuervorrichtung der Medikamenten-Do siervorrichtung kann neben dem Steuern des Puls-Pausen-Verhält nisses des Quetschventils aufgrund der gemessenen Temperatur weitere Funktionen durchführen. Beispielsweise kann mittels derselben eine patientengesteuerte Gabe einer einstellbaren Dosis eines Medikaments, z. B. die Bolus-Gabe eines Schmerz mittels im akuten Notfall, beispielsweise bei einem Schmerz anfall, durch die Eingabevorrichtung, die eine Bolus-Taste aufweisen kann, erfolgen. Ferner ist eine Dosierüberwachung realisierbar, beispielsweise durch eine Einhaltung von Zeit sperren nach der Bolus-Gabe, um eine zu häufige Bolus-Gabe und damit eine Suchtgefahr zu verhindern. Die Steuereinheit ermöglicht es ferner, die Anzahl der patientengesteuerten Bolus-Gaben, aktuelle Dosierraten und eventuell auftretende Systemstörungen aufzuzeichnen, um zusätzliche Informationen über das Patientenverhalten zu gewinnen. Die Auslesung der artiger Daten kann beispielsweise über eine integrierte Da tenschnittstelle erfolgen. Ferner sind Alarmfunktionen, bei spielsweise ein Warnsignal bei einer Unterdosierung oder ei ner Gerätefehlfunktion implementierbar. Über die integrierte Datenschnittstelle ist ferner eine beliebige Programmierbar keit verfügbar, d. h. beliebige Vorgaben von Dosierprofilen, Bolus-Konzentrationen und Refraktär-Zeiten können program miert werden.

Claims

1. Medikamenten-Dosiervorrichtung mit einer auswechselba ren Einheit und einer festinstallierten Einheit, bei der die auswechselbare Einheit aufweist

- ein Fluidreservoir (20) zur Aufnahme eines unter Druck setzbaren, flüssigen Medikaments,
- einen Temperatursensor (28) zum Erfassen der Tempera tur des flüssigen Medikaments,
- einen mit einem Flußwiderstand (22) versehenen, fluidmäßig mit dem Fluidreservoir (20) verbundenen Fluidkanal, und
- eine mit dem Fluidkanal (24) verbundene Schlauchein richtung (30),
und bei der die festinstallierte Einheit aufweist
- eine Quetschventilvorrichtung (32) zum Zusammenquet schen der Schlaucheinrichtung (30), und
- eine Steuereinrichtung (34), die mit dem Temperatur sensor (28) und der Quetschventilvorrichtung (32) ge koppelt ist, um eine Flußrate des flüssigen Medika ments durch ein getaktetes Betätigen der Quetschven tilvorrichtung (32) abhängig von der erfaßten Tempe ratur zu steuern.

2. Medikamenten-Dosiervorrichtung mit einer auswechselba ren Einheit und einer festinstallierten Einheit, bei der die auswechselbare Einheit aufweist

- ein Fluidreservoir (20) zur Aufnahme eines unter Druck setzbaren, flüssigen Medikaments,
- einen mit einem Flußwiderstand (22) versehenen, fluidmäßig mit dem Fluidreservoir (20) verbundenen Fluidkanal, und
- eine mit dem Fluidkanal (24) verbundene Schlauchein richtung (30),
und bei der die festinstallierte Einheit aufweist
- einen Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des flüssigen Medikaments,
- eine Quetschventilvorrichtung (32) zum Zusammenquet schen der Schlaucheinrichtung (30), und
- eine Steuereinrichtung (34), die mit dem Temperatur sensor (28) und der Quetschventilvorrichtung (32) ge koppelt ist, um eine Flußrate des flüssigen Medika ments durch ein getaktetes Betätigen der Quetschven tilvorrichtung (32) abhängig von der erfaßten Tempe ratur zu steuern.

3. Medikamenten-Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner einen Konstantdruckgeber (36) aufweist, um das flüssige Medikament vor dem Flußwiderstand (22) mit einem konstanten Druck zu beaufschlagen.

4. Medikamenten-Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die zumindest einen Drucksensor zum Er fassen des Drucks des flüssigen Medikaments vor dem Flußwiderstand (22) aufweist, wobei der zumindest eine Drucksensor mit der Steuereinrichtung (34) gekoppelt ist, und wobei die Steuereinrichtung (34) die Flußrate des flüssigen Medikaments abhängig von der erfaßten Temperatur und dem erfaßten Druck steuert.

5. Medikamenten-Dosiervorrichtung nach Anspruch 4, die ei nen weiteren Drucksensor zum Erfassen des Drucks des flüssigen Medikaments nach dem Flußwiderstand aufweist, wobei der weitere Drucksensor mit der Steuereinrichtung (34) gekoppelt ist, und die Steuereinrichtung (34) die Flußrate des flüssigen Medikaments abhängig von der er faßten Temperatur und der Differenz der beiden erfaßten Drücke steuert.

6. Medikamenten-Dosiervorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Steuereinrichtung eine Datenschnittstelle, eine Eingabevorrichtung und eine Anzeigevorrichtung auf weist.

7. Medikamenten-Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der zwischen dem Fluidreservoir (20) und dem den Flußwiderstand (22) aufweisenden Fluidkanal (24) ein Filter (26) angeordnet ist.

8. Medikamenten-Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der der Flußwiderstand mittels mikromecha nischer Herstellungsverfahren als eine mikromechanische Struktur gebildet ist.

9. Medikamenten-Dosiervorrichtung nach Anspruch 7, bei der der Temperatursensor und/oder die Drucksensoren inte griert mit dem Flußwiderstand als mikromechanische Struktur realisiert sind.

10. Medikamenten-Dosiervorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, bei der die mikromechanische Struktur aus Silizium ge bildet ist.