DE2420978A1

DE2420978A1 - Elastische blase zum speichern und abgeben unter druck einer fluessigkeit sowie vorrichtung mit einer solchen blase

Info

Publication number: DE2420978A1
Application number: DE19742420978
Authority: DE
Inventors: Richard G Buckles; Harold M Leeper; Alan S Michaels; Su Il Yum
Original assignee: Alza Corp
Current assignee: Alza Corp
Priority date: 1973-03-26
Filing date: 1974-04-30
Publication date: 1975-11-20
Also published as: FR2271844B1; NL7406276A; AU6831974A; AT360636B; IT1011632B; DE2420978C2; CH605303A5; BE815135A; GB1454310A; AU482620B2; ATA366474A; FR2271844A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elastische Blase zum Speichern und Abgeben unter Druck einer Flüssigkeit sowie eine Vorrichtung mit einer solchen Blase.

Es ist bekannt, daß eine unter Druck in einen elastischen Behälter eingebrachte Flüssigkeit die Behälterwände dehnt oder bläht und daß diese elastischen Wände einen Druck auf die Flüssigkeit ausüben. Dieser Druck kann dazu verwendet v/erden, die Flüssigkeit aus dem Behälter auszutreiben. Dieser Sachverhalt wird in solch verschiedenen Gebieten wie bei Druckspeichern (US-PS 2 480 558) , Sprühvorrxchtungen oder Sprayern (US-PS 3 871), unter Druck gefüllten Fässern (US-PS 2 816 690) und intra-

aus genutzt, venösen Infusxonseinrichtungen (US-PS 3 486 539 und 3 4b9 578)/.

Alle diese Flüssigkeitsabgabevorrichtungen haben die gleiche Grundstruktur. Jede hat einen dehnbaren elastischen Beutel bzw. eine Blase, die Druck auf eine eingeschlossene Flüssigkeit ausübt und diese Flüssigkeit über ein Ventil austreibt, welches die

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aus der Blase austretende Strömungsmenge steuert.

Viele dieser Vorrichtungen funktionieren nur in sehr grober Weise. In anderen Fällen ist es notwendig, daß die Vorrichtung verfeinert wird, um einen genau gesteuerten Flüssigkeitsstrom zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elastische Blase zum Speichern und Abgeben von Flüssigkeif bei im wesentlichen konstanten Druck über das gesamte abgegebene Volumen sowie eine Vorrichtung zum Speichern und Abgeben von Flüssigkeit mit einer solchen Blase zu schaffen.

Insbesondere soll die zu schaffende Vorrichtung zum Speichern und Abgeben unter Druck einer medikamentösen Flüssigkeit zur Infusion in einen Patienten dienen.

Eine gemäß der Erfindung gestaltete elastische Blase ist dadurch gekennzeichnet, daß sie zylindrisch ist, eine Länge in abgelassenem oder Leerzustand von nicht weniger als dem Zehnfachen

und ihres Innendurchmessers im Leerzustand / Wandstärken von dem 0,01-bis zum 1-fachen ihres Innendurchmessers im Leerzustand hat und aus einem Elastomer mit einer einachsigen Spannungs-Dehnungs-Kurve hergestellt ist, die

a) eine 3,5 kg/cm² übersteigende Spannung bei 300% Dehnung;

b) eine 400 % überschreitende maximale Dehnung;

c) einen positiven Umkehrpunkt der Steigung bei nicht weniger als 300 % Dehnung;

d) bei 300 % Dehnung eine axiale Spannung, die nicht größer

als das 1,5fache der radialen Spannung bei 300 % Dehnung ist,

aufweist, und daß das Elastomer ferner eine Spannungsermüdung und eine Hysterese aufweist, die während des Speicher- und Abgabezeitraumes 10 % nicht überschreiten.

Die Blase nach der Erfindung hat bessere Abgabeeigenschaften als bisher verwendete Blasen und läßt sich mit besonderem Vorteil deshalb in solchen Vorrichtungen verwenden, wo eine präzise Steuerung des austretenden Flüssigkeitsstromes erwünscht ist.

Eine Vorrichtung zum Speichern und Abgeben einer Flüssigkeit

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mit der beschriebenen Blase weist gemäß der Erfindung einen von der Blase wegführenden Flüssigkeitskanal und eine darin angeordnete Strömungs-Steuervorrichtung auf.

Im Anwendungsfall zum Speichern und Abgeben einer medikamentösen Flüssigkeit ist vorteilhaft ein Injektor zum Eingeben in einen Patienten der in der Blase enthaltenen Flüssigkeit mittels des Blaseninnendruckes mit dem Flüssigkeitskanal verbunden.

In der Beschreibung und den Ansprüchen umfaßt der Ausdruck "zylindrisch" eine langgestreckte Blasenform sowohl mit kreiszylindrischem Querschnitt als auch mit Querschnitten, die in aufgeblähtem Zustand der Blase angenähert kreisförmig sind. Solche Querschnitte können regelmäßig vieleckig sein, z. B. sechseckig, achteckig oder zwoIfeckig, aber auch elliptisch oder oval. Aus Gründen der einfachen Herstellung sind Blasen mit kreiszylindrischem Querschnitt bevorzugt.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm mit einer Anzahl von Druck-Volumen-Kurven von Blasen sowohl gemäß der Erfindung als auch anderer Art;

Fig. 2 eine Seitenansicht einer einfachen Ausführung der Blase in abgelassener Gestalt;

Fig. 3 eine teilweise geschnittene vergrößerte Ansicht eines Teils der Blase nach Fig. 2;

Fig. 4 und 5 Seitenansichten der Blase nach Fig. 3 in teilweise aufgeblähtem Zustand?

Fig. 6 eine Seitenansicht der Blase nach Fig. 2 in vollständig aufgeblähtem Zustand;

Fig_o 7 ein Diagramm,, welches die einachsige Spannungs-Deh-

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nungs-Kurve darstellt, welche bei Elastomeren zum Herstellen der Blase nach der Erfindung erwünscht ist;

Fig. 8 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, die zur Infusion von flüssigen Medikamenten in einen Patient gestaltet ist, und

Fig. 9 eine perspektivische Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 8 beim Verabreichen von flüssigen Medikamenten.

Blasen gemäß der Erfindung haben Ablaß-Druck-Volumen-Kurven entsprechend der Kurve C in Fig. 1. Wenn eine in % des Gesamtvolumens gemessene Flüssigkeitsmenge in die Blase hineingepumpt wird, üben die Innenwände der Blase einen Druck auf die eingeschlossene Flüssigkeit entsprechend der Kurve B aus. Die genaue Gestalt dieser Aufbläh-Kurve ist nicht kritisch; dies ist jedoch die Gestalt der Ablaß-Kurve. Wenn die Blase gelagert wird, ist sie einer Spannungs-Ermüdung "X" oder "Y" gemäß Fig. 1 ausgesetzt. Dies ist der Verlust an elastischer Energie (Spannung), die auftritt, wenn die Blase bei einem Druck gehalten wird, und ist als Eigenschaft von Elastomeren wohl bekannt. Gemäß der Erfindung ist die Spannungs-Ermüdung klein, und zwar merklich kleiner als 10 % während der Periode des Aufblähens. Wenn die Blase gemäß der Erfindung schlaff wird oder Flüssigkeit auspumpt, folgt dieser Vorgang der Kurve C. Der Hauptdruck auf die Flüssigkeit beim Ablassen der Blase ist durch die Beziehung

^|VTOT

Λ I

TOT / PdV

bestimmt, worin P, . der Haupt- oder mittlere Ablaßdruck,

P der Druck,

V das Volumen und

V__OT das insgesamt abgegebene Volumen ist. Im vorliegenden Fall muß V„_OT mindestens 0,9-mal das Gesamtvolumen der Flüssigkeit in der aufgeblähten Blase sein (90 %).

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Wenn P-. . willkürlich ein Wert von 1,0 gegeben wird, muß die Ablaßkurve gemäß der Erfindung so verlaufen, daß der Druck während der Abgabe von V_{T T} nicht stärker als +0,1 P/_m\ variiert. Mit anderen Worten variiert P nicht mehr als +10 % von P/_m\ während der Abgabe von V_,_OT. Die Kurve C entspricht diesem Kriterium. Die Kurven A und D sfnd Beispiele von Kurven, die dieses Kriterium nicht erfüllen.

Wenn die Druckänderung von P, . größer als 10 % ist, ist es nicht möglich, die konstanten Abgabemengen in der Zeiteinheit zu erreichen, die gewünscht sind.

Blasen gemäß der Erfindung müssen ferner ein Restvolumen aufweisen, das kleiner als 10 % der voll aufgeblähten Aufnahmekapazität ist, d. h.

. Aufnahmekapazität. -ν"_φη_

— —_ i....¹"¹ χ 100 * 10 %,

Aufnahinekapazxtät '

worin die Aufnahmekapazität das insgesamt in die Blase einbringbare Volumen darstellt.

Diese Grenze ist kritisch, da sie sich auf die nach dem Auspumpen der Blase darin zurückbleibende Menge an medikamentöser Flüssigkeit bezieht, und entspricht der üblichen industriellen Norm. Die Kurve D zeigt eine Spannungs-Dehnungs-Beziehung, bei der diese kritische Grenze überschritten ist. Dieses Restvolumen entspricht der Summe des Totvolumens der anfänglich schlaffen oder leeren Blase zuzüglich dem Anwachsen dieses Totvolumens, das daraus resultiert, daß der Kautschuk aufgrund des molekularen Prozesses des Spannungsrückganges nicht in seine anfänglichen unaufgeblähten Abmessungen zurückkehrt. Eine Blase, welche diese Begrenzung überschreitet, kann nicht akzeptiert werden, weil sie das Wegwerfen eines zu bedeutenden Anteils des Blaseninhaltes erfordert, der im Falle von Med ikamenten, Wirkstoffen und dgl. sehr kostspielig sein kann.

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Blasen nach der Erfindung müssen geringe Hysterese aufweisen. Insbesondere darf der Unterschied zwischen dem Druck beim Aufblähen (Kurve B in Fig. 1) und dem Druck beim Ablassen 10 % des Abgabedruckes beim Ablassen nicht überschreiten. Die Kurve D in Fig. 1 zeigt eine Spannungs-Dehnungs-Kurve, welche diese Grenze nicht einhält, weil der Unterschied zwischen dem Aufbläh- und dem Ablaßdruck größer als 10 % des Abgabedruckes ist. Es sei darauf hingewiesen, daß diese Grenze sowohl für die Hochfrequenz- und die Niederfrequenz-Hysterese gelten soll. Einige Elastomer-Mischungen haben ausgezeichnete Eigenschaften hinsichtlich der Hochfrequenz-Hysterese; d. h., die zeigen niedere Hysterese-Werte bei schneller Elongation und Kontraktion. Sie weisen jedoch hohe Hysterese bei Elongation und Kontrakten über lange Zeiträume auf. Naturgummi stellt ein Beispiel für ein Material dar, das eine gute Hochfrequenz-Hysterese, jedoch eine ungeeignete Niederfrequenz-Hysterese aufweist.

Das Elastomer der Blase muß ferner eine geringe Spannungs-Ermüdung aufweisen. Wenn das Elastomer eine Spannungs-Dehnungs-Kurve entsprechend Kurve E hat, ist sie trotz eines Konstant-Druckbereiches während des Ablassens nicht akzeptabel, weil die vertikale Lage der Kurve E im wesentlichen abhängig von der Zeit ist, in welcher die Blase aufgebläht bleibt, wobei längere Zeiträume die Kurvenlage drücken.

Eine andere unzulässige Druck-Volumen-Kurve ist in Fig. 1 durch die Kurve F dargestellt. Diese Kurve zeigt keinen konstanten Druck während des Ablassens. Eine solche Kurvenform ergibt sich, "wenn die Blase falsche Geometrie hat. Eine Kurve der Art nach Kurve F ergibt sich, wenn die Länge der abgelassenen zylinderischen Blase kleiner als 1Omal der Innendurchmesser in abgelassenem Zustand ist.

Um das erwünschte Druck-Volumen-Verhalten zu erhalten, muß eine Blase gemäß der Erfindung gewisse geometrische Bedingungen erfüllen:

Die abgelassene Länge muß das 10- oder mehrfache des abgelassenen Außendurchmessers betragen und die Wandstärke muß zwischen dem 0.01-fachen bis zum 1-fachen des abgelassenen Innendurchmessers betragen. Diese Geometrie ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Fig.2

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-si -

zeigt eine Flüssigkeits-Abgabevorrichtung 10, die eine aufblähbare Elastomer-Blase 11 der Länge L umfaßt. Die Blase 11 ist durch Befestigen an einem Rohranschluß 14 mit einer Klemme 15 an einem Halter 12 angeordnet. Der Rohranschluß 14 ist hohl und verbindet die Blase 11 mit einem einstellbaren Ventil 16, das seinerseits mit einem Rohr 17 verbunden ist. Durch das Rohr 17 und das Ventil 16 kann ein Fluid zum Füllen der Blase 11 durchgelassen werden, oder die Blase 11 kann über das Ventil 16 abgelassen bzw. entleert werden. Fig. 3 zeigt in der größeren, teilweise geschnittenen Teildarstellung der Blase 11 an der Stelle 3-3 in Fig. 2 den Außendurchmesser O.D., den Innendurchmesser I.D. und die Wandstärke T. Der gemessene Innendurchmesser ist nicht größer als 1/10 L (aus Fig. 2), und T beträgt das 0,01fache bis zum Ifachen des Innendurchmessers I.D.

Es wird nun auf Fig. 4 sowie nochmals auf Fig. 3 und die Kurve B in Fig. 1 Bezug genommen: In Fig. 4 ist die Gestalt der Vorrichtung 10 nach Einpumpen einer kleinen Flüssigkeitsmenge in die Blase 11 dargestellt. Das Aufblähen der Blase gemäß der Erfindung spielt sich in folgender Weise abi Die zuerst eingebrachte Flüssigkeit füllt lediglich das Leervolumen, wobei der Druck Null bleibt und die Gestalt der Blase 11 gemäß Fig. 2 sich nicht merklich ändert. Darauf findet ein geringes Aufblähen der Blase 11 sowohl in axialer als auch in radialer Richtung (vornehmlich aber in radialer Richtung) statt. Das Volumen verändert sich nicht beträchtlich, doch steigt der Druck merklich an, wie in dem linken Teil der Kurve B in Fig. 1 gezeigt ist.

Wenn dann noch mehr Flüssigkeit eingeführt wird, findet eine lokale Vergrößerung mit einem elliptischen Querschnitt in axialer Richtung statt, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Der Druck erreicht eine Spitze und beginnt gemäß Kurve B in Fig. 1 abzufallen. Die Blase ändert sich lokal von ihrer anfänglich dickwandigen Gestalt zu einer Gestalt mit einer Wandstärke, die den Innendurchmesser beträchtlich unterschreitet. Die Blase fährt fort, sich lokal aufzublähen, wie in Fig. 5 gezeigt ist, bis die lokale Expansion etwa Kugelgestalt erreicht. Der Durchmesser dieser Kugel gemäß Fig. 5 stellt einen festen, reproduzierbaren Wert dar, der durch die radiale Expansionscharakteristik der Blase begrenzt ist, die von

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dem verwendeten Elastomer, der Wandstärke und dem anfänglichen Blasendurchmesser abhängt. Wenn diese Kugel gebildet ist, ist der Druck auf den Boden des Tals der Kurve B abgefallen. Wenn noch mehr Flüssigkeit zugeführt wird, beginnt sich die Kugel ausschließlich in axialer Richtung zu erweitern, wobei gemäß den Fig. 5 und 6 ein ovaler Querschnitt in axialer Richtung entsteht. Der Druck ist im wesentlichen konstant, wie der mittlere Bereich der Kurve B in Fig. 1 zeigt. Nahe vollständiger Füllung der Blase besteht eine allgemeine Tendenz zum Druckabfall; deshalb wird die Blase nur bis zu dem Punkt aufgebläht, bei dem noch der Druck im Bereich des Druckes P, . plus 10 % bleibt. Beim Ablassen oder Entleeren der Blase gemäß der Erfindung mit ihrer geringen Hysterese-Charakteristik wird im wesentlichen mit der Kurve C die Druck-Volumen-Kurve B nachgefahren.

Um das erwünschte konstante Druck-Volumen-Verhältnis beim Ablassen zu erreichen, insbesondere beim langen Entleeren mit sehr langsamer Abgabe von Flüssigkeit, muß beachtet werden, daß die Blase 11 soweit als möglich frei von jeder Behinderung, z. B. durch ein umschließendes Gehäuse, das die Blase einschnürt, gehalten wird. Solche Behinderungen verursachen Druckänderungen sowohl durch Beeinflussung des Entleerens durch Reibung als auch durch Inkonfliktkommen oder sogar überschreiten der idealen elastischen Eigenschaften der Blase nach der Erfindung.

Die bei den Blasen nach der Erfindung verwendeten Elastomere sind zum wesentlichen Teil durch ihr Spannungs-Dehnungs-Verhalten gekennzeichnet. Dieses Verhalten wird am besten als die Kurve der einachsigen Spannung über der Dehnung dargestellt. Die Bedeutung von Spannung und Dehnung, ihre gegenseitige Abhängigkeit und ihre Messung sind bekannt. Kurz gesagt ist mit"Spannung"eine Zugbean-

• ι· ι. j · Verformung , spruchung im mechanischem Sinn und mit"Dehnung"die / Oder Streckung gemeint, die durch das Ausüben von Zugbeanspruchung auf ein Material erzeugt wird. Das Spannungs-Dehnungs-Verhalten eines Materials wird durch Ausüben einer sukzessive ansteigenden Spannung

auf ein Probestück des Materials, z. B. durch Anhän-

proeressiv
gen einer sicn/vergrößer ten Masse und Messen der sich ergebenden Dehnungen (d. h., der Streckung des Probestückes) bestimmt. Ge-

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wohnlich wird das einachsige Spannungs-Dehnungs-Verhalten gemessen, was bedeutet, daß die Zugbelastung oder Spannung in einer einzigen Richtung aufgebracht wird. In der heutigen Laborpraxis wird beispielsweise eine als INSTRON-Belastungsrahmen bekannte Vorrichtung eingesetzt, die einem Probestreifen eine im wesentlichen konstant zunehmende Dehnung mitteilt und die sich ergebende Spannung als Funktion der Dehnung mißt. Das Elastomer der Blase wird einem zweiachsigen Spannungszustand ausgesetzt, was eine andere Spannungs-Dehnungs-Kurve ergibt als die bei Verwendung des INSTRON erreichte» Es besteht jedoch eine bekannte, feststehende Beziehung zwischen den zweiachsigen und den einachsigen Spannungs-Dehnungs-Eigenschaften von Elastomeren. Hier sind einachsige Eigenschaften angegeben, weil sie üblicherweise verwendet werden.

Fig. 7 zeigt graphisch das Spannungs-Dehnungs-Kriterium, das von bei der Erfindung verwendeten Elastomeren gefordert wird. Die Kurve X in Fig. 7 ist die Spannungs-Dehnungs-Kurve des Typs von bei der Erfindung verlangten Elastomeren. Wie in Fig. 4 zu sehen ist, ist bei 400 % Dehnung(d. h„ bei einer die ursprüngliche Länge 4fach übertreffenden gedehnten Länge) die erforderte Spannung größer als 3,5 kg/cm². Das bedeutet, daß die Spannungs-Dehnungs-Kurve über Punkt A hinausgehen muß und nicht darunter verlaufen darf, wie dies die Kurve Z tut (Elastomere, die dieses Spannungsminimum nicht einhalten, haben zu geringen Zerreißwiderstand, als daß sie in elastischen Blasen verwendet werden könnten). Bei der bevorzugten Anwendung der Blasen in Infusionsvorrichtungen für flüssige Medikamente wird dann, wenn die Spannung bei 300 % Dehnung unterhalb 3,5kg/cm² liegt, der resultierende Druck zu klein um eine präzise Infusion in einen lebenden Körper zu ermöglichen.

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- ίο -

Die Spannungs-Dehnungs-Kurve des Elastomers muß eine maximale Dehnung von mehr als 400 % haben. Dies bedeutet gemäß Fig. 7, daß die Kurve wie die Kurve X die Linie B schneiden muß und nicht an dieser Linie aufwärtsstreben darf wie die Kurve W. Zusätzlich muß die Kurve einen zusätzlichen Umkehrpunkt bei einer Dehnung von nicht weniger als 300 %, vorzugsweise zwischen 300 und 400 % Dehnung, haben. Diese beiden Charakteristika hängen miteinander zusammen. Sie zeigen an, daß das Material eine zweckmäßige Balance der Eigenschaften des "idealen Elastomers" und der_#/selbstverstärkenden Eigenschaften hat. Ein "ideales Elastomer" hat keinen Umkehrpunkt und folgt einer etwa der Kurve Y entsprechenden Kurve. Ein Elastomer mit verstärkenden Eigenschaften beträchtlicher Größe folgt etwa einer Kurve W. Nur wenn die beiden Eigenschaften untereinander ausgeglichen sind, ergibt sich eine Spannungs-Dehnungs-Kurve X. Wenn diese Kriterien nicht eingehal ^r-.,. werden, kann die resultierende Blase Fehler aufweisen. Vor allem hat sie aber keine angemessene Reserve in dem Verstärkungsbereich. Dies bedeutet, daß das Aufblähen nicht wie gewünscht in axialer Richtung voranschreitet, wie injden Fig. 5 und 6 gezeigt ist, weil leine ausreichende Verstärkung bzw. kein ausreichender Widerstand gegen die radiale Ausdehnung vorhanden ist. Eine andere wichtige Eigenschaft der Elastomerblasen nach der Erfindung bezieht sich auf den Zusammenhang zwischen ihren axialen und radialen einachsigen Spannungs-Dehnungs-Kurven. Ein Probestück des Elastomers, wie das aus der Vorrichtung 10 nach Fig. 6 entnommene Probestück 61, muß eine einachsige Spannung bei 3 00 % Dehnung'( d.h. längs der Erstreckung A des Probestückes 61) haben, die nicht größer ist als das 1,5-fache der radialen Spannung bei 300 % Dehnung (d.h. in Richtung der Erstreckung R). Dieses Kriterium betrifft das Material und die Art und Weise der Blasenherstellung. Wenn ein hochmolekulares Elastomer (wie handelsübliches Silastic , das ist ein Silikon-Polymer) durch Extrudieren geformt wird, dürfte dieses Kriterium nicht erfüllt werden können. Wenn dieses Kriterium nicht erfüllt wird, bläht sich die Blase weder in Wurstform auf noch ergibt sie einen wesentlichen konstanten Druck während des Ablassend, wie dies erwünscht ist.

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Elastomere, welche das genannte Kriterium erfüllen, werden in der Klasse der synthetischen Gummis gefunden. Ifeturgummi hat nicht die gewünschte niedrige Hysterese und Spannungsermüdung wegen seiner starken Tendenz, in gedehntem Zustand zu kristallisieren. Sämtliche synthetischen Elastomere, welche diese Kriterien erfüllen, sind für die Herstellung von Blasen nach der Erfindung geeignet. Beispiele von synthetischen Elastomeren, welche diese Kriterien erfüllen, sind Polybutadiene und Polyisoprene mit beträchtlichen Anteilen an Cis-Konfiguration, Butylkautschuk, Chlorbutyl-Kautschuk und chemisch vernetzten Polyurethanen. Beispiele von synthetischen Elastomeren, die diese Kriterien nicht erfüllen, sind Butadien-Styrol-Block-Copolymere-(welche nicht die gewünschten Kysteresegrenzen, die Spannungsermüdungsgrenze und die Bedingung von 3,5 kg je cm² Spannung bei 3 00 % Dehnung erfüllen) und Silastic -Silicon-Polymere (welche nicht das gewünschte Verhältnis zwischen axialer und radialer Spannung füllen). Obwohl eine Beschränkung auf spezielle Materialien, ausgenommen auf solche Materialen, welche allgemein die oben angegebenen Eigenschaften haben, erforderlich ist, wird die Verwendung von mit Peroxyd behandelten Isoprenen, Butyl-Kautschuk, mit Peroxyd behandelten Polybutadien, mit Peroxyd behandelten Polyurethanen bevorzugt, wobei insbes. die Verwendung von durch Peroxyd behandeltem Polyisopren als Material zum Herstellen der Blasen nach der Erfindung bevorzugt ist.

Die Blasen nach der Erfindung können durch Gießen, Extrudieren, Tauchen eines Dorns und in ähnlichen Verfahren, die Stand der Technik darstellen, hergestellt werden. Die einzigen Grenzen bei der Herstellung ergeben sich aus der Notwendigkeit, Fehler am Produkt aufgrund Nichteinhaltens der oben aufgezählten kritischen Grenz— kriterien zu vermeiden.

Die Blasen nach der Erfindung werden zum Speichern und Abgeben von Fluids einschließlich reiner Flüssigkeiten, Lösungen, Gele, Suspensionen und dergl. bei konstantem Druck wahlweise über ■einen verlängerten Zeitraum, z.B. über 30 Tage oder länge»; verwendet.

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Solche Blasen werden in breiten Anwendungsbereichen zum Abgeben von medikamentösen Flüssigkeiten, biologischen Wirkstoffen, Insektizide!} Fäulnis hindernden Zusammensetzungen, Geruchsstoffen, Wasserbehandlungschemikalien, Detergentien, Antiseptika, Insektenabweiserrv Reaktions-Katalysatoren und Nährflüssigkeiten verwertet, um nur einige Anwendungsmöglichkeiten zu nennen. Eine bevorzugte Anwendung der Blase nach der Erfindung findet sich bei Vorrichtungen zum Verabreichen von Medikamenten in Zeiträumen von etwa 1 Stunde bis zu 1 Woche,insbes. bei Vorrichtungen für die Infusion von Medikamenten in menschliche Körper oder andere Lebewesen. In solchen Anwendungsfällen ermöglichen die Blasen in Kombination mit Vorrichtungen zum Drosseln der Flüssigkeitsströmung auf sehr geringe Strömungsmengen in der Zeiteinheit die Konstruktion von kompakten Vorrichtungen für die Infusion von Medikamenten unter Druck bei konstanter Strömungsmenge. Vorrichtungen gemäß der Erfindung haben zahlreiche Vorteile.

Z.B. machen sie die Verwendung von umständlichen, mit Schwerkraft betriebenen intravenösen TropfVorrichtungen überflüssig. Außerdem können sie aufgrund ihrer kleinen Abmessungen und ihrer Lageunempfindlichkeit (da sie unabhängig von Schwerkraft arbeiten) an dem Patienten befestigt werden und ermöglichen so eine ambulante Behandlung. Ferner bieten die Vorrichtungen den Vorteil, daß mit ihnen sehr kleine Mengen an Medikamenten verabreicht werden können, wie 0,1 bis 1 ml je Stunde. Die bekannten Tropfvorrichtungen sind schwierig auf Mengen einzustellen oder zu regeln, die wesentlich kleiner als 10 ml/h sind. Diese Verkleinerung des abzugebenden Volumens ist unter vielen Umständen von Nutzen, z.B. bei Herzleiden, wo es unerwünscht ist, das Kreislaufvolumen auch nur durch kleine Mengen zu erhöhen.

Die in Fig. 6 gezeigte Vorrichtung 10 kann in einfacher Weise als eine Infusionsvorrichtung dienen. Zunächst würde dazu die Droge bzw. das Medikament in die Blase 11 eingepumpt und das Ventil 16 geschlossen. Ein zweckmäßiges Rohr und eine Nadel oder ein Katheter (nicht gezeigt) würden mit dem Rohr 17 verbunden, das Ventil 16 würde geöffnet und die Droge könnte durch das Rohr und die Nadel in von dem Steuerventil 16 gesteuerten Mengen ausströmen. Die Nadel könnte in einer Arterie oder Vene eingebracht und die Droge dort hinein eingespritzt werden,= Die Äbgabevorrich-

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- Vff -

tung kann, wenn erwünscht, an den Patient, z.B. mittels Streifen oder dergl. befestigt werden, so daß der Patient ambulant behandelt werden kann.

Eine höher entwickelte Infusionsvorrichtung mit der neuen Blase nach der Erfindung ist in Fig. 8 insgesamt mit dem Bezugszeichen 8 0 bezeichnet. Die Vorrichtung 80 umfaßt ein Gehäuse 81 , in dem die Elemente der Infusionsvorrichtung untergebracht sind. In der Praxis ist das Gehäuse 81 von einem oder mehreren Kunststoff-Gußteilen gebildet und hat eine geschlossene, glatte Oberfläche. In den Fig. 8 und 9 ist das Gehäuse aufgeschnitten dargestellt. Ein Hilfsgehäuse 82 ist gleitend in das Gehäuse 81 eingesteckt und durch Rasten oder dergl. darin gehalten. In dem Hilfsgehäuse 82 ist eine Elastomer-Blase 84 aufgenommen, die aus einem Material wie oben bechrieben hergestellt und bemessen ist. Die Blase 84 wird durch ein|flüssiges Medikament 85 gefüllt und aufgebläht. Die Wände 86 und 87 des Hilfsgehäuses 82 umschließen zwar die Blase 84, sind jedoch so angeordnet, daß sie nicht merklich die Blase 84 in aufgeblähter oder entleerter Gestalt terihren oder einem äußeren Zwang aussetzen. Ein Ende der Blase 84 ist mittels einer Befestigung und Abdichtung 90 an einem Gleitstück 89 befestigt. Das Gleitstück 89 hat die Funktion, eine sanfte Kontraktion der Blase 84 zu ermöglichen und durch eine Markierung 91 bezüglich einer nicht dargestellten Skala am Hilfsgehäuse 82 die Größe der Expansion der Blase 84 und damit den jeweiligen Inhalt anzuzeigen. Das Gleitstück 89 und die Abdichtung 90 können.zusätzlich mit Scheidewänden, Ventilen oder dergl. ausgerüstet sein, um eine Abwandlung des in der Blase enthaltenen flüssigen Medikaments oder das Lecken von Gas (Luft) aus der Blase zu ermöglichen. Das von dem Gleitstück 89 entfernte Ende der Blase 84 ist mittels eines Klemmringes 92 fest mit dem Hilfsrahmen 82 verbunden. Dieses Ende der Blase 84 ist mit Verbindungsmitteln versehen, über welche eine Verbindung zwischen dem flüssigen Medikament 85 und den übrigen Teilen der Vorrichtung hergestellt werden kann. In Fig. 8 umfassen diese Verbindungsmittel eine durchdringbare Scheidewand, welche das Ende der Blase 84 abdichtet und von einer hohlen Nadel 95: durchsetzt werden kann. Abgewandelte Anordnungen, wie ein einstellbares Ventil oder dergl. können ebenfalls verwendet werden. Wenn die Blase 84 durch die Scheidewand 94 hindurch mit der Nadel 95

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verbunden ist, wird das flüssige Medikament durch den elastischen Druck der Blase 84 über die Nadel 95 zur Leitung 96 über den Filter 97, Leitung 99 und Verbindungsstück 100 zu einer Strömungssteuervorrichtung 101 ausgetrieben. Der Filter 97 ist ein wahlweise zu verwendendes Bauteil. Es ist oft zweckmäßig, bestimmte Stoffe von der Stromungssteuervorrxchtung fern zu halten. Die Strömungssteuervorrichtung 101 besteht aus einer einstellbaren Drossel oder einem Ventil, welches die aus der Blase 84 ausströmende Flüssigkeitsmenge drosselt und reguliert. Die Blase 84 und die Strömungssteuervorrichtung 101 sind etwa so ausgelegt, daß sie die Abgabe von 0,5 % bis 5 % des Gesamtinhaltes an flüssigem Medikament inder Blase je Stunde und bei Drücken von 0,15 kg/cm² bis etwa 2 kg/cm² ermöglicht. Zwischen diesen Grenzen sind die Strömungsmengen und Drücke einstellbar.

Das in der Blase 84 enthaltene Volumen an flüssigem Medikament 85 reicht normalerweise von 10 ml bis zu 2 1. Für ein tragbares Äbgabegerät benagt das Volumen an Medikament 85 zwischen 10 ml bis 500 ml.

Der Medikaiaentenstrom aus der Strömungssteuervorrichtung 101 passiert über ein Verbindungsstück 102 und eine Leitung 103 ein Anschlußstück 104 und wird von dort in einen Patienten eingespritzt, wie in Fig. 9 dargestellt ist. In Fig. 9 ist ein menschlicher Torso 91^r mit einer Abgabevorrichtung 80 gemäß Fig. 8 dargestellt, wobei die Abgabevorrichtung an den linken Arm mittels eines Streifens 92' befestigt ist. Ein Schlauch 93' führt vom Anschlußstück 104 (nicht darges-ta.lt) der Vorrichtung 80 zu einer Vene^e£rterie 97' über eine Nadel 96'. Der Streifen 95' hält den Schlauch 93 ' und die Nadel 96' an Ort und Stelle. Die folgenden Beispiele beschreiben Ausführungen der Erfindung.

Beispiel I

1000 g eines festen, als "Ameripol SN 600" gehandelten Polyisoprene wird in eine Mühle eingebracht und bei etwa 50⁰C (120⁰F) geknetet, wobei 18 g eines Dicumylperoxyds sorgfältig mit dem Polyisopren vermischt werden, worauf die Mischung in einer 0,25 cm

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starken Schicht extrudiert wird. Zwei Stücke dieser Schicht werden in einer Kompressionsform mit vier Formhohlräumen gelegt, von denen jeder so gestaltet ist, daß er eine hohle zylindrische Blase mit einem Innendurchmesser von 0,32 cm, einem Außendurchmesser von 0,48 cm, einer Wandstärke von 0,08 cm und einer Länge von 7,6 cm formen kann. Eine solche Blase erfüllt die geometrischen Bedingungen gemäß der Erfindung, wobei die Wandstärke gleich dem 0,25-fachen des Innendurchmessers und die Länge dem 24-fachen des Innendurchmessers entsprechen. Die Form wird um die beiden Stücke der Kautschukschicht zusammengedrückt und bei 150 ⁰C für 20 min unter Druck gehalten. Während dieses Zeitraumes nimmt das Polyisopren die Gestalt der Form an und wird durch das Peroxyd vernetzt. Die Form wird geöffnet und die PoIyisopren-Schläuche werden herausgenommen. Einer dieser Schläuche wird aufgeschnitten und die Eigenschaften des Elastomers werden auf einem Instron-Belastungsrahmen bestimmt. Die einachsige Spannung bei 300 % Dehnung hat eine Größe von 19,7 kg/cm², welcher Wert den Minimalwert von 3,5 kg/cm² überschreitet; die maximale Dehnung übersteigt 400 % (575 %); in der Spannungs-Dehnungs-Kurve gibt es einen positiven Umkehrpunkt bei 450 % Dehnung und die Spannung

beträgt an einem axial geschnittenen Probestück bei 300 % Dehnung / mit 17,6 kg/cm² nicht mehr als das 1,5-fache der Spannung (18,3 kg/cm² bei 3 00 % Dehnung eines radial geschnittenen Probestückes. Die Spannungsermüdung und Hysterese des Materials wurden über 24 h gemessen und mit 4,6 % und 1,8 % ermittelt.

Eine zweite Blase wird an eine Wasserleitung und an ein Zumeßventil angeschlossen und mit 30 ml Wasser gefüllt. Das Ventil wird dann geschlossen. Stromaufwärts von dem Zumeßventil ist ein Druckmesser mit der Blase verbunden. Die aufgeblähte Blase hat die Gestalt einer zylindrischen Wurst. Der Druck innerhalb der Blase beträgt 600 mm Hg. Das Zumeßventil wird geöffnet, um eine Strömungsmenge von 1 bis 1,1 ml/h aus derBlase austreten zu lassen. Beim Ablassen der .Bslase wird der Druck als zwischen 600 und 565 mm Hg variierend gemessen (weniger als _+ 10 % Abweichung von dem mittleren Druck), und zwar während des Ablassens von 30 ml bis 2 ml; unterhalb 2 ml fällt derDruck rapide ab. Das Gesamtvolumen der ausge-

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triebenen Flüssigkeit beträgt 2 9 ml oder 97 % des ursprünglichen Volumens. So w.rd mit dieser Blase eine nahezu vollständige Entleerung der darin enthaltenen Flüssigkeit bei einem etwa konstanten Druck erreicht.

Beispiel II

Der Versuch gemäß Beispiel I wird mit der Änderung wiederholt, daß eine längere Heizperiode in der Form eingeschaltet wird. Hierdurch entsteht ein stärker vernetztes Elastomer. Die Blase erfüllt die kritischen Bedingungen gemäß der Erfindung und ergibt eine vollständige Flüssigkeitsentleerung bei einem Druck von mm Hg.

Beispiel III

Der Versuch nach Beispiel I wird mit einem Elastomer der folgenden Zusammensetzung wiederholt:

Butylkautschuk (Enjay 007-0,8 %

m-ungesättigt) 100 Teile

Schwefel 1 Teil

Tellurdiäthyldithiocarbonat 1,5 Teile

Tetramethylthiuramdxsulfid 1 Teil

Kupferdimethyldxthiocarbonat 0,5 Teile

Benzothiazyldisulfid 1 Teil

Zinkoxyd 5 Teile

Stearinsäure 1 Teil

Die entstehenden Blasen haben die gleiche Geometrie wie die Blasen gemäß Beispiel I. Das Elastomer hat die folgenden Eigenschaften, die alle den Kriterien gemäß der Erfindung genügen:

a) 8,1 kg/cm² Spannung bei 300 % Dehnung;

b) 800 % maximale Dehnung;

c) positiver Umkehrpunkt bei 799 % Dehnung;

d) axiale Spannung bei 3 00 % Dehnung entspricht dem 0,95-fachen der radialenSpannung bei 300 % Dehnung;

e) 7,5 % Spannungsermüdung über eine Gebrauchsdauer (18 Stunden); 5Q9847/0039

f) 10 % Hysterese über die Gebrauchsdauer.

Wenn' die Blase mit einer Flüssigkeit (25,0 ml) gefüllt wird, nimmt sie wurstförmige Gestalt an. Nach Anschluß an ein Ventil gibt sie Flüssigkeit bei einem Druck ab, der von einem mittleren Druck von 250 mm Hg nicht mehr als 10 % abweicht. Sie gibt 23,8 ml ihres gesamten Füllvolumens von 25,0 ml ab.

Beispiele IV bis VI

Der Versuch nach Beispiel 1 wird dreimal wiederholt, wobei das Elastomer wahlweise aus Polybutadien, Chlorbutyl und mit Peroxyd vernetztem Polyurethan besteht. Die entstehenden Blasen haben Eigenschaften, welche den kritischen Bedingungen, wie sie mit der Erfindung in Einklang stehen, genügen. Nach dem Aufblähen mit einer Flüssigkeit bis zu 30 ml geben sie Flüssigkeit bei 0,62, 0,26 und 1,02 kg/cm² Druck ab. Alle Blasen geben mehr als 95 % ihres ursprünglichen Inhaltes ab.

Beispiel VII

Der Versuch gemäß Beispiel I wird unter Verwendung einer Transfer-Form wiederholt, die so gestaltet ist, daß sie eine Blase von 4 cm Länge, 0,25 cm Innendurchmesser und 0,38 cm Außndurchraesser ergibt. Das Elastomer hat die anhand Beispiel I beschriebeneb Eigenschaften. Die Blase wird mit 20 ml Flüssigkeit gefüllt. Die Flüssigkeit wird dann bei einem mittleren Druck von 480 mm lig über einen Zeitraum von 36 h abgegeben. Dabei tritt eine Druckabweichung von _+ 7,5 % vom Mitteldruck auf, und 92 % der Gesamtfüllung an Flüssigkeit wird wieder abgegeben.

Vergleichsbeispiel A

Der Versuch nach Beispiel I wird mit einer anders gestalteten Form wiederholt, wobei die fertige Blase ein 7,6 cm langer Zylinder mit 1,9 cm Innendurchmesser und 0,32 cm Wandstärke ist. Diese Blase erfüllt also nicht die geometrischen Bedingungen, wie sie gemäß derErfindung erforderlieh sind. Das Elastomer hat jedoch die gewünschten Eigenschaften. Das Blasenvolumen vor dem Aufblähen

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beträgt 21,5 ml. In gefülltem Zustand ist das Blasenvolumen 135 ml. Die Blase gibt 110 ml des Füllvolumens oder nur 81,5 % ab. Der Druck während der Abgabe ist nicht konstant sondern variiert zwischen 1420 und 880 mm hg.

Vergleichsbeispiel B

Eine Blase wird durch Eintauchen des zentralen Stiftes der Form, wie sie im Vergleichsbeispiel A verwendet ist, als Dorn in eine Benzol-Lösung des Elastomers und ein vernetzendes Mittel gemäß Beispiel I hergestellt. Die Wandstärke beträgt nur 0,0028 cm (weniger als das 0,01-fache des Innendurchmessers). Wenn Flüssigkeit in die Blase gefüllt und später daraus abgegeben wird, ist nicht nur die^der Blase verbleibende Restflüssigkeit zu groß (größer 10 %) , sondern auch der Druck ist weder konsta*. , noch groß genug, um die Blase bei einer Infus-ionsvorrichtung für flüssige Medikamente einsetzen zu können.

Ansprüche

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Claims

ANSPRÜCHE

! 1.) Elastische Blase zum Speichern und Abgeben unter Druck einer >—s
Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet , daß sie zylindrisch ist, eine Länge in abgelassenem oder Leerzustand von nicht weniger als dem Zehnfachen ihres Innendurchmessers im Leerzustand / Wandstärken von dem 0,01-bis zum 1-fachen ihres Innendurchmessers im Leerzustand hat und aus einem Elastomer mit einer einachsigen Spannungs-Dehnungs-Kurve hergestellt ist, die

a) eine 3,5 kg/cm² übersteigende Spannung bei 300 % Dehnung;

b) eine 400 % überschreitende maximale Dehnung;

e) einen positiven Umkehrpunkt der Steigung bei nicht

weniger als 300 % Dehnung;
d) bei 300 % Dehnung eine axiale Spannung, die nicht größer als das 1,5fache der radialen Spannung bei 300 % Dehnung/

aufweist, und daß das Elastomer ferner eine Spannungsermüdung und eine Hysterese aufweist, die während des Speicher- und Abgabezeitraumes 10 % nicht überschreiten.
2. Blase nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer ein Polybutadien oder Polyisopren mit einem beträchtlichen Anteil an einer Cis-Konfigüration, Butyl-Kautschuk, Chlorbutyl-Kautschuk oder chemisch vernetzten Polyurethan ist.
3. Blase nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Umkehrpunkt im Bereich zwischen 300 % und 400 % Dehnung liegt.
4. Vorrichtung zum Speichern und Abgeben einer Flüssigkeit mit einer Blase nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekenn-

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zeichnet durch einen von der Blase(84) wegführenden Flüssigkeitskanal (96 bis 103) und eine darin angeordnete Strömungssteuervorrichtung (101).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein die Blase (84) einschließendes, jedoch an ihrem Aufblähen bzw. Schlaffwerden nicht hinderndes Gehäuse (81).
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß ein Injektor (96¹) zum Eingeben in einen Patienten der in der Blase (84) enthaltenen Flüssigkeit mittels des Blaseninnendruckes mit dem Flüssigkeitskanal (96 bis 103) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Blase (84) einen Druck zwischen 0,15 kg/cm² und 2 kg/cm² auf ihren Flüssigkeitsinhalt ausübt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Strömungssteuervorrichtung (101) so ausgelegt ist, daß aus der Blase (84) eine Flüssigkeitsmenge zwischen 0,5 % und 5 % je Stunde ihres Gesamtinhaltes abgegeben werden kann.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Blase (84) in vollständig aufgeblähtem Zustand ein Volumen zwischen etwa 10 ml und 2 1 hat.

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