DE602004001291T2

DE602004001291T2 - Ein radiofrequenz-gesteuertes Gerät zum Freisetzen / zur Probennahme von Substanzen

Info

Publication number: DE602004001291T2
Application number: DE602004001291T
Authority: DE
Inventors: Piero Perlo; Anatoli Zvezdine; Valentina Grasso; Federica Valerio; Vito Guido Lambertini; Daniele Pullini; Nello Li Pira; Piermario Repetto; Gianfranco Innocenti
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2004-05-10
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2024-05-11
Also published as: EP1481705B1; DE602004001291D1; US7086637B2; ES2266956T3; ITTO20030390A1; ATE330660T1; EP1481705A1; US20040238769A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine miniaturisierte Vorrichtung, die durch elektromagnetische Signale im Hochfrequenzbereich gesteuert wird zum gesteuerten Freisetzen oder Entnehmen von Substanzen oder Proben, welche dank ihrer kleinen Abmessungen geeignet ist, in eine Kapsel zur medizinischen, industriellen oder ökologischen Verwendung integriert zu werden, zum Beispiel zum Freisetzen eines Medikaments entlang des Magen-Darm-Trakts eines lebenden Organismus nach der Nahrungsaufnahme. Insbesondere umfasst die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Behälter und eine Ventilstruktur, die mit dem Behälter verbunden ist, wobei deren Funktionen zum Öffnen und Schließen durch ein elektromagnetisches Signal im Hochfrequenzbereich gesteuert werden.
Eine Vorrichtung, die durch elektromagnetische Signale im Hochfrequenzbereich gesteuert wird, die das Freisetzen einer Substanz steuern kann, ist in der internationalen Patentanmeldung WO 02/30264 beschrieben. Die oben genannten Vorrichtung umfasst: eine Haltevorrichtung mit einer Vielzahl von Behältern, welche die freizusetzende Substanz enthalten; ein Schließsystem für jeden Behälter; und eine Energiequelle, die ein elektromagnetisches Signal im Hochfrequenzbereich empfangen und das Signal an das Schließsystem senden kann, um dessen Öffnung mit anschließenden Freisetzen der Substanz zu bewirken. Das Schließsystem des Behälters besteht im Wesentlichen aus einer Beschichtung, die ihre eigene Porosität auflösen oder in einem solchen Ausmaß verändern kann, dass die im Behälter selbst enthaltene Substanz freigesetzt wird. Das von der Energiequelle empfangene Signal wird in eine Veränderung von elektrischem Potenzial umgewandelt, welches, wenn es an ein Anoden/Kathoden-Paar angelegt wird, wobei die Anode aus dem Schließsystem des Behälters besteht, die Auflösung oder Veränderung der Porosität der Anode mit anschließendem Freisetzen der in dem Behälter enthaltenen Substanz in die Umgebung bewirkt.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, die durch elektromagnetische Signale im Hochfrequenzbereich gesteuert wird zum Freisetzen/Entnehmen von Substanzen, wobei die Vorrichtung zum Beispiel hinsichtlich der Struktur selbst der Vorrichtung, welche vereinfacht ist, und/oder hinsichtlich anderer funktionaler Aspekte und Aspekte der Verwendung verbessert wird.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine miniaturisierte Vorrichtung bereitzustellen, die durch ein elektromagnetisches Signal im Hochfrequenzbereich gesteuert wird zum Freisetzen/Entnehmen von Substanzen, um die oben genannten Verbesserungen zu implementieren. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, welche die im Oberbegriff von Anspruch 1 dargelegten Merkmale aufweist, die unter anderem aus US-A-S 170 801 und US 2002/013555 bekannt ist.
Erfindungsgemäß wird der Zweck dank der Vorrichtung erreicht, die des Weiteren das Merkmal aufweist, das in dem kennzeichnenden Abschnitt von Anspruch 1 dargelegt ist. Die sich daraus ergebenden Ansprüche sind als integraler Bestandteil der vorliegenden Beschreibung zu verstehen.
Die Erfindung betrifft ein Ventil für allgemeine Verwendung, das insbesondere auf eine Vorrichtung zum gesteuerten Freisetzen oder Entnehmen von Substanzen oder Proben angewendet werden kann, welche umfasst: ein Kommunikationsmodul, das elektromagnetische Signale im Hochfrequenzbereich erfassen und darauf reagieren kann; eine Batterie; einen Behälter; und eine Ventilstruktur, die mit dem Behälter verbunden ist, dessen Schließen/Öffnen durch das elektromagnetische Signal über das Einschalten der Batterie gesteuert wird.
Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die einen Behälter und eine Ventilstruktur umfasst, die mit dem Behälter verbunden ist, wobei die Ventilstruktur aus einem Material besteht, das für Hochfrequenzen und insbesondere für kreisförmig polarisierte Hochfrequenzen empfindlich ist, so dass die Funktionen des Schließens und Öffnens der Ventilstruktur durch das elektromagnetische Signal gesteuert werden, das direkt auf das Material wirkt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden deutlich im Verlauf der folgenden ausführlichen Beschreibung, die nur zum Zweck eines nicht-einschränkenden Beispiels bereitgestellt ist, unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen im Anhang offensichtlich:
1 stellt eine Vorrichtung zum gesteuerten Freisetzen/Entnehmen einer Substanz dar, die nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist;
2 stellt eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum gesteuerten Freisetzen/Entnehmen einer Substanz gemäß der vorliegenden Erfindung dar; und
3 und 4 veranschaulichen zwei Beispiele einer Ausführungsform des Schließsystems der Vorrichtung von 2.
Unter Bezugnahme auf 1 umfasst die Vorrichtung, die als Ganzes mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet wird und keinen Bestandteil der vorliegenden Erfindung bildet: ein Kommunikationsmodul 4, das ein elektromagnetisches Signal im Hochfrequenzbereich HF erfassen und darauf reagieren kann; eine Batterie 3; und einen Behälter 1, mit welchem eine Ventilstruktur 2 verbunden ist.
Die Ventilstruktur 2 weist Wandteile 2a und 2b auf, die zusammen eine Vorlaufleitung 5 definieren, durch welche die in dem Behälter 1 enthaltene Substanz fließen kann.
Das Material, aus dem die Wandteile 2a und 2b bestehen, ist ein wärmeempfindliches Material, wie zum Beispiel eine Formgedächtnislegierung, das daher in der Lage ist, seine eigene Konstellation der Temperatur entsprechend zu modifizieren. Das Anlegen eines Stroms und damit von Wärme an die Ventilstruktur 2 modifiziert selektiv die Position der Wandteile 2a und 2b so, dass die Vorlaufleitung 5 selektiv geschlossen wird (1a) oder durchlässig (1b) gemacht wird.
Das Kommunikationsmodul 4, das zum Beispiel gemäß einem Protokoll wie beispielsweise IEEE 802.11, GSM, Bluetooth und ZigBee arbeitet, ist mit einer Steuerplatine oder mit sonst einem elektronischen Regelsystem integriert, das auf die Batterie 3 wirkt. Das Kommunikationsmodul 4 kann ein elektromagnetisches Signal im Hochfrequenzbereich in den ISM- (Industrial Scientific and Medical) Frequenzbändern erkennen, das für Europa bei 430 MHz und für die Vereinigten Staaten bei 900 MHz liegt.
Das von dem Kommunikationsmodul 4 erfasste elektromagnetische Signal wirkt über die Steuerplatine oder das elektronische Regelsystem auf die Batterie 3, welche – durch den Joule-Effekt – ein Erwärmen der Ventilstruktur 2 hervorruft, wodurch Öffnen/Schließen der Vorlaufleitung 5 und demzufolge des Behälters 1 mit entsprechendem Freisetzen oder Entnehmen der Substanz/Probe von Interesse geregelt wird.
Die Unterbrechung des elektromagnetischen Signals bringt die Ventilstruktur 2 wieder in ihren ursprünglichen Zustand zurück, wobei ihr Betrieb unterbrochen wird, der jedoch mit dem Aussenden eines anderen elektromagnetischen Signals wieder aufgenommen werden kann.
In der in 2 veranschaulichten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 20, die durch ein elektromagnetisches Signal im Hochfrequenzbereich zum Freisetzen/Entnehmen einer Substanz/einer Probe gesteuert wird, einen Behälter 1, mit dem eine Ventilstruktur 2 verbunden ist, die strukturelle Teile aufweist, die denjenigen vollkommen ähnlich sind, die bereits unter Bezugnahme auf 1 veranschaulicht wurden.
In dieser Ausführungsform ist es die Ventilstruktur 2 als Ganzes, die für elektromagnetische Signale im Hochfrequenzbereich empfindlich ist; die Signale können die physikalischen Merkmale des Materials, aus welchem wenigstens eines der Wandteile 2a und 2b besteht, mit entsprechender Veränderung der relativen Position der zwei Wandteile 2a und 2b so modifizieren, dass die Vorlaufleitung 5 selektiv geschlossen wird oder durchlässig gemacht wird.
Die in 2 veranschaulichte Vorrichtung 20 ist des Weiteren in Bezug auf die Vorrichtung 10 von 1 vereinfacht, für deren Betrieb ein Kommunikationsmodul und eine Batterie vorgesehen sind. Die in 2 veranschaulichte Ausführungsform erfordert für ihren Betrieb die zusätzlichen Elemente nicht.
Das Schließsystem der Vorrichtung 20 umfasst im Wesentlichen eine Ventilstruktur 2, die eventuell mit weiteren mechanischen Elementen zusammenwirkt.
Die Ventilstruktur 2 der Vorrichtung 20 sieht den Einsatz von zwei Materialien mit verschiedenen physikalischen Eigenschaften vor, die jedes der zwei Wandteile 2a und 2b bilden.
Das Wandteil 2a kann zum Beispiel aus einem Material bestehen, das für Hochfrequenzen und insbesondere für ein Feld von kreisförmig polarisierter Strahlung empfindlich ist und damit Schwankungen in seinen physikalischen Eigenschaften und insbesondere magnetischen Eigenschaften unterliegt, wenn es einem elektromagnetischen Signal im Hochfrequenzbereich ausgesetzt wird. Ein Beispiel für ein Material dieses Typs wird aus einem weichen magnetischen Material gebildet; zum Beispiel kann Gadoliniumeisengranat (GdIG) mit der Zusammensetzung Gd₃Fe₅O₁₂ genannt werden. Ein weiches magnetisches Material dieser Art weist schwache magnetische Eigenschaften auf und besitzt eine Ausgleichstemperatur, bei der die magnetischen Eigenschaften verloren gehen.
Das Wandteil 2b kann stattdessen natürlich aus einem permanent magnetischen oder magnetisierten Material bestehen, zum Beispiel aus NdFe₁₄B.
Wenn das Wandteil 2a von kreisförmig polarisierten elektromagnetischen Wellen im Hochfrequenzbereich bestrahlt wird, wird ein Magnetisierungszustand in dem weichen magnetischen Material, der in Bezug auf den Magnetisierungszustand des Dauermagneten, welcher das Wandteil 2b bildet, abstoßend ist, mit anschließendem Öffnen der Vorlaufleitung 5 und Freisetzen der in dem Behälter 1 enthaltenen Substanz herbeigeführt.
3 und 4 stellen zwei weitere besondere Ausführungsformen des Schließsystems der Vorrichtung 20 dar.
Das Schließsystem in der Konfiguration von 3 sieht die Einfügung eines mechanischen Elements in der Form von einer oder mehreren Federn 6 zwischen einem der zwei Wandteile 2a und 2b der Ventilstruktur 2 und einer Fläche 7 eines (nicht dargestellten) Behälters vor, in dem die Vorrichtung 20 untergebracht ist (zum Beispiel der Innenwand der Kapsel).
Die Feder 6 wirkt mit der Ventilstruktur 2 zusammen, wodurch sie deren Schließung in Zuständen der Abwesenheit irgendeines elektromagnetischen Signals erleichtert.
Wenn das weiche magnetische Material, welches das Wandteil 2a bildet, von den elektromagnetischen Wellen im Hochfrequenzbereich beaufschlagt wird, überwindet die ab stoßende Magnetkraft, die das Material in Bezug auf das Material erlangt, welches das Wandteil 2b bildet, die durch die Feder 6 ausgeübte Federkraft, was zu der Veränderung der Position der Wandteile 2a und 2b führt, d. h. zum Öffnen der Vorlaufleitung 5 und Freisetzen oder Entnehmen der Substanz/Probe.
Wenn das elektromagnetische Signal endet, verliert das weiche magnetische Material seine Magnetisierung, und die Federkraft der Feder 6 bringt die zwei Wandteile 2a und 2b wieder miteinander in Kontakt, wodurch die Vorlaufleitung 5 verschlossen wird.
In der in 4 dargestellten zweiten Ausführungsform sieht das Schließsystem der Vorrichtung 20 die Einfügung von einem oder mehreren mechanischen Elementen vor, zum Beispiel in der Form von Federn 6a und 6b, die mit den zwei Wandteilen 2a und 2b zusammenwirken.
Die zwei Wandteile 2a und 2b werden aus Materialien mit verschiedenen magnetischen Eigenschaften gebildet. Hinsichtlich der Materialien und der entsprechenden magnetischen Eigenschaften kann Bezug genommen werden auf das, was vorher in Bezug auf die Vorrichtung 20 von 2 beschrieben worden ist.
Die Federn 6a und 6b halten die zwei Wandteile 2a und 2b auf Grund ihrer Federkraft voneinander getrennt mit daraus folgender Durchlässigkeit der Vorlaufleitung 5 und Freisetzen der in dem Behälter enthaltenen Substanz.
Das Anlegen eines elektromagnetischen Signals im Hochfrequenzbereich verändert den Magnetisierungszustand des Materials, aus dem zum Beispiel das Wandteil 2a gebildet wird, indem eine anziehende Magnetkraft zwischen den zwei Wandteilen 2a und 2b so herbeigeführt wird, dass die Federkraft der Federn 6a und 6b überwunden und die Vorlaufleitung 5 geschlossen wird.
Der Prozess in beiden Konfrgurationen ist umkehrbar. wenn das elektromagnetische Signal unterbrochen wird, kehrt das weiche magnetische Material in seinen ursprünglichen Zustand zurück, und die Ventilstruktur 2 schließt oder öffnet sich.
Die Möglichkeit, das Öffnen oder Schließen der Ventilstruktur 2 der Vorrichtung 20 zu steuern, indem auf das Material, aus dem die Wandteile bestehen, durch direkte elektromagnetische Signale im Hochfrequenzbereich direkt eingewirkt wird, ermöglicht das Weglassen der Batterie und des Kommunikationsmoduls mit daraus folgender weiterer Miniaturisierung der Vorrichtung.
Selbstverständlich können die Konstruktionsdetails und die Ausführungsformen ohne Beeinträchtigung des Prinzips der Erfindung in Bezug darauf, was hierin beschreiben und veranschaulicht ist, verändert werden, ohne dadurch vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Ventilvorrichtung (10; 20), gesteuert durch ein elektromagnetisches Signal im Hochfrequenzbereich, für die allgemeine Verwendung und insbesondere für die Freisetzung/Entnahme einer Substanz/Probe, wobei die Vorrichtung umfasst: – einen Behälter (1); und – ein Schließsystem, das mit dem Behälter verbunden ist; wobei das Schließsystem eine Ventilstruktur (2) aufweist und die Funktionen des Öffnens und Schließens der Ventilstruktur (2) durch das elektromagnetische Signal in dem Hochfrequenzbereich gesteuert werden; wobei die Ventilstruktur (2) aus wenigstens einem Paar von Wandteilen (2a und 2b) ausgebildet wird, die zusammen eine Vorlaufleitung (5) ausbilden, und wenigstens einer der Wandteile (2a) aus einem Material besteht, das für das elektromagnetische Signal in dem Hochfrequenzbereich empfindlich ist, dadurch gekennzeichnet, dass das für das elektromagnetische Signal in dem Hochfrequenzbereich empfindliche Material ein weiches magnetisches Material ist, das eine Ausgleichstemperatur aufweist, bei der es seine magnetischen Eigenschaften verliert, so dass der Verlust seiner magnetischen Eigenschaften durch Bestrahlung mit dem elektromagnetischen Signal erzielt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10; 20) in einem Behälter enthalten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter eine Kapsel ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der andere Wandteil (2b) aus einem permanent magnetischen oder magnetisierten Material besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das weiche magnetische Material Gd₃Fe₅O₁₂ ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das permanent magnetisierte Material NdFe₁₄B ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilstruktur (2) wenigstens mit einem mechanischen Element (6; 6a; 6b) zusammenwirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Element eine Feder (6; 6a; 6b) ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Feder (6) zwischen eine externe Fläche (7) des Behälters und wenigstens eines der Wandteile (2a; 2b) gesetzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Feder (6a; 6b) zwischen die zwei Wandteile (2a; 2b) gesetzt ist.
Kapsel, die innen eine Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10 enthält.