-
Technisches
Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur schnellen Neutralisierung eines erzeugten elektrostatischen
Feldes, gebildet durch eine Vielzahl von im Wesentlichen geladenen
Teilchen, welche ein Medikationspulver umfassen, das auf einem definierten
Zielbereich eines Substratelements in einem Vorgang zum Bilden einer vorabgemessenen
Dosis, die zur Inhalation geeignet ist, abgelegt ist.
-
Hintergrund
-
Die
Dosierung von Medikamenten wird heutzutage im Gesundheitsdienst
in einer Anzahl von unterschiedlichen Arten ausgeführt. Bei
der Gesundheitspflege besteht ein schnell wachsendes Interesse an
der Möglichkeit,
Medikamente mittels eines Inhalators als ein Pulver direkt in die
Atemwege und Lungen eines Patienten zu dosieren, um eine wirksame,
schnelle und anwenderfreundliche Verabreichung solcher Substanzen
zu erhalten.
-
Ein
Trockenpulverinhalator, DPI, stellt eine Vorrichtung dar, die zur
Verabreichung von Pulver in die tiefen oder oberen Lungenatemwege
durch orale Inhalation gedacht ist. Eine Ablagerung tief in der Lunge
ist für
eine systemische Abgabe von Medikamenten erwünscht, aber für eine lokale
Behandlung der Atemwege ist das Ziel eine lokale Ablagerung, nicht
tief in der Lunge. Unter tief in der Lunge sind die periphere Lunge
und die Lungenbläschen
zu verstehen, wo ein direkter Transport einer aktiven Substanz in
das Blut stattfinden kann. Damit ein Teilchen die tiefe Lunge erreichen
kann, sollte die aerodynamische Teilchengröße typischerweise geringer
als 3 μm sein,
und für
eine lokale Abgabe in der Lunge typischerweise geringer als 5 μm. Größere Teilchengrößen bleiben
leicht im Mund und Hals stecken, was die Wichtigkeit unterstreicht,
die Teilchengrößenverteilung
der Dosis innerhalb enger Grenzen zu halten, um sicherzustellen,
dass ein hoher Prozentsatz der Dosis tatsächlich beim Inhalieren in der
tiefen Lunge abgelagert wird, wenn das Ziel eine systemische Abgabe
eines Medikaments ist. Außerdem
muss die Einatmung in einer ruhigen Weise erfolgen, um die Luftgeschwindigkeit
zu verringern und somit die Ablagerung im oberen Atemtrakt zu verringern.
-
Um
die systemische Abgabe von Medikationspulvern in die tiefe Lunge
durch Inhalation erfolgreich durchzuführen, müssen einige Kriterien erfüllt werden.
Es ist z. B. sehr wichtig, eine hohe Dosierungsgenauigkeit bei jeder
Verabreichung an den Anwender zu erhalten. Ein sehr hoher Grad an
Deagglomeration des Medikationspulvers ist ebenfalls von großer Wichtigkeit.
Dies ist bei den derzeitigen Trockenpulverinhalatoren ohne spezielle
Anordnungen, wie z. B. einen sog. Zwischenstück, nicht möglich.
-
Pulver
für Inhalatoren
haben die Neigung, zu agglomerieren, mit anderen Worten zu klumpen
oder kleinere oder größere Klumpen
zu bilden, die dann deagglomieriert (getrennt) werden müssen. Deagglomeration
wird als Aufbrechen von agglomeriertem Pulver durch Einleiten elektrischer,
mechanischer oder aerodynamischer Energie definiert. Üblicherweise
wird die Deagglomeration in zumindest zwei Stufen durchgeführt: Stufe
eins geschieht im Vorgang der Ablagerung des Pulvers, während die
Dosis aufgebaut wird, und Stufe zwei geschieht im Vorgang der Verteilung
des Pulvers während
des Einatmens des Patienten durch den DPI.
-
Der
Begriff Elektropulver bezieht sich auf ein fein verteiltes Medikationspulver,
das geregelte elektrische Eigenschaften aufweist, die für die Verabreichung
mittels eines Inhalators geeignet sind. Solch ein Elektropulver
bietet Möglichkeiten für eine bessere
Dosierung aus dem Gerät
unter Verwendung einer Technik zur elektrischen Feldsteuerung, wie
in unserem US-Patent
Nr. 6,089,227 sowie unseren schwedischen Patenten Nr. 9802648-7
und 9802649-5 offenbart, welche eine ausgezeichnete Dosierungsleistung
bei der Inhalation bietet. Der Stand der Technik offenbart außerdem eine
Anzahl von Lösungen
zum Ablagern von Pulver zur Dosierung. Die internationale Anmeldung
WO 00/22722 zeigt einen elektrostatischen Halter mit Sensorelektroden
mit abgestimmter Oberfläche.
Das US-Patent Nr. 6,063,194 offenbart eine Pulverablagerungsvorrichtung
zum Ablagern von Körnern
auf einem Substrat unter Verwendung eines elektrostatischen Halters
mit einer oder mehreren Sammelzonen und einer optischen Erfassung zum
Messen der Menge der abgelagerten Körner. US-Patent Nr. 5,714,007
und US-Patent Nr. 6,007,630 offenbaren eine Vorrichtung zum elektrostatischen
Ablagern eines Medikationspulvers auf vorbestimmten Bereichen eines
Substrats, wobei die Substrate verwendet werden, um Zäpfchen,
Inhalationsstoffe, Tablettenkapseln und dergleichen herzustellen.
Im US-Patent Nr. 5,699,649 und US-Patent Nr. 5,960,609 werden Abmessungs-
und Verpackungsverfahren und Vorrichtungen für Arzneimittel und Heilmittel
gezeigt, wobei die Verfahren eine elektrostatische Phototechnologie
verwenden, um Mengen von feinen Pulvern im Mikrogrammbereich in Form
einzelner Kapseln und Tabletten abzupacken.
-
Eine
häufige
Schwierigkeit, auf die man trifft, wenn eine elektrostatische Technik
und/oder elektrische Felder in Kombination mit elektrostatischer
Ladung der Pulverteilchen in einem Ablagerungsvorgang verwendet
werden, ist die Neutralisierung des erzeugten elektrostatischen
Feldes, das durch die Vielzahl der abgelagerten Teilchen und die
Ladung des Substrats gebildet wird, wenn ein Isolator, wenn die
Teilchen auf dem Substrat zum Bilden der Dosis abgelagert werden,
verwendet wird. Wenn die Neutralisierung der Ladungen unvollständig ist
oder zu lange dauert, wird dies die Ausbildung der Dosis nega tiv
beeinflussen, indem die bereits abgelagerten geladenen Teilchen
ein lokales, abstoßendes
elektrisches Feld darstellen, das dazu neigt, neu angezogene Teilchen
daran zu hindern, sich auf dem Zielbereich des Substrats abzusetzen,
und Neuankömmlinge
dazu zwingt, sich an den Randgebieten des Zielbereichs abzusetzen.
Das abstoßende
Feld nimmt an Stärke
zu, je mehr Teilchen auf dem Zielbereich abgelagert werden. Schließlich ist
das Feld so stark, dass eine weitere Ablagerung nicht möglich ist,
sogar wenn die Nettofeldstärke
in einiger Entfernung von dem Zielbereich eine Anziehungskraft auf
die geladenen Teilchen ausübt.
-
In
Fällen,
in denen elektrostatische Halter verwendet werden, ist es, ungeachtet
dessen, ob das Haltersubstrat, normalerweise aus einem dielektrischen
Material, in dem Ablagerungsbereich oder den Ablagerungsbereichen
vorgeladen ist, um das notwendige lokale elektrische Feld in dem
Zielbereich/den Zielbereichen zu erzeugen, oder ein System von Elektroden
verwendet wird, um die geladenen Teilchen anzuziehen, oder ob eine
Kombination von Vorladung und Elektroden verwendet wird, immer schwierig,
den Zielbereich mit der richtigen Anzahl von Teilchen zu füllen, da
das abstoßende
Feld mit jedem abgelagerten Teilchen stärker wird, was zu einer Verteilung
der Teilchen über
einen größeren Bereich
als den vorgesehenen Zielbereich führt. Dies ist auch zutreffend,
wenn die Zielbereiche, die Ablagerungsbereiche, aus Kügelchen
sind, die von dem Halter durch z. B. elektrostatische Kraft während der Ablagerung
von Teilchen auf die Kügelchen
selbst eingefangen und gehalten werden. Es ist somit häufig nicht
möglich,
Dosen mit ausreichender Masse und geeigneter räumlicher Form auszubilden.
Häufig erfordert
das Halterprinzip auch Pulver mit vorbestimmter oder bekannter spezifischer
Ladung (μC/g), um
die Masse der Teilchen, die am Halter angezogen werden, vorauszusagen,
was per se eine große
Herausforderung darstellt.
-
Ferner
erreichen die Vorrichtungen des Standes der Technik selten einen
ausreichend hohen Grad an Deagglomeration, und eine exakte Dosis
mit einer niedrigen relativen Standardabweichung (RSD) zwischen
den Dosen wird nicht gut gesteuert. Dies ist teilweise Schwierigkeiten
bei der Steuerung der Fließbandparameter
während
der Herstellung der Dosen, teilweise auch Schwächen bei der Konstruktion der
Inhalatorvorrichtung geschuldet, welche es erschweren, die behördlichen
Anforderungen zu erfüllen.
Die Schwierigkeiten lassen vieles zu wünschen übrig, wenn es um Dosiskonformität und Wirkungsgrad
der Ablagerung in der Lunge der Medikationssubstanz geht. Deshalb
gibt es immer noch einen Bedarf für vorfabrizierte, hoch genaue
und vorabgemessene Dosen, die in eine Inhalatorvorrichtung eingelegt
werden, die dann eine wiederholte und genaue systemische oder lokale
pulmonale Abgabe der Dosen, die durch Inhalation verabreicht werden, sicherstellt.
-
Zusammenfassung
-
Ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur schnellen Neutralisierung eines
erzeugten elektrostatischen Feldes, gebildet durch eine Vielzahl
von im Wesentlichen geladenen Teilchen, die ein Medikationspulver
enthalten, das auf einem definierten Zielbereich eines Substratelements
im Laufe eines Dosis bildenden Vorgangs abgelegt wird, wird definiert.
-
Eine
Ladungsquelle oder ein Ladungsgenerator, nicht zu verwechseln mit
dem Teilchengenerator, ist so angeordnet, dass die ausgegebenen
Ladungen, positiv oder negativ oder beides, in Richtung zum Zielbereich
des Substratelements gerichtet sind, so dass das elektrische Feld,
das von den sich ansammelnden Ladungen von einer Vielzahl von Teilchen
erzeugt wird, durch die hinzugefügten
Ladungen neutralisiert wird. Verschiedene Möglichkeiten, z. B. Koronaeffekt,
Induktionseffekt oder Tribo-Effekt, können verwendet werden, um ausgleichende
Ladun gen zu erzeugen, aber in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
hat es sich herausgestellt, dass eine Ionenquelle bei der Erreichung
einer Neutralisierung der Dosisladung und des Substrats am effektivsten
ist. Das gewählte
Verfahren oder die gewählte Vorrichtung
ist so ausgewählt,
dass es/sie das Pulversubstrat nicht anderweitig beeinträchtigt,
sondern nur die elektrischen Ladungen neutralisiert.
-
Die
Quelle wird so angelegt, dass die Dosis und der Zielbereich den
ausgegebenen Ladungen während
des ganzen Dosis bildenden Vorgangs oder eines Teils davon ausgesetzt
sind. Alternativ kann die Quelle außerhalb des Bereichs des Zielbereichs
angeordnet sein, so dass das Substratelement mit dem Zielbereich
oder sogar die Quelle selbst von einer Servovorrichtung neu positioniert
werden, wenn eine Neutralisierung der angesammelten Ladung in der Dosis
erforderlich ist. Für
beste Ergebnisse ist es notwendig, eine Quelle mit geeigneter Stärke zu wählen und
eine geeignete Siebung vorzusehen, um die Ladungen in Richtung zur
Dosis oder, wenn der Zielbereich größer als der Bereich ist, in
dem die Dosis ausgebildet wird, in Richtung zu dem Teil der Dosis,
wo die Ablagerung stattfindet, zu richten.
-
Die
Herstellung des elektrischen Kontakts mit der Elektrode hinter dem
Zielbereich auf dem Substratelement ist manchmal wegen der physikalischen
Anforderungen an das Substratelement durch die Servovorrichtung
und das Steuersystem schwierig. Einschränkungen können hinsichtlich der annehmbaren
Materialien, physikalischer Implementierungen usw. existieren, was
es schwierig oder unmöglich
macht, Standardverfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontakts
zu nutzen. Die vorliegende Erfindung bietet eine kontaktlose elektrische
Verbindung unter Verwendung noch einer weiteren Ionenquelle, die
hinter dem Substratelement liegt. Die Ionenquelle ionisiert das
Gas, normalerweise Luft, zwischen der Elektrode und der Servovorrich tung, welche
die Bewegungen des Substratelements steuert. Wenn eine Spannungsquelle
angeordnet ist, welche den Ionenquellenträger mit einer geeigneten Spannung
versorgt, dann wird die Spannung ebenfalls als ein Potenzial auf
der Elektrode erscheinen, ohne einen zu starken Spannungsverlust.
Auf diese Weise wird die Elektrode in den Schaltkreis integriert und
arbeitet wie vorgesehen, um Pulverteilchen zum Zielbereich anzuziehen.
-
Ein
Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung wird durch den unabhängigen
Anspruch 1 dargelegt und weitere Ausführungsbeispiele des Verfahrens
sind durch die abhängigen
Ansprüche
2 bis 8 dargelegt. Eine Vorrichtung zum Entfernen von Ladungen wird
durch den unabhängigen
Anspruch 9 dargelegt und weitere Ausführungsbeispiele werden durch
die abhängigen
Ansprüche
10 bis 17 definiert.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
Die
Erfindung und ihre weiteren Ziele und Vorteile werden besser verständlich,
indem man auf die folgende genaue Beschreibung in Zusammenhang mit
den beigefügten
Zeichnungen verweist, in denen:
-
1 im
Prinzip darstellt, wie die Ablagerung von geladenen Teilchen auf
den Zielbereich des Substratelements wegen des zunehmenden abstoßenden elektrischen
Feldes, das durch die angesammelte Ladung der Vielzahl von bereits
abgelagerten Teilchen entsteht, mehr und mehr schwierig und unregelmäßig wird;
-
2 im
Prinzip ein erstes Ausführungsbeispiel
einer Irisblende/Verschlussblende mit nur einer Elektrode darstellt,
wobei gezeigt wird, wie geladene Teilchen vom Teilchengenerator
zum Zielbereich des Substratelements übertragen werden;
-
3 das
gleiche Ausführungsbeispiel
wie 2 zeigt, wobei aber die Übertragung von Teilchen durch
ein abstoßend
wirkendes elektrisches Feld von der Elektrode der Irisblende/Verschlussblende
verhindert wird;
-
4 im
Prinzip ein zweites Ausführungsbeispiel
einer Irisblende/Verschlussblende mit zwei Elektroden darstellt,
wobei gezeigt wird, wie geladene Teilchen vom Teilchengenerator
zum Zielbereich des Substratelements übertragen werden;
-
5 ein
typisches Ausführungsbeispiel
einer Irisblende/Verschlussblende mit zwei Elektroden darstellt;
-
6 im
Prinzip ein drittes Ausführungsbeispiel
einer Irisblende mit vier Elektroden darstellt, wobei gezeigt wird,
wie geladene Teilchen vom Teilchengenerator zum Zielbereich des
Substratelements übertragen
werden, das während
der Ausbildung der Dosis von einer Servovorrichtung bewegt werden
kann;
-
7 im
Prinzip eine Seite einer typischen Irisblende darstellt, wobei eine
zweite Elektrode gezeigt ist;
-
8 im
Prinzip eine Seite einer typischen Irisblende darstellt, wobei eine
erste Elektrode gezeigt ist;
-
9 im
Prinzip eine Irisblende mit zwei Elektroden, eine Dosis, die auf
dem Zielbereich des Substratelements ausgebildet wird, und zwei
Ionenquellen zum Entfer nen der angesammelten Ladung in der gerade
gebildeten Dosis darstellt;
-
10 im
Prinzip eine Irisblende mit zwei Elektroden, eine Dosis, die auf
dem Zielbereich des Substratelements ausgebildet wird, eine Servoanordnung
zum Bewegen des Substratelement in Bezug auf die Irisblende und
zwei Ionenquellen zum Entfernen der angesammelten Ladung in der
gerade gebildeten Dosis darstellt;
-
11 wenn
man sie zusammen mit 10 betrachtet, im Prinzip ein
Substratelement in der Form einer sich drehenden Kassette mit mehr
als einem Zielbereich darstellt, wobei Dosen auf den Zielbereichen
ausgebildet werden, und eine Ionenquelle zum Entfernen der angesammelten
Ladungen – eine nach
der anderen – in
der gerade gebildeten Dosis; und
-
12 schematisch
ein Substratelement, eine Irisblende, eine Dosis während des
Ausbildens und eine Ionenquelle darstellt, die hinter dem Substratelement
die dritte Spannungsquelle mit der dritten Elektrode ohne physikalischen
Kontakt verbindet.
-
Beschreibung
der Erfindung
-
Ein
Verfahren und eine Vorrichtung mit einer Ladungsquelle werden offenbart,
für eine
schnelle Neutralisierung eines erzeugten elektrostatischen Feldes,
gebildet durch eine Vielzahl von geladenen Teilchen eines Medikationspulvers,
das auf einem definierten Zielbereich eines Substratelements im Verlauf
eines Dosis bildenden Vorgangs abgelagert wird. Die räumliche
Verteilung der Teilchen auf dem Zielbereich oder Dosisbett wird
mittels einer elektrodynamischen Feldtechnik erreicht, die bei der
Verteilung und Ablagerung von Teilchen in einem Dosis bildenden
Vorgang eingesetzt wird. Der Begriff „elektrodynamische Feldtechnik" im Kontext dieses
Dokuments bezieht sich auf das effektive elektrische Feld in vier
Dimensionen, Raum und Zeit, entstehend aus im Hinblick auf Zeitablauf,
Frequenz und Amplitude gut gesteuerten Potenzialen, die an einer
Anzahl von Elektroden angelegt werden, die an geeigneten Positionen
in dem Raum, der durch eine Dosisbildungsvorrichtung begrenzt wird,
liegen. Der Begriff „quasistationäres elektrisches
Feld" wird in diesem
Kontext verwendet, um eine elektrisches Feld oder elektrische Felder
zu beschreiben, die von Spannungsquelleneinrichtungen mit gesteuerter
Impedanz, die alle Teil eines Steuersystems sind, gesteuert werden,
wobei die angelegten Spannungen frei und einzeln wählbar in
dem Niederfrequenz-Zeitbereich gesteuert werden können.
-
Um
das Verständnis
zu erleichtern, wo und wie Spannungen angelegt werden, wird für alle Spannungen
angenommen, dass sie sich im gesamten Dokument auf das Erdungspotenzial
beziehen. Natürlich
kann das Erdungspotenzial gegen ein frei wählbares Potenzial ausgetauscht
werden, wenn die Erfindung eingesetzt wird, und es wird für einen Fachmann
auf dem Gebiet ersichtlich sein, dass jedes einzelne Potenzial oder
jede einzelne Spannung sich auf ein anderes Potenzial oder eine
Spannungsquelle beziehen kann, z. B. um ein Steuersystem zu vereinfachen
oder zu verbessern, ohne vom Umfang der Erfindung, wie sie in den
beigefügten
Ansprüchen definiert
ist, abzuweichen.
-
Ein
Teilchengenerator ist vorgesehen, der entweder positiv und/oder
negativ geladene Teilchen durch Korona-, Reibungs- oder Induktionsladung
erzeugt. Die geladenen Teilchen werden vom Generator in eine gesteuerte
Atmosphäre,
normalerweise Luft, ausgegeben, wo sie in ein elektrisches Feld
eintreten, das von geeignet angeordneten Elektroden mit geeigneten
Potenzialen, geliefert von gesteuerten Spannungen aus geeigneten
Spannungsquellen, erzeugt wird. Zumindest eine der Elektroden umfasst eine
elektrische Irisblende/Verschlussblende. Die Irisblende/Verschlussblende
weist zumindest eine Öffnung
mit geeigneter Größe und Form
auf, durch die Teilchen hindurchtreten können, und ist zwischen dem
Teilchengenerator und dem Substrat angeordnet. In einem typischen
Ausführungsbeispiel
umfasst die Irisblende zwei Elektroden mit einem dünnen isolierenden
Waferelement dazwischen, und eine einzelne Öffnung durch die Irisblende.
Die Elektroden und das isolierende Waferelement sind typischerweise
aus einer gedruckten Leiterplatte (PCB) mit einer Oberseite und
einer Unterseite gefertigt. Die Elektrode (per Definition die oberseitige),
die am nächsten zum
Substratelement liegt, ist typischerweise kreisförmig und konzentrisch zur Öffnung,
während
die andere Elektrode (per Definition die unterseitige) am nächsten zum
Teilchengenerator liegt und die untere Seite der PCB vollständig bedecken
kann. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist das Substratelement umgedreht über dem Teilchengenerator angeordnet,
so dass die elektrostatische Nettokraft, die auf die ausgegebenen
geladenen Teilchen wirkt, nach oben gerichtet ist, wobei sie während des
Ausbildens der Dosis der Schwerkraft entgegenwirkt. Auf diese Weise
können
keine großen
oder schweren Teilchen durch Zufall nur unter dem Einfluss der Schwerkraft
auf den Zielbereich gelangen. Die an den Elektroden der Irisblende steuert/geregelt,
das nicht Teil der Erfindung ist. Die Potenziale werden vorzugsweise
auf eine bestimmte Weise während des
Verlaufs des Dosis-Formgebungsvorgangs variiert, so dass die Dosis
die zugedachten Eigenschaften erhält. Während der Transfer der Teilchen
vom Generator durch die Irisblende zum Zielbereich des Substratelements
stattfindet, ist das Potenzial, das der oberen Elektrode der Irisblende
zugeführt
ist, typischerweise einige hundert Volt, positiv oder negativ, um
geladene Teilchen anzuziehen. Die Elektrode an der Unterseite wird
typischerweise mit einem Potenzial zwischen Null und einigen Duzend
Volt versorgt, um die geladenen Teilchen leicht abzustoßen und
beim Führen
der Teilchen durch die Irisblende mitzuhelfen. Die von der Öffnung an
der Oberseite der Irisblende austretenden Teilchen treten in das
anziehende Feld ein, das von der Elektrode hinter dem Zielbereich
des Substratelements ausstrahlt. Die anziehende Elektrode wird typischerweise
mit einem Potenzial zwischen 500 und 2000 V versorgt. Die austretenden
Teilchen bewegen sich deshalb weiterhin auf ihrem Pfad in der Richtung
des Zielbereichs. Während
des Dosis bildenden Vorgangs kann der Transfer der Teilchen durch
das Steuersystem unterbrochen werden, was ein stark abstoßendes elektrisches
Feld innerhalb der Irisblende verursachen kann, indem geeignete
entgegengesetzte Potenziale zu den Elektroden zugeführt werden,
so dass keine geladenen Teilchen durch die Öffnung der Irisblende hindurchtreten
können.
-
Um
die Einschränkungen
des Standes der Technik hinsichtlich gesamter Dosismasse und eine schlechte
räumliche
Steuerung der Dosisanordnung zu beseitigen, ist es sehr wichtig,
eine schnelle und effiziente Neutralisierung der Ladungen von den
geladenen Pulverteilchen und von dem Zielbereich des Substrats,
d. h. dem Dosisbett, zu erreichen, wodurch das abstoßende Feld
von der Dosis während der
Bildung eliminiert wird. Verschiedene Verfahren, z. B. Korona-,
Induktions- und Tribo-Effekt, können verwendet
werden, um ausgleichende Ladun gen zu erzeugen, aber in einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
wird eine sehr schnelle Neutralisierung erreicht, indem z. B. eine
Quelle mit positiv geladenen Heliumionen, so genannten Alphateilchen,
nahe dem Substrat angeordnet wird, so dass die ausgegebenen Ionen
in Richtung zur Dosis und dem Zielbereich des Substrats ausgerichtet
sind. Die ausgegebenen Ionen ionisieren die Luft und die daraus
entstehenden Sauerstoff- und Stickstoffionen mit sowohl positiver
als auch negativer Ladung können
zur Dosis und zum Substrat angezogen werden, wobei einige von ihnen
auf die Dosis und das Substrat treffen und sich verbinden werden,
wodurch die angesammelten Ladungen in dem Vorgang neutralisiert
werden. Für beste
Ergebnisse ist es natürlich
notwendig, eine Ionenquelle mit geeigneter Stärke zu wählen und eine passende Siebung
vorzusehen, um die Ladungen in Richtung zur Dosis oder, wenn der
Zielbereich größer als
der Bereich ist, in dem die Dosis ausgebildet wird, in Richtung
zu dem Teil der Dosis, wo die Ablagerung stattfinden, zu richten.
-
Durch
sofortige Neutralisierung der Teilchenladung, d. h. innerhalb eines
Bruchteils einer Sekunde, sobald das Teilchen auf dem Substrat abgelagert ist,
wird der negative Einfluss von der Teilchenladung auf die ankommenden
Teilchen beseitigt. Die räumliche
Ablagerung der Teilchen wird somit stark verbessert, wobei sich
keine Teilchen außerhalb
des Zielbereichs absetzen, da die Summe der Ladungen am Dosisbett
und der Dosis, die insgesamt gebildet wird, ständig auf diese Weise entfernt
wird, wodurch ein verzerrendes, abstoßendes elektrisches Feld nicht entstehen
kann. In einem typischen Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird die angesammelte Ladung innerhalb der Dosis und
des Dosisbetts während
des Dosis bildenden Vorgangs, wie beschrieben, ständig entfernt.
Wenn die Ionenquelle nicht angeordnet und ausgesiebt werden kann,
um neutralisierende Ladungen direkt zur Dosis oder dem Zielbereich
hinzuzufügen,
kann die Dosis durch einen Servomechanismus innerhalb des Be reichs
einer Ionenquelle gebracht werden, oder umgekehrt, so dass die angesammelte Ladung
zumindest einmal und vorzugsweise zumindest mehrere Male während der
Ausbildung der Dosis entfernt wird. Es ist auch typisch, dass das
Substratelement die Ionenquelle passieren muss, um jegliche Restladung
vom Zielbereich zu entfernen, bevor ein Dosis bildender Vorgang
beginnt.
-
Das
Elektropulver bildet eine aktive Trockenpulversubstanz oder Trockenpulver-Medikationsrezeptur
mit einem Feinpartikelanteil (FPF) in der Größenordnung von 50 % oder mehr
der Pulvermasse mit einer aerodynamischen Teilchengröße unter
5 μm und
bietet elektrostatische Eigenschaften mit einer absoluten spezifischen
Ladung pro Masseeinheit in der Größenordnung von 0,1 bis 25 μC/g nach
der Ladung, und verfügt über eine
Ladungsabfallraten-Konstante Q50 von mehr
als 0,1 s, eine Klopfdichte von weniger als 0,8 g/ml und eine Wasseraktivität aw von weniger als 0,5.
-
Der
Dosis bildende Vorgang wird am besten unter Bezugnahme auf 2 als
ein darstellendes Beispiel verstanden. Der Teilchengenerator 110, nicht
zu verwechseln mit der genannten Ionenquelle, gibt Teilchen 101 aus,
die durch Korona-, Reibungs- oder
Induktionsladung mit einer positiven oder negativen Ladung versehen
sind, woraufhin die Teilchen in ein eingeprägtes erstes elektrisches Feld 120 eintreten.
Die Art der Ladung der Teilchen hängt von den Pulvereigenschaften,
dem Ladeverfahren und den Materialen in dem Generator ab, so dass
die Mehrzahl der Teilchen entweder negativ oder positiv geladen
ist, wenn sie vom Generator ausgegeben werden, um am Dosis bildenden
Vorgang teilzunehmen. In der nachfolgenden Diskussion und in den
Zeichnungen wird davon ausgegangen, dass die ausgegebenen Teilchen
positiv geladen sind. Jedoch hängt dies
von den Eigenschaften des Pulvers und dem Generator ab und es ist
gleichfalls möglich,
dass die Teilchen negativ geladen sind, wobei in diesem Fall die
angelegten Potenziale ihre Polarität wechseln müssen, aber
die Diskussion ist weiterhin gültig.
Um den Dosis bildenden Vorgang im Hinblick auf Gesamtdosismasse
und Dosisbildungszeit zu steuern, muss der Transfer der geladenen
Teilchen vom Teilchengenerator zum Zielbereich des Substratelements
gesteuert werden. Zu diesem Zweck wird ein erstes elektrisches Feld
zwischen Masse 133 und einer ersten Elektrode 130,
die mit einer ersten Spannungsquelle 135 mit einer Spannungsimpedanz 136 verbunden
ist, angelegt. Die Elektrode ist vorzugsweise in kurzer Entfernung
im Bereich von 0,5 bis 25 mm vom Substratelement 140 zwischen
dem Teilchengenerator 110 und dem Substratelement 140 angeordnet.
Die Stärke
und Richtung des erzeugten elektrischen Feldes 120 kann
eingestellt werden, indem das Potenzial der Elektrode innerhalb
weiter Grenzen von einer negativen zu einer positiven Spannung,
die von der Spannungsquelle festgelegt wird, eingestellt wird. Geladene
Teilchen werden dabei entweder zur ersten Elektrode angezogen (siehe 2)
oder von dieser abgestoßen
(siehe 3), wobei die Elektrode zumindest eine Öffnung 150 mit geeigneter
Größe und Form
aufweist, durch welche die geladenen Teilchen hindurchtreten können. Solche Öffnungen
können
kreisförmig,
elliptisch, rechteckig oder schmale Schlitze sein oder jede andere Form
haben, um für
den Dosis bildenden Vorgang zu passen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt/liegen
die Öffnung
bzw. die Öffnungen
im Bereich von 50 bis 5000 μm
als Hauptausmaß.
Jedoch können
Teilchen, die von der ersten Elektrode angezogen werden, leicht
an dieser anhaften, was den Wirkungsgrad des Systems beeinträchtigt und
eine häufige
Reinigung erforderlich machen kann.
-
Um
die Haftwirkung zu beseitigen und das Niveau der Steuerung des Transfers
von Teilchen zum Zielbereich des Substratelements weiter zu verbessern,
kann eine optionale zweite Elektrode 230, wie in 4 dargestellt,
eingeführt
werden. Sie sollte in einer Ebene parallel zur ersten Elektrode 130 angeordnet
werden, zwischen der ersten Elektrode und dem Substrat in einer
Entfernung zwischen 0,07 und 2,5 mm von der ersten Elektrode. In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel,
das in 5 dargestellt ist, sind die erste und die zweite
Elektrode in ein isolierendes Waferelement 171 zwischen
den Elektroden integriert. Die äußeren Flächen der
Elektroden sind vorzugsweise mit einer isolierenden Beschichtung 172 mit
einer Dicke von wenigen Mikron beschichtet, z. B. mit Parylen, um
einen möglichen
Kurzschluss der Elektroden durch anhaftende Teilchen zu verhindern.
Die Dicke des Wafers liegt typischerweise im Bereich zwischen 0,07
bis 2 mm. Als ein erläuterndes Beispiel
können
die Elektroden und das Waferelement als eine gedruckte Leiterplatte
bzw. Platine ausgebildet sein. Es gibt viele Arten, die im Handel
erhältlich
sind, z. B. in Bezug auf Anzahl der möglichen Leiterschichten, physikalischer
Flexibilität
und Dicke.
-
Das
Waferelement 171 bildet eine physikalische Sperrschicht
zwischen dem Teilchengenerator 110 und dem Substrat 140 mit
dem Dosisbett, welches der Zielbereich 160 für die Ablagerung
der geladenen Teilchen 102 ist. Der Abstand zwischen der/den
oberen Elektrode(n) auf der Oberseite des Waferelements und dem
Substrat liegt im Bereich zwischen 0,5 und 25 mm. Die einzige Möglichkeit
für die
Teilchen, das Dosisbett zu erreichen, ist somit, durch die verfügbaren Öffnungen
der ersten und zweiten Elektrode und möglichen zusätzlichen Elektroden, soweit
vorhanden, hindurchzutreten.
-
Ein
weiteres drittes elektrisches Feld 320 ist zwischen Masse 133 und
einer dritten Elektrode 330, die mit einer dritten Spannungsquelle 335 verbunden ist,
eingerichtet. Es ist möglich,
die dritte Spannungsquelle auf die Ausgabe der ersten oder zweiten
Elektrode an Stelle von Masse zu beziehen, um die Steuerung des
Ablagerungsvorgangs zu vereinfachen. Die dritte Elektrode liegt
vorzugsweise in enger Nähe hinter
dem Substratelement 140 und dem Dosisbett 160,
so dass die elektri schen Feldlinien durch das Dosisbett in der Richtung
des Teilchengenerators 110 verlaufen. Das Substratelement
kann aus einem dielektrischen oder halbleitenden Material oder auch einem
leitenden Material oder einer Kombination verschiedener solcher
Materialien gefertigt sein. In dem Fall, wenn das Material in dem
Dosisbett leitend ist, kann das Dosisbett die dritte Elektrode darstellen. Die
Stärke
und die Richtung eines daraus folgenden dritten elektrischen Felds 320 können durch
Einstellen des Potentials der dritten Elektrode innerhalb weiter
Grenzen von einer negativen zu einer positiven Spannung, wie es
von der dritten Spannungsquelle festgelegt wird, wenn sie mit der
Elektrode verbunden ist, eingestellt werden, so dass die geladenen Teilchen
entweder in Richtung zur dritten Elektrode oder von dieser weg transportiert
werden.
-
Geladene
Teilchen 101, die vom Generator 110 ausgegeben
werden, treten in das kombinierte elektrische Feld ein, das sich
aus den jeweils an der ersten, der zweiten und der dritten Elektrode
angelegten Potentialen ergibt. Die erste Elektrode allein wirkt
als eine elektrische Irisblendenvorrichtung 170 und die
Zugabe der optionalen zweiten Elektrode verbessert den Wirkungsgrad
der Vorrichtung erheblich. Ein typisches Ausführungsbeispiel der elektrischen Irisblende
ist in 7 und 8 dargestellt, welche jeweils
die Oberseite und die Unterseite zeigen. Die zumindest eine Elektrode,
welche die Irisblende bildet, überträgt geladene
Pulverteilchen 101, die vom Generator ausgegeben werden,
zum Zielbereich 160 auf dem Substratelement in einer gesteuerten
geordneten Weise in Bezug auf Masse, Richtung und Geschwindigkeit,
wie ein Tintenstrahldrucker. Nach Passieren der Irisblende 170 werden
die Teilchen im dritten elektrischen Feld, das eine Wechselstromkomponente
aufweisen kann, in der Richtung des Zielbereichs des Substratelements,
d. h. dem Dosisbett 160, unter der anziehenden Feldkraft
beschleunigt, die von dem dritten Feld verursacht wird, welches von
der dritten Elektrode hinter dem Dosisbett aus strahlt. Das Bett
kann feststehend sein oder sich während der Verteilung der Teilchen
bewegen. Durch Anwendung eines Servomechanismus 190, der schematisch
in 6 gezeigt ist, kann die Ablagerung der Teilchen
so gesteuert werden, dass die räumliche
Verteilung der Teilchen auf dem Dosisbettbereich beliebig gesteuert
werden kann.
-
Um
zu verhindern, dass Teilchen wegen des lokalen abstoßenden elektrischen
Felds, das von den Ladungen der bereits abgelagerten Teilchen ausstrahlt,
zufällig
innerhalb oder sogar außerhalb
des Zielbereichs abgelagert werden, muss das erzeugte elektrostatische
Feld während
des Dosis bildenden Vorgangs neutralisiert werden. In diesem Fall
bauen sich keine signifikanten lokalen abstoßenden elektrischen Felder
auf, welche das dritte elektrische Feld verzerren und seine Anziehungskraft
schwächen könnten, was
zu einer Verteilung der ankommenden geladenen Teilchen führt. Wenn
Ladungen, die sich in der Dosis und im Dosisbett ansammeln, häufig neutralisiert
werden, bewegen sich neue Teilchen automatisch vom Ausgang der Irisblende
zum nächsten Punkt
des Dosisbetts, so dass eine scharfe Abgrenzung zwischen der gebildeten
Dosis und den umgebenden Bereichen des Substrats vorhanden ist.
-
Das
Problem, das durch das erzeugte abstoßende Feld, verursacht durch
die angesammelten geladenen Teilchen, repräsentiert wird, ist in 1 gezeigt.
Im Wesentlichen geladene Pulverteilchen 101 (positiv oder
negativ, positive Ladung ist in 1 angenommen)
werden von einem elektrischen Feld 120 durch eine Irisblende 170 und
dann von einem Feld 320 in Richtung zum Zielbereich 160 des
Substratelements 140 transportiert, wo sich die Teilchen 102 ablagern,
um die Dosis 180 zu bilden. Je mehr Teilchen sich ablagern,
desto weniger freier Platz ist für
neue Teilchen verfügbar.
Die angesammelten geladenen Teilchen erzeugen ein lokales elektrisches Feld,
welches eine Kraft 421 ausübt, welches wiederum Neuankömmlinge 102 ab stößt, was
einige 103 dazu zwingt, sich außerhalb des Zielbereichs niederzulassen
oder auf den Wänden
der Dosisbildungsvorrichtung haften zu bleiben und dort verschwendet zu
werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird Elektropulver
verwendet, aber andere Medikationspulver können angewandt werden, was
für die
Fachleute auf dem Gebiet einfach erkennbar ist.
-
Ein
Schlüsselelement
der Erfindung ist schematisch in 9, 10 und 11 gezeigt,
d. h. das Element, welches die angesammelte Ladung der Teilchen,
die auf dem Dosisbett abgelagert sind, neutralisiert. Verschiedene
Verfahren, z. B. Korona-, Induktions- und Tribo-Effekt, können verwendet
werden, um Ladungen zu neutralisieren, aber in einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
hat sich eine radioaktive Quelle 195 mit Alphateilchen
(positiv geladenen Heliumatomen) als am wirksamsten herausgestellt.
Diese Quellen sind im Handel einfach erhältlich, z. B. von NRD LLC,
Grand Island, N.Y., und werden insbesondere verwendet, um elektrisch
geladene Teile zu entladen. Die Alphateilchen sind einheitlich in
alle Richtungen von z. B. einer punktförmigen Quelle verteilt und
ionisieren die umgebende Luft, wodurch sowohl positive als auch
negative Ionen erzeugt werden. Die neuen Ionen werden von entgegengesetzt
geladenen Teilchen und anderen geladenen Objekten in der Nähe angezogen
und verbinden sich, um reguläre
Atome zu bilden, wobei sie die überschüssige Ladung
der Objekte, mit denen sie kollidieren, nutzen. Der aktive Bereich
von der Ionenquelle beträgt
nur einige wenige Zentimeter. Es ist sehr einfach, die Alphateilchen
innerhalb des aktiven Bereichs zu stoppen, indem man ihnen irgend
ein festes Material, wie ein Blatt Papier, in den Weg stellt. Eine
bevorzugte radioaktive punktförmige
Quelle ist Modell P2042 NuclespotTM, das
auf Polonium-210 basiert, aber andere Modelle sind verfügbar, um
allen Arten von Anwendungen gerecht zu werden. Polonium-210 wird
aktuell verwendet und verfügt über eine lange
Erfahrung in allen Industriezweigen, in denen statische Elektrizität ein Problem
darstellt. Die Strahlung beeinflusstt das Medikationspulver in keinster Weise,
außer
der Neutralisierung der Ladung, und hinterlässt keine Rückstände außer den Heliumatomen (Edelgas),
die ein Ergebnis der Kollision der Alphateilchen mit Luftmolekülen, die
zwei Elektronen von Sauerstoff- oder Stickstoffatomen aufnehmen, darstellen.
Bei ihrem Versuch, sich zu verbinden, wird ein Strom von Ionen erzeugt,
der geladene Objekte und Oberflächen
innerhalb des aktiven Bereichs der radioaktiven punktförmigen Quelle
schnell neutralisiert.
-
In
einem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist es möglich,
die Alphateilchen auszurichten, indem zumindest ein Richtungselement 196 so
ausgelegt ist, dass es auf den Punkt auf dem Dosisbett deutet, wo
die Pulverteilchen 102 abgelegt sind, so dass die Ladung
der einzelnen Teilchen sofort nach der Ablagerung neutralisiert
wird. In einem anderen Ausführungsbeispiel
wird die Ionenquelle 195 außerhalb des Punktes, an dem
die Dosis ausgebildet wird, angeordnet, wie in 10 gezeigt.
Die vorher erwähnte
Servovorrichtung 190 wird nun eingerichtet, um das Substrat 140 mit
dem Dosisbett 160 nach einem nur teilweisen Dosis bildenden
Vorgang zu entnehmen, bevor zu viele geladene Teilchen 102 abgelagert
werden, um die angesammelten Ladungen vom Dosisbett und der Dosis 180 zu
neutralisieren, indem die Dosis und das Substrat den von der Quelle
ausgegebenen Ionen ausgesetzt werden. Noch ein weiteres Ausführungsbeispiel
ist in 11 dargestellt, die eine typische
Anordnung zeigt, in der das Substratelement eine Kassette 140 ist,
die zumindest einen Zielbereich 160 für die Dosisbildung und eine
Ionenquelle, die in Richtung zum Zielbereich ausgerichtet ist, trägt, wobei
der Zielbereich die nächste
Dosierung in einem wiederholten Ablauf von Dosis bildenden Vorgängen empfängt. Bei
allen Ausführungsbeispielen
ist es im Allgemeinen notwendig, Siebe 197 vorzusehen,
welche Ladungen absorbieren, die ansonsten das Risiko einer Störung der
gela denen Teilchen mit sich bringen, die in den elektrischen Feldern
transportiert werden, die eingerichtet wurden, um den Transport,
die Verteilung und die endgültige
Ablagerung der Teilchen in dem Dosis bildenden Vorgang zu steuern.
-
In
einem anderen Ausführungsbeispiel
können
physikalische Beschränkungen
in einem Element, das ein oder mehrere Substratelemente, die für Dosen
gedacht sind, trägt,
vorhanden sein, was es schwierig oder unmöglich macht, eine Kontaktierung einer
Elektrode hinter dem Substratelement anzuordnen, was nötig ist,
um das dritte elektrische Feld, wie oben erläutert, zu erzeugen. In einem
solchen Fall, schematisch in 12 gezeigt,
kann vorteilhafterweise eine getrennte Ionenquelle 195 verwendet werden,
die einen elektrischen Kontakt mit der dritten Elektrode 330 hinter
dem Substratelement 140 ohne tatsächlichen physischen Kontakt
herstellt. Die ausgegebenen Alphateilchen ionisieren die Luft, die
als ein elektrischer Leiter zwischen der Ionenquelle und der dritten
Elektrode, die elektrisch leitend sein muss, wirkt. Die Ionenquelle
sollte eine geeignete Größe aufweisen
und innerhalb ihres Arbeitsbereichs 0 bis 30 mm von der dritten
Elektrode auf der Rückseite des
Substratelements angeordnet sein. Wenn die Metallhülle der
Ionenquelle mit der dritten Spannungsquelle 335 mit einer
wirksamen internen Impedanz 336, die nun die Impedanz des
Luftspalts einschließt,
verbunden ist, wird ein Teil der angelegten Spannung auch als ein
Potential an der dritten Elektrode vorhanden sein, so dass das dritte
Feld vollständig
gesteuert werden kann.
-
Es
ist wichtig anzumerken, dass bei allen praktischen Ausführungsbeispielen
der Erfindung die Ablagerung großer Mengen von Pulver kein
Problem darstellt, vorausgesetzt, der negative Einfluss des erzeugten
elektrostatischen Feldes aus den angesammelten geladenen Teilchen,
welche die Dosis darstellen, und der gestreuten Ladungen des Substrats
wird neutralisiert, in dem die Ladungen, wie in der vorangegangenen
Beschreibung beschrieben, entfernt werden. Dann ist die Feldstärke von
der dritten Elektrode ungefähr
konstant im gesamten Substrat und der sich entwickelnden Dosis.
Der Verteilungsvorgang und die Bildung der Dosis sind nicht empfindlich im
Hinblick auf Veränderungen
zwischen Teilchen in Gesamtladung oder spezifischer Ladung. Solange ein
Teilchen eine Ladung des richtigen Typs aufweist und es schafft,
den Aussiebungsvorgang in der Irisblende zu durchlaufen, wird es
automatisch auf dem Dosisbett abgelagert werden, solange das Feld
existiert. Vorausgesetzt, dass geeignete Messinstrumente verwendet
werden, um die Dosis zu überwachen, während sie
gebildet wird, ist es einfach, den beschriebenen Dosis bildenden
Vorgang online zu steuern, unter Verwendung üblicher Prognose-, Optimalwertsteuerungs-
oder Regelungsverfahren, wenn nötig
in Kombination.
-
Was
im Vorstehenden gesagt wurde, ist nur ein Beispiel, und viele Variationen
der offenbarten Ausführungsbeispiele
können
für einen
Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet offensichtlich sein, ohne vom
Umfang der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.