EP1868729A1

EP1868729A1 - Verfahren, düse zur vorrichtung zur zerstäubung von in einer flüssigkeit enthaltenen wirkstoffen

Info

Publication number: EP1868729A1
Application number: EP06724206A
Authority: EP
Inventors: Uwe Kampmeyer
Original assignee: International Flavors and Fragrances Inc
Current assignee: International Flavors and Fragrances Inc
Priority date: 2005-04-12
Filing date: 2006-04-10
Publication date: 2007-12-26
Also published as: WO2006108598A1; DE102005016829A1; US20090314850A1

Abstract

Verfahren zur Zerstäubung von in einer Flüssigkeit enthaltenen Wirkstoffen mit: das Verfahren verwendet elektrohydrodynamische Mittel mit wenigstens einer Düse (1) und wenigstens einer Elektrode (11), wobei die Düse und die Elektrode derart ausgebildet und / oder angeordnet sind und eine Spannung, die an der Elektrode anliegt derart ausgewählt ist, dass eine Molekularisierung der in der Flüssigkeit enthaltenen Wirkstoffe erfolgt, und bei der Zerstäubung parasitäre Effekte und/oder störende Einflüsse und insbesondere eine Erzeugung von Ozon weitestgehend reduziert ist. Düse zur Anwendung in dem Verfahren mit: einem äußeren Kapillarrohr (10) aus nicht-leitendem Material und einer in dem Kapillarrohr angeordneten drahtf örmigen Elektrode (11) beim Betrieb der Düse die Elektrode ständig benetzt ist und kein Sauerstoff aus der Umgebungsluft Kontakt mit der Oberfläche der Elektrode hat. Vorrichtung zur Zerstäubung von in einer Flüssigkeit enthaltenen Wirkstoffen, mit: einer ersten äusseren Düse (2) innerhalb der eine zweite innere Düse (1) angeordnet ist, und mit Mitteln zur Erzeugung eines Luftstroms in der ersten äußeren Düse.

Description

PCT-Patentanmeldung 4371 (4166)

Bartels Mikrotechnik GmbH 10. April 2006

Verfahren, Düse und Vorrichtung zur Zerstäubung von in einer Flüssigkeit enthaltenen Wirkstoffen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Düse und eine Vorrichtung zur Zerstäubung von in einer Flüssigkeit enthaltenen Wirkstoffen mit elektrohydrodynamischen Mitteln, wobei parasitäre Effekte und/oder störende Einflüsse und insbesondere eine Erzeugung von Ozon weitestgehend reduziert ist.

Wenn hier von elektrohydrodynamischen Mitteln gesprochen wird, sind damit Mittel unter Verwendung eines elektrischen Feldes unter Ausnutzung des Elektro-spray Effekts gemeint.

Verfahren, Düsen und Vorrichtungen zur Erzeugung eines feinverteilten Sprays aus einer Flüssigkeit mit elektrohydrodynamischen Mitteln sind beispielsweise aus der EP 0 671 980 B1 bekannt, wobei in dem einleitenden Teil der genannten Schrift ein detaillierter Überblick über den der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Stand der Technik ausgeführt ist. Die herkömmlichen Verfahren, Düsen und Vorrichtungen zur Zerstäubung von in einer Flüssigkeit enthaltenen Wirkstoffen haben jedoch den Nachteil, dass bei der Zerstäubung parasitäre Effekte, wie beispielsweise unerwünschte Ladungen oder unerwünschte Reaktionen auftreten und insbesondere eine unerwünschte Erzeugung von Ozon erfolgt. Die herkömmlichen Verfahren, Düsen und Vorrichtungen sind daher nur beschränkt einsetzbar, und insbesondere zur Anwendung im pharmazeutischen Bereich, beispielsweise zur Zerstäubung eines pharmazeutischen Wirkstoffes zur Inhalation nicht geeignet.

Fig. 1 a zeigt eine schematische Darstellung der Zerstäubung einer Flüssigkeit aus einer metallischen elektrisch leitenden Düse unter Verwendung von elektrohydrodynamischen Mitteln und Fig. 1 b zeigt die Feldlinien bei Anliegen einer Spannung an die trockene Düse von Fig. 1 a, wobei an die trockene Düse das gleiche Feld anliegt, wie an die mit Flüssigkeit gefüllte Düse von Fig. 1 a. Bei der Zerstäubung einer Flüssigkeit gemäß Fig. 1a und b kommt es allerdings insbesondere bei Verwendungen hoher Spannungen, und beim Zerstäuben großer Flüssigkeitsmengen zu einem elektrischen Feld mit Feldlinien gemäß einer Überlagerung der Fig. 1a und b und damit zu einer unerwünschten Ozonproduktion gemäß der Reaktion

Y₂ 02 (g) -> UV/HV -> O(g) -> O2 -> O3(g)

insbesondere an den Kanten des elektrisch leitenden Rohrs der Düse, die Kontakt mit Sauerstoff aus der umgebenden Luft haben.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind daher insbesondere in geschlossenen Räumen und insbesondere zur Verabreichung von pharmazeutischen Wirkstoffen zu Inhalationszwecken nicht geeignet.

Aus dem Stand der Technik sind außerdem Verdampfungsvorrichtungen bekannt, wobei mittels Wärme meine Flüssigkeit verdampft wird, wobei allerdings eine meist nur sehr unvollständige Feinverteilung von in der Flüssigkeit enthaltenen Wirkstoffen erfolgt und außerdem der entstehende heiße Wasserdampf und die damit verbundene Erhöhung der Luftfeuchtigkeit und Temperatur sich störend auswirkt und den eigentlich beabsichtigten Effekt der Ausbringung von Wirkstoffen nachteilhaft überlagert. Außerdem erfolgt bei einem derartigen Verdampfen nachteilhaft keine Molekularisierung der in der Flüssigkeit enthaltenen Wirkstoffe.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren, eine Düse und eine

Vorrichtung zur Zerstäubung einer Flüssigkeit mit in der Flüssigkeit enthaltenen Wirkstoffen bereitzustellen, wobei die Nachteile des Standes der Technik behoben sind und insbesondere bei der Zerstäubung auftretende parasitäre Effekte und/oder störende Einflüsse und insbesondere eine Erzeugung von Ozon weitestgehend reduziert ist.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung sind ohne Beschränkung in den Unteransprüchen und/oder der nachfolgenden Beschreibung erwähnt, die von schematischen Zeichnungen begleitet ist. Hierzu zeigt:

Fig. 1a eine schematische Darstellung der Zerstäubung einer Flüssigkeit aus einer metallischen elektrisch leitenden Düse unter Verwendung von elektrohydrodynamischen Mitteln;

Fig. 1b die trockene Düse von Fig. 1a, wobei an die trockene Düse das gleiche Feld anliegt wie an die mit Flüssigkeit gefüllte Düse von Fig. 1a;

Fig. 2a eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Düse;

Fig. 2b einen schematischen Schnitt durch die Düse von Fig. 2a entlang der Linie A - A von Fig. 2a;

Fig. 3a das Ende der Düse von Fig. 2b;

Fig. 3b eine erste Abwandlung der Düse von Fig. 3a;

Fig. 3c eine zweite Abwandlung der Düse von Fig. 3a;

Fig. 4 eine schematische vergrößerte gemeinsame Darstellung der Düsen von Fig. 3a, 3b und 3c mit einer Flüssigkeit in der Düse und einer aus der Düse austretenden zerstäubten Flüssigkeit beim Betrieb der Düse;

Fig. 5a eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung von oben;

Fig. 5b einen schematischen Schnitt durch die Vorrichtung von Fig. 5a entlang der Linie A - A von Fig. 5a; und

Fig. 6 eine weitere schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung von Fig. 5; und Fig. 7 eine weitere stark schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Nach einem ersten Grundgedanken der vorliegenden Erfindung umfaßt die Erfindung ein Verfahren zur Zerstäubung von in einer Flüssigkeit enthaltenen Wirkstoffen mit elektrohydrodynamischen Mitteln mit wenigstens einer Düse und wenigstens einer Elektrode, wobei die Düse und die Elektrode derart ausgebildet und/oder angeordnet sind, und außerdem eine Flußrate der zu zerstäubenden Flüssigkeit in der Düse derart ausgewählt ist, und außerdem eine Spannung, die an der Elektrode anliegt, derart ausgewählt ist, dass eine Molekularisierung, der in der Flüssigkeit enthaltenen Wirkstoffe erfolgt und bei der Zerstäubung parasitäre Effekte und/oder störende Einflüsse und insbesondere eine Erzeugung von Ozon weitestgehend reduziert ist.

Hierfür wird geeigneter Weise eine Flußrate der zu zerstäubenden Flüssigkeit in der Düse von 0.001 bis 0.010 μl pro Sekunde und vorteilhaft im Bereich von 0.002 bis 0.005 μl pro Sekunde verwendet und außerdem eine Spannung von maximal 3.5 kV verwendet und vorteilhaft eine Spannung in dem Bereich von etwa 1 - 2.5 kV verwendet.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben nämlich herausgefunden, dass die unerwünschte Ozonproduktion beim Stand der Technik insbesondere auf einer zu hohen verwendeten Spannung und außerdem auf der Verwendung einer Düse mit einem leitfähigen Rohr beruht, wobei bei Verwendung des Rohrs als Elektrode und/oder Kontakt der Elektrode mit der Umgebungsluft und einer hohen Spannung Ozon nach der folgenden Formel erzeugt wird:

¹/₂ 02 (g) -> UV/HV -> O(g) -> O2 -> O3(g) Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet daher vorteilhaft insbesondere einen Spannungsbereich, innerhalb dem die obige genannte Reaktion nicht auftritt und transportiert die zu zerstäubende Flüssigkeit in der Düse, mit einer Flußrate, die hinreichend gering ist, dass die genannte Spannung ausreicht, die Flüssigkeit molekularisierend zu zerstäuben.

Eine erfindungsgemäße Düse zur Anwendung im dem erfindungsgemäßen Verfahren umfaßt insbesondere ein äußeres Kapillarrohr aus nicht leitendem Material und eine in dem Kapillarrohr angeordnete drahtförmige Elektrode, wobei das Kapillarrohr und/oder die Elektrode derart ausgebildet und/oder angeordnet sind, dass beim Betrieb der Düse und der Zerstäubung von den in der Flüssigkeit enthaltenen Wirkstoffen die Elektrode ständig benetzt ist und kein Sauerstoff aus der Umgebungsluft Kontakt mit der Oberfläche der Elektrode hat und insbesondere auch keinen Kontakt mit der Spitze oder Kante der Elektrode hat, von der bei der Zerstäubung die Feldlinien des angelegten elektrischen Feldes ausgehen.

Wenn hier von Kapillarrohr gesprochen wird, dann ist damit ein Rohr gemeint, das auch Kapillaritätseigenschaften haben kann, so daß die Flüssigkeit allein Mittels ihrer Kapillarität in dem Rohr fließt, wobei das Rohr auch vorteilhaft mit anderen Mitteln zum Transport der Flüssigkeit zusammenwirken kann.

Die Elektrode ist daher vorteilhaft innerhalb dem Kapillarrohr der Düse angeordnet und außerdem ist das Kapillarrohr derart ausgebildet, daß die Flüssigkeit aus einem Flüssigkeitsreservoir, das mit dem Kapillarrohr in Verbindung steht, aufgrund der Kapillaritätseigenschaften des Kapillarrohrs das Innere des Rohres und die

Elektrode und insbesondere auch das Ende der Elektrode ständig benetzt und/oder zumindest beim Betrieb der Düse ständig benetzt, so dass jeweils kein Sauerstoff aus der Luft in Kontakt mit der Elektrode kommt.

Eine geeignete Geometrie eines hierfür geeigneten nichtleitenden erfindungsgemäßen Kapillarrohrs mit einer innenliegenden Elektrode umfaßt ein Kapillarrohr und eine Elektrode, deren Enden jeweils auf etwa einem Niveau liegen. Vorteilhaft kann auch das Ende des Kapillarrohrs das Ende der Elektrode geringfügig überragen, wodurch sichergestellt ist, dass das Ende der Elektrode aufgrund der Kapillaritätseigenschaften des Kapillarrohrs ständig benetzt ist. Geeigneter weise kann auch das Ende der Elektrode um einen geringen vorbestimmten Betrag aus dem Kapillarrohr 10 herausragen, wobei der vorbestimmte Betrag derart ausgewählt ist, dass bei Betrieb der Düse unter

Ausnützung des Elektro-Spray-Effekts unter Anlegen einer vorbestimmten erfindungsgemäßen geringen Spannung an die Elektrode, das Ende der Elektrode vollständig benetzt ist und innerhalb eines sich bildenden Taylorschen Konus angeordnet ist.

Hierbei ist sichergestellt, dass das Ende der Elektrode beim Betrieb der Düse keinen Kontakt mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft hat.

Das Kapillarrohr einer erfindungsgemäßen Düse hat außerdem geeigneter Weise einen Innendurchmesser von 50 μm bis 1000 μm und vorteilhaft von 100 μm bis 500 μm und noch vorteilhafter von etwa 150 μm und das Kapillarrohr hat außerdem geeigneter Weise eine Wandstärke von 1 μm bis 20 μm und vorteilhaft von etwa 10 μm, und die Elektrode hat geeigneterweise einen Durchmesser von 1 μm bis 100 μm und vorteilhaft von etwa 50 μm. Die obigen vorteilhaften und erfindungsgemäßen Geometrien und Abmessungen wirken vorteilhaft mit der erfindungsgemäßen Flussrate der zu zerstäubenden Flüssigkeit in der Düse und der erfindungsgemäßen geringen Spannung zusammen, so dass eine vollstände Molekularisierung beim Betrieb der Düse mit elektrohydrodynamischen Mitteln erfolgt und bei der Zerstäubung parasitäre Effekte und/oder störende Einflüsse und insbesondere eine Erzeugung von Ozon weitestgehend reduziert ist.

Das erfindungsgemäß nicht leitende Kapillarrohr einer erfindungsgemäßen Düse ist geeigneter Weise aus einem nicht leitenden Kunststoff und die Elektrode ist aus einem leitfähigem Material jeweils mit Beständigkeit auch bei Berührung mit agressiven Medien.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zerstäubung von in einer Flüssigkeit

„_xu„li„„^„ ln iiJ,„t_Λff_Λ„ i imfΛopt ii-ioh-sonni-lai-a αϊnα αrctα öι iflorα ril"ιc<-i innc-rhalh der eine zweite innere Düse angeordnet ist, und außerdem Mittel zur Erzeugung eines Luftstroms in der ersten äußeren Düse, so dass eine von der inneren Düse zerstäubte Flüssigkeit aus der äußeren Düse in die Umgebung abgeführt wird.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Anordnung einer erfindungsgemäßen Düse in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die molekularisiert zerstäubten Wirkstoffe, die aus der inneren Düse stammen, wirksam mittels der äußeren Düse in die Umgebung abgeführt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere geeignet für eine erfindungsgemäße innere Düse, die unter Vermeidung von parasitären Effekten und insbesondere unter Vermeidung einer Ozonerzeugung eine mit einer sehr geringen Flussrate in der Düse transportierte Flüssigkeit und unter Verwendung von elektrohydrodynamischen Mitteln mit einer sehr geringen Spannung nahezu vollständig molekularisiert.

Geeigneter Weise kann ausserdem an der äußeren Düse einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung eine zweite Elektrode vorgesehen sein, die mit der innerhalb der erfindungsgemäßen ersten Düse angeordneten ersten Elektrode zusammenwirkt.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann außerdem geeigneter Weise eine Pumpe zum Transport der zur zerstäubenden Flüssigkeit in die Düse umfassen und umfasst ausserdem einen geeigneten Spannungsgenerator.

Geeigneter Weise ist die Pumpe derart ausgebildet, daß sie mit einer Pumpleistung arbeitet und mit dem Kapillarrohr derart zusammenwirkt, daß die Flüssigkeit mit der vorstehend genannten erfindungsgemäße Flußrate in dem Kapillarrohr fließt, wobei das Kapillarrohr als Drossel der Pumpe wirkt.

Das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Düse und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind insbesondere geeignet zur Zerstäubung von Duftstoffen, Geruchsvemichtern, pharmazeutischen Mitteln, medizinischen Mitteln, biologisch wirksame Mittel und Desinfektionsmitteln. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, der Düse und der Vorrichtung im pharmazeutischen Bereich oder zur Ausbringung von Duftstoffen ist besonders vorteilhaft, da insbesondere pharmazeutische Wirkstoffe zu Inhalationszwecken oder biologisch wirksame Mittel oder Duftstoffe auf besonders schonende Weise beispielsweise zu Inhalationszwecken über die Umgebungsluft eines Raums verabreicht werden können.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit ihrer vorteilhaft geringen Ausstoßrate von sehr reinen Wirkstoffen kann im permanent- oder Intervallbetrieb insbesondere vorteilhaft im pharmazeutischen Bereich bei der ozonfreien Verabreichung von zu inhalierenden Wirkstoffen mit einer Vorrichtung zur Trennung eines Raumes in einen inneren Bereich mit in der Luft enthaltenen Wirkstoffen und einen äußeren Bereich zusammenwirken, wobei die Vorrichtung innerhalb des inneren Bereiches angeordnet sein kann oder ihre Düse mit dem inneren Bereich in Verbindung steht.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug zu den schematischen Zeichnungen detailliert beschrieben.

Fig. 2a zeigt eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Düse 1 mit einem äußeren Kapillarrohr 10 innerhalb dem eine erste Elektrode 11 angeordnet ist und Fig. 2b zeigt einen schematischen Schnitt durch die Düse 1 von Fig. 2a entlang der Linie A - A von Fig. 2a. Das Kapillarrohr 10 der Düse 1 ist erfindungsgemäß aus einem nichtleitenden Material und kann beispielsweise aus Kunststoff sein, z. B. aus PC, PMMA, PUR, PI usw. und vorteilhaft kann es aus einem Material mit Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien sein, beispielsweise aus PI, PEEK,

PTFE, PP, PE, PET, PPSU, PPS oder PVDF etc. Die Elektrode 11 ist geeigneter Weise ebenfalls aus einem Material mit Materialbeständigkeit gegenüber aggressiven Medien und erfindungsgemäß derart innerhalb des Kapillarrohres 10 angeordnet, dass zumindest beim Betrieb der Düse 1 und der Zerstäubung von in der Flüssigkeit F enthaltenen Wirkstoffen die Elektrode 11 ständig benetzt ist und kein Sauerstoff aus der Umgebungsluft Kontakt mit der Oberfläche der Elektrode 11 hat. Aufgrund der Kapillaritätseigenschaften des Rohres 10 kann daher das Ende E1 der Elektrode 1 1 mit dem Ende EO des Kapillarrohres 10 etwa auf einem Niveau liegen, wie in Fig. 2b und Fig. 3a schematisch dargestellt ist.

Wenn hier von Kapillaritätseigenschaften gesprochen wird, dann sind damit Kapillaritätseigenschaften gemeint, die auch geeignet sein können, daß die

Flüssigkeit allein Mittels ihrer Kapillarität in dem Rohr fließt, wobei das Rohr auch vorteilhaft mit anderen Mitteln zum Transport der Flüssigkeit zusammenwirken kann.

Die Elektrode 11 kann geeigneter Weise zentral innerhalb dem Kapillarrohr 10 angeordnet sein, sie kann aber auch dezentral und auch an einem Rand des

Rohres 10 angeordnet sein, solange sichergestellt ist, dass beim Betrieb der Düse 1 die Elektrode 11 ständig benetzt ist und kein Sauerstoff aus der Umgebungsluft Kontakt mit der Oberfläche der Elektrode 11 hat. Die Elektrode 1 1 kann geeigneter Weise ein dünner Draht sein, der auf beliebige Weise innerhalb des Rohres 10 angeordnet sein kann, solange er einen Pumpfluß und / oder Kapillarfluß einer

Flüssigkeit F innerhalb des Rohres 10 nicht signifikant behindert.

Fig. 3a zeigt einen Teilausschnitt des Endes einer erfindungsgemäßen Düse 1 von Fig. 2b und Fig. 3b und 3c zeigen Abwandlungen der Düse 1 von Fig. 3a. Das Ende E1 ' der Elektrode 1 1 von Fig. 3b ragt um einen vorbestimmten Betrag aus dem

Kapillarrohr 10 heraus, wobei der vorbestimmte Betrag erfindungsgemäß derart ausgewählt ist, dass bei Betrieb der Düse 1 unter Ausnutzung des Elektrosprayeffekts unter Anliegen einer vorbestimmten Spannung an der Elektrode 11 das Ende E1 der Elektrode L vollständig benetzt ist und innerhalb eines sich bildenden Taylorschen Konus angeordnet ist, wie nachfolgend Anhand von Fig. 4 beschrieben wird.

Fig. 3c zeigt eine weitere Abwandlung der erfindungsgemäßen Düse von Fig. 3a, wobei das Ende E1 ' der Elektrode 1 1 innerhalb des Rohres 10 angeordnet ist und das Ende EO des Kapillarrohres 10 das Ende E1 der Elektrode 11 um einen vorbestimmten geringen Betrag überragt. Hierdurch wird sichergestellt, dass aufgrund der Kapillaritätseigenschaften des Kapillarrohres 10 das Ende E1 ' der Elektrode 11 ständig benetzt ist und kein Sauerstoff aus der Umgebungsluft Kontakt mit der Oberfläche der Elektrode 11 hat.

Fig. 4 zeigt einen vergrößerten Teilschnitt einer erfindungsgemäßen Düse 1 beim Betrieb der Düse 1 und der Zerstäubung einer Flüssigkeit F mittels hydrodynamischen Mitteln, wobei sich oberhalb des Endes der Elektrode 11 zunächst ein Taylorscher Konus K aus Flüssigkeit mit anschließendem Flüssigkeitsstrahl S bildet, an den anschließend eine Molekularisierung der Flüssigkeit F mit der in ihr enthaltenen Wirkstoffe erfolgt und sich ein Wirkstoffnebel N bildet. Die erfindungsgemäße Düse 1 von Fig. 3a, 3b und 3c sind in Fig. 4 schematisch übereinander dargestellt.

Wie zuvor anhand von Fig. 2 gesagt kann die Elektrode 11 geeigneter Weise mittig innerhalb des Rohres 10 angeordnet sein und auch dezentral angeordnet sein, wobei sich jeweils der Taylorsche Konus mit der Anordnung der Elektrode 11 entsprechend verschiebt und das Ende E1 , E1' der Elektrode 11 zumindest beim Betrieb der Düse 1 ständig benetzt ist.

Eine erfindungsgemäße Düse 1 zum Betrieb des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Zerstäubung von in einer Flüssigkeit F enthaltenen Wirkstoffen mit einer hinreichend geringen Spannung und einer hinreichend geringen Flußrate der zur zerstäubenden Flüssigkeit F in der Düse 1 mit einer Spannung von maximal 3,5 kV und vorteilhaft in dem Bereich von etwa 1 bis 2,5 kV und mit einer Flußrate im Bereich von 0.001 bis 0.10 μl pro Sekunde und vorteilhaft in dem Bereich von 0.002 bis 0.005 μl pro Sekunde hat geeigneter Weise sehr geringe Abmessungen.

Demzufolge hat ein Kapillarrohr einer erfindungsgemäßen Düse außerdem geeigneterweise einen Innendurchmesser von 50 μm bis 1000 μm und vorteilhaft von 100 μm bis 500 μm und noch vorteilhafter von etwa 150 μm und das Kapillarrohr hat außerdem geeigneter Weise eine Wandstärke von 1 μm bis 20 μm und vorteilhaft von etwa 10 μm, und die Elektrode hat geeigneter Weise einen

Durchmesser von 1 μm bis 100 μm und vorteilhaft von etwa 50 μm. Fig. 5a zeigt eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung 3 zur Zerstäubung von in einer Flüssigkeit F enthaltenen Wirkstoffen mit einer erfindungsgemäßen äußeren Düse 2, innerhalb der eine zuvor anhand der Figuren 2 bis 4 beschriebene erfindungsgemäße innere Düse 1 angeordnet ist, und Fig. 5b zeigt einen schematischen Schnitt durch die Vorrichtung von Fig. 5a entlang der

Linie A - A von Fig. 5a beim Betrieb der Vorrichtung 3.

Die Vorrichtung 3 umfaßt geeigneterweise ein äußeres Düsenrohr 20 innerhalb dem die erfindungsgemäße Düse 1 angeordnet ist und außerdem Mittel 22 zur Erzeugung eines Luftstromes L in dem äußeren Rohr 20 und zur Beförderung der von der Düse 1 zerstäubten Wirkstoffe aus der Düse 20 in die Umgebung. Geeigneter Weise kann die Vorrichtung 3 eine zweite Elektrode 21 umfassen, die geeigneter weise an dem äußeren Rohr 20 angeordnet sein kann und beispielsweise wie in Fig. 5a und Fig. 5b schematisch dargestellt als Ringelektrode ausgebildet sein kann. Es ist klar, dass die Elektrode 21 auf vielfältige Weise ausgebildet sein kann, wie beispielsweise auch als Gitter mit teilweiser Abdeckung der Öffnung des Rohres 20. Es ist auch klar, dass auch auf eine äußere Elektrode 21 verzichtet werden kann, und eine Spannung an die Elektrode 11 derart angelegt wird, dass die Elektrode 11 mit einem umgebenden Massepotential zusammenwirkt.

Die Mittel 22 zur Erzeugung eines Luftstromes L in der äußeren Düse 2 können Beispiels Weise ein Ventilator oder ein lonenwindgenerator sein.

Fig. 6 zeigt eine weitere stark schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 3 gemäß Fig. 5 mit einer erfindungsgemäßen inneren Düse 1 die geeigneterweise in einer äußeren Düse 2 angeordnet ist und außerdem einen schematischen Spannungsgenerator 23 zum Anlegen der Spannung an die Elektroden 11 und 21 und einem Flüssigkeitsreservoir 25, das mit dem Kapillarrohr 10 der inneren Düse 1 in Verbindung steht und außerdem mit einer Pumpe 24, die eine zu zerstäubende Flüssigkeit erfindungsgemäß mit einer Flußrate im Bereich von 0.001 bis 0.010 μl pro Sekunde und vorteilhaft im Bereich 0.002 bis 0.005 μl pro Sekunde transportiert. Hierbei kann die Pumpe 24 vorteilhaft derart ausgebildet und Kapillarrohr 10 der inneren Düse 1 derart zusammenwirkt, daß das Kapillarrohr 10 als Drossel wirkt.

Die erfindungsgemäße geringe Flußrate, die erfindungsgemäße geringe Spannung, die erfindungsgemäße Anordnung der ersten Elektrode 11 und die erfindungsgemäßen Abmessungen des Kapillarrohres 10 und der Elektrode 11 ermöglichen eine vollständig molekularisierende Zerstäubung von in einer Flüssigkeit F enthaltenen Wirkstoffen mit weitestgehender Reduzierung von parasitären Effekten oder störenden Einflüssen und insbesondere mit einer weitestgehenden Reduzierung einer störenden Ozonproduktion und außerdem eine stetige Erzeugung sehr reiner und fein verteilter Wirkstoffe im Permanent- und/oder Intervallbetrieb.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 3 ist daher insbesondere für die Zerstäubung von Duftstoffen, Geruchsvernichtern, pharmazeutischen Mitteln, biologisch aktiven

Mitteln und Desinfektionsmitteln geeignet, wobei die Vorrichtung 3 geeigneter Weise mit einer Vorrichtung 4 zusammenwirken kann, die geeignet ist, einen Raum 40 in einen inneren Bereich 401 mit in der Luft enthaltenen Wirkstoffen und einen äußeren Bereich 402 zu trennen. Hierbei kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 3 innerhalb des Raumes 40 angeordnet sein, wie schematisch in Fig. 7 dargestellt ist, sie kann aber auch außerhalb des Raumes 401 angeordnet sein und auf geeignete Weise mit dem inneren Raum 401 verbunden sein. Die Vorrichtung 4 kann geeigneterweise in eine oder beide Richtungen semipermeabel und/oder gasdicht sein.

Beispielsweise kann die Vorrichtung auch ein Sauerstoffzelt sein oder eine Folie oder Decke zu Inhalationszwecken eines über die Atemwege verabreichten pharmazeutischen Wirkstoffes, wofür die vorliegende Erfindung besonders geeignet ist, da sie eine ozonfreie molekularisierende Erzeugung von Wirkstoffen ermöglicht und außerdem auch anders wie beim Stand der Technik eine schonende gleichförmige und regelmäßige und hochgenau dosierbare Zufuhr eines Wirkstoffes in einen vorbestimmten Raum ermöglicht, ohne störende Einflüsse auf die Es ist auch klar, dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung 3 auch besonders geeignet ist, einen beliebigen Raum kontinuierlich mit einem hochreinen und fein verteilten Wirkstoff anzureichern.

Claims

15PCT-Patentanmeldung 4371 (4166)Bartels Mikrotechnik GmbH 10. April 2006Verfahren, Düse und Vorrichtung zur Zerstäubung von in einer Flüssigkeit enthaltenen WirkstoffenAnsprüche

1. Verfahren zur Zerstäubung von in einer Flüssigkeit (F) enthaltenen

Wirkstoffen mit: das Verfahren verwendet elektrohydrodynamische Mittel mit wenigstens einer elektrisch nichtleitenden Düse (1) und wenigstens einer in der Düse (1) angeordneten Elektrode (11), wobei die Düse und die Elektrode (11) derart ausgebildet und/oder angeordnet sind und und eine Flußrate der zu zerstäubenden Flüssigkeit (F) in der Düse (1) derart ausgewählt ist, und eine Spannung, die an der Elektrode (11) anliegt derart ausgewählt ist, dass eine

Molekularisierung der in der Flüssigkeit (F) enthaltenen Wirkstoffe erfolgt, und bei der Zerstäubung parasitäre Effekte und / oder störende Einflüsse und insbesondere eine Erzeugung von Ozon weitestgehend reduziert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , mit: es wird eine Flußrate der zu zerstäubenden Flüssigkeit (F) in der Düse (1) im Bereich von 0.001 bis 0.010 μL pro Sekunde und vorteilhaft im Bereich von 0.002 bis 0.005 μL pro Sekunde verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, mit: es wird eine Spannung von max. 3,5 kV verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, mit: es wird eine Spannung in dem Bereich von etwa 1 bis 2,5 kV verwendet. 16

5. Düse (1 ) zur Anwendung in dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit: einem äußeren Kapillarrohr (10) aus nicht-leitendem Material und einer in dem Kapillarrohr (1) angeordneten drahtförmigen Elektrode (11), wobei das Kapillarrohr (10) und / oder die Elektrode (11 ) derart ausgebildet und / oder angeordnet sind, dass beim Betrieb der Düse (1 ) und der Zerstäubung von den in der Flüssigkeit (F) enthaltenen Wirkstoffen die Elektrode (11) ständig benetzt ist und kein Sauerstoff aus der Umgebungsluft Kontakt mit der Oberfläche der Elektrode (1 1) hat.

6. Düse (1) nach Anspruch 5, mit: das Kapillarrohr (10) und / oder die Elektrode (1 1) sind derart ausgebildet und / oder angeordnet, dass eine Flüssigkeit (F) aus einem Flüssigkeitsreservoir, das mit dem Kapillarrohr (10) in Verbindung steht aufgrund der Kapillaritätseigenschaften des Kapillarrohrs (10) das Innere des Rohrs (10) und die Elektrode (1 1) ständig benetzt und / oder zumindest beim Betrieb der Düse (1) ständig benetzt, so dass jeweils kein Sauerstoff aus der Luft in Kontakt mit der Elektrode (1 1 ) kommt.

7. Düse (1 ) nach Anspruch 6, mit: das Ende (EO) des Kapillarrohrs (10) und das Ende (E1 ) der Elektrode (11) liegen auf etwa einem Niveau.

8. Düse (1) nach Anspruch 6, mit: das Ende (EO) des Kapillarrohrs (10) überragt das Ende (E1) der Elektrode (1 1).

9. Düse (1 ) nach Anspruch 6, mit: das Ende (E1) der Elektrode (1 1) ragt um einen vorbestimmten Betrag aus dem Kapillarrohr (10) heraus, wobei: der vorbestimmte Betrag ist derart ausgewählt, dass bei Betrieb der Düse (1) unter Ausnutzung des Elektro-Spray-Effekts unter Anlegen einer vorbestimmten

Spannung an die Elektrode (11), das Ende (E1 ) der Elektrode (1 1 ) vollständig benetzt ist und innerhalb eines sich bildenden Taylorschen Konus angeordnet ist. 17

10. Düse (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, mit: das Kapillarrohr (10) hat einen Innendurchmesser (100) von 50 μm bis 1000 μm und vorteilhaft von 100 μm bis 500 μm und noch vorteilhafter von etwa 150 μm, und das Kapillarrohr (10) hat eine Wandstärke (101) von 1 μm bis 20 μm und vorteilhaft von etwa 10 μm, und die Elektrode (11) hat einen Durchmesser (110) von 1 μm bis 100 μm und vorteilhaft von etwa 50 μm.

1 1. Düse (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, mit: das Kapillarrohr (10) ist aus einem elektrisch nichtleitenden Material und die

Elektrode (11) ist aus einem elektrisch leitfähigem Material jeweils mit Beständigkeit auch bei Berührung mit aggressiven Medien.

12. Vorrichtung (3) zur Zerstäubung von in einer Flüssigkeit (F) enthaltenen Wirkstoffen, mit: einer äusseren Düse (2) innerhalb der eine innere Düse (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 12 angeordnet ist, und mit Mitteln zur Erzeugung eines Luftstroms in der ersten äußeren Düse (2), so dass eine von der inneren Düse (1) zerstäubte Flüssigkeit (F) aus der äußeren Düse (2) in die Umgebung abgeführt wird.

13. Vorrichtung (3) nach Anspruch 12, mit einer an der äußeren Düse (2) angeordneten zweiten Elektrode (21), die mit der in der ersten Düse (1) angeordneten ersten Elektrode (11) zusammenwirkt.

14. Vorrichtung (3) nach Anspruch 12 und 13, mit: einer Pumpe (24) zum Transport der zu zerstäubenden Flüssigkeit (F) in die Düse (1), wobei die Pumpe mit einer Pumpleistung arbeitet, so dass die Flüssigkeit (F) mit einer Flußrate im Bereich von 0.001 bis 0.010 μl_ pro Sekunde und vorteilhaft im Bereich von 0.002 bis 0.005 μl_ pro Sekunde transportiert wird, und mit einem

Spannungsgenerator (23), der eine Spannung von max 3.5 kV und vorteilhaft eine Spannung im Bereich von 1 bis 2.5 kV erzeugt. 18

15. Vorrichtung (3) nach Anspruch 14, wobei: die Pumpe (24) ist derart ausgebildet und das Kapillarrohr (10) ist derart ausgebildet, daß die Pumpe (24) die Flüssigkeit (F) in der Düse (1) transportiert, wobei das Kapillarrohr (10) als Drossel der Pumpleistung wirkt.

16. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4 und / oder der Düse (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 11 und / oder der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16 zur Zerstäubung von Duftstoffen, Geruchsvernichtern, pharmazeutischen Mitteln, biologisch aktiven Mitteln, Desinfektionsmitteln.

17. Verwendung der Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 12 bis 17 zusammen mit einer Vorrichtung (4) zur Trennung eines Raumes (40) in einen inneren Bereich (401) mit in der Luft enthaltenen Wirkstoffen und einen äußeren Bereich (402).

18. Vorrichtung (4) nach Anspruch 17, wobei die Vorrichtung (4) in eine oder beide Richtungen permeabel oder semipermeabel oder gasdicht ist.