ES2959157T3

ES2959157T3 - Motores químicos y métodos para su uso, especialmente en la inyección de fluidos altamente viscosos

Info

Publication number: ES2959157T3
Application number: ES13802136T
Authority: ES
Inventors: Amy M Heintz; Corrie Bennison; Christopher H Muenzer; Timothy M Blum; Christopher P Mckenzie; Steven M Madland; Jeffrey L Ellis; Brian Kaseman
Original assignee: Eli Lilly and Co
Current assignee: Eli Lilly and Co
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2024-02-21
Anticipated expiration: 2033-10-15
Also published as: WO2014059444A3; BR112015007659A2; EA201590573A1; CA2887296C; EP4252801A2; KR20170038115A; AU2013328883B2; US20150314070A1; JP2019088893A; HK1207595A1; CN104717994A; CN108498904B; ZA201501828B; EA031645B1; AU2013328883A1; CN104717994B; JP2015531311A; JP7084454B2; EP2906273B1; US9795740B2

Abstract

Se describen motores químicos y procesos para su uso y construcción. Los motores químicos pueden proporcionar dispositivos potentes y compactos, especialmente autoinyectores para la inyección rápida y motorizada de medicamentos viscosos. Se describen nuevas formulaciones y diseños de motores químicos y tecnologías de entrega que emplean los motores químicos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Motores químicos y métodos para su uso, especialmente en la inyección de fluidos altamente viscosos

INTRODUCCIÓN

Esta invención se refiere a tecnologías en las que se genera un gas mediante una reacción química. Las fuerzas creadas por el gas liberado se pueden aprovechar para impulsar procesos útiles. Las reacciones químicas no son combustión y evitan muchos de los problemas asociados con la combustión. En su lugar, las reacciones químicas suelen implicar la generación de CO<2>a partir de bicarbonato (HCO<3>). En general, esta tecnología se denomina tecnología de motores químicos, o simplemente ChemEngine® como se conoce a la tecnología desarrollada por Battelle Memorial Institute. La invención es especialmente útil para la administración de sustancias terapéuticas proteicas.

Las sustancias terapéuticas proteicas es una clase emergente de terapia farmacológica que puede tratar una amplia gama de enfermedades. Debido a su gran tamaño y estabilidad limitada, las proteínas deben administrarse mediante métodos de administración parenteral, tales como inyección o infusión. Para pacientes que padecen enfermedades crónicas que requieren tratamiento regular, la tendencia es hacia la autoadministración mediante inyección subcutánea, por ejemplo, en la administración de insulina por parte de diabéticos. La inyección subcutánea típica implica la administración de 1 ml de formulación, pero a veces hasta 3 ml, en menos de 20 s. La inyección subcutánea se puede realizar con varios dispositivos, incluyendo jeringas, autoinyectores y pluma inyectora.

La transición de formulaciones de proteínas terapéuticas de administración intravenosa a dispositivos de inyección tipo jeringas requiere abordar los desafíos asociados con la administración de altas concentraciones de moléculas de alto peso molecular de una manera que sea fácil, confiable y que cause mínimo dolor al paciente. En este sentido, mientras que las bolsas intravenosas suelen tener un volumen de 1 litro, el volumen estándar de una jeringa oscila entre 0,3 mililitros y 25 mililitros. Por tanto, dependiendo del fármaco, para administrar la misma cantidad de proteínas terapéuticas, es posible que la concentración tenga que aumentar en un factor de 40 o más. También, la terapia con inyecciones está avanzando hacia diámetros de aguja más pequeños y tiempos de administración más rápidos con fines de comodidad y cumplimiento del paciente.

La administración de sustancias terapéuticas proteicas también es un desafío debido a la alta viscosidad asociada con tales formulaciones terapéuticas y las altas fuerzas necesarias para impulsar dichas formulaciones a través de un dispositivo parenteral. Las formulaciones con viscosidades absolutas superiores a 20 centipoises (cP), y especialmente superiores a 40-60 centipoises (cP), son muy difíciles de administrar mediante autoinyectores convencionales accionados por resorte por múltiples razones. Estructuralmente, la superficie que ocupa un resorte para la cantidad de presión administrada es relativamente grande y está fijada a formas específicas, lo que reduce la flexibilidad del diseño de los dispositivos de administración. A continuación, los autoinyectores suelen estar hechos de piezas de plástico. Sin embargo, se debe almacenar una gran cantidad de energía en el resorte para administrar de manera confiable fluidos de alta viscosidad. Esto puede causar daños a las piezas de plástico debido a la fluencia, que es la tendencia de la pieza de plástico a deformarse permanentemente bajo tensión. Un autoinyector normalmente funciona usando el resorte para empujar un componente interno que contiene una aguja hacia un borde exterior de la carcasa de la jeringa. Existe riesgo de ruptura de la jeringa cuando el componente interno impacta la carcasa, debido a la gran fuerza aplicada necesaria para inyectar un fluido de alta viscosidad. También, el sonido asociado con el impacto puede causar ansiedad al paciente, reduciendo el futuro cumplimiento. El perfil de presión en función del tiempo generado de un autoinyector accionado por resorte de este tipo no se puede modificar fácilmente, lo que impide a los usuarios ajustar la presión para satisfacer sus necesidades de administración.

La fuerza que se requiere para administrar una formulación determinada depende de varios factores, incluido el diámetro de la aguja (d), la longitud de la aguja (L), la viscosidad de la formulación (|j) y el caudal volumétrico (Q). En la aproximación más simple, una que no considera las fuerzas de fricción entre el émbolo y el cilindro, la fuerza está relacionada con la caída de presión (AP) multiplicada por el área de la sección transversal del émbolo (A). La caída de presión (AP) de un fluido en flujo laminar a través de una aguja puede describirse mediante la ecuación de Hagen-Poiseuille:

En una jeringa, la fuerza es proporcionada por el usuario. Se considera que una fuerza de dedo razonable es inferior a 15-20 N para poblaciones de pacientes sanos y algo menor para pacientes con destreza limitada, tales como las personas mayores o quienes padecen artritis reumatoide o esclerosis múltiple. En los autoinyectores típicos, la fuerza es proporcionada por un resorte. La fuerza proporcionada por un resorte disminuye linealmente con el desplazamiento y el resorte debe elegirse de modo que haya suficiente fuerza disponible para sostener la inyección. Viscosidades superiores a 20 cP, llegan a ser difíciles de administrar en un tiempo razonable mediante el típico autoinyector accionado por resorte:

• Rotura de piezas plásticas que sujetan el resorte comprimido; la gran cantidad de energía almacenada provoca fluencia ■ Rotura de la jeringa (fuerza inicial alta)

• Dosificación incompleta administrada debido a estancamiento (fuerza final insuficiente)

• Inflexibilidad de los diseños de dispositivos, incluyendo la gran superficie que ocupa el resorte

Se han considerado otras fuentes de energía para los autoinyectores. Una fuente es el uso de una reacción efervescente que crea presión según demanda. Un estudio financiado por la "Office of Naval Reserve" (SoRI-EAS-85-746), titulado "Development of an On-Demand, Generic, Drug-Delivery System", 1985 describió el uso de bicarbonatos mezclados con ácidos para generar CO<2>que podría impulsar la administración lenta de un fluido farmacológico. Estos dispositivos estaban dirigidos a la administración lenta, a largo plazo en 24 h. Bottger y Bobst divulgaron el uso de una jeringa que utiliza una reacción química para administrar fluido (US2011/0092906). Good et al. en "An effervescent reaction micropump for portable microfluidic systems",Lab Chip,2006, 659-666 describieron formulaciones destinadas a microbombas que utilizan diversas concentraciones de ácido tartárico y bicarbonato de sodio y diferentes tamaños de partículas de bicarbonato de sodio. Sin embargo, su invención proporciona la administración de manera que la fuerza de inyección aumenta exponencialmente con el tiempo. Los motores químicos de la técnica anterior no proporcionan una administración adecuada, especialmente para condiciones donde el impacto del volumen en expansión en el pistón no es despreciable, tal como cuando se minimiza el volumen de reactivo para minimizar la superficie que ocupa el motor y el sobreimpulso; sin tener en cuenta el volumen en expansión, los motores químicos pueden pararse durante la administración de la misma manera que se paran los resortes.

La presente invención proporciona soluciones a los problemas anteriores empleando mejoras en la tecnología de motores químicos. En aspectos especialmente preferidos, se describen procesos y dispositivos en los que se puede utilizar un motor químico para autoadministrarse cómoda y rápidamente un fluido de alta viscosidad con un inyector relativamente pequeño. Estos procesos y dispositivos podrían usarse para administrar proteínas de alta concentración u otras formulaciones farmacéuticas de alta viscosidad.

El documento US 5540665 A divulga un motor generador de gas para accionar un dispositivo dispensador de agente beneficioso. El motor comprende (a) una composición sólida que comprende un compuesto ácido o un compuesto básico, o una combinación de los mismos, y (b) un medio para mantener sustancialmente constante el área superficial de la composición sólida expuesta a un fluido del depósito que comprende agua, o agua y un compuesto ácido, o agua y un compuesto básico. En funcionamiento, la composición sólida se expone al fluido del depósito que disuelve la composición sólida y hace que genere un gas, siendo el gas un fluido impulsor para dispensar un agente beneficioso.

El documento US 2003/168480 A1 divulga un aparato portátil de suministro de líquidos que está construido de manera que medicamentos líquidos, etc. se suministran en una cantidad constante por unidad de tiempo. El aparato de suministro de líquido tiene un cilindro, un pistón y un aparato de suministro de gas. El cilindro tiene un espacio interior, una parte de cabeza y una parte trasera, teniendo la parte de cabeza una abertura para el flujo de líquido. El pistón está situado en el espacio interior del cilindro y divide herméticamente el espacio interior en un compartimento de líquido en el lado de la parte de cabeza y un compartimento de gas en el lado de la parte trasera. El aparato de suministro de gas está configurado para acoplarse a la parte trasera y suministrar un gas dentro del compartimento de gas. El aparato de suministro de gas comprende un material sólido y un material líquido capaces de generar el gas mediante una reacción química de los mismos. El pistón está configurado para moverse hacia la parte de cabeza cuando se suministra gas al compartimento de gas.

Sumario de la invención

De acuerdo con la presente invención se proporciona el motor químico de la reivindicación 1. Aspectos adicionales de la invención se explican en las reivindicaciones dependientes.

A continuación en el presente documento, se describen e ilustran motores químicos y métodos para usar los motores químicos para impulsar un fluido, así como métodos de fabricación de motores químicos.

A continuación en el presente documento, se divulga un motor químico, que comprende: un recipiente cerrado que comprende un ácido, bicarbonato, agua y un desatascador; un mecanismo adaptado para combinar el ácido, el agua y el bicarbonato; y caracterizado además por una densidad de potencia de al menos 50.000 W/m3, medida a una contrapresión nominal constante de 40 N, o una relación de densidad de potencia de al menos 1,4 en comparación con un control que comprende una relación molar 3:1 de bicarbonato de sodio y ácido cítrico y que tiene una concentración de 403 mg de ácido cítrico en 1 g de H<2>O.

La caracterización del motor químico mediante una densidad de potencia es necesaria porque, en vista de la variedad de factores descritos en el presente documento, no es posible definir todo el alcance de la invención por otros medios. Los niveles indicados de densidad de potencia no se obtuvieron en los dispositivos anteriores y los niveles reivindicados de densidad de potencia no se identificaron previamente como deseables o alcanzables. Esta característica reúne numerosas ventajas técnicas, tales como facilitar la sujeción de una jeringa de acción mecánica, que administra una solución viscosa con mayor comodidad y menor riesgo de rotura que los autoinyectores accionados por resorte convencionales o inyectores accionados por gas previamente descritos. La característica reivindicada tiene las ventajas adicionales de facilidad de medición y alta precisión de los valores medidos.

En algunos motores químicos preferidos, al menos el 50% en peso del bicarbonato es un sólido. Sorprendentemente, se ha descubierto que el bicarbonato de potasio proporciona una reacción más rápida y genera más CO<2>que el bicarbonato de sodio en condiciones por lo demás idénticas. Por tanto, en disposiciones preferidas, un motor químico comprende al menos el 50% en peso de bicarbonato de potasio. Preferentemente, el ácido es ácido cítrico y en algunas disposiciones preferidas el ácido cítrico se disuelve en agua; la configuración con carbonato de potasio sólido y ácido cítrico en solución puede proporcionar una densidad de potencia mejorada. En algunas disposiciones preferidas, el recipiente cerrado comprende 1,5 ml o menos de un líquido. En algunas disposiciones preferidas, el recipiente cerrado tiene un volumen interno total, antes de combinar el ácido y el carbonato, o 2 ml o menos. En algunas disposiciones, el ácido y el bicarbonato están presentes como sólidos y el agua se separa del ácido y el bicarbonato.

Las formulaciones para motores químicos pueden mejorarse mediante la adición de un agente de convección. También se pueden proporcionar perfiles de presión mejorados cuando el bicarbonato comprende una mezcla sólida de al menos dos tipos de morfologías de partículas.

La densidad de potencia se utiliza normalmente para describir una característica latente de un motor químico; aunque, menos habitualmente, se puede utilizar para describir un sistema que sufre una reacción química. En disposiciones preferidas, el desplazamiento de un émbolo o pared flexible en el motor químico comienza en 2 s, más preferentemente en 1 s del momento en que se combinan el ácido, el carbonato y el disolvente (agua); este momento es el momento en que se inicia el motor químico.

También se divulga un motor químico, que comprende: un recipiente cerrado que comprende una solución ácida que comprende un ácido disuelto en agua y bicarbonato, en donde la solución ácida se separa del bicarbonato sólido, y un émbolo; un conducto que comprende aberturas dispuestas dentro del recipiente cerrado y adaptadas de modo que, después de la iniciación, al menos una parte de la solución ácida se fuerza a través de al menos una parte de las aberturas. Preferentemente, el bicarbonato está en forma particulada y en donde el conducto comprende un tubo que tiene un extremo que está dispuesto en el bicarbonato sólido de modo que, cuando la solución es forzada a través de las aberturas entra en contacto con las partículas de bicarbonato sólido. En algunas disposiciones preferidas, al menos una parte del bicarbonato está en forma sólida dispuesta dentro del conducto. En algunas disposiciones, se adapta un resorte para forzar la solución ácida a través del conducto.

En algunas disposiciones preferidas, un motor químico tiene un volumen interno de 2 ml o menos, en algunos casos, 1,5 ml o menos, en algunos casos 1,0 ml o menos, y en algunos casos en el intervalo de 0,3 ml a 2 ml, 0,3 ml a 1,5 ml, 0,5 ml a 1,5 ml o 0,7 ml a 1,4 ml.

También se divulga un motor químico, que comprende:

un recipiente cerrado que comprende una solución ácida que comprende un ácido disuelto en agua y bicarbonato de potasio,

en donde la solución ácida se separa del bicarbonato de potasio, y

un émbolo; y un mecanismo adaptado para combinar la solución ácida y el bicarbonato de potasio. En algunas disposiciones, el bicarbonato de potasio se mezcla con bicarbonato de sodio. La relación molar del potasio: sodio en el bicarbonato es de 100:0, o al menos 9, o al menos 4, o al menos 1; y en algunos casos es de al menos 0,1, en algunos casos en el intervalo de 0,1 a 9; en algunos casos en el intervalo de 0,5 a 2.

A continuación en el presente documento, se divulga un motor químico, que comprende:

un recipiente cerrado que comprende una solución ácida que comprende un ácido disuelto en agua, partículas sólidas de bicarbonato y agentes de convección de partículas sólidas, en donde la solución ácida se separa del bicarbonato sólido, y un émbolo; y un mecanismo adaptado para combinar la solución ácida y el bicarbonato sólido. Los agentes de convección de partículas sólidas están presentes:

en el intervalo de menos de 50 mg por ml de la solución combinada y en un nivel seleccionado de modo que, todas las demás variables se mantienen constantes, la generación de CO<2>es más rápida durante los primeros 5 segundos en los que se combinan la solución ácida y el bicarbonato sólido que la generación de CO<2>en presencia de 50 mg por ml de agentes de convección en partículas; o

en una concentración de 5 mg a 25 mg por ml de solución combinada. En algunos casos, 5 mg a 15 mg o 5 mg a 10 mg por ml de solución combinada.

La expresión "solución combinada" significa el volumen de líquido después de mezclar la solución ácida y el bicarbonato sólido. La expresión "bicarbonato sólido" significa que hay al menos algo de bicarbonato sólido presente, aunque también podría haber alguna fase líquida (normalmente fase acuosa) presente con el bicarbonato. En algunas disposiciones preferidas, el bicarbonato está presente en al menos un 10 % en forma sólida, en algunos casos al menos un 50 %, al menos un 90 % o sustancialmente un 100 % presente como sólido en el motor químico antes de combinarlo con la solución ácida.

La expresión "agentes de convección sólidos" se refiere a partículas sólidas que tienen una solubilidad inferior que el bicarbonato sólido, preferentemente, disolución al menos dos veces más lenta que la del bicarbonato sólido, más preferentemente, una disolución al menos 10 veces más lenta que el bicarbonato sólido en las condiciones presentes en el motor químico (o, en el caso del motor químico sin reaccionar, definido a temperatura y presión estándar); en algunos casos al menos 100 veces más lento. Los "agentes de convección sólidos" tienen preferentemente una densidad, medida por porisimetría de mercurio a presión ambiente, es decir, al menos un 5 %, más preferentemente al menos un 10 % diferente del agua o la solución en la que se dispersan los agentes de convección. Los "agentes de convección sólidos" tienen preferentemente una densidad que es de al menos 1,05 g/ml; más preferentemente al menos 1,1 g/ml; en algunos casos al menos 1,2 g/ml, y en algunos casos en el intervalo de 1,1 a 1,5 g/ml. Como alternativa, los "agentes de convección sólidos" pueden tener una densidad menor que la del agua, por ejemplo, de 0,95 g/ml o menos, 0,9 g/ml o menos y, en algunas realizaciones, 0,8 a 0,97 mg/ml. En disposiciones preferidas, los agentes de convección se utilizan en un sistema que no está sobresaturado; esto suele ocurrir en el caso de sistemas de escala de tiempo corta, tales como un autoyector que funciona durante 1 minuto o menos, preferentemente 30 segundos o menos, más preferentemente 20 segundos o menos, y aún más preferentemente 10 segundos o 5 segundos o menos. Por tanto, las formulaciones de tierra de diatomeas de esta invención difieren del sistema de LeFevre en la patente de EE. UU. N.° 4.785.972 que utiliza grandes cantidades de tierra de diatomeas para actuar como agente nucleante en una solución sobresaturada durante una escala de tiempo grande. A continuación en el presente documento, se describen métodos para operar un motor químico durante un período corto utilizando un agente de convección en el que más del 50 % del bicarbonato (más preferentemente al menos el 70 % o al menos el 90 %) se convierte en dióxido de carbono gaseoso en una escala de tiempo corta de un minuto o menos. Preferentemente, la tierra de diatomeas u otro agente de convección está presente en un nivel que es al menos un 50% en masa menor que el que se usaría para optimizar la descarga de CO<2>de un sistema sobresaturado que está diseñado para liberar CO<2>gaseoso durante más de 30 minutos del CO<2>que se está formando en la solución.

A continuación en el presente documento, se divulga un motor químico, que comprende: un recipiente cerrado que comprende una solución ácida que comprende un ácido disuelto en agua y partículas sólidas de bicarbonato, en donde la solución ácida se separa del bicarbonato sólido, y un émbolo; un mecanismo adaptado para combinar la solución ácida y el bicarbonato sólido; en donde las partículas de bicarbonato sólido comprenden una mezcla de morfologías de partículas. En algunos casos, las partículas de bicarbonato sólido se derivan de al menos dos fuentes diferentes, una primera fuente y una segunda fuente, y en donde la primera fuente difiere de la segunda fuente en al menos un 20 % en una o más de las siguientes características: tamaño medio de partícula en masa, área superficial por masa, y/o solubilidad en agua a 20 °C medida por el tiempo hasta completar la disolución en una solución 1 molar en soluciones igualmente agitadas usando el disolvente en el motor químico (normalmente agua).

A continuación en el presente documento, también se describe un método para expulsar un medicamento líquido desde una jeringa, que comprende: proporcionar un recipiente cerrado que comprende una solución ácida que comprende un ácido disuelto en agua y bicarbonato, en donde la solución ácida se separa del bicarbonato, y un émbolo; en donde la solución ácida y el bicarbonato en el recipiente definen una densidad de potencia latente; en donde el émbolo separa el recipiente cerrado de un compartimento de medicamento; combinar la solución ácida y el bicarbonato dentro del recipiente cerrado; en donde la solución ácida y el bicarbonato reaccionan para generar CO<2>para impulsar el émbolo, que, a su vez, empuja el medicamento líquido desde la jeringa; en donde la presión dentro del recipiente alcanza un máximo en 10 segundos después del inicio, y en donde, después de 5 minutos, la densidad de potencia latente es del 20 % o menos de la densidad de potencia latente inicial, y en donde, después de 10 minutos, la presión dentro del recipiente cerrado no supera el 50 % de la presión máxima. En algunas disposiciones preferidas, el recipiente cerrado comprende además un agente de eliminación de CO<2>que elimina CO<2>a una velocidad que es al menos 10 veces más lenta que la velocidad máxima a la que se genera CO<2>en la reacción.

A continuación en el presente documento, se divulga un dispositivo para administrar un fluido mediante reacción química, que comprende: una cámara de reactivo que tiene un émbolo en un extremo superior y una válvula unidireccional en un extremo inferior, permitiendo la válvula unidireccional la salida de la cámara de reactivo; una cámara de reacción que tiene la válvula unidireccional en un extremo superior y un pistón en un extremo inferior; y una cámara de fluido que tiene el pistón en un extremo superior, en donde el pistón se mueve en respuesta a la presión generada en la cámara de reacción de modo que el volumen de la cámara de reacción aumenta y el volumen de la cámara de fluido disminuye.

Los dispositivos o métodos divulgados pueden caracterizarse por una o más de las siguientes características. La cámara de reacción tiene preferentemente un volumen de como máximo 1,5 cm3, en algunas realizaciones como máximo 1,0 cm3. Preferentemente, la cámara de fluido contiene un fluido de alta viscosidad que tiene una viscosidad absoluta de aproximadamente 5 centipoises a aproximadamente 1000 centipoises, o una viscosidad de al menos 20, preferentemente al menos 40 centipoises, en algunos casos en el intervalo de 20 a 100 cP. La cámara de reactivo puede contener un disolvente y/o un bicarbonato o ácido disuelto en el disolvente. El disolvente comprende preferentemente agua. En algunos casos preferidos, la cámara de reacción puede contener un polvo de ácido seco y un agente de liberación. En algunos casos, el ácido en polvo es citrato y el agente de liberación es cloruro de sodio. Como alternativa, la cámara de reacción puede contener al menos uno o al menos dos reactivos químicos que reaccionan entre sí para generar un gas. La cámara de reacción puede comprender además un agente de liberación.

En algunos casos, una cámara superior puede contener un disolvente. La cámara inferior puede contener al menos dos reactivos químicos que reaccionan entre sí para generar un gas. La cámara inferior puede, por ejemplo, contener un polvo de bicarbonato y un polvo ácido.

Los dispositivos pueden incluir un pistón que comprende una superficie de empuje en el extremo inferior de la cámara de reacción, un tapón en el extremo superior de la cámara de fluido y un vástago que conecta la superficie de empuje y el tapón. Un pistón es un tipo de émbolo; sin embargo, un émbolo a menudo no contiene un vástago que conecte una superficie de empuje y un tapón.

Un émbolo puede incluir un apoyo, así como un bloqueo de presión que coopera con la cámara superior para bloquear el émbolo en su lugar después de ser presionado. El bloqueo de presión puede estar próximo al apoyo y cooperar con una superficie superior de la cámara superior. Un émbolo que incluye un apoyo puede denominarse émbolo de iniciación, ya que con frecuencia se emplea para provocar que se produzca una mezcla en la que se combinan un ácido y un carbonato en solución.

En algunas disposiciones preferidas, un motor químico puede comprender una cámara inferior definida por la válvula unidireccional, una pared lateral continua y un pistón, estando fijadas la válvula unidireccional y la pared lateral entre sí de modo que el volumen de la cámara inferior cambia sólo mediante el movimiento del pistón.

En disposiciones preferidas, la cámara superior, la cámara inferior y la cámara de fluido son cilíndricas y coaxiales. La cámara superior, la cámara inferior y la cámara de fluido pueden ser piezas separadas que se unen para formar el dispositivo. Una válvula unidireccional puede alimentar un globo en la cámara inferior, empujando el globo al pistón. Algunas veces, ya sea la cámara superior o la cámara inferior contienen un reactivo encapsulado.

También se describe un dispositivo para administrar un fluido mediante reacción química, que comprende: una cámara superior que tiene un sello en un extremo inferior; una cámara inferior que tiene un puerto en un extremo superior, un anillo de dientes en el extremo superior teniendo los dientes orientados hacia el sello de la cámara superior, y un pistón en un extremo inferior; y una cámara de fluido que tiene el pistón en un extremo superior; en donde la cámara superior se mueve axialmente con respecto a la cámara inferior; y en donde el pistón se mueve en respuesta a la presión generada en la cámara inferior de modo que el volumen de la cámara de reacción aumenta y el volumen de la cámara de fluido disminuye.

El pistón puede incluir un cabezal y un globo que comunica con el puerto. El anillo de dientes puede rodear el puerto. La cámara superior puede viajar dentro de un cilindro del dispositivo. Algunas veces, la cámara superior es el extremo inferior de un émbolo. El émbolo puede incluir un bloqueo de presión que coopera con un extremo superior del dispositivo para bloquear la cámara superior en su lugar después de ser presionado. Como alternativa, el extremo superior del dispositivo puede incluir un bloqueo de presión que coopera con una superficie superior de la cámara superior para bloquear la cámara superior en su lugar cuando se mueve suficientemente hacia la cámara inferior.

Una cámara de fluido puede contener un fluido de alta viscosidad que tiene una viscosidad de al menos 5 o al menos 20 o al menos 40 centipoises. Una cámara superior puede contener un disolvente. Una cámara inferior puede contener al menos dos reactivos químicos que reaccionan entre sí para generar un gas. Algunas veces, la cámara superior, la cámara inferior y la cámara de fluido son piezas separadas que se unen para formar el dispositivo. En otras disposiciones más, ya sea la cámara superior o la cámara inferior contienen un reactivo encapsulado.

En el presente documento, también se describe un dispositivo para administrar un fluido mediante reacción química, que comprende: una cámara superior; una cámara inferior que tiene un pistón en un extremo inferior; una cámara de fluido que tiene el pistón en un extremo superior; y un émbolo que comprende un eje que recorre la cámara superior, un tapón en un extremo inferior del eje, y un apoyo en un extremo superior del eje, cooperando el tapón con un asiento para separar la cámara superior y la cámara inferior; en donde tirar del émbolo hace que el tapón se separe del asiento y cree una comunicación fluida entre la cámara superior y la cámara inferior; y en donde el pistón se mueve en respuesta a la presión generada en la cámara inferior de modo que el volumen de la cámara de reacción aumenta y el volumen de la cámara de fluido disminuye.

La presente divulgación también se refiere a dispositivos para administrar un fluido mediante reacción química, que comprende: una cámara de reacción dividida por una barrera en un primer compartimento y un segundo compartimento, conteniendo el primer compartimento al menos dos reactivos químicos secos que pueden reaccionar entre sí para generar un gas, y el segundo compartimento contiene un disolvente; y una cámara de fluido que tiene una salida; en donde el fluido en la cámara de fluido sale a través de la salida en respuesta a la presión generada en la cámara de reacción.

La presión generada en la cámara de reacción puede actuar sobre un pistón o émbolo en un extremo de la cámara de fluido para provocar que el fluido salga por la salida de la cámara de fluido.

En algunos casos, la cámara de reacción incluye una pared flexible, próxima a la cámara de fluido; y en donde la cámara de fluido está formada a partir de una pared lateral flexible, de modo que la presión generada en la cámara de reacción hace que la pared flexible se expanda y comprima la pared lateral flexible de la cámara de fluido, empujando así el fluido para que salga por la salida.

La cámara de reacción y la cámara de fluido pueden estar rodeadas por una carcasa. Algunas veces, la cámara de reacción y la cámara de fluido están una al lado de la otra en la carcasa. En otras disposiciones, una aguja se extiende desde el fondo de la carcasa y está conectada de manera fluida a la salida de la cámara de fluido; y la cámara de reacción está situada encima de la cámara de fluido.

Una cámara de reacción puede estar definida por la válvula unidireccional, una pared lateral y un émbolo, estando la válvula unidireccional y la pared lateral fijadas entre sí de modo que el volumen de la cámara de reacción cambia sólo mediante el movimiento del émbolo.

También se divulga un dispositivo para dispensar un fluido mediante reacción química, que comprende: una cámara de reacción que tiene un primer y un segundo extremo; un émbolo en un primer extremo de la cámara de reacción, siendo operativo el émbolo para moverse dentro del dispositivo en respuesta a una presión generada en la cámara de reacción; y una válvula unidireccional en el segundo extremo de la cámara de reacción que permite la entrada a la cámara de reacción.

El dispositivo puede comprender una cámara de reactivo en un lado opuesto de la válvula unidireccional. La cámara de reactivo puede contener un disolvente y un polvo de bicarbonato disuelto en el disolvente. El disolvente puede comprender agua. El dispositivo puede comprender además un émbolo en un extremo de la cámara de reactivo opuesto a la válvula unidireccional. El émbolo puede cooperar con la cámara de reactivo para bloquear el émbolo de inicio en su lugar después de ser presionado.

También se divulga un dispositivo para administrar un fluido mediante reacción química, que comprende: un cilindro que está dividido en una cámara de reactivo, una cámara de reacción y una cámara de fluido mediante una válvula unidireccional y un pistón (u otro tipo de émbolo); y un émbolo de iniciación en un extremo de la cámara de reactivo; en donde la válvula unidireccional está ubicada entre la cámara de reactivo y la cámara de reacción; y en donde el pistón separa la cámara de reacción y la cámara de fluido, siendo el pistón (u otro tipo de émbolo) móvil para cambiar la relación de volumen entre la cámara de reacción y la cámara de fluido.

La presente divulgación también se refiere a un dispositivo para administrar un fluido mediante reacción química, que comprende: un cilindro que contiene una cámara de reacción y una cámara de fluido que están separadas por un pistón móvil; y una fuente térmica para calentar la cámara de reacción. La cámara de reacción puede contener al menos un reactivo químico que genera un gas tras la exposición al calor. El al menos un reactivo químico puede ser 2,2'-azobisisobutironitrilo. El gas generado puede ser gas nitrógeno.

La presente divulgación también describe un dispositivo para administrar un fluido mediante reacción química, que comprende: un cilindro que contiene una cámara de reacción y una cámara de fluido que están separadas por un pistón móvil; y una fuente de luz que ilumina la cámara de reacción. La cámara de reacción puede contener al menos un reactivo químico que genera un gas tras la exposición a la luz. El al menos un reactivo químico puede comprender cloruro de plata.

El inicio de una reacción de generación de gas en un motor químico se puede realizar disolviendo al menos dos reactivos químicos diferentes en un disolvente. Los al menos dos reactivos químicos pueden incluir un compuesto químico que tiene una primera velocidad de disolución y el mismo compuesto químico que tiene una segunda velocidad de disolución diferente. Las velocidades de disolución se pueden variar cambiando el área de superficie del compuesto químico o encapsulando el compuesto químico con un recubrimiento para obtener diferentes velocidades de disolución.

El perfil de presión en función del tiempo de una generación de gas puede incluir un estallido en el que la tasa de generación de gas aumenta a una tasa más rápida que la generación inicial de gas.

La cámara de reacción puede contener un reactivo ácido seco, añadiéndose un disolvente que contiene un bicarbonato predisuelto (o un ácido predisuelto) a la cámara de reacción desde una cámara de reactivo en un lado opuesto de la válvula unidireccional para iniciar la reacción. La cámara de reacción puede comprender además un agente de liberación, tal como cloruro de sodio. El disolvente puede comprender agua. En algunas disposiciones preferidas, el reactivo de ácido seco es un polvo de ácido cítrico o un polvo de ácido acético. El gas producido es preferentemente dióxido de carbono.

En el presente documento, también se describe un dispositivo para administrar un fluido mediante reacción química, que comprende: un cilindro que contiene una cámara de reactivo, una cámara de reacción y una cámara de fluido; en donde la cámara de reactivo está situada dentro de un elemento pulsador en un extremo superior del cilindro; un émbolo que separa la cámara de reactivo de la cámara de reacción; un resorte desviado para empujar el émbolo de iniciación dentro de la cámara de reactivo cuando se presiona el elemento pulsador; y un pistón que separa la cámara de reacción de la cámara de fluido, en donde el pistón se mueve en respuesta a la presión generada en la cámara de reacción. El elemento pulsador puede comprender una pared lateral cerrada en un extremo exterior por una superficie de contacto, un borde que se extiende hacia afuera desde un extremo interior de la pared lateral, y un elemento de sellado próximo a una porción central en una superficie exterior de la pared lateral. El cilindro puede incluir una superficie de tope interior que se acopla al borde del elemento pulsador.

El émbolo de iniciación puede comprender un cuerpo central que tiene orejetas que se extienden radialmente desde el mismo, y un elemento de sellado en un extremo interior que se acopla a una pared lateral de la cámara de reacción. La superficie interior del elemento pulsador puede incluir canales para las orejetas.

Una cámara de reacción puede estar dividida en una cámara de mezcla y un brazo mediante una superficie radial interior, teniendo la superficie radial interior un orificio, y estando el pistón situado en el extremo del brazo.

Como característica general, una cámara de reacción incluye a veces un filtro permeable al gas que cubre un orificio que permite que el gas escape después de que se haya movido un émbolo para expulsar el fluido de la cámara de fluido. Esta característica proporciona una liberación del exceso de gas.

El cilindro puede estar formado por una primera pieza y una segunda pieza, incluyendo la primera pieza la cámara de reactivo y la cámara de reacción, e incluyendo la segunda pieza la cámara de fluido.

En el presente documento, también se divulgan métodos para fabricar inyectores que comprenden el ensamblaje de la primera y segunda pieza en un inyector o componente del inyector.

También se divulga un dispositivo de inyección para administrar un fluido farmacéutico a un paciente mediante presión producida por una reacción química interna, que comprende: una cámara de reactivo que tiene un activador en un extremo superior y una válvula unidireccional en un extremo inferior, la válvula unidireccional permite la salida de un reactivo desde la cámara de reactivo a una cámara de reacción tras su activación; la cámara de reacción conectada operativamente a la cámara de reactivo, que tiene medios para recibir la válvula unidireccional en un extremo superior y un pistón en un extremo inferior; y una cámara de fluido operativamente conectada a la cámara de reacción, que tiene medios para recibir el pistón en un extremo superior, en donde el pistón se mueve en respuesta a la presión generada en la cámara de reacción de modo que el volumen de la cámara de reacción aumenta y el volumen de la cámara de fluido disminuye.

Se pretende que, en diversas disposiciones, la presente divulgación incluya todas las combinaciones y permutaciones de las diversas características que se describen en el presente documento. Por ejemplo, las formulaciones descritas en el presente documento se pueden emplear en cualquiera de los dispositivos como entenderá un experto en la materia que lea estas descripciones. Del mismo modo, para cada dispositivo descrito en el presente documento, existe un método correspondiente para usar el dispositivo para administrar un fluido viscoso, normalmente un médico. La divulgación también incluye métodos para fabricar los dispositivos que comprenden ensamblar los componentes.

La divulgación incluye además el componente químico del motor separado y los kits que incluyen el motor químico y otros componentes que se ensamblan en un inyector. La divulgación puede caracterizarse además por las mediciones descritas en el presente documento; por ejemplo, la característica de densidad de potencia o cualquier otra característica medida descrita en las figuras, ejemplos o en otra parte. Por ejemplo, caracterizado por un límite o intervalo superior o inferior establecido por los valores medidos descritos en el presente documento.

Se describen diversos aspectos de la invención utilizando el término "que comprende"; sin embargo, en realizaciones más restringidas, la invención puede describirse alternativamente utilizando las expresiones "que consiste esencialmente en" o, más restringidamente, "que consiste en".

En cualquiera de los motores químicos, puede haber un émbolo de iniciación que normalmente se activa directa o indirectamente para iniciar la generación de gas en el motor químico; por ejemplo, la causa de que un ácido y un bicarbonato se combinen en solución y reaccionen para generar CO<2>. Preferentemente, el motor químico comprende una característica (tal como orejetas) que bloquean el émbolo iniciador en su lugar de modo que la cámara de reacción permanezca cerrada a la atmósfera y no pierda presión excepto para mover un émbolo para forzar a un fluido a salir del compartimiento de fluido.

En el presente documento se describe una formulación, un inyector, un método para fabricar una formulación o inyector (que normalmente comprende un cuerpo de inyector, un compartimento de expansión, un émbolo (por ejemplo, un pistón) y un componente de fluido viscoso que es preferentemente un medicamento. Normalmente, por supuesto, una aguja está conectada al compartimento del medicamento. En algunos casos, el compartimento de expansión se puede unir de forma liberable de modo que la pieza del compartimento de expansión (también llamada cámara de reacción) se pueda separar del compartimento de medicamento. En algunos casos, la divulgación puede considerarse como un método para empujar una solución a través de una jeringa, o un método para administrar un medicamento, o un sistema que comprende aparato más formulación(es) y/o gas liberado (normalmente CO<2>). Los medicamentos pueden ser medicinas convencionales o, en casos preferidos, compuesto(s) biológico(s) como las proteínas. Cualquiera de los aspectos inventivos puede caracterizarse por una característica o cualquier combinación de características que se describen en cualquier parte de esta descripción.

Aspectos preferidos de la presente divulgación proporcionan un motor químico que puede proporcionar

• Administración de fluidos viscosos (por ejemplo, más de 20 cP) con un caudal de 0,06 ml/s o superior

• Energía bajo demanda para eliminar la necesidad de almacenar energía

• Fuerzas de arranque mínimas para evitar roturas de la jeringa

• Presión relativamente constante durante todo el proceso de inyección para evitar el bloqueo

• Presión o perfil de presión ajustable, dependiendo de la viscosidad del fluido o los requisitos del usuario

Se divulga un motor químico que proporciona una reacción química generadora de gas para crear presión según demanda que puede usarse para administrar formulaciones farmacéuticas mediante administración parenteral. La presión se puede producir combinando dos materiales reactivos que generan un gas. Una ventaja de nuestra reacción de generación de gas sobre la técnica anterior es que esto se puede hacer de una manera que realice una administración rápida (menos de 20 segundos) de fluidos con una viscosidad superior a 20 cP y minimice el espacio de embalaje requerido, manteniendo al mismo tiempo un perfil de presión en función del tiempo sustancialmente plano como se muestra en los Ejemplos. Una ventaja adicional es que el perfil de presión en función del tiempo se puede modificar para diferentes fluidos, fluidos no newtonianos, necesidades del paciente o dispositivos.

Breve descripción de los dibujos

La siguiente es una breve descripción de los dibujos, que se presentan con el fin de ilustrar las realizaciones de ejemplo divulgadas en el presente documento y no con el fin de limitar las mismas.

La FIG. 1 es un diagrama de una reacción química que produce un gas para mover un pistón dentro de una cámara. La FIG. 2 es un diagrama de una primera realización de un dispositivo para administrar un fluido mediante reacción química. La reacción química en este caso se genera cuando dos reactivos químicos secos se disuelven en un disolvente y reaccionan. Esta figura muestra el dispositivo en estado de almacenamiento, donde los reactivos secos se separan del disolvente.

La FIG. 3 es un diagrama que muestra el dispositivo de la FIG. 2 después de que los reactivos secos se combinen con el disolvente.

La FIG. 4 es un diagrama que muestra el dispositivo de la FIG. 2 con el pistón siendo empujado por la presión del gas para administrar el fluido.

La FIG. 5 es un diagrama que muestra otra realización ilustrativa de un dispositivo para administrar un fluido mediante reacción química de dos reactivos en un disolvente. Este dispositivo está fabricado en cuatro piezas separadas que se unen para formar un dispositivo combinado similar al que se muestra en la FIG. 2.

La FIG. 6 es un diagrama de una primera realización de un dispositivo para administrar un fluido mediante reacción química. La reacción química en el presente documento se genera cuando un reactivo químico se expone al calor. El dispositivo incluye una fuente térmica.

La Figura 7 es una vista lateral en sección transversal de una primera realización ilustrativa de un dispositivo de inyección. Esta realización utiliza una válvula unidireccional para crear dos cámaras separadas.

La Figura 8 es una vista en perspectiva en sección transversal del motor en una realización ilustrativa de la Figura 7.

La Figura 9 es una vista lateral en sección transversal de una segunda realización ilustrativa de un dispositivo de inyección. Esta realización utiliza un sello para crear dos cámaras separadas y un anillo de dientes para romper el sello.

La Figura 10 es una vista en perspectiva en sección transversal del motor en la segunda realización ilustrativa de la Figura 9.

La Figura 11 es una vista lateral en sección transversal de una tercera realización ilustrativa de un dispositivo de inyección. En esta realización, al tirar del mango hacia arriba (es decir, alejándolo del cilindro del dispositivo), se rompe el sello entre dos cámaras separadas. Esta figura muestra el dispositivo antes de tirar del mango hacia arriba.

La Figura 12 es una vista en perspectiva en sección transversal del motor en la tercera realización ilustrativa de la Figura 11 antes de tirar del mango hacia arriba.

La Figura 13 es una vista en perspectiva en sección transversal del motor en la tercera realización ilustrativa de la Figura 11 después de tirar del mango hacia arriba.

La Figura 14 es una vista lateral en sección transversal de una realización ilustrativa que muestra el motor usando un reactivo encapsulado. Esta figura muestra el dispositivo en un estado de almacenamiento.

La Figura 15 es una vista lateral en sección transversal de la realización ilustrativa que muestra el motor usando un reactivo encapsulado. Esta figura muestra el dispositivo en un estado de uso.

La Figura 16 es una vista transparente en perspectiva de una primera realización ilustrativa de una bomba parche que utiliza una reacción química para inyectar el fluido. En este caso, el motor y la cámara de fluido están uno al lado del otro y ambos tienen paredes laterales rígidas.

La Figura 17 es una vista transparente en perspectiva de una segunda realización ilustrativa de una bomba parche que utiliza una reacción química para inyectar el fluido. En este caso, el motor está encima de la cámara de fluido y ambos tienen una pared flexible. El motor se expande y presiona la cámara de fluido. Esta figura muestra la bomba parche cuando la cámara de fluido está vacía y antes de su uso.

La Figura 18 es una vista en perspectiva transparente de la bomba parche de la Figura 17, donde se llena la cámara de fluido.

La FIG. 19 es una vista lateral en sección transversal de otra realización ilustrativa de una jeringa que utiliza una reacción química generadora de gas. En este caso, un tapón es empujado por un resorte de compresión para viajar a través de la cámara de reactivo y asegurar que su contenido se vacía en la cámara de reacción.

La FIG. 20 es una vista inferior que muestra el interior del elemento pulsador en la jeringa de la FIG. 19.

La FIG. 21 es una vista superior del tapón usado en la jeringa de la FIG. 19.

La FIG. 22 es un gráfico que muestra el perfil de presión en función del tiempo para la administración de aceite de silicona cuando se inyectan diferentes cantidades de agua en una cámara de reacción. El eje y es la presión manométrica (Pa) y el eje x es el tiempo (s). El gráfico muestra los resultados para condiciones en las que se utilizaron tres cantidades diferentes de agua: 0,1 ml, 0,25 ml y 0,5 ml.

La FIG. 23 es un gráfico que muestra el perfil de volumen en función del tiempo para la administración de aceite de silicona 73cP cuando se añade un agente de liberación (NaCl) a la cámara de reacción. El eje y es el volumen (ml) y el eje x es el tiempo (s).

La FIG. 24 es un gráfico del volumen en función del tiempo para la administración de un fluido de silicona de 73 cP en el que se muestra el uso de modificar o mezclar la morfología del bicarbonato: la cámara de reacción contiene 100 % tal como se recibió, 100 % liofilizado, 75 % tal como se recibió/25 % liofilizado, o 50 % tal como se recibió/50 % liofilizado.

La FIG. 25 es un gráfico de presión en función del tiempo para la administración de un fluido de silicona de 73 cP en el que se muestra el uso de modificar o mezclar la morfología del bicarbonato: la cámara de reacción contiene 100 % tal como se recibió, 100 % liofilizado, 75 % tal como se recibió/25 % liofilizado, o 50 % tal como se recibió/50 % liofilizado.

La FIG. 26 es un gráfico normalizado de presión en función del tiempo de administración de un fluido de silicona de 73 cP durante un período de tiempo inicial. Se muestra el uso de modificar o mezclar la morfología del bicarbonato: la cámara de reacción contiene 100 % tal como se recibió, 100 % liofilizado, 75 % tal como se recibió/25 % liofilizado, o 50 % tal como se recibió/50 % liofilizado.

La FIG. 27 es un gráfico normalizado de presión en función del tiempo de administración de un fluido de silicona de 73 cP durante un segundo período de tiempo. La cámara de reacción contenía bicarbonatos con diferente morfología o morfología mixta: 100 % tal como se recibió, 100 % liofilizado, 75 % tal como se recibió/25 % liofilizado y 50 % tal como se recibió/50 % liofilizado.

La FIG. 28 es un gráfico de volumen en función del tiempo para la administración de un fluido de silicona de 73 cP en el que se muestra el uso de reactivos con diferente velocidad o estructura de disolución. El motor contenía 100 % de bicarbonato de sodio tal como se recibió y ácido cítrico en polvo, 100 % de Alka Seltzer ajustado para una relación estequiométrica similar, 75 % de polvos tal como se recibieron/25 % de Alka Seltzer, 50 %, 25 % de polvos tal como se recibieron/75 % Alka Seltzer.

La FIG. 29 es un gráfico de volumen en función del tiempo para la administración de un fluido de silicona de 73 cP en el que se muestra el uso de reactivos con diferente velocidad o estructura de disolución. El motor contenía 100 % de bicarbonato de sodio tal como se recibió y ácido cítrico en polvo, 100 % de Alka Seltzer ajustado para una relación estequiométrica similar, 75 % de polvos tal como se recibieron/25 % de Alka Seltzer, 50 %, 25 % de polvos tal como se recibieron/75 % Alka Seltzer.

La FIG. 30 es un gráfico de presión en función del tiempo para la administración de un fluido de agua de 1 cP en el que se muestra el uso de reactivos con diferente velocidad o estructura de disolución. El motor contenía 100 % de bicarbonato de sodio tal como se recibió y ácido cítrico en polvo, 100 % de Alka Seltzer ajustado para una relación estequiométrica similar, 75 % de polvos tal como se recibieron/25 % de Alka Seltzer, 50 %, 25 % de polvos tal como se recibieron/75 % Alka Seltzer.

La FIG. 31 es un gráfico de presión normalizada en función del tiempo para la administración de un fluido de silicona de 73 cP en el que se muestra el uso de reactivos con diferente velocidad o estructura de disolución. El motor contenía 100 % de bicarbonato de sodio tal como se recibió y ácido cítrico en polvo, 100 % de Alka Seltzer ajustado para una relación estequiométrica similar, 75 % de polvos tal como se recibieron/25 % de Alka Seltzer, 50 %, 25 % de polvos tal como se recibieron/75 % Alka Seltzer. La presión se normaliza normalizando las curvas de la Figura 29 a su presión máxima.

La FIG. 32 es un gráfico de presión normalizada en función del tiempo que amplía los primeros 3 segundos de la FIG. 31.

La FIG. 33 es un gráfico de volumen en función del tiempo para el suministro de un fluido de silicona de 73 cP en el que la cámara de reacción contenía bicarbonato de sodio (BS), bicarbonato de potasio, o una mezcla 50/50. La FIG. 34 es un gráfico de presión en función del tiempo para el tercer conjunto de pruebas; administración de un fluido de silicona de 73 cP en el que la cámara de reacción contenía bicarbonato de sodio (BS), bicarbonato de potasio, o una mezcla 50/50.

La FIG. 35 es un gráfico de velocidad de reacción para el tercer conjunto de pruebas; administración de un fluido de silicona de 73 cP en el que la cámara de reacción contenía bicarbonato de sodio (BS), bicarbonato de potasio, o una mezcla 50/50.

La FIG. 36 es un gráfico de volumen en función del tiempo para un cuarto conjunto de pruebas para aceite de silicona.

La FIG. 37 ilustra un conducto con aberturas que pueden usarse para administrar una solución a una cámara de reacción.

La FIG. 38 muestra el perfil medido de presión en función del tiempo para un motor químico que utiliza bicarbonato mixto de sodio y potasio que administra aceite de silicona a través de una aguja de pared delgada de 19 mm de largo y calibre 27.

FIG. 39. Muestra el volumen en función del tiempo de administración para un control (sin NaCl) y un sistema que utiliza NaCl sólido como agente nucleante (NaCl).

La FIG. 40 muestra el perfil de fuerza en función del tiempo de dos motores químicos diferentes que administran 1 ml de fluido de 50 cP a través de una aguja de pared delgada de calibre 27 (1,9 cm de largo).

La FIG. 41 muestra el perfil de fuerza en función del tiempo de dos motores químicos diferentes (Formulación 3 y 4) que administran 3 ml de fluido de 50 cP a través de una aguja de pared delgada de calibre 27 (1,9 cm de largo). La FIG. 42 muestra el perfil de fuerza en función del tiempo del motor químico (Formulación 5) que administra 3 ml de fluido de 50 cP a través de una aguja de pared delgada de calibre 27 (1,9 cm de largo).

La FIG. 43 muestra los perfiles de presión constante para las composiciones descritas en el lado derecho de la figura. La presión observada aumentó en el orden control <superficie de nucleación «partículas de Expancel <ácido oxálico <tierra de diatomeas <oxalato de calcio.

La FIG. 44 muestra la similitud del efecto de la vibración y la tierra de diatomeas añadida para mejorar la generación de gas.

La FIG. 45 ilustra el desplazamiento de un fluido viscoso impulsado por un motor químico que contiene bicarbonato de potasio, ácido cítrico y 5, 10 o 50 mg de tierra de diatomeas que actúa como agente de convección.

La FIG. 46 ilustra esquemáticamente un aparato para medir la densidad de potencia de un motor químico.

GLOSARIO

Motor químico: un motor químico genera un gas a través de una reacción química y el gas generado se utiliza para impulsar otro proceso. Normalmente, la reacción no es combustión y, en muchas realizaciones preferidas, el motor químico funciona mediante la generación de CO<2>a partir de la reacción de un carbonato (normalmente sodio o, preferentemente, carbonato de potasio) con un ácido, preferentemente ácido cítrico.

En el contexto de un motor químico, un recipiente cerrado evita el escape de gas a la atmósfera de modo que la fuerza del gas generado puede aplicarse contra un émbolo. En el dispositivo ensamblado (normalmente un inyector), el gas generado mueve el émbolo y fuerza al fluido a salir del compartimento de fluido. En muchas realizaciones, el recipiente está cerrado en un extremo por una válvula unidireccional, rodeado por paredes de cámara en direcciones perpendiculares al eje central y cerrado en el otro extremo por un émbolo móvil.

La viscosidad se puede definir de dos maneras: "viscosidad cinemática" o "viscosidad absoluta". La viscosidad cinemática es una medida del flujo resistivo de un fluido bajo una fuerza aplicada. La unidad del SI de la viscosidad cinemática es mm2/s, que es 1 centistoke (cSt). Viscosidad absoluta, a veces llamada viscosidad dinámica o simple, es el producto de la viscosidad cinemática y la densidad del fluido. La unidad SI de viscosidad absoluta es el milipascalsegundo (mPa-s) o centipoise (cP), donde 1 cP=1 mPa-s. Salvo que se especifique lo contrario, el término viscosidad siempre se refiere a la viscosidad absoluta. La viscosidad absoluta se puede medir con un reómetro capilar, reómetro de cono y placa, o cualquier otro método conocido.

Los fluidos pueden ser newtonianos o no newtonianos. Los fluidos no newtonianos deben caracterizarse a diferentes velocidades de corte, incluyendo una que sea similar a la velocidad de corte de la inyección. En este caso, la viscosidad del fluido se puede aproximar utilizando la ecuación de Hagen-Poiseuille, donde se utiliza una fuerza conocida para la inyección a través de un diámetro y longitud de aguja conocidos, a una velocidad de fluido conocida. La invención es adecuada para fluidos newtonianos o no newtonianos.

Un émbolo (también llamado "émbolo de expansión") es cualquier componente que se mueve o se deforma en respuesta al CO<2>generado en el motor químico y que puede transmitir fuerza, directa o indirectamente, a un líquido en un compartimento que está adyacente o conectado indirectamente al motor químico. Por ejemplo, el émbolo podría empujar contra un pistón que, a su vez, empuja contra un líquido en una jeringa. Hay numerosos tipos de émbolos descritos en esta solicitud y en la técnica anterior, y las formulaciones y diseños inventivos son generalmente aplicables a una multitud de tipos de émbolo.

Un émbolo de iniciación es una pieza móvil que se utiliza para iniciar una reacción, generalmente causando directa o indirectamente la combinación de ácido, carbonato y agua. Preferentemente, el émbolo de iniciación se bloquea en su lugar para evitar cualquier pérdida de presión y, por tanto, dirigir toda la presión generada hacia el fluido que se va a expulsar de la cámara de fluido.

El término "parenteral" se refiere a un medio de administración que no es a través del tracto gastrointestinal, tal como inyección o infusión.

El perfil de presión en función del tiempo puede incluir un estallido, donde el estallido se describe como un segundo aumento de presión durante el perfil de administración.

Los procesos de la presente divulgación se pueden usar tanto con jeringas manuales o con autoinyectores y no se limitan a geometrías cilíndricas. El término "jeringa" se utiliza indistintamente para referirse a jeringas manuales y autoinyectores de cualquier tamaño o forma. La expresión "dispositivo de inyección" se utiliza para referirse a cualquier dispositivo que pueda usarse para inyectar el fluido a un paciente, incluyendo, por ejemplo, jeringas y bombas parche. En realizaciones preferidas, cualquiera de los motores químicos descritos en el presente documento puede ser parte de un inyector y la intención incluye estos inyectores.

Descripción detallada

La FIG. 1 ilustra la generación de presión mediante una reacción química para su uso en la administración de una formulación farmacéutica mediante inyección o infusión. Con referencia al lado izquierdo de las figuras, uno o más reactivos químicos 100 están encerrados dentro de una cámara de reacción 110. Un lado de la cámara puede moverse con respecto a los otros lados de la cámara y actúa como un pistón 120. La cámara 110 tiene un primer volumen antes de la reacción química.

A continuación, se inicia una reacción química dentro de la cámara, como lo indica la flecha "RXN". Se genera un subproducto gaseoso 130 a cierta velocidad, n(t), donde n representa moles de gas producido y t representa el tiempo. La presión es proporcional a la cantidad de subproducto gaseoso 130 generado por la reacción química, como se ve en la Ecuación (1):

En la ecuación (1), T representa la temperatura y V representa el volumen de la cámara 110.

El volumen de la cámara 110 permanece fijo hasta que la fuerza adicional generada por la presión del gas sobre el pistón 120 excede la necesaria para empujar el fluido a través de una aguja de jeringa. La fuerza necesaria depende de los componentes mecánicos presentes en el sistema, por ejemplo, fuerzas de fricción y ventajas mecánicas proporcionadas por el diseño del conector, el diámetro de la aguja de la jeringa y la viscosidad del fluido.

Una vez que se excede la presión mínima requerida para mover el pistón 120, el volumen de la cámara de reacción 110 comienza a aumentar. El movimiento del pistón 120 hace que comience la administración de fluido dentro de la jeringa. La presión en la cámara 110 depende tanto de la velocidad de reacción como de la velocidad de expansión del volumen, como se representa por la Ecuación (1). Preferentemente, se genera suficiente gas para justificar la expansión del volumen, sin generar demasiado exceso de presión. Esto se puede lograr controlando las velocidades de reacción y liberación de gas en la cámara 110.

La acumulación de presión a partir del subproducto gaseoso producido por la reacción química 130 se puede utilizar para empujar el fluido directamente adyacente al pistón 120 a través de la jeringa. La acumulación de presión también puede empujar el líquido de forma indirecta, por ejemplo, estableciendo un contacto mecánico entre el pistón 120 y el fluido, por ejemplo, mediante un vástago o eje que conecta el pistón 120 a un tapón de una jeringa precargada que contiene fluido.

El uno o más reactivos químicos 100 se seleccionan de modo que, tras la reacción, se genera un subproducto gaseoso 130. Los reactivos químicos adecuados 100 incluyen reactivos que reaccionan para generar un subproducto gaseoso 130. Por ejemplo, ácido cítrico (C<6>H<8>O<7>) o ácido acético (C<2>H<4>O<2>) reaccionará con bicarbonato de sodio (NaHCO3) para generar dióxido de carbono, CO<2>, lo cual puede iniciarse cuando los dos reactivos se disuelven en un disolvente común, tal como agua. Como alternativa, un solo reactivo puede generar un gas cuando es activado por un iniciador, tal como luz, calor o disolución. Por ejemplo, el reactivo único 2,2'-azobisisobutironitrilo (AIBN) se puede descomponer para generar gas nitrógeno (N<2>) a temperaturas de 50 °C - 65 °C. El(los) reactivo(s) químico(s) se selecciona(n) de modo que la reacción química pueda controlarse fácilmente.

Un aspecto de la presente divulgación es la combinación de varios componentes para dar como resultado (i) fuerza suficiente para administrar un fluido viscoso en un corto período de tiempo, por ejemplo, menos de 20 s, y (ii) en un paquete pequeño que sea compatible con el uso previsto, es decir, accionar una jeringa. Todo debe confluir en tiempo, tamaño y fuerza para lograr la inyección deseada. El tamaño del paquete para el motor químico está definido por el volumen de los reactivos, incluyendo disolventes; esto se mide en condiciones estándar (25 °C, 1 atm) después de que todos los componentes se hayan mezclado y liberado CO<2>.

La concentración molar de CO<2>frente a H<2>CO<3>viene dado por el pH. El pKa de H<2>CO<3>es de 4,45. Para un pH muy por debajo de este valor, el porcentaje de CO<2>respecto a H<2>CO<3>es casi el 100%. Para un pH cercano al pKa (por ejemplo, de 4,5 a 6,5), el valor disminuirá del 90 % al 30 %. Para pH superior a 7, el sistema consistirá principalmente de H<2>CO<3>y no CO<2>. Por tanto, los ácidos adecuados deberían proporcionar amortiguación del sistema para mantener el pH por debajo de 4,5 durante toda la duración del evento de inyección. No es necesario que la reacción química llegue al 100 % de conversión durante el evento de inyección (por ejemplo, en 5 segundos, o en 10 segundos o en 20 segundos) en el marco de tiempo del evento de inyección, pero, generalmente, para minimizar la generación de exceso de presión, la conversión debe acercarse al menos al 30-50 %; donde la conversión se define como el porcentaje molar de ácido que ha reaccionado y, en algunas realizaciones en el intervalo del 30 al 80 %, en algunas realizaciones en el intervalo del 30 al 50 %. En algunas realizaciones, la conversión del reactivo de CO<2>(tal como bicarbonato de sodio o potasio) es de al menos un 30 %, preferentemente al menos un 50 %, o al menos un 70 % y en algunas realizaciones menos un 95 %.

Los ácidos que son líquidos a temperatura ambiente, tales como el ácido acético glacial (pKa1 4,76) y el ácido butírico (pKa 4,82) son adecuados. Los ácidos preferidos son ácidos orgánicos que son sólidos a temperatura ambiente; estos ácidos tienen poco olor y no reaccionan con el dispositivo. Además, se pueden envasar como polvos con diferente morfología o estructura para proporcionar un medio para controlar la velocidad de disolución. Los ácidos preferidos incluyen ácido cítrico (pH: 2,1 a 7,2 (pKa: 3,1; 4,8;<6>,<4>), ácido oxálico (pH: 0,3 a 5,3 [pKa: 1,3; 4,4]), ácido tartárico (pH: de 2 a 4; [pKa1=2,95; pKa2=4,25]), y ácido Itálico (pH: 1,9 - 6,4 [pKa: 2,9; 5,4]). En experimentos con HCl añadido. Se descubrió sorprendentemente que reducir el pH a 3 no aceleraba la liberación de CO<2>.

En algunas realizaciones preferidas, el ácido cítrico se utiliza en sistemas donde el evento de inyección se produce con conversiones de reacción de entre el 15 y el 50 %. Puede ser deseable aprovechar la rápida velocidad de acumulación de CO<2>y, por tanto, la presión, lo cual ocurre con baja conversión. Debido al comportamiento amortiguador de este ácido, el porcentaje de CO<2>respecto a H<2>CO<3>creado durante la reacción disminuirá con una alta conversión, a medida que el pH aumenta por encima de 5,5. Este sistema tendrá menos acumulación de presión al final de la reacción, después de completar la inyección. En otras circunstancias, puede ser deseable aprovechar el ciclo de reacción completo y modificar la reacción para que esté próxima a completarse al final del evento de inyección. En algunas realizaciones, el ácido tartárico y los ácidos oxálicos son las opciones preferidas debido a sus valores de pKa más bajos.

En algunas realizaciones preferidas, el bicarbonato se añade como una solución saturada a un compartimento de expansión que contiene ácido sólido o ácido sólido mezclado con otros componentes, tales como sales, bicarbonato u otros aditivos. En otras realizaciones, se añade agua al pistón que contiene ácido sólido, mezclado con bicarbonatos y otros componentes. En algunas otras realizaciones preferidas, se añade una solución de bicarbonato acuoso a una composición sólida que comprende bicarbonato sólido para proporcionar producción adicional de CO<2>al final de la inyección. En otras realizaciones más, el bicarbonato puede estar presente como un sólido humedecido, o sólo parcialmente disuelto. También se puede hacer reaccionar cualquier forma de bicarbonato con un ácido disuelto. Por ejemplo, en algunas realizaciones preferidas, el bicarbonato se combina con una solución de ácido cítrico.

Cuando la química se limita a pequeños volúmenes de reacción, es decir, una cantidad relativamente grande de reactivo está limitada a un pequeño volumen de líquido (soluciones saturadas) en un sistema presurizado, el proceso para producir CO<2>(g) se vuelve considerablemente más complejo. Dependiendo de las circunstancias, los pasos importantes limitantes de la velocidad actualmente son:

• velocidad de disolución de reactivos sólidos

• disponibilidad y velocidad de difusión de iones bicarbonato

• velocidad de desorción de CO<2>de la superficie del bicarbonato

• liberación de CO<2>(g) de la solución

Dependiendo de las necesidades del sistema, los parámetros se pueden ajustar de forma independiente o en conjunto para minimizar el sobreimpulso y mantener una curva de perfil de presión plana, donde el impacto de la expansión del volumen de la cámara de reacción química no provoca que la presión caiga y el suministro se detenga.

Para lograr una administración rápida de fluidos viscosos, la disponibilidad de iones bicarbonato puede ser un factor importante. En solución, las sales de bicarbonato están en equilibrio con los iones de bicarbonato, los cuales son las especies activas en la reacción. Los iones bicarbonato pueden ser especies libres o fuertemente asociadas. La concentración de bicarbonato se puede controlar alterando la polaridad del disolvente, tal como añadiendo etanol para disminuir la velocidad de reacción o añadiendo N-metilformamida o N-metilacetamida para aumentar la velocidad de reacción; aprovechando los efectos de los iones comunes; y utilizando un contenido relativamente alto de bicarbonato por encima del punto de saturación. El bicarbonato tiene preferentemente una solubilidad en agua superior a 9 g en 100 ml, más preferentemente 25 g en 100 ml. En algunas realizaciones preferidas, se añaden soluciones saturadas de bicarbonato de potasio al pistón que contiene ácidos. En otras realizaciones, se añade agua a un pistón que contiene ácidos sólidos y bicarbonato de potasio.

El perfil de presión durante la administración se puede modificar modificando la velocidad de disolución. Por ejemplo, la adición de una solución saturada de bicarbonato de potasio a un pistón que contiene ácido cítrico sólido y bicarbonato sólido proporciona primero un rápido estallido de CO<2>a medida que el bicarbonato disuelto reacciona con el ácido y, en segundo lugar, un nivel secundario sostenido de CO<2>a medida que el bicarbonato sólido se disuelve y queda disponible. Las velocidades de disolución se pueden modificar cambiando el tamaño de partícula o el área de superficie del polvo, empleando varias especies diferentes de bicarbonato o ácido, encapsulación con un segundo componente, o cambios en la calidad del disolvente. Combinando polvos que tienen diferentes velocidades de disolución, el perfil de presión en función del tiempo se puede modificar, permitiendo una presión constante con el tiempo o un estallido de presión con el tiempo. Con el mismo efecto se puede utilizar la introducción de un catalizador.

La presión en el pistón (cámara de reacción) está determinada por la concentración de CO<2>que se libera de la solución. La liberación se puede facilitar introduciendo métodos de agitación o introduciendo sitios que disminuyan la solubilidad del CO<2>o mejoren su nucleación, crecimiento y difusión. Los métodos de agitación pueden incluir la introducción de esferas rígidas suspendidas en el pistón. Las esferas adecuadas incluyen microesferas poliméricas huecas tales como Expancel, microesferas de poliestireno o microesferas de polipropileno. Tras la introducción de agua o bicarbonato saturado en el pistón, el flujo externo induce fuerzas y momentos de torsión en las esferas, dando como resultado sus rotaciones con velocidad w así como comienzan a moverse inducidos por la fuerza de flotabilidad. El campo de flujo generado por la rotación de la esfera mejora la difusión del gas hacia la superficie y facilita la desorción de CO<2>del líquido. La superficie de las esferas que giran libremente también puede modificarse mediante una capa activa, tal como recubriendo con bicarbonato. Dichas esferas son inicialmente pesadas y no se ven afectadas por la fuerza de flotación. Sin embargo, a medida que el recubrimiento se disuelve o reacciona con el ácido, la flotabilidad comenzará a hacer que las esferas se muevan hacia la superficie del líquido. Durante el movimiento antes mencionado, las fuerzas de desequilibrio sobre la partícula promueven el giro, reduciendo la limitación del transporte de gas y aumentando la desorción de CO<2>del líquido.

En algunas realizaciones, se añade una sal, aditivo u otro agente nucleante para facilitar la liberación del gas disuelto en el volumen vacío. Ejemplos de dichos agentes nucleantes incluyen cloruro de sodio cristalino, tartrato de calcio, oxalato de calcio y azúcar. La liberación se puede facilitar añadiendo un componente que disminuya la solubilidad del gas. También se puede facilitar añadiendo un agente nucleante que facilite la nucleación, el crecimiento y la liberación de burbujas de gas mediante nucleación heterogénea.

En realizaciones preferidas, el caudal en función del tiempo se mantiene sustancialmente constante, de modo que la velocidad de corte sobre el fluido sea similar. Para fluidos newtonianos, la velocidad de corte es proporcional al caudal e inversamente proporcional a r3, donde r es el radio de la aguja. El cambio en la velocidad de corte se puede definir una vez que se inicia el flujo después de los primeros 2 o 3 segundos como [(Caudal máximo - Caudal mínimo)/Caudal m ínim o]l00 para dispositivos donde el diámetro de la aguja no cambia. En realizaciones preferidas, el cambio en la velocidad de corte es inferior al 50 %, más preferentemente menos del 25 %. Los fluidos pueden ser newtonianos o no newtonianos. Para caudales típicos de administración subcutánea a través de agujas con diámetros en el intervalo de calibre 27 a 31, las velocidades de corte son del orden de 1x104 a 1x104 s-1 y los efectos no newtonianos podrían volverse importantes, particularmente para las proteínas.

En algunos ejemplos descritos más adelante en el presente documento, se utilizó un dispositivo de inyección que utiliza una reacción química generadora de gas para desplazar un fluido que tiene una viscosidad superior a 70 centipoises (cP) a través de una aguja de pared delgada (TW) de calibre 27 en menos de 10 segundos. Una aguja de pared delgada de calibre 27 tiene un diámetro exterior nominal de 0,016 ± 0,0005 pulgadas, un diámetro interior nominal de 0,010 ± 0,001 pulgadas y un espesor de pared de 0,003 pulgadas. Se espera que dichos resultados se obtengan también con agujas que tengan diámetros interiores nominales mayores.

La selección de lo(s) reactivo(s) químico(s) puede basarse en diferentes factores. Un factor es la velocidad de disolución del reactivo, es decir, la velocidad a la que la forma de polvo seco del reactivo se disuelve en un disolvente, tal como agua. La velocidad de disolución se puede modificar cambiando el tamaño de partícula o el área de superficie del polvo, encapsulando el polvo con un recubrimiento que se disuelve primero, o cambios en la calidad del disolvente. Otro factor es el perfil deseado de presión en función del tiempo. El perfil de presión en función del tiempo se puede controlar modificando la cinética de la reacción. En el caso más sencillo, la cinética de una reacción determinada dependerá de factores, tales como la concentración de los reactivos, dependiendo del "orden" de la reacción química y de la temperatura. Para muchos reactivos 100, incluidos aquellos en los que se deben mezclar dos reactivos secos, la cinética dependerá de la velocidad de disolución. Por ejemplo, combinando polvos que tienen dos velocidades de disolución diferentes, el perfil de presión en función del tiempo se puede modificar, permitiendo una presión constante a lo largo del tiempo o un perfil que tiene un estallido de presión en un momento específico. Con el mismo efecto se puede utilizar la introducción de un catalizador. Como alternativa, un perfil de volumen administrado en función del tiempo puede tener una pendiente constante. El término "constante" se refiere al perfil dado que tiene una pendiente lineal ascendente durante un período de tiempo de al menos 2 segundos, con una desviación aceptable en el valor de la pendiente del ± 15 %.

Esta capacidad de ajustar la reacción química permite que los dispositivos de la presente divulgación se adapten a diferentes fluidos (con volúmenes y/o viscosidades variables), necesidades del paciente o diseños de dispositivos de administración. Adicionalmente, mientras que la reacción química transcurre independientemente de la geometría de la cámara de reacción, la forma de la cámara de reacción puede afectar a la forma en que actúa la presión acumulada sobre el pistón.

El nivel de presión objetivo para proporcionar la administración del fármaco puede estar determinado por la mecánica de la jeringa, la viscosidad del fluido, el diámetro de la aguja y el tiempo de administración deseado. La presión objetivo se logra seleccionando la cantidad adecuada y la relación estequiométrica del reactivo, que determina n (moles de gas), junto con el volumen apropiado de la cámara de reacción. También debe considerarse la solubilidad del gas en cualquier líquido presente en la cámara de reacción, que no contribuirá a la presión.

Si se desea, puede estar presente un agente de liberación en la cámara de reacción para aumentar la velocidad de administración de fluido. Cuando un disolvente, tal como agua, se utiliza para facilitar la difusión y la reacción entre moléculas, el gas generado tendrá cierta solubilidad o estabilidad en el disolvente. El agente de liberación facilita la liberación de cualquier gas disuelto en el espacio superior de la cámara. El agente de liberación disminuye la solubilidad del gas en el disolvente. Los agentes de liberación ilustrativos incluyen un agente nucleante que facilita la nucleación, el crecimiento y la liberación de burbujas de gas mediante nucleación heterogénea. Un agente de liberación ilustrativo es el cloruro de sodio (NaCl). La presencia del agente de liberación puede aumentar la velocidad general de muchas reacciones químicas al aumentar la velocidad de disolución, que suele ser el factor limitante de la velocidad para la generación de presión para reactivos secos (en polvo). El agente de liberación también puede considerarse un catalizador.

En algunas realizaciones preferidas, el volumen de la cámara de reacción es de 1 a 1,4 cm3 o menos, en algunas realizaciones preferidas 1 cm3 o menos, en algunas realizaciones en el intervalo de 0,5 a 1 o 1,4 cm3. Los otros componentes del dispositivo pueden dimensionarse para adaptarse al volumen de la cámara de reacción. Una cámara de reacción de no más de 1 a 1,4 cm3 permite la administración mediante reacción química de un fluido de alta viscosidad con un espacio o superficie de inyección limitado.

LaFIG. 2ilustra una realización ilustrativa de un dispositivo (en este caso, una jeringa) que se puede usar para administrar un fluido de alta viscosidad usando una reacción química entre reactivos para generar un gas. La jeringa400se representa en este caso en un estado de almacenamiento o en un estado no deprimido en el que la reacción química aún no se ha iniciado. La aguja no está incluida en esta ilustración. La jeringa400incluye un cilindro410que se forma a partir de una pared lateral412,y el espacio interior se divide en tres cámaras independientes. Comenzando en el extremo superior402del cilindro, la jeringa incluye una cámara de reactivo420,una cámara de reacción430,y una cámara de fluido440.El émbolo470se inserta en un extremo superior422de la cámara de reactivo. Una válvula unidireccional450está presente en un extremo inferior424de la cámara de reactivo, formando una superficie radial. La válvula unidireccional450también está presente en el extremo superior432de la cámara de reacción. La válvula unidireccional450está dirigido para permitir que el material salga de la cámara de reactivo420y entre en la cámara de reacción430.El extremo inferior434de la cámara de reacción está formada por un pistón460.Por último, el pistón460está presente en el extremo superior442de la cámara de fluido. El orificio416del cilindro está en el extremo inferior444de la cámara de fluido y en el extremo inferior404de la jeringa. Cabe señalar que la válvula unidireccional450está fijada en su lugar y no puede moverse dentro del cilindro4l0.Por el contrario, el pistón460puede moverse dentro del cilindro en respuesta a la presión. Dicho de otra manera, la cámara de reacción430está definido por la válvula unidireccional450,la pared lateral del cilindro412,y el pistón460.

La cámara de reacción430también se puede describir con un primer extremo y un segundo extremo. El pistón móvil460está en el primer extremo434de la cámara de reacción, mientras que la válvula unidireccional450está presente en el segundo extremo432de la cámara de reacción. En esta ilustración, la cámara de reacción430está directamente en un lado del pistón460,y la cámara de fluido440está directamente en el lado opuesto del pistón.

La cámara de reactivo420contiene al menos un reactivo químico, un disolvente y/o un agente de liberación. La cámara de reacción430contiene al menos un reactivo químico, un disolvente y/o un agente de liberación. La cámara de fluido440contiene el líquido que se va a administrar. Como se representa en la presente figura, la cámara de reactivo420contiene un disolvente480,la cámara de reacción430contiene dos reactivos químicos diferentes.482, 484en forma de polvo seco y la cámara de fluido440contiene un fluido de alta viscosidad486.De nuevo, cabe señalar que esta figura no está dibujada a escala. Los reactivos químicos, como se ilustra en la presente figura, no llenan todo el volumen de la cámara de reacción. En su lugar, un espacio de cabeza436está presente dentro de la cámara de reacción.

En realizaciones específicas, la cámara de reactivo contiene un bicarbonato que se ha disuelto previamente en un disolvente y la cámara de reacción contiene un polvo ácido seco. Se descubrió que la mezcla pasiva de reactivos en el disolvente era un problema que reduciría la velocidad de reacción. El bicarbonato fue predisuelto, de lo contrario, era demasiado lento para disolverse y participar en la reacción de generación de gas. En realizaciones más específicas, se utilizó bicarbonato de potasio. Se descubrió que el bicarbonato de sodio no reaccionaba tan rápidamente. Se utilizó citrato como polvo de ácido seco debido a que se disolvía y reaccionaba rápidamente. Se incluyó cloruro de sodio (NaCl) como agente de liberación seco con el citrato. El cloruro de sodio proporcionó sitios de nucleación para permitir que el gas evolucionara de la solución más rápidamente.

Cada cámara tiene un volumen, que en la ilustración representada es proporcional a la altura de la cámara. La cámara de reactivo420tiene una altura425,la cámara de reacción430tiene una altura435,y la cámara de fluido440tiene una altura445.En este estado no deprimido, el volumen de la cámara de reacción es suficiente para contener el disolvente y los dos reactivos químicos.

En realizaciones particulares, el volumen de la cámara de reacción es de 1 cm3 o menos. Los otros componentes del dispositivo pueden dimensionarse para adaptarse al volumen de la cámara de reacción. Una cámara de reacción de no más de 1 cm3 permite la administración mediante reacción química de un fluido de alta viscosidad con un espacio o superficie de inyección limitado.

En la FIG. 3, el émbolo 470 ha sido presionado, es decir, la jeringa está en un estado deprimido. Esta acción hace que se abra la válvula unidireccional 450 y el disolvente 480 entra en la cámara de reacción 430 y disuelve los dos reactivos químicos (ilustrados ahora como burbujas en el disolvente). Después de presionar el émbolo 470 y ya no ejercerse más presión sobre la válvula unidireccional, la válvula unidireccional 450 se cierra (esta figura muestra la válvula en un estado abierto). En realizaciones particulares, la pared lateral del cilindro 412 en el extremo inferior 424 de la cámara de reactivo puede contener ranuras 414 o, de lo contrario, estar conformado para capturar el émbolo 470. Dicho de otra manera, el émbolo 470 coopera con el extremo inferior 424 de la cámara de reactivo 420 para bloquear el émbolo en su lugar después de ser presionado.

En la FIG. 4, la disolución de los dos reactivos químicos en el disolvente ha dado como resultado la generación de un gas 488 como subproducto de la reacción química. A medida que aumenta la cantidad de gas, la presión ejercida sobre el pistón 460 aumenta hasta que, después de alcanzar un valor umbral, el pistón 460 se mueve hacia abajo hacia el extremo inferior 404 de la jeringa (como se indica por la flecha). Esto hace que el volumen de la cámara de reacción 430 aumente y el volumen de la cámara de fluido 440 disminuya. Esto da como resultado que el fluido de alta viscosidad 486 en la cámara de fluido se distribuya a través del orificio. Dicho de otra manera, el volumen combinado de la cámara de reacción 430 y la cámara de fluido permanece constante, pero la relación de volumen de la cámara de reacción y la cámara de fluido 440 aumentará a medida que se genere gas en la cámara de reacción. Hay que tener en cuenta que la válvula unidireccional 450 no permite que el gas 488 escape de la cámara de reacción a la cámara de reactivo.

La jeringa puede proporcionar una fuerza constante cuando los siguientes elementos se controlan adecuadamente: (i) el tamaño de partícula del reactivo en polvo seco; (ii) la solubilidad de los reactivos; (iii) la masa de los reactivos y la cantidad de agente de liberación; y (iv) la configuración de forma de las cámaras para un llenado y empaquetado consistentes.

La FIG. 5 ilustra otra variación de un dispositivo 700 que utiliza una reacción química entre reactivos para generar gas. Esta ilustración se encuentra en estado de almacenamiento. Mientras que el cilindro de la FIG. 2 se muestra hecho a partir de una pared lateral integral, el cilindro en el dispositivo de la FIG. 5 está formado por varias piezas más cortas. Esta construcción puede simplificar la fabricación y el llenado de las diferentes cámaras del dispositivo general. Otra gran diferencia en esta variación es que el pistón 760 se compone de tres partes diferentes: una superficie de empuje 762, un vástago 764 y un tapón 766, como se explica más adelante en el presente documento.

Comenzando en la parte superior de la FIG. 5, la cámara de reactivo 720 está hecha de una primera pieza 726 que tiene una primera pared lateral 728 para definir los lados de la cámara de reactivo. El émbolo 770 se inserta en el extremo superior 722 de la pieza para sellar ese extremo. La primera pieza 720 puede entonces ponerse boca abajo para llenar la cámara de reactivo 720 con el disolvente 780.

A continuación, se puede unir una segunda pieza 756 que contiene la válvula unidireccional 750 al extremo inferior 724 de la primera pieza para sellar la cámara de reactivo 720. Una segunda pared lateral 758 rodea la válvula unidireccional. El extremo inferior 724 de la primera pieza y el extremo superior 752 de la segunda pieza se pueden unir usando medios conocidos, tales como roscas de tornillos (por ejemplo, un cierre Luer). Como se ilustra en la presente figura, el extremo inferior de la primera pieza tendría roscas internas, mientras que el extremo superior de la segunda pieza tendría las roscas externas.

La tercera pieza 736 se usa para formar la cámara de reacción 730, y también está formada a partir de una tercera pared lateral 738. La superficie de empuje 762 del pistón está ubicada dentro de la tercera pared lateral 738. Después de colocar los reactivos químicos, el disolvente y/o el agente de liberación sobre la superficie de empuje, el extremo inferior 754 de la segunda pieza y el extremo superior 732 de la tercera pieza están unidos entre sí. En el presente documento, se representan dos reactivos 782, 784. El vástago 764 del pistón se extiende hacia abajo desde la superficie de empuje 762.

Por último, la cuarta pieza 746 se usa para formar la cámara de fluido 740. Esta cuarta pieza está formada por una cuarta pared lateral 748 y una pared cónica 749 que se estrecha para formar el orificio 716 por el que se expelerá el fluido. El orificio está ubicado en el extremo inferior 744 de la cámara de fluido. La cámara de fluido se puede llenar con el fluido que se va a administrar y, a continuación, se puede colocar el tapón 766 en la cámara de fluido. Como se ve en la presente figura, el tapón 766 puede incluir un orificio de ventilación 767 para que el aire pueda escapar de la cámara de fluido cuando el tapón se empuja hacia abajo hasta la superficie del fluido 786 para evitar que el aire quede atrapado en la cámara de fluido. Se puede usar una tapa 768 unida al extremo inferior del vástago del pistón 764 para cubrir el orificio de ventilación 767. Como alternativa, el extremo inferior del vástago del pistón se puede insertar en el orificio de ventilación. A continuación, se unen entre sí el extremo inferior 734 de la tercera pieza y el extremo superior 742 de la cuarta pieza.

Como se ha indicado previamente, el pistón 760 en esta variación está formado a partir de la superficie de empuje 762, estando conectados entre sí el vástago 764 y el tapón 766. Por tanto, está presente un volumen vacío 790 entre la cámara de reacción 730 y la cámara de fluido 740. El tamaño de este volumen vacío se puede variar según se desee. Por ejemplo, puede resultar útil alargar el dispositivo general para que el usuario pueda agarrarlo más fácilmente. Por otra parte, esta variación funciona de la misma manera que se describe anteriormente con respecto a las FIG. 2-4. La porción de superficie de empuje del pistón actúa en la cámara de reacción y la porción de tapón del pistón actúa en la cámara de fluido. También cabe señalar que la superficie de empuje, la varilla, el tapón y la tapa opcional pueden ser una pieza integral o pueden ser piezas separadas.

La FIG. 6 ilustra una realización de ejemplo de un dispositivo (nuevamente, una jeringa) que se puede usar para administrar un fluido de alta viscosidad usando una reacción química iniciada por calor para generar un gas. De nuevo, la jeringa 800 se representa en este caso en estado de almacenamiento.

El cilindro 810 está formado a partir de una pared lateral 812 y el espacio interior está dividido en dos cámaras separadas, una cámara de reacción 830 y una cámara de fluido 840. La cámara de reacción 830 está presente en un extremo superior 802 de la jeringa. El extremo superior 832 de la cámara de reacción está formado por una pared radial 838. Ubicada dentro de la cámara de reacción hay una fuente térmica 850 que puede usarse para calentar. La fuente térmica 850 puede estar ubicada en la pared radial 838 o, como se representa en la presente figura, en la pared lateral del cilindro 812.

El extremo inferior 834 de la cámara de reacción está formado por un pistón 860. La cámara de reacción 830 está definida por la pared radial 838, la pared lateral del cilindro 812 y el pistón 860. El pistón 860 también está presente en el extremo superior 842 de la cámara de fluido. El orificio 816 del cilindro está en el extremo inferior 844 de la cámara de fluido, es decir, en el extremo inferior 804 de la jeringa. De nuevo, sólo la parte del pistón 860 de la cámara de reacción puede moverse dentro del cilindro 810 en respuesta a la presión. La pared radial 838 está fijada en su lugar y es sólida de modo que el gas no puede atravesarla.

La cámara de reacción contiene un reactivo químico 882. Por ejemplo, el reactivo químico puede ser 2,2'-azobisisobutironitrilo. Puede haber un espacio de cabeza 836 en la cámara de reacción. La cámara de fluido 840 contiene un fluido 886.

Un disparador de activación 852 está presente en la jeringa, que puede estar, por ejemplo, en la parte superior cerca del reborde para los dedos 815 o en la superficie externa 816 de la pared lateral del cilindro. Cuando se activa, la fuente térmica 850 genera calor. La fuente térmica puede ser, por ejemplo, un diodo emisor de luz infrarroja (LED). El reactivo químico 882 es sensible al calor y genera un gas (en este caso, N2). La presión generada por el gas hace que el pistón 860 se mueva, expeliendo el fluido de alta viscosidad 886 en la cámara de fluido 840.

Cabe señalar de nuevo que el pistón puede ser alternativamente la versión de superficie de empuje, varilla y tapón descrita en la FIG. 5. Esta versión también puede ser apropiada en este caso.

En una realización alternativa, de un dispositivo que se puede utilizar para administrar un fluido de alta viscosidad mediante una reacción química iniciada por la luz para generar un gas. Esta realización es casi idéntica a la versión descrita en la FIG. 6, excepto que la fuente térmica ahora se reemplaza por una fuente de luz 850 que puede iluminar la cámara de reacción 830. El reactivo químico 884 en este caso es sensible a la luz y genera un gas tras la exposición a la luz. Por ejemplo, el reactivo químico puede ser cloruro de plata (AgCl). La presión generada por el gas hace que el pistón se mueva, expeliendo el fluido de alta viscosidad en la cámara de fluido. La versión de pistón de la FIG. 5 también se puede utilizar en este caso si se desea.

Se puede utilizar cualquier reactivo o reactivos químicos adecuados para generar un gas. Por ejemplo, el bicarbonato reaccionará con el ácido para formar dióxido de carbono. El bicarbonato de sodio, potasio y amonio son ejemplos de bicarbonatos adecuados. Los ácidos adecuados podrían incluir ácido acético, ácido cítrico, bitartrato de potasio, pirofosfato disódico o dihidrógeno fosfato de calcio. Cualquier gas puede ser generado por la reacción química, tal como dióxido de carbono, gas de nitrógeno, gas de oxígeno, gas de cloro, etc. De manera deseable, el gas generado es inerte y no inflamable. Los carbonatos metálicos, tales como carbonato de cobre o carbonato de calcio, se pueden descomponer térmicamente para producir CO<2>y el correspondiente óxido metálico. Como otro ejemplo, el 2,2'-azobisisobutironitrilo (AIBN) se puede calentar para generar gas nitrógeno. Como otro ejemplo más, la reacción de ciertas enzimas (por ejemplo, la levadura) con el azúcar produce CO<2>. Algunas sustancias se subliman fácilmente, pasando de sólido a gas. Dichas sustancias incluyen, aunque no de forma limitada, naftaleno y yodo. El peróxido de hidrógeno se puede descomponer con catalizadores tales como enzimas (por ejemplo, catalasa) o dióxido de manganeso para producir oxígeno gaseoso.

Se contempla que el fluido de alta viscosidad que se dispensará usando los dispositivos de la presente divulgación puede ser una solución, dispersión, suspensión, emulsión, etc. La formulación de alta viscosidad puede contener una proteína, tal como un anticuerpo monoclonal o alguna otra proteína que sea terapéuticamente útil. La proteína puede tener una concentración de aproximadamente 150 mg/ml a aproximadamente 500 mg/ml. El fluido de alta viscosidad puede tener una viscosidad absoluta de aproximadamente 5 centipoises a aproximadamente 1000 centipoises. En otras realizaciones, el fluido de alta viscosidad tiene una viscosidad absoluta de al menos 40 centipoises, o al menos 60 centipoises. El fluido de alta viscosidad puede contener además un disolvente o un no disolvente, tal como agua, disolvente de perfluoroalcano, aceite de cártamo o benzoato de bencilo.

La Figura 7 y la Figura 8 son vistas diferentes de la primera realización ilustrativa de un dispositivo de inyección (en este caso, una jeringa) que se puede usar para administrar un fluido de alta viscosidad usando una reacción química entre reactivos para generar un gas. La jeringa 300 se representa en este caso en un estado de almacenamiento o en un estado no comprimido en el que la reacción química aún no se ha iniciado. La Figura 7 es una vista en sección transversal lateral y la Figura 8 es una vista en perspectiva del motor de la jeringa.

La jeringa 300 incluye un cilindro 310 cuyo espacio interior está dividido en tres cámaras separadas.

Comenzando en el extremo superior 302 del cilindro, la jeringa incluye una cámara superior 320, una cámara inferior 330 y una cámara de fluido 340. Estas tres cámaras son coaxiales y en este caso se representan con forma cilíndrica. La cámara inferior también puede considerarse una cámara de reacción.

El émbolo 370 se inserta en un extremo superior 322 de la cámara superior, y el tapón 372 del émbolo se desplaza sólo a través de la cámara superior. Una válvula unidireccional 350 está presente en un extremo inferior 324 de la cámara superior, formando una superficie radial. La válvula unidireccional 350 también está presente en el extremo superior 332 de la cámara inferior. La válvula unidireccional 350 está dirigida a permitir que el material salga de la cámara superior 320 y entre en la cámara inferior 330. Un pistón 360 está presente en el extremo inferior 334 de la cámara inferior. El pistón 360 también está presente en el extremo superior 342 de la cámara de fluido. Como se ilustra en la presente figura, el pistón está formado por al menos dos piezas, una superficie de empuje 362 que está en el extremo inferior de la cámara inferior y un cabezal 366 en el extremo superior de la cámara de fluido. La aguja 305 está en el extremo inferior 344 de la cámara de fluido y en el extremo inferior 304 de la jeringa. Cabe señalar que la válvula unidireccional 350 está fijada en su lugar y no puede moverse dentro del cilindro 310 o, en otras palabras, es estacionaria con respecto al cilindro. Por el contrario, el pistón 360 puede moverse dentro del cilindro en respuesta a la presión. Dicho de otra manera, la cámara inferior 330 está definida por la válvula unidireccional 350, la pared lateral continua 312 del cilindro y el pistón 360.

También se puede describir que la cámara inferior 330 tiene un primer extremo y un segundo extremo. El pistón móvil 360 está en el primer extremo 334 de la cámara inferior, mientras que la válvula unidireccional 350 está presente en el segundo extremo 332 de la cámara inferior. En esta ilustración, la cámara inferior 330 está directamente en un lado del pistón 360, y la cámara de fluido 340 está directamente en el lado opuesto del pistón.

Como se ha indicado previamente, el pistón 360 está formado a partir de al menos la superficie de empuje 362 y el cabezal 366. Estas dos piezas se pueden conectar entre sí físicamente, por ejemplo, con un vástago (no mostrado) que tiene la superficie de empuje y el cabezal en extremos opuestos. Como alternativa, también se contempla que podría situarse un gas incompresible entre la superficie de empuje y el cabezal. Por tanto, estaría presente un volumen vacío 307 entre la cámara inferior 330 y la cámara de fluido 340. El tamaño de este volumen vacío podría variarse según se desee. Por ejemplo, puede resultar útil alargar el dispositivo general para que el usuario pueda agarrarlo más fácilmente. Alternativamente, como se ilustra en otra realización en la Figura 9 y la Figura 10 más adelante en el presente documento, el pistón puede usar un globo que actúa como superficie de empuje y actúa sobre el cabezal 366. Como otra variación más, el pistón puede ser de una sola pieza, estando la superficie de empuje en un lado de la pieza única y estando el cabezal en el otro lado de la pieza única.

La cámara superior 320 contiene al menos un reactivo químico o un disolvente. La cámara inferior 330 contiene al menos un reactivo químico o un disolvente. La cámara de fluido 340 contiene el fluido que se va a administrar. Generalmente se contempla que los reactivos secos se colocarán en la cámara inferior y un reactivo húmedo (es decir, disolvente) se colocará en la cámara superior. Como se representa en la presente figura, la cámara superior 320 contendría un disolvente, la cámara inferior 330 contendría dos reactivos químicos diferentes en forma de polvo seco, y la cámara de fluido 340 contendría un fluido de alta viscosidad. El(los) reactivo(s) en cualquiera de las cámaras puede(n) encapsularse para facilitar su manipulación durante la fabricación. Cada cámara tiene un volumen, que en la ilustración representada es proporcional a la altura de la cámara. En este estado no deprimido, el volumen de la cámara inferior es suficiente para contener el disolvente y los dos reactivos químicos.

Cuando se presiona el émbolo de la jeringa de la Figura 7 y la Figura 8, la presión adicional hace que se abra la válvula unidireccional 350 y el disolvente de la cámara superior 320 entra en la cámara inferior 330 y disuelve los dos reactivos químicos. Después de que el émbolo 370 esté suficientemente presionado y no se ejerza más presión sobre la válvula unidireccional, la válvula unidireccional 350 se cierra. Como se ilustra en la presente figura, el émbolo incluye un apoyo 376 y un bloqueo de presión 378 en el eje 374 que está próximo al apoyo. El bloqueo de presión coopera con una superficie superior 326 de la cámara superior para bloquear el émbolo en su lugar. Los dos reactivos químicos pueden reaccionar entre sí en el disolvente para generar gas en la cámara inferior. A medida que aumenta la cantidad de gas, la presión ejercida sobre la superficie de empuje 362 del pistón 360 aumenta hasta que, después de alcanzar un valor umbral, el pistón 360 se mueve hacia abajo hacia el extremo inferior 304 de la jeringa. Esto hace que el volumen de la cámara inferior 330 aumente y el volumen de la cámara de fluido 340 disminuya. Esto da como resultado que el fluido de alta viscosidad en la cámara de fluido se distribuya a través del orificio (por el cabezal 366). Dicho de otra manera, el volumen combinado de la cámara inferior 330 y la cámara de fluido permanece constante, pero la relación de volumen de la cámara inferior y la cámara de fluido 340 aumentará a medida que se genere gas en la cámara de reacción. Hay que tener en cuenta que la válvula unidireccional 350 no permite que el gas se escape de la cámara inferior a la cámara superior. También, el bloqueo de presión 378 en el émbolo permite que el tapón 372 actúe como respaldo secundario de la válvula unidireccional 350, y también evita que el émbolo sea empujado hacia arriba y fuera de la cámara superior.

En algunas realizaciones, la cámara superior contiene un bicarbonato que ha sido predisuelto en un disolvente y la cámara inferior contiene un polvo ácido seco. La mezcla pasiva de reactivos en el disolvente, es decir, combinar ambos polvos secos en la cámara de reacción y añadir agua, reduce la velocidad de reacción. Un reactivo puede estar predisuelto. Por ejemplo, el bicarbonato puede estar predisuelto. En realizaciones más específicas, se recomienda bicarbonato de potasio. El bicarbonato de sodio no reacciona tan rápidamente; por lo tanto, las velocidades de producción de CO<2>e inyección son más lentas. El ácido cítrico es un polvo ácido seco preferido debido a que se disuelve bien y es de reacción rápida, así como seguro. El cloruro de sodio (NaCl) se incluye como agente de liberación seco con el ácido cítrico. El cloruro de sodio proporcionó sitios de nucleación y cambió la fuerza iónica para permitir que el gas evolucionara de la solución más rápidamente.

Cabe señalar que la cámara superior 320, la cámara inferior 330 y la cámara de fluido 340 se representan en este caso como hechas de piezas separadas que se unen para formar la jeringa 300. Las piezas se pueden unir entre sí usando métodos conocidos en la técnica. Por ejemplo, la cámara superior se representa en este caso formada a partir de una pared lateral 325 que tiene un extremo superior cerrado 322 con un puerto 327 para el émbolo. El tapón 372 del émbolo está conectado al eje 374. La válvula unidireccional 350 es una pieza separada que se inserta en el extremo inferior abierto 324 de la cámara superior. La cámara inferior se representa en este caso formada a partir de una pared lateral 335 que tiene un extremo superior abierto 332 y un extremo inferior abierto 334. El extremo superior de la cámara inferior y el extremo inferior de la cámara superior cooperan para bloquearse entre sí y fijar la válvula unidireccional en su lugar. En este caso, el mecanismo de bloqueo es una disposición de ajuste a presión, teniendo el extremo superior de la cámara inferior el resorte en voladizo<3 8 0>que incluye una superficie en ángulo y una superficie de tope. El extremo inferior de la cámara superior tiene el pestillo 382 que se acopla al resorte en voladizo. De forma similar, la cámara inferior y la cámara de fluido están unidas con una junta en forma de anillo.

La Figura 9 y la Figura 10 son vistas diferentes de una realización ilustrativa de un dispositivo de inyección de la presente divulgación. La jeringa 500 se representa en este caso en un estado de almacenamiento o en un estado no comprimido en el que la reacción química aún no se ha iniciado. La Figura 9 es una vista en sección transversal lateral y la Figura 10 es una vista en perspectiva del motor de la jeringa.

De nuevo, la jeringa incluye un cilindro 510 cuyo espacio interior está dividido en tres cámaras separadas. Comenzando en el extremo superior 502 del cilindro, la jeringa incluye una cámara superior 520, una cámara inferior 530 y una cámara de fluido 540. Estas tres cámaras son coaxiales y en este caso se representan con forma cilíndrica. La cámara inferior 530 también puede considerarse una cámara de reacción.

En esta realización, la cámara superior 520 es una pieza separada ubicada dentro del cilindro 510. El cilindro se ilustra en este caso como una pared lateral exterior 512 que rodea la cámara superior. La cámara superior 520 se ilustra en este caso con una pared lateral interior 525 y una pared superior 527. Un eje 574 y un botón de apoyo 576 se extienden desde la pared superior 527 de la recámara superior en la dirección que se aleja del cilindro. Por tanto, también podría considerarse que la cámara superior 520 forma el extremo inferior de un émbolo 570. El extremo inferior 524 de la cámara superior está cerrado con un sello 528, es decir, una membrana o cilindro de modo que la cámara superior tenga un volumen cerrado. Cabe señalar que la pared lateral interior 525 de la cámara superior se desplaza libremente dentro de la pared lateral exterior 512 del cilindro. La cámara superior se mueve axialmente con respecto a la cámara inferior.

La cámara inferior 530 tiene un puerto 537 en su extremo superior 532. T ambién está presente un anillo 580 de dientes en el extremo superior 532. En este caso, los dientes rodean el puerto. Cada diente 582 se ilustra en este caso con una forma triangular, con un vértice orientado hacia el sello 528 de la cámara superior, y cada diente está en ángulo hacia adentro hacia el eje de la jeringa. El término "diente" se utiliza en el presente documento generalmente para referirse a cualquier forma que pueda perforar el sello de la cámara superior.

Un pistón 560 está presente en el extremo inferior 534 de la cámara inferior 530. El pistón 560 también está presente en el extremo superior 542 de la cámara de fluido 540. En este caso, el pistón 560 incluye el cabezal 566 y un globo 568 dentro de la cámara inferior que se comunica con el puerto 537 en el extremo superior. Dicho de otra manera, el globo actúa como una superficie de empuje para mover el cabezal. El cabezal 566 puede describirse situado debajo o aguas abajo del globo 568, o alternativamente, el globo 568 puede describirse situado entre el cabezal 566 y el puerto 537. La aguja 505 está en el extremo inferior 544 de la cámara de fluido y en el extremo inferior 504 de la jeringa. El globo está hecho de un material adecuadamente no reactivo.

El extremo superior 502 del cilindro (es decir, la pared lateral) incluye un bloqueo de presión 518 que coopera con la superficie superior 526 de la cámara superior para bloquear la cámara superior 520 en su lugar cuando se mueve suficientemente hacia la cámara inferior 530. La cámara superior 520 se ilustra en este caso extendiéndose fuera de la pared lateral exterior 512. El extremo superior 526 de la pared lateral exterior está conformado para actuar como resorte en voladizo, y la superficie superior 526 de la cámara superior actúa como pestillo.

Como alternativa, el extremo superior del dispositivo puede formarse como se representa en la Figura 8, con el bloqueo de presión en el eje próximo al apoyo y cooperando con el extremo superior del dispositivo.

Como se ha descrito anteriormente, generalmente se contempla que los reactivos secos se colocarán en la cámara inferior 530, y un reactivo húmedo (es decir, disolvente) se colocará en la cámara superior 520. De nuevo, el(los) reactivo(s) en cualquiera de las cámaras puede(n) encapsularse para facilitar su manipulación durante la fabricación. Más específicamente, se contempla que los reactivos en la cámara inferior estarían ubicados dentro del globo 568.

Durante el funcionamiento de la jeringa de la Figura 9 y la Figura 10, presionar el botón 576 hacia abajo hace que la cámara superior 520 se mueva dentro del cilindro hacia el anillo 580 de dientes. La presión de la cámara superior contra el anillo de dientes hace que se rompa el sello 528, liberando el contenido de la cámara superior a la cámara inferior 530. En este caso, se contempla que la reacción de generación de gas se produzca dentro del globo 568. El aumento de la presión del gas hace que el globo se infle (es decir, se alargue). Esto empuja el cabezal 566 hacia el extremo inferior 504 de la jeringa (hay que tener en cuenta que la cámara superior no será empujada fuera del cilindro debido al bloqueo de presión). Esto de nuevo hace que aumente el volumen de la cámara inferior 530, y disminuya el volumen de la cámara de fluido 540, es decir, aumenta la relación de volumen de la cámara inferior y la cámara de fluido.

Hay un volumen vacío 507 presente entre el globo 568 y el cabezal 566. En este volumen vacío podría encontrarse un gas incompresible. El tamaño de este volumen vacío se puede variar según se desee, por ejemplo, para alargar el dispositivo en general.

De nuevo, la cámara superior 520, la cámara inferior 530 y la cámara de fluido 540 pueden fabricarse a partir de piezas separadas que se unen para formar la jeringa. Cabe señalar que la Figura 10 está hecha de cinco piezas (590, 592, 594, 596 y 598), debiéndose las piezas adicionales a la adición del globo en la cámara inferior y a que la cámara superior está separada de la pared lateral exterior. Sin embargo, esta realización aún podría fabricarse con menos piezas como en la Figura 8. Por ejemplo, el globo podría ubicarse cerca del anillo de dientes.

La Figura 11, la Figura 12 y la Figura 13 son vistas diferentes de una tercera realización ilustrativa de un dispositivo de inyección de la presente divulgación. En esta realización, la mezcla de los reactivos químicos se inicia retirando el mango del émbolo del cilindro, en lugar de hacia el cilindro como en las realizaciones de las Figuras 7-10. La Figura 11 es una vista lateral en sección transversal de la jeringa en estado de almacenamiento. La Figura 12 es una vista en perspectiva del motor de la jeringa en estado de almacenamiento. La Figura 13 es una vista en perspectiva del motor de la jeringa en su estado operativo, es decir, cuando se tira del mango hacia arriba, retirándolo del cilindro de la jeringa.

La jeringa 700' incluye un cilindro 710' cuyo espacio interior está dividido en tres cámaras separadas. Comenzando en el extremo superior 702' del cilindro, la jeringa incluye una cámara superior 720', una cámara inferior 730' y una cámara de fluido 740'. Estas tres cámaras son coaxiales y en este caso se representan con forma cilíndrica. La cámara inferior también puede considerarse una cámara de reacción.

En esta realización, el émbolo 770' se inserta en un extremo superior 722' de la cámara superior. En el estado de almacenamiento, el eje 774' atraviesa la cámara superior desde el extremo inferior 724' hasta el extremo superior 722' y a través de la superficie superior 726' de la cámara superior. Un sello 728' está presente en el extremo superior donde el eje sale de la cámara superior. El apoyo 776' en el extremo superior del eje está fuera de la cámara superior. El tapón 772' en el extremo inferior del eje coopera con un asiento 716' dentro del cilindro de modo que la cámara superior tiene un volumen cerrado. Por ejemplo, la superficie superior del tapón puede tener un diámetro mayor que la superficie inferior del tapón. Puede considerarse que el asiento 716' está en el extremo inferior 724' de la cámara superior, y también en el extremo superior 732' de la cámara inferior.

Un pistón 760' está presente en el extremo inferior 734' de la cámara inferior. El pistón 760' también está presente en el extremo superior 742' de la cámara de fluido 740'. Como se ilustra en la presente figura, el pistón 760' está formado por al menos dos piezas, una superficie de empuje 762' y un cabezal 766'. Puede estar presente un volumen vacío 707'. Otros aspectos de este pistón son similares al descrito en la Figura 8. De nuevo, el pistón puede moverse dentro del cilindro en respuesta a la presión. La cámara inferior 730' también puede describirse como que está definida por el asiento 716, la pared lateral continua 712' del cilindro y el pistón 760'. La aguja 705' está en el extremo inferior 744' de la cámara de fluido y en el extremo inferior 704' de la jeringa.

Durante el funcionamiento de la jeringa de las Figuras 11-13, generalmente se contempla que los reactivos secos se colocarán en la cámara inferior 730', y un reactivo húmedo (es decir, disolvente) se colocará en la cámara superior 720', como se ha descrito previamente. A continuación, con referencia a la Figura 11, tirar del émbolo 770' hacia arriba (es decir, alejándolo del cilindro) hace que el tapón 772' se separe del asiento 716'. Esto crea una comunicación fluida entre la cámara superior 720' y la cámara inferior 730'. El reactivo en la cámara superior viaja alrededor del tapón hacia la cámara inferior (número de referencia 717'). Entonces, la reacción de generación de gas ocurre en la cámara inferior 730'. La presión del gas empuja el pistón 760' hacia el extremo inferior 704' de la jeringa. En otras palabras, el volumen de la cámara inferior aumenta y el volumen de la cámara de fluido disminuye, es decir, aumenta la relación de volumen de la cámara inferior y la cámara de fluido. Una ventaja adicional de esta realización es que una vez que los reactivos comienzan a generar gas, la presión creada continuará empujando el émbolo 710' más fuera de la cámara superior, ayudando a empujar más reactivo fuera de la cámara superior 720' hacia la cámara inferior 730', fomentando la generación de gas.

Con referencia a la Figura 12, el cilindro 710' se representa formado por tres piezas diferentes 790', 792', 794'. También un sello 738' está ubicado entre las piezas que forman la cámara inferior y la cámara de fluido.

La Figura 14 y la Figura 15 son vistas en sección transversal de un aspecto de otra realización ilustrativa del dispositivo de inyección de la presente divulgación. En esta realización, el reactivo líquido (es decir, el disolvente) está encapsulado en una cápsula que se rompe cuando se presiona un botón. La Figura 14 muestra este motor antes de presionar el botón. La Figura 15 muestra el motor después de presionar el botón.

Con referencia primero a la Figura 14, se muestra el extremo superior 1002 de la jeringa 1000. Una cámara de reacción 1030 contiene una cápsula 1038 y reactivo(s) seco(s) 1039. En este caso, la cápsula descansa sobre un saliente 1031 encima del(de los) reactivo(s) seco(s). Una superficie de empuje 1062 de un pistón 1060 está presente en el extremo inferior de la cámara de reacción. El cabezal 1066 del pistón también es visible y está en el extremo superior 1042 de la cámara de fluido 1040. Un botón/émbolo 1070 está situado encima de la cápsula. Puede haber un sello 1026 entre el botón 1070 y la cápsula 1038. El cilindro contiene un broche de seguridad 1019 para evitar que el botón se caiga del extremo del cilindro.

Si se desea, la parte de la cámara de reacción que contiene la cápsula podría considerarse una cámara superior, y la parte de la cámara de reacción que contiene el(los) reactivo(s) seco(s) podría considerarse una cámara inferior.

A continuación, con referencia a la Figura 15, cuando se empuja el botón 1070, se rompe la cápsula 1038, haciendo que el disolvente y el(los) reactivo(s) seco(s) se mezcle(n). Esto genera un gas que empuja el pistón 1060 hacia abajo y expulsa fluido de la cámara de fluido 1040. Posteriormente, al empujar el botón se activa un bloqueo de presión 1018 que evita que la presión del gas empuje el botón hacia arriba.

Las realizaciones de las figuras descritas anteriormente se han ilustrado como autoinyectores. Los autoinyectores normalmente se sostienen en la mano del usuario, tienen un factor de forma cilíndrica y tienen un tiempo de inyección relativamente rápido de un segundo a 30 segundos. Cabe señalar que los conceptos plasmados en las figuras descritas anteriormente también podrían aplicarse a otros tipos de dispositivos de inyección, tales como bombas parche. Generalmente, una bomba parche tiene un factor de forma más plana en comparación con una jeringa y también tiene un tiempo de administración que suele ser superior a 30 segundos. Las ventajas de utilizar una reacción química generadora de gas en una bomba parche incluyen el pequeño volumen requerido, la flexibilidad en la forma y la capacidad de controlar la tasa de administración.

La Figura 16 es una ilustración de un inyector de bolo típico 1200. El inyector de bolo incluye una cámara de reacción 1230 y una cámara de fluido 1240 ubicada dentro de una carcasa 1280. Como se muestra en la presente figura, la cámara de reacción y la cámara de fluido están ubicadas una al lado de la otra, aunque esto puede variar según se desee. La cámara de reacción 1230 está formada a partir de una pared lateral 1235. La cámara de fluido 1240 también está formada a partir de una pared lateral 1245. La cámara de reacción y la cámara de fluido están conectadas de manera fluida mediante un pasaje 1208 en un primer extremo 1202 del dispositivo. La cámara de fluido 1240 incluye una salida 1246 que está conectada a una aguja 1205 ubicada en el segundo extremo opuesto 1204 de la carcasa. La aguja 1205 se extiende desde la parte inferior 1206 de la carcasa.

La cámara de reacción está dividida en un primer compartimento y un segundo compartimento mediante una barrera (no visible). En este sentido, el primer compartimento es análogo a la cámara inferior, y la segunda cámara es análoga a la cámara superior descrita anteriormente.

La cámara de reacción puede considerarse un motor que hace que se expulse el fluido de la cámara de fluido. En este sentido, se contempla que se puede iniciar una reacción química generadora de gas rompiendo el sello entre el primer compartimento y el segundo compartimento. La barrera podría romperse, por ejemplo, doblando o partiendo la carcasa de la bomba parche, o empujando en un lugar designado sobre la carcasa. Esto hace que los reactivos se mezclen. Debido a que el tiempo de administración deseado es más largo, la velocidad a la que se mezclan los productos químicos no es una gran preocupación. La presión aumenta y puede actuar sobre un pistón (no visible) en la cámara de fluido, haciendo que el fluido salga por la salida. Se contempla que el volumen de la cámara de reacción y la cámara de fluido no cambien significativamente en esta realización.

La Figura 17 y la Figura 18 son vistas en perspectiva transparentes de otra realización ilustrativa de una bomba parche. En esta realización, la cámara de reacción/motor 1230 está ubicada encima de la cámara de fluido 1240. La aguja 1205 se extiende desde la parte inferior 1206 de la carcasa 1280. En esta realización, la cámara de reacción 1230 incluye una pared flexible 1235. La cámara de fluido 1240 también incluye una pared lateral flexible 1245. La pared flexible de la cámara de reacción está próxima a la pared lateral flexible de la cámara de fluido. La cámara de reacción y la cámara de fluido no están conectadas de manera fluida entre sí en esta realización. En su lugar, se contempla que a medida que se genera gas en la cámara de reacción, la cámara de reacción se expandirá en volumen. La pared flexible 1235 de la cámara de reacción comprimirá la pared lateral flexible 1245 de la cámara de fluido, haciendo que el fluido en la cámara de fluido salga a través de la salida 1246. Dicho de otra manera, la relación de volumen de la cámara de reacción y la cámara de fluido aumenta con el tiempo a medida que la cámara de reacción se infla y la cámara de fluido dispensa fluido. Cabe señalar que en esta realización se requiere un volumen relativamente constante, de modo que el volumen creciente de la cámara de reacción provoca la compresión de la cámara de fluido. Esto se puede lograr, por ejemplo, incluyendo un respaldo rígido en el lado opuesto de la cámara de reacción de la pared flexible, o fabricando la carcasa a partir de un material relativamente rígido.

La FIG. 19 ilustra otra realización ilustrativa de un dispositivo (en este caso, una jeringa) que se puede usar para administrar un fluido de alta viscosidad usando una reacción química entre reactivos para generar un gas. La jeringa 1300 se representa en este caso en un estado de almacenamiento o en un estado no comprimido en el que la reacción química aún no se ha iniciado. La aguja no está incluida en esta ilustración.

La jeringa 1300 incluye un cilindro 1310 cuyo espacio interior está dividido en tres cámaras separadas. Comenzando en el extremo superior 1302 del cilindro, la jeringa incluye una cámara de reactivo 1320, una cámara de reacción 1330 y una cámara de fluido 1340. Estas tres cámaras son coaxiales y en este caso se representan con forma cilíndrica. En esta realización, el cilindro de la jeringa está formado por dos piezas diferentes. La primera pieza 1380 incluye una pared lateral 1312 que forma la cámara de reacción y proporciona un espacio 1313 para la cámara de reactivo. La pared lateral está abierta en el extremo superior 1302 para un pulsador descrito más adelante en el presente documento. La cámara de fluido está hecha de una segunda pieza 1390 que se puede unir a la primera pieza.

La pared lateral 1312 de la primera pieza incluye una superficie radial interior 1314 que divide la primera pieza en un espacio superior 1313 y la cámara de reacción 1330. La cámara de reacción tiene un diámetro interior 1325 más pequeño en comparación con el diámetro interior 1315 del espacio superior.

La cámara de reactivo está ubicada en un botón pulsador 1350 separado que está ubicado dentro del espacio superior 1313 de la primera pieza y se extiende a través del extremo superior 1302 del cilindro. Como se ilustra en la presente figura, el elemento de pulsador está formado a partir de una pared lateral 1352 que está cerrada en el extremo exterior 1351 por una superficie de contacto 1354, y que forma un volumen interior en el que se coloca el reactivo (es decir, la cámara de reactivo). Un elemento de sellado 1356 (mostrado en este caso como una junta tórica) está próximo a una porción central en la superficie exterior 1355 de la pared lateral y se acopla a la pared lateral 1312 en el espacio superior. El extremo interior 1353 de la pared lateral incluye un borde 1358 que se extiende hacia afuera desde la pared lateral. El borde se acopla a una superficie de tope interior 1316 en el cilindro. Se representa que la cámara de reactivos contiene un disolvente 1306 en el que se disuelve bicarbonato.

Un émbolo 1370 está ubicado entre la cámara de reactivo 1320 y la cámara de reacción 1330. El émbolo 1370 está ubicado en el extremo interior 1324 de la cámara de reactivo. El émbolo incluye un cuerpo central 1372 que tiene orejetas 1374 que se extienden radialmente desde el mismo (en este caso se muestran como cuatro orejetas, aunque el número puede variar). Las orejetas también se acoplan al borde 1358 del elemento pulsador cuando la jeringa está en su estado de almacenamiento. Las orejetas están conformadas con una superficie angular 1376, de modo que el émbolo 1370 gire cuando se presiona el elemento pulsador 1350. Un extremo interior 1373 del cuerpo central incluye un elemento de sellado 1378 (mostrado en este caso como una junta tórica) que se acopla a la pared lateral de la cámara de reacción.

La cámara de reacción 1330 incluye un extremo superior 1332 y un extremo inferior 1334. Otra superficie radial interior 1336 está ubicada en una ubicación central en la cámara de reacción, separando la cámara de reacción en una cámara de mezcla 1335 y un brazo/accesorio 1333, estando la cámara de mezcla 1335 próxima a la cámara de reactivo 1320 o al extremo superior 1332. Un orificio 1331 dentro de la superficie radial interior conduce al accesorio de brazo 1333 que se acopla a la segunda pieza 1390 que contiene la cámara de fluido 1340. El pistón 1360 está ubicado en el extremo inferior de la cámara de reacción, es decir, al final del brazo 1333. Ubicado dentro de la cámara de reacción hay un reactivo seco 1308. En este caso, el reactivo seco es citrato y está en forma de un comprimido. El reactivo seco se representa en este caso ubicado sobre la superficie radial interior, es decir, en la cámara de mezcla. Un filtro 1337 permeable a los gases e impermeable a los líquidos y sólidos puede estar presente a través del orificio. El filtro mantiene cualquier reactivo sólido seco y un líquido dentro de la cámara de mezcla para mejorar la mezcla.

Además, un resorte de compresión 1395 está ubicado dentro de la cámara de mezcla, extendiéndose desde la superficie radial interior 1336 hasta el extremo interior 1373 del émbolo. Un resorte de compresión almacena energía cuando se comprime (es decir, es más largo cuando no se le aplica carga). Debido a que el elemento pulsador 1350 y el émbolo 1370 están fijos en su lugar, el resorte de compresión 1395 se comprime en el estado de almacenamiento. Debe señalarse que, en este caso, el resorte rodea el reactivo seco. También se contempla, en realizaciones alternativas, que el reactivo seco esté unido al extremo interior 1373 del émbolo.

Por último, el pistón 1360 también está presente en el extremo superior 1342 de la cámara de fluido. De nuevo, el pistón 1360 puede moverse dentro del cilindro en respuesta a la presión generada en la cámara de reacción. También se puede describir que el pistón tiene una superficie de empuje 1362 y un tapón 1364.

El elemento de sellado 1378 del émbolo separa el reactivo líquido en la cámara de reactivo 1320 del reactivo seco en la cámara de reacción 1330. Aunque se ilustra que el líquido 1306 está presente en el elemento pulsador, también es posible que haya líquido presente en el cilindro en el espacio superior 1313 alrededor del émbolo.

Cuando se empuja el pulsador 1350 (hacia abajo hasta la superficie radial interior 1316), el émbolo 1370 gira. Esto hace que las orejetas 1374 del émbolo se desacoplen del borde 1358 del elemento pulsador. Además, se contempla que el elemento pulsador, una vez bajado, no se pueda retraerse del cilindro. Esto se puede hacer, por ejemplo, usando una superficie de tope cerca del extremo exterior del cilindro (no mostrado).

Cuando el émbolo 1370 ya no se mantiene en su lugar mediante el elemento pulsador, el resorte de compresión se extiende y empuja el émbolo 1370 dentro del elemento pulsador 1350. Se contempla que el resorte de compresión tenga un tamaño tal que el émbolo se desplace completamente a través del elemento pulsador, pero no empujará a través de la superficie de contacto 1354 del elemento botón pulsador. El líquido 1306 presente en la cámara de reactivo cae dentro de la cámara de reacción y entra en contacto con el reactivo seco 1308. El movimiento del émbolo dentro del elemento pulsador tiene por objetivo provocar el vaciado completo del contenido de la cámara de reactivo en la cámara de reacción. Este mecanismo también puede proporcionar una mezcla contundente del reactivo húmedo con el reactivo seco, ya sea inducido por la acción del resorte, la acción química inicial, o ambas.

En algunas realizaciones alternativas, el resorte también empuja al menos parte del reactivo seco hacia la cámara de reactivo (es decir, el volumen interior del elemento pulsador). Por ejemplo, el reactivo seco podría unirse al extremo interior 1373 del émbolo e impulsarse hacia arriba mediante el resorte.

La FIG. 20 es una vista inferior que ilustra el interior del elemento pulsador. Como se ve en la presente figura, la superficie interior 1357 de la pared lateral que forma el elemento pulsador incluye cuatro canales 1359 a través de los cuales pueden viajar las orejetas del émbolo. La FIG. 21 es una vista superior del émbolo 1370, que muestra que el cuerpo central 1372 y las orejetas 1374, pueden viajar en los canales del elemento pulsador. Comparando estas dos figuras, el círculo exterior de la FIG. 20 es el borde 1358 del elemento pulsador y tiene un diámetro exterior 1361. El diámetro interior 1363 del elemento pulsador está interrumpido por los cuatro canales. El círculo de puntos indica el diámetro exterior 1365 de la superficie exterior 1355 de la pared lateral. El cuerpo central del émbolo tiene un diámetro 1375 que es menor que el diámetro interior 1363 del elemento pulsador, encajando las orejetas en los canales. Esto permite que el émbolo empuje el líquido del elemento pulsador fuera y alrededor del cuerpo central. Cabe señalar que no es necesario que los canales sean rectos, como se ilustra en este caso. Por ejemplo, los canales pueden estar inclinados hacia un lado, es decir, girar de manera helicoidal. Esto podría ser deseable para añadir turbulencia al reactivo líquido y mejorar la mezcla.

La combinación del disolvente con bicarbonato y el citrato en la cámara de reacción 1330 provoca que se genere gas 1309. Cabe señalar que, debido al movimiento del émbolo, la cámara de reactivo ahora podría considerarse parte de la cámara de reacción. Además, cabe señalar que el reactivo seco 1308 en la FIG. 19 podría considerarse que restringe el acceso al orificio 1331. Tras la disolución, el orificio está claro y el gas puede entrar por el extremo inferior 1334 de la cámara de reacción.

Una vez que se alcanza una presión umbral, el pistón 1360 se desplaza a través de la cámara de fluido 1340, expulsando líquido de la jeringa. En esta figura es visible la aguja 1305 de la jeringa.

En algunas realizaciones alternativas contempladas, el diámetro del émbolo que incluye las orejetas es menor que el diámetro interior 1363 del elemento pulsador. En otras palabras, no se necesitan canales en la pared lateral interior del elemento botón pulsador. En dichas realizaciones, la pared lateral del cilindro proporcionaría una superficie que sujeta el émbolo en su lugar hasta que se empuja el pulsador para girar el émbolo. A continuación, la forma y el movimiento del émbolo provocarían turbulencias en el líquido a medida que el reactivo húmedo fluyera más allá de las orejetas hacia la cámara de reacción. También se contempla que se podría unir un vástago al émbolo que se extiende dentro de la cámara de reactivo o, dicho de otra manera, el vástago está unido al extremo exterior del émbolo. El vástago puede conformarse para provocar turbulencia y mejorar la mezcla.

Para acelerar la generación de gas en un motor químico, se puede utilizar un conducto que comprende aberturas tales como las que se muestran en la Figura 37. En el conducto3700, el flujo3703se dirige al conducto en una entrada y, a continuación, sale a través de varias aberturas3705(preferentemente 5 o más aberturas) en una cámara de reacción. La configuración de conducto con aberturas es especialmente ventajosa cuando la cámara de reacción comprende un polvo donde el flujo desde las aberturas entra en contacto directamente con el polvo. Por ejemplo, una solución ácida (preferentemente una solución de ácido cítrico) fluye a través del conducto y sale de las aberturas donde entra en contacto y agita las partículas sólidas de bicarbonato. En algunas realizaciones preferidas, un émbolo (tal como un émbolo activado por resorte) fuerza una solución líquida a través del conducto. En algunos casos, el conducto contiene un sólido (preferentemente bicarbonato sólido) que al menos parcialmente se disuelve a medida que la solución fluye a través del conducto; esto puede ofrecer la doble ventaja de una disolución mejorada, así como la creación de burbujas de gas en el conducto que mejoran la mezcla a medida que pasan a través de las aberturas y hacia la cámara de reacción. Cualquiera de los dispositivos descritos en el presente documento para añadir una solución a una cámara de reacción se puede usar para dirigir el fluido por este conducto.

También se contempla que la velocidad de la inyección pueda ser ajustada por el usuario. Una forma de hacerlo sería controlar la velocidad a la que se mezclan el reactivo seco y el reactivo húmedo. Esto ajustaría la velocidad de la reacción química generadora de gas y, por lo tanto, la velocidad a la que se genera la fuerza que empuja el pistón. Esto podría lograrse, por ejemplo, ajustando el tamaño de la abertura entre la cámara de reactivo y la cámara de reacción. Por ejemplo, se podría colocar una abertura ajustable debajo del émbolo. La abertura tendría un tamaño mínimo (para dar cabida al resorte), pero, de lo contrario, podría ajustarse. Otra forma de ajustar la velocidad de la inyección sería controlar el tamaño de la cámara de reacción. Esto ajustaría la presión generada por la reacción química (debido a que la presión es fuerza por área). Por ejemplo, la pared lateral de la cámara de reacción podría moverse hacia adentro o hacia afuera según se desee para cambiar el volumen de la cámara de reacción. Alternativamente, la superficie radial interior 1336 podría incluir una abertura ajustable para cambiar el tamaño del orificio 1331 y la velocidad a la que el gas puede entrar en el extremo inferior 1334 de la cámara de reacción y empujar el pistón 1360. Ambos métodos podrían controlarse mediante un dial en la jeringa, que podría ajustar mecánicamente la velocidad de inyección según lo desee el usuario. Esto permitiría un ajuste "sobre la marcha" de la velocidad de inyección. Al igual que otras características descritas en el presente documento, esta característica de velocidad ajustable controlada por el usuario es una característica general que se puede aplicar en cualquiera de los dispositivos descritos en el presente documento.

También se contempla que pueda estar presente un filtro impermeable a líquidos y sólidos permeable a los gases que separe el pistón de la cámara inferior en los dispositivos de inyección descritos en el presente documento. En este sentido, en algunas situaciones se ha descubierto que el polvo seco se adhiere a los lados de la cámara. Cuando el pistón se mueve, el disolvente restante cae por debajo del nivel del polvo, de modo que no se produzcan más reacciones químicas. Se cree que el filtro debe mantener cualquier reactivo sólido seco y líquido dentro de la cámara inferior para mejorar la mezcla.

Los materiales adecuados para los dispositivos de inyección de la presente divulgación son conocidos en la técnica, al igual que los métodos para fabricar los dispositivos de inyección.

La reacción química que genera gas se utiliza para generar fuerza "bajo demanda", a diferencia de los resortes, que sólo almacenan energía cuando se comprimen. La mayoría de los autoinyectores mantienen un resorte en una posición comprimida durante el almacenamiento, haciendo que las piezas se sometan a fatiga y se formen con el tiempo. Otra alternativa a comprimir el resorte durante la fabricación es proporcionar un mecanismo de armado que comprima el resorte antes de su uso. Esto añade otro paso al proceso para usar el dispositivo accionado por resorte. Además, los usuarios con discapacidad física pueden tener dificultades para realizar el paso de armado. Por ejemplo, muchos usuarios de fármacos proteicos son artríticos o tienen otras afecciones que limitan sus capacidades físicas. La fuerza necesaria para activar la reacción química generadora de gas puede ser mucho menor que la requerida para activar un dispositivo accionado por resorte o para amartillar el resorte en un dispositivo accionado por resorte. Además, los resortes tienen un perfil de energía lineal. La fuerza proporcionada por la reacción química que genera gas puede ser no lineal y no logarítmica. La velocidad de la reacción química se puede controlar (i) ajustando el tamaño de partícula del reactivo seco; (ii) cambiando la forma de las partículas del reactivo seco; (iii) ajustando el empaquetado del reactivo seco; (iv) utilizando dispositivos de asistencia para la mezcla; y/o (v) alterando la forma de la cámara de reacción donde se mezclan los reactivos.

Cabe señalar que a menudo se añade aceite de silicona al cilindro de la jeringa para reducir la fuerza de liberación (debido a la fricción estática) necesaria para mover el pistón dentro del cilindro. Los fármacos proteicos y otros fármacos pueden verse afectados negativamente por el contacto con el aceite de silicona. La siliconación también se ha asociado a la agregación de proteínas. Las fuerzas generadas por la reacción química eliminan la necesidad de aplicar aceite de silicona al cilindro de la jeringa. En otras palabras, no hay aceite de silicona dentro del cilindro de la jeringa.

Cuando se utiliza un disolvente para formar un medio para una reacción química entre reactivos químicos, se puede seleccionar cualquier disolvente adecuado. Los disolventes ilustrativos incluyen disolventes acuosos tales como agua o solución salina; alcoholes tales como etanol o isopropanol; cetonas, tales como metil etil cetona o acetona; ácidos carboxílicos tales como ácido acético; o mezclas de estos disolventes. Se puede añadir un tensioactivo al disolvente para reducir la tensión superficial. Esto puede ayudar a mejorar la mezcla y la reacción química posterior.

Los siguientes ejemplos tienen el fin de ilustrar más la presente divulgación. Los ejemplos son meramente ilustrativos y no pretenden limitar los procesos o dispositivos fabricados de acuerdo con la divulgación a los materiales, condiciones o parámetros del proceso establecidos en el mismo.

Ejemplos

En laFIG. 10.se muestra un equipo de pruebas1000para llevar a cabo experimentos. Se llenó con 1 ml de líquido una jeringa precargada estándar1040. Comenzando a la izquierda de la figura, una jeringa precargada1040estaba equipada con una aguja de pared delgada de calibre 27 y 19 mm de largo1006y detenida con un tapón estándar1066.Esta jeringa1040actuaba como cámara de fluido. Conectada a la jeringa precargada había una jeringa con cámara de reacción1030.Se utilizaron un vástago de pistón1064y una superficie de empuje1062para aplicar la fuerza de la reacción química al tapón1066.Se utilizó una válvula de presión unidireccional1050para permitir que la inyección de disolvente desde una segunda jeringa "inyectora"1020actuara como cámara de reactivo. La configuración se fijó en el dispositivo de prueba1010.Se usó una pipeta graduada (no mostrada) para medir el volumen administrado en función del tiempo.

EJEMPLO 1

Se probaron dos fluidos, agua (1 cP) y aceite de silicona (73cP). El agua sirvió como fluido de baja viscosidad, el aceite de silicona sirvió como fluido de alta viscosidad. Uno de estos dos líquidos se añadió a la jeringa precargada1040dependiendo del experimento. A la jeringa de la cámara de reacción1030se añadieron 400 mg de NaHCO3y 300 mg de ácido cítrico, como polvos secos. La jeringa inyectora1020se llenó con 0,1 ml, 0,25 ml o 0,5 ml de agua. El agua se inyectó en la jeringa de reacción1030(el volumen de la jeringa de reacción se ajustó en función del volumen que administraría la jeringa del inyector). Se midieron el volumen administrado en función del tiempo y el tiempo total de administración. La presión se calculó usando la ecuación de Hagen-Poiseuille y se asumió que había una fuerza de fricción de 0,6 lb entre el tapón1066y la jeringa precargada1040.Como alternativa, se determinó la fuerza sobre la jeringa precargada1040colocando una celda de carga en la salida. Los resultados se muestran en la Tabla 1 y se basaron en un mínimo de al menos tres ejecuciones.

La jeringa de reacción química proporcionó una administración de 1 ml de agua en 5 segundos o menos. El tiempo de administración del fluido de mayor viscosidad depende del volumen de agua inyectada. Sorprendentemente, el tiempo de administración es más rápido cuando el volumen de agua es mayor. Esto es sorprendente debido a que el agua, que no participa en la reacción, sirve para diluir los reactivos. La cinética de reacción y producción de CO<2>, disminuye a medida que disminuye la concentración de reactivos. Los resultados indican la importancia de la cinética de disolución. La disolución es más rápida para mayor volumen de agua. Usando 0,5 ml de agua, se puede administrar el fluido de alta viscosidad en 9 segundos. Por tanto, en algunas realizaciones preferidas, la invención proporciona la administración de sustancialmente toda una solución (de al menos 0,5 ml, o de 0,5 a 3,0 ml o 1 ml) que tiene una viscosidad de al menos 20 cP, preferentemente al menos 40 cP y en algunas realizaciones por debajo de aproximadamente 70 cP en 20 segundos o en 15 segundos o en 10 segundos con un motor químico que comprende un volumen inicial (antes de la expansión) de menos de 1,0 ml, en algunas realizaciones dentro del intervalo de 0,3 a 1,0 ml; en algunas realizaciones, la relación entre el volumen de agua en el motor químico y el volumen de medicamento es inferior a 2:1, preferentemente inferior a 1:1, menos de 0,5:1 y en algunas realizaciones en el intervalo de 1:1 a 0,3:1. A lo largo de esta descripción, la viscosidad se mide (o define) como la viscosidad a 25 °C y en las condiciones de administración.

Tabla 1

La FIG. 22 es un gráfico que muestra el perfil de presión en función del tiempo para la administración de aceite de silicona cuando se inyectaron 0,1 ml (triángulo), 0,25 ml (cuadrado) y 0,5 ml (diamante) de agua en la cámara de reacción. Este gráfico muestra que se podría obtener un perfil de presión en función del tiempo casi constante o decreciente después de un período de aceleración, aunque el impacto de la expansión del volumen dominó en períodos más prolongados. Estos perfiles de presión en función del tiempo no fueron exponenciales. Un perfil constante de presión en función del tiempo puede permitir procesos más lentos, incluso la administración de un fármaco de alta viscosidad, a diferencia de un repentino estallido exponencial cerca del final de un ciclo de administración.

EJEMPLO 2

Se utilizó cloruro de sodio (NaCl) para mejorar la liberación de CO<2>gaseoso de la solución de reacción en la cámara de reacción, acelerando el aumento de presión. En experimentos de control, se colocaron ácido cítrico y NaHCO3en la jeringa de reacción. Se inyectó una solución de NaHCO31,15 M en agua en la jeringa de reacción desde la jeringa del inyector. El volumen vacío en la jeringa de reacción se mantuvo constante durante todos los experimentos. En experimentos que demuestran el concepto, se añadió NaCl a la jeringa de reacción. La reacción química se utilizó para administrar 1 ml de agua o aceite de silicona desde la jeringa precargada. Se midieron el volumen administrado en función del tiempo y el tiempo total de administración. La presión se calculó utilizando la ecuación de Hagen-Poiseuille y se supuso que había una fuerza de fricción de 0,6 lb entre el émbolo precargado y la jeringa. Hay que tener en cuenta que había bicarbonato en el agua inyectada en la jeringa de reacción, de modo que se podría generar gas incluso si no hubiera bicarbonato sólido presente en la propia jeringa de reacción. Los resultados se muestran en la Tabla 2.

Tabla 2.

La sal sirvió para mejorar significativamente la velocidad de administración, particularmente para sistemas que usaban cantidades más pequeñas de reactivo. Se podría administrar un fluido de alta viscosidad en 6 a 8 segundos mediante la reacción química. Esto es significativamente más rápido que lo que se puede lograr con los autoinyectores convencionales que emplean resortes mecánicos.

La FIG. 23 muestra el perfil de volumen administrado en función del tiempo para los experimentos N.° 5 y 6 de la Tabla 2. Se suministró un fluido de alta viscosidad en 20 segundos utilizando un sistema que tenía una superficie de menos de 1 cm3. La velocidad de administración (es decir, la pendiente) también fue relativamente constante. La superficie que ocupa reducida permite una diversidad de dispositivos útiles.

EJEMPLO 3

Se probaron varios reactivos diferentes para mostrar la influencia de la morfología y estructura del polvo en el perfil de presión. La morfología, en este caso, se refiere al área superficial, la forma y el empaquetado de las moléculas en el polvo. Se probó el mismo bicarbonato (bicarbonato de sodio). Se crearon tres morfologías diferentes: una tal como se recibió, una liofilizado, que se produjo mediante liofilización de una solución 1,15 M, y otra en la que el bicarbonato se empaquetó en un comprimido. También se examinó la "estratificación" de los reactivos en la cámara de reacción; donde la estratificación se refiere a la colocación preferencial de los reactivos dentro del cilindro de reacción. En otro ejemplo, se usó Alka Selzter, que contiene ácido cítrico y bicarbonato de sodio en una matriz.

Se usaron los siguientes reactivos: bicarbonato de sodio tal como se recibió (NaHCO3), ácido cítrico, bicarbonato de sodio liofilizado, Alka-Seltzer, o bicarbonato de potasio tal como se recibió (KHCO<3>). El bicarbonato de sodio tal como se recibió también se probó en forma de polvo o comprimido. La forma de comprimido tenía un área superficial reducida.

El bicarbonato de sodio liofilizado se formuló preparando 125 ml de una solución acuosa saturada de bicarbonato de sodio (1,15 M). La solución se vertió en una placa de cristalización de 250 ml y se cubrió con un Kimwipe. La solución se colocó en un liofilizador y se redujo a -40 °C y se mantuvo durante dos horas. La temperatura se mantuvo a -40 °C y se aplicó un vacío a 150 militorres (mTorr) durante 48 horas. Los comprimidos de Alka-Seltzer (antiácido efervescente y alivio del dolor de Kroger) se rompieron usando un mortero hasta obtener un polvo grueso.

Se prepararon comprimidos de bicarbonato de sodio vertiendo 400 mg de bicarbonato de sodio en polvo tal como se recibió en una matriz para producir un comprimido con un diámetro de 1 cm. La matriz se hizo girar para mover el polvo y dar una profundidad uniforme a lo largo de 1 cm. La matriz se colocó en una prensa y se mantuvo a una presión de 13 toneladas durante 1 minuto. Se separaron comprimidos que pesaban 40 mg y 100 mg a partir del comprimido de 400 mg.

El aparato y el plan

Se utilizó el equipo de pruebas descrito anteriormente. La jeringa de inyección de 3 ml se llenó con 0,5 ml de agua desionizada. La jeringa de reacción de 10 ml se conectó a la jeringa de inyección mediante cierres luer y una válvula y, a continuación, se sujetó firmemente en el aparato. Se conectó una celda de carga al vástago del émbolo para que el émbolo de la jeringa de reacción lo presione durante la prueba. Esto registró la fuerza aplicada por la reacción mientras se desplazaba el líquido en la jeringa precargada.

El fluido de la jeringa precargada se desplazó a una jeringa graduada lo cual se grabó en vídeo. Esto observó el cambio en el volumen del fluido a lo largo del tiempo. Los fluidos eran agua (1cP) o aceite de silicona (73cP), que se desplazaron a través de una jeringa precargada de pared delgada de calibre 27 y tenían un volumen de 1 mililitro (ml).

Durante cada prueba se adquirieron dos mediciones: la fuerza sobre la jeringa precargada usando una celda de carga y el cambio en el volumen de la jeringa precargada midiendo el volumen dispensado con el tiempo. Se trazó la curva de volumen promedio en función del tiempo para mostrar cómo cada reacción había cambiado el volumen en la jeringa precargada. La curva de presión en función del tiempo usando la ecuación de Hagen-Poiseuille se obtuvo calculando el caudal a partir de la curva de volumen en función del tiempo. Para tener en cuenta la fricción en la jeringa precargada, se añadieron 94.219 Pa (lo que equivale a 0,6 lb). Esto calculó la presión dentro de la jeringa precargada (radio de 3 mm) por lo que se utilizó la ecuación hidráulica (PiA i =P<2>A<2>) para calcular la presión dentro de la jeringa de reacción (6,75 mm de diámetro). Esto se utilizó para comprobar la medición realizada por la celda de carga.

Se produjo otra curva de presión en función del tiempo usando la fuerza en la medición de la celda de carga y dividiéndola por el área del émbolo de reacción. Descubrimos que esto proporciona datos más reproducibles que el cálculo por Hagen-Poiseuille.

Para determinar cómo cambió la presión con el volumen, se produjeron curvas de presión en función del volumen. Las presiones utilizadas fueron las calculadas mediante las mediciones de la celda de carga. El volumen de reacción se calculó utilizando el cambio de volumen en la jeringa precargada. El volumen de la jeringa de reacción (VR) podría determinarse a partir del volumen dispensado en la jeringa precargada (Vp) en el momento t.

Por último, la velocidad de reacción mientras se dispensa el fluido se encontró utilizando la ley de los gases ideales donde PR es la presión calculada a partir de la celda de carga, VR es el volumen de la jeringa de reacción, R es la constante universal de los gases (8,314 JmoMK'1), y T es la temperatura, 298K.

Las pruebas

La formulación inicial fue de 400 mg de bicarbonato de sodio, 304 mg de ácido cítrico y 0,5 ml de agua desionizada como se describe en el Ejemplo 1. Esta formulación produce 4,76x10-3 moles de CO<2>suponiendo un rendimiento del 100 %. Los ingredientes de todas las pruebas se formularon para producir los mismos 4,76x10-3 moles de CO<2>suponiendo un rendimiento del 100 %. Se realizaron cuatro conjuntos de pruebas.

El primer conjunto utilizó bicarbonato de sodio tal como se recibió (BSAR) y bicarbonato de sodio liofilizado (BSFD). Sus cantidades relativas se variaron en incrementos del 25 %. También se incluyeron 304 mg de ácido cítrico en cada formulación. La Tabla 3A proporciona las masas objetivo del bicarbonato de sodio para estas pruebas.

Tabla 3A.

El segundo conjunto utilizó bicarbonato de sodio y Alka-Seltzer tal como se recibió. La cantidad de bicarbonato de sodio tal como se recibió se varió en incrementos del 25 %. Se añadió la cantidad estequiométrica de ácido cítrico. Alka-Seltzer solo contiene aproximadamente un 90 % de ácido bicarbonato de sodio. Por lo tanto, la masa total de Alka-Seltzer añadida se ajustó para obtener la masa requerida de ácido acético y bicarbonato de sodio. La Tabla 3B proporciona las masas objetivo de cada ingrediente para estas pruebas.

Tabla 3B.

continuación

El tercer conjunto utilizó bicarbonato de sodio tal como se recibió y bicarbonato de potasio tal como se recibió. La masa de ácido cítrico se mantuvo en 304 mg durante todas las pruebas. Debido a la pesada masa molar del bicarbonato de potasio (100,1 g/mol frente a los 84,0 g/mol del bicarbonato de sodio), se requiere más masa para generar los mismos moles de CO<2>. La Tabla 3C proporciona las masas objetivo (en mg) de cada ingrediente para estas pruebas.

Tabla 3C.

El cuarto conjunto utilizó comprimidos de bicarbonato de sodio. Se utilizó la cantidad estequiométrica de ácido cítrico. No se añadieron otros reactivos. La Tabla 3D proporciona las masas objetivo (en mg) de cada ingrediente para estas pruebas.

Tabla 3D.

Resultados de las pruebas

Primer conjunto: bicarbonato de sodio tal como se recibió (BSAR) y bicarbonato de sodio liofilizado (BSFD).

El polvo de bicarbonato de sodio liofilizado parecía grueso en relación con el polvo de bicarbonato de sodio tal como se recibió. También era menos denso; 400 mg del polvo liofilizado ocupaban 2 ml en la jeringa de reacción, mientras que el polvo tal como se recibió solo ocupaba 0,5 ml. Debido al volumen de material, el volumen más pequeño de agua (0,5 ml) fue insuficiente para hacer contacto completamente con todo el bicarbonato de sodio liofilizado. Por tanto, en experimentos al "100 %", "75 %" y "50 %", el bicarbonato no estaba completamente mojado, disuelto o reaccionado. Por lo tanto, se ejecutó una quinta formulación donde se insertó primero la muestra liofilizada. Fue seguido por el ácido cítrico y, a continuación, el polvo tal como se recibió. Se etiquetó como "50% BSAR segundo". Esta formulación permitió que el agua inyectada entrara en contacto primero con el polvo liofilizado, a continuación, contactara y disolviera el ácido cítrico y el polvo tal como se recibió. El tiempo necesario para desplazar 1 ml de aceite de silicona se indica en la Tabla 3E.

Tabla 3E.

El gráfico de volumen en función del tiempo se ve en la FIG. 24. Parecía que el polvo 100 % liofilizado era inicialmente más rápido que el polvo 100 % tal como se recibió, pero disminuyó con el tiempo. El polvo tal como se recibió tardó 10 segundos en desplazar 1 ml y el polvo liofilizado tardó 14 segundos. Como se esperaba, se encontró que las pruebas con cantidades mixtas tenían tiempos entre los dos extremos.

El gráfico de presión en función del tiempo se muestra en la FIG. 25. Las formulaciones con BSAR al 100 % mostraron presiones máximas de casi 100.000 Pa más altas que aquellas con BSFD al 100 %. En comparación, el uso de "BSAR al 75 %" produjo un aumento de presión más rápido y una caída más lenta. Para facilitar la comparación, las presiones se normalizaron y representaron en la FIG. 26 y FIG. 27 (dos períodos de tiempo diferentes).

BSAR al 100 % tuvo una velocidad de reacción inicial lenta en comparación con las formulaciones de BSAR al 75 % y BSAR al 50 %. Esto sugiere que el bicarbonato de sodio liofilizado (BSFD) se disuelve y reacciona más rápido, y esto se ve en la FIG. 22. Sin embargo, la FIG. 21 muestra que a medida que aumenta el contenido de bicarbonato de sodio liofilizado, se obtiene una presión de reacción máxima más baja. Debido a la baja densidad del polvo liofilizado, 200 mg de bicarbonato de sodio liofilizado ocupan 1 ml de espacio, por lo que los 0,5 ml de agua desionizada no pueden entrar en contacto con todo el material antes de que el gas generado mueva el émbolo, dejando el polvo seco detrás pegado al costado de la cámara; no reaccionó todo el bicarbonato de sodio liofilizado y se produjo menos CO<2>. Se estimó que para la prueba con BSFD al 100 % solo se disolvió una cuarta parte del reactivo. Este fenómeno puede reducirse modificando los dispositivos de la cámara, por ejemplo, cuando la reacción química generadora de gas se produce en una cámara rígida, con el CO<2>generado difundiendo a través de un filtro para empujar el émbolo.

En la segunda prueba con BSAR al 50 %, cuando se añadió primero el bicarbonato de sodio liofilizado seguido del ácido cítrico y el bicarbonato de sodio tal como se recibió, gran parte del polvo permaneció sólido, dando como resultado una presión más baja. La baja reacción inicial probablemente fue causada por los 0,5 ml de agua que se difundieron a través de 1 ml de bicarbonato de sodio liofilizado en polvo antes de alcanzar y disolver el ácido cítrico. Esta prueba fue la más cercana de las pruebas de este conjunto a proporcionar un perfil de presión constante.

La presión máxima obtenida fue de aproximadamente 0,8 ml de volumen de CO<2>para las formulaciones de BSAR al 50 % y BSAR al 75 %. Estas formulaciones también tuvieron la velocidad más rápida en los gráficos de presión en función del tiempo (véase la FIG. 26). Las formulaciones restantes tuvieron presiones máximas de aproximadamente 1,2 ml de CO<2>.

Curiosamente, cuando se mira la FIG. 23 y la FIG. 24, el "BSAR al 50 % segundo" mostró un perfil distinto de presión en función del tiempo (Pa s en la FIG. 23), pero tenía aproximadamente el mismo perfil de presión en función del volumen que el BSFd al 100 % en la FIG. 24. Volviendo hacer referencia a la Tabla 3E, el "BSAR al 50 % segundo" tardó aproximadamente 8 segundos más en desplazar 1 ml de aceite de silicona, por lo que su curva de presión se "prolonga" en relación con el BSFD al 100 % y tenía un caudal diferente. Los resultados indican que es posible reducir la caída de presión que acompaña al movimiento del pistón (y la expansión del volumen de la cámara de reacción) al incluir bicarbonatos con dos velocidades de disolución diferentes, donde las diferentes velocidades de disolución están proporcionadas por su morfología y/o posición en la cámara de reacción.

La Tabla 3F muestra las velocidades de reacción para la producción de CO<2>en función del tiempo ajustadas a y = ax2+bx.

Tabla 3F.

Las curvas de BSAR al 100%, BSAR al 75 % y BSAR al 50 % tienen aproximadamente la misma velocidad de reacción lineal. El "BSAR al 50 % segundo" forma un polinomio de segundo orden. El "BSFD al 100 %" parece ser paramétrico; tiene la misma tasa lineal que BSAR al 100 % y los otros dos y, a continuación, la pendiente disminuye repentinamente después de 5 segundos y converge con "BSAR al 50 % segundo".

Segundo conjunto: bicarbonato de sodio y Alka-Seltzer tal como se recibieron.

El gráfico de volumen en función del tiempo se ve en la FIG. 28 para aceite de silicona, y en la FIG. 29 para agua como fluidos inyectados respectivamente. El tiempo necesario para desplazar 1 ml de cada líquido se enumera en la Tabla 3G. El error en la medición del tiempo se estima en medio segundo.

Tabla 3G.

Los tiempos de desplazamiento del agua son difíciles de comparar porque todos están dentro de un segundo de diferencia entre sí. Los perfiles de volumen para BSCA al 100 %, Bs Ca al 25 % y Alka-Seltzer al 100 % tuvieron los tiempos más rápidos para desplazar 1 ml de aceite de silicona. El BSCA al 100 % pareció comenzar lentamente y, a continuación, acelerarse. Se encontró que el BSCA al 50 % y el BSCA al 75 % tenían los tiempos más lentos. Parecieron disminuir la velocidad a medida que avanzaba el desplazamiento.

El gráfico de presión en función del tiempo se muestra en la FIG. 30 para aceite de silicona, y en la FIG. 31 para agua como fluidos inyectados respectivamente. El BSCA al 100 % tuvo el aumento de presión inicial más lento. Esto era de esperar, ya que Alka-Seltzer está formulado para permitir una rápida difusión del agua en el comprimido. El BSCA al 75 % y el BSCA al 50 % tuvieron la segunda y tercera mayor presión máxima, respectivamente, para aceite de silicona. Sin embargo, estas dos formulaciones tardaron más en desplazar 1 ml de aceite de silicona. Sus presiones también tuvieron la caída más lenta. Lo más probable es que esto se deba a una mayor fricción en la jeringa.

Las curvas en la FIG. 31 para el agua están dentro de un error razonable entre sí. Sin embargo, fueron mayores que las presiones estimadas por Hagen-Poiseuille, que calculó que la presión máxima sería de 51.000 Pa con la formulación de Alka-Seltzer al 100 %. Durante las pruebas no se observó alta fricción.

En la FIG. 32 se proporcionan gráficos de presión normalizada en función del tiempo para el aceite de silicona. La tasa de caída de presión para el aceite de silicona se proporciona en la Tabla 3H.

Tabla 3H.

Para aceite de silicona, el BSCA al 100 % y el BSCA al 75 % tuvieron el mismo aumento de presión normalizado, pero diferentes caídas. Como se explica anteriormente, es posible que el BSCA al 75 % haya sufrido más fricción, lo que provocó que el cambio de volumen se ralentice y mantenga la presión por más tiempo. Lo mismo ocurrió con el BSCA al 50 %, que tenía la misma caída que el BSCA al 75 %. Sorprendentemente, el aumento de presión para BSCA al 50 % se ajusta justo entre BSCA al 100 % y Alka-Seltzer al 100 %. Esto puede indicar que la fricción no afecta el aumento de presión. El Alka-Seltzer al 100 % y el BSCA al 25 % tuvieron los mismos perfiles de presión con el aumento y la caída de presión más rápidos. El BSCA al 100 % también parecía tener la misma caída que estas dos formulaciones.

Para el agua, se descubrió que relaciones más altas de Alka-Seltzer y BSCA daban como resultado una caída de presión relativamente menor. El Alka Seltzer al 100 % tuvo un rápido aumento de presión, pero rápidamente cayó junto con el BSCA al 100 %" y el BSCA al 75 %. Sin embargo, el BSCA al 25 % y el Bs CA al 50 % tuvieron un rápido aumento de presión y una menor caída de presión que las otras formulaciones.

Para aceite de silicona, el Alka-Seltzer al 100 %, BSCA al 50 % y BSCA al 75 % alcanzaron un máximo de aproximadamente 1,2 ml de CO<2>de volumen. El BSCA al 25 % alcanzó un máximo de aproximadamente 0,8 ml. El BSCA al 100 % no alcanzó la presión máxima hasta aproximadamente 1,6 ml. Esto fue ligeramente diferente al "BSAR al 100 %" en el primer conjunto de pruebas, que utilizó la misma formulación exacta, pero alcanzó su presión máxima a una concentración de volumen de CO<2>de 1,2 ml.

La Tabla 3I muestra las velocidades de reacción para la producción de CO<2>durante la inyección de aceite de silicona ajustado a y=ax2+bx.

Tabla 3I.

Todas las formulaciones, excepto Alka-Seltzer al 100 %, formaron velocidades de reacción lineales para el aceite de silicona. La alta fricción en la jeringa precargada utilizada para probar BSCA al 75 % y BSCA al 50 % provocó una presión alta, que puede haber reducido la velocidad de reacción a 3x10-5 mol/s. El BSCA al 100 % y el BSCA al 25 % tuvieron la misma velocidad de reacción a 4x10-5 mol/s. Alka-Seltzer al 100 % dio como resultado un polinomio de segundo orden. Inicialmente tenía la misma velocidad de reacción que las otras formulaciones, pero la pendiente disminuyó en los últimos pocos segundos. Cuando la reacción se acabó, la solución era mucho más espesa que las otras formulaciones.

El BSCA al 100 % fue ligeramente más lento que el experimento anterior con bicarbonato de sodio liofilizado, BSAR al 100 % (véase la Tabla 3F), por 1x10-5 mol/s. Esto puede haber causado que el tiempo más lento para desplazar la silicona y posiblemente la presión máxima a una mayor cantidad de volumen de CO<2>a 1,6 ml.

Tercer conjunto: bicarbonato de sodio tal como se recibió y bicarbonato de potasio tal como se recibió.

El gráfico de volumen en función del tiempo se ve en la FIG. 34, para aceite de silicona. El tiempo necesario para desplazar 1 ml de cada líquido se indica en la Tabla 3J.

Tabla 3J.

El KHCO<3>al 100% fue el más rápido en desplazar el 1 ml de silicona con 6,33 segundos. El BS al 100 % y el BS al 50 % desplazaron el mismo volumen en un tiempo de 8,00 segundos.

El gráfico de presión en función del tiempo se muestra en la FIG. 35. La tasa de caída de presión para el aceite de silicona se proporciona en la Tabla 3K.

Tabla 3K

La formulación de BS al 100 % solo alcanzó una presión máxima de aproximadamente 250.000 Pa, mientras que las otras dos formulaciones tenían una presión máxima de aproximadamente 300.000 Pa. Las formulaciones de KHCO<3>al 100% y BS al 50 % (cada una conteniendo bicarbonato de potasio) continuaron aumentando la presión durante unos segundos después de que el BS al 100 % alcanzó su máximo. La formulación de BS al 50 % inicialmente tenía menos presión como se esperaba, pero fue capaz de mantener una presión más alta después de 6 segundos en comparación con la formulación de KHCO<3>al 100 %. Los resultados mostraron que el uso de una mezcla de bicarbonato de sodio y potasio puede producir presiones más altas y caídas lentas.

El BS al 100%tenía una presión máxima entre 0,6 y 1,8 ml de CO<2>. Las curvas para BS al 50%y KHCO<3>al 100% erandiferentes de los otros gráficos de presión en función del volumen vistos anteriormente. En lugar de alcanzar un máximo de aproximadamente 1,2 ml de volumen de CO<2>y caer, continuaron aumentando en presión a mayores volúmenes de CO<2>. Las formulaciones de BS al 50 % y KHCO<3>al 100 % alcanzaron un máximo de aproximadamente 2,0 y 3,2 ml de volumen de CO<2>, respectivamente.

La Tabla 3L muestra las velocidades de reacción ajustadas a y=bx.

Tabla 3L.

Parecían ser velocidades de reacción lineales con BS al 100 % a 5x10-5 mol/s (la misma velocidad de los experimentos anteriores). El bicarbonato de potasio al 100 % tiene el doble de eficacia que el bicarbonato de sodio. Cuarto conjunto: comprimidos de bicarbonato de sodio.

El gráfico de volumen en función del tiempo se ve en la FIG. 43 para aceite de silicona. El tiempo necesario para desplazar 1 ml de cada líquido se enumera en la Tabla 3M.

Tabla 3M.

Tanto para aceite de silicona como para agua, el uso de comprimidos de bicarbonato de sodio de 400 mg y 100 mg y el ácido cítrico estequiométrico dio como resultado líneas casi rectas. El empaquetado del bicarbonato de sodio en comprimidos densos disminuyó significativamente las velocidades de reacción y, por tanto, aumentó los tiempos de inyección, en relación con otros experimentos con bicarbonato de sodio. La Tabla 3N muestra las velocidades de reacción ajustadas a y=ax2+bx.

Tabla 3N.

Para aceite de silicona, el comprimido de BS de 400 mg mostró la velocidad de reacción lineal como 4x10-6 mol/s. El comprimido de 100 mg de bicarbonato de sodio estuvo lineal durante casi 87 segundos hasta que de repente dejó de producir CO<2>gaseoso. La velocidad de reacción del comprimido de 40 mg fue un polinomio de segundo orden y muy lenta. Llegó a un total de 2x10-5 moles de CO<2>y se mantuvo estable con alguna fluctuación posiblemente causada por el CO<2>entrando y saliendo de la solución. Debido a la pequeña velocidad de reacción en el agua, sólo se utilizó el comprimido de 400 mg.

Los resultados del Ejemplo 3 mostraron la capacidad de crear diferentes perfiles de presión en función del tiempo cuando se modifica la cinética de disolución.

EJEMPLO 4

El equipo de pruebas se utilizó para probar aceite de silicona y una aguja de pared delgada de calibre 27. La reacción estequiométrica y los resultados se muestran en la siguiente Tabla 4.

Tabla 4.

EJEMPLO 5

El prototipo de dispositivo de prueba ilustrado en la Fig. 19 se probó utilizando aceite de silicona. Una jeringa precargada actuó como cámara de fluido desde la cual se expulsó el fluido. A continuación, se utilizó un conector para unir la jeringa precargada con la cámara de reacción. La cámara de reacción incluía una mezcla. Se colocó un trozo de papel de filtro dentro de la cámara de reacción para cubrir el orificio del brazo. A continuación, se colocó un resorte dentro de la cámara de mezcla. A continuación, se usó un émbolo para separar el reactivo seco en la cámara de reacción del líquido húmedo. La siguiente pieza fue el pulsador, que incluía un volumen interior para el reactivo líquido. El pulsador incluía un orificio (no visible) que se utilizaba para llenar el volumen con reactivo líquido. Se utilizó un tornillo para llenar el orificio del pulsador. Se fijó una tapa sobre el pulsador para proporcionar soporte estructural y también rodea una parte de la cámara de reacción. Por último, se colocó una prensa para el pulgar en la parte superior de la tapa para facilitar la presión. Tanto la cámara de reactivos como la cámara de reacción estaban completamente llenas de solución líquida y polvo seco, respectivamente.

La jeringa se probó tanto en posición vertical (cámara de reactivo encima de la cámara de reacción) como en posición horizontal (las dos cámaras una al lado de la otra). Los reactivos y los resultados se muestran en la siguiente Tabla 5.

Tabla 5.

Suponiendo una mezcla adecuada, el bicarbonato de potasio es el reactivo limitante, con ácido cítrico en un exceso de 89 mg. Se descubrió que esta suposición era incorrecta debido a que se encontró líquido en la cámara superior y polvo en la cámara inferior cuando se desmontó. Cuando la jeringa se colocó en posición horizontal y las cámaras estaban completamente llenas, el aceite de silicona se desplazó en 17 segundos. Esto ilustra que el dispositivo puede funcionar en cualquier orientación. Esto es útil para permitir que los pacientes se inyecten en el abdomen, muslo o brazo, que son los lugares más comunes para la autoinyección.

Ejemplo 6 Bicarbonatos Mixtos

El aparato de prueba del Ejemplo 1 se modificó para contener una mezcla de 50:50 molar de bicarbonato de sodio y potasio. La administración del aceite de silicona se realizó en un tiempo más rápido (poco menos de 8 segundos) y la presión en función del tiempo fue uniforme. El flujo aumentó y, a continuación, alcanzó una meseta en poco menos de 2 segundos. El uso de bicarbonatos mixtos permite un sistema que tiene diferentes cinéticas de reacción para controlar el perfil de presión.

Ejemplo 7: Uso de un agente nucleante para mejorar la liberación de CO<2>

Se usó cloruro de sodio (NaCl) para mejorar la liberación de CO<2>gaseoso de la solución de reacción a la cámara de reacción, acelerando el aumento de presión. En experimentos de control, se colocaron ácido cítrico y NaHCO3en la jeringa de reacción. Se inyectó en la jeringa de reacción una solución de NaHCO31,15 M en agua. El volumen vacío en la jeringa de reacción se minimizó en todos los experimentos y estuvo dictado por la densidad del polvo. En experimentos que demuestran el concepto de la invención, se añadió NaCl a la jeringa de reacción. La reacción química se utilizó para administrar 1 ml de agua o aceite de silicona. Se midieron el volumen administrado en función del tiempo y el tiempo total de administración. La presión se calculó utilizando la ecuación de Hagen-Poisuielle, considerando el área de los émbolos y supone que hay una fuerza de fricción de 0,61 lb entre el émbolo de la jeringa precargada y la jeringa.

La sal sirve para mejorar significativamente la velocidad de administración, particularmente para sistemas que utilizan cantidades más pequeñas de reactivo. Se puede administrar un fluido de alta viscosidad, por ejemplo, en 6 a 8 segundos usando la reacción química. Esto es significativamente más rápido que lo que se puede lograr con los autoinyectores convencionales que emplean resortes mecánicos. El volumen administrado en función del tiempo se muestra para la reacción química más pequeña. Se administró un fluido de alta viscosidad en 20 segundos utilizando un sistema que ocupaba menos de 0,5 cm3 La superficie que ocupa reducida permite una diversidad de dispositivos útiles.

Ejemplo 8: Uso de reactivos con dos velocidades de disolución para modificar el perfil de presión en función del tiempo

Se crearon reactivos con dos velocidades de disolución diferentes combinando NaHCO3con dos morfologías diferentes (preferentemente, diferentes áreas superficiales). Por ejemplo, se pueden preparar mezclas usando bicarbonatos obtenidos de diferentes fuentes, o tratando una porción del bicarbonato antes de combinarlo con una porción sin tratar. Por ejemplo, una porción se puede liofilizar para aumentar el área superficial. NaHCO3de alta área superficial se produjo liofilizando una solución 1,15 M. También se crearon reactivos con dos velocidades de disolución diferentes combinando citrato de sodio/NaHCO3tal como se recibió y citrato de sodio/NaHCO3formulado (Alka Seltzer). Los resultados muestran la capacidad de crear diferentes perfiles de presión en función del tiempo cuando se modifica la cinética de disolución.

Ejemplo 9: Minimización de la disminución de la presión con la expansión del pistón

Los motores químicos fueron creados para administrar fluidos con una viscosidad de 1 a 75 cP y volúmenes de 1 a 3 ml en menos de 12 segundos a través de una aguja de calibre 27. Para los experimentos de este ejemplo, el producto químico seco se premezcló en un frasco y, a continuación, se añadió a la jeringa de reacción (B). La jeringa de reacción constaba de una jeringa de 10 ml o de 20 ml. El émbolo se presionó completamente sobre el polvo de modo que no quedara ningún volumen vacío adicional. Se añadió una solución a la jeringa de reacción; cuando se generó CO<2>, el vástago del émbolo presionó contra el émbolo del PFS y administró fluido. Se consideraron seis formulaciones de motor como se muestra en la Tabla.

Los perfiles de fuerza en función del tiempo se muestran para los diferentes motores químicos en las Fig. 40-42. Se usaron las formulaciones 1 y 2 para administrar 1 ml de fluido a través de una aguja de pared delgada de calibre 27; es decir, un PFS estándar. Se examinaron fluidos con viscosidad de 25 y 50 cP. Se logra una administración más rápida cuando se aumenta la cantidad de reactivo. El uso de bicarbonato de potasio permite emplear sustancialmente menos reactivo que cuando se usa bicarbonato de sodio.

Se usaron las formulaciones 3, 4 y 5 para administrar 3 ml de fluido de 50 cP a través de una aguja de pared delgada de calibre 27. Los caudales objetivo fueron superiores a los previstos para las Formulaciones 1 y 2. En este caso, simplemente el aumento de la reacción a cantidades mayores (Formulación 3) da como resultado un sobreimpulso inicial sustancial en la fuerza, debido a la rápida reacción. El sobreimpulso se redujo empleando reactivos sólidos al 100 % (mezcla de ácido cítrico y bicarbonato de potasio en la cámara de reacción) y agua durante la inyección. Este método proporcionó un estado estacionario de CO<2>ya que el agua disolvió el bicarbonato de potasio y puso a disposición los iones de bicarbonato. La formulación 5 presentó un perfil de administración plano y administró 3 ml de fluido de 50 cP en 6,5 s.

Ejemplo 10 Adición de agentes de convección

Se descubrió que la adición de una pequeña cantidad (por ejemplo, <10 mg para un motor de 1 ml) de partículas insolubles o que se disuelven lentamente es eficaz para aumentar sustancialmente la tasa de generación de CO<2>gaseoso y el máximo de CO<2>gaseoso generado, aumentando sustancialmente la densidad de potencia del motor. Sorprendentemente, encontramos que la energía superficial y la topología superficial de las partículas tienen solo un efecto menor, ya que funcionan una diversidad de partículas que se disuelven lentamente o son insolubles, incluyendo tierra de diatomeas, Expancel™ (microesferas huecas de poliacrilonitrilo), oxalato de calcio y ácido oxálico cristalino. En este caso, la disolución lenta significa que la partícula es lenta en relación con los reactivos en el motor. La presencia de estas partículas se puede determinar experimentalmente, disolviendo los reactivos sólidos y buscando la presencia de partículas o determinando la identidad de los materiales presentes y comparando sus productos de solubilidad. La densidad puede ser menor o mayor que la del agua.

Creemos que estos agentes actúan solos, o en conjunto con el CO<2>gaseoso dejando el fluido, para configurar campos de mezcla, similares a los que podrían encontrarse en lechos fluidizados. Los campos de mezcla aumentan las colisiones entre reactivos y entre los agentes de convección y los reactivos. Estas mayores colisiones sirven para liberar CO<2>atrapado cinéticamente que pueda existir en superficies y grietas, tal como en el recipiente o en superficies de bicarbonato.

Nuestros resultados indican que estos reactivos no sirven principalmente como agentes nucleantes, aunque eso podría ser un factor menor. Los reactivos son eficaces en condiciones en las que la cámara de reacción se fija a un volumen constante o se permite que se expanda. En circunstancias de volumen constante, la presión no disminuye y la solución nunca está sobresaturada, como, por ejemplo, podría verse en una bebida carbonatada presurizada que se abre a la atmósfera. Asimismo, la adición de superficies nucleantes, por ejemplo, aluminio poroso, es ineficaz. Los reactivos deben estar presentes en forma de partículas en el motor.

Los experimentos se llevaron a cabo en una de dos configuraciones.

Volumen constante: La configuración de volumen constante se utilizó para comparar diferentes tiempos de reacción química. Los reactivos se colocaron en una cámara de reacción de 2 ml; se añadieron reactivos líquidos a la cámara usando una jeringa e inyectando en la cámara de reacción en el momento deseado de inyección y se cerró la válvula. La presión se midió mediante un transductor de presión y la temperatura mediante un termopar. Mientras se producía la reacción, la presión de la cámara se canalizó hacia el cilindro de aire a través de un pequeño tubo. El cilindro de aire se utilizó como equivalente a un pistón/émbolo en un sistema de inyección real. Para la configuración de volumen constante, inicialmente, el cilindro de aire se movió 1,5 pulgadas hasta el final de la posición de inyección para una jeringa de 2 ml y se mantuvo en ese lugar durante toda la prueba. Esto dio un volumen total de la cámara de reacción y del cilindro de aire de 9,9 ml. Se utilizó una celda de carga para medir la fuerza como respaldo a la presión, pero podría haberse calculado a partir de la presión y el área del pistón en el cilindro. La ventaja de utilizar una configuración de volumen constante para observar la selección química inicial fue que permitió una buena comparación de los perfiles de presión en función del tiempo sin deber tener en cuenta las diferencias de volumen que tendría un sistema real.

Condiciones de ensayo

Los siguientes productos químicos se probaron tal como se recibieron: bicarbonato de sodio, bicarbonato de potasio, ácido cítrico, ácido tartárico, ácido oxálico, oxalato de calcio, tierra de diatomeas y Expancel™. El óxido de aluminio anodizado se preparó mediante la anodización de aluminio en ácido oxálico para crear una estructura superficial porosa y una alta energía superficial.

Los reactivos se cargaron en el recipiente de reacción o como solución en la jeringa. El recipiente de reacción contenía generalmente el ácido, como sólido o solución, con o sin aditivos. La jeringa contenía la solución de bicarbonato. Los reactivos (bicarbonato y ácido) se midieron en forma de polvos en una balanza analítica en proporciones estequiométricas. Las masas de los reactivos se muestran en la siguiente Tabla.

T l . M r iv iliz r l r .

Se usó 1 ml de agua para disolver el bicarbonato y proporcionarles un medio donde la reacción pudiera desarrollarse dentro de la cámara de reacción del ChemEngine.

Se añadieron 4 tipos diferentes de agentes de convección a la formulación química, se añadió una superficie de nucleación a la cámara de reacción y también se añadió vibración externa a la cámara de reacción en experimentos separados,

1. Insoluble en agua con alta densidad - Tierra de Diatomeas (DE)

2. Insoluble en agua con baja densidad - Microesferas huecas de poliacrilonitrilo (PAN)

3. Ligeramente soluble en agua - Oxalato de calcio

4. Agua altamente soluble - Cloruro de Sodio y Ácido Oxálico

5. Superficie de nucleación - Óxido de aluminio anodizado

6. Vibración mecánica

Todos los agentes de convección (1-4) se añadieron como partículas secas a una carga de entre 5 mg y 50 mg a la formulación química. La superficie de nucleación (óxido de aluminio anodizado) se añadió a la cámara de reacción.

Como se muestra en la Figura 43, todos los agentes de convección aumentaron la velocidad de acumulación de presión sobre la formulación inicial. En este caso, la formulación inicial es la misma cantidad de bicarbonato de potasio, ácido cítrico y agua, pero no hay otras sustancias químicas presentes. La vibración mecánica también aumentó la velocidad de acumulación de presión sobre la formulación inicial. Una superficie de nucleación tuvo muy poco efecto sobre la velocidad de acumulación de presión. Los datos de la Fig. 43 se proporcionan para mostrar que los agentes de convección funcionaban para aumentar la velocidad de colisión entre reactivos y entre reactivos y productos, para liberar CO<2>a la fase gaseosa a mayor velocidad. Los datos muestran que la adición de agentes de convección funcionó mediante un mecanismo diferenciado y aumentó la presión de la cámara de reacción más rápidamente que la de un agente de nucleación. Los datos de la Fig. 44 muestran que la vibración mecánica (70 Hz de un controlador Vibra-Flight™) y los agentes de convección tienen un efecto similar sobre la velocidad a la que el sistema desplaza un émbolo con fuerza constante.

La Fig. 45 muestra el sorprendente resultado de que cantidades relativamente más pequeñas de agentes de convección dieron como resultado una generación de CO<2>más rápida. Los experimentos demostraron que la presencia de aproximadamente 10 mg de tierra de diatomeas daba como resultado una generación de CO<2>significativamente más rápida que 5 mg o 50 mg por ml. Por tanto, algunas composiciones preferibles comprenden entre 7 y 15 mg de un agente o agentes de convección.

Ejemplo 11: Densidad de potencia

Se midió la densidad de potencia de una diversidad de motores químicos con una fuerza constante o un volumen constante.

Configuración de fuerza constante:

Fuerza constante: Se utilizó una configuración similar para fuerza constante como volumen constante (descrita anteriormente), pero el tramo al que estaba conectada la celda de carga pudo moverse. El cilindro de aire se cerró inicialmente de modo que el volumen inicial de la cámara de reactivo y los conectores fuera de 2,3 ml. Se permitió que el cilindro de aire se moviera 1,4 pulgadas (3,56). Se eligió esta distancia debido a que era la distancia que tendría que recorrer un pistón para vaciar una jeringa estándar de 2 ml. Inicialmente, el tramo estaba presurizado a 18 libras, lo que correspondió a inyectar 2 ml de fluido de 50 cP utilizando una jeringa estándar de 2 ml con un calibre 27, aguja TW en 8 segundos. Se obtuvieron mediciones adicionales a 9 libras de contrapresión. Esto corresponde a inyectar 1 ml de fluido de 50 cP usando una jeringa estándar de 1 ml con calibre 27, aguja TW a los 8 segundos. Los reactivos en polvo se colocaron en la cámara de reactivo y los reactivos líquidos estaban en la jeringa. Los reactivos líquidos se inyectaron en la cámara y se cerró la válvula. Se midieron la presión, la fuerza y la temperatura hasta que el cilindro de aire alcanzó su distancia de recorrido, que se determinó utilizando un LVDT (transformador diferencial variable lineal) que estaba conectado al tramo. El aparato se muestra en la Fig. 46.

La jeringa etiquetada como agua en la Fig. 46 podría ser alternativamente una solución acuosa que comprenda ácido o bicarbonato.

Este aparato de prueba es aplicable para probar casi cualquier motor químico. Los motores químicos que son dispositivos integrados se pueden probar colocando todo el dispositivo en el aparato de prueba. Cuando se prueba un sistema integral que incluye un compartimento de fluido, la fuerza promedio se puede medir directamente o calcularse utilizando la ecuación de Hagen-Poiseuille. Los motores químicos que se pueden desmontar de un compartimento de fluido se separan primero antes de realizar la prueba.

En la siguiente Tabla, el agua se añadió a un polvo mixto de ácido cítrico y bicarbonato en una relación molar de 1:3. Relación de densidad de potencia:

La densidad de potencia se calculó a diferentes contrapresiones y volúmenes iniciales. El tiempo se mide comenzando desde el inicio de la reacción, que es el momento en que el ácido y el carbonato se combinan con un disolvente. Para nuestro caso, Densidad de potencia = Fuerza promedio * distancia hasta el final del recorrido/(tiempo de administración*Volumen de reactivos iniciales)

El volumen utilizado fue el volumen de los reactivos, todos los reactivos se disolvieron y después de haberse escapado el CO<2>. El espacio abierto dentro de la cámara de reacción que no está ocupado por reactivos o disolventes no se tiene en cuenta para nuestros cálculos.

continuación

Ejemplo (fila 1):

Densidad de potencia = Fuerza promedio * Desplazamiento / Tiempo / Volumen de reactivos

111.778 W/m3 = 99,3 N * 3,56 cm*(0,01 m3/ml) / 22,59 s / 1,4 ml*)(0,000001 m3/ml)

(Los números no coinciden exactamente con la tabla debido a que fueron redondeados en este ejemplo).

En cada uno de los experimentos anteriores, la relación molar de bicarbonato y ácido cítrico es 3:1 (en general, para todos los sistemas descritos en esta solicitud, las formulaciones preferidas tienen una relación molar de bicarbonato y ácido cítrico en el intervalo de 2 a 4, más preferentemente de 2,5 a 3,5. La presente invención se puede caracterizar por la densidad de potencia a temperatura ambiente, medido y calculado como se describe anteriormente y a una contrapresión nominal de 9 lbs (40 N). En estas condiciones, la invención tiene preferentemente una densidad de potencia de al menos 50.000 W/m3, más preferentemente al menos 100.000 W/m3, más preferentemente al menos 250.000 W/m3, más preferentemente al menos 400.000 W/m3, y en algunas realizaciones un límite superior de 1.000.000 W/m3, o alrededor de 900.000 W/m3. Como alternativa, la invención se puede definir en términos de una densidad de potencia en comparación con una formulación de control que se somete a las mismas condiciones. La formulación de control contiene 1 ml de agua, 403 mg de ácido cítrico y 529 mg de bicarbonato de sodio. Esta formulación de control es apropiada para volúmenes de cámara de reacción de aproximadamente 2 ml; la densidad de potencia de los controles en motores químicos mayores o menores de 2 ml debe probarse con una formulación de control que se ajuste en volumen manteniendo esta proporción de agua, bicarbonato de sodio y ácido cítrico. De nuevo, medido a una contrapresión nominal de 9 libras (40 N) y con fuerza constante, el motor químico inventivo tiene preferentemente una relación de densidad de potencia de al menos 1,4, más preferentemente al menos 3 en comparación con el control; y en algunas realizaciones una relación de densidad de potencia máxima de 10 o un máximo de aproximadamente 5, o un máximo de aproximadamente 4,4. En realizaciones preferidas, el desplazamiento comienza en 2 s, más preferentemente en 1 s del momento en que se combinan el ácido, carbonato y disolvente (agua).

Cabe señalar que el término "control" no implica una formulación convencional ya que las formulaciones convencionales para motores químicos eran mucho más diluidas. Normalmente, el control se prueba hasta el desplazamiento total; sin embargo, en los casos en que no se logra el desplazamiento completo en 30 segundos, el control se define como el desplazamiento dentro de los primeros 30 segundos.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un motor químico, que comprende:

un recipiente cerrado (410, 1310) que comprende al menos dos reactivos (482, 484), agua y un émbolo, los al menos dos reactivos que incluyen un ácido y un bicarbonato, en donde el ácido se separa del bicarbonato; una cámara de fluido (440, 1340) acoplada al recipiente cerrado y que contiene un fluido;

un pistón (460, 1360) entre el recipiente cerrado y la cámara de fluido; y

un mecanismo (450, 470, 1395, 1370) adaptado para combinar el ácido, el agua y el bicarbonato para generar un gas mediante una reacción química en el recipiente cerrado, en donde el gas es operativo para mover el pistón para forzar al fluido a salir de la cámara de fluido;

caracterizado porqueel recipiente cerrado comprende un agente de convección de partículas sólidas adaptado para mezclarse con el ácido, el agua y el bicarbonato para aumentar las colisiones de reactivos en el recipiente cerrado después de una combinación del ácido, el agua y el bicarbonato mediante el mecanismo para aumentar la velocidad de generación del gas en el recipiente cerrado.

2. El motor químico de la reivindicación 1, en donde una relación molar entre bicarbonato y ácido está en el intervalo de 2:1 a 4:1.

3. El motor químico de la reivindicación 1, en donde la solubilidad del agente de convección de partículas sólidas en el agua es al menos 10 veces menor que la solubilidad del bicarbonato en el agua.

4. El motor químico de la reivindicación 1caracterizado poruna relación en masa del bicarbonato y el agente de convección de partículas sólidas en el intervalo de 42:1 a 90:1.

5. El motor químico de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el bicarbonato comprende al menos el 50% en peso de bicarbonato de potasio sólido.

6. El motor químico de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el agente de convección de partículas sólidas comprende tierra de diatomeas.

7. El motor químico de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el ácido y el agua tienen un volumen total de 1,5 ml o menos.

8. El motor químico de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el recipiente cerrado tiene un volumen interno total, antes de combinar el ácido y el bicarbonato, de 2 ml o menos.

9. El motor químico de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el ácido y el agua están presentes en el recipiente cerrado como una solución ácida que comprende el ácido disuelto en agua, y en donde la solución ácida se separa del bicarbonato antes del mecanismo que combina la solución ácida y el bicarbonato.

10. El motor químico de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el ácido y el bicarbonato están presentes como sólidos y el agua se separa del ácido y el bicarbonato antes del mecanismo que combina el ácido y el bicarbonato.

11. El motor químico de la reivindicación 9, que comprende además:

un conducto (3700) que comprende una entrada y una pluralidad de aberturas (3705), estando dispuesto el conducto dentro del recipiente cerrado y adaptado de modo que, tras la puesta en marcha del motor químico, al menos una parte de la solución ácida se fuerza hacia la entrada y a través de al menos una parte de las aberturas.

12. El motor químico de la reivindicación 11, en donde el bicarbonato está en forma de partículas sólidas y en donde el conducto comprende un tubo que tiene un extremo que está dispuesto en el bicarbonato sólido de modo que, después de que la solución ácida es forzada a través de las aberturas, la solución ácida entra en contacto con las partículas de bicarbonato sólido.

13. El motor químico de la reivindicación 11, en donde al menos una porción del bicarbonato está en forma sólida dispuesta dentro del conducto.

14. El motor químico de una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en donde el motor químico comprende un émbolo activado por resorte que está adaptado para forzar la solución ácida a través del conducto y las aberturas.

15. El motor químico de la reivindicación 1, en donde el bicarbonato comprende bicarbonato de potasio mezclado con bicarbonato de sodio.

16. El motor químico de la reivindicación 1, en donde el bicarbonato procede de al menos dos fuentes diferentes, incluyendo una primera fuente y una segunda fuente, y en donde la primera fuente difiere de la segunda fuente en al menos un 20%en una o más de las siguientes características: tamaño medio de partícula en masa, área superficial por masa, solubilidad en agua a 20 °C medida por el tiempo hasta completar la disolución en una solución 1 molar en soluciones igualmente agitadas.

17. El motor químico de la reivindicación 9, en donde la solución ácida y el bicarbonato en el recipiente cerrado definen una densidad de potencia latente; en donde un pistón (460, 1360) está colocado entre el recipiente cerrado y un compartimento de medicamento líquido (440, 1340);

en donde, después de combinar la solución ácida y el bicarbonato dentro del recipiente cerrado, la solución ácida y el bicarbonato reaccionan para generar CO2para impulsar el pistón, que, a su vez, empuja el medicamento líquido desde el compartimento de medicamento líquido.