JP2007032572A

JP2007032572A - 電気活性ポリマーを用いたポンプ

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Publication number: JP2007032572A
Application number: JP2006205085A
Authority: JP
Inventors: Mark S Ortiz; マーク・エス・オルティス; Jeffrey S Swayze; ジェフリー・エス・スウェイジ
Original assignee: Ethicon Endo Surgery Inc
Current assignee: Ethicon Endo Surgery Inc
Priority date: 2005-07-28
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2026-07-27
Also published as: CA2554316C; JP5026015B2; CA2554316A1; BRPI0603019A; ATE400740T1; US7353747B2; US20070025868A1; CN1916411B; EP1748190B1; DE602006001698D1; AU2006203202A1; EP1748190A1; BRPI0603019B1; AU2006203202B2; CN1916411A

Abstract

【課題】流体、気体、および／または固体などの物質をポンピングするための方法および装置を提供すること。
【解決手段】流体をポンピングするための方法および装置である。例示的な一実施形態では、内部に通路が形成された第１の部材、およびこの第１の部材に連通する電気的に拡張可能な複数のアクチュエータを備え、エネルギーが供給されると形状を変形させ、アクチュエータの連続的な作動により、ポンピング動作を生成して第１の部材を介して流体を移送するように構成されたポンプを提供する。
【選択図】図３Ａ

Description

開示の内容

〔発明の背景〕
ポンプは、様々な医療処置で重要な役割を果たしている。例えば、ポンプは、透析装置および心肺装置から（に）血液を移送するため、分析用の体液を採取するため、および腹腔鏡手術や内視鏡手術の際に治療部位に流体（生理食塩水など）を送達するために用いられてきた。殆どの医療ポンプは、流体を吸引または吐出するようにデザインされ、手術野の外部に配置される遠心ポンプまたは容積移送式ポンプである。

容積移送式ポンプは通常、単一ロータと多ロータの２種類に分類される。ロータは、流体チャンバを介して流体を吸引または吐出するベーン、バケット、ローラ、スリッパ、ピストン、歯車、および／または歯とすることができる。従来のロータは、ロータを直接または間接的に駆動する電気モータまたは内燃モータによって駆動される。例えば、蠕動ポンプは通常、円形ポンプケーシング内に取り付けられた可撓性チューブ、および多数のローラ（ロータ）を備えた回転機構を含む。回転機構が回転すると、ローラが、チューブの一部を圧縮して、そのチューブ内の内部通路内に流体を押し込む。蠕動ポンプは通常、そのポンプ機構（回転機構およびロータ）が流体に直接接触せず、二次汚染のリスクが低いため、洗浄液や消毒液を移送するために用いられる。

歯車ポンプやローブポンプなどの他の従来の容積移送式ポンプは、流体チャンバ内に流体を押し込む回転要素を用いている。例えば、ローブポンプは、一連のローブが設けられた２つ以上のロータを含む。モータによりロータが回転すると、ローブが互いに噛み合い、流体チャンバ内に流体が送り込まれる。

遠心ポンプは、放射状流ポンプ、混成流ポンプ、および軸流ポンプを含む。遠心ポンプは、放射状に配置された羽根を備えた回転インペラを含むことができる。流体が、ポンプ内に流入し、羽根間の空間に引き込まれる。次いで、インペラの回転動作によって遠心力が生じて、流体が外側に送られる。

現在のポンプは有効であるが、機械式ポンプ機構、歯車、およびモータを覆うべく大きなハウジングが必要なため、有効性が一部の医療処置に限定されている。したがって、流体を移送するための改善された方法および装置が要望されている。

〔発明の概要〕
本発明は、流体、気体、および／または固体などの物質をポンピングするための方法および装置を提供する。例示的な一実施形態では、ポンプは、内部に形成された通路を有する第１の部材、およびその第１の部材につながった複数のアクチュエータを含む。これらのアクチュエータは、エネルギーが供給されると形状を変形させ、複数のアクチュエータの連続的な作動により、ポンピング動作を生成して第１の部材内を介して流体を移送するように構成されている。

アクチュエータは、様々な材料から形成することができる。例示的な一実施形態では、少なくとも１つのアクチュエータは、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）の形態である。例えば、アクチュエータは、内部に複数の電気活性ポリマーファイバーおよびイオン流体を含む可撓性の導電外側シェルを有するファイバーバンドルの形態にすることができる。別法では、アクチュエータは、少なくとも１つの可撓性導電層、電気活性ポリマー層、およびイオンゲル層を有するラミネートの形態にすることができる。複数のラミネート層を用いて、複合材を形成することができる。アクチュエータは、そのアクチュエータに結合されたリターン電極および供給電極を含むこともできる。この供給電極は、外部エネルギー源から各アクチュエータにエネルギーを供給するように構成されている。

アクチュエータはまた、所望のポンピング動作ができるように様々な構成に配置することもできる。一実施形態では、アクチュエータは、第１の部材の通路内に配置された可撓性管状部材に結合することができる。例えば、可撓性管状部材は、内部に形成された流体を受容するための内腔を含むことができ、アクチュエータは、可撓性管状部材の外周面の周りに配置することができる。ポンプはまた、内側管状部材と可撓性管状部材との間を流体が流れるように、可撓性管状部材の内腔内に配置された内側管状部材を含むこともできる。内側管状部材は、器具および装置を受容するための通路を画定することができる。別の態様では、アクチュエータは、可撓性管状部材の内腔内に配置することができ、エネルギーが供給されると、連続的に作動して径方向に拡張し、これにより可撓性管状部材を径方向に拡張するように構成することができる。この結果、アクチュエータは、可撓性管状部材と第１の部材との間に形成された流路を介して流体を移送することができる。

別の実施形態では、複数のアクチュエータを、第１の部材内の中心ハブの周りに放射状に配置することができる。これらのアクチュエータの軸方向の収縮によりシースが径方向に移動するように、シースをこれらのアクチュエータの周りに配置することができる。アクチュエータの連続的な運動により、１つの通路内に流体を吸引し、近接する通路から流体を排出することができる。

さらに、流体をポンピングするための方法を開示する。一実施形態では、この方法は、一連の電気活性ポリマーアクチュエータに連続的にエネルギーを供給して、これらのアクチュエータにつながった通路を介して流体をポンピングするステップを含むことができる。一実施形態では、一連の電気活性ポリマーアクチュエータは、可撓性の細長いシャフト内に配置することができ、外側管状ハウジングを、この可撓性の細長いシャフトの周りに配置して、外側管状ハウジングと可撓性の細長いシャフトとの間に通路を形成することができる。一連の電気活性ポリマーアクチュエータは、エネルギーが供給されると、可撓性の細長いシャフトを径方向に拡張させて、通路を介して流体をポンピングすることができる。別の実施形態では、一連の電気活性ポリマーアクチュエータを、内部に通路を画定している可撓性の細長いシャフトの周りに配置して、これらの一連の電気活性ポリマーアクチュエータにエネルギーを供給して、可撓性の細長いシャフトを収縮させ、これにより通路を介して流体をポンピングすることができる。さらに別の実施形態では、一連の電気活性ポリマーアクチュエータは、内部を通る通路を画定することができ、エネルギーが供給されると、この一連の電気活性ポリマーアクチュエータは径方向に収縮して、この流路を介して流体をポンピングすることができる。

〔詳細な説明〕
添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読めば、本発明をより完全に理解できるであろう。

ここに開示する装置および方法の構造、機能、製造、および使用の原理を全体的に理解できるように、特定の例示的な実施形態を用いて説明する。このような実施形態の１または複数の例を、添付の図面に例示している。当業者であれば、特にここに開示し、添付の図面に例示する装置および方法が、限定目的ではない例示的な実施形態であり、本発明の範囲が添付の特許請求の範囲によってのみ規定されることを理解できよう。例示的な一実施形態を用いて例示または説明する特徴は、他の実施形態の特徴と組み合わせることができる。このような改良および変更は、本発明の範囲内に含まれるものとする。

流体をポンピングするための様々な方法および装置をここに開示する。流体のポンピングに用いるための方法および装置を開示するが、当業者であれば、このような方法および装置を、ガスや固体を含むあらゆる物質のポンピングに用いることができることを理解できよう。一般に、このような方法および装置は、エネルギーが供給されると方向を変えて、アクチュエータにつながった流路内に流体をポンピングするように構成された１または複数のアクチュエータを利用している。アクチュエータは、様々な構造を有することができるが、例示的な実施形態では、アクチュエータは、電気活性ポリマーである。電気活性ポリマー（ＥＡＰｓ）は、人工筋肉とも呼ばれ、電界または機械的な場に応答して、圧電特性、焦電気特性、または電歪特性を有する材料である。具体的には、ＥＡＰは、電圧がかかると形状を変える一連の導電ドープ型ポリマーである。導電ポリマーは、電極を用いてある種の形態のイオン流体またはイオンゲルと対にすることができる。電極に電圧が加えられると、流体／ゲルから導電ポリマーまたはその逆へのイオンの流れにより、ポリマーの形状が変化し得る。一般に、使用するポリマーおよびイオン流体またはゲルによって、１Ｖ〜４ｋＶの範囲の電圧を加えることができる。ＥＡＰは、エネルギーが加えられても体積が変化せず、単に一方向に拡張し、横方向に収縮することに留意されたい。

ＥＡＰの主な利点の１つは、その振る舞いおよび特性を電気的に制御および微調整できることである。ＥＡＰは、ＥＡＰ全体に外部電圧を加えて繰り返し変形させることができ、加える電圧の極性を逆にして元の形状に迅速に戻すことができる。膨張、直線移動、および曲がる構造を含め、異なる種類の移動構造が得られるように、特定のポリマーを選択することができる。ＥＡＰは、ばねや可撓性プレートなどの機械的機構と組み合わせて、電圧がＥＡＰに加えられた時の機械機構におけるＥＡＰの効果を変更することもできる。ＥＡＰに供給される電圧の大きさは、移動量または寸法の変化に一致するため、エネルギー供給を調節して所望の変化を起こすことができる。

ＥＡＰには、２つの基本タイプがあり、それぞれ複数の構造を有する。第１のタイプは、協働して働くように多数のファイバーが互いに束ねられたファイバーバンドルである。このようなファイバーは通常、約３０μｍ〜５０μｍの大きさを有する。ファイバーは、糸と同じように編んで束にすることができ、ＥＡＰ糸と呼ばれる場合が多い。使用に際し、ＥＡＰの機械的構造によって、ＥＡＰアクチュエータおよびその運動能力が決まる。例えば、ＥＡＰを長いストランドに形成して、１つの中心電極の周りに巻くことができる。可撓性の外側シースが、アクチュエータ用の他方の電極を形成し、装置の機能に必要なイオン流体を含む。このシースに電圧が加えられると、ＥＡＰが膨張して、ストランドが収縮して短くなる。市販のファイバーＥＡＰ材料の一例が、サンタフェ・サイエンス・アンド・テクノロジー（Santa Fe Science and Technology）によって製造され、ＰＡＮＩＯＮ（商標）ファイバーとして販売され、参照を以ってその全てを本明細書の一部とする米国特許第６，６６７，８２５号に開示されている。

図１Ａおよび図１Ｂは、ファイバーバンドルから形成されたＥＡＰアクチュエータ１００の例示的な一実施形態を例示している。図示されているように、このアクチュエータ１００は通常、対向する絶縁エンドキャップ１０２ａ、１０２ｂが形成された細長い円筒状部材の形態である可撓性導電外側シース１０２を含む。しかしながら、導電外側シース１０２は、使用目的によって様々な他の形状および大きさを有することができる。さらに、図示しているように、導電外側シース１０２は、リターン電極１０８ａに接続されており、エネルギー供給電極１０８ｂが、１つの絶縁エンドキャップ（例えば、エンドキャップ１０２ａ）から導電外側シース１０２の内腔を経て、対向する絶縁エンドキャップ（例えば、エンドキャップ１０２ｂ）に至っている。エネルギー供給電極１０８ｂは、例えば、プラチナカソードワイヤとすることができる。導電外側シース１０２は、エネルギー供給電極１０８ｂから外側シース１０２内に配置されたＥＡＰファイバー１０４にエネルギーを供給するために、外側シース１０２内に受容されるイオン流体またはゲル１０６も含むことができる。具体的には、複数のＥＡＰファイバー１０４が並列に配置され、各エンドキャップ１０２ａ、１０２ｂ間に延在し、それらエンドキャップ内まで延びている。上記したように、ファイバー１０４は、様々な方向に配置して、例えば、径方向の膨張や収縮、または曲がる動きなどの所望の結果を得ることができる。使用の際は、エネルギー供給活性電極１０８ｂおよび導電外側シース１０２（アノード）を介して、エネルギーをアクチュエータ１００に供給することができる。このエネルギーにより、イオン流体中のイオンがＥＡＰファイバー１０４内に入り、これによりファイバー１０４が、一方向、例えば径方向に膨張して各ファイバー１０４の外径が増大し、横方向、例えば軸方向に収縮してファイバーの長さが短くなる。この結果、エンドキャップ１０２ａ、１０２ｂが、互いに向かって引っ張られ、可撓性外側シース１０２の長さが収縮して短くなる。

別のタイプのＥＡＰは、ラミネート構造であって、１または複数のＥＡＰの層、各ＥＡＰの層の間に配置されたイオンゲルまたはイオン流体の層、およびプレート陽極やプレート陰極などの構造に取り付けられた１または複数の可撓性導電プレートからなる。電圧が加えられると、ラミネート構造は、一方向に膨張して、横方向すなわち垂直方向に収縮し、可撓性プレートに対するＥＡＰの構造によって、ＥＡＰに結合した可撓性プレートが短くなるか、または曲がる。市販のＥＡＰ材料の一例が、ＳＲＩラボラトリーズ（SRI Laboratories）の一部門であるアーティフィシャル・マスル社（Artificial Muscle Inc）によって製造されている。薄膜ＥＡＰとも呼ばれるプレートＥＡＰ材料は、日本のＥＡＭＥＸからも入手可能である。

図２Ａおよび図２Ｂは、ラミネートから形成されたＥＡＰアクチュエータ２００の例示的な構造を例示している。まず図２Ａを参照すると、アクチュエータ２００は、間に配置された接着層１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄによって互いに接着されたラミネートＥＡＰ複合材である複数の層を含むことができる。この複数の層は、例えば、図示されているように、５つの層２１０、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄとすることができる。１つの層すなわち層２１０が、図２Ｂに詳細に示されている。図示されているように、層２１０は、第１の可撓性導電プレート２１２ａ、ＥＡＰ層２１４、イオンゲル層２１６、および第２の可撓性導電プレート２１２ｂを含み、これらは互いに結合されてラミネート複合材を形成している。この複合材は、さらに図２Ｂに示されているように、可撓性導電プレート２１２ａに結合されたエネルギー供給活性電極２１８ａ、および可撓性導電プレート２１２ｂに結合されたリターン電極２１８ｂを含むこともできる。使用の際は、エネルギー供給活性電極２１８ａを介してアクチュエータ２００にエネルギーを供給することができる。このエネルギーにより、イオンゲル層２１６のイオンがＥＡＰ層２１４内に入り、これにより層２１４が一方向に膨張し、横方向に収縮する。この結果、可撓性プレート２１２ａ、２１２ｂが曲がるか、またはＥＡＰ層２１４が他の形状に変化する。

上述したように、流体をポンピングするために１または複数のＥＡＰアクチュエータを装置内に組み込むことができる。ＥＡＰは、移植用装置または外科装置内に配置できる大きさであるため、電気モータなどの従来のモータによって駆動されるポンプよりも有利である。加えて、１つのモータおよび複雑な歯車構造に依存するのではなく、一連のＥＡＰをポンプ内に分布（例えば、ポンプの長さに沿って、または放射状の構成）させることができる。ＥＡＰはまた、ポンプの遠隔制御を容易にする。これは、特に移植された医療装置に有用である。詳細を後述するように、ＥＡＰは、様々なタイプのポンプを駆動することができる。さらに、いずれのタイプのＥＡＰも用いることができる。限定目的ではない一例では、ＥＡＰアクチュエータは、リングまたはドーナッツ型部材内に形成されたファイバーバンドル型アクチュエータの形態にすることができる。別法では、ＥＡＰアクチュエータは、巻かれて円筒状部材を形成するラミネートすなわち複合ＥＡＰアクチュエータの形態にすることができる。当業者であれば、ここに開示するポンプは、様々な構造を有することができ、様々な医療処置に使用できるように適合できることを理解できよう。例えば、ここに開示するポンプは、胃バンドなどの移植された装置からおよび／または装置に流体をポンピングするために用いることができる。

図３Ａは、ＥＡＰアクチュエータを用いたポンプ機構の例示的な一実施形態を例示している。図示されているように、ポンプ１０は通常、近位端部１４、遠位端部１６、およびこれらの両端部間に延在する内側通路すなわち内腔１８を有する細長い部材１２を含む。内側内腔１８は、流路を画定している。ポンプ１０はまた、細長い部材１２の外面２０の周りに配置された複数のＥＡＰアクチュエータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅを含む。使用の際、詳細を後述するように、アクチュエータ２２ａ‐２２ｅは、電気エネルギーを用いて連続的に作動させ、アクチュエータ２２ａ‐２２ｅを径方向に収縮させ、これにより細長い部材１２を収縮させて内部の流体を移送することができる。

細長い部材１２は、様々な構造を有することができるが、例示的な一実施形態では、内部を流れる流体を受容するように構成され、かつアクチュエータ２２ａ‐２２ｅの方向の変化に応じて曲がるように構成されている可撓性の細長いチューブすなわちカニューレの形態である。細長い部材１２の形状および大きさ、ならびに可撓性および／または弾性の細長い部材１２の形成に用いる材料は、使用目的によって様々にすることができる。ある例示的な実施形態では、細長い部材１２は、シリコーンやラテックスなどの生体適合性ポリマーから形成することができる。他の適当な生体適合性エラストマーの例として、限定するものではないが、合成ポリイソプレン、クロロプレン、フルオロエラストマー、ニトリル、およびフルオロシリコーンを挙げることができる。当業者であれば、所望の機械特性を得るために材料を選択できることを理解できよう。図示していないが、細長い部材１２は、医療装置や流体供給源などへの取付けを容易にする他の構造を含むこともできる。

アクチュエータ２２ａ‐２２ｅは、様々な構造を有することもできる。例示されている実施態様では、アクチュエータ２２ａ‐２２ｅは、細長い部材１２の外面２０の周りに巻かれたＥＡＰラミネートすなわちＥＡＰ複合材から形成されている。接着または他の結合技術を用いて、アクチュエータ２２ａ‐２２ｅを細長い部材１２に取り付けることができる。アクチュエータ２２ａ‐２２ｅは、エネルギーが供給された時に径方向に収縮して軸方向に伸長できるように互いにある距離離間して配置されるのが好ましいが、これらのアクチュエータ２２ａ‐２２ｅは、互いに接触して配置することもできる。当業者であれば、アクチュエータ２２ａ‐２２ｅは、別法として、細長い部材１２内に配置するか、または細長い部材１２と一体成形できることを理解できよう。アクチュエータ２２ａ‐２２ｅは、互いに結合して細長いチューブ状部材を形成することもでき、これにより可撓性部材１２が不必要になる。当業者であれば、５つのアクチュエータ２２ａ‐２２ｅが図示されているが、ポンプ１０が任意の数のアクチュエータを含むことができることを理解できよう。アクチュエータ２２ａ‐２２ｅは、装置のポンプ動作を変更するために、様々な構成、形状、および大きさを有することもできる。

アクチュエータ２２ａ‐２２ｅはまた、所望の運動を得るために様々な向きで可撓性の細長い部材１２に結合することができる。例示されている実施態様では、アクチュエータ２２ａ‐２２ｅの向きは、エネルギーが供給されると、これらのアクチュエータ２２ａ‐２２ｅが径方向に収縮して軸方向に伸長するように配置されている。具体的には、アクチュエータ２２ａ‐２２ｅにエネルギーが供給されると、これらのアクチュエータ２２ａ‐２２ｅは、直径が減少し、これにより細長い部材１２の内径を減少させることができる。このような構成により、詳細を後述するように、アクチュエータ２２ａ‐２２ｅが、連続的に作動して細長い部材１２内の流体をポンピングすることができる。当業者であれば、様々な技術を用いてエネルギーをアクチュエータ２２ａ‐２２ｅに供給できることを理解できよう。例えば、各アクチュエータ２２ａ‐２２ｅは、リターン電極、および電力源からこれらのアクチュエータ２２ａ‐２２ｅにエネルギーを伝達するように構成された供給電極に結合することができる。これらの電極は、細長い部材１２の内腔１８内に通すか、細長い部材１２の側壁に埋め込むか、または細長い部材１２の外面に沿って延在させることができる。これらの電極は、バッテリー源に接続するか、または電気のコンセントに接続するように構成された電気コードを介して延在させることができる。ポンプ１０が、患者の体内に移植するように構成されている場合、これらの電極は、皮下に移植するように構成され、かつ患者の体の外部に位置する外部エネルギー源からエネルギーを遠隔的に受け取るように構成された変圧器に接続することができる。このような構成により、外科手術をしなくても、ポンプ１０上のアクチュエータ２２ａ‐２２ｅを遠隔的に作動させることができる。

図３Ｂ‐図３Ｇは、アクチュエータ２２ａ‐２２ｅを連続的に作動させて蠕動型ポンピング動作を得るための例示的な１つの方法を例示している。この連続的な作動は、第１のアクチュエータ２２ａにエネルギーを供給して、アクチュエータが細長い部材１２の一部を収縮させて内腔１８の直径を減少させて開始することができる。第１のアクチュエータ２２ａへのエネルギー供給を維持したまま、この第１のアクチュエータ２２ａに隣接した第２のアクチュエータ２２ｂにエネルギーを供給する。第２のアクチュエータ２２ｂは、図３Ｃに示されているように、径方向に収縮して直径が減少し、細長い部材１２をさらに圧縮する。この結果、内腔１８内の流体が、細長い部材１２の遠位端部１６に向かって遠位方向に押される。図３Ｄに示されているように、第２のアクチュエータ２２ｂへのエネルギー供給を維持したまま、第１のアクチュエータ２２ａへのエネルギー供給をストップし、これにより第１のアクチュエータ２２ａを径方向に拡張して元の作動していない構造に戻すことができる。次いで、第２のアクチュエータ２２ｂに隣接した第３のアクチュエータ２２ｃにエネルギーを供給して、図３Ｅに示されているように、第３のアクチュエータ２２ｃを径方向に収縮させて、内腔１８内の流体を遠位方向にさらに押すことができる。次いで、第２のアクチュエータ２２ｂへのエネルギー供給をストップして、図３Ｆに示されているように、第２のアクチュエータ２２ｂを径方向に拡張させて元の作動していない構造に戻すことができる。次いで、図３Ｇに示されているように、第４のアクチュエータ２２ｄにエネルギーを供給して、この第４のアクチュエータ２２ｄを径方向に収縮させて、流体をさらに遠位方向に押すことができる。隣接するアクチュエータの連続的な作動と作動停止の工程を続ける。これにより、ポンプ１０の近位端部１４からポンプ１０の遠位端部１６に移動する「パルス」が生成される。必要に応じて、図３Ｂ‐図３Ｇに例示されている工程を繰り返し、ポンピング動作を続けることができる。例えば、アクチュエータ２２ａ‐２２ｅにエネルギーを再び供給して第２のパルスを生成することができる。当業者であれば、最後のアクチュエータ２２ｄと同時に第１のアクチュエータ２２ａを作動させて第１のパルスの直後に第２のパルスを生成することができ、別法として、第１のパルスが終了してある時間が経過してから第２のパルスを生成することができることを理解できよう。

別の実施態様では、ポンプ１０は、内側の細長い部材１２およびアクチュエータ２２ａ‐２２ｅを取り囲む外側の細長い部材２４を含むことができる。これは、図４に例示されている。図４は、可撓性の細長い部材１２の周りにアクチュエータ２２が配置され、このアクチュエータ２２の周りに外側の細長い部材２４が配置されたポンプ１０の断面を示している。外側の細長い部材２４は、アクチュエータを取り囲む単なるハウジングとしても良いし、オプションとして、ポンプ１０に追加の支持、剛性、および／または可撓性を付与しても良い。

別の実施形態では、ポンプ１０は、追加の細長い部材および／または通路を含むことができる。例えば、図５に例示されているように、ポンプ１０は、ポンプ１０内を通る軸方向の通路２８を画定する硬質または半硬質の内側部材２６を含むことができる。使用の際、この通路２８により、例えば、器具、流体、または他の物質を送達するため、および／または視覚的に検査するために、外科部位へアクセスすることができる。内側部材２６は、通路を有するとして例示されているが、当業者であれば、内側部材２６は、別法として、流路を画定し、かつ／またはポンプ１０を構造的に支持する表面を画定する中実または端部が閉じた部材にできることを理解できよう。

図３Ａ‐図５に例示されているアクチュエータは、径方向に収縮して細長い部材１２を圧縮してポンピング動作を生成するが、ポンピング動作は、別法として、アクチュエータを径方向に拡張させて細長い部材の直径を増大させて生成することもできる。例えば、図６は、外側の細長い部材２４’および可撓性の内側の細長い部材１２’を有するポンプ１０’の断面を例示している。この内側の細長い部材１２’は、外側の細長い部材２４’との間に流路を画定している。アクチュエータ（１つのアクチュエータ２２’のみを図示）が、内側部材２６’と可撓性の内側の細長い１２’との間に配置されている。内側部材２６’は、器具、流体、または他の物質を送達するため、および／または視覚的な検査のために、手術部位にアクセスするための通路を画定している。使用の際、アクチュエータ２２’にエネルギーを供給してこのアクチュエータ２２’を径方向に拡張させ、すなわちこのアクチュエータ２２’の直径を増大させ、これにより可撓性の内側の細長い部材１２’を外側の細長い部材２４’に対して径方向に拡張させて、装置１０’内を通して流体をポンピングすることができる。当業者であれば、ポンプ１０’の内側部材２６’および／または外側部材２４’は、ポンプ１０’の所望の構成によって、可撓性、硬質、または半硬質にすることができることを理解できよう。

図７は、ファイバーバンドル型アクチュエータを用いてポンピング動作を生成するポンプ１０’’の別の例示的な実施形態を例示している。具体的には、ポンプ１０’’は、器具、流体、または他の物質の送達のため、および／または視覚的な検査のために手術部位にアクセスするための通路２８’’を内部に画定する細長い部材２６’’を含むことができる。内側の可撓性シース３０’’および外側の可撓性シース３２’’が、細長い部材２６’’の周りに配置され、これらのシースは、間にアクチュエータ２２’’を受容できるように互いにある距離離間して配置されている。言い換えれば、最も外側の可撓性シース３２’’は、内側の可撓性シース３０’’の直径よりも大きい直径を有することができる。アクチュエータ２２’’は、ポンプ１０’’の長さに沿って軸方向に整合したリング状部材内に形成することができる。使用の際、流体を、内側の可撓性シース３０’’と細長い部材２６’’との間を流すことができる。アクチュエータ２２’’にエネルギーが供給されると、このアクチュエータ２２’’が径方向に収縮、すなわちその直径が減少し、これにより作動したアクチュエータ２２’’に隣接して配置された内側および外側の可撓性シース３０’’、３２’’の部分が細長い部材２６’’に向かって移動する。上記したように、エネルギーを連続的にアクチュエータ２２’’に供給して、パルス型のポンピング動作を生成することができる。

図８に例示されているように、ポンプ１０’’は、外側シース３２’’の周りに配置された外側部材２４’’を含むこともできる。内側シース３０’’と細長い部材２６’’との間の空間が、第１の流路３６’’を画定することができ、外側シース３２’’と外側部材２４’’との間の空間が、第２の流路３８’’を画定することができる。アクチュエータ２２’’の連続的な動作により、同時に第１の通路３６’’と第２の通路３８’’を介して流体をポンピングすることができる。

図９Ａおよび図９Ｂは、図８のポンプ１０’’におけるアクチュエータ２２’’のポンピング動作を例示している。一般に、アクチュエータ２２ａ’’‐２２ｊ’’は、連続的に作動して波の動作を生成する。これは、一部のアクチュエータを完全に作動させ、隣接するアクチュエータを部分的に作動させるか部分的に作動停止し、そして一部のアクチュエータを完全に作動停止して行うことができる。上記したように、各アクチュエータに供給されるエネルギーの量は、各アクチュエータの径方向の拡張または収縮の程度に相関しうる。図９Ａに示されているように、一部のアクチュエータ、例えばアクチュエータ２２ｄ’’および２２ｉ’’が、完全に作動して内側シース３０’’を圧縮し、これによりアクチュエータ２２ｄ’’、２２ｉ’’に近接した内側シース３０’’の一部が細長い部材２６’’に対して配置される。隣接するアクチュエータ、例えばアクチュエータ２２ｂ’’、２２ｃ’’、２２ｅ’’、２２ｇ’’、２２ｈ’’、２２ｊ’’が、流体の所望の運動方向に部分的に作動するか部分的に作動停止し、残りのアクチュエータ、例えばアクチュエータ２２ａ’’および２２ｆ’’が、完全に作動停止して完全に拡張した構造である。この結果、アクチュエータ２２ａ’’‐２２ｊ’’が、全体としてポンプの長さに沿った波の構造を形成する。各アクチュエータ２２ａ’’‐２２ｊ’’へのエネルギー供給を続けると、完全に作動した状態と完全に作動停止した状態との間でシフトするため、これらのアクチュエータ２２ａ’’‐２２ｊ’’を連続的に拡張および収縮させて、流体を通路３６’’、３８’’内を移送することができる。図９Ｂに示されているように、アクチュエータ２２ｄ’’および２２ｉ’’が完全に作動停止し、これらのアクチュエータが径方向に拡張し、隣接するアクチュエータ２２ｂ’’、２２ｃ’’、２２ｅ’’、２２ｇ’’、２２ｈ’’、２２ｊ’’が、部分的に作動するか部分的に作動停止し、アクチュエータ２２ａ’’および２２ｆ’’が完全に作動して完全に収縮した構造である。したがって、アクチュエータ２２ａ’’‐２２ｊ’’は、流路３６’’内に圧力をかけて内部の流体を圧縮する。

さらに別の実施形態では、ＥＡＰアクチュエータを、ローブ型またはベーン型ポンプに用いることができる。図１０Ａ‐図１０Ｄは、内部に流路３４１を画定し、かつ入口ポート３５０および出口ポート３５２を含む外側ハウジング３４０を有するポンプ３１０の一実施形態を例示している。中心ハブ３４２が、外側ハウジング３４０内に配置されている。この中心ハブ３４２は、そこから放射状に延びた複数のアクチュエータ３２２を含む。外側シース３４８が、アクチュエータ３２２およびハブ３４２の周りに配置され、内側ハウジング組立体を形成している。使用の際、アクチュエータ３２２は、連続的に作動して外側ハウジング３４０内の内側ハウジング組立体を移動させ、これにより入口ポート３５０を介してポンプ３１０内に流体が引き込まれ、この流体がポンプ３１０内を移動して、出口ポート３５２から排出される。

内側ハウジングおよび外側ハウジングはそれぞれ、様々な構造を有することができるが、例示的な一実施形態では、各ハウジングは、実質的に円筒状すなわち円板型である。外側ハウジング３４０は、実質的に硬質の材料から形成するのが好ましく、内側ハウジングを形成するシース３４８は、半硬質または可撓性の材料から形成するのが好ましい。もちろん、材料は、ポンプ３１０の特定の構造によって様々にすることができる。

シース３４８内に配置されているアクチュエータ３２２は、軸方向に収縮および拡張、すなわちその長さを減少および増大させて、シース３４８を中心ハブ３４２に向かって実質的に引っ張るか、またはシース３４８を中心ハブ３４２から離れる方向に押すように構成するのが好ましい。したがって、アクチュエータ３２２の連続的な作動により、内側ハウジングが、外側ハウジング３４０内で概ね円形パターンで移動し、これにより流体が外側ハウジング３４０内をポンピングされる。当業者であれば、アクチュエータ３２２は、エネルギーが供給されると、軸方向に収縮するのではなく、軸方向に伸長、すなわち長さが増大するように構成できることを理解できよう。

内側ハウジングの運動が、図１０Ａ‐図１０Ｃに例示されている。図１０Ａに示されているように、一部のアクチュエータ、例えばアクチュエータ３２２ｆ、３２２ｇ、３２２ｈ、３２２ｉ、３２２ｊが、部分的または完全に作動し（各アクチュエータにエネルギーが供給される）、これらのアクチュエータは、軸方向に収縮して、これらのアクチュエータに結合されたシース３４８の一部が中心ハブ３４２に向かって引っ張られる。この結果、三日月形の領域が、外側ハウジング３４０内に形成され、流体３５６がこの領域内に引き込まれる。図１０Ｂに示されているように、内側ハウジング組立体が、一部の作動したアクチュエータ、例えばアクチュエータ３２２ｆ、３２２ｇの少なくとも部分的な作動停止と、隣接するアクチュエータ、例えばアクチュエータ３２２ｉ、３２２ｊ、３２２ｋ、３２２ｌ、３２２ａの少なくとも部分的な作動とによってシフトしている。この連続的な作動により、流体３５６が、外側ハウジング３４０の容積内をさらに移動する。アクチュエータ（例えば、３２２ｌ、３２２ａ、３２２ｂ、３２２ｃ、３２２ｄ、３２２ｅなど）の引き続きの連続的な作動により、図１０Ｃに示されているように、流体３５６が外側ポート３５２に向かって引き続き移動する。流体３５６が出口ポート３５２に近接すると、出口ポート３５２に近接したアクチュエータ、例えばアクチュエータ３２２ａ、３２２ｂ、３２２ｃの作動により、流体３５６が外側ポート３５２から排出される。

当業者であれば、上記した実施形態から本発明の他の特徴および利点を理解できるであろう。例えば、このアクセスポートを、患者の手術領域の内腔の深さに一致する様々な長さのアクセスポートを備えるキットに含めることができる。このキットは、任意の数のサイズを含むことができる。別法では、病院のような施設は、アクセスポートのサイズおよび形状を所定数、在庫として備えることができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲の記載を除き、具体的に図示および説明したものに限定されるものではない。ここで言及した全ての刊行物および文献は、参照を以ってそれらの全てを本明細書の一部とする。

〔実施の態様〕
（１）ポンピング装置において、
内部に形成された通路を有する第１の部材と、
前記第１の部材につながっている複数のアクチュエータであって、エネルギーが供給されると、形状を変形させ、これにより前記複数のアクチュエータが連続的に作動して、ポンピング動作を生成して前記第１の部材を介して流体を移動させるように構成されている、前記複数のアクチュエータと、を含む、ポンピング装置。
（２）実施態様（１）に記載の装置において、
前記アクチュエータの各々が、エネルギーが供給されると、径方向に拡張して軸方向に収縮するように構成されている、装置。
（３）実施態様（１）に記載の装置において、
前記アクチュエータの各々が、電気活性ポリマーを含む、装置。
（４）実施態様（１）に記載の装置において、
前記アクチュエータの各々が、少なくとも１つの可撓性導電層、電気活性ポリマー層、およびイオンゲル層を有する少なくとも１つの電気活性ポリマー複合材を含む、装置。
（５）実施態様（１）に記載の装置において、
前記アクチュエータの各々が、これらのアクチュエータに結合されたリターン電極および供給電極を含み、前記供給電極が、外部エネルギー源から前記アクチュエータにエネルギーを供給するように構成されている、装置。

（６）実施態様（１）に記載の装置において、
前記複数のアクチュエータが、前記第１の部材の前記通路内に配置された可撓性の管状部材に結合されている、装置。
（７）実施態様（５）に記載の装置において、
前記可撓性の管状部材が、流体を受容するために内部に形成された内側内腔を含み、前記複数のアクチュエータが、前記可撓性の管状部材の周りに配置されている、装置。
（８）実施態様（６）に記載の装置において、
前記可撓性の管状部材の前記内側内腔内に配置され、器具および装置を受容するための通路を画定している内側管状部材をさらに含み、前記内側管状部材と前記可撓性の管状部材との間を流体が流れるように構成されている、装置。
（９）実施態様（５）に記載の装置において、
前記複数のアクチュエータが、前記可撓性の管状部材の内側内腔内に配置され、エネルギーが供給されると、連続的に作動して径方向に拡張し、前記可撓性の管状部材と前記第１の部材との間を流体が移動するように構成されている、装置。
（１０）実施態様（１）に記載の装置において、
前記アクチュエータが、前記第１の部材内に径方向に配置されている、装置。

（１１）実施態様（９）に記載の装置において、
前記アクチュエータの周りに配置されたシースをさらに含む、装置。
（１２）実施態様（１０）に記載の装置において、
前記アクチュエータが、前記シースの内面および中心ハブに結合されている、装置。
（１３）実施態様（１０）に記載の装置において、
少なくとも１つの前記アクチュエータにエネルギーが供給されると、前記シースが前記第１の部材に対して移動する、装置。
（１４）実施態様（１０）に記載の装置において、
前記アクチュエータが、前記シースが前記第１の部材の内面から離間した収縮位置から、前記シースが前記第１の部材の前記内面に接触した拡張位置まで移動するように構成されている、装置。
（１５）実施態様（１）に記載の装置において、
複数の前記アクチュエータが、それぞれ独立して移動するように構成されている、装置。

（１６）実施態様（１）に記載の装置において、
流体の入口および流体の出口をさらに含む、装置。
（１７）流体をポンピングするための方法において、
一連の電気活性ポリマーアクチュエータに連続的にエネルギーを供給して、これらの電気活性ポリマーアクチュエータに連通する通路を介して流体をポンピングするステップを含む、方法。
（１８）実施態様（１７）に記載の方法において、
前記一連の電気活性ポリマーアクチュエータが、可撓性の細長いシャフト内に配置されており、外側管状ハウジングが、前記可撓性の細長いシャフト内に配置されて、前記通路が、前記外側管状ハウジングと前記可撓性の細長いシャフトとの間に形成されており、前記一連の電気活性ポリマーアクチュエータが、エネルギーが供給されると、径方向に拡張して前記可撓性の細長いシャフトが拡張し、これにより流体が前記通路を介してポンピングされる、方法。
（１９）実施態様（１７）に記載の方法において、
前記一連の電気活性ポリマーアクチュエータが、内部に通路を画定する可撓性の細長いシャフトの周りに配置されており、エネルギーが供給されると、これらの電気活性ポリマーアクチュエータが、径方向に収縮して前記可撓性の細長いシャフトが収縮し、これにより流体が前記通路を介してポンピングされる、装置。
（２０）実施態様（１７）に記載の方法において、
前記一連の電気活性ポリマーアクチュエータが、内部に通路を画定しており、エネルギーが供給されると、前記一連の電気活性ポリマーアクチュエータは径方向に収縮し、これにより流体が流路を介してポンピングされる、方法。

従来技術のファイバーバンドル型ＥＡＰアクチュエータの断面図である。図１Ａに示されている従来技術のアクチュエータの径方向の断面図である。複数のＥＡＰ複合層を有する従来技術のラミネート型ＥＡＰアクチュエータの断面図である。図２Ａに示されている従来技術のアクチュエータの複合層の１つの層の斜視図である。可撓性チューブの周りに配置された複数のアクチュエータを有するポンプの例示的な一実施形態の斜視図である。第１のアクチュエータが作動した図３Ａのポンプの斜視図である。第１および第２のアクチュエータが作動した図３Ａのポンプの斜視図である。第１のアクチュエータが作動を停止し、第２のアクチュエータが作動した図３Ａのポンプの斜視図である。第２および第３のアクチュエータが作動した図３Ａのポンプの斜視図である。第２のアクチュエータが作動を停止し、第３のアクチュエータが作動した図３Ａのポンプの斜視図である。第３および第４のアクチュエータが作動した図３Ａのポンプの斜視図である。内腔の外側の周りに配置されたアクチュエータを有するポンプの別の実施形態の断面図である。内部通路を備えたここに開示するポンプの別の実施形態の断面図である。内部通路を備えたここに開示するポンプのさらに別の実施形態の断面図である。ここに開示するポンプの別の実施形態の断面図である。ここに開示するポンプのさらに別の実施形態の断面図である。図８のポンプの断面図である。（Ａ）は、ここに開示するポンプの別の実施形態の断面図である。（Ｂ）および（Ｃ）は、（Ａ）のポンプの断面図である。（Ｄ）は、（Ａ）のポンプの斜視図である。

Claims

ポンピング装置において、
内部に形成された通路を有する第１の部材と、
前記第１の部材につながっている複数のアクチュエータであって、エネルギーが供給されると、形状を変形させ、これにより前記複数のアクチュエータが連続的に作動して、ポンピング動作を生成して前記第１の部材を介して流体を移動させるように構成されている、前記複数のアクチュエータと、
を含む、ポンピング装置。
請求項１に記載の装置において、
前記アクチュエータの各々が、エネルギーが供給されると、径方向に拡張して軸方向に収縮するように構成されている、装置。
請求項１に記載の装置において、
前記アクチュエータの各々が、電気活性ポリマーを含む、装置。
請求項１に記載の装置において、
前記アクチュエータの各々が、少なくとも１つの可撓性導電層、電気活性ポリマー層、およびイオンゲル層を有する少なくとも１つの電気活性ポリマー複合材を含む、装置。
請求項１に記載の装置において、
前記アクチュエータの各々が、これらのアクチュエータに結合されたリターン電極および供給電極を含み、前記供給電極が、外部エネルギー源から前記アクチュエータにエネルギーを供給するように構成されている、装置。
請求項１に記載の装置において、
前記複数のアクチュエータが、前記第１の部材の前記通路内に配置された可撓性の管状部材に結合されている、装置。
請求項５に記載の装置において、
前記可撓性の管状部材が、流体を受容するために内部に形成された内側内腔を含み、前記複数のアクチュエータが、前記可撓性の管状部材の周りに配置されている、装置。
請求項６に記載の装置において、
前記可撓性の管状部材の前記内側内腔内に配置され、器具および装置を受容するための通路を画定している内側管状部材をさらに含み、前記内側管状部材と前記可撓性の管状部材との間を流体が流れるように構成されている、装置。
請求項５に記載の装置において、
前記複数のアクチュエータが、前記可撓性の管状部材の内側内腔内に配置され、エネルギーが供給されると、連続的に作動して径方向に拡張し、前記可撓性の管状部材と前記第１の部材との間を流体が移動するように構成されている、装置。
請求項１に記載の装置において、
前記アクチュエータが、前記第１の部材内に径方向に配置されている、装置。