JP2008500136A - 薄いピエゾ素子の複数の振動モードを用いた医療用具のためのナノ振動被膜工程 - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図1
Description
1)必要とされるエネルギーが小さく、軽量のバッテリーで長時間使用できる。
2)軽量で小さいピエゾ素子は既存の医療用具に、余分な空間を必要とせずに容易に取り付けることができ、標準的な医療用具を大きく改造する必要がない。
3)これらのピエゾ素子は経済的であり、使用後に廃棄できる。
4)提案するピエゾ素子は小型であり、医療用具の柔軟性を損なわない。
5)提案するピエゾ素子は小型であり、同一の装置に1つあるいはそれ以上用いることができ、大量生産しやすい。
我々の研究所における広範囲にわたる実験は、表面ナノ振動によって、バクテリアの成長に関する問題を妨害できることを示している。微生物は、上述した工程において、付着するためのフィルム表面を備えず、従って増殖することができず、このような工程が中断されることになる。この効果は、周辺領域に数センチメートル拡大し、装置上だけでなく近隣の組織においてもバイオフィルムを妨害する。振動波長および音響波エネルギーは、抗微生物効果の実現において決定的な要因である。事実上のナノ振動被膜は、清潔な表面と同様に付着物の表面上にも生成される。付着は、高濃度の微粒子が存在するときに生じることがある(これにより高粘度の粘着性物質を生成させる)。装置は、微粒子の層で覆われる。このような状況においても、生成された付着物は、付着物の表面上にナノ振動被膜が有効に生成されることを妨害しない。
医療用具の内側および外側表面にナノ振動被膜工程を発生させるために、医療用具に、機械的に振動する共振作動装置を取り付ける必要がある。共振器200は、患者の身体の外で医療用具上に取り付ける必要がある。
図3Aおよび3Bは、このような種類の薄いピエゾ共振器200(円板形状)を示しており、医療用具100の外部表面110に、連結システム400を介して取り付けられている。共振器200は、CPU300からの信号の伝達のために、導電性の電極(銀、真鍮、金あるいはその他の材料)で覆われている。薄いピエゾ共振器200の各表面電極は、異なる領域に1つあるいはそれ以上の分離した領域を備えてもよい。代替的に、薄いピエゾ共振器200は、単純なあるいは複合的なピエゾ材料の分極方向を備えてもよい。
2.最終的に、実験動物を安楽死させ、隣接する粘膜とともに摘出した膀胱および尿道内部をカテーテルとともに検死した。カテーテルは、緩衝剤で処理された4%のホルムアルデヒドに浸され、SEM(走査型電子顕微鏡)分析に供された。泌尿器粘膜領域は、組織病理学分析のために、膀胱の漏斗状気管、膀胱中央部、三角形領域、近位の尿道および遠位の尿道より、緩衝剤で処理された4%のホルムアルデヒド内に収集された。カテーテルは、音響パワーに関連させて小区分に分割された。カテーテル上の発振地点における音圧振幅を、D−body、B−Baloonに分割した。D−bodyは、泌尿器カテーテルの異なる地点上の最大音圧振幅Pmax=0.14(kPa)であり、B−Baloonは最大音圧振幅Pmax=1.2(kPa)である。
実験中を通じて無菌のままであった実験動物の割合は50%(4分の2)である。
実験中を通じて無菌のままであった対照動物の割合は0%である。
感染が発現した実験動物の細菌尿発症までの平均時間は5日である。
対照動物の細菌尿発症までの平均時間は1.5日である。
カテーテルの全ての部分が試験された。以下のSEM評価は我々の研究チームが行った。
ウサギ229(実験対象装置、ウサギ#229に使用したカテーテル本体)については、カテーテルの全部分の試験(入手できなかった先端部を除く)は、独特のバイオフィルムの生成あるいはバクテリアの存在を示さなかった。カテーテル上の物質として、細胞死片、凝固したタンパク質、ラテックスおよびシリコン粒子が確認された。精液細胞が本体の外部表面で観察され、内部表面が広範囲に結晶で覆われていた。
実験結果は、バイオフィルムが独立あるいは非独立に成長している場合、ナノ振動波を導入することで(a)存在しているバイオフィルムを減少させ、(b)バイオフィルムに対する抗生物質の効果を増大あるいは増強させる(バイオフィルムの抗生物質に対する抵抗力を減少させる)。所定の場所(外部および気管の流体、尿等)において、自然排液および生体内で生成される流体の流れに従った運動とともに指向性を持ったナノ振動被膜工程を生成できるために、バクテリアが生体の腔に進入するのを排除あるいは遅延するこができる。これらの全ての要因は感染を遅らせる。
上述の全ての説明および実施形態は、医療用具の使用を限定するためのものとはみなされない。本技術分野における当業者には、本発明による装置上のSAWを、任意の将来に医療用機器や補助装置に結合、搭載あるいは統合することができることが明らかであろう。
Claims (26)
- 留置医療用具にバイオフィルムが生成されるのを防ぐ方法であって、前記医療用具の表面上にナノ振動音響波を適用する工程を有することを特徴とする方法。
- 前記音響波は、前記医療用具の表面の全領域に伝播することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記音響波の振幅は、約1ナノメートル乃至約50ナノメートルの範囲であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記音響波の周波数は、約1Hz乃至約50MHzの範囲であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記音響波の周波数は、約1Hz乃至約10MHzの範囲であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記音響波は、少なくとも2つのピエゾ共振器から発生することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記音響波は、前記医療用具の表面上に支持された板状のピエゾセラミック共振器から発生することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記医療用具は、カテーテルであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記音響波が、前記医療用具の表面に垂直な分極軸を有するピエゾ共振器から適用されることで、前記音響波が前記医療用具の外部表面を伝播するように実質的に制限されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記音響波は、曲げ振動を発生させることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記音響波は、2倍波およびより高次の高調波を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記音響波は、金属材料と結合されてバイモルフ素子を構成するピエゾセラミック材料から発生し、前記各材料は、相対重量比が約0.95乃至約1.35で、層内に存在することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- センサにより前記音響波の有効性と前記医療用具の表面とを検知する工程と、前記音響波の特性を調節するために、前記センサから離れた位置で、検知結果のフィードバックを取得する工程とを有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記音響波は、変調器およびスイッチ装置から伝達される電気信号により駆動する機械的振動装置から発生することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記フィードバックは、病理学的条件および人間の体温であることを特徴とする請求項13に記載の方法。
- 前記音響波は、有害なバイオフィルムを形成するバクテリアと比較して有益なバクテリアの成長を促進するために、選択された振動エネルギーを有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記医療用具は、静脈の流体を提供するカテーテルであり、前記カテーテルはハブまたは連結器を備え、前記音響波は前記ハブまたは前記連結器に取り付けられたピエゾ素子から発生することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 留置医療用具の表面上にバイオフィルムが形成されることを防ぐための装置であって、前記医療用具の表面に沿ってナノ振動音響波を発生させるピエゾ共振器を有することを特徴とする装置。
- 前記音響波は、約1ナノメートル乃至約50ナノメートルの範囲の振幅を有することを特徴とする請求項18に記載の装置。
- 前記音響波は、約1Hz乃至約50MHzの範囲の周波数を有することを特徴とする請求項18に記載の装置。
- さらに、第2のピエゾ共振器を有することを特徴とする請求項18に記載の装置。
- 前記音響波は、2倍波およびより高次の高調波を含むことを特徴とする請求項18に記載の装置。
- 前記ピエゾ共振器は、バイモルフ素子を形成する金属材料と結合されたピエゾセラミック材料を有し、前記各材料は、相対重量比が約0.95乃至約1.35で層内に存在することを特徴とする請求項18に記載の装置。
- さらに、前記医療用具の表面上の前記音響波の有効性を検知するため、および、前記音響波の性質を調節するために前記センサから離れた距離で検知結果のフィードバックを得るためのセンサを有することを特徴とする請求項18に記載の装置。
- 有害なバイオフィルムを形成するバクテリアと比較して有益なバクテリアの成長を促進するために、前記音響波は、選択された振動エネルギーを有することを特徴とする請求項18に記載の装置。
- 前記医療用具はハブまたは連結器を有し、前記ピエゾ共振器は、前記ハブまたは前記連結器に取り付けられていることを特徴とする請求項18に記載の装置。
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