JP2008545476A - Fluid delivery device and fluid delivery method provided with an electrochemical pump having an ion exchange membrane - Google Patents
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Abstract
本発明は流体の送り出し装置を制御可能に調節するための装置およびその方法に関する。本流体送出装置(10)は流体(22)を移送することが出来る電気化学式ポンプ(18)を有する。電気化学式ポンプ産出物室(16)と貯蔵室(12)間に変位可能な部材(14)が配置され、電気化学式ポンプ産出物室(16)は電気化学式ポンプ(18)から生成された水を保持しておくことが出来る。変位可能部材(14)は電気化学式ポンプ(18)から水が生成される毎に制御可能に変位され、貯蔵室(12)は変位可能部材(14)の変位に応じて送り出される流体(22)を収容する。 The present invention relates to an apparatus and method for controllably adjusting a fluid delivery apparatus. The fluid delivery device (10) has an electrochemical pump (18) capable of transferring fluid (22). A displaceable member (14) is disposed between the electrochemical pump product chamber (16) and the storage chamber (12), and the electrochemical pump product chamber (16) receives water generated from the electrochemical pump (18). Can be held. The displaceable member (14) is controllably displaced each time water is generated from the electrochemical pump (18), and the storage chamber (12) is delivered according to the displacement of the displaceable member (14). To accommodate.
Description
本発明は、2002年5月1日出願の合衆国特許出願番号10/137661のCIP出願であり、本発明に参照として引用される。本発明は少量の流体を極めて正確に制御可能に送り出すための電気化学式ポンプを設けた流体送出装置に関する。本発明の装置は、流体送出量を簡単な手段により操作中に変えることが出来る。 The present invention is a CIP application filed on May 1, 2002, U.S. Patent Application No. 10/137661, which is incorporated herein by reference. The present invention relates to a fluid delivery device provided with an electrochemical pump for delivering a small amount of fluid in a highly accurate and controllable manner. The device of the present invention can change the fluid delivery rate during operation by simple means.
医学分野において、流体および/または化学物質などを少量ずつ比較的長時間に渡って投与することが必要な場合がある。そのような流体としは、例えば生物製剤、薬剤、潤滑剤、芳香流体、化学物質(化学剤)などが挙げられる。そのような目的における一般的な例としては、ある薬品を人体中に徐々に服与する場合が挙げられる。そして、そのような流体を人体に徐々に服与するための一般的な装置の一例としては、患者の上に吊り下げられたボトル又はバッグ等から重力によって静脈内投与により流体を投与する点滴装置である。 In the medical field, it may be necessary to administer fluids and / or chemicals in small amounts over a relatively long period of time. Examples of such fluids include biologics, drugs, lubricants, aromatic fluids, chemical substances (chemical agents), and the like. A common example for such purposes is when a drug is gradually taken into the human body. And as an example of a general device for gradually injecting such fluid to the human body, an infusion device that administers fluid by intravenous administration from a bottle or bag suspended on the patient by gravity It is.
患者の上に流体投与装置を吊るす必要を無くし、患者により大きな動きやすさを与えることが出来る、流体を徐々に投与する他の方法も考案されている。そのような方法の一例としては、流体が一定の速度で膜を通じて拡散するようにした拡散制御送り出しポンプを使用する方法が挙げられる。投与量は、膜、例えば経皮薬剤投与パッチ等の性質や当該膜と接する溶液の濃度を変えることにより調節できる。その他の経皮投与技術としては、低ボルトの電流を利用して帯電薬剤を経皮させるイオントフォレーゼ法;高電圧の短い電気パルスを利用して皮膚に一時的水性孔を形成する電気穿孔法;低周波数の超音波エネルギーを利用して角質層を崩壊させるソノフォレシス法;熱を利用して皮膚をより透過性にし且つ薬剤分子のエネルギーを高める熱エネルギー法;マグネトフォレシスも薬剤の経皮流束(drug flux)を高める手段として研究された磁気エネルギー法などが挙げられる。これらの経皮技術のうち、イオントフォレシス(イオン導入法)だけが、部分的な痛みの解消の目的においてのみ商品として開発することが出来ている。経皮方式は全ての場合において流体を徐々に投与するのに好ましい方法とはいえず、その有用性に影響すると思われる下記のような種々の要因を考慮する必要がある。即ち、このような装置を個々の人に固定するのに使用される接着剤が、全ての人の皮膚に良く接着できるとは限らず、またある種の製剤は皮膚を過度に刺激したりアレルギーを起こしたりする。更に、経皮システムは装着するのが煩わしく非常に高価でもある。また高い血中濃度を要求するので、低い効力の薬剤は的確な投与が出来ない。 Other methods of gradually administering fluid have also been devised that eliminate the need to suspend the fluid dispensing device over the patient and give the patient greater mobility. An example of such a method is to use a diffusion controlled delivery pump that allows fluid to diffuse through the membrane at a constant rate. The dose can be adjusted by changing the properties of the membrane, such as a transdermal drug administration patch, or the concentration of the solution in contact with the membrane. Other transdermal administration techniques include iontophoresis, in which charged drugs are transcutaneously utilizing low volt currents; electroporation, in which temporary aqueous pores are formed in the skin using short high-voltage electrical pulses. A sonophoresis method that uses low frequency ultrasonic energy to disrupt the stratum corneum; a heat energy method that uses heat to make the skin more permeable and increase the energy of drug molecules; Examples include a magnetic energy method that has been studied as a means for increasing the drug flux. Of these transdermal technologies, only iontophoresis (iontophoresis) can be developed as a product only for the purpose of partial pain relief. The transdermal system is not the preferred method for gradual administration of fluid in all cases, and it is necessary to consider various factors that may affect its usefulness, such as the following. That is, the adhesives used to secure such devices to individuals may not adhere well to everyone's skin, and certain formulations may cause excessive skin irritation or allergies. Or wake you up. Furthermore, the transdermal system is cumbersome to wear and very expensive. In addition, since a high blood concentration is required, a drug with low efficacy cannot be administered accurately.
流体を個々の人に徐々に服与するためのもう一つのメカニズムとして、メカニカルポンプディスペンサーがある。このメカニカルポンプディスペンサーは種々のタイプのメカニカルポンプを使用して流体を貯蔵室から排出させる。このようなメカニカルポンプを使用したプロセスとしては、Intevac社製のシステム等の連続式静脈内注入ポンプシステム、硬膜外注入システム、ポータブルなインシュリン注入ポンプを利用した皮下注入システム等が挙げられる。外部装着ポンプも一般に経皮カテーテル用に使われているが、外部ポンプは嵩張る場合が多く、また装着者に典型的な形でストラップされるか、又はベルトもしくは革帯などに取り付けて持ち運びされるので不便である。メカニカルポンプの共通の欠点は、体内に挿入される部分が感染を起こす可能性があることである。更に、ほとんどのメカニカルポンプは比較的多量の流体を送り出すように設計されていて、少量の流体を効果的に送り出すとか、又は長時間に渡ってそのような送り出しを行うことは出来ない。 Another mechanism for gradually dispensing fluid to an individual person is a mechanical pump dispenser. The mechanical pump dispenser uses various types of mechanical pumps to drain fluid from the storage chamber. Examples of the process using such a mechanical pump include a continuous intravenous infusion pump system such as a system manufactured by Intevac, an epidural infusion system, a subcutaneous infusion system using a portable insulin infusion pump, and the like. Externally mounted pumps are also commonly used for percutaneous catheters, but external pumps are often bulky and can be strapped in a form typical to the wearer or carried on a belt or leather strap. Inconvenient. A common drawback of mechanical pumps is that the part inserted into the body can cause infection. Furthermore, most mechanical pumps are designed to deliver a relatively large amount of fluid and cannot effectively deliver a small amount of fluid or perform such a delivery over an extended period of time.
その他の流体送り出し方法としては、圧力を利用して流体を個々の人に投与するものがある。例えば装填された貯蔵室ディスペンサーにより流体を圧力下にフレキシブルな貯蔵室に集め、その後に当該流体を貯蔵室内圧の力によって選択的に排出させるようにする方法である。この場合、普通、放出量は多数の複雑なバルブシステムによって調節される。加圧されたガスディスペンサーは加圧されたガスにより流体を排出させる。浸透ディスペンサーの場合には、水に対してある浸透圧勾配を示す溶質を利用して流体を送り出す。ALZA社製「OROSシステム」は、そのような浸透駆動システムの一例であり、浸透現象を薬剤送り出しのエネルギー源としている。「OROSシステム」に於いて、薬剤溶液がタブレットから一定のゼロ台の流率で流れ出し、タブレットは、コア内の全ての固体薬剤が溶解するまで、又はユニットが消失するまで、胃腸(GI)管内を進行する。生体内および生体外試験では、送り出し量は胃腸管運動、pH、及び胃腸管内の食物には無関係であることを示した。薬剤の放出は、薬剤の胃液内の溶解性、コア製剤の浸透圧および膜のサイズと透過性によりコントロールされる。 Other fluid delivery methods include the use of pressure to administer fluid to individual persons. For example, the fluid is collected in a flexible storage chamber under pressure by a loaded storage chamber dispenser, and then the fluid is selectively discharged by the force of the storage chamber pressure. In this case, the discharge is usually regulated by a number of complex valve systems. The pressurized gas dispenser discharges fluid by the pressurized gas. In the case of an osmotic dispenser, a fluid is sent out using a solute showing a certain osmotic pressure gradient with respect to water. The “OROS system” manufactured by ALZA is an example of such an osmotic drive system, and uses the osmosis phenomenon as an energy source for drug delivery. In the “OROS system”, the drug solution flows out of the tablet at a constant zero flow rate, and the tablet is in the gastrointestinal (GI) tract until all the solid drug in the core is dissolved or the unit disappears. To proceed. In vivo and in vitro studies have shown that the delivery rate is independent of gastrointestinal motility, pH, and food in the gastrointestinal tract. Drug release is controlled by drug solubility in gastric juice, osmotic pressure of the core formulation and membrane size and permeability.
上記の種類および技術の流体送出装置の使用が可能であるが、それらの更なる改良が望まれている。例えばある薬剤を人体中に徐々に投与する場合、長時間に渡って流体を少量ずつ連続的に投与することが望まれることがしばしばある。そのような用途においては、流体デイスペンサーが極めて精度が高く信頼性があり、持ち運びが可能な小さな軽量サイズで、且つ使用が便利で簡単なものであることが望まれる。一般に、インプラント可能な薬剤送り出しポンプ及びシステムは、薬剤を所望の部位に直接届けて薬剤の効果を最大限に引き出す一方、体の他の部分における好ましからざる副作用を最小限に抑えるように配慮されている。 Although fluid delivery devices of the types and techniques described above can be used, further improvements thereof are desired. For example, when a drug is gradually administered into the human body, it is often desirable to administer a fluid in small portions continuously over an extended period of time. In such applications, it is desirable that fluid dispensers be extremely accurate and reliable, have a small lightweight size that can be carried, and are convenient and simple to use. In general, implantable drug delivery pumps and systems are designed to deliver the drug directly to the desired site to maximize the effect of the drug while minimizing undesirable side effects in other parts of the body. Yes.
現在、非常に多くのインプラント可能な薬剤送り出しポンプ及びシステムが使用されている。広く使用されているインプラントの一例は、大容量(18mL)のプログラミングが可能な電気化学式SynchroMedポンプである。このSynchroMedポンプは数多くの療法に使用することが出来るが、その欠陥として、コストが高いこと、療法の全体的な費用を高めること、大型のポンプの場合それを設置するのに外科手術が必要なこと等が挙げられる。 A large number of implantable drug delivery pumps and systems are currently in use. An example of a widely used implant is an electrochemical SynchroMed pump capable of programming large volumes (18 mL). This SynchroMed pump can be used for many therapies, but its disadvantages are high cost, increase the overall cost of therapy, and surgery is required to install it for large pumps And so on.
上記のSynchroMedポンプより小型の送り出しポンプも知られている。例えばDUROSシステムの浸透ポンプである。その操作においては、膜を介して水を塩室に浸透的に吸い込ませ、ピストンを圧して薬剤室に挿入させ、薬剤を送出孔から押し出す。このポンプの薬剤送り出しのための駆動力は浸透圧であり、これは使用する塩にもよるが、200気圧にも達する。しかも薬剤を装置からポンプで押し出すのに要する圧力は小さく、薬剤送り出し量はある程度の過剰の非溶解塩が塩室内に残っている限り一定である。この浸透システムは、機械的に駆動される装置と比べて小型でシンプルであり、信頼性が高く製造費も低い。この浸透システムは小型である故、医師の治療室で簡単な作業でインプラントすることが出来る。その一方、浸透ポンプの送り出し量は固定されており、その操作の間に調節することが出来ない。 A delivery pump smaller than the above-mentioned SynchroMed pump is also known. For example, an osmotic pump of a DUROS system. In the operation, water is osmotically sucked into the salt chamber through the membrane, the piston is pressed and inserted into the drug chamber, and the drug is pushed out from the delivery hole. The driving force for the drug delivery of this pump is osmotic pressure, which reaches 200 atm, depending on the salt used. In addition, the pressure required to pump the drug out of the device is small, and the drug delivery rate is constant as long as some excess undissolved salt remains in the salt chamber. This infiltration system is small and simple compared to mechanically driven devices, and is reliable and low in manufacturing costs. Since this osmotic system is small, it can be implanted in a doctor's treatment room with a simple operation. On the other hand, the delivery rate of the osmotic pump is fixed and cannot be adjusted during its operation.
携帯可能であり且つ薬剤を少量ずつ正確に分与することの出来るガス発生装置も薬剤送り出しシステムに使用されている。これらのガス発生方式にはガルバ電池(ボルタ電池)と電解セルが使用される。ガス発生ボルタ電池においては、金属もしくは金属酸化物と電解液との反応により、水素と酸素ガスが各々陰極と陽極に発生する。ボルタ電池とは、電気化学反応を引き起こすのに外部から電圧を与える必要のない電気化学式電池である。典型的には、ボルタ電池の陽極と陰極は電池を通過する電流を規制し、次ぎにダイヤフラムやピストンに力を付与するガスの生成を直接規制する(それにより薬剤を排出させる)抵抗を介して接続される。水素発生ボルタ電池の使用を基本とした送り出しシステムは多数の特許に開示されている(例えば、特許文献1〜3参照)。 Gas generators that are portable and can accurately dispense medication in small amounts are also used in medication delivery systems. For these gas generation systems, galva batteries (voltaic batteries) and electrolysis cells are used. In the gas generating voltaic battery, hydrogen and oxygen gas are generated at the cathode and the anode, respectively, by the reaction between the metal or metal oxide and the electrolytic solution. A voltaic cell is an electrochemical cell that does not require an external voltage to cause an electrochemical reaction. Typically, the anode and cathode of a voltaic cell regulate the current passing through the cell, and then through a resistor that directly regulates the generation of gas that exerts a force on the diaphragm or piston (thus causing the drug to drain). Connected. Delivery systems based on the use of hydrogen generating voltaic cells are disclosed in numerous patents (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
これらの特許に開示された電池においては、亜鉛陽極がアルカリ性電解液と反応して酸化亜鉛を生成し、水分子が多孔性炭素電極上で還元してガス状水素を発生する。更に、還元性酸素を陰極で還元し、水酸イオンを形成するようにした、亜鉛/空気ボタン型セルのように構成された酸素発生ボルタ電池も開示されている(例えば、特許文献4〜5参照)。水酸イオンは陽極で酸化して酸素を放出する。 In the batteries disclosed in these patents, the zinc anode reacts with the alkaline electrolyte to produce zinc oxide, and water molecules are reduced on the porous carbon electrode to generate gaseous hydrogen. Further, oxygen generating voltaic cells configured as zinc / air button type cells in which reducing oxygen is reduced at the cathode to form hydroxide ions are also disclosed (for example, Patent Documents 4 to 5). reference). Hydroxide ions are oxidized at the anode to release oxygen.
ボルタ電池に対して、電解セルは電気化学反応を引きおこすための外部のDC電源を必要とする。電極に電圧が付与されると、電解質がガスを発散させてダイアフラム又はピストンを押し出し、それにより流体を排出させる。流体送り出しシステムに使用されるものとして、3つのタイプの電解ガス発生セルが提案された。第1のタイプは、1.23V以上の動作電圧を必要とする水電解に基くものである。第2のタイプは、酸素および水素ガスポンプとしても知られているもので、水電解システムに使用されるものより低いDC電圧を必要とする。なお、第1及び第2のタイプとも高分子イオン交換膜を使用する。第3のタイプは、陰極で還元金属を生成し、陽極で水の酸化によりガス状の酸素を発生する電解により分解され得る化学的化合物を使用するものである。 For a voltaic cell, the electrolysis cell requires an external DC power source to cause an electrochemical reaction. When a voltage is applied to the electrodes, the electrolyte dissipates the gas and pushes out the diaphragm or piston, thereby draining the fluid. Three types of electrolytic gas generation cells have been proposed for use in fluid delivery systems. The first type is based on water electrolysis that requires an operating voltage of 1.23V or higher. The second type, also known as oxygen and hydrogen gas pumps, requires a lower DC voltage than that used in water electrolysis systems. A polymer ion exchange membrane is used for both the first and second types. The third type uses chemical compounds that can be decomposed by electrolysis that produces reduced metal at the cathode and generates gaseous oxygen by oxidation of water at the anode.
また、水の電解を利用した電気化学的に作動される流体ディスペンサーも開示されている(例えば、特許文献6参照)。このディスペンサーにおいては、電気化学式電池内に水が保持されており、多孔性金属電極が固体重合体カチオン交換膜の両側に連結されており、導電と共に両電極が水と接触し、各々陽極または陰極から生成された酸素または水素を使用するように構成されている。このように、水素、酸素またはその混合ガス(これらはDC電流が電極間に流される際に水の電解により発生する)は流体ディスペンサーの加圧源として使用される。 In addition, an electrochemically actuated fluid dispenser using electrolysis of water is also disclosed (see, for example, Patent Document 6). In this dispenser, water is held in an electrochemical battery, porous metal electrodes are connected to both sides of a solid polymer cation exchange membrane, and both electrodes are in contact with water together with conductivity, and are respectively anodes or cathodes. It is configured to use oxygen or hydrogen generated from. Thus, hydrogen, oxygen or a mixed gas thereof (which are generated by electrolysis of water when a DC current is passed between the electrodes) is used as a pressurizing source of the fluid dispenser.
電気化学式の酸素および水素ポンプは上記の水電解セルと同様に構成され、幾つかの合衆国特許に記載されている(例えば、特許文献7〜10参照)。これらの特許に開示された電気化学的に作動される流体ディスペンサーにおいては、電解質として機能する水を保持したイオン交換膜の対抗面に各々連結された多孔性ガス拡散電極が連結されるように構成された電気化学式電池を有している。電気化学的に駆動される流体ディスペンサーにおいては、電気化学式電池の陽極に水素が供給され陽極と陰極間にDC電流が流された際に水素が陽極において水素イオンに成るという現象を利用している。生成された水素イオンがイオン交換膜を通って陰極に達すると電気化学的反応が起こってガス状水素が発生する。これらのプロセスの基本的効果は水素を膜の片側から他方の側に移送させることであるから、この電池は水素ポンプとも呼ばれる。陰極で生成され加圧された水素はピストンやダイアフラム等を押すための動力源として使用される。 Electrochemical oxygen and hydrogen pumps are constructed similarly to the water electrolysis cell described above and are described in several US patents (see, for example, patent documents 7-10). In the electrochemically operated fluid dispenser disclosed in these patents, the porous gas diffusion electrodes respectively connected to the opposing surfaces of the ion exchange membrane holding water functioning as an electrolyte are connected. Having an electrochemical cell. Electrochemically driven fluid dispensers utilize the phenomenon that hydrogen is supplied to the anode of an electrochemical cell and hydrogen turns into hydrogen ions at the anode when a DC current is passed between the anode and cathode. . When the generated hydrogen ions reach the cathode through the ion exchange membrane, an electrochemical reaction occurs and gaseous hydrogen is generated. Since the basic effect of these processes is to transfer hydrogen from one side of the membrane to the other, this cell is also called a hydrogen pump. The pressurized hydrogen produced at the cathode is used as a power source for pushing pistons, diaphragms and the like.
このタイプの電気化学式電池において、水素の代わりに酸素を反応体として使用することも出来、この場合セルは酸素ポンプとして作用する。このように、酸素が水を保持した電解セルの一方の側で還元し、他方の側で水が酸化するようにし、この様にして生成された分子状酸素が液体を近接貯蔵室から押し出す推進力として使用される。 In this type of electrochemical battery, oxygen can be used as a reactant instead of hydrogen, in which case the cell acts as an oxygen pump. In this way, oxygen is reduced on one side of the electrolysis cell holding water and water is oxidized on the other side, and the molecular oxygen thus generated pushes the liquid out of the proximity storage chamber Used as power.
陰極において還元金属を生成し、陽極において水の酸化によりガス状酸素を発生され、電解により分解し得る化合物を使用したガス発生電解セルが開示されている(例えば、特許文献11参照)。このセルは、その全体構成として、黒鉛陽極、電解液および水酸化銅より成る陰極を有する。セルが接続された回路に電流が流れると、銅が陰極からイオンとして放出され、陽極で酸素が放出される。貯蔵安定性を確保するため、各セルが電気化学反応を進行できるための印加電圧を必要とするように、活性な陰極物質を選択する。ガス生成セルに電流を流すため、回路には電池が設けられている。陽極で発生される酸素の量は電流に直比例し、嚢(bladder)又はその他の流体保持貯蔵部(ガス発生と連動する移動可能な壁を有する)から流体を放出させる役割を演じる加圧剤として作用する。 A gas generating electrolysis cell is disclosed that uses a compound that generates reduced metal at the cathode, generates gaseous oxygen by oxidation of water at the anode, and can be decomposed by electrolysis (see, for example, Patent Document 11). This cell has a graphite anode, an electrolytic solution, and a cathode made of copper hydroxide as its entire configuration. When a current flows through the circuit to which the cell is connected, copper is released as ions from the cathode and oxygen is released at the anode. In order to ensure storage stability, the active cathode material is selected such that each cell requires an applied voltage to allow the electrochemical reaction to proceed. A battery is provided in the circuit in order to pass a current through the gas generating cell. The amount of oxygen generated at the anode is directly proportional to the current, and a pressurizing agent that plays the role of releasing fluid from a bladder or other fluid holding reservoir (with movable walls in conjunction with gas generation) Acts as
上述の電気化学的に作動する流体送出装置は、ある種の用途には有用であるが、他の用途には最善とはいいがたい。特に、ガス生成セルを基本としたポンプは温度や大気圧に敏感である。したがって、浸透または電気浸透型ポンプの方がより好適である場合も多い。 The electrochemically-actuated fluid delivery device described above is useful for certain applications, but not best for other applications. In particular, pumps based on gas generating cells are sensitive to temperature and atmospheric pressure. Therefore, osmotic or electroosmotic pumps are often more suitable.
浸透ポンプは浸染水またはもう一つの作動液を使用する。このポンプは次の三つの室、即ち塩室、水室および流体室から成る。塩室と水室は半透膜により仕切られている。この構成により、膜を通して水を移動させるための高い浸透駆動力が得られる。この膜は水は通すが塩は通さない。流体室は可撓性ダイアフラムにより他の二つの室から仕切られる。水が、かなり大きな静水圧を生ぜしめる塩室内に浸透的に浸染し、この静水圧によりダイアフラムが押され、流体を排出させる。浸透ポンプの使用は一定の流体の送り出しが要求される用途に限定される。流体の流量を変えるには、異なった出力の多数の浸透ポンプを設ける必要がある。浸透ポンプには又、充電時間(charging)−液体が半透膜を通って拡散し定常状態で浸透物質を溶解し始める時間−が必要で、これは流体の送り出しを遅延させ、更に即時的または緊急的な使用に対する適性を損なう。浸透作動型装置の流体送り出し量は変えることが出来ず、また、送り出しを始めた後に流体の送り出しを中断することも出来ない。従って、迅速にスイッチを入れることが出来、リモートコントロールで送り出し量を変えることの出来る装置を利用することが望ましい。 Osmotic pumps use dip water or another hydraulic fluid. This pump consists of the following three chambers: a salt chamber, a water chamber and a fluid chamber. The salt chamber and the water chamber are separated by a semipermeable membrane. This configuration provides a high osmotic driving force for moving water through the membrane. This membrane allows water but not salt. The fluid chamber is separated from the other two chambers by a flexible diaphragm. Water permeates osmotically into the salt chamber, which creates a fairly high hydrostatic pressure, and this hydrostatic pressure pushes the diaphragm and drains the fluid. The use of osmotic pumps is limited to applications where constant fluid delivery is required. To change the fluid flow rate, it is necessary to provide a large number of osmotic pumps with different outputs. Osmotic pumps also require charging--a time during which the liquid diffuses through the semipermeable membrane and begins to dissolve the osmotic material in a steady state--which delays the delivery of fluid and is more immediate or Impairs suitability for urgent use. The fluid delivery amount of the osmotic device cannot be changed, and the fluid delivery cannot be interrupted after the delivery is started. Therefore, it is desirable to use a device that can be switched on quickly and that can change the feed amount by remote control.
電気浸透型ポンプはイオン交換選択透過膜を有した電解セルであり、従って電極反応を生じさせるための外部DC電源が必要である。電気浸透型流体移送に基いた電気化学的に作動される流体ディスペンサーが開示されている(例えば、特許文献12参照)。ポンプは流体入り口と出口を有したプラスチックハウジング、当該ハウジング内に配置されDC電源に接続された一対の離間された銀−塩化銀電極、流体に対して高いゼータ電位を有する多孔性のセラミックプラグ、当該セラミックプラグとそれに面した電極との間で、セラミックプラグの各側に配置された陽イオン交換膜、および流体入り口からプラグの一方の側に、且つプラグの他方の側から出口に通ずるハウジング内に設けられた流路から成っている。陽極と陰極間に電位差が印加されると、送液流体が多孔プラグを通って陽極から陰極に流れる。この多孔プラグを設けた電気浸透ポンプの特異な欠点の一つは、流体送り出し圧力が非常に低い(0.5atmよりかなり低い)ことである。更に、作動流体中のイオンによってゼータ電位が影響を受け、電気浸透流量を減少させる。この電気浸透ポンプのもう一つの欠点は、外部のDC電源を必要とし、そのため流体送出装置の全体の容積効率が低くなることである。 The electroosmotic pump is an electrolysis cell having an ion exchange permselective membrane, and therefore requires an external DC power source to cause an electrode reaction. An electrochemically actuated fluid dispenser based on electroosmotic fluid transfer is disclosed (see, for example, Patent Document 12). The pump has a plastic housing with a fluid inlet and outlet, a pair of spaced silver-silver chloride electrodes disposed in the housing and connected to a DC power source, a porous ceramic plug having a high zeta potential for the fluid, Between the ceramic plug and the electrode facing it, a cation exchange membrane arranged on each side of the ceramic plug and in the housing leading from the fluid inlet to one side of the plug and from the other side of the plug to the outlet It consists of the flow path provided in. When a potential difference is applied between the anode and the cathode, the liquid feeding fluid flows from the anode to the cathode through the porous plug. One of the unique disadvantages of electroosmotic pumps with this porous plug is that the fluid delivery pressure is very low (much lower than 0.5 atm). Furthermore, the zeta potential is affected by ions in the working fluid, reducing the electroosmotic flow rate. Another drawback of this electroosmotic pump is that it requires an external DC power source, which reduces the overall volumetric efficiency of the fluid delivery device.
従って、所望によって流体送り出し量が変えられるよう迅速に調節可能な高性能なプログラミング可能な送り出し構造を有したインプラント可能な高容積効率の流体ディスペンサーが望まれている。送り出し構造部分は流体ディスペンサーの小さな部分を占めるに止まり、少量の流体を正確に送り出すとことができ、大気圧や温度に影響されないものが望まれている。 Accordingly, there is a need for an implantable high volumetric fluid dispenser having a high performance programmable delivery structure that can be rapidly adjusted to vary fluid delivery as desired. The delivery structure part occupies only a small part of the fluid dispenser, and it is desired that a small amount of fluid can be delivered accurately and is not affected by atmospheric pressure or temperature.
本発明の目的は、高い容積効率の流体ディスペンサーを含み、その流体送り出し機構が全体の装置の小さな部分を占めるようにした流体送出装置を提供することである。 It is an object of the present invention to provide a fluid delivery device that includes a high volumetric efficiency fluid dispenser such that its fluid delivery mechanism occupies a small portion of the overall device.
本発明の他の目的は、小型で携帯可能で、且つインプラントが可能な流体送出装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a fluid delivery device that is small, portable and implantable.
本発明の他の目的は、精度が高く少量の流体を正確に送り出すことが出来る流体送出装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a fluid delivery device capable of accurately delivering a small amount of fluid with high accuracy.
本発明の他の目的は、液体送り出し量を迅速に変えるよう制御できる調節可能な流体送出装置を提供することである。 It is another object of the present invention to provide an adjustable fluid delivery device that can be controlled to quickly change the liquid delivery rate.
本発明の他の目的は、可動部分が少なく構造が簡単で、機械的破損の少ない流体送出装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a fluid delivery device that has fewer moving parts, has a simple structure, and is less mechanically damaged.
本発明の他の目的は、圧縮されうるような部品を使用せず、本装置がどのような標高の場所でも使用でき、また広範囲の大気圧下で使用可能とした流体送出装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a fluid delivery device that does not use any parts that can be compressed, can be used at any altitude, and can be used under a wide range of atmospheric pressures. It is.
本発明の要旨は、以下の要素、即ち(a)水の移送可能な電気化学式ポンプと;(b)電気化学式ポンプから生成された水を高圧力下でも保持できる電気化学式ポンプ産出物室と;(c)電気化学式ポンプからの水の生成に応じて調節可能に変位できる変位可能部材と;(d)変位可能部材の変位に応じて送り出される流体を収容することの出来る貯蔵室と;(e)電気化学式ポンプ、電気化学式ポンプ産出物室、変位可能部材および貯蔵室を収納するハウジング、とから成る調節可能に水移送を行うことが出来る流体送出装置に存する。変位可能部材は、ピストン、ブラダー(嚢)、ベロー、ダイアフラム、プランジャー及びそれらの組み合わせから成る群より選択されることが望ましい。本流体送出装置は、更に流体を所望の部位に送付するためのカテーテルを設けることも出来る。 The gist of the present invention consists of the following elements: (a) an electrochemical pump capable of transporting water; (b) an electrochemical pump production chamber capable of holding water generated from the electrochemical pump under high pressure; (C) a displaceable member that can be displaceably adjustable in response to the generation of water from the electrochemical pump; (d) a storage chamber that can contain fluid delivered in response to the displacement of the displaceable member; ) A fluid delivery device capable of adjustable water transfer comprising an electrochemical pump, an electrochemical pump product chamber, a displaceable member and a housing containing a storage chamber. The displaceable member is preferably selected from the group consisting of a piston, bladder, bellows, diaphragm, plunger, and combinations thereof. The fluid delivery device may further include a catheter for delivering fluid to a desired site.
本発明の好適な実施態様において、ポンプ構造が、防護用多孔セパレーター、第一電極、第二電極、イオン交換膜および電気制御器から構成される。この実施態様において、上記ポンプは、更に流体送り出しを開始させる作動スイッチ、制御器、例えばリモートコントロール可能な又は不能な電気抵抗もしくは回路で、流体送り出しのより迅速な開始および停止を可能にし、且つより迅速な調節を可能にする手段、および上記膜を物理的に支持する支持部材を有することが出来る。 In a preferred embodiment of the invention, the pump structure consists of a protective porous separator, a first electrode, a second electrode, an ion exchange membrane and an electrical controller. In this embodiment, the pump further enables the fluid delivery to be started and stopped more quickly with an actuation switch, controller, such as a remotely controllable or impossible electrical resistance or circuit that initiates fluid delivery, and more Means that allow rapid adjustment and a support member that physically supports the membrane may be included.
本発明の更なる実施態様において、貯蔵室は一つ又はそれ以上の開口、例えば排出口と供給/再供給口とを有し、生物製剤、薬剤、滑剤、芳香液、化学剤およびそれらの混合物より成る群から選択された一つの流体を収納する。 In a further embodiment of the invention, the storage chamber has one or more openings, for example outlets and supply / resupply ports, which are biologics, drugs, lubricants, fragrances, chemical agents and mixtures thereof. Contains one fluid selected from the group consisting of:
本発明の更に他の実施態様において、以下の工程、即ち(a)電気化学式水送液ポンプを使用した流体送出装置を提供する工程と;(b)電気化学式水送液ポンプから水を送液してポンプ産出物室の容積を拡大する工程と;(c)拡大された産出物室から十分な圧力を発生させる工程と;(d)変位可能部材を変位させることにより流体送出装置から制御可能に流体を排出させる工程とから成る流体送出方法が提供される。
に存する。
In yet another embodiment of the present invention, the following steps: (a) providing a fluid delivery device using an electrochemical water delivery pump; (b) delivering water from an electrochemical water delivery pump Expanding the volume of the pump output chamber; (c) generating sufficient pressure from the expanded output chamber; and (d) controlling from the fluid delivery device by displacing the displaceable member. A fluid delivery method comprising the steps of:
Exist.
本発明のは流体送出装置は、少量の流体を極めて正確に制御可能に送り出すための電気化学式ポンプを設けており、流体送出量を簡単な手段により操作中に変えることが出来る。 The fluid delivery device of the present invention is provided with an electrochemical pump for delivering a small amount of fluid in a highly accurate and controllable manner, and the fluid delivery rate can be changed during operation by simple means.
以下、本発明を更に詳細に説明する。本願発明は種々の異なった形態で具現され得るが、本明細書および図面においてはその幾つかの態様について詳細に説明する。但しここに示される実施態様は本発明の原理の例示に過ぎず、本発はここに示された実施態様に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail. While the present invention may be embodied in a variety of different forms, several aspects thereof are described in detail herein and in the drawings. However, the embodiment shown here is merely an example of the principle of the present invention, and the present invention is not limited to the embodiment shown here.
本明細書に言及された同様または類似の要素および/または構成部分は全ての図面において同様の符号で示されている。 Similar or similar elements and / or components referred to herein are designated by the same reference numerals in all figures.
図1に、本発明の第1の実施態様、即ち、貯蔵室12、変位可能部材14、電気化学式ポンプ産出物室16、電気化学式ポンプ18及びハウジング20から成る流体送出装置10を示す。図1は本発明の流体送出装置を模式的に示すものであり、従ってその幾つかの構成部は、より明快な図的理解のため、実際の尺度とは異なっていることもある。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention, namely a
貯蔵部12は、変位可能部材14の変位に伴って送り出される流体22、例えば生物製剤、薬剤、潤滑剤、芳香液、化学剤またはそれらの混合物などの流体を収納することが出来る。本発明で言う「流体」とは、液体、ゲル、ペースト、その他貯蔵部から送出することが出来る半固体状の物質を意味する。貯蔵部12には、流体送出装置10からの流体22の送り出しをコントロールするための一つ以上の開口24が設けられている。貯蔵部12は、金属、ガラス、天然または合成プラスチック、それらの複合体など種々の任意の材料で製造することが出来る。
The
変位可能部材14は、貯蔵部12と電気化学式ポンプ産出物室16との間に配置される。図1には、変位可能部材14としてピストンから成るものが示されているが、この他にも周知の他の同様の部材、例えば、ブラダー(嚢)、ベロー(蛇腹)、ダイアフラム(隔膜)、プランジャー及びそれらの組み合わせからが例示され、これらに限定されない。
The
電気化学式ポンプ産出物室16は、変位可能部材14と電気化学式ポンプ18との間に配置され、下記に詳述するように、電気化学式ポンプ18の作動中に制御可能に生成される水26を保持することが出来る。貯蔵部12と同様に、この電気化学式ポンプ産出物室16も金属、ガラス、天然および合成プラスチック、それらの複合体など種々の任意の材料で製造することが出来る。
The electrochemical
図1に示す電気化学式ポンプ18は、多孔保護セパレーター28、補助電極室30、補助電極32、イオン交換膜34、能動電極36、電気抵抗38、作動スイッチ40、及び支持部材42から構成される。
The
多孔保護セパレーター28は、貯蔵部12からは遠位の、流体送出装置の端部に配置されている。この多孔保護セパレーター28は通常人体からのH2O分子を通すが、補助電極室30からの食塩水−例えばNaClのような金属ハロゲン化物−と協同して外部の供給源46−例えば生体の内部−からの水を補助電極部30内に拡散もしくは移送させる。セパレーター28は多くの物質、例えば金属、ガラス、天然もしくは合成プラスチック、複合体など(これに限らない)の一つで製造することが出来る。このセパレーターの目的を果たすものであれば、多孔保護ゲルを使用してもよい。この多孔保護セパレーター又はゲルは、通常、H2O(水)分子又は食塩水を通す。更に、このセパレーター又はゲルに、水または食塩水貯蔵部を設けてもよい。
The perforated
この多孔保護セパレーター28は設けなくてもよく、補助電極部30を当該セパレーターなしで自蔵させてもよい。そのような実施態様において、補助電極は直接流体に露呈され、外部供給源からの水の移送なしに、必要量の水が補助電極部30に供給される。
The porous
本発明の第1の実施態様において、陰イオン交換膜、補助電極32、陰イオン交換膜34および能動電極36は、各々多孔保護セパレーター28に近接して配置されている。補助電極32は、能動金属陽極と連結されると容易に還元される多孔陰極ペレットで構成される。補助電極32は多孔塩化銀、二酸化マンガン、その他の能動金属陽極と連結された際に容易に還元されるか又は還元反応−例えば酸の還元または水からの気体水素の発生−を促進させるような物質で構成することが出来る。能動金属陽極36は、亜鉛、鉄、マグネシウム、アルミニウム、その他耐蝕性金属もしくは合金などから製造された固体ペレット、メッシュ又は金属粉型電極である。図示されていないが、補助電極32は、銀、チタン、プラチナ、その他耐蝕性金属などで製造された従来型の集電装置、例えばスクリーン型、メッシュ型またはワイヤー型などの集電装置を設けてもよい。また、能動金属陽極36は、上述したものと同様の金属で製造されたスクリーン、メッシュ、ワイヤー型などの従来型の集電装置を設けてもよく、また、他の金属、例えば能動陽極金属と同様の金属で被覆された黄銅などで構成されてもよい。上記の説明においては、電極物質および集電装置の特定の例の例示目的で示したが、上記のほか当業者には周知の他の電極物質の使用も同様に考え得る。
In the first embodiment of the present invention, the anion exchange membrane, the
陰イオン交換膜34は第一電極32と第二電極36間に配置されている。陰イオン交換膜34の構成物質については当技術分野において周知のものであり、詳しい説明は不要である。要するにそれらの物質は強塩基型の架橋ポリマー樹脂である。そのような樹脂の好適な例としては、荷電基として第四アンモニウムイオンを有するスチレンとジビニルベンゼンとの共重合体であり、塩化物イオンに対しては高い選択性を有するが有機的な汚染に対しては高い耐性を示すものである。このような陰イオン膜の例としては、AMERIDA(www.amerida.com)から市販されているNeosepta型の膜が挙げられる。
The
本発明の、陽イオン交換膜を設けた第2の実施態様においては、補助電極32、陽イオン交換膜34および能動電極36が各々多孔保護セパレーター28に近接して配置される。補助電極32は、亜鉛、鉄、マグネシウム、アルミニウム、その他の耐蝕性の金属または合金から造られた固体ペレット型、メッシュ型または金属粉型電極である。能動金属陽極36は、陽極36と連結されると容易に還元される多孔陰極ペレットである。補助電極32は多孔塩化銀、二酸化マンガン、その他の能動金属陽極と連結された際に容易に還元されるか或いは還元反応−例えば酸の還元または水からの気体水素の発生−を促進させるような物質で構成することが出来る。図示されていないが、補助金属電極32は、陽極36と同様の金属で製造された従来型の集電装置、例えばスクリーン型、メッシュ型またはワイヤー型などの集電装置を設けてもよく、また、他の金属、例えば能動陽極金属と同様の金属で被覆された黄銅などで構成してもよい。能動電極36はまた銀、チタン、プラチナ、その他の耐蝕金属で製造された従来型の集電装置、例えばスクリーン型、メッシュ型またはワイヤー型集電装置を有していてもよい。上記の説明においては電極物質および集電装置の特定の例を例示の目的で示したが、当業者には周知の他の電極物質の使用も可能である。
In the second embodiment of the present invention in which a cation exchange membrane is provided, the
図1において、陽イオン交換膜34は第一電極32と第二電極36との間に配置される。陰イオン交換膜34の構成物質については当技術分野において周知のものであり、詳しい説明は不要である。要するにそれらの物質は強塩基型の架橋ポリマー樹脂である。そのような樹脂の好適な例としては、荷電基としてスルフォン酸イオンを有するスチレンとジビニルベンゼンとの共重合体であり、ナトリウムイオンに対して高い選択性を有するものである。このような陽イオン膜の市販のもの、例えばNafion型の膜は、Dupontから販売されている。
In FIG. 1, the
電気制御回路38が公知の電線用導管を介して各電極に接続され、以下に詳述するように、外部供給源46からポンプ産出物室16への水の送り出し量を直接制御する。支持部材42は非常に多孔性の固体ディスク材であり、イオン交換膜に機械的剛性を付与し、水がそれを通って移送されるように作用する。支持部材42は硬質プラスチック、セラミック、ガラス又はチタンのような耐蝕性金属もしくはそれらの組み合わせ等から造られる。
An
作動させると、流体送出装置10が以下のプロセスに従って流体22を送り出す。最初に作動スイッチ40を押すと電気回路が完成して各電極32、36で電極反応が起こり、水が外部供給源46から抜き出され、最終的にイオン交換膜34を介して電気ポンプ産出物室16に送り込まれる。このようにして、外部供給源46−例えば人体−からの水が多孔保護セパレーター28を通って第一電極室30内に導入される。
When activated,
本発明の第1の実施態様において、第一電極32が塩化銀で構成され第二電極が亜鉛で構成された場合は次のような反応が生じる。まず第一電極を構成する塩化銀が金属銀に成り、次の式に従って塩化物イオンを溶液中に放出する。
In the first embodiment of the present invention, when the
2AgCl+2e−1 → 2Ag+2Cl− (1) 2AgCl + 2e −1 → 2Ag + 2Cl − (1)
これにより生成された塩化物イオンが水に溶解し、電界の影響下でイオン交換膜34を通って電気ポンプ産出物室16内の第二電極36の方向に移動する。第二電極36では、次の式に従って亜鉛が溶解する。
As a result, the generated chloride ions dissolve in water and move through the
Zn → Zn2++2e− (2) Zn → Zn 2+ + 2e − (2)
このようにして形成された亜鉛イオンは導入された塩化物イオンと反応し、次の式に従って塩化亜鉛を生成する。 The zinc ions thus formed react with the introduced chloride ions to produce zinc chloride according to the following formula.
Zn2++2Cl− → ZnCl2 (3) Zn 2+ + 2Cl − → ZnCl 2 (3)
式(3)による塩化亜鉛の電気化学的形成の他に、塩化物イオンが膜を通過する間に水が塩化物イオンに連行され、膜の他端で水が更に生成される。この水の送液は業界では電気浸透送液(electroosmotic transport)として知られている。この陰イオン膜は、陰イオンに対して選択性を有しているので、陰イオンだけがこの膜を通過できる。このようにして水は膜を通って一方向だけに送液される。 In addition to the electrochemical formation of zinc chloride according to formula (3), water is entrained in the chloride ions as they pass through the membrane, and more water is produced at the other end of the membrane. This water delivery is known in the industry as an electroosmotic transport. Since this anion membrane is selective to anions, only anions can pass through this membrane. In this way, water is fed in only one direction through the membrane.
塩化亜鉛の連続的な生成による電気化学式ポンプ産出物室16内におけるイオン濃度の着実な上昇により浸透効果による水の送液が更に増強される。しかしながら、このイオン交換膜は、ポンプ産出物室16から電極室30への塩化亜鉛分子の逆拡散を阻止できない。この逆拡散の程度はイオン交換膜の性質およびポンプ産出物室16と補助電極室30との濃度の相違に依存する。かくして電気化学式ポンプ産出物室16において塩化亜鉛の平衡濃度が達成され、その結果浸透効果により水が送液される。このようにして、電気浸透および浸透の両効果によるポンプ産出物室16内への水送液の定常状態流束(steady state flux)が達成される。浸透流束(osmotic flux)は、所望の濃度勾配をもたらす電気浸透流束(electro−osmotic flux)によるものである。従って、浸透流束は、電気浸透駆動力を修正することによって修正できる。浸透系の装置の場合、このような修正は不可能であり、流体送り出し量も調節できない。電気化学式ポンプ産出物室16に送液された水分子は当該室内に圧力を発生させる。この圧力の発生により、ポンプ産出物室16から補助電極室30への水のある程度の逆送液が引き起こされる。
The steadily increasing ion concentration in the electrochemical
ある所定のイオン交換膜に対して得られる定常状態流束は、次のような数式によって示すことが出来る。 The steady state flux obtained for a given ion exchange membrane can be expressed by the following mathematical formula.
JSteady State flux = Jeo+Jof−Jbd−Jhf (I) J Steady State flux = J eo + J of -J bd -J hf (I)
上記式において、Jeo = 電気浸透流束(electroosmotic flux)、Jof = 浸透流束(osmotic flux)、Jbd = 逆拡散流束 (backdiffusion flux)、Jhf = 油圧流束(hydraulic flux)である。 In the above equation, J eo = electroosmotic flux, J of = osmotic flux, J bd = back diffusion flux, J hf = hydraulic flux is there.
本発明の第2の実施態様において、第一電極32が亜鉛で構成され第二電極36が塩化銀で構成された場合は次のような反応が生じる。まず電極の亜鉛が次の式に従って溶解される。
In the second embodiment of the present invention, when the
Zn → Zn2++2e− (4) Zn → Zn 2+ + 2e − (4)
食塩水中に存在するナトリウムイオンは、イオン交換膜34を通ってポンプ産出物室16の第二電極36の方向に、電界の影響下に移行する。第二電極36では、次の式に従って塩化銀が金属銀に変えられて溶液中に塩素イオンを放出する。
Sodium ions present in the saline solution pass through the
2AgCl+2e− → 2Ag+2Cl− (5) 2AgCl + 2e − → 2Ag + 2Cl − (5)
移行したナトリウムイオンは、次の式に従って塩素イオンと反応して塩化ナトリウムを生成する。 The transferred sodium ions react with chlorine ions according to the following formula to produce sodium chloride.
Na++Cl− → NaCl (6)
式(6)による塩化ナトリウムの電気化学的生成のほかに、ナトリウムイオンが膜を通過している時、水がナトリウムイオンと共に電気浸透的に送液され、膜の反対側で水が更に生成される。陽イオン膜は陽イオンに対する選択性を有しているので陽イオンだけが膜を通過できる。従って、水は膜を通って一方向のみに送液される。
Na + + Cl − → NaCl (6)
Besides the electrochemical production of sodium chloride according to equation (6), when sodium ions are passing through the membrane, water is electroosmotically pumped with the sodium ions and further water is produced on the other side of the membrane. The Since the cation membrane has selectivity for cations, only cations can pass through the membrane. Therefore, water is sent through the membrane in only one direction.
塩化ナトリウムが連続的に生成されるので、電気化学式ポンプ産出物室16でイオン濃度が着実に上昇して浸透効果により水を更に送液する。しかしイオン交換膜は、ポンプ産出物室16から第一電極室30への塩化ナトリウムイオンの逆送を引き起こす。そのような逆送の程度は、イオン交換膜の性質およびポンプ産出物室16と補助電極部30との濃度の相違に依る。かくして、ポンプ産出物室16において塩化ナトリウムの平衡濃度が達成され、浸透効果により水が送液される。ポンプ産出物室16内への水送液の定常状態流束が電気浸透および浸透の両効果により達成される。浸透流束は所望の濃度勾配をもたらす電気浸透流束によるものである。従って、浸透流束は電気浸透駆動力を修正することによって修正できる。浸透系の装置では、このような修正は不可能であり、従って流体送り出し量も調節できない。電気化学式ポンプ産出物室16に搬送された水分子は当該室内に圧力を発生させる。この圧力の発生により、ポンプ産出物室16から補助電極室30への水のある程度の逆送液を引き起こす。ある所定のイオン交換膜について得られる定常状態流束は、上記に示したのと同じ方程式で表すことが出来る。
Since sodium chloride is continuously produced, the ion concentration steadily rises in the electrochemical
上述した両実施態様において、電気化学式ポンプ産出物室16内に高い圧力を発生させることが出来る。高圧力は粘凋な組成物の送り出しに、また周囲の圧力変化にあまり影響されない送り出し操作を可能にするの場合に好ましい。
In both embodiments described above, high pressure can be generated in the electrochemical
上記の第1の実施態様において生じる圧力について図6に示す。生じることの出来る最大圧力(Pmax,流束がゼロになる圧力)は0.136mA/cm2で20psiである。3.8倍の電流密度(0.525mA/cm2)で操作したところ、700psiのPmaxが得られた。本発明の第2の実施態様において生じる圧力について図7に示す。Pmaxは0.136mA/cm2で350psiである。
FIG. 6 shows the pressure generated in the first embodiment. The maximum pressure that can be generated (P max , the pressure at which the flux is zero) is 20 psi at 0.136 mA / cm 2 . When operated at a current density of 3.8 times (0.525 mA / cm 2 ), a
発生した圧力は変位可能部材14(唯一の可動部材)を押す力となる。変位可能部材14は、電気化学式ポンプ産出物室16から横方向に変位して貯蔵室12から流体を制御可能に排出させる。以上述べた装置およびプロセスは、抵抗の値または電気制御器38からの信号出力などにも関係するが、送液される水の量が電流に比例である限り、比較的正確な率で長時間に渡って流体を制御下に送り出すことが出来る。従って、本装置の流体送り出し量は、多孔保護セパレーター28による対流作用によってハウジング内に侵入する水の量によるのでなく、電気制御器38の選択または電気制御器からの信号出力によって制御される。また、流体送り出しの量、もしくは送り出しの態様(profile、送り出しの時間的態様)、例えばパルス的な規則的送り出し等は、他の手段、例えば異なった抵抗値の抵抗を選んだり、電気制御部からの信号出力を変える(これに限らないが)ことにより容易に変えることが出来る。
The generated pressure becomes a force that pushes the displaceable member 14 (the only movable member). The
図面に示した本発明の実施態様において、体積流束(volume flux)と電流密度の比例関係が高低の範囲の体積流束において得られた。第1の実施態様の場合、2.0〜10.0μLh−1cm−2の範囲の体積流束については図2に、0.1〜2.5μLh−1cm−2の範囲の体積流束については図3にそれぞれ示す。そのような体積流束を生じさせるのに必要な電流密度は用いる膜の種類にもよるが、例えば図4に示すように、0.5μLh−1cm−2の体積流束を生じさせるのに必要な電流密度は僅か20μAcm−2である。図1に示す実施態様において、また、1000時間以上に渡る操作において高い安定性を保っていることも明らかである。 In the embodiment of the invention shown in the drawing, a proportional relationship between volume flux and current density was obtained in the volume flux in the high and low range. In a first embodiment, in Figure 2 for volume flux ranging from 2.0~10.0μLh -1 cm -2, 0.1~2.5μLh - the volume flux ranging from 1 cm -2 Are shown in FIG. The current density required to generate such a volume flux depends on the type of film used, but for example, as shown in FIG. 4, a volume flux of 0.5 μLh −1 cm −2 is generated. The required current density is only 20 μAcm −2 . In the embodiment shown in FIG. 1, it is also clear that high stability is maintained in operation over 1000 hours.
上記の記載は本発明の例示に過ぎず、本発明はそれに限定されず添付の特許請求の範囲のみに限定されるものであり、本発明の開示を得た当業者ならば、本発明の範囲を逸脱せずに種々の変化変形が可能である。 The above description is merely illustrative of the present invention, and the present invention is not limited thereto but only by the appended claims, and those skilled in the art who have obtained the disclosure of the present invention will be within the scope of the present invention. Various changes and modifications can be made without departing from the above.
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JP2015529110A (en) * | 2012-08-29 | 2015-10-05 | エスエフシー フルーイディクス、インコーポレイテッド | Electrochemically operated microfluidic device |
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2006
- 2006-05-26 EP EP06771378A patent/EP1883399A2/en not_active Withdrawn
- 2006-05-26 JP JP2008513778A patent/JP2008545476A/en not_active Withdrawn
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