JP2009501619A - 金属トラップ - Google Patents
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Abstract
本発明は、金属から成るイオン又は分子種の少なくとも1つの濃度を減少させるシステム、方法および装置に関する。本発明の1実施態様としては、電気化学的装置(100)は、連結されている第1及び第2電極(130及び140)から成る。金属トラップ(160)は、電気化学的装置によって発生した、電極の周囲の金属から成るイオン又は分子種の少なくとも1つの濃度を減少させる様に構成される。1実施態様において、電気化学的装置(100)は流体送達装置に組み込まれる。
Description
本発明は、2005年7月15日出願の米国仮特許出願60/700024号(発明の名称:金属または金属塩化物トラップを有する電気浸透圧流体送達装置)の米国特許庁に提出した仮出願に基づく優先権を主張した出願であり、本発明に参照として引用される。
本発明のシステム、装置、方法に係わる各構成要素を有する流体送達装置の例としては、米国特許第5744014号明細書(発明の名称:流体送達用貯蔵安定な電気化学的ガス発生装置)、米国特許第5707499号明細書(発明の名称:水素ガス発生装置を使用した貯蔵安定な流体送達装置)、米国特許出願公開第2003/0205582号明細書(発明の名称:陰イオン交換膜を有する電気化学的ポンプを有する流体送達装置および流体送達方法)、などが挙げられる。
本発明の目的は、電気化学的装置によって発生した金属から成るイオン又は分子種の少なくとも1つの濃度を減少させる流体送達に関するシステム、方法および装置を提供することである。
本発明の要旨は、第1電極と、当該第1電極と対をなす第2電極と、金属トラップとから成る電気化学的装置であって、金属トラップは、少なくとも1つの電極近傍の溶液中に、電気化学的装置によって発生した金属から成るイオン又は分子種の少なくとも1つの濃度を減少させる様に構成されていることを特徴とする電気化学的装置に存する。
本発明の他の要旨は、ポートを有する流体室と、流体室を少なくとも部分的に仕切る可動部材と、流体室のポートから流体を送出する様に可動部材に力を負荷する様に構成された電気化学的装置と、金属トラップとから成る電気化学的流体送達装置であって、金属トラップが、少なくとも1つの電極近傍の溶液中に、電気化学的装置によって発生した金属から成るイオン又は分子種の少なくとも1つの濃度を減少させる様に構成されていることを特徴とする電気化学的流体送達装置に存する。
本発明の他の要旨は、流体を貯蔵するための流体貯蔵手段と、流体貯蔵手段から定常的に流体を送出するための流体移送手段と、電気化学的装置によって発生した金属から成るイオン又は分子種の少なくとも1つの濃度を減少させる濃度低減手段とから成る電気化学的流体送達装置に存する。
本発明の他の要旨は、流体室と、流体室から直接流体を送出できる様に流体室に世知され、流体室との流路関係を形成するポートと、流体室内をスライド状に可動できる様に配置されるピストンと、電気浸透圧エンジンとから成る電気化学的流体送達装置であって、電気浸透圧エンジンは、活性金属電極と、当該活性金属電極と対をなす金属塩化物電極と、溶液中の電気浸透圧エンジンによって発生する可溶金属イオンの濃度を減少させる様に構成された金属イオントラップとから成ることを特徴とする電気化学的流体送達装置に存する。
本発明の、流体送達に関するシステム、方法および装置は、電気化学的装置によって発生した金属から成るイオン又は分子種の少なくとも1つの濃度を減少させる様に構成され、流体送達装置に関連した電気浸透圧エンジン等の電気化学的エンジンの作動において、好ましくない浸透圧の影響を防止することが出来、装置の起動および停止時間を改良することが出来、体内の装置の使用部分に金属イオンを露出することを防止でき、毒物学的、組織応答学的、カプセル化、たんぱく質の相互作用などの観点から有用である。
本発明を以下に示す図面を使用して説明するが、これらの図面は本発明の好ましい実施態様を示すものであり、本発明はこれらの図面に記載の実施態様に限定されるものではなく、これらの図面を介して更に種々の具体的実施態様が記載され、説明されると考えるべきである。
また、以下に記載する具体的な好ましい態様を介して、種々の具体的態様が与えられると考えられるべきである。そして、当業者ならば、更に具体的な記載を必要とせずに実施態様を実施することが出来、また、他の方法、構成要素、材料などを用いて実施することが出来る。いくつかの事例においては、好ましい実施態様の要旨を曖昧にすることを避けるために、よく知られた構造、材料、操作などを記載していない。更に、記載された要旨、構造、性質などは適当な方法により、種々の組合せ、交換が可能である。
本発明は、電気化学的装置によって発生した金属から成るイオン又は分子種の少なくとも1つの濃度を減少させる様に構成された流体送達に関するシステム、方法および装置に関する。ある実施態様において、流体送達装置に関連した電気浸透圧エンジン等の電気化学的エンジンの作動において、好ましくない浸透圧の影響を防止することが出来る。この実施態様を使用することにより、装置の起動および停止時間を改良することが出来る。ある実施態様において、埋め込み型流体送達装置または埋め込み型電源などの埋め込み型装置において、体内の装置の使用部分に金属イオンを露出することを防止する。毒物学的、組織応答学的、カプセル化、たんぱく質の相互作用などの観点から有用である。
本発明のシステム、装置、方法に係わる各構成要素を有する流体送達装置の例としては、米国特許第5744014号明細書(発明の名称:流体送達用貯蔵安定な電気化学的ガス発生装置)、米国特許第5707499号明細書(発明の名称:水素ガス発生装置を使用した貯蔵安定な流体送達装置)、米国特許出願公開第2003/0205582号明細書(発明の名称:陰イオン交換膜を有する電気化学的ポンプを有する流体送達装置および流体送達方法)、などが挙げられ、本発明に参照により引用する。
Zn/AgCl2電極系に基づく多くの実施態様を以下に示すが、上述の文献に記載されている様な種々の電極系にも応用できると考えるべきである。また、本発明は、アニオン電気動力学的(ANEK)システム及びカチオン電気動力学的(CATEK)システムに使用できるだけでなく、埋め込み型電源の様な他のシステムにも使用できる。これらのシステムについては以下に詳述する。
本発明を更に図面を用いて詳細に説明する。図1は、アニオン電気動力学的システムの流体送達装置100の1実施態様を示す。流体送達装置100は流体室110を有する。流体室110は、流体室110内に貯蔵される流体を送出するためのポート115を有する。ある実施態様において、ポート115は、カテーテル、チューブ又は他の流体送出部材と連結していてもよい。可動部材120は、流体室110内に貯蔵する流体をポート115を介して送出できる様に流体室110内に配置される。図1において可動部材120はピストンであるが、流体室110内に貯蔵する流体を送出できる様に構成されていれば、袋、蛇腹、隔膜などの他の種々の可動部材も使用できる。
流体送達装置100は、更に、流体室ポート115から流体を送出するためにピストン120に圧力を負荷する様に構成された電気化学的装置を有する。図1に示す電気化学的装置はANEKシステムである。電気化学的装置は、例えば亜鉛などから成る活性金属電極130を有する。第2電極140は例えば塩化銀から成る。第1電極130と第2電極140とは、回路145を介して連結されている。回路145は抵抗または他の電気回路から成っている。ある実施態様において、電気化学的装置を作動させた際の駆動レートを種々取り得るように、抵抗を取り換え可能または調節可能である。イオン交換膜150は2つの電極間に配置される。図1の実施態様において、イオン交換膜150は陰イオン交換膜である。
流体送達装置100の作動中、第1電極130及び第2電極140において以下の式(1)に示す反応が起こる。
2AgCl + 2e− → 2Ag + 2Cl− (1)
形成される塩素イオンは、水に可溶であり、電気化学的装置の作動により生じる電場の影響により、ピストン120に近接した活性金属電極130に向けて陰イオン交換膜150を介して滲み出す。活性金属電極130において、亜鉛は以下の式(2)に示す様に溶解する。
Zn → Zn2+ + 2e− (2)
亜鉛イオンは、流入してきた塩素イオンと以下の式(3)に示す様に反応して可溶の塩化亜鉛を生成する。
Zn2+ + 2Cl− → + 2e− (3)
式(3)に従った塩化亜鉛の電気化学的生成に加え、塩素イオンがイオン交換膜150を通過する際に、水も塩素イオンと共に流入し、その結果、イオン交換膜150の反対側において、追加の水が発生する。この電気動力学的な水の移送は電気浸透圧移送として知られている。活性金属電極130を収納する室(電気化学的ポンプ生成物室125)に移送された水は、ピストン120に圧力を負荷し、流体室110内の水を移送する。
塩化亜鉛の連続的な生成による電気化学的ポンプ生成物室125内での安定したイオン生成は、浸透圧の効果により更なる水の輸送を導く。ある時間作動させた後に、浸透圧の効果により水の移送が行われ、塩化亜鉛の等濃度の溶液が電気化学的ポンプ生成物室125に形成される。電気化学的ポンプ生成物室125への水の移送の定常的な流れを電気浸透圧および浸透圧効果の組合せによって達成できる。しかしながら、浸透作用は流体送達装置のスイッチのオン又はオフを素早く行う場合に有利に働かない。
ある実施態様においては、少なくとも流体送達装置内の浸透圧の減少を防止する方法が付与される。例えば、流体送達装置100は、金属トラップ(金属捕捉部材)160を有する。金属トラップ160は活性金属電極130の周囲に設置される。金属トラップ160は、例えば、酸化銀などの無機金属塩化物捕捉剤や、キトサン等の有機錯体などのゲル又はメッシュから成り、電気化学的ポンプ生成物室125内の可溶ZnCl2生成を減少または除去する。又、別の実施態様では、塩化物または他の金属イオントラップ剤が、電気化学的ポンプ生成物室125の内壁面に塗布されていてもよい。
金属から成る少なくとも1つのイオン種または分子種の濃度を減少させる方法として、可溶なZnCl2を不溶なZnO又は炭酸亜鉛に変換する方法である。この方法の1つとしては、電気化学的ポンプ生成物室125の内壁面に塗布したAgO又はAgCO3とZnCl2とを反応させる方法によって達成される。すなわち、以下の(4)及び(5)式に示す反応が起きる。
ZnCl2 + 2AgO → ZnO + 2AgCl (4)
ZnCl2 + 2AgCO3 → ZnCO3 + 2AgCl (5)
ZnOもAgClも不溶であるため、電気化学的ポンプ生成物室125内のイオン濃度の増加が減少、または無視し得るものとなり、それによる浸透圧を減少、または除去できる。他の実施態様において、他の酸化物、過酸化物、超酸化物、水酸化物、炭酸塩など1つ又は種々の組合せもAgClに代えて又はAgClに加えて使用できる。前述の材料は、ある実施態様において、アノード材料として存在させてもよい。または、上記の材料は、アノード材料と一緒に浮遊粉末として存在させてもよく、また、ピストン及び/又は1つ以上のアノード室の内壁面に塗膜を形成して存在させてもよい。もちろん、上記材料をカソード室に使用してもよい。
別の実施態様において、固体沈殿を形成するZnCl2の錯体化を行う方法がある。この方法は、種々のZnCl2の錯体化剤やゼラチン化剤を使用することにより達成される。そのような剤の1例としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)が挙げられる。又、他のセルロース系剤としては、キチン又はキトサンがZnCl2のゼラチン化剤として使用できる。非セルロース系のZnCl2の錯体化剤としては、トリ−n−オクチルフォスフィンオキシド(TOPO)、EDTA、メチオニン、アミン類、ジアミン類、フォスフォネート類、フォスフェート類、ラクトン類、トリフレート類、アミド類またはそれらの組合せが挙げられる。固体沈殿物を形成することにより、室内のイオン活性が減少する。所望であれば、塩水を使用することにより、上述の材料はゲルを形成する。また、ゲルや固体を形成する材料を含有する酸素または窒素の配位子化合物も使用できる。図1に示す態様では、アノード130が錯体化によって形成されたゲルに取囲まれている。
図2は他の実施態様である流体送達装置200を示す。流体送達装置100と同様に、流体送達装置200は、ポート215と、流体室210と、ピストン220と、回路245を介して連結している活性金属電極(第1電極)230と第2電極とから成る。陰イオン交換膜250が第1電極230と第2電極240との間に配置される。しかしながら、この実施態様において、金属トラップ260は第2電極240を収納する室内に設置されている。ある実施態様において、第2電極240は塩化銀から成る電極である。
流体送達装置200は、装置の浸透圧の形成を減じることなく、患者の体に2価の亜鉛(Zn(II))を露出することを最小または防止する方法を提供する。上述の様に、塩化亜鉛の連続形成による電気化学的ポンプ生成物室225内の安定したイオン濃度形成により、浸透圧効果を経て水が輸送される。イオン交換膜250で仕切られた2つの室内のイオン濃度の差は、電極230に関係する室(室225)から電極240に関係する室(室242)に、イオン交換膜250を通じてZnCl2を移送する逆拡散の推進力を付与する。イオン交換膜250は塩化亜鉛分子の逆拡散を行えるように構成されていてもよい。
逆拡散の度合いは、イオン交換膜の種類と両室内の濃度差による。電極240を取囲む溶液が体液と連結している場合、電極140は体液と連結するため、ZnCl2の蓄積は周囲の組織に対して毒性反応を示したり、カプセル化挙動の影響や、好ましくないたんぱく質の相互作用を引起す可能性がある。そのため、室242内のZnCl2を捕捉することが望ましい。
この方法としては、上述の種々の方法により達成できる。AgOを捕捉剤として使用した場合、AgOを室242の内壁面に塗布する方法、カソード240のAgClに混合させる方法、メッシュの様な多孔質セパレーター内に使用する方法、AgClカソード240と体液との間に設置する方法などが挙げられる。更に、酸化銀や他の捕捉剤においてもゲルを形成し、図2に示すようにカソード240の周囲を取囲む。
図3は流体送達装置300の他の実施態様を示す。前述の流体送達装置と同様に、流体送達装置300はポート315を有する流体室310と、ピストン320と、回路345を介して連結する活性金属アノード330とカソード340とを有する。アノード330とカソード340との間にはイオン交換膜350が配置されている。しかしながら、この実施態様において、カソード340はピストン320に近接して配置され、イオン交換膜350は陽イオン交換膜である。更に、金属トラップ360は、亜鉛から成る活性金属アノード330の周囲に配置される。従って、流体送達装置300はCATEKシステムである。
前述の様に、アノード330は亜鉛電極であり、埋め込み型装置の場合、体液に露出する。カソード340はAgCl電極である。形成されるZnCl2は前述の種々の方法によって捕捉される。例えば、捕捉ゲル360は酸化銀を含有し、ZnCl2をゼラチン化または固体沈殿物とするために活性金属アノード330を包む様に使用される。
本発明は、本発明の思想および要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、ここに記載された基本原理は流体送達装置以外にも応用できる。その1例として図4に電源400を示す。電源400は回路445を介してアノード430とカソード440とが連結している。ある実施態様では、アノード430は金属または金属塩アノードである。流体送達装置としては、電源中の近接溶液中の少なくとも1種のイオン又は分子種の濃度を低減させることが望ましい。少なくとも1種のイオン又は分子種の濃度を低減させるために、電源400は金属トラップ460を有する。金属トラップ460は、活性金属電極430の周囲に配置される様に図示されるが、前述の種々の金属トラップ及びその方法も使用することが出来る。図4に示す電源は通常何らかのハウジング内に配置されるが、図ではそのハウジングを示していない。
本発明においては数種の代表的な化合物、材料おを示しているが、種々の変更が可能である。例えば、活性金属電極として亜鉛電極を示しているが、マグネシウム、鉄、塩化マンガン、塩化白金またはそれらの組合せ等の他の金属または金属塩も使用できる。更に、カソードとして塩化銀が使用されているが、他の材料、例えば、酸化銀、塩化銅、酸素還元カソード、水素発生カソード又はそれらの組合せ等も使用できる。
更に、ここで示したそれぞれの流体室は、流体を貯蔵する手段である。また、それぞれの流体室に対応したそれぞれのピストンや可動部材は、貯蔵手段から定常的に流体を送出する手段と考えるべきである。更に、電気化学的装置によって発生する金属から成るイオン種または分子種の少なくとも1つの溶液の濃度を減少させる手段の諸例を記載した。上述の流体送達装置の内壁面(または他の置換可能な部材)または電極上の塗膜は、金属から成るイオン種または分子種の少なくとも1つの溶液の濃度を減少させる手段の1例である。更に、他の金属から成るイオン種または分子種の少なくとも1つの溶液の濃度を減少させる手段としては、流体送達装置中の電極と体液との間に配置される多孔質セパレータ又はメッシュである。更に、他の金属から成るイオン種または分子種の少なくとも1つの溶液の濃度を減少させる手段としては、電気化学的装置内の少なくとも1つの電極の近傍に配置される浮遊粉末である。
以上、幾つかの具体的な組成や材料を記載したが、当業者は、更なる詳述を必要とすること無く、上記の記載を最大限に実施することが出来るものである。したがって、上記の実施態様は、本発明の単なる事例であって、本発明の要旨はこれらの実施態様に限定されるものではない。
そして、当業者は、特許請求の範囲から逸脱することなく、上記の実施態様の詳細について種々の変更が可能であることは明らかである。本発明の要旨は特許請求の範囲で規定される。
100:流体送達装置
110:流体室
115:ポート
120:ピストン(可動部材)
125:電気化学的ポンプ生成物室
130:活性金属電極
140:第2電極
145:回路
150:イオン交換膜
160:金属トラップ
200:流体送達装置
210:流体室
215:ポート
220:ピストン
225:電気化学的ポンプ生成物室
230:活性金属電極(第1電極)
240:第2電極
242:室
245:回路
250:陰イオン交換膜
260:金属トラップ
300:流体送達装置
310:流体室
315:ポート
320:ピストン
330:活性金属アノード
340:カソード
345:回路
350:イオン交換膜
360:金属トラップ
400:電源
430:アノード
440:カソード
445:回路
460:金属トラップ
110:流体室
115:ポート
120:ピストン(可動部材)
125:電気化学的ポンプ生成物室
130:活性金属電極
140:第2電極
145:回路
150:イオン交換膜
160:金属トラップ
200:流体送達装置
210:流体室
215:ポート
220:ピストン
225:電気化学的ポンプ生成物室
230:活性金属電極(第1電極)
240:第2電極
242:室
245:回路
250:陰イオン交換膜
260:金属トラップ
300:流体送達装置
310:流体室
315:ポート
320:ピストン
330:活性金属アノード
340:カソード
345:回路
350:イオン交換膜
360:金属トラップ
400:電源
430:アノード
440:カソード
445:回路
460:金属トラップ
Claims (35)
- 第1電極と、当該第1電極と対をなす第2電極と、金属トラップとから成る電気化学的装置であって、金属トラップは、少なくとも1つの電極近傍の溶液中に、電気化学的装置によって発生した金属から成るイオン又は分子種の少なくとも1つの濃度を減少させる様に構成されていることを特徴とする電気化学的装置。
- 金属トラップが、溶液中の可溶金属イオンの濃度を減少させる様に構成されている金属イオントラップである請求項1に記載の電気化学的装置。
- 金属トラップが、溶液中の金属塩化物の濃度を減少させる様に構成されている請求項2に記載の電気化学的装置。
- 金属トラップが、電気化学的装置の内壁面に存在する塗膜である請求項1に記載の電気化学的装置。
- 塗膜が酸化銀である請求項4に記載の電気化学的装置。
- 金属トラップが、可溶金属イオンを不溶物質に化学的に変換する機能を有する請求項1に記載の電気化学的装置。
- 金属トラップが、金属から成る少なくとも1つのイオン種または分子種をゼラチン化する機能を有する請求項1に記載の電気化学的装置。
- 金属トラップが、少なくとも1つの電極の近傍に位置するゲルから成る請求項1に記載の電気化学的装置。
- 電気化学的装置が電源を有する請求項1に記載の電気化学的装置。
- 更に、第1電極と第2電極との間にイオン交換膜を有する請求項1に記載の電気化学的装置。
- イオン交換膜が陰イオン交換膜である請求項10に記載の電気化学的装置。
- 電気化学的装置が流体送達装置である請求項10に記載の電気化学的装置。
- 電気化学的装置が埋め込み可能な流体送達装置である請求項12に記載の電気化学的装置。
- 更に、第1電極と第2電極とが抵抗によって連結されている請求項1に記載の電気化学的装置。
- ポートを有する流体室と、流体室を少なくとも部分的に仕切る可動部材と、流体室のポートから流体を送出する様に可動部材に力を負荷する様に構成された電気化学的装置と、金属トラップとから成る電気化学的流体送達装置であって、金属トラップが、少なくとも1つの電極近傍の溶液中に、電気化学的装置によって発生した金属から成るイオン又は分子種の少なくとも1つの濃度を減少させる様に構成されていることを特徴とする電気化学的流体送達装置。
- 金属トラップが、溶液中の可溶金属イオンの濃度を減少させる様に構成されている金属イオントラップである請求項15に記載の電気化学的流体送達装置。
- 金属トラップが、電気化学的装置の内壁面に存在する塗膜である請求項15に記載の電気化学的流体送達装置。
- 塗膜が酸化銀である請求項16に記載の電気化学的流体送達装置。
- 金属トラップが、可溶金属イオンを不溶物質に化学的に変換する機能を有する請求項15に記載の電気化学的流体送達装置。
- 金属トラップが、金属から成る少なくとも1つのイオン種または分子種をゼラチン化する機能を有する請求項15に記載の電気化学的流体送達装置。
- 金属トラップがゲルから成る請求項15に記載の電気化学的流体送達装置。
- 更に、第1の電極と、可動部材に近接して設置され、第1の電極と電気的に連結している第2の電極と、第1の電極と第2の電極との間に設置されるイオン交換膜を有する請求項15に記載の電気化学的流体送達装置。
- 第1の電極と第2の電極とが抵抗によって電気的に連結している請求項22に記載の電気化学的流体送達装置。
- イオン交換膜が陽イオン交換膜である請求項22に記載の電気化学的流体送達装置。
- 人体に埋め込む様に構成されている請求項15に記載の電気化学的流体送達装置。
- 可動部材がピストンである請求項15に記載の電気化学的流体送達装置。
- 流体を貯蔵するための流体貯蔵手段と、流体貯蔵手段から定常的に流体を送出するための流体移送手段と、電気化学的装置によって発生した金属から成るイオン又は分子種の少なくとも1つの濃度を減少させる濃度低減手段とから成る電気化学的流体送達装置。
- 濃度低減手段が、電気化学的装置によって発生した溶液中の可溶金属イオンの濃度を低減させる手段である請求項27に記載の電気化学的流体送達装置。
- 可溶金属イオンの濃度を低減させる手段が、電気化学的流体送達装置の内壁面に存在する塗膜である請求項28に記載の電気化学的流体送達装置。
- 塗膜が酸化銀である請求項29に記載の電気化学的流体送達装置。
- 可溶金属イオンの濃度を低減させる手段が、可溶金属イオンを不溶物質に化学的に変換する機能を有する請求項28に記載の電気化学的流体送達装置。
- 可溶金属イオンの濃度を低減させる手段が、金属イオンをゼラチン化する機能を有する請求項28に記載の電気化学的流体送達装置。
- 流体移送手段がピストンである請求項27に記載の電気化学的流体送達装置。
- 流体移送手段が、更にピストンに対して力を負荷するように構成された電気化学的装置を有する請求項33に記載の電気化学的流体送達装置。
- 流体室と、流体室から直接流体を送出できる様に流体室に世知され、流体室との流路関係を形成するポートと、流体室内をスライド状に可動できる様に配置されるピストンと、電気浸透圧エンジンとから成る電気化学的流体送達装置であって、電気浸透圧エンジンは、活性金属電極と、当該活性金属電極と対をなす金属塩化物電極と、溶液中の電気浸透圧エンジンによって発生する可溶金属イオンの濃度を減少させる様に構成された金属イオントラップとから成ることを特徴とする電気化学的流体送達装置。
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