JP2021526393A - 改善された水分をなくするカートリッジ、および当該カートリッジを含むブリージング回路およびブリージングシステム - Google Patents

Abstract

カートリッジ（１０）は、半透膜（１２）および外側ケージ（１６）、および随意に内側ケージ（１４）を含む。前記半透膜（１２）はポリテトラフルオロエチレン膜（１３ａ）およびグラフェンの抗細菌性の化合物（１３ｂ）を含んでいる。前記半透膜（１２）は、外側ケージ（１６）に、随意に内側ケージ（１４）と外側ケージ（１６）の間に張り付けられる。ブリージング回路（２６）およびブリージングシステムはそのようなカートリッジを含み得る。【選択図】図１

Description

本発明はブリージング回路に関する。より具体的には、本発明は水分の凝縮を低減するブリージング回路の改善に関する。

２０１１年６月３０日に公開された、フィッシャー及びペイケルへの国際公開第ＷＯ２０１１／０７７２５０号に見られるような支援されたブリージング回路、および２０１６年１２月１４日に公開された、ビンセントへの中国出願公開第１０６２１５９３号公報に見られるようなブリージング回路のための構成要素は、ユーザー又は患者に空気、典型的には注入された空気を提供して、ユーザー又は患者が呼吸するのを支援する。ブリージング回路は、しばしばブリージングシステムに付けられ、当該ブリージングシステムは、例えば、マシン（ベンチレーター、ポンプ、加湿器、ヒーター、持続気道内陽圧（別名ＣＰＡＰ）マシン、など）、及び、その組み合わせを有し、ブリージングシステムマシンからユーザーまで導き、その後、ブリージングシステムマシンに、あるいは他の何かへ導き得る。しばしば、ブリージングシステムマシンは、空気を加熱及び／又は加湿し得、ユーザーが呼吸することを容易にし、及び／又は快適にする。

したがって、ブリージング回路に関する共通の課題は、マシンとユーザーの間の熱損失である。空気がマシンからユーザーへと移動すると、熱損失は望ましくない。なぜなら、マシンのための全エネルギー要求を増加させるからである。したがって、マシンからユーザーまでのブリージング回路中の熱損失を最小限にすることが望ましい。

しかしながら、熱損失を最小限にするために、ブリージング回路は、典型的には比較的厚い側壁で作られる。これは、ついでブリージング回路の重量を全体として増加させる。ブリージング回路は、始めは、典型的には虚弱なユーザーに提供されるので、ブリージング回路に追加される如何なる追加的な重量は可能であれば回避される。なぜならば、それが過度にユーザーに物理的な重圧を増加させ得るからである。そのような重量の配慮は、例えば新生児のブリージング回路で特に重要である。

さらに、空気がユーザーに届く前或いは届いた後のいずれもチューブ内で凝結形成も問題である。ユーザーの上流の凝結は、ユーザーによって実際に呼吸する空気中の湿度を低下する。これは、次にユーザーの上流でより高い湿度を生成するために、より多くのエネルギーを必要とする。したがって、エネルギーと水の両方を浪費し得る。凝結は、ユーザーの上流あるいは下流で問題を引き起こすかもしれない。なぜなら、凝結がチューブ内に吸収され、及び／またはチューブ内に滞留すると、チューブの重量を増加させ得るからである。上述されるように、そのような付加的な重量は望ましくない。

さらに、ブリージング回路中の液状水は、望ましくないかび、バクテリアなどの成長に結びつくかもしれない。ユーザーを感染させるカビとバクテリアの可能性などにより、および／または、そうでなければ、始めは虚弱か免疫系を危険にさらした人に合併症を引き起こし得るため、典型的には、ブリージング回路中のそのような汚染物質を最小限にすることは望ましい。水がブリージング回路自体の表面へ吸収されても、これは問題である。なぜなら、その後、カビまたはバクテリアがチューブ上で／チューブ内でなど、ブリージング回路の表面で成長し得るからであり、これは望ましくない。

典型的なブリージング回路が水を吸収する場合、プラスチック表面が水分によってプラスチックの膨潤により推測的にしわが寄るようになり得ることがさらに分かった。この皺発生は、ついで、例えば水分放出、ブリージング回路などの停止への物理的適合性など、ブリージング回路の物性に影響し得る。

更に、ユーザーの上流のチューブ中で貯留する凝結水は特に問題である。なぜなら、その後、望ましくないこの水が、ユーザーのブリージング回路中で妨害状態を引き起こし得、及び／または、さらにユーザーの気管／咽喉に流れ込む場合があるからである。

従って、ブリージング回路の内部の空気から水分を放出する改善されたブリージング回路のニーズが残る。ブリージング回路内部から空気からできるだけ多くの水分を吸収しない改善されたブリージング回路のニーズがさらに存在する。使用の間にしわが寄ることを減少させる改善されたブリージング回路のニーズがさらに存在する。汚染のより低い可能性をもつ、ブリージング回路のニーズがさらに存在する。これらの利点の１つ以上を増強し及び／または提供することができるカートリッジあるいは、使い捨てのカートリッジのニーズがさらに存在する。

本発明の実施形態は、半透膜、外側ケージおよび随意に内側ケージがある、ブリージング回路のためのカートリッジに関する。半透膜は、ポリ（テトラフルオロエチレン）膜およびグラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）の抗細菌性の化合物を含んでいる。半透膜は、外側ケージに、随意に内側ケージと外側ケージの間に張り付けられる。

本発明の実施形態は、さらに本明細書においてカートリッジを含む、ブリージング回路に関する。

本発明の実施形態は、さらに本明細書においてブリージング回路を含む、ブリージングシステムに関する。

理論によって限定されることを意図することなく、本発明は例えば、水分を、特に患者から、下流の水分をブリージング回路内部から大気に放散することを可能にし、ブリージング回路内の凝結を減少すると考えられている。これは、次にはブリージング回路の重量を減少し得、ブリージング回路の細菌汚染を低下させ、および／または使用中に、特に延長された使用中、及び／又は反復した使用中にブリージング回路の皺発生を減少する。

図１は、本発明のカートリッジの実施形態の一部切り欠き図を示す。 図２は、上流のコネクターおよび下流のコネクターに接続された外側ケージを有するカートリッジの実施形態を示す。 図３は、本発明の半透膜の実施形態に係る概略断面図を示す。 図４は、カートリッジを含む本発明のブリージング回路の実施形態を示す。 図５は、本発明の半透膜のＷＶＴＲを決定するための水蒸気透過速度（ＷＶＴＲ）測定器のセット・アップを示す。

添付図面は説明の目的だけのためにあり、必ずしも縮尺に拘泥されない。

別段の定めがなければ、本明細書に記載の試験はすべて標準状態で行なわれ、摂氏２５度の室温、試験温度、海面圧力（１気圧）を含み、すべての測定はメートル単位系でなされる。更に、もし特に他の方法で示されなかったならば、すべてのパーセンテージ、比率などは本明細書においては重量による。

本発明の実施形態において、ブリージング回路用のカートリッジは半透膜と、外側ケージと、随意に外側ケージに対する内部の内側ケージ内部を含む。半透膜はポリ（テトラフルオロエチレン）膜と、グラフェンの抗細菌性のコーティングを含み、半透膜は外側ケージに、あるいは随意に内側ケージと外側ケージの間に張り付けられる。

半透膜は、水蒸気が環境の中へカートリッジから出ることを可能にし、カートリッジ内の全面的な空気圧を維持する。ポリ（テトラフルオロエチレン）膜は当業者には周知であり、様々な等級、厚さ、孔径などにおいて、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ社などの、ワールドワイドな、多くのサプライヤーから入手可能である。実施形態において、ポリ（テトラフルオロエチレン）膜は、約１μｍから約１ｍｍまで、あるいは約５μｍから約７５０μｍまで、あるいは約１０μｍから約５００μｍまで、あるいは約２５μｍから約２５０μｍｍまで厚さを持っている。本明細書の実施形態において、ポリ（テトラフルオロエチレン）膜は、ＡＳＴＭ Ｆ１２４９−１３試験によって測定された時、約１０ｇ Ｈ_２Ｏ／（時間ｘ ｍ^２）から約１０００ｇ Ｈ_２Ｏ／（時間ｘ ｍ^２）まで、あるいは約５０ｇ Ｈ_２Ｏ／（時間ｘ ｍ^２）から約８００ｇ Ｈ_２Ｏ／（時間ｘ ｍ^２）まで、あるいは約１００ｇ Ｈ_２Ｏ／（時間ｘ ｍ^２）から約６５０ｇ Ｈ_２Ｏ／（時間ｘ ｍ^２）までの水蒸気透過速度（ＷＶＴＲ）を有する。実施形態において、ポリ（テトラフルオロエチレン）膜は少なくとも３２５ｇ 、Ｈ_２Ｏ／（時間ｘ ｍ^２）のＷＶＴＲを有する。上記において、「ｍ^２」は、ポリ（テトラフルオロエチレン）膜の表面積を指す。当業者が理解するように、材料の全面的なＷＶＴＲは、例えば、温度、孔径、材料の厚さ、表面積、湿度、気圧、膜の両側での空気流量などの多くの要因に依存し得る。対照的に、カートリッジのＷＶＴＲは、これらの要因のすべて並びに半透膜のパーセンテージに依存し得、半透膜のパーセンテージは、内側ケージおよび／または外側ケージによって物理的にカバー（すなわち、閉塞）されない。当業者は、多くの場合、半透膜が内側ケージおよび／または外側ケージの顕著な部分、および特に内側ケージおよび／または外側ケージの境界（図１の参照符号２２参照）によってカバーされるならば、境界は、物理的に半透膜のその部分を閉鎖し、したがって、その部分を水蒸気が通り抜けるのを部分的にあるいは完全にさえ妨害し、それによって、恐らくその点で水蒸気に対して本質的に非透過にすることを理解するであろう。

本明細書の実施形態において、半透膜、あるいはポリ（テトラフルオロエチレン）膜は表面積を有し、あるいは約５ｃｍ^２から約１００ｃｍ^２までの２Ｄ表面積、あるいは約８ｃｍ^２から約７５ｃｍ^２までの２Ｄ表面積、あるいは約１０ｃｍ^２から約６０ｃｍ^２までの２Ｄ表面積を有する。本明細書の実施形態において、半透膜、あるいはポリ（テトラフルオロエチレン）膜は約１ｃｍから約２５ｃｍまで測定する、あるいは約１．５ｃｍから約２０ｃｍまで、あるいは幅約２ｃｍから約１０ｃｍまで、及び幅約１５ｃｍまで、および、あるいは約１．５ｃｍから約７．５ｃｍまで、あるいは約２ｃｍから高さ約５ｃｍまで。本明細書に使用されるように、「幅」は半透膜がブリージング回路にインストールされる時、円周方向、すなわち、ガスフローの方向に対して放射状の方向で測定される半透膜の寸法を示す。本明細書に使用されるように、「高さ」は半透膜がブリージング回路にインストールされる時、ガスフローの方向で測定される半透膜の寸法を示す。

本明細書の施例形態において、ポリ（テトラフルオロエチレン）膜だけが約０．０５ｍｍから約０．４ｍｍまで、あるいは約０．０７ｍｍから約０．２ｍｍまで、あるいは約０．０８ｍｍから約０．１２ｍｍまで、あるいは約０．１ｍｍの厚さを持っている。ポリ（テトラフルオロエチレン）膜の密度は、約８０ｇ／ｍ^２から約１２０ｇ／ｍ^２までであり得る。あるいは約８５ｇ／ｍ^２から約１１５ｇ／ｍ^２まで、あるいは約９０ｇ／ｍ^２から約１１０ｇ／ｍ^２まで、あるいは約９５ｇ／ｍ^２から約１０５ｇ／ｍ^２まで、あるいは約１００ｇ／ｍ^２。

本明細書の実施形態において、ポリ（テトラフルオロエチレン）膜のガスに対する１分間の不透過性は約３ｋＰａから約１０ｋＰａまでである、あるいは約４．５ｋＰａから約８．５ｋＰａまで、あるいは約５．５ｋＰａから約７ｋＰａまで、あるいは約６ｋＰａまでである。

理論によって限定されることを意図することなく、それはそのポリ（テトラフルオロエチレン）膜は、次の理由で本発明に例外的に適していると考えられる。ポリ（テトラフルオロエチレン）膜は、摂氏−２０度から５５度までの温度領域の温度変化に対して特に抵抗性があり、良好な耐熱性を有し、したがって、ポリ（テトラフルオロエチレン）膜は長期的な輸送あるいは保存に役立つ。さらに、ポリ（テトラフルオロエチレン）膜は、優れた耐酸性および耐アルカリ性および引張強さを有する。薬剤がブリージング回路に加えられると、例えば、薬剤は呼吸ガスによって運搬されると、呼吸ガスは、加えられた薬剤に依存して弱酸性か弱アルカリ性になり得る。膜の耐酸性および耐アルカリ性は、膜の酸およびアルカリ浸食の危険性を最小化し、それによって、膜の保存性を延長する。さらに、ポリ（テトラフルオロエチレン）膜は良好な引張強さを有し、変形に対して強いと考えられている。

本明細書の実施形態において、ポリ（テトラフルオロエチレン）膜は、少なくとも０．１ＭＰａ、少なくとも０．１５ＭＰａの引っ張り強さ、又は縦方向で、引張り強さ０．２ＭＰａ及び少なくとも０．１ＭＰａの引張り強さ、あるいは少なくとも０．１５ＭＰａ、あるいは横方向で少なくとも０．２ＭＰａ。引張強さは標準ＧＢ／Ｔ １０６５４−２００１に従って測定される。ポリ（テトラフルオロエチレン）膜の破断時の伸びは、縦方向で少なくとも５％、あるいは少なくとも８％、あるいは少なくとも１０％、あるいは少なくとも１１％、及び横方向で少なくとも２０％、あるいは少なくとも３０％、あるいは少なくとも４０％。破断時の伸びは標準ＧＢ／Ｔ １０６５４−２００１に従って測定される。引張強さおよび破断時の伸の高い値は、ポリ（テトラフルオロエチレン）膜がグラフェンの抗細菌性の化合物とりわけその上にコーティングしたものと共に良好に機能する、とを可能にする。

さらにポリ（テトラフルオロエチレン）膜は、当該膜が１時間摂氏１１０度で加熱されるとき、縦方向および横方向で３０％以下、あるいは２０％以下；あるいは、１５％以下の熱膨張率を有する。

半透膜はまたグラフェンの抗細菌性の化合物を含み、当該化合物は、膜形成時にポリ（テトラフルオロエチレン）膜に結合され得る、及び／または形成後に、ポリ（テトラフルオロエチレン）膜に加えられ得る。グラフェンの抗細菌性の化合物が膜形成時にポリ（テトラフルオロエチレン）膜に結合されるなら、グラフェンの抗細菌性の化合物は、例えば、膜が形成される前、あるいは膜が形成される間に、ポリ（テトラフルオロエチレン）と予め混合され得る。

グラフェンの抗細菌性の化合物が、形成後にポリ（テトラフルオロエチレン）膜に加えられるなら、これは、典型的には、散布工程、浸漬法およびその組み合わせを介して、あるいは散布工程を介して加えられる。

本明細書の実施形態において、グラフェンの抗細菌性の化合物は、透膜が形成された後に、スプレー工程、浸漬工程及びその組み合わせ或はスプレー工程を介してすることによりポリ（テトラフルオロエチレン）膜を含む半透膜に加えられる。

本明細書の実施形態において、グラフェンの抗細菌性の化合物は半透膜に適用される混合物に提供され得る。混合物は、混合物の全重量に基づいて、約０．１％から約１％のグラフェンの抗細菌性の化合物、約９０％から約９９％の熱可塑性エラストマー、約０．１％から約０．５％までの付加的な抗細菌性の化合物、および随意に約０．５％から約５％までの酸化防止剤、及び随意に約０．５％から約５％までの添加剤を含む。グラフェンの抗細菌性の化合物はグラフェンであり得る。あるいはグラフェンのナノ血小板であり得る。熱可塑性エラストマーは、スチレンブロックコポリマー熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性ポリウレタンなどであり得る。また、本明細書の実施形態において、混合物は１つ以上の添加剤を含み得、当該添加剤は希釈剤、溶剤、触媒、分散剤、消泡剤、シックナー、可塑剤、安定化装置、架橋剤、静電防止剤などから成る群から選択される。

付加的な抗細菌性の化合物は、例えば塩化ベンザルコニウム、塩化ベンゼトニウム、塩化セタルコニウム、塩化セチルピリジウム、セトリモニウム、セトリミド、ドファニウムクロリド、ジデシルジメチルアンモニウムクロリドおよび臭化ドミフェン、メチルベンゼトニウム・クロリド、臭化テトラエチルアンモニウムおよびその組み合わせから成る群から選択されるベンジルアミン塩酸塩あるいは第四アンモニウム化合物であり得る。

本明細書の実施形態において、混合物は、混合物の総重量に基づいて、約０．１％から約０．５％までのグラフェン・ナノ・プレートリット、約９０％から約９８％までのスチレンブロックコポリマー熱可塑性エラストマー、約０．１％から約０．３％までのベンジルアミン塩酸塩、約０．５％から約２％までの酸化防止剤、および約１％から約５％までの添加剤を含む。混合物が例えばスプレーイングによって半透膜に適用されるとき、混合物は凝固し、半透膜上に層、典型的にはコーティングを形成する。本明細書において、グラフェンの抗細菌性の化合物を含む形成された層は、約０．０１μｍから約２５μｍ、あるいは約０．１μｍから約２０μｍ、あるいは約０．５μｍから約１５μｍ、あるいは約１μｍから約１０μｍの厚さを有する。

混合物中の分子は相互に作用し、結合を形成し得、例えば、親水性の分子は、グラフェン化合物、又は例えば極性官能基を含むことにより、混合物に存在する他の分子と、水素結合、イオン結合および／または共有結合を形成し得る。層中の分子の親水性および疎水基は、層中の水浸透性の流路の形成に寄与し得る。本明細書において有用な極性官能基は、限定されないが、水酸基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリロキシ基、アミノ基、−ＰＯ_３Ｈ_２などのリン酸基、−ＳＨなどのイオウを含んでいる基およびその組み合わせのように。水浸透性の流路は、親水性の気孔のように存在し得るが、特により高い蒸気圧領域からより低い蒸気圧領域まで水分子が通り抜けることを可能にし得る。従って、層は選択的に浸透性である。存在する場合、親水性の穴は約１ｎｍから；あるいは約１ｎｍ未満；あるいは１ｎｍ未満の平均直径を持っている。

理論によって限定されることを意図せず、グラフェンの抗細菌性の化合物は半透膜上で、あるいは半透膜中で細菌が成長する可能性を減らすと考えられる。さらにグラフェンの抗細菌性の化合物を含んでいる層が半透膜上で形成される実施形態において、層の中の小さな親水性の気孔の存在は、本質的に細菌および／またはウィルスが半透膜を通る可能性を防ぐか最小化する。特に、平均直径が約１ｎｍ未満の親水性の気孔は、平均直径が１ｎｍ以上の細菌あるいはウィルスのカートリッジへの侵入を阻み、呼吸ガス中の前記直径を備えた、細菌あるいはウィルスがカートリッジを出るのを防ぐと考えられている。一般に、細菌は、約０．５μｍから１０μｍの直径を持ち、ウィルスは、約２０ｎｍから４５０ｎｍの直径を持っている。従って、本発明の半透膜は外部細菌あるいはウィルスによって引き起こされた汚染を有効に減少し、周辺環境へこれらの病原体を広げる危険を最小化することができる、と考えられる。これは、次にはユーザーあるいは他の表面から、ユーザーあるいは他の表面の感染から、ユーザー又は他の表面から汚染までカートリッジ中の細菌増殖の可能性を減らす。

さらに、層が、ベンジルアミン塩酸塩又は上述したとおりの第四アンモニウム化合物などの付加的な抗細菌性の化合物を含んでいる実施形態において、層は、層に接している細菌および／またはウィルスをさらに阻害するか殺すことができる。これは、さらにかびに対する抵抗性を増強し、半透膜の抗微生物活性を改善する。

内側ケージ、外側ケージ、ブリージング回路などは、金属、プラスチックおよびその組み合わせから、あるいはプラスチック、樹脂およびその組み合わせ；あるいはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンおよびその組み合わせ；あるいはポリエチレン、ポリプロピレンおよびその組み合わせ形成され得る。本明細書の実施形態において、カートリッジはポリスチレンを含んでいる。本明細書の実施形態では、プラスチックは特にコスト、衛生学および成形性の見地から好ましく、とくに衛生学の見地から好ましい、なぜなら、プラスチックは、熱、化学製品、放射などの使用によって、当該技術において既知の、１つ以上の既知の衛生的にする処理によって容易に清潔になるからである。更に、内側ケージ、外側ケージ、ブリージング回路などは当該技術において、ブロー成形、熱成形、押出しなどの既知の１つ以上の処理によって形成され得る。本発明の実施形態において、内側および外側ケージは、ポリエチレンから形成され得る、なぜなら、これらはポリ（テトラフルオロエチレン）膜と結合した時、再利用するのがより簡単であると考えられているからである。

内側ケージおよび／または外側ケージは、所望により、離散性のセルなどを定義する、シッカー、明瞭な境界の有無によりファインメッシュとして形成され得る。しかしながら、内側ケージおよび／または外側ケージは、水蒸気を環境に放出するために、内側ケージ（存在するなら）、半透膜および外側ケージを順に通り抜けることを可能にするようにうまく調和し、オープンスペースのいくつか、或は大多数をもたなければならない。

本発明の実施形態において、半透膜は、水蒸気と呼吸ガスの両方に対して浸透性のあるポリ（テトラフルオロエチレン）膜から形成される。半透膜の少なくとも１つの層は、水ではなく水蒸気に対して浸透性があるが、グラフェンの抗細菌性の化合物の層を含んでいる。好適に、上述されるようなグラフェンの抗細菌性の化合物の層は、スプレー工程、浸せき工程あるいはその組合せによってポリ（テトラフルオロエチレン）膜に適用される。この実施形態におけるポリ（テトラフルオロエチレン）膜は、さらに抗細菌性のグラフェンの化合物を保持するための支持構造として働く。グラフェンの抗細菌性の化合物を含む層の選択透過性は、結果として生じた半透膜がガスを通さないか、あるいはガスに対してそれほど浸透性がないようにする。すなわち、主として水蒸気が通り抜けることを可能にする。さらに、ポリ（テトラフルオロエチレン）膜は、それが変形に強いことを可能にする良好な物理的性質を有する。ポリ（テトラフルオロエチレン）膜は特に多孔性であり、十分に小分子が通り過ぎることを可能にしている。グラフェンの抗細菌性の化合物を含む層が、ポリ（テトラフルオロエチレン）膜に適用されるとき、層がポリ（テトラフルオロエチレン）膜上の穴をカバーする。使用中のカートリッジ内部の蒸気圧の増加は、ポリ（テトラフルオロエチレン）膜を膨脹させるかもしれないと考えられ、当該膜は、同時にポリ（テトラフルオロエチレン）膜中の穴を膨脹させ得る。穴は拡大するかもしれないが、ポリ（テトラフルオロエチレン）膜に良好な引張強さがあれば、膨張の程度は許容域内にあり、ポリ（テトラフルオロエチレン）膜上にコーティングされた層を壊さないだろう。本発明者はポリ（テトラフルオロエチレン）膜を他の材料に置換することによりテストを行ない、中国出願公開第１０６２１５２９３号において使用されたペルフルオロスルホン酸（ＰＦＳＡ）膜など他の材料が、グラフェンの抗細菌性の化合物と良好に作用しないこと、例えば、水蒸気透過速度がＰＦＳＡ膜でより低いこと、を見出した。別の材料のいくつかは、膨張によりグラフェンの抗細菌性の化合物のコーティング層を破断しさかえする。

発明の半透膜がカートリッジおよび半透膜自体から水蒸気を取り除くのを支援する良好な透過性を有することが予期せずに分かった。当該透過性は、膜は過度の水蒸気を除去することができ、それゆえしわにならないだろう。本発明の半透膜に反して、ＰＦＳＡ膜はより低い水蒸気透過速度を持っており、頻繁な使用後に容易にしわになり得る。

本明細書の代替実施形態において、半透膜は、水蒸気に対してのみ浸透性をもつポリ（テトラフルオロエチレン）膜から形成される一方で、グラフェンの抗細菌性の化合物が水蒸気および呼吸ガスの両方に対して透過性をもつ。

本明細書の実施形態において、半透膜が連続気泡をカバーするように、半透膜が張り付けられるか、あるいは、除去可能に外側ケージに張り付けられる。半透膜は、例えば境界と同様に両方の連続気泡もカバーするシートであり得、あるいは、張り付けられ得、連続気泡だけをカバーする。これは、例えば、境界および／または連続気泡のエッジに半透膜を張り付けることによって、なされ得る。

本明細書の実施形態において、内側ケージが存在し、半透膜は内側ケージと外側ケージの間に張り付けられる。半透膜は、内側ケージと外側ケージの間に永久に貼り付けられ得るか、あるいは所望により、内側ケージと外側ケージの間で除去可能に貼り付けられ得る。半透膜が内側ケージと外側ケージの間で永久に張り付けられるなら、これは様々な方法でなされ得る、例えば、内側ケージおよび／または外側ケージのいずれかに半透膜を永久に貼り付け、ついで、内側ケージの外部の位置に外側ケージを密閉し、内側ケージの外部の位置に外側ケージを永久に密閉するなどである。

半透膜を除去可能に張り付ける１つの利点は、その場合では、半透膜が磨耗され、裂かれ、穴をあけられ、汚染され、あるいはそうでなければ動作不能にされる場合に、全カートリッジを置換しなければならないというよりは、半透膜だけを置換すること又は容易に置換することが可能かもしれないことである。例えば、カートリッジが再利用されることになっているとき、除去可能に張り付けられた半透膜はさらに利点を備え得る。

内側ケージおよび／または外側ケージは、例えば上流のコネクターおよび／または下流のコネクターに張り付けられ得る。カートリッジの実際の構造に依存して、上流のコネクターおよび／または下流のコネクターが、所望により、外側ケージおよび／または内側ケージに、直接あるいは間接的に接続され得ることが認識される。上流のコネクターおよび／または下流のコネクターはさらに取り付け可能であり得、あるいは除去可能に取り付け可能であり、あるいは、ブリージング回路に付けられる。典型的には、上流のコネクターおよび下流のコネクターの両方は取り付け可能である、あるいは除去可能にブリージング回路に取り付け可能である。

図に戻ると、図１は、本発明のカートリッジ１０の実施形態の一部切欠き斜視図を示す。カートリッジ１０は内側ケージ１４と外側ケージ１６の間に張り付けられた半透膜１２を含む。空気流の方向は矢印Ａによって、左から右まで示される。この実施形態において、内側ケージ１４は、上流のコネクター１８と下流のコネクター２０に接続される。

この実施形態において、半透膜１２は永久に張り付けられ、したがって、内側ケージ１４と外側ケージ１６の間から除去可能でない。なぜなら外側ケージ１６は、半透膜１２および内側ケージ１４のまわりで閉じて密閉されるからである。これは当該技術において既知の多くの処理、例えば超音波シール接着剤、熱シールなどのいずれによっても遂行され得る。外側ケージ１６は、したがって、内側ケージ１４および半透膜１２の外部の位置に位置づけられる。反対に、内側ケージ１４は外側ケージ１６に対して内部に位置づけられる。

外側ケージ１６は、例えば、複数の連続気泡２４を形成するシッカー、明瞭な境界２２によって形成され得る。境界２２は半透膜１２をカバーするので、水蒸気は境界２２によってカバーされる特定の位置で半透膜を通過しないかもしれない。代わりに、水蒸気は連続気泡２４が位置づけられる位置で半透膜１２を通過することができる。図１において、同様に、内側ケージ１４は連続気泡２４’を形成している境界２２’を含んでいる。本明細書の実施形態においてに、外側ケージの大多数の連続気泡は、内側ケージの連続気泡と、少なくとも部分的に、或いは完全によく調和する。

本明細の実施形態において、外側ケージから複数の境界が作られる。一方、内側ケージはより少数の境界を含んでいるか、本質的に境界を含んでいないが、１つの境界、あるいは単一の連続気泡を含んでいるかもしれない。実施形態において、内側ケージは、複数の境界によって形成される、一方、外側ケージは、より少数の境界を含んでいるか、本質的に境界も含んでいないか、又は一つの境界、あるいは単一の連続気泡を含んでいる。実施形態において、内側ケージと外側ケージは相補的な境界、あるいは本質的に同じパターンの境界、あるいは同じ数およびパターンの連続気泡によって形成される。

理論によって限定される意図なしに、複数の連続気泡を形成する一連の境界の構造は、半透膜の意図しない引き裂きを減少或は止め、製造の複雑さ及びコストを減少すること又は防止するために構造の一体性を提供すること、及び／又はカートリッジのＷＶＴＲを最大限にするように十分な領域を提供することの間で、よいバランスを提供すると考えられる。

図２は、上流のコネクター１８および下流のコネクター２０に接続された外側ケージ１６を有するカートリッジ１０の実施形態を示す。空気流の方向は矢印Ａによって示される。カートリッジ１０、さらに外側ケージ１６の連続気泡に見られる半透膜１２を含む。上流のコネクター１８および／または下流のコネクター２０は、さらにブリージング回路に接続する（図４の参照符号２６を参照）。

図３は、半透膜１２の実施形態の構造上の配置の概略図を示す。半透膜、１２はポリ（テトラフルオロエチレン）膜１３ａ、およびグラフェンの抗細菌性の化合物１３ｂを含んでいるコーティングを含んでいる。半透膜１２は、内側ケージ（図１の参照符号１４を参照）と外側ケージ（図１の参照符号１６を参照）の間で張り付けられ、ポリ（テトラフルオロエチレン）膜（１３ａ）は外的環境の方へ外部に面し、コーティング（１３ｂ）内部に面している。この位置の配置の１つの利点は、コーティング（１３ｂ）が呼吸ガス中の水蒸気を有効に吸収することができ、蒸発のために、それをポリ（テトラフルオロエチレン膜（１３ａ）に伝達することができることである。ガスに対するポリ（テトラフルオロエチレン）膜（１３ａ）の透過性は、水蒸気の迅速な蒸発を促進し、それゆえ水蒸気透過速度を高める。

図４は、カートリッジ１０を含む本発明のブリージング回路２６の実施形態を示す。空気流の方向は矢印Ａによって示される。カートリッジ１０は、上流のコネクター１８で、ブリージング回路２６に付けられている。ブリージング回路２６も加湿器２８に接続され、上流端３０を有している。上流端３０は、典型的には、例えばベンチレーターに接続されるだろう。

図４において、カートリッジ１０は、マスウピース３２の下流に位置しているが、そこはユーザーあるいは患者が呼吸する位置である。本発明の実施形態において、所望によりマスウピースが、例えば鼻の付属物、気管付属物、（他の何か）、及びその組み合わせと取り替えられ得ることは理解される。

図４の実施形態において、ブリージング回路２６は、複数の任意のセンサー付属物３２を含んでおり、例えば温度、湿度、空気流速、Ｏ_２濃度、ＣＯ_２濃度、およびその組み合わせ、あるいは温度、湿度およびその組み合わせ、あるいはブリージング回路中の空気の温度を潜在的に検知するために設けられる。センサー付属物は、所望により、例えばコンピューター、盗難警報装置あるいは計器盤（図示せず）にさらに接続され得る。

ブリージング回路２６は、典型的には吸入リム３６および発散リム３８を含んでいる。吸入リムは、ブリージング回路２６の部分として定義され、加湿機２８からマスウピース３２に延伸している。発散リム３８は、ブリージング回路２６の部分として定義され、マスウピースから上流のコネクター１８に延伸している。発散リム３８および／または吸入リム３６は、さらに様々なセンサー付属物３４をも含み得る。

本明細書においてブリージング回路はそれに限定されないが、図１に示されるとおりである。ブリージング回路および／またはブリージングシステムは、所望により別の構成でありうる。例えば、共軸の内腔、多数の内腔、多数のリム、Ｙ形のリムなどを有するブリージング回路及び／またはブリージングシステムは知られており、本実施形態に有用であり得る。

図４のブリージング回路２６は、本明細書に記述されるようにカートリッジの追加について、病院で典型的に見出だされるように、成人のブリージング回路である。しかしながら、すべての類型及び大きさのブリージング回路、例えば成人のブリージング回路、新生児のブリージング回路、小児ブリージング回路およびその組み合わせ；あるいは成人のブリージング回路、新生児のブリージング回路およびその組み合わせ；あるいは成人のブリージング回路も意図されており、本発明の範囲内にあると考えられる。

すでに注意したように、それは使用中に水分を吸収するために、発泡ポリ（テトラフルオロエチレン）側壁／チューブなどの水蒸気透過性材料を含んでいるブリージング回路、あるいは成人のブリージング回路には一般的である。しかしながら、上に注意されるように、そのようなブリージング回路の重量を減らすことは望ましい。理論によって限定されることを意図せず、本発明は、ブリージング回路の内部の空気からより少ない水分を吸収して、ブリージング回路の内部の空気からの同時に類似の水分放出を提供すると考えられている。従って、本発明の実施形態では、ブリージング回路は成人のブリージング回路である。また、ブリージング回路は２４時間の間、約８２ｇ以下の；あるいは約８２ｇから約０ｇまでの水；あるいは約８０ｇから約０ｇまでの水；あるいは約７５ｇから約０ｇまでの水；あるいは約７０ｇから約０ｇまでの水分を吸収する。

本実施形態のブリージング回路は、例えば、ブリージングシステム（例えば換気機、ポンプ、加湿器、ヒーター、持続性気管陽圧（別名ＣＰＡＰ）マシンなどと、その組み合わせ）を有するブリージングシステムを、前記システムからユーザーまで導き、ついでシステムあるいは他のものへ戻す。しばしば、ブリージングシステムはさらに空気を加熱しおよび／または加湿して、容易にし、および／または、ユーザーが呼吸するのにより快適にする。

本明細書の実施形態において、ブリージング回路は、本実施形態のカートリッジに直接あるいは間接的に付けられたホースを含んでいる。本明細書の実施形態において、ホースは発泡プラスチックから作られ、典型的にはより厚い発泡プラスチックであり、チューブの内部の空気からの熱損失を低減するためによりよい絶縁体を提供する。

本明細書の実施形態において、カートリッジは、ブリージング回路の近く位置するか、あるいは発散リムに隣接している；あるいは患者が発散リムに発散するところの隣、あるいは隣接する。なぜなら、これは最大の水蒸気濃度の位置であるから。理論によって限定される意図なしに、カートリッジはこの時点で水蒸気／湿度の濃度を減少するのを支援することができる場合に、凝結および水エントラップメントの全面的な危険は減少されると考えられている。

＜実施例１＞
［吸湿試験］
２４時間の間ブリージング回路に吸収された水分の測定のために、ここで使用されたテスト方法は、以下のとおりである。

１．吸入リムと発散リムを含むブリージング回路は、ベースラインを確立するように任意の使用に先立って電子機器の規模に基づいて計量した。
２．加湿器およびヒーターは、ブリージング回路に接続され、摂氏３７度（摂氏±２度）で、マスウピースで４５％−６５％の一定の湿度を提供するためにセットした。ブリージング回路の外側の空気は摂氏２０度（摂氏±２度）の温度が維持される。ベンチレーターは、成人のブリージング回路のために２０ｂｐｍの度数および５００ｍｌの一回呼吸気量でセットされる。新生児のブリージング回路については、度数は４０ｂｐｍでセットされる、一回呼吸量は８０ｍｌである。
３．シミュレートされた肺は、マスウピースに付けられ、加湿器、ヒーターおよびベンチレーターは２４時間実行される。
４．ブリージング回路は分離され計量され、ベースラインはブリージング回路に吸収された水分の量を決定するために引かれる。

比較例において、既存のブリージング回路は、ニュージーランド、オークランドのＦｉｓｈｅｒ ＆ Ｐａｙｋｅｌ社から購入され（ポリエチレンから形成された吸入リムと押し出して形成されたポリ（テトラフルオロエチレン）から作られた発散リムを備えたＥｖａｑｕａＩＩの成人用回路）、吸湿性テストを受ける。発明性のある実施例は、香港のＶｉｎｃｅｎｔ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｃａｒｅ Ｃｏ． 社からのブリージング回路（（押し出されたポリエチレンから形成された成人用のＬｉｑｆｒｅｅ回路）を採用し、本明細書に記載されるようなカートリッジに接続される。当該カートリッジは、厚さ１００μｍのポリ（テトラフルオロエチレン）を含む半透膜を含んでおり、厚さ３−５μｍのグラフェンの抗細菌性のコーティングでスプレー処理されている。カートリッジは内側ケージと、当該内側ケージに対して外側の外側ケージを持っている。半透膜は、内側ケージと外側ケージの間で永久に付けられる。カートリッジは、０．００３ ｍ２（幅約８．６ｃｍおよび高さ３．６ｃｍ）の表面積（すなわちカートリッジの内側）と、ＷＶＴＲ≧１．０１ｇ Ｈ_２Ｏ／時間を満たすＷＶＴＲを有する。半透膜表面のおよそ５％は、内側ケージと外側ケージによって直接閉塞される。発明性のある実施例について吸湿試験を受ける。

上記から、発明性のあるブリ−ジング回路がわずかに６２．５ｇの水分を吸収したことは理解され得る。この水分は、比較例のブリージング回路に吸収された８５．５ｇの水分より著しく少ない。更にブリージング回路の重量パーセンテージの増加として見た時、カートリッジを含む発明性のあるブリージング回路が２４時間の使用をシミュレートした後にはるかに低い重量の増加を有していたことが理解され得る。

＜実施例２＞
本発明の半透膜の実施例は、中国標準ＧＢ／Ｔ２５９１−２００３（抗菌性プラスチック）に従って抗菌性テスト− 抗菌活性に対するテストおよび水蒸気透過速度テストを受ける。半透膜は、ポリ（テトラフルオロエチレン・メンブレン上にグラフェンの抗細菌性の化合物を含む混合物をその上にスプレーし、乾燥することにより調製される。その混合物は次の調合物によって調製される。

抗菌性テストでは、半透膜の抗菌活性が０レベル（それはそれが強い防腐効果および良好な自己洗浄効果を有することを意味する）であることが分かる。

水蒸気伝送速度テストでは、上記によって調製された半透膜、（膜ＡおよびＢ）の２つの試料がテストされる。試料は、７５×７５ｍｍの大きさを持っている。そのテストは、図５で示されるような水蒸気透過速度測定器で行なわれ、下記工程を含んでいる。

−水蒸気透過速度（ＷＶＴＲ）測定器５０が圧縮されたチッソガス（ガス源）５２に接続され、測定器には流量計５４およびモレキュラーシーブ５６が設けられる。
−１３．５ｇの精製水は、ＷＶＴＲ測定器の水タンク（６５×６５ｍｍ）５８に加えられる、それは水タンク５８の上部表面の２ｍｍ下の水位を持つことが最良である。
−１つの半透膜がＷＶＴＲ測定器５０に入れられる、特に水と接することなく水タンク５８に位置付けられる。半透膜は水に向かうコーティング側と、上部及び下部固定プレートによって固定される。
−ＷＶＴＲ測定器５０は電源に接続され、テスト用の摂氏３０度の温度でセットされる。
加熱処理が開始する。
−ＷＶＴＲ測定器５０が摂氏３０度の温度で安定であるとき、チッソガスバルブはデバイス５０にチッソを供給するため０．５ＭＰａの圧力で開かれ、流量は、１．０３±０．０３Ｌ／分に調節される。
−テストの前に、ＷＶＴＲ測定器５０の端部に位置したモレキュラーシーブ５６は除去され電子秤によって量られる。測定された重量は、ｍ_１として記録される。その後、そのテストは始められ、時限が記録される。
−１０分後に、モレキュラーシーブ５６は再び除去され量られ、測定された重量は、ｍ_２として記録される。
−ｇ／（ｍ^２ ｘ 分）の単位でＷＶＴＲが計算される：ＷＶＴＲ（ｍ_２−ｍ_１）／（１０×０．０６５ ｘ ０．０６５）。
−モレキュラーシーブ５６は、その後、新しいものと取り替えられる。そのテストは同じ半透膜に対して４回繰り返される。
−上記工程は第２の半透膜のために繰り返される。

本発明の一実施形態によれば、最小のＷＶＴＲが少なくとも５．４７ｇ／（ｍ^２・分）であることが好ましい。すなわち、少なくとも３２８．２ｇ／（ｍ^２／ｈｏｕｒ）。

半透膜ＡおよびＢの試験結果は以下のとおりである。

半透膜ＡおよびＢの両方のＷＶＴＲは５．４７ｇ／（ｍ^２ ｘ 分）を超過する、したがって、これらの膜は、本発明のカートリッジにおいて使用されるのに適切である。これらの半透膜は、呼吸ガスから有効に水蒸気を取り除くことができる。

本発明の実施形態は、また、カートリッジを含むブリージング回路に関する。

上記が実施例を例証するに過ぎず、本発明が実施され得る例を記述していること、そして、その改良および／または変更が、本発明の精神から逸脱せずになされ得ること、は理解されるべきである。

また、明確性のために、個々の実施形態の文脈で記載される本発明の特定の特徴が、単一の実施形態の組み合わせで提供され得ることは理解されるべきである。反対にある単一の実施形態の文脈で明確性のために記載される、本発明の様々な特徴は、別々に、あるいは任意の適切なサブコンビネーションで提供され得る。

Claims (18)

1. ブリージング回路のためのカートリッジであって、該カートリッジは、
   Ａ． 半透膜であって、
   ｉ． ポリ（テトラフルオロエチレン）膜と、
   及び
   ｉｉ． グラフェンの抗細菌性の化合物と、を含む半透膜と、
   Ｂ． 外側ケージと、
   及び
   Ｃ． 外側ケージに対する随意の内側ケージと、を備え、
   前記半透膜は、外側ケージに、および随意に前記内側ケージと外側ケージの間で張り付けられる内側ケージと、
   を含んでなるカートリッジ。
2. グラフェンの抗細菌性の化合物はポリ（テトラフルオロエチレン）膜上にスプレーされる、請求項１に記載のカートリッジ。
3. ポリ（テトラフルオロエチレン）膜は、約１μｍから約１ｍｍまでの厚さを有している、請求項１又は２に記載のカートリッジ。
4. ポリ（テトラフルオロエチレン）膜は約１０ｇ Ｈ_２Ｏ／（時間ｘ ｍ^２）乃至約１０００ｇ Ｈ_２Ｏ／（時間ｘ ｍ^２）までの水蒸気透過速度を持っている、請求項１乃至３のずれか１項に記載のカートリッジ。
5. 外側ケージに接続された上流のコネクター、および外側ケージに接続された下流のコネクターをさらに含み、上流のコネクターおよび／または下流のコネクターはブリージング回路に取り付け可能である、請求項１乃至４のずれか１項に記載のカートリッジ。
6. 前記半透膜は、外側ケージに、あるいは随意に内側ケージと外側ケージの間で除去できるように張り付けられる、請求項１乃至５のずれか１項に記載のカートリッジ。
7. 半透膜は、約５ｃｍ^２から約１００ｃｍ^２までの表面積がある、請求項１乃至６のずれか１項に記載のカートリッジ。
8. 前記半透膜は外側ケージの内部表面に張り付けられる、請求項１乃至７のずれか１項に記載のカートリッジ。
9. グラフェンの抗細菌性の化合物はポリ（テトラフルオロエチレン）膜上の層に設けられ、該層はさらに熱可塑性エラストマー、付加的な抗細菌性の化合物、および随意に酸化防止剤と添加剤を含む、請求項１に記載のカートリッジ。
10. 前記付加的な抗細菌性の化合物はベンジルアミン塩酸塩または第四アンモニウム化合物である、請求項９に記載のカートリッジ、
11. 前記層は、水蒸気が通過することを可能にする親水性の気孔を含む、請求項９に記載のカートリッジ。
12. 親水性の気孔は、約１ｎｍあるいは１ｎｍ未満の平均直径を有する。請求項１１に記載のカートリッジ。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のカートリッジを含む、ブリージング回路。
14. 前記カートリッジは、ユーザーから下流に位置する、請求項１３に記載のブリージング回路。
15. ブリージング回路は成人のブリージング回路であり、ブリージング回路は、２４時間の間に約８２ｇ未満の水分を吸収する、請求項１３又は１４に記載のブリージング回路。
16. ブリージング回路が新生児のブリージング回路であり、ブリージング回路は、２４時間の間に約８ｇ未満の水分を吸収する、請求項１３又は１４に記載のブリージング回路。
17. さらにホースを含み、該ホースは発泡プラスチックを含む、請求項１３又は１４に記載のブリージング回路。
18. ブリージングシステムであって、
    Ａ．請求項１３乃至１７のいずれか１項に記載のブリージング回路と、
    及び
    Ｂ．ブリージングシステムマシンと、を含んでなる、
    ブリージングシステム。

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