JP6792058B2 - 電気浸透ポンプ - Google Patents

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Description

本発明は、身体に付着するパッチ型薬物伝達器またはウェアラブル(wearable)医療機器に適用できる薬物伝達用電気浸透ポンプに関するものである。
電気浸透ポンプは、毛細管または多孔性分離膜の両端に電圧を加えた時に発生する流体の移動現像を用いるポンプである。電気浸透ポンプは一般的な機械式ポンプに比べて非常に小さく製造することができ、騒音がなく、電力の消耗が少ない。
一例として、国際公開された特許WO2011/112723号では、多孔性銀/酸化銀アノード(anode、酸化電極)と多孔性銀/酸化銀カソード(cathode、還元電極)の間に位置するセラミックメンブレンを含む電気浸透ポンプを開示している。
前記特許では、セラミックから製造する多孔性分離膜の両端に電極を設置し一定の電位を印加すれば該当電位に比例する圧力が発生することを用いており、付加的に2個の流体チャンバーおよび薬物注射のための針を使用して薬物伝達装置を開示している。
しかし、前記特許の薬物伝達装置で使用している電気浸透ポンプは伝達しようとする薬物とポンプの駆動に使用される作動流体である水が油によって分離されているため、いつでも薬物と水の界面で予期せぬ混合(mixing)が発生可能な構造である。
電気浸透ポンプで、伝達対象である薬物と作動流体である水を分離しなければならない。薬物は多様な物質が混合されている混合物であり、構成成分中の生理活性を示す物質が電気浸透ポンプを駆動するための電位で酸化または還元され得る。また、薬物が電極に直接接触する場合、蛋白質などの高分子物質が電極に吸着されポンプの性能が低下されるので、電極と薬物は互いに分離される構成が好ましい。
しかし、従来の技術はこのような条件を十分に満足しないという問題点がある。
また、ポンプの駆動に必要な電力所要量は人の身体に付着するパッチ型薬物伝達器またはウェアラブル(wearable)医療機器として応用する時に実際実用可能性を決定する要素であるので、低い電力で駆動する小型ポンプが要求される。
したがって、本発明は前記問題点を解決するために提案されたものであって、本発明の目的は、作動流体と伝達対象である薬物が互いに分離され混ざらないようにして安定的な作動を通じて商品性を増大させ、副作用を防止して患者の治療効果を極大化させる電気浸透ポンプを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、電力消耗量に対する流体の伝達効率を極大化させることができる電気浸透ポンプを提供することにある。
前記のような本発明の目的を達成するために、本発明は、薬物流入口と薬物流出口が提供されたコネクタ、前記コネクタの一側に結合されるチェックバルブアセンブリー、そして前記コネクタの他側に結合され、前記チェックバルブアセンブリーを通過する薬物と隔離され、前記薬物に圧力を加えて前記薬物流出口側に前記薬物を移動させる駆動部を含む電気浸透ポンプを提供する。
前記チェックバルブアセンブリーは、前記薬物流入口に配置され前記薬物を一方向に移動させる流入用チェックバルブ、そして前記薬物流出口に配置され前記流入用チェックバルブを通じて伝達された前記薬物を排出させる排出用チェックバルブを含んでもよい。
前記チェックバルブアセンブリーは前記コネクタに結合され薬物流入延長管路と薬物排出延長管路が提供されるバルブハウジングを含み、前記薬物流入延長管路は前記薬物流入口に連結され、前記薬物排出延長管路は前記薬物流出口に連結され、前記薬物流入延長管路に流入用チェックバルブが配置され、前記薬物排出延長管路に排出用チェックバルブが配置されることが好ましい。
前記薬物流入延長管路には前記流入用チェックバルブを固定する第1固定具が設置され、前記薬物排出延長管路には前記排出用チェックバルブを固定する第2固定具が設置されることが好ましい。
前記駆動部は、前記コネクタに結合され前記チェックバルブアセンブリーの薬液を遮断する第1ダイヤフラム、前記第1ダイヤフラムに結合され内部に作動流体が収容される空間が提供された第1ポンプハウジング、前記第1ポンプハウジングに結合され電源の供給を受ける第1電源供給線、前記第1電源供給線に連結される第1電極、前記第1電極に一側が結合されるメンブレン、前記メンブレンの他側に結合される第2電極、前記第2電極に電源を供給する第2電源供給線、前記第2電極の一側に結合され内部に作動流体が収容される空間が提供された第2ポンプハウジング、そして前記第2ポンプハウジングに結合される第2ダイヤフラムを含むことが好ましい。
前記第1ポンプハウジングは軸方向に沿って貫通された空間が提供され、前記第1ダイヤフラムと前記第1電極によって前記第1ポンプハウジングの空間が閉鎖され、前記第2ポンプハウジングは軸方向に沿って貫通された他の空間が提供され、前記第2電極と第2ダイヤフラムによって前記第2ポンプハウジングの空間が閉鎖されることが好ましい。
前記コネクタと前記第1ダイヤフラムの間には薬物が前記薬物流入口を通じて前記薬物流出口に排出される空間部が提供されることが好ましい。
前記メンブレンは、作動流体とイオンが移動される多孔性材質からなることが好ましい。
前記メンブレンは、不導体からなることが好ましい。
前記第1ダイヤフラムまたは前記第2ダイヤフラムには面を基準にして凹凸からなるしわ部が提供されることが好ましい。
このような本発明は、ポンプ作動流体と薬物のような伝達対象流体を柔軟性のあるダイヤフラムで分離させて、電極に加えられる電圧によって伝達対象流体に含まれている有効成分が電気化学的反応で変質することを防止することができる効果がある。
また、本発明は、ポンプ作動流体に含まれる成分が薬物に伝達されることを防止することができてパッチ型薬物伝達器を設計する時に多様な伝達流体を適用することができるため設計の自由度を高めることができる。即ち、本発明は糖尿のように特定の病を患う患者に最適の薬物を選択して供給するかまたは多様な病を患っている患者に適用することができるパッチ型薬物伝達器の設計が可能である。
また、本発明は、開放圧力が非常に低いチェックバルブを適用してチェックバルブの反応速度を急速にすることによって電気浸透ポンプが低電力高効率で作動して電気浸透ポンプの商品性を向上させる効果がある。
本発明の実施形態を説明するために電気浸透ポンプの外形を示した斜視図である。 図1に示した電気浸透ポンプを他の角度から見た斜視図である。 図1の分解斜視図である。 図1のIV−IV部を切断して見た断面図である。 図1のV−V部を切断して見た断面図である。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は様々な形態に実現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。図面において本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一な参照符号を付与することにする。
図1と図2は本発明の実施形態を説明するための斜視図であり、図3は図1の分解斜視図であり、図4は図1のIV−IV部を切断して見た断面図であり、図5はV−Vを切断して見た断面図であって、電気浸透ポンプを示している。
本発明の実施形態の電気浸透ポンプは、コネクタ1、チェックバルブアセンブリー3、および駆動部5を含む。
コネクタ1の一側にチェックバルブアセンブリー3が結合され、他側に駆動部5が結合され得る。コネクタ1はチェックバルブアセンブリー3と駆動部5を区画する隔壁1aが提供される。隔壁1aには、薬物流入口1bと薬物流出口1cが提供される。
薬物流入口1bと薬物流出口1cは互いに間隔を成しながら隔壁1aを貫通して配置される。
薬物流入口1bは人体に投入される薬液が引き込まれ、薬物流出口1cは薬物流入口1bに引き込まれた薬物が巡って再び人体に投入されるように排出される通路であり得る。
チェックバルブアセンブリー3は、バルブハウジング7、流入用チェックバルブ9、排出用チェックバルブ11、第1固定具13、および第2固定具15を含むことができる。
バルブハウジング7には、薬物流入延長管路7aと薬物排出延長管路7bが提供される。バルブハウジング7はコネクタ1の一側に結合され得る。そして薬物流入延長管路7aは薬物流入口1bに連結され、薬物排出延長管路7bは薬物流出口1cに連結される。
流入用チェックバルブ9は、薬物流入延長管路7aに配置される。流入用チェックバルブ9は、人体に投入される薬液を薬物流入口1b側に通過させ、その逆方向に移動することを遮断することができる。
排出用チェックバルブ11は、薬物排出延長管路7bに配置される。排出用チェックバルブ11は、薬物流入口1bを通過した薬物を人体に注入する方向に通過させることができ、その逆方向に移動することを遮断することができる。
流入用チェックバルブ9と排出用チェックバルブ11は、柔軟で開放圧力が低いダックビルバルブ(Duckbill valve)を使用することができる。このような流入用チェックバルブ9と排出用チェックバルブ11は、電力消耗量に対する流体の伝達効率が増大し長時間作動が可能で商品性を増大させることができる。
第1固定具13は、薬物流入延長管路7aに嵌められて流入用チェックバルブ9を固定する役割を果たすことができる。第2固定具15は、薬物排出延長管路7bに嵌められて排出用チェックバルブ11を固定する役割を果たすことができる。
そして、これら第1固定具13と第2固定具15は、薬物が通過できる管路を備えるのが好ましい。
本発明の実施形態ではバルブハウジング7に流入用チェックバルブ9と排出用チェックバルブ11が結合された例示を示して説明したが、これに限定されるのではなく、コネクタ1に提供された薬物流入口1bと薬物流出口1cに流入用チェックバルブ9と排出用チェックバルブ11がそれぞれ結合されることも可能である。このような他の例示は、バルブハウジング7をコネクタ1と一体に構成してさらに簡単な構造で製作することができる。このような本発明の実施形態の他の例示は、部品の数を減らして製造費用をさらに下げることができ、コンパクトに製作することができる。
駆動部5は、コネクタ1の一側に結合される。駆動部5は、チェックバルブアセンブリー3が結合される反対側に配置されることが好ましい。駆動部5は、チェックバルブアセンブリー3を通過する薬物と隔離されて配置されることが好ましい。駆動部5は、チェックバルブアセンブリー3を通過する薬物に圧力を加えて薬物が薬物流出口1cを通過するようにする役割を果たす。
駆動部5は、第1ダイヤフラム17、第1ポンプハウジング19、第1電源供給線21、第1電極23、メンブレン25、第2電極27、第2電源供給線29、第2ポンプハウジング31、および第2ダイヤフラム33を含むことができる。
第1ダイヤフラム17は、コネクタ1の一側に結合される。第1ダイヤフラム17とコネクタ1はその間に空間が提供される。即ち、第1ダイヤフラム17は、コネクタ1に一定の空間を維持してコネクタ1に結合される。したがって、チェックバルブアセンブリー3側の薬物は第1ダイヤフラム17によって駆動部5側に移動せずに隔離された状態を維持する。
第1ダイヤフラム17は、それを成す面が駆動部5で発生する圧力によって軸方向に一定の区間を繰り返して移動することが可能である。このような第1ダイヤフラム17には、場合によって、面が軸方向(図1基準にx軸方向)に円滑に移動可能なしわ部が提供され得る。
第1ポンプハウジング19には一側に前述の第1ダイヤフラム17が結合される。第1ポンプハウジング19は軸方向に沿って貫通された空間19aが提供される。したがって、第1ポンプハウジング19は、第1ダイヤフラム17によって空間19aの一側が閉鎖され得る。
第1ポンプハウジング19は他側に第1電極23が結合され、第1ポンプハウジング19が成す空間19aが閉鎖され得る。そして、第1ポンプハウジング19は内部に提供された空間19aに水のような作動流体が収容され得る。
第1ポンプハウジング19は、外周に流体注入用孔部19bが提供され得る。このような孔部19bは、第1ポンプハウジング19に作動流体が注入された後に密封され得る。したがって、駆動部5の作動流体はチェックバルブアセンブリー3側の薬液と隔離され得る。
第1電源供給線21は、第1電極23に電源を供給することができる。第1電源供給線21は、第1ポンプハウジング19の縁に沿って配置され第1電極23に接触されて固定され得る。第1電源供給線21は、第1ポンプハウジング19と第1電極23の間に配置されることが好ましい。しかし、本発明の実施形態の他の例示として、第1電源供給線21はただ第1電極23に電源を供給することができれば、第1電極23とメンブレン25の間に配置されることも可能である。
第1電極23は、板状に形成され第1ポンプハウジング19の空間19aを閉鎖することができる。即ち、第1ポンプハウジング19は、第1ダイヤフラム17と第1電極23によって空間19aを形成することができる。そして、第1ポンプハウジング19の空間19aに水のような作動流体が収容される。
メンブレン25は、作動流体とイオンが移動される多孔性材質からなり得る。メンブレン25は、セラミックのような不導体からなることが好ましい。メンブレン25が不導体からなる場合には、本発明の電気浸透ポンプを長時間運転して第1電極23と第2電極27に使用される電気化学的反応物質が消耗乃至脱着され多孔性材質からなるメンブレン25が露出されても、従来のカーボンペーパーやカーボン織物を使用するときにカーボンペーパーやカーボン織物の露出によって発生した水の電気分解のような副反応が起こらないようになる。したがって、副反応による不必要な電力消耗を防止することができる。したがって、本発明は安全的な運転特性を有し耐久性を向上させることができる。
メンブレン25は、導電性を示さない高分子樹脂、ゴム、ウレタンまたはプラスチックフィルムなどのような柔軟な素材を薄い膜形態に加工して使用することができる。
第2電極27は、メンブレン25の他側に配置される。即ち、メンブレン25は、第1電極23と第2電極27の間に配置されることが好ましい。第2電源供給線29は、第2電極27に外部の電源を供給することができる。第2電源供給線29は、第2ポンプハウジング31の縁に結合され得る。しかし、第2電源供給線29は、ただ第2電極27に電源を供給できる構造であればいかなる配置構造も可能である。
第2ポンプハウジング31は、第1ポンプハウジング19と同一または類似の形状と模様を有する。第2ポンプハウジング31は、内部にまた他の空間31aが軸方向に貫通されて提供される。第2ポンプハウジング31には、第1ポンプハウジング19と同様に、内部の空間部31aを貫通する孔部31bが提供され得る。第2ポンプハウジング31の孔部31bは、作動流体を注入した後に密封剤によって密封されるかまたは融着などによって埋められ得る。
第2ダイヤフラム33は、第2ポンプハウジング31の一側に結合されて第2ポンプハウジング31に提供された空間31aを閉鎖することができる。
即ち、第2ポンプハウジング31は、板状に形成される第2電極27と第2ダイヤフラム33によって空間31aを閉鎖することができる。
第2ダイヤフラム33には、その面にしわ部33aが形成され得る。第2ダイヤフラム33に形成されたしわ部33aは、断面を基準にして見る時、軸方向に突出する凹凸からなり得る。このような第2ダイヤフラム33のしわ部33aは第2ダイヤフラム33の面を軸方向に十分に移動させてポンピングの性能を増大させる役割を果たすことができる。
本発明の実施形態では第2ダイヤフラム33にしわ部33aが形成された例を図示して説明したが、場合によっては第1ダイヤフラム17にもしわ部が形成されることも可能である。そして第1ダイヤフラム17または第2ダイヤフラム33に形成され得るしわ部は少ないエネルギーでも第1ダイヤフラム17と第2ダイヤフラム33の変形を極大化させる役割を果たしてエネルギー消費を減らすことができる。即ち、外部の小さな電源でも駆動部5を長時間駆動させることができる利点がある。
図4と図5に示したように、前述の第1ポンプハウジング19、第1電源供給線21、第1電極23、メンブレン25、第2電極27、第2電源供給線29、および第2ポンプハウジング31は、封止剤Sによって外部との気密を維持することができる。即ち、第1電源供給線21、第1電極23、メンブレン25、第2電極27、および第2電源供給線29は第1ポンプハウジング19と第2ポンプハウジング31の大きさに比べて小さく構成して組み立てられた状態で第1ポンプハウジング19と第2ポンプハウジング31の間に縁部分(外部に露出される部分であり、断面を基準にして溝または空間を成す部分)に封止剤Sが配置され得る。このような封止剤Sは外部との気密を維持する気密層を形成することができる。
このような封止剤は、ホットメルト系、エポキシ系、ポリウレタン系またはシアノアクリレート系などの接着剤を使用することができる。しかし、封止剤はこのような例に限定されるのではなく、堅く硬化されて作動流体の流出を防止し構成要素の外形の変形を防止することができる素材であれば何れでも使用することができる。
以下、このように構成される本発明の実施形態の作動過程を詳細に説明する。
まず、第1電源供給線21と第2電源供給線29に電圧の極性を異にして電源を供給すれば、第1電極23と第2電極27の間に電圧差が発生する。このような電圧差によって酸化電極で電極反応の結果として陽イオンが生成される。前記の反応で生成された陽イオンは還元電極に移動しながら作動流体を共に引いてメンブレン25を通過して圧力(ポンピング力)を発生させる。
即ち、このような電気化学反応は、イオンと作動流体がメンブレン25を通過して第1ポンプハウジング19の空間19aまたは第2ポンプハウジング31の空間31aに移動可能である。
第1電源供給線21と第2電源供給線29を通じて第1電極23と第2電極27に電源の極性を交互に供給すれば、前述の電気化学反応によって第1ポンプハウジング19の空間19aと第2ポンプハウジング31の空間31aに反復的に作動流体が移動可能である。
即ち、酸化電極の役割を果たした電極が電圧極性の交番によって還元電極の役割を果たすものに変われば、酸化電極として使用される時に消耗された電気化学的反応物が還元電極として使用される時に回復され、その逆の場合も同様に行われて電気浸透ポンプの継続的な運転が可能である。
そうすれば、第1ダイヤフラム17と第2ダイヤフラム33が変形されながら圧力を発生させる。このような圧力は、コネクタ1と第1ダイヤフラム17の間の空間に作用する。
そうすれば、薬物は前記の発生された圧力によって薬物流入延長管路7aを通じて薬物流入口1bに引き込まれる。そして、このように移動された薬物は薬物流出口1cと薬物排出延長管路7bを通じて排出されながら人体に注入され得る。
この時、流入用チェックバルブ9と排出用チェックバルブ11は薬物を一方向にのみ移動させる役割を果たす。したがって、本発明の実施形態の電池浸透ポンプは低電力を用いながらも安定的に薬物を人体に注入させることができる。
特に、本発明は、駆動部5の作動流体と薬物が互いに分離されるので、薬物に含まれている有効成分が電気化学的反応によって変質することを防止することができる。
また、本発明は、駆動部5の作動流体に含まれる成分が薬物に伝達されることを遮断して、より幅広い薬物または作動流体を適用することができる。
本発明は開放圧力が非常に低いチェックバルブを使用してチェックバルブの反応速度が非常に速いようにしたものであり、これによって全体的にポンプが低電力高効率で運転できる。
以上で本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるのではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明および添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属することは当然である。
1 コネクタ
3 チェックバルブアセンブリー
5 駆動部
7 バルブハウジング
9 流入用チェックバルブ
11 排出用チェックバルブ
13 第1固定具
15 第2固定具
17 第1ダイヤフラム
19 第1ポンプハウジング
21 第1電源供給線
23 第1電極
25 メンブレン
27 第2電極
29 第2電源供給線
31 第2ポンプハウジング
33 第2ダイヤフラム

Claims (8)

  1. 薬物流入口と薬物流出口が提供されたコネクタ、
    前記コネクタの一側に結合されるチェックバルブアセンブリー、そして
    前記コネクタの他側に結合され、前記チェックバルブアセンブリーを通過する薬物と隔離され、前記薬物に圧力を加えて前記薬物流出口側に前記薬物を移動させる駆動部
    を含み、
    前記駆動部は
    前記コネクタに結合され前記チェックバルブアセンブリーの薬液を遮断する第1ダイヤフラム、
    前記第1ダイヤフラムに結合され内部に作動流体が収容される空間が提供された第1ポンプハウジング、
    前記第1ポンプハウジングに結合されて電源の供給を受ける第1電源供給線、
    前記第1電源供給線に連結される第1電極、
    前記第1電極に一側が結合されるメンブレン、
    前記メンブレンの他側に結合される第2電極、
    前記第2電極に電源を供給する第2電源供給線、
    前記第2電極の一側に結合され内部に作動流体が収容される空間が提供された第2ポンプハウジング、そして
    前記第2ポンプハウジングに結合される第2ダイヤフラム
    を含み、
    前記第1ポンプハウジングは
    軸方向に沿って貫通された空間が提供され、
    前記第1ダイヤフラムと前記第1電極によって前記第1ポンプハウジングの空間が閉鎖され、
    前記第2ポンプハウジングは
    軸方向に沿って貫通された他の空間が提供され、
    前記第2電極と第2ダイヤフラムによって前記第2ポンプハウジングの空間が閉鎖される、電気浸透ポンプ。
  2. 前記チェックバルブアセンブリーは、
    前記薬物流入口に配置されて前記薬物を一方向に移動させる流入用チェックバルブ、そして
    前記薬物流出口に配置されて前記流入用チェックバルブを通じて伝達された前記薬物を排出させる排出用チェックバルブ
    を含む、請求項1に記載の電気浸透ポンプ。
  3. 前記チェックバルブアセンブリーは、
    前記コネクタに結合され薬物流入延長管路と薬物排出延長管路が提供されるバルブハウジングを含み、
    前記薬物流入延長管路は前記薬物流入口に連結され、前記薬物排出延長管路は前記薬物流出口に連結され、
    前記薬物流入延長管路に流入用チェックバルブが配置され、前記薬物排出延長管路に排出用チェックバルブが配置される、請求項1に記載の電気浸透ポンプ。
  4. 前記薬物流入延長管路には
    前記流入用チェックバルブを固定する第1固定具が設置され、
    前記薬物排出延長管路には
    前記排出用チェックバルブを固定する第2固定具が設置される、請求項3に記載の電気浸透ポンプ。
  5. 前記コネクタと前記第1ダイヤフラムの間には
    薬物が前記薬物流入口を通じて前記薬物流出口に排出される空間部が提供される、請求項1に記載の電気浸透ポンプ。
  6. 前記メンブレンは
    作動流体とイオンが移動される多孔性材質からなる、請求項1に記載の電気浸透ポンプ。
  7. 前記メンブレンは
    不導体からなる、請求項1に記載の電気浸透ポンプ。
  8. 前記第1ダイヤフラムまたは前記第2ダイヤフラムには
    凹凸からなるしわ部が提供される、請求項1に記載の電気浸透ポンプ。
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