JPH02302262A - 輸液ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は液体、特に薬）＾を微量ずつ、しかも精度よく
供給するための輸液ポンプ、さらに詳しくは、電気化学
的な手法を用いた輸液ポンプに関するものである。

従来の技術 近年、薬液を微量ずつ、しかも精度よく人体に注入する
ために各種輸冴ポンプが使用されるようになってきた。

従来の輸液ポンプは、その方式の違いによってシリンジ
ポンプ、ベリスタルティック（ロータ式）ポンプ、フィ
ンガーポンプ、ベローズポンプの４種類に分類される。

これらの内、ベローズポンプ以外のものは、いずれも薬
液を押し出すための駆動源としてステッピンクモータ、
ロータリソレノイドモータ、あるいは直流モータなどの
モータを使い、薬液の吐出量の複雑な制御Ｉ機横を採用
しているために、その重量および寸法とも一般に大きす
ぎるし、また、高価であるために、病院のベットサイド
で使われるのが普通であり、携帯用あるいは使い捨て型
にするには不向きである。また、ベローズポンプはフレ
オンカスの気化圧を利用してベローズを押し、それによ
って薬液を吐出させる方式のものであるが、フレオンガ
スの気化圧を制御することが難しく、特に微量の薬液を
長時間かけて注入する場合には、その注入精度に問題が
ある。

一方、近年、新しい方式として、電気化学的輸液ポンプ
が提案されている。（Ｈ，Ｊ、Ｒ，マゲット、米国特許
第４，５２２，６９８号）。この電気化学的輸液ポンプ
は電解質として機能する含水されたイオン交換膜の両面
に多孔性のガス拡散電極を接合した電気化学セルの陽極
に水素を供給し、陽・陰画極間に直流電流を通電したと
き、陽極：Ｈ２−＋２Ｈ”　＋　　２ｅ−（１）陰％：
　２Ｈ”　＋２ｅ−−８２（２）なる電気化学反応が起
こり、陰極で発生する昇圧された水素をピストン、ダイ
ヤフラム、ベローズ等を押すための駆動源として利用す
るものであり、陰極で発生ずる水素の圧力および発生量
を電気化学セルに通電する電流値によって極めて精密に
制御できる点に特徴がある。

また、この電気化学セルの反応物質として、水素の代り
に酸素を利用することも可能であり、この場合には 陽％：　２Ｈ２０−＝０２＋４Ｈ”　＋４　ｅ−陰極：
　０２　＋４Ｈ”　＋２ｅ−−＞２８２０なる反応が起
きる。そして、陰極に供給すべき酸素源として空気を用
いればｍＫ’＜ポンプの構造はがなり簡単なものになり
、安価であるという理由から、使い捨て型のものとして
実用化される可能性がある。

発明が解決しようとする課題 空気を利用する上述の電気化学的輸液ポンプは、陰極と
しての多孔性ガス拡散電極が大気にさらされるために、
イオン交換膜に含浸されている水が多孔性ガス拡散電極
の細孔を通して蒸発し、このためにイオン交換膜の導電
性が低下し、その帰結として、電気化学セルが機能しな
くなるという問題がある。この現象は、例えば、２ｍｊ
といった少量のインスリンを２４時間といった長時間か
けて少しずつ注入するような場合に顕著に起こる。

課題を解決するための手段 本発明は上記のような電気化学的輸液ポンプにおいて、
陰極としてキノン類を′主体とする＠極を用いることに
よって、電気化学セルの密閉化を可能ならしめ、水の蒸
発に伴う問題を解決せんとするものである。

作　　用 キノン類（Ｑと表示する）、例えば、クロラニル、デュ
ロキノンあるいはベンゾキノンとカーボンとの混合物を
フッ素樹脂などの結着剤で結着してなるキノン類を主体
とする電極をカチオン交換膜、モリブドリン酸、タンク
ストリン酸、リン酸ジルコニウム、アンチモン酸などの
プロトン導電性の固体電解質膜の片面に接合し、他面に
白金族金属あるいはチタン製の陽極を接合した電気化学
セルの陰・陽画極間に直流電流を通電すると、陰極で ２Ｑ＋４８”＋４ｅ−−２Ｈ２Ｑ’　　　（５）陽極で ２Ｈ２０−０２＋４８”　＋４　ｅ−（６）なる反応が
起こり、陽極で発生する酸素をベローズ、ダイヤフラム
あるいは注射筒の内筒を押すなめの圧力源とすれば輸液
ポンプとなる。

この場合には空気中の＠素を収り込まなくてもよいので
、電気化学セルを密閉系とすることが可能となり、従来
のように水の蒸発およびそれに伴う問題を回避すること
ができる。

上述の反応系において、陽極から発生する酸素の量は通
電電気量に比例し、ＩＡｈにつき、ｏ　’ｃ　。

１気圧に換算して２１０ｍＮとなる。

上述のプロトン導電性固体電解質の内、カチオン交換膜
としてはパーフルオロカーボン樹脂らしくはエチレン−
ジビニルベンゼン共重合体を母核とし、スルフォン酸基
、カルボン酸基などのイオン交換基をもったものが有用
である。また、これらのカチオン交換膜をプロトン導電
性電解質とするためには水が必要であるので、電気化学
セルの一部が水に浸漬されるようにしておくことがよい
。

モリブドリン酸、タングストリン酸、リン酸ジルコニウ
ム２アンチモン酸等の固体電解質し、ある程度水蒸気を
含んだ形にする必要がある。また、上述の電極にはプロ
トン導電性固体電解質材料を混合すると、・一般に作動
電流密度を高くする上で効果的である。

キノン類を主体とす、る電極の中に混入するカーボンは
導電性の乏しいキノンに対して導電助材として作用し、
カーボンの代りに金属粉末を用いてもよい。

本発明による輸液ポンプは、例えば、薬液を１時間当た
り０．１ｍＮ程度といった微量を注入するような用途で
は、用いるキノンも微量でよいし、電気化学セルも、そ
の作用面積にして１４以下と極めて小さくなるので、使
い捨て型として使用するのに適しているが、繰り返し使
用が可能な形にすることもできる。すなわち、輸液ポン
プの使用時に、上述の（５）式に従って、ハイドロキノ
ン（Ｈ２Ｑ）が生成するが、輸液ポンプの使用後に、陰
極に空気を触れさせると次の化学反応によりハイドロキ
ノンが再びキノンに再生される。

２Ｈ２Ｑ＋０２→２Ｑ＋２８２０　　　（７）（７）式
の反応には、陰極中に含まれているカーボンが触媒とし
て寄与するが、カーボンにさらに、例えば白金等の金属
触媒を担持しておくと、この反応はさらに早く進む。い
ずれにしても、この翰渣ポンプを繰り返し便用するため
には、空気の導入口を設けておく必要があるが、（７）
式の反応は充分早いし、また、（７）式によるハイドロ
キノンのキノンへの再生処理をする間に空気の導入口か
ら水を一瞬のうちにｈ１１充することもできるし、この
空気の導入「１は、輸液ポンプの使用時にはフタをして
おけばよいので、ｆｌａｔ来の空気を作用物質とする電
気化学セルを用いた輸液ポンプの場合のように、水の蒸
発に伴う不具合は起こらない。

実施例１ 第１図は本発明の一実施例にががる曲い捨て型輸液ポン
プの断面構造を示す。１は注射筒、２は内筒、３は薬液
吐出口、４は電気化学セル部、５は薬液、６は水である
。

電気化学セル部４はクロラニルとカーボン粉末とポリテ
トラフルオロエチレンとパーフルオロカーボンスルフォ
ン酸との混合物からなる陰Ｆｆ！７と、パーフルオロカ
ーボンスルフォン酸からなる電解質としてのイオン交換
ＷＡ８と、白金からなる酸素発生電極としての陽極９と
から構成されている。

陰極７および陽極りはイオン交換膜８に一体に接合され
ている。

陰極７と陽Ｊ＃１９との間に電池を電源として直流電流
を通電すると、陽極９から酸素が発生し、内筒２が圧迫
され、薬液５が薬液吐出口３がら吐出される。電気化学
セル部１１の作用面積を０．５ＣＩ＋１とし、クロラニ
ルを１００ｍＡｈ分とし、電源としてボタン型のニッケ
ルーカドミウム電池を用い、２．５ｍＡの電流を通電し
たとき、円筒２には５気圧の圧力がかかり、薬液として
のインスリンが０．１ｍｊ／ｈの割合で２４時間連続的
に吐出された。

実施例２ 第２図は本発明の一実施例にかかる繰り返し使用型輸液
ポンプの断面４１造を示す。この輸液ポンプは第１図と
よく似た構造をもっていて、空気および水を供給するた
めの開口部１０および開口部１０のフタ１１が設けられ
ているところが異なるだけである。屯し、陰極のキノン
としては実施例１のクロラニルの代りにデュロキノンを
用い、イオン交換膜の代りにモリブドリン酸膜を用い、
陽極として白金の代りに黒鉛粉末とポリテトラフルオロ
エチレンとの混合物からなる電％を用いた。

この輸液ボンダの使用時にはフタ１１を閉じておき、再
使用する際にフタ１１を開け、開口部１０がら空気を導
入すると、陰極のデュ０キノンの還元体のハイドロキノ
ンがデュロキノンに再生され、フタ１１をとじると、再
び輸液ポンプとして機能する。

効　　果 以上詳述した如く、本発明は、極めて小さく、また、そ
のため安価でかつ密閉型電気化学セルを用いるＭ液ポン
プを提供するもので、その工業的価値極めて大である。

なお、本発明にかかる輸液ポンプは、特に微量の薬液を
長時間かけて精度よく供給する用途、しかも、使い捨て
の用途に最も適しているが、その他の工業的用途にも適
用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例にかかる輸液ポンプの断
面構造、第２図は本発明の第二の実施例にかかる輸液ポ
ンプの断面！８造を示す。 １・・・・・・注射筒　　　２・・・・・・内筒３・・
・・・・薬液吐出口　４・・・・・・電気化学セル部７
・・・・・・陰！ｆ！８・・・・・・イオン交換膜９・
・・・・・陽極　　　１０・・・・・・開口部１１・・
・・・・フタ 峯　１　図 を　２　圀

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　キノン類を主体とする陰極と、プロトン導電性電解質
   と、酸素発生電極としての陽極とで構成される電気化学
   セルに直流電流を通電することによって陽極から発生す
   る酸素を加圧源として、液体を直接圧送するか、ベロー
   ズ若しくはダイヤフラムを介して液体を押し出すか、あ
   るいは注射筒の内筒を前進させて液体を押し出す機構を
   用いてなることを特徴とする輸液ポンプ。