KR101524326B1 - 유동부재를 구비한 모세관 시스템 - Google Patents

유동부재를 구비한 모세관 시스템 Download PDF

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Abstract

에어로졸 발생 시스템은 액제가 모세관 통로에서 적어도 부분적으로 증발되고, 에어로졸을 형성하기 위한 모세관 통로로부터 배출되는 에어로졸 발생기를 구비한다. 상기 에어로졸 발생 시스템은 액제를 상기 에어로졸 발생기에 공급하는 데 적용되는 펌프장치; 및 상기 펌프장치와 상기 모세관 통로 사이에 위치된 유동부재를 구비하고, 상기 유동부재는 상기 액제가 에어로졸 발생기의 모세관 통로에 진입할 때 액제의 압력을 증가시킨다.

Description

유동부재를 구비한 모세관 시스템 {CAPILLARY SYSTEM WITH FLUIDIC ELEMENT}
본 발명은 유동부재를 구비한 모세관 시스템에 관한 것이다.
모세관 에어로졸 기술과 모세관 에어로졸 발생기(generator)는 미국 특허 5 743 251에 설명되어 있다. 에어로졸은 매우 많은 용도로 유용하게 사용된다. 예를 들어, 환자의 폐로 흡입될 수 있는 액체 및/또는 고체, 파우더, 약물을 잘게 분리한 입자의 에어로졸을 분무하는 것에 의해 호흡기 질환을 치료하는 데 또는 약물을 전달하는 데 매우 유용하다. 에어로졸은 액체상태(바꿔말하면 액제 또는 액상물질)에서의 용액 또는 현탁액을 모세관에 공급하는 것에 의해서 가열된 모세관 에어로졸 발생기로부터 발생 될 수 있는데, 모세관이 충분히 가열되는 동안, 용액(또는 현탁액의 운반액, the carrier portion of suspension)은 증발되고, 그에 따라 용액(또는 현탁액)은 에어로졸의 형태로 가열된 모세관으로부터 배출된다. 모세관의 길이는 다른 인자들과 발생될 에어로졸의 조성에 의해 요구되는 필요열량에 따라 정해질 수 있다. 가열된 모세관 에어로졸 발생기와 직접 관련된 잠재적인 문제점은 과열과 불충분한 에어로졸 형성을 초래하고, 모세관 튜브의 막힘 및/또는 모세관 에어로졸 발생기의 고장을 발생시키는 모세관 튜브 안에서의 폭넓은 온도 변화가 일어난다는 것이다.
에어로졸 발생 시스템은 액상물질(liquid material) 또는 액제(liquid formulation)를 컨테이너 폐쇄 시스템(container closure system)으로부터 빨아들이는 데 사용될 수 있고, 연속적인 에어로졸의 전달을 위해 에어로졸 발생기 또는 모세관 튜브의 하부조립체를 통해 에어로졸을 분배할 수 있다. 시스템 및 방법을 구비하는 것에 의해서 모세관 에어로졸 발생 시스템의 신뢰성 및 건전함을 개선하는 것이 바람직하고, 에어로졸의 입구에서의 후퇴압력을 증가시키는 것(즉 변함없는 유동과 젖은 모세관을 유지하기에 필요한 최소 압력) 및 액상물질 또는 액제를 증기와 액상물질 또는 액제 내에서 큰 입자로 전환 시킴에 따라 시스템 내에서 압력변동을 줄이는 것에 의해서 에어로졸 발생 장치의 모세관 통로 안에서 명목상의 작동 압력을 안정화시킬 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 의하면, 에어로졸 발생 시스템은, 에어로졸을 형성하기 위해 액제가 모세관 통로(capillary passage)에서 적어도 부분적으로 증발되어, 모세관 통로로부터 배출되는 에어로졸 발생기; 상기 에어로졸 발생기의 모세관 통로에 액제를 공급하기 위해 설치된 펌프장치(pump unit); 및 상기 펌프장치와 상기 에어로졸 발생기의 상기 모세관 통로 사이에 위치되어 있고, 상기 액제가 상기 모세관 통로에 진입할 때 상기 액제의 압력을 증가시키도록 되어있는 유동부재를 구비한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 에어로졸을 발생시키는 방법은 상기 모세관 통로의 입구에서 액체의 압력이 적어도 7㎫(1000psi, pounds per squre inch, (제곱인치당 파운드))이 되도록 하면서 액제를 모세관 통로에 20㎕/s(microlitres per second, 초당 마이크로리터)의 유동률로 공급하는 단계; 및 상기 모세관 통로로 에어로졸을 발생시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 제1 실시예에 의하면, 유동부재는 펌프장치와 에어로졸 발생기의 모세관 튜브 사이에 위치되고, 유동부재는 액제의 후퇴압력을 증가시킨다. 따라서, 열전도성이 있는 가열블록은 열이 실질적으로 균등하고 일률적으로 열전도성이 있는 가열블록으로부터 모세관튜브에 전달되는 것을 최대화한다.
작동에 있어서, 전기 도선들이 전원으로부터 열전도성이 있는 가열블록 안에 삽입된 가열 카트리지(heater cartridges)에 전기를 전달하고, 이에 의해 열전도성이 있는 가열블록이 가열된다. 가열될 때, 열전도성이 있는 가열블록은 열을 에어로졸 발생장치 또는 모세관 튜브에 전달하고, 그에 따라 가열된 모세관 튜브에 삽입된 액상물질 또는 액제를 적어도 부분적으로 증발시키기 위해 충분한 온도로 모세관 튜브를 균등하고 일률적으로 가열한다. 예를 들어, 적어도 부분적으로 증발된 액상물질 또는 액제는 액상물질 또는 액제를 분무하기 위한 흐름제한부(restrictor)를 통해서 배출될 수 있다. 증발된 물질은 가열블록의 말단에 있는 에어로졸 제한부재(aerosol confinement member) 안에 있는 가열된 시쓰(sheath) 공기 공급원에 의해 공급된 공기와 함께 섞이고, 에어로졸을 형성한다.
상기 시스템 및 방법을 구비하는 것에 의해서 모세관 에어로졸 발생 시스템의 신뢰성 및 건전함을 개선하는 효과가 있고, 에어로졸의 입구에서의 후퇴압력을 증가시키는 것 및 액체 물질 또는 액제를 증기와 액상물질 또는 액제 내에서 큰 입자로 전환 시킴에 따라 시스템 내에서 압력변동을 줄이는 것에 의해서 에어로졸 발생 장치의 모세관 통로 안에서 명목상의 작동 압력을 안정화시키는 효과가 있다.
도 1은 열린 상태에서 가열블록(heater block)을 구비한 본 발명의 제1 실시예에 의한 에어로졸 발생 시스템의 사시도를 나타낸다.
도 2는 닫힌 상태에서 가열블록을 구비한 도 1의 에어로졸 발생 시스템의 사시도를 나타낸다.
도 3은 도 1의 에어로졸 발생 시스템의 제거가능한 조립체(disposable assembly)의 사시도를 나타낸다.
도 4는 도 3의 제거가능한 조립체의 측면도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 밸브 조립체(valving assembly)와 유동부재의 선도를 나타낸다.
도 6A는 본 발명의 실시예에 의한 도 1의 에어로졸 발생 시스템에 사용하기 위한 유동부재의 사시도를 나타낸다.
도 6B는 본 발명의 실시예에 의한 유동부재의 단면도를 나타낸다.
도 7A는 본 발명의 실시예에 의한 시스템 내에서 시간에 대한 후퇴압력을 나타내는 직선형 유동부재의 그래프를 나타낸다.
도 7B는 유동부재가 없는 상태에서 시스템 내에서 시간에 대한 후퇴압력 그래프를 나타낸다.
도 8은 유동부재를 구비한 액제의 입자 사이즈 및 유동부재를 구비하지 않는 액제의 입자 사이즈를 비교한 표를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 에어로졸 발생 시스템에 사용하기 위한 유동부재의 사시도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 에어로졸 발생 시스템에 사용하기 위한 유동부재의 분해도를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 추가적인 실시예에 의한 에어로졸 발생 시스템에 사용하기 위한 유동부재의 분해도를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 의한 에어로졸 발생 시스템에 사용하기 위한 유동부재의 분해도를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 의한 에어로졸 발생 시스템의 선도를 나타낸다.
도 1을 설명하면, 본 발명의 제1 실시예에 있어서, 에어로졸 발생 시스템(10)의 사시도를 나타낸다. 액제 또는 액상물질은 바람직하게는 액상물질 공급원에 연결된 모세관 튜브의 입구를 통해서 모세관 튜브 안에 삽입된다. 증발된 액상물질은 모세관 튜브의 배출구를 통해서 모세관 튜브 밖으로 배출되는데, 액상물질 공급원으로부터 액체의 압력은 액체가 배출구로부터 배출되도록 한다.
도 1에 나타난 것처럼, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 에어로졸 발생 시스템(10)(또는 약물 전달 시스템)은 에어로졸 발생기 및 가열블록을 구비하고, 가열블록 및 열적으로 전도가능한 물질의 온도는 작동온도(즉 모세관 튜브에서 액상물질이 증발된 온도)에서 가열되고 유지된다. 상기의 온도는 약 250℃에서 400℃ 사이의 범위일 수 있다. 그러나, 에어로졸이 에어로졸 발생 시스템(10)에서 발생 될 때, 액제의 증발과 에어로졸 발생기의 출구에서 감소된 입구를 통과하여 증기/액체를 밀어넣기 때문에, 에어로졸 발생 시스템(10)은 대략 4㎫에서 6㎫(600psi 에서 900psi) 사이의 상당한 후퇴압력(즉, 배출구로부터 시스템 내에 작용하는 압력 또는 에어로졸 발생 장치의 모세관 또는 모세관튜브에서 주입펌프로 배출되는 곳의 감소된 입구)을 발생시킬 수 있다. 게다가, 에어로졸 발생 시스템(10)은 모세관에서의 일관성이 없는 유동, 액제 안에서 큰 입자 및 차선의(sub optimal) 증발을 경험할 수 있고, 이는 에어로졸 발생 시스템(10)에 대략 15㎫에서 20㎫(2000psi 에서 3000psi) 사이의 갑작스런 압력 스트라이크를 발생시키는 원인을 제공할 수 있다.
에어로졸 발생 시스템(10)은 또한 모세관 또는 유체가 이동하는(장치 내에서) 모세관 통로 내의 명목상 압력의 변화, 압력 특성(profile)에 따른 변동, 7㎫(1000psi) 이하의 명목상의 압력에서 배출구의 막힘 및 에어로졸 발생 시스템(10)에서 배출구의 직경보다 보다 큰 크기를 갖는 입자를 경험할 수 있다. 예를 들어, 명목상의 압력이 7㎫(1000psi) 이하 일 때, 에어로졸 발생 시스템(10)은 변동하는 에어로졸을 경험할 수 있고, 이는 모세관에 작동 압력 스파이크를 초래한다. 게다가, 상기 압력 스파이크가 발생할 때, 에어로졸 발생 시스템(10)은 이 같은 높은 압력을 버틸 수 없고, 모세관을 막히게 하는 결과를 발생시킨다. 고장이 발생할 때, 제거가능한 전달 패킷 구성요소와 전달 패킷에 있는 조정은 고장 나서, 장치의 작동을 정지시키는 결과를 발생시킨다. 따라서, 모세관 에어로졸 발생기의 신뢰성 및 건전함을 개선하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이 바람직하고, 액제는 흡입을 위한 에어로졸을 형성하기 위해 부분적으로 증발된다.
도 1에 나타난 것처럼, 에어로졸 발생(또는 약 전달) 시스템(10)은 베이스 장치(base unit, 20)를 구비하고, 살균된 제거가능한 유동 시스템의 형태로 제거가능한 조립체(disposable assembly, 40)를 수용하는 데 적용된다. 베이스 장치(20)는 하우징(housing, 22), 제거가능한 조립체(40)를 수용하기에 적합한 제거가능한 조립체 하우징(30), 소형으로 구조변경가능한 투입/산출(input/output, I/O) 제어 조립체(도면에 도시되지는 않았지만) 및 사용자 인터페이스(user interface, 24)로 구성된다. 도 1에 나타난 것처럼, 사용자 인터페이스(24)는 터치 스크린 패널, 또는 정보를 입력하고 에어로졸 발생 시스템(10)으로부터 작동데이터를 받아들일 수 있 다른 적절한 인터페이스 시스템 일수 있다. 제거가능한 조립체 하우징(30)은 뚜껑이 달린 것(clam-shell) 같은 하우징으로 구성되는 것이 바람직하고, 에어로졸 발생 장치(90)(또는 에어로졸 발생기) 및 유동부재(100)를 구비한 제거가능한 조립체(40)를 수용하는 데 적용된다. 도 1에 나타난 것처럼, 베이스 장치(20)에서의 제거가능한 조립체 하우징(30)은 상부 또는 제1 중간부 및 하부 또는 제2 중간부로 구성되고, 뚜껑이 달린 형태로서 제거가능한 조립체(40)를 감싸는 데 적용된다. 그리고, 제거가능한 조립체 하우징(40)은 하우징(30)의 쉬운 개방과 폐쇄를 위해 손잡이를 구비한다. 제거가능한 조립체(40)는 제거가능한 조립체 하우징(30)의 하부 또는 제2 중간부 안에 고정되고, 제거가능한 조립체(40)의 구성요소가 베이스 장치(20) 안에 각각 연결된 구성요소에 맞추어 지는 것을 보장한다.
사용중에, 에어로졸 발생 장치(90)는 간접적인 가열블록 조립체(도면에 나타나지는 않았지만)를 구비하고, 가열된 모세관 튜브를 감싸고, 액상물질 또는 액제를 가열한다. 그리고, 액제가 펌프장치(50)에 의해 일정하고 지속적인 비율로 에어로졸 발생 장치로 밀어넣어 진다. 펌프장치(50)는 바람직하게는 2개의 주입펌프(syringe pump, 52, 54) 및 다른 주입펌프(52, 54)에 의해 액제를 에어로졸 발생 장치에 전달하는 동안, 액제를 한 개의 주입펌프(52, 54)의 입구로 공급하기 위해 사용가능한 밸브 장치(valving arrangement) 또는 밸브 조립체(valving assembly, 60)(도 3)를 구비한다. 본 발명에 제1 실시예에서, 펌프장치(50) 및 밸브 조립체(60)는 대략 15㎕와 25㎕ 사이에서 지속적으로 액제(26)를 모세관에 전달하고, 더욱 바람직하게는 약 18㎕와 22㎕ 사이이며, 가장 바람직하게는 약 20㎕이다.
도 2는 닫힌 상태에서 제거가능한 조립체 하우징(30)을 구비한 도 1의 에어로졸 발생 시스템(10)의 사시도를 나타낸다. 제거가능한 조립체(40)는 액상물질 공급원 또는 액제 공급원에 붙일 수 있고, 에어로졸을 형성하기 위해 액제 공급원이 부분적으로 증발된다. 에어로졸 발생 시스템(10)은 액상물질 또는 액제를 에어로졸에 지속적으로 전달하는데 적용되고, 액상물질 또는 액제(26)는 적어도 액상물질 또는 액제(26)의 일부를 부분적으로 증발시키기 위해 에어로졸 발생 장치(90)에서 가열된다. 에어로졸 발생 시스템(10)은 베이스 장치(20) 및 살균된 제거가능한 유동 시스템 또는 제거가능한 조립체(40)를 포함하는 습식 구성요소를 구비할 수 있다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 제거가능한 조립체(40)는 바람직하게는 밸브 조립체(60)(또는 밸브 장치), 유동 튜브 조립체(80), 에어로졸 발생 장치(90), 및 유동부재(100)를 구비한다. 밸브 조립체(60)는 바람직하게는 많은 밸브들(62, 64, 66, 68)을 포함한다. 유동부재(100)는 밸브들(64, 68)과 에어로졸 발생 장치(90)의 가열된 모세관 통로(capillary passage, 70) 사이에 위치된다. 모세관 통로(70) 및 가열장치(72)는 바람직하게는 에어로졸 발생 장치(90) 안에 위치된다. 주입펌프들의 각 전달행정(delivery strokes) 동안, 제1 주입펌프(52) 및 제2 주입펌프(54)는 선택적으로 모세관 통로(70) 및 유동부재(100)에 전달되고, 주입펌프들의 각 흡입행정(drawing stroke) 동안, 액제 공급원에 선택적으로 전달되고, 결국 상기의 행정은 밸브들(62,64,66,68)의 상호협력으로 실행된다. 도 5에 나타난 것처럼, 예를 들어, 제1 주입펌프(52)가 배출하는 동안, 배출물은 제1 주입펌프(52)로부터 모세관 통로(70)로 유로X₁을 따라 인도된다. 유로X₁은 밸브(62)가 닫히고 밸브(64)가 열리는 것에 의해 형성된다. 동시에, 제2 주입펌프(54)는 배관(110)을 통과한 액제공급원으로부터 X₂라고 불리는 유로를 따라 유체를 끌어당기는 흡입행정을 실행한다. 상기 유로X₂를 형성하기 위해, 밸브(66)가 열리고 밸브(68)가 닫힌다.
도 4는 도 3에 나타나 있는 것과 같은 제거가능한 조립체(40)의 측면도를 나타낸다. 도 4에 나타난 것처럼, 제거가능한 조립체(40)는 4개의 밸브 조립체(60), 유동 튜브 조립체(80), 에어로졸 발생 장치(90) 및 유동부재(100)를 구비한다. 주입펌프들(52, 54)은 바람직하게는 구동열을 및 액상물질 또는 액제를 지속적으로 분배하기 위해 이중의 주입펌프들(52, 54)의 작동을 동시에 허가할 수 있는 제어전자기기를 구비한다. 또한, 주입펌프들(52, 54)은 바람직하게는 밸브들(62,64,66, 68)의 개방과 폐쇄를 위한 신호를 발생시킬 수 있고, 프로그램을 입력할 수 있는 자동 제어기와 교신할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 의하면, 펌프장치(50)는 적어도 2000psi 보다 높은 후퇴압력을 지탱할 수 있어야만 하고, 더욱 바람직하게는 20㎫에서 30㎫(2000psi 에서 4000psi) 사이의 후퇴압력을 지탱할 수 있어야 한다. 게다가, 주입펌프들(52, 54)은 바람직하게는 유동 방해 인클로져(enclosure)에 설치되고, 유체를 전달하는 동안 플런져(plunger) 힘을 모니터하기 위해 각 삽입설치선반에 힘을 감지하는 센서를 구비할 수 있다. 주입펌프들(52, 54)의 펌프용량은 폐의 계면 활성제와 같은 매우 점성의 큰 액제의 처리를 용이하게 한다.
에어로졸 발생 장치(90)는 상부 또는 정상 조립체와 하부 또는 바닥 조립체를 구비하는 가열블록 조립체의 형태로 된 히터 또는 가열장치(heating unit, 72), 열전지 및 모세관 통로(70) 또는 가열된 모세관 튜브의 형태로 된 에어로졸 발생기를 구비한다. 에어로졸 발생 장치(90)는 액제(26)(도 3)가 적어도 부분적으로 증발되는 모세관 통로(70) 및 모세관 통로(70) 또는 튜브에서 액제를 적어도 부분적으로 증발시키기에 효율적인 범위의 온도에서 모세관 통로(70)를 가열하는데 사용할 수 있는 가열체(heater body) 또는 가열블록을 구비한다. 모세관 통로(70)는 공급튜브단부(feed thbe end) 또는 근접단부(proximal end), 및 반구형 모세관 단부(domed capillary end) 또는 말단부(distal end)를 구비할 수 있다. 모세관 통로(70)는 바람직하게는 약 0.05㎜에서 0.53㎜ 사이 범위의 내부직경을 구비하고, 더욱 바람직하게는 약 0.1㎜에서 0.2㎜ 사이 범위의 내부직경을 구비한다. 모세관 통로(70)의 특히 바람직한 내부직경은 대략 0.1905㎜ 또는 0.0075인치이다. 본 발명의 제1 실시예에 의하면, 모세관 통로(70)는 대략 90㎜에서 120㎜ 사이의 길이를 갖고, 더욱 바람직하게는 100㎜에서 110㎜의 길이를 갖는다. 그러나, 모세관 통로(70)의 길이는 모세관 통로(70) 안에 액제(26) 또는 액상물질의 유동률에 기초하는 것일 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에 의하면, 미국 특허 출원 20050235991에 설명된 것처럼, 모세관 통로(70)는 끝이 잘린 모세관으로 이루어져 있다.
본 발명의 제1 실시예에 의하면, 유동부재(100)를 유도하는 후퇴압력이 펌프장치(50)의 밸브 조립체(60)와 에어로졸 발생 장치(90)의 모세관 시스템의 입구 사이에서 발생 될 수 있다. 유동부재(100)는 에어로졸 발생 시스템(10)에 추가적인 후퇴압력을 발생시키고, 그 결과 명목상 압력 또는 후퇴압력은 요구된 입구 압력(예를 들어 8㎫(1200psi)보다 큰) 이상으로 증가 된다. 요구된 입구 압력 이상으로 에어로졸 발생 시스템(10)의 후퇴압력을 증가시키는 것에 의해서, 유동부재(100)가 에어로졸 발생 시스템(10)에 에어로졸 발생 시스템(10) 내에 압력변동을 감소시키는 방법을 제공한다는 것일 수 있다. 게다가, 모세관 통로(70)로 들어가기 전에 에어로졸 발생 시스템(10) 내에서 증가된 압력은 액제(26)(또는 액상물질)를 자르는 수단을 제공하고, 배출구가 끝이 잘린 모세관 단부 보다 큰 직경을 구비한 액제(26)의 입자에 의해 막히게 되는 것을 방지한다.
도 6A 및 도 6B에 나타난 것처럼, 유동부재(100)는 바람직하게는 대략 0.05㎜에서 0.25㎜(O.002인치에서 0.010인치) 사이의 내직경(internal diameter(ID), 120)을 구비한 튜브부재(tubular member, 102)인 것이 바람직하고, 0.13㎜(0.005인치)의 내직경을 구비한 튜브부재(102)가 더욱 바람직하고, 약 4인치에서 12인치 사이의 길이(122)를 갖고, 더욱 바람직하게는 약 6인치의 길이를 갖는다. 본 발명의 제1 실시예에 의하면, 유동부재(100)는 바람직하게는 약 100㎜에서 300㎜(4인치에서 12인치) 사이의 길이(length, 122) 및 0.05㎜에서 0.25㎜(0.002인치에서 0.010인치) 사이의 내직경을 구비한다. 유동부재(100)는 바람직하게는 에어로졸 발생 시스템(10)에 약 1㎫에서 7㎫(150psi에서 350psi) 사이의 추가적인 후퇴압력을 발생시키고, 약 2㎫에서 약 2.4㎫(약 300psi에서 약 350psi) 사이인 것이 더욱 바람직하고, 도 7A에 나타난 것처럼, 약 7.9㎫에서 약 10㎫(약 1150psi에서 약 1450psi) 사이의 압력에서 가열되는 동안, 에어로졸 발생 시스템(10)에서의 전체적인 작동압력 또는 후퇴압력을 증가시킨다.
예를 들어, 본 발명의 제1 실시예에 의하면, 0.13㎜와 0.25㎜(0.005인치와 0.010인치) 사이의 내직경(120)을 갖는 튜브부재(102)를 구비한 유동부재(100)는 펌프장치(50)와 에어로졸 발생 장치(90)의 사이에 설치된다. 도 7A에 나타난 것처럼, 7.9㎫(1150psi)의 에어로졸 발생 시스템(10)에서 후퇴압력의 증가는 유동부재(100)에 의해 추가로 획득될 수 있다. 도 7A에 나타난 것처럼, 90분 또는 더 많은 에어로졸화 발생 시간에서, 데이터는 시스템 내에서 명목상 압력을 증가시키고 압력변동을 최소하의 결과로 에어로졸 발생 시스템(10)에서 후퇴압력을 증가시키는 것은 에어로졸 발생 시스템(10)의 전체적인 성공률을 개선한다는 것을 나타낸다.
이와 반대로 도 7B에 나타난 것처럼, 에어로졸 발생 시스템(10)에 더해진 추가적인 후퇴압력이 없는 경우엔, 에어로졸 발생 시스템(10)은 증가 된 실패율을 나타내고, 압력변동은 명목상의 압력(크기 또는 끝이 잘린 모세관의 직경을 포함하는 특별한 모세관 크기에 기초한 시스템의 작동 압력) 또는 시스템에서의 후퇴압력이 낮거나 더욱 변하기 쉬운 상태에서 상당히 높게 나타난다.
도 8에 나타난 것처럼, 다른 실시예에 따르면, 유동부재(100)는 또한 액제(26) 내에서 입자를 자르는 것에 의해서 액제(26) 또는 액상물질의 입자 크기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 폐의 계면 활성제와 같은 입자를 구비한 액제(26)는 약물 입자를 구비하고, 약물 입자는 모세관 배출구 또는 모세관의 끝이 잘린 단부의 크기를 초과할 수 있다. 따라서, 유동부재(100)를 삽입하는 것에 의해, 입자는 액상물질 또는 액제(26) 내에서 입자크기로 잘릴 수 있고, 액제(26)가 모세관 통로로 들어가기 전에 배출구의 직경 보다 작은 것이 바람직하다.
도 6A에 나타난 것처럼, 유동부재(100)는 직선형 튜브부재(a linear tubular member)(102) 일수 있으며, 또는 다른 실시예에서, 유동부재(100)는 코일형 튜브부재(102) 일수 있고, 포함된 하우징(130) 안에 적용된다. 도 9에 나타난 것처럼, 유동부재(100)는 코일형 튜브부재(102) 일수 있고, 완전한 전달 패킷 안에 고정되도록 설치된다. 튜브부재(102)의 코일은 또한 작동 유동률에서 후퇴압력을 증가시키고 그 결과 감긴 형태에서 튜브부재(102)의 내직경(120)은 직선형 튜브부재(102)와 비교하여 다른 후퇴압력을 발생시킬 수 있다. 다른 실시예에 의하면, 직선형 튜브부재(102)와 비교하여 코일형 튜브부재(102)의 길이(122)는 시스템(10) 내에서 필요한 또는 최적의 후퇴압력을 획득하기 위해 변경될 수 있다.
도 10은 하우징(130) 안에 포함된 코일형 튜브부재(102)를 구비한 유동부재(100)의 분해도를 나타낸다. 도 10에 나타난 것처럼, 유동부재(100)는 튜브부재(102)를 수용할 수 있는 그것 내의 공동(cavity, 133)을 구비한 베이스 장치(base unit, 132), 및 베이스 장치(132)에 제거가능한 뚜껑(removable cap, 134)을 붙이기 위한 제거가능한 뚜껑 및 잠금장치(fastener, 136)를 구비한 하우징(130)을 구비한다. 튜브부재(102)는 바람직하게는 입구부(inlet portion, 104), 코일부(coiled portion, 108), 및 배출부(outlet portion, 108)를 구비한다. 입구부(104) 및 배출부(108)는 바람직하게는 직선이다. 그러나, 입구부(104) 및 배출부(108)는 각도가 있거나, 약간 곡선일 수 있다.
도 10에 나타난 것처럼, 본 발명의 제1 실시예 의하면, 유동부재(100)의 코일부(106)는 입구부(104)와 배출부(108) 처럼 일반적으로 같은 평면에 놓인다. 입구부(104), 코일부(106) 및 배출부(106)의 길이는 에어로졸 발생 시스템(10) 내에서 필요한 최적화된 압력에 의존하여 변할 수 있다. 튜브부재(102)의 입구부(104)는 입구고정조립체(inlet fitting assembly, 140)에 부착되고, 펌프장치(50)와 밸브 조립체(60)로부터 액제(26)를 받아들인다. 배출구고정조립체(outlet fitting assembly, 142)는 유동부재(100)를 에어로졸 발생 장치(90)에 연결시킨다.
도 11에 나타난 것처럼, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 튜브부재(102)의 코일부(106)는 나선형을 갖는다. 또한 튜브부재(102)는 일반적으로 직선형 입구부(104) 및 직선형 배출부(108)를 구비한다. 또한 유동부재(100)는 입구고정조립체(142) 형태로 유동부재(100)를 위한 하우징(146)을 구비하고, 하우징(146) 안에 고정시키는 데 적용된다. 하우징(146)은 그것의 한쪽 단부가 펌프장치(50)와 밸브 조립체(60)에 연결되고, 다른 쪽 단부가 에어로졸 발생 장치(90)에 연결된다. 입구고정조립체(140)는 하우징(146) 안에 입구고정조립체(140)의 고정을 보조하기 위한 외부링 또는 플랜지(flange)를 구비한다. 배출구고정조립체(142)는 유동부재(100)를 받아들이고, 유동부재(100)를 에어로졸 발생 장치(90)에 연결한다. 또한 하우징(146)은 바람직하게는 배출구고정조립체(142)에 붙어있는 나삿니가 있는 잠금장치 또는 다른 적당한 링부재(ring element, 144)를 구비한다.
도 12에 나타난 것처럼 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 유동부재(100)는 그것에 채널(channel, 164)을 구비한 원형 디스크(circular disk, 160) 또는 접시형 부재를 구비할 수 있다. 채널(164)은 펌프장치(50)와 밸브 조립체(60)로부터 액제를 받아들이기에 적합한 입구(inlet, 162)를 구비한 나선형태가 바람직하다. 채널(164)은 바람직하게는 원형 디스크(160) 또는 접시형 부재의 배출부로부터 그것에 배출구(166)를 구비한 입구부로 확장된다. 배출구(166)는 바람직하게는 원형 디스크(160) 또는 접시형 부재를 통과하여 에어로졸 발생 장치(90)의 모세관 입구로 확장된다.
또한 유동부재(100)는 바람직하게는 바깥 주조부재(outer casting member, 172)와 원형 디스크(160) 또는 접시형 부재를 받아들이기에 적합한 바깥 말단면(outer distal surface, 176)을 구비한 베이스 장치(base unit, 174)를 구비하는 유동부재 하우징(fluidic element housing, 170)을 구비한다. O형링(O-ring, 180) 또는 밀봉링은 원형 디스크(160) 또는 접시형 부재의 바깥 에지 둘레에 고정된다. O형링(180)은 바람직하게는 원형(O형) 단면을 갖는 탄성 소재이고, 유동부재(100)를 위한 기계적인 밀봉을 형성하며, 바깥 주조부재(172) 및 유동부재 하우징(170)의 베이스 장치(174) 안에 고정된다.
도 13은 에어로졸 발생 시스템(10)의 선도를 나타낸다. 도 13에 나타난 것처럼, 에어로졸 발생 시스템(10)은 액제 또는 투입패킷(dose packet, 350), 열판(hot plate)/교반기(stirrer, 300), 펌프장치(50), 밸브 조립체(60), 모세관 튜브를 구비한 에어로졸 발생장치 (90), 유동부재(100), 변이어댑터(transition adaptor, 190) 및 응축장치(condensate trap, 200)를 구비한다. 에어로졸 발생 시스템(10)은 또한, 환자에게 에어로졸을 전달하기 위해 CPAP 어댑터(CPAP apaptor, 310), HEPA 필터와 같은 공기필터(330), 공기 공급원(CPAP)(320) 및 제어장치(control unit, 340)를 구비한다. 공기 공급원은 바람직하게는 필요한 공기 유동을 얻기 위해 적당한 밸브 조립체가 있는 가압된 공기탱크와 같은 병원의 가압된 공기배관 또는 압력이 가해진 공기 공급원으로부터 얻어진다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 투입패킷(350)을 포함한 폐 계면활성제와 같은 액상물질 또는 액제(26)는 펌프장치(50)에 전달하기 위해 액제(26)를 필요한 점성(즉, 매우 큰 점성)으로 액화시키기 위해 처음에 투입패킷(350)을 열판/교반기(300) 위에서 가열하는 것에 의해 환자에게 전달되기 위해 준비된다. 펌프장치(50)와 밸브 조립체(60)는 액제(26)를 지속적이고 일정한 비율로 에어로졸 발생장치(90) 또는 에어로졸 발생기에 공급하고, 액제가 적어도 부분적으로 증발되는 모세관 통로를 구비한다. 가열블록은 모세관 통로 또는 모세관 튜브에서 액제를 에어로졸로 적어도 부분적으로 증발시키기에 효율적인 온도범위로 모세관 통로를 가열시킨다. 또한, 에어로졸 발생 장치(90)는 바람직하게는 적어도 배열된 1개의 공기 통로를 구비하고, 그 결과 공기 공급원은 가열체 또는 가열블록에 의해 가열되고, 가열된 또는 데워진 공기는 에어로졸 발생 장치(90)에 의해 발생된 에어로졸과 혼합된다. 에어로졸 발생 시스템(10)은, 모세관 튜브에서 모세관 튜브에서 멀리 떨어진 별개의 공기 히터의 형태로 된 분리된 공기 히터(separate air heater, 312)를 구비하거나, 모세관 튜브 또는 모세관 튜브 주위에서 발생 된 열을 사용하는 대신에 또는 이에 더하여, 모세관 튜브에서 멀리 떨어진 별개의 공기 히터의 형태로 된 분리된 공기 히터(312)를 구비한다.
변이 어댑터(190) 또는 에어로졸 제한 부재(aerosol confinement member)는 에어로졸 발생장치(90)와 모세관 튜브에 의해서 발생된 에어로졸을 붙잡고, CPAP 어댑터(310)를 거쳐 환자에게 전달하기 위해 에어로졸을 유동튜브로 보낸다. CPAP 어댑터(310)는 바람직하게는 에어로졸을 약 35℃에서 38℃ 사이로 환자에게 전달하고, 더욱 바람직하게는 유아들을 위해 약 37℃로 전달한다. 전달호수 또는 입구부(104)의 길이를 변화시키는 것에 의해서, 에어로졸의 전달 온도는 적당한 또는 필요한 온도로 전달될 수 있다. 변이 어댑터(190) 또는 에어로졸 제한 부재는 바람직하게는 에어로졸 발생 장치(90)의 모세관 튜브에 밀봉되고, 주변공기(변이 어댑터에 전달된 가열된 공기와 대조적으로)가 에어로졸 발생기 또는 모세관 튜브에 의해 발생 된 에어로졸과 혼합되는 것을 방지한다. 변이 어댑터(190) 또는 에어로졸 제한 부재는 그곳에 적어도 하나의 배플(baffle) 및/또는 응축수집장치 또는 배출튜브 조립체를 부착하기에 적합한 그것의 하단부에 배출부(drainage port)를 구비한 응축장치(200)를 구비한다. 액제에 의해 발생 된 에어로졸을 가열되거나 데워진 공기와 혼합하는 것은 에어로졸 발생 시스템(10)과 에어로졸 발생 장치(90)로부터 먼 위치에 자리한 환자에게 에어로졸을 전달할 수 있는 모세관 튜브로부터 응축된 양을 감소시킨다.
약물 전달 출원에 있어서, 에어로졸 발생 시스템(10)은 폐 깊숙이 침투할 수있도록 하기 위해 질량중심입자 직경이 2 미크론(micron)보다 작은 크기를 갖는 에어로졸을 발생하는 것에 적용되는 것이 바람직하다. 특정한 약물을 전달 출원에 있어서, 예를 들어 1㎎/s(밀리그램/초) 이상의 높은 유동률에서 약물을 전달하는 것이 또한 요구된다. 액제 공급원은 바람직하게는 아동의 폐에 에어로졸을 전달하기 위해 적용되는 폐 계면활성화제를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들이 설명되었지만, 본 발명의 변형예는 당업자에게 자명하게 호소되어 쉽게 이해될 수 있다. 상기 변형예들은 첨부된 청구항의 범위 내로 고려된다.
10 ----- 에어로졸 발생 시스템, 20 ----- 베이스 장치
22 ----- 하우징, 24 ----- 사용자 인터페이스
26 ----- 액제, 30 ----- 제거가능한 조립체 하우징
40 ----- 제거가능한 조립체, 50 ----- 펌프장치
52 ----- 주입펌프, 54 ----- 주입펌프
60 ----- 밸브 조립체, 62 ----- 밸브
64 ----- 밸브, 66 ----- 밸브
68 ----- 밸브, 70 ----- 모세관 통로
72 ----- 가열장치, 80 ----- 유동 튜브 조립체
90 ----- 에어로졸 발생 장치, 100 ----- 유동부재
102 ----- 튜브부재, 104 ----- 입구부
106 ----- 코일부, 108 ----- 배출부
110 ----- 배관, 120 ----- 내직경
122 ----- 길이, 130 ----- 하우징
132 ----- 베이스 장치, 133 ----- 공동(空洞)
134 ----- 제거가능한 뚜껑, 136 ----- 잠금장치
140 ----- 입구 고정 조립체, 142 ----- 배출구 고정 조립체
144 ----- 링 부재, 146 ----- 하우징
160 ----- 원형 디스크, 162 ----- 입구,
164 ----- 채널, 166 ----- 배출구
170 ----- 유동부재 하우징, 172 ----- 바깥 주조 부재
174 ----- 베이스 장치, 176 ----- 바깥 말단부
180 ----- O형 링, 190 ----- 변이 어댑터
200 ----- 응축장치, 300 ----- 교반기
310 ----- CAPA 어댑터, 312 ----- 분리된 공기 히터
320 ----- CAPA, 330 ----- 공기 필터
340 ----- 제어장치, 350 ----- 투입패킷

Claims (21)

  1. 에어로졸 발생 시스템에서, 상기 시스템은,
    모세관 통로가 입구 및 배출구를 구비하며, 액제가 상기 모세관 통로에서 적어도 부분적으로 증발되어, 에어로졸을 형성하도록 모세관 통로의 배출구로부터 배출되는 모세관 통로를 포함하는 에어로졸 발생기;
    상기 모세관 통로의 입구에 액제를 공급하도록 위해 설치된 입구 및 배출구를 구비하는 펌프장치; 및
    상기 펌프장치의 배출구와 상기 모세관 통로의 입구 사이에 위치되어, 상기 액제가 상기 모세관 통로에 진입할 때 액제의 압력을 증가시키는 유동부재를 포함하는 에어로졸 발생 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유동부재는 상기 액제가 상기 모세관 통로에 진입하기 전에 상기 액제의 입자크기를 감소시키는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유동부재는 상기 모세관 통로의 막힘 또는 상기 모세관 통로 내에서 압력 스파이크를 감소시키는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유동부재는 튜브부재인 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 튜브부재는 100㎜에서 300㎜(4인치에서 12인치)의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 모세관 통로는 모세관 튜브이고, 상기 튜브부재의 내직경은 상기 모세관 튜브의 내직경보다 보다 작은 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유동부재는 코일형 튜브부재인 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 코일형 튜브부재는 나선형을 갖는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유동부재는 유동부재에 비선형 채널을 구비하는 접시형 부재인 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 유동부재는 20㎕/s의 액체 유동률에서 1㎫에서 7㎫ 사이로 펌프장치와 모세관 통로의 배출구 사이의 압력을 증가시키는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 모세관 통로는 상기 모세관 통로의 내직경 보다 더 작은 크기의 배출구를 구비한 모세관 튜브이고, 상기 액제는 가열된 블럭에 의해 적어도 부분적으로 증발되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    유아의 폐에 에어로졸을 전달하기 위해 적용되는 폐 계면활성제를 포함하는 액제 공급원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 발생 시스템.
  13. 에어로졸을 발생시키는 방법에서,상기 방법은,
    입구 및 배출구를 구비한 펌프장치의 입구에 액제를 공급하는 단계;
    상기 모세관 통로의 입구에서 액체의 압력이 적어도 1000psi가 되도록 유동부재를 통하여 상기 펌프장치의 배출구로부터 입구와 배출구를 구비하는 가열된 모세관 통로의 입구로 액제를 밀어 넣는 단계;
    상기 가열된 모세관 통로로 에어로졸을 발생시키는 단계; 및
    상기 모세관 통로의 배출구를 통하여 모세관 통로로부터 에어로졸을 배출시키는 단계를 포함하는 에어로졸을 발생시키는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    증가된 유동률의 가열된 에어로졸을 발생하기 위해 가열된 공기를 발생된 에어로졸에 혼합하는 단계를 더 포함하는 에어로졸을 발생시키는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    가열된 에어로졸을 통로를 따라 먼 위치로 전달하는 단계를 더 포함하는 에어로졸을 발생시키는 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 액제는 7.9㎫에서 10㎫(1150psi 에서 1450psi) 사이의 압력에서 상기 모세관 통로의 입구로 진입하는 단계를 포함하는 에어로졸을 발생시키는 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 모세관 통로의 입구에 진입하기 전에, 상기 액제가 감소된 크기의 유동부재를 통과하여 밀어 넣어지는 단계를 포함하는 에어로졸을 발생시키는 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 액제는 상기 모세관 통로에서 적어도 부분적으로 증발되고, 상기 증발된 액제가 상기 모세관 통로의 배출구를 통과하며, 상기 모세관 통로는 모세관 통로의 길이를 따라 동일한 단면을 갖고, 배출구는 입구보다 더 작은 단계를 포함하는 에어로졸을 발생시키는 방법.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 액제는 폐 계면활성제를 구비하고, 상기 에어로졸은 공기 공급원(CPAP) 공기 전달라인에 전달되는 단계를 포함하는 에어로졸을 발생시키는 방법.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 액제는 18㎕/S 에서 22㎕/S 사이의 유동률에서 상기 모세관 통로의 입구에 지속적으로 밀어 넣어지는 단계를 포함하는 에어로졸을 발생시키는 방법.
  21. 제13항에 있어서,
    상기 액제는 상기 모세관 통로의 상기 입구의 상기 직경 보다 작은 내직경을 구비한 직선(a linear) 또는 비직선(a non-linear) 통로를 구비하는 유동부재를 통하여 밀어 넣어지는 단계를 포함하는 에어로졸을 발생시키는 방법.
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