KR101907809B1 - 화학 엔진, 및 특히 고점성 유체의 주사에서의 그의 사용을 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
화학 엔진 및 그의 사용 방법 및 구조가 기재된다. 화학 엔진은 점성 의약의 신속한 동력 주사를 위한 강력한 소형 장치, 특히 자동주사기를 제공할 수 있다. 화학 엔진의 신규 제제 및 디자인, 및 화학 엔진을 사용하는 전달 기술이 기재된다.
Description
관련 출원
본원은, 둘 다 2012년 10월 12일에 출원된 미국 특허 가출원 번호 61/713,236 및 61/713,250, 및 2013년 4월 29일에 출원된 미국 특허 가출원 번호 61/817,312를 우선권 주장한다.
도입
본 발명은 기체가 화학 반응을 통해 생성되는 기술에 관한 것이다. 방출된 기체가 생성하는 힘은 유용한 프로세스에 동력 공급하는데 이용될 수 있다. 화학 반응은 연소가 아니며, 연소와 연관된 많은 문제를 방지한다. 그 대신에, 화학 반응은 통상적으로 중탄산염 (HCO3)으로부터의 CO2의 생성을 포함한다. 일반적으로, 이 기술은 화학 엔진 기술을 지칭하거나, 또는 간단하게는 바텔 메모리얼 인스티튜트(Battelle Memorial Institute)에 의해 개발된 기술로서 켐엔진(ChemEngine)®이 공지되어 있다. 본 발명은 단백질 치료제의 전달에 특히 유용하다.
단백질 치료제는 넓은 범위의 질환을 치료할 수 있는 약물 요법의 신생 부류이다. 이의 큰 크기 및 제한된 안정성으로 인해, 단백질은 비경구 전달 방법, 예컨대 주사 또는 주입에 의해 전달되어야 한다. 규칙적인 치료를 필요로 하는 만성 질환을 앓는 환자의 경우에, 예를 들어 당뇨병에 의한 인슐린의 투여에서 피하 주사에 의한 자가-투여에 대한 경향이 있다. 전형적인 피하 주사는 20초 미만에서 제제 1 mL, 그러나 때때로 최대 3 mL의 전달을 포함한다. 피하 주사는 시린지, 자동-주사기 및 펜 주사기를 비롯한 다수의 장치로 수행될 수 있다.
정맥내 전달로부터 시린지와 같은 주사 장치로의 치료 단백질 제제의 변천은, 쉽고 믿을 만하며 환자에게 최소 통증을 일으키는 방식으로 고농도의 고분자량 분자를 전달하는 것과 연관된 과제를 해결하는 것을 필요로 한다. 이와 관련하여, 정맥주사용 백이 전형적으로 1 리터의 부피를 갖는 반면에, 시린지에 대한 표준 부피는 0.3 밀리리터 내지 25 밀리리터 범위이다. 따라서, 약물에 따라, 동일한 양의 치료 단백질을 전달하기 위해, 농도는 40배 이상 증가하여야 할 수 있다. 또한, 주사 요법은 환자의 편안함 및 순응도를 위해 보다 작은 바늘 직경 및 보다 빠른 전달 시간을 추구한다.
단백질 치료제의 전달은 또한 이러한 치료 제제와 연관된 고점도, 및 비경구 장치를 통해 이러한 제제를 밀어내는데 요구되는 높은 힘으로 인해 문제가 된다. 20 센티포아즈 (cP) 초과, 특히 40-60 센티포아즈 (cP) 초과의 절대 점도를 갖는 제제는 매우 다양한 이유로 통상의 스프링 구동 자동-주사기에 의해 전달하는 것이 매우 어렵다. 구조적으로, 전달된 압력의 양을 위한 스프링의 점유면적은 비교적 크고, 특정한 형상으로 고정되며, 이는 전달 장치에 대한 디자인의 가요성을 감소시킨다. 다음에, 자동-주사기는 통상적으로 플라스틱 부품으로 제조된다. 그러나, 고점도 유체를 확실히 전달하기 위해 다량의 에너지가 스프링에 저장되어야 한다. 이는 응력 하에 영구적으로 변형되는 플라스틱 부품의 경향인 크리프로 인해 플라스틱 부품에 손상을 야기할 수 있다. 자동-주사기는 전형적으로 바늘-함유 내부 구성요소를 시린지의 하우징의 외부 에지를 향하여 밀어내기 위해 스프링을 사용함으로써 작동한다. 고점도 유체를 주사하기 위해 요구되는 높은 적용된 힘으로 인해, 내부 구성요소가 하우징에 영향을 주는 경우에 시린지가 파손될 위험이 있다. 또한, 영향과 연관된 소리는 환자 불안의 원인이 될 수 있으며, 향후 순응도를 감소시킬 수 있다. 이러한 스프링 구동 자동-주사기의 생성된 압력 대 시간 프로파일은 용이하게 변형될 수 없으며, 이는 사용자가 그의 전달 요구를 충족시키기 위해 압력을 정밀하게 조정하는 것을 방지한다.
주어진 제제를 전달하는데 필요한 힘은 바늘 직경 (d), 바늘 길이 (L), 제제 점도 (μ) 및 체적 유량 (Q)을 비롯한 여러 인자에 따라 달라진다. 가장 간단한 근사 - 플런저와 배럴 사이의 마찰력을 고려하지 않은 것 --에서, 힘은 플런저의 단면적 (A)에 의해 곱해진 압력 강하 (ΔΡ)에 관한 것이다. 바늘을 통한 층류에서의 유체의 압력 강하 (ΔΡ)는 하기 하겐-포아젤 방정식에 의해 기재될 수 있다:
시린지에서, 힘은 사용자에 의해 제공된다. 합당한 손가락 힘은 건강한 환자 집단의 경우에 15-20 N 미만이며, 제한된 기민성을 갖는 환자, 예컨대 노인 또는 류마티스 관절염 또는 다발성 경화증을 앓는 환자의 경우에는 다소 더 낮은 것으로 고려된다. 전형적인 자동-주사기에서, 힘은 스프링에 의해 제공된다. 스프링에 의해 제공된 힘은 변위에 따라 선형으로 감소하고, 스프링은 충분한 힘이 주사를 지탱하는데 이용가능하도록 선택되어야 한다. 20 cP 초과의 점도는 전형적인 스프링 구동 자동-주사기에 의해 합당한 시간 내에 전달하는 것이 어렵다:
다른 에너지 공급원이 자동-주사기에 대해 고려된다. 하나의 공급원은 요구되는 압력을 생성하는 발포성 반응의 사용이다. 1985년의 "Development of an On-Demand, Generic, Drug-Delivery System"의 표제의, 해군 예비역 사무국(Office of Naval Reserve)에 의해 투자받은 연구 (SoRI-EAS-85-746)에는 약물 유체의 느린 전달을 구동할 수 있는 CO2를 생성하기 위해 산과 혼합된 중탄산염의 사용이 기재되어 있다. 이러한 장치는, 느리고 24시간에 걸친 장기 전달에서 표적화되었다. 뵈트거(Boettger) 및 뵙스트(Boebst)는 유체를 전달하기 위해 화학-반응을 사용한 시린지의 사용을 개시하였다 (US2011/0092906). 문헌 [Good et al. in "An effervescent reaction micropump for portable microfluidic systems," Lab Chip, 2006, 659-666]에는 다양한 농도의 타르타르산 및 중탄산나트륨 및 상이한 크기의 중탄산나트륨 입자를 사용한 마이크로펌프에 의도된 제제가 기재되어 있다. 그러나, 그의 발명은 주사 힘이 시간에 걸쳐 기하급수적으로 증가하는 방식으로의 전달을 제공한다. 선행 기술의 화학 엔진은, 특히 피스톤 내의 확장하는 부피의 영향이 무시할 만하지 않은 조건에, 예컨대 시약 부피가 엔진 점유면적 및 오버슈트를 최소화하기 위해 최소화되는 경우에 충분한 전달을 제공하지 않으며; 확장하는 부피에 대한 고려 없이, 화학 엔진은 스프링이 스톨링하는 동일한 방식으로 전달 동안에 스톨링할 수 있다.
본 발명은 화학 엔진 기술에 대한 개선을 사용함으로써 상기 과제에 대한 해결책을 제공한다. 특히 바람직한 측면에서, 방법 및 장치는 화학 엔진이 비교적 소형의 주사기를 사용하여 고점도 유체를 편안하고 빠르게 자가-투여하는데 사용될 수 있는 것으로 기재되어 있다. 이러한 방법 및 장치는 고농도 단백질 또는 다른 고점도 제약 제제를 전달하는데 사용될 수 있다.
본 발명은 화학 엔진, 및 유체를 전달하기 위해 화학 엔진을 사용하는 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 화학 엔진을 제조하는 방법을 포함한다.
제1 측면에서, 본 발명은, 산, 중탄산염, 물, 및 플런저를 포함하는 밀폐 용기; 산, 물 및 중탄산염을 조합하도록 구성된 기구를 포함하며; 40 N의 일정한 공칭 배압에서 측정시 적어도 50,000 W/m3의 동력 밀도, 또는 3:1 몰비의 중탄산나트륨 및 시트르산을 포함하고 1 g H2O 중 403 mg 시트르산 농도를 갖는 대조군과 비교하여 적어도 1.4의 동력 밀도 비를 추가로 특징으로 하는 화학 엔진을 제공한다.
동력 밀도에 의한 화학 엔진의 특성화는, 본원에 기재된 다양한 인자를 고려하여 다른 수단에 의해 본 발명의 전체 폭을 정의하는 것이 가능하지 않기 때문에 필요하다. 언급된 수준의 동력 밀도는 이전 장치에서 수득되지 않았으며, 본 발명의 수준의 동력 밀도는 이전에 바람직하거나 달성가능한 것으로 확인되지 않았다. 이러한 특징은 통상의 스프링-동력 자동주사기 또는 이전에 기재된 기체-동력 주사기보다 큰 편안함 및 파손의 보다 적은 위험과 함께 점성 용액을 전달하는 동력 시린지를 잡는데에 있어서의 용이성을 제공하는 것과 같은 다수의 기술적 이점을 함께 가져온다. 본 발명의 특성은 측정의 용이성 및 측정된 값의 높은 정밀도의 추가의 이점을 갖는다.
일부 바람직한 실시양태에서, 중탄산염의 적어도 50 중량%는 고체이다. 놀랍게도, 중탄산칼륨이 달리 동일한 조건 하의 중탄산나트륨보다 빠른 반응을 제공하며 CO2를 더 많이 생성하는 것으로 발견되었다. 따라서, 바람직한 실시양태에서, 화학 엔진은 적어도 50 중량% 중탄산칼륨을 포함한다. 바람직하게는, 산은 시트르산이고, 일부 바람직한 실시양태에서 시트르산은 물에 용해되며; 용액 중에 고체 탄산칼륨 및 시트르산을 갖는 구성은 증진된 동력 밀도를 제공할 수 있다. 일부 바람직한 실시양태에서, 밀폐 용기는 1.5 mL 이하의 액체를 포함한다. 일부 바람직한 실시양태에서, 밀폐 용기는, 산 및 탄산염을 조합하기 전에 2 mL 이하의 총 내부 부피를 갖는다. 일부 실시양태에서, 산 및 중탄산염은 고체로서 존재하고, 물은 산 및 중탄산염으로부터 분리된다.
화학 엔진을 위한 제제는 대류 작용제의 첨가에 의해 개선될 수 있다. 개선된 압력 프로파일은 또한 중탄산염이 적어도 2가지 유형의 입자 형태의 고체 혼합물을 포함하는 경우에 제공될 수 있다.
동력 밀도는 전형적으로 화학 엔진의 잠재적 특성을 기재하는데 사용되나; 덜 통상적으로는, 이는 화학 반응을 겪는 시스템을 기재하는데 사용될 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 화학 엔진 내의 플런저 또는 가요성 벽의 변위는 산, 탄산염 및 용매 (물)가 조합된 순간 2초, 보다 바람직하게는 1초 이내에 시작하며; 이 순간은 화학 엔진이 개시되는 순간이다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 물 중에 용해된 산을 포함하는 산 용액 및 중탄산염, 및 플런저를 포함하며, 여기서 산 용액은 고체 중탄산염으로부터 분리된 것인 밀폐 용기; 밀폐 용기 내에 배치되고 개시 후에 적어도 일부의 산 용액이 적어도 일부의 개구를 통해 가압되도록 구성된 개구를 포함하는 도관을 포함하는 화학 엔진을 제공한다. 바람직하게는, 중탄산염은 미립자 형태이고, 도관이, 용액이 개구를 통해 가압된 경우에 이것이 고체 중탄산염 미립자와 접촉하도록 고체 중탄산염 내에 배치된 한 단부를 갖는 튜브를 포함한다. 일부 바람직한 실시양태에서, 적어도 일부의 중탄산염은 도관 내부에 배치된 고체 형태로 있다. 일부 실시양태에서, 스프링은 도관을 통해 산 용액을 가압하도록 구성된다.
본 발명의 임의의 측면의 일부 바람직한 실시양태에서, 화학 엔진은 2 ml 이하, 일부 실시양태에서 1.5 ml 이하, 일부 실시양태에서 1.0 ml 이하, 일부 실시양태에서 0.3 ml 내지 2 ml, 0.3 ml 내지 1.5 ml, 0.5 ml 내지 1.5 ml, 또는 0.7 ml 내지 1.4 ml 범위의 내부 부피를 갖는다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 물 중에 용해된 산을 포함하는 산 용액 및 중탄산칼륨, 및 플런저를 포함하며, 여기서 산 용액은 중탄산칼륨으로부터 분리된 것인 밀폐 용기; 및 산 용액 및 중탄산칼륨을 조합하도록 구성된 기구를 포함하는 화학 엔진을 포함한다. 일부 실시양태에서, 중탄산칼륨은 중탄산나트륨과 혼합된다. 중탄산염에서의 칼륨:나트륨의 몰비는 100:0, 또는 적어도 9, 또는 적어도 4, 또는 적어도 1이고; 일부 실시양태에서 적어도 0.1, 일부 실시양태에서 0.1 내지 9 범위; 일부 실시양태에서 0.5 내지 2 범위이다.
추가 측면에서, 본 발명은 물 중에 용해된 산을 포함하는 산 용액, 고체 중탄산염 입자 및 고체 미립자 대류 작용제, 및 플런저를 포함하며, 여기서 산 용액은 고체 중탄산염으로부터 분리된 것인 밀폐 용기; 및 산 용액 및 고체 중탄산염을 조합하도록 구성된 기구를 포함하는 화학 엔진을 제공한다. 고체 미립자 대류 작용제는
조합된 용액의 ml당 50 mg 미만의 범위로, 및 모든 다른 변수가 일정하게 유지되는 경우에 CO2의 생성이 산 용액 및 고체 중탄산염이 조합된 최초 5초 동안, ml당 50 mg 미립자 대류 작용제의 존재 하의 CO2의 생성보다 빠르도록 선택된 수준으로; 또는
조합된 용액의 ml당 5 mg 내지 25 mg의 농도로 존재한다. 일부 실시양태에서, 조합된 용액의 ml당 5 mg 내지 15 mg, 또는 5 mg 내지 10 mg.
용어 "조합된 용액"은 산 용액 및 고체 중탄산염을 혼합한 후의 액체의 부피를 의미한다. 용어 "고체 중탄산염"은, 존재하는 적어도 약간의 고체 중탄산염이 있지만 중탄산염과 함께 존재하는 약간의 액체 상 (전형적으로 수성 상)이 또한 존재할 수 있는 것을 의미한다. 일부 바람직한 실시양태에서, 중탄산염은 산 용액과의 조합 전에 화학 엔진 내에 고체로서 적어도 10% 존재하고, 일부 실시양태에서 고체로서 적어도 50%, 적어도 90% 또는 실질적으로 100% 존재한다.
용어 "고체 대류 작용제"는 화학 엔진 내에 존재하는 조건 하에 (또는, 미반응 화학 엔진의 경우에, 표준 온도 및 압력에서 정의됨) 고체 중탄산염보다 낮은 용해도를 갖는, 바람직하게는 고체 중탄산염보다 적어도 2배 느리게 용해되는, 보다 바람직하게는 고체 중탄산염보다 적어도 10배 느리게 용해되는 고체 미립자를 지칭하며; 일부 실시양태에서 적어도 100배 더 느리다. "고체 대류 작용제"는 바람직하게는, 주위 압력에서 수은 세공측정법에 의한 측정시, 대류 작용제가 분산된 물 또는 용액과 적어도 5%, 보다 바람직하게는 적어도 10% 상이한 밀도를 갖는다. "고체 대류 작용제"는 바람직하게는 적어도 1.05 g/ml; 보다 바람직하게는 적어도 1.1 g/ml; 일부 실시양태에서 적어도 1.2 g/ml, 일부 실시양태에서 1.1 내지 1.5 g/ml 범위의 밀도를 갖는다. 대안적으로, "고체 대류 작용제"는 물보다 작은 밀도, 예를 들어 0.95 g/ml 이하, 0.9 g/ml 이하, 일부 실시양태에서 0.8 내지 0.97 mg/ml를 가질 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 대류 작용제는 과포화되지 않은 시스템에서 사용되며; 이는 전형적으로 1분 이하, 바람직하게는 30초 이하, 보다 바람직하게는 20초 이하, 및 보다 더 바람직하게는 10초 또는 5초 이하에 걸쳐 작동하는 오토젝터와 같은 짧은 시간 규모 시스템의 경우이다. 따라서, 본 발명의 규조토 제제는, 큰 시간 규모에 걸쳐 과포화된 용액 중에서 핵형성제로서 작용하도록 다량의 규조토를 사용하는 미국 특허 번호 4,785,972에서 르페브르(LeFevre)의 시스템과 상이하다. 본 발명은 50% 초과의 중탄산염 (보다 바람직하게는 적어도 70% 또는 적어도 90%)이 1분 이하의 짧은 시간 규모 이내에 기체상 이산화탄소로 전환되는 대류 작용제를 이용하여 짧은 기간에 걸쳐 화학 엔진을 작동하는 방법을 포함한다. 바람직하게는, 규조토 또는 다른 대류 작용제는, CO2가 용액 중에 형성되는 30분 초과에 걸쳐 기체상 CO2를 방출시키도록 고안된 과포화 시스템으로부터 CO2 배출을 최적화하도록 사용되는 것보다 적어도 50 질량% 적은 수준으로 존재한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 물 중에 용해된 산을 포함하는 산 용액 및 고체 중탄산염 입자, 및 플런저를 포함하며, 여기서 산 용액은 고체 중탄산염으로부터 분리된 것인 밀폐 용기; 산 용액 및 고체 중탄산염을 조합하도록 구성된 기구를 포함하며; 여기서 고체 중탄산염 입자는 입자 형태들의 혼합물을 포함하는 것인 화학 엔진을 제공한다. 일부 실시양태에서, 고체 중탄산염 입자는 적어도 2종의 상이한 공급원, 제1 공급원 및 제2 공급원으로부터 유도되며, 여기서 제1 공급원은 하기 특성: 질량 평균 입자 크기, 질량당 표면적, 및/또는 화학 엔진 내 용매 (전형적으로 물)를 사용하여 동등하게 교반된 용액 중 1 몰 용액으로의 완전 용해까지의 시간에 따른 측정시의 20℃에서의 물 중 용해도 중 하나 이상에서 제2 공급원과 적어도 20% 상이하다.
추가 측면에서, 본 발명은, 물 중에 용해된 산을 포함하는 산 용액 및 중탄산염, 및 플런저를 포함하며, 여기서 산 용액은 중탄산염으로부터 분리된 것인 밀폐 용기를 제공하며; 여기서 용기 내의 산 용액 및 중탄산염은 잠재 동력 밀도를 한정하고; 여기서 플런저는 밀폐 용기를 의약 구획으로부터 분리하는 것인 단계; 밀폐 용기 내에서 산 용액 및 중탄산염을 조합하며; 여기서, 산 용액 및 중탄산염을 반응시켜 CO2를 생성하여 플런저에 동력 공급하고, 결과적으로 액체 의약을 시린지로부터 밀어내며; 여기서 용기 내의 압력은 개시 후 10초 이내에 최대에 도달하고, 여기서 5분 후 잠재 동력 밀도는 초기 잠재 동력 밀도의 20% 이하이고, 여기서 10분 후 밀폐 용기 내의 압력은 최대 압력의 50% 이하인 단계를 포함하는, 액체 의약을 시린지로부터 분출시키는 방법을 제공한다. 일부 바람직한 실시양태에서, 밀폐 용기는 CO2가 반응에서 생성되는 최대 속도보다 적어도 10배 느린 속도로 CO2를 제거하는 CO2 제거제를 추가로 포함한다.
일부 실시양태에는 상단부에서 플런저 및 하단부에서 단방향 밸브를 가지며, 여기서 단방향 밸브는 시약 챔버로부터 배출하는 것을 허용하는 것인 시약 챔버; 상단부에서 단방향 밸브 및 하단부에서 피스톤을 갖는 반응 챔버; 및 상단부에서 피스톤을 가지며, 여기서 피스톤은 반응 챔버의 부피가 증가하고 유체 챔버의 부피가 감소하도록 반응 챔버에서 생성된 압력에 반응하여 이동하는 것인 유체 챔버를 포함하는, 화학 반응에 의해 유체를 전달하기 위한 장치가 개시된다.
임의의 본 발명의 측면에서, 장치 또는 방법은 하기 특성 중 하나 이상을 특징으로 할 수 있다. 반응 챔버는 바람직하게는 최대 1.5 cm3, 일부 실시양태에서 최대 1.0 cm3의 부피를 갖는다. 바람직하게는, 유체 챔버는 약 5 센티포아즈 내지 약 1000 센티포아즈의 절대 점도, 또는 적어도 20, 바람직하게는 적어도 40 센티포아즈, 일부 실시양태에서 20 내지 100 cP 범위의 점도를 갖는 고점도 유체를 함유한다. 시약 챔버는 용매 및/또는 용매 중에 용해된 중탄산염 또는 산을 함유할 수 있다. 용매는 바람직하게는 물을 포함한다. 일부 바람직한 실시양태에서, 반응 챔버는 건조 산 분말 및 방출제를 함유할 수 있다. 일부 실시양태에서, 산 분말은 시트르산염이고, 방출제는 염화나트륨이다. 대안적으로, 반응 챔버는 서로 반응하여 기체를 생성하는 적어도 1종 또는 적어도 2종의 화학 시약을 함유할 수 있다. 반응 챔버는 방출제를 추가로 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 상부 챔버는 용매를 함유할 수 있다. 하부 챔버는 서로 반응하여 기체를 생성하는 적어도 2종의 화학 시약을 함유할 수 있다. 하부 챔버는, 예를 들어 중탄산염 분말 및 산 분말을 함유할 수 있다.
장치는 반응 챔버의 하단부에서 누름 표면을 포함하는 피스톤, 유체 챔버의 상단부에서 마개, 및 누름 표면과 마개를 연결하는 막대를 포함할 수 있다. 피스톤은 플런저의 하나의 유형이나; 플런저는 종종 누름 표면과 마개를 연결하는 막대를 함유하지 않는다.
플런저는 섬레스트, 뿐만 아니라 플런저가 내리눌러진 후 이를 제자리에 잠그기 위해 상부 챔버와 협력하는 압력 잠금장치를 포함할 수 있다. 압력 잠금장치는 섬레스트와 근접하고, 상부 챔버의 상부 표면과 협력할 수 있다. 섬레스트를 포함하는 플런저는 산 및 탄산염이 용액 중에 조합되는 혼합이 발생하도록 종종 사용되기 때문에 개시 플런저로 언급될 수 있다.
일부 바람직한 실시양태에서, 화학 엔진은 단방향 밸브, 연속식 측벽 및 피스톤에 의해 한정되는 하부 챔버를 포함할 수 있으며, 여기서 단방향 밸브 및 측벽은 하부 챔버의 부피가 피스톤의 이동을 통해서만 변화하도록 서로에 대해 고정된다.
바람직한 실시양태에서, 상부 챔버, 하부 챔버 및 유체 챔버는 원통형이고, 동축이다. 상부 챔버, 하부 챔버 및 유체 챔버는, 장치를 제조하기 위해 함께 연결되어 있는 개별 피스일 수 있다. 단방향 밸브는 하부 챔버 내에 벌룬을 공급할 수 있으며, 여기서 벌룬은 피스톤을 민다. 때때로, 상부 챔버 또는 하부 챔버는 캡슐화된 시약을 함유한다.
다양한 실시양태에서, 하단부에서 밀봉을 갖는 상부 챔버; 상단부에서 포트, 상부 챔버의 밀봉을 향해 배향된 투스를 갖는 상단부에서 투스의 링, 및 하단부에서 피스톤을 갖는 하부 챔버; 및 상단부에서 피스톤을 갖는 유체 챔버를 포함하며; 여기서 상부 챔버는 하부 챔버에 대해 축방향으로 이동하며; 여기서 피스톤은 반응 챔버의 부피가 증가하고 유체 챔버의 부피가 감소하도록 하부 챔버에서 생성된 압력에 반응하여 이동하는 것인, 화학 반응에 의해 유체를 전달하기 위한 장치가 또한 기재된다.
피스톤은 헤드, 및 포트와 소통하는 벌룬을 포함할 수 있다. 투스의 링은 포트를 둘러쌀 수 있다. 상부 챔버는 장치의 배럴 내에서 움직일 수 있다. 때때로, 상부 챔버는 플런저의 하단부이다. 플런저는, 상부 챔버가 내리눌러진 후 이를 제자리에 잠그기 위해 장치의 최상단부과 협력하는 압력 잠금장치를 포함할 수 있다. 대안적으로, 장치의 최상단부는, 상부 챔버가 하부 챔버를 향해 충분히 이동된 경우에 이를 제자리에 잠그기 위해 상부 챔버의 최상면과 협력하는 압력 잠금장치를 포함할 수 있다.
유체 챔버는 적어도 5 또는 적어도 20 또는 적어도 40 센티포아즈의 점도를 갖는 고점도 유체를 함유할 수 있다. 상부 챔버는 용매를 함유할 수 있다. 하부 챔버는 서로 반응하여 기체를 생성하는 적어도 2종의 화학 시약을 함유할 수 있다. 때때로, 상부 챔버, 하부 챔버 및 유체 챔버는, 장치를 제조하기 위해 함께 연결되어 있는 개별 피스이다. 또 다른 실시양태에서, 상부 챔버 또는 하부 챔버는 캡슐화된 시약을 함유한다.
본원에는 상부 챔버; 하단부에서 피스톤을 갖는 하부 챔버; 상단부에서 피스톤을 갖는 유체 챔버; 및 상부 챔버를 통해 작동하는 샤프트, 샤프트의 하단부에서 마개, 및 샤프트의 상단부에서 섬레스트를 포함하며, 여기서 마개는 상부 챔버와 하부 챔버를 분리하기 위해 시트와 협력하는 것인 플런저를 포함하며; 여기서 플런저를 당기는 것은 마개가 시트로부터 분리되게 하고, 상부 챔버와 하부 챔버 사이에 유체 소통을 생성하며; 여기서 피스톤은 반응 챔버의 부피가 증가하고 유체 챔버의 부피가 감소하도록 하부 챔버에서 생성된 압력에 반응하여 이동하는 것인, 화학 반응에 의해 유체를 전달하기 위한 장치가 또한 기재된다.
본 개시내용은 또한 장벽에 의해 제1 구획 및 제2 구획으로 나뉘어지며, 여기서 제1 구획은 서로 반응하여 기체를 생성할 수 있는 적어도 2종의 건조 화학 시약을 함유하고, 제2 구획은 용매를 함유하는 것인 반응 챔버; 및 출구를 갖는 유체 챔버를 포함하며; 여기서 유체 챔버 내의 유체는 반응 챔버에서 생성된 압력에 반응하여 출구를 통해 배출되는 것인, 화학 반응에 의해 유체를 전달하기 위한 장치에 관한 것이다.
반응 챔버에서 생성된 압력은 유체가 유체 챔버의 출구를 통해 배출되도록 유체 챔버의 한 단부에서 피스톤 또는 플런저 상에 작용할 수 있다.
일부 실시양태에서, 반응 챔버는 유체 챔버에 근접한 가요성 벽을 포함하며; 여기서 유체 챔버는 가요성 측벽으로부터 형성되어, 반응 챔버에서 생성된 압력은 가요성 벽이 확장하여 유체 챔버의 가요성 측벽을 압축시켜 유체를 눌러 출구를 통해 배출시킨다.
반응 챔버 및 유체 챔버는 하우징에 의해 둘러싸일 수 있다. 때때로, 반응 챔버 및 유체 챔버는 하우징 내에 나란히 있다. 다른 실시양태에서, 바늘은 하우징의 최하부로부터 연장되고, 유체 챔버의 출구에 유체적으로 연결되며; 반응 챔버는 유체 챔버의 최상부 상에 위치된다.
반응 챔버는 단방향 밸브, 측벽 및 플런저에 의해 정의될 수 있으며, 여기서 단방향 밸브 및 측벽은 반응 챔버의 부피가 플런저의 이동을 통해서만 변화하도록 서로에 대해 고정된다.
다양한 실시양태에는 제1 및 제2 단부를 갖는 반응 챔버; 반응 챔버에서 생성된 압력과 반응하여 장치 내에서 이동하도록 작동하는 것인, 반응 챔버의 제1 단부에서 플런저; 및 반응 챔버 내로의 출입을 허용하는 반응 챔버의 제2 단부에서 단방향 밸브를 포함하는, 화학 반응에 의해 유체를 분배하는 장치가 또한 개시된다.
장치는 단방향 밸브의 반대 측면 상에 시약 챔버를 포함할 수 있다. 시약 챔버는 용매, 및 용매 중에 용해된 중탄산염 분말을 함유할 수 있다. 용매는 물을 포함할 수 있다. 장치는 단방향 밸브 반대의 시약 챔버의 단부에서 플런저를 추가로 포함할 수 있다. 플런저는 개시 플런저가 내리눌러진 후 이를 제자리에 잠그기 위해 시약 챔버와 협력할 수 있다.
다양한 실시양태에는 단방향 밸브 및 피스톤 (또는 다른 유형의 플런저)에 의해 시약 챔버, 반응 챔버 및 유체 챔버로 나뉘어진 배럴; 및 시약 챔버의 한 단부에서 개시 플런저를 포함하며; 여기서 단방향 밸브는 시약 챔버 및 반응 챔버 사이에 위치되며; 여기서 피스톤은 반응 챔버 및 유체 챔버를 분리하며, 여기서 피스톤 (또는 다른 유형의 플런저)은 이동가능하여 반응 챔버와 유체 챔버 사이의 부피 비를 변하게 하는 것인, 화학 반응에 의해 유체를 전달하기 위한 장치가 또한 개시된다.
본 개시내용은 또한 이동가능한 피스톤에 의해 분리된 반응 챔버 및 유체 챔버를 함유하는 배럴; 및 반응 챔버를 가열하기 위한 열 공급원을 포함하는, 화학 반응에 의해 유체를 전달하기 위한 장치에 관한 것이다. 반응 챔버는 열에 노출시 기체를 생성하는 적어도 하나의 화학 시약을 함유할 수 있다. 적어도 하나의 화학 시약은 2,2'-아조비스이소부티로니트릴일 수 있다. 생성된 기체는 질소 기체일 수 있다.
본 개시내용은 또한 이동가능한 피스톤에 의해 분리된 반응 챔버 및 유체 챔버를 함유하는 배럴; 및 반응 챔버를 조명하는 광원을 포함하는, 화학 반응에 의해 유체를 전달하기 위한 장치를 기재한다. 반응 챔버는 광에 노출시 기체를 생성하는 적어도 하나의 화학 시약을 함유할 수 있다. 적어도 하나의 화학 시약은 염화은을 포함할 수 있다.
화학 엔진 내의 기체 생성 반응의 개시는 용매 중에 적어도 2종의 상이한 화학 시약을 용해시킴으로써 수행될 수 있다. 적어도 2종의 화학 시약은 제1 용해 속도를 갖는 화학 화합물 및 제2의 상이한 용해 속도를 갖는 동일한 화학 화합물을 포함할 수 있다. 용해 속도는 화학 화합물의 표면적을 변화시킴으로써, 또는 상이한 용해 속도를 수득하기 위해 코팅으로 화학 화합물을 캡슐화함으로써 달라질 수 있다.
기체 생성으로부터의 압력 대 시간 프로파일은 기체 생성의 속도가 기체의 초기 생성보다 빠른 속도로 증가하는 폭발을 포함할 수 있다.
반응 챔버는 건조 산 시약을, 반응을 개시하는 단방향 밸브의 반대 측면 상의 시약 챔버로부터 반응 챔버에 첨가되는 사전용해된 중탄산염 (또는 사전용해된 산)을 함유하는 용매와 함께 함유할 수 있다. 반응 챔버는 방출제, 예컨대 염화나트륨을 추가로 포함할 수 있다. 용매는 물을 포함할 수 있다. 일부 바람직한 실시양태에서, 건조 산 시약은 시트르산 분말 또는 아세트산 분말이다. 생성된 기체는 바람직하게는 이산화탄소이다.
본원에는 시약 챔버, 반응 챔버 및 유체 챔버를 함유하며, 여기서 시약 챔버는 배럴의 최상단부에서 누름 버튼 부재 내에 위치되는 것인 배럴; 시약 챔버를 반응 챔버로부터 분리하는 플런저; 누름 버튼 부재가 내리눌러진 경우에 개시 플런저를 시약 챔버 내로 밀어내도록 편향된 스프링; 및 반응 챔버를 유체 챔버로부터 분리하며, 반응 챔버에서 생성된 압력에 반응하여 이동하는 피스톤을 포함하는, 화학 반응에 의해 유체를 전달하기 위한 장치가 또한 기재된다. 누름 버튼 부재는 접촉 표면에 의해 외부 단부에서 밀폐된 측벽, 측벽의 내부 단부로부터 외향으로 연장되는 립, 및 측벽의 외부 표면 상의 중심 부분에 근접한 밀봉 부재를 포함할 수 있다. 배럴은 누름 버튼 부재의 립과 맞물리는 내부 정지 표면을 포함할 수 있다.
개시 플런저는 그로부터 방사상으로 연장되는 러그를 갖는 중심체, 및 반응 챔버의 측벽과 맞물리는 내부 단부 상의 밀봉 부재를 포함할 수 있다. 누름 버튼 부재의 내부 표면은 러그를 위한 채널을 포함할 수 있다.
반응 챔버는 내부 방사상 표면에 의해 혼합 챔버 및 아암으로 나뉘어질 수 있으며, 여기서 내부 방사상 표면은 오리피스를 갖고, 피스톤은 아암의 단부에서 위치된다.
일반적 특징으로서, 반응 챔버는 때때로 플런저가 이동하여 유체를 유체 챔버 밖으로 가압한 후 기체가 빠져나가게 하는 오리피스를 덮는 기체 투과성 필터를 포함한다. 이러한 특징은 과량의 기체의 방출을 제공한다.
배럴은 제1 피스 및 제2 피스로부터 형성될 수 있으며, 여기서 제1 피스는 시약 챔버 및 반응 챔버를 포함하고, 제2 피스는 유체 챔버를 포함한다. 본 발명은 주사기 또는 주사기 구성요소 내에 제1 및 제2 피스의 어셈블리를 포함하는, 주사기를 제조하는 방법을 포함한다.
다양한 실시양태에는 상단부에서 활성화제 및 하단부에서 단방향 밸브를 가지며, 여기서 단방향 밸브는 활성화시 시약 챔버로부터 반응 챔버 내로의 시약의 배출을 허용하는 것인 시약 챔버; 상단부에서 단방향 밸브 및 하단부에서 피스톤을 수용하기 위한 수단을 갖는, 시약 챔버에 작동가능하게 연결된 반응 챔버; 및 상단부에서 피스톤을 수용하기 위한 수단을 갖는, 반응 챔버에 작동가능하게 연결되며, 여기서 피스톤은 반응 챔버의 부피가 증가하고 유체 챔버의 부피가 감소하도록 반응 챔버에서 생성된 압력에 반응하여 이동하는 것인 유체 챔버를 포함하는, 내부 화학 반응에 의해 생성된 압력에 의해 제약 유체를 환자에게 전달하기 위한 주사 장치가 또한 개시된다.
다양한 실시양태에서, 본 발명은 본원에 기재된 다양한 특징의 모든 조합 및 순열을 포함하는 것으로 의도된다. 예를 들어, 본원에 기재된 제제는 이러한 설명을 읽는 통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같은 임의의 장치에 사용될 수 있다. 마찬가지로, 본원에 기재된 모든 장치의 경우에, 점성 유체, 전형적으로 의약을 전달하기 위한 장치를 사용하는 상응하는 방법이 있다. 본 발명은 또한 구성요소를 조립하는 것을 포함하는, 장치를 제조하는 방법을 포함한다. 본 발명은 개별 화학 엔진 구성요소, 및 화학 엔진, 및 주사기로 조립되는 다른 구성요소를 포함하는 키트를 추가로 포함한다. 본 발명은 추가로 본원에 기재된 측정; 예를 들어 동력 밀도 특성, 또는 도면, 실시예 또는 다른 곳에 기재된 임의의 다른 측정된 특성에 의해 특성화될 수 있다. 예를 들어, 본원에 기재된 측정된 값에 의해 수립된 상한치 또는 하한치 또는 범위에 의해 특성화된다.
본 발명의 다양한 측면은 용어 "포함하는"을 사용하여 기재되나; 보다 좁은 실시양태에서 본 발명은 대안적으로 용어 "본질적으로 이루어진" 또는 보다 좁게는 "이루어진"을 사용하여 기재될 수 있다.
임의의 화학 엔진에서, 화학 엔진에서 기체 생성을 개시하도록 전형적으로 직접 또는 간접적으로 활성화되는 개시 플런저가 존재할 수 있으며; 예를 들어 산 및 중탄산염은 용액 중에서 조합되고 반응하여 CO2를 생성하도록 한다. 바람직하게는, 화학 엔진은 플런저를 이동시켜 유체 구획의 밖으로 유체를 가압하는 것을 제외하고는 반응 챔버가 분위기에 밀폐된 채로 유지되고 압력을 손실하지 않도록 개시 플런저를 제자리에 잠그는 특징부 (예컨대 러그)를 포함한다.
다양한 측면에서, 본 발명은 제제로서, 주사기로서, 제제 또는 주사기 (전형적으로 주사기 몸체, 확장 구획, 플런저 (예를 들어, 피스톤), 및 바람직하게는 의약인 점성 유체 구성요소를 포함함)를 제조하는 방법으로서 정의될 수 있다. 전형적으로, 물론, 바늘은 의약 구획에 연결된다. 일부 실시양태에서, 확장 구획은 확장 구획 피스 (반응 챔버로도 지칭됨)가 의약 구획으로부터 분리될 수 있도록 방출가능하게 부착될 수 있다. 일부 측면에서, 본 발명은 시린지를 통해 용액을 밀어내는 방법, 또는 의약을 투여하는 방법, 또는 장치에 더하여 제제(들) 및/또는 방출된 기체 (전형적으로 CO2)를 포함하는 시스템으로서 정의될 수 있다. 의약은 통상의 의약, 또는 바람직한 실시양태에서 생물제제(들), 예컨대 단백질일 수 있다. 임의의 본 발명의 측면은 하나의 특징, 또는 상기 설명 중 임의의 곳에 기재된 특징들의 임의의 조합에 의해 특성화될 수 있다.
본 발명의 바람직한 측면은
을 제공할 수 있는 화학 엔진을 제공한다.
본 발명은 비경구 전달에 의해 제약 제제를 전달하는데 사용될 수 있는 요구되는 압력을 생성하는 기체-생성 화학-반응을 제공한다. 압력은 기체를 생성하는 2종의 반응성 물질을 조합함으로써 생성될 수 있다. 선행 기술에 비해 본 발명의 기체-생성 반응의 장점은 이것이 20 cP 초과의 점도를 갖는 유체의 신속한 전달 (20초 미만)을 실현하고 필요한 포장 공간을 최소화하는 방식으로 수행될 수 있으면서, 실시예에 제시된 바와 같이 실질적으로 편평한 압력 대 시간 프로파일을 유지하는 것이다. 본 발명의 추가의 장점은 압력 대 시간 프로파일이 상이한 유체, 비-뉴턴 유체, 환자 요구 또는 장치에 대해 변형될 수 있다는 것이다.
하기는 도면의 간단한 설명이고, 이는 본원에 개시된 예시적 실시양태를 설명하기 위해 제시되며 이를 제한하고자 하는 것이 아니다.
도 1은 챔버 내에 피스톤을 이동시키기 위해 기체를 생성하는 화학 반응의 다이어그램이다.
도 2는 화학 반응에 의해 유체를 전달하기 위한 장치의 제1 실시양태의 다이어그램이다. 여기서 화학 반응은 2종의 건조 화학 시약이 용매 중에 용해되고 반응하는 경우에 발생된다. 이 도면은 저장 상태에서의 장치를 제시하며, 여기서 건조 시약은 용매로부터 분리된다.
도 3은 건조 시약이 용매와 조합된 후의 도 2의 장치를 제시하는 다이어그램이다.
도 4는 피스톤이 기체 압력에 의해 눌러져서 유체를 전달하는 도 2의 장치를 제시하는 다이어그램이다.
도 5는 용액 중 2종의 시약의 화학 반응에 의해 유체를 전달하기 위한 장치의 또 다른 예시적인 실시양태를 제시하는 다이어그램이다. 이 장치는 도 2에 제시된 장치와 유사한 조합 장치를 형성하기 위해 함께 연결된 4개의 개별 피스로 제조된다.
도 6은 화학 반응에 의해 유체를 전달하기 위한 장치의 제1 실시양태의 다이어그램이다. 여기서 화학 반응은 화학 시약이 노출되어 가열되는 경우에 발생된다. 장치는 열 공급원을 포함한다.
도 7은 주사 장치의 제1 예시적 실시양태의 측면 횡단면도이다. 이러한 실시양태는 2개의 개별 챔버를 생성하기 위해 단방향 밸브를 사용한다.
도 8은 도 7의 예시적 실시양태에서의 엔진의 횡단면 사시도이다.
도 9는 주사 장치의 제2 예시적 실시양태의 측면 횡단면도이다. 이러한 실시양태는 2개의 개별 챔버를 생성하기 위한 밀봉, 및 밀봉을 파손하기 위한 투스의 링을 사용한다.
도 10은 도 9의 제2 예시적 실시양태에서의 엔진의 횡단면 사시도이다.
도 11은 주사 장치의 제3 예시적 실시양태의 측면 횡단면도이다. 이러한 실시양태에서, 핸들을 상향으로 (즉, 장치의 배럴로부터 멀리) 당기는 것은 2개의 개별 챔버 사이의 밀봉을 파손한다. 이 도면은 핸들을 상향으로 당기기 전의 장치를 제시한다.
도 12는 핸들을 상향으로 당기기 전의 도 11의 제3 예시적 실시양태에서의 엔진의 횡단면 사시도이다.
도 13은 핸들을 상향으로 당긴 후의 도 11의 제3 예시적 실시양태에서의 엔진의 횡단면 사시도이다.
도 14는 캡슐화된 시약을 사용하는 엔진을 제시하는 예시적 실시양태의 측면 횡단면도이다. 이 도면은 저장 상태에서의 장치를 제시한다.
도 15는 캡슐화된 시약을 사용하는 엔진을 제시하는 예시적 실시양태의 측면 횡단면도이다. 이 도면은 사용 상태에서의 장치를 제시한다.
도 16은 유체를 주사하기 위해 화학 반응을 사용하는 패치 펌프의 제1 예시적 실시양태의 사시 투시도이다. 여기서, 엔진 및 유체 챔버는 나란히 있으며, 둘 다 경질의 측벽을 갖는다.
도 17은 유체를 주사하기 위해 화학 반응을 사용하는 패치 펌프의 제2 예시적 실시양태의 사시 투시도이다. 여기서, 엔진은 유체 챔버의 최상부 상에 있고, 둘 다 가요성 벽을 갖는다. 엔진은 확장하고, 유체 챔버를 가압한다. 이 도면은 유체 챔버가 비어있고 사용하기 전인 경우의 패치 펌프를 제시한다.
도 18은 유체 챔버가 충전된 도 17의 패치 펌프의 사시 투시도이다.
도 19는 기체-생성 화학 반응을 사용하는 시린지의 또 다른 예시적인 실시양태의 측면 횡단면도이다. 여기서, 마개는 압축 스프링에 의해 편향되어 시약 챔버를 통해 움직이고 그의 내용물이 반응 챔버로 이동하는 것을 보장한다.
도 20은 도 19의 시린지에서의 누름 버튼 부재의 내부를 제시하는 저면도이다.
도 21은 도 19의 시린지에 사용된 마개의 상면도이다.
도 22는 상이한 양의 물이 반응 챔버 내로 주사되는 경우에 실리콘 오일의 전달에 대한 압력 대 시간 프로파일을 제시하는 그래프이다. y-축은 게이지 압력 (Pa)이고, x-축은 시간 (초)이다. 플롯은 물의 3가지 상이한 양 - 0.1 mL, 0.25 mL 및 0.5 mL가 사용된 경우의 조건에 대한 결과를 제시한다.
도 23은 방출제 (NaCl)가 반응 챔버에 첨가되는 경우에 73cP 실리콘 오일의 전달에 대한 부피 대 시간 프로파일을 제시하는 그래프이다. y-축은 부피 (ml)이고, x-축은 시간 (초)이다.
도 24는 중탄산염 형태를 변형하거나 또는 혼합하는 사용이 반응 챔버가 100% 입수한 그대로, 100% 동결-건조, 75% 입수한 그대로 / 25% 동결-건조, 또는 50% 입수한 그대로 / 50% 동결-건조를 함유하는 것으로 제시되는, 73 cP 실리콘 유체의 전달에 대한 부피 대 시간 그래프이다.
도 25는 중탄산염 형태를 변형하거나 또는 혼합하는 사용이 반응 챔버가 100% 입수한 그대로, 100% 동결-건조, 75% 입수한 그대로 / 25% 동결-건조, 또는 50% 입수한 그대로 / 50% 동결-건조를 함유하는 것으로 제시되는, 73 cP 실리콘 유체의 전달에 대한 압력 대 시간 그래프이다.
도 26은 초기 시간 주기 동안에 73 cP 실리콘 유체의 전달에 대한 정규화된 압력 대 시간 그래프이다. 중탄산염 형태를 변형하거나 또는 혼합하는 사용은 반응 챔버가 100% 입수한 그대로, 100% 동결-건조, 75% 입수한 그대로 / 25% 동결-건조, 또는 50% 입수한 그대로 / 50% 동결-건조를 함유하는 것으로 제시된다.
도 27은 제2 시간 주기 동안 73 cP 실리콘 유체의 전달에 대한 정규화된 압력 대 시간 그래프이다. 반응 챔버는 다양한 형태 또는 혼합된 형태: 100% 입수한 그대로, 100% 동결-건조, 75% 입수한 그대로 / 25% 동결-건조, 및 50% 입수한 그대로 / 50% 동결-건조를 갖는 중탄산염을 함유하였다.
도 28은 다양한 용해 속도 또는 구조를 갖는 시약의 사용이 제시되는, 73 cP 실리콘 유체의 전달에 대한 부피 대 시간 그래프이다. 엔진은 100% 입수한 그대로의 베이킹 소다 및 시트르산 분말, 유사한 화학량론적 비로 조정된 100% 알카 셀처, 75% 입수한 그대로의 분말 / 25% 알카 셀처, 50%, 25% 입수한 그대로의 분말 / 75% 알카 셀처를 함유하였다.
도 29는 다양한 용해 속도 또는 구조를 갖는 시약의 사용이 제시되는, 73 cP 실리콘 유체의 전달에 대한 부피 대 시간 그래프이다. 엔진은 100% 입수한 그대로의 베이킹 소다 및 시트르산 분말, 유사한 화학량론적 비로 조정된 100% 알카 셀처, 75% 입수한 그대로의 분말 / 25% 알카 셀처, 50%, 25% 입수한 그대로의 분말 / 75% 알카 셀처를 함유하였다.
도 30은 다양한 용해 속도 또는 구조를 갖는 시약의 사용이 제시되는, 1 cP 물 유체의 전달에 대한 압력 대 시간 그래프이다. 엔진은 100% 입수한 그대로의 베이킹 소다 및 시트르산 분말, 유사한 화학량론적 비로 조정된 100% 알카 셀처, 75% 입수한 그대로의 분말 / 25% 알카 셀처, 50%, 25% 입수한 그대로의 분말 / 75% 알카 셀처를 함유하였다.
도 31은 다양한 용해 속도 또는 구조를 갖는 시약의 사용이 제시되는, 73 cP 실리콘 유체의 전달에 대한 정규화된 압력 대 시간 그래프이다. 엔진은 100% 입수한 그대로의 베이킹 소다 및 시트르산 분말, 유사한 화학량론적 비로 조정된 100% 알카 셀처, 75% 입수한 그대로의 분말 / 25% 알카 셀처, 50%, 25% 입수한 그대로의 분말 / 75% 알카 셀처를 함유하였다. 압력은 도 29에서의 곡선을 그의 최대 압력에 정규함으로써 정규화된다.
도 32는 도 31의 최초 3초를 확대한 정규화된 압력 대 시간 그래프이다.
도 33은 반응 챔버가 중탄산나트륨 (BS), 중탄산칼륨 또는 50/50 혼합물을 함유한, 73 cP 실리콘 유체의 전달에 대한 부피 대 시간 그래프이다.
도 34는 반응 챔버가 중탄산나트륨 (BS), 중탄산칼륨 또는 50/50 혼합물을 함유한, 시험 (73 cP 실리콘 유체의 전달)의 제3 세트에 대한 압력 대 시간 그래프이다.
도 35는 반응 챔버가 중탄산나트륨 (BS), 중탄산칼륨 또는 50/50 혼합물을 함유한, 시험 (73 cP 실리콘 유체의 전달)의 제3 세트에 대한 반응 속도 그래프이다.
도 36은 실리콘 오일에 대한 시험의 제4 세트에 대한 부피 대 시간 그래프이다.
도 37은 반응 챔버 내로 용액을 전달하는데 사용될 수 있는 개구를 갖는 도관을 예시한다.
도 38은 19 mm 길이 및 27 게이지의 얇은 벽 바늘을 통해 실리콘 오일을 전달하는 혼합된 중탄산나트륨 및 중탄산칼륨을 사용한 화학 엔진에 대한 측정된 압력 대 시간 프로파일을 제시한다.
도 39는 대조군 (NaCl 없음), 및 핵형성제 (NaCl)로서 고체 NaCl을 사용한 시스템에 대한 부피 대 전달 시간을 제시한다.
도 40은 27 게이지의 얇은 벽 바늘 (1.9 cm 길이)을 통해 1 mL의 50 cP 유체를 전달하는 2개의 상이한 화학 엔진으로부터의 힘 대 시간 프로파일을 제시한다.
도 41은 27 게이지의 얇은 벽 바늘 (1.9 cm 길이)을 통해 3 mL의 50 cP 유체를 전달하는 2개의 상이한 화학 엔진 (제제 3 및 4)으로부터의 힘 대 시간 프로파일을 제시한다.
도 42는 27 게이지의 얇은 벽 바늘 (1.9 cm 길이)를 통해 3 mL의 50 cP 유체를 전달하는 화학 엔진 (제제 5)으로부터의 힘 대 시간 프로파일을 제시한다.
도 43은 도면의 우측 상에 기재된 조성물에 대해 일정한 압력 프로파일을 제시한다. 관찰된 압력은 대조군 < 핵형성 표면 << 엑스판셀(Expancel) 입자 < 옥살산 < 규조토 < 옥살산칼슘의 순서로 증가하였다.
도 44는 기체 생성을 증진시킴에 있어 진동 및 첨가된 규조토의 효과의 유사성을 제시한다.
도 45는 중탄산칼륨, 시트르산, 및 대류 작용제로서 작용하는 5, 10 또는 50 mg의 규조토를 함유하는 화학 엔진에 의해 동력 공급된 점성 유체의 변위를 예시한다.
도 46은 화학 엔진의 동력 밀도를 측정하기 위한 장치를 개략적으로 예시한다.
도 1은 챔버 내에 피스톤을 이동시키기 위해 기체를 생성하는 화학 반응의 다이어그램이다.
도 2는 화학 반응에 의해 유체를 전달하기 위한 장치의 제1 실시양태의 다이어그램이다. 여기서 화학 반응은 2종의 건조 화학 시약이 용매 중에 용해되고 반응하는 경우에 발생된다. 이 도면은 저장 상태에서의 장치를 제시하며, 여기서 건조 시약은 용매로부터 분리된다.
도 3은 건조 시약이 용매와 조합된 후의 도 2의 장치를 제시하는 다이어그램이다.
도 4는 피스톤이 기체 압력에 의해 눌러져서 유체를 전달하는 도 2의 장치를 제시하는 다이어그램이다.
도 5는 용액 중 2종의 시약의 화학 반응에 의해 유체를 전달하기 위한 장치의 또 다른 예시적인 실시양태를 제시하는 다이어그램이다. 이 장치는 도 2에 제시된 장치와 유사한 조합 장치를 형성하기 위해 함께 연결된 4개의 개별 피스로 제조된다.
도 6은 화학 반응에 의해 유체를 전달하기 위한 장치의 제1 실시양태의 다이어그램이다. 여기서 화학 반응은 화학 시약이 노출되어 가열되는 경우에 발생된다. 장치는 열 공급원을 포함한다.
도 7은 주사 장치의 제1 예시적 실시양태의 측면 횡단면도이다. 이러한 실시양태는 2개의 개별 챔버를 생성하기 위해 단방향 밸브를 사용한다.
도 8은 도 7의 예시적 실시양태에서의 엔진의 횡단면 사시도이다.
도 9는 주사 장치의 제2 예시적 실시양태의 측면 횡단면도이다. 이러한 실시양태는 2개의 개별 챔버를 생성하기 위한 밀봉, 및 밀봉을 파손하기 위한 투스의 링을 사용한다.
도 10은 도 9의 제2 예시적 실시양태에서의 엔진의 횡단면 사시도이다.
도 11은 주사 장치의 제3 예시적 실시양태의 측면 횡단면도이다. 이러한 실시양태에서, 핸들을 상향으로 (즉, 장치의 배럴로부터 멀리) 당기는 것은 2개의 개별 챔버 사이의 밀봉을 파손한다. 이 도면은 핸들을 상향으로 당기기 전의 장치를 제시한다.
도 12는 핸들을 상향으로 당기기 전의 도 11의 제3 예시적 실시양태에서의 엔진의 횡단면 사시도이다.
도 13은 핸들을 상향으로 당긴 후의 도 11의 제3 예시적 실시양태에서의 엔진의 횡단면 사시도이다.
도 14는 캡슐화된 시약을 사용하는 엔진을 제시하는 예시적 실시양태의 측면 횡단면도이다. 이 도면은 저장 상태에서의 장치를 제시한다.
도 15는 캡슐화된 시약을 사용하는 엔진을 제시하는 예시적 실시양태의 측면 횡단면도이다. 이 도면은 사용 상태에서의 장치를 제시한다.
도 16은 유체를 주사하기 위해 화학 반응을 사용하는 패치 펌프의 제1 예시적 실시양태의 사시 투시도이다. 여기서, 엔진 및 유체 챔버는 나란히 있으며, 둘 다 경질의 측벽을 갖는다.
도 17은 유체를 주사하기 위해 화학 반응을 사용하는 패치 펌프의 제2 예시적 실시양태의 사시 투시도이다. 여기서, 엔진은 유체 챔버의 최상부 상에 있고, 둘 다 가요성 벽을 갖는다. 엔진은 확장하고, 유체 챔버를 가압한다. 이 도면은 유체 챔버가 비어있고 사용하기 전인 경우의 패치 펌프를 제시한다.
도 18은 유체 챔버가 충전된 도 17의 패치 펌프의 사시 투시도이다.
도 19는 기체-생성 화학 반응을 사용하는 시린지의 또 다른 예시적인 실시양태의 측면 횡단면도이다. 여기서, 마개는 압축 스프링에 의해 편향되어 시약 챔버를 통해 움직이고 그의 내용물이 반응 챔버로 이동하는 것을 보장한다.
도 20은 도 19의 시린지에서의 누름 버튼 부재의 내부를 제시하는 저면도이다.
도 21은 도 19의 시린지에 사용된 마개의 상면도이다.
도 22는 상이한 양의 물이 반응 챔버 내로 주사되는 경우에 실리콘 오일의 전달에 대한 압력 대 시간 프로파일을 제시하는 그래프이다. y-축은 게이지 압력 (Pa)이고, x-축은 시간 (초)이다. 플롯은 물의 3가지 상이한 양 - 0.1 mL, 0.25 mL 및 0.5 mL가 사용된 경우의 조건에 대한 결과를 제시한다.
도 23은 방출제 (NaCl)가 반응 챔버에 첨가되는 경우에 73cP 실리콘 오일의 전달에 대한 부피 대 시간 프로파일을 제시하는 그래프이다. y-축은 부피 (ml)이고, x-축은 시간 (초)이다.
도 24는 중탄산염 형태를 변형하거나 또는 혼합하는 사용이 반응 챔버가 100% 입수한 그대로, 100% 동결-건조, 75% 입수한 그대로 / 25% 동결-건조, 또는 50% 입수한 그대로 / 50% 동결-건조를 함유하는 것으로 제시되는, 73 cP 실리콘 유체의 전달에 대한 부피 대 시간 그래프이다.
도 25는 중탄산염 형태를 변형하거나 또는 혼합하는 사용이 반응 챔버가 100% 입수한 그대로, 100% 동결-건조, 75% 입수한 그대로 / 25% 동결-건조, 또는 50% 입수한 그대로 / 50% 동결-건조를 함유하는 것으로 제시되는, 73 cP 실리콘 유체의 전달에 대한 압력 대 시간 그래프이다.
도 26은 초기 시간 주기 동안에 73 cP 실리콘 유체의 전달에 대한 정규화된 압력 대 시간 그래프이다. 중탄산염 형태를 변형하거나 또는 혼합하는 사용은 반응 챔버가 100% 입수한 그대로, 100% 동결-건조, 75% 입수한 그대로 / 25% 동결-건조, 또는 50% 입수한 그대로 / 50% 동결-건조를 함유하는 것으로 제시된다.
도 27은 제2 시간 주기 동안 73 cP 실리콘 유체의 전달에 대한 정규화된 압력 대 시간 그래프이다. 반응 챔버는 다양한 형태 또는 혼합된 형태: 100% 입수한 그대로, 100% 동결-건조, 75% 입수한 그대로 / 25% 동결-건조, 및 50% 입수한 그대로 / 50% 동결-건조를 갖는 중탄산염을 함유하였다.
도 28은 다양한 용해 속도 또는 구조를 갖는 시약의 사용이 제시되는, 73 cP 실리콘 유체의 전달에 대한 부피 대 시간 그래프이다. 엔진은 100% 입수한 그대로의 베이킹 소다 및 시트르산 분말, 유사한 화학량론적 비로 조정된 100% 알카 셀처, 75% 입수한 그대로의 분말 / 25% 알카 셀처, 50%, 25% 입수한 그대로의 분말 / 75% 알카 셀처를 함유하였다.
도 29는 다양한 용해 속도 또는 구조를 갖는 시약의 사용이 제시되는, 73 cP 실리콘 유체의 전달에 대한 부피 대 시간 그래프이다. 엔진은 100% 입수한 그대로의 베이킹 소다 및 시트르산 분말, 유사한 화학량론적 비로 조정된 100% 알카 셀처, 75% 입수한 그대로의 분말 / 25% 알카 셀처, 50%, 25% 입수한 그대로의 분말 / 75% 알카 셀처를 함유하였다.
도 30은 다양한 용해 속도 또는 구조를 갖는 시약의 사용이 제시되는, 1 cP 물 유체의 전달에 대한 압력 대 시간 그래프이다. 엔진은 100% 입수한 그대로의 베이킹 소다 및 시트르산 분말, 유사한 화학량론적 비로 조정된 100% 알카 셀처, 75% 입수한 그대로의 분말 / 25% 알카 셀처, 50%, 25% 입수한 그대로의 분말 / 75% 알카 셀처를 함유하였다.
도 31은 다양한 용해 속도 또는 구조를 갖는 시약의 사용이 제시되는, 73 cP 실리콘 유체의 전달에 대한 정규화된 압력 대 시간 그래프이다. 엔진은 100% 입수한 그대로의 베이킹 소다 및 시트르산 분말, 유사한 화학량론적 비로 조정된 100% 알카 셀처, 75% 입수한 그대로의 분말 / 25% 알카 셀처, 50%, 25% 입수한 그대로의 분말 / 75% 알카 셀처를 함유하였다. 압력은 도 29에서의 곡선을 그의 최대 압력에 정규함으로써 정규화된다.
도 32는 도 31의 최초 3초를 확대한 정규화된 압력 대 시간 그래프이다.
도 33은 반응 챔버가 중탄산나트륨 (BS), 중탄산칼륨 또는 50/50 혼합물을 함유한, 73 cP 실리콘 유체의 전달에 대한 부피 대 시간 그래프이다.
도 34는 반응 챔버가 중탄산나트륨 (BS), 중탄산칼륨 또는 50/50 혼합물을 함유한, 시험 (73 cP 실리콘 유체의 전달)의 제3 세트에 대한 압력 대 시간 그래프이다.
도 35는 반응 챔버가 중탄산나트륨 (BS), 중탄산칼륨 또는 50/50 혼합물을 함유한, 시험 (73 cP 실리콘 유체의 전달)의 제3 세트에 대한 반응 속도 그래프이다.
도 36은 실리콘 오일에 대한 시험의 제4 세트에 대한 부피 대 시간 그래프이다.
도 37은 반응 챔버 내로 용액을 전달하는데 사용될 수 있는 개구를 갖는 도관을 예시한다.
도 38은 19 mm 길이 및 27 게이지의 얇은 벽 바늘을 통해 실리콘 오일을 전달하는 혼합된 중탄산나트륨 및 중탄산칼륨을 사용한 화학 엔진에 대한 측정된 압력 대 시간 프로파일을 제시한다.
도 39는 대조군 (NaCl 없음), 및 핵형성제 (NaCl)로서 고체 NaCl을 사용한 시스템에 대한 부피 대 전달 시간을 제시한다.
도 40은 27 게이지의 얇은 벽 바늘 (1.9 cm 길이)을 통해 1 mL의 50 cP 유체를 전달하는 2개의 상이한 화학 엔진으로부터의 힘 대 시간 프로파일을 제시한다.
도 41은 27 게이지의 얇은 벽 바늘 (1.9 cm 길이)을 통해 3 mL의 50 cP 유체를 전달하는 2개의 상이한 화학 엔진 (제제 3 및 4)으로부터의 힘 대 시간 프로파일을 제시한다.
도 42는 27 게이지의 얇은 벽 바늘 (1.9 cm 길이)를 통해 3 mL의 50 cP 유체를 전달하는 화학 엔진 (제제 5)으로부터의 힘 대 시간 프로파일을 제시한다.
도 43은 도면의 우측 상에 기재된 조성물에 대해 일정한 압력 프로파일을 제시한다. 관찰된 압력은 대조군 < 핵형성 표면 << 엑스판셀(Expancel) 입자 < 옥살산 < 규조토 < 옥살산칼슘의 순서로 증가하였다.
도 44는 기체 생성을 증진시킴에 있어 진동 및 첨가된 규조토의 효과의 유사성을 제시한다.
도 45는 중탄산칼륨, 시트르산, 및 대류 작용제로서 작용하는 5, 10 또는 50 mg의 규조토를 함유하는 화학 엔진에 의해 동력 공급된 점성 유체의 변위를 예시한다.
도 46은 화학 엔진의 동력 밀도를 측정하기 위한 장치를 개략적으로 예시한다.
용어
화학 엔진 - 화학 엔진은 화학 반응을 통해 기체를 생성하고, 생성된 기체는 또 다른 프로세스에 동력 공급하는데 사용된다. 전형적으로, 반응은 연소가 아니고, 많은 바람직한 실시양태에서 화학 엔진은 탄산염 (전형적으로 탄산나트륨, 또는 바람직하게는 탄산칼륨)과 산, 바람직하게는 시트르산과의 반응으로부터의 CO2의 생성에 의해 동력 공급된다.
화학 엔진과 관련하여, 밀폐 용기는 생성된 기체의 힘이 플런저에 적용될 수 있도록 기체가 분위기로 빠져나가는 것을 방지한다. 조립된 장치 (전형적으로 주사기)에서, 플런저는 생성된 기체에 의해 이동되고, 유체를 유체 구획 밖으로 가압한다. 다수의 실시양태에서, 용기는 단방향 밸브에 의해 한 단부에서 밀폐되고, 중심 축에 수직 방향으로 챔버 벽에 의해 둘러싸이고, 이동가능한 플런저에 의해 다른 단부에서 밀폐된다.
점도는 2가지 방식으로 정의될 수 있다: "동점도" 또는 "절대 점도". 동점도는 적용된 힘 하의 유체의 저항 흐름의 측정이다. 동점도의 SI 단위는 mm2/초이며, 이는 1 센티스토크 (cSt)이다. 때때로 동적 점도 또는 단순 점도로 지칭되는 절대 점도는 동점도 및 유체 밀도의 산물이다. 절대 점도의 SI 단위는 밀리파스칼-초 (mPa-초) 또는 센티포아즈 (cP)이며, 여기서 1 cP=l mPa-초이다. 달리 명시되지 않는 한, 용어 점도는 항상 절대 점도를 지칭한다. 절대 점도는 모세관 유변물성측정기, 원추형 평판 레오미터 또는 임의의 다른 공지된 방법에 의해 측정될 수 있다.
유체는 뉴턴 또는 비-뉴턴일 수 있다. 비-뉴턴 유체는 주사의 전단 속도와 유사한 것을 비롯하여, 상이한 전단 속도에서 특성화되어야 한다. 이러한 경우에, 유체의 점도는 하겐-포아젤 방정식을 사용하여 근사치를 구할 수 있으며, 여기서 공지된 힘은 공지된 유체 속도에서 공지된 바늘 직경 및 길이를 통해 주사에 사용된다. 본 발명은 뉴턴 또는 비-뉴턴 유체에 적합하다.
플런저 ("확장 플런저"로도 지칭됨)는, 화학 엔진에서 생성된 CO2에 반응하여 이동하거나 또는 변형되며 화학 엔진에 인접하거나 또는 간접적으로 연결된 구획 내의 액체에 직접 또는 간접적으로 힘을 전달할 수 있는 임의의 구성요소이다. 예를 들어, 플런저는 피스톤을 밀어내고 이는 결과적으로 시린지 내의 액체를 밀어낼 수 있다. 본원 및 선행 기술에 기재된 다수의 유형의 플런저가 존재하고, 본 발명의 제제 및 디자인은 일반적으로 다수의 플런저 유형에 적용가능하다.
개시 플런저는, 통상적으로 산, 탄산염 및 물의 조합을 직접 또는 간접적으로 야기함으로써 반응을 개시하는데 사용되는 이동가능한 부품이다. 바람직하게는, 개시 플런저는 임의의 압력 손실을 방지하기 위해 제자리에 잠그고, 이에 따라 생성된 모든 압력을 유체를 향해 보내 유체 챔버로부터 분출된다.
용어 "비경구"는 위장관을 통하지 않은 전달 수단, 예컨대 주사 또는 주입을 지칭한다.
압력 대 시간 프로파일은 폭발을 포함할 수 있으며, 여기서 폭발은 전달 프로파일 동안에 제2 압력 증가로 기재된다.
본 개시내용의 방법은 수동 시린지 또는 자동-주사기 둘 다로 사용될 수 있으며, 원통형 기하구조에 제한되지는 않는다. 용어 "시린지"는 임의의 크기 또는 형상의 수동 시린지 및 자동-주사기를 지칭하도록 상호교환적으로 사용된다. 용어 "주사 장치"는, 예를 들어 시린지 및 패치 펌프를 비롯하여, 유체를 환자에게 주사하는데 사용될 수 있는 임의의 장치를 지칭하는데 사용된다. 바람직한 실시양태에서, 본원에 기재된 임의의 화학 엔진은 주사기의 부품일 수 있으며, 본 발명은 이들 주사기를 포함한다.
상세한 설명
도 1은 주사 또는 주입에 의해 제약 제제를 전달하는데 사용하기 위한 화학 반응에 의한 압력의 생성을 예시한다. 도면의 좌측과 관련하여, 하나 이상의 화학 시약 (100)은 반응 챔버 (110) 내에 밀폐된다. 챔버의 한 측면은 챔버의 다른 측면에 대해 이동할 수 있으며, 피스톤 (120)으로서 작용한다. 챔버 (110)는 화학 반응 전의 제1 부피를 갖는다.
이어서, 화학 반응은 "RXN" 화살표에 의해 나타낸 바와 같이 챔버 내에서 개시된다. 기체상 부산물 (130)은 약간의 속도, n(t)로 생성되며, 여기서 n은 생성된 기체의 mol을 나타내고, t는 시간을 나타낸다. 압력은 하기 방정식 (1)에 제시된 바와 같이 화학 반응에 의해 생성된 기체상 부산물 (130)의 양에 비례한다:
방정식 (1)에서, T는 온도를 나타내고, V는 챔버 (110)의 부피를 나타낸다.
챔버 (110)의 부피는 피스톤 (120) 상의 기체 압력에 의해 생성된 추가의 힘이 시린지 바늘을 통해 유체를 밀어내는데 요구되는 힘을 초과할 때까지 고정된 채 유지된다. 필요한 힘은 시스템 내에 존재하는 기계적 구성요소, 예를 들어 커넥터 디자인에 의해 제공되는 마찰력 및 기계적 이점, 시린지 바늘 직경, 및 유체의 점도에 따라 달라진다.
일단 피스톤 (120)을 이동시키는데 필요한 최소 압력이 초과되면, 반응 챔버 (110)의 부피는 증가하기 시작한다. 피스톤 (120)의 이동은 시린지 내의 유체의 전달이 시작되게 한다. 챔버 (110) 내의 압력은 방정식 (1)에 의해 나타낸 바와 같이 반응의 속도 및 부피 확장의 속도 둘 다에 따라 달라진다. 바람직하게는, 충분한 기체는 너무 높은 과도한 압력을 생성하지 않도록 하면서 부피 확장을 고려하여 생성된다. 이는 챔버 (110) 내에서 반응의 속도 및 기체 방출을 제어함으로써 달성될 수 있다.
기체상 부산물 (130)을 생성하는 화학-반응으로부터의 압력 축적은 시린지를 통해 피스톤 (120)에 직접 인접한 유체를 밀어내는데 사용될 수 있다. 압력 축적은 또한, 예를 들어 유체를 함유하는 사전충전된 시린지의 마개에 피스톤 (120)을 연결하는 막대 또는 샤프트에 의해, 예를 들어 피스톤 (120)과 유체 사이의 기계적 접촉을 수립함으로써 간접적인 방식으로 유체를 밀어낼 수 있다.
하나 이상의 화학 시약 (100)은 반응시 기체상 부산물 (130)이 생성되도록 선택된다. 적합한 화학 시약 (100)은, 반응하여 기체상 부산물 (130)을 생성하는 시약을 포함한다. 예를 들어, 시트르산 (C6H8O7) 또는 아세트산 (C2H4O2)은 중탄산나트륨 (NaHCO3)과 반응하여 이산화탄소, CO2를 생성할 것이며, 이는 2종의 시약이 통상적인 용매, 예컨대 물 중에 용해되는 경우에 개시될 수 있다. 대안적으로, 단일 시약은 개시제, 예컨대 광, 열, 또는 용해에 의해 유발되는 경우에 기체를 생성할 수 있다. 예를 들어, 단일 시약 2,2'-아조비스이소부티로니트릴 (AIBN)은 50℃ - 65℃의 온도에서 분해되어 질소 기체 (N2)를 생성할 수 있다. 화학 시약(들)은 화학 반응이 용이하게 제어되도록 선택된다.
본 개시내용의 한 측면은 (i) 짧은 시간 주기에서, 예를 들어 20초 이하에서 점성 유체를 전달하는데 충분한 힘, 및 (ii) 의도된 용도와 상용성인 소형 패키지, 즉 시린지를 구동하는 소형 패키지를 생성하는 다양한 구성요소의 조합이다. 시간, 크기 및 힘에서, 목적하는 주사를 달성하기 위해 모두가 합쳐져야 한다. 화학 엔진을 위한 패키지 크기는 용매를 포함하여 시약의 부피에 의해 정의되며; 이는 모든 구성요소가 혼합되고, CO2가 방출된 후에 표준 조건 (25 C, 1 atm)에서 측정된다.
CO2 대 H2CO3의 몰 농도는 pH에 의해 제공된다. H2CO3의 pKa는 4.45이다. 상기 값보다 훨씬 미만의 pH의 경우에, H2CO3에 대한 CO2의 백분율은 거의 100%이다. pKa에 근접한 pH (예를 들어 4.5 내지 6.5)의 경우에, 값은 90% 내지 30%로 감소할 것이다. 7 초과의 pH의 경우에, 시스템은 대부분 H2CO3으로 이루어지고, CO2는 없을 것이다. 따라서, 적합한 산은 주사 사건의 기간 전체에 걸쳐 4.5 미만의 pH를 유지하도록 시스템의 완충을 제공하여야 한다. 화학 반응은 주사 사건의 시간 프레임에서 주사 사건 동안에 (예를 들어, 5초 이내 또는 10초 이내 또는 20초 이내) 100% 전환으로 진행될 필요는 없으나, 일반적으로 과도한 압력의 생성을 최소화하기 위해, 전환은 적어도 30-50%에 근접하여야 하며; 여기서 전환은 반응한 산의 몰 백분율, 일부 실시양태에서 30 내지 80% 범위, 일부 실시양태에서 30 내지 50% 범위로서 정의된다. 일부 실시양태에서, CO2 반응물 (예컨대 중탄산나트륨 또는 중탄산칼륨)의 전환은 적어도 30%, 바람직하게는 적어도 50%, 또는 적어도 70%, 일부 실시양태에서 95% 미만이다.
실온에서 액체인 산, 예컨대 빙초산 (pKal 4.76) 및 부티르산 (pKa 4.82)이 적합하다. 바람직한 산은 실온에서 고체인 유기 산이며; 이들 산은 거의 냄새가 나지 않고 장치와 반응하지 않는다. 추가로, 이들은 용해 속도를 제어하는 수단을 제공하기 위해 다양한 형태 또는 구조를 갖는 분말로서 포장될 수 있다. 바람직한 산은 시트르산 (pH: 2.1 내지 7.2 (pKa: 3.1; 4.8; 6.4), 옥살산 (pH: 0.3 내지 5.3 [pKa: 1.3; 4.4]), 타르타르산 (pH: 2 내지 4; [pKal= 2.95; pKa2= 4.25]) 및 프탈산 (pH: 1.9 - 6.4 [pKa: 2.9; 5.4])을 포함한다. 실험에서 HCl이 첨가된다. 놀랍게도, pH를 3으로 감소시키는 것은 CO2의 방출을 가속화하지 않는 것으로 발견되었다.
일부 바람직한 실시양태에서, 시트르산은 주사 사건이 15 내지 50%의 반응 전환이 발생하는 시스템에서 사용된다. CO2 축적의 급속한 속도, 및 이에 따른 압력을 이용하는 것이 바람직할 수 있으며, 낮은 전환이 발생한다. 이러한 산의 완충 거동으로 인해, 반응 동안에 생성된 H2CO3에 대한 CO2의 백분율은 pH가 5.5 초과로 증가함에 따라 높은 전환이 감소할 것이다. 이러한 시스템은 주사의 완결 후에 반응의 후반부에서 보다 적은 압력 축적을 가질 것이다. 다른 상황에서, 완전한 반응 주기를 이용하고, 주사 사건의 종료시 완결에 근접하도록 반응을 변형하는 것이 바람직할 수 있다. 일부 실시양태에서, 타르타르산 및 옥살산은 그의 보다 낮은 pKa 값으로 인해 바람직한 선택이다.
일부 바람직한 실시양태에서, 중탄산염은 고체 산, 또는 다른 구성요소, 예컨대 염, 중탄산염, 또는 다른 첨가제와 혼합된 고체 산을 함유하는 확장 구획에 포화 용액으로서 첨가된다. 다른 실시양태에서, 물은 중탄산염 및 다른 구성요소와 혼합된 고체 산을 함유하는 피스톤에 첨가된다. 일부 다른 바람직한 실시양태에서, 수성 중탄산염의 용액은 주사의 종료시 추가의 CO2 제조를 제공하기 위해 고체 중탄산염을 포함하는 고체 조성물에 첨가된다. 또 다른 실시양태에서, 중탄산염은 습윤 또는 단지 부분적으로 용해된 고체로서 존재할 수 있다. 임의의 형태의 중탄산염은 또한 용해된 산과 반응할 수 있다. 예를 들어, 일부 바람직한 실시양태에서, 중탄산염은 시트르산의 용액과 조합된다.
화학물질이 작은 반응 부피에 갇혀있는 경우에, 즉 비교적 다량의 시약이 가압 시스템 내의 작은 부피의 액체 (포화 용액)에 갇혀있는 경우에, CO2(g)를 생성하는 방법은 상당히 보다 복잡해진다. 상황에 따라, 이제 중요한 속도 제한 단계는 하기가 된다:
시스템의 요구에 따라, 파라미터는 오버슈트를 최소화하고 편평한 압력 프로파일 곡선을 유지하기 위해 독립적으로 또는 함께 조정될 수 있으며, 여기서 화학 반응 챔버의 부피 확장의 영향은 압력이 하강하게 하고 스톨링으로의 전달을 야기하지 않는다.
점성 유체의 빠른 전달을 달성하기 위해, 중탄산염 이온의 이용가능성은 중요한 인자일 것이다. 용액 중에서, 중탄산 염은 중탄산염 이온과 평형이며, 이는 반응에서 활성 종이다. 중탄산염 이온은 유리 종일 수 있거나 또는 강하게 회합될 수 있다. 중탄산염의 농도는 용매 극성을 변경함으로써 - 예컨대 반응 속도를 감소시키기 위해 에탄올을 첨가하거나 또는 반응 속도를 증가시키기 위해 N-메틸포름아미드 또는 N-메틸아세트아미드를 첨가함으로써; 통상적인 이온 효과를 이용함으로써; 및 포화점 초과의 비교적 고함량의 중탄산염을 이용함으로써 제어될 수 있다. 중탄산염은 바람직하게는 100 mL 중 9 g 초과, 보다 바람직하게는 100 mL 중 25 g의 물 중 용해도를 갖는다. 일부 바람직한 실시양태에서, 중탄산칼륨의 포화 용액은 산을 함유하는 피스톤에 첨가된다. 다른 실시양태에서, 물은 고체 산 및 중탄산칼륨을 함유하는 피스톤에 첨가된다.
전달 동안의 압력 프로파일은 용해의 속도를 변형함으로써 변형될 수 있다. 예를 들어, 고체 시트르산 및 고체 중탄산염을 함유하는 피스톤에의 중탄산칼륨의 포화 용액의 첨가는 첫번째로 용해된 중탄산염이 산과 반응함에 따른 CO2의 급속한 폭발을 제공하고, 두번째로 고체 중탄산염이 용해되고 이용가능해짐에 따른 CO2의 이차 지속 수준을 제공한다. 용해 속도는 분말의 입자 크기 또는 표면적의 변화, 여러 상이한 종의 중탄산염 또는 산의 사용, 제2 구성요소를 사용한 캡슐화, 또는 용매 질의 변화에 의해 변형될 수 있다. 상이한 용해 속도를 갖는 분말을 조합함으로써, 압력 대 시간 프로파일이 변형될 수 있으며, 이는 시간에 따른 일정한 압력, 또는 시간에 따른 압력의 폭발을 가능하게 한다. 촉매의 도입은 동일한 효과로 사용될 수 있다.
피스톤 (반응 챔버) 내의 압력은 용액으로부터 방출되는 CO2의 농도에 의해 결정된다. 방출은 교반의 방법을 도입함으로써 또는 CO2의 용해도를 감소시키거나 또는 그의 핵형성, 성장 및 확산을 증진시키는 부위를 도입함으로써 용이해질 수 있다. 교반의 방법은 피스톤 내에 현탁된 경질의 구체의 도입을 포함할 수 있다. 적합한 구체는 중공 중합체성 마이크로구체, 예컨대 엑스판셀, 폴리스티렌 마이크로구체 또는 폴리프로필렌 마이크로구체를 포함한다. 피스톤에 물 또는 포화 중탄산염의 도입시, 외부 유량은 구체 상에 힘 및 토크를 유도하여 속도 w로 그의 회전을 초래할 뿐만 아니라 이들은 부력에 의해 유도되어 이동하기 시작한다. 구체의 회전에 의해 생성된 유동장은 표면을 향한 기체 확산을 개선시키고, 액체로부터의 CO2 탈착을 용이하게 한다. 자유롭게 회전하는 구체의 표면은 또한 활성 층에 의해, 예컨대 중탄산염으로 코팅함으로써 변형될 수 있다. 이러한 구체는 초기에는 무겁고, 부력에 의해 영향을 받지 않는다. 그러나, 코팅은 용해되거나 또는 산과 반응하기 때문에, 부력은 구체가 액체의 표면을 향해 이동하도록 시작할 것이다. 상기 언급된 움직임 동안에, 입자 상의 불균형한 힘은 스피닝, 기체 수송 제한의 감소, 및 액체로부터 CO2 탈착의 증가를 촉진한다.
일부 실시양태에서, 염, 첨가제 또는 다른 핵형성제는 비어있는 부피로의 용해된 기체의 방출을 용이하게 하기 위해 첨가된다. 상기 핵형성제의 예는 결정질 염화나트륨, 타르타르산칼슘, 옥살산칼슘 및 당을 포함한다. 방출은 기체의 용해도를 감소시키는 구성요소를 첨가함으로써 용이해질 수 있다. 이는 또한 핵형성, 성장, 및 불균질한 핵형성을 통한 기포의 방출을 용이하게 하는 핵형성제를 첨가함으로써 용이해질 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 유량 대 시간은 유체에 대한 전단 속도가 유사하도록 실질적으로 일정하게 유지된다. 뉴턴 유체의 경우에, 전단 속도는 유량에 비례하고 r3에 반비례하며, 여기서 r은 바늘의 반경이다. 전단 속도의 변화는 일단 유량이 장치에 대해 [(유량 최대 - 유량 최소) / 유량 최소)]·100으로서의 최초 2 또는 3초 후에 개시되면 정의될 수 있으며, 여기서 바늘 직경은 변하지 않는다. 바람직한 실시양태에서, 전단 속도의 변화는 50% 미만, 보다 바람직하게는 25% 미만이다. 유체는 뉴턴 또는 비-뉴턴일 수 있다. 27 게이지 내지 31 게이지 범위의 직경을 갖는 바늘을 통한 피하 전달에 전형적인 유량의 경우에, 전단 속도는 대략 lx 104 내지 lx 104 s-1이고, 비-뉴턴 효과는, 특히 단백질의 경우에 중요해질 수 있다.
본원에 추가로 기재된 일부 예에서, 기체-생성 화학 반응을 사용하는 주사 장치는 10초 미만에 27 게이지의 얇은-벽 (TW) 바늘을 통해 70 센티포아즈 (cP) 초과의 점도를 갖는 유체를 옮기는데 사용되었다. 27 게이지의 얇은-벽 바늘은 0.016 ± 0.0005 인치의 공칭 외부 직경, 0.010 ± 0.001 인치의 공칭 내부 직경, 및 0.003 인치의 벽 두께를 갖는다. 이러한 결과는 또한 보다 큰 공칭 내부 직경을 갖는 바늘을 사용하여 수득되는 것으로 예상된다.
화학 시약(들)의 선택은 다양한 인자를 기준으로 할 수 있다. 하나의 인자는 시약의 용해 속도, 즉 시약의 건조 분말 형태가 용매, 예컨대 물 중에 용해되는 속도이다. 용해 속도는 분말의 입자 크기 또는 표면적의 변화, 첫번째로 용해되는 코팅을 사용한 분말의 캡슐화, 또는 용매 질의 변화에 의해 변형될 수 있다. 또 다른 인자는 목적하는 압력 대 시간 프로파일이다. 압력 대 시간 프로파일은 반응의 동역학을 변형시킴으로써 제어될 수 있다. 가장 간단한 경우에, 주어진 반응의 동역학은 시약의 농도와 같은 인자에 따라 달라질 것이며, 이는 화학 반응의 "순서" 및 온도에 따라 달라진다. 2종의 건조 시약이 혼합되어야 하는 시약을 비롯한 다수의 시약 (100)의 경우에, 동역학은 용해의 속도에 따라 달라질 것이다. 예를 들어, 두 상이한 용해 속도를 갖는 분말을 조합함으로써, 압력 대 시간 프로파일은 변형될 수 있으며, 이는 시간에 걸쳐 일정한 압력 또는 명시된 시간에서 압력의 폭발을 갖는 프로파일을 가능하게 한다. 촉매의 도입은 동일한 효과에 사용될 수 있다. 대안적으로, 전달된 부피 대 시간 프로파일은 일정한 기울기를 가질 수 있다. 용어 "일정한"은 ± 15%의 기울기 값의 허용가능한 편차로 적어도 2초의 시간 주기에 걸쳐 선형의 상향 기울기를 갖는 주어진 프로파일을 지칭한다.
화학 반응을 조정하기 위한 이러한 능력은 본 개시내용의 장치가 상이한 유체 (다양한 부피 및/또는 점도를 갖는), 환자 요구, 또는 전달 장치 디자인을 수용하게 한다. 추가로, 화학 반응은 반응 챔버의 기하구조에 독립적으로 진행하지만, 반응 챔버의 형상은 축적된 압력이 피스톤에 작용하는 방법에 영향을 미칠 수 있다.
약물 전달을 제공하기 위한 표적 압력 수준은 시린지의 역학, 유체의 점도, 바늘의 직경, 및 목적하는 전달 시간에 의해 결정될 수 있다. 표적 압력은 시약의 적절한 양 및 화학량론적 비를 선택함으로써 달성되며, 이는 반응 챔버의 적절한 부피와 함께 n (기체의 mol)을 결정한다. 반응 챔버 내에 존재하는 임의의 액체 중의 기체의 용해도 (압력에 기여하지 않을 것임)가 또한 고려되어야 한다.
원하는 경우에, 방출제는 유체 전달의 속도를 증가시키기 위해 반응 챔버 내에 존재할 수 있다. 용매, 예컨대 물이 확산, 및 분자 사이의 반응을 용이하게 하는데 사용되는 경우에, 생성된 기체는 용매 중에서 약간의 용해도 또는 안정성을 가질 것이다. 방출제는 챔버의 헤드 스페이스 내로 임의의 용해된 기체의 방출을 용이하게 한다. 방출제는 용매 중에서 기체의 용해도를 감소시킨다. 예시적인 방출제는 핵형성, 성장, 및 불균질한 핵형성을 통한 기포의 방출을 용이하게 하는 핵형성제를 포함한다. 예시적인 방출제는 염화나트륨 (NaCl)이다. 방출제의 존재는 용해 속도를 증가시킴으로써 다수의 화학 반응의 전체 속도를 증가시킬 수 있으며, 이는 종종 건조 (분말) 시약에 대해 압력 생성을 위한 속도 제한 인자이다. 방출제는 또한 촉매인 것으로 고려될 수 있다.
일부 바람직한 실시양태에서, 반응 챔버의 부피는 1 내지 1.4 cm3 이하, 일부 바람직한 실시양태에서 1 cm3 이하, 일부 실시양태에서 0.5 내지 1 cm3 범위, 또는 1.4 cm3이다. 장치의 다른 구성요소는 반응 챔버의 부피와 매칭하도록 치수화될 수 있다. 기껏해야 1 내지 1.4 cm3의 반응 챔버는 제한된 주사 공간 또는 점유면적으로 고점도의 유체의 화학-반응 전달을 가능하게 한다.
도 2는 기체를 생성하기 위해 시약 사이의 화학 반응을 사용하여 고점도 유체를 전달하는데 사용될 수 있는 장치 (여기서, 시린지)의 한 예시적 실시양태를 예시한다. 시린지 (400)는 여기서 화학 반응이 아직 개시되지 않은 저장 상태 또는 내리눌러지지 않은 상태로 도시된다. 바늘은 이 예시에 포함되지 않는다. 시린지 (400)는 측벽 (412)으로부터 형성된 배럴 (410)을 포함하고, 내부 공간은 3개의 개별 챔버로 나뉘어진다. 배럴의 최상단부 (402)에서 시작하여, 시린지는 시약 챔버 (420), 반응 챔버 (430) 및 유체 챔버 (440)를 포함한다. 플런저 (470)는 시약 챔버의 상단부 (422)에 삽입된다. 단방향 밸브 (450)는 시약 챔버의 하단부 (424)에서 존재하며, 방사상 표면을 형성한다. 단방향 밸브 (450)는 또한 반응 챔버의 상단부 (432)에서 존재한다. 단방향 밸브 (450)는 물질이 시약 챔버 (420)로부터 배출되고, 반응 챔버 (430)로 들어가도록 지시한다. 반응 챔버의 하단부 (434)는 피스톤 (460)에 의해 형성된다. 최종적으로, 피스톤 (460)은 유체 챔버의 상단부 (442)에서 존재한다. 배럴의 오리피스 (416)는 유체 챔버의 하단부 (444) 및 시린지의 최하단부 (404)에 있다. 단방향 밸브 (450)는 제자리에 고정되며 배럴 (410) 내에서 이동할 수 없다는 것이 주목되어야 한다. 대조적으로, 피스톤 (460)은 압력에 반응하여 배럴 내에서 이동할 수 있다. 다시 말해서, 반응 챔버 (430)는 단방향 밸브 (450), 배럴 측벽 (412) 및 피스톤 (460)에 의해 정의된다.
반응 챔버 (430)는 또한 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 것으로 기재될 수 있다. 이동가능한 피스톤 (460)은 반응 챔버의 제1 단부 (434)에서 있고, 단방향 밸브 (450)는 반응 챔버의 제2 단부 (432)에서 존재한다. 이러한 예시에서, 반응 챔버 (430)는 피스톤 (460)의 한 측면 상에 직접 있고, 유체 챔버 (440)는 피스톤의 반대 측면 상에 직접 있다.
시약 챔버 (420)는 적어도 하나의 화학 시약, 용매 및/또는 방출제를 함유한다. 반응 챔버 (430)는 적어도 하나의 화학 시약, 용매 및/또는 방출제를 함유한다. 유체 챔버 (440)는 전달되는 유체를 함유한다. 여기서 도시된 바와 같이, 시약 챔버 (420)는 용매 (480)를 함유하고, 반응 챔버 (430)는 건조 분말 형태로 2종의 상이한 화학 시약 (482), (484)을 함유하고, 유체 챔버 (440)는 고점도 유체 (486)를 함유한다. 다시, 이 도면은 일정한 비율로 도시되지 않는 것이 주목되어야 한다. 화학 시약은, 여기서 예시된 바와 같이, 반응 챔버의 전체 부피를 충전하지 않는다. 그 대신에, 헤드 스페이스 (436)가 반응 챔버 내에 존재한다.
구체적 실시양태에서, 시약 챔버는 용매 중에 사전-용해된 중탄산염을 함유하고, 반응 챔버는 건조 산 분말을 함유한다. 용매 중 시약의 수동 혼합이 반응 속도를 감소시키는 문제점인 것으로 밝혀졌다. 중탄산염은 사전-용해되었으며, 그렇지 않으면 이는 용해되고 기체 생성 반응에 참여하기에 너무 느렸다. 보다 구체적인 실시양태에서, 중탄산칼륨이 사용되었다. 중탄산나트륨은 신속하게 반응하지 않는 것으로 밝혀졌다. 시트르산염은 빨리 용해되고 빨리 반응하기 때문에 건조 산 분말로서 사용되었다. 염화나트륨 (NaCl)은 시트르산염과 함께 건조 방출제로서 포함되었다. 염화나트륨에는 기체가 보다 신속하게 용액으로부터 방출하도록 핵형성 부위를 제공하였다.
각 챔버는 도시된 예시에서 챔버의 높이에 비례하는 부피를 갖는다. 시약 챔버 (420)는 높이 (425)를 갖고, 반응 챔버 (430)는 높이 (435)를 갖고, 유체 챔버 (440)는 높이 (445)를 갖는다. 이러한 내리눌러지지 않은 상태에서, 반응 챔버의 부피는 용매 및 2종의 화학 시약을 함유하기에 충분하다.
특정한 실시양태에서, 반응 챔버의 부피는 1 cm3 이하이다. 장치의 다른 구성요소는 반응 챔버의 부피에 매칭하도록 치수화될 수 있다. 1 cm3 이하의 반응 챔버는 제한된 주사 공간 또는 점유면적으로 고점도의 유체의 화학-반응 전달을 가능하게 한다.
도 3에서, 플런저 (470)는 내리눌러졌으며, 즉 시린지는 내리눌러진 상태이다. 이 작용은 단방향 밸브 (450)가 개방되게 하고, 용매 (480)는 반응 챔버 (430) 내로 들어가고, 2종의 화학 시약 (여기서, 용매 중 버블로서 예시됨)을 용해시킨다. 플런저 (470)가 내리눌러지고, 추가의 압력이 단방향 밸브 상에 가해지지 않은 후에, 단방향 밸브 (450)는 밀폐된다 (이 도면은 개방 상태에서의 밸브를 제시함). 특정한 실시양태에서, 시약 챔버의 하단부 (424)에서의 배럴 측벽 (412)은 홈 (414)을 함유할 수 있거나, 다르게는 플런저 (470)를 포획하도록 형상화된다. 다시 말해서, 플런저 (470)는 플런저가 내리눌러진 후 이를 제자리에 잠그기 위해 시약 챔버 (420)의 하단부 (424)와 협력한다.
도 4에서, 용매 중 2종의 화학 시약의 용해는 화학 반응의 부산물로서 기체 (488)의 생성을 초래한다. 기체의 양이 증가함에 따라, 피스톤 (460) 상에 가해지는 압력은 역치 값에 도달한 후 피스톤 (460)이 시린지의 최하단부 (404)를 향해 하향으로 이동할 때까지 증가한다 (화살표에 의해 나타낸 바와 같이). 이는 반응 챔버 (430)의 부피가 증가하고 유체 챔버 (440)의 부피가 감소하게 한다. 이는 오리피스를 통해 분배되는 유체 챔버 내의 고점도 유체 (486)를 생성한다. 다시 말해서, 반응 챔버 (430) 및 유체 챔버의 조합된 부피는 일정하게 유지되지만, 유체 챔버 (440)에 대한 반응 챔버의 부피 비는 기체가 반응 챔버 내에서 생성됨에 따라 증가할 것이다. 단방향 밸브 (450)는 기체 (488)가 반응 챔버로부터 시약 챔버 내로 빠져나가는 것을 허용하지 않는 것을 주목한다.
시린지는 하기 요소가 적절하게 제어되는 경우에 일정된 힘을 제공할 수 있다: (i) 건조 분말 시약의 입자 크기; (ii) 시약의 용해도; (iii) 시약의 질량 및 방출제의 양; 및 (iv) 일정한 충전 및 포장을 위한 챔버의 형상 구조.
도 5는 기체를 생성하기 위해 시약 사이의 화학 반응을 사용하는 장치 (700)의 또 다른 변형을 예시한다. 이 예시는 저장 상태이다. 도 2의 배럴은 내부 측벽으로 제조된 것으로서 제시된 반면에, 도 5의 장치에서의 배럴은 여러 보다 짧은 피스로 제조된다. 이 구성은 전체 장치의 다양한 챔버의 제조 및 충전을 단순화시킬 수 있다. 이 변형에서의 또 다른 큰 차이는 본원에 추가로 설명되는 바와 같이 피스톤 (760)이 3가지의 상이한 부품: 누름 표면 (762), 막대 (764) 및 마개 (766)로 구성된다는 것이다.
도 5의 최상부에서 시작하여, 시약 챔버 (720)는 시약 챔버의 측면을 정의하는 제1 측벽 (728)을 갖는 제1 피스 (726)로부터 제조된다. 플런저 (770)는 피스의 상단부 (722)에 삽입되어 상기 단부를 밀봉한다. 이어서, 제1 피스 (726)는 뒤집혀 용매 (780)로 시약 챔버 (720)를 충전할 수 있다.
이어서, 단방향 밸브 (750)를 함유하는 제2 피스 (756)는 제1 피스의 하단부 (724)에 연결되어 시약 챔버 (720)를 밀봉할 수 있다. 제2 측벽 (758)은 단방향 밸브를 둘러싼다. 제1 피스의 하단부 (724) 및 제2 피스의 상단부 (752)는 공지된 수단, 예컨대 스크류 나사산 (예를 들어 루어 잠금장치)을 사용하여 연결될 수 있다. 여기서 예시된 바와 같이, 제1 피스의 하단부는 내부 나사산을 가질 것이고, 제2 피스의 상단부는 외부 나사산을 가질 것이다.
제3 피스 (736)는 반응 챔버 (730)를 형성하기 위해 사용되며, 또한 제3 측벽 (738)으로부터 형성된다. 피스톤의 누름 표면 (762)은 제3 측벽 (738) 내에 위치된다. 누름 표면 위에 화학 시약, 용매 및/또는 방출제를 배치한 후에, 제2 피스의 하단부 (754) 및 제3 피스의 상단부 (732)는 함께 연결된다. 2종의 시약 (782), (784)이 여기서 도시된다. 피스톤의 막대 (764)는 누름 표면 (762)으로부터 아래로 연장된다.
최종적으로, 제4 피스 (746)는 유체 챔버 (740)를 형성하기 위해 사용된다. 이 제4 피스는 제4 측벽 (748), 및 유체가 분출될 오리피스 (716)를 형성하기 위해 가늘어지는 원추형 벽 (749)으로부터 형성된다. 오리피스는 유체 챔버의 하단부 (744)에서 위치된다. 유체 챔버는 전달되는 유체로 충전될 수 있고, 이어서 마개 (766)는 유체 챔버 내에 배치될 수 있다. 여기서 제시된 바와 같이, 마개 (766)는 마개가 유체 (786)의 표면 아래로 눌러짐에 따라 공기가 유체 챔버 내에 포획되는 것을 방지하기 위해 공기가 유체 챔버로부터 빠져나갈 수 있도록 배출 구멍 (767)을 포함할 수 있다. 피스톤 막대 (764)의 하단부에 부착된 캡 (768)은 배출 구멍 (767)을 덮는데 사용될 수 있다. 대안적으로, 피스톤 막대의 하단부는 배출 구멍 내로 삽입될 수 있다. 이어서, 제3 피스의 하단부 (734) 및 제4 피스의 상단부 (742)는 함께 연결된다.
이전에 주목된 바와 같이, 상기 변형에서의 피스톤 (760)은, 함께 연결되는 누름 표면 (762), 막대 (764) 및 마개 (766)로부터 형성된다. 따라서, 비어있는 부피 (790)가 반응 챔버 (730)와 유체 챔버 (740) 사이에 존재한다. 상기 비어있는 부피의 크기는 목적하는 대로 달라질 수 있다. 예를 들어, 사용자가 보다 용이하게 잡을 수 있도록 전체적으로 보다 긴 장치를 제조하는 것이 유용할 수 있다. 다르게는, 이 변형은 도 2-4와 관련하여 상기 기재된 바와 동일한 방식으로 작동한다. 피스톤의 누름 표면 부분은 반응 챔버 내에서 작용하고, 피스톤의 마개 부분은 유체 챔버 내에서 작용한다. 누름 표면, 막대, 마개 및 임의적인 캡은 하나의 일체화된 피스일 수 있거나 또는 개별 피스일 수 있다는 것이 또한 주목되어야 한다.
도 6은 기체를 생성하기 위해 열에 의해 개시되는 화학 반응을 사용하여 고점도 유체를 전달하는데 사용될 수 있는 장치 (다시, 시린지)의 예시적 실시양태를 예시한다. 다시, 시린지 (800)는 여기서 저장 상태로 도시된다.
배럴 (810)은 측벽 (812)으로부터 형성되고, 내부 공간은 2개의 개별 챔버, 반응 챔버 (830) 및 유체 챔버 (840)로 나뉘어진다. 반응 챔버 (830)는 시린지의 상단부 (802)에서 존재한다. 반응 챔버의 상단부 (832)는 방사상 벽 (838)에 의해 형성된다. 가열하기 위해 사용될 수 있는 열 공급원 (850)이 반응 챔버 내에 위치된다. 열 공급원 (850)은 방사상 벽 (838), 또는 여기서 예시된 바와 같이, 배럴 측벽 (812) 상에 위치될 수 있다.
반응 챔버의 하단부 (834)는 피스톤 (860)에 의해 형성된다. 반응 챔버 (830)는 방사상 벽 (838), 배럴 측벽 (812), 및 피스톤 (860)에 의해 정의된다. 피스톤 (860)은 또한 유체 챔버의 상단부 (842)에 존재한다. 배럴의 오리피스 (816)는 유체 챔버의 하단부 (844), 즉 시린지의 하단부 (804)에서 존재한다. 다시, 반응 챔버의 피스톤 (860) 부분만이 압력에 반응하여 배럴 (810) 내에서 이동할 수 있다. 방사상 벽 (838)은 제자리에 고정되고, 기체가 통과할 수 없도록 고체이다.
반응 챔버는 화학 시약 (882)을 함유한다. 예를 들어, 화학 시약은 2,2'-아조비스이소부티로니트릴일 수 있다. 헤드 스페이스 (836)는 반응 챔버 내에 존재할 수 있다. 유체 챔버 (840)는 유체 (886)를 함유한다.
활성화 트리거 (852)는 시린지 상에 존재하며, 예를 들어 손가락 받침대 (815) 근처의 최상부 상에 또는 배럴 측벽의 외부 표면 (816) 상에 있을 수 있다. 활성화되는 경우에, 열 공급원 (850)은 열을 발생한다. 열 공급원은, 예를 들어 적외선 발광 다이오드 (LED)일 수 있다. 화학 시약 (882)은 열에 민감하며, 기체 (여기서, N2)를 생성한다. 기체에 의해 생성된 압력은 피스톤 (860)을 이동하게 하며, 유체 챔버 (840) 내의 고점도 유체 (886)를 분출시킨다.
피스톤은 대안적으로 도 5에 기재된 누름 표면, 막대 및 마개 버전일 수 있다는 것이 다시 주목되어야 한다. 이 버전이 또한 여기서 적절할 수 있다.
대안적 실시양태에서, 장치는 기체를 생성하기 위해 광에 의해 개시되는 화학 반응을 사용하여 고점도 유체를 전달하는데 사용될 수 있다. 이러한 실시양태는 열 공급원이 여기서 반응 챔버 (830)를 조명할 수 있는 광원 (850)에 의해 대체되는 것을 제외하고는 도 6에 기재된 버전과 거의 동일하다. 여기서 화학 시약 (884)은 광에 민감하며, 광에 노출시 기체를 생성한다. 예를 들어, 화학 시약은 염화은 (AgCl)일 수 있다. 기체에 의해 생성된 압력은 피스톤을 이동하게 하며, 유체 챔버 내의 고점도 유체를 분출시킨다. 원하는 경우에, 도 5의 피스톤 버전이 또한 여기서 사용될 수 있다.
임의의 적합한 화학 시약 또는 시약들은 기체를 생성하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 중탄산염은 산과 반응하여 이산화탄소를 형성할 것이다. 중탄산나트륨, 중탄산칼륨 및 중탄산암모늄은 적합한 중탄산염의 예이다. 적합한 산은 아세트산, 시트르산, 중타르타르산칼륨, 피로인산이나트륨 또는 인산이수소칼슘을 포함할 수 있다. 임의의 기체, 예컨대 이산화탄소, 질소 기체, 산소 기체, 염소 기체 등이 화학 반응에 의해 생성될 수 있다. 바람직하게는, 생성된 기체는 불활성 및 비-가연성이다. 금속 탄산염, 예컨대 탄산구리 또는 탄산칼슘은 열적으로 분해되어 CO2 및 상응하는 금속 산화물을 생성할 수 있다. 또 다른 예로서, 2,2'-아조비스이소부티로니트릴 (AIBN)은 가열되어 질소 기체를 생성할 수 있다. 또 다른 예로서, 특정 효소 (예를 들어 효모)와 당과의 반응은 CO2를 생성한다. 몇몇 물질은 용이하게 승화하며, 고체로부터 기체로 된다. 이러한 물질은 나프탈렌 및 아이오딘을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 과산화수소는 촉매, 예컨대 효소 (예를 들어 카탈라제) 또는 이산화망가니즈로 분해되어 산소 기체를 생성할 수 있다.
본 개시내용의 장치를 사용하여 분배되는 고점도 유체는 용액, 분산액, 현탁액, 에멀젼 등일 수 있는 것으로 고려된다. 고점도 제제는 단백질, 예컨대 모노클로날 항체, 또는 치료상 유용한 몇몇 다른 단백질을 함유할 수 있다. 단백질은 약 150 mg/ml 내지 약 500 mg/ml의 농도를 가질 수 있다. 고점도 유체는 약 5 센티포아즈 내지 약 1000 센티포아즈의 절대 점도를 가질 수 있다. 다른 실시양태에서, 고점도 유체는 적어도 40 센티포아즈 또는 적어도 60 센티포아즈의 절대 점도를 갖는다. 고점도 유체는 용매 또는 비-용매, 예컨대 물, 퍼플루오로알칸 용매, 홍화 오일 또는 벤질 벤조에이트를 추가로 함유할 수 있다.
도 7 및 도 8은 기체를 생성하기 위해 시약 사이의 화학 반응을 사용하여 고점도 유체를 전달하는데 사용될 수 있는 주사 장치 (여기서, 시린지)의 제1 예시적 실시양태의 상이한 뷰이다. 시린지 (300)는 여기서 화학 반응이 아직 개시되지 않은 저장 상태 또는 내리눌러지지 않은 상태로 도시된다. 도 7은 측면 횡단면도이고, 도 8은 시린지의 엔진의 사시도이다.
시린지 (300)는 내부 공간이 3개의 개별 챔버로 나뉘어진 배럴 (310)을 포함한다.
배럴의 최상단부 (302)에서 시작하여, 시린지는 상부 챔버 (320), 하부 챔버 (330) 및 유체 챔버 (340)를 포함한다. 이들 3개의 챔버는 동축이며, 여기서 원통형 형상을 갖는 것으로 도시된다. 하부 챔버는 또한 반응 챔버로 고려될 수 있다.
플런저 (370)는 상부 챔버의 상단부 (322) 내에 삽입되고, 플런저의 마개 (372)는 상부 챔버만을 통해 움직인다. 단방향 밸브 (350)는 상부 챔버의 하단부 (324)에서 존재하며 방사상 표면을 형성한다. 단방향 밸브 (350)는 또한 하부 챔버의 상단부 (332)에서 존재한다. 단방향 밸브 (350)는 물질이 상부 챔버 (320)로부터 배출되고, 하부 챔버 (330)로 들어가도록 지시한다. 피스톤 (360)은 하부 챔버의 하단부 (334)에서 존재한다. 피스톤 (360)은 또한 유체 챔버의 상단부 (342)에서 존재한다. 여기서 예시된 바와 같이, 피스톤은 적어도 2개의 피스, 하부 챔버의 하단부에서 있는 누름 표면 (362) 및 유체 챔버의 상단부에서 있는 헤드 (366)로 형성된다. 바늘 (305)은 유체 챔버의 하단부 (344) 및 시린지의 최하단부 (304)에서 있다. 단방향 밸브 (350)는 제자리에 고정되며 배럴 (310) 내에서 이동할 수 없다는 것, 즉 배럴에 대해 고정된다는 것이 주목되어야 한다. 대조적으로, 피스톤 (360)은 압력에 반응하여 배럴 내에서 이동할 수 있다. 다시 말해서, 하부 챔버 (330)는 단방향 밸브 (350), 배럴의 연속식 측벽 (312) 및 피스톤 (360)에 의해 정의된다.
하부 챔버 (330)는 또한 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 것으로 기재될 수 있다. 이동가능한 피스톤 (360)은 하부 챔버의 제1 단부 (334)에서 있고, 단방향 밸브 (350)는 하부 챔버의 제2 단부 (332)에서 존재한다. 이러한 예시에서, 하부 챔버 (330)는 피스톤 (360)의 한 측면 상에 직접 있고, 유체 챔버 (340)는 피스톤의 반대 측면 상에 직접 있다.
이전에 주목된 바와 같이, 피스톤 (360)은 적어도 누름 표면 (362) 및 헤드 (366)로부터 형성된다. 이들 2개의 피스는 물리적으로, 예를 들어 누름 표면, 및 반대 단부 상의 헤드를 갖는 막대 (제시되지 않음)를 사용하여 함께 연결될 수 있다. 대안적으로, 비압축성 기체는 누름 표면과 헤드 사이에 위치될 수 있는 것으로 또한 고려된다. 따라서, 비어있는 부피 (307)는 하부 챔버 (330)와 유체 챔버 (340) 사이에 존재할 것이다. 상기 비어있는 부피의 크기는 목적하는 대로 달라질 수 있다. 예를 들어, 사용자가 보다 용이하게 잡을 수 있도록 전체적으로 보다 긴 장치를 제조하는 것이 유용할 수 있다. 대안적으로, 본원의 추가의 도 9 및 도 10에서의 또 다른 실시양태에서 예시된 바와 같이, 피스톤은, 누름 표면으로서 작용하고 헤드 (366) 상에 작용하는 벌룬을 사용할 수 있다. 또 다른 변형으로서, 피스톤은 단일 피스일 수 있으며, 여기서 누름 표면은 단일 피스의 한 측면 상에 있고, 헤드는 단일 피스의 다른 측면 상에 있다.
상부 챔버 (320)는 적어도 하나의 화학 시약 또는 용매를 함유한다. 하부 챔버 (330)는 적어도 하나의 화학 시약 또는 용매를 함유한다. 유체 챔버 (340)는 전달되는 유체를 함유한다. 일반적으로, 건조 시약이 하부 챔버 내에 배치될 것이고, 습윤 시약 (즉, 용매)이 상부 챔버 내에 배치될 것으로 고려된다. 여기서 도시된 바와 같이, 상부 챔버 (320)는 용매를 함유할 것이고, 하부 챔버 (330)는 2종의 상이한 화학 시약을 건조 분말 형태로 함유할 것이고, 유체 챔버 (340)는 고점도 유체를 함유할 것이다. 챔버 내의 시약(들)은 제조 동안의 용이한 취급을 위해 캡슐화될 수 있다. 각 챔버는 도시된 예시에서 챔버의 높이에 비례한 부피를 갖는다. 이러한 내리눌러지지 않은 상태에서, 하부 챔버의 부피는 용매 및 2종의 화학 시약을 함유하기에 충분하다.
도 7 및 도 8의 시린지에서 플런저가 내리눌러진 경우에, 추가의 압력은 단방향 밸브 (350)가 개방되게 하고, 상부 챔버 (320) 중의 용매는 하부 챔버 (330) 내로 들어가고, 2종의 화학 시약을 용해시킨다. 플런저 (370)가 충분히 내리눌러지고, 추가의 압력이 단방향 밸브 상에 가해지지 않은 후에, 단방향 밸브 (350)는 밀폐된다. 여기서 예시된 바와 같이, 플런저는 섬레스트 (376), 및 섬레스트에 근접한 샤프트 (374) 상의 압력 잠금장치 (378)를 포함한다. 압력 잠금장치는 상부 챔버의 상부 표면 (326)과 협력하여 플런저를 제자리에 잠근다. 2종의 화학 시약은 용매 중에서 서로 반응하여 하부 챔버 내에서 기체를 생성할 수 있다. 기체의 양이 증가함에 따라, 피스톤 (360)의 누름 표면 (362) 상에 가해지는 압력은 역치 값에 도달한 후 피스톤 (360)이 시린지의 최하단부 (304)를 향해 하향으로 이동할 때까지 증가한다. 이는 하부 챔버 (330)의 부피가 증가하고 유체 챔버 (340)의 부피가 감소하게 한다. 이는 (헤드 (366)에 의해) 오리피스를 통해 분배되는 유체 챔버 내의 고점도 유체를 생성한다. 다시 말해서, 하부 챔버 (330) 및 유체 챔버의 조합된 부피는 일정하게 유지되지만, 유체 챔버 (340)에 대한 하부 챔버의 부피 비는 기체가 반응 챔버 내에서 생성됨에 따라 증가할 것이다. 단방향 밸브 (350)는 기체가 하부 챔버로부터 상부 챔버 내로 빠져나가는 것을 허용하지 않는 것을 주목한다. 또한, 플런저 상의 압력 잠금장치 (378)는 마개 (372)가 단방향 밸브 (350)에 대한 이차 백업으로서 작용하게 하고, 또한 플런저가 상부 챔버 위로 당겨져 빠지는 것을 방지한다.
일부 실시양태에서, 상부 챔버는 용매 중에 사전-용해된 중탄산염을 함유하고, 하부 챔버는 건조 산 분말을 함유한다. 용매 중 시약의 수동 혼합, 즉 반응 챔버 내에서 두 건조 분말을 조합하고 물을 첨가하는 것은 반응 속도를 감소시킨다. 하나의 시약은 사전용해될 수 있다. 예를 들어, 중탄산염은 사전-용해될 수 있다. 보다 구체적인 실시양태에서, 중탄산칼륨이 권장된다. 중탄산나트륨은 신속하게 반응하지 않으며; 따라서 CO2 제조 및 주사 속도가 보다 느리다. 시트르산은 잘 용해되고 빨리 반응하고 뿐만 아니라 안전하기 때문에 바람직한 건조 산 분말이다. 염화나트륨 (NaCl)은 시트르산과 함께 건조 방출제로서 포함된다. 염화나트륨에는 기체가 보다 신속하게 용액으로부터 방출하도록 핵형성 부위를 제공하고, 이온 강도를 변화시켰다.
상부 챔버 (320), 하부 챔버 (330) 및 유체 챔버 (340)는 여기서 시린지 (300)를 형성하기 위해 함께 연결되는 개별 피스로부터 제조된 것으로서 도시된 것이 주목되어야 한다. 피스는 관련 기술분야에 공지된 방법을 사용하여 함께 연결될 수 있다. 예를 들어, 상부 챔버는 여기서 플런저를 위한 포트 (327)와 함께 밀폐된 상단부 (322)를 갖는 측벽 (325)으로부터 형성된 것으로서 도시된다. 플런저의 마개 (372)는 샤프트 (374)에 연결된다. 단방향 밸브 (350)는 상부 챔버의 개방 하단부 (324) 내로 삽입되는 개별 피스이다. 하부 챔버는 여기서 개방 상단부 (332) 및 개방 하단부 (334)를 갖는 측벽 (335)으로부터 형성된 것으로서 도시된다. 하부 챔버의 상단부 및 상부 챔버의 하단부는 단방향 밸브를 제자리에 함께 잠그고 고정하기 위해 협력한다. 여기서, 잠금 기구는 스냅 핏 배열이며, 여기서 하부 챔버의 상단부는 각진 표면 및 정지 표면을 포함하는 캔틸레버 스냅 (380)을 갖는다. 상부 챔버의 하단부는 캔틸레버 스냅과 맞물리는 래치 (382)를 갖는다. 유사하게는, 하부 챔버 및 유체 챔버는 링-형상의 밀봉을 장착한다.
도 9 및 도 10은 본 개시내용의 주사 장치의 예시적 실시양태의 상이한 뷰이다. 시린지 (500)는 여기서 화학 반응이 아직 개시되지 않은 저장 상태 또는 내리눌러지지 않은 상태로 도시된다. 도 9는 측면 횡단면도이고, 도 10은 시린지의 엔진의 사시도이다.
다시, 시린지는 내부 공간이 3개의 개별 챔버로 나누어진 배럴 (510)을 포함한다. 배럴의 최상단부 (502)에서 시작하여, 시린지는 상부 챔버 (520), 하부 챔버 (530) 및 유체 챔버 (540)를 포함한다. 이들 3개의 챔버는 동축이며, 여기서 원통형 형상을 갖는 것으로 도시된다. 하부 챔버 (530)는 또한 반응 챔버로 고려될 수 있다.
이러한 실시양태에서, 상부 챔버 (520)는 배럴 (510) 내에 위치된 개별 피스이다. 배럴은 여기서 상부 챔버를 둘러싼 외부 측벽 (512)으로서 예시된다. 상부 챔버 (520)는 여기서 내부 측벽 (525) 및 최상부 벽 (527)과 함께 예시된다. 샤프트 (574) 및 섬레스트 I 버튼 (576)은 배럴로부터 멀어지는 방향으로 상부 챔버의 최상부 벽 (527)으로부터 연장된다. 따라서, 상부 챔버 (520)는 또한 플런저 (570)의 하단부를 형성하는 것으로 고려될 수 있다. 상부 챔버의 하단부 (524)는 상부 챔버가 밀폐된 부피를 갖도록 밀봉 (528), 즉 막 또는 장벽을 사용하여 밀폐된다. 상부 챔버의 내부 측벽 (525)은 배럴의 외부 측벽 (512) 내에서 자유롭게 움직이는 것이 주목되어야 한다. 상부 챔버는 하부 챔버에 대해 축방향으로 이동한다.
하부 챔버 (530)는 그의 상단부 (532)에서 포트 (537)를 갖는다. 투스의 링 (580)은 또한 상단부 (532)에서 존재한다. 여기서, 투스는 포트를 둘러싼다. 각 투스 (582)는 여기서 상부 챔버의 밀봉 (528)을 향해 배향된 버텍스와 함께 삼각형 형상을 갖는 것으로 예시되며, 각 투스는 시린지의 축을 향해 내향하여 각이져 있다. 용어 "투스"는 여기서 일반적으로 상부 챔버의 밀봉에 구멍을 낼 수 있는 임의의 형상을 지칭하는 것으로 사용된다.
피스톤 (560)은 하부 챔버 (530)의 하단부 (534)에서 존재한다. 피스톤 (560)은 또한 유체 챔버 (540)의 상단부 (542)에서 존재한다. 여기서, 피스톤 (560)은 헤드 (566), 및 상단부 내의 포트 (537)와 소통하는 하부 챔버 내의 벌룬 (568)을 포함한다. 다시 말해서, 벌룬은 헤드를 이동시키기 위해 누름 표면으로서 작용한다. 헤드 (566)는 벌룬 (568)의 아래에 또는 하류에 있는 것으로 기재될 수 있거나, 또는 대안적으로 벌룬 (568)은 헤드 (566)와 포트 (537) 사이에 위치되는 것으로 기재될 수 있다. 바늘 (505)은 유체 챔버의 하단부 (544)에서, 및 시린지의 최하단부 (504)에서 있다. 벌룬은 적합하게는 비-반응성 물질로부터 제조된다.
배럴 (즉, 측벽)의 최상단부 (502)은 상부 챔버 (520)가 하부 챔버 (530)를 향해 충분히 이동된 경우에 이를 제자리에 잠그기 위해 상부 챔버의 최상면 (526)과 협력하는 압력 잠금장치 (518)를 포함한다. 상부 챔버 (520)는 여기서 외부 측벽 (512)의 밖으로 연장되는 것으로 예시된다. 외부 측벽의 최상단부 (526)은 캔틸레버 스냅으로서 작용하도록 형상화되고, 상부 챔버의 최상면 (526)은 래치로서 작용한다.
대안적으로, 장치의 최상단부는, 섬레스트와 근접한 샤프트 상의 및 장치의 최상단부과 협력하는 압력 잠금장치와 함께, 도 8에 도시된 바와 같이 형성될 수 있다.
이전에 기재된 바와 같이, 일반적으로 건조 시약이 하부 챔버 (530) 내에 배치될 것이고, 습윤 시약 (즉, 용매)이 상부 챔버 (520) 내에 배치될 것으로 고려된다. 다시, 챔버 내의 시약(들)은 제조 동안의 용이한 취급을 위해 캡슐화될 수 있다. 보다 구체적으로, 하부 챔버 내의 시약이 벌룬 (568) 내에 배치될 것으로 고려된다.
도 9 및 도 10의 시린지의 작동 동안에, 버튼 (576)을 하향으로 밀어내는 것은 상부 챔버 (520)가 투스의 링 (580)을 향해 배럴 내로 이동하게 한다. 투스의 링에 대한 상부 챔버의 압력은 밀봉 (528)이 파손되게 하며, 하부 챔버 (530) 내로 상부 챔버의 내용물을 방출시킨다. 여기서, 기체-생성 반응이 벌룬 (568) 내에서 발생하는 것으로 고려된다. 증가된 기체 압력은 벌룬이 팽창하게 한다 (즉, 길어짐). 이것은 시린지의 최하단부 (504)를 향해 헤드 (566)를 민다 (상부 챔버가 압력 잠금장치로 인해 배럴의 밖으로 눌러지지 않을 것을 주목함). 이는 다시 하부 챔버 (530)의 부피가 증가하고, 유체 챔버 (540)의 부피가 감소하게 하고, 즉 유체 챔버에 대한 하부 챔버의 부피 비가 증가하게 한다.
벌룬 (568)과 헤드 (566) 사이에 존재하는 비어있는 부피 (507)가 존재한다. 비압축성 기체는 상기 비어있는 부피 내에 위치될 수 있다. 상기 비어있는 부피의 크기는 목적하는 대로, 예를 들어 전체적으로 보다 긴 장치를 제조하기 위해 달라질 수 있다.
다시, 상부 챔버 (520), 하부 챔버 (530) 및 유체 챔버 (540)는 시린지를 형성하기 위해 함께 연결되는 개별 피스로부터 제조될 수 있다. 도 10은 5개의 피스 (590, 592, 594, 596 및 598)로부터 제조되며, 여기서 추가의 피스는 하부 챔버 내의 벌룬의 추가, 및 외부 측벽으로부터 분리된 상부 챔버로 인한 것임이 주목되어야 한다. 그러나, 이러한 실시양태는 도 8에서와 같이 보다 적은 피스로부터 여전히 제조될 수 있다. 예를 들어, 벌룬은 투스의 링에 근처에 위치될 수 있다.
도 11, 도 12 및 도 13은 본 개시내용의 주사 장치의 제3 예시적 실시양태의 상이한 뷰이다. 이러한 실시양태에서, 화학 시약의 혼합은 플런저 핸들을, 도 7-10의 실시양태에서와 같이 배럴을 향하는 것보다는 배럴로부터 멀리 당김으로써 개시된다. 도 11은 저장 상태에서의 시린지의 측면 횡단면도이다. 도 12는 저장 상태에서의 시린지의 엔진의 사시도이다. 도 13은 작동 상태, 즉 핸들이 시린지의 배럴로부터 멀리 상향으로 당겨진 경우의 시린지의 엔진의 사시도이다.
시린지 (700')는 내부 공간이 3개의 개별 챔버로 나누어진 배럴 (710')을 포함한다. 배럴의 최상단부 (702')에서 시작하여, 시린지는 상부 챔버 (720'), 하부 챔버 (730') 및 유체 챔버 (740')를 포함한다. 이들 3개의 챔버는 동축이며, 여기서 원통형 형상을 갖는 것으로 도시된다. 하부 챔버는 또한 반응 챔버로 고려될 수 있다.
이러한 실시양태에서, 플런저 (770')는 상부 챔버의 상단부 (722') 내로 삽입된다. 저장 상태에서, 샤프트 (774')는 상부 챔버를 통해 하단부 (724')로부터 상단부 (722')로 작동하고, 상부 챔버의 상부 표면 (726')을 통해 작동한다. 밀봉 (728')은 샤프트가 상부 챔버로부터 배출되는 최상단부에서 존재한다. 샤프트의 상단부에서의 섬레스트 (776')는 상부 챔버의 외부에 있다. 샤프트의 하단부에서의 마개 (772')는 상부 챔버가 밀폐된 부피를 갖도록 배럴 내에서 시트 (716')와 협력한다. 예를 들어, 마개의 최상면은 마개의 최하부 표면보다 넓은 직경을 가질 수 있다. 시트 (716')는 상부 챔버의 하단부 (724')에서 있으며, 또한 하부 챔버의 상단부 (732')에서 있는 것으로 고려될 수 있다.
피스톤 (760')은 하부 챔버의 하단부 (734')에서 존재한다. 피스톤 (760')은 또한 유체 챔버 (740')의 상단부 (742')에서 존재한다. 여기서 예시된 바와 같이, 피스톤 (760')은 적어도 2개의 피스, 누름 표면 (762') 및 헤드 (766')로 형성된다. 비어있는 부피 (707')가 존재할 수 있다. 상기 피스톤의 다른 측면은 도 8에 기재된 것과 유사하다. 다시, 피스톤은 압력에 반응하여 배럴 내에서 이동할 수 있다. 하부 챔버 (730')는 또한 시트 (716), 배럴의 연속식 측벽 (712') 및 피스톤 (760')에 의해 정의되는 것으로 기재될 수 있다. 바늘 (705')은 유체 챔버의 하단부 (744')에서, 및 시린지의 최하단부 (704')에서 있다.
도 11-13의 시린지의 작동 동안에, 일반적으로 이전에 기재된 바와 같이 건조 시약이 하부 챔버 (730') 내에 배치될 것이고, 습윤 시약 (즉, 용매)이 상부 챔버 (720') 내에 배치될 것으로 고려된다. 이제 도 11에 대하여, 플런저 (770')를 상향으로 (즉, 배럴로부터 멀리) 당기는 것은 마개 (772')가 시트 (716')로부터 분리되게 한다. 이는 상부 챔버 (720')와 하부 챔버 (730') 사이에 유체 소통을 생성한다. 상부 챔버 내의 시약은 마개를 통해 하부 챔버 내로 움직인다 (참조 번호 (717')). 이어서, 기체-생성 반응은 하부 챔버 (730') 내에서 발생한다. 기체 압력은 피스톤 (760')을 시린지의 최하단부 (704')를 향해 민다. 즉, 하부 챔버의 부피는 증가하고, 유체 챔버의 부피는 감소하며, 즉 유체 챔버에 대한 하부 챔버의 부피 비가 증가한다. 이러한 실시양태에 대한 하나의 추가의 장점은, 일단 시약이 기체를 생성하기 시작하면 압력이 상부 챔버의 밖으로 추가로 플런저 (710')를 지속적으로 밀어낼 것이며, 이는 보다 많은 시약을 상부 챔버 (720') 밖으로 하부 챔버 (730') 내로 밀어내는 것을 돕고, 기체의 생성을 촉진한다는 것이다.
도 12에 대하여, 배럴 (710')은 3개의 상이한 피스 (790'), (792'), (794')로 구성되는 것으로 도시된다. 밀봉 (738')은 또한 하부 챔버 및 유체 챔버로 구성된 피스 사이에 위치된다.
도 14 및 도 15는 본 개시내용의 주사 장치의 또 다른 예시적 실시양태의 한 측면의 횡단면도이다. 이러한 실시양태에서, 액체 시약 (즉, 용매)은 버튼이 가압된 경우에 파손되는 캡슐로 캡슐화된다. 도 14는 버튼이 가압되기 전의 상기 엔진을 제시한다. 도 15는 버튼이 가압된 후의 엔진을 제시한다.
먼저 도 14에 대하여, 시린지 (1000)의 최상단부 (1002)이 제시된다. 반응 챔버 (1030)는 캡슐 (1038) 및 건조 시약(들) (1039)을 함유한다. 여기서, 캡슐은 건조 시약(들) 위의 레지 (1031)에 받쳐진다. 피스톤 (1060)의 누름 표면 (1062)은 반응 챔버의 하단부에서 존재한다. 피스톤의 헤드 (1066)는 또한 가시적이고, 유체 챔버 (1040)의 상단부 (1042)에 있다. 버튼/플런저 (1070)는 캡슐 위에 위치된다. 밀봉 (1026)은 버튼 (1070)과 캡슐 (1038) 사이에 존재할 수 있다. 배럴은 버튼이 배럴의 단부 밖으로 빠지는 것을 방지하기 위해 안전성 스냅 (1019)을 함유한다.
원하는 경우에, 캡슐을 함유하는 반응 챔버의 부분은 상부 챔버로 고려될 수 있고, 건조 시약(들)을 함유하는 반응 챔버의 부분은 하부 챔버로 고려될 수 있다.
이제 도 15에 대하여, 버튼 (1070)이 눌러진 경우에, 캡슐 (1038)은 파손되고, 용매 및 건조 시약(들)이 혼합되게 한다. 이는 피스톤 (1060)을 하향으로 밀어내고 유체를 유체 챔버 (1040)로부터 분출시키는 기체를 생성한다. 후속적으로 버튼을 밀어내는 것은 버튼이 기체 압력에 의해 상향으로 눌러지는 것을 방지하는 압력 잠금장치 (1018)와 맞물린다.
상기 기재된 도면의 실시양태는 자동-주사기로서 예시된다. 자동-주사기는 전형적으로 사용자의 손에 잡히고, 원통형 형태 인자를 갖고, 1초 내지 30초의 비교적 빠른 주사 시간을 갖는다. 상기 기재된 도면에서 실시되는 개념이 또한 주사 장치의 다른 유형, 예컨대 패치 펌프에 적용될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 일반적으로, 패치 펌프는 시린지와 비교하여 보다 편평한 형태 인자를 갖고, 또한 전형적으로 30초 보다 긴 전달 시간을 갖는다. 패치 펌프에서의 화학 기체-생성 반응을 사용하는 이점은 필요한 작은 부피, 형태/형상의 가요성, 및 전달 속도를 제어하는 능력을 포함한다.
도 16은 전형적인 볼루스 주사기 (1200)의 예시이다. 볼루스 주사기는 하우징 (1280) 내에 위치된 반응 챔버 (1230) 및 유체 챔버 (1240)를 포함한다. 여기서 제시된 바와 같이, 반응 챔버 및 유체 챔버는 나란히 위치되지만, 이는 목적하는 대로 달라질 수 있다. 반응 챔버 (1230)는 측벽 (1235)으로부터 형성된다. 유체 챔버 (1240)는 또한 측벽 (1245)으로부터 형성된다. 반응 챔버 및 유체 챔버는 장치의 제1 단부 (1202)에서 통로 (1208)에 의해 유체적으로 연결된다. 유체 챔버 (1240)는 하우징의 반대 제2 단부 (1204)에서 위치된 바늘 (1205)에 연결되는 출구 (1246)를 포함한다. 바늘 (1205)은 하우징의 최하부 (1206)로부터 연장된다.
반응 챔버는 장벽 (보이지 않음)에 의해 제1 구획 및 제2 구획으로 나뉘어진다. 이와 관련하여, 제1 구획은 이전에 기재된 하부 챔버와 유사하고, 제2 챔버는 이전에 기재된 상부 챔버와 유사하다.
반응 챔버는 유체 챔버 내의 유체가 분출되게 하는 엔진으로서 고려될 수 있다. 이와 관련하여, 기체-생성 화학 반응이 제1 구획과 제2 구획 사이의 밀봉을 파손함으로써 개시될 수 있는 것으로 고려된다. 장벽은, 예를 들어 패치 펌프 하우징을 굽히거나 부러뜨림으로써, 또는 하우징 상의 지정된 위치에서 누름으로써 파손될 수 있다. 이는 시약이 혼합되게 한다. 목적하는 전달 시간이 보다 길기 때문에, 화학물질이 혼합되는 속도는 크게 중요하지는 않다. 압력은 축적되고, 유체 챔버 내에서 피스톤 (보이지 않음) 상에 작용할 수 있으며, 유체가 출구를 통해 배출되게 한다. 반응 챔버 및 유체 챔버의 부피는 이러한 실시양태에서 유의하게 변하지 않는 것으로 고려된다.
도 17 및 도 18은 패치 펌프의 또 다른 예시적 실시양태의 사시 투시도이다. 이러한 실시양태에서, 반응 챔버/엔진 (1230)은 유체 챔버 (1240)의 최상부 상에 위치된다. 바늘 (1205)은 하우징 (1280)의 최하부 (1206)로부터 연장된다. 이러한 실시양태에서, 반응 챔버 (1230)는 가요성 벽 (1235)을 포함한다. 유체 챔버 (1240)는 또한 가요성 측벽 (1245)을 포함한다. 반응 챔버의 가요성 벽은 유체 챔버의 가요성 측벽에 근접한다. 반응 챔버 및 유체 챔버는 이러한 실시양태에서 서로 유체적으로 연결되지 않는다. 그 대신에, 기체가 반응 챔버 내에서 생성됨에 따라, 반응 챔버는 부피가 확장될 것으로 고려된다. 반응 챔버의 가요성 벽 (1235)은 유체 챔버의 가요성 측벽 (1245)을 압축시킬 것이며, 이는 유체 챔버 내의 유체가 출구 (1246)를 통해 배출되게 한다. 다시 말해서, 유체 챔버에 대한 반응 챔버의 부피 비는 반응 챔버가 팽창하고 유체 챔버가 유체를 분배함에 따라 시간에 걸쳐 증가한다. 반응 챔버의 부피의 증가가 유체 챔버의 압축을 초래하도록 이러한 실시양태에서는 비교적 일정한 부피가 요구되는 것이 주목되어야 한다. 이는, 예를 들어 가요성 벽으로부터 반응 챔버의 반대 측면 상에 경질의 백킹을 포함함으로써, 또는 비교적 경질의 물질로부터 하우징을 제조함으로써 달성될 수 있다.
도 19는 기체를 생성하기 위해 시약 사이의 화학 반응을 사용하여 고점도 유체를 전달하는데 사용될 수 있는 장치 (여기서, 시린지)의 또 다른 예시적 실시양태를 예시한다. 시린지 (1300)는 여기서 화학 반응이 아직 개시되지 않은 저장 상태 또는 내리눌러지지 않은 상태로 도시된다. 바늘은 이 예시에 포함되지 않는다.
시린지 (1300)는 내부 공간이 3개의 개별 챔버로 나누어진 배럴 (1310)을 포함한다. 배럴의 최상단부 (1302)에서 시작하여, 시린지는 시약 챔버 (1320), 반응 챔버 (1330) 및 유체 챔버 (1340)를 포함한다. 이들 3개의 챔버는 동축이며, 여기서 원통형 형상을 갖는 것으로 도시된다. 이러한 실시양태에서, 시린지의 배럴은 2개의 상이한 피스로부터 형성된다. 제1 피스 (1380)는 반응 챔버를 형성하는 측벽 (1312)을 포함하고, 시약 챔버를 위한 공간 (1313)을 제공한다. 측벽은 본원에 추가로 기재된 누름 버튼을 위해 최상단부 (1302)에서 개방된다. 유체 챔버는 제1 피스에 부착될 수 있는 제2 피스 (1390)로부터 제조된다.
제1 피스의 측벽 (1312)은 제1 피스를 상부 공간 (1313) 및 반응 챔버 (1330)로 나눈 내부 방사상 표면 (1314)을 포함한다. 반응 챔버는 상부 공간의 내부 직경 (1315)과 비교하여 보다 작은 내부 직경 (1325)을 갖는다.
시약 챔버는 제1 피스의 상부 공간 (1313) 내에 위치된 개별 누름 버튼 부재 (1350) 내에 위치되고, 배럴의 최상단부 (1302)을 통해 연장된다. 여기서 예시된 바와 같이, 누름 버튼 부재는, 접촉 표면 (1354)에 의해 외부 단부 (1351)에서 밀폐되며 시약이 배치된 내부 부피 (즉, 시약 챔버)를 형성하는 측벽 (1352)으로부터 형성된다. 밀봉 부재 (1356) (여기서, 0-링으로서 제시됨)는 측벽의 외부 표면 (1355) 상의 중심 부분에 근접하고, 상부 공간 내의 측벽 (1312)과 맞물린다. 측벽의 내부 단부 (1353)는 측벽으로부터 외향으로 연장되는 립 (1358)을 포함한다. 립은 배럴 상의 내부 정지 표면 (1316)과 맞물린다. 시약 챔버는 중탄산염이 용해되는 용매 (1306)를 함유하는 것으로 도시된다.
플런저 (1370)는 시약 챔버 (1320)와 반응 챔버 (1330) 사이에 위치된다. 플런저 (1370)는 시약 챔버의 내부 단부 (1324)에서 위치된다. 플런저는 그로부터 방사상으로 연장되는 러그 (1374)를 갖는 중심체 (1372)를 포함한다 (여기서, 4개의 러그로서 제시되지만, 갯수는 달라질 수 있음). 러그는 또한 시린지가 그의 저장 상태인 경우에 누름 버튼 부재의 립 (1358)과 맞물린다. 누름 버튼 부재 (1350)가 내리눌러진 경우에 플런저 (1370)가 회전하도록 러그는 각진 표면 (1376)으로 형상화된다. 중심체의 내부 단부 (1373)는 반응 챔버 내의 측벽과 맞물리는 밀봉 부재 (1378) (여기서, O-링으로서 제시됨)를 포함한다.
반응 챔버 (1330)는 최상단부 (1332) 및 최하단부 (1334)를 포함한다. 또 다른 내부 방사상 표면 (1336)은 반응 챔버 내의 중앙 위치에서 위치되고, 이는 반응 챔버를 혼합 챔버 (1335) 및 아암/피팅 (1333)으로 분리하며, 여기서 혼합 챔버 (1335)는 시약 챔버 (1320) 또는 최상단부 (1332)과 근접한다. 내부 방사상 표면 내의 오리피스 (1331)는 유체 챔버 (1340)를 함유하는 제2 피스 (1390)와 맞물리는 아암 피팅 (1333)으로 이어진다. 피스톤 (1360)은 반응 챔버의 최하단부에서, 즉 아암 (1333)의 단부에서 위치된다. 건조 시약 (1308)은 반응 챔버 내에 위치된다. 여기서, 건조 시약은 시트르산염이고, 정제의 형태이다. 건조 시약은 여기서 내부 방사상 표면 상에, 즉 혼합 챔버 내에 위치되는 것으로서 도시된다. 기체-투과성 I 액체-고체 불투과성 필터 (1337)는 오리피스에 걸쳐 존재할 수 있다. 필터는 혼합을 개선시키기 위해 임의의 건조 고체 시약 및 액체를 혼합 챔버 내부에 보관한다.
추가로, 압축 스프링 (1395)은 혼합 챔버 내에 위치되며, 이는 내부 방사상 표면 (1336)으로부터 플런저의 내부 단부 (1373)로 연장된다. 압축 스프링은 압축되는 경우에 (즉, 부하가 이에 적용되지 않는 경우에 보다 김) 에너지를 저장한다. 누름 버튼 부재 (1350) 및 플런저 (1370)가 제자리에 고정되기 때문에, 압축 스프링 (1395)은 저장 상태에서 압축된다. 여기서, 스프링이 건조 시약을 둘러싸는 것이 주목되어야 한다. 대안적 실시양태에서, 건조 시약이 플런저의 내부 단부 (1373)에 부착되는 것으로 또한 고려된다.
최종적으로, 피스톤 (1360)은 또한 유체 챔버의 상단부 (1342)에 존재한다. 다시, 피스톤 (1360)은 반응 챔버에서 생성된 압력에 반응하여 배럴 내에서 이동할 수 있다. 피스톤은 또한 누름 표면 (1362) 및 마개 (1364)를 갖는 것으로 기재될 수 있다.
플런저의 밀봉 부재 (1378)는 시약 챔버 (1320) 내의 액체 시약을 반응 챔버 (1330) 내의 건조 시약으로부터 분리한다. 액체 (1306)가 누름 버튼 부재 내에 존재하는 것으로 예시되지만, 액체가 플런저 둘레의 상부 공간 (1313)에서 배럴 내에 존재하는 것이 또한 가능하다.
누름 버튼 부재 (1350)가 내리눌러지는 경우에 (내부 방사상 표면 (1316) 아래로), 플런저 (1370)는 회전된다. 이는 플런저의 러그 (1374)가 누름 버튼 부재의 립 (1358)으로부터 풀리게 한다. 추가로, 누름 버튼 부재는, 일단 내리눌러지면, 배럴로부터 철회될 수 없는 것으로 고려된다. 이는, 예를 들어 배럴의 외부 단부 근처의 정지 표면 (보이지 않음)을 사용함으로써 수행될 수 있다.
플런저 (1370)가 누름 버튼 부재에 의해 제자리에 더 이상 유지되지 않는 경우에, 압축 스프링은 연장되며, 플런저 (1370)를 누름 버튼 부재 (1350) 내로 민다. 압축 스프링은 플런저가 누름 버튼 부재를 통해 완전히 움직이도록 크기화되지만, 누름 버튼 부재의 접촉 표면 (1354)을 통해 밀어내지 않을 것으로 고려된다. 시약 챔버 내에 존재하는 액체 (1306)는 반응 챔버 내로 들어가고, 건조 시약 (1308)과 접촉한다. 누름 버튼 부재 내로의 플런저의 이동은 시약 챔버의 내용물을 반응 챔버 내로 완전히 비우게 하도록 의도된다. 이 기구는 또한 스프링 작용, 초기 화학 작용, 또는 둘 다에 의해 유도된, 습윤 시약과 건조 시약과의 강력한 혼합을 제공할 수 있다.
일부 대안적 실시양태에서, 스프링은 또한 건조 시약의 적어도 일부를 시약 챔버 (즉, 누름 버튼 부재의 내부 부피) 내로 민다. 예를 들어, 건조 시약은 플런저의 내부 단부 (1373)에 부착되고 스프링에 의해 상향으로 구동될 수 있다.
도 20은 누름 버튼 부재의 내부를 예시하는 저면도이다. 여기서 제시된 바와 같이, 누름 버튼 부재를 형성하는 측벽의 내부 표면 (1357)은 플런저의 러그가 움직일 수 있는 4개의 채널 (1359)을 포함한다. 도 21은 누름 버튼 부재의 채널에서 움직일 수 있는, 중심체 (1372) 및 러그 (1374)를 나타내는 플런저 (1370)의 상면도이다. 이들 2개의 도면을 비교하여, 도 20의 외부 원은 누름 버튼 부재의 립 (1358)이고, 외부 직경 (1361)을 갖는다. 누름 버튼 부재의 내부 직경 (1363)은 4개의 채널에 의해 차단된다. 점선 원은 측벽 외부 표면 (1355)의 외부 직경 (1365)을 나타낸다. 플런저의 중심체는 누름 버튼 부재의 내부 직경 (1363)보다 작은 직경 (1375)을 가지며, 여기서 러그는 채널 내에 장착된다. 이는 플런저가 중심체 밖의 및 둘레의 누름 버튼 부재 내의 액체를 밀어내게 한다. 여기서 예시된 바와 같이, 채널은 직선형일 필요가 없다는 것이 주목되어야 한다. 예를 들어, 채널은 한 측면에 대해 각질 수 있고, 즉 나선형 방식으로 비틀릴 수 있다. 이는 액체 시약에 난류를 추가하고 혼합을 개선시키는데 바람직할 수 있다.
반응 챔버 (1330) 내에서 용매와 중탄산염 및 시트르산염과의 조합은 기체 (1309)가 생성되게 한다. 플런저의 이동으로 인해, 시약 챔버는 이제 반응 챔버의 부품인 것으로 고려될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 추가로, 도 19에서의 건조 시약 (1308)은 오리피스 (1331)로의 접근을 제한하는 것으로 고려될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 용해시, 오리피스는 투명하고, 기체는 반응 챔버의 최하단부 (1334)로 들어갈 수 있다.
일단 역치 압력이 도달되면, 피스톤 (1360)은 유체 챔버 (1340)를 통해 움직이고, 유체를 시린지로부터 분출시킨다. 시린지의 바늘 (1305)은 상기 도면에서 보인다.
일부 대안적인 고려되는 실시양태에서, 러그를 포함하는 플런저의 직경은 누름 버튼 부재의 내부 직경 (1363)보다 작다. 즉, 채널은 누름 버튼 부재의 내부 측벽 상에 필요하지 않다. 이러한 실시양태에서, 배럴 측벽은 누름 버튼이 플런저를 회전시키기 위해 내리눌러질 때까지 플런저를 제자리에 유지하는 표면을 제공할 것이다. 이어서, 플런저의 형상 및 이동은 습윤 시약이 러그를 지나 반응 챔버 내로 흘러감으로써 액체에서 난류를 일으킬 것이다. 스템은 시약 챔버 내로 연장되는 플런저에 부착될 수 있거나, 또는 다시 말해서, 스템은 플런저의 외부 단부에 부착되는 것으로 또한 고려된다. 스템은 난류를 일으키고 혼합을 개선시키도록 형상화될 수 있다.
화학 엔진에서 기체 생성을 가속화하기 위해, 개구를 포함하는 도관, 예컨대 도 37에 제시된 것이 이용될 수 있다. 도관 (3700)에서, 유량 (3703)은 유입구에서 도관 내로 보내진 다음, 복수의 개구 (3705) (바람직하게는 5개 이상의 개구)를 통해 반응 챔버 내로 유출된다. 개구-함유-도관 구조는 개구로부터의 유량이 분말과 직접 접촉하는 경우에 반응 챔버가 분말을 포함하는 경우에 특히 유리하다. 예를 들어, 산 용액 (바람직하게는 시트르산 용액)은 이것이 고체 중탄산염 입자와 접촉하고 교반하는 경우에 도관을 통해 및 개구 밖으로 흐른다. 일부 바람직한 실시양태에서, 플런저 (예컨대 스프링-활성화된 플런저)는 도관을 통해 액체 용액을 가압한다. 일부 경우에, 도관은 용액이 도관을 통해 흐름에 따라 적어도 부분적으로 용해되는 고체 (바람직하게는 고체 중탄산염)를 함유하며; 이는 이들이 개구를 통해 및 반응 챔버 내로 통과함에 따라 혼합을 증진시키는, 증진된 용해 뿐만 아니라 도관 내의 기포 생성의 이중 장점을 제공할 수 있다. 용액을 반응 챔버 내로 첨가하기 위해 본원에 기재된 임의의 장치는 상기 도관 아래로 유체를 보내는데 사용될 수 있다.
주사의 속도는 사용자에 의해 조정될 수 있는 것으로 또한 고려된다. 이를 수행하는 하나의 방식은 건조 시약 및 습윤 시약이 혼합되는 속도를 제어하는 것일 것이다. 이는 기체-생성 화학 반응의 속도를 조정할 것이고, 이에 따라 힘이 피스톤을 밀어내는 속도가 생성된다. 이는 예를 들어 시약 챔버와 반응 챔버 사이의 개구의 크기를 조정함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 조정가능한 개구는 플런저 밑에 배치될 수 있다. 개구는 (스프링을 수용하기 위한) 최소 크기를 가질 것이지만, 달리 조정될 수 있다. 주사의 속도를 조정하는 또 다른 방식은 반응 챔버의 크기를 제어하는 것일 것이다. 이는 화학 반응에 의해 생성된 압력을 조정할 것이다 (압력은 면적당 힘이기 때문에). 예를 들어, 반응 챔버의 측벽은 반응 챔버의 부피를 변화시키는 목적에 따라 내향으로 또는 외향으로 이동할 수 있다. 대안적으로, 내부 방사상 표면 (1336)은 오리피스 (1331)의 크기 및 기체가 반응 챔버의 최하단부 (1334)로 들어가고 피스톤 (1360) 상을 밀어낼 수 있는 속도를 변화시키기 위해 조정가능한 개구를 포함할 수 있다. 이들 방법 둘 다는 시린지 상의 다이얼에 의해 제어될 수 있으며, 이는 사용자의 목적에 따라 주사의 속도를 기계적으로 조정할 수 있다. 이는 주사 속도의 "즉각적인" 조정을 가능하게 할 것이다. 본원에 기재된 다른 특징과 유사하게, 사용자-제어된 조정가능한 속도의 이러한 특징은 본원에 기재된 임의의 장치에 적용될 수 있는 일반적인 특징이다.
본원에 기재된 주사 장치에서 하부 챔버로부터 피스톤을 분리하는 기체-투과성 액체-고체 불투과성 필터가 존재할 수 있다는 것으로 또한 고려된다. 이와 관련하여, 건조 분말은 일부 상황에서 챔버의 측면에 달라붙는 것으로 밝혀졌다. 피스톤이 이동하는 경우에, 나머지 용매는 추가의 화학 반응이 일어나지 않도록 분말의 수준 아래로 떨어진다. 필터가 혼합을 개선시키기 위해 하부 챔버 내의 임의에 건조 고체 시약 및 액체를 유지하여야 하는 것으로 여겨진다.
본 개시내용의 주사 장치에 적합한 물질은 주사 장치를 제조하는 방법으로서 관련 기술분야에 공지되어 있다.
압축되는 경우에만 에너지를 저장하는 스프링과는 대조적으로, 기체-생성 화학 반응은 "요구되는" 힘을 생성하는데 사용된다. 대부분의 자동주사기는 "사용하지 않는" 저장 동안에 압축된 위치에서 스프링을 유지하며, 이는 부품이 시간에 걸쳐 약화되고 형태에 영향을 미치게 한다. 제조에서 스프링을 압축하기 위한 또 다른 대안은 사용 전에 스프링을 압축하는 코킹 기구를 제공하는 것이다. 이것은 스프링-구동 장치를 사용하기 위한 방법에 대한 또 다른 단계를 추가한다. 추가로, 신체적으로 장애를 갖는 사용자는 코킹 단계를 어렵게 수행할 수 있다. 예를 들어, 단백질 약물의 많은 사용자는 관절염성이거나, 또는 그의 신체 능력을 제한하는 다른 상태를 갖는다. 기체-생성 화학 반응을 활성화하는데 요구되는 힘은 스프링-구동 장치를 활성화하거나 또는 스프링-구동 장치 내의 스프링을 코킹하는데 필요한 힘보다 훨씬 적을 수 있다. 추가로, 스프링은 선형 에너지 프로파일을 갖는다. 기체-생성 화학 반응에 의해 제공된 힘은 비-선형 및 비-로그일수 있다. 화학 반응의 속도는 (i) 건조 시약의 입자 크기의 조정; (ii) 건조 시약의 입자 형상의 변화; (iii) 건조 시약의 패킹의 조정; (iv) 혼합 보조 장치의 사용; 및/또는 (v) 시약이 혼합되는 반응 챔버의 형상의 변경에 의해 제어될 수 있다.
실리콘 오일은 종종 배럴 내의 피스톤을 이동시키는데 요구되는 방출 힘 (정지 마찰로 인함)을 감소시키기 위해 시린지의 배럴에 첨가된다는 것이 주목되어야 한다. 단백질 약물 및 다른 약물은 실리콘 오일과의 접촉에 의해 부정적인 영향을 받을 수 있다. 실리콘화는 또한 단백질 응집에 연관된다. 화학 반응에 의해 생성된 힘은 시린지의 배럴에 대한 실리콘 오일의 적용의 필요성을 제거한다. 즉, 실리콘 오일은 시린지의 배럴 내에 존재하지 않는다.
용매가 화학 시약 사이의 화학 반응을 위한 매질을 형성하는데 사용되는 경우에, 임의의 적합한 용매가 선택될 수 있다. 예시적인 용매는 수성 용매, 예컨대 물 또는 염수; 알콜, 예컨대 에탄올 또는 이소프로판올; 케톤, 예컨대 메틸 에틸 케톤 또는 아세톤; 카르복실산, 예컨대 아세트산; 또는 이들 용매의 혼합물을 포함한다. 계면활성제는 표면 장력을 감소시키기 위해 용매에 첨가될 수 있다. 이것은 혼합 및 후속 화학 반응을 개선하는데 보조할 수 있다.
하기 실시예는 본 개시내용을 추가로 예시하기 위한 것이다. 실시예는 단지 예시적이고, 본원에 제시된 물질, 조건 또는 공정 파라미터에 대한 개시내용에 따라 제조되는 방법 또는 장치를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예
실험을 수행하기 위한 시험 리그 (1000)를 도 10에 제시하였다. 표준의 사전충전된 시린지 (1040)를 1 ml 유체로 충전하였다. 도면의 좌측에서 출발하여, 사전충전된 시린지 (1040)는 19 mm 길이 및 27 게이지의 얇은 벽 바늘 (1006)을 장착하고, 표준 마개 (1066)로 밀폐하였다. 이 시린지 (1040)는 유체 챔버로서 작용하였다. 반응 챔버 시린지 (1030)를 사전충전된 시린지에 연결하였다. 피스톤 막대 (1064) 및 누름 표면 (1062)을 사용하여 화학 반응으로부터의 힘을 마개 (1066)에 적용하였다. 단방향 압력 밸브 (1050)를 사용하여 시약 챔버로서 작용하는 제2 "주사기" 시린지 (1020)로부터의 용매의 주사를 가능하게 하였다. 셋업을 시험 픽스처 (1010) 내에 클램프로 고정하였다. 눈금 피펫 (보이지 않음)을 사용하여 전달된 부피 대 시간을 측정하였다.
실시예 1
2종의 유체, 물 (1 cP) 및 실리콘 오일 (73cP)을 시험하였다. 물은 저점도 유체로서 작용하였고, 실리콘 오일은 고점도 유체로서 작용하였다. 이들 2종의 유체 중 하나를 실험에 따라 사전충전된 시린지 (1040)에 첨가하였다. 반응 챔버 시린지 (1030)에 400 mg NaHCO3 및 300 mg 시트르산을 건조 분말로서 첨가하였다. 주사기 시린지 (1020)를 0.1 ml, 0.25 ml 또는 0.5 ml 물로 충전하였다. 물을 반응 시린지 (1030) 내로 주사하였다 (반응 시린지의 부피는 주사기 시린지에 의해 전달되는 부피를 기준으로 조정함). 전달된 부피 대 시간 및 총 전달 시간을 측정하였다. 압력은 하겐-포아젤 방정식을 사용하여 계산하였으며, 마개 (1066)와 사전충전된 시린지 (1040) 사이에 0.6 lb 마찰력이 있는 것으로 가정하였다. 대안적으로, 사전충전된 시린지 (1040) 상의 힘은 출구에서 로드 셀을 배치함으로써 결정하였다. 결과는 하기 표 1에 제시하였고, 최소 적어도 3회의 실행을 기초로 하였다.
화학 반응 시린지는 5초 이하 내에 1 mL 물의 전달을 제공하였다. 보다 높은 점도 유체에 대한 전달 시간은 주사된 물의 부피에 따라 달라졌다. 놀랍게도, 전달 시간은 물의 부피가 보다 많은 경우에 더 빨랐다. 이는 반응에 참여하지 않는 물이 시약을 희석하는데 작용하기 때문에 놀라웠다. 반응 동역학 및 CO2의 제조는 시약의 농도가 감소함에 따라 감소하였다. 결과는 용해 동역학의 중요성을 나타내었다. 용해는 보다 큰 부피의 물의 경우에 보다 빨랐다. 0.5 mL의 물을 사용하여, 고점도 유체를 9초 내에 전달할 수 있었다. 따라서, 일부 바람직한 실시양태에서, 본 발명은 1.0 ml 미만, 일부 실시양태에서 0.3 내지 1.0 ml 범위 내의 출발 부피 (확장 전)를 포함하는 화학 엔진을 사용하여 20초 이내 또는 15초 이내 또는 10초 이내에 적어도 20cP, 바람직하게는 적어도 40 cP, 일부 실시양태에서 약 70 cP 미만의 점도를 갖는 실질적으로 모든 용액 (적어도 0.5 ml, 또는 0.5 내지 3.0 ml, 또는 1 ml)의 전달을 제공하였으며; 일부 실시양태에서 화학 엔진 내 물의 부피 대 의약의 부피의 비는 2 미만: 1, 바람직하게는 1 미만: 1, 0.5 미만: 1, 일부 실시양태에서 1:1 내지 0.3:1 범위였다. 이 설명 전체에, 점도는 25℃에서 및 상기 전달 조건 하에 점도로서 측정하였다 (또는 정의함).
<표 1>
도 22는 0.1 ml (삼각형), 0.25 ml (정사각형) 및 0.5 ml (다이아몬드)의 물을 반응 챔버 내로 주사하는 경우의 실리콘 오일의 전달을 위한 압력 대 시간 프로파일을 제시하는 그래프이다. 이 그래프는 거의 일정하거나 감소하는 압력 대 시간 프로파일이 램프-업 기간 후 수득될 수 있지만 부피 확장의 영향은 보다 긴 시간에서 우세한 것을 제시하였다. 이러한 압력 대 시간 프로파일은 기하급수적이지 않았다. 일정한 압력 대 시간 프로파일은 전달 주기의 종료 근처에서 갑자기 기하급수적인 폭발과는 대조적으로 보다 느리고, 심지어 고점도 약물의 전달을 허용할 수 있었다.
실시예 2
염화나트륨 (NaCl)을 사용하여 반응 챔버 내의 반응 용액으로부터의 기체상 CO2의 방출을 증진시키고, 압력 증가를 가속화하였다. 대조군 실험에서, 시트르산 및 NaHCO3을 반응 시린지 내에 두었다. 물 중 1.15 M NaHCO3의 용액을 주사기 시린지로부터 반응 시린지 내로 주사하였다. 반응 시린지 내의 비어있는 부피는 모든 실험을 통해 일정하게 유지하였다. 개념을 증명하는 실험에서, NaCl을 반응 시린지에 첨가하였다. 화학 반응을 사용하여 1 ml의 물 또는 실리콘 오일을 사전충전된 시린지로부터 전달하였다. 전달된 부피 대 시간 및 총 전달 시간을 측정하였다. 압력은 하겐-포아젤 방정식을 사용하여 계산하였으며, 사전충전 플런저와 시린지 사이에 0.6 lb 마찰력이 있는 것으로 가정하였다. 고체 중탄산염이 반응 시린지 내에 그 자체로 존재하지는 않지만 기체가 생성될 수 있도록 중탄산염은 반응 시린지 내로 주사되는 물 중에 존재한다는 것을 주목한다. 결과는 하기 표 2에 제시하였다.
<표 2>
염은, 특히 보다 적은 양의 시약을 사용하는 시스템을 위해 전달 속도를 유의하게 증진시키도록 작용하였다. 고점도 유체를 화학 반응을 사용하여 6 내지 8초 내에 전달할 수 있었다. 이는 기계적 스프링을 사용하는 표준 자동-주사기를 사용하여 달성될 수 있는 것보다 유의하게 빨랐다.
도 23은 표 2의 실험 번호 5 및 6에 대한 전달된 부피 대 시간 프로파일을 제시하였다. 고점도 유체를 1 cm3 미만의 점유면적을 갖는 시스템을 사용하여 20초 내에 전달하였다. 전달 속도 (즉, 기울기)는 또한 비교적 일정하였다. 작은 점유면적은 다양한 유용한 장치를 가능하게 하였다.
실시예 3
여러 다양한 시약을 시험하여 압력 프로파일에 대한 분말 형태 및 구조의 영향을 제시하였다. 형태는 이 경우에 분말에서의 분자의 표면적, 형상 및 패킹을 지칭한다. 동일한 중탄산염 (중탄산나트륨)을 시험하였다. 하기 3가지의 상이한 형태를 제조하였다 - 입수한 그대로의 것, 동결-건조된 것 (1.15 M 용액을 동결 건조시킴으로써 제조됨), 및 중탄산염을 반응 챔버 내에서 시약의 정제 "적층" 내에 패킹하고 또한 검사한 것; 여기서 적층은 반응 실린더 내에 시약의 우선적인 배치를 지칭함. 또 다른 예에서, 매트릭스 내에 시트르산 및 중탄산나트륨을 함유하는 알카 셀처를 사용하였다.
하기 시약을 사용하였다: 입수한 그대로의 베이킹 소다 (NaHCO3), 시트르산, 동결-건조된 베이킹 소다, 알카-셀처, 또는 입수한 그대로의 중탄산칼륨 (KHCO3). 입수한 그대로의 베이킹 소다를 또한 분말로서 또는 정제 형태에서 시험하였다. 정제 형태는 감소된 표면적을 가졌다.
동결-건조된 베이킹 소다를 125ml의 포화 베이킹 소다 수용액 (1.1SM)을 제조함으로써 제제화하였다. 용액을 250ml 결정화 접시에 붓고, 킴와이프로 덮었다. 용액을 동결 건조기 내에 두고, -40℃로 램프 다운하고, 2시간 동안 유지하였다. 온도를 -40℃에서 유지하고, 진공을 150 밀리토르 (mTorr)에서 48시간 동안 적용하였다. 알카-셀처 정제 (크로거(Kroger)에 의한 발포성 제산제 & 통증 완화)를 막자 사발을 사용하여 조대 분말로 부수었다.
베이킹 소다 정제를 400mg의 입수한 그대로의 베이킹 소다 분말을 다이 내에 부음으로써 제조하여 1 cm 직경을 갖는 정제를 제조하였다. 다이를 소용돌이치게 하여 분말을 이동시키고, 가로로 1 cm의 평균 깊이를 제공하였다. 다이를 프레스 내에 두고, 13 톤 압력에서 1분 동안 유지하였다. 40 mg 및 100 mg으로 칭량한 정제를 400mg 정제로부터 부수었다.
장치 및 계획
이전에 기재된 시험 리그를 사용하였다. 3ml 주사 시린지를 0.5ml의 탈이온수로 충전하였다. 10ml 반응 시린지를 루어 잠금장치 및 밸브에 의해 주사 시린지에 연결한 다음, 장치 내에서 치밀하게 글램프로 고정하였다. 로드 셀을 플런저 로드에 부착하여 반응 시린지 플런저를 시험 동안에 로드 셀 상에서 가압하였다. 이는 사전충전된 시린지 내에서 유체를 옮기면서 반응으로부터 적용된 힘을 기록하였다.
사전충전된 시린지로부터의 유체를 눈금 시린지로 옮기고, 비디오 기록하였다. 이는 시간에 걸친 유체의 부피 변화를 관찰하였다. 유체는 물 (lcP) 또는 실리콘 오일 (73cP)이었으며, 이를 27 게이지의 얇은-벽 사전충전된 시린지를 통해 옮기고, 1 밀리리터 (ml)의 부피를 가졌다.
하기 두 측정을 각 시험 동안에 수득하였다: 로드 셀을 사용한 사전충전된 시린지 상의 힘, 및 시간에 따라 분배된 부피를 측정함으로써 사전충전된 시린지의 부피 변화. 평균 부피 대 시간 곡선을 각 반응이 사전충전된 시린지 내에서 부피를 변화시킨 정도를 제시하도록 플롯팅하였다. 하겐-포아젤 방정식을 사용한 압력 대 시간 곡선은 부피 대 시간 곡선으로부터의 유량을 계산함으로써 제공하였다. 사전충전된 시린지 내의 마찰을 계산하기 위해, 94,219 Pa를 추가하였다 (이는 0.6 lb와 등가임). 이는 사전충전된 시린지 (3 mm 반경) 내부의 압력을 계산하고, 따라서 유압 방정식을 사용하여 (P1A1=P2A2), 반응 시린지 (6.75 mm 직경) 내부의 압력을 계산하였다. 이를 사용하여 로드 셀에 의해 제조된 측정을 확인하였다.
또 다른 압력 대 시간 곡선은 로드 셀 측정에서 힘을 사용함으로써 및 반응 플런저의 면적에 의해 나눔으로써 생성된다. 본 발명자들은 이것이 하겐-포아젤에 의한 계산보다 재현가능한 데이터를 제공하는 것을 확인하였다.
압력이 부피에 따라 변한 정도를 결정하기 위해, 압력 대 부피 곡선을 생성하였다. 사용된 압력은 로드 셀 측정에 의해 계산된 것이었다. 반응 부피는 사전충전된 시린지 내의 부피 변화를 사용하여 계산하였다. 반응 시린지의 부피 (VR)는 시간 t에서 사전충전된 시린지 내의 분배된 부피 (Vp)로부터 결정할 수 있었다.
최종적으로, 유체가 분배되는 반응 속도는 이상 기체 법칙을 사용함으로써 확인하였으며, 여기서 PR은 로드 셀로부터 계산된 압력이고, VR은 반응 시린지의 부피이고, R은 보편 기체 상수 (8.314 Jmol-1K- 1)이고, T는 온도, 298K이다.
시험
기준선 제제는 실시예 1에 기재된 바와 같이 400 mg의 베이킹 소다, 304 mg의 시트르산 및 0.5 ml의 탈이온수였다. 이 제제는 100% 수율을 가정하여 4.76x10-3 mol의 CO2를 제공하였다. 모든 시험의 구성요소를 100% 수율을 가정하여 동일한 4.76x10-3 mol의 CO2를 제공하도록 제제화하였다. 4개 세트의 시험을 수행하였다.
제1 세트는 입수한 그대로의 베이킹 소다 (BSAR) 및 동결-건조된 베이킹 소다 (BSFD)를 사용하였다. 그의 상대량을 25%의 증분으로 변화시켰다. 304 mg 시트르산을 또한 각 제제 중에 포함시켰다. 하기 표 3A는 이들 시험에 대한 베이킹 소다의 표적 질량을 제공하였다.
<표 3A>
제2 세트는 입수한 그대로의 베이킹 소다 및 알카-셀처를 사용하였다. 입수한 그대로의 베이킹 소다의 양을 25%의 증분으로 변화시켰다. 화학량론적 양의 시트르산을 첨가하였다. 알카-셀처는 단지 대략 90% 베이킹 소다/시트르산이었다. 따라서, 첨가된 알카-셀처의 총 질량을 베이킹 소다/시트르산의 필요한 질량을 수득하도록 조정하였다. 하기 표 3B는 이들 시험에 대한 각 구성요소의 표적 질량을 제공하였다.
<표 3B>
제3 세트는 입수한 그대로의 베이킹 소다 및 입수한 그대로의 중탄산칼륨을 사용하였다. 시트르산의 질량을 시험 전체에 걸쳐 304 mg에서 유지하였다. 중탄산칼륨의 무거운 몰 질량 (베이킹 소다의 84.0 g/mol과는 대조적으로 100.1 g/mol)으로 인해, 보다 큰 질량이 동일한 mol의 CO2를 생성하는데 필요하였다. 하기 표 3C는 이들 시험에 대한 각 구성요소의 표적 질량 (mg 단위)을 제공하였다.
<표 3C>
제4 세트는 베이킹 소다 정제를 사용하였다. 화학량론적 양의 시트르산을 사용하였다. 다른 시약을 첨가하지 않았다. 하기 표 3D는 이들 시험에 대한 각 구성요소의 표적 질량 (mg 단위)을 제공하였다.
<표 3D>
시험의 결과
제1 세트: 입수한 그대로의 베이킹 소다 (BSAR) 및 동결-건조된 베이킹 소다 (BSFD).
동결-건조된 베이킹 소다 분말은 입수한 그대로의 베이킹 소다 분말에 비해 조대로 보여졌다. 이는 또는 보다 덜 조밀하였으며; 400 mg의 동결-건조된 분말이 반응 시린지 내에서 2 ml를 차지한 반면에, 입수한 그대로의 분말은 단지 0.5 ml를 차지하였다. 물질의 부피로 인해, 보다 적은 부피의 물 (0.5 ml)은 모든 동결-건조된 베이킹 소다와 완전히 접촉하기에 불충분하였다. 따라서, "100%", "75%" 및 "50%" 실험에서, 중탄산염은 완전히 습윤화, 용해 또는 반응하지는 않았다. 따라서, 동결-건조된 샘플을 먼저 삽입한 제5 제제를 실행하였다. 이후에 시트르산 및 이어서 입수한 그대로의 분말을 삽입하였다. 이는 "50% BSAR 제2"로서 라벨링하였다. 이 제제는 주사된 물이 동결-건조된 분말과 먼저 접촉하게 한 다음, 시트르산 및 입수한 그대로의 분말과 접촉하고 용해시켰다. 1 ml의 실리콘 오일을 옮기는데 요구되는 시간은 하기 표 3E에 열거하였다.
<표 3E>
부피 대 시간 그래프는 도 24에 제시된다. 100% 동결-건조된 분말은 초기에는 100% 입수한 그대로의 분말보다 빠르지만 시간에 걸쳐 느려지는 것으로 보여졌다. 입수한 그대로의 분말은 1 ml를 옮기는데 10초가 걸렸고, 동결-건조된 분말은 14초가 걸렸다. 예상된 바와 같이, 혼합된 양을 사용한 시험은 양 극단 사이의 시간을 갖는 것으로 확인되었다.
압력 대 시간 그래프는 도 25에 제공하였다. 100% BSAR을 갖는 제제는 100% BSFD를 갖는 것보다 거의 100,000 Pa 높은 최대 압력을 나타내었다. 비교에서, "75% BSAR"을 사용하는 것은 보다 빠른 압력 증가 및 보다 느린 강하를 제공하였다. 비교의 용이성을 위해, 압력을 도 26 및 도 27 (두 상이한 시간 주기)에서 정규화하고, 플롯팅하였다.
100% BSAR은 75% BSAR 및 50% BSAR 제제와 비교하여 초기의 느린 반응 속도를 가졌다. 이는 동결-건조된 베이킹 소다 (BSFD)가 보다 빠르게 용해되고 반응하는 것을 시사하였으며, 이는 도 22에 제시하였다. 그러나, 도 21은 동결-건조된 베이킹 소다 함량이 증가함에 따라 보다 낮은 최대 반응 압력이 수득되는 것을 제시하였다. 동결 건조된 분말의 저밀도로 인해, 200 mg의 동결-건조된 베이킹 소다는 1 ml의 공간을 차지하였으며, 따라서 0.5ml의 탈이온수는 생성된 기체가 플런저를 이동시키기 전에 모든 물질과 접촉할 수 없었고, 건조 분말이 챔버의 측면 상에 갇힌 채 남아있으며; 모든 동결-건조된 베이킹 소다가 반응하지는 않았고 보다 적은 CO2를 생성하였다. 100% BSFD 시험은 시약 중 1/4만이 용해된 것으로 추정되었다. 이러한 현상은, 예를 들어 기체-생성 화학 반응이 경질의 챔버 내에서 발생하는 경우에 챔버 장치를 변형함으로써 감소될 수 있으며, 여기서 생성된 CO2는 필터를 통해 확산되어 플런저를 민다.
50% BSAR 제2 시험에서, 동결-건조된 베이킹 소다를 먼저 첨가하고, 이어서 시트르산 및 입수한 그대로의 베이킹 소다를 첨가할 때, 많은 분말이 고체로 남아있었으며, 보다 낮은 압력을 생성하였다. 낮은 초기 반응은 아마도 0.5 ml의 물이 도달하고 시트르산을 용해시키기 전에 1ml의 동결-건조된 베이킹 소다 분말을 통해 확산됨으로써 일어났다. 이 시험은 상기 세트에서 일정한 압력 프로파일을 제공하는 것에 가장 근접한 시험이었다.
수득된 최대 압력은 50% BSAR 및 75% BSAR 제제의 경우에 대략 0.8ml CO2 부피에서 였다. 이들 제제는 또한 압력 대 시간 그래프에서 가장 빠른 속도를 가졌다 (도 26 참조). 나머지 제제는 대략 1.2 ml CO2에서 최대 압력을 가졌다.
흥미롭게도, 도 23 및 도 24를 볼 때, "50% BSAR 제2"는 별개의 압력 대 시간 프로파일 (도 23에서 Pa s)을 나타내었지만, 도 24에서는 100% BSFD와 대략 동일한 압력 대 부피 프로파일을 가졌다. 다시 표 3E에 대하여, "50% BSAR 제2"는 1ml의 실리콘 오일을 옮기는 것이 대략 8초 더 오래 걸렸으며, 따라서 그의 압력 곡선은 100% BSFD에 비해 "분리"되며, 이는 상이한 유량을 가졌다. 결과는 두 상이한 용해 속도를 갖는 중탄산염을 포함함으로써 피스톤 움직임 (및 반응 챔버의 부피 확장)을 동반하는 압력 강하를 감소시키는 것이 가능한 것으로 나타내었으며, 여기서 상이한 용해 속도는 그의 형태 및/또는 반응 챔버 내의 위치에 의해 제공되었다.
표 3F는 y = ax2+bx에 피팅되는 CO2의 제조를 위한 반응 속도 대 시간을 제시하였다.
<표 3F>
100% BSAR, 75% BSAR 및 50% BSAR 곡선은 대략 동일한 선형 반응 속도를 가졌다. "50% BSAR 제2"는 2차 다항식을 형성하였다. "100% BSFD"는 매개변수식인 것으로 보여졌으며; 이는 100% BSAR 및 다른 2개와 동일한 선형 속도를 가졌으며, 이어서 기울기는 5초 후에 갑자기 감소하였고, "50% BSAR 제2"에 수렴하였다.
제2 세트: 입수한 그대로의 베이킹 소다 및 알카-셀처.
부피 대 시간 그래프는 각각 주사된 유체로서 실리콘 오일에 대해 도 28에, 및 물에 대해 도 29에 제시하였다. 1 ml의 각 유체를 옮기는데 요구되는 시간은 하기 표 3G에 열거하였다. 시간 측정에서의 오차는 초의 절반인 것으로 추정되었다.
<표 3G>
물의 변위에 대한 시간은 이들이 모두 서로 1초 내에 있기 때문에 비교하기가 어렵다. 100% BSCA, 25% BSCA 및 100% 알카-셀처에 대한 부피 프로파일은 1ml의 실리콘 오일을 옮기는데 가장 빠른 시간을 가졌다. 100% BSCA는 느리게 출발하고 가속하는 것으로 보여졌다. 50% BSCA 및 75% BSCA는 가장 느린 시간을 갖는 것으로 확인되었다. 이들은 변위가 진행됨에 따라 느려지는 것으로 보여졌다.
압력 대 시간 그래프는 각각 주사된 유체로서 실리콘 오일에 대해 도 30에, 및 물에 대해 도 31에 제시하였다. 100% BSCA는 가장 느린 초기 압력 상승을 가졌다. 이는 알카-셀처가 정제 내로의 물의 빠른 확산이 가능하도록 제제화되기 때문에 예상되었다. 75% BSCA 및 50% BSCA는 실리콘 오일에 대해 각각 두번째 및 세번째의 가장 큰 최대 압력을 가졌다. 그러나, 이들 2종의 제제는 1 ml의 실리콘 오일을 옮기는데 가장 오래 걸렸다. 이의 압력은 또한 가장 느린 강하를 가졌다. 이는 아마도 시린지 내의 증가된 마찰로 인한 것이다.
물에 대한 도 31에서의 곡선은 서로 합당한 오차 이내였다. 그러나, 이들은 하겐-포아젤에 의해 추정된 압력보다 컸으며, 최대 압력을 100% 알카-셀처 제제에 의해 51,000 Pa인 것으로 계산하였다. 높은 마찰은 시험 동안에 관찰되지 않았다.
정규화된 압력 대 시간 그래프는 도 32에서 실리콘 오일에 대해 제공하였다. 실리콘 오일에 대한 압력 강하율은 하기 표 3H에 제공하였다.
<표 3H>
실리콘 오일의 경우에, 100% BSCA 및 75% BSCA는 동일한 정규화된 압력 증가를 가졌으나, 상이한 강하를 가졌다. 상기에 설명된 바와 같이, 75% BSCA는 부피 변화를 느리게 하고 압력을 보다 오래 유지하게 하는 보다 큰 마찰을 겪을 수 있었다. 50% BSCA에서도 동일하였고, 75% BSCA와 동일한 강하를 가졌다. 놀랍게도, 50% BSCA의 압력 증가는 100% BSCA와 100% 알카-셀처 사이에 정확히 피팅되었다. 이는 마찰이 압력 증가에 영향을 미치지 않는 것을 나타낼 수 있었다. 100% 알카-셀처 및 25% BSCA는 가장 빠른 압력 증가 및 가장 빠른 강하로 동일한 압력 프로파일을 가졌다. 100% BSCA는 또한 이들 2종의 제제와 동일한 강하를 갖는 것으로 보여졌다.
물의 경우에, BSCA에 대한 알카-셀처의 보다 높은 비가 비교적 적은 압력 강하를 초래하는 것으로 확인되었다. 100% 알카 셀처는 빠른 압력 증가를 가졌으나, 100% BSCA 및 75% BSCA와 같이 신속하게 강하하였다. 그러나, 25% BSCA 및 50% BSCA는 다른 제제보다 빠른 압력 증가 및 보다 적은 압력 강하를 가졌다.
실리콘 오일의 경우에, 100% 알카-셀처, 50% BSCA 및 75% BSCA는 모두 대략 1.2 ml의 CO2 부피에서 피크에 도달하였다. 25% BSCA는 대략 0.8 ml에서 피크에 도달하였다. 100% BSCA는 대략 1.6 ml까지 최대 압력에 도달하지 않았다. 이는 동일한 제제를 사용하였지만 1.2 ml의 CO2 부피에서 그의 최대 압력에 도달한 제1 시험 세트에서의 "100% BSAR"과 약간 상이하였다.
표 3I는 y=ax2+bx에 피팅되는 실리콘 오일의 주사 동안의 CO2 제조를 위한 반응 속도를 제시하였다.
<표 3I>
100% 알카-셀처를 제외한 모든 제제는 실리콘 오일에 대해 선형 반응 속도를 형성하였다. 시험 75% BSCA 및 50% BSCA에 사용된 사전충전된 시린지 내의 높은 마찰은 고압을 초래하였으며, 이는 3x10- 5 mol/s로 반응 속도를 감소시킬 수 있었다. 100% BSCA 및 25% BSCA는 4x10- 5 mol/sec에서 동일한 반응 속도를 가졌다. 100% 알카-셀처는 2차 다항식을 초래하였다. 이것은 초기에 다른 제제와 동일한 반응 속도를 가졌지만, 기울기는 마지막 수 초에서 감소하였다. 반응이 종료된 때, 용액은 다른 제제보다 훨씬 더 농후해졌다.
100% BSCA는 동결-건조된 베이킹 소다, 100% BSAR (표 3F 참조)을 사용한 이전 실험보다 1x10- 5 mol/sec 약간 더 느렸다. 이는 실리콘을 옮기기 위한 보다 느린 시간 및 가능하게는 1.6 ml에서 보다 큰 CO2 부피에서의 최대 압력을 초래할 수 있었다.
제3 세트: 입수한 그대로의 베이킹 소다 및 입수한 그대로의 중탄산칼륨.
부피 대 시간 그래프는 실리콘 오일에 대해 도 34에 제시하였다. 1 ml의 각 유체를 옮기는데 요구되는 시간은 하기 표 3J에 열거하였다.
<표 3J>
100% KHCO3이 1 ml의 실리콘을 옮기는데 6.33초에서 가장 빨랐다. 100% BS 및 50% BS는 8.00초의 시간에서 동일한 부피를 옮겼다.
압력 대 시간 그래프는 도 35에 제공하였다. 실리콘 오일에 대한 압력 강하율은 하기 표 3K에 제공하였다.
<표 3K>
100% BS 제제는 단지 대략 250,000 Pa의 최대 압력에 도달하였으며, 다른 2종의 제제는 대략 300,000 Pa의 최대 압력을 가졌다. 100% KHCO3 및 50% BS 제제 (각각 중탄산칼륨을 함유함)는 100% BS가 그의 최대에 도달한 후에 수 초 동안 압력 증가가 지속되었다. 50% BS 제제는 초기에 예상된 것보다 적은 압력을 가졌으나, 100% KHCO3과 비교하여 6초 후에 보다 높은 압력을 유지할 수 있었다. 결과는 중탄산나트륨 및 중탄산칼륨의 혼합물을 사용하는 것이 보다 높은 압력 및 느린 강하를 생성할 수 있다는 것을 제시하였다.
100% BS는 CO2 0.6 내지 1.8 ml 사이의 어딘가에 피크 압력을 가졌다. 50% BS 및 100% KHCO3에 대한 곡선은 이전에 제시된 다른 압력 대 부피 그래프와 상이하였다. 대략 1.2 ml의 CO2 부피에서 피크에 도달하고 강하하는 대신에, 이들은 보다 큰 CO2 부피에서 압력 증가가 지속되었다. 50% BS 및 100% KHCO3 제제는 각각 대략 2.0 및 3.2 ml의 CO2 부피에서 피크에 도달하였다.
표 3L은 y=bx에 피팅된 반응 속도를 제시하였다.
<표 3L>
이들은 5x10- 5 mol/sec (상기 실험과 동일한 속도)에서의 100% BS로 선형 반응 속도인 것으로 보여졌다. 100% 중탄산칼륨은 베이킹 소다와 2배의 속도를 가졌다.
제4 세트: 베이킹 소다 정제.
부피 대 시간 그래프는 실리콘 오일에 대해 도 43에 제시하였다. 1 ml의 각 유체를 옮기는데 요구되는 시간은 하기 표 3M에 열거하였다.
<표 3M>
실리콘 오일 및 물 둘 다의 경우에, 400 mg 및 100 mg 베이킹 소다 정제 및 화학량론적 시트르산을 사용하는 것은 거의 직선형을 생성한다. 베이킹 소다를 고밀도의 정제 내에 패킹하는 것은 다른 베이킹 소다 실험에 비해 반응 속도를 유의하게 감소시키고, 따라서 주사 시간을 증가시킨다. 하기 표 3N은 y=ax2+bx에 피팅된 반응 속도를 제시한다.
<표 3N>
실리콘 오일의 경우에, 400 mg BS 정제는 4 x 10- 6 mol/sec로서 선형 반응 속도를 나타내었다. 100 mg 베이킹 소다 정제는 기체상 CO2를 생성하는 것을 갑자기 중지할 때까지 거의 87초 동안 선형이었다. 40 mg 정제에 대한 반응 속도는 2차 다항식이었으며, 매우 느렸다. 이것은 총 2x10- 5 mol CO2에 도달하였으며, 가능하게는 용액 내로 및 밖으로 이동하는 CO2에 의해 야기되는 약간의 파동과 함께 안정되게 머물렀다. 물에서의 작은 반응 속도로 인해, 400 mg 정제만을 사용하였다.
실시예 3의 결과는 용해 동역학이 변형되는 경우에 상이한 압력 대 시간 프로파일을 생성하는 능력을 제시하였다.
실시예 4
시험 리그를 사용하여 실리콘 오일 및 27 게이지의 얇은-벽 바늘을 시험하였다. 화학량론적 반응 및 결과는 하기 표 4에 제시하였다.
<표 4>
실시예 5
도 19에 예시된 원형 시험 장치를 실리콘 오일을 사용하여 시험하였다. 사전-충전된 시린지는 유체가 분출되는 유체 챔버로서 작용하였다. 다음에, 커넥터를 사용하여 사전-충전된 시린지를 반응 챔버와 연결하였다. 반응 챔버는 혼합 챔버를 포함하였다. 한장의 여과지를 반응 챔버 내부에 배치하여 아암까지 오리피스를 덮었다. 이어서, 스프링을 혼합 챔버 내부에 배치하였다. 다음에, 플런저를 사용하여 반응 챔버 내의 건조 시약을 습윤 액체로부터 분리하였다. 다음 피스는 액체 시약을 위한 내부 부피를 포함하는 누름 버튼이었다. 누름 버튼은 액체 시약으로 부피를 충전하기 위해 사용되는 구멍 (보이지 않음)을 포함하였다. 스크류를 사용하여 누름 버튼 내의 구멍을 채웠다. 캡은 구조적 지지체를 제공하기 위해 누름 버튼 위에 장착되었으며, 또한 반응 챔버의 부분을 둘러쌌다. 최종적으로, 섬 프레스를 가압의 용이성을 위해 캡의 최상부 상에 배치하였다. 시약 챔버 및 반응 챔버를 둘 다 각각 액체 용액 및 건조 분말로 완전히 충전하였다.
시린지를 수직 위치 (반응 챔버 위에 시약 챔버) 및 수평 위치 (나란한 2개의 챔버) 둘 다에서 시험하였다. 시약 및 결과는 하기 표 5에 제시하였다.
<표 5>
89 mg의 과량의 시트르산과의 충분한 혼합을 가정하여, 중탄산칼륨이 한계 반응물이었다. 이 가정은 해체했을 때 액체가 최상부 챔버 내에서 확인되고 분말이 최하부 챔버 내에서 발견되었기 때문에 부정확한 것으로 확인되었다. 시린지가 수평 위치로 놓이고 챔버가 완전히 충전되었을 때, 실리콘 오일을 17초 내에 옮겼다. 이는 장치가 임의의 배향으로 작동할 수 있는 것을 예시하였다. 이는 환자가 자기-주사를 위한 가장 통상적인 위치인 그의 복부, 넓적다리 또는 팔에 주사하는 것을 허용하는데 도움이 된다.
실시예 6 혼합된 중탄산염
실시예 1의 시험 장치를 50:50 몰 혼합의 중탄산나트륨 및 중탄산칼륨의 혼합물을 함유하도록 변형하였다. 실리콘 오일의 전달을 보다 빠른 시간 (단지 8초 이하)으로 수용하였고, 압력 대 시간은 편평하였다. 유량을 증가시킨 다음, 단지 2초 이하에 안정기에 도달하였다. 혼합된 중탄산염의 사용은 상이한 반응 동역학을 갖는 시스템이 압력 프로파일을 제어하는 것을 가능하게 한다.
실시예 7: CO2의 방출을 증진시키기 위한 핵형성제의 사용
염화나트륨 (NaCl)을 사용하여 기체상 CO2를 반응 용액으로부터 반응 챔버 내로 방출시키는 것을 증진시키고, 압력 증가를 가속화하였다. 대조군 실험에서, 시트르산 및 NaHCO3을 반응 시린지 내에 두었다. 물 중 1.15 M NaHCO3의 용액을 반응 시린지 내에 주사하였다. 반응 시린지 내의 비어있는 부피를 모든 실험을 통해 최소화하였으며, 이는 분말의 밀도에 영향을 받았다. 본 발명의 개념을 증명하는 실험에서, NaCl을 반응 시린지에 첨가하였다. 화학 반응을 사용하여 1 mL의 물 또는 실리콘 오일을 전달하였다. 전달된 부피 대 시간 및 총 전달 시간을 측정하였다. 압력은 플런저의 면적을 고려하여 하겐-포아젤 방정식을 사용하여 계산하였고, 사전충전된 시린지 플런저와 시린지 사이에 0.6lb 마찰력이 있는 것으로 가정하였다.
염은, 특히 보다 적은 양의 시약을 사용하는 시스템을 위해 전달 속도를 유의하게 증진시키도록 작용하였다. 고점도 유체를 화학 반응을 사용하여, 예를 들어 6 내지 8초 내에 전달할 수 있었다. 이는 기계적 스프링을 사용하는 표준 자동-주사기를 사용하여 달성될 수 있는 것보다 유의하게 빨랐다. 전달된 부피 대 시간은 가장 작은 화학-반응에 대해 제시하였다. 고점도 유체는 0.5 cm3 미만의 점유면적을 갖는 시스템을 사용하여 20초 내에 전달하였다. 작은 점유면적은 다양한 유용한 장치를 가능하게 하였다.
실시예 8 - 압력 대 시간 프로파일을 변형하기 위한 두 용해 속도를 갖는 시약의 사용
두 상이한 형태 (바람직하게는, 상이한 표면적)을 갖는 NaHCO3을 조합함으로써 두 상이한 용해 속도를 갖는 시약을 제조하였다. 예를 들어 상이한 공급원으로부터 수득된 중탄산염을 사용하거나, 또는 중탄산염의 부분을 처리한 후 미처리된 부분과 조합하여 혼합물을 제조할 수 있었다. 예를 들어, 부분을 동결-건조시켜 표면적을 증가시킬 수 있었다. 고면적 NaHCO3은 1.15 M 용액을 동결 건조시킴으로써 제조하였다. 두 상이한 용해 속도를 갖는 시약을 입수한 그대로의 시트르산나트륨 / NaHCO3 및 제제화된 시트르산나트륨 / NaHCO3 (알카 셀처)을 조합함으로써 제조하였다. 결과는 용해 동역학이 변형되었을 때 상이한 압력 대 시간 프로파일을 생성하는 능력을 제시하였다.
실시예 9 - 피스톤의 확장에 의한 압력 감소의 최소화
화학 엔진을 27 게이지 바늘을 통해 12초 미만 내에 1 내지 75 cP의 점도 및 1 내지 3 mL의 부피를 갖는 유체를 전달하기 위해 제조하였다. 본 실시예의 실험에서, 건조 화학물질을 병 내에서 사전혼합한 다음, 반응 시린지 (B)에 첨가하였다. 반응 시린지는 10 mL 또는 20 mL 시린지로 이루어졌다. 플런저를 추가의 비어있는 부피가 존재하지 않도록 분말 상에 완전히 내리눌렀다. 용액을 반응 시린지에 첨가하였으며; CO2가 생성됨에 따라, 플런저 막대가 PFS의 플런저를 가압하고, 유체를 전달하였다. 6개의 엔진 제제는 하기 표에 제시된 바와 같이 고려되었다.
도 40-42에서 다양한 화학 엔진에 대해 힘 대 시간 프로파일을 제시하였다. 제제 1 및 2를 27 게이지의 얇은 벽 바늘; 즉, 표준 PFS를 통해 1 mL의 유체를 전달하는데 사용하였다. 25 및 50 cP의 점도를 갖는 유체를 검사하였다. 시약의 양이 증가될 때 보다 빠른 전달을 달성하였다. 중탄산칼륨의 사용은 중탄산나트륨이 사용될 때보다 실질적으로 적은 시약이 사용되게 하였다.
제제 3, 4 및 5를 27 게이지의 얇은 벽 바늘을 통해 3 mL의 50 cP 유체를 전달하는데 사용하였다. 표적 유량은 제제 1 및 2에 대해 표적화된 것보다 높았다. 이 경우에, 반응을 보다 많은 양 (제제 3)으로 단순하게 규모 증가시키는 것은 신속한 반응으로 인해 힘에서 실질적인 초기 오버슈트를 초래하였다. 오버슈트는 주사 동안에 100% 고체 시약 (반응 챔버 내의 시트르산 및 중탄산칼륨의 혼합물) 및 물을 사용함으로써 감소하였다. 이 방법은 물이 중탄산칼륨을 용해시키고 중탄산염 이온을 이용가능하게 함에 따라 정상-상태의 CO2를 제공하였다. 제제 5는 편평한 전달 프로파일을 나타내었으며, 6.5초 내에 3 mL의 50 cP 유체를 전달하였다.
실시예 10 대류 작용제의 첨가
소량 (예를 들어, 1 mL 엔진의 경우에 <10 mg)의 천천히 용해되는 입자 또는 불용성 입자의 첨가는 기체상 CO2 생성의 속도 및 생성된 최대 기체상 CO2를 실질적으로 증가시키고 엔진의 동력 밀도를 실질적으로 증가시키는데 있어서 효과적인 것으로 밝혀졌다. 놀랍게도, 본 발명자들은 규조토, 엑스판셀™ (폴리아크릴로니트릴 중공 마이크로구체), 옥살산칼슘 및 결정질 옥살산을 비롯한 다양한 천천히 용해되는 입자 또는 불용성 입자가 작용함에 따라 부차적 효과만을 갖는 입자의 표면 에너지 및 표면 위상을 확인하였다. 이 경우에, 천천히 용해되는 것은 입자가 엔진 내에서 시약에 비해 느린 것을 의미하였다. 이러한 입자의 존재는, 고체 시약을 용해시키고 입자의 존재를 관찰하거나 또는 존재하는 물질의 동일성을 결정하고 이들의 용해도 곱을 비교함으로써 실험적으로 결정할 수 있었다. 밀도는 물보다 낮거나 높을 수 있다.
본 발명자들은 유동층에서 확인할 수 있는 것과 유사하게, 이들 작용제가 단독으로, 또는 유체를 떠나는 기체상 CO2와 함께 작용하여 혼합장을 셋업하는 것으로 여겼다. 혼합장은 시약 사이 및 대류 작용제와 시약 사이의 충돌을 증가시켰다. 이러한 증가된 충돌은, 표면 및 틈에서, 예컨대 용기 또는 중탄산염 표면 상에 존재할 수 있는 동역학적으로 포획된 CO2를 방출하도록 작용하였다.
본 발명의 결과는 이들 시약이 비록 부차적 인자일 수 있지만, 주로 핵형성제로서 작용하지 않는 것으로 나타났다. 시약은 반응 챔버가 일정한 부피에 고정되거나 또는 확장되게 하는 상태에서 효과적이었다. 일정한 부피 상황 하에, 압력은 감소하지 않으며, 용액은 예를 들어 분위기로 개방되어 있는 가압된 탄산 음료에서 볼 수 있는 바와 같이 결코 과포화되지 않았다. 추가로, 핵형성 표면, 예를 들어 다공성 알루미늄의 첨가는 비효과적이었다. 시약은 엔진 내에 입자로서 존재하여야 한다.
실험은 2개의 셋업 중 하나에서 수행하였다.
일정한 부피: 일정한 부피 셋업을 사용하여 다양한 화학 반응 시간을 비교하였다. 시약을 2 ml 반응 챔버 내에 두었으며; 액체 반응물을 시린지를 사용하고 목적하는 주사 시간에서 반응 챔버 내로 주사함으로써 챔버로 첨가하였으며, 밸브를 밀폐하였다. 압력은 압력 트랜스듀서에 의해 측정하고, 온도는 열전쌍에 의해 측정하였다. 반응이 발생함에 따라, 챔버로부터의 압력을 작은 튜브를 통해 공기 실린더 내로 전달하였다. 공기 실린더를 실제 주사 시스템 내의 피스톤/플런저와 등가물로서 사용하였다. 일정한 부피 셋업의 경우에, 공기 실린더는 초기에 2 ml 시린지에 대해 주사 위치의 단부로 1.5 인치 이동하였으며, 시험 전체에 걸쳐 상기 위치에서 유지하였다. 이는 반응 챔버의 총 부피를 제공하였으며, 공기 실린더는 9.9 ml였다. 로드 셀을 사용하여 압력에 대한 백업으로서 힘을 측정하였지만, 이는 실린더 내의 피스톤의 압력 및 면적으로부터 계산할 수 있었다. 초기 화학물질 선택을 보기 위해 일정한 부피 셋업을 사용하는 장점은 이것이 실제 시스템이 가지는 부피 차이를 고려하지 않고 압력 대 시간 프로파일의 우수한 비교를 허용한다는 것이었다.
시험 조건
하기 화학물질을 입수한 그대로 시험하였다: 중탄산나트륨, 중탄산칼륨, 시트르산, 타르타르산, 옥살산, 옥살산칼슘, 규조토 및 엑스판셀™.
양극처리된 산화알루미늄을 다공성 표면 구조 및 높은 표면 에너지를 생성하기 위해 옥살산 중에서 알루미늄의 양극처리에 의해 제조하였다.
반응물을 반응 용기 내로 또는 용액으로서 시린지로 로딩하였다. 반응 용기는 일반적으로 임의의 첨가제의 존재 또는 부재 하에 산을 고체 또는 용액으로서 함유하였다. 시린지는 중탄산염 용액을 함유하였다. 반응물 (중탄산염 및 산)을 화학량론적 비로 분석용 저울 상에서 분말로서 측정하였다. 반응물의 질량은 하기 표에 나타내었다.
<표> 시험에 사용된 반응물의 질량.
1 mL의 물을 사용하여 중탄산염을 용해시키고, 반응물이 켐엔진의 반응 챔버 내에서 방출될 수 있는 매질에 이들을 공급하였다.
4가지의 상이한 유형의 대류 작용제를 화학 제제에 첨가하였으며, 핵형성 표면을 반응 챔버에 첨가하였고, 외부 진동을 또한 개별 실험에서 반응 챔버에 추가하였다.
1. 고밀도를 갖는 수불용성 - 규조토 (DE)
2. 저밀도를 갖는 수불용성 - 폴리아크릴로니트릴 (PAN) 중공 마이크로구체
3. 수난용성 - 옥살산칼슘
4. 고수용성 - 염화나트륨 및 옥살산
5. 핵형성 표면 - 양극처리된 산화알루미늄
6. 기계적 진동
모든 대류 작용제 (1-4)를 건조 입자로서 5 mg 내지 50 mg의 로딩에서 화학 제제에 첨가하였다. 핵형성 표면 (양극처리된 산화알루미늄)을 반응 챔버 내에 첨가하였다.
도 43에 제시된 바와 같이, 모든 대류 작용제는 기준선 제제에 비해 압력 축적의 속도를 증가시켰다. 이 경우에, 기준선 제제는 동일한 양의 중탄산칼륨, 시트르산 및 물이었으나, 다른 화학물질은 존재하지 않았다. 기계적 진동은 또한 기준선 제제에 비해 압력 축적의 속도를 증가시켰다. 핵형성 표면은 압력 축적의 속도에 매우 거의 효과가 없었다. 도 43에서의 데이터는 대류 작용제가 반응물 사이, 반응물과 생성물 사이의 충돌 속도를 증가시키도록 작용하여 CO2를 기체 상에 증가된 속도로 방출하는 것을 제시하도록 제공하였다. 데이터는 대류 작용제의 첨가가 구별화된 기구에 의해 작동하며 반응 챔버 압력을 핵형성제의 것보다 빠르게 증가시키는 것을 제시하였다. 도 44에서의 데이터는 기계적 진동 (비브라-플라이트(Vibra-Flight)™ 제어기로부터의 70 Hz) 및 대류 작용제가 시스템이 일정한 힘에서 플런저를 옮기는 속도와 유사한 효과를 갖는 것을 제시한다.
도 45는 비교적 보다 적은 양의 대류 작용제가 보다 빠른 CO2 생성을 야기한는 놀라운 결과를 제시하였다. 실험은 약 10 mg의 규조토의 존재가 ml당 5 mg 또는 50 mg보다 유의하게 빠른 CO2 생성을 야기하는 것을 제시하였다. 따라서, 일부 바람직한 조성물은 7 내지 15 mg의 대류 작용제 또는 작용제들을 포함하였다.
실시예 11: 동력 밀도
다양한 화학 엔진의 동력 밀도는 일정한 힘 또는 일정한 부피에서 측정하였다.
일정한 힘 셋업:
일정힌 힘: 일정한 부피 (상기 기재됨)와 유사한 셋업을 일정한 힘에 사용하였지만, 로드 셀이 부착되는 단계는 이동할 수 있었다. 공기 실린더를 반응물 챔버 및 커넥터의 초기 부피가 2.3 ml이도록 초기에 밀폐하였다. 공기 실린더는 1.4 인치 (3.56)를 이동하게 하였다. 이 거리는 피스톤이 표준 2 ml 시린지를 비우도록 움직여야 할 양이기 때문에 선택하였다. 단계는 초기에 8초 내에 27 게이지의 TW 바늘을 갖는 표준 2 ml 시린지를 사용하여 2 ml의 50 cp 유체를 주사하는 것과 상응하는 18 lb로 가압하였다. 추가의 측정은 9 lb의 배압에서 수득하였다. 이는 8초에서 27 게이지의 TW 바늘을 갖는 표준 1 ml 시린지를 사용하여 1 ml의 50 cp 유체를 주사하는 것과 상응하였다. 분말 반응물을 반응물 챔버 내에 두고, 액체 반응물을 시린지 내에 두었다. 액체 반응물을 챔버 내에 주사하고, 밸브를 밀폐하였다. 압력, 힘 및 온도를 공기 실린더가 그의 움직인 거리를 도달할 때까지 측정하였으며, 이는 단계에 부착된 LVDT (선형 가변 차동 변압기)를 사용하여 결정하였다. 장치는 도 46에 제시하였다.
도 46에서 물 라벨링된 시린지는 대안적으로 산 또는 중탄산염을 포함하는 수용액일 수 있었다.
이 시험 장치는 임의의 화학 엔진을 대부분 시험하는데 적용가능하다. 통합된 장치인 화학 엔진은 시험 장치 내에 전체 장치를 배치함으로써 시험할 수 있었다. 유체 구획을 포함하는 통합 시스템을 시험할 때, 평균 힘은 직접 측정하거나 또는 하겐-포아젤 방정식을 사용하여 계산할 수 있었다. 유체 구획으로부터 분리가능한 수 있는 화학 엔진은 시험 전에 먼저 분리하였다.
하기 표에서, 물을 1:3 몰비의 시트르산 및 중탄산염의 혼합된 분말에 첨가하였다.
동력 밀도 비:
동력 밀도를 다양한 배압 및 초기 부피에서 계산하였다. 시간은 산 및 탄산염이 용매와 조합된 시간인 반응의 개시에서 출발하여 측정하였다.
본 발명의 경우에, 동력 밀도=평균 힘*단부까지 움직인 거리/(전달하기 위한 시간*초기 반응물의 부피)였다.
사용된 부피는 모든 반응물이 용해되고 CO2가 빠져나간 후의 반응물의 부피였다. 반응물 또는 용매에 의해 차지되지 않은 반응 챔버 내의 개방 공간은 본 발명의 계산에 고려되지 않았다.
*전체 변위에 도달하지 않았으며, 따라서 60초에서 3.05 cm의 변위를 사용함
**전체 변위에 도달하지 않았으며, 따라서 60초에서 2.17 cm의 변위를 사용함
실시예 (행 1):
동력 밀도 = 평균 힘 * 변위 / 시간 / 반응물의 부피
111,778 W/m^3 = 99.3 N * 3.56 cm*(0.01m/cm) / 22.59 s / 1.4 mL*(0.000001m^3/mL)
(수치는 본 실시예에 대해 반올림하였기 때문에 정확하게 표와 매칭되지는 않음.)
상기 실험 각각에서, 중탄산염 대 시트르산의 몰비는 3:1 (일반적으로, 본원에 기재된 모든 시스템의 경우에, 바람직한 제제는 2 내지 4, 보다 바람직하게는 2.5 내지 3.5 범위의 시트르산에 대한 중탄산염의 몰비를 가짐)이다. 본 발명은 상기 기재된 바와 같이 측정되고 계산된, 실온에서 및 9 lb (40 N)의 공칭 배압에서의 동력 밀도를 특징으로 할 수 있다. 이러한 조건에서, 본 발명은 바람직하게는 적어도 50,000 W/m3, 보다 바람직하게는 적어도 100,000 W/m3, 보다 바람직하게는 적어도 250,000 W/m3, 보다 바람직하게는 적어도 400,000 W/m3, 일부 실시양태에서 1,000,000 W/m3의 상한치, 또는 약 900,000 W/m3의 동력 밀도를 갖는다. 대안적으로, 본 발명은 동일한 조건에 적용되는 대조군 제제와 비교하여 동력 밀도의 측면에서 정의될 수 있다. 대조군 제제는 1 mL 물, 403 mg 시트르산 및 529 mg 중탄산나트륨을 함유하였다. 이 대조군 제제는 약 2 mL의 반응 챔버 부피에 적절하였으며; 2 ml보다 크거나 작은 화학 엔진 내의 대조군의 동력 밀도는, 물, 중탄산나트륨 및 시트르산의 비율을 유지하면서 부피가 조정되는 대조군 제제를 사용하여 시험하여야 했다. 다시, 9 lb (40 N)의 공칭 배압에서 및 일정한 힘에서 측정된 바와 같이, 본 발명의 화학 엔진은 바람직하게는 대조군과 비교하여 적어도 1.4, 보다 바람직하게는 적어도 3의 동력 밀도 비; 일부 실시양태에서 10 또는 약 5, 또는 약 4.4의 최대 동력 밀도 비를 가졌다. 바람직한 실시양태에서, 변위는 산, 탄산염 및 용매 (물)를 조합하는 순간 2초 이내, 보다 바람직하게는 1초 이내에 시작하였다.
용어 "대조군"은 화학 엔진을 위한 통상의 제제가 훨씬 더 희석되기 때문에 통상의 제제를 의미하지 않는 것이 주목되어야 한다. 대조군은 전형적으로 전체 변위로 시험하였으나; 전체 변위가 30초 이내에 달성되지 않는 경우에, 대조군은 최초 30초 이내의 변위로서 정의하였다.
Claims (44)
- 장치 (1300)의 배럴 (1310)에 위치하며, 제1 시약을 함유한 시약 챔버 (1320)를 제2 시약을 함유한 반응 챔버 (1330)로부터 분리하는 플런저 (1370)를 작동시키며, 여기서 작동은 플런저를 이동시켜 시약 챔버와 반응 챔버를 유체 소통시키는 것인 단계,
상기 작동에 반응하여 제1 시약 및 제2 시약을 혼합함으로써, 피스톤 (1360)을 포함하는 장치의 반응 챔버 내에서 기체-생성 화학 반응을 개시하는 단계
를 포함하며, 여기서
플런저는 상기 작동에 반응하여 피스톤으로부터 멀리 이동하고,
화학 반응에 의해 생성된 기체는 피스톤을 유체를 함유하는 유체 챔버 (1340) 내로 이동시켜 장치로부터 유체를 전달하는 것인,
화학 반응에 의해 유체를 전달하는 방법. - 제1 챔버 (1320), 제2 챔버 (1330), 및 출구를 포함하는 유체 챔버 (1340)를 함유하는 배럴 (1310);
제1 챔버를 제2 챔버로부터 분리하는 플런저 (1370);
장치의 작동에 반응하여 플런저를 제1 챔버 내로 밀어냄으로써 제1 챔버와 제2 챔버를 유체 소통시키고, 이로 인해 제1 시약 및 제2 시약의 혼합을 개시하여 제2 챔버 내에서 기체를 생성하도록 편향된 스프링 (1395); 및
제2 챔버를 유체 챔버로부터 분리하며, 제1 시약 및 제2 시약의 혼합 후에 제2 챔버에서 생성된 압력에 반응하여 유체 챔버를 통해 출구쪽으로 이동하는 피스톤 (1360)
을 포함하는, 화학 반응에 의해 유체를 전달하기 위한 장치. - 제2항에 있어서, 배럴에 연결된 누름 버튼 부재 (1350)를 추가로 포함하며, 여기서 스프링은 누름 버튼 부재의 작동에 반응하여 플런저를 제1 챔버 내로 밀어내는 것인 장치.
- 제3항에 있어서, 플런저가 그로부터 방사상으로 연장되는 러그 (1374)를 갖는 중심체 (1372), 및 제2 챔버의 측벽 (1312)과 맞물리는 내부 단부 상의 밀봉 부재 (1378)를 포함하는 것인 장치.
- 제4항에 있어서, 누름 버튼 부재의 내부 표면 (1357)이 러그를 수용하기 위한 채널 (1359)을 포함하는 것인 장치.
- 제2항에 있어서, 제2 챔버가 내부 방사상 표면 (1336)에 의해 혼합 챔버 (1335) 및 아암 (1333)으로 나뉘어지며, 여기서 내부 방사상 표면은 오리피스 (1331)를 갖고, 피스톤은 아암의 단부에서 위치된 것인 장치.
- 제6항에 있어서, 혼합 챔버가 오리피스를 덮는 기체 투과성 필터 (1337)를 포함하는 것인 장치.
- 제3항에 있어서, 누름 버튼 부재가 플런저와 맞물려 플런저를 밀어내어, 누름 버튼 부재가 작동하는 동안 플런저를 배럴에 대해 회전시키는 것인 장치.
- 제2항에 있어서, 플런저가 장치의 작동에 반응하여 배럴에 대해 축방향으로 및 회전하면서 이동하는 것인 장치.
- 제2항에 있어서, 제1 챔버가 제1 시약을 함유하고, 제2 챔버가 제2 시약을 함유하며, 제1 및 제2 시약의 혼합이 제2 챔버 내에서 화학 반응을 개시하는 것인 장치.
- 제2항에 있어서, 제1 챔버가 액체 용매를 함유하고, 제2 챔버가 제1 및 제2 시약을 함유하는 것인 장치.
- 제2항에 있어서, 제1 챔버, 제2 챔버 및 유체 챔버가 동축인 장치.
- 제2항에 있어서, 피스톤의 이동 중에 피스톤이 유체 챔버 내의 유체에 바로 인접하여 출구를 통해 유체를 분출시키는 것인 장치.
- 제1항에 있어서, 작동이 스프링 (1395)을 이용하여 플런저를 시약 챔버 내로 편향시키는 것을 포함하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 플런저가 작동에 반응하여 배럴에 대해 축방향으로 및 회전하면서 이동하는 것인 방법.
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