KR19990076875A - 조절 가능하게 제품을 방출하기 위한 시스템, 방법 및 장치 - Google Patents

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데이비드 씨. 맥키, 토마스 제어. 시바티노
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Abstract

장치, 시스템 및 방법은 제품(26)을 용기(10) 내로 조절 가능하게 방출하여 제품(26)이 용기(10)의 내부(14) 안쪽에 들어 있는 또다른 제품과 혼합된다. 장치(12)는, 예컨대 오토클레이빙 과정 또는 소독 과정 중 시스템이 거치는 온도 또는 압력의 변화에 기인하여 제품(26)을 방출한다. 장치(12)의 부재(20, 20a, 20b, 22) 재료 및 형상은 부재(20, 20a, 20b, 22)가 반응하거나, 그렇지 않으면 온도 또는 압력 변화에 응답하여 소정의 방식으로 장치 내로 이동할 수 있도록 선정된다. 그 결과, 장치(12) 내의 제품(26)은 장치(12)를 보유한 용기(10)의 내부(14) 안쪽에서 제품으로부터 분리 유지될 수 있다. 용기(10) 내의 용액을 투약하기 전에 장치(12) 내의 제품(26)은 조절 가능한 방식으로 용기 내에서 용액 또는 다른 제품과 혼합될 수 있다.

Description

조절 가능하게 제품을 방출하기 위한 시스템, 방법 및 장치
신장의 주요 기능은 체내에서 산성의 항상성을 유지하는 것이다. 신장 투석을 요하는 환자는 이러한 기능을 위해 투석기에 제공된 버퍼(buffer)에 의존한다. 체내에 현존하는 천연 버퍼는 중탄산염 버퍼이다. 그러므로 중탄산염 버퍼를 사용하는 것은 투석기와의 결합을 위한 당연한 선택이다. 그러나 투석기에 포함된 포도당과 혼합되는 경우 중탄산염은 오토클레이빙(autoclaving) 동안에 사용되는 고온에서 포도당의 비율을 낮춘다. 그러므로 유산염은 종종 중탄산염의 대체물로서 사용되어 왔다.
물론 용액의 생물학적 호환성은 투석에 있어 주요 관심사이다. 그러므로 중탄산염 버퍼와 투석기를 결합하는 것은 신중하게 이루어져 왔다. 따라서 투석용 중탄산염 용액을 개발하기 위한 많은 노력이 이루어져 왔다.
그러한 공지 방법 중 하나는 이중 챔버 백(dual chamber bag)을 병합하는 것이다. 이러한 시스템과 방법에서는 백에 일체로 성형된 별개의 두 챔버에 두 용액이 내장된다. 백의 챔버 사이에는 취약부가 있다. 취약부가 부서지면 두 용액은 혼합된다. 그러나 그러한 시스템은 제조하기가 어렵고, 이중 챔버 백의 제조를 위한 재료비도 비싸다.
물론, 다른 여러 기기들은 호환성 문제 때문에 사용하기에 앞서 요소의 분리를 요한다. 예컨대, 포도당 및 헤파린(heparin), 화학 요법 약물 및 항생제와 같은 수많은 정맥내 용액은 분리를 요한다. 다른 복막 투석 용액은 포도당 및 버퍼 이외에도 폴리글루코스 및 버퍼, 포도당 또는 폴리글루코스 및 펩티드 또는 아미노 산, 다이아니얼(Dianealⓡ) 및 헤파린과 같은 분리를 요한다.
그러므로 중탄산염과 같은 요소를 용액과 혼합시키기 위해 용액 또는 제2 요소 내로 조절 가능하게 방출하기 위한 개선된 장치, 시스템 및 방법이 필요한 것이다.
본 발명은 일반적으로 시스템 내로 제품을 방출하기 위해 시스템에 사용되는 밸브에 관한 것이다. 상세하게는, 본 발명은 시스템에 포함된 제품의 잔여부로부터 분리될 필요가 있는 제품을 조절 가능하게 방출하기 위한 밸브, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
도1은 본 발명의 실시예에서 조절 가능한 방출 장치를 구비한 용액 용기의 실시예의 평면도이다.
도2는 본 발명의 조절 가능한 방출 장치 실시예의 평면도이다.
도3은 본 발명의 실시예에서 제1 위치에서의 조절 가능한 방출 장치의 변형 실시예를 도시한다.
도4는 본 발명의 실시예에서 제2 위치에서의 도3의 조절 가능한 방출 장치의 변형 실시예의 평면도이다.
도5는 본 발명의 실시예에서 장치에 사용되는 플러그 부재 실시예의 단면도이다.
도6은 본 발명의 실시예에서 장치에 사용되는 플러그 부재의 또다른 실시예의 단면도이다.
도7은 본 발명의 실시예에서 장치에 사용되는 플러그 부재의 또다른 실시예의 단면도이다.
도8은 본 발명의 실시예에서 장치에 사용되는 플러그 부재의 또다른 실시예의 단면도이다.
도9는 본 발명의 실시예에서 장치에 사용되는 플러그 부재의 또다른 실시예의 단면도이다.
도10은 본 발명의 실시예에서 장치로부터 조절 가능하게 재료를 방출하기 위한 공정의 단면도이다.
도11은 본 발명의 실시예에서 장치용 밸브 부재의 또다른 실시예에서 간극을 형성하기 위한 공정을 도시한 사시도이다.
도12는 본 발명의 실시예에서 장치용 밸브 부재의 또다른 실시예에서 간극을 형성하기 위한 공정을 도시한 사시도이다.
도13은 본 발명의 시스템의 실시예에서 온도와 압력의 효과를 도시한 그래프이다.
도14a 내지 도14i는 조절 가능한 방출 장치의 실시예의 변형 도면이다.
도15는 본 발명의 열밸브 장치의 실시예의 개략 다이어그램이다.
본 발명은 요소를 조절 가능하게 방출하기 위한 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 요소를 밀봉하여 보유하다가 외부 조건의 변화와 같은 소정의 변화가 발생한 경우 용액이 들어 있는 또다른 용기 내로 요소를 방출시킨다. 그 결과, 요소는 용액과 혼합된다.
이러한 목적을 위해, 본 발명의 일실시예에서는 요소의 방출을 조절하기 위한 시스템을 제공한다. 시스템은 요소와의 혼합을 요하는 제품을 보유할 수 있는 내부가 한정된 벽을 구비한 용기를 가진다. 용기의 내부에 노출된 장치는 내부를 한정하는 벽을 가진다. 플러그 부재는 용기 내에서 제품과의 혼합을 위해 요소를 보유하고 있는 내부를 에워싼다.
일실시예에서, 플러그 부재는 온도 변화에 따라 형상이 변경되는 재료로 이루어져 있다.
일실시예에서, 플러그 부재는 압력 변화에 따라 장치 내에 있는 플러그 부재의 위치가 변경되는 형상으로 되어 있다.
일실시예에서, 캡 부재는 플러그 부재에서 원격되어 있는 장치의 단부를 에워싼다. 제2 플러그 부재는 캡 부재와 장치의 내부에 있는 플러그 부재 중간에 배치될 수 있다. 제2 플러그 부재는 압력 변화에 따라 장치 내에서 위치를 변경시키는 형상으로 될 수 있다.
일실시예에서, 요소는 투석 과정에 사용된 버퍼이다.
일실시예에서, 제품은 포도당을 포함한 용액이다.
본 발명의 또다른 실시예에서는 에이전트(agent)의 방출을 조절하기 위한 방법이 제공된다. 그 방법은 제품을 보유할 수 있는 내부를 가진 용기를 제공하는 단계, 장치를 에이전트로 충전시키는 단계, 장치 내의 에이전트를 밀봉하는 단계, 용기의 내부에 장치를 제공하는 단계, 용기에 가해진 조건을 변경시키는 단계, 그리고 변경된 조건에 따라 장치로부터 에이전트를 방출시키는 단계를 포함한다.
일실시예에서, 플러그 부재는 장치의 일단부를 밀봉하여 에워쌀 수 있는 크기로 제공되어 온도의 변화에 반응한다.
일실시예에서, 플러그 부재는 장치의 일단부를 밀봉하여 에워쌀 수 있는 크기로 제공되어 압력의 변화에 반응한다.
일실시예에서, 에이전트는 투석 과정용 제품과 혼합을 요하는 버퍼이다.
일실시예에서, 제품은 포도당을 가진 용액이다.
일실시예에서, 용기를 소독하기 위해 온도를 증가시킨다.
본 발명의 또다른 실시예에서, 장치는 에이전트를 시스템 내로 조절 가능하게 방출하기 위해 장치 내부에 에이전트를 구비하여 제공된다. 장치는, 개방 단부를 거쳐 접근 가능하며 에이전트를 보유하는 내부를 한정하는 벽을 구비한다. 나아가, 캡 부재는 개방 단부를 밀봉하고 에워싸는 크기로 되어 있어서 에이전트는 내부에서 에워싸여져 밀봉되며, 외부 조건의 변화에 반응하여 캡 부재를 변경시켜 에이전트를 방출시킨다.
일실시예에서, 플러그 부재는 캡 부재로부터 원격 배치되어 외부 조건의 변화에 반응한다. 캡 부재와 플러그 부재는 압력 변화에 반응하는 형상으로 되어 있다. 캡 부재와 플러그 부재는 서로 별개의 형상으로도 되어 있다.
실시예에서, 캡 부재는 각각 별개의 재료로 만들어진 코어와 셸을 가지는데, 여기서 각 재료는 온도 조건의 변화에 상이하게 반응한다.
일실시예에서, 에이전트는 투석 과정을 겪는 환자에게 투약하기 전에 용액과의 혼합을 요하는 버퍼이다.
일실시예에서, 외부 조건은 변동하는 압력이다.
일실시예에서, 외부 조건은 변동하는 온도이다.
일실시예에서, 벽은 내부로 향해 일체로 형성된 표면이다.
그러므로 본 발명의 장점은 적어도 두 요소를 분리시키기 위한 장치, 시스템 및 방법을 제공한다는 것이다.
본 발명의 또다른 장점은 적어도 두 요소의 분리를 단순화하기 위한 장치, 시스템 및 방법을 제공한다는 것이다.
본 발명의 또다른 장점은 요소를 또다른 요소 내로 조절 가능하게 방출시키기 위한 장치, 시스템 및 방법을 제공한다는 것이다.
본 발명의 또다른 장점은 적어도 두 요소를 분리시켜 적어도 한 요소를 또다른 요소 내로 조절 가능하게 방출시키기 위한 저렴한 비용의 장치, 시스템 및 방법을 제공한다는 것이다.
본 발명의 또다른 장점은 시스템의 정상 사용 중 또다른 요소 내로 한 요소를 자동적으로 방출시키는 장치, 시스템 및 방법을 제공한다는 것이다.
본 발명의 또다른 장점은 적어도 두 요소 사이의 분리를 신뢰성있게 유지하며, 적어도 하나의 다른 요소 내로 한 요소를 신뢰성있게 방출시키는 것을 조절하는 장치, 시스템 및 방법을 제공한다는 것이다.
본 발명의 또다른 장점은 소비자가 사용하기에 간편한, 또다른 요소 내로 조절 가능하게 요소를 방출시키기 위한 장치, 시스템 및 방법을 제공한다는 것이다.
본 발명의 또다른 장점은 저렴하게 제조 및 실시가 가능한, 요소를 조절 가능하게 방출시키기 위한 장치, 시스템 및 방법을 제공한다는 것이다.
본 발명의 또다른 특징과 장점은 바람직한 실시예의 상세한 설명과 도면으로부터 명백해진다.
본 발명은 일반적으로 제품을 또다른 제품 내로 조절 가능하게 방출하기 위한 조절 가능한 방출 밸브 또는 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다. 시스템은 특히 복합 요소를 사용하기 전에 비호환성 요소 내로 요소를 조절 가능하게 방출하는데 사용될 수 있다. 그러한 시스템은 투석 과정에 특히 유용한데, 여기서 장치는 중탄산나트륨이 고온에서 포도당의 감소를 가져오므로 포도당 함유 용액으로부터 분리 유지되어야 하는 중탄산나트륨을 포함하여 제공된다.
이제 도면을 참고하면, 도1은 일반적으로 본 발명의 장치(12)를 구비한 용기(10)를 도시한다. 용기(10)는 외부 벽(16)에 의해 형성된 내부(14)를 가진다. 통상적으로 용기의 벽(16)은 열가소성 재료이지만 벽(16)을 이루는 재료는 본 발명의 범위에 속한다. 용기(10)의 내부(14)는 용액 또는 타요소를 보유할 수 있다.
장치(12)는 도시된 바와 같이, 용기(10)의 내부(14) 안쪽에 헐겁게 매달려있다. 그러나 장치(12)는 걸이 기구(hanging mechanism, 도시 안 됨)에 의해 부착되어 있어 용기(10)의 내부(14)에서 제거 가능하게 보유되어 있다는 것을 인식해야 한다. 용기(10)는 도시된 바와 같이 용기(10)의 내부(14)와 유체 연통되는 두 포트(18)를 포함한다. 물론, 단일 포트(18) 또는 추가 포트가 본 발명이 이용되는 특정 실시예를 위해 필요하다면 제공될 수 있다.
장치(12)는 도1에서 도시된 바와 같이 두 개의 플러그 부재(20a, 20b)와 캡 부재(22)를 구비하도록 된 정압 밸브이다. 플러그 부재(20a, 20b)는 도시된 바와 같이 별개의 형상으로 되어 있어서 변동하는 온도 및/또는 압력 조건하에서 각각 약간 다르게 작동한다. 물론 단일 플러그(20')는 도2를 참고하여 기재된 바와 같이 실시될 수도 있고, 또는 추가 플러그가 실시될 수도 있다. 플러그 부재(20a, 20b)도 특정 실시예를 위해 동일한 형상으로 될 수 있다. 게다가, 캡 부재(22)는 플러그 부재(20a)와 연결되어 캡 부재(22)가 장치(12)로부터 힘을 받는 경우, 도4에서 도시된 바와 같이 캡 부재(22)는 용기(10)의 내부(14)로 임의로 방출되지 않는다. 이를 위해, 캡 부재(22)를 플러그 부재(20a)와 이격된 상태로 유지하는 연결 부재(21)가 제공될 수 있다.
장치(12)는, 예컨대 버퍼와 같은 제품(26)이 용기(10)의 내부(14)에서 요소와 혼합되기 전에 저장될 수 있는 내부(24)를 가진다. 제조 과정 중 제품(26)이 내장된 장치(12)는 용기 성형 공정 중 용기(10) 내에 삽입된다. 그 후 복막 투석과 같은 과정을 위해 요구되는 모든 필수 성분이 들어 있는 용기(10)의 내부(14)에 용액이 충전된다. 앞서 언급한 바와 같이, 장치(12)는 용기(10)의 내부(14)에 부유하거나 고정될 수 있다.
그러므로 고체 또는 액체 형태로 된 제품(26)은 장치(12) 내부에 밀봉되어 용기(10)의 내부(14) 안쪽에 있는 대부분의 용액과 격리된다. 그 후 용기(10)는 특정 실시예에서 필요한 만큼 오버파우치(overpouch)에 별도로 파우치될 수 있다. 그 후 오버파우치를 구비하거나 또는 구비하지 아니한 용기(10)를 필요한 만큼 오토클레이브시키거나 열소독시킬 수 있다.
소독 과정 중 장치(12)의 동적 움직임이 발생한다. 용기가 폭발하는 것을 방지하기 위해 챔버 내의 온도를 상승시키는 표준 오토클레이브 사이클에서 오토클레이브 챔버 내에 초과압력(overpressure)을 요한다. 초과압력은 장치(12)를 가압함으로써 플러그 부재(20a, 20b)를 캡 부재(22) 쪽으로 민다. 가압하에서는, 용기(10)의 내부(14)에 있는 제품(26)과 용액 사이에서 밀봉이 유지된다.
사이클의 마무리 단계에서, 압력은 챔버가 냉각된 후 떨어진다. 챔버 압력이 감소할 경우, 장치(12)내 압력은 외압보다 훨씬 크다. 그때 장치(12)의 내부(24) 안쪽의 내압은 너무 강해서 캡 부재(22)를 밀어 내고 용기(10)의 내부(14)로 제품(26)을 방출시켜 그 안에 들어 있는 용액과 섞인다. 냉각 온도에서 자동적으로 혼합이 일어나고, 용기(10)의 내부(14)에 있는 용액을 장치(12)의 내부(24)에 있는 제품(26)과 혼합시킬 수 없는 열 소독 또는 오토클레이브 사이클 중 제품(26)과 용액 사이의 상호 작용은 방지된다.
상기 공정은 도13의 그래프를 참고하여 명확히 기술된다. 그래프에서 도시된 바와 같이, 플러그 부재와 캡 부재는 오토클레이브 사이클 중 시스템에서의 압력 조건의 변화에 따라 반응한다. 게다가, 플러그 부재(20b)는 장치의 벽과의 마찰력이 제품(26)이 들어 있는 캡 부재(22)로부터의 마찰력과 그 캡 부재와 맨 끝부분에 있는 플러그 부재(20a) 사이에 있는 추가 플러그 부재로부터의 마찰력을 초과하도록 되어 있다. 또한, 플러그 부재와 캡 부재 모두 일방향 플러그로 되어 있어서 플러그 부재와 캡 부재는 단일 방향으로만 이동한다.
도13의 그래프를 다시 검토해보면, 캡 부재(22)가 장치(12)로부터 제거되도록 하기 위해 두 개의 별도의 작동을 요한다. 즉, 오토클레이브 사이클 중 외압이 클 경우, 플러그 부재(20)는 장치(12) 내로 당겨진다. 냉각 중 내압은 캡 부재(22)를 크게 압박하여 갑자기 튀어 나오게 함으로써 장치(22) 내에 내장된 요소(26)를 방출시킨다. 그럼으로써 요소(26)는 용기(10)의 내부(14)로 방출된다. 이미 언급한 바와 같이, 플러그 부재(20)와 캡 부재(22)는 연결되어 있어서 용기(10)의 내부(14)에 있는 장치(12)에서 벗어나지는 않는다.
바람직한 실시예에서, 플러그 및 캡 부재(20a, 20b 및 22, 20b)는 실리콘 탄성체로 만들어 진다. 추가 플러그 부재(20a)를 장치(12)의 중간 부분에 사용하면, 플러그 부재(20a, 20b) 모두 한 개의 플러그 부재가 장치(12) 내로 이동하는 방식과 동일한 방식으로 캡 부재(22) 쪽으로 이동한다. 추가 플러그 부재(20a)로 더 양호한 밀봉을 이룰 수 있고, 캡 부재(22)에 대한 물리적인 압박을 발생시킬 수 있다.
이제 도2를 참고하면, 단일 플러그 부재(20')는 제품(26')이 밀봉된 내부(24')를 에워싼 캡 부재(22')와 함께 장치(12') 내에 도시되어 있다. 장치는 밀봉의 일체성을 유지하도록 여분의 플러그 부재를 제공하지 않는다는 점을 제외하고는 두 개의 플러그 부재 디자인과 유사한 방식으로 작동한다. 바람직한 실시예에서, 플러그 부재는 폴리염화비닐(PVC) 재료로 제작될 수 있다. 물론, 당해 기술 분야의 숙련된 자는 다른 재료를 활용할 수 있다.
도3 및 도4는 도1을 참고하여 기술된 바와 같이, 한 쌍의 플러그 부재(20a, 20b)를 장치(12)의 내부(24) 안쪽에 병합한 장치(12)를 도시하고 있다. 또, 단일 캡(22)은 용기의 내부를 에워싸며, 장치(12)의 내부(24) 안쪽에 제품(26)을 유지하고 있는 장치(12)의 단부(25) 사이에서 밀봉이 유지되도록 제작되어 있다. 장치의 냉각 중 장치(12)의 안쪽 압력은 더욱 강해져서 장치(12)의 단부(25)로부터 캡 부재(22)가 제거되도록 압박하여 제품(26)이 장치(12)로부터 이탈될 수 있게 한다. 이미 기술한 바와 같이, 플러그 부재(20)도 캡 부재(22)의 대향 단부로부터 밀봉의 일체성을 유지하고 있는 장치(12)의 내부(24) 안쪽으로 나아간다.
도2 내지 도4에 도시되어 있고 도5 내지 도10을 참고하여 도시된 정압 밸브는, 예컨대 초과압력 조건에서 오토클레이브 소독 사이클과 같은 압력차 사이클을 거치는 공정을 위해 설계되어 있다. 밸브 또는 플러그 부재(20) 또는 캡 부재(22)를 개방하기 위한 활성화 부재는 압력차에 의한 공기의 부피 팽창이다. 캡 부재(22)를 포함하여 이미 기술한 바와 같이, 장치(12)는 외부 고압하에서는 장치(12) 내로 이동할 수 없지만 내부 고압하에서는 개방될 수 있게 되어 있다. 가동부 또는 플러그 부재(20, 20a 및/또는 20b)는 플러그 부재만이 외부 고압하에서 장치(12) 내로 이동하지만, 내부 고압이 작용하는 동안에는 캡 부재만큼 쉽게 빠져 나가지는 않는다. 게다가, 이미 기술한 바와 같이 플러그 부재(20)와 캡 부재(22)는 캡 부재로부터 가장 멀리 떨어져 있는 플러그 부재에서의 마찰력이 다른 플러그 부재의 마찰력과, 설령 있다고 해도 캡 부재(22)의 마찰력을 초과하도록 되어 있다.
나아가 마찰력이 압축 및 팽창 공정 모두를 지배, 즉 개방 공정 중 캡 부재(22)에 대해서는 작은 마찰력(적어도 캡 부재(22)에 미치는 팽창력보다는 작다)이 작용하고, 플러그 부재(20, 20a 및/또는 20b)에 대해서는 큰 마찰력이 작용하므로 장치(12)의 벽과 플러그 부재(20, 20a 및/또는 20b) 및 캡 부재(22) 사이의 마찰력은 중요하다. 압축 공정 중 캡 부재(22)는 큰 마찰력을 요하고 플러그 부재(20, 20a 및/또는 20b)는 작은 마찰력을 요한다. 마찰력은 재료의 적절한 선정과 플러그 부재(20, 20a 및/또는 20b)와 캡 부재(22)의 특정 설계에 의해 조절될 수 있다. 면사이의 마찰력도 장치(12)의 벽과 플러그 부재(20, 20a 및/또는 20b) 및 캡 부재(22) 사이의 밀봉 정도에 일조한다.
도5 내지 도9에서 도시된 바와 같이 단일 플러그 디자인 내지는 이중 플러그 디자인을 위한 플러그 부재(20)의 다양한 형상이 도시되어 있다. 플러그 부재(20)의 형상은 정압 밸브의 개방이 용이하도록 되어 있다. 장치(12)에 들어 있는 제품(26), 예컨대 약물의 경우, 물에서의 약물의 용해율은 물과 약물 사이의 접촉을 지시하는 습식도(wetability)와 장치의 형상에 의해 조절된다. 장치(12)의 표면 친수성의 개선은 물과 약물 사이의 접촉 면적을 증가시킴으로써 장치에 들어 있는 약물을 물에 용해시키는데 도움이 된다. 장치(12) 표면의 플라즈마 처리, 장치(12) 내부 표면의 무기산 처리, 표면 습식도를 개선하기 위해 수용성 중합체를 셸 재료로 혼합시키는 방법 및 장치의 내부 표면상으로 친수층을 밀어내는 방법과 같은 몇가지 표면 수정 처리 방법이 이러한 목적을 위해 채용된다. 이러한 표면 처리는 표면 친수성을 개선시킨다.
도5 내지 도9에 도시된 바와 같이, 플러그 부재(20)의 다양한 설계는 "X"로 표시된 화살표가 아닌 그와 반대 방향의 화살표 방향으로 장치(12) 내에 있는 플러그 부재(20)를 이동시킨다. 도9에서 도시된 바와 같이, 장치(12)의 내부 벽은 램프(13)를 구비하여 성형될 수 있다. 램프(13)는 일체적으로 성형될 수 있고 멈춤 부재, 즉 외부 압력 방출 동안 장치(12)에 있는 플러그 부재(20)의 복귀를 차단시키는 부재로 설계된다. 물론 장치(12)의 다른 실시예도 램프를 활용할 수 있다. 그러나 램프(13)는 단순히 장치(12)의 벽에 형성된 만입부 또는 변형부에 의해 대체될 수 있다.
도10은 캡 부재(22) 및 플러그 부재(20)에 대한 장치(12) 내의 압력 및 온도 양자의 효과를 도시하고 있다. 압력 조건의 변화로 플러그 부재(20)와 이에 연속해서 이루어지는 캡 부재(22)의 이동 과정은 도1 내지 도4를 참고하여 이미 기술되었다. 도10에서 장치(12)의 벽의 구조도 압력 및 온도 조건이 변화하는 동안 함몰되도록 되어 있다. 그 결과, 도10에 도시된 바와 같이 설계된 플러그 부재(20)와 함께 장치(12)의 벽은 함몰되어 플러그 부재(20)를 장치(12)에 고정시킴으로써 더 이상의 이동을 제한한다.
이제 도11 및 도12를 참고하면, 도1 내지 도10에서 도시된 실시예들의 변형예가 도시되어 있다. 도11 및 도12에서는 열밸브(100)가 도시되어 있다. 열밸브(100)는 가열 및 냉각 사이클 중 중합체 재료간의 열팽창 및 수축, 그리고 수환경(aqueous environment)에서의 중합체의 상이한 팽창 능력에 의해 지배받는 원리하에서 작동한다. 두 중합체 사이의 열팽창 또는 수팽창(water swelling)에서의 차이는 열밸브 장치(100)의 부재를 위한 적절한 재료의 선정으로부터 가열 및 냉각 사이클 중 상당한 간극을 발생시킬 수 있다. 적절한 재료는 예컨대, 중력과 같은 작은 구동력하에서 열밸브(10)를 분리 또는 개방시킬 수 있다.
도11 및 도12는 열팽창/수축을 하는 상이한 종류의 중합체 재료로 된 열밸브(100)의 실시예를 도시하고 있다. 중합체 구조 및 조직의 변화와 함께 다양한 전이 거동은 가열 및 냉각 사이클 중 부피 차이를 발생시키는데 사용됨으로써 다양한 재료 사이에 간극을 형성한다. 도시된 바와 같이, 두 개의 별개의 재료는 코어(102)와 셸(104)을 형성한다.
제1 실시예에서, 도11에 도시된 바와 같이, 셸 재료의 횡축 변형은 낮은 열팽창 중합체와 최대 사용 온도(UUT)에서의 변형에 대항하는 낮은 기계적 강도 뿐 아니라 낮은 수팽창 능력을 가진 중합체로 된 셸 재료의 선택에 기인한다. 고온 팽창 중합체, 고탄성률, 열경화성수지, 높은 수팽창 능력, 용해 온도(Tm) 또는 UTT보다 낮은 유리 전달 온도(glass transmit temperature, Tq) 및 UTT에서 셸(104) 중합체보다 더 큰 기계적 강도를 구비한 코어 중합체가 선정된다.
도12에 도시된 또다른 실시예에서, 코어 재료는 종축 변형을 받게 된다. 중합체는 낮은 열 팽창 중합체의 셸(104)용으로 선정된다. 즉, Tq또는 Tm은 UUT보다 크고 UUT에서 충분한 기계적 강도를 가진다. 코어 재료의 중합체는 UUT보다 낮은 Tq또는 Tm을 가진 고온 팽창 중합체이다. 그 결과, 도12에 도시된 바와 같이 간극은 코어 부재의 모서리부와 셸 부재(104)의 내부 반경 사이에서 형성된다.
적절한 중합체 선정의 결과로, 셸(104)과 코어(102) 사이에 간극이 형성된다. 간극의 종류와 크기는 특정 중합체의 열팽창 및 수축 거동에 기초한 계산에 의해 이론적으로 예측될 수 있다.
<실시예 1>
셸 재료(중합체 S)는 폴리프로필렌(PP, Tm>150℃)으로 추정되고, 코어 재료(중합체 C)는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE, Tm<120℃)이다. UUT는 정규의 오토클레이브 온도에 따라 120℃로 추정된다. 그러므로 (Tm)LLDPE< UUT <TmPP 조건은 만족될 수 있다. 25℃ 내지 120℃ 온도 범위 내에서의 PP와 LLDPE에 대한 온도 팽창 계수는 이 온도 범위가 Tq범위보다 훨씬 크므로(약 10-4) 유사하다. 열팽창에 따른 부피 차이는 그 환경에서 무시될 수 있다고 합리적으로 추정될 수 있다. 즉, 열간극을 발생시키기 위해 필요한 부피 차이는 LLDPE의 결정화/용해 전이에만 의존한다. 25℃에서부터 120℃까지의 가열과 함께 LLDPE는 용해 전이가 일어나지만 PP는 일어나지 않는다. 그래서 LLDEP는 결정 상태(crystalline phase)에서 액체 상태로 변화함으로써 현저하게 부피가 팽창한다. 120℃에서부터 25℃까지의 냉각과 함께 LLDPE는 결정화 전이가 일어나지만 PP는 그러하지 아니하다. 그래서 LLDPE는 액체 상태에서 결정 상태로 변화함으로써 현저하게 부피가 수축된다. 그리고 간극은 가열/냉각 사이클 중 PP의 상대적으로 일정한 부피, 즉 열간극을 발생시키는 LLDPE의 종축 변형에 기인하여 가열/냉각 사이클 중 LLDPE의 부피 변화에 의해 형성된다.
다음 계산은 간극 크기의 양적 추산이다. 열밸브 장치의 개략적 표시는 도15에 도시된 바와 같이 계산에 사용되며, 여기서 L은 장치의 종방향 두께로서 셸과 코어에 대해 동일하고 3.0mm가 그 두께로서 사용되며, r은 밸브의 직경으로서 73mm가 사용되고 x는 간극 거리이다. 결정 상태의 밀도(PE)와 액체 상태의 밀도(PE)는 각각 1.0과 0.855이다. LLDPE의 결정화율(Xc)은 40 wt.%로 하는 것이 합리적이다. 코어 재료(LLDPE)의 무게는 0.11그램으로 추정된다. 그러므로 PE의 액체 상태의 부피(Va)와 결정 상태의 부피(Vc)는,
Va = 0.11/0.855 = 0.1287 cm3와,
Vc = 0.11/1.0 = 0.1100 cm3로 계산된다.
그 때, Va와 Vc 사이의 부피차는
V = Va - Vc = 0.0187 cm3이다.
Xc = 40 wt.%에 대해서는 반 결정 상태 LLDPE의 부피는
Vc+a = XcVc + (1 - Xc) Va = 0.1212 cm3로 계산된다.
그래서 Va+c 와 Va 사이의 부피차는
Vr = Va - Va+c + 0.007507 cm3= 7.753 mm3로 계산되며, 여기서 부피는 열간극을 형성하는 데 사용되는 총부피이다.
그러면 다음 등식이 얻어진다.
Vr = r2L - (r - X)2L
여기서 Vr = 7.753 mm3, t = 7.40 mm, L = 4.00 mm이다. 그 다음, 가열/냉각 사이클에 의해 발생된 간극 거리 x는 추정된 조건하에서 0.055 mm로 계산될 수 있다. 이러한 간극은 열밸브 개방 중력만큼 충분히 큰 것으로 여겨진다.
열밸브와 함께 사용하기 위해 선정된 재료는 두 개의 상이한 종류로 분류될 수 있다.
(1) 코어 재료의 종축 변형을 발생시킬 수 있는 재료 배합, 즉 셸 재료의 중합체는 다음 중의 어느 것도 될 수 있다.
중합체 S: PP, PS SAN, PMMA, 나일론 폴리이미드, PC, 폴리술폰, PCCE, PVF2, 타프론(Taflon), 고온의 T 폴리에스테르, 그들의 혼합물 및 UUT보다 높은 온도의 Tq또는 Tm의 중합체(오토클레이브 사이클 동안 UUT는 120℃이다)
코어 재료의 중합체는 다음의 어느 것도 될 수 있다.
중합체 C: 교차 결합된 PE, 저온의 Tm폴리에스테르, 폴리에테르, 이소노머(isonomers), 고무, 그들의 혼합물 및 UUT보다 낮은 온도의 Tq또는 Tm의 중합체(또는 오토클레이브 사이클 UUT는 120℃이다)
재료 배합은 셸 재료의 전달 변형을 형성하며 그 셸 재료의 중합체는 다음의 어느 것도 될 수 있다.
중합체 S: PE/PP 혼합물, 교차 연결된 PE, PS, 그들의 혼합물 및 저 수팽창 능력, UTT에서 저온 팽창, 고내구성, 변형에 대항한 낮은 기계적 강도를 갖는 중합체
그리고 코어 재료의 중합체는 다음의 어느 것도 될 수 있다.
중합체 C: 교차 연결된 고무, PU, 다른 합성 탄성체, 하이드로겔, EVOH, 그들의 혼합물 및 UUT에서 고온 팽창, 고탄성률, 고 수팽창 능력를 갖는 중합체
도14a 내지 도14i를 참고하면, 정압 열밸브의 다양한 실시예가 도시되어 있다. 도14a, 도14c, 도14d, 도14f, 도14i는 열밸브 이론이 적용될 수 있는 다양한 코어(C)와 셸(S) 실시예를 도시하고 있다. 코어와 셸에 대한 적절한 재료가 선정되어 온도 변화에 반응함으로써 셸과 코어 사이의 분리 및/또는 변형을 유발한다. 그 결과 셸과 코어를 구비한 열밸브를 사용하는 장치 내에 밀봉된 요소는 다른 영역 내로 방출될 수 있다.
도14b, 도14g 및 도14h에 있어서, 정압 밸브의 원리를 수행하는 장치의 다양한 변형예(100', 100'' 및 100''')가 각각 도시되어 있다. 도14e은 플러그 부재(120')의 변형된 디자인을 도시하고 있다. 도14g는 본 발명의 장치(100'')가 용기(110)의 내부(105)와 유체 연통하는 복수의 포트 중 하나의 포트(102'')를 대체한 실시예를 도시하고 있다.
본 발명은 약물 용액의 혼합에 관하여 기술하였지만 식품 및 음료 산업에도 적용될 수 있다. 종종 인스턴트 식품과 음료는 먹거나 마시기 전에 가열 과정을 요하고 맛이 떨어지는 것을 피하기 위해 몇몇 식품 성분 또는 음료 첨가물은 함께 가열될 수 없다. 불편하고 시간이 소비되는 분리 혼합대신에, 분리시킨 제품을 장치와 용기 내에 열밸브 또는 정압 밸브를 구비한 본 발명의 장치(12)에 배치시킬 수 있고, 소비자는 가열 후 곧바로 먹을 수 있는 음식 또는 음료를 얻는다.
여기에 기술된 바람직한 실시예의 다양한 변경 및 수정은 당업계에서 숙련된 자라면 명백한 사실이라는 점을 알아야 한다. 그러한 변경 및 수정은 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어나거나 본 발명에 수반된 장점을 감소시키지 않고도 이루어질 수 있다. 그러므로 청구항은 그러한 변경 및 수정을 충족하도록 되어 있다.

Claims (23)

  1. 내부를 한정하는 벽을 가진 용기와,
    용기의 내부에 있는 제품과,
    용기의 내부에 배치되어 내부를 한정하는 벽을 가지며, 용기의 내부 안쪽에 독립적으로 서있는 장치와,
    장치의 내부에서 상기 제품과의 혼합을 이룰 요소와,
    장치의 내부를 에워싸며 용기 내의 제품과 혼합할 상기 요소를 보유하는 제1 플러그 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 방출을 조절하기 위한 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 제1 플러그 부재는 온도 변화에 기인하여 그 형상이 변경되는 재료로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 제1 플러그 부재는 압력 변화에 기인하여 장치 내의 플러그 부재의 위치가 변경되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 제1 플러그 부재와 원격되어 있는 장치의 단부를 에워싸는 캡 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 캡 부재와 제1 플러그 부재의 중간에 위치한 제2 플러그 부재를 더 포함하고, 상기 제2 플러그 부재는 장치의 내부에 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 제2 플러그 부재는 압력 변화에 따라 장치 내에서 그 위치가 변경되는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 요소는 투석 과정에 사용되는 버퍼인 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 제품은 포도당을 포함한 용액인 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제품을 보유할 수 있는 내부를 가진 용기를 제공하는 단계와,
    에이전트를 제공하는 단계와,
    장치에 에이전트를 충전하는 단계와,
    장치 내의 에이전트를 밀봉하는 단계와,
    용기의 내부에 독립적으로 서있는 장치를 제공하는 단계와,
    용기에 적용된 조건을 변경시키는 단계와,
    변경된 조건에 따라 에이전트를 장치로부터 방출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방출을 제어하기 위한 방법.
  10. 제9항에 있어서, 장치의 일단부를 밀봉하고 에워쌀 수 있는 크기로 되어 있고 온도 변화에 반응하는 플러그 부재를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제9항에 있어서, 장치의 일단부를 밀봉하고 에워쌀 수 있는 크기로 되어 있고 압력 변화에 반응하는 플러그 부재를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제9항에 있어서, 에이전트는 투석 과정에서 사용하기 위해 제품과의 혼합을 요하는 버퍼임을 특징으로 하는 방법.
  13. 제9항에 있어서, 제품은 포도당을 가진 용액임을 특징으로 하는 방법.
  14. 제9항에 있어서, 온도는 용기를 소독하기 위해 증가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 시스템 내로 조절 가능한 방출을 위한 에이전트와,
    개방 단부를 거쳐 접근 가능하며 에이전트를 보유하고 있는 내부를 한정하는 벽과,
    적어도 부분적으로 내부로 연장되고 개방 단부를 밀봉하고 에워쌀 수 있는 크기로 되어 있는 캡 부재를 포함하고, 상기 에이전트는 내부에 에워싸여져서 밀봉되고, 상기 캡 부재는 외부 조건의 변화에 반응하여 캡 부재의 변경을 유발함으로써 에이전트를 방출시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제15항에 있어서, 캡 부재와 원격되어 있고, 외부 조건의 변화에 반응하는 플러그 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제16항에 있어서, 캡 부재와 플러그 부재는 압력 변화에 응답하여 반응하는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제15항에 있어서, 캡 부재는 각각 별개의 재료로 만들어진 코어와 셸을 가지며, 각 재료는 온도 조건의 변화에 상이하게 반응하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제15항에 있어서, 에이전트는 투석 과정을 겪는 환자에게 투약하기 전에 용액과의 혼합을 요하는 버퍼임을 특징으로 하는 장치.
  20. 제16항에 있어서, 캡 부재와 플러그 부재는 서로 별개의 형상으로 된 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제15항에 있어서, 외부 조건은 변동하는 압력임을 특징으로 하는 장치.
  22. 제15항에 있어서, 외부 조건은 변동하는 온도임을 특징으로 하는 장치.
  23. 제15항에 있어서, 벽은 내부로 향해 일체적으로 형성된 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
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