KR20100091193A - 소량의 유체를 전달하기 위한 장치 및 이를 사용하는 방법 - Google Patents

소량의 유체를 전달하기 위한 장치 및 이를 사용하는 방법 Download PDF

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KR20100091193A
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데이빗 에프. 던캔
제퍼리 윗젤
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존슨 앤드 존슨 비젼 케어, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 제조 환경에서 소량의 유체를 전달하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 장치는 하우징(18)과, 하우징의 보어(42) 내에 끼워지도록 크기가 정해진 샤프트(22)와, 샤프트(22)의 채널(46) 내에 끼워지도록 크기가 정해진 플런저(24)와, 상기 샤프트의 회전을 위해 샤프트에 연결된 모터(20)를 포함한다.

Description

소량의 유체를 전달하기 위한 장치 및 이를 사용하는 방법{APPARATUS TO DELIVER SMALL AMOUNTS OF FLUIDS AND METHODS OF USING THE SAME}
관련 출원
본 출원은 2007년 10월 26일자로 출원된 미국 가출원 제60/982,864호의 정규 출원이다.
본 발명은 본 명세서에 개시된 유체를 전달하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
많은 의료 디바이스가 용액 내에 있는 상태로 소비자에게 제공된다. 이러한 제품의 특성에 기인하여 대부분의 경우에, 의료 디바이스용 패키지 내에 함유된 용액의 양은 일정하여야만 한다. 콘택트 렌즈, 특히 소프트 콘택트 렌즈는 전형적으로 용액 내에 있는 상태로 소비자에게 전달되는 의료 디바이스의 예이다. 전형적으로 콘택트 렌즈는 블리스터(blister) 패키지로 알려져 있는 1회용 용기에 포장되어, 약 1 mL의 용액과 함께 소비자에게 전달된다. 이 용액은 전형적으로 렌즈를 밀봉 및 살균하기 전에 제조 공정의 마지막 단계에서 블리스터 패키지에 전달된다.
콘택트 렌즈가 먼저 제조되었을 때, 공정은 수동 방식이어서 많은 작업자의 개입을 요구하였다. 제조의 발전은 수동 공정의 수를 감소시키고 생산 속도를 증가시키지만, 속도의 상승은 종종 제조 공정에 문제를 더한다. 현존하는 기계는 패키지에 용액을 전달할 수 있지만, 고속에서는 이러한 기계의 빈번한 고장 및 정확한 부피의 용액의 일관성 없는 전달이 발생한다. 현재의 기계는 각각의 패키지에 대해 개별 펌프의 사용을 필요로 하고 이들 펌프는 약 1 mL의 용액을 정확하게 투여하기 위하여 적어도 2.5초에 걸쳐서 몇 개의 작은 증분으로 액체를 전달하여야 한다. 더욱이, 현존하는 용액 전달 장치의 상승된 속도에서의 사용은 용액의 포말 및 기포를 생성한다. 이러한 조건은 살균 전에 패키지를 밀봉하는 추가 후속 공정의 능력에 영향을 미친다. 따라서, 이들 문제점을 개선한 방법 및 장치가 존재한다면 유용할 것이고 이러한 요구가 다음의 발명에 의해서 충족된다.
<도 1>
도 1은 장치의 사시도.
<도 2>
도 2는 분해된 장치의 사시도.
<도 3>
도 3은 장치의 단면 절결도.
본 발명은 용액 전달 장치로서,
상기 장치에 결합된 유체 저장조;
관통 보어, 입구 하우징 개구 및 출구 하우징 개구를 포함하고, 상기 하우징 개구들은 정렬되어 있는 하우징;
관통 채널을 포함하고, 상기 보어 내에 끼워져서 상기 보어와의 사이에 유체 기밀식 시일을 제공하도록 크기가 정해진 샤프트;
상기 채널의 일 부분 내에 끼워지고 상기 채널의 제1 단부와 상기 채널의 제2 단부 사이에서 활주하고 상기 채널과의 사이에서 유체 기밀식 시일을 제공하도록 크기가 정해진 플런저; 및
상기 샤프트의 회전을 위하여 상기 샤프트에 작동식으로 연결된 모터를 포함하고,
상기 샤프트가 상기 보어 내에서 회전할 때, 상기 하우징 개구 및 상기 채널은 정렬되고 정렬되지 않는 용액 전달 장치를 포함한다.
본 발명의 일 실시예가 도 1 내지 도 3에 도시되어 있다. 도 1은 커플링(12)에 의해 유체 저장조(도시 생략)에 연결되는 용액 전달 장치(10)를 도시한다. 하우징(18)은 상기 하우징의 대향하는 벽들(한 쪽이 도시됨) 상에 위치되고 물체가 하나로부터 다른 하나로 지나가는 것을 허용하도록 서로 정렬되어 있는 하우징 개구(16)를 포함하는 정사각형이다. 모터(20)는 샤프트(22)에 부착된다. 도 2는 장치의 분해도를 도시한다. 샤프트(22), 활주가능한 플런저(24) 및 채널(46)뿐만 아니라 하우징(18), 보어(42), 하우징 개구(16)가 도시되어 있다. 이 도면에서, 하우징(18)은 U형 외부 프레임(26) 내에 위치된다. 프레임(26)의 하나의 벽이 (단지 하나만 도시되어 있는) 프레임 개구(28)들을 포함한다. 프레임(26)은 채널(38) 및 개구(40)(도시 생략)를 포함하는 덮개(36)로 덮여 있다. 채널(38)은 커플링(12)(도시 생략)에 결합된다. O-링(32a, 32b) 및 개스킷(14)과 함께 프레임 단부(30a, 30b)는 유체 기밀식 시일을 제공하는 것을 돕기 위하여 사용된다. 피팅부(44)가 프레임 개구(28)에 결합된다. 도 3은 장치의 절결 단면도를 도시한다. 하우징(18)의 대향하는 벽들은 회색 섹션으로 표시되고 샤프트(22)의 내부는 대각선으로 표시된다. 플런저(24)는 채널(46) 내에서 수평선으로 표시된다. 채널(46) 내에서 플런저(24) 위의 공간은 충전 체적(filling volume)(48)이다.
장치(10)가 패키지를 충전하기 위하여 사용될 때, 유체는 저장조로부터 커플링(12)을 통해 채널(38)로 그리고 하우징 개구(16a), 채널 단부(46a) 및 충전 체적(48)으로 유동하거나 펌핑된다. 그런 후, 샤프트(22)가 시계 방향으로 회전하고 하우징 개구(16a) 및 채널 단부(46a)는 샤프트(22)의 이동에 의해서 폐쇄되어, 충전 체적(48) 내부의 유체를 둘러싼다. 회전이 계속됨에 따라, 채널 단부(46a)는 하우징 개구(16b)와 정렬되고 채널 단부(46b)는 하우징 개구(16a)와 정렬된다. 하우징 개구(16a)는 유체 저장조(도시 생략)로부터의 압력(수두압)에 노출되고, 이러한 압력에 응답하여 플런저(24)는 채널(46)을 통해 활주하여, 충전 체적(48)에 포함된 유체를 하우징 개구(16b)를 통해 배출한다. 동시에, 저장조로부터의 유체가 하우징 개구(16a)를 통해 유동하여 플런저(24)의 이동에 의해서 생성된 충전 체적을 충전한다. 회전이 계속됨에 따라, 장치(10)는 콘택트 렌즈 패키지로의 전달을 위해 일정한 체적의 유체를 하우징 개구(16)를 통해 피팅부(44)로 일정하게 방출한다. 이 실시예는 약 100 μL 내지 약 5 mL의 용액, 더욱 바람직하게는 약 500 μL 내지 약 2 mL의 용액, 더욱 바람직하게는 약 750 μL 내지 약 1 mL의 용액을 전달하는 데 사용될 수 있다.
하우징, 샤프트 및 플런저는 팽창 계수가 낮은 재료로 제조된다. 바람직한 재료는 세라믹, 예를 들어 산화알루미늄(알루미나), 또는 산화알루미늄 및 다른 성분, 예를 들어 산화마그네슘, 산화크롬(III), 산화철의 조합이다. 하나의 구매가능한 재료는 레스코 프로덕트 인크.(Resco Product Inc.)에 의해서 제조되고 상품명 엑셀린(Exceline) FG-95로 판매된다. O-링(32a, 32b)은 실리콘, 합성 고무 또는 플루오로엘라스토머로 제조된다. 모터(20)는 샤프트(22)를 회전시킬 수 있어야 한다. 이는 다음의 비제한적인 예, 즉 회전 공기 실린더, 스텝퍼 모터, 서보모터, 모터/브레이크 조합체 등을 포함하는 회전 인덱싱 모터를 사용함으로써 달성될 수 있다.
유체 저장조에 관하여, 유체는 외부 펌프를 사용하여 저장조를 통해 펌핑될 수 있고, 또는 유체는 중력을 이용하여 유동할 수 있다. 유체를 하우징에 분배하기 위해 중력이 이용되는 것이 바람직하다. 중력이 이용되는 경우, 유체 저장조 및 이의 관련된 연결 부품의 치수는 유체가 하우징으로 이동하는 유량(㎤/sec)을 결정한다. 이 유량은 장치로부터 액체가 분배되는 유량과 같다. 중력 공급식 유체 저장조와 이의 관련된 연결 부품의 치수들 사이의 관계가 다음 식에 의해서 나타나게 된다.
헤드 높이("H"), 즉 하우징으로의 유체의 도입 지점까지의 유체 저장조 내에서의 유체의 높이와, 하우징에 유체를 연결하는 호스의 직경("D")을 알고 있다면, 그 유체의 유량(Q)은 다음에 의해서 계산될 수 있다:
유량 = 유체의 속도(m/s) x 노즐의 단면적(㎡)
유체의 속도("V") = 2 x 중력으로 인한 가속도의 제곱근
Figure pct00001
유사하게, 장치로부터 패키지로의 유량(㎤/s), 유체의 속도(cm/s), 1회분 체적(㎤) 및 투여 시간(s), 및 장치의 출구 포트의 직경(D) 사이의 관계가 다음 식에 의해서 표시된다.
유량 = 유체의 속도(㎝/s) × 노즐의 단면적(㎠).
예를 들어, 0.5초 내에 950 μL (0.950 ㎤)를 투여하기를 원한다면, 유속은 1.9 ㎤/s이다. 출구 노즐의 내부 직경이 2 ㎜인 경우, 그 노즐의 단면적은 0.031415 ㎠이다. 이들 숫자를 이용하여 유체의 속도, 즉 60.5 ㎝/s를 산출할 수 있다.
또한, 본 발명은 제조 환경에서 소량의 유체를 전달하는 방법으로서,
관통 보어, 입구 하우징 개구 및 출구 하우징 개구를 포함하고, 상기 하우징 개구들은 정렬되어 있는 하우징;
관통 채널을 포함하고, 상기 보어 내에 끼워져서 상기 보어와의 사이에 유체 기밀식 시일을 제공하도록 크기가 정해진 샤프트;
상기 채널의 일 부분 내에 끼워지고 상기 채널의 제1 단부와 상기 채널의 제2 단부 사이에서 활주하고 상기 채널과의 사이에서 유체 기밀식 시일을 제공하도록 크기가 정해진 플런저; 및
상기 샤프트의 회전을 위하여 상기 샤프트에 작동식으로 연결된 모터를 포함하는 장치로, 유체 저장조로부터의 유체를 공급하는 단계;
상기 플런저를 상기 채널의 제2 단부를 향해 활주시켜 유체가 상기 유체 저장조로부터 상기 입구 하우징 개구를 통해 상기 채널로 유동하는 것을 허용하도록 상기 샤프트를 회전시키는 단계;
상기 채널 내에 함유된 유체를 둘러싸도록 상기 샤프트를 회전시키는 단계; 및
유체를 상기 채널로부터 상기 채널의 상기 제1 단부 및 상기 출구 하우징 개구를 통해 방출하고 상기 플런저를 상기 채널의 상기 제1 단부를 향해 활주시켜 상기 저장조로부터의 유체가 상기 입구 하우징 개구 및 상기 채널의 상기 제2 단부를 통해 상기 채널로 유동하는 것을 허용하도록 상기 샤프트를 회전시키는 단계를 포함하는 소량의 유체를 전달하는 방법을 포함한다.
패키지로 방출되는 기포 및 포말의 양은 본 발명의 공지된 방법 대신에 이 방법을 사용하여 크게 감소된다. 더욱이, 본 발명의 바람직한 방법이 유체를 공급하는 데에 중력을 이용하기 때문에, 에너지 및 장비 비용 둘 모두가 본 발명의 장치 및 방법을 사용하여 절약된다. 본 발명이 많은 다양한 유형의 패키지에 소량의 유체를 정확하게 전달하기 위하여 사용될 수 있지만, 본 발명의 방법 및 장치는 안과용 렌즈 패키지에 패키징 용액을 전달하는 데 특히 적합하다. 이러한 응용에서, 하우징 개구의 수는 복수의 패키지에 동시에 투여되는 것을 허용하도록 증가된다. 바람직하게는 적어도 3개의 입구 하우징 개구와 적어도 3개의 출구 하우징 개구가 있다. 본 발명에 의해 설명되는 바와 같이, 이러한 장치 내의 채널의 개수도 또한 적어도 3이다.
더욱이, 도면에서 도시된 바와 같이 하나 초과의 하우징이 복수의 투여 부위를 생성하기 위하여 개스킷, O-링 등을 사용하여 함께 결합될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "안과용 렌즈"는 눈 내에 또는 눈 상에 위치되는 디바이스를 나타낸다. 이들 디바이스는 광학적 교정을 제공할 수 있거나, 미용용일 수 있다. 안과용 렌즈는 소프트 콘택트 렌즈, 안구내 렌즈, 오버레이 렌즈(overlay lenses), 접안 삽입체(ocular inserts) 및 광학적 삽입체(optical inserts)를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 특히 바람직한 안과용 렌즈는, 에타필콘 에이(etafilcon A), 젠필콘 에이(genfilcon A), 레네필콘 에이(lenefilcon A), 로트리필콘 에이(lotrifilcon A), 로트리필콘 비(lotrifilcon B), 발리필콘 에이(balifilcon A), 폴리마콘(polymacon), 바필콘(bafilcon), 아코필콘 에이(acofilcon A), 아쿠아필콘 에이(acquafilcon A), 알로필콘 에이(alofilcon A), 알파필콘 에이(alphafilcon A), 아미필콘 에이(amifilcon A), 아스티필콘 에이(astifilcon A), 아탈라필콘(atalafilcon A), 비스필콘 에이(bisfilcon A), 부필콘 에이(bufilcon A), 크로필콘 에이(crofilcon A), 사이클로필콘 에이(cyclofilcon A), 다르필콘 에이(darfilcon A), 델타필콘 에이(deltafilcon A), 델타필콘 비(deltafilcon B), 다이메필콘 에이(dimefilcon A), 드로옥시필콘 에이(drooxifilcon A), 엡시필콘 에이(epsifilcon A), 에스테리필콘 에이(esterifilcon A), 포코필콘 에이(focofilcon A), 갈리필콘 에이(galyfilcon A), 고바필콘 에이(govafilcon A), 헤필콘 에이(hefilcon A), 헤필콘 비(hefilcon B), 헤필콘 디(hefilcon D), 힐라필콘 에이(hilafilcon A), 힐라필콘 비(hilafilcon B), 힉소이필콘 에이(hixoifilcon A), 히옥시필콘 비(hioxifilcon B), 히옥시필콘 씨(hioxifilcon C), 하이드로필콘 에이(hydrofilcon A), 레네필콘 에이(lenefilcon A), 리크리필콘 에이(licryfilcon A), 리크리필콘 비(licryfilcon B), 리도필콘 비(lidofilcon B), 리도필콘 에이(lidofilcon A), 마필콘 에이(mafilcon A), 메시필콘 에이(mesifilcon A), 메타필콘 비(methafilcon B), 미파필콘 에이(mipafilcon A), 넬필콘 에이(nelfilcon A), 네트라필콘 에이(netrafilcon A), 오큐필콘 에이(ocufilcon A), 오큐필콘 비(ocufilcon B), 오큐필콘 씨(ocufilcon C), 오큐필콘 디(ocufilcon D), 오큐필콘 이(ocufilcon E), 오필콘 에이(ofilcon A), 오마필콘 에이(omafilcon A), 옥시필콘 에이(oxyfilcon A), 펜타필콘 에이(pentafilcon A), 퍼필콘 에이(perfilcon A), 페바필콘 에이(pevafilcon A), 펨필콘 에이(phemfilcon A), 세노필콘 에이(senofilcon A), 실라필콘 에이(silafilcon A), 실옥시필콘 에이(siloxyfilcon A), 테필콘 에이(tefilcon A), 테트라필콘 에이(tetrafilcon A), 트라이필콘 에이(trifilcon A), 또는 자일로필콘 에이(xylofilcon A)의 미국 정부 승인 명칭에 의해서 알려져 있다. 본 발명의 더욱 특히 바람직한 안과용 렌즈는 젠필콘 에이, 레네필콘 에이, 로트리필콘 에이, 로트리필콘 비, 또는 발리필콘 에이이다. 가장 바람직한 렌즈는 에타필콘 에이, 넬필콘 에이, 힐라필콘 및 폴리마콘을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
많은 안과용 렌즈는 사용자에게 렌즈를 분배하기 전에 밀봉 및 살균된 개별 블리스터 패키지 내에 포장된다. 블리스터 패키지 및 살균 기술의 예는 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된 다음의 참고 문헌, 즉 미국 특허 D435,966S호, 제4,691,820호; 제5,467,868호; 제5,704,468호; 제5,823,327호; 제6,050,398호, 제5,696,686호; 제6,018,931호; 제5,577,367호; 및 제5,488,815호에 개시되어 있다.
이러한 처리 방법에서 사용되는 "패키징 용액"은 수계(water-based) 용액일 수 있다. 전형적인 용액은, 제한 없이, 식염수, 다른 완충 용액 및 탈이온수를 포함한다. 바람직한 수용액은, 제한 없이, 염화나트륨, 붕산나트륨, 인산나트륨, 인산수소나트륨, 인산이수소나트륨 또는 이의 대응하는 칼륨염을 포함하는 염을 함유하는 탈이온수 또는 식염수이다. 이들 성분은 산 및 이의 짝 염기를 포함하는 완충액을 형성하도록 일반적으로 조합되어, 산 및 염기의 첨가가 비교적 작은 pH 변화만을 일으키도록 한다. 완충 용액은 부가적으로 2-(N-모르폴리노)에탄설폰산 (MES), 수산화나트륨, 2,2-비스(하이드록시메틸)-2,2',2"-니크릴로트라이에탄올, n-트리스(하이드록시메틸)메틸-2-아미노에탄설폰산, 시트르산, 시트르산나트륨, 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 아세트산, 아세트산나트륨, 에틸렌다이아민 테트라아세트산 등 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 패키징 용액은 붕산 완충 또는 인산 완충 식염수 또는 탈이온수이다.
본 발명의 전술한 설명은 본 발명을 제한하는 것을 의미하지 않으며 단순히 이의 사용을 예시한다. 본 발명의 범주 내에 드는 것으로 생각되는 다른 변형이 전술한 기재에 비추어 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (10)

  1. 용액 전달 장치로서,
    상기 장치에 결합된 유체 저장조;
    관통 보어, 입구 하우징 개구 및 출구 하우징 개구를 포함하고, 상기 하우징 개구들은 정렬되어 있는 하우징;
    관통 채널을 포함하고, 상기 보어 내에 끼워져서 상기 보어와의 사이에 유체 기밀식 시일을 제공하도록 크기가 정해진 샤프트;
    상기 채널의 일 부분 내에 끼워지고 상기 채널의 제1 단부와 상기 채널의 제2 단부 사이에서 활주하고 상기 채널과의 사이에서 유체 기밀식 시일을 제공하도록 크기가 정해진 플런저; 및
    상기 샤프트의 회전을 위하여 상기 샤프트에 작동식으로 연결된 모터를 포함하고,
    상기 샤프트가 상기 보어 내에서 회전할 때, 상기 하우징 개구 및 상기 채널은 정렬 및 미정렬되는 용액 전달 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플런저 및 채널은 플런저가 삽입된 채널에 약 100 ㎕ 내지 약 5 ㎖의 용액이 첨가될 수 있도록 크기가 정해진 용액 전달 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 플런저 및 채널은 플런저가 삽입된 채널에 약 500 ㎕ 내지 약 2 ㎖의 용액이 첨가될 수 있도록 크기가 정해진 용액 전달 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 플런저 및 채널은 플런저가 삽입된 채널에 약 700 ㎕ 내지 약 1 ㎖의 용액이 첨가될 수 있도록 크기가 정해진 용액 전달 장치.
  5. 제1항에 있어서, 적어도 3개의 입구 하우징 개구 및 적어도 3개의 출구 하우징 개구를 포함하는 용액 전달 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    각각이 관통 보어, 적어도 3개의 입구 하우징 개구 및 3개의 출구 하우징 개구를 포함하고 상기 하우징 개구들은 정렬되어 있는 2개의 하우징;
    각각이 3개의 관통 채널을 포함하고 상기 보어 내에 끼워져서 상기 보어와의 사이에 유체 기밀식 시일을 제공하도록 크기가 정해진 2개의 샤프트; 및
    각각이 상기 채널의 일 부분 내에 끼워져서 상기 채널의 제1 단부와 상기 채널의 제2 단부 사이에서 활주하고 상기 채널과의 사이에서 유체 기밀식 시일을 제공하도록 크기가 정해진 6개의 플런저를 포함하는 용액 전달 장치.
  7. 제조 환경에서 소량의 유체를 전달하는 방법으로서,
    관통 보어, 입구 하우징 개구 및 출구 하우징 개구를 포함하고 상기 하우징 개구들이 정렬되어 있는 하우징과, 관통 채널을 포함하고, 상기 보어 내에 끼워져서 상기 보어와의 사이에 유체 기밀식 시일을 제공하도록 크기가 정해진 샤프트와, 상기 채널의 일 부분 내에 끼워지고 상기 채널의 제1 단부와 상기 채널의 제2 단부 사이에서 활주하고 상기 채널과의 사이에서 유체 기밀식 시일을 제공하도록 크기가 정해진 플런저 및, 상기 샤프트의 회전을 위하여 상기 샤프트에 작동식으로 연결된 모터를 포함하는 장치로, 유체 저장조로부터의 유체를 공급하는 단계;상기 플런저를 상기 채널의 제2 단부를 향해 활주시켜 유체가 상기 유체 저장조로부터 상기 입구 하우징 개구를 통해 상기 채널로 유동하는 것을 허용하도록 상기 샤프트를 회전시키는 단계;
    상기 채널 내에 함유된 유체를 둘러싸도록 상기 샤프트를 회전시키는 단계; 및
    유체를 상기 채널로부터 상기 채널의 상기 제1 단부 및 상기 출구 하우징 개구를 통해 방출하고 상기 플런저를 상기 채널의 상기 제1 단부를 향해 활주시켜 상기 저장조로부터의 유체가 상기 입구 하우징 개구 및 상기 채널의 상기 제2 단부를 통해 상기 채널로 유동하는 것을 허용하도록 상기 샤프트를 회전시키는 단계를 포함하는 소량의 유체를 전달하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 소량의 유체는 약 100 ㎕ 내지 약 5 ㎖인 소량의 유체를 전달하는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 소량의 유체는 약 500 ㎕ 내지 약 2 ㎖인 소량의 유체를 전달하는 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 소량의 유체는 약 700 ㎕ 내지 약 1 ㎖인 소량의 유체를 전달하는 방법.
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