KR20140127246A - 주입 조립체를 위한 개선된 팽창식 탄성 중합체 펌프 - Google Patents

주입 조립체를 위한 개선된 팽창식 탄성 중합체 펌프 Download PDF

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코켑 테페라
꽝 응옥 부
디팩 간디
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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

주입 조립체를 위한 개선된 탄성 중합체 펌프가 개시된다. 펌프는, 제1 단부, 대향하는 제2 단부, 길이, 제1 반경(Rmandrel)에 대응하는 외경, 길이를 통해 연장되는 중앙 보어, 외경으로부터 보어로 연장되어 유체 통로를 제공하는 제1 포트, 충전 포트 및 보어와 유체 연통하는 출구 포트를 갖는 대체로 원통형인 맨드릴 본체를 구비한다. 펌프는 맨드릴 둘레로 동심으로 배치된 팽창식 탄성 중합체 튜브를 포함하고, 튜브는 맨드릴의 각각의 단부 근처에서 맨드릴에 밀봉 고정되고 맨드릴의 외경(Rmandrel)과 대략 일치하도록 제2 반경(r)에 대응하는 원(original) 내경과, 맨드릴의 길이보다 작은 길이(L)와, (0.4225 x r) < t≤ (0.660 x r)인 벽 두께(t)를 갖는다.

Description

주입 조립체를 위한 개선된 팽창식 탄성 중합체 펌프{IMPROVED INFLATABLE ELASTOMERIC PUMP FOR AN INFUSION ASSEMBLY}
본 출원은 2012년 4월 25일 출원된 미국 가출원 제61/637,963호, 2012년 3월 28일 출원된 미국 가출원 제61/616,589호 및 2012년 2월 10일 출원된 미국 가출원 제61/597,502호로부터의 우선권의 이익을 주장한다.
[기술분야]
본 출원은 액체 투여 장치에 관한 것으로, 특히, 환자에게 제어된 속도로 정맥으로 들어가는 약품을 전달하기 위한 개선된 주입 장치 또는 조립체에 관한 것이다.
장기간 동안 제어된 속도로 약학적으로 활성인 액체를 환자에게 정맥을 통해 공급하는 것이 종종 필요하다. 이것은 환자가 보행 상태에 있는 동안 달성되는 것이 바람직하다. 이 목적을 달성하기 위하여 몇몇 장치가 과거에 개발되어 왔다.
종래 기술에 따른 장치는 일반적으로 액체 컨테이너를 형성하는 팽창식 탄성 중합체 낭체(bladder)을 구비하며, 액체를 환자에게 공급하기 위한 흐름 제어 밸브 또는 장치 및 배관을 가진다. 낭체의 벽은 액체로 채워질 때 팽창하도록 강제되며, 액체를 배출하기 위한 압력을 제공한다. 이러한 종래 기술에 따른 장치는 통상적으로 종종 과도한 양의 힘을 필요로 하는 주사기를 이용하여 수동으로 채워진다.
종래 기술에 따른 장치의 다른 단점은 종래의 팽창식 탄성 중합체 낭체가 그 내부에 있는 액체의 부피에 따라 폭넓게 변할 수 있는 압력 및 유속을 제공한다는 것이다. 따라서, 이는 주입 기간 동안 적정하게 안정적인 압력 및 유속을 가지지 않는다. 또한, 이러한 종래의 낭체는 종종 주입 기간의 종료까지 실질적으로 모든 액체를 배출하는데 어려움을 가진다. 낭체 내에 잔류하는 액체를 가지는 것은 바람직하지 않다.
다양한 재료가 종래의 팽창식 탄성 중합체 낭체를 구성하는데 사용된다. 예를 들어, 천연 고무가 흔히 사용된다. 일부 구성은 여러 재료층을 필요로 한다. 주입 목적을 위하여 가압된 액체 저장소로서 기능하는 튜브 형태로의 실리콘의 사용은, 예를 들어, 균일한 유속을 전달하기 위하여 하류 제한기(downstream restrictor)를 갖는 맨드릴(mandrel) 지지부에 장착된 튜브 모양의 낭체를 이용하는 주입 장치를 개시하는 미국 등록 특허 제4,909,790호에 설명된다. 다른 예는, 주입 시스템을 위하여 실리콘 튜브로 이루어진 가압된 유체 저장소를 설명하는 미국 등록 특허 제7,704,230호에서 찾아볼 수 있다. 이러한 참고 문헌들은 실리콘, 구조적인 치수, 충전 압력, 동작 압력(operation pressure) 및 완충 부피(fill volume)의 다양한 가능 조합을 시사한다. 그러나, 미국 등록 특허 제7,704,230호에 개시된 실리콘 튜브에 의해 제공된 성능은, 적어도, 주입 기간 동안의 유속 및 압력에서의 가변성과 주입 기간의 종료까지 실질적으로 모든 액체를 배출하는데 있어서의 어려움 때문에 사용에 맞지 않은 것으로 밝혀졌다.
전술한 문제점들은 주입 조립체를 위한 개선된 탄성 중합체 펌프를 포함하는 본 발명에 의해 해결된다. 펌프는,
(a) 제1 단부 및 대향하는 제2 단부, 길이, 제1 반경(Rmandrel)에 대응하는 대체로 균일한 외경, 길이를 통해 연장되는 중앙 보어, 제1 단부 및 제2 단부 사이에 위치 설정되고 외경으로부터 보어로 연장되어 유체 통로를 제공하는 제1 포트, 제1 단부 주위에서 보어와 유체 연통하는 충전 포트 및 제2 단부 주위에서 보어와 유체 연통하는 출구 포트를 포함하는 대체로 원통형의 본체를 구비하는 맨드릴; 및
(b) 맨드릴 둘레로 동심으로 배치된 팽창식 탄성 중합체 튜브
를 포함하고,
튜브는 맨드릴의 제1 단부와 제2 단부 사이에 위치 설정되어 제1 포트를 덮고, 튜브는 튜브의 각각의 단부 근처에서 맨드릴에 밀봉 고정되고 맨드릴의 외경(Rmandrel)과 대략 일치하도록 제2 반경(r)에 대응하는 원(original) 내경과, 맨드릴의 길이보다 작은 길이(L)와, (0.4225 x r) < t≤ (0.660 x r)인 벽 두께(t)를 갖는다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 팽창식 튜브는 탄성 중합체 재료의 부피(vtube)를 더 포함하고, vtube = πL(2rt + t2)이다.
탄성 중합체 재료는 바람직하게는 탄성 중합체 실리콘이다. 탄성 중합체 실린콘은 바람직하게는 대략 25A 내지 대략 35A(제조사에 의해 초기에 보고되는 바와 같이)의 쇼어 경도(경도계 경도)를 가지며, 팽창식 튜브로의 가공 후에 대략 30A 내지 대략 40A의 쇼어 경도(경도계 경도)를 가진다. 더욱 바람직하게는, 팽창식 튜브로의 가공 후에 대략 35A 내지 대략 40A의 쇼어 경도(경도계 경도)를 가진다. 본 발명에 따라, 맨드릴과 팽창식 튜브 사이의 액체 부피(vliquid)의 유입은 튜브를 팽창시키고 가압하여 실질적으로 자신의 원 내경으로의 튜브의 수축에 따라 제1 포트를 통해 펌프가 실질적으로 상기 액체 부피를 배출한다. 액체 부피(vliquid)는 수학식 (12.50 x vtube) ≤ vliquid ≤ (22.16 x vtube)에 따라 결정되고, 이는 0보다 더 크고 35 psig보다 더 작은 충전 압력에서 충전 포트를 통해 유입된다.
또한, 본 발명은 일반적으로 전술한 바와 같이 주입 조립체를 위한 탄성 중합체 펌프를 포함하고, 펌프는 제1 포트를 통해 실질적으로 모든 액체 부피를 배출한다.
일반적으로 말해서, 본 발명은 거의 모든 액체가 배출될 때까지 상대적으로 균일한 유속으로 50 내지 600 ml의 액체를 주입하는 목적으로 특정 압력 범위를 제공하는 튜브 벽 두께 및 액체 완충 부피의 소정의 상대적인 비의 회복에 관련된다. 본 발명의 일 양태에 따라, 주어진 완충 부피(예를 들어, 50 내지 600 ml)를 수용하기 위한 튜브의 팽창은 주사기 장치로부터의 수동 주입에 의해 용이하게 달성될 수 있다(튜브 상류의 충전 압력은 35 psig 미만이다). 본 발명의 다른 양태에서, 실질적으로 모든 액체를 배출한 후에 튜브 내의 최소 잔류 액체 부피가 있다(즉, 4 ml 미만의 액체가 팽창식 튜브에 남는다). 본 발명의 다른 양태에서, 액체의 완충 부피의 적어도 60%의 운반은 6.0 내지 14.0 psig(팽창된 팽창식 튜브 하류에서 측정)에서 실질적으로 균일한 유속에 있다. 본 발명의 도 다른 양태에서, 팽창식 튜브는 단일 모놀리식(monolithic) 또는 균질 튜브 재료이다. 즉, 팽창식 튜브는 바람직하게는 별개의 층들을 가지지 않으며 단일 사출된 튜브 피스이다. 바람직하게는, 팽창식 튜브는 단일 모놀리식 또는 균질 실리콘 튜브이다.
본 개시 내용의 다른 목적, 이점 및 적용례는 본 개시 내용의 이어지는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 도면 부하가 유사하거나 균등한 구조를 지칭하는 첨부된 도면에 의해 명백하게 될 것이다.
도 1a 및 1b는 팽창식 튜브의 비교예의 크랙 압력(Crack Pressure) 및 충전 압력(Fill Pressure) 시험으로부터의 데이터 및 정보에 대한 그래프를 도시한다.
도 2는 예시적인 개선된 팽창식 탄성 중합체 펌프를 위한 단일 평균 충전 압력을 계산하는데 사용되는 최저 및 최대 충전 압력을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 3은 본 발명의 예시적인 탄성 중합체 펌프를 위한 x축 상에서의 평균 부피에서의 y축 상에서의 평균 동작 압력에 대한 예시적인 감압 곡선(프로파일)을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 4는 충전 부피로부터의 감압을 시간(주입 시간)에 관하여 추적하는 예시적인 탄성 중합체 펌프의 예시적인 팽창된 튜브에 대한 평균 동작 압력 프로파일을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 5는 4개의 상이한 실리콘 튜브 샘플 세트에 대하여 팽창식 튜브 및 맨드릴로부터 하류에서 측정됨에 따른 동작 압력 대 주입 시간을 나타내는 그래프를 도시한다.
도 6은 예시적인 개선된 팽창식 탄성 중합체 펌프에 대한 각각의 가압 및 감압 사이클에 대하여 y축에서 압력을 나타내고 x축에서 부피를 나타내는 그래프를 도시한다.
도 7은 예 A 내지 C 및 예 4에 대하여 표 6으로부터의 추가 정보를 포함하는 도 6의 그래프를 도시한다.
도 8은 대응하는 벽 두께에 관하여 도 7의 완충값으로부터 유래하는 압력 곡선을 나타내는 그래프를 도시한다.
도면에 예가 도시된 하나 이상의 실시예가 상세히 참조될 것이다. 하나의 실시예의 일부로서 예시되거나 설명된 특징이 다른 실시예와 함께 사용되어 또 다른 실시예를 제공할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
주입 조립체를 위한 개선된 팽창식 탄성 중합체 펌프는, 전문이 본 명세서에 참조로서 편입되는, 1994년 2월 8일 Soika 등에 허여된 "Collapsible Compact Infusion Apparatus"에 대한 미국 등록 특허 제5,284,481호에 설명된 바와 같은 일반적인 구성을 가질 수 있다. 이 특허 문헌의 컬럼 1에서 논의된 주입 펌프의 탄성 중합체 펌프 부분의 결점은, 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 개선된 팽창식 탄성 중합체 펌프에 의해 해결된다.
본 발명의 "상류(upstream)" 또는 "하류(downstream)"에서 측정된 압력 상태는 본 발명 내의 상태를 상대적으로 반영할 것이며, 구체적으로는 실리콘 튜브의 팽창 및 수축 상태를 반영할 것이다. 상류 압력은 초기의 팽창되지 않은 상태에서 최대 팽창 상태로 튜브를 팽창시키기 위하여 튜브 내로 주입될 때 액체에 작용하는 압력의 특성을 나타낸다. 최대 팽창 상태는 완충 부피(Fill Volume)을 제공한다. 튜브에 들어가기 전에 액체가 단방향 밸브 커넥터를 통해 주사기형 장치로부터 주입되기 때문에, 단방향 밸브 상류의 압력이 주입이 발생하는 동안 동적으로 측정된다; 따라서, 이러한 상류 압력은 튜브 내의 압력보다 더 크다. (주사기형 장치 및 특히 밸브 커넥터는, 상류 흐름 제한기로서 작용하고, 통상적으로, 밸브 커넥터 전후에 압력 상태의 평형에 대한 여지는 없다.) 상류 압력은 밸브 커넥터를 통해, 그 다음 맨드릴의 일단을 통하여 제1 포트 밖으로, 이어 튜브의 내면에 대항하여 액체를 이동시키다.
밸브 커넥터 앞에서의 측정된 상류 압력는 크랙 압력(Crack Pressure) 및 충전 압력(Fill Pressure)이라 한다. 크랙 압력은 팽창식 튜브의 팽창에 대한 초기 저항을 극복하기 위하여 액체에 의해 전달되어야만 하는 힘을 나타낸다. 충전 압력은 맨드릴에 부착된 고정 단부들 사이의 튜브의 점진적인 팽창을 나타낸다; 팽창은 튜브의 중심축에 대하여 대체로 반경 방향으로이다. 충전 압력은 초기에 최대 크랙 압력으로부터 감소하고, 그 다음 완충 부피가 획득할 때 최대로 증가한다. 통상적인 측정된 상류 압력은 실리콘 튜브 내로의 여러 주입 사이클에 대하여 도 1a 및 1b에 도시된다(튜브 당 100 ml 완충 부피의 한 번의 주입). 즉, 도 1a 및 1b는 5개의 개별 튜브에서의 개별 주입 사이클(x축)에 대한 팽창식 튜브에서의 액체의 측정 압력(y축)의 그래프이다(각 사이클은 ~15 초의 지속 시간).
도 1a 및 1b의 튜브는 모두 0.355" ID 및 3.05" 길이를 가지지만, 동일한 치수의 맨드릴에서 상이한 벽 두께 및/또는 경도계 경도를 가진다. 도 1a에 도시된 바와 같이: 그룹 A 내지 C는 튜브로 가공되기 전에 25A의 측정된 경도계 경도(durometer hardness)를 갖는 탄성 중합체 실리콘 재료(즉, 25A 경도계 경도 재료)로 이루어지고, 각각 0.055, 0.065 및 0.075 인치의 두께를 갖는 5개의 개별 튜브 내로의 100 ml의 주입을 나타내며, 그룹 D는 튜브로 가공되기 전에 30A의 측정된 경도계 경도를 갖는 탄성 중합체 실리콘 재료(즉,30A 경도계 경도 재료)로 이루어지고, 0.045 인치의 두께를 갖는 튜브 내로의 유사한 개별 주입을 나타낸다. 도 1b에 도시된 바와 같이: 그룹 1은 0.065 벽 두께와 30A 경도계 경도 재료를 갖는 5개의 개별 튜브 내로의 100 ml의 주입을 나타낸다; 그룹 2, 3 및 4는 35A 경도계 경도 재료 및 각각 0.045, 0.055 및 0.065 인치의 벽 두께의 튜브 내로의 유사한 개별 주입을 나타낸다. 각각의 개별 주입(~15초 지속 시간의 사이클)에 대하여, 최대 크랙 압력은 가장 왼쪽의 피크이며, 최대 충전 압력은 가장 오른쪽의 피크이다.
도 1a 및 1b의 그룹들은 일반적으로 (본 발명의 또는 본 발명이 아닌) 실리콘 튜브에 대한 크랙 및 충전 압력에 대하여 관찰된 변화를 도시한다. 그룹 A 내지 C(도 1a) 및 그룹 1(도 1b)은 최대 충전 압력보다 작은 최대 크랙 압력을 나타낸다; 그룹 4(도 1b)는 그 반대를 나타낸다; 그룹 D(도 1a), 그룹 2 및 3(도 1b)은 서로에 대하여 더 크거나, 더 작거나 또는 동일한 최대 압력에 대한 경우를 나타낸다. 도 1a 및 1b에 도시된 정보는 동일한 내경(ID)의 튜브에 대한 정보를 시사한다:
● 30A 이하의 경도계 경도 재료의 실리콘 튜브는 최대 충전 압력보다 작은 최대 크랙 압력을 나타낸다.
● 주어진 경도계 경도의 실리콘 튜브에 대하여, 벽이 더 두꺼울수록 최대 충전 압력에 비하여 최대 크랙 압력이 더 크다.
충전 압력, 벽 두께 및 경도계 경도 사이의 다음의 관계는 주어진 ID의 튜브에 대하여 더욱 확실하다:
● 주어진 벽 두께에서, 경도계 경도가 더 클수록 충전 압력이 더 크다.
● 주어진 경도계 경도에서, 벽이 더 두꺼울수록 충전 압력이 더 크다.
따라서, 특정의 최대 충전 압력을 획득하기 위하여 선택할 수 있는 경도계 경도 및 벽 두께에 대한 다양한 조합이 있다.
충전 압력을 기록하기 위한 한 방법은 주어진 충전 사이클에 대하여 최소 및 최대 충전 압력을 단일의 평균 충전 압력으로 평균하는 것이다. 도 2는 0.10" 벽 두께와, 0.355 인치의 ID와, 3.05 인치의 길이를 갖는 튜브를 구비한 본 발명의 맨드릴 지지 실리콘 튜브에 대한 평균 충전 압력을 계산하기 위한 최소 및 최대 데이터 포인트를 도시한다. 도 2에서, y축은 팽창식 튜브에서의 액체의 압력을 나타내고 x축은 시간을 초단위로 나타낸다. 사이클은 근사적으로 15초의 지속 시간을 가지며, 대략 35초에서 시작하여 대략 50초에서 끝난다.
표 1은 도 1에 나타낸 데이터 및 추가 그룹 T 및 E(도 1에서는 도시되지 않지만, 각각 5개의 개별 충전 사이클을 가짐)에 대한 평균값을 제공한다; 이러한 평균 충전 압력값은 표 1에서 "소독되지 않은 제조된 대로인 것"의 샘플 타입의 값에 대응한다. 또한, 소독되지 않은 제조된 대로인 것과 동일하지만 다음의 2가지 종류의 소독 중 하나에 노출된 후인 다른 샘플에 대한 데이터도 표 1에서 제공된다: "감마 후" 값은 감마 방사선에 대한 노출에 의한 소독 후의 샘플에 대한 것이다; "EtO 후" 값은 에틸렌 옥사이드에 대한 노출에 의한 소독 후의 샘플에 대한 것이다. 표 1의 값이 나타내는 바와 같이, 에틸렌 옥사이드 소독은 무시할만한 효과를 가지지만, 감마 방사선은 크랙 압력 및 충전 압력을 ~6 내지 ~16%만큼 증가시킨다. 소독 조건에 기인하는 이러한 효과는 0.180 인치 그리고 짐작컨대 더 두꺼운 두께를 갖는 30A 경도계 경도 재료의 다른 실리콘 튜브에서도 관찰된다.
그룹 평균 충전 압력( PSIG )
T A B C D E 1 2 3 4
경도계 - 벽두께 25A
-
.045
25A
-
.055
25A
-
.065
25A
-
.075
30A
-
.045
30A
-
.055
30A
-
.065
35A
-
.045
35A
-
.055
35A
-
.065
샘플 종류
소독되지 않은 제조된 대로인 것 15 17 17.5 19 19 21 23 25 27 30
감마 후 16 16 20 22 21 24 25 28 30 34
EtO 후 15 17 17 20 20 21 24 25 28 31
도 2는 최대 크랙 및 충전 압력이 모두 35 psig 미만인 것을 도시한다; 이 범주는, 충전 사이클의 지속 시간에 무관하게, 본 발명의 바람직한 특성이다.
크랙 및 충전 압력이 실리콘 튜브에 작용하는 압력 상태를 반영하지만, 동작 압력은 튜브에서의 실제 압력 상태에 관한 정보를 직접 제공한다. 동작 압력은 본 발명의 맨드릴 및 실리콘 튜브의 하류에서 측정되며, 실리콘 튜브로부터 압력 센서까지 액체 흐름 경로에서 가로막는 폐색이 없다. 따라서, 실리콘 튜브에 작용하는 압력은 유체 정역학적으로(hydrostatically) 그리고 연속적으로 본 발명의 하류에 전달된다. 하류 도관(conduit)이 일반적으로 대략 1 내지 4 ml/시간의 유속으로 전달하도록 설계되기 때문에, 실리콘 튜브에 대항하는 압력 상태는 맨드릴 및 실리콘 튜브 조립체의 하류에서의 압력 상태와 상대적으로 신속하게 평형을 이룬다. 압력 센서가 제1 포트의 2피트 이내에서 도관(예를 들어, 배관) 내에서 액체와 직접 연통하도록 삽입될 때, 센서를 통한 측정 압력은 본질적으로 실리콘 튜브에 작용하는 것이다; 따라서, 이러한 동작 압력은 실리콘 튜브에서의 실제 압력에 대한 묘사이다.
본 발명에 대하여 관심 대상인 실리콘 튜브는, 초기에 완충 부피에서 액체가 실리콘 튜브 밖으로 짜내어져서 일정 기간 동안 하류로 전달됨에 따라, 공통 특성인 "감압" 프로파일을 공유한다. 도 3은 특징적인 감압 곡선의 예시적인 예를 제공한다; 예는 표 2에 대하여 튜브 1의 치수와 30A의 경도계 경도를 갖는 실리콘을 나타낸다. 도 3에서, y축은 팽창식 튜브에서의 액체의 평균 동작 압력이고, x축은 튜브 내의 액체 부피이다.
본 발명의 실리콘 튜브에 대한 추가적이고 예시적인 치수가 표 2에 주어진다. 튜브의 각각은 수용하는 액체 없이 튜브를 지지하는 맨드릴을 갖는다; 각각의 맨드릴(튜브 1, 2, 3, 4를 위한)은 튜브의 ID와 일치하는 크기를 갖는 OD와, 튜브보다 더 큰 길이를 가진다.
튜브 치수, 인 실리콘 튜브
1 2 3 4
ID , 인치 0.355 0.6 0.6 0.6
OD , 인치 0.555 0.88 0.88 0.96
벽, 인치 0.1 0.1 0.14 0.18
길이, 인치 3.05 3.75 4.75 4.75
튜브 부피, 인치 3 0.43597 1.22051 1.54598 1.65405
완충 부피, ml
( 인치 3 )
100
(6.1024)
250
(15.256)
400
(24.409)
600
(36.6140)
35A 이하의 경도계 경도(쇼어 경도(shore hardness))를 갖는 실리콘은 튜브를 형성하는데 적합하다. 튜브 1 내지 4로 나타내어지는 치수의 실리콘은 표시된 완충 부피까지 액체를 수용하도록 튜브의 팽창을 허용한다. 실리콘의 적합한 선택은: 팽창식 튜브를 형성하는 것; 제1 포트의 하류에서 짧은 거리로 측정된 바와 같이 액체의 미리 정해진 완충 부피로 팽창될 때 12 psig보다 더 크지만 35 psig보다 작은 임의의 최대 압력을 제공하는 것; 그리고, 거의 모든 완충 부피 액체를 배출하기 위하여 충분한 수축력을 제공하는 것이다. 예시적인 실리콘은: (제조사에 의해 보고되는 바와 같이) 25A의 쇼어 경도를 갖는 NUSIL 4020(MED-4020이라고도 함); (제조사에 의해 보고되는 바와 같이) 30A의 쇼어 경도를 갖는 NUSIL 4025(MED-4025라고도 함); (제조사에 의해 보고되는 바와 같이) 35A의 쇼어 경도를 갖는 NUSIL 4030(MED-4035라고도 함)이다. NUSIL 4025가 바람직한 실리콘이다. 튜브를 제조하는데 사용되는 실리콘의 경도계 경도는 본 발명의 재료 파라미터이다. 경도계 경도에 대한 값은 쇼어 A 스케일에 대하여 측정되고 제공된다. 다른 폴리머(예를 들어, MED-4050, MED-4065) 뿐만 아니라 명칭 NUSIL MED-4020, MED-4025 및 MED-4035로 판매되는 예시적인 실리콘 폴리머가 미국 캘리포니아주 카핀테리아의 NuSil Technology, LLC로부터 입수 가능하다.
플라스틱의 쇼어 경도 시험은 가장 일반적으로 쇼어 A 또는 쇼어 D 스케일을 이용하여 쇼어(경도계) 시험에 의해 측정된다. 쇼어 A 스케일은 "연질(softer)" 고무에 대하여 사용되며, 쇼어 D 스케일은 "경질(harder)" 고무에 대하여 사용된다. 쇼어 A 경도는 고무 또는 연질 플라스틱과 같은 재료의 상대적 경도이고, 경도계(Durometer)로 알려진 장치로 결정될 수 있으며, 가끔 경도계 경도(Durometer Hardness 또는 durometer hardness)라고도 한다.
경도 값은 샘플로의 경도계 인덴터 발(indenter foot)의 통과에 의해 결정된다. 인덴터가 샘플을 완전히 통과하면, 0의 판독값이 획득되고, 아무런 통과가 발생하지 않으면, 100의 판독값이 제공된다. 판독값은 무차원(dimensionless)이다. 고무 및 플라스틱의 탄성 때문에, 경도 판독값은 시간의 경과에 따라 변경될 수 있으며, 따라서, 압입(indentation) 시간이 가끔 경도 수와 함께 보고된다. 본 발명과 관련하여 제공된 튜브에 대하여 측정된 경도계 경도값은 ASTM D2240 절차에 따라 결정되며, (표준으로서 고려되는 바와 같이) 초기 인덴터 이동 중단과 표시된 판독값의 기록 사이의 대략 1초의 시간 간격을 이용한다. 이러한 ASTM 시험 번호에 유사한 ISO 시험 방법은 ISO 868이다. 재료 경도계 경도값에 대한 주어진 값은 판매자에 의해 제공된다.
팽창식 튜브로의 실리콘의 처리 및 튜브의 경화가 쇼어 경도에 영향을 미칠 수 있다는 것이 주목된다. 적어도 한 사이클 동안의 재료의 팽창/수축 또는 기계적 작동과 튜브의 소독도 쇼어 경도에 영향을 미칠 수 있다. 표 3은 표 2로부터의 팽창식 튜브 #3(내경 = 0.6 인치, 외경: 0.88 인치, 벽 두께: 0.14 인치, 설계 부피: 400 ml)에 대응하는 일련의 팽창식 튜브에 대하여 측정된 쇼어 A 경도를 나타낸다. 이러한 튜브들은 NUSIL 4025(제조사에 의해 보고되는 바와 같은 30A의 쇼어 경도 - 또한 30의 쇼어 A 경도라고도 함)를 사출함으로써 제조되었다. 3개의 개별 튜브가 시험되었다. 표 3에서의 평균 결과 및 대응하는 표준 편차는 사출되고 경화된 튜브; 종래의 에틸렌 옥사이드(EO) 소독 사이클을 이용하여 소독된 튜브; 및 살균수로 충전되어 대략 279 시간의 기간 동안 수축하도록 허용된(즉, 순환된) 튜브에 대한 것이다. 결과는 튜브당 6번의 측정에 기초한다.
샘플 쇼어 A 경도 평균: n = 6 표준 편차
사출되고 경화됨 37.00 1.14
EO 소독됨 36.83 2.70
EO 소독되고 순환됨 36.75 1.37
표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, Nusil 4025를 팽창식 튜브로 사출하고 튜브를 열로 경화시키는 것은 처리되지 않은 재료에 대하여 (제조사에 의해 보고되는 바와 같이) 30의 명목값으로부터 튜브에 대한 대략 37의 값으로 쇼어 A 경도를 증가시킨다. 에틸렌 옥사이드로의 소독과 회복 가능한 스트레칭은 쇼어 A 경도에 대한 유의미한 변화를 생성하는 것으로 보이지 않는다.
본 발명의 구조 파라미터는 팽창식 튜브의 벽 두께 t이다. NUSIL 4025로 이루어진 실리콘 튜브에 대한 벽 두께의 예시적인 범위는 0.075 인치보다 더 크고 0.180 인치까지이다. 다른 구조 파라미터는 튜브의 내경 ID이고, 예시적인 범위는 0.355 인치 내지 0.600 인치이다. 다른 파라미터는 튜브의 길이 L이다. 튜브 부피(Tube Vol 및 v tube )는 종래에 수용된 수학적 관계에 따라 이러한 파라미터들로부터 유도된다. 또한, 본 발명을 특징화할 수 있는 소정의 비는 t, ID, L 및 Tube Vol 값으로부터이다.
구조 파라미터 및 재료 파라미터의 적합한 조합은 50 내지 600 ml의 액체로부터 완충 부피를 수용하는 본 발명의 튜브를 제공한다.
도 4는 시간 단위로 나타낸 시간(주입 시간)에 대한 완충 부피로부터 시작하는 팽창된 튜브로부터 배출된 액체의 감압을 추적하는 팽창된 튜브에 대한 평균 동작 압력 프로파일을 도시한다. 도 4를 만드는데 사용되는 튜브는 본 발명의 예이며, 표 2의 구조 파라미터를 갖고, 30A 경도계 경도의 재료 파라미터를 갖는 NUSIL 4025 실리콘으로 이루어진다. 표 4는 이러한 예를 예 1 내지 4 및 표 2에 대한 해당하는 연관으로서 식별한다. 또한, 표 4는 ~0 주입 시간에서의 동작 압력을 특정하며, 이는 모든 완충 부피를 수용하는 동안 튜브에 대하여 작용하는 본질적으로 균형을 이루는 압력이다. 표 4에서의 추가 정보는 유속을 조절하도록 의도적으로 이루어진 하류 제한의 정도를 나태는 설계 유속을 제공하고, 평균 동작 압력 프로파일을 획득하는데 사용된 예에 대한 개별 샘플의 번호를 특정한다.
도 4의 각각의 프로파일은 도 3의 감압 특성을 표시한다: 0 주입 시간에서의 최대 동작 압력, 감압 완료를 향한 제2 피크 및 최대 동작 압력 및 제2 피크 압력 사이의 전반적인 평탄부. 예 1에 대한 압력값은 구조 및 재료 파라미터를 공통으로 가지기 때문에 예측되는 바와 같이 도 3의 튜브(튜브 1)에 대한 것과 유사하다. 도 4가 시간에 대하여 압력을 도시하는 반면, 도 3은 배출된 부피(튜브 내의 부피와 주입 시간이 상관된다)에 대하여 이를 도시한다. 각 프로파일의 제2 피크와 평탄부는 유사한 압력값을 가진다는 것은 주목할 만한다. 나중에 나타내는 바와 같이, 최대 동작 압력에서의 차이는 소정의 구조 파라미터에 기초하는 비(ratio)를 통해 설명될 수 있다.
또한, 도 4는 거의 모든 완충 부피 액체가 감압 완료시 배출된다는 것을 나타낸다. 이것은 본 발명의 중요한 특징이다. 바람직하게는, 본 발명의 튜브의 어느 것도 완전한 감압에 따라 액체를 단지 몇 ml의 이상으로는 보유하지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 튜브는 완전한 감압에 따라 대략 10 ml 미만의 액체를 보유한다. 다른 예로서, 본 발명의 튜브는 완전한 감압에 따라 대략 5 ml 미만의 액체를 보유한다. 또 다른 예로서, 본 발명의 튜브는 완전한 감압에 따라 대략 4 ml 미만의 액체를 보유한다. 여전히 다른 예로서, 본 발명의 튜브는 완전한 감압에 따라 대략 2.5 ml 미만의 액체를 보유한다.
표 2의 실리콘 튜브에 대응하는 구조 파라미터 도 4에 따른 종류 설계유속 ,
ml / hr
완충부피,
ml
동작압력,
psig
~0 주입 시간,
시간
계산된 배출 시간,
시간
1 1 0.100"
(100mlx2, n=19)
2 100 13.14 0 50
2 2 140"
(270mlx2, n=20)
1 270 12.58 0.5 270
3 3 140"
(400mlx4, n=20)
4 400 11.24 0.083 100
4 4 180"
(600mlx2, n=3)
2 600 13.09 0 300
본 발명을 나타내지 않는 튜브를 특징화하는 목적으로, 0.075 미만의 벽 두께를 갖는 NUSIL 4025(재료 경도계 경도 = 30A)로 이루어진 튜브가 원하는 동작 압력에서 거의 모든 완충 부피를 배출하는데에는 팽창된 튜브에서 충분한 수축력이 부족하다는 것이 밝혀졌다. 완충 부피 액체를 배출하기 위해 충분한 수축력을 가지는 것의 중요성이 도 5에 도시된다. 더욱 상세하게는, 도 5는 4개의 상이한 실리콘 튜브 샘플 세트 대 주입 시간(시간 단위로 기록됨)에 대하여 (실리콘 튜브 및 지지 맨드릴로부터의 하류에서 그리고 흐름 제한기 전에 측정된) 튜브로부터 배출된 액체의 동작 압력의 그래프이다. 모든 튜브는 3.05 인치의 길이와 0.355의 ID를 갖는 NUSIL 4025(쇼어 A 경도 30A)로 이루어졌으며, 100 ml의 완충 부피 액체로 충전되었다.
도 5의 상부 곡선은 0.100" 두께의 벽을 갖는 튜브인 예 1을 나타내고, 본 발명에 관한 허용 가능한 압력 거동을 나타낸다. 다음의 가장 높은 곡선은 0.075" 두께의 벽을 갖는 튜브인 예 C를 나타낸다; 이어지는 곡선은 0.065" 두께의 벽을 갖는 튜브인 예 B를 나타낸다; 그리고, 가장 낮은 곡선은 0.055" 두께의 벽을 갖는 튜브인 예 A를 나타낸다. 50시간 후에, 0.100" 두께의 벽을 갖는 튜브만이 모든 완충 부피 액체를 배출하였다; 다른 튜브는 이러한 튜브로부터 100 ml 완충 부피의 방출을 극적으로 느리게 한 하류 제한을 극복하기에 불충분한 수축력을 가졌다. 또한, 도 5는 튜브가 모두 100 ml의 완충 부피 액체를 수용할 때 맨드릴로부터 멀리 튜브 벽을 팽창시키는 최대 동작 압력의 비교를 제공한다; 이러한 압력은 0 주입 시간에서 곡선의 "Y" 절편이다. (0 주입 시간에서, 완충 부피의 어느 것도 배출되지 않았을 때, 동작 압력은 본질적으로 튜브에 고유한 수축력에 대응하는 힘을 제공하는 팽창 압력과 동일하다.) 100 ml 완충 부피 액체에 대한 이러한 팽창 압력은 표 5에서 주어진다.
매칭 맨드릴에서 지지되는 NUSIL 4025(제조사에 의해 보고되는 바와 같이 30A의 쇼어 경도)로 이루어지는 0.355" ID x 3.05" 길이 튜브
예 A 예 B 예 C 예 1
튜브 벽, 인치 0.055 0.065 0.075 0.100
팽창 압력, psig
(0 주입 시간에서)
4.434 5.0875 5.874 13.138
동작 압력과 튜브에 대하여 작용하는 압력 사이의 직접적인 연관을 더 구축하기 위하여, 다음의 "정적(static)" 실험이 수행되었다. 제1 포트 하류에서 매우 짧은 거리에서의 압력이, 본 발명에 적합한, 선택된 맨드릴 지지 실리콘 튜브가 25 ml 증분으로 완충 부피로 팽창되고 그로부터 수축됨에 따라 기록되었다. 선택된 튜브는 예 11, 21, 31 및 41로서 식별되고, 표 6에서 구조 파라미터에 관하여 설명된다. 이러한 튜브는 NUSIL 4025로 이루어졌으며, 따라서 그 재료 파라미터는 30A의 경도계 경도이었다. 즉, 튜브는 튜브로 가공되기 전에 30A의 경도계 경도를 갖는 재료로 제조되었다. 또한, 표 6은 다음의 "팽창/수축 곡선" 절차를 통해 획득되는 바와 같이, 100, 250, 400 및 600 ml의 완충 부피를 각각 갖는 예 11, 21, 31 및 41에 대하여 기록된 압력(압력 데이터 포인트)를 재현한다. 이러한 압력들은 부피에 관하여 도 6에서 그래프화되어, 각각의 해당하는 완충 부피로의 팽창 곡선과 완충 부피로부터의 수축 곡선을 제공한다. (주입을 위한 압력 데이터 포인트는 속이 채워진 마커로 도시된다; 배출에 대한 것은 채워지지 않은 마커이다.)
예 11, 21, 31 및 41에 대한 팽창/수축 곡선 절차(정적 실험)
1. 부착된 하류 도관을 갖는 새로운 맨드릴 및 실리콘 조립체를 획득.
2. 하류 도관을 그 연결단으로부터 맨드릴로 대략 5" 절단하고, 수 루어(mal Luer)를 하나가 폐쇄된 밸브 메커니즘을 갖는 2개의 연결 포트와 부착.
3. 압력 트랜스듀서를 밸브 메커니즘이 없는 연결 포트에 연결하고, 연결 전에 라인에 염수(saline)를 주입.
4. 주사기를 이용하여, 밸브 메커니즘을 통해 개방될 때 각 압력 데이터 포인트에 대하여 25 ml의 염수를 주입.
5. 각 주입의 1분 후에 압력을 측정.
6. 완충 부피가 획득될 때까지 반복.
7. 실리콘 튜브가 감압됨(비워짐)에 따라 압력을 측정하고, 밸브 메커니즘을 개방함으로써 한 번에 25 ml를 배출. 모든 완충 부피가 제거될 때까지 25ml가 배출되고 1분 후에 압력을 측정.
Figure pct00001
도 6의 팽창 곡선은 이전에 설명된 크랙 압력 및 충전 압력의 특성을 공유하고, 수축 곡선은 유사한 구조 파라미터 및 재료 파라미터와 상대적으로 유사한 완충 부피의 튜브에 대한 동작 압력을 반영한다. 표 7은 표 6에 따라 도 6에 도시된 바와 같은 최대, 제2 피크 및 대체적인 평탄부 압력을, 이전 표 및 도면에서 주어진 바와 같은 최대, 제2 피크 및 대체적인 평탄부 동작 압력과 비교한다.
또한, 도 6의 완충 부피에서의 압력의 크기는 압력과 실제 벽 두께 사이의 관계를 나타낸다. 가장 얇은 초기 벽과 가장 짧은 길이를 가져, 이에 따라 가장 작은 튜브 부피(표 8에 따라, 표 2에 따른 튜브 1의 치수와 동일)를 갖는 예 11은, 가장 두꺼운 초기 벽과 가장 긴 길이를 가져, 이에 따라 가장 큰 튜브 부피(표 8에 따라, 표 2에 따른 튜브 4의 치수와 동일)를 갖는 예 41(600 ml 완충 부피)에 대한 것에 비교 가능한 완충 부피에서 압력을 갖는다. 예 21 및 예 31은 완충 부피에서 더 낮은 압력을 가진다.
각각의 완충 부피에서의 압력에서의 크기 차이에 대한 한 가지 설명은 다음과 같다: 예 11 및 예 41은 예 21 및 예 31에 비하여 완충 부피에서 비교할 수 있을 만큼 더 얇은 실제 벽을 가져야만 하고, 따라서 완충 부피에서 단위 표면적당 더 큰 수축력을 가한다; 예 21은 완충 부피에서 다음으로 더 얇은 벽, 따라서 다음으로 더 큰 단위 면적당 수축력을 가져야만 한다; 예 31은 예 21보다 더 큰 완충 부피에서의 실제 벽 두께를 가져야만 하고, 따라서, 단위 표면적당 더 적은 수축력을 가진다. 다른 말로 하면, 예 11 및 예 41은 플라스틱 변형에 대한 자신의 한계(항복점, 튜브가 충전 전의 자신의 원 치수로 이를 통해 빠르게 복귀하지 않을 것이다)를 향하여 더 팽창(신장)된다. 예 21 및 31은 각각 더 두꺼워야 하며, 따라서, 완충 부피에서 예 11의 실제 얇기에 도달하기 전에 더 많은 팽창을 허용해야 한다. 표 7에 따른 예 1 내지 4의 동작 압력은 제안된 설명과 일치하는 유사한 크기 차이를 보여준다: 예 1(예 11과 유사)의 최대 압력은 예 4(예 41에 유사)에 비교할 수 있으며, 예 2(예 21과 유사) 및 예 3(예 31에 유사)의 최대 압력은 더 작다.
제안된 설명은 완충 부피에서의 각각의 튜브의 형상이 구체(sphere)인 것으로 가정되고 튜브가 구체 주위의 껍데기를 형성하는 것으로 가정될 때 더 뒷받침된다. 구체에 대한 허용된 반경에 대한 부피의 관계, 상술한 가정 및 표 8의 적절한 값이 주어진다면, 각각의 완충 부피에서의 껍데기 두께는 다음과 같이 계산된다: 예 11에 대하여 0.0264", 예 41에 대하여 0.0306"; 예 21에 대하여 0.0399"; 예 31에 대하여 0.0372".
또한, 표 7은 예 A, B 및 C에 대한 최대 압력값(모든 동작 압력)을 제공하며, 이는 예 1보다 더 낮고, 따라서 이전 설명과 상충된다. 튜브가 자신의 초기 치수로 회복되지 않도록 예 A, B 및 C의 튜브에 대한 초기 크랙 및 충전 압력이 플라스틱 변형에 대한 한계에 근접하게 접근하거나 초과한 신장력을 생성한다면, 이러한 상충이 설명될 수 있다. 도 5에 따른 압력에서의 각각의 제2 피크의 결핍은 이것이 사실이라는 것을 나타낸다.
표 7은 본질적으로 동일한 튜브에 대한 필 부피(Fill)에서의 최대 압력의 비교를 허용한다: 예 1에 대한 예 11의 값; 예 2에 대한 예 21의 값; 등. Fill에서의 최대 압력에서의 차이는 탄성 중합체 재료에 일반적인 스트레스 완화 현상(stress relaxation phenomena)으로서 설명될 수 있다. 예 11 내지 예 41에 대한 Fill에서의 측정된 압력은 모두 필 부피가 획득되고 나서 1분 후에 이루어졌다. 예 1 내지 4에 대한 최대 압력은 0 주입 시간에서의 동작 압력이며, 이는 이러한 예들이 튜브가 팽창될 때 초기에 존재하는 분자 얽힘(molecular entanglement)의 일부가 수축 에너지의 일부를 재배열하고 소비하도록 하기에 충분히 긴 기간 동안 예 11 내지 예 41에 대한 것과 동일한 필 부피를 수용한다는 것을 의미한다. 사실, 예 11에 대한 최대 압력이 절차에 따라 주어진 것보다 더 긴 시간 동안 유지된다면, 예 11에 대한 최대 압력값은 예 1에 대한 더 낮은 최대 압력값으로 감쇠할 것이라고 생각할 수 있다. 다른 말로 하면, 팽창/수축 곡선 절차에 따른 Fill에서의 최대 압력은 0 주입 시간에서 동작 압력에 의해 표현되는 바와 같은 평형 압력으로 감쇠되어야 한다.
튜브 소스 벽 x 길이,
인치
압력값
Fill 에서의 최대 제2 피크 평탄부
예 11 표 6 0.010 x 3.05 18.11 7.99 7.99 - 8.21
예 1 도 4 데이터;
도 3
13.14 7.94 7.94 - 9.01
예 21 표 6 0.140 x 3.75 15.59 8.29 8.29 - 9.72
예 2 도 4 데이터 12.56 7.50 7.50 - 8.35
예 31 표 6 0.140 x 4.75 14.54 7.50 7.50 - 9.33
예 3 도4 데이터 11.24 7.46 7.46 - 8.50
예 41 표 6 18.3 8.65 8.65 - 9.43
예 4 도 4 데이터 0.180 x 4.75 13.09 6.81 6.81 - 7.02
예 A 표 2; 도 5 0.055 x 3.05 4.43 --- 2.80 - 3.00
예 B 표 2; 도 5 0.065 x 3.05 5.09 --- 2.90 - 3.50
예 C 표 2; 도 5 0.075 x 3.05 5.87 --- 3.80 - 4.20
표 6의 튜브에 대한 구조 파라미터에 기초한 비가 이들의 압력값에 비추어 비교될 때, 이러한 비는 본 발명에서 사용하기 위한 적합성을 특징화하는 범위를 시사한다. 표 8은 이에 기초하여 구조 파라미터 및 다양한 비를 열거한다. 항목 j) 및 k)에 각각 도시된 바와 같은 튜브 내경 r 또는 외경에 대한 벽 두께 t의 비는 본 발명에서 사용하기에 적합한 후보가 될 수 있는 튜브에 대한 치수를 정의하는데 1차적인 관련이 있다. 이러한 비가 동일한 구조 파라미터에 대한 표현이기 때문에, 튜브 내경 r에 대한 t의 비인 항목 j)는 한계를 식별하는데 사용될 것이다. 항목 l)에서 도시된 바와 같은 튜브 부피에 대한 완충 부피의 비는 2차적인 관련이 있다. 예 1 내지 4 및 예 11 내지 41의 튜브(모두 30A의 경도계 경도 재료로 이루어짐)가 자신의 해당하는 완충 부피까지 바람직한 압력 거동을 나타낸다면, 항목 j) 및 항목 l)에 따른 비의 값은 본 발명에 대한 허용 가능 범위 내에 있다. 예 C가 표시된 완충 부피에서 허용될 수 없는 압력 거동을 나타내기 때문에, j) 비의 값은 허용 가능 하한 밖에 있다. 예 4 및 예 41에 대한 항목 j)의 비의 값은 그 충전 압력까지 압력 거동에 관하여 허용 가능한 범위 내에 있도록 결정되고, 완충 부피에 대하여 허용할 수 없는 압력 거동을 갖는 예 A 및 예 B에 대한 항목 l)의 비에 관한 값에 비추어 상한을 설정한다. 다른 말로 하면, 본 발명에 대하여 적합한 튜브에 대한 허용 가능한 구조 파라미터는 0.42254보다 더 큰 것으로부터 0.6까지의 항목 j)의 비에 의해 정의된다.
이러한 허용 가능한 범위의 그래프 표시가 도 8에 의해 예시되며, 이는 0 주입 시간에서 동작 압력에 대응하는 Fill 값에서의 최대에 대한 표 7 데이터 포인트에 기초하는 도 7의 Fill 값으로부터 유도된다. 도 7은 도 6과 동일한 정보를 제공하지만 예 A 내지 C(본 발명에 대하여 허용 가능하지 않음) 및 예 1 내지 4(본 발명에 대하여 허용 가능함)에 대한 표 7에 따른 최대 압력을 포함한다. 도 8는 대응하는 벽 두께에 관하여 예 A 내지 C 및 예 1 내지 4에 대한 표 7에 따른 최대 압력을 도시한다; 분명하게, 0.355 인치의 ID 값을 갖는 튜브에 대한 허용 가능 하한은 0.075 내지 0.100 사이의 벽 두께에 대하여 존재하고, 상한은 외견상으로 0.600 인치 ID 값 및 0.18 인치 또는 그에 가까운 벽 두께의 튜브에 대하여 존재한다.
예 A 예 B 예 C 예 1 & 예 11 예 2 & 예 21 예 3 & 예 31 예 4 & 예 41
항목
a) ID , 인치 0.355 0.355 0.355 0.355 0.6 0.6 0.6
b) OD , 인치 0.465 0.485 0.505 0.555 0.88 0.88 0.96
c) t(벽),
인치
0.055 0.065 0.075 0.1 0.14 0.14 0.18
d) L(길이),
인치
3.05 3.05 3.05 3.05 3.75 4.75 4.75
e) 튜브 부피, 인치 3 0.21607 0.26158 0.30901 0.43597 1.22051 1.54598 1.65405
f) 완충 부피, 인치 3 6.1024 6.1024 6.1024 6.1024 15.256 24.409 36.614
g) 완충 부피, ml 100 100 100 100 250 400 600
h) r(= ID /2), 인치 0.1775 0.1775 0.1775 0.1775 0.3 0.3 0.3
i) R(= OD /2),인치 0.2772 0.2772 0.2772 0.2772 0.44 0.44 0.48
j) t/r 0.30986 0.36620 0.42254 0.56338 0.46667 0.46667 0.6
k) t/R 0.23656 0.26804 0.29703 0.36036 0.31818 0.31818 0.375
l) 완충 부피/
튜브 부피
28.2427 23.3290 19.7482 13.9973 12.4997 15.7887 22.1360
동작 압력에 대한 팽창/수축 곡선 절차에 따른 충전 부피에서의 압력의 관계는 충전 부피에 대한 절차의 충전 부분을 예 11A, 21A, 31A 및 41A로서 식별되는 예 11, 21, 31 및 41 튜브에 대한 새로운(이전에 팽창되지 않음) 세트를 복제하고, 그 다음 24 시간이 경과하도록 절차를 수정함으로써 입증되었다. 완충 부피에 도달하고 나서 1분 후에 압력이 기록되면, 튜브는 대략 24 시간 동안 완충 부피를 유지하고 완충 부피에서의 압력이 다시 기록되며, 다음으로 절차의 배출 부분이 이어졌다. 표 9에서 주어진 결과가 보여주는 바와 같이, 25 시간 후의 완충 부피 압력은 모두 1 분 후의 완충 부피 압력보다 30 내지 34% 더 낮았다. 표 9를 표 6의 값에 비교하는 것은 24 시간의 지연도 액체가 제거됨에 따라 더 낮은 압력을 제공한다는 것을 나타낸다.
Figure pct00002
유사한 파라미터의 튜브에 대하여 표 9의 24 시간 후 완충 부피 압력에 대한 표 4의 동작 압력의 비교는 이러한 압력이 본질적으로 동일하다는 결론을 유도한다. 표 9의 24 시간 후 완충 부피 압력에 비교된 표 4의 예의 약간 더 높은 동작 압력을 설명할 수 있는 인자는, 개별 샘플 자체의 가능성 있는 본질적인 변동에 더하여, 표 4의 예에 대한 튜브 주위의 US5284481에서 설명된 바와 같은 제한성의 신장 가능하지 않은 하우징의 존재였으며, 표 9의 튜브는 이러한 하우징이 없다. 또한, 이러한 제한성 하우징은 표 1, 3 및 5에 대하여 사용된 모든 예 및 샘플에 대하여 존재하였으며, 표 6, 9 및 10의 예는 튜브 주위로 제한성 하우징이 없다.
또한, 팽창/수축 곡선 절차는 저장소의 과충전이 팽창된 튜브 내에서의 불충분한 수축력이 최종 액체량을 배출하게 할 수 있는지 살펴보는데 사용되었다. 예 1, 11 및 11A와 유사한 구조 파라미터를 갖는 팽창되지 않은 예 11B의 튜브는 표 9의 값을 생성하는데 사용된 팽창/수축 곡선 절차에 따라 200 ml의 완충 부피로 충전되었다(완충 부피에 도달한 후에 24시간 지연을 가짐). 결과는 표 10에서 주어지고, 이 튜브에 대하여, 구조 파라미터가 충전된 액체를 모두 배출하는데 충분한 수축력을 제공하기에 적합하다는 것을 보여준다. 이러한 예 11B에 대한 100 ml까지의 "완충 부피로" 값을 예 11A(표 9) 및 예 11(표 6)에 비교하는 것은 아마도 샘플의 변동성(모든 튜브는 동일한 구조 파라미터를 가진다)에 기인하는 다음과 같은 측정된 압력에서의 범위에 있다는 것을 보여준다: 예 11B에 대한 12.09 psig, 예 11A에 대한 17.14 psig 및 예 11에 대한 18.11 psig. 200 ml의 완충 부피/튜브 부피의 비는 대략 28이다.
압력, PSI
저장소 튜브 예 11B
튜브 외부 치수 0.555" OD x 3.05" L
벽 두께 0.10"
필 부피까지 24시간 후
부피, ml
0 0 0
25 12.53 6.56
50 11.92 5.25
75 11.79 5.03
100 12.09 5.35
125 12.77 6.28
150 13.41 7.13
175 14.00 8.33
200 14.53 ---
본 발명의 고유의 기준을 더 뒷받침하는 비교예는 미국 등록 특허 제7,704,230호로부터 찾아볼 수 있다; 이러한 비교예는 본 발명의 재료 파라미터와 일치하는 실리콘으로 이루어진 저장소를 사용하지만, 그 구조 파라미터는 본 발명에 대하여 허용 가능한 것으로 밝혀진 것과는 상이하다. "대략 300 ml를 유지하는" 원통형 튜브 형상을 갖는 것으로 이해되는 NUSIL 4025로 이루어진 소정의 실리콘 저장소에 대한 설명이 미국 등록 특허 제7,7,704,230호에 있다. 이 저장소는 다음의 치수를 갖는 것으로 기술된다: 비교예 1은 "대략 3.5 인치의 바람직한 축방향 길이와, 대략 0.130 인치의 바람직한 외경과, 대략 0.080 인치의 바람직한 내경"을 갖는다; 비교예 2 및 비교예 3은 각각 "바람직하게는 대략 0.063 인치의 두께를 갖는 벽을 구비하고, 비교예 1의 내경 또는 외경 및 축방향 길이와 동일한 것을 갖는 것으로 추정된다. 표 8과 유사한 구조 파라미터에 대한 계산은 이와 같이 기술된 치수에 기초한 비교예에 대하여 이루어진다; 이는 표 11에 열거된다. 3.5 인치의 축방향 길이와 0.080 인치의 내경을 갖지만 0.0315 인치(0.063 인치의 절반)의 벽 두께를 갖는 추가적인 비교예인 예 4가 주어진다.
비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
항목
a) ID , 인치 0.080 0.080 0.004 0.08
b) OD , 인치 0.130 0.206 0.130 0.143
c) t(벽), 인치 0.025 0.063 0.063 0.0315
d) L(길이),
인치
3.50 3.50 3.50 3.50
e) 튜브 부피, 인치 3 0.115 0.396 0.186 0.154
f) 완충 부피, 인치 3 18.31 18.31 18.31 18.31
g) 완충 부피, ml 300 300 300 300
h) r(= ID /2),
인치
0.040 0.040 0.002 0.040
i) R(= OD /2),
인치
0.0625 0.103 0.0625 0.0715
j) t/r 0.625 1.575 31.5 1.575
k) t/R 0.400 0.612 1.008 0.881
l) 완충 부피/
튜브 부피
159.217 46.185 98.573 118.464
도 6 및 7을 다시 참조하면, 튜브는 일반적으로 0의 압력과 주입 펌프에 대하여 설계된 동작 압력(즉, 6 psi) 이상의 항복점 사이에서 후크의 법칙을 따르는 것으로 보인다. 이 후크의 법칙 거동은 팽창 프로파일 및 수축 사이클 프로파일 모두에 대하여 관찰된다. 본 발명에 대하여, 더 중요한 항복점은 모든 크기의 주입 펌프(즉, 100 ml 내지 400 ml)에 대하여 팽창/수축 사이클의 수축 부분에서 대략 7 내지 8 psi인 것으로 보이는 "수축 항복점"이다.
표 6 뿐만 아니라 도 6 및 7을 참조하면, "예 11 완충으로"의 팽창 동안 압력 대 부피의 그래프는, 부피가 0 ml로부터 대략 25 ml의 부피로 증가함에 따라, 팽창식 탄성 중합체 튜브에서의 유체의 압력이 0에서 목표 동작 압력(대략 6 psig) 이상인 팽창 항복점(대략 13.4 psig)까지 실질적으로 선형으로 증가하는 것을 보여준다. 다른 예로서, "예 41 완충으로"의 팽창 동안 압력 대 부피의 그래프는, 부피가 0 ml로부터 대략 25 ml의 부피로 증가함에 따라, 팽창식 탄성 중합체 튜브에서의 유체의 압력이 0에서 목표 동작 압력(대략 6 psig) 이상인 팽창 항복점(대략 18.5 psig)까지 실질적으로 선형으로 증가하는 것을 보여준다.
압력이 팽창 항복점을 초과하면, 압력-부피 관계는 대체로 비선형이다. 즉, 팽창식 탄성 중합체 튜브 내의 유체의 부피가 증가함에 따라, 팽창식 탄성 중합체 튜브 내의 유체의 압력은 덜 예측 가능한 응답을 가지며, 부피 변동에서의 변동에 따라 증가 또는 감소할 것이다. 이 응답은 후크의 법칙을 따르지 않으며, 팽창식 튜브의 신장 및 변동의 원인이 된다. 도 6 및 7에서 알 수 있는 바와 같이, "예 11 완충으로"의 팽창 동안 압력 대 부피의 그래프는, 부피가 24 ml로부터 대략 100 ml의 부피로 증가함에 따라, 팽창식 탄성 중합체 튜브에서의 유체의 압력이 팽창 항복점(대략 13.4 psig)으로부터 팽창 사이클의 종료까지 대체로 비선형으로 증가하는 것을 보여준다. 다른 예로서, "예 41 완충으로"의 팽창 동안 압력 대 부피의 그래프는, 부피가 15 ml로부터 대략 600 ml의 부피로 증가함에 따라, 팽창식 탄성 중합체 튜브에서의 유체의 압력이 팽창 항복점(대략 18.5 psig)으로부터 팽창 사이클의 종료까지 대체로 비선형으로 증가하는 것을 보여준다.
팽창식 탄성 중합체 튜브의 수축 동안, 압력-부피 관계는 압력이 수축 항복점 아래로 감소할 때까지 대체로 비선형이다. 예를 들어, "예 11 완충으로"의 수축 동안 압력 대 부피의 그래프는, 부피가 100 ml로부터 대략 25 ml의 부피로 감소함에 따라, 팽창 사이클의 종료/수축 사이클의 시작으로부터 수축 항복점(대략 8 psig)까지 대체로 비선형으로 감소하는 것을 보여준다. 다른 예로서, "예 41 완충으로"의 수축 동안 압력 대 부피의 그래프는, 부피가 600 ml로부터 대략 25 ml의 부피로 감소함에 따라, 팽창 사이클의 종료/수축 사이클의 시작으로부터 수축 항복점(대략 7.8 psig)까지 대체로 비선형으로 응답하는 것을 보여준다.
"예 11 완충으로부터" 및 "예 41 완충으로부터"을 참조하면, 압력이 항복점 아래로 감소함에 따라, 압력 및 부피는 부피가 0 ml로 감소할 때까지 실질적으로 선형인 관계로 감소한다. 주입 펌프의 목표 동작 압력 위에 있는 수축 항복점을 제공하는 것이 주입 펌프 내용물의 신뢰성 있고 대체로 완전한 배출 또는 소모를 허용한다고 여겨진다.
따라서, 개선된 탄성 중합체 펌프는 펌프의 목표 동작 압력 위에 있는 수축 항복점을 갖는 수정된 히스테리시스 프로파일을 제공하는 주입 펌프로서 설명될 수 있다. 팽창식 튜브에서의 추가 두께(>0.100") 및 재료의 선택(NuSil 4025A)은 균일한 유속을 제공하는데 있어서 중요한 확장된 범위의 후크 법칙 응답을 제공한다(특히, 펌프 내용물의 소모와 관련된 낮은 부피에서). 일반적으로, 팽창-수축 프로파일의 다른 부분에서 쉽게 보여질 수 있는 탄성이 스트레스에 종속하기 때문에, 실리콘 탄성 중합체(심지어 NuSil 4025A)는 후크의 법칙을 따르지 않는다.
다양한 특허가 본 명세서에서 참조로서 편입되었지만, 편입된 재료와 기재된 명세서 사이에 불일치가 있는 정도에서는, 기재된 명세서가 지배할 것이다. 또한, 개시 내용이 특정 실시예에 관하여 상세히 설명되지만, 다양한 변형, 수정 및 다른 변경이 본 개시 내용의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이다. 따라서, 특허청구범위는, 첨부된 특허청구범위에 포함되는 이러한 수정, 변형 및 다른 변경을 모두 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (14)

  1. 제1 단부 및 대향하는 제2 단부, 길이, 제1 반경(Rmandrel)에 대응하는 대체로 균일한 외경, 상기 길이를 통해 연장되는 중앙 보어, 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부 사이에 위치 설정되고 상기 외경으로부터 상기 보어로 연장되어 유체 통로를 제공하는 제1 포트, 상기 제1 단부 주위에서 상기 보어와 유체 연통하는 충전 포트 및 상기 제2 단부 주위에서 상기 보어와 유체 연통하는 출구 포트를 포함하는 대체로 원통형의 본체를 구비하는 맨드릴; 및
    상기 맨드릴 둘레로 동심으로 배치된 팽창식 탄성 중합체 튜브
    를 포함하고,
    상기 튜브는 상기 맨드릴의 제1 단부와 제2 단부 사이에 위치 설정되어 상기 제1 포트를 덮고, 상기 튜브는 상기 튜브의 각각의 단부 근처에서 상기 맨드릴에 밀봉 고정되고 상기 맨드릴의 외경(Rmandrel)과 대략 일치하도록 제2 반경(r)에 대응하는 원(original) 내경과, 상기 맨드릴의 길이보다 작은 길이(L)와, (0.4225 x r) < t≤ (0.660 x r)인 벽 두께(t)를 갖는,
    주입 조립체를 위한 탄성 중합체 펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 팽창식 튜브는 탄성 중합체 재료의 부피(vtube)를 더 포함하고,
    vtube = πL(2rt + t2)인,
    주입 조립체를 위한 탄성 중합체 펌프.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    0보다 더 크고 35 psig보다 더 작은 필 압력에서 상기 충전 포트를 통해, 수학식 (12.50 x vtube) ≤ vliquid ≤ (22.16 x vtube)에 따라 결정되는 액체 부피(vliquid)의 유입은 상기 맨드릴과 상기 탄성 중합체 튜브 사이에서 상기 팽창식 탄성 중합체 튜브를 팽창시켜, 실질적으로 자신의 원 내경으로의 상기 튜브의 수축에 따라 상기 제1 포트를 통해 상기 펌프가 실질적으로 모든 상기 액체 부피를 배출하는,
    주입 조립체를 위한 탄성 중합체 펌프.
  4. 제1항 내지 제3항에 있어서,
    상기 탄성 중합체 재료는 탄성 중합체 실리콘인,
    주입 조립체를 위한 탄성 중합체 펌프.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 탄성 중합체 실리콘은 대략 25A 내지 대략 40A의 쇼어 경도를 갖는,
    주입 조립체를 위한 탄성 중합체 펌프.
  6. 제1항 내지 제3항에 있어서,
    상기 팽창식 튜브는, 상기 팽창식 튜브가 대략 37A의 쇼어 경도를 갖도록 탄성 중합체 실리콘으로 이루어지는,
    주입 조립체를 위한 탄성 중합체 펌프.
  7. 제1 단부 및 대향하는 제2 단부, 길이, 제1 반경(Rmandrel)에 대응하는 대체로 균일한 외경, 상기 길이를 통해 연장되는 중앙 보어, 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부 사이에 위치 설정되고 상기 외경으로부터 상기 보어로 연장되어 유체 통로를 제공하는 제1 포트, 상기 제1 단부 주위에서 상기 보어와 유체 연통하는 충전 포트 및 상기 제2 단부 주위에서 상기 보어와 유체 연통하는 출구 포트를 포함하는 대체로 원통형의 본체를 구비하는 맨드릴; 및
    상기 맨드릴 둘레로 동심으로 배치된 팽창식 탄성 중합체 튜브
    를 포함하고,
    상기 튜브는 상기 맨드릴의 제1 단부와 제2 단부 사이에 위치 설정되어 상기 제1 포트를 덮고, 상기 튜브는 상기 튜브의 각각의 단부 근처에서 상기 맨드릴에 밀봉 고정되고 상기 맨드릴의 외경(Rmandrel)과 대략 일치하도록 제2 반경(r)에 대응하는 원(original) 내경과, 상기 맨드릴의 길이보다 작은 길이(L)와, (0.4225 x r) < t≤ (0.660 x r)인 벽 두께(t)를 갖고,
    상기 팽창식 튜브는 탄성 중합체 재료의 부피(vtube)를 더 포함하고, vtube = πL(2rt + t2)이며,
    0보다 더 크고 35 psig보다 더 작은 필 압력에서 상기 충전 포트를 통해, 수학식 (12.50 x vtube) ≤ vliquid ≤ (22.16 x vtube)에 따라 결정되는 액체 부피(vliquid)의 유입은 상기 맨드릴과 상기 탄성 중합체 튜브 사이에서 상기 팽창식 탄성 중합체 튜브를 팽창시켜, 실질적으로 자신의 원 내경으로의 상기 튜브의 수축에 따라 상기 제1 포트를 통해 상기 펌프가 실질적으로 모든 상기 액체 부피를 배출하는,
    주입 조립체를 위한 탄성 중합체 펌프.
  8. 제1 단부 및 대향하는 제2 단부, 길이, 제1 반경(Rmandrel)에 대응하는 대체로 균일한 외경, 상기 길이를 통해 연장되는 중앙 보어, 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부 사이에 위치 설정되고 상기 외경으로부터 상기 보어로 연장되어 유체 통로를 제공하는 제1 포트, 상기 제1 단부 주위에서 상기 보어와 유체 연통하는 충전 포트 및 상기 제2 단부 주위에서 상기 보어와 유체 연통하는 출구 포트를 포함하는 대체로 원통형의 본체를 구비하는 맨드릴; 및
    상기 맨드릴 둘레로 동심으로 배치된 팽창식 탄성 중합체 튜브
    를 포함하고,
    상기 튜브는 상기 맨드릴의 제1 단부와 제2 단부 사이에 위치 설정되어 상기 제1 포트를 덮고, 상기 튜브는 상기 튜브의 각각의 단부 근처에서 상기 맨드릴에 밀봉 고정되고 상기 맨드릴의 외경(Rmandrel)과 대략 일치하도록 제2 반경(r)에 대응하는 원(original) 내경과, 상기 맨드릴의 길이보다 작은 길이(L)와, (0.4225 x r) < t≤ (0.660 x r)인 벽 두께(t)를 갖고,
    상기 펌프는, 미리 정해진 부피의 액체를 이용한 팽창에 따라 그리고 상기 액체의 운반 동안, 미리 정해진 동작 압력 위에 있는 수축 항복점으로부터 상기 튜브의 수축에 따라 상기 제1 포트를 통한 상기 액체의 실질적으로 모든 부피를 배출하는 것에 따라 실질적인 자신의 원 내경에 대응하는 부피까지 실질적으로 선형인 압력 대 부피를 나타내는,
    주입 조립체를 위한 탄성 중합체 펌프.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 팽창식 튜브는 탄성 중합체 재료의 부피(vtube)를 더 포함하고,
    vtube = πL(2rt + t2)인,
    주입 조립체를 위한 탄성 중합체 펌프.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    0보다 더 크고 35 psig보다 더 작은 필 압력에서 상기 충전 포트를 통해, 수학식 (12.50 x vtube) ≤ vliquid ≤ (22.16 x vtube)에 따라 결정되는 액체 부피(vliquid)의 유입은 상기 맨드릴과 상기 탄성 중합체 튜브 사이에서 상기 팽창식 탄성 중합체 튜브를 팽창시켜, 실질적으로 자신의 원 내경으로의 상기 튜브의 수축에 따라 상기 제1 포트를 통해 상기 펌프가 실질적으로 모든 상기 액체 부피를 배출하는,
    주입 조립체를 위한 탄성 중합체 펌프.
  11. 제8항 내지 제9항에 있어서,
    상기 탄성 중합체 재료는 탄성 중합체 실리콘인,
    주입 조립체를 위한 탄성 중합체 펌프.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 탄성 중합체 실리콘은 대략 25A 내지 대략 40A의 쇼어 경도를 갖는,
    주입 조립체를 위한 탄성 중합체 펌프.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 탄성 중합체 실리콘은 대략 35A 내지 대략 40A의 쇼어 경도를 갖는,
    주입 조립체를 위한 탄성 중합체 펌프.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 팽창식 튜브는, 상기 팽창식 튜브가 대략 37A의 쇼어 경도를 갖도록 탄성 중합체 실리콘으로 이루어지는,
    입 조립체를 위한 탄성 중합체 펌프.
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