KR20150058313A - 란타나이드 산화물 또는 악티나이드 산화물을 포함하는 전극을 구비한 일렉트로-오스모틱 펌프 - Google Patents

란타나이드 산화물 또는 악티나이드 산화물을 포함하는 전극을 구비한 일렉트로-오스모틱 펌프 Download PDF

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아담 헬러
라자람 케이. 나가라레
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더 보드 오브 리전츠 오브 더 유니버시티 오브 텍사스 시스템
더 보드 오브 리전츠 오브 더 유니버시티 오브 텍사스 시스템
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Abstract

본 발명은, 일부 구현예에서, 펌프, 예를 들어, 가스 비-발생형, 직류 (DC), 일렉트로-오스모틱 펌프를 이용하여 개체에게 유체를 전달하기 위한 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다. 일부 구현예들에서, 수성 유체의 전달은, 수용액을, (i) 캐소드 (예, 세륨 산화물-함유 코팅제로 코팅된 다공성 탄소를 포함하는 캐소드), (ii) 애노드 (예, 세륨 산화물-함유 코팅제로 코팅된 다공성 탄소를 포함하는 애노드) 및 (iii) 세라믹 막 (예, 코팅되지 않은 실리카 구, 인규산으로 코팅된 용융 실리카 구 또는 붕규산으로 코팅된 용융 실리카 구를 융용함으로써 융용된 구가 캐소드와 애노드 사이에 랜덤 패킹되어 제조된 세라믹 막을 포함하는 일렉트로-오스모틱 펌프와 접촉시키는 단계, 및/또는 선택적으로, (a) 상기 수용액이 펌핑되도록, 애노드와 캐소드 사이에 약 0.1 V 내지 약 3 V의 정전위 차 또는 정전압을 인가하는 단계, 또는 (b) 상기 수용액이 펌핑되도록, 애노드와 캐소드 간에 약 0.1 V - 약 3 V의 전위 차를 유발하는 정전류를 인가하는 단계에 의해 달성될 수 있다.

Description

란타나이드 산화물 또는 악티나이드 산화물을 포함하는 전극을 구비한 일렉트로-오스모틱 펌프 {ELECTRO-OSMOTIC PUMPS WITH ELECTRODES COMPRISING A LANTHANIDE OXIDE OR AN ACTINIDE OXIDE}
관련 출원에 대한 교차-참조
본 출원은 2012년 9월 21일자 가출원번호 61/704,268에 대한 우선권을 주장하며, 상기 특허의 내용은 원용에 의해 그 전체가 본 명세서에 포함된다.
본 발명은, 일부 구현예에서, 펌프, 예를 들어 기체 비-발생형 (non-gassing), 직류 (DC) 일렉트로-오스모틱 펌프 (electro-osmotic pump)를 이용하여 약물을 전달하기 위한 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다.
일렉트로-오스모틱 펌프는 다른 펌프들에 비해 기계적으로 덜 복잡하며; 전형적으로, 부품의 수가 적은 편이며, 특히 이동 부품의 수가 적은 편이다. 소형 펌프는 피부-부착식 약물 저장조와 펌프를 포함하는 시스템을 비롯하여 이동식과 비-이동식 약물 전달 시스템 모두에 널리 사용되고 있다. 예를 들어, 피부-부착식 인슐린 "펌프"가 사용되고 있다. 펌프는 대개 기계적이다. 약물 전달 용도로 일렉트로-오스모틱 펌프가 40년 이상 고려되어 왔지만, 어떤 것도 시판된 적 없다.
제조 및 시판되는 일렉트로-오스모틱 펌프는 컴팩트한 생물학적 분석 시스템과 열 펌프 (hear pump)에 적용된다. 이들 중 일부의 경우에서는, 펌프는 액체가 길고 좁은 온-칩 (on-chip) 및 오프-칩 (off-chip) 모세관과 소형의 충진된 크로마토그래피 컬럼을 통해 흘러가게 한다. 펌프는 실리콘 칩에 랩-온-칩 소자 (lab-on-chip device)의 일부로서 집적된다. 초기 펌프에는 폴리머계 이온 교환막이 사용되었지만, 보다 최근의 펌프들은 세라믹 막으로서, 다공성 규소 및 알루미늄 산화물도 이용되기는 하지만, 특히 다공성 실리카로 된 세라믹 막을 가진다. 3 V 내지 400 V 범위로 인가된 고전압에서 물이 전기분해되는 백금 전극이 통상적으로 사용되고 있다. 그러나, 전기 분해시 발생되는 기포가 펌프의 작동을 방해할 수 있다. 세라믹 막과 기체-방출성 전극을 가진 일렉트로-오스모틱 펌프는 예를 들어 NI (Nano Fusion Technologies, Tokyo)에 의해 시판되고 있다. 펌프 작동시, 예를 들어, 이온이 전극으로부터 펌프의 막으로 이동하기 때문에 파울링 (fouling)이 발생할 수 있다.
본 발명은, 일부 구현예로서, 조성물을 개체 (예, 인간 및/또는 동물)에게 전달하기 위한 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다. 일부 구현예에 따르면, 안정적인 흐름을 제공하는 용도로 사용하기에, 예를 들어, 약물 전달 시스템에 사용하기에 적합한 일렉트로-오스모틱 펌프 시스템이 기술된다. 선택적으로 온-더-스킨 약물-전달 시스템 (on-the-skin drug-delivering system)은 저렴하고, 교체가능하며, 소형이다. 일부 구현예들에서, 본 발명은 란타나이드 산화물 또는 악티나이드 산화물을 포함하는 전극, 예컨대, 세륨 산화물 나노입자를 포함하는 전극을 구비한 일렉트로-오스모틱 펌프에 관한 것이다. 예를 들어, 직류 (DC) 일렉트로-오스모틱 펌프는 서로 이격되어 배치된 한쌍의 다공성 전극 (예, 란타나이드 산화물 또는 악티나이드 산화물을 포함하는 전극)과 제1면과 제2면을 포함하는 다공성 막을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 인가된 전류 또는 인가된 전압의 DC 구성 (DC component)은 직류 (DC) 일렉트로-오스모틱 펌프에서 펌핑되는 유체 대부분을 흐르게 만든다. 이것이 인가된 전압 또는 전류가 AC 구성을 가지지 않는다는 것을 의미하거나 암시하는 것은 아니다. 일부 구현예에서는 전극 쌍 사이에 막이 위치할 수 있다. 일부 구현예에서, 막의 제1면의 적어도 일부는 하나의 전극과 물리적으로 접촉하고, 막의 제2면의 적어도 일부는 다른 전극과 물리적으로 접촉한다.
일부 구현예들에서, 기체 비-발생형 일렉트로-오스모틱 펌프의 전극 중 하나 이상이 비-금속성 전극 전도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극은 탄소 (예, 탄소 페이퍼)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 전극에는 금속이 실질적으로 존재하지 않을 수 (예, 금속성 전도체가 실질적으로 존재하지 않을 수) 있다. 금속이 실질적으로 존재하지 않는 전극은 하나 이상의 비-금속성 성분, 예컨대, 비-금속성 전기 전도체를 기반으로 전극으로서 작동가능할 수 있다.
제조가 용이하고, 저렴하며, 전압이 낮고, 비수전해성 (non-water electrolyzing) 일렉트로-오스모틱 펌프가 개시된다. 이 펌프는, 예를 들어, 선택적으로 작고 피부-부착식인, 이동식 약물 주입 시스템과 같은 약물 주입 시스템에 사용될 수 있다. 일부 구현예들에서, 펌프는 간단하며: 이것은 2개의 다공성 전극 사이에 위치한 다공성 세라믹 "막"을 포함할 수 있다. 막의 예는, 선택적으로 또한 인규산 (phosphosilicic acid) 관능기를 포함하는, 다공성 실리카 함유성 막이다. 전위 또는 전류가 인가되면, 물이 흐르게 된다. Ag 및 Ag20를 포함하는 전극을 포함하는 펌프는 특허 출원 WO 2011/112723과 W. Shin et al J. Am. Chem. Soc. 133, 2374-2377 (2011); Drug Deliv. and Transl. Res. 1:342-347 (2011); Analytical Chemistry 83(12), 5023-5025 (2011) and by R. K. Nagarale et al. Journal of the Electrochemical Society 159(1), P14-P17 (2012)에서 언급되었으며, 이들 각각의 문헌은 원용에 의해 그 전체가 본 명세서에 포함된다. Ag 및 Ag20를 포함하는 전극은, 전류가 전극들 사이에 흐름에 따라 Ag가 전기적으로 산화되거나 및/또는 Ag20가 전기적으로 환원될 수 있기 때문에, 펌프 작동 시 상기 전극이 소모될 수 있다. 또한, Ag+　이온 용해는 펌프의 막을 오염시켜, 펌핑 속도 (유속)와 펌핑 효율을 낮출 수 있으며, 이로써 배터리 구동형 펌프의 사용 수명이 단축될 수 있다.
이에, 개체에게 유체를 전달하기 위한 저렴하고, 신뢰할만한 펌프가 필요한 실정이다. 예를 들어, 파울링을 일으키지 않으면서도 개체에게 (실질적으로) 적절한 간격 및/또는 속도로 유체 (예, 약물, 알레르겐 및/또는 그 밖의 생리학적으로 관련된 화합물을 포함하는 유체)를 전달할 수 있는 펌프에 대한 필요성이 제기되고 있다. 또한, 정전류 또는 정전위가 인가되었을 때 일정한 유속을 제공하는 개선된 펌프 (예로, 일렉트로-오스모틱 펌프)에 대한 필요성도 제기되고 있다. 일부 일렉트로-오스모틱 펌프의 경우, 전극으로부터의 금속 이온 이동 (예, 은 이온 이동)에 따른 막-파울링으로 인해, 유속이 감소할 수도 있다.
일렉트로-오스모틱 펌프는 은 및/또는 은 산화물을 포함한다. 본 발명의 일부 구현예에 따르면, 일렉트로-오스모틱 펌프는 은/은 산화물 전극 대신 란타나이드 산화물 및/또는 악티나이드 산화물을 포함하는 전극을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극은 세륨, 토륨 및/또는 프라세오디뮴의 나노결정 산화물을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 세륨 산화물이 바람직할 수 있다. 금속 산화물은 2 이상의 란타나이드 또는 악티나이드, 또는 하나 이상의 란타나이드와 하나 이상의 전이 금속을 포함하는, 혼성 산화물일 수 있다. 금속 산화물 (예, 세륨 산화물) 이외에도, 전극은 탄소와 같은 전도체와, 설폰화된 테트라플루오로에틸렌계 플루오로폴리머-코폴리머 (NAFION®)와 같은, 이온-전도성, 바람직하게는 양성자-전도성 폴리머 물질을 포함할 수 있다. 란타나이드 산화물 또는 악티나이드 산화물의 평균 크기는 약 50 nm 이하일 수 있으며; 예를 들어, 30 nm 이하, 20 nm 이하, 또는 10 nm 이하일 수 있다. 일부 구현예에서, 전극에는 어떤 금속도 실질적으로 존재하지 않는다.
란타나이드 산화물 또는 악티나이드 산화물은 일부 구현예들에서 절연성이거나 또는 전도성일 수 있다. 또한, 전극은, 일부 구현예에서, 탄소와 같은 전도체도 포함할 수 있다. 본 펌프의 내구성은 은 및/또는 은 산화물 전극으로 제작된 펌프에 비해 강화 (예, 현저히 강화)될 수 있다. Ag/Ag20 전극으로 제작된 펌프는 비수전해 조건 (non-water electrolyzing condition)에서 약 2 ± 1시간 정도 작동할 수 있지만, 본 발명의 은-무함유 전극을 구비한 펌프는 ~3시간 이상, ~4시간 이상, ~5시간 이상, ~7시간 이상, ~10시간 이상, ~20시간 이상 또는 ~100시간 이상 동안 작동할 수 있다.
Ag/Ag20 전극으로 제조된 펌프에서, Ag+　이온이 이동할 수 있으며, 이 이온이 막으로 이동해 결합하면 막을 통한 흐름을 줄일 수 있다. 흐름에 영향을 주는 Ag+　이온이 없으면, 은-무함유 전극을 구비한 펌프를 통한 흐름이 더 안정적이고, 재현가능하며, 및/또는 제어가능할 수 있다.
본 발명은, 일부 구현예에서, 서로 이격되어 배치한 다공성 전극 한쌍과, 제1면과 제2면을 포함하는 다공성 막 (예, 전극 사이에 개재된 막)을 포함하는, 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프에 관한 것이다. 일부 구현예에서, 막은 다공성 세라믹, 예를 들어 규소 (예, 유리질의 이산화규소)를 포함하는 다공성 세라믹을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 전극은 란타나이드 산화물 또는 액티나이드 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 전극은 세륨 산화물, 프라세오디뮴 산화물, 토륨 산화물 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 양쪽 전극 모두 금속이 실질적으로 존재하지 않을 수 있다. 펌프에서 각 전극의 조성은 펌프내 다른 전극(들)과 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 2-전극 펌프에서 양쪽 전극 모두 세륨 산화물을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 막의 제1면에서 적어도 일부는 하나의 전극과 물리적으로 접촉할 수 있으며, 막의 제2면에서 적어도 일부는 다른 전극과 물리적으로 접촉할 수 있다. 전극 중 하나 이상에는 은, 백금, 팔라듐, 니켈, 구리, 텅스텐, 몰리브덴 및 이들의 조합으로부터 선택되는 금속이 실질적으로 존재하지 않을 수 (예, 전혀 없을 수) 있다. 일부 구현예에서, 전극 중 하나 이상은 탄소 및/또는 양이온 교환 폴리머 (예, 황 원자를 포함하는 양이온 교환 폴리머, 불소 원자를 포함하는 양이온 교환 폴리머, 퍼플루오르화된 폴리설폰산을 포함하는 양이온 교환)를 포함할 수 있다. 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프는, 일부 구현예들에서, 펌프 유체 (예, 물)를 포함할 수 있다.
본 발명은 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프와 저장조 (reservoir)를 포함하는 일렉트로-오스모틱 유체 전달 시스템에 관한 것이다. 일부 구현예에서, 저장조는, 예를 들어, 일렉트로-오스모틱 펌프와 유체 소통하는 펌프 유체 챔버와 일렉트로-오스모틱 펌프와 유체 소통하는 전달 유체 챔버를, 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 전달 유체 챔버는 일회용 약물 카트리지로서 설계될 수 있다. 전달 시스템은 일부 구현예에서 개체가 착용 (예, 개체의 피부에 부착)할 수 있다. 일렉트로-오스모틱 유체 전달 시스템은, 일부 구현예에서, 전달 유체 챔버와 유체 소통하며 개체에게 삽입되도록 설계된 니들 또는 캐뉼러를 포함할 수 있다. 키트는, 일렉트로-오스모틱 유체 전달 시스템과, 이 시스템을 이용하여 개체에게 약물을 투여하는데 대한 설명서를 포함할 수 있다. 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프는, 일부 구현예에서, 각각 세륨 산화물을 포함하는 다공성 캐소드와 다공성 애노드, 및 상기 캐소드와 애노드 사이의 다공성 세라믹 막을 포함할 수 있으며, 여기서 막 표면의 적어도 일부는 애노드와 물리적으로 접촉하고, 막의 반대측 면의 적어도 일부는 캐소드와 물리적으로 접촉한다.
일부 구현예에서, 본 발명은, (a) 인산 수용액 및/또는 붕소산 수용액을, 직경 약 0.5 ㎛ 내지 약 3 ㎛의 실리카 미소구의 현탁액에 첨가하여, 현탁액을 제조하는 단계, (b) 상기 현탁액에서 물을 증류시켜, 분말을 제조하는 단계, (c) 상기 분말을 압축하여, 2 이상의 반대되는 표면 (opposite surfaces)을 구비한 펠릿을 제조하는 단계, (d) 상기 펠릿을 약 1 - 약 6시간 동안 약 700℃ - 약 900℃의 온도에서 소성 (firing)하여, 세라믹 막을 제조하는 단계, (e) 상기 세라믹 막을 세척하는 단계, (f) 상기 세라믹 막을 건조하는 단계, 및/또는 (g) 세륨 산화물-함유 코팅제로 코팅된 2개의 다공성 탄소 전극을 세라믹 막의 양쪽 표면에 압착하여, 전극-막-전극 샌드위치를 제조하는 단계를 포함하는, 일렉트로-오스모틱 펌프의 제조 방법에 관한 것이다.
일부 구현예들에서, 수성 유체의 전달은, (i) 캐소드 (예, 세륨 산화물-함유 코팅제로 코팅된 다공성 탄소를 포함하는 캐소드; (ii) 애노드 (예, 세륨 산화물-함유 코팅제로 코팅된 다공성 탄소를 포함하는 캐소드) 및 (iii) 세라믹 막 (예, 코팅되지 않은 실리카 구들을 용융함으로써 제조된 세라믹 막, 인규산-코팅된 용융 실리카 구 또는 붕규산-코팅된 용융 실리카 구, 용융된 구들은 캐소드와 애노드 사이에 랜덤 패킹됨)을 포함하는 일렉트로-오스모틱 펌프에 액체 수용액을 접촉시키는 단계, 및/또는 선택적으로, (a) 액체 수용액이 펌핑되도록, 애노드와 캐소드 사이에 약 0.1 V - 약 3 V의 정전위 차 또는 정전압을 인가하거나, 또는 (b) 액체 수용액이 펌핑되도록 애노드와 캐소드 간에 약 0.1 V - 약 3 V의 전위 차이를 야기하는 정전류를 인가하는 단계에 의해 달성될 수 있다.
일부 구현예들에서, 일렉트로-오스모틱 펌프는 층상 조성물 (layered composition)을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 층상 조성물은, (i) 다공성 기재와 이 기재의 적어도 일부와 접촉하는 코팅을 포함하는 제1층; (ii) 다공성 실리카 매트릭스를 포함하는 제2층; 및 (iii) 다공성 기재와 이 기재의 적어도 일부와 접촉하는 코팅을 포함하는 제3층을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 코팅은 세리아 (ceria), 세륨 산화물 또는 세리아와 세륨 산화물의 조합을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 상기 제1층의 적어도 일부는 제2층과 접촉할 수 있고, 제3층의 적어도 일부는 제2층과 접촉할 수 있다. 일부 구현예에서, 다공성 기재로는 탄소 (예, 부직포형 탄소 페이퍼 또는 탄소 직물 (carbon cloth))를 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 층상 조성물은 은이 실질적으로 없을 (예, 전혀 없을) 수 있거나, 백금이 실질적으로 없을 (예, 전혀 없을) 수 있거나, 또는 은과 백금이 실질적으로 없을 (예, 전혀 없을) 수 있다. 층상 조성물은, 폴리음이온성 막 (예, 퍼플루오로설폰산/폴리테트라플로오로에틸렌 코폴리머 또는 퍼플루오로설폰산/폴리테트라플루오로에틸렌 코폴리머)을 포함 (예, 이를 포함하는 코팅을 구비)할 수 있다.
일부 구현예에서, 일렉트로-오스모틱 유체 전달 시스템은, (a) (i) Ce4+　이온을 포함하는 다공성 캐소드, (ii) Ce3+　이온을 포함하는 다공성 애노드 및 (iii) 캐소드와 애노드 사이의 다공성 세라믹 막을 포함하며, 막의 표면의 적어도 일부는 애노드와 물리적으로 접촉하고, 막의 반대쪽 면의 적어도 일부는 캐소드와 물리적으로 접촉하는 것인, 일렉트로-오스모틱 펌프; (b) 상기 일렉트로-오스모틱 펌프와 유체 소통하는 펌프 유체 챔버와 일렉트로-오스모틱 펌프와 유체 소통하는 전달 유체 챔버를 포함하는, 저장조; (c) 애노드 및 캐소드와 전기적으로 소통하는 탈착형 컨트롤러 어셈블리 (removable controller assembly); 및/또는 (d) 상기 전달 유체 챔버와 유체 소통하는 니들을 포함할 수 있다. 니들은, 일부 구현예에서, 한쪽 단부는 전달 유체 챔버와 유체 소통하고, 다른쪽 단부는 개체와 유체 소통하도록, 구성될 수 있다. 일부 구현예에서, 전극은, 예를 들어, 캐소드를 애노드로 만들고 애노드를 캐소드로 만듦으로써, 재생되도록 구성될 수 있다.
본 발명은, 일부 구현예에서, (a) 제1 플러그 표면, 제2 플러그 표면 및 상기 제1 플러그 표면 및 제2 플러그 표면과 커플링된 풀-탭 (pull-tab)을 구비한, 탈착형 플러그 (removable plug); (b) 오목 에지 (concave edge)를 가진 하나 이상의 만곡부 (curvature)와 제1 개구부를 가진, 대략 관 형상의 제1 유체 챔버로서, 상기 제1 플러그 표면이 제1 챔버의 제1 개구부와 유체-밀봉 실 (fluid-tight seal)을 형성하도록 배치되는, 제1 챔버; 및/또는 (c) 오목 에지를 가진 하나 이상의 만곡부와 제1 개구부를 가진, 대략 관 형상의 제2 유체 챔버로서, 상기 제2 플러그 표면이 제2 챔버의 제1 개구부와 유체-밀봉 실을 형성하도록 배치되는, 제2 유체 챔버를 포함하는, 사전-충진된 일렉트로-오스모틱 펌프의 유체 저장조에 관한 것이다. 제1 유체 챔버는 제1 유체 (예, 펌프 유체)를 수용할 (예, 일정 부분 이상 충진되어 있을) 수 있으며, 및/또는 제2 유체 챔버는 제2 유체 (예, 전달 유체)를 수용할 (예, 일정 부분 이상 충진되어 있을) 수 있다. 일부 구현예에서, 전달 유체는 하나 이상의 약리학적 활성 성분 (예, 약물)을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 사전-충진된 일렉트로-오스모틱 펌프의 유체 저장조는, (a) 오목 에지를 가진 하나 이상의 만곡부와 제1 개구부를 가진 대략 관 형상의 제1 유체 챔버로서, 제1 챔버의 제1 개구부가 (i) 제1 탄성 격막 (elastomeric septum)에 의해 유체적으로 밀폐되며, (ii) 일렉트로-오스모틱 펌프의 일정 부분 이상과 탈착가능하게 결합되도록 구성된 것인, 제1 유체 챔버; 및/또는 (b) 오목 에지를 가진 하나 이상의 만곡부와 제1 개구부를 가진, 대략 관 형상의 제2 유체 챔버로서, 제2 챔버의 제1 개구부가 (i) 제2 탄성 격막에 의해 유체적으로 밀폐되며, (ii) 일렉트로-오스모틱 펌프의 일정 부분 이상과 탈착가능하게 결합되도록 구성된 것인, 제2 유체 챔버를 포함할 수 있으며, 상기 제1 유체 챔버는 제1 유체를 수용하고, 제2 유체 챔버는 제2 유체를 수용한다.
본 발명의 일부 구현예들은 본 발명의 개시 내용 및 첨부된 도면을 부분적으로 참고함으로써 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 펌프의 구조의 단면도를 도시한 것이고;
도 2는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 전극 반응과 수송(transport)이 진행되는 펌프의 단면도를 도시한 것이고;
도 3A는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 도 3B에 도시된 펌프의 분해도를 도시한 것이고;
도 3B는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 조립된 펌프를 도시한 것이고;
도 4A는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 저장조 시스템의 평면도를 도시한 것이고;
도 4B는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른, 0.9 mL 용량의 저장조 시스템의 평면도를 도시한 것이고;
도 4C는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른, 2.7 mL 용량의 저장조 시스템의 평면도를 도시한 것이고;
도 4D는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른, 7.3 mL 용량의 저장조 시스템의 평면도를 도시한 것이고;
도 5A는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 펌프의 분해도를 도시한 것이고;
도 5B는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 저장조 시스템의 평면도를 도시한 것이고;
도 5C는 도 5B의 5C-5C 선을 따라 취한, 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 저장조 시스템의 단면도를 도시한 것이고;
도 5D는 도 5B의 5D-5D 선을 따라 취한, 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 저장조 시스템의 단면도를 도시한 것이고;
도 5E는 도 5B의 5E-5E 선을 따라 취한, 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 저장조 시스템의 단면도를 도시한 것이고;
도 5F는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른, 도 5B에 도시된 저장조 시스템의 정면도를 도시한 것이고;
도 5G는 도 5F의 5G-5G 선을 따라 취한, 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 저장조 시스템의 단면도를 도시한 것이고;
도 5H는 도 5F의 5H-5H 선을 따라 취한, 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 저장조 시스템의 단면도를 도시한 것이고;
도 5I는 도 5B-5H에 도시된 저장조 시스템의 대략적인 등각투상도 (isometric view)를 도시한 것이고;
도 5J는 도 5B-5I에 도시된 저장조 시스템의 대략적인 등각투상도를 도시한 것이고;
도 6A는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 펌프 시스템의 정면도를 도시한 것이고;
도 6B는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 펌프 시스템의 평면도를 도시한 것이고;
도 6C는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 펌프 시스템의 등각투상도를 도시한 것이고;
도 6D는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른, 정전류/정전압 컨트롤러 및 타이머의 평면도를 도시한 것이고;
도 6E는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른, 정전류/정전압 컨트롤러 및 타이머의 평면도를 도시한 것이고;
도 6F는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른, 정전류/정전압 컨트롤러 및 타이머의 평면도를 도시한 것이고;
도 7A는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 펌프 시스템의 단면도를 도시한 것이고;
도 7B는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 펌프 시스템의 단면도를 도시한 것이고;
도 7C는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 펌프 시스템의 단면도를 도시한 것이고;
도 8A는 워터 챔버가 물로 충진된 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 펌프 시스템의 단면도를 도시한 것이고;
도 8B는 도 8A에 도시된 펌프 시스템의 단면도로서, 물로 충진된 워터 챔버가 본 발명의 특정 실시 구현예에 따라 오일로 캡핑되어 있는 것을 도시한 것이고;
도 8C는 도 8B에 도시된 펌프 시스템의 단면도로서, 약워터 챔버가 본 발명의 특정 실시 구현예에 따라 물 프라이머로 충진된 것을 도시한 것이고;
도 8D는 도 8C에 도시된 펌프 시스템의 단면도로서, 약워터 챔버가 본 발명의 특정 실시 구현예에 따라 오일 세퍼레이터로 충진된 것을 도시한 것이고;
도 8E는 도 8D에 도시된 펌프 시스템의 단면도로서, 약워터 챔버가 본 발명의 특정 실시 구현예에 따라 약물-함유 유체로 충진된 것을 도시한 것이고;
도 9A는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 펌프 시스템의 등각투상도로서, 워터 챔버가 물로 충진된 것을 도시한 것이고;
도 9B는 도 9A에 도시된 펌프 시스템의 등각투상도로서, 물로 충진된 워터 챔버가 본 발명의 특정 실시 구현예에 따라 오일로 캡핑되어 있는 것을 도시한 것이고;
도 9C는 도 9B에 도시된 펌프 시스템의 등각투상도 (도 9B를 뒤집은 상태)로서, 약워터 챔버가 본 발명의 특정 실시 구현예에 따라 물 프라이머로 충진된 것을 도시한 것이고;
도 9D는 도 9C에 도시된 펌프 시스템의 등각투상도로서, 약워터 챔버가 본 발명의 특정 실시 구현예에 따라 오일 디바이더로 충진된 것을 도시한 것이고;
도 9E는 도 9D에 도시된 펌프 시스템의 등각투상도로서, 약워터 챔버가 본 발명의 특정 실시 구현예에 따라 약물-함유 유체로 충진된 것을 도시한 것이고;
도 10A는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따라, 워터 챔버와 약워터 챔버가 충진되어 바로 이용될 수 있는 상태인 펌프 시스템의 단면도를 도시한 것이고;
도 10B는 도 10A에 도시된 펌프 시스템의 단면도로서, 본원의 특정 일구현예에 따른 작동 상태에 있는 것을 도시한 것이고;
도 10C는 도 10A 및 도 10B에 도시된 펌프의 단면도로서, 본 발명의 특정 실시 구현예에 따라 작동 이후의 상태를 도시한 것이고;
도 11은 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 펌프 시스템을 착용한 개체를 도시한 것이고;
도 12A는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 펌프의 분해도를 도시한 것이고;
도 12B는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따라 조립된, 도 12A에 도시된 펌프를 도시한 것이고;
도 13A는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 펌프의 전체적인 등각투상도를 도시한 것이고;
도 13B는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따라, 유체가 약물 유출구를 통해 이동하기 시작하도록 작동 중인, 도 13A에 도시된 펌프 시스템의 전체적인 등각투상도를 도시한 것이고;
도 13C는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따라, 유체가 약물 유출구를 통해 계속 이동하고 있는, 도 13A-13B에 도시된 펌프 시스템의 전체적인 등각투상도를 도시한 것이고;
도 13D는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따라, 약물 유출구를 통한 유체의 이동이 정지된, 도 13A-13C에 도시된 펌프 시스템의 전체적인 등각투상도를 도시한 것이고;
도 14는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 펌프 막을 관찰한 주사 전자 현미경 사진이고;
도 15는 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 세륨 산화물을 포함하는 전극을 구비한 펌프를 통한 흐름의 전압 의존성을 나타낸 것이고;
도 16은 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 세륨 산화물을 포함하는 전극을 구피한 펌프에서 인가된 전압에 따른 유속의 선형 증가를 나타낸 것이고;
도 17은 본 발명의 특정 실시 구현예에 따른 끓이지 않은 물과 막 끓인 물을 이용하고 정전압에서 작동시킨 세륨 산화물을 포함하는 전극을 구비한 펌프에서의 전류와 유속 변화를 도시한 것이다.
일부 구현예들에서, 본 발명은 펌프 (예, 일렉트로-오스모틱 펌프)에 관한 것이다. 예를 들어, 직류 (DC) 일렉트로-오스모틱 펌프는, (i) 란타나이드 산화물 또는 악티나이드 산화물 (예, 세륨 옥사이드)를 선택적으로 포함하는 다공성 캐소드, (ii) 란타나이드 산화물 또는 악티나이드 산화물 (예, 세륨 옥사이드)를 선택적으로 포함하는 다공성 애노드, 및 (iii) 캐소드와 애노드 사이의 다공성 세라믹 막을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 다공성 캐소드 및/또는 다공성 애노드에는 금속이 실질적으로 없을 수 있다.
란타나이드 산화물 또는 악티나이드 산화물 (예로, 세륨 산화물)은, 혼합 원자가일 수 있으며, 예를 들어, 세륨 산화물 경우, 이는 Ce4+ 및 Ce3+ 둘다를 포함할 수 있다. 산화물은 또한 수소, 예컨대 결합된 물, 결합된 H+　또는 결합된 OH+로서 수소를 포함할 수 있으며, 결합된 산소, 예컨대 결합된 02, 결합된 수퍼옥사이드 라디칼 음이온 ·O2 -로서, 결합된 수퍼옥사이드 라디칼 ·OOH로서, 또는 결합된 과산화수소 H202로서 결합된 산소를 포함할 수도 있다. 펌프는 아울러, 일부 구현예에서, (a) 펌핑될 수용액 (예, 캐소드, 애노드 및/또는 막과 접촉 상태의 액체), (b) 펌핑될 수용액와 유체 소통가능한 세퍼레이터, 및/또는 (c) 상기 세퍼레이터와 유체 소통가능하며 상기 수용액과 분리되어 있는 제2 액체 (예, 약물 및/또는 알레르겐을 포함함)를 더 포함할 수 있으며, 상기 제2 액체는 (예를 들어, 펌프의 작용에 의한) 상기 수용액의 이동이 세퍼레이터를 이동시키고, 이것이 다시 제2 액체를 이동시키도록 구성 및 배치될 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 상기 막의 표면의 적어도 일부는 상기 애노드와 물리적으로 접촉할 수 있고, 및/또는 상기 막의 반대측의 적어도 일부는 상기 캐소드와 물리적으로 접촉할 수 있다. 다공성의 세라믹 막은, 일부 구현예에 있어서, 약 0.1 ㎛ 내지 약 10 ㎛ 직경(예, 약 0.5 ㎛ 내지 약 3 ㎛의 직경)을 가진 실리카 구 또는 세리아 구를 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 실리카 구는 비-코팅형 실리카 구, 인규산-코팅형(phosphosilicic acid-coated) 실리카 구, 붕규산-코팅형 실리카 구, 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 일부 구현예에 있어서. 실리카 미소구는 미세다공성일 수 있다. 실리카는, 일부 구현예에 있어서, 금속 이온 (예, 칼슘 및/또는 나트륨 등을 포함하는, 유리 전이 온도를 낮출 수 있는 금속 이온)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 실리카는 나트륨 이온과 칼슘 이온은 총 농도 약 10 몰% 이하로 포함할 수 있다.
일부 구현예에 있어서, 다공성 세라믹 막은, 약 0.1 mm 내지 약 3 mm의 두께 및/또는 약 1 mm 내지 약 30 mm의 폭을 가질 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 일렉트로-오스모틱 펌프는 층상 조성물을 가질 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 층상 조성물은: (i) 다공성 기재와 이 기재의 적어도 일부와 접촉하는 코팅을 포함하는 제1층; (ii) 다공성 실리카 매트릭스를 포함하는 제2층; 및 (iii) 다공성 기재와 이 기재의 적어도 일부와 접촉하는 코팅을 포함하는 제3층을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 상기 코팅은 란타나이드 산화물 또는 악티나이드 산화물 (예로, 세륨 산화물)을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 상기 제1층의 적어도 일부는 제2층과 접촉할 수 있고, 제3층의 적어도 일부는 제2층과 접촉할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 조성물 층의 다공성 기재로는, 탄소 (예, 부직포형 탄소 페이퍼 또는 탄소 직물)을 포함할 수 있다. 층상 조성물은, 일부 구현예에 있어서, 세륨 산화물을 2 중량% 이상, 예컨대 5 중량% 이상, 또는 10 중량% 이상 또는 20 중량% 이상, 30 중량% 이상 또는 50 중량% 이상으로 가지는 코팅을 포함할 수 있다. 층상 조성물은, 예를 들어 퍼플루오로술폰산/폴리테트라플로오로에틸렌 코폴리머 또는 퍼플루오로설폰산/폴리테트라플로오로에틸렌 코폴리머를 포함할 수 있다.
일부 구현예에 있어서, 애노드와 캐소드 간의 전위 차 (V)는, 약 25℃에서 0.1 volt < V < 3 volt 일 수 있고, 및/또는 일렉트로-오스모틱 펌프의 액체 접촉면적 1 cm2 당 유속은 일부 구현예에서 적어도 10 ㎕ min-1 cm-2, 예로, 적어도 20 ㎕ min-1 cm-2일 수 있다. 일렉트로-오스모틱 펌프의 유속은, 일부 구현예에 있어서, 인가되는 전류 및/또는 인가되는 전압에 따라 대략 직선형으로 (예, 완전히 직선형으로) 달라질 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 펌핑되는 액체의 부피는 예를 들어 전량계로 모니터링할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 애노드, 캐소드, 또는 애노드와 캐소드 모두 다공성 탄소 (예, 부직포형 탄소, 직조형 탄소 페이퍼 또는 탄소 직물)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 애노드는 탄소 메쉬이거나, 및/또는 탄소 메쉬를 포함할 수도 있다.
본 개시 내용은 또한, 일부 구현예에 있어서, 펌프 (예, 일렉트로-오스모틱 펌프)를 제조하는 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 본 방법은 실리카 미소구 (예, 직경이 약 1 ㎛ 내지 약 3 ㎛임)의 현탁액에 H3PO4 및/또는 붕산 수용액을 첨가하는 단계, 이렇게 수득된 현탁액로부터 물을 증발시켜 분말을 제조하는 단계, 분말을 압착하여 2개 이상의 반대쪽 표면을 가진 펠릿을 형성하는 단계, 펠릿을 소성 (예를 들어, 약 700℃ 내지 약 900℃에서 약 4시간)하여 세라믹 막을 형성하는 단계, 및/또는 세라믹 막의 서로 반대되는 표면에 세륨 산화물 나노결정을 포함하는 조성물로 선택적으로 코팅된 탄소 페이퍼 전극 2개를 각각 압착하여, 전극-막-전극 샌드위치 구조를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 본 방법은 (예를 들어, 펠릿을 소성한 후) 상기 세라믹 막을 세척 및/또는 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 미소구의 현탁액은 단분산 미소구 및 다분산 미소구 중 하나를 포함할 수 있다. 본 방법은 또한, 일부 구현예에 있어서, 상기 샌드위치 구조를 캡슐화 (예, 에폭시에 샌드위치 구조의 캡슐화)하는 것을 더 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 캐소드와 애노드는 세륨 산화물 나노입자를 포함하는 전도성 조성물이 코팅되지 않은 탄소 페이퍼를 포함할 수 있다. 예를 들어, 캐소드 및/또는 애노드는 금속이 없거나 또는 금속이 실질적으로 없는 탄소 페이퍼 (예, 플라즈마 처리된 탄소 페이퍼)를 포함할 수 있다.
본원은 또한, 일부 구현예에 있어서, 액체 (예, 수용액)를 펌핑하는 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 이 방법은, (i) 세륨 산화물 나노입자를 포함하는 전도성 조성물로 코팅된 탄소 페이퍼를 포함하는 캐소드, (ii) 세륨 산화물 나노입자를 포함하는 전도성 조성물로 코팅된 탄소 페이퍼를 포함하는 애노드, 및 (iii) 비-코팅형 또는 인규산-코팅된 용융 세라믹 (예, 실리카) 구를 용융시킴으로써 형성된 세라믹 막 (예, 캐소드와 애노드 사이에 무작위로 패킹됨)을 포함하는 일렉트로-오스모틱 펌프에 액체를 접촉시키고, 및/또는 상기 액체가 펌핑되도록 상기 애노드와 캐소드 사이에 약 0.1 V 내지 약 3 V의 전위차가 발생하도록 정전류 (constant current)를 인가하는 것을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 수용액은 물 (예, 탈이온수)일 수 있다. 액체 (예, 수용액)는 총 용질(예, 전해질)을 약 50 mM 이하, 약 10 mM 이하, 약 5 mM 이하, 약 1 mM 이하, 약 0.1 mM 이하의 농도로 포함하는 물을 포함할 수 있다. 펌프는, 일부 구현예에 있어서, 펌핑될 수용액와 유체 소통가능한 세퍼레이터 (예, 공기 및/또는 오일을 포함하는 유체 세퍼레이터), 및 상기 세퍼레이터와 유체 소통가능하며 상기 수용액와 분리되어 있는 제2 액체를 더 포함할 수 있다. 본 방법은, 상기 세퍼레이터를 이동시키고, 이것이 다시 상기 제2 액체를 이동시키도록 상기 수용액를 이동시키는 것을 더 포함할 수 있다. 제2 액체는, 예를 들어, 약물 (예, 인슐린, 항생제 및/또는 생물학적 약물) 및/또는 알레르겐을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 전류의 인가는, 전극의 물과 접촉되는 기하 면적을 토대로, 전류 세기가 약 0.01 mA cm-2 내지 약 2 mA cm-2이도록 전류를 인가하는 것을 포함한다. 유속은, 일부 구현예에 있어서, 인가되는 전류 및/또는 인가되는 전압에 따라 대략 선형적으로 달라질 수 있다. 예를 들어, 수용액의 유속은 인가되는 전류 세기 약 10 mL min-1 A-1 cm-2 내지 약 700 mL min-1 A-1 cm-2에 따라 대략 선형 (예, 선형)적으로 달라질 수 있다. 임의의 경우에, 수용액 접촉 단위 단면적 당 수용액의 유속은, 일부 구현예에서, 약 10 ㎕ min-1 cm-2 내지 약 100 ㎕ min-1 cm-2일 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 정전류를 인가하면 버블 (예,수소 및/또는 산소를 포함하는 버블)이 거의 생기지 않을 수 있다. 정전류를 인가하는 것은, 일부 구현예에 있어서, 2회 이상의 펄스를 인가하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에 있어서, 펄스는 10분 이하, 5분 이하, 2분 이하, 1분 이하 및/또는 30초 이하의 간격으로 발생할 수 있다.
일부 구현예에서, 액체 (수용액)를 펌핑하는 방법은, (i) 세륨 산화물 나노입자를 포함하는 전도성 조성물로 코팅된 탄소 페이퍼를 포함하는 캐소드, (ii) 세륨 산화물 나노입자를 포함하는 전도성 조성물로 코팅된 탄소 페이퍼를 포함하는 애노드, 및 (iii) 비코팅형 또는 인규산-코팅된 용융 세라믹 (예, 실리카) 구를 용융시킴으로써 형성된 세라믹 막 (예, 용융된 구는 상기 캐소드와 애노드 사이에 무작위로 패킹됨)을 포함하는 일렉트로-오스모틱 펌프에 액체를 접촉시키고, 및/또는 상기 액체가 펌핑되도록 상기 애노드와 캐소드 사이에 약 0.1 V 내지 약 3 V의 전위차 또는 정전류를 인가하는 것을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 수용액는 물 (예, 탈이온수)일 수 있다. 액체 (예, 수용액)는 리터당 약 10-2 몰 미만의 농도로 용질을 포함할 수 있다. 펌프는, 일부 구현예에 있어서, 펌핑될 수용액와 유체 소통가능한 세퍼레이터 (예, 공기 및/또는 오일을 포함하는 유체 세퍼레이터), 및 상기 세퍼레이터와 유체 소통가능하며 상기 수용액와 분리되어 있는 제2 액체를 더 포함할 수 있다. 이 방법은, 상기 세퍼레이터를 이동시키고, 이것이 다시 상기 제2 액체를 이동시키도록 상기 수용액를 이동시키는 것을 더 포함할 수 있다. 제2 액체는, 예를 들어, 약물 (예, 인슐린, 항생제 및/또는 생물학적 약물) 및/또는 알레르겐을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 약 0.01 V 내지 약 3 V, 바람직하기로는 약 0.02 V 내지 약 2 V, 예컨대 0.5 V 내지 1.2 V의 전압이 인가된다. 일부 구현예에 있어서, 정전위차 (constant potential difference) 또는 정전압 (constant voltage)을 인가하면 버블 (수소 및/또는 산소를 포함하는 버블)이 거의 생기지 않을 수 있다. 정전류를 인가하는 것은, 일부 구현예에 있어서, 2회 이상의 펄스를 인가하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에 있어서, 펄스는 10분 이하, 5분 이하, 2분 이하, 1분 이하 및/또는 30초 이하의 간격으로 발생할 수 있다.
본원은 또한, 일부 구현예에 있어서, 유체 (예, 약물 용액)를 전달하는 장치에 관한 것이다. 예를 들어, 이 장치는 저장조, 컨트롤러 및 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 일렉트로-오스모틱 펌프 유체 저장조는 대략 관 형상의 내경이 약 2 mm 내지 약 10 mm인 유체 챔버 2개를 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 유체 챔버 중 제1, 제2 또는 제1 및 제2 챔버의 내표면은 소수성 코팅을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 상기 2개의 대략 관 형상의 유체 챔버는 제1 개구부와 오목 에지를 가진 하나 이상의 만곡부를 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 제1 유체 챔버의 제1 개구부는 제2 유체 챔버의 제1 개구부와 이격되어 마주하고 있을 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 일렉트로-오스모틱 펌프 유체 저장조는, 제1 유체 챔버의 만곡부의 오목 에지와 동일 평면 상에 근접하여 위치할 수 있는, 제2 유체 챔버의 오목 에지를 가진 적어도 하나의 만곡부를 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 제1 유체 챔버는 실질적으로 제1 평면에 위치할 수 있고, 제2 유체 챔버는 실질적으로 제2 평면에 위치할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 제1 평면과 제2 평면은 서로 실질적으로 평행할 수 있고, 제1 유체 챔버가 실질적으로 제2 유체 챔버 위에 놓일 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 제1 유체 챔버의 용적이 제2 유체 챔버의 용적 보다 작거나 크거나 또는 서로 동일할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 일렉트로-오스모틱 펌프 유체 저장조의 제1 유체 챔버의 하나 이상의 만곡부의 오목 에지와 제2 유체 챔버의 하나 이상의 만곡부의 오목 에지는 컨트롤러 어셈블리를 수용하도록 구성된 벽부를 부분적으로 한정할 수 있다.
일부 구현예에 있어서, 일렉트로-오스모틱 펌프 유체 저장조의 대략 관 형상의 제1 유체 챔버는, 제1 유체 챔버의 제1 만곡부 및 추가적인 만곡부와 실질적으로 동일 평면에 동심원상으로 배향된 하나 이상의 추가적인 만곡부, 및 상기 제1 유체 챔버의 만곡부들 사이에 위치하며 이들 만곡부들과 유체 소통가능한 하나 이상의 헤어핀 턴 (hairpin turn)을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 일렉트로-오스모틱 펌프 유체 저장조의 대략 관 형상의 제2 유체 챔버는, 제2 유체 챔버의 제1 만곡부와 실질적으로 동일 평면 상에 동심원상으로 배향된 하나 이상의 추가적인 만곡부, 및 상기 제2 유체 챔버의 만곡부들 사이에 위치하여 이들 만곡부들과 유체 소통가능한 하나 이상의 헤어핀 턴을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 일렉트로-오스모틱 펌프 유체 저장조는 챔버의 용적이 약 0.2 mL 내지 5 mL인 대략 관 형상의 유체 챔버 2개를 포함할 수 있다. 본원은 또한 일렉트로 오스모틱 유체 전달 시스템에 관한 것이다. 일부 구현예에 있어서, 일렉트로-오스모틱 유체 전달 시스템은 일렉트로-오스모틱 펌프, 일렉트로-오스모틱 펌프 저장조, 탈착형 컨트롤러 어셈블리 및 전달 유체 챔버와 유체 소통가능한 캐뉼러 및/또는 니들을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 일렉트로-오스모틱 펌프는 (i) 세륨 산화물 나노입자를 포함하는 전도성 조성물로 코팅된 다공성 캐소드, (ii) 세륨 산화물 나노입자를 포함하는 전도성 조성물로 코팅된 다공성 애노드, 및 (iii) 상기 캐소드와 애노드 사이의 다공성 세라믹 막을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 일렉트로-오스모틱 펌프 저장조는 일렉트로-오스모틱 펌프와 유체 소통가능한 펌프 유체 챔버 및 일렉트로-오스모틱 펌프와 유체 소통가능한 전달 유체 챔버를 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 탈착형 컨트롤러 어셈블리는 애노드 및 캐소드와 전기적으로 교류가능할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 일렉트로-오스모틱 유체 전달 시스템은 펌프와 근접한 위치에 펌프 유체를 포함하는 펌프 유체 챔버를 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 전달 유체 챔버는 일렉트로-오스모틱 펌프와 근접하게 펌프 유체를 포함하고, 일렉트로-오스모틱 펌프와는 멀고 니들과는 근접하게 전달 유체를 포함하고, 상기 펌프 유체와 전달 유체 사이에 세퍼레이터를 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 일렉트로-오스모틱 유체 전달 시스템은 필수적으로 물로 구성된 펌프 유체를 포함할 수 있으며, 전달 유체는 약학적 활성 성분, 알레르겐, 항체 및/또는 영양분을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 일렉트로-오스모틱 유체 전달 시스템은 탈착형 컨트롤러 어셈블리를 포함하며, 이 어셈블리는 사용자 인터페이스, 프로세서, 프로세서와 전기 신호를 교류할 수 있는 메모리, 및 프로세서 및/또는 메모리와 전기 교류가능한 전력원을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 일렉트로-오스모틱 유체 전달 시스템의 컨트롤러 어셈블리는 펌프에 인가될 전류의 크기 및/또는 지속시간, 펌프에 인가될 전위차 또는 전압의 크기 및/또는 지속 시간, 또는 이들 두가지 모두 사용자에 의해 설정 및/또는 변경될 수 있도록 하는 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 사용자 인터페이스는 적어도 하나의 입력 키를 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 일렉트로-오스모틱 유체 전달 시스템은 컨트롤러, 펌프 또는 컨트롤러 및 펌프와 신호 교류가능한 수신기 및/또는 송신기를 더 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 일렉트로-오스모틱 유체 전달 시스템은 저장조에 고정되는 탄성 밴드 및/또는 접착 패드를 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 일렉트로-오스모틱 유체 전달 시스템은 펌프 유체 챔버를 포함할 수 있으며, 이 펌프 유체 챔버는, 오목 에지를 포함하는 외부 펌프 유체 챔버 만곡부, 상기 외부 펌프 유체 챔버 만곡부의 오목 에지와 동심원상으로 동일 평면에 위치하는 오목 에지를 가진 내부 펌프 유체 챔버 만곡부, 및 상기 외부 및 내부 펌프 유체 챔버 만곡부들과 유체 소통가능한 헤어핀 턴을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 전달 유체 챔버는 오목 에지를 가진 외부 전달 유체 챔버 만곡부, 상기 외부 전달 유체 챔버 만곡부의 오목 에지와 동심원상으로 동일 평면에 위치하는 오목 에지를 가진 내부 전달 유체 챔버 만곡부, 및 상기 외부 및 내부 전달 유체 챔버 만곡부와 유체 소통가능한 헤어핀 턴을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 펌프 유체 챔버와 전달 유체 챔버는 탈착형 컨트롤러 어셈블리를 적어도 부분적으로 둘러싼다.
본 발명은 또한 유체를 개체에게 전달하는 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 이 방법은 (i) 저장조, 탈착형 컨트롤러 및 전달 유체 챔버와 유체 소통가능한 니들 및/또는 캐뉼러를 포함하는 일렉트로-오스모틱 약물 전달 시스템을 제공하는 단계, (ii) 상기 니들 및/또는 캐뉼러를 개체에게 삽입하는 단계; 및 (iii) 애노드와 캐소드 사이에 정전위차 또는 정전류를 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 구현예에 있어서, 일렉트로-오스모틱 펌프는, (i) 세륨 산화물 나노입자를 포함하는 전도성 조성물로 코팅된 다공성 캐소드, (ii) 세륨 산화물 나노입자를 포함하는 전도성 조성물로 코팅된 다공성 애노드, 및 (iii) 상기 캐소드와 애노드 사이에서 상기 캐소드 및 애노드와 물리적으로 접촉하는 다공성 세라믹 막을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 일렉트로-오스모틱 저장조는 일렉트로-오스모틱 펌프와 유체 소통가능한 펌프 유체 챔버 및 전달 유체 챔버를 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 펌프 유체 챔버는 일렉트로-오스모틱 펌프에 근접한 펌프 유체의 제1 분액 (aliquot)을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 전달 유체 챔버는 펌프에 근접한 펌프 유체의 제2 분액, 일렉트로-오스모틱 펌프에 원위로 위치된 전달 유체, 및 펌프 유체의 제2 분액과 전달 유체 사이체 위치하는 세퍼레이터를 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 탈착형 컨트롤러는 애노드 및 캐소드와 전기적으로 교류가능할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 정전위차 또는 정전압의 인가는, 펌프 유체의 제1 분액의 부피가 다공성 막을 통과하여 펌프 유체 챔버에서 전달 유체 챔버로 이동되고, 이에 상응하여 전달 유체 챔버 내의 펌프 유체의 제2 분액의 부피가 증가되어, 니들 및/또는 캐뉼러를 통해 개체에게 주입되는 전달 유체의 부피가 증가되는 것을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 니들을 통해 개체에게 전달되는 전달 유체의 부피는 전달 유체 챔버내 펌프 유체의 제2 분액의 증분과 실질적으로 동일할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 펌프 유체는 필수적으로 탈이온수로 구성될 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 전달 유체는 인슐린, 항생제, 생물학적 약물 및/또는 알레르겐을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 펌프 유체의 유속은 전압에 따라 선형적으로 달라질 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 펌프 유체 접촉 단위 단면적 당 펌프 유체의 유속은 1 ㎕ min-1 cm-2 내지 약 1 mL min-1 cm-2, 예를 들어, 약 10 ㎕ min-1 cm-2 내지 약 100 ㎕ min-1 cm-2일 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 정전위차 또는 정전압의 인가시 버블 (수소 및/또는 산소를 포함하는 버블)이 실질적으로 발생하지 않을 수 있다.
본 발명은, 일부 구현예에서, 개체 (예, 인간 및/또는 인간을 제외한 동물)에 조성물 (예, 유체 조성물)을 전달하기 위한 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다. 예를 들어, 개체로의 조성물 (예, 유체 조성물)의 전달은, 용해되거나 또는 용액에 분산된 치료 약물을 피하 또는 그외 조직내 전달 (예, 펌핑)하는 것을 포함할 수 있다. 본 발명의 일부 펌프는 캐뉼러에 유체 이동가능하게 (예, 튜브에 의해) 연결된 원격 저장조에 저장된 인슐린을 전달하는 타입일 수 있다. 전달은 개체에서 하나 이상의 조직과 유체 소통하게 펌프를 장착하므로써 달성할 수 있다. 예를 들어, 펌프는 짧은 관으로 연결된 캐뉼러에 부착되거나 또는 피부에 탑재된 시스템 형태일 수 있다. 일부 구현예에서, 유닛의 체적은 약 15 cm3 이하, 예컨대 10 cm3 이하, 예컨대 약 5 cm3 이하일 수 있다. 본 발명의 일부 구현예에서, 저장조는 약 1-10일 (예, 약 2-3일)에 걸쳐 전달하기 위한 충분한 부피의 유체 (예, 약물 용액 또는 분산물)를 함유할 수 있다.
펌프 막
일부 구현예에서, 펌프는 막 (예, 다공성 막)과 2 이상의 전극을 포함할 수 있다. 예를 들어, 펌프는 일렉트로-오스모틱 펌프로서 구성될 수 있으며, 막 (예, 다공성 막), 상기 막과 적어도 일부가 접촉하는 캐소드, 및 상기 막과 적어도 일부가 접촉하는 애노드를 포함할 수 있다. 막 (예, 다공성 막)은 직경이 8 mm 이하, 예컨대 6 mm 이하, 예컨대 1.3 mm 이하일 수 있다. 막은 3 mm 이하, 예로, 2 mm 이하, 예로, 1.3 mm 이하의 두께를 가질 수 있다. 다공성 막은 세라믹일 수 있으며; 예를 들어 실리카 또는 세리아를 포함할 수 있다. 막 (예, 다공성 막)은, 예를 들어, 약 10 ㎛ 이하, 예를 들어, 약 10 ㎛ 이하, 예를 들어, 약 5 ㎛ 이하, 예를 들어, 약 2 ㎛ 이하, 예를 들어, 약 1 ㎛ 이하, 예를 들어, 약 0.5 ㎛ 이하, 예를 들어, 약 0.2 ㎛ 이하의 직경들을 가진 단-분산 또는 다-분산 실리카 미세입자를 포함할 수 있다.
막 (예, 다공성 막)은, 일부 구현예들에서, 다공성 세라믹 또는 음이온성 또는 양이온성 관능기를 가진 폴리머계 유기 물질을 포함할 수 있다. 막은 폴리음이온성 표면을 가질 수 있다. 유용한 다공성 세라믹 물질들의 예로는 실리카, 세리아, 세륨 포스페이트, 지르코니아, 티타니아, 알루미나, 지르코늄 포스페이트, 지르코늄 실리케이트, 포스포실리케이트 유리, 보로실리케이트 유리를 포함한다. 선택적으로, 막은 세라믹의 미소구 가열, 예를 들면, 용융 실리카 미소구를 인산 또는 폴리인산과 함께 가열함으로써 제조할 수 있다. 폴리머계-유기 막에 대한 예로는 NAFION ® (퍼플루오로술폰산/폴리테트라플로오로에틸렌 코폴리머), 설포네이트된 폴리스티렌 및 이의 코-폴리머들과 같은 양이온 교환제를 포함한다.
일부 구현예들에서, 막은 300 psi에서 펠릿화하고, 이후 700℃에서 4h 동안 인규산 (phosphosilic acid) 코팅된 1 ㎛ 단분산 실리카 미소구를 소성함으로써 형성할 수 있다. 막은, 각각 세륨 산화물 나노입자를 포함하는 전도성 조성물로 코팅된, 애노드와 캐소드 사이에 샌드위치 될 수 있다. 일부 구현예들에 따르면, 막은 선택적인 인규산 및/또는 붕규산 외피 (shell)를 갖는 다공성 실리카로 제조될 수 있다. 선택적으로, 실리카는 미세다공성일 수 있다. 미세다공성 실리카는 예를 들면, 약 5 ㎛ 이하 또는 약 100 nm 이하의 직경을 갖는 기공 (pore)을 가질 수 있다. 실리카는 일부 구현예들에서, 금속 산화물 (예를 들면, Na2O, CaO)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 실리카는 Na2O, CaO, 또는 Na2O + CaO를 약 1 몰% 내지 약 5 몰%, 약 5 몰% 내지 약 10 몰%, 및/또는 약 10 몰% 내지 약 20 몰%로 포함할 수 있다. 막은, 일부 구현예들에 따르면, 1 ㎛ 직경의 용융 실리카 구 상에 인규산 코팅 또는 붕규산 코팅을 용융(fusing)함으로써 형성할 수 있다. 일부 구현예들에서, 막은, 인 및 산소 함유 화합물, 이를테면 인산 또는 폴리인산 또는 포스포러스 펜톡사이드와 반응한 세리아 (Ce02) 또는 지르코니아 (ZrO2)를 포함하여, 선택적으로 포스페이트화된 세리아 또는 지르코니아 표면, 이를테면 Ce3(P04)4 또는 Zr3(P04)4 보강 표면을 형성할 수 있다. 지르코니아는, 예를 들면, 이트리아, 칼슘 ("칼시아(calcia)"), 또는 다른 적절한 안정화제들로 안정화될 수 있다. 막은 일부 구현예들에 따르면, 인 및 산소 함유 화합물, 이를테면 인산 또는 폴리인산 또는 포스포러스 펜톡사이드와 반응된 알루미나 (Al2O3)를 포함하여, 선택적으로 포스페이트화된 알루미나 표면을 형성할 수 있다. 일부 구현예들에서, 막은 인 및 산소 함유 화합물, 이를테면 인산 또는 폴리인산 또는 포스포러스 펜톡사이드와 반응한 유리, 이를테면 소다 라임 유리 또는 보로실리케이트 유리 또는 납(lead) 유리를 포함하여, 선택적으로 포스페이트화된 유리 표면을 형성할 수 있다. 일부 구현예들에서, 막은 폴리비닐 포스포네이트 폴리머 또는 코-폴리머 막을 포함할 수 있는데, 이들은 가교 또는 여타의 공지된 방법에 의하여 수-불용성으로 만들어진 것일 수 있다.
일부 구현예들에서, 다공성 막은 유리질 및/또는 결정질의 세라믹, 또는, 적어도 물 또는 여타 유체 접촉 표면에, 인 (예를 들면, 5가 산화 상태의) 및/또는 붕소 (예를 들면, 5가 산화 상태의)를 포함하는, 혼성 유리질 및 결정질 산화물을 포함할 수 있다. 막 재료에 대한 예로는 용융 실리카 상의 인규산 및/또는 포스포실리케이트 유리; 용융 실리카 상의 붕규산; 선택적으로 예를 들면, 이트리아로 또는 칼슘 산화물로 상 안정화된(phase-stabilized) 지르코니아로, 선택적으로 포스페이트화된 지르코니아 표면, 이를테면 Zr3(P04)4 또는 Ce3(P04)4 보강 표면을 형성하기 위하여, 인 및 산소 함유 화합물, 이를테면 인산 또는 폴리인산 또는 포스포러스 펜톡사이드과 반응시킨 지르코니아 (ZrO2) 또는 세리아 (Ce02); 또는 선택적으로 포스페이트화된 알루미나 표면을 형성하기 위하여, 인 및 산소 함유 화합물, 이를테면 인산 또는 폴리인산 또는 포스포러스 펜톡사이드와 반응시킨 알루미나 (Al2O3); 또는 선택적으로 포스페이트화된 유리 표면을 형성하기 위하여, 인 및 산소 함유 화합물, 이를테면 인산 또는 폴리인산 또는 포스포러스 펜톡사이드와 반응시킨 유리, 이를테면 소다 라임 유리, 또는 보로실리케이트 유리 또는 납 유리를 포함한다. 포스포실리케이트 유리 및/또는 보로실리케이트 유리가 사용될 수 있는데, 이의 표면은 선택적으로 인-산화물 보강 및/또는 붕소 산화물 보강된 것일 수 있다. 다공성 금속 포스페이트, 이를테면 AlPO4, Zr3(PO4)4, Ce3(P04)4, Zn3(PO4)4 또는 FePO4 또는 Fe3(PO4)2가 일부 구현예들에서 사용될 수 있다. 용융 구의 패킹은 일부 구현예들에 따르면, 무작위, 무계획적인 및/또는 불완전하게 정렬된 것일 수 있다.
일부 구현예들에 따르면, 미소구는 약 10 ㎛ 이하 (예를 들면, 약 10 ㎛ 이하, 약 5 ㎛ 이하, 약 2 ㎛ 이하, 약 1 ㎛ 이하, 약 0.5 ㎛ 이하, 약 0.2 ㎛ 이하, 및/또는 약 0.1 ㎛ 이하)의 직경 (예를 들면, 평균 직경)을 가질 수 있다.
예시적인 구현예들과 전술한 공정에서 결합되지 않은 인산을 제거하기 위하여, 약 0.8 cm 외경의 세라믹 막을 다량의 물로 세척할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 샌드위치 형태로 막을 조립한 후, 이를 약 10 ㎕ 분-1 유속으로 약 25분 동안 다시 세척할 수 있다. 세척-수는 상업적으로 이용가능한 시린지 펌프 또는 다른 적절한 장치로부터 나올 수 있다.
펌프 전극
전위 차 (즉, 전압) 및/또는 전류는 반대 측에 배치된 전기 전도성 물질 (예, 전극)로 막을 가로질러 인가될 수 있다. 일부 구현예들에 따르면, 전위 차의 인가로 H+ 및/또는 OH-가 막을 가로지르거나 및/또는 통하여 이동하는 반응을 일으키는 전기적으로 전도성인 물질의 조성물이 선택될 수 있다. 예를 들면, 양성자 (H+)가 막을 가로지르거나 및/또는 통과하여 이동하도록 하는 조성물을 선택하는 것이 바람직할 수 있다. 전극은, (예, 애노드 및 캐소드), 일부 구현예들에 따르면, 다공성일 수 있다. 일부 구현예들에서, 애노드는 탄소, 예를 들면, 직조형 또는 부직포형 탄소 직물 (carbon cloth) 또는 페이퍼, 또는 탄소 폼 (carbon foam)을 포함할 수 있다. 탄소 직물 전극에 대한 일 예는 TGP-H-030이며, 이것은 일본 도쿄 니혼바시-무로마치 2 쵸메 2-1에 소재한 도레이 산업 주식회사에서 제조된 것이다. 다공성 탄소 애노드는 (예로, 바람직하게는 코팅됨), 예를 들면, 콜로이드형 주석 산화물, 예를 들면, Nyacol Nano Technologies Inc. (애쉬랜드, MA)에 의해 제조되어 NYACOL® SN15 dispersion라는 상표로 판매되는 것으로 코팅될 수 있다. 예를 들면, 애노드는, 예를 들면, NYACOL® SN15 dispersion으로 딥-코팅 및/또는 스프레이-코팅될 수 있다. 일부 구현예들에서, 애노드는 세리아 졸 (ceria sol), 예컨대 나이트레이트 반대-이온 또는 아세테이트 반대-이온을 가진, NYACOL®　Nano Technologies Inc. (애쉬랜드, MA)에 의해 판매되는, 콜로이드형 세리아으로 코팅될 수 있으며, 세리아의 입자 크기는 제조사에 따르면 10-20 nm의 졸이다. 탄소 전극은, 일부 구현예들에 따르면, 먼저 콜로이드형의 주석 산화물로 코팅된 다음 콜로이드형 세리아로 코팅될 수 있다.
일부 구현예들에서, 다공성 캐소드는 탄소-계 (carbon-based)일 수 있다. 예를 들면, 캐소드는 직조형(woven) 또는 부직포형 (non-woven) 탄소 직물 또는 탄소 페이퍼, 또는 탄소 폼일 수 있다. 탄소-계의, 다공성 캐소드는, 일부 구현예들에 따르면, 친수성으로 만들어질 수 있다. 예를 들면, 탄소-계 다공성 캐소드 (예를 들면, 직조형 또는 부직포형 탄소 직물 또는 탄소 페이퍼, 또는 탄소 폼)을 플라즈마 (예, 약 20 torr의 산소 플라즈마에 약 1시간 동안)에 노출시킴으로써 친수성으로 만드는 것이 바람직하거나 필요할 수 있다.
일부 구현예들에 따르면, 세륨 산화물 나노입자를 포함하는 전도성 조성물을 포함하는 전극을 사용하는 것이 적합하거나, 바람직하거나 및/또는 필요할 수 있다. 전극은 세륨 산화물 나노입자를 포함하는 전도성 조성물을 2 밀리쿨롱 (mC) 이상, 적어도 10 mC, 적어도 20 mC, 적어도 100 mC, 적어도 0.2 C, 적어도 0.5 C 또는 적어도 1 C의 쿨롱 용량 (coulombic capacity)을 갖는데 충분하게 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 전극의 세륨 산화물 나노결정체 함유 코팅제의 전도성은 코팅제에 탄소를 첨가함으로써 높일 수 있다.
각 전극은, 일부 구현예에 따르면, 금속성 전도 물질이 가미 또는 가미되지 않은 플라즈마-처리된 탄소 페이퍼를 독립적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 세륨 산화물 나노입자를 포함하지 않는 전극을 사용하는 것이 적절하거나 및/또는 필요할 수 있다. 일부 구현예에서, 전극 (예, 캐소드, 애노드 또는 캐소드와 애노드 둘다)에는 금속이 실질적으로 없을 (전혀 없을) 수 있다. 비-금속성 전도성 물질은 일부 구현예에 따르면 전극 작동성 (electrode operability)을 부여할 수 있다. 비-금속성의 전도성 물질로는, 예컨대, 탄소, 탄소 페이퍼, 직조형 탄소 페이퍼, 부직포형 탄소 페이퍼, 플라즈사-처리한 탄소 페이퍼, 탄소 파이버, 폴리아세틸렌, 폴리페롤, 폴리아닐린 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 펌프는 플라즈마-처리된 탄소 페이퍼를 포함하는 다공성의 실질적으로 금속-무함유성 애노드와, 플라즈마-처리된 탄소 페이퍼를 포함하는 다공성의 실질적으로 금속-무함유성 캐소드를 포함할 수 있다. 임의의 구현예를 임의의 특정한 작동 기전으로 제한하고자 하는 것은 아니나, 플라즈마 처리는 탄소 표면 상에 전자산화가능한 기 및/또는 전자환원가능한 기를 형성할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 처리는 하나 이상의 공액된 기 (conjugated group)를 포함하는 탄소 표면을 형성할 수 있다. 공액된 기는 하나 이상의 페놀 (예, 다이페놀) 및 하나 이상의 카르보닐 (예, 퀴논)을 포함할 수 있다.
세륨 산화물을 포함하는 실질적으로 금속-무함유성 전극 및/또는 실질적으로 은-무함유성 전극은 내구성, 유속 안정성, 유속 재현성, 흐름 통제력 및/또는 이들의 조합을 제공할 수 있다. 일부 구현예에서, 전극은 금속을 미량 (예, 일렉트로-오스모틱 흐름을 단독으로 유지시키는데에는 부족한 양)으로 포함하더라도, 금속 (예, 특정 금속, 특정 금속들 또는 모든 금속)은 실질적으로 존재하지 않을 수 있다.
전극의 바람직한 공극률 (porosity)은, 예를 들어, 다공성 기질 (예를 들면, 다공성, 전도성, 그리고 선택적으로 비-부식성 기질)을 사용함으로써 얻을 수 있는데, 이들이 전기화학적으로 반응성일 필요는 없다. 일부 유용한 전극 물질로는, 일부 구현예들에 따르면, 다공성 탄소, 예컨대 직조형 또는 부직포형 탄소 페이퍼, 또는 금 메쉬 또는 은 메쉬를 포함한다. 애노드는, 일부 구현예에서, 작동시 양성자를 발생시킬 수 있다. 일부 구현예에서, 캐소드는 반응에서 하이드록사이드 양이온을 발생시킬 수 있으며, 및/또는 작동시 양성자를 소비할 수 있다.
전극은 임의의 바람직한 또는 필요한 형태 및/또는 크기를 가질 수 있다. 일부 구현예들에 따르면, 전극 (예, 다공성 전극)은 원주와 2개의 반대 표면을 갖는 대체로 원형의 형태를 가질 수 있다. 일부 구현예들에서, 전극 (예, 다공성 전극)은 인접한 막과 유사하거나 동일한 크기 및 형태를 가질 수 있다. 전극 (예, 다공성 전극)은 약 8mm 이하, 약 6mm 이하, 및/또는 약 1.3mm 이하의 직경을 가질 수 있다. 전극 (예, 다공성 전극)은 약 5cm 이하, 약 2cm 이하, 약 1cm 이하, 및/또는 약 6mm 이하의 직경을 가질 수 있다. 전극 (예, 다공성 전극)은 약 3mm 이하, 예를 들면 약 2mm 이하, 예를 들면, 약 1.3mm 이하의 두께를 가질 수 있다. 일부 구현예들에서, 전극-막-전극 샌드위치의 외부 직경은 약 0.1 cm - 약 5 cm; 예를 들면, 약 0.3 cm - 약 3 cm; 예를 들면, 0.4 cm - 1 cm일 수 있다.
일부 구현예들에서, 전극은 아래 조건을 충족시키는 물질로 제조될 수 있다: (1) 기체 비-발생형 전극 반응 (예를 들면, 캐소드에서 수소 발생이 없고, 애노드에서 산소 발생이 없음); 및/또는 (2) 애노드 반응이 양성자 및/또는 금속 양이온들을 생성하고, 캐소드 반응이 양성자 및/또는 금속 양이온을 소비함.
일부 구현예에 따르면, 산소 기체를 발생시키지 않는 애노드 및/또는 수소 기체를 발생시키지 않는 캐소드를 가진 DC 일렉트로-오스모틱 펌프가 바람직하거나 및/또는 선호될 수 있다. 애노드 (예, 바람직한 애노드)는, 일부 구현예들에서, 이의 작동시 양성자 및/또는 금속 양이온을 만들어낼 수 있다. 일부 구현예들에서, 애노드는 작동시 양성자 및/또는 금속 양이온을 만들어낼 수 있다. 일부 구현예에서, 캐소드는 반응시 하이드록사이드 음이온을 만들 수 있거나, 및/또는 작동시 양성자 및/또는 금속 양이온을 소비할 수 있다.
펌프
일부 구현예들에서, 펌프의 부품은 단순하고 저렴할 수 있다. 일부 구현예들에서, 펌프의 부품의 총 비용은 $2.00 이하, 예를 들면 $1.00 (2011년 USD 기준)일 수 있다. 펌프의 부품로는 한쌍의 PVC 용기 (receptacles), 한 쌍의 접촉 스트립 (contact strips) (예를 들면, 얇은 금 오일 또는 니켈), 한 쌍의 코팅된 탄소 페이퍼 전극, 세라믹 막, 그리고 실리콘 관을 포함할 수 있다. 펌프의 부품들은 전극 사이에 막을 샌드위치로 배치함으로써 조립할 수 있다. 일부 구현예들에서, 막과 전극의 직경은 8mm이다. 일부 구현예들에서, 커버되는 림은 (covered rim)은 약 0.03 cm - 약 0.3 cm, 예를 들면, 약 0.05 cm - 약 0.2 cm이며; 물에 노출되는 영역은 약 25 cm2 이하, 예를 들면, 약 10 cm2 이하, 예를 들면, 약 4 cm2 이하, 예를 들면, 약 1 cm2 이하, 예를 들면, 0.5 cm2 이하, 예를 들면, 약 0.3 cm2 이하, 예를 들면, 약 0.1 cm2 이하, 예를 들면, 약 0.05 cm2 이하일 수 있다. 막을 샌드위치 형태로 조립한 후, 이를 약 25분 동안 약 10 ㎕ min-1의 유속으로 다시 세척할 수 있다. 세척-수는 상업적으로 이용가능한 시린지 펌프 또는 기타 적절한 기구로부터 나올 수 있다.
일부 구현예들에서, 전극은 막과 밀폐된 물리적 접촉 상태에 있을 수 있으며, 이는 어느 한쪽의 전극을 막으로부터 분리하는 수성 액체 (예를 들면, 자유-유동 수성 액체)가 거의 없거나 전혀 없다는 것을 의미한다. 일부 구현예들에서, 양호한 물리적 접촉을 위한 수단으로는 막의 양측에 증착된 전기화학적으로 무-반응성인 얇은 필름 (예를 들면, 홀 컨덕터 및/또는 전자의 박막)을 포함할 수 있다. 무-반응성 전도성 필름은 예를 들면, 탄소 또는 금을 포함할 수 있다. 필름은 바람직하게는 일부 구현예들에서 다공성이도록 충분히 얇을 수 있다. 필름은, 예를 들면, 스퍼터링 (sputtering) 또는 증발에 의하여 증착될 수 있으며, 또는 도포되거나 분무될 수 있다. 시판 탄소 페이스트, 예를 들어 SPI 탄소 # 5065 또는 Timcal (Westlake OH) 사의 탄소, 예컨대, Timcal Super P 탄소가 사용될 수 있다. 일부 구현예들에서, 물리적 접촉은 세라믹 막 위에 전기화학적 반응성 성분이 포함된 탄소 페이퍼 전극을 프레싱하기 전에 평탄하게 연마함으로써 개선시킬 수 있다. 일부 구현예들에서, 탄소 페이퍼는 전형적으로 약 500℃ 이상의 온도, 예를 들면, 약 600℃ 이상의 온도, 예를 들면, 약 700℃ 이상의 온도, 예를 들면, 약 800℃ 이상의 온도, 예를 들면, 약 900℃ 이상의 온도, 예를 들면, 약 1000℃ 이상의 온도에서, 전형적으로 약 0.1 MPa 이상의 압력, 예를 들면, 약 0.2 MPa 이상의 압력, 예를 들면, 약 0.5 MPa 이상의 압력, 예를 들면, 약 1.0 MPa 이상의 압력, 예를 들면, 약 2 MPa 이상의 압력에서 세라믹 막의 양면 상에 핫-프레스 (hot-press)될 수 있다.
일부 구현예들에서, 막은 무전해성 도금 (electroless plating of gold)에 사용되는 환원제와 같은 환원제에 의해 금 또는 백금을 석출시킬 수 있는 AuCl4 또는 Au(CN)2과 같은 금 착제를 함유한 용액에 침지시킬 수 있다. 일부 구현예들에서, 환원제의 예로는 보로하이드라이드와 하이포포스파이트를 포함한다. 일부 구현예들에서, 세라믹 막은 그 양면이 전극-형성 페이스트로 코팅될 수 있다. 일부 구현예들에서, 펌프 유체 (예를 들면, 펌핑된 물 또는 수용액) 수용 구획, 그리고 또한 전달 유체 (예를 들면, 약물 용액 또는 현탁액) 수용 구획은, 예를 들면, 플라스틱의 몰딩에 의하여 제조할 수 있다. 이들 구획 중 어느 하나 또는 양쪽 구획 모두는 이를 물 또는 수용액, 또는 약물 용액이나 현탁액로 충전하기 위한 포트 또는 격막, 이를테면 엘라스토머로 제조된 격막을 가질 수 있다. 충전은 예를 들면 시린지로 수행할 수 있다. 어느 한 구획 또는 양쪽 구획 모두는 예를 들어 충전하는 동안에 공기 또는 다른 기체를 방출시키는 소수성 배출구 (vent)를 가질 수 있다. 배출구는 물 또는 수용액, 또는 약물 현탁액 또는 약물 용액은 누출시키지 않으면서 기체를 방출시키는 소수성의 다공성 물질을 선택적으로 포함할 수 있다. 소수성 다공성 배출구 물질의 예로는, 아연 공기 배터리들에 사용되는 물질로 예시되는, 선택적으로 직조형 및 부직포형 퍼플루오르화된 폴리머 섬유로 제조된 소수성 기체 확산 막, 예를 들어 W. L. Gore & Associates (Newark, 독일) 사의 Excellerator TM PTFE 가스 확산 막을 포함하나, 이로 한정되는 것은 아니다.
선택적으로, 약물 수용 구획 (drug-containing compartment)은 비-수성 용액 또는 분산물 형태의 약물 농축물, 또는 약물로 구성된 고체 (예, 보관 수명을 더 길게 하기 위해)를 수용할 수 있다. 이 경우, 예컨대 사용 전에 약물 수용 구획에 물 또는 수용액을 투입함으로써 약물 용액 또는 현탁액을 사용전에 조제한다. 이는, 예를 들어, 전달되는 약물이 미국 인디애나주 인디애나폴리스에 소재한 Eli Lilly & Co. 사에서 시판하는 글루카곤일 경우에 바람직할 수 있는데, 그 이유는 이 글루카곤의 전형적인 주사용 용액의 보관 수명이 보통 약 1일에 불과하기 때문이다.
일부 구현예들에서, 나노결정 세륨 산화물을 함유한 애노드와 캐소드는 가역적일 수 있으며, 이의 국소 pH 차이를 제외하고는 상동할 수 있다. 예를 들어 애노드에서 Ce3+가 Ce4+로 전자산화되더라도 산소는 거의 발생하지 않을 수 있으며, 캐소드에서 Ce4+가 Ce3+로 전자환원되거나, 또는 예를 들어 세륨 산화물에 결합된 산소가 캐소드에서 전자환원되고 애노드에서 전자-발생되더라도, 수소는 발생되지 않는다.
도 1은 본 발명의 구체적인 실시 구현예에 따른 펌프(110)의 구조의 단면도를 예시하고 있다. 펌프(110)는, 전극(130, 140) 사이에 개재된, 실리카 구체 (121)를 함유한 SiO2 막(120)을 포함한다. 전극(130, 140)은 각각 세륨 산화물 나노결정체와 선택적으로 또한 탄소 및/또는 Nafion (132, 142)를 포함하는 코팅으로 덮여진, 탄소 페이퍼 기재 (131 및 141)를 포함한다. 일부 구현예들에서, 전극(130, 140)은, 세륨 산화물 나노결정을 포함하는 코팅으로 덮여있진 않지만, 실질적으로 금속이 없는, 탄소 페이퍼 기재 (각각 131, 141)를 포함할 수 있다. 인규산으로 코팅된 실리카 미소구체를 용융시킴으로써 두께가 1.3mm이고 직경이 8mm인 막을 제조할 수 있다. 흐름-통과 (Flow-through) 애노드(130) 및 캐소드(140)는, 세륨 산화물 나노결정체를 포함하는 조성물로 코팅된, 두께 280 ㎛, 공극율 78%인 탄소 페이퍼일 수 있다.
도 2는 본 발명의 구체적인 실시 구현예에 따른 전극 반응과 이송 프로세스를 나타낸 펌프(210)의 단면도를 예시하고 있다. 예를 들어, 세리아에 결합된 O2, 세리아에 결합된 수퍼옥사이드 및/또는 하이드로겐 페로자이드가 참여하는 반응 등의, 한가지 이상의 다른 (예, 대체) 반응이 일부 구현예들에서 발생할 수 있다. 펌프(210)는 동일한 다공성 세륨 산화물 (즉, Ce02_x) 전극 한쌍 (230, 240)을 포함하며, 이들 각각은 세륨 산화물을 포함하는 코팅 (각각 232와 242)으로 덮여진 탄소 페이퍼 기재 (각각 231과 241)을 포함하며, 그 사이에 세라믹 막(220)이 샌드위치 형태로 배치된다. 일부 구현예에서, 전극 (230, 240)은 각각 탄소 페이퍼 기재 (각각 231과 241)를 포함할 수 있지만, 세륨 산화물드 코팅 (232, 242)은 제외될 수 있다. 다공성 애노드(230) 또는 캐소드(240)의 전기화학적으로 반응하는 성분은 임의의 방법에 의해 적용될 수 있다. 도 2 는 애노드(230)와 캐소드(240)로의 전류(또는 전압)의 인가가 양극 반응 Ce3+　+ H20 → e(OH)3+　+ H+　+ e- 에서 발생된 양성자를 캐소드에 보낼 수 있고, 캐소드에서 양성자가 음극 반응 e(OH)3+　+ H+　+ e- → Ce3+　+ H20에 소비되며, 선택적으로 Ce3+ 이온이 수화되는 것을 예시하고 있다.
도 3A는 본 발명의 구체적인 실시 구현예에 따른 펌프의 분해도를 예시하고 있다. 도 3A는 펌프의 저렴한 부품들을 도시한 것이다. 좌측에서부터 우측으로, 실리콘 관(335), PVC 프레임(334), 골드 스트립(333), 세륨 산화물 나노결정체를 포함하는 조성물로 코팅된 탄소 페이퍼 애노드(330), 세라믹 막(320), 세륨 산화물 나노결정체를 포함하는 조성물로 코팅된 탄소 페이퍼 캐소드(340), 골드 스트립(343), PVC 프레임(344), 실리콘 관(345)이 도시되어 있다. 도시된 펌프의 개략적인 비용은 1.00 달러(2011년도 USD 기준)이다.
도 3B는 본 발명의 구체적인 실시 구현예에 따른 조립된 펌프를 도시한 것이다. 좌측에서부터 우측으로, 실리콘 관(335), PVC 프레임(334), 골드 스트립(333), 세륨 산화물 나노결정체를 포함하는 조성물로 코팅된 탄소 페이퍼 애노드(330), 세라믹 막(320), 세륨 산화물 나노결정체를 포함하는 조성물로 코팅된 탄소 페이퍼 캐소드(340), 골드 스트립(343), PVC 프레임(344), 실리콘 관(345)이 도시되어 있다. 샌드위치 구조를 이루는 부품들은 전기 접촉을 위해 막(320)과 전극(330,340) 사이에 호일 립(foil lip) (예컨대, 골드 호일 립)(333, 343)을 가지면서 에폭시내에 캡슐화될 수 있다. 조립된 전극-막-전극 샌드위치 구조는 사용하기 전에 10μL min-1 유속으로 25분 간 시린지 펌프 (예, 미국 일리노이주의 버논 힐스에 소재한 Cole Parmer의 780100C)에서 나오는 물로 세척할 수 있다.
저장조
조립된 펌프는 저장조 어셈블리의 갭에 삽입할 수 있다. 일부 구현예에 따라, 저장조 어셈블리는 2개의 구획을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 하나의 구획은 펌핑된 물 또는 수용액을 수용할 수 있으며, 두 번째 구획은 약물 용액 또는 저장조 서스펜션에 저장된 복수의 약물을 함유한 용액을 수용할 수 있다. 일부 구현예에서, 저장조는 예컨대 플라스틱을 몰딩함으로써 제조할 수 있다. 일부 구현예에서, 구획의 하나 또는 양자는, 이들을 물 또는 수용액으로 또는 약물 용액 또는 약물 현탁액로 채우는 것을 가능하게 하기 위해, 엘라스토머로 된 격막과 같은, 포트 또는 격막을 가질 수 있다. 일부 구현예에 따라, 저장조 어셈블리는 임의의 바람직한 기하학적 구성을 가질 수 있다. 마찬가지로, 저장조 어셈블리 내의 유체 챔버는 일부 구현예에서는 임의의 원하는 구성을 가질 수 있다. 저장조 어셈블리는 예컨대 환형 형상을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 환형의 저장조 어셈블리는 환형 원주 (annular circumference)의 일부분 (예컨대, 약 20% 이하, 약 10% 이하, 약 5% 이하, 및/또는 약 3% 미만)을 점유하고 있는 갭 (예컨대, 펌프를 삽입하기 위함)을 포함할 수 있다. 저장조 어셈블리는, 예컨대, 시린지를 이용하여 충전할 수 있다. 일부 구현예에서, 구획 중의 하나 또는 양자는, 공기 또는 기타 기체를, 예컨대 로딩 및/또는 작동시 방출시킬 수 있는 소수성 배출구를 가질 수 있다. 배출구는 선택적으로 물 또는 수용액, 또는 약물 용액이나 약물 현탁액은 누출시키지 않으면서 기체만 방출시킬 수 있는 소수성 다공성 재료를 포함할 수 있다. 소수성 다공성 배출구 물질의 예로는, 미국 델라웨어주의 뉴오크에 소재한 W.L. Gore & Associates의 ExcelleratorTM PTFE Gas Diffusion Membrane과 같은, 공기 아연 전지 (zinc air battery)에 사용되는 물질로 예시되는, 선택적으로 직조형 및 부직포형의 퍼플루오린화된 폴리머 섬유로 된 소수성 가스 확산 막을 포함하나, 이로 한정되는 것은 아니다. 공기 및/또는 기타 기체의 배출로, 일부 구현예에서, 하나 이상의 챔버에서 바람직하지 않은 압력 변경을 줄이거나 및/또는 방지할 수 있다. 예컨대, 열 (예컨대, 체열, 태양광 및/또는 기타)은 압력의 증가를 초래할 수도 있으며, 이러한 압력의 증가는 체크되지 않을 시에는 의도하지 않은 유속의 변경을 야기할 수 있다. 즉, 이는 전달 유체 내의 약물 또는 기타 물질의 소량-투여 (under-dosing) 또는 과량-투여를 초래할 수 있다.
하나 이상의 저장조 표면 (예컨대, 펌프 유체, 분리기 및/또는 전달 유체와 접촉하는 표면들)은 일부 구현예에 따라 소수성일 수 있다. 예컨대, 저장조 표면은 그 고유의 조성, 화학적 처리, 및/또는 소수성 코팅 (예, 장쇄 알킬 트리알콕시실란) 적용으로 인해, 소수성일 수 있다.
일부 구현예에서, 전달 유체를 수용하는 구획 (containing compartment)은 비-수성 용액 또는 분산물 형태로 약학적 활성 성분 (예, 약물) 농축물을 수용하거나 또는 약학적 활성 성분을 포함하고 있는 고체 (예, 보관 기간을 더 길게 하기 위해)를 수용하고 있을 수 있다. 일부 구현예에서, 약학적 활성 성분의 용액 또는 현탁액은, 예를 들어 물 또는 수용액을 약물 수용 구획에 사용 전에 투입함으로써, 사용 전에 조제할 수 있다. 이런 방식은, 예를 들어, 전달되는 약학적 활성 성분이 미국 인디애나주의 인디애나폴리스에 소재한 Eli Lilly & Co. 사의 시판 글루카곤인 경우에 적합할 수 있으며, 그 이유는 전형적으로 이 글루카곤의 주입용 용액의 보관 수명이 보통 약 1일에 불과하기 때문이다.
일부 구현예에 따라, 펌프는 유체를 계측하는 (예컨대, 정확하게 계측하는) 수단, 유체를 펌핑하는 수단 및/또는 이식 캐뉼러 (implanted cannula)를 포함할 수 있다. 이식 캐뉼러는 예컨대 플라스틱 관을 통해 흐름 야기 펌프 (flow-causing pump)에 연결될 수 있으며, 이 펌프는 저장조에 저장된 정해진 부피로 약물 함유 용액 또는 복수 약물 함유 용액을 펌핑하거나 전달한다. 일부 구현예에서, 약물 저장조의 용적은 저장조의 두께 및/또는 길이를 늘임으로써 바꿀 수 있다. 예를 들어, 피부 부착식 구현예에서 사용될 수 있는 저장조의 경우에는, 챔버의 길이를 늘이임으로써, 저장조의 용적을 늘이는 것이 적절할 수 있다. 일부 구현예에서, 저장조 용적은 이의 선형 치수의 세제곱으로 크기가 정해진다. 일부 구현예에서, 피부 부착 시스템은 12mm OD 미만일 수 있다. 일부 구현예에서, 8mm 두께의 시스템에 대한 치수 및 약물 용액 저장조의 용적은 36×30×8mm, 1.0mL; 53×47×8mm, 2.7mL; 78×72×8mm, 7.0mL이다. 일부 구현예에서, 12mm 두께의 시스템에 대한 치수 및 약물 용액 저장조의 용적은 78×72×12mm 시스템에 해당하는 20mL의 부피를 가질 수 있다.
도 4A는 저장조 어셈블리(450) 갭(455), 펌프 유체 챔버(460) 및 전달 유체 챔버(480)를 예시하고 있다. 조립된 펌프 (예, 도 3B에 도시된 바와 같은)는 갭(455)으로 삽입될 수 있다. 도 4B는 0.9mL의 전달 유체 부피를 갖는 저장조 어셈블리(451)의 평면도를 도시한 것이다. 저장조 어셈블리(451)는 펌프 유체 챔버(460) 및 전달 유체 챔버(480)를 포함한다. 펌프 유체 챔버는 직선부(472a)에 유체 소통 가능하게 연결되는 만곡부(471a)를 포함하며, 이 직선부(472a)는 만곡부(473a)에 유체 소통 가능하게 연결되고, 만곡부(473a)는 헤어핀(474a)에 의해 만곡부(473b)에 유체 소통 가능하게 연결되며, 만곡부(473b)는 직선부(472b)에 유체 소통 가능하게 연결되며, 직선부(472b)는 만곡부(471b)에 유체 소통 가능하게 연결된다.
도 4C는 2.7mL의 전달 부피를 갖는 저장조 어셈블리(452)를 예시하고 있다. 펌프 유체 챔버(460)는 직선부(472a)에 유체 소통 가능하게 연결되는 만곡부(471a)를 포함하며, 이 직선부(472a)는 만곡부(473a)에 유체 소통 가능하게 연결되고, 만곡부(473a)는 직선부(472a)에 유체 소통 가능하게 연결되고, 직선부(472a)는 만곡부(473d)에 유체 소통 가능하게 연결되고, 만곡부(473d)는 직선부(472d)에 유체 소통 가능하게 연결되고, 직선부(472d)는 만곡부(471d)에 유체 소통 가능하게 연결되며, 만곡부(471d)는 헤어핀(474c)에 유체 소통 가능하게 연결되며, 헤어핀(474c)은 만곡부(471c)에 유체 소통 가능하게 연결되며, 만곡부(471c)는 직선부(472c)에 유체 소통 가능하게 연결되며, 직선부(472c)는 헤어핀(474b)에 유체 소통 가능하게 연결되며, 헤어핀(474b)은 만곡부(473b)에 유체 소통 가능하게 연결되며, 만곡부(473b)는 직선부(472b)에 유체 소통 가능하게 연결되며, 직선부(472b)는 만곡부(471b)에 유체 소통 가능하게 연결되며, 만곡부(471b)는 공기 배출구(478)에 유체 소통 가능하게 연결된다.
도 4D는 7.3mL의 전달 부피를 갖는 저장조 어셈블리(453)를 예시하고 있다. 펌프 유체 챔버(460)는 헤어핀(474a)에 유체 소통 가능하게 연결되는 만곡부(471a)를 포함하며, 이 헤어핀(474a)은 만곡부(471b)에 유체 소통 가능하게 연결되고, 만곡부(471b)는 헤어핀(474b)에 유체 소통 가능하게 연결되고, 헤어핀(474b)은 만곡부(471c)에 유체 소통 가능하게 연결되고, 만곡부(471c)는 헤어핀(474c)에 유체 소통 가능하게 연결되고, 헤어핀(474c)은 만곡부(471d)에 유체 소통 가능하게 연결되고, 만곡부(471d)는 헤어핀(474d)에 유체 소통 가능하게 연결되고, 헤어핀(474d)는 만곡부(471e)에 유체 소통 가능하게 연결되고, 만곡부(471e)는 헤어핀(474e)에 유체 소통 가능하게 연결되고, 헤어핀(474e)은 만곡부(471f)에 유체 소통 가능하게 연결되고, 만곡부(471f)는 공기 배출구(478)에 유체 소통 가능하게 연결된다.
일부 구현예에서, 펌프 시스템의 부품은 낮은 비용으로 제조될 수 있다. 도 5A는 본 발명의 구체적인 실시 구현예에 따른 펌프(510)의 분해도를 도시한 것이다. 좌측에서부터 우측으로, PVC O-링(534), 골드 스트립(533), Ag/Ag2O-코팅된 탄소 페이퍼 애노드(530), 세라믹 막(520), Ag/Ag2O-코팅된 탄소 페이퍼 캐소드(540), 골드 스트립(543) 및 PVC O-링(544)이 도시되어 있다.
일부 구현예에서, 펌프 시스템의 조립된 부품들은 저장조 갭에 삽입할 수 있다. 일부 구현예에서, 저장조는 펌핑되는 워터 챔버와 전달 유체용 챔버를 포함할 수 있다. 도 4A-D에 도시된 바와 같이, 전달 유체 저장조의 부피는 본원에 기술된 펌프 및 시스템과 함께 사용하기 위해 변경될 수 있다. 일부 구현예에서, 시스템은 하나 이상의 헤어핀을 가진 저장조를 포함할 수 있다.
도 5B는 본 발명의 구체적인 실시 구현예에 따른 저장조 시스템의 평면도를 예시하고 있다. 도 5B는 펌핑되는 워터 챔버와 약워터 챔버를 위한 저장조(550)와 펌프 갭(555)을 도시한다.
일부 구현예에서, 펌프 시스템 (예컨대, 기능적인 약물 주입 시스템)은 2개의 챔버를 가진 저장조를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 저장조는 펌프 유체 챔버 및 전달 유체 챔버를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 각각의 챔버는 개구부, 만곡부, 유체 소통 가능하게 연결된 직선부, 유체 소통 가능하게 연결된 만곡부, 유체 소통 가능하게 연결된 헤어핀, 유체 소통 가능하게 연결된 만곡부, 유체 소통 가능하게 연결된 직선부, 및 유체 소통 가능하게 연결된 만곡부를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 펌프 유체 챔버는 선단부, 중간부, 및 말단부를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 펌프 유체 챔버는 펌프 커플링을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 저장조는 공기 유입구를 포함하는 펌프 유체 챔버 어셈블리를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 저장조는 펌프 유체 챔버 충전 유입구 및 격막을 포함하는 펌프 유체 챔버 어셈블리를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 저장조는 펌프 유체 챔버 말단의 충전 유입구를 포함하는 펌프 유체 챔버 어셈블리를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 펌프 유체 챔버는 선단부, 중간부 및 말단부를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 펌프 유체 챔버는 펌프 커플링을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 저장조는 공기 유입구를 포함하는 전달 유체 챔버 어셈블리를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 저장조는 전달 유체 챔버 충전 유입구 및 격막을 포함하는 전달 유체 챔버 어셈블리를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 저장조는 펌프 유체 충전 유입구 및 격막을 포함하는 전달 유체 챔버 어셈블리를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 저장조는 전달 유체 유출구를 포함하는 전달 유체 챔버 어셈블리를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 전달 유체 챔버는 선단부, 중간부 및 말단부를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 전달 유체 챔버는 펌프 커플링을 포함할 수 있다. 저장조 어셈블리는 일부 구현예에서 하우징을 포함할 수 있다. 하우징 (예, 강체 및/또는 반강체(semi-rigid)의 하우징)은 예컨대 어떠한 적합한 플라스틱, 폴리머, 아크릴 물질 (acrylic) 및/또는 기타 재료를 포함할 수 있다. 하우징은 일부 구현예에서는 투명하거나 및/또는 불투명할 수 있다.
일부 구현예들에서, 전달 유체 챔버는 충전형 및/또는 일회용으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 전달 유체 챔버는 펌브 및/또는 저장조에 연결되는 카트리지로서 구성될 수 있으며, 연결은 직접 이루어지거나 또는 커넥터를 경유할 수 있다. 커넥터는 펌프, 저장조, 전달 유제 챔버 또는 이들의 조합에 고정될 수 있다.
도 5C는 도 5B에 도시된 절취선 5C-5C를 따라 절취한 본 발명의 구체적인 실시 구현예에 따른 저장조 시스템의 단면도이다. 도 5C는 본 발명의 구체적인 실시 구현예에 따른 저장조 시스템의 상부 및 저부층 유입구 및 유출구의 단면도를 예시하고 있다. 도 5C의 좌측은 만곡부(573a, 573b, 593a, 593b)의 관형 하우징을 도시한 것이다. 만곡부(573a, 573b)는 만곡부(593a, 593b) 바로 위에 적층되어 있다. 도 5C의 우측은 만곡부(571a, 571b, 591a, 591b)의 관형 하우징을 도시한 것이다. 만곡부(571a, 571b)는 만곡부(591a, 591b) 바로 위에 적층되어 있다.
도 5D는 도 5B에 도시된 절취선 5D-5D를 따라 절취한 본 발명의 구체적인 실시 구현예에 따른 저장조 시스템의 단면도이다. 도 5D의 좌측은 전달 유체 챔버(580)의 전달 유체 유출구(599)를 포함하는 저장조(550)의 좌측을 도시한 것이다. 도 5D의 좌측은 만곡부(573a, 573b, 593a, 593b)의 관형 하우징을 도시한 것이다. 만곡부(573a, 573b)는 각각 만곡부(593a, 593b) 바로 위에 적층되어 있다. 만곡부(593a)는 또한 전달 유체 유출구(599)에 연결된다. 도 5D의 우측은 워터 챔버(560)의 공기 유입구(578)를 포함하는 저장조(550)의 우측을 도시한 것이다. 도 5D의 우측은 만곡부(571a, 571b, 591a, 591b)의 관형 하우징을 도시한 것이다. 만곡부(571a, 571b)는 만곡부(591a, 591b) 바로 위에 적층되어 있다.
도 5E는 도 5B에 도시된 절취선 5E-5E를 따라 절취한 본 발명의 구체적인 실시 구현예에 따른 저장조 시스템의 단면도이다. 이 도면은 펌프가 삽입될 수 있는 갭(555)과, 펌프가 유체 소통 가능하게 연결될 수 있는 커플링(561, 581)을 예시하고 있다. 또한, 전달 유체 유출구(599)를 예시하고 있다.
도 5F는 본 발명의 구체적인 실시 구현예에 따른 도 5B에 도시된 저장조 시스템의 정면도를 도시한 것이다. 도 5F는 전달 유체 유출구(599)를 도시한 것이다.
도 5G는 도 5F에 도시된 절취선 5G-5G를 따라 절취한 본 발명의 구체적인 실시 구현예에 따른 저장조 시스템의 단면도이다. 도 5G는 본 발명의 구체적인 실시 구현예에 따른 저장조 시스템의 워터 챔버(560)를 도시한 것이다. 워터 챔버(560)의 개구부(562)는 제1 만곡부(571a)에 유체 소통 가능하게 연결되고, 이 만곡부(571a)는 직선부(572a)에 유체 소통 가능하게 연결되고, 직선부(572a)는 제2 만곡부(573a)에 유체 소통 가능하게 연결되고, 제2 만곡부(573a)는 헤어핀(574)에 유체 소통 가능하게 연결되고, 헤어핀(574)은 제1 만곡부(573b)에 유체 소통 가능하게 연결되고, 제1 만곡부(573b)는 직선부(572b)에 유체 소통 가능하게 연결되고, 직선부(572b)는 제2 만곡부(571b)에 유체 소통 가능하게 연결된다. 도 5G는 또한 워터 챔버의 공기 유입구(578)를 도시한 것이다.
도 5H는 도 5F에 도시된 절취선 5H-5H를 따라 절취한 본 발명의 구체적인 실시 구현예에 따른 저장조 시스템의 단면도를 도시한 것이다. 도 5H는 저장조 시스템의 전달 유체 챔버(580)를 도시하고 있으며, 이 시스템에서는 전달 유체 챔버(580)의 개구부가 제1 만곡부(593b)에 유체 소통 가능하게 연결되고, 이 제1 만곡부(593b)는 직선부(592b)에 유체 소통 가능하게 연결되고, 직선부(592b)는 제2 만곡부(573b)에 유체 소통 가능하게 연결되고, 제2 만곡부(573b)는 헤어핀(594)에 유체 소통 가능하게 연결되고, 헤어핀(594)은 제1 만곡부(591a)에 유체 소통 가능하게 연결되고, 제1 만곡부(591a)는 직선부(592a)에 유체 소통 가능하게 연결되고, 직선부(592a)는 제2 만곡부(593a)에 유체 소통 가능하게 연결된다.
일부 구현예에서, 상부 챔버는 펌핑되는 물을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 하부 챔버는 전달 유체 용액을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 챔버의 채널 직경은 3mm 이하일 수 있다. 일부 구현예에서, 채널 직경 (예, ID 및/또는 OD)은 그 길이에 따라 달라질 수 있다.
도 5I는 도 5B-5h에 도시된 저장조 시스템의 전반적인 등각투상도이다. 도 5I는 워터 챔버 근위 충전 유입구(563)를 도시한 것이다. 도 5I는 콘(cone) 또는 퍼넬(funnel, 562)을 포함하는 워터 챔버의 좌측 상부층 상의 개구부를 도시한 것이다.
도 5J는 도 5B-도 5I에 도시된 저장조 시스템의 전반적인 등각투상도이다. 도 5J는 콘 또는 퍼넬(582)을 포함하는 전달 유체 챔버의 우측 저부층 상의 개구부를 도시한 것이다.
펌프 시스템
펌프는 일부 구현예에 따라 약제를 연속적으로 및/또는 간헐적으로 전달하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 당뇨병 환자, 특히 1형 당뇨병 환자가 사용하는 인슐린 펌프는, 프로그래밍되거나 프로그래밍가능한 전달 프로파일(들)에 따라, 기본적인 전달 속도로 연속적으로 인슐린을 전달하도록 프로그래밍될 수 있으며, 또한 인슐린 볼루스들을 (예, 소정의 시간 간격으로, 예로 1시간 이하, 30분 이하, 10분 이하 및/또는 5분 이하의 기간 동안에 전달되는 약물의 특정 용량), 일반적으로, 탄수화물 섭취 (예, 식사)와 함께 또는 그 전에, 또는 혈당 변동 (glycemic excursion)이 나타나기 전 또는 발생시에, 전달하도록 프로그래밍될 수도 있다. 인슐린이 인체 세포에 의한 포도당의 소비를 증가시키지만, 글루카곤은 저장된 글리코겐을 포도당으로 변환되도록 하여, 체액 내의 포도당의 농도를 증가시킨다. 당뇨병의 관리에서, 펌프 시스템은 글루카곤 및/또는 인슐린을 투여할 수 있다. 인슐린 펌프 및 글루카곤 펌프 양자를 포함하는 2-펌프 시스템은 당뇨병 관리에서 특히 유용할 수 있는데, 그 이유는 이것이 혈당증 (glycemia)의 상향 및 하향 조정을 가능하게 하고, 원하지 않은 고혈당증 및/또는 저혈당증 기간의 지속기간 및/또는 가능성을 낮출 수 있기 때문이다.
펌프는 파킨슨 질환을 관리하는데 유용한 약물을, 예를 들어, 전형적으로 생체내 반감기가 4시간 이하 (예컨대, 약 30분에서 약 3시간, 약 1시간에서 2시간)인 약물을 (예로, 지속적으로 및/또는 간헐적으로) 전달하도록 구성될 수 있다. 파킨슨 질환을 관리하는데 유용할 수 있는 약물의 예로는 수용성 L-DOPA 프로드럭, 아포모르핀 (apomorphine), 리수리드 (lisuride), L-DOPA 데카르복실라제 저해제 및/또는 카테콜-O-메틸 트랜스퍼라제 저해제를 포함한다.
유체 펌프 (예, 약물 펌프)는 개체의 체내에서 반감기가 짧은 약물 (예, 생물학적 및/또는 화학적 약물)을 전달하기 위해 이용될 수 있다. 수명이 짧은 화학제제의 예로는, 일부 구현예에서, 겐타마이신 (gentamicin), 토브라마이신 (tobramycin) 및 세포탁심 (cefotaxime)과 같은 수명이 짧은 항생제를 포함할 수 있다. 겐타마이신은 경구 투약시에는 잘 흡수되지 않지만, 피하에 및 근육내 투여시에는 잘 흡수된다. 정상적인 신장 기능을 갖는 환자에서의 겐타마이신의 소실 반감기 (elimination half-life)는 2시간 정도로 짧을 수 있어, 겐타마이신은 지속적이거나 및/또는 빈번한 투여가 이로울 수 있다. 겐타마이신은 예컨대 연쇄상구균 (Streptococus aureus)과 같은 그람음성균에 의한 심각한 감염을 치료하는데 사용될 수 있으며, 예컨대 패혈증 (septicaemia), 신생아 패혈증 (neonatal sepsis), 신생아 뇌수막염 (neonatal meningitis), 담관 감염 (biliary tract infection), 신우신염 (pyelonephritis), 전립선염 (prostatitis) 및 심내막염 (endocarditis)의 치료에 이용된다. 토브라마이신은 정상적인 개체에서는 약 2시간의 혈청 반감기를 가질 수 있다. 토브라마이신은 예컨대 특히 녹농균 (Pseudomonas aeruginosa)에 의해 발생되는 경우 폐렴에 특히 효과적일 수 있다. 세포탁심은 소실 반감기가 1.1시간에 불과하여, 세포탁심의 지속적이거나 및/또는 빈번한 펌핑에 특히 관심이 집중된다. 세포탁심은 다수의 그람음성균에 의해 야기되는 기도, 피부, 뼈, 관절, 비뇨생식계, 뇌수막염, 패혈증의 감염을 치료하는데 효과적일 수 있다. 세포탁심은 예컨대 폐렴 연쇄상구균의 페니실린 내성 균주에 활성을 나타낸다.
일부 구현예에서, 펌핑될 수 있는 약학적 활성 성분은 헤파린 (예컨대, 혈액 응고를 조절하기 위해 사용되는 헤파린), 인터페론 (예컨대, C-형 간염의 치료에 사용됨), 또는 케타민 (예컨대, 몰핀 및 그 유도체와 같은 마약성분제와 함께 통증 관리에 이용됨)을 포함한다. 본 발명의 일부 구현예에 따른 펌핑은 또한 혈청과 같은 체액내 실질적으로 일정한 농도의 약물 또는 물질을 유지시킴으로써 치료 요법을 더 잘 달성하는 경우에, 및/또는 치료 요법에서 타겟 장기나 조직에의 선택적인 약물 전달이 필요한 경우에 (예컨대, 대부분의 암에 대한 화학요법의 경우에서와 같이) 바람직할 수 있다 (예컨대, 이로울 수 있다).
또한, 펌프를 포함하는 시스템은 복수의 저장조로부터 복수의 약물, 예를 들어 2개의 각 저장조로부터 2종의 약물을 전달하도록 구성될 수 있다. 각 저장조로부터의 전달은 동시적이거나 또는 비-동시적 (예, 교대, 순차, 중첩, 간헐적)일 수 있다. 예를 들어, 제1 유체 (예, 약물을 포함하는 유체)가 제1 저장조로부터 제1 기간 동안 제1 유속으로 전달된 다음, 제2 유체 (예, 약물을 포함하는 유체)가 제2 저장조로부터 제2 기간 동안 제2 유속으로 전달될 수 있다.
일부 구현예에 있어서, 유체 (예, 약물)를 전달하는 장치는 펌프 (예, 약물 펌프, 인슐린 펌프), 저장조, 컨트롤러, 하나 이상의 센서, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 유체 펌프 시스템 (예, 약물 펌프 시스템)은 유동-유발 부품, 계량 부품 (예, 정확한 약물 투여 부품), 및/또는 이식되는 니들 또는 캐뉼러를 포함하며, 상기 니들 또는 캐뉼러는 유동-유발 펌프에 플라스틱 관을 통해 연결된다. 유체 전달 시스템은 저장조에 저장된 유체 (예, 약물 함유 용액 및/또는 복수의 약물 함유 용액)를 정해진 용량으로 펌핑 및/또는 전달한다. 니들은 경우에 따라서는 짧을 수도 있으며, 그 길이는 약 0.3 cm 내지 약 1 cm이며, 그 게이지(gauge)는, 예를 들어, 약 22 내지 약 32 및/또는 약 26 내지 약 29이다. 복부 피부에 피부 부착식 약물 펌프 시스템을 착용한 사람이 이의 존재를 감지하는 정도를 낮추기 위해, 니들 (예, 좁은 게이지 니들)을 경우에 따라 삽입할 수 있고, 지방 조직에 배치되는 니들의 팁은 복부의 피부 아래에서도 종종 발견될 수 있다. 니들은, 일부 구현예에서, 정맥내 포트에 삽입될 수도 있다. 일부 구현예에 따르면, 전달 유체는 인간 또는 동물에서 치료를 요하는 병태를 치료하는데 사용되는 약리학적 제제, 영양분, 영양분 보충제, 및/또는 백신을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 인슐린이 약물의 예가 될 수 있다. 약물을 포함하는 유체의 전달은 그 약물이 용해 및/또는 분산될 수 있는 용액을 더 포함할 수도 있다.
일부 구현예에 있어서, 펌프 시스템은 기준 전극 (reference electrode)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기준 전극은 애노드 및/또는 캐소드에 대한 전위를 모니터링하기 위해 포함될 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 기준 전극은 반응물의 존재를 모니터링하기 위해 바람직할 수 있다. 예를 들어, 애노드와 기준 전극 사이의 전위 또는 캐소드와 기준 전극 사이의 전위는 애노드 또는 캐소드 각각에서 반응물이 고갈되었을 때 높아질 수 있다. 컨트롤러가 기준 전극에 대한 전위를 범위 (예, 미리 결정된 범위) 내로 및/또는 임계치 (예, 현 임계치) 이상인 것으로 검출하게 되면, 흐름을 중단하도록 구성될 수 있다.
일부 구현예에 있어서, 약물 또는 약물 용액의 부피 및/또는 전달율은, 본원에서 기술된 바와 같이, 펌프 시스템에 의해 조절할 수도 있다. 일부 구현예에 있어서, 펌프 시스템은 외부 인터페이스를 통해 컴퓨터 (예, 퍼스널 컴퓨터, 마이크로컨트롤러, 또는 이와 유사한 것)에 연결된 펌프를 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 시스템은 예를 들어, 3V 리튬 전지 및 하나 이상의 제어 버튼을 포함하는 외부 컨트롤러에 외부 인터페이스 옵션을 위한 인터페이스 케이블을 포함하는 외부 인터페이스에 의해 제어될 수도 있다. 일부 구현예에 있어서, 제어 버튼은 예를 들어, 펌프에 인가되는 전류 및 인가 지속 기간을 프로그래밍할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 시스템은 송신기 및/또는 수신기를 포함할 수도 있다. 일부 구현예에 있어서, 시스템은 경보기를 포함할 수도 있다. 일부 구현예에 있어서, 시스템은 재사용가능, 탈착가능한 (removable) ("팝-아웃(pop-out)") 전자 패키지를 센터에 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 전자 패키지는 정전류 공급기 및 LCD 또는 전기영동성 (electrophoretic) 또는 다른 디스플레이를 포함할 수도 있다. 일부 구현예에 있어서, 탈착가능한 전자 패키지는 전기 접속된 프로세서, 메모리, 사용자 인터페이스 (예, 하나 이상의 제어 버튼) 및 전력원을 포함할 수도 있다. 일부 구현예에 있어서, 전자 시스템은 무선 컨트롤러를 포함할 수도 있다. 일부 구현예에 있어서, 전자 시스템은 RF 통신기를 포함할 수도 있다. 일부 구현예에 있어서, 전자 시스템은 블루투스 기술을 포함할 수도 있다. 일부 구현예에 있어서, 컨트롤러는 펌프에 물리적으로 연결된 유닛 (예, 카테터) 내에 포함되거나, 이격되어 있거나 및/또는 원격 조종될 수도 있다. 컨트롤러는, 예를 들어, 손목 시계 및/또는 이동 통신 장치 (예, 휴대폰)에 포함될 수도 있다.
도 6A는 본원의 특정 실시 구현예에 따라, 펌프(610), 펌프 유체 챔버(660), 전달 유체 챔버(680), 공기-유입구(678), 전달 유체 유출구(699) 및 컨트롤러(601)를 포함하는 펌프 시스템(600)의 측면도를 도시한 것이다. 도 6B와 비교하여, 펌프 유체 챔버(660) 및 전달 유체 챔버는 예시 목적 상 펌프(610)와 동일 선상에 오도록 일직선 상으로 배치된다. 도 6A는 펌프 유체의 제 1 분액(656a)과 유체 소통가능하게 세퍼레이터(657a)로 충진된 펌프 유체 챔버(660)를 도시하고 있고, 전달 유체 챔버(680)는 세퍼레이터(657b)와 유체 소통가능하며 전달 유체(658)와 유체적으로 연결된 펌프 유체의 제 2 분액(656b)으로 충진된다. 세퍼레이터는 액체 또는 고체일 수 있다. 액체 세퍼레이터의 예로는, 예를 들어, 실리콘 오일 또는 지방산의 글리세롤 모노 또는 다이-에스테르를 포함할 수 있다. 고체 세퍼레이터는 플라스틱, 세라믹 또는 금속일 수도 있다. 일부 구현예에 있어서, 일단 펌핑이 시작되면, 펌프 유체 챔버(660)로부터 펌프 유체(656a)가 펌프(610)를 통과하여, 전달 유체 챔버(680)에 축척되기 시작하여 세퍼레이터(657b)를 밀게 되고, 이로써 전달 유체(658)가 유출구(699)로 밀리게 된다.
도 6B는 특정 실시 구현예에 따른, 도 6A에 도시된 피부 부착형 유체-전달 시스템(600)의 축소도를 도시한 것이다. 도 6B는 전달 유체 챔버(680), 펌프(610), 컨트롤러(601) 및 펌프 유체 챔버(660)를 도시한 것이다. 전달 유체(658) (예, 약물-함유 액체)는 밀집된 작은 점으로 도시되며, 펌프 유체(656)는 저 밀도 점으로 도시된다. 도 6B의 상부 중심 구조 (예를 들어, 펌프 유체 구획(660)과 전달 유체 구획(680)이 분리되어 있음)는 본원에 개시된 일렉트로-오스모틱 펌프(610)를 도시한 것이다. 이의 외경은 8 mm이다. 대형 투명 플라스틱 디스크는 피부를 나타낸다. 이 디스크는 도 6C에 도시된 바와 같이 5 mm 길이의 29 게이지 시린지 니들에 의해 관통된다. 시스템(600)은 양면 부착 테이프(605)로 피부를 묘사한 투명 판에 부착된다. 도시된 바와 같이, 시스템(600)은 그 중심부에, 재사용가능하며 탈착가능한 ("팝-아웃") 전자 패키지(601)를 포함한다(도 6D-5G). 도 6B의 구현예에 도시된 바와 같이, 시스템(600)의 펌프 유체 챔버(660)는 펌프 유체(656a)를 수용할 수 있고, 전달 유체 챔버(680)는 펌프(610)을 통과하지 않는 전달 유체(658) (예, 인슐린 류)를 수용할 수도 있다. 본 구현예에 따르면, 펌프 활동 영역은 약 0.3 cm2이다. 또한, 전달 유체 챔버(680)는 펌프 유체(656b)와 전달 유체(658)를 분리하는 세퍼레이터(657b)를 포함할 수도 있다. 작동시, 세퍼레이터(657b)는 무색으로 도시된 펌프 유체(656b)로서 이동하여, 전달 유체(658)를 대신한다.
시스템(600)이 부착된 대형 투명 플라스틱 디스크는 도시 목적을 위해 피부를 표현한 것으로서, 인간 또는 동물 피부에서의 실제 사용으로 대체될 수 있다. 이 플라스틱 디스크는 도 6c에 도시된 것처럼 시린지 니들(606)에 의해 관통된다. 도 6C는 본원의 특정 실시구현예에 따른 펌프 시스템의 등각투상도를 도시한 것이다. 전달 유체(658)가 약물 유출구(699)의 밖으로 밀리면, 니들(606)에 도달하여 대상체로 삽입된다. 도 6C는 대상체에 시스템을 부착하기 위해 부착 패치(605)를 포함하는 구현예를 도시한 것이다. 일부 구현예에서, 니들은 약 5 mm 길이, 약 29 게이지의 시린지 니들(606)일 수 있다. 도시된 구현예에 따르면, 상기 시스템은 양면 부착 테이프(605)로 피부를 묘사한 투명 판에 부착된다. 다른 구현예에 있어서, 상기 시스템은 탄성 밴드를 사용하여 대상체에 부착될 수 있다. 선택적으로, 니들은 약 5 mm 이상 (예를 들어 약 7 mm 이상), 및/또는 9 mm 이하일 수도 있다. 일부 구현예에 있어서, 니들이 대상체 (예, 피부)에 삽입될 수도 있다. (예를 들어 피부의 수평면에 대해) 삽입각은 피부의 수평면에 대해 15°내지 약 45°일 수 있다. (예를 들어 피부의 법선에 대해) 삽입각은 약 75°내지 약 45°일 수도 있다. 니들은 약 31 게이지 내지 약 23 게이지의 직경을 가질 수도 있다.
도 6D는 본원의 특정 실시 구현예에 따른, 정전류/정전압 컨트롤러 및 타이머의 평면도를 도시한 것이다. 도 6D는 사용자 인터페이스(601d), LCD 디스플레이(601e), 전기 접속 프로세서(601a), 메모리(601b) 및 전력원(601c)을 포함하는 컨트롤러(601)를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 도 6D의 컨트롤러(601)는 펌프(610)에 인가될 전류 및 그 인가 시간 (예, 지속 기간 및/또는 간격)을 프로그래밍하기 위한 두 개의 제어 버튼(601d)을 더 포함한다. 이 두 가지 설정 (예, 전류 및 시간의 조합)으로 전달시킬 부피 및/또는 전달 속도 (예, 유속)를 정할 수 있다. 도시된 구현예에 따르면, 시스템의 크기는 36 mm x 30 mm x 8 mm이다.
도 6E는 본원의 특정 실시 구현예에 따른, 정전류/정전압 컨트롤러 및 타이머의 평면도를 도시한 것이다. 도 6E는 전기 접속 프로세서(601a), 메모리(601b), 및 전력원(601c)을 도시한 것이다.
도 6F는 본원의 특정 실시 구현예에 따른, 도 6E에 도시된 컨트롤러의 분해도를 도시한 것이다. 도 6F는 전기 접속된 프로세서(601a), 메모리(601b) 및 전력원, 그리고 LCD 디스플레이(601e) 및 사용자 인터페이스(601d)를 도시한 것이다.
도 7A-7C는 펌프 유체 챔버(760) 및 전달 유체 챔버(780)가 도시 목적으로 도 6A에 도시된 동일 선상 배열과 유사하게 펌프(710)와 서로 동일 평면상에 있도록 제시된, 저장조 어셈블리(750)를 포함하는 시스템(700)의 구현예를 도시한 것이다. 펌프 유체 챔버(760) 및 전달 유체 챔버(780)는 도시된 바와 같이 구성되거나 또는 펌프 유체 챔버(760)가 실질적으로 전달 유체 챔버(780) 위에 놓여, 두 챔버가 함께, 적어도 부분적으로, (예를 들어 도 4B-4D에 도시된 바와 같이) 타원 및/또는 원으로 형상화되도록 구성될 수도 있다.
도 7A는 본원의 특정 실시 구현예에 따른 펌프 시스템(750)의 단면도를 도시한 것이다. 펌프(710)는 막(720), 애노드(730) 및 캐소드(740)를 포함한다. 도 7A의 펌프 유체 챔버 어셈블리(760)는 펌프(710)의 왼쪽에 위치하고, 펌프 유체 챔버 개구부(765)는 펌프 커플링(761)과 커플링되어 있으며, 펌프 커플링은 펌프(710)에 유체 소통가능하게 연결된다. 커플링(761)은 (왼쪽에서 오른쪽으로) 펌프 유체 챔버(760)의 내경으로부터 막(720)의 직경으로 연장되는 직경을 가진 원뿔부(762)를 포함한다. 도 7A는 펌프 유체 챔버(760)의 선단부(767), 중간부(770) 및 말단부(775)를 도시한 것이다. 펌프 유체 챔버(760)는 세개의 외부 유체 연결부, 즉 펌프 동작시 펌프 유체 챔버(760)로 공기를 들어가게 하는 공기 유입구(778); 펌프 유체 챔버(760)내 세퍼레이터 유체의 부피 (예, 작은 부피)를 설정하기 위한 세퍼레이터 말단 충진 유입구(776) 및 격막(777); 및 펌프(710)와 접촉하는 펌프 유체 챔버(760)내 펌프 유체의 부피 (예, 작은 부피)를 충진하기 위한 펌프 유체 유입구(763) 및 격막(764)을 포함한다.
펌프(710)는 펌프 커플링(781)을 경유하여 전달 유체 챔버(780)의 전달 유체 챔버 개구부(785)를 통과하도록 전달 유체 챔버 어셈블리(780)에 유체 소통가능하게 연결된다. 커플링(781)은 그 직경이 (왼쪽에서 오른쪽으로) 막(720)의 직경으로부터 전달 유체 챔버(780)의 내경 쪽으로 좁아지는 원뿔부(782)를 포함한다. 전달 유체 챔버(780)는 선단부(787), 중간부(790) 및 말단부(795)를 포함한다. 중간부(770 및 790)는 일부 구현예 (예, 도 4B-4D)에 따라 다양한 만곡부, 직선 구간 및/또는 헤어핀을 포함할 수 있다. 선단부(767 및 787)와 말단부(775 및 795)는 동일한 구현예에 따라 독립적으로 다양한 만곡부, 직선 구간 및/또는 헤어핀을 포함할 수 있다. 또한, 전달 유체 챔버(780)는 네 개의 외부 유체 연결부, 즉 펌프(710)에 접촉된 전달 유체 챔버(780)에 펌프 유체의 부피 (예, 작은 부피)를 충진하기 위한 펌프 유체 유입구(783) 및 격막(784); 전달 유체 챔버(780)에 세퍼레이터 유체의 부피 (예, 작은 부피)를 확보하기 위한 세퍼레이터 유체 유입구(796) 및 격막(797); 전달 유체 챔버(780) (예, 충진 챔버(780))내 전달 유체의 부피를 확보하기 위한 전달 유체 유입구(798) 및 격막(798a); 및 전달 유체 유출구(799)를 포함한다.
도 7B는 본원의 특정 실시 구현예에 따른 펌프 시스템(750)의 단면도를 도시한 것이다. 도 7B는 도 7A와 동일한 부품들을 도시한 것이다. 도 7C는 본원의 특정 실시 구현예에 따른 펌프 시스템(750)의 단면도를 도시한 것이다. 도 7C는 도 7A와 동일한 부품들을 도시한 것이다. 일부 구현예에서, 커플링(761), 원뿔부(762), 개구부(765), 커플링(781), 원뿔부(782) 및/또는 개구부(785)의 형태 및/또는 상대적인 위치는 펌프(710)를 통한 유체의 흐름에 영향을 줄 수도 있다. 커플링(761), 원뿔부(762), 개구부(765), 커플링(781), 원뿔부(782) 및/또는 개구부(785)를 기울어진 구조 (예, 도 7A), 선형의 중앙형 구조 (예, 도 7B), 선형의 오프-센터 구조 (예, 도 7C)로 정렬하는 것이 바람직하거나, 및/또는 필요할 수 있다.
일부 구현예에 있어서, 일렉트로-오스모틱 펌프의 외경은 약 1 cm 이하, 예를 들어, 약 0.8 cm 이하이다. 따라서, 펌프의 단면적은 1 cm2 이하, 0.8 cm2 이하 및/또는 약 0.5 cm2 이하일 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 펌프는 예를 들어, 13 mm 이하, 8 mm 이하, 및/또는 6 mm 이하의 OD를 가진 소형 원통형, 경우에 따라서는 코인형의 전지에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 전지는 명목상 약 1.4 V의 개방 전압(OCV: open circuit voltage) 알칼리 아연 공기 전지일 수 있다. 다른 예로, 펌프는 명목상 약 1.4 V OCV 알칼리 아연 이산화망간 전지, 또는 약 1.6 V OCV 아연 산화은 전지, 또는 약 2.8 V 또는 그 이상의 OCV 리튬 애노드 전지, 예컨대 3.2 V OCV 리튬 이산화망간 전지에 의해 구동될 수도 있다. 일부 구현예에서, 펌프는 약 1-40 ㎕/min의 유속을 제공할 수 있다. 약 3 V OCV 리튬 애노드 전지를 사용하는 일부 구현예에 있어서, 적어도 약 20 ㎕/min 내지 약 40 ㎕/min의 유속이 지속될 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 1.4 V 아연 이산화망간 알칼리 전지는 약 3 ㎕/min 내지 약 20 ㎕/min 유속이 지속될 수 있다. 사용될 수 있는 소형 전지에 대한 일부 예들은 표 1에 나타나 있다. 이들 모두는 적어도 약 한달 또는 약 100회 식사에 충분한 인슐린을 포함하는, 본원에 개시된 용액 약 16 mL 이상을 일렉트로-오스모틱 펌핑하는데 충분한 용량이다.
일부 구현예에 따르면, 펌프 시스템은 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 펌프는 대상체에 투여되는 전달 유체 부피의 탐지하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 전달 유체 부피는 예를 들어, 세퍼레이터의 위치를 모니터링함으로써 분석할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 세퍼레이터는 유색 (예를 들어, 눈으로 확인되는 잉크 또는 염료, 발광제, 인광제 또는 등을 이용함)일 수 있다. 센서 (예, 감광성 막)는 막이 세퍼레이터 움직임을 검출하도록 표지된 세퍼레이터에 충분히 가깝게 위치될 수 있다 (예, 펌프 시스템 하우징에 부착됨). 일부 구현예에 따르면, 센서는 컨트롤러와 통신하도록 배열될 수 있다. 센서와 통신하는 컨트롤러는 막에 흐르는 전류 및/또는 전위차를 조절 (예, 원하는 유속, 투여량, 부피, 지속시간 등에 대해 전달을 조절)할 수 있다.
표 1: 유용 전지의 예
전지 재고 번호 두께 OD 무게 전압 용량
아연 공기 L10ZA 3.6 mm 5.8 mm 0.31 g 1.4 V 84mW·h
산화은 Energ.364/363 2.15 mm 6.80 mm 0.37 g 1.55 V 28mW·h
산화은 Energ.377/376 2.60 mm 6.80 mm 0.42 g 1.55 V 32mW·h
리튬 Energ.CR1025 2.50 mm 10.00 mm 0.70 g 3.0 V 60mW·h
리튬 Energ.CR1220 2.00 mm 12.50 mm 0.78 g 3.0 V 80mW·h
펌프 시스템의 로딩 방법
도 8A-8E는 펌프 유체 챔버(860) 및 전달 유체 챔버(880)가 예시 목적으로 도 6a 및 도 7A-7C에 도시된 바와 같이 동일 선상 배열과 유사하게, 펌프(810)와 서로 동일 평면상에 있도록 제시된, 저장조 어셈블리(850)의 로딩 단계를 도시한 것이다. 펌프 유체 챔버(860)와 전달 유체 챔버(880)는 도시된 바와 같이 구성되거나, 또는 펌프 유체 챔버(860)가 실질적으로 전달 유체 챔버(880) 위에 놓여, 이 2 챔버가 함께 적어도 부분적으로 (예를 들어 도 4B-4D에 도시된 바와 같이) 타원 및/또는 원을 형성하도록 구성될 수도 있다.
도 8A는 펌프 유체 유입구(863)를 통해 펌프 유체 챔버(860)에 펌프 유체(856a)가 로딩되는 (화살표), 본원의 특정 실시 구현예에 따른 펌프 시스템(800)의 단면도를 도시한 것이다. 도 8B는 세퍼레이터 유체 유입구(876)를 통해 펌프 유체 챔버(860)에 세퍼레이터 유체(857a)가 로딩되는 (화살표), 본원의 특정 실시 구현예에 따른 펌프 시스템(800)의 단면도를 도시한 것이다. 도 8C는 펌프 유체 유입구(883)를 통해 전달 유체 챔버(880)에 펌프 유체(856b)가 로딩되는 (화살표), 본원의 특정 실시 구현예에 따른 펌프 시스템(800)의 단면도를 도시한 것이다. 도 8D는 세퍼레이터 유체 유입구(896)를 통해 전달 유체 챔버(880)에 세퍼레이터 유체(857b)가 로딩되는 (화살표), 본원의 특정 실시 구현예에 따른 펌프 시스템(800)의 단면도를 도시한 것이다. 도 8E는 전달 유체 유입구(898)를 통해 전달 유체 챔버(880)에 전달 유체(858)가 로딩되는 (화살표), 본원의 특정 실시 구현예에 따른 펌프 시스템(800)의 단면도를 도시한 것이다.
도 9A-9E는 펌프(910), 워터 챔버(960) 및 약물 용액 챔버(980)를 포함하는 펌프 시스템(900)의 로딩 단계를 예시한 것으로, 도 8A-8E에 대응된다. 와이어(936 및 946)는 펌프(910)의 각 애노드(930) 및 캐소드(940)와 전기 통신한다. 도 9A는 워터 유입구(963)를 통해 워터 챔버(960)에 물(956a)이 로딩되는, 본원의 특정 실시 구현예에 따른 펌프 시스템(900)의 등각투상도를 도시한 것이다. 도 9B는 오일 유입구(976)를 통해 워터 챔버(960)에 오일(957a)(흑색)이 로딩되는, 본원의 특정 실시 구현예에 따른 펌프 시스템(900)의 등각투상도를 도시한 것이다. 도 9C는 약물 용액 유입구(983)를 통해 약물 용액 챔버(980)에 약물 용액(956b)이 로딩되는, 본원의 특정 실시 구현예에 따른 펌프 시스템(900)(도 9B의 역상, 와이어(935 및 945) 유의)의 등각투상도를 도시한 것이다. 도 9B는 오일 유입구(996)를 통해 약물 용액 챔버(980)에 오일(957b)(흑색)이 로딩되는, 본원의 특정 실시 구현예에 따른 펌프 시스템(900)의 등각투상도를 도시한 것이다. 도 9E는 약물 용액 유입구(998)를 통해 약물 용액 챔버(980)에 약물 용액(958)(점 표시)이 로딩되는, 본원의 특정 실시 구현예에 따른 펌프 시스템(900)의 등각투상도를 도시한 것이다. 일부 구현예에 있어서, 약물 유출구(999)는 대상체에 삽입된 카테터 또는 니들과 유체 소통가능하게 연결될 수 있다 (예, 사용시). 일부 구현예에 따르면, 하나 이상의 팩토리 (예, 제조 시설)에서 도 9A, 9B, 9C, 9D 및/또는 9E에 도시된 하나 이상의 로딩 단계를 완료하는 것이 바람직하거나 및/또는 필요할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 경우에 따라서는, 최종 사용자가 도 9A, 9B, 9C, 9D 및/또는 9E에 도시된 하나 이상의 로딩 단계를 완료할 수 있다. 예를 들어, 최종 사용자는 도 9E에 도시된 로딩 단계를 완료할 수 있다 (예, 사용 직전에).
아울러, 저장조는, 유체로 미리 충전되거나, 및/또는 펌프와 상호 호환가능하게 결합되게 구성 및 정렬될 수 있다. 일부 구현예에서, 미리 충진된 저장조가 본원에 기술된 바와 달리 로딩될 수 있다. 일부 구현예에서, 미리 충진된 저장조는 이와 펌프가 연결되는 부근에 위치한 유체 챔버 개구부 (예, 저장조 갭) 안으로 로딩된다. 탈착형 플러그가 유체 챔버 개구부 위에 배치되어 있어, 로딩 후 및 펌프 연결 전 유체 소실을 감소 또는 방지할 수 있다. 예를 들어, 해당 챔버 개구부가 커버로 막히도록, 저장조 갭에 대면 커버 (opposing cover)를 가진 단일한 탈착형 플러그가 위치될 수 있다. 일부 구현예에서, 플러그는 대면하는 저장조 챔버를 덮도록 위치될 수 있으며, 여전히 펌프를 저장조 갭에 결합시킬 수 있다. 예를 들어, 저장조 갭은 펌프가 결합되면 한쪽 면에서는 펌프를 수용하고, 맞은쪽 면에서는 플러그 (예, 테이프 스트립)를 제거할 수 있다. 플러그, 펌프 및/또는 저장조는, 일부 구현예에서, 펌프 결합이 동시에 플러그를 대신하도록 구성될 수 있다. 플러그 제거 및/또는 펌프 결합은 유체의 누출 (예, 저장조로의 기체 누출 또는 저장조로부터의 액체 방출)없이도 수행할 수 있다
일부 구현예들에서, 일회용 카트리지 (저장조)는 하나 이상의 격막 (예, 탄성 격막)을 가질 수 있다. 일회용 카트리지 (예, 챔버)의 내용물과의 유체적인 소통은, 격막을 예를 들어 중공 니들 (예, 스틸 니들)을 사용해 뚫으므로써 확립할 수 있다. 미리 충진된 저장조는, 일부 구현예에서, 하나는 펌프 유체로, 다른 하나는 전달 유체로 거의 완전히 충전되어 있으며, 각각 격막 (예, 고무 격막)에 의해 적어도 일부 형성된 말단부를 가진 2개의 챔버를 포함할 수 있다.
펌프 시스템 작동
일부 구현예에 따르면, 유체 펌프 시스템 (예, 약물 펌프 시스템)은 신체 조직에 이식된 캐뉼러 또는 중공 니들에 관으로 연결된 저장조에 저장된 유체 (예, 인슐린 용액 및/또는 현탁액)를 전달할 수 있다. 예를 들어, 유체는 피하로, 경우에 따라서는 지방 조직으로 전달될 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 캐뉼러 (예, 플라스틱 캐뉼러) 및/또는 게이지가 높은 (예, 미세) 중공 니들 (예, 스텐레스 스틸 니들), 예를 들어, 27, 28, 29, 30 또는 31 게이지의 니들이 유체 전달을 위해 대상체의 체내에 이식될 수도 있다. 캐뉼러 및/또는 니들은 펌핑된 유체 (예, 약물)의 공급원에 플라스틱 튜브를 통해 연결될 수 있다. 정맥내 전달의 경우, 중공 니들 (예, 튜브를 통해 유체 펌프에 연결됨)이 카테터 (예, 포트에이캐스(portacath))에 의해 정맥과 연결되는 정맥내 포트의 격막에 삽입될 수 있다. 포트는, 예를 들어, 혈액 및 종양 환자를 치료하기 위해 사용될 수 있다.
일부 구현예에 있어서, 용해된 또는 용액-분산된 화학제 (예, 약학적 활성 성분)는 대상체의 조직으로 전달 (예, 피하, 정맥내, 복막내, 및/또는 척추 강내)될 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 약물 전달 시스템은 캐뉼러로 튜브에 의해 연결된 원격 저장조, 또는 피부에 탑재되거나 또는 짧은 튜브에 의해 연결된 캐뉼러와 부착된 유닛에 저장된 인슐린을 전달하는 형태일 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 유체 전달 시스템 (예, 약물 주입 시스템)의 부피는 약 100 cm3 이하, 예를 들어, 약 20 cm3 이하, 예를 들어, 약 10 cm3 이하, 예를 들어, 약 5 cm3 이하일 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 저장조는 약 1 내지 10일간의 치료, 일부 경우에는 약 2 내지 3일간의 치료, 종종 약 1일간의 치료를 위한 충분한 부피로 약물 용액 또는 분산물을 수용할 수 있다.
일부 구현예에 따르면, 전달 유체는 생물학적 및/또는 화학적 물질이다. 예를 들어, 전달 유체는 약학적 활성 성분 (API) (예, 약물)을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 전달 유체는 API이거나, 또는 API를 그대로 또는 용액, 현탁액 및/또는 에멀젼 형태로 포함할 수 있다. 전달 유체는 하나 이상의 부형제 (예, 약제학적으로 허용가능한 부형제)를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 전달 유체는 API에 대해 약제학적으로 허용가능한 비히클을 포함할 수도 있다. 일부 구현예에 있어서, 비-수성 비히클로는, 식물성 오일, 폴리에틸렌 글리콜, 에스테르 (예, 에틸 올리에이트) 등을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 비히클은 하나 이상의 항균 항균제, 보존제, 항산화제, 긴장제 (tonicity agent), 완충제, 안정제 및/또는 그외 성분을 포함할 수 있다.
일부 구현예에 따르면, API는 오피오이드 마취제 (예, 펜타닐 (fentanyl), 레미펜타닐 (remifentanyl), 수펜타닐 (sufentanil), 모르핀 (morphine), 하이드로모르핀 (hydromorphone), 옥시코다이엔 (oxycodiene) 및 이들의 염); 비-스테로이계 항염증제 (NSAID) (예, 디클로페낙 (diclofenac), 나프록센 (naproxen), 이부프로핀 (ibuprofin) 및 셀레콕시브 (celecoxib)); 국소마취제 (예, 리도카인, 테트라카인 및 부피비카인 (bupivicaine)); 도파민 작용제 (예, 아포모르핀, 로티고틴 (rotigotine) 및 로피니롤 (ropinerole)); 알러지 치료 및/또는 예방에 사용되는 약물 (예, 항히스타민제, 항류코트리엔제 (antileukotriene), 항콜린제 및 면역치료제); 진경제 (예, 티자니딘 (tizanidine) 및 바클로핀 (baclofin)); 비타민 (예, 니아신); 세레길린 (Selegiline); 라사길린 (rasagiline); 및 이들의 임의의 조합이거나, 및/또는 이를 포함할 수 있다. 생물학적 물질은 단백질, 펩티드, 핵산 (예, 올리고뉴클레오티드), 지질 및/또는 탄수화물이거나, 및/또는 이를 포함할 수 있다.
일부 구현예에 따르면, 펌프 시스템은 둘 이상의 API의 조합을 투여할 수도 있다. 예를 들어, 펌프 시스템은 이러한 조합물로 충진된 하나의 전달 유체 챔버를 포함하도록 구성될 수도 있다. 펌프 시스템은 예를 들어, 공통 카테터/니들 또는 개별 카테터/니들로 공급되는 둘 이상의 전달 유체 챔버를 포함하도록 구성될 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 펌프 시스템은 고정된 비율 및/또는 가변적인 비율로 2종 이상의 API를 전달하도록 구성될 수도 있다. 펌프 시스템은 각 API를 독립적으로 전달 모듈레이션에 전달하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 둘 이상의 약물이 동시에 및/또는 순차적으로 투여될 수 있다 (예를 들어, 중첩됨).
일부 구현예에 있어서, 유체 전달 시스템은 간접 펌핑에 의해 구동될 수도 있다. 예를 들어, 펌프 유체 (예, 전달될 약물이 거의 또는 전혀 없는 용액, 예컨대 탈이온수)는 펌프를 통과할 수 있지만, 전달 유체는 그렇지 않고, 대신 펌프 유체에 의해 밀리게 된다. 일부 구현예에 있어서, 세퍼레이터는, 펌프 유체와 전달 유체가 혼합되지 않게 하는, 대체가능 및/또는 변형가능한 수불용성 고체, 물-비혼합성 액체 및/또는 물-비혼합성 기체 (예, 공기)일 수 있다.
일부 구현예들에서, 투여량 및 투약 속도 (즉, 전달되는 부피와 유속)를 조절 (예, 엄격 조절)하는 것이 바람직하거나 및/또는 필요할 수 있다. 일부 구현예에서, 유속은 정전압 서플라이 (constant voltage supply)에 의해 조절될 수 있다. 일부 구현예에서, 유속은 정압에 의해 조절될 수 있다. 일부 구현예에서, 유속은 인가되는 전류에 의해 조절될 수 있다. 일부 구현예에서, 유속은 인가되는 전압에 의해 조절될 수 있다. 일부 구현예에서, 유속은 지속적일 수 있다. 일부 구현예들에서, 애노드 및/또는 캐소드의 전극 매스 (electrode mass) 및/또는 소모는 유속 15 ㎕/min으로 7시간 동안 연속 작동을 가능하게 할 수 있다. 일부 구현예에서, 평균 유속은 펄스 (pulsing) (예, 주기적인 전압 및/또는 전류 펄스)에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 유속은 약 4일, 약 3일, 약 2일, 약 1일, 약 1시간, 약 50분, 약 40분, 약 30분, 약 20분, 약 10분, 약 5분, 약 2분, 약 1분, 약 20초의 주기로 펄스를 가함으로써 조절할 수 있다. 일부 구현예에서, 15분마다 75 ㎂의 펄스를 10초간 적용함으로써, 평균 유속 0.13 ㎕/min을 달성할 수 있다.
일부 구현예에서, 펌프의 전극들 간에 전류 (또는 전압)를 인가하면 양성자가 캐소드로 향하게 되어, 캐소드에서 캐소드 반응에 의해 소모될 수 있다. 임의의 특정 작용 기전으로 한정하고자 하는 것은 아니나, 양성자는 세라믹 막의 폴리음이온성 표면에서 빠르게 증가하여 근처 물 시트를 끌어당기게 되고, 이러한 모멘텀을 워터-벌크(water-bulk) 유발성 흐름으로 전달할 수 있다. 일부 구현예에서, (예, 일렉트로-오스모틱 흐름이 사이에 끼인 다공성 막의 표면에서의 빠른 양성자 플럭스(proton flux)에 의해 이루어지거나 및/또는 막 상의 불순물의 흡착이 플럭스를 교란시키는 경우), 펌프 유체로서 물과 같은 순수한 양성자성 액체를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
일부 구현예에서, 일렉트로-오스모틱 흐름은 샌드위치형으로 개재된 다공성 막의 표면에서 빠른 양성자 플럭스에 의해 이루어진다. 일부 구현예에서, 펌핑된 물은 전달 유체를 밀어내게 된다. 일부 구현예에서, 펌핑된 물에 의한 전달 유체 용액의 희석은 물과 전달 유체 사이에 삽입된 세퍼레이터 (즉, 오일 드롭 및/또는 기포)에 의해 방지된다. 일부 구현예에서, 세퍼레이터 (예, 오일 드롭)가 피하 조직에 도달하지 않도록 하기 위해, 펌프 유체 (또는 펌프 유체 + 펌프 챔버 세퍼레이터)의 부피는, 전달 유체 (또는 전달 유체 + 전달 챔버 세퍼레이터)의 부피 보다 적을 (예, 약 0.5 mL, 약 0.2 mL, 및/또는 약 0.1 mL 적을) 수 있다. 일부 구현예에서, 전달 유체 챔버내 전달 유체 (예, 물)는 소모되게 되어, 세퍼레이터 (예, 오일)가 펌프로 들어갈 수 있는데, 이 경우 흐름이 감소 및/또는 중단될 수 있다. 이때, 전달 유체 일부가 전달 유체 챔버 안에 남아있을 수 있다. 일부 구현예에서, 전달 유체의 잔류 부피는 가능한 최소이거나 또는 안전성에 문제를 일으키지 않는 한에서 가능한 최소인 것이 바람직할 수 있다.
일부 구현예에서, 세퍼레이터는 기체, 액체 및/또는 고체를 포함할 수 있다. 기체성 세퍼레이터는, 일부 구현예에서, 기포를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 사용가능한 액체 세포레이터의 예는 실리콘 오일 또는 지방산의 글리콜 모노 또는 다이-에스테르일 수 있다. 일부 구현예에서, 고체 세퍼레이터는 플라스틱, 세라믹 또는 금속일 수 있다. 일부 구현예에서, 세퍼레이터는 펌핑된 용액에 의해 밀리게 되면 소정의 경로를 따라 움직인다. 일부 구현예에서, 고체 세퍼레이터는, 선택적으로, 예를 들어 전달 유체가 신체-삽입된 캐뉼러와 연결되는 관으로 유입되는 오리피스(orifice)를 플러그로 막으므로써, 전달 유체가 거의 또는 완전히 소모되었을 때, 흐름이 정지되도록 할 수 있다. 일부 구현예에서, 예컨대, 플러그의 하부측은 원추형일 수 있으며, 원뿔의 팁은 전달 유체가 소모되었을 때 캐뉼러 또는 이의 상부 연장부로 침투한다. 일부 구현예에서, 펌핑 용액과 전달 유체를 합한 부피는 각 부피를 거의 비슷하게 함으로써 최소 한도로 설정할 수 있으며, 펌핑 용액이 캐뉼러로 전달되는 것을 방지하기 위해, 전달 유체의 부피를 펌핑된 용액의 부피 보다 많게 한다.
도 10A-10C는, 예시 목적으로, 유체 챔버(1060) 및 전달 유체 챔버(1080)가 서로, 그리고 도 6A, 7A-7C 및 8A-8E에 나타낸 동일 선상의 배치와 유사하게 펌프와 동일 평면 상에 배열된, 펌프 시스템(1000)의 작동을 도시한다. 펌프 유체 챔버(1060)와 전달 유체 챔버(1080)는 예시된 바와 같이 구성되거나, 또는 펌프 유체 챔버(1060)가 실질적으로 전달 유체 챔버(1080) 위에 놓이고, 이 2개의 챔버가 함께 적어도 부분적으로 타원형 및/또는 원형을 형성하도록 (예, 도 4B-4D에 나타내 바와 같이) 구성될 수 있다.
도 10A는 챔버(1060, 1080)가 장착되어 있으며, 본원의 특정 실시 구현예에 따라 사용하도록 준비된 펌프 시스템(1000)의 단면도를 도시한 것이다. 도 10B는 도 10A에 도시된 펌프 시스템의 단면도로서, 본원의 특정 실시 구현예에에 따라 작동 중인 상태를 나타낸다. 펌프(1010) 전체에 전위차 또는 전류 인가시, 펌프 유체(1056a)는 펌프(1010)를 통해 전달 유체 챔버(1080) 안으로 흐르기 시작한다. 세퍼레이터(1057a)는 펌프 유체(1056a)의 말단 에지(distal edge)와 직렬식으로 움직이며, 공기가 유입구(1078)를 통해 챔버(1060)로 유입된다. 펌프 유체(1056a)가 챔버(1080)로 이동하여 그곳에 축적됨에 따라, 1056a와 1056b의 조합 부피는 세퍼레이터(1057b)를 말단의 유출구(1099) 쪽으로 움직이도록 밀게되고, 그에 따라 전달 유체(1058)가 유출구(1099)를 통해 배출된다. 도 10C는 본원의 특정 실시 구현예에 따라 작동을 완료한 직후의 펌프 시스템(1000)의 단면도를 도시한 것이다. 펌프(1010)에 인가되는 전위차 및/또는 전류를 낮춤(예, 약 0으로)으로써 흐름을 서행시키거나 및/또는 정지시킬 수 있다. 도 10C에서, 흐름은 정지되고, 일부 전달 유체가 챔버(1080)에 여전히 남아있는 상태이다.
일부 구현예에서, 일렉트로-오스모틱 펌프는 (i) 하나 이상의 인 함유 막 (예, 실리카 막 상의 인규산) 및/또는 붕소 함유 막 (예, 실리카 막 상의 붕규산), (ii) 가스 비-발생형 (예, 육안으로 확인되는 기포가 없음), 전기산화가능한, 양성자-발생형 다공성 애노드 구성 (예, Ce3+), 및/또는 (iii) 가스 비-발생형의, 하이드록사이드 음이온을 발생시키거나 또는 양성자를 소비하는 캐소드 구성 (예, Ce4+)을 포함할 수 있다. 전기분해로 인한 가스 발생이 이루어지지 않는 저전압에서 작동시, 펌프는, 일부 구현예에서, 약물 (예, 식사 (prandial) 인슐린) 전달 및/또는 예컨대 전기 소자 및/또는 광학 소자를 냉각시키기 위한 냉각액 펌핑을 위한 충분한 유속을 제공할 수 있다. 일부 구현예에서, 저전압은 약 3 V 이하, 예로 2.0 V 이하, 1.5 V 이하, 1.0 V 이하, 0.8 V 이하, 0.6 V 이하, 약 0.5 V 이하의 전압이다.
일부 구현예에서, DC 일렉트로-오스모틱 펌프는 약 25℃에서 약 3 V 이하의 전압 (예, 물의 전기 분해용 열역학적 전압인 1.23 V 보다 낮은 전압)에서 작동할 수 있다. 펌프는, 다공성의 인 함유 막, 예컨대 인규산으로 코팅된 용융 실리카 미소구로 된 막을 포함할 수 있다. 탈이온수의 흐름은 약 0.1 V에서 시작할 수 있으며, 인가되는 전류에 따라 거의 선형적으로 증가할 수 있다. 유속은, 예컨대 식사 인슐린 투여 (예, 볼루스 전달)에 충분할 수 있다.
일부 구현예에서, 전극은 재충전 (즉, 애노드가 캐소드가 되고, 반대도 성립됨) 할 수 있다. 예를 들어, 전류를 역으로 바꿈으로써 전극을 서로 바꿀 수 있으며, 그래서, 펌프 작동 중 캐소드에서 Ce4+로부터 형성된 Ce3+를 재-산화시키고, 작동시 캐소드에서 Ce3+로부터 형성된 Ce4+는 재-환원시킬 수 있다.
혈당치를 조절하기 위해, 1형 당뇨병 환자는 인슐린을 약 0.8 unit/kg/day로 필요로 한다. 인슐린 1 mg은 약 27 unit이며, 속효성 인슐린 용액에는 전형적으로 약 100 unit/mL이 함유되어 있다. 인슐린의 투여량과 타이밍은 환자에 따라 다르다. 1형 당뇨병 관리시, 일부 환자들의 경우, 상기 인슐린의 약 ¼은, 즉 인슐린 약 0.2 unit/kg/day은 계속 투여하며, 약 0.2 인슐린 unit/kg은 매일 3회의 각 식사와 함께 투여한다. 체중 80 kg인 환자의 경우, 약 16 unit, 즉 속효성 인슐린 약 160 ㎕이 식사와 함께 전달된다. 20분간 전달하는데 필요한 펌핑 속도는 약 8 ㎕/min이다.
알레르겐의 진단
NIH-국립 알레르기 질환 기구의 웹 사이트에 따르면, 미국에서 만성 질환의 주된 요인들 중 6번째 요인이 알레르기이다. 건강관리 시스템에서 소비된 2005년 비용은 약 $180억원이었다. 테스트한 전체 미국인들 중 약 절반이 가장 흔한 10종의 알레르겐들 중 1종에 대해 양성을 나타낸다: 돼지풀(Ragweed), 우산 잔디(bermuda grass), 호밀풀(rye grass), 참나무(white oak), 명아주과 풀(Russian thistle), 곰팡이류(alternaria mold), 고양이, 집먼지 진드기(house dust mite), 독일 바퀴벌레(German cockroach), 땅콩(peanut). 식품 알레르기는 6세 미만의 어린이에게서 6-8%로 발생하며, 성인에서는 2%로 발생한다. 일반적인 식품 알레르겐으로는 소의 우유; 달걀; 갑각류; 견과류를 포함한다. 2005년에, 미국에서 살고있는 인구 3천만명이 천식을 앓고 있으며, > 480,000명이 병원에 입원하였고, 약 4,200명이 사망하였다.
일부 구현예에서, 유체 전달 시스템 (예, 일렉트로-오스모틱 펌프)은 또한 알레르기의 면역요법에도 (예, 유익하게 사용) 사용할 수 있다. 현행 실무에 따르면, 환자가 민감하게 느끼는 알레르겐 또는 알레르겐들을 농도를 증가시킨 현탁액 또는 용액 시리즈로 피하 주사한다. 현탁액은 장기간, 전형적으로 수년간 투여한다. 이러한 주사는 혈중 IgE 항체의 수준을 감소시키고, 신체가 방어 IgG 항체들을 만들게 하는 것으로 생각된다. 현행 실무에서, 환자는 알레르기 전문의 병원에 내원하여야 하며, 간호사나 그외 건강 전문가가 주사하도록 대기하여야 하며, 그런 후 약 20분 이상 기다려, 투여된 용량에 대한 중증 알레르기 반응이 없음을 확인받아야 한다. 알레르기 전문의는 중증 알레르기 반응이 발생하지 않을 것이라는 합리적인 확신을 원하기 때문에, 투여량은 일반적으로 최적 수준 보다 적다(sub-optimal). 약 5분 이상의 기간 동안에 걸친 (예, 약 10분 이상, 약 30분 이상, 약 1시간 이상, 약 3시간 이상, 및/또는 약 6시간 이상) 현탁액 또는 용액의 점진적인 전달은, 그 또는 그녀에게서 원치않는 과도한 알레르기 반응의 개시를 의미하는는 과도한 붉어짐(reddening) 또는 부어오르는 증상이 관찰된다면, 대상체에서 일렉트로-오스모틱 펌프 또는 기타 약물 펌프를 포함하는 피부-부착 시스템의 제거를 가능하게 할 것이다. 이러한 알레르기 면역요법 시스템은 펌프 자체 이외에도, 유사하거나 상이한 체적의 2개의 소형 구획을 가질 수 있다. 각 구획은 독립적으로 약 2 mL 이하, 약 1 mL 이하, 약 0.5 mL 이하 및/또는 약 0.2 mL 이하의 체적을 가질 수 있다. 하나의 구획은 펌핑되는 용액 (예, 용질을 1 L 당 약 10-2 mole 이하로 포함하는 탈이온수 또는 물)을 포함할 수 있거나, 및/또는 제2 구획은 하나 이상의 알레르겐으로 구성된 현탁액 또는 용액을 포함할 수 있다. 2개의 구획들은, 펌핑되는 용액 (예, 탈이온수)에 의해 움직일 수 있으며 알레르겐-함유 현탁액을 밀어낼 수 있는 이동형 세퍼레이터에 의해 분리될 수 있다. 또한, 시스템은 이를 피부에 부착하기 위한 수단, 예컨대 가발 및 헤어피스 착용자가 사용하는 비-알레르기성의 양면 부착 테이프, 예로 약 0.1 cm - 약 0.6 cm 및/또는 약 0.3 cm - 약 0.5 cm일 수 있는 짧은 중공 니들(hollow needle)을 포함할 수 있다. 도 11은 본 발명의 본원의 특정 실시 구현예에 따른 펌프 시스템을 착용한 개체를 도시한다. 니들은 가늘 수 있다 (예, 약 24 - 약 33 게이지, 및/또는 약 26 게이지 - 약 30 게이지). 니들은 약물 저장조와 직접 연결되거나 또는 관, 예로 플라스틱 관을 통해 약물 저장조와 연결될 수 있다. 또한, 펌프를 사용하여 하나 이상의 백신을 투여할 수도 있다.
알레르기 전문의는 현재 개체가 특정 알레르겐에 반응하는 IgE 항체를 피부에 가지고 있는지를 확인하기 위해 피부 검사를 이용한다. 이러한 피부 검사에서, 이들은 환자가 생활하거나 일하는 영역에서 발견되는 먼지 진드기, 꽃가루 또는 점균류 (molds) 등의 알레르겐이 감소식으로 희석된 거의 동일한 부피의 추출물 시리즈들을 피하 주사하거나 또는 생채기에 적용한다. 양성 반응으로, 검사 부위에는 작고, 융기되고, 주변이 붉은 적색을 띠는 팽진이 생긴다. 주입한 알레르겐 추출물의 희석 배수의 역수, 추출물의 부피, 자국의 크기로 여러가지 알레르겐에 대한 환자의 상대적인 민감성을 알레르기 전문의가 계측할 수 있다.
본 발명의 개시 내용에 대한 일부 구현예들에서, 테스트되는 알레르겐 함유 현탁액 또는 용액은, 예로, 기술된 일렉트로-오스모틱 펌프를 포함하는 시스템에 의해 펌핑됨으로써 피하로 투여할 수 있다. 이는, 흐름을 중지시켰을 때, 양성 반응을 의미하는 발적 또는 팽진, 또는 발적과 팽진이 둘다 관찰될 때까지, 고정된 유속 (예, 약 0.1 ㎕ min-1 - 약 10 ㎕ min-1 및/또는 약 0.5 ㎕ min-1 - 약 0.5 ㎕ min-1)으로, 투여할 수 있다. 흐름 개시에서 흐름 중단시 까지의 경과 시간에 대한 역수는, 테스트한 알레르겐에 대한 민감성을 의미할 것이다. 다른 예로, 테스트하는 동안에, 발적 또는 팽진, 또는 발적과 팽진의 조합이 관찰되고, 흐름을 중지, 예컨대 시스템을 제거하여 중지할 때까지, 예컨대 0.1 ㎕ min-1의 증가율로 유속을 높일 수 있다. 흐름 개시에서 중단까지의 증가분의 역수는 테스트한 알레르겐에 대한 민감성을 의미할 것이다. 다른 예로, 소형 볼루스를 간헐적으로 투여할 수 있다. 볼루스는 일정한 부피이거나 또는 점점 증가하는 부피일 수 있다. 일부 구현예에서, 이는 약 100 nL 이상 - 약 10 ㎕ 이하일 것이다. 이는 약 2분 이하의 간격, 예로 1분 이하, 예로 30초 이하, 예로 10초 이하의 간격으로 전달할 수 있다.
진단 시스템에서, 알레르겐 현탁액 또는 용액, 펌핑되는 수성 액체 및 펌프 자체를 합한 부피는, 일부 구현예에서, 총체적으로 약 5 mL 이하, 약 2 mL 이하, 약 1 mL 이하 및/또는 약 0.5 mL 이하일 수 있다. 일부 구현예에서, 시스템은 직경이 예컨대 약 2 cm 이하, 약 1 cm 이하, 약 6 mm 이하, 약 4 mm 이하인 전체 원형의 및/또는 고리형의 형상을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 일렉트로-오스모틱 펌프 시스템은, 예상되는 팽진 및 발적을 관찰하는 것을 차단하지 않도록 테스트한 알레르겐의 투여 부위에서 선택적으로 벗길 수 있도록 피부-부착시킬 수 있다. 시스템은, 일부 구현예에서, 약 2분 이상, 약 5분 이상, 약 10분 이상, 약 30분 이상의 기간 동안 및/또는 양성 반응을 의미하는 발적이 관찰될 때까지 착용할 수 있다. 그런 후, 흐름을 중지시킬 수 있으며, 시스템을 선택적으로 피부에서 제거한다. 선택적으로, 흐름은 자동적으로 중지시키며, 발적 또는 팽진이 발생될 때까지의 경과 시간 또는 볼루스의 수를 측정한다. 이러한 자동 모니터링 또는 흐름을 조절하기 위해, 시스템은 예컨대 반사광 또는 온도의 검출기 또는 복수의 검출기를 또한 포함할 수 있다. 발적의 발현은 예로 반사계 또는 온도측정기로 추적할 수 있다. 예를 들어, 약 600 - 약 900 nm의 파장에서의 반사광 : 약 400 nm - 약 900 nm에서의 반사광의 비율을 모니터링하여, 발적(reddening)를 추적할 수 있다. 다른 예로, 백색광 또는 노란색 광의 반사된 플럭스의 감소를 모니터링하거나, 또는 발적의 코어와 주변 발적이 없는 피부 간의 온도 차이를 모니터링할 수 있다.
진단 시스템은, 펌프 자체 이외에, 유사하거나 상이한 부피의 2개의 소형 구획을 가질 수 있다. 각 구획은 독립적으로 예컨대 약 2 mL 이하, 약 1 mL 이하, 약 0.5 mL 이하, 및/또는 약 0.2 mL 이하의 체적을 가질 수 있다. 또한, 시스템은 약 2 mm - 약 1 cm 및/또는 약 3 mm - 약 6 mm 길이일 수 있는 중공 니들을 포함할 수 있다. 니들은 가늘 수 있다 (예, 약 24 - 약 33 게이지, 및/또는 약 26 게이지 - 약 30 게이지). 니들은 예로 플라스틱 관을 통해 알레르겐 현탁액 또는 용액이 들어있는 저장소와 연결될 수 있다. 일부가 피부에 테이프로 고정될 수 있는 관은, 저장조 및 펌프를 구비한 시스템으로 덮이지 않은 부위에 알레르겐 현탁액 또는 용액을 피하로 전달할 수 있을 만큼 길 수 있다. 일부 구현예에서, 관은 약 1 cm 이상, 약 3 cm 이상 및/또는 약 5 cm 이상의 길이일 수 있다. 니들은 얕게 침투시키고 상피 근처에 위치한 진피의 바깥 부위에 선택적으로 알레르겐을 전달하기 위해, 오프-수직 각도로 피부 아래로 삽입할 수 있다. 예를 들어, 니들은 약 50°이상, 약 60°이상, 약 70°이상, 및/또는 약 80°이상의 각도(수직 대비)로 삽입할 수 있다.
일부 구현예에서, 시스템은 유속을 조절하고 알레르겐의 전달되는 용량을 모니터링하는, 팩토리 또는 건강 관리 전용으로 프로그래밍된 전자 시스템도 포함할 수 있다. 이 시스템은 선택적으로 예로 도 6C에 나타낸 바와 같이 피부 부착용 패키지에 통합될 수 있다. 약물 저장조와 달리, 사용 후 폐기시킬 수 있는, 시스템의 펌핑된 수용액 저장조 및/또는 일렉트로-오스모틱 펌프와, 전자 제어 및 디스플레이 시스템은 분리가능하거나, 제거가능하거나 및/또는 재사용가능할 수 있다. 전자 제어 및 디스플레이 시스템은 전기적으로 접촉 패드를 통해 일렉트로-오스모틱 펌프에 전기적으로 연결될 수 있으며, 이들 둘다 재사용되는 전자 제어 유닛과 펌프를 구비할 수 있다. 선택적으로, 안전성을 위해, 시스템의 전자 파트는 팽진과 발적과 같은 염증 반응을 살피도록 환자나 건강 관리 전문가에게 경고하는, 주기적인 알람을 구비할 것이다. 환자나 건강 관리자가 검사를 통해 아직 충분한 염증 반응이 나타나지 않음을 확인하지 않는 한, 알레르겐 용액이나 현탁액의 흐름은 중지할 수 있다. 경고 주기는 고정되거나 및/또는 사용자가 선택가능할 수 있다. 예로, 경고 주기는 약 20분 이하, 약 10분 이하, 약 5분 이하 및/또는 약 2분 이하일 수 있다.
전형적으로, 매주 또는 2주 간격으로 3년 동안 피하로 알레르겐을 주입하는 면역요법은, 1년 후 환자의 관해율이 85%이다. 일반적으로 저가 약물 펌프, 구체적으로 1회용 일렉트로-오스모틱 펌프는 알레르기의 면역요법에 유익하게 사용될 수 있다. 현행 면역요법 실무에서는, 환자에게 자극적인 알레르겐 또는 알레르겐들의 농도를 점차적으로 증가시킨 현탁액 또는 용액 시리즈를 피하 주사한다. 상기 용액 또는 현탁액은 장기간, 전형적으로 수년간 투여된다. 주사는 혈중 IgE 항체 수준을 낮추고, 신체가 방어 IgG 항체를 만들도록 야기하는 것으로 보인다. 현행 실무에 따르면, 환자는 알레르기 전문의의 병원에 내원하여야 하며, 간호사나 그외 건강 전문가가 주입하도록 대기하여야 하며, 그런 후 약 20분 이상 기다려, 투여된 용량에 대한 중증 알레르기 반응의 부재를 확인하여야 한다. 알레르기 전문의는 중증 알레르기 반응이 발생되지 않을 것임을 합리적으로 확신하기 원하기 때문에, 투여량은 일반적으로 최적 수준 이하 (sub-optimal)이다. 약 5분 이상, 예, 약 10분 이상, 약 30분 이상, 약 1시간 이상, 약 3시간 이상 및/또는 약 6시간 이상 알레르겐 현탁액 또는 용액을 전달하고, 그 또는 그녀에게서 과도한 발적 (reddening) 또는 부기와 같은 과잉 반응을 관찰하게 된다면, 환자는 일렉트로-오스모틱 펌프 또는 기타 약물 펌프를 포함하는 피부-부착 시스템 (skin-adhered system)을 벗을 수 있을 것이다.
본 개시 내용의 면역요법 시스템은 알레르겐 또는 알레르겐들을 거의 최적이며 항상 안전한 용량으로 전달하도록 고안된다. 그러나 모든 구성 성분들과 기능들이 그런 것은 아니고 일부 성분과 기능은 진단 시스템과 유사할 수 있다. 치료학적 용량의 전달은 일반적으로 진피나 진피 아래 조직, 예컨대 지방 조직, 연결 조직 또는 근육에서 이루어질 수 있어, 니들은 피부에 거의 수직적으로, 예컨대 피부 평면에 대해 적어도 약 60° 이상으로, 예로 피부 평면에 대해 약 70° 이상으로, 예로 피부 평면에 대해 약 80° 이상의 각도로 삽입될 수 있다. 알레르겐 또는 알레르겐들의 용액 또는 현탁액은, 예컨대, 전형적으로 직경이 약 2 mm - 약 2 cm인, 전형적으로 약 4 mm - 약 1 cm인 붉고, 거의 원형인 영역의 외양으로, 또는 국소 부종 또는 국소 소양증으로 예시되는, 충분하지만 과도하지 않은 국소 염증 반응이 관찰될 때까지, 투여할 수 있다. 유속은, 흐름 개시 후 약 5분 이후에, 예로 약 10분 이후에, 예로 약 20분 이후에, 예로, 약 30분 이후에, 예로 약 1시간 이후에, 예로 약 2시간 이후에, 예로 약 3시간 이후에, 예로 약 6시간 이후에 염증 반응이 나타날 수 있도록 조정될 수 있다. 염증 반응이 관찰되면, 알레르겐을 포함하는 용액 또는 현탁액의 전달을 중단하고, 시스템을 피부에서 제거할 수 있다.
중공 니들(506)은, 도 6C에 나타낸 바와 같이, 시스템이 부착되어 덮혀있는 피부 아래로 배치될 수 있다. 일부 구현예에서, 중공 니들은 패키지가 피부에 부착되어 있는 곳 이외의 영역에 배치될 수 있으며, 예로, 니들이 적절하게 이식되었지에 대한 가시적인 확인 또는 발적이나 팽진의 발현을 가시적으로 검시할 수 있도록 배치될 수 있다. 또한, 시스템은 예로 약 2 mm - 약 1 cm, 및/또는 약 3 mm - 약 5 mm의 길이일 수 있는 중공 니들을 포함할 수 있다. 니들은 가늘 수 있다 (예, 약 24 - 약 33 게이지, 및/또는 약 26 게이지 - 약 30 게이지). 니들은, 전달 부위에서의 염증 반응 발생을 쉽게 관찰할 만큼 충분히 긴 플라스틱 관에 의해 알레르겐이 들어있는 저장조와 연결될 수 있다. 면역요법 시스템은, 펌프 자체 외에도 유사하거나 상이한 체적을 가진 2개의 구획을 구비할 수 있다. 각각의 구획은 독립적으로 예로 약 2 mL 이하, 약 1 mL 이하, 약 0.5 mL 이하, 및/또는 약 0.2 mL 이하의 체적을 가질 수 있다.
또한, 시스템은 유속을 조절하고 알레르겐의 전달되는 용량을 모니터링하는 팩토리 또는 건강 관리 전용으로 프로그래밍된 전자 시스템도 포함할 수 있다. 이런 시스템은 선택적으로 예로 도 6C에 나타낸 바와 같이 피부 부착용 패키지에 통합될 수 있다. 약물 저장조와 달리, 전형적으로 사용 후 폐기시킬 수 있는, 시스템의 펌핑된 수성 액체 저장조 및/또는 일렉트로-오스모틱 펌프와, 전자 제어 및 디스플레이 시스템은 제거가능하거나 및/또는 재사용가능할 수 있다. 이는 접촉 패드를 통해 펌프에 연결될 수 있으며, 이들 둘다 재사용된 전자 제어 유닛, 전형적으로 일회용 용액 및 펌프를 구비한 파트를 갖출 수 있다. 선택적으로, 안전을 위해, 시스템의 전자 파트는 팽진 또는 발적의 정도를 검사하도록 환자나 건강 관리 전문가에게 알려주는, 주기적인 알람을 구비할 수 있다. 환자나 건강 관리자가 검사를 검증하지 않는 한, 알레르겐 용액이나 현탁액의 전달은 중지될 수 있다. 경고 주기는 전형적으로 약 20분 이하, 약 10분 이하, 약 5분 이하 및/또는 약 2분 이하일 수 있다.
본 개시 내용의 이점을 누리는 당해 기술 분야의 당업자에게 이해되는 바와 같이, 그외 등가체 또는 대안적인 조성물, 장치, 방법 및 유체 (예, 약학적 활성 성분, 알레르겐, 영양분, 진단제)를 펌핑하기 위한 시스템은 본원에 포함된 기술 내용으로부터 이탈되지 않는 것으로 볼 수 있다. 이에, 본원에서 설명되고 기술되는 내용을 수행하는 방식은 단지 예로서만 이해되어야 한다.
당해 기술 분야의 당업자는 본 개시 내용의 범위로부터 이탈되지 않으면서 파트들의 형태, 크기, 수 및/또는 배치에 대해 다양한 변화를 가할 수 있다. 예를 들어, 펌프, 캐소드, 애노드 전극들, 관, PVC 프래임, PVC 링, 저장조, 저장조 챔버, 헤어핀, 만곡부, 컨트롤러, 에어 갭, 약물 유입구, 약물 유출구, 오일 갭, 컨트롤러, 프로세서, 메모리, 전력원, 디스플레이, 사용자 인터페이스, 니들, 접착제, 탄성 밴드 및/또는 와이어의 위치 및 수는 달라질 수 있다. 일부 구현예에서, 펌프, 캐소드, 애노드 전극들, 관, PVC 프래임, PVC 링, 저장조, 저장조 챔버, 헤어핀, 만곡부, 컨트롤러, 공기 갭, 약물 유입구, 약물 유출구, 오일 갭, 컨트롤러, 프로세서, 메모리, 전력원, 디스플레이, 사용자 인터페이스, 니들, 접착제, 탄성 밴드 및/또는 와이어는 교체가능할 수 있다. 아울러, 장치 및/또는 시스템의 크기는, 실무자의 요구 및/또는 바람에 맞게 (성인에게 사용하기 위해) 확대하거나, 또는 (청소년에게 사용하기 위해) 축소시킬 수 있다. 각 기술된 방법과 방법의 단계는 임의의 다른 기술된 방법 또는 방법의 단계와 연합하여 수행할 수 있으며, 일부 구현에에 따라 임의 순서로 수행할 수 있다. 동사 "수도 있다"를 사용하는 경우, 이는, 임의적인 및/또는 자유 재량의 상태를 의미하는 것으로 의도되지만, 이의 사용은 달리 언급되지 않은 한 모든 운용성 (operability)의 부재를 시사하는 것으로 의도되진 않는다.
또한, 범위가 제공되는 경우, 기술된 엔드포인트는 특정 구현예에 바람직하거나 또는 요구되는 바와 같이 정확하거나 및/또는 대략적인 것으로 취급될 수 있다. 엔드포인트가 대략치인 경우, 가용 수준(degree of flexibility)은 범위의 크기 정도에 비례하여 달라질 수 있다. 예로, 한편으로, 범위 약 5 내지 약 50의 문맥에서 범위 엔드포인트 약 50은 50.5를 포함할 수 있지만, 52.5 또는 55는 포함하지 않으며, 다른 한편으로, 범위 약 0.5 내지 약 50의 문맥에서 범위 엔드포인트 약 50은 55를 포함하나, 60 또는 75는 포함하지 않을 수 있다. 또한, 일부 구현예에서, 범위 엔드포인트들을 혼합 및 일치시키는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 일부 구현예에서, 기술된 각 수치는 (예로, 하나 이상의 예에서, 표 및/또는 도면) 범위의 베이스 (예, 기술된 값 +/- 약 10%, 기술된 값 +/- 약 50%, 기술된 값 +/- 약 100%) 및/또는 범위 엔드포인트를 형성할 수 있다. 전자와 관련하여, 실시예, 표 및/또는 도면에 기재된 값 50은 예컨대 약 45 - 약 55, 약 25 - 약 100 및/또는 약 0 - 약 100의 범위의 베이스를 형성할 수 있다. 당해 기술 분야의 당업자는 본 발명의 조성물, 장치 및/또는 시스템의 제조 방법과 이용 방법에 다양한 변화를 가할 수 있다. 예를 들어, 조성물, 장치 및/또는 시스템은 동물 및/또는 인간 용도에 (예, 위생, 감염성, 안전성, 독성, 생체측정 및 그외 고려인자에 대해) 적합하게 제조 및/또는 이용할 수 있다.
일렉트로-오스모틱 펌핑용 장치 및/또는 시스템 전체 또는 일부는 일회용으로, 편리하게, 교체사용가능하고 및/또는 치환가능하도록 구성 및 배치될 수 있다. 자명한 변화 및 수정과 더불어 이들 등가 및 대안들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 의도된다. 즉, 전술한 내용들은 예로서만 의도되며, 첨부된 청구항에 의해 기술된 개시 내용의 범위를 제한하는 것은 아니다.
표제, 초록, 배경 및 제목은 독자의 편의성을 위해 및/또는 규약에 따라 제공된다. 이는 종래 기술의 범위 및 내용으로서 용인되는 것으로 포함되지 않으며, 기술된 모든 구현예에 적용가능한 제한으로서 포함되지 않는다.
실시예
본 개시내용에 대한 일부 구체적인 구현예들을 본원에 제공된 하나 이상의 실시예로 예시될 수 있다.
실시예 1: 펌프 막
(a) 약 1 ㎛의 직경을 가진 단분산 실리카 미소구 (Polysciences, Warrington, PA, 카달로그 번호 24326-15)의 10% 현탁액 5.0 mL에, 85 중량%의 H3PO4 5 ㎕를 첨가하고; (b) 약 65℃에서 물을 증발시키고; (c) 수득되는 건조된 분말 65 mg을 8 mm 다이에 놓고, 이것을 핸드-프레싱하여 펠릿을 형성한 다음; (d) 이 펠릿을 700℃에서 4시간 동안 소성시켜, 예시적인 막을 제조하였다. 그런 후, 막을 충분한 양의 물로 세척하여, 결합되지 않은 H3PO4를 제거하고, 건조한다. 1.3 mm 두께의 막은 랜덤 패킹된 미소구로 구성된다.
실시예 2: 세륨 산화물을 포함하는 전극
일렉트로-오스모틱 펌프의 세륨 산화물 함유 전극은 다음과 같이 제조하였다: 탄소 페이퍼 (약 130 ㎛의 두께와 약 78%의 공극율을 가진 탄소 페이퍼 3.6 cm × 1.8cm (약 6.5 ㎠) 시트 (Toray))를 베이스 물질로 사용하였고, 이 탄소 페이퍼에 저압 (약 20 토르 이하) 하 약 45분간의 공기 플라즈마를 이용하여 플라즈마 처리하였다. Timcal Super C45 탄소 (Timcal USA, Westlake, OH)은, 이를 콜로이드형 주석 산화물로 처리함으로써 소수성으로 만들었다. 주석 산화물 처리는, (a) 증류수 100 mL, 15 중량% 콜로이드형 주석 산화물 1 mL (SN 15, Nyacol Technologies Inc.) 및 Triton X-100 (Sigma-Aldrich) 100 mg을 혼합한 다음, Timcal Super C45 탄소를 교반한 혼합물에 첨가하여, 1시간 계속 교반하는 과정으로 진행되었다. 여과에 의해 고형물을 수집하고; 수집한 케이크를 70℃에서 6시간 건조시킨 다음 실리카 도가니로 이동시켜, 약 10℃/min의 속도로 320℃까지 온도를 증가시키면서 가열하여, 320℃에서 10분간 소성하고, 이를 냉각시켜 증류수로 세척한 후 70℃에서 6시간 건조시킨다.
5% NAFION 용액 (Sigma-Aldrich) 2 mL, 이소프로판올 (Sigma-Aldrich) 8 mL, 콜로이드형 세리아 졸 [CEO2(AQ 또는 CEO2(NO3) Nyacol Technologies Inc., Ashland, MA] 500 ㎕ 및 탄소 (Timcal Super-C45) 100 mg을 혼합하여, 거의 균질한 세륨 산화물-함유 페이스트를 제조하였다. 이를 탄소과 혼합하기 전에, 콜로이드형 세리아 졸을 10분간 산소 기체를 통과시킴으로써, 산소처리하였다. 세륨 산화물 함유 페이스트는, 탄소 페이퍼를 상기 페이스트에 침지하고, 이를 꺼낸 후 약 70℃에서 건조함으로써, 약 130 ㎛의 두께와 약 78%의 공극율을 가진 탄소 페이퍼 3.6 cm × 1.8cm (약 6.5 ㎠) 시트 (Toray Carbon)에 도포하였다. 건조 후, 코팅된 탄소 페이퍼를 끓는 물로 세척한 다음, 8 mm 직경의 원형 전극으로 잘랐다.
실시예 3: 금속 전도성 물질이 첨가되지 않은 전극
일렉트로-오스모틱 펌프의 실질적으로 금속 무-함유 전극은 다음과 같이 제조할 수 있다: 탄소 페이퍼 (Toray)를 베이스 물질로 사용할 수 있으며, 탄소 페이퍼를 저압 (약 20 토르 이하) 산소 플라즈마를 사용하여 약 45분간 플라즈마 처리한 다음 8 mm 직경의 원형 전극으로 자를 수 있다. 다른 예로, 플라즈마 처리에 의해 친수성이 된 친수성 Timcal Super C45 탄소 페이스트를 실시예 2에 기술된 바와 같이 탄소 페이퍼에 도포할 수 있으며, 단, 콜로이드형 주석 산화물 처리는 하지 않는다. 그런 후, 페이스트가 도포된 탄소 페이퍼에 플라즈마 처리를한 다음 원하는대로 잘라 금속 무-함유 전극을 제조할 수 있다.
실시예 4: 펌프 어셈블리 및 사전-컨디셔닝
펌프의 어셈블리 및 사전-컨디셔닝. 펌프의 애노드와 캐소드는 유사하였다. 펌프는, 8 mm 직경의 전극 2개 사이에 체적이 0.1 cm3이고 두께가 약 2 mm인 8 mm 직경의 세라믹 막을 끼움으로써, WO2011/112723 A2에 기술된 바와 같이 조립하였다. 이 어셈블리를 립을 구비한 PVC 링 2개 사이에 하우징하고, 각 전극과 PVC 하우징-링 사이에는 전기 접촉을 위해 골드 박막을 삽입하였다. 그런 후, 어셈블리를 2 성분 에폭시 수지에서 서행 경화하여 (24시간), 캡슐화하였다.
실시예 5: 펌프 작동
전류, 전압 및 흐름. 인가되는 전압은 8 mm OD 전극과 막을 구비한 펌프의 통과 (flow through)에 의존한다. PVC 링의 1 mm 와이드 립이 림 (rim)에서 물과의 접촉을 방지하기 때문에, 원형의 수 펌핑 영역의 유효 직경은 6 mm였으며, 즉, 전극의 수-접촉-면적은 0.28 cm2였다. 도 15에서 볼 수 있는 바와 같이, 특정 전위가 인가되었을 때 흐름은 인정하였다. 1 V 적용시, 유속은 약 7 ㎕/min 또는 25 ㎕　min-1 cm-2였으며; 2 V 적용시, 유속은 약 15 ㎕/min 또는 54 ㎕　min-1 cm-2였으며; 3 V 적용시, 유속은 약 24 ㎕/min 또는 86 ㎕　min-1 cm-2였다. 불연속은 전압 적용시 10분간의 개입이다. 각 개입 후, 즉, 전압을 다시 인가하였을 때, 유속은 개입 전의 유속을 회복하였다. 유속은 인가되는 전압에 따라 거의 선형으로 증가하였다 (도 16).
실시예 6: 물의 끓임 효과
도 17에서 보여지는 바와 같이, 펌프에 배치된 물을 금방 끓였을 때, 일정하게 인가된 전압에서 전류와 유속이 감소되었으며; 끓이는 처리는 용해된 기체, 예컨대 C02　및/또는 02의 농도를 일시적으로 감소시켰다. 나타난 불연속은 전위 적용시 90분 후 잠깐의 중단이다. 또한, 도 17은, 끓이지 않아 공기-평형화된 물에서는 약 10분 후 정상 전류 (steady current)에 도달하지만, 끓인 물, 즉 용해된 공기가 제거되었지만 아직 충분히 공기-평형화되지 못한 물에서는 약 100분 걸리는 것을 보여준다.

Claims (43)

  1. 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프 (direct current electro-osmotic pump)로서,
    서로 이격되어 배치된 한쌍의 다공성 전극; 및
    제1면과 제2면을 포함하는 다공성 막을 포함하며,
    상기 막은 상기 한쌍의 전극 사이에 배치되고,
    상기 막의 제1면의 적어도 일부가 하나의 전극과 물리적으로 접촉하고, 상기 막의 제2면의 적어도 일부가 다른 전극과 물리적으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전극 중 하나 이상이 란타나이드 산화물 또는 악티나이드 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프.
  3. 제1항에 있어서, 상기 한쌍의 전극에는 금속이 실질적으로 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프.
  4. 제2항에 있어서, 각각의 상기 전극에는 은이 실질적으로 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프.
  5. 제1항에 있어서, 상기 막은 다공성 세라믹을 포함하는 것을 특징으로 하는 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프.
  6. 제5항에 있어서, 상기 다공성 세라믹은 규소를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프.
  7. 제6항에 있어서, 상기 규소는 유리질의 이산화규소 (vitreous silicon dioxide)인 것을 특징으로 하는 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프.
  8. 제2항에 있어서, 상기 전극 중 하나 이상이 세륨 산화물, 프라세오디륨 산화물, 토륨 산화물 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프.
  9. 제2항에 있어서, 상기 전극 중 하나 이상이 세륨 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프.
  10. 제2항에 있어서, 상기 전극 모두 세륨 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프.
  11. 제1항에 있어서, 상기 전극 중 하나 이상이 탄소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프.
  12. 제1항에 있어서, 상기 전극 중 하나 이상이 양이온 교환 폴리머를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프.
  13. 제12항에 있어서, 상기 양이온 교환 폴리머가 황 원자를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프.
  14. 제12항에 있어서, 상기 양이온 교환 폴리머가 불소 원자를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프.
  15. 제12항에 있어서, 상기 양이온 교환 폴리머가 퍼플루오르화된 폴리설폰산을 포함하는 것을 특징으로 하는 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프.
  16. 제1항에 있어서, 펌프 유체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프.
  17. 제16항에 있어서, 상기 펌프 유체는 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프.
  18. 일렉트로-오스모틱 유체 전달 시스템으로서,
    제1항에 따른 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프; 및
    상기 일렉트로-오스모틱 펌프와 유체 소통하는 펌프 유체 챔버와 상기 일렉트로-오스모틱 펌프와 유체 소통하는 전달 유체 챔버를 포함하는 저장조
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 일렉트로-오스모틱 유체 전달 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 전달 시스템은 개체의 피부에 부착되는 것을 특징으로 하는 일렉트로-오스모틱 유체 전달 시스템.
  20. 제18항에 있어서, 상기 전달 유체 챔버는 일회용 약물 카트리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 일렉트로-오스모틱 유체 전달 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 카트리지를 상기 펌프에 연결하는 커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 일렉트로-오스모틱 유체 전달 시스템.
  22. 제18항에 있어서, 상기 전달 유체 챔버와 유체 소통하며 개체에게 삽입되도록 구성된 니들 또는 캐뉼러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 일렉트로-오스모틱 유체 전달 시스템.
  23. 제18항에 따른 일렉트로-오스모틱 유체 전달 시스템 및 약물의 개체 투여에 대한 설명서를 포함하는 키트.
  24. 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프로서,
    다공성 캐소드 및 다공성 애노드; 및
    상기 캐소드와 상기 애노드 사이의 다공성 세라믹 막을 포함하며,
    상기 막의 표면의 적어도 일부가 상기 애노드와 물리적으로 접촉하고, 상기 막의 반대면의 적어도 일부가 캐소드와 물리적으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프.
  25. 제24항에 있어서, 상기 다공성 캐소드와 상기 다공성 애노드는 각각 세륨 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프.
  26. 제24항에 있어서, 상기 다공성 캐소드와 상기 다공성 애노드에는 각각 금속이 실질적으로 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 직류형 일렉트로-오스모틱 펌프.
  27. 일렉트로-오스모틱 펌프의 제조 방법으로서,
    인산 수용액 및/또는 붕소산 수용액을, 약 0.5 ㎛ - 약 3 ㎛ 직경의 실리카 미소구의 현탁액에 첨가하여, 현탁액을 제조하는 단계;
    상기 현탁액에서 물을 증발시켜, 분말을 제조하는 단계;
    상기 분말을 압착하여, 2 이상의 반대되는 표면을 가진 펠릿을 제조하는 단계;
    상기 펠릿을 약 1 - 약 6시간 동안 약 700℃ - 약 900℃에서 소성하여, 세라믹 막을 제조하는 단계;
    상기 세라믹 막을 세척하는 단계;
    상기 세라믹 막을 건조하는 단계; 및
    상기 세라믹 막의 양쪽 표면 상에 2개의 다공성 탄소 전극을 각각 압착하여, 전극-막-전극 샌드위치를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 2개의 다공성 탄소 전극은 각각 세륨 산화물 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제27항에 있어서, 상기 2개의 다공성 탄소 전극에는 각각 금속이 실질적으로 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 수용액의 펌핑 방법으로서,
    수용액을, (i) 다공성 탄소를 포함하는 캐소드, (ii) 다공성 탄소를 포함하는 애노드 및 (iii) 코팅되지 않은 실리카 구, 인규산으로 코팅된 용융 실리카 구 (phosphosilicic-acid-coated fused silica sphere) 또는 붕규산으로 코팅된 용융 실리카 구 (borosilicic-acid-coated fused silica sphere)를 융용함으로써, 융용된 구가 캐소드와 애노드 사이에 랜덤 패킹되어 제조된 세라믹 막을 포함하는 일렉트로-오스모틱 펌프와 접촉시키는 단계;
    상기 수용액이 펌핑되도록, 애노드와 캐소드 사이에 약 0.1 V 내지 약 3 V의 정전위 차 또는 정전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 캐소드는 세륨 산화물 코팅을 더 포함하고, 상기 애노드는 세륨 산화물 코팅을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제30항에 있어서, 상기 캐소드와 애노드에는 금속이 실질적으로 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 수용액의 펌핑 방법으로서,
    수용액을, (i) 다공성 탄소를 포함하는 캐소드, (ii) 다공성 탄소를 포함하는 애노드 및 (iii) 코팅되지 않은 실리카 구, 인규산으로 코팅된 용융 실리카 구 (phosphosilicic-acid-coated fused silica sphere) 또는 붕규산으로 코팅된 용융 실리카 구 (borosilicic-acid-coated fused silica sphere)를 융용함으로써, 융용된 구가 캐소드와 애노드 사이에 랜덤 패킹되어 제조된 세라믹 막을 포함하는 일렉트로-오스모틱 펌프와 접촉시키는 단계;
    상기 수용액이 펌핑되도록, 캐소드와 애노드 사이에 약 0.1 V 내지 약 3 V의 정전위 차를 유발하기 위해 정전류를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제33항에 있어서, 상기 캐소드는 세륨 산화물 코팅을 더 포함하고, 상기 애노드는 세륨 산화물 코팅을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제33항에 있어서, 상기 캐소드와 애노드에는 금속이 실질적으로 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 층상 조성물 (layered composition)로서,
    (i) 다공성 기재 및 상기 기재의 적어도 일부와 접촉하는 코팅을 포함하며, 상기 코팅이 세륨 산화물을 포함하는 것인, 제1층;
    (ii) 다공성 실리카 매트릭스를 포함하는 제2층; 및
    (iii) 다공성 기재 및 상기 기재의 적어도 일부와 접촉하는 코팅을 포함하며, 상기 코팅이 세륨 산화물을 포함하는 것인 제3층을 포함하며,
    상기 제2층의 적어도 일부는 상기 제1층의 적어도 일부와 접촉하며,
    상기 제3층의 적어도 일부는 상기 제2 층의 적어도 일부와 접촉하는 것을 특징으로 하는 층상 조성물.
  37. 일렉트로-오스모틱 유체 전달 시스템으로서,
    (i) Ce4+　이온을 포함하는 다공성 캐소드, (ii) Ce3+　이온을 포함하는 다공성 애노드 및 (iii) 상기 캐소드와 상기 애노드 사이의 다공성 세라믹 막을 포함하는 일렉트로-오스모틱 펌프;
    상기 일렉트로-오스모틱 펌프와 유체 소통하는 펌프 유체 챔버, 및 상기 일렉트로-오스모틱 펌프와 유체 소통하는 전달 유체 챔버를 포함하는, 저장조;
    상기 애노드 및 상기 캐소드와 전기적으로 소통하는 탈착형 컨트롤러 어셈블리 (removable controller assembly); 및
    상기 전달 유체 챔버와 유체 소통하는 니들을 포함하며,
    상기 막의 표면 중 적어도 일부가 상기 애노드와 물리적으로 접촉하고, 상기 막의 반대쪽 면의 적어도 일부가 상기 캐소드와 물리적으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 일렉트로-오스모틱 유체 전달 시스템.
  38. 제37항에 있어서, 상기 전극은 상기 캐소드를 상기 애노드가 되게 하고, 상기 애노드를 상기 캐소드가 되게 함으로써 재생되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 일렉트로-오스모틱 유체 전달 시스템.
  39. 사전 충진된 일렉트로-오스모틱 펌프 유체 저장조로서,
    제1 플러그 표면, 제2 플러그 표면, 및 상기 제1 플러그 표면 및 제2 플러그 표면과 커플링된 풀-탭 (pull-tab)을 구비한, 탈착형 플러그 (removable plug);
    오목 에지 (concave edge)를 가진 하나 이상의 만곡부 (curvature)와 제1 개구부를 가진, 대략 관 형상의 제1 유체 챔버; 및
    오목 에지를 가진 하나 이상의 만곡부와 제1 개구부를 가진, 대략 관 형상의 제2 유체 챔버를 포함하며,
    상기 제1 플러그의 표면은 상기 제1 챔버의 제1 개구부와 유체-밀봉 실 (fluid-tight seal)을 형성하도록 배치되고,
    상기 제2 플러그 표면은 상기 제2 챔버의 제1 개구부와 유체-밀봉 실을 형성하도록 배치되며,
    상기 제1 유체 챔버는 제1 유체를 수용하고, 상기 제2 유체 챔버는 제2 유체를 수용하는 것을 특징으로 하는 사전 충진된 일렉트로-오스모틱 펌프 유체 저장조.
  40. 제39항에 있어서, 상기 제1 유체가 펌프 유체인 것을 특징으로 하는 사전 충진된 일렉트로-오스모틱 펌프 유체 저장조.
  41. 제39항에 있어서, 상기 제2 유체가 전달 유체인 것을 특징으로 하는 사전 충진된 일렉트로-오스모틱 펌프 유체 저장조.
  42. 제41항에 있어서, 상기 전달 유체가 1종 이상의 약리 활성 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 사전 충진된 일렉트로-오스모틱 펌프 유체 저장조.
  43. 사전 충진된 일렉트로-오스모틱 펌프 유체 저장조로서
    (a) 오목 에지를 가진 하나 이상의 만곡부와 제1 개구부를 가진 대략 관 형상의 제1 유체 챔버; 및
    (b) 오목 에지를 가진 하나 이상의 만곡부와 제1 개구부를 가진, 대략 관 형상의 제2 유체 챔버를 포함하며,
    상기 제1 챔버의 제1 개구부는, (i) 제1 탄성 격막 (elastomeric septum)에 의해 유체적으로 밀폐되고, (ii) 일렉트로-오스모틱 펌프의 적어도 일부분과 탈착가능하게 결합되도록 구성되며,
    상기 제2 챔버의 제1 개구부는 (i) 제2 탄성 격막에 의해 유체적으로 밀폐되고, (ii) 일렉트로-오스모틱 펌프의 적어도 일부분과 탈착가능하게 결합되도록 구성되며,
    상기 제1 유체 챔버는 제1 유체를 수용하고, 제2 유체 챔버는 제2 유체를 수용하는 것을 특징으로 하는 사전 충진된 일렉트로-오스모틱 펌프 유체 저장조.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230078123A (ko) * 2021-11-26 2023-06-02 주식회사 케어메디 전기삼투펌프, 전극의 제조방법, 이를 이용한 유체 펌핑 시스템 및 그 시스템의 동작 방법
KR20230132745A (ko) * 2020-05-29 2023-09-18 주식회사 케어메디 전기삼투펌프, 전극의 제조방법, 이를 이용한 유체 펌핑 시스템 및 그 시스템의 동작 방법

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3039091B1 (fr) * 2015-07-20 2017-07-21 Seb Sa Inclusion d'oxydes de terres rares dans un revetement a base de resine fluorocarbonee
SE1551112A1 (en) * 2015-08-27 2017-02-28 Sp Sveriges Tekniska Forskningsinstitut Ab Functionalized particles
KR102006908B1 (ko) 2016-06-28 2019-08-02 이오플로우(주) 전기 삼투 펌프 및 이를 포함하는 유체 펌핑 시스템
GB201714645D0 (en) 2017-09-12 2017-10-25 Osmotex Ag Method
US11407657B2 (en) * 2017-12-04 2022-08-09 The Trustees Of The Stevens Institute Of Technology In situ oil cleanup and recovery using smart polymer integrated surface vessels
JP6744527B1 (ja) * 2020-04-01 2020-08-19 アットドウス株式会社 薬液投与ユニット、薬液投与モジュール、薬液投与装置、及び投薬管理システム
EP4059542A1 (en) 2021-03-15 2022-09-21 Sensile Medical AG Drug delivery device
EP4059541A1 (en) * 2021-03-15 2022-09-21 Sensile Medical AG Drug delivery device
US11404747B1 (en) 2022-02-18 2022-08-02 ZAF Energy Systems, Incorporated Ceria coatings and structures for zinc-based battery separators
CN115364852B (zh) * 2022-07-26 2023-08-01 杭州洛奇亚环保科技有限公司 一种负载有纳米贵金属氧化物催化剂的多孔陶瓷及其制备方法和应用

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4158085A (en) * 1978-01-31 1979-06-12 Yardney Electric Corporation Electrode with separator beads embedded therein
US5682884A (en) 1983-05-05 1997-11-04 Medisense, Inc. Strip electrode with screen printing
US5628890A (en) 1995-09-27 1997-05-13 Medisense, Inc. Electrochemical sensor
JP3394262B2 (ja) 1997-02-06 2003-04-07 セラセンス、インク． 小体積インビトロ被検体センサー
US6338790B1 (en) 1998-10-08 2002-01-15 Therasense, Inc. Small volume in vitro analyte sensor with diffusible or non-leachable redox mediator
US6738663B2 (en) * 1999-04-09 2004-05-18 Oncostim, A Minnesota Corporation Implantable device and method for the electrical treatment of cancer
US20020189947A1 (en) * 2001-06-13 2002-12-19 Eksigent Technologies Llp Electroosmotic flow controller
US7896867B2 (en) * 2002-05-01 2011-03-01 Microlin, Llc Fluid delivery device having an electrochemical pump with an ion-exchange membrane and associated method
US7235164B2 (en) * 2002-10-18 2007-06-26 Eksigent Technologies, Llc Electrokinetic pump having capacitive electrodes
WO2004036040A1 (en) 2002-09-23 2004-04-29 Cooligy, Inc. Micro-fabricated electrokinetic pump with on-frit electrode
US7044196B2 (en) 2003-01-31 2006-05-16 Cooligy,Inc Decoupled spring-loaded mounting apparatus and method of manufacturing thereof
US7231839B2 (en) * 2003-08-11 2007-06-19 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Electroosmotic micropumps with applications to fluid dispensing and field sampling
US7559356B2 (en) 2004-04-19 2009-07-14 Eksident Technologies, Inc. Electrokinetic pump driven heat transfer system
US7521140B2 (en) * 2004-04-19 2009-04-21 Eksigent Technologies, Llc Fuel cell system with electrokinetic pump
US7149085B2 (en) 2004-08-26 2006-12-12 Intel Corporation Electroosmotic pump apparatus that generates low amount of hydrogen gas
US20080033338A1 (en) 2005-12-28 2008-02-07 Smith Gregory A Electroosmotic pump apparatus and method to deliver active agents to biological interfaces
JP5360519B2 (ja) 2006-09-22 2013-12-04 西川 正名 電気浸透材及びその製造方法と電気浸透流ポンプ
JP2008218019A (ja) 2007-02-28 2008-09-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 空気側電極用材料及び燃料側中間層用材料、並びにこれらを用いた空気側電極、燃料側中間層、電極の製造方法、発電膜及び燃料電池
US20090041590A1 (en) 2007-08-06 2009-02-12 Fuetes Hernan V Apparatus, system, and method for electrochemical pump-based chromatography separations in microfabricated devices
GB0802450D0 (en) 2008-02-08 2008-03-19 Osmotex As Electro-osmotic pump
US20110097215A1 (en) * 2009-10-23 2011-04-28 The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Flexible Solid-State Pump Constructed of Surface-Modified Glass Fiber Filters and Metal Mesh Electrodes
SE534488C2 (sv) 2010-02-22 2011-09-06 Lunavation Ab Ett system för elektrokinetisk flödesteknik
JP2013521885A (ja) 2010-03-09 2013-06-13 ボード・オブ・リージエンツ，ザ・ユニバーシテイ・オブ・テキサス・システム 電気浸透ポンプ、システム、方法及び構成物
US9103331B2 (en) * 2011-12-15 2015-08-11 General Electric Company Electro-osmotic pump
US8603834B2 (en) 2011-12-15 2013-12-10 General Electric Company Actuation of valves using electroosmotic pump
US9199201B2 (en) 2011-12-15 2015-12-01 General Electric Company Self contained electroosmotic pump and method of making thereof
KR101305149B1 (ko) 2013-01-15 2013-09-12 서강대학교산학협력단 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프 및 이를 이용한 유체 펌핑 시스템
KR101420360B1 (ko) 2013-07-30 2014-07-16 서강대학교산학협력단 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프 및 이를 이용한 유체 펌핑 시스템
WO2014112726A1 (ko) 2013-01-15 2014-07-24 서강대학교산학협력단 가역적 전극반응을 이용한 전기삼투펌프 및 이를 이용한 유체 펌핑 시스템
KR101457629B1 (ko) 2013-08-26 2014-11-07 서강대학교산학협력단 전기삼투펌프 및 이를 포함하는 유체 펌핑 시스템

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230132745A (ko) * 2020-05-29 2023-09-18 주식회사 케어메디 전기삼투펌프, 전극의 제조방법, 이를 이용한 유체 펌핑 시스템 및 그 시스템의 동작 방법
KR20230078123A (ko) * 2021-11-26 2023-06-02 주식회사 케어메디 전기삼투펌프, 전극의 제조방법, 이를 이용한 유체 펌핑 시스템 및 그 시스템의 동작 방법

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Publication number Publication date
EP2897671A4 (en) 2016-06-22
WO2014046806A1 (en) 2014-03-27
US9931462B2 (en) 2018-04-03
AU2013318515A1 (en) 2015-04-09
EP2897671A1 (en) 2015-07-29
US20140088506A1 (en) 2014-03-27
CA2885213A1 (en) 2014-03-27
JP2015537136A (ja) 2015-12-24

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