KR20150128710A - 액체 분배 장치 및 그의 제어 방법 - Google Patents

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프레데릭 헨리 피써
앨런 제임스 클라크
리송 양
콜린 데이비드 베인
니킬 카푸르
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글락소스미스클라인 인털렉츄얼 프로퍼티 (넘버 2) 리미티드
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Abstract

본 개시내용은 액체의 분배 방법 및 액체 분배 장치를 제공한다. 방법 및 장치는 다단계 액적 방출 주기가 저장되어 있는 제어기를 포함한다. 다단계 액적 방출 주기는 2 단계로 액적을 분배한다. 유리하게도, 이는 위성 액적의 형성 없이 매우 작은 부피의 고도로 정확한 액적을 제공한다.

Description

액체 분배 장치 및 그의 제어 방법 {LIQUID DISPENSING DEVICES AND METHODS OF CONTROLLING THE SAME}
1. 개시내용의 분야
본 개시내용은 액체의 액적을 분배하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시내용은 위성 액적(satellite droplet)의 형성을 회피하면서 액체의 액적을 분배하도록 구성된 액체 분배 장치에 관한 것이다. 또한, 본 개시내용은 위성 액적의 형성을 회피하면서 액체의 액적을 분배하도록 액체 분배 장치를 제어하는 방법에 관한 것이다.
2. 관련 기술의 설명
부피가 수 마이크로리터 (μL) 내지 수십 마이크로리터 (μL) 범위이며 식용 기재 상 또는 내에 활성 성분을 함유하는 액적을 기재와의 접촉이 없이 자동 분배하는 것은, 제약 회사가 저투여량 제품을 정확하게 제어하는 것을 가능하게 할 수 있다. 또한, 정제 및 캡슐의 액체 투여는 작업자가 활성 성분에 노출될 잠재적인 위험성을 감소시킬 수 있다.
현재, 저투여량의 액체 (즉 마이크로리터 범위)를 분배하는 다수의 입수가능한 장치는, 정확한 양의 액체를 분배함에 있어서 어려움을 갖고 있다. 이에 대한 한 장애는 본 개시내용에 사용된 바와 같이 주요한 더 큰 액적 후에 낙하하는 액체의 매우 작은 액적을 의미할 수 있는 "위성 액적" 또는 "위성"에 기인한다.
액적 형성시의 위성의 제거는 활성 성분의 투여량을 제어하고 환경 오염을 최소화하는데에 있어서 필수적이다. 불행히도, 기존의 고 정확도 액체 분배 장치는, 특히 제약 산업에 사용되는 활성 성분에 통상적인 용액 또는 현탁액을 분배하는 경우에, 지속적인 위성 액적 하에 액체를 분배하는 것으로 나타났다.
따라서, 본 개시내용에서는 선행 기술 장치 및 방법의 상기 언급된 및 다른 유해 효과 중 하나 이상을 극복, 경감 및/또는 완화하는 액체 분배 장치 및 방법에 대한 필요성이 존재하는 것으로 판명되었다.
본 개시내용의 한 실시양태는, 작고 제어된 부피인 투여량의 용액 및/또는 콜로이드성 현탁액, 예컨대 제약상 허용되는 또는 화장품용으로 허용되는 성분을 함유하는 액적을, 위성 액적의 형성 없이 고체 기재 상 또는 내로 전달할 수 있는 액체 분배 장치이다.
또 다른 실시양태에서 또는 상기 실시양태에 더하여, 상기 제약상 허용되는 또는 화장품용으로 허용되는 성분은 100% w/w 이하 임의의 양으로 제어된 부피 중에 존재할 수 있다. 대안적 실시양태에서, 제약상 허용되는 또는 화장품용으로 허용되는 성분은 0.0000001% 내지 100% w/w인 임의의 양으로 제어된 부피 중에 존재할 수 있다. 또 다른 대안적 실시양태에서, 제약상 허용되는 또는 화장품용으로 허용되는 성분은 0.000001% 내지 100% w/w인 임의의 양으로 제어된 부피 중에 존재할 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 제약상 허용되는 또는 화장품용으로 허용되는 성분은 0.00001% 내지 100% w/w인 임의의 양으로 제어된 부피 중에 존재할 수 있다.
어떠한 특정한 이론에 얽매이고자 하지는 않지만, 본 개시내용에서는 분배되는 액체의 유동에서의 특이적 돌연 변화를 통해 위성 액적의 형성이 완화 및/또는 제거될 수 있는 것으로 여겨지고 있다. 유리하게도, 본 개시내용의 액체 분배 장치는, 위성 액적의 형성을 완화 및/또는 제거하기에 충분한 분배되는 액적 유동의 특정의 특이적 돌연 변화를 제공한다. 무위성 분배의 강력한 성능은 유체의 특성에 따라 달라지며, 유체와 관련된 환경 조건, 예컨대 방출되는 액적 주위의 다양한 구성 기체의 온도 또는 증기압에 대한 제어를 함유하는 다양한 하위 시스템을 또한 포함할 수 있다. 온도 제어 시스템의 한 적합한 실시양태로는 미국 특허 6,945,638 B2의 것이며, 증기압에 대해서는 WO 2011/019802의 것이다.
제1 액적 방출 단계, 체류 단계(dwell phase), 제2 액적 방출 단계, 및 펌프 충전 단계를 포함하는 다단계 액적 방출 프로파일이 제공된다. 상기 다-단계 방출 프로파일은 위성 액적이 없는 펜던트 액적의 형성 및 분배로 이어진다. 상기 펌프 충전 단계는 별개의 단계일 수 있거나 (즉 직렬로 단독 수행됨), 또는 체류 단계와 병행하여 (즉 동시에) 이루어질 수 있다. 하기에 매우 상세하게 논의된 바와 같이, 이들 둘 중 후자가 상당한 이점을 제공한다.
다단계 액적 방출 주기가 저장되어 있는 제어기를 포함하는 액체 분배 장치가 제공된다. 실행될 경우, 상기 다단계 액적 방출 주기는 위성 액적의 형성 없이 원하는 부피의 액적을 분배하게 계량 펌프를 제어하도록 구성된다.
펌프 회전 제어기, 서보 모터, 계량 펌프, 부피 위치 제어기, 부피 위치 작동기, 및 모터 허브 본체(motor hub body)를 포함하는 액체 분배 장치가 제공된다. 상기 모터 허브 본체는 모터의 회전 동작을 계량 펌프 피스톤의 회전 및 왕복 동작으로 전환시킨다. 상기 부피 제어기는 부피 위치 작동기를 사용하여 피스톤 왕복의 스트로크를 선택적으로 조정하여서, 계량 펌프로부터 방출되는 액적의 부피가 원하는 부피로 조정되는 것을 가능하게 한다. 상기 제어기는 위성 액적의 형성 없이 원하는 부피의 액적을 분배하는 다단계 액적 방출 주기를 제공하도록 모터 회전의 속도 및 방향을 제어한다.
한 실시양태에서, 본 개시내용은 펌프로부터 유체를 분배하는 방법을 제공한다. 펌프는 유입구 포트 및 유출구 포트가 구비된 실린더, 및 실린더 내의 피스톤을 포함한다. 피스톤은 세로 축 주위에서의 회전 속도에 연계된 실린더 세로 축에 따른 선형 속도를 갖는다. 방법은 유출구 포트를 통해 제1 부피의 유체를 분배하여 유출구 포트에 펜던트 액적을 형성시키는 단계; 유출구 포트를 통해 제2 부피의 유체를 분배하는 단계; 및 유출구 포트로부터 완전 액적을 방출시키는 단계를 포함한다. 완전 액적의 부피는 상기 제1 부피 및 제2 부피의 합계이다. 상기 제1 부피는 상기 제2 부피보다 작거나, 그와 동일하거나, 또는 그보다 클 수 있다.
본 개시내용의 상기 기재된 및 다른 특징 및 이점은, 하기 상세한 설명 및 도면으로부터 통상의 기술자에 의해 인지되고 이해될 것이다.
도 1은 선행 기술의 1 단계 액적 방출 프로파일을 도시하는 그래프이고;
도 2는 본 개시내용에 따른 다단계 액적 방출 프로파일의 제1의 예시적 실시양태를 도시하는 그래프이고;
도 3은 위성 액적이 없는, 도 2의 방출 프로파일로부터 생성되는 액적 형성의 도시이고;
도 4는 본 개시내용에 따른 다단계 액적 방출 프로파일의 대안적인 예시적 실시양태를 도시하는 그래프이고;
도 5는 본 개시내용에 따른 액체 분배 장치의 예시적 실시양태의 제1 측면 사시도이고;
도 6은 도 4의 액체 분배 장치의 제2 측면 사시도이고;
도 7은 본 개시내용에 따른 계량 펌프의 예시적 실시양태의 상부 사시도이고;
도 8은 도 7의 계량 펌프의 측면 사시도이고;
도 9는 도 7의 계량 펌프의 피스톤의 예시적 실시양태이고;
도 10은 도 5의 액체 분배 장치의 무-브러쉬 직류 모터의 사시도이다.
도면, 특히 도 2 및 3을 참조하면, 본 개시내용에 따른 다단계 액적 방출 프로파일을 나타내고 있는데, 일반적으로 참조 번호 (10)으로 지칭되고 있다. 도 2는 모두 시간의 함수로서, 액적을 방출시키는 피스톤의 속도 (하기에 매우 상세하게 논의됨), 피스톤의 회전 위치, 유체의 방출되는 부피, 및 방출되는 유체의 유량을 나타낸다. 방출 프로파일(10)은 제1 방출 단계(E1), 그 후 이어지는 매우 짧은 체류 또는 정지, 그 후 이어지는 제2 방출 단계(E2), 및 다음에 이어지는 충전 단계(F)를 포함한다. 단계(E2) 동안, 최종 펜던트 액적(12)의 부피 중 일부를 포함하는 일차 액적이 형성된다. 방출 단계(E1) 동안, (E2) 동안에 형성된 일차 액적에 최종 부피를 첨가하여 액적(12)을 형성 및 방출시킨다. 충전 단계(F) 후 다음 방출 단계(E2) 전에, 액체 분배 장치 (하기에 매우 상세하게 논의됨)를 안정화시키기 위한 또 다른 체류가 존재한다. 방출 프로파일(10)의 총 주기 시간은 대략 150밀리초이다. 도 2의 프로파일(10)은 도 1에 나타낸 선행 기술의 1 단계 방출 프로파일에 대한 대조를 나타낸다. 도 1에서는, 1회의 연속적인 방출 단계(E)가 존재하며, 그 후 분배 펌프가 재충전된다 (F). 1 단계 과정이 작동하기가 더 간단하고 전반적인 주기 시간이 더 짧을 수는 있지만, 그것은 상기에서 논의한 위성 액적을 생성시킨다. 따라서, 그것은 특히 수 마이크로리터 또는 수십 마이크로리터 수준의 액적에는 허용되지 않는다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 프로파일(10) 동안, 단계(E1), (E2) 및 (F)에서의 피스톤의 회전 속도 및 선형 속도는 하기와 같이 달라진다. 단계(E2) 동안, 피스톤의 회전 속도가 지속적으로 증가되어, 선형 속도가 본 개시내용의 펌프 유출구 포트로부터 부피(V2)를 가압하기에 충분하게 증가된다. 다음에, 충전 단계(F) 동안, 피스톤의 선형 속도가 역전되면서, 유출구 포트로부터 유체가 방출되지 않고, 회전 속도가 증가되어, 하기 기재된 방식으로 더 많은 유체가 취입된다. 다음에, 스트로크 종료시 회전 속도가 돌연 0이 되는데, 이는 방출되는 부피(V2)를 함유하는 액적이 안정화되어 다음에 요구되는 액적을 기다리는 것을 가능하게 한다. 이와 같은 짧은 안정화 기간 후, 또 다른 액적이 요구될 때, 피스톤의 회전 및 선형 속도는 증가되며, 유출구 포트로부터 부피(V1)가 방출된다. 부피(V1)가 이러한 방식으로 부피(V2)와 연계되고, (V2) 및 (V1)의 합계가 액적(12)의 부피가 된다. 액적(12)는 단계(E1) 종료시에 방출되며, 주기가 다시 시작된다.
유리하게도, 방출 프로파일(10)은 액적(12)이 점감 분리된(pinched off) 후 위성 액적이 없이 유지되는 펜던트 액적(12)의 형성으로 이어진다. 액적(12)의 후미 파단 부분(13)이 존재할 수 있으나, 별개의 위성 액적은 존재하지 않는다. 액적(12)의 총 부피는 (V1) 및 (V2)의 합계이다. (V1) 및 (V2) 중 유체의 상대적인 양은 사용자에 의해 조정될 수 있다. (V1)이 (V2)보다 클 수 있거나, (V2)가 (V1)보다 클 수 있거나, 또는 이들 둘이 동일할 수 있다. 예를 들어, 장치(20) (도 5에 나타내며, 하기에 매우 상세하게 논의됨)의 작동 동안 위성 액적이 형성되기 시작한 것을 사용자가 알게 된 경우에는, 방출 단계(E2) 동안 방출되는 유체의 양 (V2)이 감소될 수 있다.
다시, 도 2는 초로 나타낸 주기 시간에 비한, 펌프 피스톤의 속도 및 그의 각도 위치 둘 다를 나타낸다. 제1 방출 단계(E2)에서의 방출 속도는 노즐(16)에 부착되어 있는 펜던트 액적(12)을 유지할 필요성에 의해 제한되는 반면, 충전 단계(F)의 충전 속도는 방출 펌프의 공동화에 의해 제한된다.
본 개시내용에서는, 별개의 2 단계인 (E1) 및 (E2)로의 방출 단계의 분할이, 피스톤의 급속한 감속 후 액적 방출이 전반적인 방출 단계 (즉 (E1) 및 (E2))의 개시 후이지만 전반적인 방출 단계의 종료 전의 특정한 시점에서 이루어지는 것과 함께, 위성 액적의 완화 및/또는 제거로 이어지는 것으로 판명되었다.
어떠한 특정한 이론에 얽매이고자 하지는 않지만, 액적 형성 과정의 종료에 근접한 급격한 감속이 스트로크 종료시의 더 낮은 속도가 아니라 스트로크 중심에서의 최고 피스톤 속도에 근접하게 일치하도록, 방출 프로파일(10)을 유도하는 것이 유리한 것으로 여겨진다. 이러한 방식으로 방출 프로파일(10)을 유도하는 것은 유체 유동에 대한 효과를 증폭하며, 무위성 성능을 제공한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 감속도가 높은 경우에는, 방출 단계(E1)에서의 유량은 비-사인곡선형(non-sinusoidal)이다. 광범위한 방출 단계(E1)에 대해, 도 3에 나타낸 바와 같이, 펜던트 액적(12)이 리가먼트(ligament)의 후미측에 단지 하나의 점감분리부(pinchoff)를 가지며, 위성이 형성되지 않는다. 도 3은 현탁액 (상부 행, 0.2밀리초의 시간 간격), 및 용액 (하부 행, 0.5밀리초의 시간 간격)에서의 샘플 액적 프로파일을 나타낸다.
도 2의 방출 프로파일(10)의 예에서, 시험된 유체 샘플은 4.2% HPC, 1.7% 실리카, 0.42% 트윈(Tween)80, 20% 안트란퀴논, 및 물을 포함하는 용액이었다. 상기 용액은 비-뉴턴성이며, 초당 500의 전단 속도에서 약 50 mPas의 점도 및 40 mN/m의 표면 장력을 가졌다.
도 4를 참조하면, 본 개시내용에 따른 다단계 액적 방출 프로파일의 대안적 실시양태를 나타내는데, 일반적으로 참조 번호 (14)로 지칭된다. 상기 방출 프로파일(14)는 방출 단계(E1), 방출 단계(E2), 및 충전 단계(F)를 포함한다. 방출 프로파일(14)은 또한 점감 분리 후 위성 액적이 없이 유지되는 펜던트 액적의 형성으로 이어진다.
방출 프로파일(14)는 프로파일(10)과 동일한 물리적 바탕을 공유하나, 몇 가지 차이점을 갖는다. 첫째로, 프로파일(14)의 전반적인 주기 시간은 프로파일(10)의 것에 비해 더 짧다 (150밀리초에 비해 대략 125밀리초). 둘째로, 여러 단계들 사이의 펌프의 가속 및 감속이 감소되어 있다. 마지막으로, 프로파일(14)는 생성 주기의 지연 동안 펜던트 액적이 노즐 상에서 유지될 필요성이 제거되어 있어서, 노즐 오염을 최소화한다. 유리하게도, 프로파일(14) 동안, 충전 단계(F)가 펜던트 액적(12)을 안정화하도록 구성된다. 방출 프로파일(14)에서는, 방출 프로파일(10)에서와 마찬가지로 충전 단계(F)에 의해 2개의 방출 단계(E1) 및 (E2)가 분리된다. 그러나, 방출 프로파일(14)에는, 충전 단계(F)와 방출 단계(E1) 사이의 체류 시간이 존재하지 않으며, 피스톤 회전 속도의 소폭 강하만이 존재한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 프로파일(14) 동안, 단계(E1), (E2) 및 (F)에서의 피스톤의 회전 속도 및 선형 속도는 하기와 같이 달라진다. 단계(E2) 동안, 피스톤의 회전 속도가 지속적으로 증가되어 연계된 선형 거리가 스트로크의 단부로 유도되어, 본 개시 펌프의 유출구 포트로부터 부피(V2)를 가압한다. 따라서, 프로파일(14)의 (E2)는 프로파일(10)의 (E2)와 사실상 동일하다. 다음에, 충전 단계(F) 동안, 피스톤의 선형 방향이 역전되면서, 유출구 포트로부터 유체가 방출되지 않고, 회전 속도가 약간 증가되어, 더 많은 유체가 취입된다. 그러나, 프로파일(10)에서와 달리, 프로파일(14)의 충전 단계(F) 후에는, 방출 단계(E1)에 진입하기 위해 스트로크 종료시에 회전 속도가 약간만 강하된다. 단계(E1) 동안, 총 부피(V1)가 방출된다. 따라서, 프로파일(10)과 프로파일(14) 사이의 주된 차이점은 프로파일(14)에는 피스톤의 회전 및 선형 속도가 0이거나 거의 0인 상당한 양의 시간이 존재하지 않는다는 것이다. 단계(E2) 종료시에 부피(V2)에 의해 형성되는 펜던트 액적은 충전 단계(F) 동안 안정화된다. 부피(V1)은 펌프의 유출구 포트에서 부피(V2)와 연결되며, (V2) 및 (V1)의 합계가 액적(12)의 총 부피가 된다. 액적(12)는 단계(E1) 종료시에 방출되며, 주기가 다시 시작된다.
본 개시내용에서, 방출 프로파일(10) 및 (14)은 약 5 μL 내지 약 30 μL의 액적을 전달 분배하는 경우에 위성 액적을 제거하기에 충분한 것으로 판명되었다. 분배되는 유체는 약 10 mPas 내지 약 40 mPas의 가변적인 점도 (비-뉴턴성 유체에 의 경우에, 동적 점도)를 가지며 약 22 mN/m 내지 약 40 mN/m으로 가변적인 표면 장력을 갖는 뉴턴성 내지 비-뉴턴성 범위이다.
이제 도 5 및 6 참조하면, 액체 분배 장치의 예시적 실시양태를 나타내는데, 일반적으로 참조 번호 (20)으로 표시된다. 유리하게도, 장치(20)는 방출 프로파일(10) 또는 (14)에 의해 제어되어, 액체, 특히 제약 산업에 사용되는 활성 성분에서 통상적인 고도 용액 또는 현탁액의 지속적인 위성 액적이 없는 계량 분배를 제공한다.
장치(20)는 서보(servo) 모터(22), 회전 및 왕복 피스톤 계량 펌프(24), 및 부피 제어기(26)를 포함한다. 하기에 더욱 상세하게 기재된 바와 같이, 모터(22)는 계량 펌프(24)의 피스톤을 회전 및 왕복시키는 반면, 부피 제어기(26)는 왕복하는 피스톤의 스트로크를 조정한다. 이러한 방식으로, 장치(20)는 위성 액적의 존재 없이 원하는 부피의 액적을 반복적으로 분배하도록 구성된다.
계량 펌프(24)는 도 7 내지 9를 참조하여 나타낸다. 보통 "끄덕임 펌프"로 알려져 있는 계량 펌프(24)는 피스톤(28) 및 모터 허브 본체(30)를 포함한다. 계량 펌프(24)는 모터 허브 본체(30)를 사용하여 모터(22)의 회전 동작을 피스톤(28)의 회전 및 왕복 동작으로 전환한다.
서보 모터(22)는 도 10을 참조하여 나타낸다. 본 개시내용에서, 서보 모터(22)는 방출 프로파일(10), (14)과 함께 사용시에 더 정확하고 반복가능한 제어을 제공하는 것으로 판명되었다.
서보 모터(22)는 모터 허브 본체(30)에 작동가능하게 연결된 모터 샤프트(32)를 포함하여, 모터에 의한 사프트의 회전이 모터 허브 본체의 회전으로 이어지도록 한다. 도시된 실시양태에서, 모터 샤프트(32)는 도 7 및 8에 나타낸 키(36)를 통해 모터 허브 본체(30)에 작동가능하게 연결된 키 통로(key way)(34)를 포함한다.
도 9를 참조하면, 피스톤(28)은 홈 또는 노치(38) 및 유도 핀(drive pin)(40)을 포함한다. 유도 핀(40)은 모터 허브 본체의 회전이 피스톤(28)의 회전으로 이어지도록, 도 8에 나타낸 모터 허브 본체(30)의 유도 개구부(42)와 작동가능하게 맞물린다. 이러한 방식으로, 서보 모터(22)의 작동이 펌프(24) 내의 피스톤(28)을 회전시킴으로써, 노치(38)는 계량 펌프(24)의 유입구 포트 (미도시) 및 유출구 포트(25)를 선택적으로 개방하고 폐쇄한다.
도 6 및 7을 참조하면, 장치(20)는 계량 펌프(24) 내의 피스톤(28)을 왕복시키기도 한다. 더 구체적으로, 계량 펌프(24)는 모터 허브 본체(30)와 관련하여 피스톤(28)이 모터 허브 본체의 회전 축에 대해 일정 각도로 배치되도록 위치된다. 이러한 방식으로, 모터 허브 본체(30)의 회전은 유도 개구부(42)가 비대칭 회전을 하도록 하는 것으로 이어진다. 유도 핀(38)과 작동가능하게 연결된 경우에, 개구부(42)의 비대칭 회전 (도 8에 더 분명하게 나타냄)은 피스톤(28)이 계량 펌프(24) 내에서 왕복하는 것으로 이어진다.
피스톤(28)이 회전함에 따라, 노치(38)가 먼저 유입구 포트 (미도시)와 유체 소통되며, 피스톤이 계량 펌프(24)로부터 후퇴되어 유체를 펌프 내로 끌어당긴다. 노치(38)가 유출구 포트(25)와 유체 소통되도록 피스톤(28)이 회전함에 따라, 피스톤이 계량 펌프(24) 내로 가압되어 펌프로부터 유체가 가압된다. 따라서, 피스톤(28)의 각각의 1회 360° 회전은 계량 펌프(24)의 유입 및 방출 주기로 이어진다. 유리한 조건을 생성시키는 것은 회전 속도의 제어된 변화이다.
피스톤(28)이 왕복하는 거리 또는 스트로크는, 피스톤(28)이 모터 허브 본체(30)의 회전 축에 대해 배치되는 각도를 조정하는 부피 제어기(26)를 통해 조정될 수 있다. 이러한 방식으로, 유도 개구부(42)의 비대칭 회전이 부피 제어기(26)에 의해 조정되어, 계량 펌프(24)의 각각의 스트로크의 원하는 분배 부피를 제공한다.
부피 제어기(26)는 도 5 및 6을 참조하여 기재되는데, 회전 펌프 마운트(50), 선형 작동기(52), 및 일부 실시양태에서는 하나 이상의 복귀 스프링(54)을 포함한다.
회전 펌프 마운트(50)는 회전 축(A) 주위를 회전하도록 장치(20)에 고정된다. 계량 펌프(24)는 마운트(50)에 고정됨으로써, 선형 작동기(52)의 연장이 마운트 및 그에 따라 계량 펌프의 피스톤(28)이 모터 허브 본체(30)의 회전 축에 대해 피스톤이 배치되는 각도를 증가시키는 것을 야기하도록 한다. 단순하게 설명하면, 선형 작동기(52)의 연장은 유도 개구부(42)의 비대칭 회전을 증가시키는 것에 의해 피스톤(28)의 스트로크를 증가시킨다.
거꾸로 하면, 선형 작동기(52)의 수축은 마운트 및 그에 따라 계량 펌프의 피스톤(28)이 모터 허브 본체(30)의 회전 축에 대해 피스톤이 배치되는 각도를 감소시키는 것을 야기한다. 단순하게 설명하면, 선형 작동기(52)의 수축은 유도 개구부(42)의 비대칭 회전을 감소시키는 것에 의해 피스톤(28)의 스트로크를 감소시킨다.
부피 제어기(26)가 복귀 스프링(54)을 포함하는 실시양태에서, 스프링은 작동기의 수축시 작동기(52)가 마운트(50)를 그의 정상 위치로 복귀시키는 것을 도울 수 있다.
부피 제어기(26)는 마운트(50) 위치의 일정한 모니터링에 의해 장치(20)가 계량 펌프(24)의 정확한 분배 부피를 유지하는 것을 보장하기 위한 선형 대체 인코더(56)를 포함할 수 있다.
장치(20)는 또한 모터(22), 작동기(52), 및 존재하는 경우에 선형 대체 인코더(56)와 전기 소통하는 제어기(60)를 포함한다. 제어기(60)는 방출 프로파일(10) 또는 (14)에 따라 서보 모터(22)를 회전시키는 방식으로 장치(20)를 제어함으로써 위성 액적의 존재 없이 액체의 계량 분배를 제공하도록 구성 및 프로그래밍된다.
이러한 방식으로, 피스톤(28)의 세로방향 스트로크는 각각 도 2 및 4의 프로파일(10) 또는 (14)에 나타낸 결과를 산출하도록 제어된다. 도 4의 프로파일(14)에서, 이는 어떠한 주기 시간의 상당한 손실도 없이 달성되는데, 피스톤이 세로 방향에서 잠시 정지되는 경우에도 그것은 여전히 회전하고 있기 때문이다. 즉, 피스톤이 완전히 정지되는 개별 분배 주기 동안에 가동중지 시간이 존재하지 않는다.
본 개시내용은 유출구 유체 포트(25)에서 부분적 액적이 형성된 후 피스톤(28)이 급격하게 느려지거나 완전히 정지되는 과정도 고려한다. 이러한 방식으로 피스톤(28)을 정지시키는 것은 방출 프로파일(10)에서 나타낸 바와 같이 액적이 안정화되는 것을 가능하게 한다. 피스톤(28)은 고정된 체류 시간을 가진 다음 스트로크를 완료함으로써 완전 액적을 방출시키고, 회전하여 다음 주기를 위해 유체를 취입하게 된다. 이와 같은 방법은 제어하기가 더 용이하다는 이점을 가지나, 불리할 수도 있는데, 완전 정지가 분배 주기 시간을 증가시키기 때문이다.
본 개시내용은 피스톤의 선형 및 회전 동작을 제어하기 위한 2개의 별개의 모터를 갖는 장치(20)의 또 다른 실시양태도 고려한다. 이와 같은 실시양태는 더 큰 분배 작동 제어력 면에서 이점을 제공하는 반면, 2개의 별개의 모터를 작동시켜야 한다는 것에 의해, 또한 주기 시간이 부정적인 영향을 받을 수 있다.
장치(20)의 또 다른 이점은 부피 제어기(26)에 의해 제공된다. 현재 구입가능한 장치들에서는, 펌프 마운트(50)의 각도가 펌프 마운트에 접촉하는 구형 단부가 구비된 수동으로 조정되는 스크류를 사용하여 제어된다. 반면, 장치(20)는 부피 제어기(26)를 통해 부피의 제어을 자동화한다. 이는 활성 성분에의 노출과 관련된 안전상의 이유로 작업자가 분배 영역을 회피하는 것을 가능하게 한다. 이는 또한 잠재적으로 분배되는 액적의 부피 또는 양을 측정하는 시스템 (예컨대 시각-기반)과 통합될 경우, 컴퓨터 제어 피드백 능력을 제공하는 것을 가능하게 한다.
도 6에 나타낸 한 실시양태와 같은 일부 실시양태에서, 장치(20)는 순환 유입구 포트(44)로 연속적으로 유체를 공급하고 순환 유출구 포트(46)로부터 루프로 복귀시키는 유체 소통/재순환 루프를 가질 수 있다. 이는 순환이 가용하지 않은 현행 "데드 엔드(dead end)" 펌프와는 반대되는 것이다. 분배될 유체는 상기한 유입구 유체 포트와 소통하는 순환 포트(44) 및 (46)를 통해 연속적으로 진행된다. 펌프 포트를 통한 유체의 연속적인 순환은 유체를 활성으로 유지함으로써 침강 또는 침전을 방지하는데, 유체가 현탁액인 경우, 이는 유리할 수 있다.
계량 펌프(24)가 압력 센서(62) 및 탁도 센서(64) 중 1종 이상을 포함할 수도 있다. 압력 센서(62)는 유체가 원하는 속도로 유동하고 있음을 확인해 줄 수 있으며, 탁도 또는 분광 센서(64)는 유체 탁도 또는 분광 신호가 범위 이내에 있음을 확인해 줄 수 있다. 존재하는 경우에, 센서(62), (64)는 제어기(60)와 전기 소통할 수 있다.
본원에서 방출 프로파일(10), (14)가 서보 모터(22), 계량 펌프(24) 및 부피 조정기(26)를 갖는 액체 분배 장치(20)에 의한 사용시로만 예를 들어 기재되었음을 인지해야 한다. 물론, 본 개시내용에서는, 압전 계량 펌프에서 동일한 용도를 탐색하는 방출 프로파일(10), (14)도 고려된다.
본 개시내용은 형성된 액적이 상기에서 논의된 바와 같이 최종 생성물의 일부인 기재, 예컨대 제약상 또는 화장품용으로 허용되는 수용 매질상으로 낙하하게 될 것으로 예상한다. 그러나, 기재로부터 그것이 분리됨으로써 액적 자체가 최종 구조 또는 투약 형태가 되도록 액적 자체가 응고될 수 있다는 것도 예상하고 있다. 또한, 상기 기재는 비제한적으로 고체 구조, 연질 구조, 겔, 필름, 물질(들)의 매트릭스, 물질 웹, 또는 패치, 예컨대 임의적으로 저장소를 포함하는 경피 패치를 포함한 임의의 기재일 수 있다. 유체의 한 실시양태는 표면 상에서 경화되고, 추가 사용을 위해서는 그 표면으로부터 분리되게 되는, 예컨대 또 다른 생성물과 조합되거나 그대로 경구로 섭취되는, 본원의 과정에서 투여되는 용융물 또는 용융 압출물이다.
한 실시양태에서, 최종 생성물은 바람직하게는 섭취가능하다. 그러나, 최종 생성물이 국소 적용에 적합할 수도 있다.
상기 제약상 또는 화장품용으로 허용되는 수용 매질은 약제 또는 화장품 생성물을 수용, 저장 또는 수송하는데 사용되는 임의의 적합한 매체일 수 있다. 예를 들면, 액체의 정제를 수용하는 바이알이 매체로 사용될 수도 있다. 한 실시양태에서, 최종 매체는 경구로 섭취가능한 약제 정제이다. 또 다른 실시양태에서, 최종 매체는 액체용 수용 바이알로써, 경구 섭취용으로, 또는 주사에 의한 것과 같은 환자에의 다른 투여 경로용으로 사용될 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 최종 매체는 경구 섭취용으로 예정되는 동시에, 로젠지, 또는 다른 적합한 투약 형태, 예컨대 필름 스트립 등일 수 있다.
조절되는 부피는 1종 이상의 제약상 허용되는 작용제를 함유할 수 있는 것으로 인정된다. 이러한 작용제는 작거나 좁은 치료 범위를 갖는 매우 강력하고/거나 독성인 화합물일 수 있다. 약물 또는 약물(들)은 어떠한 투여 방법이 사용되는지에 관계없이 표적 조직에서 원하는 약제 효과를 생성시키는데 필요한 양으로 존재하게 된다. 본 발명을 임의의 특정 활성 작용제, 제제, 또는 최종 약제 또는 약제-유사 생성물의 사용으로 제한하고자 하는 것은 아님을 알아야 한다. 생성되는 약제 또는 약제-유사 생성물은 즉시 방출, 저속 방출 또는 제어 방출형일 수 있다. 본원에서 사용되는 유체는 수성, 비-수성 또는 그의 혼합물일 수 있다. 비-수성 용액 또는 현탁액은 유기 용매, 추진제, 액화 기체 및 휘발성 실리콘을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 유체는 또한 기재 상의 유체의 침착을 추가로 촉진하기 위한 추가의 첨가제를 함유할 수 있다. 그와 같은 첨가제에는 다양한 중합체들, 예컨대 히드록시프로필 셀룰로스, 히드록시프로필 메틸 셀룰로스, 카르복시메틸 셀룰로스, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 피롤리돈, 카라기난, 젤라틴, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 옥시드, 풀랄란, 및/또는 아크릴 공중합체 (예컨대 유드라지트(Eudragit)® 등급 RL, RS, E, L, S FS30D), 또는 그의 임의의 혼합물 또는 조합이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다.
"제약상 허용되는 작용제"에는 본원에 기재된 바와 같은 약물, 단백질, 펩티드, 핵산, 및 영양제가 포함되나, 이에 제한되지는 않는다. 이와 같은 용어에는 활성 작용제, 생물활성 작용제, 진단제, 치료제, 치료 활성 작용제, 치료 단백질, 백신, 또는 본원에서 정의되는 바와 같은 약물(들)이 포함되는데, 우수 제조 실시 (GMP)에 대한 유럽 연합 지침(European Union Guide to Good Manufacturing Practice (GMP))의 기준에 따를 수 있다. 그와 같은 작용제 또는 물질들은 질환의 진단, 치유, 완화, 치료 또는 예방에서 약학적 활성 또는 다른 직접적인 효과를 제공하도록, 또는 신체의 구조 및 기능에 영향을 주도록 예정된다. 상기 작용제 또는 물질들에는 또한 질환을 진단하는데 사용되거나 또는 특정 영역의 구조 및 기능에 관련된 정보를 생성시키는데 사용될 수 있는 조영제 및/또는 방사성 표지된 화합물이 포함될 수 있다. 따라서, 본원에서 사용되는 작용제는 건강 관련 또는 화장 관련 목적으로 사용되는 모든 약물, 비타민 또는 기타 화학물질 또는 화합물일 수 있다. 한 실시양태에서, 활성 작용제는 바람직하게는 치료용으로 허용되는 활성 작용제이다. 상기 활성 작용제(들)는 수용성일 수 있다. 활성 작용제의 수용성에 대해서는 미국 약전에 의해 정의되어 있다. 따라서, 매우 가용성, 자유 가용성, 가용성 및 난용성의 기준을 충족하는 활성 작용제가 본 개시내용에 포괄된다.
본원에서 약물 또는 약물 물질로도 지칭되는 적합한 제약상 허용되는 작용제는 매우 다양한 알려져 있는 종류의 약물들 중에서 선택될 수 있다. 그와 같은 약물 종류에는 진통제, 항-염증제, 구충제, 항-부정맥제, 항생제 (페니실린 포함), 항응고제, 항우울제, 항당뇨병제, 항간질제, 항히스타민제, 항고혈압제, 항무스카린제, 항미코박테리아제, 항신생물제, 면역억제제, 항갑상선제, 항바이러스제, 항불안 진정제 (수면제 및 신경이완제), 수렴제, 베타-아드레날린수용체 차단제, 혈액 제품 및 대체제, 심장 수축력 작용제, 코르티코스테로이드, 기침 억제제 (거담제 및 점액용해제), 진단제, 이뇨제, 도파민유사제 (항파킨슨병제), 지혈제, 면역 작용제, 지질 제어제, 근육 이완제, 부교감신경흥분작용제, 부갑상선 칼시토닌 및 비포스포네이트, 프로스타글란딘, 방사성약제, 성 호르몬 (스테로이드 포함), 항-알레르기제, 자극제 및 식욕억제제, 교감신경작용제, 갑상선 작용제, 포스포디에스테라제 억제제, 뉴로키닌 억제제, CSBP/RK/p38 억제제, 항정신병제, 혈관확장제, 및 크산틴이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다.
이러한 종류의 약물들에 대한 설명 및 각 종류에 속하는 종들의 목록은 비제한적으로 문헌 [Martindale, The Extra Pharmacopoeia, Thirty-first Edition, The Pharmaceutical Press, London, 1996], 및 [Martindale, The Extra Pharmacopoeia of Unoffical Drugs and Chmical and Pharmaceutical Preparations,, The Pharmaceutical Press, London]을 포함한 다수의 약전에서 찾아볼 수 있는 바, 그의 개시내용은 본원에 참조로 포함된다. 적합한 약물 물질은 시중에서 구입가능할 수 있고/거나, 관련 기술분야에 공지된 기술에 의해 제조될 수 있다.
상기에서도 설명된 바와 같이, 활성 작용제는 제약 생성물이 아닐 수도 있으며, 대신 미용 또는 화장용 유형의 생성물일 수 있다. 예컨대, 그와 같은 생성물에는 본 개시내용의 주제인 액적 기술을 사용하여 적용될 수 있는 화장품용으로 허용되는 작용제가 포함되게 된다. 그와 같은 화장품용으로 허용되는 작용제에는 INCI로도 알려져 있는 국제 화장품 성분 명명법(International Nomenclature of Cosmetic Ingredients)에 포함되어 있는 작용제; 및 EC No. 1223/2009와 같은 EU 규제하에 정의되어 있는 바와 같은 작용제가 포함되나, 이에 제한되지는 않는다.
본 개시내용이 하나 이상의 구체적인 실시양태를 참조하여 기재되었지만, 통상의 기술자라면 그의 영역에서 벗어나지 않고도 다양한 변화들이 이루어질 수 있으며, 그의 요소들에 대한 등가물들이 대체될 수 있다는 것을 알고 있을 것이다. 또한, 그의 영역에서 벗어나지 않고도 특정 상황 또는 물질들을 본 개시내용의 교시에 적합화하기 위해 많은 변형들이 이루어질 수도 있다. 본 발명의 실시양태들은 본 발명을 개시되어 있는 정확한 형태로 포괄하거나 제한하고자 하는 것이 아니다. 따라서, 본 개시내용은 본 개시내용을 수행하기 위해 고려되는 최적 양태로서 개시된 구체적인 실시양태(들)로 제한하려는 것은 아니다.

Claims (18)

  1. 유입구 포트 및 유출구 포트가 구비된 실린더; 및
    상기 실린더의 세로 축에 따른 선형 속도 및 상기 세로 축 주위에서의 회전 속도를 갖는, 상기 실린더 내의 피스톤
    을 포함하는 펌프로부터 유체를 분배하는 방법이며,
    상기 유출구 포트를 통해 제1 부피의 유체를 분배하여 상기 유출구 포트에 펜던트 액적을 형성시키는 단계;
    상기 유출구 포트를 통해 제2 부피의 유체를 분배하는 단계; 및
    상기 유출구 포트로부터 완전 액적을 방출시키며, 여기서 상기 완전 액적의 부피는 상기 제1 부피와 상기 제2 부피의 합계인 단계
    를 포함하는, 펌프로부터 유체를 분배하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 부피가 상기 제2 부피보다 작은 것인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 부피가 상기 제2 부피보다 큰 것인 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분배 단계가
    제1 방출 단계 동안, 상기 선형 속도 및 상기 회전 속도를 제어하여 각각 제1 선형 설정점 및 제1 회전 설정점으로 증가시켜서 상기 유출구 포트에서 상기 제1 부피를 갖는 상기 펜던트 액적을 형성시키고;
    충전 단계 동안, 상기 회전 속도를 제어하여 상기 제1 회전 설정점으로부터 상기 제1 회전 설정점보다 큰 제2 회전 설정점으로 증가시키고, 상기 선형 속도를 0으로 감소시켜, 추가의 유체가 상기 유입구 포트를 통해 상기 실린더 내로 끌어당겨지도록 하고;
    체류 단계 동안, 상기 회전 속도 및 상기 선형 속도 각각을 제어하여 0으로 감소시키고;
    제2 방출 단계 동안, 상기 회전 속도를 제3 회전 설정점으로 증가시키고, 상기 선형 속도를 제2 선형 설정점으로 증가시켜, 상기 제2 부피가 상기 유출구 포트로 통과되도록 하는 것
    을 포함하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 회전 설정점과 상기 제3 회전 설정점이 동일한 것인 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제1 부피가 상기 제2 부피보다 작은 것인 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 제1 부피가 상기 제2 부피보다 큰 것인 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분배 단계가
    제1 방출 단계 동안, 상기 선형 속도 및 상기 회전 속도를 제어하여 제1 선형 설정점 및 제1 회전 설정점으로 증가시켜서 상기 유출구 포트에서 상기 제1 부피를 갖는 상기 펜던트 액적을 형성시키고;
    충전 단계 동안, 상기 회전 속도를 제어하여 상기 제1 회전 설정점으로부터 상기 제1 회전 설정점보다 큰 제2 회전 설정점으로 증가시키고, 상기 선형 속도를 0으로 감소시켜, 추가의 유체가 상기 실린더 내로 끌어당겨지도록 하고;
    제2 방출 단계 동안, 상기 회전 속도를 제3 회전 설정점으로 증가시키고, 상기 선형 속도를 제2 선형 설정점으로 증가시켜, 상기 제2 부피가 상기 유출구 포트로 통과되도록 하는 것
    을 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 회전 설정점과 상기 제3 회전 설정점이 동일한 것인 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제1 부피가 상기 제2 부피보다 작은 것인 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제1 부피가 상기 제2 부피보다 큰 것인 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 완전 액적이 1종 이상의 제약상 또는 화장품용으로 허용되는 작용제를 포함하는 것인 방법.
  13. 제12항에 있어서, 완전 액적이 수용 매질 상에 분배되는 것인 방법.
  14. 제13항에 있어서, 수용 매질이 제약상 허용되는 정제 또는 수용 바이알인 방법.
  15. 유입구 포트 및 유출구 포트가 구비된 실린더;
    상기 실린더의 세로 축에 따른 선형 속도 및 상기 세로 축 주위에서의 회전 속도를 갖는, 상기 실린더 내의 피스톤; 및
    다단계 액적 방출 주기가 저장되어 있으며 상기 피스톤에 작동가능하게 연결된 제어기
    를 포함하며, 여기서 상기 제어기는 상기 피스톤의 상기 선형 속도 및 상기 회전 속도를 제어하여 별개의 2 단계에서 상기 유출구 포트로부터 액체의 액적을 방출시키는 것인, 액체 분배 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 액적이 제1 부피 및 제2 부피의 합계인 액적 부피를 가지며, 상기 제어기가 상기 피스톤을 제어하여 상기 별개의 2 단계 중 제1 단계 동안 상기 제1 부피를 방출시키고 상기 별개의 2 단계 중 제2 단계 동안 제2 부피를 방출시키는 것인 액체 분배 장치.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 제어기와 전기 소통하는 선형 인코더를 추가로 포함하며, 여기서 상기 제어기는 선형 작동기를 제어하여 상기 실린더 내의 상기 피스톤의 스트로크 길이를 조정하여서 상기 액적 부피를 조정하는 것인 액체 분배 장치.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실린더의 상기 유입구 포트와 유체 소통하는 순환 루프를 추가로 포함하며, 여기서 유체는 상기 순환 루프 내에서 연속적으로 순환되는 것인 액체 분배 장치.
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