KR20210024545A - 주사 디바이스를 위한 삼투 액추에이터, 및 이러한 삼투 액추에이터를 포함하는 주사 디바이스 - Google Patents

주사 디바이스를 위한 삼투 액추에이터, 및 이러한 삼투 액추에이터를 포함하는 주사 디바이스 Download PDF

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클라우스 슈미트 몰러
투에 키아르가드 토프트
토마스 스틴베르크
토마스 군트베르크
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서브큐젝트 에이피에스
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Abstract

주사 디바이스(100)를 위한 삼투 액추에이터(110)가 개시되되, 삼투 액추에이터(110)는, 하나 이상의 출구(182; 282; 295; 395)를 가지며 유도 용액을 수용하는 압력 챔버(180; 280; 380), 하나 이상의 삼투 분리막(130), 물을 수용하는 캐비티(140), 및 희석-보상 장치를 포함하고, 하나 이상의 삼투 분리막(130)은 압력 챔버(180; 280; 380)의 내부 표면적의 일부를 형성하고, 물을 수용하는 캐비티(140)는 하나 이상의 삼투 분리막(130)의 외부 표면의 적어도 일부에 접하고, 희석-보상 장치는 하나 이상의 삼투 분리막(130) 근처에서 유도 용액의 희석을 보상하도록 배열되며, 희석은 캐비티(140)로부터의 물이 하나 이상의 삼투 분리막(130)을 통해 압력 챔버(180; 280; 380)로 들어갈 때 발생한다. 또한 이러한 삼투 액추에이터(110)를 포함하는 주사 디바이스(100)가 개시된다.

Description

주사 디바이스를 위한 삼투 액추에이터, 및 이러한 삼투 액추에이터를 포함하는 주사 디바이스
본 발명은 주사 디바이스에서 사용되는 삼투 액추에이터에 관한 것이며, 이는 디바이스의 사용 동안 안정된 유량을 제공할 수 있다.
주사 디바이스를 위한 구동 유닛으로서 삼투 액추에이터(osmotic actuator)를 사용하는 것은 예를 들어 다량의 약물이 주사되어야만 할 때, 약물이 환자에게 천천히 주사되어야만 하는 상황에서 매우 매력적이다. 삼투 액추에이터는 매우 높은 압력을 제공할 수 있지만, 압력을 축적하는 시간은 삼투 분리막의 유형과 크기, 및 삼투성 유도 용액(osmotic draw solution)의 농도 및 유형에 의해 용이하게 제어될 수 있다. 삼투 분리막을 통하여 액추에이터 내로 이동하는 공급수(feed water)로 인한 액추에이터에서의 압력 및 증가된 체적은 카트리지에 있는 플런저를 이동시키거나 또는 가요성 저장소를 압착하도록 사용될 수 있다.
WO 2017/129191은 삼투 액추에이터의 형태를 하는 구동 유닛이 장비된 웨어러블 주사 디바이스의 몇몇 실시 형태를 기술한다. 유도 용액을 수용하는, 삼투 액추에이터의 압력 챔버의 하나의 내부 측면은 외부의 물 저장소와 접촉하는 삼투 분리막에 의해 형성된다. 물이 삼투 과정으로 인해 삼투 분리막을 통해 흡인될 때, 압력은 축적되고, 과잉의 물은 출구를 통해 압출되어, 카트리지에서 플런저를 이동시키는데 적합하다.
그러나, 물이 삼투 분리막을 통해 삼투 액추에이터로 들어갈 때, 삼투 액추에이터 내부의 유도 용액은 희석되고, 압력 챔버 내부의 삼투 분리막 근처에서의 물의 경계층이 삼투 퍼텐셜(osmotic potential)을 감소시키고, 시간 경과에 따라 유량의 강하를 유발한다.
본 발명의 목적은 디바이스의 사용 시간 동안 종래 기술의 삼투 액추에이터로부터 알려진 것보다 더 일정한 유량을 전달하는, 주사 디바이스를 위한 삼투 액추에이터를 제공하는 것이다.
본 발명은 사용자의 조직 내로 약제의 피하 주사에 적합한 주사 디바이스를 위한 삼투 액추에이터에 관한 것으로, 삼투 액추에이터는 하나 이상의 출구를 가지며 유도 용액을 수용하는 압력 챔버, 하나 이상의 삼투 분리막, 용매를 수용하는 캐비티, 및 희석-보상 장치(dilution-compensating arrangement)를 포함하며, 하나 이상의 삼투 분리막은 압력 챔버의 내부 표면적의 일부를 형성하고, 용매를 수용하는 캐비티는 압력 챔버와 용매를 수용하는 캐비티 사이의 적어도 하나의 공통 경계가 하나 이상의 삼투 분리막에 의해 형성되도록 하나 이상의 삼투 분리막의 외부 표면의 적어도 일부와 접하며, 희석-보상 장치는 하나 이상의 삼투 분리막 근처에서 유도 용액의 희석을 보상하도록 배열되며, 희석은 캐비티로부터의 용매가 하나 이상의 삼투 분리막을 통해 압력 챔버로 들어갈 때 발생한다.
이러한 희석이 보상되지 않을 때, 하나 이상의 삼투 분리막을 가로질러 삼투압 구배가 감소함에 따라서 압력 챔버의 하나 이상의 출구를 통한 유동의 감소를 유발할 것이다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 용매는 물, 바람직하게 탈염수이다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 삼투 액추에이터는 추가적인 유도 용액 또는 삼투제(osmotic agent)가 삼투 액추에이터의 사용 동안 압력 챔버에 공급되지 않도록 배열된다.
본 발명의 제1 실시 형태에서, 희석-보상 장치는, 회전축을 한정하고, 회전축 주위에서 동일하게 이격된 하나 이상의 돌출부를 가지는 상부 부분을 구비하는 회전 요소를 포함하고, 회전 요소는 압력 챔버 내에 위치되며, 삼투 액추에이터가 활성화되는 시간의 적어도 일부 동안 회전하도록 배열된다.
이에 따라, 압력 챔버에 있는 유도 용액은 순환되고, 삼투 분리막을 통해 압력 챔버로 들어가는 물은 삼투 분리막으로부터 멀어지게 이동되고, 삼투 분리막에 걸쳐서 더욱 높은 삼투 퍼텐셜이 달성된다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 회전 요소는 회전축 주위에서 이격된 3개 이상의 돌출부를 가지는 하부 부분을 가지며, 하부 부분은 유도 용액이 압력 챔버의 하나 이상의 출구를 향해 유동할 때, 유동이 회전축을 중심으로 회전 요소를 회전시키는 방식으로 압력 챔버의 배출 유동에 배열된다.
이에 따라, 회전 요소를 회전시키기 위한 추가의 에너지원이 필요하지 않다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에서, 회전 요소의 회전축은 하나 이상의 삼투 분리막 중 적어도 하나에 평행하다.
이러한 것은 액추에이터에서 순환 유동을 생성하는 더 양호한 기회를 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에서, 회전 요소의 회전축은 하나 이상의 삼투 분리막 중 적어도 하나에 직각이다.
이러한 것은 회전 요소가 삼투 액추에이터의 가장 넓은 측정치로 배열되는 것을 가능하게 하고, 이에 따라, 회전 요소의 직경은 클 수 있고, 많은 양의 기계적 에너지를 유도 용액에 전달할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 회전 요소는 회전 동안 하나 이상의 삼투 분리막 표면 중 적어도 하나의 표면과 접촉하도록 배열된다.
회전 요소의 회전축이 삼투 분리막에 직각이고 회전 요소가 그 표면에 접촉할 때, 회전 요소는 유입되는 물을 스크래핑하고(scrape away), 이에 따라, 높은 염도를 가진 유도 용액이 삼투 분리막에 도달하게 하여 삼투 분리막에 걸쳐서 삼투 퍼텐셜을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 희석-보상 장치는, 압력 챔버 외부에 위치되고 압력 챔버 내에 자기장을 인가하도록 배열되는 자성 요소를 포함한다.
이러한 것은 압력 챔버 내에서 혼합 목적을 위해 사용될 수 있는, 반자성 효과(diamagnetic effect)를 생성한다. 담수는 외부 자석에 의해 염수보다 강하게 밀려나는 경향이 있음에 따라서, 혼합 효과는 담수와 염수의 불균일한 혼합에서 달성된다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 유도 용액은 양 또는 음의 전기 표면 전하를 가지는 자성 입자를 함유한다.
입자가 표면 전하를 가지기 때문에, 입자는 표면 상의 양이온과 음이온의 층을 끌어당겨, 외부 자석으로부터의 자기장을 통해 삼투 분리막으로 가져온다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에서, 희석-보상 장치는, 전기 저항을 통해 연결되고 압력 챔버 내에 위치되는 애노드 및 캐소드를 포함하며, 애노드 및 캐소드 중 하나는 하나 이상의 삼투 분리막 근처에 위치되고 다른 하나는 압력 챔버의 반대쪽 측면에 배치되어서, 유도 용액의 주요 부분은 애노드와 캐소드 사이에 위치된다.
이에 따라, 전류가 유도 용액에서 생성되고, 유도 용액 내의 이온이 삼투 분리막 표면으로 전달되며, 이에 따라, 삼투 분리막을 가로질러 더욱 높은 삼투 퍼텐셜이 달성된다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 전기 저항은 압력 챔버 외부에 있고 LED 구성 요소의 형태를 한다.
이에 따라, 유도된 전류는 삼투 액추에이터가 활성화되고 주사 디바이스가 사용 중임을 나타내는 시각적 신호를 사용자에게 제공하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 전기 저항은 압력 챔버 외부에 있고 LCD 또는 전자 잉크 디스플레이의 형태를 한다.
이에 따라, 유도된 전류는 삼투 액추에이터 및 주사 디바이스의 기능 상태에 대한 메시지를 사용자에게 제공하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 주사 디바이스는 제1 거리를 통해 푸시 버튼을 누르는 것에 의해 주사 디바이스를 활성화하기 위한 푸시 버튼을 더 포함하고, 이에 따라, 전기 저항을 통한 애노드와 캐소드 사이의 전기 연결이 확립되며, 푸시 버튼은 주사 디바이스에 의해 수행된 주사의 완료시에 반대 방향으로 제2의 보다 짧은 거리를 이동하도록 배열되며, 이에 따라, 애노드와 캐소드 사이의 전기 연결이 차단된다.
주사의 완료시에 전류를 차단하는 것에 의해, 주사가 완료되었다는 명확한 메시지는 예를 들어 주사 디바이스의 활성화시에 활성화된 광 신호를 끄는 것에 의해 사용자에게 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 양태에서, 희석-보상 장치는, 주사 디바이스의 활성화시에 유도 용액이 그 안으로 방출되는 제1 구획, 및 출구와 제1 구획 사이에 배열된 제2 구획으로의 압력 챔버의 분할을 포함하며, 제2 구획은 제1 구획보다 길고 좁게 되도록 구성된다.
이러한 방식으로, 제1 구획 및 제2 구획 모두가 압력 챔버의 일부를 형성하고 구획 모두가 삼투 분리막에 의해 형성된 하나 이상의 경계를 가질지라도, 하나 이상의 삼투 분리막의 전체 면적의 일부만이 시작부터 활성화된다. 삼투 액추에이터의 주사 및 사용 동안, 희석 및 농도차 편극(concentration polarisation)이 삼투 퍼텐셜을 감소시킬 때, 염이 제2 구획 안으로 이동하여 이를 통과함에 따라서 더욱 큰 멤브레인 면적이 사용되도록 취해지며, 이는 차례로 낮은 삼투 퍼텐셜을 보상하고, 이에 따라, 전체 주사 시간 동안 유량을 평활화한다. 두 번째 이점으로서, 이러한 것은 더욱 높은 유속으로 인해 제2 구획에서 더욱 높은 유속, 이에 따라, 더욱 높은 레벨의 혼합을 생성하고, 이는 삼투 퍼텐셜을 더욱 최적화한다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 하나 이상의 돌출부가 제2 구획을 통한 유동을 부분적으로 차단하도록 제2 구획에 배열된다.
이에 따라, 제2 구획을 통과하는 유동은 더욱 난류로 되고, 이에 따라, 더욱 양호하게 혼합되고 더욱 많은 염수가 삼투 분리막으로 안내된다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 제2 구획의 단면적은 제2 구획의 길이를 따라서 변한다.
이러한 것은 제2 구획을 구성할 수 있는 기회를 어느 정도 제공하고, 이는 평활하고 일정한 유량을 유발한다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 희석-보상 장치는 염 용액을 수용하는 파우치를 포함하고, 파우치는 삼투 액추에이터 내에 위치되고, 주사 디바이스의 활성화시에 천공되며, 이에 따라, 파우치로부터 유도 용액 내로의 염 용액의 느린 배출 유동이 얻어진다.
이러한 것은 신선한 염이 주사 시간 동안 유도 용액에 첨가되어서, 안정적인 정도의 염도, 이에 따라, 삼투 액추에이터로부터의 안정적인 유동이 얻어지는 것을 보장한다
본 발명의 또 다른 실시 형태에서, 희석-보상 장치는 수력 와류(hydraulic vortex)의 생성을 위해 삼투 액추에이터에서 유입되는 용매가 통과하는 와류 발생체(bluff body)를 포함한다.
이러한 것은 액추에이터에 있는 유도 용액에서의 일부 움직임을 생성하고, 유도 용액을 혼합하는 것을 돕는다.
본 발명의 또 다른 실시 양태에서, 희석-보상 장치는 확산에 의한 혼합 속도를 증가시키고 및/또는 유도 용액에서 일부 움직임을 생성하기 위해 유도 용액에 첨가되는 화학 물질을 포함한다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 희석-보상 장치는, 삼투 액추에이터 내에 배열되고 위치를 반복적으로 시프트하며, 이에 따라, 복수의 출구 중 어느 하나는 임의의 주어진 시간에 개방되고 다른 출구는 폐쇄되도록 한정하는 바디를 포함한다.
상이한 출구 사이의 이러한 시프트뿐만 아니라 압력 챔버 내에서 바디의 운동은 유도 용액을 혼합하는 것을 돕는다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 희석-보상 장치는 유동 제한기와 조합된 확장 가능한 압력 챔버를 포함하며, 유동 제한기는 특정 양의 유체만이 하나 이상의 출구를 통과하는 것을 허용한다.
이러한 것은 삼투 분리막을 통한 유동이 높을 때 압력 챔버가 확장되고 유동이 낮을 때 출구 제한기를 통해 과잉의 유체가 이완 및 전달하게 하고, 이에 따라, 더욱 평활하고 일정한 유동이 얻어진다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 압력 챔버 내의 유도 용액은 삼투 액추에이터의 활성화 동안 압력 챔버 내에 배열된 수밀 염 보관소(watertight salt depository)의 수밀 장벽을 파손시키는 것에 의해 얻어지며, 이에 따라, 수밀 염 보관소에 의해 초기에 수용된 하나 이상의 염 정제(salt tablet), 결정 염(crystal salt) 또는 불포화, 포화 또는 과포화 염 용액은 압력 챔버 내에서 수밀 염 보관소를 둘러싼 물과 접촉된다.
이러한 방식으로, 염의 매우 간단한 공급부가 액추에이터 내에 배열될 수 있으며, 파우치로부터 염 용액의 더욱 복잡한 충전 및 비움이 방지될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에서, 수밀 염 보관소는 유리 앰플이다.
유리를 장벽으로서 사용하는 장점은 유리가 유체에 대한 뛰어난 장벽 특성을 가지며, 삼투 액추에이터에 통합되고 푸시 버튼으로 작동되는 파쇄 메커니즘에 의해 유리 앰플이 용이하게 파손될 수 있다는 것이다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 수밀 장벽의 파손은 수밀 염 보관소에 가해진 물리적인 힘에 의해 완전히 또는 부분적으로 유발된다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 유리 앰플의 충전 단부는 마개 또는 밀봉구(seal)로 폐쇄된다.
마개 또는 일종의 밀봉구를 사용하는 장점은 유리 앰플의 충전 비율이 더욱 높을 수 있다는 것이다.
본 발명의 또 다른 실시 양태에서, 수밀 염 보관소에 의해 초기에 수용된 염은 CaBr2, CaCl2, ZnBr2, ZnCl2, ZnI2, LiBr, NH2Cl 또는 MgCl2 중 하나 이상이다.
본 발명의 또 다른 실시 양태에서, 수밀 염 보관소에 의해 초기에 수용된 염 정제 또는 결정 염의 다공성은 수밀 장벽으로 결정 염을 에워싸기 전에 결정 염의 염 결정을 스탬핑하는 것에 의해 감소된다.
이러한 것은 수밀 염 보관소 내의 공기의 양을 15-25%로 감소시킬 수 있으며, 이는 공기가 주사를 덜 평활하게 할 수 있음에 따라서 유익하다.
본 발명의 또 다른 실시 양태에서, 수밀 염 보관소에 의해 초기에 수용된 염 정제 또는 결정 염의 다공성은 결정 염의 염 결정 사이의 공극에서 염의 추가 결정화에 의해 감소된다.
이러한 것은 수밀 염 보관소의 공기량을 더욱 감소시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에서, 수밀 염 보관소에 의해 초기에 수용된 염 정제 또는 결정 염의 다공성은 수밀 장벽으로 결정 염을 에워쌀 때 결정 염에 진공을 인가하는 것에 의해 감소된다.
이러한 것은 공기의 양을 감소시키는 대안적인 방식이며, 염 결정 사이의 공극에서 염을 결정화하는 추가 과정을 제거한다.
본 발명의 또 다른 실시 양태에서, 수밀 염 보관소에 의해 초기에 수용된 염 정제 또는 결정 염은 물에 반응하거나 물에 용해될 수 있는 제제를 더 포함한다.
이러한 것은 염의 분해와 삼투 과정의 시작을 가속화할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 양태에서, 압력 챔버 내의 수밀 염 보관소를 둘러싸는 물의 초기 양은 수밀 염 보관소에 의해 초기에 수용된 전체 양의 염 정제 또는 결정 염을 용해시키는데 불충분하다.
이러한 방식으로, 삼투 과정 동안 삼투 액추에이터에서 유도 용액의 희석은 완화될 수 있고, 보다 안정적인 플럭스가 얻어질 수 있다.
본 발명의 한 실시 양태에서, 하나 이상의 삼투 분리막은 편평한 시트 멤브레인이다.
본 발명의 양태에서, 본 발명은 전술한 삼투 액추에이터를 포함하는 주사 디바이스에 관한 것이다.
본 발명의 한 실시 형태에서, 주사 디바이스 및 삼투 액추에이터는 주사 디바이스의 사용 동안 주사되는 약제의 양이 1㎖ 내지 20㎖의 범위 내에 있도록 배열된다.
다음에, 본 발명의 일부 예시적인 실시 형태가 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 웨어러블 주사 디바이스의 사시도,
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 삼투 액추에이터의 분해도,
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 삼투 액추에이터의 압력 챔버의 사시도,
도 4는 도 3에 도시된 압력 챔버의 회전 요소의 사시도,
도 5는 회전 요소가 없는 도 3에 도시된 압력 챔버의 평면도,
도 6은 본 발명의 실시 형태에 따른 삼투 액추에이터를 위한 제1 대안적인 회전 요소의 사시도,
도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 삼투 액추에이터를 위한 제2 대안적인 회전 요소의 사시도,
도 8은 본 발명의 실시 형태에 따른 삼투 액추에이터를 위한 제3 대안적인 회전 요소의 사시도,
도 9는 본 발명의 실시 형태에 따른 삼투 액추에이터의 압력 챔버 출구 부분의 단면도,
도 10은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 압력 챔버의 평면도,
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 압력 챔버의 사시도, 및
도 12는 도 11에 도시된 압력 챔버의 평면도.
삼투 액추에이터(110)의 다른 실시 형태의 기능을 이해하는데 필요한 부분 만이 다음의 설명에 포함된다. 유동을 혼합하고 순환시키거나 삼투 분리막(130)으로 이온/입자를 이동시키는 설명된 방식은 숫자 방식(numeral way)으로 조합될 수 있으며, 모두 본 발명의 범위 내에 있다. 용어 "혼합" 및 "순환"은 삼투 액추에이터(110)의 압력 챔버(180, 280, 380) 내에서 보다 균일한 유도 용액을 만들기 위한 수단으로서 상세한 설명에서 상호 교환적으로 사용된다.
"위", "아래", "상부", "하부" 및 "아래를 향해"라는 용어는 도면을 참조하며, 반드시 사용의 상황을 의미하지 않다.
용어 "웨어러블 주사 디바이스"(100)는 사용자의 신체에 부착되고 사용자의 조직 내로의 약제의 피하 주사를 위한 환자 투여 주사 디바이스(100)를 의미한다. 주사되는 약제의 전형적인 양은 1㎖ 내지 20㎖의 범위에 놓인다. 웨어러블 주사 디바이스(100)는 예를 들어 자동 주사기보다 낮은 속도로 주사하며, 많은 양의 약물을 주사해야만 할 때 종종 사용된다. 그러므로, 본 발명의 삼투 액추에이터에 의해 취급되는 액체의 양은 소위 "마이크로 펌프"에 의해 취급되는 액체의 양보다 수십배 더 크다. 웨어러블 주사 디바이스(100)는 통상적으로 1회용이며, 사용 후에 제거되어 폐기된다.
용어 "삼투 액추에이터"(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 삼투 분리막(130), 바람직하게 편평한 시트 삼투 분리막을 가지는 삼투 액추에이터(110)뿐만 아니라, 2개 이상의 삼투 분리막(130)을 가지는 삼투 액추에이터(110)를 지칭한다.
용어 "물이 있는 캐비티"(140)는 전형적으로 공급수를 수용하는 가요성 또는 붕괴 가능한 저장소의 형태를 하는 삼투 액추에이터(110)의 용매 공급부를 지칭한다.
이러한 캐비티(140)와는 별도로, 삼투 액추에이터(110)는, 하나 이상의 출구(182, 282, 295, 395)를 구비하고 유도 용액을 수용하는 강성 압력 챔버(180, 280, 380)를 포함한다. 사용 동안, 공급수는 캐비티(140)로부터 삼투 분리막(130)을 통해 압력 챔버(180, 280, 380)로 이동한다.
용어 "편평한 시트 멤브레인"은 정삼투(forward osmosis)를 통해 삼투 액추에이터(110)에서 삼투압을 개시하도록 구성된 반투과성 삼투 분리막(130)을 지칭한다. 편평한 시트 멤브레인은 구부러지거나 형상화될 수 있고, 또한 이러한 것이 유리하게 고려되는 관형 멤브레인의 형태를 할 수 있다.
용어 "공급수" 및 "용매"는 유도 용액보다 낮은 염도 또는 낮은 삼투압을 가지는 물 또는 다른 종류의 유체의 형태를 하는 용매를 지칭한다. 공급수는 바람직하게 탈염수의 형태를 한다. 이는 간단히 "물" 또는 "담수"로서 지칭된다.
용어 "유도 용액"은, 삼투제를 함유하고 공급수보다 높은 염도 또는 삼투 퍼텐셜을 함유하는 용액을 지칭한다. 통상적으로, 유도 용액은 물과 염, 예를 들어 NaCl2의 혼합물로 만들어지지만, 물과 혼합된 설탕, 중합체, 알코올 등이 또한 유용한 용액을 구성할 수 있다. 다른 종류의 알코올과 같은 일부 깨끗한 액체도 유도 용액으로서 사용될 수 있다. 용어 "염"은 임의의 유형의 삼투제에 대해 상호 교환적으로 사용된다.
용어 "약물 충전 용기"(102)는 치료제를 수용하는 카트리지, 주사기 또는 가요성 파우치 형태를 하는 구획을 지칭한다.
용어 "농도차 편극"은 반투과성 삼투 분리막(130)을 통하여 유도 용액을 수용하는 삼투 액추에이터(110) 내로 이동하는 캐비티(140)로부터 공급수가 삼투 분리막(130) 근처에 축적되고, 이에 따라, 삼투 퍼텐셜이 강하하는 현상을 지칭한다. 당업계에 공지된 다른 디바이스에서, 특정 공간 제한을 도입하는 것에 의해 농도차 편극을 최소화하도록 시도되었으며, 이는 유동이 오직 삼투 분리막에 근접해서만 이동하도록 압력 챔버를 통과하도록 강제한다. 그러나, 본 발명은 다른 해결책을 사용한다.
도 1은 삼투 액추에이터(110)(도 2 참조)를 포함하는 웨어러블 주사 디바이스(100)를 도시한다. 도시된 주사 디바이스(100)는 주사 디바이스(101)를 활성화하기 위한 푸시 버튼(101)이 눌려진 활성화 상태에 있고, 피하 주사 바늘(103)은 바늘이 환자의 피부 내로 삽입되는 연장된 위치에 있다. 약물 충전 용기(102)는 웨어러블 주사 디바이스(100)에 있는 개구를 통해 보여질 수 있다.
도 1에 도시된 주사 디바이스(100)의 기능적 순서는 다음과 같다:
- 사용자는 주사 디바이스(100)의 사용자 인터페이스측(도시되지 않음) 상의 접착제의 보호 용지(도시되지 않음)를 벗긴다.
- 사용자는 주사 디바이스(100)를 신체, 예를 들어 복부 영역에 부착한다.
- 사용자는 푸시 버튼(101)을 누르고, 이는 피하 주사 바늘(103)이 사용자의 피하 피부 내로 삽입되게 하고, 약물 충전 용기(102)와 사용자 사이에 유동 경로가 생성되게 한다.
- 푸시 버튼(101)을 누르는 동안 및 누른 직후에, 염이 삼투 액추에이터(110)로부터 방출된다. 공급수는 삼투 분리막(130)을 통해 흡인되고, 과잉의 물/유동 용액은 약물 충전 용기(102)로 유도된다.
- 약물 충전 용기(102)에 있는 플런저는 과잉의 물/유도 용액에 의해 이동되고, 약물은 피하 주사 바늘(103)을 통해 밖으로 밀려난다.
- 주사가 완료될 때, 피하 주사 바늘(103)이 자동으로 후퇴하고, 주사가 완료되었다는 것을 나타내는 신호가 사용자에게 제공된다.
- 사용자는 주사 디바이스(100)를 제거하여 폐기한다.
도 2는 유량 안정화 특징부의 상이한 실시 형태가 구현될 수 있는 삼투 액추에이터(110)의 예를 도시한다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 삼투 액추에이터(110)는 어댑터(181)를 통해 출구(182)에 연결된 압력 챔버(180)를 포함하며, 출구는 차례로 약물 충전 저장소(102)(이 도면에 도시되지 않음)와 연결된다. 압력 챔버(180) 내부에는 유도 용액이 있는 파우치(120) 및 파우치(120)를 둘러싸는 물을 포함하는 캐비티 또는 구획(183)이 있다.
하나 이상의 염 정제, 결정 염, 또는 불포화, 포화 또는 과포화 염 용액이 충전된 파쇄 가능한 유리 앰플(420)(도 11 참조)이 유도 용액 저장소로서 또한 사용될 수 있다. 유리를 장벽으로서 사용하는 장점은 유리가 유체에 대해 우수한 장벽 특성을 가지며, 삼투 액추에이터(110)에 통합되고 푸시 버튼(101)에 의해 작동되는 파쇄 메커니즘(461)에 의해 유리 앰플(420)이 용이하게 파손될 수 있다는 것이다. 유리 앰플(420)의 충전 단부는 유리를 용융시키는 것에 의해 또는 마개 또는 밀봉구로 폐쇄될 수 있다. 마개 또는 일종의 밀봉구를 사용하는 장점은 충전 비율이 더욱 높아질 수 있다는 것이다.
삼투 분리막(130)과 물이 있는 캐비티(140)가 압력 챔버(180)의 상단에 배열되어서, 삼투 분리막(130)은 압력 챔버(180)와 물이 있는 캐비티(140) 사이에서 장벽을 구성한다. 유도 용액이 있는 파우치(120)는 압력 챔버(180)에서 핀(184)들이 끼워지는 구멍(121)에 의해 삼투 액추에이터(110) 내에 위치되고 고정된다.
절단 디바이스(160)는 푸시 버튼(101)(도 1 참조)을 누르는 것에 의해 주사가 활성화될 때 유동 용액이 있는 파우치(120)에서 구멍을 절단하고 구멍을 개방하기 위해 배열되며, 그 후, 파우치(120)는 파우치(120)의 탄성 특성에 의해 또는 스프링(도시되지 않음)에 의해 비워지며, 파우치(120)로부터의 유도 용액은 압력 챔버(180)에 있는 주변 물과 혼합된다. 압력 챔버(180)에서 유도 용액의 방출은 많은 다른 방식으로 수행될 수 있으며, 주사 디바이스(100)의 활성화시에 주변 물과 혼합되는 건조 또는 용해된 삼투제에 의해 수행될 수 있다.
도 3 내지 도 5에서, 원심 임펠러(270a)의 형태를 하는 회전 요소를 포함하는 본 발명의 실시 형태가 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 원심 임펠러(270a)는 압력 챔버(280)의 한쪽 단부에 배열되지만, 유도 용액 파우치(120) 및 방출 메커니즘(도시되지 않음)은 압력 챔버(280)의 나머지 구획(283)에 위치된다.
도 4에서, 원심 임펠러(270a)의 모든 요소가 보여질 수 있다. 원심 임펠러(270a)는 다음에 설명되는 바와 같은, 유도 용액을 혼합하기 위한 임펠러 블레이드(273a)를 포함하는 상부 부분(271a)과, 공급수가 압력 챔버(280)로부터 외부로 가압될 때 생성되는 유동에 의해 회전되는 분쇄 블레이드(275)를 가지는 하부 부분(272)을 가진다. 중공의 중앙 부분(276a)은 도 5에 도시된 바와 같이 압력 챔버(280)에 있는 핀(286)에 끼워지는데 적합하다.
도 5에서, 원심 임펠러(270a)가 압력 챔버(280)에서 도시된다. 원심 임펠러(270a)의 하부 부분(272)은 압력 챔버(280)에 있는 원형의 컷아웃(287) 내로 끼워지고, 원심 임펠러(270a) 상의 플레이트(274)는 컷아웃(287)에 대한 지붕을 형성한다. 공급수가 분리막(130)을 통해 흡인될 때, 유도 용액은 방울 형상의 컷아웃(288)에서 아래로 가압되고, 방울 형상의 컷아웃은 원형의 컷아웃(287)에 대한 입구를 형성하고, 원형의 컷아웃은 차례로 출구(282)에서 끝나는 출구 채널(289)과 연결된다.
원형의 컷아웃(287)을 통한 유도 용액의 유동은 분쇄 블레이드(275)와 상호 작용하고, 원심 임펠러(270a)를 회전시킨다. 이에 따라, 임펠러 블레이드(273a)와 함께 상부 부분(271a)이 또한 회전되고, 순환이 압력 챔버(280) 내에서 생성되고, 유도 용액은 유입되는 공급수와 혼합된다. 삼투 분리막(130)이 웨어러블 주사 디바이스(100)의 취급 및 사용 동안 손상되지 않는 것을 보장하기 위해 원심 임펠러(270a)를 축 방향으로 고정하는 것이 유리할 수 있다.
원심 임펠러 이외의 회전 요소의 다른 구성이 사용될 수 있으며, 그 중 일부 예는 도 6 내지 도 8에 도시되어 있다. 도 6은 축 방향 중심 부분(276b) 주위에 배열된 프로펠러 블레이드(273b)를 가지는 프로펠러(270b)를 도시한다. 프로펠러 블레이드(273b)를 가지는 프로펠러(270b)의 상부 부분(271b)만이 도시되어 있지만, 분쇄 블레이드(275)를 가지는 하부 부분(272)이 또한 프로펠러의 일부이다(하부 부분(272)에 대해서는 도 4 참조). 프로펠러(270b)를 회전 요소로서 사용하는 것은 업스트림 및 다운스트림과, 도 3 내지 도 5에 도시된 원심 임펠러(270a)를 사용할 때의 경우에서의 압력 챔버(280)의 벽을 따라서 순환하는 것이 아니라 삼투 분리막(130)을 따르는 순환을 생성한다.
도 7에서, 수직축 중앙 부분(276c) 상에서 아르키메데스 나선(Archimedean spiral)(273c)의 1회전을 형성하는 블레이드를 가지는 수직 나선형 나선(270c)의 상부 부분(271c)이 도시되어 있다. 수직 나선형 나선(270c)은 또한 업스트림 및 다운스트림을 생성하지만 프로펠러(270b)보다 높은 효율을 가진다.
도 8은, 다수의 1회전 아르키메데스 나선형 블레이드(273d)가 삼투 액추에이터(110)의 삼투 분리막(130)에 평행한 수평축 중앙 부분(276d)에 배열된, 수평 나선형 나선(270d)의 상부 부분(271d)를 도시한다. 이러한 것은 회전 요소의 다른 도시된 예보다 양호한 순환을 제공한다.
도 7 및 도 8에 각각 도시된 수직(270c) 및 수평(270d) 나선형 나선은 모두 각각 1회전 이상 또는 미만을 형성하는 나선형 블레이드가 배열될 수 있으며, 둘 모두는 회전하여 순환을 생성하도록 구동되는 하부 부분(272)(이 도면에 도시되지 않음; 도 4 참조)이 장비된다.
혼합 및 순환을 위해 위에서 설명된 회전 요소의 주요 기능이 삼투 분리막(130)으로부터 멀어지게 삼투 분리막(130)을 통해 압력 챔버(280)로 들어가는 담수를 얻는 것이어서, 더욱 높은 염도 및 삼투 퍼텐셜을 가지는 유도 용액은 삼투 분리막(130)과 접촉할 수 있다. 이러한 것은 유입되는 물과 유도 용액을 혼합하는 간단한 순환으로 수행되거나, 또는 위에서 설명된 바와 같은 더욱 난류 혼합으로 수행될 수 있지만, 예를 들어 도 4에 도시된 원심 임펠러(270a)로서 임펠러 휠을 사용하고, 삼투 분리막(130)을 접촉하여 유입되는 담수를 스크래핑하는 것에 의해 또한 수행될 수 있다. 이러한 것은 압력 챔버(280) 내에서 액체를 단순히 순환시키는 것보다 더 효율적이다. 효율은 스크래핑된 물을 삼투 분리막(130)으로부터 멀어지게 아래로 가압하도록 더욱 많은 임펠러 블레이드(273a)를 추가하는 것에 의해, 또는 임펠러 블레이드(273a)를 약간 각이지게 하는 것에 의해 더욱 증가될 수 있다.
도 9는 유도 용액의 유동에 의해 회전 요소를 구동하는 다른 방식을 도시한다. 회전 요소의 하부 부분(272)은 압력 챔버(280)의 컷아웃(287b)에서 제2 기어 휠(291b)과 협력하는 제1 기어 휠(291a)로서 구성된다.
물이 삼투 분리막(130)을 통해 압력 챔버(280)로 들어갈 때, 유도 용액은 입구(294)를 통해 압력 챔버에서의 기어 휠 톱니(292) 및 컷아웃(287b)에 의해 형성된 작은 캐비티(293) 내로 강제된다. 이러한 것은 기어 휠(291a, 291b)을 반대 방향으로 강제로 회전시키고, 새로운 캐비티(293)는 압력 챔버(280)의 입구(294)로부터 출구(295)를 향해 기어 휠(291a, 291b)로 연속적으로 이동시킨다. 2개의 기어 휠(291a, 291b)의 기어 휠 톱니(292)가 출구(295)로부터 입구(294)를 향해 움직일 때 서로 맞물려 있기 때문에, 최소의 유체 만이 이러한 "뒤를 향한" 방향으로 전달된다. 설명된 것과 같은 시스템은 양변위(positive displacement)로 지칭되며, 유체가 입구(294)로부터 출구(295)를 향해 이동하면 기어 휠(291a, 291b)이 움직여야만 하기 때문에 기어 휠 펌프와 반대 방식으로 기능한다. 이러한 것은 이 시스템이 분쇄 블레이드(275)를 가진 이전에 설명된 시스템보다 효율적이라는 것을 의미한다. 회전 요소(270a, 270b, 270c, 270d)를 구동하기 위해 기어 휠 축(296a, 296b) 중 하나 또는 둘 모두를 사용하는 것이 가능하다.
본 발명의 범위 내에 속하는 혼합 및 순환을 위해 회전 요소를 강제로 회전시키는 다른 방식이 상상될 수 있다. 그중에는 전기 모터와 다양한 종류의 스프링 배열이 있다. 이러한 경우에, 회전 요소(270a, 270b, 270c, 270d)의 하부 부분(272)은 이러한 수단과 협력하는데 적합하여야만 한다.
예를 들어, 회전 운동보다는 전후로 반복되는 왕복 운동을 수행하고 본 발명의 범위 내에 속하는 메커니즘이 또한 구상될 수 있다.
도 10은 어떠한 회전 요소도 없는 본 발명의 실시 형태를 도시한다. 압력 챔버(380)는 염 방출을 위한 제1 구획(383), 및 압력 챔버(380)의 벽과 다수의 내벽(397)에 의해 형성된 길고 비틀린 채널로서 배열된 제2 구획(398)을 가진다. 제2 구획(398)은 제1 구획(383)과 압력 챔버(380)의 출구(395) 사이에 위치된다.
염 방출 메커니즘이 주사 디바이스(100)의 활성화시에 염을 방출하고 유도 용액이 제1 구획(383)에서 생성될 때, 제1 구획에서의 삼투 퍼텐셜로 인하여 삼투 분리막(130)(도 2 참조)을 통해 들어오는 물은 비틀린 채널에 의해 형성된 제2 구획(398) 내로 가압되고, 제2 구획(398)으로부터의 물은 출구(395)를 통해 밖으로 가압된다. 처음에, 물은 제1 구획(383)에 걸쳐 있는 멤브레인의 영역에서 압력 챔버 내로 흡인되기만 할 것이다. 공정 동안, 점점 더 많은 유도 용액이 제2 구획(398) 내로 가압되어, 제2 구획(398)에 걸쳐서 삼투압이 증가하게 된다. 그러므로, 주사가 진행됨에 따라 점점 더 많은 공급수가 제2 구획(398)에 걸쳐 있는 영역에서 삼투 분리막(130)을 통해 흡인된다.
액체가 제2 구획(398)의 비틀린 채널에서 상당한 속도로 유동하기 때문에, 유도 용액과 유입되는 공급수는 어느 정도 혼합되고, 이에 따라, 효율이 증가된다. 제2 구획(398)에서의 채널은 그 길이와 폭이 변하는 것에 의해, 그리고 채널에서 다른 종류의 장애물을 추가하는 것에 의해 유체 난류 및 혼합을 증가시키는데 최적화될 수 있다.
이러한 구성의 장점은 주사 동안 삼투 분리막(130)의 증가된 유효 면적이 희석된 유도 용액을 보상하여서, 출구(395)로부터 약물 충전 용기(102)로의 유동이 일정하게 유지될 수 있다는 것이다.
상기 구성의 단점은 특히 각각 유도 용액과 공급수의 밀도 사이에 큰 차이가 있으면 삼투 액추에이터(110)의 배향에 대한 민감도가 높다는 점이다. 이러한 경우에, 제2 구획(398) 내로의 유도 용액의 이동은 일부 배향에서 가속되고, 다른 배향에서 감속될 것이다. 도 11 및 도 12는 유체가 삼투 액추에이터(110)의 배향과 관계없이 출구(495)에 도달하기 전에 위아래로 그리고 양쪽으로 이동해야만 하는 방식으로 제2 구획(498)의 채널이 제1 구획(483)을 둘러쌈으로써 배향에 덜 민감한 대안적인 실시 형태를 도시한다.
도 11에서, 압력 챔버(480)는 압력 챔버(480)의 내부가 보이도록 상단 및 바닥에 멤브레인이 없는 것으로 도시되어 있다. 제1 구획(483)은, 물로 둘러싸이고 하나 이상의 염 정제, 결정 염, 또는 불포화, 포화 또는 과포화 염 용액으로 충전된 파쇄 가능한 유리 앰플(420)을 수용한다. 유리 앰플(420)이 염 정제 또는 결정 염으로 충전된 경우에, 유리 앰플(420) 내의 공기량을 최소화하기 위해 유리 앰플(420)이 밀봉되기 전에 진공이 유리 앰플에 인가될 수 있다.
푸시 버튼(도시되지 않음)을 눌려졌을 때 일정 거리를 통해 이동되는 파쇄 핀(460)은 유리 앰플(420)을 파쇄하는 파쇄 메커니즘(461)과 상호 작용하도록 배열된다. 도시된 실시 형태에서, 파쇄 메커니즘(461)은 멤브레인(도시되지 않음)에 직각인 축을 중심으로 유리 앰플(420) 내로 회전되고 파쇄 핀(460)으로부터 먼 쪽을 향하는 파쇄 메커니즘(461)의 단부에 배치되도록 배열되지만, 유리 앰플(420)을 파쇄하는 많은 다른 방식이 구상될 수 있다.
유리 앰플(420)이 파쇄되었을 때, 결정 염은 용해되거나 또는 염 용액은 압력 챔버(480) 내의 주변 물과 혼합되고, 삼투압이 축적될 것이다. 이러한 것은 공급수가 멤브레인의 다른 측면에 있는 공급수 저장소로부터 흡인되게 하며, 공급수 저장소는 가요성이거나 강성이고 예를 들어 하나의 공통 또는 2개의 별도의 가요성 파우치(도시되지 않음)와 연결될 수 있다. 이후에, 과잉의 물 및 유도 용액은 길이 방향 벽(497)과 상부 및 하부 멤브레인(도시되지 않음)에 의해 형성된 제2 구획(498) 내로 이동할 것이다. 상단 및 바닥에서의 유동을 위해 교대로 개방되는 횡단 벽(499)은 유동을 차단 및 혼합하고 유도 용액이 가능한 많은 멤브레인 면적과 접촉되게 하도록 정기적으로 길이 방향 벽(497) 사이의 채널에서 펼쳐진다.
출구(495)에 도달하기 전에, 물/유도 용액은 릴리프 밸브(450)가 배열된 출구 구획(487)(도 12 참조)을 통과할 것이다. 릴리프 밸브(450)의 기능은 출구(495)가 차단되면, 예를 들어 약물 충전 용기(102)(도 1 참조)에서의 플런저가 최종 위치에 도달하였거나 오류에 의해 차단되었을 때, 물/유도 용액을 다시 공급수 구획으로 우회시키는 것이다.
도 12에서, 유동 경로가 보다 명확하게 보여질 수 있다. 유도 용액이 제1 구획(483)에 제공되고 물이 제1 구획(483) 내로 흡인될 때, 과잉의 물/유도 용액은 입구(488)를 통해 제2 구획(498) 내로 가압된다. 이후에, 물/유도 용액은 먼저 아래로 이동하고, 그런 다음 채널에서 우측으로 백업되고, 그런 다음 상단에서 채널을 가로질러 좌측의 채널로 이동하고, 그런 다음, 릴리프 밸브(450)가 있는 출구 구획(487)에 도달할 때까지 아래로 이동하고 백업된다. 여기로부터, 릴리프 밸브는 출구(495)로 이동하여, 약물 충전 용기(102)에 잇는 플런저를 약물 충전 용기(102) 내로 밀어서 약물을 배출한다. 또한, 파쇄 메커니즘(461)을 위한 선회부(462)와, 파쇄 핀(460)을 위한 입구 채널(463)이 도 12에 도시되어 있다.
본 발명의 범위에 속하는 다른 종류의 혼합 배열이 고려될 수 있다. 예를 들어, 이러한 것들은 다음 원칙에 기초할 수 있다:
전기
유도 용액이 이온을 함유하기 때문에, 전기는 유도 용액을 수용하는 압력 챔버의 한쪽 단부에 애노드, 예를 들어 아연 및 다른 쪽 단부에 캐소드, 예를 들어 탄소 또는 코버(cobber)를 배치하고 전기 저항을 통해 애노드와 캐소드를 서로 연결하는 것에 의해 생산될 수 있다. 예를 들어, 애노드를 형성하는 아연으로 만들어진 그리드가 삼투 분리막(130) 바로 아래에 배치되고 캐소드를 형성하는 탄소 또는 코버로 만들어진 플레이트가 압력 챔버의 반대편 측면에 배치되면, 거의 모든 유도 용액은 애노드와 캐소드 사이에 있다. 그런 다음, 유도 용액에서의 음이온은 아연 애노드에 대해 끌어당겨지고, 양이온은 캐소드에 대해 끌어당겨져, 삼투 분리막(130) 근처에서 많은 수의 이온이 얻어진다. 전기 저항은 전구, LCD 디스플레이 등의 형태를 할 수 있으며, 이는 삼투 액추에이터(110) 및 주사 디바이스(100)의 작동 상태에 관한 정보를 사용자에게 제공하기 위해 사용될 수 있다.
자성
반자성은 물체에 인가되는 자기장과 반대인 약한 자기장을 생성하는 물체의 경향을 나타낸다. 반자성 물체에 반발하고 물이 반자성이기 때문에, 물은 자석에 반발하여 외부 자석으로부터 멀어지는 방향으로 이동하는 경향이 있다. 그러나, 염은 물의 반자성 특성을 감소시키고, 염수는 담수만큼 외부 자기장에 반발하지 않는다. 그러므로, 담수가 염수 내로 반발되어 혼합됨에 따라서, 강한 자석이 물과 염수의 비균질 혼합물 근처에 위치될 때, 혼합 효과가 생성될 것이다.
외부 자석을 사용하는 또 다른 방식은 예를 들어 마그네타이트(Fe3O4) 나노 입자 형태를 하는 강자성 및 과립 재료를 유도 용액에 추가하는 것이다. 이들 입자는 표면 전하를 가짐에 따라서, 입자는 음이온과 양이온 층을 그 표면으로 끌어당길 것이다. 자석이 삼투 분리막(130) 외부, 즉 공급수 캐비티(140)에 또는 공급수 캐비티(140) 외부에 배치되면, 자기장은 나노 입자(및 그 표면에 존재하는 이온)를 끌어당겨, 삼투 분리막(130)을 향해 입자를 이동시키며, 그 결과 삼투 분리막(130) 근처에서 이온 밀도가 높아진다.
수력 와류 또는 소용돌이
이러한 원리는 폰 카르만(von Karman) 효과로서 지칭되는 작동 원리를 사용하여 유체 속도를 측정하는 와류 유속계로부터 공지되어 있다. 유동이 와류 발생체를 통과할 때, 소용돌이 와류의 반복적인 패턴이 생성된다고 할 수 있다. 유동 경로에서의 차단은 유체가 분리되어 와류 발생체의 배면 주위에서 와류로서 공지된 교번적인 차압의 영역을 형성한다. 그 결과, 유체는 와류 발생체 주위에서 소용돌이치고 뒤에서 혼합된다.
화학적 성질
비균질한 염 용액에 습윤제를 첨가하여 용액에서의 내부 저항을 낮추는 것에 의해, 확산에 의한 혼합 속도를 증가시키는 것이 가능하다. 또 다른 해결책은 비균질한 염 용액의 혼합 속도를 증가시키는 방식으로 촉매로서 작용하는 하나 이상의 화학 물질을 첨가하는 것이다. 마지막으로, 특정 삼투제 또는 물과 접촉할 때 가스, 예를 들어 CO2를 생성하고, 이에 따라, 용액에서 일부 내부 이동을 생성하는 화학 물질이 첨가될 수 있다.
다중 출구
해결책의 또 다른 영역은 압력 챔버로부터의 배출 유동이 2개 이상의 출구 사이에서 스위칭된다는 것을 의미한다. 압력 챔버에 있는 물체는 출구 근처에서의 변하는 압력 조건으로 인해 출구 사이에서 이동되며, 이러한 물체는 예를 들어 두 위치 사이에서 바람직하게 쌍안정 메커니즘을 작동시킬 수 있으며, 이는 차례로 2개의 출구를 각각 개폐한다.
가요성 압력 챔버
출구에서 유동 제한기와 조합하여 압력의 증가와 함께 약간 확장될 수 있는 압력 챔버는 보다 안정적인 배출 유동을 제공할 것이다. 처음에, 압력 챔버에서의 염 농도가 높고 농도차 편극이 존재하지 않을 때, 높은 압력이 압력 챔버 내에서 발생한다. 그러나, 유속 제한기가 유동의 증가와 함께 저항의 증가를 제공하면, 유동, 압력 및 확장 사이의 균형이 일어난다. 주사 동안, 압력이 농도차 편극 및 유도 용액의 희석으로 인해 감소할 때, 유동 제한기를 통한 저항이 또한 감소하고, 압력 챔버의 보다 낮은(또는 없는) 확장과의 새로운 균형이 일어난다. 이에 따라, 주사의 초기에 확장된 체적이 추후에 전달되고, 시간이 지남에 따라 보다 안정적인 유동이 제공되었다.
파우치로부터 염수의 느린 방출
염수 파우치(120)로부터의 염수는 주사 디바이스(100)의 활성화시에 파우치에서 작고 양호하게 제어된 크기의 구멍을 만드는 것에 의해 느리게 방출될 수 있다. 파우치(120)에서 작용하는 스프링력이 알려지고 제어 가능하면, 주사 동안 유도 용액 내에서 더욱 일정한 염 농도가 유지되도록 파우치(120)를 비우는 시간을 제어하고 연장하는 것이 가능하다.
100. 주사 디바이스
101. 주사 디바이스를 활성화하기 위한 푸시 버튼
102. 약물 충전 용기
103. 피하 주사 바늘
110. 삼투 액추에이터
120. 유도 용액이 있는 파우치
121. 파우치를 위치시키고 끼우기 위한 구멍
130. 삼투 분리막
140. 물을 수용하는 캐비티
160. 절단 디바이스
180. 압력 챔버
181. 압력 챔버와 출구 사이의 어댑터
182. 압력 챔버로부터의 출구
183. 압력 챔버에 있는 구획
184. 파우치를 위치시키고 끼우기 위한 핀
270a. 원심 임펠러
270b. 프로펠러
270c. 수직 나선형 나선
270d. 수평 나선형 나선
271a. 원심 임펠러의 상부 부분
271b. 프로펠러의 상부 부분
271c. 수직 나선형 나선의 상부 부분
271d. 수평 나선형 나선의 상부 부분
272. 회전 요소의 하부 부분
273a. 임펠러 블레이드
273b. 프로펠러 블레이드
273c. 1회전 아르키메데스 나선형 블레이드
273d. 1회전 아르키메데스 나선형 블레이드
274. 회전 요소의 플레이트
275. 회전 요소의 분쇄 블레이드
276a. 원심 임펠러의 중심 부분
276b. 프로펠러의 중심 부분
276c. 수직 나선형 나선의 중심 부분
280. 압력 챔버
283. 압력 챔버에 있는 구획
282. 압력 챔버로부터의 출구
286. 원심 임펠러를 위해 압력 챔버에 있는 핀
287. 압력 챔버에 있는 원형의 컷아웃
287b. 기어 휠을 위해 압력 챔버에 있는 원형의 컷아웃
288. 압력 챔버에 있는 방울 형상의 컷아웃
289. 압력 챔버에 있는 출구 채널
291a. 제1 기어 휠
291b. 제2 기어 휠
292. 기어 휠 톱니
293. 기어 휠 톱니 사이의 캐비티
294. 기어 휠로의 입구
295. 압력 챔버로부터의 출구
296a. 제1 기어 휠 축
296b. 제2 기어 휠 축
380. 압력 챔버
383. 압력 챔버의 제1 구획
395. 압력 챔버로부터의 출구
398. 압력 챔버의 제2 구획
420. 유리 앰플
450. 릴리프 밸브
460. 파쇄 핀
461. 파쇄 메커니즘
462. 파쇄 메커니즘을 위한 선회부
463. 파쇄 핀을 위한 입구 채널
480. 압력 챔버
483. 압력 챔버의 제1 구획
487. 압력 챔버의 출구 구획
488. 제2 구획으로의 입구
495. 압력 챔버로부터의 출구
497. 제2 구획의 길이 방향 벽
498. 압력 챔버의 제2 구획
499. 제2 구획의 횡단 벽

Claims (35)

  1. 사용자의 조직 내로 약제의 피하 주사에 적합한 주사 디바이스(100)를 위한 삼투 액추에이터(110)로서,
    하나 이상의 출구(182; 282; 295; 395; 495)를 가지며 유도 용액을 수용하는 압력 챔버(180; 280; 380; 480),
    하나 이상의 삼투 분리막(130),
    용매를 수용하는 캐비티(140), 및
    희석-보상 장치를 포함하되,
    상기 하나 이상의 삼투 분리막(130)은 상기 압력 챔버(180; 280; 380; 480)의 내부 표면적의 일부를 형성하고, 상기 용매를 수용하는 상기 캐비티(140)는 상기 압력 챔버(180; 280; 380; 480)와 상기 용매를 수용하는 캐비티(140) 사이의 적어도 하나의 공통 경계가 상기 하나 이상의 삼투 분리막(130)에 의해 형성되도록 상기 하나 이상의 삼투 분리막(130)의 외부 표면의 적어도 일부와 접하며,
    상기 희석-보상 장치는 상기 하나 이상의 삼투 분리막(130) 근처에서 유도 용액의 희석을 보상하도록 배열되며, 희석은 상기 캐비티(140)로부터의 상기 용매가 상기 하나 이상의 삼투 분리막(130)을 통해 상기 압력 챔버(180; 280; 380; 480)로 들어갈 때 발생하는, 삼투 액추에이터(110).
  2. 제1항에 있어서, 상기 용매는 물, 바람직하게 탈염수인, 삼투 액추에이터(110).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 삼투 액추에이터(110)는 추가적인 유도 용액 또는 삼투제가 상기 삼투 액추에이터(110)의 사용 동안 상기 압력 챔버(180; 280; 380; 480)에 공급되지 않도록 배열되는, 삼투 액추에이터(110).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 희석-보상 장치는, 회전축을 한정하고, 상기 회전축 주위에서 동일하게 이격된 하나 이상의 돌출부(273a; 273b; 273c; 273d)를 가지는 상부 부분(271a; 271b; 271c; 271d)을 구비하는 회전 요소(270a; 270b; 270c; 270d)를 포함하고,
    상기 회전 요소(270a; 270b; 270c; 270d)는 상기 압력 챔버(280)에 위치되고 상기 삼투 액추에이터(110)가 활성화되는 시간의 적어도 일부 동안 회전하도록 배열되는, 삼투 액추에이터(110).
  5. 제4항에 있어서, 상기 회전 요소(270a; 270b; 270c; 270d)는 상기 회전축 주위에서 이격된 3개 이상의 돌출부(275)를 가지는 하부 부분(272)을 가지며, 상기 하부 부분(272)은 상기 유도 용액이 상기 압력 챔버(280)의 하나 이상의 출구(282; 295)를 향해 유동할 때, 유동이 상기 회전축을 중심으로 상기 회전 요소(270a, 270b, 270c, 270d)를 회전시키는 방식으로 상기 압력 챔버(280)의 배출 유동에 배열되는, 삼투 액추에이터(110).
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 회전 요소(270a; 270b; 270c; 270d)의 회전축은 상기 하나 이상의 삼투 분리막(130) 중 적어도 하나에 평행한, 삼투 액추에이터(110).
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전 요소(270a; 270b; 270c; 270d)의 회전축은 상기 하나 이상의 삼투 분리막(130) 중 적어도 하나에 직각인, 삼투 액추에이터(110).
  8. 제7항에 있어서, 상기 회전 요소(270a; 270b; 270c; 270d)는 회전 동안 상기 하나 이상의 삼투 분리막 표면(130) 중 적어도 하나의 표면과 접촉하도록 배열되는, 삼투 액추에이터(110).
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 희석-보상 장치는, 상기 압력 챔버(380) 외부에 위치되고 상기 압력 챔버(380) 내에 자기장을 인가하도록 배열되는 자성 요소를 포함하는, 삼투 액추에이터(110).
  10. 제9항에 있어서, 상기 유도 용액은 양 또는 음의 전기 표면 전하를 가지는 자성 입자를 함유하는, 삼투 액추에이터(110).
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 희석-보상 장치는, 전기 저항을 통해 연결되고 상기 압력 챔버(380) 내에 위치되는 애노드 및 캐소드를 포함하며,
    상기 애노드 및 상기 캐소드 중 하나는 상기 하나 이상의 삼투 분리막(130) 근처에 위치되고, 다른 하나는 상기 압력 챔버(380)의 반대쪽 측면에 배치되어서, 상기 유도 용액의 주요 부분은 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 위치되는, 삼투 액추에이터(110).
  12. 제11항에 있어서, 상기 전기 저항은 상기 압력 챔버(380) 외부에 있고 LED 구성 요소의 형태를 하는, 삼투 액추에이터(110).
  13. 제11항에 있어서, 상기 전기 저항은 상기 압력 챔버(380) 외부에 있고 LCD 또는 전자 잉크 디스플레이의 형태를 하는, 삼투 액추에이터(110).
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주사 디바이스(100)는 제1 거리를 통해 푸시 버튼(101)을 누르는 것에 의해 상기 주사 디바이스(100)를 활성화하기 위한 상기 푸시 버튼(101)을 더 포함하고, 이에 따라, 전기 저항을 통한 상기 애노드와 상기 캐소드 사이의 전기 연결이 확립되며,
    상기 푸시 버튼(101)은 상기 주사 디바이스(100)에 의해 수행된 주사의 완료시에 반대 방향으로 제2의 보다 짧은 거리를 이동하도록 배열되며, 이에 따라, 상기 애노드와 상기 캐소드 사이의 전기 연결이 차단되는, 삼투 액추에이터(110).
  15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 희석-보상 장치는, 상기 주사 디바이스(100)의 활성화시에 유도 용액이 그 안으로 방출되는 제1 구획(383), 및 상기 출구(395)와 상기 제1 구획(383) 사이에 배열된 제2 구획(398)으로의 상기 압력 챔버(380)의 분할을 포함하며, 상기 제2 구획(398)은 상기 제1 구획(383)보다 길고 좁게 되도록 구성되는, 삼투 액추에이터(110).
  16. 제15항에 있어서, 상기 하나 이상의 돌출부가 상기 제2 구획(398)을 통한 유동을 부분적으로 차단하도록 상기 제2 구획(398)에 배열되는, 삼투 액추에이터(110).
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 제2 구획(398)의 단면적은 상기 제2 구획(398)의 길이를 따라서 변하는, 삼투 액추에이터(110).
  18. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 희석-보상 장치는 염 용액을 수용하는 파우치를 포함하고, 상기 파우치는 상기 삼투 액추에이터(110) 내에 위치되고, 상기 주사 디바이스(100)의 활성화시에 천공되며, 이에 따라, 상기 파우치로부터 상기 유도 용액 내로의 염 용액의 느린 배출 유동이 얻어지는, 삼투 액추에이터(110).
  19. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 희석-보상 장치는 수력 와류의 생성을 위해 상기 삼투 액추에이터(110)에서 유입되는 용매가 통과하는 와류 발생체를 포함하는, 삼투 액추에이터(110).
  20. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 희석-보상 장치는 확산에 의한 혼합 속도를 증가시키고 및/또는 상기 유도 용액에서 일부 움직임을 생성하기 위해 상기 유도 용액에 첨가되는 화학 물질을 포함하는, 삼투 액추에이터(110).
  21. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 희석-보상 장치는, 상기 삼투 액추에이터(110) 내부에 배열되고 위치를 반복적으로 시프트하며, 이에 따라, 복수의 출구 중 어느 하나는 임의의 주어진 시간에 개방되고 다른 출구는 폐쇄되도록 한정하는 바디를 포함하는, 삼투 액추에이터(110).
  22. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 희석-보상 장치는 유동 제한기와 조합된 확장 가능한 압력 챔버를 포함하며, 상기 유동 제한기는 특정 양의 유체만이 상기 하나 이상의 출구를 통과하는 것을 허용하는, 삼투 액추에이터(110).
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력 챔버(180; 280; 380; 480) 내의 상기 유도 용액은 상기 삼투 액추에이터(110)의 활성화 동안 상기 압력 챔버(180; 280; 380; 480) 내에 배열된 수밀 염 보관소(420)의 수밀 장벽을 파손시키는 것에 의해 얻어지며, 이에 따라, 상기 수밀 염 보관소(420)에 의해 초기에 수용된 하나 이상의 염 정제, 결정 염 또는 불포화, 포화 또는 과포화 염 용액은 상기 압력 챔버(180; 280; 380; 480) 내에서 상기 수밀 염 보관소(420)를 둘러싼 물과 접촉되는, 삼투 액추에이터(110).
  24. 제23항에 있어서, 상기 수밀 염 보관소는 유리 앰플(420)인, 삼투 액추에이터(110).
  25. 제24항에 있어서, 상기 유리 앰플(420)의 충전 단부는 마개 또는 밀봉구로 폐쇄되는, 삼투 액추에이터(110).
  26. 제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수밀 장벽의 파손은 상기 수밀 염 보관소(420)에 가해진 물리적인 힘에 의해 완전히 또는 부분적으로 유발되는, 삼투 액추에이터(110).
  27. 제23항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수밀 염 보관소(420)에 의해 초기에 수용된 염은 CaBr2, CaCl2, ZnBr2, ZnCl2, ZnI2, LiBr, NH2Cl 또는 MgCl2 중 하나 이상인, 삼투 액추에이터(110).
  28. 제23항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수밀 염 보관소(420)에 의해 초기에 수용된 염 정제 또는 결정 염의 다공성은 상기 수밀 장벽으로 결정 염을 에워싸기 전에 결정 염의 염 결정을 스탬핑하는 것에 의해 감소되는, 삼투 액추에이터(110).
  29. 제23항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수밀 염 보관소(420)에 의해 초기에 수용된 염 정제 또는 결정 염의 다공성은 결정 염의 염 결정 사이의 공극에서 염의 추가 결정화에 의해 감소되는, 삼투 액추에이터(110).
  30. 제23항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수밀 염 보관소(420)에 의해 초기에 수용된 염 정제 또는 결정 염의 다공성은 상기 수밀 장벽으로 결정 염을 에워쌀 때 결정 염에 진공을 인가하는 것에 의해 감소되는, 삼투 액추에이터(110).
  31. 제23항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수밀 염 보관소(420)에 의해 초기에 수용된 염 정제 또는 결정 염은 물에 반응하거나 물에 용해될 수 있는 제제를 더 포함하는, 삼투 액추에이터(110).
  32. 제23항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력 챔버(180) 내의 상기 수밀 염 보관소(420)를 둘러싸는 물의 초기 양은 상기 수밀 염 보관소(420)에 의해 초기에 수용된 전체 양의 염 정제 또는 결정 염을 용해시키는데 불충분한, 삼투 액추에이터(110).
  33. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 삼투 분리막(130)은 편평한 시트 멤브레인인, 삼투 액추에이터(110).
  34. 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 따른 삼투 액추에이터(110)를 포함하는 주사 디바이스(100).
  35. 제34항에 있어서, 상기 주사 디바이스(100) 및 상기 삼투 액추에이터(110)는 상기 주사 디바이스(100)의 사용 동안 주사되는 약제의 양이 1㎖ 내지 20㎖의 범위 내에 있도록 배열되는, 주사 디바이스(100).
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