KR20230107693A

KR20230107693A - 압전 유체 분배기

Info

Publication number: KR20230107693A
Application number: KR1020237021850A
Authority: KR
Inventors: 예후다 이브리; 마크 블루멘크란츠
Original assignee: 노파르티스 아게
Priority date: 2017-01-20
Filing date: 2018-01-18
Publication date: 2023-07-17
Also published as: KR20190108100A; KR102550534B1; US20210128350A1; JP2023182770A; JP2020508715A; CN109906120A; WO2018136618A2; AU2018209932A1; US10888454B2; CA3039106A1; US20180207030A1; KR20220088953A; WO2018136618A3; EP3570986A4; KR102412086B1; EP3570986A2

Abstract

유체 전달 디바이스 및 방법이 제시되고, 상기 디바이스는 선부하 힘 하에서 유체로 앰풀에 동작 가능하게 결합된 압전 액추에이터를 포함할 수 있다. 상기 앰풀은 상기 앰풀의 벽에 위치된 하나 이상의 애퍼처를 포함하는 얇은 벽을 갖는 열가소성 패키지를 포함할 수 있다. 상기 압전 액추에이터는 적어도 부분적으로 상기 앰풀의 원주 둘레를 클램프하고 그 벽에 발진을 인가하도록 구성될 수 있다. 일반적으로 초음파 주파수의 발진은 상기 유체에 음향 압력의 사이클을 생성하여 상기 애퍼처로부터 유체 액적 또는 스트림을 토출시킨다.

Description

압전 유체 분배기 {PIEZOELECTRIC FLUID DISPENSER}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2017년 1월 20일자로 출원된 미국 가특허 출원 62/448,791; 2017년 5월 1일자로 출원된 62/492,624; 2017년 6월 15일자로 출원된 62/520,270; 2017년 6월 21일자로 출원된 62/523,071; 및 2017년 7월 18일자로 출원된 62/534,083의 우선권의 이익을 주장하고, 이들 선출원 문헌 각각은 그 전체 내용이 본 명세서에 병합된다.

기술 분야

본 발명은, 보다 상세하게는 그러나 예시적으로 국소 안약용 유체 스트림을 토출하는 디바이스에 관한 것이다.

전형적인 의료용 점안기(eye dropper)는 약 40 내지 50 μL의 부피의 단일 점적을 분배한다. 그러나 인간의 눈은 일반적으로 각막 표면에 7 μL의 액체만을 보유할 수 있기 때문에 더 많은 침착량(deposited volume)은 흘러 넘쳐 대부분의 약물이 눈 표면으로부터 손실된다. 또한 30 또는 50 μL와 같은 많은 양의 단일 점적은 깜박임 반사 작용(blinking reflex)을 야기하여 안구 표면으로부터 대부분의 액체를 제거하고 또한 불편함과 반사 작용의 눈물을 야기한다. 이들 요인은 함께 점안제를 자가 투여하는 것을 불쾌하게 만들어서, 불량한 추종을 초래할 수 있다. 예로서, 눈으로 약물을 전달하기 위한 액적 생성 디바이스는 미국 특허 5,630,793 및 8,684,980(이들 문헌 각각은 그 전체 내용이 본 명세서에 병합됨)에 보다 상세히 설명되어 있다. 이들 디바이스는 일반적으로 눈에 작은 액적을 전달하는 압전 작동식 액적 생성기를 포함하고, 눈의 표면에 점적을 분배하기 위한 압전 유체 토출기를 더 포함한다. 이러한 토출기 기구는 사용자에 의해 주기적으로 재충전될 수 있는 유체 저장소에 일체로 결합된다. 그러나 리필(refilling)하는 것은 세균 오염의 위험이 있으며 안구 감염을 유발할 수 있다. 일반적으로, 특히 안약을 사용하기 위해 유체 저장소에 약물을 충전하거나 재충전하는 것은 일반적으로 일반 사용자가 이용할 수 없는 엄격히 통제된 무균 환경에서 처리되어야 한다.

종래 기술에 설명된 바와 같이, 에어로졸 또는 제트 전달과 연관된 또 다른 문제점은 에어로졸 스트림을 눈의 표면으로 정확히 지향시키는 사용자의 능력이다. 분배 디바이스가 눈과 잘못 정렬되면 부정확한 투여량을 초래할 수 있다.

눈의 각막 또는 결막 조직에 치료 유체를 토출하기 위해 본 명세서에 설명된 디바이스 및 방법은 유리하게는 분배 노즐을 포함할 수 있는 일회용 살균 약물 앰풀(ampoule)을 이용하고, 여기서 앰풀은 압전 트랜스듀서에 쉽게 부착되고 분리될 수 있어 재충전할 필요성을 제거할 수 있다. 이는 세균 오염의 가능성을 완화시키고, 다른 동작에 압전 액추에이터(piezoelectric actuator)를 재사용함으로써 비용 효과적인 접근법을 제공한다.

설명된 디바이스 및 방법은 편리하고 정확한 투여량을 보장하기 위해 작동 전에 액체 스트림을 전달하고 스트림을 눈과 정렬하는 기구를 제공한다. 일 변형예에서, 단일 스트림을 전달하면 놀랍게도 눈에 불편함을 덜 일으켜서, 동일한 총 부피를 갖는 연무(mist)를 전달하거나 작은 액적을 무작위적으로 분배하는 것에 비해 보다 편리하다는 것이 발견되었다. 연무나 분무(spray)와는 달리, 스트림은 눈의 각막이나 결막 조직 상의 특정 위치를 목표(target)로 하도록 정확히 배향될 수 있다. 이러한 특성은 주로 스트림의 공기 역학적 거동에 기인한다. 구체적으로, 연무를 전달하는 것은 목표로부터 액적을 발산시키는 난류를 수반하는 반면, 스트림은 공기를 뚫고 전파되어 목표 영역에 보다 정확히 도달한다.

앰풀과 같은 일회용 약물 또는 유체 패키지가 압전 액추에이터로부터 분리되거나 분리될 수 있고, 예를 들어, 안과 질환의 치료를 위해 유체를 국소 투여에 의해 개체의 신체 부위에 방출하기 위한 유체 토출 디바이스가 설명된다. 상기 압전 액추에이터는 상기 앰풀을 발진(oscillate)시켜 내부에 있는 유체에 음향 압력(acoustic pressure)을 생성함으로써 유체에 음향 압력의 사이클을 발생시켜 상기 앰풀을 따라 형성된 하나 이상의 애퍼처(aperture)로부터 유체의 액적 또는 스트림을 토출하도록 구성된다. 상기 액추에이터의 발진의 진폭(oscillation amplitude)은 300㎚보다 더 클 수 있다.

앰풀 약물 패키징은 상기 압전 액추에이터 조립체에 쉽게 부착되거나 분리될 수 있으며, 빈 약물 또는 유체 패키지는 일회용이어서, 사용자가 약물을 채울 필요가 없어서 세균 오염의 위험이 없다. 일 실시예에서는 상기 앰풀만이 일회용이지만, 다른 실시예에서는 상기 압전 액추에이터 및 상기 앰풀을 포함하는 전체 조립체가 일회용이다.

본 명세서에 설명된 실시예 및 특징은 2016년 1월 11일자로 출원된 미국 특허 출원 14/992,975(미국 특허 공보 2016/0199225); 2016년 4월 8일자로 출원된 미국 출원 번호 15/094,849(미국 특허 공보 2016/0296367)에 보다 상세히 설명된 다양한 특징과 임의의 수의 조합으로 이용될 수 있고, 이들 선출원 문헌 각각은 그 전체 내용이 임의의 목적을 위해 본 명세서에 병합된다.

압전 유체 토출 디바이스는 유체로 채워진 앰풀의 내용물을 직접 분배하도록 구성되고, 상기 앰풀의 내용물을 2차 분배 디바이스로 이송할 필요성, 및 유체 충전 전에 분배 디바이스를 살균할 필요성을 제거한다. 이것은 특히 안구 표면에 안약 용액을 전달하는데 유용하다. 상기 디바이스는 일반적으로 압전 클램핑 액추에이터 및 분리 가능한 일회용 유체 충전 앰풀을 포함하고, 이 앰풀은 일 변형예에서 제1 또는 근위 구획(예를 들어, 도관 부분) 및 제2 또는 원위 구획(예를 들어, 벌브(bulb) 부분)을 포함하는 얇은 벽의 열가소성 패키지를 포함한다. 하나 이상의 애퍼처가 상기 앰풀의 제1 구획의 벽에 위치될 수 있다.

상기 압전 클램핑 액추에이터는 상기 유체가 방출될 수 있도록 상기 하나 이상의 애퍼처를 덮지 않은 채로 상기 제1 구획 주위를 클램핑하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 클램핑 액추에이터는 클램핑 방향으로 발진 사이클을 인가하는 동시에 적어도 부분적으로 상기 하나 이상의 애퍼처에 인접한 상기 제1 구획의 원주 주위를 클램핑하도록 구성될 수 있다. 전형적으로 초음파 주파수의 발진은 상기 앰풀 내에 포함된 유체에 음향 압력의 사이클을 생성하여 상기 하나 이상의 애퍼처로부터 유체 액적 또는 유체 스트림을 토출시킨다. 유체가 채워진 앰풀은 제1 배향으로, 예를 들어, 지면에 대해 수직으로 유지될 수 있는 반면, 유체 액적 또는 스트림은 제2 방향, 예를 들어, 수평 방향으로 토출된다. 이러한 방식으로, 유체는 제2 저장소 구획으로부터 앰풀의 제1 도관 구획으로 연속적으로 공급되는 동안, 유체 액적 또는 스트림은 하나 이상의 애퍼처로부터 수평으로 토출될 수 있다. 이러한 배향은 특히 눈 표면으로 전달하는데 유용하다. 유리하게는, 통상적으로 용기의 살균을 요구하는 단계에서 유체 내용물을 용기로 이송할 것을 요구함이 없이, 앰풀로부터 유체를 직접 토출시킬 수 있다.

앰풀은 압전 클램프 액추에이터로부터 용이하게 결합되거나 분리될 수 있어서 빈 약물 또는 유체 패키지가 사용자에 의해 약물을 충전할 필요성과 세균 오염의 위험을 제거하도록 용이하게 배치될 수 있다. 유체 패키지는 예를 들어 마찰 또는 억지 끼워 맞춤에 의해 클램프에 연결될 수 있으며, 일반적으로 예를 들어 5 뉴턴(Newton) 미만, 또는 예를 들어 10 뉴턴 미만의 삽입력을 요구할 수 있다. 이 삽입력의 크기는 적절히 조절될 수 있다.

약물 또는 유체 패키지는 압전 액추에이터 클램프에 의해 앰풀 약물 패키지의 외부 표면 또는 도관 부분에 가해지는 하나 이상의 발진에 의해 마이크로 액적을 분배하도록 구성된다. 앰풀은 압전 액추에이터로부터 분리될 수 있어 사용된 패키지를 처분하는 것이 가능한 한편, 압전 클램핑 트랜스듀서는 예를 들어, 다른 앰풀과 후속적으로 재사용될 수 있어 눈으로 약물을 국소 전달하는데 비용 효과적인 접근법을 제공할 수 있다. 앰풀(또는 앰풀의 적어도 일부분)은 예를 들어 앰풀이 몰드 공동(mold cavity) 내에 보유되는 동안 충전 및 밀봉될 수 있는 취입-충전-밀봉 공정(blow-fill-seal process)에 의해 제조될 수 있다. 이러한 공정은 예를 들어 미국 특허 공보 2013/0345672 A1; 2012/0017898; 및 미국 특허 5,624,057에 설명되어 있고, 이들 선출원 문헌 각각은 그 전체 내용이 임의의 목적으로 본 명세서에 병합된다. 앰풀 자체는 예를 들어, 고밀도이든 또는 저밀도이든 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 열가소성 중합체 등으로 제조될 수 있다.

압전 클램핑 액추에이터는 핸드헬드 디바이스에서 사용되거나 또는 예를 들어 안경 또는 선글라스와 같은 안경류 제품에 부착물로서 사용될 수 있는 비교적 작은 모듈로서 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 유체 토출 디바이스는 초음파 주파수로 발진하도록 구성된 압전 클램프를 포함할 수 있고, 분배될 유체를 포함하는 앰풀을 더 포함한다. 클램프 액추에이터에 의해 생성되는 초음파 발진은 앰풀의 도관 부분으로 전달될 수 있고, 유체에 음향 압력의 사이클을 생성하여 앰풀 내의 하나 이상의 애퍼처로부터 액적을 토출시킬 수 있다.

일 실시예에서, 압전 트랜스듀서는 일반적으로 반대 극성(polarity)으로 배향된 2개의 능동 압전 세라믹 판(active piezoceramic plate)을 갖는 적층체로 구성될 수 있는 굽힘(bending) 액추에이터에 구조적으로 연결된 2개의 조임부(jaw)를 갖는 클램프를 포함한다. 이러한 굽힘 액추에이터는 일반적으로 굽힘 모드에서 발진하여 클램프를 앰풀의 도관을 주기적으로 개방 및 폐쇄시키는 바이모프(bimorph) 액추에이터로 알려져 있다.

일 실시예에서 상기 액추에이터는 굽힘 모드에서 발진하도록 구성된 굽힘 트랜스듀서(bending transducer)를 포함할 수 있으며, 상기 굽힘 트랜스듀서는 압전 세라믹판을 갖는 유니모프 액추에이터(unimorph actuator)를 포함할 수 있다.

다른 실시예에서, 굽힘 액추에이터는 2개의 능동 압전 세라믹 판과 이 2개의 압전 세라믹 판 사이에 위치된 하나의 수동판의 적층체를 포함할 수 있다. 수동 층은 예를 들어 FR-4 물질로 제조된 인쇄 회로 기판(printed circuit board: PCB)을 포함할 수 있다. PCB는 압전 세라믹 클램프를 구동하고 제어하기 위한 전자 회로부를 갖는 제어기를 포함할 수 있다. 압전 세라믹 판은 예를 들어 PCB 상의 하나 이상의 구리 패드를 통해 압전 세라믹 판을 전기적으로 연결할 수 있는 솔더 리플로우(solder reflow) 공정에 의해 PCB에 부착될 수 있다.

전자 회로부를 갖는 제어기는 굽힘 액추에이터와 전기적으로 통신할 수 있으며, 일반적으로 하나 이상의 전기 펄스 또는 파형을 생성하여 압전 액추에이터에 전달하도록 구성된 회로부를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 회로부는 하프-브리지 드라이버 칩(half-bridge driver chip) 및 2개의 MOSFET 트랜지스터를 포함할 수 있는 하프-브리지 드라이버로 구성될 수 있다. 하프-브리지 드라이버는 입력 신호를 수신하고, 한 쌍의 MOSFET 트랜지스터를 순차적으로 "온(on)" 및 "오프(off)"로 구동하는 스위칭 출력을 전송한다. 이러한 방식으로, 이 드라이버는 저전압 입력 신호를 압전 액추에이터를 구동할 수 있는 고전력 전기 펄스로 변환한다. 이 회로는 압전 액추에이터로 향하는 입력 전압을 승압시키는 인덕터를 더 포함할 수 있다. 인덕터의 인덕턴스 및 압전 액추에이터의 커패시턴스는 선택된 주파수에서 전기적 공진으로 동작하도록 튜닝될 수 있다. 하프-브리지 드라이버 칩으로 전달되는 입력 신호는 마이크로프로세서 또는 신호 생성기 집적 회로(integrated circuit: IC)에 의해 생성될 수 있다.

드라이버의 일 실시예에서, 트랜지스터 및 마이크로프로세서는 단일 집적 회로 상에 제조될 수 있다. 이러한 IC는 칩-온-보드(chip-on-board: COB) 패키징 공정을 이용하여 PCB에 직접 부착되고 캡슐화될 수 있다. 마이크로일렉트로닉스 분야에서 COB는 회로의 크기를 줄이는데 사용된다. 회로의 입력 전압은 바람직하게는 예를 들어 5 볼트 미만, 보다 바람직하게는 예를 들어 3 볼트 미만, 더욱 바람직하게는 예를 들어 1.5 볼트 미만이다. 에너지 소스는 선택적으로 재충전 가능할 수 있는 커패시터, 배터리 등과 같은 전력 공급원에 의해 제공될 수 있다. 회로가 전술한 바와 같이 순차적으로 "온" 및 "오프"로 구동될 때, 유체 스트림은 개별 액적으로서 하나 이상의 애퍼처로부터 방출된다. 그러나 인덕터가 추가되어 회로의 전기 공진으로 동작하도록 튜닝된 경우 전기 출력은 정현파가 되고 유체는 개별 액적 없이 시준(collimated)되고 연속적인 스트림으로 방출되거나 또는 개별 액적의 시준되고 불연속적인 스트림으로 방출된다.

일 변형예에서, 디바이스로부터 방출된 액적 부피는 일반적으로 예를 들어 100 내지 1000 pL 범위일 수 있고, 애퍼처의 크기는 액적 스트림이 불연속적인 경우 전형적으로 예를 들어 10 내지 100 미크론 범위일 수 있다. 유체의 스트림이 연속적인 경우, 스트림 직경은, 예를 들어 0.070 내지 0.130㎜의 애퍼처의 직경의 범위와 유사한 범위일 수 있으며, 총 부피는 지속 시간에 의해 결정될 것이다. 또한, 앰풀 내에 봉쇄하고 하나 이상의 애퍼처를 통해 방출하기 위해 본 명세서에 설명된 디바이스 및 방법과 함께 다양한 유체, 조성물 및/또는 치료제가 사용될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 공보 2012/0070467(그 전체 내용은 임의의 목적으로 본 명세서에 병합됨)은 본 명세서에 설명된 디바이스 및 방법과 함께 사용될 수 있는 다양한 안약 조성물 및 치료제의 예를 기술한다.

다른 실시예에서, 분배 디바이스는 작동 전에 분배 애퍼처를 안구 표면 또는 결막 영역에 정렬시키거나 목표로 하는 광학 기구를 포함할 수 있다. 이러한 정렬은 전체 투여량이 안구 표면에 도달하는 것을 보장한다. 이 분배 디바이스는 근위 개구 및 원위 개구를 갖는 관형 부재를 포함할 수 있으며, 여기서 원위 개구는 적색 LED 등과 같은 가시광 소스 근방에 위치될 수 있는 반면, 튜브의 근위 개구는 사용자의 눈 근처에 근접하게 된다. 관형 부재는 액적 사출 방향과 평행할 수 있지만 미리 결정된 거리만큼 오프셋(offset)되어 배치될 수 있다. 분배 디바이스를 작동시키기 전에, 사용자는 치료될 눈을 튜브의 근위 개구와 정렬할 수 있고, 튜브의 원위 단부에서 광이 보일 때까지 디바이스의 배향을 조작할 수 있다. 이러한 방식으로, 디바이스는 치료될 눈의 광축 또는 동공의 중심과 정렬되게 된다. 분배 노즐은 튜브의 광축에 대해 미리 결정된 작은 거리만큼 오프셋되어 위치될 수 있다. 디바이스가 작동되면, 유체의 스트림은 각막 또는 결막 조직의 목표 표면에 도달하고, 눈의 광축으로부터 상기 거리만큼 오프셋되어 유체를 침착시킬 것이다.

본 명세서에 설명된 정렬 또는 목표 설정 방법은 압착 병(squeeze bottle)을 포함하는 임의의 국소 전달 시스템 또는 점안기에서 노즐을 눈에 정렬시키는데 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다.

광학 튜브는 예를 들어, 20, 30 또는 40㎜의 길이를 가질 수 있는 반면, 광학 튜브의 내부 직경은 예를 들어 1 내지 5㎜의 범위일 수 있다. 선택적으로, 튜브의 내부 표면은 광학적으로 흑색의 비-반사 코팅으로 코팅될 수 있다.

예를 들어, 1 내지 10 μL의 일반적인 부피는 목표물에 눈을 고정시키는 시간 동안, 일반적으로 1초 미만, 바람직하게는 하나의 변형예에서 250 msec 이내에, 또는 다른 변형예에서 400 내지 600 msec 이내에 눈으로 전달될 수 있다. 일 실시예에서, 분배 디바이스는 하나 이상의 애퍼처를 포함하지만 전형적으로 예를 들어 20개의 애퍼처 미만, 바람직하게는 예를 들어 10개 애퍼처 미만을 포함하고, 가장 바람직하게는 단일의 애퍼처를 포함한다. 상기 애퍼처는 정렬 튜브의 광축에 대해 미리 결정된 거리만큼 오프셋되어 위치된다. 이 오프셋 거리는 눈의 광축에 상대적으로 또는 동공 중심 또는 홍채의 중심에 대해 유체 스트림이 침착되는 위치를 결정한다. 전형적으로, 오프셋 거리는 동공의 중심으로부터 수직 또는 수평 방향으로, 또는 수직 및 수평 방향 모두에서, 예를 들어 2 내지 20㎜일 수 있다.

분배를 위해 다수의 애퍼처를 사용하는 다른 변형예에서, 애퍼처 각각은 연무를 형성하기보다는 개별 스트림의 고유성(uniqueness)을 보존하도록 구성될 수 있다. 애퍼처 크기 및 애퍼처들 사이의 간격과 같은 인자는 유체의 개별 스트림을 형성하는 것을 유지하고 개별 유체 스트림이 병합되거나 융합되는 것을 최소화하거나 억제하기 위해 적절히 조절될 수 있다. 예를 들어, 비교적 큰 크기, 예를 들어, 80 내지 100 미크론을 갖는 애퍼처는 동등한 양의 유체를 전달하기 위해 비교적 짧은 펄스 지속 시간을 허용할 수 있다. 더욱이, 이러한 크기를 갖는 애퍼처는 또한, 그렇지 않은 경우 예를 들어 10 내지 12 미크론 범위의 보다 더 작은 크기의 애퍼처를 차단하거나 막을 수 있는 일반적으로 메틸셀룰로스 또는 카복시-메틸셀룰로스, 하이알루론산 유도체 또는 다른 하이드로겔로 구성된 인공 눈물과 같이 비교적 높은 점도를 갖는 유체를 사용하는 것을 허용할 수 있다.

분배 디바이스와 함께 사용될 수 있는 유체 또는 유체들은 예를 들어, 치료, 유체가 가해지는 신체 부위 등에 따라 임의의 개수의 제제(agent)를 포함하도록 변할 수 있다. 사용될 수 있는 다양한 유체 또는 제제의 예는, 예를 들어, 항감염제(항생제, 항바이러스제 등을 포함하지만 이에 국한되지 않음); 항염증제(스테로이드 및 비-스테로이드 항염증제(NSAIDS) 등을 포함하지만 이에 국한되지 않음); 항알레르기(항히스타민 및 비만 세포 안정제 등을 포함하지만 이에 국한되지 않음); 항균제; 혈관 수축제; 산동제(동공 확장제); 지혈제(동공 수축제); 생물학적 제제(예를 들어, 단백질, 조작된 단백질 등); 작은 분자; 마취제; 진통제; 안압 강하제(프로스타글란딘 유사체, ROK 억제제, 베타 차단제, 탄산 탈수 효소 저해제 및 알파 작용제 등을 포함하지만 이에 국한되지 않음); 윤활제(식염수, 중합체 용액, 프로테오글리칸, 글리코사미노글리칸, 탄수화물 등을 포함하지만 이에 국한되지 않음); 요오드 유도체; 등 및/또는 이들의 다양한 조합을 포함할 수 있다(그러나 이에 국한되는 것은 아니다). 설명된 디바이스와 함께 이용될 수 있는 추가의 약물 및 제제는 미국 공보 2017/0344714 및 미국 특허 9,087,145에 보다 상세히 개시된 임의의 개수의 제제를 포함할 수 있고, 이들 선출원 문헌 각각은 전체 내용이 임의의 목적을 위해 본 명세서에 병합된다.

분배 장치의 일 변형예에서, 상기 장치는 일반적으로, 분배될 액체를 포함하고 제1 부분 및 제2 부분을 갖는 앰풀로서, 상기 제1 부분은 하나 이상의 애퍼처를 형성하는, 상기 앰풀; 및 상기 제1 부분을 고정하고 제1 방향을 따라 상기 제1 부분에 1차 발진을 부여하여, 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향을 따라 상기 제1 부분에 2차 발진을 유도하도록 구성된 압전 조립체를 포함할 수 있다. 상기 1차 발진 및 2차 발진은 서로 동일 평면에 있을 수 있고, 상기 하나 이상의 애퍼처는 상기 2차 발진이 상기 하나 이상의 애퍼처를 통해 액체의 스트림을 분배하도록 상기 제2 방향을 따라 정렬될 수 있다.

다른 변형예에서, 유체 분배 장치는 일반적으로 근위 구획 및 원위 구획을 갖는 유체 저장소를 포함할 수 있으며, 상기 근위 구획의 측 표면(side surface)은 하나 이상의 애퍼처를 형성한다. 상기 장치는 또한 상기 유체 저장소의 상기 근위 구획을 보유하는 크기를 갖는 수용 채널을 형성하는 클램프 부재; 및 상기 클램프 부재와 진동 전달 가능하게 연결된 압전 액추에이터를 포함할 수 있고, 상기 압전 액추에이터의 작동은 상기 클램프 부재를 변형시켜 제1 방향을 따라 상기 근위 구획에 1차 발진을 부여하여 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향을 따라 상기 근위 구획에 2차 발진을 유도한다. 상기 1차 발진 및 2차 발진은 서로 동일 평면에 있을 수 있고, 상기 하나 이상의 애퍼처는 상기 근위 단부에서 유도된 2차 발진이 상기 하나 이상의 애퍼처를 통해 유체를 토출하기에 충분하도록 상기 제2 방향을 따라 정렬될 수 있다.

유체를 분배하기 위한 또 다른 변형예에서, 방법은 일반적으로 유체 저장소와 분리 가능하게 맞물리도록 구성된 압전 조립체를 제공하는 단계; 상기 유체 저장소의 근위 구획에 제1 방향을 따라 1차 발진을 부여하여 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향을 따라 상기 근위 구획에 2차 발진을 유도하는 단계로서, 상기 1차 발진 및 2차 발진은 서로 동일 평면에 있는, 상기 1차 발진을 부여하여 2차 발진을 유도하는 단계; 및 상기 근위 구획의 측 표면을 따라 형성된 하나 이상의 애퍼처로부터 유체를 토출하는 단계로서, 상기 하나 이상의 애퍼처는 상기 제2 방향을 따라 정렬된, 상기 유체를 토출하는 단계를 포함할 수 있다.

다른 실시예에서, 유체 토출 디바이스는 일반적으로 선택된 주파수에서 진동하도록 구성된 적어도 하나의 압전 액추에이터; 애퍼처를 통해 유체를 분배하도록 구성된 앰풀; 및 길이 방향 축을 형성하고 세장형 구획 및 장착 구획을 갖는 진동 전달 요소를 포함할 수 있다. 상기 세장형 구획은 상기 장착 구획으로부터 전이될 때 루멘(lumen)을 형성할 수 있으며, 상기 적어도 하나의 압전 액추에이터는 상기 장착 구획에 부착될 수 있고, 상기 앰풀은 조립될 때 상기 애퍼처가 상기 길이 방향 축과 정렬되도록 상기 세장형 구획에 제거 가능하게 부착될 수 있다.

유체를 방출하기 위한 하나의 사용 방법에서, 상기 방법은 일반적으로 길이방향 축을 형성하고 세장형 구획 및 장착 구획을 갖는 진동 전달 요소에 앰풀을 고정하되, 상기 앰풀에 의해 형성된 애퍼처가 상기 길이 방향 축과 정렬되도록 상기 앱플을 고정하는 단계; 상기 장착 구획에 고정된 적어도 하나의 압전 액추에이터를 작동시켜, 상기 장착 구획으로부터 상기 세장형 구획을 통해 상기 앰풀로 진동을 전달하는 단계; 및 상기 앰풀로부터 상기 애퍼처를 통해 유체를 방출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 앰풀의 또 다른 실시예에서, 상기 앰풀은 일반적으로 원통형 부분 및 테이퍼(tapered)진 부분을 갖는 앰풀 몸체로서, 상기 테이퍼진 부분은 상기 앰풀 몸체에 의해 형성된 부피 부분(volume)과 유체 흐름 가능하게 연결된 애퍼처를 형성하는 개구로 좁아지는, 상기 앰풀 몸체; 및 상기 앰풀 몸체의 내부 표면을 따라 대응하는 방식으로 외부 표면을 가지는 삽입물(insert)로서, 상기 애퍼처와 유체 흐름 가능하게 연결된 환형 모세관 통로가 상기 외부 표면과 내부 표면 사이에 형성된, 상기 삽입물을 포함할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일반적인 성질 및 그 특징 및 장점의 일부를 약술하였으나, 다음의 도면을 참조하여 본 명세서의 상세한 설명으로부터 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 특정 바람직한 실시예 및 변형예가 명백해질 것이다.
도 1a는 압전 클램핑 액추에이터 및 앰풀의 분해 사시도;
도 1b는 액추에이터에 의해 고정된 압전 클램핑 액추에이터 및 앰풀의 사시도;
도 2는 압전 클램핑 액추에이터의 단면 단부도;
도 3a는 고조파 분석(harmonic analysis) 결과 클램프 조임부를 팽창시키는 동안 굽힘 모드에서 압전 액추에이터의 단면 단부도;
도 3b는 고조파 분석 결과 클램프 조임부를 수축시키는 동안 굽힘 모드에서 압전 액추에이터의 단면 단부도;
도 4a는 취입-충전-밀봉 몰딩 공정을 통해 형성된 앰풀의 사시도;
도 4b는 취입-충전-밀봉 몰딩 공정에 의해 형성된 앰풀의 정면도;
도 4c 및 도 4d는 각각 몰드에 포함된 삽입물을 도시하는 앰풀의 단면도 및 측면도;
도 4e는 별개의 관형 부재로부터 부분적으로 형성된 앰풀 애퍼처의 다른 변형예의 상세 정면도;
도 5a는 드라이브 회로를 갖는 제어기 조립체를 또한 포함하는 압전 클램핑 액추에이터 내에 고정된 앰풀의 사시도;
도 5b 및 도 5c는 앰풀 및 압전 클램핑 액추에이터를 갖는 조립체의 정면도 및 측면도;
도 5d는 압전 클램핑 액추에이터와 인쇄 회로 기판 사이의 계면의 상세 측면도;
도 5e는 치료를 위해 눈과 정렬된 분배 디바이스의 측면도;
도 6a 및 도 6b는 부분적으로 관형인 요소를 갖는 액추에이터의 대안적인 실시예의 사시도;
도 7a 및 도 7b는 액추에이터의 세장형 구획 및 장착 구획의 역방향 상세 사시도;
도 8a 및 도 8b는 액추에이터의 측면도 및 조립 사시도;
도 9a 및 도 9b는 압전 액추에이터 조립체를 사용하는 분배 디바이스의 일 실시예의 다른 사시도;
도 10a 및 도 10b는 바이모프 압전 액추에이터 및 앰풀 홀더 요소의 다른 실시예의 사시도 및 조립 분해도;
도 10c 및 도 10d는 단일 압전-세라믹 판을 갖는 압전 액추에이터의 조립 분해도 및 사시도;
도 11a 및 도 11b는 압전 액추에이터, 앰풀, 및 컵(cup)과 대안적인 앰풀 홀더 요소의 사시도;
도 12a 및 도 12b는 앰풀의 조립 분해도 및 단면도;
도 13 및 도 14는 분배 조립체 및 하우징의 조립 분해도 및 사시도;
도 15 및 도 16은 하우징, 분배 조립체 및 앰풀의 조립 분해도 및 사시도;
도 17은 치료를 위해 눈과 정렬된 분배 디바이스의 측면도; 및
도 18은 개체에 의해 사용 시 분배 디바이스의 사시도.

본 명세서에 설명된 본 발명의 다양한 실시예는 안과 질환의 치료를 위해 안구 표면으로 약물을 전달하는 디바이스에 관한 것이다. 본 명세서에 설명된 시스템 및 방법에서, 액적은 고주파로 분배되지만, 전술한 바와 같이 전기 신호 입력에 따라 단일 점적 형식 또는 연속적인 스트림으로 분배된다. 액적이 생성될 때 액적은 일반적으로 수 백 피코리터 내지 약 1 나노리터 범위에 이르는 초소량을 갖는다. 일반적으로, 이러한 부피의 액적 또는 연속적으로(또는 불연속적으로) 시준된 단일 스트림은 깜박임 반사 작용을 유발하지 않는다.

본 명세서에 설명된 분배 디바이스 및 클램핑 액추에이터는 2016년 1월 11일자로 출원된 미국 특허 출원 14/992,975(미국 특허 공보 2016/0199225); 2016년 4월 8일자로 출원된 미국 특허 출원 15/094,849(미국 특허 공보 2016/0296367)의 참조 문헌 및 임의의 조합으로 보다 상세히 설명된 임의의 실시예와 함께 이용될 수 있고, 이들 선출원 문헌 각각은 그 전체 내용이 임의의 목적을 위해 본 명세서에 병합된다. 추가적으로 그리고/또는 대안적으로, 디바이스 및 방법이 안과 치료를 위해 안구 표면으로 또는 그 위로 액체 액적 또는 액체 스트림을 토출하기 위해 설명되었지만, 디바이스 및 방법은 임의의 수의 비-안과 분야, 예를 들어, 이학(otologic)과(예를 들어, 고막); 내시경(예를 들어, 위장관); 부인과(예를 들어, 자궁 경부, 자궁, 생식기(난관)); 복강경(예를 들어, 체강, 복강); 후두경(예를 들어, 인후, 성대); 기관지 내시경(예를 들어, 기관지 또는 다른 폐 조직); 비뇨 생식기(예를 들어, 방광, 전립선); 구강(예를 들어, 편도, 치과, 인두); 신경 외과(예를 들어, 두개골 드릴링된 구멍을 통해); 피부과(예를 들어, 국부 국소 화학 요법 또는 화학적 소작(cautery))에도 이용될 수 있다.

체강 내에 배치되는 디바이스(예를 들어, 내시경, 복강경 또는 후두경 디바이스)의 경우, 조립체는 강성 또는 가요성/관절형 샤프트를 따라 위치될 수 있으며, 여기서 압전 액추에이터 및 앰풀은 체강으로 들어가도록 원위 방향에 위치되고, 전력 공급원은 근위 방향에 위치되고 체강 밖에 남아 있고, 전기 전류는 압전 액추에이터를 활성화시키기 위해 기기의 강성 또는 가요성 샤프트 또는 가요성 암(arm)을 통해 진행한다. 일 실시예에서, 앰풀은 광원 및 카메라 렌즈의 원위 측 옆에 (예를 들어, 광이 샤프트 밖으로 나와 카메라 렌즈가 위치된 곳에 인접한 곳에) 존재한다. 대안적으로, 조립체에는 광원이나 카메라가 없으며, 이러한 요소는 별개의 기기에 제공된다. 다른 실시예에서, 앰풀 및 압전 액추에이터는 샤프트의 근위 크기에 남아 있어서, 애퍼처로부터 분배되는 유체가 샤프트의 길이에 걸쳐 진행하고 나서 샤프트의 원위 단부 또는 팁(tip)을 빠져 나가게 한다. 강성이거나 가요성/관절형 암의 길이는 용도에 따라 길이와 구경/직경이 다를 수 있다(예를 들어, 복강경, 내시경 및 위장관용으로는 비교적 길고, 이학과용으로는 상대적으로 더 짧고, 다른 것을 위해서는 중간이다).

분배 디바이스는 유리하게는 일회용, 제거 가능하거나 또는 분리 가능한 약물 또는 유체 패키지를 이용할 수 있으면서 바람직하게는 이후의 추가 사용을 위해 압전 액추에이터 또는 트랜스듀서를 보유하여, 다른 동작에 압전 액추에이터 또는 트랜스듀서를 재사용하는 것에 의해 경제적이고 비용 효과적인 접근법을 제공할 수 있다. 따라서, 설명된 임의의 실시예에서, 조립체는, 분리되거나 분리 가능하고 일회용 또는 재사용 가능한 앰풀로서 구현되는 앰풀을 갖는 재사용 가능한 액추에이터 및/또는 하우징을 이용할 수 있다. 대안적으로, 임의의 실시예에서, 액추에이터 및/또는 하우징은 앰풀과 통합될 수 있고, 이 경우 전체 조립체는 완전히 일회용이거나 또는 재사용 가능할 수 있다. 조립체의 다양한 구성 요소는 선택적으로 재사용 가능하거나 일회용일 수 있으며 이러한 구성 요소를 구현하는 것은 이것으로 제한하려고 의도된 것이 아니다.

도 1a 및 도 1b는 분배 디바이스 조립체(1000)의 일 변형예의 분해 사시도 및 조립 사시도를 도시한다. 디바이스 조립체(1000)는 일반적으로 압전 클램핑 액추에이터(1010) 및 분리 가능한 일회용 유체 충전된 앰풀(1020)을 포함할 수 있다. 앰풀(1020)은 일반적으로 벌브 또는 저장소 구획을 포함하는 제2 부분(1022), 및 일반적으로 이 제2 부분(1022)으로부터 연장되는 목부 또는 세장형 구획을 포함하는 제1 부분(1021)을 포함하는 얇은 벽을 갖는 열가소성 패키지를 포함할 수 있다. 제1 부분(1021)은 원형 또는 계란형(oval) 단면 형상을 갖는 원통형 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 삼각형, 정사각형, 오각형, 육각형, 팔각형 등과 같은 다른 단면 형상도 가능하다. 하나 이상의 애퍼처(1023)가 제1 부분(1021)의 벽에 위치된다.

압전 액추에이터 조립체(1010)는 일반적으로 하나 이상의 애퍼처(1023)에 인접하게 적어도 부분적으로 제1 부분(1021)의 원주 둘레를 클램프하거나 맞물리도록 구성된 압전 클램핑 액추에이터(1014)를 포함할 수 있다. 따라서, 클램핑 액추에이터는, 도 1b에 도시된 바와 같이, 억지 끼워 맞춤과 같은 고정 맞물림을 통해 조임부 부재((1016A), (1016B)) 사이에 형성된 수용 채널(1011)에서 제1 부분(1021)을 지지하고 맞물리도록 설계된 적어도 2개의 대향 조임부 부재((1016A) 및 (1016B))를 가질 수 있다. 앰풀의 제1 부분(1021)이 액추에이터 조립체(1010)의 조임부 부재((1016A), (1016B)) 사이에 맞물리면, 조립체(1010)는 또한 화살표((1014A) 및 (1014B))에 의해 도시된 바와 같이 앰풀의 벽을 클램핑하는 방향으로 발진 사이클을 인가할 수 있다. 앰풀의 제1 부분(1021)의 발진은 제1 부분(1021)의 단면을 주기적으로 변형시켜 이 부분을 예를 들어 원형과 타원형 사이에서 발진시켜 제1 부분(1021) 내에 보유된 유체에 음향 압력의 사이클을 생성할 수 있다.

도시된 바와 같이, 1차 발진은 제1 방향(1030)을 따라 제1 부분(1021)에 조임부 부재((1016A), (1016B))에 의해 부여되어 제1 방향(1030)에 수직인 제2 방향(1032)을 따라 제1 부분(1021)에 2차 발진이 유도될 수 있다. 따라서 1차 발진 및 2차 발진은 하나 이상의 애퍼처(1023)로부터 제1 부분(1021) 내에 보유된 유체(1024)를 토출시켜, 방출된 유체(1024)는 예를 들어 발진 주파수에 따라 개별 액적의 스트림으로 또는 유체의 연속적인 스트림으로서 토출될 수 있다. 방출된 유체(1024)는 제1 부분(1021)에 대한 유체(1024)의 초기 각도가 서로에 대해 수직이도록 조립체(1000)의 길이 방향 축에 법선인 방향으로 하나 이상의 애퍼처(1023)로부터 토출된다. 대안적으로, 유체(1024)는 제1 부분(1021)에 대해 일부 미리 결정된 각도로 방출될 수 있다. 또 다른 대안으로서, 예를 들어, 조립체(1000)가 개체의 눈에 대해 고정된 위치에 유지될 때 눈의 상이한 부위로 유체 스트림을 방출하기 위해, 다수의 유체 스트림은 균일한 각도로 또는 서로 다른 각도로 각각 있을 수 있는 상이한 애퍼처로부터 동시에 또는 순차적으로 방출될 수 있다.

일반적으로, 조임부 부재((1016A), (1016B))의 발진 진폭은 예를 들어 2 미크론 미만일 수 있다. 유체가 제1 부분(1021)으로부터 방출됨에 따라, 제2 부분(1022) 내에 보유된 유체는 사용 동안 제1 부분(1021)으로 유체의 연속적인 흐름을 제공할 수 있으며, 여기서 유체는 연속적인 또는 불연속적인 유체 스트림으로 제1 부분(1021)으로부터 방출될 수 있다. 앰풀(1020)의 제1 부분(1021)은 상대적으로 가벼운 힘에 의해, 일부 변형예에서는 전형적으로는 10 뉴턴 미만의 힘에 의해, 및 다른 변형예에서는 5 뉴턴 미만의 힘에 의해 압전 수용 채널(1011)에 삽입될 수 있다.

이제 도 2를 참조하면, 조임부 부재((1016A), (1016B)) 사이 수용 채널(1011) 내에 보유된 제1 부분(1021) 및 압전 액추에이터 조립체(1010)의 단면 단부도가 도시된다. 액추에이터 조립체(1010)는 베이스 판(1015)을 가질 수 있고 이 베이스 판으로부터 조임부 부재((16A), (16B))가 서로에 대해 병치되어 연장된다. 이 변형예에서, 제1 압전 세라믹 판(1012)은 제2 압전 세라믹 판(1013)에 접합될 수 있고, 이 제2 압전 세라믹 판은 베이스 판(1015)에 접합될 수 있다. 수동 층(1017)은 선택적으로 두 개의 압전 세라믹 판((1012) 및 (1013)) 사이에 위치될 수 있다. 더욱이, 이들 2개의 판((1012), (1013))은 각각의 판이 반대되는 폴링(polling) 방향으로 배향되도록 면 대 면이 서로 접합될 수 있다. 판((1012), (1013))의 크기 및 형태는 베이스 판(1015)의 크기 및 형태뿐만 아니라 서로에 대해 정합(matched)될 수 있다. 이러한 압전 적층체는 각 압전 세라믹 판((1012), (1013))이 서로 반대 방향으로 팽창 및 수축한다는 점에서 바이모프 벤더(Bimorph Bender)라고도 알려져 있다. 도시된 변형예는 제2 판(1013)이 화살표(1013P)로 도시된 바와 같이 평면으로 수축하도록 구성될 때 동시에 제1 판(1012)이 화살표(1012P)로 도시된 바와 같이 평면으로 팽창하도록 구성되어 압전 세라믹 적층체가 발진하여 굽힘 모드를 발생시킬 수 있는 방식을 보여준다. 베이스 판(1015)은 고강도 에폭시 등과 같은 구조용 접착제에 의해 압전 세라믹 적층체에 부착될 수 있다. 이러한 방식으로, 압전 적층체가 구부려지면 클램프 부재(1014)가 구부려져, 클램핑 조임부((1016A), (1016B))가 앰풀의 제1 부분(1021)에 클램핑 힘을 주기적으로 가하여, 결과적인 2차 발진(1032)에 의해 애퍼처로부터 그 내부에 보유된 유체를 후속해서 토출시킨다.

도 3a 및 도 3b는 클램핑 조임부((1016A), (1016B)) 및 앰풀의 제1 부분(1021)의 주파수 응답을 예시하기 위해 유한 요소 해석(finite element analysis)에 의해 생성된 고조파 분석의 결과를 도시한다. 이들 도면은 적어도 22,000㎐의 발진 주파수에서 클램핑 조임부((1016A), (1016B))가 압전 세라믹 판((1012), (1013))에 의해 작동되어 도시된 방향(1030)으로 발진하여 앰풀의 제1 부분(1021)을 교대로 압착해서 원형 단면을 계란형 또는 타원형으로 압박하는 것을 보여준다. 일반적으로, 압전 조립체를 작동시킬 때, 클램핑 조임부의 동작 주파수는 그 공진 주파수 근처 또는 공진 주파수일 수 있다. 예시의 목적을 위해, 앰풀의 편향은 4000배 확대된 것이다. 분석 및 실제 측정에 따르면, 하나 이상의 애퍼처(1023) 부근의 앰풀의 제1 부분(1021)의 진폭은 단지 예를 들어 약 1 미크론이라는 것을 보여준다. 실제 측정은 레이저 진동계(laser vibrometer)(Model Polytec Gmbh, D-76337 발트브론 폴리텍 플라츠에 소재)에 의해 수행되었다.

앰풀(1020)을 제조할 때, 제1 부분(1021) 및 제2 부분(1022)은 서로 부착된 개별 요소로서 구성될 수 있거나 또는 단일의 통합된 구조로 구성될 수 있다. 이들 부분은 하나의 동일한 물질, 또는 상이한 물질 특성을 지닌 두 개의 다른 물질로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 제1 부분(1021)은 상대적으로 더 강성의 물질로 제조될 수 있는 반면, 제2 부분은 상대적으로 더 가요성인 물질로 제조될 수 있다. 제1 부분(1021) 및 제2 부분(1022)은 다양한 방식으로 서로 맞물릴 수 있다. 예를 들어, 루어-락(luer-lock) 기구가 제1 부분(1021)과 제2 부분(1022)을 연결하는데 사용될 수 있다. 다른 예에서, 천공 기구 또는 나사 조임 기구가 사용될 수 있다. 일부 기구에서, 제2 부분(1022)으로부터 유체는 제1 부분(1021) 내로 방출될 수 있다. 앰풀(1020)을 제조하기 위한 일례가 도 4a에 사시도로 도시되어 있고, 도 4는 몰드에 삽입되는 노즐 부재를 포함하는 취입-충전-밀봉 몰딩 공정을 통해 제조될 수 있는 앰풀(1020)을 도시한다. 취입 몰딩 공정은 정밀도가 제한되어 있기 때문에, 취입 몰딩에 의해 분배 애퍼처와 같은 작은 특징부를 생산하는 것이 어려울 수 있다. 따라서, 애퍼처를 포함하는 삽입물 부재(1041)가 사출 성형 또는 레이저 드릴 기술을 사용하여 별도로 제조될 수 있다. 삽입물(1041)은 취입 몰드 공동 내에 배치될 수 있으며, 취입 몰드 공정 동안 취입 몰딩된 부품에 의해 포획(captured)될 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 취입 몰딩 공정 이후 최종 형상의 앰풀(1040)의 사시도 및 정면도를 도시한다. 도 4d는 취입 몰딩된 앰풀(1040)의 최종 형상의 측면도이다. 도 4c는, 몰드 내에 배치되고 취입 몰딩된 앰풀에 의해 포획된 삽입물 부재(1041) 및 결과적인 앰풀의 취입 몰딩된 것을 보여주는 앰풀의 측단면도를 도시한다. 삽입물(1041)은 또한 밸브 또는 벤트(vent)와 같은 다른 특징부를 포함할 수 있다. 취입 몰딩된 앰풀은 일반적으로 예를 들어 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 등으로 제조될 수 있는 반면, 삽입물 부재(1041)는 예를 들어 델린(Delrin)

(E.I. du Pont de Nemours 및 Company) 아세탈 호모폴리머 수지, 폴리프로필렌 등으로 제조될 수 있다.

하나 이상의 애퍼처(1023)를 제조하는 것과 관련하여, (예를 들어, 100 미크론 정도의) 이러한 작은 직경의 애퍼처를 형성하는 것은 레이저 가공과 같은 가공 시 열가소성 물질의 거동 때문에 비교적 어려울 수 있다. 하나의 변형예는 애퍼처가 보다 높은 정확도 및 정밀도로 형성될 수 있도록 앰풀 제조와는 별도로 애퍼처를 갖는 구조물을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 구조물은 캡톤(Kapton)

(E. I. du Pont de Nemours and Company)과 같은 광범위한 온도 범위에서 안정된 폴리이미드 필름을 사용하는 것을 포함할 수 있다. 다른 적절한 폴리이미드 물질은 예를 들어 캡톤

및 PTFE의 조성물, 나일론(E.I. du Pont de Nemours and Company)과 같은 합성 중합체 등을 포함할 수 있다.

도 4e를 참조하면, 일부 변형예에서 제1 부분(1021)은 하나 이상의 애퍼처(1023)가 제공된 캡톤

과 같은 폴리이미드로 제조된 얇은 벽을 갖는 관형 부재(1042)를 포함할 수 있고, 여기서 관형 부재(1042)는 앰풀과는 별도로 제조될 수 있고, 그리고 나서 비교적 큰 개구를 형성하는 제1 부분(1021)의 외부 직경에 고정, 예를 들어, 압입될 수 있다. 이 개구는 애퍼처(1023)를 통해 유체를 토출하기 위해 관형 부재(1042)의 내부 표면과 유체 접촉이 가능하도록 관형 부재(1042)에 의해 덮일 수 있다. 관형 부재(1042)의 안정된 열적 특성 때문에, 하나 이상의 애퍼처가 레이저 마이크로 가공되고/되거나 드릴링될 수 있다. 관형 부재(1042)는 예를 들어, 6㎜의 내부 직경 및 예를 들어 0.1㎜의 벽 두께, 및 예를 들어 0.070 내지 0.130㎜의 출구 개구를 갖는 하나 이상의 애퍼처(1023)를 가질 수 있다. 하나 이상의 애퍼처(1023)는 효율적으로 유체 토출을 제공하기 위해 선택적으로 테이퍼질 수 있다.

분배를 위해 다수의 애퍼처를 사용하는 다른 변형예에서, 각각의 애퍼처는 연무를 형성하기보다는 개별 스트림의 고유성을 보존하도록 구성될 수 있다. 애퍼처 크기 및 애퍼처들 사이의 간격과 같은 인자는 유체의 개별 스트림을 형성하는 것을 유지하고 개별 유체 스트림이 병합되거나 융합되는 것을 최소화하거나 억제하기 위해 적절히 조절될 수 있다. 예를 들어, 비교적 큰 크기, 예를 들어, 80 내지 100 미크론을 각각 갖는 애퍼처는 동등한 부피의 유체를 전달하기 위해 비교적 짧은 펄스 지속 기간을 허용할 수 있다. 또한, 이러한 크기를 갖는 애퍼처는, 그렇지 않은 경우, 예를 들어, 10 내지 12 미크론 범위의 보다 작은 크기의 애퍼처를 차단하거나 막을 수 있는 일반적으로 메틸셀룰로스 또는 카복시-메틸셀룰로스, 하이알루론산 유도체 또는 다른 하이드로겔로 구성된 인공 눈물과 같이 비교적 높은 점도를 갖는 유체를 사용하는 것을 허용할 수 있다.

분배 디바이스와 함께 사용될 수 있는 유체 또는 유체들은 예를 들어, 치료, 유체가 가해지는 신체 부위 등에 따라 임의의 수의 제제를 포함하도록 변할 수 있다. 사용될 수 있는 다양한 유체 또는 제제의 예는, 예를 들어, 항감염제(항생제, 항 바이러스제 등을 포함하지만 이에 국한되지 않음); 항염증제(스테로이드 및 비-스테로이드 항염증제(NSAIDS) 등을 포함하지만 이에 국한되지 않음); 항알레르기(항히스타민 및 비만 세포 안정제 등을 포함하지만 이에 국한되지 않음); 항균제; 혈관 수축제; 산동제(동공 확장제); 지혈제(동공 수축제); 생물학적 제제(예를 들어, 단백질, 조작된 단백질 등); 작은 분자; 마취제; 진통제; 안압 강하제(프로스타글란딘 유사체, ROK 억제제, 베타 차단제, 탄산 탈수 효소 저해제 및 알파 작용제 등을 포함하지만 이에 국한되지 않음); 윤활제(식염수, 중합체 용액, 프로테오글리칸, 글리코사미노글리칸, 탄수화물 등을 포함하지만 이에 국한되지 않음); 요오드 유도체; 등 및/또는 이들의 다양한 조합을 포함할 수 있다(그러나 이들로 국한되지 않음). 설명된 디바이스와 함께 이용될 수 있는 추가의 약물 및 제제는 미국 공보 2017/0344714 및 미국 특허 9,087,145에 보다 상세히 개시된 임의의 개수의 제제를 포함할 수 있으며, 이들 선출원 문헌 각각은 전체 내용이 임의의 목적을 위해 본 명세서에 병합된다.

앰풀(1020) 및 액추에이터 조립체(1010)를 포함하는 분배 디바이스 조립체(1000)는 액추에이터 조립체(1010)가 위치될 수 있는 플랫폼 또는 기판을 포함할 수 있는 제어기를 통해 제어될 수 있다. 도 5a는, 제1 단부에 회로 구획(1005C)을 포함하고, 액추에이터 조립체(1010)가 장착될 수 있는 제2 단부에 압전 장착 구획(1005P)을 포함하는 인쇄 회로 기판(PCB)(1005) 상에 액추에이터 조립체(1010)가 직접 장착될 수 있는 대안적인 클램핑 트랜스듀서 조립체(1200)의 조립 사시도를 도시한다. 따라서, 앰풀(1020)의 제1 부분(1021)이 클램핑 조립체(1014) 내에 고정될 때, 구성 요소는 PCB(1005) 상에 지지된 조립체를 형성할 수 있다. 회로 구획(1005C)에 있는 PCB(1005) 상에 장착된 압전 드라이버 회로부(1051)는 앰풀(1020) 내에 포함된 유체의 작동 및 토출을 제어하기 위해 액추에이터 조립체(1010)와 전기적으로 연결된, 예를 들어, 프로그래밍 가능한 프로세서를 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 압전 클램프(1014)는 제2 압전 세라믹 판(1013)에 접합된 제1 압전 세라믹 판(1012)을 포함할 수 있고, 여기서 제1 압전 세라믹 판(1012)은 압전 장착 구획(1005P)을 따라 PCB(1005)에 장착될 수 있고, 클램프(1014)는 제2 압전판(1013)의 면에 구조적으로 접합될 수 있다. 압전 세라믹 판((1012) 및 (1013))은 모두 서로에 대해 정렬될 수 있고, 압전 세라믹 판((1012 및 1013))과 PCB(1005)의 조합은 바이모프 벤더라고 알려진 적층체를 형성할 수 있고, 이들은 전술한 바와 같이 굽힘 모드에서 발진하여 클램핑 모드에서 발진하도록 전기적으로 구성된 클램프(1014)에 발진기 클램핑 작용을 일으켜, 유체(1024)의 액적 또는 스트림을 하나 이상의 애퍼처(1023)로부터 토출시킬 수 있다.

다른 변형예에서, PCB(1005)를 각각의 판((1012), (1013)) 사이에 끼우기 위해 제1 압전 세라믹 판(1012)은 PCB(1005)의 제1 측 또는 후방 측(side)에 장착될 수 있고, 제2 압전 세라믹 판(1013)은 PCB(1005)의 제2 측 또는 전방 측에 장착될 수 있다. 클램프(1014)는 전술한 바와 같이 제2 압전 세라믹 판(1013)에 장착될 수 있으며, 판((1012), (1013))은 서로에 대해 정렬된 채로 유지될 수 있다. 일 변형예에서, 압전 세라믹 판((1012), (1013))은 모든 전자 부품(1051)을 조립하는 솔더 리플로우 공정 동안 PCB(1005)에 솔더링될 수 있다. 이 변형예에서, PCB(1005)는 수동 층으로서 기능하고, 도 5c 및 도 5d의 측면도 및 상세 측면도에 도시된 바와 같이, 집합적으로 바이모프 벤더를 형성한다. 판((1012), (1013))이 서로 직접 장착되고 나서 PCB(1005)에 장착된 장착 형태, 또는 PCB(1005)가 판((1012), (1013)) 사이에 끼워진 장착 형태 중 어느 하나는 본 명세서에 설명된 앰풀(1020), PCB(1005), 제어기 및/또는 하우징 변형예 중 임의의 것에 이용될 수 있다.

PCB(1005)의 압전 장착 구획(1005P)은 하나 이상의 절결부(cutout)에 의해 회로 구획(1005C)으로부터 적어도 부분적으로 격리(isolated)될 수 있다. 이제 도 5b의 정면도를 참조하면, 절결부((1052), (1054), (1053), (1055))는 PCB(1005)의 외부 에지로부터 횡방향 내측으로 연장될 수 있고, 압전 장착 구획(1005P)의 예를 들어 근위 방향 및 원위 방향에 위치된 채널 또는 노치를 형성할 수 있다. 절결부((1052), (1054), (1053), (1055))는 압전 장착 구획(1005P)으로부터 나머지 PCB(1005) 및 회로 구획(1005C) 부분으로 진동이 전달되는 것을 적어도 부분적으로 격리, 방지 또는 제한할 수 있다. 다른 변형예에서, 절결부 대신에, 다른 진동 감쇠(damping) 기구가 압전 장착 구획(1005P)을 진동 면에서 격리시키는데 사용될 수 있다. 전자 장치는 전자 장치로부터 진동을 격리할 뿐만 아니라 유체, 파편 등으로부터 전자 장치를 보호하기 위해 디바이스의 기계적 부분으로부터 밀폐되고/되거나 격리될 수 있다.

본 명세서에 설명한 바와 같이, 유체 토출 디바이스는 전체 투여량이 눈의 표면에 도달하는 것을 보장하기 위해 작동 전에 하나 이상의 애퍼처를 안구 표면 또는 하부 결막 영역에 정렬하거나 또는 목표로 하는 것을 돕는 광학 정렬 기구를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 5e는 환자의 눈(1060)에 대해 위치된 예시적인 정렬 기구(1064)를 갖는 액추에이터 조립체의 측면도를 도시한다. 정렬 기구(1064)는 본 명세서에 설명된 임의의 변형예를 포함하거나 또는 액추에이터 조립체와 함께 사용될 수 있는 임의의 수의 다른 광학 정렬 디바이스를 포함할 수 있다. 하우징은 단지 명료함을 위해 도시되어 있지 않다.

유체를 토출하기 전에, 사용자는 치료될 눈(1060)을 정렬 기구(1064)와 정렬하여, 디바이스가 치료될 눈(1060)의 광축(1062) 또는 동공의 중심과 정렬되도록 할 수 있다. 따라서, 광축(1062)과 적절히 정렬하면, 미리 설정된 오프셋 거리(D)에 따라, 도시된 바와 같이, 광축(1062)에 대해 미리 결정된 작은 거리(D), 예를 들어, 4 내지 12㎜만큼 오프셋되어 하나 이상의 애퍼처(1023)를 적절히 위치시킬 수 있다. 디바이스가 작동되면, 유체의 스트림(예를 들어, 연속적인 액적 스트림 또는 불규칙한 액적 스트림)이 눈(1060) 또는 결막 조직의 목표 표면에 도달하고, 동공으로부터 상기 언급된 거리(D)만큼 오프셋되어 유체를 침착시킬 것이다.

액추에이터(2000)의 또 다른 대안적인 실시예에서, 앰풀로부터 유체를 분배하기 위해 일회용 약물 앰풀(2015)을 발진시키도록 구성된 트랜스듀서 조립체가 도 6a의 분해 사시도에 도시되어 있다. 조립체는 예를 들어 눈의 각막 표면 또는 환자 신체의 다른 부위로 유체를 분배하는데 사용될 수 있다. 이 실시예는 일반적으로 예를 들어 직사각형 구획으로 구성된 트랜스듀서 장착 구획(2002)으로부터 원위 방향으로 연장되는, 예를 들어, 부분적으로 관형인 요소로 형성된 세장형 구획(2001)을 갖는 진동 전달 요소를 포함할 수 있다. 두 구획((2001) 및 (2002))은 두 구획 사이에 테이퍼진 또는 단차진(stepped) 전이를 형성할 수 있는 접합부(2003)를 통해 서로 융합될 수 있다.

접합부(2003)는 장착 구획(2002)으로부터 반경 방향으로 돌출하여, 전술한 바와 같이, 세장형 구획(2001)으로 전이되어 세장형 구획을 형성할 수 있으며, 세장형 구획은 길이 방향으로 연장되고 길이방향 축(2005)을 중심으로 대칭으로 연장되고 나서 축(2005)에 대해 수직으로 형성된 편평한 계면 표면(2012)에서 종료된다. 전체 조립체((2001), (2002), (2003))는 바람직하게는 예를 들어 3㎬보다 더 큰 탄성 계수를 갖는 열가소성 물질, 예를 들어, 아크릴, 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌(ABS), 폴리아릴에터케톤(Peek) 등으로 형성될 수 있다. 조립체는 또한 선택적으로 금속으로 형성될 (예를 들어, 기계 가공, 주조 등) 수 있다.

트랜스듀서 장착 구획(2002)은 트랜스듀서 조립체(2000)의 길이 방향 축(2005)에 대해 그리고 서로에 대해 대칭으로 및 평행하게 정렬된 편평한 장착 표면((2004A) 및 (2004B))을 갖게 형성될 수 있다. 압전판((2006A) 및 (2006B))은 서로 유사하거나 동일한 크기를 가질 수 있고 서로 양측에 장착된다. 장착 구획(2002)은 사용 시 조립체(2000)의 고정을 용이하게 하기 위해 구획(2002)의 일측 또는 양측으로부터 연장되는 하나 이상의 장착 돌출부(2007)를 더 포함할 수 있다.

트랜스듀서 조립체(2000)는 선택적으로 비교적 저가의 일회용 제품을 제공할 수 있는 열가소성 물질로 제조될 수 있기 때문에, 압전판((2006A) 및 (2006B))을 장착하고 배열하는 것이 유리하다. 미국 특허 4,655,393; 4,352,459; 및 미국 특허 공보 2010/44460에 설명된 것과 같은 종래의 길이 방향 트랜스듀서는 일반적으로 알루미늄 또는 스테인레스 스틸과 같은 금속으로 만들어진다. 이들 참조 문헌 각각은 그 전체 내용이 임의의 목적을 위해 본 명세서에 병합된다. 이러한 트랜스듀서는 종종 압전판을 트랜스듀서 샤프트의 단부 면에 클램핑하는 클램핑 특징부를 갖고 있는데, 즉 압전판의 평면 표면은 트랜스듀서의 축에 수직이고, 이러한 배열은 트랜스듀서가 압전판을 고정하기 위한 클램핑 나사를 포함하게 한다. 그러나, 클램핑 응력 하에서 열가소성 물질은 시간이 지나면서 크리프(creep)되는 경향이 있어서 선부하(preload) 힘이 완화되고 트랜스듀서의 기능은 시간이 지남에 따라 저하되는 것이 발견되었다. 따라서, 압전판((2006A) 및 (2006B))은, 판((2006A) 및 (2006B))과 표면((2004A) 및 (2004B)) 사이의 계면에서 있을 수 있는 불연속성이 최소화되는 한, 클램핑 힘을 이용하기보다는 접착제를 통해 각각의 장착 표면((2004A) 및 (2004B))에 단순히 부착될 수 있다. 플라스틱 트랜스듀서 조립체의 장점은 플라스틱이 매우 저렴한 비용으로 임의의 원하는 형상으로 몰딩될 수 있고 판((2006A), (2006B))을 클램핑할 필요성을 완전히 제거할 수 있어서 제조 비용을 크게 절감할 수 있다는 것이다.

세장형 구획(2001)은 도시된 바와 같이 균일한 벽 두께를 형성하는 관형 부재로 연장되고 관형 부재를 형성할 수 있다. 구획(2001)은 부분적으로 중공형일 수 있고, 장착 구획(2002) 및 접합부(2003)로부터 전이될 때 루멘(2014)을 형성할 수 있다. 도시된 세장형 구획(2001)은 관형 구획으로 형성될 수 있지만, 타원형, 팔각형, 육각형, 오각형, 직사각형 등의 다른 단면 형상도 사용될 수 있고, 구획(2001)의 길이는 예를 들어, 1 내지 10㎝의 범위 내 임의의 길이일 수 있다. 그러나, 구획(2001)이 관형 부재로서 형성될 때, 이 단면 형상은 압전판((2006A) 및 (2006B))으로부터 구획(2001)의 길이를 통해 진동을 전달하는데 최적일 수 있다.

앰풀 장착 요소(2008)는 세장형 구획(2001)의 원위 단부 상에 장착되되, 요소(2008)의 제1 근위 측(2011)이 계면 표면(2012)과 접촉하고/하거나 이 계면 표면 상에 접촉하고, 요소(2008)의 제2 원위 측(2010)이 앰풀(2015)과 계면을 형성하도록 제공되도록 구성될 수 있다. 요소(2008)는 앰풀(2015)과 결합하기 위한 앰풀 맞물림 특징부(2009)를 더 형성할 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 요소(2008)는 근위 측(2011)을 통해 세장형 부재(2001)의 단부에 연결된 컵 형상 부재로 형성될 수 있다. 컵-형상 형태의 내부 직경은 예를 들어 억지 끼워 맞춤 또는 임의의 다른 고정 기구를 통해 세장형 구획(2001)의 원위 단부에 고정되게 맞물릴 수 있다. 이 실시예에서, 앰풀 맞물림 특징부(2009)는 길이방향 축(2005)과 정렬되는 나사산 형성된 개구로 형성될 수 있다.

이제 앰풀(2015)로 돌아가면, 앰풀(2015)의 근위 단부는 앰풀(2015)의 몸체(2016)로부터 근위 방향으로 연장되는 맞물림 로드(engagement rod)(2017)로 형성될 수 있다. 로드(2017)에는 나사산이 형성되어 앰풀 장착 요소(2008)의 앰풀 맞물림 특징부(2009)와 선택적으로 나사산으로 맞물릴 수 있다. 이에 의해 앰풀(2015)은 장착 요소(2008)에 나사산으로 고정 맞물릴 수 있고, 앰풀(2015)은 조립체(2000)로부터 쉽게 제거되고 교체될 수 있는데, 예를 들어, 사용 후 앰풀(2015)이 비워졌을 때 쉽게 교체될 수 있다. 앰풀의 다른 실시예는 로드(2017) 대신에 다른 부착 특징부, 예를 들어, 마찰 고정구, 자성 결합구 등을 이용할 수 있다.

앰풀(2015)은 몸체(2016)로부터 개구(2019)를 형성하는 원위 단부로 좁아지는 원위 테이퍼진 구획(2018)을 더 포함할 수 있고, 앰풀(2015) 내에 포함된 유체 또는 제제는 조립체(2000)의 사용 동안 이 개구를 통해 분배될 수 있다. 앰풀(2015)의 저장소 부피는 또한, 예를 들어, 0.2㎖ 내지 5㎖ 또는 보다 바람직하게는 0.5㎖ 내지 1.5㎖의 범위 내 임의의 부피일 수 있으나, 다른 부피도 적절히 가능할 수 있다.

도 6b는 부분적으로 조립된 조립체(2000)의 사시도를 도시한다. 장착 요소(2008)는 세장형 구획(2001)의 원위 단부에 부착되어 맞물림 로드(2017)를 수용할 준비가 된 것으로 도시되어 있다. 이 실시예에서, 앰풀(2015)은 분배 애퍼처(2019)가 형성된 편평한 원위 단부(2020)를 갖게 도시되어 있다.

도 7a 및 도 7b는 세장형 구획(2001) 및 장착 구획(2002)의 역방향 상세 사시도를 도시한다. 도 7a는 명료함을 위해 조립체를 투명하게 도시한다. 도시된 바와 같이, 세장형 구획(2001)은, 내부 벽(2030)이 원추형 구역(2031) 내에 형성되도록 구획(2001)의 내부를 적어도 부분적으로 관통하여 형성된 루멘(2014)을 가질 수 있고, 여기서, 이 내부 벽은 원추형 구역을 따라 세장형 구획(2001)의 근위 부분을 통해 루멘(2014)보다 직경이 더 작은 제2 루멘(2032)으로 좁아지거나 테이퍼진다. 이 제2 루멘(2032)은 장착 구획(2002)을 관통 연장될 수 있고, 구획(2002)의 근위 단부에 형성된 개구(2033)에서 종료될 수 있다. 이 루멘은 누출될 수 있는 임의의 유체를 배수시키고 또한 조립체가 진동할 때 루멘(2014) 내에 압력차가 발생하는 것을 방지하기 위해 루멘(2014) 내로 채널을 제공할 수 있다.

사용 동안, 조립체의 측면도를 도시하는 도 8a를 참조하면, 2개의 압전판((2006A), (2006B))은 대칭으로 정렬되고 서로에 대해 평행하게 보일 수 있다. 판((2006A), (2006B))은 동일한 극성 배향과 전기적 연결을 갖도록 구성되기 때문에, 2개의 판((2006A), (2006B))은, 진동 방향(2040)에 의해 지시된 바와 같이, 판((2006A), (2006B)) 사이의 위상 이동 없이 및 동일한 방향으로 동시에 팽창 및 수축될 수 있다. 이러한 방식으로, 판((2006A), (2006B))이 (본 명세서에 설명된 바와 같이) 펄스 생성기를 통해 진동하도록 작동될 때 판((2006A), (2006B)) 아래 장착 구획(2002)에서 세장형 구획(2001)의 길이 방향 고유 주파수와 같은 주파수로 응력이 발생한다. 이 진동은 장착 구획(2002), 접합부(2003)를 통해 세장형 구획(2001)으로 전달된다. 그 결과, 응력은 음향파의 전파 원리에 따라 세장형 구획(2001)의 원통형 벽을 통해 전후로 전파되고, 세장형 구획(2001)은 진동 방향(2041)으로 도시된 바와 같이 그 길이방향 축(2005)을 따라 연장되고 수축되는 비교적 높은 진폭으로 진동한다. 세장형 구획(2001), 장착 구획(2002) 및 접합부(2003)는 일체형 부재를 형성하도록 단일 물질로 제조될 수 있기 때문에, 발진은 디바이스를 통해 비교적 방해받지 않고 전파될 수 있다.

앰풀 장착 요소(2008)는 세장형 구획(2001)의 원위 단부에 고정 부착되기 때문에, 요소(2008)의 면은 세장형 구획(2001)의 실질적으로 동일한 공진 주파수에서 공진하도록 강제될 수 있다. 이 고유 주파수에서, 요소(2008)의 면은, 세장형 구획(2001)에 대해 요소(2008)의 변위 운동을 나타내는 진동 방향(2042) 및 가상 선(2044)으로 지시된 바와 같이 환형 개구(2009)의 원주 근처의 진폭이 요소(2008)에 대해 가장 높도록 굽힘 모드에서 진동할 수 있다.

유리하게는, 최고 진폭에서 발진(2042)이 앰풀의 몸체(2016)에 전달되어 앰풀 몸체(2016)의 대응하는 발진(2043)을 초래하도록 앰풀은 로드(2017)를 통해 개구(2009)에 부착될 수 있다. 그 결과, 환자의 눈 또는 환자 신체의 다른 부위를 치료하기 위해, 도 8b의 사시도에 도시된 바와 같이, 앰풀(2015) 내에 포함된 유체가 앰풀 몸체(2016)로부터 애퍼처(2019)를 통해 유체의 스트림(2045)으로 토출될 수 있다. 펄스 생성기에 의해 생성된 주파수에 따라, 스트림(2045)은 분배될 때 동일 선상에서 정렬된 개별 액적의 스트림으로서 토출될 수 있다. 펄스 생성기가 임계 주파수를 넘는 주파수를 생성하는 경우, 스트림(2045)은 개별 액적이 하나의 연속적인 유체 스트림으로 합쳐지도록 구성될 수 있다.

도 9a 및 도 9b는 압전 액추에이터 조립체(2000)를 사용하는 분배 디바이스(2050)의 일 실시예의 다른 사시도를 도시한다. 조립체는 디바이스(2050)의 원위 단부에 노출된 환형 개구(2009)를 갖는 디바이스 하우징 내에 수용될 수 있다. 앰풀 로드(2017)는 전술한 바와 같이 환형 개구(2009)를 통해 디바이스(2050)에 삽입되거나 달리 부착될 수 있다. 일단 앰풀이 적절히 부착되고 안착되면, 앰풀 분배 애퍼처(2019)가 오프셋 거리만큼 오프셋되어 광원(2052)의 보어(2053)와 정렬되게 된다. 본 명세서에 설명한 바와 같이, 광원(2052)의 보어(2053)는 눈의 광축 또는 동공의 중심과 정렬되지만, 분배 애퍼처(2019)는 눈의 광축에서 미리 결정된 거리, 예를 들어, 2 내지 20㎜만큼 아래로 오프셋된다. 따라서, 디바이스(2050)가 예를 들어, 하나 이상의 제어 장치(2051)를 조작함으로써 작동될 때, 분배된 유체 스트림은 토출되어 치료를 위해 광축 아래의 눈 영역에 도달될 수 있다.

트랜스듀서 조립체의 또 다른 실시예에서, 도 10a 및 도 10b는 전술한 실시예와 유사하게 기능하는 압전 트랜스듀서(3000)의 사시도 및 분해 사시도를 도시한다. 트랜스듀서(3000)는 분배될 유체를 포함하는 앰풀(3030)을 보유하고 유지할 수 있는 앰풀 홀더(3020)를 포함하는 바이모프 액추에이터(3010)를 포함한다. 본 명세서에 설명한 바와 같이, 바이모프 액추에이터(3010)에 의해 생성된 초음파 발진은 앰풀 홀더(3020) 및 그 내 앰풀로 전파되어, 유체에 음향 압력의 사이클을 생성하여 앰풀의 팁에서 애퍼처(3033)로부터 액적(3032)을 토출시킬 수 있다.

바이모프 액추에이터(3010)는 하나의 수동판(3011)과 2개의 능동 압전-세라믹 판((3012), (3013))의 적층체를 포함할 수 있는데, 이 적층체는 수동판(3011)이 2개의 압전-세라믹 판((3012), (3013)) 사이에 놓이고, 하나의 압전-세라믹 판이 수동판의 각 양측에 놓이도록 구성된다. 수동판((3011A) 및 (3011B))의 면은 하나의 압전-세라믹 판(3012)의 면 및 하나의 압전-세라믹 판(3013)의 면에 각각 부착되거나 접합될 수 있는 반면, 수동판 자체는 접합 계면(3025)을 통해 캔틸레버 판으로서 앰풀 홀더(3020)로부터 연장된다. 압전-세라믹 판((3012), (3013))의 발진은 아래에 더 설명되는 바와 같이 수동판(3011)으로 전달되고 연결부를 통해 앰풀 홀더로 전달된다.

일 실시예에서, 압전-세라믹 판((3012), (3013))은 수동판에 부착된 것에 비해 화살표((3012P), (3013P))로 지시된 바와 동일한 압전 폴링 배향, 및 이 압전 폴링에 대해 동일한 전기적 연결을 가질 수 있어서, 이에 따라 2개의 압전-세라믹 판이 교류 전압 신호를 수신할 때, 바이모프 액추에이터(3010)는 측방향 치수를 따라 팽창 및 수축하여 화살표(3011L)로 도시된 바와 같이 측방향으로 발진 진폭을 생성할 수 있다. 측방향 발진은 구조 판과 앰풀 홀더(3020) 사이의 부착을 통해 앰풀 홀더(3020)로 전달된다.

전술한 압전-세라믹 판 형태와 유사한 이 실시예는 2개의 대칭적으로 부착된 판을 사용하는 것을 도시하지만; 다른 실시예에서는, 2개보다 적거나 2개보다 많은 판이 이용될 수 있다. 추가적으로, 원하는 대로 상이한 형태를 갖는 판의 다른 변형이 사용될 수 있는 것은 본 설명의 범위 내에 있다.

교류 전기 신호의 주파수는 측방향 또는 길이 방향 모드에서 분배 디바이스의 공진 주파수와 실질적으로 동일하다. 일 실시예에서, 바이모프 액추에이터(3010)의 길이는 예를 들어 15㎜일 수 있고, 그 폭은 예를 들어 10㎜일 수 있다. 수동판은 앰풀 홀더와 일체형 부분일 수 있고, 여기서 압전 액추에이터(3010)의 전체 길이는 예를 들어, 35㎜일 수 있고, 앰풀 홀더의 직경은 예를 들어, 8 내지 12㎜일 수 있다. 압전 액추에이터의 공진 주파수는 예를 들어 22.5 kHz일 수 있다. 캔틸레버 판 또는 선택적으로 수동판은 앰풀 홀더의 길이 방향 축(3026)에 대해 소정의 각도로 연장될 수 있기 때문에 수동판(3011)은 앰풀 홀더에 대해 수직으로 연장될 수 있다.

앰풀 홀더(3020)에 쉽게 부착되거나 분리될 수 있는 앰풀(3030)은 아래에서 더 설명될 것이다. 도 10b를 참조하면 앰풀(3030)은 앰풀(3030)의 몸체로부터 분배 애퍼처의 출구 개구를 형성하는 비교적 작은 개구(3033)로 테이퍼지도록 원추형 형상(3032)으로 전이하는 원통형 형상(3031)을 가질 수 있는 것을 볼 수 있다. 앰풀(3030)은 원통형 몸체의 단부에 플랜지(3034)를 더 포함할 수 있고, 이 플랜지는, 플랜지(3034)가 앰풀 홀더(3020)의 면(3021)에 유지될 때 앰풀 홀더(3020)로부터 초음파 발진을 수신하기 위해 앰풀 홀더(3020)와 맞물리는 데 사용된다. 이 플랜지(3034)는 앰풀(3030)의 몸체와 일체화되어, 두 개 사이에 계면이 형성되지 않는 것을 보장할 수 있지만, 다른 변형예에서 플랜지(3034)는 별개의 요소로서 형성되어 앰풀(3030) 몸체에 고정 부착될 수 있다.

앰풀(3030)은 플랜지(3034)의 면으로부터 작은 거리, 전형적으로 예를 들어 1 내지 4㎜ 거리에서 앰풀(3030)의 원주 둘레에 배열된 돌출부 또는 범프(bump)(3035)의 원형 어레이를 더 포함할 수 있다. 돌출부(3035)는 앰풀 홀더(3020) 내부에 앰풀(3030)을 고정 보유하기 위한 앵커링 점(anchoring point)으로서 사용될 수 있다. 이러한 돌출부 또는 범프는 또한, 돌출부(3035)가 앰풀 홀더(3020) 내에 앰풀(3030)을 고정 보유하는 한, 임의의 수의 상이한 형태로 형성될 수 있을 뿐만 아니라 임의의 수의 패턴으로 배열될 수 있다.

앰풀 홀더(3020)는 단부 면(3021) 및 앰풀의 직경보다 약간 더 큰 직경을 갖는 내부 보어(3022)를 포함한다. 내부 보어는 예를 들어 둥근 원주 돌출부와 같은 형상일 수 있는 내부 직경 주위에 범프 또는 제한 특징부(3023)를 가질 수 있다. 앰풀(3030)이 앰풀 홀더(3020)에 삽입될 때, 돌출부(3035)가 범프(3023)를 부분적으로 가로지면서 플랜지(3034)는 단부 면(3021)과 맞물릴 수 있다. 이러한 방식으로, 앰풀(3030)은 앰풀 홀더의 단부 면에 확실하게 클램핑될 수 있어서, 초음파 발진이 효과적으로 전달될 수 있다. 도 10a는 앰풀이 앰풀 홀더(3020)에 보유될 때 앰풀(3030)을 도시한다. 일반적으로, 앰풀(3030)을 앰풀 홀더에 삽입하는 힘은, 예를 들어, 5N 미만이다.

도 10c 및 도 10d는 단일 압전판 및 2개의 수동판을 갖는 액추에이터를 사용하는 대안적인 압전 트랜스듀서를 도시한다. 도시된 바와 같이, 액추에이터(3010)는 단일 압전-세라믹 판(3010)과 2개의 수동판((3011), (3012))의 적층체를 포함할 수 있고, 이 적층체는 압전-세라믹 판(3010)이 두 개의 수동판((3011), (3012)) 사이에 놓이고, 하나의 수동판이 압전-세라믹 판의 각 측에 놓이도록 구성된다. 압전-세라믹 판(3010)의 양측과 접촉하는 수동판((3011), (3012))의 면은 압전-세라믹 판(3010)의 면에 부착되거나 접합될 수 있는 반면, 두 개의 수동판((3011), (3012))은 앰풀 홀더(3020)에 구조적으로 연결된다. 압전-세라믹 판(3010)의 발진은 수동판((3011), (3012))으로 전달되고 연결부를 통해 앰풀 홀더(3020)로 전달된다. 일 실시예에서, 교류 전기 신호의 주파수는 측방향 또는 길이 방향 모드에서 분배 디바이스의 공진 주파수와 실질적으로 동일하다. 추가적으로, 이 변형예에서, 2개의 수동판((3011), (3012))이 길이 방향 축에 대해 대칭으로 정렬되도록 압전-세라믹 판(3010)은 앰풀 홀더(3020)의 길이방향 축을 따라 장착될 수 있다.

도시된 바와 같이, 액추에이터(3010)는 하나 또는 두 개의 압전-세라믹 판 및 하나 또는 두 개의 수동판을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 수동판은 열가소성 엘라스토머, 예를 들어, 아크릴 또는 PEEK로 제조될 수 있다. 엘라스토머는 약 60㎬의 탄성 계수를 갖는 압전-세라믹 물질의 탄성에 비해 약 3㎬의 상대적으로 낮은 탄성 계수를 갖는다. 이것은 이후 상대적으로 더 얇은 압전판을 사용하여 구조적 변형의 사이클을 생성할 수 있게 한다. 더 얇은 압전-세라믹 판은 이에 비례하여 더 낮은 입력 전압을 필요로 하므로, 실질적으로 DC-DC 컨버터와 같은 전압 부스트 회로부를 포함할 필요를 제거한다. 따라서 전술한 바와 같이 열가소성 물질로부터 측방향 길이 방향 트랜스듀서를 제조하면 전자 회로의 비용을 줄이고 그로 인해 제품 자체의 비용을 줄일 수 있다. 측방향 또는 길이 방향 트랜스듀서 및 앰풀 홀더는 예를 들어 사출 성형 공정에 의해 열가소성 물질로 제조될 수 있는데, 예를 들어, 4㎬보다 더 낮은 탄성 계수, 보다 바람직하게는 3㎬ 내지 4㎬의 탄성 계수를 갖는 열가소성 물질로 제조될 수 있는 반면, 압전-세라믹 판의 두께는 예를 들어 1㎜ 미만, 바람직하게는 예를 들어 0.5㎜ 미만일 수 있다.

이제 도 11a를 참조하면, 앰풀(3030)은 저장 동안 및 미사용 기간 동안 애퍼처(3033)의 개구를 밀봉하는 컵 또는 캡(cap)(3040)을 포함할 수 있다. 컵 또는 캡(3040)은 외부 나사산(3036) 또는 다른 특징부와 맞물리도록 구성될 수 있거나 또는 앰풀 홀더(3020)를 통해 보유될 수 있다. 앰풀(3030)은 임의의 배향으로 유체를 분배할 수 있어서, 사용자(P)는 자기의 머리를 편리하게, 예를 들어, 지면을 향해 아래쪽으로 경사지게 위치시킬 수 있는 반면, 분배 디바이스(3050)는 소정의 각도로 기울어질 수 있는데, 도 18에 도시된 바와 같이, 수평에 대해 각도(Θ)로 위쪽으로 기울어질 수 있다. 이 자세에서 앰풀에 저장된 액체는 중력으로 인해 애퍼처로부터 멀리 이동될 수 있으나, 본 실시예에서, 앰풀(3020)은 앰풀(3020) 배향 및 그 내부의 유체 레벨에 관계없이 유체를 애퍼처로 직접 끌어당기는 모세관 특징부를 포함할 수 있다.

도 11b는 화살표로 도시된 바와 같이 홀더(3020)의 팽창을 수용하기 위해 홀더(3020)의 측면을 따라 홈(groove) 또는 채널을 형성할 수 있는 앰풀 홀더(3020)의 다른 변형예의 사시도이다. 앰풀(3030)이 홀더(3020)에 삽입되거나 제거될 때, 홀더(3020)의 양 측면은 홈 또는 채널이 존재하는 것으로 인해 반경 방향으로 연장될 수 있어 앰풀(3030)을 고정시키거나 해제할 수 있다.

도 12a 및 도 12b는 앰풀 조립체(4000)의 조립 분해도 및 측단면도를 도시한다. 앰풀 조립체(4000)는 중공 원통형 몸체(3030)를 포함하고 이 중공 원통형 몸체는 이 원통형 몸체로부터 분배 애퍼처(3037)의 출구를 형성하는 좁은 개구(3033)로 테이퍼진 원추형 형상(3032)으로 전이하는 것을 볼 수 있다. 앰풀은 앰풀(3030) 내부에 배치될 수 있는 삽입물(3030i)을 더 포함하고, 이 삽입물은 외부 표면(3031i)과 앰풀(3030)의 내부 표면(3038) 사이에 갭을 형성할 수 있다. 삽입물(3030i)은, 앰풀(3030)에 의해 형성된 내부 형상 또는 체적에 대응하지만 삽입물(3030i)의 몸체가 유사하게 원통형일 수 있도록 약간 더 작고 원추형 형태로 테이퍼진 형상을 가질 수 있다. 도 12b는 삽입물(3030i)이 앰풀(3030)의 내부에 배치될 때 앰풀(3030)의 단면도를 도시한다. 삽입물(3030i)의 외부 표면이 대응하는 방식으로 앰풀(3030)의 내부 표면을 따르도록 2개의 표면 사이에, 예를 들어, 전형적으로 0.3 내지 1㎜의 갭(3033i)이 형성되는 것을 볼 수 있다. 이러한 방식으로, 도시된 바와 같이 삽입물(3030i)의 외부 표면과 앰풀(3030)의 내부 표면 사이에, 심지어 두 요소의 원추형 부분 사이에서도 일관된 또는 균일한 갭이 형성될 수 있다.

이 갭(3033i)은 유체를 앰풀(3030)로부터 애퍼처(3037)로 끌어당기는 환형 모세관 통로를 생성한다. 삽입물(3030i)은 그 원주 주위에 하나 이상의 개구(3034i)를 포함할 수 있고, 이 하나 이상의 개구에 의해 유체는 앰풀(3030)의 중심으로부터 개구(3034i)를 통해 환형 모세관 갭(3033i) 및 애퍼처(3037)로 흐를 수 있다. 환형 모세관 갭(3033i)의 내부 표면은 "친수성 코팅 조성물 B(HYDROPHILIC COATING FORMULA B)"(Coating 2Go, 매사추세츠주 칼라일 소재)와 같은 친수성 코팅으로 처리될 수 있다.

따라서, 유체가 갭(3033i)을 통해 모세관 작용을 통해 애퍼처(3037)로 직접적으로 끌어당겨지기 때문에, 어떠한 펌핑 기구도 필요치 않다. 오히려, 모세관 작용은, 애퍼처로 유체가 이동하는 것이 앰풀(3030)이 사용자에 의해 유지되는 배향과 독립적이고, 앰풀(3030) 내에 포함된 유체 레벨과도 독립적인 것을 보장하는데, 즉 앰풀(3030)로부터 유체를 분배하는 것은 중력과 독립적이라는 것을 보장한다. 종래의 유체 저장소는 일반적으로, 특히 유체 레벨이 애퍼처에 비해 떨어지면, 예를 들어, 사용자가 극단적인 각도로 유체 저장소를 유지할 때 또는 유체가 낮아질 때 분배할 유체를 끌어당기기 위해 약간의 능동적인 펌핑 기구를 요구한다.

앰풀(3030)의 배향에 관계없이 또는 앰풀(3030) 내에 남아 있는 유체의 양에 관계없이, 예를 들어, 유체가 낮아질 때와 관계없이, 앰풀(3030)과 삽입물(3033i) 사이에 생성된 모세관 작용은 유체가 애퍼처(3037)로 끌어당겨지는 것을 보장한다.

앰풀(3030)과 삽입물(3030i)은 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌과 같은 열가소성 중합체, 바람직하게는 친수성 중합체, 또는 친수성을 갖도록 그 표면이 개질된 중합체로 제조될 수 있다. 삽입물(3030i)은 친수성 다공성 폴리프로필렌(Porex Corporation, 조지아주 페어번 소재)으로부터 제조될 수 있다. 앰풀에는 유체가 앰풀로부터 분배될 때 압력을 등화시킬 수 있는 벤트 구멍(3038)이 더 제공될 수 있다. 도시된 바와 같이, 앰풀(3030)에는 디바이스가 미사용 중일 때 애퍼처(3033)의 개구를 폐쇄하는 컵 또는 캡(3040)이 제공될 수 있다. 컵 또는 캡(3040)은 예를 들어, 나사산 맞물림(3036)(3041) 또는 다른 맞물림 기구에 의해 앰풀 몸체에 부착될 수 있으며, 컵 또는 캡(3040)의 테이퍼진 구멍(3042)을 앰풀의 테이퍼진 단부(3032)로 밀봉한다.

컵 또는 캡(3040)이 앰풀(3030)과 완전히 맞물리면, 애퍼처(3033)와 벤트 구멍(3038)은 모두 밀봉된다. 벤트 구멍(3038)의 직경은 앰풀로부터의 유체의 유출 또는 누수를 방지할 만큼 충분히 작은, 예를 들어, 0.1 내지 0.6㎜의 범위일 수 있다. 원추형 구획(3036)의 각도 치수(Ang)는 예를 들어 30도 내지 60도의 범위일 수 있는 반면, 앰풀의 벽 두께(Thk)는 예를 들어 0.3 내지 1㎜의 범위일 수 있다. 앰풀의 직경(D)은 일반적으로 예를 들어 4 내지 10㎜인 반면, 그 길이(L)는 앰풀에 저장될 원하는 액체 부피에 기초하여 변할 수 있는데, 액체 부피는 일반적으로 예를 들어 0.5 내지 3㎖이다. 앰풀 조립체(3000)는 무균 약물을 충전한 후 앰풀을 밀봉하는 단부 컵(3030c)을 더 포함할 수 있다.

이제 도 13을 참조하면, 도 13은 초음파 트랜스듀서(3020) 및 하우징(3050)을 포함하는 유체 토출 디바이스(5000)의 분해도를 도시한다. 하우징(3050)은 초음파 트랜스듀서 및 그 전자 회로부, 배터리, 및 또한 광학 조준 디바이스(3052)를 위한 인클로저를 제공한다. 초음파 트랜스듀서(3020)에는 하우징(3050) 내에 초음파 분배기를 포획하는 연장부 또는 돌출부(3027)가 제공될 수 있다. 하우징(3050)은 개체에 의해 파지, 조작 또는 운반하는데 적합한 임의의 수의 형상 또는 크기로 구성될 수 있다. 예를 들어, 하우징(3050)은 일반적으로 개체에 의해 사용하기에 직관적인 디바이스를 만들기 위해 종래의 압착-병 점안기의 폼 팩터(form factor)와 유사하게 구성될 수 있다. 하우징(3050)은 활성화 스위치(3051) 및 조준 특징부(3052)를 더 포함할 수 있다.

도 14는 앰풀 홀더(3020)가 내부에 삽입된 상태에서 하우징(3050)이 조립된 조립체(6000)를 도시하고, 또한 도 15는 앰풀 홀더(3020)뿐만 아니라 앰풀(3030)을 갖는 하우징(3050)에 컵 또는 캡(3040)이 별도로 추가된 것을 도시하는 분해도를 도시한다. 도 16은 앰풀(3030)이 앰풀 홀더(3020) 내에 완전히 삽입될 때 하우징(3050)을 도시하는 유체 토출 디바이스의 사시도를 도시한다.

일부 실시예에서, 유체 토출 디바이스는 본 명세서에서 더 설명된 바와 같이, 작동 전에, 분배 애퍼처를 안구 표면 또는 하부 결막 영역에 정렬시키거나 목표로 설정하기 위한 광학 장치를 포함할 수 있다. 이러한 정렬은 총 투여량이 눈의 표면에 도달하는 것을 보장한다. 이제 도 17을 참조하면, 분배 디바이스는 정렬 고정구를 갖는 부분 단면도로 도시된다. 일 변형예에서, 정렬 특징부는 관형 부재(3080) 및 광원(3081)을 포함하는 것을 볼 수 있다. 튜브(3080)는 근위 개구(3080A) 및 원위 개구(3080B)를 갖는 반면, 원위 개구는 예를 들어 적색 LED 등과 같은 LED(3081)와 같은 광원(3080) 근처에 위치되고, 튜브의 근위 개구(3080A)는 사용자의 눈(3089) 부근으로 근접하게 된다. 관형 부재(3080)는 액적(3032)의 액적 사출 방향과 평행하지만, 미리 결정된 거리(D)만큼 오프셋되어 배치될 수 있다. 분배 디바이스의 작동 전에, 사용자는 치료될 눈을 튜브의 근위 개구(3080A)와 정렬시킬 수 있고, 튜브의 원위 단부에 있는 LED 광(3081)이 보일 때까지 디바이스의 배향을 조작할 수 있다. 이러한 방식으로, 디바이스는 치료될 눈의 광축 또는 동공의 중심과 정렬되게 된다.

분배 노즐(3033)은 미리 설정된 오프셋 거리(D)에 따라, 튜브(3084)의 광축에 대해 미리 결정된 작은 오프셋 거리(D), 예를 들어, 4 내지 12㎜에 위치될 수 있다. 디바이스가 작동될 때, 유체의 스트림(예를 들어, 액적의 연속적인 스트림 또는 불연속적인 스트림)이 눈 또는 결막 조직의 목표 표면에 도달하여, 동공으로부터 전술한 오프셋 거리에 유체를 침착시킬 수 있다.

광학 튜브(3080)는 예를 들어, 20, 30 또는 40㎜의 길이를 가질 수 있는 반면, 그 내부 직경은 예를 들어 1 내지 5㎜ 범위이다. 튜브의 내부 표면은 광학적으로 흑색의 비-반사 코팅으로 선택적으로 코팅될 수 있다.

전술한 개시된 발명의 응용은 설명된 실시예에 국한되지 않고 임의의 수의 다른 응용 및 용도를 포함할 수 있다. 본 발명을 수행하기 위한 전술한 방법 및 디바이스의 변형, 및 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 본 발명의 양태의 변형은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 또한, 실시예들 사이의 양태의 다양한 조합도 또한 고려되며, 이것도 본 발명의 범위 내인 것으로 고려된다.

Claims

분배 장치로서,
유체가 그를 통해 분배될 수 있는 애퍼처를 갖는 제1 부분 및 상기 유체를 포함하도록 구성된 제2 부분을 갖는 유체 패키지;
상기 제1 부분에 대해 발진하여, 상기 유체가 상기 애퍼처를 통해 분배되도록 상기 제1 부분 내의 상기 유체에 연속적인 힘을 부여하도록 구성된 액추에이터(actuator) ; 및
상기 분배되는 유체가 안구 표면에 도달하는 것을 보장하기 위해 상기 애퍼처를 상기 안구 표면과 정렬시키는 정렬 기구
를 포함하는 분배 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 서로 일체형인 분배 장치.
제1항에 있어서, 상기 액추에이터는 억지 끼워 맞춤을 통해 상기 유체 패키지에 고정되는 것인 분배 장치.
제1항에 있어서, 상기 애퍼처는 테이퍼진(tapered) 것인 분배 장치.
제1항에 있어서, 상기 유체의 작동 및 토출을 제어하기 위한 인쇄 회로 기판 구획을 더 포함하는 분배 장치.
제1항에 있어서, 상기 정렬 기구는 광학 특징부를 포함하고, 이에 의해 사용자는 상기 광학 특징부가 상기 사용자에게 상기 장치가 정렬된 것을 나타낼 때까지 상기 장치의 배향을 조작함으로써 상기 안구 표면을 상기 애퍼처와 정렬시킬 수 있는 것인, 분배 장치.
제6항에 있어서, 상기 광학 특징부는, 광원이 상기 사용자에게 보일 때 상기 장치가 정렬된 것을 나타내는 광원을 포함하는 것인 분배 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 부분에 벤트 구멍을 더 포함하는 분배 장치.
제1항에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 유체 패키지의 교체를 허용하도록 상기 유체 패키지로부터 제거가능한 것인 분배 장치.
제1항에 있어서, 상기 애퍼처와 개구를 통해 유체가 토출될 수 있도록 하는 개구를 가진, 상기 유체 패키지 및 액추에이터를 둘러싸는 하우징을 더 포함하는 분배 장치.
유체를 목표 부위에 분배하는 방법으로서,
유체를 포함하는 저장소, 상기 유체가 그를 통해 분배되는 애퍼처, 및 상기 유체가 상기 애퍼처를 통해 분배되도록 상기 유체에 연속적인 힘을 부여하는 액추에이터를 갖는 디바이스를 상기 유체를 수용하기 위한 상기 목표 부위와 정렬시키는 단계;
상기 유체에 연속적인 힘을 부여하고 상기 애퍼처를 통해 상기 유체를 분배하도록 상기 액추에이터를 활성화시키는 단계; 및
상기 유체를 목표 부위에 전달하는 단계
를 포함하는, 유체를 목표 부위에 분배하는 방법.
제11항에 있어서, 상기 디바이스는 상기 유체가 분배될 때 상기 저장소 내의 압력을 균등화하는 벤트 구멍을 포함하는 것인, 유체를 목표 부위에 분배하는 방법.
제11항에 있어서, 상기 정렬시키는 단계는 목표 부위에 광원을 정렬시키는 단계를 포함하는 것인, 유체를 목표 부위에 분배하는 방법.