NO885164L - Fremgangsmaate og anordning for dosering av pulver. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en ny fremgangsmåte for dosering av findelte faststoffer ved hjelp av mekaniske svingninger og anordninger for utførelse av fremgangsmåtene.

Faste stoffer har en ujevn overflate. Dette betinger høye friksjonsverdier, som ved pulvere, f.eks. svært findelte anorgan-iske stoffer eller mikroniserte legemidler (blant hvilke van der Waalske krefter spiller en stor rolle) vanskeliggjør eller hindrer utstrømning gjennom små åpninger (dyser). Dosering av fine og svært fine faste stoffer er derfor ofte bare mulig når disse stoffer drives ut av forrådsbeholderen i forbindelse med et bæremedium. Dette gjelder keramikk- og smykkeindustrien, hvor keramikkdeler blandes med vann og suspensjonen påføres med pensel eller ved påsprøyting. Mikroniserte legemidler blir oftest overført ved hjelp av aerosol-drivgasser, f.eks. for inhalering eller nasal applikasjon.

De ønskete påføringsmetoder kan imidlertid bare brukes når der foreligger en homogen blanding av strømningsmiddel/flytende-gjort drivgass og suspendert stoff. Ettersom den faste og den flytende fase som regel har forskjellig tetthet, vil det ofte, tildels allerede etter kort brukstid, skje en utskilling eller avblanding. Som følge av dette er det i henhold til teknikkens stilling i smykkeindustrien i dag ikke mulig å påføre svært findelte materialer automatisk. Ved anvendelse av doseringsaero-soler for terapeutiske formål må der før applikering sørges for en homogenisering av suspensjonen ved hjelp av vibrering. Den i seg selv uønskete utbringelse av drivgasser er imidlertid fortsatt nødvendig.

Det er tidligere gjort forsøk på å minske partiklenes ujevnhet eller ruhet ved hjelp av en forbehandling. Dette har imidlertid ikke gitt tilfredsstillende resultater.

Særlig oppstår vanskeligheter når det er nødvendig med en foranderlig dosering. Således kan det være nødvendig i en prosess, innledningsvis å la små mengder av et pulver strømme gjennom en dyse og først i avhengighet av prosessparametrene heve doseringsytelsen. Dette kan ikke oppnås ved kjente fremgangsmåter og anordninger.

For inhalerende anvendelse av farmasøytiske prepareringer kommer det også på tale å tilsette det virksomme stoff i enkelt- doser i den innåndete luft. I denne forbindelse er det imidlertid nødvendig å tømme enkeltdosene, f.eks. i hargelatinkapsler, som krever teknisk avanserte fremgangsmåter.

Formålet med oppfinnelsen er å foreslå en fremgangsmåte og anordning for dens utførelse, hvorved det blir mulig å avgi faste materialer/virkestoffer med svært liten partikkelstørrelse, i bestemte mengder fra en doseringsanordning, om ønskelig med foranderlig dosering, uten anvendelse av drivgass eller flussmid-del.

Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved at partiklene som skal avgis settes i så sterke svingninger i en beholder som er forsynt med en liten åpning henholdsvis en dyse, at de faller ut av åpningen/dysen, så lenge svingningsforløpet vedvarer.

Løsningen ifølge oppfinnelsen oppfyller samtidig følgende fordringer: a) den avgitte mengde pr. tidsenhet kan holdes konstant; b) den avgitte mengde kan varieres i samsvar med de fordringer prosessen stiller (forskjellig avgivningsmengde pr. tidsenhet); c) anordningen er lett håndterlig; cl) den kan med enkle innretninger bringes i bruks- stilling, brukes og igjen fjernes. (I smykkeindustrien, hvor ofte flere farger (f.eks. emaljepulver) må anvendes etter hverandre, innebærer koplingen av hensiktsmessig mange doseringsenheter ifølge oppfinnelsen med en posisjoneringsinnretning enn fordelaktig løs-ning) ; c2) innen medisinteknikken kan anordningen fremstilles så kompakt at brukeren lett kan ta den med seg; d) anordningen kan forsynes med en kjent lukkemekaniske og eventuelt med en utmålingsanordning, slik at avgivningsmengden kan avgrenses nøyaktig hver gang; e) systemet er rimelig i fremstilling og miljøvennlig.

Oppfinnelsesgjenstanden kan anvendes over alt der bestemte,

særlig små mengder fint pulver skal utmåles. Passende anvendel-sesområder er følgelig f.eks. smykke- og keramikkindustrien såvel som medisinteknikken. I denne spiller utporsjonering av legemidler i pulverform ved inhalering samt også nasal applikasjon en betydelig rolle. Ved anvendelse av oppfinnelsen kan nå - uten bruk av drivgasser - slik som ved aerosol-fremstillingen vesentlig mer nøyaktig doserte mengder medisinpulver utporsjoneres.

Anordningen ifølge oppfinnelsen består hovedsakelig av en avgiverdyse (eventuelt forbundet med en forrådsbeholder), koplet til et system som frembringer mekaniske svingninger.

Koplingen kan inntreffe middelbart eller umiddelbart. Ved den umiddelbare kopling blir dysen (eventuelt med forrådsbeholder) direkte forbundet med en spole. En gjennom spolen strømmende intermitterende strøm sørger for at partiklene i beholderen kommer i svingninger. I resonansområdet er svingningen så stor at partiklene bare i liten grad eller nesten ikke berører hverandre. På grunn av denne effekt utgjør overflateruheten ikke lenger noen prosessbestemmende størrelse og også de van der Waalske krefter overvinnes. På grunn av partiklenes egen-bevegelse, forårsaket av svingningen, skjer det ikke lenger noen sperredannelse foran dyseåpningen, dvs. der er ingen gjensidig hindring mellom partiklene, som isteden faller i ønsket mengde gjennom dysehalsen henholdsvis dyseåpningen.

På grunn av endringen i frekvens og amplitude ved den tilførte energi kan den berørende overflate innstilles nøyaktig. Dersom frekvensen ligger langt fra partiklenes egenresonans, vil partiklene berøre hverandre - den gjennomfallende partikkelmengde avtar.

Da partikkelstørrelsen i alminnelighet befinner seg i et begrenset toleransefelt, kan man ved endring av parameteren frekvens, amplitude og stilling dosere gjennomstrømningsmengden nøyaktig.

Ved en annen utføringsform av den middelbare kopling blir en membran påklebet dysen. Membranen er koplet til et svingnings genererende system, f.eks. bestående av en spole og en oscilla-tor. Slike systemer kan fremstilles i miniatyr- eller submini-atyrutførelse, slik at fordringene til en kompakt utførelse blir tatt hensyn til.

Oscillatorfrekvensen er i ovennevnte eksempel foranderlig gjennom svingkretsparametrene (motstand, induktivitet, kapasi-tet) , amplituden er foranderlig ved regulering/styring av forsterkningen.

Forsøk med laboratorie-fremstilte prøver har bekreftet den nøyaktige doserbarhet.

Dersom man forbinder oscillatorkoplingen med sensorer, så er avgivningsmengden foranderlig i samsvar med prosessfordringene. Slik kan den utstrømmende mengde virksomme stoffer i medisinske prosesser tilpasses pasientens innåndingsstrøm.

For å øke doseringsnøyaktigheten er det i en ytterligere utføringsform sørget for at doseringssystemets fyllingsnivå holdes under løpende oppsikt og reguleres innenfor gitte tole-ransegrenser. Dette kan skje f.eks. ved anvendelse av optoelek-troniske sensorer eller ved anvendelse av vektsensorer.

Ved en ytterligere utføringsform blir svingningene ikke frembragt elektromagnetisk i form av en spole med anker, men elektromotorisk. Doseringssystemet tilkoples en elektromotor med ubalanse. Endringene i frekvens og amplitude frembringes ved endring av motorens turtall og forandring av dens ubalanse.

Ved en ytterligere utføringsform blir svingningen frembragt ved hjelp av mekaniske konstruksjonsgrupper, f.eks. en fjærmotor med ubalanse. Fordelen med denne løsning er at en ekstern hjelpeenergi i form av elektrisk energi ikke må tilføres. Dessuten unngår man miljøproblemer på grunn av batterier.

Ved en annen utføringsform blir svingningen frembragt ved anvendelse av pneumatikk og/eller fluidikk.

Ved en annen utføringsform blir svingningene frembragt ved hjelp av svingningsgenerator som er basert på piezoeffekten eller alternativt ved hjelp av ultralyd-svingningsgenerator.

Ved en ytterligere utføringsform, dette gjelder særlig for større enheter, blir de svingningsgenererende systemer montert direkte i forrådsbeholderen. Derved kan magnetiseringen skje utenfra ved hjelp av elektromagnetiske felt eller ved direkte energitilførsel i forrådsbeholderen, sammenkoplet med dysen.

Dersom systemet etter doseringen befinner seg i ro, kan lukkemekanismen eventuelt sløyfes. Men dersom systemet befinner seg i kontinuerlig bevegelse, er det helt nødvendig med en lukkemekanisme. Denne kan være utført f.eks. i form av en sleide eller i form av en dyseåpning som forandrer seg. Ved en utfør-ingsform er således dyseåpningen elastisk utformet. Den kan dermed lett forandres ved hjelp av rent mekaniske såvel som elektriske eller elektromagnetiske reguleringsorganer.

Ved en ytterligere utføringsform er dyseåpningen sammenkoplet med en måleinnretning. Måleinnretningen gir dosering av minste absolutte mengder. Eksakt dosering av virksomme stoffer er uunngåelig innen medisinteknikken.

Uttaksforløpet kan skje i trinnene 1. dosering, 2. uttak. Ved en utføringsform er f.eks. to måleinnretninger i form av halvskall eller gjennomborete hull forsynt med oppsamlingsinnret-ning. Halvskallene er dreibart opplagret. Derved kan et halvskall alltid være fylt, og fra det andre kan materialet/ virkestoffet tas ut.

Ved en ytterligere utføringsform er to eller flere halvskall eller også bare ett integrert i en skive og skyves intermitterende under dysen.

I en ytterligere utføringsform utgjør doseringssystemet en del av en håndteringsinnretning. Derved sikres at ved anvendelse i keramikkindustri tar en robot ut de enkelte doseringssystemer med hver sin farge fra en innretning, fører dem til arbeidsstykk-et , gir et utløsningssignal til doseringssystemets styrings-/ reguleringskopling, keramikkpartiklene påføres sammen med rotorarmenes bevegelse, og doseringssystemet blir lagt tilbake igjen. I denne stilling blir den ved hjelp av en øvre lukkemekanisme igjen automatisk fylt fra en forrådsbeholder. Innenfor rammen av medisinteknikken er lignende anvendelser mulig. Således kan f.eks. doseringssystemet være så kompakt at det er bygget opp i størrelsesorden som et lite sprøytehode.

Avgivelse, særlig av ekstremt findelte pulvere, (noe mikroniserte legemiddelstoffer) kan forbedres ved at man innblan-der større partikler (størrelse > 10 ym) eller også vesentlig mindre partikler (størrelse < 1 yim) av legemiddelstof f et eller et fysiologisk akseptabelt hjelpestoff. Forbedringen av flyteevnen til mikroniserte legemiddelstoffer og håndterbarheten på grunn av disse foranstaltninger er i og for seg kjent.

Fuktighetsinnflytelse på innholdet i dysen eller forråds-beholderne kan forstyrre. For å holde fuktighetsinnflytelsen liten kan det f.eks. i forrådsbeholderen anordnes et, ved hjelp av en passende membran, f.eks. Goretex®, adskilt rom som opptar et tørkemiddel såsom silikagel. Særlig i forbindelse med inhaleringsterapien kan der mellom dysen og munnstykket som pasienten inhalerer gjennom innkoples en enveisventil. Derved forhindres at den fuktige luft ved utånding kommer frem til eller inn i dysen. I alle tilfeller er det ved anvendelse av oppfinnelsen på terapeutiske områder rådelig å sørge for en godt avtettet lukking av dysen, som bare åpnes ved uttak av pulveret.

Utføringsformer av oppfinnelsen skal forklares nærmere i tilknytning til de medfølgende figurer.

Figur 1 viser et doseringssystem ifølge oppfinnelsen som enkeltkonstruksjonsgruppe. Den til gruppens forrådsbeholder 1 hørende dyse 2 kan henholdsvis åpnes og lukkes ved hjelp av en elektromagnetisk manøvrert sleide 3. Det svingningsgenererende system av spoler omfatter sekundærviklingen 4 og primærviklingen 5 som ligger i holderinnretningen 6. Når en pulserende strøm strømmer med en bestemt frekvens gjennom spolen 5, så settes systemet i svingninger. Partiklene 7 løses fra hverandre og faller gjennom dyseåpningen.

Doseringssystemet er ved hjelp av en fleksibel slange 8 forbundet med en større forrådsbeholder. Tilgangen til denne forrådsbeholder styres via en sleide/åpner 9. Sleiden/åpneren er i sin tur forbundet med nivåsensoren 10 og 11. Sensoren 10 måler det maksimale, og sensoren 11 det minimale nivå.

Dersom selve dysen ikke skal kunne bevege seg, f.eks. ved eksakt posisjonering, kan det svingningsgenererende system være integrert i forrådsbeholderen. Alternativt kan materialet enkelt blandes med partikler som ved hjelp av elektromagnetiske felt kan settes i bevegelse, f.eks. liten, ikke-rustende jernpartikkel. Denne partikkel må imidlertid være slik dimensjonert at den ikke kan falle gjennom dyseåpningen. Figur 2 viser eksakt dosering av utgangsmengden ved hjelp av en måleinnretning. Dysen er betegnet med 12. Måleinnretningen er i form av en roterende sirkelskive 13 med fordypninger 14. I det viste utføringseksempel er fordypningene ganske enkelt gjennomborete hull. I dyseområdet under hullene befinner det seg en fast plate 15. Utstrømningen skjer således som følger: i første trinn blir måleinnretningen 14 fylt. Deretter dreies sirkelskiven videre og partiklene faller ned gjennom måleinnretningen. Samtidig blir den andre måleinnretning fylt på nytt, slik at ved hver syklus vil den utmålte mengde materiale/virke-stoff falle ut. Figur 3 viser en kompakt, enkel utføringsform av oppfinnelsen. Den består i det vesentlige av en liten høyttaler med magneten 16, spolen 17 og membranen 18 påklebet kunststofftapper 19. Den overfører høyttalerens svingninger til innholdet i den med en kunststoffhylse 20 forsynte glassdyse 21 som inneholder pulveret som skal avgis. Åpningen 22 er hensiktsmessig forsynt med en i og for seg kjent lukkeinnretning.

Ved hjelp av høyttaleren blir de elektriske svingninger, som genereres i en firkantgenerator, omdannet til mekaniske svingninger. Høyttaleren som her anvendes, tilhører de dynamiske høyttalere. Spolen er frittsvingende opplagret i permanentmag-netens ringformete luftspalte. Dysen er festet på membranen, slik at svingningene overføres til dysen som svinger i aksialret-ning. Ved passende innstilling av firkantgeneratoren genereres en slik frekvens som fører til resonans i pulveret. Særlig for avgivelse av mikronisert pulver kan dyseåpningen være meget liten (under 1 mm diameter).

Figur 4 viser en utførelse av dysen 21 der det trangeste sted har minst mulig aksialutstrekning, hvilket oppnås med en utad konisk utvidet åpning 22.

I figur 5 er det skjematisk vist hvorledes en anordning ifølge oppfinnelsen (i det vesentlige i samsvar med figur 1) kan integreres i en innretning for inhalering av pulverformige legemidler. Forrådsbeholderen 1 er forsynt med en dyse 2 som kan åpnes og lukkes ved hjelp av sleiden 3. Som svingningsgenerator tjener spolene 4, 5 med holderen 6. Innretningen er forsynt med en etterfyllingsanordning 23, et sammenfoldbart munnstykke 24 med innkoplingskontakt 25 og et observasjonsvindu 2 6 for den optiske nivåkontroll. Som ytterligere elementer inngår en undertrykks-sensor og en elektronikk 28, idet sistnevnte overtar svingnings-generering og regulering av de enkelte operasjoner.

Ved bruk blir først munnstykket 24 foldet ut, hvorved innkoplingskontakten 25, slik at elektronikken aktiviseres i et visst tidsrom. Undertrykksensoren 27 registrerer begynnelsen av innåndingen og utløser da sleidens 3 åpning. Elektronikken 28 genererer nå svingninger ved hjelp av hvilke en ønsket pulverdose avgis. Undertrykksensoren registrerer så slutten av innåndingen og kopler ut elektronikken.

Alternativt kan det også anvendes f.eks. en kjegleformet avtetting som ved hjelp av elektronisk styring åpnes mens svingningsgenereringen varer.

Som det fremgår av eksemplene kan fagmannen uten videre modifisere oppfinnelsestanken på mange forskjellige måter.

F.eks. kan også flere dyser være anordnet eller dyseåpningen kan ha form av en sil.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for dosert avgivelse av fine pulvere, karakterisert ved at pulverpartiklene ved hjelp av middelbar eller umiddelbar avgivelse av mekaniske svingninger på partiklene drives gjennom en dyse, idet svingningenes frekvens fortrinnsvis velges i området for partiklenes egenresonans.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at svingningene genereres elektrisk, elektromagnetisk, elektromotorisk, ved hjelp av mekaniske systemer, ved hjelp av fluidikk eller pneumatikk eller ved anvendelse av piezoelektrisk/piezokeramisk svingningsgenerator henholdsvis ultralyd-svingningsgenerator.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at de svingningsgenererende systemer arbeider med faste eller foranderlige frekvenser og med faste eller foranderlige amplituder.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at avgivelsesmengden i tillegg eller alternativt påvirkes av en forandring av dyseåpningen.

5. Anordning for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1-4, karakterisert ved at den omfatter en pulverbehol-der med en liten åpning henholdsvis en dyse, som er middelbart eller umiddelbart tilkoplet en svingningsgenerator, ved hjelp av hvilken svingninger med frekvensen til partiklenes egenresonans eller tilgrensende frekvenser kan overføres til partiklene.

6. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at svingningsgeneratoren er forbundet med en styre-/reguleringsenhet, som muliggjør en forandring av frekvensen, amplituden og eventuelt stillingen til svingningsgeneratoren i samsvar med prosessfordringene.

7. Anordning ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at dysen er forsynt med en lukkemekanisme som betjenes mekanisk, elektrisk henholdsvis elektromagnetisk eller elektronisk.

8. Anordning ifølge krav 5, 6 eller 7, karakterisert ved at der er anordnet en måleinnretning.

9. Anordning ifølge krav 8, karakterisert ved at uttaket fra måleinnretningen skjer etter mengde og avgivningsretning ved anvendelse av intermitterende sleide eller roterende sirkelskive i samsvar med prosessfordringene.

10. Anordning ifølge krav 5-9, karakterisert ved at det svingningsgenererende system er anordnet i forrådsbeholderen og arbeider ved hjelp av separat styring eller direkte energitilførsel utenfra.