TWI741949B - 電化學泵以及遞送裝置 - Google Patents

Abstract

一種電化學泵是採用複合式脈衝來間歇性啟動電化學反應。上述之電化學泵可有效節省電源進而延長電化學泵之使用時間。此外，一種電化學泵以絕緣層覆蓋於電極邊緣的方式，增加電極以及基板間之結合強度，進而避免大功率之電化學反應造成電極脫層。同時亦揭露一種使用上述電化學泵之遞送裝置。

Description

電化學泵以及遞送裝置

本發明是有關一種泵以及遞送裝置，特別是一種以電化學方式產生推力之電化學泵以及遞送裝置。

注射方式是一種將藥物遞送至個體之常見方式，例如由醫護人員執行之皮下注射或靜脈注射等。為了便於讓使用者自行注射藥物，目前亦發展出筆式注射器以及電控式注射器，例如貼片式、可穿戴式或植入式注射器等。習知之筆式注射器是以彈簧作為推力來推送藥物，因此，筆式注射器僅能適用於少量藥劑之注射，且無法進行大劑量藥劑之注射。

一種習知之電控式注射器是以馬達提供推力來推送藥物，藉由控制馬達的轉動即可控制注射的時間以及劑量。然而，包含馬達之電控式注射器的體積無法小型化，長時間配戴會造成使用者的不便。另一種習知之電控泵式注射器僅適合遞送胰島素。對於其它大分子藥物，例如標靶藥物、抗體藥物等生物相似性藥物(biosimilar)，現有之電控泵式注射器無法提供足夠之推力來推送藥物，尤其是密封要求較高之預填充藥物容器。此外，為了延長使用時間，電控式注射器之電源管理也是一重要的課題。

有鑑於此，提供一種電化學泵以克服上述問題便是目前極需努力的目標。

本發明提供一種電化學泵以及其遞送裝置，其是以複合式脈衝來控制電化學反應，以有效節省電源進而延長電化學泵之使用時間。

本發明提供另一種電化學泵以及其遞送裝置，其是以一絕緣層覆蓋於電極之邊緣，以增加電極以及基板間之結合強度，以避免大功率之電化學反應造成電極脫層。

本發明一實施例之電化學泵包含一基板、一電極、一壩體以及一控制電路。基板具有一電極區。電極設置於基板之電極區。壩體圍繞電極區設置，以定義出一容置空間，其中容置空間貯存一電化學液。控制電路與電極電性連接，並以一脈衝訊號在電極之表面選擇性啟動一電化學反應，其中脈衝訊號中之一致能脈衝包含多個子致能脈衝。

本發明一實施例之遞送裝置包含一電化學泵、一容器以及一遞送連接器。電化學泵包含一基板、一電極、一壩體以及一控制電路。基板具有一電極區。電極設置於基板之電極區。壩體圍繞電極區設置，以定義出一容置空間，其中容置空間貯存一電化學液。控制電路與電極電性連接，並以一脈衝訊號在電極之表面選擇性啟動一電化學反應，其中脈衝訊號中之一致能脈衝包含多個子致能脈衝。容器包含一密封件以及一活塞，其中密封件以及活塞之間貯存一待遞送液體。容器與電化學泵連接，以在活塞以及電化學泵之容置空間之間定義出一氣密空間。遞送連接器包含一管路、一穿刺件以及一遞送件。穿刺件連接於管路之一端，用以刺穿容器之密封件，使容器經由穿刺件與外部連通。遞送件連接於管路之另一端，用以設置於一個體上，使待遞送液體在活塞推動下經由穿刺件、管路以及遞送件遞送至個體。

本發明另一實施例之電化學泵包含一基板、一電極、一絕緣層、一壩體以及一控制電路。基板具有一電極區。電極設置於基板之電極區。絕緣層覆蓋於電極之邊緣，並曝露部分電極。壩體圍繞電極區設置，以定義出一容置空間，其中容置空間貯存一電化學液。控制電路與電極電性連接，以在電極之表面選擇性啟動一電化學反應。

以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

以下將詳述本發明之各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細說明之外，本發明亦可廣泛地施行於其它的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本發明之範圍內，並以申請專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的瞭解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件並未描述於細節中，以避免對本發明形成不必要之限制。圖式中相同或類似之元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意之用，並非代表元件實際之尺寸或數量，有些細節可能未完全繪出，以求圖式之簡潔。

請參照圖1，本發明之一實施例之遞送裝置包含一電化學泵10、一容器20以及一遞送連接器30。容器20包含一密封件21以及一活塞22，其中在密封件21以及活塞22之間形成一貯存空間23，以貯存一待遞送液體。舉例而言，待遞送液體可為一藥物，例如標靶藥物、抗體藥物等生物相似性藥物(biosimilar)，但不限於此，待遞送液體亦可為小分子藥物。於一實施例中，容器20可為一預填充藥物之容器。

遞送連接器30包含一管路31、一穿刺件32以及一遞送件33。穿刺件32連接於管路31之一端。穿刺件32用以刺穿容器20之密封件21，使容器20之貯存空間23經由穿刺件32與容器20之外部連通。遞送件33連接於管路31之另一端。遞送件33用以設置於一個體上。舉例而言，遞送件33可植入患者之例如但不限於皮膚下、皮下、肌肉內、靜脈內、腹膜內或其它適當之位置。需注意者，圖1所示之遞送件33為一針型，但不限於此，其亦可為一連接座，以連接其它注射器具或其它遞送器具，以使本發明之遞送裝置可遠離藥物之遞送位置。舉例而言，遞送裝置可配戴於患者之手臂、腹部、大腿或臀部上，而下針位置則可前述位置之鄰近區域。

依據上述結構，在遞送連接器30之穿刺件32刺穿容器20之密封件21後，推動活塞22即可使貯存空間23內之待遞送液體(例如藥物)經由穿刺件32、管路31以及遞送件33遞送至個體。

以下說明電化學泵10之詳細結構。電化學泵10包含一基板11、一電極12a、12b、一壩體13以及一控制電路15。基板11具有一電極區111，電極12a、12b則設置於基板11之電極區111內。於一實施例中，基板11之材料可為玻璃、石英、陶瓷材料、半導體材料或塑膠。舉例而言。陶瓷材料可為氧化鋁、氧化鈦等；半導體材料可為矽。壩體13圍繞基板11之電極區111設置，以定義出一容置空間，以貯存一電化學液14。控制電路15與電極12a、12b電性連接。舉例而言，基板11包含多個導電接點12c，控制電路15包含導電接點151，經由引線或其它適當方式電性連接基板11之多個導電接點12c以及控制電路15之導電接點151即可電性連接控制電路15以及電極12a、12b。控制電路15包含所需之電子元件152(例如微控制器及被動元件等)以及導電接點153，以與電源16(例如電池)電性連接。控制電路15之詳細結構以及與電源16之連接方式等非為本發明之主要技術特徵，故在此不再贅述。

容器20與電化學泵10連接，以在容器20之活塞22以及壩體13所形成之容置空間之間定義出一氣密空間24。舉例而言，壩體13可形成與容器20相對應之連接結構，使容器20置入壩體13之連接結構時，由容器20以及壩體13在活塞22以及電化學液14之間定義出一氣密空間24。控制電路15透過選擇性通電以在電極12a、12b之表面選擇性啟動一電化學反應，以產生氣體。增加的氣體將使氣密空間24內之壓力增加，進而推動活塞22。

圖1所示之實施例中，壩體13是與容器20之外壁接觸以形成氣密空間24，但不限於此。舉例而言，請參照圖2，於一實施例中，壩體13亦可與容器20之內壁接觸以形成氣密空間24。氣密空間24以及壩體13所形成之容置空間則以通道131連通，以使電化學反應所產生之氣體可經由通道131進入氣密空間24並增加氣密空間24內之壓力。

可以理解的是，藉由通道131連通氣密空間24以及壩體13所形成之容置空間，使容器20以及基板11之相對位置能夠不同的設計。舉例而言，圖1以及圖2之實施例中，容器20是與基板11呈垂直配置。但不限於此，於一實施例中，容器20亦可與基板11呈平行配置，如圖3所示。需說明的是，容器20與電化學泵10之連接方式不限於容器20與壩體13直接連接。可設置適當之轉接元件來連接容器20以及壩體13，以適用於各種不同的配置或容器。

請一併參照圖4，於一實施例中，本發明之電化學泵10更包含一絕緣層121，其覆蓋於電極12a、12b之邊緣，並曝露部分電極12a、12b。依據此結構，絕緣層121可增加電極12a、12b以及基板11間之結合強度且降低氣體進入電極12a、12b以及基板11之間之機會，進而避免較大功率之電化學反應時發生電極脫層。於一實施例中，絕緣層121之材料可為環氧樹脂 (例如阻焊劑，SU-8)、可光圖案化之聚合物 (photo patternable polymer)、可光圖案化矽 (photo patternable silicone)、玻璃、陶瓷或塑膠。舉例而言，可光圖案化之聚合物可為光致抗蝕劑 (photo resist)、可光圖案化的聚酰亞胺(polyimide)或可光圖案化的粘合劑。於一實施例中，絕緣層121可透過網版印刷、半導體製程或燒結等方式形成。

如前所述，控制電路15是透過選擇性通電以在電極12a、12b之表面選擇性啟動一電化學反應，以產生氣體。於一實施例中，請一併參照圖5，控制電路15能以圖5所示之脈衝訊號在電極12a、12b之表面選擇性啟動電化學反應。圖5所示之脈衝訊號中包含二個致能脈衝P1。可以理解的是，致能脈衝P1之寬度W1可依據電化學泵10之一目標輸出進行調變。舉例而言，致能脈衝P1之寬度W1較寬時，啟動電化學反應的時間即較長，亦即能產生較多之氣體量。相反的，致能脈衝P1之寬度W1較窄時，啟動電化學反應的時間即較短，亦即能產生較少之氣體量。可以理解的是，相較於電訊號的變化，電化學反應之反應時間較慢，因此，致能脈衝P1之間仍會產生氣體。利用此特性，適當調變致能脈衝P1之寬度W1可產生所需氣體量且能節省能源。於一實施例中，本發明所述之脈衝訊號能夠以脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation、PWM)技術實現。可以理解的是，將致能脈衝P1之寬度W1設定為相同亦可產生出事先設定之氣體量。

特別的是，致能脈衝P1更包含多個子致能脈衝P2，亦即致能脈衝P1在啟動電化學反應的期間不是連續式啟動而是間歇式啟動電化學反應。如前所述，子致能脈衝P2之間亦持續產生氣體，因此，致能脈衝P1由多個子致能脈衝P2組成可進一步節省能源。於一實施例中，子致能脈衝P2之寬度W2可為相同。可以理解的是，子致能脈衝P2之寬度W2亦可為可調變的，以調整電化學泵10之目標輸出。

如前所述，本發明之遞送裝置的用途之一是用以遞送藥物至個體，因此，確保容器20至個體間之藥物遞送路徑為滅菌狀態為一重要課題。為解決上述問題，請參照圖6，於一實施例中，遞送連接器30更包含外殼34，且管路31、穿刺件32以及遞送件33設置於外殼34之一內部。外殼34包含一第一開口341以及一第二開口342，其中穿刺件32與第一開口341相對應，遞送件33則與第二開口342相對應。第一開口341以及第二開口342分別以一密封膜343密封。將上述結構之遞送連接器30進行滅菌處理，如此即可維持外殼34之內部為一滅菌狀態，亦即管路31、穿刺件32以及遞送件33皆為滅菌狀態。使用時將遞送連接器30與內置電化學泵10以及容器20之外殼17相對應組合在一起，即可使穿刺件32刺穿第一開口341上之密封膜343以及容器20之密封件21。同樣的，遞送件33亦可刺穿第二開口342端之密封膜而植入至個體之適當位置，如此即可維持容器20至個體間之藥物遞送路徑為滅菌狀態

需說明的是，依據上述結構，遞送連接器30、容器20以及電化學泵10可分別於不同的廠商進行生產，再將各個組件組合成一產品。如此可避免對遞送連接器30進行滅菌的高溫影響到容器20內之藥物穩定性。此外，組合各個組件成產品時的環境潔淨度要求也相對較低。

可以理解的是，滅菌處理後，密封膜343之外側表面會因與外界接觸而污染。使用前，先以酒精擦拭等消毒方式處理可降低藥物遞送路徑遭污染的風險。為了簡化操作，請再參照圖6，於一實施例中，遞送連接器30更包含一保護層344，其設置於密封膜343之外側表面。依據此結構，使用前僅需移除保護層344就可確保密封膜343之表面為滅菌狀態且增加操作者的方便性。

綜合上述，本發明之電化學泵以及其遞送裝置是以複合式脈衝來控制電化學反應，以有效節省電源進而延長電化學泵之使用時間。於一實施例中，本發明之電化學泵以及其遞送裝置以一絕緣層覆蓋於電極之邊緣，以增加電極以及基板間之結合強度且降低氣體進入電極以及基板之間之機會，進而避免電極脫層。

以上所述之實施例僅是為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

10                電化學泵 11                基板 111              電極區 12a、12b    電極 12c              導電接點 121              絕緣層 13                壩體 131              通道 14                電化學液 15                控制電路 151              導電接點 152              電子元件 153              導電接點 16                電源 17                外殼 20                容器 21                密封件 22                活塞 23                貯存空間 24                氣密空間 30                遞送連接器 31                管路 32                穿刺件 33                遞送件 34                外殼 341              第一開口 342              第二開口 343              密封膜 344              保護層 P1               致能脈衝 P2               子致能脈衝 W1              致能脈衝寬度 W2              子致能脈衝寬度

圖1為一示意圖，顯示本發明第一實施例之遞送裝置。 圖2為一示意圖，顯示本發明第二實施例之遞送裝置之電化學泵。 圖3為一示意圖，顯示本發明第三實施例之遞送裝置之電化學泵。 圖4為一示意圖，顯示本發明第四實施例之遞送裝置之基板以及電極。 圖5為一示意圖，顯示本發明一實施例之遞送裝置之複合式脈衝訊號。 圖6為一示意圖，顯示本發明第五實施例之遞送裝置。

10                電化學泵 11                基板 111              電極區 12a、12b    電極 12c              導電接點 13                壩體 14                電化學液 15                控制電路 151              導電接點 152              電子元件 153              導電接點 16                電源 20                容器 21                密封件 22                活塞 23                貯存空間 24                氣密空間 30                遞送連接器 31                管路 32                穿刺件 33                遞送件

Claims (28)

1. 一種電化學泵，包含： 一基板，其具有一電極區； 一電極，其設置於該基板之該電極區； 一壩體，其圍繞該電極區設置，以定義出一容置空間，其中該容置空間貯存一電化學液；以及 一控制電路，其與該電極電性連接，並以一脈衝訊號在該電極之表面選擇性啟動一電化學反應，其中該脈衝訊號中之一致能脈衝包含多個子致能脈衝。
2. 如請求項1所述之電化學泵，其中該致能脈衝之寬度依據該電化學泵之一目標輸出進行調變。
3. 如請求項1所述之電化學泵，其中該致能脈衝之寬度為相同。
4. 如請求項1所述之電化學泵，其中該子致能脈衝之寬度為依據該電化學泵之一目標輸出進行調變。
5. 如請求項1所述之電化學泵，其中該子致能脈衝之寬度為相同。
6. 如請求項1所述之電化學泵，其中該基板之材料為玻璃、石英、陶瓷材料、半導體材料或塑膠。
7. 如請求項1所述之電化學泵，其中該基板之材料為玻璃、石英、氧化鋁、氧化鈦、矽或塑膠。
8. 如請求項1所述之電化學泵，更包含： 一絕緣層，其覆蓋於該電極之邊緣，並曝露部分該電極。
9. 如請求項8所述之電化學泵，其中該絕緣層之材料為環氧樹脂、可光圖案化之聚合物、可光圖案化矽、玻璃、陶瓷或塑膠。
10. 如請求項8所述之電化學泵，其中該絕緣層之材料為光致抗蝕劑、可光圖案化之聚酰亞胺、可光圖案化之粘合劑。
11. 一種遞送裝置，包含： 一電化學泵，其包含： 一基板，其具有一電極區； 一電極，其設置於該基板之該電極區； 一壩體，其圍繞該電極區設置，以定義出一容置空間，其中該容置空間貯存一電化學液；以及 一控制電路，其與該電極電性連接，並以一脈衝訊號在該電極之表面選擇性啟動一電化學反應，其中該脈衝訊號中之一致能脈衝包含多個子致能脈衝； 一容器，其包含一密封件以及一活塞，其中該密封件以及該活塞之間貯存一待遞送液體，且該容器與該電化學泵連接，以在該活塞以及該電化學泵之該容置空間之間定義出一氣密空間；以及 一遞送連接器，其包含： 一管路； 一穿刺件，其連接於該管路之一端，用以刺穿該容器之該密封件，使該容器經由該穿刺件與外部連通；以及 一遞送件，其連接於該管路之另一端，用以設置於一個體上，使該待遞送液體在該活塞推動下經由該穿刺件、該管路以及該遞送件遞送至該個體。
12. 如請求項11所述之遞送裝置，其中該遞送連接器更包含外殼，其包含一第一開口以及一第二開口，其中該管路、該穿刺件以及該遞送件設置於該外殼之一內部，該穿刺件以及該遞送件分別對應於該第一開口以及該第二開口設置，且該第一開口以及該第二開口分別以一密封膜密封，以維持該外殼之該內部為一滅菌狀態。
13. 如請求項12所述之遞送裝置，其中該遞送連接器更包含一保護層，其設置於該密封膜之外側表面。
14. 如請求項11所述之遞送裝置，其中該致能脈衝之寬度依據該電化學泵之一目標輸出進行調變。
15. 如請求項11所述之遞送裝置，其中該致能脈衝之寬度為相同。
16. 如請求項11所述之遞送裝置，其中該子致能脈衝之寬度為依據該電化學泵之一目標輸出進行調變。
17. 如請求項11所述之遞送裝置，其中該子致能脈衝之寬度為相同。
18. 如請求項11所述之遞送裝置，其中該基板之材料為玻璃、石英、陶瓷材料、半導體材料或塑膠。
19. 如請求項11所述之遞送裝置，其中該基板之材料為玻璃、石英、氧化鋁、氧化鈦、矽或塑膠。
20. 如請求項11所述之遞送裝置，該電化學泵更包含： 一絕緣層，其覆蓋於該電極之邊緣，並曝露部分該電極。
21. 如請求項20所述之遞送裝置，其中該絕緣層之材料為環氧樹脂、可光圖案化之聚合物、可光圖案化矽、玻璃、陶瓷或塑膠。
22. 如請求項20所述之遞送裝置，其中該絕緣層之材料為光致抗蝕劑、可光圖案化之聚酰亞胺、可光圖案化之粘合劑。
23. 一種電化學泵，包含： 一基板，其具有一電極區； 一電極，其設置於該基板之該電極區； 一絕緣層，其覆蓋於該電極之邊緣，並曝露部分該電極； 一壩體，其圍繞該電極區設置，以定義出一容置空間，其中該容置空間貯存一電化學液；以及 一控制電路，其與該電極電性連接，以在該電極之表面選擇性啟動一電化學反應。
24. 如請求項23所述之電化學泵，其中該基板之材料為玻璃、石英、陶瓷材料、半導體材料或塑膠。
25. 如請求項23所述之電化學泵，其中該基板之材料為玻璃、石英、氧化鋁、氧化鈦、矽或塑膠。
26. 如請求項23所述之電化學泵，其中該絕緣層之材料為環氧樹脂、可光圖案化之聚合物、可光圖案化矽、玻璃、陶瓷或塑膠。
27. 如請求項23所述之電化學泵，其中該絕緣層之材料為光致抗蝕劑、可光圖案化之聚酰亞胺、可光圖案化之粘合劑。
28. 如請求項23所述之電化學泵，其中該控制電路以一脈衝訊號在該電極之表面選擇性啟動一電化學反應，其中該脈衝訊號中之一致能脈衝包含多個子致能脈衝。

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