WO2013041700A1

WO2013041700A1 - Pompe d'injection d'un fluide, et notamment micropompe utilisable pour delivrer une dose determinee

Info

Publication number: WO2013041700A1
Application number: PCT/EP2012/068693
Authority: WO
Inventors: Elisabeth Delevoye; Jean-Pierre Nikolovski
Original assignee: Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2013-03-28
Also published as: US20140377091A1; FR2980535A1; FR2980535B1; EP2758664A1

Abstract

La pompe est dépourvue de pièces mécaniques mobiles et comprend un réservoir (1) à manchon de dispense du fluide (3) qui reste entièrement ouvert, mais dont le capillaire intérieur est trop fin pour permettre la dispense de fluide au repos. On recourt donc à un dispositif résonateur (2) à excitateur piézoélectrique (4a, 4b, 5), qui produit des vibrations, notamment de flexion, du manchon (3) pour obliger le fluide à le parcourir à un débit déterminé dépendant des caractéristiques de la pompe et de l'excitation. L'ensemble peut être miniaturisé et utilisé comme dispositif implantable, notamment pour le traitement de pathologies de l'audition, pour délivrer un médicament, ou, dans certaines réalisations, opérer également des prélèvements de fluide ambiant. Une alimentation d'énergie à distance est possible.

Description

POMPE D'INJECTION D'UN FLUIDE, ET NOTAMMENT MICROPOMPE UTILISABLE POUR DELIVRER UNE DOSE DETERMINEE

DESCRIPTION

SUJET DE L' INVENTION

Le sujet de l'invention est une pompe d'injection d'un fluide, et peut notamment concerner une micropompe d'injection d'une dose déterminée du fluide .

De façon plus détaillée, elle peut concerner les dispositifs d ' actionnement pour la biologie et la santé, en particulier les dispositifs injecteurs et microdoseurs, aptes à délivrer localement des volumes inférieurs au microlitre avec une résolution de l'ordre du nanolitre de produits gazeux ou liquides de faible viscosité par des moyens ultrasonores. La dose à délivrer se présente de préférence sous la forme de liquide visqueux (gel) ou très fluide au contraire, mais peut également être constituée de poudre fine. Les grains de la poudre peuvent être des nanocapsules éventuellement emprisonnées dans un gel ou un hydrogel. Elle peut également être utilisée pour d'autres applications, notamment, pour le dépôt d'encre sur des surfaces ou la nébulisation d'essence, de parfum, de désodorisant ou de produits particuliers dans une enceinte fermée ou une pièce.

Selon certaines particularités importantes de l'invention, le dispositif d ' actionnement ne présente pas de pièces mécaniques mobiles ou déformables. Le fluide peut être injecté de façon continue, le dosage étant obtenu en boucle ouverte en jouant sur la durée et l'amplitude d'activation ou en boucle fermée à partir d'une valeur de consigne à atteindre sur le niveau restant du réservoir, le niveau étant déduit du décalage fréquentiel d'une résonance caractéristique du volume du réservoir. Le dispositif peut être utilisé pour en particulier les dispositifs médicaux doseurs insérés dans le corps humain, notamment en cas de dispense chronique de médicaments à des débits très faibles et sur des durées très longues (typiquement plus de 10 ans) .

ART ANTERIEUR

L ' actionnement des micro-pompes peut être réalisé de différentes manières, par exemple par émission d'ondes ultrasonores comme dans le cas de la présente invention, mais également par effet péristaltique, par effet électrostatique, thermo^¬ pneumatique, voire électromagnétique. Une présentation de ces différents dispositifs d ' actionnement peut être trouvée dans le document de D.J. Laser et J.G. Santiago intitulé « a review of micropumps », J. Micromech. Microeng. 14(2004), R35-64. Les pompes péristaltiques sont les plus appréciées en dosage pharmaceutique car, d'une part, elles évitent tout contact avec le produit à délivrer, d'autre part, elles sont peu encombrantes et consomment peu de courant. Néanmoins, on leur reproche l'écrasement répété du tuyau permettant le déplacement du fluide, qui peut engendrer une fatigue voire l'abrasion du matériau et l'arrachement de matière . Les dispositifs se rapprochant le plus de la présente invention sont les pompes ultrasonores.

Dans ce domaine, l'état de l'art fournit par exemple la référence suivante :

WO 02081867 (Al) de George Keilman (priorité du 9 avril 2001) ; Le procédé est basé sur la focalisation d'une onde longitudinale dans une chambre comprenant une arrivée avec un gros orifice pour recevoir le fluide à pomper et une sortie avec un petit orifice dans lequel il faut pousser le fluide. Le dispositif exploite un transducteur à large bande, non plan, focalisant des ondes longitudinales dans l'orifice de sortie, la focalisation pouvant conduire à un phénomène de cavitation. Les débits sont de l'ordre de plusieurs centaines de millilitres à la minute et les puissances en jeu de plusieurs centaines de watts. Dans cette configuration, la chambre a une forme quelconque qui ne doit pas interférer avec l'effet focalisant du transducteur de puissance à large bande. La chambre peut cependant être profilée selon une forme parabolique pour conjuguer une onde plane en son point focal. La chambre garde en tout état de cause une forme effilée et de préférence conique et agencée pour que l'extrémité effilée corresponde avec le point de focalisation des ondes longitudinales. Les ondes longitudinales sont de nature progressive et pour qu'elles ne soient pas réfléchies dans l'enceinte ni n'engendrent des ondes stationnaires , un matériau plastique doit les absorber du côté de la sortie. Le fluide pénètre dans l'enceinte du côté du transducteur. Le principe d'une telle pompe ultrasonore réside dans la dissipation d'énergie vibratoire absorbée par le fluide au point focal et conduisant à l'expulser par le petit orifice. La concentration d'énergie est telle qu'un phénomène de cavitation peut être engendré. Dans ce cas, les changements de phase du liquide par micro-cavitations favorisent mécaniquement l'expulsion du liquide vers la sortie.

La principale différence entre l'invention de G. Keilman et la présente est que dans celle-ci, la structure constituant la chambre joue un rôle fondamental dans la génération du mode vibratoire au niveau de la buse d'éjection, car dans la présente invention la chambre est en fait une cavité solide pleine véhiculant des ondes de flexion. Son excitation mécanique est effectuée à la fréquence de résonance de la cavité pleine.

Le résonateur ainsi constitué produit en outre une amplification mécanique de la buse d'éjection. Et dans la présente invention, le fluide absorbe beaucoup moins d'énergie que dans celle de G. Keilman. Par ailleurs, le pompage est ici obtenu non pas par dissipation d'énergie dans le fluide mais par un phénomène de compression latérale et centrifugation engendré par un mouvement particulier de la buse d'éjection. Enfin, dans le cas de l'invention de G. Keilman, le fonctionnement à large bande et le recours à la cavitation réduisent fortement le rendement énergétique de la pompe acoustique, qui n'est donc pas appropriée pour être miniaturisée, implantable et exploitable avec une source d'énergie limitée. L'élévation de température n'est d'ailleurs pas acceptable dans un produit destiné à délivrer des produits pharmaceutiques.

Différents dispositifs piézoélectriques non ultrasonores peuvent aussi être rencontrés pour réaliser un dosage précis de médicaments par micropompe. C'est notamment le cas du brevet FR 2650634 (Al) de Harald Van Lintel du 7 août 1989. Dans cette micropompe, le pompage est obtenu grâce à la déformation d'une plaquette à l'aide d'une pastille piézoélectrique. La déformation périodique de la plaquette piézoélectrique provoque une variation de volume périodique d'une chambre de pompage délimitée dans une plaquette en une matière susceptible d'être usinée par des procédés photolitographiques . La sortie de la pompe est obturée sélectivement par un clapet à membrane qui est en communication directe avec un autre clapet à travers la chambre de pompage.

Les débits atteints sont de 30 à 60 μΐ/min pour des pressions différentielles (sortie moins entrée) de l'ordre de 60 cm de hauteur d'eau. Ce procédé est compact et adapté au dosage d'insuline, mais il n'est pas ultrasonore et son principe d'aspiration est différent du dispositif selon l'invention qui utilise une centrifugation alternative éventuellement combinée à un effet de projection. Ce procédé rencontre par ailleurs des limitations liées au possible refoulement du produit.

Dans le domaine des dispositifs doseurs implantables , le brevet de Thomas Lobl et al. WO2007133389 (A2) (déposé par Neurosystec Corp.) fixe le cahier des charges d'un dispositif doseur administrant un agent pharmaceutique dans l'oreille interne à partir d'une canalisation flexible fixée à l'entrée de l'oreille moyenne.

On citera aussi le brevet WO 2011/109735

(A2) déposé par l'Université Cornell et qui décrit une canule de délivrance d'un médicament liquide qui peut être mise en vibration par divers transducteurs piézoélectriques, dont certains agissent directement sur elle en lui étant fixés. Aucun mode particulier de vibrations n'est mentionné, et il semble que les vibrations aident à l'écoulement du liquide par la cavitation qu'elles induisent devant la face interne de la canule, et que leur effet recherché soit avant tout de transmettre les vibrations aux tissus de l'organisme vivant recevant le médicament, qui sont adjacents à la canule pour aider à la diffusion du médicament.

Dans certains cas, un dispositif d'administration de médicament inclut une pompe osmotique implantable connectée à un boîtier contenant un médicament, ce boîtier étant connecté à une aiguille, à un implant cochléaire ou à un autre type de composant pour l'administration au tissu cible. Dans certaines réalisations, un orifice sous-cutané reçoit un liquide d'une pompe externe. Ledit orifice est connecté à une aiguille ou autre composant pour l'administration d'un ou de plusieurs médicaments au tissu cible. Des formules de médicaments solides et liquides peuvent être utilisées. Dans des représentations qui utilisent des médicaments solides, un véhicule de médicament séparé (tel que du sérum physiologique) peut être utilisé pour dissoudre une partie du médicament solide, le véhicule chargé de médicament étant ensuite administré au tissu cible.

L'utilisation de médicaments solides combinés à un véhicule de médicament séparé est une façon de résoudre l'autonomie insuffisante d'une pompe osmotique. Le médicament non rechargeable est stocké sous forme de boulettes solides et va se dissoudre lentement dans un fluide neutre qui lui est rechargeable via un orifice d'accès standard.

Cependant, ces dispositifs doseurs sont confrontés aux problèmes suivants :

une fluctuation de la concentration en substance dépendant de la dissolution progressive des boulettes ;

l'impossibilité de changer la formulation thérapeutique sans intervention chirurgicale, ce qui pose un problème intrinsèque en cas d'usage chronique sur de très longues durées (10 à 20 ans) .

Ce genre de problème peut être résolu avec la présente invention dans la mesure où la pompe peut également faire office de mélangeur par centrifugation du liquide porteur une fois la poudre introduite. OBJET GENERAL DE L' INVENTION

Un problème à résoudre concerne donc le micro-dosage (inférieur au microlitre, soit 1 mm³) et de préférence le dosage d'un volume avec une résolution de l'ordre du nanolitre d'un produit contenu dans un réservoir tampon de petite taille contenant un volume total typique de l'ordre du millilitre, mais pouvant atteindre typiquement 10 ml. Le réservoir peut être logé dans une structure porteuse tel un coffret ou le corps d'un stylet ou pour le domaine médical, dans un boîtier biocompatible implantable en sous-cutanée voire derrière une paroi osseuse. Le réservoir est rechargeable .

Le produit est de préférence un liquide peu visqueux ou un liquide initialement visqueux mais dont la viscosité diminue très localement au niveau de l'amplification mécanique ultrasonore suite à une élévation de température provoquée par l'amortissement visqueux des vibrations ultrasonores au contact du produit. L'amplitude des vibrations peut-être choisie de façon que 1 ' échauffement du fluide reste à un degré admissible, ce qui est précieux pour les produits délicats tels des médicaments. Le dosage est déclenché soit de façon automatique et répétée si le dispositif comporte une source d'énergie embarquée lui conférant une autonomie suffisante entre deux dosages, soit de façon ponctuelle, sur commande, au moment où le dispositif est soumis à un rayonnement ultrasonore lui permettant d'extraire l'énergie suffisante à sa mise en fonctionnement. La récupération d'énergie peut être réalisée à distance à travers une paroi ou de façon transcutanée par méthode inductive classique ou par méthode ultrasonore.

Dans le cas où l'application l'exige, notamment pour la nébulisation d'essence inflammable, le dispositif selon l'invention peut accepter des températures de fonctionnement élevées typiquement supérieures à 300°C dans la zone de nébulisation. Enfin, le principe ultrasonore utilisé n'exploite pas les forces électrostatiques que l'on peut trouver dans les dispositifs électro-fluidiques, et n'est pas influencé par elles. Néanmoins, le dispositif doseur peut être recouvert d'une couche hydrophile dans le réservoir et dans le capillaire d'amenée jusqu'à la buse d'éjection et hydrophobe dans la zone de l'orifice d'éjection ou de nébulisation d'une goutte.

Un autre problème à résoudre est plus généralement de rendre la pompe compatible avec des applications biologiques, et notamment de lui permettre d'être implantée sans danger à l'intérieur d'un corps vivant avec un fonctionnement stable, un volume suffisamment réduit, et pendant de longues durées de fonctionnement sans remplacement, ce qui exclut tout mécanisme susceptible de pannes ou nécessitant de 1 ' entretien .

Un autre problème à résoudre est d'extraire une dose d'un réservoir conçu pour qu'aucun débit de fuite statique ne soit possible et constituer des gouttes assez rapidement pour éviter toute évaporation dans le milieu ambiant (on se démarque ainsi des pompes osmotiques) . Le réservoir n'est pas nécessairement sous pression ni, en cas d'implantation, nécessairement hermétique auquel cas des filtres anti-bactéries voire anti-virus peuvent protéger le contenu. Il est possible d'utiliser une ou plusieurs valves unidirectionelles de sorte à ne permettre un débit que lors de l'extraction de fluide et à la condition d'induire une pression supérieure à un seuil (par exemple les valves de précision Codman Hakim développées dans le cadre de l'hydrocéphalie ont des seuils de pression fixes aussi faibles que 10mm H20 et réglables compris entre 30mm et 130mm H20 (www . pedsneurosurgery .org/codman . pdf ) .

Dans le cas des systèmes implantés un autre problème à résoudre est la robustesse aux bulles d'air notamment pour une dispense dans le milieu gazeux de l'oreille moyenne (37°C saturé en humidité) alors que les pompes implantables sont en général conçues pour diluer un principe actif dans un des liquides corporels (sang, lymphe ou autre) .

Afin de résoudre ces problèmes, il est proposé un dispositif doseur apte d'une part à capter et convertir une énergie vibratoire transmise à travers une paroi, par exemple le derme et l'os, ou encore (dans d'autres applications) une plaque de verre, un plastique, un mur en béton, une tôle pour en produire son alimentation électrique, d'autre part un injecteur à haut rendement capable de délivrer une dose du produit contenu dans le réservoir à partir d'un injecteur à vibrations ultrasonores. Dans des applications typiques en biologie, le réservoir contient un volume d'environ 1 ml sous la forme d'un liquide, d'un gel, ou d'une poudre, susceptible de fournir 1000 à 1 million de doses. Il convient généralement d'éviter les bruits audibles engendrés par l'actionneur quel que soit son usage, en tant que stylet doseur, injecteur par centrifugation ou nébulisation engendrée par la cavitation, ou comme dispositif implantable, pouvant être couplé à une paroi osseuse. Pour cela le dispositif doseur fonctionne dans un domaine ultrasonore compris entre 20 kHz et 20 mégahertz, permettant par ailleurs de résoudre le problème de la miniaturisation pour rendre le dispositif doseur implantable et apte à délivrer de petites doses et enfin de réduire la consommation électrique.

Dans les systèmes de microdosage actuels, notamment de médicaments, les pompes implantables et dispositifs doseurs permettent en général de recharger le réservoir et alimenter par une opération transcutanée de façon inductive. Et la plupart des pompes décrites dans l'état de l'art ne donnent pas d'indication sur le moyen d'alimentation électrique autre que le recours à une source d'énergie embarquée éventuellement rechargeable ou d'alimentation via un couplage inductif. Ce procédé n'est pas toujours adapté au problème à traiter en particulier dans le cas où le patient doit subir une IRM (imagerie par résonance magnétique) . Par ailleurs, en dehors des applications pour la biologie et la santé, il peut être intéressant de disposer d'une alimentation autre qu'inductive surtout si la paroi est métallique. La pompe acoustique décrite dans la présente invention peut comprendre un moyen acoustique de transformer par effet piézoélectrique une énergie vibratoire transmise à travers la paroi, la peau ou l'os en énergie électrique d'alimentation de la pompe. Le convertisseur piézoélectrique exploite une couche piézoélectrique pouvant fonctionner en mode récepteur pour convertir l'énergie vibratoire. Dans une variante de réalisation, cette couche déposée sur la partie haute du réservoir opposée à la buse d'éjection peut aussi fonctionner en mode émetteur pour contrôler le niveau du réservoir et par différence le volume délivré. La mesure de la dose est effectuée par analyse du décalage fréquentiel d'une composante de fréquence caractérisant le volume de fluide disponible.

Dans le cas particulier du traitement de certaines pathologies par des substances actives toxiques pour d'autres parties de l'organisme, une dispense locale des médicaments est nécessaire. C'est le cas pour certaines substances qui doivent être amenées directement à l'intérieur de l'oreille moyenne à destination de l'oreille interne car certaines sont toxiques notamment pour le cerveau et ne peuvent donc pas être administrées par les autres procédés. L'invention possède une grande importance pour de telles applications. EXPOSE GENERAL DE L' INVENTION

Sous une forme générale, l'invention concerne une pompe d'injection d'un fluide, comprenant un réservoir ou fluide, un manchon pour écoulement (ou d'extraction) du fluide hors du réservoir et un dispositif de commande de l'écoulement, comprenant un résonateur agencé pour appliquer des oscillations ultrasonores de flexion au manchon, caractérisé en ce que le résonateur comprend un transducteur piézoélectrique et un solide déformable par voie piézoélectrique qui subit une oscillation sous l'effet du transducteur, ledit solide déformable s ' amincissant vers le manchon.

L'écoulement du fluide hors du réservoir se fait alors en progressant dans un canal ou un conduit fin, souvent appelé capillaire dans la suite de cette description, qui s'étend dans le manchon et débouche à 1 ' extérieur .

La dispense du fluide par des oscillations du manchon toujours ouvert par un résonateur piézoélectrique évite toute pièce mobile dans la pompe et permet donc de l'utiliser favorablement en prothèse pour de longues durées. L'absence de pièces mécaniques mobiles rend aussi la pompe parfaitement fiable. L'utilisation de modes de flexion d'ensemble du manchon par un solide déformable dont la position, la forme et le comportement sont entièrement connus permet que les quantités de fluide délivré peuvent être déterminées avec une grande précision, contrairement aux dispositifs où des vibrations sont appliquées de façon aléatoire ou imprévisible par des transducteurs placés sans principe dans le dispositif. Malgré l'ouverture permanente du manchon, la finesse du conduit du manchon garantit qu'aucune dispense accidentelle de fluide n'arrivera au repos. Enfin, la pompe peut être réglée par un choix judicieux de ses dimensions et des paramètres de commandes, notamment l'amplitude et la fréquence des vibrations, de façon à permettre des débits dispensés très faibles. Si nécessaire, on obtient une longue durée d'utilisation de la pompe même si elle est de faible capacité. Un avantage important de l'invention est dans l'utilisation d'un solide transmetteur des vibrations du transducteur au manchon et qui s'amincit vers le manchon, ce qui fait qu'il concentre l'énergie vibratoire et amplifie les déformations du manchon sans grande consommation d ' énergie .

On verra qu'un moyen important de garantir la présence de l'écoulement du fluide hors du réservoir quand le résonateur est actif consiste en un manchon s 'amenuisant sans cesse en sections du réservoir à l'extrémité libre.

Avantageusement, le solide déformable par voie piézoélectrique est un anneau entourant le manchon et excité par une électrode circulaire divisée en deux secteurs alimentés par un même signal électrique oscillant, mais en opposition de phase : cette disposition engendre très commodément les oscillations de flexion du manchon.

L'anneau peut être connecté au manchon, en étant distinct du réservoir. Notamment dans ce cas, il peut alors être connecté au manchon ; par ailleurs, le manchon peut s'effiler vers l'extrémité libre, de même que l'anneau peut s'amincir d'une portion périphérique vers le manchon ; toutes ces dispositions facilitent les oscillations en accroissant leur amplitude.

L'anneau peut aussi faire partie d'une face du réservoir à laquelle le manchon est fixé, sans que le fonctionnement de l'invention soit alors très différent .

Le manchon peut porter une buse évasée à son extrémité libre pour favoriser la délivrance du fluide par gouttelettes calibrées.

La délivrance du fluide peut être aussi garantie par un tube flexible entourant le manchon, dans lequel le manchon débouche, qui comporte une extrémité libre ayant une ouverture hors de la pompe à section réduite par rapport à une portion principale du tube flexible qui contient le manchon, et le résonateur est agencé pour appliquer des oscillations de flexion aussi au tube flexible : l'orifice réduit du tube flexible, éventuellement obtenu par un effet thermorétractable du tube flexible réalisé par exemple en polyethylène (PE) ou polytétrafluoréthyléne (PTFE) ou encore éthylène propylène fluoré (FEP) ou en Perfluoroalkoxy (PFA) avec des coefficients de rétreint de 1,7/1 à 1,3/1 lors de sa fixation au manchon par chauffage à une température d'au moins 210°C, joue alors le même rôle que l'amenuisement de section du capillaire dans d'autres réalisations ; le capillaire peut être alors à section uniforme sans inconvénients.

Le manchon peut être fixé au réservoir rigidement, ou il peut lui être relié par un raccord flexible, dans le cas où il est soutenu par le résonateur .

Un mode particulier de réalisation de l'invention autorise un fonctionnement inverse de la pompe, c'est-à-dire qu'une aspiration de fluide ambiant remplace alors la délivrance du fluide. Une telle réalisation peut être utile quand un médicament doit être appliqué temporairement, ou quand un prélèvement de fluide ambiant doit suivre ou précéder la délivrance du fluide contenu dans le réservoir. Le manchon comprend alors deux portions en prolongement saillant de part et d'autre de l'anneau, dissymétriques et traversées toutes deux par le capillaire. Un système de valves peut diriger le fluide extrait vers un réceptacle autre que le réservoir principal.

Le choix de la fréquence de commande commandera préfèrentiellement les oscillations d'une des deux portions du manchon, et donc le sens d'écoulement du fluide à travers le manchon.

Dans une variante de réalisation, le manchon comprend deux portions en prolongement saillant de part et d'autre de l'anneau, dissymétriques et traversées toutes deux par le capillaire, et une portion médiane joignant lesdites portions saillantes, et le résonateur comprend aussi deux portions qui sont dissymétriques et superposées, respectivement connectées auxdites portions saillantes, et entre lesquelles la portion médiane s'étend.

Dans les deux cas, il est avantageux que la pompe comprenne un tube flexible entourant chacune des portions du manchon, qui y débouche respectivement, chacun des tubes flexibles comportant une extrémité libre ayant une ouverture respectivement hors de la pompe et dans le réservoir, l'ouverture ayant une section réduite par rapport à une portion principale du tube flexible qui contient la portion du manchon, et que le résonateur soit agencé pour appliquer des oscillations de flexion aussi aux tubes flexibles. Comme dans un mode de réalisation précédent, les tubes flexibles favorisent l'écoulement du fluide dans le sens souhaité.

Selon un autre perfectionnement, la pompe peut comprendre un dispositif de mesure de niveau du fluide dans le réservoir, qui peut comprendre deux secteurs de l'électrode circulaire, et un transducteur situé à un endroit du réservoir opposé au résonateur.

Selon un autre genre de perfectionnement, par lequel on cherche à éviter que l'inertie du fluide n'absorbe l'énergie vibratoire du résonateur quand celui-ci fait partie de la surface du réservoir, la face du réservoir à laquelle le manchon est fixé est conique de façon que le réservoir soit convexe, et une membrane s'étend dans le réservoir en séparant le fluide de ladite face. La membrane isole alors le fluide du résonateur.

Le débit peut aussi être régulé par un clapet libre entre un perçage de la membrane en regard du manchon et une extrémité du manchon débouchant dans le réservoir.

Une autre possibilité consiste à pourvoir la pompe d'un capot à bord attaché au réservoir, couvrant le manchon et pourvu d'un orifice devant l'extrémité libre du manchon, ce qui protège le manchon. L'orifice du capot peut contenir alors une bille libre dans un logement constituant l'orifice, afin de régulariser la délivrance du fluide à l'extérieur. Ou encore, le capot peut délimiter un logement formant une réserve d'un additif au fluide, qui est délivré en même temps que celui-ci grâce aux vibrations, avec une teneur déterminée du mélange.

Selon un mode de fonctionnement très important, puisqu'il facilite beaucoup la délivrance du fluide, le résonateur est agencé pour appliquer aussi des oscillations axiales au manchon. On a constaté que la superposition des oscillations axiales aux oscillations de flexion, surtout quand les oscillations axiales ont une fréquence double des oscillations de flexion, favorisait l'écoulement du fluide par le capillaire .

Une autre façon de faciliter le transport du fluide dans le capillaire consiste à pourvoir la pompe d'une aiguille fixée au réservoir et s 'étendant dans le capillaire.

Enfin, dans une construction également importante de l'invention, la pompe comprend un transducteur d'alimentation convertissant une énergie électrique en ondes de pression dans un milieu adjacent, un transducteur récepteur, également adjacent audit milieu, convertissant les ondes de pression en énergie électrique est fixé au réservoir, et relié au résonateur pour le commander. LISTE DES FIGURES

On va maintenant développer les notions précédentes tout en décrivant en détail certains modes particuliers de réalisation de l'invention.

Ces modes sont donnés à titre illustratif des divers aspects de l'invention, mais il est manifeste que celle-ci peut être construite autrement, avec des modes de réalisation différents, obtenus par exemple en combinant des éléments des modes effectivement décrits. On s'appuiera sur les figures suivantes : la Figure 1 est une vue d'un premier mode de réalisation de l'invention ; la Figure 2 illustre les électrodes ; la Figure 3 illustre un deuxième mode de réalisation ; la Figure 4, un troisième mode ; la Figure 5, un quatrième mode ; la Figure 6, un cinquième mode ; la Figure 7, un sixième mode ; la Figure 8, un septième mode ; la Figure 9, un huitième mode ; la Figure 10, un neuvième mode ; la Figure 11, un dixième mode ; la Figure 12, un onzième mode ; et la Figure 13, une réalisation particulière des électrodes du résonateur .

DESCRIPTION DETAILLEE

MODE DE REALISATION SIMPLE CARACTERISTIQUES

GENERALES

La figure 1 illustre les points clefs de la pompe selon l'invention. La pompe intègre un réservoir 1 contenant un fluide couplé à un résonateur 2 par un manchon 3 creux en tube flexible pouvant être conique ou effilé. Le résonateur 2 est annulaire et entoure le manchon 3. Il comprend un anneau 70 en céramique qui possède sur sa périphérie des transducteurs piézoélectriques qui le déforment quand de l'énergie électrique leur est appliquée. Ces transducteurs comprennent tous une électrode externe commandée par une alimentation extérieure, une électrode interne et une couche en matière piézoélectrique qui se déforme selon le champ électrique que lui appliquent les électrodes. Les électrodes sont fixées sur les deux faces de la couche piézoélectrique, l'électrode interne est aussi fixée à l'anneau 70, et l'électrode externe donne à l'extérieur du résonateur 2. Les déformations de la couche piézoélectrique sont donc transmises ainsi à l'anneau 70. Dans ce mode de réalisation comme dans d'autres, le résonateur 2 est distinct du réservoir 1, mais il lui est en réalité relié, par exemple par une bague cylindrique. Les déformations que les transducteurs appliquent à l'anneau 70 du résonateur 2 sont en direction radiale, vers l'intérieur ou l'extérieur selon le signe de charges électriques appliquées à leurs électrodes. Les transducteurs comprennent une paire de transducteurs semi-circulaires 4a et 4b (Figure 2) fixée à la face supérieure de l'anneau 70, et qui peuvent être commandés par du courant alternatif en opposition de phase. Les déformations (A) qu'ils font subir à l'anneau 70 sont donc de sens opposés sur des rayons opposés L'anneau 70 se déforme de la même façon à la périphérie supérieure où il est lié aux transducteurs 4a et 4b, mais sa rigidité fait que ces déformations induisent à la partie centrale 6 des déflexions verticales opposées (B) des secteurs de l'anneau 70, qui sont respectivement associés aux transducteurs 4a et 4b, et une flexion latérale (C) du manchon 3, qui le fait basculer d'un côté puis de l'autre à chaque inversion de sens du courant. Cette oscillation est une oscillation de flexion d'ensemble d'après laquelle tout le manchon 3 se déforme d'après un mode propre ou une superposition de modes propres, en général le premier mode propre correspondant à un déplacement de toutes les régions du manchon 3 dans un même sens radial avec une amplitude croissante vers l'extrémité libre, et elle suscite l'écoulement du contenu du réservoir 1 ainsi qu'on le détaillera ensuite. Un second transducteur ayant une électrode externe 5 et une électrode interne à la masse est établie sous l'anneau 70, en regard des transducteurs 4a à 4b, mais sa constitution est différente puisqu'il est continu sur un cercle et soumet donc l'anneau 70 à des déformations axisymétriques radiales (D) . De la même façon qu'avec les transducteurs 4a et 4b, ces déformations correspondantes engendrent une composante verticale de déformation du centre de l'anneau piézoélectrique, mais qui est uniforme sur sa circonférence, de sorte qu'elles induisent un mouvement vertical (E) du manchon 3. Ici encore, l'application du courant alternatif produit un mouvement oscillatoire. Ce mode axial de vibration, qu'on appellera aussi mode haut-parleur puisqu'il se traduit par un battement de la face inférieure du réservoir 1 à laquelle le manchon 3 est relié, peut aussi faciliter l'écoulement du fluide hors du réservoir. Il faut toutefois souligner qu'une configuration particulièrement favorable est obtenue en cumulant les deux modes d'excitation, la fréquence d'oscillation axiale ou verticale du manchon 3 (d'après le mouvement E) étant deux fois celle d'oscillation de flexion du manchon 3 (d'après le mouvement C) , puisqu'alors l'écoulement est beaucoup facilité, et le débit hors du réservoir 1 plus important. L'anneau 70 présente une région centrale 6 amincie réalisant une amplification mécanique de la vibration. La région centrale 6 du résonateur 2 - comprend une section tubulaire 7, en contact avec le manchon 3 effilé vers son extrémité libre du manchon, où se trouve une buse d'éjection 8, et non loin de cette extrémité libre. Les mouvements du centre de l'anneau 70 sont donc transmis au manchon 3 par section tubulaire 7, qui convertit le mouvement surtout vertical B en mouvement surtout horizontal C par effet de levier. Cette disposition permet aussi de raccorder le résonateur 2 à un endroit plus effilé constituant une charge mécanique plus faible du manchon 3 et donc de le fléchir plus facilement, tout en transmettant des oscillations plus importantes que celles de la région centrale 6, encore grâce au bras de levier procuré par la section tubulaire 7 ; l'amincissement de la région centrale 6 permet lui-même d'augmenter ces oscillations grâce à la diminution de sa rigidité.

Le principe physique de fonctionnement de la pompe peut être présenté de deux façons différentes. La première consiste à dire que lorsque le résonateur 2 est en résonance de flexion avec basculement de l'ensemble du manchon 3, d'un mouvement de balancier (B et C) correspondant au premier mode propre de flexion, le manchon 3 s'étire en se courbant et une partie du fluide est entraînée vers l'extrémité. Lors du mouvement de retour, le manchon 3 repasse par la verticale, l'étirement est alors minimal. La situation est telle qu'après avoir progressé facilement vers l'extrémité libre, moins chargée, vers la buse d'éjection 8, il est impossible au fluide de remonter vers la base du manchon 3 beaucoup plus chargée en fluide et donc de remonter vers la partie haute du réservoir 1 (le liquide étant par hypothèse incompressible en l'absence de bulles d'air dans le manchon 3) . En effet, la section de liquide qu'il faut pousser pour remonter dans le manchon 3 est plus importante que celle qu'il faut déplacer pour le descendre. Cette propriété est renforcée si le canal capillaire à l'intérieur du manchon 3 s'affine aussi vers l'extrémité libre. Le petit volume de liquide à l'extrémité subissant une charge importante, doit descendre vers la buse d'éjection 8 en déclenchant une giclée dans la seule direction possible qui est vers l'extrémité la plus étroite où la charge est plus faible, c'est-à-dire vers l'extérieur. Puis, avec l'alternance des mouvements de balancier, un nouveau volume est entraîné vers l'extrémité libre à chaque basculement, qui sera à son tour expulsé lors d'un retour à l'alignement vertical de l'extrémité. Il y a donc deux giclées, c'est-à-dire deux éjection, ou deux jets de liquide, par période ultrasonore.

La deuxième façon d'expliquer le principe de fonctionnement de la pompe est sans doute aussi plus facile à comprendre et à modéliser car elle consiste à dire que le manchon 3 constitue un bras de rotation autour d'un axe situé à la base du manchon. Pour de petits mouvements de balancier (de quelques microns), le basculement du manchon 3 de quelques millimètres de hauteur, est assimilable à une rotation. La rotation du manchon 3 s'inverse deux fois par période ultrasonore. La masse de volume de liquide contenu à l'extrémité du manchon 3 subit donc une accélération à la fois tangentielle et centrifuge dont on peut calculer la force et qui, ramenée à la surface interne du canal capillaire, définit la pression d'aspiration intrinsèque de la pompe. Sachant que le manchon 3 effectue des allers-retours à la fréquence de résonance du résonateur 2, l'accélération centrifuge et tangentielle est maximale à chaque fois que le manchon 3 passe par la position verticale. Cette explication rejoint dans ses conclusions l'explication précédente, c'est-à-dire la production d'une giclée deux fois par période ultrasonore. En outre, elle suggère qu'il n'est pas nécessaire de provoquer une forte dissipation d'énergie vibratoire dans le fluide pour engendrer le pompage. Le processus peut avoir un bon rendement énergétique. Enfin, elle permet de penser qu'il existe une accélération centrifuge seuil permettant de vaincre les forces hydrophiles ou hydrophobes résultant en une tension de surface qui pourraient retenir le liquide et permettre sa progression. Aucune cavitation du fluide n'est nécessaire.

EXEMPLE PARTICULIER DE REALISATION DU PREMIER MODE

Dans une réalisation particulière le réservoir 1 et le manchon 3 sont intégrés, et le manchon 3 est un tube conique inséré en force dans la section tubulaire 7 du résonateur 2. Le fluide situé à l'extrémité du manchon 3 subit une accélération latérale et centrifuge qui le propulse à la sortie de la buse d'éjection 8 de diamètre interne 0,5 mm. La hauteur du bras d'accélération est de 21 mm entre le niveau moyen du résonateur 2 et la buse d'éjection 8 (cote F) . Le résonateur comporte un amincissement symétrique dans sa région centrale 6 qui augmente l'amplitude de la vibration selon un mode de flexion.. Les électrodes internes au contact de l'anneau 70 sont à la masse. La céramique piézoélectrique des transducteurs 4a, 4b et 5 est excitée en demi-pont. Leur électrode interne est à la masse et leur électrode externe excitée par une tension sinusoïdale ou carrée symétrique. La céramique piézoélectrique peut fournir un second type de vibration pour imprimer un mouvement selon l'axe du manchon 3 et permettre l'éjection d'une gouttelette unique qui se serait formée à l'extrémité de la buse d'éjection 8 de forme évasée ; il peut donc y avoir deux étapes, une première où la gouttelette se forme lentement et grossit à l'extrémité du manchon 3 pour occuper la buse d'éjection 8 au moyen des transducteurs 4a et 4b, et une deuxième étape où le transducteur 5 axisymétrique engendre un mouvement axial et propulse la goutte ; ce fonctionnement est plus faiblement obtenu avec des buses d'éjection 8 évasées, formant un réceptacle et couvertes d'un revêtement hydrophobe dont on verra des échantillons plus loin.

Les dimensions et les puissances électriques mises en jeu par ce procédé de pompage rendent cet actionneur compatible avec toutes les pompes ultrasonores appliquant ce procédé. Une variante plus petite en taille et puissance d'excitation est décrite plus loin pour un usage implantable. Il est possible de miniaturiser au delà de l'exemple décrit.

Le procédé de pompage par centrifugation se prête bien au calcul de la pression ou de la dépression de la pompe. On suppose que le fluide est initialement inséré jusqu'à l'extrémité du tube conique formant le manchon 3.

Ce premier prototype est réalisé avec un résonateur 2 de diamètre externe 50 mm et un rayon interne de 2 mm de l'anneau 70 dont la section tubulaire 7 est percée à 1,3 mm de diamètre et à une hauteur de 5,5 mm sous la ligne inférieure de l'anneau 70 du résonateur 2 (cote G) . Il produit une fréquence de résonance de 26 kHz (période de 38 ps) et une amplitude de vibration latérale à l'extrémité du manchon 3 de 1,6 pm crête à crête, soit environ 5 pm de crête à crête à l'extrémité du manchon 3 de hauteur 21 mm. L'accélération centrifuge est donc maximale lorsque le mouvement de basculement est à la verticale. Si Uo est l'amplitude de débattement latéral, f o la fréquence de résonance du résonateur 2, a_c, l'accélération centrifuge, R la hauteur entre la base du manchon 3 et en considérant le volume élémentaire de fluide situé à l'extrémité de la buse d'éjection, on a

U(t) = U₀Sin(2 Î₀ t)

= ^{47l 2f}^^U°² Cos² (2 nÎ₀ t) avec Uo=2 , 5 pm,

f₀= 26 kHz,

R = 21 mm,

soit ici : a_c=2 m/ s ². L'accélération centrifuge atteint environ 20% de l'accélération de la pesanteur lorsque le manchon 3 passe par la verticale.

Le débattement latéral engendre aussi une composante d'accélération tangentielle (a_T = R/ Uo a_c) . Cette composante est R/ U fois plus puissante que la composante centrifuge, soit environ 8000 fois plus puissante. Cette accélération est susceptible dans certains cas d'engendrer une baisse de pression suffisante au niveau des parois latérales pour créer un phénomène de cavitation sur la paroi latérale du côté du sens de basculement. Mais surtout elle engendre un écrasement inertiel du fluide contre les parois latérales du manchon 3, qui le chasse en direction axiale. La réduction de la section de fluide vers l'extrémité libre du manchon 3 est ainsi une condition favorisant la progression du fluide vers l'extrémité.

La forte accélération subie par le fluide est nécessaire pour le pousser à travers un capillaire fin. Pour un capillaire fin, n'autorisant pas d'écoulement du fluide en conditions statiques, et pouvant donc rester toujours ouvert, sans clapet d'aucune sorte et qui constitue une réalisation avantageuse de l'invention, une simple accélération de quelques « g » ne suffit pas à expulser une goutte. La pompe est donc au repos dans un état fermé, c'est-à- dire que le contenu du réservoir 1 ne s'écoule pas quoique le manchon 3 reste ouvert. Par capillaire fin, on entend un capillaire dans lequel le fluide ne s'écoule pas spontanément par effet de gravité, les forces capillaires étant alors prédominantes. En l'absence de ponts capillaires ou de forces capillaires, par exemple dues à un état de surface non parfaitement lisse, pour qu'il y ait un écoulement naturel, il faut que la force gravitationnelle (ou si besoin sa valeur projetée) soit supérieure à la force de surface dont l'amplitude et l'angle avec la paroi du tube dépendent de la mouillabilité du fluide et du traitement de surface hydrophile ou hydrophobe de la paroi. Pour qu'il y ait écoulement spontanée, il suffit donc que le diamètre soit suffisamment grand pour que la force gravitationnelle finisse par dépasser la force de surface. Ainsi, le diamètre du capillaire sera généralement inférieur à 1 mm, voire à 0,5 mm. Il sera typiquement compris entre 0,1 et 0,5 mm.

Un clapet peut néanmoins être rajouté, en particulier en cas de différence de pression de gaz à prévoir entre l'intérieur du réservoir et le milieu extérieur, pour empêcher tout écoulement intempestif (voir une réalisation plus loin) et toute fuite par simple capillarité voire même tout effet d ' évaporâtion .

Au total, un volume élémentaire de fluide à l'extrémité du manchon 3 conique subit une pression- dépression périodique dont le module atteint 16000 Pa ; cette pression est latérale et légèrement vers l'aval.

Le pompage est continu ou intermittent. Dans le cas du prototype qu'on illustre ici, une excitation avec un rapport cyclique de 10% permet d'expulser 100 μΐ de liquide en 20 secondes dans un manchon 3 de diamètre interne 0,7 mm au plus fin. Les mêmes 100 μΐ sont expulsés en 2 secondes pour une émission continue. Les céramiques sont de marque Ferroperm PZ26, d'épaisseur 0,5 mm et excitées par une tension d'excitation de 80Vcc.

Un pompage intermittent peut être constitué par exemple de 100 périodes à 26 kHz, soit 3,87 ms avec un rapport cyclique de 10% soit une cadence de tir intermittent de 1/38,7 ms = 25,8 Hz. Chaque paquet comprend 100 périodes avec flexion de l'extrémité et 150 périodes à la fréquence 2 x 26 kHz = 52kHz, avec mouvement de haut en bas (axial) de l'extrémité.

Comme indiqué plus haut, le mode de flexion est suffisant pour engendrer le pompage du fluide. Le mode axial peut en outre jouer sur l'éjection du fluide à l'extrémité de la buse 8 et en fonction de sa géométrie. Pour une éjection goutte à goutte, on pourra combiner un mode de flexion pour constituer progressivement la goutte à l'extrémité de la buse 8 évasée à un mode axial pour expulser la goutte après sa formation .

Si l'on miniaturise cet actionneur, on peut atteindre, par exemple, une fréquence de travail de 600 kHz pour un diamètre du résonateur 2 de 7 mm (environ 30 fois plus haut en fréquence) . Nous pouvons faire les estimations suivantes :

l'augmentation de la fréquence réduit d'autant l'amplitude des vibrations et donc le volume de chaque giclée. Donc si l'on multiplie par 30 la fréquence, on divise par 30 le volume d'une giclée, ce qui place à environ 1 nanolitre par giclée ;

l'électronique de commande peut être programmée pour fournir un nombre prédéterminé de giclées de 1 nanolitre.

En résumé pour que l'expulsion soit efficace, on peut indiquer les conditions suivantes :

1) un liquide contenu dans le réservoir 1, qui est raccordé à un tube flexible (le manchon 3) inséré en force dans un orifice du résonateur 2 ;

2) un mouvement de flexion de va-et- vient de l'extrémité du manchon 3 et de sa buse d'éjection 8 ;

3) une forme conique ou effilée de l'extrémité du manchon 3 ou de la buse d'éjection 8, créant une situation de réduction de l'impédance mécanique de rayonnement (produit de la section du réservoir x hauteur sur une demi- période x masse volumique x vitesse du son dans le fluide) le long de l'axe ;

4) une extrémité libre pouvant atteindre une grande amplitude de débattement latéral .

Le fait d'avoir en sus une vibration axiale à la fréquence double du mode de flexion engendre une vibration elliptique des faces internes et peut faciliter l'écoulement.

Le déphasage entre les deux fréquences de basculement et axiale doit être ajusté pour que les deux effets s'ajoutent et que le fluide soit poussé dans le bon sens c'est-à-dire vers l'extrémité de plus petite section du réservoir (pour un mouvement latéral en Uo Sinus {2nt₀ .) on a un mouvement axial en U_tSinus (

où U_t désigne l'amplitude maximale du mouvement axial) .

AUTRES MODES DE REALISATIONS

La figure 3 représente une réalisation un peu différente de l'invention, où le manchon, maintenant référencé par 13, est intégré au résonateur 2. Comme précédemment, il s'effile vers l'extrémité libre comprenant la buse d'éjection 8 afin d'accroître sa souplesse sous l'effet des forces d'accélération latérales et de favoriser ainsi l'éjection du fluide, et son extrémité opposée est reliée au résonateur 2. Un flexible 14 relie le réservoir 1 à l'extrémité encastrée ou débouchant (si usiné de façon monolithique avec le résonateur) du manchon 13 et permet ainsi l'écoulement du liquide vers l'extérieur. Le réservoir 1 et le manchon 13 sont pourvus d'embouts 15 et 16 sur lesquels les extrémités du flexible 14 sont enfoncées, et des bagues de serrage 16 maintiennent le montage, qui est toutefois assez souple pour que les mouvements latéraux du manchon 13 ne soient pas empêchés. Une solution de fixation alternative à la bague de serrage conciliant serrage sans blocage du manchon 13 consiste à exploiter une gaine flexible thermorétractable avec un rétreint compris entre 1,1 et 2,5.

La figure 4 illustre une variante de réalisation, dans laquelle un flexible de sortie 17 est enfoncé autour du manchon 13 et bloqué sur lui par une autre bague de serrage 18 ; il enclôt un volume intermédiaire 19 que le fluide occupe après avoir quitté la buse 8 et avant de sortir définitivement de la pompe. A cet effet, le flexible de sortie 19 comprend une extrémité libre 20 comprenant un capillaire 21 par lequel le fluide sort du volume intermédiaire 19. L'extrémité 20 est assez longue et mince pour être soumise aux mêmes mouvements oscillants horizontaux que le manchon 13 sous l'effet des vibrations du résonateur, avec une amplification due à sa longueur et à sa souplesse plus importantes.

Dans la variante de réalisation représentée à la figure 5, le manchon 13 est complété par un manchon 22 opposé et en prolongement, également fixé au résonateur 2, qui pénètre dans le flexible d'entrée 14 et qui a aussi une forme s 'effilant vers l'extrémité libre (ici dirigé vers le réservoir 1), mais dont la longueur est différente de celle du manchon 13. Les fréquences de résonance des manchons 13 et 22 sont ainsi différentes, ce qui permet d'inverser le sens de pompage selon la fréquence d'excitation, si cette fréquence coïncide avec la fréquence de résonance du manchon 22 : on peut alors plonger l'extrémité libre 20 du flexible de sortie 17 dans un fluide ambiant pour qu'il soit aspiré vers le réservoir 1.

Le même effet peut être obtenu avec le mode de réalisation de la figure 6, où le résonateur 2 comprend deux anneaux 2a et 2b superposés reliés entre eux par une tige creuse 25 que deux manchons 13a et 13b prolongent dans des sens opposés, un capillaire 26 unique traversant les manchons 13a, 13b et le tube 25. Chacun des manchons 13a et 13b est fixé à un des anneaux 2a et 2b respectifs. Un flexible 20a ou 20b est engagé sur chaque manchon 13a ou 13b, de la même façon que le flexible de sortie 20 de la réalisation précédente. Le fluide 20a débouche dans le réservoir 2, le fluide 20b à l'extérieur de la pompe. L'ensemble est à peu près symétrique sauf que les anneaux 2a et 2b ont des épaisseurs différentes et donc des fréquences de résonance différentes. En choisissant judicieusement la fréquence d'excitation, un des manchons 13a et 13b vibre à une intensité beaucoup plus grande que l'autre, ce qui impose encore le sens du mouvement du fluide. Le tube de liaison 25 étant plus mince que les manchons 13a et 13b, le couplage acoustique qu'il produit est faible.

Un autre genre de perfectionnement, illustré comme une variante de la figure 3, apparaît à la figure 7 : la buse 8 est remplacée par une buse 28 s 'évasant vers la sortie, ce qui permet à une goutte d'y croître avant d'être éjectée en accroissant temporairement l'amplitude de vibrations et donc l'accélération. Un revêtement hydrophobe couvre avantageusement l'intérieur de la buse 28 pour donner cet effet. Le dispositif peut être utilisé comme nébuliseur. Il est à noter que les autres modes de réalisation permettent aussi de délivrer des débits constants et connus, mais pas nécessairement sous forme de gouttes.

On passe au commentaire de la figure 8. L'invention peut être appliquée à la délivrance continue de fluides dans des applications utilitaires où le fluide est par exemple de l'encre ou de la peinture déposée sur une surface en papier, céramique ou autre. Le réservoir 1 prend ici la forme d'un stylet 30 de forme allongée dans lequel le résonateur, maintenant 31, est encastré. Il comprend encore un anneau 32 qui constitue ici la face inférieure du stylet 30, et un manchon 33 d'une pièce avec la paroi 32, s'effilant vers le bas et l'extrémité libre, et dont le capillaire intérieur s'effile aussi. Un circuit imprimé flexible 34 est enroulé dans la paroi du réservoir 30 de façon adjacente au résonateur 31 et commande des électrodes 35 conformes aux réalisations qui précèdent. Le stylet 30 porte un capot inférieur 36 qui protège le résonateur 31 en le couvrant, dont la forme est conique et qui porte à son sommet un orifice 37 à bille 38 situé juste au-dessous de l'extrémité libre du manchon 33. De façon analogue à ce qui existe pour les stylos à bille, le liquide délivré par le stylet 30 nappe la bille 38 et sort de l'orifice 37 à un débit uniforme. Le mode de flexion du manchon 33 est typiquement associé à une fréquence de résonance de 600 kH. L'excitation de l'actionneur dure entre 10 ps et 100 ps à intervalles périodiques, le circuit imprimé flexible 34 comprenant une horloge de commande des impulsions d'excitation.

D'autres modes de réalisation seront décrits au moyen des figures 9 et 10. Lorsque le résonateur est intégré au réservoir comme dans la réalisation précédente, un inconvénient qui apparaît est que le liquide pèse sur le résonateur et limite l'amplitude de ses vibrations. Cela peut être combattu par la disposition prise dans les modes de réalisation des figures 9 et 10, dans laquelle une membrane 39 percée en son centre s'étend au-dessus du résonateur 31 de façon qu'un volume vide 40 existe entre l'anneau 32 et la membrane 39. L'anneau 32 porte un trou 41 permettant l'entrée d'air ambiant dans le volume vide 40 ; un autre trou 42 (présent aussi sur les autres modes de réalisation) traverse la paroi supérieure du réservoir, ici 43, pour faire communiquer son contenu à l'extérieur et permettre l'écoulement progressif du fluide qu'il contient. Un clapet 44 occupe le centre du volume vide 40 et couvre l'entrée du capillaire du manchon 33 de manière à éviter un écoulement direct du fluide, qui emplirait le volume vide 40. Le clapet 44 est muni d'une tige 45 qui s'étend à travers le perçage de la membrane 39 et le maintient en place. Quand le résonateur 31 est mis en mouvement, les vibrations de flexion du manchon 33 basculent aussi le clapet 44, ce qui fait apparaître des jeux périodiques avec la membrane 39 et le capillaire du manchon 33, autorisant ainsi un écoulement fractionné du fluide, dont un petit volume traverse donc à tout instant le volume vide 40.

La réalisation de la figure 10 diffère de la précédente en ce qu'elle ne comprend pas le clapet 44 et que la membrane 39 est complétée par une lèvre recourbée 46 entourant le capillaire du manchon 33 et isolant le volume vide 40 du contenu du réservoir 43. Une aiguille 47 s'étend de plus dans le conduit du manchon 33 et dans le réservoir 43, jusqu'à l'extrémité libre du manchon 33 et la paroi de fond 47 du réservoir 43. Quand le résonateur 31 vibre, la paroi de fond 48 reste fixe, ce qui fait coulisser le manchon 33 le long de l'aiguille 47 et favorise l'écoulement du fluide, surtout si l'aiguille 47 est revêtue d'une matière favorisant le mouillage par le fluide (une matière hydrophile si le fluide est de l'eau) . En effet, le mouvement de va-et-vient axial du manchon le long de l'aiguille 47 favorise le mouillage et le déplacement par capillarité du fluide dans le sens de la sortie. Le mode de réalisation de la figure 9 convient bien aux jets discontinus de fluide (surtout si on le pourvoit, comme on l'a représenté ici, de la buse évasée), alors que le mode de réalisation de la figure 10 convient aux jets plus continus de fluide constitués de gouttelettes fines. Les surfaces du volume vide 40 sont avantageusement recouvertes d'une couche hydrophobe (plus généralement d'une matière non mouillante) pour y combattre le séjour du fluide ; l'intérieur du manchon 33 ainsi que les parois latérales et supérieure du réservoir 43 sont au contraire revêtus d'une matière favorisant le mouillage.

On passe au mode de réalisation de la figure 11. Le réservoir 43 est muni d'un capot inférieur 49 ressemblant au capot 36 de la réalisation de la figure 8 et qui couvre de même le manchon 33, mais qui finit sur un orifice 50 entourant l'extrémité libre du manchon 33 et qui forme un jeu avec lui. Le volume intérieur 51 au capot 49 est exploité et forme une réserve de poudre qui est évacuée peu à peu, de façon simultanée au fluide contenu dans le réservoir 43, sous l'effet des mouvements de va-et-vient du manchon 33, et principalement des composantes en sens axial. On a représenté ce mode de réalisation installé sur une canalisation 52, l'orifice 50 étant disposé à travers un perçage de celle-ci, le dispositif fournissant donc régulièrement des additifs au contenu de cette canalisation 52.

On passe au commentaire de la figure 12. Le dispositif excitateur peut être séparé du reste de la pompe, qui est alors situé derrière une paroi 53, par exemple implanté sous la peau ou l'os d'un être vivant. Le dispositif est alors conçu pour la délivrance régulière de médicament ou d'un autre produit pour une longue durée, éventuellement de plusieurs années, à faible dose. Le réservoir 54 est alors rechargeable et son volume 55 inoccupé par le fluide utile est peut être rempli de gaz sous pression ou de gaz à la pression ambiante. Un transducteur récepteur 56 est avantageusement adjacent à la paroi 53 et occupe la face du réservoir 54 qui est opposée au manchon 33, le résonateur 57 étant constitué par la face inférieure du réservoir 54 ainsi que par des électrodes reliées au transducteur récepteur 56. Le transducteur récepteur 56 dépend d'un transducteur d'alimentation 58 placé à l'extérieur, de l'autre côté de la paroi 53, qui lui transmet l'énergie d'excitation par ondes longitudinales à travers la paroi 53. Le transducteur d'alimentation 58 communique avec le transducteur récepteur 56 par transmission d'ondes ultrasonores à travers le milieu intermédiaire. Une alimentation par des batteries rechargeables est une variante possible. RECUPERATION D ' ENERGIE A TRAVERS UNE PAROI

L'efficacité de la récupération d'énergie tient essentiellement à l'efficacité de la conversion piézoélectrique des matériaux utilisés et est fonction ensuite de la dispersion de l'énergie acoustique lors de sa propagation dans un milieu semi-infini éventuellement hétérogène. Par analogie avec les lignes de transmission en télécommunication, on parle d'adaptation d'impédance mécanique lorsqu'il faut coupler deux milieux de propagation acoustique différents. Dans certains cas, la difficulté du couplage provient de la petite surface de couplage, tandis que dans d'autres cas, la difficulté est due à la nature très différente des deux milieux, solide pour l'un, liquide pour l'autre. Le problème qu'il faut résoudre présente ces deux difficultés. Nous allons les décrire un peu plus quantitativement.

La première notion est celle d'impédance mécanique. Pour un milieu infini, on caractérise cette rupture par la notion d'impédance intrinsèque des milieux, Z i , produit de la masse volumique p par la vitesse V des ondes acoustiques qui s'y propagent :

^Zi~ P^ est observé. La vitesse V peut être celle V_L des ondes longitudinales ou V_T des ondes transversales.

Pour une interface plane séparant deux milieux fluides semi-infinis non visqueux, caractérisés par leurs impédances intrinsèques Zi et Z2, le coefficient de réflexion de la puissance acoustique R d'une onde acoustique plane sinusoïdale en incidence normale à l'interface vaut :

Le facteur de transmission T de l'intensité acoustique vaut :

Si les milieux ont des impédances très différentes, la majeure partie d'une onde incidente émise depuis le milieu 1 est réfléchie à l'interface sans atteindre le milieu 2.

Si les milieux sont à la fois solides et liquides, il apparaît des coefficients de réflexion, de réfraction et de conversion en fonction de l'angle d ' incidence .

Par ailleurs, l'amortissement des ondes acoustiques, lié à la viscosité du milieu de propagation, est également un facteur à prendre en considération. La puissance d'une onde acoustique P(z) se propageant selon la direction z, dans un milieu avec perte par viscosité caractérisé par un coefficient de viscosité η (avec T = Q_Z , où T est la contrainte et v la vitesse des particules) peut s'exprimer selon la formule

P(z) = P₀e^laz

ηΐπί²

2V³p

a est souvent donné en dB/cm. Ce coefficient augmente avec le carré de la fréquence f et est inversement proportionnel au cube de la vitesse des ondes. La vitesse des ondes longitudinales étant pratiquement deux fois plus grande que la vitesse des ondes transversales, l'amortissement d'ondes transversales dans un milieu visqueux est bien plus grand que celui des ondes longitudinales. Les plastiques mous entrent dans cette catégorie.

Le taux d'insertion traduit l'efficacité du transducteur piézoélectrique émetteur plaqué contre la peau à convertir l'énergie électrique en énergie mécanique qui se propage à travers la peau et l'os jusqu'à une antenne piézoélectrique équipant le dispositif doseur.

Les transducteurs émetteur et récepteur étant excités à la même fréquence, en l'occurrence une fréquence de résonance de ces éléments, et dans un milieu de propagation avec pertes, le taux d'insertion caractérise la capacité du montage à maintenir la résonance aux bornes du récepteur piézoélectrique à une amplitude élevée alors que celui-ci est chargé sous basse impédance électrique. Nous cherchons à obtenir le plus fort taux d'insertion.

Celui-ci est mesuré selon le montage suivant. Un premier transducteur piézoélectrique PZT1 est excité par un signal sinusoïdal d'amplitude FEM = 1 Vcc (force électromotrice crête à crête) à une fréquence de résonance du résonateur. L'impédance de sortie Rs du générateur de fonction est de 50 Ohms. Le transducteur PZT1 convertit une partie du signal électrique en onde mécanique qui se propage jusqu'au transducteur PZT2. Ce dernier convertit par effet réciproque le signal mécanique en signal électrique V_L que l'on mesure via une sonde d'oscilloscope aux bornes d'une charge résistive de 50 Ohms.

Le taux d'insertion TI entrée/sortie est

2V_Z

donné par le rapport

FEM

Lorsque le mécanisme de couplage avec le transducteur récepteur PZT2 est optimal, en particulier, le taux d'insertion entrée/sortie peut être proche du taux de conversion en énergie K ²33 d'un transducteur piézoélectrique, soit 46% et 49% pour les matériaux PZ26 et PZ27 respectivement de la société Ferroperm .

Dans le cas où le milieu de propagation est hétérogène, tel la peau, la graisse, les os, l'onde acoustique voit son front d'onde se déformer et le taux d'insertion entrée / sortie se dégrader. Ceci est d'autant plus vrai que la fréquence de travail est plus élevée .

A 1 MHz, la longueur d'onde des ondes acoustiques dans le corps est de l'ordre de 1,5 mm. L'épaisseur de tissus / os à traverser doit être assez courte et l'antenne acoustique assez étendue latéralement pour qu'une proportion suffisante de la puissance émise soit récupérée.

La transmission à travers les parois d'une enceinte pour des matériaux plus homogènes tels les verres et les métaux pose beaucoup moins de problème.

En outre, la fréquence de travail et la forme de l'antenne réceptrice doivent permettre d'éviter les couplages intempestifs avec d'autres sources d'ondes acoustiques présentes dans

1 'environnement .

Enfin, à supposer qu'un transducteur émetteur ayant la bonne géométrie et une forme adaptée à l'antenne réceptrice contenue dans le dispositif doseur soit appliqué contre la peau, on peut imaginer d'introduire une modulation du signal comme clef d ' activâtion . Il faudrait par exemple que la source d'onde acoustique devant mettre en action le doseur soit émise à une cadence clef (la clef pouvant être changée par le patient ou uniquement par un médecin) pour que le dispositif doseur délivre la dose.

Dans un milieu sans perte à propagation guidée, lorsque le taux d'insertion est bon, la moitié de la puissance électrique peut être convertie en puissance mécanique par effet piézoélectrique.

EXEMPLE DE CIRCUIT ELECTRIQUE

On revient à la figure 12 pour détailler un mode particulier de réalisation du circuit de commande 56, qui est figuré en développé à côté de la figure principale. Le dispositif d'excitation 58 est un transducteur d'alimentation piézoélectrique émettant une onde de pression dans la paroi 53, et reprise par le transducteur de commande 56 et reconvertie en énergie électrique fournie aux électrodes du résonateur 57.

On s'intéresse ici à un dispositif d'assez grandes dimensions situé derrière une paroi 53 artificielle. Dans le transducteur d'alimentation 58, un oscillateur astable de fréquence 19 kHz sert à créer une haute tension de 90 V en ouvrant et fermant périodiquement un transistor Tl qui charge une self inductance de valeur lmH et de résistance série 60 Ohms. La montée en charge en courant de la self dure au moins 40 ps (trois fois la constante de temps) . Lors de la fermeture du transistor Tl, une tension négative apparaît et vient charger les condensateurs réservoirs en série disposés à la suite du pont de diodes. Cette haute tension est utilisée ensuite pour venir exciter le transducteur d ' actionnement 56 à une fréquence de 600 kHz au moyen des transistors NMOS et PMOS qui commutent en opposition de phase, l'un (Source) le PMOS servant à porter la tension du transducteur actionneur à 90V tandis que l'autre le NMOS (Sink) servant à vider les charges électriques. Les deux condensateurs en série totalisent une capacité de 10 à 100 fois la valeur de la capacité statique de 1 'actionneur soit environ 100 nF . La rafale à 600 kHz comprend N périodes, N étant compris entre 1 et 60. La rafale est réémise à une cadence de 1 kHz afin de permettre le maintien de la haute tension. Le rapport cyclique d'excitation de l'actionneur ne dépasse pas 10%. Dans le cas de dispositifs implantables , on exploitera des tensions plus faibles.

Des points particuliers sont :

-excitation continue en mode épaisseur à une tension d'excitation supérieure ou égale à 6Vcc du transducteur d'alimentation 58 (1 à 4 MHz) . Il fait typiquement un diamètre de 5 à 50 mm et une épaisseur de 0,5 mm à 2 mm. Le transducteur d'alimentation est posé contre la paroi 57. Une onde de pression est engendrée dans le milieu qui se propage jusqu'au transducteur récepteur 56. La transmission est efficace si les deux transducteurs ont la même fréquence de résonance et si l'excitation de l'onde de pression est effectuée à cette fréquence, et enfin si les deux transducteurs sont parallèles. Plusieurs dizaines de milliwatts sont alors disponibles aux bornes du transducteur récepteur 56. L'excitation du transducteur d'alimentation 58 peut être effectuée par intermittence. La modulation tout ou rien du signal émis selon une trame particulière peut servir à coder une clef de réactivation du doseur décodée via une conversion analogique numérique AO du microcontrôleur. Celui-ci dispose d'une entrée de conversion analogique numérique (ou via un mode capture/compare) . La réception en champ proche (à 1 centimètre de distance typiquement) se fait via un transducteur récepteur 56 identique au transducteur d'alimentation 58 résonnant à la même fréquence de résonance (1 à 4MHz) . Un aspect est un redressement à double alternance du signal reçu et un stockage de l'énergie dans un condensateur. Pendant que le transducteur d'alimentation 58 fonctionne, la tension de sortie aux bornes du condensateur situé en sortie du pont redresseur à diodes de Schottky augmente lentement jusqu'à ce que la tension atteigne le seuil de démarrage du microcontrôleur. La capacité du condensateur en sortie du pont redresseur 59 est suffisante pour permettre une seule excitation du transducteur du résonateur 57 et un fonctionnement en mode économique du microcontrôleur pour le comptage du temps écoulé depuis le dernier dosage. Le transducteur du résonateur 57 ne peut être réactivé avant un délai de sécurité. Pour recommencer une opération de dosage, il faut d'une part que le délai de sécurité soit écoulé, d'autre part activer le transducteur d'alimentation 58 électrique contre la paroi 53. L'alimentation du microcontrôleur est donc réalisée à partir du signal piézoélectrique redressé. On peut prévoir un régulateur de façon à garantir la tension d'alimentation du microcontrôleur et surtout garantir la valeur de la tension d'excitation du transducteur du résonateur 57. Si l'on souhaite vraiment recommencer l'opération de dosage sans attendre le délai de sécurité, il est possible d'envoyer un signal de remise à zéro au microcontrôleur via l'émission d'une trame acoustique codée par le transducteur d'alimentation 58. Le mode capture / compare du microcontrôleur lui permet de lire éventuellement la clef de cryptage et changer le délai de sécurité ou réactiver le dosage. Le microcontrôleur commande l'ouverture et la fermeture de 2 transistors à l'aide des signaux Source et Sink. Le transistor Pmos commande la mise à la haute tension du transducteur du résonateur 57 tandis que l'autre signal Sink commande la mise à la masse du transducteur du résonateur 57 et la vidange des charges électriques. Ces opérations de charge et décharge sont réalisées à une fréquence de 600 kHz correspondant à la résonance radiale du transducteur résonateur 57. Ce dernier peut également être excité selon un mode de flexion grâce à la découpe de l'électrode 4 en deux demi-anneaux. L'électrode au contact du réservoir 54 est uniforme et n'est pas exploitée. Le signal d'excitation est appliqué à ces deux-demi électrodes situées sur la même face, à la fréquence de résonance de flexion du manchon 33, le transducteur du résonateur 57 a une épaisseur beaucoup plus faible, typiquement 0,2 mm, que le transducteur d'alimentation 58, car on s'intéresse simplement à un mode radial, mais surtout on souhaite imposer un champ électrique intense et faire vibrer le fond du réservoir 54 selon un mode de flexion.

Le mode de flexion fait basculer le manchon 33. Ce basculement engendre un mouvement du fluide (liquide ou gel ou poudre) vers l'extérieur du doseur. Le fluide est ainsi expulsé par le basculement et le mouvement de flexion de l'extrémité du manchon 33. Le fait que l'extrémité du manchon 33 soit libre est critique car c'est parce que l'extrémité du manchon 33 est libre par rapport à sa base que le fluide est aspiré dans le capillaire et expulsé vers l'extérieur. Dans le cas d'une mise en œuvre de type stylet doseur, on prévoit une pièce protectrice de l'extrémité du tube doseur .

Le mode de flexion du tube est typiquement associé à une fréquence de résonance de 600 kHz.

L'excitation de l'actionneur dure entre 10 ps et 100 ps . Elle est effectuée lorsque la tension aux bornes du condensateur redresseur situé en entrée est suffisante pour réveiller le microcontrôleur. Ce dernier démarre alors son horloge temps réel via un quartz à32768 Hz. Le microcontrôleur dispose d'un générateur de fréquences (par boucle FLL) lui permettant de produire le signal d'excitation à 600 kHz du transducteur du résonateur 57. Une fois l'excitation du transducteur du résonateur 57 réalisée, le microcontrôleur passe en mode à faible consommation, la seule obligation étant la mesure du temps écoulé depuis l'activation du transducteur du résonateur 57. Le microcontrôleur enregistre dans une mémoire non volatile, par exemple sa mémoire flash, le temps écoulé depuis la dernière excitation. Ceci permet au microcontrôleur à chaque nouvelle émission de contrôler la valeur du registre et vérifier que le délai de sécurité a été respecté.

MESURE DE NIVEAU DANS LE RESERVOIR

On passe au commentaire de la figure 13.

Les transducteurs des résonateurs peuvent être au nombre de quatre sur un cercle sans échapper à l'enseignement de l'invention. Les transducteurs 60a et 60b opposées et s 'étendant sur des secteurs de cercle importants, proches d'un demi-cercle, ont le rôle principal d'excitation du résonateur et du manchon, soit en mode latéral de flexion, par une excitation en opposition de phase, soit en mode de fonctionnement en haut-parleur (flexion uniforme conduisant à un déplacement latéral du manchon) par une excitation en phase, comme on l'a mentionné. Deux transducteurs similaires 60c et 60d, situés entre les transducteurs principaux 60a et 60b, d'expansion angulaire plus petite et opposés entre eux, sont ici utilisés en liaison avec un transducteur récepteur 61 opposé au résonateur et situé donc dans la paroi de fond pleine du réservoir (il est figuré dans les réalisations des figures 9, 10 et 11) . Dans un mode de réalisation préféré, les transducteurs auxiliaires 60c et 60d sont émetteurs d'une onde vers ce transducteur récepteur 61, qui reste en permanence en mode de réception et qui mesure une variation de fréquence de résonance, caractéristique de la quantité de liquide présente dans le réservoir. Une hauteur caractéristique du réservoir étant de l'ordre de 5 à 10 mm, la fréquence de résonance λ/2 dans l'eau sera de l'ordre de 150 à 300 kH. La variation de la fréquence de résonance donnera l'indication de la hauteur du liquide subsistant dans le réservoir, c'est-à-dire du volume expulsé. Pour une résolution de 15 Hz, la résolution sur la mesure du volume délivré sera de l'ordre de 100 ni. Des mesures encore plus fines pourront être faites en mesurant l'amplitude du signal reçu pour quelques fréquences situées de part et d'autre du pic de résonance, et trouver la position du sommet du pic par interpolation quadratique.

APPLICATIONS BIOLOGIQUES

Voici maintenant quelques points particuliers relatifs à l'application de l'invention à l'implantation dans un corps vivant, par exemple dans une oreille moyenne via un abord chirurgical, par exemple, une tympanotomie postérieure.

• Le dosage est une opération lente nécessitant une puissance moyenne faible. Néanmoins au moment de l'expulsion, la puissance requise atteint une valeur de crête combinant une tension d'excitation élevée aux bornes du transducteur émetteur, typiquement de 30 V (ou la tension maximale autorisée par les directives officielles) et un courant de charge considérable du transducteur piézoélectrique dont la capacité statique peut atteindre quelques nanofarads. Pour une commutation de 0 à 30 V en 0,1 ps et une capacité statique de 1 nF, le courant de crête atteint 300 mA (ou le courant max autorisé par les directives officielles). Cette opération peut être réalisée par intermittence, par exemple à une cadence de 1000 tirs par intervalles programmables d'une seconde à plusieurs heures, chaque tir consistant en une rafale d'une trentaine de périodes à la tension maximale autorisée à la fréquence de résonance de flexion du fond du réservoir (vibration hors plan) .

• La fréquence de résonance de l'actionneur est typiquement de 600 kHz, soit une période de 1,7 ps . La rafale d'excitation est de l'ordre d'une trentaine de périodes, de façon à atteindre l'amplitude de vibration maximale du fond du réservoir (soit environ 50 ps), ce qui fixe le rapport cyclique à 5% pour une cadence de 1000 tirs par seconde. Les 95% de temps restant sont consacrés à la préparation de la tension d'excitation à haute tension.

• L'électronique de commande est câblée sur circuit imprimé avec un substrat en plastique flexible type Kapton. Le PCB flexible est réalisé avec des composants électroniques pour montage de surface dont la hauteur ne dépasse pas 2 mm. Le PCB s'enroule autour du réservoir. Pour un réservoir de diamètre externe 10 mm et une hauteur de 10 mm, le PCB flexible peut occuper une surface d'environ 40 mm x 10 mm.

• Cette surface est suffisante pour y loger un pont redresseur, un régulateur, un microcontrôleur avec conversion analogique numérique permettant la mesure de l'amplitude du signal reçu par le transducteur supérieur pour le contrôle du volume du réservoir, un générateur à haute tension à oscillateur astable et pont de diodes ainsi que les transistors de commutation pour l'excitation du transducteur actionneur.

· Pour produire une tension d'excitation correspondant à un échelon par exemple de 30 V appliqué aux bornes d'un transducteur actionneur de capacité statique 1 nF à une cadence de 1000 tirs par seconde, le besoin moyen en courant est de 1 mA sous une tension de

3V. En propagation élastique en milieu guidé, et en champ proche, on peut obtenir un rendement de conversion entrée / sortie proche de 50%, c'est-à- dire retrouver 50% de la tension du transducteur d'alimentation 58 aux bornes du transducteur récepteur 56, (qui est sous basse impédance de charge de 50 Ohms) après propagation dans le milieu. Dans un milieu hétérogène tel le derme et la peau, un rendement de conversion à travers le derme de 10% permet d'estimer la tension d'excitation aux bornes du transducteur d'alimentation 58 pour avoir la puissance disponible au niveau du transducteur récepteur 56. Si l'on veut 6Vcc aux bornes de ce dernier, il faut 12Vcc aux bornes de du transducteur d'alimentation 58 avec un rendement de 50% ou

60Vcc avec un rendement de 10%.

• En l'absence du transducteur d'alimentation 58, fournissant la puissance électrique nécessaire, il n'y a aucun moyen d'activer le doseur. Les puissances acoustiques moyennes mises en jeu sont également faibles et les fréquences de travail élevées de sorte qu'il n'y a pas de risque physiologique si ce n'est le risque d'une gêne auditive lors de l'activation du doseur. Il pourrait y avoir gêne auditive si le signal d'excitation du transducteur du résonateur 57 comprenait de l'énergie dans la bande audible. Pour cela on s'assure que la rafale est à une fréquence bien supérieure à la limite du spectre audible, soit ici 600 kHz. En outre, le signal d'excitation pourrait être symétrique (ce n'est pas le cas ici car il n'y a qu'une seule haute tension, par exemple, de 90 Volts à vide : le tir oscille donc en une rafale comprenant N impulsions entre 0 et +90 volts réémises à une cadence de 1 kHz; cette fréquence risque d'être fortement perceptible à l'intérieur de l'oreille) en prévoyant une seconde haute tension symétrique de la première et un actionnement du transducteur du résonateur 57 entre +90V et -90V (à vide) et +30V à -30V (chargé par le transducteur) . Enfin, lorsque la rafale comporte un nombre suffisant d'impulsions (N>10), le bruit audible de la rafale d'excitation intermittente pourra encore être réduit par l'application d'une fenêtre d ' apodisation de la rafale (pondération de

Hamming, Hanning ou Blackman) .

• A la différence du transducteur récepteur 56, le transducteur du résonateur 57 doit pouvoir être excité avec un champ électrique le plus élevé possible, soit de l'ordre de 400 à

500 V/mm pour des céramiques PZT. Ceci oblige à choisir un transducteur de faible épaisseur, typiquement 0,1 mm à 0,2 mm. Ceci présente deux avantages :

-le transducteur pourra facilement fléchir et se déformer selon un mode permettant le transfert du fluide à la sortie du doseur ;

-la tension d'excitation pourra rester faible, de l'ordre de quelques volts pour des applications implantables et de 10 V à 30 V pour des applications non implantées.

Le transducteur récepteur 56 transférera l'énergie jusqu'au résonateur 57 par un fil recouvert de silicone. Aucun aimant n'est employé, avec l'avantage de ne pas perturber les imageries par résonance magnétique pour des applications cliniques.

L'excitation des électrodes pour le mode haut-parleur, par un mouvement axial de l'anneau du résonateur, peut permettre au dispositif doseur de servir aussi de prothèse auditive, en reconstruisant un signal analogique aux fréquences auditives à l'intérieur de l'oreille par une modulation des battements de l'anneau du résonateur. Le volume délivré peut être déterminé en boucle ouverte et donc modifié selon les besoins du moment, de façon donc contrôlée et parfaitement fiable. L'élévation de températures produites par la pompe de l'invention est très réduite. La pompe peut être implantée selon une technique d'implant cochléaire dans l'oreille moyenne ; l'utilisation du flexible de sortie de la figure 4 par exemple permet d'injecter le fluide dans l'oreille interne ou de déposer des gouttes sur la membrane de la fenêtre ronde de façon non invasive pour l'oreille interne (la cochlée) , cette dernière option étant préférée car les inventeurs estiment qu'elle est moins risquée pour l'audition résiduelle du patient. Le débit de fuite est nul, et la pompe est insensible au refoulement de liquide. Aucune pièce mécanique en mouvement n'est utilisée. Le réservoir principal peut être très plat, de quelques millimètres d'épaisseur pour un diamètre de l'ordre du centimètre, ou au contraire le dispositif peut être placé dans un élément distant du réservoir, qui lui est relié par exemple par une canule pouvant être fine ou allongée (par exemple 5 mm de diamètre ou plus et une longueur de l'ordre du centimètre ou plus) . L'emploi d'ultrasons rend l'invention silencieuse. L'extraction est facilitée si au mouvement de flexion à la fréquence de résonance fo du résonateur on superpose un mouvement hors plan du résonateur (en mode haut-parleur) à la fréquence double 2fo, qui engendre un mouvement péristaltique de la face interne du manchon de dosage. L'accélération nécessaire à l'écoulement et au dosage du produit est de plusieurs milliers de « g » : les accélérations rencontrées normalement, de quelques « g » au plus, ne peuvent en aucun cas induire de fuites.

Le dispositif dépourvu de pièces mécaniques en mouvement et de matériaux susceptibles de se dégrader rapidement sous sollicitation mécanique, tels que des polymères, vieillit bien.

Il est possible de travailler en fonctionnement intermittent ou au contraire continu ou quasi continu, avec une direction précise du jet.

Si une application importante est l'utilisation en dispositif implantable pour la dispense de médicament (catégorie des DDS « Drug Delivery System ») , d'autres toutes aussi envisageables, comme les stylos encreurs ou les appareils de désodorisâtion ou de dosage industriel de 1 à 2 composés ou réactifs sur un flot notamment.

Claims

REVENDICATIONS

1) Pompe d'injection d'un fluide comprenant un réservoir (1) de fluide, un manchon (3) pour l'écoulement du fluide hors du réservoir et un dispositif de commande de l'écoulement, comprenant un résonateur (2) agencé pour appliquer des oscillations ultrasonores de flexion au manchon, caractérisée en ce que le résonateur comprend un transducteur piézoélectrique et un solide déformable par voie piézoélectrique qui subit une oscillation sous l'effet du transducteur, ledit solide déformable s ' amincissant vers le manchon. 2)Pompe d'injection d'un fluide suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le manchon s'amenuise sans cesse en section du réservoir à l'extrémité libre. 3)Pompe d'injection d'un fluide suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le solide déformable par voie piézoélectrique est un anneau (70) entourant le manchon, et le transducteur est circulaire et divisé en deux secteurs (4a, 4b) alimentés par un même signal électrique oscillant, mais en opposition de phase.

4)Pompe d'injection d'un fluide suivant la revendication 3, caractérisée en ce que l'anneau est connecté au manchon. 5) Pompe d'injection d'un fluide suivant la revendication 4, caractérisée en ce que l'anneau est connecté au manchon par une section tubulaire (7) entourant le manchon et s 'étendant de l'anneau vers l'extrémité libre du manchon.

6) Pompe d'injection suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le manchon s'effile vers l'extrémité libre.

7) Pompe d'injection suivant la revendication 3, caractérisée en ce que l'anneau s'amincit radialement vers le manchon. 8)Pompe d'injection suivant la revendication 3, caractérisée en ce que l'anneau fait partie d'une face du réservoir à laquelle le manchon est fixé. 9)Pompe d'injection suivant les revendications 1, 2 ou 6, caractérisée en ce que le manchon porte une buse (8) évasée à l' extrémité libre.

10)Pompe d'injection suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comprend un tube flexible (20) de sortie entourant le manchon, dans lequel le manchon (3) débouche, qui comporte une extrémité libre ayant une ouverture hors de la pompe à section réduite par rapport à une portion principale du tube flexible qui contient le manchon, et le résonateur est agencé pour appliquer des oscillations de flexion aussi au tube flexible (14) .

11) Pompe d'injection suivant les revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que le manchon est relié au réservoir par un raccord flexible.

12) Pompe d'injection suivant la revendications 4, 5 ou 11, caractérisée en ce que le manchon (13) comprend deux portions (13a, 13b) en prolongement saillant de part et d'autre de l'anneau, dissymétriques et traversées toutes deux par le capillaire . 13)Pompe d'injection suivant la revendications 4, 5 ou 11, caractérisée en ce que le manchon comprend deux portions en prolongement saillant de part et d'autre de l'anneau, dissymétriques et traversées toutes deux par le capillaire, et une portion médiane (25) joignant lesdites portions saillantes, et le résonateur comprend aussi deux portions (2a, 2b) qui sont dissymétriques et superposées, respectivement connectées auxdites portions saillantes et entre lesquels la portion médiane s'étend.

14)Pompe d'injection suivant les revendications 12 ou 13, caractérisée en ce qu'elle comprend un tube flexible (20a, 20b) entourant chacune des portions du manchon, qui y débouchent respectivement, chacun des tubes flexibles comportant une extrémité libre ayant une ouverture respectivement hors de la pompe et dans le réservoir, l'ouverture ayant une section réduite par rapport à une portion principale du tube flexible qui contient la portion du manchon, et le résonateur est agencé pour appliquer des oscillations de flexion aussi aux tubes flexibles.

15) Pompe d'injection suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif de mesure de niveau de fluide dans le réservoir .

16) Pompe d'injection suivant les revendications 3 et 15, caractérisée en ce que le dispositif de mesure de niveau de fluide comprend deux secteurs (60c, 60d) du transducteur circulaire, et un transducteur récepteur (61) situé à un endroit du réservoir opposé au résonateur. 17)Pompe d'injection suivant les revendications 5, caractérisée en ce que la face du réservoir à laquelle le manchon est fixé est conique de façon que le réservoir soit convexe, et une membrane (39) s'étend dans le réservoir en séparant le fluide de ladite face.

18)Pompe d'injection suivant la revendication 17, caractérisée en ce qu'elle comprend un clapet (44) libre entre un perçage de la membrane en regard du manchon et une extrémité du manchon débouchant dans le réservoir. 19)Pompe d'injection suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un capot (36) à bord attaché au réservoir, couvrant le manchon et pourvu d'un orifice devant l'extrémité libre du manchon.

20)Pompe d'injection suivant la revendication 19, caractérisée en ce que l'orifice (37) du capot contient une bille (38) libre dans un logement constituant ledit orifice.

21)Pompe d'injection suivant la revendication 19, caractérisée en ce que le capot délimite un logement (51) formant une réserve d'un additif au fluide.

22)Pompe d'injection suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le résonateur est agencé pour appliquer aussi des oscillations axiales au manchon.

23)Pompe d'injection suivant la revendication 22, caractérisée en ce que les oscillations axiales ont une fréquence double des oscillations de flexion.

24)Pompe d'injection suivant la revendication 22 ou 23, caractérisée en ce que qu'elle comprend une aiguille (47) fixée au réservoir et s 'étendant dans le capillaire. 25) Pompe d'injection suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un transducteur d'alimentation (58) convertissant une énergie électrique en ondes longitudinales dans un milieu adjacent, un transducteur récepteur (56) également adjacent audit milieu, convertissant les ondes longitudinales en énergie électrique et fixé au réservoir, et relié au résonateur (57) pour le commander.

26) Pompe d'injection suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le capillaire est toujours ouvert.