專利名稱：流控制和流過濾方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流控制和流過濾方法及設(shè)備，它適用于醫(yī)療裝置、藥品輸送裝置、食物分配裝置、氣霧劑產(chǎn)生裝置等。
背景技術(shù)：
流體分配裝置應(yīng)用于多種場合中，包括例如藥物的輸送、食品的分配、清潔劑或發(fā)膠的分配等。這種裝置通?？梢园ㄒ粴忪F劑產(chǎn)生表面和一用于傳送流體的通道，該通道具有一與一容器保持流體連通的的入口和一定位于氣霧劑產(chǎn)生表面上方的出口。待傳送的流體盛放于容器中。
然而，傳統(tǒng)的流體分配設(shè)備缺少效能成本合算的適當(dāng)方法和裝置來進(jìn)行流體流的控制。而且，傳統(tǒng)的流體分配裝置，特別是藥品輸送裝置，要受到缺少有效機(jī)構(gòu)來控制流體容器的蒸發(fā)和污染問題的困擾。由于機(jī)械裝置成本高而可靠性低(失效率高)，因此機(jī)械裝置并非可行的選擇。
因此，就需要開發(fā)一種效能成本合算和可靠的關(guān)閉閥來控制流體流并防止流體容器的蒸發(fā)和污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了新的和獨(dú)特的方法和設(shè)備來關(guān)閉并控制醫(yī)療裝置、藥品輸送系統(tǒng)、食物分配、氣霧劑產(chǎn)生等裝置中所用的流體分配系統(tǒng)中的流體流。
本發(fā)明中在用于進(jìn)行流體分配的流體控制調(diào)節(jié)器和/或依賴于壓力的關(guān)閉閥中利用了一種多孔材料。這種多孔材料也可以用于防止流體從加壓流體源中滲漏，將其中盛放的流體的蒸發(fā)作用減至最小，以及/或者防止污染問題。
本發(fā)明提出了一種用于流體分配系統(tǒng)之類的關(guān)閉和/或流控制閥。本發(fā)明的流測量和分配系統(tǒng)通過施加壓降將流體從一源容器傳送至分配位置處。
為了保護(hù)源容器并將蒸發(fā)作用減至最小，在流體傳送路徑上設(shè)立了一關(guān)閉閥。例如止回閥、提升閥、擋板閥、鴨嘴閥的機(jī)械關(guān)閉閥及其他機(jī)械閥價(jià)格過于昂貴，也并不可靠。
因此，本發(fā)明提供了新方法和設(shè)備，其中插入流體分配系統(tǒng)的流體傳送路徑中的多孔介質(zhì)起關(guān)閉閥、流體流控制機(jī)構(gòu)和防污染裝置的作用。
這種多孔介質(zhì)需要達(dá)到預(yù)定的啟動壓降或臨界壓力才會保持流體流動。在低于啟動壓力的壓力值下，流體不會流動。因此，當(dāng)壓降低于某個水平時(shí)，多孔介質(zhì)的壓降就起關(guān)閉閥的作用。當(dāng)使用者一開始進(jìn)行吸氣，在吸入式藥品輸送裝置中就會產(chǎn)生這種壓降。
多孔材料的孔隙尺寸、總體孔隙體積以及親水性/疏水性平衡達(dá)到的某種程度決定著開始流動所需的壓力值(即臨界壓力)。這些變量也決定著材料中的流速。例如，某些多孔介質(zhì)在達(dá)到臨界壓力后就會促進(jìn)自由流。一旦達(dá)到臨界壓力，在其他多孔介質(zhì)中被促進(jìn)的流動就會隨壓力的增加而增加，達(dá)到最大的預(yù)定值。
孔隙尺寸也限制了進(jìn)入和離開多孔介質(zhì)的顆粒的尺寸。因此，離開流體分配設(shè)備的顆粒的尺寸受到特定尺寸的限制，同時(shí)也基本消除了流體容器中由于蒸發(fā)壓力(流體的蒸發(fā))而引起的流體損失。因此，多孔閥也可以看成一種過濾裝置，對流體進(jìn)行過濾以便只分配特定尺寸的流體顆粒。
顆粒尺寸限制還可以基本消除流體容器中的流體污染。由于生物污染物不能通過多孔閥的孔，因此可以有效防止生物污染物通過多孔材料。為了防止特定類型的生物細(xì)胞污染流體容器，可以將孔隙尺寸制成特定孔尺寸。
例如，可以確定孔隙尺寸以防止以下生物體進(jìn)入流體路徑或容器— 病毒0.05至0.1微米；— 細(xì)菌0.5至1.5微米；— 紅血球5微米；以及— 淋巴細(xì)胞5至8微米。
此外，離開流體容器的顆粒尺寸在許多流體分配系統(tǒng)中都很重要。例如，在藥品輸送系統(tǒng)，特別是吸入器裝置中，分配進(jìn)入病人體內(nèi)的藥物劑量在特定顆粒尺寸時(shí)更易吸收。
為了將通過流體介質(zhì)閥從源容器中蒸發(fā)的流體減至最小，可以對多孔材料的親水性/疏水性平衡和多孔性進(jìn)行調(diào)整。本發(fā)明的多孔閥可以將蒸發(fā)損失比機(jī)械閥降低60％。
因此，通過改變例如多孔材料的厚度、孔隙尺寸、孔隙體積和材料的親水性/疏水性平衡的參數(shù)，可以達(dá)到無數(shù)種啟動/關(guān)閉壓力和/或流速。
因此，在本發(fā)明的一個方面中，用于流體分配裝置的流體容器的出口的壓力閥包括一多孔介質(zhì)。
在本發(fā)明的另一個方面中，用于流體分配裝置的壓力閥包括一具有一內(nèi)徑的流體傳送通道、一出口和一入口，它們與流體容器保持流體連通。閥還包括定位于出口附近的多孔介質(zhì)。
在本發(fā)明的再一個方面中，用于流體分配裝置的分配管包括一具有一內(nèi)徑的流體傳送通道，其中該通道包括一定位于氣霧劑產(chǎn)生表面上方的出口和一與流體容器保持流體連通的入口。分配管還包括一位于出口附近的壓力閥，其中該閥包括一多孔介質(zhì)。
在本發(fā)明的又一個方面中，用于流體分配裝置的流體容器的出口的壓力調(diào)節(jié)器包括一多孔介質(zhì)。
在本發(fā)明的又一個方面中，用于流體分配裝置的調(diào)節(jié)器包括一具有一內(nèi)徑的流體傳送通道，該通道帶有一定位于氣霧劑產(chǎn)生表面上方的出口和一與流體容器保持流體連通的入口。調(diào)節(jié)器還包括一定位于出口附近的多孔介質(zhì)。
在本發(fā)明的又一個方面中，用于流體分配裝置的多孔介質(zhì)包括孔隙尺寸在大約0.02至0.80微米之間的多孔塑料。
在本發(fā)明的又一個方面中，用于流體分配裝置的壓力閥系統(tǒng)包括用于將流體從流體容器傳送至氣霧劑產(chǎn)生表面的裝置，和與該傳送裝置保持流體連通的多孔裝置。多孔裝置使得流體在一施加壓降時(shí)就能流到氣霧劑產(chǎn)生表面上。
在本發(fā)明的又一個方面中，提出了一種用于在流體分配裝置中分配流體的方法，其中流體分配裝置包括一流體容器，該流體容器具有一定位于一氣霧劑產(chǎn)生表面附近的出口，一流過該表面的氣流，和一包括定位于出口附近的多孔介質(zhì)的閥。多孔介質(zhì)包括預(yù)定的啟動壓力。這種方法包括以下步驟，將預(yù)定啟動壓力施加成越過多孔介質(zhì)，將藥物分配到氣霧劑產(chǎn)生表面上，以及將表面產(chǎn)生的霧化顆粒帶入氣流中。
在本發(fā)明的又一個方面中，提出了一種用于在流體分配裝置中分配流體的系統(tǒng)。該流體分配裝置包括一流體容器，該流體容器具有一定位于一氣霧劑產(chǎn)生表面附近的出口，一流過該表面的氣流，和一包括定位于出口附近的多孔介質(zhì)的閥。多孔介質(zhì)包括預(yù)定的啟動壓力。這種系統(tǒng)包括將預(yù)定啟動壓力施加成越過多孔介質(zhì)的裝置，將所述藥物分配到氣霧劑產(chǎn)生表面上的裝置，以及將該表面產(chǎn)生的霧化顆粒帶入氣流中的裝置。
在本發(fā)明的又一個方面中，提出了一種用于在藥品輸送裝置中分配藥物的方法。這種藥品輸送裝置包括一藥物容器，該藥物容器具有一定位于一氣霧劑產(chǎn)生表面附近的出口，一流過該表面的氣流，和一包括定位于出口附近的多孔介質(zhì)的閥。多孔介質(zhì)包括預(yù)定的啟動壓力。這種方法包括以下步驟，將預(yù)定啟動壓力施加成越過多孔介質(zhì)，將藥物分配到氣霧劑產(chǎn)生表面上，以及將表面產(chǎn)生的霧化顆粒帶入氣流中。
參照以下附圖和所寫的描述，將會對本發(fā)明的上述各方面有更為清楚的了解。


圖1A-1F示出了裝配好的三段式流體分配系統(tǒng)的多個視圖。
圖2A-2F示出了圖1A-1F中所示的流體分配系統(tǒng)的端段的多個視圖。
圖3A-3G示出了圖1A-1F中所示的流體分配系統(tǒng)的中段的多個視圖。
圖4A-4F示出了圖1A-1F中所示的流體分配系統(tǒng)的后段的多個視圖。
圖5為具有本發(fā)明的多孔材料閥的分配管的側(cè)視剖面圖。
圖6示出了本發(fā)明的多孔閥的視圖。
圖7示出了說明利用本發(fā)明的多孔閥的流體分配系統(tǒng)的效率的圖表。
圖8示出了說明本發(fā)明的多孔閥的性能的圖表。
圖9示出了說明利用本發(fā)明的多孔閥的藥品輸送裝置的性能概要的圖表。
圖10示出了說明水流速對管尺寸的關(guān)系的圖表。
圖11示出了說明圖10中列出的內(nèi)管徑的管壓降的圖表。
圖12示出了吸入器裝置的壓力計(jì)算。
具體實(shí)施例方式
圖1A-1F示出了裝配好的三段式流體分配系統(tǒng)2的多個視圖，它具有根據(jù)本發(fā)明的多孔閥。該系統(tǒng)包括后段4、中段6、和噴口段8，噴口段8包括噴口10和噴口尖端12。
圖2A-2F示出了包括一個噴口的圖1A-1F中所示的流體分配系統(tǒng)的端段的多個視圖，該噴口包括根據(jù)本發(fā)明的多孔材料閥。
圖3A-3G示出了圖1A-1F中所示的流體分配系統(tǒng)的中段的多個視圖。
圖4A-4F示出了圖1A-1F中所示的流體分配系統(tǒng)的后段的多個視圖。
圖5為流體分配系統(tǒng)的分配管14的側(cè)視剖面圖，在分配管14的端部16處具有一與流體容器保持流體連通的多孔材料閥18。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的多孔閥的多個視圖。
圖7示出了說明利用本發(fā)明多孔閥的流體分配系統(tǒng)的效率對顆粒尺寸的關(guān)系的圖表。X軸線表示能夠通過多孔過濾器的顆粒的尺寸，而Y軸線按百分比表示裝置的效率。該圖說明，隨著顆粒尺寸增加，裝置的效率也增加。關(guān)于本發(fā)明，借助本發(fā)明的多孔閥，效率增加到超過僅利用長管時(shí)的平均值。平均效率增加值超過7％。
圖8示出了說明利用打開的接口、吸入器型藥品輸送裝置時(shí)本發(fā)明的多孔閥的性能與利用相同的裝置而不使用任何閥時(shí)的性能的對比關(guān)系的圖表。圖表中示出的可呼吸部分用百分比表示，可呼吸劑量用ug表示，而裝置效率則用百分比表示。當(dāng)使用多孔閥時(shí)，每個類別都有改善。
圖9示出了說明利用本發(fā)明的多孔閥的藥品輸送裝置的性能概要的圖表。圖表中列出了特別說明、目標(biāo)值、流體分配系統(tǒng)使用長金屬管而得到的原始值、使用本發(fā)明的多孔過濾器時(shí)的測量值、以及由最高級別-最接近的商業(yè)化產(chǎn)品得到的基準(zhǔn)點(diǎn)。
從圖9的圖表中可以清楚看出，在流體傳送路徑中安放多孔閥可以產(chǎn)生以下優(yōu)點(diǎn)—使流體分配系統(tǒng)的效率增加；—將更加均勻—致的流體送往吸入器裝置(壓電角狀件)的霧化器機(jī)構(gòu)；—將蒸發(fā)損失降低大約60％；—將測量準(zhǔn)確度提高大約4％；以及—成本比較低。
圖10示出了說明水流速對從流體容器中分配流體的管的尺寸的關(guān)系的圖表。圖表中包括的欄目有管內(nèi)徑(用英寸和cm表示)，管流速(用cm3/s和μl/s表示)、微滴直徑(用cm表示)、微滴質(zhì)量(用克表示)、和使微滴通過多孔材料所需的力(用克表示)。
圖11示出了說明圖10中列出的內(nèi)管徑的管壓降的圖表。對于給定的內(nèi)管徑，列出了推動流體通過多孔材料所需的壓降或壓力(用毫巴和psi表示)。
圖12示出了通過多孔介質(zhì)的流的最大壓力計(jì)算。如圖所示，產(chǎn)生的最大力為20N，而在套管的尖端產(chǎn)生的最大壓力為2571lb.f/in2。
多孔材料的實(shí)例包括聚砜、聚醚砜、乙酸纖維素、尼龍、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯和聚烯烴?？梢允褂玫亩嗫撞牧系奶貏e實(shí)例為Sartorious 0.2或0.45微米乙酸纖維素CA 12587、Millipore 0.20微米GVPH 2935、Millipore 0.22微米GSW PO96或Pall 0.22微米尼龍介質(zhì)。
孔隙尺寸可以介于大約0.05至1.0微米之間，更優(yōu)選介于大約0.15至0.90微米之間，最優(yōu)選介于大約0.20-0.80微米之間。
本發(fā)明的藥品輸送裝置的優(yōu)選多孔閥結(jié)構(gòu)包括一流體傳送通道，其內(nèi)徑為0.5mm，間隙為0.5mm，在壓電霧化器裝置(用于由流體產(chǎn)生霧化顆粒的裝置)上方還有2mm。
通過將一壓降施加成越過藥物分配管的多孔介質(zhì)，就可以在本發(fā)明的藥品輸送裝置中分配藥物。該壓降可以由藥品輸送裝置的使用者進(jìn)行吸入作用而施加，這樣還會在裝置中產(chǎn)生氣流。在施加壓降的同時(shí)或者稍后，藥物被分配到藥品輸送裝置的氣霧劑產(chǎn)生表面上。藥物被霧化并隨后被吸入作用產(chǎn)生的氣流帶走。
以下實(shí)例為對本發(fā)明的說明性描述一商業(yè)化多孔過濾材料插入于藥品輸送裝置的小直徑套管內(nèi)。材料包括直徑0.45微米(優(yōu)選不少于0.2微米)的流體動力孔，全部厚度小于0.010”。這種材料包括一適當(dāng)?shù)谋砻娣e和壓降特征以使藥品輸送設(shè)備能夠在10psi壓降下以300微升/秒的流速分配流體流。多孔材料允許平均直徑低于200毫微米的顆粒和流體通過。
權(quán)利要求
1.一種用于流體分配裝置的流體容器的出口的壓力啟動閥，其包括一多孔介質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，所述閥將流體提供到一氣霧劑產(chǎn)生表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，所述多孔介質(zhì)包括一多孔塑料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的閥，其特征在于，所述多孔塑料包括聚砜或聚醚砜材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的閥，其特征在于，所述多孔塑料包括乙酸纖維素材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的閥，其特征在于，所述多孔塑料包括尼龍材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的閥，其特征在于，所述多孔塑料包括聚四氟乙烯材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的閥，其特征在于，所述多孔塑料包括聚烯烴材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的閥，其特征在于，所述多孔塑料包括尼龍介質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的閥，其特征在于，所述多孔塑料的孔隙尺寸介于大約0.15微米至0.80微米之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，施加于所述出口上的壓降使得流體從所述容器中流出，并通過所述多孔介質(zhì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的閥，其特征在于，所述壓降為預(yù)定值。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，所述多孔介質(zhì)起過濾元件的作用。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的閥，其特征在于，允許流體流動的所述壓降的量由所述多孔介質(zhì)的孔隙尺寸決定。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的閥，其特征在于，允許流體流動的所述壓降的量由所述多孔介質(zhì)的孔隙體積決定。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的閥，其特征在于，允許流體流動的所述壓降的量由所述多孔介質(zhì)的親水性/疏水性平衡決定。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，所述多孔介質(zhì)抑制了流體從所述容器中滲漏。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，所述多孔介質(zhì)將流體從所述容器中的蒸發(fā)減至最小。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，所述多孔介質(zhì)防止了對所述流體容器的污染。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，所述流體為一藥物，并且其中所述流體分配裝置為一可吸入式藥品輸送裝置。
21.一種用于流體分配裝置的壓力閥，其包括一具有一內(nèi)徑的流體傳送通道，所述通道具有一定位于氣霧劑產(chǎn)生表面上方的出口和一與流體容器保持流體連通的入口；以及一定位于所述出口附近的多孔介質(zhì)。
22.一種用于流體分配裝置的分配管，其包括一具有一內(nèi)徑的流體傳送通道，所述通道具有一定位于氣霧劑產(chǎn)生表面上方的出口和一與流體容器保持流體連通的入口；以及一位于所述出口附近的壓力閥，所述壓力閥包括一多孔介質(zhì)。
23.一種用于流體分配裝置的流體容器的出口的壓力調(diào)節(jié)器，其包括一多孔介質(zhì)。
24.一種用于流體分配裝置的調(diào)節(jié)器，其包括一具有一內(nèi)徑的流體傳送通道，所述通道具有一定位于氣霧劑產(chǎn)生表面上方的出口和一與流體容器保持流體連通的入口；以及一定位于所述出口附近的多孔介質(zhì)。
25.一種用于流體分配裝置的多孔介質(zhì)，所述多孔介質(zhì)包括孔隙尺寸介于大約0.15微米至0.80微米之間的多孔塑料。
26.一種用于流體分配裝置的壓力閥系統(tǒng)，其包括用于將流體從流體容器傳送至氣霧劑產(chǎn)生表面的裝置；以及與所述用于傳送的裝置保持流體連通的多孔裝置，其中所述多孔裝置使得流體在一施加壓降時(shí)就能流到所述氣霧劑產(chǎn)生表面上。
27.一種在流體分配裝置中分配流體的方法，所述流體分配裝置包括一流體容器，該流體容器具有一定位于一氣霧劑產(chǎn)生表面附近的出口，一流過所述表面的氣流，和一包括定位于所述出口附近的多孔介質(zhì)的閥，其中所述多孔介質(zhì)包括預(yù)定的啟動壓力，所述方法包括以下步驟將所述預(yù)定啟動壓力施加成越過所述多孔介質(zhì)；將所述藥物分配到所述氣霧劑產(chǎn)生表面上；以及將所述表面產(chǎn)生的霧化顆粒帶入所述氣流中。
28.一種用于在流體分配裝置中分配流體的系統(tǒng)，所述流體分配裝置包括一流體容器，該流體容器具有一定位于一氣霧劑產(chǎn)生表面附近的出口，一流過所述表面的氣流，和一包括定位于所述出口附近的多孔介質(zhì)的閥，其中所述多孔介質(zhì)包括預(yù)定的啟動壓力，所述系統(tǒng)包括用于將所述預(yù)定啟動壓力施加成越過所述多孔介質(zhì)的裝置；用于將所述藥物分配到所述氣霧劑產(chǎn)生表面上的裝置；以及用于將所述表面產(chǎn)生的霧化顆粒帶入所述氣流中的裝置。
29.一種在藥品輸送裝置中分配藥物的方法，所述藥品輸送裝置包括一藥物容器，該藥物容器具有一定位于一氣霧劑產(chǎn)生表面附近的出口，一流過所述表面的氣流，和一包括定位于所述出口附近的多孔介質(zhì)的閥，其中所述多孔介質(zhì)包括預(yù)定的啟動壓力，所述方法包括以下步驟將所述預(yù)定啟動壓力施加成越過所述多孔介質(zhì)；和將所述藥物分配到所述氣霧劑產(chǎn)生表面上；以及將所述表面產(chǎn)生的霧化顆粒帶入所述氣流中。
全文摘要
一種多孔材料閥(18)安放于流體分配設(shè)備(2)的流體傳送路徑中。通過選定特定的多孔材料厚度、材料的孔隙尺寸、孔隙體積和親水性/疏水性平衡,可以達(dá)到預(yù)定的啟動/關(guān)閉壓力和流速。
文檔編號B01D61/16GK1373678SQ00812779
公開日2002年10月9日 申請日期2000年9月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月13日
發(fā)明者R·M·帕夫科夫, T·A·阿默 申請人:謝德菲爾德藥品公司