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    公开号:WO1988000065A1
    申请号:PCT/DE1987/000271
    申请日:1987-06-13
    公开日:1988-01-14
    发明作者:August Winsel
    申请人:August Winsel；
    IPC主号:A61M5-00
    专利说明:
    [0001] Gasbetriebene Dosiervorrichtung
    [0002] Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine gasbetriebene Fördervorrich¬ tung für Flüssigkeiten mit genauer und kontrollierbarer Dosierbarkeit, weit- 5 gehend unabhängig von den durch Temperatur und Luftdruck gegebenen Um¬ weltbedingungen.
    [0003] In der DP-Anmeldung P 35 32 335.3 ist eine galvanische Zelle beschrieben, in der in einer zum Strom äquivalenten Menge Wasserstoff bzw. Sauerstoff
    [0004] 10 erzeugt werden. Insbesondere kann die Entwicklung von Wasserstoff ohne Zuführung von äußerer Energie erfolgen, wenn man eine Zink-Elektrode in Kombination mit einer Wasserstoff-Elektrode verwendet, die beide in einem vorzugsweise alkalischen Elektrolyten betrieben werden. Durch Kurzschluß der Zelle über einen konstanten oder auch veränderlichen Widerstand lassen sich
    [0005] 15 beliebige zeitliche Wasserstoff erzeugungsprofile realisieren. Da dieses Gesche¬ hen auf kleinstem Räume erfolgt, ist die Methode besonders zur Injektion von pharmazeutischen Lösungen in den Körper hinein geeignet. Da die erzeugte Wasserstoffmenge äquivalent zum elektrischen Strom ist, können wegen dessen außerordentlich empfindlicher Dosierbarkeit kleinste Flüssigkeitsmengen mit
    [0006] 20 entsprechender Genauigkeit gefördert werden.
    [0007] In der Human-Medizin wie auch in der Tier-Medizin spielt die therapeutische Behandlung durch Injektion oder Infusion von Arzneimitteln in die Körperflüs¬ sigkeit oder in das Gewebe eine bedeutende Rolle. Injektionen werden vom Arzt
    [0008] 2 oder von besonders geschultem Personal vorgenommen und können daher besonders bei akuter, nichtstationärer Behandlung nur von Zeit zu Zeit vorge¬ nommen werden. Die Injektion appliziert die wirksamen Substanzen stoßweise; der Körper muß sie also zur Erzielung einer Langzeitwirkung Zwischen¬ speichern. Die Injektion darf nicht überdimensionieren und muß doch eine
    [0009] ™ gewisse Zeit die Wirksamkeit der injizierten Substanz im Körper garantieren. Das erfordert sowohl Kompromisse bei dem chemischen Aufbau der Wirksub¬ stanzen wegen deren Resorbierbarkeit vom Körper, der Zusammensetzung der Injektionslösung und deren therapeutischen Anwendung nach Häufigkeit und Menge der Injektion. Wünschenswert jedoch ist eine den jeweiligen Bedürfnissen 5 angepaßte ständig ablaufende Injektion der Wirkstoffe in Form einer gesteuer¬ ten, wenn nicht gar geregelten Injektion. - 2 -
    [0010] Bekanntestes Beispiel einer derartigen kontinuierlichen Injektionstherapie ist die Behandlung von Diabetikern mit Insulinlösung. Durch kontinuierliche Injek¬ tion lassen sich mit wesentlich geringeren Insulinmengen bessere Behandlungs¬ erfolge erzielen als durch die bisherige schubweise Zuführung im Rhythmus der Mahlzeiten. Deshalb hat man Mikropumpen entwickelt, die mit Hilfe einer Batterie als Energievorrat ständig eine kleine Insulinmenge evt. programm¬ gesteuert nach dem jeweiligen zeitlichen Bedarf in den Körper dosieren. Das Endziel dieser Entwicklung ist, die Glukosekonzentration im Blut mit geeigne¬ ten Sensoren ständig zu messen und die zugeführte Insulinmenge damit zu regein, so daß der Körper stets die Insulinmenge seinem Bedarf entsprechend zugeführt bekommt. Allerdings sind verläßlich arbeitende langzeitstabile Glu- cosefühler noch nicht verfügbar.
    [0011] Es wurde nun gefunden, daß sich gasentwickeinde Zellen besonders gut zur Förderung von therapeutisch wirksamen Flüssigkelten in den menschlichen oder tierischen Körper eignen.
    [0012] Ein Problem entsteht lediglich dadurch, daß das Gasvoiumen im Gegensatz zum Volumen der geförderten Flüssigkeit temperatur- und druckabhängig ist. Dieses hat zur Folge, daß z. B. ein Diabetes-Kranker mit einer auf Normaldruck eingestellten, kontinuierlichen oder zeitgesteuerten Insulinversorgung beim Be¬ treten eines Flugzeugs eine Korrektur an der Dosier Vorrichtung vornehmen muß, mit der der auf eine geometrische Höhe von 3 000 m eingestellte Kabinendruck berücksichtigt wird. Eine solche Korrektur ist ohne weiteres möglich, wenn man mit Hilfe eines einfachen Rechnerchips aufgrund der
    [0013] Zustandsgieichung der Gase das erzeugte Gasvolumen auf den wirklichen Druck und die herrschende Temperatur umrechnet. Dieses aber erhöht den Aufwand im elektronischen Bereich des Gerätes und macht den Einsatz einer, wenn auch kleinen, zusätzlichen Spannungsquelle in Form einer Batterie notwendig.
    [0014] Es wurde nun gefunden, daß man sich vom Umgebungsdruck und von der Umgebungstemperatur weitgehend unabhängig machen kann, wenn man die Oberflächenspannung 6 der zu fördernden Flüssigkeit als eine konstante Gegendruckquelle und gewissermaßen als Druckstandard benutzt. Bekanntlich hat die Oberflächenspannung dieselbe Einheit in dyn/cm2 wie der Druck. Man kann sie also in der beabsichtigten Funktion dann benutzen, wenn die Flüssigkeit gegen einen durch die Oberflächenspannung bestimmten Gegendruck gefördert - 3 -
    [0015] wird. Dieses geschieht durch Auflösung des geförderten Flüssigkeitsstroms in einen Strom diskreter Flüssigkeitstropfen, der ggf. zu einem kontinuierlichen Strom wiedervereinigt werden kann. >
    [0016] 5 Gegendruck der Förderung in die Tropfenstrecke hinein ist der Laplace- Druck PL der Tröpfchen vom Radius R, gegeben durch die Gleichung
    [0017] pL = 2 σ /R.
    [0018] 10 In dieser Gleichung ist 6" die Oberflächenspannung der zu fördernden Flüssig¬ keit, gemessen gegen eine Atmosphäse des gleichen dampfförmigen Mediums mit eingestelltem Partialdruck-Gleichgewicht. Besteht die zu fördernde Flüs¬ sigkeit nicht aus einer einheitlichen Lösung, sondern aus einer Lösung mehrerer Komponenten, so ist deren Dampfdruck im wesentlichen durch die am niedrig-
    [0019] 15 sten siedende Komponente bestimmt. Das gleiche gilt für die Förderung von Emulsionen fester und flüssiger Stoffe in Emulgationsfiüssigkeiten, ggf. unter Zuhilfenahme von Emulgatoren. Auch die Förderung von Pasten kann so bewerkstelligt werden, wenn es gelingt, aufgrund deren rheologischer Eigen¬ schaften eine Tropfenstrecke zu erzeugen.
    [0020] 20
    [0021] In Abb. 1 ist dargestellt, wie eine Tropfenstrecke erzeugt werden kann. 1 ist der Vorratsbehälter für die zu fördernde Flüssigkeit, 2 ist der Kolben oder eine als Kolben wirkende Membran, die von dem sich entwickelnden Gas 3 der Gasent¬ wicklungszelle einen allseitigen Druck auf die zu fördernde Flüssigkeit in 1
    [0022] 25 ausübt. 6 ist der Raum unter Umgebungsdruck, in den gefördert wird.
    [0023] Die Ausbildung der Tropfenstrecke erfolgt dadurch, daß man die zu fördernde Flüssigkeit in der Ausströmungsleitung durch eine lyophobe Lochblende 5 oder eine lyophobe Düse mit in etwa kegelförmigem Öffnungsquerschnitt laufen läßt,
    [0024] 30 wobei die Kegelspitze auf den Förderbehälter 1 hinweist. Dieses ist in Abb. 2 dargestellt. Unter dem Einfluß des Überdrucks in 1 wird die Flüssigkeit unter Ausbildung einer kugelkalottenförmigen Oberfläche in die Düse hineingedrückt, bis sich nach Erreichen der Haibkugelform ein kugelförmiger Tropfen absondert und in
    [0025] 35 den .Raum 6 hineinläuft. Befindet sich im Raum 6 eine saugfähige poröse Substanz, so wird der Tropfen wie von einem Schwamm aufgenommen und weiter transportiert. - -
    [0026] Eine ähnliche Wirkung hat die Anordnung in Abb. 3, die aus einer lyophoben Lochblende 9 zwischen zwei lyophilen porösen Körpern 8 besteht. Auch diese Anordnung stellt eine Druckstufe dar, die beim Übergang der Flüssigkeit zwischen dem Räumen 1 und 6 überwunden werden muß. Bei der Betrachtung der Abb. 3 erkennt man, daß eine Flüssigkeitsbrücke, die sich unter dem Einfluß des Überdrucks zwischen Raum i in der Lochblende ausgebildet hat und die Räume 1 und 6 miteinander verbindet, bei Abfall des Überdrucks den Raum 1 wieder abreißen sollte. Das geht besonders leicht, wenn die Bohrung in der Lochblende mit Gas versorgt werden kann. Es hat sich aus diesem Grunde als zweckmäßig erwiesen, die Lochblende aus feinporigem lyophoben Material herzustellen, dann kann dieses feinporige System als "Druckgasspeicher" dienen und das aus dem Lochbereich verdrängte Gas aufnehmen.
    [0027] Polyethylen, Polypropylen und Polytetrafiuorethylen sind Kunststoffe, die sich gegen manche Flüssigkeiten abstoßend, d.h. lyophob verhalten. Man kann aus solchen Kunststoffen feinporige Scheiben herstellen, die selbst bei hohen Flüssigkeitsdrucken bis zu 10 bar und mehr nicht überflutet werden. Man kann Lochscheiben der gewünschten Art dadurch herstellen, daß man mechanisch ein feines Loch einbohrt oder mit einem Laserstrahl einen dünnen Kanal einbrennt.
    [0028] Denkt man sich die an Raum 6 angrenzende lyophile Scheibe 8 zu einem Docht erweitert, der mit dem zu versorgenden Körpergewebe im Kapillardruckgleich¬ gewicht steht, so führt jeder Tropfen, der die durch Lochblende 9 gebildete Druckschleuse überwindet, zum Abgang eines entsprechend großen Volumens der geförderten Flüssigkeit am anderen Ende des Dochtes. Handelt es sich um eine elektrisch leitende Flüssigkeit, so bewirkt die Überwindung der Druck¬ schleuse jedes Mal die Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Räumen 1 und 6, die man zur selbsttätigen Kontrolle des Förder¬ vorganges ausnutzen kann. Eine solche Kontrolle ist jedoch auch mit optischen Methoden möglich, indem man die veränderte Lichtstreuung beim Durchwandern des Tropfens durch die Druckschleuse mißt und registriert. Die Lichtleiter- und Optokopplertechnik bietet hierzu mannigfache Möglichkeiten, die nach den vertretbaren Kosten mehr oder weniger komfortabel ausgeführt werden können.
    [0029] Aus der bisherigen Beschreibung kann man folgern, daß die erfindungsgemäße
    [0030] Druckstufe nicht nur aus einer einzelnen Pore in einer lyophoben Scheibe - 5 -
    [0031] bestehen kann, sondern daß es sich hierbei um die Gesamtheit aller Poren in einem der zu fördernden Flüssigkeit gegenüber lyophoben Diaphragma handeln kann. Auch in diesem Fall ist der zum Durchdringen des Diaphragmas erforder¬ liche Förderdruck durch die Kapillardepression der Flüssigkeit in diesem Dia¬ phragma bestimmt. Nach dem Durchdringen des Diaphragmas wird die in Oberflächenenergie umgewandelte Druckenergie bei der Bildung größerer zu¬ sammenhängender Tropfen oder bei der Erfüllung der Poren einer benetzbaren Scheibe unter Wärmeentwicklung vernichtet.
    [0032] 10
    [0033] 15
    [0034] 20
    [0035] 25
    [0036] 30
    权利要求:
    Claims - 6 -Patentansprüche
    1. Vorrichtung und Verfahren zur Förderung einer Flüssigkeit mit Hilfe einer gasentwickelnden Zelle, bei der das durch den elektrischen Strom erzeugte Wasserstoff- bzw. Sauerstoffgas die Flüssigkeit aus einem Speichervolumen mit Hilfe eines beweglichen Kolbens oder einer flexiblen Membran verdrängt, dadurch gekennzeichnet, daß die zu fördernde Flüssigkeit eine pharmazeutische Lösung ist und die Förderung als Injektion oder Infusion in einen menschlichen oder tierischen Körper hinein erfolgt.
    2. Vorrichtung zur Förderung einer Flüssigkeit mit Hilfe einer gasentwickelnden Zelle, bei der das durch den elektrischen Strom erzeugte Wasserstoff-bzw.Sauerstoffgas die Flüssigkeit aus einem Speichervolumen mit Hilfe eines beweglichen Kolbens oder einer flexiblen Membran verdrängt, dadurch gekennzeichnet, daß die zu fördernde Flüssigkeit durch eine Pore oder eine Vielzahl von Poren in einem gegenüber der zu fördernden Flüssigkeit lyophoben Körper (5) transportiert wird.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pore eine lyophobe Kapillare ist, die den Förderstrom der Flüssigkeit in einen Strom diskreter Flüssigkeitstropfen aufteilt.
    4.Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der lyophobe Körper (5) auf der Abströmseite mit einer lyophilen Scheibe (8) kommuniziert, die den in diskrete Tropfen verteilten Flüssigkeitsstrom wieder vereinigt.
    5. Fördervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der lyophobe Körper (5) auf der Zu- und Abströmseite zwischen lyophilen porösen Körpern (8) angeordnet ist und mit diesen kommuniziert.
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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