JP6792058B2 - 電気浸透ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、身体に付着するパッチ型薬物伝達器またはウェアラブル（ｗｅａｒａｂｌｅ）医療機器に適用できる薬物伝達用電気浸透ポンプに関するものである。

電気浸透ポンプは、毛細管または多孔性分離膜の両端に電圧を加えた時に発生する流体の移動現像を用いるポンプである。電気浸透ポンプは一般的な機械式ポンプに比べて非常に小さく製造することができ、騒音がなく、電力の消耗が少ない。

一例として、国際公開された特許ＷＯ２０１１／１１２７２３号では、多孔性銀／酸化銀アノード（ａｎｏｄｅ、酸化電極）と多孔性銀／酸化銀カソード（ｃａｔｈｏｄｅ、還元電極）の間に位置するセラミックメンブレンを含む電気浸透ポンプを開示している。

前記特許では、セラミックから製造する多孔性分離膜の両端に電極を設置し一定の電位を印加すれば該当電位に比例する圧力が発生することを用いており、付加的に２個の流体チャンバーおよび薬物注射のための針を使用して薬物伝達装置を開示している。

しかし、前記特許の薬物伝達装置で使用している電気浸透ポンプは伝達しようとする薬物とポンプの駆動に使用される作動流体である水が油によって分離されているため、いつでも薬物と水の界面で予期せぬ混合（ｍｉｘｉｎｇ）が発生可能な構造である。

電気浸透ポンプで、伝達対象である薬物と作動流体である水を分離しなければならない。薬物は多様な物質が混合されている混合物であり、構成成分中の生理活性を示す物質が電気浸透ポンプを駆動するための電位で酸化または還元され得る。また、薬物が電極に直接接触する場合、蛋白質などの高分子物質が電極に吸着されポンプの性能が低下されるので、電極と薬物は互いに分離される構成が好ましい。

しかし、従来の技術はこのような条件を十分に満足しないという問題点がある。

また、ポンプの駆動に必要な電力所要量は人の身体に付着するパッチ型薬物伝達器またはウェアラブル（ｗｅａｒａｂｌｅ）医療機器として応用する時に実際実用可能性を決定する要素であるので、低い電力で駆動する小型ポンプが要求される。

したがって、本発明は前記問題点を解決するために提案されたものであって、本発明の目的は、作動流体と伝達対象である薬物が互いに分離され混ざらないようにして安定的な作動を通じて商品性を増大させ、副作用を防止して患者の治療効果を極大化させる電気浸透ポンプを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、電力消耗量に対する流体の伝達効率を極大化させることができる電気浸透ポンプを提供することにある。

前記のような本発明の目的を達成するために、本発明は、薬物流入口と薬物流出口が提供されたコネクタ、前記コネクタの一側に結合されるチェックバルブアセンブリー、そして前記コネクタの他側に結合され、前記チェックバルブアセンブリーを通過する薬物と隔離され、前記薬物に圧力を加えて前記薬物流出口側に前記薬物を移動させる駆動部を含む電気浸透ポンプを提供する。

前記チェックバルブアセンブリーは、前記薬物流入口に配置され前記薬物を一方向に移動させる流入用チェックバルブ、そして前記薬物流出口に配置され前記流入用チェックバルブを通じて伝達された前記薬物を排出させる排出用チェックバルブを含んでもよい。

前記チェックバルブアセンブリーは前記コネクタに結合され薬物流入延長管路と薬物排出延長管路が提供されるバルブハウジングを含み、前記薬物流入延長管路は前記薬物流入口に連結され、前記薬物排出延長管路は前記薬物流出口に連結され、前記薬物流入延長管路に流入用チェックバルブが配置され、前記薬物排出延長管路に排出用チェックバルブが配置されることが好ましい。

前記薬物流入延長管路には前記流入用チェックバルブを固定する第１固定具が設置され、前記薬物排出延長管路には前記排出用チェックバルブを固定する第２固定具が設置されることが好ましい。

前記駆動部は、前記コネクタに結合され前記チェックバルブアセンブリーの薬液を遮断する第１ダイヤフラム、前記第１ダイヤフラムに結合され内部に作動流体が収容される空間が提供された第１ポンプハウジング、前記第１ポンプハウジングに結合され電源の供給を受ける第１電源供給線、前記第１電源供給線に連結される第１電極、前記第１電極に一側が結合されるメンブレン、前記メンブレンの他側に結合される第２電極、前記第２電極に電源を供給する第２電源供給線、前記第２電極の一側に結合され内部に作動流体が収容される空間が提供された第２ポンプハウジング、そして前記第２ポンプハウジングに結合される第２ダイヤフラムを含むことが好ましい。

前記第１ポンプハウジングは軸方向に沿って貫通された空間が提供され、前記第１ダイヤフラムと前記第１電極によって前記第１ポンプハウジングの空間が閉鎖され、前記第２ポンプハウジングは軸方向に沿って貫通された他の空間が提供され、前記第２電極と第２ダイヤフラムによって前記第２ポンプハウジングの空間が閉鎖されることが好ましい。

前記コネクタと前記第１ダイヤフラムの間には薬物が前記薬物流入口を通じて前記薬物流出口に排出される空間部が提供されることが好ましい。

前記メンブレンは、作動流体とイオンが移動される多孔性材質からなることが好ましい。

前記メンブレンは、不導体からなることが好ましい。

前記第１ダイヤフラムまたは前記第２ダイヤフラムには面を基準にして凹凸からなるしわ部が提供されることが好ましい。

このような本発明は、ポンプ作動流体と薬物のような伝達対象流体を柔軟性のあるダイヤフラムで分離させて、電極に加えられる電圧によって伝達対象流体に含まれている有効成分が電気化学的反応で変質することを防止することができる効果がある。

また、本発明は、ポンプ作動流体に含まれる成分が薬物に伝達されることを防止することができてパッチ型薬物伝達器を設計する時に多様な伝達流体を適用することができるため設計の自由度を高めることができる。即ち、本発明は糖尿のように特定の病を患う患者に最適の薬物を選択して供給するかまたは多様な病を患っている患者に適用することができるパッチ型薬物伝達器の設計が可能である。

また、本発明は、開放圧力が非常に低いチェックバルブを適用してチェックバルブの反応速度を急速にすることによって電気浸透ポンプが低電力高効率で作動して電気浸透ポンプの商品性を向上させる効果がある。

本発明の実施形態を説明するために電気浸透ポンプの外形を示した斜視図である。 図１に示した電気浸透ポンプを他の角度から見た斜視図である。 図１の分解斜視図である。 図１のＩＶ−ＩＶ部を切断して見た断面図である。 図１のＶ−Ｖ部を切断して見た断面図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は様々な形態に実現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。図面において本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一な参照符号を付与することにする。

図１と図２は本発明の実施形態を説明するための斜視図であり、図３は図１の分解斜視図であり、図４は図１のＩＶ−ＩＶ部を切断して見た断面図であり、図５はＶ−Ｖを切断して見た断面図であって、電気浸透ポンプを示している。

本発明の実施形態の電気浸透ポンプは、コネクタ１、チェックバルブアセンブリー３、および駆動部５を含む。

コネクタ１の一側にチェックバルブアセンブリー３が結合され、他側に駆動部５が結合され得る。コネクタ１はチェックバルブアセンブリー３と駆動部５を区画する隔壁１ａが提供される。隔壁１ａには、薬物流入口１ｂと薬物流出口１ｃが提供される。

薬物流入口１ｂと薬物流出口１ｃは互いに間隔を成しながら隔壁１ａを貫通して配置される。

薬物流入口１ｂは人体に投入される薬液が引き込まれ、薬物流出口１ｃは薬物流入口１ｂに引き込まれた薬物が巡って再び人体に投入されるように排出される通路であり得る。

チェックバルブアセンブリー３は、バルブハウジング７、流入用チェックバルブ９、排出用チェックバルブ１１、第１固定具１３、および第２固定具１５を含むことができる。

バルブハウジング７には、薬物流入延長管路７ａと薬物排出延長管路７ｂが提供される。バルブハウジング７はコネクタ１の一側に結合され得る。そして薬物流入延長管路７ａは薬物流入口１ｂに連結され、薬物排出延長管路７ｂは薬物流出口１ｃに連結される。

流入用チェックバルブ９は、薬物流入延長管路７ａに配置される。流入用チェックバルブ９は、人体に投入される薬液を薬物流入口１ｂ側に通過させ、その逆方向に移動することを遮断することができる。

排出用チェックバルブ１１は、薬物排出延長管路７ｂに配置される。排出用チェックバルブ１１は、薬物流入口１ｂを通過した薬物を人体に注入する方向に通過させることができ、その逆方向に移動することを遮断することができる。

流入用チェックバルブ９と排出用チェックバルブ１１は、柔軟で開放圧力が低いダックビルバルブ（Ｄｕｃｋｂｉｌｌ ｖａｌｖｅ）を使用することができる。このような流入用チェックバルブ９と排出用チェックバルブ１１は、電力消耗量に対する流体の伝達効率が増大し長時間作動が可能で商品性を増大させることができる。

第１固定具１３は、薬物流入延長管路７ａに嵌められて流入用チェックバルブ９を固定する役割を果たすことができる。第２固定具１５は、薬物排出延長管路７ｂに嵌められて排出用チェックバルブ１１を固定する役割を果たすことができる。

そして、これら第１固定具１３と第２固定具１５は、薬物が通過できる管路を備えるのが好ましい。

本発明の実施形態ではバルブハウジング７に流入用チェックバルブ９と排出用チェックバルブ１１が結合された例示を示して説明したが、これに限定されるのではなく、コネクタ１に提供された薬物流入口１ｂと薬物流出口１ｃに流入用チェックバルブ９と排出用チェックバルブ１１がそれぞれ結合されることも可能である。このような他の例示は、バルブハウジング７をコネクタ１と一体に構成してさらに簡単な構造で製作することができる。このような本発明の実施形態の他の例示は、部品の数を減らして製造費用をさらに下げることができ、コンパクトに製作することができる。

駆動部５は、コネクタ１の一側に結合される。駆動部５は、チェックバルブアセンブリー３が結合される反対側に配置されることが好ましい。駆動部５は、チェックバルブアセンブリー３を通過する薬物と隔離されて配置されることが好ましい。駆動部５は、チェックバルブアセンブリー３を通過する薬物に圧力を加えて薬物が薬物流出口１ｃを通過するようにする役割を果たす。

駆動部５は、第１ダイヤフラム１７、第１ポンプハウジング１９、第１電源供給線２１、第１電極２３、メンブレン２５、第２電極２７、第２電源供給線２９、第２ポンプハウジング３１、および第２ダイヤフラム３３を含むことができる。

第１ダイヤフラム１７は、コネクタ１の一側に結合される。第１ダイヤフラム１７とコネクタ１はその間に空間が提供される。即ち、第１ダイヤフラム１７は、コネクタ１に一定の空間を維持してコネクタ１に結合される。したがって、チェックバルブアセンブリー３側の薬物は第１ダイヤフラム１７によって駆動部５側に移動せずに隔離された状態を維持する。

第１ダイヤフラム１７は、それを成す面が駆動部５で発生する圧力によって軸方向に一定の区間を繰り返して移動することが可能である。このような第１ダイヤフラム１７には、場合によって、面が軸方向（図１基準にｘ軸方向）に円滑に移動可能なしわ部が提供され得る。

第１ポンプハウジング１９には一側に前述の第１ダイヤフラム１７が結合される。第１ポンプハウジング１９は軸方向に沿って貫通された空間１９ａが提供される。したがって、第１ポンプハウジング１９は、第１ダイヤフラム１７によって空間１９ａの一側が閉鎖され得る。

第１ポンプハウジング１９は他側に第１電極２３が結合され、第１ポンプハウジング１９が成す空間１９ａが閉鎖され得る。そして、第１ポンプハウジング１９は内部に提供された空間１９ａに水のような作動流体が収容され得る。

第１ポンプハウジング１９は、外周に流体注入用孔部１９ｂが提供され得る。このような孔部１９ｂは、第１ポンプハウジング１９に作動流体が注入された後に密封され得る。したがって、駆動部５の作動流体はチェックバルブアセンブリー３側の薬液と隔離され得る。

第１電源供給線２１は、第１電極２３に電源を供給することができる。第１電源供給線２１は、第１ポンプハウジング１９の縁に沿って配置され第１電極２３に接触されて固定され得る。第１電源供給線２１は、第１ポンプハウジング１９と第１電極２３の間に配置されることが好ましい。しかし、本発明の実施形態の他の例示として、第１電源供給線２１はただ第１電極２３に電源を供給することができれば、第１電極２３とメンブレン２５の間に配置されることも可能である。

第１電極２３は、板状に形成され第１ポンプハウジング１９の空間１９ａを閉鎖することができる。即ち、第１ポンプハウジング１９は、第１ダイヤフラム１７と第１電極２３によって空間１９ａを形成することができる。そして、第１ポンプハウジング１９の空間１９ａに水のような作動流体が収容される。

メンブレン２５は、作動流体とイオンが移動される多孔性材質からなり得る。メンブレン２５は、セラミックのような不導体からなることが好ましい。メンブレン２５が不導体からなる場合には、本発明の電気浸透ポンプを長時間運転して第１電極２３と第２電極２７に使用される電気化学的反応物質が消耗乃至脱着され多孔性材質からなるメンブレン２５が露出されても、従来のカーボンペーパーやカーボン織物を使用するときにカーボンペーパーやカーボン織物の露出によって発生した水の電気分解のような副反応が起こらないようになる。したがって、副反応による不必要な電力消耗を防止することができる。したがって、本発明は安全的な運転特性を有し耐久性を向上させることができる。

メンブレン２５は、導電性を示さない高分子樹脂、ゴム、ウレタンまたはプラスチックフィルムなどのような柔軟な素材を薄い膜形態に加工して使用することができる。

第２電極２７は、メンブレン２５の他側に配置される。即ち、メンブレン２５は、第１電極２３と第２電極２７の間に配置されることが好ましい。第２電源供給線２９は、第２電極２７に外部の電源を供給することができる。第２電源供給線２９は、第２ポンプハウジング３１の縁に結合され得る。しかし、第２電源供給線２９は、ただ第２電極２７に電源を供給できる構造であればいかなる配置構造も可能である。

第２ポンプハウジング３１は、第１ポンプハウジング１９と同一または類似の形状と模様を有する。第２ポンプハウジング３１は、内部にまた他の空間３１ａが軸方向に貫通されて提供される。第２ポンプハウジング３１には、第１ポンプハウジング１９と同様に、内部の空間部３１ａを貫通する孔部３１ｂが提供され得る。第２ポンプハウジング３１の孔部３１ｂは、作動流体を注入した後に密封剤によって密封されるかまたは融着などによって埋められ得る。

第２ダイヤフラム３３は、第２ポンプハウジング３１の一側に結合されて第２ポンプハウジング３１に提供された空間３１ａを閉鎖することができる。

即ち、第２ポンプハウジング３１は、板状に形成される第２電極２７と第２ダイヤフラム３３によって空間３１ａを閉鎖することができる。

第２ダイヤフラム３３には、その面にしわ部３３ａが形成され得る。第２ダイヤフラム３３に形成されたしわ部３３ａは、断面を基準にして見る時、軸方向に突出する凹凸からなり得る。このような第２ダイヤフラム３３のしわ部３３ａは第２ダイヤフラム３３の面を軸方向に十分に移動させてポンピングの性能を増大させる役割を果たすことができる。

本発明の実施形態では第２ダイヤフラム３３にしわ部３３ａが形成された例を図示して説明したが、場合によっては第１ダイヤフラム１７にもしわ部が形成されることも可能である。そして第１ダイヤフラム１７または第２ダイヤフラム３３に形成され得るしわ部は少ないエネルギーでも第１ダイヤフラム１７と第２ダイヤフラム３３の変形を極大化させる役割を果たしてエネルギー消費を減らすことができる。即ち、外部の小さな電源でも駆動部５を長時間駆動させることができる利点がある。

図４と図５に示したように、前述の第１ポンプハウジング１９、第１電源供給線２１、第１電極２３、メンブレン２５、第２電極２７、第２電源供給線２９、および第２ポンプハウジング３１は、封止剤Ｓによって外部との気密を維持することができる。即ち、第１電源供給線２１、第１電極２３、メンブレン２５、第２電極２７、および第２電源供給線２９は第１ポンプハウジング１９と第２ポンプハウジング３１の大きさに比べて小さく構成して組み立てられた状態で第１ポンプハウジング１９と第２ポンプハウジング３１の間に縁部分（外部に露出される部分であり、断面を基準にして溝または空間を成す部分）に封止剤Ｓが配置され得る。このような封止剤Ｓは外部との気密を維持する気密層を形成することができる。

このような封止剤は、ホットメルト系、エポキシ系、ポリウレタン系またはシアノアクリレート系などの接着剤を使用することができる。しかし、封止剤はこのような例に限定されるのではなく、堅く硬化されて作動流体の流出を防止し構成要素の外形の変形を防止することができる素材であれば何れでも使用することができる。

以下、このように構成される本発明の実施形態の作動過程を詳細に説明する。

まず、第１電源供給線２１と第２電源供給線２９に電圧の極性を異にして電源を供給すれば、第１電極２３と第２電極２７の間に電圧差が発生する。このような電圧差によって酸化電極で電極反応の結果として陽イオンが生成される。前記の反応で生成された陽イオンは還元電極に移動しながら作動流体を共に引いてメンブレン２５を通過して圧力（ポンピング力）を発生させる。

即ち、このような電気化学反応は、イオンと作動流体がメンブレン２５を通過して第１ポンプハウジング１９の空間１９ａまたは第２ポンプハウジング３１の空間３１ａに移動可能である。

第１電源供給線２１と第２電源供給線２９を通じて第１電極２３と第２電極２７に電源の極性を交互に供給すれば、前述の電気化学反応によって第１ポンプハウジング１９の空間１９ａと第２ポンプハウジング３１の空間３１ａに反復的に作動流体が移動可能である。

即ち、酸化電極の役割を果たした電極が電圧極性の交番によって還元電極の役割を果たすものに変われば、酸化電極として使用される時に消耗された電気化学的反応物が還元電極として使用される時に回復され、その逆の場合も同様に行われて電気浸透ポンプの継続的な運転が可能である。

そうすれば、第１ダイヤフラム１７と第２ダイヤフラム３３が変形されながら圧力を発生させる。このような圧力は、コネクタ１と第１ダイヤフラム１７の間の空間に作用する。

そうすれば、薬物は前記の発生された圧力によって薬物流入延長管路７ａを通じて薬物流入口１ｂに引き込まれる。そして、このように移動された薬物は薬物流出口１ｃと薬物排出延長管路７ｂを通じて排出されながら人体に注入され得る。

この時、流入用チェックバルブ９と排出用チェックバルブ１１は薬物を一方向にのみ移動させる役割を果たす。したがって、本発明の実施形態の電池浸透ポンプは低電力を用いながらも安定的に薬物を人体に注入させることができる。

特に、本発明は、駆動部５の作動流体と薬物が互いに分離されるので、薬物に含まれている有効成分が電気化学的反応によって変質することを防止することができる。

また、本発明は、駆動部５の作動流体に含まれる成分が薬物に伝達されることを遮断して、より幅広い薬物または作動流体を適用することができる。

本発明は開放圧力が非常に低いチェックバルブを使用してチェックバルブの反応速度が非常に速いようにしたものであり、これによって全体的にポンプが低電力高効率で運転できる。

以上で本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるのではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明および添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属することは当然である。

１ コネクタ
３ チェックバルブアセンブリー
５ 駆動部
７ バルブハウジング
９ 流入用チェックバルブ
１１ 排出用チェックバルブ
１３ 第１固定具
１５ 第２固定具
１７ 第１ダイヤフラム
１９ 第１ポンプハウジング
２１ 第１電源供給線
２３ 第１電極
２５ メンブレン
２７ 第２電極
２９ 第２電源供給線
３１ 第２ポンプハウジング
３３ 第２ダイヤフラム

Claims (8)

1. 薬物流入口と薬物流出口が提供されたコネクタ、
   前記コネクタの一側に結合されるチェックバルブアセンブリー、そして
   前記コネクタの他側に結合され、前記チェックバルブアセンブリーを通過する薬物と隔離され、前記薬物に圧力を加えて前記薬物流出口側に前記薬物を移動させる駆動部
   を含み、
   前記駆動部は
   前記コネクタに結合され前記チェックバルブアセンブリーの薬液を遮断する第１ダイヤフラム、
   前記第１ダイヤフラムに結合され内部に作動流体が収容される空間が提供された第１ポンプハウジング、
   前記第１ポンプハウジングに結合されて電源の供給を受ける第１電源供給線、
   前記第１電源供給線に連結される第１電極、
   前記第１電極に一側が結合されるメンブレン、
   前記メンブレンの他側に結合される第２電極、
   前記第２電極に電源を供給する第２電源供給線、
   前記第２電極の一側に結合され内部に作動流体が収容される空間が提供された第２ポンプハウジング、そして
   前記第２ポンプハウジングに結合される第２ダイヤフラム
   を含み、
   前記第１ポンプハウジングは
   軸方向に沿って貫通された空間が提供され、
   前記第１ダイヤフラムと前記第１電極によって前記第１ポンプハウジングの空間が閉鎖され、
   前記第２ポンプハウジングは
   軸方向に沿って貫通された他の空間が提供され、
   前記第２電極と第２ダイヤフラムによって前記第２ポンプハウジングの空間が閉鎖される、電気浸透ポンプ。
2. 前記チェックバルブアセンブリーは、
   前記薬物流入口に配置されて前記薬物を一方向に移動させる流入用チェックバルブ、そして
   前記薬物流出口に配置されて前記流入用チェックバルブを通じて伝達された前記薬物を排出させる排出用チェックバルブ
   を含む、請求項１に記載の電気浸透ポンプ。
3. 前記チェックバルブアセンブリーは、
   前記コネクタに結合され薬物流入延長管路と薬物排出延長管路が提供されるバルブハウジングを含み、
   前記薬物流入延長管路は前記薬物流入口に連結され、前記薬物排出延長管路は前記薬物流出口に連結され、
   前記薬物流入延長管路に流入用チェックバルブが配置され、前記薬物排出延長管路に排出用チェックバルブが配置される、請求項１に記載の電気浸透ポンプ。
4. 前記薬物流入延長管路には
   前記流入用チェックバルブを固定する第１固定具が設置され、
   前記薬物排出延長管路には
   前記排出用チェックバルブを固定する第２固定具が設置される、請求項３に記載の電気浸透ポンプ。
5. 前記コネクタと前記第１ダイヤフラムの間には
   薬物が前記薬物流入口を通じて前記薬物流出口に排出される空間部が提供される、請求項１に記載の電気浸透ポンプ。
6. 前記メンブレンは
   作動流体とイオンが移動される多孔性材質からなる、請求項１に記載の電気浸透ポンプ。
7. 前記メンブレンは
   不導体からなる、請求項１に記載の電気浸透ポンプ。
8. 前記第１ダイヤフラムまたは前記第２ダイヤフラムには
   凹凸からなるしわ部が提供される、請求項１に記載の電気浸透ポンプ。

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