专利名称：具有一两通阀和动态自我调节的流动通道的渗透供应设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及渗透控制灌输供应设备，具体来说，涉及这样一供应设备，它具有一两通微型阀，并动态地自我调节流动通道，以在渗透驱动的供应系统中控制反向扩散和流体供应速率。
背景技术：
有控制地供应诸如药物之类的有用试剂，在医学和兽医领域内已通过各种方法得到实现，包括诸如灌输渗透供应设备之类的灌输供应设备。渗透供应系统在一延长的时间(称之为控制时间)上非常可靠地供应一有用的试剂。一般来说，渗透供应系统通过从一外部环境吸收流体，并从供应系统释放有控制的有用试剂量。
各种类型供应设备的代表性实例揭示在美国专利3,987,790、4,865,845、5,059,423、5,112,614、5,137,727、5,213,809、5,234,692、5,234,693、5,308,348、5,413,572、5,540,665、5,728,396、5,985,305、以及5,221,278中，本文援引所有这些专利以供参考。所有上述的专利一般包括某种类型的封套(capsule)，它具有诸壁或壁部分(例如，半渗透膜)，它们有选择地使水通入到封套内部。水被包含在封套内的吸水剂(water attracting agent)吸收，在封套内形成一渗透压力，然后，造成排出封套内的有用试剂。或者，吸水剂可以是供应给病人的有用的试剂。然而，在大多数情形中，特别地采用一独立的试剂，以能将水吸入到封套内。
当使用一独立的渗透剂时，渗透剂通过一诸如活塞的可移动的驱动件可以与封套内的有用的试剂分离。封套的结构基本上是刚性的，这样，当渗透剂吸水和膨胀时封套本身并不膨胀。当渗透剂膨胀时，它致使可移动的驱动件移动，通过封套的一孔或出口通道排出有用试剂。有用试剂以相同的体积率通过出口通道排出，该体积率是水组合通过封套的半渗透壁的渗透剂。
在某些已知的灌输供应设备中，封套的孔或出口通道是常开的，因此，允许有用试剂无阻碍地排出。这导致在有用试剂和病人组织周围的水之间直接的流体连通。因此，可造成水进入到有用试剂库的反向扩散。减小水的反向扩散的一种方法是提供一长的孔或出口通道，它可以呈各种形状，例如，直形或螺旋形。
在其它已知的灌输供应设备中，封套的孔或出口通道用一可伸展的或弹性的部件或带覆盖，以减小水进入到有用试剂库的反向扩散。一旦克服阈值压力，可伸展的或弹性的带允许有用试剂排出。当装置内的压力小于阈值压力时，可伸展的或弹性的部件或带将孔关闭。然而，在这些类型的设备中，极少或没有压力控制，当设备调节到温度的变化和/或内部或外部压力时，会形成压力积累。
在还有其它已知的灌输供应设备中，孔或出口通道至少部分地由可伸展的或弹性材料制成，它起到减小水进入到有用试剂库的反向扩散。一旦该设备内达到阈值压力，该可伸展的或弹性的材料发生变形，以允许有用试剂排出。当设备内的内部压力小于阈值压力时，可伸展孔的材料关闭。然而，在这些类型的设备中，极少或没有压力控制，当设备调节到温度的变化和/或内部或外部压力时，会形成压力积累。
一般来说，渗透的供应系统依赖于孔隙体流体横贯一流量限制的膜(也称之为半渗透膜)的流动，以驱动渗透剂(osmotic agent)膨胀，这又驱动有用试剂的供应或排放。在就在灌输之后的时间过程中，孔隙流体也可通过一有用试剂供应通道(也称之为一孔或出口通道)扩散到有用试剂(benificial agent)内。这样的扩散是不理想的，因为它导致有用试剂成分的无控制的稀释。
在现有技术的那些旨在限制或防止反向扩散而不覆盖孔或出口通道的已知的设计中，具有的局限性在于要求有相当长的扩散路径来防止或阻止流体流向有用试剂隔间内的反向扩散。通过在塑料中模制复杂花纹，或在金属中加工高公差的表面，形成这些已知设计中的长孔、扩散路径或出口通道。这些方法制造成本高，并占据相当大的体积，致使灌输具有一增加的尺寸。
已知灌输供应设备的其它的缺点在于这些设备不能补偿温度和内压的变化，它们会导致灌输供应设备短暂地以高的或低的速率供应有用试剂。通常，一灌输的渗透的驱动供应系统，在灌输到病人体内之前，将在室温下(近似为20至22℃)进行储存。在灌输之后的几个小时内，系统将相继地与病人达到热平衡(近似为37℃)。这种温度的上升可造成灌输设备内有用试剂的成分膨胀，这可导致系统升压，以及快速地和短时间地供应有用试剂(通常称之为起动(start-up)“爆发(burst)”)。这种爆发通常跟随有一短时间的稍微低的试剂供应(通常持续小于1天至5天)，在此时间过程中，渗透压力增加到等于活塞摩擦的压力的程度。当灌输设备的内压增加时，有用试剂的供应率将上升，直到其获得一稳定状态。由于渗透供应系统的目的是以固定速率供应限定浓度的有用试剂，所以，起始的“爆发”和其后供应中的“滞后(lag)”均是不理想的。
灌输的渗透驱动的有用试剂供应系统的另一方面在于它承受外压或温度变化(例如，水下呼吸器潜水、热水浴，或运输过程中的温度循环)，它又可导致有用试剂供应曲线中的瞬态尖峰。
目前的设计可在灌输渗透供应设备内形成足够的高压，以使一个或多个灌输部件失效或逐出。在减小部件失效或逐出可能性的努力中，现有设计在容器壁内设置槽和/或在半渗透膜内的肋或在装置的壁内的孔，如果设备的部件移出位置，它们是敞开的。由于需要对零件额外的加工，所以这些方法增加了设备的成本。
因此，本发明的一个目的是将起始的“爆发”减到最小，通过用一弹簧加载的阀来包含有用的试剂，直到内部的渗透诱发的压力足够大来克服施加的弹簧力，由此，打开阀和允许有控制地释放试剂。本发明的还有一目的在于，由于消除初始的试剂“爆发”，还可尽可能减小或消除有用试剂供应的后起动“滞后”。这种起动“爆发”的最小化和后起动“滞后”的另外的结果是系统可比已知灌输试剂供应设备显著快地达到理想的稳态特性。
本发明的另一目的是以相当便宜的方式提供消除反向扩散，不要求相当大的或长的孔、扩散路径或出口通道。
本发明的另一目的是提供一灌输的渗透供应设备，它能包含会形成在装置内的全部的渗透压力，而无需相当昂贵和复杂的流体流动旁路通道。
发明内容
根据本发明，一种用于哺乳动物(较佳地，用于人类)的灌输药物供应系统包括一具有一不可渗透外层的封套。该封套具有一有用试剂供应端和一流体吸收端，它们彼此间隔，但不必位于所述封套的相对端。此外，封套包括一含有有用试剂的容器；一将该容器与渗透引擎(osmotic engine)分离的可移动的分隔件；以及，一渗透引擎。供应系统包括一用来控制有用试剂流过有用试剂供应端的装置，当封套内的压力高于预定的上压力时该装置基本上防止有用试剂流出封套，而当封套内的压力低于预定的下压力时该装置阻止流体通过有用试剂供应端流入到封套内。然而，当封套内的压力在预定的上压力与下压力之间时，基本上允许有用试剂通过有用试剂供应端流出封套。
根据本发明的另一方面，一种用来动态地控制来自于加压的有用试剂供应系统的有用试剂的流动的设备包括一具有一下端口和上端口的中空本体。该设备还包括一装置，当有用试剂作用在该装置上以便控制流动的压力低于预定的下压力时，它用来控制孔隙流体流过中空本体的。该设备还包括一装置，当该设备内的压力高于预定的上压力时，该装置用来控制有用试剂流出装置。当设备内的压力在预定的下压力和上压力之间时，基本上允许有用试剂流出设备。
根据本发明的另一方面，一种可变化地控制来自一渗透药物供应系统的有用试剂供应的方法包括以下诸步骤提供一具有一有用试剂供应端和一流体吸收端的封套，封套包括一含有有用试剂的容器、一含有流体吸收剂的吸收容器以及一在试剂容器与吸收容器之间可移动的分隔件。有用试剂容器和吸收容器分别定位在有用试剂供应端和流体吸收端附近。该方法还包括这样的步骤当封套内的压力低于预定下压力时基本上防止流体流入封套，而当封套内的压力高于预定上压力时防止有用试剂流出封套。该方法还包括这样的步骤当压力在预定的下压力与上压力之间时，可变化地控制有用试剂流出封套。
根据本发明的还有一方面，一可变化地控制来自一渗透驱动供应系统的有用试剂供应的方法包括以下诸步骤通过从有用试剂容器施加流体压力，相对于下端口移位一阀组件的可移动关闭件，由此在关闭件与下端口之间形成一开口。该方法还包括这样的步骤通过提高来自有用试剂容器的压力并允许来自有用试剂容器的有用试剂通过下端口和通过阀组件来增加开口的尺寸。该方法还包括这样的步骤可变化地控制有用试剂流过阀组件，以使有用试剂流正比于由有用试剂抵抗可移动关闭件施加的压力，直到压力接近一预定的最大压力，此时，有用试剂流变得随压力的增加而更加受到约束。
本发明提供如下的优点通过在此时致使弹簧加载阀关闭，显著地防止在起动阶段中反向扩散，有效地防止有用试剂与孔隙流体之间的流体连通，直到系统充分地加压为止，且有用试剂以此足够的速率泵送，不允许体积流体扩散到有用试剂容器内。
本发明还提供如下的优点为防止灌输渗透驱动的供应设备的反向扩散，不需设置相当长的孔、扩散路径或出口通道。
此外，本发明提供一灌输渗透驱动的供应设备，它具有承受和容纳全部系统的渗透压力的能力，尤其重要地考虑到任何高效的有用试剂，无需相当昂贵和复杂的流体流动旁路通道。
此外，本发明不需单独流体旁路通道的成本。
现将参照附图来详细描述本发明，附图中，相同的元件具有相同的标号，其中图1是包括一两通阀并在正常情况下动态地自我调节流动通道的渗透试剂供应设备的侧截面图；图2a是包括一两通阀并动态地自我调节流动通道的渗透试剂供应设备的上部的侧截面图，其中，关闭件已轴向地移位；图2b是图2所示阀的局剖图，示出细长的圆柱形杆48；图3是包括一两通阀并动态地自我调节流动通道的渗透试剂供应设备的上部的侧截面图，其中，关闭件已轴向地移位到比图2所示的移位更大的范围；图4是包括一两通阀并动态地自我调节流动通道的渗透试剂供应设备的上部的侧截面图，其中，上部腔室基本上关闭；以及图5是根据本发明的第二实施例的两通和动态地自我调节的流动通道的侧截面图。
具体实施例方式
本发明涉及一种压力致动的两通阀和自我调节的流动通道，用来在一灌输渗透驱动的有用试剂供应系统内控制流体的流动。两通阀和自我调节的流动通道的部件设计成当有用试剂容器内的压力低于预定的下压力时基本上防止孔隙流体通过其间，当有用试剂容器内的压力高于预定的上压力时防止有用试剂通过其间。这可在有用试剂容器内的压力低于预定的下压力或高于预定的上压力时，通过使流体流动通道变窄而得以实现。在额外的特别高压下，阀可设计成在孔端部全部关闭，或它可提供最小泄漏路径，以使最大流体流动绝不超过。在零或非常低的压力下，阀将完全地关闭，或在有用试剂容器端部提供最小的泄漏路径，由此，将试剂成分与外部流体渗透基本上隔绝，并消除外部流体流入有用试剂成分内的扩散。尽管这些特性标准可以各种离散的部件(例如，释放阀、限流器、止回阀)来达到，但本发明用一单一的简单的和低成本的机构来组合所有要求的特性。
尽管期待诸如外部压力或温度之类的外部效应在供应系统上的变化可被调节或消除是不切实际的，但本发明通过要求显著地提高总体压力(系统在此压力下仍能分配有用试剂)，可将它们的误差贡献减小到最小。通过强制系统泵送或以较高的压力供应有用试剂，在泵送或供应速率的总体变化上将有一下降。例如，0.01磅/英寸2的压力增加对于在0.10磅/英寸2正常压力下分配的系统造成的误差，基本上甚于0.10磅/英寸2压力增加对于在3磅/英寸2压力下分配的系统(10％对3％)。
图1示出一具有一封套2的灌输渗透驱动的有用试剂供应系统1。封套2具有一不渗透的外层，并包括一有用试剂容器50和一渗透剂容器52。有用试剂供应系统1还较佳地包括一可移动的活塞54，它定位在有用试剂容器50与渗透剂容器52之间。一流体渗透膜56设置在有用试剂供应系统1的流体吸收端16处。流体渗透膜56可以是任何合适的膜或各种膜的组合，其形状能足够地控制进入封套2内的流体量。此外，也应选择膜56来防止封套2内的成分通过流出封套。一阀组件10设置在封套的有用试剂供应端14。
封套2必须强度足够大，以确保不会泄漏、碎裂、断裂或变形，而致使在使用过程中经受的应力下逐出其有用的试剂含量，同时保持不渗透性。尤其是，应该设计成承受由容器52内的水涨渗透剂所产生的最大渗透压力。封套2还必须是化学上惰性和生物上相容，即，它必须与有用试剂成分和人体没有反应。合适的材料通常包括一无反应的聚合物或生物相容的金属或合金。聚合物包括诸如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的三元共聚物之类的丙烯腈聚合物等；诸如聚四氟乙烯、聚氯三氟乙烯、四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物之类的卤代聚合物；聚酰亚胺；聚砜；聚碳酸酯；聚乙烯；聚丙烯；聚氯乙烯-丙烯酸共聚物；聚碳酸酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯；聚苯乙烯；以及，诸如此类的聚合物。用来形成容器的通过成分的水蒸发传输率可见诸于J.Pharm.Sci.，Vol.29，第1634-1637页(1970)；Ind.Eng.Chem.Vol.45，第2296-2306页(1953)；Materials Engineering，Vol.5，第38-45页(1972)；Ann.Book of ASTM Stds.，Vol.8.02，第208-211页和第584-587页(1984)；以及Ind.and Eng.Chem.，Vol.49，第1933-1936页(1957)。上述聚合物可见诸于美国Ohio州的Cleveland市的Cleveland RubberCo.CRC Press出版的由Scott和Roff著的“普通聚合物手册”(Handbook ofCommon Polymer)。用于本发明的金属材料包括不锈钢、钛、铂、钽、金及其合金，以及镀金的铁合金，镀铂的铁合金，钴-铬合金，以及镀氮化钛不锈钢。容器由钛或钛含量在60％以上的钛合金制成，通常钛含量大于85％的合金特别优选用于尺寸尤显重要的应用中。
渗透剂容器52可包含任何合适的渗透剂，它的实例包括(但不局限于)非挥发的水溶渗透剂，与水接触后膨胀的渗透聚合物，或两者的混合。例如，代表性的渗透剂或渗透聚合物公开在美国专利5,413,572和6,270,787中，本文援引它们以供参考。诸如氯化钠的渗透剂和合适的润滑剂、黏合剂和诸如羧甲基钠纤维素或聚丙烯酸钠的粘度修改剂可以各种形式进行制备。例如，如美国专利5,728,386所述，片形的氯化钠是较佳的水涨剂，本文援引上述专利以供参考。渗透剂应能在0和5200磅/英寸2之间产生。
用于流体渗透膜56的材料是半渗透材料，它们在浸湿后与容器的形状相一致，并与容器的刚性表面形成水密的密封。当放置在流体环境内时，半渗透膜如同氢氧化物那样膨胀，于是，在膜和容器的匹配表面之间产生一密封。可制成膜的聚合物材料根据泵送速率和装置结构要求而变化，并包括(但不局限于)塑性化的纤维素材料，诸如羟乙基甲基丙烯酸盐(HEMA)的加强的聚甲基丙烯酸甲酯，以及诸如聚亚安酯和聚酰亚胺的弹性体材料、聚酯-聚酰胺的共聚物、热塑性共聚物等。其它的半渗透组分公开在美国专利5,413,572和6,270,787中，本文援引它们以供参考。
可移动的分隔件54可以是将水涨剂与有用试剂成分隔绝的任何形状，它包括(但不局限于)一片形或一活塞形。可移动的分隔件将腔室52内的水涨剂与腔室50内的有用试剂成分隔绝，并必须能够在封套2内的压力下密封地移动。可移动的分隔件54较佳地由这样的材料制成，即，它比封套2的硬度低并将变形来适应封套的内部，以提供与封套2的流体致密的压缩密封。制成可移动的分隔件或活塞的材料较佳地是不渗透性的弹性体材料，并包括(但不局限于)聚丙烯、诸如EPDM的橡胶、硅树脂橡胶、丁基橡胶等，氟弹性体、全氟化弹性体，以及诸如塑性化的聚氯乙烯、聚亚安酯、Santoprene、C-FlexTPE、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物(Consolidated PolymerTechnologies Inc.)等的热塑性弹性体。可移动的分隔件可以是压缩加载的设计。
本发明的灌输的药物供应设备用来供应各种活化剂。这些活化剂包括(但不周限于)药理上活化的缩氨根和蛋白质、基因和基因制品、其它的基因治疗剂，以及其它的小分子物质。聚缩氨根可包括(但不局限于)生长激素、生长激素相似物、生长调节素-C、刺激生殖腺释放的激素、促卵泡激素、黄体化激素、LHRH、诸如leuprolide、nafarelin和goserelin的LHRH相似物、LHRH收缩筋和对抗肌、生长激素释放因子、降血钙素、秋水仙碱、诸如绒毛膜促性腺、oxtocin、octreotide、生长激素加氨基酸、vaspressin、促肾上腺皮质激素、表皮生长因子、泌乳刺激素、生长激素抑制素、生长激素加蛋白质、α1-24促肾上腺皮质激素、lypressin、诸如促甲状腺素释放激素的多肽、throid刺激激素、分泌素、肠促胰酶素、脑啡肽、胰增血糖素、内部分泌和借助于血流分布的endrocrine剂等。其它可供应的试剂包括α1反胰岛素、因子VIII、因子IX，以及其它的凝结因子、胰岛素和其它的缩氨根激素、肾上腺皮质刺激激素、甲状腺刺激激素，以及其它垂体激素，干扰素包括(但不局限于)α、β和γ红细胞生成素，诸如GCSF、GMCSF的生长因子，胰岛素状的生长因子1，组织纤维蛋白溶酶原活化因子、CD4、Ddavp、白细胞间介素-1受体对抗物、肿瘤坏疽因子受体、肿瘤抑制体蛋白质、细胞毒素蛋白质以及重组细胞抗体和抗体片段等。
上述试剂对于处理多种病情是有效的，这些情况包括(但不限于)血友病和其它的血液疾病、生长障碍、糖尿病、白血病、肝炎、肾衰竭、HIV感染症、诸如cerbrosidase缺乏症和腺苷酸脱氨酶缺乏症的遗传疾病、高血压、脓毒性休克、诸如多发性硬化的自体免疫疾病、突眼性甲状腺肿(格雷夫斯氏病)、全身性红斑狼疮以及风湿性关节炎、休克和消瘦症、囊肿性纤维化、乳糖不耐性、节段性回肠炎(克罗恩氏病)、肠炎症、胃肠的和其它的癌症。
活化剂可以是无水溶液或有水溶液、悬浮液或与药理上可接受的赋形剂或媒介物的联合体，这样，形成可流动的成分，以使它们可长期储存在架上或冰箱内以及储存在一灌输供应系统内。诸成分可包括药理上能接受的媒介物和附加的惰性成分。活化剂可以呈各种形式，例如，不带电分子，分子配合物的组分或药理上能接受的盐。再者，可使用试剂的简单衍生物(例如前体药物、醚类、酯类、氨化物类等)，它们通过身体的PH性、酶等容易地水化。
阀体30和32较佳地由钛、钢和它们的合金、热塑性塑料制成，热塑性塑料包括有聚醚酮(PEEK)或液晶聚合物(LCP)等。更佳地是，阀体30和32由液晶聚合物制成。
弹簧24较佳地由弹簧钢制成，包括不锈钢或铍/铜，或注塑模制聚合物或塑料。弹簧材料应提供尺度，同时具有可制造和插入到阀内的线材厚度。更佳地，弹簧24的制取应为对于细丝弹簧由不锈钢制成，对于较厚丝弹簧由合适的塑料制成。弹簧24的外形可以是圆形、方形或任何其它合适的形状。弹簧24提供从容器50通过上端口22的流体路径。
杆46和导向柱48可由与阀体30和32相同的材料制成，或由诸如氟弹性体、全氟弹性体的弹性体材料，诸如C-Flex或Santoprene的热塑性弹性体、硬塑料等制成。杆46和导向柱48较佳地由热塑性弹性体，或全氟弹性体，或硬塑料制成。
在操作中，从封套2的外部流出的流体通过膜56进入到封套内。然后，某些流体被容器52内的渗透剂吸收，由此，致使渗透剂膨胀。随着渗透剂膨胀，其增加的体积致使活塞54推压于被容纳在有用试剂容器50内的有用试剂，以通过阀组件10分配，并进入到病人体内。然而，当封套2内的压力大于预定的下压力时，有用试剂才通过阀组件10发送。下面将参照图1-5来详细描述阀组件10的机构。
如图1和2所示，阀组件10包括一阀体12，它含有多个互连的流体腔室60和70。阀组件应具有大于直径尺寸的高度尺寸。换句话说，阀组件的高度对宽度之比应大于1/1。阀组件的高度对宽度之比应小于1/5。较佳地，阀组件的高度对宽度之比在1/1和1/2之间。阀组件较佳地具有约1mm至10mm的直径，更佳地是约3mm至6mm。阀组件较佳地具有约5mm至10mm的高度。
阀体12较佳地包括两个相同的半部30和32。阀组件10还包括一下端口20和一上端口22。一下部流体腔室60定位在下端口20附近，并与下端口20流体连通。一上部流体腔室70定位在上端口22与下部流体腔室60之间，并与其流体连通。
下部流体腔室60包括一具有一截头锥形状的第一表面62和一具有圆柱形的第二表面64。第一表面62的最下面部分的直径小于下端口20的直径。第一表面62的最上面部分的直径基本上与第二表面64的直径相同。下部流体腔室60还包括一基本上垂直于第二表面64的第三表面66。
一形成在第三表面66和上部流体腔室70相交处的通道74设置在上和下流体腔室之间。上端口22的直径基本上小于上部流体腔室70的直径，因此，顶表面72(也基本上垂直于64)设置在其间。
如图2所示，阀组件10包含一可移动的关闭件40，它具有一圆柱形密封44和一附连于一细长圆柱形杆46(更清晰地示于图2b中)和一导向柱48上的截头锥42。杆46的直径略微小于弹簧24。导向柱48的直径应略微小于上端口22的直径。可移动关闭件40还包括一基本上平的上表面90。关闭件40和圆柱形杆46可加工成一单一部件，较佳地通过模制或它们可单独地加工，并以任何已知的方法附连在一起。此外，杆46可加工成一螺纹端，它构造成与设置在关闭件40的上表面90上的螺纹开口匹配。
可移动的关闭件40可从一基本上邻近第一表面62的最下位置移动到一基本上邻近第三表面66的最上位置。当关闭件位于最下位置时，关闭件40的截头圆锥42的形状基本上与第一表面62匹配。此外，当关闭件位于最上位置时，关闭件40的上表面90的形状基本上也覆盖下部流体腔室60的第三表面66。当可移动的关闭件40位于上述任一位置时，通过阀组件12从有用试剂容器50流出的有用试剂流基本上受到阻碍。
弹簧24设置在圆柱形杆46周围，并在顶表面72与上表面90之间。弹簧24较佳地是一螺旋压缩弹簧，并示于图1中。然而，应该理解到可采用任何其它合适的弹簧来代替螺旋压缩弹簧。
在零或低压(例如，0.5至10磅/英寸2)下，诸如可望在储存或初始泵送开始过程中那样，弹簧24将关闭件40保持在某一位置，以基本上阻止流体沿阀组件12的任一方向流动。圆柱形密封44防止流体横贯下端口20的流动，这样，包含在有用试剂容器50内的任何有用试剂和呈现在上端口22处的孔隙流体(一旦灌输)之间，基本上没有流体连通。此外，如图2所示，可移动的关闭件40设计成移动通过某预定的位移，而仍保持在下端口20处的密封。因为圆柱形密封44的高度大于下端口20的高度，所以，可发生这种情形。该特征使阀组件10能包含在灌输时因热膨胀造成的增加的试剂成分体积，而没有如许多装置中所发生的初始爆发。
将阀10保持在关闭位置(如图2和4所示)或打开位置(如图3所示)所需要的压力，例如，取决于有用试剂成分的粘度、有用试剂成分从系统供应所要求的速率、弹簧24的弹簧常数和/或弹簧24在阀10内占据的空间量。
从低压至高压的磅/英寸2的范围(从阀打开至阀关闭)需要是非常窄，但不管怎样可在约0.1至2000磅/英寸2的范围内。较佳地在约0.5至100磅/英寸2的范围内。
通过将螺旋压缩弹簧24定位在可移动关闭件40的圆柱形杆46的上方，来加工阀组件10。其后，阀组件10限制在两个阀体半部30和32之间，使截头圆锥42和圆柱形密封44定向成分别接合于下部流体腔室60的第一表面62和下端口20。合成的组件将致使弹簧24处于压缩的加载，强制截头圆锥42在下部流体腔室60处密封抵靠在第一表面62。因此，阀组件10通常在下端口20处关闭流体流动。阀体半部30和32可以本技术领域内已知的多种方法中的任何一种方法密封在一起。例如，使用粘结剂、超声波焊接，或机械配合。
图3示出一旦在下端口20处的流体压力超过最小值(例如，约5磅/英寸2)时阀的操作，所述最小值可以是正常操作的情形。在此情形中，可移动的关闭件40将向上沿轴向朝向上端口22位移，在下端口20处形成一开口，并允许有用试剂从试剂容器50泵送通过下端口20，然后，相继地通过下部流体腔室60和70，最后流出上端口22。开口的截面积，由此相关的流体流动，正比于由流体抵抗可移动的关闭件40施加的压力，直到压力开始接近某预定的最大值之时。在此情形中，当关闭件40的上表面90接近下部流体腔室60的第三表面66时阀动作反向。
弹簧24形成一通过上部流体腔室70的螺旋形流体流动路径。当可移动的关闭件40被流动试剂向上作用时，弹簧24受压缩。因此，当有用试剂容器50和腔室60内的流体压力增加时，下端口20更加完全地打开，同时，流体流动路径逐渐地变窄，因此变得更加受约束。正常流动将导致弹簧与流体压力的相对力之间平衡，而低的流体流动通常将完全地受压缩弹簧24的阻止，致使下端口20被可移动的关闭件40关闭。另一方面，高的流体流动通常将受可移动的关闭件40的上表面的大致的阻碍而基本上关闭开口74。弹簧24的压缩在下部流体腔室60与上端口22之间减小流动路径。
图4示出当到达一最大压力(例如，约20磅/英寸2)时的阀的情形。可移动的关闭件40被驱动到图4中的最上位置，强制可移动件抵靠于下部流体腔室60的第三表面66。这限制可移动关闭件40的运动，并关闭下部流体腔室60与上部流体腔室70之间的流体连通。或者，在优选的实施例中，通过可移动关闭件40周围的一小的流体旁路通道，将可移动关闭件40周围的流体流动限制在某一预定的最小量上。当压力释放时，流体路径在上表面66处增加截面积，由此，再次允许增加流体的流动。这样，连续地控制流体流动，以补偿压力和温度的变化，否则，这种变化会导致不最理想的性能。
上述详细的描述涉及本发明的特殊的实施例。然而，从上述的公开中，显然可容易地实现一广义范围的材料、加工技术以及替代的实施例。本发明的另一实施例包括一单独的小的流体旁路通道，它可通过以下两种方式形成通过可移动关闭件40的一小孔或形成在可移动关闭件40的一边缘内的槽。
例如，图5示出本发明的另一优选的实施例，其中，阀组件80可加工成一硅微结构(silicon microstructure)或用热塑性塑料模制。如图5所示，阀组件80包括一具有一体形成的悬臂弹簧臂82的单一腔室的阀体81，以代替上述的压缩弹簧。悬臂弹簧臂可由金属(诸如上述用于阀体30和32的金属)或热塑性塑料制成。此外，可移动关闭件86呈球状体形式，并附连到悬臂弹簧臂82的自由端上。可移动关闭件86可由金属或金属合金(诸如上述用于阀体30和32的金属)、热塑性塑料或弹性体制成。该实施例的上端口和下端口不必具有相同的直径，只要当压力低于或高于一预定的压力时可移动关闭件86关闭上端口或下端口的垂直部分。然而，其它的形状也可用于关闭件86。一潜在的好处在于该实施例具有一体的结构，而不是一组件和离散的部件。还有另一好处是其特别小的总体体积。
此外，尽管以上描述已经具体介绍了一渗透驱动试剂供应系统的应用，但很显然本发明可应用于任何加压的流体供应系统。
上述示范的实施例旨在说明本发明的各个方面，而不是限制本发明。因此，本发明能够有许多变化和详细的实施例，它们可由本技术领域内的技术人员从本文所包含的描述中衍生出来。所有这样的变化和改型被认为落入在由附后的权利要求书所定义的本发明的范围和精神内。
权利要求
1.一种用来动态地控制来自于加压的流体供应系统的流体的流动的装置，所述装置包括一具有一下端口和上端口的中空本体；以及用来控制流体流过中空本体的装置，当由所述流体作用在所述装置上的压力低于预定的下压力以及当所述压力高于预定的上压力时所述控制装置基本上阻止流体的流动，当所述压力在所述预定的下压力与上压力之间时基本上允许流体流动。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中空本体包括一关闭件和一设置在所述中空阀本体内的弹簧，其中，所述弹簧将所述关闭件保持在某一位置，以在由所述流体作用在所述装置上的压力低于预定的下压力或高于预定的上压力时所述关闭件基本上覆盖所述端口中的一个端口。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述关闭件包括一上部、一中部和一下部；所述上部具有一圆柱形；所述中部具有一截头圆锥形；以及所述下部具有一直径比所述上部的直径小的圆柱形。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述阀本体包括一上部流体腔室和一下部流体腔室；所述端口包括一上端口和一下端口；所述下端口定位在邻近所述下部流体腔室；以及所述上端口定位在邻近所述上部流体腔室。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述下部流体腔室具有一下部和一上部；所述下部具有一截头圆锥形和所述上部具有一圆柱形；所述上部流体腔室具有一圆柱形，其中，所述下部流体腔室的上部的直径大于所述上部流体腔室的直径；所述下部流体腔室具有一基本上平的上表面，它形成在所述下部流体腔室的上部与上部流体腔室之间；其中，所述关闭件容纳在所述下部流体腔室内；所述关闭件的所述中部构造成与所述下部流体腔室的所述下部匹配，所述关闭件的所述下部构造成匹配于下端口内，并基本上密封下端口；以及其中，所述关闭件具有基本上平的顶表面，具有的直径小于所述下部流体腔室的所述上部的所述直径而大于所述上部流体腔室的所述直径，这样，当所述关闭件与所述下部流体腔室的所述上表面保持邻接的关系时所述关闭件的上表面能够大致地阻断所述上部与下部流体腔室之间的流体连通。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述弹簧包括一压缩弹簧，并抵靠于一位于所述上端口与所述上部流体腔室之间的壁定位，且对所述关闭件施加力，以便在所述压力低于所述预定的下压力时保持所述关闭件抵靠于所述下部流体腔室的所述下部。
7.如权利要求4所述的装置，其特征在于，当所述压力高于所述预定上压力时，关闭件基本上关闭所述上端口与所述下部流体腔室之间的流体连通。
8.如权利要求4所述的装置，其特征在于，当所述压力在所述预定的下压力与上压力之间时，所述关闭件保持在基本上位于所述下端口与上端口之间的一位置。
9.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述弹簧包括一具有两端的悬臂的弹簧臂，所述端部中的一个端部附连于所述中空本体的一内表面；以及其中，所述关闭件包括一连接于所述弹簧臂的另一端的球形件。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述中空本体包括一硅微结构。
全文摘要
一种灌输的渗透驱动的供应系统具有一动态的两通阀和可自我调节的可变化几何形的流体流动通道。当试剂供应系统内的压力上升时流体通道变窄，由此限制流动。在额外高的压力下，阀可设计成孔或供应端完全地关闭，或它可提供最小的泄漏，以使最大流体流动绝不超过。在零或非常低的压力下，阀将在有用试剂容器处完全地关闭，将有用试剂成分与外部流体渗透隔绝，由此，消除外部流体流入有用试剂成分内的扩散。
文档编号A61M39/00GK1981888SQ20071000389
公开日2007年6月20日 申请日期2002年11月21日 优先权日2001年11月21日
发明者J·G·斯科特 申请人:阿尔扎有限公司