包覆成型的隔膜的制作方法

本发明属于输注或注射技术领域。更具体地，本发明涉及用于液体药物的输注器或贮存器中的可刺穿隔膜，包括隔膜的输注器和贮存器，以及用于生产可刺穿隔膜的方法。

背景技术：

移动输注器在本领域中是众所周知的。例如，在治疗糖尿病时，移动输注器与微型输注泵结合使用，以用于连续皮下胰岛素输注（csii），在输注过程中，少量药物经由插管以计量方式输注到患者的组织中。此类输注器也可以用于许多其他治疗中，例如疼痛治疗或癌症治疗。有多家供应商提供此类输注器，例如德国rochediabetescaregmbh和位于美国加利福尼亚州的medtronicminimedinc.。例如，在csii中，计量剂量在微升或纳升的范围内。

虽然典型的输注器和输注系统通常以连续方式工作并因此需要患者始终携带，但是在进行一些日常活动（例如淋浴、游泳等）时，应取下泵和管路。在此类情况下，出于患者的利益并为了降低费用，将插管单元保留在患者身上，因此无需取下用于将药物输入患者组织的柔性输注插管。因此，已经开发了输注系统，其中包括的插管单元可以通过断开连接器装置而轻松地与其余部分，特别是管路断开。该连接器装置包括连接器插管，而连接器插管流体连接到管路和输注泵。但是，每次重新连接时，插管单元的隔膜都会被连接器插管刺穿。结果，隔膜被常用的尖锐插管多次切割，因此变得更易泄漏。

用于将液体药物引入患者体内的多种输注器依赖于弹性隔膜，而该隔膜可能会被插管或针刺穿多次。典型的输注器可以例如包括插管单元，该插管单元可以经由具有连接器装置的管路流体连接至输注泵和/或药物贮存器，该连接器装置具有连接器插管。通常，插管单元还包括用于液体药物的隔室，该隔室至少部分地由隔膜的表面形成。特别是，隔膜可用于密封该隔室，该隔室基本上经由输注插管与患者组织永久流体连接。在此类系统中，液体药物可以经由连接器插管和输注插管转移到隔室，然后输入患者体内。

此外，对于输注器，采用柔性输注插管来建立与患者组织的永久流体连接是有利的。此类柔性输注插管借助诸如硬钢针之类的穿刺针插入患者组织中，该穿刺针的一部分最初置于输注插管的管腔内，而头部部分置于隔膜上方，穿刺针可穿透隔膜。将穿刺针和柔性输注插管均插入组织后，缩回穿刺针，而柔性输注插管则保留在组织中。将单个隔膜用于药物输送及引入穿刺针，或者替代性地，可以使用两个不同的隔膜。在wo02/07804a1、us2012/296290a1和ep2528642a2中描述了典型的示例。

为了避免液体药物泄漏并避免来自外部的污染，此类隔膜通常是圆柱形的并通过径向压缩被施加预应力。在此类系统中，隔膜内置在插管壳体中，该插管壳体压缩隔膜。径向压缩的另一个有益效果是，在穿透隔膜及随后取下针或插管后，隔膜中由此产生的通道形切口被压缩，从而有助于避免或至少会减少泄漏的发生。

如上所述，实现该目标的一种可能的方法是通过径向压缩对隔膜施加预应力。但是，由于结构上的限制，不能无限地增加压缩。重要的是，虽然在隔膜仅被刺穿一次的情况下，径向压缩隔膜确实会减少液体药物的泄漏，但在反复刺穿隔膜的情况下，泄漏会成为问题。此外，典型的输注系统采用输注泵，这些输注泵将液体药物输送到患者体内，并因此会施加流体压力。由于流体压力，泄漏成为一个严重问题，尤其是在隔膜已被多次刺穿的情况下。

此外，多层隔膜在本领域中是已知的。这些隔膜是通过分别制造至少两层而制成的，这些层可以由不同的材料制成并且随后连接以形成层压体。然后，通过冲压该层压体获得典型的圆柱形隔膜。

技术实现要素：

由于上述生产工艺，多层隔膜的设计受到很大限制。通常，不可能使这些隔膜具有功能性几何形状（例如密封唇），因为其生产方法会不可避免地产生薄的盘状隔膜。此外，层压步骤将内部张力引入材料中，这会导致隔膜被插管穿透时发生泄漏。从层压体中冲压出隔膜之前，对层压体进行的最终冲压首先会压缩隔膜。因此，当最终冲压出隔膜时，其侧面相当不平坦且不完全对称。当例如在输注器中采用这种隔膜时，隔膜与壳体之间经常发生泄漏。因此，多层隔膜可能适合用于减少插管和隔膜之间的泄漏发生，但这经常导致输注器的隔膜与壳体之间发生泄漏。

特别是，使用插管多次穿刺仍然是泄漏的重要来源。这是很大的问题，因为首先，对于在连续胰岛素输注中通常使用的纳升级小剂量单元，任何未发现的泄漏都可能对剂量产生巨大影响，从而对患者的健康产生重大影响。其次，许多自动输注装置都包括阻塞检测装置，如果在未密封的系统中工作，阻塞检测装置会发生故障。

因此，本发明的总体目的是改进用于输注和/或注射液体药物的弹性隔膜的设计和使用的现有技术，从而有利地完全或部分地避免先前技术的缺点。特别是，隔膜可以是例如在csii中使用的输注器的一部分或是药物贮存器的一部分。

在有利的实施例中，即使多次刺穿和/或暴露于较高的压力下，改进的隔膜也能通过隔膜提供紧密的密封。

此外，在有利的实施例中，隔膜可以以经济高效的方式来制造。

该总体目的一般来讲是通过独立权利要求的主题来实现的。从从属权利要求、说明书和附图可以得出其他的有利和示范性实施例。

根据本发明的第一方面，通过用于药物贮存器和输注器的可刺穿隔膜来实现该总体目的。隔膜包括由芯材料制成的弹性芯和由包围材料制成的包围部分。另外，弹性芯完全嵌入包围部分中，并且包围材料比芯材料的刚性大。

由于弹性芯完全嵌入包围部分中，因此芯完全被包围部分覆盖，因而不会暴露在隔膜的表面。这种设计的优点是显著限制芯材料的膨胀行为。与弹性芯未完全嵌入包围部分中的隔膜相比，弹性芯完全嵌入包围部分中的隔膜当被插管穿透时，弹性芯所有侧面的膨胀均受到限制。由于包围材料比芯材料的刚性大，力作用在芯材料上，该力沿径向指向穿透插管。因此，避免了插管和隔膜之间的任何间隙，并且插管和隔膜之间的界面被紧密密封。

如本文所用，术语“隔膜”是本领域技术人员容易理解的，并且通常是工程设计的元件（例如呈膜或塞子的形式），用于密封地分离流体的第一侧面和第二侧面（即气密和/或液密密封），可被针或插管刺穿。通常，在针或插管刺穿隔膜之前，隔膜不包括从第一侧面到第二侧面穿过隔膜的开口或刺孔。因此，如果不施加很大的力，就无法轻易地用钝针刺穿隔膜。

隔膜通常可以由弹性体和/或热塑性弹性体材料制成，例如硅或天然橡胶和橡胶衍生物，即异戊二烯橡胶、丁基橡胶、fkm、丁苯橡胶等。

根据本发明，用于药物贮存器和输注器的可刺穿隔膜基本上是圆柱形或长方体形状。隔膜优选具有基本平坦的板状形状。在此上下文中，术语“基本上”应理解为也包括含有例如一个或多个密封唇和/或周向凹槽的隔膜。

弹性芯可以优选地具有长方体形状。但是，芯也可以是球形的或具有其他任何合适的形状。通常，弹性芯是平坦的并且在隔膜的横向方向上是细长的。隔膜的横向方向垂直于插管的穿刺路径。

根据本发明，可刺穿隔膜通常可以具有2至20毫米，优选2至6毫米，更优选3至4毫米的直径或宽度。

隔膜的厚度（即在工作状态下插管需要刺穿的距离）通常可以是1至10毫米，优选1至5毫米，更优选1至2毫米。

此外，技术人员了解如何确定第一材料是否比第一二材料的刚性大。例如，这可以通过测量和比较材料的肖氏硬度来实现。通常，在本领域中常将肖氏硬度计用于此目的。材料的肖氏硬度越高，抗压痕性越大，因此材料越硬。因此，刚性较大的材料也是较硬的材料。芯和包围材料之间刚性的差异提供了以下优点，即缩回插管时，在通道形切口中可能会产生偏移，这是由于针穿刺造成的。由于这种偏移，隔膜的密封性大大提高，并且避免发生泄漏。

在典型实施例中，芯材料的弹性模量小于包围材料的弹性模量。

在本文中，剪切模量优选地用作弹性模量。在根据本发明的一个实施例中，芯的弹性回复力小于包围部分的弹性回复力。如本领域技术人员已知，弹性回复力直接受到层的硬度和/或弹性模量的影响。在此类实施例中，缩回插管时，在通道形切口中可能会产生偏移，这是由于针穿刺造成的。

可刺穿隔膜通常采用一体化设计，即弹性芯和包围部分彼此固定连接。

在优选实施例中，包围材料具有一定的肖氏硬度，该肖氏硬度被选择为使得隔膜被插管穿透时，芯材料的膨胀会受到限制。

在其他实施例中，包围材料的肖氏硬度为0至100肖氏a级，优选为50至80肖氏a级，以及/或者芯材料的肖氏硬度为0至50肖氏a级，优选为10至40肖氏a级。这种硬度是特别有利的，因为外部材料的刚性足够大，以有效限制芯材料的膨胀，而弹性芯在取下插管时会随之紧密密封。

在优选实施例中，可刺穿隔膜的弹性芯被包围部分包覆成型。其优点是，弹性芯和包围部分固定连接，而无需使用其他任何粘合剂。

在其他实施例中，芯材料是弹性体以及/或者包围材料是弹性体和/或热塑性弹性体。例如，在某些实施例中，可以使用弹性体和热塑性弹性体的混合物。特定的示例包括硅酮和热塑性弹性体的混合物。

在其他实施例中，弹性芯被包围部分径向地施加预应力。如本文所用的术语“径向压缩”是指朝插管的穿刺路径施加的力，穿刺路径是与隔膜的第一表面的中心和相对的第二表面的中心相交的轴线。在这些实施例中，包围部分的构造方式使得包围部分通过径向压缩对芯施加预应力。因此，甚至进一步改善了穿刺针和隔膜之间的界面的密封。这些实施例改进了用于输注和/或注射液体药物的弹性隔膜的设计的现有技术，因为有效地避免或至少显著减少了泄漏的发生。

在优选实施例中，隔膜另外包括至少一个密封唇，这也有助于避免泄漏。替代性地或附加性地，隔膜可包括周向凹槽。在处于工作状态的这样一个实施例中，如果向包括周向凹槽的第一表面施加与相对的第二表面相比更大的压力，则

（i）施加在第一表面上的力的轴向分量会作用于与第一表面的中心和第二表面的中心相交的轴线，并且

（ii）施加在第一表面上的力的边缘定向分量会相反地作用于与第一表面的中心和第二表面的中心相交的轴线。

因此，周向凹槽进一步减少了在穿刺插管和隔膜之间的界面处、在取下插管后的剩余贯通切口处，以及在插管壳体与隔膜之间的界面处的泄漏的发生。

在其他实施例中，包围部分可以包括两种或更多种不同的材料。例如，沿插管的穿刺路径的材料可以比穿刺路径以外的材料的刚性小。因此，在这样的实施例中，完全嵌入的弹性芯可以被至少两种不同的材料包围。在这些实施例中，弹性芯材料是刚性最小的材料，插管的穿刺路径以外的包围材料是刚性最大的材料，而穿刺路径内的包围材料的刚性介于两者之间。穿刺路径可以通过光学或触觉方式指示。根据本发明的另一方面，提供了一种用于生产可刺穿隔膜的方法。该方法包括以下步骤：由芯材料提供弹性芯，以及用包围材料完全包覆成型弹性芯，以产生具有弹性芯的可刺穿隔膜，其中弹性芯完全嵌入包围部分中。

在一个优选实施例中，包覆成型通过注塑成型进行，优选通过2k成型进行。

根据本发明的另一方面，通过包括根据本发明的可刺穿隔膜的输注器来实现总体目的。

输注器中的隔膜通常通过径向压缩被径向施加预应力。

根据本发明的另一方面，通过包括根据本发明的可刺穿隔膜的液体药物贮存器来实现总体目的。

药物贮存器中的隔膜通常通过径向压缩被径向施加预应力。

附图说明

图1显示根据本发明一个实施例的可刺穿隔膜的剖面图。

图2显示根据本发明另一实施例的可刺穿隔膜的剖面图。

图3显示根据本发明另一实施例的可刺穿隔膜的剖面图。

图4显示根据本发明另一实施例的可刺穿隔膜的剖面图。

图5(a)显示根据本发明另一实施例的内置在壳体中的可刺穿隔膜的剖面图。

图5(b)显示根据本发明另一实施例的内置在壳体中的可刺穿隔膜的剖面图。

图6显示根据本发明另一实施例的内置在药物贮存器中的可刺穿隔膜的剖面图。

具体实施方式

图1显示根据本发明的可刺穿隔膜1的有利实施例。可刺穿隔膜1包括由芯材料制成的弹性芯11和由包围材料制成的包围部分10。可以容易地看出，弹性芯完全嵌入包围部分中。换句话说，弹性芯完全置于包围部分内。因此，弹性芯不可见、不会延伸到隔膜的表面，也不会与其他任何部件（例如壳体或药物贮存器）接触。在所示实施例中，弹性芯基本上是平坦的，并且在隔膜的横向方向上是细长的。图1还显示了轴线a，该轴线沿插管的穿刺路径延伸并且基本上垂直于隔膜的横向方向。

图2示出本发明的另一实施例。除了弹性芯11和包围部分10之外，可刺穿隔膜1还包括周向凹槽12（为了清楚起见，未如图1填充芯和包围部分）。通常，如果在输注器或药物贮存器中使用这种隔膜，则隔膜的包括凹槽12的表面面向输注器或药物贮存器内侧，而相对的平坦表面位于输注器或贮存器的外侧。

图3显示根据本发明的隔膜1，该隔膜被插管21沿着穿刺路径穿透。如箭头所示，包围部分10在弹性芯10上施加力f2，弹性芯在该力的作用下与插管（f1）密封接合。因此，根据本发明的隔膜可显著增加插管和隔膜之间的摩擦。

图4示出根据本发明的可刺穿隔膜1的另一有利实施例。包围部分10包括两种不同的材料。沿插管的穿刺路径的材料（见10a）的刚性可以低于穿刺路径以外的材料（见10b）。因此，弹性芯11被两种不同的材料包围。这种实施例的有益效果是使得能够沿着预定的穿刺路径顺畅地刺穿隔膜，并且仍然可以通过与穿透插管的横向接合而提供上述密封效果。

图5(a)描绘根据本发明的可刺穿隔膜1，该可刺穿隔膜内置于壳体单元20中。壳体单元20是插管单元25的一部分，该插管单元本身可以是输注器的一部分。另外，插管单元25可包括柔性输注插管23，该柔性输注插管可插入患者组织内，方法是在组装可移除连接器装置24之前先穿过隔膜插入穿刺针。可以容易地看出，壳体单元20和隔膜形成隔室22，该隔室可以包含液体药物。例如，可以通过与连接器插管21流体连接的输注泵（未显示）加压将药物泵入隔室22。连接器插管21是连接器装置24的一部分，其可移除地连接到插管单元25并且未更详细地示出。图5(a)所示的状态代表输注器的工作状态，其中输注泵通过隔室22和连接器插管21与柔性输注插管21流体连接。

图5(b)显示图5(a)的插管单元25，其中用户可以通过将连接器插管21从隔膜1拔出而将输注泵与连接器装置24断开。例如，这个过程可以由用户在输注泵可能不适合的情况下（例如在淋浴时）执行。如曲线所示，拔出连接器插管21后，会在隔膜中留下刺孔或贯穿切口。由于包围材料比芯材料的刚性大（这是由于弹性芯11和包围部分10之间弹性模量存在差异），因此会产生贯穿切口的偏移，即贯穿切口不连续，与包围部分10中的贯穿切口相比，芯11中的贯穿切口横向移位。此偏移显著减少任何泄漏的发生，在多次穿刺时，这一点变得更加重要。

图6显示药物贮存器20，例如包括壁31和液体药物32的胰岛素药筒。根据本发明的可刺穿隔膜1允许通过插管从贮存器中抽出药物32，并确保在插管刺穿期间以及取下插管后，对刺穿的隔膜1进行紧密密封。所示的特定隔膜1包括完全嵌入包围部分10中的芯11。