化学动力装置及其尤其用于注射高粘性流体的方法
【专利说明】
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求均在2012年10月12日提交的美国临时专利申请No. 61/713, 236和 61/713, 250以及在2013年4月29日提交的美国临时专利申请No. 61/817, 312的优先权。
技术领域
[0003] 本发明涉及经由化学反应来产生气体的技术。释放的气体所形成的力可以用来给 有用的过程提供动力。化学反应不是燃烧并且避免了许多与燃烧相关的问题。作为替代， 化学反应通常包括由碳酸氢盐（HCO 3)产生CO2。一般而言，该技术称为化学动力装置（化 学发动机，chemical engine)技术，或由于已知由巴特尔纪念研宄所（Battelle Memorial Institute) 开发的技术而简称为ChemEngine?。本发明尤其用于蛋白质疗法的给药。
【背景技术】
[0004] 蛋白质疗法是一种可治疗范围广泛的疾病的新兴类别的药物疗法。由于蛋白质的 大尺寸和有限的稳定性，它们必须通过诸如注射或输注的胃肠外给药法来输送。对于患有 需要定期治疗的慢性病的患者而言，趋向于通过皮下注射自己给药，例如在糖尿病患者施 用胰岛素时。典型的皮下注射包括在20毫秒以内输送ImL制剂，但有时高达3mL。可使用 许多装置来执行皮下注射，包括注射器、自动注射器和钢笔式注射器。
[0005] 治疗用蛋白质制剂从静脉输送向注射装置（如注射器）输送的过渡需要解决与 以容易、可靠并且对患者带来最低限度的疼痛的方式输送高浓度的高分子量分子相关的挑 战。在这方面，虽然静脉输液袋通常具有1升的容积，但注射器的标准容积在0. 3毫升到25 毫升的范围内。因而，视药物而定，为了输送相同量的治疗用蛋白质，该浓度必须增大40倍 或以上。此外，出于患者舒适性和依从性的目的，注射治疗正在朝更小的针头直径和更快的 输送时间的方向发展。
[0006] 蛋白质疗法的给药还由于与此类药剂相关的高粘度和通过胃肠外装置推动此类 药剂所需的很大的力而具有挑战性。绝对粘度在20厘泊（CP)以上且尤其在40-60厘泊 (cP)以上的制剂由于多种原因而很难通过常规的弹簧驱动的自动注射器输送。在结构上， 用于输送的压力量的弹簧的覆盖区（footprint)较大并且固定为特定形状，这降低了输送 装置的设计灵活性。其次，自动注射器通常由塑料部件制成。然而，必须在弹簧中储存大量 能量以可靠地输送高粘度流体。这可能导致塑料部件由于蠕变而损坏，蠕变是塑料部件在 应力下永久变形的趋势。通常通过利用弹簧来将包含针头的内部构件推向注射器壳体的外 边缘来操作自动注射器。存在当内部构件作用壳体时由于注射高粘度流体所需的高作用 力而使注射器断裂的风险。此外，与作用相关的声音会引起患者焦虑，从而降低今后的依从 性。这种弹簧驱动的自动注射器的所产生的压力与时间的关系曲线无法容易地进行修改， 这阻碍了使用者精确调整压力以满足他们的给药需求。
[0007] 输送一定药剂所需的力取决于若干因素，包括针直径（d)、针长（L)、药剂粘 度（μ)和体积流量（Q)。在最简单的近似法一一一种不考虑柱塞与针筒之间的摩擦力 的方法一一中，该力与压降（ΛΡ)乘以柱塞的截面积（A)相关。可通过哈根-泊萧叶 (Hagen-Poiseuille)方程来描述以层状流通过针的流体的压降（ΔΡ):
【主权项】
1?一种化学动力装置，包括： 封闭容器，该封闭容器包括酸、碳酸氢盐、水和柱塞； 适于使所述酸、所述水和所述碳酸氢盐结合的机构；并且 其特征在于在40N的恒定名义背压下测得的至少50, 000W/m3的功率密度，或与一控制 剂相比至少1. 4的功率密度比，所述控制剂包括摩尔比为3 :1的碳酸氢钠和柠檬酸并且具 有lgH20中含403mg柠檬酸的浓度。
2. 根据权利要求1所述的化学动力装置，其特征在于至少250, 000W/m3的功率密度。
3. 根据权利要求1所述的化学动力装置，其特征在于处在100, 000W/m3至1X10 6W/m3 的范围内的功率密度。
4. 根据权利要求1所述的化学动力装置，其特征在于与所述控制剂相比在1. 4至约5 的范围内的功率密度比。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的化学动力装置，其中，所述碳酸氢盐的至少50重 量％为固体。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的化学动力装置，其中，所述碳酸氢盐包含至少50 重量％的碳酸氢钾。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的化学动力装置，其中，所述封闭容器还包括对流 剂。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的化学动力装置，其中，所述封闭容器包括1. 5mL 或以下的液体。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的化学动力装置，其中，所述封闭容器在使酸和碳 酸盐结合之前具有2mL或以下的总内部容积。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的化学动力装置，其中，所述碳酸氢盐包括具有至 少两类颗粒形态的固体混合物。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的化学动力装置，其中，所述酸和所述水作为酸溶 液存在，所述酸溶液包含溶于所述水中的所述酸，并且其中所述酸溶液与所述碳酸氢盐分 离。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的化学动力装置，其中，所述酸和碳酸氢盐作为固 体存在并且所述水与所述酸和所述碳酸氢盐分离。 13?-种化学动力装置，包括： 封闭容器，所述封闭容器包括酸溶液、碳酸氢盐和柱塞，所述酸溶液包含溶于水中的 酸，其中所述酸溶液与固体的所述碳酸氢盐分离；管道，所述管道包括孔洞，所述孔洞设置 在所述封闭容器中并且适于在启动之后迫使所述酸溶液的至少一部分通过所述孔洞的至 少一部分。
14. 根据权利要求13所述的化学动力装置，其中，所述碳酸氢盐呈颗粒形式，并且其中 所述管道包括管子，所述管子的一端设置在固体的所述碳酸氢盐中以使得在迫使所述溶液 通过所述孔洞时该溶液与固体的碳酸氢盐颗粒接触。
15. 根据权利要求13所述的化学动力装置，其中，所述碳酸氢盐的至少一部分以固体 形式布置在所述管道内。
16. 根据权利要求13-15中任一项所述的化学动力装置，其中，所述化学动力装置包括 适于迫使所述酸溶液通过所述管道的弹簧。 17?-种化学动力装置，包括： 封闭容器，所述封闭容器包括酸溶液、碳酸氢钾和柱塞，所述酸溶液包含溶于水中的 酸，其中所述酸溶液与所述碳酸氢钾分离；和 适于使所述酸溶液和所述碳酸氢钾结合的机构。
18.根据权利要求17所述的化学动力装置，其中，所述碳酸氢钾与碳酸氢钠混合。 19?一种化学动力装置，包括： 封闭容器，所述封闭容器包括酸溶液、固体碳酸氢盐颗粒、以及固体颗粒对流剂和柱 塞，所述酸溶液包含溶于水中的酸，其中所述酸溶液与所述固体碳酸氢盐分离； 适于使所述酸溶液和所述固体碳酸氢盐结合的机构； 其中，固体颗粒对流剂以如下方式存在：每ml结合溶液中存在50mg以下，并且以一定 水平存在，该水平选择成使得在所有其它变量保持不变时，在所述酸溶液和固体碳酸氢盐 结合的前5秒期间0)2的产生要比在每ml存在50mg颗粒对流剂的情况下C02的产生快；或 每ml结合溶液中存在5mg至25mg。 20?-种化学动力装置，包括： 封闭容器，所述封闭容器包括酸溶液、固体碳酸氢盐颗粒、和柱塞，所述酸溶液包含溶 于水中的酸，其中所述酸溶液与所述固体碳酸氢盐分离； 适于使所述酸溶液和所述固体碳酸氢盐结合的机构； 其中，所述固体碳酸氢盐颗粒包括颗粒形态的混合物。
21. 根据权利要求19所述的化学动力装置，其中，所述固体碳酸氢盐颗粒源于至少两 个不同来源，即第一来源和第二来源，并且其中所述第一来源与所述第二来源在一个或多 个以下特征方面相差至少20% :质量平均粒径、单位质量表面积、在完成溶解到均匀搅动溶 液中的1摩尔溶液中时所测得的在20°C的水中的溶解度。
22. -种从注射器喷出液体药剂的方法，包括： 提供封闭容器，该封闭容器包括酸溶液、碳酸氢盐和柱塞，所述酸溶液包含溶于水中的 酸，其中所述酸溶液与所述碳酸氢盐分离； 其中，所述容器中的所述酸溶液和所述碳酸氢盐限定潜在功率密度； 其中，所述柱塞使所述封闭容器与药剂隔室隔开； 使所述酸溶液和所述碳酸氢盐在所述封闭容器内结合； 其中，所述酸溶液和所述碳酸氢盐反应而产生C02以驱动所述柱塞，所述柱塞进而从所 述注射器推动所述液体药剂； 其中，所述容器内的压力在启动之后10秒之内达到最大值，并且其中，在5分钟之后， 所述潜在功率密度为初始潜在功率密度的20%或以下，并且其中，在10分钟之后，所述封 闭容器内的压力不超过最大压力的50%。
23. 根据权利要求22所述的方法，其中，所述封闭容器还包括C02去除剂，其以比所述 反应中产生C02的最大速率慢至少10倍的速率去除CO2。
24. -种用于通过化学反应来输送流体的装置，包括： 试剂腔室，一柱塞位于该试剂腔室上端且一单向阀位于该试剂腔室下端，所述单向阀 容许从所述试剂腔室离开； 反应腔室，所述单向阀位于该反应腔室上端且一活塞位于该反应腔室下端；和 流体腔室，所述活塞位于该流体腔室上端，其中所