专利名称：流控制和流过滤方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及流控制和流过滤方法及设备，它适用于医疗装置、药品输送装置、食物分配装置、气雾剂产生装置等。
背景技术：
流体分配装置应用于多种场合中，包括例如药物的输送、食品的分配、清洁剂或发胶的分配等。这种装置通常可以包括一气雾剂产生表面和一用于传送流体的通道，该通道具有一与一容器保持流体连通的的入口和一定位于气雾剂产生表面上方的出口。待传送的流体盛放于容器中。
然而，传统的流体分配设备缺少效能成本合算的适当方法和装置来进行流体流的控制。而且，传统的流体分配装置，特别是药品输送装置，要受到缺少有效机构来控制流体容器的蒸发和污染问题的困扰。由于机械装置成本高而可靠性低(失效率高)，因此机械装置并非可行的选择。
因此，就需要开发一种效能成本合算和可靠的关闭阀来控制流体流并防止流体容器的蒸发和污染。
发明内容
本发明提出了新的和独特的方法和设备来关闭并控制医疗装置、药品输送系统、食物分配、气雾剂产生等装置中所用的流体分配系统中的流体流。
本发明中在用于进行流体分配的流体控制调节器和/或依赖于压力的关闭阀中利用了一种多孔材料。这种多孔材料也可以用于防止流体从加压流体源中渗漏，将其中盛放的流体的蒸发作用减至最小，以及/或者防止污染问题。
本发明提出了一种用于流体分配系统之类的关闭和/或流控制阀。本发明的流测量和分配系统通过施加压降将流体从一源容器传送至分配位置处。
为了保护源容器并将蒸发作用减至最小，在流体传送路径上设立了一关闭阀。例如止回阀、提升阀、挡板阀、鸭嘴阀的机械关闭阀及其他机械阀价格过于昂贵，也并不可靠。
因此，本发明提供了新方法和设备，其中插入流体分配系统的流体传送路径中的多孔介质起关闭阀、流体流控制机构和防污染装置的作用。
这种多孔介质需要达到预定的启动压降或临界压力才会保持流体流动。在低于启动压力的压力值下，流体不会流动。因此，当压降低于某个水平时，多孔介质的压降就起关闭阀的作用。当使用者一开始进行吸气，在吸入式药品输送装置中就会产生这种压降。
多孔材料的孔隙尺寸、总体孔隙体积以及亲水性/疏水性平衡达到的某种程度决定着开始流动所需的压力值(即临界压力)。这些变量也决定着材料中的流速。例如，某些多孔介质在达到临界压力后就会促进自由流。一旦达到临界压力，在其他多孔介质中被促进的流动就会随压力的增加而增加，达到最大的预定值。
孔隙尺寸也限制了进入和离开多孔介质的颗粒的尺寸。因此，离开流体分配设备的颗粒的尺寸受到特定尺寸的限制，同时也基本消除了流体容器中由于蒸发压力(流体的蒸发)而引起的流体损失。因此，多孔阀也可以看成一种过滤装置，对流体进行过滤以便只分配特定尺寸的流体颗粒。
颗粒尺寸限制还可以基本消除流体容器中的流体污染。由于生物污染物不能通过多孔阀的孔，因此可以有效防止生物污染物通过多孔材料。为了防止特定类型的生物细胞污染流体容器，可以将孔隙尺寸制成特定孔尺寸。
例如，可以确定孔隙尺寸以防止以下生物体进入流体路径或容器— 病毒0.05至0.1微米；— 细菌0.5至1.5微米；— 红血球5微米；以及— 淋巴细胞5至8微米。
此外，离开流体容器的颗粒尺寸在许多流体分配系统中都很重要。例如，在药品输送系统，特别是吸入器装置中，分配进入病人体内的药物剂量在特定颗粒尺寸时更易吸收。
为了将通过流体介质阀从源容器中蒸发的流体减至最小，可以对多孔材料的亲水性/疏水性平衡和多孔性进行调整。本发明的多孔阀可以将蒸发损失比机械阀降低60％。
因此，通过改变例如多孔材料的厚度、孔隙尺寸、孔隙体积和材料的亲水性/疏水性平衡的参数，可以达到无数种启动/关闭压力和/或流速。
因此，在本发明的一个方面中，用于流体分配装置的流体容器的出口的压力阀包括一多孔介质。
在本发明的另一个方面中，用于流体分配装置的压力阀包括一具有一内径的流体传送通道、一出口和一入口，它们与流体容器保持流体连通。阀还包括定位于出口附近的多孔介质。
在本发明的再一个方面中，用于流体分配装置的分配管包括一具有一内径的流体传送通道，其中该通道包括一定位于气雾剂产生表面上方的出口和一与流体容器保持流体连通的入口。分配管还包括一位于出口附近的压力阀，其中该阀包括一多孔介质。
在本发明的又一个方面中，用于流体分配装置的流体容器的出口的压力调节器包括一多孔介质。
在本发明的又一个方面中，用于流体分配装置的调节器包括一具有一内径的流体传送通道，该通道带有一定位于气雾剂产生表面上方的出口和一与流体容器保持流体连通的入口。调节器还包括一定位于出口附近的多孔介质。
在本发明的又一个方面中，用于流体分配装置的多孔介质包括孔隙尺寸在大约0.02至0.80微米之间的多孔塑料。
在本发明的又一个方面中，用于流体分配装置的压力阀系统包括用于将流体从流体容器传送至气雾剂产生表面的装置，和与该传送装置保持流体连通的多孔装置。多孔装置使得流体在一施加压降时就能流到气雾剂产生表面上。
在本发明的又一个方面中，提出了一种用于在流体分配装置中分配流体的方法，其中流体分配装置包括一流体容器，该流体容器具有一定位于一气雾剂产生表面附近的出口，一流过该表面的气流，和一包括定位于出口附近的多孔介质的阀。多孔介质包括预定的启动压力。这种方法包括以下步骤，将预定启动压力施加成越过多孔介质，将药物分配到气雾剂产生表面上，以及将表面产生的雾化颗粒带入气流中。
在本发明的又一个方面中，提出了一种用于在流体分配装置中分配流体的系统。该流体分配装置包括一流体容器，该流体容器具有一定位于一气雾剂产生表面附近的出口，一流过该表面的气流，和一包括定位于出口附近的多孔介质的阀。多孔介质包括预定的启动压力。这种系统包括将预定启动压力施加成越过多孔介质的装置，将所述药物分配到气雾剂产生表面上的装置，以及将该表面产生的雾化颗粒带入气流中的装置。
在本发明的又一个方面中，提出了一种用于在药品输送装置中分配药物的方法。这种药品输送装置包括一药物容器，该药物容器具有一定位于一气雾剂产生表面附近的出口，一流过该表面的气流，和一包括定位于出口附近的多孔介质的阀。多孔介质包括预定的启动压力。这种方法包括以下步骤，将预定启动压力施加成越过多孔介质，将药物分配到气雾剂产生表面上，以及将表面产生的雾化颗粒带入气流中。
参照以下附图和所写的描述，将会对本发明的上述各方面有更为清楚的了解。
图1A-1F示出了装配好的三段式流体分配系统的多个视图。
图2A-2F示出了图1A-1F中所示的流体分配系统的端段的多个视图。
图3A-3G示出了图1A-1F中所示的流体分配系统的中段的多个视图。
图4A-4F示出了图1A-1F中所示的流体分配系统的后段的多个视图。
图5为具有本发明的多孔材料阀的分配管的侧视剖面图。
图6示出了本发明的多孔阀的视图。
图7示出了说明利用本发明的多孔阀的流体分配系统的效率的图表。
图8示出了说明本发明的多孔阀的性能的图表。
图9示出了说明利用本发明的多孔阀的药品输送装置的性能概要的图表。
图10示出了说明水流速对管尺寸的关系的图表。
图11示出了说明图10中列出的内管径的管压降的图表。
图12示出了吸入器装置的压力计算。
具体实施例方式
图1A-1F示出了装配好的三段式流体分配系统2的多个视图，它具有根据本发明的多孔阀。该系统包括后段4、中段6、和喷口段8，喷口段8包括喷口10和喷口尖端12。
图2A-2F示出了包括一个喷口的图1A-1F中所示的流体分配系统的端段的多个视图，该喷口包括根据本发明的多孔材料阀。
图3A-3G示出了图1A-1F中所示的流体分配系统的中段的多个视图。
图4A-4F示出了图1A-1F中所示的流体分配系统的后段的多个视图。
图5为流体分配系统的分配管14的侧视剖面图，在分配管14的端部16处具有一与流体容器保持流体连通的多孔材料阀18。
图6示出了根据本发明的多孔阀的多个视图。
图7示出了说明利用本发明多孔阀的流体分配系统的效率对颗粒尺寸的关系的图表。X轴线表示能够通过多孔过滤器的颗粒的尺寸，而Y轴线按百分比表示装置的效率。该图说明，随着颗粒尺寸增加，装置的效率也增加。关于本发明，借助本发明的多孔阀，效率增加到超过仅利用长管时的平均值。平均效率增加值超过7％。
图8示出了说明利用打开的接口、吸入器型药品输送装置时本发明的多孔阀的性能与利用相同的装置而不使用任何阀时的性能的对比关系的图表。图表中示出的可呼吸部分用百分比表示，可呼吸剂量用ug表示，而装置效率则用百分比表示。当使用多孔阀时，每个类别都有改善。
图9示出了说明利用本发明的多孔阀的药品输送装置的性能概要的图表。图表中列出了特别说明、目标值、流体分配系统使用长金属管而得到的原始值、使用本发明的多孔过滤器时的测量值、以及由最高级别-最接近的商业化产品得到的基准点。
从图9的图表中可以清楚看出，在流体传送路径中安放多孔阀可以产生以下优点—使流体分配系统的效率增加；—将更加均匀—致的流体送往吸入器装置(压电角状件)的雾化器机构；—将蒸发损失降低大约60％；—将测量准确度提高大约4％；以及—成本比较低。
图10示出了说明水流速对从流体容器中分配流体的管的尺寸的关系的图表。图表中包括的栏目有管内径(用英寸和cm表示)，管流速(用cm3/s和μl/s表示)、微滴直径(用cm表示)、微滴质量(用克表示)、和使微滴通过多孔材料所需的力(用克表示)。
图11示出了说明图10中列出的内管径的管压降的图表。对于给定的内管径，列出了推动流体通过多孔材料所需的压降或压力(用毫巴和psi表示)。
图12示出了通过多孔介质的流的最大压力计算。如图所示，产生的最大力为20N，而在套管的尖端产生的最大压力为2571lb.f/in2。
多孔材料的实例包括聚砜、聚醚砜、乙酸纤维素、尼龙、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯和聚烯烃。可以使用的多孔材料的特别实例为Sartorious 0.2或0.45微米乙酸纤维素CA 12587、Millipore 0.20微米GVPH 2935、Millipore 0.22微米GSW PO96或Pall 0.22微米尼龙介质。
孔隙尺寸可以介于大约0.05至1.0微米之间，更优选介于大约0.15至0.90微米之间，最优选介于大约0.20-0.80微米之间。
本发明的药品输送装置的优选多孔阀结构包括一流体传送通道，其内径为0.5mm，间隙为0.5mm，在压电雾化器装置(用于由流体产生雾化颗粒的装置)上方还有2mm。
通过将一压降施加成越过药物分配管的多孔介质，就可以在本发明的药品输送装置中分配药物。该压降可以由药品输送装置的使用者进行吸入作用而施加，这样还会在装置中产生气流。在施加压降的同时或者稍后，药物被分配到药品输送装置的气雾剂产生表面上。药物被雾化并随后被吸入作用产生的气流带走。
以下实例为对本发明的说明性描述一商业化多孔过滤材料插入于药品输送装置的小直径套管内。材料包括直径0.45微米(优选不少于0.2微米)的流体动力孔，全部厚度小于0.010”。这种材料包括一适当的表面积和压降特征以使药品输送设备能够在10psi压降下以300微升/秒的流速分配流体流。多孔材料允许平均直径低于200毫微米的颗粒和流体通过。
权利要求
1.一种用于流体分配装置的流体容器的出口的压力启动阀，其包括一多孔介质。
2.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，所述阀将流体提供到一气雾剂产生表面。
3.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，所述多孔介质包括一多孔塑料。
4.根据权利要求3所述的阀，其特征在于，所述多孔塑料包括聚砜或聚醚砜材料。
5.根据权利要求3所述的阀，其特征在于，所述多孔塑料包括乙酸纤维素材料。
6.根据权利要求3所述的阀，其特征在于，所述多孔塑料包括尼龙材料。
7.根据权利要求3所述的阀，其特征在于，所述多孔塑料包括聚四氟乙烯材料。
8.根据权利要求3所述的阀，其特征在于，所述多孔塑料包括聚烯烃材料。
9.根据权利要求3所述的阀，其特征在于，所述多孔塑料包括尼龙介质。
10.根据权利要求3所述的阀，其特征在于，所述多孔塑料的孔隙尺寸介于大约0.15微米至0.80微米之间。
11.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，施加于所述出口上的压降使得流体从所述容器中流出，并通过所述多孔介质。
12.根据权利要求11所述的阀，其特征在于，所述压降为预定值。
13.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，所述多孔介质起过滤元件的作用。
14.根据权利要求11所述的阀，其特征在于，允许流体流动的所述压降的量由所述多孔介质的孔隙尺寸决定。
15.根据权利要求11所述的阀，其特征在于，允许流体流动的所述压降的量由所述多孔介质的孔隙体积决定。
16.根据权利要求11所述的阀，其特征在于，允许流体流动的所述压降的量由所述多孔介质的亲水性/疏水性平衡决定。
17.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，所述多孔介质抑制了流体从所述容器中渗漏。
18.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，所述多孔介质将流体从所述容器中的蒸发减至最小。
19.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，所述多孔介质防止了对所述流体容器的污染。
20.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，所述流体为一药物，并且其中所述流体分配装置为一可吸入式药品输送装置。
21.一种用于流体分配装置的压力阀，其包括一具有一内径的流体传送通道，所述通道具有一定位于气雾剂产生表面上方的出口和一与流体容器保持流体连通的入口；以及一定位于所述出口附近的多孔介质。
22.一种用于流体分配装置的分配管，其包括一具有一内径的流体传送通道，所述通道具有一定位于气雾剂产生表面上方的出口和一与流体容器保持流体连通的入口；以及一位于所述出口附近的压力阀，所述压力阀包括一多孔介质。
23.一种用于流体分配装置的流体容器的出口的压力调节器，其包括一多孔介质。
24.一种用于流体分配装置的调节器，其包括一具有一内径的流体传送通道，所述通道具有一定位于气雾剂产生表面上方的出口和一与流体容器保持流体连通的入口；以及一定位于所述出口附近的多孔介质。
25.一种用于流体分配装置的多孔介质，所述多孔介质包括孔隙尺寸介于大约0.15微米至0.80微米之间的多孔塑料。
26.一种用于流体分配装置的压力阀系统，其包括用于将流体从流体容器传送至气雾剂产生表面的装置；以及与所述用于传送的装置保持流体连通的多孔装置，其中所述多孔装置使得流体在一施加压降时就能流到所述气雾剂产生表面上。
27.一种在流体分配装置中分配流体的方法，所述流体分配装置包括一流体容器，该流体容器具有一定位于一气雾剂产生表面附近的出口，一流过所述表面的气流，和一包括定位于所述出口附近的多孔介质的阀，其中所述多孔介质包括预定的启动压力，所述方法包括以下步骤将所述预定启动压力施加成越过所述多孔介质；将所述药物分配到所述气雾剂产生表面上；以及将所述表面产生的雾化颗粒带入所述气流中。
28.一种用于在流体分配装置中分配流体的系统，所述流体分配装置包括一流体容器，该流体容器具有一定位于一气雾剂产生表面附近的出口，一流过所述表面的气流，和一包括定位于所述出口附近的多孔介质的阀，其中所述多孔介质包括预定的启动压力，所述系统包括用于将所述预定启动压力施加成越过所述多孔介质的装置；用于将所述药物分配到所述气雾剂产生表面上的装置；以及用于将所述表面产生的雾化颗粒带入所述气流中的装置。
29.一种在药品输送装置中分配药物的方法，所述药品输送装置包括一药物容器，该药物容器具有一定位于一气雾剂产生表面附近的出口，一流过所述表面的气流，和一包括定位于所述出口附近的多孔介质的阀，其中所述多孔介质包括预定的启动压力，所述方法包括以下步骤将所述预定启动压力施加成越过所述多孔介质；和将所述药物分配到所述气雾剂产生表面上；以及将所述表面产生的雾化颗粒带入所述气流中。
全文摘要
一种多孔材料阀(18)安放于流体分配设备(2)的流体传送路径中。通过选定特定的多孔材料厚度、材料的孔隙尺寸、孔隙体积和亲水性/疏水性平衡,可以达到预定的启动/关闭压力和流速。
文档编号B01D61/16GK1373678SQ00812779
公开日2002年10月9日 申请日期2000年9月13日 优先权日1999年9月13日
发明者R·M·帕夫科夫, T·A·阿默 申请人:谢德菲尔德药品公司