[发明专利]可调被动式流量调节器

说明书

技术领域

本发明涉及可调被动式流量调节器，其可以用在药物输送(液体的或气体的，例如，用于疼痛治疗)的领域中或用于为脑积水病人引流脑脊液(CSF)

背景技术

与主动式药物输注装置相反，被动式药物输注装置不依靠泵输送药物而是依靠增压的药物容器。这些被动式装置的已知问题是只要容器中的压力取决于留在容器中的药物量，则通向输送位置的药物流速可能根据留在容器中的该药物量而变化，所述输送位置例如可能是病人的身体。因而这种被动式装置通常设有流体流量调节器以确保药物流速相对于留在容器中的药物量尽可能恒定。

这种被动式药物流量调节器的例子可以由申请人根据注册名称“Chronoflow”而得到并且在专利US6203523中披露。专利US6203523的内容被并入本文作为参考。该装置包括适合于连接到流体容器的流体入口和适合于连接到病人身体的流体出口。它包括刚性的基底和柔性膜，其在周边连接区域中牢固地连接在一起以便在其间限定一空腔。该空腔连接到流体出口，而膜具有与连接到流体入口的空腔相对的第一表面。膜具有与空腔邻近的中央通孔，以限定用于从流体入口至流体出口的流体的通路，并且膜是柔性的以便假如流体将大于第一预定阈值的压力应用于第一表面上，膜能与基底接触。当膜在其中央通孔的区域中与基底接触时，其将阻塞中央通孔并且导致阻止流体流过中央通孔。该装置还包括在基底中蚀刻的流量调节器开放通道，其具有面对膜的中央通孔的入口和连接到装置出口的出口。该通道呈螺旋曲线的形状以使得，应用于膜上的压力越大，它封闭越多的通道，因而迫使流体流入它中以找到离开空腔的路。因此，当应用于膜上的压力增加时，位于流量调节器通道内的流体通路的长度增加，因此装置的流体的阻力增加。因而，就容器压力而言，流量可以在预定范围内保持近似恒定。

然而，这种装置的制造是复杂且昂贵的。实际上，必须按照特定图案蚀刻基底，关于精度等级，这是相当精细的，其必须被重视以便流量调节正确地操作。因而，不仅基底的制造要求特定的额外步骤，而且这些步骤执行得比较精细。取决于装置的尺寸，特定材料如SOI将被用于基底的制造，其是更昂贵的。注意到该装置对颗粒敏感也是重要的。在膜和基底之间处于高压的大接触面积可能是有问题的，因为该区域中的任何颗粒将会引起泄露。此外，通过该工艺制造的装置被设计成用于关于药物输送的一组特定参数，即预定容器压力范围和平均流速。这种装置必需进行复杂的流体模拟以评估螺旋形状和考虑通道之外的流动限制，使得任何设计改变都很困难。

Park报告了另一种用于脑积水治疗的恒定流量微型阀[S.Park,W.H.Ko,和J.M.Prahl,A constant flow-rate microvalve actuator based on silicon and micromachining technology,在Tech.Dig.1988Solid-State Sens.Actuator Workshop(Hilton Head'88)中,Hilton Head Island,SC,Jun.6-9(1988)136-139]。阀也由覆盖扁平基底的隔膜构成，通道截面在压力增加时减小，从而导致准稳定的流速。所报告的理论和实验数据都显示出不能获得完美的稳定速度，因为流阻随着所应用的压力以线性的方式增加而通道截面的变化是彻底非线性的。该非线性没有被螺旋通道的使用补偿。

Kartalov报告了用于牛顿流体的被动式流量调节器的基于PDMS的装置，[E.P.Kartalov,C.Walker,C.R.Taylor,W.F.Anderson,和A.Scherer,Microfluidic vias enable nested bioarrays and autoregulatory devices in Newtonian fluids,Proc.Nat.Acad.Set.103(2006)12280-12284]。该装置由三维结构构成，显示了重要的死区容积。自动调节装置包括在源和排出口之间的主通道，当流体沿着该通道流动时，静压力减小，该通道还包括被称为推高阀的柔性膜。静压力沿着通向阀的无出口迂回通道保持恒定。推高阀经受的有效压力等于阀上面的在通道分支和主通道段之间的静压力降。当压力降增大时，阀膜向上变形并压缩主通道，导致伴随所应用压力的流体阻力的增大，因而导致牛顿流体的非线性。这种装置的尽头端的存在使得起动困难，被陷在阀下面的空气将引起阻尼效应，但这种装置的主要缺点是流速精度。