專利名稱：具有一兩通閥和動態自我調節的流動通道的滲透供應設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及滲透控制灌輸供應設備，具體來說，涉及這樣一供應設備，它具有一兩通微型閥，并動態地自我調節流動通道，以在滲透驅動的供應系統中控制反向擴散和流體供應速率。
背景技術：
有控制地供應諸如藥物之類的有用試劑，在醫學和獸醫領域內已通過各種方法得到實現，包括諸如灌輸滲透供應設備之類的灌輸供應設備。滲透供應系統在一延長的時間(稱之為控制時間)上非常可靠地供應一有用的試劑。一般來說，滲透供應系統通過從一外部環境吸收流體，并從供應系統釋放有控制的有用試劑量。
各種類型供應設備的代表性實例揭示在美國專利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，本文援引所有這些專利以供參考。所有上述的專利一般包括某種類型的封套(capsule)，它具有諸壁或壁部分(例如，半滲透膜)，它們有選擇地使水通入到封套內部。水被包含在封套內的吸水劑(water attracting agent)吸收，在封套內形成一滲透壓力，然后，造成排出封套內的有用試劑。或者，吸水劑可以是供應給病人的有用的試劑。然而，在大多數情形中，特別地采用一獨立的試劑，以能將水吸入到封套內。
當使用一獨立的滲透劑時，滲透劑通過一諸如活塞的可移動的驅動件可以與封套內的有用的試劑分離。封套的結構基本上是剛性的，這樣，當滲透劑吸水和膨脹時封套本身并不膨脹。當滲透劑膨脹時，它致使可移動的驅動件移動，通過封套的一孔或出口通道排出有用試劑。有用試劑以相同的體積率通過出口通道排出，該體積率是水組合通過封套的半滲透壁的滲透劑。
在某些已知的灌輸供應設備中，封套的孔或出口通道是常開的，因此，允許有用試劑無阻礙地排出。這導致在有用試劑和病人組織周圍的水之間直接的流體連通。因此，可造成水進入到有用試劑庫的反向擴散。減小水的反向擴散的一種方法是提供一長的孔或出口通道，它可以呈各種形狀，例如，直形或螺旋形。
在其它已知的灌輸供應設備中，封套的孔或出口通道用一可伸展的或彈性的部件或帶覆蓋，以減小水進入到有用試劑庫的反向擴散。一旦克服閾值壓力，可伸展的或彈性的帶允許有用試劑排出。當裝置內的壓力小于閾值壓力時，可伸展的或彈性的部件或帶將孔關閉。然而，在這些類型的設備中，極少或沒有壓力控制，當設備調節到溫度的變化和/或內部或外部壓力時，會形成壓力積累。
在還有其它已知的灌輸供應設備中，孔或出口通道至少部分地由可伸展的或彈性材料制成，它起到減小水進入到有用試劑庫的反向擴散。一旦該設備內達到閾值壓力，該可伸展的或彈性的材料發生變形，以允許有用試劑排出。當設備內的內部壓力小于閾值壓力時，可伸展孔的材料關閉。然而，在這些類型的設備中，極少或沒有壓力控制，當設備調節到溫度的變化和/或內部或外部壓力時，會形成壓力積累。
一般來說，滲透的供應系統依賴于孔隙體流體橫貫一流量限制的膜(也稱之為半滲透膜)的流動，以驅動滲透劑(osmotic agent)膨脹，這又驅動有用試劑的供應或排放。在就在灌輸之后的時間過程中，孔隙流體也可通過一有用試劑供應通道(也稱之為一孔或出口通道)擴散到有用試劑(benificial agent)內。這樣的擴散是不理想的，因為它導致有用試劑成分的無控制的稀釋。
在現有技術的那些旨在限制或防止反向擴散而不覆蓋孔或出口通道的已知的設計中，具有的局限性在于要求有相當長的擴散路徑來防止或阻止流體流向有用試劑隔間內的反向擴散。通過在塑料中模制復雜花紋，或在金屬中加工高公差的表面，形成這些已知設計中的長孔、擴散路徑或出口通道。這些方法制造成本高，并占據相當大的體積，致使灌輸具有一增加的尺寸。
已知灌輸供應設備的其它的缺點在于這些設備不能補償溫度和內壓的變化，它們會導致灌輸供應設備短暫地以高的或低的速率供應有用試劑。通常，一灌輸的滲透的驅動供應系統，在灌輸到病人體內之前，將在室溫下(近似為20至22℃)進行儲存。在灌輸之后的幾個小時內，系統將相繼地與病人達到熱平衡(近似為37℃)。這種溫度的上升可造成灌輸設備內有用試劑的成分膨脹，這可導致系統升壓，以及快速地和短時間地供應有用試劑(通常稱之為起動(start-up)“爆發(burst)”)。這種爆發通常跟隨有一短時間的稍微低的試劑供應(通常持續小于1天至5天)，在此時間過程中，滲透壓力增加到等于活塞摩擦的壓力的程度。當灌輸設備的內壓增加時，有用試劑的供應率將上升，直到其獲得一穩定狀態。由于滲透供應系統的目的是以固定速率供應限定濃度的有用試劑，所以，起始的“爆發”和其后供應中的“滯后(lag)”均是不理想的。
灌輸的滲透驅動的有用試劑供應系統的另一方面在于它承受外壓或溫度變化(例如，水下呼吸器潛水、熱水浴，或運輸過程中的溫度循環)，它又可導致有用試劑供應曲線中的瞬態尖峰。
目前的設計可在灌輸滲透供應設備內形成足夠的高壓，以使一個或多個灌輸部件失效或逐出。在減小部件失效或逐出可能性的努力中，現有設計在容器壁內設置槽和/或在半滲透膜內的肋或在裝置的壁內的孔，如果設備的部件移出位置，它們是敞開的。由于需要對零件額外的加工，所以這些方法增加了設備的成本。
因此，本發明的一個目的是將起始的“爆發”減到最小，通過用一彈簧加載的閥來包含有用的試劑，直到內部的滲透誘發的壓力足夠大來克服施加的彈簧力，由此，打開閥和允許有控制地釋放試劑。本發明的還有一目的在于，由于消除初始的試劑“爆發”，還可盡可能減小或消除有用試劑供應的后起動“滯后”。這種起動“爆發”的最小化和后起動“滯后”的另外的結果是系統可比已知灌輸試劑供應設備顯著快地達到理想的穩態特性。
本發明的另一目的是以相當便宜的方式提供消除反向擴散，不要求相當大的或長的孔、擴散路徑或出口通道。
本發明的另一目的是提供一灌輸的滲透供應設備，它能包含會形成在裝置內的全部的滲透壓力，而無需相當昂貴和復雜的流體流動旁路通道。
發明內容
根據本發明，一種用于哺乳動物(較佳地，用于人類)的灌輸藥物供應系統包括一具有一不可滲透外層的封套。該封套具有一有用試劑供應端和一流體吸收端，它們彼此間隔，但不必位于所述封套的相對端。此外，封套包括一含有有用試劑的容器；一將該容器與滲透引擎(osmotic engine)分離的可移動的分隔件；以及，一滲透引擎。供應系統包括一用來控制有用試劑流過有用試劑供應端的裝置，當封套內的壓力高于預定的上壓力時該裝置基本上防止有用試劑流出封套，而當封套內的壓力低于預定的下壓力時該裝置阻止流體通過有用試劑供應端流入到封套內。然而，當封套內的壓力在預定的上壓力與下壓力之間時，基本上允許有用試劑通過有用試劑供應端流出封套。
根據本發明的另一方面，一種用來動態地控制來自于加壓的有用試劑供應系統的有用試劑的流動的設備包括一具有一下端口和上端口的中空本體。該設備還包括一裝置，當有用試劑作用在該裝置上以便控制流動的壓力低于預定的下壓力時，它用來控制孔隙流體流過中空本體的。該設備還包括一裝置，當該設備內的壓力高于預定的上壓力時，該裝置用來控制有用試劑流出裝置。當設備內的壓力在預定的下壓力和上壓力之間時，基本上允許有用試劑流出設備。
根據本發明的另一方面，一種可變化地控制來自一滲透藥物供應系統的有用試劑供應的方法包括以下諸步驟提供一具有一有用試劑供應端和一流體吸收端的封套，封套包括一含有有用試劑的容器、一含有流體吸收劑的吸收容器以及一在試劑容器與吸收容器之間可移動的分隔件。有用試劑容器和吸收容器分別定位在有用試劑供應端和流體吸收端附近。該方法還包括這樣的步驟當封套內的壓力低于預定下壓力時基本上防止流體流入封套，而當封套內的壓力高于預定上壓力時防止有用試劑流出封套。該方法還包括這樣的步驟當壓力在預定的下壓力與上壓力之間時，可變化地控制有用試劑流出封套。
根據本發明的還有一方面，一可變化地控制來自一滲透驅動供應系統的有用試劑供應的方法包括以下諸步驟通過從有用試劑容器施加流體壓力，相對于下端口移位一閥組件的可移動關閉件，由此在關閉件與下端口之間形成一開口。該方法還包括這樣的步驟通過提高來自有用試劑容器的壓力并允許來自有用試劑容器的有用試劑通過下端口和通過閥組件來增加開口的尺寸。該方法還包括這樣的步驟可變化地控制有用試劑流過閥組件，以使有用試劑流正比于由有用試劑抵抗可移動關閉件施加的壓力，直到壓力接近一預定的最大壓力，此時，有用試劑流變得隨壓力的增加而更加受到約束。
本發明提供如下的優點通過在此時致使彈簧加載閥關閉，顯著地防止在起動階段中反向擴散，有效地防止有用試劑與孔隙流體之間的流體連通，直到系統充分地加壓為止，且有用試劑以此足夠的速率泵送，不允許體積流體擴散到有用試劑容器內。
本發明還提供如下的優點為防止灌輸滲透驅動的供應設備的反向擴散，不需設置相當長的孔、擴散路徑或出口通道。
此外，本發明提供一灌輸滲透驅動的供應設備，它具有承受和容納全部系統的滲透壓力的能力，尤其重要地考慮到任何高效的有用試劑，無需相當昂貴和復雜的流體流動旁路通道。
此外，本發明不需單獨流體旁路通道的成本。
現將參照附圖來詳細描述本發明，附圖中，相同的元件具有相同的標號，其中圖1是包括一兩通閥并在正常情況下動態地自我調節流動通道的滲透試劑供應設備的側截面圖；圖2a是包括一兩通閥并動態地自我調節流動通道的滲透試劑供應設備的上部的側截面圖，其中，關閉件已軸向地移位；圖2b是圖2所示閥的局剖圖，示出細長的圓柱形桿48；圖3是包括一兩通閥并動態地自我調節流動通道的滲透試劑供應設備的上部的側截面圖，其中，關閉件已軸向地移位到比圖2所示的移位更大的范圍；圖4是包括一兩通閥并動態地自我調節流動通道的滲透試劑供應設備的上部的側截面圖，其中，上部腔室基本上關閉；以及圖5是根據本發明的第二實施例的兩通和動態地自我調節的流動通道的側截面圖。
具體實施例方式
本發明涉及一種壓力致動的兩通閥和自我調節的流動通道，用來在一灌輸滲透驅動的有用試劑供應系統內控制流體的流動。兩通閥和自我調節的流動通道的部件設計成當有用試劑容器內的壓力低于預定的下壓力時基本上防止孔隙流體通過其間，當有用試劑容器內的壓力高于預定的上壓力時防止有用試劑通過其間。這可在有用試劑容器內的壓力低于預定的下壓力或高于預定的上壓力時，通過使流體流動通道變窄而得以實現。在額外的特別高壓下，閥可設計成在孔端部全部關閉，或它可提供最小泄漏路徑，以使最大流體流動絕不超過。在零或非常低的壓力下，閥將完全地關閉，或在有用試劑容器端部提供最小的泄漏路徑，由此，將試劑成分與外部流體滲透基本上隔絕，并消除外部流體流入有用試劑成分內的擴散。盡管這些特性標準可以各種離散的部件(例如，釋放閥、限流器、止回閥)來達到，但本發明用一單一的簡單的和低成本的機構來組合所有要求的特性。
盡管期待諸如外部壓力或溫度之類的外部效應在供應系統上的變化可被調節或消除是不切實際的，但本發明通過要求顯著地提高總體壓力(系統在此壓力下仍能分配有用試劑)，可將它們的誤差貢獻減小到最小。通過強制系統泵送或以較高的壓力供應有用試劑，在泵送或供應速率的總體變化上將有一下降。例如，0.01磅/英寸2的壓力增加對于在0.10磅/英寸2正常壓力下分配的系統造成的誤差，基本上甚于0.10磅/英寸2壓力增加對于在3磅/英寸2壓力下分配的系統(10％對3％)。
圖1示出一具有一封套2的灌輸滲透驅動的有用試劑供應系統1。封套2具有一不滲透的外層，并包括一有用試劑容器50和一滲透劑容器52。有用試劑供應系統1還較佳地包括一可移動的活塞54，它定位在有用試劑容器50與滲透劑容器52之間。一流體滲透膜56設置在有用試劑供應系統1的流體吸收端16處。流體滲透膜56可以是任何合適的膜或各種膜的組合，其形狀能足夠地控制進入封套2內的流體量。此外，也應選擇膜56來防止封套2內的成分通過流出封套。一閥組件10設置在封套的有用試劑供應端14。
封套2必須強度足夠大，以確保不會泄漏、碎裂、斷裂或變形，而致使在使用過程中經受的應力下逐出其有用的試劑含量，同時保持不滲透性。尤其是，應該設計成承受由容器52內的水漲滲透劑所產生的最大滲透壓力。封套2還必須是化學上惰性和生物上相容，即，它必須與有用試劑成分和人體沒有反應。合適的材料通常包括一無反應的聚合物或生物相容的金屬或合金。聚合物包括諸如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的三元共聚物之類的丙烯腈聚合物等；諸如聚四氟乙烯、聚氯三氟乙烯、四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物之類的鹵代聚合物；聚酰亞胺；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，諸如此類的聚合物。用來形成容器的通過成分的水蒸發傳輸率可見諸于J.Pharm.Sci.，Vol.29，第1634-1637頁(1970)；Ind.Eng.Chem.Vol.45，第2296-2306頁(1953)；Materials Engineering，Vol.5，第38-45頁(1972)；Ann.Book of ASTM Stds.，Vol.8.02，第208-211頁和第584-587頁(1984)；以及Ind.and Eng.Chem.，Vol.49，第1933-1936頁(1957)。上述聚合物可見諸于美國Ohio州的Cleveland市的Cleveland RubberCo.CRC Press出版的由Scott和Roff著的“普通聚合物手冊”(Handbook ofCommon Polymer)。用于本發明的金屬材料包括不銹鋼、鈦、鉑、鉭、金及其合金，以及鍍金的鐵合金，鍍鉑的鐵合金，鈷-鉻合金，以及鍍氮化鈦不銹鋼。容器由鈦或鈦含量在60％以上的鈦合金制成，通常鈦含量大于85％的合金特別優選用于尺寸尤顯重要的應用中。
滲透劑容器52可包含任何合適的滲透劑，它的實例包括(但不局限于)非揮發的水溶滲透劑，與水接觸后膨脹的滲透聚合物，或兩者的混合。例如，代表性的滲透劑或滲透聚合物公開在美國專利5,413,572和6,270,787中，本文援引它們以供參考。諸如氯化鈉的滲透劑和合適的潤滑劑、黏合劑和諸如羧甲基鈉纖維素或聚丙烯酸鈉的粘度修改劑可以各種形式進行制備。例如，如美國專利5,728,386所述，片形的氯化鈉是較佳的水漲劑，本文援引上述專利以供參考。滲透劑應能在0和5200磅/英寸2之間產生。
用于流體滲透膜56的材料是半滲透材料，它們在浸濕后與容器的形狀相一致，并與容器的剛性表面形成水密的密封。當放置在流體環境內時，半滲透膜如同氫氧化物那樣膨脹，于是，在膜和容器的匹配表面之間產生一密封。可制成膜的聚合物材料根據泵送速率和裝置結構要求而變化，并包括(但不局限于)塑性化的纖維素材料，諸如羥乙基甲基丙烯酸鹽(HEMA)的加強的聚甲基丙烯酸甲酯，以及諸如聚亞安酯和聚酰亞胺的彈性體材料、聚酯-聚酰胺的共聚物、熱塑性共聚物等。其它的半滲透組分公開在美國專利5,413,572和6,270,787中，本文援引它們以供參考。
可移動的分隔件54可以是將水漲劑與有用試劑成分隔絕的任何形狀，它包括(但不局限于)一片形或一活塞形。可移動的分隔件將腔室52內的水漲劑與腔室50內的有用試劑成分隔絕，并必須能夠在封套2內的壓力下密封地移動。可移動的分隔件54較佳地由這樣的材料制成，即，它比封套2的硬度低并將變形來適應封套的內部，以提供與封套2的流體致密的壓縮密封。制成可移動的分隔件或活塞的材料較佳地是不滲透性的彈性體材料，并包括(但不局限于)聚丙烯、諸如EPDM的橡膠、硅樹脂橡膠、丁基橡膠等，氟彈性體、全氟化彈性體，以及諸如塑性化的聚氯乙烯、聚亞安酯、Santoprene、C-FlexTPE、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物(Consolidated PolymerTechnologies Inc.)等的熱塑性彈性體。可移動的分隔件可以是壓縮加載的設計。
本發明的灌輸的藥物供應設備用來供應各種活化劑。這些活化劑包括(但不周限于)藥理上活化的縮氨根和蛋白質、基因和基因制品、其它的基因治療劑，以及其它的小分子物質。聚縮氨根可包括(但不局限于)生長激素、生長激素相似物、生長調節素-C、刺激生殖腺釋放的激素、促卵泡激素、黃體化激素、LHRH、諸如leuprolide、nafarelin和goserelin的LHRH相似物、LHRH收縮筋和對抗肌、生長激素釋放因子、降血鈣素、秋水仙堿、諸如絨毛膜促性腺、oxtocin、octreotide、生長激素加氨基酸、vaspressin、促腎上腺皮質激素、表皮生長因子、泌乳刺激素、生長激素抑制素、生長激素加蛋白質、α1-24促腎上腺皮質激素、lypressin、諸如促甲狀腺素釋放激素的多肽、throid刺激激素、分泌素、腸促胰酶素、腦啡肽、胰增血糖素、內部分泌和借助于血流分布的endrocrine劑等。其它可供應的試劑包括α1反胰島素、因子VIII、因子IX，以及其它的凝結因子、胰島素和其它的縮氨根激素、腎上腺皮質刺激激素、甲狀腺刺激激素，以及其它垂體激素，干擾素包括(但不局限于)α、β和γ紅細胞生成素，諸如GCSF、GMCSF的生長因子，胰島素狀的生長因子1，組織纖維蛋白溶酶原活化因子、CD4、Ddavp、白細胞間介素-1受體對抗物、腫瘤壞疽因子受體、腫瘤抑制體蛋白質、細胞毒素蛋白質以及重組細胞抗體和抗體片段等。
上述試劑對于處理多種病情是有效的，這些情況包括(但不限于)血友病和其它的血液疾病、生長障礙、糖尿病、白血病、肝炎、腎衰竭、HIV感染癥、諸如cerbrosidase缺乏癥和腺苷酸脫氨酶缺乏癥的遺傳疾病、高血壓、膿毒性休克、諸如多發性硬化的自體免疫疾病、突眼性甲狀腺腫(格雷夫斯氏病)、全身性紅斑狼瘡以及風濕性關節炎、休克和消瘦癥、囊腫性纖維化、乳糖不耐性、節段性回腸炎(克羅恩氏病)、腸炎癥、胃腸的和其它的癌癥。
活化劑可以是無水溶液或有水溶液、懸浮液或與藥理上可接受的賦形劑或媒介物的聯合體，這樣，形成可流動的成分，以使它們可長期儲存在架上或冰箱內以及儲存在一灌輸供應系統內。諸成分可包括藥理上能接受的媒介物和附加的惰性成分。活化劑可以呈各種形式，例如，不帶電分子，分子配合物的組分或藥理上能接受的鹽。再者，可使用試劑的簡單衍生物(例如前體藥物、醚類、酯類、氨化物類等)，它們通過身體的PH性、酶等容易地水化。
閥體30和32較佳地由鈦、鋼和它們的合金、熱塑性塑料制成，熱塑性塑料包括有聚醚酮(PEEK)或液晶聚合物(LCP)等。更佳地是，閥體30和32由液晶聚合物制成。
彈簧24較佳地由彈簧鋼制成，包括不銹鋼或鈹/銅，或注塑模制聚合物或塑料。彈簧材料應提供尺度，同時具有可制造和插入到閥內的線材厚度。更佳地，彈簧24的制取應為對于細絲彈簧由不銹鋼制成，對于較厚絲彈簧由合適的塑料制成。彈簧24的外形可以是圓形、方形或任何其它合適的形狀。彈簧24提供從容器50通過上端口22的流體路徑。
桿46和導向柱48可由與閥體30和32相同的材料制成，或由諸如氟彈性體、全氟彈性體的彈性體材料，諸如C-Flex或Santoprene的熱塑性彈性體、硬塑料等制成。桿46和導向柱48較佳地由熱塑性彈性體，或全氟彈性體，或硬塑料制成。
在操作中，從封套2的外部流出的流體通過膜56進入到封套內。然后，某些流體被容器52內的滲透劑吸收，由此，致使滲透劑膨脹。隨著滲透劑膨脹，其增加的體積致使活塞54推壓于被容納在有用試劑容器50內的有用試劑，以通過閥組件10分配，并進入到病人體內。然而，當封套2內的壓力大于預定的下壓力時，有用試劑才通過閥組件10發送。下面將參照圖1-5來詳細描述閥組件10的機構。
如圖1和2所示，閥組件10包括一閥體12，它含有多個互連的流體腔室60和70。閥組件應具有大于直徑尺寸的高度尺寸。換句話說，閥組件的高度對寬度之比應大于1/1。閥組件的高度對寬度之比應小于1/5。較佳地，閥組件的高度對寬度之比在1/1和1/2之間。閥組件較佳地具有約1mm至10mm的直徑，更佳地是約3mm至6mm。閥組件較佳地具有約5mm至10mm的高度。
閥體12較佳地包括兩個相同的半部30和32。閥組件10還包括一下端口20和一上端口22。一下部流體腔室60定位在下端口20附近，并與下端口20流體連通。一上部流體腔室70定位在上端口22與下部流體腔室60之間，并與其流體連通。
下部流體腔室60包括一具有一截頭錐形狀的第一表面62和一具有圓柱形的第二表面64。第一表面62的最下面部分的直徑小于下端口20的直徑。第一表面62的最上面部分的直徑基本上與第二表面64的直徑相同。下部流體腔室60還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和上部流體腔室70相交處的通道74設置在上和下流體腔室之間。上端口22的直徑基本上小于上部流體腔室70的直徑，因此，頂表面72(也基本上垂直于64)設置在其間。
如圖2所示，閥組件10包含一可移動的關閉件40，它具有一圓柱形密封44和一附連于一細長圓柱形桿46(更清晰地示于圖2b中)和一導向柱48上的截頭錐42。桿46的直徑略微小于彈簧24。導向柱48的直徑應略微小于上端口22的直徑。可移動關閉件40還包括一基本上平的上表面90。關閉件40和圓柱形桿46可加工成一單一部件，較佳地通過模制或它們可單獨地加工，并以任何已知的方法附連在一起。此外，桿46可加工成一螺紋端，它構造成與設置在關閉件40的上表面90上的螺紋開口匹配。
可移動的關閉件40可從一基本上鄰近第一表面62的最下位置移動到一基本上鄰近第三表面66的最上位置。當關閉件位于最下位置時，關閉件40的截頭圓錐42的形狀基本上與第一表面62匹配。此外，當關閉件位于最上位置時，關閉件40的上表面90的形狀基本上也覆蓋下部流體腔室60的第三表面66。當可移動的關閉件40位于上述任一位置時，通過閥組件12從有用試劑容器50流出的有用試劑流基本上受到阻礙。
彈簧24設置在圓柱形桿46周圍，并在頂表面72與上表面90之間。彈簧24較佳地是一螺旋壓縮彈簧，并示于圖1中。然而，應該理解到可采用任何其它合適的彈簧來代替螺旋壓縮彈簧。
在零或低壓(例如，0.5至10磅/英寸2)下，諸如可望在儲存或初始泵送開始過程中那樣，彈簧24將關閉件40保持在某一位置，以基本上阻止流體沿閥組件12的任一方向流動。圓柱形密封44防止流體橫貫下端口20的流動，這樣，包含在有用試劑容器50內的任何有用試劑和呈現在上端口22處的孔隙流體(一旦灌輸)之間，基本上沒有流體連通。此外，如圖2所示，可移動的關閉件40設計成移動通過某預定的位移，而仍保持在下端口20處的密封。因為圓柱形密封44的高度大于下端口20的高度，所以，可發生這種情形。該特征使閥組件10能包含在灌輸時因熱膨脹造成的增加的試劑成分體積，而沒有如許多裝置中所發生的初始爆發。
將閥10保持在關閉位置(如圖2和4所示)或打開位置(如圖3所示)所需要的壓力，例如，取決于有用試劑成分的粘度、有用試劑成分從系統供應所要求的速率、彈簧24的彈簧常數和/或彈簧24在閥10內占據的空間量。
從低壓至高壓的磅/英寸2的范圍(從閥打開至閥關閉)需要是非常窄，但不管怎樣可在約0.1至2000磅/英寸2的范圍內。較佳地在約0.5至100磅/英寸2的范圍內。
通過將螺旋壓縮彈簧24定位在可移動關閉件40的圓柱形桿46的上方，來加工閥組件10。其后，閥組件10限制在兩個閥體半部30和32之間，使截頭圓錐42和圓柱形密封44定向成分別接合于下部流體腔室60的第一表面62和下端口20。合成的組件將致使彈簧24處于壓縮的加載，強制截頭圓錐42在下部流體腔室60處密封抵靠在第一表面62。因此，閥組件10通常在下端口20處關閉流體流動。閥體半部30和32可以本技術領域內已知的多種方法中的任何一種方法密封在一起。例如，使用粘結劑、超聲波焊接，或機械配合。
圖3示出一旦在下端口20處的流體壓力超過最小值(例如，約5磅/英寸2)時閥的操作，所述最小值可以是正常操作的情形。在此情形中，可移動的關閉件40將向上沿軸向朝向上端口22位移，在下端口20處形成一開口，并允許有用試劑從試劑容器50泵送通過下端口20，然后，相繼地通過下部流體腔室60和70，最后流出上端口22。開口的截面積，由此相關的流體流動，正比于由流體抵抗可移動的關閉件40施加的壓力，直到壓力開始接近某預定的最大值之時。在此情形中，當關閉件40的上表面90接近下部流體腔室60的第三表面66時閥動作反向。
彈簧24形成一通過上部流體腔室70的螺旋形流體流動路徑。當可移動的關閉件40被流動試劑向上作用時，彈簧24受壓縮。因此，當有用試劑容器50和腔室60內的流體壓力增加時，下端口20更加完全地打開，同時，流體流動路徑逐漸地變窄，因此變得更加受約束。正常流動將導致彈簧與流體壓力的相對力之間平衡，而低的流體流動通常將完全地受壓縮彈簧24的阻止，致使下端口20被可移動的關閉件40關閉。另一方面，高的流體流動通常將受可移動的關閉件40的上表面的大致的阻礙而基本上關閉開口74。彈簧24的壓縮在下部流體腔室60與上端口22之間減小流動路徑。
圖4示出當到達一最大壓力(例如，約20磅/英寸2)時的閥的情形。可移動的關閉件40被驅動到圖4中的最上位置，強制可移動件抵靠于下部流體腔室60的第三表面66。這限制可移動關閉件40的運動，并關閉下部流體腔室60與上部流體腔室70之間的流體連通。或者，在優選的實施例中，通過可移動關閉件40周圍的一小的流體旁路通道，將可移動關閉件40周圍的流體流動限制在某一預定的最小量上。當壓力釋放時，流體路徑在上表面66處增加截面積，由此，再次允許增加流體的流動。這樣，連續地控制流體流動，以補償壓力和溫度的變化，否則，這種變化會導致不最理想的性能。
上述詳細的描述涉及本發明的特殊的實施例。然而，從上述的公開中，顯然可容易地實現一廣義范圍的材料、加工技術以及替代的實施例。本發明的另一實施例包括一單獨的小的流體旁路通道，它可通過以下兩種方式形成通過可移動關閉件40的一小孔或形成在可移動關閉件40的一邊緣內的槽。
例如，圖5示出本發明的另一優選的實施例，其中，閥組件80可加工成一硅微結構(silicon microstructure)或用熱塑性塑料模制。如圖5所示，閥組件80包括一具有一體形成的懸臂彈簧臂82的單一腔室的閥體81，以代替上述的壓縮彈簧。懸臂彈簧臂可由金屬(諸如上述用于閥體30和32的金屬)或熱塑性塑料制成。此外，可移動關閉件86呈球狀體形式，并附連到懸臂彈簧臂82的自由端上。可移動關閉件86可由金屬或金屬合金(諸如上述用于閥體30和32的金屬)、熱塑性塑料或彈性體制成。該實施例的上端口和下端口不必具有相同的直徑，只要當壓力低于或高于一預定的壓力時可移動關閉件86關閉上端口或下端口的垂直部分。然而，其它的形狀也可用于關閉件86。一潛在的好處在于該實施例具有一體的結構，而不是一組件和離散的部件。還有另一好處是其特別小的總體體積。
此外，盡管以上描述已經具體介紹了一滲透驅動試劑供應系統的應用，但很顯然本發明可應用于任何加壓的流體供應系統。
上述示范的實施例旨在說明本發明的各個方面，而不是限制本發明。因此，本發明能夠有許多變化和詳細的實施例，它們可由本技術領域內的技術人員從本文所包含的描述中衍生出來。所有這樣的變化和改型被認為落入在由附后的權利要求書所定義的本發明的范圍和精神內。
權利要求
1.一種用來動態地控制來自于加壓的流體供應系統的流體的流動的裝置，所述裝置包括一具有一下端口和上端口的中空本體；以及用來控制流體流過中空本體的裝置，當由所述流體作用在所述裝置上的壓力低于預定的下壓力以及當所述壓力高于預定的上壓力時所述控制裝置基本上阻止流體的流動，當所述壓力在所述預定的下壓力與上壓力之間時基本上允許流體流動。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述中空本體包括一關閉件和一設置在所述中空閥本體內的彈簧，其中，所述彈簧將所述關閉件保持在某一位置，以在由所述流體作用在所述裝置上的壓力低于預定的下壓力或高于預定的上壓力時所述關閉件基本上覆蓋所述端口中的一個端口。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述關閉件包括一上部、一中部和一下部；所述上部具有一圓柱形；所述中部具有一截頭圓錐形；以及所述下部具有一直徑比所述上部的直徑小的圓柱形。
4.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述閥本體包括一上部流體腔室和一下部流體腔室；所述端口包括一上端口和一下端口；所述下端口定位在鄰近所述下部流體腔室；以及所述上端口定位在鄰近所述上部流體腔室。
5.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述下部流體腔室具有一下部和一上部；所述下部具有一截頭圓錐形和所述上部具有一圓柱形；所述上部流體腔室具有一圓柱形，其中，所述下部流體腔室的上部的直徑大于所述上部流體腔室的直徑；所述下部流體腔室具有一基本上平的上表面，它形成在所述下部流體腔室的上部與上部流體腔室之間；其中，所述關閉件容納在所述下部流體腔室內；所述關閉件的所述中部構造成與所述下部流體腔室的所述下部匹配，所述關閉件的所述下部構造成匹配于下端口內，并基本上密封下端口；以及其中，所述關閉件具有基本上平的頂表面，具有的直徑小于所述下部流體腔室的所述上部的所述直徑而大于所述上部流體腔室的所述直徑，這樣，當所述關閉件與所述下部流體腔室的所述上表面保持鄰接的關系時所述關閉件的上表面能夠大致地阻斷所述上部與下部流體腔室之間的流體連通。
6.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述彈簧包括一壓縮彈簧，并抵靠于一位于所述上端口與所述上部流體腔室之間的壁定位，且對所述關閉件施加力，以便在所述壓力低于所述預定的下壓力時保持所述關閉件抵靠于所述下部流體腔室的所述下部。
7.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，當所述壓力高于所述預定上壓力時，關閉件基本上關閉所述上端口與所述下部流體腔室之間的流體連通。
8.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，當所述壓力在所述預定的下壓力與上壓力之間時，所述關閉件保持在基本上位于所述下端口與上端口之間的一位置。
9.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述彈簧包括一具有兩端的懸臂的彈簧臂，所述端部中的一個端部附連于所述中空本體的一內表面；以及其中，所述關閉件包括一連接于所述彈簧臂的另一端的球形件。
10.如權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述中空本體包括一硅微結構。
全文摘要
一種灌輸的滲透驅動的供應系統具有一動態的兩通閥和可自我調節的可變化幾何形的流體流動通道。當試劑供應系統內的壓力上升時流體通道變窄，由此限制流動。在額外高的壓力下，閥可設計成孔或供應端完全地關閉，或它可提供最小的泄漏，以使最大流體流動絕不超過。在零或非常低的壓力下，閥將在有用試劑容器處完全地關閉，將有用試劑成分與外部流體滲透隔絕，由此，消除外部流體流入有用試劑成分內的擴散。
文檔編號A61M39/00GK1981888SQ20071000389
公開日2007年6月20日 申請日期2002年11月21日 優先權日2001年11月21日
發明者J·G·斯科特 申請人:阿爾扎有限公司