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TWM627591U - 用於藥劑遞送的電化學幫浦及其藥劑遞送裝置 - Google Patents

用於藥劑遞送的電化學幫浦及其藥劑遞送裝置 Download PDF

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TWM627591U
TWM627591U TW110212914U TW110212914U TWM627591U TW M627591 U TWM627591 U TW M627591U TW 110212914 U TW110212914 U TW 110212914U TW 110212914 U TW110212914 U TW 110212914U TW M627591 U TWM627591 U TW M627591U
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TW
Taiwan
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electrochemical pump
electrolyte
container
electrically connected
electrodes
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TW110212914U
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English (en)
Inventor
李柏穎
鄭宗杰
Original Assignee
潔霺生醫科技股份有限公司
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Abstract

本揭露係提供一種用於藥劑遞送的電化學幫浦及其藥劑遞送裝置。其中，該電化學幫浦包括：一基板，具有一第一表面、一第二表面以及複數個通孔，其中該第二表面上具有複數個接點，該通孔中具有導電材料並電性連接該複數個接點；複數個電極，設置於該第一表面上，並藉由該複數個通孔中之導電材料與第二表面上的複數個接點電性連接；一電子裝置，設置於該第二表面上，並電性連接於該第二表面上之該些接點；以及一容置電解液之空間，其中具有電解液，且鄰接該第一表面，使該複數個電極與該電解液接觸。本揭露也提供一種實施該電化學幫浦之藥劑遞送裝置，包括：一容器，容置一藥劑，具有彼此相對的一第一開口和一第二開口，其中該第一開口為該藥劑之輸出口；一間隔件，設置於該容器內界於兩開口間，可沿該容器壁自由滑動；以及該電化學幫浦，置於該第二開口，使該電化學幫浦與該容器緊密結合密封該第二開口。

Description

用於藥劑遞送的電化學幫浦及其藥劑遞送裝置
本揭露係關於一種電化學幫浦及其藥劑遞送裝置，用於自動遞送藥劑。
近來於製藥業，電化學式幫浦用於遞送治療藥劑之技術被認為是可進一步研發改良之領域。但傳統上治療藥劑之遞送所使用之電化學幫浦的設計存在缺陷仍待改善。例如，使用微電極結構之電化學幫浦其電解液的高阻抗與低局部電場，造成之高功率損耗；以及，較低之電極表面固態自由能，以上兩者均造成的幫浦整體系統之高功率能耗之問題。
另，傳統電化學幫浦之電極與接觸板通常位於基板同一側，導致控制電路板與電極之連接結構材料在電化學反應時不可避免地遭到電化學電解液腐蝕之問題，嚴重影響整體電化學幫浦系統之運作與能耗表現。
電化學式藥劑遞送醫療裝置的作動機制主要是藉由產生氣體之壓力來做為驅動之動力來源，例如：利用藥劑輸送裝置之內部與裝置周圍環境之間的壓力差，進而輸出藥劑。但，精準控制裝置內產生之壓力幅度需要先進的裝置結(機)構設計與電控裝置設計，以上結構與電控系統的錯誤設計可能導致難以精確控制氣體的產生量達到精準控制少量藥劑與穩定藥物輸送速度之目的。
另，當需要藥劑遞送裝置輸出超高速流速來驅動高黏稠度藥劑時，該電化學裝置之動力輸出需要相應調高，使其具備輸出超大驅動力之能力，因此，電路板與電源也必須具備輸出超高輸出能量之能力。對於接觸板至電極間之同側結構設計來說，接觸板到電極中間之導線部(Lead)大幅度增加整體之電阻阻抗，進而嚴重影響能量由電源傳遞至電極間之能量損耗，因而大幅降低整體電化學幫浦系統之壓力動力輸出性能。
此外，當需要以皮下注射或肌肉注射遞送大體積（如數毫升）高濃稠度之藥劑時，為了避免注射速度過快造成病人疼痛的問題，因此需時採取較溫和的注射速度與稍久之注射時間，若採用人力來手動注射遞送，不僅耗費人力，且亦難以精準控制藥劑遞送之速率來避免上述之疼痛問題。目前市面上自動遞送的裝置，多採用機械力(如彈簧)或以微型馬達來做為驅動動力之來源，但由於彈簧或微型馬達所引起的不穩定驅動力，可能會在注射過程中引起意想不到的疼痛，難以同時達到快速且穩定的遞送速度。
因此，本領域亟需改良並解決上述問題，開發一種不會因為電極與導線板位於同側造成腐蝕的電化學幫浦結構，同時降低阻抗增加大能量傳輸之效率、增加能量傳輸的控制精準度來減少疼痛，並兼具小體積的致動供藥裝置或方法。
為達成創作之目的，本揭露係提供一種用於藥劑遞送的電化學幫浦及其藥劑遞送裝置。其中，該電化學幫浦包括：一基板，具有一第一表面、一第二表面以及複數個通孔，其中該第二表面上具有複數個接點，該通孔中具有導電材料並電性連接該複數個接點；複數個電極，設置於該第一表面上，並藉由該複數個通孔中之導電材料與第二表面上的複數個接點電性連接；一電子裝置，設置於該第二表面上，並電性連接於該第二表面上之該些接點；以及一容置電解液之空間，其中具有電解液，且鄰接該第一表面，使該複數個電極與該電解液接觸。
於一實施例，該些電極至少包括一陽極及一陰極。其中該些電極另包括一參考電極。其中該些電極另包括一冗餘電極。
於一實施例，其中該些電極其中任一係透過複數個通孔電性連接複數個接點。
於一實施例，該第一表面塗佈一親水層。
於一實施例，該容置電解液之空間係由第一表面附加一超吸收材料所構成。
於一實施例，其中該超吸收材料為一海棉。
於一實施例，其中該超吸收材料為選自由下列組成之群的材料製成：聚乙烯醇(PVA)、聚環氧乙烷(PEO)、聚丙烯酸、聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、PLA / PGA共聚物、聚己內酯(PCL) ，以及由前述材料所製造之高分子纖維製品。
於一實施例，該容置電解液之空間係由第一表面附加一透氣膜所構成，其中該容置電解液之空間以該透氣膜密封。
於一實施例，該電子裝置包括：一電路板；一輸入端口；和一輸出端口。
於一實施例，該輸出端口係將該電路板電性連接至該電化學幫浦基板，該輸入端口一端電性連接至該電路板，另一端為電源之輸入口。
於一實施例，該電子裝置更包含一驅動電路構件。
於一實施例，該電子裝置包括一電源。
於一實施例，該輸出端口係將該電路板電性連接至該些接點，該電源係經由該輸入端口電性連接至該電路板，以及該驅動電路構件係電性連接至該電路板並另一方面電性連接至該電源。
於一實施例，該電子裝置為可拆卸式。
另一方面，本揭露提供一種藥劑遞送裝置，包括：一容器，容置一藥劑，具有彼此相對的一第一開口和一第二開口，其中該第一開口為該藥劑之輸出口；一間隔件，設置於該容器內界於兩開口間，可沿該容器壁自由滑動；以及該電化學幫浦，置於該第二開口，使該電化學幫浦與該容器緊密結合密封該第二開口。
於一實施例，該容器為一注射筒，可進一步包含一注射針頭，設置於該第一開口。
於一實施例，該容器為透明或半透明。
於一實施例，該容器為剛性或具有可撓性。
於一實施例，該間隔件係以一橡膠塞所構成。
本創作說明書及申請專利範圍中所述之所有技術性及科學用語，除非另有所定義，皆為本創作所屬技術領域具有通常知識者可知曉之定義。其中單數用語「一」、「一個」、「該」、或其近似用語，除非另有說明，皆可指涉多於一個對象。本說明書使用之「或」、「以及」、「和」，除非另有說明，皆指涉「或/和」。此外，用語「包含」、「包括」皆非有所限制之開放式連接詞。前述定義僅說明用語定義之指涉而不應解釋為對創作標的之限制。除非另有說明，本創作所用之材料皆為市售易於取得。
本說明書和請求項所提及的序數，例如「第一」、「第二」等，僅用於說明所揭露之元件，而非指稱或表示元件之間具有任何執行次序，亦非指稱或表示於一元件和另一元件之間的次序、或製程之步驟次序。該些序數僅用於使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能清楚區分。
另，本說明書用語「上」、「之上」、「上方」、或相似用語指涉一元件與另一元件(例如基板)直接接觸，但亦指涉一元件與另一元件(例如基板)不直接接觸。
實施例
如圖1所示，本揭露係提供一種電化學幫浦10，該電化學幫浦10包括：一基板101；一容置電解液之空間102；複數個電極103；以及一電子裝置104。
該基板101具有一第一表面1011、一第二表面1012、複數個通孔1013、複數個導電材料1014及複數個接點1015。該些接點1015係設置於該些通孔1013位於該第二表面1012之一側，且該些通孔1013內具有導電材料1014，因此可使該第一表面1011上之元件和該第二表面1012上之元件得以電性連接。該容置電解液之空間102設置於該第一表面1011之上，其中具有電解液1021。該些電極103設置於該第一表面1011，其與該電解液1021直接接觸，並與該通孔1013內之導電材料1014電性連接。該電子裝置104設置於該第二表面1012之上，並且與該些接點1015電性連接。
於本揭露，可藉由於通孔1013內填充導電材料、塗佈導電材料層於通孔壁，或置入導線等方式使通孔1013兩側得以電性連結，然其技術手段應不限於此。於本揭露，該些通孔1013與其中的導電材料1014可以透過使用在互補式金屬氧化物半導體(CMOS)製程與積體電路(IC)封裝技術中廣泛使用的饋通(feedthrough)技術完成，藉此達成「濕」結構 (即第一表面上之各種結構，該結構與電解液直接接觸) 與「乾」結構 (即第二表面上與該面接觸之各種結構，如電子裝置) 的完全分隔，避免電解液與電子裝置之直接接觸，以強化該整體裝置的可靠性。
於一具體實施例，該些接點1015為複數個接觸墊（contact pad）。
於本揭露，該容置電解液之空間102為第一表面附加一超吸收材料（superabsorbent material）所構成，或第一表面附加一透氣膜所構成。於一具體實施例，該容置電解液之空間102為一塗佈於第一表面1011上之超吸收材料，將電解液1021製成凝膠狀，以保持該些電極103與該電解液1021接觸，且使該些電解液不致洩漏，並允許產生之氣體離開該容置電解液之空間102；該電解液1021為經電極可產生氣體之溶液，例如水或電解質溶液，但不應受限於此。
於一較佳實施例，該超吸收材料為一海棉。在另一具體實施例中，該超吸收材料係被附加至該些電極103表面，該超吸收材料為選自由下列組成之群的材料製成：聚乙烯醇(PVA)、聚環氧乙烷(PEO)、聚丙烯酸、聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、PLA / PGA共聚物和聚己內酯(PCL)。
於一較佳實施例，該些電極103之數量不小於3。更特定而言，該些電極103之二係用作為陽極與陰極。為了有較佳的電化學效能，陽極與陰極係布置成一交錯排列的梳狀電極結構，而另一電極為參考電極，以避免電壓衰退，例如因為在稀酸液、鹽水等離子電解質中的電流流過所產生的歐姆電壓。電壓衰退可能影響藥劑遞送之準確度，故須避免以獲得精確的電位測量。若設有第四電極或更多電極，該等剩餘之電極則為冗餘電極。該些冗餘電極可以避免一電極發生突然失效時的修復的不便。
為了改善電化學效率，任一電極103皆可透過複數個通孔1013電性連接電子裝置104。於一較佳實施例，陽極與陰極上各具有20個通孔。圖3及圖4顯示其與其他設計之電極電化學效率的比較，其中陽極與陰極各具有20個通孔的設計（電極與接觸墊位在對面側，具有40通孔）相較於不具有通孔設計之電極（電極與接觸墊位在同側），流速與總遞送體積增加約30%；相較於陰極與陽極各僅有一通孔之設計（電極與接觸墊位在對面側，具有2通孔），流速與總遞送體積亦增加約20%。
該第一表面1011和該些電極103可塗佈一親水層，用以改良電化學效率，其塗佈材料包括但不限於：像是聚乙烯苯酚(PVP)、聚丙烯酸(PAA)、聚環氧乙烷(PEO)、多醣類、質子交換膜(proton exchange membrane)(如磺化聚四氟乙烯(sulfonated tetrafluoroethylene，又稱Nafion))、奈米結構金屬、環氧樹脂，以及由前述材料所製造之高分子纖維製品。
該塗佈的一親水層係用於確保該電化學幫浦10之第一表面1011具有親水性，於電化學反應時可連續地產生氣體。與傳統未處理的電極相比之下，該經塗佈電極可以提供較佳的氣體可溶性。
為了進一步強化該電化學效率，有效的是改變電極的幾何。在某些具體實施例中，倒梯形的電極係透過與改良氧電漿處理的改良標準電子射束微影術或改良光微影術程序、改良反應離子蝕刻(RIE)、改良深反應離子蝕刻(DRIE)或改良感應耦合電漿(ICP)的方式製成。另一方面，該電化學效率可藉由改變該電極的形狀而加強。於一具體實施例，該電極103係製成為倒梯形的形狀，以產生強烈電場並引起更大量的氣體產生。於另一具體實施例，該電化學幫浦10之親水性可利用親水處理達成，像是氧電漿處理、化學蝕刻與力學摩擦。
該電子裝置104電性連接該些接點1015，用於向該些電極103提供電力並控制其產生電化學反應之時間及功率。於一較佳實施例，該電子裝置104係組態為可拆卸式，可與該電化學幫浦10之其餘組件組裝及分離。
於一具體實施例，該電子裝置104包括：一電路板1041；一輸入端口1042；和一輸出端口1043。
該輸出端口1043係將該電路板1041電性連接至該接點1015，以控制該些電極103，進而控制該電化學幫浦10產生氣體。該輸入端口1042其中一端電性連接至該電路板1041，另一端為電源之輸入口，可電性連接至一電源，以提供該電化學幫浦10電力。該電源可為一外接電源，或包含於該電子裝置104中。
於一實施例，該電子裝置104更包括一電源1044，該電源1044係電性連結至該輸入端口1042。
於一較佳實施例，該電子裝置104更包含一驅動電路構件，以控制該電子裝置104的開關。
據此，該輸出端口1043做為該等電子裝置104與該電化學幫浦10其餘組件之間的電橋。該輸出端口1043可為一種微型連接器，如彈簧針(Pogo pin)。
如圖2所示，本揭露係提供一種藥劑遞送裝置200，包括：一容器，為一注射筒20；和該電化學幫浦10。
該注射筒20具有一第一開口21，一第二開口22，和一間隔件23。該第一開口21和該第二開口22彼此相對。
於一較佳實施例，該注射筒20進一步具有一注射針頭24，其設置於該第一開口21。
於一實施例，該藥劑遞送裝置200夠微小以能遞送微量之藥劑，其中該注射筒20之體積較佳地係為微升(microliter)量級(0.1-500microliter)。
於另一實施例，該藥劑遞送裝置200能遞送高濃稠度、大體積之藥劑，其中該注射筒20肢體積較佳地係為毫升(mL)量級(0.1-500mL)。
根據本揭露之實施例，該間隔件23設置於該注射筒20內，並將該注射筒20分隔為一第一腔室201和一第二腔室202，該第一腔室201係用於容置該藥劑，以及該第二腔室202係用於容納該電化學幫浦之容置電解液之空間102及其內之電解液1021。
根據本揭露之實施例，該容器可為一注射筒20，由透明或半透明材料製成，以及該容器，例如一注射筒，可為剛性或具有可撓性。較佳地，該注射筒20係剛性材料所組成，其材料包括但不限於：玻璃(例如石英、熔融二氧化矽、鹼石灰、矽酸鹽及硼矽酸鹽)、聚合物/塑膠(例如聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、乙烯對苯二甲酸酯(PET)、聚乳酸(PLA)、熱塑性彈性體(TPE)及聚對二甲苯、COP或COC之環烯烴聚合物)、橡膠(天然橡膠與橡膠)、膠體(環氧樹脂、矽膠和丙烯酸樹脂)與傳導聚合物(聚芴、聚聯苯化合物、聚芘、聚薁、聚萘、聚吡咯(PPY)、聚苯胺(PANI)、聚噻吩(PT)、聚(3、4-乙撑二氧噻吩)(PEDOT)、聚對苯硫(PPS)、聚乙炔(PAC)及聚苯並乙烯(PPV))。
於本實施例，該間隔件23係一隔膜(diaphragm)。該隔膜可由熱塑性彈性體(TPE)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯型嵌段共聚物(SEPS)、及聚對二甲苯等材料構成，但本揭露不限於此。但於另一實施例，該間隔件23亦可為一阻檔件，以一橡膠塞所構成，該膠塞可由橡膠、聚四氟乙烯(Teflon)、矽膠(silicone)、熱塑性彈性體(TPE)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯型嵌段共聚物(SEPS)、及聚對二甲苯等材料構成。
於本揭露，該電化學幫浦10設置於該注射筒之第二開口22，並使該電化學幫浦10與該注射筒20緊密結合密封該第二開口22，避免容納於其內之電解液1021以及該電化學幫浦10工作所產生之氣體外漏。是以，該電解液1021若受電化學反應，而產生氣體，將導致該第二腔室202之壓力高於該第一腔室201之壓力，並使該間隔件23朝該第一開口21推進，進而輸出藥劑。故該間隔件23之設置須使該第一腔室201和該第二腔室202彼此隔離，以免電解液和藥劑混合。該密封方法包括使用墊片（如O形環）、使用黏著劑密封，或利用焊接（如超音波、熱或雷射焊接）密封，但應不限於此。
於一實施例，該第二開口22密封後，該電化學幫浦10為可拆卸式。
於另一實施例，該第二開口22密封後，該電化學幫浦10為不可拆卸式。
於本說明書實施例揭示之內容，本創作所屬領域具有通常知識者可明顯得知前述實施例僅為例示而非限制；具本創作所屬技術領域通常知識者可藉由諸多變換、替換而實施，並不與本創作之技術特徵有所差異。依據說明書實施例，本創作可有多種變換仍無礙於實施。本說明書提供之請求項界定本創作之範圍，該範圍涵蓋前述方法與結構及與其相等之創作。
10:電化學幫浦 101:基板 1011:第一表面 1012:第二表面 1013:通孔 1014:導電材料 1015:接點 102:容置電解液之空間 1021:電解液 103:電極 104:電子裝置 1041:電路板 1042:輸入端口 1043:輸出端口 1044:電源 200:藥劑遞送裝置 20:注射筒 201:第一腔室 202:第二腔室 21:第一開口 22:第二開口 23:間隔件 24:注射針頭
圖1係本揭露之電化學幫浦結構示意圖。
圖2係本揭露之藥劑遞送裝置之剖面圖。
圖3係電化學幫浦流速與通孔數量之關係圖。
圖4係電化學幫浦總遞送體積與通孔數量之關係圖。
10:電化學幫浦
101:基板
1011:第一表面
1012:第二表面
1013:通孔
1014:導電材料
1015:接點
102:容置電解液之空間
1021:電解液
103:電極
104:電子裝置
1041:電路板
1042:輸入端口
1043:輸出端口
1044:電源

Claims (21)

  1. 一種電化學幫浦，包括： 一基板，具有一第一表面、一第二表面以及複數個通孔，其中該第二表面上具有複數個接點，該通孔中具有導電材料並電性連接該複數個接點； 複數個電極，設置於該第一表面上，並藉由該複數個通孔中之導電材料與第二表面上的複數個接點電性連接； 一電子裝置，設置於該第二表面上，並電性連接於該第二表面上之該些接點；以及 一容置電解液之空間，其中具有電解液，且鄰接該第一表面，使該複數個電極與該電解液接觸。
  2. 如請求項1所述之電化學幫浦，其中該些電極至少包括一陽極及一陰極。
  3. 如請求項2所述之電化學幫浦，其中該些電極另包括一參考電極。
  4. 如請求項2所述之電化學幫浦，其中該些電極另包括一冗餘電極。
  5. 如請求項1所述之電化學幫浦，其中該些電極其中任一係透過複數個通孔電性連接複數個接點。
  6. 如請求項1所述之電化學幫浦，其中該第一表面塗佈一親水層。
  7. 如請求項1所述之電化學幫浦，其中該容置電解液之空間係由第一表面附加一超吸收材料所構成。
  8. 如請求項7所述之電化學幫浦，其中該超吸收材料為一海棉。
  9. 如請求項7所述之電化學幫浦，其中該超吸收材料為選自由下列組成之群的材料製成：聚乙烯醇(PVA)、聚環氧乙烷(PEO)、聚丙烯酸、聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、PLA / PGA共聚物、聚己內酯(PCL) ，以及由前述材料所製造之高分子纖維製品。
  10. 如請求項1所述之電化學幫浦，其中該容置電解液之空間係由第一表面附加一透氣膜所構成，其中該容置電解液之空間以該透氣膜密封。
  11. 如請求項1所述之電化學幫浦，其中該電子裝置包括：一電路板；一輸入端口；和一輸出端口。
  12. 如請求項11所述之電化學幫浦，其中該電子裝置更包括一驅動電路構件。
  13. 如請求項12所述之電化學幫浦，其中該電子裝置包括一電源。
  14. 如請求項13所述之電化學幫浦，其中該輸出端口係將該電路板電性連接至該些接點，該電源係經由該輸入端口電性連接至該電路板，以及該驅動電路構件係電性連接至該電路板並另一方面電性連接至該電源。
  15. 如請求項1所述之電化學幫浦，其中該電子裝置為可拆卸式。
  16. 一種藥劑遞送裝置，包括： 一容器，用於容置一藥劑，具有彼此相對的一第一開口和一第二開口，其中該第一開口為該藥劑之輸出口； 一間隔件，設置於該容器內界於兩開口間，可沿該容器壁自由滑動；以及 如請求項1所述之電化學幫浦，置於該第二開口，使該電化學幫浦與該容器緊密結合密封該第二開口。
  17. 如請求項16所述之裝置，其中該容器為一注射筒。
  18. 如請求項17所述之裝置，該注射筒包含一針頭，設置於該第一開口。
  19. 如請求項16所述之裝置，其中該容器為透明或半透明。
  20. 如請求項16所述之裝置，其中該容器為剛性或具有可撓性。
  21. 如請求項16所述之裝置，其中該間隔件係以一橡膠塞所構成。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023078293A1 (zh) * 2021-11-02 2023-05-11 洁霺生医科技股份有限公司 用于药剂递送的电化学泵及其药剂递送装置
TWI840716B (zh) * 2021-11-02 2024-05-01 潔霺生醫科技股份有限公司 用於藥劑遞送的電化學幫浦及其藥劑遞送裝置

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