DE102004010062B3

DE102004010062B3 - Vorrichtung zur Dosierung von Substanzen

Info

Publication number: DE102004010062B3
Application number: DE102004010062A
Authority: DE
Inventors: Tilman Von Blumenthal; Jochim Dr. Koch; Götz KULLIK
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2004-03-02
Filing date: 2004-03-02
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2024-03-03
Also published as: FR2867064B1; US20050197622A1; FR2867064A1; US7833192B2

Abstract

Es soll ein Medikamentendosiersystem angegeben werden, das universell einsetzbar ist und bei dem medizinische Substanzen auf einfache Weise mit einer Trägerlösung (13) vermischt werden können. Die erfindungsgemäß angegebene Vorrichtung besitzt ein Dosiermodul (6) für medizinische Substanzen und ein hydrophiles Vliesmaterial (14) mit einer Trägerlösung (13), wobei der Emissionsbereich von Substanzaustrittsöffnungen (21, 22, 23, 24) des Dosiermoduls (6) auf das Vliesmaterial (14) ausgerichtet sind.

Description

Zur Dosierung von medizinischen Substanzen sind Infusionssysteme bekannt, die in Form eines Mehrkanal-Dosiersystems zur Abgabe unterschiedlicher Volumina von Lösungen ausgebildet sind. Hierzu werden einzelne Dosierspritzen, die mit den vom Anwender ausgewählten Lösungen gefüllt sind, in Spritzenhalterungen eingelegt, wobei die Kolben der Dosierspritzen durch einen motorischen Antrieb betätigt werden, um die einzelnen Lösungen in eine Infusionsleitung zu pumpen. Eine zentrale Steuereinheit des Mehrkanal-Dosiersystems überwacht die Dosierrate jeder einzelnen Lösung.

Nachteilig bei dem bekannten Mehrkanal-Dosiersystem ist, dass die Dosierspritzen aus hygienischen Gründen Einmalartikel sind und entsorgt werden müssen. Die motorischen Antriebe, die die Kolben betätigen, müssen sehr präzise arbeiten und sind daher teuer. Aufgrund der begrenzten Baugröße von Mehrkanal-Dosiersystemen ist das Volumen der Dosierspritzen begrenzt. Es müssen daher häufig entleerte Dosierspritzen entnommen und durch neue ersetzt werden. Außerdem beeinflussen sich die Dosierraten der Lösungen gegenseitig und es müssen hohe Zeitkonstanten bei einer Änderung von Dosierraten in Kauf genommen werden. Ein Mehrkanal-Dosiersystem der genannten Art ist aus der DE 43 20 365 A1 bekannt geworden.

Aus der WO 94/04257 ist eine Dosiervorrichtung bekannt, mit der eine Substanz in abgemessenen Volumina einer Trägerlösung zugemischt werden kann. Zur Förderung der Substanz ist eine peristaltische Pumpe vorgesehen, mit der die Substanz in eine mit der Trägerlösung gefüllte Mischkammer gelangt.

Aus anderen Anwendungsbereichen sind Mikro-Dosiervorrichtungen bekannt, die auf einer Direktverdrängung der zu dosierenden Lösung basieren. Eine wesentliche Komponente von Mikrodosiervorrichtungen ist eine Druckkammer, die teilweise von einem Verdränger in Form einer flexiblen Membran begrenzt ist. Durch Betätigung des Verdrängers wird die zu dosierende Lösung aus einem Reservoir angesaugt und dann aus der Druckkammer über eine Auslassöffnung ausgestoßen. Die Ansaugphase wird hierbei so gesteuert, dass eine kleine Volumenänderung des Druckkammervolumens pro Zeiteinheit eingestellt wird.

Demgegenüber wird während der Dosierphase eine große Volumenänderung pro Zeiteinheit erzeugt, um ein definiertes Volumen der Lösung abzugeben. Mit einigen Mikrodosiervorrichtungen lassen sich Lösungen unabhängig von der Viskosität und der Oberflächenspannung im Bereich zwischen 0,01 Mikroliter und 0,1 Mikroliter dosieren. Eine Mikrodosiervorrichtung der genannten Art ist aus der DE 198 02 368 C1 bekannt geworden.

Bestimmte medizinische Substanzen, wie beispielsweise Antibiotika, sind in flüssiger Form nur begrenzt haltbar. Zur Dosierung von pulverförmigen Medikamenten sind Trockenpulver-Medikamentenabgabevorrichtungen bekannt, mit denen kleinste Partikel eines pulverförmigen Medikaments in vorbestimmten Dosen bereitgestellt werden können. Eine Vorrichtung der genannten Art ist aus der EP 826 386 B1 bekannt geworden. Mit der bekannten Trockenpulver-Medikamentenabgabevorrichtung wird das Medikament über die Atemwege dem Patienten zugeführt.

Die bekannten Mikro-Dosiervorrichtungen und die Trockenpulver-Medikamentenabgabevorrichtungen sind jedoch nicht geeignet, die Medikamente intravenös einem Patienten zuzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Medikamentendosiersystem anzugeben, das universell einsetzbar ist und mit dem auf einfache Weise medizinische Substanzen intravenös einem Patienten zugeführt werden können.

Außerdem soll ein Verfahren zur Dosierung von tropfen- oder partikelförmigen Substanzen angegeben werden.

Die Lösung der Aufgabe für die Vorrichtung erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Die Lösung der Aufgabe für das Verfahren erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.

Der Vorteil der Erfindung besteht im Wesentlichen darin; dass eine die medizinische Substanz aufnehmende Trägerlösung durch ein hydrophiles Vliesmaterial geleitet wird, wobei Substanzaustrittsöffnungen eines Dosiermoduls für die medizinischen Substanzen auf die Vliesoberfläche ausgerichtet sind. Das Vliesmaterial ist derart ausgebildet, dass es die Trägerlösung unabhängig von der Gravitation bindet und durch Kapillarwirkung die Vliesoberfläche durch die Trägerlösung benetzt ist. Hierdurch wird ein direkter Kontakt zwischen den dosierten medizinischen Substanzen und der Trägerlösung hergestellt. Die Struktur des Vlieses, das heißt die Kapillarität, ist so ausgelegt, dass die Oberflächenspannung der Trägerlösung an der gesamten Grenzfläche des Vlieses ausreicht, um den Eintritt von Luft in die Trägerlösung zu verhindern. Die Druckverhältnisse an der Vliesoberfläche lassen sich auf einfache Weise so einstellen, dass das Vlies und das Dosiermodul von einer gasdichten Mischkammer umschlossen sind und während der Dosierung ein bestimmter Arbeitsdruck innerhalb der Mischkammer eingestellt wird. Das Vlies befindet sich in einem zur Mischkammer hin offenen Mischkanal, der von der Trägerlösung durchströmt wird. Das Vlies füllt dabei den Mischkanal vollständig aus, so dass die Trägerlösung durch die Kapillaren des Vlieses hindurchströmen muss. Die maximal zulässige Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Mischkammer und dem hydrostatischen Druck in der Trägerlösung ist umgekehrt proportional zum Kapillardurchmesser des Vliesmaterials und abhängig von der Oberflächenspannung der Trägerlösung.

In vorteilhafter Weise ist der Mischkanal mit dem Vlies an der Unterseite der Mischkammer angeordnet, und das Dosiermodul befindet sich gegenüberliegend an der Oberseite der Mischkammer. Somit ist zwischen den Substanzaustrittsöffnungen des Dosiermoduls und dem Vliesmaterial ein Luftzwischenraum vorhanden, durch den die Benetzung des Dosiermoduls mit der Trägerlösung unter bunden wird.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß angegebenen Dosiervorrichtung besteht darin, dass Vorratsbehälter für die zu dosierenden Substanzen, im Gegensatz zu Dosierspritzen von bekannten Infusionssystemen, von der Baugröße her nicht begrenzt sind und daher ein Wechsel des Reservoirs nur in großen Zeitabständen vorgenommen werden muss.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Dosiervorrichtung lageunabhängig einsetzbar ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In vorteilhafter Weise ist das Dosiermodul als ein Partikeldosierer für in Trockenform vorliegende Substanzen oder als ein Tropfendosierer für flüssige Substanzen ausgebildet. Es ist auch möglich, Partikeldosierer und Tropfendosierer in Form eines Paralleldosierers auf einer gemeinsamen Ventilbank anzuordnen und auf diese Weise unterschiedliche medizinische Substanzen gleichzeitig und unabhängig voneinander zu dosieren.

In zweckmäßiger Weise ist die Trägerlösung eine Kochsalzlösung, eine Glukoselösung, eine Ringerlösung, eine Fettemulsion oder eine Nährlösung.

Zum Transport der Trägerlösung durch das Vliesmaterial ist abströmseitig des Vliesmaterials eine Förderpumpe angeordnet, welche über das Vliesmaterial die Trägerlösung aus einem Vorratsbehälter ansaugt und in eine zu einem Patienten führende Infusionsleitung pumpt.

Als Vliesmaterialien eignen sich in vorteilhafter Weise Glasfaser, Polyethylen mit hydrophiler Plasmabeschichtung, Polyolefin oder Polyester.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur gezeigt und im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Medikamentendosiersystem nach der Erfindung,
2 den Verlauf des hydrostatischen Druckes längs des die Trägerlösung transportierenden Schlauch systems.
Ein in der 1 gezeigtes erfindungsgemäßes Medikamentendosiersystem 1 enthält zwei Partikeldosierer 2, 3 und zwei Tropfendosierer 4, 5, die zusammen einen Paralleldosierer 6 bilden und an der Oberseite einer Mischkammer 7 angeordnet sind. Die Partikeldosierer 2, 3 sind mit Vorratsbehältern 8, 9 verbunden, die Trockenpulvermedikamente enthalten und zwei mit Medikamentenlösungen gefüllte Vorratsbehälter 10, 11 sind an die Tropfendosierer 4, 5 angeschlossen. Ein an der Unterseite der Mischkammer 7 angeordneter Mischkanal 12 ist mit einem hydrophilen Vliesmaterial 14 versehen und enthält eine Trägerlösung 13. Eine abströmseitig des Mischkanals 12 angeordnete Fördereinrichtung 15 saugt die Trägerlösung 13 über das Vliesmaterial 14 aus einem Reservoir 16 an und pumpt sie in eine Infusionsleitung 17, die mit einem in der 1 nicht dargestellten Patienten verbunden ist. Mit einem Fluidwiderstand 18 wird in der Infusionsleitung 17 ein definierter Förderdruck eingestellt.
Die Partikeldosierer 2, 3, die Tropfendosierer 4, 5 und die Fördereinrichtung 15 sind an eine Steuereinheit 19 angeschlossen, die alle Steuer- und Überwachungsarbeiten ausführt und Steuerimpulse für die Dosierer 2, 3, 4, 5 erzeugt. Über eine mit der Steuereinheit 19 verbundene Eingabeinheit 20 lassen sich die zu dosierenden Substanzmengen einstellen.
Das hydrophile Vliesmaterial 14 besitzt eine Vielzahl von mikrostrukturierten Kapillaren, die mit der Trägerlösung 13 benetzt sind. Die von den Dosierern 2, 3, 4, 5 über deren Substanzaustrittsöffnungen 21, 22, 23, 24 abgegebenen Partikel beziehungsweise Tropfen treffen auf die Vliesoberfläche auf und werden dort über die Kapillaren des Vliesmaterials 14 mit der Trägerlösung 13 in Kontakt gebracht. Dabei muss über die Fördereinrichtung 15 die Druckdifferenz zwischen der Mischkammer 7 und dem Mischkanal 12 so eingestellt sein, dass über die Kapillaren des Vliesmaterials 14 keine Luft aus der Mischkammer in den Mischkanal 12 gelangt.
An einem Zahlenbeispiel soll dieser Zusammenhang erläutert werden.
Die mögliche Druckdifferenz ist umgekehrt proportional zum Kapillardurchmesser des Vliesmaterials 14. Bei einem Kapillardurchmesser von 25 Mikrometer mit einer Glaskapillaren in Wasser beträgt die Druckdifferenz ca. 116 mbar. Unter Zugrundelegung dieser Stoffparameter darf die Druckdifferenz zwischen Mischkammer 7 und Mischkanal 12 den Wert von 116 mbar nicht übersteigen.
2 veranschaulicht den Verlauf des hydrostatischen Druckes p für das die Trägerlösung 13 transportierende Schlauchsystem längs des Fließweges s. Der besseren Übersicht wegen ist der Fließweg s in die Abschnitte A bis E unterteilt. Der Umgebungsdruck ist p₀.
Über einen hydrophilen Docht 25 wird die Trägerlösung 13 aus dem Reservoir 16 angesaugt. Aufgrund der Höhendifferenz zwischen dem Flüssigkeitsspiegel der Trägerlösung 13 und dem Docht 25 fällt der hydrostatische Druck p unter den Umgebungsdruck p₀. In den Abschnitten B und C reduziert sich der hydrostatische Druck p um Δ p (s) durch den Dochtwiderstand des Dochtes 25 und den Widerstand des Vliesmaterials 14 im Mischkanal 12. Im Abschnitt D kommt der Strömungswiderstand der Infusionsleitung 17 hinzu. Durch die Fördereinrichtung 15 kehren sich danach die Druckverhältnisse in der Infusionsleitung 17 um, so dass abströmseitig der Fördereinrichtung 15, im Abschnitt E, der hydrostatische Druck p größer als der Umgebungsdruck p₀ ist. Die Fördereinrichtung 15 muss dabei so eingestellt sein, dass der Grenzdruck p_min nicht unterschritten wird, beziehungsweise dass eine Druckdifferenz Δp_max im Vliesmaterial 14 nicht überschritten wird, um einen Luftdurchtritt in die Trägerlösung 13 zu unterbinden.

Claims

Medikamentendosiersystem mit einem Dosiermodul (6) für medizinische Substanzen und einem hydrophilen Vliesmaterial (14) mit einer Trägerlösung (13), wobei der Emissionsbereich von Substanzaustrittsöffnungen (21, 22, 23, 24) des Dosiermoduls (6) auf das Vliesmaterial (14) ausgerichtet ist.
Medikamentendosiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosiermodul (6) als ein Partikeldosierer (2, 3) ausgeführt ist.
Medikamentendosiersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosiermodul (6) ein Tropfendosierer (4, 5) ist.
Medikamentendosiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosiermodul als ein Paralleldosierer (6) zur Dosierung unterschiedlicher medizinischer Substanzen ausgebildet ist.
Medikamentendosiersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Paralleldosierer (6) zur gleichzeitigen und unabhängigen Dosierung unterschiedlicher Substanztropfen und unterschiedlicher Substanzpartikel ausgeführt ist.
Medikamentendosiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerlösung eine Kochsalzlösung, eine Glukoselösung, eine Ringerlösung, eine Fettemulsion oder ein Nährlösung ist.
Medikamentendosiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Vliesmaterial (14) Glasfaser, Polyethylen mit hydrophiler Plasmabeschichtung, Zellulose, Polyolefin oder Polyester vorgesehen ist.
Medikamentendosiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet; dass abströmseitig des Vliesmaterials (14) eine die Trägerlösung (13) in eine Infusionsleitung (17) pumpende Fördereinrichtung (15) vorgesehen ist.
Verfahren zur Dosierung von flüssigen oder partikelförmigen Substanzen mit einem Dosiermodul (6), gekennzeichnet durch die Schritte, eine Trägerlösung (13) zur Aufnahme der Substanzen durch ein hydrophiles Vliesmaterial (14) zu fördern und den Emissionsbereich von Substanzaustrittsöffnungen (21, 22, 23, 24) des Dosiermoduls (6) auf das Vliesmaterial (14) auszurichten.
Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch den Schritt, eine Fördereinrichtung (15) für die Trägerlösung (13) stromabwärts des Vliesmaterials (14) anzuordnen.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, eine Druckdifferenz aus barometrischem Druck im Emissionsbereich der Substanzaustrittsöffnungen (21, 22, 23, 24) und hydrostatischem Druck im Vliesmaterial (14) derart einzustellen, dass er kleiner als der maximale Kapillardruck ist, wobei sich der maximale Kapillardruck aus der Paarung von Vliesmaterial und Trägerlösung ergibt.