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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung befaßt
sich mit einer Vorrichtung zum Injizieren von Substanzen wie beispielsweise
Medikamenten in Körpergewebe
und insbesondere mit Vorrichtungen, die trockene Substanzen mittels
elektromagnetischer Energie in solche Gewebe injizieren.
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Hintergrund
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Zum
Verabreichen von Arzneien oder Medikamenten sind eine Reihe von
Methoden bekannt. Wenn es nicht möglich ist, eine patientenfreundliche Art
der Verabreichung zu entwickeln, wie eine oral verabreichte Tablette,
ist es nötig,
die Medizin oder das Medikament direkt in das Körpergewebe oder den vaskulären Blutstrom
einzuführen.
Hypodermische Nadeln werden üblicherweise
verwendet, um flüssige
Lösungen
oder Suspensionen eines pharmazeutischen Wirkstoffes in das subkutane
Gewebe eines Patienten zu injizieren.
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Trotz
ihrer weitverbreiteten Verwendung haben hypodermische Spritzen einige
beträchtliche
Unzulänglichkeiten.
Die spitzen Hohlnadeln können eine
Verletzung des Patien ten ebenso wie des medizinischen Personals,
das die Injektion verabreicht, bewirken. Einmal benutzte Nadeln
sind auch eine potentielle Infektionsquelle oder ein Weg zur Verbreitung
von Krankheiten. Folglich müssen
gebrauchte Nadeln als gefährlicher
medizinischer Müll
behandelt werden. Die Injektionen sind im allgemeinen schmerzhaft
wegen der Durchdringung der Haut des Patienten durch die Nadel und
wegen des Volumens (z. B. 0,01 bis 0,5 ml) der injizierten Flüssigkeit.
Darüber
hinaus kann die Verabreichung einer Injektion gutes Augenmaß und Geschicklichkeit
erfordern. Dies kann für
viele Patienten, die sich ihre Injektionen selbst verabreichen,
ein Problem darstellen. Insgesamt kann deshalb der Prozess des Verabreichens einer
Injektion mittels Verwendung hypodermischer Spritzen relativ kostenintensiv,
zeitaufwendig und komplex sein.
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Flüssigstrahl-Injektionssysteme
wurden als nadelfreie Alternative zu hypodermischen Spritzen entwickelt.
Bei dieser Vorgehensweise wird ein Strahl einer Flüssigkeit
mit so hoher Geschwindigkeit aus einer Öffnung ausgestoßen, daß er dazu
in der Lage ist, in Gewebe einzudringen und so das Medikament subkutan
zu plazieren. Im Vergleich zu hypodermischen Spritzen kann ein Flüssigstrahl-Injektionssystem
weniger schmerzhaft sein und vom Benutzer geringere Fähigkeiten
erfordern. Die Patienten zeigen auch eine geringere psychologische
Aversion gegenüber
einem Flüssigstrahl-Injektionssystem
als gegenüber
einer Injektion mittels einer hypodermischen Spritze.
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Jedoch
kann die Verabreichung eines Medikaments mittels eines Flüssigkeitsstrahles
Hautschäden
und Blutungen verursachen. Hinzu kommt, daß relativ viel Energie benötigt wird,
um das Flüssigkeitsvolumen
zu bewegen und den Hochgeschwindigkeitsstrahl zu bilden, z. B. Drücke der
Größen ordnung
von mehreren hundert Atmosphären.
Obwohl die theoretische Energieanforderung etwa 6 Joule mechanische
Energie in einem Zeitraum von etwa 200 msec beträgt, bewirken mechanische und
andere Systemverluste einen tatsächlichen
Energiebedarf, der wesentlich höher
ist, z. B. etwa 10 bis 20 Joule. Die Mittel um einen so großen Energiepuls
zu erzeugen, können
große
Federn, komprimiertes Gas und pyrotechnische Treibsätze sein.
Unter dem Gesichtspunkt der Größe und Leistungsfähigkeit
sind komprimierte Gase und Pyrotechnik vorteilhaft. Diese begegnen
jedoch Hürden
durch regulatorische Vorschriften, die für solche Vorrichtungen üblich sind, beispielsweise
Sicherheitsbestimmungen oder Vorschriften zu Transport und Handhabung.
Eine weitere Unzulänglichkeit
von Flüssigstrahl-Injektoren
ist, daß ein
Lösungsmittel
für das
Medikament injiziert wird. Einerseits vergeudet dies Energie und
andererseits wird dadurch das Volumen, das unter hohem Druck in den
Körper
eingeführt
wird, vergrößert.
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Darüber hinaus
ist bei hypodermischen Spritzen oder Flüssiginjektionssystemen die
Lagerfähigkeit
der zu injizierenden flüssigen
Lösungen
oder Suspensionen meist kürzer
als für
Medizin oder Medikamente in Form getrockneter Pulver. Deshalb müssen einige
empfindliche Medikamente als trockene Pulver gelagert und dann unmittelbar
vor Gebrauch mit einer sterilen Flüssigkeit vermischt werden.
Der Vorgang des Preparierens dieser Lösungen oder Suspensionen zur
Injektion bedarf spezieller Fähigkeiten
und Übung
und ist darüber
hinaus zeitaufwendig und kostenintensiv. Außerdem sind in weniger entwickelten
Regionen oft spezielle Vorbereitungen nötig, um für eine geeignete Quelle einer
sterilen Flüssigkeit
zu sorgen und/oder die flüssigen
Lösungen
oder Suspensionen aufzubewahren.
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Die
PCT-Veröffentlichung
Nr. WO 94/24263 offenbart eine nadellose Spritze, die einen überschall-schnellen
Gasfluß nutzt,
um trockene Partikel einschließlich
therapeutischer Wirkstoffe zu verabreichen. Bei dieser nadellosen
Spritze wird von einer Hochdruckgasquelle mindestens eine Membran
zerrissen, um einen überschall-schnellen
Gasfluß zu
erzeugen. Die Veröffentlichung
beschreibt ein Ausführungsbeispiel,
bei dem ein kleines Heliumreservoir mit 60 Atmosphären Druck
als Gasquelle verwendet wird. Wie dort beschrieben ist, bewirken
das Reißen der
Membran und der überschallschnelle
Gasfluß, daß die Medikamentpartikel
auf Geschwindigkeiten von etwa 800 bis 1000 Meter pro Sekunde beschleunigt
werden. Es wird auch berichtet, daß die so beschleunigten Partikel
die Haut eines Patienten durchdringen und so das Medikament verabreicht
wird. Das beschriebene System hat eine Reihe von Unzulänglichkeiten.
Die beschriebene Spritze erfordert ein Hochdruckgasreservoir und
einen Auslösemechanismus
oder ein mechanisches Äquivalent,
um den Druck zu erzeugen, der erforderlich ist, um die Bedingungen
für einen überschallschnellen
Gasflusses herzustellen. Auch ist überschallschneller Gasfluß laut,
so daß Maßnahmen
ergriffen werden müssen, um
den entstehenden Lärm
zu reduzieren. Deshalb beschreibt die PCT-Anmeldung (z. B. auf Seite
14) einen Schalldämpfer
zur Absorption der Druckwelle, die von der Haut des Patienten zurückreflektiert
wird. Trotz des Schalldämpfers
ist die Vorrichtung als Folge der schnellen Freisetzung von Hochdruckgas
sehr laut. Weil das in der PCT-Anmeldung beschriebene System eine
Druckgasquelle benutzt, begegnet es darüber hinaus ebenso wie Flüssigstrahl-Injektionssysteme,
die komprimiertes Gas einsetzen regulatorischen Hürden.
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Das
US-Patent Nr. 5,294,850 offenbart eine elektromagnetische Beschleunigeranordnung
mit mindestens einer sta tionären
Primärspule
und einer beweglichen Anordnung, die mindestens eine bewegliche
Sekundärspule
aufweist. Bei dieser Vorrichtung ist nur die stationäre Primärspule mit
der Stromquelle über
Leiter verbunden. Der Strom in der Sekundärspule, die Teil des bewegten
Projektils ist, wird induktiv durch das sich ändernde Feld in der Primärspule erzeugt.
Dadurch sind keine Leiter, die zur Sekundärspule führen, notwendig. Dies entspricht
der Absicht, die Sekundärspule
als Teil eines freifliegenden Projektils zu nutzen.
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Auf
dieser Grundlage ist es wünschenswert, neue
Methoden und Vorrichtungen zum Verabreichen therapeutischer Wirkstoffe
an einen Patienten zu haben. Es wäre besonders wünschenswert,
neue Methoden und Vorrichtungen zu haben, die trockene Wirkstoffe
durch die Haut eines Patienten verabreichen können. Derartige Vorrichtungen
und Verfahren sollten in ihrer Konstruktion einfach sein, weniger kostenintensiv
pro Injektion als Vorrichtungen und Methoden nach dem Stand der
Technik, sie sollten keine hochbefähigten Nutzer erfordern, um
die Vorrichtung anzuwenden, sich als weniger schmerzhaft erweisen
als Injektionen, die mittels einer hypodermischen Spritze verabreicht
werden, und weniger laut sein als Vorrichtungen nach dem Stand der
Technik.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
bevorzugter Aspekt der Erfindung ist eine Transdermal-Injektionsvorrichtung
zum Injizieren eines therapeutischen Wirkstoffes in einen Körper mittels
elektromagnetischer Abstoßungskräfte.
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Durch
erfindungsgemäße Methoden
und Vorrichtungen können
trockene Pulver, Partikel oder Substanzen durch die Haut eines menschlichen,
tierischen oder pflanzlichen Körpers
injiziert werden. Trockene Pulver oder Partikel oder andere Materialien
können
so verabreicht werden, daß das
Material in das subkutane Gewebe des Körpers gelangt.
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Die
trockenen Substanzen, die injiziert werden, schließen im allgemeinen – ohne darauf
beschränkt
zu sein – Festkörper, Gele,
poröse
Festkörper,
in denen Flüssigkeiten
absorbiert sind, eingekapselte Flüssigkeiten, Pulver oder jede
Form eines Materials ein, das bei hohen Geschwindigkeiten injiziert
und/oder darauf beschleunigt werden kann. Die Partikel und ähnliches
können
ebenso gut von unregelmäßiger Form
sein wie eine vorherbestimmte Form oder Gestalt aufweisen, beispielsweise
als Kugeln oder Pfeile. Die Partikel und ähnliches können eine einheitliche Größe haben
oder über
einen vorgegebenen Größenbereich
variieren, beispielsweise im Bereich von Mikrometern. Auch kann
deren Anzahl von einem einzigen bis zu einer Million und mehr variieren.
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Allgemein
verwendet eine erfindungsgemäße Vorrichtung
nach der Erfindung elektromagnetische Abstoßungskräfte zwischen Leitern, in denen große, gepulste,
antiparallele Ströme
fließen,
um einen schleuderartigen Mechanismus auszulösen. Dieser schleuderartige
Mechanismus beschleunigt das Material, das verabreicht werden soll,
auf eine zur Injektion in einen Körper ausreichende Geschwindigkeit.
Das zu verabreichende Material kann beliebig aus einer Vielfalt
von Materialien, insbesondere therapeutischen Wirkstoffen, wie Insulin,
Antibiotika, Schmerzmitteln etc. ausgewählt werden.
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Andere
Aspekte der Erfindung werden im folgenden diskutiert.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Für ein besseres
Verständnis
der Natur und der angestrebten Ziele der vorliegenden Erfindung wird
auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit
den zugehörigen
Zeichnungen verwiesen, wobei gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen
Figuren einander entsprechende Teile bezeichnen.
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1A–1C sind
schematische Ansichten eines ersten Ausführungsbeispiels des Schleudermechanismus,
die das Prinzip zeigen, das die vorliegende Erfindung verkörpert;
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2 ist eine axonometrische
Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels
des Schleudermechanismus der 1A bis 1C;
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3A–3C sind
Querschnittsansichten eines zweiten Ausführungsbeispiels des Schleudermechanismus,
die das Prinzip zeigen, das in der vorliegenden Erfindung verkörpert ist;
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3D ist eine Draufsicht eines
exemplarischen Ausführungsbeispiels
des Schleudermechanismus der 3A–3C;
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4 ist eine Querschnittsansicht
eines alternativen Ausführungsbeispiels
des Schleudermechanismus der 3A–3D;
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5 ist eine axonometrische
Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels
des Schleudermechanismus der vorliegenden Erfindung.
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6A–6B sind
Querschnitts- bzw. Seitenansichten eines vierten Ausführungsbeispiels
des Schleudermechanismus der vorliegenden Erfindung;
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7A–7B veranschaulichen
eine beispielhafte Anordnung zum Beladen mit einer Nutzlast;
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8A–8B veranschaulichen
eine zweite beispielhafte Anordnung zum Beladen mit einer Nutzlast;
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9A–9C veranschaulichen
eine dritte beispielhafte Anordnung zum Beladen mit einer Nutzlast;
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10 ist ein Blockschaltbild
eines Ausführungsbeispiels
einer Injektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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11 ist ein Blockschaltbild
eines zweiten Ausführungsbeispiels
einer Injektionsvorrichtung;
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12 ist eine schematische
Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels
einer Injektionsvorrichtung;
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13 ist eine Querschnittsansicht
eines Schleudermechanismus-Injektionsmoduls zur Injektion zur Verwendung
in den Injektionsvorrichtungen der 11–13;
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14A–14B sind
schematische Ansichten von Beispielen mechanischer Schalter.
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15A–15B sind
Ansichten eines fünften Ausführungsbeispiels
eines Schleudermechanismus nach der vorliegenden Erfindung.
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16 zeigt eine axonometrische
Ansicht eines Impulstransformators.
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17A ist eine schematische
Ansicht eines Verbrauchsmoduls, das ein Schleudermodul und eine
Sekundärspule
eines Impulstransformators aufweist.
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17B ist eine schematische
Ansicht des Moduls von 17A innerhalb
einer schematischen Injektionsvorrichtung.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Zur
vorliegenden Erfindung gehört
eine Injektionsvorrichtung zum Injizieren einer Nutzlast, insbesondere
eines trockenen Pulvers, Partikeln oder ähnlichem, in und durch die
Haut eines Körpers
hindurch, sei er menschlich, tierisch oder pflanzlich. Elektromagnetische
Abstoßungskräfte zwischen
Leitern, die antiparallele, gepulste Ströme tragen, beschleunigen die
Nutzlast auf eine hinreichend hohe Geschwindigkeit zur Injektion
in den Körper.
Für die vorliegende
Erfindung soll „antiparallel" den Anfangszustand
des Stromes beschreiben, wenn er durch die Leiter fließt. Genauer
gesagt, daß der
Stromfluß in dem
einen Leiter parallel zum Fluß in
dem zweiten Leiter ist, aber vektoriell in umgekehrter Richtung fließt.
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In
einer speziellen Ausführungsform
gehören zu
dem Mechanismus zum Erzeugen der Abstoßungskräfte erste und zweite leitfähig Glieder,
die anfangs so angeordnet sind, daß wenigstens in einem bestimmten
Gebiet das erste und zweite leitfähige Glied im wesentlichen
parallel zueinander verlaufen. Die Nutzlast ist an dem zweiten leitfähigen Glied
auf irgendeine Art lösbar
angebracht oder befestigt, so daß sie daran gehalten wird,
während
die Abstoßungskräfte sie
beschleunigen. Die Abstoßungskräfte werden
in wenigstens einem bestimmten Gebiet, wo die ersten und zweiten
Glieder anfangs parallel zueinander angeordnet sind, erzeugt, indem
ein Strom durch die ersten und zweiten leitfähigen Glieder fließt, so daß das zweite
leitfähige
Glied durch Abstoßung
von dem ersten leitfähigen
Glied weg bewegt wird. Die Nutzlast ist dabei so an dem zweiten Glied
angebracht oder befestigt, daß sie
sich von ihm an einem geeigneten Punkt während der Beschleunigung löst. Die
Kraft, die zwischen dem ersten und dem zweiten leitfähigen Glied
erzeugt wird, ist in erster Näherung
proportional zu der Länge,
auf der das erste und das zweite Glied parallel angeordnet sind, proportional
zu dem Quadrat des Stromes, der durch die Glieder fließt, und
umgekehrt proportional zu dem Abstand zwischen den Gliedern. Es
wird deshalb angestrebt, die Glieder vor dem Auslösen so nah
wie möglich
beieinander anzuordnen, aber dabei einen elektrischen Kontakt zwischen
den Gliedern zu vermeiden. Jedoch gibt es auch Ausführungsformen,
bei denen die Glieder elektrisch leitend an einem Ende verbunden
sind und Strom an den unverbundenen Enden angelegt wird (z. B. schlaufenförmige Ausführungsformen).
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist es weiterhin bevorzugt,
einen sehr hohen Strom an die ersten und die zweiten leitfähigen Glieder
anzulegen, um eine hohe Abstoßungskraft
zu erreichen.
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Im
folgenden werden verschiedene spezifische Konfigurationen des Schleudermechanismus beschrieben
und veranschaulicht. Dabei sind jedoch die dazugehörigen Injek tionsvorrichtungen
und Methoden der vorliegenden Erfindung nicht auf diese spezifischen
Konfigurationen beschränkt.
Es liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, ein leitfähiges Metallglied 20 mit
einer beliebigen geometrischen Gestalt vorzusehen, das eine Kraft
in einer vorgegebenen Richtung erzeugt, sobald es einem gepulsten Strom
hoher Spannung ausgesetzt ist, wobei diese Kraft eine Nutzlast auf
die gewünschte
Geschwindigkeit zum Zwecke der Injektion beschleunigt.
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Typischerweise
weist der geometrische Aufbau eines gegebenen Schleudermechanismus 12 mindestens
drei Eigenschaften auf. Erstens erlaubt der Aufbau des Schleudermechanismus
in geeigneter Weise, daß wenigstens
zwei gegenüberliegende leitfähige Glieder
so nahe wie möglich
zueinander mit einer Induktivität
von beinahe Null angeordnet werden können. Vorzugsweise sind dabei
die Metallglieder so angeordnet, daß wenigstens ein Teil eines
der Metallglieder über
eine vorgegebene Strecke im wesentlichen parallel zu den anderen
Metallgliedern verläuft.
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Zweitens
erlaubt der Aufbau des Schleudermechanismus in geeigneter Weise,
daß zumindest eines
der metallischen Glieder sich durch Abstoßung von dem anderen metallischen
Glied weg bewegt, wenn ein gepulster Strom durch die metallischen Glieder
fließt.
Vorzugsweise sorgt der Aufbau in einem vorgegebenen Bereich für einen
derartigen antiparallelen Stromfluß in gegenüberliegenden metallischen Gliedern,
daß wenigstens
ein Glied bewegt und durch das von den antiparallelen Strömen erzeugte
elektromagnetische Feld beschleunigt wird.
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Drittens
resultiert die abstoßende
Bewegung des wenigstens einen metallischen Glieds darin, daß wenigstens
ein Teil des Metallglieds in einer vorgegebenen Richtung be schleunigt
wird. Vorzugsweise ermöglicht
es der Aufbau auch, eine Nutzlast mechanisch und lösbar daran
anzubringen oder zu befestigen, so daß diese ebenfalls solchermaßen beschleunigt
wird. Darüber
hinaus erfolgt eine solche Bewegung vorzugsweise mit einem Minimum
an Energieverlusten an das Material.
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Bei
den bevorzugten Ausführungsbeispielen der
vorliegenden Erfindung ist der Mechanismus zum Erzeugen einer elektromagnetischen
Kraft symmetrisch ausgebildet. Bei solchen symmetrischen Anordnungen
wird in zwei (oder mehr) sehr ähnlichen
Bereichen, die miteinander verbunden sind und ein Zentrum bilden,
eine elektromagnetische abstoßende Kraft
erzeugt. Wenn die Nutzlast an dem zweiten Glied in dem Bereich des
Zentrums angebracht ist, ist die Richtung der Beschleunigung wegen
der Symmetrie vorgegeben. Typische Ausführungsbeispiele solcher symmetrischer
Anordnungen sind in den 1, 3 und 15 gezeigt.
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Bei
den verschiedenen Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf
gleiche Teile. In den 1A bis C sind schematische Ansichten eines Ausführungsbeispiels
des Schleuder-Injektionsmechanismusses 12 gezeigt, die
das Prinzip veranschaulichen, das in einer elektromagnetischen Injektionsvorrichtung 10 (5) nach der vorliegenden Erfindung
verkörpert
ist. Insbesondere wird auch auf die 10 bis 12 im Hinblick auf jene Komponenten hingewiesen,
die nicht näher
in den 1A bis 1C gezeigt sind. Zusätzlich wird
auch auf die 7 bis 9 hinsichtlich weiterer Details,
welche die Nutzlast 28, ihre Zusammensetzung und ihre Verbindung
zu dem Schleuder-Injektionsmechanismus 12 betreffen, hingewiesen.
Der Klarheit wegen wird im folgenden von einer Bewegung in einer
nach oben oder aufwärts
gerichteten Richtung gesprochen, jedoch ist dies keine Einschränkung, da die
Bewegungsrichtung von der Orientierung der elektromagnetischen Injektionsvorrichtung 10 zum
Zielgebiet des Körpers
abhängt.
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Die 1A bis 1C veranschaulichen den gesamten Betriebsablauf
des ersten Ausführungsbeispiels
des Schleudermechanismus 12 von dem Zustand vor der Injektion
oder der Anfangsposition, wie in 1A veranschaulicht, über die
Beschleunigung der Nutzlast 28, wie in 1B veranschaulicht, bis zum Lösen der
Nutzlast 28 von dem Schleudermechanismus 12 zur
Injektion, wie in 1C veranschaulicht.
In 1A wird ein Ausführungsbeispiel des
Schleudermechanismus 12 gezeigt, das ein leitfähiges metallisches
Glied 20 aufweist, das zu einer engen M-Form gebogen oder
geformt ist. Dessen beide äußere Arme 22 sind
an Versorgungsanschlüsse 24 elektrisch
angeschlossen oder kontaktiert. Der innere Abschnitt der M-Form
beinhaltet zwei innere Arme 23, die über ein bogen- oder muldenförmiges Glied 25 miteinander
verbunden sind, so daß sie
eine Schlinge 26 bilden. Die Nutzlast 28 ist in
der gebogenen Mulde 25 der Schlinge 26 angeordnet.
Auch die äußeren und
inneren Arme 22, 23 sind mechanisch und elektrisch
mittels gebogener Glieder verbunden, die einen Gelenkpunkt für die angrenzenden
inneren und äußeren Arme
bilden. Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind die äußeren Arme
die ersten leitfähigen Glieder
und die inneren Arme die zweiten leitfähigen Glieder, an denen die
Nutzlast befestigt wird.
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Zur
Injektion der Nutzlast 28 wird ein Strompuls in den Schleudermechanismus 12 über die
Versorgungsanschlüsse 24 eingeleitet.
Wenn der Strom durch das Metallglied 20 fließt, ist
er in jedem der äußeren Arme 22 des Schleudermechanismus
zu dem Strom in einem angrenzenden inneren Arm 23 antiparallel.
Dies bewirkt eine gegenseitige Ab stoßung zwischen angrenzenden
inneren und äußeren Armen 22, 23,
so daß diese
sich voneinander weg bewegen, wie in 1B veranschaulicht.
Wenn die äußeren und
inneren Arme 22, 23 sich voneinander weg bewegen,
wird das muldenförmige
Glied 25 und damit auch die Nutzlast 28 nach oben
beschleunigt, wie in 1B dargestellt.
Auf diese Art und Weise überträgt die Bewegung
der Schlinge 26 kinetische Energie, die durch die abstoßende Bewegung
der inneren und äußeren Arme 22, 23 entwickelt
wurde, auf die Nutzlast 28: Die weitere Bewegung des Schleudermechanismus 12 kann
man am besten verstehen, indem man ihn modellhaft als einen mit
einem Scharnier versehenen starren Körper betrachtet. Wegen der gegenseitigen
Abstoßung
bewegen sich die äußeren und
inneren Arme 22, 23 weiterhin voneinander weg, bis
die Schlinge 26 begradigt ist. Zu diesem Zeitpunkt erreichen
die Nutzlast 28 und das relative Zentrum der Schlinge 26 ihre
maximale Geschwindigkeit. Sobald sich die Schlinge 26 durch
ihre begradigte Position bewegt, beginnt sie langsamer zu werden.
Die reduzierte Geschwindigkeit der Schlinge 26 bewirkt, daß sich die
Nutzlast 28, wie in 1C gezeigt,
von ihr löst.
Die Nutzlast 28 setzt dann ihre Route zum Zielgebiet eines
Körpers
fort. Die Maximalgeschwindigkeit, welche die Nutzlast 28 erreicht,
genügt
dafür, daß die Nutzlast
die Haut eines Körpers
durchdringen kann und im subkutanen Gewebe eines Körpers zum
Stillstand kommt.
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Aus 1C ist ersichtlich, daß der benutzte symmetrische
Mechanismus zum Erzeugen einer elektromagnetischen Kraft den Vorteil
bietet, daß die Richtung
der Beschleunigung der Nutzlast wohldefiniert ist.
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Der
Strompuls, der in den Schleudermechanismus 12 eingeleitet
wird, ist vorzugsweise ein Hochstrompuls, zum Beispiel in der Größenordnung von
mehreren Tausend Ampere, und von sehr kurzer Dauer, zum Beispiel
in der Größenordnung
von Mikrosekunden. Auf diese Art und Weise kann der Strompuls durch
die äußeren und
inneren Arme 22, 23 fließen, bevor die Arme sich wegen
des vom Strompuls erzeugten elektromagnetischen Feldes repulsiv
voneinander weg bewegt haben. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
liegt der Spitzenstrom des Strompulses im Bereich von 6000 bis 20000
A. Die Pulsdauer beträgt
1 Mikrosekunde oder weniger, und die Spannung liegt im Bereich von
1000 bis 4000 Volt.
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Die
Dauer, Stromstärke
und Spannung des Strompulses wird so gewählt, daß die maximale Geschwindigkeit,
die von der trockenen, zu injizierenden Substanz erreicht wird,
ausreicht, um die Haut des Körpers
oder Organismus zu durchdringen und das angestrebte Eindringen in
dessen Gewebe zu erreichen. Die Eindringtiefe und dementsprechend
die Maximalgeschwindigkeit, die erreicht werden muß, hängt von
einer Reihe von Faktoren ab, einschließlich der Dichte, Größe, Orientierung
und Form der trockenen Substanz oder dessen, in dem die trockene
Substanz enthalten ist (z. B. Partikelgröße). Beispielsweise würde eine
Nutzlast von 0,5 mg, die aus Partikeln im Größenbereich von 20 Mikrometern
besteht, typischerweise die Haut durchdringen und in das subkutane
Gewebe eines Körpers
gelangen, wenn sie auf eine maximale Geschwindigkeit von 800 m/s
oder mehr beschleunigt wird. Jedoch können auch maximale Geschwindigkeiten
oberhalb oder unterhalb von 800 m/s verwendet werden, um für eine gegebene
Größe, Gestalt
und Dichte eines Partikels das gewünschte Eindringen zu erreichen.
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Das
leitfähige
Metallglied 20 kann aus einem beliebigen leitfähigen Material
gefertigt sein und eine beliebige Dicke aufweisen, sofern es die
Nutzlast so beschleunigen kann, daß die gewünschte oder benötigte Geschwindigkeit
zur Injektion der Nutzlast in einen Patienten erreicht wird. Vorzugsweise
sind die gewählten
Materialien und Dicke hinreichend, um die strukturelle Unversehrtheit
des Schleudermechanismus 12, insbesondere des Metallglieds 12,
im Anschluß an
das Einleiten eines Strompulses in das Metallglied und die Erzeugung
der abstoßenden
elektromagnetischen Felder zum Beschleunigen der Nutzlast 28 zu
erhalten. Darüber
hinaus kann die Dicke oder der Aufbau jedes äußeren Armes 22 dahingehend
angepaßt
werden, daß er
lokaler Biegebelastung, die von der abstoßenden Kraft hervorgerufen wird,
besser widersteht. Beispielsweise kann jedem äußeren Arm 22 eine
U-förmige
Gestalt gegeben werden, oder es können die äußeren Arme dicker gemacht werden
als die inneren Arme 23. In einem speziellen Ausführungsbeispiel
sind das Metallglied 20 und die Versorgungsanschlüsse aus
Aluminium. In diesem speziellen Ausführungsbeispiel ist das Metallglied
vorzugsweise ein Band mit einer Dicke von etwa 0,1 bis 0,2 mm und
einer Breite im Bereich von 1 bis 2 mm.
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Vorzugsweise
sind die äußeren und
inneren Arme 22, 23 anfangs in einem vorgegebenen
Bereich, der etwa 2 bis 5 mm lang ist, zueinander parallel angeordnet.
Dazu sind die äußeren und
inneren Arme 22, 23 so nah wie möglich aneinander
angeordnet, ohne einen elektrischen Kurzschluß über die Arme zu erzeugen. In
besonderen Ausführungsbeispielen
beträgt
die Luftlücke
zwischen den äußeren und
inneren Armen 22, 23 etwa 0,025 bis 0,1 mm in wenigstens
einem vorgegebenen Bereich. Alternativ kann, wie in 4 gezeigt, ein isolierender Film wie beispielsweise
ein Polymerfilm zwischen wenigstens einem der äußeren und inneren Arme 22, 23 angeordnet
werden, so daß die
Arme voneinander durch die Dicke des Films auf Abstand gehalten
sind. Dieser isolierende Film kann auf einer Oberfläche eines der
Metallglieder 20 aufgetragen sein, so daß der Film
zwischen den äußeren und
inneren Armen 22, 23 angeordnet ist.
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In 2 ist ein zu dem in 1A bis 1C gezeigten Ausführungsbeispiel alternatives
Ausführungsbeispiel
des Schleudermechanismus 12a dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
weist das leitfähige
Metallglied 20a einen Mittelteil 27 auf, zu dem
zwei elektrische Anschlüsse
gehören,
die elektrisch und mechanisch mit den äußeren Armen 22 und
den Versorgungsanschlüssen 24 verbunden sind.
In allen relevanten Aspekten funktioniert diese alternative Ausführungsform
jedoch in ähnlicher
Weise wie der oben beschriebene Schleudermechanismus 12 der 1A–1C.
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Die 3A bis 3C zeigen Querschnittsansichten eines
zweiten Ausführungsbeispiels
eines Schleuderinjektionsmechanismus 12b, die das Prinzip
veranschaulichen, das in einer elektromagnetischen Transdermal-Injektionsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung verkörpert
ist. Insbesondere wird hinsichtlich Komponenten, die in 3A bis 3C nicht näher dargestellt sind, auf die 10 bis 12 verwiesen. Des weiteren wird auf die 7 bis 9 hinsichtlich weiterer Details der Nutzlast 28,
insbesondere ihrer Zusammensetzung und ihrer Befestigung an dem
Schleuderinjektionsmechanismus 12, verwiesen. Die 3A bis 3C veranschaulichen den gesamten Bewegungsablauf
des zweiten Ausführungsbeispiels
von der Anfangsposition, wie in 3A dargestellt, über die
Beschleunigung der Nutzlast 28, wie in 3B darge stellt, bis zum Lösen der
Nutzlast 28 von dem Schleudermechanismus 12b,
wie in 3C dargestellt.
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Wie
aus 3A ersichtlich,
weist das zweite Ausführungsbeispiel
des Schleudermechanismus 12b ein leitfähiges Metallglied 20b und
einen Tragblock 30 auf. Das Metallglied 20b weist
einen bogenförmigen
Oberteil 32 und zwei bogenförmige Unterteile 34 auf,
die durch zwei gekrümmte
Abschnitte 36 miteinander verbunden sind. Zumindest ein
Teil der Oberseite 38 des Tragblocks 30 ist eingebuchtet,
um die bogenförmige
Gestalt der Unterteile 34 aufzunehmen und schließt eine
Durchgangsöffnung
für die Leiteranschlüsse 40 ein,
die von den Unterteilen ausgehen. Die Leiteranschlüsse 40 sind
elektrisch mit den Versorgungsanschlüssen 24 verbunden,
wie in den 1 bis 2 veranschaulicht wird. In
einem speziellen Ausführungsbeispiel,
wie in 3D deutlicher gezeigt,
liegt das leitfähige
Metallglied 20b in einem konkav gewölbten Schlitz im Tragblock 30.
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Zum
Injizieren der Nutzlast wird ein Strompuls in den Schleudermechanismus 12b über die
Anschlüsse 40 eingeleitet.
Wegen der antiparallelen Ströme
in den Ober- und Unterteilen 32, 34 stoßen sich
die Ober- und Unterteile voneinander ab, wie vorstehend beschrieben.
Die Bewegung der Unterteile 34 wird jedoch wesentlich von
der Oberseite 38 des Tragblocks im wesentlichen verhindert.
Folglich bewirken die wechselseitig abstoßenden Kräfte hauptsächlich, daß sich der Oberteil 32 von
den Unterteilen 34, wie in 3B dargestellt,
entfernt und dabei die Nutzlast 28 beschleunigt. Auf diese
Art und Weise überträgt der Oberteil 32 des
Schleudermechanismus kinetische Energie auf die Nutzlast 28.
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An
einem bestimmten Punkt seiner Aufwärtsbewegung erreicht das Zentrum
des Oberteils 32 seine Maximalgeschwindigkeit. Danach beginnt sich
die Geschwindigkeit zu reduzieren. Wenn der Oberteil 32 anfängt seine
Geschwindigkeit zu reduzieren, löst
sich die Nutzlast 28 von dem Oberteil, wie in 3C gezeigt. Wie vorstehend
beschrieben, reicht die Maximalgeschwindigkeit, die von der Nutzlast 28 aufgrund
der Bewegung des Oberteils 32 erreicht wird, dafür aus, daß die Nutzlast
die Haut eines Körpers
durchdringen kann und in dessen subkutanem Gewebe zur Ruhe kommt.
Auch ist die anfänglich
gebogene Konfiguration des Metallglieds 20b in dieser Hinsicht
vorteilhaft, da sie es dem Metallglied ermöglicht, mit einem Minimum an
Energieverlusten zu beschleunigen, so daß ein größerer Teil der Abstoßungsenergie
auf das Beschleunigen der Nutzlast verwendet wird. Biegeverluste
sind minimiert, weil die Unterteile 34 von dem Tragblock 30 gestützt und
gehalten werden, und weil das Metallglied 20b sich aus der
Anfangsposition in die Ablöseposition
im wesentlichen ohne große
Deformationen an den Gelenkpunkten entfaltet.
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Das
in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel ist
in der Terminologie dieser Erfindung symmetrisch, weil die ersten
Glieder 34 zwei Unterteile von gleicher Gestalt aufweisen
und das zweite Glied 32 als zwei identische Teile, die
sich in der Mitte treffen, angesehen werden kann. Wenn die Nutzlast
an dem zweiten leitfähigen
Glied in dem zentralen Bereich (nahe der Symmetrieebene) befestigt
ist, ist die Bewegungsrichtung klar definiert.
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Hinsichtlich
geeigneter Materialien und Details zur Konstruktion des leitfähigen Metallglieds 20b und
der Parameter oder Charakteristika des Strompulses, der in den Schleudermechanismus 12b eingeleitet
wird, kann auf die vorangegangene Diskussion betreffend die 1A bis 1C Bezug genommen werden. Der Tragblock 30 ist
aus Materialien gefertigt, welche die strukturelle Belastung durch
die Abstoßungskräfte aushalten
und eine weitere Bewegung der Unterteile 34 unterdrücken. Bevorzugt
sind die Materialien des Tragblocks nicht leitend und nicht magnetisch.
In einem spezifischen Ausführungsbeispiel
ist der Tragblock aus Keramik oder einem Kunststoff wie einem Thermoplast
oder einem Duroplast hergestellt.
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In 4 ist ein zu dem in 3A bis 3D gezeigten Ausführungsbeispiel alternatives
Ausführungsbeispiel
eines Schleudermechanismus 12d gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist ein isolierender Film 37, wie beispielsweise ein Polymerkunststoffilm
zwischen gegenüberliegenden
Oberflächen des
Oberteils 32 und der Unterteile 34 des leitfähigen Metallglieds 20d angeordnet
und isoliert diese elektrisch. Der isolierende Film 37 erstreckt
sich dabei über
die gesamte Länge
der gegenüberliegenden Oberflächen, so
daß die
beiden elektrischen Anschlüsse,
die sich von der Öffnung
in dem Tragblock 30 nach außen erstrecken, isoliert sind.
Bevorzugt wird das Metallmaterial, aus dem das Metallglied 20 geformt
ist, mit dem isolierenden Film beschichtet oder dieser darauf aufgetragen.
Alternativ kann auch jede beliebige andere Methode und Technik angewandt
werden, die dem Fachmann bekannt ist, um gegenüberliegende Oberflächen des
leitfähigen
Metallglieds 20d voneinander zu beabstanden und elektrisch
zu isolieren. Obwohl nur eine beschichtete Oberfläche dargestellt
ist, liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch mehr als
eine Oberfläche
zu beschichten oder mit einem isolierenden Film zu bedecken.
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Die
Anschlüsse 33 sind
mit der Strom- und Spannungsquelle mittels zweier Klemmelektroden 35,
welche die Anschlüsse zusammenklemmen,
verbunden. Die Klemmenelektroden 35 können als Teil des Schleudermoduls 110 oder
der Steckverbindung 112 (11 bis 13) so ausgeführt sein,
daß sie
abnehmbar die Anschlüsse
des Schleudermechanismus aufnehmen. In allen relevanten Aspekten
funktioniert die alternative Ausführungsform jedoch in ähnlicher
Weise, wie es vorstehend für
den Schleudermechanismus 12b der 3A bis 3D beschrieben ist.
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In 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des
Schleudermechanismus 12c der vorliegenden Erfindung gezeigt
einschließlich
eines leitfähigen
Metallglieds 20c und eines Tragblocks 30c. Im
Hinblick auf geeignete Materialien und konstruktive Details des
leitfähigen
Metallglieds 20c, die Parameter oder Charakteristika des
eingeleiteten Strompulses und der Materalien des Tragblocks 30c wird
auf die vorstehende Diskussion zu den 1 bis 3 verwiesen. Zu näheren Details
bezüglich
der Nutzlast 28, ihre Zusammensetzung und ihre Befestigung
an dem Schleuderinjektionsmechanismus 12 wird auf 7 bis 9 verwiesen. Das Metallglied 20c weist
eine Schlaufe 50 auf, die erste und zweite Arme 52, 54 hat,
die mechanisch und elektrisch miteinander über einen gebogenen Teil verbunden
sind und die jeweils mechanisch und elektrisch mit den Versorgungsanschlüssen 24 verbunden
sind. Die Nutzlast 28 ist ungefähr im Mittelpunkt des ersten
Arms 52 angebracht.
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Der
Tragblock 30c ist so angeordnet, daß eine Seite 31 von
ihm an eine Seite des zweiten Arms 54 angrenzt; vorzugsweise
ist diese Seite 31 des Tragblocks in engem Kontakt mit
dieser Seite des zweiten Arms. Die gegenüberliegende Seite 33 des Tragblocks 30c ist
in engem Kontakt mit einer anderen nichtbeweglichen Oberfläche des
Schleudermoduls 100 oder befindet sich in einer Tasche,
die von einem der Versorgungsanschlüsse 24, wie in 5 gezeigt, ausgebildet ist.
Alternativ kann, wie in 13 veranschaulicht,
das Gehäuse 150 des Schleudermoduls 100 so
aufgebaut sein, daß der Tragblock
integral als Teil des Modulgehäuses
ausgebildet ist.
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Um
die Nutzlast 28 für
eine Injektion zu beschleunigen, wird ein gepulster Strom in und
durch das Metallglied 20c hindurch geleitet, wodurch Abstoßungskräfte erzeugt
werden, welche die ersten und zweiten Arme 52, 54 voneinander
weg bewegen. Wie vorstehend beschrieben, unterdrückt dabei der Tragblock 30c im
wesentlichen eine abstoßende
Bewegung des zweiten Arms 54, so daß sich lediglich der erste
Arm 52 wirksam in die vorgegebene Richtung 56 bewegt.
Die Nutzlast 28 wird dadurch beschleunigt und bewegt sich
in ähnlicher
Weise in diese Richtung, wie das für den Oberteil 32 des
zweiten Ausführungsbeispiels
( 3A bis 3C) beschrieben wurde. Auch wird auf
diese Art und Weise die Nutzlast 28 auf ihre Maximalgeschwindigkeit
beschleunigt und löst
sich von dem ersten Arm 52, so daß sie die Haut eines Körpers durchdringen
kann und in dem subkutanen Gewebe desselben zur Ruhe kommt. Das
Ausführungsbeispiel
der 5 ist ein asymmetrisches.
Die Bewegungsrichtung der Nutzlast ist ersichtlich von den elastischen
Kräften
des ersten 52 und zweiten Glieds 54 abhängig, so
daß die
Bewegungsrichtung experimentell bestimmt werden muß.
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In
den 6A und 6B ist ein viertes Ausführungsbeispiel
des Schleudermechanismus 12e der vorliegenden Erfindung
einschließlich
eines leitfähigen
Metallglieds 20e und eines Tragblocks 30e gezeigt.
Bezüglich
geeigneter Materialien und konstruktiver Details des leitfähigen Metallglieds 20e,
der Parameter oder Charakteristika des eingeleiteten Strompulses
und der Materialien des Trag blocks 30e wird auf die vorstehende
Diskussion zu den 1 bis 3 verwiesen. Hinsichtlich
weiterer Details zur Nutzlast 28, ihrer Zusammensetzung
und Befestigung an dem Schleuderinjektionsmechanismus 12e wird
auf die 7 bis 9 verwiesen.
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Das
Metallglied 20e weist ein oberes Segment 60 auf,
das zwei unteren Segmenten 62 gegenüberliegend angeordnet ist.
Die oberen und unteren Segmente 60, 62 sind strukturell
und elektrisch miteinander mittels zweier geriffelter oder fächerartig
gefalteter Seiten 64 verbunden, so daß eine schachtelartige Struktur
mit flexiblen Seiten gebildet wird. Die Versorgungsanschlüsse 68 sind
mit den unteren Segmenten 62 verbunden und elektrisch voneinander
mittels einer Isolation 66 getrennt, das ein isolierender
Polyesterfilm sein kann, wie vorstehen beschrieben. Wie ebenfalls
vorstehend beschrieben, können
die äußeren Oberflächen und/oder
die gegenüberliegenden
Oberflächen
der Segmente 60, 62, 64 des Metallglieds
mit einem isolierenden Film, wie in 4 gezeigt,
beschichtet sein.
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Anfangs
sind die geriffelten Seiten 64 nach unten in Richtung 67 zusammengepreßt, so daß die oberen
und unteren Teile 60, 62 voneinander ungefähr 0,025
bis ungefähr
0,1 mm beabstandet sind. Um die Nutzlast 28 zu beschleunigen,
wird über
die Versorgungsanschlüsse 68 ein
Strompuls durch das Metallglied 20e hindurch geleitet.
In ähnlicher
Weise wie vorstehend zu den 3A bis 3C beschrieben, bleiben die
unteren Segmente 62 wegen der Anwesenheit des Tragblocks 30 dabei
im wesentlichen stationär.
Folglich wird das obere Segment 60 elektromagnetisch und
abstoßend
von den unteren Segmenten 62 weg bewegt. Die geriffelten
Seiten 64 tragen wegen des antiparallelen Stromflusses
durch gegenüberliegende
Riffeln der geriffelten Seiten ebenfalls zu der abstoßenden Bewegung
des oberen Segments 60 bei. Wie ebenfalls vorstehend beschrieben, löst sich
die Nutzlast 28 zu einem Zeitpunkt während der Beschleunigung von
dem oberen Segment 60, wie in 6A gezeigt.
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Die 7 bis 9 zeigen beispielhaft drei Mechanismen
und Techniken zum Beladen der Nutzlast 28, so daß diese
lösbar
an einem Teil des Schleudermechanismus 12 angebracht oder
befestigt ist, genauer gesagt an dem Metallglied 20 eines
solchen Mechanismus. Die hier beschriebenen Mechanismen und Techniken
erschöpfen
nicht alle möglichen
Mechanismen und Techniken, mit denen eine Nutzlast während ihrer
Beschleunigungsphase gehalten und anschließend kontrolliert freigegeben
werden kann, wenn die Nutzlast die zur Injektion gewünschte Maximalgeschwindigkeit
erreicht hat. Deshalb liegen auch andere solche Mechanismen, Techniken
oder Methoden im Rahmen der vorliegenden Erfindung.
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Die
Nutzlast 28 schließt
trockene Substanzen und ähnliches
ein, die durch die Haut eines Körpers
oder Organismus injiziert werden können, so daß das injizierte Material in
das subkutane Gewebe des Körpers
oder Organismus gelangt. Die trockenen Substanzen schließen, ohne
darauf beschränkt
zu sein, Festkörper,
Gele, poröse
Festkörper
mit absorbierten Flüssigkeiten,
eingekapselte Flüssigkeiten, trockene
Pulver, Partikel oder jede beliebige Form eines Materials ein, das
bei hohen Geschwindigkeiten injiziert und/oder darauf beschleunigt
werden kann. Die Partikel und ähnliches
können
von unregelmäßiger Gestalt
sein oder auch eine vorherbestimmte Form oder Gestalt aufweisen.
Beispielsweise können die
Partikel sphärisch
oder pfeilförmig
oder eine Mischung davon sein. Des weiteren können die Partikel und ähnliches
eine einheitliche Größe aufweisen oder über einen
vorgegebenen Bereich von Größen variieren.
Auch kann deren Anzahl von einem einzigen bis zu einer Million und
mehr variieren.
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Bei
bestimmten Ausführungsformen
schließt das
aktive Material, das injiziert wird, therapeutische Wirkstoffe wie
beispielsweise Antibiotika, Insulin, Proteine und Schmerzmittel,
ein. Es liegt jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, daß das verabreichte
Material auch andere injizierbare Substanzen umfaßt, einschließlich beispielsweise
DNA.
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In
den 7A und 7B sind Querschnittsansichten
von verschiedenen Teilen eines beispielhaften Schleudermechanismus 12 gezeigt,
um einen Mechanismus oder eine Technik zum lösbaren Befestigen einer Nutzlast
an dem Schleudermechanismus zu veranschaulichen. Bei dieser Technik
wird eine Hülle
an dem beweglichen Arm oder Teil des leitfähigen Metallglieds 20 des
Schleudermechanismus 12 unter Verwendung eines Klebstoffs
oder ähnlichem
befestigt. Die Hülle 200 weist
eine oder mehrere Soll-Bruchstellen 202, Schlitze, Flächen mit
einer lokalen Dünnung
oder ähnlichem
auf, die dazu geschaffen sind nachzugeben, wenn sie einer bestimmten
Belastung ausgesetzt sind und so die Hülle öffnen. Wie in 7A gezeigt, ist die Hülle versiegelt und die Nutzlast 28 darin
gehalten, wenn sich der Schleudermechanismus in seinem anfänglichen, nicht
beschleunigten Zustand befindet.
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Wenn
der gepulste Strom durch das leitfähige Metallglied 20 geleitet
wird, wird die Hülle 200 und dementsprechend
auch die darin befindliche Nutzlast 28 in der oben beschriebenen
Art und Weise beschleunigt. Zu einem Zeitpunkt des Beschleunigungsvorgangs
bewirkt die Trägheit
der Nutzlast und/oder die Verformung des Metallglieds 20,
daß sich
jede Soll-Bruchstelle öffnet
und so die Nutzlast 28 zur Injektion, wie in 7B gezeigt, freisetzt. Einmal
freigesetzt, bewegt sich die Nutzlast 28 weiter auf die
Zielfläche
des Körpers
oder Organismus zu.
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Die 8A und 8B zeigen eine Querschnittsansicht eines
Teils eines beispielhaften Schleudermechanismus 12, um
einen zweiten Mechanismus oder eine zweite Technik zum lösbaren Befestigen
einer Nutzlast an dem Schleudermechanismus zu veranschaulichen.
Bei dieser Technik wird ein Belag 210 eines klebrigen Mastix
oder ähnlichem
auf den beweglichen Arm oder Teil des leitfähigen Metallglieds 20 des
Schleudermechanismus 12 aufgebracht. Das Material, das
die Nutzlast 28 bildet, wie beispielsweise Partikel oder
Pulver, wird auf die freie Oberfläche des Belags 210,
wie in 8A gezeigt, aufgebracht, so
daß es
dort gehalten wird, wenn der Schleudermechanismus sich in seiner
anfänglichen,
nicht beschleunigten Position befindet. Wenn das Metallglied 20 am
oder nahe dem Ende seiner Beschleunigung ist, löst sich die Nutzlast 28 von
dem Belag 210, wie in 8B gezeigt.
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Die 9A bis 9C zeigen eine Querschnittsansicht eines
Teils eines beispielhaften Schleudermechanismus 12, um
einen dritten Mechanismus oder eine dritte Technik zum lösbaren Befestigen
einer Nutzlast an dem Schleudermechanismus zu veranschaulichen.
Bei dieser Technik wird ein Beutel 200 an dem beweglichen
Arm oder Teil des leitfähigen
Metallglieds 20 des Schleudermechanismus 12 mittels
eines Klebstoffs, durch Verbinden des Materials mit dem Metallglied
durch Erhitzen oder ähnliches,
befestigt. Der Beutel 200 weist eine oder mehrere Soll-Bruchstellen 222 oder
Linien auf, die so beschaffend sind, daß sie nachgeben, wenn sie bestimmten
Lasten ausgesetzt werden und dann reißen oder den Beutel öffnen. Wie
in 9B gezeigt, ist die Tasche 200 versiegelt
und die Nutzlast 28 darin gehalten, wenn der Schleudermechanismus
sich in seinem anfänglichen,
nicht beschleunigten Zustand befindet.
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Wenn
der gepulste Strom durch das leitfähige Metallglied 20 geleitet
wird, werden der Beutel 200 und entsprechend die darin
befindliche Nutzlast 28 in der vorstehend beschriebenen
Art und Weise beschleunigt. Zu einem Zeitpunkt des Beschleunigungsvorgangs
bewirken die Trägheit
der Nutzlast 28 und/oder die Verformung des Metallglieds 20,
daß jede
Soll-Bruchstelle 222 nachgibt und so die Nutzlast 28 zur
Injektion, wie in 9C gezeigt,
freisetzt. Einmal freigesetzt, bewegt sich die Nutzlast 28 weiter zum
Zielgebiet des Körpers
oder Organismus.
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Ein
Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels
einer elektromagnetischen Injektionsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in 10 dargestellt.
Die Injektionsvorrichtung weist eine Bereitschaftsleuchte 104,
einen Auslöseschalter 106,
eine Stromquelle 108, einen Kondensator 110 und
eine Steckverbindung 112 auf, die das Schleudermodul 100 und
die elektrischen Anschlüsse
mit dem Kondensator 110 über den Auslöseschalter 106 verbindet.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird
die Injektionsvorrichtung 10 von Hand gehalten und alle
Komponenten sind in einem einzigen Gehäuse angeordnet, das beispielsweise äußere Abmessungen
mit einer Länge
von etwa 175 mm und 65 mm Breite aufweist. Wie im folgenden näher beschrieben
wird, sind das Beladen, Gebrauchen und Bedienen einer solchen Injektionsvorrichtung 10 einfach
und erfordern kein spezielles Training oder besonderes Wissen über z. B.
menschliche oder tierische Physiologie.
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Der
Kondensator 110 ist ein Hochspannungskondensator mit einer
geringen Induktivität, wie
er von Cornell Dubilier für
explodierende Folieninitiatoren hergestellt wird, und der eine Energiemenge
von etwa 5 Joule speichern kann. Bevorzugt hat der Kondensator eine
Kapazität
von etwa 0,2 bis 4,0 Mikrofarad, besonders bevorzugt von etwa 1
Mikrofarad, eine Induktivität
von etwa 1 bis 10 Nanohenry, besonders bevorzugt etwa 2,5 Nanohenry,
und eine Ausgangsspannung in der Größenordnung von etwa 1.000 bis
4.000 Volt. Der Kondensator 110 ist dafür ausgelegt, hohe Ströme der Größenordnung
von 6.000 bis 20.000 Ampere während
eines Entladezyklus zu erzeugen.
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Der
Kondensator 110 ist an die Bereitschaftsleuchte 104 auf
irgendeine der im Stand der Technik bekannten Arten angeschlossen,
so daß die Bereitschaftsleuchte
leuchtet, wenn der Kondensator auf die zum Abfeuern des Schleudermoduls
benötigte
Mindestenergie aufgeladen ist. Die Bereitschaftsleuchte 104 ist
als irgendeine der im Stand der Technik bekannten Leuchten zum Erzeugen
solcher optischen Signale ausgeführt,
einschließlich
aber nicht darauf beschränkt
LEDs, LCDs und Xenonleuchten.
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Der
Auslöseschalter 106 ist
ein beliebiger mechanischer Schalter, wie beispielsweise ein gewöhnlicher
Kippschalter oder irgendein anderer, im Stand der Technik bekannter
Schalter, einschließlich aber
nicht darauf beschränkt
eines Festkörperschalters
und eines getriggerten Funkenstreckenschalters, insbesondere Schalter,
die in Gegenwart hoher Spannungen in der Größenordnung von Kilovolts wiederholt
geöffnet
und geschlossen werden können und
welche die erforderlichen Ströme
während
eines Entladezyklus leiten. In einem speziellen Ausführungsbeispiel
ist der Auslöseschalter 106 ein
mechanischer Schalter mit metallischen Kontakten für einen Nennbetrieb
von 20 Ampere, der erfahrungsgemäß im allgemeinen
nach mehreren Betätigungen
mit Strompulsen im Bereich von 5.000 bis 10.000 Ampere kaum Schaden
nimmt. Solche Schalter ermöglichen
es auch, die Ausgangsspannung in einem Zeitraum von einigen 10 Nanosekunden
auf die gewünschte
Spannung anzuheben, was für
eine Dauer des Strompulses im Bereich einer Mikrosekunde adäquat ist.
Obwohl der Auslöseschalter 106 vorzugsweise
mehrere Betätigungen
erlaubt, liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, daß die Injektionsvorrichtung 10 mit
einem Satz von Schaltern für
einen jeweils einmaligen Gebrauch als Teil des Schleudermoduls 100 ausgestattet
ist. Bei dieser Vorgehensweise würden
die Schalterkontakte jedesmal ausgetauscht werden, wenn das Schleudermodul 100 ausgetauscht
wird. Schematische Ansichten einiger beispielhafter mechanischer
Schalter 106 sind in den 14A und 14B gezeigt. Wie nachfolgend
beschrieben, ist der Auslöseschalter 106 vorzugsweise so
gewählt,
daß induktive
Energieverluste minimiert werden.
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Die
Steckverbindung 112 weist ein Gehäuse auf und darin angeordnet
irgendeine elektrische Verbindungsstelle, die die Versorgungsanschlüsse 24 elektrisch
mit dem Schleudermodul 100 verbindet und die dazu in der
Lage ist, wiederholt die erforderlichen Strompulse ohne Versagen
weiterzuleiten. Das Gehäuse
der Steckverbindung 112 ist so ausgebildet, daß es lösbar das
Schleudermodul zur Injektion der Nutzlast aufnehmen und stützen kann.
Bevorzugt ist das Gehäuse
der Steckverbindung so ausgeführt,
daß das
Schleudermodul leicht ohne spezielle Werkzeuge oder Ausrüstung eingesetzt
und entfernt werden kann. Auch ist das Gehäuse der Steckverbindung 112 aus
einem nichtleitenden und nichtmagnetischen Material, wie beispielsweise
Kunststoff, gefertigt, um induktive Energieverluste zu minimieren, wenn
der Schleudermechanismus 12 betätigt wird. Vorzugsweise wird
das Gehäuse
der Steckverbindung zusammen mit dem Gehäuse der Injektionsvorrichtung 100 geformt,
so daß sich
eine einheitliche Struktur ergibt, Alternativ dazu kann das Gehäuse der
Steckverbindung auf geeignete Art und Weise an dem Gehäuse der
Injektionsvorrichtung 10 befestigt werden.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen
die elektrischen Drähte
oder Anschlüsse
zwischen dem Kondensator und dem Schleudermodul 100 eine
Länge und
Beschaffenheit auf, durch die induktive Energieverluste minimiert
werden. Auch der Kondensator 110, der Auslöseschalter 106 und
die Steckverbindung 112 sind so gewählt, daß bei Betätigung des Schleudermechanismus 12 induktive
Energieverluste minimiert sind. Darüber hinaus ist der elektrische
Stromkreis, der den Pfad für
die Stromentladung vom Kondensator 110 zum Schleudermechanismus 12 bildet,
so konstruiert und seine Komponenten (z. B. der Kondensator) so
gewählt, daß der Strom
zum Schleudermechanismus 12 seinen Spitzenwert erreicht,
während
die Teile der leitfähigen
Metallglieder 20, die den elektromagnetischen Abstoßungskräften unterworfen
werden soll, nahe ihrer Anfangsposition sind, wie in 1A, 2, 3A, 4 und 5 gezeigt, und sich langsam bewegen.
Auf diese Art und Weise bewirkt der Strom den größtmöglichen Impuls (d. h. Kraft
integriert über
die Zeit) auf diese Teile des leitfähigen Metallglieds 20.
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Die
Stromquelle 108 kann irgendeine der dem Fachmann bekannten
Stromquellen sein, welche die zur Beladung des Kondensators 110 erforderlichen
Ströme
und Spannungen innerhalb einer adäquaten Zeitspanne, beispielsweise
10 Sekunden oder weniger, liefern kann. Für eine handgehaltene und tragbare
Injektionsvorrichtung 10 weist die Stromversorgung 108 vorzugsweise
einen Ein/Aus-Schalter 102, eine Gleichspannungsquelle 114 und
einen Gleichstrom zu Gleichstrom-Konverter 116 für Hochspannung
auf. Der Gleichstrom zu Gleichstrom-Konverter 116 ist ein
elektrischer Schaltkreis, der beliebig nach einer der im Stand der
Technik bekannten Techniken aufgebaut sein kann, um wiederholt und
zuverlässig
den Kondensator 110 mittels einer Niederspannungsgleichstromquelle
auf das erforderliche Maß aufzuladen.
Alternativ kann der Kondensator 110 auch mittels einer
Wechselstromquelle aufgeladen werden und der Konverter elektrisch
geeignet ausgebildet werden, um Wechselstrom und Wechselspannung
in zum Beladen des Kondensators erforderlichen Gleichstrom und Gleichspannung
umzuwandeln.
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Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die Gleichstromquelle eine Batteriestromquelle 114 mit
mehreren in Reihe geschalteten Batterien, beispielsweise AA Alkali
Batterien. Jedoch kann die Gleichstromquelle ein beliebiges System
sein, insbesondere ein System, das eine oder mehrere Batterien eines
beliebigen Batterietyps, beispielsweise eine C-Zellen-Batterie,
enthält.
Auch können
bei Anordnungen mit mehreren Batterien die Batterien sowohl in Reihe
als auch parallel geschaltet sein. Des weiteren kann die Batterie
eine Alkali-Batterie, eine Nickelcadmium-Batterie, eine Nickelmetallhydrid-Batterie oder
irgendein anderer bekannter Batterietyp sein. Die zur Anwendung
gewählte
Batterie ist vorzugsweise für
einen Benutzer leicht erhältlich
und hat eine ausreichende Kapazität, so daß der Kondensator 110 zigmal
(z. B. 50mal) aufgeladen werden kann, bevor die Batterien, welche
die Gleichstromquelle 114 bilden, vom Benutzer ausgetauscht
werden müssen.
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Als
Ein/Aus-Schalter 102 kann ein beliebiger Schalter nach
dem Stand der Technik verwendet werden, beispielsweise in Mini Mike
Miniature Snap Action Slide Schalter, wie er von ITW Switches hergestellt
wird. Der Ein/Aus- Schalter 102 ist
bevorzugt zwischen der Gleichstromquelle 114 und dem Gleichstrom
zu Gleichstrom-Konverter 116 angeordnet, so daß der Schalter
geringe Ströme
und Spannungen schaltet. Es ist jedoch auch im Rahmen der vorliegenden
Erfindung, den Ein/Aus-Schalter 102 zwischen der Stromversorgung 108 und
dem Kondensator 110 anzuordnen, so daß die von der Stromquelle ausgegebenen
Ströme
und Spannungen geschaltet werden.
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In 11 ist ein Blockdiagramm
eines zweiten Ausführungsbeispiels
der Injektionsvorrichtung einschließlich einer handgehaltenen
Injektionseinheit 120, einer beabstandet angeordneten Stromquelle 108a und
eines elektrischen Kabels 122, das die Stromquelle 108a mit
der handgehaltenen Injektionseinheit 120 zum Aufladen des
Kondensators 110 verbindet, gezeigt. Die handgehaltene
Einheit 120 schließt
den oben beschriebenen Ein/Aus-Schalter 102, die Bereitschaftsleuchte 104,
den Auslöseschalter 106,
den Kondensator 110 und die Steckverbindung 112,
die das Schleudermodul 100 und die elektrischen Anschlüsse zum
Kondensator 110 über
den Auslöseschalter 106 elektrisch
verbindet, ein.
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Die
Stromquelle 108a ist darauf ausgelegt, die zum Beladen
des Kondensators 110 mit der erforderlichen Energie/Ladung
benötigten
Ströme
und Spannungen zur Verfügung
zu stellen. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Stromquelle 108a ein
Wechselspannung zu Gleichspannung-Konverter, der in eine elektrische Wand-
oder Bodensteckdose eingesteckt werden kann. Die Stromquelle kann jedoch
in einer Vielzahl von möglichen
Systemen ausgeführt
sein, beispielsweise als Batteriesatz, wie er z. B. in Batteriesatzgürteln in
der Videoaufnahme-Industrie verwendet wird, und einen Gleichspannung
zu Gleichspannung-Konverter 116 wie vorstehend beschrieben
aufweist, um die erforderlichen Ströme und Spannungen zur Verfügung zu
stellen. In einer alternativen Ausführungsform ist der Gleichspannung
zu Gleichspannungs-Konverter 116 in die handgehaltene Einheit 120 aufgenommen,
so daß lediglich
niedrige Spannungen und Ströme über das Kabel 122 geleitet
werden. Bei dem Kabel 122 handelt es sich um ein beliebiges
elektrisches Kabel, das sicher und zuverlässig die erforderlichen Ströme und Spannungen
leitet.
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In 12 ist eine schematische
Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels
einer elektromagnetischen Injektionsvorrichtung 10c gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt. Gezeigt ist auch ein weiteres Ausführungsbeispiel
des Schleudermechanismus 12f. Dieser Schleudermechanismus 12f weist ein
erstes leitfähiges
Metallglied 70a und ein zweites leitfähiges Metallglied 70b auf,
die anfangs, wie vorstehend beschrieben, in einem vorgegebenen Bereich
zueinander parallel angeordnet sind. In einem Ausführungsbeispiel
sind die ersten und zweiten Metallglieder 70a, 70b bogenförmig ausgebildet
und so angeordnet, daß sie
in einer konvexen Einwölbung des
Tragblocks 30f liegen. Die Nutzlast 28 ist etwa
im Tiefpunkt und dementsprechend ungefähr im Mittelpunkt des zweiten
Metallglieds 70b angeordnet. Wie vorstehend im Zusammenhang
mit 3 und 4 beschrieben, bleibt das
erste Glied 70a wegen des Tragblocks 30f im wesentlichen
unbeweglich, wenn ein hochenergetischer Strompuls durch es hindurch geleitet
wird. Das zweite Glied 70b bewegt sich abgestoßen weg
von dem ersten Glied, wodurch die Nutzlast 28 beschleunigt
wird.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
einer Injektionsvorrichtung werden die ersten und zweiten Metallglieder 70a, 70b jeweils
von einer eigenen Stromquelle 72a, b gespeist.
Jede dieser Stromquellen 72a, b weist die vorstehend
im Zusammenhang mit 10 bis 11 beschriebenen funktionalen
Komponenten (z. B. Ein/Aus-Schalter 102, Kondensator 110)
auf, die genutzt werden, um einen hochenergetischen Strompuls zu
erzeugen. Die Vorrichtung ist darauf ausgelegt, synchrone Strompulse
an jedes der ersten und zweiten Metallgliedern 70a, 70b abzugeben,
so daß das
zweite Glied 70b sich repulsiv von dem ersten Glied weg
bewegt und dadurch die Nutzlast beschleunigt, die lösbar an
dem zweiten Glied angebracht oder festgemacht ist. Alternativ sind
die ersten und zweiten Metallglieder 70a, 70b elektrisch miteinander
und mit einer einzigen Stromquelle verbunden, obwohl sie nicht,
wie in den anderen Ausführungsbeispielen
des Schleudermechanismus, gemeinsam eine Schlinge bilden.
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Im
Sinne der vorliegenden Erfindung ist auch das in 12 gezeigte Ausführungsbeispiel ein symmetrisches.
Die Nutzlast ist an einem Zentrumsteil des zweiten leitfähigen Gliedes 70b angebracht. Wenn
Ströme
durch die ersten und zweiten Glieder fließen, ist die auf die Nutzlast 28 einwirkende
Kraft im Hinblick auf eine zur Zeichenebene senkrechte Symmetrieebene
symmetrisch.
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Obwohl
vorstehend die elektromagnetischen Injektionsvorrichtungen 10, 10a dahingehend
beschrieben wurden, daß sie
einen einzigen Kondensator 110 aufweisen, ist dies keine
Beschränkung.
Es liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, für eine solche Injektionsvorrichtung
zwei oder mehr Kondensatoren vorzusehen, die elektrisch in Serie
oder parallel geschaltet sind, um die gewünschten Strom- und Spannungspulse
zu erzeugen. Auch schließt
eine erfindungsgemäße Injektionsvorrichtung
eine beliebige Injektionsvorrichtung ein, welche die Merkmale der vorliegenden
Erfindung aufweist, unabhängig
von der spezifischen Anordnung der einzelnen Komponenten. Beispielsweise kann
eine handgehaltene Injektionseinheit elektrisch an eine Wechselstromquelle
angeschlossen sein und die handgehaltene Einheit einen Wechselspannung
zu Gleichspannung-Konverter aufweisen, um die Wechselspannungen
und Ströme
in die zum Beladen des Kondensators erforderlichen Ströme und Spannungen
umzuladen. Es liegt auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, daß eine solche
Injektionsvorrichtung als eine Einwegvorrichtung ausgebildet ist,
die nach einmaligem Gebrauch oder nach einer Injektion weggeworfen wird.
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13 zeigt eine Querschnittsansicht
eines Ausführungsbeispiels
eines Schleudermoduls 100. Das Schleudermodul 100 weist
ein Gehäuse 150,
einen Schleudermechanismus 12 und ein Abdeckteil 154 auf,
das eine Öffnung 152 an
einem Ende des Gehäuses
verschließt.
Das Abdeckteil 154 kann als Folie, beispielsweise aus Polyester
oder Mylar, ausgebildet sein, die lösbar an dem Gehäuse 150 befestigt
ist. Bei dem Ausführungsbeispiel
ist das Abdeckteil 154 ein Polyesterfilm mit einer Klebeschicht
aus Äthylenvinylacetat,
wie der von 3M hergestellte Scotch Pack Heat Sealable Lid Film,
der durch Erhitzen an dem Gehäuse 150 befestigt
ist. Das Abdeckteil 154 verschließt in Verbindung mit dem Gehäuse 150 die Öffnung 152,
durch welche die Nutzlast 28 ausgestoßen wird, so daß die Nutzlast
nicht kontaminiert oder verschmutzt wird. Das Gehäuse 150 ist vorzugsweise
aus einem Material gefertigt, das nichtleitend und nichtmagnetisch
ist, beispielsweise aus einem Thermoplasten wie Polyester, Polycarbonat oder
ABS, oder aus einem Duroplasten wie einem Phenol- oder Epoxidharz.
Das gewählte
Material für das
Gehäuse
sollte darüber
hinaus nicht mit der Nutzlast reagieren oder die Gefahr einer Verschmutzung
der Nutzlast 28 erhöhen.
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Der
Schleudermechanismus 12 ist in dem Gehäuse 150 des Moduls
angeordnet, so daß die
Beschleunigungsrichtung der Nutzlast 28 im wesentlichen
mit der Achse der Gehäuseöffnung 152 übereinstimmt.
Auf diese Art und Weise wird die Nutzlast 28 durch die Öffnung 152 ausgestoßen, wenn
der Schleudermechanismus 12 mittels des Strompulses betätigt wird.
Um den Injektionsvorgang zu erleichtern, ist das Gehäuse vorzugsweise
so ausgebildet, daß der
Abstand zwischen der Anfangsposition der Nutzlast 28, beispielsweise
in dem muldenförmigen Teil 25,
und der abschließenden
Oberfläche 156 des Gehäuses, an
der das Abdeckteil 154 befestigt ist, zugleich der gewünschte Abstand
zwischen der Nutzlast und dem für
die Injektion vorgesehenen Hautareal ist. Es sollte klar sein, daß das Modul 100 nicht
auf den speziellen Schleudermechanismus beschränkt ist, der dargestellt ist,
und daß im
Rahmen der vorliegenden Erfindung das Schleudermodul 100 jeden
beliebigen der hierin beschriebenen oder gezeigten Schleudermechanismen
enthalten kann.
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Am
gegenüberliegenden
Ende 158 des Modulgehäuses 150 ist
eine Ausnehmung 160 vorgesehen, in der die Versorgungsanschlüsse 24 für den Schleudermechanismus 12 zugänglich sind.
Das Ende 158, die Ausnehmung 160 und die Position
der Versorgungsanschlüsse 24 sind
so angeordnet und ausgebildet, daß sie lösbar zu der Steckverbindung 112 der
Injektionsvorrichtung 10, 10a passen. Das Gehäuse 150 ist
auch so konstruiert, daß es
den Schleudermechanismus 12 in der zur Injektion geeigneten
Ausrichtung positioniert.
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Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist
das Gehäuse
zwei innere Schrägflächen 162 auf,
die seitlich der äußeren Arme 22 angeordnet sind.
Die Schrägflächen 162 sind
so ausgeführt,
daß sie
wie ein Tragblock wirken und die Bewegung der äußeren Arme 22 unterdrücken, so
daß diese nicht von
der gewünschten
Stellung während
der Beschleunigung der Nutzlast abweichen. Es sollte klar sein,
daß im
Rahmen der vorliegenden Erfindung die Innenflächen des Gehäuses so
ausgebildet sein können,
daß bestimmte
Bewegungen der leitfähigen
Metallglieder 20 wie hier beschrieben unterdrückt werden
oder auch so ausgebildet sein können,
daß eine solche
Bewegung unterdrückt
wird.
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Die
Bedienung und der Gebrauch der Injektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung können
am besten aus der nachfolgenden Diskussion und unter Bezugnahme
der Figuren sowie der vorangegangenen Diskussion verstanden werden.
Obwohl der Injektionsvorgang im folgenden in einer bestimmten Abfolge
beschrieben wird, liegt es im Rahmen der Erfindung, die beschriebenen
Vorgänge
in beliebiger Reihenfolge auszuführen,
sofern dies zur Injektion einer Nutzlast von therapeutischen Verbindungen
in einem Körper
führt.
Auch liegt es im Rahmen der beschriebenen Methode oder des beschriebenen
Vorgangs eine beliebige trockene Substanz, wie beschrieben, in einen
Körper
oder Organismus zu injizieren, obwohl der nachfolgend beschriebene Vorgang
die Injektion einer Nutzlast aus therapeutischen Verbindungen in
einen Körper
betrifft.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel belädt der Hersteller
jedes Schleudermodul 100 mit einer gewünschten Dosierung mit einer
bestimmten therapeutischen Verbindung oder ähnlichem in einer sterilen
Verpackung. Es liegt jedoch auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung,
den Schleudermechanismus 12 in situ vor der Verwendung
zu beladen.
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Das
mit der erforderlichen Dosierung eines therapeutischen Wirkstoffs
vorbeladene Schleudermodul 100 wird aus der sterilen Verpackung
entnommen und in eine von der Steckverbindung 112 gebildete
Kammer im Gehäuse
der Vorrichtung eingebracht.
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Der
Benutzer schließt
dann den Ein/Aus-Schalter 102 und die Stromversorgung 108 lädt den Kondensator 110 auf.
Wenn der Kondensator auf die für
eine ordnungsgemäße Betätigung des Schleudermechanismus 12 erforderliche
Mindestenergie aufgeladen ist, geht die Bereitschaftsleuchte 104 an.
Der Anwender entfernt das Abdeckteil 154 von dem Schleudermodul 100 und
positioniert die Modulöffnung 152 so,
daß sie
im geeigneten Abstand auf die angezielte Fläche des Körpers zeigt. Vorzugsweise ist,
wie vorstehend beschrieben, das Schleudermodul 100 so konstruiert,
daß die
Nutzlast 28 im richtigen Abstand von der Haut angeordnet ist, wenn es
gegen die Haut gedrückt
wird.
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Wenn
das Schleudermodul 100 geeignet positioniert ist, betätigt der
Benutzer (z. B. durch Drücken)
den Betätigungsschalter 106,
um den Kondensator 110 elektrisch mit dem Schleudermechanismus 12 zu
verbinden. Der Kondensator 110 entlädt dann einen Strompuls durch
den Schleudermechanismus 12, der die Nutzlast 28 beschleunigt
und durch die Haut in das subkutane Gewebe wie vorstehend beschrieben
injiziert.
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Nach
dem Injizieren der Nutzlast wird das verbrauchte Schleudermodul 100 aus
der Injektionsvorrichtung entfernt und vom Anwender weggeworfen.
Das verbrauchte Schleudermodul 100 kann auf dieselbe Art
und Weise entsorgt werden, wie jeder gewöhnliche Artikel, der mit der
Haut in Kontakt gekommen ist. Im Unterschied zu hypodermischen Spritzen
und deren Nadeln muß das
verbrauchte Schleudermodul 100 jedoch nicht zwangsläufig als biologisch
gefährliches
Material gehandhabt und entsorgt werden. Auch müssen keine besonderen Entsorgungsvorsichtsmaßnahmen
ge troffen werden, wie es bei hypodermischen Spritzen und/oder deren Nadeln
der Fall ist, da das Schleudermodul 100 keine scharfe oder
spitze Oberfläche
verwendet, um die Haut zu durchdringen und die Nutzlast zu injizieren.
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Falls
nötig verwendet
der Anwender dann ein neues, beladenes Schleudermodul 100 für die nächste Injektion,
und dieses Schleudermodul 100 wird, wie vorstehend beschrieben,
in die Steckverbindung 112 eingebracht. Daran anschließend wird
der oben beschriebene Vorgang des Positionierens, Injizierens und
Entsorgens wiederholt. Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß der Kondensator
im Anschluß an
eine Entladung automatisch wieder geladen wird, oder auch daß das Wiederaufladen
des Kondensators 110 manuell nach jeder Injektion ausgelöst wird.
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15 zeigt ein fünftes bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Schleudermechanismus. 15A zeigt die Vorrichtung
vor der Betätigung,
während 15B die Vorrichtung nach
der Betätigung
zeigt. Wie vorstehend beschrieben, hat das Ausführungsbeispiel der Vorrichtung
nach 15 ein leitfähiges Glied
mit einem ersten Teil 322 und einem zweiten Teil 323,
die über
eine vorgegebene Strecke im wesentlichen parallel angeordnet sind. Der
erste Teil des leitfähigen
Gliedes hat wie in 15A gezeigt
zwei identisch geformte Füße 322, 322'. Der zweite
Teil des leitfähigen
Gliedes hat zwei Füße 323, 323'. 15A zeigt, daß das erste
und zweite leitfähige
Glied so geformt sind, daß sie
einen konkaven Teil 324 haben, der eine Tasche ausbildet, in
der die Nutzlast plaziert werden kann. Es ist jedoch bevorzugt,
die Nutzlast an dem zweiten Teil des leitfähigen Gliedes im Bereich dieser
Tasche 324 anzubringen. Die beiden Füße 322, 322' des ersten
Teils des leitfähigen
Gliedes sind über
Versorgungsanschlüsse 325 an
Anschlußfahnen 326 an geschlossen.
Zum Auslösen
der Vorrichtung wird ein hoher Strompuls in die Anschlußfahnen 326 eingeleitet. Das
in 15 gezeigte Ausführungsbeispiel ähnelt den
in 3, 4, 5 und 12 gezeigten Ausführungsbeispielen
insofern, als es ein Tragteil 330 verwendet, das den ersten
Teil 322, 322' des
leitfähigen
Gliedes stützt.
Der Tragblock 330 der 15A hat
in dem Gebiet des ersten Abschnitts des leitfähigen Gliedes eine sehr vorteilhafte
Gestalt. Wie bereits in 3 und 4 gezeigt, hat der Tragblock
330 im Gebiet des Zentrums einen konkaven Teil. Jedoch geht das
Ausführungsbeispiel
der 15 über die
vorhergehenden Ausführungsbeispiele
hinaus, indem es unterhalb der leitfähigen Teile einen konvexen
Teil aufweist, in dem der konkave Teil angeordnet ist. Der gezeigte
konvexe Teil hat nahezu die Gestalt eines Halbkreises mit einem
ersten Radius, aus dem ein Halbkreis mit einem zweiten, kleineren
Radius ausgenommen ist. Die Verbesserung, die durch diese Anordnung
erzielt wird, kann man sehen, wenn man 15A und 15B vergleicht.
Wenn ein elektrischer Strom in die Anschlußfahnen 326, 326' eingeleitet wird,
wird eine abstoßende
Kraft zwischen dem ersten und dem zweiten Teil des leitfähigen Gliedes
erzeugt. Die seitlichen Anteile der ersten und zweiten Teile des
leitfähigen
Gliedes, die parallel zu dem Halbkreis mit dem ersten Radius verlaufen,
versuchen ihren Abstand zu vergrößern, wobei
aber nur eine Bewegung des zweiten Teils stattfindet, da der erste
Teil von dem Tragblock 330 gestützt ist. Durch diese Bewegung
streckt sich der konkave Abschnitt des zweiten Teils des leitfähigen Gliedes.
Der Streckvorgang, der von den seitlichen Anteilen des leitfähigen Gliedes
ausgelöst
wird, erhöht
die Geschwindigkeit der Nutzlast in Richtung 340 zusätzlich zu
der Geschwindigkeit, die alleine von den Abstoßungskräften in diesem Bereich erreicht
wird. Ein sehr wichtiger, in 15 gezeigter
Aspekt, der aber auch in anderen Ausführungsbeispielen genutzt werden könnte, sind
die Verankerungsmittel 350, 350'. Diese Verankerungsmittel dienen
dazu, die Enden des ersten und zweiten Teils des leitfähigen Gliedes
festzuhalten, wenn die abstoßenden
Kräfte
wirken. Die gezeigten Verankerungsmittel haben die Form von Zylindern,
die in Ausnehmungen im Tragteil 330 passen. Jedoch können die
Verankerungsmittel auch andere Formen aufweisen wie beispielsweise
Haken oder Nadeln, die die Position der Enden der Teile der leitfähigen Glieder
relativ zum Tragteil fixieren. Wenn Verankerungsmittel verwendet
werden, müssen
die leitfähigen
Glieder nicht sehr steif sein, um einen Schleudervorgang zu ermöglichen.
Dies bedeutet, daß Materialien
mit geringerer Steifheit verwendet werden können, was es auch möglich macht,
die Dicke des Materials zu senken und so das Gewicht des zweiten
Teils des leitfähigen
Gliedes zu verringern. Jede Reduktion des Gewichts des zweiten Teils
des leitfähigen
Gliedes ist vorteilhaft, da seine Beschleunigung Energie verbraucht,
die besser genutzt werden kann, um die Nutzlast zu beschleunigen.
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16 zeigt einen Pulstransformator
zum Transformieren von starken, elektrischen Strompulsen von hoher
Spannung in Pulse mit niedrigerer Spannung und noch höherem Strom.
Der Transformator 400 weist eine Primärspule mit einer bestimmten
Windungszahl auf. Die Windungszahl liegt vorzugsweise im Bereich
von 2 bis 100. Die Sekundärspule 402,
die koaxial mit der Primärspule 401 ausgerichtet
ist, hat nur eine einzige Windung. Die Sekundärspule hat vorzugsweise die
Gestalt eines Ringes mit einem Schlitz 403. Ein Schleudermodul 300 ist
elektrisch an diese Sekundärspule
in solcher Weise angeschlossen, daß die Anschlußfahnen
des Schleudermoduls elektrischen Kontakt mit den beiden Seiten der
Sekundärspule
haben. Dies kann erreicht werden, indem das Schleudermodul mittels Klemmen 410 mit
der Sekundärspule
geklemmt wird. Das in 16 gezeigte
Schleudermodul ist das in 15 gezeigte
Ausführungsbeispiel.
Es liegt jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, andere Schleudermodule
gemäß der vorliegenden
Erfindung in Verbindung mit dem Pulstransformator zu nutzen. Zum
Auslösen
des Schleudermoduls 300 wird der Pulstransformator mit
den Anschlußfahnen 404 der Primärspule an
eine Stromversorgung angeschlossen, wie beispielsweise in 10 und 11 gezeigt.
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Der
Pulstransformator kann, wie in 10 gezeigt,
Teil der Injektionsvorrichtung 10 sein, oder er kann ein
Wegwerfteil sein, das zusammen mit dem Schleudermodul verkauft wird.
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17 zeigt ein weiteres bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
basierend auf dem Pulstransformator der 16. 17A ist
ein Modul 500, das eine Sekundärspule 402 aufweist,
die an ein Schleudermodul 300 angeschlossen ist. Das Modul
kann als ein einstöckiges
Bauelement ausgeführt
sein, in dem die Versorgungsanschlüsse des Schleudermoduls direkt
mit der Sekundärspule
verbunden sind. Wenn ein solches Modul 500 benutzt wurde,
kann es leicht durch ein neues Modul ersetzt werden.
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17B zeigt ein Ausführungsbeispiel,
bei dem das Modul 500 in einem Halter 501 mit
einem Schlitz angeordnet ist. Die Primärspule 401 hat einen ersten
Abschnitt 401 und einen zweiten Abschnitt 402,
die auf gegenüberliegenden
Seiten der Sekundärspule 402 angeordnet
sind. Reaktionskräfte
zwischen der ersten und zweiten Spule können mit einem solchen Ausführungsbeispiel
ausbalanciert werden.
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Ausführungsbeispiele,
bei denen Primär- und
Sekundärspule
zu verschiedenen Teilen gehören,
haben den Vorteil, daß elektrische
Kontakte zwischen dem Wegwerfmodul 500 und dem Schleudermodul
eliminiert werden können,
so daß lose
Kontakte vermieden werden. Ein weiterer Vorteil eines solchen Ausführungsbeispiels
ist, daß durch
induktive Kopplung zugängliche
Kontakte vermieden und damit die Anwendersicherheit erhöht werden.
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Obwohl
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung unter Verwendung spezieller Ausdrücke beschrieben wurde, hat
eine solche Beschreibung nur veranschaulichende Zwecke. Es ist deshalb klar,
daß Änderungen
und Variationen möglich
sind, ohne den Schutzumfang der folgenden Ansprüche zu verlassen.