专利名称：具有稳定流体流动的流体分送器的制作方法图1表示本发明的典型装置2，作为注射器的例子，用于从内部的储存器6通过出口8分送流体4。出口8方便地插在管10中，管10的末端是分送元件12(表示为皮下注射针)，把流体4分送到目标环境(未示出)。在装置2中，储存器6被可移动的隔板14(在图中为柱塞)分成流体室16和气体室18。目标环境(图6中用数字3表示)可以是人或动物、化学或生物材料块体、化学或生物过程、周围大气或类似的。待分送的流体4可以是液体、气体或蒸汽。柱塞14，按箭头20所示，在室18的气体压力作用下沿储存器6的长度方向上可以移动，从而从装置2中分送流体4。如果需要的话，可以把限制器22插在或连接在分送管10的端部，从而对流体4的流动或从目标环境返回的压力变化，例如病人静脉或动脉内的压力变化产生可控的和已知的阻力。气体产生模块24安装在注射器2上，邻近储存器6的气体室18，并与之流体相通。模块24通电后工作，例如电池26，通过下面所述的电化学反应产生空气、氧气或其它气体。所产生的气体进入室18并对可移动的柱塞14产生气体压力，推动它沿储存器6的长度方向运动，迫使从装置2中分送流体4。柱塞14的运动使储存器6中的室16和18的相对尺寸连续变化。通过圆周密封28，如O型圈或X型圈，柱塞14保持其在室18中的气体作用下运动恰好所需的气密封。相似地，通过密封垫32，气体产生模块24与注射器2的桶30之间是气密封的。另外，气体产生模块24能作为可逆泵，实现从空气源中产生气体，并如上所述把气体泵入气体室18，或者在反向电流下工作并沿相反的方向移动气体，即从作为源的储存器6中产生气体并把气体在模块24的相反一侧排除到大气中。这种模块/泵(也称为电化学元件)的详细结构和工作可参见上述我的一个或多个专利。相同或相似的装置可应用到此情况中。我以前的专利中涉及的所有模块/泵能用于本发明，因为所有这些都能被本发明的反馈一响应控制系统控制。传感器34测量与工作相关的物理、化学或生物参数。本领域熟知的人员能确定，在使用本发明装置2的任何系统中，最佳的或最方便的与工作相关的参数用作控制参数。例如，在图1所示的装置和系统中，可以探测和测量一个或多个气体室18或流体室16中的流体压力，在流体出口12的流体压力P0，流体组份的浓度，穿过柱塞14的压降ΔPP，储存器6中的温度，流体室16中的流体4的体积，从流体室16、流体出口12或者围成储存器6的壳或桶30的壁的缩口中排出流体4的体积速度。根据所选用的用作控制的具体参数，可使用不同的可供选择的位置，如34’所指的。如果有多个控制参数，传感器34和/或控制器44的一个功能是，如果从多个传感器接收到相矛盾的信号，将确定哪一个参数控制。在图1所示的实施例中，一般地优选传感器34是压力传感器，或者测量室18中气体的气体压力PG，或者测量储存器6中流体室16的流体压力PF。比较方便的是，把传感器34直接集成在模块24上，如图所示，但是，可供选择的，它可以与模块24分开安装，但仍与气体室18的内部流体相通，如上部的34’所示，并用电线36连接到模块24；或者与流体室16的内部流体相通，如中部的34’所示，并按照上述的方式用电线(未示出)连接到模块24。这里为了描述装置的工作，将使用下面的术语PG或P=储存器6的气体室18中的气体压力；这是模块24产生的气体压力。
ΔPP=穿过柱塞14的压降。
PF=储存器6的流体室16中的流体压力；这是模块24产生气体的压力PG或P减去ΔPP。
P0=流体4与目标环境接触处的流体4的出口压力，例如在皮下针12的出口端。
ΔPR=穿过限制器22流体的压降，如果存在限制器22的话。
R=流体4的流动速度。
T=气体和流体的环境温度。
I=驱动气体产生模块24的电流。
V=储存器6的流体室16中的流体4体积。
所有参数的单位都是传统的和一致的单位。
装置的工作基于以下的关系PG=P0+ΔPR+ΔPP=PF+ΔPp因为管10中的压降，与这些压力和压降值相比，可以忽略。
并且，为了反馈工作的目的，必需定义两个推导的系数，α和β。α是从法拉弟定律中导出的系数，按照以下的方式影响流体流动速度R=(αI)/P此关系式也描述了气体产生速度和电化学电流之间的关系。因为产生了气体，α与温度有关。在稳态条件下，α定义为α=(R/I)(PG+(R/β))因此，β反映了限制器压降和流体流动速度之间的关系，并定义为β=R/(PF-P0)，或β=(k/μ)(R/(PF-P0))式中，k是取决于限制器尺寸(即直径和长度)的常数，μ是环境温度下流体的粘度。可以看出，α和β都与温度有关。还可以看出，如果不存在限制器，PF-P0接近零(可忽略的管压降不同)，β趋于无穷大或无意义。
系统所有的工作示于图2 。电源(电池26)驱动变压器40，变压器40是与气体产生模块24结合在一起的电子设备。信号处理器42也在模块24中，从一个或多个参数传感器34接收输入信号，这些传感器可以对气体压力P(在34a)、储存器温度T(在34b)或电化学单元电压V(在34c)敏感。其它输入变量，如气体或流体体积，也可用作敏感参数，例如通过探测柱塞14相对于储存器6每一端的位置。如果需要的话，信号处理器42也可作为模/数转换器。把来自基于从参数传感器34接收的信号的信号处理器42的信息传送到微处理器44，微处理器44确定新的合适的电流I用于电化学模块24并驱动电流调节器46以调节在48处的电流I，这样模块24再在新的电流下工作，流动速度R保持在所需的范围内。
一个典型的运动工作示于图3中。因为P0在较长的时间范围内很少是恒定的，所以企图把流动速度R维持在恒定值，例如50表示的，是不切实际的。然而可以确定一个可以接受的最大流动速度52a和最小流动速度52b，限定在箭头54所示的范围内。最佳流动速度50可能在所限定范围的中心，也可能不在所限定范围的中心，取决于大或小流动速度相对于装置所需工作的重要性。因此，系统按照一般的曲线56所指示的正常工作，曲线56在所限定的范围内上下波动。为对比起见，也示出了大体代表先前工艺装置一般的曲线58，这些装置中不能补偿P0的变化，引起柱塞14停止，接着又突然被增加很大的压力P强迫运动，造成流动速度的极大起伏，如曲线58所示。
限制器22通常是固定值限制器，例如一段直径小于管10的管，被切成合适的长度，以得到总的所需压降ΔPR。选择限制器应使几个变量的变化对总流动速度的影响减小到最低。
穿过柱塞14的压降(ΔPP)通常是一个重要的变量，因为柱塞的摩擦力随润滑效果、桶直径、温度、压力、时间以及制作柱塞材料的材料性质的不同而不同。在很大程度上，本发明控制系统可以对柱塞的工作提供自动补偿。
图4和5表示作为例子的本发明的其它实施例(在这些图中是实际装置的简化)。图4中所示的分隔14是柔性的气密封片，优选的是橡胶或弹性材料，在7处固定在桶或壳6的内壁上，形成气体室18和流体室16。另外的气体进入室18引起片14向出口8移动，迫使流体4从室16通过管10到达分送元件12。如上所述可以使用限制器22。在此实施例中，图示的分送元件12是固定在出口72下方的纤维或多孔分送垫74。流体4(例如局部给药到病人的液体药物)在控制的状态下流入室70，从那里通过出口72流到垫74。可以把装置2放在病人皮肤的表面上，并使垫74与皮肤接触。接着，药物流体通过垫74流到或扩散到病人皮肤，并经皮进入病人体内，或者局部用药穿过病人的皮肤表面。
在图5所示的实施例中，图示的气体室18是可充气的袋或气球，它放在储存器6中，但通常不固定在桶或壳6的内壁上。通过气阀5气体产生模块24与袋或气球的内部流体相通。当袋或气球充气时，它在储存器6中膨胀，与壳或桶30的内壁9之间形成压力密封并形成流体室16，迫使流体4通过出口8从室16中排出到管10中。图5中所示的流体4是蒸气4’，它从材料或容器78中散发出来。散发可以通过几种方式进行。例如，容器78可以是薄壁的内装蒸气的玻璃小瓶，当通过摇动装置2或者给袋或气球18充气增大室16的压力使小瓶破碎时蒸气4’释放出来；也可以把材料78加热以释放出蒸气4’(加热可以在装置外部进行，或通过在室16内的加热元件，未示出)；还可以把液体，例如水，注射到室16中(未示出方法)，引起材料78的反应并放出蒸气4’；以及其它方法。
图5中的实施例，分送元件12是通孔或栅格，通过它排出蒸气4’。也可把蒸气4’排到环境空气中，在这里蒸气是提供香味、湿度、静电控制或空气的其它性质。另外蒸气4’也可排出到化学或生物反应室、舱或类似的地方，在这里蒸气提供了，例如，惰性气氛、反应物或涂层材料。
图5实施例放出的流体4’也可以是气体，例如氧气、氮气、氩气、二氧化碳等等。如上所述，可以从小瓶78中放出，或者从材料78的物理或化学反应。当然，不管流体4是气体还是蒸气，它通常对于装置2的材料本身是惰性的，例如对于分隔14，这样装置2的工作不会受到负面影响。无论装置2用于何处，对于装置的材料，流体4不必是惰性的，因为流体4的侵蚀非常低，以致于在装置2失效之前所需数量的流体4已经分送完了。
本发明的重要之处在于，不必外部测量目标环境的参数。这意味着，为了手动调节装置2的工作，不必独立确定PO值，因为PO是上述差分方程的一部分。因为方程中元素ΔPR是已知的，元素PG由传感器34测量，并且示于图3中的可接受的流动速度范围是预定的，所以本发明总反馈系统能自动补偿PO的变化，而不必独立测量PO。当PO所处的环境难以测量PO或那个位置无法定位传感器34时，这一特征很有价值。
不止以上这些，本发明还具有很多功能，如果需要的话，不必由一个系统内部变量本身直接控制，而能由外部参数控制，如图6所示。例如，如果装置2用于给药到病人(用3表示)，就希望基于给药剂量或者对一个或多个病人身体系统的效果来操作系统。相似地，如果装置2用于把化学或生物制品传送到化学或生物过程(也可用3表示)，系统则根据所测量的过程参数的变化进行工作。这些类型的工作可以通过使用一个或多个独立的特征完成。例如，在某些情况下，可以对微处理器44编程，包括病人反应、化学过程参数变化或者其它的一些外部变量和测量的内部参数(如气体压力)之间的关系，这样当信号处理器42接收到压力传感器34(图6中为34’)的读数34a时，微处理器44响应预先编程的关系，破译那个读数，并根据此关系而不是直接阅读内部气体压力操作电流调节器46来改变电流48。在另一个实施例中，必须有外部传感器植入或固定在病人上，或者把传感器与化学或生物过程结合在一起，外部传感器把外部信号60传送到信号处理器42，或者把外部信号60’传送到微处理器44，通过结合在微处理器44中的传感器34的内部信号与外部信号60或60’之间的关系，此信号与传感器34探测的参数信号一起处理，在微处理器44产生适当的信号控制电流控制器46。
本发明的多功能性以表格的形式列于下面的表中。此表表示了本发明最常用的三个基本变量，即压力P、影响系数α的系统温度和影响系数β的系统温度。表中以图形示出的箭头表示变量、作用或修改的增大( )、降低( )或不变(→)。所列的六个条件分别表示压力的升高或降低、温度或α的升高或降低、温度或β的升高或降低，如果有的话，所得到的影响气体压力P、液体压力、限制器压力或流动速度的这些变化，以及本系统的自动反馈修改将使模块24的电流改变，以把系统移回到最佳的流动速度。很明显，此表仅作为例子，本领域熟知的人员能得出与此等价的表用于其它变量，如液体体积。在列出的六种情况中的每一种中，仅有一个变量在某一时刻发生变化。并且也很明显的是，对于两个或多个变量同时变化能得出相似的表，不管是沿相同方向的变化(即都增大或减小)还是沿相反方向的变化。
表对变量变化的响应 从表中可以明显地看出，本发明的反馈机构连续地工作并及时地处理测量参数例如气体压力的任何起伏，这些参数用作控制参数。由于传感器34及时地对测量参数的每一变化作出反应并把适当的信号传送到信号处理器42，接着信号处理器42把中断信息传送到微处理器44，它调节电流控制器46以保持模块24在基本最佳控制点工作，从而避免了不希望的宽范围的控制起伏。通过在系统中是否设置限制器22、限制器压降程度或传感器34敏感度的预设程度，能预定系统对变化的敏感度。通过可接受的工作范围的允许宽度(图3)能有效地确定这些选择。窄的可接受范围需要传感器34对所测变量的变化具有高的敏感度，而宽的工作范围可以使用敏感度较低的传感器。相似程度的敏感度能建立或编程在信号处理器42或微处理器44中。
很明显本发明有很多实施例都包括与以上所述和图中所示的实例不同之处。例如，在一个作为例子的实施例中，与液体4接触并迫使它流出储存器的压力驱动元件是柱塞14。但是，用柔性隔片或气体驱动的活塞代替柱塞14完全是适合的。同样地，图中所示的传感器34(或者34或者34’)位于室18中用于测量其中的气体压力PG。但是，可选择的是，也可把传感器34放在室16的液体4中并测量水压。对于本领域熟知的人员，设置传感器测量其它工作参数也是容易理解的。也可以单独设置传感器测量穿过限制器22的压降ΔPR。并且，尽管本发明的一个特征是它可以不直接测量P0而工作，但如果目标环境允许的话，可以发现设置传感器直接测量P0是方便的，特别是装置的使用者或操作者想要得到整个时间范围内P0的记录。
还可以有很多其它装置、附件和类似的结构结合在系统中，例如用于以下情形的信号或警报电池电压低、电化学单元过电压、储存器过压、在任何时间分送流体的累积数量等等。
这里本发明特别地提供了用于控制或可控产生气体以随时和在需要时移动液体、气体或蒸气。实际上，电化学模块24作为可控的微处理器，其中根据电流的输入能改变气体输出，并且电流的输入也由系统本身通过测量压力和其它工作参数的反馈决定。
本发明的装置可以在很多领域使用和应用。它们可用作流体分送装置，放在人或动物的身体、组织、骨骼或器官之上或附近或者放在其中，以递送药物的、生理的、治疗的、医用的、顺势疗法的、营养的或麻醉的流体到人体中或动物体中；分送化学或生物材料；散发气体或蒸气以增大、强化或控制环境空气的性质；其它类似的领域。本领域熟知的人员会意识到很多其它的应用和使用领域。
很明显，对于本领域熟知的人员，本发明有很多实施例，虽然没有在上面具体描述，但也清楚地落在本发明的范围和精神内。因此上述描述仅是为了作为例子，本发明的范围完全由所附的权利要求确定。


本发明涉及一种流体分送装置及其操作方法。所述装置包括反馈系统,使装置以及时的和测量的方式响应流体从装置中分送的流动速度的变化。即使是在不清楚流动速度增大或减小的原因或者不能合理地直接测量的条件下,反馈系统也能有效工作。所述装置具有流体储存器,该流体储存器具有出口,并可以选择地把流动或压力限制单元装在出口上。装置还具有电子(优选的是电化学)气体产生模块或可逆泵,以产生从流体储存器分送流体的气体压力。还具有传感器,用于探测和测量内部的或外部的、代表被分送流体的流动速度的参数。控制器利用传感器(和相关的信号处理单元)的反馈,控制气体产生模块的电流,当控制器调节电流时,按照防止分送流体的流动速度超过所需的最大值和最小值的方式调节所产生气体的数量。