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ポンプ

国内特許コード P110002041
整理番号 S2008-0507-N0
掲載日 2011年3月28日
出願番号 特願2008-105291
公開番号 特開2009-254481
登録番号 特許第5316930号
出願日 平成20年4月15日(2008.4.15)
公開日 平成21年11月5日(2009.11.5)
登録日 平成25年7月19日(2013.7.19)
発明者
  • 三林 浩二
  • 工藤 寛之
  • 斉藤 浩一
  • 大越 隆弘
出願人
  • 国立大学法人 東京医科歯科大学
発明の名称 ポンプ
発明の概要

【課題】電気や熱を供給することなく、流体を輸送するポンプを提供を提供する。
【解決手段】密閉された空間を有するセル2と、前記空間を、流体が通過する流体室21と大気中に開放可能な気体室とに分割する膜部材3,4であって、該膜部材が、流体に含まれる特定物質(基質)と、例えば触媒反応であって、該反応時の酸素の消費によって減圧状態を生じさせる反応をして気体を消費する感応膜3であって、該減圧状態を利用して流体を輸送する構成とする。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


エネルギーを機械的仕事に変換して動作するポンプは、産業用機械、上水道、灌漑等の幅広い分野で利用されてきた。例えば、往復ポンプや回転ポンプは、電気エネルギーや熱エネルギー、圧力エネルギー等を往復運動や回転運動の機械的仕事に変換している。このようなポンプのエネルギー供給源として、通常、電気や蒸気圧を発生させる電源や加熱源等が使用される。



医療分野においては、生体に使用する小型分析装置や小型医療器具の開発が盛んに行われている。例えば、ドラッグデリバリーシステムに関しては、薬剤等の流体を輸送するために上記のようなポンプが使用されることもある。このような分野においては、エネルギー供給や運動制御の点のみでなく、生体適合性を考慮する必要がある。



ところで、本発明者らは、特定の物質と反応して体積変化(圧力変化)を生じる感応膜を用いて、この体積変化を利用して駆動力を得る、生体に利用可能なポンプやアクチュエータを提案している(例えば、特許文献1、2参照)。この感応膜は、特定の物質(基質)と触媒反応して、体積変化を生じさせる生体触媒を使用したものである。




【特許文献1】特開2004-350512

【特許文献2】特開2005-289931

産業上の利用分野


本発明は、流体に含まれる特定物質(基質)と反応して気体を消費する感応膜を用いたポンプに関する。特には、生体内の特定物質の存在下で駆動される、ドラッグデリバリーシステム(DDS)等の医療用途に用いることができるポンプに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
密閉された空間を有するセルと、
前記空間を、流体が通過する流体室と大気中に開放可能な気体室とに分割する膜部材であって、前記流体に含まれる特定物質(基質)と反応して酸素を消費する感応膜と、前記流体が透過不能であるとともに伸縮性を有する作動膜と、を有する膜部材と、
を備えるポンプであって、
前記反応が触媒反応であって、該反応時の酸素の消費によって減圧状態を生じさせるものであり
前記感応膜が、膜材料である担体上に、前記特定物質と反応するように触媒を固定化してなる触媒固定化膜であり
以下の過程により前記流体室中の流体が輸送されることを特徴とするポンプ:
(1)前記流体中に前記特定物質が含まれていた場合、前記感応膜が該特定物質と反応する、
(2)この反応により大気解放されていない前記気体室内の酸素が消費されて該気体室が減圧され、前記作動膜が前記気体室側へ吸引されて伸長する、
(3)前記作動膜の伸長により前記流体室の体積が増加し、その結果該流体室へ前記流体が流れ込む、
(4)前記気体室を大気解放して常圧に戻し、前記作動膜を元の状態に戻す、
(5)前記流体室に流れ込んだ流体が該流体室から排出される。

【請求項2】
前記感応膜が、透析膜上に、前記触媒を含有する樹脂層を積層させてなる触媒固定化膜であることを特徴とする請求項1に記載のポンプ。

【請求項3】
前記感応膜が、前記触媒を含有する水溶性感光性樹脂を硬化させて形成されたものであることを特徴とする請求項1に記載のポンプ。

【請求項4】
前記触媒が生体触媒であることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載のポンプ。

【請求項5】
前記触媒が酵素であることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載のポンプ。

【請求項6】
前記酵素が、グルコース酸化酵素、アルコール酸化酵素、乳酸酸化酵素、アスコルビン酸酸化酵素、又は、ピルビン酸酸化酵素であることを特徴とする請求項5に記載のポンプ。

【請求項7】
前記触媒が微生物を含むことを特徴とする請求項1に記載のポンプ。

【請求項8】
前記微生物が酵母であることを特徴とする請求項7に記載のポンプ。

【請求項9】
特定物質(基質)が含まれる第1の流体が収容される第1の流体室と、前記第1の流体室と連通するとともに輸送される第2の流体が収容される第2の流体室と、大気中に開放可能な気体室と、を有するセルと、
前記第1の流体室と前記気体室との間に配置され、前記第1の流体に含まれる特定物質と触媒反応して前記気体室中の酸素を消費するように担体上に触媒が固定化された触媒固定化膜と、
前記第2の流体室と前記気体室との間に配置され、前記第2の流体が透過不能であるとともに伸縮性を有する作動膜と、
前記作動膜の伸縮によって前記第2の流体室への流入口を開閉するとともに前記気体室を大気解放する弁部材と、
を有し、
以下の過程により前記第2の流体室中の第2の流体が前記第1の流体室へ輸送されることを特徴とするポンプ:
(1)前記第1の流体中に前記特定物質が含まれていた場合、前記触媒固定化膜が該特定物質と反応する、
(2)この反応により大気解放されていない前記気体室内の酸素が消費されて該気体室が減圧され、前記作動膜が前記気体室側へ吸引されて伸長する、
(3)前記作動膜の伸長に伴って前記弁部材が前記第2の流体室への流入口を開き、該流入口から前記第2の流体室へ第2の流体が流入する、
(4)前記流入口からの流入に応じて前記第2の流体室から前記第1の流体室へ第2の流体が流出する、
(5)前記気体室の減圧が進行すると前記作動膜がさらに伸長し、該気体室が大気解放されて常圧に戻り、前記作動膜が元の状態に収縮する、
(6)前記作動膜の収縮により、前記弁部材が前記第2の流体室の流入口を閉じ、第2の流体の前記第1の流体室への流入を停止する

【請求項10】
前記特定物質がグルコースであって、
前記触媒がグルコース酸化酵素(グルコースオキシターゼ)であって、
前記第1の流体が血液であって、
前記第2の流体がインスリンであることを特徴とする請求項9に記載のポンプ。
産業区分
  • 治療衛生
  • 高分子化合物
  • 薬品
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2008105291thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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