双闭锁微型阀制造技术

一种结合微流装置使用的阀，其包括安全特征，以使得即使在停电的情况下流动仍是受控的，因此可应用于重要的应用中，例如药物随时间的准确输送。所述阀可与多个输送药物的管结合使用，并可与诸如电化学泵的泵结合使用，以提供动力以移动含有用于输送的药物的流体。在某些应用中，可使用单个泵以及多个容器和阀来独立地输送和计量多于一种药物。

Double locking miniature valve

A combination of microfluidic devices using the valve, which includes safety features, so that the flow is controlled even in case of a power outage, it can be used in important applications, such as drug delivery time accurately. The valve may be used in combination with a plurality of tubes for delivery of a drug, and may be used in conjunction with a pump such as an electrochemical pump to provide power to move a fluid containing a drug for delivery. In some applications, a single pump, as well as multiple containers and valves can be used to deliver and measure more than one drug independently.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2014年8月14日提交的题为“多功能微阀”的美国临时专利申请62/037,474的优先权。该申请的全文以援引方式加入到本申请中。
技术介绍
本专利技术的领域是用于微流应用的阀，特别是这种微阀用于从容器中安全并可控地输送流体的用途。流体微阀可由形状记忆合金制备。例如，美国专利7260932教导了使用形状记忆合金的流体控制夹管阀，其接收电流以开启或关闭夹管阀。类似地，美国专利6843465教导了形状记忆线致动的控制阀，其中形状记忆线与电平台连接并与传送机构机械耦合。致动器通过将电流传导通过形状记忆线来致动，所述电流导致所述线收缩，从而致动所述传送机构，所述传送机构与流体控制阀操作性地耦合，使得所述传送机构的致动和停止开启和关闭所述阀。美国专利6742761教导了用于通过致动器机构来开启和关闭微型闭锁阀的提升阀，其包括形状记忆合金线。形状记忆合金线的形状的改变导致提升阀移向或离开阀座，从而关闭或开启所述阀。美国专利6840257教导了使用形状记忆合金致动器的比例阀，其具有在形状记忆合金致动构件的控制下能够轴向地移离或移向阀座的挡板。阀是微流系统的重要组成部分。微型阀可与微型泵结合，用于输送微升或纳升体积(或更小)的溶液的脉冲和/或恒定流动。阀本身必须很小，并只需很小的电力来启动。通过使用不需要电力来保持在任何状态下的闭锁阀可以节省额外的电力。闭锁阀不是设计成通常开启或通常关闭的状态，而是可以停留在任一状态下。在药物输送和其他应用中，适当设置的闭锁阀是重要的安全特征，因为在系统故障的情况下，它们可防止从大型容器到患者的直接流动路径。专利技术内容本专利技术总体上涉及阀，以及使用阀的系统，以可控地输送流体并提供故障安全(failsafe)，以便即使在停电或其他故障时仍能保持阀的状态。在某些实施例中，这在诸如随时间向患者准确地输送药物的应用中提供了某些好处。在某些实施例中，所述阀可与多个输送药物的管结合使用，并可与诸如电化学泵的泵结合使用，以移动含有用于输送的药物的流体。在某些应用中，可使用单个泵以及多个容器和阀来独立地输送和计量多于一种药物。通过以下对本专利技术的详细说明、附图和权利要求，可以更好地理解本专利技术的这些以及其他特征、目的和好处。本节
技术实现思路
和以下详细说明及附图均是示例性的，其目的是进一步说明本专利技术的各种实施方式，而并不限制由权利要求限定的本专利技术的保护范围。附图说明图1是单滑动闭锁镍钛诺阀在开启(a)和关闭(b)位置的示意图(基于现有技术US7260932B1)。图2是表示随图1中所示的单滑动闭锁镍钛诺阀开启和关闭而流经流体传感器的流体流速的图表。图3是双滑动闭锁镍钛诺阀在入口开启/出口关闭(a)和出口开启/入口关闭(b)位置的示意图。图4是双枢转闭锁镍钛诺阀的示意图。图5是表示流经图4中所示的双枢转闭锁阀的流体流速的图表。图6是表示与图4中所示的双枢转闭锁阀连接的注射泵输送到2psi下的压力容器的结果的图表。图7显示用于控制来自往复泵的流体的流速的一个双闭锁阀。图8显示具有双侧往复电化学泵的两个双闭锁阀，并显示药物输送中的两个步骤。图9显示具有双侧往复电化学泵的两个双闭锁阀，其用于向患者输送可控量的两种不同的药物。具体实施方式参照图1(基于现有技术US7260932B1)，所示为在开启(图1(a))和关闭(图1(b))位置的单滑动闭锁镍钛诺阀。管115位于阀臂109和位置固定的阀座121之间的开放接收区中。为关闭阀，附接于阀臂109的镍钛诺线101由相连电路103激活，以拉动阀臂109，从而挤压管115使其关闭，如图1(b)所示。闭锁臂112上的弹性构件，例如弹簧106，推动闭锁臂112以使其阻碍阀臂109的回复，使得管115保持被挤压而关闭，而不需要任何额外的电力。为开启阀，使电流通过电路104，以激活附接于闭锁臂112的镍钛诺线102。弹簧105推动阀臂109至其开启位置，以阻碍闭锁臂112的回复路径，使得阀保持开启而不需任何额外电力。因此，可使用形状记忆合金线来构建单滑动阀，形状记忆合金线可在所需位置无限期停留而不需要额外的外部电力，直到阀被从关闭位置移动到开启位置，或从开启位置移动到关闭位置。一旦设定在任一位置上，阀就不再依赖电力。在包括往复泵的药物输送装置中，可使用两个这种阀，一个作为入口阀，一个作为出口阀。在这种情况下，任一阀的开启或关闭没有限制，因此在任一时间点上，可以两个阀都开启，或者两个阀都关闭，或者一个开启而另一个关闭。如果由于系统故障而导致两个阀都开启，则会形成从容器到输送部位的开放路径，这在药物输送应用中可造成灾难性的后果。图2的图表显示图1中所示的阀开启和关闭的实验结果。由图2可见，通过阀的操作可快速及有效地开启和关闭流经管115的流动。图3示出了与图1中的阀相比的创造性，其中同一个流体路径的两段(或两个独立的流体路径)305和307不能同时位于开启位置。在图3(a)的设置中，管305开启而管307被挤压而关闭。在图3(b)的设置中，管305被挤压而关闭而管307开启。图3的双滑动闭锁镍钛诺阀设计成在切换状态时两个阀都关闭，并且管305和307机械上不可能同时开启，从而随时防止流体在故障情况下意外地流经系统。为从图3(a)的设置移动到图3(b)的设置，使电流通过相连电路103来激活附接于入口阀臂301的镍钛诺线101。这导致阀臂301向上移动，挤压入口管305并允许弹簧106将出口阀臂302推至使出口管307开启的位置，并且阻止入口阀臂301回复至其初始位置。为回复至图3(a)的设置，使电流通过相连电路104来激活附接于出口阀臂302的镍钛诺线102。如图所示，这导致出口阀臂302向右移动，从而挤压出口管307使其关闭并允许弹簧105将入口阀臂301推至使入口管305开启的位置，并且阻止出口阀臂302回复至其开启位置。可见，在每次切换期间，有一段短暂的时间入口管305和出口管307都是关闭的；但是，在任何时间入口管305和出口管307都不能同时开启，因为机械上阻止了这种操作。这种设置防止在故障情况下的流动，这在使用阀来从容器向患者输送药物时是至关重要的。图4示出了上述设计的变体，其中使用了双枢转闭锁镍钛诺阀。如图所示，出口管409位于被出口阀臂404挤压而关闭的位置。为改变阀的位置，激活附接于入口臂401的镍钛诺线101，以移动入口臂401以挤压入口管405。此时，弹簧407推动出口臂404以开启出口管409(入口管405关闭)，并且出口臂404阻止入口臂401回复至其正常位置。此后，附接于出口臂404的镍钛诺线102的激活使阀回复至图4所示的开启位置(入口管405开启且出口管409关闭)。可见，与图3中所示的情况相同，在该过程中的任何时间管405和409都不能同时开启。阀的设计从机械上阻止了这种操作，从而提供了阀故障情况下的安全机制。使用枢转臂在机械上的好处是可以减小切换阀位置所需的镍钛诺线101和102的长度。因此可以制作更小且能效更高的阀。虽然本文中根据与流体(特别是药物)的输送相关的具体应用描述了本专利技术的多个实施例，但显然本专利技术并不限于这些实施例。例如，双阀安全机制也可通过棘轮动作或适当形状的凸轮来实现。此外，可使用任何致动机构来切换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双闭锁微型阀，包括：a.第一阀臂，所述第一阀臂包括第一阀臂端，并且还包括适于接收可压缩的第一管的第一阀臂接收区；b.第一阀座，所述第一阀座位于所述第一阀臂的所述第一阀臂接收区中并与所述第一管相邻以形成第一阀；c.第二阀臂，所述第二阀臂包括第二阀臂端，并且还包括适于接收可压缩的第二管的第二阀臂接收区，其中所述第二阀臂相对于所述第一阀臂定位以使得所述第二阀臂端与所述第一阀臂端接合；d.第二阀座，所述第二阀座位于所述第二阀臂接收区中并与所述第二管相邻以形成第二阀；e.附接于所述第一阀臂的第一致动机构；f.附接于所述第二阀臂的第二致动机构；以及g.至少一个电源，所述电源在电路中与所述第一致动机构和所述第二致动机构中的一个或多个电连接，其中，以来自所述电源的电流对所述第二致动机构充电导致所述第二阀臂移动并允许所述第一阀臂端抵靠所述第二阀臂端移动，从而在所述闭锁臂接收区中向所述第二阀座压缩所述第二管，并将所述第二管保持在压缩状态，从而关闭第二阀，并允许所述第一管保持在非压缩状态，从而允许所述第一阀保持开启，而不需要增加来自所述电源的额外电力，以及，以来自所述电源的电流对所述第一致动机构充电导致所述第一阀臂移动并允许所述第二阀臂端抵靠所述第一阀臂端滑动，从而允许所述第二管在所述第二阀臂接收区中保持非压缩，从而允许所述第二阀保持开启，并在所述第一阀臂接收区中向所述第一阀座压缩所述第一管，并将所述第一管保持在压缩状态，从而关闭第一阀，而不需要增加来自所述电源的额外电力。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.14 US 62/037,4741.一种双闭锁微型阀，包括：a.第一阀臂，所述第一阀臂包括第一阀臂端，并且还包括适于接收可压缩的第一管的第一阀臂接收区；b.第一阀座，所述第一阀座位于所述第一阀臂的所述第一阀臂接收区中并与所述第一管相邻以形成第一阀；c.第二阀臂，所述第二阀臂包括第二阀臂端，并且还包括适于接收可压缩的第二管的第二阀臂接收区，其中所述第二阀臂相对于所述第一阀臂定位以使得所述第二阀臂端与所述第一阀臂端接合；d.第二阀座，所述第二阀座位于所述第二阀臂接收区中并与所述第二管相邻以形成第二阀；e.附接于所述第一阀臂的第一致动机构；f.附接于所述第二阀臂的第二致动机构；以及g.至少一个电源，所述电源在电路中与所述第一致动机构和所述第二致动机构中的一个或多个电连接，其中，以来自所述电源的电流对所述第二致动机构充电导致所述第二阀臂移动并允许所述第一阀臂端抵靠所述第二阀臂端移动，从而在所述闭锁臂接收区中向所述第二阀座压缩所述第二管，并将所述第二管保持在压缩状态，从而关闭第二阀，并允许所述第一管保持在非压缩状态，从而允许所述第一阀保持开启，而不需要增加来自所述电源的额外电力，以及，以来自所述电源的电流对所述第一致动机构充电导致所述第一阀臂移动并允许所述第二阀臂端抵靠所述第一阀臂端滑动，从而允许所述第二管在所述第二阀臂接收区中保持非压缩，从而允许所述第二阀保持开启，并在所述第一阀臂接收区中向所述第一阀座压缩所述第一管，并将所述第一管保持在压缩状态，从而关闭第一阀，而不需要增加来自所述电源的额外电力。2.根据权利要求1的双闭锁微型阀，其还包括：a.与所述第一阀臂接合以将所述第一阀臂向所述第一阀座偏压的第一弹性构件；以及b.与所述第二阀臂接合以将所述第二阀臂向所述第二阀座偏压的第二弹性构件。3.根据权利要求2的双闭锁微型阀，其中所述第一和第二弹性构件包括弹簧。4.根据权利要求1的双闭锁微型阀，其中所述第一致动机构和所述第二致动机构中的一个或多个包括形状记忆材料。5.根据权利要求1的双闭锁微型阀，其中所述第一阀和第二阀均应用于经过所述第一和第二管的同一个流动路径，其中当所述第一和第二阀中的一个打开时，所述第一和第二阀中的另一个必须关闭。6.根据权利要求1的双闭锁微型阀，其中所述第一致动机构和第二致动机构选自由以下组成的组：螺线管、马达、气动致动机构、以及液压致动机构。7.根据权利要求1的双闭锁微型阀...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·W·佩恩，G·兰普斯，C·达斯，S·库马，A·舍梅，
申请(专利权)人：SFC流体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US