Title:
Freistrahldosiersystem für das Auge
Kind Code:
B4


Abstract:

Ein Freistrahldosiersystem dient zur Verabreichung eines Fluids in ein Auge. Das Freistrahldosiersystem umfasst eine Mikropumpe mit einem Einlass und einem Auslass, wobei die Mikropumpe ausgebildet ist, um das Fluid vom Einlass zum Auslass zu befördern und das Fluid an dem Auslass als Freistrahl an das Auge auszugeben. Ferner umfasst das Freistrahldosiersystem einen Sensor, der ausgebildet ist, das Auge zu erfassen und eine Steuerung zu steuern und eine Mikropumpe, wobei die Steuerung ausgebildet ist, die Mikropumpe zu aktivieren, sobald das Auge von dem Sensor erfasst wird.




Inventors:
Richter, Martin (81677, München, DE)
Wille, Axel (82110, Germering, DE)
Wald, Christian (80689, München, DE)
Application Number:
DE102015224617A
Publication Date:
06/08/2017
Filing Date:
12/08/2015
Assignee:
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE202009015776U1N/A2010-04-15
DE10220371A1N/A2003-11-27
DE19616300A1N/A1997-10-30



Attorney, Agent or Firm:
Schoppe, Zimmermann, Stöckeler, Zinkler, Schenk & Partner mbB Patentanwälte, 81373, München, DE
Claims:
1. Brille mit einem in dem Brillengestell (55) angeordneten Freistrahldosiersystem (10, 10''', 10'''', 10''''') zur Verabreichung eines Fluids in ein Auge (12), aufweisend:
eine Mikropumpe (20, 20', 20'', 20'''', 20''''') mit einem Einlass (22, 22') und einem Auslass (24, 24'), wobei die Mikropumpe (20, 20', 20'', 20'''', 20''''') ausgebildet ist, um das Fluid vom Einlass (22, 22') zum Auslass (24, 24') zu befördern und das Fluid an dem Auslass (24, 24') als Freistrahl (26) an das Auge (12) auszugeben;
einen Sensor (30, 30''', 30'''', 30'''''), der ausgebildet ist, das Auge (12) zu erfassen; und
eine Steuerung (35) zur Steuerung der Mikropumpe (20, 20', 20'', 20'''', 20'''''), die ausgebildet ist, die Mikropumpe zu aktivieren, sobald das Auge (12) von dem Sensor (30, 30''', 30'''', 30''''') erfasst ist.

2. Brille gemäß Anspruch 1, wobei der Sensor (30, 30''', 30'''', 30''''') eine Reflexionsoptik (30''') umfasst, die ausgebildet ist einen Reflexionsgrad einer Oberfläche, auf welche die Reflexionsoptik (30''') gerichtet ist, zu bestimmen und anhand des Reflexionsgrads eine Oberfläche des Auges (12) zu erkennen.

3. Brille gemäß Anspruch 2, wobei die Reflexionsoptik (30''') eine Fotodiode (30S''') und/oder eine Lichtquelle (30E''') umfasst.

4. Brille gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Sensor (30, 30''', 30'''', 30''''') einen Ultraschallsensor umfasst, der ausgebildet ist, einen Abstand zwischen einer Oberfläche, auf die der Sensor (30, 30''', 30'''', 30''''') gerichtet ist, und den Sensor (30, 30''', 30'''', 30''''') selbst zu bestimmen.

5. Brille gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Sensor (30, 30''', 30'''', 30''''') eine Kamera (23') umfasst, und/oder wobei der Sensor (30, 30''', 30'''', 30''''') eine Kamera (23') mit Auswerteelektronik umfasst, wobei die Auswerteelektronik ausgebildet ist, ein Auge (12) zu bestimmen und/oder zu bestimmen, ob das Auge (12) offen oder geschlossen ist, und/oder zu bestimmen, ob das Auge (12) ein linkes oder ein rechtes Auge (12) ist.

6. Brille gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Sensor (30, 30''', 30'''', 30''''') ausgebildet ist, ein Blinzeln des Auges (12) zu erkennen, und wobei die Steuerung (35) ausgebildet ist, ausgehend von einem erkannten Blinzeln zu bestimmen, dass die Verabreichung des Fluids in das Auge (12) erfolgreich war.

7. Brille gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuerung (35) mit einem Speicher gekoppelt ist und ausgebildet ist, in den Speicher eine erfolgte Aktivierung (104) der Mikropumpe (20, 20', 20'', 20'''', 20''''') und/oder eine erfolgreiche Verabreichung des Fluids abzulegen.

8. Brille gemäß Anspruch 7, wobei der Speicher mit einer Schnittstelle zum Auslesen des Speichers gekoppelt ist.

9. Brille gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Sensor (30, 30''', 30'''', 30''''') ausgebildet ist, die Durchflussmenge am Einlass (22, 22') oder am Auslass (24, 24') zu überwachen.

10. Brille gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuerung (35) ausgebildet ist, die Mikropumpe (20, 20', 20'', 20'''', 20''''') derart zu aktivieren (104), dass das Fluid in der entsprechenden Menge verabreicht wird.

11. Brille gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Mikropumpe (20, 20', 20'', 20'''', 20''''') ausgebildet ist, je Aktivierung (104) maximal 40 μl abzugeben.

12. Brille gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuerung (35) ausgebildet ist, die Mikropumpe (20, 20', 20'', 20'''', 20''''') mehrmals hintereinander zu aktivieren (104).

13. Brille gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Mikropumpe (20, 20', 20'', 20'''',20''''') selbstansaugend ist.

14. Brille gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Mikropumpe (20, 20', 20'', 20'''', 20''''') eine Kammer, eine in der Kammer befindliche Membran (27') sowie einen Piezoaktor (28') zur Bewegung der Membran (27') umfasst und wobei, wenn der Piezoaktor (28') die Membran (27') bewegt, das Fluid vom Einlass (22, 22') durch die Kammer zum Auslass (24, 24') befördert wird.

15. Brille gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Fluid zur Behandlung von Glaukom oder trockenen Augen ist.

16. Brille gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Freistrahldosiersystem (10, 10''', 10'''', 10''''') mit einer Kartusche (50''), die das Fluid enthält, gekoppelt ist.

Description:

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Freistrahldosiersystem zur Verabreichung eines Fluids in ein Auge, auf eine Augentropfenflasche mit einem Freistrahldosiersystem sowie auf eine Brille mit einem in dem Brillengestell angeordneten Freistrahldosiersystem. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf die Verwendung einer Mikrodosierpumpe zur Verabreichung von Augenmedikamenten.

Das Freistrahldosiersystem dient zur Abgabe von Fluiden bzw. Flüssigkeiten in das Auge, z. B. zur Behandlung von Glaukom-Patienten.

Es gibt allein in Deutschland 1,4 Mio. Patienten, die täglich mehrmals Augentropfen nehmen müssen. Pro Patient eine Flasche pro Monat – d. h., dass das Marktpotenzial allein in Deutschland beträchtlich ist und rund 16,8 Mio. Stück pro Jahr beträgt.

Bei der Glaukom-Behandlung mit herkömmlichen Augentropfen bzw. allgemein herkömmlichen Dosiersystemen gibt es oft Probleme bezüglich Dosiergenauigkeit, dem Applizieren des Medikaments selbst, welches aufgrund von mangelhafter Compliance (Mitwirkung) oder einfachem Unvermögen der Patienten (infolge von Tremor oder Zittern) leidet. Weitere Probleme bzw. Verbesserungsmöglichkeiten ergeben sich im Hinblick auf die Überwachung der Medikamentenabgabe. Diese kann der Arzt derzeit nur indirekt kontrollieren, indem er beispielsweise Verbesserung oder Verschlechterung der Augen des Patienten beurteilt.

Bereits einige Stand der Technik-Ansätze versuchen die so adressierten Schwachstellen zu lösen, wobei es dennoch keinen vollumfänglichen Ansatz gibt.

Die DE 196 16 300 A1 zeigt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kontaktfreien Applikation von flüssigen diagnostischen oder therapeutischen Pharmaka am menschlichen Auge. Die DE 102 20 371 A1 beschreibt eine Pumpe und insbesondere ein Freistrahldosiermodul sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben. Die DE 20 2009 015 776 U1 bezieht sich auf ein Instrument zur Benutzung bei Behandlungen von Augengewebe, insbesondere auf einen Behandlungsverabreichungsapparat.

So sind einerseits herkömmliche Vorrichtungen mit verbesserter Ergonomie, z. B. Augentropfenfläschchen mit auf das Auge aufsetzbaren Trichtern, oder Dosierhilfen, wie die Augen-Eintropf-Hilfe Autodrop, die ein Trichter aus Kunststoff zum Auflegen auf die Augenhöhle mit einem Einsatz für die Tropfflasche umfasst, bekannt. Bei derartigen Trichtern bewirkt z. B. ein kleiner Sehschlitz, dass der Patient beim Eintropfen nach oben schaut und so das Auge von dem herabfallenden Tropfen weggerichtet ist.

Auch sind schon einige technologische Ansätze, wie z. B. der Freistrahldispenser unter der Patentnummer DE 10 220 371 A1 bzw. EP 1 488 106 B1 zum Patent angemeldet. In diesem Zusammenhang ist auch auf das Patent DE 19 616 300 A1 hinzuweisen, das ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontaktfreien Applikation von Flüssigkeiten diagnostischer oder therapeutischer Pharmaka am menschlichen Auge zeigt. All diese Ansätze schaffen jedoch keine Lösung, um oben beschriebene Fehlbedienungen auszuschließen. Deshalb besteht der Bedarf nach einem verbesserten Ansatz.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Konzept zur Dosierung insbesondere von Medikamenten für das Auge zu schaffen.

Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein Freistrahldosiersystem zur Verabreichung eines Fluids, wie z. B. eines Augenmedikaments zur Glaukom-Behandlung oder allgemein von Augentropfen in ein Auge. Das Freistrahldosiersystem umfasst eine Mikropumpe, einen Sensor und eine Steuerung. Die Mikropumpe hat einen Einlass und einen Auslass und ist ausgebildet, um das Fluid vom Einlass zum Auslass zu befördern und das Fluid an dem Auslass als Freistrahl an das Auge abzugeben. Der Sensor ist ausgebildet, um das Auge zu erfassen. Die Mikropumpe wird durch die Steuerung gesteuert, nämlich derart, dass die Mikropumpe aktiviert wird, sobald das Auge von dem Sensor erfasst wird.

Der Kern der vorliegenden Erfindung liegt also darin, dass durch die Vorrichtung bzw. das Dosiersystem eine Medikamentendosierung mittels eines „Freistrahls” ermöglicht wird, der sensorgesteuert abgegeben wird. Hier erkennt der Sensor das Auge und steuert bei erkanntem Auge eine Pumpe zur Erzeugung eines Strahls, der in Relation zu dem Sensor so ausgerichtet ist, dass er in das erkannte Auge trifft. So kann das Medikament sicher in das Auge appliziert werden, wobei Fehldosierung durch Blinzeln oder durch Verfehlen des Auges auszuschließen sind. Ferner ist die dosierte Menge hinreichend genau einstellbar, da nun nicht mehr die dosierte Menge von der Schwerkraft, die auf den Tropfen wirkt, abhängt. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Ergonomie eines derartigen Systems im Vergleich zu herkömmlichen Augentropfen wesentlich verbessert ist, so dass die Verabreichung der Augentropfen auch für ältere Patienten dennoch möglich ist. Dies fördert allgemein die Akzeptanz bei den Patienten.

Der Sensor, der das Auge erkennt, kann unterschiedlich ausgestrahlt sein. Entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel kommt als Sensor eine einfache Reflexionsoptik zum Einsatz, die ausgebildet ist, einen Reflexionsgrad einer Oberfläche, auf welche die Reflexionsoptik gerichtet ist, zu bestimmen. Anhand des Reflexionsgrads kann erkannt werden, ob der Sensor auf ein Auge gerichtet ist oder auf eine andere Oberfläche. Entsprechend Ausführungsbeispielen umfasst die Reflexionsoptik zumindest eine Fotodiode und eine Lichtquelle. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann alternativ zu der Reflexionsoptik auch ein Ultraschallsensor zur Abstandsbestimmung oder ein anderer Sensor, wie z. B. ein CCD-Sensor einer Kamera eingesetzt werden. Mit einer Kamera ist es zusätzlich auch möglich, nicht nur zu erkennen, wenn ein Auge vorliegt, bzw. ob dieses offen oder geschlossen ist, sondern auch ob es sich um ein linkes oder ein rechtes Auge handelt.

Im Allgemeinen ist sowohl der Sensor in Kameraform als auch der Sensor in Form der Reflexionsoptik entsprechend zusätzlichen Ausführungsbeispielen dazu ausgebildet, das Blinzeln zu erkennen. Das Blinzeln lässt einen Rückschluss dahin gehend zu, ob die Verabreichung des Fluids in das Auge erfolgreich war. Dies ermöglicht eine Feedback-Funktion für den Patienten. Des Weiteren kann entsprechend Ausführungsbeispielen die erfolgreiche Verabreichung bzw. allgemein die Verabreichung in einem Speicher des Freistrahldosiersystems hinterlegt werden, wobei der Speicher durch seine optionale Schnittstelle, z. B. vom Augenarzt, auslesbar ist. Mit diesem Mitloggen kann der Arzt das erste Mal die Therapie anhand der Dosierung der Medikamente überwachen. Hieraus ist auch zu erkennen, ob der Patient die Verabreichung des Medikaments aussetzt oder verweigert, so dass die schlimmste Konsequenz, die Erblindung (was bei 10% aller Glaukomerkrankungen immer noch erfolgt) verhindert werden kann.

Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ist die Mikropumpe dazu ausgebildet, das Fluid in der entsprechenden Menge, z. B. 10 μl oder < 40 μl zu verabreichen oder, falls nötig, die Verabreichung zu wiederholen, um auf die vorgeschriebene Gesamtmenge zu kommen. Durch die richtige Auswahl an Mikropumpen kann die Verabreichung auch mehrmals hintereinander in so kurzen Zeitabständen erfolgen, dass kein Blinzeln zwischen diesen einzelnen Dosen zu erwarten ist.

Entsprechend Ausführungsbeispielen weist die Mikropumpe eine Kamer und eine in die Kammer integrierte Membran sowie einen Piezoaktor zur Bewegung der Membran auf.

Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Augentropfenflasche mit einem Freistrahldosiersystem entsprechend obiger Spezifikationen. Alternativ hierzu wäre es entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen auch denkbar, dass das Freistrahldosiersystem in einer Brille bzw., um genau zu sein, in ein Brillengestell der Brille angeordnet wird. Hierbei kann dann zusätzlich auch noch eine Kartusche für das Fluid in die Brille integriert sein, die entsprechend auch wechselbar ist.

Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zur Verabreichung des Fluids bzw. des Medikaments. Das Verfahren umfasst die Schritte Erfassen eines Auges mittels eines Sensors, Aktivieren der Mikropumpe, sobald das Auge von dem Sensor erfasst ist, um so mittels der Mikropumpe ein Fluid auslassseitig als Freistrahl in das Auge abzugeben. Dieses Verfahren hat, wie auch die obigen Ausführungsbeispiele den Vorteil, dass nicht nur großvolumige Tropfen, wie beispielsweise ausgehend von typischen Quetschflaschen schwer zu dosieren sind, sondern auch sehr kleinvolumige Tropfen in einer genau bestimmten Dosis zuverlässig abgegeben werden können.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich allgemein auf die Verwendung einer oben beschriebenen Mikrodosierpumpe zur Verabreichung von Augenmedikamenten, z. B. zur Behandlung von Glaukom oder trockenen Augen. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert. Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1a ein schematisches Blockdiagramm eines Freistrahldosiersystems gemäß einem Basisausführungsbeispiel;

1b ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Dosieren;

2a ein schematisches Blockdiagramm einer Mikropumpe im Freistrahldosiersystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;

2b ein schematisches Blockdiagramm einer Mikropumpe für das Freistrahldosiersystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;

3a ein schematisches Blockdiagramm einer Reflexionsoptik eines Freistrahldosiersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;

3b ein Diagramm zur Instruktion des Dosierüberwachungsmittels der Reflexionsoptik;

4 ein schematisches Blockdiagramm eines Freistrahldosiersystem in der Augenflasche-Variante gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; und

5 ein schematisches Blockdiagramm eines Freistrahldosiersystems in der Brillen-Variante gemäß einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung an Figuren im Detail erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass gleiche oder gleichwirkende Elemente und Schritte mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die Beschreibung derer austauschbar ist.

1a zeigt ein Freistrahldosiersystem 10 mit einer Mikropumpe 20 und einem Sensor 30, wobei zwischen Sensor 30 und Mikropumpe 20 eine Steuerung 35 zwischengeschaltet ist.

Die Mikropumpe 20 umfasst einen Einlass 20 für ein Fluid und einen Auslass 24. Die Mikropumpe 20 ist ausgebildet, um das Fluid über den Einlass 22 aufzunehmen bzw. das Fluid am Einlass 22 einzusaugen, dieses zum Auslass 24 zu befördern und dort als Freistrahl 26 in Richtung Auge 12 auszugeben. An dieser Stelle sei der Vollständigkeit halber angemerkt, dass der Freistrahl 26 das Fluid, wie z. B. ein Medikament (zur Glaukombehandlung), das in das Auge 12 dosiert werden soll, umfasst. Um diesen Freistrahl 26 zuverlässig zu erzeugen, kann entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Auslass 24 als Düse oder (Einfach-)Blende geformt sein.

Wie oben bereits erläutert, ist es ein Problem, das Fluid in das Auge und nicht neben das Auge bzw. nicht auf das Augenlid abzugeben. Um dies sicherzustellen, weist das Freistrahldosiersystem 10 den Sensor 30, der zur Beobachtung des Auges 12 dient, auf. Der Sensor 30 kann beispielsweise eine Kamera oder eine Reflexionsoptik sein, die ausgebildet ist, das Auge zu erfassen. Sobald das Auge erfasst ist, wird mittels der Steuerung 35 die Mikropumpe 20 aktiviert. In der Konsequenz wird das Fluid bzw. Arzneimittel in Form eines Freistrahls 26 in das Auge 12 bzw. allgemein in Richtung Auge 12 abgebeben (dosiert), sobald der Sensor erkennt, dass die Freistrahldüse 24 auf das Auge 12 zielt.

Von einer anderen Seite betrachtet heißt das, dass das Freistrahldosiersystem das Verfahren 100, welches in 1b dargestellt ist, ausführt.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass ein Freistrahl 26 sich wesentlich von den herkömmlichen Schwerkraft-Tropfen (vergleiche Augentropfen, ca. 40 μl) bzw. einem Mikrodosiertropfen (vergleiche Tintenstrahldrucker) in Bezug auf Menge und Form unterscheidet. Ein Freistrahl 26, wie er hier beispielsweise zum Einsatz kommt, hat im Regelfall eine tatsächliche länglich Strahlformung, z. B. mit einer Länge von 1–50 mm und eine Gesamtmenge im Bereich von 20 nl bis 100 nl oder von 40 nl bis 500 nl; d. h. eine vergleichsbar geringe Menge auf einen nicht kompakte Volumenanordnung. Derartige Mengen bei der oben angegebenen Länge führen in der Konsequenz zu einer sehr dünnen Strahldicke, wobei die Erzeugung des Freistrahls 26 auf der Kombination aus relativ hoch Hubvolumen in Kombination mit einer relativ feinen Düse basiert. Gegenüber einem Mikrodosiertropfen („ink-Jet-Prinzip, der ein Volumen von ca. 20 bis 100 pl hat, und der im Wesentlichen rund ist), ist das Volumen des Freistrahls sehr groß.

1b zeigt das Verfahren 100 mit den Basisschritten 102 und 104 sowie dem optionalen Schritt 106. Der Basisschritt 102 bezieht sich auf das Erfassen des Auges 12 mittels des Sensors 30. Der Basisschritt 104 ist das Aktivieren der Mikropumpe 20, sobald das Auge 12 von dem Sensor 30 erfasst ist, so dass mittels der Mikropumpe 20 ein Fluid ausgangsseitig als Freistrahl 26 an das Auge 12 abgegeben werden kann. Somit wird also eine automatische Auslöse des Dosierprogramms ermöglicht, wobei das Auslösungsereignis das Vorliegen eines Auges, das Vorliegen eines offenen Auges, aber auch das Vorliegen des richtigen Auges sein kann.

Nach diesem Schritt 104 kann auch der optionale Schritt 106 folgen, entsprechend welchem eine Erfolgskontrolle ermöglicht wird. Diese Erfolgskontrolle 106 ist beispielsweise dadurch realisiert, dass ein Zwinkern des Auges, welches nach einer gewissen Reaktionszeit unvermeidlich in Folge der Dosierabgabe ist, detektiert wird. Hintergrund hierzu ist, dass, wenn ein Strahl 26 in das Auge 12 trifft, der Mensch unwillkürlich, aber mit einer Verzögerung von wenigen Hundertstelsekunden blinzelt. Dieses Blinzeln innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls kann durch die Sensorik 30 erfasst werden, so dass man ein Biofeedback bekommt, ob die Flüssigkeit ins Auge gegangen ist. Diese Möglichkeit des Biofeedbacks ist auch unter dem Schlagwort Control-in-the-Loop einzuordnen.

Bezug nehmend auf 2a wird eine Mikropumpe erläutert, die in dem hier vorgestellten Freistrahldosiersystem angewendet werden kann. 2a zeigt eine Mikropumpe 20' mit einem Einlass 22', welcher hier als Einlassventil ausgeführt ist und einem Auslass 24', welcher hier als Auslassventil 24' ausgeführt ist. Zwischen Einlass 22' und Auslass 24' ist eine Pumpkammer 23' vorgesehen. Auf der einen Seite der Pumpkammer 23' ist eine Membran 27' angeordnet, die die Pumpkammer 23' abschließt. Die Membran 27' wird durch einen Piezoaktor 28', der großflächig auf der Membran 27' angeordnet ist, angetrieben.

Die Funktion kann wie folgt beschrieben werden. Über das Einlassventil 22', welches hier als Einwegventil (realisiert durch eine Biegebalkenstruktur) ausgeführt ist, wird das Fluid in die Pumpkammer 23' angesaugt. Nun ist die Pumpkammer 23' mit dem Fluid gefüllt, wobei das Auslassventil 24', das ebenfalls als Einwegventil (realisiert durch einen Biegebalken) ausgeführt ist, zurückgehalten wird. Wenn nun der Piezoaktor 28' bzw. allgemein der Aktor 28' angesteuert wird, erfolgt ein Verformen der Membran 27', so dass das Volumen in der Pumpkammer 23' reduziert wird, der Druck auf das Auslassventil 24 steigt und dieses öffnet. An dieser Stelle sei angemerkt, dass auf den Druck auch auf das Einlassventil 22' steigt, dieses aufgrund der Einwegcharakteristik nicht öffnen kann. Infolge der Öffnung des Auslassventils 24' wird nun das Fluid aus der Kammer 23' abgegeben. In einem nächsten Schritt, wenn dann der Aktor 28' nicht mehr aktiviert wird, bewegt sich die Membran 27' wieder in die Ausgangsposition zurück, so dass in der Pumpkammer 23' ein Unterdruck entsteht, infolge von welchem über das Einlassventil 22' wieder Fluid in die Kammer 23' angesaugt wird.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Mikropumpe 20' auf der Unterseite, auf welcher Einlass und Auslass 22' und 24' angeordnet sind, mit einem optionalen Düsenchip 40' versehen. Dieser umfasst auslassseitig eine Düse 42', welche als Blende ausgeführt ist, in Kombination mit einer Düsenkammer 43', wobei die Düse 42' und Düsenkammer 43' derart zusammenwirken, dass bei einer Pumpaktivität des Pumpchips 20' der Freistrahl 26 abgegeben wird. Der Pumpchip 40' weist optionaler Weise auch noch einen Filter 44' auf, der mit dem Einlassventil 22' gekoppelt ist, bzw. in Überdeckung ist, so dass das Einlassventil 22' über dem Pumpchip 44' das Fluid ansaugen kann.

Trotz der Kombination aus Pumpchip 20' und Düsenchip 40' kann eine flache Bauweise realisiert werden. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass derartige Chips typischerweise aus Silizium herausgeätzt werden bzw. allgemein mit Halbleitertechnologien hergestellt werden. Alternativ zur bevorzugten Dosierchipvariante aus Silizium kann dieser auch Keramik oder Glas umfassen oder aus Metalllagen, z. B. Federedelstahl, ausgebildet sein, die z. B. durch Laserschweißen oder Thermodiffusionsbonden aufeinander gefügt werden. Diese kompakte Bauweise ermöglicht die Integration des Freistrahldosiersystems, z. B. in einem Augentropfenfläschchen. Um dennoch mit derartig kleinen Mikropumpen eine ausreichende Dosiermenge zu erreichen, kann dieser hier dargestellte Mikropumpenchip 20' hochfrequent betrieben werden, so dass also eine Mehrzahl an Hüben (z. B. 1 bis 40 μl bzw. 10 bis 40 μl oder sogar mehr als 40 μl pro Hub) ausführbar sind. Hierbei kann die Hubfolge auch so kurz gewählt werden, dass die Reaktionszeit des Auges für das Blinzeln länger ist.

Wie oben bereits erläutert, ist der hier dargestellte Mikrodosierchip umfassend den Mikropumpenchip 20' und den Düsenchip 40' selbstansaugend, so dass ein fehlerfreies Flüssigkeits-Handling gewährleistet werden kann.

2b zeigt einen weiteren Mikrodosierchip umfassend den Mikropumpenchip 20', den Düsenchip 40'', eine externe Düse 42'' und ein Reservoir 50''.

Der Mikropumpenchip 20' entspricht dem Mikropumpenchip aus 2a. Der Düsenchip 40'' dient zur Verbindung des Mikropumpenchips 20' mit dem externen Düsenchip 42'' auf der Auslassseite und zur Verbindung mit dem Reservoir 50'' auf der Einlassseite.

Das Reservoir 50' kann beispielsweise ein fest vordefiniertes Volumen, welches mit dem Fluid gefüllt ist, umfassen oder auch als Schnittstelle für eine Kartusche bzw. ein Augentropfenfläschchen geformt sein. In diesem Ausführungsbeispiel ist die externe Düse 42'' nicht als einfache Blende, sondern als aufgesetztes Element mit der Öffnung 42''O gebildet, so dass durch den Düsenchip 40'' und die Düse 42'' das Volumen 43'' hinter der Öffnung 42''O geformt wird.

Der hier dargestellte Dosierchip kann im Gegensatz zu den am Markt erhältlichen Dispensern kleinste Flüssigkeitsmengen, z. B. im Nanoliterbereich bis einige 10 μl pro Sekunde, als Freistrahl 26 in Richtung Auge 12 dosieren. Hierbei ist die Mikropumpe 20' nicht nur selbstansaugend, sondern auch blasentolerant. Dies kann dadurch realisiert werden, dass die Blasen durch die Pumpe 20' befördert werden und beim Betrieb abtransportiert werden. Durch die Ventile 22' und 24' kann realisiert werden, dass nicht weitere Luft in die Pumpkammer 27' eindringt, so dass es auch nicht zu erneuter Blasenbildung kommt. Das Ventil 24' verhindert dabei auch, dass es nicht zum Tropfen kommt. Größere Blasen bzw. nach einem Schlauch- oder Medienwechsel führen ebenfalls nicht zum Ausfall. Durch die oben beschriebene Selbstansaugfähigkeit kann auch nach einem Medien- bzw. Schlauchwechsel die Arbeit schnell wieder aufgenommen werden, da die Selbstansaugfähigkeit in Kombination mit der Blasentoleranz nach wenigen Huben bereits wieder einen zuverlässigen Betrieb sicherstellt. Ein weiterer Vorteil ist die geringe Größe, da, wie auch dargestellt, die Gesamteinheit auf einem kleinen Chip realisiert werden kann.

In Bezug auf die in 2b dargestellte Vorrichtung sei angemerkt, dass die externe Düse 42'' optional auch mit Überwachungsfunktion ausgestattet sein kann. Hierbei kann beispielsweise ein Druckvergleichssensor, der ausgebildet ist, einen Vergleich zwischen den in der Kammer 43'' herrschenden Druck und außerhalb der Kammer herrschenden Druck durchführt, vorgesehen sein, weil ausgehend von der Druckdifferenz ein Durchfluss bestimmbar ist. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann in den Mikrodosierchip auch die in Bezug auf 1 erläuterte Steuerung 35 integriert sein. Wie bereits angemerkt, kann diese Steuerung 35 auch einen integrierten Speicher zur Protokollierung der erfolgten Abgabe umfassen, so dass der Speicher im Nachgang mit einer (drahtlosen) Schnittstelle auslesbar ist. Hierbei kann die erfolgende Abgabe entweder anhand eines detektierten Blinzelns als Reaktion auf den in das Auge treffenden Freistrahls 26 oder anhand eines detektierten Durchflusses des Medikaments durch den Auslass oder Einlass der Mikropumpe 20' festgestellt werden. Entsprechend einer bevorzugten Variante wird Kombination dieser zwei Ereignisse oder, um genau zu sein, dass zeitliche Aufeinandertreffen von Blinzeln infolge einer Dosierung (Durchfluss) als Kriterium für die erfolgreiche Abgabe herangezogen.

Zusätzlich sei darauf hingewiesen, dass sowohl mittels der in der Steuerung 35 hinterlegten Einstellung als auch mittels der Dimensionierung der Elemente 23', 27', 28' und insbesondere 24' sowie 42''O die Dosiergeschwindigkeit einstellbar ist. Die Dosiergeschwindigkeit des Freistrahls 26 (Jets) wird so eingestellt, dass es nicht unangenehm ist, wenn der Strahl 26 auf das Auge 12 trifft, d. h. also dass der Überdruck in der Pumpkammer 23' so eingestellt ist, dass er zwar über die Freistrahlgrenze der Mikrodüse 42'' bzw. 42''O liegt, aber so gering ist, dass die kinetische Energie des Freistrahls 26 als nicht unangenehm empfunden wird oder gar das Auge schädigt.

An dieser Stelle sei weiter angemerkt, dass entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen die Überwachung der Mikrodosierpumpe 20', insbesondere die Überwachung der Druckdifferenz am Auslass derselben dazu genutzt werden kann, um Fehler, wie zum Beispiel Luftblasen in der Kammer zu erkennen.

Zur Überwachung kann am Auslass einen Wheatstone-Brücke eingesetzt werden. Auf der den Auslass bzw. die Düse aufweisenden Membran sind beispielsweise vier in einer Wheatstone-Brückenschaltung angeordnete Widerstände, insbesondere piezoresistive Widerstände, vorgesehen. Mittels der Wheatstone-Brückenschaltung werden anhand der Verstimmung derselben Verformungen der (piezoresistiven) Widerstände und damit der Membran gemessen, ausgehend von welchen bei Kenntnis des Auslass-/Düsendurchmessers der Durchfluss durch den Auslass/die Düse (Flusswiderstand mit definiertem Strömungswiderstand) bestimmt werden kann.

Zusätzlich ist auch das Dosiervolumen pro Freistrahl-Jet 26 sowohl über die Einstellung in der Steuerung 35 als auch über die Dimensionierung der oben genannten Komponenten anpassbar. Das Hubvolumen des Piezoaktors kann durch das Design eingestellt werden. Bei relativ großen Membranaktoren 20', beispielsweise mit einer Chipgröße von 7 × 7 × 1 mm3 beträgt das Hubvolumen je nach Design zwischen 20 Nanoliter und 500 Nanoliter. Bei kleinen Membranaktoren 20' mit beispielsweise einer Chipgröße von 3 × 3 × 1 mm3 beträgt das Hubvolumen zwischen 5 Nanoliter und 50 Nanoliter.

Ein Freistrahljet 26 besteht entsprechend Ausführungsbeispielen aus einer Mehrzahl von Hubvolumina, die kurz hintereinander abgegeben werden. Wenn man von einer Reaktionszeit des Menschen von ca. 500 ms ausgeht, hat man ca. 100 ms Zeit, den Jet 26 zu dosieren, vor Blinzeln des Auges 12 zu einer Fehldosierung führt. Bei einer beispielhaften Ansteuerung des Aktors 28' mit 50 Hertz können in 100 ms fünf Hubvolumenpakete herausgeschossen werden, je nach Hubvolumen, also zwischen fünf Nanoliter und 2500 Nanoliter, bevor der nächste Wimpernschlag folgt.

Ein Patient, der täglich zwei Mal je Auge je zwei Tropfen 40 μl dosieren muss, hat einen Volumenverbrauch von 320 μl täglich. Zwei Reservoirs von je einem ml würden für ca. eine Woche ausreichen. Die Systemsteuerung 35 erkennt, wieviel dosiert wurde und kann die Anzahl der notwendigen Jets 26 verabreichen.

Da die Dosiergenauigkeit wesentlich größer ist und die Fehldosierung viel geringer, kann der Wirkstoff der Augentropfen so aufkonzentriert werden, dass das zu dosierende Volumen verringert werden kann, was die Kartuschengröße weiter verkleinert.

Bezug nehmend auf 3a und 3b wird die Reflexionsoptik, welche als Sensor in das Freistrahldosiersystem eingesetzt wird, erläutert.

3a zeigt das Mikrodosiersystem 10''' mit einer Pumpe 20''' in Kombination mit einer Düse 24''' zur Erzeugung des Freistrahls 26 an das Auge 12. Die Vorrichtung 10''' umfasst ferner die Reflexionsoptik 30''', welche aus einem Sender 30S''' und einem Empfänger 30E''' besteht. Der Empfänger 30E''' kann eine einfache Fotozelle bzw. Fotodiode sein, während der Sender 30S''' eine Lichtquelle, wie z. B. eine LED umfasst. Zusätzlich kann die Reflexionsoptik 30''' auch noch weitere Elemente, wie z. B. Linsen oder Spiegel umfassen.

Der Sender 30S''' sendet einen Lichtstrahl in Richtung des Auges 12. In Abhängigkeit davon, ob der Lichtstrahl auf den Augapfel 12a oder das Augenlid 12L trifft unterscheidet sich das Reflexionsverhalten. Der Lichtstrahl wird dann, wie mit dem Pfeil angedeutet, zurückgeworfen und trifft auf den Empfänger 30E'' auf, der das Reflexionsverhalten erkennen kann.

Bevor nachfolgend der genaue Ablauf mit dem Detektieren und Zuhilfenahme der Reflexionsoptik 30''' und dem Dosieren anhand von 3b erläutert wird, sei darauf hingewiesen, dass die Reflexionsoptik 30''' auch mehrere Sender oder mehrere Empfänger kombinierte Sender/Empfänger umfassen kann.

3b zeigt ein Diagramm von unterschiedlichen Phasen bei der Dosierung zu unterschiedlichen Zeitpunkten (T = 0 bis T = T2), wobei immer von dem Mikrodosiersystem 10''' ausgegangen wird. Zum Zeitpunkt T = 0 wird mittels der Reflexionsoptik 30''' das Auge 12, oder um genau zu sein, die Pupille des Auges 12 erkannt und die Mikropumpe 20''' aktiviert, so dass der Freistrahl 26 zum Zeitpunkt T = T1 an das Auge 12 abgegeben wird. Bezüglich des Zeitpunkts T = 0 sei ferner angemerkt, dass die Aktivierung nur dann erfolgt, wenn die Mikrodosierpumpe 20''' gegenüber dem Auge 12 in der korrekten Position ist. Anders ausgedrückt heißt das, dass zum Zeitpunkt T = 0 eine Positionserkennung erfolgt. Jetzt trifft der Freistrahl 26 das erste Mal auf das Auge 12. An dieser Stelle sei auch angemerkt, dass, wie anhand der unterbrochenen Freistrahllinie 26 angedeutet ist, der Freistrahl mehrere Pump- bzw. Fördervorgänge umfasst. Durch das Auftreffen des Freistrahls 26 auf das Auge 12 wird ein Blinzelreiz ausgelöst.

Der Zeitpunkt zwischen T1 und T2 stellt das Zeitfenster zum Verabreichen der Flüssigkeit dar und ist durch die Reaktionszeit des Auges bis zum Lidschluss definiert. Die Reaktionszeit beträgt also T2 – T1 (typischerweise 100 ms).

Zum Zeitpunkt T = T2 erfolgt dann der Lidschluss, wie anhand des geschlossenen Lids 12L illustriert. Dieser Lidschluss wird durch die Reflexionsoptik 30''' erkannt. Dieses Blinzeln erkennen ist der sogenannte Bioeffekt. Infolge des Erkennens des Blinzelns wird nun die Mikrodosierpumpe 20''' deaktiviert, so dass kein Freistrahl mehr abgegeben wird.

Optional kann, wenn noch nicht eine ausreichende Menge in das Auge 12 dosiert wurde, die Sequenz ab dem Zeitpunkt T = 0 nochmal von Neuem gestartet werden, um die restliche Menge nochmal zu dosieren.

Alternativ zu der Reflexionsoptik 30''' sind noch weitere Sensoriken denkbar: Kamera und Bildauswertung, was eine Unterscheidung des linken und des rechten Auges neben der Unterscheidung des offenen und geschlossenen Auges ermöglicht, oder Abstandssensor, z. B. auf Ultraschallbasis.

Die oben beschriebene Mikrodosiersysteme können beispielsweise als Augenflaschen-Variante eingesetzt werden, wie anhand von 4 gezeigt ist.

4 zeigt ein Freistrahldosiersystem umfassend den Dosierchip samt Düse 20'''' sowie den Sensor 30'''' zur Abgabe des Fluids mittels des Freistrahls 26 an das Auge 12. Als Reservoir dient eine herkömmliche Augentropfflasche 50'''', auf die der Dosierchip 20'''' sowie der Sensor 30'''' montiert ist. Wie oben bereits erläutert, wird der Freistrahl 26 automatisch dosiert, sobald das Reservoir 50'''' bzw. allgemeines Freistrahldosiersystem in der richtigen Position gegenüber dem Auge 12 gehalten wird (vgl. Hand 13). Das Konzept bietet die Vorteile, dass es auf herkömmliche Augentropffläschchen montiert bzw. in dieses integriert werden kann. Hierbei ist der Betriebsweg bereits vorhanden und die Patienten sind an Augentropfenfläschchen gewöhnt. Durch Einsatz einfacher Reflexionsoptik und simple aufgebauter Dosierchips können die Herstellungskosten für diese Variante gering gehalten werden, so dass die Kosten der Augentropfenflasche umfassend Medikament und Mikrodosiervorrichtung sich gegenüber der einfachen Augentropfenflasche nicht signifikant erhöhen.

Auch wenn bei obigen Ausführungsbeispielen, insbesondere bei dem Ausführungsbeispiel aus 4 Sensor und Mikropumpe immer als separate Einheiten dargestellt sind, sei an dieser Stelle auch angemerkt, dass der Dosierchip und der Sensor selbstverständlich auch als gemeinsames Bauteil denkbar wären.

Eine weitere Variante alternativ zu der Augentropfenvariante wird in 5 dargestellt. 5 zeigt eine Brille 55 mit einem eingebauten Reservoir 50'''', ein oder alternativ zwei Mikrodosierchips 20'''' und ein oder alternativ zwei Sensoren 30''''.

Auf dem Träger 55 wird das Freistrahldosiermodul (Kombination aus Mikropumpe 20'''' und Düsenchip 20''''') montiert, das aus einem Reservoir 50''''' Medikamente im Freistrahl 26 an die zwei Augen 12_1 und 12_2 ausgeben kann, die dann im Freiflug ins Auge gehen. Dazu wird auch noch eine Sensorik 30''''' (z. B. eine Kamera) installiert, die erkennen kann, dass die Brille oder der Träger 55 in Bezug auf das Auge 12_1 und 12_2 richtig platziert ist.

Vorzugsweise ist das Reservoir 50''''' und der Freistrahlchip 20''''' austauschbar und in den Träger 55 in einer definierten Position, z. B. durch Einklipsen montierbar.

Eine Systemsteuerung (nicht dargestellt) kann nun die Augentropfen in das Auge jetten, je nach vom Arzt dosierter Verabreichung. Die Kamera dient dazu, dass das System 10''''' nur dann jettet, wenn sichergestellt ist, dass der Jet 26 das Auge 12_1 oder 12_2 trifft.

Der Patient kann z. B. seinen Zeitraum angeben, in dem die Tropfen verabreicht werden, damit er nicht unverhofft, z. B. beim Autofahren durch einen Jet gestört wird. Bei Patienten, die nur eine Lesebrille haben, kann die Brille automatisch erkennen, wann diese aufgesetzt wird, und dann in das Auge entsprechend jetten.

Entsprechend Ausführungsbeispielen wär auch eine Justageprozedur möglich, die nach dem Einklipsen des Systems 10''''' in die Brille 55 durchgeführt wird. Die Brille 55 wird aufgesetzt, wobei mittels der Kamera 30''''' überprüft wird, ob die Brille korrekt sitzt.

In Bezug auf das Reservoir 50'', 50'''' und 50''''' sei angemerkt, dass bei diesem bevorzugt das Kartuschensystem realisiert ist. Auch kann das ganze System''''' als Kartuschensystem realisiert sein. Hintergrund hierzu sind hygienische Gründe, die es gegebenenfalls nötig machen, den Freistrahlchip unter die Augentropfen bzw. das Augentropfenreservoir in regelmäßigen Abständen (z. B. einmal pro Woche) auszutauschen. Zum Beispiel kann dies mit einer Kartusche gesehen werden, die eingeklipst wird. Die Kartusche besteht aus Augentropfenreservoir, Zuleitung und Freistrahlchip. Die Sensorik kann dabei wieder verwertet werden und muss nicht ausgetauscht werden oder wird einfach an ein neues System 10''''' angefügt.

Zusammenfassend kann also festgestellt werden, dass das oben beschriebene Freistrahldosiersystem zur berührungslosen Medikamentendosierung geeignet ist, wobei die Dosierung, z. B. aus dem Augenfläschchen im Freistrahl erfolgt.

Deshalb kann entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel auch die oben beschriebene Mikrodosierpumpe ohne die Steuerung und ohne die Sensorik, dafür aber in Kombination mit Augenmedikamenten eingesetzt werden. D. h. also, dass ein weiteres Ausführungsbeispiel auf die Verwendung der Mikrodosierpumpe zur Verabreichung von Augenmedikamenten gerichtet ist. Alternativ kann, wie bereits beschrieben, die selbstansaugende, kosteneffiziente Dosierchipvariante in Verbindung mit einer einfachen Reflexionsoptik zum Einsatz kommen. Die richtige Positionierung des Chips zum Auge (mit automatischer Auslösung des Dosiervorgangs) und als Erfolgskontrolle auch das unvermeidbare Zwinkern (nach der Reaktionszeit) erkennt. Hier kann, wie oben bereits erläutert, die erfolgreiche Dosierung elektronisch geloggt werden und steht dann zur Compliance-Wertung und Therapieüberwachung bereit. Der Schätzung nach sollten bei einer Stückzahl von > 10 Mio. pro Jahr die Herstellungskosten unter 4 Euro liegen. Hinsichtlich der Abmessungen sind entsprechend Ausführungsbeispielen Dosierchips (umfassend Komponenten wie Freistrahldosiersystem inkl. oder exkl. Gehäuse, Batterie und/oder Steuerung) in der Größe 7 × 7 mm2 oder 5 × 5 mm2 realisierbar.

Beiden oben erläuterten Ausführungsbeispielen mit und ohne Steuerung/Sensorik liegt der gemeinsame erfinderische Gedanke in Bezug auf die Freistrahldosierung von Augenmedikamenten zu Grunde. Die Freistrahldosierung bietet im allgemeinen im Vergleich zu herkömmlichen Dosierungsvarianten wesentliche Vorteile, wie zum Beispiel bzgl. Zuverlässigkeit bei der Dosierung, hohe Genauigkeit und/oder Überwachbarkeit.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.