Sprühdose, aufweisend einen Sprühbehälter und einen Sprühkopf, welcher Behälterverbindungsmittel zum Verbinden mit dem Sprühbehälter und mindestens zwei Austrittskanäle aufweist, welche so angeordnet sind, dass aus Austrittsöffnungen der Austrittskanäle austretende Sprühstrahle an einem von den Austrittsöffungen beabstandeten Aufprallort zentral aufeinander treffen, wobei der Sprühbehälter mit Sole und einem Treibmittel befüllt ist.
| EP1493492 | 2005-01-05 | |||
| EP1386670 | 2004-02-04 |
2. Sprühdose gemäß Anspruch 1, welche dazu angepasst ist, einen Volumenstrom an Sprühgut zwischen 0,1 und 0,9 ml pro Minute zu erzeugen.
3. Sprühdose gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Druck im Sprühbehälter 30 bar, vorzugsweise 15 bar nicht übersteigt.
4. Sprühdose gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwischen jeweils zweien der Austrittskanäle der Abstand deren Eintrittsöffnungen größer ist als der Abstand deren Austrittsöffnungen
5. Sprühdose gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Austrittskanäle jeweils eine Mittelachse aufweisen, welche zur jeweiligen Mittelachse eines jeweils anderen der Austrittskanäle in einem Winkel zwischen 30 und 120 Grad, vorzugsweise zwischen 45 und 90 Grad, steht.
6. Sprühdose gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die vom Rand der jeweiligen Austrittsöffnungen aufgespannten Austrittsquerschnittsflächen zueinander geneigt sind.
7. Sprühdose gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Austrittskanäle jeweils einen kleinsten Durchmesser zwischen 5 und 50 μm aufweisen.
8. Sprühdose gemäß Anspruch 7, wobei die Austrittskanäle jeweils einen kleinsten Durchmesser zwischen 5 und 15 μm aufweisen.
9. Sprühdose gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Austrittskanäle jeweils eine Länge von 50 bis 200 μm aufweisen.
10. Sprühdose gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Austrittskanäle jeweils ein als Quotient aus Länge des Austrittskanals und geringstem Durchmesser des Austrittskanals gebildetes Aspektverhältnis zwischen 3 und 10 aufweisen.
11. Sprühdose gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Austrittskanäle in einem gemeinsamen Düsenkörper, vorzugsweise einem Düsenkörper aus Kunststoff, angeordnet sind.
12. Sprühdose gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Austrittskanäle mittels Laserbearbeitung hergestellt sind.
13. Sprühdose gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Sprühkopf mit einem Patientenluftwegeadapter integral geformt oder verbunden ist, der als in eine Patientennase einführbarer Nasenadapter, als einen Patientenmund und/oder eine Patientennase abdeckender Maskenadapter oder mit einem Patientenmund umschließbarer Adapter ausgebildet ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sprühdose.
Sprühdosen, oft auch als Spraydosen bezeichnet, sind seit Jahrzehnten in den unterschiedlichsten Anwendungsgebieten bekannt. Sie weisen einen Sprühbehälter auf, in welchem sich ein unter Druck stehendes Treibmittel und das zu versprühende flüssige Sprühgut befindet, sowie einen relativ zum Sprühbehälter beweglich gelagerten Sprühkopf mit mindestens einer Austrittsdüse, aus welcher das Sprühgut austreten kann, wenn durch Bewegen des Sprühkopfes ein Ventil betätigt wird. Je nach Anwendungsgebiet sind dem Fachmann verschiedenste technische Ausführungsformen von Sprühdosen und deren Bestandteilen geläufig.
Die Einheit aus Sprühdose, Treibmittel und Sprühgut wird gemeinhin als Spray bezeichnet. Im medizinischen bzw. pharmazeutischen Bereich finden Sprays insbesondere zur Behandlung von Atemwegserkrankungen Verwendung, beispielsweise von leichten Erkältungserkrankungen mit Beschwerden der oberen Luftwege, aber auch von asthmatischen Beschwerden und anderen Erkrankungen der unteren Luftwege. Zudem können auch Wirkstoffe mittels Sprays verabreicht werden, welche nicht zur lokalen Wirkung in den Luftwegen bestimmt sind, sondern über die Luftwege nur aufgenommen und dann anderweitig im Patientenkörper wirksam werden sollen, beispielsweise Adrenalin zur Behandlung von Schockzuständen.
Die Einsatzmöglichkeiten herkömmlicher Sprühdosen sind begrenzt. Im medizinischen Bereich besteht eine der Grenzen darin, dass sich das Sprühgut für manche Anwendungen mittels herkömmlicher Sprühdosen nicht fein genug zerstäuben lässt, d. h. insbesondere die Erzeugung besonders feiner, lungengängiger Tröpfchen nicht in ausreichendem Maße möglich ist. Einschränkungen beruhen zum einen darauf, dass Behälterdrücke in Sprühbehältern aus Sicherheits- und Kostengründen in der Regel 15 bar kaum überschreiten, zum anderen darauf, dass die Austrittskanäle für das Sprühgut in Sprühkopfdüsen aus fertigungstechnischen Gründen nicht beliebig fein zu wirtschaftlichen Konditionen herstellbar sind.
Ferner eignen sich medizinische Sprays in der Regel nur zur Verabreichung einzelner kurzer Sprühstöße, einer längeren kontinuierlichen Sprühdauer sind durch den Vorrat an Sprühgut und Treibmittel Grenzen gesetzt, zumal die Dosierbarkeit herkömmlicher Sprays eher grob ist, d. h. die Verringerung des austretenden Stroms an Sprühgut zugunsten einer längeren Sprühdauer für den Benutzer in der Regel nicht umsetzbar ist.
Eine Alternative zu medizinischen Sprays stellen technisch aufwendigere Inhalatoren dar, welche mit anderen Energiequellen als komprimiertem Treibmittel arbeiten, beispielsweise elektromechanisch oder mittels Ultraschallzerstäubung. Aufgrund des technischen Aufwands und der damit verbundenen Kosten ist das Anwendungsspektrum derartiger Inhalatoren ebenfalls begrenzt. Insbesondere lassen sie sich nicht wie ein Spray einfach einstecken um bei Bedarf, beispielsweise während sportlicher Betätigung, auf Reisen, oder im normalen Alltagsgeschehen, sofort zur Verfügung zu stehen.
Neben Inhalatoren und herkömmlichen Sprühdosen sind auch Zerstäuberpumpen bekannt, die mittels eines hochgespannten Federsystems im Sprühgut sehr hohe Drücke, teilweise über 200 bar erreichen können. In Kombination mit mikrostrukturierten Düsenkörpern können hiermit sehr feine, lungengängige Tröpfchen erzeugt werden, allerdings nur während kurzer Sprühstöße von maximal etwa 1,5 Sekunden Dauer. Entsprechende Düsenkörper sind zudem aufwendig in der Herstellung. Dabei werden feine Kanäle mittels lithographischer Verfahren aus einem Siliziumdüsenkörper herausgeätzt. Derartige Zerstäuberpumpen und zugehörige Sprühköpfe sind beispielsweise aus
Angesichts der Einschränkungen denen der Einsatz herkömmlicher Sprühdosen, Inhalatoren und Zerstäuberpumpen unterliegt, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und eine Methode bereitzustellen, mit möglichst geringem Kostenaufwand geringe Tröpfchendurchmesser zu erzielen, insbesondere zum Verabreichen von medizinischen Wirkstoffen in die Atemwege eines Patienten.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Sprühdose gemäß Schutzanspruch 1 gelöst. Eine feine Zerstäubung wird hier insbesondere dadurch erreicht, dass unter Druck ausgestoßenes Sprühgut auf unter Druck ausgestoßenes Sprühgut prallt. In der Regel genügt es und ist in Hinblick auf eine kostengünstige Fertigung auch bevorzugt, zwei Austrittskanäle vorzusehen. Jedoch kann der Sprühkopf vorteilhaft auch mit drei oder mehr Austrittskanälen versehen sein. Bevorzugte Ausführungsformen sind in Schutzansprüchen 2–13 definiert.
Vorteilhaft umsetzbar ist eine solche Anordnung beispielsweise, indem zwischen jeweils zweien der Austrittskanäle der Abstand deren Eintrittsöffnungen größer ist als der Abstand deren Austrittsöffnungen. Der Abstand ist dabei als Abstand zwischen den Flächenschwerpunkten der Flächen definiert, welche jeweils von den Rändern der Eintrittsöffnungen bzw. Austrittsöffnungen aufgespannt werden.
Vorzugsweise weisen die Austrittskanäle jeweils eine Mittelachse auf, welche zur jeweiligen Mittelachse eines jeweils anderen der Austrittskanäle in einem Winkel zwischen 30 und 120 Grad, besonders bevorzugt zwischen 45 und 90 Grad steht. Um einen maximalen zur Zerstäubung nutzbaren Energieeintrag beim Aufprall der Sprühstrahle aufeinander zu erzielen, kann der Winkel jedoch 120 Grad auch überschreiten und bis zu 180 Grad (entsprechend direkt aufeinander gerichteter Sprühstrahle) betragen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die vom Rand der jeweiligen Austrittsöffnungen aufgespannten Austrittsquerschnittsflächen zueinander geneigt, d. h. eine auf der einen Austrittsquerschnittsfläche stehende Orthogonale strebt einer auf der anderen Austrittsquerschnittsflächen stehenden Orthogonale zu.
Vorzugsweise weisen die Austrittskanäle jeweils einen kleinsten Durchmesser zwischen 5 und 50 μm, besonders bevorzugt zwischen 5 und 15 μm auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Austrittskanäle jeweils eine Länge von 50 bis 200 μm auf. Die Länge ist dabei als Abstand zwischen den Flächenschwerpunkten der von den Rändern der Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung eines Austrittskanals aufgespannten Flächen definiert.
Vorzugsweise beträgt das jeweils als Quotient aus Länge eines Austrittskanals und geringstem Durchmesser des Austrittskanals gebildete Aspektverhältnis zwischen 3 und 30, besonders bevorzugt zwischen 10 und 25.
Vorzugsweise sind die Austrittskanäle in einem gemeinsamen Düsenkörper angeordnet, der als eigenes Bauteil oder integral mit dem restlichen Sprühkopf ausgebildet sein kann. Dies ermöglicht eine höhere Fertigungsgenauigkeit.
Vorteilhafterweise kann der Düsenkörper aus einem Kunststoff, beispielsweise Polyethylen, gefertigt sein, was dazu beiträgt, die Fertigungskosten gering zu halten. Jedoch können auch andere, beispielsweise metallische, Werkstoffe verwendet werden.
Ebenfalls kostengünstig kann der Düsenkörper als Spritzgussteil ausgeführt sein.
Vorzugsweise weist der Sprühkopf einen gemeinsamen Zuführungskanal zum Zuführen von Sprühgut zu Eingangsöffnungen der Austrittskanäle auf. Je nachdem, wie breit oder schmal die Auffächerung des beim Sprühvorgang erzeugten Aerosol-Strahls erwünscht ist, können die Austrittskanäle an ihren Austrittsöffnungen vorteilhafterweise in einen weiteren oder engeren Sprühkanal münden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist der Sprühkopf Adapterverbindungsmittel für einen Patientenluftwegeadapter auf, wobei der Sprühkopf mittels der Adapterverbindungsmittel werkzeugfrei, beispielsweise mittels einer Steck- oder Schraubverbindung, so mit dem Patientenluftwegeadapter verbindbar ist, dass aus den Austrittsöffnungen ausgetretenes Sprühgut in den Patientenluftwegeadapter eintreten kann. Ein solcher Patientenluftwegeadapter als in eine Patientennase einführbarer Nasenadapter, als Mundstück, oder als einen Patientenmund und/oder eine Patientennase abdeckender Maskenadapter ausgebildet sein.
Ebenfalls vorteilhaft kann der Sprühkopf mit einem Patientenluftwegeadapter integral geformt oder verbunden sein, der wiederum als in eine Patientennase einführbarer Nasenadapter, als einen Patientenmund und/oder eine Patientennase abdeckender Maskenadapter oder als mit einem Patientenmund umschließbarer Adapter ausgebildet ist.
Vorteilhafterweise können die Patientenluftwegeadapter aus einem geeigneten Kunststoff wie etwa PE oder PP, beispielsweise als Spritzgussteil, ausgeführt sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Sprühkopf mit einer Adapterhülle zum Einführen eines Sprühbehälters verbunden oder integral ausgebildet sein, wobei über die Behälterverbindungsmittel eine werkzeugfrei schließbare und werkzeugfrei lösbare Verbindung mit dem Sprühbehälter herstellbar ist. So lässt sich der Sprühkopf mit geeigneten Einweg-Sprühbehältern nutzen und resourcenschonend mehrfach verwenden.
Besonders bevorzugt werden die Austrittskanäle mittels Laserbearbeitung hergestellt. Eingesetzt werden dabei bevorzugt Pico- oder Femto-Laser, wobei sich bei Einsatz eines Femto-Lasers eine höhere Fertigungsgenauigkeit bei geringerer Materialerwärmung und glatterer Oberfläche erzielen lässt. Der Laser wird dabei in Richtung des gewünschten Kanalverlaufs wie ein Bohrer eingesetzt. Durch den in oberflächennahen Schichten höheren Energieeintrag ergibt sich eine konische Kanalform. Je nachdem, ob die Bearbeitung von der Seite der späteren Eintrittsöffnung oder der Seite der späteren Austrittsöffnung her erfolgt, ist die engere Seite des Konus an der Austrittsöffnung bzw. Eintrittsöffnung. Denkbar ist auch eine Bearbeitung von beiden Seiten, was jedoch eine besonders hohe Präzision bei der Laserausrichtung erfordert.
Demgemäß kann ein Verfahren zum Herstellen eines Düsenkörpers für einen Sprühkopf ausgeführt werden, indem mittels Laserbearbeitung Düsenkörpermaterial zum Erzeugen eines Austrittskanals vom Düsenkörper abgetragen wird.
Dabei kann, wie oben angedeutet, ein mittels Spritzguss gefertigter Düsenkörper, vorzugsweise aus Kunststoff, beispielsweise PE, zur Bearbeitung vorgelegt werden.
Die mindestens zwei Austrittskanäle können in demselben Düsenkörper erzeugt werdem, da dies die mögliche Fertigungspräzision gegenüber der ebenfalls möglichen Produktion eines eigenen (bei der späteren Montage auf den jeweils anderen Düsenkörper auszurichtenden) Düsenkörpers für jeden Austrittskanal erhöht.
Der Düsenkörper kann während dem Erzeugen beider Austrittskanäle ortsfest bleiben, d. h. verschiedene Einstrahlungswinkel des Lasers gegenüber dem Düsenkörper können durch Verstellen der Laseroptik bzw. -lichtquelle anstelle einer Lageveränderung des Werkstücks realisiert werden.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Sprühkopfes der oben dargestellten Art kann ausgeführt werden, indem mindestens ein wie oben hergestellter Düsenkörper in eine Sprühkopfkulisse eingesetzt wird. Die Sprühkopfkulisse kann vorteilhafterweise wiederum aus Kunststoff gefertigt sein. Alternativ kann der Düsenkörper jedoch auch mit weiteren Teilen des Sprühkopfes oder dem gesamten Sprühkopf integral bzw. einstückig ausgebildet sein. Das bedeutet, vorteilhafterweise können die Austrittskanäle auch direkt in den Sprühkopf oder Teile hiervon eingearbeitet werden, ohne dass es eines separaten Düsenkörpers überhaupt bedarf.
Vorzugsweise übersteigt der Druck im Sprühbehälter 30 bar nicht, bevorzugt übersteigt er 15 bar, besonders bevorzugt 10 bar nicht.
Auch im Bereich von Behälterdrücken von 3 bis 10 bar erreicht die erfindungsgemäße Sprühdose noch eine wesentlich feinere Tröpfchengrößen als herkömmliche Sprühdosen mit Treibmittel.
Bei der Verwendung von Sole kommt der erfindungsgemäße Vorteil zum Tragen, dass sich eine breite Tröpfchengrößenverteilung erzielen lässt. Sole kann so vorteilhafterweise an die oberen und unteren Luftwege gleichermaßen verabreicht werden. Insbesondere Sole eignet sich auch deshalb für eine gleichzeitige Verabreichung an die oberen und unteren Luftwege, da es sich hierbei um einen weitestgehend nebenwirkungsfreien Stoff handelt. Wenn bei einer der Behandlung eines Patienten vorausgehenden Diagnose oder Selbstdiagnose nicht eindeutig klar ist, in welchem Bereich der Luftwege die Solegabe benötigt wird, kann mit Tröpfchen unterschiedlicher Größe ein vorsorglich auf unterschiedliche Bereiche der Luftwege zugleich einwirkender Therapieansatz verfolgt werden.
Entsprechend kann ein Zerstäubungsverfahren ausgeführt werden, bei welchem Sprühgut mittels Behälterdrucks in Form mindestens zweier aufeinander prallender Sprühstrahle aus einem Sprühkopf gedrückt wird.
Insbesondere bei Einsatz eines Sprühkopfes bzw. einer Sprühdose der obigen Art gestattet das erfindungsgemäße Zerstäubungsverfahren die Erzeugung von Sprühtröpfchen mit einer Tröpfchengrößenverteilung, bei welcher der Sauterdurchmesser zwischen 5 und 25 μm beträgt. Bevorzugt liegt der Sauterdurchmesser der Tröpfchen zwischen 5 und 15 μm, was eine gute Lungengängigkeit bedeutet.
Vorzugsweise beträgt der Volumenstrom an Sprühgut zwischen 0,1 und 0,9 ml pro Minute.
Tröpfchengrößenverteilung und Volumenstrom lassen sich durch geeignete Wahl der o. a. Parameter Durchmesser bzw. Querschnittsfläche der Austrittsöffnungen der Austrittskanäle, Länge der Austrittskanäle, Winkel der Austrittskanäle bzw. deren Mittelachsen zueinander, Neigungswinkel der Austrittsöffnungen zueinander und Behälterdruck wunschgemäß einstellen.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand der beigefügten schematischen Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu; insbesondere entsprechen Verhältnisse der einzelnen Abmessungen zueinander aus Gründen der Anschaulichkeit teilweise nicht den Abmessungsverhältnissen in tatsächlichen technischen Umsetzungen. Es werden mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Grundsätzlich kann jede im Rahmen der vorliegenden Anmeldung beschriebene bzw. angedeutete Variante der Erfindung besonders vorteilhaft sein, je nach wirtschaftlichen, technischen und ggf. medizinischen Bedingungen im Einzelfall. Soweit nichts gegenteiliges dargelegt ist, bzw. soweit grundsätzlich technisch realisierbar, sind einzelne Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen austauschbar oder miteinander sowie mit per se aus dem Stand der Technik bekannten Merkmalen kombinierbar.
Es zeigt
Einander entsprechende Elemente sind in den Zeichnungsfiguren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Der wiederverwendbare Sprühkopf
Das Ventil des Sprühbehälters
Der Sprühkopfkulisse
Mittels Laserbearbeitung sind in den zylindrischen Kunststoff- oder Metall-Düsenkörper
Der Winkel α, Querschnitt und Länge der Sprühkanäle
Die Sprühköpfe
In
In
In der dargestellten Variante ist das Gewinde
Um einen breit aufgefächerten Sprühstrahl zu erhalten, empfiehlt es sich, den Sprühkanal
Beispiele erzielbarer Tröpfchengrößen und Volumenströme: Für einen Winkel von 80° zwischen den Mittelachsen von Austrittskanälen mit einem kleinsten Durchmesser von 10 μm bei 200 μm Kanallänge (entsprechend einem Aspektverhältnis von 20) wurden bei Sole mit einem Salzgehalt von 0,9 Massenprozent als Sprühgut Tröpfchen mit einem Sauterdurchmesser von ca. 8 μm, 10 μm und 15 μm bei einem Sprühbehälterdruck von 30 bar, 20 bar bzw 10 bar erzielt. Der Volumenstrom betrug dabei ca. 0,007 ml/s, 0,006 ml/s bzw. 0,004 ml/s. Rechnerisch kann der Inhalt eines Sprühbehälters mit einer Füllmenge von 100 ml so von knapp vier bis gut sieben Stunden Sprühdauer ausreichen.
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- EP 1493492 A1 [0007]
- EP 1386670 A2 [0007]