JPH02302263A - 輸液ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は液体、特に薬液を微量ずつ、しかも精度よく供
給するための輸液ポンプ、さらに詳しくは、電気化学的
な手法を用いた輸液ポンプに関するものである。

従来の技術 近年、薬液を微量ずう、しかも精度よく人体に注入する
ために各種ｍ’ａポンプが使用されるようになってきた
。

従来の輸液ポンプは、その方式の違いによってシリンジ
ポンプ、ベリスタルティック（ロータ式）ポンプ、フィ
ンガーポンプ、ベローズポンプの４種類に分類される。

これらの内、ベローズポンプ以外のものは、いずれも薬
液を押し出すための１５２動源としてステッピンクモー
タ、ロータリンレノイドモータ、あるいは直流モータな
どのモータを快い、薬液の吐出量の複雑な制御機構を採
用しているために、その重量および寸法とも一般に大き
すぎるし、また、高価であるために、病院のベットサイ
ドで使われるのが背進であり、携帯用あるいは使い捨て
型にするには不向きである。また、ベローズポンプはフ
レオンカスの気化圧を利用してベローズを押し、それに
よって薬液を吐出させる方式のものであるが、フレオン
ガスの気化圧を制御することが難しく、特に微量の薬液
を長時間かけて注入する場合には、その注入精度に問題
がある。

一方、近年、新しい方式として、電気化学的輸液ポンプ
が提案されている。（Ｈ，Ｊ、Ｒ，マゲット、米国特許
第４．５２２，６９８号）、この電気化学的輸液ポンプ
は電解質として機能する含水されたイオン交換膜の両面
に多孔性のガス拡散電極を接合した電気化学セルの陽極
に水素を供給し、陽・陰画極間に直流電流を通電したと
き、陽極：Ｈ２−２Ｈ＋モ２ｅ−（１） 陰極：２トＩ＋÷２ｅ’−→Ｈ２（２）なる電気化学反
応が起こり、陰極で発生する昇圧された水素をピストン
、ダイヤフラム、ベローズ等を押すための駆動源として
利用するものであり、陰極で発生する水素の圧力および
発生量を電気化学セルに通電する電流値によって極めて
精密に制御できる点に特徴がある。

また、この電気化学セルの反応物質として、水素の代り
に酸素を利用することも可能であり、この場合には 陽％：　２Ｈ２０−０２＋４Ｈ”　＋４　ｅ−陰極　：
　　０２　　　＋４Ｈ”　　　−＋−２ｅ−−２Ｈ２０
なる反応が起きる。そして、陰極に供給すべき酸素源と
して空気を用いれば輸？ｒ’ｒボングの構造はかなり簡
即なものになり、安価であるという理由から、快い捨て
型のものとして実用化される可能性がある。

発明が解決しようとする課題 空気を利用する上述の電気化学的輸液ポンプは、陰極と
しての多孔性ガス拡散電極が大気にさらされるために、
イオン交換膜に含浸されている水が多孔性ガス拡散電極
の細孔を通して蒸発し、このためにイオン交換膜の導電
性が低下し、その帰結として、電気化学セルが機能しな
くなるという問題がある。この現象は、例えば、２ｍＮ
といつな少量のインスリンを２４時間といった長時間か
けて少しずつ注入するような場合に顕著に起こる・。

また、作用物質として水素を用いた場合には、予め、水
素を密封しなければならないが、これはなかなかにＫｌ
であり、またガス漏れの可能性が大きい。

課題を解決するための手段 本発明は上記のような電気化学的輸液ポンプにおいて、
陽極としてハイドｏ：３１ｒノン類を主体とする電極を
用い、陰極から水素を発生せしめるという系の電気化学
セルを用いることによって上述の４口き問題を解決せん
とするものである。

作用 ハイドロキノン類＜８２Ｑと表示する）、例えば、２０
ラニル、デュロキノンあるいはベンゾキノンなどめキノ
ン（Ｑ）の還元体とカーボンとの混合物をフッ素樹脂な
どの結着剤で結着してなるハイドロキノン類を主体とす
る電極をカチオン交換膜、モリブドリン酸、タングスト
リン酸、リン酸ジルコニウム、アンチモン酸などのプロ
トン導電性の固体電解質膜の片面に接合し、他面にカー
ボン、白金族金属あるいはチタン製の陰極を接合した電
気化学セルの陰・陽画極間に直流電流を通電すると、陽
極で ２Ｈ２Ｑ−”２Ｑ＋４Ｈ”　＋４ｅ−（５）陰極で ４Ｈ”−）−４ｅ−−２８２（６） なる反応が起こり、陰極で発生する水素をベローズ、ダ
イヤフラムあるいは注射筒の内筒を押すための圧力源と
すれば輸液ポンプとなる。

この場合には空気中の酸素を取り込まなくてもよいので
、電気化学セルを密閉系とすることが可能となり、従来
のように水の蒸発およびそれに伴う問題を回避すること
ができる。土た、ガス状の水素を密１１する必要もない
ので構造が簡単になる。

上述の反応系において、陰極から発生する水素の量は通
電電気量に比例し、ＩＡｈにつき、０°Ｃ２１気圧に換
算して４２０ｍｊとなる。

上述のプロトン導電性固体電解質の内、カチオン交換膜
としてはパーフルオロカーボン樹脂もしくはエチレンー
ジＥニルベンゼン共重合体を母核とし、スルフォン酸基
、カルボン酸基などのイオン交換基をもったものが有用
である。また、これらのカチオン交換膜をプロトン導電
性電解質とするためには水が必要であるので、電気化学
セルの一部が水に浸漬されるようにしておくことがよい
。

モリブドリン酸、タングストリン酸、リン酸ジルコニウ
ム、アンチモン酸等の固体電解質も、ある程度水蒸気を
含んだ形にする必要がある。また、上述の電極にはプロ
トン導電性固体電解質材料を混合すると、一般に作動電
流密度を高くする上で効果的である。

ハイドロキノン類を主体とする電極の中に混入するカー
ボンは導電性の乏しいハイドロキノンに対して導電助材
として作用し、カーボンの代りにＩ金属粉末を用いても
よい。

本発明による輸液ポンプは、例えば、薬液を１時間当た
り０．１ｍＮ程度といった微量を注入するような用途で
は、用いるハイドロキノンも微量でよいし、電気化学セ
ルも、その作用面積にして１４以下と極めて小さくなる
ので、使い捨て型として使用するのに適している。なお
、電気化学セル部と薬液吐出′ａ横部とは別々に用意し
ておき、使用時に両者を合体するような構造にしてもよ
い。

実施例 第１図は本発明の一実施例にかかる使い捨て型輸液ポン
プの断面構造を示す。１は注射筒、２は内筒、３は薬液
吐出口、４は電気化学セル部、５は薬液、６は水である
。

電気化学セル部４はクロラニルの還元体としてのハイド
ロキノンとカーボン粉末とポリテトラフルオロエチレン
とパーフルオロカーボンスルフォン酸との混合物からな
る陽、横７と、パーフルオロカーボンスルフォン酸から
なる電解質としてのイオン交換ｗＡ８と、白金を担持し
たカーボンとポリテトラフルオロエチレンとの混合物か
らなる水素発生電極としての陰・極りとから構成されて
いる。

陽極７および陰極９はイオン交換膜８に一体に接合され
ている。陽極７と陰極９との間に電池を電源として直流
電流を通電すると、陰極９から水素が発生し、内筒２が
圧迫され、薬液５が薬液吐出口３から吐出される。

電気化学セル部４の作用面積を０．５２とじ、クロラニ
ルの還元体であるハイドロキノンを５０ｍＡｈ分とし０
、電源としてアルカリマンガン乾電池を用い、１゜２５
ｍＡの電流を通電したとき、内＃Ｊ２には５気圧の圧力
がかかり、薬液としてのインスリンが０．１ｍｊ／ｈの
割合で２４時間連続的に吐出された。

効果 以上詳述した如く、本発明は、極めて小さく、また、そ
のため安価でかつ密閉型電気化学セルを用いる輸液ポン
プを提供するもので、その工業的価値極めて大である。

なお、本発明にかかる輸液ポンプは医療用だけでなく、
広く実験室用にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかる使い捨て型輸液ポン
プの断面構造を示す。 １・・・・・・注射筒　　　２・・・・・・内筒３・・
・・・・薬液吐出口　４・・・・・・電気化学セル部７
・・・・・・陽極　　　　８・・・・・・イオン交換膜
９・・・・・・陰極 φ 年　１　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ハイドロキノン類を主体とする陽極と、プロトン導電
   性電解質と、水素発生電極としての陰極とで構成される
   電気化学セルに直流電流を通電することによって陰極か
   ら発生する水素を加圧源として、液体を直接圧送するか
   、ベローズ若しくはダイヤフラムを介して液体を押し出
   すか、あるいは注射筒の内筒を前進させて液体を吐出さ
   せる機構を用いることを特徴とする輸液ポンプ。