DE10118805A1 - Applikator für die Auftragung von kryogenen Kühlmedien sowie Applikationsgerät - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Applikator für den Auftrag von kryogenen Kühlflüssigkeiten mit einer Applikationskapillare. DOLLAR A Erfindungsgemäß zeichnet sich der Applikator dadurch aus, dass die Applikationskapillare einen Kapillarkörper enthält, der wenigstens abschnittsweise aus Glas besteht. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ferner ein Applikationsgerät, das den Applikator enthält und ein Verfahren zur Herstellung des Applikators.

Description

Die Erfindung betrifft einen Applikator für die Auftragung von kryogenen Kühlmedien nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Applikationsgerät.

Derartige Applikatoren sind beispielsweise aus der Deutschen Patentschrift DE 195 48 652 A1 bekannt.

In der medizinischen Kryotherapie, aber auch in anderen tech­ nischen Bereichen besteht der Bedarf, Kühlmittelmengen feinst dosiert, punktuell auf eine Stelle aufzutragen. Zum einen soll dabei das Kriterium erfüllt sein, dass der Kühlmittel­ verbrauch so gering wie möglich ist, das heißt, dass er mög­ lichst dem tatsächlichen Kühlbedarf entspricht, ohne dass Verdampfungsverluste entstehen, die keinen Beitrag zur er­ wünschten Kühlleistung liefern, und zum anderen soll eine räumlich exakt definierte Stelle gekühlt werden können, die gegenüber ihrer Peripherie möglichst scharf abgegrenzt ist. In der medizinischen Anwendung ist beispielsweise bekannt, Kälte für therapeutische Effekte, Gewebedestruktion oder pa­ thologische Hautreaktionen einzusetzen, die bei bestimmten Indikationen erwünscht sind und erfolgreich angewendet wer­ den. Bislang wurden hierfür Apparate eingesetzt, die entweder das contact-freezing oder das spray-gas-freezing ermöglichen. Weiterhin bekannt ist das liquid-freezing, bei dem mit einem Wattetupfer flüssiger Stickstoff aufgenommen und auf die zu behandelnde Oberfläche oder Haut aufgetragen wird.

Das liquid-freezing mit flüssigem Stickstoff stellt im Prin­ zip die ideale Form der Kälteeinbringung dar, da hier die größte Kühlleistung erbracht wird; jedoch ist ein punktuelles Auftragen des Kühlmediums nicht möglich, so dass bei diesem Verfahren auch gesundes peripheres Gewebe gekühlt wird, wo­ durch bei der medizinischen Anwendung gesundes Gewebe ver­ brannt und bei Verwendung anderer Kühlmittel, welche einen höheren Siedepunkt besitzen, keine so gute Kühlleistung er­ reicht wird.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaf­ fen, welche ein punktuelles Aufbringen von kryogenen Flüssig­ keiten auf Oberflächen oder in Gewebe ermöglicht, wobei eine Verstopfung der in dem Applikator enthaltenen Kapillaröffnung wirksam vermieden werden soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein gattungsgemäßer Applikator so gestaltet wird, dass die Appli­ kationskapillare einen Kapillarkörper enthält, der wenigstens abschnittsweise aus Glas besteht.

Ferner wird die Aufgabe der Vermeidung von Verunreinigungen und der Vermeidung der Verstopfung der Kapillaröffnung da­ durch gelöst, dass Druckvolumen und Temperatur des kryogenen Gases im Wesentlichen konstant gehalten werden.

Es ist zweckmäßig, dass der Applikator einen Düsenhalter auf­ weist, dass der Düsenhalter einen Kanal enthält, und dass sich in dem Kanal sowohl wenigstens ein Abschnitt des Kapil­ larkörpers als auch wenigstens ein Abschnitt eines Röhrchens befinden.

Mit der erfindungsgemäßen Applikationskapillare ist es mög­ lich, verschiedenartige kryogene Kühlmittel, wie flüssigen Stickstoff, flüssiges Argon, CO₂ oder N₂O, punktgenau aufzu­ tragen, ohne dass es zu Verstopfungen der Kapillaröffnung kommt. Auch bei der Verwendung von kryogenen Kühlmitteln mit relativ hohen Verdampfungstemperaturen und hohen Abkühlge­ schwindigkeiten des behandelten Gewebes von 100 K/min werden noch Verstopfungen der Kapillaröffnung vermieden. Die kryoge­ nen Kühlflüssigkeiten können in einer einzigen flüssigen Pha­ se ohne Blasenbildung und damit verbundene Verdampfungsverlu­ ste an den zu kühlenden Ort gebracht werden.

Überraschenderweise hat es sich gezeigt, dass für die Appli­ kation der kryogenen Kühlflüssigkeit eingesetzte Kapillarkör­ per aus Glas trotz der hohen Kühlleistungen und der möglichen Gefriergeschwindigkeiten in der Größenordnung von 100 K/min keine Risse erhalten.

Eine besonders hohe Kühlleistung lässt sich dadurch erzielen, dass der Düsenhalter aus einem isolierenden Material besteht.

Zur wirksamen Zufuhr der kryogenen Kühlflüssigkeit ist es ferner vorteilhaft, dass sich das gesamte Röhrchen innerhalb des Düsenhalters befindet.

Zweckmäßigerweise enthält das Röhrchen einen Kanal, wobei der Kanal vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 0,5 mm bis etwa 1,0 mm aufweist.

Zur Vermeidung von Verstopfungen der Kapillare durch Verun­ reinigungen ist es vorteilhaft, dass sie ein Mikrosieb ent­ hält.

Die Integration des Röhrchens in den Applikator erfolgt in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung da­ durch, dass das Röhrchen sich im Bereich einer Kanalöffnung in Kontakt mit dem Glaskörper befindet und dass sich das Röhrchen im Bereich der anderen Kanalöffnung in Kontakt mit dem Mikrosieb befindet.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Applikationsgerät, das sich dadurch auszeichnet, dass es einen erfindungsgemäßen Applikator enthält. Vorzugsweise ist das Applikationsgerät als ein Handgerät gestaltet.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass eine Appli­ kationskapillare mit einem auf den Druck des Gases angepass­ ten Durchmesser besonders gute Applikationseigenschaften auf­ weist. In dem Fall, dass das Gas N₂O ist, beträgt ein bevor­ zugter Druck etwa 50 bar. In dem Fall, dass das Gas CO₂ ist, beträgt der Druck 55 bar. Eine zum Auftragen von N₂O einge­ setzte Applikationskapilare weist bei einem Durchmesser von 30 µm bis 40 µm an der Austrittsstelle besonders gute Appli­ kationseigenschaften auf. Bei anderen Gasen, beispielsweise bei CO₂, das bei Raumtemperatur einen bevorzugten Druck von etwa 55 bar aufweist, beträgt der bevorzugte Durchmesser 25 µm bis 30 µm. Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Applikati­ onskapillare mittels eines Handgerätes mit dem kryogenen Kühlmittel versorgt.

Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbil­ dungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispie­ le anhand der Zeichnung.

Die Zeichnung, Fig. 1, zeigt eine besonders einfache und zweckmäßige Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Applika­ tors.

Der in Fig. 1 dargestellte Applikator enthält eine Applikationskapillare mit einem Kapillarkörper 2. Der Kapillarkörper 2 besteht vorzugsweise aus Glas, wobei eine Vielzahl von chemi­ schen Glaszusammensetzungen geeignet ist.

Vorzugsweise wird eine Glaskapillare eingesetzt, die mit ho­ her Präzision in einem Ziehverfahren ohne Ansammlung von Schmutzpartikelchen gefertigt wird. Bei der Herstellung der Glaskapillare können für die Herstellung konventioneller Glaskapillaren eingesetzte Herstellungsverfahren, insbesonde­ re Rohrziehverfahren, angewendet werden.

Der Einsatz eines chemisch beständigen Glases ist vorteil­ haft, jedoch insbesondere bei Einsatz von nicht reaktiven kryogenen Kühlflüssigkeiten nicht erforderlich. Es ist zweck­ mäßig, chemisch und thermisch beständige Gläser, wie bei­ spielsweise Borosilikatglas einzusetzen. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass auch als ansonsten gegenüber thermi­ schen Spannungen empfindliche Gläser wie bespielsweise Kalknatronglas bei den eingesetzten Kapillardimensionen trotz der hohen umgesetzten Abkühlgeschwindigkeiten von bis zu meh­ reren 100 K/min und einer Temperatur von etwa -89°C an der Austrittsstelle der kryogenen Kühlflüssigkeit keine Risse ausbilden.

Der Kapillarkörper enthält eine durchgehende Kapillaröffnung mit einem Innendurchmesser von etwa 25 µm bis 45 µm. Beson­ ders bevorzugt sind Innendurchmesser zwischen 30 µm und 45 µm.

Der Aussendurchmesser des Kapillarkörpers 2 ist vorzugsweise kleiner als 3 mm, wobei Werte in der Größenordnung von 1 mm bis 3 mm bevorzugt sind.

Die Applikationskapillare befindet sich im Inneren eines Dü­ senhalters 3. Der Düsenhalter 3 besteht aus einem isolieren­ den Material, vorzugsweise einem Polymer.

Der Kapillarkörper 2 ist so in den Düsenhalter 3 eingebracht, dass ein Abschnitt A des Kapillarkörpers 2 aus dem Düsenhal­ ter 3 herausragt. Der Abschnitt A ist vorzugsweise zwischen 5 mm und 8 mm lang.

Der Kapillarkörper 2 tritt an seinem als Austrittsöffnung für die kryogene Kühlflüssigkeit bestimmten Ende aus dem Düsen­ körper aus. Im Bereich der Austrittsöffnung für die kryogene Kühlflüssigkeit tritt eine Druckentspannung auf.

An dem zum Eintritt der kryogenen Kühlflüssigkeit bestimmten Ende ist der Kapillarkörper 2 von dem Düsenhalter 3 umgeben.

Um eine ungestörte Zufuhr der kryogenen Kühlflüssigkeit in das Innenrohr 1 des Kapillarkörpers 2 zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, dass das die zum Eintritt der kryogenen Kühl­ flüssigkeit bestimmte Öffnung in Kontakt mit einem Kanal ei­ nes Röhrchens 5 steht. Es ist besonders vorteilhaft, dass der Durchmesser des Kanals etwa 0,5 mm beträgt.

Es ist besonders vorteilhaft, dass der Kanal des Röhrchens 5 einen geringfügig größeren Innendurchmesser aufweist als die Applikationskapillare 2. Im dargestellten Fall beträgt der Innendurchmesser des Kanals des Röhrchens 5 etwa 0,5 mm und der Innendurchmesser der Applikationskapillare 2 etwa 0,045 mm.

Vorzugsweise weist das Röhrchen 5 eine Länge von etwa 0,5 mm bis 2,0 mm auf.

Der Kanal des Röhrchens 5 dient als ein Speicher für die kryogene Kühlflüssigkeit.

Zur Vermeidung eines Zutritts von in der kryogenen Kühlflüs­ sigkeit enthaltenen Verunreinigungen ist es zweckmäßig, dass in dem Innenrohr des Düsenkörpers 3 ein Mikrosieb angeordnet ist. Das Mikrosieb 6 weist vorzugsweise einen Außendurchmes­ ser auf, der den Außendurchmessern des Kapillarkörpers 2 und des Röhrchens 5 entspricht. Hierdurch ist neben einer beson­ ders hohen mechanischen Stabilität auch eine besonders einfa­ che und zuverlässige Herstellbarkeit des Applikators möglich.

Der Applikator ist an einer in der Zeichnung nicht darge­ stellten Kühlmittelquelle angeschlossen. Die Kühlmittelquelle kann N₂O, Ar oder ein anderes kryogenes Flüssiggas, wie flüs­ sigen Stickstoff oder flüssiges CO₂, beinhalten.

Es ist besonders zweckmäßig, dass der Applikator als Handge­ rät ausgebildet ist, beziehungsweise Bestandteil eines Hand­ gerätes ist.

Vorzugsweise ist das Handgerät mit Mitteln ausgestattet, die ein flexibles Auswechseln der Applikationskapillaren ermögli­ chen. Beispielhaft können hier in der Figur nicht dargestell­ te Schraubgewinde genannt werden.

In der einfachsten Ausführungsform besteht die Applikations­ kapillare aus einer Mikrokapillare, die auf eine Versorgungs­ quelle für die kryogene Kühlflüssigkeit aufgebracht wird. Diese Versorgungsquelle kann ein erfindungsgemäßes Handgerät oder eine größere stationäre Versorgungseinheit sein. Überraschenderweise hat sich für alle Ausführungsformen der erfin­ dungsgemäßen Applikationskapillare herausgestellt, dass die Zudosierung von kryogener Kühlflüssigkeit bei einem Kapillar­ durchmesser zwischen 30 µm und 45 µm besonders gut von dem Anwender steuerbar ist, da bei diesen Kapillarquerschnitten Flüssigkeiten einer Viskosität und einer inneren Reibung wie der von flüssigen Gasen besonders gute Fließ- und Dosierei­ genschaften haben.

Die erfindungsgemäßen Applikationskapillaren sind grundsätz­ lich für alle kryogenen Gase zu verwenden, werden aber durch ihre individuelle Ausgestaltung durchaus verschiedenen Rand­ bedingungen gerecht.

Wie beispielhaft gezeigt, ergeben sich durch die Isolation besondere Vorteile. Zum einen werden Verdampfungsverluste, zum anderen wird eine Bereifung insbesondere der Innenwände verhindert, wodurch eine Eiskristallbildung ausbleibt, die zu Funktionsstörungen bis hin zum Verschluss der Applikationska­ pillare führen kann, da sich die Eiskristalle auch in Flüs­ siggasen nicht vermeiden lassen und an der Innenwand der Ap­ plikationskapillare absetzen können.

Der für alle Ausführungsformen der Erfindung verwendete Be­ triebsdruck liegt in einer Größenordnung bis etwa 5 bar, wo­ bei eine Obergrenze von 3 bar noch zweckmäßiger ist und wobei eine Einstellung des Betriebsdrucks zwischen 0,1 bar und 0,3 bar besonders vorteilhaft ist. Dies gilt sowohl für die An­ wendung der Applikationskapillare mittels eines Handgerätes gemäß Fig. 5 als auch deren Verwendung mit einer stationären Versorgungseinheit für Flüssiggase, welche mittels einer Lei­ tung mit der Applikationskapillare in Verbindung steht.

Der Außendurchmesser der erfindungsgemäßen Applikationskapil­ lare beträgt in der bevorzugten Ausführungsform weniger als 3 mm, besser weniger als 2 mm, der bevorzugte Innendurchmesser der Applikationskapillare liegt zwischen 30 µm und 50 µm und die Austrittsstelle für die kryogene Kühlflüssigkeit hat ei­ nen bevorzugten Durchmesser von etwa 0,8 mm. Diese Dimensio­ nierungen führen zu einem optimalem Verhältnis zwischen Do­ sierung und Punktgenauigkeit und können je nach verwendetem Kühlmittel variiert werden.

Insbesondere, wenn Kühlmittel mit besonders niedrigem Siede­ punkt eingesetzt werden, ist es sinnvoll, die Applikationska­ pillare mindestens teilweise mit einem Isoliermaterial auszu­ statten, so dass keine Bildung von zwei Phasen durch Wärme­ einfluss entsteht.

In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform ist der erfin­ dungsgemäßen Applikationskapillare ein Mikrofilter vorge­ schaltet, welches Mikroorganismen zurückhält und somit zur Hygiene beiträgt.

In einer bevorzugten flexibel verwendbaren Ausführungsform besitzt die Applikationskapillare eine gewindeähnliche Profi­ lierung, um variabel an ein Versorgungsgerät, z. B. Handgerät angeschlossen werden zu können. Im weiteren Sinne kann an die Stelle des Gewindes auch ein anderes Befestigungsmittel, wie ein Steckverschluss treten.

Die erfindungsgemäßen Applikationskapillaren können sowohl an einer großen stationären Flüssiggasquelle als auch an ein Handgerät angeschlossen werden. Hierbei ist eine Kapsel zu ungefähr 3/4 ihres Volumens mit einer Menge des Kryofluids gefüllt, das auf einem im Wesentlichen konstanten Druck von ca. 50 bar gehalten wird, was bei Raumtemperatur dem Gasdruck von flüssigem N₂O enthspricht. Das Röhrchen definiert einen verlängerten Kanal, der nicht abgebildet ist, durch den das kryogene Kühlmittel passieren kann. Der Verschluss sorgt für eine sichere Verbindung des Röhrchens mit der Kapsel. Ein Ventil ermöglicht einen Durchtritt des kryogenen Kühlmittels in die Applikationskapillare.

Claims (11)

1. Applikator für den Auftrag von kryogenen Kühlflüssigkei­ ten mit einer Applikationskapillare, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikationskapillare einen Kapillarkörper (2) enthält, der wenigstens abschnittsweise aus Glas be­ steht.

2. Applikator für den Auftrag von kryogenen Kühlflüssigkei­ ten mit einer Applikationskapillare, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass er einen Düsenhalter (3) auf­ weist, dass der Düsenhalter (3) einen Kanal enthält, und dass sich in dem Kanal sowohl wenigstens ein Abschnitt des Kapillarkörpers (2) als auch wenigstens ein Ab­ schnitt eines Röhrchens (5) befinden.

3. Applikator nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Düsenhalter (3) aus einem isolierenden Material besteht.

4. Applikator nach einem oder beiden der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, dass sich das gesamte Röhrchen (5) innerhalb des Düsenhalters (3) befindet.

5. Applikator nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, dass das Röhrchen (5) einen Kanal enthält.

6. Applikator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal einen Durchmesser von 0,5 mm aufweist.

7. Applikator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Mikrosieb (6) enthält.

8. Applikator nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Röhrchen (5) sich im Bereich einer Kanalöffnung in Kontakt mit dem Glaskörper (2) befindet und dass sich das Röhrchen im Bereich der anderen Kanalöffnung in Kontakt mit dem Mi­ krosieb (6) befindet.

9. Applikationsgerät, dadurch ge­ kennzeichnet, dass es einen Applikator nach einem der Ansprüche 1 bis 8 enthält.

10. Applikationsgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Handge­ rät ist.

11. Verfahren zur Herstellung eines Applikators für den Auftrag von kryogenen Kühlflüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass eine Glaskapillare in einem Ziehverfahren hergestellt und in einen Düsenhalter (3) des Applikators eingebracht wird.