專利名稱：一種無針頭注射器及其產(chǎn)生對(duì)藥液的推動(dòng)作用的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無針頭注射器及其推動(dòng)藥液噴射的方法，特別涉及電子無針頭注射器及其產(chǎn)生噴射藥液的動(dòng)力的方法。
背景技術(shù)：
無針頭注射器是國(guó)際上一種新型的對(duì)人體或動(dòng)物體注射藥液的方法，它不需要針頭刺入皮膚，利用高速噴射的方法，將藥物粉末或液體直接注入皮下。無針頭注射器比起傳統(tǒng)的注射器有很大優(yōu)勢(shì)，比如注射對(duì)肌體無創(chuàng)傷，利于吸收，不會(huì)因?yàn)獒橆^可能攜帶病毒造成傳染，注射器的耗材部分容易銷毀回收等等。無針頭注射器在國(guó)際上已經(jīng)有幾個(gè)成形的產(chǎn)品，在我國(guó)尚沒有使用。目前在我國(guó)申報(bào)的無針頭注射器的專利有5個(gè)，中國(guó)僅有一個(gè)實(shí)用新型專利，外國(guó)有的4個(gè)國(guó)際申請(qǐng)的發(fā)明專利進(jìn)入我國(guó)。
實(shí)用新型專利(200320109505.9)已經(jīng)授權(quán)，該專利在注射器后部設(shè)計(jì)了一個(gè)高氣壓室，用刺破高氣壓室的方法，用壓縮空氣推動(dòng)注射器推桿，擠壓藥液噴出。但該設(shè)計(jì)的高壓氣室的壓力有些疑問，如果參照專利02106899.2的參數(shù)，推動(dòng)的氣壓要達(dá)300bar左右的話，遠(yuǎn)超過了現(xiàn)在耐壓鋼瓶的壓力，因此該高壓氣室難以制造，該設(shè)計(jì)尚須完善。法國(guó)有三個(gè)專利進(jìn)入我國(guó)申請(qǐng)，其中兩個(gè)(95192835.X 96197530.X)申請(qǐng)人相同，設(shè)計(jì)大同小異。該專利用壓縮彈簧提供推動(dòng)力，由于藥液高速噴射需要的壓力較大，故需要彈性系數(shù)很大的彈簧，壓縮起來較為不便，注射時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一定的后座力；另一個(gè)專利(00817818.6)已在中國(guó)授權(quán)，該無針頭注射器是噴射粉末的，該設(shè)計(jì)用一個(gè)煙火發(fā)生器提供動(dòng)力。再有一個(gè)德國(guó)公司申請(qǐng)的專利(02106899.2)，是利用電子點(diǎn)火裝置，引爆預(yù)置的燃料從而推動(dòng)活塞，瞬間將藥液噴射出。上述兩個(gè)需要燃燒或爆炸產(chǎn)生氣壓做動(dòng)力的設(shè)計(jì)，由于需要預(yù)先添加燃料，使用較為不便，而且結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，連續(xù)使用會(huì)產(chǎn)生過熱現(xiàn)象。
2005年3月30日美國(guó)《每日科學(xué)》網(wǎng)站報(bào)道美國(guó)開發(fā)了一種新型的無針頭微量注射器，它的注射劑量在45-140毫微升(納升)，利用壓電式噴墨打印機(jī)的噴墨原理——逆壓電效應(yīng)提供動(dòng)力，即壓電材料在驅(qū)動(dòng)電壓下的伸張推動(dòng)藥液。該設(shè)計(jì)與以往的相比有許多優(yōu)點(diǎn)它與機(jī)械力相比，電子控制的注射器流量與速度更穩(wěn)定也更容易控制。該注射器可以進(jìn)行疫苗、胰島素或者其它藥物的注射，尤其適合大規(guī)模預(yù)防接種。由于該設(shè)計(jì)是用壓電材料的伸張推動(dòng)藥液，而壓電材料的伸縮范圍很小，因此限制了注射的劑量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是提供—種電動(dòng)無針頭注射器，它應(yīng)該具有上述利用逆壓電效應(yīng)驅(qū)動(dòng)的無針頭微量注射器的優(yōu)點(diǎn)方便、安全、注射流量與速度更穩(wěn)定、更容易控制，而且注射劑量要比上述無針頭微量注射器大大提高。
同時(shí)，本發(fā)明還要提供一種利用壓電裝置的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生推動(dòng)力的方法。
本發(fā)明通過下述方案設(shè)計(jì)無針頭注射器本發(fā)明的無針頭注射器，其結(jié)構(gòu)包括(1)一個(gè)電子推動(dòng)裝置，它由電源、腔管(1)、壓電裝置(3)、間隙液體(2)，噴射管(5)、活塞(4)組成，壓電裝置位于密閉的腔管中，并與外部的電源相連，壓電裝置與密閉腔管之間充滿液體，噴射管與腔管連通，活塞位于噴射管中，活塞與密閉腔管中的液體接觸，利用壓電材料在驅(qū)動(dòng)電壓下的伸縮變形的特性，通過驅(qū)動(dòng)電壓使壓電裝置瞬間產(chǎn)生形變，擠壓腔管中的間隙液體，將液體擠入噴射管，從而推動(dòng)噴射管中的活塞，由該活塞產(chǎn)生一個(gè)推動(dòng)作用；(2)噴射藥液的裝置可以是以下(a)(b)中的一種(a)上述噴射管中加載藥液，以活塞的位移直接噴出藥液，當(dāng)采用此設(shè)計(jì)時(shí)，噴射管的前端收縮，做成噴嘴結(jié)構(gòu)；(b)以一個(gè)無針頭注射針管的尾部(8)和噴射管對(duì)接，該注射針管裝載藥液，尾部的推桿(7)和活塞接觸或連接，上述活塞推動(dòng)注射管的推桿，推桿推動(dòng)藥液射出針管；無針頭注射針管的前部有噴嘴結(jié)構(gòu)(11)，噴嘴的前部擴(kuò)大，做成墊圈(12)以接觸被注射的部位，同時(shí)可使噴出的藥液形成噴射流；該無針頭注射針管的內(nèi)徑可以做成不同的規(guī)格。
上述和噴射管對(duì)接的無針頭注射針管的尾部有螺旋扣或卡扣，與此相應(yīng)，電子推動(dòng)裝置的噴射管的接口也是螺旋扣或卡扣的形式，注射針管的尾部和噴射管以螺旋扣或卡扣方式對(duì)接，對(duì)接后活塞前端到注射針管的噴嘴后端的距離計(jì)為A，活塞的最大位移量計(jì)為B，上述推桿的長(zhǎng)度不應(yīng)大于A與B之和，以確保推桿在活塞的推動(dòng)下，有與活塞相同的位移。
上述腔管的一部分也可以是壓電材料制成，并與電源連接，電源加載驅(qū)動(dòng)電壓后，該密閉腔管的內(nèi)壁或內(nèi)壁的一部分向腔室內(nèi)部擠壓，同時(shí)腔管內(nèi)的壓電裝置膨脹，對(duì)其中間隙液體產(chǎn)生雙向擠壓作用。從而增大被壓入噴射管的液體的量，使活塞產(chǎn)生更大的位移。
上述電源輸出電流的是直流電，并可以調(diào)節(jié)輸出電壓和電流的極性；由于壓電裝置的形變和電壓的大小、電流的極性相關(guān)，因此，可以通過調(diào)節(jié)電壓和極性調(diào)節(jié)壓電裝置的形變，由此可以調(diào)節(jié)活塞的位移量，進(jìn)而對(duì)注射藥液的劑量做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)。
上述推桿的后部的直徑小于噴射管的內(nèi)徑，使推桿后部可以插入噴射管；推桿前部的直徑可以與后部相同，也可以不同，從而使推桿適應(yīng)上述不同規(guī)格的無針頭注射針管。
本發(fā)明通過下述設(shè)計(jì)提供一種利逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生推動(dòng)力的方法。
該設(shè)計(jì)的推動(dòng)裝置主要由電源、密閉的腔管、安放在腔管中的壓電裝置、承放在腔管和壓電裝置間隙的液體，和腔管連通的噴射管、安放在噴射管里的活塞組成，它通過壓電材料在驅(qū)動(dòng)電壓下的伸縮變形，擠壓腔管中的液體，將液體擠入噴射管，從而推動(dòng)噴射管中的活塞，由該活塞的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生對(duì)藥液的推動(dòng)作用，注射出后，調(diào)節(jié)電源使壓電晶體恢復(fù)初始狀態(tài)。
噴射藥液可以是下述兩種方法之一(1)藥液可以承放在所述的噴射管中，直接由所述的活塞推動(dòng)藥液噴出噴射管；(2)也可以由所述的活塞推動(dòng)一個(gè)裝有藥液的無針頭注射器的針管的推桿，由推桿推動(dòng)藥液噴出針管。
噴射藥液的劑量可以由下述兩種方法控制(1)由于壓電材料的伸縮形變和驅(qū)動(dòng)電壓有關(guān)，因此，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)的電壓的大小或同時(shí)調(diào)節(jié)電壓的大小和極性，可以調(diào)節(jié)活塞位移的大小，從而控制注射的劑量；(2)在采用由活塞推動(dòng)一個(gè)無針頭注射器的推桿的設(shè)計(jì)時(shí)，在施加驅(qū)動(dòng)電壓一定，活塞位移一定，活塞所推動(dòng)的無針頭注射器的推桿位移一定的條件下，選用不通內(nèi)徑的無針頭注射器的針管，達(dá)到改變注射劑量的目的。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
圖1是該無針頭注射器電子推動(dòng)裝置部分剖視示意2是無針頭注射針管推桿剖視3是無針頭注射針管剖視4是一種無針頭注射器組合結(jié)構(gòu)剖視圖具體實(shí)施方式
如圖1～4所示一種無針頭注射器，它由電子推動(dòng)裝置、無針頭注射針管兩部分組成。
電子推進(jìn)裝置由電源、腔管(1)、壓電裝置(一組壓電陶瓷片3)、間隙液體(2)，噴射管(5)、活塞(4)組成，壓電裝置位于密閉的腔管中，并與外部的電源相連，壓電裝置與密閉腔管之間充滿液體，噴射管與腔管連通，活塞位于噴射管中，活塞與密閉腔管中的間隙液體接觸，利用壓電材料在驅(qū)動(dòng)電壓下的伸縮變形的特性，通過驅(qū)動(dòng)電壓使壓電裝置瞬間產(chǎn)生形變，擠壓腔管中的液體，將液體擠入噴射管，從而推動(dòng)噴射管中的活塞，由該活塞產(chǎn)生一個(gè)推動(dòng)作用；輸出電源采用可調(diào)的直流電源，輸出電壓在-100～100V之間。腔管中的間隙液體采用絕緣油，壓電裝置采用壓電陶瓷片(PZT-5型鋯鈦酸鹽系)，20片一組，單片規(guī)格(長(zhǎng)×寬×厚)100×20×2mm，設(shè)定驅(qū)動(dòng)電壓施加方向，使該壓電陶瓷片沿厚度方向有最大伸張。噴射管的外部有外螺紋作為接口，噴射管內(nèi)腔直徑0.5mm。
無針頭注射針管由推桿(7)和噴射針管兩部分組成。噴射針管的尾部有內(nèi)螺紋，與上述電子推動(dòng)裝置的噴射管的外螺紋相匹配，二者以螺旋方式對(duì)接。對(duì)接后活塞前端到注射針管的噴嘴后端的距離計(jì)為A，活塞的最大位移量計(jì)為B，推桿(7)的長(zhǎng)度小于A與B之和，以確保推桿在活塞的推動(dòng)下，有與活塞相同的位移；推桿的后部的直徑小于噴射管的內(nèi)徑，使推桿后部可以插入噴射管。噴射針管的內(nèi)徑為0.5mm。
無針頭注射針管的前部有噴嘴結(jié)構(gòu)(11)，噴嘴直徑70微米，噴嘴的前部擴(kuò)大，做成墊圈(12)以接觸被注射的部位，同時(shí)可使噴出的藥液形成噴射流；使用前，無針頭注射針管處于無菌狀態(tài)。使用時(shí)，將噴射針管內(nèi)注入藥液，將推桿輕插入噴射針管3mm左右，再將推桿末端插入噴射管頂住活塞，此時(shí)，噴射針管尾部和噴射管前端處于對(duì)接狀態(tài)，擰緊螺旋，使推桿頂緊活塞，同時(shí)排凈注射噴管中可能存在的殘余氣體。此時(shí)注射準(zhǔn)備完畢。
調(diào)節(jié)電壓至50V，接通電源，壓電陶瓷片瞬間伸張。根據(jù)壓電方程ΔL＝n d33V，壓電陶瓷PZT-5的壓電常數(shù)d33＝600pC/N，當(dāng)施加電壓為50V時(shí)，理論計(jì)算該組壓電陶瓷片沿壓電陶瓷片厚度方向總伸長(zhǎng)0.6微米，膨脹體積為1.2mm3，向噴射管擠壓的液體量約為1.2微升，活塞理論位移約為6.1mm。理論噴射量為1.2微升。
因?yàn)閴弘娞沾善男巫兪撬查g完成，因此，無針頭注射針管中的藥液被瞬間噴射出，在藥液射出后，調(diào)節(jié)電源使壓電晶體恢復(fù)初始狀態(tài)。
本發(fā)明的上述實(shí)施例與以往的無針頭注射器比較有如下優(yōu)點(diǎn)1.由于壓電裝置的形變和電壓的大小相關(guān)，因此，可以通過調(diào)節(jié)電壓來調(diào)節(jié)活塞的位移量，進(jìn)而對(duì)注射藥液的劑量做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)，操作更加準(zhǔn)確、方便。
2.由于本設(shè)計(jì)利用液壓裝置，將壓電陶瓷的線性伸縮(本例中為0.6微米)變?yōu)轶w積的伸縮(本例中為1.2微升)，再轉(zhuǎn)換為活塞的線性位移(本例中為6.1mm)，大大提高了輸出行程。與說明書背景技術(shù)中所述的美國(guó)的無針頭微量注射器的最大注射劑量(0.14微升)提高了近9倍。如果注射前改變驅(qū)動(dòng)電壓的極性，使壓電陶瓷在伸張前先收縮，再對(duì)接噴射針管，然后接通電源噴射藥液，那么相同的驅(qū)動(dòng)電壓下，活塞將有更大的位移，注射劑量還會(huì)增加。
3.由于采用電子推動(dòng)裝置和噴射針管分開的設(shè)計(jì)，使得噴射針管可以單獨(dú)做無菌處理。做不同的注射，只需更換噴射針管，因此，使用更方便，成本也更低。
4.由于采用電子推動(dòng)裝置和噴射針管分開的設(shè)計(jì)，使得注射劑量的改變還可以通過對(duì)接不同規(guī)格的噴射針管實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種無針頭注射器，其特征是它包括(1)一個(gè)電子推動(dòng)裝置，它由電源、腔管(1)、壓電裝置(3)、間隙液體(2)，噴射管(5)、活塞(4)組成，壓電裝置位于密閉的腔管中，并與外部的電源相連，壓電裝置與密閉腔管之間充滿液體，噴射管與腔管連通，活塞位于噴射管中，活塞與密閉腔管中的液體接觸，利用壓電材料在驅(qū)動(dòng)電壓下的伸縮變形的特性，通過驅(qū)動(dòng)電壓使壓電裝置瞬間產(chǎn)生形變，擠壓腔管中的間隙液體，將液體擠入噴射管，從而推動(dòng)噴射管中的活塞，由該活塞產(chǎn)生一個(gè)推動(dòng)作用；(2)噴射藥液的裝置可以是以下(a)(b)中的一種(a)上述噴射管中加載藥液，以活塞的位移直接噴出藥液，當(dāng)采用此設(shè)計(jì)時(shí)，噴射管的前端收縮，做成噴嘴結(jié)構(gòu)；(b)以一個(gè)無針頭注射針管的尾部(8)和噴射管對(duì)接，該注射針管裝載藥液，尾部的推桿(7)和活塞接觸或連接，上述活塞推動(dòng)注射管的推桿，推桿推動(dòng)藥液射出針管；無針頭注射針管的前部有噴嘴結(jié)構(gòu)(11)，噴嘴的前部擴(kuò)大，做成墊圈(12)以接觸被注射的部位，同時(shí)可使噴出的藥液形成噴射流；該無針頭注射針管的內(nèi)徑可以做成不同的規(guī)格。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無針頭注射器，其特征是所述的和噴射管對(duì)接的無針頭注射針管的尾部有螺旋扣或卡扣，與此相應(yīng)，電子推動(dòng)裝置的噴射管的接口也是螺旋扣或卡扣的形式，注射針管的尾部和噴射管以螺旋扣或卡扣方式對(duì)接，對(duì)接后活塞前端到注射針管的噴嘴后端的距離計(jì)為A，活塞的最大位移量計(jì)為B，所述的無針頭注射針管的推桿的長(zhǎng)度不應(yīng)大于A與B之和，以確保推桿在活塞的推動(dòng)下，有與活塞相同的位移。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無針頭注射器，其特征是所述的腔管的一部分也可以是壓電材料制成，并與電源連接，電源加載驅(qū)動(dòng)電壓后，該密閉腔管的內(nèi)壁或內(nèi)壁的一部分向腔室內(nèi)部擠壓，同時(shí)腔管內(nèi)的壓電裝置膨脹，對(duì)其中間隙液體產(chǎn)生雙向擠壓作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無針頭注射器，其特征是所述的電源輸出的是直流電，并且可以調(diào)節(jié)輸出電壓和電流的極性；由于壓電裝置的形變和電壓的大小、電流的極性相關(guān)，因此，可以通過調(diào)節(jié)電壓和極性調(diào)節(jié)壓電裝置的形變，由此可以調(diào)節(jié)活塞的位移量，進(jìn)而對(duì)注射藥液的劑量做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無針頭注射器，其特征是所述的無針頭注射針管的推桿的后部的直徑小于噴射管的內(nèi)徑，使推桿后部可以插入噴射管；推桿前部的直徑可以與后部相同，也可以不同，從而使推桿適應(yīng)權(quán)利要求1所述的不同規(guī)格的無針頭注射針管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無針頭注射器，其特征是所述的壓電裝置是一組壓電陶瓷片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無針頭注射器，其特征是所述的間隙液體是絕緣油。
8.一種無針頭注射器產(chǎn)生對(duì)藥液的推動(dòng)作用的方法，其特征在于它的推動(dòng)裝置主要由電源、密閉的腔管、安放在腔管中的壓電裝置、承放在腔管和壓電裝置之間的間隙液體，和腔管連通的噴射管、安放在噴射管里的活塞組成，它通過壓電材料在驅(qū)動(dòng)電壓下的伸縮變形，擠壓腔管中的間隙液體，將間隙液體擠入噴射管，從而推動(dòng)噴射管中的活塞，由該活塞的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生對(duì)藥液的推動(dòng)作用，在藥液射出后，調(diào)節(jié)電源使壓電晶體恢復(fù)初始狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的產(chǎn)生對(duì)藥液的推動(dòng)作用的方法，其特征在于可以用下述方法噴射藥液藥液可以承放在所述的噴射管中，直接由所述的活塞推動(dòng)藥液噴出噴射管；也可以由所述的活塞推動(dòng)一個(gè)裝有藥液的無針頭注射針管的推桿，由推桿推動(dòng)藥液噴出針管。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的產(chǎn)生對(duì)藥液的推動(dòng)作用的方法，其特征在于用下述方法實(shí)現(xiàn)對(duì)注射劑量的控制通過調(diào)節(jié)加載在壓電裝置上的驅(qū)動(dòng)電壓的大小或同時(shí)調(diào)節(jié)電壓的大小和極性，來調(diào)節(jié)活塞位移的大小，從而控制注射的劑量；或者在采用由活塞推動(dòng)一個(gè)無針頭注射器的推桿的設(shè)計(jì)時(shí)，選用不同規(guī)格的無針頭注射針管，達(dá)到改變注射劑量的目的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電子無針頭注射器及其對(duì)藥液產(chǎn)生推動(dòng)力的方法，它包括一個(gè)電子推動(dòng)裝置和一個(gè)噴射藥液的裝置，前者由電源、腔管、壓電裝置、液體，噴射管、活塞組成，后者可以由一個(gè)無針頭注射針管和推桿組成，也可以直接由噴射管制成。壓電裝置裝在充滿液體的密閉腔管中，活塞位于與腔管連通的噴射管中，施加驅(qū)動(dòng)電壓使壓電裝置伸張，將腔管中的液體擠壓進(jìn)噴射管，從而推動(dòng)噴射管中的活塞，活塞推動(dòng)藥液或無針頭注射針管的推桿，將藥液噴出。
文檔編號(hào)A61M5/303GK1876192SQ200610086860
公開日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2006年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月21日
發(fā)明者曹凱 申請(qǐng)人:曹凱