專利名稱：磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將制劑、特別是藥物制劑注入人體或動物體內(nèi)的無針頭注射裝置，尤其是能夠在嚴(yán)格無菌條件下實(shí)現(xiàn)皮下、皮內(nèi)及肌內(nèi)精確劑量藥物導(dǎo)入的注射器。

背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的注射給藥方式造成局部皮膚損害、出血，不僅痛感顯著，令多數(shù)患者(特別是兒童)產(chǎn)生心理恐懼，還有造成注射部位感染的危險，長期注射還會造成皮下組織、神經(jīng)及微血管的損傷，并且大量一次性注射器使用后即成為威脅環(huán)境健康的醫(yī)療垃圾，處理這些醫(yī)療垃圾十分不便且費(fèi)用不菲，因此世界衛(wèi)生組織(WHO)一直呼吁發(fā)展無針頭藥物注射技術(shù)。
無針頭注射技術(shù)的發(fā)明，旨在實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)注射，可以消除痛感、顯著減小損傷并方便于一般非專業(yè)醫(yī)護(hù)人員的操作使用。該技術(shù)的要點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)藥物的噴射式導(dǎo)入，為此需要有驅(qū)動力強(qiáng)且快速響應(yīng)的動力系統(tǒng)，提供脈沖力以沖擊和推進(jìn)封閉藥物容器內(nèi)的活塞，產(chǎn)生瞬態(tài)高壓迫使藥劑從微細(xì)孔中擠出，形成高速噴射的微射流，迅速穿透人體或動物體皮膚，到達(dá)藥物吸收最佳部位。由此可見，尋求運(yùn)作安全、高效且廉價的動力系統(tǒng)是研制無針頭注射器的關(guān)鍵。目前已有的動力系統(tǒng)在技術(shù)上大體可分為三種壓縮氣體、燃料以及硬質(zhì)彈簧，相關(guān)的發(fā)明專利在國內(nèi)外已經(jīng)公開或授權(quán)的計有20余項。相比之下，壓縮氣體法需要配備高壓氣倉及相應(yīng)的空氣壓縮裝置，體積龐大、造價昂貴、耗能費(fèi)時，使用極為不便；與火箭技術(shù)相類，以引爆燃料產(chǎn)生沖擊波的方式固然可以提供足夠強(qiáng)大的助推力，但其潛在的危險和不穩(wěn)定因素也的確令人擔(dān)憂；以壓縮彈簧作為動力系統(tǒng)較之上述兩種方法簡便易行，美國Equidyne Corporation公司控股的Equidyne Systems，Inc分公司歷時8年開發(fā)成功一種彈簧類無針頭注射器，已于2000年7月開始將其Injex系列產(chǎn)品批量投放市場。該注射器尚存在以下缺點(diǎn)(1)由于使用前和使用過程中需要對彈簧體進(jìn)行壓縮、復(fù)位、準(zhǔn)直、約束等一系列準(zhǔn)備環(huán)節(jié)以及之后的安全觸發(fā)需要特別保障，相應(yīng)的動力系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計非常復(fù)雜，制作工序多，售價昂貴($250/支)，非普通用戶所能承受得起；(2)彈簧系統(tǒng)自身的機(jī)械穩(wěn)定性和疲勞問題，在使用過程中可能出現(xiàn)機(jī)械故障，并且彈簧動力隨使用次數(shù)增加而衰減，需定期更換；(3)實(shí)施注射時彈簧體撞擊活塞時產(chǎn)生強(qiáng)烈震顫并發(fā)出大的聲響，給使用者帶來另類不適的觀感；市售的彈簧類無針注射器在臨床使用過程中不僅伴有大的聲響，而且會在注射部位由于針管沖擊皮膚而造成可視的紅斑乃至創(chuàng)傷。(4)仍為接觸式注射方法，為防止交叉感染，仍舊不得不推薦大量使用一次性藥管。
另據(jù)最新報道，美國加州大學(xué)伯克利分校的研究人員獨(dú)辟蹊徑發(fā)明了一種高精度的皮下注射器，它是利用物理學(xué)中壓電效應(yīng)的逆效應(yīng)，即在一定的電壓驅(qū)動下，一些離子型晶體的電介質(zhì)(如陶瓷體、石英等)可在施壓方向上產(chǎn)生線性應(yīng)變，這實(shí)際上可簡單的歸納為一種電致伸縮效應(yīng)。利用壓電效應(yīng)及其逆效應(yīng)制成的各種傳感器和換能器已經(jīng)在電子技術(shù)及其相關(guān)產(chǎn)品中獲得了廣泛的應(yīng)用，用在藥物注射方面尚屬首次。該注射器的動力系統(tǒng)關(guān)鍵部件是一組鈦酸鉛壓電陶瓷(PZT)，由于使用電驅(qū)動，并且陶瓷應(yīng)變具有很高的響應(yīng)速度，因而所獲得的藥物噴射流具有非常高的速度(最高可達(dá)140米/秒)，這樣可在不需要與患者皮膚接觸的情況下將藥物注入體內(nèi)。而且事先并不需要任何額外的機(jī)械準(zhǔn)備，在實(shí)現(xiàn)快速、無痛注射的同時，避免一次性藥管的使用，最大限度的減小了交叉感染的機(jī)會和廢棄藥管的數(shù)量。此外由于動力部件為一剛性陶瓷體，克服了前述Injex產(chǎn)品中彈簧體不易準(zhǔn)直、易于疲勞等缺點(diǎn)。
顯然，利用逆壓電效應(yīng)制造的新型注射器，不僅技術(shù)實(shí)現(xiàn)更為簡捷，在實(shí)現(xiàn)非接觸式注射方面更是具有上述其他方法無可比擬的優(yōu)越性。但是，我們也不難發(fā)現(xiàn)該方法本身仍然存在一些難以克服甚或致命的缺陷(1)壓電陶瓷本身電致伸縮系數(shù)小(100～600ppm)，這就決定了該技術(shù)僅適用于微劑量注射(45～140納升)；(2)由于PZT陶瓷燒結(jié)難、極化難、制作大尺寸產(chǎn)品難，一般成品均為薄片，這就需要數(shù)片乃至數(shù)十片沿徑向粘接在一起才能滿足與所需動力相應(yīng)的位移量的要求，這樣整個粘接體的各部分的結(jié)合度和剛性如何、能否保證各陶瓷片微應(yīng)變的有效累加，直接關(guān)系到產(chǎn)品的合格率及使用壽命，技術(shù)上面臨著挑戰(zhàn)；(3)陶瓷材料質(zhì)脆易碎，在多次強(qiáng)力拍擊活塞過程中有毀損的可能；(4)為保證陶瓷體產(chǎn)生足夠的應(yīng)變，驅(qū)動電壓常需高達(dá)數(shù)百伏甚至上千伏，遠(yuǎn)高于人體安全電壓(36V)，并且在這樣高的電壓情況下，動力系統(tǒng)內(nèi)部正、負(fù)極以及筒體之間的有效隔離和絕緣設(shè)計難度很大，安全隱患實(shí)在不容忽視。這些缺陷的彌補(bǔ)有待于新的技術(shù)突破。
此外無針注射的方式需要把液體(如藥物)注入病人或家畜體內(nèi)，需要穿透皮膚最為堅韌的部分——角質(zhì)層，這就需要微射流具有足夠高的速度，同時藥物制劑中的顆粒物尺度要足夠小。對于大分子藥物包括多肽、蛋白質(zhì)等，難以通過微射流的方式實(shí)現(xiàn)藥物導(dǎo)入。要想實(shí)現(xiàn)大分子藥物的無針注射，最好是配套設(shè)計一種接觸皮膚的微凸出接觸裝置以刺破角質(zhì)層，再通過適當(dāng)?shù)膭恿⑺幰簜鬟f到皮下組織中。由于這種微凸出接觸裝置的微凸出部分大小一般在100微米以下，刺破角質(zhì)層的創(chuàng)口很小，肉眼基本分辨不出，由于沒有刺破真皮層，所以不會造成出血也不會對皮膚造成實(shí)質(zhì)的傷害。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用來穿過生物體表面轉(zhuǎn)移物質(zhì)的磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，包括一個筒體(1)，筒體(1)內(nèi)部上段置有一個由電磁線圈(4)和磁棒(6)構(gòu)成的微位移系統(tǒng)，中段置有位移放大系統(tǒng)，下段置有裝載藥液的藥筒(15)，藥筒(15)的出口下端還可以與一具有多個刺穿角質(zhì)層的微凸出的接觸部件相連。在外加電流作用下，沿線圈(4)軸向產(chǎn)生一磁場，在該磁場作用下，磁棒(6)產(chǎn)生徑向磁致應(yīng)變，產(chǎn)生微位移，經(jīng)與之相連的位移放大系統(tǒng)的放大，推動與其相連的藥筒(15)的活塞(15a)發(fā)生位移，將藥劑(18)高速擠出筒體(15b)，注入皮下。該注射器可以克服現(xiàn)有無針頭注射器在系統(tǒng)造價、系統(tǒng)安全、系統(tǒng)壽命或是注射劑量和適用范圍等方面的不足，能夠在安全電壓工作模式下長期穩(wěn)定工作，實(shí)現(xiàn)適量小分子化合物制劑的無針導(dǎo)入；結(jié)合微凸出裝置的配套使用，可以實(shí)現(xiàn)適量大分子藥物的無針導(dǎo)入。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 依據(jù)物理學(xué)另一重要的能量轉(zhuǎn)換效應(yīng)——磁致應(yīng)變效應(yīng)，將適當(dāng)直徑和長度并具有磁致應(yīng)變功能的磁質(zhì)棒材(6)置于空心電磁線圈(4)之中。在外加電流作用下，沿線圈軸向產(chǎn)生一磁場，在該磁場作用下，磁棒(6)產(chǎn)生徑向磁致應(yīng)變，推動與其相連的部件發(fā)生位移。在磁棒下端還接有一個位移放大裝置，該裝置能夠?qū)Υ虐舻膹较蛭⑽灰飘a(chǎn)生放大作用，并將動力和位移傳遞給藥筒(15)內(nèi)的活塞(15a)，推動藥劑(18)從筒體(15b)下端的微孔(19)噴射而出。
本發(fā)明選用鐵基稀土超磁致伸縮(或稱巨磁致伸縮)材料Terfenol-D及其聚合物粘結(jié)復(fù)合材料來加工和制作無針頭注射器微位移系統(tǒng)的磁棒，由于使用Terfenol-D超磁棒材作為電磁能和機(jī)械位移之間的轉(zhuǎn)換，整個裝置具有很高的響應(yīng)速度，確保藥物噴射流具有足夠大的初速度，能夠穿透皮膚表面、到達(dá)皮下適宜深度。
本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢在于 (1)Terfenol-D超磁材料伸縮系數(shù)(1500～2000ppm)是PZT陶瓷材料電致伸縮系數(shù)的3～5倍，這就意味著相應(yīng)的注射劑量相對于前述逆壓電法可擴(kuò)大3～5倍。表1示出稀土超磁Terfenol-D的物理性能與壓電陶瓷PZT的對比。
(2)Terfenol-D超磁材料制備工藝成熟，樣品尺度不受限制，多種規(guī)格市場有售，使用整根棒材即可滿足無針頭注射的動力需要，無須象前述逆壓電法PZT陶瓷材料那樣多片拼結(jié)使用，可確保整個動力系統(tǒng)的伸縮性能滿足設(shè)計要求，不存在這方面的任何技術(shù)缺陷； (3)Terfenol-D的組分是Tb0.3Dy0.7Fe1.95，為金屬合金，其剛性和韌性俱佳，方便加工，并且使用過程中不會出現(xiàn)毀損等問題；Terfenol-D磁致伸縮應(yīng)變時產(chǎn)生的推力很大，直徑約10mm的棒材伸縮時可產(chǎn)生約200公斤的推力；響應(yīng)時間僅百萬分之一秒；其工作頻帶寬，穩(wěn)定性好，可靠性高；其磁致伸縮性能不隨時間而變化，無疲勞，無過熱失效問題，完全符合高性能、非接觸無針頭注射器優(yōu)化設(shè)計和長效使用的要求。
(4)Terfenol-D超磁材料的優(yōu)異性能還在于其在較低磁場下即可得到近飽和的磁致伸縮應(yīng)變，并且能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)80％，這就意味著可以用很低的勵磁電壓(12～36V)和很小的電功率來驅(qū)動，以其制作的無針頭注射器結(jié)構(gòu)簡單、耗能小、完全不必?fù)?dān)心安全問題。
表1.Terfenol-D的物理性能與壓電陶瓷(PZT)的對比
本發(fā)明一種磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，用以穿過生物體表面轉(zhuǎn)移物質(zhì)，包括一個筒體(1)，筒體(1)內(nèi)部上段置有一個微位移系統(tǒng)，下段裝配藥筒(15)，其特征是，微位移系統(tǒng)依據(jù)磁致應(yīng)變原理設(shè)計而成了，其中筒體(1)中段還可置有一個位移放大系統(tǒng)，位移放大系統(tǒng)可為液壓放大裝置(11)。
液壓放大裝置(11)的器壁由非磁性材質(zhì)制成。
微位移系統(tǒng)由電磁線圈(4)和具有磁致應(yīng)變功能的磁棒(6)構(gòu)成。磁棒(6)置于線圈(4)中，在外加電流作用下，沿線圈軸向產(chǎn)生一磁場，在該磁場作用下，磁棒產(chǎn)生徑向磁致微應(yīng)變，推動與其相連的部件發(fā)生位移。
本發(fā)明磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，藥筒(15)的筒體(15b)由醫(yī)用玻璃鋼材質(zhì)或硬塑膠材料制成，其中出口(19)可連接一具有多個刺穿角質(zhì)層的微凸出的接觸部件，其中微凸出接觸部件(20)材料選自不繡鋼、鎳鈦合金和類似的生物相容性材料，作用于受試者的皮膚時，所述微凸出不產(chǎn)生可視的創(chuàng)傷或出血，微凸出接觸部件(20)的微凸出可以是具有尖銳出口的微管(21)，也可以是具有尖銳出口且側(cè)壁開有小孔的微管(22)，也可以是具有尖銳出口且側(cè)壁開槽的微管(23)。微凸出微管長度依據(jù)不同的注射對象有所不同，例如給嬰幼兒注射疫苗，其長度在20～30微米，給老成年人注射胰島素，其長度在50～100微米之間，給動物注射疫苗，其長度在100～1000微米之間。根據(jù)注射劑量的不同選擇不同的微凸出微管的數(shù)量，微凸出微管的密度為每平方厘米10-1000個。
本發(fā)明磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，外電源部分包括一個電位器(29)，電位器(29)由一阻值精確的可變電阻構(gòu)成，在回路中與電磁線圈(4)串聯(lián)，電位器(29)起到分壓、限流和調(diào)節(jié)回路阻抗的作用，確保注射器工作在安全電壓(36V)之下，確保電磁線圈(4)對輸入電流的快速響應(yīng)，削弱自感電動勢引起的損耗，其中，外電源部分還可以包括一個蓄電池(27)，還可以包括一個電源伺服控制器(30)，該伺服控制器(30)與電磁線圈(4)串聯(lián)，可對輸入到線圈(4)的電流的波形進(jìn)行設(shè)定和控制，外電源部分還可以包括一個探測器(31)，該探測器(31)與伺服控制器(30)串聯(lián)，并與患者注射部位附近的皮膚接觸，可將探測信號反饋給伺服控制器(30)，伺服控制器(30)根據(jù)探測器(31)對不同患者皮膚狀況探知的反饋信號，做出相應(yīng)的電流工作模式的選擇與控制，包括對輸入電流的波形、幅值以及延時的預(yù)設(shè)與連續(xù)改變，其中探測器(31)可以是溫敏、濕敏、壓敏傳感器及其組合，用以對皮膚表面狀況的探測。
本發(fā)明磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，筒體(1)由非磁性不銹鋼材或硬塑膠材料制成，磁棒(6)由超磁致應(yīng)變材料(GMM)制成，也可由基于超磁致應(yīng)變合金的聚合物粘結(jié)復(fù)合材料(GMPC)材料制成。
本發(fā)明磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，磁棒(6)由鐵基稀土超磁致應(yīng)變材料Terfenol-D制成，進(jìn)一步由鐵基稀土超磁致應(yīng)變合金Terfenol-D的聚合物粘結(jié)復(fù)合材料制成。
本發(fā)明磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，磁棒(6)是實(shí)心棒材，具有圓形或多邊形截面結(jié)構(gòu)，也可以是空心管材，具有圓環(huán)或多邊形環(huán)狀截面結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，線圈(4)還可以內(nèi)置一空心鐵芯(24)，用以加強(qiáng)磁場，線圈(4)上下兩端置有環(huán)形永久磁鐵(25a、25b)，用于提供偏置磁場。
本發(fā)明磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，其特征是，本發(fā)明磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，穿過生物體表面轉(zhuǎn)移的物質(zhì)，至少包括一種具有活性的化合物，可以選自生長激素、胰島素等小分子化合物、多肽、蛋白質(zhì)、寡核苷酸、核酸和多糖中的一種或多種。
本發(fā)明磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，當(dāng)磁棒(6)徑向長度為10厘米，大、小活塞11a、11b的直徑分別為10mm和1mm，并且筒體15b內(nèi)徑與小活塞11b的直徑相等，相應(yīng)的注射劑量理論上最高可達(dá)15微升，實(shí)際注射劑量范圍為0～12微升，可用于微劑量注射；當(dāng)磁棒(6)徑向長度為15厘米，大、小活塞11a、11b的直徑分別為30mm和3mm，并且筒體15b內(nèi)徑大于小活塞11b的直徑，筒體15b內(nèi)徑為30mm時，相應(yīng)的注射劑量理論上最高可達(dá)2.25毫升，實(shí)際注射劑量范圍為0～2.0毫升，適用于宏觀劑量的注射。
本發(fā)明的有益效果是 本發(fā)明無針頭注射器技術(shù)路線清楚，結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，無需事先清洗、消毒，可在嚴(yán)格無菌條件下實(shí)施精確劑量的注射；本發(fā)明無針頭注射器無需作任何機(jī)械壓縮準(zhǔn)備，動力來源于通電即有、即用的電磁能，完全避免了那種機(jī)械蓄能方法易于發(fā)生意外爆炸或彈射的危險；本發(fā)明注射器既可實(shí)施藥物制劑的微劑量精確注射，又可藥物制劑宏觀劑量的無針導(dǎo)入；本發(fā)明注射器既可實(shí)施小分子化合物藥物制劑的無針注射，又可結(jié)合微突出接觸裝置實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)等大分子藥物制劑的無針注射；本發(fā)明注射器工作電壓低，使用安全，操作方便，性能穩(wěn)定，非常適合于不具有皮下、皮內(nèi)及肌內(nèi)注射專門知識的個人使用。
說明書附圖 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。


圖1是本發(fā)明第一個實(shí)施例縱剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明第二個實(shí)施例縱剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明第三個實(shí)施例縱剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖4是本發(fā)明第四個實(shí)施例的微位移系統(tǒng)部分縱剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖5是本發(fā)明第五個實(shí)施例的微位移系統(tǒng)部分縱剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖6是本發(fā)明電源部分結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例 圖1所示實(shí)施例中，筒體1是由不銹鋼材質(zhì)制成的管狀體，上端閉合，但中央有一圓孔，下端開口。筒體1中部內(nèi)壁表面刻有內(nèi)螺紋2；下部內(nèi)表面刻有內(nèi)螺紋3。在筒體1內(nèi)部上段置有一個電磁線圈4，電磁線圈4為圓柱形，由漆包銅線繞制而成。筒體1外壁上部設(shè)有一電源端口5，可將電流導(dǎo)入電磁線圈4。電磁線圈4內(nèi)置一根磁棒6，磁棒6具有磁致應(yīng)變功能，由Terfenol-D材料制成。磁棒6為圓柱形實(shí)體或空心管狀結(jié)構(gòu)，外徑為5～20mm，保證其具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。磁棒6與筒體1、電磁線圈4具有相重的中軸線，磁棒6徑向長度略大于電磁線圈4的徑向長度，磁棒6的外徑略小于電磁線圈4的內(nèi)徑。磁棒6上端有內(nèi)螺紋7，下端有內(nèi)螺紋8。頂部螺絲9有中間螺桿10，螺桿10穿過筒體1上端圓孔與內(nèi)螺紋7咬合，從而將磁棒6與筒體1緊固在一起。磁棒6與電磁線圈4一起構(gòu)成注射器的微位移系統(tǒng)，當(dāng)磁棒6徑向長度為10厘米時，在電磁線圈4上加載0～32V電壓時，理論上磁棒6可提供0～200微米的徑向微位移。
圖1所示實(shí)施例中，在筒體1內(nèi)部中段置有一位移放大裝置，該裝置是液壓放大裝置11，由流體室11a、大活塞11b、小活塞11c構(gòu)成。流體室11a為圓柱形，外徑小于筒體1內(nèi)徑，流體室11a中段有外螺紋12。流體室11a中段的外螺紋12與筒體1中部內(nèi)壁表面內(nèi)螺紋2咬合，從而可將流體室11a穩(wěn)定地限制于筒體1中部。大活塞11b上端有螺桿13。螺桿13和內(nèi)螺紋8咬合，從而將大活塞12b與磁棒6緊固在一起，磁棒6產(chǎn)生的微位移通過大活塞11b向下傳遞。流體室11a內(nèi)充液體為抗氧化、膨脹系數(shù)和粘滯系數(shù)均較小的液壓專用油14。依據(jù)流體力學(xué)中的帕斯卡定律，液壓放大裝置11起到徑向位移放大的作用。當(dāng)大活塞11a的直徑是小活塞11b的直徑的10倍時，徑向位移放大100倍。這時如果由大活塞11b傳遞的磁棒6的磁致應(yīng)變位移是200微米，相應(yīng)的小活塞11b的徑向位移可達(dá)2cm。
圖1所示實(shí)施例中，在筒體1下端裝配藥筒15，藥筒15包括一個活塞15a和一個筒體15b，筒體15b由醫(yī)用玻璃鋼材質(zhì)制成。筒體15b通過其外壁螺紋16和內(nèi)螺紋3可以緊固在筒體1下端，活塞15a桿部深入到流體室11a下部管體內(nèi)、與小活塞11c相觸。筒體15b外壁標(biāo)有注射劑量刻度17。筒體15b內(nèi)盛藥劑18。筒體15b下端有一小孔19，直徑50～100微米，為藥劑噴射口。
圖1所示第一實(shí)施例中，當(dāng)磁棒4徑向長度為10厘米，大、小活塞11a、11b的直徑分別為10mm和1mm，并且筒體15b內(nèi)徑與小活塞11b的直徑相等，相應(yīng)的注射劑量理論上最高可達(dá)15微升，考慮到整個系統(tǒng)的效能，實(shí)際注射劑量范圍為0～12微升，可用于微劑量注射，尤其適合嬰幼兒疫苗接種。
圖2所示第二實(shí)施例中，筒體15b內(nèi)徑大于小活塞11b的直徑，當(dāng)磁棒4徑向長度為15厘米，大、小活塞11a、11b的直徑分別為30mm和3mm，筒體15b內(nèi)徑為30mm時，相應(yīng)的注射劑量理論上最高可達(dá)2.25毫升，考慮到整個系統(tǒng)的效能，實(shí)際注射劑量范圍為0～2.0毫升，適用于宏觀劑量的注射，尤其適用于長期使用胰島素的糖尿病患者。
圖3所示第三實(shí)施例中，藥物噴射口19下端與具有多個刺穿角質(zhì)層的微凸出的接觸部件20相接。微突出可以是具有尖銳出口的微管21，也可以是具有尖銳出口且側(cè)壁開有小孔的微管22，也可以是具有尖銳出口且側(cè)壁開槽的微管23。微凸出微管長度依據(jù)不同的注射對象有所不同，例如給嬰幼兒注射，其長度在20～30微米，給老成年人注射，其長度在50～00微米之間，給動物注射，則要根據(jù)動物的角質(zhì)層的厚度選擇適宜的長度，一般在1000微米以下。根據(jù)注射劑量的不同選擇不同的微凸出微管數(shù)量，微凸出微管密度在10～1000個/平方厘米之間。微凸出接觸裝置的材料選自不繡鋼、鎳鈦合金和類似的生物相容性材料，作用于受試者的皮膚時，所述微凸出不產(chǎn)生可視的出血或刺激。微凸出接觸部件的配套使用，避免了藥物射流在穿透角質(zhì)層時由于受到阻力造成的速度衰減，并且能夠?qū)恿鶆虻姆峙涞蕉鄠€注射孔上，可用于藥物的大劑量微創(chuàng)注射，尤其適用于大分子蛋白質(zhì)等非水溶性制劑的大劑量微創(chuàng)注射。
圖4所示的第四實(shí)施例的微位移系統(tǒng)，電磁線圈4中置有管狀鐵芯24，用以增強(qiáng)磁場。
圖5所示的第五實(shí)施例的微位移系統(tǒng)，電磁線圈4中、下兩端還分別裝有兩塊環(huán)狀永久磁鐵25a、25b用來提供一定的偏置磁場，以使磁棒6工作在線性區(qū)。
圖6所示本發(fā)明電源系統(tǒng)包括一個直流電源26，一個蓄電池27，一個開關(guān)28，一個電位器29，一個伺服控制器30，一個探測器31。直流電源26可將輸入端220V的交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵龆?～36V的直流安全電壓。蓄電池27可以儲存可用于多次注射所需的電能。開關(guān)28用來控制電磁線圈4輸入電流的通斷。電位器29由一阻值精確的可變電阻構(gòu)成，在回路中與電磁線圈4串聯(lián)，起到如下重要作用 (1)分壓作用，確保注射器工作在安全電壓(36V)之下，并且依據(jù)不同標(biāo)稱注射劑量，在0～36V之間調(diào)整工作電壓； (2)調(diào)節(jié)電路阻抗，確保電磁線圈4對輸入電流的響應(yīng)速度。通常電磁線圈4在電路中具有自感現(xiàn)象，這樣在開啟電源時，由于受線圈自感電動勢的影響，線圈4電流的上升有一個過程，依據(jù)磁感應(yīng)定律，電流上升過程的暫態(tài)時間正比于線圈4自感系數(shù)，反比于串聯(lián)電阻，這樣在附加串聯(lián)電阻的情況下，暫態(tài)時間可以小到微秒，確保注射系統(tǒng)動力響應(yīng)的高速度； (3)限制電流，保護(hù)電磁線圈4。實(shí)施注射后將開關(guān)28斷開時，由于輸入電流的突然中斷，電磁線圈4磁通量急劇變化，就會在線圈中產(chǎn)生一個較大的自感電動勢，這一瞬態(tài)電動勢雖不足以對人體產(chǎn)生危害，但會引起殘余能量在線圈4中的損耗，可能影響線圈4的使用壽命。本發(fā)明電路中電位器29的引入巧妙的解決了這一問題，即在實(shí)施注射后開關(guān)28斷開、關(guān)閉電源前，將電位器29阻值預(yù)置為最大，這時流過電磁線圈4的電流大為減小，之后在開關(guān)28斷開、關(guān)閉電源時電磁線圈4中產(chǎn)生的自感電動勢以及能量損耗即可忽略不計。
伺服控制器30用以對輸入電流的整形。伺服控制器30與探測器31相連，探測器31可以是溫敏、濕敏、壓敏傳感器及其組合，用以對皮膚表面狀況的探測。根據(jù)探測器31對不同患者皮膚狀況探知的反饋信號，伺服控制器30做出相應(yīng)的電流工作模式的選擇與控制，包括對輸入電流的波形、幅值以及延時的預(yù)設(shè)與連續(xù)改變。
本發(fā)明注射器在裝配時先將電磁線圈4套在磁棒6上，然后磁棒6下端與液壓放大裝置11通過螺絲13和螺紋8緊固在一起，然后一起裝入筒體1，通過螺絲9、12和螺紋2、7與筒體1緊固在一起。
使用時以藥筒16抽取適量藥劑后，將藥筒16緊固在筒體1下端，將電位器29設(shè)置為注射劑量相對應(yīng)的合適數(shù)值，然后以藥筒16下端出口19對準(zhǔn)注射部位，按下開關(guān)28接通電源，即可完成注射。注射后，電位器29阻值恢復(fù)最大值，然后關(guān)閉電源，這時磁場消失或恢復(fù)到初始值，磁棒自動收縮恢復(fù)到非工作狀態(tài)，與此同時液壓放大裝置復(fù)位。
本發(fā)明注射器不限于上述實(shí)施例，尚包括其他所有變型。
權(quán)利要求
1、一種磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，其特征是用以穿過生物體表面轉(zhuǎn)移物質(zhì)，包括一個筒體(1)，筒體(1)內(nèi)部上段置有一個微位移系統(tǒng)，下段裝配藥筒(15)，其特征是，微位移系統(tǒng)依據(jù)磁致應(yīng)變原理設(shè)計而成。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，其特征是，筒體(1)中段還可置有一個位移放大系統(tǒng)。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，其特征是，微位移系統(tǒng)由電磁線圈(4)和具有磁致應(yīng)變功能的磁棒(6)構(gòu)成，磁棒(6)置于線圈(4)中，在外加電流作用下，沿線圈軸向產(chǎn)生一磁場，在該磁場作用下，磁棒產(chǎn)生徑向磁致微應(yīng)變，推動與其相連的部件發(fā)生位移。
4、根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，其特征在于位移放大系統(tǒng)可為液壓放大裝置(11)。
5、根據(jù)權(quán)利要求所述的磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，其特征是藥筒(15)出口(19)可連接一具有多個刺穿角質(zhì)層的微凸出的接觸部件。
6、根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，其特征是，外電源部分包括一個電位器(29)，電位器(29)由一阻值精確的可變電阻構(gòu)成，在回路中與電磁線圈(4)串聯(lián)，電位器(29)起到分壓、限流和調(diào)節(jié)回路阻抗的作用，確保注射器工作在安全電壓(36V)之下，確保電磁線圈(4)對輸入電流的快速響應(yīng)，削弱自感電動勢引起的損耗。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，其特征是，外電源部分還可以包括一個蓄電池(27)。
8、根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，其特征是，外電源部分還可以包括一個電源伺服控制器(30)，該伺服控制器(30)與電磁線圈(4)串聯(lián)，可對輸入到線圈(4)的電流的波形進(jìn)行設(shè)定和控制。
9、根據(jù)權(quán)利要求1-8所述的磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，其特征是，外電源部分還可以包括一個探測器(31)，該探測器(31)與伺服控制器(30)串聯(lián)，并與患者注射部位附近的皮膚接觸，可將探測信號反饋給伺服控制器(30)，探測器(31)可以是溫敏、濕敏、壓敏傳感器及其組合，用以對皮膚表面狀況的探測，伺服控制器(30)根據(jù)探測器(31)對不同患者皮膚狀況探知的反饋信號，做出相應(yīng)的電流工作模式的選擇與控制，包括對輸入電流的波形、幅值以及延時的預(yù)設(shè)與連續(xù)改變。
10、根據(jù)權(quán)利要求1-9所述的磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，其特征是，筒體(1)由非磁性不銹鋼材或硬塑膠材料制成，藥筒(15)的筒體(15b)由醫(yī)用玻璃鋼材質(zhì)或硬塑膠材料制成，磁棒(6)由超磁致應(yīng)變材料(GMM)制成，液壓放大裝置(11)的器壁由非磁性材質(zhì)制成。
11、根據(jù)權(quán)利要求1-10所述的磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，其特征是，磁棒(6)可由基于超磁致應(yīng)變合金的聚合物粘結(jié)復(fù)合材料(GMPC)材料制成，進(jìn)一步由鐵基稀土超磁致應(yīng)變材料Terfenol-D制成。
12、根據(jù)權(quán)利要求12所述的磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，其特征是，磁棒(6)進(jìn)一步由鐵基稀土超磁致應(yīng)變合金Terfenol-D的聚合物粘結(jié)復(fù)合材料制成。
13、根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，其特征是，磁棒(6)是實(shí)心棒材，具有圓形或多邊形截面結(jié)構(gòu)，也可以是空心管材，具有圓環(huán)或多邊形環(huán)狀截面結(jié)構(gòu)。
14、根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，其特征是，線圈(4)還可以內(nèi)置一空心鐵芯(24)，用以加強(qiáng)磁場，上下兩端還可以置有環(huán)形永久磁鐵(25a、25b)，用于提供偏置磁場。
15、根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，其特征是，微凸出接觸部件(20)材料選自不繡鋼、鎳鈦合金和類似的生物相容性材料，作用于受試者的皮膚時，所述微凸出不產(chǎn)生可視的創(chuàng)傷或出血，微凸出接觸部件(20)的微凸出可以是具有尖銳出口的微管(21)，也可以是具有尖銳出口且側(cè)壁開有小孔的微管(22)，也可以是具有尖銳出口且側(cè)壁開槽的微管(23)，微凸出微管長度依據(jù)不同的注射對象有所不同，給嬰幼兒注射疫苗，其長度在20～30微米，給老成年人注射胰島素，其長度在50～100微米之間，給動物注射疫苗，其長度在100～1000微米之間，根據(jù)注射劑量的不同選擇不同的微凸出微管的數(shù)量，微凸出微管的密度為每平方厘米10-1000個。
16、根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，其特征是，穿過生物體表面轉(zhuǎn)移的物質(zhì)，至少包括一種具有活性的化合物。
17、根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，其特征是，穿過生物體表面轉(zhuǎn)移的有活性的化合物，包括生長激素、胰島素等小分子化合物、多肽、蛋白質(zhì)、寡核苷酸、核酸和多糖中的一種或多種。
全文摘要
本發(fā)明—磁致應(yīng)變位移型無針頭注射器，涉及一種將制劑、特別是藥物制劑注入人體或動物體內(nèi)的無針頭注射裝置，包括一個筒體(1)，筒體(1)內(nèi)部上段置有一個微位移系統(tǒng)，中段置有一個位移放大系統(tǒng)，下段裝配藥筒(15)，其特征是，微位移系統(tǒng)依據(jù)磁致應(yīng)變原理設(shè)計而成，微位移系統(tǒng)由電磁線圈(4)和具有磁致應(yīng)變功能的磁棒(6)構(gòu)成。磁棒(6)置于線圈(4)中，在外加電流作用下，沿線圈軸向產(chǎn)生一磁場，在該磁場作用下，磁棒(6)產(chǎn)生徑向磁致微應(yīng)變，該微應(yīng)變通過位移放大器放大，進(jìn)一步推動與其相連的部件發(fā)生宏觀位移，沖擊并加速藥筒(15)內(nèi)的活塞(15a)，瞬間擠出制劑，實(shí)施藥物的噴射式導(dǎo)入；本發(fā)明適合于對人或動物體進(jìn)行生長激素、胰島素、疫苗、血紅素以及多肽、蛋白質(zhì)、寡核苷酸、核酸和多糖等其他生物制劑或化學(xué)合成藥劑的微劑量注射和宏觀劑量注射，并適合于不具有皮下、皮內(nèi)及肌內(nèi)注射專門知識的個人使用。
文檔編號A61M5/31GK101607103SQ20081011087
公開日2009年12月23日 申請日期2008年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月17日
發(fā)明者王永謙, 張文芳 申請人:張文芳