专利名称：一种由压电陶瓷堆驱动的微喷给药装置的制作方法
技术领域：
本实用新型公开了一种由压电陶瓷堆驱动的微喷给药装置，属于 医疗器材中皮下无针给药装置技术领域。
背景技术：
一个普通的无针注射系统采用压縮空气或弹簧产生的压力，通过 微型喷孔来形成高速射流，将药物注射到入皮下组织。作为透皮给药 的一种方法，喷射注射比传统的有针注射有很多优点，比如安全、方 便、药物扩散吸收性好、减少针剌恐惧感，等等。但是，经过几十年 的发展， 一般的喷射注射技术仍然没有广泛使用。目前存在着多种原 因影响着喷射注射技术的推广应用比如喷射深度的不确定会造成注 射时的偶尔疼痛和出血；由于是一次性注射，注射剂量通常不很精确； 注射速度不可控制，不适合控制释放的药物输送。
为了完善现有无针注射系统，最近，美国科学家提出一种通过压 电陶瓷堆来驱动的脉冲微喷射装置。给压电陶瓷堆施加电压后会进行 快速扩张，推动活塞使药物从微型喷孔处形成高速射流。因为压电堆 在加电压后的伸展量非常小，药物会形成很细小的射流。这种射流可 以控制成刚刚透过皮肤层，形成非创伤性穿透。另外，这种装置可以 通过电路来控制每次脉冲注射的剂量和注射速度，做到精确控制，克服了传统喷射注射技术的一系列问题。申请人前置申请专利"脉冲注
射装置"(申请号200810063468.X)提出一种基于压电的脉冲式微给 药喷射注射系统，这种系统由带有位移放大的压电脉冲推射器、带有 喷孔的安瓿及药库组成。其注射工作原理为，电压脉冲信号施加在压 电堆上，在脉冲信号的峰值处，压电堆伸长，经放大后推动活塞使得 注射液从喷孔中喷出，在脉冲信号消失后，压电堆失压而缩短，活塞 在弹黉力的作用下复位，安瓿腔体内再次注入注射液，进行第二次注 射，直至将药库中的所有注射液注射完成。该装置的药库与安瓿的连 接口位置设计成靠近活塞的起始位置，用来省去单向流量阀的使用。 在实际操作中，这种设计带来一些问题，由于注射时安瓿往往抵住皮 肤，因为安瓿前端没有大气压，会造成活塞难以回退。微型单向阀能 解决这个问题，但是存在着制造成本高、难以安装的问题。在临床使 用中，安瓿和药库通常是一次性使用的耗材，这样使用制造和安装成 本很高的微型单向阀是不现实的。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种活塞回退方便、快速, 制造成本低，注射剂量精确、.注射速度可控的由压电陶瓷堆驱动的微 喷给药装置。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为 一种由压电陶瓷堆驱动的微喷给药装置，包括前端接口上套装有安瓿的推射装置，所述推射装置包括安装在壳体内且带有柔性伸张压 电放大机构的压电堆，压电堆前端安装有外壁上套有弹簧的联接头，该
联接头与安瓿的活塞推杆相连接；壳体的支架上安装有一由步进电机 驱动的丝杠，丝杠上耦合有挡块，且该挡块上端穿过设置在壳体底端 的位移开口抵挡在压电堆的后方；压电堆与步进电机由同一控制电路 控制。
所述控制电路安装在壳体外。 所述挡块为一锲形块。
本实用新型采用步进电机带动丝杠转动，丝杠的转动使抵挡在压 电堆后方的挡块向前移动，以用来补偿压电堆失压时所产生的回縮位 移，使每次压电堆加压后的快速扩张能形成位移累加，这样通过多次脉 冲式微量喷射来进行微喷射注射，直至将安瓿中的药液全部注射完毕， 这时再通过控制电路让步进电机带动丝杠反转，丝杠的反转带动挡块 向后移动，直到压电堆在弹簧的弹性恢复力的作用下，退回到起始位置， 同时活塞在活塞推杆的拉力作用下，也退回到起始位置。
总之，本实用新型一种由压电陶瓷堆驱动的微喷给药装置，活塞 回退方便、快速，制造成本低，注射剂量精确、注射速度可控且容易 实现。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型具体实施例的结构示意图;图2是本实用新型中带有柔性伸张压电放大机构的压电堆原理图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型一种由压电陶瓷堆驱动的微喷给药装置， 包括前端接口上套装有安瓿11的推射装置，推射装置包括安装在壳体 1内且带有柔性伸张压电放大机构的压电堆3，压电堆3前端安装有外 壁上套有弹簧2的联接头9，该联接头9与安瓿11的活塞推杆10相连 接。壳体1的支架上安装有一由步进电机5驱动的丝杠8，丝杠8上 耦合有挡块6,且该挡块6上端穿过设置在壳体1底端的位移开口 7 抵挡在压电堆3的后方。为了使装置结构更为紧凑，挡块6选用锲形块。 压电堆3与步进电机5由同一控制电路4控制，当然，作为优选方案， 控制电路4最好安装在壳体1外。
本实用新型的工作原理如下
先将装有药液的安瓿ll套接在壳体l前端接口上。在注射之前， 压电堆3处于初始位置，打开控制电路4的电源开关后，控制电路4 发出脉冲电压加压到压电堆3，产生一个几百微米的伸张量(一般压电 堆的位移在几十微米左右，经柔性伸张压电放大机构放大后可以达到几 百微米)。由于压电堆3的后端被挡块6抵住，所以压电堆3的前端将 向前突然伸张几百微米，并通过活塞推杆IO推动安瓿11内的活塞13 前行，安瓿11内的药液将通过微型喷孔12(通常喷孔直径在50至100 微米)高速喷出，形成高速射流进入人体皮肤。由于单次脉冲喷射的药液体积很小(通常不到1毫升)，因此这种喷射注射同样具有非创伤
性、精确控制的特点。压电堆3在脉冲电压失压时会收縮，而一旦压 电堆3收縮，弹簧2也会在弹性恢复力的作用下产生回縮，最终带动活 塞13回到初始位置。因此，为避免这个情况的发生，在脉冲电压失压 的同时，控制电路4发出信号至步进电机5，由步进电机5带动丝杠8 转动一个角度，丝杠8的转动带动挡块6向前产生一定的位移，而该 位移恰好补偿压电堆3的收缩。控制电路4的设计使挡块6前行的时 间与压电堆3的收缩保持同步，这样压电堆3的前端就保持在刚刚注射 完成的同一位置，也就是安瓿11中的活塞13也保持在刚刚注射完成的 同一位置。下一个脉冲电压加到压电堆3时，活塞13又前行进行微量 注射，如此循环，直至将安瓿ll内的药液全部注射完毕。这时可以通 过控制电路4让歩进电机5反转，带动丝杠8反转，丝杠8的反转带 动挡块6向后移动，直到压电堆3在弹簧2的弹性恢复力的作用下，退 回到起始位置，同时活塞13在活塞推杆10的拉力作用下，也退回到 起始位置。
如图2所示，带有柔性伸张压电放大机构的压电堆3由在厚度方
向极化的压电陶瓷14夹在两个薄的端帽之间，每一个端帽的内表面都
有一个圆台形空穴。通过将压电陶瓷14微小的径向位移放大，转换成
轴向位移，扩大了压电作动器的行程。这种柔性伸张压电放大机构能
将压电堆3产生的位移放大到10倍左右，并产生几十牛顿的输出力。 上述实施例仅用于解释说明本实用新型的发明构思，而非对本实 用新型权利保护的限定，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的 改动，均应落入本实用新型的保护范围。
权利要求1、一种由压电陶瓷堆驱动的微喷给药装置，包括前端接口上套装有安瓿(11)的推射装置，其特征在于所述推射装置包括安装在壳体(1)内且带有柔性伸张压电放大机构的压电堆(3)，压电堆(3)前端安装有外壁上套有弹簧(2)的联接头(9)，该联接头(9)与安瓿(11)的活塞推杆(10)相连接；壳体(1)的支架上安装有一由步进电机(5)驱动的丝杠(8)，丝杠(8)上耦合有挡块(6)，且该挡块(6)上端穿过设置在壳体(1)底端的位移开口(7)抵挡在压电堆(3)的后方；压电堆(3)与步进电机(5)由同一控制电路(4)控制。
2、 如权利要求1所述的一种由压电陶瓷堆驱动的微喷给药装置， 其特征在于所述控制电路(4)安装在壳体(1)夕卜。
3、 如权利要求l所述的一种由压电陶瓷堆驱动的微喷给药装置， 其特征在于所述挡块(6)为一锲形块。
专利摘要本实用新型公开了一种由压电陶瓷堆驱动的微喷给药装置，属于医疗器材中皮下无针给药装置技术领域，包括前端接口上套装有安瓿的推射装置，所述推射装置包括安装在壳体内且带有柔性伸张压电放大机构的压电堆，压电堆前端安装有外壁上套有弹簧的联接头，该联接头与安瓿的活塞推杆相连接；壳体的支架上安装有一由步进电机驱动的丝杠，丝杠上耦合有挡块，且该挡块上端穿过设置在壳体底端的位移开口抵挡在压电堆的后方；压电堆与步进电机由同一控制电路控制。本实用新型一种由压电陶瓷堆驱动的微喷给药装置，活塞回退方便、快速，制造成本低，注射剂量精确、注射速度可控且容易实现。
文档编号A61M5/303GK201399128SQ20092011414
公开日2010年2月10日 申请日期2009年2月26日 优先权日2009年2月26日
发明者凯 陈 申请人:凯 陈