专利名称：具有两级注射速度的无针注射器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于人类医学或兽医治疗的液体有效成分的皮内、皮下或肌肉内注射的无针注射器的领域。
背景技术：
根据定义，无针注射器是非侵入性的，即没有针穿过皮肤，以便把有效成分带到应该起作用的部位。对于一个无针注射器，需要使从喷嘴或注射管出来的液体有效成分的射流穿透皮肤，并且根据所需的注射类型深入到或深或浅的深度为此，喷射应有很高的速度。如果喷射太慢，不能穿透皮肤，液体就会分布在皮肤表面，并且流失，因为它不会产生治疗作用。
但是，一旦液体穿透皮肤并到达希望的深度，喷射速度可以低一些，以保证其余要注射的液体有效成分在皮肤内通过并扩散。
因此，为了保证有效成分的生物利用率，注射开始时希望有很高的速度，以便使液体喷射，然后有较低的速度，以保证其余的液体通过。这两个速度对于液体相当于先强后弱的注射压力。
专利US2704543讨论了这个问题，并且为了解决该问题提出一种由两个同心活塞组成的推动装置，两个活塞作用在一个可以排出液体的可变形堵塞器上。开始时，小截面的内活塞单独作用在可变形的堵塞器上，并产生很强的注射压力，然后两个同心注射器同时移动，以减小注射压力，因为推动的有效截面增加，而作用在两个活塞上的推力仍与作用在一个活塞上的推力相同。推力由一个压缩弹簧的膨胀产生。
专利US3335722描述了一个带有一个气体发生器的无针注射器，气体发生器作用在一个由单一活塞构成的推动装置上，活塞朝向有效成分的一端是分级的。该活塞作用在一个可以将储液器中的液体完全排出的可变形堵塞器上，注射压力的变化只能通过控制所产生的气体流量和增加活塞上游的自由体积得到，推动活塞的有效截面是恒定的。
这些专利提出的注射器不能控制两级压力，特别是起始压力级持续时间的调整非常困难。另外，这些注射器使用一个可以变形并且几何形状复杂的堵塞器，以便将有效成分完全排出。
另外，这些注射器设计可以多次使用，并且带有几个重新装入有效成分和重新起动推进器所需的附加装置。
发明内容
本发明的目的是提出一些简单的注射器，可以实现两级压力和注射速度以及预定的持续时间。这些注射器使用后可以丢弃。
本发明涉及一种无针注射器，用于注射装在一个储液器中的液体有效成分，储液器位于一个具有至少一个注射管的注射头和一个受一个气体发生器作用的推动装置之间，所述推动装置具有一个朝向有效成分的端部，该端成为一个推送头，它的横截面与储液器的横截面相等；所述注射器的特征在于，朝向有效成分的推送头是一整块，推动装置的相对端、即朝向气体发生器的一端有一个驱动头，它的横截面大于推送头的横截面，驱动头在它的驱动筒中的驱动行程小于有效成分储液器的高度。
沿该驱动行程作用在推动装置上的力是作用在驱动头的大截面上的压力的结果，传输给液体的压力很强，因此注射速度高。在该驱动行程后，驱动头停止动作，在推动装置上产生的力是施加在较小截面即储液器截面上的压力的结果；因此液体中的压力较小，液体的注射速度也较小。
本发明中，液体有效成分主要是粘度或大或小的液体、液体混合物或凝胶。有效成分可以是溶解在适于注射的适当溶剂中的固体。有效成分也可以是以或大或小的浓度悬浮在适当液体中的粉末状固体。固体有效成分的粒度和管子的形状应当合适，避免发生堵塞。
驱动头的有效驱动行程小于有效成分储液器的高度。有效行程应小于储液器高度的0.6倍，最好小于该高度的0.2倍。
驱动头和推送头分别属于两个重叠的活塞。上游一侧的活塞叫做上活塞；下游一侧朝向液体储液器的叫做下活塞。这些活塞带有密封装置，例如密封垫或使活塞可以在适当的柱形室内移动的唇边，对于驱动头，柱形室是驱动室，对于推送头，柱形室是储液器。
另外，驱动头和推送头的截面比大于或等于1.1。该比值最好在1.2-8之间，最好为2-6。
驱动行程相对储液器高度的选择、驱动头和推送头截面比的选择，可以调节液体有效成分的注入压力和注入条件，尤其是注入速度，即调节它们的水平和持续时间。
在根据本发明的注射器的第一个实施例中，驱动头由一个环形上活塞嵌在一个与下活塞连接的上游杆上而构成，下活塞具有推送头。这种嵌入是一种柱形滑动嵌入或锥形嵌入，并且是密封的。气体压力施加在一个大的表面上，它的合力也是大的。传给液体的压力较强，注入速度也较高。
在该实施例中，限制驱动头的驱动行程的装置是在驱动筒下游底部的一个挡块。该挡块使环形上活塞停止。气体作用在下活塞的上游杆上，并推动上游杆。在这种移动中，当环形活塞与上游杆之间的密封由于所述上游杆的移动而失效时，气体压力作用在一个与储液器截面相等的截面上，压力的合力比前面小，因此传给液体的压力以及速度都更小。
在注射器的第二个实施例中，驱动头为一个实心上活塞的上游面，推送头为一个实心下游活塞的下游面。更确切地说，大截面上活塞的上游面为驱动头。截面较小并且等于储液器截面的下活塞的下游面为推送头。
在该实施例的第一个变型中，两个活塞分开一个距离D。一个与其中一个活塞合为一体凸起可以确定该距离D。上活塞移动该距离D后与下活塞接触，并且有一个撞击作用。为了留在本发明的范围内，距离D应该小于驱动头的驱动行程。
在第二个变型中，两个活塞接触这实际上就是距离D等于零的情况。
对于这两个变型，限制驱动头驱动行程的装置是一个延长驱动筒的膨胀室。该膨胀室是由驱动筒扩大而形成的，或者通过增加直径，或者通过一组侧向槽，侧向槽让气体在驱动头和密封装置的周围通过，使上活塞不再承受压力产生的力，并且气体在一个与储液器截面相等的截面上作用在实心下活塞上。
在这些变型中，当带有驱动头的实心上活塞在膨胀室中时，它停止作为推进器，并且在行程结束时贴靠在一个带有气体通道的表面，使所述气体作用在下活塞上。
在根据本发明的无针注射器的第三个实施例中，推动装置是一个分级的单一活塞，它的上游面属于截面更小的推送头。两个上述活塞连成一体就是这种情况。
在该实施例中，限制驱动头驱动行程的装置是一个延长驱动筒的膨胀室。该膨胀室用和前面相同的方法形成，例如通过增加直径，或者通过一组纵向和侧向槽使驱动筒扩大，这些槽让气体在驱动头的周围通过，使气体作用在一个与推送头的截面相等的截面上。在该实施例中，膨胀室应该足够长，使活塞移动，直至到达注射头上游面上的挡块，以便注射储液器中的所有液体。
本发明中，所有不同实施例中的推动装置都由一个气体发生器的气体推动。这种气体可以通过一种化学反应产生，或者通过一个储存的压缩气的突然膨胀而产生。
但是，气体发生器最好是一个烟火发生器。推荐这类发生器是因为它的能力、紧凑性和可靠性，对于预先充填的注射器，可以考虑这种发生器，它的储存时间只受有效成分保存时间的限制。
本发明解决了提出的问题，可以预先确定两级注入速度以及它们持续的时间。
本发明的优点是可以分开装置中的两个部分。一个药学部分包括本体和储液器，并且下游带有一个注射器，上游带有一个活塞，该子部件可以在制药工业的条件下，特别是在消毒和无菌的条件下进行处理。该子部件将与注射器的其余部分合并，其余部分的零件已经在其它地方装配好，装配的条件没有制药工业严格。
下面将借助示出本发明不同特殊实施例的附图详细描述本发明。
图1是根据第一实施例的注射器的纵剖视图。
图2用局部视图示出活塞运行后的位置。
图3、4分别示出一个带有两个分开的实心活塞的注射器活塞的起始位置和最终位置的局部视图。
图5示出带有单一分级活塞的实施例，活塞处于起始位置。
图6示出气体发生器的室内压力和液体压力的曲线的一个例子。
具体实施例方式
图1示意性地示出一个本发明无针注射器的第一实施例使用前的局部纵剖视图。注射器垂直示出，注射头在向下的下游端。
该注射器从上到下包括一个气体发生器7(下面将作更详细的描述)，该气体发生器通过它的本体71固定在注射器的储液器2上；一个作为驱动头6的零件的环形活塞16通过滑动柱形相嵌安装在第二个活塞的上游端或上游杆5上，第二个活塞的相对下游端是推送头4，一个尺寸适当的肩部保证环形活塞靠在加压活塞上；至少一个锥形密封垫或其它等效装置使两个活塞的相嵌保持密封，环形活塞16对带有推送头活塞是大截面，这些活塞带有锥形密封垫或等效的装置，使活塞对它们的移动室即驱动筒10和储液器2密封。
现在描述气体发生器7的主要零件，此例中，气体发生器为烟火型。气体发生器的本体71中，带有驱动头6的活塞以上具有一个烟火药72，烟火药72通过一个被撞针74撞击的起爆剂73点燃，剖视图中没有显示出该撞针，但是可以从侧面看到。起爆剂73装在一个起爆剂盒中。在初始位置，撞针74通过至少一个小球、如小球77保持在与本体71旋紧在一起的撞针导向器75中，小针部分嵌在一个撞针槽中。触发装置包括一个带有槽79的推杆78和内弹簧76。
推杆78在撞针导向器75上滑动，并且被在侧向槽中移动的凸销抓住。推杆78在这儿是起动装置。
当然，为了点燃烟火药，而又不超出本发明的范围，可以使用这里描述的撞针装置以外的启动装置。作为非限定的例子，可以有电池起动装置或压电起动装置。
可以用一个由压缩气储液器构成的气体发生器来代替烟火气体发生器，压缩气储液器用一个快速打开阀封闭。起动机构打开所述阀门。储液器的压缩气体膨胀，并作用在推动装置上。
图1中，当把注射头靠在治疗对象(未示出)的皮肤上时，注射器准备好使用。操作者将其拇指靠在推杆78上，用力压缩弹簧76。推杆78移动，直至槽79到达撞针74的槽的高度，保持撞针74的小球，如小球77脱出到槽79中，并释放撞针，撞针将猛烈撞击起爆剂73，起爆剂的启动点燃烟火药72。靠在起爆剂盒80上的撞针保证密封，燃烧的气体不会向推杆78上升。
在作用的第一阶段，发生器7的气体作用在环形活塞16上游的较大表面上，环形活塞16的中心开口被带有推送头4的活塞杆5的上游端密封。两个活塞沿行程C1一起移动，所产生的作用在推动装置上的力很大，通过推送头4传递给液体的压力也很大对压力的放大作用与截面比有关。液体有效成分以很高的速度从注射头的管子喷出，有效穿透并深入到治疗对象的皮肤中。驱动头6在其驱动筒中的行程C1小于储液器的高度H1。
然后，在两个活塞整体移动的过程中，大截面的环形活塞到达驱动筒10形成的室的底部9上的挡块。气体作用在另一个活塞的上游端5，另一个活塞在一个减小的力的作用下继续移动，直至密封垫不再保证密封，因此带有推送头4的活塞的有效截面等于储液器2的截面，该截面小于第一阶段的有效截面。因此，注入压力小于液体喷射的速度。
为了使两个活塞脱离时的过渡阶段减到最小，最好一方面使上游部分5的截面非常接近推送头的截面，另一方面使环形活塞的开口尽可能大，保证一个肩部，并使环形活塞适当贴靠在上游部分上；为了更加清晰，该图中突出了间隙。
减小过渡阶段还可以通过在环形活塞16与加压活塞的上游杆之间相嵌一个锥形支撑部分得到。一个穿过上游部分9和本体71的通气孔以排出环形活塞与加压活塞的上游杆5之间的压缩空气也有助于减少过渡阶段的长度。
图2为局部剖视图，示出注射结束时的注射器下游部分。环形活塞被阻挡在它的驱动室的底部9。另一个活塞、即具有推送头的活塞移动，直至到达注射头3上游内表面上的挡块。
本发明的第二个实施例示于图3、4。这些图分别示出注射器下游部分的初始状态和最终状态。推进器为上述类型，例如图1中的类型，继续用7表示。
图3示出该实施例的初始状态。带有大截面驱动头26的活塞是一个实心活塞，在驱动室20中滑动。带有驱动头的活塞的下游面有一个凸起25，凸起25距带有推送头24的活塞的上游面的距离为D，推送头24封闭液体储液器。当气体发生器被起动运行时，气体用一个很大的力(施加在一个大的面积上的压力)推动驱动头26，驱动活塞26在经过距离D后撞击加压活塞24，并且把这个很大的力传递给加压活塞24，直至驱动活塞26在膨胀室29中被释放。驱动头26在它的驱动筒20中的行程C2小于储液器的高度H2。此例中，膨胀室的直径大于驱动截面20的直径，气体可以在大截面的驱动头26周围流动，在活塞26和24上产生的力等于作用在一个与带有推送头24的活塞截面相等表面上的气体压力。该力更小，液体中的压力也更小。加压活塞24继续移动，直至所有的液体都从储液器喷射出来。驱动活塞28停止在一个可以使气体通过的表面28上，使气体作用在加压活塞上。例如表面28为室29下游部分中的一组凸缘。
图4示出处于最终状态中的装置。驱动头26释放在膨胀室29中，停止在可以使气体通过的表面28上。加压活塞24继续移动，直至到达注射头23上游面上的挡块上。
最后，本发明的第三实施例示于图5。该图示出处于初始位置的带有单一活塞的注射器下游部分。
在该实施例中，推动装置是一个单一的分级活塞它的大截面端或驱动头36朝向气体发生器7；它的小截面端或推送头34靠在有效成分上。驱动头36在一个大截面的驱动筒30内移动一个行程C3，由此产生的有效力很大，传给液体的压力也很大。驱动行程C3小于储液器的高度H3。然后，端部36释放在一个膨胀室39中，膨胀室39的截面大于驱动筒30的截面。如前所述，该大截面通过膨胀室39的直径大于驱动筒30的直径来实现。气体可以在端部36周围流动，压力的合力为施加在一个等于储液器和推送头34的截面上的力，传递给液体的压力将更小。膨胀室的长度C’3为活塞移动直至推送头34到达注射头33上游面上的挡块。
图6示出一个图1所示类型并带有压力传感器的注射器的气体发生器一侧的压力(曲线1)和储液器一侧的液体压力(曲线2)随时间的变化。气体发生器为烟火型，具有以硝酸纤维为基础的粉末火药。驱动头和推送头的截面比为3.1。
注射开始时，在具有驱动头的活塞传递的压力的作用下，液体的注射压力基本为气体压力的3倍。从一个压力到另一个压力的过渡非常快，仪器不能详细跟踪。对于第二个压力，液体中的压力与气体压力非常接近。
权利要求
1.无针注射器(1，21，31)，用于注射储液器(2，22，32)中的液体有效成分，储液器在一个具有至少一个注射管的注射头(3，23，33)和一个受气体发生器(7)作用的推动装置之间，所述推动装置具有一个朝向有效成分的端部，构成一个推送头(4，24，34)，其横截面等于储液器的截面；其特征在于，朝向有效成分的推送头是一整块，并且推动装置的相对端、即朝向气体发生器(7)的一端具有一个驱动头(6，26，36)，它的横截面大于推送头的横截面，驱动头在它的驱动筒(10，20，30)中的行程(C1，C2，C3)小于有效成分的储液器(2，22，32)的高度(H1，H2，H3)。
2.根据权利要求1的无针注射器，其特征在于，驱动头(6，26，36)和推送头(4，24，34)分别属于两个叠置的活塞。
3.根据权利要求1或2的无针注射器，其特征在于，驱动头(6，26，36)和推送头(4，24，34)的截面比大于或等于1.1。
4.根据权利要求1、2或3的无针注射器，其特征在于，驱动头(6)由一个环形上活塞(16)嵌在一个具有推送头(4)的下活塞的一个上游杆(5)上而构成。
5.根据权利要求4的无针注射器，其特征在于，限制驱动头(6)的驱动行程(C1)的装置是驱动筒(10)底部的一个挡块(9)。
6.根据权利要求5的无针注射器，其特征在于，驱动头(26)是一个实心上活塞的上游面，并且推送头(24)为一个实心下活塞的下游面。
7.根据权利要求6的无针注射器，其特征在于，两个活塞分开一个距离(D)。
8.根据权利要求6的无针注射器，其特征在于，两个活塞接触。
9.根据权利要求6、7或8的无针注射器，其特征在于，限制驱动头(26)的驱动行程(C2)的装置是一个延长驱动筒(20)的膨胀室(29)。
10.根据权利要求6的无针注射器，其特征在于，具有驱动头(26)的实心上活塞靠在一个具有气体通道的表面(28)上。
11.根据权利要求1或3的无针注射器，其特征在于，推动装置是一个分级的单一活塞，它的上游面属于驱动头(36)，下游面为推送头(34)。
12.根据权利要求11的无针注射器，其特征在于，限制驱动头(36)的驱动行程(C3)的装置是一个膨胀室(39)，其长度可以使推送头(34)与注射头的上游面接触。
13.根据上述权利要求之一的无针注射器，其特征在于，气体发生器(7)是一个烟火发生器。
14.根据权利要求3的无针注射器，其特征在于，驱动头(6，26，36)与推送头(4，24，34)的截面比为2-6之间。
全文摘要
本发明涉及注射液体有效成分的无针注射器。本发明通过实现两级注射速度来改善生物利用率。注射器包括一个储液器(2)，储液器(2)在一个注射头(3)和一个推动装置之间，推动装置受一个气体发生器(7)的作用，所述推动装置具有一个朝向有效成分的端部，构成一个推送头(4)，它的横截面小于驱动头(6)的横截面，驱动筒(10)中的行程(C1)小于有效成分储液器(2)的高度(H1)。
文档编号A61M5/48GK1406144SQ0180586
公开日2003年3月26日 申请日期2001年2月23日 优先权日2000年3月1日
发明者帕特里克·亚历山大, 贝尔纳·布鲁基耶斯, 菲利普·戈蒂埃, 德尼·罗莱 申请人:克鲁斯杰克特公司