专利名称：一种无针头注射器及其产生对药液的推动作用的方法
技术领域：
本发明涉及一种无针头注射器及其推动药液喷射的方法，特别涉及电子无针头注射器及其产生喷射药液的动力的方法。
背景技术：
无针头注射器是国际上一种新型的对人体或动物体注射药液的方法，它不需要针头刺入皮肤，利用高速喷射的方法，将药物粉末或液体直接注入皮下。无针头注射器比起传统的注射器有很大优势，比如注射对肌体无创伤，利于吸收，不会因为针头可能携带病毒造成传染，注射器的耗材部分容易销毁回收等等。无针头注射器在国际上已经有几个成形的产品，在我国尚没有使用。目前在我国申报的无针头注射器的专利有5个，中国仅有一个实用新型专利，外国有的4个国际申请的发明专利进入我国。
实用新型专利(200320109505.9)已经授权，该专利在注射器后部设计了一个高气压室，用刺破高气压室的方法，用压缩空气推动注射器推杆，挤压药液喷出。但该设计的高压气室的压力有些疑问，如果参照专利02106899.2的参数，推动的气压要达300bar左右的话，远超过了现在耐压钢瓶的压力，因此该高压气室难以制造，该设计尚须完善。法国有三个专利进入我国申请，其中两个(95192835.X 96197530.X)申请人相同，设计大同小异。该专利用压缩弹簧提供推动力，由于药液高速喷射需要的压力较大，故需要弹性系数很大的弹簧，压缩起来较为不便，注射时也会产生一定的后座力；另一个专利(00817818.6)已在中国授权，该无针头注射器是喷射粉末的，该设计用一个烟火发生器提供动力。再有一个德国公司申请的专利(02106899.2)，是利用电子点火装置，引爆预置的燃料从而推动活塞，瞬间将药液喷射出。上述两个需要燃烧或爆炸产生气压做动力的设计，由于需要预先添加燃料，使用较为不便，而且结构较为复杂，连续使用会产生过热现象。
2005年3月30日美国《每日科学》网站报道美国开发了一种新型的无针头微量注射器，它的注射剂量在45-140毫微升(纳升)，利用压电式喷墨打印机的喷墨原理——逆压电效应提供动力，即压电材料在驱动电压下的伸张推动药液。该设计与以往的相比有许多优点它与机械力相比，电子控制的注射器流量与速度更稳定也更容易控制。该注射器可以进行疫苗、胰岛素或者其它药物的注射，尤其适合大规模预防接种。由于该设计是用压电材料的伸张推动药液，而压电材料的伸缩范围很小，因此限制了注射的剂量。
发明内容
本发明要解决的问题是提供—种电动无针头注射器，它应该具有上述利用逆压电效应驱动的无针头微量注射器的优点方便、安全、注射流量与速度更稳定、更容易控制，而且注射剂量要比上述无针头微量注射器大大提高。
同时，本发明还要提供一种利用压电装置的逆压电效应产生推动力的方法。
本发明通过下述方案设计无针头注射器本发明的无针头注射器，其结构包括(1)一个电子推动装置，它由电源、腔管(1)、压电装置(3)、间隙液体(2)，喷射管(5)、活塞(4)组成，压电装置位于密闭的腔管中，并与外部的电源相连，压电装置与密闭腔管之间充满液体，喷射管与腔管连通，活塞位于喷射管中，活塞与密闭腔管中的液体接触，利用压电材料在驱动电压下的伸缩变形的特性，通过驱动电压使压电装置瞬间产生形变，挤压腔管中的间隙液体，将液体挤入喷射管，从而推动喷射管中的活塞，由该活塞产生一个推动作用；(2)喷射药液的装置可以是以下(a)(b)中的一种(a)上述喷射管中加载药液，以活塞的位移直接喷出药液，当采用此设计时，喷射管的前端收缩，做成喷嘴结构；(b)以一个无针头注射针管的尾部(8)和喷射管对接，该注射针管装载药液，尾部的推杆(7)和活塞接触或连接，上述活塞推动注射管的推杆，推杆推动药液射出针管；无针头注射针管的前部有喷嘴结构(11)，喷嘴的前部扩大，做成垫圈(12)以接触被注射的部位，同时可使喷出的药液形成喷射流；该无针头注射针管的内径可以做成不同的规格。
上述和喷射管对接的无针头注射针管的尾部有螺旋扣或卡扣，与此相应，电子推动装置的喷射管的接口也是螺旋扣或卡扣的形式，注射针管的尾部和喷射管以螺旋扣或卡扣方式对接，对接后活塞前端到注射针管的喷嘴后端的距离计为A，活塞的最大位移量计为B，上述推杆的长度不应大于A与B之和，以确保推杆在活塞的推动下，有与活塞相同的位移。
上述腔管的一部分也可以是压电材料制成，并与电源连接，电源加载驱动电压后，该密闭腔管的内壁或内壁的一部分向腔室内部挤压，同时腔管内的压电装置膨胀，对其中间隙液体产生双向挤压作用。从而增大被压入喷射管的液体的量，使活塞产生更大的位移。
上述电源输出电流的是直流电，并可以调节输出电压和电流的极性；由于压电装置的形变和电压的大小、电流的极性相关，因此，可以通过调节电压和极性调节压电装置的形变，由此可以调节活塞的位移量，进而对注射药液的剂量做出相应的调节。
上述推杆的后部的直径小于喷射管的内径，使推杆后部可以插入喷射管；推杆前部的直径可以与后部相同，也可以不同，从而使推杆适应上述不同规格的无针头注射针管。
本发明通过下述设计提供一种利逆压电效应产生推动力的方法。
该设计的推动装置主要由电源、密闭的腔管、安放在腔管中的压电装置、承放在腔管和压电装置间隙的液体，和腔管连通的喷射管、安放在喷射管里的活塞组成，它通过压电材料在驱动电压下的伸缩变形，挤压腔管中的液体，将液体挤入喷射管，从而推动喷射管中的活塞，由该活塞的运动产生对药液的推动作用，注射出后，调节电源使压电晶体恢复初始状态。
喷射药液可以是下述两种方法之一(1)药液可以承放在所述的喷射管中，直接由所述的活塞推动药液喷出喷射管；(2)也可以由所述的活塞推动一个装有药液的无针头注射器的针管的推杆，由推杆推动药液喷出针管。
喷射药液的剂量可以由下述两种方法控制(1)由于压电材料的伸缩形变和驱动电压有关，因此，通过调节驱动的电压的大小或同时调节电压的大小和极性，可以调节活塞位移的大小，从而控制注射的剂量；(2)在采用由活塞推动一个无针头注射器的推杆的设计时，在施加驱动电压一定，活塞位移一定，活塞所推动的无针头注射器的推杆位移一定的条件下，选用不通内径的无针头注射器的针管，达到改变注射剂量的目的。
下面结合附图和实施方式对本发明做进一步说明。
图1是该无针头注射器电子推动装置部分剖视示意2是无针头注射针管推杆剖视3是无针头注射针管剖视4是一种无针头注射器组合结构剖视图具体实施方式
如图1～4所示一种无针头注射器，它由电子推动装置、无针头注射针管两部分组成。
电子推进装置由电源、腔管(1)、压电装置(一组压电陶瓷片3)、间隙液体(2)，喷射管(5)、活塞(4)组成，压电装置位于密闭的腔管中，并与外部的电源相连，压电装置与密闭腔管之间充满液体，喷射管与腔管连通，活塞位于喷射管中，活塞与密闭腔管中的间隙液体接触，利用压电材料在驱动电压下的伸缩变形的特性，通过驱动电压使压电装置瞬间产生形变，挤压腔管中的液体，将液体挤入喷射管，从而推动喷射管中的活塞，由该活塞产生一个推动作用；输出电源采用可调的直流电源，输出电压在-100～100V之间。腔管中的间隙液体采用绝缘油，压电装置采用压电陶瓷片(PZT-5型锆钛酸盐系)，20片一组，单片规格(长×宽×厚)100×20×2mm，设定驱动电压施加方向，使该压电陶瓷片沿厚度方向有最大伸张。喷射管的外部有外螺纹作为接口，喷射管内腔直径0.5mm。
无针头注射针管由推杆(7)和喷射针管两部分组成。喷射针管的尾部有内螺纹，与上述电子推动装置的喷射管的外螺纹相匹配，二者以螺旋方式对接。对接后活塞前端到注射针管的喷嘴后端的距离计为A，活塞的最大位移量计为B，推杆(7)的长度小于A与B之和，以确保推杆在活塞的推动下，有与活塞相同的位移；推杆的后部的直径小于喷射管的内径，使推杆后部可以插入喷射管。喷射针管的内径为0.5mm。
无针头注射针管的前部有喷嘴结构(11)，喷嘴直径70微米，喷嘴的前部扩大，做成垫圈(12)以接触被注射的部位，同时可使喷出的药液形成喷射流；使用前，无针头注射针管处于无菌状态。使用时，将喷射针管内注入药液，将推杆轻插入喷射针管3mm左右，再将推杆末端插入喷射管顶住活塞，此时，喷射针管尾部和喷射管前端处于对接状态，拧紧螺旋，使推杆顶紧活塞，同时排净注射喷管中可能存在的残余气体。此时注射准备完毕。
调节电压至50V，接通电源，压电陶瓷片瞬间伸张。根据压电方程ΔL＝n d33V，压电陶瓷PZT-5的压电常数d33＝600pC/N，当施加电压为50V时，理论计算该组压电陶瓷片沿压电陶瓷片厚度方向总伸长0.6微米，膨胀体积为1.2mm3，向喷射管挤压的液体量约为1.2微升，活塞理论位移约为6.1mm。理论喷射量为1.2微升。
因为压电陶瓷片的形变是瞬间完成，因此，无针头注射针管中的药液被瞬间喷射出，在药液射出后，调节电源使压电晶体恢复初始状态。
本发明的上述实施例与以往的无针头注射器比较有如下优点1.由于压电装置的形变和电压的大小相关，因此，可以通过调节电压来调节活塞的位移量，进而对注射药液的剂量做出相应的调节，操作更加准确、方便。
2.由于本设计利用液压装置，将压电陶瓷的线性伸缩(本例中为0.6微米)变为体积的伸缩(本例中为1.2微升)，再转换为活塞的线性位移(本例中为6.1mm)，大大提高了输出行程。与说明书背景技术中所述的美国的无针头微量注射器的最大注射剂量(0.14微升)提高了近9倍。如果注射前改变驱动电压的极性，使压电陶瓷在伸张前先收缩，再对接喷射针管，然后接通电源喷射药液，那么相同的驱动电压下，活塞将有更大的位移，注射剂量还会增加。
3.由于采用电子推动装置和喷射针管分开的设计，使得喷射针管可以单独做无菌处理。做不同的注射，只需更换喷射针管，因此，使用更方便，成本也更低。
4.由于采用电子推动装置和喷射针管分开的设计，使得注射剂量的改变还可以通过对接不同规格的喷射针管实现。
权利要求
1.一种无针头注射器，其特征是它包括(1)一个电子推动装置，它由电源、腔管(1)、压电装置(3)、间隙液体(2)，喷射管(5)、活塞(4)组成，压电装置位于密闭的腔管中，并与外部的电源相连，压电装置与密闭腔管之间充满液体，喷射管与腔管连通，活塞位于喷射管中，活塞与密闭腔管中的液体接触，利用压电材料在驱动电压下的伸缩变形的特性，通过驱动电压使压电装置瞬间产生形变，挤压腔管中的间隙液体，将液体挤入喷射管，从而推动喷射管中的活塞，由该活塞产生一个推动作用；(2)喷射药液的装置可以是以下(a)(b)中的一种(a)上述喷射管中加载药液，以活塞的位移直接喷出药液，当采用此设计时，喷射管的前端收缩，做成喷嘴结构；(b)以一个无针头注射针管的尾部(8)和喷射管对接，该注射针管装载药液，尾部的推杆(7)和活塞接触或连接，上述活塞推动注射管的推杆，推杆推动药液射出针管；无针头注射针管的前部有喷嘴结构(11)，喷嘴的前部扩大，做成垫圈(12)以接触被注射的部位，同时可使喷出的药液形成喷射流；该无针头注射针管的内径可以做成不同的规格。
2.根据权利要求1所述的无针头注射器，其特征是所述的和喷射管对接的无针头注射针管的尾部有螺旋扣或卡扣，与此相应，电子推动装置的喷射管的接口也是螺旋扣或卡扣的形式，注射针管的尾部和喷射管以螺旋扣或卡扣方式对接，对接后活塞前端到注射针管的喷嘴后端的距离计为A，活塞的最大位移量计为B，所述的无针头注射针管的推杆的长度不应大于A与B之和，以确保推杆在活塞的推动下，有与活塞相同的位移。
3.根据权利要求1所述的无针头注射器，其特征是所述的腔管的一部分也可以是压电材料制成，并与电源连接，电源加载驱动电压后，该密闭腔管的内壁或内壁的一部分向腔室内部挤压，同时腔管内的压电装置膨胀，对其中间隙液体产生双向挤压作用。
4.根据权利要求1所述的无针头注射器，其特征是所述的电源输出的是直流电，并且可以调节输出电压和电流的极性；由于压电装置的形变和电压的大小、电流的极性相关，因此，可以通过调节电压和极性调节压电装置的形变，由此可以调节活塞的位移量，进而对注射药液的剂量做出相应的调节。
5.根据权利要求1或2所述的无针头注射器，其特征是所述的无针头注射针管的推杆的后部的直径小于喷射管的内径，使推杆后部可以插入喷射管；推杆前部的直径可以与后部相同，也可以不同，从而使推杆适应权利要求1所述的不同规格的无针头注射针管。
6.根据权利要求1所述的无针头注射器，其特征是所述的压电装置是一组压电陶瓷片。
7.根据权利要求1所述的无针头注射器，其特征是所述的间隙液体是绝缘油。
8.一种无针头注射器产生对药液的推动作用的方法，其特征在于它的推动装置主要由电源、密闭的腔管、安放在腔管中的压电装置、承放在腔管和压电装置之间的间隙液体，和腔管连通的喷射管、安放在喷射管里的活塞组成，它通过压电材料在驱动电压下的伸缩变形，挤压腔管中的间隙液体，将间隙液体挤入喷射管，从而推动喷射管中的活塞，由该活塞的运动产生对药液的推动作用，在药液射出后，调节电源使压电晶体恢复初始状态。
9.根据权利要求8所述的产生对药液的推动作用的方法，其特征在于可以用下述方法喷射药液药液可以承放在所述的喷射管中，直接由所述的活塞推动药液喷出喷射管；也可以由所述的活塞推动一个装有药液的无针头注射针管的推杆，由推杆推动药液喷出针管。
10.根据权利要求8或9所述的产生对药液的推动作用的方法，其特征在于用下述方法实现对注射剂量的控制通过调节加载在压电装置上的驱动电压的大小或同时调节电压的大小和极性，来调节活塞位移的大小，从而控制注射的剂量；或者在采用由活塞推动一个无针头注射器的推杆的设计时，选用不同规格的无针头注射针管，达到改变注射剂量的目的。
全文摘要
本发明提供一种电子无针头注射器及其对药液产生推动力的方法，它包括一个电子推动装置和一个喷射药液的装置，前者由电源、腔管、压电装置、液体，喷射管、活塞组成，后者可以由一个无针头注射针管和推杆组成，也可以直接由喷射管制成。压电装置装在充满液体的密闭腔管中，活塞位于与腔管连通的喷射管中，施加驱动电压使压电装置伸张，将腔管中的液体挤压进喷射管，从而推动喷射管中的活塞，活塞推动药液或无针头注射针管的推杆，将药液喷出。
文档编号A61M5/303GK1876192SQ200610086860
公开日2006年12月13日 申请日期2006年6月21日 优先权日2006年6月21日
发明者曹凯 申请人:曹凯