射流微针注射系统的制作方法

本发明涉及医疗美容器械和医药注射的技术领域，特别是一种射流微针注射系统。

背景技术：

传统针头注射器进行体外给药已有300多年的历史，这种注射方式通过不锈钢针头将药液打入体内，针头在体内容易伤及血管神经，造成出血、局部皮肤损害感染，而且疼痛显著，让患者产生恐惧，长期注射人群还易产生皮下结节等，每年我国因为针头造成的医疗损伤也多达上百万例。同时，针头注射所产生的交叉感染的传染病例也造成不可忽视的经济损失，大量一次性注射器针头使用后又成为威胁环境健康的医用垃圾。

随着人类医疗水平的不断提高，更安全的注射方式也成为大家关注的社会问题。无针注射器的开发可能解决有针注射器带来的安全问题。无针注射利用瞬间高压迫使药剂从细微孔中挤出，形成高压射流。射流速度极高，典型值为100～200m/s，这样的速度可以使药剂迅速穿透人体或动物皮肤，到达皮下。无针注射方式操作简单，因没有废弃针头减少了医用耗材，降低交叉感染的风险，降低成本。另外，事实上穿透皮肤的流体需要较大的压强，药物穿透皮肤后药物扩散只需要较小的压强。然而，现有的无针注射的方式依然存在一定的使用安全隐患，无针注射器为了让液体有足够的压强穿透完整的皮肤，必须将液体的射流速度维持在100～200m/s，这么高的射流速度一旦穿透皮肤后，阻力骤减，射流会继续以高速冲击皮下组织，对皮下组织造成一定的创伤，可能伤及皮下血管和神经，即现有无针注射器的射流药液剪切皮肤形成透皮小孔所需的射流压强与射流药物通过皮肤表面微小孔后在皮下安全扩散所需的射流压强不匹配。而为了减小创伤，只能减小单次注射的剂量(一般不超过0.3ml)。而且，由于无针注射主要是依靠高速射流刺透皮肤使药物进入机体，但是不同人的皮肤机械强度存在差异，高速射流刺透皮肤所需要的压强往往很难给出一个精确的数值。另外，在传统无针注射器中，由于所需的透皮撕裂皮肤所需的强度很大，射流撞击完整的皮肤表面至达到足够压强可以撕裂皮肤的过程中，会出现较明显的逆流现象，不可避免的造成外溅，进而造成药物利用率降低。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种射流微针注射系统，使用更安全，利用较低射流速度进行透皮注射。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：射流微针注射系统，具有药管、活塞和推杆，活塞和推杆均设置在药管内，活塞连接在推杆的前端，且活塞与药管的内壁密封滑动接触；所述药管的前端注射口处安装有可溶微针；注射时，先用可溶微针刺入皮肤并在皮肤上刺出透皮小孔，再推动推杆形成推力使药管内的药液产生药物射流，最后射流药物通过可溶微针溶解后所打开的小孔射入皮下。

进一步限定，该系统具有外壳护套固件、药管注射口连接件和用于安置可溶微针的微孔基片，微孔基片和可溶微针组合形成射流微针注射头，外壳护套固件与药管注射口连接件螺纹连接，射流微针注射头通过外壳护套固件安装在药管注射口连接件的前端，药管注射口连接件的后端设置有注射器连接座，注射器连接座的后端与药管的前端出口螺纹连接，微孔基片的空心出射口与药管注射口连接件的内部腔体相通，药管注射口连接件的内部腔体与后端药管的内部腔体相通。

该射流微针注射头通过以下方法获得：

首先将含有微出射口的微孔基片水平放置并固定在一个底部基板上；再将羧甲基纤维素钠盐粉末溶解于去离子水中，制备CMC水溶液；再将CMC水溶液点滴在微孔基片的微出射口的孔径处；再将另一块与底部基板平行的上部基板缓慢向下移动，直至上部基板的阵列圆柱体端部接触到滴在微孔处液滴的上部，然后上部基板的阵列圆柱体连带着液滴上部一起向上提升，被拉升成针型的CMC液滴被热风干燥固化成固态的可溶微针；最后上部基板继续向上提升，将可溶微针与上部基板脱离，可溶微针被固定在微孔基片的微出射口处。

进一步限定，所述可溶微针采用的是微针阵列薄膜，该系统具有针头安装器和用于固定微针阵列薄膜的EVA粘性支架，EVA粘性支架和微针阵列薄膜组合形成射流微针注射头，EVA粘性支架粘附在针头安装器上，针头安装器与药管螺纹连接，射流微针注射头通过针头安装器安装在药管的前端。

该射流微针注射头通过以下方法获得：

首先将透明质酸溶解在去离子水中，得到透明质酸溶液；再将配置的溶液填满微针模具并固化，制得微针阵列薄膜；再用压敏胶按压在固化后的微针阵列薄膜的背面，将微针阵列薄膜从微针模具中粘出；最后将微针阵列薄膜转移粘结固定在EVA粘性支架上。

进一步限定，所述可溶微针由至少一种可溶解聚合物组成，可溶解聚合物为透明质酸、丝素蛋白、胶原蛋白、明胶、水凝胶、羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、硫酸软骨素、糖原、糊精、直链淀粉、硫酸软骨素、聚乳酸-乙醇酸共聚物、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乙醇酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、醋酸纤维、聚酯、聚氨酯、聚二氧环乙酮、乙二醇、聚乙二醇、聚乳酸、聚丙烯酰胺类聚合物、环烯烃共聚合物、羧甲基壳聚糖、聚左旋乳酸、海藻酸、葡聚糖、硫酸葡聚糖、羟丙基甲基纤维素、甲壳质、聚乙烯吡咯烷酮、乳糖、半乳糖、海藻糖、蔗糖、麦芽糖、葡聚糖、糖苷、果糖、壳聚糖、琼脂糖、山梨糖醇、甘露醇或木糖醇、蛋白聚糖、磷脂酰胆碱、聚丙交酯、聚乙交酯、羟丙基纤维素、蜡、聚酯、聚酐、聚酰胺、磷系聚合物、氰基丙烯酸酯、聚氰基丙烯酸酯、聚氨酯、聚原酸酯、聚二氢吡喃、聚缩醛、生物可降解的聚合物、多肽或碳水化合物。

进一步限定，所述可溶微针内包含有活性药剂，活性药剂为治疗药物或非治疗性药物，活性药剂为柠檬酸、蛋白质、肽、多糖、抗原、免疫原、疫苗、抗体、酶、核酸、适配子、病毒、细菌、细胞、激素、抗生素、抗癌药物、基因工程药物、天然产物药物、中药成分、营养成分、治疗剂或诊断剂中的一种或任意两种以上的组合。

本发明的有益效果是：降低了传统无针注射器透皮所需的射流速度，降低后的射流速度既可以满足透皮在皮下扩散所需的压力又不会伤及到皮下组织，达到安全持续注射的目的；并且，可溶微针本身可以作为载药工具进行透皮给药，又可通过基于药管的无针注射装置注射液态药物，通过固液两种给药方式结合可优化给药效果；另外，降低了透皮所需的射流强度，减小了逆流现象和外溅的药量，提升了药物的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍。

图1是实施例一中射流微针注射头的结构示意图；

图2是实施例一中射流微针注射头的制作方法示意图一；

图3是实施例一中射流微针注射头的制作方法示意图二；

图4是实施例一中射流微针注射头的装配示意图；

图5是图4的剖视图；

图6是图5的分解结构示意图；

图7是实施例二中射流微针注射头的结构示意图；

图8是实施例二中微针阵列薄膜的正视图；

图9是图8的剖视图；

图10是实施例二中EVA粘性支架的结构示意图；

图11是图10的剖视图；

图12是实施例二中针头安装器的正视图；

图13是图12的剖视图；

图14是实施例二中射流微针注射头的装配示意图；

图15是实施例二射流微针注射系统的结构示意图一；

图16是实施例二射流微针注射系统的结构示意图二；

图17是射流微针注射系统注射过程的示意图一；

图18是射流微针注射系统注射过程的示意图二；

图19是射流微针注射系统注射过程的示意图三；

图20是射流微针注射系统注射过程的示意图四。

图中：1、药管；1-1、凸起部位；2、活塞；3、推杆；4、可溶微针；5、外壳护套固件；6、药管注射口连接件；7、微孔基片；8、针头安装器；9、EVA粘性支架；a、上部基板；b、阵列圆柱体。

具体实施方式

实施例一：见图1～6，射流微针注射系统，具有药管1、活塞2和推杆3，活塞2和推杆3均设置在药管1内，活塞2连接在推杆3的前端，且活塞2与药管1的内壁密封滑动接触；药管1的前端注射口处安装有可溶微针4；注射时，先用可溶微针4刺入皮肤并在皮肤上刺出透皮小孔，再推动推杆3形成推力使药管1内的药液产生药物射流，最后射流药物通过可溶微针4溶解后所打开的小孔射入皮下。

推杆3的推力可以为手动注射产生的推力，也可以为释放弹簧能量产生的弹簧推力，也可以为电线圈在磁场中受到的洛伦兹力作用产生的电磁推力，也可以为释放压缩气体产生的推力。其中，弹簧推力是利用高强度的弹簧储存能量，注射时瞬间释放弹簧能量，产生推力推动撞击推杆3，将药管1内药液通过安瓿瓶前端微小孔形成高速射流碰射出，射流通过可溶微针4留下的透皮孔径刺穿皮肤后，药液渗入皮肤内扩散完成注射。电磁推力是通过电线圈在磁场中受到的洛伦兹力作用，使动子产生瞬间推力，由动子推动推杆3，产生高速射流，完成注射，可采用永磁式直流直线电机作为动力源，通过高密度储能电容对直流电机中的线圈放电来产生瞬间的推力来达到注射的条件。

弹簧推力的原理是：在推杆3的杆身上套有压力弹簧，该压力弹簧可对推杆3形成推力，压力弹簧组件包括锁定激发组件，锁定激发组件的棘爪通过杠杆原理将推杆3卡住，这种锁紧结构依靠杠杆式棘爪单自由度运动限位将推杆3卡住，间接锁定压力弹簧，待需要激发时，推动滑块使得触发圆柱向下按压推杆3，将锁定压力弹簧、推杆3的棘爪竖直向上运动，释放压力弹簧，即可使储能弹簧释放能量，推动推杆3，冲击药管1的活塞2注射药物。通过弹簧释放产生的压力，推动注射器前端盛液的安瓿瓶内的药液，药液通过安瓿远端直径为120微米的小孔，以每秒80米的速度，射入皮下组织完成注射。如果没有可溶微针留下的微孔，而单纯用安瓿瓶小孔射出的高速射流透皮的话，射流的速度需要达到每秒180米以上才可以刺透皮肤。

该系统具有外壳护套固件5、药管注射口连接件6和用于安置可溶微针4的微孔基片7，微孔基片7的出射口直径约为200微米，微孔基片7和可溶微针4组合形成射流微针注射头，外壳护套固件5上设有内螺纹，药管注射口连接件6上设有外螺纹，外壳护套固件5与药管注射口连接件6螺纹连接，射流微针注射头通过外壳护套固件5安装在药管注射口连接件6的前端，药管注射口连接件6的后端设置有注射器连接座，注射器连接座的后端与药管1的前端出口螺纹连接，微孔基片7的空心出射口与药管注射口连接件6的内部腔体相通，药管注射口连接件6的内部腔体与后端药管1的内部腔体相通。通过在药管1的前端装上可溶微针4，先通过可溶微针4在表皮刺出透皮小孔，无针注射器就可以以较低速度的射流通过可溶微针4留下的透皮孔径进行透皮注射，使得射流药物以较安全的速度透皮扩散，提升无针注射的安全性；同时，因为通过可溶微针4先刺透表皮，使得射流穿透皮肤所需要的压强值更容易精确可控。根据Griffith和Orowan的断裂理论，一张已经存在有裂口的皮肤的断裂强度比一张完整的皮肤的断裂强度要低得多，因此如果在完整的皮肤上先打开小孔，那么射流所需的使皮肤破裂的压力就会大大的降低。

该射流微针注射头通过以下方法获得：

首先将含有微出射口的微孔基片7水平放置并固定在一个底部基板上；再将羧甲基纤维素钠盐(CMC，90KdA)粉末溶解于去离子水中，制备成20％的CMC水溶液；再将CMC水溶液点滴在微孔基片7的微出射口的孔径处；再将另一块与底部基板平行的上部基板a缓慢向下移动，直至上部基板a的阵列圆柱体b端部接触到滴在微孔处液滴的上部，然后上部基板a的阵列圆柱体b连带着液滴上部一起向上提升，速度为2mm/min持续30s，被拉升成针型的CMC液滴被热风干燥固化成固态的可溶微针4；最后上部基板a以50mm/min的速度继续向上提升15s，将可溶微针4与上部基板a脱离，可溶微针4被固定在微孔基片7的微出射口处。

实施例二：见图7～16，该实施例中的射流微针注射系统和实施例1相比，其中的射流微针注射头采用了另一种结构形式，射流微针注射头的装配方法和制作方法也不同。可溶微针4采用的是微针阵列薄膜，该系统具有针头安装器8和用于固定微针阵列薄膜的EVA粘性支架9，EVA粘性支架9和微针阵列薄膜组合形成射流微针注射头，EVA粘性支架9粘附在针头安装器8上，针头安装器8与药管1螺纹连接，射流微针注射头通过针头安装器8安装在药管1的前端。药管1出射口前端凸起部位1-1顶在微针阵列薄膜的微针处，准备注射时，通过拧紧螺纹，将药管1出射口前端凸起部位1-1继续往前推进，出射口前端与EVA粘性支架9相互作用，将微针从微针阵列薄膜上剪切分离，使得微针从微针阵列薄膜上转移到药管1的出射口处，进行透皮注射。

该射流微针注射头通过以下方法获得：

首先将分子量为80K～800KDa的透明质酸溶解在去离子水中，得到15％的透明质酸溶液；再将配置的溶液填满微针模具并固化，制得微针阵列薄膜；再用压敏胶按压在固化后的微针阵列薄膜的背面，将微针阵列薄膜从微针模具中粘出；最后将微针阵列薄膜转移粘结固定在EVA粘性支架9上。

实施例一和实施例二中的可溶微针4由至少一种可溶解聚合物组成，可溶解聚合物为透明质酸、丝素蛋白、胶原蛋白、明胶、水凝胶、羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、硫酸软骨素、糖原、糊精、直链淀粉、硫酸软骨素、聚乳酸-乙醇酸共聚物、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乙醇酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、醋酸纤维、聚酯、聚氨酯、聚二氧环乙酮、乙二醇、聚乙二醇、聚乳酸、聚丙烯酰胺类聚合物、环烯烃共聚合物、羧甲基壳聚糖、聚左旋乳酸、海藻酸、葡聚糖、硫酸葡聚糖、羟丙基甲基纤维素、甲壳质、聚乙烯吡咯烷酮、乳糖、半乳糖、海藻糖、蔗糖、麦芽糖、葡聚糖、糖苷、果糖、壳聚糖、琼脂糖、山梨糖醇、甘露醇或木糖醇、蛋白聚糖、磷脂酰胆碱、聚丙交酯、聚乙交酯、羟丙基纤维素、蜡、聚酯、聚酐、聚酰胺、磷系聚合物、氰基丙烯酸酯、聚氰基丙烯酸酯、聚氨酯、聚原酸酯、聚二氢吡喃、聚缩醛、生物可降解的聚合物、多肽或碳水化合物。可溶微针4内包含有活性药剂，活性药剂为治疗药物或非治疗性药物，活性药剂为柠檬酸、蛋白质、肽、多糖、抗原、免疫原、疫苗、抗体、酶、核酸、适配子、病毒、细菌、细胞、激素、抗生素、抗癌药物、基因工程药物、天然产物药物、中药成分、营养成分、治疗剂或诊断剂中的一种或任意两种以上的组合。

射流微针注射系统的注射过程如下：

见图17～18，在第一阶段的注射过程中，可溶微针4先穿透皮肤表面，可溶微针4开始溶解并且在皮肤表面形成微小孔。

见图19～20，在第二阶段的注射过程中，药物从药管1中推出，通过注射头后形成高速射流，并撞击在皮肤表面，射流穿透可溶微针4在皮肤表面留下的微孔进入皮肤，由于皮下组织阻碍，射流速度逐渐减小，射流进入皮肤内后，液体以近似椭球状向皮肤内扩散，药物通过可溶微针4在皮肤表面的微创孔进入皮肤，依靠射流的惯性在皮下扩散，扩散形状为发散形，扩散至毛细血管中。