利用脉冲冲击波的无针注射器的制作方法

1.本发明涉及一种利用脉冲冲击波的无针注射器。


背景技术：

2.药物传递系统(drug delivery system)是一种设计成使用用于治疗人体疾病或伤口的医药品时，使现有方式中产生的副作用最小化，并使由药物产生的治疗效果最大化，以能够有效地将所需的量的药物传递到体内的系统。
3.在药物传递系统中使用最为广泛的注射方式虽然能够准确且有效地注射药物，但存在注射时由疼痛引起的注射恐惧症、因重复使用而导致的感染风险以及产生大量医疗废弃物等问题。
4.为了解决这种问题，正在开发诸如无针注射器(needle free injector)之类的药物传递方式。
5.例如，作为无针注射技术之一的液体注射技术是向液体内施加通过激光或电磁波的冲击波而使液体热膨胀，并利用此时产生的压力来产生高速的液体流，从而将液体注入到皮肤中的技术。
6.但这种液体注射技术是在液体内产生冲击波，因而存在难以根据液体的密度、温度种类来准确地调节热传导率，即难以调节液体的膨胀程度的问题。此外，为了在液体内产生冲击波而使用具有高能量且具有短的脉冲宽度的激光脉冲的情况下需要激光装备，由此存在装备的尺寸增大、装备价格增加的问题。此外，为了向液体内照射激光光束而需要大量的光学系统，因而会产生光学系统受损等问题。


技术实现要素：

7.技术问题
8.本发明所要解决的技术问题在于提供一种如下的利用脉冲冲击波的无针注射器：便于调节液体的膨胀程度，并可以实现为小型且具有经济性的设备，以及能够防止光学系统受损。
9.技术方案14
10.本发明的目的可借由一种利用脉冲冲击波的无针注射器来实现，该注射器包括：功率部，产生脉冲功率(pulsed power)；脉冲冲击波产生部，接收所述脉冲功率(pulsed power)而产生脉冲冲击波；上部壳体，在内部布置有液体及所述脉冲冲击波产生部；下部壳体，与所述上部壳体连接，在内部布置有药物；冲击波传递部，设置于所述上部壳体与所述下部壳体之间，将在所述上部壳体产生的冲击波传递至下部壳体；以及喷射部，布置于所述下部壳体，并喷射所述药物，其中，所述脉冲脉冲冲击波产生部包括：一个以上的冲击波产生电极，接收所述脉冲功率而使电流瞬间流动；冲击波产生部，随着在所述至少一个的冲击波产生电极之间瞬间流动所述电流而产生所述脉冲冲击波；以及绝缘管，与所述冲击波产生电极中的至少一个相邻，并布置为与所述冲击波产生电极中的至少一个接触或非接触的
状态。
11.此外，本发明的目的可借由一种利用脉冲冲击波的无针注射器来实现，该装置包括：功率部，通过开关使充电到电容器的电压启动，从而瞬间产生脉冲功率(pulsed power)；脉冲冲击波产生部，接收所述脉冲功率(pulsed power)并产生脉冲冲击波；以及壳体，布置有液体及药物，其中，所述液体借由所述脉冲冲击波而膨胀，并对所述药物施压，从而喷射所述药物。
12.技术效果
13.根据本发明可以提供一种如下的利用脉冲冲击波的无针注射器：便于调节液体的膨胀程度(例如，由液体内生成的气体而引起的体积膨胀比)，并可以实现为小型且具有经济性的设备，以及能够防止光学系统受损。
14.此外，无需在施加用于生成微型气泡的低电压之后提供高电压以形成击穿(break-down)，而使只提供高电压，就可以依次实现微型气泡的生成及击穿的形成，从而具有简化无针注射器的控制的效果。
附图说明
15.图1a是示意性地示出根据本发明的一实施例的利用脉冲冲击波的无针注射器的剖视图。
16.图1b是示意性地示出当在-z方向上观察图1a的a区域时的剖视图。
17.图2a是示意性地示出根据本发明的一实施例的利用脉冲冲击波的无针注射器的剖视图。
18.图2b是示意性地示出当在-z方向上观察图2a的a区域时的剖视图。
19.优选的实施方式
20.参照与附图一起详细后述的实施例，可以明确本发明的优点和特征以及达成这些的方法。然而，本发明可以实现为彼此不同的多种形态，并不限于以下公开的实施例，提供本实施例的目的在于使本发明的公开得以完整并向本发明所属技术领域中的普通技术人员完整地告知本发明的范围，本发明仅由权利要求的范围定义。
21.本说明书中使用的术语是用于说明实施例的，而不是限制本发明的。在本说明书中，除非在语句中特别提到，单数型也包括复数型。说明书中使用的“包含(comprises)”和/或“包括(comprising)”不排除除了所提及的构成要素之外的一个以上的其他构成要素的存在或添加。贯穿整个说明书，相同的附图标记指代相同的构成要素，“和/或”包括所提及的构成要素中的每一个和一个以上的所有组合。虽然“第一”、“第二”等用于叙述多种构成要素，但这些构成要素显然不受限于这些术语。这些术语仅用于将一个构成要素与另一构成要素进行区分。因此，以下提及的第一构成要素在本发明的技术思想内，显然也可以是第二构成要素。
22.除非有其他定义，否则本说明书中所使用的所有术语(包括技术及科学术语)可使用为本发明所属技术领域的普通技术人员能够共同理解的含义。此外，一般所使用的词典中定义的术语不能被理想地或过度地解释，除非有特别明确地定义。
23.以下，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。
24.图1a是示意性地示出根据本发明的一实施例的利用脉冲冲击波的无针注射器的
剖视图，图1b是示意性地示出当在-z方向上观察图1a的a区域时的剖视图。
25.图2a是示意性地示出根据本发明的一实施例的利用脉冲冲击波的无针注射器的剖视图，图2b是示意性地示出当在-z方向上观察图2a的a区域时的剖视图。
26.参照图1a、图1b、图2a及图2b，根据本发明的一实施例的利用脉冲冲击波的无针注射器10包括功率部100、脉冲冲击波产生部300以及壳体200。壳体200包括上部壳体210和下部壳体220。根据本发明的一实施例的利用脉冲冲击波的无针注射器10包括冲击波传递部400及喷射部800。
27.功率部100通过开关启动充电到电容器的电压而瞬间产生脉冲功率(pulsed power)。虽然未图示，但功率部100包括例如电源供应部，优选地，所述电源供应部可以为发电机。所述发电机提供用于产生脉冲功率的电。例如，所述发电机可将低电压升压为高电压，并可以通过开关来产生脉冲功率。
28.功率部100可包括电存储部110及开关120。优选地，所述电存储部110可以是选自电容器和电感器中的一种以上。
29.此外，功率部100还可包括维持所生成的脉冲(pulse)的形成(form)的电路。此时，优选地，所述电路可以为“脉冲形成网络(pfn：pulse forming network)”，并可以防止矩形脉冲(square pulse)的波形(form)因寄生电感(inductance)而散架，从而能够维持脉冲(pulse)的波形(form)。
30.在电源供应部产生的电可对电存储部110进行第一次充电，若导通开关120，则充电到电存储部110的脉冲功率可传递到脉冲冲击波产生部300。开关120可以供电或断电。例如，开关120可以由用户来调节脉冲冲击波的脉冲宽度。例如，用户可以将脉冲功率的宽度调整为从几秒单位到几纳秒单位。
31.具体地，功率部100还包括用于对电存储部110进行充电的发电机(未图示)。发电机将交流电压转换为直流电压并向电存储部提供电流，从而对电存储部进行充电。在电存储部110被充电之后，随着调节开关120，向脉冲冲击波产生部提供特定条件的脉冲功率。即，开关120将仅在短时间内(例如，几微秒)上升至高电压值并维持在恒定值的电压提供到脉冲冲击波产生部300。
32.脉冲冲击波产生部300接收脉冲功率而产生脉冲冲击波。脉冲冲击波产生部300布置在上部壳体210的内部。脉冲冲击波产生部300产生脉冲冲击波而使布置在上部壳体210的内部的液体1000膨胀。膨胀的液体1000使冲击波传递部400从上部壳体210向下部壳体220方向移动，以使药物2000通过喷射部800喷射。
33.脉冲冲击波产生部300产生脉冲冲击波。
34.脉冲冲击波产生部300可以包括电缆(cable)，作为一例，可以是同轴电缆(coaxialcable)。所述电缆可以维持较短的电流通路(current path)而维持较低的电感(inductance)。若电缆维持低电感，则可以有利于快速产生脉冲。
35.脉冲冲击波产生部300可以包括一个以上的冲击波产生电极以及一个以上的绝缘管。一个以上的冲击波产生电极可以接收脉冲功率而被施加高电压。
36.作为一例，一个以上的冲击波产生电极可以是第一冲击波产生电极310及第二冲击波产生电极330，虽未图示，可以包括更多的冲击波产生电极。
37.以下，以第一冲击波产生电极310及第二冲击波产生电极330分别为一个的情形为
例进行说明，但本发明并不限于此，选自第一冲击波产生电极310及第二冲击波产生电极330中的一个以上可以是多个。
38.在图1a及图2a中，以第一冲击波产生电极310与开关120连接的情形为例进行了图示，但并不限于此，第一冲击波产生电极310也可以借由单独的连接部与开关120连接。连接部可分别与第一冲击波产生电极310及第二冲击波产生电极330连接而施加用于使电流流动的电压。
39.绝缘管321、322与冲击波产生电极310、330中的至少一个相邻。绝缘管321、322可以与冲击波产生电极310、330中的至少一个接触或不接触。绝缘管321、322包括第一绝缘管321及第二绝缘管322。
40.在第一绝缘管321的内部可布置有第一冲击波产生电极310。第一绝缘管321在(-)z方向上的长度可以比第一冲击波产生电极310在(-)z方向上的长度长。
41.例如，当从上部观察第一绝缘管321时，第一绝缘管321可以具有诸如圆形、四边形等多种形态，但并不限于此。
42.第一冲击波产生电极310插入于第一绝缘管321的内部。第一冲击波产生电极310的一端不暴露在第一绝缘管321的外部。更具体地，在与第二冲击波产生电极330的一端距离最近的地点与第二冲击波产生电极330的一端对向的第一冲击波产生电极310的一端不暴露在第一绝缘管321的外部。
43.冲击波产生部g随着电流在冲击波产生电极310、330之间瞬间流动而产生用于生成脉冲冲击波的微型气泡。例如，冲击波产生部g可以指第一冲击波产生电极310与第一绝缘管321之间的区域。例如，冲击波产生部g可以指借由第一冲击波产生电极310、第二冲击波产生电极330及第一绝缘管321定义的区域。
44.第二冲击波产生电极330可以与电缆340连接。第二冲击波产生电极与电缆可以以多种方式连接。
45.作为一实施例，在电缆340与冲击波传递部400之间可以布置有液体1000。例如，在电缆340与冲击波传递部400之间可以布置有水。所述冲击波传递部400可以是多种材质的膜形态，作为一例，可以是弹性膜。
46.此外，作为另一实施例，第二冲击波产生电极和与其连接的电缆可以结合形成于膜形态的冲击波传递部400，并可借由液体膨胀而与分离膜(即，冲击波传递部)一起向下部壳体方向移动。此时，当冲击波传递部向下部壳体方向膨胀时，只有冲击波传递部的中央以外的周边区域形成为具有弹性，并且第二冲击波产生电极可以布置在冲击波传递部的中央。此外，结合于冲击波传递部的电缆可以借由上部壳体的膨胀而在冲击波传递部向下部壳体方向膨胀时一起拉伸，或在冲击波传递部膨胀时断开，然后在恢复到正常状态时再次处于短路状态。
47.虽未图示，但优选地，所述电缆340可以与功率部100连接。
48.虽未图示，但第二冲击波产生电极330也可以与冲击波传递部400接触。
49.此外，第二冲击波产生电极330也可以布置在上部壳体210的一面。此时，第二冲击波产生电极330可以位于第一绝缘管321的一端(即，比冲击波产生部g更下方)，并布置在上部壳体210的一面。
50.第二冲击波产生电极330也可以布置为在没有第二绝缘管322的情况下与电缆340
连接，并也可以布置在第二绝缘管322的内部。
51.例如，当从上部观察第二绝缘管322时，第二绝缘管322可以具有诸如圆形、四边形等多种形态，但并不限于此。
52.例如，参照图1a及图1b，第二冲击波产生电极330可以布置为不插入第二绝缘管(图2a及图2b的322)的内部而与电缆340连接。
53.例如，参照图2a及图2b，在第二绝缘管322的内部可布置有第二冲击波产生电极320。第二绝缘管322在(+)z方向上的长度可以比第二冲击波产生电极330在(+)z方向上的长度长。
54.在第二冲击波产生电极330插入到第二绝缘管322的内部时，第二冲击波产生电极330的一端不暴露在第二绝缘管322的外部。更具体地，在与第一冲击波产生电极310的一端距离最近的地点与第一冲击波产生电极310的一端对向的第二冲击波产生电极330的一端不暴露在第二绝缘管322的外部。
55.再次参照图1a、图1b、图2a及图2b，作为具体的示例，插入于长度更长的第一绝缘管321内的第一冲击波产生电极310沿上下方向(即，z轴方向)延伸，并且在对向的方向上布置有第二冲击波产生电极330。随着第一冲击波产生电极310在上部壳体210(即，填充有液体的腔室)内较长地延伸，从而可以延伸到与同下部壳体220分离的冲击波传递部400相邻的区域。此外，第二冲击波产生电极330可以结合于冲击波传递部400。此外，当被施加高电压时，第一冲击波产生电极310和第二冲击波产生电极330以能够借由等离子体现象而引起火花的特定距离布置在对向的方向上。
56.本发明的脉冲冲击波产生部300可以通过能够直接施加用于产生火花的高电压的一段电压的提供方式来产生脉冲冲击波，而不是提供用于产生微型气泡的低电压再提供用于产生火花的高电压的现有的二段电压提供方式。这是因为，在比第一冲击波产生电极310的一端的位置位于更下方的第一绝缘管321区域中施加高电压时，由于温度上升而可以产生微型气泡，并由此产生击穿(breakdown)而会产生火花。即，在比第一冲击波产生电极310的一端的位置位于更下方的第一绝缘管321与第二冲击波产生电极330之间能够产生火花。
57.具体地，在第一冲击波产生电极310的末端的第一绝缘管321的内部空间中，随着高电压的施加，温度升高，并且随着溶解于液体的气体热膨胀，产生微型气泡。随着在短时间内产生微型气泡(即，在液体内发生气穴现象)，在第一冲击波产生电极310与第二冲击波产生电极330之间布置有微型气泡并被施加高电压，因此产生由等离子体现象引起的火花，并在上部壳体210内产生内部膨胀。
58.壳体200具有密封的收容空间。液体1000和药物2000布置于壳体200的内部。壳体200可借由冲击波传递部400而分为上部壳体210和下部壳体220。
59.上部壳体210具有密封的收容空间。液体1000布置于上部壳体210的内部。例如，液体1000可以是水。即，在液体是水的情况下，可以溶解有气体，以能够产生微型气泡。但并不限于此，例如，液体1000可以是诸如乙醇或聚乙二醇之类的高分子溶胶(sol)及凝胶(gel)等多种液状物质。
60.例如，上部壳体210可以大致为圆筒形。上部壳体210的上端可以与传递部连接。冲击波传递部400可以布置于上部壳体210的下端。
61.布置于上部壳体210的内部的液体1000的体积可以借由脉冲冲击波而膨胀。若液
体1000的体积借由脉冲冲击波而增加，则上部壳体210的内部的压力增加。
62.下部壳体220具有密封的收容空间。药物2000布置于下部壳体220的内部。例如，下部壳体220可以大致为圆筒形。冲击波传递部400可以布置于下部壳体220的上端。下部壳体220的下端可以与喷射部800连接。下部壳体220的一侧可以与药物传递部700连接。
63.若上部壳体210的内部的压力增加，则压力施加于下部壳体220的内部。即，可以增加下部壳体220内部的压力。由此，可以对药物2000施加压力。据此，药物2000可以通过喷射部800喷射并注入给用户。对此将进行更详细的后述。
64.冲击波传递部400设置在上部壳体210与下部壳体220之间。冲击波传递部400将壳体200划分为上部壳体210及下部壳体220。
65.冲击波传递部400将上部壳体210和下部壳体220分开。上部壳体210的一面和下部壳体220的一面由冲击波传递部400形成。由此，布置于上部壳体210的内部的液体1000的膨胀可以通过冲击波传递部400的形变而引起下部壳体220的内部的压力增加。
66.冲击波传递部400不会因脉冲冲击波而变质或破损。冲击波传递部400不吸收脉冲冲击波，而是借由脉冲冲击波振动。冲击波传递部400具有弹性。冲击波传递部400仅将由于液体1000的体积增加而产生的压力传递到下部壳体220的内部。冲击波传递部400仅将由于液体1000的体积增加而产生的压力传递到下部壳体220的内部的药物2000。冲击波传递部400可阻挡液体1000和药物2000之间的渗透以及热量的传递等。
67.例如，冲击波传递部400可以由对人体无害的天然橡胶或合成橡胶等制成。
68.此外，在冲击波传递部400包括第二冲击波产生电极321的情况下，在冲击波传递部400的中央可以布置有第二冲击波产生电极321，并且也可以包括从第二冲击波产生电极321延伸的导线。由于围绕冲击波传递部400的第二冲击波产生电极321的区域具有弹性，因此可以借由上部壳体210的压力增加而被拉伸后复原。
69.喷射部800作为喷嘴布置于下部壳体220。例如，喷射部800可以在下部壳体220的下端定义为孔形状。但并不限于此，只要能够喷射药物，喷射部800也可以连接于下部壳体220并在下部壳体220从上端向下端方向突出。喷射部800喷射药物2000。喷射部800可以沿z轴方向喷射药物2000。
70.此外，基于喷射部800的直径来决定药物被喷射的速度。即，若喷射速度慢，则药物可能无法注入到皮肤内，因此，可以基于从上部壳体210传递到下部壳体220的压力来实现能够以适当的速度喷射的喷嘴直径。
71.例如，喷射部800的直径可以是50微米至1000微米。在喷射部800的直径小于50微米的情况下，所喷射的药物2000的量少，药物2000可能无法以充分的深度注入到需注射药物2000的用户体内。在喷射部800的直径大于1000微米的情况下，喷射的微射流的直径变大，以使从皮肤的表面弹出的药物2000的量增加，药物2000的浪费可能加剧。喷射部800可以沿z轴方向喷射药物2000。在本说明书中，“z轴方向”是指在三维坐标系中分别与x轴方向(水平方向)及y轴方向(垂直方向)正交的轴的方向。更具体地，喷射部800可从上部壳体210朝下部壳体22方向喷射药物2000。
72.如上所述，若脉冲冲击波施加到液体1000而使液体1000的体积增加，则上部壳体210的内部的压力增加，由此，压力施加到下部壳体220的内部。据此，可以向药物2000施加压力，受到压力的药物2000可以通过喷射部800而喷射并注入给用户。
73.根据本发明的一实施例的利用脉冲冲击波的无针注射器10还可以包括药物存储部500、药物传递部700以及止回阀600。
74.药物存储部500存储提供给下部壳体220的药物2000。例如，药物存储部500可以布置在下部壳体220的侧面。
75.药物传递部700从药物存储部500接收药物2000并将药物2000提供给下部壳体220。例如，药物传递部700可与下部壳体220的侧面连接。
76.止回阀600使药物2000仅从药物存储部500向下部壳体220方向传递。例如，止回阀600防止药物2000从下部壳体220向药物存储部500方向传递。例如，止回阀600可以布置于药物传递部700的内部。
77.此外，根据本发明的另一实施例的利用脉冲冲击波的无针注射器10还包括液体循环部(未图示)。所述液体循环部起到循环填充于上部壳体内的液体的作用。随着微型气泡的产生和由等离子体现象引起的火花的产生，溶解在液体内部的气体的量减少，并且由于所产生的气体使上部壳体210内的压力可能增加。因此，液体循环部可以使上部壳体210内的液体循环，从而将能够产生适当压力的液体填充到上部壳体210。由此，可以使无针注射器10的药物喷射恒定地进行。
78.具体地，液体循环部可以包括电磁阀，在需要时可以通过开放电磁阀来循环上部壳体210内的液体而变更。
79.此外，根据本发明的另一实施例的利用脉冲冲击波的无针注射器10还包括压力传感器(未图示)。压力传感器起到测量产生火花前后和产生火花时的压力的作用。为此，压力传感器可以布置在上部壳体210内的特定位置。
80.例如，压力传感器感测到上部壳体210内的压力升高到基准值以上，则驱动液体循环部而使上部壳体210内的液体循环，使得冲击波传递部400可以处于平衡状态。此外，压力传感器测量在产生火花时所产生的压力，若压力传感器的测量值未能达到驱动时的基准值以上，则控制部(未图示)判断为溶解于液体内的气体太少，从而使上部壳体210内的液体循环。
81.以下，将对使用根据本发明的一实施例的利用脉冲冲击波的无针注射器10向用户喷射药物2000的方法进行示意性的说明。
82.若在功率部100产生脉冲功率，则脉冲冲击波产生部300接收脉冲功率而产生脉冲冲击波。若产生脉冲冲击波，则布置于上部壳体210的内部的液体1000的体积膨胀。随着液体1000的体积膨胀，上部壳体210的内部的压力增加。具有弹性的冲击波传递部400随着上部壳体210的内部的压力增加而将增加的压力传递到下部壳体220的内部。此时，冲击波传递部400不会被压力损坏或破损。若向下部壳体220的内部提供上部壳体210的内部的所增加的压力，则可通过喷射部800向用户喷射药物2000。在下部壳体220追加需要药物2000的情况下，可打开止回阀600而将药物2000从药物存储部500向下部壳体220注入。
83.在根据本发明的一实施例的利用脉冲冲击波的无针注射器10中，可以通过产生脉冲功率的功率部100实现将上升时间调整在纳秒至毫秒之间，从而可以产生短冲击波。据此，液体可以在短时间内热膨胀，从而可以高速地向用户注入药物。
84.此外，通过借由所产生的脉冲功率调节在上部壳体210中产生的压力的强度，可以调节填充在下部壳体220的药物的喷射量。由此，用户能够将药物分为所需的量来进行喷
射，从而可防止药物的浪费。
85.此外，通过实现电冲击波方式的无针注射器来解决为了生成微型气泡而需要先提供低电压的问题，从而能够以更快的速度执行药物注射。
86.此外，根据本发明的一实施例的利用脉冲冲击波的无针注射器10使用脉冲功率而不是激光，因此不存在使用激光时所产生的问题，更具体地，不需要大型的装置结构和昂贵的设施费。此外，由于不需要能够使激光光束通过的光学部件，因此能够从根本上解决因光学部件而产生的问题，例如，为了将激光从生成激光的主体部准确地传递到无针注射部(例如，注射药物的手持部)而需要限制主体部与无针注射部之间的电缆布置状态的问题。
87.以上参照附图说明了本发明的实施例，但在本发明所属技术领域中具有普通知识的人员可以理解的是，可以在不改变本发明的其技术思想或者必要特征的情况下以其他具体形态实施。因此，以上记载的实施例应当理解为在所有方面均为示例性的，而不是局限性的。