CN100392245C

CN100392245C - 集成式精密药物输送泵

Info

Publication number: CN100392245C
Application number: CNB2006100165739A
Authority: CN
Inventors: 沈传亮; 刘国君; 杨志刚
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2006-01-27
Filing date: 2006-01-27
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2026-01-27
Also published as: CN1807887A

Abstract

本发明涉一种集成式精密药物输送泵，属于一种药物输送泵。壳体内部固定一多振子压电泵，该多振子压电泵的入口通道与一多孔药物导入管相连接，柔性药囊储药器通过柔性药囊与泵体入口固定连接，并置于壳体中，该多孔药物导入管位于该柔性药囊内。优点：采用多腔体或单腔体多振子压电泵，提高了压电泵的输出压力与流量，使得泵的压力大大高于工作时所需压力，确保药物输注的一致性，达到精确定量控制的目的，提高了泵的使用安全性。

Description

集成式精密药物输送泵

技术领域

本发明涉及一种药物输送泵，尤其涉及一种采用多压电振子方式构成的薄膜泵，且将储药部分集成于泵体入口的精密药物输送装置。

背景技术

目前，定量给药装置主要应用于糖尿病的治疗，其主要功能在于能够按照预先设定的参数或者根据实时检测的血糖浓度定量地给糖尿病患者注射胰岛素，来控制糖尿病患者的血糖浓度。现有的用于胰岛素注射的定量给药装置一般由一次性储药器、一次性使用的输药导管、推注机构、减速机构、控制部分等附件构成。现有的推注机构一般采用电机经减速机构来驱动螺旋推注机构的方式，存在以下缺点：(1)给药误差大，精度低；(2)结构复杂，难以小型化、轻量化，成本较高；(3)储药器与推注机构分离，更换储药器时须将螺旋机构与储药器手动对接，操作繁琐。同时也检索出应用于药物定量注射用的微泵，如专利申请号为03124182.4的《具有双向过压保护功能的微量薄膜泵及其应用》，利用单个驱动器驱动单个腔体形成容积变化，若由压电陶瓷致动器驱动，其输出压力与流量有限，限制了其应用场合，目前未见实际应用于胰岛素泵的相关产品。

发明内容

本发明提供一种集成式精密药物输送泵，以解决目前推注机构存在的精度及分辨率低，结构复杂，操作繁琐的问题。本发明采取的技术方案是：壳体内部固定一多振子压电泵，该多振子压电泵的入口通道与一多孔药物导入管相连接，柔性药囊储药器通过柔性药囊与泵体入口固定连接，并置于壳体中，该多孔药物导入管位于该柔性药囊内。

本发明一个实施方案中，采用至少两个压电振子形成多个腔体并串联连接，其中一个腔体的流体进口通过进口阀与进口通道相连通，该腔出口阀作为第二个腔的入口阀，第二个腔的出口阀作为下一个腔的入口阀，最后一腔的出口阀与出口通道相连通，且相邻压电振子所施加的交变信号的相位差为180度。

本发明一个实施方案中，多振子压电泵可采用多个由压电振子形成腔体首尾相连的方式，与上述多腔体串联方式不同的是，只有一个入口阀和一个出口阀，腔体之间没有单向阀，压电振子采用同步工作的方式，可以在极低的频率下工作，利用压电振子的静态变形完成泵的吸入与泵出，形成多振子单腔泵。

本发明一个实施方案中，压电振子由压电陶瓷薄片与金属片粘接而成。

本发明一个实施方案中，入口阀与出口阀可采用整体开启式复合阀或者悬臂梁阀，材料可以是金属薄板也可以为其他非金属材料。整体开启式复合阀由柔性薄膜与整体开启阀阀片粘接而成，达到与流体通道口紧密贴合的目的，提高了阀的单向截止性。

本发明一个实施方案中，悬臂梁阀结构是在基板上带有圆弧缺口柔性铰链的悬臂薄板，与流体通道口相配合形成的单向截止阀，该阀具有响应速度快的特点。

本发明一个实施方案中，柔性薄膜可为硅胶薄膜或者其它柔性材料制成的薄膜；整体开启阀阀片由钛板、或采用其他弹性较好且具有生物兼容性的其它金属或有机聚合物材制成。

本发明一个实施方案中，柔性药囊储药器可为薄壁乳胶制成的药囊，亦可为其它与所容药物具有生物相容性的柔软材料制成，或者为摩擦极小的活塞结构，与泵的进口通道直接相连，由于其刚度极小或者活塞的摩擦力极小，在药物减少后，药囊内的压强变化亦很小，保证入口压力保持在稳定的范围，确保泵的输出精度。

本发明一个实施方案中，多孔药物导入管为中空结构，外壁开有多孔，一端与泵的入口通道相连，减少柔性药囊内的药物残留量。

本发明一个实施方案中，壳体在药囊一侧开有气压平衡口，壳体外固定连接泵与外部控制器连接的电极，可采用环形电极、内外圈形等方便与外部控制器连接的电极形式；环形电极采用铜、银等导电材料，绕成环形，嵌入壳体的圆柱表面，用两个环形电极分别与压电振子的引线相连，该环形电极保证了整个泵体旋入外部控制器件时，能在任意位置保持与外部控制器电极的导通。

本发明还可以将响应速度快的悬臂梁阀与单项截止性较好的整体开启式复合阀相结合，亦可单独应用某一种结构形式的阀。

本发明集成式药物输送泵由于采用上述技术方案，克服了现有技术存在的缺点，并且具有以下优点：

1.本发明采用多腔体或单腔体多振子压电泵，提高了压电泵的输出压力与流量，使得泵的压力大大高于工作时所需压力，确保药物输注的一致性。

2.本发明由于采用控制电源信号波形个数的控制方式，从而达到精确定量控制的目的。

3.本发明将储药器与泵集成为一体，采用柔性药囊的储药方式，能够保证泵入口压力稳定在一定范围，实现了泵整体结构的轻小化，由于采用整体开启式复合阀，具有良好的截止性，大大减少药物的回流现象，提高了泵的使用安全性。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是本发明整体开启式复合阀结构示意图；

图3是本发明悬臂梁阀结构示意图；

图4是本发明集成式药物输送泵四振子四腔体串联结构示意图；

图5是本发明集成式药物输送泵四振子单腔体结构示意图。

图6是本发明集成式药物输送泵两振子两腔体串联结构示意图。

图7是本发明集成式药物输送泵五振子五腔体串联结构示意图。

图8是本发明集成式药物输送泵三振子单腔体结构示意图。

图9是本发明集成式药物输送泵六振子单腔体结构示意图。

具体实施方式

实施例1其中多振子压电泵采用四振子四腔体串联结构

参照图1，壳体内部固定一多振子压电泵，该多振子压电泵的入口通道与一多孔药物导入管相连接，柔性药囊储药器通过柔性药囊与泵体入口固定连接，并置于壳体中，该多孔药物导入管位于该柔性药囊内。

其工作原理是：多振子压电泵的入口通道与柔性药囊储药器相连接，在柔性药囊内泵的入口处置一多孔药物导入管，泵将柔性药囊内的药物经多孔药物导入管吸入，由出药口泵出。

参照图2，柔性薄膜1与整体开启阀阀片2粘接，与通水孔端面配合，构成整体开启式复合阀。

其工作原理是：当整体开启阀下侧的压力大于上侧的压力并且克服阀片2的弹性力时，阀打开，处于导通状态；当上侧的压力大于或者等于下侧的压力时，柔性薄膜1与通水孔端面紧密贴合，阀关闭，此时阀处于截止状态。由于柔性薄膜1的存在使得阀逆向密封性能得到大大提高，降低了对阀片及通水孔端面的平面度要求，提高了阀的单向截止性能。

参照图3，悬臂梁阀片4与阀片基体3采用一体化的结构形式，悬臂梁阀片4的端部与通水孔端面配合形成悬臂梁阀。

其工作原理是：当悬臂梁阀下侧的压力大于上侧的压力并且克服悬臂梁阀片4的弹性力时，悬臂梁阀片4绕圆弧缺口柔性铰链A产生弯曲变形，阀打开，处于导通状态；当上侧的压力大于或者等于下侧的压力时，悬臂梁阀片4与通水孔端面紧密贴合，阀关闭，处于截止状态。该阀由于惯性件的质量很小，具有良好的动态特性，可以在较高的频率下工作。

参照图4，压电振子9、11、12、18分别与泵体封闭形成腔体25、23、13、19，四个腔体的入口与出口依次相连，相邻腔体间设有悬臂梁阀10、21、14，既为前一腔体的出口阀，亦为后一腔体的入口阀，串联后的四个腔体的入口阀为悬臂梁阀24，出口阀为悬臂梁阀20，在四腔串联泵通过整体开启式复合阀16与出口C相通，药囊7与泵体8形成容纳药物的腔体26，药物导入管27与入口通道相连，压电振子9、12的正极及压电振子11、18的负极与镶嵌在壳体6上的环形电极22连接，压电振子9、12的负极及压电振子11、18的正极与镶嵌在壳体6上的环形电极17连接，壳体6的左端设有压力平衡口5。

其工作原理是：相邻压电振子所施加的交变信号的相位差为180度，这样能保证流体压力的递增。当施加正电压时，压电振子9、12向腔体内部变形，压电振子11、18向腔体外部变形，此时悬臂梁阀24、10、21、14、20的状态分别为关闭、打开、关闭、打开、关闭，腔体25中药物流入腔体23，腔体13中的药物流入腔体19；当施加负电压时，压电振子9、12向腔体外部变形，压电振子11、18向腔体内部变形，此时悬臂梁阀24、10、21、14、20的状态分别为打开、关闭、打开、关闭、打开，腔体26中药物由药物导入管27管壁上的开孔经入口通道B流入腔体25，腔体23中的药物流入腔体13，腔体19中的药物再经整体开启式复合阀16及出口通道C泵出。施加一定频率的交变信号就实现了药物的连续泵出。由于压电振子的静态变形很小，因而低频下流量微小，若要获得较大的流量，压电振子应必须工作在谐振状态下。悬臂梁阀动态特性良好，可以配合压电振子在较高频率下工作，可同时获得较大的输出流量与输出压力。结合整体开启式复合阀，大大提高了泵的单向截止性。随着药物的泵出，药囊7在大气压的作用下逐渐贴合，药物导入管27起到支撑药囊的作用，使药囊平整贴合，多孔结构使得任意位置的药物能够通过临近的开孔经导管进入泵的入口通道，减少了药囊内药物的残留量。

实施例2其中多振子压电泵采用四振子单腔体结构

参照图5，压电振子40与压电振子39封闭形成腔体32，压电振子38与压电振子37封闭形成腔体34，腔体32的出口与腔体34的进口相连通，药囊30与泵体31形成容纳药物的腔体42，药物导入管43与入口通道相连，整体开启式复合阀41与整体开启阀36分别设置在腔体32的入口处和腔体34的出口处，压电振子37、38、39、40的正极与镶嵌在壳体29上的环形电极33连接，负极与环形电极35连接，壳体29的左端设有压力平衡口28。

其工作原理是：压电振子37、38、39、40施加相位相同的信号，由于相邻腔体直接相通，相当于单腔工作模式。当施加正电压时，压电振子向腔体外部弯曲，腔体32、34的容积增大，变化量为四个压电振子变形容积之和，此时整体开启式复合阀41(入口阀)打开，整体开启式复合阀36(出口阀)关闭，腔体42中的药物由药物导入管43管壁上的开孔经入口通道D进入泵体，完成泵的吸入动作；当施加负电压时，压电振子向腔体内部弯曲，腔体32、34的容积减小，变化量为四个压电振子变形容积之和，此时入口阀41关闭，出口阀36打开，药物经泵出口E流出，完成泵的泵出动作。施加连续的交变信号，实现了药物的连续泵出。所加交变信号可以是低频方波，亦可为低频正弦波，由于泵工作在静态或者准静态下，其输出的稳定性大为提高。随着药物的泵出，药囊30在大气压的作用下逐渐贴合，药物导入管43起到支撑药囊的作用，使药囊平整贴合，多孔结构使得任意位置的药物能够通过临近的开孔经导管进入泵的入口通道，减少了药囊内药物的残留量。

实施例3其中多振子压电泵采用两振子两腔体串联结构

壳体内部固定一多振子压电泵，该多振子压电泵的入口通道与一多孔药物导入管相连接，柔性药囊储药器通过柔性药囊与泵体入口固定连接，并置于壳体中，该多孔药物导入管位于该柔性药囊内。

该多振子压电泵的结构参照图6，压电振子45、50分别与泵体44封闭形成腔体46、51，两个腔体的入口与出口相连，腔体间设有悬臂梁阀47，既为前一腔体的出口阀，亦为后一腔体的入口阀，串联后的两个腔体的入口阀为悬臂梁阀53，出口阀为悬臂梁阀52，两腔串联泵通过整体开启式复合阀49与出口G相通，压电振子45的正极及压电振子50的负极与镶嵌在壳体上的环形电极54连接，压电振子45的负极及压电振子50的正极与镶嵌在壳体上的环形电极48连接。

该多振子压电泵的工作原理是：相邻压电振子所施加的交变信号的相位差为180度，这样能保证流体压力的递增。当施加正电压时，压电振子45向腔体内部变形，压电振子50向腔体外部变形，此时悬臂梁阀53、47、52的状态分别为关闭、打开、关闭，腔体46中药物流入腔体51；当施加负电压时，压电振子45向腔体外部变形，压电振子50向腔体内部变形，此时悬臂梁阀53、47、52的状态分别为打开、关闭、打开，药物由入口通道F流入腔体46，腔体51中的药物经整体开启式复合阀16及出口通道G泵出。施加一定频率的交变信号就实现了药物的连续泵出。

实施例4其中多振子压电泵采用五振子五腔体结构

该多振子压电泵的结构参照图7，压电振子56、57、59、60、65分别与泵体封闭形成腔体73、72、70、61、66，五个腔体的入口与出口依次相连，相邻腔体间设有悬臂梁阀71、58、68、62，既为前一腔体的出口阀，亦为后一腔体的入口阀，串联后的五个腔体的入口阀为悬臂梁阀55，出口阀为悬臂梁阀67，五腔串联泵通过整体开启式复合阀64与出口I相通，压电振子56、59、65的正极及压电振子57、60的负极与镶嵌在壳体上的环形电极69连接，压电振子56、59、65的负极及压电振子57、60的正极与镶嵌在壳体上的环形电极63连接。

该多振子压电泵的工作原理是：相邻压电振子所施加的交变信号的相位差为180度，这样能保证流体压力的递增。当施加正电压时，压电振子56、59、65向腔体内部变形，压电振子57、60向腔体外部变形，此时悬臂梁阀55、71、58、68、62、67的状态分别为关闭、打开、关闭、打开、关闭、打开，腔体73中药物流入腔体72，腔体70中药物流入腔体61，腔体66中的药物经整体开启式复合阀64及出口通道I泵出；当施加负电压时，压电振子56、59、65向腔体外部变形，压电振子57、60向腔体内部变形，此时悬臂梁阀55、71、58、68、62、67的状态分别为打开、关闭、打开、关闭、打开、关闭，药物由入口通道进入腔体73，腔体72中药物流入腔体70，腔体61中药物流入腔体66。施加一定频率的交变信号就实现了药物的连续泵出。

实施例5其中多振子压电泵采用三振子单腔体结构

该多振子压电泵的结构参照图8，压电振子83与压电振子82形成腔体75，压电振子81与泵体形成腔体77，腔体75的出口与腔体77的进口相连通，整体开启式复合阀84与整体开启阀79分别设置在腔体75的入口处和腔体77的出口处，压电振子83、82、81的正极与镶嵌在壳体上的环形电极76连接，负极与环形电极78连接。

该多振子压电泵的工作原理是：压电振子83、82、81施加相位相同的信号，由于相邻腔体直接相通，相当于单腔工作模式。当施加正电压时，压电振子向腔体外部弯曲，所形成的单腔体容积增大，变化量为三个压电振子变形容积之和，此时整体开启式复合阀84(入口阀)打开，整体开启式复合阀79(出口阀)关闭，药物经入口通道J进入泵体，完成泵的吸入动作；当施加负电压时，压电振子向腔体内部弯曲，所形成的单腔体容积减小，变化量为三个压电振子变形容积之和，此时入口阀84关闭，出口阀79打开，药物经泵出口K流出，完成泵的泵出动作。施加连续的交变信号，实现了药物的连续泵出。

实施例6其中多振子压电泵采用六振子单腔体结构

该多振子压电泵的结构参照图9，压电振子97与压电振子96形成腔体86，压电振子95与压电振子94形成腔体87，压电振子93与压电振子92形成腔体89，腔体86的出口与腔体87的进口相连通，腔体87的出口与腔体89的进口相连通，整体开启式复合阀85与整体开启阀91分别设置在腔体86的入口处和腔体89的出口处，压电振子97、96、95、94、93、92的正极与镶嵌在壳体上的环形电极88连接，负极与环形电极90连接。

该多振子压电泵的工作原理是：压电振子97、96、95、94、93、92施加相位相同的信号，由于相邻腔体直接相通，相当于单腔工作模式。当施加正电压时，压电振子向腔体外部弯曲，所形成的单腔体容积增大，变化量为六个压电振子变形容积之和，此时整体开启式复合阀85(入口阀)打开，整体开启式复合阀91(出口阀)关闭，药物经入口通道L进入泵体，完成泵的吸入动作；当施加负电压时，压电振子向腔体内部弯曲，所形成的单腔体容积减小，变化量为六个压电振子变形容积之和，此时入口阀85关闭，出口阀91打开，药物经泵出口M流出，完成泵的泵出动作。施加连续的交变信号，实现了药物的连续泵出。

Claims

1.一种集成式精密药物输送泵，壳体内部固定一多振子压电泵，该多振子压电泵的入口通道与一多孔药物导入管相连接，柔性药囊储药器通过柔性药囊与泵体入口固定连接，并置于壳体中，该多孔药物导入管位于该柔性药囊内；所述的多振子压电泵采用至少两个压电振子形成多个腔体并串联连接，其中一个腔体的流体进口通过进口阀与进口通道相连通，该腔出口阀作为第二个腔的入口阀，第二个腔的出口阀作为下一个腔的入口阀，最后一腔的出口阀与出口通道相连通，且相邻压电振子所施加的交变信号的相位差为180度；其特征在于：进、出口阀采用悬臂梁阀，最后一腔的出口阀采用整体开启式复合阀。

2.根据权利要求1所述的集成式精密药物输送泵，其特征在于：整体开启式复合阀由柔性薄膜与整体开启阀阀片粘接而成。

3.根据权利要求2所述的集成式精密药物输送泵，其特征在于：悬臂梁阀结构是在基板上带有圆弧缺口柔性铰链的悬臂薄板。

4.根据权利要求1所述的集成式精密药物输送泵，其特征在于：所述的多振子压电泵采用只有一个入口阀和一个出口阀的多振子单腔体结构。

5.根据权利要求4所述的集成式精密药物输送泵，其特征在于：入口阀与出口阀均为整体开启式复合阀。

6.根据权利要求1所述的集成式精密药物输送泵，其特征在于：多孔药物导入管为中空结构，外壁开有多孔，一端与泵的入口通道相连。

7.根据权利要求1所述的集成式精密药物输送泵，其特征在于：所述的壳体带有两个环形电极，且在药囊一侧开有气压平衡口。