CN110494177A - 自动流体产品注射装置 - Google Patents

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Abstract

自动流体注射装置，其包括：主体(1)、针组件(4)和注射机构(7、8、9、10、11)，主体(1)被固定于支撑件(2)以与注射区接触，主体(1)含有一个或多个流体储存器(5)，每个储存器(5)均含有注射活塞(6)；针组件(4)包括用于刺入注射区的注射针(40)；所述注射机构包括致动器帽(7)和加热器装置(9)，致动器帽(7)含有可膨胀材料，加热器装置(9)用于加热所述可膨胀材料，从而使其膨胀以使活塞(6)在储存器(5)中移动，并因此通过注射针(40)将流体注射入所述注射区，所述可膨胀材料包含可热膨胀的微球。

Description

自动流体产品注射装置
本发明涉及自动流体注射装置。
自动流体注射装置是众所周知的。具体地，它们包括自动注射器，其中通过致动器系统自动地注射储存器(通常是注射器)中的内容物，所述致动器系统通常包括加载弹簧，并且在触发时移动储存器中的活塞，以注射流体。
此类现有技术的装置可能存在问题，特别是当待分配的体积很大时，当流体相对粘稠时，或者当在一次治疗中需要组合多种流体时。
文献US5222362、WO2008/057223和US4070859描述了现有技术的装置。
本发明的一个目的是提供不具有上述缺点的自动注射装置。
本发明的另一个目的是提供自动注射装置，其使得即使在大体积和/或高粘度下也可以自动分配流体。
本发明的另一个目的是提供自动流体注射装置，其制造和组装简单且便宜。
因此，本发明提供了自动流体注射装置，其包括：主体、针组件和注射机构；所述主体被固定于支撑件以与注射区接触，所述主体含有一个或多个流体储存器，每个储存器均含有注射活塞；所述针组件包括用于刺入注射区的注射针；所述注射机构包括致动器帽和加热器装置，所述致动器帽含有可膨胀材料，所述加热器装置用于加热所述可膨胀材料，从而使其膨胀以使所述活塞在所述储存器中移动，并因此通过所述注射针将流体注射入所述注射区，所述可膨胀材料包含可热膨胀的微球。
有利地，所述可热膨胀的微球包含封装有碳氢化合物的中空的微小热塑性球。
有利地，所述中空的微小热塑性球在加热至60℃至90℃的温度之后，膨胀并转换成气相，使得所述可热膨胀的微球可以膨胀至其原始体积的5倍至70倍。
有利地，所述装置包括启注组件，所述启注组件包括启注致动器和用于刺入所述储存器的一个或多个启注针。
有利地，所述支撑件包括用于固定在注射区的粘贴物。
有利地，每个储存器的流体容量为1毫升(mL)至10mL，有利地为约3mL。
有利地，所述主体包括多个储存器，尤其为3个储存器。
有利地，容纳在所述储存器中的流体被同时分配，在所述注射针的上游混合在一起。
有利地，容纳在所述储存器中的流体被相继地分配。
有利地，所述装置包括电源装置，有利地为任选地可充电电池。
通过以下非限制性实例给出的详细描述，并参考附图，这些特征和优点以及其他特征和优点将更加清楚，其中：
-图1是在有利的实施方案中的自动注射装置的分解示意性透视图；
-图2和图3是分别在启注之前和之后的图1装置的示意性侧视图；
-图4是在有利的实施方案中的针组件的分解示意性透视图；
-图5至图8是图4的针组件的致动顺序的示意性侧视图；
-图9至图11是图1的装置的致动顺序的示意性侧视图；
-图12是解释封装的碳氢化合物微球运作的图；以及
-图13是显示封装的碳氢化合物微球的膨胀体积作为温度函数的图。
本发明涉及自动注射装置，其特别适于分配相对大体积的流体，通常约数毫升，通常为1mL至10mL，例如3mL。本发明的装置还适于分配相对粘稠的流体。
装置优选是一次性的并且可以按照以下操作步骤进行操作：
1)使用者除去包装并例如通过为此目的提供的粘贴物将装置固定在注射区；
2)使用者按下致动器按钮200(其尤其用于启动该装置)以致动该装置而将注射针插入注射区，以施用流体，然后收缩注射针；
3)当过程结束时，向使用者发出警报，并将器具从身体上拆下并处理。
图1显示了在有利的实施方案中的自动注射装置。
该装置包括：主体1、启注组件3、针组件4、注射机构7-11和电源装置(未示出)；所述主体1被固定于支撑件2以与注射区接触，所述主体含有一个或多个流体储存器5，每个储存器5均含有注射活塞6；所述启注组件3包括启注致动器和用于刺入储存器5的一个或多个启注针31；所述针组件4包括用于刺入注射区的注射针40(图1中未示出)。
举例而言，电源可以是任选地可充电电池。
在该实施方案中，注射机构是热式的。
该系统的实施方案显示了具有启注组件3和针组件4的一组三个储存器5。
致动装置会产生以下一系列受控内部过程：
1)启注组件3的致动也可以包括指示器机构(微动开关等)，以警告启注控制器，即膜或储存器的刺穿已终止。
2)经由电子控制机构插入注射针；该系统还可以包括指示器，其用于向注射控制器指示刺穿何时已结束。
3)触发注射机构。
4)经由具有指示器机构(例如，微动开关、开环计时器)的电子控制机构使注射针收缩，以便(例如，经由二极管视觉上和/或经由声音信号听觉上)向使用者指示可以将装置从身体上移除。
上述顺序可能涉及在启注组件和针组件中，并且尤其是在启注组件和注射针中存在少量空气，在这种情况下，当装置正在使用时，流体将被注射入皮下组织中。
对于应用，其中这样的空气量(甚至很少的空气量)是不可接受的，装置的致动顺序可以包括以下附加步骤1.1：
1.1)在启注之后和将注射针插入注射区之前，应提早致动注射机构以分配储存器中容纳的少量受控体积的流体，来排出在启注组件和针组件中所容纳的空气。
有利地，如图2和图3所示，在致动之前，每个储存器5由隔膜形成膜35封闭，以在致动期间被相应的启注针31刺穿。
启注组件优选地在由线性启注致动器(未示出)控制的单个运动轴上移动。
设想的启注致动器可以是任何合适的类型，尤其是形状记忆合金(AMF)致动器、电磁螺线管致动器或电磁蜗轮致动器。
致动装置会导致启注组件的以下动作：
1)静止时，在致动之前，每个启注针31被各自的罩32(例如，由弹性体制成)封闭以便保持启注针31无菌。
2)如图3中的箭头F所示，启注致动器的启动使所述启注组件3向各个储存器5的膜35前进。
3)每个针罩32被压靠在各自的储存器5上，并且变形以使得各自的启注针3能够连续地通过各自的膜35，从而刺入各自的储存器5。
4)在以任何适当方式分配药物时，启注致动器将启注针31保持在适当的位置。
上述实施方案特别提供以下优点：
1)在静止时，各个启注针31保持在受保护的无菌环境中。
2)启注组件3与一个或多个储存器5一起发挥功能；因此，如果至少一个启注针31保持未被使用或没有刺入各自的储存器5中，则该系统保持封闭并且能对剩余的启注针发挥作用。
在装置已被启注之后，针组件4的注射针40借助插入致动器而被插入到患者的注射区。
如图1至图3中的实例所示，当使用多个储存器5时，所有储存器5的启注针31与单个注射针40连接。
除了注射针40之外，针组件4有利地包括：可选的针套筒41；收缩环42；针支撑件44；插入环45；收缩弹簧46；致动器环47；插入弹簧48；和由形状记忆合金(AMF)制成的插入致动器，在本实施方案中，该致动器以导线49的形式制成。
AMF材料(诸如镍钛合金(镍钛诺(Nitinol))在被加热时会发生马氏体相变。有利地，可以通过焦耳效应施用加热。相变导致材料的物理维度改变，即在所述实施方案中导线49的长度的收缩。
可能会在AMF导线中产生的典型最大应变约为10％，并且所描述的实施方案有利地使用环，以便在所描述的组件中产生所需的运动。
AMF导线49在冷却期间返回其先前的物理状态，在该实施方案中，在切断激活电流之后通过自然对流获得AMF导线49先前的物理状态。用于将导线恢复为其初始形状的弹簧元件由一系列弯曲的凸舌(languettes courbes)470表示，这些凸舌470并入致动器环47。
针插入弹簧48和针收缩弹簧46都处于压缩状态，并且它们被各自的锁定装置保持。
为了达到50％的可用收缩，通过焦耳效应加热激活AMF致动器49导致致动器环47向插入环45的肩部451移动，AMF致动器49的一端固定于该肩部451。
在所示的实施方案中，该运动导致针支撑件44的按扣凸舌440变形，从而释放针支撑件44并使插入弹簧48能够延伸。
延伸插入弹簧48会使针支撑件44和注射针40穿过插入环45的中心孔。
插入弹簧48的延伸被用于使注射针40刺入患者，在AMF致动器49的导线已经延伸之后，注射针仍留在原处。
在所示的实施方案中，通过与插入环45的主体中的截断450接合的按扣凸舌440来停止针支撑件44的运动。
在图7中显示了在针的插入状态下的针插入机构。
图7的剖视图相对于图6旋转了45°，以显示收缩环42的按扣凸舌420的功能。
为了达到100％的可用收缩，通过焦耳效应加热来激活AMF致动器49(图7中未显示)导致致动器环47向收缩环42的按扣凸舌420移动。
在所示的实施方案中，该运动导致收缩环42的按扣凸舌420变形，从而释放插入环45。
插入环45和由针支撑件44和注射针40组成的互相连接的组件都由收缩弹簧46的延伸来夹带，所述收缩弹簧46的延伸是通过按扣凸舌420的释放来致动的。
该动作使针40从使用者的身体缩回，并且在致动器导线49被失活之后，使该机构保持在该位置。
在插入注射针之后，注射机构被致动。
在所示实施方案中，注射机构包括：含有可膨胀材料的致动器帽7；致动器主体8；以及加热装置9，尤其是缠绕在各自的卷轴10上的焦耳效应导线。
在所示的实施方案中，注射机构还包括用于测量至少一个卷轴10的角运动的装置11(例如，光学编码器)。
施用流体的主要驱动力是通过致动器帽7中容纳的材料体积膨胀在储存器5中产生的压力。
操作模式可以描述如下：
1)静止时，致动器帽7保持在致动器主体8中，致动器主体8被固定于储存器5的边缘。主体8支撑加热器导线9的两个卷轴10和编码器11。加热器导线9具有缠绕在卷轴上的部分，并且它们还通过致动器帽7延伸到致动器的主体8中，以固定在相应储存器5的活塞6上。
2)施加至加热器导线9的电流导致其被加热。导线9以足以在致动器内部建立均匀温度(通常为60℃至90℃)的间隔来定位。在达到该温度时，致动器帽7的内容物的体积明显膨胀。
3)致动器帽7的体积膨胀导致活塞6沿着储存器5的长来运动。活塞6的运动在加热器导线9上施加张力，该张力可以从卷轴10疏导，因为所述卷轴是自由转动的。由于可膨胀材料在其整个体积中继续被加热，因此该机构还使得致动器帽7能够继续膨胀。
4)通过控制施加的电流来调整致动器内部的温度和相关的膨胀。这是通过监测由编码器装置11测量的活塞的运动来确定的。一旦已经从储存器5分配了足够的流体，则通过切断施加的电流来终止该过程。
用于提供由于热刺激而导致致动器帽7的体积膨胀的一种手段是使用可热膨胀的微球。可热膨胀的微球是封装有碳氢化合物的中空微小热塑性球(直径约为12微米(μm))。
封装的液体是饱和的碳氢化合物，其在加热到60℃至90℃的温度后，膨胀并转换为气相。封装介质是一种热塑性塑料，其在加热作用下会变柔软，从而使球可以膨胀至其原始体积的5倍到70倍(参见文献Nishiyama,Y.,Nobuyuki,U.&Sato,C.,Comportement de démantèlement et résistance d'adhésif démontable incluant des particulesthermiquement expansibles,Int.J.Adhesion&Adhesives,V.23,Iss.5，第377页至第382页，(2003))。施加1兆帕(MPa)的外部压力可能导致体积膨胀达到9倍，这导致活塞从5mm长度的致动器帽7的初始长度开始移动45mm。
在致动器行程结束时，加热被关闭。这导致封装的热塑性材料的模量增加，以防止微球因其膨胀状态而收缩。这意味着致动器行程不能被重复使用。
封装的碳氢化合物微球可用作填充材料，例如由供应商AkzoNobel(瑞典)和Matsumoto Yushi-Seiyaku Co.Ltd.(日本)提供。
图13中的图表显示了在各种外部压力下测量的封装微球的体积膨胀率(来源：Nishiyama等人，2003)。
图12中的图显示了可从AkzoNobel Gamme Expanncell获得的微球的描述(来源：AkzoNobel，Expancell微球的简短介绍)。
一旦流体分配终止，插入致动器8就将针收缩到装置中。流体分配的结束可以通过机械和/或软件监测来识别，例如，一旦驱动机构7完全延伸。
图1所示的装置包括三个储存器3。三个驱动机构可以被同时致动，以便同时分配三个储存器中的内容物，因此，这些内容物在注射针40的上游被混合在一起。在一个变体中，三个驱动机构可以被相继地致动，以便相继地分配三个储存器中的内容物。可以分别触发连续的致动，但是也可以设置自动触发分配顺序的单个致动。这两个变体的组合也是可能的，例如分两个阶段分配，即首先分配一个储存器中的内容物，且其次同时分配来自其他两个储存器的混合物。
使用具有多个储存器的装置特别可以提供以下优点：
-用于两种或更多种类型流体的单个装置，其可能需要分配不同的体积；
-分配两种或更多种流体的混合物(cocktails或mélange)的可能性；
-将减轻疼痛的药剂(麻醉剂，酸性中和剂等)与待注射的药物相关联的可能性；
-降低装置开发的成本；
-调整流体配方的可能性；
-各种流体制剂可以被放在单个装置中；和
-减少注射次数。
上面参考有利的实施方案描述了本发明，但显而易见地，本领域技术人员可以对其进行任何修改，而不会超出如所附权利要求限定的本发明的范围。

Claims (10)

1.自动流体注射装置，其包括：主体(1)、针组件(4)和注射机构(7、8、9、10、11)，主体(1)被固定于支撑件(2)以与注射区接触，主体(1)含有一个或多个流体储存器(5)，每个储存器(5)均含有注射活塞(6)；针组件(4)包括用于刺入注射区的注射针(40)；所述注射机构包括：致动器帽(7)和加热器装置(9)，致动器帽(7)含有可膨胀材料，加热器装置(9)用于加热所述可膨胀材料，从而使其膨胀以使活塞(6)在储存器(5)中移动，并因此通过注射针(40)将流体注射入所述注射区，所述装置的特征在于所述可膨胀材料包括可热膨胀的微球。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述可热膨胀的微球包含封装有碳氢化合物的中空的微小热塑性球。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述中空的微小热塑性球在加热至60℃至90℃的温度之后，膨胀并转换成气相，使得所述可热膨胀的微球能够膨胀至其原始体积的5倍至70倍。
4.如前述权利要求中任一项所述的装置，其包括启注组件(3)，启注组件(3)包括启注致动器和用于刺入储存器(5)的一个或多个启注针(31)。
5.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述支撑件(2)包括用于固定在所述注射区的粘贴物。
6.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中每个储存器(5)的流体容量为1mL至10mL，有利地为约3mL。
7.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中，主体(1)包括多个储存器(5)，尤其为3个储存器。
8.如权利要求7所述的装置，其中容纳在储存器(5)中的流体被同时分配，在注射针(40)的上游混合在一起。
9.如权利要求7所述的装置，其中容纳在储存器(5)中的流体被相继地分配。
10.如前述权利要求中任一项所述的装置，其包括电源装置，有利地，任选可充电电池。
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