CN1437489A - 带有模块化储液器的无针注射器 - Google Patents

Abstract

本发明的技术领域属于预装药的一次性无针注射器，其由一气体发生器进行作用，用在医学或兽医学治疗中来执行液态有效成分的真皮下注射、皮下注射或肌内注射。本发明的无针注射器采用了一种储液器(5)，该储液器由一管体(6)构成，管体两端被一上游侧插塞(7)和一下游侧插塞(8)封闭，在两插塞之间容纳有液态有效成分。所述无针注射器的特征在于：通过使下游侧插塞(8)在管体(6)中发生位移，可调节两插塞(7、8)之间的容积，使该容积与有效成分(9)的待注射量相适应，从而可实现液态有效成分(9)的变量注射。

Description

带有模块化储液器的无针注射器

技术领域

本发明的技术领域属于预装药的一次性无针注射器，其由一气体发生器进行作用，用于医学或兽医学治疗中来执行液态有效成分的皮内注射、皮下注射或肌内注射。

背景技术

对于根据本发明的注射装置，所述液态有效成分或者是由粘度或大或小的液体构成的、或者是一种液体混合物、或者是由凝胶构成的。有效成分可以是为了进行注射而溶解到合适溶剂中的固态物质。有效成分还可以是以或大或小的浓度悬浮在合适液体中的粉末状固体。为避免出现堵塞，有效成分的颗粒尺寸必须要与导管的直径相当。

根据本发明的无针注射器具有一个特别的特征：通过简单地改变其储液器，就能注射可变剂量的液态有效成分，且在整体上保留了储液器其余的所有特征。

以这样的方式，无须对无针注射器的几何尺寸进行改动、或无须根据所要注射液态有效成分的剂量改造气体发生器，就可以容易地而低成本地设计出分段式无针注射器，这种注射器能注射剂量正确的液态有效成分。

用于可变剂量注射液态有效成分的无针注射器在现有技术中是存在的，在此方面已有了很多专利。

例如可参见美国专利US4913699，该专利中描述了这样一种无针注射器：其被设计成可容纳变剂量的液态有效成分。通过调整一位于上游位置的推送柱塞与一小截面柱塞堵头之间的截面积之差，可调节液体离开注射器时的压力，其中的柱塞堵头位于末端处的注射腔道中。专利文件WO00/10630也涉及一种无针注射器，除了其它特征之外，其还具有一特别的特征：通过减小推送柱塞的行程来实现液态有效成分的变剂量排送。具体来讲，标准尺寸的、用于储存有效成分的储液器被系统性地充注到最大容量，且可通过一压力释放通气孔系统来减小柱塞的行程，这样，柱塞就可确保储液器中所容纳有效成分只有一部分被注射出去。在减小了柱塞行程的情况下，注射之后储液器底部中仍留有一些液态有效成分。

最后，可参见专利95/03844，该专利涉及一种无针注射器，其也具有这样的特性：通过减小推送柱塞的行程，能改变有效成分的注射量。在此情况下，对一旋扭的旋拧会使得柱塞发生位移，与此同时还对一弹簧进行了压缩。当柱塞处于所需位置上时，扣动注射器从而释放所述柱塞，所述柱塞由被释放的弹簧推动。

发明内容

对于根据本发明的无针注射器，通过对储液器中的可用容积进行简单的重调，就能实现对液态有效成分的变量注射。这是因为：不论要注射多大的量，储液器在注射器中所占空间都是恒定的，只有其内部容积是变化的，从而，在各种情况中，都无须对气体发生器或推送柱塞的特性作重新调整，也无须对注射器中各个不同隔室的尺寸作重新设计。这样，对于根据本发明的无针注射器，无须作任何改动、且在注射后不会在储液器的底部留有任何的有效成分，就能使注射器容纳有精确量的待注射有效成分，并能完全实现其功效。

本发明的主题是一种无针注射器，其包括一气体发生器；一由管体形成的储液器，管体由一上游侧柱塞堵头和一下游侧堵头封闭，在两堵头之间容纳有液态有效成分；以及一注射装置，其特征在于：所述注射器能基于这样的事实而实现有效成分的变剂量注射：通过使下游侧柱塞堵头在管体中发生位移，可调节位于两柱塞堵头之间的容积，使其与有效成分的待注射量相适应。

原因在于，以这样的方式来设计根据本发明的无针注射器的尺寸：使得无论储液器的尺寸如何变化，其注射能力都保持不变。在本专利申请的下文中，将由两个柱塞堵头形成的组件以及液态有效成分统称为“液柱”。

最好是：下游侧柱塞堵头在最初时完全置于管体中，而不从管体中突出。

总体上讲，根据本发明的无针注射器用于完全地向皮肤下注射液态有效成分，且不会由于注射速度不足而在皮肤上损失所述的有效成分。因而，在一第一阶段中，气体发生器能向液态有效成分施加非常高的速度，从而保证有效成分具有穿透皮肤的瞬态能量，在一第二阶段中，由于压力几乎为恒定的，所以能使液体保持足够的速度，从而可确保一旦对皮肤穿孔之后，液体在整个注射过程中都能穿透皮肤。由于所述柱塞堵头的移动，发生器释放出的气体会在所述发生器与上游侧柱塞堵头之间形成一个加压空间。该加压空间与一气体膨胀室相对应，到注射结束时，该加压空间的容积一直在增加。当注射器未进行注射时，所述膨胀室最好是不存在的。但是，可以理解：根据本发明的无针注射器可在气体发生器与推送柱塞堵头之间留有一自由空间。通常，由于气体发生器输送气体，所述发生器与上游侧柱塞堵头之间空间内的压力会随时间而变化，在一第一阶段中，会出现一高幅值的瞬时压力峰值，而后，在一第二阶段中，能建立起几乎恒定的压力，该压力始终大于执行注射的阈值压力。此处所用的术语“气体发生器”是一个总称，该术语指代一种能量源，而不涉及这种能量源的具体差别，当该能量源被使用者触发时，其能在注射器中产生气体。

该气体发生器最好是一烟火气体发生器，其包括烟火装药以及一发火系统。

优选的是：所述发火系统包括一撞击装置和一起爆器。还可以采用基于压电晶体或粗糙面形式的发火系统，其中的粗糙区域是由两摩擦面构成的，这两摩擦面的移动会构成一点火区域。与储存加压气体的方案相比，采用烟火装药的优点是：占用很小的空间，并能使注射器的内部免于始终受高压作用—包括在库存阶段也受高压作用。烟火装药最好是由一种第一火药与一种第二火药混合而成，第一火药的动态活性大于第二火药的活性。第一火药的动态活性最好大于8(Mpa.s)^-1，且第二火药的动态活性最好能小于16(Mpa.s)^-1。

可按照这样的方式来获得能完全地注射液态有效成分的压力分布模式：采用一种烟火装药，其由一种快速燃烧的火药和一种缓慢燃烧的火药组成。如果一种火药的具有很高的动态活性，则就将其称为“快速燃烧型”，如果其动态活性低，则就称为“缓慢燃烧型”。因而，速燃火药使得装药能在瞬间产生一个非常高的压力峰值，而为后续注射设置的慢燃火药则确保压力水平能基本上保持恒定，并保持在足够高的压力值上，以使得一旦在皮肤上形成穿孔之后，液态有效成分能穿透过皮肤。这种类型的火药混合物完全适于根据本发明的无针注射器。上述的动态活性值由下式确定： $L\left(z\right)=\frac{1}{P}\frac{1}{P_{\max }}\frac{\left(\mathrm{dP}\right)}{\mathrm{dt}}$

式中，P为火焰行进量为z时的瞬时压力；

Pmax为所能达到的最大压力；

dP/dt为压力随时间变化的导数

其中， $z=$ $\frac{P}{P_{\max }}$

这些数值对应于半速燃烧(half-combustion)值，也就是说，在具有如下的条件的一测压室中，当行进量z＝0.5时的数值：

-腔室容积    ：27.8cm³

-装药密度    ：0.036g/cm³

-火药质量    ：1g

被称为慢燃型的火药的动态活性始终应小于速燃型火药的动态活性。这两种火药最好是松散地混合到一起，也就是说，这两种火药以颗粒态随机地混合到一起，而没有特定的混合次序，所混合成火药的形状与将要容纳该火药体的容器的形状相配，同时，在颗粒之间还留有空隙。但是，还可以这样来进行设计：两种火药中的至少一种呈现为有序的形态或其它特定的形式，例如，其可以是多股捆束的形式、或者是具有相当大尺寸的单颗粒形式、甚至可以是聚结团的形式。

两柱塞堵头之间的储液器容积最好能根据执行注射的要求而从0.1毫升变到2毫升。

上游侧柱塞堵头最好是固定设置在管体两端部的其中一端上。至少有一个柱塞夹置在气体发生器和上游侧柱塞堵头之间。上游侧柱塞堵头最好是与柱塞相接触的。

有利的是：管体用厚度在0.5mm到4mm之间的玻璃制成的，且优选的是在0.5mm到2.5mm之间。玻璃管体的厚度必须要足够厚，以承受非常高的内部压力，从而不会发生开裂甚至爆裂等非逆转性的损坏。

两柱塞堵头最好是用可变形材料制成的。尤其是利用某些合成橡胶材料模制而成，这些合成橡胶材料可长时间与液态有效成分相容共存。这些合成橡胶材料例如为氯丁基橡胶或溴丁基橡胶。注射装置最好包括至少两条环周注射导管，它们位于一中空部件的外侧，中空部件作为下游侧柱塞堵头的承座，所述中空部件的深度使得：当所述下游侧柱塞堵头接触到所述中空部件的底部时，环周导管的入口处留有空隙。

在该注射器工作时，液柱发生移动，直到使下游侧的柱塞堵头压塞到中空部件中为止。一旦该柱塞堵头压入到所述部件中之后，该柱塞堵头就略微发生变形从而空出侧面注射导管的入口，使得有效成分能从注射导管排出。管体的长度最好为定值。具体来讲，根据本发明的无针注射器是与标准尺寸的储液器配套使用的，其中的标准尺寸是由管体的长度规定的，两柱塞堵头之间内部体积的变化对储液器的外部尺寸没有影响。柱塞最好是插入到一中空体中，中空体的内径与管体的内径相等，中空体位于管体的延长段上，所述中空体和所述管体被保持在一封套中。

封套最好是用塑料制成的，并对管体略微施加压力，从而增强其抵抗剪切作用的能力。以这样的方式，就可以使管体承受更大的内部压力。根据本发明的一种备选实施例，储液器包括管体和两个柱塞堵头，储液器构成了一个与所述注射器独立的部件。换言之，可以在任何时候将储液器插入到注射器中、或从注射器中抽出。类似地，还可单独地在储液器中充入精确剂量的有效成分，然后再将其插入到注射器中。

最好在下游侧柱塞堵头与中空部件的底部之间留有一自由空间。这样，无论要注射多大量的有效成分—从而无论下游侧柱塞堵头在管体中处于任何位置，在适当的注射开始发生之前，液柱都要有相当大的一段位移。所要注射的药品量越少，下游侧柱塞堵头距离上游侧柱塞堵头越近，注射发生之前液柱的行程就越长。在下游侧柱塞堵头与承座的底部之间留有自由空间尤其适合于根据本发明的无针注射器。假如膨胀室中压力随时间的变化关系适于对液态有效成分执行没有任何损失的完全注射，则适于小剂量有效成分的注射，因为此条件下，此要求是必不可少的；假如位于下游侧柱塞堵头与承座底部之间的自由空间足够大，则使液体在开始进行注射之前能被加速到足够大的速度。加速过程是必要的，以此来补偿膨胀室中的压力降低，压力的降低是由于液柱的移动而使膨胀室容积增大而造成的。换言之，对于所要注射的有效成分很少的情况，气体发生器发出的气体将使得液柱在其移动过程中不断加速。因而，液柱的位移量越大，由于加速效果，液柱撞击到承座底部上的能量也就越大，这样，即使膨胀室中的压力下降很大，也能完成注射。

作为举例，容有0.5毫升液体的储液器中压力增加要比0.2毫升储液器中的压力增加出现的早。这可以用这样的事实来解释：对于0.5毫升的容量，液柱的位移量小于0.2毫升容量的位移量。但最大压力峰值的幅度对于0.2毫升与0.5毫升两种情况是相同的，这一现象可用这样的事实来解释：液柱的冲击动能可补偿液体内在推送力的下降，推力的下降的原因是：由于烟火装药下游空间的体积增加而使气体压力下降。

对于根据本发明的无针注射器，无须改变储液器—甚至气体发生器的几何尺寸或大小，也无须添加其它部件，通过简单地适配储液器，就能注射各种剂量的液态有效成分。因而，不需要作任何的尺寸重新设计和执行任何附加的加工，而重新设计尺寸和补充加工会增加成本。

另外，由于储液器的外部尺寸不论要注射多少量的液态有效成分都保持不变，所以注射器也可保持其尺寸不变。

最后，对储液器的适配仍然是简单而又精确的操作，这样就可以用手头现有的无针注射器注射精确剂量的液态有效成分。

附图说明

下面将参照图1到图4对本发明的一优选实施例进行详细地描述，在附图中：

图1是一纵向局部剖视图，表示一尚未使用的无针注射器；

图2是一纵向局部剖视图，表示图1所示注射器在使用过程中的状态，在此状态下，还没有开始执行注射；

图3是一纵向局部剖视图，表示图1所示注射器在使用结束时的状态，在此状态下，注射已经执行完毕；以及

图4是一简化的图线，对比地表示三种情况下压力随时间的变化关系，第一种情况对应于烟火装药下游位置处形成的自由空间中的压力，第二种情况对应于容纳有0.5毫升有效成分的液体储液器中的压力，第三种情况对应于容纳有0.2毫升有效成分的液体储液器中的压力。

具体实施方式

参见图1，根据本发明的一无针注射器1包括一烟火气体发生器2、一推送柱塞4、一储液器5、以及一注射装置10，气体发生器2是由一发火系统和一烟火装药3组成的，储液器5是由一两端封堵的玻璃管体6形成的，玻璃管体被一上游侧柱塞堵头7和一下游侧柱塞堵头8封堵，在两柱塞堵头之间容纳有液态有效成分9。

发火系统包括一撞击装置(图1中未示出)和一起爆器12。撞击装置11可由一按钮来触发，其包括一弹簧和一带有撞销的重物。重物被至少一个球体阻挡住，球体楔入在所述重物和按钮之间，且所述按钮具有圆形的内槽。

烟火装药3是由一种混合物组成的，该混合物包括一种速燃火药和一种慢燃火药，速燃火药例如是一种基于硝化纤维素的多孔火药，慢燃火药例如是硝化纤维素(nitrocellulose)基的七边管状颗粒火药。烟火装药3通向一基本为圆筒状的中空体13中，该中空体自身即为储液器5管体6的延长段，所述管体6与中空体13延接在一起，并相互接触，这两个部件具有相同的外径。因而，它们相互精确地对正，并由一用塑料材料制成的封套14保持着这样的状态，在装配完成之后，封套14向中空体13和管体6施加轻微的挤压作用。封套14端头的位置近似地位于中空体13长度方向的中间处，并延伸过玻璃管体6，封套14具有一中空的前圆筒部分，该部分形成了一个附加内腔道，该附加腔道与管体6的内腔道合并到一起，所述附加腔道的横截面大于管体6内腔道的横截面，并近似等于由一虚圆确定的横截面，该虚圆代表所述管体6一半厚度处的圆。

附加的腔道中可接纳一中空部件15，该部件是由一中空圆柱体构成的，其一端被一圆形平面封闭，所述部件15类似于一中空的圆筒形堵头。在所述中空体的外侧面上，设置了六条纵向槽，这些槽相互平行并均匀分布。

部件15接合到附加的腔道中，并使得：

-所述部件15的圆形平面与封套前部的自由端平齐；

-所述部件15的中空圆筒体的外侧壁面与附加腔道的内侧壁面相接触，从而用所述的纵向槽形成了环周注射导管20，

-在管体6的自由端与所述部件15中空圆筒体的自由端之间留有一通道16。

烟火装药3所通向的中空圆筒体13全部被推送柱塞4占据。上游侧柱塞堵头7与玻璃管体6的一端平齐，所述推送柱塞4与烟火装药3及所述上游侧柱塞堵头7接触。

下游侧柱塞堵头8所处位置从管体6的另一端回缩，且在所述管体6中、由两柱塞堵头7、8围成的空间内容纳有液态有效成分9。两柱塞堵头7、8是由合成橡胶基的可变形材料制成的。推送柱塞4是由不可变形的材料制成的。在下游侧柱塞堵头8的下游侧存在一自由空间19，该空间是由管体6中位于下游侧柱塞堵头8下游的那部分内腔道、以及部件15中的内部空间组成的，其中的部件15类似于一个中空的插塞，所述自由空间19通过六条环周注射导管20通向注射器1的外部。

注射装置10包括封套14的前方部件以及与所述前方部件相接合的中空部件15，因而，注射装置包括位于下游侧柱塞堵头8下游方向的自由空间19以及六条环周注射导管20。

下面将介绍本发明该优选实施例的工作方法。

用户以这样的方式来定位注射器1：使其端部顶在要进行治疗的患者的皮肤上。在按钮上施加一压力，促使其沿注射器1滑动，直到其上的圆形槽与阻挡着重物的球体平齐。球体脱入到圆形槽中，从而松开了对重物的阻挡，重物在脱扣弹簧的作用下，顶向起爆器12，撞栓位于该重物的前方。

这样就能引发起爆器12，再由该起爆器来点燃烟火装药3。

在速燃火药的燃烧推力下，推送柱塞4在中空体13、以及管体6的内腔道中急速移动，造成液柱也产生移动。这样，就在烟火装药3和推送柱塞4之间形成了一个气体膨胀室17。

图2表示了注射器1在使用过程中的状态，更确切来讲，表示的是当液柱抵接到承座底部时的状态，其中的承座是由中空部件15的内部容积所形成的，中空部件15类似于一个中空的插塞。将图1与图2进行对比，可看出：在发生冲击之前，所述液柱的移动距离是以不断增加的速度完成的。占据了整个承座的下游侧柱塞堵头8被稍微地压扁，这样就能空出通道16，而通道16则作为注射装置10上注射导管20的入口，与此同时，上游侧柱塞堵头7则移近被卡陷住的下游侧柱塞堵头8。因而，就以一定的压力将液态有效成分9排挤出去，此时的压力已显著减小，但仍然大于在将皮肤穿透之后液体扩散所需的阈值压力，这一过程直至达到图3所示状态为止一即两柱塞堵头7、8相互接触到了一起。

在上游侧柱塞堵头7的移动过程中，膨胀室17的体积不断增大。在注射过程结束时，在注射器1的储液器5中将不留下任何液态有效成分。

作为举例，参见图4中的曲线A，其表示了由于烟火装药3的燃烧而使所述装药3与柱塞4之间空间中的压力随时间的变化关系，该压力变化造成了一个非常高的瞬时压力峰值，在该压力峰值之后的阶段中，压力逐渐地连续降低。非常高的压力峰值出现在约1毫秒之后，对该压力峰值来说，压力降低的阶段持续约20毫秒。曲线B表示了在初始时含有0.5毫升的储液器5出口处、液态有效成分9的压力随时间的变化关系，该压力变化也造成了一个非常高的峰值，该峰值之后是一个减压阶段。峰值出现在注射器被触发之后的一段时间后，此延时对应于液柱在下游侧柱塞堵头8抵接到中空部件15底部之前的移动行程。

峰值能保持其非常高幅度的原因在于下面两个现象的结合：

-气体压力对液体9的内在推送力；

-液柱在中空部件15底部上的冲击作用。由于所述液柱在储液器5中的移动速度是渐增的，所以冲击发生在加速阶段，由此能利用多余的能量，用此能量来促进对液体的排送。

之后的压力降低阶段基本上与烟火装药3和柱塞4之间自由空间内的压力降低是对应的。

最后，曲线C代表了在初始时含有0.2毫升的储液器5出口处、液态有效成分9的压力随时间的变化关系，该压力变化也造成了一个非常高的峰值，该峰值之后是一个减压阶段。由于液柱的移动行程更长，所以峰值的出现时刻要晚于曲线B中的情况。曲线B和C的幅值几乎是相同的，原因在于：虽然在储液器含有0.2毫升液体的情况下，由于气体压力下降的更多，而使气体发生器对液体9施加的内在推力降低，但推力的降低被冲击动能的增加所补偿，其中，气体压力降的增大是由于烟火装药3与柱塞4之间的空间体积增大而造成的，而动能的增大则是由于液柱的加速行程变长而造成的。

图4中的对比图线表示了：通过简单地使下游侧柱塞堵头8发生移动，就能使根据本发明的无针注射器1实现其所有的功效：首先是在穿透皮肤方面的功效，其次是在使液体9扩散方面的功效。

Claims (16)

1.无针注射器(1)，其包括：一气体发生器(2)；一由一管体(6)形成的储液器(5)，所述管体由一上游侧柱塞堵头(7)和一下游侧堵头封闭，在所述两堵头之间容纳有液态有效成分(9)；以及一注射装置(10)；其特征在于：所述注射器(1)能以这样的方式实现有效成分(9)的可变剂量注射：通过使所述下游侧柱塞堵头(8)在所述管体(6)中发生位移，调节位于所述两柱塞堵头(7、8)之间的容积，使其与有效成分(9)的待注射剂量相适应。

2.根据权利要求1所述的无针注射器，其特征在于：所述下游侧柱塞堵头(8)在最初时被完全设置在管体(6)中。

3.根据权利要求1所述的无针注射器，其特征在于：所述气体发生器(2)是一烟火气体发生器，其包括烟火装药(3)和一发火系统。

4.根据权利要求3所述的无针注射器，其特征在于：所述烟火装药(3)是由一种第一火药与一种第二火药混合而成，第一火药的动态活性大于第二火药的活性。

5.根据权利要求4所述的无针注射器，其特征在于：所述第一火药的动态活性大于8(Mpa.s)^-1，第二火药的动态活性小于16(Mpa.s)^-1。

6.根据权利要求1所述的无针注射器，其特征在于：所述两柱塞堵头(7、8)之间的储液器(5)容积在0.1毫升到2毫升之间变化。

7.根据权利要求1所述的无针注射器，其特征在于：所述上游侧柱塞堵头(7)固定地设置在所述管体(6)两端部的其中一端上。

8.根据权利要求7所述的无针注射器，其特征在于：至少有一个柱塞(4)坐置在所述气体发生器(2)和所述上游侧柱塞堵头(7)之间。

9.根据权利要求8所述的无针注射器，其特征在于：所述上游侧柱塞堵头(7)与所述柱塞(4)相接触。

10.根据权利要求1所述的无针注射器，其特征在于：所述管体(6)用厚度在0.5mm到4mm之间的玻璃制成。

11.根据权利要求1所述的无针注射器，其特征在于：所述两柱塞堵头(7、8)是用可变形材料制成的。

12.根据权利要求1所述的无针注射器，其特征在于：所述注射装置(10)包括至少两条环周注射导管(20)，它们位于一中空部件(15)的外侧，所述中空部件作为所述下游侧柱塞堵头(8)的承座，所述中空部件(15)的深度使得：当所述下游侧柱塞堵头(8)刚好接触到所述中空部件(15)的底部时，露出所述环周导管(20)的入口。

13.根据以上权利要求1到10中任一项所述的无针注射器，其特征在于：所述管体(6)的长度为定值。

14.根据权利要求8所述的无针注射器，其特征在于：所述柱塞(4)插入到一中空体(13)中，所述中空体的内径与所述管体(6)的内径相等，所述中空体位于所述管体的延长段上，所述中空体(13)和所述管体(6)被保持在一封套(14)中。

15.根据权利要求1所述的无针注射器，其特征在于：包括所述管体(6)和所述两个柱塞堵头(7、8)的储液器(5)构成一个与所述注射器(1)独立的部件。

16.根据权利要求12所述的无针注射器，其特征在于：在所述下游侧柱塞堵头(8)与所述中空部件(15)的底部之间留有一自由空间(19)。

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