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Die
vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der nadellosen Spritzen,
die für
das intradermale, subkutane oder intramuskuläre Spritzen eines flüssigen Wirkstoffs
zur therapeutischen Verwendung für die
Human- oder die Veterinärmedizin
verwendet werden.
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Auf
diesem Gebiet werden zur Erhöhung
der Wirksamkeit des Spritzvorgangs Spritzen verwendet, die in ihrem
stromabwärts
liegenden Bereich, der auf die Haut oder sehr nahe der Haut des
Patienten aufgelegt wird, einen Injektor mit mehreren Kanälen aufweisen,
um die zu spritzende Flüssigkeit
an mehreren Punkten auszugeben, die über eine relativ große Fläche verteilt
sind. Diese Lösung
hat auch den Vorteil, den Schmerz zu verringern und mögliche oberflächliche
oder subkutane Veränderungen
aufgrund einer zu großen
an einem Punkt gespritzten Flüssigkeitsmenge
zu vermeiden.
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Um
die Wirksamkeit des Spritzens zu erhöhen, wirkt man auch auf die
Form des Strahls ein: Man prüft
die Kohärenzstrecke
des Strahls, und man sucht eine Zwischenlösung zwischen einem sehr kohärenten Strahl,
wie zum Beispiel zum Zerschneiden durch einen Strahl, der sehr tief
eindringen und die Haut gefährlich
zerreißen
würde,
und einem Strahl, der die Flüssigkeit
zerstäubt
und dessen feine Tröpfchen
nicht in die Haut eindringen würden.
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Das
Patent
US 3 802 430 beschreibt
eine nadellose Spritze, bei der die zu spritzende Flüssigkeit von
einem Kolben gefördert
wird, der von den von einem pyrotechnischen Generator erzeugten
Gasen zurückgedrückt wird;
diese Spritze weist fünf
Kanäle parallel
zur Achse der Spritze und mit kreisförmigen Querschnitten auf. Das
Patent
US 3 788 315 beschreibt
eine Spritze, bei der der Kolben zur Förderung der Flüssigkeit
durch die Ausdehnung von Druckgas oder die Entspannung einer zusammengedrückten Feder
zurückgedrückt wird.
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Diese
Spritze weist sechs Kanäle
mit kreisförmigem
Querschnitt auf, deren Achsen zur Achse der Spritze leicht divergieren.
In diesem Beispielen, auch wenn sie die Flüssigkeit an mehreren Punkten verteilen,
bleiben die Kanäle
ziemlich nahe beieinander; außerdem
zeigt die Einfachheit der Form dieser Kanäle, dass sie nicht optimiert
sind, um die Kohärenzlänge des
Strahls zu steuern, die ein wichtiger Faktor für die Leistung des Injektors
bei dieser besonderen Anwendung ist.
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Allgemeiner
gesagt, sind die durch die Herstellung eines Injektors für eine Spritze
verursachten Probleme diejenigen der mechanischen Festigkeit, der
Leistungen wie oben erwähnt,
und der Kosten.
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Tatsächlich darf
der Injektor, der sich im stromabwärts liegenden Teil der Spritze
befindet, sich nicht unter der Wirkung des Drucks der Flüssigkeit
beim Spritzen verformen: Der Injektor muss ziemlich dick sein, und
dies umso mehr, als die Kanäle über eine
große
Fläche
verteilt sind. Es ist die Aufgabe, allgemein sehr feine Kanäle auf großen Dicken herzustellen.
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Die
Leistung des Injektors liegt in der Möglichkeit, die Kohärenzstrecke
der aus den Kanälen oder
Düsen austretenden
Strahlen für
vorbestimmte Nutzungsbedingungen (Beschaffenheit der Flüssigkeit,
Spritzdruck) durch Kanäle
mit geeigneten Querschnitten zu steuern. Dieser geeignete Querschnitt hat
zum Ziel, ein derartiges Wirbelfeld im Fluss zu erzeugen, dass in
geringer Entfernung zum Ausgang des Injektors der Strahl kohärent bleibt,
d.h., dass er fein und schnell genug ist, um die Haut des zu behandelnden
Patienten zu durchstoßen
und in sie einzudringen, danach verliert der Strahl sehr schnell
seine Kohärenz:
Er platzt, um den Wirkstoff so gut wie möglich unter der Haut zu verteilen.
Das Problem besteht darin, auf einfache Weise nicht nur feine Kanäle in großen Dicken
herzustellen, sondern insbesondere Kanäle mit geeigneten Querschnitten.
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Schließlich werden
die Herstellungskosten ein sehr wichtiger Faktor, wenn es um in
großen
Mengen hergestellte Spritzen geht, insbesondere um Wegwerfspritzen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine nadellose Spritze gemäß Anspruch
2 zum intradermalen, subkutanen oder intramuskulären Spritzen eines flüssigen Wirkstoffs,
der sich ursprünglich
zwischen einerseits einem Injektor gemäß Anspruch 1, der mindestens
einen Kanal oder eine Spritzdüse
aufweist, wobei der Injektor in Kontakt mit der Haut oder sehr nahe
der Haut des zu behandelnden Patienten angeordnet ist, und andererseits
einer unter der Wirkung eines Antriebssystems verschiebbaren Wand befindet,
welche das Unterdrucksetzen und den Ausstoß des Wirkstoffs durch den
Injektor hindurch gewährleistet,
der am stromabwärts
hinten liegenden Ende der Spritze angeordnet ist, und derart, dass
der Injektor einen Träger
mit mindestens einem Sitz aufweist, in dem Platten gestapelt sind,
die alle die gleiche Anzahl von Öffnungen
aufweisen, wobei die Öffnungen
der verschiedenen Platten fluchtend ausgerichtet sind, um durch
den Stapel hindurch mindestens eine Düse zu bilden. Genauer gesagt,
ist jede Öffnung
jeder Platte mit einer entsprechenden Öffnung einer benachbarten Platte
fluchtend ausgerichtet, wobei die Folge von Öffnungen der verschiedenen
Platten eine Spritzdüse
bildet.
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In
dieser Erfindung wird unter einem flüssigen Wirkstoff hauptsächlich eine
mehr oder weniger viskose Flüssigkeit
oder eine Mischung von Flüssigkeiten
oder ein Gel verstanden. Der Wirkstoff kann ein Feststoff sein,
der in einem zum Spritzen geeigneten Lösungsmittel gelöst ist.
Der Wirkstoff kann ein pulverförmiger
Feststoff sein, der mehr oder weniger konzentriert in einer geeigneten
Flüssigkeit
in Suspension gebracht wird. Die Körnchengröße des festen Wirkstoffs und
die Form des Kanals müssen
angepasst sein, um das Verstopfen der Kanäle zu vermeiden.
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Die
Platten haben einfache geometrische Formen, zum Beispiel polygonale,
elliptische oder kreisförmige
Formen. Die Sitze des Trägers,
in denen die Platten gestapelt sind, haben natürlich dementsprechende Formen,
die das Verschachteln der Platten ermöglichen. Diese Platten sind
im Allgemeinen eben, mit parallelen Flächen für eine größere Einfachheit; bei manchen
Platten kann aber zumindest eine Fläche konvex oder konkav sein.
Schließlich
haben diese Platten die gleiche Dicke oder auch nicht.
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Die Öffnungen
einer Platte sind Löcher
durch die Platte. Diese Löcher
sind drehsymmetrisch: kreisförmiger
Querschnitt, oder weisen diese Symmetrie nicht auf: polygonaler
Querschnitt (Dreieck, Viereck,... ) oder gemischt (d.h. ein Querschnitt,
bei dem manche Seiten nicht geradlinig sind). Den Löchern werden
Nuten zugeordnet, die am Rand einer Platte hergestellt sind. Die
verschiedenen Platten werden so in einem Sitz gestapelt, dass die
Löcher
oder Nuten jeder Platte aufeinander folgen, um durch den Stapel
hindurch verlaufende Düsen
zu bilden.
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In
einer besonderen Ausführung
ist die nadellose Spritze derart, dass der Injektor einen Träger mit
einem einzigen Sitz aufweist, in dem Platten gestapelt sind, die
je die gleiche Anzahl von Öffnungen aufweisen,
wobei die Öffnungen
fluchtend ausgerichtet sind, um durch den Stapel hindurch mindestens eine
Düse zu
bilden.
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Vorzugsweise
haben die einander entsprechenden Öffnungen in den Platten unterschiedliche geometrische
Formen, um durch ihre Aufeinanderfolge im Stapel Düsen mit
einem evolutiven Querschnitt zu bilden. Dieser evolutive Querschnitt
wird erhalten durch Kombinati on von Öffnungen unterschiedlicher Querschnittsformen
im Stapel; zum Beispiel zylindrische, kegelstumpfförmige oder
gekrümmte
Profile aufweisende Öffnungen,
oder eine Folge von Kanälen
und Hohlräumen,
um eine Düse
mit evolutivem Querschnitt zu bilden.
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Vorteilhafterweise
weisen die Platten Mittel zum winkelmäßigen Verkeilen der Platten
im entsprechenden Sitz auf, so dass die Öffnungen sich entsprechen und
aufeinander folgen, um eine Düse
mit evolutivem Querschnitt zu bilden. Die winkelmäßige Verkeilung
erfolgt durch einander entsprechende Formen des Sitzes und der Platten,
wenn sie polygonale Formen haben. Wenn die Sitze drehsymmetrische
Formen haben, wird die winkelmäßige Verkeilung
durch einen Flachstift gewährleistet,
der alle Platten durchquert und seitlich angeordnet ist, oder durch
eine Rippe des Sitzes, die sich in eine Vertiefung der Platten einfügt, oder
auch durch jede äquivalente
Einrichtung.
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Vorzugsweise
sind die Formen der Sitze und der Platten so, dass beim Spritzen
der Druck der Flüssigkeit
die Platten gegen eine Schulter des Sitzes blockiert oder sie durch
eine geeignete Kegelform blockiert: stromabwärts kleinerer Querschnittbereich.
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In
einer ersten Ausführungsform
der Spritze ist zumindest die am weitesten stromabwärts liegende
Platte in einen Sitz presseingepasst, um die Dichtheit zu gewährleisten.
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In
einer zweiten Ausführungsform
der Spritze ist zumindest die am weitesten stromabwärts liegende
Platte in ihren Sitz geklebt.
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Vorteilhafterweise
ist der Träger
der Platten das stromabwärts
liegende Ende der Spritze selbst. Dieses stromabwärts liegende
Ende ist als Schulter oder Kegelform ausgebildet, um den Stapel
von Platten aufzunehmen.
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In
einer Variante der erfindungsgemäßen Spritze
weist der Injektor mindestens eine Platte auf, die eine durchquerbare
Membran bildet, die zwischen zwei aufeinander folgende Platten eingefügt ist.
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In
Abwesenheit von Druck verschließt
diese durchquerbare Membran die von den fluchtend ausgerichteten Öffnungen
der gestapelten Platten gebildete Düse: Die Membran verhindert
so Flüssigkeitsverluste
aufgrund von Erschütterungen
oder groben Handhabungen der Spritze. Zum Zeitpunkt des Spritzens
wird die Flüssigkeit
von der verschiebbaren Wand unter Druck gesetzt, die vom Antriebssystem aktiviert
wird; die Flüssigkeit
durchquert die Membran.
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In
einer ersten Ausführungsform
ist die Membran dünn
genug, um vor den Kanälen
oder Spritzdüsen
zu platzen, wenn die Flüssigkeit
zur Durchführung
des Spritzvorgangs unter starken Druck gesetzt wird.
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In
einer zweiten Ausführungsform
besitzt die Membran eine Zone mit geringerer Dicke vor jedem Spritzkanal;
jede dieser Zonen platzt wie vorher zum Zeitpunkt des Unterdrucksetzens.
Für den
guten Betrieb dieser Ausführungsform
muss die Membran durch geeignete Vorrichtungen so positioniert werden,
dass jede Zone geringerer Dicke einem Spritzkanal gegenüberliegt.
Eine Zone mit geringerer Dicke ist ein in der Membran ausgebildeter
Hohlraum mit geschlossenem Boden. Eine der einfachsten Formen ist
diejenige eines Kegels oder eines Kegelstumpfs.
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In
einer dritten Ausführungsform
weist die Membran eine Vorbohrung vor jedem Spritzkanal auf. Die
Elastizität
des Elastomermateri als der Membran hält jede der Vorbohrungen geschlossen,
und ggf. ist dieser Verschluss dicht. Wenn die Flüssigkeit durch
den Start des Antriebssystems unter Druck gesetzt wird, öffnet sich
jede Vorbohrung.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch einen Injektor für eine nadellose
Spritze. Der Injektor weist einen Träger mit mindestens einem Sitz
auf, in dem Platten gestapelt sind, die je die gleiche Anzahl von Öffnungen
aufweisen, wobei die Öffnungen
fluchtend ausgerichtet sind, um durch den Stapel hindurch mindestens
eine Düse
zu bilden.
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Schließlich betrifft
die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Injektors
für eine nadellose
Spritze. Dieses Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- – Herstellung
eines Trägers
mit mindestens einem Sitz,
- – Herstellung
von Platten, die alle die gleiche Anzahl von Öffnungen aufweisen,
- – Stapeln
und Verkeilen der Platten in einer vorgegebenen Reihenfolge in jedem
Sitz, um durch den Stapel hindurch mindestens eine Düse zu bilden.
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Eine
erfindungsgemäße Spritze
löst die
gestellten Aufgaben. Für
die Festigkeit des Injektors stellt die Vergrößerung der Dicke kein Problem
bezüglich
der Herstellung von feinen Kanälen
mit evolutiven oder nicht evolutiven Querschnitten in großen Dicken
dar.
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Die
Erfindung ermöglicht
zur Anpassung an die vorgegebenen Nutzungsbedingungen auf einfache
Weise die Steuerung der Kohärenzstrecke
der aus den Düsen
austretenden Strahlen.
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Bezüglich der
Kosten weist der Injektor Elemente mit einfachen und leicht herzustellenden
Formen auf, wobei der Zusammenbau dieser Elemente auch einfach und
insbesondere für
eine weitgehende Automatisierung geeignet ist.
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Die
erfindungsgemäße Spritze
hat außerdem
einen nicht zu leugnenden Vorteil bezüglich der Sicherheit im Fall
einer anormalen Benutzung. Wenn die Spritze zum Beispiel auf ein
Gesicht gerichtet und unabsichtlich ausgelöst wird, haben die Strahlen
keine weiteren Wirkungen als die, dass das Gesicht mit dem Wirkstoff
besprüht
wird, ohne jede mechanische Durchbohrwirkung, wenn die Spritze nicht
mit dem Gesicht in Kontakt (oder diesem sehr nahe ist). Dieser Vorteil
ist mit der Beherrschung der Kohärenzstrecke
des Strahls verbunden.
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Figuren ausführlicher
beschrieben.
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1 stellt
im teilweisen Längsschnitt
eine erfindungsgemäße Spritze
dar; der Injektor dieser Spritze weist mehrere Sitze mit identischen
Stapeln von Platten auf, die je eine zentrale Öffnungen haben.
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2 stellt
im Längsschnitt
das Detail eines Sitzes mit dem Plattenstapel des vorhergehenden Beispiels
dar.
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3 stellt
im teilweisen Längsschnitt
das stromabwärts
liegende Ende einer Spritze eines anderen Ausführungsbeispiels dar.
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4 stellt
im Längsschnitt
das Detail eines Sitzes mit dem Stapel von Platten dar, von denen eine
eine durchquerbare Membran bildet.
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1 stellt
schematisch eine nadellose Spritze zum Spritzen eines flüssigen Wirkstoffs
dar. Eine solche Spritze ist im Allgemeinen zylindrisch und weist
ein den Wirkstoff
7 enthaltendes Reservoir auf. Dieses
Reservoir wird an einem Ende, das stromabwärts liegendes Ende
2 genannt
wird, von einem Injektor
1 geschlossen, der mindestens
eine Spritzdüse
aufweist. Dieser Injektor liegt im Allgemeinen auf der Haut des
zu behandelnden Patienten auf, oder wird in sehr geringer Entfernung
gehalten, wobei die Haut in dieser Zeichnung nicht dargestellt ist. Dieser
Injektor ist das Ende des Reservoirs oder ein angesetztes Teil
3,
das auf diesem Ende des Reservoirs durch geeignete Mittel befestigt
ist. Das andere Ende des Reservoirs wird von einer verschiebbaren Wand
verschlossen, zum Beispiel einem Kolben
8, der Mittel aufweist,
um die Dichtheit zu gewährleisten,
wie zum Beispiel einer Ringdichtung. Schließlich weist die Spritze ein
Antriebssystem
9 mit einer Startvorrichtung auf, um den
Kolben zu verschieben und die Flüssigkeit
zu spritzen. Unter den verwendbaren Antriebssystemen, und ohne diesbezüglich ins
Einzelne zu gehen, werden ein pyrotechnischer Gasgenerator, wie
im oben erwähnten
Patent
US 3 802 430 beschrieben,
und auch die Ausdehnung von Druckgas oder das Entspannen einer zusammengedrückten Feder
erwähnt,
wie im Patent
US 3 788 315 beschrieben.
Es ist klar, dass die erfindungsgemäßen Spritzen mit einem dieser
Typen von Antriebssystemen ausgestattet sein können, um den Kolben zu verschieben.
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Der
Träger 3 des
in 1 dargestellten Injektors 1 ist ein kegelstumpfförmiges Teil,
das in das Ende 2 der Spritze eingeschoben ist. Der Träger 3 weist
in diesem Beispiel acht gleiche Sitze auf, die in zwei konzentrischen
Kreisen verteilt sind, wobei diese Sitze 4 zylindrisch,
an ihren beiden Enden offen sind, wobei die Öffnung des stromabwärts liegenden Endes
einen kleineren Durchmesser aufweist, um eine Schulter 31 zu
bilden. In jedem Sitz 4 findet man (sie he 2)
einen identischen Stapel von acht Platten (51, 61, 71, 81, 91, 51', 71', 91'), die alle
den gleichen Außendurchmesser
und die gleiche Dicke aufweisen. Jede Platte weist eine zentrale Öffnung von einfacher
Form auf: Ein Zylinder mit kleinem Durchmesser (Platte 61),
ein Zylinder mit großem
Durchmesser (Platte 81), ein Kegelstumpf (Platten 91 und 91', die sich durch
die Ausrichtung der Kegelform bezüglich des Flüssigkeitsstroms
unterscheiden), ein kleiner Kegelstumpf, der sich an einen Zylinder
anschließt
(Platten 51 und 51'),
ein Kegelstumpf, der sich an einen Zylinder anschließt (Platten 71 und 71'). Der Stapel
dieser Platten gemäß einer
besonderen Reihenfolge in einem Sitz 4 stellt eine Düse 50 mit
evolutivem Querschnitt her, wobei die Aufeinanderfolge der verschiedenen
Hohlräume
es ermöglicht,
die Kohärenzstrecke
des aus diesem Kanal austretenden Flüssigkeitsstrahls zu steuern.
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In
diesem Beispiel haben die Platten einen Außendurchmesser von etwa 3 mm
und eine Dicke von etwa 1 mm. Die Öffnungen haben einen Durchmesser
zwischen etwa 0,1 mm und etwa 0,6 mm. Der Träger 3 hat einen Durchmesser
zwischen etwa 20 mm und etwa 30 mm.
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3 stellt
im Längsschnitt
das stromabwärts
liegende Ende einer anderen Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Spritze
dar. In dieser Ausführungsform
ist der Träger
des Injektors 10 eine Schulter 21 des stromabwärts liegenden
Endes 20 der Spritze selbst. Im einzigen Sitz 40,
hier zylindrisch, des Endes 20 der Spritze sind Platten 52, 62, 72, 82 und 92 gestapelt,
die von der Schulter 21 des Endes 20 zurückgehalten
werden. Die Platten 62, 72, 82 und 92 sind
eben, mit dem gleichen Außendurchmesser,
aber von unterschiedlicher Dicke. Die am weitesten stromabwärts liegende
Platte 52 hat eine etwas komplexere Form, sie hat einen
stromabwärts liegenden
Bereich, der in der Öffnung
der Schulter 21 zentriert ist, mit einer leicht konvexen stromabwärts liegenden
Seite; ihr gegenüberliegender
Bereich hat den gleichen Außendurchmesser
wie die anderen Platten und ist eben.
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Alle
Platten haben die gleiche Anzahl von Öffnungen. Diese Öffnungen
haben einfache Formen und sind in diesem Beispiel Zylinder, Kegelstümpfe. Diese
Formen werden kombiniert, um Düsen
mit evolutiven Querschnitten zu bilden. In diesem Beispiel sind
zwei Arten von Düsen 50, 60 dargestellt.
Eine Vorrichtung ermöglicht
es, die Platten in geeigneter Weise zueinander auszurichten, um
die Kanäle
herzustellen. Diese Vorrichtung ist eine Rippe 41 des Sitzes 40,
die sich in eine seitliche Vertiefung der verschiedenen Platten
einfügt.
Der Stapel von Platten 52, 62, 72, 82, 92 wird
in den Sitz 40 des Endes 20 der Spritze presseingepasst.
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Die
Materialien zur Herstellung der Spritze und der verschiedenen Teile
des Injektors werden aus den Materialien ausgewählt, die für eine medizinische Verwendung
kompatibel und zugelassen sind; ohne erschöpfend sein zu wollen, werden
zum Beispiel Kunststoffmaterialien wie Polycarbonat, Polytetrafluorethylen,
Metalle wie Inox, oder Glas für
den medizinischen Gebrauch (zum Beispiel vom Typ I oder vom Typ
II) erwähnt.
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In 4 sieht
man einen Sitz 4 gleich dem der 2. In diesem
Sitz sind gelochte Platten 53, 63, 73, 83 gleich
denen des Stapels der 2 und eine Platte gestapelt,
die eine durchquerbare Membran 100 bildet: In diesem Beispiel
wird die Membran 100 von einer dünnen Folie eines Materials
gebildet, das beim Unterdrucksetzen der Flüssigkeit zum Zeitpunkt des
Spritzens reißt.
Diese Membran kann auch eine Zone geringerer Dicke aufweisen, die
das Durchstoßen
der Membran an dieser Stelle beim Unterdrucksetzen der Flüssigkeit
zum Zweck des Spritzens erleichtert. Gemäß einer anderen Variante weist die
Membran Vorbohrungen auf, die mit den Öffnungen der Platten 53, 63, 73, 83 fluchtend
ausgerichtet sind. Die Elastizität
des Materials der Membran hält die
Vorbohrungen in Abwesenheit von Druck geschlossen. Das Unterdrucksetzen
der Flüssigkeit zum
Zweck des Spritzens spreizt die Ränder der Vorbohrungen auseinander,
um die Flüssigkeit
durchzulassen.
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Die
durchquerbare Membran wird aus einem Elastomermaterial oder einem
Polymer hergestellt, das mit dem flüssigen Wirkstoff kompatibel
ist; ihre Dicke liegt zwischen etwa 0,2 mm und etwa 1,5 mm.