RU2247582C1 - Piezoelectric device for injecting liquids - Google Patents

Piezoelectric device for injecting liquids Download PDF

Info

Publication number
RU2247582C1
RU2247582C1 RU2003127495/14A RU2003127495A RU2247582C1 RU 2247582 C1 RU2247582 C1 RU 2247582C1 RU 2003127495/14 A RU2003127495/14 A RU 2003127495/14A RU 2003127495 A RU2003127495 A RU 2003127495A RU 2247582 C1 RU2247582 C1 RU 2247582C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hole
drug
piezoelectric
piezoelectric material
electrodes
Prior art date
Application number
RU2003127495/14A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003127495A (en
Inventor
В.Б. Яковлев (RU)
В.Б. Яковлев
Б.Я. Яковлев (RU)
Б.Я. Яковлев
Original Assignee
Яковлев Виктор Борисович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Яковлев Виктор Борисович filed Critical Яковлев Виктор Борисович
Priority to RU2003127495/14A priority Critical patent/RU2247582C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2003127495A publication Critical patent/RU2003127495A/en
Publication of RU2247582C1 publication Critical patent/RU2247582C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: medical engineering.
SUBSTANCE: multi-jet device is based on reverse piezoelectric effect and laws governing liquid flow from thin openings. Device has piezoelectric cell as plate manufactured from monolith piezoelectric material having a lot of through openings, electrodes deposited over the material and means for preventing medicament from following off through nozzle under condition of lacking electric voltage. Internal surface of the openings is formed by piezoelectric material. One of piezoelectric cell electrodes is deposited over the surface. Another embodiment of the device has both electrodes deposited over the external lateral surfaces of piezoelectric material plate.
EFFECT: simplified design; enhanced effectiveness in protecting patients against infection.
15 cl, 4 dwg, 1 tbl

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение в целом относится к области медицинского приборостроения, в частности к пьезоэлектрическому устройству для инъектирования жидких лекарственных препаратов через кожу пациента, предназначенному для применения, например, в безыгольчатых инъекторах.The present invention generally relates to the field of medical instrumentation, in particular to a piezoelectric device for injecting liquid drugs through the skin of a patient, intended for use, for example, in needleless injectors.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Для достижения терапевтического эффекта лекарственные препараты часто инъектируют через кожу человека. Необходимость использования такого метода введения препарата может быть вызвана несколькими причинами, среди которых следует отметить следующие: химическое разрушение препарата в желудочно-кишечном тракте, плохое поглощение препарата, невозможность самостоятельного приема препарата оральным или другим путем ввиду того, что пациент слишком болен, слишком мал (ребенок) или представляет собой животное, необходимость быстрого действия препарата и т.п.To achieve a therapeutic effect, drugs are often injected through human skin. The need to use this method of drug administration can be caused by several reasons, among which the following should be noted: chemical destruction of the drug in the gastrointestinal tract, poor absorption of the drug, inability to take the drug on its own by the oral or other route because the patient is too sick, too small ( child) or is an animal, the need for rapid action of the drug, etc.

Наиболее часто используемыми устройствами для инъектирования являются иглы со шприцом, причем данные устройства могут быть автоматизированы. Однако в любом случае инъекции с помощью шприца имеют существенные недостатки, обусловленные контактом иглы с телом человека. В частности, такими недостатками являются возможность передачи инфекций через иглу, а следовательно, требуется стерилизация игл термическими, химическими или другими способами либо использование одноразовых шприцов. Кроме того, такие инъекции часто бывают достаточно болезненными для пациента, требуют достаточно высокой подготовки персонала, выполняющего такую процедуру. Автоматизированные устройства такого типа являются достаточно громоздкими, сложными и дорогими.The most commonly used injection devices are needles with a syringe, and these devices can be automated. However, in any case, injections with a syringe have significant drawbacks due to the contact of the needle with the human body. In particular, such disadvantages are the possibility of transmission of infections through the needle, and therefore, sterilization of the needles by thermal, chemical or other methods or the use of disposable syringes is required. In addition, such injections are often quite painful for the patient, require a sufficiently high training of personnel performing such a procedure. Automated devices of this type are rather cumbersome, complex and expensive.

Существует ряд безыгольчатых инъекторов, которые используют несколько различных способов создания давления в жидком лекарственном препарате, например, за счет давления сжатого газа (обычно углекислый газ или воздух), механического устройства (пружины и т.п.) или взрыва.There are a number of needleless injectors that use several different methods to create pressure in a liquid drug, for example, by pressure of a compressed gas (usually carbon dioxide or air), a mechanical device (springs, etc.) or an explosion.

В первом случае в ходе выполнения инъекции на поршень, находящийся в контакте с жидкостью, воздействует каким-либо образом газ высокого давления, которое поршень сообщает жидкости, выталкивая ее с большой скоростью через сопло малого размера. В результате высокоскоростная струя жидкости пробивает кожу человека, что приводит к безконтактному (безыгольчатому) инъектированию лекарственного препарата.In the first case, during the injection, the piston in contact with the liquid is affected in some way by high-pressure gas, which the piston communicates with the liquid, pushing it out at a high speed through a small nozzle. As a result, a high-speed jet of liquid pierces the human skin, which leads to non-contact (needleless) injection of the drug.

Известные конструкции безыгольчатых инъекторов механического типа состоят из силового блока, поршня в контакте с жидкостью, подлежащей распылению, и корпуса с тонким отверстием, в котором формируется струя жидкости с внутренним давлением, достаточным для пробивания кожного покрова человека. Им присущ ряд недостатков, которые ограничивают широкое распространение в практике работы стационарных медицинских учреждений и исключают возможность применения как прибора индивидуального пользования. Инъектор представляет собой сложное устройство, имеет высокую цену. Сложность смены одного жидкого лекарственного препарата на другой, трудность изменения дозы вводимого лекарства делают эти известные приборы не очень привлекательными в среде медицинских работников. Кроме того, на выходном отверстии постоянно образуется капля жидкого лекарственного препарата, что создает условия для возможного переноса инфекций от одного пациента к другому.Known designs of mechanical type needleless injectors consist of a power unit, a piston in contact with the liquid to be sprayed, and a body with a thin hole in which a liquid stream is formed with an internal pressure sufficient to penetrate the skin of a person. They have a number of drawbacks that limit the widespread use of inpatient medical facilities in practice and exclude the possibility of use as an individual device. The injector is a complex device, has a high price. The difficulty of changing one liquid drug to another, the difficulty of changing the dose of the drug administered makes these known devices not very attractive among medical professionals. In addition, a drop of a liquid drug is constantly formed at the outlet, which creates the conditions for the possible transfer of infections from one patient to another.

Из уровня техники известно несколько устройств, в которых для точной дозировки или при инъектировании лекарственного препарата используется пьезоэлектрический эффект. Так, например, в патенте США №4758226, выданном 19.07.1988 г., описано устройство для распределения, предпочтительно в медицинских целях, продукта в заранее определенных измеренных количествах. В данном устройстве инъектирование осуществляется за счет пружины, а пьезоэлектрический кристалл управляет двумя смежными клапанами для дозировки лекарственного препарата. В этом патенте не раскрыто использование пьезоэлемента для инъектирования лекарственного препарата путем пробивания кожи пациента.Several devices are known in the art that utilize a piezoelectric effect for accurate dosage or injection of a drug. So, for example, in US patent No. 4758226, issued 07/19/1988, describes a device for distributing, preferably for medical purposes, the product in predetermined measured quantities. In this device, the injection is carried out due to the spring, and the piezoelectric crystal controls two adjacent valves for the dosage of the drug. This patent does not disclose the use of a piezoelectric element for injecting a drug by piercing a patient's skin.

Похожее устройство описано также в патенте США №5881716, выданном 16 марта 1999 г., где пьезоэлемент может быть применен для точной дозировки лекарственного препарата и подачи его в ингалятор, который распыляет указанный препарат и подает его в систему дыхания пациента.A similar device is also described in US Pat. No. 5,881,716, issued March 16, 1999, where a piezoelectric element can be used to accurately dose a drug and deliver it to an inhaler that atomizes the drug and delivers it to the patient's respiratory system.

В патенте США №4787888, выданном 29 ноября 1988 г., раскрыты одноразовый пьезоэлектрический полимерный бандаж для подкожного введения лекарств и способ такого введения, причем пьезоэлектрический материал используется для генерирования звуковых колебаний, способствующий поглощению лекарственного препарата через поры в коже пациента. В этом патенте вообще не раскрыто использование пьезоэлемента для инъектирования лекарственного препарата путем пробивания кожи пациента.US Patent No. 4,787,888, issued November 29, 1988, discloses a disposable piezoelectric polymer bandage for subcutaneous administration of drugs and a method for such administration, the piezoelectric material being used to generate sound vibrations that facilitate absorption of the drug through the pores in the patient’s skin. This patent does not disclose the use of a piezoelectric element for injecting a drug by piercing a patient’s skin.

В патенте США №5007438, выданном 16 апреля 1991 г., раскрыт набор для подкожного введения лекарственного препарата, в котором ультразвуковые колебания используются для облегчения и ускорения поглощения лекарственного препарата кожей пациента. Однако пьезоэлектрические материалы в таком наборе не используются.US Pat. No. 5,007,438, issued April 16, 1991, discloses a kit for subcutaneous administration of a drug in which ultrasonic vibrations are used to facilitate and accelerate absorption of the drug by the skin of a patient. However, piezoelectric materials are not used in such a set.

В патенте США №5094594, выданном 10 марта 1992 г., раскрыто пьезоэлектрическое устройство закачивания/откачивания, в котором пьезоэлектрический материал использован в качестве средства закачивания/откачивания в сочетании с электрофоретическим блоком. Такое устройство является сложным и громоздким, и оно не предоставляет возможности для безыгольчатого инъектирования лекарственного препарата через кожу пациента.US Pat. No. 5,094,594, issued March 10, 1992, discloses a piezoelectric pumping / pumping device in which the piezoelectric material is used as a pumping / pumping means in combination with an electrophoretic unit. Such a device is complex and cumbersome, and it does not provide the opportunity for needleless injection of the drug through the skin of the patient.

В патенте США №5415629, выданном 16 мая 1995 г., раскрыты программируемое устройство для трансдермального введения лекарственного препарата и способ такого введения, причем пьезоэлектрический материал использован для создания ультразвуковых колебаний, которые способствуют проникновению лекарственного препарата через поры в коже пациента. В этом патенте не раскрыто использование пьезоэлемента для создания струи высокого давления с целью инъектирования лекарственного препарата путем пробивания кожи пациента.US Patent No. 5,415,629, issued May 16, 1995, discloses a programmable device for transdermal administration of a drug and a method of such administration, the piezoelectric material used to create ultrasonic vibrations that facilitate the penetration of the drug through the pores in the skin of the patient. This patent does not disclose the use of a piezoelectric element to create a high-pressure jet for injecting a drug by piercing a patient's skin.

В патенте США №5628728, выданном 13 мая 1997 г., раскрыт инструмент для ввода лекарственного препарата, причем в данном случае пьезоэлемент расположен на конце трубки, вводимой в кровеносный сосуд и снабженной отверстием для ввода лекарственного препарата, причем пьезоэлемент генерирует акустические колебания, воздействующие на тромб в кровеносном сосуде, что способствует ослаблению тромба и поглощению им лекарственного препарата. В этом патенте также не раскрыто использование пьезоэлемента для инъектирования лекарственного препарата путем пробивания кожи пациента.US Patent No. 5,628,728, issued May 13, 1997, discloses a drug delivery tool, in which case the piezoelectric element is located at the end of a tube inserted into a blood vessel and provided with a drug injection hole, the piezoelectric element generating acoustic vibrations affecting a blood clot in a blood vessel, which contributes to the weakening of the blood clot and its absorption of the drug. This patent also does not disclose the use of a piezoelectric element for injecting a drug by piercing a patient's skin.

В патенте США №4345595, выданном 24 августа 1982 г., раскрыт пьезоэлектрический жидкостной инъектор для введения жидкости в тело пациента с заданной (предпочтительно малой) скоростью в течение длительного периода времени. В этом устройстве пьезоэлектрический кристалл кварца или подобного материала через соединительный элемент приводит в действие поршень, который выталкивает заданное количество жидкости. Однако описанное устройство является очень сложным и дорогим, в нем используется специальное дозирующее устройство, а инъектируемый лекарственный препарат не содержится в полости, сформированной в самом пьезоэлектрическом материале. Помимо сказанного, в данном патенте не раскрыт тот факт, что инъектирование выполняется путем пробивания кожи пациента.US Pat. No. 4,345,595, issued August 24, 1982, discloses a piezoelectric fluid injector for introducing fluid into a patient’s body at a predetermined (preferably low) speed over a long period of time. In this device, a piezoelectric quartz crystal or similar material through a connecting element actuates a piston that pushes a predetermined amount of liquid. However, the described device is very complex and expensive, it uses a special metering device, and the injectable drug is not contained in the cavity formed in the piezoelectric material itself. In addition to the foregoing, this patent does not disclose the fact that the injection is performed by piercing the skin of the patient.

Из уровня техники известно также несколько устройств, в которых инъектирование лекарственного препарата осуществляется путем пробивания кожи пациента непосредственно за счет обратного пьезоэлектрического эффекта, когда под действием электрического сигнала пьезоэлектрический материал изменяет свои геометрические размеры.The prior art also knows several devices in which the injection of a drug is carried out by piercing the patient’s skin directly due to the inverse piezoelectric effect, when the piezoelectric material changes its geometric dimensions under the influence of an electric signal.

Так, в патенте США №5840062, выданном 24 ноября 1998 г., описана твердотельная система для инъектирования жидкого лекарственного препарата через кожу пациента, причем в ней используются два пьезоэлемента: один служит в качестве клапана, регулирующего подачу жидкости в рабочую камеру, а второй изменяет объем рабочей камеры и находится в контакте с деформируемой стенкой указанной рабочей камеры, за счет чего в жидком лекарственном препарате создается давление, достаточное для проникновения препарата через кожу пациента. При этом рабочая камера и пьезоэлемент выполнены разборными. Предусмотрено использование более чем одного сопла с типичным диаметром в 0,001 дюйма (т.е. около 25 мкм) для снижения дискомфорта, испытываемого пациентом, и болей в том месте, куда осуществлялась инъекция. Таким образом, в данном устройстве пьезоэлектрический материал также не формирует рабочей камеры, из которой распыляется жидкость, что приводит к необходимости создания отдельной рабочей камеры. Указанное устройство не содержит средств для предотвращения вытекания лекарственного препарата в нерабочем состоянии.So, in US patent No. 5840062, issued November 24, 1998, describes a solid-state system for injecting a liquid drug through the skin of a patient, and it uses two piezoelectric elements: one serves as a valve that regulates the flow of fluid into the working chamber, and the second changes the volume of the working chamber and is in contact with the deformable wall of the specified working chamber, due to which sufficient pressure is created in the liquid medicinal product for the drug to penetrate the patient’s skin. In this case, the working chamber and the piezoelectric element are made collapsible. The use of more than one nozzle with a typical diameter of 0.001 inches (i.e., about 25 microns) is intended to reduce the discomfort experienced by the patient and the pain at the injection site. Thus, in this device, the piezoelectric material also does not form a working chamber from which liquid is sprayed, which leads to the need to create a separate working chamber. The specified device does not contain funds to prevent leakage of the drug inoperative.

Наиболее близкий аналог настоящего изобретения, по мнению авторов, описан в патенте США №5693016, A 61 M 37/00, выданном 02 декабря 1997 г. Gumaste и др., где раскрыта твердотельная система для введения жидкости, в которой используется пакет из двух, трех или множества пьезоэлементов, которые соединены друг с другом с помощью клея, обеспечивающего непроницаемость такого пакета для жидкости и в то же время обеспечивающего возможность смещения пьезоэлементов друг относительно друга. В пакете пьезоэлементов сформировано (преимущественно лазером) по меньшей мере одно общее сквозное отверстие, проходящее через все пьезоэлементы и слои клея, их соединяющие. Диаметр отверстия в каждом из пьезоэлементов изменяется в зависимости от изменения размеров данного пьезоэлемента и может составлять около 50 мкм. Одним концом отверстие соединено с резервуаром для инъектируемой жидкости, а другой конец служит соплом, которое формирует струю инъектируемой жидкости. В ходе работы предпочтительного варианта устройства выполняются следующие операции: 1) заполнение жидкостью широкой части отверстия в среднем и верхнем пьезоэлементах, которые находятся в состоянии покоя, при этом нижний пьезоэлемент приведен в действие, поэтому нижняя часть отверстия сужена, предотвращая вытекание жидкости и формируя сопло (в другом варианте с двумя пьезоэлементами сопло может быть отдельным конструктивным элементом; 2) приведение в действие верхнего пьезоэлемента, за счет чего отверстие закрывается и тем самым формируется закрытая сверху рабочая камера; 3) приведение в действие среднего пьезоэлемента, за счет чего средняя часть отверстия сужается, уменьшая размеры рабочей камеры, что приводит к выдавливанию лекарственного препарата из рабочей камеры через сопло в нижнем пьезоэлементе; 4) возвращение верхнего пьезоэлемента в состояние покоя, за счет чего отверстие в верхней части вновь расширяется, обеспечивая возможность для поступления в него жидкости. Такое устройство при выполнении инъекций действует фактически как перистальтический насос. В описании изобретения указывается на наличие в пьезоэлементах электродов, электрически соединенных с электронной схемой управления, однако конкретное место расположения этих электродов не указано (см. Col.8, lines 20-24). Предусмотрено использование более чем одного отверстия (сопло имеет типичный диаметр в 0,001 дюйма, т.е. около 25 мкм) для снижения дискомфорта, испытываемого пациентом, и болей в том месте, куда осуществлялась инъекция.The closest analogue of the present invention, according to the authors, is described in US patent No. 5693016, A 61 M 37/00, issued December 2, 1997, Gumaste and others, which disclosed a solid-state system for introducing a liquid in which a packet of two is used, three or a plurality of piezoelectric elements, which are connected to each other using glue, which ensures the impermeability of such a package for liquid and at the same time provides the possibility of displacement of the piezoelectric elements relative to each other. At least one common through hole formed through all the piezoelectric elements and adhesive layers connecting them is formed in the package of piezoelectric elements (mainly by a laser). The diameter of the hole in each of the piezoelectric elements varies depending on the change in size of this piezoelectric element and can be about 50 microns. At one end, an opening is connected to the reservoir for injectable fluid, and the other end serves as a nozzle that forms a stream of injectable fluid. During the operation of the preferred embodiment of the device, the following operations are performed: 1) filling a wide part of the hole in the middle and upper piezoelectric elements, which are at rest, with liquid, while the lower piezoelectric element is activated, therefore, the lower part of the hole is narrowed, preventing leakage of liquid and forming a nozzle ( in another embodiment, with two piezoelectric elements, the nozzle may be a separate structural element; 2) actuating the upper piezoelectric element, due to which the hole closes and thereby forms a separate close top working chamber; 3) the actuation of the middle piezoelectric element, due to which the middle part of the hole narrows, reducing the size of the working chamber, which leads to extrusion of the drug from the working chamber through the nozzle in the lower piezoelectric element; 4) the return of the upper piezoelectric element to the rest state, due to which the hole in the upper part expands again, providing the possibility for liquid to enter it. Such an injection device actually acts as a peristaltic pump. The description of the invention indicates the presence in the piezoelectric elements of electrodes electrically connected to the electronic control circuit, however, the specific location of these electrodes is not indicated (see Col.8, lines 20-24). The use of more than one hole (the nozzle has a typical diameter of 0.001 inches, i.e., about 25 microns) is intended to reduce the discomfort experienced by the patient and the pain at the injection site.

Данное устройство обладает рядом недостатков. В частности, формирование описываемого пакета является достаточно сложной технической задачей, поскольку необходимо обеспечить заданные объемы отверстий в каждом пьезоэлементе как в статическом, так и в динамическом состояниях. Выполнение этих требований осложняется наличием клеевых соединений в отверстиях. В результате этого появляется необходимость в индивидуальной настройке и калибровке каждого прибора. Указанное устройство содержит сложную электронную схему управления, обеспечивающую согласованное по времени функционирование указанных пьезоэлементов. Устройство не содержит средств для предотвращения вытекания лекарственного препарата через нижний пьезоэлемент (сопло) в нерабочем состоянии, т.е. без приложения электрического напряжения.This device has several disadvantages. In particular, the formation of the described package is a rather complicated technical task, since it is necessary to provide the given volumes of holes in each piezoelectric element in both static and dynamic states. The fulfillment of these requirements is complicated by the presence of adhesive joints in the holes. As a result of this, there is a need for individual adjustment and calibration of each device. The specified device contains a complex electronic control circuit that provides a time-coordinated operation of these piezoelectric elements. The device does not contain means to prevent the leakage of the drug through the lower piezoelectric element (nozzle) in the idle state, i.e. without the application of electrical voltage.

Из патента США №4766671, выданного 30.08.1988 Utsumi и др., известны способы изготовления керамического электронного устройства, в частности головки струйного принтера. Иначе говоря, способ, описанный в патенте США №4766671, предназначен для изготовления устройства распыления жидкой печатной краски, а не устройства инъектирования жидкости под высоким давлением путем пробивания кожи пациента. Кроме того, данный способ содержит стадию формирования электродов в керамическом сыром листе для подачи управляющего напряжения на пьезоэлектрический материал. Однако в указанном патенте не раскрыто нанесение электродов на внутреннюю поверхность отверстий в пьезоэлектрическом материале. В описанном устройстве не предусмотрено средств для предотвращения вытекания жидкости (чернил) через сопло в нерабочем состоянии, т.е. без приложения электрического напряжения.From US patent No. 4766671, issued 30.08.1988 Utsumi and others, known methods of manufacturing a ceramic electronic device, in particular the head of an inkjet printer. In other words, the method described in US patent No. 4766671, is intended for the manufacture of a device for spraying liquid printing ink, and not a device for injecting liquid under high pressure by piercing the skin of the patient. In addition, this method comprises the step of forming electrodes in a ceramic raw sheet for supplying a control voltage to the piezoelectric material. However, the said patent does not disclose the application of electrodes on the inner surface of the holes in the piezoelectric material. In the described device, no means are provided to prevent leakage of liquid (ink) through the nozzle in an idle state, i.e. without the application of electrical voltage.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Исходя из сказанного целью настоящего изобретения является создание устройства для инъектирования жидкого лекарственного препарата через кожу пациента (человека или животного) для достижения нужного терапевтического эффекта. Необходимость использования такого способа введения препарата может быть вызвана несколькими причинами, среди которых следует отметить следующие: химическое разрушение препарата в желудочно-кишечном тракте, плохое поглощение препарата, невозможность самостоятельного приема препарата оральным или другим путем ввиду того, что пациент слишком болен, слишком мал (ребенок) или представляет собой животное, необходимость быстрого действия препарата и т.п.Based on the foregoing, the aim of the present invention is to provide a device for injecting a liquid drug through the skin of a patient (human or animal) to achieve the desired therapeutic effect. The need to use this method of drug administration can be caused by several reasons, among which the following should be noted: chemical destruction of the drug in the gastrointestinal tract, poor absorption of the drug, the impossibility of self-administration of the drug by the oral or other route because the patient is too sick, too small ( child) or is an animal, the need for rapid action of the drug, etc.

Другой целью настоящего изобретения является создание устройства для инъектирования жидкого лекарственного препарата через кожу пациента, обеспечивающего снижение дискомфорта, испытываемого пациентом, и болей в том месте, куда осуществлялась инъекция.Another objective of the present invention is to provide a device for injecting a liquid drug through the skin of a patient, which reduces the discomfort experienced by the patient and the pain at the injection site.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание устройства для инъектирования жидкого лекарственного препарата через кожу пациента, в котором были бы преодолены отмеченные выше недостатки известных устройств, т.е. устройства, которое было бы простым в изготовлении, дешевым, надежным, а также могло быть использовано в качестве прибора индивидуального использования.Another objective of the present invention is to provide a device for injecting a liquid drug through the skin of a patient, in which the above-mentioned disadvantages of the known devices, i.e. a device that would be easy to manufacture, cheap, reliable, and could also be used as an individual use device.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание устройства для инъектирования жидкого лекарственного препарата через кожу пациента, которое предотвращало бы вытекание лекарственного препарата в нерабочем состоянии (без приложения напряжения), обеспечивая таким образом повышенную защиту от возможного попадания инфекций в тело пациента при выполнении инъекций или переноса инфекций от одного пациента к другому, а также обеспечивая более экономичное расходование лекарственного препарата.Another objective of the present invention is to provide a device for injecting a liquid drug through the patient’s skin, which would prevent the drug from flowing out of use (without applying voltage), thus providing increased protection against possible infections in the patient’s body when injecting or transmitting infections from one patient to another, as well as providing more economical use of the drug.

Для достижения этих целей согласно первому варианту осуществления изобретения предложено пьезоэлектрическое устройство для инъектирования лекарственного препарата через кожный покров пациента, содержащее пьезоэлемент, состоящий из пьезоэлектрического материала и нанесенных на него электродов, по меньшей мере одно сквозное отверстие, выполненное в указанном пьезоэлектрическом материале, причем указанное отверстие предназначено для заполнения инъектируемым лекарственным препаратом, первым своим открытым концом отверстие сообщается с резервуаром для инъектируемого лекарственного препарата, а второй открытый конец отверстия служит соплом, формирующим струю лекарственного препарата, и средство для открывания/закрывания, обеспечивающее возможность подачи лекарственного препарата в отверстие при отсутствии электрического импульса напряжения на электродах пьезоэлемента и предотвращающее выдавливание лекарственного препарата через первый конец отверстия во время подачи указанного импульса, причем под действием указанного импульса пьезоэлектрический материал уменьшает объем отверстия для создания в лекарственном препарате давления, достаточного для генерирования струи лекарственного препарата, пробивающей кожный покров пациента, отличающееся тем, что указанное по меньшей мере одно отверстие выполнено в монолитном пьезоэлектрическом материале и вся внутренняя поверхность отверстия образована пьезоэлектрическим материалом, при этом один из электродов пьезоэлемента нанесен на внутреннюю поверхность отверстия в пьезоэлектрическом материале, и указанное устройство содержит средство для предотвращения вытекания лекарственного препарата через сопло в условиях отсутствия электрического напряжения.To achieve these goals, according to a first embodiment of the invention, there is provided a piezoelectric device for injecting a drug through a patient’s skin containing a piezoelectric element consisting of a piezoelectric material and electrodes deposited thereon, at least one through hole made in said piezoelectric material, said hole Designed to be filled with an injectable drug, with its first open end the hole together is moved with the reservoir for the injectable drug, and the second open end of the hole serves as a nozzle forming a stream of the drug, and means for opening / closing, which makes it possible to supply the drug into the hole in the absence of an electric voltage pulse on the piezoelectric element electrodes and preventing the drug from being squeezed out through the first the end of the hole during the supply of the specified pulse, and under the action of the specified pulse, the piezoelectric material l reduces the volume of the hole to create a pressure in the drug sufficient to generate a jet of the drug penetrating the skin of the patient, characterized in that said at least one hole is made in a monolithic piezoelectric material and the entire inner surface of the hole is formed by a piezoelectric material, of the electrodes of the piezoelectric element deposited on the inner surface of the holes in the piezoelectric material, and the specified device contains means for I prevent leakage of the drug through the nozzle in the absence of electrical voltage.

Согласно первому варианту осуществления указанного устройства является предпочтительным, чтобы поверх электрода пьезоэлемента на внутреннюю поверхность отверстия было нанесено защитное покрытие.According to a first embodiment of said device, it is preferable that a protective coating is applied on the inside surface of the hole over the piezoelectric element electrode.

Второй вариант осуществления пьезоэлектрического устройства для инъектирования лекарственного препарата через кожный покров пациента отличается от первого варианта тем, что электроды пьезоэлемента нанесены на внешние поверхности пьезоэлектрического материала, а не на внутреннюю поверхность отверстия.The second embodiment of the piezoelectric device for injecting the drug through the skin of the patient differs from the first embodiment in that the piezoelectric electrodes are deposited on the outer surfaces of the piezoelectric material, and not on the inner surface of the hole.

Согласно обоим вариантам осуществления средство для предотвращения вытекания лекарственного препарата предпочтительно представляет собой гидрофобный по отношению к лекарственному препарату материал, нанесенный на внутреннюю поверхность отверстия, примыкающую к соплу, и/или на внешнюю торцевую поверхность пьезоэлектрического материала, примыкающую к соплу.According to both embodiments, the means for preventing leakage of the drug is preferably a material hydrophobic with respect to the drug, deposited on the inner surface of the hole adjacent to the nozzle and / or on the outer end surface of the piezoelectric material adjacent to the nozzle.

Согласно обоим вариантам осуществления средство для закрывания/открывания первого конца отверстия предпочтительно представляет собой пьезоэлектрическое или магнитное средство.According to both embodiments, the means for closing / opening the first end of the hole is preferably piezoelectric or magnetic means.

Согласно обоим вариантам осуществления предусмотрена возможность управления функционированием каждого отдельного отверстия, совместным функционированием группы отверстий и/или всех отверстий вместе.According to both embodiments, it is possible to control the operation of each individual hole, the joint operation of a group of holes and / or all holes together.

Согласно обоим вариантам осуществления функционирование всех отверстий управляется предпочтительно одной общей парой электродов.According to both embodiments, the functioning of all the holes is controlled preferably by one common pair of electrodes.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Фиг.1 и 2 представляют собой соответственно отдельные пьезоэлементы устройства согласно первому и второму вариантам осуществления настоящего изобретения.Figures 1 and 2 are respectively individual piezoelectric elements of a device according to the first and second embodiments of the present invention.

Фиг.3 и 4 представляют собой соответственно схематические изображения устройства со множеством отверстий согласно первому и второму вариантам осуществления настоящего изобретения.Figures 3 and 4 are respectively schematic views of a device with a plurality of holes according to the first and second embodiments of the present invention.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

Настоящее изобретения будет описано далее более подробно со ссылками на указанные чертежи.The present invention will now be described in more detail with reference to these drawings.

Отдельный пьезоэлемент устройства согласно первому варианту осуществления показан на Фиг.1. В монолитном (сплошном) пьезоэлектрическом материале 1 параллельно оси Z сформировано отверстие 2 так, что вся внутренняя поверхность отверстия 2 образована пьезоэлектрическим материалом 1. Пьезоэлектрический материал 1 может иметь любую необходимую форму и размеры, предпочтительно он выполнен в виде пластины. Отверстие 2 также может быть любой заданной формы и размеров, но предпочтительно оно имеет правильную форму, например форму параллелепипеда, усеченного конуса или цилиндра и т.д. Поперечный размер отверстия, т.е. размер в плоскости ХY, может быть одинаковым или разным по всей длине отверстия, параллельной оси Z. Отверстие имеет два открытых конца 3, 4 (иначе говоря торцы 3, 4). Первый открытый конец 3 отверстия 2 служит для подачи лекарственного препарата из резервуара для лекарственного препарата (не показан) и сообщается с указанным резервуаром через средство закрывания/открывания. Второй открытый конец 4 (здесь и далее называемый соплом) отверстия 2 служит для формирования струи лекарственного препарата и сообщается с атмосферой. Поперечный размер сопла 4 определяет толщину генерируемой струи лекарственного препарата на выходе из устройства и составляет обычно от 5 до 100 мкм, чаще от 10 до 25 мкм. При этом чем тоньше струя, тем легче она проникает через кожу пациента, поэтому с уменьшением поперечного размера сопла снижается давление, требуемое для такого проникновения. Длина отверстия 2 не ограничена, но обычно она составляет не менее нескольких поперечных размеров сопла и не превышает нескольких миллиметров.A separate piezoelectric element of the device according to the first embodiment is shown in FIG. In the monolithic (solid) piezoelectric material 1, a hole 2 is formed parallel to the Z axis so that the entire inner surface of the hole 2 is formed by the piezoelectric material 1. The piezoelectric material 1 can have any desired shape and size, preferably it is made in the form of a plate. The hole 2 can also be of any given shape and size, but preferably it has the correct shape, for example, the shape of a parallelepiped, a truncated cone or cylinder, etc. The transverse size of the hole, i.e. the size in the XY plane can be the same or different along the entire length of the hole parallel to the Z axis. The hole has two open ends 3, 4 (in other words, the ends 3, 4). The first open end 3 of the hole 2 serves to supply the drug from the reservoir for the drug (not shown) and communicates with the specified reservoir through the means of closing / opening. The second open end 4 (hereinafter referred to as the nozzle) of the hole 2 serves to form a jet of the drug and communicates with the atmosphere. The transverse size of the nozzle 4 determines the thickness of the generated stream of the drug at the outlet of the device and is usually from 5 to 100 microns, more often from 10 to 25 microns. Moreover, the thinner the jet, the easier it penetrates the patient’s skin, therefore, with a decrease in the transverse size of the nozzle, the pressure required for such penetration decreases. The length of the hole 2 is not limited, but usually it is not less than a few transverse dimensions of the nozzle and does not exceed several millimeters.

На внешние боковые поверхности пьезоэлектрического материала 1, перпендикулярные оси Y (см. Фиг.1) нанесен электрод 5. Второй электрод 6 нанесен на по меньшей мере часть внутренней поверхности отверстия 2. Электроды 5, 6 могут быть выполнены из одного или разных проводящих материалов, например, из металла, такого как никель, серебро, золото, платина и т.п. Как очевидно специалисту в данной области техники, электрод 5 может быть нанесен также и на внешние боковые поверхности пьезоэлектрического материала, перпендикулярные оси Х или только на последние. Кроме того, электрод 5 может находиться внутри сплошного пьезоэлектрического материала под произвольным углом к осям X и Y, при этом предпочтительным образом располагаясь параллельно оси Z и обязательно не пересекая внутреннюю поверхность отверстия 2. В случае, когда электрод 5 параллелен оси Z, после поляризации пьезоэлектрического материала и при подаче электрического импульса напряжения в пьезоэлектрическом материале возникнет пьезоэлектрический эффект в соответствии с коэффициентом поляризации d33, что обеспечивает максимально возможное изменение размеров отверстия (для одного и того же материала при одинаковом напряжении). Специалисту в данной области техники будет понятно также, что электрод 5 может быть нанесен и на внешние торцевые поверхности пьезоэлектрического материала, перпендикулярные или расположенные под углом к оси Z, не пересекая при этом внутреннюю поверхность отверстия 2 во избежание закорачивания обоих электродов, однако в этом случае возникнет пьезоэлектрический эффект в соответствии с коэффициентом поляризации d31, что обеспечивает значительно меньшее (обычно в 2 раза) изменение размеров отверстия (в случае расположения под углом к оси Z промежуточный между d31 и d33 коэффициент поляризации), а следовательно, и меньшее давления в лекарственном препарате при том же напряжении.An electrode 5 is applied to the outer side surfaces of the piezoelectric material 1 perpendicular to the Y axis (see FIG. 1). A second electrode 6 is deposited on at least a portion of the inner surface of the hole 2. The electrodes 5, 6 can be made of one or different conductive materials, for example, from a metal such as nickel, silver, gold, platinum, and the like. As is obvious to a person skilled in the art, the electrode 5 can also be applied to the outer side surfaces of the piezoelectric material, perpendicular to the X axis or only to the latter. In addition, the electrode 5 can be located inside a continuous piezoelectric material at an arbitrary angle to the X and Y axes, while preferably being parallel to the Z axis and not necessarily intersecting the inner surface of the hole 2. In the case where the electrode 5 is parallel to the Z axis, after polarization of the piezoelectric material and applying a voltage pulse to the piezoelectric material the piezoelectric effect occurs according to the polarization coefficient d 33 that provides the maximum WHO faux change opening size (for one and the same material with the same voltage). One skilled in the art will also understand that the electrode 5 can also be applied to the outer end surfaces of the piezoelectric material, perpendicular or angled to the Z axis, without intersecting the inner surface of the hole 2 to avoid shorting both electrodes, however, in this case a piezoelectric effect will occur in accordance with the polarization coefficient d 31 , which provides a significantly smaller (usually 2 times) change in the size of the hole (in the case of an arrangement at an angle to the axis Z p intermediate between d 31 and d 33 polarization coefficient), and therefore, less pressure in the drug at the same voltage.

Электрод 5 может располагаться на внешних боковых поверхностях материала 1 параллельно длине отверстия 2, при этом совпадая по форме и площади с проекцией отверстия на эти поверхности или несколько превышая по площади такую проекцию.The electrode 5 can be located on the outer side surfaces of the material 1 parallel to the length of the hole 2, while coinciding in shape and area with the projection of the hole on these surfaces or slightly exceeding such a projection in area.

Второй вариант осуществления устройства показан на Фиг.2. В данном случае ни один из электродов не нанесен на внутреннюю поверхность отверстия 2, поскольку электрод 6 расположен на внешней боковой поверхности пьезоэлектрического материала 1, противоположной электроду 5. Все остальные вышеописанные признаки устройства согласно первому варианту осуществления относятся и к устройству согласно второму варианту осуществления.A second embodiment of the device is shown in FIG. 2. In this case, none of the electrodes is deposited on the inner surface of the hole 2, since the electrode 6 is located on the outer side surface of the piezoelectric material 1 opposite to the electrode 5. All the other features described above of the device according to the first embodiment also apply to the device according to the second embodiment.

В любом из этих вариантов пьезоэлектрический материал 1, электрод 5 и электрод 6 образуют отдельный пьезоэлектрический элемент (здесь и далее пьезоэлемент).In any of these embodiments, the piezoelectric material 1, electrode 5 and electrode 6 form a separate piezoelectric element (hereinafter, the piezoelectric element).

Устройство содержит средство открывания/закрывания (не показано), обеспечивающее возможность подачи лекарственного препарата в отверстие при отсутствии электрического импульса напряжения на электродах пьезоэлемента и предотвращающее выдавливание лекарственного препарата через первый конец 3 отверстия во время указанного импульса. Средство открывания/закрывания может быть любым, например, оно также может функционировать на основе пьезоэлектрического эффекта и представлять собой отдельный пьезоэлемент. Кроме того, такое средство может быть магнитным, механическим и т.д.The device comprises opening / closing means (not shown), which makes it possible to supply the drug into the hole in the absence of an electric voltage pulse on the piezoelectric element electrodes and to prevent the drug from being squeezed out through the first end 3 of the hole during the specified pulse. The opening / closing means can be any, for example, it can also function on the basis of the piezoelectric effect and can be a separate piezoelectric element. In addition, such a tool may be magnetic, mechanical, etc.

Устройство настоящего изобретения снабжено также средством для предотвращения вытекания лекарственного препарата в отсутствие напряжения на электродах пьезоэлемента, т.е. в нерабочем состоянии. Предпочтительно такое средство представляет собой гидрофобный по отношению к лекарственному препарату материал, например фторопласт, тефлон, полиимид и т.п. Поскольку подобный гидрофобный материал не смачивается жидким лекарственным препаратом, то за счет действия капиллярного эффекта в отверстии 2 микронных размеров лекарственный препарат в условиях отсутствия внешнего давления не может вытекать из отверстия 2. Такой гидрофобный материал может быть нанесен на внутреннюю поверхность отверстия 2, примыкающую к соплу 4, или на по меньшей мере часть внешней торцевой поверхности пьезоэлектрического материала, перпендикулярной к оси Z на Фиг.1, 2 и примыкающей к соплу 4. В этом случае в гидрофобном материале выполнены отверстия, совпадающие или не совпадающие по форме или поперечному размеру с отверстием 2 в пьезоэлектрическом материале. Гидрофобный материал может быть нанесен в виде тонкой пленки на любую или обе из указанных поверхностей, а может представлять собой отдельный элемент конструкции устройства, прикрепленный клеем или каким-либо иным способом к указанной поверхности.The device of the present invention is also provided with means for preventing leakage of the drug in the absence of voltage on the electrodes of the piezoelectric element, i.e. inoperative. Preferably, the agent is a material hydrophobic to the drug, for example fluoroplast, teflon, polyimide, and the like. Since such a hydrophobic material is not wetted by the liquid drug, due to the capillary effect in the hole of 2 micron sizes, the drug cannot leak out of the hole 2 under conditions of no external pressure. Such a hydrophobic material can be deposited on the inner surface of the hole 2 adjacent to the nozzle 4, or at least a part of the outer end surface of the piezoelectric material perpendicular to the Z axis in FIGS. 1, 2 and adjacent to the nozzle 4. In this case, in a hydrophobic holes are made in the material, matching or not matching in shape or transverse size with hole 2 in the piezoelectric material. The hydrophobic material can be applied in the form of a thin film on any or both of these surfaces, and can be a separate structural element of the device, attached with glue or in some other way to the specified surface.

Принцип работы настоящего устройства для инъектирования жидкости основан на обратном пьезоэлектрическом эффекте в пьезоэлектрическом материале и закономерностях истечения жидкости под давлением из тонкого отверстия. При подаче электрического напряжения на электроды поляризованного пьезоэлемента синхронно полярности импульсов изменяются геометрические размеры пьезоэлемента и соответственно с этим изменяются поперечный размер или, иначе говоря, площадь поперечного сечения и объем отверстия.The principle of operation of this device for injecting liquid is based on the inverse piezoelectric effect in the piezoelectric material and the patterns of fluid flow under pressure from a thin hole. When an electric voltage is applied to the electrodes of a polarized piezoelectric element synchronously with the pulse polarity, the geometric dimensions of the piezoelectric element change and, accordingly, the transverse size or, in other words, the cross-sectional area and the volume of the hole are changed.

При этом в случае подачи переменного электрического напряжения наблюдается следующая картина. Если полярность электрического импульса совпадает с направлением поляризации пьезоэлемента и средство открывания/закрывания перекрывает выход из отверстия 2 через конец 3, то жидкий лекарственный препарат, находящийся внутри отверстия, испытывает давление сжатия. Под действием этого давления жидкость в виде микроструи выбрасывается через сопло 4 в атмосферу. Когда полярность импульса и направления поляризации пьезоэлемента противоположны, а средство открывания/закрывания обеспечивает возможность подачи жидкости в отверстие 2 из резервуара, то отверстие увеличивается и жидкость всасывается в него. Давление в лекарственном препарате (а следовательно, и скорость струи) зависит от амплитуды электрического импульса и может достигать десятков и сотен атмосфер. В момент выхода микроструи из отверстия скорость струи максимальна. С увеличением расстояния от сопла струя теряет свою устойчивость, ее скорость падает и она распадается на капельки, образуя аэрозоль. Поэтому такое устройство должно располагаться по возможности ближе к поверхности кожи пациента. Количество жидкости в микроструе определяется изменением размеров отверстия. В том случае, когда устройство выполнено таким образом, что в ходе сжатия пьезоэлемента отверстие полностью исчезает, объем инъекции за один цикл работы точно соответствует объему сквозного отверстия. При повторении циклов сжатия и расширения отверстия (например, с частотой от нескольких десятков до нескольких тысяч герц) происходит последовательное инъектирование равных объемов лекарственного препарата.Moreover, in the case of applying an alternating electric voltage, the following picture is observed. If the polarity of the electric pulse coincides with the direction of polarization of the piezoelectric element and the opening / closing means blocks the exit from the hole 2 through the end 3, then the liquid drug inside the hole experiences a compression pressure. Under the influence of this pressure, the liquid in the form of a micro jet is ejected through the nozzle 4 into the atmosphere. When the polarity of the pulse and the direction of polarization of the piezoelectric element are opposite, and the means of opening / closing makes it possible to supply fluid to the hole 2 from the reservoir, the hole increases and the liquid is sucked into it. The pressure in the drug (and therefore the speed of the jet) depends on the amplitude of the electric pulse and can reach tens and hundreds of atmospheres. At the moment the microjet emerges from the hole, the jet velocity is maximum. As the distance from the nozzle increases, the jet loses its stability, its velocity decreases and it decomposes into droplets, forming an aerosol. Therefore, such a device should be located as close as possible to the surface of the patient’s skin. The amount of fluid in the microjet is determined by the change in the size of the hole. In the case when the device is designed in such a way that during the compression of the piezoelectric element the hole completely disappears, the injection volume for one operation cycle exactly corresponds to the volume of the through hole. When repeating cycles of compression and expansion of the hole (for example, with a frequency of several tens to several thousand hertz), sequential injection of equal volumes of the drug occurs.

Для интенсификации процесса выполнения инъекции заданного объема лекарственного препарата, а также для снижения болезненного эффекта от инъекции у пациента и ускорения возникновения терапевтического эффекта от указанного препарата устройство может содержать несколько или множество описанных выше пьезоэлементов с отверстиями. На Фиг.3 и 4 приведены схематические изображения пьезоэлектрического многоструйного устройства для инъектирования жидкости согласно первому и второму вариантам осуществления устройства. На Фиг.4 показана пластина из сплошного пьезоэлектрического материала, которая содержит множество сквозных отверстий, параллельных внешним боковым поверхностям пластины. Минимальное расстояние между стенками двух отверстий соответствует эффективному диаметру сквозного отверстия. Каждый из электродов нанесен на две плоские боковые поверхности пластины, которые параллельны сквозным отверстиям. Сквозные отверстия одним концом сообщаются с резервуаром для лекарственного препарата, а второй конец каждого отверстия сообщается с атмосферным воздухом. Торцевая сторона пластины, примыкающая к соплам, покрыта пленкой из гидрофобного материала.To intensify the process of performing an injection of a given volume of a medicinal product, as well as to reduce the painful effect of an injection in a patient and accelerate the emergence of a therapeutic effect from said drug, the device may contain several or many of the above-described piezoelectric elements with holes. Figures 3 and 4 are schematic views of a piezoelectric multi-jet liquid injection device according to the first and second embodiments of the device. Figure 4 shows a plate of a solid piezoelectric material, which contains many through holes parallel to the outer side surfaces of the plate. The minimum distance between the walls of the two holes corresponds to the effective diameter of the through hole. Each of the electrodes is applied to two flat lateral surfaces of the plate, which are parallel to the through holes. The through holes at one end communicate with the reservoir for the drug, and the second end of each hole communicates with atmospheric air. The end side of the plate adjacent to the nozzles is covered with a film of hydrophobic material.

Пьезоэлектрический материал в форме пластины является общим и для второго варианта конструкции пьезоэлектрического многоструйного устройства, показанного на Фиг.3. Отличие между предыдущей и этой конструкцией заключается во взаимном расположении электродов. Один из электродов нанесен на внутреннюю поверхность сквозных отверстий, имеет соответствующую форму отверстия и частично проходит внутри указанной пластины. Другой электрод нанесен на боковые поверхности пьезоэлектрического материала, которые противоположны первому электроду и параллельны сквозным отверстиям. Таким образом, электроды 5 и 6 охватывают с четырех сторон указанные отверстия.A plate-shaped piezoelectric material is common to the second embodiment of the piezoelectric multi-jet device shown in FIG. 3. The difference between the previous and this design is the relative position of the electrodes. One of the electrodes is deposited on the inner surface of the through holes, has a corresponding hole shape and partially passes inside the specified plate. Another electrode is deposited on the side surfaces of the piezoelectric material, which are opposite to the first electrode and parallel to the through holes. Thus, electrodes 5 and 6 span these openings on four sides.

В приведенных двух конструкциях пьезоэлектрического многоструйного устройства можно предусмотреть такую топологию размещения и подключения к источнику электрического напряжения электродов 5 и 6, за счет которой будет обеспечиваться одновременное или попеременное функционирование каждого отверстия в отдельности или группы отверстий, а также одновременное функционирование всех отверстий вместе за счет выполнения одной общей пары электродов 5 и 6, которые являются сплошными и простираются над всеми отверстиями. Таким образом можно управлять формированием каждой струи, группы струй, например, группы из отдельного слоя или столбца, или всех струй вместе. При этом разные группы отверстий могут сообщаться с разными резервуарами для разных лекарственных препаратов.In the above two designs of a piezoelectric multi-jet device, it is possible to provide such a topology of placement and connection of electrodes 5 and 6 to a source of electrical voltage, due to which simultaneous or alternating operation of each hole individually or a group of holes will be ensured, as well as the simultaneous operation of all holes together by performing one common pair of electrodes 5 and 6, which are solid and extend over all openings. Thus, it is possible to control the formation of each jet, group of jets, for example, groups from a single layer or column, or all jets together. Moreover, different groups of holes can communicate with different reservoirs for different drugs.

Внутренняя поверхность сквозных отверстий может иметь дополнительные покрытия конкретного назначения. Например, покрытия могут применяться для сглаживания внутренней поверхности отверстия, изменения поверхностного натяжения жидкости в отверстии, для химической защиты или электрической изоляции электрода, нанесенного на внутреннюю поверхность отверстия, от лекарственного препарата, поскольку последний может быть достаточно химически или электрохимически активным, электропроводящим, может иметь различный уровень рН и т.д.The inner surface of the through holes may have additional coatings for a specific purpose. For example, coatings can be used to smooth the inner surface of the hole, change the surface tension of the liquid in the hole, for chemical protection or electrical insulation of the electrode deposited on the inner surface of the hole from the drug, since the latter can be sufficiently chemically or electrochemically active, electrically conductive, can have different pH levels, etc.

ПРИМЕРEXAMPLE

Техническая реализуемость настоящего изобретения была проверена на действующих экспериментальных образцах. Образцы согласно настоящему изобретению были изготовлены из керамического пьезоэлектрического материала на основе титаната-цирконата свинца, причем указанные отверстия в монолитном или сплошном пьезоэлектрическом материале были сформированы с помощью способа, содержащего следующие стадии, на которых: обеспечивают наличие сырой пленки, которая содержит материал-предшественник и связующее, причем указанный материал-предшественник выполнен с возможностью получения из него указанного монолитного пьезоэлектрического материала путем спекания; формируют сырой пакет из слоев указанной сырой пленки путем наложения указанных слоев друг на друга с одновременным введением материала-порообразователя в отверстие, сформированное в по меньшей мере одном слое сырой пленки, и/или между по меньшей мере двумя слоями сырой пленки; соединяют указанные слои в сыром пакете с образованием монолитного сырого пакета путем воздействия давления замоноличивания; спекают монолитный сырой пакет с удалением связующего и материала-порообразователя и получением монолитного пьезоэлектрического материала с по меньшей мере одним отверстием или полостью требуемой формы.The technical feasibility of the present invention has been tested on existing experimental samples. Samples according to the present invention were made of a ceramic piezoelectric material based on lead titanate-zirconate, said holes in a monolithic or continuous piezoelectric material being formed using a method containing the following steps in which: they provide a raw film that contains the precursor material and a binder, wherein said precursor material is configured to produce said monolithic piezoelectric material from it by sintering; form a raw package of layers of the specified raw film by applying these layers on top of each other while introducing the pore-forming material into the hole formed in at least one layer of the raw film, and / or between at least two layers of the raw film; connecting these layers in a wet package with the formation of a monolithic raw package by applying monolithic pressure; a monolithic crude package is sintered to remove the binder and pore-forming material and obtain a monolithic piezoelectric material with at least one hole or cavity of the desired shape.

Электроды, нанесенные на внутренние поверхности отверстий, были выполнены из сплава палладий-серебро, электроды, нанесенные на наружные поверхности пьезоэлектрического материала – из серебра для образца 1 и из никеля для образца 2. Инъектированию подвергалась вода. В качестве генератора электрических импульсов напряжения применялся генератор прямоугольных импульсов.The electrodes deposited on the inner surfaces of the holes were made of a palladium-silver alloy, and the electrodes deposited on the outer surfaces of a piezoelectric material were made of silver for sample 1 and nickel for sample 2. Water was injected. A rectangular pulse generator was used as a generator of electrical voltage pulses.

Образцы имели следующие характеристики, приведенные в таблице:The samples had the following characteristics shown in the table:

Таблица Table ПараметрParameter Образец 1 по Фиг.3Sample 1 in figure 3 Образец 2 по Фиг.4Sample 2 of FIG. 4 Геометрические размеры, ммGeometrical dimensions, mm 4,0×2,5×1,94.0 × 2.5 × 1.9 4,0×2,5×1,44.0 × 2.5 × 1.4 Диаметр отверстий эффективный, мкмThe diameter of the holes is effective, microns 2828 2828 Расстояние между отверстиями, мкмThe distance between the holes, microns 130130 130130 Расстояние между стенкой отверстия и электродом, мкмThe distance between the wall of the hole and the electrode, microns 50fifty 50fifty Число отверстий в слое, шт.The number of holes in the layer, pcs. 33 33 Всего отверстий, шт.Total holes, pcs. 9nine 33

Установлено, что в зависимости от амплитуды электрического импульса образцы обеспечивают эжекцию (т.е. простое выталкивание) капельки, получение аэрозоля или образование струи, пробивающей кожу человека. Заметное образование струи наблюдалось при амплитуде импульса выше 25 В. При амплитуде импульса 50 В высота струи достигала 12 мм. При напряжении около 100 В струя пробивала кожу человека. Показано, что производительность одного отверстия может достигать около 15 мм3/с.It was found that, depending on the amplitude of the electric pulse, the samples provide ejection (i.e., simple ejection) of the droplet, obtaining an aerosol, or the formation of a jet piercing the skin of a person. A noticeable jet formation was observed at a pulse amplitude above 25 V. At a pulse amplitude of 50 V, the jet height reached 12 mm. At a voltage of about 100 V, the jet pierced the skin of a person. It is shown that the productivity of one hole can reach about 15 mm 3 / s.

Предшествующее описание было приведено в виде различных вариантов осуществления настоящего изобретения, которое обладает рядом преимуществ по сравнению с известным уровнем техники. При этом различные модификации и изменения могут быть внесены в описываемое устройство без отклонения от сущности настоящего изобретения, которая выражена прилагаемой формулой изобретения.The previous description has been made in the form of various embodiments of the present invention, which has several advantages over the prior art. Moreover, various modifications and changes can be made to the described device without deviating from the essence of the present invention, which is expressed by the attached claims.

Claims (15)

1. Пьезоэлектрическое устройство для инъектирования лекарственного препарата через кожный покров пациента, содержащее пьезоэлемент, состоящий из пьезоэлектрического материала и нанесенных на него электродов, по меньшей мере одно сквозное отверстие, выполненное в указанном пьезоэлектрическом материале, причем указанное отверстие предназначено для заполнения инъектируемым лекарственным препаратом, первым своим открытым концом отверстие сообщается с резервуаром для инъектируемого лекарственного препарата, а второй открытый конец отверстия служит соплом, формирующим струю лекарственного препарата, и средство для открывания/закрывания, обеспечивающее возможность подачи лекарственного препарата в отверстие при отсутствии электрического импульса напряжения на электродах пьезоэлемента и предотвращающее выдавливание лекарственного препарата через первый конец отверстия во время подачи указанного импульса, причем под действием указанного импульса пьезоэлектрический материал уменьшает объем отверстия для создания в лекарственном препарате давления, достаточного для генерирования струи лекарственного препарата, пробивающей кожный покров пациента, отличающееся тем, что указанное по меньшей мере одно отверстие выполнено в монолитном пьезоэлектрическом материале и вся внутренняя поверхность отверстия образована пьезоэлектрическим материалом, при этом один из электродов пьезоэлемента нанесен на внутреннюю поверхность отверстия в пьезоэлектрическом материале и указанное устройство содержит средство для предотвращения вытекания лекарственного препарата через сопло в условиях отсутствия электрического напряжения.1. A piezoelectric device for injecting a drug through a patient’s skin containing a piezoelectric element consisting of a piezoelectric material and electrodes deposited thereon, at least one through hole made in said piezoelectric material, said hole being intended to be filled with the injected drug, first with its open end, the hole communicates with the reservoir for the injectable drug, and the second open end is about the hole serves as a nozzle, forming a stream of the drug, and means for opening / closing, which makes it possible to feed the drug into the hole in the absence of an electric voltage pulse on the piezoelectric element electrodes and to prevent the drug from being squeezed out through the first end of the hole during the application of the specified pulse the pulse of the piezoelectric material reduces the volume of the hole to create pressure in the drug, enough o for generating a jet of a drug penetrating the skin of a patient, characterized in that said at least one hole is made in a monolithic piezoelectric material and the entire inner surface of the hole is formed by a piezoelectric material, while one of the piezoelectric electrodes is deposited on the inner surface of the hole in the piezoelectric material and the specified device contains a means to prevent leakage of the drug through the nozzle in the absence of electric electric voltage. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанное средство для предотвращения вытекания лекарственного препарата представляет собой гидрофобный по отношению к лекарственному препарату материал.2. The device according to claim 1, characterized in that said means for preventing leakage of the drug is a material hydrophobic with respect to the drug. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что указанный гидрофобный материал нанесен на внутреннюю поверхность отверстия, примыкающую к соплу.3. The device according to claim 2, characterized in that the hydrophobic material is deposited on the inner surface of the hole adjacent to the nozzle. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что указанный гидрофобный материал нанесен на внешнюю торцевую поверхность пьезоэлектрического материала, примыкающую к соплу.4. The device according to claim 2, characterized in that the hydrophobic material is deposited on the outer end surface of the piezoelectric material adjacent to the nozzle. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поверх электрода пьезоэлемента, нанесенного на внутреннюю поверхность отверстия, нанесено защитное покрытие.5. The device according to claim 1, characterized in that over the electrode of the piezoelectric element deposited on the inner surface of the hole, a protective coating is applied. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для закрывания/открывания первого конца отверстия представляет собой пьезоэлектрическое, магнитное или механическое средство.6. The device according to claim 1, characterized in that the means for closing / opening the first end of the hole is a piezoelectric, magnetic or mechanical means. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрена возможность управления функционированием каждого отдельного отверстия совместным функционированием группы отверстий и/или всех отверстий вместе.7. The device according to claim 1, characterized in that it is possible to control the operation of each individual hole by the joint functioning of the group of holes and / or all holes together. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что функционирование всех отверстий управляется одной общей парой электродов.8. The device according to claim 1, characterized in that the functioning of all the holes is controlled by one common pair of electrodes. 9. Пьезоэлектрическое устройство для инъектирования лекарственного препарата через кожный покров пациента, содержащее пьезоэлемент, состоящий из пьезоэлектрического материала и нанесенных на него электродов, по меньшей мере одно сквозное отверстие, выполненное в указанном пьезоэлектрическом материале, причем указанное отверстие предназначено для заполнения инъектируемым лекарственным препаратом, первым своим открытым концом отверстие сообщается с резервуаром для инъектируемого лекарственного препарата, а второй открытый конец отверстия служит соплом, формирующим струю лекарственного препарата, и средство для открывания/закрывания, обеспечивающее возможность подачи лекарственного препарата в отверстие при отсутствии электрического импульса напряжения на электродах пьезоэлемента и предотвращающее выдавливание лекарственного препарата через первый конец отверстия во время подачи указанного импульса, причем под действием указанного импульса пьезоэлектрический материал уменьшает объем отверстия для создания в лекарственном препарате давления, достаточного для генерирования струи лекарственного препарата, пробивающей кожный покров пациента, отличающееся тем, что указанное по меньшей мере одно отверстие выполнено в монолитном пьезоэлектрическом материале и вся внутренняя поверхность отверстия образована пьезоэлектрическим материалом, при этом электроды пьезоэлемента нанесены на внешние поверхности пьезоэлектрического материала, и указанное устройство содержит средство для предотвращения вытекания лекарственного препарата через сопло в условиях отсутствия электрического напряжения.9. A piezoelectric device for injecting a drug through a patient’s skin containing a piezoelectric element consisting of a piezoelectric material and electrodes deposited thereon, at least one through hole made in said piezoelectric material, said hole being intended to be filled with the injected drug, first with its open end, the hole communicates with the reservoir for the injectable drug, and the second open end is about the hole serves as a nozzle, forming a stream of the drug, and means for opening / closing, which makes it possible to feed the drug into the hole in the absence of an electric voltage pulse on the piezoelectric element electrodes and to prevent the drug from being squeezed out through the first end of the hole during the application of the specified pulse the pulse of the piezoelectric material reduces the volume of the hole to create pressure in the drug, enough o for generating a jet of a drug penetrating the skin of a patient, characterized in that said at least one hole is made in a monolithic piezoelectric material and the entire inner surface of the hole is formed by a piezoelectric material, wherein the piezoelectric electrodes are deposited on the outer surfaces of the piezoelectric material, and said device contains a means to prevent leakage of the drug through the nozzle in the absence of electrical voltage Niya. 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что указанное средство для предотвращения вытекания лекарственного препарата представляет собой гидрофобный по отношению к лекарственному препарату материал.10. The device according to claim 9, characterized in that said means for preventing leakage of the drug is a material hydrophobic with respect to the drug. 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что указанный гидрофобный материал нанесен на внутреннюю поверхность отверстия, примыкающую к соплу.11. The device according to claim 10, characterized in that said hydrophobic material is deposited on the inner surface of the hole adjacent to the nozzle. 12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что указанный гидрофобный материал нанесен на внешнюю торцевую поверхность пьезоэлектрического материала, примыкающую к соплу.12. The device according to claim 10, characterized in that the hydrophobic material is deposited on the outer end surface of the piezoelectric material adjacent to the nozzle. 13. Устройство по п.9, отличающееся тем, что средство для закрывания/открывания первого конца отверстия представляет собой пьезоэлектрическое, магнитное или механическое средство.13. The device according to claim 9, characterized in that the means for closing / opening the first end of the hole is a piezoelectric, magnetic or mechanical means. 14. Устройство по п.9, отличающееся тем, что предусмотрена возможность управления функционированием каждого отдельного отверстия, совместным функционированием группы отверстий и/или всех отверстий вместе.14. The device according to claim 9, characterized in that it is possible to control the operation of each individual hole, the joint operation of a group of holes and / or all holes together. 15. Устройство по п.9, отличающееся тем, что функционирование всех отверстий управляется одной общей парой электродов.15. The device according to claim 9, characterized in that the functioning of all the holes is controlled by one common pair of electrodes.
RU2003127495/14A 2003-09-10 2003-09-10 Piezoelectric device for injecting liquids RU2247582C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003127495/14A RU2247582C1 (en) 2003-09-10 2003-09-10 Piezoelectric device for injecting liquids

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003127495/14A RU2247582C1 (en) 2003-09-10 2003-09-10 Piezoelectric device for injecting liquids

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003127495A RU2003127495A (en) 2005-03-10
RU2247582C1 true RU2247582C1 (en) 2005-03-10

Family

ID=35364398

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003127495/14A RU2247582C1 (en) 2003-09-10 2003-09-10 Piezoelectric device for injecting liquids

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2247582C1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2003127495A (en) 2005-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5693016A (en) Solid state fluid delivery system
US20090270834A1 (en) Drug delivery device
JP4612304B2 (en) Fine needle transcutaneous transport device
CN104755180B (en) Injection apparatus for spraying fluid on surface
US8048019B2 (en) Multiple nozzle transdermal drug delivery system
EP1154815B1 (en) Piezo inhaler
CA2559330A1 (en) Apparatus and methods for repetitive microjet drug delivery
JP6396974B2 (en) Free jet dosing system for applying fluid in or under the skin
US20070118093A1 (en) High-speed jet devices for drug delivery
RU2247582C1 (en) Piezoelectric device for injecting liquids
EP1023016B1 (en) Solid state fluid delivery system
CN1777452A (en) Apparatus and methods for repetitive microjet drug delivery
JP4841557B2 (en) Device for delivering drugs to the abdomen
CN114286698A (en) Needleless injector with multiple nozzles and method for manufacturing same
JP4991550B2 (en) Device for delivering drugs to the abdomen
JP4991549B2 (en) Device for delivering drugs to the abdomen
JP2008535541A (en) Microjet device and drug supply method
JP4991548B2 (en) Device for delivering drugs to the abdomen
JPH02265562A (en) Internally embedded pump
JP2008148934A (en) Liquid administration device and endoscope with it

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070911